專利名稱：拉伸玻璃預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖用玻璃預(yù)制棒的拉伸方法。
作為將光纖用玻璃預(yù)制棒拉伸至預(yù)定外徑的方法，傳統(tǒng)上已知的例如有包括如下步驟的方法用電阻加熱爐一類加熱器或類似裝置，從玻璃預(yù)制棒的一端開始，陸續(xù)地加熱和軟化此預(yù)制棒；對(duì)此預(yù)制棒施加拉伸應(yīng)力或類似作用力；用不接觸式外徑測量裝置測量玻璃預(yù)制棒此時(shí)所收縮的部分的外徑；同時(shí)控制上、下夾具的運(yùn)動(dòng)速度，以給玻璃預(yù)制棒施加這樣的拉伸應(yīng)力，使上述測量值與作為目標(biāo)值的控制外徑須一致。這種控制方法例如已公開于日本專利申請(qǐng)(公開)4-83726號(hào)與56-45843號(hào)中。
在上述的傳統(tǒng)拉伸方法中，為使獲得的拉長體的外徑減至所需的值，在部分玻璃預(yù)制棒中，用外徑測量裝置測量在施加拉伸應(yīng)力狀態(tài)下通過加熱而變形成錐形的軟化部分的外徑。為使測出的外徑值與業(yè)已設(shè)定的控制外徑值相符，對(duì)用來將玻璃預(yù)制棒送入加熱爐的上夾具的運(yùn)動(dòng)速度和用來將玻璃預(yù)制棒從加熱爐拉出的下夾具的運(yùn)動(dòng)速度均進(jìn)行了控制(由于給玻璃預(yù)制棒施加有預(yù)定的拉伸應(yīng)力，下夾具的運(yùn)動(dòng)速度比上夾具的運(yùn)動(dòng)速度快)。
這樣制得的拉長體的中間部分的外徑(以后稱為“最終外徑”)值略小于控制外徑的值，同時(shí)，當(dāng)除兩端外具有穩(wěn)定外徑的玻璃預(yù)制棒的中間部分(穩(wěn)定部)經(jīng)拉伸時(shí)，此控制外徑的設(shè)定值與最終外徑的差則是恒定的、不變的。因此，當(dāng)把考慮到左測量處的外徑到最終外徑之間含有減小的直徑值設(shè)定為控制外徑值，同時(shí)以反饋方式控制上-下夾具的運(yùn)動(dòng)速度中的至少一個(gè)之時(shí)，就能把玻璃預(yù)制棒拉伸到能獲得所需的最終外徑。
但是，玻璃預(yù)制棒的兩端最后則加工成外徑有了很大變化的錐形。這樣，當(dāng)把拉伸應(yīng)力加到玻璃預(yù)制棒上來使控制外徑的設(shè)定值與用來拉伸玻璃預(yù)制棒的中間部分(穩(wěn)定部)的外徑值相一致時(shí)，在這兩端附近未必能得到恒定的最終外徑。確切地說，與制得的拉長體兩端附近部分不同的穩(wěn)定部雖然具有能產(chǎn)生所需直徑減小的恒定直徑，但在兩端附近的錐形部則會(huì)有較大的直徑(參看

圖10A與10B)。特別是如圖10B所示，當(dāng)與玻璃預(yù)制棒拉伸開始端一側(cè)的端部相應(yīng)的制得的拉長體的端部變粗時(shí)，從此制得的拉長體這一粗端接續(xù)下去的部分則對(duì)這種狀態(tài)作出反應(yīng)而變細(xì)。
本發(fā)明的目的之一即在于提供這樣的方法，能將光纖用玻璃預(yù)制棒精確地拉伸具有所需外徑的拉長體。
在本發(fā)明的拉伸方法中，如圖1所示，是將玻璃預(yù)制棒1沿其縱向拉伸來形成具有所需外徑的拉長體100，此預(yù)制棒的穩(wěn)定部10的第一端與第二端(圖中分別以箭頭P1與P2表示)分別有第一與第二錐形部11a與11b。玻璃預(yù)制棒1內(nèi)有一個(gè)區(qū)域(以后稱作為“芯子區(qū)”)10a，它將成為光纖的芯子并依縱向拉伸，同時(shí)在第一與第二錐形部11a與11b上分別裝有操縱桿(dummy rods)12a與12b，便于處理這兩個(gè)錐形部。另一方面，在拉長體100中，它的兩個(gè)端部(圖中以箭頭P11與P12標(biāo)明的部分，分別對(duì)應(yīng)于玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的端部P1與P2)各有其錐形部111a與111b(分別對(duì)應(yīng)于玻璃預(yù)制棒1的第一與第二錐形部11a與11b)。
具體地說，本發(fā)明的拉伸方法是用圖2所示的拉伸設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在這種拉伸方法中，首先用上夾具13夾持玻璃預(yù)制棒1的操縱桿12b同時(shí)用下夾具14夾持操縱桿12a。這樣就把玻璃預(yù)制棒1定位于圖2的拉伸設(shè)備上。上夾具13將玻璃預(yù)制棒1沿圖中箭頭S1的示向，依預(yù)定速度(第一速度)送入例如電阻加熱爐或類似裝置的加熱器9內(nèi)。于是，玻璃預(yù)制棒1在其位于加熱器9中的部分(加熱部)相續(xù)地從第一錐形部11a朝向第二錐形部11b被加熱，由此就使得包括此加熱部在內(nèi)的預(yù)定部分(軟化部200)軟化(加熱過程)。另一方面，下夾具14沿著上夾具13的運(yùn)動(dòng)方向(沿著與箭頭S1示向一致的為箭頭S2所示的方向)，以比上夾具13快的速度運(yùn)動(dòng)，在此給玻璃預(yù)制棒1施加拉伸應(yīng)力，此玻璃預(yù)制棒的預(yù)定部分由于上夾具13的協(xié)同工作已軟化(拉伸過程)。由此，玻璃預(yù)制棒1即成為已由上夾具13的運(yùn)動(dòng)距離同下夾具13的運(yùn)動(dòng)距離之間的差所拉伸的拉長體。拉長體100的外徑受到控制器7的控制，控制器7借助外徑測量裝置6測出玻璃預(yù)制棒1軟化部200中預(yù)定位置15的外徑，以反饋方式控制上、下夾具13與14中的至少一個(gè)的運(yùn)動(dòng)速度，以使這樣獲得的測量值與預(yù)置的控制外徑設(shè)定值一致(控制過程)。
具體地說，本發(fā)明的拉伸方法的特征在于，上述控制外徑的設(shè)定值至少要在下述這段時(shí)間內(nèi)變化，即從玻璃預(yù)制棒1穩(wěn)定部10的第二端P2與加熱器9的開口位置(圖中以Q標(biāo)出的位置)間的距離已變至預(yù)定值的時(shí)刻起，直到拉伸作業(yè)(包括拉伸過程)結(jié)束時(shí)刻止的這段時(shí)間。在此，控制外徑的設(shè)定值可以響應(yīng)玻璃預(yù)制棒1送入加熱器9的運(yùn)動(dòng)距離，以分步方式減小或連續(xù)地改變。
