JP6180377B2 - ガラス母材の延伸方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス母材の延伸方法に関する。

光ファイバ用のガラス母材は、延伸装置で延伸加工して外径および長さを調整する。これにより、線引きする設備の仕様にガラス母材を対応させることができる。特許文献１には、ガラス母材を延伸加工する場合に、ガラス母材の基準外径位置を定める方法が記載されている。
［特許文献１］特許第４４４３４３３号

ガラス母材を延伸する場合、長手方向に沿って外径が変動する外径変動が延伸初期に生じやすい。外径変動が生じた部分では、線引きして得られる光ファイバ等の製品品質が低下する。このため、ガラス母材の外径変動は、歩留まり低下の原因となる。

本発明の第１の態様によると、ガラス母材の長手方向に沿ってガラス母材の外径が変化するテーパ部を、ガラス母材の直胴部の一端に隣接して形成する成形段階と、ガラス母材の長手方向両端部を一対のチャックにより保持する保持段階と、一対のチャックに保持されたガラス母材の長手方向の一部となる加熱領域を加熱源により加熱する加熱段階と、加熱源による加熱でガラス母材の一部が溶融軟化した状態で、一対のチャックの間隔をガラス母材の長手方向に拡げてガラス母材を延伸する延伸段階とを備えるガラス母材の延伸方法であって、加熱領域の中心により表される加熱源の位置が、テーパ部において、ガラス母材の外径が直胴部の平均外径の９５％と等しいかより大きく、且つ、９８％と等しいかより小さい範囲に設定された延伸開始位置に位置する状態から延伸段階を開始するガラス母材の延伸方法が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

ガラス旋盤１００の概略図である。 ガラス旋盤１００における外径測定器１５０の概略図である。 ガラス旋盤１００における加熱源１４０の概略図である。 ガラス母材２１０における溶融軟化部２１６の概略図である。 延伸されたガラス母材２１０の部分的な概略図である。 ガラス母材２１０の延伸による外径変化を示すグラフである。 ガラス母材２１０の延伸前の外径分布を示すグラフである。 ガラス母材２１０の加熱位置１４２と引取り速度との関係を示すグラフである。 ガラス母材２１０の延伸開始端における延伸後の外径分布を示すグラフである。 ガラス母材２１０の延伸開始端における延伸後の外径分布を示すグラフである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、ガラス旋盤１００の概略図である。ガラス旋盤１００は、ガラス母材２１０を延伸する場合に延伸装置として使用できる。ガラス旋盤１００は、ガラス母材２１０およびダミー棒２２２、２２４を含むガラス母材組立体２００を保持した状態で示される。

ガラス旋盤１００は、定盤１１０と、一対のチャック１２２、１２４および移動台１３０を備える。定盤１１０は、水平に固定された平坦な天面１１２を有する。

一対のチャック１２２、１２４は、定盤１１０の天面１１２上に配され、天面１１２と平行なガラス母材組立体２００の両端を保持する。また、一対のチャック１２２、１２４の各々は、回転駆動部１２６、１２８により駆動されて、保持したガラス母材組立体２００を、ガラス母材２１０の長手方向に延在する回転軸の回りに回転させることができる。

また、一対のチャック１２２、１２４の少なくとも一方は、保持したガラス母材組立体２００の長手方向に移動する。これにより、一対のチャック１２２、１２４相互の間隔を変化させることができる。

移動台１３０は、定盤１１０の天面１１２上に配され、加熱源１４０および外径測定器１５０を搭載する。また、移動台１３０は、天面１１２上において、搭載した加熱源１４０および外径測定器１５０と一体的に、一対のチャック１２２、１２４が保持したガラス母材組立体２００の長手方向に移動する。

加熱源１４０としては、例えば、酸水素火炎バーナを使用でき、一対のチャック１２２、１２４が保持したガラス母材組立体２００を周面から加熱する。外径測定器１５０としては、レーザ外径測定器を使用できる。

上記のようなガラス旋盤において、チャック１２２、１２４にガラス母材２１０を保持させた状態で、加熱源１４０によりガラス母材２１０を加熱することにより、ガラス母材２１０の長手方向の一部を加熱して溶融軟化させることができる。ここで、回転駆動部１２６、１２８によりガラス母材２１０を回転させながら加熱することにより、ガラス母材２１０の長手方向の一部を、周方向について均一に加熱できる。

また、ガラス母材２１０の一部が溶融軟化した状態で、少なくとも一方のチャック１２２を図中の矢印Ａの方向に移動させて一対のチャック１２２、１２４の間隔を拡げることにより、ガラス母材２１０を延伸させることができる。また、ガラス母材２１０において延伸された部分は、縮径されて外径が減少する。

更に、加熱源１４０による加熱とチャック１２２、１２４による延伸を継続しつつ、移動台１３０により加熱源１４０をガラス母材２１０の長手方向に、図中に矢印Ｂで示す方向に移動させる。これにより、ガラス母材２１０を略全長にわたって延伸できる。このように、ガラス母材２１０の一端側に位置する延伸開始位置から延伸を開始して、ガラス母材２１０の他端側に位置する延伸終了位置まで継続することにより、ガラス母材２１０の略全長を延伸できる。

