JPH1053431A - 裸ファイバの張力測定を考慮した光ファイバ引出し装置の制御方法と制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレフォームの下降速度を制御するために裸
ファイバの張力測定値が考慮される、プレフォームが制
御可能な下降速度で導入されるファイバ引出し炉を含
む、光ファイバ引出し装置の制御方法を提供する。 【解決手段】 生産段階では、この方法は、 − 裸ファイバの前記の張力に応じてプレフォームの前
記の下降速度（３４）を制御するステップ（３７）と、 − 前記のファイバ引出し速度に応じて前記のファイバ
引出し炉の出力を制御するステップ（３６）を含むと有
利である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ製造の
分野に関する。さらに詳細には本発明は、光ファイバ引
出し装置の制御と運転に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に言って、光ファイバの製造は二
つの過程で行われる。まず最初に、全体として例えば直
径７ｃｍに対して高さが１ｍの、ガラス円筒の形状を呈
するプレフォームが得られる。プレフォームの尾部は、
より小さな（例えば３ｃｍの）直径となって終わってい
ることが好ましい。

【０００３】次にプレフォームは、一般に１２５μｍの
直径を有するファイバを得るために「糸状にされる（ｆ
ｉｌｅｅ）」。このためプレフォームを、ガラスがその
自重でファイバの形で「流下する（ｃｏｕｌｅ）」よう
な温度のファイバ引出し炉中に置く。

【０００４】プレフォームの下降速度は１分間に数ミリ
メートル程度である。生成されたファイバは、１分間に
数１０メートルないし数１００メートルの速度でキャプ
スタン（ｃａｂｅｓｔａｎ）によって引き出される。勿
論、この数１００メートル／分という速度は、制御によ
ってファイバの最終直径を調整する。

【０００５】周辺環境による侵害からファイバを保護す
るために、一般に重合可能な樹脂で構成されたプラスチ
ックの被覆材でファイバを被覆する。

【０００６】光ファイバの生産コストは非常に高いの
で、ファイバ引出し装置をできるだけ正確に制御し、操
作することが特に重要である。

【０００７】特に、ファイバの直径は遵守されなければ
ならない（許容誤差は一般に±１μｍ）。したがって主
な制御は、ファイバの直径を一定に維持するためにキャ
プスタンの速度を操作することから成る。制御は特にプ
レフォームに適切な下降速度を伝えることから成り、フ
ァイバ引出し段階は、その中に入っているプレフォーム
の部分を適切な粘性状態に維持しなければならない。

【０００８】周知の技術的解決法は下記のことから成
る。すなわち − 被覆付きファイバの張力を制御するために、炉の出
力を操作する。この張力は、ファイバを被覆材で被覆し
たあとに、例えばファイバと接触する小輪の動きによっ
て測定する。

【０００９】− ファイバ引出し速度を制御するため
に、プレフォームの下降速度を操作する。

【００１０】これらの解決法は、炉の応答時間が、最も
重要なファクタであるファイバ引出し張力の効果的な制
御を可能にしないので、十分なものではない。

【００１１】特にファイバ引出しの最後には、炉中にあ
るプレフォームの塊（プレフォームの尾部）が減少する
ので、同じ加熱出力ではプレフォームが過熱することが
わかる。この状況では、ファイバ引出し速度は増加し、
速度制御装置はプレフォームの下降速度を低下させる。
この結果、過熱を促すことになる。その結果、システム
が暴走する。したがって唯一の解決法は、処理の終段階
で手動による制御を行うことである。

【００１２】さらに一般的には、これらの技術は正確さ
と信頼性の点で十分ではなく、運転の良好な進行を確認
するために、操作者が常に装置の前にいることが必要と
なる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、特にこれらの現在の技術における不都合を回避す
ることである。

【００１４】さらに正確に言えば、本発明の目的は、決
定された仕様に従いながらプレフォーム全体のファイバ
引出しを可能にする、ファイバ引出し装置の制御方法を
提供することである。特に、本発明の目的は、プレフォ
ームの尾部を処理するときに生じる問題を解消すること
である。

【００１５】本発明の他の目的は、特にファイバ引出し
の終段階で手動による制御を行う必要をなくすことので
きる方法を提供することである。

【００１６】換言すれば、本発明の目的は、操作者が常
に装置の前にいることを必要としない制御方法を提供す
ることである。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、どのような形
式のファイバ引出し装置についても使用でき、必要なら
ば既存のファイバ引出し装置にも適合できる方法を提供
することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】これらの目的、並びに後
で明らかになるその他の目的は、本発明によればプレフ
ォームが制御可能な下降速度で導入されるファイバ引出
し炉を含み、プレフォームの下降速度を制御するために
裸ファイバの張力測定を考慮する、光ファイバ引出し装
置の制御方法を用いて達成される。

