DE69931825T2

DE69931825T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Vorform und einer optischen Faser aus der Vorform

Info

Publication number: DE69931825T2
Application number: DE69931825T
Authority: DE
Inventors: c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Yoshiaki Annaka-shi Shimuzu; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Takaaki Annaka-shi Nagao; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Tadakatsu Annaka-shi Shimada; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Hideo Annaka-shi Hirasawa; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Masataka Annaka-shi Watanabe; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Kazuhisa Annaka-shi Hatayama; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Mitsukuni Annaka-shi Sakashita; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Minoru Annaka-shi Taya; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Waichi Annaka-shi Yamamura; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Shinji Annaka-shi Suzuki; c/o Shin-Etsu Chem. Co. Ltd. Jiro Nakakubiki-gun Moriya
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US20020152772A1; EP0999189B1; US6848276B2; US20020139149A1; EP0999189A1; DE69931825D1; EP1364919A3; EP1364918B1; EP1364919B1; US20020148257A1; US6779362B2; DE69931825T8; KR100551100B1; US20020144520A1; EP1364918A3; KR20000035266A; EP1364918A2; EP1364919A2; US6386001B1; US20020139148A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine optische Faser, ein Herstellungsverfahren für eine Vorform und eine Vorrichtung für die Herstellung einer Vorform, die eine Vorform und eine optische Faser mit verringerten Durchmesserschwankungen herstellen können.
2. Beschreibung des Standes der Technik
1 zeigt eine herkömmliche erste Verlängerungsvorrichtung 400 für ein Glasbasismaterial. Ein Glasbasismaterial 102, das ein Basismaterial für eine optische Faser ist, wird gewöhnlich durch die erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial verlängert. Dies reduziert den Durchmesser des Glasbasismaterials 102, um einen Glasstab 106 zu erzeu gen. Der Glasstab 106 hat einen Durchmesser, der von 3 mm bis 5 mm größer als der zweckmäßigste Durchmesser zum Ziehen einer optischen Faser ist. Der zweckmäßigste Durchmesser zum Ziehen einer optischen Faser beträgt 30 mm bis 80 mm.
Eine erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial weist einen Heizofen 100, der das Glasbasismaterial 102 erwärmt, und eine Ziehklemme 104, die das erwärmte Glasbasismaterial 102 hält und verlängert, auf. Um das Glasbasismaterial 102 zu verlängert, liefert die erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial das Glasbasismaterial 102 zu dem Heizofen 100. Hier wird das Glasbasismaterial 102 auf angenähert 2000°C erwärmt. Die erste Verlängerungsvorrichtung 400 hält dann das Glasbasismaterial 102 durch die Ziehklemme 104 und zieht das Glasbasismaterial 102 aus dem Heizofen 100 kontinuierlich nach unten, um einen Glasstab 106 zu bilden.
2 zeigt eine Konfiguration einer herkömmlichen Glasdrehbank 110. Der von der ersten Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial hergestellte Glasstab 106 wird einer zweiten Verlängerung durch die Glasdrehbank 110 unterzogen, um eine Vorform 107 zu erzeugen. Zu dieser Zeit wird der Durchmesser des Glasstabs 106 auf einen vorgeschriebenen Durchmesser verringert. Die Glasdrehbank 110 weist Spannfutter 118 und 119, die den Glasstab 106 halten, einen Reitstock 116, der das Spannfutter 119 bewegt, und eine Heizquelle 122, die den Glasstab 106 erwärmt, auf. Eine Seite des Spannfutters 118 ist feststehend und die andere Seite des Spannfutters 119 ist bewegbar. Eine Ziehkraft kann auf das Spannfutter 119 ausgeübt werden. Der Glasstab 106, der von den Spannfuttern 118 und 119 gehalten wird, wird durch die Heizquelle 122 erwärmt. Der erwärmte Glasstab 106 wird durch Bewegen des Reitstocks 116, der den Glasstab 106 zieht, verlängert. Das Ergebnis besteht darin, dass der Durchmesser des Glasstabs 106 auf dem vorgeschriebenen Durchmesser verringert wird.
Es bestand die Möglichkeit der Herstellung gebogener Glasstäbe 106, wenn eine herkömmliche erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial verwendet wurde, um das Glasbasismaterial 102 zu verlängern. Auch ergaben häufig weitere Probleme, wenn eine herkömmliche Glasdrehbank 110 verwendet wurde, um den Glasstab 106 zur Herstellung der Vorform 107 zu verlängern. Diese Probleme enthielten die Veränderung des Durchmessers der Vorform 107, da die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge und die Geschwindigkeit der Bewegung des Reitstocks 116 bei jeder erzeugten Vorform 107 unterschiedlich waren.
Wenn ein gebogener Glasstab 106, der durch die herkömmliche erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial hergestellt wurde, durch die Glasdrehbank 110 verlängert wird, um eine Vorform 107 herzustellen, variierte der Durchmesser der Vorform 107. Wenn optische Fasern durch Ziehen einer Vorform 107 mit veränderlichem Durchmesser hergestellt werden, variiert auch der Durchmesser der erzeugten optischen Fasern. Hierdurch wird es schwierig, eine optische Faser von hoher Qualität herzustellen.
Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 167, 18. Mai 1987 und JP 61 295 252 A sowie JP 61 295 253 A offenbaren eine automatische Ziehvorrichtung für eine Vorform einer optischen Faser. Beide Enden der Vorform werden jeweils durch ein drehbares Spannfutter gehalten. Eines der Spannfutter ist stationär und das an dere ist in der axialen Richtung der Vorform bewegbar. Ein Teil der Vorform wird durch einen Brenner erwärmt und gleichzeitig gezogen, indem das bewegbare Spannfutter bewegt wird. In der Stufe werden die Außendurchmesser der Vorform vor und nach dem Ziehen gemessen. Abweichungen dieser gemessenen werte von vorher gesetzten Bezugswerten werden verwendet, um die Ziehgeschwindigkeit der Vorform, die von dem Brenner erzeugte Wärmemenge oder die Zuführungsgeschwindigkeit des Brenners relativ zu der Vorform zu steuern.
Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 167, 28. Mai 1986 und JP 61 295 250 A beschreiben eine ähnliche automatische Ziehvorrichtung für eine Vorform einer optischen Faser, bei der nur ein Wert des Außendurchmessers gemessen wird und ein Zielwert des Außendurchmessers in der Mitte oder unmittelbar nach dem Ziehen der Vorform wird bei einer Operationssteuerung gesetzt. Die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Zielwert wird verwendet, um die Heizleistung des Brenners und die Geschwindigkeit einer den Brenner und die Durchmessermessvorrichtung in der axialen Richtung der Vorform tragenden Basis zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie festgestellt ist, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine optische Faser, ein Herstellungsverfahren für eine Vorform und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform anzugeben, die die vorstehend umrissenen Probleme lösen können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch die in den unabhängigen Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Kombinationen von Merkmalen gelöst werden.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser auf:
Erwärmen eines Glasstabs, der eine erste Vorform der optischen Faser ist, und Verlängern des erwärmten Glasstabs, um eine zweite Vorform zu erzeugen, und weiterhin Erwärmen und Ziehen der zweiten Vorform in eine fadenartige Form, um die optische Faser zu erzeugen, wobei
die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage eines numerischen Wertes gesteuert werden, der sich mit der Zunahme der Verlängerung des Glasstabs ändert, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verlängerungsgeschwindigkeit an mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs gesteuert wird auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer zweiten Vorform für eine optische Faser, dass das Erwärmen eines Glasstabs, der eine erste Vorform der optischen Faser ist, und das Verlängern des erwärmten Glasstabs, um die zweite Vorform zu erzeugen, aufweist, wobei die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage eines numerischen Wertes gesteuert werden, der sich mit fortschreitender Verlängerung des Glasstabs ändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsgeschwindigkeit an mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs gesteuert wird auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs als der numerische Wert, und das Erwärmen gesteuert wird auf der Grundlage des Durchschnittswertes des Durchmessers an den mehreren Stellen des Glasstabs.
Weiterhin ist gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer zweiten Vorform einer optischen Faser, die eine Heizquelle, die einen Glasstab erwärmt, der eine erste Vorform der zweiten Vorform ist, eine Verlängerungseinheit, die den Glasstab verlängert, eine Steuereinheit, die die von der Heizquelle durchgeführte Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit der Verlängerungseinheit steuert, und eine Messvorrichtung zum Messen eines numerischen Wertes, der sich mit fortschreitender Verlängerung des Glasstabs ändert, aufweist, wobei die Steuerungseinheit die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage des von der Messvorrichtung gemessenen numerischen Wertes steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung den Durchmesser an mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs als den numerischen Wert misst und die Steuereinheit die Verlängerungsgeschwindigkeit an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs steuert auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs, und die Erwärmung steuert auf der Grundlage des Durchschnittswerts des Durchmessers an den mehreren Stellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine herkömmliche erste Verlängerungsvorrichtung 400 für Glasbasismaterial.
2 zeigt eine Ausbildung einer herkömmlichen Glasdrehbank 110.
3 zeigt ein System einer Herstellungsvorrichtung für eine optische Faser nach der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine optische Faser nach der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Konfiguration einer ersten Verlängerungsvorrichtung 900 für Glasbasismaterial.
6 zeigt eine erste Verlängerungsvorrichtung 402, die einen Standardstab 138 durch eine Basismaterial-Befestigungseinheit 136 hält, um die Achse zum Verlängern eines Glasbasismaterials 102 einzustellen.
7 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm für die in 4 gezeigte erste Verlängerung von Glasbasismaterial (S204).
8 zeigt die erste Verlängerungsvorrichtung 402, die den Standardstab 138 durch die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 hält.
9 zeigt die erste Verlängerungsvorrichtung 402, die den Standardstab 138 sowohl durch den Hängemechanismus 134 als auch den Verlängerungsmechanismus 140 hält.
10 zeigt ein Beispiel der Verwendung von Verlängerungsrollen 144a und 144b anstelle der Verlängerungsklemmevorrichtung 142 des Verlängerungsmechanismus 140.
11 zeigt ein Beispiel der Verwendung von Verlängerungsrollen 144a und 144b anstelle der Verlängerungsklemmvorrichtung 142 des Verlängerungsmechanismus 140.
12 zeigt das Glasbasismaterial 102, dessen Biegungsgrad gemessen wird.
13 zeigt einen Mechanismus, durch den die erste Verlängerungsvorrichtung 402 die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrollen 144a und 144b steuert.
14 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Abweichung zwischen der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 und der Verlängerungsachse 154 und dem Grad der Biegung des Glasstabs 106.
15 zeigt eine Verformung der Oberfläche der Verlängerungsrollen 144a und 144b.
16 zeigt die Versetzung des Metallrohrs, wenn das Metallrohr durch die in 15 gezeigten Verlängerungsrollen 144a und 144b der Chargennummer 300 getragen.
17 zeigt die Versetzung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs durch die erste Verlängerungsvorrichtung 402 nach dem Ausführungsbeispiel.
18 zeigt eine Schwankung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs, wenn die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrollen 144a und 144b auf dieselbe Drehgeschwindigkeit gesteuert sind.
19 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des in der in 5 gezeigten Glasstab-Schmelzvorrichtung 370 verwendeten Brenners 176.
20 zeigt eine Ausbildung einer Glasstab-Transportvorrichtung 380.
21 zeigt einen Aufbewahrungsbehälter 224 der ersten Verlängerungsvorrichtung 402.
22 zeigt eine Bewegung der Glasstab-Transportvorrichtung 380, wenn der Glasstab 106 transportiert wird.
23 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Glasstab-Transportvorrichtung 380.
24 zeigt eine Bewegung der in 24 gezeigten Glasstab-Transportvorrichtung 380, wenn die Glasstab-Transportvorrichtung 380 den Glasstab 106 transportiert.
25 zeigt eine Ausbildung einer zweiten Verlängerungsvorrichtung 111 für einen Glasstab nach der vorliegenden Erfindung.
26 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm der in 4 gezeigten zweiten Verlängerung des Glasstabs (S206).
27 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Kühlvor richtung 330 an dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119 der zweiten Verlängerungsvorrichtung 111 für den Glasstab vorgesehen ist.
28 zeigt die Temperatur des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 des Beispiels und des Vergleichsbeispiels.
29 zeigt eine Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 und dem Prozentsatz der Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106.
30 zeigt eine zweite Verlängerungsvorrichtung 111 für den Glasstab, die eine Zugbeanspruchungs-Messvorrichtung 282 hat.
31 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm für die in 26 gezeigte Verlängerung (S154).
32 zeigt den Vorgang der Durchmesserschwankung während der Verlängerung des Glasstabs 106.
33 zeigt einen Glasstab 106, der gemäß der in 31 gezeigten Verlängerung (S154) verlängert ist.
34 zeigt die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in der frühen Stufe der Verlängerung nach dem Beispiel.
35 zeigt die Schwankung der Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in einer frühen Stufe der Verlängerung nach dem Vergleichsbeispiel.
36 zeigt die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 nach der Verlängerung des Glasstabs 106.
37 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm des in 26 gezeigten Endziehens (S158).
38 zeigt einen Schnitt 284, der an der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 an der in 37 gezeigten Endzieh-Positionserfassung (S169) vorgesehen ist.
39 zeigt eine Markierung 287, die auf die Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 aufgebracht ist, als ein anderes Beispiel einer Markierung.
40 zeigt die zweite Verlängerungsvorrichtung 111 für den Glasstab, die den Schnitt 284 an der Entzieh-Positionserfassung erfasst (S169).
41 zeigt die Bewegungen der Heizquelle 122 und des Reitstocks 116 während des Endziehvorgangs des Glasstabs 106, der in dem Flussdiagramm nach 37 gezeigt ist.
42 zeigt ein Beispiel für die Einstellungen eines anderen Verfahrens des Endziehvorgangs bei dem Endziehen (S158), das in 37 gezeigt ist.
43 zeigt ein anderes Beispiel für die Einstellungen eines anderen Verfahrens des Endzieh vorgangs beim Endziehen (S158), das in 37 gezeigt ist.
44 zeigt eine Ausbildung der Heizquelle 122 der zweiten Verlängerungsvorrichtung 111 für den Glasstab.
45 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite der Heizquelle 122.
46 zeigt eine Beziehung zwischen der Lineargeschwindigkeit des Sauerstoffgases und der Temperatur der Oberseite der Heizquelle 122.
47 zeigt eine Form einer Spitze der Vorform 107, deren Durchmesser bei dem Endziehen verringert und geschmolzen ist (S158).
48 zeigt eine andere Form der Spitze der Vorform 107, deren Ende verlängert wurde.
49 zeigt eine Beschädigung der Vorform 107, bevor die Vorform 107 bei der in 26 gezeigten Oberflächenbehandlung oberflächenbehandelt wurde (S168).
50 zeigt die Vorform 107a, die durch das Flusssäureätzen bei dem in 51 und 52 gezeigten Beispiel behandelt wurde.
51 zeigt die Anzahl von Fluorwasserstoffvertiefungen, die in der Vorform 107 erzeugt wurden, gezählt durch visuelle Untersuchung des Beispiels und des Vergleichsbeispiels.
52 zeigt die Unebenheit der Oberfläche der Vor form 107 nach der Behandlung durch Flusssäureätzen des Beispiels und des Vergleichsbeispiels.
53 zeigt eine andere Form der Vorform 107, die oberflächenbehandelt wurde.
54 zeigt eine Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404, die die Heizquelle 122 reinigt.
55 zeigt eine Ausbildung der Vorform-Ziehvorrichtung 500, die die Vorform 107 verlängert, um eine optische Faser zu erzeugen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erläutert unter Verwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Ausführungsbeispiele begrenzen jedoch nicht den Bereich der in den Ansprüchen beschriebenen vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus sind nicht alle Merkmale oder ihre Kombinationen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, notwendigerweise wesentlich für die vorliegende Erfindung.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht durch diese Ausführungsbeispiele begrenzt. Der Fachmann kann zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durchführen. Es ist anhand der angefügten Ansprüche offensichtlich, dass derartige Modifikationen oder Verbesserungen auch durch den Bereich der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind.
3 zeigt ein System einer Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung. Das System der Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Erzeugungsvorrichtung 600 für Glasbasismaterial, die ein Glasbasismaterial 102 erzeugt, das ein Basismaterial für eine optische Faser ist; eine Dehydrier- und Sintervorrichtung 700 für Glasbasismaterial, das das Glasbasismaterial 102 dehydriert und sintert; eine erste Verlängerungsvorrichtung 900 für Glasbasismaterial, die das Glasbasismaterial 102 verlängert, um einen Glasstab 106 zu erzeugen; eine Glasstab-Transportvorrichtung 380, die den Glasstab 106 transportiert; eine zweite Verlängerungsvorrichtung 111 für den Glasstab, die den Glasstab 106 ein zweites Mal verlängert, um eine Vorform 107 zu erzeugen; und eine Vorform-Ziehvorrichtung 500, die die Vorform 107 zieht, um eine optische Faser zu erzeugen.
4 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine optische Faser nach der vorliegenden Erfindung. Das Glasbasismaterial 102 wird erzeugt durch die Glasbasismaterial-Erzeugungsvorrichtung 600 unter Anwendung des VAD-Verfahrens, des Dampfphasen-Axialaufbringungsverfahrens oder dergleichen (S200). Das Glasbasismaterial 102 wird dann in einer Chlorgasatmosphäre dehydriert und in einer Atmosphäre eines inerten Gases gesintert durch die Glasbasismaterial-Dehydrier- und Sintervorrichtung 700 (S202).
Der Durchmesser des Glasbasismaterials 102 beträgt normalerweise 110 mm bis 200 mm, verglichen mit einem Durchmesser von 30 mm bis 80 mm, welcher am praktischsten für das Ziehen einer optischen Faser ist.
Daher wird das dehydrierte und gesinterte Glasbasismaterial 102 zuerst durch die erste Verlängerungsvorrichtung 900 für Glasbasismaterial verlängert, um einen Glasstab 106 herzustellen (S204). Der Glasstab 106 hat einen Durchmesser, der 3 mm bis 5 mm größer als der Durchmesser ist, der zweckmäßig zum Ziehen in eine optische Faser ist, was 30 mm bis 80 mm beträgt.