なお、延伸するガラス母材２１０は、例えば、外付け気相成長法（ＯＶＤ法）により製造できる。ＯＶＤ法においては、酸水素火炎バーナに酸素ガスおよび水素ガスと共にガラス原料としての四塩化ケイ素等を供給して、酸水素火炎を発生させる。酸水素火炎中で加水分解反応により生成されたガラス微粒子を、コア母材の表面に堆積させる。これにより、コア母材の表面に、多孔質ガラス層が形成される。

更に、多孔質ガラス層を脱水、焼結することにより透明ガラス化して透明なガラス母材２１０が形成される。こうして得られたガラス母材２１０の少なくとも一部が、長手方向について外径が略一定な直胴部２１２を形成する。ガラス母材２１０は、光ファイバに線引きする線引き工程で使用する設備に応じて、外径および長さを調整される。なお、ガラス母材２１０の製造は、ＯＶＤ法に限られるわけではなく、気相軸付け法（ＶＡＤ法）、内付け化学気相成長法（ＭＣＶＤ法）等の他の製造方法でもよい。

ガラス母材２１０は、長手方向の両端または一端に、溶着等によりダミー棒２２２、２２４を溶着してガラス母材組立体２００を形成した状態でガラス旋盤１００に保持させてもよい。ダミー棒２２２、２２４を含むガラス母材組立体２００は、ダミー棒２２２、２２４の端部をチャック１２２、１２４に把持させることにより、ガラス旋盤１００において保持される。

これにより、ガラス母材２１０が、チャック１２２、１２４等により傷つけられることを未然に防止できる。換言すれば、ガラス母材２１０の端部に既に泡・傷等の欠陥が生じている場合は、ダミー棒２２２、２２４を用いることなく、ガラス母材２１０をチャック１２２、１２４に直接に把持させてもよい。

ガラス母材２１０の一方の端にダミー棒２２２を溶着する場合、当該一方の端は、例えば、ガラス母材２１０を延伸する場合に、延伸を開始する側の端部であってよい。この場合、ガラス母材２１０の両端にダミー棒２２２、２２４を配する場合に追加されるダミー棒２２４は、ガラス母材２１０の延伸終了側の一端に配される。

更に、ガラス母材２１０は、少なくとも延伸を開始する側の端部に隣接して、ガラス母材２１０の長手方向について、ガラス母材２１０の端部に近づくほど外径が漸減するテーパ部２１４を設けてもよい。テーパ部２１４は、例えば、ガラス母材２１０を研削加工することにより形成できる。これにより、ガラス母材２１０は、長手方向について外径が略一定な直胴部２１２と、外径が連続的に変化するテーパ部２１４とを有するものとなる。

なお、ガラス母材２１０にテーパ部２１４を設けた場合、テーパ部２１４が配されたガラス母材２１０の端部に溶着するダミー棒２２２の外径は、テーパ部２１４の端部の外径と等しくてもよい。これにより、ダミー棒２２２を含むガラス母材組立体２００においては、直胴部２１２、テーパ部２１４およびダミー棒２２２を通じて、外径が連続的に変化する。また、ダミー棒２２２、２２４は、ガラス母材２１０の組成と同じか類似した組成を有する材料で形成できる。

上記のようにガラス母材組立体２００としたガラス母材２１０を延伸加工する場合は、まず、ダミー棒２２２、２２４を介してチャック１２２、１２４により把持させることにより、ガラス母材２１０をガラス旋盤１００に保持させる。次に、外径測定器１５０を用いて、ガラス母材２１０の延伸前の外径を測定する。

図２は、ガラス旋盤１００における外径測定器１５０の概略図である。外径測定器１５０は、ガラス母材２１０の長手方向について、加熱源１４０の直近に配され、ガラス母材組立体２００の外径を測定する。

外径測定器１５０は、移動台１３０が移動する場合に、加熱源１４０と共に移動する。よって、移動台１３０の移動方向について、加熱源１４０よりも前に外径測定器１５０が配置された場合、外径測定器１５０は、延伸直前のガラス母材組立体２００の外径を測定する。また、移動台１３０の移動方向について、加熱源１４０よりも後に外径測定器１５０が配置された場合、外径測定器１５０は、延伸直後のガラス母材組立体２００の外径を測定する。

ガラス旋盤１００を用いてガラス母材２１０を延伸する場合、延伸するガラス母材２１０を測定して得られた延伸前の外径の値と、目標となる延伸後の外径である目標外径の値とに基づいて、加熱源１４０による加熱量の他に、加熱源１４０（移動台１３０）の移動速度Ｖ_ｂ［ｍｍ／分］と、チャック１２２、１２４の移動によるガラス母材２１０の引取り速度Ｖｔ（ｚ）［ｍｍ／分］とを含む延伸条件が設定される。

