JPH11100224A

JPH11100224A - ガラス母材の延伸方法

Info

Publication number: JPH11100224A
Application number: JP9262191A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Saito; 達彦齋藤; Tomomi Moriya; 知巳守屋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: SE519717C2; AU8888498A; US6438997B1; AU746208B2; GB2344585A; CN1159243C; WO1999016718A1; CN1301239A; GB0007019D0; SE0000938L; JP3777746B2; GB2344585B; SE0000938D0; KR20010024198A; KR100516674B1

Abstract

(57)【要約】【課題】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のできる
ガラス母材の延伸方法を提供すること。【解決手段】ガラス母材１ａの両端を第１把持部２及
び第２把持部３により把持し、第１把持部２を第２把持
部３よりも速い速度となるようにして第１把持部２及び
第２把持部３をガラス母材１ａの長手方向に移動させる
と共に、ガラス母材１ａを順次加熱部４により加熱軟化
させ、ガラス母材１ａに加わる引張力により延伸させて
延伸体１ｃとするガラス母材の延伸方法において、加熱
部４に電気炉を用い、延伸過程にあるガラス母材１ａに
おけるテーパー部１ｂの特定位置１ｄの外径について基
準値R1を設定し、特定位置１ｄ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２及び／又は第２把
持部３の速度を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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[m
m]、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。

【００１１】また、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、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)-1]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。

【００１２】この発明においても、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、
テーパー部の基準値R1と実測値R2とから得られる値[(R2
/R1)-1]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。このため、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。
特に、このような値を用いることにより、制御上フィー
ドバックを早く行うことができるという利点がある。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。

【００１３】ここで、第１把持部及び／又は第２把持部
の速度を、次式(III),(IV)に基づいて制御することが好
ましい。なお、各記号の意味は、上述した(I),(II)式の
場合と同様である。 Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(III) Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(IV)

【００１４】式(III)及び(IV)は、上述した基準値R1及
び実測値R2より得られる値[(R2/R1)-1]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
制御式であり、それぞれ上述の(I),(II)式をそれぞれテ
イラー展開し、２次以降の項を省略したものである。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。さらに、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。なお、式(I)についてのテイラー展開
について説明すると、Vd/Ud=(R2/R1)^K={1+[(R2/R1)-1]}
^Kとなり、[(R2/R1)-1]は１より十分小さい値となる。こ
こで、テイラー展開して２次以降の項を省略すると上述
した式(III)となる。式(II)から式(IV)へのテイラー展
開に関しても同様である。

【００１５】また、式(I)〜(IV)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10
0〜250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)〜(IV)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％〜10
0％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)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。

【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１
ａ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１
ｂ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１
ｄ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R
1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),(I
I)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１
ｃ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１
ｄ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１
ｄ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(II
I)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。また、実際に制御をより早
くフィードバックさせるために、基準値R1及び実測値R2
より得られる値[(R2/R1)-1]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も有用であ
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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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）
【請求項３】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)-1]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。
【請求項４】前記第１把持部及び／又は前記第２把持
部の速度を、次式(III),(IV)に基づいて制御する、請求
項３に記載のガラス母材の延伸方法。 Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(III) Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]・・・・・・・・(IV) 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:ガラス母材のテーパー部の設定値[mm] R2:ガラス母材のテーパー部の実測値[mm] Ｋ:制御係数（任意の正の定数）
【請求項５】前記制御係数Ｋを、50〜500の範囲内の
値とした請求項２又は４に記載のガラス母材の延伸方
法。
【請求項６】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
２，４又は５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
【請求項７】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
２，４，５又は６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