CN1199026A - 光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法和延伸装置 - Google Patents

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Abstract

解决光纤维用玻璃母材电炉延伸工序中,延伸用母材和拉伸用部件接合时的轴吻合问题,该接合部分熔合后可直接开始延伸。为此,在电炉炉心管和延伸用玻璃母材固定器具之间和该炉心管和拉伸用部件的固定器具之间,设置对上述母材及部件炉心侧游动端进行调心的调心机构,用该调心机构对上述游动端调心后,用上述两个固定器具固定住上述母材和部件的固定器具一侧,接着,使两个游动端尖端附合,由电炉内部的最高温度部分熔融接合,接着将上述最高温度部分移动到玻璃母材侧的延伸部分,开始使玻璃母材延伸。

Description

光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法和延伸装置
本发明是关于用电炉将光学纤维用玻璃母材延伸成规定外径的电炉延伸法和延伸装置。
另外，在本说明书中光学纤维用玻璃母材，除通常的延伸用玻璃外，还含有延伸这种玻璃母材的玻璃延伸母材，所谓预制件。
通常，光纤维的制造是用VAD法和外付CVD法合成光纤用多孔质玻璃母材后，将该光纤用多孔质玻璃母材脱水烧结，作为光学纤维用的透明玻璃母材，将其拉丝，延伸成适当的外径，作为光学纤维用延伸母材(将其称作预制件)，然后再将该预制件拉制成线。
到目前，光学纤维用玻璃母材的延伸是通过使用将氢氧火焰作热源的燃烧器加热光纤用玻璃母材进行延伸。即，利用燃烧器延伸法进行。这种燃烧器延伸法，虽然比较容易控制延伸母材的外径，但延伸速度很慢，通常为8-10mm/分。
随着近年来技术的发展，伴随着要求提高制造效率，通过上述VAD法和外付CVD法合成的光学纤维用多孔质玻璃母材的外径比过去的格外粗。伴随着这种倾向，对于拉伸前外径具有某一定值以上的光纤用玻璃母材，带来的问题是利用以上述氢氧，火焰作热源的燃烧器进行燃烧器拉伸法的热量问题。
为此，对于拉伸前外径在一定值以上的光纤用玻璃母材，采用燃烧器产生热量大的加热炉，具体是使用电加热器的电炉进行加热延伸法(以下称作电炉延伸法)。这种电炉延伸法，由于热量大，可以加快延伸速度。例如，对于燃烧器延伸法的延伸速度为8-10mm/分，而用电炉延伸法的延伸速度为30mm/分。为此，并不限于延伸外径大的光纤维用玻璃母材，即使是外径小的延伸母材，从生产率考虑，电炉延伸法最为有利。
这种电炉延伸法，由于加热范围广，仅限于上下方向很长的纵型，对于预制件从上向下延伸。
在这种电炉延伸法中，必须将引拔用的支持棒(拉伸用玻璃部件)连接在延伸前光纤维用玻璃母材或玻璃延伸母材(预成型材)的端部。过去，这种连接，以其它工序的火焰延伸进行时，虽然一般，但这种连接最好在同一电炉延伸工序中进行。
然而，将这种连接在同一电炉延伸工序中进行时，其问题是这种连接很难。即，玻璃母材端部的轴芯必须和引拔用支撑棒(拉伸用玻璃部件)端部的轴芯一致，但两者的芯容易错位连接。当轴芯错位连接时，连接处断面的应力分布不均匀会引起延伸母材弯曲，有时会产生连接处断裂等问题。
用电炉延伸光纤维用母材时的上述轴芯吻合，通常按如下进行。
加热的炉体内固定一端的2个玻璃部件(延伸用玻璃母材和拉伸用玻璃部件)，分别以相反的方向面对面地插入加热炉体内，将两者的相对端面加热，熔接后，使延伸用玻璃母材的固定部位以一定速度下降，同时固定拉伸用玻璃部件的固定部件以规定的速度向下方移动，拉伸延伸用玻璃母材，延伸到规定的外径。
图1是过去的这种光纤维用玻璃母材延伸装置结构实例示意图。
图1中，91表示延伸用玻璃母材(或光纤维用玻璃母材)，92表示形成空的拉伸用玻璃部件(引拔用玻璃部件)。93表示炉体，在炉体93内设置内藏炉心管94的电加热器。
延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92各自的端部，例如由3爪夹头形成的固定部件95、96固定住。固定部件95、96，图1所示状态，通过固定移动台97使固定部件95、96分别在上下方向上可移动。98表示诱导移动台97移动的导轨。
以上述光纤维用母材的延伸装置，按如下地延伸光纤维用玻璃母材。
(1)延伸用玻璃母材91和拉伸和玻璃部件92的固定端部分别由固定部件95、96固定住。固定住的延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的游离端部的尖端进行轴芯吻合，使两者面对面地移动到炉心管94内。
(2)将炉心管94加热到规定的温度，使两个面对面的端面加热熔合在一起后，使固定拉伸用玻璃部件92的固定部件95向下方移动，拉伸延伸用玻璃母材91延伸到规定的外径。
(3)在上述延伸装置中，将延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92，在炉心管94内使两者相对端加热熔合时，进行两者的轴芯吻合。这种轴芯吻合(调芯)，将延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的固定端部，由固定部件95、96，例如在3爪夹头的间隙(ガタ)范围内，用于微微移动调正游动端尖端轴芯相对，并固定住。使固定住的游动端尖端在炉心管94内相对，由设在炉心管94上的观查孔94A，用肉眼观查确认轴芯吻合的情况。
