(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗炉内にガラス体を挿入し、該ガラス体の上下端をそれぞれ上部及び下部チャックで把持し、該上部及び下部チャックを所定速度で移動させることにより該ガラス体を延伸して延伸体を得る方法であって、延伸体のテーパ部ガラス径を測定する手段を有し、該テーパー部ガラス径の設定値からのずれを打ち消すようにチャック速度を制御しつつ延伸する方法において、一定時間チャック速度を制御したときの上記チャック速度の設定値Ｖ1 と制御後の上記チャック速度の実測値Ｖ2 の差の一定時間の平均値から延伸体の仕上がり径を予測することによりテーパー部のガラス径設定値Ｒ1 を補正することを特徴とする延伸方法。
【請求項２】
抵抗炉内にガラス体を挿入し、該ガラス体の上下端をそれぞれ上部及び下部チャックで把持し、該上部及び下部チャックを所定速度で移動させることにより該ガラス体を延伸して延伸体を得る方法であって、上記延伸体のテーパ部ガラス径を測定する手段を有し、該テーパー部ガラス径の設定値からのずれを打ち消すようにチャック速度を制御しつつ延伸する方法において、上記延伸体テーパー部のガラス径設定値Ｒ1 とテーパー部のガラス径測定値Ｒ2 の差の一定時間の平均値から延伸体の仕上がり径を予測することによりテーパー部のガラス径設定値Ｒ1 を補正することを特徴とする延伸方法。
【請求項３】
上記チャック速度の制御が下部チャック速度の制御によることを特徴とする請求項１または請求項２記載の延伸方法。
【請求項４】
上記チャック速度の制御が上部チャック速度の制御によることを特徴とする請求項１または請求項２記載の延伸方法。
【請求項５】
上記チャック速度の制御が上部チャック速度及び下部チャック速度の制御によることを特徴とする請求項１または請求項２記載の延伸方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスの延伸方法に関し、具体的には光ファイバ用母材等のロッド状ガラスの延伸方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバはコア及びクラッドを有するロッド状透明ガラス体を得て、これを適当なサイズに延伸，縮径して線引用母材とした後、線引炉で加熱溶融して線引きすることにより製造される。また光ファイバ製造過程での中間母材を作成する工程でもしばしばロッド状ガラス体を延伸する必要がある。このようなガラスロッドの延伸法としては抵抗炉延伸機の上下チャックでガラスロッドの両端を把持し、該ガラスロッドを端部より順次加熱軟化させ、チャックの移動速度を変化させることにより上下チャック間距離を大きくして延伸する方法がある。例えば特開平４−８３７２６号公報では、延伸開始端、中間部、延伸終了端でチャック速度を変えて、延伸径を一定に保つように工夫した方法が提案されている。
【０００３】
また、延伸中のテーパー部ガラス径をモニタして、これが設定値からずれるとチャック速度を変化させて、テーパー部のガラス径を一定に保ち、これにより仕上がり径を一定とする制御も行われている。図４は従来の延伸方法を模式的に説明する図であり、径Ｄ0 の母材の上端と下端をそれぞれ上部チャックと下部チャックで把持し、上部チャックを速度Ｖu1で移動させて仕上がり径Ｄ1 に延伸するためには、下部チャックの速度Ｖd1を
【数１】
0003780576.tif 000002
とする。ここでテーパー部ガラス径を測定器により測定し、この値（テーパー部ガラス径測定値Ｒ2 ）がテーパー部設定値Ｒ1 となるように下部チャック速度を制御する。ここで、テーパー部のガラス径をモニタして制御する理由は、延伸後仕上がり径実測値Ｄ2 をモニタしてこれを基にチャック速度を制御するのでは、制御の時間遅れが大きすぎて、延伸後仕上がり径Ｄ2 を一定に保つことができないのである。このテーパー部ガラス径設定値Ｒ1 は径Ｄ0 の母材について何度か延伸して経験上で仕上がり径に上乗せする値を得て決定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来法では制御のためにモニタするのはテーパー部ガラス径であって、仕上がり径そのものではないため、仕上がり径Ｄ2 を一定に保つことはできても、仕上がり径を設計値Ｄ1 にピッタリ合わせることは非常に困難である。また、前記のようにテーパー部ガラス径設定値Ｒ1 は経験的に得ていたので、手間，時間がかかる。
テーパー部のガラス径と仕上がり径を同時にモニタすれば良いが、この場合、高価なガラス径測定器が２台必要で設備費がかかりすぎる。
以上の現状に鑑み、本発明はテーパー部ガラス径をモニタして、しかも仕上がり径を設計値に合わせることのできる、低コストな方法を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として本発明は、
(1) 抵抗炉内にガラス体を挿入し、該ガラス体の上下端をそれぞれ上部及び下部チャックで把持し、該上部及び下部チャックを所定速度で移動させることにより該ガラス体を延伸して延伸体を得る方法であって、延伸体のテーパ部ガラス径を測定する手段を有し、該テーパー部ガラス径の設定値からのずれを打ち消すようにチャック速度を制御しつつ延伸する方法において、一定時間チャック速度を制御したときの上記チャック速度の設定値Ｖ1 と制御後の上記チャック速度の実測値Ｖ2 の差の一定時間の平均値から延伸体の仕上がり径を予測することによりテーパー部のガラス径設定値Ｒ1 を補正することを特徴とする延伸方法延伸方法、及び
