光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法和延伸裝置的製作方法

2023-04-29 10:49:51

專利名稱：光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法和延伸裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於用電爐將光學纖維用玻璃母材延伸成規定外徑的電爐延伸法和延伸裝置。
另外，在本說明書中光學纖維用玻璃母材，除通常的延伸用玻璃外，還含有延伸這種玻璃母材的玻璃延伸母材，所謂預製件。
通常，光纖維的製造是用VAD法和外付CVD法合成光纖用多孔質玻璃母材後，將該光纖用多孔質玻璃母材脫水燒結，作為光學纖維用的透明玻璃母材，將其拉絲，延伸成適當的外徑，作為光學纖維用延伸母材(將其稱作預製件)，然後再將該預製件拉製成線。
到目前，光學纖維用玻璃母材的延伸是通過使用將氫氧火焰作熱源的燃燒器加熱光纖用玻璃母材進行延伸。即，利用燃燒器延伸法進行。這種燃燒器延伸法，雖然比較容易控制延伸母材的外徑，但延伸速度很慢，通常為8-10mm/分。
隨著近年來技術的發展，伴隨著要求提高製造效率，通過上述VAD法和外付CVD法合成的光學纖維用多孔質玻璃母材的外徑比過去的格外粗。伴隨著這種傾向，對於拉伸前外徑具有某一定值以上的光纖用玻璃母材，帶來的問題是利用以上述氫氧，火焰作熱源的燃燒器進行燃燒器拉伸法的熱量問題。
為此，對於拉伸前外徑在一定值以上的光纖用玻璃母材，採用燃燒器產生熱量大的加熱爐，具體是使用電加熱器的電爐進行加熱延伸法(以下稱作電爐延伸法)。這種電爐延伸法，由於熱量大，可以加快延伸速度。例如，對於燃燒器延伸法的延伸速度為8-10mm/分，而用電爐延伸法的延伸速度為30mm/分。為此，並不限於延伸外徑大的光纖維用玻璃母材，即使是外徑小的延伸母材，從生產率考慮，電爐延伸法最為有利。
這種電爐延伸法，由於加熱範圍廣，僅限於上下方向很長的縱型，對於預製件從上向下延伸。
在這種電爐延伸法中，必須將引拔用的支持棒(拉伸用玻璃部件)連接在延伸前光纖維用玻璃母材或玻璃延伸母材(預成型材)的端部。過去，這種連接，以其它工序的火焰延伸進行時，雖然一般，但這種連接最好在同一電爐延伸工序中進行。
然而，將這種連接在同一電爐延伸工序中進行時，其問題是這種連接很難。即，玻璃母材端部的軸芯必須和引拔用支撐棒(拉伸用玻璃部件)端部的軸芯一致，但兩者的芯容易錯位連接。當軸芯錯位連接時，連接處斷面的應力分布不均勻會引起延伸母材彎曲，有時會產生連接處斷裂等問題。
用電爐延伸光纖維用母材時的上述軸芯吻合，通常按如下進行。
加熱的爐體內固定一端的2個玻璃部件(延伸用玻璃母材和拉伸用玻璃部件)，分別以相反的方向面對面地插入加熱爐體內，將兩者的相對端面加熱，熔接後，使延伸用玻璃母材的固定部位以一定速度下降，同時固定拉伸用玻璃部件的固定部件以規定的速度向下方移動，拉伸延伸用玻璃母材，延伸到規定的外徑。
圖1是過去的這種光纖維用玻璃母材延伸裝置結構實例示意圖。
圖1中，91表示延伸用玻璃母材(或光纖維用玻璃母材)，92表示形成空的拉伸用玻璃部件(引拔用玻璃部件)。93表示爐體，在爐體93內設置內藏爐心管94的電加熱器。
延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92各自的端部，例如由3爪夾頭形成的固定部件95、96固定住。固定部件95、96，圖1所示狀態，通過固定移動臺97使固定部件95、96分別在上下方向上可移動。98表示誘導移動臺97移動的導軌。
以上述光纖維用母材的延伸裝置，按如下地延伸光纖維用玻璃母材。
(1)延伸用玻璃母材91和拉伸和玻璃部件92的固定端部分別由固定部件95、96固定住。固定住的延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的游離端部的尖端進行軸芯吻合，使兩者面對面地移動到爐心管94內。
(2)將爐心管94加熱到規定的溫度，使兩個面對面的端面加熱熔合在一起後，使固定拉伸用玻璃部件92的固定部件95向下方移動，拉伸延伸用玻璃母材91延伸到規定的外徑。
(3)在上述延伸裝置中，將延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92，在爐心管94內使兩者相對端加熱熔合時，進行兩者的軸芯吻合。這種軸芯吻合(調芯)，將延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的固定端部，由固定部件95、96，例如在3爪夾頭的間隙(ガタ)範圍內，用於微微移動調正遊動端尖端軸芯相對，並固定住。使固定住的遊動端尖端在爐心管94內相對，由設在爐心管94上的觀查孔94A，用肉眼觀查確認軸芯吻合的情況。
以前的這種調心方法，調心操作既費時間，軸吻合精度又不好。例如，在水平面內產生1-2mm(玻璃部件直徑的5-10％)的軸差。當這種軸吻合精度很差時，在延伸中，延伸用玻璃母材91和拉伸用玻璃部件92的連接斷面的應力分布產生不均勻，使延伸母材彎曲，也很容易產生連接部件斷裂等問題。
使用上述電爐延伸法延伸光纖維用玻璃母材時，延伸母材(預製件)產生彎曲並變形，外徑有偏差，外徑與規定值不一致。
進而從生產效率考慮，最希望提高光纖用玻璃母材的延伸速度。
