(57)【要約】【課題】スート生成中のスート落下及び表面剥がれの監視作業を自動化し、無人化による作業効率の向上及び安全性の向上が可能な光ファイバ母材製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】チャック部で支持されたガラス棒からなる出発部材１を、中心軸を回転軸として回転させ、出発部材１の外周に中心軸に沿って火炎６と共にガラス微粒子を吹き付けて光ファイバ母材を製造する方法及び装置において、チャック部に接続された重量測定手段１０，１１により生成中の光ファイバ母材の重量を測定し、その重量が設定値よりも小さいとき、生成中の光ファイバ母材が落下したと判定し、少なくとも火炎６の吹き付けを停止する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャック部で支持されたガラス棒からなる出発部材を、中心軸を回転軸として回転させ、上記出発部材の外周に上記中心軸に沿って火炎と共にガラス微粒子を吹き付けて光ファイバ母材を製造する方法において、上記チャック部に接続された重量測定手段により生成中の光ファイバ母材の重量を測定し、その重量が設定値よりも小さいとき、上記生成中の光ファイバ母材が落下したと判定し、少なくとも上記火炎の吹き付けを停止することを特徴とする光ファイバ母材製造方法。
【請求項２】
上記生成中の光ファイバ母材の落下判定を一定時間毎に行ってその判定結果を記憶し、最初の落下判定から連続して所定回数落下判定された時に上記火炎の吹き付けを停止する請求項１に記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項３】
上記生成中の光ファイバ母材の重量の所定時間当たりの増加分が予想値よりも小さいとき、上記生成中の光ファイバ母材の表面に剥がれが発生したと判定し、上記火炎の吹き付けを停止する請求項１又は２に記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項４】
上記剥がれ発生の判定を一定時間毎に行ってその判定結果を記憶し、最初の剥がれ発生の判定から連続して所定回数剥がれ発生判定された時に上記火炎の吹き付けを停止する請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項５】
ガラス棒からなる出発部材の両端を回転自在に支持すると共にその出発部材の中心軸を回転軸として回転させるチャック部と、上記出発部材の外周に火炎と共にガラス微粒子を吹き付けてスートを生成するスート生成手段と、上記出発部材と該スート生成手段とを上記出発部材の中心軸に沿って相対的に往復移動させる往復移動手段とを有する光ファイバ母材製造装置において、上記チャック部に取り付けられ生成中の光ファイバ母材の重量を電気信号に変換して出力する重量測定手段と、該重量測定手段から出力された重量値を入力し、設定値よりも小さいとき、上記生成中の光ファイバ母材が落下したと判定し、上記スート生成手段を停止する制御手段とを具備したことを特徴とする光ファイバ母材製造装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記生成中の光ファイバ母材の重量値が上記設定値よりも大きくかつ所定時間当たりの重量増加分が予想値よりも小さいとき、上記生成中の光ファイバ母材の表面に剥がれが発生したと判定し、上記スート生成手段を停止する請求項５に記載の光ファイバ母材製造装置。
【請求項７】
上記制御手段は、一定時間毎に行われる上記落下判定の結果及び上記剥がれ発生判定の結果をそれぞれ記憶するメモリと、各判定回数を数え、少なくとも一方の判定が連続して所定回数に達した時に上記スート生成手段を停止する信号を出力するカウンタとを備えた請求項５又は６に記載の光ファイバ母材製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材の製造方法の一つに外付け法がある。
【０００３】
図４にこの外付け法の説明図を示す。
【０００４】
図４に示すように、外付け法は、光ファイバのコア又はコアとクラッドの一部となるガラス棒を出発部材（ターゲット１）とし、そのターゲット１の両端をチャック２，３で水平に保持し、ターゲット１の中心軸を回転軸として矢印４方向に回転させ、少なくとも１本のスート生成用バーナ（以下「バーナ」という。）５へ原料ガスである四塩化珪素と、燃料ガスである水素と、助燃料ガスである酸素とを供給し、そのバーナ５から火炎６と共にガラス微粒子を吹き付けて、回転するターゲット１の外周にガラス微粒子を堆積させながら、ターゲット１の中心軸に沿ってターゲット１とバーナ５とを相対的に矢印７，８方向に往復移動、すなわちトラバースさせることにより多孔質スート母材（以下「スート」という。）９を生成する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外付け法は、時間経過に伴いガラス微粒子の堆積量、すなわちスート重量が増大していくが、水平状態にてスート生成を行うため、その自重によりスート９が落下してしまう可能性がある。
