CN104276753A - 玻璃母材的拉伸方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃母材的拉伸方法，用于制造产品成品率高的玻璃母材，包括：成形步骤，形成沿玻璃母材的长度方向玻璃母材外径变化的锥形部；保持步骤，由卡盘保持玻璃母材；加热步骤，由加热源对加热区域进行加热，该加热区域是被卡盘保持的玻璃母材的长度方向上的一部分；以及拉伸步骤，在通过加热源的加热而使玻璃母材的一部分产生软化的状态下，沿玻璃母材的长度方向扩大卡盘之间的间距而对玻璃母材进行拉伸；从由加热区域的中心表示的加热源的位置处于拉伸起始位置的状态开始，开始拉伸步骤，该拉伸起始位置在锥形部中被设定于玻璃母材的外径大于或等于直胴部的平均外径的95％且小于或等于98％的范围内。

Description

玻璃母材的拉伸方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃母材的拉伸方法。
背景技术
光纤用玻璃母材通过拉伸装置进行拉伸加工来调整外径及长度。从而能够使玻璃母材与牵引设备的规格相对应。在专利文献1中记载了一种当拉伸玻璃母材时确定玻璃母材的基准外径位置的方法。
专利文件1：日本特许第4443433号
发明内容
发明要解决的问题
在拉伸玻璃母材时，在拉伸初期容易沿长度方向产生外径发生波动的外径波动。牵引所得到的光纤等在产生了外径波动部分的产品质量下降。因此，玻璃母材的外径波动是成品率降低的原因。
用于解决问题的方案
根据本发明第一技术方案提供一种玻璃母材的拉伸方法，包括：成形步骤，与玻璃母材的直胴部的一端相邻地形成沿玻璃母材的长度方向玻璃母材外径变化的锥形部；保持步骤，由一对卡盘保持玻璃母材的长度方向的两端部；加热步骤，由加热源对加热区域进行加热，该加热区域是被一对卡盘保持的玻璃母材的长度方向上的一部分；以及拉伸步骤，在通过加热源的加热而使玻璃母材的一部分产生熔融软化的状态下，沿玻璃母材的长度方向扩大一对卡盘之间的间距而对玻璃母材进行拉伸；在该玻璃母材的拉伸方法中，从由加热区域的中心表示的加热源的位置处于拉伸起始位置的状态开始，开始拉伸步骤，该拉伸起始位置被设定于锥形部中的、玻璃母材的外径大于或等于直胴部的平均外径的95％且小于或等于98％的范围内。
发明的效果
上述发明内容并未列举出本发明的全部特征。所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1为玻璃旋盘100的示意图。
图2为玻璃旋盘100中外径测定器150的示意图。
图3为玻璃旋盘100中加热源140的示意图。
图4为玻璃母材210中溶融软化部216的示意图。
图5为被拉伸后的玻璃母材210的局部示意图。
图6为表示玻璃母材210通过拉伸而引起的外径变化的曲线图。
图7为表示玻璃母材210的拉伸前的外径分布的曲线图。
图8为表示玻璃母材210的加热位置142与拉拽速度之间的关系的曲线图。
图9为表示玻璃母材210的拉伸起始端在拉伸后的外径分布的曲线图。
图10为表示玻璃母材210的拉伸起始端在拉伸后的外径分布的曲线图。
附图标记说明
100 玻璃旋盘、110 平台、112 顶面、122、124 卡盘、126、128 旋转驱动部、130 移动台、140 加热源、142 加热位置、150 外径测定器、200 玻璃母材组装体、210玻璃母材、212 直胴部、214 锥形部、216 溶融软化部、222、224 虚拟(dummy)棒、230 加热区域。
具体实施方式
以下通过发明的实施方式对本技术方案进行说明，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，在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。
图1为玻璃旋盘100的示意图。玻璃旋盘100在拉伸玻璃母材210时能够用作拉伸装置。玻璃旋盘100以保持着包含玻璃母材210及虚拟棒222、224的玻璃母材组装体200的状态示出。
玻璃旋盘100具有平台110、移动台130以及一对卡盘122、124。平台110具有水平固定的平坦顶面112。
