專利名稱：玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種將玻璃母材加熱然后拉伸加工成外徑更細的玻璃棒的玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置。
背景技術：
在制造以石英玻璃棒為代表的光纖預制棒時，采用預先制造大型的玻璃母材，然后使用拉伸爐將其拉伸，使其成為徑更細的玻璃棒的方法。

發明內容
[發明要解決的問題]近年來，在進行光纖制造時，有使用更粗徑的光纖預制棒以提高生產率的趨向。隨之而來的是，玻璃母材與拉伸后的玻璃棒的外徑差變小。棒徑在Φ90_左右以內的玻璃棒可以由玻璃旋盤實施拉伸加工，為此，先由拉伸爐進行粗拉伸，然后再由玻璃旋盤進行精密拉伸的方法被廣泛采用。然而，當用作光纖預制棒的玻璃棒是徑為Φ100 120mm以上的較粗物體時，就不容易通過玻璃旋盤進行拉伸加 工，而且，即便能通過玻璃旋盤進行加工，在經濟上也不劃算，因此，為了不利用玻璃旋盤進行拉伸加工，提高拉伸爐的外徑控制性的需求變得越來越高。為了提高拉伸加工時的外徑控制性，需要將玻璃母材的被加熱區域變窄。這是因為當玻璃母材的錐體部與直體部的交界處等外徑變化較大的部分沒有受到局部加熱時，則在拉伸后的玻璃棒上容易殘留拉伸前的玻璃母材的形狀的影響。然而，雖然將被加熱區域變窄可以提高外徑控制性，但使玻璃軟化變形時所需的牽引力會與該軟化變形部的長度成反比例地變大。另外，在開始拉伸時，對玻璃母材進行加熱以使其軟化，由牽引輥下拉下部的虛設牽引棒并進行拉伸，但在拉伸初期，由于玻璃的溫度不能充分上升、或被加熱區域比穩態拉伸時窄等原因，如果不施加比拉伸玻璃母材的直體部分的穩態拉伸時更大的牽引力，則不能使其變成所需形狀。這種在拉伸時需要較大牽引力的情況下，有時，牽引輥與虛設牽引棒的接觸面會發生滑動，使實際的牽引速度比所設定的下拉速度慢，從而拉伸后的玻璃棒的外徑比作為目標的拉伸徑粗。當要求提高外徑控制性而使被加熱區域變窄時，這種拉伸初期的牽引輥與虛設牽引棒之間的滑動會明顯地發生。為了減少牽引力，雖然能夠將拉伸初期的溫度設定為高于穩態拉伸時的溫度(穩態溫度)，或將送料速度及牽引速度設定為比穩態拉伸時的速度(穩態速度)慢，但由于溫度的變更和送料速度的改變會使玻璃軟化部分的形狀和溫度分布發生變化，所以會造成拉伸后的玻璃棒的外徑發生改變的問題，從而無法達到提高拉伸爐的外徑控制性的目的。為了解決所述問題，本發明的目的在于提供一種玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置，以便在拉伸玻璃母材以拉伸加工為更細徑的玻璃棒時，抑制牽引輥相對于虛設牽引棒或玻璃棒的滑動，從而提高拉伸爐的外徑控制性。[解決問題的方案]
在本發明的第一實施方式中，提供一種玻璃母材的拉伸方法，使用具有加熱爐、送料機構及牽引機構的玻璃母材拉伸裝置來對棒狀的玻璃母材進行拉伸，以制造出更細徑的玻璃棒，該方法包括:由所述牽引機構的第一牽引輥對與所述玻璃母材的下端相連接的虛設牽引棒進行夾持，與所述送料機構一同將所述玻璃母材輸送至所述加熱爐；為了拉伸所述玻璃母材，在對所述虛設牽引棒進行牽引時所需的牽引力達到使所述第一牽引輥與所述虛設牽引棒之間發生滑動的負荷之前，在第一牽引輥的基礎上進一步加上由牽引機構的第二牽弓I輥來夾持并牽弓I所述虛設牽弓I棒。在本發明的第二實施方式中，提供一種玻璃母材的拉伸裝置，具有加熱爐、送料機構及牽引機構，用于拉伸棒狀的玻璃母材，以制造出更細徑的玻璃棒；所述牽引機構包括:第一牽引輥，用于夾持與所述玻璃母材的下端相連接的虛設牽引棒，與所述送料機構一同將所述玻璃母材輸送到所述加熱爐中；以及第二牽引輥，用于為了拉伸所述玻璃母材，在對所述虛設牽引棒進行牽引時所需的牽引力達到使所述第一牽引輥與所述虛設牽引棒之間發生滑動的負荷之前，在所述第一牽引輥的基礎上，進一步夾持并牽引所述虛設牽引棒。
