JP3777746B2 - ガラス母材の延伸方法 - Google Patents
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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を延伸する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ用ガラス母材を一定の外径の光ファイバとなるように精密に延伸（精密延伸）する方法としては、特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載のバーナーを用いた延伸機（バーナー延伸機）による方法が知られている。これらの方法は、ガラス母材の上下端をチャックで把持し、ガラス母材の一部をバーナーにより加熱軟化させると同時に、上下のチャックを速度差を設けて移動させ、ガラス母材に引張力を加えて延伸させるものである。これらの方法においては、延伸過程にあるガラス母材のテーパー状部分の外径を測定して、この実測外径と予め設定された設定外径との差（外径偏差）に基づいてチャック移動速度を変化させ、一定の外径の光ファイバとなるように精密延伸している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載の延伸方法においては、外径偏差に基づいてチャック移動速度を変化させているので、元となるガラス母材の外径に関わらず（ガラス母材の外径が太い場合も細い場合も）、ある特定の外径偏差が生じた場合は、チャック速度をある特定の割合で変化させることになる。このため、ガラス母材の外径が異なると、チャック速度を制御した後の効果に差が生じるという問題があった。ガラス母材の外径が異なる毎に制御系を見直せば対応は可能であるが、その都度、制御系の修正作業が必要となり煩雑であるという問題がある。
【０００４】
また、上述した特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載の延伸方法においては、ガラス母材をバーナーにより加熱軟化させる。バーナーでの加熱は、熱量の制御が行いやすく精密延伸に適しているが、単位時間あたりにガラス母材に与えることのできる熱量に上限があり、外径の太いガラス母材を軟化させるのに十分な熱量を与えることができない。そこで、外径の太いガラス母材に対しては、十分な熱量を与えることのできる抵抗炉や誘導炉などの電気炉を用いた延伸機（電気炉延伸機）により、バーナー延伸機で精密延伸できる程度の外径となるように一度延伸し、その後さらにバーナー延伸機により精密延伸していた。
【０００５】
しかし、このようにすると、２工程となるため、製造に際して時間及びコストがかかるという問題があった。電気炉延伸機のみで精密延伸を行おうとした場合、電気炉により加熱軟化されている部分が、バーナー延伸機に比してガラス母材の長手方向に広範囲となるため、外径を一定に保つことが非常に困難であり、これまでは電気炉延伸機のみでの精密延伸は行われていなかった。
【０００６】
発明者らは、鋭意研究の結果、加熱軟化されて延伸されているテーパー部分の外径の基準値と実測値とから得られる特定の値に基づいて延伸を制御することにより、ガラス母材が種々の外径を有していたとしても、電気炉延伸機のみで精密延伸を行うことができ、上述した問題を解決し得ることを知見した。本発明は、この知見に基づいてなされたもので、ガラス母材の外径に関わらず、精度良く且つ製造効率良く精密延伸させることのできるガラス母材の延伸方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガラス母材の延伸方法は、ガラス母材の両端を第１把持部及び第２把持部により把持し、第１把持部を第２把持部よりも速い速度となるようにして第１把持部及び第２把持部をガラス母材の長手方向に移動させ、第１把持部及び第２把持部のガラス母材の長手方向への移動に伴って、ガラス母材を第１把持部側の端部から順次加熱部により加熱軟化させ、ガラス母材に加わる引張力によりガラス母材を延伸させるもので、加熱部に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材におけるテーパー部の特定位置の外径について基準値R1を設定し、この特定位置の実際の外径を測定して実測値R2を取得し、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することを特徴としている。
【０００８】
この発明においては、テーパー部の基準値R1と実測値R2との差、いわゆる外径偏差により第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御するのではなく、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御する。このため、どのような外径のガラス母材に対しても、そのガラス母材の外径に比例した制御を行うことになり、より精密な延伸を行うことができる。また、従来は、電気炉延伸機のみでの延伸は困難であったが、上述の方法により、精密な延伸を行えるようになるため、電気炉延伸機のみでの精密延伸も可能となり、より大きな外径を有するガラス母材を１工程で精密延伸させることができる。上述した値を基に、比例制御・微分制御・積分制御を組み合わせて行うことが可能である。
【０００９】
ここで、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を、次式(I),(II)に基づいて制御することが好ましい。
Vd/Ud=(R2/R1)K ・・・・・・・・(I)
Vu/Uu=(R2/R1)-K・・・・・・・・(II)
なお、Vdは第１把持部の制御後の速度[mm/min]、Udは第１把持部の設定速度[mm/min]、Vuは第２把持部の制御後の速度[mm/min]、Uuは第２把持部の設定速度[mm/min]、R1はガラス母材におけるテーパー部の特定位置の基準値[mm]、R2はガラス母材におけるテーパー部の実測値[mm]、Ｋは制御係数（任意の正の定数）である。
【００１０】
この式(I)及び(II)は、上述した基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御する具体的な制御式である。このような式により第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することにより、ガラス母材の外径によらず、電気炉延伸機による精密延伸を好適に行うことができる。
【００１５】
また、式(I)、 (II)における上述した制御係数Ｋを、50〜500の範囲内の値とすることが好ましい。このようにすることで、製造された光ファイバ（延伸体）の外径変動量をより小さくすることができる（即ち、より均一な外径を有する光ファイバが得られる）。制御係数Ｋが50未満であると、設定速度Ud,Uuに対する制御後の速度（以下、制御速度ともいう）Vd,Vuの変化量が小さすぎ、制御による有効な効果が得られないので製造された光ファイバ（延伸体）の外径変化量が大きくなってしまう。一方、制御係数Ｋが500を超えると、延伸過程にあるガラス母材のテーパー部での外径変動量をより一定にすることができるが、ガラス母材自体が有している外径の不均一性の影響を受けて、製造後の光ファイバ（延伸体）の外径変動量がかえって大きくなる傾向が顕著となる。制御係数Ｋは、上述した範囲の中でも100〜250の範囲内とすることが特に好ましく、この範囲内とすれば、製造された光ファイバ（延伸体）の外径変動量をごく小さいものとすることができる。
