JP6136554B2 - ガラス母材の延伸装置およびガラス母材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス母材を下方向に延伸してガラス母材を製造するガラス母材の延伸装置およびガラス母材の製造方法に関する。

従来、ガラス母材の下方端をチャック等の把持部材により把持し、チャックを下方向に移動させることによりガラス母材を延伸するガラス母材の延伸方法が知られている。（特許文献１参照）。

特開２００６−３２７８９８号公報

ガラス母材を垂直延伸する際には、延伸されたガラス母材の曲がりを極力抑えるという課題がある。ガラス母材の曲がりには様々な要因が存在するが、延伸装置が傾いていたり延伸装置に設けられた上下のチャック同士の位置がずれていることにより、延伸中のガラス母材の中心軸が延伸装置のヒータの中心軸からずれ、ガラス母材の中心軸に対して垂直方向に無理な力が加わり、屈曲部が発生して曲がりが生じる場合がある。そのため、ガラス母材を垂直延伸する際にはガラス母材の中心軸をヒータの中心軸に一致させながらガラス母材を延伸することが好ましい。

特許文献１においては、ガラス母材を継続延伸する際に、ガラス母材の延伸方向に垂直な面内における面内位置を検出してガラス母材を把持する把持具の位置を調整することで屈曲部の発生を防止しているものの、ガラス母材を把持してから次にそのガラス母材を把持するまでの間に軸ずれが生じる可能性があり、さらに改良の余地がある。

そこで、本発明は、ガラス母材の曲がりの発生を抑えながら延伸可能なガラス母材の延伸装置およびガラス母材の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のガラス母材の延伸装置は、
ガラス母材を加熱部で加熱し、前記ガラス母材の上下端に接続された支持ロッドを把持している上チャックと下チャックとに速度差を設けて垂直延伸するガラス母材の延伸装置であって、
前記加熱部の下流側に、その中心軸が前記加熱部の中心軸と略一致し、前記ガラス母材の軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を固定する固定治具を備えている。

本発明によれば、ガラス母材を屈曲させることなく延伸することができるので、ガラス母材の曲がりの発生を抑えながら延伸することができる。

本発明の実施形態に係るガラス母材の延伸装置の一例を示す構成図である。 図１の延伸装置に備わる固定治具の一例を示す平面図である。 図１の延伸装置によりガラス母材が延伸された状態を示す図である。 ガラス母材の曲がり量の定義を説明する図である。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。 比較例の結果を示すグラフである。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係るガラス母材の延伸装置は、
（１）ガラス母材を加熱部で加熱し、前記ガラス母材の上下端に接続された支持ロッドを把持している上チャックと下チャックとに速度差を設けて垂直延伸するガラス母材の延伸装置であって、
前記加熱部の下流側に、その中心軸が前記加熱部の中心軸と略一致し、前記ガラス母材の軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を固定する固定治具を備えている。
固定治具によりガラス母材の中心軸が加熱部の中心軸と略一致するようにガラス母材の軸方向に垂直な面内でのガラス母材の位置を固定しながら延伸しているため、ガラス母材を屈曲させることなく延伸することができる。これにより、ガラス母材の曲がりの発生を抑えながら延伸することができる。

（２）前記固定治具近傍に設けられ、前記軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を測定する測定器と、
前記上チャックおよび前記下チャックの少なくともいずれか一方に設けられ、前記ガラス母材の前記位置を調節可能な位置調節器と、
をさらに備えていることが好ましい。
ガラス母材の延伸開始前および延伸中にガラス母材の位置を適宜調整し、ガラス母材の屈曲部の発生をより確実に抑制することができるためである。

（３）前記固定治具が、カーボンから構成されていることが好ましい。
カーボンは耐熱性が高く、また柔らかいため、ガラス母材を固定する際にガラス母材に傷がつくことを防止することができるためである。

