WO2022244529A1 - 光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置 - Google Patents

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WO2022244529A1
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optical fiber
target
value
tension
quadratic function
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PCT/JP2022/016599
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English (en)
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知恭 本田
Original Assignee
株式会社フジクラ
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/0253—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/40—Monitoring or regulating the draw tension or draw rate

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber manufacturing method and an optical fiber manufacturing apparatus.
  • An optical fiber is manufactured by heating an optical fiber preform in a spinning furnace and drawing it into an optical fiber.
  • it is known to adjust the power supplied to the spinning furnace according to the speed at which the optical fibers are taken, the tension applied to the optical fibers, and the like.
  • Patent Document 1 describes a technique for preventing the power supplied to a spinning furnace from being unnecessarily adjusted in response to temporary fluctuations in the tension applied to the optical fiber due to temporary fluctuations in the speed with which the optical fiber is pulled. , adjusting the power supplied to the spinning furnace so that the ratio of the tension applied to the optical fiber divided by the speed at which the optical fiber is pulled is maintained at a target value.
  • Patent Document 1 does not consider a pretreatment process from when the spinning furnace starts heating the optical fiber preform until the above ratio reaches the target value. For example, even if the ratio is adjusted to the target value by adjusting the power supplied to the spinning furnace, the ratio may deviate from the target value and the power must be adjusted again. Therefore, there is a demand for improving the productivity of optical fibers by shortening the time required for the pretreatment process.
  • an object of the present invention is to provide an optical fiber manufacturing method and an optical fiber manufacturing apparatus capable of improving the productivity of optical fibers.
  • the method for manufacturing an optical fiber of the present invention provides a method of heating an optical fiber preform in a spinning furnace to adjust the tension applied to the optical fiber and the speed at which the optical fiber is drawn when the optical fiber is drawn.
  • T and V respectively, the target value of the tension is Ttarget , and the target value of the velocity is Vtarget . It is characterized by comprising a pretreatment step of supplying electric power to the spinning furnace so as to decrease along the function to become the T target /V target .
  • an optical fiber manufacturing apparatus of the present invention includes a spinning furnace for heating an optical fiber preform to draw an optical fiber, a power supply section for supplying power to the spinning furnace, a control unit, wherein the control unit sets the tension applied to the optical fiber when the optical fiber is drawn and the speed at which the optical fiber is taken over to T and V, respectively, and sets the target value of the tension to T target ;
  • the target value of the velocity is V target
  • T/V decreases with time along a quadratic function whose vertex value is T target /V target to reach T target /V target .
  • the power supply unit is controlled.
  • Ttarget/ Vtarget is a value corresponding to the target diameter of the optical fiber, and this Ttarget / Vtarget is determined according to, for example, the material of the optical fiber preform and the spinning furnace.
  • T/V decreases along the above-described quadratic function to T target /V target , so that when T / V decreases linearly
  • T/V decreases linearly
  • T/V it has been found that, after T/V reaches Ttarget / Vtarget , it becomes difficult to deviate from the Ttarget / Vtarget as compared with the case where the rate of decrease of T/V is approximately constant. Therefore, after T/V becomes Ttarget / Vtarget , adjustment of the electric power supplied to the spinning furnace is suppressed.
  • the time required for T/V to stabilize at the target value that is, the time required for the tension T and the velocity V to stabilize at the target value
  • the productivity of the optical fiber can be improved.
  • the quadratic function representing the time-dependent change T(t)/V(t) of the T/V is defined by the time t 0 when the T/V becomes the T target /V target and the optical fiber matrix
  • T (t) / V (t) a 0 (tt 0 ) 2 + (T target /V target )
  • a 0 is a constant predetermined according to the material It may be represented by
  • the present inventor has diligently studied changes in T/V over time during the period from the start of heating the optical fiber preform until the T/V becomes substantially constant. As a result, the present inventor found that when a constant power is supplied to the spinning furnace, until a certain point, T/V decreases with the passage of time along a quadratic function in which the value at the peak is the minimum value, and this The peak of the quadratic function is reached, and from that point on, T/V becomes approximately constant at the value at this peak, and this approximately constant T/V value responds to the constant power value. .
  • the constant a 0 and the time t 0 can be obtained in advance for a given optical fiber preform by experiment, and the constant a 0 and the time t 0 can be obtained so that T/V decreases in accordance with the above formula. can also be known in advance.
  • T/V can be caused to decrease over time approximately along a quadratic function with a peak value of T target /V target and control load can be reduced.
  • a constant power is supplied to the spinning furnace for a predetermined period to obtain a quadratic function representing the change over time of the T/V.
  • the constant power supplied to the spinning furnace may be changed based on the difference between the T/V value at the vertex of the quadratic function and the Ttarget / Vtarget .
  • T/V decreases with time along a quadratic function in which the value at the peak is the minimum value until a certain point.
  • T/V changes over time and the vertex value becomes T target /V target . It can be reduced along a quadratic function that is V target so that T target /V target .
  • the pretreatment step is performed after the positioning step of inserting the neck-down portion of the optical fiber preform to the position of the heater in the spinning furnace.
  • the tension is preferably tension applied to the bare optical fiber.
  • the value of tension T does not include the tension component caused by the coating layer. Therefore, T/V can be calculated more accurately than when the value of the tension T includes a tension component due to the coating layer.
  • the tension applied to the bare optical fiber is Tg
  • the cross-sectional area of the bare optical fiber is Sg
  • the target value of the cross-sectional area of the bare optical fiber is Starget
  • the tension Tg applied to the bare optical fiber is actually affected by the variation of the cross-sectional area Sg of the bare optical fiber. Therefore, as in the above equation, by adding the ratio of the cross-sectional area of the bare optical fiber to the target value of the cross-sectional area of the bare optical fiber to the tension Tg, the value of T/V can be obtained more accurately. can be calculated to
  • an optical fiber manufacturing method and optical fiber manufacturing apparatus capable of improving the productivity of optical fibers can be provided.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber preform for manufacturing the optical fiber shown in FIG. 1; 1 is a diagram schematically showing an optical fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 4 is a flow chart showing steps of an optical fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 4 is a graph showing changes in T/V over time according to an embodiment of the present invention; It is a graph which shows roughly the time-dependent change of T/V based on the modification of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
  • the optical fiber 1 of this embodiment mainly includes a core 10, a clad 11 surrounding the outer peripheral surface of the core 10, and a coating layer 12 covering the outer peripheral surface of the clad 11.
  • the outer shape of the core 10 in the cross section is circular, and the core 10 is arranged at the center of the clad 11 .
  • the outer shape of the clad 11 in the cross section may be non-circular such as elliptical or polygonal.
  • FIG. 1 shows an optical fiber 1 in which the outer shape of the cladding 11 is circular.
  • the refractive index of the core 10 is made higher than that of the clad 11 .
  • the core 10 is made of silica glass without any additives
  • the clad 11 is made of silica glass doped with a dopant such as fluorine (F) that lowers the refractive index.
  • the core 10 may be made of silica glass doped with a dopant such as germanium (Ge) that increases the refractive index
  • the clad 11 may be made of silica glass without any additives.
  • the core 10 may be made of silica glass doped with a dopant that increases the refractive index
  • the clad 11 may be made of silica glass doped with a dopant that lowers the refractive index.
  • the dopant for increasing the refractive index and the dopant for decreasing the refractive index are not particularly limited.
  • the coating layer 12 is made of resin.
  • the resin forming the coating layer 12 include thermosetting resins and ultraviolet curable resins.
  • the coating layer 12 may have a single-layer structure consisting of one resin layer surrounding the clad 11, or may have a multi-layer structure consisting of a plurality of resin layers.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber preform for manufacturing the optical fiber 1 shown in FIG.
  • the optical fiber preform 1P is composed of a rod-shaped core glass body 10P that serves as the core 10, and a clad glass body 11P that surrounds the outer peripheral surface of the core glass body 10P and serves as the clad 11.
  • the outer shape of the clad glass body 11P in the cross section is circular, and the core glass body 10P is arranged at the center of the clad glass body 11P.
