(57)【要約】【課題】母材温度が変動しても安定した光ファイバ外径制御を行う。【解決手段】光ファイバＢの外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」に基づいて母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０］を制御すると共に、その制御タイミングを加熱炉１または加熱炉１中の母材Ａの温度測定値Ｔ１に基づいて調整する。【効果】加熱炉１中の母材Ａの温度変動により母材Ａの粘度が変動し、母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性が変動しても、その追従性の変動に制御タイミングを適合させて母材送り速度を制御することが出来る。よって、ハンチング等の発生を防止でき、安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る。【選択図】  図１
2005022910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉と、前記加熱炉へ母材を送り込む母材送り込み手段と、前記加熱炉で加熱軟化した母材から光ファイバを引き出す光ファイバ引出手段と、前記加熱炉から引き出した光ファイバの外径を測定する光ファイバ外径測定手段と、前記光ファイバの外径測定値に基づいて母材送り速度を制御する母材送り速度制御手段と、前記加熱炉または加熱炉中の母材の温度を測定する温度測定手段と、前記母材送り速度を制御する制御タイミングを温度測定値に基づいて調整する制御タイミング調整手段とを具備したことを特徴とする光ファイバ製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバ製造装置において、前記制御タイミング調整手段は、第１の温度測定値では第１のホールド時間毎に制御タイミングを設定し、前記第１の温度測定値より低い第２の温度測定値では前記第１のホールド時間より長い第２のホールド時間毎に制御タイミングを設定することを特徴とする光ファイバ製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバ製造装置において、前記制御タイミング調整手段は、標準ホールド時間をＣ［ｓ］、定数をＡ、温度測定値をＴ１［℃］、標準温度測定値をＴ０［℃］とするとき、前記ホールド時間をΔｔ［ｓ］を、
Δｔ＝Ｃ／｛Ａ（Ｔ１−Ｔ０）／１００｝
により設定することを特徴とする光ファイバ製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光ファイバ製造装置において、標準ホールド時間Ｃ＝５０［ｓ］、定数Ａ＝４、標準温度測定値Ｔ０＝１９５０［℃］であることを特徴とする光ファイバ製造装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ製造装置において、前記母材送り速度制御手段は、外径測定値が所定の不感帯内であるときは現在の母材送り速度を維持し、外径測定値が前記不感帯外で所定のリミット範囲内であるときは母材送り速度を増減し、外径測定値が前記リミット範囲外であるときは警告を報知することを特徴とする光ファイバ製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバ製造装置において、前記母材送り速度制御手段は、直径Ｒ０の母材を母材送り速度Ｖ０で送り込んだときに標準外径Ｒ１の光ファイバを引き出し速度Ｖ１で引き出すことが出来る場合に、光ファイバの外径測定値が「Ｒ１＋ΔＲ１」になったときは、母材送り速度を「Ｖ０−（２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１」とすることを特徴とする光ファイバ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ製造装置に関し、さらに詳しくは、母材温度が変動しても安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る光ファイバ製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱炉と、加熱炉へ母材を送り込む母材送り込み手段と、加熱炉で加熱軟化した母材から光ファイバを引き出す光ファイバ引出手段と、加熱炉から引き出した光ファイバの外径を測定する光ファイバ外径測定手段と、光ファイバの外径測定値に基づいて母材送り速度を制御する母材送り速度制御手段とを具備した光ファイバ製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光ファイバ製造装置では、母材送り速度の変化に対して光ファイバ外径の変化が十分追従することを前提としている。
