(57)【要約】【課題】  母材延伸後の外径を均一にするガラス母材の外径制御方法及びガラス母材延伸装置を提供する。【解決手段】  延伸されるガラス母材１０の送り込み速度と、軟化したガラス母材の引き取り速度を制御して、延伸後のガラス母材外径を一定に制御するガラス母材の外径制御方法において、送り込まれる延伸前のガラス母材１０の外径Ｄ１を所定間隔で測定すると共に、これを順次記憶し、軟化して縮径されているガラス母材１０の軟化部２３の外径Ｄ２を測定し、その軟化部２３の測定された外径Ｄ２に対応する延伸前の記憶されたガラス母材１０の外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとから軟化部２３の制御外径設定値Ｄ２ｓを計算し、計算される軟化部の外径Ｄ２が制御外径設定値Ｄ２ｓになるように、送り込み速度と引き取り速度を制御するものである。【選択図】    図１
2005145765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
延伸されるガラス母材の送り込み速度と、軟化したガラス母材の引き取り速度を制御して、延伸後のガラス母材外径を一定に制御するガラス母材の外径制御方法において、送り込まれる延伸前のガラス母材外径Ｄ１を所定間隔で測定すると共に、これを順次記憶し、軟化して縮径されているガラス母材の軟化部外径Ｄ２を測定し、その測定された軟化部外径Ｄ２に対応する延伸前の記憶されたガラス母材外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとから軟化部の外径制御設定値Ｄ２ｓを計算し、測定される軟化部外径Ｄ２が外径制御設定値Ｄ２ｓになるように、送り込み速度と引き取り速度を制御すること特徴とするガラス母材の外径制御方法。
【請求項２】
測定された延伸前のガラス母材外径をＤ１、軟化部外径をＤ２、延伸後のガラス母材の外径をＤ３、延伸後の目標外径をＤ３ｓとし、軟化部での外径制御設定値をＤ２ｓとしたとき、
Ｄ２＝Ｄ２ｓ＝（Ｄ１−Ｄ３ｓ）×Ｃ＋Ｄ３ｓ
（ただし、Ｃは係数）
となるように、送り込み速度と引き取り速度を制御する請求項１記載のガラス母材の外径制御方法。
【請求項３】
ガラス母材を加熱して軟化させるためのヒータと、そのヒータにガラス母材を送り込む送り込み部と、軟化したガラス母材を引き取る引き取り部とを備えたガラス母材延伸装置において、延伸前のガラス母材外径Ｄ１を測定する母材外径測定器と、ガラス母材の軟化部外径Ｄ２を測定する軟化部外径測定器と、前記送り込み部の送り込み速度及び前記引き取り部の引き取り速度を調整する駆動部と、母材外径測定器で測定された延伸前のガラス母材外径Ｄ１が入力されると共に、これを順次記憶し、かつ軟化部外径測定器で測定された軟化部外径Ｄ２が入力されたとき、その軟化部外径Ｄ２に対応する延伸前のガラス母材外径Ｄ１を基に、その外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとから軟化部の外径制御設定値Ｄ２ｓを計算し、その計算したＤ２ｓに軟化部外径Ｄ２がなるように上記駆動部を制御する制御装置とを備えたこと特徴とするガラス母材延伸装置。
【請求項４】
前記制御装置は、駆動部の送り込み量を基に、母材外径測定器で延伸前外径Ｄ１を測定して記憶し、延伸前のガラス母材外径Ｄ１が、軟化部測定器で測定される位置に達したことを検知し、その記憶した延伸前のガラス母材外径Ｄ１と軟化部外径Ｄ２を基に引き取り速度を制御するようにした請求項３記載のガラス母材延伸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス母材の外径制御方法とガラス母材延伸装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバはガラス母材を線引して形成され、良好な特性を有する光ファイバを製造するためには、そのガラス母材を延伸する過程において、加熱延伸されたガラス母材の外径を一定に保つ必要がある。
【０００３】
従来のガラス母材の外径制御方法には、ガラス母材の軟化部の外径のみを測定して、ガラス母材の軟化部の外径があらかじめ決められた設定値になるように、送り込み速度を調節して外径を制御する延伸方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ガラス母材の軟化部と延伸終了点またはその近傍の外径を測定し、ガラス母材の軟化部の外径と設定値の差及び延伸終了点またはその近傍外径と設定値の差に適当な係数を乗じた後加算して、この値が予め決められた設定値になるように送り込み速度と引き取り速度を調節して外径を制御する延伸方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１９７０号公報
