拉伸玻璃预制棒的方法

文档序号:1822605
专利名称:拉伸玻璃预制棒的方法
技术领域
本发明涉及光纤用玻璃预制棒的拉伸方法。
作为将光纤用玻璃预制棒拉伸至预定外径的方法,传统上已知的例如有包括如下步骤的方法用电阻加热炉一类加热器或类似装置,从玻璃预制棒的一端开始,陆续地加热和软化此预制棒;对此预制棒施加拉伸应力或类似作用力;用不接触式外径测量装置测量玻璃预制棒此时所收缩的部分的外径;同时控制上、下夹具的运动速度,以给玻璃预制棒施加这样的拉伸应力,使上述测量值与作为目标值的控制外径须一致。这种控制方法例如已公开于日本专利申请(公开)4-83726号与56-45843号中。
在上述的传统拉伸方法中,为使获得的拉长体的外径减至所需的值,在部分玻璃预制棒中,用外径测量装置测量在施加拉伸应力状态下通过加热而变形成锥形的软化部分的外径。为使测出的外径值与业已设定的控制外径值相符,对用来将玻璃预制棒送入加热炉的上夹具的运动速度和用来将玻璃预制棒从加热炉拉出的下夹具的运动速度均进行了控制(由于给玻璃预制棒施加有预定的拉伸应力,下夹具的运动速度比上夹具的运动速度快)。
这样制得的拉长体的中间部分的外径(以后称为“最终外径”)值略小于控制外径的值,同时,当除两端外具有稳定外径的玻璃预制棒的中间部分(稳定部)经拉伸时,此控制外径的设定值与最终外径的差则是恒定的、不变的。因此,当把考虑到左测量处的外径到最终外径之间含有减小的直径值设定为控制外径值,同时以反馈方式控制上-下夹具的运动速度中的至少一个之时,就能把玻璃预制棒拉伸到能获得所需的最终外径。
但是,玻璃预制棒的两端最后则加工成外径有了很大变化的锥形。这样,当把拉伸应力加到玻璃预制棒上来使控制外径的设定值与用来拉伸玻璃预制棒的中间部分(稳定部)的外径值相一致时,在这两端附近未必能得到恒定的最终外径。确切地说,与制得的拉长体两端附近部分不同的稳定部虽然具有能产生所需直径减小的恒定直径,但在两端附近的锥形部则会有较大的直径(参看

图10A与10B)。特别是如图10B所示,当与玻璃预制棒拉伸开始端一侧的端部相应的制得的拉长体的端部变粗时,从此制得的拉长体这一粗端接续下去的部分则对这种状态作出反应而变细。
本发明的目的之一即在于提供这样的方法,能将光纤用玻璃预制棒精确地拉伸具有所需外径的拉长体。
在本发明的拉伸方法中,如图1所示,是将玻璃预制棒1沿其纵向拉伸来形成具有所需外径的拉长体100,此预制棒的稳定部10的第一端与第二端(图中分别以箭头P1与P2表示)分别有第一与第二锥形部11a与11b。玻璃预制棒1内有一个区域(以后称作为“芯子区”)10a,它将成为光纤的芯子并依纵向拉伸,同时在第一与第二锥形部11a与11b上分别装有操纵杆(dummy rods)12a与12b,便于处理这两个锥形部。另一方面,在拉长体100中,它的两个端部(图中以箭头P11与P12标明的部分,分别对应于玻璃预制棒1中稳定部10的端部P1与P2)各有其锥形部111a与111b(分别对应于玻璃预制棒1的第一与第二锥形部11a与11b)。
具体地说,本发明的拉伸方法是用图2所示的拉伸设备来实现。在这种拉伸方法中,首先用上夹具13夹持玻璃预制棒1的操纵杆12b同时用下夹具14夹持操纵杆12a。这样就把玻璃预制棒1定位于图2的拉伸设备上。上夹具13将玻璃预制棒1沿图中箭头S1的示向,依预定速度(第一速度)送入例如电阻加热炉或类似装置的加热器9内。于是,玻璃预制棒1在其位于加热器9中的部分(加热部)相续地从第一锥形部11a朝向第二锥形部11b被加热,由此就使得包括此加热部在内的预定部分(软化部200)软化(加热过程)。另一方面,下夹具14沿着上夹具13的运动方向(沿着与箭头S1示向一致的为箭头S2所示的方向),以比上夹具13快的速度运动,在此给玻璃预制棒1施加拉伸应力,此玻璃预制棒的预定部分由于上夹具13的协同工作已软化(拉伸过程)。由此,玻璃预制棒1即成为已由上夹具13的运动距离同下夹具13的运动距离之间的差所拉伸的拉长体。拉长体100的外径受到控制器7的控制,控制器7借助外径测量装置6测出玻璃预制棒1软化部200中预定位置15的外径,以反馈方式控制上、下夹具13与14中的至少一个的运动速度,以使这样获得的测量值与预置的控制外径设定值一致(控制过程)。
