JP3932585B2

JP3932585B2 - ガラス母材の延伸方法

Info

Publication number: JP3932585B2
Application number: JP31086696A
Authority: JP
Inventors: 達彦斎藤; 寿美夫星野; 真澄伊藤; 裕一大賀; 俊雄彈塚
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH09221334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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所望の外径に延伸する方法としては、抵抗加熱炉などのヒーターによりガラス母材の一方の端部から順次加熱軟化させて引っ張り応力などを加え、縮径されたガラス母材の外径を非接触の外径測定器によって測定しながら、得られた測定値が目標値である制御外径値と一致するよう、ガラス母材に引っ張り応力を加えるために上側及び下側チャックの移動速度を制御する方法などが知られている。なお、このような制御方法は、例えば、特開平4-83726号公報、特開昭56-45843号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の延伸方法では、得られる延伸体の外径を所望の値とするため、ガラス母材の一部であって、引っ張り応力が加えられた状態で加熱されることにより、テーパ状に変形した軟化部の所定の位置の外径を外径測定器で測定し、測定した外径が設定値である制御外径値と一致するようにガラス母材を加熱炉に送り込むための上側チャックの移動速度と、該加熱炉からガラス母材を引き出すための下側チャックの移動速度（該ガラス母材に所定の引っ張り応力を加えるため、下側チャックの移動速度は上側チャックの移動速度よりも早い）を制御している。
【０００４】
そのため、得られた延伸体の外径（以下、仕上り外径という）は制御外径の設定値よりも幾らか小さい値となるが、ガラス母材の両端部付近を除く、一定の外径を有する中央部分（定常部分）を延伸しているときは、制御外径の設定値と仕上り外径との差が一定で安定している。このため、測定位置での外径から仕上り外径までの縮径を見込んだ値を制御外径として設定し、上記上側チャックの移動速度又は下側チャックの移動速度をフィードバック制御すれば、所望の仕上り外径にガラス母材を延伸することができる。
【０００５】
しかし、ガラス母材の両端は円錐状の形状に端末処理がなされており、その外径が大きく変化しているために、ガラス母材の中央部分（定常部分）を延伸するときと同じ制御外径の設定値に一致させるようガラス母材に引っ張り応力を加えると、両端部付近では一定の仕上り外径が得られない。具体的には、得られる延伸体の両端部付近以外の定常部分ではその外径が一定で所望の縮径が得られるが、両端部のテーパ部では、仕上り外径が大きくなる（図１０（ａ）、（ｂ）参照）。特に、図１０（ｂ）に示されたように、延伸開始部が太くなった場合に、その後に続く部分がその反動で細くなる。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光ファイバ用ガラス母材を所望の外径を有する延伸体に精度良く延伸するための延伸方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る延伸方法は、図１に示されたように、所定の外径を有する定常部分１０の第１端及び第２端（図中の矢印Ｐ１及びＰ２で示された部分）のそれぞれに、該定常部分１０よりも小さい外径を有する第１及び第２テーパー部１１ａ、１１ｂが設けられたガラス母材１を長手方向に延伸し、所望の外径を有する延伸体１００を得る方法である。このガラス母材１の内部には、長手方向に延びた、光ファイバのコアとなるべき領域（以下、コア領域という）１０ａが設けられており、そして、上記第１及び第２テーパー部１１ａ、１１ｂには取り扱いを容易にするためのダミー棒１２ａ、１２ｂが取り付けられている。一方、延伸体１００は、所望の外径を有する定常部分１１０（長手方向に延びたコア領域１１０ａを含む）の両端（図中の矢印Ｐ１１、Ｐ１２で示された部分であって、ガラス母材１の定常部分１０の各端Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ対応している）にテーパー部１１１ａ、１１１ｂ（ガラス母材１の第１及び第２テーパー部１１ａ、１１ｂに対応している）を有している。
【０００８】
