專(zhuān)利名稱(chēng)：玻璃母材的拉伸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拉伸光導(dǎo)纖維用玻璃母材的方法。
背景技術(shù)：
在制造光導(dǎo)纖維時(shí)，在心線(xiàn)的外側(cè)設(shè)置金屬包層的工序和拉絲最終制品的光導(dǎo)纖維的工序中，需要把屬于光導(dǎo)纖維的中間制造物的玻璃母材拉伸到一定的外徑。眾所周知，現(xiàn)有技術(shù)中為達(dá)到此目的的方法是特開(kāi)昭61-295,251號(hào)公報(bào)或特開(kāi)昭61-295,252號(hào)公報(bào)中記載的使用帶燃燒器的拉伸機(jī)(燃燒器拉伸機(jī))的方法。這些方法是用夾頭把持玻璃母材的兩端，由燃燒器加熱軟化玻璃母材的一部分，同時(shí)設(shè)置速度差地使兩側(cè)夾頭進(jìn)行移動(dòng)，在玻璃母材上加上拉伸力并使其拉伸。在這些方法中，測(cè)定處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體狀部分的外徑并根據(jù)該實(shí)測(cè)外徑與預(yù)先設(shè)定的設(shè)定外徑之差(外徑偏差)改變夾頭的移動(dòng)速度，精密地拉伸出具有一定外徑的拉伸體。
但是，在上述的特開(kāi)昭61-295,251號(hào)公報(bào)或特開(kāi)昭61-295,252號(hào)公報(bào)中記載的拉伸方法中，由于根據(jù)外徑偏差改變夾頭的移動(dòng)速度，所以，與設(shè)定外徑的大小無(wú)關(guān)，在產(chǎn)生了某特定的外徑偏差時(shí)，用特定的比率改變夾頭的速度。例如，即使設(shè)定外徑為50mm,100mm不同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生了同樣1mm的外徑偏差的情況，夾頭速度的變化量是相同的。設(shè)定外徑為50mm時(shí)的偏差1mm被比率之后是2％，設(shè)定外徑為100mm時(shí)的偏差1mm被比率后是1％，對(duì)拉伸體的影響應(yīng)該有2倍的差異，而用于修正它的夾頭速度控制量是同樣的，因此，當(dāng)設(shè)定外徑不同時(shí)，存在的問(wèn)題在于，控制夾頭速度后的效果產(chǎn)生差異。雖然如果在每當(dāng)使設(shè)定外徑不同時(shí)重新修改控制系統(tǒng)是可以使其對(duì)應(yīng)的，但是，每次都修改控制系統(tǒng)也是很煩瑣的。
另外，在上述的特開(kāi)昭61-295,251號(hào)公報(bào)或特開(kāi)昭61-295,252號(hào)公報(bào)中記載的拉伸方法中，玻璃母材由燃燒器加熱軟化。使用燃燒器的加熱，由于可在局部的區(qū)域進(jìn)行，所以適用于可在狹窄的溶融范圍內(nèi)進(jìn)行的精密拉伸，但在軟化外徑粗的玻璃母材時(shí)不能給與充足的熱量。對(duì)于外徑粗的玻璃母材，由用可給與充足熱量的電阻爐或感應(yīng)爐等電爐的拉伸機(jī)(電爐拉伸機(jī))一次拉伸到用燃燒器拉伸機(jī)可以精密拉伸的外徑，然后，由燃燒器拉伸機(jī)進(jìn)行精密拉伸。
但是，在這樣的方法中，存在著對(duì)用燃燒器拉伸機(jī)不能拉伸粗的外徑的玻璃母材不能直接精密拉伸的問(wèn)題，以及在拉伸外徑細(xì)時(shí)，由于需要2道工序進(jìn)行制造，也存在浪費(fèi)時(shí)間和成本增加的問(wèn)題。在使用電爐拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸時(shí)，由于與燃燒器拉伸機(jī)相比被加熱軟化部分范圍廣，所以，拉伸到一定的外徑是困難的，到現(xiàn)在為止只用電爐拉伸機(jī)還不能進(jìn)行精密拉伸。
發(fā)明的概述發(fā)明者們精心研究后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)根據(jù)由加熱軟化而被拉伸著的錐體部分的外徑的基準(zhǔn)值和實(shí)測(cè)值得出的特定值控制拉伸，即使拉伸前的玻璃母材外徑及目標(biāo)拉伸外徑產(chǎn)生種種不相同，只用電爐拉伸機(jī)也可以進(jìn)行精密拉伸，上述的問(wèn)題能夠解決。本發(fā)明是根據(jù)該發(fā)現(xiàn)做成的，其目的在于提供一種與玻璃母材外徑及目標(biāo)拉伸外徑無(wú)關(guān)的，可以高精度、高效率地精密拉伸玻璃母材的拉伸方法。