なお、ガラス母材２１０の加熱および延伸と、外径の測定および延伸条件の算出とを同時に実行することもできる。しかしながら、外径測定器１５０がガラス母材２１０の外径を測定する位置と、加熱溶融されたガラス母材２１０が延伸される位置とのずれが、外径制御の精度に影響する場合がある。

そこで、ガラス母材２１０を加熱および延伸する前に、加熱源１４０を点火することなく、外径測定器１５０を用いて、ガラス母材２１０の外径を、ガラス母材２１０の長手方向全長にわたって予め測定する。これにより、延伸するガラス母材２１０の長手方向に関する外径分布を予め取得し、取得した外径分布に基づいて、延伸するガラス母材２１０の平均外径を算出して延伸条件を精度よく設定できる。

延伸前に外径Ｄ_１［ｍｍ］を有するガラス母材２１０を、目標外径Ｄ_２［ｍｍ］まで延伸する場合、加熱源１４０の移動速度Ｖ_ｂ［ｍｍ／分］と、引取り速度Ｖｔ（ｚ）［ｍｍ／分］とは、下記の式１により算出できる。ここで、変数ｚは、ガラス母材２１０における長手方向の位置ｚ［ｍｍ］を意味し、Ｄ_２（ｚ）は、位置ｚにおけるガラス母材２１０の外径を意味する。

上記のようにして加熱条件を設定したガラス母材２１０を延伸する場合は、まず、加熱源１４０およびガラス母材２１０の相対移動を停止させた状態で、加熱源１４０によりガラス母材２１０を加熱する。次いで、ガラス母材２１０の加熱された部分が溶融軟化する温度に達した後に、予め算出した速度Ｖ_ｂ［ｍｍ／分］で加熱源１４０を移動させる。

また、ガラス母材２１０の溶融軟化した部分の長手方向位置ｚ［ｍｍ］に対応する引取り速度Ｖ_ｔ（ｚ）［ｍｍ／分］でチャック１２２、１２４の間隔を拡げることによりガラス母材２１０を延伸する。こうしたガラス母材２１０の延伸加工は、溶融軟化して延伸される箇所が延伸終了位置に到達するまで継続される。

図３は、ガラス母材２１０を延伸加工する場合に、加熱源１４０がガラス母材２１０を加熱する加熱位置１４２の概念を示す概略図である。加熱源１４０は、例えば酸水素火炎によりガラス母材２１０を加熱するので、ガラス母材２１０においては、長手方向について有限の幅を有する加熱領域２３０が加熱する。そこで、ガラス母材２１０の長手方向について、加熱源１４０による加熱領域２３０の中心を、加熱源１４０の加熱位置１４２とする。

ガラス母材２１０を延伸する場合は、加熱位置１４２においてガラス母材２１０が溶融軟化した状態でチャック１２２、１２４の少なくとも一方を移動させる。これにより、ガラス母材２１０において溶融軟化した部分が延伸される。

なお、ガラス母材２１０において延伸加工を開始する場合は、延伸を開始する延伸開始位置に対応する加熱位置１４２よりも、ガラス母材２１０に対する加熱源１４０の移動方向について手前側の加熱位置１４２からガラス母材２１０を加熱する予熱段階を設けてもよい。これにより、延伸開始位置におけるガラス母材２１０の加熱条件が、延伸加工を継続中のガラス母材２１０の加熱条件と同じになり、延伸後のガラス母材２１０の外径を、延伸開始位置において安定化させることができる。

予熱段階における加熱開始位置は、延伸開始の時点における加熱位置１４２から、延伸前のガラス母材２１０の平均外径の５０％と同じか、それよりも離れた範囲としてもよい。予熱段階の加熱開始位置が上記範囲よりも延伸開始位置に近くなると、加熱されていない領域から延伸開始位置までに充分な移動距離が得られない。このため、加熱によりガラス母材２１０に形成される熱勾配が急峻になり、ガラス母材２１０が溶融軟化した部分に局所的な高温部が発生する。よって、ガラス母材２１０において溶融軟化した部分が集中的に延伸および縮径され、ガラス母材２１０の外径の安定性が低下する。

予熱段階における加熱開始位置は、上記の範囲よりも遠い分には、延伸開始直後の外径の安定性という観点からは制限がない。しかしながら、予熱の開始位置が延伸開始位置から離れすぎていると、予熱段階における加熱源１４０の移動距離が長くなり、予熱に要する時間が増加する。また、予熱に費やされる燃料の消費量も増加する。

よって、予熱段階における加熱源１４０による加熱開始位置は、延伸開始の時点における加熱位置から、延伸前のガラス母材２１０の平均外径の３００％以下とすることが好ましい。更に、上記の延伸前のガラス母材２１０の平均外径の５０％以上という条件と、３００％以下という条件の双方に対してマージンをとり、１００％に等しいかより大きく、２００％に等しいかより小さくすることがより好ましい。

