KR100187597B1

KR100187597B1 - 유리모재의 연신방법

Info

Publication number: KR100187597B1
Application number: KR1019960061740A
Authority: KR
Inventors: 스미오 호시노; 유이찌 오오가; 마스미 이토; 토시오 단즈카; 타츠히코 사이토
Original assignee: 구라우치 노리타카; 스미토모덴키고교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1999-06-01
Also published as: SE511083C2; US5755849A; CN1069607C; SE9604297L; HK1001458A1; GB2307907A; GB2307907B; GB9625272D0; CN1157805A; AU706215B2; SE9604297D0; KR970042348A; AU7405496A

Abstract

본 발명은, 광파이버용 유리모재를 연신하는 방법에 관한 것으로서, 광파이버용 유리모재를 소망하는 외경을 가진 연신체로 정밀도 좋게 연신하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로한 것이며, 그 구성에 있어서, 유리모재(1)의 일단부로부터 타단부를 향해서 이 유리모재(1)의 소정부위를 순차 가열해서 연화시키면서 이 유리모재(1)의 일단부에 입장응력을 인가함으로써, 이 유리모재(1)를 연신한다. 이 연신동작에서는 이 유리모재(1)의 연화부분(200)의 외경을 측정하면서 이 연화부(200)의 외경이 미리 설정된 제어외경의 설정치에 일치하도록, 이 인장응력을 조정하고 있다. 특히, 이 방법은 적어도 연신종료까지의 소정 기간중, 또는 연신개시부터 소정기간중, 상기 제어외경의 설정치를 변화시키는 것을 특징으로 하고 있는 것이다.

Description

유리모재의 연신방법

본 발명은, 광파이버용 유리모재를 연신하는 방법에 관한 것이다.

종래, 광파이버용 유리모재를 소망하는 외경으로 연신하는 방법으로서는, 저항가열로 등의 히터에 의해 유리모재의 한쪽의 단부로부터 순차 가열연화시켜 인장응력 등을 인가하고, 직경축소된 유리모재의 외경을 비접촉의 외경측정기에 의해서 측정하면서, 얻어진 측정치가 목표치인 제어외경치와 일치하도록, 유리모재에 인장응력을 인가하기 위하여 위쪽 및 아래쪽처크의 이동속도를 제어하는 방법 등이 알려져 있다.. 또한, 이와 같은 제어방법은, 예를들면 일본국 특개평 4-83726호 공보, 일본국 특개소 56-45843호 공보에 개시되어 있다.

종래의 연신방법에서는, 얻어지는 연신체의 외경을 소망의 값으로 하기 위하여, 유리모재의 일부에서, 인장응력이 인가된 상태에서 가열됨으로써, 테이퍼형상으로 변형한 연화부의 소정의 위치의 외경을 외경측정기에 의해 측정하고, 측정한 외경이 설정치인 제어외경치와 일치하도록 유리모재를 가열로에 보내기 위한 위쪽처크의 이동속도와, 이 가열로로부터 유리모재를 꺼내기 위한 아래쪽처크의 이동속도(이 유리모재에 소정의 인장응력을 인가하기 위하여, 아래쪽처크의 이동속도는 위쪽처크의 이동속도보다도 빠르다)를 제어하고 있다.

그 때문에, 얻어진 연신체의 외경(이하, 완성외경이라고 함)은 제어외경의 설정치보다도 약간 작은 값이 되지만, 유리모재의 양단부부근을 제외한, 일정한 외경을 가진 중앙부분(정상부분)을 연신하고 있을 때에는, 제어외경의 설정치와 완성외경과의 차가 일정하고 안정되어 있다. 이 때문에, 측정위치에서의 외경으로부터 완성외경까지의 직경축소를 예상한 값을 제어외경으로서 설정하고, 상기 위쪽처크의 이동속도 또는 아래쪽처크의 이동속도를 피드백제어하면, 소망의 완성외경으로 유리모재를 연신할 수 있다.

그러나, 유리모재의 양단부는 원추형상의 형상으로 단말처리가 이루어져 있고, 그 외경이 크게 변화하고 있기 때문에, 유리모재의 중앙부분(정상부분)을 연신할 때와 동일한 제어외경의 설정치에 일치시키도록 유리모재에 인장응력을 인가하면 양단부부근에서는 일정한 완성외경을 얻을 수 없다. 구체적으로는, 얻어지는 연신체의 양단부부근 이외의 정상부분에서는 그 외경이 일정하고 소망의 직경축소를 얻을 수 있으나, 양단부의 테이퍼부에서는, 완성외경이 커진다(제10도(a), 제10도(b) 참조). 특히 제10도(b)에 표시된 바와 같이, 연신개시부가 두껍게 된 경우에, 그 후에 계속되는 부분이 그 반동으로 가늘어진다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 광파이버용 유리모재를 소망의 외경을 가진 연신체의 정밀도 좋게 연신하기 위한 연신방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

제1도는 연신대상인 유리모재의 각부와, 연신후의 연신체의 각부를 각각 대응시킨 설명을 하기 위한 도면.

제2도는 본 발명에 관한 연신방법을 실시하기 위한 장치의 구성을 표시한 도면.

제3도는 연신동작의 개시로부터 연신동작의 종료까지의 유리모재의 형상변화를 설명하기 위한 개념도.

제4도는 제3도(c)에 표시된 유리모재와 히터의 위치관계를 설명하기 위한 도면.

제5도는 정상상태로부터 연신동작의 종료까지의 소정기간 중의 단부 연신동작을 설명하기 위한 순서도.

제6도는 제5도의 순서도에 표시된 단부 연신동작에 있어서 위쪽 처크의 이동거리에 대한 제어외경의 설정치의 변화의 관계를 표시한 그래프.

제7도는 본 발명에 관한 연신방법에 의해 얻어진 연신체의 외관을 표시한 도면.