本發明的目的是提供一種光纖用玻璃母材的電爐延伸法及延伸裝置克服了以電爐延伸工序中，上述光纖用玻璃母材和拉伸用玻璃部件行連接時所遇到的上述問題，使在爐心管內相對連接的玻璃母材和拉伸用玻璃部件遊動端端部的軸吻合變得容易，且簡單易行。尤其是本發明提供一種將光纖維用玻璃母材固定在延伸裝置中，在電爐內，從兩者連接開始延伸的電爐延伸法。
本發明的另一目的是提供能提高光纖維用玻璃母材的延伸外徑精度的光纖維用玻璃母材的電爐延伸方法和裝置。
本發明的再一個目的是提高可提高光纖用玻璃母材的延伸速度的電爐延伸法及其裝置。
根據本發明的第1個觀點提供一種光纖用玻璃母材的電爐延伸裝置，包括電爐；在該電爐上部設置固定延伸用玻璃母材上部固定端，可上下移動的第1固定部件；位於上述電爐下部固定拉伸用玻璃部件下部固定端，可上下移動的第2固定部件；在上述電爐和上部固定部件之間設置使上述延伸用玻璃部件下端軸芯吻合調心的第1調心機構；在上述電爐和下部固定部件之間設置使上述拉伸用玻璃部件上部端軸心吻合的第2調心機構；上述第1調心機構的軸心和上述第2調心機構的軸心在垂直方向上一致。
最好是將上述第1調心機構，在其相對面中央處設置1對與延伸用玻璃母材的軸向相對的V型溝槽，並設置一對具有自動調心機能的調心器具，為支撐該對調心器具在相對位置上設置一對支撐棒；具有使上述一對調心器具和上述一對支撐棒一起左右移動的移動機構及支撐移動機構的一對臺架。
最好是將上述第2調心機構，在其對面中央處設置一對與拉伸用玻璃部件軸向相對的V型溝槽，一對具有自動調心機能的調心器具為支撐該對調心器具有在相對位置設置一對支撐棒，並備有使上述一對調心器具和上述一對支撐棒一起左右移動的移動機構及支撐移動機構的一對臺架。
根據本發明的第2觀點，提供使用上述第一發明的光纖用玻璃母材的電爐延伸裝置進行延伸的方法。該方法是將上述延伸用玻璃母材和上述拉伸用玻璃部件連接固定的方法，包括如下工序(a)將上述延伸用玻璃母材的上端部假定固定在上述第一固定部件上的工序，(b)由第1調心機構固定住上述延伸用玻璃母材下端部的尖端使上述遊動端尖端的軸心進行調心的工序，(c)由第1固定部件再次固定上述延伸用玻璃母材上部固定端的工序，(d)使上述第1調心機構的一對調心器具從軸心向後退，使上述延伸用玻璃母材的遊動尖端位置由上述電爐內規定位置決定的工序，(e)由上述第2固定部件固定上述拉伸用玻璃部件的工序；(f)由具有一對自動調心機能的第2調心機構固定上述拉伸用玻璃部件上部遊動端的尖端進行軸心調心的工序，(g)由上述第2固定部件固定上述拉伸用玻璃部件下部固定端的工序；(h)使上述第2調心機構的一對調心器具從軸心後退，上述拉伸用玻璃部件的遊動尖端位置，由上述電爐內規定位置決定的工序。其結果使上述延伸用玻璃母材的遊動尖端和上述拉伸用玻璃部件的遊動端部的尖端軸心面對面地一致。
本發明第2觀點的光纖維用玻璃母材電爐延伸方法，並不僅限於上述(a)-(h)順序，可以適當地變更順序。
根據本發明的第3個觀點，提供的光纖用玻璃母材的電爐延伸裝置包括固定延伸用光纖維用玻璃母材上端部的上部固定部件；設置和上部固定部件軸心一致的相對位置，在該光纖用玻璃母材的下端部上固定使軸心一致連接的拉伸用玻璃部件的下端部件，根據上述光纖用玻璃母材的延伸而向下拉伸的下部固定部件；在上部固定部件和下部固定部件之間設置，並加熱延伸用光纖用玻璃母材的電爐，至少使下部固定部件向下方移動，拉伸上述延伸光纖用玻璃母材的移動裝置，和控制裝置，上述控制裝置，當在上述電爐內延伸時，使上述光纖維用玻璃母材的下端部和上述拉伸用玻璃部件的上端部相接合的部分，加熱熔融接合後，將上述電爐的最高溫度部位移到該接合部位，加熱熔合，將上述電爐的最高溫度部位，從上述加熱熔合部位移動到上述光纖維玻璃母材的延伸部位，控制上述移動裝置使上述下部固定部件降下。
最好是在上述延伸用光纖維用玻璃母材的下端部，使該下端尖端的直徑比上述拉伸用玻璃部件上端部的直徑要細，該上部直徑接近於上述光纖維用玻璃母材的直徑，粗細大為園錐狀，連接由和光纖維用玻璃母材相同材質製造的標準(ダミ-)材料，該標準材料的下端部與上述拉伸用玻璃部件的上端部連接，上述控制裝置，從上述標準材料的下端部進行延伸，控制上述移動裝置，降下上述下部固定部件。
上述標準材料的下端部直徑大致是上述拉伸用玻璃部件上端部直徑的1/2-1/3。
根據本發明的第4個觀點，提供的光纖用玻璃母材的電爐延伸裝置，具有固延伸用光纖用玻璃母材上端部的上部固定部件，在和該上部固定部件軸心相對一致的位置設置的，使軸心一致地連接的拉伸用玻璃部件的下端部固定在該光纖用玻璃母材的下端部上，根據上述光纖用玻璃母材的延伸向下方拉伸的下部固定部件；在上述上部固定部件和下部固定部件之間設置的，加熱延伸用光纖維用玻璃母材的電爐，在上述延伸終結部位和靠近延伸終結部位測定上述光纖用玻璃母材溫度的溫度測定裝置，測定通過電爐到電爐外部的延伸後光纖用玻璃母材延伸速度的測速計，至少使上述下部固定部件向下方移動拉伸延伸的光纖用玻璃母材的移動裝置，和控制裝置，該控制裝置負責控制來自上述延伸形狀測定裝置的延伸形狀、來自上述測速計的延伸速度和來自上述溫度測定裝置的測定溫度，從延伸開始，伴隨延伸過程，達到規定的延伸速度，控制上述移動裝置的移動速度可連續地提高上述光纖用玻璃母材的延伸速度。
最好是上述控制裝置，在提高上述延伸速度的同時提高上述電爐的加熱溫度。
更好是在上述電爐內設有測定上述光纖用玻璃母材延伸部分接近延伸終結部分形狀的延伸形狀測定裝置，上述控制裝置，可參照來自上述延伸形狀測定裝置的延伸形狀測定結果，將該延伸部分的延伸彎月(メニスカス)角度設定為規定值，控制上述移動裝置的移動速度來控制延伸速度，控制電爐的加熱溫度。