しかし、環境温度の低下や母材送り込み量の増加等の原因で加熱炉中の母材温度が下がった場合、母材の粘度が上がるため、母材送り速度の変化に対して光ファイバ外径の変化が十分追従しなくなる。すると、ハンチングが起こり、光ファイバ外径が振動的に目標値から外れてしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、母材温度が変動しても安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る光ファイバ製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、加熱炉と、前記加熱炉へ母材を送り込む母材送り込み手段と、前記加熱炉で加熱軟化した母材から光ファイバを引き出す光ファイバ引出手段と、前記加熱炉から引き出した光ファイバの外径を測定する光ファイバ外径測定手段と、前記光ファイバの外径測定値に基づいて母材送り速度を制御する母材送り速度制御手段と、前記加熱炉または加熱炉中の母材の温度を測定する温度測定手段と、前記母材送り速度を制御する制御タイミングを温度測定値に基づいて調整する制御タイミング調整手段とを具備したことを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
上記第１の観点による光ファイバ製造装置では、加熱炉または加熱炉中の母材の温度を測定し、その温度測定値に基づいて、母材送り速度を制御する制御タイミングを調整する。これにより、加熱炉中の母材温度の変動により母材の粘度が変動し、母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性が変動しても、その追従性の変動に制御タイミングを適合させて母材送り速度を制御することが出来る。よって、ハンチング等の発生を防止でき、安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバ製造装置において、前記制御タイミング調整手段は、第１の温度測定値では第１のホールド時間毎に制御タイミングを設定し、前記第１の温度測定値より低い第２の温度測定値では前記第１のホールド時間より長い第２のホールド時間毎に制御タイミングを設定することを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
上記第２の観点による光ファイバ製造装置では、加熱炉または加熱炉中の母材の温度が低下すると、母材送り速度を制御する制御タイミングを長くする。これにより、加熱炉中の母材温度の低下により母材の粘度が高くなって母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性が低下しても、その追従性の低下に制御タイミングを適合させて母材送り速度を制御することが出来る。よって、ハンチング等の発生を防止でき、安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバ製造装置において、前記制御タイミング調整手段は、標準ホールド時間をＣ［ｓ］、１より大きい定数をＡ、温度測定値をＴ１［℃］、標準温度測定値をＴ０［℃］とするとき、前記ホールド時間をΔｔ［ｓ］を、
Δｔ＝Ｃ／｛Ａ（Ｔ１−Ｔ０）／１００｝      …（１）
により設定することを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
本発明の発明者が鋭意研究したところ、温度測定値Ｔ１の標準温度測定値Ｔ０からのずれ「Ｔ１−Ｔ０」の指数関数でホールド時間Δｔを決めると、加熱炉中の母材温度の変動に起因する、母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性の変動に、制御タイミングを適合させて、母材送り速度を制御できることが判った。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバ製造装置において、標準ホールド時間Ｃ＝５０［ｓ］、定数Ａ＝４、標準温度測定値Ｔ０＝１９５０［℃］であることを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
本発明の発明者が鋭意研究したところ、
Δｔ＝５０／｛４（Ｔ１−１９５０）／１００｝      …（２）
によりホールド時間Δｔを決めると、加熱炉中の母材温度の変動に起因する、母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性の変動に、制御タイミングを適合させて、母材送り速度を制御できることが判った。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバ製造装置において、前記母材送り速度制御手段は、外径測定値が所定の不感帯内であるときは現在の母材送り速度を維持し、外径測定値が前記不感帯外で所定のリミット範囲内であるときは母材送り速度を増減し、外径測定値が前記リミット範囲外であるときは警告を報知することを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
上記第５の観点による光ファイバ製造装置では、外径測定値が所定の不感帯内であるときは、母材送り速度を制御しなくても外径がリミット範囲外に出ることがないと推定できるため、現在の母材送り速度を維持する。また、外径測定値が不感帯外で所定のリミット範囲内であるときは、母材送り速度を制御しないと外径がリミット範囲外に出る可能性があるため、母材送り速度を増減する。また、外径測定値が前記リミット範囲外であるときは、許容できない程度まで太いか細い光ファイバが製造されてしまったため、警告を報知する。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバ製造装置において、前記母材送り速度制御手段は、直径Ｒ０の母材を母材送り速度Ｖ０で送り込んだときに標準外径Ｒ１の光ファイバを引き出し速度Ｖ１で引き出すことが出来る場合に、光ファイバの外径測定値が「Ｒ１＋ΔＲ１」になったときは、母材送り速度を、
