JP7287228B2 - 光ファイバの製造装置 - Google Patents

Description

本開示は、光ファイバの製造装置に関し、詳細には、光ファイバ用のガラス母材を加熱溶融する加熱炉と、加熱炉の下方で回転可能に構成されて垂直方向に走行する光ファイバの走行方向を変更する直下ローラと、を備える光ファイバの製造装置に関する。

光ファイバは、光ファイバ用のガラス母材を加熱炉で加熱溶融し、加熱炉の下方から線引きして製造される。炉から引き出されたガラスファイバは、冷却工程、外径の測定工程、樹脂の被覆工程等を経て光ファイバとなり、直下ローラ等のガイドローラによって案内されながら搬送されてボビンに巻き取られる。
ガラスファイバの外径寸法の変動は光ファイバの品質低下を招く。このため、例えば、特許文献１には、炉の中心とガラス母材の先端とを一致させるために、ガラス母材の上端にＸＹステージを設けた構造が開示されている。

特開２００４－２３８２４９号公報

ところで、直下ローラでは、垂直方向に走行する光ファイバの走行方向が変更されており、この走行方向を変更する際に、直下ローラに形成された溝の内壁面に沿って回転しながら、直下ローラの回転中心から離れる方向に移動するので、光ファイバに一方向のねじれが残留する場合がある。このねじれを防止するには、直下ローラに到達する光ファイバの位置を、直下ローラの近傍で微調整できる構造が望まれる。

本開示は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、直下ローラに到達する光ファイバの位置を、直下ローラの近傍で微調整する光ファイバの製造装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置は、光ファイバ用のガラス母材を加熱溶融する加熱炉と、該加熱炉の下方で回転可能に構成され、前記加熱炉から引き出されて垂直方向に沿って走行する光ファイバを所定の溝に接触させることにより、前記光ファイバの走行方向を前記垂直方向とは別の方向に変更する直下ローラと、該直下ローラの回転軸を回転自在に支持するステージと、を備え、該ステージは、前記回転軸の、前記垂直方向を法線とする水平面の水平２軸位置を調整する位置調整機構を備える。

上記によれば、直下ローラの溝の内壁面に沿った移動に伴う光ファイバのねじれを防止できる。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。 図１の調整機構の外観斜視図である。 調整機構の平面図である。 調整機構の正面図である。 調整機構の側面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示に係る光ファイバの製造装置は、（１）光ファイバ用のガラス母材を加熱溶融する加熱炉と、該加熱炉の下方で回転可能に構成され、前記加熱炉から引き出されて垂直方向に沿って走行する光ファイバを所定の溝に接触させることにより、前記光ファイバの走行方向を前記垂直方向とは別の方向に変更する直下ローラと、該直下ローラの回転軸を回転自在に支持するステージと、を備え、該ステージは、前記回転軸の、前記垂直方向を法線とする水平面の水平２軸位置を調整する位置調整機構を備える。ステージが、直下ローラの水平２軸位置（並進位置ともいう）を調整するので、直下ローラに到達する光ファイバの位置を、直下ローラの近傍で微調整できる。そして、直下ローラの並進位置を定量的に管理可能である。よって、直下ローラの溝の内壁面に沿った移動に伴う光ファイバのねじれを防止できる。

（２）本開示の光ファイバの製造装置の一態様では、前記ステージは、前記垂直方向に延びた軸線を中心に前記回転軸が回転する垂直回転ステージを有する。直下ローラを平面視で左右に回転させるので、光ファイバが直下ローラに最後に接触するポイントで生じる光ファイバのねじれを防止できる。
（３）本開示の光ファイバの製造装置の一態様では、前記垂直回転ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸を中心に前記回転軸が回転するゴニオステージである。平面視で見た直下ローラの左右方向への傾きの中心がパスラインと一致しているので、ゴニオステージを用いて直下ローラの傾きを調整しても、直下ローラの並進位置の調整が不要になり、定量管理がより一層容易になる。