[發明效果]根據本發明，可得到如下等優良的效果:在拉伸過程中，尤其是在需要較大牽引力的拉伸初期，能夠抑制牽引輥與虛設牽引棒之間的滑動，從而提高了拉伸爐的外徑控制性，因此能夠提高拉伸后得到的玻璃棒的外徑精度。
另外，所述發明的概要并未列舉出本發明的全部必要特征。而且，所述特征組的子組合也可構成發明。


圖1是玻璃母材的拉伸裝置的一例的概略性縱截面圖。
圖2是拉伸工序中所需的牽引力隨時間變化的曲線圖。
圖3是玻璃母材的拉伸裝置在開始拉伸前的狀態下的概略性縱截面圖。
圖4是玻璃母材的拉伸裝置在虛設牽引棒連接到玻璃母材上的狀態下的概略性截面圖。
圖5是玻璃母材的拉伸裝置在開始拉伸前的狀態下的概略性縱截面圖。
圖6是玻璃母材的拉伸裝置在玻璃母材的直體部開始落入加熱器的狀態下的概略性縱截面圖。
圖7是玻璃母材的拉伸裝置在玻璃母材12的點B到達加熱器中心的狀態下的概略性縱截面圖。
圖8是玻璃母材的拉伸裝置在第一牽引輥松開狀態下的概略性縱截面圖。
[符號說明]
I加熱器 2隔熱材 3水冷腔室 4頂部腔室 5懸掛軸6連接夾具 7送料裝置 8下部氣體密封件 9引導輥 10第一牽引輥 11第二牽引輥 12玻璃母材 13虛設懸掛棒 14虛設牽引棒 15直體部
20玻璃母材的拉伸裝置 30加熱爐 40送料機構 50牽引機構
具體實施例方式圖1是玻璃母材的拉伸裝置20的一例的概略性截面圖。在圖1中，玻璃母材12的上端具有虛設懸掛棒(dummy)13、在下端具有虛設牽引棒14。玻璃母材的拉伸裝置20具有的機構大致可以分為加熱爐30、送料機構40和牽引機構50這三個部分。加熱爐30包括:容納有加熱器I及隔熱材2的水冷腔室3、連接于其上部的頂部腔室4、及裝設于水冷腔室3下部的 下部氣體密封件8。送料機構40包括:設置于加熱爐30上部的可上下移動的送料裝置7、與送料裝置7相連接的懸掛軸5、及連接夾具6。懸掛軸5的一部分插入到頂部腔室4內。牽引機構50包括能夠對虛設牽引棒14或拉伸后的玻璃棒進行夾持、松開的引導輥9、第一牽引輥10及第二牽引輥11。引導輥9是由碳等耐熱性的輥形成，起到沿裝置的軸芯對虛設牽引棒14和玻璃棒進行引導的作用。在引導輥9的下方設置有第一牽引輥10，在第一牽引輥10的下方設置有第二牽引輥11。第一牽引輥10及第二牽引輥11由未圖示的馬達驅動，將虛設牽引棒14或玻璃棒夾持并下拉，從而將玻璃母材12拉伸成適當的徑。玻璃母材12在虛設懸掛棒13的上端經由連接夾具6及懸掛軸5而與送料裝置7相連接。在開始拉伸前，送料裝置7將玻璃母材12向下方輸送。牽引機構50的第一牽引輥10對連接于玻璃母材12的下端的虛設牽引棒14進行夾持，與送料裝置7 —同將玻璃母材12輸送到加熱器I中。在將玻璃母材12輸送到加熱器I的情況下，第二牽引輥11處于松開狀態。使送料裝置7及第一牽引輥10的速度同步，而將玻璃母材12向下方輸送到加熱器I中的預定位置。當玻璃母材12被輸送到加熱器I中的預定位置時，第一牽引輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽引棒14，以比送料裝置7的送料速度更快的速度進行下拉，從而得到比玻璃母材12的徑細的玻璃棒。玻璃母材的拉伸裝置20以得到具有所需外徑的玻璃棒為目的，預先測定玻璃母材12的形狀，并以此為基礎，在整個長度上，使用預先已確定下拉玻璃母材12的送料速度及下拉玻璃棒的牽引速度的前饋控制(feedforward control)來對玻璃母材12進行拉伸。另外，玻璃母材的拉伸裝置20也可以采用對進行細徑化的玻璃軟化部分處的外徑、和拉伸后的玻璃棒的外徑進行測定而確定送料速度及牽引速度的反饋控制，來對玻璃母材12進行拉伸。圖2是拉伸工序中所需的牽引力隨時間變化的圖表。如圖2所示，從以比送料裝置7的送料速度快的速度開始下拉虛設牽引棒14的時刻Tl開始，拉伸虛設牽引棒14所需的牽引力上升。在時刻T3，牽引力超過了滑動極限力F2，滑動極限力F2是指一個牽引輥能夠不打滑地進行牽引的極限。