具体的に、この発明に係る延伸方法は、図２に示された延伸装置によって実行される。当該延伸方法では、まず上述のガラス母材１のダミー棒１２ｂが上側チャック１３に把持されるとともに、該ガラス母材１のダミー棒１２ａが下側チャク１４に把持されることにより、該ガラス母材１が図２の延伸装置にセットされる。上側チャック１３はガラス母材１を所定の速度（第１の速度）で図中の矢印Ｓ１で示された方向に沿って、ヒーター９内に送り込む。これにより、ガラス母材１は、第１テーパー部１１ａから第２テーパー部１１ｂに向かって順次抵抗加熱炉などのヒーター９内に位置する部分（加熱部分）が加熱され、該加熱部分を含む所定部分（軟化部分２００）が軟化する（加熱工程）。一方、下側チャック１４は、上記上側チャック１３の移動方向に沿って（矢印Ｓ１で示された方向に一致する矢印Ｓ２で示された方向に沿って）該上側チャック１３よりも早く移動することにより、該上側チャック１３と協働して所定部分が軟化しているガラス母材１に引っ張り応力を加える（延伸工程）。これにより、該ガラス母材１は上側チャック１３の移動距離と下側チャック１４の移動距離の差だけ延伸された延伸体が得られる。なお、延伸体１００の外径制御は、上記ガラス母材１の軟化部分２００における所定部位１５の外径を外径測定器６で測定しながら、得られる測定値を予め設定された制御外径の設定値に一致させるよう、制御部７が、上側チャック１３及び下側チャック１４の少なくともいずれか一方の移動速度をフィードバック制御することにより行われる（制御工程）。
【０００９】
特に、この発明に係る延伸方法は、少なくとも、上記ガラス母材１の定常部分１０の第２端Ｐ２とヒーター９の開口位置（図中、Ｑで示された位置）との間隔が所定値になった時点から延伸終了時点までの期間中、上記制御外径の設定値を変化させることを特徴としている。なお、この制御外径の設定値の変更は、ヒーター９内へ送り込まれるガラス母材１の移動距離に対応して、段階的に減少させることも、あるいは連続的に変更させることも可能である。
【００１０】
また、図２の延伸装置は、上側チャック１３と下側チャック１４の速度差（移動距離の差）を利用してガラス母材１に所望の引っ張り応力を加えることにより、得られる延伸体１００の外径を調節している。そのため、この制御外径の設定値を変更する期間中における、延伸体１００の外径制御は、上側チャック１３及び／又は下側チャック１４の移動速度を、測定値を上記設定値に一致させるよう調節することにより行われている。特に、この速度制御には、所定の時点から延伸終了時点までの間、ガラス母材１をヒーター９内へ送り込むための上記上側チャック１３を停止させる動作が含まれる。なお、図２の延伸装置において、上側チャックの停止は上記制御外径の設定値を０に設定することにより実現できる。
【００１１】
さらに、この発明に係る延伸方法は、上述のような延伸終了時点を含む所定期間だけでなく、延伸開始時点から所定期間中においても、制御外径の設定値を変更するようにしてもよい。すなわち、延伸開始時点から、ガラス母材１の定常部分１０の第１端Ｐ１とヒーターの開口位置Ｑとの間隔が所定値になった時点までの期間中、上記制御外径の設定値を変化させる。
【００１２】
この制御外径の設定値の変更は、ヒーター９内へ送り込まれるガラス母材１の移動距離に対応して、段階的に増加させることも、あるいは連続的に増加させることも可能である。
【００１３】
なお、この明細書において、延伸開始時点とは、少なくともガラス母材１に上側チャック１３と協働して引っ張り応力を加えるための下側チャック１４が移動し始めた時点をいい、延伸終了時点とは、該下側チャック１４が停止した時点をいう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る延伸方法を、図１〜図９を用いて説明する。
【００１５】
図１において、延伸対象であるガラス母材１は、その中央部が円柱状をなす。ガラス母材１の延伸開始端側の端部（第１テーパ部）１１ａ、該ガラス母材１の延伸終了端側の端部（第２テーパ部）１１ｂの両端部は円錐状に端末処理がなされている。さらに、これら第１及び第２テーパー部１１ａ、１１ｂの末端には取扱の便宜のためダミー棒１２ａ、１２ｂが接合されている。
【００１６】
図２は、この発明に係る延伸方法を実施するための延伸装置の構成を示す図であり、上記ガラス母材１を延伸している途中状態を示している。この図２において、９は縦型加熱炉（抵抗加熱炉に含まれる）である。２００は延伸中のガラス母材２の引っ張り応力が加えられた状態で加熱されることにより、テーパ状に変形した部分であって、斜線で示してある。具体的には、縦型加熱炉９の上端に対応する位置（図中、Ｑで示された開口位置）から被加熱部３、外径被測定部位１５を経て、延伸体１００の定常部分１１０の端部に至るテーパ状の形状をなす部分をいう。被加熱部３は延伸中のガラス母材１の縦型加熱炉９による被加熱部分であり、軟化部２００のうち縦型加熱炉９に入っている部分をいう。２１０は、被加熱部３のうち、縦型加熱炉９の縦方向の中心に位置する部分（以下、被加熱中心部という）をいう。この被加熱中心２１０は、一般に他の部分と比較して最も高温でかつ粘度が低いため、ガラス母材１の移動速度（ガラス母材１の太さなどの要因により可変）や引っ張り応力に対し最も鋭敏に反応する部分である。