一对卡盘122、124设置于平台110的顶面112上，保持与顶面112相平行的玻璃母材组装体200的两端。而且，一对卡盘122、124分别由旋转驱动部126、128驱动，使所保持的玻璃母材组装体200绕玻璃母材210的沿长度方向延伸的旋转轴线旋转。
而且，一对卡盘122、124中的至少一方能够沿所保持的玻璃母材组装体200的长度方向移动。从而能够改变一对卡盘122、124彼此之间的间距。
移动台130设置于平台110的顶面112上，搭载加热源140及外径测定器150。而且，移动台130在顶面112上与所搭载的加热源140及外径测定器150一体地沿由一对卡盘122、124所保持的玻璃母材组装体200的长度方向移动。
作为加热源140例如可以使用氢氧焰燃烧器，从周面对由一对卡盘122、124所保持的玻璃母材组装体200进行加热。作为外径测定器150可以使用激光外径测定器。
在上述玻璃旋盘中，在由卡盘122、124保持着玻璃母材210的状态下由加热源140对玻璃母材210进行加热，从而能够加热玻璃母材210的长度方向上的一部分而使其溶融软化。此处，由旋转驱动部126、128使玻璃母材210一边旋转一边进行加热，从而能够在周向上均匀地加热玻璃母材210的长度方向上的一部分。
而且，在玻璃母材210的一部分处于溶融软化的状态下，使一对卡盘122、124中至少一方的卡盘122沿图中箭头A的方向移动以扩大一对卡盘122、124之间的间距，从而能够拉伸玻璃母材210。而且，在玻璃母材210中被拉伸的部分发生缩径使外径减小。
进一步地，持续进行由加热源140进行的加热及由卡盘122、124进行的拉伸，并同时由移动台130使加热源140在玻璃母材210的长度方向上沿图中箭头B所示方向移动。从而能够横跨整个长度地拉伸玻璃母材210。如此一来，从位于玻璃母材210一端侧的拉伸起始位置开始拉伸，持续到位于玻璃母材210的另一端侧的拉伸终止位置，从而能够拉伸玻璃母材210的大致整个长度。
另外，拉伸的玻璃母材210可以采用例如外部气相沉积法(OutsideVapour Deposition，OVD法)制造。在OVD法中，向氢氧焰燃烧器中伴随着氧气及氢气同时供应作为玻璃原料的四氯化硅等，以产生氢氧焰。使在氢氧焰中通过水解反应生成的玻璃微粒子沉积于核心母材的表面。从而在核心母材的表面上形成多孔质玻璃层。
进一步地，通过对多孔质玻璃层进行脱水、烧结，进行透明玻璃化从而形成透明的玻璃母材210。这样得到的玻璃母材210的至少一部分形成外径沿长度方向大致恒定的直胴部212。玻璃母材210对应于牵引光纤的牵引工序中使用的设备来调整外径及长度。另外，玻璃母材210的制造并不限于OVD法，也可以为气相轴向沉积法(Vapor Axial Deposition，VAD法)、改进的化学外部气相沉积法(Modified Chemical Vapor Deposition，MCVD法)等其他制造方法。
可以在玻璃母材210的长度方向上的两端或一端上通过焊接等方式焊接虚拟棒222、224，在形成了玻璃母材组装体200的状态下保持于玻璃旋盘100上。包含虚拟棒222、224的玻璃母材组装体200通过由卡盘122、124夹持虚拟棒222、224的端部从而被保持在玻璃旋盘100上。
据此，能够防止玻璃母材210被卡盘122、124等损伤。换言之，当在玻璃母材210的端部已经产生了气泡、破损等缺陷时，可以不使用虚拟棒222、224，而是由卡盘122、124直接夹持玻璃母材210。
在将虚拟棒222焊接于玻璃母材210的一端的情形中，例如当拉伸玻璃母材210时，该一端可以为开始拉伸侧的端部。此时，当在玻璃母材210的两端设置虚拟棒222、224时，追加的虚拟棒224设置于玻璃母材210的拉伸终止侧的一端。
进一步地，玻璃母材210可以设置锥形部214，该锥形部214至少与开始拉伸侧的端部相邻，在玻璃母材210的长度方向上越接近玻璃母材210的端部，外径就越逐渐减小。锥形部214例如可以通过对玻璃母材210进行研磨加工而形成。据此，玻璃母材210具有：外径在长度方向上大致恒定的直胴部212，以及外径连续变化的锥形部214。
另外，在玻璃母材210上设置有锥形部214的情形中，焊接在玻璃母材210的设置有锥形部214的端部的虚拟棒222的外径可以与锥形部214的端部外径相等。据此，在包含虚拟棒222的玻璃母材组装体200中，通过直胴部212、锥形部214及虚拟棒222使外径连续变化。而且，虚拟棒222、224可以由具有与玻璃母材210的成分相同或类似的成分的材料形成。