具体地说,本发明的拉伸方法的特征在于,上述控制外径的设定值至少要在下述这段时间内变化,即从玻璃预制棒1稳定部10的第二端P2与加热器9的开口位置(图中以Q标出的位置)间的距离已变至预定值的时刻起,直到拉伸作业(包括拉伸过程)结束时刻止的这段时间。在此,控制外径的设定值可以响应玻璃预制棒1送入加热器9的运动距离,以分步方式减小或连续地改变。
图2中的设备还通过利用上、下夹具13与14的速度差(移动距离的差),将所需的拉伸应力加到此预制棒1上,由此来调节制得的拉长体100的外径。因此,在改变控制外径的设定值时,可由将上、下夹具13与14中至少一个的运动速度调节成使得测量值与设定值一致,来控制拉长体100的外径。特别是,这种速度控制包括从一预定时刻至拉伸作业结束时刻这段时间内,来停止用于将预制棒1送入加热炉9内的上夹具13工作的作业。在图2所示的拉伸设备中,当把前述控制外径的设定值设到零时,便可使夹具停动。
此外,在本发明的拉伸方法中,前述控制外径的设定值不仅可以在包括例如上述的拉伸作业结束时刻在内的预定时期内改变,而且还可以在从拉伸作业开始时刻起的预定时期内改变。具体地说,上述控制外径设定值是在拉伸作业开始的时刻起,至预制棒1中稳定部10的第一端P1与加热器9的开口位置Q间的距离业已变至预定值的时刻止,这段时间内改变。
此控制外径设定值可以响应送入加热器9内的预制棒1的移动量,依分步方式或连续方式增加。
在这份说明书中,“拉伸作业开始时刻”是指至少是用来将拉伸应力施加给预制棒1的下夹具14开始运动的时刻,而“拉伸作业结束时刻”旧指下夹具14停止运动的时刻。
本发明可从下面所作的详细说明及所附的图中获得更全面的理解,这里的说明与附图只是用作解释目的,不应视之为对本发明的限制。
根据下面的详细描述当可认识到本发明的更广的适用范围。但应知这种详细描述和特定例子虽然表明了本发明的最佳实施形式,但也只是供说明性用的,这是因为内行的人是可以从这样的详细说明中了解到在本发明的精神与管辖范围内的种种变动与更改形式的。
图1示意地表明供拉伸用的玻璃预制棒的各个部分及它在拉伸作业后获得的拉长体中的对应部分;图2示意地表明用来实施本发明的拉伸方法的设备的结构;图3A至3C示意地说明玻璃预制棒从拉伸作业开始至此作业终止时是如何变化的;图4A与4B说明图3C所示玻璃预制棒与加热器之间位置关系;图5是用来说明直到拉伸作业终止的预定时间内有关端部的拉伸作业的流程图;图6是曲线图,说明在图5流程图所示端部拉伸作业中,控制外径设定值关于上夹具运动距离的变化;图7示意地表明据本发明的拉伸法制得的拉长体的外观;图8是流程图,说明从拉伸作业开始后的预定时间内的端部拉伸作业;图9是曲线图,说明在图8流程图所示端部拉伸作业中,上、下夹具的速度变化对于玻璃预制棒位置的关系;而图10A与10B表明未执行本发明的拉伸方法时,拉长体各个端部的外部情形。
下面参看图1至图9说明本发明的拉伸方法的最佳实施例。
图1中,待拉伸的玻璃预制棒1的中部呈圆柱形。玻璃预制棒1拉伸开始端一侧的端部(第一锥形部)11a与拉伸终止端一侧的端部(第二锥形部)11b部加工成锥形。在此第一与第二锥形部11a与11b的顶端还分别装附有操纵杆12a与12b,便于对这两个锥形部进行处理。
图2示意地表明了用来实施本发明的拉伸法的设备的结构,示出了拉伸上述玻璃预制棒1的过程状态。图2中,标号9指竖式加热炉(包括在一电阻加热炉中)。标号200指玻璃预制棒1在拉伸期间的软化部(在施加有拉伸应力状态下通过加热变形成锥状的部分),以阴影线表示。确切地说,上述部分指这样一个锥形,它从一个对应于竖式加热炉9的上端的位置开始,通过加热部3和外径测量部15,到达拉长体100的稳定部110的端部。此加热部3是玻璃预制棒1在拉伸作业中由竖式加热炉9所加热的部分,指的是热软化部200停留于竖式加热炉9中的部分。标号210指加热部3的外周边部(以后称作“加热中央部”),对应于竖式加热炉9纵向上的中央位置。一般地说,加热中央部210与其它部分相比具有最高的温度和最低的粘度,因而是对上夹具13的速度(依玻璃预制棒1的厚度等因素而确定)和拉伸应力最敏感的部分。