（４）前記固定治具は、延伸中の前記ガラス母材の外径に応じて前記ガラス母材への接触位置が前記軸方向に垂直な面内方向において調節可能であることが好ましい。
延伸中のガラス母材の外径変動に影響されることなくガラス母材の位置ずれに起因する屈曲部の発生を確実に防止することができるためである。

（５）前記固定治具は、バネ機構により前記接触位置が調節可能であることが好ましい。
過剰な把持力をガラス母材に加えることなく適切な力でガラス母材を把持することができ、また、延伸中の母材の外径が変化しても、バネ機構によりガラス母材の外径変動に追従して接触位置を調節することができるので、常にガラス母材を確実に把持した状態で延伸することができるためである。

さらに、本願発明の実施形態に係るガラス母材の製造方法は、
（６）ガラス母材を加熱部で加熱し、前記ガラス母材の上下端に接続された支持ロッドを把持している上チャックと下チャックとに速度差を設けて垂直延伸するガラス母材の製造方法であって、
前記上チャックで前記ガラス母材の上端に接続された支持ロッドを把持する上端把持工程と、
前記下チャックで前記ガラス母材の下端に接続された支持ロッドを把持する下端把持工程と、
前記ガラス母材の延伸を開始する初期延伸工程と、
その中心軸が前記加熱部の中心軸に略一致する固定治具が設けられた箇所を前記ガラス母材の下端に接続された前記支持ロッドが通過した後に、前記固定治具により前記ガラス母材の軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を固定する固定工程と、
前記固定治具で前記ガラス母材の前記位置を固定しながら、さらに前記ガラス母材を延伸する本延伸工程と、
を備えている。
上記（１）と同様に、ガラス母材の中心軸が加熱部の中心軸と略一致するようにガラス母材の軸方向に垂直な面内でのガラス母材の位置を固定治具により固定しながら延伸しているため、ガラス母材を屈曲させることなく延伸することができる。これにより、ガラス母材の曲がりの発生を抑えながら延伸することができる。

本願発明の実施形態に係るガラス母材の製造方法は、
（７）前記初期延伸工程開始前に、前記固定治具近傍に設けられた測定器により前記軸方向に垂直な面内での延伸前の前記ガラス母材の位置を測定する測定工程と、測定された前記ガラス母材の前記位置に基づいて前記上チャックおよび前記下チャックの少なくともいずれか一方の位置を調整する調整工程と、を備えていることが好ましい。
ガラス母材の延伸開始前にガラス母材の位置を適宜調整し、ガラス母材の屈曲部の発生をより確実に抑制することができるためである。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態に係るガラス母材の延伸装置の具体例を、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、ガラス母材Ｇの延伸装置１０は、予め所定の太径に形成された延伸前のガラス母材Ｇ１を、例えば次工程での処理に適合する所定径の延伸ガラス母材Ｇ２（図３参照）に延伸するために用いられる。
ガラス母材Ｇは、例えば光ファイバ用のガラス母材の場合、コア及びクラッドの一部を有するガラスロッドの両端に、石英製の種棒あるいはダミーロッドを加熱溶融することにより接続して出発コアロッドを得る。この出発コアロッドの外周に、生成されたガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成して複合母材を得る。そして、この複合母材を加熱、透明ガラス化することで、所定径のガラス母材Ｇ１を得ることで、所定の太径に形成されている。

ガラス母材Ｇの延伸装置１０は、ガラス母材Ｇ１を加熱する加熱炉１２を備えている。この加熱炉１２は、円筒状の炉心管１３と、この炉心管１３の外周を囲むように配置された円筒状のヒータ１４（加熱部の一例）と、を備えている。このヒータ１４を発熱させることで、ガラス母材Ｇ１が加熱されて軟化する。