【００１６】
また、第１把持部の制御後の速度Vdを、次式(V)で表される範囲内となるように制限することが好ましい。
(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud・・・・・・・・・(V)
なお、X1は10〜100の範囲内の任意の定数である。
【００１７】
上述した式(I)、 (II)に示す制御式を用いて（好ましくは制御係数Ｋを50〜500の範囲内の定数として）、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することにより、光ファイバ（延伸体）を精度良く製造することができる。しかし、ガラス母材の外径が大きく変動しているような場合は、第１把持部の制御速度Vdを、設定速度Udからかなり離れた値にまで制御することになる。このように、設定速度Udからかなり離れた値にまで制御すると、制御遅れが発生して特に制御係数Ｋが大きい場合に制御系が発散しやすく（オーバーシュートしやすく）なり、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が、一定の値に収束しなくなるという傾向が出る。
【００１８】
これに対して、ガラス母材の外径変動量に応じて制御係数Ｋを変数として変化させることも考えられるが、制御系が複雑になりフィードバックも遅くなる。このため、第１把持部の制御速度Vdを、設定速度Udに対してある一定の範囲内となるようにすることにより、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなるのを防止することができる。ここで、X1が10〜100の間の任意の定数であることからもわかるように、制御速度Vdと設定速度Udとの差の絶対値|Vd-Ud|（以下単に|Vd-Ud|とも言う）が設定速度Udの10％〜100％の範囲内に制限されるように、制御速度Vdの取り得る範囲が制限される。上述した式(I)により算出された制御速度Vdが、上述した制限範囲の下限よりも下回る場合は制限範囲内の下限値で制御し、上述した制限範囲の上限よりも上回る場合は制限範囲内の上限値で制御する。
【００１９】
ここで、|Vd-Ud|が設定速度Udの10％未満(即ち、X1＜10)となるように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してほとんど変化しない状態となるため、制御による有効な効果が得られず、かえって製造される光ファイバ（延伸体）の外径変動量が増加してしまう。一方、|Vd-Ud|が設定速度Udの100％を超える(即ち、X1＞100)ように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してかなり離れた値にまで制御されることになり、制御系が発散（オーバーシュート）して、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなってしまう。
【００２０】
また、同様にして、第２把持部の制御後の速度Vuも、次式(VI)で表される範囲内となるように制限することが好ましい。
(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu・・・・・・・・・(VI)
なお、X2は10〜100の範囲内の任意の定数である。このようにすることで、上述した第１把持部の場合と全く同様に、第２把持部の制御速度Vuを、設定速度Uuに対してある一定の範囲内となるようにすることにより、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなるということを防止する。ここで、X1,X2は、それぞれ独立して決定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るガラス母材の延伸方法を実施する延伸装置の一形態について、図１を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１には、ガラス母材１ａが延伸されている途中が示されており、ガラス母材１ａの中央付近が電気炉４により加熱軟化され、テーパー部１ｂにおいて延伸され、その下方に延伸体１ｃが形成されている状態が示されている。延伸初期はガラス母材１ａ部分のみであり、延伸が開始されるとテーパー部１ｂが形成され、その下方に延伸体１ｃが形成される。
【００２３】
ガラス母材１ａ及び延伸体１ｃは、それぞれ上端及び下端にダミー棒１ｅが形成されており、このダミー棒１ｅが第１把持部２及び第２把持部３によりそれぞれチャックされている。第１把持部２及び第２把持部３は、それぞれ駆動モーター６，７に接続されており、この駆動モーター６，７により図中上下方向に駆動される。駆動モーター６，７は、制御ユニット８に接続されており、制御ユニット８からの信号に基づいて、第１把持部２及び第２把持部３の速度を変化させる。
【００２４】
第１把持部２及び第２把持部３の中間には、電気炉４が配置されている。電気炉４は、円筒状の形態を有しており、その中央に挿通されるガラス母材１ａを加熱軟化させる。電気炉４としては、電気抵抗による発熱を用いた抵抗炉や、高周波誘導加熱を用いた誘導炉を用いることができる。電気炉４の下方近傍には、電気炉４に挿通されて加熱軟化されたテーパー部１ｂの特定位置１ｄの外径を測定する被接触型の外径測定器５が配設されている。
【００２５】
上述した装置を用いて延伸を行う際には、第１把持部２及び第２把持部３は、それぞれ制御ユニット８からの信号を受けた駆動モーター６，７によりそれぞれ下方に移動される。このとき、第１把持部２の移動速度として基準となる設定速度Udが予め設定されており、第２把持部３の移動速度として基準となる設定速度Uuが予め設定されている。第１把持部２の移動速度は、第２把持部３の移動速度よりも速くなるように設定され、この速度差によってガラス母材１ａとテーパー部１ｂと延伸体１ｃに対して引張力を負荷する。
【００２６】
ガラス母材１ａ及び延伸体１ｃの中間部が電気炉４内に挿通され、電気炉４により与えられた熱量により軟化されたテーパー部１ｂが形成されている。テーパー部１ｂは、負荷された引張力により引き延ばされてテーパー状の形態とされながら延伸されている。加熱軟化状態にあるテーパー部１ｂは、電気炉４の上端やや上から、電気炉４の下端から幾分に下がった位置まで形成される（図１中斜線で示した部分）。
【００２７】
テーパー部１ｂは、電気炉４を出た後も一定の距離は軟化状態下で延伸されるが、その後は固化して延伸体１ｃとなる。テーパー部１ｂの下端近傍の特定位置１ｄの実際の外径（実測値R2）が、外径測定器５により測定される。特定位置１ｄに関しても、予め基準となる基準値R1が設定されている。特定位置１ｄは、この特定位置１ｄでの実測値R2に基づいて延伸体１ｃの外径を制御することになるため、延伸体１ｃに近い位置とすることが好ましく、電気炉４の下端から上方に遠すぎると制御遅れにより延伸体１ｃの外径を一定に保つことができなくなる。測定された特定位置１ｄの実測値R2は、制御ユニット８に送られ、この特定位置１ｄの実測値R2に基づいて、第１把持部２及び／又は第２把持部３の下方への移動速度が制御される。
【００２８】
次に、本発明に係るガラス母材の延伸方法の実施態様について詳しく説明する。以下には、第１把持部２及び第２把持部３の両方の移動速度を制御するものとして説明するが、何れか一方のみが制御されるようであっても良い。