标号6指外径测量装置,它辐射一激光束,在不接触方式下测量软化部200的预定部分15处的外径。至于待测量的部分15,指的是通过反复实验试探所选定的一个最佳位置,它沿前进方向(箭头S1与S2的示向)与软化部200的端部(对应于加热炉9的开口位置)分开一预定距离。对测量部分15的外径与控制外径的设定值相互比较,来调节施加到玻璃预制棒1上的拉伸应力。
标号14指下夹具,用来夹定设在待拉伸的玻璃预制棒1拉伸起始端处的操纵杆12a;标号13指上夹具,用来夹定设在此玻璃预制棒1拉伸终止端处的操纵杆12b。标号8指用来依箭头S2示向的预定速度带动下夹具14的驱动马达,而标号5指依箭头S1示向以预定速度(低于下夹具14的速度)驱动上夹具13的驱动马达,通过这两个马达的协同工作,使玻璃预制棒1拉伸。
图2中的设备利用上、下夹具13与14的速度差给玻璃预制棒1施加拉伸应力。具体地说上、下夹具13与14这两者每单位时间移动距离的差即相当于每单位时间的拉伸长度。为此,可通过比较软化部200测量部15处的外径测量值与控制外径的设定值,来控制上、下夹具13与14的运动速度。控制方式如下当测量值大于已预置的控制外径设定值时,即加大上、下夹具13与14之间的速度差;当测量值小于此控制外径设定值时,即减小此速度差。下夹具14的拉引操作主要起到拉伸玻璃预件1的作用。此外,上夹具13的输送作业起到控制玻璃预制1的运动速度与移动距离的作用。在此,是对上、下夹具13与14进行速度控制的考虑因外径变化引起的热容变化,玻璃预制棒1的外径(特别是稳定部分10的外径)越小,上、下夹具13与14的运动速度也越快;玻璃预制棒1的外径越大,则上、下夹具13与14的运动速度也越慢。
标号7指独立地调节上、下夹具13与14的运动速度与移动距离的控制器,此控制器将外径测量装置6测得的测量部分15处的外径值与预置的控制外径值相比较,以确定下夹具14和/或上夹具13的运动速度,由此来驱动前述驱动马达8与5。
下面参看图3A至3C来说明在图2的拉伸设备中对玻璃预制棒1进行的拉伸操作。注意,如先前所述,图3A至3C是依时间顺序来说明本发明的拉伸方法的。
将事先已确定了形状与尺寸的玻璃预制棒1设定到此拉伸设备上,使操纵杆12a与12b分别由通过加热炉9的下夹具14以及由上夹具13所夹定(参看图3A)。一般情形下,玻璃预制棒1设定成使其稳定部10的下端(由箭头P1标明的部分)位于加热炉9的开口位置Q的上方(A>0mm)。当玻璃预制棒1的第一锥形部11a在纵向上相对于加热炉9的尺寸调节得短时,玻璃预制棒1的稳定部10的下端P1即位于加热炉9之中。但是,稳定部10的下端P1与加热炉9的开口位置Q之间的间隔A通常设定在0mm至100mm的范围内。
玻璃预制棒1中稳定部分10的拉伸从图3B所示的状态相继地进行到图3C所示的状态。这就是说,图3B表明的是上夹具13从一设定位置(对应于图4由虚线标明的位置130)移动了X1,而下夹具14从一设定位置(对应于图中以虚线标明的位置140)移动了X2时的状态(玻璃预制棒1拉伸了(X2-X1)时的状态)。另一方面,图3C表明的是上夹具13从一设定位置(对应于图中以虚线标明的位置130)移动了X10,而下夹具14从一设定位置(对应于图中以虚线标明的位置140)移动了X20时的状态(玻璃预制棒1拉伸了(X20-X10)时的状态)。