Ｖ０−（２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１      …（３）
とすることを特徴とする光ファイバ製造装置を提供する。
【００１１】
直径Ｒ０の母材を母材送り速度Ｖ０で送り込み、標準外径Ｒ１の光ファイバを引き出し速度Ｖ１で引き出すことが出来ている状態では、１秒間に送り込まれる母材量「π×（Ｒ０／２）２×Ｖ０」と１秒間に引き出される光ファイバ量「π×（Ｒ１／２）２×Ｖ１」とが等しいから、次式が成立する。
π×（Ｒ０／２）２×Ｖ０＝π×（Ｒ１／２）２×Ｖ１      …（４）
変形すれば、
Ｒ１２／Ｒ０２＝Ｖ０／Ｖ１      …（４’）
【００１２】
次に、直径Ｒ０の母材を母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」で送り込み、外径「Ｒ１＋ΔＲ１」の光ファイバを引き出し速度Ｖ１で引き出すことが出来ている状態では、１秒間に送り込まれる母材量「π×（Ｒ０／２）２×（Ｖ０＋ΔＶ０）」と１秒間に引き出される光ファイバ量「π×｛（Ｒ１＋ΔＲ１）／２｝２×Ｖ１」とが等しいから、次式が成立する。
π×（Ｒ０／２）２×（Ｖ０＋ΔＶ０）＝π×｛（Ｒ１＋ΔＲ１）／２｝２×Ｖ１      …（５）
変形すれば、
ΔＶ０＝｛（Ｒ１＋ΔＲ１）２／Ｒ０２｝×Ｖ１−Ｖ０≒（Ｒ１２／Ｒ０２＋２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１−Ｖ０      …（５’）
【００１３】
（４’）式を（５’）式に代入すると、
ΔＶ０≒（Ｖ０／Ｖ１＋２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１−Ｖ０＝２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１      …（６）
となる。
【００１４】
さて、母材送り速度をΔＶ０だけ速めると光ファイバの外径がΔＲ１だけ増すということは、光ファイバの外径をΔＲ１だけ細くするには母材送り速度をΔＶ０だけ低下させればよいことになる。換言すれば、光ファイバの外径測定値が「Ｒ１＋ΔＲ１」になったときは、母材送り速度を「Ｖ０−ΔＶ０」とすれば、光ファイバの外径を「Ｒ１」に戻すことが出来る。ここで、ΔＶ０は（６）式で与えられるから（３）式が成立し、これにより母材送り速度を制御して光ファイバの外径を一定にすることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態にかかる光ファイバ製造装置１００を示す全体構成図である。
この光ファイバ製造装置１００は、母材Ａを加熱軟化する加熱炉１と、母材Ａを加熱炉１へ送り込む母材送り込み装置２と、加熱炉１で加熱軟化した母材Ａから光ファイバＢを引き出すためのキャプスタンＧ，キャプスタンモータＧｍおよびキャプスタンモータ駆動部と、加熱炉１から引き出された光ファイバＢの外径を測定する外径測定器３と、加熱炉１または加熱炉１中の母材Ａの温度を測定するための温度センサ４と、光ファイバＢの外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」に基づいて母材送り速度を制御するための母材送り速度制御信号Ｃ（Ｖ０＋ΔＶ０）を母材送り込み装置２へ制御タイミング毎に出力すると共に温度測定値Ｔ１に基づいて制御タイミングを調整する制御部５とを具備している。
【００１７】
光ファイバＢは、被覆ダイスＤ１，熱硬化炉Ｅ１および外径測定器Ｆ１により所定厚の第１被覆を形成され、さらに被覆ダイスＤ２，熱硬化炉Ｅ２および外径測定器Ｆ２により所定厚の第２被覆を形成され、キャプスタンＧ，プーリＨを経て、巻き取りボビンモータＩｍおよび巻き取りボビンモータ駆動部Ｋにより回転駆動される巻き取りボビンＩに巻き取られる。
なお、被覆ダイス，熱硬化炉および外径測定器による被覆形成段を３段以上設けてもよい。
【００１８】
図２は、光ファイバ製造装置１００による母材送り速度制御処理を示すフロー図である。
ステップＳ０では、制御部５は、炉温をＴ０（例えば１９５０℃）に、母材送り速度をＶ０（例えば０．０９ｍｍ／分）に、光ファイバ引き出し速度をＶ１（例えば５ｍ／分）に初期設定する。
【００１９】
ステップＳ１では、制御部５は、外径測定器３から外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」を得る。
ステップＳ２では、制御部５は、外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」がリミット範囲（例えば１２４μｍ〜１２６μｍ）内かチェックし、リミット範囲外ならステップＳ３へ進み、リミット範囲内ならステップＳ６へ進む。ここで、リミット範囲は、製品として許容される外径範囲である。
ステップＳ３では、制御部５は、操作者に対して警報を報知する。
ステップＳ４では、制御部５は、操作者から運転停止を指示されたらステップＳ５へ進み、操作者から運転継続を指示されたらステップＳ７へ進む。操作者は、光ファイバ引き出しの初期状態では通常はリミット範囲外であるため、警報が報知されても、外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」がリミット範囲内になるまで、運転継続を制御部５に指示する。外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」がリミット範囲内になるまでに製造された光ファイバＢは捨て、外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」がリミット範囲内になってから製造された光ファイバＢを巻き取る。そして、光ファイバＢを巻き取っているときに警報が報知されたら、運転停止を指示する。
