JPH10158024A

JPH10158024A - 光ファイバ母材の延伸方法および延伸装置

Info

Publication number: JPH10158024A
Application number: JP31721596A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Yamamura; 和市山村; Tadakatsu Shimada; 忠克島田; Soichiro Kenmochi; 惣一郎剣持; Akihiko Suzuki; 晃彦鈴木; Hideo Hirasawa; 秀夫平沢
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: JP3188403B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光ファイバ母材インゴットをこれより小径の
母材ロッドに延伸する工程において、母材ロッドの曲が
りを抑制すること。【解決手段】光ファイバ母材の延伸装置において、母
材加熱用ヒーター５下端より下方に母材ロッド２の中心
位置検出手段を３点以上備え、検出値に基づき該ロッド
の曲がりまたは方向を算出し、該ロッド中心軸が鉛直に
なるようにロッド引き取りローラー71の位置を制御して
母材ロッドを延伸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ母材イ
ンゴットをこれより小径の母材ロッドに延伸する工程に
おいて、ロッドの曲がりを抑制する延伸方法および延伸
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は母材インゴットをこれより小径の
母材ロッドに延伸して光ファイバ母材を製造する方法に
おいて、光ファイバ母材を酸水素火炎や電気炉にて加熱
して軟化させながら加熱軟化部の外径を外径測定器など
を用いて測定し、その測定値に基づいて引き取り速度を
制御するという方法が取られてきた。この場合、母材イ
ンゴットの把持用として母材インゴットの両端に把持用
ダミー棒をガラス旋盤等を用いて融着し、その把持用ダ
ミー棒を把持することによって母材インゴットを延伸装
置にセットしている。この把持用ダミー棒の融着作業
は、作業者がガラス旋盤等を用いて母材インゴットとダ
ミー棒の軸中心を目視にて調整しながら行っているた
め、融着時のダミー棒の芯出し精度は作業者個人の技能
によることになり、芯出し精度にばらつきが生じ易い。
また、母材インゴットは多孔質体から透明ガラス化する
際に収縮するため、その収縮の度合に円周方向でのばら
つきが生じると、透明ガラス化時に母材インゴットが曲
がってしまうことがある。曲がった母材インゴットは、
ダミー棒を融着する際に作業者によって曲がりが修正さ
れるが、曲がりの修正は全くの手作業であり作業者個人
の技量によって仕上がり精度が大きく左右される。従っ
て、曲がりの生じた母材インゴットは完全には曲がりを
取り除くことができない。それゆえ、透明ガラス化時に
曲がりが生じた母材インゴットは、融着されたダミー棒
とは中心からずれてしまうという、いわゆる芯ずれが生
じる場合がある。このような場合、延伸された母材ロッ
ドは曲がりを生じてしまうため、延伸工程の後、ガラス
旋盤等を用いて母材ロッドを真っ直ぐに修正することが
必要になっていた。また、修正後に母材ロッドの曲がり
を測定し、曲がりが規格内におさまっているかどうかの
確認も必要になっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような母材イン
ゴットや延伸作業に由来する理由により、母材ロッドに
曲がりが生じる場合がある。このような母材ロッドの曲
がりは、線引時における作業性並びにファイバ特性の安
定性を大きく損なう要因である。したがって曲がりの生
じた母材ロッドは曲がりを修正する必要がある。このた
め、母材ロッドの延伸工程において曲がりが生じない延
伸方法および延伸装置の開発が望まれていた。これに対
して特開平8-40741 号公報にはダミー棒が母材インゴッ
トに真っ直ぐに取りつけられていない場合にこのインゴ
ットより曲がりのないロッドを延伸する装置が開示され
ている。しかしこの装置のように加熱手段に電気炉を用
いた延伸装置では、インゴットを加熱軟化させるためガ
ラスの軟化温度よりも高温の1600〜2000℃に炉内を昇温