【０００６】
スート生成中又はスート生成終了後にスート９が落下した場合、スート９の下方に各種装置やバーナ５があると、その落下したスート９により破壊される虞がある。さらに、各種装置やバーナ５がトラバースしている状態で破壊されると、バーナ５から噴出されている火炎６やガラス微粒子などがあちこちに撒布される虞もある。また、各種装置やバーナ５が破壊されない場合でも、火炎６やガラス微粒子の吹き付け対象となるスート９が無くなると、スート９の上方にある装置の一部分や排気管などが過昇温する虞もある。
【０００７】
また、外付け法は、堆積中に付着しなかったガラス微粒子等の影響により、スート９の嵩密度（単位体積当たりのガラス微粒子の重量）が急激に低下することがあるが、嵩密度が小さい場合、スート９の剛性も低く、堆積中又は堆積が終了したスート９にクラックが生じ、そのクラックにより、堆積したガラス微粒子が表面から剥がれる虞がある。
【０００８】
表面が剥がれた場合、そのスート９は製品外となるため、剥がれた状態で製造を継続してもバーナ５のガスや動力などが無駄に消費されるだけとなり、作業効率や省エネの観点からみても無駄が多くなる。
【０００９】
以上のことから、スート９が落下するかスート表面が剥がれた時点で、バーナ５のガスの吹き付けも含めた製造装置全体を即座に停止する必要がある。
【００１０】
このため、従来はガラス母材製造装置に、製造を監視する人を配していた。
【００１１】
しかし、スート９の落下や表面剥がれの現象は頻発するものではなく、また監視のために人を配するということは世の省力化の流れに全く逆行するものであり、さらに、人により完全に監視するということも実質不可能である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、スート生成中のスート落下及び表面剥がれの監視作業を自動化し、無人化による作業効率の向上及び安全性の向上が可能な光ファイバ母材製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、チャック部で支持されたガラス棒からなる出発部材を、中心軸を回転軸として回転させ、出発部材の外周に中心軸に沿って火炎と共にガラス微粒子を吹き付けて光ファイバ母材を製造する方法において、チャック部に接続された重量測定手段により生成中の光ファイバ母材の重量を測定し、その重量が設定値よりも小さいとき、生成中の光ファイバ母材が落下したと判定し、少なくとも火炎の吹き付けを停止する方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、生成中の光ファイバ母材の落下判定を一定時間毎に行ってその判定結果を記憶し、最初の落下判定から連続して所定回数落下判定された時に火炎の吹き付けを停止する方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２の構成に加え、生成中の光ファイバ母材の重量の所定時間当たりの増加分が予想値よりも小さいとき、生成中の光ファイバ母材の表面に剥がれが発生したと判定し、火炎の吹き付けを停止する方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加え、剥がれ発生の判定を一定時間毎に行ってその判定結果を記憶し、最初の剥がれ発生の判定から連続して所定回数剥がれ発生判定された時に火炎の吹き付けを停止する方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、ガラス棒からなる出発部材の両端を回転自在に支持すると共にその出発部材の中心軸を回転軸として回転させるチャック部と、出発部材の外周に火炎と共にガラス微粒子を吹き付けてスートを生成するスート生成手段と、出発部材とスート生成手段とを出発部材の中心軸に沿って相対的に往復移動させる往復移動手段とを有する光ファイバ母材製造装置において、チャック部に取り付けられ生成中の光ファイバ母材の重量を電気信号に変換して出力する重量測定手段と、この重量測定手段から出力された重量値を入力し、設定値よりも小さいとき、生成中の光ファイバ母材が落下したと判定し、スート生成手段を停止する制御手段とを具備したものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５の構成に加え、制御手段は、生成中の光ファイバ母材の重量値が設定値よりも大きくかつ所定時間当たりの重量増加分が予想値よりも小さいとき、生成中の光ファイバ母材の表面に剥がれが発生したと判定し、スート生成手段を停止するものである。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項５又は６の構成に加え、制御手段は、一定時間毎に行われる落下判定の結果及び剥がれ発生判定の結果をそれぞれ記憶するメモリと、各判定回数を数え、少なくとも一方の判定が連続して所定回数に達した時にスート生成手段を停止する信号を出力するカウンタとを備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に本発明にかかる光ファイバ母材製造装置の概略を示す。
