JP2004026541A

JP2004026541A - ガラス材の延伸方法および延伸装置

Info

Publication number: JP2004026541A
Application number: JP2002183033A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Wada; 和田　哲郎; Masahide Kuwabara; 桑原　正英
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】外径が一定ではない端部とを有するガラス材を延伸したとき、平行部を有効に活用できるガラス材の延伸方法と延伸装置を提供する。
【解決手段】外径が一定の平行部１０と、外径が一定ではない下端部１２とを有する光ファイバコア母材１の下端部１２の外径を測定する。測定した下端部１２の外径を参照して母材１の延伸時間と引取用ガラス棒２の引取速度とを測定した外径ごとに事前に算出し、下端部１２から平行部１０の延伸への切り換わる開始時間を事前に算出する。算出した結果を制御手段１００に記憶する。母材１と引取用ガラス棒２とを電気炉４内で加熱溶着した後、制御手段１００は母材１を電気炉４で加熱しながら、母材１を送り速度で送りつつ、引取用ガラス棒２を算出した引取速度で引き取る。制御手段１００は下端部１２から平行部１０の延伸への切り換わるタイミングを検出し、その後、平行部１０の延伸を延伸後の母材１Ａの外径制御をしながら、行なう。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用ガラス母材などのガラス材を所定の外径になるように延伸するガラス材の延伸方法と延伸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造工程の概要を述べる。（１）ＶＡＤ法や外付けＣＶＤ法などによって光ファイバコア用多孔質ガラス母材を合成し、（２）合成した光ファイバコア多孔質ガラス母材を脱水焼結して透明ガラス母材とし、（３）透明ガラス母材を線引きに適した外径に延伸して光ファイバコア母材を形成し、（４）延伸した光ファイバコア母材の外周にクラッド部分を合成堆積し、（５）クラッド部分を合成堆積した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造する。
本発明は、上記工程のうち、光ファイバコア母材などのガラス材を延伸する方法と装置に関する。
【０００３】
ガラス材の延伸方法として、光ファイバコア母材の延伸について述べる。
光ファイバコア母材の延伸方法としては、酸水素火炎を熱源としたバーナによるバーナ延伸法と、電気ヒータを用いた電気炉による電気炉延伸法とが採用されている。電気炉延伸法は熱量が大きいため延伸速度を速くすることができるという利点がある。
近年の技術の発達によりおよび製造効率の向上の要求に伴って、ＶＡＤ法や外付けＣＶＤ法などによって合成される光ファイバ用多孔質ガラス母材の外径は、格段に太くなってきており、バーナより熱量の大きい電気炉を用いた電気炉延伸法が適用されている。勿論、外径の小さい延伸母材についても生産性の観点から電気炉延伸法が有利である。以下、電気炉延伸法について述べる。
【０００４】
図３に図解したように、光ファイバコア母材１は、種棒３の上に、たとえば、ＶＡＤ法で光ファイバコア用多孔質ガラスを合成した後、光ファイバコア用多孔質ガラスを脱水焼結して光ファイバ用の透明ガラス母材として形成したものである。そのため、延伸用光ファイバコア母材１の下端部１２は先細り形状またはテーパづけられた形状をしている。下端部１２の上部は外径がほぼ一定の平行部１０である。
【０００５】
平行部１０はクラッド／コア比（又はコア／クラッド比）が一定であり、延伸後、更にクラッド層を外付けし、ガラス化することで光ファイバ線引き用プリフォーム（母材）となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、光ファイバコア母材１の下部先端のテーパ部分１２は、クラッド／コア比が不定であり、下端部１２部分を線引きしても最終製品として高品質の光ファイバとして使用できない。
【０００７】
上述した例示は、ガラス材として光ファイバコア母材を延伸する場合について述べたが、光ファイバコア母材の他にも上記同様の延伸を行なうガラス材についても上記同様の問題に遭遇している。
【０００８】