（４）本開示の光ファイバの製造装置の一態様では、前記ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸の形成方向に直交し、かつ前記直下ローラの前記回転軸の形成方向に直交した軸線を中心に前記回転軸が回転する水平回転ステージを有する。直下ローラを側面視で前後に回転させるので、光ファイバが直下ローラに最初に接触するポイントで生じる光ファイバのねじれを防止できる。また、直下ローラを、パスラインを通る水平軸線を中心にして前後に傾かせれば、水平回転ステージを用いて直下ローラの傾きを調整しても、直下ローラの並進位置の調整が不要になり、定量管理がより一層容易になる。
（５）本開示の光ファイバの製造装置の一態様では、前記ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸を中心に前記回転軸が回転するゴニオステージと、前記光ファイバの中心軸の形成方向に直交し、かつ前記直下ローラの前記回転軸の形成方向に直交した軸線を中心に前記回転軸が回転する水平回転ステージと、前記ゴニオステージおよび前記水平回転ステージを搭載し、前記回転軸の、前記垂直方向を法線とする水平面の水平２軸位置を調整するＸＹステージと、を備える。ゴニオステージと水平回転ステージをＸＹステージに搭載するので、コンパクトな構成で光ファイバのねじれを防止できる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る光ファイバの製造装置の具体例について説明する。図１は、本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。
図１に示すように、光ファイバ製造装置１０は、最上流位置に、光ファイバ用のガラス母材Ｇを加熱して軟化させる線引炉１１を備える。なお、線引炉１１が本開示の加熱炉に相当する。

線引炉１１は、内側にガラス母材Ｇが供給される円筒状の炉心管１２と、この炉心管１２を取り囲む発熱体１３と、炉心管１２内にパージガスを供給するガス供給部１４とを有している。
ガラス母材Ｇの上部は母材送りユニットＦに把持されており、ガラス母材Ｇは母材送りユニットＦを用いて炉心管１２内に送られる。ガラス母材Ｇの下端部分が発熱体１３によって加熱されて下方に引き出されると、光ファイバＧ２の中心部分となるガラスファイバＧ１が形成される。

光ファイバ製造装置１０は、線引炉１１の下流側に冷却ユニット１５を備える。冷却ユニット１５には、例えばヘリウムガスの冷却ガスが供給されており、線引炉１１から下方に引き出されたガラスファイバＧ１は、冷却ユニット１５により冷却される。なお、冷却ユニット１５は、ガラスファイバＧ１を非接触で冷却できれば、ヘリウムガス以外の冷却ガスを用いた冷却方式であってもよい。

光ファイバ製造装置１０は、冷却ユニット１５の下流側に外径測定ユニット１６を備える。外径測定ユニット１６は、例えばレーザ光を用いてガラスファイバＧ１の外径を測定可能に構成されており、冷却されたガラスファイバＧ１は、外径測定ユニット１６で外径が測定されて下方に送られる。なお、外径測定ユニット１６は、ガラスファイバＧ１の外径を非接触で測定できれば、レーザ光以外の測定方式であってもよい。

光ファイバ製造装置１０は、外径測定ユニット１６の下流側に被覆ユニット１７を備える。外径が測定されたガラスファイバＧ１には、例えば、紫外線硬化型樹脂であるウレタンアクリレート樹脂が塗布され、このウレタンアクリレート樹脂は紫外線が照射されて硬化する。これにより、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂層を形成した光ファイバＧ２となる。

光ファイバ製造装置１０は、被覆ユニット１７の下流側にガイドローラ１８を備える。ガイドローラ１８は、直下ローラ１８Ａおよび案内ローラ１８Ｂから構成され、直下ローラ１８Ａは、線引炉１１の直下に配置される。直下ローラ１８Ａには、所定形状の溝が設けられている。この溝の内壁面に光ファイバＧ２が接触することにより、光ファイバＧ２の走行方向が垂直方向から例えば水平方向へと変更される。なお、直下ローラ１８Ａの回転軸は、後述の調整ステージ５０に回転自在に支持されている。

直下ローラ１８Ａによって走行方向が変更された光ファイバＧ２は、検査ユニット１９に案内される。検査ユニット１９では、樹脂層における気泡の有無、樹脂層の外径やコブ（凹凸）の有無を光学的（例えばレーザ光式）に検出できる。
検査ユニット１９から送出した光ファイバＧ２は、案内ローラ１８Ｂによって走行方向が水平方向から例えば斜め上方へと変更される。

光ファイバ製造装置１０は、案内ローラ１８Ｂの下流側に、さらに、キャプスタン２０、スクリーニングユニット２１およびダンサローラ２２を備えている。光ファイバＧ２は、キャプスタン２０で所定の速度で引き取られ、ダンサローラ２２で所定の張力が加えられた状態で、スクリーニングユニット２１で所定の伸び歪みが与えられた後、ボビンＢに巻き取られる。

