专利名称：玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将玻璃母材加热然后拉伸加工成外径更细的玻璃棒的玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置。
背景技术：
在制造以石英玻璃棒为代表的光纤预制棒时，采用预先制造大型的玻璃母材，然后使用拉伸炉将其拉伸，使其成为径更细的玻璃棒的方法。
发明内容
[发明要解决的问题]近年来，在进行光纤制造时，有使用更粗径的光纤预制棒以提高生产率的趋向。随之而来的是，玻璃母材与拉伸后的玻璃棒的外径差变小。棒径在Φ90_左右以内的玻璃棒可以由玻璃旋盘实施拉伸加工，为此，先由拉伸炉进行粗拉伸，然后再由玻璃旋盘进行精密拉伸的方法被广泛采用。然而，当用作光纤预制棒的玻璃棒是径为Φ100 120mm以上的较粗物体时，就不容易通过玻璃旋盘进行拉伸加 工，而且，即便能通过玻璃旋盘进行加工，在经济上也不划算，因此，为了不利用玻璃旋盘进行拉伸加工，提高拉伸炉的外径控制性的需求变得越来越高。为了提高拉伸加工时的外径控制性，需要将玻璃母材的被加热区域变窄。这是因为当玻璃母材的锥体部与直体部的交界处等外径变化较大的部分没有受到局部加热时，则在拉伸后的玻璃棒上容易残留拉伸前的玻璃母材的形状的影响。然而，虽然将被加热区域变窄可以提高外径控制性，但使玻璃软化变形时所需的牵引力会与该软化变形部的长度成反比例地变大。另外，在开始拉伸时，对玻璃母材进行加热以使其软化，由牵引辊下拉下部的虚设牵引棒并进行拉伸，但在拉伸初期，由于玻璃的温度不能充分上升、或被加热区域比稳态拉伸时窄等原因，如果不施加比拉伸玻璃母材的直体部分的稳态拉伸时更大的牵引力，则不能使其变成所需形状。这种在拉伸时需要较大牵引力的情况下，有时，牵引辊与虚设牵引棒的接触面会发生滑动，使实际的牵引速度比所设定的下拉速度慢，从而拉伸后的玻璃棒的外径比作为目标的拉伸径粗。当要求提高外径控制性而使被加热区域变窄时，这种拉伸初期的牵引辊与虚设牵引棒之间的滑动会明显地发生。为了减少牵引力，虽然能够将拉伸初期的温度设定为高于稳态拉伸时的温度(稳态温度)，或将送料速度及牵引速度设定为比稳态拉伸时的速度(稳态速度)慢，但由于温度的变更和送料速度的改变会使玻璃软化部分的形状和温度分布发生变化，所以会造成拉伸后的玻璃棒的外径发生改变的问题，从而无法达到提高拉伸炉的外径控制性的目的。为了解决所述问题，本发明的目的在于提供一种玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置，以便在拉伸玻璃母材以拉伸加工为更细径的玻璃棒时，抑制牵引辊相对于虚设牵引棒或玻璃棒的滑动，从而提高拉伸炉的外径控制性。[解决问题的方案]
在本发明的第一实施方式中，提供一种玻璃母材的拉伸方法，使用具有加热炉、送料机构及牵引机构的玻璃母材拉伸装置来对棒状的玻璃母材进行拉伸，以制造出更细径的玻璃棒，该方法包括:由所述牵引机构的第一牵引辊对与所述玻璃母材的下端相连接的虚设牵引棒进行夹持，与所述送料机构一同将所述玻璃母材输送至所述加热炉；为了拉伸所述玻璃母材，在对所述虚设牵引棒进行牵引时所需的牵引力达到使所述第一牵引辊与所述虚设牵引棒之间发生滑动的负荷之前，在第一牵引辊的基础上进一步加上由牵引机构的第二牵弓I辊来夹持并牵弓I所述虚设牵弓I棒。在本发明的第二实施方式中，提供一种玻璃母材的拉伸装置，具有加热炉、送料机构及牵引机构，用于拉伸棒状的玻璃母材，以制造出更细径的玻璃棒；所述牵引机构包括:第一牵引辊，用于夹持与所述玻璃母材的下端相连接的虚设牵引棒，与所述送料机构一同将所述玻璃母材输送到所述加热炉中；以及第二牵引辊，用于为了拉伸所述玻璃母材，在对所述虚设牵引棒进行牵引时所需的牵引力达到使所述第一牵引辊与所述虚设牵引棒之间发生滑动的负荷之前，在所述第一牵引辊的基础上，进一步夹持并牵引所述虚设牵引棒。