圖2中的設(shè)備還通過利用上、下夾具13與14的速度差(移動(dòng)距離的差)，將所需的拉伸應(yīng)力加到此預(yù)制棒1上，由此來調(diào)節(jié)制得的拉長體100的外徑。因此，在改變控制外徑的設(shè)定值時(shí)，可由將上、下夾具13與14中至少一個(gè)的運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)成使得測量值與設(shè)定值一致，來控制拉長體100的外徑。特別是，這種速度控制包括從一預(yù)定時(shí)刻至拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，來停止用于將預(yù)制棒1送入加熱爐9內(nèi)的上夾具13工作的作業(yè)。在圖2所示的拉伸設(shè)備中，當(dāng)把前述控制外徑的設(shè)定值設(shè)到零時(shí)，便可使夾具停動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的拉伸方法中，前述控制外徑的設(shè)定值不僅可以在包括例如上述的拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻在內(nèi)的預(yù)定時(shí)期內(nèi)改變，而且還可以在從拉伸作業(yè)開始時(shí)刻起的預(yù)定時(shí)期內(nèi)改變。具體地說，上述控制外徑設(shè)定值是在拉伸作業(yè)開始的時(shí)刻起，至預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的第一端P1與加熱器9的開口位置Q間的距離業(yè)已變至預(yù)定值的時(shí)刻止，這段時(shí)間內(nèi)改變。
此控制外徑設(shè)定值可以響應(yīng)送入加熱器9內(nèi)的預(yù)制棒1的移動(dòng)量，依分步方式或連續(xù)方式增加。
在這份說明書中，“拉伸作業(yè)開始時(shí)刻”是指至少是用來將拉伸應(yīng)力施加給預(yù)制棒1的下夾具14開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，而“拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻”舊指下夾具14停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻。
本發(fā)明可從下面所作的詳細(xì)說明及所附的圖中獲得更全面的理解，這里的說明與附圖只是用作解釋目的，不應(yīng)視之為對(duì)本發(fā)明的限制。
根據(jù)下面的詳細(xì)描述當(dāng)可認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的更廣的適用范圍。但應(yīng)知這種詳細(xì)描述和特定例子雖然表明了本發(fā)明的最佳實(shí)施形式，但也只是供說明性用的，這是因?yàn)閮?nèi)行的人是可以從這樣的詳細(xì)說明中了解到在本發(fā)明的精神與管轄范圍內(nèi)的種種變動(dòng)與更改形式的。
圖1示意地表明供拉伸用的玻璃預(yù)制棒的各個(gè)部分及它在拉伸作業(yè)后獲得的拉長體中的對(duì)應(yīng)部分；圖2示意地表明用來實(shí)施本發(fā)明的拉伸方法的設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖3A至3C示意地說明玻璃預(yù)制棒從拉伸作業(yè)開始至此作業(yè)終止時(shí)是如何變化的；圖4A與4B說明圖3C所示玻璃預(yù)制棒與加熱器之間位置關(guān)系；圖5是用來說明直到拉伸作業(yè)終止的預(yù)定時(shí)間內(nèi)有關(guān)端部的拉伸作業(yè)的流程圖；圖6是曲線圖，說明在圖5流程圖所示端部拉伸作業(yè)中，控制外徑設(shè)定值關(guān)于上夾具運(yùn)動(dòng)距離的變化；圖7示意地表明據(jù)本發(fā)明的拉伸法制得的拉長體的外觀；圖8是流程圖，說明從拉伸作業(yè)開始后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)的端部拉伸作業(yè)；圖9是曲線圖，說明在圖8流程圖所示端部拉伸作業(yè)中，上、下夾具的速度變化對(duì)于玻璃預(yù)制棒位置的關(guān)系；而圖10A與10B表明未執(zhí)行本發(fā)明的拉伸方法時(shí)，拉長體各個(gè)端部的外部情形。
下面參看圖1至圖9說明本發(fā)明的拉伸方法的最佳實(shí)施例。
圖1中，待拉伸的玻璃預(yù)制棒1的中部呈圓柱形。玻璃預(yù)制棒1拉伸開始端一側(cè)的端部(第一錐形部)11a與拉伸終止端一側(cè)的端部(第二錐形部)11b部加工成錐形。在此第一與第二錐形部11a與11b的頂端還分別裝附有操縱桿12a與12b，便于對(duì)這兩個(gè)錐形部進(jìn)行處理。
圖2示意地表明了用來實(shí)施本發(fā)明的拉伸法的設(shè)備的結(jié)構(gòu)，示出了拉伸上述玻璃預(yù)制棒1的過程狀態(tài)。圖2中，標(biāo)號(hào)9指豎式加熱爐(包括在一電阻加熱爐中)。標(biāo)號(hào)200指玻璃預(yù)制棒1在拉伸期間的軟化部(在施加有拉伸應(yīng)力狀態(tài)下通過加熱變形成錐狀的部分)，以陰影線表示。確切地說，上述部分指這樣一個(gè)錐形，它從一個(gè)對(duì)應(yīng)于豎式加熱爐9的上端的位置開始，通過加熱部3和外徑測量部15，到達(dá)拉長體100的穩(wěn)定部110的端部。此加熱部3是玻璃預(yù)制棒1在拉伸作業(yè)中由豎式加熱爐9所加熱的部分，指的是熱軟化部200停留于豎式加熱爐9中的部分。標(biāo)號(hào)210指加熱部3的外周邊部(以后稱作“加熱中央部”)，對(duì)應(yīng)于豎式加熱爐9縱向上的中央位置。一般地說，加熱中央部210與其它部分相比具有最高的溫度和最低的粘度，因而是對(duì)上夾具13的速度(依玻璃預(yù)制棒1的厚度等因素而確定)和拉伸應(yīng)力最敏感的部分。