这样,当玻璃预制棒1的稳定部10被拉伸时,它的外径恒定,因此,最终的外径(拉长体100的稳定部110的外径)是以基本上恒定的值相对于软化部200的外径来减小的。于是,控制器7通过比较由外径测量装置6获得的测量部分15的外径值与控制外径的设定值,来控制加到玻璃预制棒1上的拉伸应力,以使此测量值与设定值一致。更具体地说,在图2的拉伸设备中,当在上、下夹具13与14两者的移动距离之间提供有预定的差值时(使下夹具14的每单位时间移动距离大于上夹具13的每单位时间移动距离),即有拉伸应力施加于玻璃预制棒1。因此,当调节上夹具13和/或下夹具14的运动速度,玻璃预制棒1每单位时间的拉伸长度就会改变。于是可以控制制得的拉长体100的最终外径。
其次参考图5的流程图说明如图3C所示的在下述时间内的端部拉伸作业,这段时间是从玻璃预制棒1的上端(图中以箭头P2指明的部分)与加热炉9的开口位置Q之间的间隔B变至一预定值的时刻起,直到此拉伸作业结束时刻止。在下面的说明中,当间隔为负数时,它表示的是玻璃预制棒1中稳定部10的上端P2不在加热炉9内,而如图4A所示的情形。另一方面,当间隔B是正数时,它表示的是玻璃预制棒1中稳定部10的上端P2在加热炉9内而如图4B所示情形。
在稳定态(进行了图3B所示玻璃预制棒1的稳定部10拉伸作业时的状态)情形,控制器7控制着驱动马达5与8,使由外径测量装置6所获得的测量值与控制外径的设定值一致(上、下夹具13与14的速度控制)。另一方面,由于设定于图2拉伸设备上的玻璃预制棒1的形状与尺寸已事先确定,控制器7便可根据与玻璃预制棒1有关的信息以及上夹具13的移动距离,来监控直到拉伸作业结束时刻的在加热炉9的开口位置Q与玻璃预制棒1中稳定部10的上端P2之间的间隔B(步骤ST1、ST2)。
然后,当上述间隔B不小于一预定值“a”时,在控制器7中进行的控制作业便从稳定部拉伸作业变换到端部拉伸作业,以改变稳定态下控制外径的设定值。在端部拉伸作业中,控制外径的设定值改变,直至上述间隔B满足预定条件(B≥β)。
在从稳定态变换到端部拉伸作业时,上述设定值减小一预定值(步骤ST6),同时将间隔B与上述条件比较,以判定间隔B是否满足上述条件(步骤ST7)。要是上述条件未被满足,控制器7便逐步来计算间隔B(步骤ST3),同时去判定它是否不低于值αi(i=1,2,3…;α1≤α2≤α3≤…),以确定改变或不改变上述设定值的时间(步骤ST4)。此后,控制器7通过变量i的增加来重复设置值的值改变操作,直到上述条件满足。在本说明书中,“拉伸作业结束时刻”指的是至少是下夹具14停止运动的时刻。
实施例1作为具体的拉伸作业,下面说明实施例1,其中将直径(稳定部分10的直径)为70mm的玻璃预制棒1拉伸成直径(稳定部分110的直径)为40mm的拉长体100。
制备成的玻璃预制棒1包括有外径为70mm而长度为500mm的圆柱形玻璃体(稳定部分10)和各具有高度(对应于制备成的玻璃预制棒1纵向上的一个长度)100mm的两个锥形玻璃部(锥形部11a、11b),这两个锥形玻璃部分别附属于此圆柱形玻璃体的两端。另外,在锥形部11a与11b的端部分别熔接直到径为30mm的操纵杆12a与12b。
这里,在稳定态(图3B所示玻璃预制棒1的稳定部10拉伸期间内的状态)下的拉伸条件是上、下夹具13与14的设定速度分别是10.0mm/min与30.6mm/min;控制外径的设定值DX是44.0mm。
在拉伸作业中,在将如上所述的上、下夹具13与14的速度比首先保持为1.0∶3.06的同时,需经10分钟始将此上、下夹具13与14的运动速度提高到上述设定速度(图3B所示的稳定态)。然后进行反馈控制(外径控制),即在下夹具14的运动速度保持恒定的状态下通过改变上夹具13的运动速度来消除软化部200中测量部分15处的外径变化,使制备成的玻璃预制棒1的稳定部10拉伸。在此,控制器7执行上述的外径控制(稳定部的拉伸作业),同时根据所测定的有关玻璃预制棒的信息以及上夹具13的移动距离,计算稳定部10的上端P2与加热炉9的开口位置Q之间的间隔B,以使此稳定部的拉伸作业变换为端部拉伸作业。