【特許文献２】特許第３１８８４０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１０８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、延伸前のガラス母材には数ｍｍ以上の外径差があり、ガラス母材の軟化部の外径を一定に保つように制御を行っても、延伸終了時のガラス母材の外径は一定にならないため製品の外径精度がよくならないという問題点がある。
【０００７】
また、延伸終了点のガラス母材の外径を測定し、その測定値を用いて外径制御を行っても時間遅れが大きいため、製品となるガラス母材の外径精度をあまりよくすることができない。
【０００８】
また、この時間遅れを小さくするために２つの外径測定器の間隔を縮める方法がある。しかし、このためには、ガラス母材延伸装置の電気炉内に２ヶ所の覗き窓を設けなければならないため、電気炉の構造が複雑になり、コストが高くなるとともに、覗き窓周辺の温度が均一にならないため、電気炉内の円周温度分布を均一にできず、製品が非円になる不良の発生率が高くなるという問題点がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ガラス母材延伸後の外径を均一にするガラス母材の外径制御方法及び延伸装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、延伸されるガラス母材の送り込み速度と、軟化したガラス母材の引き取り速度を制御して、延伸後のガラス母材外径を一定に制御するガラス母材の外径制御方法において、送り込まれる延伸前のガラス母材外径Ｄ１を所定間隔で測定すると共に、これを順次記憶し、軟化して縮径されているガラス母材の軟化部外径Ｄ２を測定し、その測定された軟化部外径Ｄ２に対応する延伸前の記憶されたガラス母材外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとから軟化部の外径制御設定値Ｄ２ｓを計算し、測定される軟化部外径Ｄ２が外径制御設定値Ｄ２ｓになるように、送り込み速度と引き取り速度を制御するガラス母材の外径制御方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、測定された延伸前のガラス母材外径をＤ１、軟化部外径をＤ２、延伸後のガラス母材の外径をＤ３、延伸後の目標外径をＤ３ｓとし、軟化部での外径制御設定値をＤ２ｓとしたとき、
Ｄ２＝Ｄ２ｓ＝（Ｄ１−Ｄ３ｓ）×Ｃ＋Ｄ３ｓ
（ただし、Ｃは係数）
となるように、送り込み速度と引き取り速度を制御する請求項１記載のガラス母材の外径制御方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、ガラス母材を加熱して軟化させるためのヒータと、そのヒータにガラス母材を送り込む送り込み部と、軟化したガラス母材を引き取る引き取り部とを備えたガラス母材延伸装置において、延伸前のガラス母材外径Ｄ１を測定する母材外径測定器と、ガラス母材の軟化部外径Ｄ２を測定する軟化部外径測定器と、送り込み部の送り込み速度及び引き取り部の引き取り速度を調整する駆動部と、母材外径測定器で測定された延伸前のガラス母材外径Ｄ１が入力されると共に、これを順次記憶し、かつ軟化部外径測定器で測定された軟化部外径Ｄ２が入力されたとき、その軟化部外径Ｄ２に対応する延伸前のガラス母材外径Ｄ１を基に、その外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとから軟化部の外径制御設定値Ｄ２ｓを計算し、その計算したＤ２ｓに軟化部外径Ｄ２がなるように上記駆動部を制御する制御装置とを備えたガラス母材延伸装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、制御装置は、駆動部の送り込み量を基に、母材外径測定器で延伸前外径Ｄ１を測定して記憶し、延伸前のガラス母材外径Ｄ１が、軟化部測定器で測定される位置に達したことを検知し、その記憶した延伸前のガラス母材外径Ｄ１と軟化部外径Ｄ２を基に引き取り速度を制御するようにした請求項３記載のガラス母材延伸装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、延伸前のガラス母材の外径が均一でない場合であっても、ガラス母材の外径を均一に延伸できるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図２は、本実施の形態で用いるガラス母材１０の側面図である。
