JPH05883A - セラミツクスフアイバの製造方法 - Google Patents
セラミツクスフアイバの製造方法Info
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- JPH05883A JPH05883A JP15065791A JP15065791A JPH05883A JP H05883 A JPH05883 A JP H05883A JP 15065791 A JP15065791 A JP 15065791A JP 15065791 A JP15065791 A JP 15065791A JP H05883 A JPH05883 A JP H05883A
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- fiber
- laser
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- ceramic fiber
- laser power
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ファイバの成長速度を変化させずに、ファイ
バの径を一定に制御し、全体に均質なファイバを得る。 【構成】 照射するレーザ３のパワー、セラミックスフ
ァイバ２の任意の位置の温度およびセラミックスファイ
バ２の線径を、それぞれレーザパワーモニタ４、温度測
定器５、および形状測定器６により検出する。ファジー
制御システム７からの出力信号をレーザパワーコントロ
ーラ８およびモータ１０に送り、レーザパワーと原料棒
１の送り速度を制御する。
バの径を一定に制御し、全体に均質なファイバを得る。 【構成】 照射するレーザ３のパワー、セラミックスフ
ァイバ２の任意の位置の温度およびセラミックスファイ
バ２の線径を、それぞれレーザパワーモニタ４、温度測
定器５、および形状測定器６により検出する。ファジー
制御システム７からの出力信号をレーザパワーコントロ
ーラ８およびモータ１０に送り、レーザパワーと原料棒
１の送り速度を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物系超電導体な
どのセラミックスをＣＯ2 レーザなどを用いたレーザペ
デスタル法により製造する方法に関するものである。
どのセラミックスをＣＯ2 レーザなどを用いたレーザペ
デスタル法により製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザペデスタル法において、成長する
ファイバの線径を測定するものとしては、Ｍ．Ｍ．Ｆｅ
ｊｅｒら（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．５５（１
１）Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８４ Ｐ．１７９１）の報
告が知られている。ここでは、線径をＨｅ−Ｎｅレーザ
で測定し、光学系および機械系の精度を向上させてい
る。しかしながら、自動制御にはなっていない。
ファイバの線径を測定するものとしては、Ｍ．Ｍ．Ｆｅ
ｊｅｒら（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．５５（１
１）Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８４ Ｐ．１７９１）の報
告が知られている。ここでは、線径をＨｅ−Ｎｅレーザ
で測定し、光学系および機械系の精度を向上させてい
る。しかしながら、自動制御にはなっていない。
【０００３】レーザペデスタル法により成長させたファ
イバの線径を自動制御させる技術としては、高橋ら（セ
ラミックス２４（１９８９）Ｎｏ．４ Ｐ．３１３）の
報告がある。この方法では、溶融部形状を一定にするよ
うに、結晶軸位置、ファイバの成長速度、および原料棒
の供給速度を制御している。ファイバ径および結晶の材
質によって時定数を変更させている。
イバの線径を自動制御させる技術としては、高橋ら（セ
ラミックス２４（１９８９）Ｎｏ．４ Ｐ．３１３）の
報告がある。この方法では、溶融部形状を一定にするよ
うに、結晶軸位置、ファイバの成長速度、および原料棒
の供給速度を制御している。ファイバ径および結晶の材
質によって時定数を変更させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＣＯ2 レーザを用いた
レーザペデスタル法では、ＣＯ2 レーザに１〜５％の出
力変動がある場合があり、原料棒の密度および直径が一
定ではないことから、得られるファイバの表面に凹凸が
できやすいという問題がある。このような凹凸が表面に
形成されると、ファイバを細くし曲げによる表面の歪を
小さくしても、凹部への応力集中が生じ、割れやすくな
る。また一般に凸部と凹部とでは、結晶組織が変化して
おり、長手方向にわたる均質性が得られなくなる。
レーザペデスタル法では、ＣＯ2 レーザに１〜５％の出
力変動がある場合があり、原料棒の密度および直径が一
定ではないことから、得られるファイバの表面に凹凸が
できやすいという問題がある。このような凹凸が表面に
形成されると、ファイバを細くし曲げによる表面の歪を