  • the outer shape of the core glass body 10P in the cross section is circular.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical fiber manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • the optical fiber manufacturing apparatus 100 includes a spinning furnace 110, a sending section 115, a first outer diameter measuring section 121, a cooling device 130, a coating section 140, a curing section 145, a 2 Outer diameter measurement unit 122, turn pulley 150, tension meter 151, take-up device 160, speedometer 161, winding device 170, calculation unit 180, memory 190, power supply unit 200, control unit and CO as main components.
  • the control unit CO consists of integrated circuits such as microcontrollers, ICs (Integrated Circuits), LSIs (Large-scale Integrated Circuits), ASICs (Application Specific Integrated Circuits), and NC (Numerical Control) devices. Further, when the NC device is used, the controller CO may use a machine learning device or may not use a machine learning device. As described below, several configurations of the optical fiber manufacturing apparatus 100 are controlled by the controller CO.
  • the spinning furnace 110 includes a core tube 111 and a heater 112 arranged to surround the core tube 111 so as to heat the core tube 111 .
  • the heater 112 generates heat according to power supplied from the power supply unit 200 .
  • the power supply unit 200 adjusts the power supplied to the heater 112 according to the control signal from the control unit CO.
  • the feed-out part 115 is attached to the upper end of the optical fiber preform 1P, and is configured to feed the optical fiber preform 1P into the accommodation space of the core tube 111 from the lower end side.
  • the delivery unit 115 adjusts the delivery speed of the optical fiber preform 1P according to the control signal from the control unit CO.
  • the furnace core tube 111 is heated by the heater 112 generating heat.
  • the lower end of the optical fiber preform 1P is heated by inserting the optical fiber preform 1P into the housing space of the core tube 111 from the lower end side.
  • the lower end portion of the optical fiber preform 1P heated by the heater 112 is melted, and as a result, a downwardly tapering neckdown portion ND is formed at the lower end portion of the optical fiber preform 1P.
  • a glass wire is pulled out from the neck-down portion ND. When this drawn glass wire comes out from the lower opening of the furnace core tube 111, it immediately solidifies, the core glass body 10P becomes the core 10, the clad glass body 11P becomes the clad 11, and the core 10 and the clad 11 are formed.
  • An optical fiber bare wire 1N composed of
  • the first outer diameter measurement unit 121 is arranged below the spinning furnace 110, measures the outer diameter of the bare optical fiber 1N drawn in the spinning furnace 110, and measures the diameter of the bare optical fiber 1N. to the calculation unit 180.
  • the first outer diameter measurement unit 121 for example, it has a light irradiation unit that emits laser light and a light receiving unit that receives the laser light emitted from the light irradiation unit. A configuration in which they are arranged so as to sandwich the line 1N can be mentioned.
  • the cooling device 130 is arranged below the first outer diameter measuring section 121 and cools the bare optical fiber 1N to an appropriate temperature.
  • the application section 140 is arranged below the cooling device 130 , and the curing section 145 is arranged below the application section 140 .
  • An uncured resin that forms the coating layer 12 is applied to the bare optical fiber 1 ⁇ /b>N by the coating unit 140 , and the resin is cured by the curing unit 145 to form the coating layer 12 .
  • the bare optical fiber 1N becomes the optical fiber 1.
  • FIG. When the coating layer 12 is made of a thermosetting resin, the curing unit 145 is configured to apply heat to the resin. be.
  • the second outer diameter measuring section 122 is arranged below the curing section 145 and measures the outer diameter of the coating layer 12 which is the outer diameter of the optical fiber 1 .
  • the second outer diameter measurement unit 122 outputs a signal indicating the measured value of the outer diameter of the optical fiber 1 to the calculation unit 180 and the control unit CO.
  • the second outer diameter measuring section 122 for example, a configuration similar to that of the first outer diameter measuring section 121 can be given.
  • the turn pulley 150 is arranged below the second outer diameter measuring section 122 .
  • the direction of the optical fiber 1 is changed by the turn pulley 150, and the take-up device 160 rotates to take it. Thereby, tension is applied to the optical fiber 1 .
  • the take-up device 160 adjusts the speed at which the optical fiber 1 is taken in accordance with a control signal from the controller CO. Since the optical fiber 1 is obtained by coating the bare optical fiber 1N with the coating layer 12, it can be understood that this speed is also the speed at which the bare optical fiber 1N is taken.
  • the optical fiber 1 that has passed through a take-up device 160 that takes up the optical fiber 1 is sent to a take-up device 170 and taken up by the take-up device 170 .
  • the tension meter 151 is provided on the turn pulley 150, measures the tension, and outputs a signal indicating the value of the tension to the calculation unit 180.
  • a configuration using a strain gauge can be mentioned.
  • the speedometer 161 is provided in the take-up device 160, measures the take-up speed of the optical fiber 1 based on the number of revolutions per unit time of the take-up device 160, and transmits a signal indicating the value of the speed to the calculation unit 180 and the controller. Output to section CO.
  • the speedometer 161 for example, a configuration using a magnetic sensor can be given.
  • the memory 190 is connected to the calculation unit 180 and the control unit CO.
  • the memory 190 is configured to store information and read out the stored information.
  • the memory 190 is, for example, a non-transitory recording medium, and is preferably a semiconductor recording medium such as RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory). Any form of recording medium, such as a recording medium, may be included. Note that "non-transitory” recording media include recording media that can read all data except transitory, propagating signals, and do not exclude volatile recording media. do not have.
  • the memory 190 stores information necessary for calculation by the calculation unit 180 to be described later, information necessary for control of each configuration by the control unit CO, and the like.
  • the calculation unit 180 performs various calculations based on input information.
  • the calculation unit 180 may have, for example, the same configuration as the control unit CO.
  • the calculation unit 180 calculates the , the cross-sectional area Sg of the bare optical fiber 1N is calculated by the following equation (1).
  • Sg ⁇ (Dn/2) 2 (1)
  • the calculation unit 180 receives the signal input from the first outer diameter measurement unit 121 and the input from the second outer diameter measurement unit 122.
  • the tension measured by the tension meter 151 is the tension applied to the optical fiber 1
  • this tension is the sum of the tension applied to the bare optical fiber 1N and the tension applied to the coating layer 12.
  • the tension Tc can be calculated by the following equation (3).
  • Tc ⁇ V ⁇ Sc (3)
  • ⁇ is the tension per unit area of the coating layer 12
  • ⁇ is the proportionality constant, and these values are stored in the memory 190 .
  • the calculation unit 180 of the present embodiment calculates the tension Tg by the following equation (4).
  • Tg Tf- ⁇ V ⁇ Sc (4)
  • the tension Tg applied to the bare optical fiber 1N is actually affected by the variation of the cross-sectional area Sg of the bare optical fiber 1N.
  • T represented by the above equation (5) is obtained by adding the ratio between the cross-sectional area of the bare optical fiber 1N and the target value S target of the cross-sectional area of the bare optical fiber 1N to the tension Tg, This is the tension applied to the bare optical fiber 1N considering the influence of the variation of the cross-sectional area Sg of the bare optical fiber 1N.
  • the calculation unit 180 outputs a signal indicating the value of T as the tension applied to the optical fiber 1 to the control unit CO.
  • the calculation unit 180 also outputs a signal indicating the value of the speed at which the optical fiber 1 is received from the speedometer 161 to the control unit CO.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the steps of the method for manufacturing the optical fiber 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 4, this manufacturing method includes a positioning process P1, a pretreatment process P2, and a drawing process P3.
  • the control unit CO controls the power supply unit 200 to supply power from the power supply unit 200 to the heater 112 to heat the furnace core tube 111 .
  • the power supplied from the power supply unit 200 to the heater 112 is constant power.
  • the control unit CO controls the delivery unit 115 to deliver the optical fiber preform 1P from the lower end side of the core. It is fed into the housing space of the tube 111 .
  • the lower end portion of the optical fiber preform 1P is melted, and as a result, a downwardly tapering neckdown portion ND is formed at the lower end portion of the optical fiber preform 1P.
  • the neck-down portion ND is lowered to the position of the heater 112 by feeding the optical fiber preform 1P by the feeding section 115 .
  • the position of the heater 112 is a position along the central axis of the furnace core tube 111 that overlaps the section from the upper end to the lower end of the heater 112 .