在实施例1的端部拉伸作业中,当间隔B为0mm时,在稳定态下的控制外径的设定值DX下降了0.5mm(设定值43.5mm);而当间隔B为+20mm时,此设定值下降0.5mm(设定值43.0mm)。然后,当上述间隔B为+20mm时,上夹具13停止运动。只是下夹具14再在上述设定速度下移过500mm,然后结束拉伸作业。这里的“拉伸作业结束的时刻”指至少是下夹具14停止运动的时刻。此外,上夹具13是在实施例1中的拉伸作业结束之前就停止运动。这是在上述控制外径的设定值设定为0mm时进行的。
作为上述实施例1的结果,制得的拉长体100的端部的外观如图7所示。从该图可以看到,外径是从稳定部100平滑地减小到锥形部111b,由此而获得具有精度40mm±1.0mm均匀外径的已拉伸的玻璃预制棒(拉长体100)。
实施例2在下面描述的实施例2中,把直径(稳定部10的直径)为130mm的玻璃预制棒1拉伸至直径(稳定部分110)的直径为70mm的拉长体100。
制备好的玻璃预制棒1包括有外径为130mm而长度为500mm的圆柱形玻璃体(稳定部分10)以及两个各有200mm高度的锥形玻璃部(锥形部11a、11b)。这两个锥形部11a与11b分别附在圆柱形玻璃体的两端。此外,在锥形部11a与11b的端部则分别熔接有外径为30mm的操纵杆12a与12b。
这里,在稳定态下的拉伸条件如下上、下夹具13与14的速度分别设定为10.0mm/min与34.5mm/min;控制外径的设定值Dx为78.0mm。
在此拉伸作业中,在将上述的上、下夹具13与14的速度比首先保持为1.0∶3.45的同时,将此上下夹具13与14的运动速度提高到前述设定速度的时间需用10分钟(图3B所示的稳定态)。然后,进行反馈控制(稳定部分的拉伸作业),即在下夹具14的运动速度保持不变的状态下,通过改变上夹具13的运动速度来在软化部200的测量部分15处消除外径的变化,于此同时,将制备好的玻璃预制棒1的稳定部10被拉伸。
在实施例2的端部拉伸作业中,当控制器7中计算出的间隔B为-30mm时,控制外径的设定值减少0.5mm(设定值77.5mm);此设定值在上夹具13每行进10mm(上述间隔B每增加10mm)时,减少0.5mm。最后,当间隔B调节至72.0mm时,便完成了拉伸作业。注意上夹具13在此实施例2中一直到拉伸作业终止之前是不会停止运动的。
当所述间隔B的值在-50mm至+50mm范围内时,起动上述端部拉伸作业都是合适的。此外,最好使上述控制外径的设定值最终调节到小于稳定态下的设定值Dx且使这两个值之间的差≥2mm。在此端部拉伸作业中,上夹具13可以在间隔B的-10mm至+120mm范围内的任何时刻停止运动。因此,能提供控制外径设定值的范围是图6中斜线标明的区域。
下面用图8的流程图说明从拉伸作业起始至一预定时刻的一般时间内的端部拉伸作业。
首先将玻璃预制棒1设在一初始预制棒位置γ1处,它对应一个初始间隔,该间隔是位于在把玻璃预制棒1设置在图2的设备中时,玻璃预制棒1的稳定部10的下端P1及加热炉9的开口位置Q之间;同时设定控制外径的初始值(步骤ST8)。然后在加热炉9已被充分加热的状态下使上、下夹具13与14以各自的预定速度运动(起动玻璃预制棒1的拉伸作业)。此时,控制器7除控制上、下夹具13与14的运动速度外,还根据上夹具13的移动距离来计算,形状与尺寸预定的玻璃预制棒1中稳定部10的下端P1与加热炉9的开口位置Q间的间隔A(步骤ST9)。控制器7比较预制棒的位置γj(j=1,2,3,…;γ1>γ2>γ3…),以间隔A确定出改变控制外径设定值的时间(步骤ST10)。此时,如果间隔A小于γj,控制器7即把j加1(步骤ST11),同时改变控制外径的设定值(步骤ST12)。然后在间隔A最终成为0mm的时刻(步骤ST13),控制器7所设定稳定态下控制外径的设定值DX(步骤ST14),然后在此稳定态下变换为稳定部的拉伸作业。
在此,尽管把A=0设定为结束上述端部拉伸作业的条件,但当玻璃预制棒1的下端11a锥形部于纵向上的长度短时,这种结束条件可以是负值(稳定部10的下端P1位于加热炉9内的状态)。
