KR20010024198A

KR20010024198A - 유리모재의 연신방법

Info

Publication number: KR20010024198A
Application number: KR1020007002978A
Authority: KR
Inventors: 사이토타쯔히코; 모리야토모미
Original assignee: 오카야마 노리오; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2001-03-26
Also published as: KR100516674B1; SE0000938L; SE519717C2; GB2344585A; JP3777746B2; US6438997B1; JPH11100224A; CN1159243C; GB2344585B; AU8888498A; AU746208B2; WO1999016718A1; GB0007019D0; CN1301239A; SE0000938D0

Abstract

유리모재(1a)의 양끝을 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)에 의해 클램프하여, 제 1클램프부(2)를 제 2클램프부(3)보다도 빠른 속도로 되도록 해서 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)를 유리모재(1a)의 긴쪽방향으로 이동시키는 동시에, 유리모재(1a)를 순차 가열부(4)에 의해 가열연화시키고, 유리모재(1a)에 가해지는 인장력에 의해 연신시켜서 연신체(1c)로하는 유리모재의 연신방법에 있어서, 가열부(4)에 전기로를 사용하여, 연신과정에 있는 유리모재(1a)에 있어서의 테이퍼부(1b)의 특정위치(1d)의 외경에 대해서 기준치R1을 설정하여, 특정위치(1d)의 실제의 외경을 측정해서 실측치R2를 취득하고, 기준치R1 및 실측치R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)에 의거해서, 제 1클램프부(2) 및/또는 제 2클램프부(3)의 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

유리모재의 연신방법{METHOD OF DRAWING BASE GLASS MATERIAL}

광파이버를 제조할 경우, 코어의 바깥쪽에 피복층을 형성하는 공정이나 최종제품의 광파이버를 와이어드로잉하는 공정에 있어서는, 광파이버의 중간제조물인 유리모재를 일정한 외경으로 연신(延伸)할 필요가 있다. 종래, 이와 같은 목적으로 유리모재를 정밀하게 연신(정밀연신)하는 방법으로서는, 일본국 특개소 61-295251호 공보 또는 동특개소 61-295,252호 공보에 기재된 버너를 사용한 연신기(버너연신기)에 의한 방법이 알려져 있다. 이들의 방법은, 유리모재의 양끝을 척에 의해 클램프하여, 유리모재의 일부를 버너에 의해 가열연화시키는 동시에, 양쪽의 척을 속도차를 설정해서 이동시키고, 유리모재에 인장력을 가하여 연신시키는 것이다. 이들의 방법에 있어서는, 연신과정에 있는 유리모재의 테이퍼형상부분의 외경을 측정하여, 이 실측외경과 미리 설정된 설정외경과의 차(외경편차)에 의거해서 척이동속도를 변화시키고, 일정한 외경의 연신체가 되도록 정밀연신하고 있다.

그러나, 상기한 일본국 특개소 61-295251호 공보 또는 동특개소 61-295252호 공보에 기재된 연신방법에 있어서는, 외경편차에 의거해서 척이동속도를 변화시키고 있으므로, 설정외경의 대소에 관계없이, 어떤 특정의 외경편차가 발생한 경우에는 어떤 특정의 비율로 척속도를 변화시키는 것이 된다. 예를 들면, 설정외경 50㎜, 100㎜로 다를 경우에도, 동일한 1㎜의 외경편차가 발생한 경우에는 척속도의 변화량은 동일하게 된다. 설정외경 50㎜인때의 편차 1㎜는 비율로해서 2%이고, 한편, 설정외경 100㎜인때의 편차 1㎜는 비율로해서 1%이기때문에, 연신체에 미치는 영향은 2배 달라질터인데 그것을 보정하기 위한 척속도 제어량은 동일하다. 이 때문에, 설정외경이 다르게 되면, 척속도를 제어한 후의 효과에 차이가 발생한다고하는 문제가 있었다. 설정외경을 달라지게 할때마다 제어계를 다시보면 대응은 가능하나, 그때마다, 제어계의 수정작업이 필요하게 되어 번잡하다고 하는 문제가 있다.

또, 상기한 일본국 특개소 61-295251호 공보 또는 동특개소 61-295252호 공보에 기재된 연신방법에 있어서는, 유리모재를 버너에 의해 가열연화시키고 있다. 버너에 의한 가열은, 국부적으로 행할 수 있으므로, 용융범위를 좁게하는 것이 가능하고 정밀연신에 적합하나, 외경이 굵은 유리모재를 연화시키는데 충분한 열량을 부여할 수 없다. 그래서, 외경이 굵은 유리모재에 대해서는, 충분한 열량을 부여할 수 있는 저항로나 유도로 등의 전기로를 사용한 연신기(전기로연신기)에 의해, 버너연신기로 정밀연신할 수 있는 정도의 외경이 되도록 한번 연신하고, 그후, 또 버너연신기에 의해 정밀연신하고 있었다.

그러나, 이와 같은 방법으로는, 버너연신로 연신할 수 없게되는 굵은외경의 유리모재에서는 직접 정밀연신할 수 없다고 하는 문제와, 연신외경이 가늘은 경우에도, 2공정이 되기 때문에 제조할 때에 시간 및 코스트가 소요된다고 하는 문제가 있었다. 전기로연신기에 의한 연신에서는, 버너연신기에 비해서 가열연화되어 있는 부분이 광범위하게 되기 때문에, 일정한 외경으로 되도록 연신하는 것이 곤란하고, 이제까지는 전기로연신기만으로의 정밀연신은 행하여지고 있지 않았다.