제8도는 연신동작의 개시로부터 소정기간 중의 단부 연신동작을 설명하기 위한 순서도.

제9도는 제8도의 순서도에 표시된 단부연신동작에 있어서, 유리모재의 위치에 대한 위쪽 및 아래쪽 처크의 속도변화의 관계를 표시한 그래프.

제10도는 본 발명에 관한 연신방법을 실시하지 않았을 때의, 연신체의 각 단부의 외관을 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리모재 6 : 외경측정장치

7 : 제어유닛 9 : 종형가열로

10, 110 : 정상부분 11a, 11b, 111a, 111b : 테이퍼부

12a, 12b : 더미막대 13 : 위쪽처크

14 : 아래쪽처크 15 : 외경피측정부위

100 : 연신체 200 : 연화부

본 발명에 관한 연신방법은, 제1도에 표시된 바와 같이, 소정의 외경을 가진 정상부분(10)의 제1단부 및 제2단부(도면중의 화살표 P1 및 P2로 표시된 부분)의 각각에, 이 정상부분(10)보다도 작은 외경을 가진 제1 및 제2테이퍼부(11a)(11b)가 형성된 유리모재(1)를 긴쪽방향으로 연신하고, 소망의 외경을 가진 연신체(100)를 얻는 방법이다. 이 유리모재(1)의 내부에는 긴쪽방향으로 뻗은, 광파이버의 코어가 되어야 할 영역(이하, 코어영역이라고 함)(10a)이 형성되어 있고, 그리고, 상기 제1 및 제2테이퍼부(11a)(11b)에는 취급을 용이하게 하기 위한 더미막대(12a)(12b)가 장착되어 있다. 한편, 연신체(100)는, 소망의 외경을 가진 정상부분(110)(긴쪽방향으로 뻗은 코어영역(110a)을 포함한다)의 양단부(도면중의 화살표 P11, P12로 표시된 부분으로서, 유리모재(1)의 정상부분(10)의 각 단부 P1, P2에 각각 대응하고 있다)에 테이퍼부(111a)(111b)(유리모재(1)의 제1 및 제2테이퍼부(11a)(11b)에 대응하고 있다)를 가지고 있다.

구체적으로, 본 발명에 관한 연신방법은 제2도에 표시된 연신장치에 의해서 실행된다. 당해연신방법에서는, 먼저 상기한 유리모재(1)의 더미막대(12b)가 위쪽처크(13)에 붙잡히는 동시에, 이 유리모재(1)의 더미막대(12a)가 아래쪽처크(14)에 붙잡힘으로써, 이 유리모재(1)가 제2도의 연신장치에 세트된다. 위쪽처크(13)는 유리모재(1)를 소정의 속도(제1속도)로 도면중의 화살표 S1로 표시된 방향을 따라서, 히터(9)내에 보낸다. 이에 의해 유리모재(1)는 제1테이퍼부(11a)로부터 제2테이퍼부(11b)를 향해서 순차 저항가열로 등의 히터(9)내에 위치하는 부분(가열부분)이 가열되고, 이 가열부분을 포함한 소정부분(연화부분(200))이 연화한다(가열공정). 한편, 아래쪽처크(14)는, 상기 위쪽처크(13)의 이동방향을 따라서(화살표 S1로 표시된 방향으로 일치하는 화살표 S2로 표시된 방향을 따라서)이 위쪽처크(13)보다도 빠르게 이동함으로써, 이 위쪽처크(13)와 협동해서 소정부분이 연화하고 있는 유리모재(1)에 인장응력을 인가한다(연신공정), 이에 의해, 이 유리모재(1)는 위쪽처크(13)의 이동거리와 아래쪽처크(14)의 이동거리의 차만큼 연신된 연신체를 얻을 수 있다. 또한, 연신체(100)의 외경제어는, 상기 유리모재(1)의 연화부분(200)에 있어서의 소정부위(15)의 외경을 외경측정기(6)에 의해서 측정하면서, 얻어지는 측정치를 미리 설정된 제어외경의 설정치에 일치시키도록, 제어부(7)가, 위쪽처크(13) 및 아래쪽처크(14)의 적어도 어느 한쪽의 이동속도를 피드백제어함으로써 행해진다(제어공정).

특히, 본 발명에 관한 연신방법은, 적어도 상기 유리모재(1)의 정상부분(10)의 제2단부 P2와 히터(9)의 개구위치(도면중, Q로 표시된 위치)와의 간격이 소정치가 된 시점으로부터 연신종료시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 이 제어외경의 설정치의 변경은, 히터(9)내에 보내지는 유리모재(1)의 이동거리에 대응해서 단계적으로 감소시키는 것도, 또는 연속적으로 변경시키는 것도 가능하다.

또, 제2도의 연신장치는, 위쪽처크(13)와 아래쪽처크(14)의 속도차(이동거리의 차)를 이용해서 유리모재(1)에 소망의 인장응력을 인가함으로써, 얻어지는 연신체(100)의 외경을 조절하고 있다. 그 때문에, 이 제어외경의 설정치를 변경하는 기간중에 있어서의, 연신체(100)의 외경제어는, 위쪽처크(13) 및/또는 아래쪽처크(14)의 이동속도를, 측정치를 상기 설정치에 일치시키도록 조절함으로써 행해지고 있다. 특히, 이 속도제어에는, 소정의 시점으로부터 연신종료시점까지의 동안, 유리모재(1)를 히터(9)내에 보내기 위한 상기 위쪽처크(13)를 정지시키는 동작이 포함된다. 또한, 제2도의 연신장치에 있어서, 위쪽처크의 정지는 상기 제어 외경의 설정치를 0으로 설정함으로써 실현할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 연신방법은, 상기와 같은 연신종료시점을 포함한 소정기간 뿐만아니라, 연신개시시점으로부터 소정기간중에 있어서도, 제어외경의 설정치를 변경하도록 해도 된다. 즉, 연신개시시점으로부터 유리모재(1)의 정상부분(10)의 제1단부 P1과 히터의 개구위치 Q와의 간격이 소정치가 된 시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를 변화시킨다.