实施例3下面说明实施例3(条件与实施例2中的相同),其中将直径(稳定部分10的直径)为130mm的玻璃预制棒1拉伸为直径(稳定部分110的直径)70mm的拉长体100。
制备好的玻璃预制棒1包括有外径为130mm而长度为500mm的圆柱形玻璃体(稳定部10)以及各具有200mm高度的两个锥形玻璃部(锥形部11a、11b),这两个锥形玻璃部分别附属于圆柱形玻璃体的两端。此外,在锥形部11a与11b的两端分别熔接上外径为30mm的操纵杆12a与12b。
这里的在稳定态下的拉伸条件如下将上、下夹具13与14的速度分别设定为10.0mm/min和34.5mm/min;控制外径的设定值DX为78.0mm。
在从开始拉伸作业至一预定时刻的一段预定时间内进行的端部拉伸作业中,玻璃预制棒1首先设定在A=+80mm的位置。然后驱动上、下夹具13与14,而初始速度比为1.0∶3.45。于此同时,控制器7执行反馈控制(外径控制),使得在依恒定速度增加上夹具13的运动速度的同时,改变下夹具14的运动速度以在软化部200的测量部分15处消除外径的变化(参看图9)。
在端部拉伸作业中,于拉伸作业起始时刻(A=+80mm)的设定值设定为74mm;每当上夹具13行进10mm(每当间隔A减小10mm)时,控制外径的设定值即增加0.5mm;最后,此设定值在间隔A为0mm的时刻为78mm(=DX)。
作为比较,在图10A与图10B中示明了由未实行上述端部拉伸作业的拉伸方法所获得的拉长体的端部外观。
图10A表明的是,在与实施例1与2相同的稳定态的拉伸条件下进行拉伸时的拉长体的端部(比较例1与2);图10B表明的是,在与实施例3相同的拉伸条件下拉伸时的拉长体的端部(比较例3)。
如图10A所示,根据未实行实施例1与2的端部拉伸作业的比较例1与2,各拉长体的上端很粗。具体地说,在比较例1(用实施例1的预制棒)中,此上端的外径D2比前述拉长体稳定部110的外径(最终的外径)D1粗约10至15mm。同样,在比较例2(用实施例2的预制棒)中,此上端的外径D2比D1粗约5至8mm。因此,此拉长体的有效区就要比依据本发明的拉伸方法所获得的拉长体短约300至600mm。另一方面,如图10B所示,比较例3则能出现这样一个部段,它的下端较粗而部分地形成“颈缩”形状。在比较例3中,较粗部分的外径D4要较稳定部110的外径(最终外径)D1粗约3至5mm,而形成“颈缩”的部段的外段D3则比D1约细1mm。这样,拉长体的有效区就要比用本发明拉伸方法制得的拉长体短约500至700mm。
下面研究所制得的拉长体的外径的起伏。可以假定,当外径通常是在拉长体100的稳定部110附近的软化部200的一部分处进行测量时,控制外径与最终外径的差会变得较小,从而能提高最终外径的精度和减小外径的起伏。但是,由于测量部分15离加热部3较远,粘度将降低而影响到这部分对拉伸应力的响应。结果就难以稳定地控制最终外径。
相反,当测量部分15位于加热部3的附近,这虽然有利于改进可控制性,但控制外径与最终外径的差值例如会大到当此外径在拉伸之前已改变时常会影响到最终的外径,因而易于造成外径起伏。为此,作为对外径起伏控制灵敏性与稳定性之间的折衷,一般是在具有锥形的软化部200的范围内根据经验求得的最佳位置处来测量外径,这一最佳位置与玻璃预制棒1的加热部3分开一预定的移动距离以控制牵引速度(与下夹具14的运动速度有关)。
结果,由于此测量部分15与加热部3相分开,当把此牵引速度控制成能使测量部分15的外径与控制外径的设定值一致时,就能在加热的中央部210处最显著地显示其效果,但在经过从此加热的中央部210到测量部分15的一段移动时间之后却不能探测出来。因而不能反馈控制命令。
在位于玻璃预制棒1下端P1附近的锥形部11a的邻区受到拉伸的情形,当加热中央部210的外径近似于在稳定部拉伸作业时的外径时,这一位置关系使得测量部分15处的外径远小于在稳定部拉伸作业时的控制外径的值。因此,控制下夹具14的运动速度使它变得较小。但由于加热的中央部210的外径并不与玻璃预制棒1稳定部110的外径有多大的差别,最终的外径相反变得较大。