標(biāo)號(hào)6指外徑測量裝置，它輻射一激光束，在不接觸方式下測量軟化部200的預(yù)定部分15處的外徑。至于待測量的部分15，指的是通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)試探所選定的一個(gè)最佳位置，它沿前進(jìn)方向(箭頭S1與S2的示向)與軟化部200的端部(對(duì)應(yīng)于加熱爐9的開口位置)分開一預(yù)定距離。對(duì)測量部分15的外徑與控制外徑的設(shè)定值相互比較，來調(diào)節(jié)施加到玻璃預(yù)制棒1上的拉伸應(yīng)力。
標(biāo)號(hào)14指下夾具，用來夾定設(shè)在待拉伸的玻璃預(yù)制棒1拉伸起始端處的操縱桿12a；標(biāo)號(hào)13指上夾具，用來夾定設(shè)在此玻璃預(yù)制棒1拉伸終止端處的操縱桿12b。標(biāo)號(hào)8指用來依箭頭S2示向的預(yù)定速度帶動(dòng)下夾具14的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，而標(biāo)號(hào)5指依箭頭S1示向以預(yù)定速度(低于下夾具14的速度)驅(qū)動(dòng)上夾具13的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，通過這兩個(gè)馬達(dá)的協(xié)同工作，使玻璃預(yù)制棒1拉伸。
圖2中的設(shè)備利用上、下夾具13與14的速度差給玻璃預(yù)制棒1施加拉伸應(yīng)力。具體地說上、下夾具13與14這兩者每單位時(shí)間移動(dòng)距離的差即相當(dāng)于每單位時(shí)間的拉伸長度。為此，可通過比較軟化部200測量部15處的外徑測量值與控制外徑的設(shè)定值，來控制上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度?？刂品绞饺缦庐?dāng)測量值大于已預(yù)置的控制外徑設(shè)定值時(shí)，即加大上、下夾具13與14之間的速度差；當(dāng)測量值小于此控制外徑設(shè)定值時(shí)，即減小此速度差。下夾具14的拉引操作主要起到拉伸玻璃預(yù)件1的作用。此外，上夾具13的輸送作業(yè)起到控制玻璃預(yù)制1的運(yùn)動(dòng)速度與移動(dòng)距離的作用。在此，是對(duì)上、下夾具13與14進(jìn)行速度控制的考慮因外徑變化引起的熱容變化，玻璃預(yù)制棒1的外徑(特別是穩(wěn)定部分10的外徑)越小，上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度也越快；玻璃預(yù)制棒1的外徑越大，則上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度也越慢。
標(biāo)號(hào)7指獨(dú)立地調(diào)節(jié)上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度與移動(dòng)距離的控制器，此控制器將外徑測量裝置6測得的測量部分15處的外徑值與預(yù)置的控制外徑值相比較，以確定下夾具14和/或上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度，由此來驅(qū)動(dòng)前述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8與5。
下面參看圖3A至3C來說明在圖2的拉伸設(shè)備中對(duì)玻璃預(yù)制棒1進(jìn)行的拉伸操作。注意，如先前所述，圖3A至3C是依時(shí)間順序來說明本發(fā)明的拉伸方法的。
將事先已確定了形狀與尺寸的玻璃預(yù)制棒1設(shè)定到此拉伸設(shè)備上，使操縱桿12a與12b分別由通過加熱爐9的下夾具14以及由上夾具13所夾定(參看圖3A)。一般情形下，玻璃預(yù)制棒1設(shè)定成使其穩(wěn)定部10的下端(由箭頭P1標(biāo)明的部分)位于加熱爐9的開口位置Q的上方(A＞0mm)。當(dāng)玻璃預(yù)制棒1的第一錐形部11a在縱向上相對(duì)于加熱爐9的尺寸調(diào)節(jié)得短時(shí)，玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10的下端P1即位于加熱爐9之中。但是，穩(wěn)定部10的下端P1與加熱爐9的開口位置Q之間的間隔A通常設(shè)定在0mm至100mm的范圍內(nèi)。
玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部分10的拉伸從圖3B所示的狀態(tài)相繼地進(jìn)行到圖3C所示的狀態(tài)。這就是說，圖3B表明的是上夾具13從一設(shè)定位置(對(duì)應(yīng)于圖4由虛線標(biāo)明的位置130)移動(dòng)了X1，而下夾具14從一設(shè)定位置(對(duì)應(yīng)于圖中以虛線標(biāo)明的位置140)移動(dòng)了X2時(shí)的狀態(tài)(玻璃預(yù)制棒1拉伸了(X2-X1)時(shí)的狀態(tài))。另一方面，圖3C表明的是上夾具13從一設(shè)定位置(對(duì)應(yīng)于圖中以虛線標(biāo)明的位置130)移動(dòng)了X10，而下夾具14從一設(shè)定位置(對(duì)應(yīng)于圖中以虛線標(biāo)明的位置140)移動(dòng)了X20時(shí)的狀態(tài)(玻璃預(yù)制棒1拉伸了(X20-X10)時(shí)的狀態(tài))。