如上所述，在对构成玻璃母材组装体200的玻璃母材210进行拉伸加工时，首先借助于虚拟棒222、224由卡盘122、124进行夹持，将玻璃母材210保持在玻璃旋盘100上。然后使用外径测定器150对玻璃母材210的拉伸前外径进行测定。
图2为玻璃旋盘100中的外径测定器150的示意图。外径测定器150在玻璃母材210的长度方向上被配置在紧靠加热源140的位置，对玻璃母材组装体200的外径进行测定。
当移动台130移动时，外径测定器150与加热源140共同移动。因此，在移动台130的移动方向上将外径测定器150配置为比加热源140靠前的情形中，外径测定器150对正要拉伸之前的玻璃母材组装体200的外径进行测定。而且，在移动台130的移动方向上将外径测定器150配置在加热源140之后的情形中，外径测定器150对刚刚拉伸后的玻璃母材组装体200的外径进行测定。
当使用玻璃旋盘100拉伸玻璃母材210时，基于对要拉伸的玻璃母材210进行测定而得到的拉伸前外径值和成为目标拉伸后外径，即目标外径值，设定除了由加热源140带来的加热量以外的、包含加热源140(移动台130)的移动速度Vb[mm/分]以及由卡盘122、124的移动所产生的玻璃母材210的拉拽速度Vt(z)[mm/分]的拉伸条件。
另外，可以同时执行对玻璃母材210的加热和拉伸，以及测定外径和计算拉伸条件。然而，外径测定器150测定玻璃母材210的外径的位置与拉伸被加热溶融的玻璃母材210的位置之间的错位有时会影响外径控制的精度。
因此，在加热及拉伸玻璃母材210之前不对加热源140进行点火，而是使用外径测定器150横跨玻璃母材210的长度方向上的全长地预先测定玻璃母材210的外径。从而能够预先得到要拉伸的玻璃母材210在长度方向上的外径分布，基于所得到的外径分布计算要拉伸的玻璃母材210的平均外径，从而较为精确地设定拉伸条件。
在将拉伸前具有外径D1[mm]的玻璃母材210拉伸到目标外径D2[mm]的情形中，加热源140的移动速度Vb[mm/分]与拉拽速度Vt(z)[mm/分]可以基于下式1进行计算。此处，变量z是指玻璃母材210的长度方向上的位置z[mm]，D2(z)是指玻璃母材210在位置z处的外径。
【式1】
V t ( z ) = V b × ( D 2 2 D 1 ( z ) 2 - 1 ) ···式1
对如上所述那样设定了加热条件的玻璃母材210进行拉伸时，首先，在使加热源140及玻璃母材210处于停止相对移动的状态下，由加热源140对玻璃母材210进行加热。然后，当达到使玻璃母材210的被加热部分溶融软化的温度之后，使加热源140以预先算出的速度Vb[mm/分]移动。
而且，以与玻璃母材210的溶融软化部分的长度方向位置[mm]相对应的拉拽速度Vt(z)[mm/分]扩大卡盘122、124之间的间距，从而拉伸玻璃母材210。持续这种玻璃母材210的拉伸加工直到溶融软化并被拉伸的部位到达拉伸终止位置时为止。
图3为表示在对玻璃母材210进行拉伸加工时由加热源140对玻璃母材210进行加热的加热位置142的示意图。加热源140例如由氢氧焰对玻璃母材210进行加热，因此，在玻璃母材210中的长度方向上具有有限宽度的加热区域230进行加热。因此，在玻璃母材210的长度方向上以由加热源140形成的加热区域230的中心表示加热源140的加热位置142。
当拉伸玻璃母材210时，在加热位置142处玻璃母材210处于溶融软化的状态下使卡盘122、124中的至少一方移动。从而对玻璃母材210中溶融软化的部分进行拉伸。
另外，在玻璃母材210中开始拉伸加工时可以设置预热步骤，从与对应于开始拉伸的拉伸起始位置的加热位置142相比在加热源140相对于玻璃母材210的移动方向上靠眼前侧的预热开始位置开始对玻璃母材210进行加热。从而能够使拉伸起始位置处的玻璃母材210的加热条件与持续进行拉伸加工中的玻璃母材210的加热条件相同，使拉伸后的玻璃母材210的外径在拉伸起始位置处稳定。
预热步骤中的加热起始位置可以设为距拉伸开始时刻的加热位置142的距离为大于或等于拉伸前的玻璃母材210的平均外径的50％的范围。当预热步骤的加热起始位置比上述范围靠近拉伸起始位置时，从未被加热的区域开始到拉伸起始位置为止无法得到足够的移动距离。因此，由加热在玻璃母材210上形成的热梯度变得很陡，在玻璃母材210的溶融软化部分产生局部高温部。因此，在玻璃母材210中的溶融软化部分被集中拉伸及缩径，使玻璃母材210的外径稳定性下降。