【００２９】
外径測定器５により測定された特定位置１ｄの実測値R2は、制御ユニット８に送られる。制御ユニット８内では、特定位置１ｄの基準値R1、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの設定速度Ud,Uu、制御係数Ｋに基づいて演算が行われる。その結果、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの制御速度Vd,Vuが、基準値R1と実測値R2とから得られる値(R2/R1)に基づく次式(I),(II)より算出される。
Vd/Ud=(R2/R1)K ・・・・・・・・(I)
Vu/Uu=(R2/R1)-K・・・・・・・・(II)
【００３０】
あるいは、式(I),(II)に代えて、式(I),(II)をそれぞれ[(R2/R1)-1]についてテイラー展開して２次以降の項を省略し、基準値R1と実測値R2とから得られる値[(R2/R1)-1]に基づく次式(III),(IV)により、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの制御速度Vd,Vuを算出しても良い。この場合は、制御式を(R2/R1)のべき乗の関数としてではなく簡単な１次関数として表すことにより制御に関する演算を早く行うことができ、フィードバックを早く行うことができる。
Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(III)
Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(IV)
【００３１】
このように、基準値R1と実測値R2との差ではなく、基準値R1と実測値R2との比率を考慮した値(R2/R1)や[(R2/R1)-1]により第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御すれば、ガラス母材１ａの外径が細いものから太いものまで、そのガラス母材１ａの外径に比例した制御を行うことになる。その結果、より精密な延伸を行うことができ、従来は困難であった電気炉延伸機のみでの精密延伸も可能となり、より大きな外径を有するガラス母材１ａを１工程で精密延伸させることができる。
【００３２】
ここで、制御係数Ｋが大きくなれば、設定速度Ud,Uuに対する制御後の速度Vd,Vuの変化量は大きくなり、特定位置１ｄでの外径をより均一に保持することができる。この制御係数Ｋは、50〜500の範囲内の任意の定数値とされている。制御係数Ｋが50未満であると、設定速度Ud,Uuに対する制御速度Vd,Vuの変化量が小さすぎ、制御による有効な効果が得られないので、延伸体１ｃの外径変化量が大きくなってしまう。一方、制御係数Ｋが500を超えると、図２に示す表からも明らかなように、特定位置１ｄにおける外径変動量は小さく（外径はより均一に）なるが、ガラス母材１ａ自体が有している外径の不均一性の影響を受けて、特定位置１ｄより下方に形成される延伸体１ｃの外径変動量は、かえって大きくなってしまう傾向が強くなってしまう。
【００３３】
即ち、図３(a)に示すように、ガラス母材１ａの外径が基準通りであれば、その下方に形成されるテーパー部１ｂは、図中▲１▼に示すように理想の形状となる
。しかし、ガラス母材１ａ自体も、その外径には僅かな変動があり、ガラス母材１ａの外径が基準よりも細い部分では、テーパー部１ｂの上部側外径は、図中◯２に示すように細くなる。ここで、制御係数Ｋを大きくして特定位置１ｄにおける外径の均一性を向上させ過ぎると、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は、図中▲２▼に示すように太くなってしまう。逆に、ガラス母材１ａの外径が基準
よりも太い部分では、テーパー部１ｂの上部側外径は、図中▲３▼に示すように太
くなる。ここで、制御係数Ｋを大きくして特定位置１ｄにおける外径均一性を向上させ過ぎると、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は、図中▲３▼に示すよ
うに細くなってしまう。
【００３４】
これに対して、特定位置１ｄの外径を過度に均一となるようにせず、ガラス母材１ａの外径の不均一性にある程度柔軟に対応した方が、延伸体１ｃの外径変動量を小さく抑えることができる。即ち、図３(b)に示すように、ガラス母材１ａの外径が基準通りであれば、その下方に形成されるテーパー部１ｂは、図中▲１▼
に示すように理想の形状となる。ここで、ガラス母材１ａの外径が基準よりも細い部分では、特定位置１ｄの外径がやや理想の形状に対して細くなるようでも、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は均一となる。また、ガラス母材１ａの外径が基準よりも太い部分では、特定位置１ｄの外径がやや理想の形状に対して太くなるようでも、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は均一となる。なお、図３は、わかりやすくするために縦方向又は横方向の比率が実際のものに比べて強調して示されている。
【００３５】
上述した理由から、制御係数Ｋの値は、あまり小さすぎても、逆にあまり大きすぎても、延伸体１ｄの外径変動量を大きくしてしまう。発明者らは、鋭意検討の結果、制御係数Ｋを50〜500の範囲内とすることが、延伸体１ｃの外径変動量を小さく抑えるのに好適な範囲であることを発見した。また、上述の範囲内であっても、100〜250の範囲内とすると、延伸体１ｃの外径変動量をより均一にできるので特に好ましい。このことは、図２に示す表からも明らかである。この制御係数Ｋの好ましい範囲は、上述した(I),(II)式及び、これらの式をテイラー展開した(III),(IV)式のいずれにも好適に用いることができる。
【００３６】
さらに、第１把持部２の制御速度Vdは、次式(V)で示される範囲内となるように制限されている。なお、次式(V)中のX1は、10〜100の範囲内の任意の定数である。
(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud・・・・・・・・・(V)
【００３７】
上述したように、式(I)〜(IV)を用い（好ましくは制御係数Ｋを50〜500の範囲内の定数として）、第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御することにより、延伸体１ｄの外径変動量を小さくすることができる。しかし、ガラス母材１ａの外径が大きく変動しているような場合は、第１把持部２及び第２把持部３の制御速度Vdを設定速度Udからかなり離れた値にまで制御することになり、第１把持部２及び第２把持部３の制御速度Vd,Vuが極端に遅く又は極端に速くなる。このとき、特定位置１ｄの実測値R2を測定し、式(I)〜(IV)に基づく演算をし、その演算結果に基づき第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御するまでの間に制御遅れが発生してしまう。そして、この制御遅れが繰り返されることにより、延伸体１ｄの外径が一定の値に収束せずに発散しやすく（オーバーシュートしやすく）なるという傾向が顕著になってしまう。
【００３８】