本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法是把玻璃母材的兩端用第1把持部及第2把持部把持，使第1把持部的速度比第2把持部的快，并沿玻璃母材的長(zhǎng)度方向移動(dòng)第1把持部及第2把持部，伴隨著第1把持部及第2把持部向玻璃母材的長(zhǎng)度方向的移動(dòng)，由加熱部從第1把持部側(cè)的端部開(kāi)始順序加熱軟化玻璃母材，由加到玻璃母材上的牽拉力使玻璃母材拉伸，其特征在于，在加熱部使用電爐，對(duì)于處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部的特定位置的外徑設(shè)定基準(zhǔn)值R1，通過(guò)測(cè)定該特定位置的實(shí)際外徑而取得實(shí)測(cè)值R2，根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)控制第1把持部及/或第2把持部的速度。
在該發(fā)明中，不是用錐體部的基準(zhǔn)值R1和實(shí)測(cè)值R2之差，即所謂的外徑偏差去控制第1把持部及/或第2把持部的速度，而是根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)來(lái)控制第1把持部及/或第2把持部的速度。因此，無(wú)論對(duì)哪種設(shè)定外徑，都是進(jìn)行把其設(shè)定外徑的變動(dòng)量比率作為參數(shù)的控制，可以進(jìn)行更加精密的拉伸。另外，以往只用電爐拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸是困難的，但用上述的方法，由于能進(jìn)行精密的拉伸，所以，只用電爐拉伸機(jī)的精密拉伸成為可能，可以用1道工序精密拉伸具有更大外徑的玻璃母材。根據(jù)上述的值，可以使比例控制·微分控制·積分控制組合地進(jìn)行。
在此，最好根據(jù)下式(Ⅰ)、(Ⅱ)控制第1把持部及/或第2把持部的移動(dòng)速度。
Vd/Ud=(R2/R1)K…… (Ⅰ)Vu/Uu=(R2/R1)-K……(Ⅱ)Vd是第1把持部的控制后的移動(dòng)速度[mm/min],Ud是第1把持部的設(shè)定速度[mm/min],Vu是第2把持部的控制后的移動(dòng)速度[mm/min],Uu是第2把持部的設(shè)定移動(dòng)速度[mm/min],K是控制系數(shù)(任意正的常數(shù))。
通過(guò)根據(jù)這些式子控制各把持部的移動(dòng)速度，即使拉伸前的玻璃母材外徑和目標(biāo)拉伸外徑種種相同，也可以由電爐拉伸機(jī)進(jìn)行精密拉伸。
另外，本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法，也可以把根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得出的值[(R2/R1)-1]控制第1把持部及/或第2把持部的速度作為特征。
在該情況下，也可以與玻璃母材的外徑無(wú)關(guān)地，由電爐拉伸機(jī)進(jìn)行精密拉伸。特別具有可以快速進(jìn)行反饋的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上述值可以對(duì)比例控制·微分控制·積分控制進(jìn)行組合地進(jìn)行控制。
在此，最好根據(jù)下式(Ⅲ)、(Ⅳ)控制第1把持部及/或第2把持部的移動(dòng)速度。各記號(hào)的意思與上述(Ⅰ)、(Ⅱ)式的情況相同。
Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]……(Ⅲ)Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]……(Ⅳ)式(Ⅲ)及(Ⅳ)是分別把上述的(Ⅰ)、(Ⅱ)式進(jìn)行泰勒展開(kāi)，省略2次以下的項(xiàng)而形成的。通過(guò)根據(jù)這樣的式子控制各把持部的移動(dòng)速度，可以與玻璃母材的外徑無(wú)關(guān)地由電爐拉伸機(jī)進(jìn)行精密拉伸。再有，不把控制式做成(R2/R1)的冪函數(shù)而是做成簡(jiǎn)單的1次函數(shù)，所以，與控制相關(guān)的運(yùn)算可以快速進(jìn)行，可以快速進(jìn)行反饋。
另外，在式(Ⅰ)～(Ⅳ)中的上述控制系數(shù)K最好規(guī)定為50～500范圍內(nèi)的值，這樣設(shè)定的結(jié)果，可以使制造出的拉伸體的外徑變動(dòng)量更小，可以得到具有更均勻的外徑的拉伸體。當(dāng)控制系數(shù)K未滿(mǎn)50時(shí)，相對(duì)于設(shè)定速度Ud、Uu的控制后的移動(dòng)速度(以下也稱(chēng)控制速度)Vd、Vu的變化量過(guò)分小，由于不能得到控制的有效效果，所以，制造出的拉伸體的外徑變化量增大。另一方面，當(dāng)控制系數(shù)K超過(guò)500時(shí)，雖然可以使處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部的外徑變動(dòng)量更加一定，但受到玻璃母材本身所具有的外徑不均勻性的影響，制造出的拉伸體的外徑變動(dòng)量反而加大。控制系數(shù)K最好設(shè)定在上述范圍中的100～250范圍內(nèi)，如果設(shè)定在該范圍內(nèi)，制造出的拉伸體的外徑變動(dòng)量可以非常小。