特別是上述控制裝置可將上述延伸彎月角度控制在2-4°的範圍內。
根據本發明的第5個觀點提供的光纖維用玻璃母材電爐延伸法是在電爐內進行光纖維用玻璃母材延伸的電爐延伸法，是進行控制光纖維用玻璃延伸部分的溫度、外徑管理和延伸速度，從延伸開始時，逐漸提高延伸速度。
最好是將上述玻璃母材延伸部分的延伸彎月角度設在2-4°範圍內而控制延伸速度。
有關上述本發明的目的和特徵，以及其它目的和特徵，由附圖和以下敘述可進一步明確。
圖1是過去的光纖用玻璃母材的延伸裝置結構示意圖。
圖2是本發明光纖用玻璃母材延伸裝置實例結構示意圖。
圖3是圖2所示光纖用玻璃母材延伸裝置中設置的固定玻璃部件的固定部件實例示意圖。
圖4是圖2所示光纖用玻璃母材延伸裝置中設置的對玻璃部件遊動端尖端軸心進行調心的調心機構實例示意說明圖。
圖5是電爐延伸裝置概要圖和使用該裝置延伸玻璃母材狀況示意說明圖。
圖6是圖5所示電爐延伸裝置，及其它實施例中構成控制系統的結構圖。
圖7是圖5所示電爐延伸裝置內部結構示意說明圖，在玻璃母材端部安裝的空心材料，玻璃母材端部和拉伸用玻璃部件端部連接前的狀況示意圖。
圖8是圖5中，將最初最大加熱部分作為連接部分P1，接著將最大加熱部分移入母材延伸部分P2的說明圖。
圖9A和圖9B是在拉伸用玻璃部件的端部連接玻璃母材端部的標準材料時的狀態示意說明圖，圖9A表示良好的連接狀態，圖9B表示不好的連接狀態。
圖10是表示延伸速度變化和延伸溫度變化示意圖。
圖11是延伸開始時玻璃母材的變形狀態示意圖。
圖12是從延伸開始時形成延伸彎月部分時，玻璃母材延伸部分形狀示意圖。
參照


本發明的光纖用玻璃母材的電爐延伸方法和延伸裝置最佳實施例。
實施例1參照圖2-圖4論述本發明的實施例1的光纖用玻璃母材延伸裝置和在該延伸裝置中固定光纖用玻璃母材的方法。
在圖2中，1表示延伸用玻璃母材(光纖用玻璃母材或預成型材)，2表示形成標準的拉伸用玻璃部件(引伸用玻璃部件)，3表示爐體，在爐體3內設置加熱延伸用玻璃母材1進行延伸的，內藏電加熱器的爐心管4。因此也將爐體3稱作電爐。4A表示觀察爐心管4內狀況的觀察窗。
在爐管4的上部設有固定延伸用玻璃母材1上部固定端1A的固定部件5。在爐心管4的下部設有固定拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A的固定部件6。
固定部件5、6，可通過固定固定部件5、6的移動臺7分別向上下移動。8是誘導移動臺7的導軌。
固定延伸用玻璃母材1的固定部件5，例如圖3所示，具有平行配置的2個鍵狀玻璃部件支撐爪5A，5A，而且2個玻璃部件支撐爪5A、5A間隙的上方設有固定支撐爪5A、5A間隙固定延伸用玻璃部件1的固定端部1A上部的尖端球狀玻璃部件固定部件5B。玻璃部件固定部件5B，例如，通過油壓驅動可上下移動。玻璃部件固定部件5B，並不限定於油壓驅動，也可以使用其它驅動源，例如電動機、手動螺栓，空氣壓驅動等。
由2個玻璃部件支撐爪5A、5A和玻璃部件固定部件5B構成的固定部件5的形狀，並不限於圖3所示，也可以採用其它的形狀。
固定拉伸用玻璃部件2固定端部2A的固定部件6，例如，眾所周知的3爪連動卡頭。
本發明的光纖用玻璃母材延伸裝置中，在爐心管4和固定部件5之間，設有使延伸用玻璃部件1的下部遊動端1B尖端進行軸心吻合的第1調心(上部)機構90。
上部調心機構90備有例如圖4所示具有自動調心功能，具有一對調心器具90A，90A、支撐調心器具90A，90A的相對設置的一對支撐棒90B、90B用油壓驅動使調心器具90A，90A和支撐棒90B，90B一起左右移動的移動機構的一對臺架90C，90C。另外，在臺架90C，90C上設置的移動機構，並不僅限於油壓驅動，也可以使用其它適宜的驅動源，例如電機，手動螺栓、空氣驅動等。圖中兩側的90D，90D表示導軌。
一對調心器具90A，90A，在其相對面中央處設有一對與延伸用玻璃母材1軸向相對的V型溝槽90E，90E。
本發明的實施例光纖用玻璃母材延伸裝置，在爐體3和固定拉伸用玻璃部件2的固定部件6之間，設有使拉伸用玻璃部件2的上遊動端部2B尖端進軸心吻合的第2(下部)調心機構92。
使拉伸用玻璃部件2的遊動端2B尖端進行軸心吻合的下部調心機構92的構成，和圖4所示使延伸用玻璃母材1的遊動端1B尖端進行軸心吻合的上部調心機構90具有相同的結構，省去其詳細說明。
另外，上部調心機構90和下部調心機構92，並不僅限於圖4所示形狀，也可以是其它形狀。
在上述構成的光纖維用玻璃母材延伸裝置中固定玻璃母材的方法，可按如下進行。
(1)延伸用玻璃母材1的假固定首先，將延伸用玻璃母材1上部園盤狀固定端1A安裝在配置在固定部件5上的鍵狀的2個玻璃部件支撐爪5A，5A之間，進行臨時固定。
(2)利用延伸用玻璃母材1下部的上調心機構90固定住接著，用具有一對自動調心機能的上調心機構90固定住延伸用玻璃母材1下部遊動端1B尖端，調整遊動端1B尖端的軸心。即，由於遊動端1B尖端呈自由狀態，所以在延伸用玻璃部件1的軸方向上設置一對具有V型溝槽90E，90E的調心固定器具90A，90A，當擠壓時，遊動端1B的軸心形成位於內接2個V溝槽的園中心。這時，將內接2個V溝槽90E，90E的園中心，例如，預先與爐心管4軸心預先吻合，可將遊動部1B軸心與爐心管4的軸心相吻合。