本発明の目的はガラス材の先端部の延伸に発生する外径不良を排除し、高い品質でガラス部材を延伸する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記ガラス部材の延伸方法を実施する延伸装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス材の延伸方法は、光ファイバコア母材の下端部と引取用ガラス棒とを溶着した状態で、下端部部分の延伸状態を検出して、下端部部分を延伸した部分を光ファイバの製造に使用しないようにする。
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、（１）延伸の対象となる、外径がほぼ一定の平行部と、外径が一定ではない端部とを有する第１のガラス材の前記端部の外径を測定し、（２）前記測定した前記第１のガラス材の端部から距離ｌｎの位置の部分が延伸されるまでの延伸時間と、そのときの引取速度と、前記端部の延伸開始から前記平行部の延伸へと切り換わるまでの時間ｔとを算出し、（３）前記第１のガラス材の前記端部と第２のガラス材の端部とを加熱手段内で加熱溶着し、（４）溶着して一体となった前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との一体ガラス材を前記加熱手段で加熱しながら、前記第１のガラス材を送り速度で送りつつ、前記第２のガラス材を前記算出した引取速度で引き取り、（５）前記第１のガラス材の端部の延伸から前記平行部の延伸への切り換わるタイミングを検出し、（６）前記タイミングを検出後、前記平行部の延伸を、延伸後のガラス材の外径が一定となるように引取速度を制御しながら、行なう、ガラス材の延伸方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の観点によれば、ガラス材の延伸方法を実施する延伸装置が提供される。
本発明の延伸装置は、加熱手段と、前記加熱手段の上部で、延伸の対象となる、外径がほぼ一定の平行部と、外径が一定ではない端部とを有する第１のガラス材を支持する第１の支持手段と、前記加熱手段で延伸された第１のガラス材を前記加熱手段の外部に引き取る、第２ガラス材を支持する第２の支持手段と、演算制御手段と、前記加熱手段の下部に設けられた外径計測手段とを具備する。
前記演算制御手段は、事前に延伸の対象となる前記第１のガラス材の前記端部の外径を測定した結果、および、前記測定した前記第１のガラス材の端部の外径を参照して求めた前記第１のガラス材の延伸時間と引取速度とを前記測定した外径ごとに算出し、前記第１のガラス材の端部の延伸から前記平行部の延伸への切り換わる開始時間を算出した結果を有する。前記演算制御手段は、（１）前記第１のガラス材の前記端部と第２のガラス材の端部とを加熱手段内で加熱溶着して一体となった前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との一体ガラス材を前記加熱手段で加熱しながら、前記第１のガラス材を送り速度で送りつつ、前記第２のガラス材を前記算出した引取速度で引き取り、（２）前記第１のガラス材の端部の延伸から前記第１のガラス材の平行部の延伸への切り換わるタイミングを検出し、（３）前記タイミングを検出後、前記外径計測手段で測定した外径を参照して前記平行部の延伸を延伸後のガラス材の外径が一定となるように引取速度を制御しながら、行なう。
【００１２】
本発明においては、第１のガラス材の端部の外径を事前に測定し、その測定した外径を参照して物質収支式に基づいて、延伸時間ｔｎと、引取速度Ｖｎと、端部の延伸開始から前記平行部の延伸への切り換わるまでの時間ｔとを事前に求めておく。
そして、延伸開始後、端部の延伸から前記平行部の延伸への切り換わるまでの時間ｔを検出して、平行部の延伸を、延伸後のガラス材の外径を測定しながら、その外径が一定となるように引取速度を制御する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のガラス材の延伸方法および延伸装置の好適な実施の形態として、光ファイバコア母材を電気炉を用いて延伸する場合について例示する。
【００１４】
第１実施の形態
図１〜図９を参照して本発明のガラス材の延伸方法および延伸装置の第１実施の形態について述べる。
図１は光ファイバコア母材の延伸に用いる電気炉と関連部分とからなる延伸装置の概略構成図である。
図２は図１に図解した制御手段による延伸制御に関連する部分を図解した図である。
図３は図２に図解した光ファイバコア母材の延伸前の拡大図である。
図４は図３に図解した光ファイバコア母材の下端部の長手方向の距離と外径との関係を図解したグラフである。
図５は本発明の第１実施の形態としての光ファイバコア母材の延伸方法の概略工程を図解したフローチャートである。
図６は光ファイバコア母材の下端部と引取用ガラス棒とを当接させた状態を図解した図である。