另外，第1把持部的控制后的速度Vd最好限制在用下式(Ⅴ)表示的范圍內(nèi)。(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud……(Ⅴ)其中，X1是10～100范圍內(nèi)的任意常數(shù)。
通過(guò)把第1把持部的控制速度Vd相對(duì)于設(shè)定速度Ud設(shè)定在某一范圍內(nèi)，可以防止制造出的拉伸體的外徑不收斂為一定的值。具體地講，由上述式(Ⅰ)或(Ⅲ)算出的控制速度Vd比該限制范圍的下限還低時(shí)，把限制范圍的下限值作為控制速度Vd，比上述限制范圍的上限還高時(shí)，把限制范圍內(nèi)的上限值作為控制速度Vd。
在此，當(dāng)成為X1＜10那樣地限制控制速度Vd時(shí)，由于控制速度Vd成為相對(duì)于設(shè)定速度Ud幾乎沒(méi)有變化的狀態(tài)，所以，得不到控制的有效效果，制造出的拉伸體的外徑變動(dòng)量反而增加。另一方面，當(dāng)成為X1＞100那樣地限制控制速度Vd時(shí)，控制速度Vd成為比設(shè)定速度Ud大得多的值，控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)散(過(guò)調(diào)節(jié))，制造出的拉伸體的外徑不收斂為一定的值。
另外，同樣地，第2把持部的控制后的速度Vu也最好限制在下式(Ⅵ)表示的范圍內(nèi)。(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu……(Ⅵ)其中，X2是10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。這樣做的結(jié)果與上述第1把持部的情況完全相同，通過(guò)把第2把持部的控制速度Vu相對(duì)于設(shè)定速度Uu設(shè)定在某一定的范圍內(nèi)，防止制造出的拉伸體的外徑不收斂為一定的值。在此，X1,X2可以分別獨(dú)立確定。
由下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖可以更加充分地理解本發(fā)明。這些只是為了表示示例，不應(yīng)用它們限定本發(fā)明。
本發(fā)明的應(yīng)用范圍，從下面的詳細(xì)說(shuō)明就會(huì)明了。但是，詳細(xì)的說(shuō)明和特定的事例只是表示本發(fā)明的合適的實(shí)施例，只是用于表示示例，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)員來(lái)說(shuō)，從該詳細(xì)的說(shuō)明中是會(huì)明白本發(fā)明的思想和范圍中的種種變形和改良的。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是實(shí)施本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法的拉伸裝置的側(cè)視圖。
圖2A、2B是表示錐體部在特定位置的外徑與拉伸體的外徑的關(guān)系的側(cè)視圖。圖2A表示把錐體部的外徑測(cè)定位置處的外徑作為一定直徑的情況，圖2B表示把拉伸體的外徑作為一定直徑的情況。
實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)首先，參照?qǐng)D1對(duì)實(shí)施本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法的拉伸裝置的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
在圖1中，表示著玻璃母材被拉伸著的中途，玻璃母材1a的中央附近由電氣式加熱器4加熱軟化，在錐體部處被拉伸，在其下方形成拉伸體1c。拉伸初期只有玻璃母材1a部分，拉伸開(kāi)始時(shí)形成錐體部1b，在其下方形成拉伸體1c。
玻璃母材1a及拉伸體1c分別在上端及下端形成牽引棒1e，該牽引棒1e分別由第1把持部2及第2把持部3夾持。第1把持部2及第2把持部3分別連接到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6、7上，由該驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6、7向圖中上下方向驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6、7與控制單元8連接，根據(jù)來(lái)自控制單元8的信號(hào)改變第1把持部2及第2把持部3的速度。