关于预热步骤中的加热起始位置远于上述范围的程度，从刚开始拉伸后的外径稳定性的观点来看并不做限定。然而，如果预热的起始位置过于远离拉伸起始位置，则预热步骤中的加热源140的移动距离会变长，预热所需时间会增加。而且，预热所消耗的燃料的消耗量也会增加。
因此，预热步骤中的加热源140的加热起始位置优选距拉伸开始时刻的加热位置的距离为拉伸前的玻璃母材210的平均外径的300％以下。进一步地，以上述拉伸前的玻璃母材210的平均外径的50％以上这一条件和300％以下这一条件的双方为边界，优选大于或等于100％且小于或等于200％。
接着上述预热步骤，移动台130使加热源140移动。据此，加热源140的对玻璃母材210进行加热的加热位置142朝开始拉伸的时刻玻璃母材210的溶融软化部分移动。另外，在拉伸中的玻璃母材210上形成的溶融软化部分可以在玻璃母材210的长度方向上具有与母材外径接近的宽度。
图4为表示玻璃母材210中的溶融软化部216的示意图。如图所示，在被加热源140加热的玻璃母材210中，以加热位置142为中心朝玻璃母材210的长度方向两侧扩展的加热区域230被加热。当加热区域230的温度上升时，在玻璃母材210上形成在玻璃母材210的长度方向上具有宽度的溶融软化部216。
由于加热区域230在玻璃母材210的长度方向上具有宽度，因此当加热位置142位于玻璃母材210的锥形部214时，在溶融软化部216上也会包含玻璃母材210的外径比加热位置142的外径小的部分以及玻璃母材210的外径比加热位置142的外径大的部分。因此，即使在溶融软化部216内，在拉伸后的玻璃母材210中，加热位置142的前后会产生拉伸后的外径差异。
此处，作为一例，对将拉伸前的平均外径为100mm的玻璃母材210拉伸到60mm目标外径的情形进行考察。将玻璃母材210的锥形部214中外径为70mm的位置作为加热源140的加热位置142对玻璃母材210进行加热。然后，在玻璃母材210中的溶融软化部216处于软化状态下使玻璃旋盘100的卡盘122、124移动，从而扩大间距，拉伸玻璃母材210。
此处，在将外径70mm的玻璃母材拉伸到目标外径的60mm的条件下算出卡盘122、124的移动速度(拉拽速度)。然而，玻璃母材210的外径在锥形部214上沿玻璃母材210的长度方向连续变化。因此，在溶融软化部216中比外径70mm大的部分以及比70mm小的部分都在外径为70mm时的条件下被拉伸。因此，当考虑到固定加热位置时，在一个溶融软化部216内就包含拉伸条件不同的部分。
图5为被拉伸后的玻璃母材210的示意图。如上所述，在加热玻璃母材210并形成溶融软化部216的状态下扩大卡盘122、124之间的间距，从而能够在溶融软化部216处拉伸玻璃母材210。然而，在开始进行拉伸的时刻，有时会使溶融软化部216被过度拉伸，使拉伸后的玻璃母材210的外径变得小于目标外径。
进一步地，当使加热源140与卡盘122、124移动以持续进行玻璃母材210的拉伸时，会由于过度拉伸而产生比目标外径细的区间，此时在与该区间相邻的区间中拉伸的缩径效果不足，拉伸后的外径大于目标外径。如此，在被拉伸的玻璃母材210中，在过度拉伸缩径的区间处接续有缩径不足的区间，在缩径不足的区间处接续有过度缩径的区间。因此，在拉伸后的玻璃母材210中外径相对于目标外径一旦产生偏差时，在拉伸后的玻璃母材210中会产生外径的波动反复出现的外径波动。
这种外径波动从拉伸起始位置开始朝拉伸终止位置交替地反复出现，但随着玻璃母材210的拉伸逐步进行而收敛。因此选择拉伸后的玻璃母材210的外径变为拉伸波动收敛后的外径的位置开始拉伸，从而能够抑制在刚刚开始拉伸后的拉伸后外径波动。
图6为表示拉伸中的玻璃母材210的外径在拉伸前后的变化的曲线图。在图中所示曲线图的横轴上，以玻璃母材210与虚拟棒222之间的焊接部位置作为“0”，由从该焊接部开始的距离z表示玻璃母材210的长度方向上的位置。
图中所示的曲线图表示以63.00mm为目标外径的拉伸条件下进行拉伸、在直胴部212的平均外径为95.45mm的玻璃母材210中加热源140的加热位置142前后的玻璃母材210的外径变化。在该玻璃母材210中，拉伸后的外径波动已经收敛，图中右侧所示拉伸后的外径稳定。