[발명의 개시]

발명자들은, 예의 연구한 결과, 가열연화되어서 연신되어 있는 테이퍼부분의 외경의 기준치와 실측치로부터 얻어지는 특정의 값에 의거해서 연신을 제어하므로써, 연신전의 유리모재외경 및 목표연신외경이 여러 가지 다른 경우에도, 전기로연신기만으로 정밀연신을 행할 수 있고, 상기한 문제를 해결할 수 있는 것을 깨달았다. 본 발명은, 이 식견에 의거해서 이루어진 것으로서, 유리모재외경 및 목표연신외경에 관계없이, 정밀도좋게 또한 제조효율좋게 정밀연신시킬 수 있는 유리모재의 연신방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 유리모재의 연신방법은, 유리모재의 양끝을 제 1클램프부 및 제 2클램프부에 의해 클램프하여, 제 1클램프부를 제 2클림프부보다도 빠른 속도가 되도록 해서 제 1클램프부 및 제 2클램프부를 유리모재의 긴쪽방향으로 이동시키고, 제 1클램프부 및 제 2클램프부의 유리모재의 긴쪽방향으로의 이동에 따라서, 유리모재를 제 1클램프부쪽의 끝부분으로부터 순차적으로 가열부에 의해 가열연화시켜, 유리모재에 가해지는 인장력에 의해 유리모재를 연신시키는 것으로서, 가열부에 전기로를 사용하여, 연신과정에 있는 유리모재에 있어서의 테이퍼부의 특정위치의 외경에 대해서 기준치 R1을 설정하고, 이 특정위치의 실제의 외경을 측정해서 실측치 R2를 취득하여, 기준치R1 및 실측치R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)에 의거해서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 테이퍼부의 기준치R1과 실측치R2와의 차, 소위 외경편차에 의해 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것이 아니고, 기준치R1 및 실측치R2에 의해 얻어지는 값(R2/R1)에 의거해서 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어한다. 이 때문에, 어떠한 설정외경에 대해서도, 그 설정외경의 변동량비율을 파라미터로한 제어를 행하는 것이 되고, 보다 정밀한 연신을 행할 수 있다. 또, 종래는, 전기로연신기만으로의 연신은 곤란했었으나, 상기의 방법에 의해, 정밀한 연신을 행할 수 있게 되기 때문에, 전기로연신기만으로의 정밀연신도 가능하게 되고, 보다 큰 외경을 가진 유리모재를 1공정에 의해 정밀연신시킬 수 있다. 상기한 값을 근거로, 비례제어·미분제어·적분제어를 조합해서 행하는 것이 가능하다.

여기서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 이동속도를 다음식 (Ⅰ), (Ⅱ)에 의거하여 제어하는 것이 바람직하다.

Vd/Ud=(R2/R1)^K…(Ⅰ)

Vu/Uu=(R2/R1)^-K…(Ⅱ)

또한, Vd는 제 1클램프부의 제어후의 이동속도[㎜/min], Ud는 제 1클램프부의 설정이동속도 [㎜/min], Vu는 제 2클램프부의 제어후의 이동속도[㎜/min], Uu는 제 2클램프부의 설정이동속도[㎜/min], K는 제어계수(임의의 양의 정수)이다.

이들의 식에 의해 각클램프부의 이동속도를 제어하므로써, 연신전의 유리모재외경 및 목표연신외경이 여러가지 다른경우에도, 전기로연신기에 의한 정밀연신을 썩알맞게 행할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 유리모재의 연신방법은, 기준치R1 및 실측치R2로부터 얻어지는 값[(R2/R1]-1]에 의거해서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이어도 된다.

이 경우도, 유리모재의 외경에 의하지 않고, 전기로연신기에 의한 정밀연신을 썩알맞게 행할 수 있다. 특히, 피드백을 빨리 행할 수 있다고 하는 이점이 있다. 상기한 값을 근거로, 비례제어·미분제어·적분제어를 조합해서 행하는 것이 가능하다.

여기서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 이동속도를, 다음식(Ⅲ),(Ⅳ)에 의거해서 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 각 기호의 의미는, 상기한(Ⅰ),(Ⅱ)식의 경우와 마찬가지이다.

Vd/Ud=1+K[R2/R1)-1] …(Ⅲ)

Vu/Uu=1-K[R2/R1)-1] …(Ⅳ)

식(Ⅲ) 및 (Ⅳ)는, 각각 상기의 (Ⅰ),(Ⅱ)식을 테일러(Taylor)전개하고, 2차이후의 항을 생략한 것이다. 이와 같은 식에 의해 각 클램프부의 이동속도를 제어하므로써, 유리모재의 외경에 의하지 않고, 전기로연신기에 의한 정밀연신을 썩알맞게 행할 수 있다. 또 제어식(R2/R1)의 자승(自乘)의 함수로서는 아니고 간단한 1차함수로서 표시하므로써 제어에 관한 연산을 빨리행할 수 있고, 피드백을 빨리행할 수 있다.