する必要があり、また、昇温に伴い光ファイバ母材に悪
影響を及ぼすような不純物ガスを発生させる素材であっ
てはならない。このため、炉内にカーボン材からなる発
熱体や断熱材または炉心管等を使用している場合がほと
んどである。しかし、カーボン材を用いた電気炉では、
カーボン材を保護するため炉内を不活性ガスで置換する
必要がある。延伸装置に用いられる延伸炉では上部の開
口部をインゴットの取り付け後、耐熱不燃性素材を用い
たシール材で封止している。そのため、この装置のよう
に上部の吊り下げチャックをＸ−Ｙステージで移動させ
ようとしても、シール材で吊り下げチャックの移動が制
限されるため、１mm程度の位置制御しかできないという
問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題に鑑み
なされたもので、光ファイバ母材インゴットをこれより
小径の母材ロッドに延伸する光ファイバ母材の延伸方法
において、母材加熱用ヒーター下端より下方に該ロッド
中心位置検出手段を３点以上備え、該検出値に基づき該
ロッドの曲がりまたは方向を算出し、該ロッド中心軸が
鉛直になるように、吊り下げ部のシール材に規制される
ことなくロッド引き取り装置の位置を制御することを特
徴とするものであり、また、炉内に母材インゴットを加
熱するためのヒーターを備え、上部より該インゴットを
挿入する開口部と下部より母材ロッドを引き出す開口部
を有する延伸炉と、前記延伸炉の上方に該インゴットに
融着されたダミー棒を掛止し所定の速度で前記延伸炉内
へ送るための吊り下げ部と、前記延伸炉の下方に該イン
ゴットに融着されたダミー棒を把握し所定速度で母材を
引き取るためのロッド引き取り装置を備え、延伸炉内で
加熱軟化した該インゴットを延伸して所定の径のロッド
を製造する光ファイバ母材の延伸装置において、上記延
伸炉のヒーターより下方に直交する２組のレーザー測定
器を所定の間隔で３段設け、ロッド引き取り装置をＸ−
Ｙテーブルに取り付け、前記直交するレーザー測定器よ
り測定したロッド中心位置からロッドの曲がりまたは方
向を算出し、該ロッド中心軸が鉛直になるように、前記
Ｘ−Ｙテーブルを移動させる移動量算出制御ユニットを
備えたことを特徴とするものである。すなわち、本発明
は母材の位置の移動制御をロッド引き取り装置の移動に
より行うので、シール材により移動が制限されることも
なく、曲がりの無いロッドを延伸することができるとい
う効果を奏するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に基づいて詳細
に説明する。図１はロッド引き取り装置にロッド引き取
りローラーを用いた場合の、図２はロッド引き取り装置
にロッド引き取りチャックを用いた場合の本発明の光フ
ァイバ母材の延伸装置を示したもので、また図３は延伸
炉の詳細図を示したものである。図中、符号の１は母材
インゴット、２は母材ロッド、３は母材固定部、41はレ
ーザー測定器（投光部）、42はレーザー測定器（受光
部）、５はヒーター、６は延伸炉、71はロッド引き取り
ローラー（図１）、72はロッド引き取りチャック（図
２）、８はＸ−Ｙテーブル、９は吊り下げ部、10は演算
制御装置（ＰＩＤコントローラ）で移動量算出制御ユニ
ットを内蔵している、11はシール材、12は断熱材、13は
不活性ガス入口、14はインゴットの溶融部をそれぞれ示
す。本発明では、まず、ヒーター５、シール材11、断熱
材12、不活性ガス入口13が図３のように配置された延伸
炉６内に母材インゴット１をセットして昇温後延伸を開
始し、母材ロッド２がＡ、Ｂ、Ｃの各３点の、直交する
２組の投光部41と受光部42よりなるレーザー測定器を通
過すると、各受光部からＡ、Ｂ、Ｃの各点の中心位置の
座標位置情報が随時ＰＩＤコントローラ10へ送られ、送
られたデータと予め設定しておいた中心軸座標からの変
位量を算出すると共に、曲がり量（半径ｒ）を下記式
（１）より求め、更にＢ点の座標位置が予め設定した位
置からどちらの方向に移動したかを計算することにより
曲がりの方向を計測し、この曲がり量と曲がり方向に基
づいて、ロッド中心軸が鉛直になるように、移動量算出
制御ユニット（ＰＩＤコントローラ10に内蔵）によりロ
ッド引き取り装置が取りつけられたＸ−Ｙテーブル８を
移動制御させて延伸をおこない、曲がりのない母材ロッ
ドが製造されるのである。