以前的这种调心方法，调心操作既费时间，轴吻合精度又不好。例如，在水平面内产生1-2mm(玻璃部件直径的5-10％)的轴差。当这种轴吻合精度很差时，在延伸中，延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的连接断面的应力分布产生不均匀，使延伸母材弯曲，也很容易产生连接部件断裂等问题。
使用上述电炉延伸法延伸光纤维用玻璃母材时，延伸母材(预制件)产生弯曲并变形，外径有偏差，外径与规定值不一致。
进而从生产效率考虑，最希望提高光纤用玻璃母材的延伸速度。
本发明的目的是提供一种光纤用玻璃母材的电炉延伸法及延伸装置：克服了以电炉延伸工序中，上述光纤用玻璃母材和拉伸用玻璃部件行连接时所遇到的上述问题，使在炉心管内相对连接的玻璃母材和拉伸用玻璃部件游动端端部的轴吻合变得容易，且简单易行。尤其是本发明提供一种将光纤维用玻璃母材固定在延伸装置中，在电炉内，从两者连接开始延伸的电炉延伸法。
本发明的另一目的是提供能提高光纤维用玻璃母材的延伸外径精度的光纤维用玻璃母材的电炉延伸方法和装置。
本发明的再一个目的是提高可提高光纤用玻璃母材的延伸速度的电炉延伸法及其装置。
根据本发明的第1个观点提供一种光纤用玻璃母材的电炉延伸装置，包括：电炉；在该电炉上部设置固定延伸用玻璃母材上部固定端，可上下移动的第1固定部件；位于上述电炉下部固定拉伸用玻璃部件下部固定端，可上下移动的第2固定部件；在上述电炉和上部固定部件之间设置使上述延伸用玻璃部件下端轴芯吻合调心的第1调心机构；在上述电炉和下部固定部件之间设置使上述拉伸用玻璃部件上部端轴心吻合的第2调心机构；上述第1调心机构的轴心和上述第2调心机构的轴心在垂直方向上一致。
最好是将上述第1调心机构，在其相对面中央处设置1对与延伸用玻璃母材的轴向相对的V型沟槽，并设置一对具有自动调心机能的调心器具，为支撑该对调心器具在相对位置上设置一对支撑棒；具有使上述一对调心器具和上述一对支撑棒一起左右移动的移动机构及支撑移动机构的一对台架。
最好是将上述第2调心机构，在其对面中央处设置一对与拉伸用玻璃部件轴向相对的V型沟槽，一对具有自动调心机能的调心器具为支撑该对调心器具有在相对位置设置一对支撑棒，并备有使上述一对调心器具和上述一对支撑棒一起左右移动的移动机构及支撑移动机构的一对台架。
根据本发明的第2观点，提供使用上述第一发明的光纤用玻璃母材的电炉延伸装置进行延伸的方法。该方法是将上述延伸用玻璃母材和上述拉伸用玻璃部件连接固定的方法，包括如下工序：(a)将上述延伸用玻璃母材的上端部假定固定在上述第一固定部件上的工序，(b)由第1调心机构固定住上述延伸用玻璃母材下端部的尖端使上述游动端尖端的轴心进行调心的工序，(c)由第1固定部件再次固定上述延伸用玻璃母材上部固定端的工序，(d)使上述第1调心机构的一对调心器具从轴心向后退，使上述延伸用玻璃母材的游动尖端位置由上述电炉内规定位置决定的工序，(e)由上述第2固定部件固定上述拉伸用玻璃部件的工序；(f)由具有一对自动调心机能的第2调心机构固定上述拉伸用玻璃部件上部游动端的尖端进行轴心调心的工序，(g)由上述第2固定部件固定上述拉伸用玻璃部件下部固定端的工序；(h)使上述第2调心机构的一对调心器具从轴心后退，上述拉伸用玻璃部件的游动尖端位置，由上述电炉内规定位置决定的工序。其结果使上述延伸用玻璃母材的游动尖端和上述拉伸用玻璃部件的游动端部的尖端轴心面对面地一致。
本发明第2观点的光纤维用玻璃母材电炉延伸方法，并不仅限于上述(a)-(h)顺序，可以适当地变更顺序。
根据本发明的第3个观点，提供的光纤用玻璃母材的电炉延伸装置包括：固定延伸用光纤维用玻璃母材上端部的上部固定部件；设置和上部固定部件轴心一致的相对位置，在该光纤用玻璃母材的下端部上固定使轴心一致连接的拉伸用玻璃部件的下端部件，根据上述光纤用玻璃母材的延伸而向下拉伸的下部固定部件；在上部固定部件和下部固定部件之间设置，并加热延伸用光纤用玻璃母材的电炉，至少使下部固定部件向下方移动，拉伸上述延伸光纤用玻璃母材的移动装置，和控制装置，上述控制装置，当在上述电炉内延伸时，使上述光纤维用玻璃母材的下端部和上述拉伸用玻璃部件的上端部相接合的部分，加热熔融接合后，将上述电炉的最高温度部位移到该接合部位，加热熔合，将上述电炉的最高温度部位，从上述加热熔合部位移动到上述光纤维玻璃母材的延伸部位，控制上述移动装置使上述下部固定部件降下。
最好是在上述延伸用光纤维用玻璃母材的下端部，使该下端尖端的直径比上述拉伸用玻璃部件上端部的直径要细，该上部直径接近于上述光纤维用玻璃母材的直径，粗细大为园锥状，连接由和光纤维用玻璃母材相同材质制造的标准(ダミ-)材料，该标准材料的下端部与上述拉伸用玻璃部件的上端部连接，上述控制装置，从上述标准材料的下端部进行延伸，控制上述移动装置，降下上述下部固定部件。
上述标准材料的下端部直径大致是上述拉伸用玻璃部件上端部直径的1/2-1/3。
根据本发明的第4个观点，提供的光纤用玻璃母材的电炉延伸装置，具有固延伸用光纤用玻璃母材上端部的上部固定部件，在和该上部固定部件轴心相对一致的位置设置的，使轴心一致地连接的拉伸用玻璃部件的下端部固定在该光纤用玻璃母材的下端部上，根据上述光纤用玻璃母材的延伸向下方拉伸的下部固定部件；在上述上部固定部件和下部固定部件之间设置的，加热延伸用光纤维用玻璃母材的电炉，在上述延伸终结部位和靠近延伸终结部位测定上述光纤用玻璃母材温度的温度测定装置，测定通过电炉到电炉外部的延伸后光纤用玻璃母材延伸速度的测速计，至少使上述下部固定部件向下方移动拉伸延伸的光纤用玻璃母材的移动装置，和控制装置，该控制装置负责控制来自上述延伸形状测定装置的延伸形状、来自上述测速计的延伸速度和来自上述温度测定装置的测定温度，从延伸开始，伴随延伸过程，达到规定的延伸速度，控制上述移动装置的移动速度可连续地提高上述光纤用玻璃母材的延伸速度。