[发明效果]根据本发明，可得到如下等优良的效果:在拉伸过程中，尤其是在需要较大牵引力的拉伸初期，能够抑制牵引辊与虚设牵引棒之间的滑动，从而提高了拉伸炉的外径控制性，因此能够提高拉伸后得到的玻璃棒的外径精度。
另外，所述发明的概要并未列举出本发明的全部必要特征。而且，所述特征组的子组合也可构成发明。
图1是玻璃母材的拉伸装置的一例的概略性纵截面图。
图2是拉伸工序中所需的牵引力随时间变化的曲线图。
图3是玻璃母材的拉伸装置在开始拉伸前的状态下的概略性纵截面图。
图4是玻璃母材的拉伸装置在虚设牵引棒连接到玻璃母材上的状态下的概略性截面图。
图5是玻璃母材的拉伸装置在开始拉伸前的状态下的概略性纵截面图。
图6是玻璃母材的拉伸装置在玻璃母材的直体部开始落入加热器的状态下的概略性纵截面图。
图7是玻璃母材的拉伸装置在玻璃母材12的点B到达加热器中心的状态下的概略性纵截面图。
图8是玻璃母材的拉伸装置在第一牵引辊松开状态下的概略性纵截面图。
[符号说明]
I加热器 2隔热材 3水冷腔室 4顶部腔室 5悬挂轴6连接夹具 7送料装置 8下部气体密封件 9引导辊 10第一牵引辊 11第二牵引辊 12玻璃母材 13虚设悬挂棒 14虚设牵引棒 15直体部
20玻璃母材的拉伸装置 30加热炉 40送料机构 50牵引机构
具体实施例方式图1是玻璃母材的拉伸装置20的一例的概略性截面图。在图1中，玻璃母材12的上端具有虚设悬挂棒(dummy)13、在下端具有虚设牵引棒14。玻璃母材的拉伸装置20具有的机构大致可以分为加热炉30、送料机构40和牵引机构50这三个部分。加热炉30包括:容纳有加热器I及隔热材2的水冷腔室3、连接于其上部的顶部腔室4、及装设于水冷腔室3下部的 下部气体密封件8。送料机构40包括:设置于加热炉30上部的可上下移动的送料装置7、与送料装置7相连接的悬挂轴5、及连接夹具6。悬挂轴5的一部分插入到顶部腔室4内。牵引机构50包括能够对虚设牵引棒14或拉伸后的玻璃棒进行夹持、松开的引导辊9、第一牵引辊10及第二牵引辊11。引导辊9是由碳等耐热性的辊形成，起到沿装置的轴芯对虚设牵引棒14和玻璃棒进行引导的作用。在引导辊9的下方设置有第一牵引辊10，在第一牵引辊10的下方设置有第二牵引辊11。第一牵引辊10及第二牵引辊11由未图示的马达驱动，将虚设牵引棒14或玻璃棒夹持并下拉，从而将玻璃母材12拉伸成适当的径。玻璃母材12在虚设悬挂棒13的上端经由连接夹具6及悬挂轴5而与送料装置7相连接。在开始拉伸前，送料装置7将玻璃母材12向下方输送。牵引机构50的第一牵引辊10对连接于玻璃母材12的下端的虚设牵引棒14进行夹持，与送料装置7 —同将玻璃母材12输送到加热器I中。在将玻璃母材12输送到加热器I的情况下，第二牵引辊11处于松开状态。使送料装置7及第一牵引辊10的速度同步，而将玻璃母材12向下方输送到加热器I中的预定位置。当玻璃母材12被输送到加热器I中的预定位置时，第一牵引辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵引棒14，以比送料装置7的送料速度更快的速度进行下拉，从而得到比玻璃母材12的径细的玻璃棒。玻璃母材的拉伸装置20以得到具有所需外径的玻璃棒为目的，预先测定玻璃母材12的形状，并以此为基础，在整个长度上，使用预先已确定下拉玻璃母材12的送料速度及下拉玻璃棒的牵引速度的前馈控制(feedforward control)来对玻璃母材12进行拉伸。另外，玻璃母材的拉伸装置20也可以采用对进行细径化的玻璃软化部分处的外径、和拉伸后的玻璃棒的外径进行测定而确定送料速度及牵引速度的反馈控制，来对玻璃母材12进行拉伸。图2是拉伸工序中所需的牵引力随时间变化的图表。如图2所示，从以比送料装置7的送料速度快的速度开始下拉虚设牵引棒14的时刻Tl开始，拉伸虚设牵引棒14所需的牵引力上升。在时刻T3，牵引力超过了滑动极限力F2，滑动极限力F2是指一个牵引辊能够不打滑地进行牵引的极限。