(3)利用延伸用玻璃母材1的上部固定端1A的固定部件5進行固定如上述那樣，用上調心機構90固定住延伸用玻璃母材1的下部遊動端1B尖端，在將遊動端1B尖端的軸心進行調心後，再改用固定件5將延伸用玻璃母材1的上部園盤狀固定端1A固定住。固定端1A固定在2個支撐爪5A，5A之間，用尖端球形的玻璃固定部件5B擠壓住延伸用玻璃母材1的固定端1A的上部。即，如圖3所示，延伸用玻璃母材1通過2個支撐爪5A，5A和一個玻璃固定部件5B，固定遊動端1B尖端用上調心機構90進行調心。
(4)使上調心機構90的調心器具90A，90A後退離開軸心之後，使上調心機構90的一對調心器具90A，90A後退離開軸心，使遊動端部1B尖端固定在爐心管4內規定的位置上。
(5)用固定部件6固定住拉伸用玻璃部件2接著，用固定部件6將拉伸用玻璃部件2固定。將拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A臨時固定，像固定部件5具有規定間隙的狀態。
(6)利用下調心機構對遊動端2B尖端進行軸心的調心在此狀態下，用具有一對自動調心機能的下調心機構92固定住拉伸用玻璃部件2的上遊動端2B尖端，對遊動端2B尖端進行軸心調心。
利用下調心機構對遊動端2B尖端進行軸心的調心方法，和用上調心機構90對延伸用玻璃母材1的遊動端1B尖端進行調心一樣，省去詳細的說明。
(7)固定拉伸用玻璃部件2在對拉伸用玻璃部件2的上遊動端2B進行軸心調心後，改用固定部件6將拉伸用玻璃部件2的下部固定端2A固定。這時，在由下調心機構92調心的狀態下，固定拉伸用玻璃部件2的遊動端2B尖端。
(8)使下調心機構92的調心器具92A，92A後退離開軸心，並使兩個遊動端1B、2B進行軸心吻合。
之後，使下調心機構92的一對調心器具92A，92A後退離開軸心，使遊動端2B的尖端固定在爐心管4內的規定位置上，使延伸用玻璃母材1的遊動端1B和拉伸用玻璃部件2的遊動端2B相對吻合。由於兩遊動端1B、2B分別在爐心管4中進行了軸心調心，所以兩個軸心在一致的狀態下形成相對吻合。
(9)延伸作業之後和過去一樣，將爐心管4加熱到規定的溫度，使兩個相對吻合面加熱熔合成一個整體後，以一定的速度將固定延伸用玻璃母材的固定部件降下，同時以規定速度使固定拉伸用玻璃部件2的固定部件6向下方移動，拉伸延伸用玻璃母材1。延伸到規定的外徑。
(10)控制光學纖維絲利用未圖示的裝置，例如，利用具有10μm直徑芯，在該芯外面設有直徑125μm包覆層，在包覆層外周設有被復樹脂的單一模具，將上述光學纖維用玻璃母材拉製成光學纖維絲。
另外，上述(1)延伸用玻璃母材1的假固定、(2)利用上調心機構90固定延伸用玻璃母材1的下部，(3)利用固定部件5固定延伸用玻璃母材1上部的固定端1A，(4)使上調心機構90的調心器具90A，90A後退離開軸心，(5)用固定部件6固定拉伸用玻璃部件2，(6)利用下調心機構92對遊動端2B尖端進行軸心調心，(7)固定拉伸用玻璃部件2，(8)使下調心機構92的調心器具92A，92A後退離開軸心及使兩個遊動端1B、2B進行軸心吻合。該上述順序可以適當變更。
實施例1的實驗值使用圖2-圖4所示光纖維用玻璃母材的延伸裝置進行如下試驗使用的玻璃母材外徑70mm×長1000mm，拉伸用玻璃部件的母材端標準件外徑為15mm。拉伸用玻璃部件端部外徑為20mm。
實驗結果，爐心管4內的兩個遊動端1B、2B軸心偏離，在水平面內亦收縮在±0.1-0.2mm(玻璃部件直徑的0.5-1％)範圍內，將軸心調心精度提高到過去1/10。
上述一類玻璃母材的延伸結果，對於光學纖維用玻璃延伸母材不產生彎曲現象。
延伸時，連接部位附近也不產生斷裂。
實施例1的效果根據實施例1的光學纖維用玻璃母材延伸裝置，由於備有一對調心器具的調心機構設在爐心管各端部的兩個玻璃部件固定器具之間，所以能既簡單又容易進行兩個玻璃部件遊動端的軸心吻合。
根據上述延伸裝置中固定光纖維用母材的方法，即使以玻璃部件器具假固定的兩個部件的遊動端尖端，由於通過具有一對調心器具的調心機構進行了調心，所以可在短時間內既簡單又容易地進行軸心吻合。
如上述，使兩個玻璃部件遊動端的尖端進行軸心吻合後，由於兩個玻璃部件的固定端已被固定，所以移動到爐心管內的兩個玻璃部件的遊動尖端軸心能相對一致地連接在一起。結果，兩者連接斷面的應力分布非常均勻，靠近兩者連接部分不會歪斜，從而避免了斷裂。
實施例2作為本發明的實施例2講述電爐延伸方法，根據實施例1使用電爐延伸工序，將光纖維用玻璃母材端部和拉伸用玻璃部件端部付合，並加熱熔合，將電爐最高溫度部分移到該接合部位加熱熔合後，再將該最高溫度部分從熱熔合部位移動到玻璃母材一側的延伸部位，接著進行玻璃母材的延伸。
圖5是實施例2的電爐延伸裝置結構，和利用該裝置延伸玻璃母材的狀況示意圖。
圖5中，30表示電爐爐體，31表示爐心管，32表示電加熱器，33表示絕熱材料，34、35表示觀察窗，36表示第1外徑計量器，37表示溫度計量器，38表示測量延伸後光纖用玻璃母材直徑的第2外徑測量器，39a表示上部固定部，39b表示下部固定部，40表示控制裝置，控制裝置40的詳細情況可參照圖6。
20表示延伸用光學纖維用玻璃母材，21表示延伸部分(外徑變化部分)，22表示延伸棒，23表示拉伸用(引拔用)玻璃部件，24表示接合部位。
本發明實施例2使用圖5所示裝置進行延伸。
圖6是用控制裝置40的控制系統圖。
控制裝置40，例如是由計算機構成，進行下述各種控制演算。
本實施例中，控制裝置40測定玻璃母材延伸部分(外徑變化部分)，特別是彎月部21a處的彎月角度在規定範圍，最好2-4°範圍位置的溫度和外徑及延伸速度，進行控制，由延伸開始到規定的延伸速度，難以連續提高延伸速度。