【００１７】
６は外径測定器であり、レーザ光線を発振して軟化部２００の所定部位１５における外径を非接触で測定する。この測定されるべき部位は、軟化部２００の開始端（開口位置Ｑ）から進行方向（矢印Ｓ１、Ｓ２で示される方向）に一定の距離だけ離れた最適位置が試行錯誤により経験的に選ばれ、この部位１５の外径と制御外径の設定値とを比較することによりガラス母材１へ加えられる引っ張り応力が調節される。
【００１８】
１４は下側チャックであり、延伸対象であるガラス母材１の延伸開始端に位置するダミー棒１２ａを把持する。１３は上側チャックであり、該ガラス母材１の延伸終了端に位置するダミー棒１２ｂを把持する。８は下側チャック１４を矢印Ｓ２で示された方向に、所定速度で移動させるための駆動モータ、５は上側チャック１３を矢印Ｓ１で示された方向に、所定速度（下側チャックよりも遅い）で移動させるための駆動モータであり、それぞれ協働して、ガラス母材１を延伸する。
【００１９】
図２の装置は、下側チャック１４の移動速度と上側チャック１３の移動速度に差をつけることにより、ガラス母材１に引っ張り応力を加える。すなわち、上側チャック１３の単位時間当りの移動距離と下側チャック１４の単位時間当りの移動距離の差が単位時間当りの延伸長となる。したがって、上側及び下側チャック１３、１４の移動速度の制御では、軟化部２００の被測定部位１５における外径測定値と制御外径の設定値とを比較し、測定値の方が大きいときは該上側チャック１３と下側チャック１４との速度差を大きくするよう、また、小さいときはこれらの速度差を小さくするように制御されている。下側チャック１４の引っ張り動作は、主にガラス母材１を延伸するよう機能する。また、上側チャック１３の送り動作は、ガラス母材１の移動速度及び移動距離を規定するよう機能する。なお、これら上側及び下側チャック１３、１４の速度制御は、ガラス母材１の外径の変化による熱容量の変化を考慮して、ガラス母材１の外径（特に定常部分１０の外径）が小さいときは各チャック１３、１４の移動速度を早く、大きいときは遅くなるように制御する。
【００２０】
７は上記上側及び下側１３、１４の移動速度及び移動距離をそれぞれ独立に調節するための制御ユニットであり、外径測定器６で測定された被測定部位１５の外径値と予め設定された制御外径の設定値とを比較して、下側チャック１４の移動速度、及び／又は上側チャック１３の移動速度を決定し、各駆動モータ８、５を駆動させる。
【００２１】
次に、図２の延伸装置における、ガラス母材１の延伸動作について図３（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。なお、上述された図３（ａ）〜（ｃ）は、この発明に係る延伸方法を時系列に表示した図である。
【００２２】
まず、予めその形状、大きさが分かっているガラス母材１は、加熱炉９を介してダミー棒１２ａが下側チャック１４に把持されるとともに、ダミー棒１２ｂが上側チャック１３に把持されることにより、当該延伸装置にセットされる（図３（ａ）参照）。一般に、ガラス母材１のセッティングでは、該ガラス母材１の定常部分１０の下端（矢印Ｐ１で示された部分）が加熱炉９の開口位置Ｑよりも上方に位置するように行われる（Ａ＞０ｍｍ）。なお、セットされたガラス母材１のうち第１テーパー部１１ａが長手方向に対して短い場合には、該ガラス母材１の定常部分１０の下端Ｐ１は加熱炉９内に位置することもあるが、通常、この定常部分１０の下端Ｐ１と加熱炉９の開口位置Ｑとの間隔Ａは、０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定される。
【００２３】
ガラス母材１の定常部分１０の延伸は、図３（ｂ）に示された状態から図３（ｃ）に示された状態へと連続的に行われる。すなわち、図３（ｂ）は、上側チャック１３がセッティング位置（図中、破線で示された位置１３０に対応）からＸ１だけ移動し、下側チャック１４がセッティング位置（図中、破線で示された位置１４０に対応）からＸ２だけ移動した時点の状態（ガラス母材１が（Ｘ２−Ｘ１）だけ延伸された状態）を示す。また、図３（ｃ）は、上側チャック１３がセッティング位置（図中、破線で示された位置１３０に対応）からＸ１０だけ移動し、下側チャック１４がセッティング位置（図中、破線で示された位置１４０に対応）からＸ２０だけ移動した時点の状態（ガラス母材１が（Ｘ２０−Ｘ１０）だけ延伸された状態）を示す。
【００２４】