(2) 抵抗炉内にガラス体を挿入し、該ガラス体の上下端をそれぞれ上部及び下部チャックで把持し、該上部及び下部チャックを所定速度で移動させることにより該ガラス体を延伸して延伸体を得る方法であって、上記延伸体のテーパ部ガラス径を測定する手段を有し、該テーパー部ガラス径の設定値からのずれを打ち消すようにチャック速度を制御しつつ延伸する方法において、上記延伸体テーパー部のガラス径設定値Ｒ1 とテーパー部のガラス径測定値Ｒ2 の差の一定時間の平均値から延伸体の仕上がり径を予測することによりテーパー部のガラス径設定値Ｒ1 を補正することを特徴とする延伸方法、を提供する。
本発明において、上記チャック速度の制御は、下部チャック速度又は／及び上部チャック速度を制御することにより行なう。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、仕上がり径のモニタをしなくても、チャック速度、またはテーパー部ガラス径の設定値からのずれを基に、仕上がり径を予測し、この予測値からテーパー部ガラス径の設定値を補正することより、仕上がり径を設計値に合わせる方法及び装置を考えついた。すなわち、従来経験から仕上がり径設計値Ｄ1 への上乗せ量を得て、テーバー部ガラス径設定値Ｒ1 を設定していたが、本発明はチャック設定速度Ｖ1 と制御後の速度Ｖ2 の差、またはテーパー部ガラス径測定値Ｒ2 と設定値Ｒ1 の差から計算で求めて制御するものである。
【０００７】
図１は本発明を模式的に説明する図であり、Ｄ0 ，Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｖu1，Ｖd1は図４と同じを意味し、延伸前母材径Ｄ0 、延伸後仕上がり径設計値Ｄ1 に対し、テーパー部ガラス径設定値Ｒ1 ，上部チャック速度設定値Ｖu1、下部チャック速度設定値Ｖd1で延伸を開始する。このときＶd1＝Ｖu1×（Ｄ0 ／Ｄ1 ）2   である。
【０００８】
本発明においても、テーパ部ガラス径測定値Ｒ2 を一定にするような下部または上部チャック速度の制御は行なう。
(A) 上部チャックはＶu1で定速として、テーパー部ガラス径測定値Ｒ2 が一定になるように下部チャック速度を制御する場合：
一定時間経過したときの下部チャックの速度実測値をＶd2とすると、
上記(1) 式と同様に、
【数２】
0003780576.tif 000003
【０００９】
(B) 下部チャックをＶd1の定速として、テーパー部ガラス径測定値Ｒ2 が一定になるように上部チャック速度を制御する場合：
一定時間経過したときの下部チャックの速度実測値をＶu2とすると、
上記(1) 式と同様に、
【数３】
0003780576.tif 000004
この場合も前記(A) の場合と同様に考えればよいので、以下(A) を代表として説明する。
【００１０】
制御径（テーパ部ガラス径実測値）Ｒ2 が設定値Ｒ1 から大きくずれることはないので、Ｒ2 ≒Ｒ1 。
従って  Ｖd2≒Ｖd1  の条件で式(2) から、下部チャックの速度変化△Ｖd は、
【数４】
0003780576.tif 000005
となる。
【００１１】
変化を打ち消す制御をかけるので、Ｖd2＝Ｖd1−△Ｖd 
【数５】
0003780576.tif 000006
ここでＲ1 は設定値であるから、Ｒ2 を測定することによりＶd2を制御できる。
【００１２】
ところで、上記式(5) の制御では、図２に示すようにゆるやかにＲ1 に漸近するため時間がかかる。
そこで、（２Ｖd1／Ｒ1 ）を５〜１００倍にして制御を速くすると、図３に示すようになる。これにより速くＲ1 に収束できる。このときの係数をＫA とすると式(5) は、
【数６】
0003780576.tif 000007
【００１３】
同様に(B) の上部チャック速度制御の場合は、式(3) より
【数７】
0003780576.tif 000008
【００１４】
上記の式(6) ，式(7) は従来法による延伸でも使用されていた制御式である。このときＫA ，ＫB の値を（２Ｖd1／Ｒ1 ）の何倍にするのかは、設備毎にその収束性をみて決めているのが現状である。
【００１５】
以上、上部チャック速度か下部チャック速度の一方のみを制御する方法を説明したが、勿論、上下のチャック速度で同時に制御することも可能である。但し、制御パラメータが増えて面倒にはなる。
【００１６】
ところで、本発明は上記した従来のＲ2 が一定になるような制御を行った上に、更にチャック速度の時間平均から、テーパ部ガラス径設定値Ｒ1 そのものを補正する点を特徴とする。上記(2) ,(3)式と同様に考えると延伸後仕上がり径実測値Ｄ2 を仕上がり径設計値Ｄ1 に合わせる制御は、
【数８】
0003780576.tif 000009
【数９】
0003780576.tif 000010
ここで、  Ｖd2，Ｖu2  にその瞬間の値を用いると精度が悪くなるので、それぞれ一定時間の平均値を使用する。
