(57)【要約】【課題】高精度の外径制御を実現し、信頼性の高い光ファイバ母材を提供する【解決手段】ガラス母材の軟化部と延伸の仕上がり径位置との間でガラス母材の外径を外径測定器で測定し、測定外径Ｄ１が目標外径と一致するように延伸速度を制御しながら、ガラス母材を加熱して軟化させながら延伸し、所望の外径のガラス母材を形成するガラス母材の延伸方法において、仕上がり径が出た後の前記目標外径を、前記延伸の開始時に前記仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるように設定し、その後前記目標外径を徐々に仕上がり径Ｄ０に近づけるように制御することを特徴とする。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材の軟化部と延伸の仕上がり径となる位置との間でガラス母材の外径を外径測定器で測定し、測定外径が目標外径と一致するように延伸速度を制御しながら、ガラス母材を軟化させて延伸し、所望の外径のガラス母材を形成するガラス母材の延伸方法において、
仕上がり径が出た後の前記目標外径を、前記延伸の開始時に前記仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるように設定し、その後前記目標外径を徐々に仕上がり径に近づけるように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】
前記延伸開始時のガラス母材の軟化部の目標外径は、仕上がり径との差が３ｍｍ以内となるように設定し、徐々に仕上がり径に近づけるように制御することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項３】
前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長に応じて徐々に小さくなるように変化しつつ延伸するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項４】
前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長１００ｍｍあたり１．０ｍｍ以下の割合で徐々に小さくするようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項５】
前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長１００ｍｍあたり０．３ｍｍ以下の割合で徐々に小さくするようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項６】
ガラス母材の軟化部の外径を測定する外径測定器と、測定外径が目標外径と一致するように延伸速度を制御する制御手段とを具備し、ガラス母材を加熱して軟化させながら延伸し、所望の外径のガラス母材を形成するガラス母材の延伸装置において、
前記制御手段は、前記延伸開始時の目標外径を、仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるようにし、前記目標外径を徐々に仕上がり径に近づけるように制御するものであることを特徴とするガラス母材の延伸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス母材の延伸方法およびこれに用いられる延伸装置に係り、特にガラス母材の外径制御に関する。
【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、一般に、抵抗加熱炉などの加熱手段を用いて、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等を加え、縮径されたガラス母材の外径を測定しながら、得られた測定値が目標値と一致するように、前記ガラス母材の上端及び下端を把持する上側および下側チャックの移動速度を制御する方法がとられている。この方法ではガラス母材に所定の引っ張り応力を加えるために、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速くなるように制御される。
【０００３】
このような延伸方法では、得られた延伸後ガラス母材の外径を所望の値とするため、軟化部の所定の位置の外径を外径測定器で測定し、測定した外径が目標値となるように、延伸速度を調整するという方法がとられている。
【０００４】
しかしながらこのような方法では、測定値が目標径に一致するように制御しているにもかかわらず延伸後の仕上がり径が変動するという問題があった。この理由としては、目標径と仕上がり径の差が延伸中で一定でないことによる。目標径と仕上がり径の差は母材が延伸されるネックダウン部のテーパの長さに依存する。このテーパの長さは延伸時に母材にかかる張力に大きく影響される。すなわち、仕上がり径の変動は延伸時にかかる張力が一定でないため、テーパ長が延伸時に徐々に変化していることに起因すると考えられる。
【０００５】
この対策として、例えば張力を制御するように延伸時の張力を検出し、その検出張力に応じて延伸炉に投入する電力を制御する方法が提案されている（特開平４−３２５４４８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの方法では張力を制御するための装置が新たに必要となるなど製造コストが高騰し、また制御するパラメータが増え、製造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、ガラス母材の所定の位置を加熱し軟化させてガラス母材の一旦に引っ張り応力を加えることによりガラス母材を延伸する方法において、軟化部の外径を測定しその外径があらかじめ設定した目標値に一致するように引っ張り応力を調整し、特に延伸開始後からの所定時間で設定外径を変化させるようにした方法も提案されている（特開平９−２２１３３４）。
【０００８】