【００１９】換言すれば、本発明は、ファイバ引出し装
置の制御の全く新しい手法を提案する。実際に、被覆フ
ァイバの張力を考慮する代わりに、裸ファイバの張力を
考慮する。

【００２０】従来通り、前記の方法は始動段階と生産段
階を含む。この場合、 − 前記のファイバ引出し炉の出口で裸ファイバの張力
を測定するステップと、 − 生産段階において、裸ファイバの前記の張力に応じ
てプレフォームの前記の下降速度を制御するステップと
を含むと有利である。

【００２１】さらに本発明の方法は、 − ファイバ引出し速度を測定するステップと、 − 生産段階において、前記のファイバ引出し速度に応
じて前記のファイバ引出し炉の出力を制御するステップ
とを更に含むことが好ましい。

【００２２】したがって、これらの制御は、炉の出力を
制御するために被覆ファイバの張力を、またプレフォー
ムの前記の下降速度を制御するためにファイバ引出し速
度を考慮することを推奨する周知の従来の技術とは
「逆」になっている。

【００２３】明らかに、この手法は、プレフォームの尾
部の処理のみならずプレフォーム全体にも非常に有効
な、当業者の明白で自然な進め方と、意外な形で明らか
になる方法を提供するための専門分野の基本的な物理的
データと矛盾している。

【００２４】その上、始動の段階では、本発明の方法
は、有利には、裸ファイバの張力及びまたはファイバ引
出し速度に応じてプレフォームの下降速度を制御するス
テップを含む。

【００２５】前記の裸ファイバの張力測定は、前記の炉
の出力及び／またはプレフォームの前記の下降速度を制
御するためにも、使用できることが好ましい。

【００２６】本発明の特定の一実施の形態によれば、制
御は始動段階時に次の選択に応答する。

【００２７】 ［（Ｃ∪Ｄ）∩（Ａ∪Ｂ）］∪［（Ｃ∪Ｄ）∩Ｅ］ ただし、Ａは、裸ファイバの張力に応じて炉の出力を制
御する昇り勾配に対応し、Ｂは、裸ファイバの張力に応
じて炉の出力を制御する手動上昇に対応し、Ｃは、ファ
イバ引出しの速度に応じてプレフォームの下降速度を制
御する昇り勾配に対応し、Ｄは、ファイバ引出しの速度
に応じてプレフォームの下降速度を制御する手動上昇に
対応し、Ｅは、裸ファイバの張力に応じたプレフォーム
の下降速度の制御に対応する。

【００２８】当業者は、劣化の危険があるため裸ファイ
バについて実施できる操作はないと一般に考えている。
本発明は、それでも特に非接触技術を使用してこれを行
うことが可能なことを示す。

【００２９】こうして特に、裸ファイバの前記の張力測
定のステップは、ファイバに作用する振動の検出と解析
のステップを含む。

【００３０】有利には、前記の検出と解析のステップ
は、 − 振動信号を放出する光ファイバに作用する動きの光
学的測定と、 − 裸ファイバの張力を示す情報を放出する前記の振動
信号のフーリエ変換との二つのステップを含むことがで
きる。

【００３１】有利には、本発明による方法は、裸ファイ
バの張力を示す情報及び／またはファイバ引出し速度を
示す情報に対する、一次フィルタリング・ステップを含
む。

【００３２】炉とプレフォームの下降速度に作用する制
御は、（キャプスタン速度の操作による）ファイバの直
径を対象とする主制御に対して二次的な制御であるの
で、制御は比較的ゆっくりしたものであることが、実際
には望ましい。一次フィルタは（命令との比較に関連す
る）平均化の役割も果たす。

【００３３】その上、この制御方法は、裸ファイバの張
力を示す情報及び／またはファイバ引出し速度を示す情
報に、勾配を適用するステップも備えることが好まし
い。

【００３４】この勾配によって、測定に作用する過度に
強い変化による（特に「スパイク」現象）不都合な影響
を取り除くことができる。

【００３５】また本発明は、上述の方法を用いる装置に
も関する。このような装置は特に、裸ファイバ張力を測
定する手段と、この裸ファイバの張力測定値に応じてプ
レフォームの下降速度を制御する手段とを含む。