在第1把持部2及第2把持部3的中間配置電氣式加熱器4。電氣式加熱器4具有圓筒狀的形態(tài)，加熱軟化插通其中央的玻璃母材1a。作為電氣式加熱器4，可以使用由電阻發(fā)熱的發(fā)熱器或使用高頻感應(yīng)加熱的感應(yīng)線(xiàn)圈。在電氣式加熱器4的下方附近配置測(cè)定插通在電氣式加熱器4中并被加熱軟化的錐體部1b的特定位置1d的外徑的非接觸型的外徑測(cè)定器5。
在使用上述裝置進(jìn)行拉伸之時(shí)，第1把持部2及第2把持部3分別由接收來(lái)自控制單元8的信號(hào)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6、7向下方移動(dòng)。這時(shí)，作為第1把持部2的移動(dòng)速度預(yù)先設(shè)定作為基準(zhǔn)的設(shè)定速度Ud、作為第2把持部3的速度預(yù)先設(shè)定作為基準(zhǔn)的設(shè)定速度Uu。第1把持部2的移動(dòng)速度設(shè)定成比第2把持部3的移動(dòng)速度快，由該速度差對(duì)玻璃母材1a、錐體部1b和拉伸體1c施加拉伸力。
玻璃母材1a及拉伸體1c的中間部插通在電氣式加熱器4內(nèi)，形成由電氣式加熱器4發(fā)出的熱量軟化的錐體部1b。錐體部1b通過(guò)被施加的拉伸力形成為錐體狀的形態(tài)邊進(jìn)行延伸。處于加熱軟化狀態(tài)的錐體部1b形成在從電氣式加熱器4的上端稍上到電氣式加熱器4的下端若干下方的位置之間(圖1中用斜線(xiàn)表示的部分)。
錐體部1b從電氣式加熱器4出來(lái)后在一定的距離內(nèi)在軟化的狀態(tài)下被拉伸，然后固化而成為拉伸體1c。錐體部1b的下端附近的特定位置1d的實(shí)際的外徑(實(shí)測(cè)值R2)由外徑測(cè)定器5進(jìn)行測(cè)定。關(guān)于特定位置，預(yù)先設(shè)定作為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)值R1。為了根據(jù)在該特定位置1d處的實(shí)測(cè)值R2控制拉伸體1c的外徑，特定位置1d最好在靠近拉伸體1c的位置上，當(dāng)向下方過(guò)于遠(yuǎn)離電氣式加熱器4的下端時(shí)，由于控制遲后，不能確保拉伸體1c的外徑。該特定位置1d與電氣式加熱器4的下端的距離最好設(shè)定成70～150mm，如果設(shè)定成90～120mm更好。被測(cè)定的特定位置1d的實(shí)測(cè)值R2被送到控制單元8，根據(jù)該特定位置1d的實(shí)測(cè)值R2控制第1把持部2及/或第2把持部3的向下方的移動(dòng)速度。
下面，對(duì)本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
在下面的敘述中，對(duì)第1把持部2及第2把持部3的兩方的移動(dòng)速度的控制進(jìn)行說(shuō)明，也可以只對(duì)任何一方進(jìn)行控制。
由外徑測(cè)定器5測(cè)定的特定位置1d的實(shí)測(cè)值R2被送到控制單元8。在控制單元8內(nèi)，根據(jù)特定位置1d的基準(zhǔn)值R1、第1把持部2及第2把持部3各自的設(shè)定速度Ud,Uu和控制系數(shù)K進(jìn)行運(yùn)算。結(jié)果，第1把持部2及第2把持部3各自的控制速度Vd,Vu根據(jù)由基準(zhǔn)值R1和實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)由下式(Ⅰ)、(Ⅱ)算出。
Vd/Ud=(R2/R1)K…… (Ⅰ)Vu/Uu=(R2/R1)-K……(Ⅱ)或者代替式(Ⅰ)、(Ⅱ)，也可以把式(Ⅰ),(Ⅱ)分別就[(R2/R1)-1]進(jìn)行泰勒展開(kāi)并省略2次方以下各項(xiàng)，由基于由基準(zhǔn)值R1和實(shí)測(cè)值R2得出的值[(R2/R1)-1]的下式(Ⅲ)、(Ⅳ)算出第1把持部2及第2把持部3的控制速度Vd,Vu。這種情況，由于控制公式不是用(R2/R1)的冪函數(shù)來(lái)表示而是用簡(jiǎn)單地一次函數(shù)來(lái)表示，所以關(guān)于控制的運(yùn)算可以快速地進(jìn)行，可以快速地進(jìn)行反饋。
Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]……(Ⅲ)Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]……(Ⅳ)在由設(shè)定外徑與實(shí)測(cè)外徑之差(外徑偏差)控制第1把持部2和第2把持部3的速度時(shí)，在設(shè)定外徑為50mm時(shí)或設(shè)定外徑為100mm時(shí)，如果外徑偏差都是1mm，則進(jìn)行同樣的控制。外徑偏差1mm對(duì)于設(shè)定外徑50mm的比率是2％，而外徑偏差1mm對(duì)于設(shè)定外徑100mm來(lái)說(shuō)的比率是1％，因此，即使外徑偏差是同樣的1mm，設(shè)定外徑50mm時(shí)的外徑變動(dòng)是設(shè)定外徑100mm時(shí)的2倍，可是第1把持部2及第2把持部3的速度卻被同樣地進(jìn)行控制。
