JP4258610B2 - 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、加熱炉に投入されるガラス母材を延伸するガラス母材の延伸方法に係り、特に、延伸するガラス母材の外径精度の向上が図られたガラス母材の延伸方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3に示すように、延伸装置は、インゴット吊り下げ装置3、引き下げ駆動装置4、加熱炉5、プリフォーム延伸駆動装置6、二ヵ所に設けられた外径測定器7、8、外径測定装置の測定値に基づき延伸駆動装置を制御する制御装置9および制御用コンピュータ10から構成される。VAD法等で合成され、脱水焼結工程を経ることで製造された、直径100 〜150mm φ、長さ1000〜1300mmの母材インゴット1は、延伸装置上部のインゴット吊り下げ装置3に取り付けられ、回転が付加された状態または回転が静止した状態で、引き下げ駆動装置4により、引き下げ速度V1で加熱炉5に挿入される。約2000℃の加熱炉5の中で加熱されたインゴット1は、長手方向の一部分が軟化する。加熱されたインゴット1は、加熱炉5の下部に設置された延伸駆動装置6により、予め設定されたプリフォーム径(30〜80mmφ)に、延伸速度V2で延伸、縮径される。延伸駆動装置6は、加熱炉5の途中二ヵ所に設置された外径測定器7、8で読み取られたプリフォーム2の径のデータに基づき、延伸速度V2を常時変化させ、プリフォーム径が一定になるように制御されている。
【0003】
この発明では、二ヵ所に設置される外径測定器のうち、第一の外径測定器は加熱炉の中で母材インゴットが延伸される途中の位置に設置され、第二の外径測定器は概ね延伸が終了した位置に設置され、これらの位置で測定された二つの外径測定値に基づいて、プリフォームの外径が制御される。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−167745号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、極めて迅速に安定して高精度な外径の延伸体を得ることができるガラス母材の延伸方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガラス母材の延伸方法は、ガラス母材を加熱炉へ送り込みつつ送り込み方向前方側から引き取り前記加熱炉にて加熱軟化させて所定の外径に延伸された延伸体とする際に、延伸途中の前記ガラス母材の縮径部の所定位置の測定点における外径を測定し、該測定外径と前記測定点における目標設定外径との差に基づいて延伸体の最終延伸外径を制御するガラス母材の延伸方法であって、前記ガラス母材の縮径部のテーパ形状を測定し、測定されたテーパ形状と予め求めておいた縮径部のテーパ形状のモデルとに基づいて、前記延伸体の外径を推測した推測延伸外径を割り出し、該推測延伸外径と目標とする前記最終延伸外径との差に基づいて前記目標設定外径を予め補正して前記最終延伸外径を制御することを特徴とする。
【0007】
そして、本発明のガラス母材の延伸方法によれば、ガラス母材の縮径部のテーパ形状を測定し、測定されたテーパ形状と予め求めておいた縮径部のテーパ形状のモデルとに基づいて、引き取られる延伸体の外径を推測した推測延伸外径を割り出し、推測延伸外径によって目標設定外径を予め補正して延伸体の最終延伸外径をいわゆるフィードフォワード制御するので、単に外径の測定値に基づいて送り速度などをフィードバック制御する場合と比較して、制御時におけるタイムラグを解消することができ、極めて迅速に安定して高精度な外径の延伸体を得ることができる。
【0008】
また、軸方向の位置が異なる少なくとも3箇所以上の測定点におけるガラス母材の外径を測定することにより前記縮径部のテーパ形状を測定しても良い。
【0009】
また、ガラス母材の延伸時の制御としては、推測延伸外径によって予め補正した目標設定外径と所定位置における測定外径との差に基づいて、ガラス母材の送り速度の制御、ガラス母材の引き取り速度の制御、加熱炉による加熱温度の制御のいずれでもこれらの制御の組み合わせでも良い。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス母材の延伸方法の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るガラス母材の延伸方法が適用されたガラス母材の延伸装置の一実施形態を示し、図2は、ガラス母材の延伸装置の拡大した要部を示したものである。