【００３６】本発明のその他の特徴と利点は、説明のた
め非限定的な単なる例として示した好ましい実施の形態
についての以下の説明を添付の図面を参照しながら読め
ば明らかになろう。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の方法を詳しく説明する前
に、図１にしたがって、このようなファイバの製造原理
について再び簡単に述べる。

【００３８】光ファイバの生産は二つの段階を通じて実
施される。すなわち、まず最初に、例えば直径１４〜７
０ｍｍ、長さ６０〜１００ｃｍの円筒形を有するプレフ
ォーム、すなわちファイバの凝縮成形物を製作する。こ
のようなプレフォームによって、６〜３００ｋｍのファ
イバを製造することができる。

【００３９】ファイバ引出し作業はまさにプレフォーム
の引抜きによって行われる。プレフォーム１１はファイ
バ引出し炉１２中に導かれ、炉の温度は、添加剤の特性
と品質に応じて通常２０００℃程度である。プレフォー
ムは、粘性を有し、その自重によって「流下」するよう
になる。こうして（一般に直径が１２５μｍの）ファイ
バ１３が得られる。

【００４０】プレフォーム１１の下降速度は、１分間に
数ミリメートル程度である。ファイバ１３はキャプスタ
ン１４によって、１分間に数１０メートルから少なくと
も数１００メートル程度の速度で引き抜かれる。

【００４１】周辺環境による侵害からファイバを保護す
るために、一般に重合可能な樹脂で構成されたプラスチ
ックの被覆材でファイバを被覆することが必要である。
ファイバ引出し炉１２から出た後に、コーティングダイ
ス型１５を使用して液体の形でファイバ１３上に、樹脂
が付着される。被覆は一般に、例えばエポキシアクリレ
ートまたはウレタンアクリレートをベースとする容易に
重合可能な二つの層から構成される。内層の硬度は、微
小曲率による損失を少なくするために比較的低い。

【００４２】次に、ファイバは乾燥重合炉１７の中を通
されるが、この炉は、ファイバがキャプスタン１４に到
達する前に被覆が固化するように、熱エネルギー及び／
または紫外線放射によって重合を活性化する。

【００４３】最後に、ファイバは巻取りドラムに送られ
る（１８）。

【００４４】明らかに、ファイバ引出しは複雑で繊細で
ある。ファイバ製作に必要な精度を得るために多くの制
御を実施することが課される。

【００４５】典型的な主要制御は、ファイバの直径が１
２５μｍの近くに留まるように制御することから成る。
このために、直径測定装置１６がキャプスタン１４の速
度を制御する手段１９に、情報を送る。この制御原理は
非常に急速に行われ、ファイバの直径は製品の重要な特
性である。

【００４６】本発明の目的である二次制御は、ファイバ
引出し速度の変化を伴うどのような妨害も避けるよう
に、かなり緩やかに実施される。したがってこれらの二
次制御は、例えば５分の期間についての平均値を対象と
する。これらの二次制御は、炉１２の出力と炉中におけ
るプレフォーム１１の下降速度を制御して、プレフォー
ムの溶融を最適にすることを目的とする。

【００４７】ファイバ引出しでは、その時間を次の二段
階に分けることができる。

【００４８】− ファイバ引出し速度が０から公称速度
（例えば７５０ｍ／分）に上昇する間の始動段階、及び − 公称速度が達成され、仕様全部が達成される生産段
階。

【００４９】これらの仕様は特に、例えば下記の数値に
合わせることができる。

【００５０】− 裸ファイバの直径：１２５±１μｍ、 − 被覆ファイバの直径：２４５±７μｍ、 − 裸ファイバの張力：８０ｇ、 − ファイバ引出しの速度：７５０±１０ｍ／分。

【００５１】始動段階は、ファイバ引出し時間のほぼ３
０％だけ継続し、ファイバ全長の２〜１０％に相当す
る。

【００５２】周知のように、二次制御は段階によって異
なる。

【００５３】図２Ａと図２Ｂは、従来の技術によるこれ
らの操作の方式を示す。

【００５４】図２Ａは始動段階における制御を示す。下
記を考慮することができる。

【００５５】− 炉の出力２２に作用するために使用さ
れる被覆ファイバの張力の測定値２１、すなわち − Ａ：昇り勾配から − Ｂ：手動上昇から − プレフォームの下降速度２４に作用するために使用
されるファイバ引出し速度２３の測定値、すなわち − Ｃ：昇り勾配から − Ｄ：手動上昇から − プレフォームの下降速度２４に作用して制御する
（２５）被覆ファイバの張力２１の測定値（Ｅ）。