이 제어외경의 설정치의 변경은, 히터(9)내에 보내지는 유리모재(1)의 이동거리에 대응해서, 단계적으로 증가시키는 것도, 또는 연속적으로 증가시키는 것도 가능하다.

또한, 이 명세서에 있어서, 연신개시시점이란, 적어도 유리모재(1)에 위쪽처크(13)와 협동해서 인장응력을 인가하기 위한 아래쪽처크(14)가 이동하기 시작한 시점을 말하고, 연신종료시점이란, 이 아래쪽처크(14)가 정지한 시점을 말한다. 이하, 본 발명에 관한 연신방법을, 제1도~제9도를 사용해서 설명한다.

제1도에 있어서, 연신대상인 유리모재(1)는, 그 중앙부가 원주형상을 이룬다. 유리모재(1)의 연신개시단부쪽의 단부(제1테이퍼부)(11a), 이 유리모재(1)의 연신종료단부쪽의 단부(제2테이퍼부)(11b)의 양단부는 원추형상으로 단말처리가 이루어지고 있다. 또, 이들 제1 및 제2테이퍼부(11a)(11b)의 말단에는 취급의 편의를 위하여 더미막대(12a)(12b)가 접합되어 있다.

제2도는 본 발명에 관한 연신방법을 실시하기 위한 연신장치의 구성을 표시한 도면이고, 상기 유리모재(1)를 연신하고 있는 도중상태를 표시하고 있다. 이 제2도에 있어서, (9)는 종형가열로(저항가열로에 포함된다)이다. (200)은 연신중인 유리모재(2)의 인장응력이 인가된 상태에서 가열됨으로써, 테이퍼형상으로 변형한 부분이고, 사선으로 표시하고 있다. 구체적으로는 종형가열로(9)의 상단부에 대응하는 위치(도면중, Q로 표시된 개구위치)로부터 피가열부(3), 외경피측정부위(15)를 거쳐, 연신체(100)의 정상부분(110)의 단부에 이르는 테이퍼형상을 이루는 부분을 말한다. 피가열부(3)는 연신중인 유리모재(1)의 종형가열로(9)에 의한 피가열부분이고, 연화부(200)중 종형가열로(9)에 들어있는 부분을 말한다. (210)은 피가열부(3)중 종형가열로(9)의 세로방향의 중심에 위치하는 부분(이하, 피가열중심부라고 함)을 말한다. 이 피가열중심(210)은, 일반적으로 다른 부분과 비교해서 가장 고온이고 또한 점도가 낮기 때문에, 유리모재(1)의 이동속도(유리모재(1)의 굵기 등의 요인에 의해 가변)나 인장응력에 대하여 가장 예민하게 반응하는 부분이다.

(6)은 외경측정기이고, 레이저광선을 발진해서 연화부(200)의 소정부위(15)에 있어서의 외경을 비접촉으로 측정한다. 이 측정되어야 할 부위는, 연화부(200)의 개시단부(개구위치 Q)로부터 진행방향(화살표 S1, S2로 표시되는 방향)으로 일정한 거리만큼 떨어진 최적위치가 시행착오에 의해 경험적으로 선택되고, 이 부위(15)의 외경과 제어외경의 설정치를 비교함으로써 유리모재(1)에 인가되는 인장응력이 조절된다.

(14)는 아래쪽처크이고, 연신대상인 유리모재(1)의 연신개시단부에 위치하는 더미막대(12a)를 붙잡는다. (13)은 위쪽처크이고, 이 유리모재(1)의 연신종료단부에 위치하는 더미막대(12a)를 붙잡는다. (8)은 아래쪽처크(14)를 화살표 S2로 표시된 방향으로, 소정속도로 이동시키기 위한 구동모터, (5)는 위쪽처크(13)를 화살표 S1로 표시된 방향으로, 소정속도(아래쪽처크보다도 느리다)로 이동시키기 위한 구동모터이고, 각각 협동해서, 유리모재(1)를 연신한다.

제2도의 장치는, 아래쪽처크(14)의 이동속도와 위쪽처크(13)의 이동속도에 차를 둠으로써, 유리모재(1)에 인장응력을 인가한다. 즉, 위쪽처크(13)의 단위 시간당 이동거리와 아래쪽처크(14)의 단위시간당 이동거리의 차가 단위시간당 연신길이가 된다. 따라서, 위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 이동속도의 제어에서는, 연화부(200)의 피측정부위(15)에 있어서의 외경측정치와 제어외경의 설정치를 비교하고, 측정치의 폭이 클 때에는 이 위쪽처크(13)와 아래쪽처크(14)와의 속도차를 크게 하도록, 또, 작을 때에는 이들의 속도차를 작게하도록 제어되고 있다. 아래쪽처크(14)의 인장동작은, 주로 유리모재(1)를 연신하도록 기능한다. 또, 위쪽처크(13)의 보내기동작은, 유리모재(1)의 이동속도 및 이동거리를 규정하도록 기능한다. 또한, 이들 위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 속도제어는, 유리모재(1)의 외경의 변화에 의한 열용량의 변화를 고려해서, 유리모재(1)의 외경(특히 정상부분(10)의 외경)이 작을 때에는 각 처크(13)(14)의 이동속도를 빠르게, 클 때에는 느리게 되도록 제어한다.

(7)은 상기 위쪽 및 아래쪽(13)(14)의 이동속도 및 이동거리를 각각 독립적으로 조절하기 위한 제어유닛이고, 외경측정기(6)에서 측정된 피측정부위(15)의 외경치와 미리 설정된 제어외경의 설정치를 비교해서, 아래쪽처크(14)의 이동속도, 및/또는 위쪽처크(13)의 이동속도를 결정하고, 각 구동모터(8)(5)를 구동시킨다.