上記の予熱段階に続いて、移動台１３０は、加熱源１４０を移動させる。これにより、加熱源１４０によるガラス母材２１０の加熱位置１４２は、延伸が開始される時点でガラス母材２１０が溶融軟化された部分に向かって移動する。なお、延伸中のガラス母材２１０に形成される溶融軟化された部分は、ガラス母材２１０の長手方向について、母材外径に近い幅としてもよい。

図４は、ガラス母材２１０における溶融軟化部２１６を示す概略図である。図示のように、加熱源１４０により加熱されたガラス母材２１０においては、加熱位置１４２を中心として、ガラス母材２１０の長手方向両側に拡がる加熱領域２３０が加熱される。加熱領域２３０の温度が上昇すると、ガラス母材２１０には、ガラス母材２１０の長手方向に幅を有する溶融軟化部２１６が形成される。

加熱領域２３０がガラス母材２１０の長手方向に幅を有するので、加熱位置１４２がガラス母材２１０のテーパ部２１４に位置する場合は、溶融軟化部２１６にも、加熱位置１４２よりもガラス母材２１０の外径が小さい部分と、加熱位置１４２よりもガラス母材２１０の外径が大きい部分とが含まれる。このため、溶融軟化部２１６内においても、延伸後のガラス母材２１０において、加熱位置１４２の前後で延伸後の外径に相違が生じる。

ここで、一例として、延伸前の平均外径が１００ｍｍのガラス母材２１０を、目標外径を６０ｍｍとして延伸する場合について考察する。ガラス母材２１０のテーパ部２１４において外径が７０ｍｍとなる位置を、加熱源１４０による加熱位置１４２として、ガラス母材２１０を加熱する。次いで、ガラス母材２１０における溶融軟化部２１６が軟化した状態で、ガラス旋盤１００のチャック１２２、１２４を移動させることにより間隔を拡げて、ガラス母材２１０を延伸する。

ここで、チャック１２２、１２４の移動速度（引き取り速度）を、外径７０ｍｍのガラス母材を目標外径の６０ｍｍまで延伸させる条件で算出する。しかしながら、ガラス母材２１０の外径は、テーパ部２１４においては、ガラス母材２１０の長手方向について連続的に変化する。このため、溶融軟化部２１６においては、外径が７０ｍｍよりも大きい部分も、７０ｍｍよりも小さい部分も、併せて、外径が７０ｍｍの場合の条件で延伸される。このため、加熱位置を固定して考えた場合には、ひとつの溶融軟化部２１６内に、延伸条件が異なる部分が含まれることになる。

図５は、延伸されたガラス母材２１０の概略図である。上記のようにガラス母材２１０を加熱して溶融軟化部２１６が形成された状態で、チャック１２２、１２４の間隔を拡げることにより、溶融軟化部２１６においてガラス母材２１０を延伸させることができる。しかしながら、延伸を開始した時点では、溶融軟化部２１６が過剰に延伸され、延伸後のガラス母材２１０の外径が、目標外径よりも小さくなる場合がある。

更に、加熱源１４０とチャック１２２、１２４とを移動させてガラス母材２１０の延伸を継続する場合、過剰な延伸で目標外径よりも細くなった区間が発生すると、当該区間に隣接する区間では、延伸による縮径効果が不足して、延伸後の外径が目標外径よりも大きくなる。このように、延伸されたガラス母材２１０においては、延伸による縮径が過剰な区間には縮径が不足した区間が続き、縮径が不足した区間には縮径が過剰な区間が続く。このため、延伸後のガラス母材２１０において外径が目標外径に対して一旦偏差が生じた場合、延伸後のガラス母材２１０において外径の変動が繰り返される外径変動が生じる。

このような外径変動は、延伸開始位置から延伸終了位置に向かって交互に繰り返されるが、ガラス母材２１０の延伸が進むにつれて収束する。よって、延伸後のガラス母材２１０の外径が、延伸の変動が収束した後の外径となる位置を選択して、延伸を開始することにより、延伸を開始した直後から、延伸後の外径の変動を抑制できる。

図６は、延伸中のガラス母材２１０における、延伸の前後での外径の変化を示すグラフである。図示のグラフの横軸においては、ガラス母材２１０とダミー棒２２２との溶接部の位置を「０」として、当該溶接部からの距離ｚによりガラス母材２１０の長手方向の位置を表す。

図示のグラフは、目標外径を６３．００ｍｍとした延伸条件で延伸している、直胴部２１２の平均外径が９５．４５ｍｍのガラス母材２１０において、加熱源１４０による加熱位置１４２の前後のガラス母材２１０の外径の変化を示す。このガラス母材２１０においては、延伸後の外径の変動は既に収束しており、図中右側に示される延伸後の外径は安定している。

図中においてガラス母材２１０の外径が延伸により減少し始めている領域に着目すると、加熱源１４０による加熱位置１４２が、ガラス母材２１０の外径が延伸により直胴部２１２の外径よりも小さくなり始めた後の位置にあることが判る。より具体的には、加熱源１４０の加熱位置１４２は、延伸前の母材平均外径の９７．８％にあたる外径９３．３５ｍｍの位置にある。