小さくしても、凹部への応力集中が生じ、割れやすくな
る。また一般に凸部と凹部とでは、結晶組織が変化して
おり、長手方向にわたる均質性が得られなくなる。
【０００５】特に、酸化物系超電導ファイバの場合に
は、その場所によって臨界電流密度（Ｊｃ）などの超電
導特性が変化してしまい、ファイバ全体の特性が超電導
特性の悪い部分によって支配されてしまうという問題を
生じる。このようなファイバ表面の凹凸の発生を抑制す
るために、線径を自動制御する必要があるが、従来のた
とえば上述の高橋らの方法によれば、ファイバの成長速
度にもフィードバックがかかる。レーザペデスタル法の
ような一方向凝固の原理による結晶の育成においては、
結晶組織および結晶の特性に対して成長速度は大きな影
響を及ぼすパラメータであるので、成長速度は変化せず
に一定にしておくことが望ましい。また、このような高
橋らの方法では、急激な温度の変動に追従することがで
きない。
は、その場所によって臨界電流密度（Ｊｃ）などの超電
導特性が変化してしまい、ファイバ全体の特性が超電導
特性の悪い部分によって支配されてしまうという問題を
生じる。このようなファイバ表面の凹凸の発生を抑制す
るために、線径を自動制御する必要があるが、従来のた
とえば上述の高橋らの方法によれば、ファイバの成長速
度にもフィードバックがかかる。レーザペデスタル法の
ような一方向凝固の原理による結晶の育成においては、
結晶組織および結晶の特性に対して成長速度は大きな影
響を及ぼすパラメータであるので、成長速度は変化せず
に一定にしておくことが望ましい。また、このような高
橋らの方法では、急激な温度の変動に追従することがで
きない。
【０００６】この発明の目的は、成長ファイバの線径の
変動が小さく、かつ全体が均質なファイバを成長させる
ことのできるセラミックスファイバの製造方法を提供す
ることにある。
変動が小さく、かつ全体が均質なファイバを成長させる
ことのできるセラミックスファイバの製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のセラミックス
ファイバの製造方法は、レーザペデスタル法により原料
棒にレーザを照射しセラミックスファイバを成長させて
製造する方法であり、照射するレーザのパワー、セラミ
ックスファイバの任意の位置の温度およびセラミックス
ファイバの線径を検出し、ファジー制御によりレーザパ
ワーと原料棒の送り速度を制御してセラミックスファイ
バの直径を制御することを特徴としている。
ファイバの製造方法は、レーザペデスタル法により原料
棒にレーザを照射しセラミックスファイバを成長させて
製造する方法であり、照射するレーザのパワー、セラミ
ックスファイバの任意の位置の温度およびセラミックス
ファイバの線径を検出し、ファジー制御によりレーザパ
ワーと原料棒の送り速度を制御してセラミックスファイ
バの直径を制御することを特徴としている。
【０００８】図１は、この発明の一実施例を説明するた
めの装置を示す概略構成図である。図１を参照して、原
料棒１の先端には、レーザ３が照射されて溶融帯域１ａ
が形成されている。この溶融帯域１ａから成長ファイバ
２が成長している。
めの装置を示す概略構成図である。図１を参照して、原
料棒１の先端には、レーザ３が照射されて溶融帯域１ａ
が形成されている。この溶融帯域１ａから成長ファイバ
２が成長している。
【０００９】成長ファイバ２の所定の位置の温度は、温
度測定器５によって測定される。また成長ファイバ２の
線径は形状測定器６によって測定される。温度測定器５
によって測定された温度および形状測定器６によって測
定された線径のデータは、ファジー制御システム７に送
られる。レーザ３はＣＯ2 レーザ９からレーザパワーコ
ントローラ８を通り照射されるものであるが、レーザパ
ワーコントローラ８から出たレーザのパワーは、レーザ
パワーモニタ４によって測定され、ファジー制御システ
ム７にデータとして与えられる。
度測定器５によって測定される。また成長ファイバ２の
線径は形状測定器６によって測定される。温度測定器５
によって測定された温度および形状測定器６によって測
定された線径のデータは、ファジー制御システム７に送
られる。レーザ３はＣＯ2 レーザ９からレーザパワーコ
ントローラ８を通り照射されるものであるが、レーザパ
ワーコントローラ８から出たレーザのパワーは、レーザ
パワーモニタ４によって測定され、ファジー制御システ
ム７にデータとして与えられる。
【００１０】ファジー制御システム７では、成長ファイ
バ２の線径が所定の線径となるように、出力信号がレー
ザパワーコントローラ８およびモータ１０に与えられ
る。レーザパワーコントローラ８に与えられた信号によ
り、ＣＯ2 レーザ９からのレーザパワーが制御される。
またモータ１０に与えられた出力信号により、原料棒１
の送り速度が制御される。
バ２の線径が所定の線径となるように、出力信号がレー
ザパワーコントローラ８およびモータ１０に与えられ
る。レーザパワーコントローラ８に与えられた信号によ
り、ＣＯ2 レーザ９からのレーザパワーが制御される。
またモータ１０に与えられた出力信号により、原料棒１
の送り速度が制御される。
【００１１】このようにレーザパワーおよび原料棒の送
り速度を制御することにより、成長ファイバ２の線径が
一定になるように制御される。