【００２２】
図１に示すように、この光ファイバ母材製造装置は、光ファイバのコア又はコアとクラッドの一部となるガラス棒からなる出発部材（ターゲット１）の左右両端を回転自在に支持するチャック２，３及びこのチャック２，３を回転させるチャック回転手段２ａ，３ａからなるチャック部と、製造装置本体（図示せず）に固定された装置本体側ベース１８，１９と、この装置本体側ベース１８，１９上に設置されチャック部を垂直方向に案内するエアスライド部１２，１３と、エアスライド部１２，１３に連結されチャック部が載置されるチャック用ベース１６，１７と、そのチャック用ベース１６，１７と装置本体側ベース１８，１９との間にそれぞれ挿入され、生成中の光ファイバ母材の重量を測定するための圧縮型ロードセルなどの重量測定器１０，１１とを備えている。
【００２３】
エアスライド部１２，１３は、矢印１４，１５で示される上下（垂直）方向にスライド可能であるが、このスライド面は摩擦係数がほとんど零であり、チャック部と製造装置本体とを機械的に切り離すことを可能にしている。
【００２４】
また、製造装置本体には、スート９の中心軸に沿って矢印７，８方向に往復移動可能な少なくとも１本のスート生成用バーナ（以下「バーナ」という。）５が設けられている。
【００２５】
図示されていないが、このバーナ５には、火炎６と共にガラス微粒子を吹き付けられるように、四塩化珪素などの原料ガスを供給する原料ガス供給手段、水素などの燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段及び酸素などの助燃料ガスを供給する助燃料ガス供給手段が接続されている。さらに、ターゲット１の中心軸に沿ってターゲット１とバーナ５とを相対的に矢印７，８方向に往復移動、すなわちトラバースできるように、バーナ５は、製造装置本体にターゲット１の長さの範囲内で往復移動自在に取り付けられていると共に、モータなどの駆動手段やラック・ピニオンなどの案内手段が接続されている。
【００２６】
また、光ファイバ母材製造装置は、両重量測定器１０，１１と接続されそれらの重量測定器１０，１１より出力される各々の重量値データを入力して並列加算して総重量分の電気信号からなる加算データを出力する加算器２０と、その加算データからチャック部及びチャック用ベース１６，１７の重量を除いた生成中の光ファイバ母材（ターゲット１とスート９との重量の和）の重量をデジタルの重量値表示データに変換して表示すると共に、表示された生成中の光ファイバ母材の重量データをＢＣＤ信号やアナログ信号などで外部に出力する重量表示器２１と、その重量表示器２１から出力された生成中の光ファイバ母材の重量データを基に「スート落下」又は「表面剥がれ発生」の判定を行う検出部２２とを有し、判定結果に基づいて製造装置全体を自動的に停止する処理を行う制御装置３０を備えている。
【００２７】
この制御装置３０には、プログラミングが可能なパソコンやプログラマブルコントローラ等が用いられる。
【００２８】
検出部２２は、重量表示器２１からの生成中の光ファイバ母材の重量データを取り込む一方で、生成中の光ファイバ母材が落下したと判断できる重量データ（以下「下限値」という。）と、スート表面が剥がれたと判断できる重量データ（以下「減少値」という。）とを予め記憶するためのメモリと、それらの下限値及び減少値を呼び出してスート単体の重量データと比較する比較器と、比較結果が条件を満たした時に「スートの落下」又は「表面剥がれ発生」と判定する演算器とを具備しており、その判定結果を、上述したバーナ５の３つのガス供給手段や駆動手段などの運転回路に取り込むことで、その判定結果に応じて製造装置全体を自動的に停止できるようになっている。
【００２９】
図２に検出部による判定方法の処理手順の流れを示す。
【００３０】
図２に示すように、本処理を行うに際しては、予め下限値Ｃと、減少値Ｄとを設定する（ステップ３１）。
１．重量表示器から出力される重量データを一定スキャン毎に取り込み、その都度記憶する（ステップ３３）。
２．取り込まれた重量データを逐次移動平均化処理し、処理後のデータ（以下「平均データ」という。）Ｂをその都度記憶する（ステップ３４）。
３．最も新しく検出装置に取り込まれたスート重量データ（以下「最新データ」という。）Ａと予め記憶した下限値Ｃとを比較し（ステップ３５）、最新データＡが下限値Ｃを下回った場合は「スート落下」と判定する（ステップ３８）。