然后，在玻璃母材12的直体部15的下端开始落入加热器I的时刻T4的前后，牵引力达到最大。此后，牵引力下降，在时刻T5的前后成为稳定值。从具有滑动极限力F2以上的牵引力的时刻T3开始到时刻T5期间，通过第一牵引辊10或第二牵引辊11中的任一牵引辊拉伸玻璃母材12时，在虚设牵引棒14与辊之间发生滑动。如果虚设牵引棒14与辊之间发生滑动，则牵引速度会变得比设定值慢，结果会使被拉伸的玻璃棒的径发生改变(变粗)。另外，滑动极限力是牵引辊与虚设牵引棒14发生滑动的负荷的一例。以下，使用图3 图8详细说明本实施方式中的玻璃母材的拉伸方法。图3 图8表示拉伸过程中的加热炉30与玻璃母材12、第一牵引辊10、第二牵引辊11及虚设牵引棒14之间的位置关系随时间的变化。另外，在图中省略了设置于加热炉30上部的顶部腔室4及送料装置7周边的部件。图3是玻璃母材的拉伸装置20在开始拉伸前的状态下的概略性纵截面图。如图3所示，玻璃母材12是以其下端到达加热器I的上下方向的中心的方式，设置在玻璃母材的拉伸装置20中。在此状态下，玻璃母材的拉伸装置20使加热器I的温度上升到1800 2200°C的程度，以使玻璃母材12的下端软化。另外，在玻璃母材12下端的锥体部分，将拉伸目标Sd1的点作为点A,将从玻璃母材直体部的下端起,其外径长度为外径Dtl的点作为点B。图4为玻璃 母材的拉伸装置20在虚设牵引棒14连接到玻璃母材12上的状态下的概略性截面图。如图4所示，引导辊9及第一牵引辊10夹持石英玻璃制的虚设牵引棒14，通过驱动第一牵引辊10而使虚设牵引棒14上升，并将虚设牵引棒14焊接于玻璃母材12的下端。从玻璃母材12的下端到虚设牵引棒14的下端的距离L3设定为，比从加热器I的中心到第一牵引辊10的中心的距离L4长。当驱动第一牵引辊10而使虚设牵引棒14上升时，由于距离L3比距离L4长，因此使虚设牵引棒14的上端与玻璃母材12的下端相接触。在虚设牵引棒14的上端与玻璃母材12的下端相接触的状态下，当由加热器I加热时虚设牵引棒14会与玻璃母材12焊接在一起。另外，也可以将焊接虚设牵引棒14的工序预先在其他装置中实施，从而能够减少连接虚设牵引棒14时所需的时间。焊接完虚设牵引棒14后，一边使玻璃母材12下降，一边驱动第一牵引辊10而牵引虚设牵引棒14，从而对玻璃母材12进行拉伸。图5是玻璃母材的拉伸装置20在开始拉伸前的状态下的概略性纵截面图。如图5所示，从玻璃母材12的点A到达加热器I的中心附近的时刻Tl开始，第一牵引辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵引棒14而开始牵引玻璃母材12。这样一来，虚设牵引棒14的牵引速度V1与玻璃母材12的送料速度Vtl的比值(V1ZiVci)变大，同时，牵引力也在迅速变大。从玻璃母材12的点A到虚设牵引棒14的下端的距离L1设定为，比从加热器I的中心到第二牵引辊11的中心的距离L2长。由于距离L1比距离L2更长，因此，从时刻Tl的时间点开始，能够通过两个第一牵引辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵引棒14而进行牵引。点A到达加热器I的中心附近的位置是所述预定位置的一例。图6是玻璃母材的拉伸装置20在玻璃母材12的直体部15开始落入加热器的状态下的概略性纵截面图。在玻璃母材12的直体部15开始落入加热器I的时刻T4的前后，牵引力达到最大。图7是玻璃母材的拉伸装置在玻璃母材12的点B到达加热器中心的状态下的概略性纵截面图。在时刻T5，当玻璃母材12的点B到达加热器I的中心时，牵引力大致下降到稳定值。此时，如图2所示，牵引力在滑动极限力F2以下。图8是玻璃母材的拉伸装置20在第一牵引辊10松开状态下的概略性纵截面图。在比图7进一步将玻璃母材12向下方输送的图8所示的玻璃母材12的位置处，第一牵引辊10松开虚设牵引棒14。由于牵引力低于一个辊的滑动极限力F2，因此，即使松开第一牵引辊10，也不会在虚设牵引棒14与第二牵引辊11之间发生滑动。