또, 식(Ⅰ)∼(Ⅳ)에 있어서의 상기한 제어계수 K를, 50∼500의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하므로서, 제조된 연신체의 외경변동량을 보다 작게해서, 보다 균일한 외경을 가진 연신체를 얻을 수 있다. 제어계수K가 50미만이면, 설정속도 Ud, Uu에 대한 제어후의 이동속도(이하, 제어속도라고도함) Vd, Vu의 변화량이 지나치게 작아, 제어에 의한 유효한 효과를 얻을 수 없으므로 제조된 연신체의 외경변화량이 크게되어 버린다. 한편, 제어계수K가 500을 초과하면, 연신과정에 있는 유리모재의 테이퍼부에서의 외경변동량을 보다 일정하게 할 수 있으나, 유리모재자체가 가지고 있는 외경의 불균일성의 영향을 받아서, 제조후의 연신체의 외경변동량이 도리어크게되는 일이 있다. 제어계수K는, 상기한 범위중에서도 100∼250의 범위내로 하는 것이 특히 바람직하고, 이 범위내로하면, 제조된 연신체의 외경변동량을 극히 작은 것으로 할 수 있다.

또, 제 1클램프부의 제어후의 속도Vd를, 다음식(V)로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것이 바라직하다.

(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud …(V)

또한, X1은 10∼100의 범위내의 임의의 정수이다.

제 1클램프부의 제어속도 Vd를, 설정속도Ud에 대해서 어떤 일정한 범위내로 되도록 하므로써, 제조된 연신체의 외경이 일정한 값으로 수렴하지 않게 되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 상기한 식(I) 또는 (Ⅲ)에 의해 산출된 제어속도Vd가, 이 제한범위의 하한보다도 하회하는 경우에는 제한범위내의 하한치를 제어속도Vd로 하고, 상기한 제한범위의 상한보다도 상회하는 경우에도 제한범위내의 상한치를 제어속도Vd로 한다.

여기서, X1＜10이 되도록, 제어속도Vd를 규제하면, 제어속도Vd가 설정속도Ud에 대해서 거의 변화하지 않는 상태로 되기때문에, 제어에 의한 유효한 효과를 얻을 수 없고, 도리어 제조되는 연신체의 외경변동량이 증가하여 버린다. 한편 X1＞100으로 되도록, 제어속도Vd를 규제하면, 제어속도Vd가 설정속도 Ud보다 상당히 큰 값으로되어, 제어계가 발산(오버슈트)해서, 제조되는 연신체의 외경이 일정한 값으로 수렴하지 않게 되어 버린다.

또, 마찬가지로해서, 제 2클램프부의 제어후의 속도 Vu도, 다음식(Ⅵ)로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것이 바람직하다.

(100-X2)Uu＜100Vu＜(100×X2)Uu …(Ⅵ)

또한, X2는 10∼100의 범위내의 임의의 정수이다. 이와 같이 하므로서, 상기한 제 1클램프부의 경우와 완전히 마찬가지로,제 2클램프부의 제어속도 Vu를, 설정속도 Uu에 대해서 어떤 일정한 범위내로 하므로써, 제조되는 연신체의 외경이 일정한 값으로 수렴하지 않게 된다고 하는 것을 방지한다. 여기서, X1, X2는, 각각 독립해서 결정할 수 있다.

본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 첨부도면에 의해 더욱 충분히 이해 가능하게 된다. 이들은 단순히 예시를 위하여 표시된 것으로써, 본 발명을 한정하는 것으로 생각할 것은 아니다.

본 발명의 새로운 응용범위는, 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정의 사례는 본 발명의 썩알맞는 실시형태를 표시한 것이기는 하나, 예시를 위해서만 표시되어 있는 것으로써, 본 발명의 사상 및 범위에 있어서의 여러 가지의 변형 및 개량은 이 상세한 설명으로부터 당업자에게는 명백한 것은 확실하게 하고 있다.

본 발명은, 광파이버용 유리모재를 연신하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 유리모재의 연신방법을 실시하는 연신장치의 측면도

도 2A, 2B는, 테이퍼부의 특정위치에 있어서의 외경과 연신체의 외경과의 관계를 표시한 측면도이고, 도 2A가 테이퍼부의 외경측정위치에 있어서의 외경을 일정직경으로한 경우, 도 2B가 연신체의 외경을 일정직경으로 한 경우를 표시한 도면.

[발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태]

먼저, 본 발명에 관한 유리모재의 연신방법을 실시하는 연신장치의 일형태에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.

도 1에는, 유리모재(1a)가 연신되어 있는 도중이 표시되어 있으며, 유리모재(1a)의 중앙부근이 전기식가열기(4)에 의해 가열연화되고 테이퍼부(1b)에 있어서 연신되어, 그 아래쪽에 연신체(1c)가 형성되어 있는 상태가 표시되어 잇다. 연신초기는 유리모재(1a)부분뿐이고, 연신이 개시되면 테이퍼부(1b)가 형성되고, 그 아래쪽에 연신체(1c)가 형성된다.

유리모재(1a) 및 연신체(1c)는, 각각 위끝 및 아래끝에 더미막대기(1e)가 형성되어 있고, 이 더미막태기(1e)가 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)에 의해 각각 척되어 있다. 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)는, 각각 구동모터(6),(7)에 접속되어 있고, 이 구동모터(6),(7)에 의해 도면중 상하방향으로 구동된다. 구동모터(6),(7)는, 제어유닛(8)에 접속되어 있고, 제어유닛(8)으로부터의 신호에 의거해서, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 속도를 변화시킨다.