這樣，當(dāng)玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10被拉伸時(shí)，它的外徑恒定，因此，最終的外徑(拉長體100的穩(wěn)定部110的外徑)是以基本上恒定的值相對(duì)于軟化部200的外徑來減小的。于是，控制器7通過比較由外徑測量裝置6獲得的測量部分15的外徑值與控制外徑的設(shè)定值，來控制加到玻璃預(yù)制棒1上的拉伸應(yīng)力，以使此測量值與設(shè)定值一致。更具體地說，在圖2的拉伸設(shè)備中，當(dāng)在上、下夾具13與14兩者的移動(dòng)距離之間提供有預(yù)定的差值時(shí)(使下夾具14的每單位時(shí)間移動(dòng)距離大于上夾具13的每單位時(shí)間移動(dòng)距離)，即有拉伸應(yīng)力施加于玻璃預(yù)制棒1。因此，當(dāng)調(diào)節(jié)上夾具13和/或下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度，玻璃預(yù)制棒1每單位時(shí)間的拉伸長度就會(huì)改變。于是可以控制制得的拉長體100的最終外徑。
其次參考圖5的流程圖說明如圖3C所示的在下述時(shí)間內(nèi)的端部拉伸作業(yè)，這段時(shí)間是從玻璃預(yù)制棒1的上端(圖中以箭頭P2指明的部分)與加熱爐9的開口位置Q之間的間隔B變至一預(yù)定值的時(shí)刻起，直到此拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻止。在下面的說明中，當(dāng)間隔為負(fù)數(shù)時(shí)，它表示的是玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2不在加熱爐9內(nèi)，而如圖4A所示的情形。另一方面，當(dāng)間隔B是正數(shù)時(shí)，它表示的是玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2在加熱爐9內(nèi)而如圖4B所示情形。
在穩(wěn)定態(tài)(進(jìn)行了圖3B所示玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10拉伸作業(yè)時(shí)的狀態(tài))情形，控制器7控制著驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5與8，使由外徑測量裝置6所獲得的測量值與控制外徑的設(shè)定值一致(上、下夾具13與14的速度控制)。另一方面，由于設(shè)定于圖2拉伸設(shè)備上的玻璃預(yù)制棒1的形狀與尺寸已事先確定，控制器7便可根據(jù)與玻璃預(yù)制棒1有關(guān)的信息以及上夾具13的移動(dòng)距離，來監(jiān)控直到拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻的在加熱爐9的開口位置Q與玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2之間的間隔B(步驟ST1、ST2)。
然后，當(dāng)上述間隔B不小于一預(yù)定值“a”時(shí)，在控制器7中進(jìn)行的控制作業(yè)便從穩(wěn)定部拉伸作業(yè)變換到端部拉伸作業(yè)，以改變穩(wěn)定態(tài)下控制外徑的設(shè)定值。在端部拉伸作業(yè)中，控制外徑的設(shè)定值改變，直至上述間隔B滿足預(yù)定條件(B≥β)。
在從穩(wěn)定態(tài)變換到端部拉伸作業(yè)時(shí)，上述設(shè)定值減小一預(yù)定值(步驟ST6)，同時(shí)將間隔B與上述條件比較，以判定間隔B是否滿足上述條件(步驟ST7)。要是上述條件未被滿足，控制器7便逐步來計(jì)算間隔B(步驟ST3)，同時(shí)去判定它是否不低于值αi(i＝1，2，3…；α1≤α2≤α3≤…)，以確定改變或不改變上述設(shè)定值的時(shí)間(步驟ST4)。此后，控制器7通過變量i的增加來重復(fù)設(shè)置值的值改變操作，直到上述條件滿足。在本說明書中，“拉伸作業(yè)結(jié)束時(shí)刻”指的是至少是下夾具14停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻。
實(shí)施例1作為具體的拉伸作業(yè)，下面說明實(shí)施例1，其中將直徑(穩(wěn)定部分10的直徑)為70mm的玻璃預(yù)制棒1拉伸成直徑(穩(wěn)定部分110的直徑)為40mm的拉長體100。
制備成的玻璃預(yù)制棒1包括有外徑為70mm而長度為500mm的圓柱形玻璃體(穩(wěn)定部分10)和各具有高度(對(duì)應(yīng)于制備成的玻璃預(yù)制棒1縱向上的一個(gè)長度)100mm的兩個(gè)錐形玻璃部(錐形部11a、11b)，這兩個(gè)錐形玻璃部分別附屬于此圓柱形玻璃體的兩端。另外，在錐形部11a與11b的端部分別熔接直到徑為30mm的操縱桿12a與12b。
這里，在穩(wěn)定態(tài)(圖3B所示玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10拉伸期間內(nèi)的狀態(tài))下的拉伸條件是上、下夾具13與14的設(shè)定速度分別是10.0mm/min與30.6mm/min；控制外徑的設(shè)定值DX是44.0mm。
在拉伸作業(yè)中，在將如上所述的上、下夾具13與14的速度比首先保持為1.0∶3.06的同時(shí)，需經(jīng)10分鐘始將此上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度提高到上述設(shè)定速度(圖3B所示的穩(wěn)定態(tài))。然后進(jìn)行反饋控制(外徑控制)，即在下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度保持恒定的狀態(tài)下通過改變上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度來消除軟化部200中測量部分15處的外徑變化，使制備成的玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10拉伸。在此，控制器7執(zhí)行上述的外徑控制(穩(wěn)定部的拉伸作業(yè))，同時(shí)根據(jù)所測定的有關(guān)玻璃預(yù)制棒的信息以及上夾具13的移動(dòng)距離，計(jì)算穩(wěn)定部10的上端P2與加熱爐9的開口位置Q之間的間隔B，以使此穩(wěn)定部的拉伸作業(yè)變換為端部拉伸作業(yè)。