図２は、図１の調整機構の外観斜視図である。また、図３は調整機構の平面図であり、図４は調整機構の正面図、図５は調整機構の側面図である。なお、図３～図５では、調整機構の説明を容易にするために、図２に示す基台５１、支柱５２の記載は省略している。
図２に示すように、調整ステージ５０は、直下ローラ１８Ａの回転軸を回転自在に支持するとともに、直下ローラ１８Ａの回転軸の位置を微調整可能に構成されている。なお、調整ステージ５０が本開示のステージに相当する。

詳しくは、板状の基台５１には支柱５２が設置される。支柱５２の上面には、例えばＸＹステージ６０が搭載されている。ＸＹステージ６０は、垂直方向を法線とする水平面で見た、直下ローラ１８Ａの水平２軸位置（並進位置ともいう）を調整できる。なお、ＸＹステージ６０が本開示の位置調整機構に相当する。
また、ＸＹステージ６０上には例えば板状の平面ベース５３が設置されており、図３に示すように、平面ベース５３上には、平面視Ｉ字状の側面ベース５３ａと、平面視Ｌ字状の腕５４とが所定間隔をあけて立設されている。直下ローラ１８Ａは、腕５４の先端に設けられた軸支部５４ａ（図４）に支持される。

また、この平面ベース５３上であって、側面ベース５３ａと腕５４との間には、垂直回転ステージの一例であるゴニオステージ７０と、水平回転ステージ８０とが搭載されている。なお、ゴニオステージ７０、水平回転ステージ８０が本開示の角度調整機構に相当する。
このように、ゴニオステージ７０と水平回転ステージ８０をＸＹステージ６０に搭載するので、コンパクトな構成で光ファイバＧ２のねじれを防止できる。

ＸＹステージ６０は、図４，５に示すように、ステージ本体６１、Ｘ方向移動テーブル６２、Ｙ方向移動テーブル６３を有する。
ステージ本体６１は支柱５２の上面に固定される。Ｘ方向移動テーブル６２はステージ本体６１の上側に配置され、ステージ本体６１に対して図示のＸ方向に移動可能に構成される。Ｘ方向移動テーブル６２のＸ方向への移動量は操作ツマミ６２ａで調整することができる。

Ｙ方向移動テーブル６３はＸ方向移動テーブル６２の上側に配置され、Ｘ方向移動テーブル６２に対して図示のＹ方向に移動可能に構成される。Ｙ方向移動テーブル６３のＹ方向への移動量は操作ツマミ６３ａで調整することができる。Ｙ方向移動テーブル６３は平面ベース５３の下面に固定されており、平面ベース５３を下方から支持する。
このように、調整ステージ５０が、直下ローラ１８Ａの並進位置や傾斜角度を調整するので、直下ローラ１８Ａに到達する光ファイバＧ２の位置を、直下ローラ１８Ａの近傍で微調整できる。そして、直下ローラ１８Ａの並進位置を定量的に管理可能、あるいは、直下ローラ１８Ａの並進位置はそのままで、直下ローラ１８Ａの傾きだけを定量的に管理可能である。よって、光ファイバＧ２のねじれを防止できる。

ゴニオステージ７０は、図３，４に示すように、ステージ本体７１、垂直回転テーブル７２を有する。
ステージ本体７１は側面ベース５３ａの側面に固定される。垂直回転テーブル７２は、ステージ本体７１に対して図示のＺ方向に延びた垂直軸を中心に回転可能、詳しくは、直下ローラ１８Ａに向かう光ファイバＧ２の中心軸（パスラインともいう。図３にＣで示す）を中心に回転可能に構成される。垂直回転テーブル７２の回転量は操作ツマミ７１ａで調整することができる。なお、図示は省略するが、図３に示したステージ本体７１と垂直回転テーブル７２には目盛が付されており、垂直回転テーブル７２の回転量を定量的に管理できる。

このように、直下ローラ１８Ａを、図３で示した平面視で左右に回転（図に矢印で示す。左右の傾き調整ともいう）させるので、光ファイバＧ２が直下ローラ１８Ａに最後に接触するポイント（光ファイバＧ２が直下ローラ１８Ａから離れる位置に相当する）で生じる光ファイバＧ２のねじれを防止できる。
また、平面視で見た直下ローラ１８Ａの左右方向への傾きの中心がパスラインＣと一致しているので、ゴニオステージ７０を用いて直下ローラ１８Ａの傾きを調整しても、直下ローラ１８Ａの並進位置の調整が不要になり、定量管理がより一層容易になる。

