JPH07172858A - 光ファイバー用多孔質母材の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下端に多孔質母材17を支持して回転する垂直
な回転軸11を軸支持部材23で支持する。軸支持部材23と
垂直移動体27とを平行なリンク35Ａ、35Ｂで連結する。
垂直移動体27とリンク35Ｂとの間に、軸支持部材23に加
わる重量（多孔質母材17の重量）を測定する重量センサ
ー41を設置する。垂直移動体23に加速度センサー47を取
り付ける。 【効果】 回転軸の剛性を低下させることなく、多孔質
母材の重量を実時間で正確に測定することができる。重
量測定値に加速度の変化に応じた補正を行うことによ
り、測定精度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＡＤ法による光ファ
イバー用多孔質母材の製造装置に関し、特に製造中の多
孔質母材の重量を実時間で正確に測定できる装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＶＡＤ法による光ファイバー用多孔質母
材の製造装置は、下端に製造中の光ファイバー用多孔質
母材を支持して回転する垂直な回転軸と、この回転軸を
多孔質母材の成長に応じて上昇させる垂直移動体とを備
えている。

【０００３】ＶＡＤ法で製造される光ファイバー用多孔
質母材は、長手方向のスート密度の安定性が重要であ
る。そのためには製造中の多孔質母材の引き上げ距離と
重量を実時間で正確に測定し、それに基づいてバーナー
への原料ガスの供給量や引き上げ距離などを正確に制御
する必要がある。引き上げ距離の測定は、垂直移動体を
移動させるボールねじにエンコーダ等を取り付けること
により比較的容易に、正確に行える。しかし成長しつつ
ある多孔質母材の重量を実時間で、かつ高精度で測定す
ることは極めて困難であった。

【０００４】従来、多孔質母材の重量を実時間で測定で
きる装置としては、回転軸の一部に重量センサーを取り
付け、この重量センサーにより回転軸にかかる重量を検
出して、多孔質母材の重量を測定するものが提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の装置には
次のような問題がある。 回転軸の一部をセンサー化しているため、回転軸の
剛性が低下し、振れ回りを起こしやすくなる。また重量
の測定精度を高めようとすると、過負荷に対し弱くな
り、多孔質母材を交換するときに重量センサーが壊れて
しまうことが多い。多孔質母材を交換するときに、回転
軸も一緒に交換するとなると、非常に労力がかかる。し
たがって生産設備に適用することは困難である。

【０００６】 回転軸と共に多孔質母材を引き上げる
垂直移動体はオン・オフ制御により上昇するので、引き
上げ速度は常に変化している。このため多孔質母材には
加速度がかかる。加速度の変化は重量センサーに対して
は重量の変化と同じ働きをするので、重量測定値に誤差
が入る。このため精度の高い重量測定ができない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の問題
を解決するため、下端に製造中の光ファイバー用多孔質
母材を支持して回転する垂直な回転軸と、この回転軸を
多孔質母材の成長に応じて上昇させる垂直移動体とを備
えた光ファイバー母材の製造装置において、回転軸の上
部を回転自在に支持する軸支持部材を設け、この軸支持
部材と前記垂直移動体の垂直部とを平行なリンクで連結
して軸支持部材が垂直移動体に対して上下動可能な平行
リンク機構を構成し、垂直移動体と平行リンク機構の可
動部との間に多孔質母材の重量を測定する重量センサー
を設けたことを特徴とする。

【０００８】本発明はまた、前記およびの問題を解
決するため、上記の装置にさらに、垂直移動体が上昇す
るときの加速度を測定する加速度センサーと、その加速
度センサーの出力に応じて重量センサーで測定した重量
値を補正する補正手段とを設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】多孔質母材を支持する回転軸は軸支持部材に支
持され、軸支持部材は平行なリンクを介して垂直移動体
の垂直部に連結されている。これにより軸支持部材は垂
直移動体に対して上下動可能となる。一方、垂直移動体
と平行リンク機構の可動部との間には重量センサーが設
置されている。この重量センサーは軸支持部材が下降す
るのを阻止して、軸支持部材に加わる重量を受け止め
る。すなわち重量センサーの出力は多孔質母材の重量の
増加に応じて変化する。このため多孔質母材の重量を実
時間で測定することが可能となる。回転軸には何ら細工
を施す必要はない。