このため、第１把持部２の制御速度Vdを、設定速度Udに対して式(V)に示される一定の範囲内に規制することにより、延伸体１ｄの外径が発散することを防止する。ここで、X1が10〜100の間の任意の定数であることからもわかるように、制御速度Vdと設定速度Udとの差の絶対値|Vd-Ud|が設定速度Udの10％〜100％の範囲内に制限されるように、制御速度Vdの取り得る範囲を制限する。上述した式(I)又は(III)により算出された制御速度Vdが、上述した制限範囲の下限よりも下回る場合は制限範囲内の下限値で制御し、上述した制限範囲の上限よりも上回る場合は制限範囲内の上限値で制御する。例えば、X1=10の場合、(設定速度Udの90％の速度)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの110％の速度)となるように制御速度Vdを規制し、X1=100の場合、(設定速度Udの0％の速度、即ち０)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの200％の速度)となるように制御速度Vdを規制する。
【００３９】
ここで、|Vd-Ud|が設定速度Udの10％未満(即ち、X1＜10)となるように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してほとんど変化しない状態となるため、制御による有効な効果が得られず、かえって製造される延伸体１ｃの外径変動量を増加させてしまう。例えば、式(V)においてX1=5としたような場合、即ち、(設定速度Udの95％の速度)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの105％の速度)となるように制御速度Vdを規制したような場合である。
【００４０】
一方、|Vd-Ud|が設定速度Udの100％を超える(即ち、X1＞100)ように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してかなり離れた値にまで制御されることになり、制御系が発散（オーバーシュート）して、製造される延伸体１ｄの外径が一定の値に収束しなくなってしまう。例えば、式(V)においてX1=105としたような場合、即ち、(設定速度Udの0％の速度、即ち０)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの205％の速度)となるように制御速度Vdを規制したような場合である。X1が10未満又は100を超える数値とされた場合に、延伸体１ｄの外径変動量が増加してしまうことは、図４に示す表から明らかである。
【００４１】
同様にして、第２把持部の制御速度Vuも、次式(VI)で表される範囲内となるように制限されており、その影響についても上述した式(V)の場合と全く同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu・・・・・・・・・(VI)
【００４２】
また、上述した基準値R1と実測値R2とから得られる値(R2/R1)や、[(R2/R1)-1]に基づいて、微分制御や積分制御も行うようにすることも可能である。例えば、式(III),(IV)に関しては、次式(VII),(VIII)に示すような、基準値R1と実測値R2とから得られる値[(R2/R1)-1]に基づいた、微分制御や積分制御も行うような制御式が考えられる。
【数１】
【数２】
ここで、K1,K2,K3は制御係数(K2＞0,K1≧0,K3≧0の範囲内の任意の定数)、t0は現在時、t1は積分開始時（何秒前からを積分対象とするか）である。その他の各記号の意味は、上述した式(I)〜(IV)の場合と同じある。
【００４３】
式(VII),(VIII)中、Ａの項が微分制御に相当する項、Ｂの項が比例制御に相当する項、Ｃの項が積分制御に相当する項である。なお、K1,K3に関しては０の値をとることも考えられる。K1のみが０の値をとる場合は、比例制御及び積分制御が行われることになる。K3のみが０の値をとる場合は、比例制御及び微分制御が行われることになる。K1及びK3の双方が０の値をとる場合は、比例制御のみが行われることになり、この場合は、K2=Ｋとなり、式(VII)は式(III)に等しく、式(VIII)は式(IV)に等しくなる。
【００４４】
このように、比例制御だけでなく、微分制御や積分制御も行うことにより、延伸体１ｃの外径をより均一にすることが可能となる。
【００４５】
なお、図１には、ガラス母材１ａが上下方向に配置して延伸する状態が示されているが、横方向に配置して延伸しても良く、ガラス母材１ａを回転させながら延伸しても良い。また、図２に示す各変動量は、以下の条件下で取得した。ガラス母材１ａの基準外径=80[mm]、延伸体１ｃの基準外径=40[mm]、第１把持部２の設定速度Ud=40[mm/min]、第２把持部３の設定速度Uu=10[mm/min]、第１把持部２の設定速度Udに対する制御許容範囲の割合±30％（X1=30）、第１把持部２のみを式(III)により制御。図４に示す各変動量は、以下の条件下で取得した。ガラス母材１ａの基準外径=80[mm]、延伸体１ｃの基準外径=40[mm]、第１把持部２の設定速度Ud=40[mm/min]、第２把持部３の設定速度Uu=10[mm/min]、制御係数Ｋ=250、第１把持部２のみを式(III)により制御。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るガラス母材の延伸方法は、加熱部に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材におけるテーパー部の特定位置の外径について基準値R1を設定し、この特定位置の実際の外径を測定して実測値R2を取得し、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することを特徴としているため、ガラス母材の外径に関わらず、精度良く且つ製造効率良くガラス母材を精密延伸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス母材の延伸方法を実施する延伸装置の側面図である。
【図２】制御係数と製造された延伸体の外径変動量との関係を示す図表である。
【図３】テーパー部の特定位置における外径と延伸体の外径との関係を示す側面図である。
【図４】把持部の設定速度に対する制御許容範囲の割合と製造された延伸体の外径変動量との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ａ…ガラス母材、１ｂ…テーパー部、１ｃ…延伸体、１ｄ…（テーパー部の）特定位置、１ｅ…ダミー棒、２…第１把持部、３…第２把持部、４…電気炉（加熱部）、５…外径測定器、６，７…駆動モーター、８…制御ユニット。