  • the optical fiber preform 1P is fed into the accommodation space until the upper end of the neckdown portion ND reaches a specific position above the center of the heater 112 and below the upper end of the heater 112 by a predetermined distance.
  • the optical fiber preform 1P is positioned.
  • the optical fiber 1 is drawn from the neckdown portion ND of the optical fiber preform 1P even when the optical fiber preform 1P is lowered.
  • the control unit CO controls the take-up device 160 based on the value of the outer diameter of the optical fiber 1 measured by the second outer diameter measuring unit 122 so that the outer diameter of the optical fiber 1 becomes the target value. Adjust the speed at which 1 is taken. However, since the molten portion of the optical fiber preform 1P is heated during this step, the outer diameter of the drawn optical fiber 1 is not stable. After positioning the optical fiber preform 1P, power may be supplied from the power supply unit 200 to the heater 112, and the power supplied to the heater 112 may not be constant.
  • control unit CO controls the take-up device 160 based on the value of the outer diameter of the bare optical fiber 1N measured by the first outer diameter measuring unit 121 so that the outer diameter of the bare optical fiber 1N becomes the target value. may be controlled to adjust the speed at which the optical fiber 1 is taken.
  • the tension applied to the optical fiber 1 to be drawn and the speed at which the optical fiber 1 is taken have values such that the outer diameter of the optical fiber 1 to be drawn is stable.
  • a value is determined according to, for example, the material of the optical fiber preform 1P, the spinning furnace, and the like, and can be obtained through experiments or the like.
  • Such values for each of the above tensions and velocities are stored in memory 190 as target values.
  • the control unit CO controls the light input from the second outer diameter measuring unit 122 so that the speed increases to reach the target value and the outer diameter of the optical fiber 1 reaches a predetermined value.
  • the take-up device 160 is controlled based on the value of the outer diameter of the fiber 1 and the value of the take-up speed of the optical fiber 1 measured by the speedometer 161 .
  • the control unit CO controls the take-up device 160 based on the value of the outer diameter of the bare optical fiber 1N measured by the first outer diameter measurement unit 121 and the value of the take-up speed of the optical fiber 1 measured by the speedometer 161. may be controlled.
  • the control unit CO also controls the power supply unit 200 based on the value of the tension T applied to the optical fiber 1 calculated by the calculation unit 180 and the value of the speed measured by the speedometer 161 .
  • the target tension value is Ttarget
  • the target speed value is Vtarget
  • T/V changes to the peak with the lapse of time. is decreased along a quadratic function of Ttarget / Vtarget to Ttarget / Vtarget
  • the power supply unit 200 is controlled, and the heating temperature of the optical fiber preform 1P is adjusted.
  • the above quadratic function representing the change in T/V over time T(t)/V(t) is defined by the time t 0 at which T/V becomes T target /V target and the optical fiber
  • a 0 is a constant that is predetermined according to the base material 1P for the machine, it is represented by the following formula (6).
  • T(t)/V(t) a0 ( tt0 ) 2+ ( Ttarget / Vtarget ) (6)
  • the present inventors diligently studied changes in T/V over time during the period from the start of heating the optical fiber preform 1P until the T/V becomes substantially constant.
  • the present inventor found that when a constant power is supplied to the spinning furnace 110, until a certain point in time, T/V decreases over time along a quadratic function in which the value at the peak is the minimum value, It was found that the apex of this quadratic function is reached, and from that point on, T/V becomes substantially constant at the value at this apex, and this substantially constant value corresponds to the constant power value. For this reason, the constant a 0 and the time t 0 can be determined in advance for the optical fiber preform 1P by experiments or the like, and a constant value such that T/V decreases according to the equation (6). Power can also be known in advance. In this embodiment, these values obtained by experiments are stored in the memory 190 in advance.
  • the constant power supplied to the heater 112 in the positioning process P1 is such constant power that T/V decreases according to equation (6). Therefore, the power supplied to the heater 112 at the beginning of the pretreatment process P2 is the constant power. As a result, T/V decreases over time along a quadratic function whose vertex value is T target /V target , thereby reducing the control load on the control unit CO.
  • FIG. 5 is a graph showing temporal changes in T/V in this embodiment.
  • the portion indicated by the thin line is the temporal change of T/V during the positioning process P1.
  • the portion indicated by the thick line is the change over time of T/V during the period of the pretreatment process P2.
  • the above formula (6) is indicated by a dashed line.
  • T/V decreases with time along a quadratic function whose vertex value is Ttarget / Vtarget to Ttarget / Vtarget , The velocity V becomes V target and the tension T becomes T target .
  • the outer diameter of the bare optical fiber 1N is stabilized and the outer diameter of the optical fiber 1 is stabilized.
  • This step is a step of drawing the optical fiber 1 after the pretreatment step P2, that is, in a state in which the outer diameter of the optical fiber 1 is stabilized.
  • the control unit CO controls the delivery unit 115 so that the position of the neckdown portion ND of the optical fiber preform 1P with respect to the heater 112 does not change, and adjusts the delivery amount of the optical fiber preform 1P. be done. Further, the control unit CO controls the take-up device 160 based on the value of the speed V measured by the speedometer 161 so that the speed V is maintained at V target .
  • control unit CO controls the power supply unit 200 so that T/V is maintained at Ttarget / Vtarget , and the heating temperature of the optical fiber preform 1P is adjusted. Therefore, the optical fiber 1 whose outer diameter reaches the target value can be stably drawn.
  • the method for manufacturing an optical fiber includes the pretreatment step P2.
  • the tension applied to the optical fiber 1 when the optical fiber preform 1P is heated in the spinning furnace 110 and the optical fiber 1 is drawn, and the speed at which the optical fiber 1 is pulled are set to T and V, respectively.
  • T/V decreases with time along a quadratic function whose peak value is Ttarget / Vtarget to Ttarget / Power is supplied to the spinning furnace 110 so that V target is reached.
  • the optical fiber manufacturing apparatus 100 in the present embodiment includes a spinning furnace 110 for heating the optical fiber preform 1P to draw the optical fiber 1, a power supply unit 200 for supplying power to the spinning furnace 110, and a controller. and a part CO.
  • the control unit CO controls the power supply unit 200 so that T/V decreases along a quadratic function whose peak value is Ttarget / Vtarget over time to Ttarget / Vtarget . .
  • T/V decreases along the above-described quadratic function to T target /V target , so that when T / V decreases linearly
  • T/V decreases along the above-described quadratic function to T target /V target , so that when T / V decreases linearly
  • the time required for T/V to stabilize at the target value that is, the time until the tension T and the velocity V stabilize at the target value
  • the productivity of the optical fiber 1 can be improved by shortening the time required for the process.
  • the tension T is the tension applied to the bare optical fiber 1N, which is Tg, the cross-sectional area of the bare optical fiber 1N, Sg, and the light
  • the target value of the cross-sectional area of the bare fiber 1N is Starget , and is calculated by the above equation (5). Therefore, the tension T in this embodiment is the tension applied to the bare optical fiber 1N, and the tension component caused by the coating layer 12 is not included in the value of the tension T. Therefore, the value of T/V can be calculated more accurately than when the value of the tension T includes a component of tension caused by the coating layer 12 .
  • the tension Tg applied to the bare optical fiber 1N is actually affected by fluctuations in the cross-sectional area Sg of the bare optical fiber 1N. Therefore, as in the present embodiment, by adding the ratio between the measured value of the cross-sectional area of the bare optical fiber 1N and the target value of the cross-sectional area of the bare optical fiber 1N to the tension Tg by the equation (5), The value of T/V can be calculated more accurately.
  • the change in T/V over time in the positioning step P1 which is the period until the tip of the optical fiber preform 1P reaches the position of the heater 112, tends to deviate from the quadratic function. It turns out that there is For this reason, until the neckdown portion ND of the optical fiber preform 1P reaches the position of the heater 112, it is difficult to decrease T/V along a quadratic function, and a control load may be applied.
  • the pretreatment process P2 since the pretreatment process P2 is performed after the positioning process P1, such a control load can be reduced. However, the pretreatment process P2 may be performed during the positioning process P1.
  • the pretreatment process P2 in which electric power is supplied to the spinning furnace 110 so that T/V is reduced according to the above equation (6) has been described as an example.