このように、ガラス母材１の定常部分１０を延伸しているときは、その外径が一定になっているので、軟化部２００の被測定部位１５における外径に対して、仕上がり外径（延伸体１００の定常部分１１０の外径）は略一定の割合で縮径する。そのため、制御ユニット７は、外径測定器６から得られる測定部位１５の外径値と、制御外径の設定値とを比較し、該測定値が設定値に一致するようガラス母材１に加えられる引っ張り応力を調整している。具体的には、図２の延伸装置では、上側チャック１３の移動距離と下側チャック１４の移動距離との間に所定の差を与えることにより（上側チャック１３の単位時間当たりの移動距離よりも下側チャック１４の単位時間当たりの移動距離を大きくすることにより）、ガラス母材１に引っ張り応力を加えているので、該上側チャック１３及び／又は下側チャック１４の移動速度を調整することにより、単位時間当たりの該ガラス母材１の延伸長を変え、結果的に、得られる延伸体１００の仕上がり外径を制御している。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示されたように、ガラス母材１の上端（図中、矢印Ｐ２で示された部分）と加熱炉９の開口位置Ｑとの間隔Ｂが所定値になった時点以降から延伸終了時点までの端部延伸動作を図５のフローチャートを用いて説明する。なお、以下の説明では、上記間隔Ｂが負の数であるとき、該間隔Ｂは、図４（ａ）に示されたように、ガラス母材１の定常部分１０の上端Ｐ２が加熱炉９内に入る前の状態を示すものとする。一方、上記間隔Ｂが正の数であるとき、該間隔Ｂは、図４（ｂ）に示されたように、ガラス母材１の定常部分１０の上端Ｐ２が加熱炉９内に入った状態を示すものとする。
【００２６】
定常状態（図３（ｂ）に示されたように、ガラス母材１の定常部分１０を延伸する定常部分延伸動作が行われている状態）では、制御ユニット７は、外径測定装置６からの測定値と制御外径の設定値とを一致させるように、駆動モータ５、８を制御している（上側及び下側チャック１３、１４の速度制御）。一方、図２の延伸装置にセットされたガラス母材１の形状及びサイズは予め分っているため、制御ユニット７はガラス母材１に関する情報と上側チャック１３の移動距離とから、加熱炉９の開口位置Ｑとガラス母材１の定常部分１０の上端Ｐ２との間隔Ｂを延伸終了時点まで監視している（ステップＳＴ１、ＳＴ２）。
【００２７】
そして、上記間隔Ｂが所定値ａ以上となったとき、上述の定常状態における制御外径の設定値を変更するよう、制御ユニット７は定常部分延伸動作から端部延伸動作へ移行する。この端部延伸動作では、上記間隔Ｂが少なくとも所定の条件（Ｂ≧β）を満たすまで、制御外径の設定値を変更していく。
【００２８】
定常状態からこの端部延伸状態に移行した段階では、該設定値を所定値だけ小さくし（ステップＳＴ６）、間隔Ｂが上記条件を満たしているか否かを判断する（ステップＳＴ７）。もし、この条件が満たされていなければ、制御ユニット７は、続けて間隔Ｂを算出し（ステップＳＴ３）、該設定値を変更する時期を規定する値α_i（ｉ＝１，２，３，…；α₁≦α₂≦α₃≦…）以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ４）。以後、制御ユニット７は、上記条件が満たされるまで、変数ｉをインクリメントしながら上述の設定値の変更動作を繰り返す（ステップＳＴ３〜ＳＴ７）。なお、この明細書において、延伸終了時点とは、少なくとも下側チャック１４が停止した時点を意味する。
【００２９】
実施例１
次に、具体的な端部延伸動作として、直径７０ｍｍ（定常部分１０の直径）のガラス母材１を直径４０ｍｍ（定常部分１１０の直径）の延伸体１００に延伸する実施例１について説明する。
【００３０】
用意されたガラス母材１は、外径７０ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状ガラス体（定常部分１０）と、その両端に取り付けられた、それぞれ長さ（ガラス母材１における長手方向の長さ）１００ｍｍの円錐状ガラス部（各テーパー部１１ａ、１１ｂ）からなる。さらに、該テーパー部１１ａ、１１ｂの端部にそれぞれ外径３０ｍｍのダミー棒１２ａ、１２ｂが溶着接続されている。
【００３１】
なお、定常状態（図３（ｂ）に示されたように、該ガラス母材１の定常部分１０を延伸している期間）での延伸条件は、上側チャック１３の設定速度が１０．０ｍｍ／分、下側チャック１４の設定速度が３０．６ｍｍ／分、そして、制御外径の設定値Ｄｘが４４．０ｍｍである。
【００３２】