與此相反，如果根據(jù)上述的(R2/R1)或[(R2/R1)-1]來(lái)控制第1把持部2及第2把持部3的速度，則與基準(zhǔn)值R1的變動(dòng)量的比率成比例地進(jìn)行控制，與拉伸前的玻璃母材外徑或目標(biāo)拉伸外徑無(wú)關(guān)，可以進(jìn)行穩(wěn)定地控制。其結(jié)果，可以進(jìn)行更精密的拉伸，也使對(duì)原來(lái)是很困難的只使用電氣爐拉伸機(jī)的精密拉伸成為可能，具有更大外徑的玻璃母材1a用一道工序就可以進(jìn)行精密拉伸。
在此，如果增大控制系數(shù)K，則控制后的速度Vd,Vu相對(duì)于設(shè)定速度Ud,Uu的變化量也增大，可以更均勻地保持特定位置1d處的外徑。該控制系數(shù)K是50～500范圍內(nèi)的任意固常數(shù)值。該控制系數(shù)K與制造出的拉伸體的外徑變動(dòng)量的關(guān)系表示在下表中。在這里，使用平均外徑80mm的玻璃母材，拉伸體1c的目標(biāo)拉伸外徑設(shè)定為40mm，測(cè)定外徑的特定位置1d距離發(fā)熱器下端90mm，該位置上的錐體部分的外徑的基準(zhǔn)值R1設(shè)定為46mm，第1把持部2的設(shè)定速度Ud設(shè)定為40mm/min，第2把持部3的設(shè)定速度Uu設(shè)定為10mm/min，控制允許范圍相對(duì)于第1把持部2的設(shè)定速度Ud的比例定為±30％(X1=30)，由式(Ⅲ)只對(duì)第1把持部2的移動(dòng)速度進(jìn)行控制。

當(dāng)控制系數(shù)K未滿(mǎn)50時(shí)，控制速度Vd,Vu相對(duì)于設(shè)定速度Ud,Uu的變化量過(guò)小，由于不能得到有效的控制效果，使拉伸體1c的外徑變化量增大。另一方面，當(dāng)控制系數(shù)超過(guò)500時(shí)，在特定位置1d處的外徑變動(dòng)量變小(外徑更均勻)，但是，受到玻璃母材本身外徑不均勻的影響，在特定位置1d下方形成的拉伸體1c的外徑變動(dòng)量增大的傾向反而增強(qiáng)了。
即，如圖2A所示，玻璃母材1a的外徑如果如基準(zhǔn)那樣，那么，在其下方形成的錐體部1b成為圖中①所示的理想的形狀。但是，玻璃母材1a本身其外徑也有微小的變動(dòng)，在玻璃母材1a的外徑比基準(zhǔn)細(xì)的部分上，錐體部1b的上部側(cè)外徑如圖中②所示那樣變細(xì)。在此，當(dāng)增大控制系數(shù)K來(lái)過(guò)分提高特定位置1d處的外徑的均勻性時(shí)，在其下方形成的拉伸體1c的外徑如圖中②所示變粗，相反，在玻璃母材1a的外徑比基準(zhǔn)粗的部分上，錐體部1b的上部側(cè)外徑如圖中③所示變粗。在此，當(dāng)通過(guò)增大控制系數(shù)K來(lái)過(guò)分提高特定位置1d處的外徑均勻性時(shí)，在其下方形成的拉伸體1c的外徑如圖中③所示變細(xì)。
與此相反，不把特定位置1d的外徑做得過(guò)分均勻，某種程度的柔軟地與玻璃母材1a的外徑的不均勻性相對(duì)應(yīng)的方法可以減小拉伸體1c的外徑變動(dòng)量。即，如圖2B所示，玻璃母材1a的外徑如果是基準(zhǔn)那樣，在其下方形成的錐體部1b及拉伸體1c，就成為圖中①所示的理想的形狀。在此，在玻璃母材1a的外徑比基準(zhǔn)粗的部分上，如圖中②所示，即使特定位置1d的外徑比理想的形狀稍微細(xì)一些，在其下方形成的拉伸體1c的外徑也不會(huì)比理想形狀細(xì)，在位置1e以下幾乎與圖中①表示的情況一樣。而在玻璃母材1a的外徑比基準(zhǔn)細(xì)的部分上，如圖中③所示，特定位置1d的外徑即使比理想的形狀稍微粗些，在其下方形成的拉伸體1c的外徑也不會(huì)比理想的形狀粗，在位置1e以下幾乎與圖中①表示的情況相同。為了便于理解，圖2A、B與實(shí)際相比放大了縱向或橫向的比例。
根據(jù)上述理由，控制系數(shù)K的值無(wú)論過(guò)大還是過(guò)小，都會(huì)使拉伸體1c的外徑變動(dòng)量增大。發(fā)明者經(jīng)認(rèn)真研究發(fā)現(xiàn)，把控制系數(shù)K定在50～500范圍內(nèi)，是減小拉伸體1c的外徑變動(dòng)量的合適的范圍。在上述的范圍內(nèi)，如果定在100～250的范圍內(nèi)，由于拉伸體1c的外徑變動(dòng)量可以更均勻，所以，特別理想。這一點(diǎn)從上述的表中也可以明顯看出。該控制系數(shù)K的理想范圍可適用于上述的(Ⅰ)、(Ⅱ)式及把這些式子進(jìn)行泰勒展開(kāi)得到的(Ⅲ)、(Ⅳ)式。