図７は光ファイバコア母材の延伸動作を図解した図である。
図８は本発明の第１実施の形態としての光ファイバコア母材の延伸方法の詳細を図解したフローチャートである。
図９は本発明の第１実施の形態の実施例の結果を示すグラフである。
【００１５】
延伸装置
図１に図解した延伸装置は、電気炉４と、電気炉４の上部に位置する上部機構６０と、電気炉４の下部に位置する下部機構７０とを有する。
電気炉４は、炉体４０と、炉心管４１と、電気ヒータ４２と、断熱材４３とを有する。
上部機構６０は、光ファイバコア母材１の上部の固定端部３Ａ（図３）を把持固着する上部把持部材５と、上部移動台７Ｕと、上部ガイドレ−ル８Ｕとを有する。
上部把持部材５は本発明の第１の支持手段に該当し、下部把持部材６は本発明の第２の支持手段に該当する。
下部機構７０は、引取用ガラス棒２の下端部を把持固着する下部把持部材６と、下部移動台７Ｌと、下部ガイドレ−ル８Ｌとを有する。
炉体４０には電気ヒータ４２による炉心管４１部分の温度を測定するための温度測定器５６が設けられている。温度測定器５６は、たとえば、放射型温度計である。
電気炉４の下部には延伸したガラスロッド１Ａの外径を測定する外径計測器５１が設けられている。外径計測器５１はたとえば、レーザ式外径計測器である。図１の延伸装置は、電気炉４と延伸用光ファイバコア母材１を把持する上部把持部材５との間に延伸用光ファイバコア母材１の下端部を軸合わせする、図示しない上部調心機構を有する。延伸装置はまた、電気炉４と引取用ガラス棒２を把持固着する下部把持部材６との間に引取用ガラス棒２の上端部を軸合わせする、図示しない下部調心機構が設けられている。
【００１６】
把持部材５、６はそれぞれ、把持部材５、６を固定している移動台７Ｕ，７Ｌによりガイドレ−ル８Ｕ、８Ｌに沿って上下方向に移動可能である。
上部把持部材５の内部にあり、延伸用光ファイバコア部材１の上部を固定するために上下方向に出入りするロッド５ａは、たとえば、油圧駆動、または、電動モ−タ、または、手動ねじ、または空気圧駆動等により上下移動可能である。
下部把持部材６は、たとえば、３つ爪の連動チャックである。
【００１７】
上部把持部材５に把持された光ファイバコア母材１は、図示しない上部回転・昇降機構により電気炉４に向けて下降されるとともに、延伸時には上部回転・昇降機構により回転されながら下降される。
下部把持部材６に把持された引取用ガラス棒２は、光ファイバコア母材１と溶着するときは、図２に図解したモータ５０を含む下部回転・昇降機構により電気炉４に向かって上昇され、光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２との溶着後は延伸された光ファイバコア母材１Ａを引き取るために、下部回転・昇降機構により回転されながら下降される。
電気炉４は延伸用光ファイバコア母材１の下端部と引取用ガラス棒２の上端部を加熱・溶着し、延伸用光ファイバコア母材１を延伸のために加熱する加熱手段である。
【００１８】
制御手段１００は上部回転・昇降機構および下部回転・昇降機構を駆動制御するほか、加熱延伸のための制御を行なう。
制御手段１００としては、たとえば、メモリを有するコンピュータを用いる。制御手段１００のメモリには後述する表１のデータが記憶される。
【００１９】
図２は図１に図解した制御手段１００による延伸制御に関連する部分の構成を図解した図である。
制御手段１００には、モータ５０、外径計測器５１、速度計５２、温度測定器５６が接続されている。
なお、電気炉４の上部に光ファイバコア母材１の下端部１２の外径を測定するための第２の外径計測器５３を設けることもできる。
【００２０】
光ファイバコア母材
図３に拡大して図解した延伸用光ファイバコア母材１は、種棒３の上に、たとえば、ＶＡＤ法で光ファイバコア用多孔質ガラス母材を合成した後、光ファイバコア用多孔質ガラス母材を脱水焼結して光ファイバ用の透明ガラス母材として形成したものである。
延伸用光ファイバコア母材１は、平行部１０と、下端部１２とを有する。下端部１２は先細り形状またはテーパづけられた形状をしている。平行部１０の外径はほぼ一定である。
種棒３の先端には、上部把持部材５によって把持される固定端部３Ａが設けられている。
【００２１】
平行部１０はクラッド／コア比が一定であり、延伸後、更にクラッド層を外付けし、ガラス化することで光ファイバ線引き用プリフォーム（母材）となる。
一方、下端部１２は、クラッド／コア比が不定であり、最終製品として高品質の光ファイバとして使用できない。
図４は下端部１２の底部、ｌ＝０から延伸用ガラス母材１の長手方向、上部に向かった距離ｌと、下端部１２の外径ｄとの関係を図解したグラフである。距離ｌｎにおいて、下端部１２の外径ｄｎが平行部１０の外径とほぼ等しくなり、距離ｌｎが平行部１０と下端部１２との境界になる。