然后，在玻璃母材12的直體部15的下端開始落入加熱器I的時刻T4的前后，牽引力達到最大。此后，牽引力下降，在時刻T5的前后成為穩定值。從具有滑動極限力F2以上的牽引力的時刻T3開始到時刻T5期間，通過第一牽引輥10或第二牽引輥11中的任一牽引輥拉伸玻璃母材12時，在虛設牽引棒14與輥之間發生滑動。如果虛設牽引棒14與輥之間發生滑動，則牽引速度會變得比設定值慢，結果會使被拉伸的玻璃棒的徑發生改變(變粗)。另外，滑動極限力是牽引輥與虛設牽引棒14發生滑動的負荷的一例。以下，使用圖3 圖8詳細說明本實施方式中的玻璃母材的拉伸方法。圖3 圖8表示拉伸過程中的加熱爐30與玻璃母材12、第一牽引輥10、第二牽引輥11及虛設牽引棒14之間的位置關系隨時間的變化。另外，在圖中省略了設置于加熱爐30上部的頂部腔室4及送料裝置7周邊的部件。圖3是玻璃母材的拉伸裝置20在開始拉伸前的狀態下的概略性縱截面圖。如圖3所示，玻璃母材12是以其下端到達加熱器I的上下方向的中心的方式，設置在玻璃母材的拉伸裝置20中。在此狀態下，玻璃母材的拉伸裝置20使加熱器I的溫度上升到1800 2200°C的程度，以使玻璃母材12的下端軟化。另外，在玻璃母材12下端的錐體部分，將拉伸目標Sd1的點作為點A,將從玻璃母材直體部的下端起,其外徑長度為外徑Dtl的點作為點B。圖4為玻璃 母材的拉伸裝置20在虛設牽引棒14連接到玻璃母材12上的狀態下的概略性截面圖。如圖4所示，引導輥9及第一牽引輥10夾持石英玻璃制的虛設牽引棒14，通過驅動第一牽引輥10而使虛設牽引棒14上升，并將虛設牽引棒14焊接于玻璃母材12的下端。從玻璃母材12的下端到虛設牽引棒14的下端的距離L3設定為，比從加熱器I的中心到第一牽引輥10的中心的距離L4長。當驅動第一牽引輥10而使虛設牽引棒14上升時，由于距離L3比距離L4長，因此使虛設牽引棒14的上端與玻璃母材12的下端相接觸。在虛設牽引棒14的上端與玻璃母材12的下端相接觸的狀態下，當由加熱器I加熱時虛設牽引棒14會與玻璃母材12焊接在一起。另外，也可以將焊接虛設牽引棒14的工序預先在其他裝置中實施，從而能夠減少連接虛設牽引棒14時所需的時間。焊接完虛設牽引棒14后，一邊使玻璃母材12下降，一邊驅動第一牽引輥10而牽引虛設牽引棒14，從而對玻璃母材12進行拉伸。圖5是玻璃母材的拉伸裝置20在開始拉伸前的狀態下的概略性縱截面圖。如圖5所示，從玻璃母材12的點A到達加熱器I的中心附近的時刻Tl開始，第一牽引輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽引棒14而開始牽引玻璃母材12。這樣一來，虛設牽引棒14的牽引速度V1與玻璃母材12的送料速度Vtl的比值(V1ZiVci)變大，同時，牽引力也在迅速變大。從玻璃母材12的點A到虛設牽引棒14的下端的距離L1設定為，比從加熱器I的中心到第二牽引輥11的中心的距離L2長。由于距離L1比距離L2更長，因此，從時刻Tl的時間點開始，能夠通過兩個第一牽引輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽引棒14而進行牽引。點A到達加熱器I的中心附近的位置是所述預定位置的一例。圖6是玻璃母材的拉伸裝置20在玻璃母材12的直體部15開始落入加熱器的狀態下的概略性縱截面圖。在玻璃母材12的直體部15開始落入加熱器I的時刻T4的前后，牽引力達到最大。圖7是玻璃母材的拉伸裝置在玻璃母材12的點B到達加熱器中心的狀態下的概略性縱截面圖。在時刻T5，當玻璃母材12的點B到達加熱器I的中心時，牽引力大致下降到穩定值。此時，如圖2所示，牽引力在滑動極限力F2以下。圖8是玻璃母材的拉伸裝置20在第一牽引輥10松開狀態下的概略性縱截面圖。在比圖7進一步將玻璃母材12向下方輸送的圖8所示的玻璃母材12的位置處，第一牽引輥10松開虛設牽引棒14。由于牽引力低于一個輥的滑動極限力F2，因此，即使松開第一牽引輥10，也不會在虛設牽引棒14與第二牽引輥11之間發生滑動。