Der Glasstab 106 wird von der Glasstab-Transportvorrichtung 380 transportiert (S205). Der Glasstab 106 wird dann von der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 erwärmt und auf einen vorbestimmten Durchmesser verlängert, wodurch eine Vorform 107 hergestellt wird (S206). Die Vorform 107 wird von der Vorform-Ziehvorrichtung 500 erwärmt und in eine fadenartige Form gezogen, um eine optische Faser herzustellen (S210).
5 zeigt eine Ausbildung der ersten Verlängerungsvorrichtung 900 für Glasbasismaterial. Die erste Verlängerungsvorrichtung 900 für Glasbasismaterial weist eine erste Verlängerungsvorrichtung 402, die das Glasbasismaterial 102 erwärmt und verlängert, sowie eine Glasstab-Schmelzvorrichtung 370, die den Glasstab 106 schmelzt, auf. Die erste Verlängerungsvorrichtung 402 hat einen Verlängerungsofen 130, der einen Heizofen 100 hat, und einen Hängemechanismus 134, der oberhalb des Verlängerungsofens 130 vorgesehen ist. Der Hängemechanismus 134 liefert das Glasbasismaterial 102 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in das Innere des Verlängerungsofens 130.
Die erste Verlängerungsvorrichtung 402 hat weiterhin einen Verlängerungsmechanismus 140, der unterhalb des Verlängerungsofens 130 vorgesehen ist, um den Glasstab 106 mit reduziertem Durchmesser zu halten und den Glasstab 106 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu ziehen. Der Hängemechanismus 134 hat eine Basismaterial-Befestigungseinheit 136, die das Glasbasismaterial 102 hält. Der Verlängerungsmechanismus 140 hat eine Verlängerungsklemmvorrichtung 142, die den Glasstab 106 hält. Die Glasstab-Schmelzvorrichtung 370 hat einen Brenner 176, einen Drehtisch 210, einen Synchronriemen 214, einen Motor 212, ein Stützbein 208, ein Brennergestell 216, eine Verlängerungsvorrichtung 206 und ein Verlängerungsschmelz-Spannfutter 218.
Das Glasbasismaterial 102 wird auf der Basismaterial-Befestigungseinheit 136 installiert und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in den Heizofen 100 geschickt. Das durch den Heizofen 100 erwärmte Glasbasismaterial 102 wird von der Verlängerungsklemmvorrichtung 142 gehalten und gezogen, um den Durchmesser zu verringern, wodurch ein Glasstab 106 erzeugt wird. Der Glasstab 106 wird von der Verlängerungsvorrichtung 206 mit einer Geschwindigkeit gezogen, die für den zu erhaltenden Durchmesser geeignet ist, so dass das Glasbasismaterial 102 auf den gewünschten Durchmesser verlängert wird. Zu dieser Zeit wird der Durchmesser des Glasstabs 106 von einer Durchmesser-Messvorrichtung 152 gemessen. Die Zuführungsvorrichtung 204, der Heizofen 100 und die Verlängerungsvorrichtung 206 werden auf der Grundlage dieser Messung gesteuert, um den Glasstab 106 auf den gewünschten Durchmesser zu verlängern.
Der Glasstab 106, der auf einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge verlängert wurde, wird durch einen Brenner 176 in dem Teil, der keine Blase enthält oder keine Blase enthält, deren Durchmesser im Wesentlichen 0,3 mm oder darüber beträgt, geschmolzen. Eine Flamme aus Sauerstoff und Wasserstoff ist eine erwünschte Heizvorrichtung des Brenners 176. Eine Gasflamme auf der Grundlage von Kohlenwasser-Brennstoffen wie Propan und Sauerstoff kann ebenfalls für den Brenner 176 verwendet werden.
Der Brenner 176 ist auf dem Drehtisch 210 über das Stützbein 208 installiert. Der Drehtisch wird durch eine Drehvorrichtung wie den Motor 212 über den Synchronriemen 214 gedreht. Der Drehtisch 210 ist auf dem Brennergestell 216 installiert. Die Glasstab-Schmelzvorrichtung 370 schmilzt den Glasstab 106 durch Erwärmen des Glasstabs 106 mit dem Drehen des Brenners 176 und verlängert den Glasstab 106 unter Verwendung des Verlängerungsschmelz-Spannfutters 218 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und Ziehstärke.
6 zeigt eine erste Verlängerungsvorrichtung 402, die einen Standardstab 138 durch eine Materialbefestigungseinheit 136 hält, um die Achse zum Verlängern eines Glasbasismaterials 102 einzustellen. Der Hängemechanismus 134 hat einen in der Figur nicht gezeigten Mechanismus, der die vertikale Neigung der Basismaterial-Befestigungseinheit 136 einstellt. Der Verlängerungsmechanismus 140 hat einen ebenfalls nicht in der Figur gezeigten Mechanismus, der die vertikale Neigung der Verlängerungsklemmvorrichtung 142 einstellt. Der Verlängerungsmechanismus 140 hat weiterhin einen wiederum nicht in der Figur gezeigten Mechanismus, der die Position des Verlängerungsmechanismus 140 innerhalb der horizontalen Phase in den Richtungen vor und zurück und links und rechts einstellt.
7 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm der in 4 gezeigten ersten Verlängerung des Glasbasismaterials (S204). Die erste Verlängerung des Glasbasismaterials (S204) hat einen Vorgang zum Einstellen der Verlängerungsachse der ersten Verlängerungsvorrichtung 402. Zuerst wird ein Stab aus Metall oder Keramik als ein Standardstab 138 hergestellt. Die Geradheit des Standardstabes 138 sollte garantiert sein. Der Standardstab 138 hat gewöhnlich eine Länge eines Glasbasismaterials 102 und eines Ersatzstabes, der auf das Glasbasismaterial 102 geschweißt ist. Die Geradheit der Achse des Standardstabs 138 wird entlang der gesamten Länge garantiert.
Wie in 6 gezeigt ist, wird der Standardstab 138 durch die Basismaterial-Befestigungseinheit 136 des Hängemechanismus 134 gehalten (S110). Dann wird die Neigung A des Hängemechanismus 134 so eingestellt, dass die Richtung des Standardstabs 138 mit der vertikalen Richtung übereinstimmt (S112). Hiernach wird der Standardstab 138 aus der Basismaterial-Befestigungseinheit 136 entfernt, nachdem die Einstellung beendet ist (S114).
8 zeigt die erste Verlängerungsvorrichtung 402, die den Standardstab 138 durch die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 hält. Der Standardstab 138 wird von der Verlängerungsklemmvorrichtung 142 des Verlängerungsmechanismus 140 gehalten (7, S116). Dann wird die Neigung B des Verlängerungsmechanismus 140 so eingestellt, dass die Richtung des Standardstabes 138 mit der vertikalen Richtung übereinstimmt (7, S118). Zu dieser Zeit ist es wünschenswert, dass die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 die angenäherte Mitte der Längsrichtung des Standardstabs 138 beibehält. Der Vorgang der Einstellung des Hängemechanismus 134 und des Verlängerungsmechanismus 140 kann re versibel sein. Der Verlängerungsmechanismus 140 kann zuerst eingestellt werden, und dann kann der Hängemechanismus 134 eingestellt werden.
9 zeigt die erste Verlängerungsvorrichtung 402, die den Standardstab 138 sowohl durch den Hängemechanismus 134 als auch den Verlängerungsmechanismus 140 hält. Nach Beendigung der Einstellung des Hängemechanismus 134 und des Verlängerungsmechanismus 140 wird durch Halten des Standardstabs 138 durch die Basismaterial-Befestigungsvorrichtung 136 das untere Ende des Standardstabs 138 durch die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 gehalten (7, S120). Dann wird die Position C der horizontalen Richtung des Verlängerungsmechanismus 140 oder die Position C der horizontalen Richtung des Hängemechanismus 134 so eingestellt, dass die Differenz in der horizontalen Richtung zwischen der vertikalen Achse und dem Standardstab 138 weniger als 0,5 mm pro 1 m Länge ist (7, S122).
Hiernach wird ein Glasstab 106 hergestellt durch Verlängern des Glasbasismaterials 102 unter Verwendung der ersten Verlängerungsvorrichtung 402, deren Verlängerungsachse eingestellt ist (7, S124) Schließlich wird der Glasstab 106 durch die Glasstab-Schmelzvorrichtung 370 geschmolzen (7, S126).
10 und 11 zeigen Beispiele, die Verlängerungsrollen 144a und 144b bei der Verlängerungsmechanismus 140 anstelle der Verlängerungsklemmvorrichtung 142 verwenden. Um die vertikale Neigung der den Hängemechanismus 134 und den Verlängerungsmechanismus 140 verbindenden Achse in dem Fall der Verwendung der Verlängerungsrollen 144a und 144b einzustellen, wird das folgende Verfahren angewendet. Der Standardstab 138 wird von den Verlängerungsrollen 144a und 144b gehalten im Gegensatz zu dem Halten des Standardstabs 138 durch die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 (7, S116).
Hiernach wird die Neigung des Verlängerungsmechanismus 140 eingestellt durch Einstellen der horizontalen Neigung der Linie F. Die Linie F verbindet die beiden Drehachsen zwischen den Verlängerungsrollen 144a und 144b. Nach der Einstellung der Neigung des Verlängerungsmechanismus 140 (7, S118) können die Verlängerungsrollen 144a und 144b den Standardstab 138 vertikal halten.
Als Nächstes wird, wie in 11 gezeigt ist, der Standardstab 138 durch die Basismaterial-Befestigungseinheit 136 des Hängemechanismus 134 und die Verlängerungsrollen 144a und 144b des Verlängerungsmechanismus 140 gehalten in dem Schritt entsprechend dem Halten des Standardstabs 138 durch die Basismaterial-Befestigungseinheit 136 und die Verlängerungsklemmvorrichtung 142 (7, S120). Dann wird die vertikale Neigung E der Achse, die den Hängemechanismus 134 und den Verlängerungsmechanismus 140 verbindet, eingestellt. Diese Einstellung erfolgt entweder durch Einstellen der Position des Verlängerungsmechanismus 140 in der horizontalen Richtung oder durch Einstellung der Position des Hängemechanismus 134 in der horizontalen Richtung in dem Schritt entsprechend der Einstellung der Position der horizontalen Richtung des Hängemechanismus 134 und des Verlängerungsmechanismus 140 (7, S122).
Die vertikale Neigung der den Hängemechanismus 134 und den Verlängerungsmechanismus 140 verbindenden Achse kann einfach eingestellt werden unter Anwendung des vorbeschriebenen Einstellverfahrens. Dieses Verfahren ist nicht nur zum Verlängern des geraden Glasbasismaterials 102 ohne einen Spalt zwischen dem Ersatzstab und dem Glasbasismaterial 102 geeignet, sondern auch zum Verlängern eines Glasbasismaterials 102 mit einer gewissen Biegung, um einen Glasstab 106 mit verringertem Durchmesser innerhalb eines gewünschten Bereichs von Geradheit zu erhalten. Dies ist möglich, vorausgesetzt, dass das Glasbasismaterial 102 auf den Ersatzstab geschweißt ist ohne einen Spalt zwischen der Achse des Glasbasismaterials 102 und dem Ersatzstab.
Die erste Verlängerungsvorrichtung 402 kann die vertikale Neigung der Verlängerungsachse für die Verfahren des Haltens des Glasbasismaterials 102 genau einstellen durch entweder den Hängemechanismus 134, den Verlängerungsmechanismus 140 oder den Hängemechanismus 134 und den Verlängerungsmechanismus 140 zusammen. Daher kann das Biegemoment, das das Biegen des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 bewirkt, verringert werden. Das Biegen wird erzeugt durch das Gewicht des verlängerten Glasbasismaterials 102, wenn es den Verlängerungsmechanismus 140 belastet. Das Glasbasismaterial 102 kann daher innerhalb eines gewünschten Bereichs von Geradheit verlängert werden, ohne einen Spalt zwischen der Achse des Glasbasismaterials 102 und dem Ersatzstab zu bewirken.
12 zeigt das Glasbasismaterial 102, dessen Biegegrad gemessen ist. Das Glasbasismaterial 102 wird durch die erste Verlängerungsvorrichtung 402, deren vertikale Neigung durch das vorbeschriebene Einstellverfahren eingestellt ist, verlängert. Dann wird der Grad der Biegung des Glasstabs 106 gemessen. Zuerst wird der Glasstab 106 auf zwei Lagern 148 und 149 angeordnet, die so horizontal installiert sind, dass die die Oberseite der Lager 148 und 149 verbindende Linie eine Standardlinie sein kann. Als Nächstes wird der Maximal- oder Minimalwert der Höhe von der Standardlinie gemessen durch Abtasten der Messvorrichtung 150 entlang des Glasstabs 106 unter Verwendung einer Vorrichtung wie einer Messuhr.
Dann wird der Glasstab 106 um 180 Grad gedreht und der Maximal- und der Minimalwert der Höhe gegenüber der Standardlinie werden in derselben Weise gemessen. Der Maximalwert der Differenz zwischen dem ersten gemessenen Maximalwert und dem als Nächstes gemessenen Minimalwert oder die Differenz zwischen dem ersten gemessenen Minimalwert und dem als Nächstes gemessenen Maximalwert wird als "2h" gesetzt. Der Wert, der "h" durch die Länge L1 teilt, die ein Abstand zwischen den beiden Lagern 148 und 149 ist, stellt die Geradheit des Glasstabs 106 pro Längeneinheit dar.
5 Stücke des geraden Glasbasismaterials 102 ohne den Spalt der Achse mit dem Ersatzstab wurden durch die erste Verlängerungsvorrichtung 402 mit einer eingestellten Verlängerungsachse verlängert, um 5 Glasstäbe 106 herzustellen. Die Geradheit von jedem der Glasstäbe 106 wurde durch das in 12 gezeigte Verfahren gemessen. Der Wert "h" der Glasstäbe 106 lag für alle innerhalb von 0,5 mm. Als Nächstes wurden die Glasstäbe 106 durch die erste Verlängerungsvorrichtung 402 ohne Einstellung der Verlängerungsachse verlängert. Ein Durchschnitt von 90% der Glasstäbe 106 war gebogen, was anzeigt, dass der Glasstab 106 durch Einstellung der Verlängerungsachse korrigiert werden sollte.
13 zeigt einen Mechanismus, durch den die erste Verlängerungsvorrichtung 402 die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrollen 144a und 144b steuert. Die erste Verlängerungsvorrichtung 402 steuert die Drehgeschwindigkeit von jeder der Verlängerungsrollen 144a bzw. 144b. Das Glasbasismaterial 102 wird durch die Basismaterial-Befestigungseinheit 136 der ersten Verlängerungsvorrichtung 402 aufgehängt und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in den Heizofen (in der Figur nicht gezeigt) geschickt. Der Glasstab 106, der durch den Heizofen erwärmt und erweicht wird, wird von dem Paar von Verlängerungsrollen 144a und 144b aufgenommen.
Die Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 wird erhalten durch Messen des Durchmessers des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 unter Verwendung der Durchmesser-Messvorrichtung 152. Gleichzeitig wird die Mittenposition des gemessenen Durchmessers berechnet. Eine Durchmesser-Messvorrichtung vom Laserstrahl-Durchgangstyp wird als die Durchmesser-Messvorrichtung 152 verwendet. Der Laserstrahl wird auf den durch Wärme erweichten Bereich des Glasbasismaterials 102 durch das auf dem unteren Teil der Heizvorrichtung in den Heizofen vorgesehene Fenster gestrahlt.
Der gemessene Durchmesser wird in die Durchmesser-Steuereinheit 156 eingegeben und die Differenz zwischen dem Zieldurchmesserwert und dem gemessenen Durchmesser wird berechnet. Die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrolle 144a wird auf der Grundlage der berechneten Durchmesserdifferenz gesteuert. Dann wird die Information über die Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs in die Positionssteu ereinheit 158 eingegeben.
Die Positionssteuereinheit 158 berechnet die Größe der Abweichung zwischen der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs und der Verlängerungsachse 154 der ersten Verlängerungsvorrichtung 402. Die Positionssteuereinheit 158 berechnet weiterhin den Korrekturwert der Drehgeschwindigkeit, der die Abweichung zwischen der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs und der Verlängerungsachse 154 auf praktisch null herabsetzen kann. Dann steuert die Positionssteuereinheit 158 die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrolle 144b auf der Grundlage der Addition des Korrekturwertes und der Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrolle 144a.
14 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Abweichung zwischen der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 und der Verlängerungsachse 154 und dem Grad der in dem Glasstab 106 bewirkten Biegung. Je größer die Abweichung zwischen der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 und der Verlängerungsachse 154 ist, desto größer ist die sich ergebende Biegung des Glasstabs 106.
Wenn die Abweichung groß ist, werden die wärmebeständigen Teile auf der Oberfläche der Verlängerungsrollen 144a und 144b verformt. Die Formen der Verlängerungsrollen 144a und 144b werden einander leicht unterschiedlich. Das Ergebnis ist, dass die Drehgeschwindigkeiten der Oberflächen der Verlängerungsrollen 144a und 144b einander unterschiedlich werden. Da die Verformung der Oberfläche der Verlängerungsrollen 144a und 144b einer der Gründe für die Biegung des Glasstabes 106 ist, kann die Biegung des Glasstabs 106 verringert werden, indem die Drehgeschwindigkeit von jeder der Verlängerungsrollen 144a bzw. 144b gesteuert wird.
Die Oberflächen der Verlängerungsrollen 144a und 144b sind aus einem hitzebeständigen Material wie Nichtasbest oder Asbest gebildet. Diese Materialien sind hitzebeständig und flexibel, so dass die Verlängerungsrollen 144a und 144b den Glasstab 106 bei hohen Temperaturen leicht verlängern können. Die Oberfläche der Verlängerungsrollen 144a und 144b, die in Kontakt mit dem Glasstab 106 gelangt, wird allmählich durch die hohe Temperatur und die Klemmkraft oder Reibkraft des Glasstabs 106 verformt. Da die Verformung der Verlängerungsrollen 144a und 144b einander leicht unterschiedlich ist, ist auch die Drehgeschwindigkeit der Oberflächen der Verlängerungsrollen 144a und 144b unterschiedlich.