제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 중간에는, 전기식가열기(4)가 배치되어 있다. 전기식가열기(4)는, 원통형상의 형태를 가지고 있으며, 그 중앙에 삽통되는 유리모재(1a)를 가열연화시킨다. 전기식가열기(4)로서는, 전기저항에 의한 발열을 사용한 히터나, 고주파유도가열을 사용한 유도코일을 사용할 수 있다. 전기식가열기(4)의 아래쪽근방에는, 전기식가열기(4)에 삽통되어서 가열연화된 테이퍼부(1b)의 특정위치(1d)의 외경을 측정하는 비접촉형의 외경측정기(5)가 배설되어 있다.

상기한 장치를 사용해서 연신을 행할 때에는, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)는, 각각 제어유닛(8)으로부터의 신호를 받은 구동모터(6),(7)에 의해 각각 아래쪽으로 이동된다. 이때, 제 1클램프부(2)의 이동속도로서 기준이 되는 설정속도Ud가 미리 설정되어 있고, 제 2클램프부(3)의 이동속도로서 기준이 되는 설정속도Uu가 미리 설정되어 있다. 제 1클램프부(2)의 이동속도는, 제 2클램프부(3)의 이동속도보다도 빨라지도록 설정되고, 이 속도차에 의해서 유리모재(1a)와 테이퍼부(1b)와 연신체(1c)에 대해서 인장력을 부하한다.

유리모재(1a) 및 연신체(1c)의 중간부가 전기식가열기(4)내에 삽통되어, 전기식가열기(4)에 의해 부여된 열량에 의해 연화된 테이퍼부(1b)가 형성되어 있다. 테이퍼부(1b)는, 부하된 인장력에 의해 잡아늘려져서 테이퍼형상의 형태로 되면서 연신되어 있다. 가열연화상태에 있는 테이퍼부(1b)는, 전기식가열기(4)의 위끝 약간위로부터, 전기식가열기(4)의 아래끝으로부터 조금 내려간 위치까지 형성된다(도 1중 사선으로 표시한 부분).

테이퍼부(1b)는, 전기식가열기(4)를 나온후에도 일정한 거리는 연화상태하에서 연신되나, 그후는 고체화해서 연신체(1c)로 된다. 테이퍼부(1b)의 아래끝근처의 특정위치(1d)의 실제의 외경(실측치R2)이, 외경측정기(5)에 의해 측정된다. 특정위치(1d)에 관해서, 미리 기준이 되는 기준치R1이 설정되어 있다. 특정위치(1d)는, 이 특정위치(1d)에서의 실측치 R2에 의거해서 연신체(1c)의 외경을 제어하게 되기 때문에, 연신체(1c)에 가까운 위치로 하는 것이 바람직하나, 전기식가열기(4)의 아래끝으로부터 아래쪽으로 지나치게 멀으면 제어지연에 의해 연신체(1c)의 외경을 일정하게 유지할 수 없게 된다. 이 특정위치(1d)와 전기식가열기(4)의 아래끝의 거리는, 70∼150㎜로 설정하는 것이 바람직하고, 90∼120㎜로 설정하면, 더욱 바람직하다. 측정된 특정위치(1d)의 실측치 R2는, 제어유닛(8)으로 보내지고, 이 특정위치(1d)의 실측치R2에 의거해서, 제 1클램프부(2) 및/또는 제 2클램프부(3)의 아래쪽으로의 이동속도가 제어된다.

다음에, 본 발명에 관한 유리모재의 연신방법의 실시태양에 대해서 상세히 설명한다. 이하에는, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 양쪽의 이동속도를 제어하는 것으로서 설명하나, 어느 한쪽만이 제어되는 것이어도 된다.

외경측정기(5)에 의해 측정된 특정위치(1d)의 실측치 R2는, 제어유닛(8)으로 보내진다. 제어유닛(8)내에는, 특정위치(1d)의 기준치R1, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3) 각각의 설정속도 Ud, Uu, 제어계수 K에 의거해서 연산이 행하여진다. 그 결과, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3) 각각의 제어속도Vd, Vu가, 기준치 R1과 실측치 R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)에 의거한 다음식(Ⅰ),(Ⅱ)에서 산출된다.

Vd/Ud=(R2/R1)^K…(Ⅰ)

Vu/Uu=(R2/R1)^-K…(Ⅱ)

또는, 식(Ⅰ),(Ⅱ) 대신에, 식(Ⅰ),(Ⅱ)를 각각 [(R2/R1)-1]에 대해서 테일러전개하여 2차이후의 항을 생략하고, 기준치 R1과 실측치R2로부터 얻어지는 값[(R2/R1)-1]에 의거한 다음식(Ⅲ),(Ⅳ)에 의해, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)각각의 제어속도Vd, Vu를 산출해도 된다. 이 경우는, 제어식을 (R2/R1)의 자승의 함수로서는 아니고 간단한 1차함수로서 표시하므로써 제어에 관한 연산을 빨리행할 수 있고, 피드백을 빨리행할 수 있다.