控制裝置40測定光學纖維用玻璃母材延伸部分的溫度和外徑，特別是延伸彎月角度在4°以下的加熱溫度和外徑及延伸棒的延伸速度，一邊進行這些控制，一邊由延伸開始時逐漸提高延伸速度，雖然在正常狀態下進行延伸，但由於這些控制，測定延伸部分外徑，也計量彎月角度的外徑測量器36，測定延伸部分溫度的溫度測定器37，測量延伸棒直徑的第2外徑測量器38，和檢測電機41的轉數，檢測下部固定部件39b下降速度的延伸速度檢測用測速表等速度計42，由以上測量裝置測得的各種數據輸入到控制裝置40內，用作為拉伸下降下部固定部件39b的移動裝置的電機41控制延伸速度，同時也控制電爐30內的電加熱器溫度。
控制裝置40，除上述控制外，作為原本的控制處理，輸入第2外徑測量器38的外徑測定值，延伸後的光學纖維用玻璃母材22的直徑達到規定的外徑；控制電機41以控制延伸速度，同時，參照溫度測定器36的測定溫度進行控制電爐30內電加熱器的溫度。
圖7是電爐延伸裝置的內部示意圖。圖7表示光學纖維用玻璃母材20端部和拉伸用玻璃部件23端部接合前的狀況。在玻璃母材端部預先安裝有標準件25。
圖8是將圖5中電爐內最高溫度部分從兩部件的連接部分P1移到玻璃母材一側延伸部分P2時，延伸光學纖維用玻璃母材的說明圖。連接部分P1和延伸部分P2之間的距離L，例如為10-40mm。
根據實施例2，在同一工序內，玻璃母材20和拉伸用玻璃部件(形成標準件引拔用的玻璃部件)23接合後，可直接進行延伸作業，以提高延伸作業的能力。
圖9A、圖9B表示玻璃母材20的端部24和拉伸用玻璃部件23的端部接合時，兩個端部的形狀。
如圖9A所示那樣，使光學纖維用玻璃母材20端部的標準件25的外徑d1小於拉伸用玻璃部件23端部的外徑d2。通過這樣作，可得到最佳準確的接合。拉伸用玻璃部件端部的外徑最好是光學纖維用玻璃母材端部標準件外徑的2-3倍。
圖9B表示不合格的接合實例，玻璃母材端部的外徑大於拉伸用玻璃部件端部的外徑。
實施例2的實驗例使用外徑為65mm的延伸用玻璃母材。在該端部接合了圖9A所示的標準件25(上部外徑35mm，下部外徑10mm，高30mm)。使用外徑38mm的拉伸用(引拔用)玻璃部件。使兩者端部熔合連接後，使電爐內的最高溫度部分從連接部分移動到玻璃母材的延伸部分，以38mm/min的延伸速度進行延伸。結果，延伸母材沒有彎曲，外徑精度在全長1300mm中為34mm±0.5mm。
實施例3本發明的實施例3，用電爐內最高溫度部分進行光學纖維用玻璃母材延伸時，測定玻璃母材延伸部分的溫度，測定延伸部分的外徑，測定延伸部分的形狀，測定從電爐30出來的光學纖維用玻璃母材的延伸速度，一邊進行這些控制，一邊由延伸開始時到規定延伸速度連續提高延伸速度，以此為特徵的光纖維用玻璃母材的電爐延伸方法。
在實施例3中也參照實施例2，使用圖5所示光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法和延伸裝置，及圖6所示的控制系統。
這時，由外徑測定器36測定的外徑值在控制裝置40內算出，上述玻璃母材延伸部分的延伸彎月角度在4°以下測定時的外徑值反饋控制作為移動裝置的電機41下部固定部件39的延伸速度，以此進行延伸控制。
由於進行這樣的延伸控制，從而防止了延伸母材的彎曲，提高了外徑的標準離差和精度。
當提高延伸速度時，可縮短光學纖維用玻璃母材的延伸時間，提高光學纖維用玻璃母材延伸的生產率。本發明中所說的延伸速度是指延伸後棒可達到的速度。
圖10是本實施例的延伸速度變化，延伸溫度變化，具體是電爐30內溫度變化示意圖。
延伸開始時的延伸速度，例如，取為20-40mm/分，逐漸提高速度，以40-70mm/分進行延伸。之所以這樣作，是為了提高生產率。本發明中，由於延伸速度是慢慢提高，所以必須控制爐子的溫度。由於延伸開始時延伸速度很慢，延伸開始時，由於不出現彎月部分，所以也就沒有外徑測定數據，當提高速度時，容易出現問題，所以最初的延伸速度必須很慢。
另一方面，本發明中，延伸部分可能出現彎月部分，必須測定這部分的外徑值，由外徑測定器36測定的延伸彎月部分的外徑測定值反饋控制延伸速度，由於能夠控制延伸，所以也就能夠提高延伸速度。
提高延伸速度的同時，可望增大向電爐30內電加熱器的供電量，提高電爐30的溫度。
圖11和圖12表示延伸結果。
圖11表示延伸初期沒有出現彎月部分時玻璃母材的形狀。
圖12表示經過一定時間後，出現延伸彎月，玻璃母材形狀的變化狀況。
圖12中，在光學纖維用玻璃母材20延伸部分21的第一個外徑測量部分21A，在延伸彎月部分21a處彎月角度θ在4°以下的位置。
第2外徑測定部分21B是彎月角度超過4°時的位置(21A的上部)。當控制外徑時，最好是第1外徑測量部分21A的彎月角度為2-4°位置的外徑測定值。
第2測量部分21B，由於靠近光纖維用玻璃母材20，外徑不變細，是彎月角度最大測定位置，難以控制。
當由第2外徑測量部分21處縮小很大時，由於反饋控制時間很慢，所以控制應答會降低。由於非控制部分很大，所以浪費也大。因此，最好將彎月角度為2-4°時的外徑值應用於控制。
實施例3的實驗例使用外徑為70mm的延伸用玻璃母材，將8A所示標準件25(上部外徑40mm，下部外徑10mm，高30mm)接在該端部上。使用外徑38mm的拉伸用(引拔用)玻璃部件。兩者端部熔合連接後，將電爐內最高溫度部分從連接部位移動到玻璃母材的延伸部位，將延伸開始速度定為30mm/分，慢慢提高延伸速度，將正常狀態下的延伸速度定為50mm/分。此時，測量玻璃母材延伸部分的溫度和外徑及延伸速度。一邊進行這些控制，一邊延伸。利用延伸彎月部分角度為3°處的外徑測量值進行控制。結果，延伸母材沒有彎曲，全長中的外徑精度為36mm±0.5mm。
