CN103382086B - 玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃母材的拉伸方法及装置，其中方法包括：将由玻璃母材运送机构悬挂的棒状玻璃母材依次送入加热炉内；以及在加热炉的下方，通过拉伸卡盘而拉伸成更细径化的玻璃棒；其中，在加热炉及拉伸卡盘之间，使导引玻璃棒的调芯导引装置的导引中心与玻璃棒的轴芯相对合。在上述玻璃母材的拉伸方法中，由调芯导引装置与玻璃棒的轴芯相对合的步骤可以包括：使导引中心与玻璃棒的轴芯相对合的调芯步骤，以及将在调芯步骤中被调芯后的调芯位置固定的固定步骤。

Description

玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置
技术领域
本发明涉及玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置。
背景技术
作为玻璃母材的一例，有通过石英玻璃棒形成的光纤预制棒。在制造玻璃母材时所用的方法是，预先制造大径的玻璃母材，然后将该大径的玻璃母材加热拉伸，从而制成比玻璃母材更细径的玻璃棒。在将大径的玻璃母材置于拉伸炉中并沿纵向悬挂的状态下，对安装于下部的拉伸辅助部（dummy）进行下拉，从而实现拉伸。
发明内容
发明要解决的问题:
在拉伸炉中进行拉伸的过程中，有时会由于玻璃母材的自重而使玻璃棒上产生弯曲，从而造成产量或生产率降低。
解决问题的方案:
根据本发明的第一形态提供了一种玻璃母材的拉伸方法，其特征在于包括：将由玻璃母材运送机构悬挂的棒状的玻璃母材依次送入加热炉内；以及在加热炉的下方，通过拉伸卡盘而拉伸成更细径化的玻璃棒；其中，在加热炉及拉伸卡盘之间，使导引玻璃棒的调芯导引装置的导引中心与玻璃棒的轴芯相对合。
根据本发明的第二形态提供了玻璃母材的拉伸装置，拉伸棒状的玻璃母材以制造更细径的玻璃棒，包括加热炉、玻璃母材运送机构及玻璃棒拉伸卡盘，并且在拉伸卡盘与加热炉之间进一步包括使导引中心与玻璃棒的轴芯相对合的调芯导引装置。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部可能特征，所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1为表示拉伸装置100的结构示意图。
图2为调芯导引装置14的平面示意图。
图3为调芯导引装置14的平面示意图。
图4为调芯导引装置14的示意图。
图5为调芯导引装置14的示意图。
图6为调芯导引装置14的示意图。
图7为调芯导引装置14的示意图。
图8为施加于拉伸机构3上的负荷变化的例示图。
图9为玻璃棒10的弯曲量（BOW值）的说明图。
图10为调芯导引装置25的示意图。
图11为调芯导引装置25的示意图。
图12为调芯导引装置25的示意图。
符号说明
1加热炉、2运送机构、3拉伸机构、4悬挂连接部、5玻璃母材、6拉伸辅助部、7拉伸卡盘、8顶室、9炉出口部气封、10玻璃棒、11缩颈、12、13时间段、14、25调芯导引装置、15基板、16滑动台、17、27导引辊、18导引滑轮、19同步线、20架台、21气体释放/吸附块、22气体出入口、23水平位置调整机构、24棒位置识别装置、100拉伸装置
具体实施方式
以下通过发明实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。并且，实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。
[实施例1]
图1为表示玻璃母材的拉伸装置100的结构示意图。拉伸装置100包括：沿重力方向从上配置的运送机构2、加热炉1、调芯导引装置14及拉伸机构3。