【００２０】
ステップＳ５では、制御部５は、運転を停止する。そして、処理を終了する。
【００２１】
ステップＳ６では、制御部５は、外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」が不感帯（例えば１２４．９μｍ〜１２５．２μｍ）内かチェックし、不感帯内ならステップＳ１に戻り、不感帯外ならステップＳ７へ進む。ここで、不感帯は、無視できる程度の小さな誤差である。このステップＳ６を省略してもよい。
【００２２】
ステップＳ７では、制御部５は、母材送り速度増加量ΔＶ０を算出する。
ΔＶ０＝（２×Ｒ１×ΔＲ１／Ｒ０２）×Ｖ１      …（６）
ここで、Ｒ１は、標準外径（例えば１２５μｍ）である。ΔＲ１は、標準外径Ｒ１からの外径誤差であり、ΔＲ１＝外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」−標準外径Ｒ１である。Ｒ０は、母材Ａの直径（例えば２９．４ｍｍ）である。
外径誤差ΔＲ１の符号が負なら、母材送り速度増加量ΔＶ０の符号も負になる。これは母材送り速度を減少することを意味する。
【００２３】
ステップＳ８では、制御部５は、母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」が下限速度Ｖ０ｍｉｎ（例えば０．０８８ｍｍ／分）より低ければステップＳ９へ進み、母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」が上限速度Ｖ０ｍａｘ（例えば０．０９２ｍｍ／分）より高ければステップＳ１０へ進み、母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」が下限速度Ｖ０ｍｉｎと上限速度Ｖ０ｍａｘの範囲内であればステップＳ１１へ進む。ここで、下限速度Ｖ０ｍｉｎと上限速度Ｖ０ｍａｘは、母材送り速度を好適に制御しうる限界速度である。
【００２４】
ステップＳ９では、制御部５は、母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」を下限速度Ｖ０ｍｉｎとする。そして、ステップＳ１１へ進む。
【００２５】
ステップＳ１０では、制御部５は、母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０」を上限速度Ｖ０ｍａｘとする。そして、ステップＳ１１へ進む。
【００２６】
ステップＳ１１では、制御部５は、母材送り速度を「Ｖ０＋ΔＶ０」に制御する。
ステップＳ１２では、制御部５は、温度センサ４３から温度測定値Ｔ１を得る。
ステップＳ１３では、制御部５は、ホールド時間Δｔだけ待ち、ステップＳ１に戻る。
Δｔ＝Ｃ／｛Ａ（Ｔ１−Ｔ０）／１００｝      …（１）
ここで、Ｃは、標準ホールド時間（例えば５０秒）である。Ａは、定数（例えば４）である。Ｔ０は、標準温度（例えば１９５０℃）である。
Δｔ＝５０／｛４（Ｔ１−１９５０）／１００｝      …（２）
とすると、Ｔ１＝１９００℃ならΔｔ＝１００秒、Ｔ１＝１９２５℃ならΔｔ＝７０秒、Ｔ１＝１９５０℃ならΔｔ＝５０秒、Ｔ１＝１９７５℃ならΔｔ＝３５秒、Ｔ１＝２０００℃ならΔｔ＝２５秒となる。ちなみに、母材Ａの粘度（指数）は、Ｔ１＝１９００℃なら６．５、Ｔ１＝１９２５℃なら６．３１、Ｔ１＝１９５０℃なら６．１２、Ｔ１＝１９７５℃なら５．９３、Ｔ１＝２０００℃なら５．７５である。
【００２７】
以上の光ファイバ製造装置１００によれば、光ファイバＢの外径測定値「Ｒ１＋ΔＲ１」に基づいて母材送り速度「Ｖ０＋ΔＶ０］を制御すると共に、その制御タイミングを加熱炉１または加熱炉１中の母材Ａの温度測定値Ｔ１に基づいて調整する。これにより、加熱炉１中の母材Ａの温度変動により母材Ａの粘度が変動し、母材送り速度の変化に対する光ファイバ外径の変化の追従性が変動しても、その追従性の変動に制御タイミングを適合させて母材送り速度を制御することが出来る。よって、ハンチング等の発生を防止でき、安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ製造装置によれば、母材温度が変動しても安定した光ファイバ外径制御を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光ファイバ製造装置の構成図である。
【図２】図１の光ファイバ製造装置による母材送り速度制御処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
１          加熱炉
２          母材送り込み装置
３          外径測定器
４          温度センサ
５          制御装置
１００      光ファイバ製造装置
Ａ          母材
Ｂ          光ファイバ
【図１】
2005022910.tif 000003
【図２】
2005022910.tif 000004