【００１０】また加速度センサーは垂直移動体が上昇す
るときの（多孔質母材が引き上げられるときの）加速度
を検出する。重量センサーで測定した重量値には加速度
の変化による重量変化分も含まれるから、加速度センサ
ーの出力に応じて重量センサーの重量測定値を補正すれ
ば、加速度による重量センサーの測定誤差をなくすこと
が可能となる。

【００１１】なお加速度センサーは設けることが好まし
いが、設けなくてもよい。加速度センサーを設けない場
合は、垂直移動体の上昇速度が変化する時だけ重量測定
を行わなければよい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１ないし図３は本発明の一実施例を示
す。この装置は、ＶＡＤ法で光ファイバー用の多孔質母
材を製造する装置である。図において、符号11は垂直な
回転軸、13は回転軸11の下端に設けられチャック、15は
チャック13に把持された出発部材、17は出発部材15に付
着して成長しつつある光ファイバー用の多孔質母材、19
は多孔質母材17の下端にスート（ガラス微粒子）を吹き
つけるバーナーである。

【００１３】この装置は、回転軸11の上部を軸受21を介
して回転自在に支持する軸支持部材23を有している。回
転軸11はこの軸支持部材23の上端に固定されたモーター
25によって回転させられる。

【００１４】また、符号27は多孔質母材17の成長に応じ
て上昇する垂直移動体、29は垂直移動体27の雌ネジ部と
かみ合うネジ棒、31はネジ棒29を回転させるモーター、
33は垂直移動体27が垂直に移動するように案内するガイ
ド棒である。垂直移動体27はネジ棒29の回転により垂直
に上昇または下降する。

【００１５】垂直移動体27は垂直部27ａを有しており、
この垂直部27ａと前記軸支持部材23は二つの平行なリン
ク35Ａ、35Ｂにより連結されている。リンク35Ａ、35Ｂ
と垂直移動体の垂直部27ａとの連結部37Ａ、37Ｂおよび
リンク35Ａ、35Ｂと軸支持部材23との連結部39Ａ、39Ｂ
はいずれも軸と軸受で構成され、回転はするが他の方向
には全く動かないように精度よく作られている。また連
結部37Ａ、37Ｂ間の距離と連結部39Ａ、39Ｂ間の距離は
同一であり、連結部37Ａ、39Ａ間の距離と連結部37Ｂ、
39Ｂ間の距離も同一である。

【００１６】すなわち、垂直移動体の垂直部27ａと、軸
支持部材23と、二つのリンク35Ａ、35Ｂとは平行リンク
機構を構成している。これにより軸支持部材23は垂直な
状態のまま垂直移動体27に対して自由に上下動可能であ
る。特に平行リンク35Ａ、35Ｂがほぼ水平な状態にある
ときは、軸支持部材23とそれに支持される回転軸11は実
質的に垂直に上下動可能である。

【００１７】下側のリンク35Ｂの先端部とその下に位置
する垂直移動体27との間にはロードセルのような重量セ
ンサー41が設置されている。この重量センサー41は垂直
移動体27に固定され、その上端でリンク35Ｂの先端部を
下降しないように支持している。リンク35Ｂは先端部を
重量センサー41に支持された状態でほぼ水平となる。重
量センサー41にかかる荷重を調節するため、リンク35Ｂ
の後端側にはバランスウェイト43が取り付けられてい
る。また重量センサー41に過負荷がかかるのを防止する
ため垂直移動体27にはストッパー45が設置されている。
ストッパー45は通常の状態ではリンク35Ｂに接触しな
い。

【００１８】上記のように構成すると、多孔質母材17の
成長による重量増加分は、軸支持部材23を下降させよう
とする力となってすべて重量センサー41にかかるので、
重量センサー41で多孔質母材17の重量を測定することが
できる。また回転軸11に重量センサーを取り付ける必要
がないので、回転軸11の剛性を低下させないで済む。さ
らに平行リンク機構を用いた上下動許容機構は、リニア
ガイドやスプラインシャフトを用いた上下動許容機構に
比べ、上下動時の摩擦抵抗が小さく、上下動以外の方向
の剛性が高く、かつ組立調整が容易である。さらに多孔
質母材17の重量によって、軸支持部材23がわずかに下方
に変位しても、多孔質母材17の下端位置の水平方向の変
位量は無視できる量であり、多孔質母材の製造には何ら
影響がない。

【００１９】重量センサー41にかかる重量Ｑと、軸支持
部材23にかかる重量Ｒ（＝多孔質母材17の重量）は、モ
ーメントのつりあいの関係から数１式のようになる
（ａ、ｂは図１参照）。