根據圖3 圖8所示的實施方式，在點A到達加熱器I的中心附近的時間點，通過將從玻璃母材12的點A到虛設牽引棒14下端的距離L1設置為比從加熱器I的中心到第二牽引輥11的中心的距離L2長，從而從時刻Tl開始，第一牽引輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽引棒14而對玻璃母材12進行拉伸 。其結果是，在T3至T5期間，能夠由第一牽引輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽引棒14。由此，對虛設牽引棒14施加了相當于僅驅動第一牽引輥10時的兩倍的力，因此能夠在不使虛設牽引棒14與第一牽引輥10和第二牽引輥11之間發生滑動的情況下拉伸玻璃母材12，抑制被拉伸的玻璃棒的徑發生改變。由兩個輥第一牽弓丨輥10及第二牽引輥11夾持虛設牽弓丨棒14而進行拉伸，從而使玻璃母材的拉伸裝置20能夠利用現有氣缸及現有輥軸，且能夠不損及虛設牽引棒14的情況下抑制徑發生改變，同時能將玻璃母材12拉伸成適當的徑。雖然在所述實施方式中表示了從預定位置及與其相應的時刻Tl開始，由第一牽引輥10及第二牽引輥11對虛設牽引棒14進行牽引的結構，但也可并不從時刻Tl開始由第一牽引輥10及第二牽引輥11對虛設牽引棒14進行牽引。對于預定位置及與其相應的時刻的另一示例進行說明。在玻璃母材的拉伸裝置20中，將相對于F2而包含裕度(margin)的Fl作為牽引力發生的時刻設為T2。從時刻Tl到時刻T2，在松開第二牽引輥11的狀態下，由第一牽引輥10對虛設牽引棒14進行牽引。玻璃母材的拉伸裝置20在時刻T2，不僅使第一牽引輥10閉合，而且使第二牽引輥11閉合，從而夾持虛設牽引棒14。虛設牽引棒14的長度設定為在T2的時間點能夠由第二牽引輥11進行夾持的足夠的長度。另外，可以利用玻璃母材的拉伸裝置20且通過實驗或解析而得到一個牽引輥的滑動極限力F2、包含裕度的F1、開始由兩個牽引輥進行夾持的時刻T2、及虛設牽引棒14的長度。在達到T3之前的T2的時間點，由兩個第一牽引輥10及第二牽引輥11進行夾持而拉伸，由此，能夠抑制虛設牽引棒14與輥之間的滑動，從而能夠抑制徑發生改變。另外，由兩個第一牽引輥10及第二牽引輥11對虛設牽引棒14進行夾持和拉伸的動作，可設置在達到T3之前的任一時刻，也可在Tl之前。實施例實施例1
準備10根直體部15的徑為Dtl=ISOmm的玻璃母材12，在拉伸SD1=UOmnu從點A到虛設牽引棒14下端的距離Ι^=1350πιπι、從加熱器I的中心到第二牽引棍的中心的距離L2=1200mm的條件下進行拉伸。如圖4所示，在玻璃母材12的點A到達加熱器I的中心的時間點，由第一牽引輥10和第二牽引輥11雙方夾持虛設牽引棒14，如圖7所示，在玻璃母材的點B已經過加熱器中心的時間點松開第一牽引輥10，僅由第二牽引輥11進行夾持并拉伸。結果，在拉伸過程中，第一牽引輥10及第二牽引輥11與虛設牽引棒14之間未滑動，并且也沒有看到隨之產生的外徑改變。比較例1: 準備10根直體部15的徑Dtl=ISOmm的玻璃母材12，以拉伸徑D1=UOmnu從點A到虛設牽引棒下端的距離L1=I 100mm、從加熱器I的中心至第二牽引棍11的中心的距離L2=1200mm的條件下進行拉伸。與圖4所示狀態不同的是，在玻璃母材的點A到達加熱器I的中心的時間點，虛設牽引棒14的下端尚未到達第二牽引輥11，無法使用第一牽引輥10和第二牽引輥11雙方夾持并牽引虛設牽引棒14，在拉伸過程中，第一牽引輥10與虛設牽引棒14之間發生了滑動，由此,在10根玻璃母材中的8根的外徑都發生了 +2mm +9mm的改變。
權利要求