再有，第1把持部2的控制速度Vd被限制在用下式(Ⅴ)表示的范圍內(nèi)。下式(Ⅴ)中的X1是10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud……(Ⅴ)由于，如上所述地，使用式(Ⅰ)～(Ⅳ)(理想的是將控制系數(shù)K設(shè)定為50～500范圍內(nèi)的常數(shù))來(lái)控制第1把持部2及第2把持部3的速度，可以減小拉伸體1c的外徑變動(dòng)量。但是，在玻璃母材1a的外徑較大變動(dòng)著時(shí)，把第1把持部2及第2把持部3的控制速度Vd控制到偏離設(shè)定速度Ud相當(dāng)大的值，第1把持部2及第2把持部3的控制速度Vd、Vu變得非常慢或者非常快。在玻璃母材1a中最受該控制影響的是處于電氣式加熱器4的內(nèi)部因加熱變得最軟化的部分，該部分要到達(dá)特定位置1d需要時(shí)間。因此，在這樣的控制系統(tǒng)中必然要產(chǎn)生控制的時(shí)間滯后，因此，在Vd,Vu變化到極端的條件下，由于這些控制滯后反復(fù)進(jìn)行，拉伸體1c的外徑不收斂到一定值而容易發(fā)散(過(guò)調(diào)節(jié))的傾向非常顯著。
為此，通過(guò)把第1把持部2的速度Vd相對(duì)設(shè)定速度限制在用式子(Ⅴ)表示的一定的范圍內(nèi)，以防止拉伸體1c的外徑的發(fā)散。這里，X1是10～100之間的任意的常數(shù)，把控制速度Vd與設(shè)定速度Ud之差的絕對(duì)值｜Vd-Ud｜限制在設(shè)定速度Ud的10％～100％的范圍內(nèi)地來(lái)限制控制速度Vd的選取范圍。當(dāng)根據(jù)上述的式子(Ⅰ)或者(Ⅲ)算出的控制速度Vd低于上述的限制范圍的下限時(shí)，用限制范圍內(nèi)的下限值進(jìn)行控制，當(dāng)高于上述的限制范圍的上限時(shí)，用限制范圍內(nèi)的上限值進(jìn)行控制。例如，在X1=10時(shí)，把控制速度Vd限制成(設(shè)定速度Ud的90％的速度)＜(控制速度Vd)＜(設(shè)定速度Ud的110％的速度)，在X1=100時(shí)，把控制速度Vd限制成(設(shè)定速度Ud的0％的速度，即0)＜(控制速度Vd)＜(設(shè)定速度Ud的200％的速度)。
下表是表示相對(duì)于該把持部的設(shè)定速度的控制允許范圍的比例(X1)與被制造的拉伸體的外徑變動(dòng)量的關(guān)系的表。這里，使用平均外徑為80mm的玻璃母材，拉伸體1c的目標(biāo)拉伸外徑設(shè)定為40mm，測(cè)定外徑的特定位置1d距發(fā)熱器下端90mm，該位置上的錐體部分的外徑的基準(zhǔn)值R1為46mm，第1把持部2的設(shè)定速度Ud設(shè)定為40mm/min，第2把持部3的設(shè)定速度Uu設(shè)定為10mm/min，控制系數(shù)K為250，由式子(Ⅲ)只對(duì)第1把持部2的移動(dòng)速度進(jìn)行控制。

在此，當(dāng)｜Vd-Ud｜未滿(mǎn)設(shè)定速度Ud的10％(即，X1＜10)那樣地限制控制速度Vd時(shí)，由于控制速度Vd相對(duì)于設(shè)定速度Ud處于幾乎不變化的狀態(tài)，因此，得不到由控制產(chǎn)生的有效的效果，制造出的拉伸體1c的外徑變動(dòng)量反而增加。例如，在式子(Ⅴ)中X1=5的情況，即，把控制速度Vd限制成(設(shè)定速度Ud的95％的速度)＜(控制速度)＜(設(shè)定速度Ud的105％的速度)的情況。
另一方面，當(dāng)｜Vd-Ud｜超過(guò)設(shè)定速度Ud的100％(即，X1＞100)那樣地限制控制速度Vd時(shí)，控制速度Vd被控制到相對(duì)于設(shè)定速度Ud相當(dāng)遠(yuǎn)離的值上，控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)散(過(guò)調(diào)節(jié))，制造出的拉伸體1c的外徑不收斂到一定的值上。例如，在式子(Ⅴ)中X1=105的情況，即，把控制速度Vd限制成(設(shè)定速度Ud的0％的速度，即0)＜控制速度Vd＜(設(shè)定速度Ud的205％的速度)的情況。從上述的表表明，在X1為未滿(mǎn)10或者超過(guò)100的情況下，拉伸體1c的外徑變動(dòng)量增加。
同樣地，第2把持部的控制速度Vu也被限制在用下式(Ⅵ)表示的范圍內(nèi)，由于對(duì)其影響也同上述式(Ⅴ)的情況完全一樣，故在此省略詳細(xì)的說(shuō)明。(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu……(Ⅵ)另外，根據(jù)由上述的基準(zhǔn)值R1與實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)或、[(R2/R1)-1]，也可以進(jìn)行微分控制或積分控制。例如，關(guān)于式(Ⅲ)(Ⅳ)可以考慮這樣的控制方式，即如下式(Ⅶ),(Ⅷ)所示根據(jù)由基準(zhǔn)值R1和實(shí)測(cè)值R2得出的值[(R2/R1)-1]進(jìn)行微分控制或積分控制。(VdUd-1)=K1ddt(R2R1-1)+K2(R2R1-1)+K3∫1110(R2R1-1)dt---(VII)]]>(VuUu-1)=-K1ddt(R2R1-1)-K2(R2R1-1)-K3∫1110(R2R1-1)dt---(VIII)]]>這里，K1、K2、K3是控制系數(shù)(K2＞0、K1≥0,K3≥0范圍內(nèi)的任意常數(shù))，t0是現(xiàn)在時(shí)間，t1是積分開(kāi)始時(shí)間(或者把從幾秒鐘前起作為積分對(duì)象)。其它各記號(hào)的意思與上述式(Ⅰ)～(Ⅳ)的情況相同。