最好是上述控制装置，在提高上述延伸速度的同时提高上述电炉的加热温度。
更好是在上述电炉内设有测定上述光纤用玻璃母材延伸部分接近延伸终结部分形状的延伸形状测定装置，上述控制装置，可参照来自上述延伸形状测定装置的延伸形状测定结果，将该延伸部分的延伸弯月(メニスカス)角度设定为规定值，控制上述移动装置的移动速度来控制延伸速度，控制电炉的加热温度。
特别是上述控制装置可将上述延伸弯月角度控制在2-4°的范围内。
根据本发明的第5个观点提供的光纤维用玻璃母材电炉延伸法是在电炉内进行光纤维用玻璃母材延伸的电炉延伸法，是进行控制光纤维用玻璃延伸部分的温度、外径管理和延伸速度，从延伸开始时，逐渐提高延伸速度。
最好是将上述玻璃母材延伸部分的延伸弯月角度设在2-4°范围内而控制延伸速度。
有关上述本发明的目的和特征，以及其它目的和特征，由附图和以下叙述可进一步明确。
图1是过去的光纤用玻璃母材的延伸装置结构示意图。
图2是本发明光纤用玻璃母材延伸装置实例结构示意图。
图3是图2所示光纤用玻璃母材延伸装置中设置的固定玻璃部件的固定部件实例示意图。
图4是图2所示光纤用玻璃母材延伸装置中设置的对玻璃部件游动端尖端轴心进行调心的调心机构实例示意说明图。
图5是电炉延伸装置概要图和使用该装置延伸玻璃母材状况示意说明图。
图6是图5所示电炉延伸装置，及其它实施例中构成控制系统的结构图。
图7是图5所示电炉延伸装置内部结构示意说明图，在玻璃母材端部安装的空心材料，玻璃母材端部和拉伸用玻璃部件端部连接前的状况示意图。
图8是图5中，将最初最大加热部分作为连接部分P1，接着将最大加热部分移入母材延伸部分P2的说明图。
图9A和图9B是在拉伸用玻璃部件的端部连接玻璃母材端部的标准材料时的状态示意说明图，图9A表示良好的连接状态，图9B表示不好的连接状态。
图10是表示延伸速度变化和延伸温度变化示意图。
图11是延伸开始时玻璃母材的变形状态示意图。
图12是从延伸开始时形成延伸弯月部分时，玻璃母材延伸部分形状示意图。
参照附图说明本发明的光纤用玻璃母材的电炉延伸方法和延伸装置最佳实施例。
实施例1
参照图2-图4论述本发明的实施例1的光纤用玻璃母材延伸装置和在该延伸装置中固定光纤用玻璃母材的方法。
在图2中，1表示延伸用玻璃母材(光纤用玻璃母材或预成型材)，2表示形成标准的拉伸用玻璃部件(引伸用玻璃部件)，3表示炉体，在炉体3内设置加热延伸用玻璃母材1进行延伸的，内藏电加热器的炉心管4。因此也将炉体3称作电炉。4A表示观察炉心管4内状况的观察窗。
在炉管4的上部设有固定延伸用玻璃母材1上部固定端1A的固定部件5。在炉心管4的下部设有固定拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A的固定部件6。
固定部件5、6，可通过固定固定部件5、6的移动台7分别向上下移动。8是诱导移动台7的导轨。
固定延伸用玻璃母材1的固定部件5，例如图3所示，具有平行配置的2个键状玻璃部件支撑爪5A，5A，而且2个玻璃部件支撑爪5A、5A间隙的上方设有固定支撑爪5A、5A间隙固定延伸用玻璃部件1的固定端部1A上部的尖端球状玻璃部件固定部件5B。玻璃部件固定部件5B，例如，通过油压驱动可上下移动。玻璃部件固定部件5B，并不限定于油压驱动，也可以使用其它驱动源，例如电动机、手动螺栓，空气压驱动等。
由2个玻璃部件支撑爪5A、5A和玻璃部件固定部件5B构成的固定部件5的形状，并不限于图3所示，也可以采用其它的形状。
固定拉伸用玻璃部件2固定端部2A的固定部件6，例如，众所周知的3爪连动卡头。
本发明的光纤用玻璃母材延伸装置中，在炉心管4和固定部件5之间，设有使延伸用玻璃部件1的下部游动端1B尖端进行轴心吻合的第1调心(上部)机构90。
上部调心机构90备有例如图4所示具有自动调心功能，具有一对调心器具90A，90A、支撑调心器具90A，90A的相对设置的一对支撑棒90B、90B用油压驱动使调心器具90A，90A和支撑棒90B，90B一起左右移动的移动机构的一对台架90C，90C。另外，在台架90C，90C上设置的移动机构，并不仅限于油压驱动，也可以使用其它适宜的驱动源，例如电机，手动螺栓、空气驱动等。图中两侧的90D，90D表示导轨。
一对调心器具90A，90A，在其相对面中央处设有一对与延伸用玻璃母材1轴向相对的V型沟槽90E，90E。
本发明的实施例光纤用玻璃母材延伸装置，在炉体3和固定拉伸用玻璃部件2的固定部件6之间，设有使拉伸用玻璃部件2的上游动端部2B尖端进轴心吻合的第2(下部)调心机构92。
使拉伸用玻璃部件2的游动端2B尖端进行轴心吻合的下部调心机构92的构成，和图4所示使延伸用玻璃母材1的游动端1B尖端进行轴心吻合的上部调心机构90具有相同的结构，省去其详细说明。
另外，上部调心机构90和下部调心机构92，并不仅限于图4所示形状，也可以是其它形状。
在上述构成的光纤维用玻璃母材延伸装置中固定玻璃母材的方法，可按如下进行。
(1)延伸用玻璃母材1的假固定
首先，将延伸用玻璃母材1上部园盘状固定端1A安装在配置在固定部件5上的键状的2个玻璃部件支撑爪5A，5A之间，进行临时固定。
(2)利用延伸用玻璃母材1下部的上调心机构90固定住