根据图3 图8所示的实施方式，在点A到达加热器I的中心附近的时间点，通过将从玻璃母材12的点A到虚设牵引棒14下端的距离L1设置为比从加热器I的中心到第二牵引辊11的中心的距离L2长，从而从时刻Tl开始，第一牵引辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵引棒14而对玻璃母材12进行拉伸 。其结果是，在T3至T5期间，能够由第一牵引辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵引棒14。由此，对虚设牵引棒14施加了相当于仅驱动第一牵引辊10时的两倍的力，因此能够在不使虚设牵引棒14与第一牵引辊10和第二牵引辊11之间发生滑动的情况下拉伸玻璃母材12，抑制被拉伸的玻璃棒的径发生改变。由两个辊第一牵弓丨辊10及第二牵引辊11夹持虚设牵弓丨棒14而进行拉伸，从而使玻璃母材的拉伸装置20能够利用现有气缸及现有辊轴，且能够不损及虚设牵引棒14的情况下抑制径发生改变，同时能将玻璃母材12拉伸成适当的径。虽然在所述实施方式中表示了从预定位置及与其相应的时刻Tl开始，由第一牵引辊10及第二牵引辊11对虚设牵引棒14进行牵引的结构，但也可并不从时刻Tl开始由第一牵引辊10及第二牵引辊11对虚设牵引棒14进行牵引。对于预定位置及与其相应的时刻的另一示例进行说明。在玻璃母材的拉伸装置20中，将相对于F2而包含裕度(margin)的Fl作为牵引力发生的时刻设为T2。从时刻Tl到时刻T2，在松开第二牵引辊11的状态下，由第一牵引辊10对虚设牵引棒14进行牵引。玻璃母材的拉伸装置20在时刻T2，不仅使第一牵引辊10闭合，而且使第二牵引辊11闭合，从而夹持虚设牵引棒14。虚设牵引棒14的长度设定为在T2的时间点能够由第二牵引辊11进行夹持的足够的长度。另外，可以利用玻璃母材的拉伸装置20且通过实验或解析而得到一个牵引辊的滑动极限力F2、包含裕度的F1、开始由两个牵引辊进行夹持的时刻T2、及虚设牵引棒14的长度。在达到T3之前的T2的时间点，由两个第一牵引辊10及第二牵引辊11进行夹持而拉伸，由此，能够抑制虚设牵引棒14与辊之间的滑动，从而能够抑制径发生改变。另外，由两个第一牵引辊10及第二牵引辊11对虚设牵引棒14进行夹持和拉伸的动作，可设置在达到T3之前的任一时刻，也可在Tl之前。实施例实施例1
准备10根直体部15的径为Dtl=ISOmm的玻璃母材12，在拉伸SD1=UOmnu从点A到虚设牵引棒14下端的距离Ι^=1350πιπι、从加热器I的中心到第二牵引棍的中心的距离L2=1200mm的条件下进行拉伸。如图4所示，在玻璃母材12的点A到达加热器I的中心的时间点，由第一牵引辊10和第二牵引辊11双方夹持虚设牵引棒14，如图7所示，在玻璃母材的点B已经过加热器中心的时间点松开第一牵引辊10，仅由第二牵引辊11进行夹持并拉伸。结果，在拉伸过程中，第一牵引辊10及第二牵引辊11与虚设牵引棒14之间未滑动，并且也没有看到随之产生的外径改变。比较例1: 准备10根直体部15的径Dtl=ISOmm的玻璃母材12，以拉伸径D1=UOmnu从点A到虚设牵引棒下端的距离L1=I 100mm、从加热器I的中心至第二牵引棍11的中心的距离L2=1200mm的条件下进行拉伸。与图4所示状态不同的是，在玻璃母材的点A到达加热器I的中心的时间点，虚设牵引棒14的下端尚未到达第二牵引辊11，无法使用第一牵引辊10和第二牵引辊11双方夹持并牵引虚设牵引棒14，在拉伸过程中，第一牵引辊10与虚设牵引棒14之间发生了滑动，由此,在10根玻璃母材中的8根的外径都发生了 +2mm +9mm的改变。
权利要求