在式(Ⅶ)、(Ⅷ)中，右邊的第1項(xiàng)是相當(dāng)于微分控制的項(xiàng)，第2項(xiàng)是相當(dāng)于比例控制的項(xiàng)，第3項(xiàng)是相當(dāng)于積分控制的項(xiàng)。關(guān)于K1,K3也可以考慮取0值。當(dāng)只K1取0值時(shí)，進(jìn)行比例控制及積分控制。當(dāng)只K3取0值時(shí)，進(jìn)行比例控制及微分控制。當(dāng)K1及K3雙方都取0值時(shí)，只進(jìn)行比例控制，這時(shí)，K2=K，式(Ⅶ)等于式(Ⅲ)，式(Ⅷ)等于式(Ⅳ)。
這樣，由于不僅進(jìn)行比例控制，也進(jìn)行微分控制或積分控制，可以使拉伸體1c的外徑更均勻。
在圖1中表示玻璃母材1a配置在上下方向上地進(jìn)行拉伸的狀態(tài)，也可沿橫向配置地進(jìn)行拉伸，還可以讓玻璃母材1a邊旋轉(zhuǎn)邊拉伸。
本發(fā)明的玻璃母材的拉伸方法，由于其特征在于，加熱部使用電爐，對(duì)于處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部的特定位置的外徑設(shè)定基準(zhǔn)值R1，測(cè)定該特定位置的實(shí)際外徑并取得實(shí)測(cè)值R2，根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得到的值(R2/R1)控制第1把持部及/或第2把持部的速度，所以，與玻璃母材的外徑和目標(biāo)拉伸外徑無(wú)關(guān)，可以精度高且制造效率高地精密地拉伸玻璃母材。另外，實(shí)際上為了使控制更快地進(jìn)行反饋，根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得到的值[(R2/R1)-1]控制第1把持部及/或第2把持部的速度也是有用的。
從以上本發(fā)明的說(shuō)明可以看出，能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行種種變形是明顯的。這樣的變形不能認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的思想和范圍，一切對(duì)本行業(yè)人員是不言自明的改良，都包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明在從玻璃母材制作一定外徑的光導(dǎo)纖維時(shí)非常適用。
權(quán)利要求
1．一種玻璃母材的拉伸方法，在該玻璃母材的拉伸方法中，由第1把持部和第2把持部把持玻璃母材的兩端，使第1把持部的速度比第2把持部的快，并使第1把持部及第2把持部沿玻璃母材的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，伴隨著第1把持部及第2把持部的向玻璃母材的長(zhǎng)度方向的移動(dòng)，由加熱部從第1把持部側(cè)的端部開(kāi)始順序地加熱軟化玻璃母材，由加在玻璃母材上的牽拉力拉伸玻璃母材，其特征在于，上述加熱部使用電爐，對(duì)于處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部的特定位置的外徑設(shè)定基準(zhǔn)值R1，測(cè)定上述特定位置的實(shí)際的外徑并取得實(shí)測(cè)值R2，根據(jù)由上述基準(zhǔn)值R1及上述實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)控制上述第1把持部及/或第2把持部的速度。
2．如權(quán)利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，根據(jù)下式(Ⅰ)、(Ⅱ)控制上述第1把持部及/或第2把持部的速度。Vd/Ud=(R2/R1)K…… (Ⅰ)Vu/Uu=(R2/R1)-K……(Ⅱ)Vd第1把持部的控制后的速度[mm/min]Ud第1把持部的設(shè)定速度[mm/min]Vu第2把持部的控制后的速度[mm/min]Uu第2把持部的設(shè)定速度[mm/min]K控制系數(shù)(任意正的常數(shù))
3．如權(quán)利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述控制系數(shù)設(shè)定為50～500范圍內(nèi)的值。