接着，用具有一对自动调心机能的上调心机构90固定住延伸用玻璃母材1下部游动端1B尖端，调整游动端1B尖端的轴心。即，由于游动端1B尖端呈自由状态，所以在延伸用玻璃部件1的轴方向上设置一对具有V型沟槽90E，90E的调心固定器具90A，90A，当挤压时，游动端1B的轴心形成位于内接2个V沟槽的园中心。这时，将内接2个V沟槽90E，90E的园中心，例如，预先与炉心管4轴心预先吻合，可将游动部1B轴心与炉心管4的轴心相吻合。
(3)利用延伸用玻璃母材1的上部固定端1A的固定部件5进行固定
如上述那样，用上调心机构90固定住延伸用玻璃母材1的下部游动端1B尖端，在将游动端1B尖端的轴心进行调心后，再改用固定件5将延伸用玻璃母材1的上部园盘状固定端1A固定住。固定端1A固定在2个支撑爪5A，5A之间，用尖端球形的玻璃固定部件5B挤压住延伸用玻璃母材1的固定端1A的上部。即，如图3所示，延伸用玻璃母材1通过2个支撑爪5A，5A和一个玻璃固定部件5B，固定游动端1B尖端用上调心机构90进行调心。
(4)使上调心机构90的调心器具90A，90A后退离开轴心
之后，使上调心机构90的一对调心器具90A，90A后退离开轴心，使游动端部1B尖端固定在炉心管4内规定的位置上。
(5)用固定部件6固定住拉伸用玻璃部件2
接着，用固定部件6将拉伸用玻璃部件2固定。将拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A临时固定，像固定部件5具有规定间隙的状态。
(6)利用下调心机构对游动端2B尖端进行轴心的调心
在此状态下，用具有一对自动调心机能的下调心机构92固定住拉伸用玻璃部件2的上游动端2B尖端，对游动端2B尖端进行轴心调心。
利用下调心机构对游动端2B尖端进行轴心的调心方法，和用上调心机构90对延伸用玻璃母材1的游动端1B尖端进行调心一样，省去详细的说明。
(7)固定拉伸用玻璃部件2
在对拉伸用玻璃部件2的上游动端2B进行轴心调心后，改用固定部件6将拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A固定。这时，在由下调心机构92调心的状态下，固定拉伸用玻璃部件2的游动端2B尖端。
(8)使下调心机构92的调心器具92A，92A后退离开轴心，并使两个游动端1B、2B进行轴心吻合。
之后，使下调心机构92的一对调心器具92A，92A后退离开轴心，使游动端2B的尖端固定在炉心管4内的规定位置上，使延伸用玻璃母材1的游动端1B和拉伸用玻璃部件2的游动端2B相对吻合。由于两游动端1B、2B分别在炉心管4中进行了轴心调心，所以两个轴心在一致的状态下形成相对吻合。
(9)延伸作业
之后和过去一样，将炉心管4加热到规定的温度，使两个相对吻合面加热熔合成一个整体后，以一定的速度将固定延伸用玻璃母材的固定部件降下，同时以规定速度使固定拉伸用玻璃部件2的固定部件6向下方移动，拉伸延伸用玻璃母材1。延伸到规定的外径。
(10)控制光学纤维丝
利用未图示的装置，例如，利用具有10μm直径芯，在该芯外面设有直径125μm包覆层，在包覆层外周设有被复树脂的单一模具，将上述光学纤维用玻璃母材拉制成光学纤维丝。
另外，上述(1)延伸用玻璃母材1的假固定、(2)利用上调心机构90固定延伸用玻璃母材1的下部，(3)利用固定部件5固定延伸用玻璃母材1上部的固定端1A，(4)使上调心机构90的调心器具90A，90A后退离开轴心，(5)用固定部件6固定拉伸用玻璃部件2，(6)利用下调心机构92对游动端2B尖端进行轴心调心，(7)固定拉伸用玻璃部件2，(8)使下调心机构92的调心器具92A，92A后退离开轴心及使两个游动端1B、2B进行轴心吻合。该上述顺序可以适当变更。
实施例1的实验值
使用图2-图4所示光纤维用玻璃母材的延伸装置进行如下试验：使用的玻璃母材外径70mm×长1000mm，拉伸用玻璃部件的母材端标准件外径为15mm。拉伸用玻璃部件端部外径为20mm。
实验结果，炉心管4内的两个游动端1B、2B轴心偏离，在水平面内亦收缩在±0.1-0.2mm(玻璃部件直径的0.5-1％)范围内，将轴心调心精度提高到过去1/10。
上述一类玻璃母材的延伸结果，对于光学纤维用玻璃延伸母材不产生弯曲现象。
延伸时，连接部位附近也不产生断裂。
实施例1的效果
根据实施例1的光学纤维用玻璃母材延伸装置，由于备有一对调心器具的调心机构设在炉心管各端部的两个玻璃部件固定器具之间，所以能既简单又容易进行两个玻璃部件游动端的轴心吻合。
根据上述延伸装置中固定光纤维用母材的方法，即使以玻璃部件器具假固定的两个部件的游动端尖端，由于通过具有一对调心器具的调心机构进行了调心，所以可在短时间内既简单又容易地进行轴心吻合。
如上述，使两个玻璃部件游动端的尖端进行轴心吻合后，由于两个玻璃部件的固定端已被固定，所以移动到炉心管内的两个玻璃部件的游动尖端轴心能相对一致地连接在一起。结果，两者连接断面的应力分布非常均匀，靠近两者连接部分不会歪斜，从而避免了断裂。
实施例2
作为本发明的实施例2讲述电炉延伸方法，根据实施例1使用电炉延伸工序，将光纤维用玻璃母材端部和拉伸用玻璃部件端部付合，并加热熔合，将电炉最高温度部分移到该接合部位加热熔合后，再将该最高温度部分从热熔合部位移动到玻璃母材一侧的延伸部位，接着进行玻璃母材的延伸。
图5是实施例2的电炉延伸装置结构，和利用该装置延伸玻璃母材的状况示意图。
图5中，30表示电炉炉体，31表示炉心管，32表示电加热器，33表示绝热材料，34、35表示观察窗，36表示第1外径计量器，37表示温度计量器，38表示测量延伸后光纤用玻璃母材直径的第2外径测量器，39a表示上部固定部，39b表示下部固定部，40表示控制装置，控制装置40的详细情况可参照图6。
20表示延伸用光学纤维用玻璃母材，21表示延伸部分(外径变化部分)，22表示延伸棒，23表示拉伸用(引拔用)玻璃部件，24表示接合部位。