在图中，当关注玻璃母材210的外径由于拉伸而开始减小的区域时，可知加热源140的加热位置142位于玻璃母材210的外径由于拉伸而开始变得比直胴部212的外径小之后的位置。更具体地，加热源140的加热位置142位于相当于拉伸前的母材平均外径的97.8％的外径93.35mm的位置。
从而能够使加热源140的加热位置142与拉伸在从拉伸开始之初开始就稳定时的加热位置142相一致，抑制拉伸初期的外径波动。在上述例子中，当开始玻璃母材210的拉伸时，通过在具有直胴部212的平均外径的97.8％的外径的位置处开始拉伸，从而能够使刚刚开始拉伸后的外径波动迅速收敛。
进一步地，在拉伸另一玻璃母材210时，在拉伸后的外径波动结束的状态下测定加热源140的加热位置142。将测定结果表示在表1中。如表1所示，在外径波动结束的状态下，加热源140的加热位置142位于具有拉伸前的玻璃母材210的外径的95％以上且98％以下的外径的位置处。
【表1】
然后，准备四根具有长度1000mm的直胴部212的光纤用玻璃母材210，以63.00mm为目标外径进行拉伸制造成制作例1～4。首先，在各个玻璃母材210的两端上焊接外径60mm的虚拟棒222、224而成为玻璃母材组装体200。
接下来，用卡盘122、124夹持一根玻璃母材组装体200的两端，使玻璃母材组装体200保持在玻璃旋盘100上。进一步地，由玻璃旋盘100的外径测定器150测定拉伸前的玻璃母材210在玻璃母材210的长度方向上的外径分布。作为外径测定器150使用激光外径测定器。
图7为表示上述玻璃母材210在拉伸前的外径分布的曲线图。在图中所示曲线图的横轴上，以玻璃母材210与虚拟棒222之间的焊接部位置为“0”，由从该焊接部开始的距离z表示玻璃母材210的长度方向上的测定位置。
如图所示，玻璃母材210具有从直胴部212朝虚拟棒222沿玻璃母材210的长度方向连续变化的外径分布。另外，玻璃母材210的直胴部212的平均外径为95.45mm。
然后，使用氢氧焰燃烧器作为加热源140拉伸一根上述玻璃母材210。首先，将锥形部214的外径变为92.45mm的位置设定为拉伸起始位置。在拉伸起始位置处的外径92.45mm相当于直胴部212的平均外径95.45mm的96.9％。而且，所设定的拉伸起始位置在图7的横轴上相当于z＝-100mm的位置。
接下来，将加热源140的加热位置142固定在从拉伸起始位置向虚拟棒222侧离开60mm的z＝-40mm的位置。拉伸起始位置与加热位置142之间的距离60mm相当于直胴部212的平均外径的62.9％。
在此状态下，对形成加热源140的氢氧焰燃烧器进行点火，加热玻璃母材210。向氢氧焰燃烧器供应100L/分的氧和200L/分的氢。数分钟后，在加热位置142处玻璃母材210发出白光，确认出开始形成溶融软化部216。因此，使加热源140沿玻璃母材210的长度方向朝与直胴部212接近的方向以-15mm/分的速度移动。
约4分钟后，加热位置142到达作为拉伸起始位置的z＝-100mm的位置。因此，使在拉伸起始位置侧夹持玻璃母材210的一方的卡盘122朝远离另一方的卡盘124的方向移动，扩大一对卡盘122、124之间的间距，开始玻璃母材210的拉伸。换言之，由于在此状态下处于预热步骤直到开始拉伸，因此在到达该时刻之前卡盘122、124被固定，玻璃母材210未被拉伸。
另外，由于在玻璃母材210中温度最高的最高温位置跟随移动的加热源140的加热位置142，因此两者之间存在时间滞后。因此，对玻璃母材210进行拉伸的卡盘122的拉拽速度可以基于比加热源140的中心位置向右侧偏移20mm的位置处预先测定的外径分布进行计算。
更具体地，相对于拉伸开始时的燃烧器中心位置z＝-100mm偏移20mm的z＝-80mm处的外径为89mm，因此拉伸开始时的卡盘的拉拽速度为+7.5mm/分。此后，同样地，以基于在燃烧器的中心位置施加了20mm偏移的位置处预先测定的玻璃母材的外径而计算出的拉拽速度，逐步扩大卡盘之间的间距直到拉伸终止位置，进行拉伸。
图8为表示在拉伸开始前后的、由距离z表示的加热源140的加热位置142与卡盘122的拉拽速度Vt(z)之间的关系的曲线图。图中用虚线一并显示图7所示玻璃母材210的外径分布。而且，在图中所示曲线图的横轴上，以玻璃母材210与虚拟棒222之间的焊接部位置为“0”，由从该焊接部开始的距离z表示玻璃母材210的长度方向上的加热位置142。