この延伸動作では、まず上記上側チャック１３と下側チャック１４の速度比を１．０：３．０６に維持しつつ、１０分間かけて上側及び下側チャック１３、１４の移動速度を上記設定速度まで上昇させた（図３（ｂ）に示された定常状態）。その後、下側チャック１４の移動速度が一定に維持された状態で上側チャック１３の移動速度を、軟化部２００の被測定部位１５における外径変化を打ち消すように変化させるフィードバック制御（外径制御）を行いながら、用意されたガラス母材１の定常部分１０の延伸を行った。なお、制御ユニット７は、上述の外径制御（定常部分延伸動作）を行うとともに、この期間中、該定常部分延伸動作から端部延伸動作へ切替えるため、既知のガラス母材１に関する情報及び上側チャックの移動距離から、該定常部分１０の上端Ｐ２と加熱炉９の開口位置Ｑとの間隔Ｂを計算している。
【００３３】
この実施例１の端部延伸動作では、上記間隔Ｂが０ｍｍのときに、定常状態での制御外径の設定値Ｄｘを０．５ｍｍ下げ（設定値は４３．５ｍｍ）、上記間隔Ｂが＋１０ｍｍのときに設定値をさらに０．５ｍｍ下げる（設定値は４３．０ｍｍ）。そして、上記間隔Ｂが＋２０ｍｍのときに上側チャック１３を停止させ、下側チャック１４のみをさらに上記設定速度で５００ｍｍ移動させて、この延伸動作を終了した。なお、延伸動作の終了時点は、少なくとも下側チャック１４が停止した時点をいう。また、この実施例１では、延伸終了前に上側チャック１３を停止させているが、これは、上記制御外径の設定値を０ｍｍに設定することにより実現される。
【００３４】
以上説明された実施例１の結果、得られた延伸体１００の端部外観を図７に示す。この図より明らかなように定常部分１１０からテーパー部１１１ｂにかけて滑らかにその外径が減少し、４０ｍｍ±１．０ｍｍの精度で均一な外径の延伸ガラス母材（延伸体１００）が得られた。
【００３５】
実施例２
次に、直径１３０ｍｍ（定常部分１０の直径）のガラス母材１を直径７０ｍｍ（定常部分１１０の直径）の延伸体１００に延伸する実施例２について説明する。
【００３６】
用意されたガラス母材１は、外径１３０ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状ガラス体（定常部分１０）と、その両端に取り付けられた、それぞれ長さ２００ｍｍの円錐状ガラス部（各テーパー部１１ａ、１１ｂ）からなる。さらに、該テーパー部１１ａ、１１ｂの端部にそれぞれ外径３０ｍｍのダミー棒１２ａ、１２ｂが溶着接続されている。
【００３７】
なお、定常状態での延伸条件は、上側チャック１３の設定速度が１０．０ｍｍ／分、下側チャック１４の設定速度が３４．５ｍｍ／分、そして、制御外径の設定値Ｄｘが７８．０ｍｍである。
【００３８】
この延伸動作では、まず上記上側チャック１３と下側チャック１４の速度比を１．０：３．４５に維持しつつ、１０分間かけて上側及び下側チャック１３、１４の移動速度を上記設定速度まで上昇させた（図３（ｂ）に示された定常状態）。その後、下側チャック１４の移動速度が一定に維持された状態で上側チャック１３の移動速度を、軟化部２００の被測定部位１５における外径変化を打ち消すように変化させるフィードバック制御（定常部分延伸動作）を行いながら、用意されたガラス母材１の定常部分１０の延伸を行った。
【００３９】
この実施例２の端部延伸動作では、制御ユニット７で算出された上記間隔Ｂが−３０ｍｍのときに、制御外径の設定値を０．５ｍｍ下げ（設定値は７７．５ｍｍ）、上側チャック１３が１０ｍｍ進むごとに（上記間隔Ｂが１０ｍｍ大きくなるごとに）制御外径の設定値を０．５ｍｍずつ下げた。最終的に間隔Ｂは＋８０ｍｍで設定値を７２．０ｍｍに設定して延伸動作を終了した。なお、この実施例２では上側チャック１３は延伸終了まで停止させない。
【００４０】
以上の端部延伸動作の開始は、上記間隔Ｂの値が−５０ｍｍ〜＋５０ｍｍの範囲内にあるときが適している。また、最終的に設定される制御外径値は、少なくとも、定常状態での設定値Ｄｘに対して２ｍｍ以上小さいことが好ましい。この端部延伸動作では延伸終了前であって、間隔Ｂが−１０ｍｍ〜＋１２０ｍｍのいずれかの時点で、上側チャック１３を停止させる場合がある。したがって、制御外径の設定値の取り得る範囲は、図６中の斜線で示された領域である。
【００４１】
次に、延伸開始から所定期間までの端部延伸動作を、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
まず、ガラス母材は初期位置γ₁にセットされるとともに、制御外径が初期値にセットされる（ステップＳＴ８）。その後、加熱炉９を十分に加熱した状態で、上側チャック１３及び下側チャック１４をそれぞれ所定速度で移動させる（延伸動作の開始）。この時、制御ユニット７では、上記上側及び下側チャック１３、１４の移動速度の制御の他、その形状、大きさが予め分っているガラス母材１の定常部分１０の下端Ｐ１と加熱炉９の開口位置Ｑとの間隔Ａを、上側チャック１３の移動距離から算出して（ステップＳＴ９）、制御外径の設定値を変更する時期を規定する母材位置γ_j（ｊ＝１、２、３、…；γ₁＞γ₂＞γ₃＞…＞０）と、間隔Ａとを比較する（ステップＳＴ１０）。この時、上記間隔Ａが設定値を過ぎる毎に、変数ｊをインクリメントし（ステップＳＴ１１）、制御外径の設定値を変更する（ステップＳＴ１２）。そして、最終的に上記間隔Ａが０ｍｍとなった時点で（ステップＳＴ１３）、定常状態の制御外径の設定値Ｄｘがセットされ（ステップＳＴ１４）、定常状態の定常部分延伸動作に移行する。