本发明实施例2使用图5所示装置进行延伸。
图6是用控制装置40的控制系统图。
控制装置40，例如是由计算机构成，进行下述各种控制演算。
本实施例中，控制装置40测定玻璃母材延伸部分(外径变化部分)，特别是弯月部21a处的弯月角度在规定范围，最好2-4°范围位置的温度和外径及延伸速度，进行控制，由延伸开始到规定的延伸速度，难以连续提高延伸速度。
控制装置40测定光学纤维用玻璃母材延伸部分的温度和外径，特别是延伸弯月角度在4°以下的加热温度和外径及延伸棒的延伸速度，一边进行这些控制，一边由延伸开始时逐渐提高延伸速度，虽然在正常状态下进行延伸，但由于这些控制，测定延伸部分外径，也计量弯月角度的外径测量器36，测定延伸部分温度的温度测定器37，测量延伸棒直径的第2外径测量器38，和检测电机41的转数，检测下部固定部件39b下降速度的延伸速度检测用测速表等速度计42，由以上测量装置测得的各种数据输入到控制装置40内，用作为拉伸下降下部固定部件39b的移动装置的电机41控制延伸速度，同时也控制电炉30内的电加热器温度。
控制装置40，除上述控制外，作为原本的控制处理，输入第2外径测量器38的外径测定值，延伸后的光学纤维用玻璃母材22的直径达到规定的外径；控制电机41以控制延伸速度，同时，参照温度测定器36的测定温度进行控制电炉30内电加热器的温度。
图7是电炉延伸装置的内部示意图。图7表示光学纤维用玻璃母材20端部和拉伸用玻璃部件23端部接合前的状况。在玻璃母材端部预先安装有标准件25。
图8是将图5中电炉内最高温度部分从两部件的连接部分P1移到玻璃母材一侧延伸部分P2时，延伸光学纤维用玻璃母材的说明图。连接部分P1和延伸部分P2之间的距离L，例如为10-40mm。
根据实施例2，在同一工序内，玻璃母材20和拉伸用玻璃部件(形成标准件引拔用的玻璃部件)23接合后，可直接进行延伸作业，以提高延伸作业的能力。
图9A、图9B表示玻璃母材20的端部24和拉伸用玻璃部件23的端部接合时，两个端部的形状。
如图9A所示那样，使光学纤维用玻璃母材20端部的标准件25的外径d1小于拉伸用玻璃部件23端部的外径d2。通过这样作，可得到最佳准确的接合。拉伸用玻璃部件端部的外径最好是光学纤维用玻璃母材端部标准件外径的2-3倍。
图9B表示不合格的接合实例，玻璃母材端部的外径大于拉伸用玻璃部件端部的外径。
实施例2的实验例
使用外径为65mm的延伸用玻璃母材。在该端部接合了图9A所示的标准件25(上部外径35mm，下部外径10mm，高30mm)。使用外径38mm的拉伸用(引拔用)玻璃部件。使两者端部熔合连接后，使电炉内的最高温度部分从连接部分移动到玻璃母材的延伸部分，以38mm/min的延伸速度进行延伸。结果，延伸母材没有弯曲，外径精度在全长1300mm中为34mm±0.5mm。
实施例3
本发明的实施例3，用电炉内最高温度部分进行光学纤维用玻璃母材延伸时，测定玻璃母材延伸部分的温度，测定延伸部分的外径，测定延伸部分的形状，测定从电炉30出来的光学纤维用玻璃母材的延伸速度，一边进行这些控制，一边由延伸开始时到规定延伸速度连续提高延伸速度，以此为特征的光纤维用玻璃母材的电炉延伸方法。
在实施例3中也参照实施例2，使用图5所示光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法和延伸装置，及图6所示的控制系统。
这时，由外径测定器36测定的外径值在控制装置40内算出，上述玻璃母材延伸部分的延伸弯月角度在4°以下测定时的外径值反馈控制作为移动装置的电机41下部固定部件39的延伸速度，以此进行延伸控制。
由于进行这样的延伸控制，从而防止了延伸母材的弯曲，提高了外径的标准离差和精度。
当提高延伸速度时，可缩短光学纤维用玻璃母材的延伸时间，提高光学纤维用玻璃母材延伸的生产率。本发明中所说的延伸速度是指延伸后棒可达到的速度。
图10是本实施例的延伸速度变化，延伸温度变化，具体是电炉30内温度变化示意图。
延伸开始时的延伸速度，例如，取为20-40mm/分，逐渐提高速度，以40-70mm/分进行延伸。之所以这样作，是为了提高生产率。本发明中，由于延伸速度是慢慢提高，所以必须控制炉子的温度。由于延伸开始时延伸速度很慢，延伸开始时，由于不出现弯月部分，所以也就没有外径测定数据，当提高速度时，容易出现问题，所以最初的延伸速度必须很慢。
另一方面，本发明中，延伸部分可能出现弯月部分，必须测定这部分的外径值，由外径测定器36测定的延伸弯月部分的外径测定值反馈控制延伸速度，由于能够控制延伸，所以也就能够提高延伸速度。
提高延伸速度的同时，可望增大向电炉30内电加热器的供电量，提高电炉30的温度。
图11和图12表示延伸结果。
图11表示延伸初期没有出现弯月部分时玻璃母材的形状。
图12表示经过一定时间后，出现延伸弯月，玻璃母材形状的变化状况。
图12中，在光学纤维用玻璃母材20延伸部分21的第一个外径测量部分21A，在延伸弯月部分21a处弯月角度θ在4°以下的位置。
第2外径测定部分21B是弯月角度超过4°时的位置(21A的上部)。当控制外径时，最好是第1外径测量部分21A的弯月角度为2-4°位置的外径测定值。
第2测量部分21B，由于靠近光纤维用玻璃母材20，外径不变细，是弯月角度最大测定位置，难以控制。
当由第2外径测量部分21处缩小很大时，由于反馈控制时间很慢，所以控制应答会降低。由于非控制部分很大，所以浪费也大。因此，最好将弯月角度为2-4°时的外径值应用于控制。
实施例3的实验例