そこで、加熱源１４０による加熱位置１４２を、延伸開始の当初から、延伸が安定している場合の加熱位置１４２に合わせることにより延伸初期の外径変動を抑制できる。上記の例では、ガラス母材２１０の延伸を開始する場合に、直胴部２１２の平均外径の９７．８％の外径を有する位置で延伸を開始することにより、延伸を開始した直後の外径変動を迅速に収束させることができる。

更に、他のガラス母材２１０を延伸して、延伸後の外径の変動が収まった状態で、加熱源１４０の加熱位置１４２を測定した。測定結果を表１に示す。表１に示すように、外径変動が収まった状態においては、延伸前のガラス母材２１０の外径の９５％以上、９８％以下の外径を有する位置に、加熱源１４０の加熱位置１４２が位置しているす。

次に、長さ１０００ｍｍの直胴部２１２を有する光ファイバ用のガラス母材２１０を４本用意して、目標外径を６３．００ｍｍとして延伸して作製例１〜４を作製した。まず、ガラス母材２１０の各々の両端に、外径６０ｍｍのダミー棒２２２、２２４を溶接して、ガラス母材組立体２００とした。

次いで、１本のガラス母材組立体２００の両端を、チャック１２２、１２４に把持させて、ガラス母材組立体２００をガラス旋盤１００に保持させた。更に、ガラス旋盤１００の外径測定器１５０により、ガラス母材２１０の長手方向について、延伸前のガラス母材２１０の外径分布を測定した。外径測定器１５０としては、レーザ外径測定器を用いた。

図７は、上記のガラス母材２１０の延伸前の外径分布を示すグラフである。図示のグラフの横軸においては、ガラス母材２１０とダミー棒２２２との溶接部の位置を「０」として、当該溶接部からの距離ｚによりガラス母材２１０の長手方向における測定位置を表す。

図示のように、ガラス母材２１０は、直胴部２１２からダミー棒２２２に向かって、ガラス母材２１０の長さ方向に沿って連続的に変化する外径分布を有する。なお、ガラス母材２１０の直胴部２１２の平均外径は９５．４５ｍｍであった。

次に、加熱源１４０として酸水素火炎バーナを用い、上記のガラス母材２１０の一本を延伸した。まず、テーパ部２１４の外径が９２．４５ｍｍになる位置を、延伸開始位置に設定した。延伸開始位置における外径９２．４５ｍｍは、直胴部２１２の平均外径９５．４５ｍｍの９６．９％に相当する。また、設定された延伸開始位置は、図７の横軸において、ｚ＝−１００ｍｍの位置に相当する。

次いで、加熱源１４０の加熱位置１４２を、延伸開始位置からダミー棒２２２側に６０ｍｍ離れたｚ＝−４０ｍｍの位置に固定した。延伸開始位置と加熱位置１４２との距離６０ｍｍは、直胴部２１２の平均外径の６２．９％に相当する。

この状態で、加熱源１４０を形成する酸水素火炎バーナを点火し、ガラス母材２１０を加熱した。酸水素バーナには、１００Ｌ／分の酸素と２００Ｌ／分の水素とを供給した。数分後に、加熱位置１４２においてガラス母材２１０が白く輝き、溶融軟化部２１６が形成され始めたことを確認した。そこで、ガラス母材２１０の長手方向に沿って、直胴部２１２に近づく方向に−１５ｍｍ／分の速度で加熱源１４０を移動させた。

約４分後に、加熱位置１４２が、延伸開始位置であるｚ＝−１００ｍｍの位置に到達した。よって、延伸開始位置側でガラス母材２１０を把持する一方のチャック１２２を、他方のチャック１２４から遠ざかる方向に移動させて、一対のチャック１２２、１２４の間隔を拡げることにより、ガラス母材２１０の延伸を開始した。換言すれば、この状態で延伸を開始するまでは予熱段階にあったので、この時点まではチャック１２２、１２４が固定され、ガラス母材２１０は延伸されない。

なお、ガラス母材２１０において温度が最も高い最高温位置は、移動する加熱源１４０の加熱位置１４２に追従するので、両者の間にはタイムラグがある。このため、ガラス母材２１０の延伸に与かるチャック１２２の引取り速度は、加熱源１４０の中心位置よりも２０ｍｍ右側にオフセットした位置において予め測定しておいた外径分布に基づいて計算してもよい。

より具体的には、延伸開始時のバーナ中心位置ｚ＝−１００ｍｍに対して２０ｍｍオフセットしたｚ＝−８０ｍｍにおける外径は８９ｍｍなので、延伸開始時のチャックの引取り速度は＋７．５ｍｍ／分である。以後、同様にバーナの中心位置に２０ｍｍのオフセットを加えた位置における予め測定したガラス母材の外径に基づき計算された引取り速度でチャック間隔を広げていき、延伸終了位置まで延伸を行った。