15 zeigt die Verformung der Oberflächen der Verlängerungsrollen 144a und 144b. Die äußere Form der Verlängerungsrolle 144a und der Verlängerungsrolle 144b ist unterschiedlich. Die Anzahl von Chargen ist die Anzahl von Glasbasismaterialien 102, die verlängert wurden. Wenn die Anzahl von Chargen erhöht wird, nehmen die Verformung und die Abnutzung zu. Das Ergebnis ist, dass die Größe der Verlängerung zwischen den Verlängerungsrollen 144a und 144b unterschiedlich wird, was eine Schwankung in der Position des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 bewirkt, was seinerseits eine Biegung des Glasstabs 106 bewirkt.
16 zeigt eine Versetzung der Mittenposition des erwärmten Bereichs des Metallrohrs, wenn das Metallrohr von den Verlängerungsrollen 144a und 144b bei der in 15 gezeigten Chargenzahl 300 genommen wird. Die vertikale Achse zeigt die Versetzung der Mittenposition des erwärmten Bereichs des Metallrohrs und die horizontale Achse zeigt die Zeit. Die Kurve A zeigt die Schwankung der Größe der Abweichung in der Drehrichtung der Verlängerungsrollen 144a und 144b. Die Kurve A zeigt, dass die Versetzung während einer einzelnen Umdrehung der Verlängerungsrollen 144a und 144b stark schwankt. Die Kurve B zeigt, dass die Schwankung der Versetzung für die Achsenrichtung der Verlängerungsrollen 144a und 144b ziemlich klein ist.
17 zeigt die Versetzung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs durch die erste Verlängerungsvorrichtung 402 nach dem Ausführungsbeispiel. Die vertikale Achse zeigt die Versetzung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 und die horizontale Achse zeigt die Zeit vom Beginn der Verlängerung an. Die Versetzung des durch Wärme erweichten Bereichs wird gesteuert und nach 1500 Sekunden nach dem Beginn der Verlängerung auf einem kleinen Pegel gehalten. Daher kann ein Glasstab 106 ohne eine erhebliche Biegung hergestellt werden durch Steuern der Drehgeschwindigkeit von jeder der Verlängerungsrollen 144a bzw. 144b. Dies ermöglicht, dass die Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs auf einen relativ konstanten Punkt gehalten wird.
(Vergleichsbeispiel)
18 zeigt die Schwankung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs, wenn die Drehgeschwindigkeit der Verlängerungsrollen 144a und 144b so gesteuert wird, dass sie einander die gleiche Drehgeschwindigkeit haben. Die vertikale Achse zeigt die Versetzung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 und die horizontale Achse zeigt die Zeit vom Beginn der Verlängerung an.
Ein Glasstab 106 mit einem vorbestimmten Durchmesser wurde hergestellt durch Messen des Durchmessers des durch Wärme erweichten Bereichs des Glasbasismaterials 102 unter Verwendung derselben Durchmesser-Messvorrichtung 152 in 17. Die Drehgeschwindigkeiten der Verlängerungsrollen 144a und 144b wurden so gesteuert, dass sie einander dieselbe Drehgeschwindigkeit hatten. Die Schwankung der Mittenposition des durch Wärme erweichten Bereichs war so groß, dass eine eine Korrektur erfordernde Biegung des verlängerten Glasstabs 106 bewirkt wurde.
19 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des in der in 5 gezeigten Glasstab-Schmelzvorrichtung 370 verwendeten Brenners 176. Ein Ringbrenner 176 hat eine Wasserstoffgas-Zuführungsleitung 190 und einen Gaseinlass 194 vom Ringtyp, die mit einer Sauerstoffgas-Zuführungsleitung 192 verbunden sind. Die Kühlleitung 196, die mit der Kühlwasser-Zuführungsleitung 198 und der Kühlwasser-Abzugsleitung 200 verbunden ist, ist in dem äußeren Bereich des Ringbrenners 176 vorgesehen. Der Gaseinlass 194 vom Ringtyp kann eine einzelne Schicht sein, die eine Mischung aus Wasserstoffgas und Sauerstoffgas ausgibt. Der Gaseinlass 194 vom Ringtyp kann auch mehrfach oder dreifach geschichtet sein, wobei er das Wasserstoffgas aus der oberen und der unteren Schicht und das Sauerstoffgas aus der mittleren Schicht ausgibt.
Der Glasstab 106 wird innerhalb des Rings des Ringbrenners 176 angeordnet, wonach das Wasserstoff- und das Sauerstoffgas zu dem Ringbrenner 176 geliefert und gezündet werden. Die Oberfläche des Glasstabs 106 wird durch die Flamme 178 geschmolzen. Der Ringbrenner 178 kann den Glasstab 106 wirksam so erwärmen, dass es nicht erforderlich ist, den Glasstab 106 zu überhitzen. Daher kann der undurchsichtige Bereich auf der Oberfläche des Glases, der gebildet wird, wenn das Glas auf eine höhere Temperatur als 2000°C erwärmt wird, auf der geschmolzenen Oberfläche des Glasstabs 106 nicht gesehen werden.
Gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Glasstab 106 geschmolzen. Das Glasbasismaterial 102 mit einem Durchmesser von 122 mm wurde während 10 Minuten durch den Ringbrenner 176 erwärmt. Wasserstoffgas wurde mit einer Rate von 300 Liter/Minute und Sauerstoffgas mit 120 Liter/Minute zu dem Ringbrenner 176 geliefert. Der Glasstab 106 wurde durch Verlängerung geschmolzen, wenn der Glasstab 106 geschmolzen wurde. Die geschmolzene Oberfläche des Glasstabs 106 wurde in einen kreisförmigen Kegel geformt. Die Farbe der Oberfläche des Glasstabs 106 war durchsichtig.
20 zeigt eine Ausbildung einer Glasstab-Transportvorrichtung 380. Die Glasstab-Transportvorrichtung 380 wird zum Transportieren des von der ersten Verlängerungsvorrichtung 402 erzeugten Glasstabs 106 verwendet. Der Glasstab 106 wird durch das bewegbare Halteelement 245 und das feststehende Halteelement 246, das auf dem Luftzylinder-Aufnahmebehälter 244 installiert ist, gehalten. Wenn der innerhalb des Luftzylinder-Aufnahmebehälters 244 vorgesehene Luftzylinder (in der Figur nicht gezeigt) angetrieben wird, bewegt sich das bewegbare Halteelement 245 zu dem feststehenden Halteelement 246 hin, wodurch der Glasstab 106 gehalten wird.
Die Kraft, mit der das bewegbare Halteelement 245 zu dem feststehenden Halteelement 246 verschoben wird, kann durch Ändern des Luftdrucks, der in den Luftzylinder strömt, verändert werden. Der Luftdruck des Luftzylinders kann verändert werden durch Betätigen eines Schalters während des Transports des Glasstabs 106. Der Schalter ist auf dem Betätigungsschalterkasten 248 vorgesehen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat einen zweiten Pegel der Schubkraft zum Schieben des bewegbaren Halteelements 245 zu dem feststehenden Halteelement 246 hin. Dies wird erreicht durch Einstellen des Luftdrucks, der in den Luftzylinder strömt, auf einen von zwei möglichen Pegeln. Beispielsweise ist die schwache Seite der Schubkraft, die das bewegbare Halteelement 245 zu dem feststehenden Halteelement 246 hin verschiebt, die erste Haltekraft, und die starke Seite der Schubkraft ist die zweite Haltekraft. Die erste Haltekraft ist auf 0,5 kg gesetzt und die zweite Haltekraft ist auf 80 kg gesetzt.
Die Luftdruckeinstellung des Luftzylinders muss nicht nur zwei Pegel für die Einstellung haben. Die Luftdruckeinstellung kann vom Mehrfachpegel-Einstelltyp sein, bei der eine Einstellung auf mehr als drei Pegel des Luftdrucks erfolgt, oder vom kontinuierlichen Einstelltyp, die eine allmähliche Änderung anstatt eines gestuften Pegels ergibt. Ein Drehbetätigungsglied 250 dreht den Glasstab 106 aus dem vertikalen Zustand in den horizontalen Zustand durch Drehen des bewegbaren Halteelements 245 und des feststehenden Halteelements 246 durch den Luftzylinder-Aufnahmebehälter 244. Ein Halterahmen 252 hält die Glasstab- Transportvorrichtung 380 durch Verbinden der Glasstab-Transportvorrichtung 380 mit der ersten Verlängerungsvorrichtung 402. Ein Handgriff 254 wird für die Betätigung der Glasstab-Transportvorrichtung 380 verwendet. Eine Drehachse 256 dreht den Luftzylinder-Aufnahmebehälter 244.
21 zeigt einen Aufnahmebehälter 224 der ersten Verlängerungsvorrichtung 402. Der Aufnahmebehälter 224 hat eine Schale 260, einen Stiel 262, ein Paar von Haltegliedern 234a und 234b, die den Glasstab 106 halten, und ein Paar von Haltegliedern 236a und 236b, die unter den Haltegliedern 234a und 234b vorgesehen sind. Die Form der Halteglieder 234a, 234a, 236a und 236b ist im Wesentlichen halbkreisförmig, was wünschenswert ist, um den Glasstab 106 sicher innerhalb des Aufnahmebehälters 224 zu halten. Zusammen bildet jedes Paar von Haltegliedern 234a und 234b und Haltegliedern 236a und 236b ein kreisförmiges Halteglied.
Ein Ende von jedem der Halteglieder 234a und 234b und der Halteglieder 236a und 236b ist durch einen Stift mit dem Stiel 262 verbunden. Das andere Ende von jedem ist mit dem entsprechenden Paar von Haltegliedern durch einen Stift 257 oder einen Stift 258 verbunden. Die Halteglieder 234a und 234b sind durch den Stift 257 verbunden, und die Haltglieder 236a und 236b sind durch den Stift 258 verbunden. Die Höhe des Stiels 262 beträgt 1.550 mm. Der Innendurchmesser der Schale 260 beträgt 300 mm. Jeder der Innendurchmesser der Halteglieder beträgt 180 mm, gebildet durch das Paar von Haltegliedern 234a und 234b sowie das Paar von Haltegliedern 236a und 236b.
In dem Fall der Aufnahme eines Glasstabs 106 mit einem Außendurchmesser von 80 mm innerhalb des Aufnah mebehälters 224 kann der Neigungswinkel a zwischen dem Stiel 262 und dem Glasstab 106 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung im Bereich von –3,1° bis +8,1° liegen. Der Neigungswinkel β zwischen dem Glasstab 106 und dem Stiel 262 in der Richtung nach links und nach rechts kann im Bereich von –5,9 bis +5,9° liegen. Hier ist der Neigungswinkel ein begrenzter Wert und der Glasstab 106 kann innerhalb des Aufnahmebehälters 224 unter verschiedenen Winkeln innerhalb dieses begrenzten Werts aufgenommen werden. Der Glasstab 106 ist unter verschiedenen Winkeln innerhalb des Aufnahmebehälters 224.
22 zeigt eine Bewegung der Glasstab-Transportvorrichtung 380, wenn der Glasstab 106 transportiert wird. Der Glasstab 106 innerhalb des Aufnahmebehälters 224 wird durch das bewegbare Halteelement 245 und das feststehende Halteelement 246 mit der ersten Haltekraft (b) gehalten. Dann wird der Glasstab 106 so bewegt, dass der Glasstab 106 vertikal auf dem Boden innerhalb der Halteglieder 234a und 234b steht (C). Da die erste Haltekraft sehr schwach ist, wird das bewegbare Halteelement 245 geöffnet, wenn eine Kraft, die größer als die erste Haltekraft ist, während der Bewegung des Glasstabs 106 auf das bewegbare Halteelement 245 einwirkt. Darüber hinaus ist die Reibungskraft, die zwischen dem bewegbaren Halteelement 245 und dem Glasstab 106 und zwischen dem feststehenden Halteelement 246 und dem Glasstab 106 wirkt, sehr klein im Vergleich zu dem Gewicht des Glasstabs 106. Daher kann der Glasstab nicht angehoben werden durch Anheben der Glasstab-Transportvorrichtung 380, die den Glasstab 106 mit erster Haltekraft hält.
Nach der Bestätigung, dass der Glasstab 106 vertikal steht, wird die Haltekraft der Glasstab-Transportvorrichtung 380 in die zweite Haltekraft geändert (d). Hiernach werden die Stifte 257 und 258 entfernt und jedes der Halteglieder 234a und 234b und der Halteglieder 236a und 236b wird geöffnet. Als Nächstes nimmt die Glasstab-Transportvorrichtung 380 den Glasstab 106 aus dem Aufnahmebehälter 224 für den Transport heraus. Der aus dem Aufnahmebehälter 224 herausgenommene Glasstab 106 wird in eine horizontale Position gedreht und in einer Lagerstellung gehalten. Während der horizontalen Anordnung des Glasstabs 106 in der Lagerstellung wird ein Luftdruck, der größer als ein konstanter Wert ist, auf den Luftzylinder ausgeübt, um die Glasstab-Transportvorrichtung 380 anzuheben und abzusenken. Daher wird das Gewicht der Glasstab-Transportvorrichtung 380 nicht auf den Glasstab 106 ausgeübt, wodurch eine Beschädigung des Glasstabs verhindert wird.
23 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Glasstab-Transportvorrichtung 380. Die Glasstab-Transportvorrichtung 380 nach diesem Ausführungsbeispiel hat zwei Drehmechanismen A und B. Jeder der Drehmechanismen A und B hat ein Drehbetätigungsglied. Der Drehmechanismus A dreht den Glasstab 106 durch Drehen einer Drehachse 256 mittels des Drehbetätigungsglieds 250. Der Drehmechanismus B bewegt den Glasstab 260 auf- und abwärts oder nach links oder nach rechts mittels der Kupplungsachse 266 durch Drehen einer Drehachse 268 mittels des Drehbetätigungsglieds 264. Die Drehachse 268 liegt horizontal oder vertikal im rechten Winkel zu der Drehachse 256.
24 zeigt die Bewegung der in 23 gezeigten Glasstab-Transportvorrichtung 380, wenn die Glasstab-Transportvorrichtung 380 den Glasstab 106 transpor tiert. 24(a) zeigt eine Draufsicht auf die Glasstab-Transportvorrichtung 380, die den Glasstab 106 hält. 24(b) zeigt die Querschnittsansicht der Glasstab-Transportvorrichtung 380, die den Glasstab 106 zu dem V-Block 240 transportiert. Wie in 24(a) gezeigt ist, werden die bewegbaren Halteelemente 245 und 246, die den Glasstab 106 vertikal halten, aus der vertikalen in die horizontale Position gedreht, indem das Drehbetätigungsglied 250 betätigt wird. Als Nächstes werden, wie in 24(b) gezeigt ist, das bewegbare Halteelement 245 und das feststehende Halteelement 246 nach unten gedreht, indem das Drehbetätigungsglied 264 betätigt wird.
Die Richtung des Öffnens und Schließens des bewegbaren Halteelements 245 ändert sich von einer vertikalen Richtung in die horizontale Richtung durch Aktivieren des Drehbetätigungsglieds 264. Daher können das bewegbare Halteelement 245 und das feststehende Halteelement 246 aufwärts freigeben nach dem Anordnen des Glasstabs 106 auf dem V-Block 240 durch Öffnen des bewegbaren Halteelements 245. Durch Einbeziehen nicht nur des Rotationsmechanismus A, der den Glasstab 106 aus einer vertikalen in eine horizontale Position dreht, sondern auch des Drehmechanismus B, der eine andere Drehachse 268 hat, die im rechten Winkel zu der Drehachse 256 liegt, wird der Wirkungsgrad des Transportes des Glasstabs 106 erhöht.
25 zeigt eine Ausbildung einer zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 nach der vorliegenden Erfindung. Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 umfasst einen Rahmen 112, ein festes Spannfutter 118, ein bewegbares Spannfutter 119, eine Heizquelle 122, eine Massenströmungs-Steuervorrichtung 278, Reitstöcke 114 und 116, einen Reitstock- Antriebsmotor 275, einen Reitstock-Antriebscodierer 273, eine Durchmesser-Messvorrichtung 124, ein bewegtes Gestell 120, eine Gleitschraube 270, einen Motor 274 für das bewegte Gestell, einen Codierer 272 für das bewegte Gestell, eine Kette 276 und eine Steuereinheit 280.
Das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 halten den Glasstab 106, der an beiden Enden an einen Ersatzstab 108 geschweißt wurde. Die Heizquelle 122 erwärmt den Glasstab 106, der von dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119 gehalten wird. Die Massenströmungs-Steuervorrichtung 278 stellt die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge ein. Der Reitstock 116 verlängert den Glasstab 106 durch Bewegen des bewegbaren Spannfutters 119. Der Reitstock-Antriebsmotor 275 treibt den Reitstock 116. Der Reitstock-Antriebscodierer 273 erfasst die Größe der Drehung und steuert die Geschwindigkeit des Reitstock-Antriebsmotors 275. Die Bewegungsstrecke des Reitstocks 116 kann anhand der von dem Reitstock-Antriebscodierer 273 erfassten Größe der Drehung des Reitstock-Antriebsmotors 275 ermittelt werden.
Die Durchmesser-Messvorrichtung 124 misst den Durchmesser des Glasstabs 106 entsprechend der Position entlang der Axialrichtung des Glasstabs 106. Die Heizquelle 122 und die Durchmesser-Messvorrichtung 124 sind auf dem bewegten Gestell 120 vorgesehen. Das bewegte Gestell 120 bewegt die Heizquelle 122 und die Durchmesser-Messvorrichtung 124. Das bewegte Gestell 120 ist auf dem Rahmen 112 vorgesehen. Das bewegte Gestell 120 kann sich entlang der Gleitschraube 270 bewegen, die parallel zu der Achse, die das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 verbindet, installiert ist. Das bewegte Gestell 120 wird durch den Motor 274 für das bewegte Gestell über die Gleitschraube 270 und die Kette 276 angetrieben. Der Codierer 272 für das bewegte Gestell steuert die Geschwindigkeit des Motors 274 für das bewegte Gestell.