本發明實施時，並不僅限於上述實施例，可採用各種變化形式。
例如，作為測定圖5和圖6中延伸部分的彎月角度的裝置，雖然對使用外徑測定器36的情況作了論述，但也可以在延伸部分附近設置攝像裝置，例如用CCD照像機拍照，再用控制裝置40對攝像結果進行圖像處理，並計算出彎月角度。
如上所述，本發明，在光學纖維用玻璃母材電爐延伸工序中，將延伸用玻璃母材和拉伸用(引拔用)玻璃部件接合時，該兩者的軸心吻合精度很高，所以可很容易簡單進行。結果，延伸時，兩者的接合部斷面的應力分布很均勻，從而可防止延伸母材彎曲。兩者連接部附近也不會歪斜，避免了斷裂。
本發明，在電爐延伸工序中，由於上述兩者熔合連接後，可直接開始玻璃母材的延伸，就作業能力講非常有效。
本發明，利用控制可從延伸開始時慢慢提高延伸速度，同時，由於在該控制中使用了延伸部分彎月處規定位置的外徑值，所以可提高延伸母材的外徑精度和延伸速度。
權利要求
1.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置，包括電爐(3)，位於該電爐(3)的上部配置而固定延伸用玻璃母材(1)上部的固定端部(1A)，的可上下移動的第1固定部件(5)，位於該電爐(3)下部配置而固定拉伸用玻璃部件(2)下部固定端(2A)的，可上下移動的第2固定部件(6)，在該電爐(4)和上部固定部件(5)之間設置的，對上述延伸用玻璃部件(1)的下部遊動端(1B)尖端進行軸心吻合調心的第1調心機構(90)，在該電爐(3)和下部固定部件(6)之間設置的，對上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端進行軸吻合的第2調心機構(92)，上述第1調心機構(90)的軸心和第2調心機構(92)的軸心在垂直方向上一致。
2.根據權利要求1記載的電爐延伸裝置，其中上述第1調心機構具有，在其對面中央處，設有與延伸用玻璃母材(1)的軸方向相對的一對V型溝槽(90E，90E)，具有自動調心機能的一對調心器具(90A，90A)，為支撐此對調心器具(90A，90A)，在相對位置上設置的一對支撐棒(90B，90B)，具有使上述一對調心器具(90A，90A)和上述一對支撐棒(90B，90B)一起左右移動的移動機構的一對臺架(90C，90C)。
3.根據權利要求1記載的電爐延伸裝置，其中上述第2調心機構(92)具有在其相對中央處設有與上述拉伸用玻璃部件(2)軸向相對的一對V型溝槽(92E，92E)的具有自動調心機能的一對調心固定器具(92A，92A)為支撐該對調心器具(92A，92A)，在相對位置設置的一對支撐棒(92B，92B)，具有使上述一對調心器具(92A，92A)和上述一對支撐棒(92B，92B)一起左右方向移動的移動機構的一對臺架(92C，902)。
4.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法，是在具有電爐(3)在該電爐(3)的上部配置固定延伸用玻璃母材(1)上部固定端(1A)的，可上下方向移動的第1固定部件(5)，在電爐(3)下部配置固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)的，可上下移動的第2固定部件(6)，在電爐(4)和上部固定部件(5)之間設置的，對上述延伸用玻璃部件(1)的下部遊動端(1B)尖端進行軸吻合調心的第1調心機構(90)，在電爐(3)和下部固定部件(6)之間設置的，對上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端進行軸心吻合的第2調心機構(92)，上述第1調心機構(90)的軸心和第2調心機構(92)的軸心在垂直方向一致的光學纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)連接固定的方法，包括如下工序將上述延伸用玻璃母材(1)上部的固定端部(1A)假固定在上述第1固定部件(5)上的工序，用上述第1調心機構(90)固定上述延伸用玻璃母材(1)的下部遊動端(1B)尖端，並對該遊動端(1B)尖端軸心進行調心的工序，由上述第1固定部件(5)再次將上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)進行固定的工序，使上述第1調心機構(90)的一對調心器具(90A，90A)從軸心後退離開，將上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)尖端確定在電爐(3)內規定位置上的工序用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序用具有一對自動調心機能的上述第2調心機構(92)對上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端固定，並對遊動端(2B)尖端軸心進行調心的工序，用上述第2固定部件(6)對拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)進行再固定的工序使上述第2調心機構(92)的一對調心器具(92A，92A)從軸心後退，將上述拉伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)尖端確定在電爐(3)內規定的位置上，通過以上工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)尖端和上述拉伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)尖端的軸心相對一致。