相反,由于软化部200处的外径与测量部分15处的外径的尺寸关系在玻璃预制棒1的上下端相互相反,因而拉长体的上端(对应于玻璃预制棒1上端P2附近的锥形部11b的部分)会变得明显较粗的原因不同于以前所述的情形。
如上所述,在设定控制外径时,考虑到了从测量部分15处测出的外径到最终外径时,对直径来说会有一定的收缩。但这种直径减小的大小则随玻璃预制棒1的外径变化如下玻璃预制棒1的外径越大,直径的减小也越大;玻璃预制棒1的外径越小,直径的减小也越小。
在位于玻璃预制棒1上端P2附近的锥形部11b的邻区被拉伸时,由于软化部200的外径渐减(因为锥形部11b被加热),测量部分15处的外径与最终外径的差就变得较小。在这种状态下,由于测量部分15的外径经控制成与控制外径值一致,因而最终外径变得较大。
这就是说,在玻璃预制棒1上端P2附近的锥形端部11b的邻区被拉伸时,当测量部分15的外径变得小于控制外径的设定值时,将上或下夹具13或14控制成使拉伸速度变慢。但在这种情形下,由于业已通过测量部分15的且其外径趋近于玻璃预制棒1的稳定部110外径的这一部分仍然具有高温度和低粘度,它就会受到运动速度减小的影响,因此得到较大的最终外径。
作为在锥形部11a与11b附近拉伸玻璃预制棒的传统方法,例如有日本专利申请(公开)4-83728号所公开的方法,但它并没有充分地解决前面所说的问题。
尽管上述实施例涉及到的是玻璃预制棒1在其稳定部10处的直径是恒定的情形,但本发明并不受此限制,而所适用于在稳定部10的直径变化的情形。
此外,在上述实施例中,当位于玻璃预制棒1下端P1附近的端部11a被拉伸时,上夹具13的运动速度恒定,而对下夹具14的运动速度进行控制。作为此实施例的一种改型,上夹具13的运动速度可以随锥形部11a外径的加大而减小。可以这样地来进行上述作业,即对因玻璃预制棒1外径变化所引起的热容变化作出响应来改变夹具13与14的运动速度,由此便可使软化部200的粘度尽可能保持不变,以形成具有更高精度的最终外径。
为此,当拟拉伸位于玻璃预制棒1上端P2邻近的锥形部11b时,可在下夹具14的运动速度已设定的状态下来控制上夹具13的运动速度,使其能随外径的减小而加大。
根据本发明,即使玻璃预制棒的外径在拉伸之前是不均匀的,也可以制得在整个长度上具有极其均匀外径的拉长体,从而可以有效地利用资源。
从上面的描述中可知,本发明可以多种形式改变。这类改变不应视作为脱离了本发明的精神与范围,同时所有对内行的人属于显而易见的这类变更形式都应包括于后附权利要求书的管辖范围内。
1995年12月6日提交的日本专利申请317810号1995的基本内容已于此作为参考。
权利要求
1.沿纵向拉伸玻璃预制棒以获得具有所需外径的拉长体的方法,此玻璃预制棒包括具有预定外径的稳定部以及各自的外径均小于此稳定部外径的第一与第二锥形部,此第一与第二锥形部分别设在上述稳定部的第一端以及与此第一端相对的第二端上,此方法包括加热过程,用来以第一速度将所述玻璃预制棒从其第一锥形部一侧送入加热器内,以连续地从第一锥形部朝第二锥形部加热和软化玻璃预制棒上一预定部分;拉伸过程,用来以快于上述第一速度的第二速度使玻璃预制棒的第一锥形部沿着玻璃预制棒的行进方向运动,而给玻璃预制棒施加拉伸应力,此拉伸过程与上述加热过程同时进行;以及控制过程,它根据外径测量装置测量由上述加热器加热和软化的上述玻璃预制棒上软化部分的外径结果,来调节前述第一与第二速度中的至少一个,使得由上述外径测量装置所测得的值与控制外径的预定值一致,此控制过程与上述加热过程和拉伸过程同时进行,其中所述控制外径的预设值至少是在从所述玻璃预制棒的所述稳定部的第二端和所述加热器一开口位置之间的距离已变为第一值的时刻直到所述拉伸过程已结束的时刻这段时间内改变。