下端部１２の外径ｄｘの値と延伸用ガラス母材１の長手方向の距離ｌｘとの関係は非線形である。
【００２２】
図５のフローチャートを参照して、光ファイバコア母材の延伸方法の概要を述べる。
図５、ステップ１：当接・調心工程
図示しない下部調心機構と上部調心機構とを用いて、光ファイバコア母材１と引取用ガラス棒２との中心軸合わせが行なわれる。
延伸用光ファイバコア母材１の先端の固定端部３Ａを上部把持部材５で把持する。同様に引取用ガラス棒２の下端部を下部把持部材６で把持する。
図示しない上部回転・昇降機構を用いて延伸用光ファイバコア母材１を把持している上部把持部材５を上部移動台７Ｕとともにガイドレ−ル８Ｕに沿って下降させて、延伸用光ファイバコア母材１の下端部１２を電気炉４の炉心管４１に向かって下降させる。この延伸用光ファイバコア母材１の下降動作と同様に、図示しない下部回転・昇降機構を用いて引取用ガラス棒２の端部を把持している下部把持部材６を下部移動台７Ｌとともにガイドレ−ル８Ｌに沿って、引取用ガラス棒２を電気炉４の炉心管４１に向かって上昇させる。移動に際して互いの軸芯がずれることがないように、ガイドレ−ル８Ｕ、８ＬＨ、高精度のリニアガイドとして構成されている。
【００２３】
その結果、図６に部分拡大した図解したように、電気炉４の内部で光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端が当接する。
【００２４】
制御手段１００は、上部調心機構および下部調心機構を駆動して中心軸合わせを行なう。
さらに、制御手段１００は、上部回転・昇降機構および下部回転・昇降機構を駆動して上述した光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端を当接させるための、光ファイバコア母材１の下降および引取用ガラス棒２の上昇処理を行なう。
【００２５】
図５、ステップ２：溶着工程
図６に図解したように、延伸用ガラス母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端部との中心軸合わせが行われ、当接された後、電気炉４によって当接部分を加熱して溶かし、光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端を溶着して一体にする。
制御手段１００は、温度測定器５６で検出した温度を参照して電気炉４の電気ヒータ４２に供給する電力を制御して、溶着に適した温度に制御する。
制御手段１００は必要に応じて、溶着時に、上部回転・昇降機構を駆動して光ファイバコア母材１を炉心管４１内で回転させながら少し下降させ、下部回転・昇降機構を駆動して引取用ガラス棒２を炉心管４１内で回転させながら少し上昇させ、光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端との当接部分を押圧して溶着を迅速かつ確実ならしめることができる。
【００２６】
図５、ステップ３：延伸工程
光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端との当接部分を加熱・溶着して光ファイバコア母材１と引取用ガラス棒２とを一体化した後に、図７に図解したように、電気炉４で溶着部分を加熱しながら、上部回転・昇降機構により光ファイバコア母材１を把持した上部把持部材５を一定速度で降下させながら、下部回転・昇降機構により引取用ガラス棒２を把持した下部把持部材６を所定の速度で下方に移動させる。その結果、電気炉４で加熱された光ファイバコア母材１が引取用ガラス棒２による下方への引っ張り力（引き取り張力）を受けて伸び、外径が細くなった延伸後の光ファイバコア母材１Ａとなる。上記延伸動作において、光ファイバコア母材１と引取用ガラス棒２とは所定の回転数で回転される。
【００２７】
制御手段１００は、上述した延伸の制御を行なう。
図２に図解したように、制御手段１００は、外径計測器５１で測定された延伸後の光ファイバコア母材１Ａの外径を入力し、延伸後の光ファイバコア母材１Ａが所望の外径に維持されるように、電気ヒータ４２の温度を制御し、速度計５２でモータ５０の回転数を検出してモータ５０の回転数を制御して光ファイバコア母材１と引取用ガラス棒２との回転数を制御する。制御手段１００はまた、上部回転・昇降機構を制御して光ファイバコア母材１の下降速度（送り速度）と下部回転・昇降機構を制御して引取用ガラス棒２の下降速度（引き取り速度）を調整する。
【００２８】
図８を参照して、ステップ３の延伸処理の詳細を述べる。