り速度を制御することにより、成長ファイバ２の線径が
一定になるように制御される。
【００１２】レーザパワーモニタ４としては、たとえば
熱電対式パワーモニタを用いることができる。温度測定
器５としては、たとえば赤外線像から画像解析により任
意の場所の温度を求める方式のものや、光ファイバ式ス
ポット温度計を用いることができる。
熱電対式パワーモニタを用いることができる。温度測定
器５としては、たとえば赤外線像から画像解析により任
意の場所の温度を求める方式のものや、光ファイバ式ス
ポット温度計を用いることができる。
【００１３】形状測定器６としては、可視像から画像解
析により寸法を算出する方式のものや、レーザ線径測定
器などを用いることができる。
析により寸法を算出する方式のものや、レーザ線径測定
器などを用いることができる。
【００１４】レーザパワーコントローラ８としては、レ
ーザ光に直線偏光を用い、光路に偏光板を入れて偏光板
の回転によりパワーを変化させる方式のものや、電気光
学効果を利用した変調器を用いる方式のものなどを用い
ることができる。
ーザ光に直線偏光を用い、光路に偏光板を入れて偏光板
の回転によりパワーを変化させる方式のものや、電気光
学効果を利用した変調器を用いる方式のものなどを用い
ることができる。
【００１５】ファジー制御システムとしては、入力値と
しては現時刻の値および前回との偏差すなわち変化率を
用いるものを採用することができる。ファジー制御に関
しては、たとえば北田正弘（金属１９９０年１０月号
ｐ．５６）などがある。
しては現時刻の値および前回との偏差すなわち変化率を
用いるものを採用することができる。ファジー制御に関
しては、たとえば北田正弘（金属１９９０年１０月号
ｐ．５６）などがある。
【００１６】
【発明の作用効果】この発明は、ファイバの成長速度を
変化させずに、ファイバの線径を一定に制御させること
のできる方法であり、本発明者が見出した以下の事実に
基づくものである。
変化させずに、ファイバの線径を一定に制御させること
のできる方法であり、本発明者が見出した以下の事実に
基づくものである。
【００１７】すなわち、照射レーザパワーの変動を抑
制することにより、ファイバ表面の凹凸をさらに減少さ
せることができること、温度変動はどの部分において
も同期しており、少なくとも１カ所の温度を一定にする
ようにレーザパワーを制御すれば、線径の制御精度を向
上させることができること、および上記のおよび
でも制御が困難な場合には、原料棒の送り速度を変化さ
せて制御させればよいことである。
制することにより、ファイバ表面の凹凸をさらに減少さ
せることができること、温度変動はどの部分において
も同期しており、少なくとも１カ所の温度を一定にする
ようにレーザパワーを制御すれば、線径の制御精度を向
上させることができること、および上記のおよび
でも制御が困難な場合には、原料棒の送り速度を変化さ
せて制御させればよいことである。
【００１８】上記のにおいては、原料棒の直径（Ｒ）
および原料棒の送り速度（Ｖ）と、成長ファイバの直径
（ｒ）および成長ファイバの成長速度（ｖ）とは、以下
の関係にあることを考慮する。
および原料棒の送り速度（Ｖ）と、成長ファイバの直径
（ｒ）および成長ファイバの成長速度（ｖ）とは、以下
の関係にあることを考慮する。
【００１９】ｒ2 ｖ＝Ｒ2 Ｖ この発明においては、→→との順となるように制
御ルールを設定する。は互いに密接に関係してい
るが、制御ルールの重みづけを変えることにより、
の順で制御の優先度を与えることができる。
御ルールを設定する。は互いに密接に関係してい
るが、制御ルールの重みづけを変えることにより、
の順で制御の優先度を与えることができる。
【００２０】制御の基本方式を、ファジー制御とするこ
とにより、数学モデルを用いた現代制御方式と比較して
成長速度条件等を変更したときのパラメータの変化が容
易である。
とにより、数学モデルを用いた現代制御方式と比較して
成長速度条件等を変更したときのパラメータの変化が容
易である。
【００２１】この発明は、たとえば、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導ファイバの製造に適用した場
合、成長速度が一定であり表面の凹凸が少ないファイバ
を作製することができる。このため、以下のような技術
的なメリットを生ずる。
−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導ファイバの製造に適用した場
合、成長速度が一定であり表面の凹凸が少ないファイバ
を作製することができる。このため、以下のような技術
的なメリットを生ずる。
【００２２】ａ．ファイバの成長径の細径化が可能とな
る。 レーザ本体のパワー変動により従来ではある一定のサイ
ズより細いファイバを成長させようとすると連続した成
長が行なえなかった。この発明に従えば、さらに細い直
径のファイバを成長させることができる。
る。 レーザ本体のパワー変動により従来ではある一定のサイ
ズより細いファイバを成長させようとすると連続した成
長が行なえなかった。この発明に従えば、さらに細い直
径のファイバを成長させることができる。
【００２３】ｂ．ファイバの可撓性が向上する。 これは凹部への応力集中がなくなるためである。
【００２４】ｃ．全長にわたる均質性を向上させること