5.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法，是在具有電爐(3)在該電爐(3)的上部設置的固定延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)的，可上下移動的第1固定部件(5)、在該電爐(3)的下部設置的固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)，可上下移動的第2固定部件(6)、在上述電爐(4)和上述上部固定部件(5)之間設置的，對上述延伸用玻璃部件(1)的下部遊動端(1B)尖端進行軸心吻合調心的第1調心機構(90)、在上述電爐(3)和上述下部固定部件(6)之間設置的，對上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端進行軸心吻合的第2調心機構(92)，使上述第1調心機構(90)的軸心和上述第2調心機構(92)的軸心在垂直方向上一致的，光學纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)進行連接固定的方法，包括如下工序，用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序，用具有一對自動調心機能的上述第2調心機構(92)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端，對該遊動端(2B)尖端軸心進行調心的工序，用上述第2固定部件(6)對上述拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)進行再固定的工序，使上述第2調心機構(92)的一對調心器具(92A，92A)從軸心後退，將上述拉伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)的尖端確定在電爐(3)內規定位置上的工序。將上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)假固定在上述第1固定部件(5)上的工序，用上述第1調心機構(90)固定上述延伸用玻璃母材(1)的下部遊動端(1B)尖端，並對遊動端(1B)尖端進行軸心調心的工序，用上述第1固定部件(5)對上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)進行再固定的工序，使上述第1調心機構(90)的一對調心器具(90A，90A)從軸心後退，將上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)尖端確定在電爐(3)內規定位置上的工序，通過這些工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)和上述延伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)尖端的軸心相對一致。
6.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法，是在具有電爐(3)，在該電爐(3)的上部設置固定延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)的，可上下移動的第1固定部件(5)，在該電爐(3)的下部設置固定拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)的，可上下移動的第2固定部件(6)，在上述電爐(4)和上述上部固定部件(5)之間設置的，對上述延伸用玻璃部件(1)的下部遊動端(1B)尖端進行軸吻合調心的第1調心機構，在上述電爐(3)和上述下部固定部件(6)之間設置的，對上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端進行軸心吻合的第2調心機構，使上述第1調心機構(90)的軸心和上述第2調心機構(92)的軸心在垂直方向上一致的光學纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置中，使上述延伸用玻璃母材(1)和上述拉伸用玻璃部件(2)連接固定的方法，包括如下工序將上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)假固定第1固定部件(5)上，用上述第2固定部件(6)固定上述拉伸用玻璃部件(2)的工序，用上述第1調心機構(90)對上述延伸用玻璃母材(1)的下部遊動端(1B)尖端固定，並對該遊動端(1B)尖端進行軸心調心，用具有一對自動調心機能的第2調心機構(92)，將上述拉伸用玻璃部件(2)的上部遊動端(2B)尖端固定，並對遊動端(2B)尖端軸心進行調心的工序，用上述第1固定部件(5)對上述延伸用玻璃母材(1)的上部固定端(1A)進行再固定，用上述第2固定部件(6)對上述拉伸用玻璃部件(2)的下部固定端(2A)進行再固定的工序，使上術第1調心機構(90)的一對調心器具(90A，90A)從軸心後退，將上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)尖端確定在電爐(3)內規定的位置上，使上述第2調心機構(92)的一對調心器具(92A，92A)從軸心後退，將上述拉伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)尖端確定在電爐(3)內的規定位置上的工序，通過這些工序，使上述延伸用玻璃母材(1)的遊動端(1B)尖端和上述拉伸用玻璃部件(2)的遊動端(2B)尖端的軸心相對一致。