Vd/Ud=1+K[R2/R1)-1] …(Ⅲ)

Vu/Uu=1-K[R2/R1)-1] …(Ⅳ)

설정외경과 실측외경과의 차(외경편차)에 의해 제 1클램프부(2)와 제 2클램프부(3)의 속도를 제어한 경우, 설정외경이 50㎜의 경우에도 100㎜의 경우에도 외경편차가 1㎜이면 동일한 제어가 행하여 진다. 설정외경 50㎜에 대한 외경편차 1㎜는 비율로해서 2%이고, 한편, 설정외경 100㎜에 대한 외경편차 1㎜는 비율로해서 1%이기 때문에, 외경편차가 동일한 1㎜라도, 설정외경 50㎜의 경우의 쪽이 설정외경 100㎜의 경우보다도 외경은 2배나 변동하고 있는 것으로 되는데 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 속도는 동일하게 제어되게 되는 것이다.

이에 대해서, 상기한 바와 같이(R2/R1)이나 [(R2/R1)-1]에 의해 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 속도를 제어하면, 기준치R1의 변동량의 비율에 비례한 제어를 행하는 것이 되고, 연신전의 유리모재외경이나 목표연신외경에 관계없이, 안정된 제어를 행하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 보다 정밀한 연신을 행할 수 있으며, 종래는 곤란했던 전기로연신기만으로의 정밀연신도 가능하게 되고, 보다 큰 외경을 가진 유리모재(1a)를 1공정에 의해 정밀연신시킬 수 있다.

여기서, 제어계수K가 크게되면, 설정속도Ud, Uu에 대한 제어후의 속도Vd, Vu의 변화량은 크게되고, 특정위치 1d에서의 외경을 보다 균일하게 유지할 수 있다. 이 제어계수 K는, 50∼500의 범위내의 임의의 정수치로 되어 있다. 이 제어계수K와 제조된 연신체의 외경변동량과의 관계를 다음표에 표시한다. 여기서는, 평균외경 80㎜의 유리모재를 사용해서, 연신체(1c)의 목표연신외경을 40㎜, 외경을 측정하는 특정위치(1d)를 히터아래끝으로부터 90㎜로 설정해서, 이 위치에 있어서의 테이퍼부분의 외경의 기준치 R1을 46㎜로 하고, 제 1클램프부(2)의 설정속도Ud를 40㎜/min, 제 2클램프부(3)의 설정속도Uu를 10㎜/min, 제 1클램프부(2)의 설정속도Ud에 대한 제어허용범위의 비율을 ±30%(X1=30)로 하여, 제 1클램프부(2)의 이동속도만을 식(Ⅲ)에 의해 제어하였다.

제어계수 K	테이퍼부의 특정위치에 있어서의 외경변동량	연신체의 외경변동량
제어계수 K	[㎜]	[㎜]
25	±0.100	±1.5
50	±0.050	±0.6
100	±0.030	±0.3
250	±0.015	±0.3
500	±0.010	±0.5
1000	±0.005	±1.2

제어계수 K가 50미만이면, 설정속도 Ud, Uu에 대한 제어속도 Vd, Vu의 변화량이 지나치게 작아, 제어에 의한 유효한 효과를 얻을 수 없으므로, 연신체(1c)의 외경변화량이 크게 되어 버린다. 한편, 제어계수 K가 500을 초과하면, 특정위치(1d)에 있어서의 외경변동량은 작게(외경은 보다 균일하게)되나, 유리모재(1a)자체가 가지고 있는 외경의 불균일성의 영향을 받아서, 특정위치(1d)보다 아래쪽에 형성되는 연신체(1c)의 외경변동량은, 도리어 크게 되어버리는 경향이 강해진다.

즉, 도 2A에 표시한 바와 같이, 유리모재(1a)의 외경이 기준대로라면, 그 아래쪽에 형성되는 테이퍼부(1b)는, 도면중①에 표시한 바와 같이 이상적인 형상으로 된다. 그러나, 유리모재(1a)자체도, 그 외경에는 약간의 변동이 있고, 유리모재(1a)의 외경이 기준보다도 가늘은 부분에서는, 테이퍼부(1b)의 상부쪽외경은, 도면중②에 표시한 바와 같이 가늘게 된다. 여기서, 제어계수 K를 크게해서 특정위치(1d)에 있어서의 외경의 균일성을 지나치게 향상시키면, 그 아래쪽에 형성되는 연신체(1c)의 외경은, 도면중②에 표시한 바와 같이 굵게 된다. 반대로, 유리모재(1a)의 외경이 기준보다도 굵은 부분에서는, 테이퍼부(1b)의 상부쪽외경은, 도면중③에 표시한 바와 같이 굵게된다. 여기서, 제어게수K를 크게해서 특정위치(1d)에 있어서의 외경균일성을 지나치게 향상시키면, 그 아래쪽에 형성되는 연신체(1c)의 외경은, 도면중③에 표시한 바와 같이 가늘게 되어 버린다.