使用外径为70mm的延伸用玻璃母材，将8A所示标准件25(上部外径40mm，下部外径10mm，高30mm)接在该端部上。使用外径38mm的拉伸用(引拔用)玻璃部件。两者端部熔合连接后，将电炉内最高温度部分从连接部位移动到玻璃母材的延伸部位，将延伸开始速度定为30mm/分，慢慢提高延伸速度，将正常状态下的延伸速度定为50mm/分。此时，测量玻璃母材延伸部分的温度和外径及延伸速度。一边进行这些控制，一边延伸。利用延伸弯月部分角度为3°处的外径测量值进行控制。结果，延伸母材没有弯曲，全长中的外径精度为36mm±0.5mm。
本发明实施时，并不仅限于上述实施例，可采用各种变化形式。
例如，作为测定图5和图6中延伸部分的弯月角度的装置，虽然对使用外径测定器36的情况作了论述，但也可以在延伸部分附近设置摄像装置，例如用CCD照像机拍照，再用控制装置40对摄像结果进行图像处理，并计算出弯月角度。
如上所述，本发明，在光学纤维用玻璃母材电炉延伸工序中，将延伸用玻璃母材和拉伸用(引拔用)玻璃部件接合时，该两者的轴心吻合精度很高，所以可很容易简单进行。结果，延伸时，两者的接合部断面的应力分布很均匀，从而可防止延伸母材弯曲。两者连接部附近也不会歪斜，避免了断裂。
本发明，在电炉延伸工序中，由于上述两者熔合连接后，可直接开始玻璃母材的延伸，就作业能力讲非常有效。
本发明，利用控制可从延伸开始时慢慢提高延伸速度，同时，由于在该控制中使用了延伸部分弯月处规定位置的外径值，所以可提高延伸母材的外径精度和延伸速度。

Claims (15)

1.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸装置，包括：电炉(3)，位于该电炉(3)的上部配置而固定延伸用玻璃母材(1)上部的固定端部(1A)，的可上下移动的第1固定部件(5)，
位于该电炉(3)下部配置而固定拉伸用玻璃部件(2)下部固定端(2A)的，可上下移动的第2固定部件(6)，
在该电炉(4)和上部固定部件(5)之间设置的，对上述延伸用玻璃部件(1)的下部游动端(1B)尖端进行轴心吻合调心的第1调心机构(90)，
在该电炉(3)和下部固定部件(6)之间设置的，对上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端进行轴吻合的第2调心机构(92)，
上述第1调心机构(90)的轴心和第2调心机构(92)的轴心在垂直方向上一致。
2.根据权利要求1记载的电炉延伸装置，其中上述第1调心机构具有，
在其对面中央处，设有与延伸用玻璃母材(1)的轴方向相对的一对V型沟槽(90E，90E)，具有自动调心机能的一对调心器具(90A，90A)，
为支撑此对调心器具(90A，90A)，在相对位置上设置的一对支撑棒(90B，90B)，
具有使上述一对调心器具(90A，90A)和上述一对支撑棒(90B，90B)一起左右移动的移动机构的一对台架(90C，90C)。
3.根据权利要求1记载的电炉延伸装置，其中上述第2调心机构(92)具有
在其相对中央处设有与上述拉伸用玻璃部件(2)轴向相对的一对V型沟槽(92E，92E)的具有自动调心机能的一对调心固定器具(92A，92A)
为支撑该对调心器具(92A，92A)，在相对位置设置的一对支撑棒(92B，92B)，
具有使上述一对调心器具(92A，92A)和上述一对支撑棒(92B，92B)一起左右方向移动的移动机构的一对台架(92C，902)。
4.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法，是在具有电炉(3)
在该电炉(3)的上部配置固定延伸用玻璃母材(1)上部固定端(1A)的，可上下方向移动的第1固定部件(5)，
在电炉(3)下部配置固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)的，可上下移动的第2固定部件(6)，
在电炉(4)和上部固定部件(5)之间设置的，对上述延伸用玻璃部件(1)的下部游动端(1B)尖端进行轴吻合调心的第1调心机构(90)，
在电炉(3)和下部固定部件(6)之间设置的，对上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端进行轴心吻合的第2调心机构(92)，
上述第1调心机构(90)的轴心和第2调心机构(92)的轴心在垂直方向一致的光学纤维用玻璃母材的电炉延伸装置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)连接固定的方法，包括如下工序
将上述延伸用玻璃母材(1)上部的固定端部(1A)假固定在上述第1固定部件(5)上的工序，
用上述第1调心机构(90)固定上述延伸用玻璃母材(1)的下部游动端(1B)尖端，并对该游动端(1B)尖端轴心进行调心的工序，
由上述第1固定部件(5)再次将上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)进行固定的工序，
使上述第1调心机构(90)的一对调心器具(90A，90A)从轴心后退离开，将上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)尖端确定在电炉(3)内规定位置上的工序
用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序
用具有一对自动调心机能的上述第2调心机构(92)对上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端固定，并对游动端(2B)尖端轴心进行调心的工序，