図８は、距離ｚにより表す加熱源１４０の加熱位置１４２と、チャック１２２による引取り速度Ｖｔ（ｚ）との関係を、延伸開始の前後について示すグラフである。図中には、図７に示したガラス母材２１０の外径分布を点線で併せて示す。また、図示のグラフの横軸においては、ガラス母材２１０とダミー棒２２２との溶接部の位置を「０」として、当該溶接部からの距離ｚによりガラス母材２１０の長手方向における加熱位置１４２を表す。

図示のように、加熱位置１４２が、延伸開始位置であるｚ＝−１００の位置に到達するまで、チャック１２２は固定されている。また、加熱位置１４２が、延伸開始位置であるｚ＝−１００の位置に到達すると、チャック１２２は、移動を開始し、延伸終了位置に到達するまで、略等速で移動を継続する。こうして、作製例１に係るガラス母材２１０が延伸された。

図９は、作製例１に係る延伸したガラス母材２１０の外径分布を示すグラフである。図示のグラフの横軸においては、ガラス母材２１０とダミー棒２２２との溶接部の位置を「０」として、当該溶接部からの距離ｚによりガラス母材２１０の長手方向の位置を表す。

図中には、延伸開始側の端部近傍におけるガラス母材２１０の外径分布が示される。ガラス母材２１０の外径分布は、延伸前の外径分布と同様に、ガラス旋盤１００に設けた外径測定器１５０を使用して測定した。

延伸後のガラス母材２１０において、直胴部２１２の平均外径は６３．００ｍｍであった。また、延伸後のガラス母材２１０において、延伸初期に延伸された部分の最大外径は６４．０１ｍｍであった。ここで、平均外径と最大外径との差分Ｗ_１を、延伸されたガラス母材の外径変動の大きさを示す指標とすると、作製例１のガラス母材２１０の外径変動は１．０１ｍｍと算出できる。

更に、残る３本のガラス母材２１０を延伸して、作製例２〜４を作製した。作製例２〜４に係るガラス母材２１０の各々は、それぞれ固有の外径分布を有する。また、延伸の目標外径も、ガラス母材２１０毎に変更して、作製例２〜４に係るガラス母材を延伸した。

延伸するガラス母材２１０に溶着したダミー棒２２２、２２４は、作製例１の場合と同じ仕様のものを用いた。また、外径測定器１５０による延伸前の外径分布測定手順、予熱および延伸する段階の加熱源１４０の移動速度等は、作製例１の場合と同等の値とした。一方、チャック１２２の引取り速度Ｖｔ（ｚ）は、それぞれのガラス母材２１０について計測した外径分布に基づいて決定した。

作製例１〜４における延伸前の直胴部２１２の平均外径、延伸の目標外径，延伸を開始する時点での加熱位置１４２および延伸初期の外径変動を、作製例１の場合の値と併せて表２に示す。表２に示す通り、延伸を開始する時点での加熱位置１４２が、直胴部２１２における平均外径の９５％から９７％程度になる位置にある場合は、延伸初期に延伸された部分の外径変動が、１ｍｍ前後に収まっている。

作製例１〜４の場合と同様に、延伸前の直胴部２１２の平均外径および目標外径が異なるガラス母材２１０を４本用意して延伸し、比較例１〜４を作製した。作製例１を延伸した場合と異なる点は、延伸を開始した時点における加熱源１４０によるガラス母材２１０の加熱位置１４２にある。即ち、比較例１〜４の延伸においては、延伸を開始する時点での加熱位置１４２を、より大きな範囲で変化させた。

作製例１〜４の場合と同様に、４本のガラス母材２１０を個別に延伸して、比較例１〜４を作製した。比較例１〜４に係るガラス母材２１０の各々は、それぞれ固有の外径分布を有する。また、延伸の目標外径も、ガラス母材２１０毎に変更して、比較例１〜４に係るガラス母材２１０を延伸した。

延伸するガラス母材２１０の各々に溶着したダミー棒２２２、２２４は、作製例１の場合と同じ仕様のものを用いた。また、外径測定器１５０による延伸前の外径分布測定手順、予熱および延伸する段階の加熱源１４０の移動速度等は、作製例１の場合と同等の値とした。一方、チャック１２２の引取り速度Ｖｔ（ｚ）は、それぞれのガラス母材２１０について計測した外径分布に基づいて決定した。

図１０は、比較例１に係るガラス母材２１０における、延伸した後の外径分布を示すグラフである。図示のグラフの横軸においては、ガラス母材２１０とダミー棒２２２との溶接部の位置を「０」として、当該溶接部からの距離ｚによりガラス母材２１０の長手方向の位置を表す。

図中には、延伸開始側の端部近傍におけるガラス母材２１０の外径分布が示される。ガラス母材２１０の外径分布は、延伸前の外径分布と同様に、ガラス旋盤１００に設けた外径測定器１５０を使用して測定した。