Die Steuereinheit 280 steuert die Wegstrecke der Heizquelle 122 durch Steuern des Codierers 272 für das bewegte Gestell, des Motors 274 für das bewegte Gestell, der Kette 276, der Gleitschraube 270 und des bewegten Gestells 120. Die Steuereinheit 280 steuert die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge durch Steuern der Massenströmungs-Steuervorrichtung 278. Die Steuereinheit 280 steuert die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 durch Steuern des Reitstock-Antriebscodierers 273, der die Drehgeschwindigkeit des Reitstock-Antriebsmotors 275 steuert. Die Steuereinheit 280 steuert die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 durch Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116.
Die Reitstöcke 114 und 116, das feste Spannfutter 118, das bewegbare Spannfutter 119, der Reitstock-Antriebsmotor 275 und der Reitstock-Antriebscodierer 273 bilden eine Verlängerungseinheit, die den Glasstab 106 verlängert.
Die Daten über den gemessenen Durchmesser und die Position der Messung, die von der Durchmesser-Messvorrichtung 124 gemessen wurden, und die Daten über die Längenänderung des Glasstabs 106, die aus der Wegstrecke des Reitstocks 116 erhalten wurden, werden in die Steuereinheit 280 eingegeben. Die Steuereinheit 280 steuert den Erwärmungszustand auf der Grundlage von Eingangsdaten durch Steuern von Faktoren wie der Wegstrecke der Wärmequelle 122, der zu der Heizquelle 122 gelieferten Gasmenge, und sie steuert auch die Verlängerungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf der Grundlage von Eingangsdaten.
26 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm der in 4 gezeigten zweiten Glasstabverlängerung (S206). Zuerst werden die Ersatzstäbe 108 durch das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 gehalten. Danach werden beide Enden des Glasstabs 106 an die Ersatzstäbe 108 geschweißt (S146), so dass der Glasstab 106 in die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 eingesetzt ist. Als Nächstes wird ein Schnitt 284 mit einer Tiefe von 3 mm um die Verbindung des Glasstabs 106 und der Ersatzstäbe 108 als eine Markierung gemacht.
Die Anfangs- und Endposition der Durchmessermessung des Glasstabs 106 und der Zieldurchmesser werden dann gesetzt (S150). Der Durchmesser des Glasstabs 106 wird entsprechend dem Ort entlang der axialen Richtung des Glasstabs 106 gemessen (S152). Die Verlängerungsgeschwindigkeit an mehreren Orten entlang der axialen Richtung des Glasstabs 106 wird gesetzt auf der Grundlage des gemessenen Durchmessers und des Ortes entsprechend dem gemessenen Durchmesser. Die Erwärmungsbedingungen enthaltend die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge und die Wegstrecke der Wärmequelle 122 werden auf der Grundlage des Durchschnittswertes des Durchmessers des Glasstabs gesetzt (S153). Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 unter der gesetzten Erwärmungsbedingung erwärmt und allmählich durch den Reitstock 116 verlängert, der sich mit der gesetzten Verlängerungsgeschwindigkeit bewegt (S154).
Der Ort des Schnitts 284, der um die Verbindung des Glasstabs 106 und der Ersatzstäbe 108 herum vorgesehen ist, wird dann durch die Durchmesser-Messvorrichtung 124 erfasst, um den Ort er beiden Enden des Glasstabs 106 zu erfassen. Die Wegstrecke des Reitstocks 116 wird durch den Reitstock-Antriebscodierer 273 gemessen, um Änderungen der Länge des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung zu messen.
Der Durchmesser des Glasstabs 106 wird dann an einer Position angenähert 50 mm von dem Schnitt 284 weg zu der Mitte des Glasstabs 106 hin gemessen (S156). Die Heizposition der Heizquelle 122 wird gesetzt auf der Grundlage der Position des Schnittes 284 und der Längenänderungen des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung. Die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge wird auf der Grundlage des gemessenen Durchmessers gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 wird auch auf der Grundlage des gemessenen Durchmessers gesetzt (S157). Der Glasstab 106 wird endgezogen, wobei der Glasstab 106 mit der gesetzten Erwärmungsbedingung und Verlängerungsgeschwindigkeit erwärmt und verlängert wird. Die Gestalt des Endes des Glasstabs 106 wird daher ähnlich einem kreisförmigen Kegel, so dass der Durchmesser des Endes des Glasstabs 106 reduziert wird (S158).
Die Position des endgezogenen Teils wird dann erfasst durch Messen des Durchmessers des endgezogenen Teils und des durch das Endziehen verlängerten Teils an der entsprechenden Position. Diese Messungen werden von der Durchmesser-Messvorrichtung 124 durchgeführt. Die Längenänderung des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung, die sich aus dem Endziehen ergibt, wird von dem Reitstock-Antriebscodierer 273 gemessen (S160). Die Anfangs- und die Endposition des Feuerpolierens, das den Glasstab 106 mit Feuer poliert, und die Erwärmungsleistung des Feuers werden dann gesetzt. Dieses Setzen beruht auf der erfassten Position des endgezogenen Teils und der Längenänderung des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung (S161).
Die Position des Anfangs und des Endes des Feuerpolierens wird auf der Grundlage der Position der Wolke auf dem Glasstab 106 gesetzt. Eine Wolke wird in einem Bereich erzeugt, der während des Endziehvorgangs stark erwärmt wird. Der Glasstab 106 wird durch die Heizquelle 122 gemäß der voreingestellten Feuerbedingung von der gesetzten Feuerpolier-Anfangsposition zu der gesetzten Feuerpolier-Endposition feuerpoliert (S162). Nach dem Feuerpolieren wird die Form des Glasstabs 106 geprüft durch Messen des Enddurchmessers und der Länge des Glasstabs 106 (S164). Der Ersatzstab 108 wird dann von dem Glasstab 106 entfernt (S166). Schließlich wird der Glasstab 106 oberflächenbehandelt, um eine Vorform 107 herzustellen (S168).
Wie vorstehend gezeigt ist, wird vor jedem Verlängerungs-(S154), Endzieh-(S158) und Feuerpoliervorgang (S162) der Durchmesser an dem entsprechenden Ort entlang der axialen Richtung des Glasstabs 106 gemessen. Anhand dieser Daten können die Erwärmungsbedingung und die Verlängerungsgeschwindigkeit für den nächsten Prozess genau gesetzt werden. Daher kann ein Glasstab 106 mit durchweg hoher Qualität hergestellt werden.
27 zeigt ein Beispiel, das eine Kühlvorrichtung 330 auf dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119 der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 vorsieht. Die Kühlvorrichtung 330 schützt das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 gegenüber der von der Heizquelle 122 erzeugten Strahlungswärme. Dies wird erreicht durch Zirkulieren von Kühlwasser um das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 herum. Die Kühlvorrichtung 330 verwendet ein Gas oder eine Flüssigkeit als ein Kühlmedium.
Die Verformung des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 kann gesteuert werden, indem die Kühlvorrichtung 330 auf dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119 vorgesehen wird. Die ermöglicht eine Steuerung des Grads des Temperaturanstiegs des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119. Daher wird die Genauigkeit der Übertragung der Antriebskraft, die den Glasstab 106 dreht, aufrechterhalten und die Erwärmung des Glasstabs 106 wird gleichmäßiger. Daher nimmt die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 ab.
(BEISPIEL)
Ein Glasstab 106 mit 50 mm Durchmesser und 1000 mm Länge wurde durch ein festes Spannfutter 118 und ein bewegbares Spannfutter 119 mit einer Kühlvorrichtung 330 und einer Heizquelle 122, die in 27 gezeigt sind, feuerpoliert. Sauerstoff (O₂) von 150 SLM und Wasserstoff (H₂) von 300 SLM wurden als Verbrennungsgas zu der Heizquelle 122 geliefert. Der Glasstab 106 wird mit einer Geschwindigkeit von 15 U/min gedreht. Der Glasstab 106 wird feuerpoliert durch Bewegen der Heizquelle 122 relativ zu dem Glasstab 106 mit einer Geschwindigkeit von angenähert 20 mm/Minute.
28 zeigt die Temperatur des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 bei dem vor stehenden Beispiel und bei dem nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiel. Die vertikale Achse zeigt die Temperatur des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119, und die horizontale Achse zeigt die Bearbeitungszeit des Feuerpolierens. Die Temperatur des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 nach dem Beispiel wurde bei einer niedrigen Temperatur von etwa 45°C aufrechterhalten. Die sich ergebende Schwankung der den Glasstab 106 drehenden Antriebskraft, die durch die Verformung des festen Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 bewirkt wird, war gering. Daher betrug die Schwankung des Durchmessers des feuerpolierten Glasstabs 106 nur 0,02%.
(VERGLEICHSBEISPIEL)
Der Glasstab 106 wurden unter denselben Bedingungen wie bei dem vorstehenden Beispiel feuerpoliert mit Ausnahme der Entfernung der Kühlvorrichtung 330 von dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119, die in 27 gezeigt ist. Wie in 28 gezeigt ist, erreichte die Temperatur des Spannfutters 118 und des bewegbaren Spannfutters 119 angenähert 100°C. Als Ergebnis wurden das feste Spannfutter 118 und das bewegbare Spannfutter 119 verformt, so dass die den Glasstab 106 drehende Antriebskraft schwankt. Die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 nach dem Feuerpolieren erhöhte sich auf 1,0%, was größer als der Grad der Schwankung bei dem vorstehenden Beispiel ist.
29 zeigt eine Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 und dem Prozentsatz der Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106. Die Schwan kungsrate (%) des Durchmessers des Glasstabs 106 stellt den (Maximalwert des Durchmessers des Glasstabs 106 – Minimalwert des Durchmessers des Glasstabs 106)/(durchschnittlicher Durchmesser) × 100 dar.
Die Durchmesser-Messvorrichtung 124 der in 25 gezeigten zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 ist an einem Ort vorgesehen, der einen konstanten Abstand von 10 mm bis 50 mm von der Heizquelle 122 hat. Daher kann der Durchmesser des Glasstabs 106 genau gemessen werden, wodurch eine genaue Steuerung des Durchmessers des Glasstabs 106 möglich ist.
Wenn der Glasstab 106 verlängert wird, ist die Position der höchsten Temperatur in dem Glasstab 106 leicht unterschiedlich gegenüber der Position, an der die Heizquelle 122 die Erwärmung bewirkt, da sich die Heizquelle 122 bewegt. Die Verlängerungsgeschwindigkeit pro Einheitslänge wird am größten an dem Ort, an dem die Temperatur des Glasstabs 106 am höchsten ist.
Es ist wünschenswert, die Heizleistung der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Spannfutters 119 auf der Grundlage des Durchmessers an der Position der größten Verlängerungsgeschwindigkeit und des Zielwertes des Durchmessers zu steuern. Die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Spannfutters 119 wird auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Zielwert des Durchmessers und des Durchmessers der an der Position gemessen wird, an der die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 am größten ist, gesteuert. Dies kann erfolgen, indem die Durchmesser-Messvorrichtung 134 an einer Position vorgesehen wird, die einen konstanten Abstand von der Heizquelle 122 hat.
Die Position, die einen konstanten Abstand von der Heizquelle 122 hat, liegt im Bereich von 10 mm bis 50 mm von der Position entfernt, an der die Heizquelle 122 vorgesehen ist, in entgegengesetzter Richtung zu der Bewegungsrichtung der Heizquelle 122. Daher ist die Durchmesser-Messvorrichtung 124 an einer Position 10 mm bis 50 mm von der Heizquelle 122 in der zu der Bewegungsrichtung der Heizquelle 122 entgegengesetzten Richtung entfernt vorgesehen.
Wenn die zum Erwärmen des Glasstabs 106 verwendete Heizquelle 122 ein Sauerstoff/Wasserstoff-Brenner ist, wird die Strömungsrate des zu der Heizquelle 122 gelieferten Wasserstoffgases auf dem Bereich von 30 Liter/Minute bis 500 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate des Wasserstoffgases zu dem Sauerstoffgas wird auf 1,5 bis 3,0 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wird in den Grenzen von 2 mm/Minute und 65 mm/Minute gesteuert. Die Wärmemenge ist unzureichend, wenn die Strömungsrate des Wasserstoffgases weniger als 30 Liter/Minute beträgt, und der Brennstoff wird verschwendet, wenn die Strömungsrate des Wasserstoffgases höher als 500 Liter/Minute ist. Es ist schwierig, den Glasstab 106 zu verlängern, wenn das Verhältnis der Strömungsrate des Wasserstoffgases zu dem Sauerstoffgas außerhalb des vorgenannten Bereichs ist, da die Wärmemenge unzureichend wird.
Wenn die Heizquelle 122 zum Erwärmen des Glasstabs 106 ein Propangasbrenner ist, wird die Strömungsrate des zu der Heizquelle 122 gelieferten Propangases auf 1 Liter/Minute bis 15 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate des Propangases zu dem Sauerstoffgas wird von 0,1 bis 03 gesetzt. Die Bewe gungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wird innerhalb der Grenzen von 2 mm/Minute und 65 mm/Minute gesteuert. Die Wärmemenge wird unzureichend, wenn die Strömungsrate des Propangases weniger als 1 Liter/Minute, und der Brennstoff wird verschwendet, wenn die Strömungsrate des Propangases mehr als 15 Liter/Minute ist. Weiterhin ist es schwierig, den Glasstab 106 zu verlängern, wenn das Verhältnis der Strömungsraten des Propangases zu Sauerstoffgas außerhalb des vorgenannten Bereichs ist, dass die Wärmemenge unzureichend wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wird vorzugsweise innerhalb der Grenzen von 2 mm/Minute und 65 mm/Minute gesteuert. Es wird zuviel Zeit für das Verlängern des Glasstabs 106 benötigt, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 unterhalb 2 mm/Minute ist. Alternativ ist es schwierig, den Glasstab 106 zu verlängern, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 mehr als 65 mm/Minute beträgt, da die Geschwindigkeit zu hoch ist, um den Glasstab 106 bis zu seinem Kern zu erwärmen.
(BEISPIEL 1)
Die Verlängerung des Glasstabs 106 wurde begonnen durch Setzen des Abstands zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 auf 15 mm. Währen der Verlängerung des Glasstabs 106 wurde die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 und des Reitstocks 116 auf der Grundlage der Differenz zwischen dem gemessenen Durchmesser des Glasstabs 106 und dem Zieldurchmesser gesteuert. Die Verbrennungsbedingungen der Heizquelle 122 wurden gesetzt einschließlich der Strömungsrate des Wasserstoffgases auf 224 Liter/Minute, des Verhältnisses der Strömungsrate des Wasserstoffs zu Sauerstoffs zu 2,5 und der Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 auf 11 mm/Minute. Die Schwankungsrate des Durchmessers des Glasstabs 106 nach dem Verlängerungsvortrag betrug 0,9%.
(BEISPIEL 2)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 40 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 199 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 2,5 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle 122 wurde auf 13 mm/Minute gesetzt. Die Schwankungsrate des Durchmessers des Glasstabs 106 nach dem Verlängerungsvorgang betrug 0,6%.
(VERGLEICHSBEISPIEL 1)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 5 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 209 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 2,5 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wurde auf 12 mm/m gesetzt. Da der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 zu gering war, betrug die Schwankungsrate des Durchmessers des Glasstabs 106 nach dem Verlängerungsvorgang 3,7%. Dies ist größer als die Schwankungsrate bei dem vorstehenden Beispiel 1 und Beispiel 2.
(VERGLEICHSBEISPIEL 2)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 60 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 237 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 2,5 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wurde auf 10 mm/Minute gesetzt. Da der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 zu groß war, betrug die Schwankungsrate des Durchmessers des Glasstabs 106 nach dem Verlängerungsvorgang 2,5%. Diese Schwankungsrate ist größer als die Schwankungsrate nach dem obigen Beispiel 1 und Beispiel 2.
(VERGLEICHSBEISPIEL 3)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 15 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 215 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 1,0 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wurde auf 12 mm/Minute gesetzt. Da das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff 1,0, welches kleiner als das empfohlene Minimum von 1,5 ist, konnte der Glasstab 106 nicht verlängert werden.
(VERGLEICHSBEISPIEL 4)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 15 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 195 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 4,0 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wurde auf 13 mm/Minute gesetzt. Da das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff 4,0 betrugt, was größer als das empfohlene Maximum von 3,0 war, konnte der Glasstab 106 nicht verlängert werden.
(VERGLEICHSBEISPIEL 5)
Der Abstand zwischen der Heizquelle 122 und der Durchmesser-Messvorrichtung 124 wurde auf 15 mm gesetzt. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wurde auf 204 Liter/Minute gesetzt. Das Verhältnis der Strömungsrate von Wasserstoff zu Sauerstoff wurde auf 2,5 gesetzt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wurde auf 70 mm/Minute gesetzt. Da die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 70 mm/Minute betrugt, was größer war als die empfohlene maximale Geschwindigkeit von 65 mm/Minute, konnte der Glasstab 106 nicht verlängert werden.
30 zeigt eine zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111, die eine solche Ausbildung hat, dass eine Zugbeanspruchungs-Messvorrichtung 282 bei der in 25 gezeigten zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 vorgesehen ist. Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 hat eine Zugbeanspruchungs-Messvorrichtung 282 auf dem bewegbaren Spannfutter 119, die die auf den Glasstab 106 ausgeübte Zugbeanspruchung misst.
Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 kann die Position der Heizquelle 122 auf dem bewegten Gestell 120 unter Verwendung des Codierers 272 für das bewegte Gestell erfassen. Die Zugbeanspruchungsmessvorrichtung 282 ist mit einer Steuereinheit 280 verbunden. Die Steuereinheit 280 steuert die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf der Grundlage der Zugbeanspruchung des Glasstabs 106, die von der Zugbeanspruchungs-Messvorrichtung 282 erhalten wird. Dies wird durchgeführt, bis der Bewegungsabstand der Heizquelle 122 einen vorbestimmten Abstand erreicht.