用上述第2固定部件(6)对拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)进行再固定的工序
使上述第2调心机构(92)的一对调心器具(92A，92A)从轴心后退，将上述拉伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)尖端确定在电炉(3)内规定的位置上，
通过以上工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)尖端和上述拉伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)尖端的轴心相对一致。
5.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法，是在具有电炉(3)
在该电炉(3)的上部设置的固定延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)的，可上下移动的第1固定部件(5)、
在该电炉(3)的下部设置的固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)，可上下移动的第2固定部件(6)、
在上述电炉(4)和上述上部固定部件(5)之间设置的，对上述延伸用玻璃部件(1)的下部游动端(1B)尖端进行轴心吻合调心的第1调心机构(90)、
在上述电炉(3)和上述下部固定部件(6)之间设置的，对上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端进行轴心吻合的第2调心机构(92)，
使上述第1调心机构(90)的轴心和上述第2调心机构(92)的轴心在垂直方向上一致的，光学纤维用玻璃母材的电炉延伸装置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)进行连接固定的方法，包括如下工序，
用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序，
用具有一对自动调心机能的上述第2调心机构(92)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端，对该游动端(2B)尖端轴心进行调心的工序，
用上述第2固定部件(6)对上述拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)进行再固定的工序，
使上述第2调心机构(92)的一对调心器具(92A，92A)从轴心后退，将上述拉伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)的尖端确定在电炉(3)内规定位置上的工序。
将上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)假固定在上述第1固定部件(5)上的工序，
用上述第1调心机构(90)固定上述延伸用玻璃母材(1)的下部游动端(1B)尖端，并对游动端(1B)尖端进行轴心调心的工序，
用上述第1固定部件(5)对上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)进行再固定的工序，
使上述第1调心机构(90)的一对调心器具(90A，90A)从轴心后退，将上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)尖端确定在电炉(3)内规定位置上的工序，
通过这些工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)和上述延伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)尖端的轴心相对一致。
6.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法，是在具有电炉(3)，
在该电炉(3)的上部设置固定延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)的，可上下移动的第1固定部件(5)，
在该电炉(3)的下部设置固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)的，可上下移动的第2固定部件(6)，
在上述电炉(4)和上述上部固定部件(5)之间设置的，对上述延伸用玻璃部件(1)的下部游动端(1B)尖端进行轴吻合调心的第1调心机构，
在上述电炉(3)和上述下部固定部件(6)之间设置的，对上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端进行轴心吻合的第2调心机构，
使上述第1调心机构(90)的轴心和上述第2调心机构(92)的轴心在垂直方向上一致的光学纤维用玻璃母材的电炉延伸装置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)连接固定的方法，包括如下工序
将上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)假固定第1固定部件(5)上，用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序，