この方法は極めて簡便な方法であるが、条件設定をしなければ容易に所望の制御をすることはできず、仕上がり径を調整するためには最適範囲を見出す必要があった。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高精度の外径制御を実現し、信頼性の高い光ファイバ母材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の延伸方法では、ガラス母材の軟化部と延伸の仕上がり径位置との間でガラス母材の外径を外径測定器を用いて測定し、測定外径が目標外径と一致するように延伸速度を制御しながら、ガラス母材を軟化させて延伸し、所望の外径のガラス母材を形成するガラス母材の延伸方法において、仕上がり径が出た後の前記目標外径を、前記延伸の開始時に前記仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるように設定し、その後前記目標外径を徐々に仕上がり径に近づけるように制御することを特徴とする。
【００１１】
延伸中のガラス母材は延伸が進むにつれて除々に加熱され、軟化状態が変わって行くため、母材にかかる延伸張力は除々に下がっていく。すなわち実際には目標径と仕上がり径との差は延伸を行うにつれて徐々に小さくなっている。よって目標径を一定に設定してしまうと測定値が目標値と一致するように制御しても相対的に仕上がり径は除々に太くなってしまう。これに対し、目標径と仕上がり径との差の変化に併せて目標径の設定を徐々に下げることで、延伸後ガラス母材の仕上がり径を一定に保つことが可能となる。従って、制御条件のみでの対策であるため、ガラス母材に特殊な加工をしたり設備の改造を行ったりすることなく、製造が容易である。
【００１２】
望ましくは、前記延伸開始時のガラス母材の軟化部の目標外径の仕上がり径よりも大きくする値は、３ｍｍ程度以内にし、徐々に仕上がり径に近づけるように制御することを特徴とする。種々の実験結果から、３ｍｍを越えるとその分、制御外径と仕上がり径との差の変動分も大きくなるため、延伸開始時点での外径変動が大きく、目標径の設定変更による調整が困難になることがわかっている。
【００１３】
また制御外径と仕上がり径との差の変化は延伸炉に対する出発母材の位置によって変化しているため、母材の送り量に従って目標径を調整していくことが最も効果的である。従って、前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長に応じて徐々に小さくなるように変化しつつ延伸するようにするのが望ましい。
【００１４】
望ましくは、前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長１００ｍｍあたり１．０ｍｍ以下の割合で徐々に小さくするようにすれば、テーパ長の変化に最も精度よく対応することができる。送り長１００ｍｍあたり１．０ｍｍを越えると、母材が細くなりすぎてしまう。
【００１５】
望ましくは、前記延伸中のガラス母材の軟化部の目標外径は、延伸するガラス母材の送り長１００ｍｍあたり０．３ｍｍ以下の割合で徐々に小さくするのがより望ましい。
【００１６】
このように目標値の設定変化をガラス母材の送り速度に従って行う方法が最もテーパ長の変化に精度よく対応することができ、さらにこの変化量の範囲を規定することでより精度よく延伸することが可能となる。
【００１７】
また本発明では、ガラス母材の軟化部の外径を測定する外径測定器と、測定外径が目標外径と一致するように延伸速度を制御する制御手段とを具備し、ガラス母材を加熱して軟化させながら延伸し、所望の外径のガラス母材を形成するガラス母材の延伸装置において、前記制御手段は、前記延伸開始時の目標外径を、仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるようにし、前記目標外径を徐々に仕上がり径に近づけるように制御するものである。
【００１８】
このようにして外径精度の良好な光ファイバ母材を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の光ファイバ母材の延伸方法を図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態では、図１に示すような、制御ユニット８を備えた装置を用い、図２に示すように、延伸前ガラス母材１および延伸後ガラス母材１０を示すように、すす付けおよび脱水・焼結の終了したガラス母材１を外径測定器７の測定値が事前に設定された目標値に一致するように延伸外径を制御しつつ、所望の外径に延伸するものである。この方法では、延伸開始時に延伸開始時の目標外径を、仕上がり径よりも所定の値だけ大きくなるようにし、目標外径を徐々に仕上がり径に近づけるように制御するものである。
【００２０】
ここで用いられる延伸装置は、図１に示すように、両端にダミーロッド２，３を具備したガラス母材１と、このガラス母材を夫々ダミーロッド２，３を介して把持する上側駆動部４及び下側駆動部５と、この上側駆動部４及び下側駆動部５で把持された延伸前ガラス母材を加熱するヒータ６と、このガラス母材１の延伸部１Ｅの外径を測定する外径測定器７と、外径測定器７で得られたガラス母材１の延伸部１Ｅの外径の測定値と、前記外径の目標値とに基づいて、延伸条件をフィードバック制御する制御ユニット８とを含む。ここでは図示しないが、カーボン製のヒータ６を有する炉体と、この炉体内に装着されたカーボン製の炉心管とを具備していることが多く、ヒータ６によってガラス母材１０を加熱延伸し、所望径のガラス母材を形成するものである。
【００２１】
また、上側駆動部４は、上側チャック４ｃでダミーロッド２を把持し、制御ユニット８によって、ガラス母材に所定の引っ張り速度を付与するように、モータ４ｍを駆動する。一方、下側駆動部５は、下側チャック５ｃでダミーロッド３を把持し、制御ユニット８によって、ガラス母材に所定の引っ張り速度を付与するように、モータ５ｍを駆動する。
