JP2011140412A - ガラス母材延伸装置及びガラス母材の延伸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス母材を加熱し軟化させて延伸させた際にガラスロッドに曲りを生じさせず、延伸後の曲り除去加工を行う必要の無いガラス母材延伸装置を提供する。
【解決手段】送り出し機構部３でガラス母材を加熱炉５内に送り込み、加熱炉５でガラス母材を軟化させながら引き取り切断機構部７で加熱炉５の出口からガラス母材を送り込み速度よりも速い速度で引き出すことにより小径のガラスロッドに延伸させる。加熱炉５の出口直下に、延伸して小径とされたガラスロッドの芯を、送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７の軸芯Ｃに一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス母材を加熱し軟化させて引き延ばすことで小径のガラスロッドとするガラス母材延伸装置及びガラス母材の延伸方法に関する。

例えば、光ファイバを製造するには、焼結されたガラス母材を加熱炉に送り出し、このガラス母材を加熱炉で加熱し軟化させながら延伸させて小径（所定直径）のガラスロッドとする延伸工程を行っている。

延伸工程では、先ず図５に示すように、焼結後のガラス母材１０１の両端に石英製の支持棒である上部ダミー棒１０２と下部ダミー棒１０３を接合する。そして、図６（Ａ）に示すように、下部ダミー棒１０３に引き取り装置１０４を装着する。次に、図６（Ｂ）に示すように、ガラス母材１０１を延伸装置の加熱炉１０５を貫通させて上昇させる。

次に、図６（Ｃ）に示すように、加熱炉１０５から上方へ突出した上部ダミー棒１０２に送り出し装置１０６を装着させると共に、加熱炉１０５から上方に飛び出たガラス母材１０１を取り囲むようにシールドパイプ１０７を装着する。そして、加熱炉１０５の温度を上昇させて、前記ガラス母材１０１を加熱して軟化させる。

次に、図６（Ｄ）に示すように、送り出し装置１０６でガラス母材１０１を加熱炉１０５の入口から所定の速度で加熱炉１０５内に送り込み、該加熱炉１０５でガラス母材１０１を加熱し軟化させながら、引き取り装置１０４で加熱炉１０５の出口からガラス母材１０１を送り込み速度よりも速い速度で引き出す。

その結果、図６（Ｅ）に示すように、ガラス母材１０１は元の直径よりも細くなった小径（所定直径）のガラスロッド１０１Ｒとなる。延伸加工が終了した後は、図６（Ｆ）に示すように、送り出し装置１０６を取り外し、ガラスロッド１０１Ｒを延伸装置から搬出させる。

ガラス母材１０１の有効長さが長い場合は、引き取り装置１０４で一度に引き延ばすことができないため、図７（Ａ）に示す引き取り装置１０４に代えて図７（Ｂ）で示すキャタピラ構造の引き取りキャタピラ装置１０８を使用し、加熱して軟化したガラス母材１０１を引っ張る。

そして、延伸されたガラスロッド１０１Ｒが所定の長さとなったところで、図７（Ｃ）に示すように、切断装置１０９でガラスロッド１０１Ｒを切断する。次に、切断されたガラスロッド１０１Ｒは、図７（Ｄ）に示すように延伸装置から搬出してターレットに受け渡す。次いで、図７（Ｅ）に示すように残りのガラス母材１０１を延伸する。そして、延伸終了後のガラスロッド１０１Ｒを、図７（Ｆ）に示すように下降させて延伸装置から搬出する。

ところで、延伸して製造されたガラスロッド１０１Ｒの中には、曲りが生じ、弓なりになったものが生じる場合がある。その原因は、下部ダミー棒１０２及び上部ダミー棒１０３をガラス母材１０１に接合する際に互いの軸芯がずれて接合された場合やガラス母材内部に残留歪み或いは残留応力がある場合等である。そのため、加熱炉１０５でガラス母材１０１を加熱して軟化させると、次第に延伸して伸ばされたガラスロッド１０１Ｒが弓なりになる。

この課題を解決するために、ガラス母材を加熱炉で加熱して軟化させた後に、軟化したガラス母材を一対のピンチローラで挟み込んで引き取る（引き延ばす）ようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１、２等に記載）。

特開２００５−２２５７４９号公報 特開２００６−２０６３９５号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では、本願出願人が実際にピンチローラで軟化したガラス母材を挟み込んで引き取ってみたが、ピンチローラとの間でガラス母材が滑ってしまい、該ガラス母材を所望の引き取り速度で引き取ることができない。そのため、特許文献１、２に記載の技術では、ガラス母材を所定の径に延伸することは困難である。また、ガラスロッドに曲りが生じると、延伸後に別工程で曲り除去加工を行う必要が生じるため、製造工程が増えてしまう。