【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を延伸する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ用ガラス母材を一定の外径の光ファイバとなるように精密に延伸（精密延伸）する方法としては、特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載のバーナーを用いた延伸機（バーナー延伸機）による方法が知られている。これらの方法は、ガラス母材の上下端をチャックで把持し、ガラス母材の一部をバーナーにより加熱軟化させると同時に、上下のチャックを速度差を設けて移動させ、ガラス母材に引張力を加えて延伸させるものである。これらの方法においては、延伸過程にあるガラス母材のテーパー状部分の外径を測定して、この実測外径と予め設定された設定外径との差（外径偏差）に基づいてチャック移動速度を変化させ、一定の外径の光ファイバとなるように精密延伸している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載の延伸方法においては、外径偏差に基づいてチャック移動速度を変化させているので、元となるガラス母材の外径に関わらず（ガラス母材の外径が太い場合も細い場合も）、ある特定の外径偏差が生じた場合は、チャック速度をある特定の割合で変化させることになる。このため、ガラス母材の外径が異なると、チャック速度を制御した後の効果に差が生じるという問題があった。ガラス母材の外径が異なる毎に制御系を見直せば対応は可能であるが、その都度、制御系の修正作業が必要となり煩雑であるという問題がある。
【０００４】
また、上述した特開昭61-295251号公報又は特公平6-24996号公報に記載の延伸方法においては、ガラス母材をバーナーにより加熱軟化させる。バーナーでの加熱は、熱量の制御が行いやすく精密延伸に適しているが、単位時間あたりにガラス母材に与えることのできる熱量に上限があり、外径の太いガラス母材を軟化させるのに十分な熱量を与えることができない。そこで、外径の太いガラス母材に対しては、十分な熱量を与えることのできる抵抗炉や誘導炉などの電気炉を用いた延伸機（電気炉延伸機）により、バーナー延伸機で精密延伸できる程度の外径となるように一度延伸し、その後さらにバーナー延伸機により精密延伸していた。
【０００５】
しかし、このようにすると、２工程となるため、製造に際して時間及びコストがかかるという問題があった。電気炉延伸機のみで精密延伸を行おうとした場合、電気炉により加熱軟化されている部分が、バーナー延伸機に比してガラス母材の長手方向に広範囲となるため、外径を一定に保つことが非常に困難であり、これまでは電気炉延伸機のみでの精密延伸は行われていなかった。
【０００６】
発明者らは、鋭意研究の結果、加熱軟化されて延伸されているテーパー部分の外径の基準値と実測値とから得られる特定の値に基づいて延伸を制御することにより、ガラス母材が種々の外径を有していたとしても、電気炉延伸機のみで精密延伸を行うことができ、上述した問題を解決し得ることを知見した。本発明は、この知見に基づいてなされたもので、ガラス母材の外径に関わらず、精度良く且つ製造効率良く精密延伸させることのできるガラス母材の延伸方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガラス母材の延伸方法は、ガラス母材の両端を第１把持部及び第２把持部により把持し、第１把持部を第２把持部よりも速い速度となるようにして第１把持部及び第２把持部をガラス母材の長手方向に移動させ、第１把持部及び第２把持部のガラス母材の長手方向への移動に伴って、ガラス母材を第１把持部側の端部から順次加熱部により加熱軟化させ、ガラス母材に加わる引張力によりガラス母材を延伸させるもので、加熱部に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材におけるテーパー部の特定位置の外径について基準値R1を設定し、この特定位置の実際の外径を測定して実測値R2を取得し、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することを特徴としている。
【０００８】
この発明においては、テーパー部の基準値R1と実測値R2との差、いわゆる外径偏差により第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御するのではなく、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御する。このため、どのような外径のガラス母材に対しても、そのガラス母材の外径に比例した制御を行うことになり、より精密な延伸を行うことができる。また、従来は、電気炉延伸機のみでの延伸は困難であったが、上述の方法により、精密な延伸を行えるようになるため、電気炉延伸機のみでの精密延伸も可能となり、より大きな外径を有するガラス母材を１工程で精密延伸させることができる。上述した値を基に、比例制御・微分制御・積分制御を組み合わせて行うことが可能である。
【０００９】
ここで、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を、次式(I),(II)に基づいて制御することが好ましい。
Vd/Ud=(R2/R1)K ・・・・・・・・(I)
Vu/Uu=(R2/R1)-K・・・・・・・・(II)
なお、Vdは第１把持部の制御後の速度[mm/min]、Udは第１把持部の設定速度[mm/min]、Vuは第２把持部の制御後の速度[mm/min]、Uuは第２把持部の設定速度[mm/min]、R1はガラス母材におけるテーパー部の特定位置の基準値[mm]、R2はガラス母材におけるテーパー部の実測値[mm]、Ｋは制御係数（任意の正の定数）である。
【００１０】
この式(I)及び(II)は、上述した基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御する具体的な制御式である。このような式により第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することにより、ガラス母材の外径によらず、電気炉延伸機による精密延伸を好適に行うことができる。
【００１５】
また、式(I)、 (II)における上述した制御係数Ｋを、50〜500の範囲内の値とすることが好ましい。このようにすることで、製造された光ファイバ（延伸体）の外径変動量をより小さくすることができる（即ち、より均一な外径を有する光ファイバが得られる）。制御係数Ｋが50未満であると、設定速度Ud,Uuに対する制御後の速度（以下、制御速度ともいう）Vd,Vuの変化量が小さすぎ、制御による有効な効果が得られないので製造された光ファイバ（延伸体）の外径変化量が大きくなってしまう。一方、制御係数Ｋが500を超えると、延伸過程にあるガラス母材のテーパー部での外径変動量をより一定にすることができるが、ガラス母材自体が有している外径の不均一性の影響を受けて、製造後の光ファイバ（延伸体）の外径変動量がかえって大きくなる傾向が顕著となる。制御係数Ｋは、上述した範囲の中でも100〜250の範囲内とすることが特に好ましく、この範囲内とすれば、製造された光ファイバ（延伸体）の外径変動量をごく小さいものとすることができる。
【００１６】
また、第１把持部の制御後の速度Vdを、次式(V)で表される範囲内となるように制限することが好ましい。
(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud・・・・・・・・・(V)
なお、X1は10〜100の範囲内の任意の定数である。
【００１７】
上述した式(I)、 (II)に示す制御式を用いて（好ましくは制御係数Ｋを50〜500の範囲内の定数として）、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することにより、光ファイバ（延伸体）を精度良く製造することができる。しかし、ガラス母材の外径が大きく変動しているような場合は、第１把持部の制御速度Vdを、設定速度Udからかなり離れた値にまで制御することになる。このように、設定速度Udからかなり離れた値にまで制御すると、制御遅れが発生して特に制御係数Ｋが大きい場合に制御系が発散しやすく（オーバーシュートしやすく）なり、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が、一定の値に収束しなくなるという傾向が出る。