このガラス母材の延伸装置21は、棒状のガラス母材22を加熱軟化させる加熱炉23と、吊り下げたガラス母材22を加熱炉23内に所定の送り速度Vaで投入する母材供給機構24と、加熱炉23から出たガラス母材22の端部を所定の引き取り速度Vcで引き取る引き取り機構25と、母材供給機構24によるガラス母材22の送り速度Vaを制御する制御装置26及び制御用コンピュータ27と、生成する延伸体28の最終延伸外径Dsを確認するために加熱炉23の外部位置に設けられた外径測定器29と、送り速度Vaを制御するために加熱炉23内のガラス母材22の延伸、縮径している部位である縮径部22aの中間部付近の測定点Aにおけるガラス母材22の外径D1を測定する外径測定器30と、縮径部2aの終端付近の測定点Bにおけるガラス母材22の外径D2を測定する外径測定器31と、縮径部22aの測定点Aよりも上方側の測定点Cにおけるガラス母材22の外径D3を測定する外径測定器32とを有している。
【0012】
そして、このガラス母材の延伸装置21では、外径測定器30からの測定結果に基づいて制御装置26及び制御用コンピュータ27が、この外径測定器30の測定点Aにおけるガラス母材22の外径D1を、経験的に求められた目標設定外径R1とすべく、次式のように送り速度Vaの制御を行い、最終延伸外径Dsを制御している。
【0013】
Va=Va−k(D1−R1)
Vc=Vc
ここで、Va:送り速度
Vc:引き取り速度
Va、Vc:初速度
D1:A点での測定外径
R1:A点の目標設定外径
k:制御ゲイン
【0014】
さらに、上記のガラス母材の延伸装置21では、外径測定器30からの検出結果とともに、外径測定器31、32からの検出結果に基づいて、A点の目標設定外径R1を次式によって補正している。
【0015】
R1=R10−p(s−r)
s=aD1+bD2+cD3=f(D1、D2、D3)
ここで、D2:B点での測定外径
D3:C点での測定外径
s:推測延伸外径
r:目標延伸外径
R10:A点の初期設定外径
p:制御ゲイン
a、b、c:予め経験によって求めておいた縮径部22aにおけるテーパ形状のモデルから導いた定数
【0016】
このように、上記制御では、ガラス母材22の縮径部22aにおける3点の外径を縮径部22aのテーパ形状として測定し、その測定外径D1、D2、D3と予め経験によって求めておいたテーパ形状のモデルとに基づいて延伸体28の外径を推測した推測延伸外径sを割り出す。テーパ形状のモデルから導いた定数a、b、cは、予め3本以上の母材について、D1,D2,D3,sを求め、それから一次回帰式により求める。この推測延伸外径sと目標延伸外径rとの差に基づき、A点における目標設定外径R1を予め補正して送り速度Vaをフィードフォワード制御するので、単に外径の測定値に基づいて送り速度Vaをフィードバック制御する場合と比較して、制御時におけるタイムラグを解消することができ、極めて迅速に安定して高精度な外径の延伸体28を得ることができる。
【0017】
なお、上記の例では、外径測定器31、32を設けて縮径部22aのテーパの傾斜を導き、推測延伸外径sを割り出したが、これら外径測定器31、32に代えて一つの外径測定器を用いてテーパ形状を測定することもできる。一つの外径測定器を縮径部22aに沿って軸方向に移動させながら、この外径測定器のレーザビームにより、テーパ形状の縮径部22aの外径方向を走査していく。縮径部22aの軸方向のいくつかの点において、外径を測定し、この外径測定器の測定結果から縮径部22aのテーパ形状を測定して、推測延伸外径sを割り出し、A点における目標設定外径R1を予め補正して送り速度Vaをフィードフォワード制御するようにしても良い。なお、外径測定器は多少傾いていてもよい。
この場合、縮径部22aの軸方向に移動する外径測定器は、加熱炉23のヒータによる加熱中心から下流へ50〜400mmの範囲を移動可能とすることが望ましい。
【0018】