【０００６】上記の曲がり量は、図４に示すように、母
材ロッドが円弧状に曲がっていると仮定して、Ａ点をロ
ッドの上部に設けられた中心位置、Ｂ点をロッドの下部
に設けた中心位置、Ｃ点をロッドの中央部に設けた中心
位置で表すと、式（１）に示す半径ｒで表すことができ
る。ｒ＝（Ｌ² ＋４ｈ² ）／８ｈ‥‥‥（１）式中、ｈはＣ点の直線ＡＢからの距離を、ＬはＡＢ間の
距離を表す。更に、Ｂ点が延伸装置の軸からどちらの方
向にずれたかをＢ点の座標軸から計算することで曲がり
の方向の測定もできる。

【０００７】母材インゴットの延伸は、通常、縦型の延
伸装置で行われるが、これらの装置では種々の要因によ
り延伸母材ロッドに曲がりを生じる。この曲がりは、現
状の製造装置では避けることが出来ない。そこで、上記
の如く加熱溶着部より下方にほぼ等間隔にロッドの中心
位置測定手段としてレーザー式測定装置を３点に設ける
ことにより、延伸直後の母材ロッドの中心軸３点を測定
することが可能となる。更に、この３点の座標位置デー
タをコンピューターに取り込み、母材ロッドが円弧状に
曲がっていると仮定して演算処理することで母材ロッド
の曲がりを半径ｒとして上記式（１）によって計算する
ことが可能となる。３点の座標位置で、Ａ点は上部に設
けられたレーザー測定器より得られたデータにより求め
られた座標位置、Ｂ点は下部に設けたレーザー測定器よ
り得られたデータにより求められた座標位置、Ｃ点は中
央部に設けたレーザー測定器より得られたデータより求
められた座標位置で、Ａ点とＢ点を通る直線からの距離
ｈとＡ点とＢ点の間の距離Ｌから曲がりｒが式（１）に
より求められ、更に、Ｂ点が延伸装置の軸からどちらの
方向にずれたかをＢ点の座標軸から計算することが可能
になる。上記のように、３点の位置を延伸作業中にイン
ラインで測定することにより連続した値として曲がりの
量と方向を計測することが可能となる。そして、これよ
り求められた曲がり、または傾き量を基にして引き取り
ローラーや引き取りチャックが取り付けられたＸ−Ｙテ
ーブルを移動制御して曲がりの少ない母材ロッドの製造
が可能となる。

【０００８】

【実施例】

曲がり測定方法：図５に示すように、母材インゴット１
または母材ロッド２の両端を架台16に乗せ、中央にダイ
ヤルゲージ15をセットし、母材インゴット１または母材
ロッド２を中心軸を中心に１回転したときのダイヤルゲ
ージ15の増加値（２×ｈ）を繰り返して求め、最大のｈ
の値を曲がり（mm）とした。実施例１ロッド引き取り装置をロッド引き取りローラー71とした
図１に示す光ファイバ母材の延伸装置を用い、外径120m
m 、長さ1000mm、有効部長さ800mm で、透明ガラス化時
に曲がりの生じた母材インゴットを用いて、外径40mmの
母材ロッドを製造した。このインゴット自身の曲がりは
図５の方法で測定したところ、インゴット下部の1000mm
の部分で2.4mm であった。まず、この曲がりの生じた母
材インゴット１の両端に把持用ダミー棒（図示せず）を
ガラス旋盤を用いて溶着した。この状態では母材インゴ
ットと把持用ダミー棒の中心軸は一致しておらず、把持
用ダミー棒の両端を結ぶ直線状から母材インゴットの一
部がずれた状態となっている。従って、この母材インゴ
ットを延伸炉６にセットした場合にも、母材インゴット
１はその軸中心からずれて配置されている。この状態
で、母材インゴット１を延伸炉６内にセットして昇温後
延伸を開始し、測定されたロッドの曲がり量と方向に基
づき移動量算出制御ユニットによりＸ−Ｙテーブルを移
動制御して外径が40mmの母材ロッドを作製した。得られ
た母材ロッドは長さ1000mmづつに切り分けられて７分割
とし曲がりを測定した。その結果、表１に示すように、
母材ロッドの各分割における曲がりは0.44〜0.59mmでそ
の平均値は0.51mmと十分に小さく、これを線引に用いて
も問題のない値であった。

【０００９】実施例２ロッド引き取り装置をロッド引き取りチャック72とした
図２に示す光ファイバ母材の延伸装置を用い、外径120m
m 、長さ1000mm、有効部長さ800mm で、透明ガラス化時
に曲がりの生じた母材インゴットを用いて、外径40mmの
母材ロッドを製造した。このインゴット自身の曲がりは
図５の方法で測定したところ、インゴット下部の1000mm
の部分で2.5mm であった。まず、この曲がりの生じた母
材インゴット１の両端に把持用ダミー棒（図示せず）を
ガラス旋盤を用いて溶着した。この状態では母材インゴ
ットと把持用ダミー棒の中心軸は一致しておらず、把持
用ダミー棒の両端を結ぶ直線状から母材インゴットの一
部がずれた状態となっている。従って、この母材インゴ
ットを延伸炉６にセットした場合にも、母材インゴット
１はその軸中心からずれて配置されている。この状態
で、母材インゴット１を延伸炉６内にセットして昇温後
延伸を開始し、測定されたロッドの曲がり量と方向に基
づき移動量算出制御ユニットによりＸ−Ｙテーブルを移
動制御して、外径が40mmの母材ロッドを作製した。得ら
れた母材ロッドは長さ1000mmづつに切り分けられて７分
割とし曲がりを測定した。その結果、表１に示すよう
に、母材ロッドの各分割における曲がりは0.39〜0.58mm
でその平均値は0.47mmと十分に小さく、これを線引に用
いても問題のない値であった。