如图所示，加热位置142被卡盘122固定，直到到达作为拉伸起始位置的z＝-100的位置。而且，当加热位置142到达作为拉伸起始位置的z＝-100的位置时，卡盘122开始移动，并以大致等速持续移动直到到达拉伸终止位置。这样一来，拉伸了制作例1的玻璃母材210。
图9为表示制作例1所示拉伸后的玻璃母材210的外径分布的曲线图。在图中所示曲线图的横轴上，以玻璃母材210与虚拟棒222之间的焊接部位置为“0”，由从该焊接部开始的距离z表示玻璃母材210的长度方向上的位置。
在图中示出了拉伸开始侧的端部附近的玻璃母材210的外径分布。玻璃母材210的外径分布与拉伸前的外径分布相同地使用设置在玻璃旋盘100上的外径测定器150进行测定。
在拉伸后的玻璃母材210中，直胴部212的平均外径为63.00mm。而且，在拉伸后的玻璃母材210中，在拉伸初期被拉伸后的部分的最大外径为64.01mm。此处，当将平均外径与最大外径的差值W1作为表示被拉伸后的玻璃母材的外径波动大小的指标时，可以算出制作例1的玻璃母材210的外径波动为1.01mm。
进一步地，拉伸剩余的三根玻璃母材210制造成制作例2～4。制作例2～4各自的玻璃母材210分别具有固有的外径分布。而且，在各个玻璃母材210改变拉伸的目标外径，拉伸制作例2～4的玻璃母材。
在拉伸的玻璃母材210上焊接的虚拟棒222、224使用与制作例1时相同的规格。而且，外径测定器150的拉伸前的外径分布测定顺序、预热及拉伸步骤的加热源140的移动速度等设为与制作例1时相等的值。另外，卡盘122的拉拽速度Vt(z)基于对各个玻璃母材210测量的外径分布来确定。
将制作例1～4中的拉伸前的直胴部212的平均外径、拉伸的目标外径、拉伸开始时刻的加热位置142及拉伸初期的外径波动与制作例1时的值一并显示在表2中。如表2所示，当拉伸开始时刻的加热位置142处于直胴部212中从平均外径的95％变为97％左右的位置时，在拉伸初期拉伸的部分的外径波动收敛于1mm左右。
【表2】
与制作例1～4的情形相同地准备四根拉伸前的直胴部212的平均外径及目标外径不同的玻璃母材210进行拉伸，制成比较例1～4。与拉伸制作例1时的不同点在于开始拉伸时刻的加热源140的对玻璃母材210进行加热的加热位置142。即，在比较例1～4的拉伸中，使开始拉伸时刻的加热位置142在更大的范围内变化。
与制作例1～4的情形相同地分别拉伸四根玻璃母材210，制成比较例1～4。比较例1～4的各个玻璃母材210分别具有固有的外径分布。而且，对各个玻璃母材210改变拉伸的目标外径，拉伸成比较例1～4的玻璃母材210。
在要拉伸的各个玻璃母材210上焊接的虚拟棒222、224使用与制作例1时相同的规格。而且，外径测定器150的拉伸前的外径分布测定顺序、预热及拉伸步骤的加热源140的移动速度等设为与制作例1时相等的值。另一方面，卡盘122的拉拽速度Vt(z)基于对各个玻璃母材210测量的外径分布来确定。
图10为表示比较例1的玻璃母材210在拉伸后的外径分布的曲线图。在图中所示曲线图中的横轴上，以玻璃母材210与虚拟棒222之间的焊接部的位置为“0”，由从该焊接部开始的距离z表示玻璃母材210的长度方向上的位置。
图中示出了拉伸开始侧的端部附近的玻璃母材210的外径分布。玻璃母材210的外径分布与拉伸前的外径分布相同地使用设置于玻璃旋盘100上的外径测定器150进行测定。
在比较例1的玻璃母材210中，拉伸后的直胴部212的平均外径为62.89mm。而且，在该玻璃母材210中，在拉伸初期被拉伸后的部分的最大外径为67.46mm。此处，平均外径与最大外径的差值W2成为表示被拉伸玻璃母材的外径波动大小的指标，因此能够算出比较例1的玻璃母材210的外径波动为4.57mm。同样地，对于比较例2～4的玻璃母材210也进行拉伸和测定。
将比较例1～4中拉伸前的直胴部212的平均外径、拉伸的目标外径、开始拉伸时刻的加热位置142及拉伸初期的外径波动一并显示在表3中。如表3所示，当开始拉伸时刻的加热位置142位于外径小于直胴部212平均外径的85％的位置时，在拉伸初期被拉伸的部分的外径波动超过4mm(外径波动较大，因而不优选)。