  • the spinning furnace 110 is adjusted so that T/V decreases with time along a quadratic function whose peak value is Ttarget / Vtarget to Ttarget / Vtarget . Power should be supplied.
  • a constant power EP1 is supplied to the spinning furnace 110.
  • the constant power EP1 is the same as the constant power supplied in the positioning process P1, but may be different. Since the power supplied to the spinning furnace 110 is constant, T/V decreases along a quadratic function during the period in which the constant power EP1 is supplied.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing the change in T/V over time in this modified example, and the change in T/V over time is indicated by a solid line.
  • the calculation unit 180 approximates a quadratic function representing a change in T/V over time based on a plurality of T/V values during the period in which the constant power EP1 is supplied. In FIG.
  • the calculated quadratic function is indicated by a dashed line. Note that the quadratic function is shown slightly shifted from the change in T/V over time.
  • An approximation method includes, for example, the least squares method.
  • the calculation unit 180 calculates the difference d between the value of T/V at the vertex of the quadratic function and Ttarget / Vtarget , and outputs a signal indicating the difference d to the control unit CO.
  • the difference d is the value of T/V minus Ttarget / Vtarget , and has positive and negative values.
  • the control unit CO controls the power supply unit 200 based on this difference d. Specifically, when the difference d is positive and the absolute value of the difference d is greater than a predetermined value, the controller CO controls that the electric power supplied to the spinning furnace 110 is higher than the constant electric power EP1 from time t1.
  • the power supply unit 200 is controlled so as to supply power. For this reason, the viscosity of the molten optical fiber preform 1P decreases, the tension T decreases, and the T/V decreases.
  • the controller CO controls that the power supplied to the spinning furnace 110 becomes constant power lower than the constant power EP1 from time t1.
  • the power supply unit 200 is controlled as follows.
  • the control unit CO controls the power supply unit 200 so that the power supplied to the spinning furnace 110 is maintained at the constant power EP1 even after the time t1. to control.
  • FIG. 6 shows a case where the power supplied to the spinning furnace 110 becomes constant power EP2 higher than constant power EP1 from time t1.
  • the calculation unit 180 calculates, by approximation, a quadratic function representing the change in T/V over time based on a plurality of T/V values after time t1.
  • the calculated quadratic function is indicated by a chain double-dashed line. Note that the quadratic function is shown slightly shifted from the change in T/V over time.
  • the calculation unit 180 calculates the difference d between the value of T/V at the vertex of the quadratic function and Ttarget / Vtarget , and outputs a signal indicating the difference d to the control unit CO.
  • the control unit CO controls the power supply unit 200 based on the difference d in the same manner as when the calculation unit 180 calculated the difference d between the value of T/V and T target /V target before time t1. .
  • FIG. 6 shows a case where a constant electric power EP3 higher than the constant electric power EP2 is supplied to the spinning furnace 110 from time t2 when a predetermined period has elapsed from time t1.
  • a dashed line indicates a quadratic function calculated based on a plurality of T/V values during the period in which the constant power EP3 is supplied.
  • the absolute value of the difference between the value of T/V at the vertex of this quadratic function and Ttarget / Vtarget is less than the predetermined value, and the value of T/V at time t3 is T target /V target .
  • the tension T is calculated by the formula (5)
  • the tension T may be a value calculated by the above formula (4).
  • the tension T is the tension applied to the bare optical fiber 1N, and the value of the tension T does not include the tension component caused by the coating layer 12.
  • FIG. Therefore, the value of T/V in the bare optical fiber 1N can be calculated more accurately than when the value of the tension T includes a component of tension caused by the coating layer 12 .
  • the control load can be reduced.
  • the tension T may be the value measured by the tension meter 151 . In this case, the control load can be reduced because there is no need to calculate equations (4) and (5).