ができ、臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させることができ
る。
ができ、臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させることができ
る。
【００２５】温度変動が少なくなり、結晶組織の急激な
変化がなくなって、熱流方向が常に成長方向に一定にな
り、全長にわたる結晶組織の配向を得ることができる。
超電導特性（Ｊｃ）に対しては、上記のの制御が応答
速度も速く特に有効である。温度変動があると、径が一
定でも配向方向や生成相が変化し、超電導特性が劣化し
てしまうからである。
変化がなくなって、熱流方向が常に成長方向に一定にな
り、全長にわたる結晶組織の配向を得ることができる。
超電導特性（Ｊｃ）に対しては、上記のの制御が応答
速度も速く特に有効である。温度変動があると、径が一
定でも配向方向や生成相が変化し、超電導特性が劣化し
てしまうからである。
【００２６】この発明に従えば、たとえばビスマス系酸
化物超電導体の線材化などにおいて細い径のファイバを
製造させることができ、しかも線材として均質な、すな
わち臨界電流密度などの超電導特性に優れたファイバを
得ることができる。
化物超電導体の線材化などにおいて細い径のファイバを
製造させることができ、しかも線材として均質な、すな
わち臨界電流密度などの超電導特性に優れたファイバを
得ることができる。
【００２７】
実施例１ 図１に示すようなレーザペデスタル装置を用いて、Ｂｉ
2 Ｓｒ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の組成の原料棒（直径０．７
ｍｍ）からファイバ（直径０．２ｍｍ）を３０ｍｍ／ｈ
の成長速度で成長させた。制御は以下の条件で行なっ
た。
2 Ｓｒ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の組成の原料棒（直径０．７
ｍｍ）からファイバ（直径０．２ｍｍ）を３０ｍｍ／ｈ
の成長速度で成長させた。制御は以下の条件で行なっ
た。
【００２８】レーザパワー：照射パワー９Ｗの一定制御
を最優先制御に用いた。 温度：初期成長ファイバの７５０℃の位置が常に７５０
℃となるように制御した。
を最優先制御に用いた。 温度：初期成長ファイバの７５０℃の位置が常に７５０
℃となるように制御した。
【００２９】線径：目標の０．２ｍｍとなるように原料
棒の供給速度を制御した。 以上のような制御条件で成長させたところ、線径の変動
は±３％に抑えることができた。また熱処理後の臨界電
流密度（液体窒素中、外部磁場０、直流４端子法で測
定）は、電圧タップ間２００ｍｍで、１×１０5 Ａ／ｃ
ｍ2 であった。また、２００ｍｍの内側で１０ｍｍごと
に臨界電流密度の分布を測定したところ、臨界電流密度
のばらつきは、１×１０5 〜１．１×１０5 Ａ／ｃｍ2
であり、均質性に優れ、しかも高い臨界電流密度を有す
ることがわかった。また、得られたファイバは曲率半径
２０ｍｍでの曲げ変形が可能であった。
棒の供給速度を制御した。 以上のような制御条件で成長させたところ、線径の変動
は±３％に抑えることができた。また熱処理後の臨界電
流密度（液体窒素中、外部磁場０、直流４端子法で測
定）は、電圧タップ間２００ｍｍで、１×１０5 Ａ／ｃ
ｍ2 であった。また、２００ｍｍの内側で１０ｍｍごと
に臨界電流密度の分布を測定したところ、臨界電流密度
のばらつきは、１×１０5 〜１．１×１０5 Ａ／ｃｍ2
であり、均質性に優れ、しかも高い臨界電流密度を有す
ることがわかった。また、得られたファイバは曲率半径
２０ｍｍでの曲げ変形が可能であった。
【００３０】一方、同じ成長径および成長速度で、従来
の方法に従い、モニタ上での成長状況を見ながらの手動
制御で行なった場合には、線径の変動は±３０％と大き
くなった。また臨界電流密度は、タップ間２００ｍｍ
で、５×１０3 Ａ／ｃｍ2 と低かった。また、１０ｍｍ
ごとの臨界電流密度は３×１０4 Ａ／ｃｍ2 から最低８
×１０2 Ａ／ｃｍ2 までばらついていた。また、ファイ
バは曲率半径３０ｍｍへ曲げようとしても破断した。
の方法に従い、モニタ上での成長状況を見ながらの手動
制御で行なった場合には、線径の変動は±３０％と大き
くなった。また臨界電流密度は、タップ間２００ｍｍ
で、５×１０3 Ａ／ｃｍ2 と低かった。また、１０ｍｍ
ごとの臨界電流密度は３×１０4 Ａ／ｃｍ2 から最低８
×１０2 Ａ／ｃｍ2 までばらついていた。また、ファイ
バは曲率半径３０ｍｍへ曲げようとしても破断した。
【００３１】実施例２ 実施例１と同様に、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の組
成の原料棒（直径２００μｍ）からファイバ（６０μ
ｍ）を１００ｍｍ／ｈの成長速度で、５００ｍｍ育成さ
せた。このときの線径の変動は、±１０％であった。熱
処理後の臨界電流密度は、液体窒素中、０磁場で電圧タ
ップ間４００ｍｍで、４×１０5 Ａ／ｃｍ 2 であった。
また、１０ｍｍごとの臨界電流密度の分布は、６×１０
5 〜４．１×１０5 Ａ／ｃｍ2 であり、均質で、かつ高
い臨界電流密度を有していた。
成の原料棒（直径２００μｍ）からファイバ（６０μ