31 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm der in 26 gezeigten Verlängerung (S154). Zuerst wird der Glasstab 106 vorerwärmt, bis der vorbestimmte Bereich des Glasstabs 106 durch die Heizquelle 122 schmilzt und erweicht. Dies ermöglicht eine Verlängerung des Glasstabs 106 (S132). Als Nächstes wird die Heizquelle 122, die auf den bewegten Gestell 120 vorgesehen ist, über das bewegte Gestell 120 bewegt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 wäre in der frühen Stufe der Verlängerung Idealerweise so langsam wie möglich, so dass die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 verringert werden kann. Die Bewegung der Heizquelle 122 wäre auch eine konstante Geschwindigkeit. Die Menge des zu der Heizquelle 122 gelieferten Gases kann konstant sein.
Als Nächstes wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 so gesteuert, dass die von der Zugbeanspruchungs-Messvorrichtung 282 gemessene Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 innerhalb im Wesentlichen von 80% bis 110% des Durchschnittswertes der Zugbeanspruchung im stationären Zustand liegt (S136). Der stationäre Zustand wird nachfolgend erläutert. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116, die ursprünglich auf der Grundlage des Durchmessers an mehreren Orten des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung gesetzt wurde, wird neu gesetzt auf der Grundlage der Zugbeanspruchung des Glasstabs 106. Der Glasstab 106 wird durch die vorstehend gezeigte Zugbeanspruchungslast verlängert, bis die Heizquelle sich im Wesentlichen 50 mm bis 150 mm bewegt hat (S138).
Wenn die Steuereinheit 280 feststellt, dass die Heizquelle 122 sich im Wesentlichen von 50 mm bis 150 mm bewegt hat (S138), ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 in die Geschwindigkeit im stationären Zustand, die nachfolgend erläutert wird. Dies erfolgt durch Steuern des Reitstock-Antriebscodierers 273 (S140). Die Durchmesser-Messvorrichtung 124 misst den Durchmesser des Glasstabs 106 während der Verlängerung des Glasstabs 106 (S142). Die Verlängerung des Glasstabs 106 ist beendet, wenn der Glasstab 106 auf den gewünschten Durchmesser und die gewünschte Länge verlängert ist (S144).
Die Geschwindigkeit im stationären Zustand ist die Geschwindigkeit, bei der die Materialausgeglichenheit vor der Verlängerung und nach der Verlängerung ausgeglichen ist. Hier wird der ursprüngliche Durchmesser des Glasstabs 106 vor der Verlängerung als D₁ dargestellt, der zu erhaltende Zieldurchmesser als D₂, die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 als V₁ und die Geschwindigkeit der Verlängerung des Glasstabs 106 als V₂.
Es wird z.B. angenommen, dass die Verlängerung nur in dem zu dieser Zeit erwärmten Bereich stattfindet, so dass der erwärmte und verlängerte Bereich ziemlich klein ist. V₂ ist gleich der Geschwindigkeit im stationären Zustand, wenn die folgende Gleichung gilt. D1 2V1 = D2 2 (V1 + V2)
Daher kann V₂ gesetzt werden durch Einstellen von V₁ und der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf der Grundlage von D₁ und D₂. Die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 im stationären Zustand ist die Zugbeanspruchung, bei der der Glasstab 106 verlängert wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 im stationären Zustand ist.
32 zeigt einen Vorgang, bei dem der Durchmesser während der Verlängerung des Glasstabs 106 schwankt. Der Glasstab 106 erweicht, wenn er erwärmt wird. Wie in 32(1) gezeigt ist, kann es passieren, dass der Glasstab 106 durch das Vorerwärmen nicht ausreichend erweicht werden kann, um nur verlängert zu werden. Die bei dem Glasstab 106 erzeugt Zugbeanspruchung erhöht sich von dem Zweifachen auf das Dreifachen der normalen Zugbeanspruchung, wenn die Heizquelle 122 und der Reitstock 116 beginnen, sich mit der vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen. Dann wird der Bereich, der vorerwärmt ist, rasch verlängert, und der Durchmesser des vorerwärmten Bereichs wird verringert, wie im schraffierten Bereich von 32(2) gezeigt ist. Die Verlängerung des Glasstabs 106 findet nahezu vollständig in dem vorerwärmten Bereich statt, und der Bereich, der von der Heizquelle 122 neu erwärmt wird, wird weniger verlängert. Daher tritt eine Einschnürung des Durchmessers bei dem Glasstab 106 auf, wie in 32(3) gezeigt ist.
Die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 hat die Tendenz, in dem Bereich von dem Ort des Beginns der Verlängerung des Glasstabs 106 bis zu dem Ort 50 mm von dem Startort entfernt aufzutreten. Wenn die Verlängerung weiter als dieser Ort fortschreitet, werden die Geschwindigkeit zum Zuführen der Wärme zu dem Glasstab 106, die Geschwindigkeit, bei der der Glasstab 106 erweicht und die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 so ausgeglichen, dass sie in einem stationären Zustand sind. Daher tritt die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 nicht auf, wie in 32(4) gezeigt ist.
Der Glasstab 106 wird verlängert durch Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116. Das Ziel besteht darin, die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in der frühen Stufe der Verlängerung bei im Wesentlichen 110% oder weniger des Durchschnittswertes der Zugbeanspruchung im stationären Zustand zu halten. Die Schwankung des Durchmessers in der frühen Stufe der Verlängerung des Glasstabs 106 kann somit verringert werden. Dies ergibt sich daraus, dass die Wärmezuführung zu dem Glasstab 106, die Erweichungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 und die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 ausgeglichen werden können.
Wenn die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in der frühen Stufe niedriger als 80% des stationären Zustands ist, wird der Abstand, den der Durchmesser des Glasstabs 106 benötigt, um den Zielwert zu erreichen, groß. Daher wird der Bereich des verlängerten Glasstabs 106, der als Produkt verwendet werden kann, kurz. Dies setzt den Ausbeutefaktor des Prozesses herab und erhöht die Zeit, die der Glasstab 106 benötigt, um den Zieldurchmesser zu erreichen. Daher ist es wünschenswert, die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in der frühen Stufe der Verlängerung in dem Bereich von im Wesentlichen von 80% bis 110% des Durchschnittswerts der Zugbeanspruchung im stationären Zustand zu steuern.
33 zeigt einen Glasstab 106, der entsprechend der in 31 gezeigten Verlängerung (S154) verlängert ist. Zuerst beginnen, wie in 33(1) und (2) gezeigt ist, die Heizquelle 122 und der Reitstock 116 sich nach der Vorerwärmung des Glasstabs 106 zu bewegen, um die Verlängerung des Glasstabs 106 zu beginnen. Da die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 so gesteuert wird, dass die 110% oder weniger der Zugbeanspruchung im stationären Zustand beträgt, wird eine übermäßige Zugbeanspruchung auf den Glasstab 106 nicht ausgeübt. Es tritt daher keine Einschnürung des Glasstabs 106 aufgrund zu schneller Verlängerung statt. Wenn die Heizquelle 122 in diesem ausgeglichen Zustand um den vorbestimmten Abstand bewegt wird, werden die zu dem Glasstab 106 gelieferte Wärme, die Erweichungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 und die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 ausgeglichen. Somit kann die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 verhindert werden.
Eine Schwankung des Durchmessers kann auftreten, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 weiterhin auf der Grundlage der Zugbeanspruchung gesteuert wird. Die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 ändert sich mit kleinen Änderungen der von der Heizquelle 122 gelieferten Wärmemenge. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 schwankt dann, um die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 konstant zu halten, was zu einer Schwankung des Durchmessers des verlängerten Glasstabs 106 führt. Daher können Schwankungen des Durchmessers des Glasstabs 106, die durch geringe Schwankungen der Zugbeanspruchung bewirkt werden, verhindert werden durch Ändern der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 in die Geschwindigkeit im stationären Zustand, nachdem die Wärmequelle 122 sich nach dem Beginn der Verlängerung um einen vorbestimmten Abstand bewegt hat.
Die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 in die Geschwindigkeit des stationären Zu stands erfolgt, wenn sich die Heizquelle 122 im Wesentlichen von 50 mm bis 150 mm von dem Punkt des Beginns der Verlängerung bewegt hat. Bis sich die Wärmequelle 122 50 mm von dem Punkt des Beginns der Verlängerung bewegt hat, sind die zu dem Glasstab 106 gelieferte Wärme, die Erweichungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 und die Verlängerungsgeschwindigkeit des Glasstabs 106 nicht ausgeglichen. Das Ergebnis ist, dass eine Einschnürung des Glasstabs 106 stattfindet aufgrund der Schwankung des Durchmessers, wenn die Verlängerungsgeschwindigkeit in die Geschwindigkeit des stationären Zustands geändert wird, bevor sich die Heizquelle 122 50 mm bewegt hat. Die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 sollte somit so gesteuert werden, dass sie im Wesentlichen 110 oder weniger des stationären Zustands ist, bis die Heizquelle 122 sich im Wesentlichen 50 mm bewegt hat. Es ist wünschenswert, die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 in die Geschwindigkeit des stationären Zustands zu ändern, bevor die Heizquelle 122 sich mehr als im Wesentlichen 150 mm bewegt hat.
(BEISPIEL)
Der Glasstab 106 wurde durch die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 verlängert. Der Glasstab 106 hat einen Außendurchmesser von 65 mm und eine Länge von 980 mm. die Ersatzstäbe 108, die Außendurchmesser von 60 mm und Längen von 250 mm hatten, wurden auf beide Enden des Glasstabs 106 geschweißt. Die Drehgeschwindigkeit um die Achse herum während des Schweißens des Glasstabs 106 und des Ersatzstabs 108 betrug 30 U/min. Ein Sauerstoff/Wasser-Brenner wurde für die Heizquelle 122 verwendet. Das Sauerstoffgas und das Wasserstoffgas, die zu der Heizquelle 122 geliefert wurden, betrugen 96 Liter/Minute bzw. 240 Liter/Minute.
Nach der Vorerwärmung des Glasstabs 106 wurde die Verlängerung des Glasstabs begonnen durch Bewegen der Heizquelle 122 mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 12,4 mm/Minute. Wenn der Glasstab 106 verlängert wird, um den Durchmesser des Glasstabs 106 von 65 mm auf 50 mm zu reduzieren, betrug die Zugbeanspruchung im stationären Zustand etwa 100 kgf/cm², und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 im stationären Zustand betrug 8,6 mm/Minute. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 wurde so gesteuert, dass die Zugbeanspruchung 110 kgf/cm² nicht überschritt, bis die Heizquelle 122 sich 100 mm von dem Anfangspunkt der Verlängerung bewegt hatte. Nachdem sich die Heizquelle 122 100 mm bewegt hatte, wurde der Glasstab 106 verlängert durch Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf 8,6 mm/Minute, welches die Geschwindigkeit im stationären Zustand ist.
34 zeigt die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in der frühen Stufe der Verlängerung des Beispiels. Die vertikale Achse zeigt die in dem Glasstab 106 erzeugte Zugbeanspruchung und die horizontale Achse zeigt den Bewegungsabstand der Wärmequelle 122 nach dem Beginn der Verlängerung. Die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 betrug 110 kgf/cm² oder weniger in der frühen Stufe der Verlängerung, während sich die Heizquelle 122 100 mm vorwärts bewegte.
36 zeigt die Schwankung des Durchmessers des Glasstabs 106 nach der Verlängerung des Glasstabs 106. Die vertikale Achse zeigt den Abstand entlang der Strahlungsrichtung des Glasstabs 106, und die horizontale Achse zeigt den Abstand entlang der Längs richtung des Glasstabs 106. Der durch das Verfahren gemäß dem Beispiel verlängerte Glasstab 106 hatte wenig Durchmesserschwankungen wie Einschnürungen, und der Durchmesser des Glasstabs 106 konnte auf den Zieldurchmesser bei etwa 100 mm Abstand in Längsrichtung nach dem Beginn der Verlängerung reduziert werden. Die Genauigkeit des Durchmessers des Glasstabs 106 in dem Bereich, der mit der Geschwindigkeit des stationären Zustands durch das Verfahren gemäß dem Beispiel verlängert wurde, war etwa gleich der Genauigkeit des Durchmessers des Glasstabs 106, der gemäß dem herkömmlichen Verlängerungsverfahren verlängert wurde.
(VERGLEICHSBEISPIEL)
Ein Glasstab 106 mit einem Durchmesser von 65 mm wurde auf einen Durchmesser von 50 mm verlängert. Die Bedingungen für die Bewegungsgeschwindigkeit und die Gasmenge zu der Heizquelle 122 waren dieselben wie bei dem vorstehenden Beispiel. Der Glasstab 106 wurde verlängert durch Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf 8,6 mm/Minute von dem Beginn der Verlängerung. Dies ist die Geschwindigkeit im stationären Zustand.
35 zeigt eine Schwankung der Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 in dem frühen Zustand der Verlängerung bei dem Vergleichsbeispiel. Die vertikale Achse zeigt die in dem Glasstab 106 erzeugte Zugbeanspruchung, und die horizontale Achse den Bewegungsabstand der Heizquelle 122 nach dem Beginn der Verlängerung. Die Zugbeanspruchung des Glasstabs 106 nahm in dem frühen Zustand der Verlängerung auf 300 kgf/cm² zu, was dreimal größer als die Zugbeanspruchung im stationären Zustand ist. Dies geschah, während sich die Heizquelle 122 die anfänglichen 100 mm bewegte.
Wie in 36 gezeigt ist, hat der Glasstab 106 des Vergleichsbeispiels nach der Verlängerung eine große Einschnürung bei etwa 100 mm von dem Beginn der Verlängerung. Da die Welligkeit sich bis etwa 300 von dem Beginn der Verlängerung fortsetzt, kann dieser Bereich nicht als Produkt verwendet werden und die Ausbeutungsrate nimmt ab.
37 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm des in 26 gezeigten Endziehens (S158). Zuerst wird die Position des Glasstabs 106, der endgezogen wurde, erfasst (S169). Als Nächstes wird der vorbestimmte Bereich des Glasstabs 106 durch die Flamme der Heizquelle 122 vorerwärmt (S170), bis der vorbestimmte Bereich nahezu erweicht. Dann wird der Glasstab 106 verlängert durch Erwärmen des vorbestimmten Bereichs des Glasstabs 106 durch die Heizquelle 122 und Bewegen des Reitstocks 116 in der Weise, dass der Durchmesser des vorbestimmten Bereichs reduziert wird (S172).
Die Heizquelle 122 wird von der Mitte des vorbestimmten Bereichs zu einem Bereich zu der mittleren Seite des Glasstabs 106 hin bewegt. Dann erwärmt die Heizquelle 122 den Glasstab 106 ein zweites Mal mit einer Flamme (S174). Die Dicke diese Flamme ist kleiner als die Dicke der Flamme der Vorerwärmung (S170). Der vorbestimmte Bereich des Glasstabs 106 wird weiterhin verlängert durch Bewegen des Reitstocks 116 derart, dass der Durchmesser des vorbestimmten Bereichs reduziert wird (S170). Dann wird der vorbestimmte Bereich des Glasstabs 106 durch die Flamme geschmolzen. Wieder ist die Dicke dieser Flamme kleiner als die Dicke der Flamme der Vorerwärmung (S170).
38 zeigt einen Schnitt 284, der als eine Markierung auf der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 vorgesehen ist. Dies ermöglicht die Erfassung der Position des Endziehens bei der in 37 gezeigten Endzieh-Positionserfassung (S169). Eine Markierung ist auf der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 vorgesehen. Die Vorrichtung, die die Markierung erkennt, ist in der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 installiert, um den Ort der Markierung zu erfassen.
Die Position des Beginns des Endziehvorgangs wird auf der Grundlage des erfassten Ortes der Markierung gesetzt. Der Verlängerungsvorgang des Glasstabs 106 wird an der gesetzten Endzieh-Startposition beendet und der Endziehvorgang des Glasstabs 106 beginnt gleichzeitig. Das in 38 gezeigte Verfahren wird angewendet, wenn die Vorrichtung, die die Markierung erkennt, eine Vorrichtung ist, die den Durchmesser misst. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung wäre eine Durchmesser-Messvorrichtung 124.
39 zeigt eine fluoreszierende Farbe 287, die auf die Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 als ein anderes Beispiel einer Markierung aufgebracht ist. Das in 39 gezeigte Verfahren wird angewendet, wenn die Vorrichtung, die die Markierung erkennt, eine Bildverarbeitungsvorrichtung ist.
40 zeigt die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111, die den Schnitt 284 bei der Endzieh-Positionserfassung erfasst (S169). Zuerst wird der Ersatzstab 108 an beide Enden des Glasstabs 106 geschweißt. Der Glasstab 106, der den Ersatzstab 108 auf beiden Seiten hat, wird in dem festen Spannfutter 118 und dem bewegbaren Spannfutter 119, die in der Figur nicht gezeigt sind, befestigt. Der Schnitt 284 mit einer Tiefe von 3 mm ist vollständig um die geschweißte Position herum vorgesehen. Die geschweißte Position ergibt sich aus der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108.
Während der Verlängerung des Glasstabs 106 misst die Durchmesser-Messvorrichtung 124 den Durchmesser des Glasstabs 106. Wenn die Durchmesser-Messvorrichtung 124 die Position des Schnitts 284 durch Erfassen einer Änderung des Durchmessers des Glasstabs 106 erfasst, beginnt die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 mit dem Endziehen. Die Position des Beginns des Endziehens ist gegenüber der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 geringfügig zu der mittleren Richtung des Glasstabs 106 hin. Auch hat die Position des Beginns des Endziehens keine Blase oder Blasen mit einem Durchmesser von 0,3 mm oder darüber. Dann wird der Prozess vom Verlängern zum Endziehen verschoben.
Wenn eine Markierung die Markierung 287 ist, wird fluoreszierende Farbe auf die Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 aufgebracht. Die Kamera der Bildverarbeitungsvorrichtung, die die fluoreszierende Farbe erfassen kann, wird an der Position der Durchmesser-Messvorrichtung 124 installiert, die auf dem bewegten Gestell 120 vorgesehen ist. Die Kamera verarbeitet das Bild des Glasstabs 106 während der Verlängerung des Glasstabs 106. Wenn die Kamera die fluoreszierende Farbe erfasst, beginnt die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 das Endziehen. Die Position des Beginns des Endziehens ist gegenüber der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Er satzstab 108 leicht zu der Mittelrichtung des Glasstabs 106 hin. Auch hat die Position des Beginns des Endziehens keine Blase oder Blasen mit einem Durchmesser von 0,3 mm oder darüber. Dann wird der Prozess vom Verlängern zum Endziehen verschoben.