而且，当开始拉伸时刻的加热位置142位于外径大于直胴部212的平均外径99％的位置时，在拉伸初期被拉伸的部分的外径波动超过4mm(外径波动较大，因而不优选)。如果外径波动增加到这种程度，则当进一步牵引被拉伸的玻璃母材210而制造光纤等时，会产生无法忽视的成品率下降。
【表3】
与制作例1～4的情形相同地准备四根拉伸前的直胴部212的平均外径及目标外径不同的玻璃母材210进行拉伸，制成制作例5～8。与制作例1的情况相同地在玻璃母材210的两端焊接外径60mm的虚拟棒222、224，通过由玻璃旋盘100的卡盘122、124夹持虚拟棒222、224，从而将虚拟棒222、224装设于玻璃旋盘上。使用氢氧焰燃烧器作为加热源140，由设置于加热源140附近的外径测定器150测量玻璃母材210的长度方向上的外径分布。
在制作例5～8的拉伸中，与拉伸制作例1的情形不同之处在于在开始拉伸前执行预热步骤。在制作例5的情形中，基于预先测量的玻璃母材210的外径分布的测定结果，将开始拉伸时刻的加热源140的加热位置142定为玻璃母材210具有相当于拉伸前的玻璃母材210的直胴部212的平均外径的96.0％的外径的位置。而且，在开始拉伸之前，将对玻璃母材210开始预热的位置设定于距开始拉伸位置为大于或等于拉伸前的平均外径的100％且小于或等于拉伸前的平均外径的200％的范围的位置。预热起始位置离开直到接近拉伸前的平均外径的200％为止，在该情况下，预热步骤从对虚拟棒222进行加热开始。
在各个玻璃母材210上焊接的虚拟棒222、224使用与制作例1的情形相同的规格。而且，外径测定器150的拉伸前的外径分布测定顺序、预热及拉伸步骤的加热源140的移动速度等设为与制作例1时相等的值。另一方面，卡盘122的拉拽速度Vt(z)基于对各个玻璃母材210测量的外径分布来确定。
将制作例5～8中的拉伸前的直胴部212的平均外径、拉伸的目标外径、预热的起始位置及拉伸初期的外径波动一并显示在表4中。如表4所示，预热的起始位置从相当于拉伸前的玻璃母材的外径的100％～200％的位置开始进行预热，在拉伸玻璃母材210时，在拉伸初期被拉伸后的部分的外径波动收敛于1mm左右。
【表4】
除了将预热的起始位置设为拉伸前的玻璃母材210中的直胴部212的平均外径的25％或10.5％以外，在与制作例5～8相同顺序及相同拉伸条件下，拉伸比较例5及比较例6的玻璃母材210。
将比较例5、6中的拉伸前的直胴部212的平均外径、拉伸的目标外径、开始拉伸时刻的加热位置142及拉伸初期的外径波动一并显示在表5中。如表5所示，当从拉伸起始位置到开始预热位置的距离小于拉伸前的平均外径的50％时，在拉伸初期被拉伸的部分的外径波动超过5mm。因此，在进一步牵引被拉伸的玻璃母材210以制造光纤等时，产生不可忽视的成品率下降。
【表5】
如上所述，在玻璃母材210的锥形部214的外径成为大于或等于直胴部212的平均外径的95％且小于或等于98％的范围的位置处，开始玻璃母材210的拉伸，从而能够抑制拉伸开始初期的外径波动。
在玻璃母材210中，在外径不足拉伸前的直胴部212的平均外径的95％的位置开始拉伸时，在拉伸刚开始后，容易在玻璃母材210上产生过度拉伸区间，使拉伸后的外径易于波动。而且，在外径比直胴部212的平均外径的98％大的位置开始拉伸时，在拉伸刚开始后，容易在玻璃母材210上产生拉伸不足区间，使拉伸后的外径易于波动。
另外，如图7所示，通过将玻璃母材210中的锥形部214的截面形状设置为模仿稳定拉伸进行中的玻璃母材210的截面形状的形状，从而能够在拉伸开始后尽早形成玻璃母材210被稳定拉伸的状态。从而能够使拉伸刚开始后的玻璃母材210的外径更加稳定。因此能够抑制拉伸后的玻璃母材210的外径波动，提高在牵引玻璃母材210制造光纤等时的成品率。
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以增加各种变更或改进。此外，由技术方案的记载可知，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、程序以及方法中的动作、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“之前”、“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、说明书及附图中的动作流程，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 (11)