図８、ステップ１１：下端部の外径測定
光ファイバコア母材１の下端部１２は、クラッド／コア比が不定であり、最終製品として高品質の光ファイバとして使用できないので、下端部１２は製品として使用しない。すなわち、下端部１２を正規の延伸物とは扱わないようにする。そのため、電気炉４に導入して光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端とを溶着する前に、事前に光ファイバコア母材１の下端部１２の外径を測定する。その理由は、下端部１２と平行部１０との相違の判断に際して、平行部１０であることが、外径が一定かつ所定値あるか否かで判断できるからである。
【００２９】
図３に図解したように、光ファイバコア母材１の下端部１２の先端の距離ｌ＝０から、下端部１２と平行部１０との境界の距離ｌｎまでの間を、ｎ等分して各距離ｌｘにおける下端部１２の部分の外径ｄｘを測定する。
下端部１２の外径ｄｘの測定は、光ファイバコア母材１の下端部１２を電気炉４に導入する前、たとえば、光ファイバコア母材１の固定端部３Ａが上部把持部材５で把持される前、あるいは、固定端部３Ａが上部把持部材５で把持されていて電気炉４に向けて下降される前に、外径測定装置、たとえば、ノギスを用いて行なうことができる。
【００３０】
ただし、ノギスのような機械的に押圧して測定する方法によると、光ファイバコア母材１の表面に傷がつく可能性があり、後の工程で母材内の欠陥を起こす可能性もあるので、非接触式の測定、たとえば、図２、図６および図７に図解したように、電気炉４の上部に第２の外径計測器５３を設けて、制御手段１００で上部回転・昇降機構を駆動して所定間隔ごとに、第２の外径計測器５３で下端部１２の外径を測定してもよい。第２の外径計測器５３としては、レーザ外測器または、画像処理による測定装置を用いることができる。
ノギスを用いた手作業と比較すると、制御手段１００を用いて上部回転・昇降機構を駆動して、下降距離と下端部１２の外径とを同時に制御手段１００内のメモリに記憶すると、作業効率が高くなるという利点もある。
【００３１】
このようにして測定して得られた結果を、表１に下端部１２の先端からの距離をｌ、外径をｄとして示す。
表１に示す結果（データ）は制御手段１００のメモリに記憶される。
【００３２】
【表１】

【００３３】
図８、ステップ１２：延伸開始時間と引取速度の算出
次に、制御手段１００において、延伸開始後の時間と電気炉４の下側からの引取用ガラス棒２を引き取る引取速度の設定値を計算する。表１に、電気炉４の下側から引き取る引取用ガラス棒２の引取速度Ｖ、時間ｔの計算式を示す。
【００３４】
引取速度Ｖは下記の方法で決定する。
（１）まず、距離ｌ１、光ファイバコア母材１の下端部１２の外径ｄ１の位置の延伸が完了するまでの時間ｔｌを決定する。時間ｔｌまでの引取速度Ｖ１は、光ファイバコア母材１の送り速度より大きい値であり、初期値として設定する。ｔｌは下記の式で規定される。
【００３５】
【数２】
ｔ１＝ｌ１／Ｖ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
【００３６】
（２）光ファイバコア母材１の下端部１２の外径ｄｎの部分が外径ｄ（ｎ−１）まで引き落とされると仮定し、下記の物質収支式を近似的に想定する。式中のｎは２以上の整数である。
【００３７】
【数３】
Ｖｎ×（ｄｎ／２）^２　×π＝Ｖｎ−１×（ｄ（ｎ−１）／２）^２　×π・・・（２）
【００３８】
（３）引取用ガラス棒２の引取速度Ｖｎは次式で規定される。
【００３９】
【数４】
Ｖｎ＝Ｖｎ−１×（ｄ（ｎ−１）／ｄｎ）^２　　　　　　　・・・（３）
【００４０】
（４）光ファイバコア母材１の端部から距離ｌｎの位置が延伸されるまでの延伸時間ｔｎは、次式で表すことができる。
【数５】
ｔｎ＝ｔｎ−１＋（（ｌｎ−ｌｎ−１）／Ｖｎ）　　　　・・・（４）
【００４１】
（５）前記端部から前記平行部までの距離がｌｎのとき、前記端部の延伸開始から前記平行部の延伸へと切り換わるまでの時間ｔは、次式で表すことができる。
【００４２】
【数６】
ｔ＝ｔｎ
【００４３】
（６）式（３）と式（４）を使い、表１のＶとｔ（右側２列）が決められる。
【００４４】
図８、ステップ１３：延伸、平行部開始の検出
制御手段１００は、これらのデータをもとに、電気炉４内において、光ファイバコア母材１の下端部１２と引取用ガラス棒２の上端が溶着された光ファイバコア母材１の延伸を開始する。
制御手段１００は、表１に示したデータを参照して、下端部１２の延伸が終了したことを検出する。制御手段１００は下端部１２の延伸が終了したことを検出するまで上述した制御を行なう。
【００４５】
図８、ステップ１４：平行部の延伸