４．最新データＡが下限値Ｃを上回った場合は、更に平均データＢから最新データＡを差し引いた値と予め記憶した減少値Ｄとを比較し（ステップ４１）、差し引いた値が減少値Ｄを上回った場合は「表面剥がれ発生」と判定する（ステップ４５）。
５．「スート落下」又は「表面剥がれ発生」と判定した場合は装置停止信号を出力する（ステップ４６）。
【００３１】
次に、この光ファイバ母材製造装置を用いて光ファイバ母材製造方法を作用と共に説明する。
【００３２】
光ファイバ母材を製造するに際しては、ターゲット１を矢印４方向に回転させ、バーナ５へ原料ガスである四塩化珪素と、燃料ガスである水素と、助燃料ガスである酸素とを供給し、そのバーナ５から火炎６と共にガラス微粒子を吹き付けて、回転するターゲット１の外周にガラス微粒子を堆積させると共に、ターゲット１の中心軸に沿ってバーナ５を矢印７，８方向にトラバースさせることにより、スート９を生成させる。
【００３３】
生成中の光ファイバ母材は、一定時間毎に重量が測定され、その測定結果の最新データと下限値とが比較される。
【００３４】
そして、比較した結果、最新データが下限値よりも小さい場合には、「スート落下」と判定され、バーナ５の吹き付け及び移動など製造装置全体が停止される。
【００３５】
また、最新データが下限値よりも大きい場合には、さらに生成中の光ファイバ母材の重量の所定時間当たりの増加分と減少値とが比較される。
【００３６】
そして、比較した結果、重量の増加分が減少値よりも小さい場合には、「表面剥がれ発生」と判定され、同様に製造装置全体が停止される。
【００３７】
このように、生成中の光ファイバ母材の重量を測定し、その測定値と設定値とを比較することにより、スート落下と表面剥がれ発生を検出することができる。これにより、監視作業を自動化できるので、監視作業の無人化により作業の効率化を図れると共に、安全性を向上することが可能になる。
【００３８】
また、スート落下及び表面剥がれ発生後に自動的にかつ人による状況判断後の手動装置停止よりも短時間で製造装置全体を停止できるので、バーナ５のガスや動力などの無駄な原料及び燃料消費を防止できる。
【００３９】
次に、本実施の形態の変形例について述べる。
【００４０】
スート９を生成する際には、上述したように、ターゲット１の両端をチャック２，３で水平に保持し、ターゲット１の中心軸を回転軸として回転させるが、このターゲット１の回転時に発生する振動がチャック部の下に取り付けられた重量測定器１０，１１に影響を与えるなど、外乱要因により一時的に本質重量とは異なる重量データ（以下「異常データ」という。）が測定される可能性がある。
【００４１】
これにより、何ら異常が発生していない場合でも、この異常データと予め記憶した下限値や減少値との比較で、条件を満たしている場合は「スート落下」又は「表面剥がれ発生」と誤判定されてしまい、製造装置全体が停止してしまうことになる。
【００４２】
そこで、検出部２２は、誤判定防止処理を含めたスート落下及び表面剥がれ発生判定処理を行う。
【００４３】
図３に、この誤判定防止処理を含めたスート落下及び表面剥がれ発生判定処理の流れを示す。
【００４４】
図３に示すように、上述した下限値Ｃ及び減少値Ｄの設定に加え（ステップ３１）、実際にスートが落下したと判断できるのはスート落下の判定を行うルーチンにて何回連続して「スート落下」と判定された場合であるかという回数データ（以下「下限値判定検出カウンタ」という。）Ｇを設定し、予め記憶しておく（ステップ３２）。
【００４５】
この下限値判定検出カウンタＧとは、「スート落下」と判定され続けた場合の最初の落下判定から装置停止信号を出力するまでの時間という意味合いを持ち、一時的な異常データにより誤って「スート落下」と判定されるのを防ぐものである。
【００４６】
また、表面剥がれ発生検出についても落下検出と同様に、実際にスート表面が剥がれたと判断できるのは表面剥がれ発生の判定を行うルーチンにて何回連続して「表面剥がれ発生」と判定された場合かという回数データ（以下「減少値判定検出カウンタ」という。）Ｈを設定し、予め記憶しておく（ステップ３２）。
【００４７】
この減少値判定検出カウンタＨも、上述した下限値判定検出カウンタＧと同様のものであり、誤って「表面剥がれ発生」と判定されるのを防ぐものである。
【００４８】
そして、図２に示した処理と同様に、重量表示器から出力される重量データを一定スキャン毎に取り込み、その都度記憶する（ステップ３３）。
【００４９】
更に、取り込まれた重量データを逐次移動平均化処理し、処理後の平均データＢをその都度記憶する（ステップ３４）。
【００５０】
そして、最も新しく検出部に取り込まれた最新データＡと予め記憶した下限値Ｃとを比較し、最新データＡが下限値Ｃを下回った場合は「スート落下」と判定する（ステップ３５）。
【００５１】
ここで、判定ルーチンにて「スート落下」と判定された結果を直ちに出力せずに検出部内のカウンタ（以下「下限値カウンタ」という。）Ｅの値に＋１加算して制御を実行する（ステップ３６）。