玻璃母材5通过悬挂连接部4被悬挂在运送机构2上。玻璃母材5的下部通过拉伸辅助部6及拉伸卡盘7连接拉伸机构3。拉伸卡盘7具有负荷计，用于测量在竖直方向上朝上及朝下的负荷。
加热炉1例如具有碳加热器。为了防止由氧化造成的损耗，向加热炉1的内部导入氮气、氩气等惰性气体。或者，为了防止外部气体侵入加热炉1的内部，设置顶室8及炉出口部气封9。
玻璃母材5通过运送机构2被依次送入加热炉1内，由加热炉1进行加热而软化。玻璃母材5的下部被拉伸机构3拉伸成为更细径的玻璃棒10。据此，与运送机构2的下降速度V1相比，拉伸机构3的下降速度V2被设定得更大。调整下降速度V1、V2以使玻璃棒10的外径保持一定。
进一步地，调芯导引装置14设置于拉伸卡盘7与加热炉1之间。调芯导引装置14在使其导引中心与被拉伸的玻璃棒10的轴芯相对合的状态下，对玻璃棒10进行导引。
图2为单独显示调芯导引装置14的平面示意图，主要显示了调芯导引装置14的调芯机构。另外，图2表示由调芯导引装置14导引玻璃棒10的状态。
调芯导引装置14具有基板15和多个导引辊17。基板15在中心处具有供玻璃棒10贯穿的贯通孔。
多个导引辊17中的每一个分别搭载于由设置在基板15上的气缸驱动的滑动台16上。导引辊17例如由碳制成。
滑动台16通过安装在基板15上的6个导引滑轮18由三根同步线19相连。从而使三个滑动台16被同步驱动。因此，无论是处于哪个位置的滑动台16，三个导引辊17的中心、即调芯导引装置14的导引中心均能保持一定。
图3为调芯导引装置14的平面示意图，显示了由调芯导引装置14导引玻璃棒10的状态。如前面已经说明的那样，三个滑动台16被同步驱动，调芯导引装置14的导引中心始终保持一定。因此，在三个导引辊17全部抵接玻璃棒10的状态下，玻璃棒10的轴芯与调芯导引装置14的导引中心相一致。
图4为表示调芯导引装置14的初始状态的侧面示意图。为了简化说明，在图4中将一对导引辊17配置于同一平面内示意性地表示调芯导引装置14。
调芯导引装置14具有支撑在架台20上的多个气体释放/吸附块21。多个气体释放/吸附块21支撑基板15。另外，气体释放/吸附块21具有气体出入口22。当向气体出入口22供应压缩气体时，气体释放/吸附块21从图中的上面喷出气体，使基板15上浮。如此一来，基板15仅通过很小的力便很容易且顺利地变成水平滑动状态。
如上所述，在基板15上分别配置有多个滑动台16及导引辊17，从而形成调芯机构。在调芯机构中，多个导引辊17彼此被同步地驱动。
图5表示工作中的调芯导引装置14的下一状态。如上所述，当在使基板15上浮的状态下同步驱动滑动台16时，首先，任意一个导引辊27与玻璃棒10相抵接。进一步地，当保持同步驱动滑动台16的状态时，在气体释放/吸附块21上滑动的基板15发生移动。
图6表示工作中的调芯导引装置14的下一状态。如上所述，当继续驱动滑动台16时，全部的导引辊17、27便均与玻璃棒10相抵接，滑动台16及基板15均停止。
当基板15在气体释放/吸附块21上上浮时，由于导引辊27按压玻璃棒10的力非常小，通过上述工作玻璃棒10的位置几乎不发生变化。因此，在达到图6所示状态的过程中，调芯导引装置14的导引中心被调芯，以朝向玻璃棒10的轴芯。
图7表示工作中的调芯导引装置14的下一状态。如上所述，当调芯导引装置14被调芯时，气体被从气体出入口22排出，气体释放/吸附块21被进行真空排气。据此，气体释放/吸附块21将基板15真空吸附，从而使水平方向的位置固定。这样一来，调芯导引装置14被调芯到玻璃棒10的轴芯的状态被固定。
如此，调芯导引装置14在调芯机构中朝向玻璃棒10的轴芯，并将导引辊17闭合，从而能够进行调芯而不使玻璃棒10的位置发生移动。另外，调芯导引装置14能够将由固定机构进行调芯后的状态固定。
图8为表示在拉伸装置100中施加于拉伸机构3上的竖直向下的负荷随时间变化的示例图。另外，在图8中，纵轴的正（+）侧为竖直向下施加的力，负（-）侧为竖直向上施加的力。