【００１７】
図２に示すように、ガラス母材１０は石英系ガラス材料で形成されており、円柱状に形成されたガラス母材定常部１０ａと、ガラス母材定常部１０ａの長手方向の両端に、それぞれテーパ状に形成されたガラス母材テーパー部１０ｂ、１０ｂとからなり、定常部１０ａと定常部下側のテーパー部１０ｂの長さをＬ０とする。ただし、実際のガラス母材１０は、定常部１０ａといえとも最大径と最小径の外径差が数ｍｍ以上ある。
【００１８】
ガラス母材１０の中心には、ガラス母材１０をファイバ化したときに光ファイバのコアとなる母材コア部１１が形成されており、母材コア部１１の周囲のガラス体（母材クラッド部）１２とは屈折率が異なっている。
【００１９】
上下のテーパー部１０ｂ，１０ｂの先端には、ガラス母材１０を延伸装置に設置したとき、ガラス母材１０を担持するダミー棒１３，１４がそれぞれ融着接続されている。
【００２０】
図１にガラス母材延伸装置の構成図を示す。
【００２１】
図１に示すように、延伸装置の上部には送り込み部３０が設けられ、下部には引き取り部３１が設けられ、送り込み部３０と引き取り部３１との間の炉内にはガラス母材１０を加熱溶融するヒータ２０が設けられている。
【００２２】
送り込み部３０にダミー棒１３が把持され、引き取り部３１にダミー棒１４が把持されて設置されるガラス母材１０は、ヒータ２０によって加熱溶融される箇所が軟化部２３となり、延伸装置によって延伸された箇所が母材延伸部２４となる。
【００２３】
ヒータ２０と送り込み部３０との間には延伸前のガラス母材外径（延伸前外径）Ｄ１を測定する母材外径測定器１５が設けられ、ヒータ２０と略同じ高さの位置にガラス母材軟化部２３の軟化部外径Ｄ２を測定する軟化部外径測定器１６が設けられている。
【００２４】
送り込み部３０は、ダミー棒１３を把持する上側チャック２１と、その上側チャック２１に接続された送り込みバー２５と、送り込みバー２５に係合された送り込みねじ２６とを備える。送り込みねじ２６は駆動部である駆動モータ１８に接続されており、駆動モータ１８によって送り込みねじ２６が回転することにより、送り込みバー２５が昇降する。
【００２５】
同様に、引き取り部３１は、ダミー棒１４を把持する下側チャック２２と、その下側チャック２２に接続された引き取りバー２７と、引き取りバー２７に係合された引き取りねじ２８とを備える。その引き取りねじ２８は駆動部である駆動モータ１９に接続されており、駆動モータ１９によって引き取りねじ２８が回転することにより、引き取りバー２７が昇降する。
【００２６】
さらに、母材外径測定器１５、軟化部外径測定器１６、及び駆動モータ１８，１９とそれぞれ通信線２９によって接続された制御装置１７が設けられている。
【００２７】
制御装置１７は、駆動モータ１８によるガラス母材１０の送り込み量（ここで送り込み量とは駆動モータ１８によりガラス母材１０を下方に送り込んだ距離のことをいう）を基に、母材外径測定器１５で延伸前外径Ｄ１を測定して記憶し、延伸前母材外径Ｄ１が、軟化部測定器１６で測定される位置に達したことを検知し、その記憶した母材外径Ｄ１と軟化部外径Ｄ２を基に駆動モータ１９による引き取り速度を制御する機能を有する。
【００２８】
ガラス母材１０の送り込み速度、即ち上側チャック２１の移動速度は、駆動モータ１８に接続された制御装置１７により、送り込みねじ２６の回転速度を調節し、上側チャック２１の移動速度を制御する。また、ガラス母材１０の引き取り速度、即ち下側チャック２２の移動速度は、駆動モータ１９に接続された制御装置１７により、引き取りねじ２８の回転速度を調節し、下側チャック２２の移動速度を制御する。
【００２９】