【００５２】
このループ中で常に下限値カウンタＥの値と予め記憶した下限値判定検出カウンタＧの値とを比較し（ステップ３７）、下限値カウンタＥの値が下限値判定検出カウンタＧの値を超えた場合に、「スート落下」の判定を確定して（ステップ３８）、装置停止信号を出力する（ステップ４６）。
【００５３】
また、判定ルーチンを通過したときに「スート落下」と判定されなかった場合、下限値カウンタＥの値を０にリセットし（ステップ３９）、平均データＢから最新データＡを差し引いた値と予め記憶した減少値Ｄとを比較する（ステップ４１）。さらに、下限値カウンタＥの値が下限値判定検出カウンタＧの値を超えなかった場合にも、平均データＢから最新データＡを差し引いた値と予め記憶した減少値Ｄとを比較する（ステップ４１）。そして、差し引いた値が減少値Ｄを上回った場合は「表面剥がれ発生」と判定する。
【００５４】
ここで、判定ルーチンにて「表面剥がれ発生」と判定された結果を直ちに出力せずに、検出部内のカウンタ（以下「減少値カウンタ」という。）Ｆの値に＋１加算した上で制御を続行し（ステップ４２）、制御が判定ルーチンを再度通過したときに再び「表面剥がれ発生」と判定された場合は、減少値カウンタＦの値に更に＋１加算して制御を続行する（ステップ４２）。
【００５５】
このループ中で常に減少値カウンタＦの値と予め記憶した減少値判定検出カウンタＨの値とを比較し（ステップ４４）、減少値カウンタＦの値が減少値判定カウンタＨを超えた場合に、「表面剥がれ発生」の判定を確定して（ステップ４５）、装置停止信号を出力する（ステップ４６）。
【００５６】
また、判定ルーチンを通過したときに「表面剥がれ発生」と判定されなかった場合は、減少値カウンタＦの値を０にリセットして（ステップ４３）、以後重量データを取り込み（ステップ３３）、制御を続行する。
【００５７】
以上説明したように、スート落下及び表面剥がれ発生判定処理に加え、誤判定防止処理を行うことにより、外乱要因により誤ってスート落下や表面剥がれを検出することによる装置の停止を防ぎ、検出の信頼性を高めることができる。
【００５８】
また、本発明は、生成中のスート重量の測定結果に基づいて、駆動系やガス流量の制御などを行うことにより、光ファイバ母材を効率良く生成でき、低コスト化を図ることも可能である。
【００５９】
尚、本実施の形態では、チャック部を製造装置本体から機械的に切り離すために、エアスライド部１２，１３を用いたが、これに限らず、チャック部と製造装置本体の連結を軽減するようなＬＭガイドやエア軸受け装置、玉軸受け装置などを用いて生成中の光ファイバ母材の重量を測定できるようにしても良い。
【００６０】
また、本実施の形態にあっては、圧縮型の重量測定器１０，１１を用いてこれをチャック部の下に設置し、スート重量を測定しているが、チャック部の上に引張り型の重量測定器を設置し、外乱要素による一瞬の信号のばらつきを抑えるための移動平均化処理を行い、その平均データを検出部２２に取り込んでスート落下や表面剥がれ検出判定を行っても良い。
【００６１】
但し、この場合は、移動平均化処理におけるサンプリング時間により、検出部での判定が遅れる（応答性の悪化）可能性が大きくなる。
【００６２】
また、本実施の形態では、本発明を外付け法に適用する場合について説明したが、これ以外にも内付け法や、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法など、全ての光ファイバ母材製造方法に適用することができることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、スート生成中のスート落下及び表面剥がれ発生の監視作業を自動化できるので、無人化により作業効率が向上すると共に安全性が向上する。
【００６４】
また、スート落下及び表面剥がれ発生検出の信頼性が向上するので、スート落下や表面剥がれ発生の誤検出による装置の停止を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す光ファイバ母材製造装置の概略図である。
【図２】図１の検出部でのスート落下及び表面剥がれ発生判定処理の流れ図である。
【図３】図１の検出部での外乱要因による誤判定防止処理を含めたスート落下及び表面剥がれ発生判定処理の流れ図である。
【図４】従来の外付け法の説明図である。
【符号の説明】
１　ターゲット（出発部材）
２，３　チャック
２ａ，３ａ　チャック回転手段
５　スート生成用バーナ
１０，１１　重量測定器
２０　加算器
２１　重量表示器
２２　検出部
３０　制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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