다음에, 제2도의 연신장치에 있어서의 유리모재(1)의 연신동작에 대해서도 제3도(a)~(c)를 사용해서 설명한다. 또한, 상기한 제3(a)~(c)는 본 발명에 관한 연신방법을 시계열로 표시한 도면이다.

먼저, 미리 그 형상, 크기를 알 수 있는 유리모재(1)는 가열로(9)를 개재해서 더미막대(12a)가 아래쪽처크(14)에 붙잡히는 동시에, 더미막대(12b)가 위쪽처크(13)에 붙잡힘으로써, 당해 연신장치에 세트된다(제3도(a) 참조). 일반적으로 유리모재(1)의 세팅에서는, 이 유리모재(1)의 정상부분(10)의 하단부(화살표 P1로 표시된 부분)이 가열로(9)의 개구위치 Q보다도 위쪽에 위치하도록 행해진다(A0mm). 또한 세트된 유리모재(1)중 제1테이퍼부(11a)가 긴쪽방향에 대해서 짧은 경우에는, 이 유리모재(1)의 정상부분(10)의 하단부 P1은 가열로(9)내에 위치하는 경우도 있으나, 통상, 이 정상부분(10)의 하단부 P1과 가열로(9)의 개구위치 Q와의 간격 A는, 0mm~100mm의 범위로 설정된다.

유리모재(1)의 정상부분(10)의 연신은, 제3도(b)에 표시된 상태로부터 제3도(c)에 표시된 상태로 연속적으로 행해진다. 즉, 제3도(b)는 위쪽처크(13)가 세팅위치(도면중, 파선으로 표시된 위치(130)에 대응)로부터 X1만큼 이동하고, 아래쪽처크(14)가 세팅위치(도면중, 파선으로 표시된 위치(140)에 대응)로부터 X2만큼 이동한 시점의 상태(유리모재(1)가 (X2-X1)만큼 연신된 상태)를 표시한다.

또, 제3도(c)는 위쪽처크(13)가 세팅위치(도면중, 파선으로 표시된 위치(130)에 대응)로부터 X10만큼 이동하고, 아래쪽처크(14)가 세팅위치(도면중, 파선으로 표시된 위치(140)에 대응)로부터 X20만큼 이동한 시점의 상태(유리모재(1)가 (X20-X10)만큼 연신된 상태)를 표시한다.

이와 같이, 유리모재(1)의 정상부분(10)을 연신하고 있을 때에는, 그 외경이 일정하게 되고 있으므로, 연화부(200)의 피측정부위(15)에 있어서의 외경에 대해서, 완성외경(연신체(100)의 정상부분(110)의 외경)은 대략 일정한 비율로 직경 축소한다. 그 때문에, 제어유닛(7)은 외경측정기(6)로부터 얻어지는 측정부위(15)의 외경치와, 제어외경의 설정치를 비교하고, 이 측정치가 설정치에 일치하도록 유리모재(1)에 인가되는 인장응력을 조정하고 있다. 구체적으로는, 제2도의 연신장치에서는, 위쪽처크(13)의 이동거리와 아래쪽처크(14)의 이동거리와의 사이에 소정의 차를 부여함으로써(위쪽처크(13)의 단위시간당 이동거리보다도 아래쪽처크(14)의 단위시간당 이동거리를 크게하므로써), 유리모재(1)에 인장응력을 인가하고 있으므로, 이 위쪽처크(13) 및/또는 아래쪽처크(14)의 이동속도를 조정함으로써 단위시간당 이 유리모재(1)의 연신길이를 바꾸고, 결과적으로 얻어지는 연신체(100)의 완성외경을 제어하고 있다.

다음에, 제3도(c)에 표시된 바와 같이, 유리모재(1)의 상단부(도면중, 화살표 P2)로 표시된 부분)와 가열로(9)의 개구위치 Q와의 간격 B가 소정치가 된 시점이후부터 연신종료시점까지의 단부연신동작을 제5도의 순서도를 사용해서 설명한다.

또한, 이하의 설명에서는, 상기 간격 B가 부의 수일 때, 이 간격 B는, 제4도(a)에 표시된 바와 같이, 유리모재(1)의 정상부분(10)의 상단부 P2가 가열로 (9)내에 들어 가기 전의 상태를 나타낸 것으로 한다. 한편, 상기 간격 B가 정의수 일 때, 이 간격 B는 제4도(b)에 표시된 바와 같이, 유리모재(1)의 정상부분(10)의 상단부 P2가 가열로 (9)내에 들어간 상태를 표시한 것으로 한다.

정상상태(제3도(b)에 표시된 바와 같이 유리모재(1)의 정상부분(10)을 연신하는 정상부분연신동작이 행해지고 있는 상태)에서는 제어유닛(7)은, 외경측정장치(6)로 부터의 측정치와 제어외경의 설정치를 일치시키도록 구동모터(5)(8)를 제어하고 있다(위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 속도제어), 한편, 제2도의 연신장치에 세트된 유리모재(1)의 형상 및 사이즈는 미리 알고 있기 때문에, 제어유닛(7)은 유리모재(1)에 관한 정보와 위쪽처크(13)의 이동거리로부터, 가열로 (9)의 개구위치 Q와 유리모재(1)의 정상부분(10)의 상단부 P2와의 간격 B를 연신종료시점까지 감시하고 있다(스텝 ST1, ST2).

그리고, 상기 간격 B가 소정치 a이상이 되었을 때, 상기한 정상상태에 있어서의 제어외경의 설정치를 변경하도록, 제어유닛(7)은 정상부분연신동작으로부터 단부연신동작으로 이행한다. 이 단부연신동작에서는, 상기 간격 B가 적어도 소정의 조건(Bβ)을 만족할 때까지, 제어외경의 설정치를 변경해간다.