水平回転ステージ８０は、図３，４に示すように、ステージ本体８１、水平回転テーブル８２を有する。
ステージ本体８１は、ゴニオステージ７０の垂直回転テーブル７２に固定される。水平回転テーブル８２は腕５４の側面に固定される。また、水平回転テーブル８２は、ステージ本体８１に対して図示のＸ方向に延びた水平軸を中心に回転可能、詳しくは、図４にＣで示すパスラインを通り、図示のＸ方向に延びた軸線を中心に回転可能に構成される。水平回転テーブル８２の回転量は操作ツマミ８１ａで調整することができる。なお、図示は省略するが、図４に示したステージ本体８１と水平回転テーブル８２には目盛が付されており、水平回転テーブル８２の回転量を定量的に管理できる。

このように、直下ローラ１８Ａを、図５で示した側面視で前後に回転（図に矢印で示す。前後の傾き調整ともいう）させるので、光ファイバＧ２が直下ローラ１８Ａに最初に接触するポイントで生じる光ファイバＧ２のねじれを防止できる。
また、直下ローラ１８Ａを、パスラインＣを通る水平軸線を中心にして前後に傾かせるため、水平回転ステージ８０を用いて直下ローラ１８Ａの傾きを調整しても、直下ローラ１８Ａの並進位置の調整が不要になり、定量管理がより一層容易になる。

なお、上記実施例では、ＸＹステージ６０、ゴニオステージ７０、水平回転ステージ８０からなる構成の例を挙げて説明した。しかし、本開示はこの例に限定されない。例えば、本開示は、ＸＹステージ６０またはゴニオステージ７０（あるいは水平回転ステージ８０）のいずれか一方を備えた場合にも適用される。
また、上記実施例では、ゴニオステージ７０の回転軸を光ファイバＧ２のパスラインと一致した例を挙げて説明したが、垂直回転ステージの回転軸は、パスラインから所定間隔だけ離れて垂直方向に延びた軸線であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…光ファイバ製造装置、１１…線引炉、１２…炉心管、１３…発熱体、１４…ガス供給部、１５…冷却ユニット、１６…外径測定ユニット、１７…被覆ユニット、１８…ガイドローラ、１８Ａ…直下ローラ、１９…検査ユニット、１８Ｂ…案内ローラ、２０…キャプスタン、２１…スクリーニングユニット、２２…ダンサローラ、５０…調整ステージ、５１…基台、５２…支柱、５３…平面ベース、５３ａ…側面ベース、５４…腕、５４ａ…軸支部、６０…ＸＹステージ、６１…ステージ本体、６２…移動テーブル、６２ａ…操作ツマミ、６３…移動テーブル、６３ａ…操作ツマミ、７０…ゴニオステージ、７１…ステージ本体、７１ａ…操作ツマミ、７２…垂直回転テーブル、８０…水平回転ステージ、８１…ステージ本体、８１ａ…操作ツマミ、８２…水平回転テーブル。

Claims (5)

1. 光ファイバ用のガラス母材を加熱溶融する加熱炉と、
   該加熱炉の下方で回転可能に構成され、前記加熱炉から引き出されて垂直方向に沿って走行する光ファイバを所定の溝に接触させることにより、前記光ファイバの走行方向を前記垂直方向とは別の方向に変更する直下ローラと、
   該直下ローラの回転軸を回転自在に支持するステージと、を備え、
   該ステージは、前記回転軸の、前記垂直方向を法線とする水平面の水平２軸位置を調整する位置調整機構を備えた、光ファイバの製造装置。
2. 前記ステージは、前記垂直方向に延びた軸線を中心に前記回転軸が回転する垂直回転ステージを有する、請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
3. 前記垂直回転ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸を中心に前記回転軸が回転するゴニオステージである、請求項２に記載の光ファイバの製造装置。
4. 前記ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸の形成方向に直交し、かつ前記直下ローラの前記回転軸の形成方向に直交した軸線を中心に前記回転軸が回転する水平回転ステージを有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバの製造装置。
5. 前記ステージは、前記加熱炉から前記直下ローラに向かう前記光ファイバの中心軸を中心に前記回転軸が回転するゴニオステージと、
   前記光ファイバの中心軸の形成方向に直交し、かつ前記直下ローラの前記回転軸の形成方向に直交した軸線を中心に前記回転軸が回転する水平回転ステージと、
   前記ゴニオステージおよび前記水平回転ステージを搭載し、前記回転軸の、前記垂直方向を法線とする水平面の水平２軸位置を調整するＸＹステージと、を備えた請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
   

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