【００４３】
なお、上述の動作では、Ａ＝０ｍｍを端部延伸動作の終了条件としているが、ガラス母材１の下端テーパー部１１ａの長さが短い場合にはこの終了条件は負の値であってもよい（定常部分１０の下端Ｐ１が加熱炉９内に位置する状態）。
【００４４】
実施例３
次に、直径１３０ｍｍ（定常部分１０の直径）のガラス母材１を直径７０ｍｍ（定常部分１１０の直径）の延伸体１００に延伸する実施例３（実施例２と同じ条件）について説明する。
【００４５】
用意されたガラス母材１は、外径１３０ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状ガラス体（定常部分１０）と、その両端に取り付けられた、それぞれ長さ２００ｍｍの円錐状ガラス部（各テーパー部１１ａ、１１ｂ）からなる。さらに、該テーパー部１１ａ、１１ｂの端部にそれぞれ外径３０ｍｍのダミー棒１２ａ、１２ｂが溶着接続されている。
【００４６】
なお、定常状態での延伸条件は、上側チャック１３の設定速度が１０．０ｍｍ／分、下側チャック１４の設定速度が３４．５ｍｍ／分、そして、制御外径の設定値Ｄｘが７８．０ｍｍである。
【００４７】
延伸動作の開始から所定期間までに行われる、この端部延伸動作では、まず、ガラス母材１がＡ＝＋８０ｍｍの位置にセットされる。そして、上側チャック１３と下側チャック１４とを、初期の速度比を１．０：３．４５として駆動させる。制御ユニット７は、上側チャック１３の移動速度を一定の割合（すなわち加速度一定）で増加させつつ、下側チャック１４の移動速度を、軟化部２００の被測定部位１５における外径変化を打ち消すように変化させるフィードバック制御（外径制御）を行う（図９参照）。なお、図９において、この動作中の上側チャック１３及び下側チャック１４の移動速度は、それぞれｖ_U、ｖ_Lで示されている。
【００４８】
この端部延伸動作では、延伸動作の開始時点（Ａ＝＋８０ｍｍ）の設定値を７４ｍｍとし、上部チャック１３が１０ｍｍ進むごとに（間隔Ａが１０ｍｍ小さくなるごとに）、制御外径の設定値０．５ｍｍずつ大きくし、最終的には、間隔Ａが０ｍｍとなった時点で設定値を７８ｍｍ（＝Ｄｘ）とした。
【００４９】
比較のために、上述の端部延伸動作を行わない延伸方法により得られた延伸体の各端部の外観を図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す。
【００５０】
図１０（ａ）は、実施例１及び２と同じ定常状態の延伸条件で延伸したときの延伸体端部（比較例１及び２）を示し、図１０（ｂ）は実施例３と同じ定常状態の延伸条件で延伸したときの延伸体端部（比較例３）を示している。
【００５１】
実施例１及び２の端部延伸動作を行っていない比較例１及び２は、いずれも図１０（ａ）に示されたように、延伸体１００の上端が太くなった。具体的に、比較例１（実施例１のガラス母材を使用）では延伸体１００の定常部分１１０の外径（仕上り外径）Ｄ１よりも上端の外径Ｄ２は１０〜１５ｍｍ程度太くなった。また、比較例２（実施例２のガラス母材を使用）では、上端の外径Ｄ２はＤ１よりも５〜８ｍｍ太くなった。このため、延伸体１００の有効領域はこの発明に係る延伸方法により得られた延伸体１００よりも３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度短くなる。
【００５２】
一方、比較例３は、図１０（ｂ）に示されたように、下端が太くなるとともに、一部ネックダウンを起している部分も確認できる。この比較例３では、太くなった部分の外径Ｄ４は定常部分１１０の外径（仕上り外径）Ｄ１よりも３ｍｍ〜５ｍｍ程度太くなり、ネックダウンを起こしている部分の外径Ｄ３はＤ１よりも１ｍｍ程度細くなっている。このため、延伸体１００の有効領域は、この発明に係る延伸方法で得られた延伸体１００よりも５００ｍｍ〜７００ｍｍ程度短くなる。
【００５３】
次に、得られる延伸体の外径変動について以下考察する。通常、外径測定を軟化部２００の範囲のうち、仕上り外径に近いところで測定すれば制御外径の値と仕上り外径との差が小さくなるので、仕上り外径の精度が向上し、外径変動は小さくなるのではないかと考えられる。しかし、被測定部位１５が被加熱部３から遠くなると制御の時間遅れが大きくなるため、仕上り外径を安定に制御することが困難となる。
【００５４】