정상상태로부터 이 단부연신상태로 이행한 단계에서는, 이 설정치를 소정치만큼 작게하고(스텝 ST6), 간격 B가 상기 조건을 만족하고 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 ST7). 만약, 이 조건이 만족되고 있지 않으면, 제어유닛(7)은, 계속해서 간격 B를 산출하고(스텝 ST3), 이 설정치를 변경하는 시기를 규정하는 값 αi(i=1, 2, 3, …; α₁ α₂ α₃…)이상인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST4). 이후 제어유닛(7)은, 상기 조건이 만족될 때까지, 변수 i를 인크리먼트하면서 상기한 설정치의 변경동작을 반복한다(스텝 ST3~ST7). 또한, 이 명세서에 있어서, 연신종료시점이란, 적어도 아래쪽처크(14)가 정지한 시점을 의미한다.

[실시예 1]

다음에, 구체적인 단부연신동작으로, 직경 70mm(정상부분(10)의 직경)의 유리모재(1)를 직경 40mm(정상부분(110)의 직경)의 연신체(100)에 연신하는 실시예 1에 대해서 설명한다.

준비된 유리모재(1)는 외경 70mm, 길이 500mm의 원주형상유리체(정상부분(10))와, 그 양단부에 장착된, 각각 길이(유리모재(1)에 있어서의 긴폭방향의 길이) 100mm의 원추형상유리부(각테이퍼부(11a)(11b))로 이루어진다. 또, 이 테어퍼부(11a)(11b)의 단부에 각각 외경 30mm의 더미막대(12a)(12b)가 용접접속되어 있다.

또한, 정상상태(제3도(b)에 도시된 바와 같이, 이 유리모재(1)의 정상부분(10)을 연신하고 있는 기간)에서의 연신조건은, 위쪽처크(13)의 설정속도가 10.0mm/분, 아래쪽처크(14)의 설정속도가 30.6mm/분, 그리고, 제어외경의 설정치Px가 44.0mm이다.

이 연신동작에서는, 먼저 상기 위쪽처크(13)와 아래쪽처크(14)의 속도비를 1.0:3.06으로 유지하면서, 10분간 걸려서 위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 이동속도를 상기 설정속도까지 상승시켰다(제3도(b)에 표시된 정상상태). 그후, 아래쪽처크(14)의 이동속도가 일정하게 유지된 상태에서 위쪽처크(13)의 이동속도를, 연화부(200)의 피측정부위(15)에 있어서의 외경변화를 없애도록 변화시키는 피드백제어(외경제어)를 행하면서, 준비된 유리모재(1)의 정상부분(10)의 연신을 행하였다. 또한, 제어유닛(7)은, 상기한 외경제어(정상부분연신동작)를 행하는 동시에, 이 기간중, 이 정상부분연신동작으로부터 단부연신동작으로 절환하기 위하여, 이미 알고 있는 유리모재(1)에 관한 정보 및 위쪽처크의 이동거리로부터 이 정상부분(10)의 상단부 P2와 가열로(9)의 개구위치 Q와이 간격 B를 계산하고 있다.

이 실시예 1의 단부연신동작에서는 상기 간격 B가 0mm일 때에 정상상태에서의 제어외경의 설정치 Dx를 0.5mm내리고(설정치는 43.5mm), 상기 간격 B가 +10mm일 때에 설정치를 다시 0.5mm내린다(설정치는 43.0mm). 그리고, 상기 간격 B가 +20mm일 때에 위쪽처크(13)를 정지시키고, 아래쪽처크(14)만을 또 상기 설정속도로 500mm 이동시키고, 이 연신동작을 종료했다. 또한 연신동작의 종료시점은, 적어도 아래쪽처크(14)가 정지한 시점을 말한다. 또, 이 실시예 1에서는 연신종료전에 위쪽처크(13)를 정지시키고 있으나, 이것은 상기 제어외경의 설정치를 0mm로 설정함으로써 실현된다.

이상 설명된 실시예 1의 결과, 얻어진 연신체(100)의 단부외관을 제7도에 표시한다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이 정상부분(110)으로부터 테이퍼부(111b)에 걸쳐서 완만하게 그 외경이 감소하고, 40mm±1.0mm의 정밀도로 균일한 외경의 연신유리모재(연신체(100))를 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

다음에, 직경 130mm(정상부분 (10)의 직경)의 유리모재(1)를 직경 70mm(정상부분(110)의 직경)의 연신체(100)로 연신하는 실시예 2에 대해서 설명한다.

준비된 유리모재(1)는 외경 130mm, 길이 500mm의 원추형상유리체(정상부분(10))와, 그 양단부에 장착된, 각각 길이 200mm의 원추형상유리부(각 테이퍼부(11a)(11b))로 이루어진다. 또, 이 테이퍼부(11a)(11b)의 단부에 각각 외경 30mm의 더미막대(12a)(12b)가 용접접속되어 있다.

또한, 정상상태에서의 연신조건은, 위쪽처크(13)의 설정속도가 10.0mm/분, 아래쪽처크(14)의 설정속도가 34.5mm/분, 그리고 제어외경의 설정치 Dx가 78.0mm이다.

이 연신동작에서는, 먼저 상기 위쪽처크(13)와 아래쪽처크(14)의 속도비를 1.0:3.45로 유지하면서, 10분간 걸려서 위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 이동속도를 상기 설정속도까지 상승시켰다(제3도(b)에 표시된 정상상태). 그후, 아래쪽처크(14)의 이동속도가 일정하게 유지된 상태에서 위쪽처크(13)의 이동속도를, 연화부(200)의 피측정부위(15)에 있어서의 외경변화를 없애도록 변화시키는 피드백제어(정상부분연신동작)를 행하면서, 준비된 유리모재(1)의 정상부분(10)의 연신을 행하였다.