比較例１に係るガラス母材２１０において、延伸後の直胴部２１２の平均外径は６２．８９ｍｍであった。また、同ガラス母材２１０において、延伸初期に延伸された部分の最大外径は６７．４６ｍｍであった。ここで、平均外径と最大外径との差分Ｗ_２が、延伸されたガラス母材の外径変動の大きさを示す指標となるので、比較例１のガラス母材２１０の外径変動は４．５７ｍｍと算出できる。同様に、比較例２〜４に係るガラス母材２１０についても、延伸と測定を実行した。

比較例１〜４における延伸前の直胴部２１２の平均外径、延伸の目標外径，延伸を開始する時点での加熱位置１４２および延伸初期の外径変動を、表３に併せて示す。表３に示す通り、延伸を開始する時点での加熱位置１４２が、直胴部２１２における平均外径が８５％よりも小さい位置にある場合、延伸初期に延伸された部分の外径変動が４ｍｍを超えている。

また、延伸を開始する時点での加熱位置１４２が、直胴部２１２における平均外径が９９％よりも大きい位置にある場合、延伸初期に延伸された部分の外径変動が４ｍｍを超えている。外径変動がこれほど大きくなると、延伸されたガラス母材２１０を更に線引きして光ファイバ等を製造する場合に、無視し得ない歩留りの低下が生じる。

作製例１〜４の場合と同様に、延伸前の直胴部２１２の平均外径および目標外径が異なるガラス母材２１０を４本用意して延伸し、作製例５〜８を作製した。作製例１の場合と同様に、ガラス母材２１０の両端に外径６０ｍｍのダミー棒２２２、２２４を溶接し、ダミー棒２２２、２２４をガラス旋盤１００のチャック１２２、１２４で把持することによってガラス旋盤に取り付けた。加熱源１４０として酸水素火炎バーナを用い、加熱源１４０の近傍に配した外径測定器１５０によりガラス母材２１０の長手方向の外径分布を計測した。

作製例５〜８の延伸において、作製例１を延伸した場合と異なる点は、延伸を開始する前に、予熱段階を実行したことにある。作製例５の場合、予め計測したガラス母材２１０の外径分布の測定結果に基づいて、延伸を開始する時点での加熱源１４０の加熱位置１４２を、延伸前のガラス母材２１０の直胴部２１２の平均外径の９６．０％に相当する外径をガラス母材２１０が有する位置とした。また、延伸を開始する前に、ガラス母材２１０に対する予熱を開始する位置を、延伸を開始する位置に対して延伸前の平均外径の１００％と等しいか大きく、且つ、２００％と等しいからより小さい範囲の位置に設定した。延伸前の平均外径の２００％近くまで予熱開始位置が離れた場合、予熱段階は、ダミー棒２２２に対する加熱から開始された。

ガラス母材２１０の各々に溶着したダミー棒２２２、２２４は、作製例１の場合と同じ仕様のものを用いた。また、外径測定器１５０による延伸前の外径分布測定手順、予熱および延伸する段階の加熱源１４０の移動速度等は、作製例１の場合と同等の値とした。一方、チャック１２２の引取り速度Ｖｔ（ｚ）は、それぞれのガラス母材２１０について計測した外径分布に基づいて決定した。

作製例５〜８における延伸前の直胴部２１２の平均外径、延伸の目標外径，予熱の開始位置および延伸初期の外径変動を、表４に併せて示す。表４に示す通り、予熱の開始位置が、延伸前のガラス母材の外径の１００％から２００％までに相当する位置から予熱を開始して、ガラス母材２１０を延伸した場合、延伸初期に延伸された部分の外径変動は１ｍｍ前後に収まっている。

予熱の開始位置を、延伸前のガラス母材２１０における直胴部２１２の平均外径の２５％または１０．５％としたこと以外は、作製例５〜８と同じ手順および同じ延伸条件で、比較例５および比較例６に係るガラス母材２１０を延伸した。

比較例５、６における延伸前の直胴部２１２の平均外径、延伸の目標外径，延伸を開始する時点での加熱位置１４２および延伸初期の外径変動を、表５に併せて示す。表５に示す通り、延伸開始位置から予熱を開始する位置までの距離が、延伸前の平均外径の５０％よりも短い場合は、延伸初期に延伸された部分の外径変動が５ｍｍを超えている。このため、延伸されたガラス母材２１０を更に線引きして光ファイバ等を製造する場合に、無視し得ない歩留りの低下が生じる。

上記のように、ガラス母材２１０のテーパ部２１４の外径が、直胴部２１２の平均外径の９５と等しいかより大きく、９８％と等しいかより小さい範囲となる位置において、ガラス母材２１０の延伸を開始することにより、延伸開始初期の外径変動を抑制できる。

ガラス母材２１０において、延伸前の直胴部２１２の平均外径の９５％未満の位置で延伸を開始した場合、延伸開始直後に、延伸が過剰になる区間がガラス母材２１０に発生して、延伸後の外径が変動しやすくなる。また、外径が、直胴部２１２の平均外径の９８％よりも大きな位置で延伸を開始した場合は、延伸開始直後に、延伸が不足した区間がガラス母材２１０に発生して、延伸後の外径が変動しやすくなる。