【００２０】

【数１】Ｒ＝Ｑ・（ａ＋ｂ）／ａ

【００２１】一方、垂直移動体27には加速度センサー47
が取り付けてある。加速度センサー47は垂直移動体27に
上昇するときの加速度を検出する。重量センサー41は、
垂直移動体27の上昇速度にプラスの加速度が生じた時は
重量を実際の重量より大きく検出し、マイナスの加速度
が生じた時は重量を実際の重量より小さく検出してしま
う。そこでこの装置は、重量センサー41の出力と加速度
センサー47の出力を補正回路49に入力し、重量センサー
41の重量測定値を加速度の大きさに応じて補正するよう
にしたものである。補正回路49には加速度と重量測定値
の関係を予め調べて記憶させてある。補正回路49で補正
された重量値は、垂直移動体27を上昇させるモーター31
の制御や、バーナー19に供給する原料ガスの制御に用い
られる。

【００２２】次に重量測定値の補正方法についてさらに
具体的に説明する。垂直移動体27が静止している時また
は等速度で上昇している時は、重量センサー41には加速
度は作用しないので、重量センサー41が測定した重量値
を補正する必要はない。垂直移動体27が静止から上昇に
切り替わる時および上昇から静止へ切り替わる時は、重
量センサー41に加速度が作用する。その加速度は、重量
センサー41が支えている質量に比例する力、つまり慣性
力として重量センサー41に作用する。つまり多孔質母材
17の質量が小さいときは慣性力は小さく、多孔質母材17
の質量が大きいときは慣性力は大きくなる。また重量測
定機構（平行リンク機構の可動部および回転軸11などを
含む）の質量によっても慣性力は異なる。その関係は数
２式で表される。

【００２３】

【数２】Ｒ＝Ｐ・Ｇ＋（Ｐ＋Ｋ）・α

【００２４】 ただし Ｐ：多孔質母材の真の質量（ｋｇ） Ｒ：測定された多孔質母材の重量（ｋｇｆ） α：測定された加速度（ｍ／ｓ² ） Ｋ：重量測定機構の等価質量（ｋｇ） Ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ² ）

【００２５】そこで、数２式を変形した数３式によっ
て、測定された多孔質母材の重量値Ｒを補正する。

【００２６】

【数３】Ｐ＝（Ｒ−Ｋ・α）／（Ｇ＋α）

【００２７】こうすることによって多孔質母材の重量を
実時間で非常に高精度で測定することが可能となる。

【００２８】次に図１に示す装置を用いて実験を行った
結果を説明する。まず、回転軸11を20 rpmで回転させな
がら、０〜2000ｇの錘を載せたときの、測定精度を評価
した。その結果は図４に示すとおりで、ヒステリシス、
直線性、再現性はほぼ１ｇ以内であり、実用に耐え得る
ものであった。また回転軸11の剛性は、チャック13の部
分で水平方向に200 ｇ／mmであった。比較のため、回転
軸の中間に重量センサー（ロードセル）を設置した従来
の装置では、ヒステリシス、直線性、再現性は１ｇ以内
で、本発明の装置と同等であるが、回転軸の剛性は70ｇ
／mmと低いものであった。

【００２９】次に錘を載せずに、上昇時の加速度の変動
と、重量測定値の変動を測定したところ、図５に示すよ
うに、両者の波形は相似形であることが確認された。こ
れらの比から重量測定機構の等価質量Ｋを求めたとこ
ろ、4.3 ｋｇであった。そこで加速度の測定値を用いて
重量測定値の補正を行ったところ、図６に示すように、
重量値の変動は１ｇ以内に収まった。次に２ｋｇの錘を
載せて、上昇時の重量を数３式によって補正しながら測
定したところ、やはり重量測定値の変動は１ｇ以内に収
まった。

【００３０】次に図１の装置を用いて、多孔質母材17を
製造しながら、その重量を測定したところ、実時間測定
値と、後に測定した多孔質母材17の正確な重量値との差
は３ｇ以内であった。

【００３１】なお本発明の装置はきわめて微小な力を感
じるため、例えば室内の風によっても測定値が変動して
しまう。これを防止するため、軸支持部材23およびリン
ク35Ａ、35Ｂなどの平行リンク機構の可動部のまわりに
は図７に示すような風防カバー51を設置することが望ま
しい。