次に、図３及び図４によりガラス母材１０の外径制御方法について説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス母材１０の延伸開始位置を母材外径測定器１５の測定位置に合わせ、母材送り込み量Ｌａの初期化を行う。Ｌ１は母材外径測定器１５とヒータ２０との距離である（ステップＳ１：母材送り込み量Ｌａ，Ｌａ０，変数ｉの初期化）。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、上側チャック２１の移動速度を一定にして、延伸開始前にガラス母材１０をヒータ２０へ送り込み、予め決められた測定間隔ｐだけ移動する毎に外径測定器１５により延伸前外径Ｄ１を順次測定する。このときガラス母材１０の送り込み量Ｌａと共に、制御装置１７内の記憶装置に順次記憶する（ステップＳ２，Ｓ３：母材送り込み量Ｌａ０から測定間隔ｐだけ移動した母材送り込み量をＬａとして、Ｌａでの外径測定値をＤ（ｉ）とした後、ＬａをＬａ０とする）。
【００３２】
上述の母材送り込み、延伸前外径Ｄ１の測定及び延伸前外径Ｄ１の記憶を、上側チャック２１がＬ１だけ下降するまで繰り返し行う（ステップＳ４）。
【００３３】
この結果、図３（ｃ）に示すように、ガラス母材１０を延伸開始位置まで送り込んだ状態を延伸開始位置として記憶し、延伸開始位置からの母材送り込み量Ｌｂの初期化を行う（ステップＳ５：母材送り込み量Ｌｂ，Ｌｂ０，変数ｊの初期化）。
【００３４】
次に、図３（ｄ）に示すように、ガラス母材１０をヒータ２０へ送り込みながら、延伸開始位置から測定間隔ｐだけ移動するごとに延伸開始位置からの送り込み量Ｌｂの位置に対応する延伸前外径Ｄ１を制御装置１７から読み出し、この延伸前外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓから軟化部２３の外径制御設定値Ｄ２ｓを下記の式（１）を用いて計算し、新しい外径制御設定値Ｄ２ｓとして変更する。
【００３５】
Ｄ２ｓ＝（Ｄ１−Ｄ３ｓ）×Ｃ＋Ｄ３ｓ    （１）
ただし、Ｄ１：延伸前母材外径，Ｄ２ｓ：外径制御設定値，Ｄ３ｓ：目標外径，Ｃ：補正係数
ここで、補正係数Ｃは、ヒータ２０に対する軟化部外径測定器１６の位置で定まる係数である（ステップＳ６，Ｓ７：母材送り込み量Ｌｂ０から距離ｐだけ移動した母材送り込み量をＬｂとして、Ｄ（ｉ）とＬｂから式（１）より外径制御設定値Ｄ２ｓを計算した後、Ｌｂ０をＬｂとする）。
【００３６】
これにより、軟化部外径測定器１６で測定された軟化部外径Ｄ２が、新たに求められた外径制御設定値Ｄ２ｓになるよう、下側チャック２２の移動速度を制御する。
【００３７】
つまり、軟化部外値Ｄ２と外径制御設定値Ｄ２ｓとを比較して、軟化部外径Ｄ２の方が外径制御設定値Ｄ２ｓより大きいときは上側チャック２１と下側チャック２２との速度差を大きくするよう、即ち母材を縮径させるように駆動部を制御する。逆に、軟化部外径Ｄ２の方が外径制御設定値Ｄ２ｓより小さいときは、これらの速度差を小さくするように駆動部を制御する。
【００３８】
これにより、延伸後の外径Ｄ３は目標外径Ｄ３ｓとなる。
【００３９】
上述の一連の動作を延伸開始位置からの送り込み量Ｌｂがガラス母材１０の延伸長Ｌ０より大きくなる位置まで繰り返す（ステップＳ８）。
【００４０】
延伸開始位置からの送り込み量Ｌｂがガラス母材１０の延伸長Ｌ０より大きくなると、ガラス母材１０の送り込み及び引き取り動作を停止し、ヒータ２０の温度を下げて延伸終了となる（ステップＳ９）。
【００４１】
ここで、図５により（１）式を用いる理由について説明する。
【００４２】
ガラス母材１０の延伸前外径Ｄ１が、完全に均一であれば従来の制御方法である軟化部外径Ｄ２を一定値に保つ外径制御でも充分な外径精度が得られる。
【００４３】
しかし、実際のガラス母材１０の定常部１０ａには数ｍｍ以上の外径差がある。延伸中の軟化部２３の外径変化が軟化の開始位置から軟化の終了位置まで一様であると仮定した場合、このように外径差があるガラス母材１０に軟化部外径Ｄ２を一定値に保つような外径制御を実施すると、延伸前外径Ｄ１が細い部分では、図５（ａ）に示すように、延伸後の外径Ｄ３が目標外径Ｄ３ｓよりも太くなり、延伸前外径Ｄ１が太い部分では、図５（ｂ）に示すように、延伸後の外径Ｄ３が目標外径Ｄ３ｓよりも細くなる。
【００４４】
そこで、延伸前外径Ｄ１が一定でないガラス母材１０を延伸したときでも延伸後のガラス母材の外径Ｄ３が目標外径Ｄ３ｓと常に一致するように、図５（ｃ）に示す延伸前外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓとの差Ｄ１ｃと軟化部２３の外径Ｄ２と製品の目標外径Ｄ３ｓとの差Ｄ２ｃの比が常に同じ値になるように軟化部２３の外径制御を行う。すなわち、
Ｃ＝（Ｄ２ｓ−Ｄ３ｓ）／（Ｄ１−Ｄ３ｓ）    （２）
となり、（２）式をＤ２ｓについて解くことにより（１）式が求まる。
【００４５】