2.如权利要求1所述的方法,特征在于在从玻璃预制棒所述稳定部的第二端和所述加热器的开口位置之间的距离已变为第一值的时刻直到所述拉伸过程已结束的时刻这段时间内,上述控制外径预设值响应玻璃预制棒送入所述加热器内的移动距离而依分步方式减小。
3.如权利要求1所述方法,特征在于在从玻璃预制棒所述稳定部的第二端和所述加热器开口位置之间的距离已变为第一值的时刻直到所述拉伸过程已结束的时刻这段时间内,从一预定时刻起至所述拉伸过程结束的时刻,停止将玻璃预制棒送入上述加热炉内的作业。
4.如权利要求1所述方法,特征在于所述控制外径预设值至少是在,所述拉伸过程开始时刻直到玻璃预制棒的所述稳定部的第一端与所述加热器开口位置间的距离已变为第二值的时刻,这段期间内改变。
5.如权利要求4所述方法,特征在于至少是在所述拉伸过程开始的时刻直至玻璃预制棒所述稳定部的第一端与所述加热器开口位置间的距离已变为第二值的这段时间内,上述控制外径的预设值响应玻璃预制棒送入所述加热器内的移动距离而以分步方式增加。
6.沿纵向拉伸玻璃预制棒以获得具有所需外径的拉长体的方法,此玻璃预制棒包括具有预定外径的稳定部以及各自的外径均小于此稳定部外径的第一与第二锥形部,此第一与第二锥形部分别设在上述稳定部的第一端以及与此第一端相对的第二端上,此方法包括加热过程,用来以第一速度将所述玻璃预制棒从其第一锥形部一侧送入加热器内,以连续地从第一锥形部朝第二锥形部加热和软化玻璃预制棒上一预定部分;拉伸过程,用来以快于上述第一速度的第二速度使玻璃预制棒的第一锥形部沿着玻璃预制棒的行进方向运动,以给玻璃预制棒施加拉伸应力,此拉伸过程与上述加热过程同时进行;以及控制过程,它根据外径测量装置测量的由上述加热器加热和软化的玻璃预制棒上软化部分的外径结果,来调节前述第一与第二速度中的至少一个,使得由上述外径测量装置所测得的值与控制外径预设值一致,此控制过程与上述加热过程和拉伸过程同时进行,其中所述控制外径的预设值,至少是从所述拉伸过程开始时刻直至玻璃预制棒所述稳定部的第一端和所述加热器开口位置间的距离已变为第一值的时刻的这段时间内变化。
7.如权利要求6所述方法,特征在于在从所述拉伸过程开始的时刻至玻璃预制棒所述稳定部的第一端与所述加热器开口位置间的距离业已变为第一值的时刻这段时间内,前述控制外径预设值响应玻璃预制棒送入所述加热器内的移动距离而以分步方式增加。
8.如权利要求6所述方法,特征在于所述控制外径预设值是在,从玻璃预制棒所述稳定部的第二端与所述加热器开口位置间的距离已变为第二值的时刻起,直至所述拉伸过程结束的时刻的这段时间内改变。
9.如权利要求8所述方法,特征在于在从玻璃预制棒所述稳定部的第二端与所述加热器开口位置间的距离已变为第二值的时刻起,直至所述拉伸过程结束的时刻止这段时期内,所述控制外径的预设值响应玻璃预制棒送入所述加热器内的移动量以分步的方式减小。
10.如权利要求8所述方法,特征在于在从玻璃预制棒所述稳定部的第二端和所述加热器开口位置之间的距离已变为第二值的时刻直到所述拉伸过程已结束的时刻这段时间内,从一预定时刻起至所述拉伸过程结束的时刻,停止将玻璃预制棒送入上述加热器内的作业。
全文摘要
精确地拉伸光纤用玻璃预制棒使成为具有所需外径的体的方法,其中当此预制棒在从其一端朝向另一端连续加热软化的同时,随着拉伸应力加到其一端上使其一预定部分拉伸。在此拉伸作业中,于测量玻璃预制棒软化部分外径的同时,调节上述拉伸应力使此软化部分的外径与控制外径的预设值一致。本方法的特征是,至少是在直到拉伸过程结束的一段预定时间内或是从拉伸作业开始的一段预定时间内,改变上述控制外径的设定值。
文档编号C03B23/00GK1157805SQ9611855
公开日1997年8月27日 申请日期1996年12月5日 优先权日1995年12月6日
发明者星野寿美夫, 大贺裕一, 伊藤真澄, 弹塚俊雄, 齐藤达彦 申请人:住友电气工业株式会社
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