逆に、被測定部位１５を被加熱部３に近い位置にすると、制御性はよくなるが制御外径の値と仕上り外径との差が大きいために、延伸前の外径が変化などした場合、その影響が仕上り外径に現われ易く、外径変動が起こり易くなる。したがって、一般にはこの制御の応答性と外径変動の安定性とのトレードオフとして、ガラス母材１の被加熱部３から一定の移動距離だけ離れたテーパ状の軟化部２００の範囲において経験的に発見した最適位置で外径を測定し、引っ張り速度（下側チャック１４の移動速度に依存）を制御している。
【００５５】
この結果、被測定部位１５は、被加熱部３から離れているために、被測定部位１５での外径を制御外径の設定値に合せようとして、引っ張り速度を制御しても、その効果は被加熱中心部２１０に最も顕著に現われ、かつその効果は被加熱中心部２１０から被測定部位１５までの移動時間を経過したのちでなければ検出できず、制御命令をフィードバックできないことになる。
【００５６】
ガラス母材１の下端Ｐ１近傍に位置する円錐形状のテーパー部１１ａ付近を延伸する場合、被加熱中心部２１０での外径が定常部分延伸時の外径に近くなっても、被測定部位１５の外径が定常部分延伸時の制御外径の設定値よりもかなり小さいという位置関係にある。したがって、下側チャック１４の移動速度は小さくなるように制御されるが、被加熱中心部２１０での外径は定常部分延伸時のそれとあまり変わらないために、仕上り外径が逆に太くなる。
【００５７】
これに対し、延伸体の上端（ガラス母材１の上端Ｐ２近傍に位置するテーパー部１１ｂに対応する部分）が太くなる原因は、ガラス母材１の上端と下端で軟化部２００と被測定部位１５におけるガラス母材１の各外径の大きさの関係が逆になっていることから、本質的に異なる。
【００５８】
前述のように、制御外径は、被測定部位１５で測定された外径から仕上り外径までの一定の縮径を見込んで設定されている。しかし、この縮径の大きさは、ガラス母材１の外径によって異なるものであり、該ガラス母材１の外径が大きければ、縮径も大きく、該ガラス母材１の外径が小さければ、縮径も小さくなる。
【００５９】
そこで、ガラス母材１の上端Ｐ２近傍に位置する円錐形状のテーパー部１１ｂ付近を延伸する場合、軟化部２００の外径が徐々に小さくなってくる（テーパー部１１ｂを加熱しているため）ため、被測定部位１５での外径と仕上り外径との差も小さくなってくる。この状態で被測定部位１５での外径を定常状態の制御外径と一致させるように制御すると、仕上り外径が太くなる。
【００６０】
すなわち、ガラス母材１の上端Ｐ２近傍に位置する円錐形状のテーパー部１１ｂを延伸するとき、被測定部位１５での外径が制御外径の値よりも小さくなると、上側チャック１３あるいは下側チャック１４は通常の延伸速度よりも遅くなるように制御される。しかし、この場合すでに被測定部位１５を通り過ぎた、仕上り外径に近い部分もまだ温度が高く粘度が低いので、移動速度の低下の影響を受けて、結果的に得られた延伸体端部の仕上り外径が太くなる。
【００６１】
従来、この両端部テーパー部１１ａ、１１ｂ付近の延伸方法に関する発明として例えば特開平4-83728号公報に記載されている方法でも、これらの課題はまだ十分解決されていない。
【００６２】
なお、上記実施例は、ガラス母材１の定常部分１０の直径が一定の場合について実施したが、この発明はこれに限られるものではなく、該定常部分１０の直径が変化する場合であっても、適用可能である。
【００６３】
また、上記実施例では、ガラス母材１の下端Ｐ１近傍に位置するテーパー部１１ａを延伸するときは、上側チャック１３の移動速度を一定として、下側チャック１４の移動速度を制御している。この実施例の変形例としては、上側チャック１３の移動速度をテーパー部１１ａの外径の増加に対応して減少させてもよい。これは、ガラス母材１の外径の変化による熱容量の変化に対応して各チャック１３、１４の移動速度を変化させて軟化部２００の粘度をできるだけ一定とし、一層精度のよい仕上り外径を得るためである。
【００６４】
同じ理由により、ガラス母材１の上端Ｐ２近傍に位置するテーパー部１１ｂを延伸するときは、外径の減少に応じて下側チャック１４の移動速度を増加するように設定した状態で、上側チャック１３の移動速度を制御させてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、延伸前のガラス母材の外径が均一でない場合（テーパー部を有する場合）であっても、その全長にわたり外径が極めて均一な延伸体を得ることができ、資源の有効利用が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】延伸対象であるガラス母材の各部と、延伸後の延伸体の各部をそれぞれ対応させた説明をするための図である。
【図２】この発明に係る延伸方法を実施するための装置の構成を示す図である。
