(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材の端部を加熱加工する方法であって、母材から加熱軟化により垂下した先端部を、観察用窓に設置した明暗検知器により検知し、その検知に基づき該端部の切断のタイミングを決定することを特徴とする光ファイバ母材の加工方法。
【請求項２】
前記明暗検知器が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加工方法。
【請求項３】
前記ＣＣＤカメラは撮像画像を２値化し、明るい画素数の変化に基づいて切断のタイミングを決定することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ母材の加工方法。
【請求項４】
前記明暗検知器が、照度計であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの製造工程において、光ファイバ母材の端部の光ファイバとするには不適当な部分を加熱軟化し、切断除去する方法に関し、加熱軟化して細長く垂下したガラス母材端部の切断のタイミングを決定する光ファイバ母材の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材から光ファイバを製造する方法として、光ファイバ母材を線引きするのに先立って延伸・切り割り等の各作業を行う方法が知られ、光ファイバ母材を切断加工している。この場合には連続延伸機が使用され、例えば、光ファイバ母材は加熱炉によって加熱され、加熱された光ファイバ母材はキャタピラによって連続的に延伸させた後カッタによってほぼ一定長づつに切り割りされている。この方法では、母材はほぼ一定径に形成され、カッタはほぼ一定時間間隔で作動させれば良いものである。
【０００３】
ところで、現在の技術では光ファイバ母材の製造にあたって、その形成された母材の端部には光ファイバを形成した場合に不適当である材質の部分が存在することを避けることはできない。そこで、同様に光ファイバ母材を線引きするのに先立って、光ファイバ母材のうち、その端部の光ファイバとするには不適当な材質部分を除去する必要があり、光ファイバ母材を切断加工している。
この光ファイバ母材を加熱加工するに際しては、図２に示すような加熱切断機が使用されその端部を切断している。即ち、この加熱切断機は、母材の吊り下げ支持具と加熱炉とその下のカッタと観察用窓を有する下部筒と除去物収容容器を有している。
例えば、端部に光ファイバとするには不適当な部分を有する石英ガラス系光ファイバ母材１を支持具２で吊り下げ、加熱炉３中に上から挿入し、母材の下端部分を加熱させる。この炉には、その直下に機械的に細いガラス棒を切断するカッタ４及び垂れ下がる溶融ガラスを収容する下部筒５ａ、５ｂが付設されている。そして、下部筒５ａ、５ｂにはその内部が観察できる観察用窓６ａ、６ｂが有り、いずれかの観察用窓６ａ、６ｂから下部筒５ａ、５ｂ内部を常時目視観察している。加熱開始後３０分程度で、下端部分が軟化し光り、重力により垂下してくる。その先端部が観察用窓際を通過したときに、目視観察により通過を判断し、同時にその上に設置してあるカッタの作動ボタンを押し、切断を行い切り離すことができるものである。
この方法の場合には、常時観察用窓から人手により目視確認を行う手間がかかり、目を離すと切断のタイミングを逸する危険性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
観察用窓からの目視により、先端部の通過を確認することはできるが母材の加熱処理中は目をはなさず窓から目視を続ける必要があり、指示が早すぎたり、またまれに目をはなし切断の指示が遅れることがある。
このタイミングが遅れると、垂下できる長さが有限なので、垂下するガラス先端が排出用のハッチに当たり、その後に引き続き垂下するガラス棒（いまだ繊維状になっていない）が鉛直に引き出されずに曲がってしまったり、引き出されるガラス棒の太さが当初に予定しているものと変わってしまい、その後のガラス棒の線引き工程に悪影響を与えてしまうことになる。
そこで、本発明は、上記した事実に鑑み、光ファイバ母材を切断加工するに当たり、加熱溶融した先端部が観察用窓際を通過するのを誤差なく検知し、同時にそれにより切断のタイミングを決定することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題のもとに鋭意研究に取り組んだ結果、加熱軟化により垂下し、観察窓を通過する先端部の形状は直径も多種多様であり、且つ加熱開始から通過までの所要時間も大きくばらつくものであることがわかった。しかし、加熱された先端部が観察用窓を通過する時にはいずれも急激に明るくなることを利用し、明暗検出器によりその通過を検知し、それにより切断のタイミングを決定することを見出し、外乱要因による誤差も生じないことを確認し本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、