制御手段１００は、下端部１２の延伸が終わる位置に到達したら、すなわち、平行部１０の始めの位置の延伸結果が分かる位置に到達したら、光ファイバコア母材１の平行部１０の延伸後の外径１Ａ（図２）を電気炉４の下部に設けた外径計測器５１で実測し、実測外径と目標外径との差を算出し、この誤差がなくなるように、延伸制御を行なう。
【００４６】
平行部１０の延伸制御の具体例について述べる。
制御手段１００は、外径計測器５１から延伸後の光ファイバコア母材１Ａの外径測定値を入力し、表１に示した制御手段１００内のメモリに記憶されている平行部１０部分を延伸したときの目標外径と外径測定値との差を算出して、誤差が小さくなる方向に、モータ５０の回転数の制御、下部回転・昇降機構の下降速度の制御、上部回転・昇降機構の下降速度の制御を行なって、延伸引取速度を速めたり、遅くしたりする。この時のゲイン、時定数は実験により決定する。
通常、電気炉４の下側からの引取用ガラス棒２の引取速度が電気炉４の上部からの光ファイバコア母材１の送り速度より速くなるように、引取用ガラス棒２と光ファイバコア母材１とを相対的に下降させる。通常は、光ファイバコア母材１の送り側速度（下降速度）は一定とし、引取用ガラス棒２の引取速度を表１に記憶させた値に制御する。つまり、下端部１２の延伸では予め引取速度を設定しておくが、平行部１０の延伸については外径制御による演算結果の速度とする。外径計測器５１の測定値は平行部１０の延伸時の外径制御に用いる。
【００４７】
なお、モータ５０の速度制御に際しては、制御手段１００は速度計５２で検出してモータ５０の回転数を入力して回転目標値との差を求め、この差がなくなるように速度計５２を制御する。
【００４８】
制御手段１００は、必要に応じて、たとえば、平行部１０の外径の大きさに応じて、温度測定器５６で測定した温度を参照して、電気炉４の電気ヒータ４２の加熱温度を制御することができる。
【００４９】
図９は本実施の形態に基づく延伸中の測定データを示すグラフである。横軸が延伸開始からの時間ｔであり、縦軸が測定した外径である。
なお、図２に示すように、延伸終了地点と外径測定地点は異なるため、測定開始からの時間と外径データの関係を示す場合には、延伸終了点が距離Ｌを移動し、外径測定点に到達するのにかかる時間αを考える。
延伸開始直後からしばらくの間、０〜（ｔ１＋α）は、引取用ガラス棒２の外径が測定データとして得られる。その後、（ｔ１＋α）〜（ｔ２＋α）の間、光ファイバコア母材１の下端部１２の先端と引取用ガラス棒２の上端との溶着部近傍の外径データが得られる。さらに、下端部１２の延伸外径測定データが得られる。その後、時点ｔｎ＋αに到達した時から、平行部１０の延伸外径測定データが得られる。ｔｎ＋αは位置ｌｎに該当する時間である。
【００５０】
本実施例の測定結果によれば、光ファイバコア母材１の下端部１２の終了地点の位置ｌｎに到達するよりも前に、目標外径ｄｓに制御できた。
位置ｌｎ以後は、通常の外径制御が開始されるが、この制御開始直後に目標外径に対してオーバーシュート（過大外径）、アンダーシュート（過少外径）は見られなかった。したがって、光ファイバコア母材１の平行部１０の全域が有効に延伸された。測定した結果によれば、延伸外径は所定外径±０．５ｍｍであり、極めて良好な結果であった。
【００５１】
比較例
本実施の形態とは異なり、下記に述べる通常行なう引取速度の決定方法により決定した引取速度を用いた場合を比較例として述べる。
光ファイバコア母材１の平行部１０の外径をｄｎとし、引取用ガラス棒２の外径をｄ０とする。延伸後の平行部１０の目標外径をｄｓとする。光ファイバコア母材１の送り速度をＶｎ、引取用ガラス棒２の引取速度をＶｓとして延伸を開始する。下記式で規定される物質収支式５から下記式６が導かれるので、このＶｓを引取速度とする。
【００５２】
【数７】
Ｖｓ×（ｄｓ／２）^２　×π＝Ｖｎ×（ｄｎ／２）^２　　　・・・（５）
【００５３】
【数８】
Ｖｓ＝（ｄｎ／ｄｓ）^２　×Ｖｎ・・・（６）
【００５４】
図１０において、横軸が時間ｔを示し、縦軸が延伸後の外径ｄを示す。
下端から見て、光ファイバコア母材１の平行部１０が開始する位置ｌｎに相当する部分に到達するまでに、外径が細くなる部分（最小値ｄｍｉｎ）が現れ、それ以降で太くなる部分（最大値ｄｍａｘ）が現れた後、平行部１０の目標外径である外径ｄｓに収束する。この結果、位置ｌｎの近傍部分については、延伸前にはクラッド／コア比が一定で良品であった部分でも、位置ｌｎまで延伸された直後に延伸後の平行部１０の外径が目標外径より太くなるため、不良部分として、光ファイバへの線引きを行なうなどの延伸後の工程で使えなくなる部分（図９中の延伸後不良部分）が発生した。