【００１８】
これに対して、ガラス母材の外径変動量に応じて制御係数Ｋを変数として変化させることも考えられるが、制御系が複雑になりフィードバックも遅くなる。このため、第１把持部の制御速度Vdを、設定速度Udに対してある一定の範囲内となるようにすることにより、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなるのを防止することができる。ここで、X1が10〜100の間の任意の定数であることからもわかるように、制御速度Vdと設定速度Udとの差の絶対値|Vd-Ud|（以下単に|Vd-Ud|とも言う）が設定速度Udの10％〜100％の範囲内に制限されるように、制御速度Vdの取り得る範囲が制限される。上述した式(I)により算出された制御速度Vdが、上述した制限範囲の下限よりも下回る場合は制限範囲内の下限値で制御し、上述した制限範囲の上限よりも上回る場合は制限範囲内の上限値で制御する。
【００１９】
ここで、|Vd-Ud|が設定速度Udの10％未満(即ち、X1＜10)となるように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してほとんど変化しない状態となるため、制御による有効な効果が得られず、かえって製造される光ファイバ（延伸体）の外径変動量が増加してしまう。一方、|Vd-Ud|が設定速度Udの100％を超える(即ち、X1＞100)ように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してかなり離れた値にまで制御されることになり、制御系が発散（オーバーシュート）して、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなってしまう。
【００２０】
また、同様にして、第２把持部の制御後の速度Vuも、次式(VI)で表される範囲内となるように制限することが好ましい。
(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu・・・・・・・・・(VI)
なお、X2は10〜100の範囲内の任意の定数である。このようにすることで、上述した第１把持部の場合と全く同様に、第２把持部の制御速度Vuを、設定速度Uuに対してある一定の範囲内となるようにすることにより、製造される光ファイバ（延伸体）の外径が一定の値に収束しなくなるということを防止する。ここで、X1,X2は、それぞれ独立して決定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るガラス母材の延伸方法を実施する延伸装置の一形態について、図１を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１には、ガラス母材１ａが延伸されている途中が示されており、ガラス母材１ａの中央付近が電気炉４により加熱軟化され、テーパー部１ｂにおいて延伸され、その下方に延伸体１ｃが形成されている状態が示されている。延伸初期はガラス母材１ａ部分のみであり、延伸が開始されるとテーパー部１ｂが形成され、その下方に延伸体１ｃが形成される。
【００２３】
ガラス母材１ａ及び延伸体１ｃは、それぞれ上端及び下端にダミー棒１ｅが形成されており、このダミー棒１ｅが第１把持部２及び第２把持部３によりそれぞれチャックされている。第１把持部２及び第２把持部３は、それぞれ駆動モーター６，７に接続されており、この駆動モーター６，７により図中上下方向に駆動される。駆動モーター６，７は、制御ユニット８に接続されており、制御ユニット８からの信号に基づいて、第１把持部２及び第２把持部３の速度を変化させる。
【００２４】
第１把持部２及び第２把持部３の中間には、電気炉４が配置されている。電気炉４は、円筒状の形態を有しており、その中央に挿通されるガラス母材１ａを加熱軟化させる。電気炉４としては、電気抵抗による発熱を用いた抵抗炉や、高周波誘導加熱を用いた誘導炉を用いることができる。電気炉４の下方近傍には、電気炉４に挿通されて加熱軟化されたテーパー部１ｂの特定位置１ｄの外径を測定する被接触型の外径測定器５が配設されている。
【００２５】
上述した装置を用いて延伸を行う際には、第１把持部２及び第２把持部３は、それぞれ制御ユニット８からの信号を受けた駆動モーター６，７によりそれぞれ下方に移動される。このとき、第１把持部２の移動速度として基準となる設定速度Udが予め設定されており、第２把持部３の移動速度として基準となる設定速度Uuが予め設定されている。第１把持部２の移動速度は、第２把持部３の移動速度よりも速くなるように設定され、この速度差によってガラス母材１ａとテーパー部１ｂと延伸体１ｃに対して引張力を負荷する。
【００２６】
ガラス母材１ａ及び延伸体１ｃの中間部が電気炉４内に挿通され、電気炉４により与えられた熱量により軟化されたテーパー部１ｂが形成されている。テーパー部１ｂは、負荷された引張力により引き延ばされてテーパー状の形態とされながら延伸されている。加熱軟化状態にあるテーパー部１ｂは、電気炉４の上端やや上から、電気炉４の下端から幾分に下がった位置まで形成される（図１中斜線で示した部分）。
【００２７】
テーパー部１ｂは、電気炉４を出た後も一定の距離は軟化状態下で延伸されるが、その後は固化して延伸体１ｃとなる。テーパー部１ｂの下端近傍の特定位置１ｄの実際の外径（実測値R2）が、外径測定器５により測定される。特定位置１ｄに関しても、予め基準となる基準値R1が設定されている。特定位置１ｄは、この特定位置１ｄでの実測値R2に基づいて延伸体１ｃの外径を制御することになるため、延伸体１ｃに近い位置とすることが好ましく、電気炉４の下端から上方に遠すぎると制御遅れにより延伸体１ｃの外径を一定に保つことができなくなる。測定された特定位置１ｄの実測値R2は、制御ユニット８に送られ、この特定位置１ｄの実測値R2に基づいて、第１把持部２及び／又は第２把持部３の下方への移動速度が制御される。
【００２８】
次に、本発明に係るガラス母材の延伸方法の実施態様について詳しく説明する。以下には、第１把持部２及び第２把持部３の両方の移動速度を制御するものとして説明するが、何れか一方のみが制御されるようであっても良い。
【００２９】
外径測定器５により測定された特定位置１ｄの実測値R2は、制御ユニット８に送られる。制御ユニット８内では、特定位置１ｄの基準値R1、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの設定速度Ud,Uu、制御係数Ｋに基づいて演算が行われる。その結果、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの制御速度Vd,Vuが、基準値R1と実測値R2とから得られる値(R2/R1)に基づく次式(I),(II)より算出される。
Vd/Ud=(R2/R1)K ・・・・・・・・(I)
Vu/Uu=(R2/R1)-K・・・・・・・・(II)
【００３０】
あるいは、式(I),(II)に代えて、式(I),(II)をそれぞれ[(R2/R1)-1]についてテイラー展開して２次以降の項を省略し、基準値R1と実測値R2とから得られる値[(R2/R1)-1]に基づく次式(III),(IV)により、第１把持部２及び第２把持部３それぞれの制御速度Vd,Vuを算出しても良い。この場合は、制御式を(R2/R1)のべき乗の関数としてではなく簡単な１次関数として表すことにより制御に関する演算を早く行うことができ、フィードバックを早く行うことができる。
Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(III)
Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(IV)
【００３１】
このように、基準値R1と実測値R2との差ではなく、基準値R1と実測値R2との比率を考慮した値(R2/R1)や[(R2/R1)-1]により第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御すれば、ガラス母材１ａの外径が細いものから太いものまで、そのガラス母材１ａの外径に比例した制御を行うことになる。その結果、より精密な延伸を行うことができ、従来は困難であった電気炉延伸機のみでの精密延伸も可能となり、より大きな外径を有するガラス母材１ａを１工程で精密延伸させることができる。
【００３２】
ここで、制御係数Ｋが大きくなれば、設定速度Ud,Uuに対する制御後の速度Vd,Vuの変化量は大きくなり、特定位置１ｄでの外径をより均一に保持することができる。この制御係数Ｋは、50〜500の範囲内の任意の定数値とされている。制御係数Ｋが50未満であると、設定速度Ud,Uuに対する制御速度Vd,Vuの変化量が小さすぎ、制御による有効な効果が得られないので、延伸体１ｃの外径変化量が大きくなってしまう。一方、制御係数Ｋが500を超えると、図２に示す表からも明らかなように、特定位置１ｄにおける外径変動量は小さく（外径はより均一に）なるが、ガラス母材１ａ自体が有している外径の不均一性の影響を受けて、特定位置１ｄより下方に形成される延伸体１ｃの外径変動量は、かえって大きくなってしまう傾向が強くなってしまう。
【００３３】
即ち、図３(a)に示すように、ガラス母材１ａの外径が基準通りであれば、その下方に形成されるテーパー部１ｂは、図中▲１▼に示すように理想の形状となる
。しかし、ガラス母材１ａ自体も、その外径には僅かな変動があり、ガラス母材１ａの外径が基準よりも細い部分では、テーパー部１ｂの上部側外径は、図中◯２に示すように細くなる。ここで、制御係数Ｋを大きくして特定位置１ｄにおける外径の均一性を向上させ過ぎると、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は、図中▲２▼に示すように太くなってしまう。逆に、ガラス母材１ａの外径が基準
よりも太い部分では、テーパー部１ｂの上部側外径は、図中▲３▼に示すように太
くなる。ここで、制御係数Ｋを大きくして特定位置１ｄにおける外径均一性を向上させ過ぎると、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は、図中▲３▼に示すよ
うに細くなってしまう。
【００３４】
これに対して、特定位置１ｄの外径を過度に均一となるようにせず、ガラス母材１ａの外径の不均一性にある程度柔軟に対応した方が、延伸体１ｃの外径変動量を小さく抑えることができる。即ち、図３(b)に示すように、ガラス母材１ａの外径が基準通りであれば、その下方に形成されるテーパー部１ｂは、図中▲１▼
に示すように理想の形状となる。ここで、ガラス母材１ａの外径が基準よりも細い部分では、特定位置１ｄの外径がやや理想の形状に対して細くなるようでも、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は均一となる。また、ガラス母材１ａの外径が基準よりも太い部分では、特定位置１ｄの外径がやや理想の形状に対して太くなるようでも、その下方に形成される延伸体１ｄの外径は均一となる。なお、図３は、わかりやすくするために縦方向又は横方向の比率が実際のものに比べて強調して示されている。
【００３５】
上述した理由から、制御係数Ｋの値は、あまり小さすぎても、逆にあまり大きすぎても、延伸体１ｄの外径変動量を大きくしてしまう。発明者らは、鋭意検討の結果、制御係数Ｋを50〜500の範囲内とすることが、延伸体１ｃの外径変動量を小さく抑えるのに好適な範囲であることを発見した。また、上述の範囲内であっても、100〜250の範囲内とすると、延伸体１ｃの外径変動量をより均一にできるので特に好ましい。このことは、図２に示す表からも明らかである。この制御係数Ｋの好ましい範囲は、上述した(I),(II)式及び、これらの式をテイラー展開した(III),(IV)式のいずれにも好適に用いることができる。
【００３６】
さらに、第１把持部２の制御速度Vdは、次式(V)で示される範囲内となるように制限されている。なお、次式(V)中のX1は、10〜100の範囲内の任意の定数である。
(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud・・・・・・・・・(V)
【００３７】
上述したように、式(I)〜(IV)を用い（好ましくは制御係数Ｋを50〜500の範囲内の定数として）、第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御することにより、延伸体１ｄの外径変動量を小さくすることができる。しかし、ガラス母材１ａの外径が大きく変動しているような場合は、第１把持部２及び第２把持部３の制御速度Vdを設定速度Udからかなり離れた値にまで制御することになり、第１把持部２及び第２把持部３の制御速度Vd,Vuが極端に遅く又は極端に速くなる。このとき、特定位置１ｄの実測値R2を測定し、式(I)〜(IV)に基づく演算をし、その演算結果に基づき第１把持部２及び第２把持部３の速度を制御するまでの間に制御遅れが発生してしまう。そして、この制御遅れが繰り返されることにより、延伸体１ｄの外径が一定の値に収束せずに発散しやすく（オーバーシュートしやすく）なるという傾向が顕著になってしまう。
【００３８】
このため、第１把持部２の制御速度Vdを、設定速度Udに対して式(V)に示される一定の範囲内に規制することにより、延伸体１ｄの外径が発散することを防止する。ここで、X1が10〜100の間の任意の定数であることからもわかるように、制御速度Vdと設定速度Udとの差の絶対値|Vd-Ud|が設定速度Udの10％〜100％の範囲内に制限されるように、制御速度Vdの取り得る範囲を制限する。上述した式(I)又は(III)により算出された制御速度Vdが、上述した制限範囲の下限よりも下回る場合は制限範囲内の下限値で制御し、上述した制限範囲の上限よりも上回る場合は制限範囲内の上限値で制御する。例えば、X1=10の場合、(設定速度Udの90％の速度)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの110％の速度)となるように制御速度Vdを規制し、X1=100の場合、(設定速度Udの0％の速度、即ち０)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの200％の速度)となるように制御速度Vdを規制する。
【００３９】
ここで、|Vd-Ud|が設定速度Udの10％未満(即ち、X1＜10)となるように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してほとんど変化しない状態となるため、制御による有効な効果が得られず、かえって製造される延伸体１ｃの外径変動量を増加させてしまう。例えば、式(V)においてX1=5としたような場合、即ち、(設定速度Udの95％の速度)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの105％の速度)となるように制御速度Vdを規制したような場合である。