이에 대해서, 특정위치(1d)의 외경을 과도하게 균일로 되게 하지 않고, 유리모재(1a)의 외경의 불균일성에 어느정도 유연하게 대응한 쪽이, 연신체(1c)의 외경변동량을 작게 억제할 수 있다. 즉, 도 2B에 표시한 바와 같이, 유리모재(1a)의 외경이 기준대로라면, 그 아래쪽에 형성되는 테이퍼부(1b) 및 연신체(1c)는, 도면중 ①에 표시한 바와 같이 이상적인 형상으로 된다. 유리모재(1a)의 외경이 기준보다도 가늘은 부분에서는, 도면중②로 표시된 바와 같이 특정위치(1d)의 외경이 약간 이상적인 형상에 대해서 가늘어지는것 같지만, 그 아래쪽에 형성되는 연신체(1c)의 외경은 이상적인 형상에 대해서 가늘게 되는 일은 없고, 위치(1e)이후에는 도면중①로 표시되는 경우와 거의 동일하게 된다. 또, 유리모재(1a)의 외경이 기준보다도 굵은 부분에서는, 도면중③으로 표시되는 바와 같이 특정위치(1d)의 외경이 약간 이상적인 형상에 대해서 굵게되는 것같지만, 그 아래쪽에 형성된 연신체(1c)의 외경은 이상적인 형상에 대해서 굵게되는 일은 없고, 위치(1e)이후에서는 도면중①로 표시되는 경우와 거의 동일하게 된다. 또한, 도 2A, B는, 알기쉽게 하기 위하여 세로방향 또는 가로방향의 비율이 실제의 것에 비하여 강조해서 표시되어 있다.

상기한 이유에서, 제어계수K의 값은, 너무 지나치게 작아도, 반대로 너무 지나치게 커도, 연신체(1c)의 외경변동량을 크게하여 버린다. 발멸자들은, 예의 검토한 결과, 제어계수K를 50∼500의 범위내로 하는 것이, 연신체(1c)의 외경변동량을 작게 억제하는데 썩알맞은 범위인 것을 발견하였다. 또, 상기의 범위내라도, 100∼250의 범위내로 하면, 연신체(1c)의 외경변동량을 보다 균일하게 할 수 있으므로 특히 바람직하다. 이 일은, 상기의 표로부터도 명백하다. 이 제어계수 K의 바람직한 범위는, 상기한 (Ⅰ),(Ⅱ)식 및, 이들의 식을 테일러전개한 (Ⅲ),(Ⅳ)식의 어느것에도 썩알맞게 사용할 수 있다.

또, 제 1클램프부(2)의 제어속도Vd는, 다음식(V)로 표시되는 범위내로 되도록 제한되어 있다. 또한, 다음식(V)중의 X1은, 10∼100의 범위내의 임의의 정수이다.

(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud …(Ⅴ)

상기한 바와 같이, 식(Ⅰ)∼(Ⅳ)를 사용하여 (바람직하게는 제어계수 K를 50∼500의 범위내의 정수로해서), 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 속도를 제어하므로써, 연신체(1c)의 외경변동량을 작게할 수 있다. 그러나, 유리모재(1a)의 외경이 크게 변동하고 있는 경우는, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 제어속도Vd를 설정속도Ud로부터 상당히 떨어진 값으로까지 제어하는 것으로 되어, 제 1클램프부(2) 및 제 2클램프부(3)의 제어속도Vd, Vu가 극단적으로 느리게 또는 극단적으로 빠르게 된다. 유리모재(1a)중에서, 이 제어의 영향을 가장 받는 것은, 전기식가열기(4)의 내부에 있고, 가열에 의해 가장 연화되어 있는 부분이지만, 이 부분이 특정위치(1d)에 도달할때까지에는 시간이 걸린다. 따라서, 이와 같은 제어계에서는 필연적으로 제어의 시간지연이 발생하기 때문에, Vd, Vu를 극단적으로 변화시키는 조건에서는, 이들의 제어지연이 반복되므로써, 연신체(1c)의 외경이 일정한 값으로 수렴되지 않고서 발산하기 쉽게(오버슈트하기 쉽게)된다고 하는 경향이 현저하게 된다.

이 때문에, 제 1클램프부(2)의 제어속도Vd를, 설정속도 Ud에 대해서 식(V)에 표시되는 이정한 범위내로 규제하므로써, 연신체(1c)의 외경이 발산하는 것을 방지한다. 여기서, X1이 10∼100사이의 임의의 정수인 것으로부터도 알수 있는 바와 같이, 제어속도Vd와 설정속도Ud와의 차의 절대치 ｜Vd-Ud｜가 설정속도Ud의 10%∼100%의 범위내로 제안되도록, 제어속도Vd의 취할 수 있는 범위를 제한한다. 상기한 식(Ⅰ) 또는 (Ⅲ)에 의해 산출된 제어속도Vd가, 상기한 제한범위의 하한보다도 하회하는 경우는 제한범위내의 하한치에 의해 제어하고, 상기한 제한범위의 상한보다도 상회하는 경우는 제한범위내의 상한치에 의해 제어한다. 예를 들면, X1=10의 경우, (설정속도Ud의 90%의 속도)＜(제어속도Vd)＜(설정속도Ud의 110%의 속도)로 되도록 제어속도Vd를 규제하고, X1=100의 경우, (설정속도Ud의 0%의 속도, 즉 0)＜(제어속도Vd)＜(설정속도Ud의 200%의 속도)로 되도록 제어속도Vd를 규제한다.

다음표는, 이 클램프부의 설정속도에 대한 제어허용범위의 비율(X1)과 제조된 연신체의 외경변동량과의 관계를 나타내는 표이다. 여기서는, 평균외경 80㎜의 유리모재를 사용해서, 연신체(1c)의 목표연신외경을 40㎜, 외경을 측정하는 특정위치(1d)를 히터아래끝으로부터 90㎜로 설정하여, 이 위치에 있어서의 테이퍼부분의 외경의 기준치R1을 46㎜로 하고, 제 1클램프부(2)의 설정속도 Ud를 40㎜/min, 제 2클램프부(3)의 설정속도Uu를 10㎜/min, 제어계수 K를 250으로 하여, 제 1클램프부(2)의 이동속도만을 식(Ⅲ)에 의해 제어하였다.