このような外径が太くなった不良部分が存在すると、そのまま光ファイバに線引きすると品質が低下した光ファイバが製造されて使用に適さない。また、不良部分を排除して光ファイバに線引きすると無駄が発生する。
【００５５】
これに対して、本実施例の測定結果によれば、上述したように、光ファイバコア母材１の下端部１２の終了地点の位置ｌｎに到達するよりも前に、目標外径ｄｓに制御でき、しかも、制御開始直後に目標外径に対して過不足なく延伸でき、光ファイバコア母材１の平行部１０の全域が有効に延伸できた。
【００５６】
第２実施の形態
本発明の第２実施の形態の延伸装置は図１〜図８を参照した述べた第１実施の形態の延伸装置と基本的に同じ構成をしているが、第１実施の形態とは逆に、延伸後の光ファイバコア母材１Ａを電気炉４の鉛直上方へ引き取る。そのため、外径計測器５１を電気炉４の上部に設置する。
このような方法でも、第１実施の形態と同様に延伸を行い、同等の延伸外径結果が得られた。
ただし、第２実施の形態によれば、電気炉４の上部から電気炉４内の上昇気流が排気されており、延伸後の延伸後の光ファイバコア母材１Ａの表面に多数の付着物（ＳｉＯ_２　微粒子、すなわち、すす）が見られたので、その点では、好ましくないと考えられる。
【００５７】
第３実施の形態
本発明の第３実施の形態の延伸装置は図１〜図８を参照した述べた第１実施の形態の延伸装置と基本的に同じ構成をしているが、第３実施の形態においては、光ファイバコア母材１を取り付けた部分は移動させず、固定とする。代わりに、電気炉４を移動させる。延伸する際には、電気炉４の下部の引取用ガラス棒２を下部回転・昇降機構で鉛直下方へ移動させ、同時に電気炉４を上方へ移動させる。
第３実施の形態によっても、第１実施の形態と同等の延伸外径結果が得られた。
第３実施の形態においては、光ファイバコア母材１を固定とし、引取用ガラス棒２を引き下げる構成であるため、延伸装置の高さが低くなるという利点がある。
【００５８】
第４実施の形態
本発明の第３実施の形態の延伸装置は図１〜図８を参照した述べた第１実施の形態の延伸装置と基本的に同じ構成をしているが、第４実施の形態においては、第３実施の形態とは逆に、電気炉４の下部に位置する引取用ガラス棒２を移動させず、固定とする。
延伸する際には、電気炉４の上部の光ファイバコア母材１を鉛直上方へ移動し、同時に電気炉４をを上方へ移動させる。
第４実施の形態によっても、第１および３実施の形態と同等の延伸外径の結果が得られた。
第４実施の形態においては、引取用ガラス棒２を固定とし、光ファイバコア母材１を引き上げる構成であるため、第３実施の形態と同様に、延伸装置の高さが低くなるという利点がある。
以下、第３実施の形態と同様に延伸を行なった結果、第３実施の形態と同等の結果が得られた。
【００５９】
第５実施の形態
第１実施の形態においては、第１の形態として、光ファイバコア母材１の下端部１２の外径測定をオフラインで測定した後、延伸速度の計算を行っていたが、上部把持部材５の上部に第２の外径計測器５３をを設置し、インライン、または制御手段１００を用いて、オンラインで下端部１２の外径測定を行うようにする。
第１実施の形態におけるオフライン作業で、光ファイバコア母材１をハンドリングする際に、キズ、割れ、異物の付着等が発生しやすいが、第５実施の形態によれば、そのような不利益を未然に防ぐことができる。
また、第５実施の形態で測定した結果を制御手段１００を用いて引取速度などのデータの演算を即座に行なえるので、作業性も高くなる。
【００６０】
第６実施の形態
第１〜５実施の形態においては、ガラス材として光ファイバコア母材１の延伸を行う例を述べたが、本発明のガラス材として、光ファイバコア母材１以外のガラス母材、たとえば、線引き前の光ファイバプリフォーム、コア母材延伸品にクラッド層を外付けしてガラス化したガラス母材等についても、上記同様の延伸を行なうことができ、そのようなガラス材におけるその平行部を歩留まりよく延伸することができる。
【００６１】
本発明のガラス材の延伸方法および延伸装置の実施に際しては上述した例示に限らず、種々の変形態様をとることができる。
たとえば、本発明のガラス材の延伸方法の好適実施の形態として、電気炉延伸法を述べたが、バーナ延伸法を適用することもできる。
【００６２】
本発明の延伸方法としては、上述した例示に限らず、他の種々の方法と組み合わせて行なうこともできる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス材の平行部を無駄なく、目標外径に延伸することができる。