そこで、本発明は、ガラス母材を加熱し軟化させて延伸させた際にガラスロッドに曲りを生じさせず、延伸後に曲り除去加工を行う必要の無いガラス母材延伸装置及びガラス母材の延伸方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、送り出し手段でガラス母材を加熱炉の入口から所定の速度で加熱炉内に送り込み、加熱炉でガラス母材を軟化させながら、引き取り手段で加熱炉の出口からガラス母材を送り込み速度よりも速い速度で引き出すことにより小径のガラスロッドに延伸させるガラス母材延伸装置であって、前記加熱炉の出口直下に、延伸して小径とされたガラスロッドの芯を、前記送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させる芯出し手段を設けたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガラス母材延伸装置であって、前記芯出し手段は、前記加熱炉の出口から引き出されるガラスロッドを、その長手方向と直交する方向から挟み込むように配置された一対のガイドローラからなることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガラス母材延伸装置であって、前記ガイドローラは、少なくとも前記ガラスロッドと接触する部位が耐熱性織布からなることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、送り出し手段でガラス母材を加熱炉の入口から所定の速度で加熱炉内に送り込み、加熱炉でガラス母材を軟化させながら、引き取り手段で加熱炉の出口からガラス母材を送り込み速度よりも速い速度で引き出すことにより小径のガラスロッドに延伸させるガラス母材の延伸方法において、前記加熱炉の出口から引き出されるガラスロッドを、加熱炉の出口直下に設けた一対のガイドローラで挟み込むように接触させて、前記ガラスロッドの芯を、前記送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させることを特徴としている。

本発明のガラス母材延伸装置によれば、延伸して小径とされたガラスロッドの芯を、送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させる芯出し手段を、加熱炉の出口直下に設けることで、曲がり始めるガラスロッドの芯を、加熱炉の出口直下にて直ちに芯出し手段にて強制的に送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させることができる。したがって、ガラスロッドの曲りを強制でき、延伸後に別工程で曲り除去加工を行う必要が無くなる。

図１は本実施形態のガラス母材延伸装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。 図２は本実施形態のガラス母材延伸装置における加熱炉の出口直下に設けた芯出し手段周辺部を示す要部拡大図である。 図３は本実施形態のガラス母材延伸装置の芯出し手段を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。 図４は本実施形態のガラス母材延伸装置の芯出し手段を構成するガイドローラの断面図である。 図５はダミー棒を両端に接合したガラス母材の平面図である。 図６はガラス母材を延伸する延伸工程を順次示す工程図である。 図７はガラス母材の有効長が長い場合の延伸工程を順次示す工程図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態のガラス母材延伸装置は、図１に示すように、下部ベース１に固定されたスタンド２の上部に設けられた送り出し手段である送り出し機構部３と、スタンド２の中間高さ位置に固定された中間ベース４に設けられた加熱炉５と、加熱炉５の出口直下に設けられた芯出し手段であるガイドローラ６と、このガイドローラ６の下方であってスタンド２に設けられた引き取り手段である引き取り切断機構部７及び引き取りキャタピラ機構部８と、スタンド２の下端に設けられたロッド受け取り機構部９とを備えて構成されている。

送り出し機構部３は、スタンド２に対して上下動自在に取り付けられた可動部材１０と、この可動部材１０に取り付けられた延長棒１１とからなる。可動部材１０は、スタンド２の上部に高さ方向に沿ってスライド自在に駆動制御されている。この可動部材１０のスライド速度（押し出し速度）は、図示を省略した制御機構部にて制御されている。延長棒１１は、基端部を可動部材１０に固定すると共に先端部を下方へ向けて取り付けられている。この延長棒１１は、図５で示したガラス母材１０１の両端に取り付けたダミー棒のうち上部ダミー棒１０２に接して、前記ガラス母材１０１を加熱炉５へ押し出す機能をする。

加熱炉５は、上下方向に貫通した貫通孔に挿入させたガラス母材１０１を加熱させるヒータ等を備えている。この加熱炉５では、ガラス母材１０１を加熱させて軟化させるようになっている。加熱炉５の上部には、炉内に酸素が侵入しないように該炉を守るためのシールドパイプ１２が設けられている。

引き取り切断機構部７は、加熱炉５で加熱されて軟化したガラス母材１０１を下方へ引っ張ると共に、所定長さに延伸したガラスロッド１０１Ｒを切断する機能をする。この引き取り切断機構部７は、加熱炉５の下方においてスタンド２の高さ方向に沿ってスライド自在に駆動制御されている。引き取り切断機構部７のスライド速度（引き取り速度）は、前記した制御機構部にて制御される。ガラス母材１０１を延伸する際には、送り速度よりも引き取り速度を速くし、それら両速度を制御機構部で調整することによってガラスロッド１０１Ｒの直径を決定する。