4．如權(quán)利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述第1把持部的控制后的速度Vd限制在用下式(Ⅴ)表示的范圍內(nèi)。(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud……(Ⅴ)X1:10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。
5．如權(quán)利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述第2把持部的控制后的速度Vu限制在用下式(Ⅵ)表示的范圍內(nèi)，(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu……(Ⅵ)X2:10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。
6．一種玻璃母材的拉伸方法，在該玻璃母材的拉伸方法中，由第1把持部及第2把持部把持玻璃母材的兩端，使第1把持部的速度比第2把持部的快并沿玻璃母材的長(zhǎng)度方向移動(dòng)第1把持部及第2把持部，伴隨著第1把持部及第2把持部向玻璃母材的長(zhǎng)度方向的移動(dòng)，由加熱部從第1把持部側(cè)的端部開(kāi)始順序加熱軟化玻璃母材，由施加在玻璃母材上的牽拉力使玻璃母材拉伸，其特征在于，上述加熱部使用電爐，對(duì)于處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部的特定位置的外徑設(shè)置基準(zhǔn)值R1，測(cè)定上述特定位置的實(shí)際外徑并取得實(shí)測(cè)值R2，根據(jù)由上述基準(zhǔn)值R1及上述實(shí)測(cè)值R2得出的值[(R2/R1)-1]控制上述第1把持部及/或第2把持部的速度。
7．如權(quán)利要求6所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，根據(jù)下式(Ⅲ),(Ⅳ)控制上述第1把持部及/或第2把持部的速度，Vd/Ud=1+K[(R2/R1)-1]……(Ⅲ)Vu/Uu=1-K[(R2/R1)-1]……(Ⅳ)Vd第1把持部的控制后的速度[mm/min]Ud第1把持部的設(shè)定速度[mm/min]Vu第2把持部的控制后的速度[mm/min]Uu第2把持部的設(shè)定速度[mm/min]K控制系數(shù)(任意正的常數(shù))。
8．如權(quán)利要求7所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述控制系數(shù)K設(shè)定為50～500范圍內(nèi)的值。
9．如權(quán)利要求7所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述第1把持部的控制后的速度Vd限制在用下式(Ⅴ)表示的范圍內(nèi)，(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud……(Ⅴ)X1:10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。
10．如權(quán)利要求7所述的玻璃母材的拉伸方法，其特征在于，把上述第2把持部的控制后的速度Vu限制在用下式(Ⅵ)表示的范圍內(nèi)，(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu……(Ⅵ)X2:10～100范圍內(nèi)的任意的常數(shù)。
全文摘要
在玻璃母材的拉伸方法中,由第1把持部2及第2把持部3把持玻璃母材1a的兩端,使第1把持部2比第2把持部3速度快,并使第1把持部2及第2把持部3沿玻璃母材1a的長(zhǎng)度方向移動(dòng),同時(shí),由加熱部4順序加熱軟化玻璃母材1a,由加到玻璃母材1a上的牽拉力進(jìn)行拉伸并做成拉伸體,其特征在于,加熱部4中使用電爐,對(duì)于處于拉伸過(guò)程中的玻璃母材的錐體部1b的特定位置1d的外徑設(shè)定基準(zhǔn)值R1,測(cè)定特定位置1d的實(shí)際的外徑并取得實(shí)測(cè)值R2,根據(jù)由基準(zhǔn)值R1及實(shí)測(cè)值R2得出的值(R2/R1)控制第1把持部2及/或第2把持部3的速度。
文檔編號(hào)C03B37/012GK1301239SQ9880948
公開(kāi)日2001年6月27日 申請(qǐng)日期1998年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月26日
發(fā)明者斎藤達(dá)彥, 守屋知己 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社