さらに、ガラス母材Ｇの延伸装置１０は、ガラス母材Ｇ１の上端に連結されている支持ロッドＲ１を把持して上下移動可能な上チャック２１と、ガラス母材Ｇ１の下端に連結されている支持ロッドＲ２を把持して上下移動可能な下チャック２２とを備えている。上チャック２１および下チャック２２は、ガラス母材Ｇの外径が適正に維持されるように、それぞれ不図示の上下移動機構によって個別に昇降可能に設けられている。
また、上チャック２１には、ガラス母材Ｇの軸方向と垂直な面内で水平方向（図１における左右方向）に移動可能な位置調節器が設けられている。この位置調節器により、上チャック２１は、ガラス母材Ｇを把持した状態でガラス母材Ｇの中心軸Ｃ（図２参照）をヒータ１４の中心軸と略一致させるように、ガラス母材Ｇの軸方向と垂直な面内でのガラス母材Ｇの位置を移動させることができる。一方、下チャック２２は、ガラス母材Ｇの軸方向と垂直な面内での位置が固定されている。

加熱炉１２の下流側には、加熱炉１２により加熱されて加熱炉１２よりも下方に繰り出される延伸ガラス母材Ｇ２の径方向への移動を規制する固定治具２３が設けられている。固定治具２３は、耐熱性の高いカーボン、アルミナなどのセラミックス、ポリイミドなどの耐熱性樹脂、などから構成されていることが好ましい。特に、カーボンは柔らかいので、ガラス母材Ｇに接触しても傷つける心配が少なく、より好ましい。

図２に、固定治具２３の構成の一例を示す。図２に示すように、固定治具２３は、第１の把持部材２４と第２の把持部材２５とを有している。第１の把持部材２４は第１のアーム部材２４ａの先端に取り付けられており、第１のアーム部材２４ａは、延伸ガラス母材Ｇ２の径方向に沿って移動自在に設けられている。また、第２の把持部材２５は第２のアーム部材２５ａの先端に取り付けられており、第２のアーム部材２５ａは、延伸ガラス母材Ｇ２の径方向に沿って移動自在に設けられている。これにより、第１の把持部材２４と第２の把持部材２５とは、互いに接近離反自在に設けられている。なお、第１の把持部材２４と第２の把持部材２５とは、ラック・ピニオン機構などを用いて、双方の把持部材２４，２５が連動して動くようにしておけば、中心軸が固定された状態で双方の把持部材２４，２５の位置を調整してガラス母材Ｇを把持することができるので、好ましい。
第１および第２の把持部材２４，２５により構成された固定治具２３は、その中心軸がヒータ１４の中心軸と略一致するように調整されている。そのため、上記したラック・ピニオン機構などを使用して、第１の把持部材２４と第２の把持部材２５とを接近させて延伸ガラス母材Ｇ２を把持することにより、固定治具２３は、ガラス母材Ｇの中心軸Ｃをヒータ１４の中心軸に略一致させるようにガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内における延伸ガラス母材Ｇ２の位置を固定することができる。

第１の把持部材２４は、不図示のバネ機構などを介して第１のアーム部材２４ａに取り付けられている。同様に、第２の把持部材２５は、不図示のバネ機構などを介して第２のアーム部材２５ａに取り付けられている。これにより、固定治具２３は、延伸中のガラス母材Ｇ２の外径が変化しても、バネ機構により延伸ガラス母材Ｇ２の外径変動に追従して延伸ガラス母材Ｇ２との接触位置を調節することができる。そのため、延伸ガラス母材Ｇ２を把持する際の固定治具２３の中心軸がヒータ１４の中心軸と略一致する状態を保ちながら、延伸ガラス母材Ｇ２との接触位置を調整することが可能である。

図１に示すように、ヒータ１４と固定治具２３との間には、ガラス母材Ｇの軸方向と垂直な面内におけるガラス母材Ｇの位置を測定するための位置センサ（測定器の一例）３０が設けられている。この位置センサ３０としては、測定時にガラス母材Ｇに対して力が作用しない非接触式のものが好ましく、例えばレーザー光線を利用した反射光計測器を用いることができる。