用上述第1调心机构(90)对上述延伸用玻璃母材(1)的下部游动端(1B)尖端固定，并对该游动端(1B)尖端进行轴心调心，用具有一对自动调心机能的第2调心机构(92)，将上述拉伸用玻璃部件(2)的上部游动端(2B)尖端固定，并对游动端(2B)尖端轴心进行调心的工序，
用上述第1固定部件(5)对上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)进行再固定，用上述第2固定部件(6)对上述拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)进行再固定的工序，
使上术第1调心机构(90)的一对调心器具(90A，90A)从轴心后退，将上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)尖端确定在电炉(3)内规定的位置上，使上述第2调心机构(92)的一对调心器具(92A，92A)从轴心后退，将上述拉伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)尖端确定在电炉(3)内的规定位置上的工序，
通过这些工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的游动端(1B)尖端和上述拉伸用玻璃部件(2)的游动端(2B)尖端的轴心相对一致。
7.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸装置，包括：
固定延伸用光学纤维用玻璃母材上端部的上部固定部件(39a)，
在使上部固定部件和轴心一致相对位置上设置的，将轴心一致连接的拉伸用玻璃部件(24)的下端部固定在该光纤维用玻璃母材的下端部上，根据上述光学纤维用玻璃母材的延伸向下引拔的下部固定部件(39b)，
在上述上部固定部件(39a)和上述下部固定部件(39b)之间设置的，加热延伸用光学纤维用玻璃母材(20)的电炉(30)，
至少使上述下部固定部件向下移动，拉伸上述延伸的光学纤维用玻璃母材的移动装置(41)，
和控制装置(40)，
上述控制装置(40)控制
当上述电炉(30)中延伸时，使上述光学纤维用玻璃母材(20)的下端部和上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部附合部分，加热熔合后，
将上述电炉的最高温度部分移到该接合部分，加热熔合，
使上述电炉的最高温度冷却从上述加热熔合部分移动到上述光纤维用玻璃母材的延伸部分，控制上述移装置，降下上述下部固定部件。
8.根据权利要求7记载的电炉延伸装置，其中在上述延伸用光纤维用玻璃母材的下端部，其下部尖端的直径要比上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部直径细，其上部直径接近于上述光学纤维用玻璃母材的直径，大致为园锥状和与上述光纤维用玻璃母材相同的材质制造的标准件(25)连接，将该标准件(25)的下端部连接在上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部，
上述控制装置，就像从上述标准件下端部延伸那样，控制上述移动装置，降下上述下部固定部件。
9.根据权利要求8记载的电炉延伸装置，其中上述标准件的下端直径大致是上述拉伸用玻璃部件上端部直径的1/2-1/3。
10.一种光纤维用玻璃母材的电炉延伸装置，包括
固定延伸用光学纤维用玻璃母材上端部的上部固定部件(39a)，
在使上部固定部件和轴心一致相对位置上设置的，将轴心一致连接的拉伸用玻璃部件(24)的下端部固定在该光学纤维用玻璃母材的下端部上，根据光学纤维用玻璃母材的延伸向下引拔的下部固定部件(39b)，
在上述上部固定部件(39a)和上述下部固定部件(39b)之间设置的，加热延伸用光纤维用玻璃母材(20)的电炉(30)，
在上述延伸终结部或靠近该延伸终结部位测定上述光纤维用玻璃母材温度的温度测定装置(37)，
测定通过电炉(30)伸出到电炉外部延伸后的光学纤维用玻璃母材延伸速度的速度计(38)，
至少将上述下部固定部件向下移动，拉伸上述延伸光纤维用玻璃母材的移动装置(41)，
和控制装置(40)，
上述控制装置
从上述延伸形状测定装置输入延伸形状，从上述速度计输入延伸速度，和从上述温度测定装置输入测定温度，
从延伸开始，伴随着延伸过程，达到规定的延伸速度，控制上述移动装置的移动速度，连续提高上述光纤维用玻璃母材的延伸速度。
11.根据权利要求10记载的电炉延伸装置，其中上述控制装置，提高上述延伸速度，同时提高上述电炉的加热温度。
12.根据权利要求11记载的电炉延伸装置，在上述电炉(30)内还具有测定上述光纤维用玻璃母材延伸部分(21)大致延伸终结部分的形状的延伸形状测定装置，
上述控制装置参照上述延伸形状测定装置的延伸形状测定结果，按照该延伸部分的延伸弯月角规定值，控制上述移动装置的移动速度，控制延伸速度，控制上述电炉的热温度。
13.根据权利要求12记载的电炉延伸装置，其中上述控制装置按延伸弯月角度24°的范围进行控制。
14.一种光学纤维用玻璃母材的电炉延伸方法，是在电炉内部进行光纤维用玻璃母材延伸的电炉延伸法，
进行光学纤维用玻璃母材延伸部分的温度和外径管理，延伸速度的控制，由延伸开始时，逐渐提高延伸速度。
15.根据权利要求14记载的电炉延伸方法，其中按上述玻璃母材延伸部分的延伸弯月角为2-4°的范围内，来控制延伸速度。
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