  • an optical fiber manufacturing method and an optical fiber manufacturing apparatus capable of improving the productivity of optical fibers are provided, and can be used in various fields related to optical fibers.

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Abstract

光ファイバの製造方法は、光ファイバ用母材（１Ｐ）を紡糸炉（１１０）により加熱して光ファイバ（１）を線引きする際に光ファイバ（１）に加わる張力及び光ファイバ（１）を引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、張力の目標値をＴtargetとし、速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetになるように、紡糸炉（１１０）に電力を供給する前処理工程（Ｐ２）を備える。

Description

光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置
　本発明は、光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置に関する。
　光ファイバは、光ファイバ用母材を紡糸炉で加熱して光ファイバとして線引きすることによって製造される。光ファイバを製造する際、光ファイバを引き取る速度、光ファイバに加えられる張力等に応じて、紡糸炉に供給される電力を調節することが知られている。
　下記特許文献１には、光ファイバを引き取る速度の一時的な変動による当該光ファイバに加えられる張力の一時的な変動に応じて紡糸炉に供給される電力が不要に調整されるのを防ぐために、光ファイバに加えられる張力を光ファイバを引き取る速度で割った比が目標値に維持されるように、紡糸炉に供給される電力を調整することが記載されている。
特開平５－１３９７７１号公報
　しかし、上記特許文献１では、紡糸炉によって光ファイバ用母材を加熱し始めてから、上記の比が目標値に至るまでの前処理工程が考慮されていない。例えば、紡糸炉に供給する電力を調整して当該比を目標値にしたとしても、当該比が目標値からずれてしまい再度電力を調整する場合があった。このため、前処理工程に要する時間を短縮して、光ファイバの生産性を向上したいとの要請がある。
　そこで、本発明は、光ファイバの生産性を向上し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置を提供することを目的とする。
　上記目的の達成のため、本発明の光ファイバの製造方法は、光ファイバ用母材を紡糸炉により加熱して光ファイバを線引きする際に前記光ファイバに加わる張力及び前記光ファイバを引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、前記張力の目標値をＴtargetとし、前記速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少して前記Ｔtarget／Ｖtargetになるように、前記紡糸炉に電力を供給する前処理工程を備えることを特徴とするものである。
　また、上記目的達成のために、本発明の光ファイバの製造装置は、光ファイバ用母材を加熱して光ファイバを線引きする紡糸炉と、前記紡糸炉に電力を供給する電力供給部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記光ファイバを線引きする際に前記光ファイバに加わる張力及び前記光ファイバを引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、前記張力の目標値をＴtargetとし、前記速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少して前記Ｔtarget／Ｖtargetとなるように、前記電力供給部を制御することを特徴とするものである。
　なお、上記の張力は、被覆層によって被覆されていない光ファイバ裸線に加えられる張力であってもよい。また、上記Ｔ／Ｖは線引きされる光ファイバの径に対応する。このため、Ｔtarget／Ｖtargetは、光ファイバの目標径に対応する値であり、このＴtarget／Ｖtargetは、例えば、光ファイバ用母材の材質や紡糸炉等に応じて定められる。
　本発明者は鋭意研究を重ねた結果、Ｔ／Ｖが上記の２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるようにすることで、Ｔ／Ｖが一次関数的に減少する場合、つまり、Ｔ／Ｖの減少率が概ね一定である場合と比べて、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetとなった後に当該Ｔtarget／Ｖtargetからずれ難くなることを見出した。このため、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetとなった後に、紡糸炉に供給する電力を調整することが抑制される。したがって、この光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造装置によれば、Ｔ／Ｖが目標値に安定するまでに要する時間、つまり張力Ｔ及び速度Ｖが目標値に安定するまでに要する時間を短縮して、光ファイバの生産性を向上し得る。
　また、前記Ｔ／Ｖの経時的変化Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）を表す前記２次関数は、前記Ｔ／Ｖが前記Ｔtarget／Ｖtargetになる時間をｔ0、前記光ファイバ用母材に応じて予め定まる定数をａ0とする場合に、下記式
　　Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）＝ａ0（ｔ－ｔ0）２＋（Ｔtarget／Ｖtarget）
で表されることとしてもよい。
　本発明者は、光ファイバ用母材を加熱し始めてから、上記Ｔ／Ｖが概ね一定になるまでの期間におけるＴ／Ｖの経時的変化について鋭意研究した。その結果、本発明者は、紡糸炉に一定電力を供給する場合、ある時点まではＴ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値が最小値となる２次関数に沿うように減少して、この２次関数の頂点に到達し、当該ある時点からはＴ／Ｖがこの頂点での値で概ね一定になり、この概ね一定となるＴ／Ｖの値が一定電力の値に応じることを見出した。このため、例えば、所定の光ファイバ用母材に対して、上記の定数ａ0、及び時間ｔ0を予め実験により求めることができ、Ｔ／Ｖが上記の式に沿って減少するような一定の電力も予め把握し得る。このため、この一定の電力を紡糸炉に供給することで、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に概ね沿って減少するようにし得、制御負荷を低減できる。
　或いは、上記の光ファイバの製造方法では、前記前処理工程において、所定の期間にわたって一定電力を前記紡糸炉に供給することにより、前記Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数を求め、当該２次関数の頂点における前記Ｔ／Ｖの値と前記Ｔtarget／Ｖtargetとの差に基づいて前記紡糸炉に供給する前記一定電力を変更することとしてもよい。
　本発明者は、上記のように、電力を一定にする場合、ある時点まではＴ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値が最小値となる２次関数に沿うように減少することを見出した。このため、上記のようにすることで、頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数を予め実験等により定めなくても、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるようにできる。
　また、上記の光ファイバの製造方法では、前記光ファイバ用母材のネックダウン部を前記紡糸炉におけるヒータの位置まで挿入する位置決め工程の後に、前記前処理工程を行うことが好ましい。
　光ファイバ用母材のネックダウン部が紡糸炉におけるヒータの位置に達するまでにおけるＴ／Ｖの経時的変化は、２次関数から逸脱する傾向にある。このため、光ファイバ用母材のネックダウン部がヒータの位置に達するまでは、Ｔ／Ｖを２次関数に沿うように減少させることが難しく、制御負荷がかかり得る。そこで、位置決め工程の後に前処理工程を行うことによって、このような制御負荷を低減し得る。
　また、前記張力は、光ファイバ裸線に加えられる張力であることが好ましい。
　この場合、張力Ｔの値には被覆層に起因する張力の成分が含まれない。このため、張力Ｔの値に被覆層に起因する張力の成分が含まれる場合に比べて、Ｔ／Ｖをより正確に算出することができる。
　この場合、前記張力が、前記光ファイバ裸線に加えられる張力をＴｇ、前記光ファイバ裸線の断面積をＳｇ、及び前記光ファイバ裸線の断面積の目標値をＳtargetとする場合に、下記式
　　Ｔ＝Ｔｇ×（Ｓtarget／Ｓｇ）
により算出される値とされることがより好ましい。
　光ファイバ裸線に加えられる張力Ｔｇは、実際には、光ファイバ裸線の断面積Ｓｇの変動の影響を受ける。したがって、上記の式のように、光ファイバ裸線の断面積の実測値と光ファイバ裸線の断面積の目標値との比を張力Ｔｇに加味することで、Ｔ／Ｖの値をより正確に算出することができる。
　以上のように、本発明によれば、光ファイバの生産性を向上し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置が提供され得る。
本発明の実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を概略的に示す図である。 図１に示す光ファイバを製造するための光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の様子を概略的に示す図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバの製造装置を概略的に示す図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るＴ／Ｖの経時的変化を示すグラフである。 本発明の変形例に係るＴ／Ｖの経時的変化を概略的に示すグラフである。
　以下、本発明に係る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