次に、上述した延伸装置１０を用いた延伸ガラス母材Ｇ２の製造方法を図１および図３に基づいて説明する。

まず、上チャック２１および下チャック２２をそれぞれ初期位置に配置し、ガラス母材Ｇ１を加熱炉１２内にセットし、支持ロッドＲ１を上チャック２１により把持する（上端把持工程）。
次に、上チャック２１で支持ロッドＲ１を把持した状態で、位置センサ３０によりガラス母材Ｇの軸方向と垂直な面内におけるガラス母材Ｇ１の位置を測定する（測定工程）。ガラス母材Ｇ１の位置を測定したら、上チャック２１に設けられた位置調節器を用いて、ガラス母材Ｇの中心軸Ｃが固定治具２３の把持中心、すなわちヒータ１４の中心軸に略一致するように調節する（調整工程）。なお、上チャック２１により支持ロッドＲ１が把持された後、位置センサ３０によるガラス母材Ｇ１の位置測定及び位置調節器によるガラス母材Ｇ１の位置調節を行わずに、下チャック２２により支持ロッドＲ２を把持する構成としてもよい。

その後、ガラス母材Ｇ１の下端に連結された支持ロッドＲ２を加熱炉１２の下流側に配置された下チャック２２により把持する（下端把持工程）。このとき、固定治具２３はガラス母材Ｇ１の下端に連結された支持ロッドＲ２から離反した初期位置に配置されている。
下チャック２２により支持ロッドＲ２を把持した後、上チャック２１よりも速く下チャック２２を降下させ、ヒータ１４により加熱しながら、ガラス母材Ｇ１の延伸を開始する（初期延伸工程）。このとき、ガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内における上チャック２１および下チャック２２の位置は固定されている。

ガラス母材Ｇ１の延伸開始後、支持ロッドＲ２が固定治具２３の位置を通過した後に、図３に示すように、固定治具２３の第１の把持部材２４と第２の把持部材２５とを接近させる。この際、ラック・ピニオン機構などを用いて、双方の把持部材２４，２５が連動して動くようにすることが好ましい。これにより、延伸ガラス母材Ｇ２の中心軸がヒータ１４の中心軸と略一致するように、固定治具２３によりガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内での延伸ガラス母材Ｇ２の位置を固定する（固定工程）。

最後に、固定治具２３で延伸ガラス母材Ｇ２を固定した状態で、下チャック２２をさらに降下させて延伸を継続し（本延伸工程）、所定径および所定長の延伸ガラス母材Ｇ２を形成する。
なお、延伸ガラス母材Ｇ２の延伸継続中に、位置センサ３０によりガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内での延伸ガラス母材Ｇ２の位置を再度測定してもよい。延伸ガラス母材Ｇ２の位置が固定治具２３の中心軸とずれていた場合には、上チャック２１の位置調節器を再度制御することにより延伸ガラス母材Ｇ２を図１における左右方向に移動させて、延伸ガラス母材Ｇ２の中心軸を常にヒータ１４の中心軸と略一致させることができる。

以上、前述したガラス母材Ｇの延伸装置１０によれば、ヒータ１４の下流側に、その中心軸がヒータ１４の中心軸と略一致し、ガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内でのガラス母材Ｇ（延伸ガラス母材Ｇ２）の位置を固定する固定治具を備えている。そのため、延伸装置１０により延伸されたガラス母材Ｇ２に屈曲部が発生するのを防止して、曲がりの小さい延伸ガラス母材Ｇ２を製造することができる。

また、延伸装置１０は、ガラス母材Ｇの軸方向に垂直な面内でのガラス母材Ｇの位置を測定する位置センサ３０と、上チャック２１に設けられてガラス母材Ｇの位置を調節可能な位置調節器とを備えている。これらを用いて、ガラス母材Ｇの延伸開始前および延伸中にガラス母材Ｇの位置を適宜調整することにより、延伸ガラス母材Ｇ２の屈曲部の発生を、より確実に抑制することができる。