（１）光ファイバ母材の端部を加熱加工する方法であって、母材から加熱軟化により垂下した先端部を、観察用窓に設置した明暗検知器により検知し、その検知に基づき該端部の切断のタイミングを決定することを特徴とする光ファイバ母材の加工方法、
（２）前記明暗検知器が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ母材の加工方法、
（３）前記ＣＣＤカメラは撮像画像を２値化し、明るい画素数の変化に基づいて切断のタイミングを決定することを特徴とする（２）に記載の光ファイバ母材の加工方法、および、
（４）前記明暗検知器が、照度計であることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ母材の加工方法、
を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ母材の加工方法の好ましい実施の態様について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
図１は、本発明の光ファイバ母材の加工方法に使用する加熱切断機である。図２と同符号は同じものを示す。この加熱切断機においては、支持具２、加熱炉３、加熱炉に続くカッタ４、カッタ４の下に下部筒５ａ、５ｂ、除去物収容容器８を有する。下部筒５ａ、５ｂには筒内観察用窓６ａ、６ｂが設けられているが、この下部筒内観察用窓６ａ、６ｂは、炉内の最高温度点より約１０００ｍｍ下に位置し、加熱され垂下する母材の先端部の通過を検知するためのものである。
そして、この観察用窓６ａ、６ｂのいずれかに明暗検出器７が設置され（図１では６ｂに設置した場合を示す）、下部筒内を常時観察している。観察用窓６ａ、６ｂは、下部筒の上段側５ａと下段側５ｂにそれぞれ設けられているが、加工する光ファイバ母材の大きさや種類、予定除去部分の大きさ、加熱炉の操業状態などによって、明暗検出器の設置窓を適宜設定する。明暗検出器としては、ＣＣＤカメラ又は照度計が好ましい。
例えば、石英ガラス系光ファイバ母材は、通常先端から２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度は線引きしても光ファイバとして機能するには不適当な部分を有するものである。したがって、均質で優良な光ファイバを得るためには、線引き工程の前にこの不良部分を母材から切断除去することが必須である。
【０００８】
支持具２で上から吊り下げられた光ファイバ母材１は、その下端部分を加熱炉３内に挿入され加熱される。加熱炉は、１９００℃〜２３００℃程度に設定された電気炉が好ましく、炉内は化学反応が生起してガラス母材の材質が変化しないように、アルゴン、窒素、ヘリウム等により不活性雰囲気に保たれている必要がある。
光ファイバ母材１の加熱開始後２０分〜３５分程度で母材端部が軟化し、直径約１０〜１５０ｍｍの光った玉状の先端部となり重力により垂れ下がってくるが、（図１に示した場合）先端部が下部筒５ｂ内の観察用窓６ｂ際にさしかかると、観察用窓６ｂに設置された明暗検知器７がそれを検知する。
本発明の検知器として利用するＣＣＤカメラは、２０万画素程度のもので十分であり、検知する画像を２値化した明るいほうの画素数が数百程度から４００００以上に急激に増加するので閾値を５０００〜２００００間の任意の数に適宜設定しておくと、多少の明るさのばらつきや、先端部の大小があっても確実に検知することができる。この検知に基づいて落下する端部ガラスの切断のタイミングを決定する。また、明暗検知器として、照度計を採用するのが好ましい。照度計では、明るさが直ちに電流量として容易に把握できるので、電流量の急激な変化に基づいて、落下する端部ガラスの切断のタイミングを決定することができる。これらの検知器は、温度による影響を受けることも少ないので誤作動が少なく極めて好都合である。
加熱炉３のすぐ下に設けられているカッタ４は、明暗検知器７の検知に基づく切断タイミングの決定によりカッタの送り機構、回転機構が作動し、細く伸びたガラス棒部分を回転刃で切断し、母材端部を切り離すことができる。切り離された母材端部は排出用ハッチを押し開き、収容容器８内に収容される。
不良部分を除去された光ファイバ母材は、その端部に所定太さの棒状部を有するものとなり、次工程の線引きに付される。
【０００９】
【実施例】
次いで、実施例及び比較例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