　図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の光ファイバ１は、コア１０と、コア１０の外周面を囲むクラッド１１と、クラッド１１の外周面を被覆する被覆層１２とを主な構成として備える。当該断面におけるコア１０の外形は円形とされ、当該コア１０はクラッド１１の中心に配置されている。なお、当該断面におけるクラッド１１の外形は楕円形や多角形等の非円形とされてもよい。図１では、クラッド１１の外形が円形とされる光ファイバ１が示されている。
　コア１０の屈折率はクラッド１１の屈折率よりも高くされる。本実施形態では、コア１０は何ら添加物の無いシリカガラスからなり、クラッド１１はフッ素（Ｆ）等の屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなる。なお、コア１０がゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率が高くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなり、クラッド１１が何ら添加物の無いシリカガラスからなっていてもよい。また、コア１０が屈折率を高くするドーパントが添加されたシリカガラスからなり、クラッド１１が屈折率を低くするドーパントが添加されたシリカガラスからなっていてもよい。また、屈折率を高くするドーパント及び屈折率を低くするドーパントは特に制限されるものではない。
　被覆層１２は、樹脂からなる。被覆層１２を構成する樹脂として、例えば熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。被覆層１２は、クラッド１１を囲う１つの樹脂の層からなる単層構造とされてもよく、複数の樹脂の層からなる多層構造とされてもよい。
　図２は、図１に示す光ファイバ１を製造するための光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の様子を概略的に示す図である。図２に示すように、光ファイバ用母材１Ｐは、コア１０となるロッド状のコアガラス体１０Ｐと、コアガラス体１０Ｐの外周面を囲みクラッド１１となるクラッドガラス体１１Ｐとから構成される。本実施形態では、当該断面におけるクラッドガラス体１１Ｐの外形は円形であり、コアガラス体１０Ｐはクラッドガラス体１１Ｐの中心に配置されている。また、当該断面におけるコアガラス体１０Ｐの外形は円形である。
　図３は、本実施形態に係る光ファイバの製造装置を概略的に示す図である。図１に示すように、光ファイバの製造装置１００は、紡糸炉１１０と、送り出し部１１５と、第１外径測定部１２１と、冷却装置１３０と、塗布部１４０と、硬化部１４５と、第２外径測定部１２２と、ターンプーリ１５０と、張力計１５１と、引取装置１６０と、速度計１６１と、巻取装置１７０と、演算部１８０と、メモリ１９０と、電力供給部２００と、制御部ＣＯと、を主な構成として備える。
　制御部ＣＯは、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置から成る。また、制御部ＣＯは、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。以下に説明するように、光ファイバの製造装置１００の幾つかの構成が制御部ＣＯによって制御される。
　紡糸炉１１０は、炉心管１１１と、炉心管１１１を加熱できるように炉心管１１１を囲うように配置されるヒータ１１２と、を含んでいる。ヒータ１１２は、電力供給部２００から供給される電力に応じて発熱する。電力供給部２００は、制御部ＣＯからの制御信号により、ヒータ１１２に供給する電力を調節する。送り出し部１１５は、光ファイバ用母材１Ｐの上端部に取り付けられ、光ファイバ用母材１Ｐを下端側から炉心管１１１の収容空間に送り込むように構成される。送り出し部１１５は、制御部ＣＯからの制御信号により、光ファイバ用母材１Ｐの送り出し速度を調節する。
　ヒータ１１２が発熱することで炉心管１１１が加熱される。光ファイバ用母材１Ｐが下端側から炉心管１１１の収容空間に挿入されることで、当該光ファイバ用母材１Ｐの下端部が加熱される。ヒータ１１２により加熱された光ファイバ用母材１Ｐの下端部は、溶融状態となり、その結果、光ファイバ用母材１Ｐの下端部に、下方に向かって先細りになるネックダウン部ＮＤが形成され、当該ネックダウン部ＮＤからガラス線が引き出される。この線引きされたガラス線は、炉心管１１１の下側の開口から出ると、すぐに固化して、コアガラス体１０Ｐがコア１０となり、クラッドガラス体１１Ｐがクラッド１１となり、コア１０とクラッド１１とから構成される光ファイバ裸線１Ｎとなる。
　第１外径測定部１２１は、紡糸炉１１０の下方に配置されており、紡糸炉１１０で線引きされた光ファイバ裸線１Ｎの外径を測定し、測定した光ファイバ裸線１Ｎの径の値を示す信号を演算部１８０に出力する。第１外径測定部１２１として、例えば、レーザ光を出射する光照射部と当該光照射部から出射するレーザ光を受光する受光部とを有し、光照射部と受光部とが光ファイバ裸線１Ｎを挟むように配置される構成が挙げられる。
　冷却装置１３０は、第１外径測定部１２１の下方に配置され、光ファイバ裸線１Ｎを適切な温度まで冷却する。塗布部１４０は冷却装置１３０の下方に配置され、塗布部１４０の下方に硬化部１４５が配置される。塗布部１４０によって光ファイバ裸線１Ｎに被覆層１２となる未硬化状態の樹脂が塗布され、硬化部１４５によってこの樹脂が硬化して被覆層１２が形成される。こうして、光ファイバ裸線１Ｎが光ファイバ１となる。被覆層１２が熱硬化性樹脂から成る場合、硬化部１４５は樹脂に熱を加える構成とされ、被覆層１２が紫外線硬化性樹脂から成る場合、硬化部１４５は樹脂に紫外線を照射する構成とされる。
　第２外径測定部１２２は、硬化部１４５の下方に配置されており、光ファイバ１の外径である被覆層１２の外径を測定する。第２外径測定部１２２は、測定した光ファイバ１の外径の値を示す信号を演算部１８０及び制御部ＣＯに出力する。第２外径測定部１２２として、例えば、第１外径測定部１２１と同様の構成が挙げられる。
　ターンプーリ１５０は、第２外径測定部１２２の下方に配置されている。光ファイバ１は、ターンプーリ１５０により方向が変換され、引取装置１６０が回転することによって引き取られる。これにより、光ファイバ１に張力が加えられる。引取装置１６０は制御部ＣＯからの制御信号により、光ファイバ１を引き取る速度を調節する。被覆層１２によって光ファイバ裸線１Ｎを被覆したものが光ファイバ１であるため、この速度は、光ファイバ裸線１Ｎを引き取る速度でもあると理解できる。光ファイバ１を引き取る引取装置１６０を通過した光ファイバ１は、巻取装置１７０に送られ、当該巻取装置１７０によって巻き取られる。
　張力計１５１は、ターンプーリ１５０に設けられており、上記張力を測定し、当該張力の値を示す信号を演算部１８０に出力する。張力計１５１として、例えば、ひずみゲージを用いる構成が挙げられる。
　速度計１６１は、引取装置１６０に設けられており、引取装置１６０の単位時間当たりの回転数に基づいて光ファイバ１を引き取る速度を測定し、当該速度の値を示す信号を演算部１８０及び制御部ＣＯに出力する。速度計１６１として、例えば、磁気センサを用いる構成が挙げられる。
　メモリ１９０は、演算部１８０及び制御部ＣＯに接続されている。メモリ１９０は、情報を記憶し、当該記憶した情報を読み出し可能に構成される。メモリ１９０は、例えば非一過性（non-transitory）の記録媒体であり、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の半導体記録媒体が好適であるが、光学式記録媒体や磁気記録媒体等の任意の形式の記録媒体を包含し得る。なお、「非一過性」の記録媒体とは、一過性の伝搬信号（transitory, propagating signal）を除く全てのデータを読み取り可能な記録媒体を含み、揮発性の記録媒体を除外するものではない。メモリ１９０には、後述する演算部１８０による演算に必要な情報、制御部ＣＯによる各構成の制御に必要な情報等が記憶される。
　演算部１８０は、入力される情報に基づいて各種の演算を行う。演算部１８０として、例えば、制御部ＣＯと同様の構成が挙げられる。本実施形態では、演算部１８０は、光ファイバ裸線１Ｎの径をＤｎとし、光ファイバ裸線１Ｎの断面積をＳｇとする場合に、第１外径測定部１２１から入力する信号に基づいて、光ファイバ裸線１Ｎの断面積Ｓｇを以下の式（１）により算出する。
　Ｓｇ＝π（Ｄｎ／２）２　・・・（１）
また、演算部１８０は、光ファイバ１の径をＤｃとし、被覆層１２の断面積をＳｃとする場合に、第１外径測定部１２１から入力する信号及び第２外径測定部１２２から入力する信号に基づいて、被覆層１２の断面積Ｓｃを以下の式（２）により算出する。
　Ｓｃ＝π｛（Ｄｃ／２）－（Ｄｎ／２）｝２　・・・（２）
　ところで、張力計１５１によって測定される張力は、光ファイバ１に加えられる張力であるため、この張力は、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力と被覆層１２に加えられる張力とを和した値と考えることができる。ここで、被覆層１２に加えられる張力をＴｃとし、光ファイバ１を引き取る速度Ｖとする場合、張力Ｔｃは下記式（３）により算出することができる。
　Ｔｃ＝α・β・Ｖ・Ｓｃ　・・・（３）
なお、αは被覆層１２の単位面積当たりの張力、βは比例定数であり、これらの値はメモリ１９０に記憶されている。本実施形態の演算部１８０は、張力計１５１によって測定される張力をＴｆとし、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力をＴｇとする場合に、当該張力Ｔｇを下記式（４）により算出する。
　Ｔｇ＝Ｔｆ－α・β・Ｖ・Ｓｃ　・・・（４）
　また、本実施形態では、演算部１８０は、式（２）により算出した光ファイバ裸線１Ｎの断面積Ｓｇ、及び式（４）により算出した張力Ｔｇに基づいて、下記式（５）で表されるＴを算出し、算出した値を示す信号を制御部ＣＯに出力する。
　Ｔ＝Ｔｇ×（Ｓtarget／Ｓｇ）　・・・（５）
なお、Ｓtargetは光ファイバ裸線１Ｎの目標となる断面積であり、この値はメモリ１９０に記憶されている。ここで、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力Ｔｇは、実際には、光ファイバ裸線１Ｎの断面積Ｓｇの変動の影響を受ける。したがって、上記の式（５）で表されるＴは、光ファイバ裸線１Ｎの断面積と光ファイバ裸線１Ｎの断面積の目標値Ｓtargetとの比を張力Ｔｇに加味したものであり、光ファイバ裸線１Ｎの断面積Ｓｇの変動の影響が考慮された光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力である。