また、延伸装置１０によれば、固定治具２３はカーボンまたはセラミックスから構成されている。そのため、耐熱性が高く、特にカーボンを用いた場合は、延伸ガラス母材Ｇ２を固定する際に延伸ガラス母材Ｇ２に傷がつくことを防止することができる。

また、固定治具２３は、延伸ガラス母材Ｇ２を把持後に一旦位置が固定されるが、バネ機構などにより、把持部材２４，２５の延伸ガラス母材Ｇ２への接触位置が調節可能である。そのため、例えば延伸中にガラス母材Ｇ２の外径が細くなった場合でも、その外径変動に影響されることなく、バネ機構により延伸ガラス母材Ｇ２の外径変動に追従して延伸ガラス母材Ｇ２への接触位置を調節することができるので、延伸ガラス母材Ｇ２の位置ずれを確実に防止することができる。さらに、把持部材２４，２５の過剰な把持力を延伸ガラス母材Ｇ２に加えることなく、適切な力で延伸ガラス母材Ｇ２を把持することができる。

（実施例１）
外径８０ｍｍのガラス母材の両端に支持ロッドを接続して上下チャックで把持した後、ヒータで加熱して外径４０ｍｍのガラス母材に延伸する作業を行った。延伸装置のヒータ下流側に、把持中心がヒータの中心軸になるような固定治具を設け、延伸開始後に、ガラス母材の下部に接続された支持ロッドが固定治具の位置を通過したら、固定治具を用いて延伸中のガラス母材を把持しながら延伸を継続した。延伸後のガラス母材について、図４に示すような、長さ１ｍあたりの曲がり量ｄ／Ｌを測定した。この延伸作業を連続して２０本行った。
その結果、図５に示されるように、実施例１において、延伸ガラス母材の曲がり量は最大で０．８ｍｍ、全サンプルの平均曲がり量は０．５ｍｍであった。

（実施例２）
外径８０ｍｍのガラス母材の両端に支持ロッドを接続して上下チャックで把持した後、ヒータで加熱して外径４０ｍｍのガラス母材に延伸する作業を行った。延伸装置のヒータ下流側に、把持中心がヒータの中心軸と略一致する固定治具を設け、さらに、ヒータと固定治具との間に位置センサとしてレーザセンサを設置した。ガラス母材を上チャックに把持した後、ガラス母材の下端部の位置をレーザセンサで測定し、上チャックに設けた位置調節器を用いてガラス母材下端部の位置が固定治具の把持中心に略一致するように調節した。その後、ガラス母材を加熱して延伸を開始した。ガラス母材の下部に接続された支持ロッドが固定治具の位置を通過したら、固定治具を用いて延伸中のガラス母材を把持しながら延伸を継続した。延伸後のガラス母材について、長さ１ｍあたりの曲がり量ｄ／Ｌを測定した。この延伸作業を連続して２０本行った。
その結果、図６に示されるように、実施例２において、延伸ガラス母材の曲がり量は最大で０．５ｍｍ、全サンプルの平均曲がり量は０．３ｍｍであった。

（比較例）
外径８０ｍｍのガラス母材の両端に支持ロッドを接続して上下チャックで把持した後、ヒータで加熱して外径４０ｍｍのガラス母材に延伸する作業を行った。このとき、実施例１および実施例２とは異なり、ガラス母材の軸方向に垂直な面内での延伸ガラス母材の位置を調整するための固定治具や位置調節器を使用しなかった。延伸後のガラス母材について、長さ１ｍあたりの曲がり量ｄ／Ｌを測定した。この延伸作業を連続して２０本行った。
その結果、図７に示されるように、比較例において、延伸ガラス母材の曲がり量は最大で１．８ｍｍ、全サンプルの平均曲がり量は１．０ｍｍであった。