【００５６】こうして、選択過程は次の通りになる。

【００５７】 ［（Ｃ∪Ｄ）∩（Ａ∪Ｂ）］∪［（Ｃ∪Ｄ）∩Ｅ］ 被覆ファイバの張力の測定値２１は、典型的には、重合
炉１７から出た被覆ファイバと接触するローラの動きに
よって得られる。

【００５８】ファイバ引出し速度２３の測定値は、例え
ばキャプスタン１４の回転速度から引き出される。

【００５９】生産段階に入ると、図２Ｂに示す概念図に
よって変更される。それぞれ − 炉の出力２２を制御する（２６）ため、及び − プレフォームの下降速度２４を制御する（２７）た
めに、 被覆ファイバの張力の測定値２１とファイバ引出し速度
の測定値２３を常に使用する。

【００６０】先に述べたように、この技術は、特に生産
の終りにおいて、プレフォームの尾部の処理のために多
くの不都合と不正確さを示す。実際に、プレーフォーム
の量が減り炉の過熱が原因でシステムが暴走する。した
がって、ファイバ引出しの終りに操作者は手動による制
御を確実に行わなければならない。

【００６１】本発明による新しい制御によれば、これら
の問題を解消することができる。これらの新しい制御を
図３Ａと図３Ｂに図示する。

【００６２】始動段階では、下記のことを考慮すること
ができる。

【００６３】− 炉の出力３２を操作するために使用さ
れる、裸ファイバの張力の測定値３１、すなわち − Ａ：昇り勾配から − Ｂ：手動上昇から − プレフォームの下降速度３４を操作するために使用
されるファイバ引出し速度３３の測定値、すなわち − Ｃ：昇り勾配から − Ｄ：手動上昇から − プレフォームの下降速度３４を操作することによっ
て制御される（３５）裸ファイバの張力３１の測定値
（Ｅ）。

【００６４】したがって、選択過程は次の通りになる。

【００６５】 ［（Ｃ∪Ｄ）∩（Ａ∪Ｂ）］∪［（Ｃ∪Ｄ）∩Ｅ］ したがって、従来の技術に対する始動段階における基本
的な相違は、被覆ファイバの張力ではなく、裸ファイバ
の張力を考慮することである。この有利な解決法は、張
力の測定が裸ファイバの場合には破壊を起すことになる
ファイバとの接触をもたらすので、常に当業者には利用
不可能であると思われた。

【００６６】本発明によれば、裸ファイバの張力の測定
値３１は非接触、すなわち非破壊の方法で得られる。フ
ーリエ解析によるファイバ振動解析を問題にすることが
できるのは有利である。

【００６７】図３Ｂの概念図は、生産段階に入ったとき
の本発明による制御を示す。

【００６８】裸ファイバの張力の測定値３１とファイバ
引出し速度の測定値３３が、常に考慮される。しかし、
制御要素は従来の技術とは逆である。実際に、 − ファイバ引出し速度（３１）を制御する（３６）た
めに炉の出力３２を使用する、 − 裸ファイバ（３３）の張力を制御する（３７）ため
にプレフォームの下降速度３４を使用する。

【００６９】これらの選択は、明らかにこの技術分野の
基本法則と矛盾する。それにもかかわらず、これらの選
択は有効であると確認され、操作者の常時配置、それも
生産段階の終りでの配置をもなくすることができる。

【００７０】要約すれば、また図１を参照すれば、本発
明は、図３Ａと図３Ｂに示す規則にしたがって炉の出力
と（１１３）プレフォームの下降速度を操作する（１１
４）ことを可能にする、制御装置１１２に送られる、裸
ファイバの張力の測定値１１０とファイバ引出し速度の
測定値１１１を提供する。

【００７１】すでに示したように、本発明による制御
は、ファイバの直径の制御についての二次制御である。
この結果、典型的には一次フィルタが裸ファイバの張力
の測定値とファイバ引出し速度の測定値に適用されて、
例えば数分間の期間における平均が得られ、それからこ
の値が指示命令と比較される。

【００７２】その上、「スパイク」通過時の過度に大き
な反作用を避けるために、これらの測定値に勾配が適用
される。これによって、加速度に対する限界を決めるこ
とができ、変化が速すぎる場合にこれを考慮する必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御手段の、それ自体周知の形式
のファイバ引出し装置を示す概略図である。