1.一种玻璃母材的拉伸方法，使用具有加热炉、送料机构及牵引机构的玻璃母材拉伸装置来对棒状的玻璃母材进行拉伸，以制造出更细径的玻璃棒，该方法包括: 由所述牵引机构的第一牵引辊对与所述玻璃母材的下端相连接的虚设牵引棒进行夹持，与所述送料机构一同将所述玻璃母材输送至所述加热炉； 为了拉伸所述玻璃母材，在牵引所述虚设牵引棒所需的牵引力达到使所述第一牵引辊与所述虚设牵引棒之间发生滑动的负荷之前，在所述第一牵引辊的基础上进一步加上所述牵引机构的第二牵引辊来夹持并牵引所述虚设牵引棒。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在将所述玻璃母材输送到所述加热炉中时，在所述第二牵引辊松开的状态下，使所述送料机构与所述第一牵引辊的速度同步，而将所述玻璃母材向下方输送到所述加热炉中的预定位置； 在对所述虚设牵弓I棒进行牵弓I时，一面由所述送料机构将所述玻璃母材从所述预定位置进一步向下方输送，一面由所述第一牵弓I辊及所述第二牵弓I辊以比所述送料机构将所述玻璃母材向下方输送的速度更快的速度来牵弓丨所述虚设牵引棒。
3.根据权利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述预定位置是所述玻璃母材的下端锥体部分中目标拉伸径为D1处的点A比加热炉内的加热器中心更靠近下方的位置。
4.根据权利要求3所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述第二牵引辊预先配置为比所述第一牵引辊更靠近下方； 从所述点A到虚设牵引棒前端的长度L1比从加热炉内的加热器中心到所述第二牵引辊的中心的距离L2长。
5.根据权利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在将所述玻璃母材输送到所述加热炉中之后，在所述第二牵 引辊松开的状态下，一面由所述送料机构将所述玻璃母材向下方输送到所述加热炉中的预定位置，一面由所述第一牵引辊以比所述送料机构将所述玻璃母材向下方输送的速度更快的速度来牵引所述虚设牵引棒； 一面由所述送料机构将所述玻璃母材从所述预定位置进一步向下方输送，一面由所述第一牵引辊及所述第二牵引辊以比所述送料机构将所述玻璃母材向下方输送的速度更快的速度来牵引所述虚设牵引棒。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，当所述牵引力变得小于所述负荷之后，松开所述第一牵引辊或第二牵引辊中的任一牵引辊。
7.一种玻璃母材的拉伸装置，具有加热炉、送料机构及牵引机构，用于拉伸棒状的玻璃母材，以制造出更细径的玻璃棒； 所述牵引机构包括: 第一牵引辊，用于夹持与所述玻璃母材的下端相连接的虚设牵引棒，与所述送料机构一同将所述玻璃母材输送到所述加热炉中；以及 第二牵引辊，用于为了拉伸所述玻璃母材，在牵引所述虚设牵引棒所需的牵引力达到使所述第一牵引辊与所述虚设牵引棒之间发生滑动的负荷之前，在所述第一牵引辊的基础上，进一步夹持并牵引所述虚设牵引棒。
全文摘要
本发明提供一种玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸装置，该玻璃母材的拉伸方法，使用具有加热炉、送料机构及牵引机构的玻璃母材拉伸装置来对棒状的玻璃母材进行拉伸，以制造出更细径的玻璃棒，该方法包括由牵引机构的第一牵引辊对与玻璃母材的下端相连接的虚设牵引棒进行夹持，与送料机构一同将玻璃母材输送至加热炉；为了拉伸玻璃母材，在对虚设牵引棒进行牵引时所需的牵引力达到使第一牵引辊与虚设牵引棒之间发生滑动的负荷之前，在第一牵引辊的基础上进一步加上牵引机构的第二牵引辊来夹持并牵引虚设牵引棒。本发明在拉伸玻璃母材以拉伸加工成更细径的玻璃棒时，能够抑制牵引辊相对于牵引伪棒或玻璃棒的滑动，从而提高拉伸炉的外径控制性。
文档编号C03B23/047GK103214166SQ201310016440
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月16日 优先权日2012年1月19日
发明者乙坂哲也 申请人:信越化学工业株式会社