在實(shí)施例1的端部拉伸作業(yè)中，當(dāng)間隔B為0mm時(shí)，在穩(wěn)定態(tài)下的控制外徑的設(shè)定值DX下降了0.5mm(設(shè)定值43.5mm)；而當(dāng)間隔B為+20mm時(shí)，此設(shè)定值下降0.5mm(設(shè)定值43.0mm)。然后，當(dāng)上述間隔B為+20mm時(shí)，上夾具13停止運(yùn)動(dòng)。只是下夾具14再在上述設(shè)定速度下移過500mm，然后結(jié)束拉伸作業(yè)。這里的“拉伸作業(yè)結(jié)束的時(shí)刻”指至少是下夾具14停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻。此外，上夾具13是在實(shí)施例1中的拉伸作業(yè)結(jié)束之前就停止運(yùn)動(dòng)。這是在上述控制外徑的設(shè)定值設(shè)定為0mm時(shí)進(jìn)行的。
作為上述實(shí)施例1的結(jié)果，制得的拉長體100的端部的外觀如圖7所示。從該圖可以看到，外徑是從穩(wěn)定部100平滑地減小到錐形部111b，由此而獲得具有精度40mm±1.0mm均勻外徑的已拉伸的玻璃預(yù)制棒(拉長體100)。
實(shí)施例2在下面描述的實(shí)施例2中，把直徑(穩(wěn)定部10的直徑)為130mm的玻璃預(yù)制棒1拉伸至直徑(穩(wěn)定部分110)的直徑為70mm的拉長體100。
制備好的玻璃預(yù)制棒1包括有外徑為130mm而長度為500mm的圓柱形玻璃體(穩(wěn)定部分10)以及兩個(gè)各有200mm高度的錐形玻璃部(錐形部11a、11b)。這兩個(gè)錐形部11a與11b分別附在圓柱形玻璃體的兩端。此外，在錐形部11a與11b的端部則分別熔接有外徑為30mm的操縱桿12a與12b。
這里，在穩(wěn)定態(tài)下的拉伸條件如下上、下夾具13與14的速度分別設(shè)定為10.0mm/min與34.5mm/min；控制外徑的設(shè)定值Dx為78.0mm。
在此拉伸作業(yè)中，在將上述的上、下夾具13與14的速度比首先保持為1.0∶3.45的同時(shí)，將此上下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度提高到前述設(shè)定速度的時(shí)間需用10分鐘(圖3B所示的穩(wěn)定態(tài))。然后，進(jìn)行反饋控制(穩(wěn)定部分的拉伸作業(yè))，即在下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度保持不變的狀態(tài)下，通過改變上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度來在軟化部200的測量部分15處消除外徑的變化，于此同時(shí)，將制備好的玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10被拉伸。
在實(shí)施例2的端部拉伸作業(yè)中，當(dāng)控制器7中計(jì)算出的間隔B為-30mm時(shí)，控制外徑的設(shè)定值減少0.5mm(設(shè)定值77.5mm)；此設(shè)定值在上夾具13每行進(jìn)10mm(上述間隔B每增加10mm)時(shí)，減少0.5mm。最后，當(dāng)間隔B調(diào)節(jié)至72.0mm時(shí)，便完成了拉伸作業(yè)。注意上夾具13在此實(shí)施例2中一直到拉伸作業(yè)終止之前是不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)的。
當(dāng)所述間隔B的值在-50mm至+50mm范圍內(nèi)時(shí)，起動(dòng)上述端部拉伸作業(yè)都是合適的。此外，最好使上述控制外徑的設(shè)定值最終調(diào)節(jié)到小于穩(wěn)定態(tài)下的設(shè)定值Dx且使這兩個(gè)值之間的差≥2mm。在此端部拉伸作業(yè)中，上夾具13可以在間隔B的-10mm至+120mm范圍內(nèi)的任何時(shí)刻停止運(yùn)動(dòng)。因此，能提供控制外徑設(shè)定值的范圍是圖6中斜線標(biāo)明的區(qū)域。
下面用圖8的流程圖說明從拉伸作業(yè)起始至一預(yù)定時(shí)刻的一般時(shí)間內(nèi)的端部拉伸作業(yè)。
首先將玻璃預(yù)制棒1設(shè)在一初始預(yù)制棒位置γ1處，它對(duì)應(yīng)一個(gè)初始間隔，該間隔是位于在把玻璃預(yù)制棒1設(shè)置在圖2的設(shè)備中時(shí)，玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部10的下端P1及加熱爐9的開口位置Q之間；同時(shí)設(shè)定控制外徑的初始值(步驟ST8)。然后在加熱爐9已被充分加熱的狀態(tài)下使上、下夾具13與14以各自的預(yù)定速度運(yùn)動(dòng)(起動(dòng)玻璃預(yù)制棒1的拉伸作業(yè))。此時(shí)，控制器7除控制上、下夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度外，還根據(jù)上夾具13的移動(dòng)距離來計(jì)算，形狀與尺寸預(yù)定的玻璃預(yù)制棒1中穩(wěn)定部10的下端P1與加熱爐9的開口位置Q間的間隔A(步驟ST9)?？刂破?比較預(yù)制棒的位置γj(j＝1，2，3，…；γ1＞γ2＞γ3…)，以間隔A確定出改變控制外徑設(shè)定值的時(shí)間(步驟ST10)。此時(shí)，如果間隔A小于γj，控制器7即把j加1(步驟ST11)，同時(shí)改變控制外徑的設(shè)定值(步驟ST12)。然后在間隔A最終成為0mm的時(shí)刻(步驟ST13)，控制器7所設(shè)定穩(wěn)定態(tài)下控制外徑的設(shè)定值DX(步驟ST14)，然后在此穩(wěn)定態(tài)下變換為穩(wěn)定部的拉伸作業(yè)。