클램프부의 설정속도에 대한제어허용범위의 비율[%]	실제의 클램프부의속도범위[㎜/min]	연신체의 외경변동량[㎜]
±5	38-42	±3.2
±10(X1=10의 경우)	36-44	±0.4
±25(X1=25의 경우)	30-50	±0.3
±50(X1=50의 경우)	20-60	±0.3
±100(X1=100의 경우)	0-80	±0.3
±130	0-92	±2.5
±200	0-120	발산(연신불가)

여기서, ｜Vd-Ud｜가 설정속도Ud의 10%미만(즉, X1＜10)이 되도록, 제어속도Vd를 규제하면, 제어속도Vd가 설정속도Ud에 대해서 거의 변화하지 않는 상태로 되기 때문에, 제어에 의한 유효한 효과를 얻을 수 없고, 도리어 제조되는 연신체(1c)의 외경변동량을 증가시켜 버린다. 예를 들면, 식(V)에 있어서 X1=5로 하게 되는 경우, 즉 (설정속도Ud의 95%의 속도)＜(제어속도Vd)＜(설정속도Ud의 105%의 속도)로 되도록 제어속도 Vd를 규제한 경우이다.

한편, ｜Vd-Ud｜가 설정속도 Ud의 100%를 초과(즉, X1＞100)하도록, 제어속도 Vd를 규제하면, 제어속도Vd가 설정속도 Ud에 대해서 상당히 떨어진 값으로까지 제어되게 되어, 제어계가 발산(오버슈트)해서, 제저되는 연신체(1c)의 외경이 일정한 값으로 수렴하지 않게된다. 예를 듬련, 식(V)에 있어서 X1=105로한 경우, 즉, (설정속도 Ud의 0%의 속도, 즉0)＜(제어속도Vd)＜(설정속도Ud의 205%의 속도)로 되도록 제어속도 Vd를 규제한 경우이다. X1이 10미만 또는 100을 초과하는 수치로 된 경우에, 연신체(1c)의 외경변동량이 증가하는 것은, 상기의 표로부터 명백하다.

마찬가지로해서, 제 2클램프부의 제어속도 Vu도, 다음식(Ⅵ)으로 표시되는 범위내로 되도록 제한되어 있고, 그 영향에 대해서도 상기한 식(V)의 경우와 완전히 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.

(100-X2)Uu＜100Vu＜(100+X2)Uu …(Ⅵ)

또, 상기한 기준치R1과 실측치R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)이나, [(R2/R1)-1]에 의거해서, 미분제어나 적분제어도 행하도록 하는 것도 가능하다. 예를 들면, 식(Ⅲ),(Ⅳ)에 관해서는, 다음식(Ⅶ),(Ⅷ)에 표시한 바와 같은, 기준치R1과 실측치 R2로부터 얻어지는 값 [(R2/R1)-1]에 의거한, 미분제어나 적분제어도 행하는 제어식을 생각할 수 있다.

여기서, K1, K2, K3은 제어계수(K2＞0, K1≥0, K3≥0의 범위내의 임의의 정수), t₀는 현재시, t₁은 적분개시시(몇초전부터를 적분대상으로 하는지)이다. 그 외의 각 기호의 의미는, 상기한 식(I)∼(IV)의 경우와 동일하다.

식(VII),(VIII)중 오른편의 제 1항이 미분제어에 상당하는 항, 제 2항이 비례제어에 상당하는 항, 제 3항이 적분제어에 상당하는 항이다. 또한, K1, K2에 관해서는 0의 값을 취하는 것도 고려된다. K1만이 0의 값을 취하는 경우는, 비례제어 및 적분제어가 행하여지게 된다. K3만이 0의 값을 취하는 경우는, 비례제어 및 미분제어가 행하여지게 된다. K1 및 K3의 쌍방이 0의 값을 취하는 경우는, 비례제어만이 행하여지게 되고, 이 경우는, K2=K로 되며, 식(VII)은 식(III)에 동등하고, 식 (VIII)은 식(IV)에 동등하게 된다.

이와 같이, 비례제어뿐만 아니라, 미분제어나 적분제어도 행하므로써, 연신체(1c)의 외경을 보다 균일하게 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 1에는, 유리모재(1a)가 상하방향으로 배치해서 연신하는 상태가 표시되어 있으나, 가로방향으로 배치해서 연신해도 되고, 유리모재(1a)를 회전시키면서 연신해도 된다.

본 발명에 관한 유리모재의 연신방법은, 가열부에 전기로를 사용하여, 연신과정에 있는 유리모재에 있어서의 테이퍼부의 특정위치의 외경에 대해서 기준치 R1을 설정하고, 이 특정위치의 실제의 외경을 측정해서 실측치R2를 취득하고, 기준치R1 및 실측치R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)에 의거해서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하고 있기 때문에, 유리모재의 외경 및 목표연신외경에 관계없이, 정밀도좋게 또한 제조효율좋게 유리모재를 정밀연신시킬 수 있다. 또, 실제로 제어를 보다 빨리피드백시키기 위하여, 기준치R1 및 실측치R2로부터 얻어지는 값[(R2/R1)-1]에 의거해서, 제 1클램프부 및/또는 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것도 유용하다.