当在拉伸装置100中加热炉1的温度较高时，玻璃母材5的缩颈11的粘度变低，玻璃棒10的重量沿竖直方向向下施加于拉伸机构3上。从而产生将拉伸机构3下压的力。
相反，当在拉伸装置100中加热炉1的温度较低时，由于缩颈11的粘度高，如果要使玻璃母材5变形以拉伸成玻璃棒10，则必须以较强的力进行拉动。因此，在拉伸机构3上会产生竖直向上的力，即将拉伸机构3上拉的力。
进一步地，继续进行拉伸时随着玻璃棒10的重量增加，即便加热炉的温度相同，竖直向下施加于拉伸机构3上的力也会渐渐变大。除此之外，当玻璃母材5的外径变化时，施加于拉伸机构3上的力也会变化。
根据图中所示的曲线，在拉伸初期的时间段12内，虽然存在由玻璃母材5的径变化引起的波纹12，但负荷的变化整体上向右上推移。因此，曲线所示的负荷从负侧变到正侧。因此可以认为，相对于在开始拉伸时就由拉伸机构3下拉玻璃棒10以使其拉伸变形的方式，在拉伸的后半段，拉伸机构3承受了玻璃棒10由自重引起的下降，从而使限制了其速度。
进一步地，在拉伸快要结束的时间段13内，对拉伸机构3的负荷会显著增加。因此可以认为，这种现象是由于位于玻璃母材5上部的比直胴部更细的锥体部被加热软化而产生的。
如图所示，在向拉伸机构3施加向上负荷的区域A中，由于有张力作用于玻璃棒10上，因此玻璃棒10很难产生弯曲。另一方面，在向拉伸机构3施加向下负荷的区域B中，由于拉伸机构3处于支撑玻璃棒10由于自重而即将下落的状态，因此可能会产生以拉伸卡盘7为中心朝向玻璃棒10倒下方向的力。
当产生了玻璃棒10倒下方向的力时，在缩颈11处，玻璃棒10的轴芯与玻璃母材5的轴芯产生轴错位，从而会使玻璃棒10上产生弯曲。当玻璃棒10上产生弯曲时，就必须要销毁或修正该产生弯曲的部分，从而导致玻璃棒10的制造成本及产量的恶化。
在拉伸装置100中，施加于拉伸机构3上的如上所述的负荷变化可以通过拉伸卡盘7上设置的负荷计进行检测。因此，在拉伸机构3上刚刚施加向下负荷之前，或者刚刚施加向下负荷之后，使调芯导引装置14工作。据此，能够在将导引辊17向玻璃棒10的轴芯进行调芯的同时使其移动，从而使调芯导引装置14的导引中心与玻璃棒10的轴芯相一致。
另外，由固定机构固定导引辊17以固定调芯位置，从而保持对调芯导引装置14进行调芯后的状态。因此，调芯导引装置14在使导引中心与玻璃棒10的轴芯相一致的状态下导引玻璃棒10。
据此能够抑制玻璃棒10的轴芯相对于玻璃母材5的轴芯的错位，从而防止玻璃棒10的弯曲。由于能够持续进行拉伸而不使玻璃棒10倒下，从而能够稳定地制造出弯曲较少的玻璃棒10。
另外，玻璃棒10的中心位置相对于每个所拉伸的玻璃母材5错位。因此，由调芯导引装置14针对每个所拉伸的玻璃母材5进行调芯，从而能够防止每个玻璃母材5的玻璃棒10弯曲。
另外，在上述拉伸装置100中，调芯导引装置14具有三个导引辊17。然而，导引辊17数量当然并不限于三个，也可以设置更多数量的导引辊17，使用其中的一部分或全部来导引玻璃棒10。
[实施例2]
图10表示另一调芯导引装置25的初始状态。图10是在与图4相同的视点进行绘制的，与图4相同的元件标注相同的参考编号并省略了重复说明。
调芯导引装置25包括水平位置调整机构23及棒位置识别装置24。水平位置调整机构23搭载于架台20上。在水平位置调整机构23上搭载有基板15。在基板15上装设有滑动台16及碳制的导引辊17。可以使用例如电动XY桌台作为水平位置调整机构23。
棒位置识别装置24相对于架台20固定，对玻璃棒10的水平位置进行测量。即，棒位置识别装置24分别在X方向及Y方向上设置相互交叉的一组能够测量玻璃棒10水平方向位置的装置，将共计两组这样的装置组合使用。作为各个棒位置识别装置24，可以使用相机与图像处理装置的组合、激光外径测量器、以及激光测距计中的任意一种。