【図２Ａ】始動段階における、従来の技術によって実施
されるファイバ引出し装置の制御を示す図である。

【図２Ｂ】生産段階における、従来の技術によって実施
されるファイバ引出し装置の制御を示す図である。

【図３Ａ】始動段階における、例えば図１の装置上で本
発明によって実施されるファイバ引出し装置の制御を示
す図である。

【図３Ｂ】生産段階における、例えば図１の装置上で本
発明によって実施されるファイバ引出し装置の制御を示
す図である。

【符号の説明】

１１ プレフォーム １２ ファイバ引出し炉 １３ 光ファイバ引出し装置 ３１ 裸ファイバの張力 ３２ 炉の出力 ３３ ファイバ引出し速度 ３４ プレフォームの下降速度 ３６ 炉の出力の制御 ３７ プレフォームの下降速度の制御 １１０ 裸ファイバの張力測定値 １１４ プレフォームの下降速度

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレフォーム（１１）が制御可能な下降
   速度（１１０）で導入されるファイバ引出し炉（１２）
   を含む、光ファイバ引出し装置（１３）の制御方法であ
   って、前記プレフォームの下降速度（１１４）を制御す
   るために裸ファイバの張力測定値（１１０）が考慮され
   ることを特徴とする光ファイバ引出し装置（１３）の制
   御方法。
2. 【請求項２】 始動段階と生産段階を含み、 前記のファイバ引出し炉の出口で前記裸ファイバの張力
   を測定するステップ（３１）と、 前記生産段階において、前記裸ファイバの前記の張力に
   応じて前記プレフォームの前記の下降速度（３４）を制
   御するステップ（３７）とを含むことを特徴とする請求
   項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 ファイバ引出し速度を測定するステップ
   （３３）と、 生産段階において、前記のファイバ引出し速度に応じて
   前記のファイバ引出し炉の出力を制御するステップ（３
   ６）とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 始動段階において、裸ファイバの張力
   （３１）またはファイバ引出しの速度（３３）あるいは
   その両方に応じてプレフォームの下降速度（３４）を制
   御するステップ（３５）を含むことを特徴とする請求項
   ２または３に記載の方法。
5. 【請求項５】 始動段階において、前記の裸ファイバの
   張力測定値（３１）が、前記の炉の出力（３２）または
   プレフォームの前記の下降速度（３４）あるいはその両
   方を制御するために、使用されることを特徴とする請求
   項２から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 制御が、始動段階時に ［（Ｃ∪Ｄ）∩（Ａ∪Ｂ）］∪［（Ｃ∪Ｄ）∩Ｅ］ の選択に応答し、 Ａは、裸ファイバの張力に応じて炉の出力を制御する昇
   り勾配に対応し、 Ｂは、前記裸ファイバの張力に応じて前記炉の出力を制
   御する手動上昇に対応し、 Ｃは、ファイバ引出しの速度に応じてプレフォームの下
   降速度を制御する昇り勾配に対応し、 Ｄは、前記ファイバ引出しの速度に応じて前記プレフォ
   ームの下降速度を制御する手動上昇に対応し、 Ｅは、前記裸ファイバの張力に応じた前記プレフォーム
   の下降速度の制御に対応することを特徴とする請求項４
   または５に記載の方法。
7. 【請求項７】 裸ファイバの前記の張力測定のステップ
   （３１）が、ファイバに作用する振動の検出と解析のス
   テップを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれ
   か一項に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記の検出と解析のステップが、 振動信号を放出する光ファイバに作用する動きの光学的
   測定と、 裸ファイバの張力を示す情報を放出する前記の振動信号
   のフーリエ変換との二つのステップを含むことを特徴と
   する請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 裸ファイバの張力を示す情報またはファ
   イバ引出し速度を示す情報あるいはその両方に対する、
   一次フィルタリングのステップを含むことを特徴とする
   請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 【請求項１０】 裸ファイバの張力を示す情報またはフ
    ァイバ引出し速度を示す情報あるいはその両方に、勾配
    を適用するステップを含むことを特徴とする請求項１か
    ら９のいずれか一項に記載の方法。
11. 【請求項１１】 裸ファイバの張力を測定する手段と、
    この裸ファイバの張力測定値に応じてプレフォームの下
    降速度を制御する手段を含むことを特徴とする、前記プ
    レフォームが制御可能な前記下降速度で導入されるファ
    イバ引出し炉を含む、光ファイバ引出し装置の制御装
    置。