이 실시예 2의 단부연신동작에서는, 제어유닛(7)에서 산출된 상기 간격 B가 -30mm일 때, 제어외경의 설정치를 0.5mm내리고(설정치는 77.5mm), 위쪽처크(13)가 10mm 진행할 때마다(상기 간격 B가 10mm크게될 때마다)제어외경의 설정치를 0.5mm씩 내렸다. 최종적으로 간격 b는 +80mm이고 설정치를 72.0mm로 설정해서 연신동작을 종료했다. 또한, 이 실시예 2에서는 위쪽처크(13)는 연신종료까지 정지시키지 않는다.

이상의 단부연신동작의 개시는, 상기 간격 B의 값이 -50mm~+50mm의 범위내에 있을 때가 적합하다. 또, 최종적으로 설정되는 제어외경치는 적어도 정상상태에서의 설정치 Dx에 대해서 2mm 이상 작은 것이 바람직하다. 이 단부연신동작에서는 연신종료전으로서, 간격 B가 -10mm~+120mm의 어느 한 시점에서, 위쪽처크(13)를 정지시키는 경우가 있다. 따라서, 제어외경의 설정치가 취할 수 있는 범위는 제6도중의 사선으로 표시된 영역이다.

다음에, 연신개시로부터 소정기간까지의 단부연신동작을, 제8도의 순서도를 사용해서 설명한다.

먼저, 유리모재는 초기위치 γ₁에 세트되는 동시에, 제어외경이 초기치로 세트된다(스텝 ST8). 그후, 가열로(9)를 충분히 가열한 상태에서 위쪽처크(13) 및 아래쪽처크(14)를 각각 소정속도로 이동시킨다(연신동작의 개시). 이때, 제어유닛(7)에서는, 상기 위쪽 및 아래쪽처크(13)(14)의 이동속도의 제어의 이외에, 그 형상, 크기를 미리 알고 있는 유리모재(1)의 정상부분(10)의 하단부 P1과 가열로(9)의 개구위치 Q와의 간격 A를, 위쪽처크(13)의 이동거리로부터 산출해서(스탭 ST9), 제어외경의 설정치를 변경하는 시기를 규정하는 모재위치 γj(j=1, 2, 3, …; γ₁＞γ₂＞γ₃＞…＞0)와, 간격 A를 비교한다(스텝 ST10). 이 때, 상기 간격 A가 설정치를 지날때마다, 변수 j를 인크리먼트하고(스텝 ST11), 제어외경의 설정치를 변경한다(스텝 ST12). 그리고, 최종적으로 상기 간격 A가 0mm가 된 시점에서(스텝 ST13), 정상상태의 제어외경의 설정치 Dx가 세트되고(스텝 ST14), 정상상태의 정상부분연신동작으로 이행한다.

또한, 상기한 동작에서는 A=0mm를 단부연신동작의 종료조건으로 하고 있으나, 유리모재(1)의 하단테이퍼부(11a)의 길이가 짧은 경우에는 이 종료조건은 부의 값이어도 된다(정상부분 (10)의 하단부 P1이 가열로(9)내에 위치하는 상태).

[실시예 3]

다음에 직경 130mm(정상부분(10)의 직경)의 유리모재(1)를 직경 70mm(정상부분(10)의 직경)의 연신체(100)로 연신하는 실시예 3(실시예 2와 동일조건)에 대해서 설명한다.

준비된 유리모재(1)는 외경 130mm, 길이 500mm의 원주형상유리체(정상부분(10))와, 그 양단부에 장착된 각각 길이 200mm의 원추형상유리부(각 테이퍼부(11a)(11b))로 이루어진다. 또, 이 테이퍼부(11a)(11b)의 단부에 각각 외경 30mm의 더미막대(12a)(12b)가 용착접속되어 있다.

또한, 정상상태에서의 연신조건은, 위쪽처크(13)의 설정속도가 10.0mm/분, 아래쪽처크(14)의 설정속도가 34.5mm/분, 그리고, 제어외경의 설정치 Dx가 78.0mm이다.

연신동작의 개시로부터 소정기간까지 행해진다. 이 단부연신동작에서는, 먼저, 유리모재(1)가 A=+80mm의 위치에 세트된다. 그리고, 위쪽처크(13)와 아래쪽처크(14)를 초기의 속도비를 1.0:3.45로 해서 구동시킨다. 제어유닛(7)은, 위쪽처크(13)의 이동속도를 일정한 비율로 증가시키면서, 아래쪽처크(14)의 이동속도를, 연화부(200)의 피측정부위(15)에 있어서의 외경변화를 없애도록 변화시키는 피드백제어(외경제어)를 행한다(제9도 참조).

이 단부연신동작에서는, 연신동작의 개시시점(A=+80mm)의 설정치를 74mm로 하고, 상부처크(13)가 10mm진행할 때마다(간격 A가 10mm작아질 때마다) 제어외경의 설정치 0.5mm씩 크게하고, 최종적으로는, 간격 A가 0mm가 된 시점에서 설정치를 78mm(=Dx)로 했다.

비교를 위하여, 상기한 단부연신동작을 행하지 않는 연신방법에 의해 얻어진 연신체의 각 단부의 외관을 제10도(a) 및 제10도(b)에 표시한다.

제10도(a)는 실시예 1 및 2와 동일한 정상상태의 연신조건에서 연신했을 때의 연신체단부(비교예 1 및 2)를 표시하고, 제10도(b)는 실시예 3과 동일한 정상상태의 연신조건에서 연신했을 때의 연신체단부(비교예 3)를 표시하고 있다.