引き取りキャタピラ機構部８は、ガラス母材１０１の有効長が長い場合に、前記引き取り切断機構部７に代えて使用される。この引き取りキャタピラ機構部８は、複数のローラに掛けられたキャタピラを加熱して軟化したガラス母材１０１に対してその両側から挟み込んで下方へ引っ張るように構成されている。かかる引き取りキャタピラ機構部８は、前記引き取り切断機構部７と同様、前記した制御機構部にてガラス母材１０１の引き取り速度が制御される。

ロッド受け取り機構部９は、延伸されて所定の直径とされたガラスロッド１０１Ｒを受け取るための装置である。

芯出し手段であるガイドローラ６は、図２に示すように、加熱炉５の出口直下に設けられている。このガイドローラ６は、延伸して小径とされたガラスロッド１０１Ｒの芯を、送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７（引き取りキャタピラ機構８を含む）の軸芯Ｃに一致させる機能をする。

ガイドローラ６は、図３に示すように、加熱炉５の出口から引き出されるガラスロッド１０１Ｒを、その長手方向と直交する方向から挟み込むように配置されている。かかるガイドローラ６は、加熱炉５の出口から引き出されるガラスロッド１０１Ｒと接する部位をＶ字形状とした、いわゆるＶ字ローラとされている。そして、ガイドローラ６は、回動軸１３を回転中心としてローラーガイド部材１４に回転自在に取り付けられている。

例えば、ガイドローラ６は、図４に示すように、ガラスロッド１０１Ｒと接触する部位を耐熱性織布１５で形成し、その他の部位１６をセラミックで形成している。ガラスロッド１０１Ｒと接触する部位を耐熱性織布１５とするのは、ガラスロッド１０１Ｒと接触した時に、該ガラスロッド１０１Ｒの表面に傷が付かないようにするためである。この他、ガイドローラ６は、ローラ自体を全て耐熱性織布１５のみで形成したローラ構造としても良いし、或いは、冷却機構を内蔵した金属に耐熱性織布１５をガラスロッド１０１Ｒとの接触面に形成したローラ構造であってもよい。冷却機構としては、例えばローラ本体内に冷却媒体を入れ、その冷却媒体でローラ自体を冷却する。

以上のように構成されたガラス母材延伸装置を使用してガラス母材１０１を延伸するには、前記した図５で示したように、ガラス母材１０１の両端に上部ダミー棒１０２と下部ダミー棒１０３を接合する。次に、ガラス母材１０１の下部ダミー棒１０３を引き取り切断機構部７に装着させた後、加熱炉５を貫通させてガラス母材１０１を上昇させる。そして、加熱炉５の上方へ突き出た上部ダミー棒１０２を送り出し機構部３の延長棒１１に接触させる。

前記ガラス母材１０１を延伸装置にセットし終えたら加熱炉５を加熱させた後、送り出し機構部３でガラス母材１０１を下方へ送ると共に、引き取り切断機構部７で送り速度よりも速い速度でガラス母材１０１を引き取る。ガラス母材１０１の有効長が長い場合は、引き取り切断機構部７に代えて引き取りキャタピラ機構部８でガラス母材１０１を引き取る。

送り出し機構部３では、可動部材１０を下方へ移動させ、その可動部材１０の先端に取り付けた延長棒１１でシールドケース１２内に収納された上部ダミー棒１０２を押す。すると、この延長棒１１で押されたガラス母材１０１は、加熱炉５の入口から所定の送り速度で加熱炉５内に送り込まれる。そして、ガラス母材１０１は、加熱炉５で加熱されて軟化する。また、ガラス母材１０１は、引き取り切断機構部７で加熱炉５の出口からガラス母材１０１を送り込み速度よりも速い速度で引き出されることにより、延伸されて元の直径よりも小さな直径とされた小径（所定の直径）のガラスロッド１０１Ｒとされる。

前記加熱炉５で加熱されて軟化したガラス母材１０１は、上部ガイド棒１０２及び下部ガイド棒１０３とガラス母材１０１との接合時に生じた芯ずれ或いはガラス母材１０１に残留歪み又は残留応力があると、加熱炉５の出口から曲がって出てくる。本実施形態のガラス母材延伸装置では、加熱炉５の出口直下に設けた芯出し手段であるガイドローラ６が、加熱炉５の出口から引き出されたガラスロッド１０１Ｒを、送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７（引き取り切断機構部７に代えて使用した時の引き取りキャタピラ機構部８）の軸芯Ｃに一致させる。