　本実施形態では、演算部１８０は、光ファイバ１に加わる張力として、当該Ｔの値を示す信号を制御部ＣＯに出力する。また、演算部１８０は、速度計１６１から入力する光ファイバ１を引き取る速度の値を示す信号も制御部ＣＯに出力する。
　次に、光ファイバの製造装置１００を用いて光ファイバ１を製造する方法について説明する。
　図４は、本実施形態に係る光ファイバ１の製造方法の工程を示すフローチャートである。図４に示すように、この製造方法は、位置決め工程Ｐ１と、前処理工程Ｐ２と、線引工程Ｐ３とを含んでいる。
（位置決め工程Ｐ１）
　まず、本工程を行う準備段階として、図２に示される光ファイバ用母材１Ｐを購入等によって準備し、光ファイバの製造装置１００の送り出し部１１５に固定する。また、制御部ＣＯは、電力供給部２００を制御して当該電力供給部２００からヒータ１１２に電力を供給させ、炉心管１１１を加熱する。本実施形態では、電力供給部２００からヒータ１１２に供給される電力は一定の電力とされる。そして、炉心管１１１が加熱されている状態において、制御部ＣＯは送り出し部１１５を制御し、当該送り出し部１１５に光ファイバ用母材１Ｐを送り出させ、光ファイバ用母材１Ｐを下端側から炉心管１１１の収容空間に送り込む。光ファイバ用母材１Ｐの下端部は溶融状態となり、その結果、光ファイバ用母材１Ｐの下端部に、下方に向かって先細りになるネックダウン部ＮＤが形成される。送り出し部１１５によって光ファイバ用母材１Ｐを送り出させることで、このネックダウン部ＮＤをヒータ１１２の位置まで降下させる。なお、ヒータ１１２の位置とは、炉心管１１１の中心軸線に沿った位置のうちヒータ１１２の上端部から下端部までの区間と重なる位置である。本実施形態では、ネックダウン部ＮＤの上端の位置が、ヒータ１１２の中心より上方かつヒータ１１２の上端より所定距離だけ下方の特定位置となるまで、光ファイバ用母材１Ｐを収容空間に送り込む。こうして、光ファイバ用母材１Ｐが位置決めされる。
　本実施形態では、光ファイバ用母材１Ｐを下降させている際においても、光ファイバ用母材１Ｐのネックダウン部ＮＤから光ファイバ１が線引きされる。制御部ＣＯは、光ファイバ１の外径が目標値となるように、第２外径測定部１２２で測定される光ファイバ１の外径の値に基づいて引取装置１６０を制御し、光ファイバ１を引き取る速度を調節する。しかし、本工程中では、光ファイバ用母材１Ｐの溶融状態の部位は温度が上昇している状態であるため、線引きされる光ファイバ１の外径は安定しない。なお、光ファイバ用母材１Ｐを位置決めした後に、電力供給部２００からヒータ１１２に電力を供給してもよく、ヒータ１１２に供給される電力は一定でなくてもよい。また、制御部ＣＯは、光ファイバ裸線１Ｎの外径が目標値となるように、第１外径測定部１２１で測定される光ファイバ裸線１Ｎの外径の値に基づいて引取装置１６０を制御し、光ファイバ１を引き取る速度を調節してもよい。
（前処理工程Ｐ２）
　次に、本工程を行う。一般的に、線引きされる光ファイバ１に加わる張力及び当該光ファイバ１を引き取る速度には、線引きされる光ファイバ１の外径が安定するような値がある。このような値は、例えば、光ファイバ用母材１Ｐの材質や紡糸炉等に応じて定められ、実験等によって求めることができる。上記の張力及び速度のそれぞれにおけるこのような値は、目標値として、メモリ１９０に記憶されている。本工程では、制御部ＣＯは、上記速度が増加して目標値となるように、かつ、光ファイバ１の外径が所定値となるように、第２外径測定部１２２から入力される光ファイバ１の外径の値及び速度計１６１で測定される光ファイバ１を引き取る速度の値に基づいて、引取装置１６０を制御する。なお、制御部ＣＯは、第１外径測定部１２１で測定される光ファイバ裸線１Ｎの外径の値及び速度計１６１で測定される光ファイバ１を引き取る速度の値に基づいて引取装置１６０を制御してもよい。また、制御部ＣＯは、演算部１８０で算出される光ファイバ１に加わる張力Ｔの値及び速度計１６１で測定される速度の値に基づいて、電力供給部２００を制御する。具体的には、制御部ＣＯは、光ファイバ１を引き取る速度をＶとし、張力の目標値をＴtargetとし、速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるように、電力供給部２００を制御し、光ファイバ用母材１Ｐの加熱温度が調節される。
　本実施形態では、上記のＴ／Ｖの経時的変化Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）を表す上記の２次関数は、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetになる時間をｔ0、光ファイバ用母材１Ｐに応じて予め定まる定数をａ0とする場合に、下記式（６）で表されるものとする。
　Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）＝ａ0（ｔ－ｔ0）２＋（Ｔtarget／Ｖtarget）　・・・（６）
ここで、本発明者は、光ファイバ用母材１Ｐを加熱し始めてから、上記Ｔ／Ｖが概ね一定になるまでの期間におけるＴ／Ｖの経時的変化について鋭意研究した。その結果、本発明者は、紡糸炉１１０に一定電力を供給する場合、ある時点まではＴ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値が最小値となる２次関数に沿うように減少して、この２次関数の頂点に到達し、当該ある時点からはＴ／Ｖがこの頂点での値で概ね一定になり、この概ね一定となる値が一定電力の値に応じることを見出した。このため、光ファイバ用母材１Ｐに対して、上記の定数ａ0、及び時間ｔ0を予め実験等により求めることができ、Ｔ／Ｖが式（６）に沿って減少するような一定の電力も予め把握し得る。本実施形態では、予め実験により求められたこれら値がメモリ１９０に記憶されている。また、本実施形態では、上記の位置決め工程Ｐ１においてヒータ１１２に供給される一定の電力は、Ｔ／Ｖが式（６）に沿って減少するような一定の電力とされる。このため、前処理工程Ｐ２の初期にヒータ１１２に供給される電力は、当該一定の電力となる。このため、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に概ね沿って減少するようになるため、制御部ＣＯの制御負荷を低減できる。
　図５は、本実施形態におけるＴ／Ｖの経時的変化を示すグラフである。図５のグラフにおいて、細線で示す部分が、位置決め工程Ｐ１の期間におけるＴ／Ｖの経時的変化である。一方、太線で示す部分が、前処理工程Ｐ２の期間におけるＴ／Ｖの経時的変化である。また、図５には、上記式（６）が破線で示されている。図５に示すように、前処理工程Ｐ２では、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるとともに、速度ＶがＶtargetとなり、張力ＴがＴtargetとなる。そして、光ファイバ裸線１Ｎの外径が安定して光ファイバ１の外径が安定する状態となる。
　（線引工程Ｐ３）
　本工程は、前処理工程Ｐ２の後、つまり、光ファイバ１の外径が安定した状態で光ファイバ１を線引きする工程である。本実施形態では、制御部ＣＯは、光ファイバ用母材１Ｐのネックダウン部ＮＤのヒータ１１２に対する位置が変化しないように、送り出し部１１５を制御し、光ファイバ用母材１Ｐの送り出し量が調節される。また、制御部ＣＯは、速度計１６１で測定される速度Ｖの値に基づいて当該速度ＶがＶtargetに維持されるように引取装置１６０を制御する。また、制御部ＣＯは、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetに維持されるように、電力供給部２００を制御し、光ファイバ用母材１Ｐの加熱温度が調節される。このため、外径が目標値となった光ファイバ１を安定して線引きできる。
　以上説明したように、本実施形態における光ファイバの製造方法は、前処理工程Ｐ２を備える。前処理工程Ｐ２では、光ファイバ用母材１Ｐを紡糸炉１１０により加熱して光ファイバ１を線引きする際に光ファイバ１に加わる張力及び光ファイバ１を引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、張力の目標値をＴtargetとし、速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetになるように、紡糸炉１１０に電力を供給する。
　また、本実施形態における光ファイバの製造装置１００は、光ファイバ用母材１Ｐを加熱して光ファイバ１を線引きする紡糸炉１１０と、紡糸炉１１０に電力を供給する電力供給部２００と、制御部ＣＯと、を備える。制御部ＣＯは、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるように、電力供給部２００を制御する。
　本発明者は鋭意研究を重ねた結果、Ｔ／Ｖが上記の２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるようにすることで、Ｔ／Ｖが一次関数的に減少する場合、つまり、Ｔ／Ｖの減少率が概ね一定である場合と比べて、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetとなった後に当該Ｔtarget／Ｖtargetからずれ難くなることを見出した。このため、Ｔ／ＶがＴtarget／Ｖtargetとなった後に、紡糸炉１１０に供給する電力を調整することが抑制される。したがって、本実施形態の光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造装置１００によれば、Ｔ／Ｖが目標値に安定するまでに要する時間、つまり張力Ｔ及び速度Ｖが目標値に安定するまでに要する時間を短縮して、光ファイバ１の生産性を向上し得る。
　また、本実施形態の光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造装置１００では、張力Ｔは、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力をＴｇ、光ファイバ裸線１Ｎの断面積をＳｇ、及び光ファイバ裸線１Ｎの断面積の目標値をＳtargetとして、上記式（５）により算出される。したがって、本実施形態における張力Ｔは光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力であり、張力Ｔの値には被覆層１２に起因する張力の成分が含まれない。このため、張力Ｔの値に被覆層１２に起因する張力の成分が含まれる場合に比べて、Ｔ／Ｖの値をより正確に算出することができる。