1.一种玻璃母材的拉伸方法，包括：
保持步骤，由一对卡盘保持玻璃母材的长度方向两端，该玻璃母材在直胴部的一端具有外径沿长度方向变化的锥形部；
加热步骤，由加热源对加热区域进行加热，该加热区域是被所述一对卡盘保持的所述玻璃母材的长度方向上的一部分；以及
拉伸步骤，在通过所述加热源的加热而使所述玻璃母材的一部分产生软化的状态下，沿所述玻璃母材的长度方向扩大所述一对卡盘之间的间距而对所述玻璃母材进行拉伸；在该玻璃母材的拉伸方法中，
从由所述加热区域的中心表示的所述加热源的位置处于拉伸起始位置的状态开始，开始所述拉伸步骤，该拉伸起始位置被设定于所述锥形部中的、所述玻璃母材的外径大于或等于所述直胴部的平均外径的95％且小于或等于98％的范围内。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
所述保持步骤包括：在所述锥形部中的与所述直胴部相反一侧将虚拟棒焊接于所述玻璃母材的端部的步骤；以及所述一对卡盘中的至少一方借助于所述虚拟棒保持所述玻璃母材的步骤；
所述虚拟棒具有小于或等于所述拉伸步骤中拉伸后的目标外径的外径；
所述锥形部中的所述玻璃母材的外径从所述直胴部朝所述虚拟棒连续变化。
3.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
进一步包括：预热步骤，在所述加热步骤之前，使所述加热源从比所述拉伸起始位置远离所述直胴部的预热起始位置开始朝所述拉伸起始位置移动；
所述预热起始位置位于从所述拉伸起始位置离开直到大于或等于所述直胴部的平均外径的50％的距离的位置。
4.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
进一步包括：预热步骤，在所述加热步骤之前，使所述加热源从比所述拉伸起始位置远离所述直胴部的预热起始位置开始朝所述拉伸起始位置移动；
所述预热起始位置位于从所述拉伸起始位置离开直到大于或等于所述直胴部的平均外径的100％且小于或等于所述直胴部的平均外径的200％的距离的位置。
5.根据权利要求3所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
在所述预热步骤中，在固定着所述玻璃母材的状态下，使所述加热源沿所述玻璃母材的长度方向移动。
6.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
所述拉伸步骤包括：使所述加热源沿所述玻璃母材的长度方向相对移动，横跨所述玻璃母材的全长地进行拉伸的步骤。
7.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
所述加热步骤包括：使被所述一对卡盘保持的所述玻璃母材一边绕着沿所述玻璃母材的长度方向延伸的旋转轴线旋转一边进行加热的步骤。
8.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
所述加热步骤包括：由氢氧焰燃烧器对所述玻璃母材进行加热的步骤。
9.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
进一步包括：在所述加热步骤之前测定所述玻璃母材沿所述玻璃母材的长度方向的外径分布的测定步骤。
10.根据权利要求9所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
在所述拉伸步骤之前基于在所述测定步骤取得的所述玻璃母材的所述外径分布设定所述玻璃母材的拉伸条件，所述拉伸条件包括：所述加热源的加热量、所述玻璃母材和所述加热源的相对移动速度、以及所述一对卡盘中的至少一方的移动速度。
11.根据权利要求9所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，
所述测定步骤包括：由激光外径测定器测定所述玻璃母材的外径的步骤。
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