【００１７】
以下、(A) を代表として説明するが、(B) についても同様に考えればよい。
従来法の説明の場合と同様に  Ｄ1 ≒Ｄ2 ，Ｖd2≒Ｖd1  と仮定すると、
【数１０】
0003780576.tif 000011
【００１８】
テーパ部ガラス径設定値のＲ1 からのズレ△Ｒは△Ｄとほぼ等しいので、△Ｒ＝△Ｄとすると、補正後のテーパ部ガラス径設定値Ｒ′は、補正前のＲ1 を使って次式で表すことができる。
【数１１】
0003780576.tif 000012
【００１９】
通常は、（Ｄ1 ／２Ｖd1）の０．１〜５．０倍の値ＬA を使用すると収束性が
良くなるので、
【数１２】
0003780576.tif 000013
【００２０】
上部チャック制御(B) の場合：
【数１３】
0003780576.tif 000014
【００２１】
なお、本発明において上部チャック，下部チャックの両方で制御を行なう場合には上記式(12)及び式(13)の制御を同時に行なう。
【００２２】
ところで、従来からのＲ2 を一定にするように上部又は下部チャック速度を制御している場合には、Ｒ2 とＶd2の間又はＲ2 Ｖu2の間にはそれぞれ１対１の対応関係があるため、Ｒ2 の値からＶd2又はＶu2を上記式(6) 又は(7) により計算することができる。
【００２３】
従って、本発明においてＲ2 の一定時間の平均値からＶd2の平均値，Ｖu2の平均値が計算できる。これを式(12), (13)に代入すると、Ｒ2 の平均値からＲ1 ′を計算することができる。
【数１４】
0003780576.tif 000015
【数１５】
0003780576.tif 000016
【００２４】
また、上部チャック、下部チャックの両方で制御を行っている場合には、上記式(14)及び(15)の制御を同時に行なう。
【００２５】
【実施例】
〔実施例１〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。上部チャック速度は１０ｍｍ／分で一定（Ｖu1）とし、テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると下部チャック速度を５ｍｍ／分速くするような比例制御を行った。細くなれば逆にチャック速度を遅くする。更に、過去５分間の下部チャック速度の平均値が設定値の４０ｍｍ／分からどれだけずれているかを計算し、チャック速度の平均値が１ｍｍ／分早い場合にはテーパー部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。チャック速度平均値が遅い場合には同じ比率で設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００２６】
〔比較例１〕
実施例１と全く同条件で延伸したが、テーパー部ガラス径の設定値を下部チャック速度で補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例１と同じく０．５ｍｍであった。
【００２７】
〔実施例２〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。下部チャック速度は４０ｍｍ／分で一定（Ｖd1）とし、テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると上部チャック速度を１．２５ｍｍ／分遅くするような比例制御を行った。細くなれば逆に上部チャック速度を速くする。更に、過去５分間の上部チャック速度平均値が設定値の１０ｍｍ／分からどれだけずれているかを計算し、上部チャック速度平均値が０．２５ｍｍ／分遅い場合にはテーパ部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。上部チャック速度平均値が早い場合には同じ比率で設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００２８】
〔比較例２〕
実施例２と全く同条件で延伸したが、テーパー部ガラス径の設定値を上部チャック速度で補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９．０±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例２と同じく０．５ｍｍであった。
【００２９】
〔実施例３〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると上部チャック速度を０．６２５ｍｍ／分遅くし、かつ、下部チャック速度を２．５ｍｍ／分速くするような比例制御を行った。細くなれば逆の制御を行なう。更に、過去５分間の下部チャック速度平均値が設定値の４０ｍｍ／分からどれだけずれているかを計算し、下部チャック速度平均値が０．５ｍｍ／分速い場合にはテーパー部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。下部チャック速度平均値が遅い場合には同じ比率で設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００３０】