【図３】延伸動作の開始から延伸動作の終了までの、ガラス母材の形状変化を説明するための概念図である。
【図４】図３（ｃ）に示されたガラス母材とヒーターの位置関係を説明するための図である。
【図５】定常状態から延伸動作の終了までの所定期間中の端部延伸動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートに示された端部延伸動作において、上側チャックの移動距離に対する制御外径の設定値の変化の関係を示すグラフである。
【図７】この発明に係る延伸方法により得られた延伸体の外観を示す図である。
【図８】延伸動作の開始から所定期間中の端部延伸動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８のフローチャートに示された端部延伸動作において、ガラス母材の位置に対する上側及び下側チャックの速度変化の関係を示すグラフである。
【図１０】この発明に係る延伸方法を実施しなかったときの、延伸体の各端部の外観を示す図である。
【符号の説明】
１…ガラス母材、６…外径測定装置、７…制御ユニット、９…縦型加熱炉、１０、１１０…定常部分、１１ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ…テーパー部、１２ａ、１２ｂ…ダミー棒、１３…上側チャック、１４…下側チャック、１５…外径被測定部位、１００…延伸体、２００…軟化部。

Claims

所定の外径を有する定常部分の第１端と該第１端に対向する第２端のそれぞれに、該定常部分よりも小さい外径を有する第１及び第２テーパー部が設けられたガラス母材を長手方向に延伸し、所望の外径を有する延伸体を得るためのガラス母材の延伸方法において、
前記ガラス母材を第１の速度で、該ガラス母材の第１テーパー部側からヒーター内に送り込むことにより、該ガラス母材の第１テーパー部から第２テーパー部に向かって、該ガラス母材の所定部位を順次加熱して軟化させるための加熱工程と、
前記加熱工程と並行して行われる工程であって、前記ガラス母材の進行方向に沿って該ガラス母材の第１テーパー部を、前記第１の速度よりも早い第２の速度で移動させることにより、該ガラス母材に引っ張り応力を加えるための延伸工程と、
前記加熱工程及び前記延伸工程と並行して行われる工程であって、前記ヒーターにより加熱され軟化している、前記ガラス母材の軟化部の外径を外径測定器で測定しながら、該外径測定器から得られる測定値が予め設定された制御外径の設定値に一致するよう、前記第１の速度及び前記第２の速度のうち少なくともいずれか一方を調節するための制御工程とを備え、
少なくとも、前記ガラス母材の前記定常部分の第２端と前記ヒーターの開口位置との間隔が所定値になった時点から延伸終了時点までの期間中、前記制御外径の設定値を、前記ヒーター内へ送り込まれる前記ガラス母材の移動距離に対応して、段階的に減少させることを特徴とするガラス母材の延伸方法。
前記ガラス母材の前記定常部分の第２端と前記ヒーターの開口位置との間隔が所定値になった時点から延伸終了時点までの期間中、いずれかの時点から延伸終了時点まで前記ヒーターへの前記ガラス母材の送り込み動作を停止することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の延伸方法。
所定の外径を有する定常部分の第１端と該第１端に対向する第２端のそれぞれに、該定常部分よりも小さい外径を有する第１及び第２テーパー部が設けられたガラス母材を長手方向に延伸し、所望の外径を有する延伸体を得るためのガラス母材の延伸方法において、
前記ガラス母材を第１の速度で、該ガラス母材の第１テーパー部側からヒーター内に送り込むことにより、該ガラス母材の第１テーパー部から第２テーパー部に向かって、該ガラス母材の所定部位を順次加熱して軟化させるための加熱工程と、
前記加熱工程と並行して行われる工程であって、前記ガラス母材の進行方向に沿って該ガラス母材の第１テーパー部を、前記第１の速度よりも早い第２の速度で移動させることにより、該ガラス母材に引っ張り応力を加えるための延伸工程と、
前記加熱工程及び前記延伸工程と並行して行われる工程であって、前記ヒーターにより加熱され軟化している、前記ガラス母材の軟化部の外径を外径測定器で測定しながら、該外径測定器から得られる測定値が予め設定された制御外径の設定値に一致するよう、前記第１の速度及び前記第２の速度のうち少なくともいずれか一方を調節するための制御工程とを備え、
少なくとも、延伸開始時点から、前記ガラス母材の前記定常部分の第１端と前記ヒーターの開口位置との間隔が所定値になった時点までの期間中、前記制御外径の設定値を、前記ヒーター内へ送り込まれる前記ガラス母材の移動距離に対応して、段階的に増加させることを特徴とするガラス母材の延伸方法。