特許 7554355 光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/027 20060101AFI20240911BHJP

【ＦＩ】

C03B37/027 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023522317

(86)(22)【出願日】2022-03-31

(86)【国際出願番号】 JP2022016599

(87)【国際公開番号】W WO2022244529

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-08-18

(31)【優先権主張番号】P 2021083927

(32)【優先日】2021-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】本田 知恭

【審査官】三村 潤一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１２６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５５５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６９９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４３５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０６２４６５（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｂ ３７／００ － ３７／１６

Ｇ０２Ｂ ６／００ － ６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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Ｔ_targetとし、前記速度の目標値をＶ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少して前記Ｔ_target／Ｖ_target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。

【請求項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Ｔ_target／Ｖ_target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＋（Ｔ_target／Ｖ_target）
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。

【請求項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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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Ｓ_targetとする場合に、下記式
Ｔ＝Ｔｇ×（Ｓ_target／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。

【請求項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Ｔ_targetとし、前記速度の目標値をＶ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少して前記Ｔ_target／Ｖ_target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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

【文献】特開平５－１３９７７１号公報

【発明の概要】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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Ｔ_targetとし、前記速度の目標値をＶ_targetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少して前記Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0008】

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Ｔ_targetとし、前記速度の目標値をＶ_targetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少して前記Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0009】

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、Ｔ_target／Ｖ_targetは、光ファイバの目標径に対応する値であり、このＴ_target／Ｖ_target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。

【0010】

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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetとなった後に当該Ｔ_target／Ｖ_targetからずれ難くなることを見出した。このため、Ｔ／ＶがＴ_target／Ｖ_target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。

【0011】

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Ｔ_target／Ｖ_target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＋（Ｔ_target／Ｖ_target）
で表されることとしてもよい。

【0012】

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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0013】

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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0014】

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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetとなるようにできる。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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Ｓ_targetとする場合に、下記式
Ｔ＝Ｔｇ×（Ｓ_target／Ｓｇ）
により算出される値とされることがより好ましい。

【0020】

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。

【0021】

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。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】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2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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）

【0040】

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）

【0041】

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×（Ｓ_target／Ｓｇ） ・・・（５）
なお、Ｓ_target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Ｓ_target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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

（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。

【0046】

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。

【0047】

（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Ｔ_targetとし、速度の目標値をＶ_targetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_target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。

【0048】

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Ｔ_target／Ｖ_target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＋（Ｔ_target／Ｖ_target） ・・・（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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0049】

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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetとなるとともに、速度ＶがＶ_targetとなり、張力ＴがＴ_target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。

【0050】

（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Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0051】

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Ｔ_targetとし、速度の目標値をＶ_targetとする場合に、Ｔ／Ｖが時間の経過とともに頂点の値がＴ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetになるように、紡糸炉１１０に電力を供給する。

【0052】

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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetとなるように、電力供給部２００を制御する。

【0053】

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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetとなった後に当該Ｔ_target／Ｖ_targetからずれ難くなることを見出した。このため、Ｔ／ＶがＴ_target／Ｖ_target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。

【0054】

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Ｓ_target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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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Ｔ_target／Ｖ_targetである２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetになるように、紡糸炉１１０に電力を供給すればよい。

【0059】

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。

【0060】

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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetを引いたものとされ、正負を有する。

【0061】

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。

【0062】

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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_target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。

【0063】

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Ｔ_target／Ｖ_targetとの差ｄに基づく一定電力の変更を、Ｔ／Ｖの値がＴ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetとなっている。

【0064】

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Ｔ_target／Ｖ_target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、Ｔ_target／Ｖ_target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Ｔ_target／Ｖ_targetを頂点とする２次関数に沿って減少してＴ_target／Ｖ_targetとなるようにできる。

【0065】

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。

【0066】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】