〔比較例３〕
実施例３と全く同条件で延伸したが、テーパー部ガラス径の設定値を下部チャック速度で補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９．０±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例３と同じく０．５ｍｍであった。
【００３１】
〔実施例４〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。上部チャック速度は１０ｍｍ／分で一定とし、テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると下部チャック速度を５ｍｍ／分速くするような比例制御を行った。細くなれば逆に下部チャック速度を遅くする。更に、過去５分間のテーパー部ガラス径の測定値が設定値からどれだけずれているかを計算し、平均０．０４ｍｍ太くなっている場合にはテーパー部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。逆に細くなっている場合には同じ比率でテーパー部ガラス径の設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００３２】
〔比較例４〕
実施例４と全く同条件で延伸し、テーパー部ガラス径の設定値を補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９．０±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例４と同じく０．５ｍｍであった。
【００３３】
〔実施例５〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。下部チャック速度は４０ｍｍ／分で一定（Ｖd1）とし、テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると上部チャック速度を１．２５ｍｍ／分遅くするような比例制御を行った。細くなれば逆に上部チャック速度を速くする。更に、過去５分間のテーパー部ガラス径の測定値が設定値からどれだけずれているかを計算し、平均０．０４ｍｍ太くなっている場合にはテーパー部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。逆に細くなっている場合には同じ比率でテーパー部ガラス径の設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００３４】
〔比較例５〕
実施例５と全く同条件で延伸したが、テーパー部ガラス径の設定値を補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９．０±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例５と同じく０．５ｍｍであった。
【００３５】
〔実施例６〕
ガラス径１２０ｍｍφの母材を６０ｍｍφに延伸した。径を１／２にするために、上部チャック速度と下部チャック速度の比は１：４であり、本例では上部チャック速度を１０ｍｍ／分、下部チャック速度を４０ｍｍ／分に設定した。テーパー部ガラス径は６７ｍｍ前後と予想されたので、初期値（Ｒ1 ）を６７ｍｍとした。テーパ部ガラス径測定値（Ｒ2 ）が０．１ｍｍ太くなると上部チャック速度を０．６２５ｍｍ／分遅くし、かつ、下部チャック速度を２．５ｍｍ／分速くするような比例制御を行った。細くなれば逆の制御を行なう。更に、過去５分間のテーパー部ガラス径の測定値が設定値からどれだけずれているかを計算し、平均０．０４ｍｍ太くなっている場合にはテーパー部ガラス径の設定値を０．５ｍｍ太くする制御を行った。逆に細くなっている場合には同じ比率でテーパー部ガラス径の設定値を細くする。その結果、仕上がり径は６０．０±０．５ｍｍと良好であった。
【００３６】
〔比較例６〕
実施例６と全く同条件で延伸し、テーパー部ガラス径の設定値を補正する制御のみを行わなかった。その結果、仕上がり径は５９．０±０．５ｍｍと、平均値が１ｍｍ細くなった。変動量は実施例６と同じく０．５ｍｍであった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス体の延伸に関し、延伸体の仕上がり径を測定するとこなく、精度良く仕上がり径を設計値に合わせることができる。高い精度を必要とするガラスの延伸、例えば光フアイバ母材の延伸などに利用して非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための模式図である。
【図２】式(5) の制御により設定値Ｒ1 に漸近する状態を説明する図である。
【図３】式(5) の（２Ｖd1／Ｒ1 ）を５〜１００倍にして制御を速くし速やかにＲ1 に収束する状態を説明する図である。
【図４】従来法を説明するための模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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