JPH09221334A - ガラス母材の延伸方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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方法を提供する。 【解決手段】 ガラス母材の一端から他端に向かって該
ガラス母材の所定部位を順次加熱して軟化させながら該
ガラス母材の一端に引っ張り応力を加えることにより、
該ガラス母材を延伸する。この延伸動作では、該ガラス
母材の軟化部分の外径を測定しながら、該軟化部の外径
が予め設定された制御外径の設定値に一致するよう、該
引っ張り応力を調節している。特に、この方法は、少な
くとも延伸終了までの所定期間中、あるいは延伸開始か
ら所定期間中、前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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、１１
ｂ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２０
０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１
３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１
３、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１
５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１２
ｂ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Ｘ
２０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１
４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１０
０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Ｓ
Ｔ６）、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７０ｍ
ｍ、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１
０．０ｍｍ／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４４．０
ｍｍ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１
３、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１３０ｍ
ｍ、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２００ｍ
ｍ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１
３、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７
７．５ｍｍ）、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＋８
０ｍｍ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１３０ｍ
ｍ、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２００ｍ
ｍ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〜６
００ｍｍ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１
ｍｍ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１
００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１
５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、１１
ｂ付近の延伸方法に関する発明として例えば特開平4-83
728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、１１
ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ…テーパー部、１２
ａ、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 裕一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 彈塚 俊雄 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   を変化させることを特徴とするガラス母材の延伸方法。
2. 【請求項２】 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
   する請求項１記載のガラス母材の延伸方法。
3. 【請求項３】 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又は２
   記載のガラス母材の延伸方法。
4. 【請求項４】 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
   値を変化させることを特徴とするガラス母材の延伸方
   法。
5. 【請求項５】 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
   とする請求項４記載のガラス母材の延伸方法。