【００４０】
一方、|Vd-Ud|が設定速度Udの100％を超える(即ち、X1＞100)ように、制御速度Vdを規制すると、制御速度Vdが設定速度Udに対してかなり離れた値にまで制御されることになり、制御系が発散（オーバーシュート）して、製造される延伸体１ｄの外径が一定の値に収束しなくなってしまう。例えば、式(V)においてX1=105としたような場合、即ち、(設定速度Udの0％の速度、即ち０)＜(制御速度Vd)＜(設定速度Udの205％の速度)となるように制御速度Vdを規制したような場合である。X1が10未満又は100を超える数値とされた場合に、延伸体１ｄの外径変動量が増加してしまうことは、図４に示す表から明らかである。
【００４１】
同様にして、第２把持部の制御速度Vuも、次式(VI)で表される範囲内となるように制限されており、その影響についても上述した式(V)の場合と全く同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu・・・・・・・・・(VI)
【００４２】
また、上述した基準値R1と実測値R2とから得られる値(R2/R1)や、[(R2/R1)-1]に基づいて、微分制御や積分制御も行うようにすることも可能である。例えば、式(III),(IV)に関しては、次式(VII),(VIII)に示すような、基準値R1と実測値R2とから得られる値[(R2/R1)-1]に基づいた、微分制御や積分制御も行うような制御式が考えられる。
【数１】
【００４３】
式(VII),(VIII)中、Ａの項が微分制御に相当する項、Ｂの項が比例制御に相当する項、Ｃの項が積分制御に相当する項である。なお、K1,K3に関しては０の値をとることも考えられる。K1のみが０の値をとる場合は、比例制御及び積分制御が行われることになる。K3のみが０の値をとる場合は、比例制御及び微分制御が行われることになる。K1及びK3の双方が０の値をとる場合は、比例制御のみが行われることになり、この場合は、K2=Ｋとなり、式(VII)は式(III)に等しく、式(VIII)は式(IV)に等しくなる。
【００４４】
このように、比例制御だけでなく、微分制御や積分制御も行うことにより、延伸体１ｃの外径をより均一にすることが可能となる。
【００４５】
なお、図１には、ガラス母材１ａが上下方向に配置して延伸する状態が示されているが、横方向に配置して延伸しても良く、ガラス母材１ａを回転させながら延伸しても良い。また、図２に示す各変動量は、以下の条件下で取得した。ガラス母材１ａの基準外径=80[mm]、延伸体１ｃの基準外径=40[mm]、第１把持部２の設定速度Ud=40[mm/min]、第２把持部３の設定速度Uu=10[mm/min]、第１把持部２の設定速度Udに対する制御許容範囲の割合±30％（X1=30）、第１把持部２のみを式(III)により制御。図４に示す各変動量は、以下の条件下で取得した。ガラス母材１ａの基準外径=80[mm]、延伸体１ｃの基準外径=40[mm]、第１把持部２の設定速度Ud=40[mm/min]、第２把持部３の設定速度Uu=10[mm/min]、制御係数Ｋ=250、第１把持部２のみを式(III)により制御。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るガラス母材の延伸方法は、加熱部に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材におけるテーパー部の特定位置の外径について基準値R1を設定し、この特定位置の実際の外径を測定して実測値R2を取得し、基準値R1及び実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて、第１把持部及び／又は第２把持部の速度を制御することを特徴としているため、ガラス母材の外径に関わらず、精度良く且つ製造効率良くガラス母材を精密延伸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス母材の延伸方法を実施する延伸装置の側面図である。
【図２】制御係数と製造された延伸体の外径変動量との関係を示す図表である。
【図３】テーパー部の特定位置における外径と延伸体の外径との関係を示す側面図である。
【図４】把持部の設定速度に対する制御許容範囲の割合と製造された延伸体の外径変動量との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ａ…ガラス母材、１ｂ…テーパー部、１ｃ…延伸体、１ｄ…（テーパー部の）特定位置、１ｅ…ダミー棒、２…第１把持部、３…第２把持部、４…電気炉（加熱部）、５…外径測定器、６，７…駆動モーター、８…制御ユニット。
Claims (5)
- ガラス母材の両端を第１把持部及び第２把持部により把持し、第１把持部を第２把持部よりも速い速度となるようにして第１把持部及び第２把持部をガラス母材の長手方向に移動させ、第１把持部及び第２把持部のガラス母材の長手方向への移動に伴って、ガラス母材を第１把持部側の端部から順次加熱部により加熱軟化させ、ガラス母材に加わる引張力によりガラス母材を延伸させるガラス母材の延伸方法において、
前記加熱部に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材におけるテーパー部の特定位置の外径について基準値R1を設定し、前記特定位置の実際の外径を測定して実測値R2を取得し、前記基準値R1及び前記実測値R2より得られる値(R2/R1)に基づいて、前記第１把持部及び／又は前記第２把持部の速度を制御することを特徴とするガラス母材の延伸方法。 - 前記第１把持部及び／又は前記第２把持部の速度を、次式(I),(II)に基づいて制御する、請求項１に記載のガラス母材の延伸方法。
Vd/Ud=(R2/R1)K ・・・・・・・・(I)
Vu/Uu=(R2/R1)-K・・・・・・・・(II)
Vd:第１把持部の制御後の速度[mm/min]
Ud:第１把持部の設定速度[mm/min]
Vu:第２把持部の制御後の速度[mm/min]
Uu:第２把持部の設定速度[mm/min]
R1:ガラス母材におけるテーパー部の特定位置の基準値[mm]
R2:ガラス母材におけるテーパー部の実測値[mm]
Ｋ:制御係数（任意の正の定数） - 前記制御係数Ｋを、50〜500の範囲内の値とした請求項２に記載のガラス母材の延伸方法。
- 前記第１把持部の制御後の速度Vdを、次式(V)で表される範囲内となるように制限する請求項２又は３のいずれかに記載のガラス母材の延伸方法。
(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud・・・・・・・・・(V)
X1:10〜100の範囲内の任意の定数 - 前記第２把持部の制御後の速度Vuを、次式(VI)で表される範囲内となるように制限する請求項２，３又は４のいずれかに記載のガラス母材の延伸方法。
(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu・・・・・・・・・(VI)
X2:10〜100の範囲内の任意の定数
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