【００３２】図８は本発明の他の実施例を示す。この装
置が図１の装置と異なる点は、垂直移動体27の上端部27
ｂを軸支持部材23の真上に位置させ、軸支持部材23と垂
直移動体の上端部27ｂとの間に、引張荷重検出型の重量
センサー41を設置したことと、加速度センサー47を軸支
持部材23に取り付けたことである。重量センサー41は回
転軸11の真上に設置することが望ましい。このようにす
ると重量センサー41にかかる重量と多孔質母材17の重量
が等しくなるので、校正が容易になる。また装置をコン
パクト化できるという利点もある。

【００３３】図９は本発明のさらに他の実施例を示す。
ロードセルよりなる重量センサー41は温度の影響を敏感
に受けるので、測定精度を向上させるためには重量セン
サー41の温度を一定に保つことが望ましい。そこで図９
の装置は、重量センサー41にヒーター53と温度センサー
55を取り付け、温度調節器57により重量センサー41の温
度を一定に保つようにしたものである。

【００３４】図10は本発明のさらに他の実施例を示す。
多孔質母材17の偏心や回転軸11の曲がりなどがあると、
重量測定値が回転に同期して変動することがある。図10
の装置はこの変動を防止するため、回転軸11の回転をロ
ータリーエンコーダー59で読み取り、回転に同期した重
量測定を行うようにしたものである。このようにすれば
回転に基づく重量測定値の変動をなくすことができる。

【００３５】なお図７ないし図10の各装置において、図
１の装置の各部に対応する部分には図１と同じ符号を付
したので、図１と重複する説明は省略する。また図８な
いし図10の各装置にも図７に示すような風防カバーを設
けることが望ましい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転軸の剛性を低下させることなく、多孔質母材の重量を
実時間で正確に測定することができる。また重量測定値
に加速度の変化に応じた補正を行うことにより、測定精
度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る光ファイバー用多孔質母材の製
造装置の一実施例を示す全体構成図。

【図２】 図１の装置の平面図。

【図３】 図１のＡ−Ａ線における断面図。

【図４】 図１の装置の重量測定精度の評価結果を示す
グラフ。

【図５】 図１の装置における上昇加速度の変動と重量
測定値の変動との関係を示すグラフ。

【図６】 図５の結果に基づき加速度の測定値で重量測
定値を補正した結果を示すグラフ。

【図７】 図１の装置に風防カバーを取り付けた状態を
示す断面図。

【図８】 本発明の他の実施例を示す要部構成図。

【図９】 本発明のさらに他の実施例を示す要部構成
図。

【図１０】 本発明のさらに他の実施例を示す要部構成
図。

【符号の説明】

11：回転軸 13：チャック 17：多孔質母材 19：バーナー 21：軸受 23：軸支持部材 25：モーター 27：垂直移動体 29：ネジ棒 31：モーター 33：ガイド棒 35Ａ、35Ｂ：リンク 37Ａ、37Ｂ、39Ａ、39Ｂ：連結部 41：重量センサー 43：バランスウェイト 45：ストッパー 47：加速度センサー 49：補正回路 51：風防カバー 53：ヒーター 55：温度センサー 57：温度調節器 59：ロータリーエンコーダー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下端に製造中の光ファイバー用多孔質母材
   を支持して回転する垂直な回転軸と、この回転軸を多孔
   質母材の成長に応じて上昇させる垂直移動体とを備えた
   光ファイバー母材の製造装置において、回転軸の上部を
   回転自在に支持する軸支持部材を設け、この軸支持部材
   と前記垂直移動体の垂直部とを平行なリンクで連結して
   軸支持部材が垂直移動体に対して上下動可能な平行リン
   ク機構を構成し、垂直移動体と平行リンク機構の可動部
   との間に多孔質母材の重量を測定する重量センサーを設
   けたことを特徴とする光ファイバー用多孔質母材の製造
   装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造装置であって、さら
   に、垂直移動体が上昇するときの加速度を測定する加速
   度センサーと、その加速度センサーの出力に応じて重量
   センサーで測定した重量値を補正する補正手段とを設け
   たことを特徴とするもの。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の製造装置であっ
   て、さらに、平行リンク機構を覆う風防カバーを設けた
   ことを特徴とするもの。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の製造
   装置であって、さらに、重量センサーの温度が一定とな
   るように制御する温度制御手段を設けたことを特徴とす
   るもの。