【００１０】比較例引き取り位置制御システムの無い従来の光ファイバ母材
の延伸装置を用い、外径120mm 、長さ1000mm、有効部長
さ800mm で、透明ガラス化時に曲がりの生じた母材イン
ゴットを用いて、外径40mmの母材ロッドを製造した。こ
のインゴット自身の曲がりは図５の方法で測定したとこ
ろインゴット下部の1000mmの部分で2.2mm であった。ま
ず、この曲がりの生じた母材インゴット１の両端に把持
用ダミー棒（図示せず）をガラス旋盤を用いて溶着し
た。この状態では母材インゴットと把持用ダミー棒の中
心軸は一致しておらず、把持用ダミー棒の両端を結ぶ直
線状から母材インゴットの一部がずれた状態となってい
る。従って、この母材インゴットを延伸炉６にセットし
た場合にも、母材インゴット１はその軸中心からずれて
配置されている。この状態で、母材インゴット１を延伸
炉６内にセットして昇温後延伸を行って、外径が40mmの
母材ロッドを作製した。得られた母材ロッドは長さ1000
mmづつに切り分けられて７分割とし曲がりを測定した。
その結果、表１に示すように、母材ロッドの各分割にお
ける曲がりは1.29〜1.71mmでその平均値は1.42mmと大き
く、これを線引に用いて問題のある値であった。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、母材インゴットに曲が
りのある場合や把持ダミー棒が母材インゴットに起因し
て生じる曲がりをその直後の母材ロッドの曲がりとして
とらえることが可能となり、曲がりの方向や大きさを装
置を調整することで母材ロッドの曲がりを小さく抑える
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ母材の延伸装置の一例を示
した図である。

【図２】本発明の光ファイバ母材の延伸装置の他の一例
を示した図である。

【図３】本発明の延伸炉の詳細を示した図である。

【図４】本発明における曲がり量を計算するためのモデ
ル図である。

【図５】曲がり値の測定装置を示した図である。

【符号の説明】

１…母材インゴット２…母材ロッド３…母材固定部 41…レーザー測定器（投光部） 42…レーザー測定器（受光部）５…ヒーター６…延伸炉 71…ロッド引き取りローラー 72…ロッド引き取りチャック８…Ｘ−Ｙテーブル９…吊り下げ部 10…演算制御装置（ＰＩＤコントローラ） 11…シール材 12…断熱材 13…不活性ガス入口 14…インゴットの溶融部 15…ダイヤルゲージ 16…架台

フロントページの続き (72)発明者鈴木晃彦東京都千代田区大手町二丁目６番１号信越化学工業株式会社本社内 (72)発明者平沢秀夫群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ母材インゴットをこれより小
径の母材ロッドに延伸する光ファイバ母材の延伸方法に
おいて、母材加熱用ヒーター下端より下方に該ロッド中
心位置検出手段を３点以上備え、該検出値に基づき該ロ
ッドの曲がりまたは方向を算出し、該ロッド中心軸が鉛
直になるようにロッド引き取り装置の位置を制御するこ
とを特徴とする光ファイバ母材の延伸方法。
【請求項２】炉内にガラス化された母材インゴットを
加熱するためのヒーターを備え、上部より該インゴット
を挿入する開口部と下部より母材ロッドを引き出す開口
部を有する延伸炉と、前記延伸炉の上方に該インゴット
に融着されたダミー棒を掛止し所定の速度で前記延伸炉
内へ送るための吊り下げ部と、前記延伸炉の下方に母材
インゴットに融着されたダミー棒を把握し所定速度で母
材を引き取るためのロッド引き取り装置を備え、延伸炉
内で加熱軟化した該インゴットを延伸して所定の径のロ
ッドを製造する光ファイバ母材の延伸装置において、上
記延伸炉のヒーターより下方に直交する２組のレーザー
測定器を所定の間隔で３段設け、ロッド引き取り装置を
Ｘ−Ｙテーブルに取り付け、前記直交するレーザー測定
器より測定したロッド中心位置からロッドの曲がりまた
は方向を算出し、該ロッド中心軸が鉛直になるよう、前
記Ｘ−Ｙテーブルを移動させる移動量算出制御ユニット
を備えたことを特徴とする光ファイバ母材の延伸装置。