Durch Vorsehen einer Markierung auf der Verbindung zwischen dem Glasstab 106 und dem Ersatzstab 108 kann der Ort der Verbindung genau gemessen werden. Daher kann eine Vorform 107 mit hoher Qualität und geringer Veränderung des Durchmessers und der Länge hergestellt werden.
41 zeigt die Bewegungen der Heizquelle 122 und des Reitstocks 116 nach dem Erfassen der Position des Endziehens (S169) während des Endziehvorgangs des Glasstabs 106, der im Flussdiagramm nach 37 gezeigt ist. Bei der Vorerwärmung für das Endziehen (S170) erwärmt die Flamme der Heizquelle 122 den Glasstab 106 in dem vorbestimmten Bereich, bis der Glasstab 106 nahezu erweicht. Beim Verlängern für das Endziehen (S172) erwärmt die Heizquelle 122 den vorbestimmten Bereich des Glasstabs 106 und der Reitstock 116 verlängert den vorbestimmten Bereich des Glasstabs 106. Hierdurch wird der Durchmesser des vorbestimmten Bereichs reduziert.
Bei der zweiten Erwärmung (S174) wird der Reitstock 116 angehalten und die Heizquelle 122 bewegt sich in der Richtung zu der mittleren Seite des Bereichs des Glasstabs 106 (in der Figur nach links) von der Mitte des vorbestimmten Bereichs. Dann erwärmt die Heiz- quelle 122 den Glasstab 106 durch eine Flamme, deren Dicke kleiner als die Dicke der Flamme der Vorerwärmung (S170) ist. Bei dem zweiten Verlängern für das Endziehen (S176) bewegt sich die Heizquelle 122 wei ter zu der linken Seite in der Figur und erwärmt den Glasstab 106. Der Reitstock 116 bewegt sich auch, um den vorbestimmten Bereich des Glasstabs 106 zu verlängern. Beim Schmelzen für das Endziehen (S178) erwärmt die Heizquelle 122 den Glasstab 106 durch eine Flamme, deren Dicke kleiner als die Dicke der Flamme bei der Vorerwärmung (S170) ist. Die Position der Heizquelle 122 ist an derselben Position wie das zweite Verlängern für das Endziehen (S176). Der Reitstock 116 bewegt sich, um den Glasstab 106 zu schmelzen.
42 zeigt ein Beispiel für die Einstellungen bei einem anderen Verfahren des Endziehvorgangs bei dem in 37 gezeigten Endziehen (S158). Dieses Verfahren steuert die Gasmenge, die Wegstrecke der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf der Grundlage der fortschreitenden Zeit bei dem Endziehvorgang des Glasstabs 106.
Die Gasmenge, die Wegstrecke der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 werden einmal gesetzt. Dieses Setzen beruht auf dem Ort des Schnitts 284, den Änderungen der Länge und des Durchmessers des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung bei der Bedingung des zweiten Erwärmens und der Einstellung der Verlängerungsgeschwindigkeit (S157). Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 setzt dann die Gasmenge, die Wegstrecke der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 neu auf der Grundlage der fortschreitenden Zeit des Endziehvorgangs des Glasstabs 106 beim Endziehen (S158).
Beispielsweise wird bei der Vorerwärmung für das Endziehen (S170), die während 300 Sekunden durchgeführt wird, die Wegstrecke der Heizquelle 122 auf 0 mm gesetzt. die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 ist 0 mm/Minute gesetzt. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 ist auf 250 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der Innendüse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, ist auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, ist auf 100 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die entsprechend den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist.
Bei dem Verlängern für das Endziehen (S172), das während 60 Sekunden durchgeführt wird, wird die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 auf 250 cc/Minute gesetzt. Die Menge des Sauerstoffgases (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, ist auf 100 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Bei der Wegstrecke der Heizquelle 122 von 0 mm wird der Reitstock 116 mit der Geschwindigkeit von 10 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu verlängern.
Bei dem zweiten Erwärmen (S174), das während 20 Sekunden durchgeführt wird, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf 0 mm/Minute gesetzt. Die Wegstrecke der Heizquelle 122 wird auf 16 mm gesetzt. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 ist auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, ist auf 15 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, ist auf 50 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist.
Bei dem zweiten Verlängern für das Endziehen (S176), das während 180 Sekunden durchgeführt wird, wird die Wegstrecke der Heizquelle 122 von 15 mm auf 25 mm verlängert. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 wird auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 15 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 50 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Der Reitstock 116 wird mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu verlängern.
Schließlich wird beim Schmelzen für das Endziehen (S178), das während 30 Sekunden durchgeführt wird, die Heizquelle 122 nicht aus der Position bei dem zweiten Verlängern für das Endziehen (S176) bewegt, so dass die Wegstrecke bei 25 mm verbleibt. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 wird auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 20 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Der Reitstock 116 wird mit einer Geschwindigkeit von 120 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu schmelzen.
Der Glasstab 106 mit einem Durchmesser von 60 mm wurde von der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 gemäß den in 42 gezeigten Einstellbedingungen endgezogen. Die Form der Vorform in dem Bereich, der endgezogen wurde, war ein gut geformter kreisförmiger Kegel. Die Länge und der Durchmesser des Bereichs betrugen 61 mm bzw. 60 mm. Die für den Endziehvorgang benötigte Zeit betrug 12 Minuten.
Wie vorstehend gezeigt ist, kann, da jeder Glasstab 106 unter denselben Bedingungen erwärmt und verlängert wird, eine Vorform 107 von hoher Qualität und geringer Durchmesserschwankung hergestellt werden.
43 zeigt ein anderes Beispiel für die Einstellungen eines anderen Verfahrens des Endziehvorgangs bei dem in 37 gezeigten Endziehen (S158). Dieses Verfahren steuert die Gasmenge, die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf der Grundlage der Wegstrecke des Reitstocks 116.
Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 erfasst die Wegstrecke des Reitstocks 116. Die Wegstrecke der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 werden einmal gesetzt auf der Grundlage des Ortes des Schnittes 284, der Längenänderung des Glasstabs 106 entlang der axialen Richtung und des Durchmessers des Glasstabs 106 bei der Bedingung der zweiten Erwärmung und der Einstellung der Verlängerungsgeschwindigkeit (S157). Die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 setzt die Gasmenge, die Wegstrecke der Heizquelle 122 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 neu auf der Grundlage der erfassten Wegstrecke des Reitstocks 116 beim Endziehen (S158).
Es gibt den Fall, dass die Wegstrecke des Reitstocks nicht gemessen werden kann, weil sich der Reitstock nicht bewegt. Dies kann geschehen aufgrund von fehlender Leistung des Reitstock-Antriebsmotors 275, wenn der Glasstab 106 während des Endziehvorgangs nicht ausreichend erwärmt wird. Wenn die Ausgangsleistung des Reitstock-Antriebsmotors 275 nicht groß genug ist, kann der Wechselstrom-Servomotor, der das Drehmoment der Ausgangswelle erfassen kann, für den Antrieb des Reitstocks 116 verwendet werden. Ein Schwellenwert kann für das in dem Reitstock-Antriebsmotor 275 erzeugt Drehmoment gesetzt werden. Wenn das Drehmoment den Schwellenwert überschreitet, kann die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 feststellen, dass die Erwärmung nicht ausreichend ist. Dann kann die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 den Antrieb des Reitstocks 116 während einer Zeitperiode anhalten und die zu der Heizquelle 122 gelieferte Gasmenge erhöhen.
Die in 43 gezeigten Einstellungen sind dieselben wie die in 42 gezeigten Einstellung mit der Ausnahme, dass die Einstellung "Fortschreitende Zeit" in die Einstellung "Wegstrecke des Reitstocks 116" geändert ist. Das in 43 gezeigte Endziehen hat auch die Vorgänge des Vorerwärmens für das Endziehen (S170), des Verlängerns für das Endziehen (S172), des zweiten Erwärmens (S174), des zweiten Verlängerns für das Endziehen (S176) und des Schmelzens für das Endziehen (S178). Die Gasmenge und die Wegstrecke der Heizquelle 122 sowie die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 werden gesetzt auf der Grundlage der Wegstrecke des Reitstocks 116 in jeder Stufe des Prozesses.
Beispielsweise wird beim Vorerwärmen für das Endziehen (S170), da die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf 0 mm/Minute gesetzt ist, die Zeit nach dem Beginn des Vorerwärmens für das Endziehen während 300 Sekunden gemessen. D.h., während 300 Sekunden wird die Wegstrecke der Heizquelle 122 auf 0 mm gesetzt. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 wird auf 250 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 100 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorgenannten Bedingungen gesetzt ist. Wenn die Zeit nach dem Beginn des Vorerwärmens für das Endziehen 300 Sekunden überschritten hat, wird der Vorgang zum nächsten Schritt verschoben.
Beim Verlängern für das Endziehen (S172) wird, während die Wegstrecke von 0 mm in 30 mm geändert wird, die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 auf 250 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 100 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Bei der Wegstrecke der Heizquelle 122 von 0 mm wird der Reitstock 116 mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu verlängern.
Bei der zweiten Erwärmung (S174) wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 auf 0 m/Minute gesetzt, so dass die Wegstrecke des Reitstocks 116 bei 30 mm verbleibt. Die Wegstrecke der Heizquelle 122 ist auf 15 mm gesetzt. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 ist auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 15 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 50 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird von der Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Nachdem sich die Heizquelle 122 15 mm bewegt hat, wird der Prozess zu dem nächsten Schritt verschoben.
Dann wird bei dem zweiten Verlängern für das Endziehen (S176), während die Wegstrecke des Reitstocks 116 von 30 mm auf 55 mm erhöht wird, die Wegstrecke der Heizquelle 122 von 15 mm auf 25 mm erhöht. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 wird auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 15 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 50 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird durch die Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Der Reitstock 116 wird mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu verlängern.
Schließlich bewegt sich beim Schmelzen für das Endziehen (S178), während die Wegstrecke des Reitstocks 116 von 55 mm auf 100 mm verlängert wird, die Heizquelle 122 nicht aus der Position bei der zweiten Verlängerung für das Endziehen (S176). Die Wegstrecke verbleibt daher bei 25 mm. Die Menge von Wasserstoffgas (H₂) für die Heizquelle 122 wird auf 130 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Innenseite), die von der inneren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 30 cc/Minute gesetzt. Die Menge von Sauerstoffgas (O₂) (Außenseite), die von der äußeren Düse der Heizquelle 122 ausgegeben wird, wird auf 20 cc/Minute gesetzt. Der Glasstab 106 wird durch die Heizquelle 122 erwärmt, die gemäß den vorstehenden Bedingungen gesetzt ist. Der Reitstock 116 wird mit einer Geschwindigkeit von 120 mm/Minute bewegt, um den Glasstab 106 zu schmelzen.
(BEISPIEL 1)
Ein Glasstab 106 mit einem Durchmesser von 60 mm wurde gemäß den in 43 gezeigten Einstellwerten endgezogen. Ein Wechselstrom-Servomotor von 200 W wurde für den Reitstock-Antriebsmotor 275 verwendet. Ein Drehcodierer, der die Größe der Drehung des Reitstock-Antriebsmotors 275 erfassen kann, wurde als der Reitstock-Antriebscodierer 273 verwendet. Die Drehgeschwindigkeit des Reitstock-Antriebsmotors 275 wurde durch das Ausgangssignal des Reitstock-Antriebscodierers 273 gesteuert. Die Wegstrecke des Reitstocks 116 wurde durch Messen des Ausgangssignals des Reitstock-Antriebscodierers 273 erhalten. Die für das Endziehen benötigte Zeit betrug 15 Minuten. Die Form des bearbeiteten Glasstabs 106 in dem Bereich, der endgezogen wurde, war ein gut geformter kreisför miger Kegel. Die Länge und der Durchmesser des Bereichs betrugen 61 mm bzw. 60 mm.
(BEISPIEL 2)
Ein Glasstab 106 mit einem Durchmesser von 60 mm wurde gemäß den in 43 gezeigten Einstellwerten endgezogen. Ein linearer Codierer, der die Wegstrecke des Reitstocks 116 erfassen kann, war auf dem Reitstock 116 vorgesehen. Die Gasmenge und die Wegstrecke der Heizquelle 122 sowie die Bewegungsgeschwindigkeit des Reitstocks 116 wurden auf der Grundlage der von dem linearen Codierer erfassten Wegstrecke des Reitstocks 116 gesteuert. Die Form des bearbeiteten Glasstabs 106 in dem Bereich, der endgezogen wurde, war ein gut geformter kreisförmiger Kegel. Die Länge und der Durchmesser des Bereichs betrugen 65 mm bzw. 60 mm.
Wie vorstehend gezeigt ist, kann, da jeder Glasstab 106 unter denselben Bedingungen erwärmt und verlängert wird, eine Vorform 107 von hoher Qualität und mit geringen Durchmesseränderungen hergestellt werden.
44 zeigt eine Ausbildung der Heizquelle 122 der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111. Das untere Ende des äußeren Rohres 285 der Heizquelle 122 ist geschlossen. Das äußere Rohr 285 ist mit einem Verbrennungsgaskanal 312 verbunden. Dies ist ein Kanal für Wasserstoffgas, das ein Beispiel für ein geeignetes Verbrennungsgas ist. Die Heizquelle 122 hat eine Strömungsraten-Steuereinheit 314 für Verbrennungsgas, die in dem Verbrennungsgaskanal 312 angeordnet ist. Alle inneren Rohre 286 sind durch die Verzweigungsvorrichtung 316 mit einem Sauerstoffgas kanal 308 verbunden. Der Sauerstoffgaskanal 308 ist ein Kanal für Sauerstoffgas. Ein Inertgaskanal 296 ist mit dem Sauerstoffgaskanal 308 durch ein Verbindungselement 302 verbunden. Eine Sauerstoffgas-Strömungsraten-Steuereinheit 310 ist zwischen dem Verbindungselement 302 und dem Eingang des Sauerstoffgaskanals 308 installiert.
Der Inertgaskanal 296 hat ein Ventil 300 und eine Inertgas-Strömungsraten-Steuereinheit 298. Die Heizquelle 122 hat ein Steuerelement 304, das eine Antriebsquelle 306 auf der Grundlage der Daten über die Strömungsrate, die von der Sauerstoffgas-Strömungsraten-Steuereinheit 310 ausgegeben werden, steuert. Die Antriebsquelle 306 ist mit dem Ventil 300 verbunden. Die Verbrennungsgas-Strömungsraten-Steuereinheit 314 und die Sauerstoffgas-Strömungsraten-Steuereinheit 310 steuern die in 42 und 43 gezeigten Strömungsraten des Wasserstoffgases H₂ und des Sauerstoffgases O₂. Ein Ventil wie ein elektrisches Ventil oder ein elektromagnetisches Ventil können als das Ventil 300 verwendet werden. Ein Dreiwegerohr oder ein Dreiwegeventil kann für das Verbindungselement 302 verwendet werden.
45 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite der Heizquelle 122. Mehrere innere Rohre 286, von denen jedes einen Innendurchmesser von 1 mm und einen Außendurchmesser von 3 mm hat, sind das äußere Rohr 285 eingesetzt, dass einen Innendurchmesser von 30 mm hat. Die inneren Rohre 286 sind um die Mitte des Außenrohres 285 in mehreren Reihen von konzentrischen Kreisen angeordnet.
Die inneren Rohre 286 sind in regelmäßigen Abstandsintervallen für jede Reihe angeordnet. Je dichter die Reihen zu der Außenseite des äußeren Rohres 285 sind, desto höher wird die Dichte der Intervalle des inneren Rohres 286 für jede Reihe. Die inneren Rohre 286 können innerhalb des äußeren Rohres 285 mit einer homogenen Dichte installiert sein. Sauerstoffgas strömt innerhalb des Sauerstoffgasauslasses 288, der innerhalb des inneren Rohres 286 ist. Ein Verbrennungsgas strömt innerhalb des Verbrennungsgasauslasses 290, der innerhalb des äußeren Rohres 285 ist.
Die Bewegung der Heizquelle 122 wird nachfolgend erläutert. Wasserstoffgas strömt von einer in der Figur nicht gezeigten Wasserstoffgas-Zuführungsquelle durch den Verbrennungsgaskanal 312 in das äußere Rohr 285. Sauerstoffgas wird durch die Verzweigungsvorrichtung 316 auf die inneren Rohre 286 verteilt. Sauerstoffgas wird von einer Sauerstoffgas-Zuführungsquelle (in der Figur nicht gezeigt) durch den Sauerstoffgaskanal 308 zugeführt. Das Wasserstoff- und das Sauerstoffgas werden an der oberen Seite des äußeren Rohres 285 gemischt. Eine Flamme 294 kann durch Zünden des gemischten Gases erhalten werden.
Gemäß dem Zweck der Bearbeitung des Glasstabs 106 wurde die Menge des Wasserstoff- und des Sauerstoffgases eingestellt durch Verwendung der Sauerstoffgas-Strömungsraten-Steuereinheit 310 und der Verbrennungsgas-Strömungsraten-Steuereinheit 314, um die optimale Flammenbedingung zu erhalten. Zu dieser Zeit wird das Signal, das die Strömungsrate des Sauerstoffgases anzeigt, von der Sauerstoffgas-Strömungsraten-Steuereinheit 310 zu dem Steuerelement 304 ausgegeben. Die Lineargeschwindigkeit des Sauerstoffgases ist ein Wert, der abgeleitet wird durch Teilen der Strömungsrate des Sauerstoffgases durch die Innenfläche des inneren Rohres 286.
Wenn die Lineargeschwindigkeit des Sauerstoffgases 1,0 m/s oder weniger beträgt, treibt das Steuerelement 304 die Antriebsquelle 306 an und öffnet das Ventil 300. Dann strömt Stickstoffgas, das ein inertes Gas ist, mit einer linearen Geschwindigkeit 0,5 m/s in den Sauerstoffgaskanal 308 und wird mit dem Sauerstoffgas vermischt. Wenn die Strömungsrate des Sauerstoffs geändert wird, treibt das Steuerelement 304 die Antriebsquelle 306 an und schließt das Ventil 300, wenn die lineare Geschwindigkeit des Sauerstoffs 1,1 m/s erreicht.