이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 여러 가지로 변형할 수 있는 것은 명백하다. 그와 같은 변형은, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로는 인정할 수는 없고, 모든 당업자에 있어서 자명한 개량은, 이하의 청구항의 범위에 포함되는 것이다.

본 발명은, 유리모재로부터 일정한 외경의 광파이버를 제작할 때에 썩알맞게 적용가능하다.

Claims

유리모재의 양끝을 제 1클램프부 및 제 2클램프부에 의해 클램프하고, 제 1클램프부를 제 2클램프부보다도 빠른 속도가 되도록해서 제 1클램프부 및 제 2클램프부를 유리모재의 긴쪽방향으로 이동시켜, 제 1클램프부 및 제 2클램프부의 유리모재의 긴쪽방향으로의 이동에 따라서, 유리모재를 제 1클램프부쪽의 끝부분으로부터 순차적으로 가열부에 의해 가열연화시키고, 유리모재에 가해지는 인장력에 의해 유리모재를 연신시키는 유리모재의 연신방법에 있어서,

상기 가열부에 전기로를 사용하여, 연신과정에 있는 유리모재에 있어서의 테이퍼부의 특정위치의 외경에 대해서 기준치R1을 설정하고, 상기 특정위치의 실제의 외경을 측정해서 실측치R2를 취득하고, 상기 기준치R1 및 상기 실측치R2로부터 얻어지는 값(R2/R1)에 의거해서, 상기 제 1클램프부 및/또는 상기 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1클램프부 및/또는 상기 제 2클램프부의 속도를, 다음식(I),(II)에 의거해서 제어하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

Vd/Ud=(R2/R1)^K…(Ⅰ)

Vu/Uu=(R2/R1)^-K…(Ⅱ)

Vd: 제 1클램프부의 제어후의 속도[㎜/min]

Ud: 제 1클램프부의 설정속도 [㎜/min]

Vu: 제 2클램프부의 제어후의 속도[㎜/min]

Uu: 제 2클램프부의 설정속도[㎜/min]

K: 제어계수(임의의 양의 정수)
제 2항에 있어서, 상기 제어계수K를, 50∼500의 범위내의 값으로 한 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
제 2항에 있어서, 상기 제 1클램프부의 제어후의 속도Vd를, 다음식(V)로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud …(V)

X1: 10∼100의 범위내의 임의의 정수
제 2항에 있어서, 상기 제 2클램프부의 제어후의 속도 Vu를, 다음식(VI)으로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

(100-X2)Uu＜100Vu＜(100×X2)Uu …(Ⅵ)

X2: 10∼100의 범위내의 임의의 정수
유리모재의 양끝을 제 1클램프부 및 제 2클램프부에 의해 클램프하여, 제 1클램프부를 제 2클램프부보다도 빠른 속도로 되도록해서 제 1클램프부 및 제 2클램프부를 유리모재의 긴쪽방향으로 이동시키고, 제 1클램프부 및 제 2클램프부의 유리모재의 긴쪽방향으로의 이동에 따라서, 유리모재를 제 1클램프부쪽의 끝부분으로부터 순차 가열부에 의해 가열연화시키고, 유리모재에 가해지는 인장력에 의해 유리모재를 연신시키는 유리모재의 연신방법에 있어서,

상기 가열부에 전기로를 사용하여, 연신과정에 있는 유리모재에 있어서의 테이퍼부의 특정위치의 외경에 대해서 기준치R1을 설정하고, 상기 특정위치의 실제의 외경을 측정해서 실측치R2를 취득하여, 상기 기준치R1 및 상기 실측치R2로부터 얻어지는 값[(R2/R1)-1] 에 의거해서 상기 제 1클램프부 및/또는 상기 제 2클램프부의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
제 6항에 있어서, 상기 제 1클램프부 및/또는 상기 제 2클램프부의 속도를, 다음식(III),(IV)에 의거해서 제어하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

Vd/Ud=1+K[R2/R1)-1] …(Ⅲ)

Vu/Uu=1-K[R2/R1)-1] …(Ⅳ)

Vd: 제 1클램프부의 제어후의 속도[㎜/min]

Ud: 제 1클램프부의 설정속도 [㎜/min]

Vu: 제 2클램프부의 제어후의 속도[㎜/min]

Uu: 제 2클램프부의 설정속도[㎜/min]

K: 제어계수(임의의 양의 정수)
제 7항에 있어서, 상기 제어계수K를, 50∼500의 범위내의 값으로 한 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.
제 7항에 있어서, 상기 제 1클램프부의 제어후의 속도Vd를, 다음식(V)로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

(100-X1)Ud＜100Vd＜(100+X1)Ud …(V)

X1: 10∼100의 범위내의 임의의 정수
제 7항에 있어서, 상기 제 2클램프부의 제어후의 속도Vu를, 다음식(VI)로 표시되는 범위내가 되도록 제한하는 것을 특징으로 하는 유리모재의 연신방법.

(100-X2)Uu＜100Vu＜(100×X2)Uu …(Ⅵ)

X2: 10∼100의 범위내의 임의의 정수