本実施の形態では、簡易なモデルとして、軟化部２３がヒータ２０で円錐状に縮径され、その母線が直線になるモデルを想定し、外径制御設定値Ｄ２ｓを求める式を（１）式とした。
【００４６】
しかし、実際には、加熱された軟化部２３の母線は曲線状であり、更に厳密な外径制御設定値Ｄ２ｓを求めるには、軟化部２３のモデルを曲線とし、それにより（１）式を２次以上の項を含む式にしてもよい。
【００４７】
延伸前外径Ｄ１は上述のように本装置で測定するほかに、予め他の装置で測定した値を本装置に入力する方式でもよい。
【００４８】
制御装置１７は、計算機能及び記憶機能を備えていれば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、パソコン及びマイコン等その他いずれのものを使用してもよい。
【００４９】
また、ガラス母材１０の送り込み及び引き取り方式は、チャック方式であるが、ベルトラップ方式等、ガラス母材１０の送り込み及び引き取りができる方式であればよい。
【００５０】
さらに、送り込み速度を一定にし、測定された母材外径によって引き取り速度を調節したが、逆に、引き取り速度が一定になるように、送り込み速度を調節してもよい。
【００５１】
以上より、時間遅れの大きい延伸後のガラス母材外径Ｄ３を測定するのではなく、ガラス母材１０の延伸中に母材外径測定器１５により一定間隔毎に送り込まれる延伸前外径Ｄ１を測定し、制御装置１７において延伸前外径Ｄ１を順次記憶する。次に、延伸前外径Ｄ１と目標外径Ｄ３ｓから、延伸前外径Ｄ１に対応した軟化部２３の外径制御設定値Ｄ２ｓを計算し、軟化部外径Ｄ２が外径制御設定値Ｄ２ｓとなるようにガラス母材１０の送り込み速度、または引き取り速度を制御することで外径精度の良好なガラス母材１０の延伸体を得ることができる。
【００５２】
この方法では、延伸前のガラス母材外径Ｄ１が均一でない場合（定常部１０ａの外径が測定位置によって異なる場合）であっても、外径が均一なガラス母材延伸体を得ることができる。
【００５３】
また、ガラス母材１０を延伸する工程において、その歩留まりを良くすることができるため、資源の有効利用を可能にすることができる。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
ガラス母材１０は定常部１０ａの最大直径が７４ｍｍ、最小直径が６９ｍｍでり、延伸後の目標外径Ｄ３ｓを直径３１．５ｍｍに設定する。
【００５６】
ガラス母材１０は、外径平均７２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのガラス母材定常部１０ａと、その両端に取り付けられたそれぞれ長さ１００ｍｍのテーパ部１０ｂとからなる。さらに、ガラス母材テーパ部１０ｂの端部にそれぞれ外径４０ｍｍのダミー棒１３，１４が融着接続されている。延伸条件は上側チャック２１の設定速度が１５．０ｍｍ／ｍｉｎ、（１）式における補正係数Ｃは０．９である。
【００５７】
この延伸動作では、上側チャック２１の移動速度が一定に維持された状態で下側チャック２２の移動速度を軟化部外径Ｄ２が外径制御設定値Ｄ２ｓになるよう変化させるフィードバック制御を行いながら、ガラス母材１０の延伸を行った。
【００５８】
この結果、図６に示すように、３１．５ｍｍ±０．１ｍｍの精度で均一な外径のガラス母材延伸体が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施の形態の外径制御手段を示す構成図である。
【図２】延伸させるガラス母材の側面図である。
【図３】ガラス母材の延伸方法を説明する図である。
【図４】ガラス母材の外径制御方法を説明するフローチャート図である。
【図５】ガラス母材の外径制御方法の原理を説明する図である。
【図６】実施例における外径制御の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ガラス母材
１５  母材外径測定器
１６  軟化部外径測定器
１７  制御装置
１８，１９  駆動モータ
２０  ヒータ
２３  ガラス母材軟化部
３０  送り込み部
３１  引き取り部
【図１】
2005145765.tif 000003
【図２】
2005145765.tif 000004
【図３】
2005145765.tif 000005
【図４】
2005145765.tif 000006
【図５】
2005145765.tif 000007
【図６】
2005145765.tif 000008