在此，盡管把A＝0設(shè)定為結(jié)束上述端部拉伸作業(yè)的條件，但當(dāng)玻璃預(yù)制棒1的下端11a錐形部于縱向上的長度短時(shí)，這種結(jié)束條件可以是負(fù)值(穩(wěn)定部10的下端P1位于加熱爐9內(nèi)的狀態(tài))。
實(shí)施例3下面說明實(shí)施例3(條件與實(shí)施例2中的相同)，其中將直徑(穩(wěn)定部分10的直徑)為130mm的玻璃預(yù)制棒1拉伸為直徑(穩(wěn)定部分110的直徑)70mm的拉長體100。
制備好的玻璃預(yù)制棒1包括有外徑為130mm而長度為500mm的圓柱形玻璃體(穩(wěn)定部10)以及各具有200mm高度的兩個(gè)錐形玻璃部(錐形部11a、11b)，這兩個(gè)錐形玻璃部分別附屬于圓柱形玻璃體的兩端。此外，在錐形部11a與11b的兩端分別熔接上外徑為30mm的操縱桿12a與12b。
這里的在穩(wěn)定態(tài)下的拉伸條件如下將上、下夾具13與14的速度分別設(shè)定為10.0mm/min和34.5mm/min；控制外徑的設(shè)定值DX為78.0mm。
在從開始拉伸作業(yè)至一預(yù)定時(shí)刻的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的端部拉伸作業(yè)中，玻璃預(yù)制棒1首先設(shè)定在A＝+80mm的位置。然后驅(qū)動(dòng)上、下夾具13與14，而初始速度比為1.0∶3.45。于此同時(shí)，控制器7執(zhí)行反饋控制(外徑控制)，使得在依恒定速度增加上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度的同時(shí)，改變下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度以在軟化部200的測量部分15處消除外徑的變化(參看圖9)。
在端部拉伸作業(yè)中，于拉伸作業(yè)起始時(shí)刻(A＝+80mm)的設(shè)定值設(shè)定為74mm；每當(dāng)上夾具13行進(jìn)10mm(每當(dāng)間隔A減小10mm)時(shí)，控制外徑的設(shè)定值即增加0.5mm；最后，此設(shè)定值在間隔A為0mm的時(shí)刻為78mm(＝DX)。
作為比較，在圖10A與圖10B中示明了由未實(shí)行上述端部拉伸作業(yè)的拉伸方法所獲得的拉長體的端部外觀。
圖10A表明的是，在與實(shí)施例1與2相同的穩(wěn)定態(tài)的拉伸條件下進(jìn)行拉伸時(shí)的拉長體的端部(比較例1與2)；圖10B表明的是，在與實(shí)施例3相同的拉伸條件下拉伸時(shí)的拉長體的端部(比較例3)。
如圖10A所示，根據(jù)未實(shí)行實(shí)施例1與2的端部拉伸作業(yè)的比較例1與2，各拉長體的上端很粗。具體地說，在比較例1(用實(shí)施例1的預(yù)制棒)中，此上端的外徑D2比前述拉長體穩(wěn)定部110的外徑(最終的外徑)D1粗約10至15mm。同樣，在比較例2(用實(shí)施例2的預(yù)制棒)中，此上端的外徑D2比D1粗約5至8mm。因此，此拉長體的有效區(qū)就要比依據(jù)本發(fā)明的拉伸方法所獲得的拉長體短約300至600mm。另一方面，如圖10B所示，比較例3則能出現(xiàn)這樣一個(gè)部段，它的下端較粗而部分地形成“頸縮”形狀。在比較例3中，較粗部分的外徑D4要較穩(wěn)定部110的外徑(最終外徑)D1粗約3至5mm，而形成“頸縮”的部段的外段D3則比D1約細(xì)1mm。這樣，拉長體的有效區(qū)就要比用本發(fā)明拉伸方法制得的拉長體短約500至700mm。
下面研究所制得的拉長體的外徑的起伏?？梢约俣?，當(dāng)外徑通常是在拉長體100的穩(wěn)定部110附近的軟化部200的一部分處進(jìn)行測量時(shí)，控制外徑與最終外徑的差會(huì)變得較小，從而能提高最終外徑的精度和減小外徑的起伏。但是，由于測量部分15離加熱部3較遠(yuǎn)，粘度將降低而影響到這部分對(duì)拉伸應(yīng)力的響應(yīng)。結(jié)果就難以穩(wěn)定地控制最終外徑。
相反，當(dāng)測量部分15位于加熱部3的附近，這雖然有利于改進(jìn)可控制性，但控制外徑與最終外徑的差值例如會(huì)大到當(dāng)此外徑在拉伸之前已改變時(shí)常會(huì)影響到最終的外徑，因而易于造成外徑起伏。為此，作為對(duì)外徑起伏控制靈敏性與穩(wěn)定性之間的折衷，一般是在具有錐形的軟化部200的范圍內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)求得的最佳位置處來測量外徑，這一最佳位置與玻璃預(yù)制棒1的加熱部3分開一預(yù)定的移動(dòng)距離以控制牽引速度(與下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān))。
結(jié)果，由于此測量部分15與加熱部3相分開，當(dāng)把此牽引速度控制成能使測量部分15的外徑與控制外徑的設(shè)定值一致時(shí)，就能在加熱的中央部210處最顯著地顯示其效果，但在經(jīng)過從此加熱的中央部210到測量部分15的一段移動(dòng)時(shí)間之后卻不能探測出來。因而不能反饋控制命令。
在位于玻璃預(yù)制棒1下端P1附近的錐形部11a的鄰區(qū)受到拉伸的情形，當(dāng)加熱中央部210的外徑近似于在穩(wěn)定部拉伸作業(yè)時(shí)的外徑時(shí)，這一位置關(guān)系使得測量部分15處的外徑遠(yuǎn)小于在穩(wěn)定部拉伸作業(yè)時(shí)的控制外徑的值。因此，控制下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度使它變得較小。但由于加熱的中央部210的外徑并不與玻璃預(yù)制棒1穩(wěn)定部110的外徑有多大的差別，最終的外徑相反變得較大。