また、上記の例では、割り出した推測延伸外径sと目標延伸外径rとの差に基づいて、A点における目標設定外径R1を予め補正して送り速度Vaをフィードフォワード制御する例を示したが、推測延伸外径sを用いて予め補正するR1によって、次式に基づく引き取り速度Vc、加熱温度Tをフィードフォワード制御して、最終延伸外径Dsを一定にする制御を行っても良い。また、送り速度Va、引き取り速度Vc、加熱温度Tの制御のいずれかまたは全てを組み合わせても良い。この場合において、引き取り速度の制御ゲインは、送り速度の制御ゲインに比べて小さい値を使用している。
【0019】
引き取り速度Vcの制御式
Vc=Vc−h(D1−R1)
ここで、h:制御ゲイン
【0020】
加熱温度Tの制御式
T=T0−q(D1−R1)
ここで、T:加熱温度
T0:加熱開始温度
q:制御ゲイン
【0021】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のガラス母材の延伸方法によれば、ガラス母材の縮径部のテーパ形状を測定し、縮径部のテーパ形状と予め求めておいた縮径部のテーパ形状のモデルとに基づいて、引き取られる延伸体の外径を推測した推測延伸外径を割り出し、推測延伸外径と目標とする最終延伸外径との差に基づいて目標設定外径を予め補正して延伸体の最終延伸外径をいわゆるフィードフォワード制御するので、単に外径の測定値に基づいて送り速度などをフィードバック制御する場合と比較して、制御時におけるタイムラグを解消することができ、極めて迅速に安定して高精度な外径の延伸体を得ることができる。
【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の実施形態例を説明するガラス母材の延伸装置の概略図である。
【図2】ガラス母材の延伸装置の要部の拡大図である。
【図3】従来のガラス母材の延伸方法における制御を説明するガラス母材の延伸装置の概略図である。
【符号の説明】
22 ガラス母材
22a 縮径部
23 加熱炉
28 延伸体
A、B、C 測定点
D1 測定外径
Ds 最終延伸外径
R1 目標設定外径
s 推測延伸外径
T 加熱温度
Va 送り速度
Vc 引き取り速度

Claims (5)

  1. ガラス母材を加熱炉へ送り込みつつ送り込み方向前方側から引き取り前記加熱炉にて加熱軟化させて所定の外径に延伸された延伸体とする際に、延伸途中の前記ガラス母材の縮径部の所定位置の測定点における外径を測定し、該測定外径と前記測定点における目標設定外径との差に基づいて延伸体の最終延伸外径を制御するガラス母材の延伸方法であって、
    前記ガラス母材の縮径部のテーパ形状を測定し、測定されたテーパ形状と予め求めておいた縮径部のテーパ形状のモデルとに基づいて、前記延伸体の外径を推測した推測延伸外径を割り出し、該推測延伸外径と目標とする前記最終延伸外径との差に基づいて前記目標設定外径を予め補正して前記最終延伸外径を制御することを特徴とするガラス母材の延伸方法。
  2. 請求項1記載のガラス母材の延伸方法であって、
    軸方向の位置が異なる少なくとも3箇所以上の測定点におけるガラス母材の外径を測定することにより前記縮径部のテーパ形状を測定することを特徴とするガラス母材の延伸方法。
  3. 請求項1または2記載のガラス母材の延伸方法であって、
    前記推測延伸外径によって予め補正した前記目標設定外径と前記所定位置における測定外径との差に基づいて、前記ガラス母材の送り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。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項記載のガラス母材の延伸方法であって、
    前記推測延伸外径によって予め補正した前記目標設定外径と前記所定位置における測定外径との差に基づいて、前記ガラス母材の引き取り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。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項記載のガラス母材の延伸方法であって、
    前記推測延伸外径によって予め補正した前記目標設定外径と前記所定位置における測定外径との差に基づいて、前記加熱炉による加熱温度を制御することを特徴とするガラス母材の延伸方法。
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