ｍ）を１００ｍｍ／ｈの成長速度で、５００ｍｍ育成さ
せた。このときの線径の変動は、±１０％であった。熱
処理後の臨界電流密度は、液体窒素中、０磁場で電圧タ
ップ間４００ｍｍで、４×１０5 Ａ／ｃｍ 2 であった。
また、１０ｍｍごとの臨界電流密度の分布は、６×１０
5 〜４．１×１０5 Ａ／ｃｍ2 であり、均質で、かつ高
い臨界電流密度を有していた。
【００３２】比較として積極的に制御しないもの、およ
び手動制御のものを作製した。いずれも、成長が途中で
途切れてしまい、２０ｍｍの長さの試料しか得ることが
できず、２０ｍｍ以上の長さのファイバを成長させるこ
とは困難であった。
び手動制御のものを作製した。いずれも、成長が途中で
途切れてしまい、２０ｍｍの長さの試料しか得ることが
できず、２０ｍｍ以上の長さのファイバを成長させるこ
とは困難であった。
【図１】この発明の一実施例を説明するための装置を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
１ 原料棒 １ａ 溶融帯域 ２ 成長ファイバ ３ レーザ ４ レーザパワーモニタ ５ 温度測定器 ６ 形状測定器 ７ ファジー制御システム ８ レーザパワーコントローラ ９ ＣＯ2 レーザ １０ モータ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザペデスタル法により原料棒にレー
ザを照射しセラミックスファイバを成長させて製造する
方法であって、照射するレーザのパワー、セラミックス
ファイバの任意の位置の温度およびセラミックスファイ
バの線径を検出し、ファジー制御によりレーザパワーと
原料棒の送り速度を制御してセラミックスファイバの直
径を制御する、セラミックスファイバの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15065791A JPH05883A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | セラミツクスフアイバの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15065791A JPH05883A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | セラミツクスフアイバの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05883A true JPH05883A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15501644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15065791A Withdrawn JPH05883A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | セラミツクスフアイバの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05883A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8897688B2 (en) | 2012-10-29 | 2014-11-25 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device and image forming apparatus |
| JP2018516829A (ja) * | 2015-03-25 | 2018-06-28 | シャスタ・クリスタルズ・インコーポレーテッドＳｈａｓｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｓ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | レーザ溶融ペデスタル成長法を用いて細径結晶ファイバを作製するための装置および方法 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP15065791A patent/JPH05883A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8897688B2 (en) | 2012-10-29 | 2014-11-25 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device and image forming apparatus |
| JP2018516829A (ja) * | 2015-03-25 | 2018-06-28 | シャスタ・クリスタルズ・インコーポレーテッドＳｈａｓｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｓ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | レーザ溶融ペデスタル成長法を用いて細径結晶ファイバを作製するための装置および方法 |
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