Wenn die Strömungsrate des Verbrennungsgases und des Sauerstoffgases verringert wird, um die Flamme kleiner zu machen, bewegt sich der Bereich der hohen Temperatur nahe dem oberen Ende der inneren Flamme von der Oberseite der Heizquelle 122 weg. Dies folgt daraus, dass die Flamme 294 als ein Ergebnis des Mischens des inerten Gases mit Sauerstoffgas zerstreut wird. Daher wird die Oberflächentemperatur an der Oberseite der Heizquelle 122 unterhalb 400°C gehalten, so dass eine Oxidation der Heizquelle 122 verhindert werden kann.
Wenn eine starke Heizleistung benötigt wird, wird das Ventil 300 für das Einströmen des inerten Gases geschlossen, da die Verbrennungstemperatur fällt, wenn inertes Gas zugemischt wird. Zu dieser Zeit ist, da die Flamme 294 groß ist aufgrund der Zunahme der Strömungsrate des Verbrennungsgases und des Sauerstoffgases, der Bereich der hohen Temperatur der Flamme 294 nicht länger an der Oberseite der Heizquelle 122. Daher wird die Oberflächentemperatur der Oberseite der Heizquelle 122 unterhalb 400°C gehalten. Die Erzeugung eines Impulses, der durch das Öff nen und Schließen des Ventils 300 bewirkt wird, kann verhindert werden durch Setzen eines unterschiedlichen linearen Geschwindigkeitswertes für das Sauerstoffgas zu der Zeit des Öffnens und Schließens des Ventils 300. Dieser sollte auf 1,0 m/s oder darunter für das Öffnen und auf 1,1 m/s oder darüber für das Schließen gesetzt werden.
Es ist wünschenswert, dass das inerte Gas eine lineare Geschwindigkeit von zwischen 0,5 m/s bis 2 m/s hat, wenn es durch das Öffnen des Ventils 300 strömt. Die lineare Geschwindigkeit des inerten Gases wird berechnet durch Teilen der Strömungsrate des inerten Gases durch die Fläche innerhalb des Sauerstoffgasauslasses 288 des inneren Rohres 286. Wenn die lineare Geschwindigkeit des inerten Gases 0,5 m/s oder weniger beträgt, ist es schwierig, die Temperatur der Oberseite der Heizquelle 122 zu steuern. Wenn anderseits die lineare Geschwindigkeit des inerten Gases 2,0 m/s oder mehr beträgt, verbrennt das Wasserstoffgas unvollständig und die Temperatur der Flamme 294 nimmt ab.
Wenn eine Heizquelle 122 verwendet wird, um den Glasstab 106 durch die Flamme 294 zu erwärmen, wird ein Metalloxid nicht üblicherweise an der Oberseite der Heizquelle 122 erzeugt. Dies ergibt sich daraus, dass die Temperatur an der Oberseite der Heizquelle 122 bei 400°C oder darunter gehalten wird. Daher haftet kein Metalloxid an dem Glasstab 106 an und ein Glasstab 106 von hoher Qualität kann hergestellt werden.
Ein Glasstab 106 mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 65 mm wurde durch die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 verlängert, die eine Heizquelle 122 hat, die die Strömungsrate des inerten Gases steuert. Das Verhältnis der Anzahl von Glasstäben 106, die Fremdstoffe wie ein Metalloxid haben, zu der Gesamtzahl von bearbeiteten Glasstäben 106 betrug 0,2%. Dies ist ein niedriger Wert verglichen mit dem Verhältnis von Glasstäben, die durch die herkömmliche Heizquelle 122 erzeugt werden. Zum Vergleich wurde das Verhältnis der Anzahl von Glasstäben 106 mit Fremdstoffen wie einem Metalloxid zu der Gesamtzahl der bearbeiteten Glasstäbe 106 ein hoher Wert von 15%, wenn der Glasstab 106 verlängert wurde, indem das Ventil 300 immer geschlossen war.
46 zeigt eine Beziehung zwischen der linearen Geschwindigkeit des Sauerstoffgases und der Temperatur des oberen Teils der Heizquelle 122. Dies ist für den Fall illustriert, dass immer Sauerstoffgas mit Stickstoffgas mit einer linearen Geschwindigkeit von 0,5 m/s gemischt wird und das Sauerstoffgas nicht mit Stickstoffgas gemischt wird. Die Temperatur des oberen Teils der Heizquelle 122 überschreitet 400°C nicht, wenn das Stickstoffgas zugemischt wird. Die Temperatur erreichte 400°C bis 700°C in dem Bereich, in welchem die lineare Geschwindigkeit des Sauerstoffgases 1 m/s oder weniger betrug, wenn das Stickstoffgas nicht zugemischt wurde. Daher kann die Oberflächentemperatur der Heizquelle 122 gesteuert werden durch Vermischen des Sauerstoffgases mit Stickstoffgas, wenn die lineare Geschwindigkeit des Sauerstoffgases 1 m/s oder weniger beträgt.
47 zeigt die Form einer Spitze der Vorform 107, deren Durchmesser reduziert ist und die beim Endziehen geschmolzen wird (S158). D stellt den Durchmesser der Vorform 107 dar. O stellt den Ort dar, an dem der Durchmesser der Vorform 107 beginnt, sich zu verringern. P stellt den Ort dar, an dem der Durchmesser D der Vorform 107 auf 1% oder weniger des ursprünglichen Durchmessers reduziert ist. Die Vorform 107 hat eine konische Form, deren beide Enden durch die Gleichung 1/3D ≦ L ≦ 3D gezeigt werden können. Hier stellt L die Länge zwischen dem Ort O und dem Ort P dar.
Die Zeit, zu der das Ziehen den stationären Zustand erreicht, ist die Zeit von dem Setzen der Vorform 107 in die Vorform-Ziehvorrichtung 500, bis der Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser den vorbestimmten Wert erreichen. wenn die Vorform 107 in eine optische Faser gezogen wird, beeinflusst die ursprüngliche Form der Vorform 107 die Zeit, die für das Ziehen benötigt wird, um den stationären Zustand zu erreichen. Dieser Einfluss wird größer, wenn der Durchmesser der Vorform 107 größer wird. Dann wird die Zeit, die für das Ziehen gebraucht wird, um den stationären Zustand zu erreichen, länger.
Die Vorform 107 mit der Form der Gleichung 1/3D ≦ L ≦ 3D kann die Zeit verkürzen, die für das Ziehen benötigt wird, um den stationären Zustand zu erreichen. Wenn L < 1/3D ist, nimmt die Zeit, die benötigt wird, damit der Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser den vorbestimmten Wert erreichen, zu, da die Zeit an der Spitze der Vorform 107 herunterfällt, länger wird. Wenn L > 3D ist, kann die Zeit, die die Spitze der Vorform 107 benötigt, um herunterzufallen, verringert werden, aber die Zeit, die die konische Form der Vorform 107 benötigt, um die Form des stationären Zustands des Ziehens zu erreichen, dauert länger. Dann wird die Zeit, die für den Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser für das Erreichen des vorbeschriebe nen Wertes benötigt wird, länger. Daher ist es am besten, den Konus der Vorform 107 so auszubilden, dass L = D ist.
In dem Fall des Schmelzens der Vorform 107 durch Erwärmen eines Teils der Vorform 107 durch eine Flamme verbleibt eine Restbeanspruchung an beiden Enden des konischen Teils der Vorform 107. Wenn die Restbeanspruchung in dem konischen Teil groß ist, können Risse an beiden Enden der Vorform 107 auftreten, wenn ein starker Stoß auf die Vorform 107 einwirkt. Die Risse können auch an beiden Enden der Vorform 107 durch einen thermischen Stoß erzeugt werden, der durch das Schweißen der Vorform 107 und des Ersatzstabes auftritt. Die Größe der Beanspruchung an beiden Enden der Vorform 107 beträgt Idealerweise 40 kgf/cm² oder darunter. Die in der Vorform 107 erzeugten Risse können verhindert werden, indem die Größe der Restbeanspruchung in der Vorform 107 so gesteuert wird, dass sie 40 kgf/cm² oder weniger beträgt.
(BEISPIEL)
Eine Vorform 107 mit einem Durchmesser von 30 mm wurde gezogen. Die Länge L wurde auf 30 mm gesetzt. Die Größe der in dem konischen Teil der Vorform 107 verbleibenden Beanspruchung betrug 40 kgf/cm², und Risse wurden während des Schweißens der Vorform 107 und des Ersatzstabes nicht erzeugt. Wenn der gesetzte Durchmesser der optischen Faser 125 μm betrug und die Geschwindigkeit des Ziehens 100 mm/min betrug, ergab sich eine Zeit, die das Ziehen benötigte, um den stationären Zustand zu erreichen, von insgesamt 20 Minuten. Die Zeit von dem Setzen der Vorform 107 in die Vorform-Ziehvorrichtung 500 bis zum Fallen der Spitze der Vorform 107 betrug 10 Minuten. Die Zeit, die der Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser benötigten, um den vorbestimmten Wert zu erreichen, betrug 10 Minuten.
(VERGLEICHSBEISPIEL 1)
Eine Vorform 107 mit einem Durchmesser von 30 mm wurde gezogen. Die Länge L wurde auf 5 mm gesetzt. Die Größe der in dem konischen Teil der Vorform 107 verbleibenden Beanspruchung betrug 40 kgf/cm², und Risse wurden nicht während des Schweißens der Vorform 107 und des Ersatzstabes gebildet. Wenn der gesetzte Durchmesser der optischen Faser 125 μm und die Geschwindigkeit des Ziehens 100 mm/min betrugen, ergab sich eine Zeit von insgesamt 50 Minuten, bis das Ziehen den stationären Zustand erreichte. Die Zeit von dem Setzen der Vorform 107 in die Vorform-Ziehvorrichtung 500 bis zum Fallen der Spitze der Vorform 107 betrug 20 Minuten. Die Zeit, die der Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser benötigten, um den vorbestimmten Wert zu erreichen, betrug 30 Minuten.
(VERGLEICHSBEISPIEL 2)
Eine Vorform 107 mit einem Durchmesser von 30 mm wurde gezogen. Die Länge L wurde auf 100 mm gesetzt. Die Größe der in dem konischen Teil der Vorform 107 verbleibenden Beanspruchung betrug 40 kgf/cm², und Risse wurden während des Schweißens der Vorform 107 und des Ersatzstabes nicht gebildet. Wenn der gesetzte Durchmesser der optischen Faser 125 μm und die Geschwindigkeit des Ziehens 100 mm/min betrugen, ergab sich eine Zeit, die für das Ziehen benötigt wurde, um den stationären Zustand zu erreichen, von insgesamt 40 Minuten. Die Zeit von dem Setzen der Vorform 107 in die Vorform-Ziehvorrichtung 500 bis zum Fallen der Spitze der Vorform 107 betrug 10 Minuten. Die Zeit, die der Durchmesser und die gezogene Geschwindigkeit der optischen Faser benötigten, um den vorbestimmten Wert zu erreichen, betrug 30 Minuten.
(VERGLEICHSBEISPIEL 3)
Eine Vorform 107 mit einem Durchmesser von 30 mm wurde gezogen. Die Länge L wurde auf 30 mm gesetzt. Die Größe der in dem konischen Teil der Vorform 107 verbleibenden Beanspruchung betrug 60 kgf/cm². Die Vorform 107 konnte nicht gezogen werden, da Risse während des Schweißens der Vorform 107 und des Ersatzstabs gebildet wurden.
Wie vorstehend gezeigt ist, kann die Zeit, die für das Ziehen der Vorform 107 in eine optische Faser benötigt wird, verkürzt werden, indem die Form der Spitze der Vorform 107 so ausgebildet wird, dass 1/3D ≦ L ≦ 3D.
48 zeigt eine andere Form der Spitze der Vorform 107, die endgezogen wurde. Die in 48 gezeigte Vorform 107 hat einen geschmolzenen Teil 332 an einem Ende, der durch eine Flamme gebildet wurde, und eine Schnittfläche 334 an dem anderen Ende, die mechanisch geschnitten ist. Der geschmolzene Teil 332, der in 48(a) gezeigt ist, wurde schnell durch eine Flamme geschmolzen. Der geschmolzene Teil 332, der in 48(b) gezeigt ist, wurde allmählich geschmolzen durch Verringern des Durchmessers zur Bildung eines konischen Teils 336. Ein dünner Teil 338 ist an der Spitze des in 48(c) gezeigten geschmolzenen Teils 332 vorgesehen.
Wenn eine Vorform 107 gezogen wird, die den konischen Teil 336 wie in 48(b) gezeigt hat, ist die Zeit, die die Spitze der Vorform 107 benötigt, um herunterzufallen kurz, und die herabzufallende Menge der Vorform 107 ist ebenfalls klein, da der Durchmesser des geschmolzenen Teils 332 klein ist. Wenn eine Vorform 107 gezogen wird, die den konischen Teil 336 und den dünnen Teil 338 wie in 48(c) gezeigt hat, kann die Zeit, die für die Spitze der Vorform 107 benötigt wird, um herabzufallen, auf ein Drittel oder weniger der Zeit verkürzt werden, die für die herkömmliche Form der Vorform 107 benötigt wird. Der durch das Herabfallen der Vorform 107 bewirkte Materialverlust kann auf die kleine Menge des dünnen Teils 338 begrenzt werden.
Es ist wünschenswert, dass die Form des dünnen Teils 338 zwischen 0,1 Prozent und 15 Prozent des Gewichts des geschmolzenen Teils 332 einnimmt. Wenn das Gewicht des dünnen Teils 338 kleiner als 0,1 Prozent des Gewichts des geschmolzenen Teils 332 ist, kann die durch Vorsehen des dünnen Teils 338 erzeugte Wirkung nicht erhalten werden. Wenn andererseits das Gewicht das dünnen Teils 338 größer als 15 Prozent des Gewichts des geschmolzenen Teils 332 ist, wird die Zeit, die die Spitze der Vorform 107 zum Herabfallen benötigt, lang, und der Verlust der Vorform 107 erhöht sich während des Ziehens.
Es ist wünschenswert, dass der Durchmesser des dünnen Teils 338 zwischen 1/2 und 1/10 des Durchmessers des Hauptkörpers der Vorform 107 ist. Wenn der Durchmessers des dünnen Teils 338 innerhalb dieses Bereichs ist, kann die Zeit, die für das Herabfallen der Spitze der Vorform 107 in der frühen Stufe des Ziehens benötigt wird, kurz sein. Wenn die Länge des dünnen Teils 338 angenähert ein- bis fünfmal von diesem Durchmesser ist, kann der Verlust der Vorform 107 auf eine geringe Menge begrenzt werden.
49 zeigt eine Vorform 107, die beschädigt ist, bevor die Vorform 107 bei der in 26 gezeigten Oberflächenbehandlung (S168) oberflächenbehandelt wird. Die Vorform 107, die durch die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 verlängert ist, wird als eine Oberflächenbehandlung durch Flusssäure geätzt. Dies schneidet die Plattierung der Vorform 107 chemisch, so dass die Vorform 107 das vorbestimmte Verhältnis von Dicke des Kerns zu Plattierung hat.
Die Flusssäure-Ätzbehandlung ist eine Behandlung, die die Bindungen zwischen dem Silizium und dem Sauerstoff des Glases zersetzt. Die Flusssäure-Ätzbehandlung schneidet die Oberfläche der Vorform 107 chemisch mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 mm pro Stunde. Wenn jedoch ein Riss oder eine Vertiefung in der Oberfläche der Vorform 107 vorhanden ist, wird die Stelle mit dem Riss oder der Vertiefung tiefer eingeschnitten, um eine größere Vertiefung als die Vertiefung, die in den anderen Teilen der Vorform 107 vorhanden ist, zu bilden. Diese durch die Flusssäure-Ätzbehandlung bewirkte Vertiefung wird als Fluorwasserstoffvertiefung bezeichnet. Diese Fluorwasserstoffvertiefung ist der Grund für das Brechen einer optischen Faser während des Ziehens der Vorform 107 in eine optische Faser.
Eine Vorform 107 ohne Fluorwasserstoffvertiefungen in ihrer Oberfläche kann durch Entfernen von Rissen und Vertiefungen in der Vorform 107 erhalten werden, indem sie vor der Flusssäure-Ätzbehandlung poliert wird. Es gibt ein Verfahren zum Feuerpolieren der Vorform 107 mit der Temperatur oberhalb der unteren Entspannungstemperatur der Vorform 107. Während des Feuerpolierens wird die Vorform 107 so feuerpoliert, dass die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm ist. Die Erzeugung der Fluorwasserstoffvertiefung kann durch Feuerpolieren der Vorform 107 vor dem Ätzen der Vorform 107 mit Flusssäure verhindert werden. Dies ist möglich, weil die Größe der Beanspruchung in der Vorform 107 herabgesetzt und eine glatte Oberfläche ohne Risse erhalten werden kann. Es ist nicht nur das Feuerpolieren geeignet, sondern auch ein mechanisches Polieren kann für das Polieren der Vorform 107 angewendet werden.
51 zeigt eine Anzahl von Fluorwasserstoffvertiefungen, die in der Vorform 107 gebildet wurden, gezählt durch visuelle Untersuchung des Beispiels und des Vergleichsbeispiels. 52 zeigt die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107 nach der Flusssäure-Ätzbehandlung des Beispiels und des Vergleichsbeispiels. Bei der in 51 und 52 gezeigten Vorerwärmung 1 wurde die Vorform 107a mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Länge von 1000 mm beschädigt. Zuerst wurden die Vorform 107a und die andere Vorform 107b, die dieselbe Form wie die Vorform 107a hatte, auf dem Boden angeordnet.