相反，由于軟化部200處的外徑與測量部分15處的外徑的尺寸關(guān)系在玻璃預(yù)制棒1的上下端相互相反，因而拉長體的上端(對(duì)應(yīng)于玻璃預(yù)制棒1上端P2附近的錐形部11b的部分)會(huì)變得明顯較粗的原因不同于以前所述的情形。
如上所述，在設(shè)定控制外徑時(shí)，考慮到了從測量部分15處測出的外徑到最終外徑時(shí)，對(duì)直徑來說會(huì)有一定的收縮。但這種直徑減小的大小則隨玻璃預(yù)制棒1的外徑變化如下玻璃預(yù)制棒1的外徑越大，直徑的減小也越大；玻璃預(yù)制棒1的外徑越小，直徑的減小也越小。
在位于玻璃預(yù)制棒1上端P2附近的錐形部11b的鄰區(qū)被拉伸時(shí)，由于軟化部200的外徑漸減(因?yàn)殄F形部11b被加熱)，測量部分15處的外徑與最終外徑的差就變得較小。在這種狀態(tài)下，由于測量部分15的外徑經(jīng)控制成與控制外徑值一致，因而最終外徑變得較大。
這就是說，在玻璃預(yù)制棒1上端P2附近的錐形端部11b的鄰區(qū)被拉伸時(shí)，當(dāng)測量部分15的外徑變得小于控制外徑的設(shè)定值時(shí)，將上或下夾具13或14控制成使拉伸速度變慢。但在這種情形下，由于業(yè)已通過測量部分15的且其外徑趨近于玻璃預(yù)制棒1的穩(wěn)定部110外徑的這一部分仍然具有高溫度和低粘度，它就會(huì)受到運(yùn)動(dòng)速度減小的影響，因此得到較大的最終外徑。
作為在錐形部11a與11b附近拉伸玻璃預(yù)制棒的傳統(tǒng)方法，例如有日本專利申請(qǐng)(公開)4-83728號(hào)所公開的方法，但它并沒有充分地解決前面所說的問題。
盡管上述實(shí)施例涉及到的是玻璃預(yù)制棒1在其穩(wěn)定部10處的直徑是恒定的情形，但本發(fā)明并不受此限制，而所適用于在穩(wěn)定部10的直徑變化的情形。
此外，在上述實(shí)施例中，當(dāng)位于玻璃預(yù)制棒1下端P1附近的端部11a被拉伸時(shí)，上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度恒定，而對(duì)下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。作為此實(shí)施例的一種改型，上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度可以隨錐形部11a外徑的加大而減小。可以這樣地來進(jìn)行上述作業(yè)，即對(duì)因玻璃預(yù)制棒1外徑變化所引起的熱容變化作出響應(yīng)來改變夾具13與14的運(yùn)動(dòng)速度，由此便可使軟化部200的粘度盡可能保持不變，以形成具有更高精度的最終外徑。
為此，當(dāng)擬拉伸位于玻璃預(yù)制棒1上端P2鄰近的錐形部11b時(shí)，可在下夾具14的運(yùn)動(dòng)速度已設(shè)定的狀態(tài)下來控制上夾具13的運(yùn)動(dòng)速度，使其能隨外徑的減小而加大。
根據(jù)本發(fā)明，即使玻璃預(yù)制棒的外徑在拉伸之前是不均勻的，也可以制得在整個(gè)長度上具有極其均勻外徑的拉長體，從而可以有效地利用資源。
從上面的描述中可知，本發(fā)明可以多種形式改變。這類改變不應(yīng)視作為脫離了本發(fā)明的精神與范圍，同時(shí)所有對(duì)內(nèi)行的人屬于顯而易見的這類變更形式都應(yīng)包括于后附權(quán)利要求書的管轄范圍內(nèi)。
1995年12月6日提交的日本專利申請(qǐng)317810號(hào)1995的基本內(nèi)容已于此作為參考。
權(quán)利要求
1.沿縱向拉伸玻璃預(yù)制棒以獲得具有所需外徑的拉長體的方法，此玻璃預(yù)制棒包括具有預(yù)定外徑的穩(wěn)定部以及各自的外徑均小于此穩(wěn)定部外徑的第一與第二錐形部，此第一與第二錐形部分別設(shè)在上述穩(wěn)定部的第一端以及與此第一端相對(duì)的第二端上，此方法包括加熱過程，用來以第一速度將所述玻璃預(yù)制棒從其第一錐形部一側(cè)送入加熱器內(nèi)，以連續(xù)地從第一錐形部朝第二錐形部加熱和軟化玻璃預(yù)制棒上一預(yù)定部分；拉伸過程，用來以快于上述第一速度的第二速度使玻璃預(yù)制棒的第一錐形部沿著玻璃預(yù)制棒的行進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)，而給玻璃預(yù)制棒施加拉伸應(yīng)力，此拉伸過程與上述加熱過程同時(shí)進(jìn)行；以及控制過程，它根據(jù)外徑測量裝置測量由上述加熱器加熱和軟化的上述玻璃預(yù)制棒上軟化部分的外徑結(jié)果，來調(diào)節(jié)前述第一與第二速度中的至少一個(gè)，使得由上述外徑測量裝置所測得的值與控制外徑的預(yù)定值一致，此控制過程與上述加熱過程和拉伸過程同時(shí)進(jìn)行，其中所述控制外徑的預(yù)設(shè)值至少是在從所述玻璃預(yù)制棒的所述穩(wěn)定部的第二端和所述加熱器一開口位置之間的距離已變?yōu)榈谝恢档臅r(shí)刻直到所述拉伸過程已結(jié)束的時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)改變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于在從玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第二端和所述加熱器的開口位置之間的距離已變?yōu)榈谝恢档臅r(shí)刻直到所述拉伸過程已結(jié)束的時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，上述控制外徑預(yù)設(shè)值響應(yīng)玻璃預(yù)制棒送入所述加熱器內(nèi)的移動(dòng)距離而依分步方式減小。