すなわち、加熱炉５の出口から曲がって出てくるガラスロッド１０１Ｒを、加熱炉５の出口直ぐ下に設けたガイドローラ６で強制的に送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７の軸芯Ｃに一致させて曲りを無くす。前記ガイドローラ６が加熱炉５の出口から離れた位置にあると、加熱炉５から距離が離れる分、曲りが大きくなる。しかし、ガイドローラ６が加熱炉５の出口真下の位置にあると、曲がろうとするガラスロッド１０１Ｒを直に送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７の軸芯Ｃに一致させて、当該ガラスロッド１０１Ｒの曲りを無くすことができる。

延伸されて所定の直径とされたガラスロッド１０１Ｒは、ロッド受け取り機構部９に受け取られる。ガラス母材１０１の有効長が長い場合は、ガラスロッド１０１Ｒは切断された後にロッド受け取り機構部９に受け取られる。

以上のようにして構成された本実施形態のガラス母材延伸装置によれば、延伸して小径とされたガラスロッド１０１Ｒの芯を、送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７（引き取り切断機構部７に代えて使用した時の引き取りキャタピラ機構部８）の軸芯Ｃに一致させる芯出し手段を、加熱炉５の出口直下に設けているので、曲がったガラスロッド１０１Ｒの芯を、加熱炉５の出口直下にて直ちに芯出し手段にて強制的に送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７（引き取り切断機構部７に代えて使用した時の引き取りキャタピラ機構部８）の軸芯Ｃに一致させることができる。したがって、ガラスロッド１０１Ｒの曲りを強制することができ、延伸後に曲り除去加工が不要となり、製造工程数を減らせコストダウンを図ることが可能となる。

また、本実施形態のガラス母材延伸装置によれば、加熱炉５の出口から引き出されるガラスロッド１０１Ｒをその長手方向と直交する方向から挟み込むように配置された一対のガイドローラ６で芯出し手段を構成したので、既存装置にガイドローラ６を設けるだけで済み、装置コストの大幅な増加にならない。

また、本実施形態のガラス母材延伸装置によれば、ガイドローラ６の少なくともガラスロッド１０１Ｒと接触する部位を耐熱性織布で構成したので、織布との接触によってガラスロッド１０１Ｒの表面を傷付けることを回避することができる。

本実施形態のガラス母材の延伸方法によれば、加熱炉５の出口直下に設けた一対のガイドローラ６で、加熱炉５の出口から引き出されるガラスロッド１０１Ｒの芯を、送り出し機構部３、加熱炉５及び引き取り切断機構部７（引き取り切断機構部７に代えて使用した時の引き取りキャタピラ機構部８）の軸芯Ｃに一致させるので、ガラスロッド１０１Ｒの曲りが強制されて曲りが生じない。したがって、曲り除去加工を無くすことができ、製造工程数を減らせる。

本発明は、ガラス母材を加熱し軟化させて引き延ばすことで小径のガラスロッドとするガラス母材延伸装置に利用することができる。

３…送り出し機構部（送り出し手段）
５…加熱炉
６…ガイドローラ（芯出し手段）
７…引き取り切断機構部（引き取り手段）
８…引き取りキャタピラ機構部（引き取り手段）
９…ロッド受け取り機構部
１５…耐熱性織布
１０１…ガラス母材
１０１Ｒ…ガラスロッド
１０２…上部ダミー棒
１０３…下部ダミー棒

Claims (4)

1. 送り出し手段でガラス母材を加熱炉の入口から所定の速度で加熱炉内に送り込み、加熱炉でガラス母材を軟化させながら、引き取り手段で加熱炉の出口からガラス母材を送り込み速度よりも速い速度で引き出すことにより小径のガラスロッドに延伸させるガラス母材延伸装置であって、
   前記加熱炉の出口直下に、延伸して小径とされたガラスロッドの芯を、前記送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させる芯出し手段を設けた
   ことを特徴とするガラス母材延伸装置。
2. 請求項１に記載のガラス母材延伸装置であって、
   前記芯出し手段は、前記加熱炉の出口から引き出されるガラスロッドを、その長手方向と直交する方向から挟み込むように配置された一対のガイドローラからなる
   ことを特徴とするガラス母材延伸装置。
3. 請求項２に記載のガラス母材延伸装置であって、
   前記ガイドローラは、少なくとも前記ガラスロッドと接触する部位が耐熱性織布からなる
   ことを特徴とするガラス母材延伸装置。
4. 送り出し手段でガラス母材を加熱炉の入口から所定の速度で加熱炉内に送り込み、加熱炉でガラス母材を軟化させながら、引き取り手段で加熱炉の出口からガラス母材を送り込み速度よりも速い速度で引き出すことにより小径のガラスロッドに延伸させるガラス母材の延伸方法において、
   前記加熱炉の出口から引き出されるガラスロッドを、加熱炉の出口直下に設けた一対のガイドローラで挟み込むように接触させて、前記ガラスロッドの芯を、前記送り出し手段、加熱炉及び引き取り手段の軸芯に一致させる
   ことを特徴とするガラス母材の延伸方法。

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