図１に示す加熱切断機を用いた。端部に光ファイバとするには不適当な部分を有する石英ガラス系光ファイバ母材１を支持具２で吊り下げ、２１７０℃に設定したカーボンヒーターを有する電気炉に上から挿入し、下端部を加熱した。アルゴンガスを使用し、炉内は不活性雰囲気に保った。この炉は、下部に２００ｍｍ×２０００ｍｍの下部筒を有し、炉の直下に細いガラス棒を機械的に切断するカッタ４、最高温度点より１０００ｍｍ下に溶融垂下する母材先端部を検知するための下部筒内観察用窓６ｂを有している。また、観察用窓６ｂには明暗検知器７としてＣＣＤカメラ（商品名：ＣＶ−１５０、（株）キーエンス製）を設置し、下部筒５ｂ内を常時観察した。
加熱開始後３０分程度で、母材の光った端部が軟化し重力により垂れ下がってきた。光った先端部が下部筒５ｂ内の観察用窓６ｂ際を通過したのをＣＣＤカメラが検知した時に、それに連動するその上にあるカッタ４を作動させ、母材の軟化垂下部分を切り離すことができた。
ＣＣＤカメラは、画像を２値化処理し、閾値を１００００に設定し、複数回の実施で、溶融した母材先端部が下部筒内の観察窓にさしかかると、画像を２値化した明るいほうの画素数が５００以下から４００００以上に急激に増加することがわかった。収容容器８中の各切り離された母材端部は、長さの長短はほとんど無かったが、その先端部の大きさに大小のばらつきがあった。したがって、多少の明るさのばらつきや先端部の大小があっても、その通過を応答時間も短く確実に検出することができることがわかった。
【００１０】
実施例２
明暗検知器として、ＣＣＤカメラの代わりに照度計を観察用窓６ｂに設置して実施例１と同様の光ファイバ母材の加工方法を実施した。採用した照度計は、光電池式照度計（商品名：ＩＭ−５、（株）トプコン製）である。
軟化垂下する先端部が下部筒内の観察用窓にさしかかると、照度計の電流値のの急激な増加がみられるので、それに連動させてカッタを作動させることができた。切り離された母材端部の長さは、実施例１と同様のものであり、温度などによる影響も受けることはなかった。
【００１１】
比較例１
実施例１と同様の光ファイバ母材の加工方法において、ＣＣＤカメラに代えて、光ファイバ線引き工程で利用されているようなレーザー外径測定器を観察用窓６ｂに設置して先端部の通過の検出を試みた。
先端部が下部筒内観察用窓６ａ際を通過したときに、レーザー外径測定器の数値が増えたことにより通過を判断し、それに連動させて上にあるカッタを作動させ、垂下する母材の端部を切り離すことができた。この方法の場合、先端部の光の強さによりレーザー外径測定器がエラー表示を出すことが多々あり、切断のタイミング決定の確実性が十分ではなかった。
【００１２】
比較例２
実施例１と同様の光ファイバ母材の切断加工方法において、ＣＣＤカメラに代えて、熱電対を観察用窓６ｂに設置して温度により先端部の通過の検出を試みた。
加熱開始後３０分程度で、高温で光った先端部が軟化し重力により垂れ下がってきた。その先端部が観察用窓に近づくにつれ、熱電対の温度表示は徐々に上がってきて垂下していることは容易に判断できた。しかし、先端部の通過前後の温度変化はほとんどなく、カッタの作動のタイミングが決定し難く、タイミングに非常に大きなばらつきがあった。
【００１３】
このように、加熱溶融された先端部の通過を、ＣＣＤカメラによる画素数の急激な増加、あるいは照度計による電流量の急激な増加により検知することにより、なだらかに変化する温度に比べ切断のタイミングの決定を容易に出すことができた。また、レーザー外径測定器による場合は、光量の変化がノイズになりエラーが出る場合があった。本発明の明暗検知器によるものは、光量の変化そのものを検知することにより、先端部検知の確実性が増した。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱溶融された先端部の通過を明暗検知器により光量の変化そのものを検知するので、光ファイバ母材の端部の光ファイバとするには不適当な部分を切断除去する光ファイバ母材の加工方法において、加熱軟化し細長く伸びたガラス母材端部を切断するタイミングの決定を確実に行えるようになった。
検知器としてＣＣＤカメラ又は照度計を利用すれば、明るさの急激な変化もエラー少なく検知でき、検知と同時に確実に切断のタイミングの決定ができ、カッタへの指示機構も簡単に構成できる。
そして、不適部分を除去された光ファイバ母材は、その端部が真直ぐな細い棒状となっているので次の線引き工程に付するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ母材の加工方法に使用する加熱切断機の概略図である。
【図２】従来例の光ファイバ母材の加工方法に使用する加熱切断機の概略図である。
【符号の説明】
１          光ファイバ母材
３          加熱炉
４          カッタ
５ａ、５ｂ  下部筒
６ａ、６ｂ  観察用窓
７          明暗検知器
【図１】
0004398615.tif 000002
【図２】
0004398615.tif 000003