실시예 1 및 2의 단부연신동작을 행하고 있지 않은 비교예 1 및 2는 모두 제10도(a)에 표시된 바와 같이, 연신체(100)의 상단부가 굵게 되었다. 구체적으로, 비교예 1(실시예 1의 유리모재를 사용)에서는 연신체(100)의 정상부분(110)의 외경(완성외경)D1보다도 상단부의 외경 D2는 10~15mm정도 굵게 되었다. 또, 비교예 2(실시예 2의 유리모재를 사용)에서는, 상단부의 외경 D2는 D1보다도 5~8mm굵게 되었다. 이 때문에, 연신체(100)의 유효영역은 본 발명에 관한 연신방법에 의해 얻어진 연신체(100)보다도 300mm~600mm정도 짧게 된다.

한편, 비교예 3은 제10도(b)에 표시된 바와 같이, 하단부가 굵게되는 동시에, 일부넥다운을 일으키고 있는 부분도 확인할 수 있다. 이 비교예 3에서는, 굵게된 부분의 외경 D4는 정상부분(110)의 외경(완성외경) D1보다도 3mm~5mm정도 굵게되고, 넥다운을 일으키고 있는 부분의 외경 D3은 D1보다도 1mm정도 가늘게 되어 있다. 이 때문에, 연신체(100)의 유효영역은, 본 발명에 관한 연신방법에 의해서 얻어진 연신체(100)보다도 500mm~700mm정도 짧게 된다.

다음에, 얻어지는 연신체의 외경변동에 대해서 이하 고찰한다. 통상, 외경측정을 연화부 (200)의 범위중, 완성외경에 가까운 부분에서 측정하면 제어외경의 값과 완성외경과의 차가 작게되므로, 완성외경의 정밀도가 향상하고, 외경변동은 작게되는 것은 아닌가 생각할 수 있다. 그러나, 피측정부위(15)가 피가열부(3)로부터 멀어지면 제어의 시간지연이 커지기 때문에, 완성외경을 안정적으로 제어하는 것이 곤란하게 된다.

반대로, 피측정부위(15)를 피가열부(3)에 가까운 위치로 하면, 제어성은 좋아지나 제어외경의 값과 완성외경과의 차가 크기 때문에, 연신전의 외경이 변화등을 한 경우, 그 영향이 완성외경으로 나타나기 쉽고, 외경변동이 일어나기 쉬워진다. 따라서, 일반적으로는 이 제어의 응답성과 외경변동의 안정성과의 트레이드오프로서, 유리모재(1)의 피가열부(3)로부터 일정한 이동거리만큼 떨어진 테이퍼형상의 연화부(200)의 범위에 있어서 경험적으로 발견한 최적위치에서 외경을 측정하고, 인장속도(아래쪽처크(14)의 이동속도에 의존)를 제어하고 있다.

이 결과, 피측정부위(15)는, 피가열부(3)로부터 떨어져 있기 때문에, 피측정부위(15)에서의 외경을 제어외경의 설정치에 맞추고자해서, 인장속도를 제어해도, 그 효과는 피가열중심부(210)에 가장 현저하게 나타나고, 또한, 그 효과는 피가열중심부(210)로부터 피측정부위(15)까지의 이동시간을 경과한 후가 아니면 검출할 수 없고, 제어명령을 피드백할 수 없게 된다.

유리모재(1)의 하단부P1근처에 위치하는 원추형상의 테이퍼부(11a)부근을 연신할 경우, 피가열중심부(210)의 외경이 정상부분연신할때의 외경에 가까워져도 피측정부위(15)의 외경이 정상부분연신할때의 제어외경의 설정치보다도 상당히 작다는 위치관계에 있다. 따라서 아래쪽처크(14)의 이동속도는 작게 되도록 제어되나, 피가열중심부(210)에서의 외경은 정상부분연신할때의 그것과 그다지 다름이 없기 때문에, 완성외경이 거꾸로 굵어진다.

이에 대하여, 연신체의 상단부(유리모재(1)의 상단부 P2근처에 위치하는 테이퍼부(11b)에 대응하는 부분)가 굵어지는 원인은, 유리모재(1)의 상단부와 하단부에서 연화부(200)와 피측정부위(15)에 있어서의 유리모재(1)의 각 외경의 크기의 관계가 반대로 되고 있으므로, 본질적으로 다르다.

상기와 같이, 제어외경은 피측정부위(15)에서 측정된 외경으로부터 완성외경까지의 일정한 직경축소를 예상해서 설정되어 있다. 그러나, 이 축소직경의 크기는, 유리모재(1)의 외경에 따라서 다른 것이고, 이 유리모재(1)의 외경이 크면 직경축소도 크고, 이 유리모재(1)의 외경이 작으면 직경축소도 작게 된다.

그래서, 유리모재(1)의 상단부P2근처에 위치하는 원추형상의 테이퍼부(11b)부근을 연신할 경우, 연화부(200)의 외경이 서서히 작게되기(테이퍼부(11b)를 가열하고 있기) 때문에, 피측정부위(15)에서의 외경과 완성외경과의 차도 작게된다.

이 상태에서 피측정부위(15)에서의 외경을 정상상태의 제어외경과 일치시키도록 제어하면, 완성외경이 굵어진다.

즉, 유리모재(1)의 상단부P2근처에 위치하는 원추형상의 테이퍼부(11b)를 연신할 때, 피측정부위(15)에서의 외경이 제어외경의 값보다도 작게 되면, 위쪽처크(13) 또는 아래쪽처크(14)는 통상의 연신속도보다도 느리게 되도록 제어된다.

그러나, 이 경우 이미 피측정부위(15)를 지나친 완성외경에 가까운 부분도 아직 온도가 높고 점도가 낮으므로, 이동속도의 저하의 영향을 받아서 결과적으로 얻어진 연신체단부의 완성외경이 굵어진다.

종래, 이 양단부테이퍼부(11a)(11b)부근의 연신방법에 관한 발명으로서 예를 들면 일본국 특개평 4-83728공보에 기재되어 있는 방법에서도, 이들 과제는 아직 충분히 해결되고 있지 않다.