【００２２】
このように、ガラス母材１は、炉心管の内部に設置され、このガラス母材１の両端に露呈するダミーロッド２、３を介して上側駆動部４および下側駆動部５で把持されている。制御ユニット８は、下側駆動部５の下降速度が上側駆動部４の下降速度よりも大きくなるように下降させ、延伸を行うように構成されている。さらにまた、この炉心管内に必要に応じて不活性ガスを導入する不活性ガス導入部が形成されており、不活性ガスの供給により酸化を防止し得るように構成されている。
【００２３】
この延伸工程は次のように実行される。まず、ガラス母材を両端に備えたダミーロッドを介して延伸装置の上側駆動部４および下側駆動部５に装着し、ヒータを昇温しガラス母材を加熱する。
【００２４】
この後、ガラス母材の上側駆動部４を下降させながら、下側駆動部５をそれより高い速度で下降させて、ガラス母材を延伸する。このとき外径測定器７による測定出力に基づき、制御ユニット８で延伸速度を調整しながら延伸を行うに際し、目標外径を延伸開始点では３ｍｍ大きくし、徐々に１００ｍｍあたり０．１ｍｍ程度づつ目標外径を仕上げ径に近づくようにする。
【００２５】
延伸中の母材のネックダウン形状は図３に示すようになっている。延伸中は延伸後の仕上がり径Ｄ０より太い、延伸途中の位置である母材の外径Ｄ１を外径測定器７で測定し、その測定値があらかじめ設定された目標径Ｄ０＋αに一致するように、制御ユニット８で延伸速度、すなわち上側駆動部と下側駆動部の下降速度差が制御される。この時、延伸時間が経過するにつれて母材が加熱され、軟化するためにネックダウン部のテーパの長さが変化し、測定外径Ｄ１と仕上がり径Ｄ０の差が除々に小さくなっていく。したがって目標値を一定値に設定した場合測定外径Ｄ１がこの目標径に一致するように制御しても、仕上がり径Ｄ０は太径化してしまう。
そこで逆に、図４に示すように目標径Ｄ０＋αを、延伸が進むにつれてαが小さくなるように、すなわち目標径Ｄ０＋αが除々に仕上がり径Ｄ０の値に近づくように設定することで仕上がり径が除々に太径化するのを防ぐようにしたものである。
【００２６】
このように、目標径を、延伸が進むにつれて、目標径と仕上がり径との差分αの値を徐々に小さくすることで、ネックダウン部のテーパ長の変化を相殺することができ、容易に、外径変動のない延伸を行うことが可能となる。従って、ガラス母材に特殊な加工をしたり設備の改造を行ったりすることなく、高精度の外径制御が可能となる。
【００２７】
（実施例）
まず、外径８０ｍｍのガラス母材を用意する。
そして前記実施の形態で説明した図１の延伸装置にこのガラス母材を装着する。この状態で、ヒータ６をオンし、炉内温度を常温から２０００℃に昇温する。
【００２８】
このようにして目的温度に到達すると、最初ガラス母材引取り速度を４０ｍ／分に設定し、仕上がり径３０ｍｍに対して延伸開始時の目標外径の設定を３１ｍｍとし、延伸開始後母材送り長１００ｍｍあたり０．２ｍｍの割合で設定した目標外径を図４に例を示すように徐々に下げ、延伸終了時に３０．２ｍｍになるように設定し、外径測定器７で外径を測定して、その測定値をあらかじめ設定しておいた目標外径との差を投入する母材の送り速度（上部チャック速度）Ｖａにフィードバックして外径制御を行い延伸を行った。その結果、延伸後ガラス母材の外径は図５（ａ）に示すように、３０±０．２ｍｍと良好であった。
【００２９】
（比較例）
この例では、前記実施例と同様、図１に示した延伸装置を用いて、延伸を実施し、仕上がり径３０ｍｍに対し、目標外径を３４ｍｍとして延伸を行った。その結果、延伸後の外径は図５（ｂ）に示すように母材長手方向で延伸開始直後の外径変動が大きく、更に長さ方向で除々に外径が太径化してしまうという問題が生じた。
【００３０】
前記実施例と比較例との比較から、延伸開始時点近傍で、目標径を所定の値だけ上げ、徐々にこの上げ幅を小さくすることで、延伸開始端付近で延伸速度を調整することにより、容易に、外径変動のない延伸を行うことが可能となる。
【００３１】
また、目標径を徐々に下げるようにしたが、段階的に下げるようにしても良い。
【００３２】
また、延伸装置については、ヒータとしては通常電気ヒータが用いられるが、誘導加熱される加熱媒体を用いるようにしてもよい。またヒータに対してガラス母材を移動させるようにしているが、ヒータを移動させるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００３３】
【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延伸が進むにつれてガラス母材が太くなるのを防止すべく、目標径の設定を延伸中除々に小さくなるようにし、外径制御を行うようにしているため、高精度の外径制御の可能な延伸を行うことが可能となる。
また本発明の延伸装置によれば容易に外径変動の小さいガラス母材を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の延伸装置を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の延伸方法で延伸した延伸前ガラス母材と延伸後ガラス母材とを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の延伸方法の要部説明図である。
【図４】本発明実施例の延伸制御方法における母材送り速度と目標外径との関係を示す図である。
【図５】本発明実施例及び比較例の延伸制御方法で延伸したガラス母材の外径変動を示す図である。
【符号の説明】
１　延伸前ガラス母材
２　ダミーロッド
３　ダミーロッド
４　上側駆動部
５　下側駆動部
６　ヒータ
７　外径測定器
８　制御ユニット
１０　延伸後ガラス母材
１００　延伸後ガラス母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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