1.一種玻璃母材的拉伸方法，使用具有加熱爐、送料機構及牽引機構的玻璃母材拉伸裝置來對棒狀的玻璃母材進行拉伸，以制造出更細徑的玻璃棒，該方法包括: 由所述牽引機構的第一牽引輥對與所述玻璃母材的下端相連接的虛設牽引棒進行夾持，與所述送料機構一同將所述玻璃母材輸送至所述加熱爐； 為了拉伸所述玻璃母材，在牽引所述虛設牽引棒所需的牽引力達到使所述第一牽引輥與所述虛設牽引棒之間發生滑動的負荷之前，在所述第一牽引輥的基礎上進一步加上所述牽引機構的第二牽引輥來夾持并牽引所述虛設牽引棒。
2.根據權利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在將所述玻璃母材輸送到所述加熱爐中時，在所述第二牽引輥松開的狀態下，使所述送料機構與所述第一牽引輥的速度同步，而將所述玻璃母材向下方輸送到所述加熱爐中的預定位置； 在對所述虛設牽弓I棒進行牽弓I時，一面由所述送料機構將所述玻璃母材從所述預定位置進一步向下方輸送，一面由所述第一牽弓I輥及所述第二牽弓I輥以比所述送料機構將所述玻璃母材向下方輸送的速度更快的速度來牽弓丨所述虛設牽引棒。
3.根據權利要求2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述預定位置是所述玻璃母材的下端錐體部分中目標拉伸徑為D1處的點A比加熱爐內的加熱器中心更靠近下方的位置。
4.根據權利要求3所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，所述第二牽引輥預先配置為比所述第一牽引輥更靠近下方； 從所述點A到虛設牽引棒前端的長度L1比從加熱爐內的加熱器中心到所述第二牽引輥的中心的距離L2長。
5.根據權利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在將所述玻璃母材輸送到所述加熱爐中之后，在所述第二牽 引輥松開的狀態下，一面由所述送料機構將所述玻璃母材向下方輸送到所述加熱爐中的預定位置，一面由所述第一牽引輥以比所述送料機構將所述玻璃母材向下方輸送的速度更快的速度來牽引所述虛設牽引棒； 一面由所述送料機構將所述玻璃母材從所述預定位置進一步向下方輸送，一面由所述第一牽引輥及所述第二牽引輥以比所述送料機構將所述玻璃母材向下方輸送的速度更快的速度來牽引所述虛設牽引棒。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，當所述牽引力變得小于所述負荷之后，松開所述第一牽引輥或第二牽引輥中的任一牽引輥。
7.一種玻璃母材的拉伸裝置，具有加熱爐、送料機構及牽引機構，用于拉伸棒狀的玻璃母材，以制造出更細徑的玻璃棒； 所述牽引機構包括: 第一牽引輥，用于夾持與所述玻璃母材的下端相連接的虛設牽引棒，與所述送料機構一同將所述玻璃母材輸送到所述加熱爐中；以及 第二牽引輥，用于為了拉伸所述玻璃母材，在牽引所述虛設牽引棒所需的牽引力達到使所述第一牽引輥與所述虛設牽引棒之間發生滑動的負荷之前，在所述第一牽引輥的基礎上，進一步夾持并牽引所述虛設牽引棒。
全文摘要
本發明提供一種玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置，該玻璃母材的拉伸方法，使用具有加熱爐、送料機構及牽引機構的玻璃母材拉伸裝置來對棒狀的玻璃母材進行拉伸，以制造出更細徑的玻璃棒，該方法包括由牽引機構的第一牽引輥對與玻璃母材的下端相連接的虛設牽引棒進行夾持，與送料機構一同將玻璃母材輸送至加熱爐；為了拉伸玻璃母材，在對虛設牽引棒進行牽引時所需的牽引力達到使第一牽引輥與虛設牽引棒之間發生滑動的負荷之前，在第一牽引輥的基礎上進一步加上牽引機構的第二牽引輥來夾持并牽引虛設牽引棒。本發明在拉伸玻璃母材以拉伸加工成更細徑的玻璃棒時，能夠抑制牽引輥相對于牽引偽棒或玻璃棒的滑動，從而提高拉伸爐的外徑控制性。
文檔編號C03B23/047GK103214166SQ201310016440
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月16日 優先權日2012年1月19日
發明者乙坂哲也 申請人:信越化學工業株式會社