7.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置，包括固定延伸用光學纖維用玻璃母材上端部的上部固定部件(39a)，在使上部固定部件和軸心一致相對位置上設置的，將軸心一致連接的拉伸用玻璃部件(24)的下端部固定在該光纖維用玻璃母材的下端部上，根據上述光學纖維用玻璃母材的延伸向下引拔的下部固定部件(39b)，在上述上部固定部件(39a)和上述下部固定部件(39b)之間設置的，加熱延伸用光學纖維用玻璃母材(20)的電爐(30)，至少使上述下部固定部件向下移動，拉伸上述延伸的光學纖維用玻璃母材的移動裝置(41)，和控制裝置(40)，上述控制裝置(40)控制當上述電爐(30)中延伸時，使上述光學纖維用玻璃母材(20)的下端部和上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部附合部分，加熱熔合後，將上述電爐的最高溫度部分移到該接合部分，加熱熔合，使上述電爐的最高溫度冷卻從上述加熱熔合部分移動到上述光纖維用玻璃母材的延伸部分，控制上述移裝置，降下上述下部固定部件。
8.根據權利要求7記載的電爐延伸裝置，其中在上述延伸用光纖維用玻璃母材的下端部，其下部尖端的直徑要比上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部直徑細，其上部直徑接近於上述光學纖維用玻璃母材的直徑，大致為園錐狀和與上述光纖維用玻璃母材相同的材質製造的標準件(25)連接，將該標準件(25)的下端部連接在上述拉伸用玻璃部件(23)的上端部，上述控制裝置，就像從上述標準件下端部延伸那樣，控制上述移動裝置，降下上述下部固定部件。
9.根據權利要求8記載的電爐延伸裝置，其中上述標準件的下端直徑大致是上述拉伸用玻璃部件上端部直徑的1/2-1/3。
10.一種光纖維用玻璃母材的電爐延伸裝置，包括固定延伸用光學纖維用玻璃母材上端部的上部固定部件(39a)，在使上部固定部件和軸心一致相對位置上設置的，將軸心一致連接的拉伸用玻璃部件(24)的下端部固定在該光學纖維用玻璃母材的下端部上，根據光學纖維用玻璃母材的延伸向下引拔的下部固定部件(39b)，在上述上部固定部件(39a)和上述下部固定部件(39b)之間設置的，加熱延伸用光纖維用玻璃母材(20)的電爐(30)，在上述延伸終結部或靠近該延伸終結部位測定上述光纖維用玻璃母材溫度的溫度測定裝置(37)，測定通過電爐(30)伸出到電爐外部延伸後的光學纖維用玻璃母材延伸速度的速度計(38)，至少將上述下部固定部件向下移動，拉伸上述延伸光纖維用玻璃母材的移動裝置(41)，和控制裝置(40)，上述控制裝置從上述延伸形狀測定裝置輸入延伸形狀，從上述速度計輸入延伸速度，和從上述溫度測定裝置輸入測定溫度，從延伸開始，伴隨著延伸過程，達到規定的延伸速度，控制上述移動裝置的移動速度，連續提高上述光纖維用玻璃母材的延伸速度。
11.根據權利要求10記載的電爐延伸裝置，其中上述控制裝置，提高上述延伸速度，同時提高上述電爐的加熱溫度。
12.根據權利要求11記載的電爐延伸裝置，在上述電爐(30)內還具有測定上述光纖維用玻璃母材延伸部分(21)大致延伸終結部分的形狀的延伸形狀測定裝置，上述控制裝置參照上述延伸形狀測定裝置的延伸形狀測定結果，按照該延伸部分的延伸彎月角規定值，控制上述移動裝置的移動速度，控制延伸速度，控制上述電爐的熱溫度。
13.根據權利要求12記載的電爐延伸裝置，其中上述控制裝置按延伸彎月角度24°的範圍進行控制。
14.一種光學纖維用玻璃母材的電爐延伸方法，是在電爐內部進行光纖維用玻璃母材延伸的電爐延伸法，進行光學纖維用玻璃母材延伸部分的溫度和外徑管理，延伸速度的控制，由延伸開始時，逐漸提高延伸速度。
15.根據權利要求14記載的電爐延伸方法，其中按上述玻璃母材延伸部分的延伸彎月角為2-4°的範圍內，來控制延伸速度。
全文摘要
解決光纖維用玻璃母材電爐延伸工序中,延伸用母材和拉伸用部件接合時的軸吻合問題,該接合部分熔合後可直接開始延伸。為此,在電爐爐心管和延伸用玻璃母材固定器具之間和該爐心管和拉伸用部件的固定器具之間,設置對上述母材及部件爐心側遊動端進行調心的調心機構,用該調心機構對上述遊動端調心後,用上述兩個固定器具固定住上述母材和部件的固定器具一側,接著,使兩個遊動端尖端附合,由電爐內部的最高溫度部分熔融接合,接著將上述最高溫度部分移動到玻璃母材側的延伸部分,開始使玻璃母材延伸。
文檔編號C03B37/012GK1199026SQ98108238
公開日1998年11月18日 申請日期1998年3月25日 優先權日1997年3月25日
發明者和田哲郎, 桑原正英, 香村幸夫 申請人:古河電氣工業株式會社