3.如權(quán)利要求1所述方法，特征在于在從玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第二端和所述加熱器開口位置之間的距離已變?yōu)榈谝恢档臅r(shí)刻直到所述拉伸過程已結(jié)束的時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，從一預(yù)定時(shí)刻起至所述拉伸過程結(jié)束的時(shí)刻，停止將玻璃預(yù)制棒送入上述加熱爐內(nèi)的作業(yè)。
4.如權(quán)利要求1所述方法，特征在于所述控制外徑預(yù)設(shè)值至少是在，所述拉伸過程開始時(shí)刻直到玻璃預(yù)制棒的所述穩(wěn)定部的第一端與所述加熱器開口位置間的距離已變?yōu)榈诙档臅r(shí)刻，這段期間內(nèi)改變。
5.如權(quán)利要求4所述方法，特征在于至少是在所述拉伸過程開始的時(shí)刻直至玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第一端與所述加熱器開口位置間的距離已變?yōu)榈诙档倪@段時(shí)間內(nèi)，上述控制外徑的預(yù)設(shè)值響應(yīng)玻璃預(yù)制棒送入所述加熱器內(nèi)的移動(dòng)距離而以分步方式增加。
6.沿縱向拉伸玻璃預(yù)制棒以獲得具有所需外徑的拉長體的方法，此玻璃預(yù)制棒包括具有預(yù)定外徑的穩(wěn)定部以及各自的外徑均小于此穩(wěn)定部外徑的第一與第二錐形部，此第一與第二錐形部分別設(shè)在上述穩(wěn)定部的第一端以及與此第一端相對(duì)的第二端上，此方法包括加熱過程，用來以第一速度將所述玻璃預(yù)制棒從其第一錐形部一側(cè)送入加熱器內(nèi)，以連續(xù)地從第一錐形部朝第二錐形部加熱和軟化玻璃預(yù)制棒上一預(yù)定部分；拉伸過程，用來以快于上述第一速度的第二速度使玻璃預(yù)制棒的第一錐形部沿著玻璃預(yù)制棒的行進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)，以給玻璃預(yù)制棒施加拉伸應(yīng)力，此拉伸過程與上述加熱過程同時(shí)進(jìn)行；以及控制過程，它根據(jù)外徑測量裝置測量的由上述加熱器加熱和軟化的玻璃預(yù)制棒上軟化部分的外徑結(jié)果，來調(diào)節(jié)前述第一與第二速度中的至少一個(gè)，使得由上述外徑測量裝置所測得的值與控制外徑預(yù)設(shè)值一致，此控制過程與上述加熱過程和拉伸過程同時(shí)進(jìn)行，其中所述控制外徑的預(yù)設(shè)值，至少是從所述拉伸過程開始時(shí)刻直至玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第一端和所述加熱器開口位置間的距離已變?yōu)榈谝恢档臅r(shí)刻的這段時(shí)間內(nèi)變化。
7.如權(quán)利要求6所述方法，特征在于在從所述拉伸過程開始的時(shí)刻至玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第一端與所述加熱器開口位置間的距離業(yè)已變?yōu)榈谝恢档臅r(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，前述控制外徑預(yù)設(shè)值響應(yīng)玻璃預(yù)制棒送入所述加熱器內(nèi)的移動(dòng)距離而以分步方式增加。
8.如權(quán)利要求6所述方法，特征在于所述控制外徑預(yù)設(shè)值是在，從玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第二端與所述加熱器開口位置間的距離已變?yōu)榈诙档臅r(shí)刻起，直至所述拉伸過程結(jié)束的時(shí)刻的這段時(shí)間內(nèi)改變。
9.如權(quán)利要求8所述方法，特征在于在從玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第二端與所述加熱器開口位置間的距離已變?yōu)榈诙档臅r(shí)刻起，直至所述拉伸過程結(jié)束的時(shí)刻止這段時(shí)期內(nèi)，所述控制外徑的預(yù)設(shè)值響應(yīng)玻璃預(yù)制棒送入所述加熱器內(nèi)的移動(dòng)量以分步的方式減小。
10.如權(quán)利要求8所述方法，特征在于在從玻璃預(yù)制棒所述穩(wěn)定部的第二端和所述加熱器開口位置之間的距離已變?yōu)榈诙档臅r(shí)刻直到所述拉伸過程已結(jié)束的時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，從一預(yù)定時(shí)刻起至所述拉伸過程結(jié)束的時(shí)刻，停止將玻璃預(yù)制棒送入上述加熱器內(nèi)的作業(yè)。
全文摘要
精確地拉伸光纖用玻璃預(yù)制棒使成為具有所需外徑的體的方法，其中當(dāng)此預(yù)制棒在從其一端朝向另一端連續(xù)加熱軟化的同時(shí)，隨著拉伸應(yīng)力加到其一端上使其一預(yù)定部分拉伸。在此拉伸作業(yè)中，于測量玻璃預(yù)制棒軟化部分外徑的同時(shí)，調(diào)節(jié)上述拉伸應(yīng)力使此軟化部分的外徑與控制外徑的預(yù)設(shè)值一致。本方法的特征是，至少是在直到拉伸過程結(jié)束的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)或是從拉伸作業(yè)開始的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)，改變上述控制外徑的設(shè)定值。
文檔編號(hào)C03B23/00GK1157805SQ9611855
公開日1997年8月27日 申請(qǐng)日期1996年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月6日
發(fā)明者星野壽美夫, 大賀裕一, 伊藤真澄, 彈塚俊雄, 齊藤達(dá)彥 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社