また本発明によれば、作業性高く、ガラス材の延伸を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は光ファイバコア母材の延伸に用いる電気炉と関連部分とからなる延伸装置の概略構成図である。
【図２】図２は図１に図解した制御手段による延伸制御に関連する部分を図解した図である。
【図３】図３は図２に図解した光ファイバコア母材の延伸前の拡大図である。
【図４】図４は図３に図解した光ファイバコア母材の下端部の長手方向の距離と外径との関係を図解したグラフである。
【図５】図５は本発明の第１実施の形態としての光ファイバコア母材の延伸方法の概略工程を図解したフローチャートである。
【図６】図６は光ファイバコア母材の下端部と引取用ガラス棒とを当接させた状態を図解した図である。
【図７】図７は光ファイバコア母材の延伸動作を図解した図である。
【図８】図８は本発明の第１実施の形態としての光ファイバコア母材の延伸方法の詳細を図解したフローチャートである。
【図９】図９は本発明の第１実施の形態の実施例の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は比較例の延伸結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・光ファイバコア母材
１０・・平行部、１２・・下端部
１Ａ・・延伸後の光ファイバコア母材
２・・引取用ガラス棒、
３・・種棒
３Ａ・・固定端部
４・・電気炉
４０・・炉体、４１・・炉心管、４２・・電気ヒータ、
４３・・断熱材
５・・上部把持部材
６・・下部把持部材
７Ｕ、７Ｌ・・移動台
８Ｕ、８Ｌ・・ガイドレ−ル

Claims

延伸の対象となる、外径がほぼ一定の平行部と、外径が一定ではない端部とを有する第１のガラス材の前記端部の外径を測定し、
前記測定した前記第１のガラス材の端部の外径を参照して前記第１のガラス材の端部から距離ｌｎの位置の部分が延伸されるまでの延伸時間ｔｎと、そのときの引取速度Ｖｎと、前記端部の延伸開始から前記平行部の延伸へと切り換わるまでの時間ｔとを算出し、
前記第１のガラス材の前記端部と第２のガラス材の端部とを加熱手段内で加熱溶着し、
溶着して一体となった前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との一体ガラス材を前記加熱手段で加熱しながら、前記第１のガラス材を送り速度で送りつつ、前記第２のガラス材を前記算出した引取速度で引き取り、
前記第１のガラス材の端部の延伸から前記平行部の延伸への切り換わるタイミングを検出し、
前記タイミングを検出後、前記平行部の延伸を、延伸後のガラス材の外径制御をしながら、行なう、
ガラス材の延伸方法。
前記第１のガラス材の端部から距離ｌｎの位置の部分が延伸されるまでの延伸時間ｔｎと、そのときの引取速度Ｖｎと、前記端部の延伸開始から前記平行部の延伸へと切り換わるまでの時間ｔとを下記演算式に基づいて算出する、

ただし、ｎは２以上の整数であり、
ｌｎは前記端部から前記平行部までの距離であり、
ｄｎは前記端部から距離ｌｎの位置の測定外径で、前記平行部の外径と同じであり、
Ｖ１は引取速度の初期値で、前記第１のガラス材の送り速度より大きい値である。
請求項１記載のガラス材の延伸方法。
加熱手段と、
前記加熱手段の上部で、延伸の対象となる、外径がほぼ一定の平行部と、外径が一定ではない端部とを有する第１のガラス材を支持する第１の支持手段と、
前記加熱手段で延伸された第１のガラス材を前記加熱手段の外部に引き取る、第２ガラス材を支持する第２の支持手段と、
演算制御手段と、
前記加熱手段の下部に設けられた外径計測手段と
を具備し、
前記演算制御手段は、事前に延伸の対象となる前記第１のガラス材の前記端部の外径を測定した結果、および、前記測定した前記第１のガラス材の端部の外径を参照して求めた前記第１のガラス材の端部から距離ｌｎの位置の部分が延伸されるまでの延伸時間と、そのときの引取速度と、前記第１のガラス材の端部の延伸開始から前記平行部の延伸へと切り換わるまでの時間とを算出した結果を有し、
前記演算制御手段は、
前記第１のガラス材の前記端部と第２のガラス材の端部とを加熱手段内で加熱溶着して一体となった前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との一体ガラス材を前記加熱手段で加熱しながら、前記第１のガラス材を送り速度で送りつつ、前記第２のガラス材を前記算出した引取速度で引き取り、
前記第１のガラス材の端部の延伸から前記平行部の延伸への切り換わるタイミングを検出し、
前記タイミングを検出後、前記外径計測手段で測定した外径を参照して前記第１のガラス材の平行部の延伸を、延伸後のガラス材の外径制御をしながら、行なう、
延伸装置。