在图10所示状态中，任意一个导引辊17均离开玻璃棒10，玻璃棒10未被调芯导引装置25导引。在此状态下由棒位置识别装置24测量玻璃棒10的位置。
图11为使调芯导引装置25工作时的下一状态图。基于由棒位置识别装置24识别出的玻璃棒10的位置信息，水平位置调整机构23使基板15移动，从而使多根导引辊17的中心与玻璃棒10的轴芯相一致。在此步骤中，水平位置调整机构23固定基板15的位置。
图12表示使调芯导引装置25工作时的下一状态图。在调芯导引装置25中，滑动台16同步移动，各个导引辊17与玻璃棒10相抵接。这样一来，调芯导引装置25在玻璃棒10的轴芯与调芯导引装置14的导引中心相一致的状态下导引玻璃棒10。
这样一来，即使在具有不同结构的调芯导引装置25中也能够使导引中心与玻璃棒10的轴芯相一致。据此能够抑制玻璃棒10的轴芯相对于玻璃母材5的轴芯的错位，并防止玻璃棒10的弯曲。
[实验例1]
使用具有调芯导引装置14的拉伸装置100，将直胴部长度约为2000mm、外径约为180mm的玻璃母材5拉伸成长度约为2530mm、外径为160mm的玻璃棒10。在拉伸过程的后半段刚刚开始对拉伸机构施加向下负荷时，使滑动台16同步工作，从而使调芯导引装置14的导引中心与玻璃棒10的轴芯相对合，并将调芯机构固定于此位置。
对拉伸后的20根玻璃棒10的弯曲量（BOW值）进行测量后发现，平均值为0.55mm/m、最大值为1.02mm/m。另外，在图9中显示BOW值的测量方法。BOW值被定义为用辊支撑分别距离玻璃棒两端50mm的位置并使玻璃棒转动，将此时的摆幅最大值G[mm]除以辊间隔L[m]而得到的值。
[实验例2]
使用具有调芯导引装置25的拉伸装置100，将直胴部长度约为2000mm、外径约为180mm的玻璃母材5拉伸成长度约为2530mm、外径为160mm的玻璃棒10。在拉伸过程的后半段，开始对拉伸机构施加向下负荷，使滑动台16同步工作，使调芯导引装置14的导引中心与玻璃棒10的轴芯相对合，并将调芯机构固定于此位置。对这样拉伸成的20根玻璃棒10的弯曲量（BOW值）进行测量后发现，平均值为0.59mm/m、最大值为0.98mm/m。
[比较例1]
使用具有调芯导引装置14的拉伸装置100拉伸玻璃母材5，但不由调芯导引装置14进行导引。将直胴部长度约为2000mm、外径约为180mm的玻璃母材5拉伸成长度约为2530mm、外径为160mm的玻璃棒10。在拉伸过程的后半段，即便开始对拉伸机构施加向下负荷也未使调芯导引装置14进行工作，在此状态下进行拉伸直到最后。对这样拉伸成的20根玻璃棒10的弯曲量（BOW值）进行测量时发现，平均值为1.58mm/m、最大值为3.26mm/m，弯曲量比实验例1、2大。
就像这样，在拉伸装置100中，由调芯导引装置14导引玻璃棒10的同时进行拉伸。从而能够稳定地制造出弯曲小的玻璃棒10。
以上，使用本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外，由权利要求的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
应当注意的是，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的工作、顺序、步骤及阶段等各个处理的执行顺序，只要没有特别明示“更早”、“早于”等，或者只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的工作流程，为方便起见而使用“首先”、“然后”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。

Claims (14)