　また、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力Ｔｇは、実際には、光ファイバ裸線１Ｎの断面積Ｓｇが変動する影響を受ける。したがって、本実施形態のように、式（５）によって、光ファイバ裸線１Ｎの断面積の実測値と光ファイバ裸線１Ｎの断面積の目標値との比を張力Ｔｇに加味することで、Ｔ／Ｖの値をさらに正確に算出することができる。
　また、図５に示すように、光ファイバ用母材１Ｐの先端がヒータ１１２の位置に達するまでの期間である位置決め工程Ｐ１でのＴ／Ｖの経時的変化は、２次関数から逸脱する傾向があることが分かる。このため、光ファイバ用母材１Ｐのネックダウン部ＮＤがヒータ１１２の位置に達するまでは、Ｔ／Ｖを２次関数に沿うように減少させることが難しく、制御負荷がかかり得る。本実施形態では、位置決め工程Ｐ１の後に前処理工程Ｐ２を行うため、このような制御負荷がかかることを低減することができる。ただし、位置決め工程Ｐ１中に前処理工程Ｐ２を行ってもよい。
　以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、Ｔ／Ｖが上記式（６）に沿って減少するように紡糸炉１１０に電力を供給する前処理工程Ｐ２を例に説明した。しかし、前処理工程Ｐ２では、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetになるように、紡糸炉１１０に電力を供給すればよい。
　例えば、以下のような前処理工程の変形例を行ってもよい。
　本変形例では、上記の位置決め工程Ｐ１によって光ファイバ用母材１Ｐが位置決めされた後、一定電力ＥＰ１を紡糸炉１１０に供給する。本変形例では、一定電力ＥＰ１は、位置決め工程Ｐ１において供給する一定電力と同じとするが、異なっていてもよい。紡糸炉１１０に供給される電力が一定であるため、一定電力ＥＰ１が供給される期間中、Ｔ／Ｖは２次関数に沿うように減少する。図６は、本変形例におけるＴ／Ｖの経時的変化を概略的に示すグラフであり、Ｔ／Ｖの経時的変化が実線で示されている。演算部１８０は、一定電力ＥＰ１が供給される期間における複数のＴ／Ｖの値に基づいて、Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数を近似によって算出する。図６には、算出した２次関数が一点鎖線で示されている。なお、当該２次関数は、Ｔ／Ｖの経時的変化から僅かにずらして示されている。近似の方法として、例えば、最小二乗法が挙げられる。演算部１８０は、当該２次関数の頂点におけるＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetとの差ｄを算出し、当該差ｄを示す信号を制御部ＣＯに出力する。本変形例では、この差ｄは、Ｔ／Ｖの値からＴtarget／Ｖtargetを引いたものとされ、正負を有する。
　制御部ＣＯは、この差ｄに基づいて、電力供給部２００を制御する。具体的には、制御部ＣＯは、この差ｄが正であり当該差ｄの絶対値が所定値より大きい場合には、紡糸炉１１０に供給される電力が時刻ｔ１から一定電力ＥＰ１より高い一定電力となるように、電力供給部２００を制御する。このため、溶融状態の光ファイバ用母材１Ｐの粘度が下がり張力Ｔが下がることで、Ｔ／Ｖが低くなる。一方、制御部ＣＯは、この差ｄが負であり当該差ｄの絶対値が所定値より大きい場合には、紡糸炉１１０に供給される電力が時刻ｔ１から一定電力ＥＰ１より低い一定電力となるように、電力供給部２００を制御する。このため、溶融状態の光ファイバ用母材１Ｐの粘度が上がり張力Ｔが上がることで、Ｔ／Ｖが高くなる。また、制御部ＣＯは、この差ｄの絶対値が所定値以下である場合には、紡糸炉１１０に供給される電力が時刻ｔ１以降も一定電力ＥＰ１に維持されるように、電力供給部２００を制御する。図６には、紡糸炉１１０に供給される電力が時刻ｔ１から一定電力ＥＰ１より高い一定電力ＥＰ２となる場合が示されている。
　演算部１８０は、時刻ｔ１以降における複数のＴ／Ｖの値に基づいて、Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数を近似によって算出する。図６には、算出した２次関数が２点鎖線で示されている。なお、当該２次関数は、Ｔ／Ｖの経時的変化から僅かにずらして示されている。また、演算部１８０は、当該２次関数の頂点におけるＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetとの差ｄを算出し、当該差ｄを示す信号を制御部ＣＯに出力する。制御部ＣＯは、時刻ｔ１より前において演算部１８０がＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetとの差ｄを算出したときと同様に、この差ｄに基づいて電力供給部２００を制御する。
　そして、Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数の算出、及び当該２次関数の頂点におけるＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetとの差ｄに基づく一定電力の変更を、Ｔ／Ｖの値がＴtarget／Ｖtargetとなるまで繰り返す。図６には、時刻ｔ１から所定の期間経過した時刻ｔ２から一定電力ＥＰ２より高い一定電力ＥＰ３が紡糸炉１１０に供給される場合が示されている。また、一定電力ＥＰ３が供給される期間における複数のＴ／Ｖの値に基づいて算出される２次関数が破線で示されている。そして、図６に示す例では、この２次関数の頂点におけるＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetと差の絶対値が上記所定値未満となり、時刻ｔ３でのＴ／Ｖの値がＴtarget／Ｖtargetとなっている。
　以上のように、この変形例の前処理工程では、所定の期間にわたって一定電力を紡糸炉１１０に供給することにより、Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数を求め、当該２次関数の頂点におけるＴ／Ｖの値とＴtarget／Ｖtargetとの差ｄに基づいて紡糸炉１１０に供給する一定電力を変更する。このようにすることで、Ｔtarget／Ｖtargetを頂点とする２次関数を予め実験等により定めなくても、Ｔ／Ｖが時間の経過とともにＴtarget／Ｖtargetを頂点とする２次関数に沿って減少してＴtarget／Ｖtargetとなるようにできる。
　また、上記実施形態では、張力Ｔを式（５）で算出する例を説明したが、張力Ｔを上記式（４）により算出される値としてもよい。この場合でも、張力Ｔは、光ファイバ裸線１Ｎに加えられる張力であり、張力Ｔの値には被覆層１２に起因する張力の成分が含まれない。このため、張力Ｔの値に被覆層１２に起因する張力の成分が含まれる場合に比べて、光ファイバ裸線１ＮにおけるＴ／Ｖの値をより正確に算出することができる。また、式（５）の演算を行う必要がないため、制御負荷を低減し得る。或いは、張力Ｔを張力計１５１で計測された値としてもよい。この場合、式（４）や式（５）の演算をする必要がないため、制御負荷を低減し得る。
　本発明によれば、光ファイバの生産性を向上し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置が提供され、光ファイバに関連する種々の分野において利用可能である。

Claims (7)

  1. 　光ファイバ用母材を紡糸炉により加熱して光ファイバを線引きする際に前記光ファイバに加わる張力及び前記光ファイバを引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、前記張力の目標値をＴtargetとし、前記速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少して前記Ｔtarget／Ｖtargetになるように、前記紡糸炉に電力を供給する前処理工程を備える
    ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
  2. 　前記Ｔ／Ｖの経時的変化Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）を表す前記２次関数は、前記Ｔ／Ｖが前記Ｔtarget／Ｖtargetになる時間をｔ0、前記光ファイバ用母材に応じて予め定まる定数をａ0とする場合に、下記式
    　　Ｔ（ｔ）／Ｖ（ｔ）＝ａ0（ｔ－ｔ0）２＋（Ｔtarget／Ｖtarget）
    で表される
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
  3. 　前記前処理工程において、所定の期間にわたって一定電力を前記紡糸炉に供給することにより、前記Ｔ／Ｖの経時的変化を表す２次関数を求め、当該２次関数の頂点における前記Ｔ／Ｖの値と前記Ｔtarget／Ｖtargetとの差に基づいて前記紡糸炉に供給する前記一定電力を変更する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
  4. 　前記光ファイバ用母材のネックダウン部を前記紡糸炉におけるヒータの位置まで挿入する位置決め工程の後に、前記前処理工程を行う
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
  5. 　前記張力は、光ファイバ裸線に加えられる張力である
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
  6. 　前記張力が、前記光ファイバ裸線に加えられる張力をＴｇ、前記光ファイバ裸線の断面積をＳｇ、及び前記光ファイバ裸線の断面積の目標値をＳtargetとする場合に、下記式
    　　Ｔ＝Ｔｇ×（Ｓtarget／Ｓｇ）
    により算出される値とされる
    ことを特徴とする請求項５項に記載の光ファイバの製造方法。
  7. 　光ファイバ用母材を加熱して光ファイバを線引きする紡糸炉と、
    　前記紡糸炉に電力を供給する電力供給部と、
    　制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記光ファイバを線引きする際に前記光ファイバに加わる張力及び前記光ファイバを引き取る速度をそれぞれＴ、Ｖとし、前記張力の目標値をＴtargetとし、前記速度の目標値をＶtargetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点における値がＴtarget／Ｖtargetである２次関数に沿って減少して前記Ｔtarget／Ｖtargetとなるように、前記電力供給部を制御する
    ことを特徴とする光ファイバの製造装置。
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