以上より、固定治具を使用した実施例１では、固定治具を使用しない比較例に比べて、延伸ガラス母材の曲がり量が少なくなることが分かった。また、固定治具、測定器および位置調節器を使用した実施例２では、延伸ガラス母材の曲がり量をさらに抑制できることがわかった。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記の実施形態においては、位置調節器が上チャック２１に設けられた場合について説明したが、この例に限られない。例えば、位置調節器を下チャック２２に設け、下チャック２２を水平移動させることによりガラス母材Ｇの中心軸Ｃを固定治具２３の中心軸と略一致させることも可能である。

１０：ガラス母材の延伸装置
１２：加熱炉
１３：炉心管
１４：ヒータ（加熱部の一例）
２１：上チャック
２２：下チャック
２３：固定治具
２４：第１の把持部材
２４ａ：第１のアーム部材
２５：第２の把持部材
２５ａ：第２のアーム部材
３０：位置センサ（測定器の一例）
Ｇ：ガラス母材
Ｇ１：延伸前のガラス母材
Ｇ２：延伸ガラス母材
Ｒ１，Ｒ２：支持ロッド

Claims (5)

1. ガラス母材を加熱部で加熱し、前記ガラス母材の上下端に接続された支持ロッドを把持している上チャックと下チャックとに速度差を設けて垂直延伸するガラス母材の延伸装置であって、
   前記加熱部の下流側に、その中心軸が前記加熱部の中心軸と略一致し、前記ガラス母材の軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を固定する固定治具を備えており、
   前記固定治具近傍に設けられ、前記軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を測定する測定器と、
   前記上チャックおよび前記下チャックの少なくともいずれか一方に設けられ、前記ガラス母材の前記位置を調節可能な位置調節器と、
   をさらに備えており
   前記固定治具は、第１の把持部材と、第２の把持部材とを有し、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材は互いに接近離反自在に設けられており、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが連動して動くことで、前記中心軸が固定された状態で前記第１の把持部材と前記第２の把持部材との位置を調整して前記ガラス母材を把持する、ガラス母材の延伸装置。
2. 前記固定治具が、カーボンから構成されている、請求項１に記載のガラス母材の延伸装置。
3. 前記固定治具は、延伸中の前記ガラス母材の外径に応じて前記ガラス母材への接触位置が前記軸方向に垂直な面内方向において調節可能である、請求項１または２に記載のガラス母材の延伸装置。
4. 前記固定治具は、バネ機構により前記接触位置が調節可能である、請求項３に記載のガラス母材の延伸装置。
5. ガラス母材を加熱部で加熱し、前記ガラス母材の上下端に接続された支持ロッドを把持している上チャックと下チャックとに速度差を設けて垂直延伸するガラス母材の製造方法であって、
   前記上チャックで前記ガラス母材の上端に接続された支持ロッドを把持する上端把持工程と、
   前記下チャックで前記ガラス母材の下端に接続された支持ロッドを把持する下端把持工程と、
   前記ガラス母材の延伸を開始する初期延伸工程と、
   その中心軸が前記加熱部の中心軸に略一致する固定治具が設けられた箇所を前記ガラス母材の下端に接続された前記支持ロッドが通過した後に、前記固定治具により前記ガラス母材の軸方向に垂直な面内での前記ガラス母材の位置を固定する固定工程と、
   前記固定治具で前記ガラス母材の前記位置を固定しながら、さらに前記ガラス母材を延伸する本延伸工程と、
   を備えており、
   前記初期延伸工程開始前に、前記固定治具近傍に設けられた測定器により前記軸方向に垂直な面内での延伸前の前記ガラス母材の位置を測定する測定工程と、測定された前記ガラス母材の前記位置に基づいて前記上チャックおよび前記下チャックの少なくともいずれか一方の位置を調整する調整工程と、をさらに備えており、
   前記固定治具は、第１の把持部材と、第２の把持部材とを有し、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材は互いに接近離反自在に設けられており、
   前記固定工程において、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが連動して動くことで、前記中心軸が固定された状態で前記第１の把持部材と前記第２の把持部材との位置を調整して前記ガラス母材を把持する、ガラス母材の製造方法。

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