Als Nächstes wurde ein Ende der Vorform 107a bis zu einer Höhe von 10 cm angehoben, während das andere Ende auf dem Boden blieb. Dann wurde das angehobene Ende der Vorform 107 auf die Vorform 107b so fallengelassen, dass die Vorform 107a einen Riss hatte. Jede von mehreren Vorformen 107a wurde an drei Stellen in Abständen von 20 cm durch das vorbeschriebene Verfahren beschädigt. Bei der in 51 und 52 gezeigten Vorbehandlung 2 wurde die Vorform 107a bis zu einer Höhe von 20 cm angehoben. Der weitere Vorgang der Beschädigung der Vorform 107 war derselbe wie bei der Vorbehandlung 1.
Bei dem in 51 und 52 gezeigten Beispiel wurde jede der Vorformen 107a durch die Vorbehandlung 1 und die Vorbehandlung 2 behandelt. Dann wurde jede der Vorformen 107a mit einem Brenner feuerpoliert, dem Wasserstoffgas mit 250 ml/min und Sauerstoffgas mit 145 ml/min zugeführt wurden. Jede der feuerpolierten Vorformen 107a wurde durch Flusssäureätzen bei Raumtemperatur behandelt. Die Dicke des von dem äußeren Durchmesser der Vorform 107 geätzten Materials was einer von vier Schritten von 0,2 mm, 1,2 mm, 2,2 mm und 3,2 mm. 10 Stücke der Vorform 107a wurden mit Flusssäure geätzt für jede der vier Stufen der Ätzdicke. Die Anzahl der Fluorwasserstoffvertiefungen wurde nach der Behandlung durch Flusssäureätzen durch visuelle Untersuchung geprüft.
50 zeigt die Vorform 107a, die durch das Flusssäureätzen in dem in 52 und 52 gezeigten Beispiel behandelt wurde. Die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107a wurde erhalten durch Messen der Differenz des Durchmessers zwischen dem Punkt, der durch die Markierung X gezeigt wurde, und des Durchmessers des Punktes, der durch die Markierung O gezeigt wurde. Der Punkt, der durch die Markierung X gezeigt wurde, war die durch Berührung mit der Vorform 107b beschädigte Stelle. Der Punkt, der durch die Markierung O gezeigt wurde, war eine Stelle 10 cm entfernt von dem Punkt der Markierung X, der nicht durch Berührung mit der Vorform 107b beschädigt wurde. Der Durchschnittswert des Durchmessers der drei durch die Markierung X gezeigten Punkte wurde als der Durchmesser von jeder der Vorformen 107a ver wendet.
Bei dem in 51 und 52 gezeigten Vergleichsbeispiel wurde jede der durch die Vorbehandlung 1 und die Vorbehandlung 2 behandelten Vorformen 107 durch Flusssäureätzen ohne Feuerpolieren behandelt. Die Anzahl von Fluorwasserstoffvertiefungen wurde durch visuelle Untersuchung festgestellt, und die Unebenheit der Oberfläche wurde auf dieselbe Weise wie bei dem Beispiel gemessen. Wie in 52 und 53 gezeigt ist, war die Unebenheit der Oberfläche der Vorbehandlung 2 größer als die Unebenheit der Oberfläche der Vorbehandlung 1. Dies ergibt sich daraus, dass bei dem Beschädigungsvorgang die Vorbehandlung 2 höher als die Vorbehandlung 1 angehoben wurde. Auch war die Anzahl von durch Flusssäureätzen erzeugten Fluorwasserstoffvertiefungen bei der Vorbehandlung 2 größer als die Anzahl der Fluorwasserstoffvertiefungen bei der Vorbehandlung 1.
Je stärker geätzt wurde, desto größer war die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107. Ebenso war, je stärker das Ätzen war, desto größer die Anzahl von durch das Flusssäureätzen erzeugten Fluorwasserstoffvertiefungen. Die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107a des Beispiels, das feuerpoliert wurde, geringer als die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107a des Vergleichsbeispiels, das nicht feuerpoliert wurde.
Die Anzahl der bei dem Beispiel erzeugten Fluorwasserstoffvertiefungen ist kleiner als die Anzahl von bei dem Vergleichsbeispiel erzeugten Fluorwasserstoffvertiefungen, wie in 51 gezeigt ist. Daher können die Anzahl der Fluorwasserstoffvertiefungen in der Vorform 107a und die Unebenheit der Oberfläche der Vorform 107a durch Feuerpolieren der Vorform 107a vor dem Ätzen der Vorform 107a mit Flusssäure verringert werden.
53 zeigt eine andere Form der Vorform 107, die oberflächenbehandelt ist. Die Vorform 107 hat einen Handgriff 340. Der Handgriff 340 besteht aus Quarzglas und ist auf der Schnittfläche 334 der in 48(c) gezeigten oberflächenbehandelten Vorform 107 durch Schweißen oder mechanische Bearbeitung angebracht. Die Vorform 107 mit einem Handgriff 340 kann prompt in der Vorform-Ziehvorrichtung 500 installiert werden, wenn die Vorform 107 in eine optische Faser gezogen wird. Der Durchmesser des an der Schnittfläche 334 angebrachten Handgriffs 340 kann kleiner als der Durchmesser der Vorform 107 sein, wie in 53(b) gezeigt ist.
54 zeigt eine Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404, die die Heizquelle 122 reinigt. Die Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 weist einen Ultraschalloszillator 396 auf. Eine Reinigungsflüssigkeit 398 ist innerhalb der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 aufgenommen. Die Reinigungsflüssigkeit 398 enthält 10% Flusssäure und 3% Salpetersäure. Die Flusssäure löst das auf der Oberfläche des äußeren Rohres 285 und des inneren Rohres 286 der Heizquelle 122 gebildete Metalloxid auf. Eine Oxidation der Oberfläche des äußeren Rohres 285 und des inneren Rohres 286 tritt nicht ohne weiteres auf, wenn das äußere Rohr 285 und das innere Rohr 286 aus rostfreiem Stahl bestehen. Dies folgt daraus, dass Eisen, Chrom und Nickel, die in rostfreiem Stahl enthalten sind, einen dünnen passiven Film auf der Oberfläche des rostfreien Stahls aufgrund der Wirkung der Salpetersäure bilden, wodurch die Oberflächen geschützt werden.
Die Reinigungsflüssigkeit 398 kann ein lösliches organisches Lösungsmittel enthalten. Beispiele für lösliche organische Lösungsmittel sind Alkohol, Aceton, Acetonnitril und Tetrahydrofuran. Die Heizquelle 122 kann mit der Flusssäure enthaltenden Reinigungsflüssigkeit 398 getränkt und dann mit der anderen Reinigungsflüssigkeit 398, die Salpetersäure enthält, getränkt werden. Der Ultraschalloszillator 396 oszilliert eine Ultraschallwelle der Stärke 1 W/cm² bis 2 W/cm².
Die zu reinigende Heizquelle 122 besteht aus rostfreiem Stahl. Die Heizquelle 122 hat mehrere innere Rohre 286, die einen Innendurchmesser von 1 mm und einen Außendurchmesser von 3 mm haben. Die inneren Rohre 286 sind innerhalb des äußeren Rohres 285, das einen Innendurchmesser von 30 mm hat. Wasserstoffgas strömt innerhalb des äußeren Rohres 285 und Sauerstoffgas strömt innerhalb des inneren Rohres 286. Das äußere Rohr 285 ist mit einer Wasserstoff-Einlassleitung 392 verbunden, und alle inneren Rohre 286 sind mit einer Sauerstoff-Einlassleitung 394 verbunden.
Wenn der Glasstab 106 durch die Flamme der Heizquelle 122 erwärmt wird, steigt die Temperatur des oberen Teils der Heizquelle 122 auf eine Temperatur zwischen 400°C und 700°C. Daher wird ein Metalloxid auf der Oberfläche des oberen Teils der Heizquelle 122 gebildet. Die Metalloxide lösen sich allmählich ab, um freischwebende Teilchen zu werden, wenn die Heizquelle für eine lange Zeit verwendet wird.
Teilchen aus Metalloxid oder Fremdstoffverunreinigungen wie Glasteilchen, die an der Heizquelle 122 ange bracht sind, können sich während der Wärmebehandlung des Glasstabs 106 lösen. Diese Teilchen können an der Oberfläche des Glasstabs 106 haften, in welchem Fall die Oberflächenschicht des Glasstabs 106 poliert werden muss. Wenn der Glasstab 106 poliert wird, ändert sich das Verhältnis des Durchmessers der Plattierung und des Kerns des Glasstabs 106. Als Ergebnis verschlechtert sich die Lichtdurchlässigkeitseigenschaft einer aus dem Glasstab 106 hergestellten optischen Faser. Daher werden Fremdstoffverunreinigungen und Metalloxide, die an der Heizquelle 122 haften, von der Heizquelle 122 durch Reinigen der Heizquelle 122 entfernt.
Um die Heizquelle 122 durch Verwendung der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 zu reinigen, werden zuerst die Wasserstoff-Einlassleitung 392 und die Sauerstoff-Einlassleitung 394 nach außen hin geöffnet. Dann wird die Heizquelle 122 mit Reinigungsflüssigkeit 398 getränkt, wobei die Flammendüse 390 nach unten gerichtet ist. Jegliche innerhalb des äußeren Rohres 285 und des inneren Rohres 286 verbliebene Luft wird durch die Wasserstoff-Einlassleitung 392 und die Sauerstoff-Einlassleitung 394 herausgeführt. Danach werden das äußere Rohr 285 und das innere Rohr 286 in die Reinigungsflüssigkeit 398 bis zur Oberseite des Wasserpegels eingetaucht und mit dieser getränkt. Die Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 reinigt dann die Heizquelle 122 durch Oszillation der Ultraschallwelle unter Verwendung des Ultraschall-Oszillators 396. Die Vibrationsfrequenz der Ultraschallwellen beträgt 10 kHz bis 100 kHz.
Die Heizquelle 122 wurde unter Verwendung der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 gereinigt. Metalloxid war um die Flammendüse 390 der Heizquelle 122 aus rostfreiem Stahl vorhanden, die zum Erwärmen des Glasstabs verwendet wird. Der Bereich um die Flammendüse 390 der Heizquelle 122 herum wurde mit der Reinigungsflüssigkeit 398 getränkt. Um die Heizquelle 122 zu reinigen, oszillierte eine Ultraschallwelle mit einer Vibrationsfrequenz von 10 kHz bis 100 kHz während 30 Minuten durch den Ultraschall-Oszillator 396 mit einer Ausgangsleistung von 500 W. Dann wurde die Heizquelle 122 aus der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 entfernt und jegliche Reinigungsflüssigkeit 398, die auf der Oberfläche der Heizquelle 122 verblieben war, wurde mit reinem Wasser beseitigt. Die Heizquelle 122 wurde dann getrocknet.
Der obere Teil des äußeren Rohres 285 und des inneren Rohres 286 wurde untersucht und es wurden keine Metalloxide und Fremdstoffverunreinigungen in dem äußeren Rohr 285 und dem inneren Rohr 286 gefunden. Die Oberfläche des Glasstabs 106 wurde durch die gereinigte Heizquelle 122 wärmebehandelt. Das Verhältnis der Anzahl von Glasstäben 106, an denen Fremdstoffverunreinigungen hafteten, verglichen mit der Gesamtzahl von behandelten Glasstäben 106 betrug 6%.
Zum Vergleich wurde die Oberfläche des Glasstabs 106 durch die Heizquelle 122, die nicht gereinigt wurde, wärmebehandelt. In diesem Fall betrug das Verhältnis der Anzahl von Glasstäben 106, an denen Fremdstoffverunreinigungen hafteten, zu der Gesamtzahl von wärmebehandelten Glasstäben 106 15%. Dies ist ein größerer Wert als das durch die gereinigte Heizquelle 122 erhaltene Verhältnis.
Wie vorstehend gezeigt ist, können das Metalloxid und anhaftende Fremdstoffe, die im oberen Teil der Heiz quelle 122 erzeugt wurden, entfernt werden durch Reinigen der Heizquelle 122 mit der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404. Eine Vorform 107 von hoher Qualität kann erhalten werden durch Erwärmen des Glasstabs 106 mit einer Heizquelle 122, die durch die Ultraschall-Reinigungsvorrichtung 404 gereinigt ist, da weniger Fremdstoffe an dem Glasstab 106 haften.
55 zeigt eine Ausbildung der Vorform-Ziehvorrichtung 500, die die Vorform 107 in eine optische Faser zieht. Die Vorform-Ziehvorrichtung 500 enthält eine Klemmvorrichtung 346, die einen Ersatzstab 342, der an die Vorform 107 geschweißt ist, hält; eine Heizvorrichtung 348, die die Vorform 107 erwärmt; einen bewegbaren Halter 344, der die Vorform 107 zu der Heizvorrichtung 348 führt; eine Durchmesser-Messvorrichtung 352, die den Durchmesser einer aus der Vorform 107 gezogenen optischen Faser 350 misst; eine erste Beschichtungsvorrichtung 354, die die erste Beschichtung der optischen Faser 350 durchführt; eine erste Härtungsvorrichtung 356, die die zuerst beschichtete optische Faser 350 durch Ultraviolettstrahlen härtet; eine zweite Beschichtungsvorrichtung 358, die die optische Faser 350 ein zweites Mal beschichtet; eine zweite Härtungsvorrichtung 360, die die zweimal beschichtete optische Faser 350 durch Ultraviolettstrahlen härtet; und eine Zugvorrichtung 362, die die optische Faser 350 aufwickelt.
Um die Vorform 107 in eine optische Faser 350 unter Verwendung der Vorform-Ziehvorrichtung 500 zu ziehen, wird zuerst der Ersatzstab 342, der an die Vorform 107 geschweißt ist, von dem bewegbaren Halter 344 mit der Klemmvorrichtung 346 gehalten. Das Anfangsende der Vorform 107 wird dann an der vorbestimmten Position der Heizvorrichtung 348 angeordnet, und die Vor form 107 wird erwärmt. Wenn die Spitze der Vorform 107 erweicht und herabfällt, wird die herabgefallene Spitze der Vorform 107 aufgefangen und herausgezogen, um durch die Durchmesser-Messvorrichtung 352 hindurchzugehen.
Wenn der Durchmesser der optischen Faser 350 den gewünschten Durchmesser erreicht, wird die optische Faser 350 zuerst mit Harz beschichtet, indem sie durch die erste Beschichtungsvorrichtung 354 hindurchgeht. Die erste beschichtete optische Faser 350 geht dann durch die erste Härtungsvorrichtung 356 hindurch, um gehärtet zu werden. Die optische Faser 350 wird dann ein zweites Mal durch die zweite Beschichtungsvorrichtung 358 beschichtet und durch die zweite Härtungsvorrichtung 360 gehärtet. Wenn der Durchmesser und die Geschwindigkeit des Ziehens der optischen Faser 350 einen vorbestimmten Wert erreichen, wird die optische Faser 350 mittels der Ziehvorrichtung 362 auf einer in der Figur nicht gezeigten Spule aufgewickelt.
Eine Vorform 107 von hoher Qualität und geringer Durchmesseränderung kann durch die erste Glasbasismaterial-Ziehvorrichtung 900 und die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111, die vorstehend gezeigt sind, hergestellt werden. Daher können optische Fasern von hoher Qualität und verringerter Durchmesseränderung durch Ziehen der Vorform 107, die von der ersten Glasbasismaterial-Ziehvorrichtung 900 und der zweiten Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 hergestellt wurde, unter Verwendung der Vorform-Ziehvorrichtung 500 hergestellt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Fachmann kann zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen bei diesen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durchführen. Es ist aus den angefügten Ansprüchen ersichtlich, dass derartige Modifikationen oder Verbesserungen auch durch den Bereich der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser (350), welches aufweist: Erwärmen eines Glasstabs (106), der ein erster Vorformling der optischen Faser (350) ist, und Verlängern des erwärmten Glasstabs (106) zum Erzeugen eines zweiten Vorformlings (107), und weiteres Erwärmen und Ziehen des zweiten Vorformlings (107) in eine fadenartige Form, um die optische Faser (350) zu erzeugen, worin die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit gesteuert werden auf der Grundlage eines numerischen Wertes, der sich mit fortschreitender Verlängerung des Glasstabs (106) verändert; dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsgeschwindigkeit an mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106) gesteuert wird auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106) als der numerische Wert, und die Erwärmung gesteuert wird auf der Grundlage des Durchschnittswerts des Durchmessers an den mehreren Stellen des Glasstabs (106).
Verfahren zum Herstellen eines zweiten Vorformlings (107) einer optischen Faser (350), welches aufweist: Erwärmen eines Glasstabs (106), der ein erster Vorformling der optischen Faser (350) ist, und Verlängern des erwärmten Glasstabs (106), um den zweiten Vorformling (107) zu erzeugen, worin die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit gesteuert werden auf der Grundlage eines numerischen Wertes, der sich mit der fortschreitenden Verlängerung des Glasstabs (106) verändert; dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsgeschwindigkeit an mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106) gesteuert wird auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106) als der numerische Wert, und das Erwärmen gesteuert wird auf der Grundlage des Durchschnittswertes des Durchmessers an den mehreren Stellen des Glasstabs (106).
Vorrichtung zum Herstellen eines zweiten Vorformlings (107) einer optischen Faser (350), welche aufweist: eine Heizquelle (122), die einen Glasstab (106) erwärmt, der ein erster Vorformling für den zweiten Vorformling (107) ist; eine Verlängerungseinheit (114, 116, 118, 119, 273, 275), die den Glasstab (106) verlängert; eine Steuereinheit (280), die die von der Heizquelle (122) durchgeführte Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit der Verlängerungseinheit (114, 116, 118, 119, 273, 275) steuert; und eine Messvorrichtung (124) zum Messen eines numerischen Wertes, der sich mit der fortschreitenden Verlängerung des Glasstabs (106) verändert, worin die Steuereinheit (280) die Erwärmung und die Verlängerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage des von der Messvorrichtung (124) gemessenen numerischen Wertes steuert; dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (124) den Durchmesser an mehreren Stellen ent lang der axialen Richtung des Glasstabs (106) als den numerischen Wert misst und die Steuereinheit (280) die Verlängerungsgeschwindigkeit an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106) steuert auf der Grundlage des Durchmessers an den mehreren Stellen entlang der axialen Richtung des Glasstabs (106), und die Erwärmung steuert auf der Grundlage des Durchschnittswerts des Durchmessers an den mehreren Stellen.