1.一种玻璃母材的拉伸方法，其特征在于包括：
将由玻璃母材运送机构悬挂的棒状玻璃母材依次送入加热炉内；以及
在所述加热炉的下方，通过拉伸卡盘而拉伸成更细径化的玻璃棒；
其中，在所述加热炉及所述拉伸卡盘之间，使导引所述玻璃棒的调芯导引装置的导引中心向所述玻璃棒的轴芯移动，从而与所述玻璃棒的轴芯相对合。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，由所述调芯导引装置与所述玻璃棒的轴芯相对合的步骤包括：使所述导引中心与所述玻璃棒的轴芯相对合的调芯步骤，以及将在调芯步骤中被调芯后的调芯位置固定的固定步骤。
3.根据权利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述调芯导引装置具有与所述玻璃棒自由抵接、脱离的多个导引辊，所述调芯步骤包括使所述多个导引辊同步移动的步骤。
4.根据权利要求3所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述固定步骤包括：在移动时通过使所述多个导引辊上浮的气体释放/吸附块将所述多个导引 辊吸附固定的步骤。
5.根据权利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，当在所述拉伸卡盘上施加下压力时，使所述调芯导引装置执行所述调芯步骤。
6.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，包括：
由所述调芯导引装置与所述玻璃棒的轴芯对合的步骤；
测量所述玻璃棒的水平位置的棒位置识别步骤；
基于在所述棒位置识别步骤中识别出的所述玻璃棒的水平位置使导引中心与所述玻璃棒的轴芯相一致的水平位置调整步骤。
7.一种玻璃母材的拉伸装置，拉伸棒状的玻璃母材以制造更细径的玻璃棒，包括加热炉、玻璃母材运送机构及玻璃棒拉伸卡盘，并且在所述拉伸卡盘与所述加热炉之间进一步包括调芯导引装置，所述调芯导引装置的导引中心向所述玻璃棒的轴芯移动，从而与所述玻璃棒的轴芯相对合。
8.根据权利要求7所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述调芯导引装置具有：将所述调芯导引装置的导引中心与所述玻璃棒的轴芯相对合的调芯机构，以及将所述调芯机构固定于调芯位置的固定机构。
9.根据权利要求8所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述调芯机构具 有与所述玻璃棒抵接、脱离的多个导引辊，所述多个导引辊同步移动。
10.根据权利要求8所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，进一步具有负荷计，测量施加于所述拉伸卡盘上的竖直方向负荷。
11.根据权利要求8所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述调芯导引装置具有使所述调芯机构上浮的上浮机构，以及以真空吸附方式固定所述调芯机构的固定机构。
12.根据权利要求7所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述调芯导引装置具有针对所述玻璃棒的水平位置调整机构及棒位置识别装置。
13.根据权利要求12所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述水平位置调整机构具有电动XY桌台。
14.根据权利要求12所述的玻璃母材的拉伸装置，其中，所述棒位置识别装置具有相机与图像处理装置的组合、激光外径测量器、以及激光测距计中的之一。
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