또한, 상기 실시예는, 유리모재(1)의 정상부분(10)의 직경이 일정한 경우에 대해서 실시했으나, 본 발며은 이것에 한정되는 것은 아니고, 이 정상부분(10)의 직경이 변화하는 경우에도 적용가능하다.

또, 상기 실시예에서는, 유리모재(1)의 하단부P1근처에 위치하는 테이퍼부(11a)를 연신할때에는, 위쪽처크(13)의 이동속도를 일정하게 해서 아래쪽처크(14)의 이동속도를 제어하고 있다. 이 실시예의 변형예로서는, 위쪽처크(13)의 이동속도를 테이퍼부(11a)의 외경의 증가에 대응해서 감소시켜도 된다. 이것은, 유리모재(1)의 외경의 변화에 의한 열용량의 변화에 대응해서 각 처크(13)(14)의 이동속도를 변화시켜서 연화부(200)의 점도를 가능한 한 일정하게 하고, 한층 더 정밀도가 좋은 완성외경을 얻기 위해서이다.

동일한 이유에 의해, 유리모재(1)의 상단부P2근처에 위치하는 테이퍼부(11b)를 연신할때에는, 외경의 감소에 따라서 아래쪽처크(14)의 이동속도를 증가하도록 설정한 상태에서, 위쪽처크(13)의 이동속도를 제어시켜도 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 연신전의 유리모재의 외경이 균일하지 않은 경우(테이퍼부를 가진 경우)에도, 그 전체길이에 걸쳐서 외경이 매우 균일한 연신체를 얻을 수 있고, 자원의 유효이용이 가능하게 된다는 효과가 있다.

Claims

소정의 외경을 가진 정상부분의 제1단부와 이 제1단부에 대향하는 제2단부의 각각에 상기 정상부분보다도 작은 외경을 가진 제1 및 제2테이퍼부가 형성된 유리모재를 긴쪽방향으로 연신하고, 소망의 외경을 가진 연신체를 얻기 위한 유리모재의 연신방법에 있어서, 상기 유리모재를 제1속도로, 이 유리모재의 제1테이퍼부쪽으로부터 히터내에 보냄으로써, 이 유리모재의 제1테이퍼부로부터 제2테이퍼부를 향해서, 이 유리모재의 소정부위를 순차가열해서 연화시키기 위한 가열공정과, 상기 가열공정과 병행해서 행해지는 공정으로서, 상기 유리모재의 진행방향을 따라서 이 유리모재의 제1테이퍼부를, 상기 제1속도보다도 빠른 제2속도로 이동시킴으로써, 이 유리모재에 인장응력을 인가하기 위한 연신공정과, 상기 가열과정 및 상기 연신공정과 병행해서 행해지는 공정으로서 상기 히터에 의해 가열되어 연화하고 있는, 상기 유리모재의 연화부의 외경을 외경측정기에 의해 측정하면서, 이 외경측정기로부터 얻어지는 측정치가 미리 설정된 제어 외경의 설정치에 일치하도록, 상기 제1속도 및 상기 제2속도중 적어도 어는 한쪽을 조절하기 위한 제어공정을 구비하고, 적어도, 상기 유리모재의 상기 정상부분의 제2단부와 상기 히터의 개구위치와의 간격이 소정치가 된 시점으로부터 연신종료시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
청구항 1에 있어서, 상기 유리모재의 상기 정상부분의 제2단부와 상기 히터의 개구위치와의 간격이 소정치가 된 시점으로부터 연신종료시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를, 상기 히터내에 보내지는 상기 유리모재의 이동거리에 대응해서, 단계적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유리모재의 상기 정상부분의 제2단부와 상기히터의 개구위치와의 간격이 소정치가 된 시점으로부터 연신종료시점까지의 기간중, 어느 하나의 시점으로부터 연신종료시점까지 상기 히터에의 상기 유리모재의 보내기 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
소정의 외경을 가진 정상부분의 제1단부와 이 제1단부에 대향하는 제2단부의 각각에, 상기 정상부분보다도 작은 외경을 가진 제1 및 제2테이퍼부가 형성된 유리모재를 긴쪽방향으로 연신하고, 소망의 외경을 가진 연신체를 얻기 위한 유리모재의 연신방법에 있어서, 상기 유리모재를 제1속도로 이 유리모재의 제1테이퍼부쪽으로부터 히터내에 보냄으로써, 이 유리모재의 제1테이퍼부로부터 제2테이퍼부를 향해서, 이 유리모재의 소정부위를 순차 가열해서 연화시키기 위한 가열공정과, 상기 가열공정과 병행해서 행해지는 공정으로서, 상기 유리모재의 진행방향을 따라서 이 유리모재의 제1테이퍼부를, 상기 제1속도보다도 빠른 제2속도로 이동시킴으로써, 이 유리모재에 인장응력을 인가하기 위한 연신공정과, 상기 가열공정 및 상기 연신공정과 병행해서 행해지는 공정으로서, 상기 히터에 의해 가열되어 연화하고 있는 상기 유리모재의 연화부의 외경을 외경측정기에 의해 측정하면서, 이 외경측정기로부터 얻어지는 측정치가 미리 설정된 제어외경의 설정치에 일치하도록 상기 제1속도 및 상기 제2속도중 적어도 어는 한쪽을 조절하기 위한 제어공정을 구비하고, 적어도 연신개시시점부터, 상기 유리모재의 상기 정상부분의 제1단부와 상기 히터의 개구위치와의 간격이 소정치가 된 시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
청구항 4에 있어서, 연신개시시점부터 상기 유리모재의 상기 정상부분의 제1단부와 상기 히터의 개구위치와의 간격이 소정치가 된 시점까지의 기간중, 상기 제어외경의 설정치를, 상기 히터내에 보내지는 상기 유리모재의 이동거리에 대응해서, 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.