なお、ガラス母材２１０におけるテーパ部２１４の断面形状を、図７に示したように、安定的に延伸が進行しているガラス母材２１０の断面形状を模した形状とすることにより、延伸開始後に、ガラス母材２１０が安定的に延伸される状態を早期に形成できる。これにより、延伸開始直後のガラス母材２１０の外径を、一層安定させることができる。よって、延伸後のガラス母材２１０の外径変動を抑制し、ガラス母材２１０を線引きして光ファイバ等を製造する場合の歩留りを向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ ガラス旋盤、１１０ 定盤、１１２ 天面、１２２、１２４ チャック、１２６、１２８ 回転駆動部、１３０ 移動台、１４０ 加熱源、１４２ 加熱位置、１５０ 外径測定器、２００ ガラス母材組立体、２１０ ガラス母材、２１２ 直胴部、２１４ テーパ部、２１６ 溶融軟化部、２２２、２２４ ダミー棒、２３０ 加熱領域

Claims (11)

1. 長手方向に沿って外径が変化するテーパ部を直胴部の一端に有するガラス母材の長手方向両端を一対のチャックにより保持する保持段階と、
   前記一対のチャックに保持された前記ガラス母材の長手方向の一部となる加熱領域を加熱源により加熱する加熱段階と、
   前記加熱源による加熱で前記ガラス母材の一部が軟化した状態で、前記一対のチャックの間隔を前記ガラス母材の長手方向に拡げて前記ガラス母材を延伸する延伸段階と
   を備えるガラス母材の延伸方法であって、
   前記加熱領域の中心により表される前記加熱源の位置が、前記テーパ部において、前記ガラス母材の外径が前記直胴部の平均外径の９５％と等しいかより大きく、且つ、９８％と等しいかより小さい範囲に設定された延伸開始位置に位置する状態から前記延伸段階を開始するガラス母材の延伸方法。
2. 前記保持段階は、前記テーパ部における前記直胴部と反対側において前記ガラス母材の端部にダミー棒を溶着する段階と、前記一対のチャックの少なくとも一方が前記ダミー棒を介して前記ガラス母材を保持する段階とを含み、
   前記ダミー棒は、前記延伸段階における延伸後の目標外径と同じかより小さな外径を有し、
   前記テーパ部における前記ガラス母材の外径は、前記直胴部から前記ダミー棒に向かって連続的に変化する
   請求項１に記載のガラス母材の延伸方法。
3. 前記加熱段階の前に、前記延伸開始位置よりも、前記直胴部から遠い予熱開始位置から前記延伸開始位置に向かって、前記加熱源を移動させる予熱段階を更に備え、
   前記予熱開始位置は、前記直胴部の平均外径の５０％に等しいかより大きい距離まで、前記延伸開始位置から離れて位置する請求項１または２に記載のガラス母材の延伸方法。
4. 前記加熱段階の前に、前記延伸開始位置よりも、前記直胴部から遠い予熱開始位置から前記延伸開始位置に向かって、前記加熱源を移動させる予熱段階を更に備え、
   前記予熱開始位置は、前記直胴部の平均外径の１００％に等しいか、より大きく、且つ、前記直胴部の平均外径の２００％に等しいかより小さい距離まで、前記延伸開始位置から離れて位置する請求項１から３までのいずれか一項に記載のガラス母材の延伸方法。
5. 前記予熱段階は、前記ガラス母材を保持する一対のチャックの間隔を固定したまま、前記加熱源を前記ガラス母材の長手方向に移動させる請求項３または請求項４に記載のガラス母材の延伸方法。
6. 前記延伸段階は、前記加熱源を前記ガラス母材の長手方向に相対移動させて、前記ガラス母材を全長にわたって延伸する段階を含む請求項１から５までのいずれか一項に記載のガラス母材の延伸方法。
7. 前記加熱段階は、前記一対のチャックに保持された前記ガラス母材を、前記ガラス母材の長手方向に延在する回転軸の回りに回転させながら加熱する段階を含む請求項１から６までのいずれか一項に記載のガラス母材の延伸方法。
8. 前記加熱段階は、酸水素火炎バーナにより前記ガラス母材を加熱する段階を含む請求項１から７までのいずれか一項に記載のガラス母材の延伸方法。
9. 前記加熱段階に先立って、前記ガラス母材の長手方向に沿った前記ガラス母材の外径分布を測定する測定段階を更に備える請求項１から８までのいずれか一項に記載のガラス母材の延伸方法。
10. 前記加熱源による加熱量、前記ガラス母材および前記加熱源の相対移動速度、および、前記一対のチャックの少なくとも一方の移動速度を含む前記ガラス母材の延伸条件を、前記測定段階において取得した前記ガラス母材の前記外径分布に基づいて、前記延伸段階に先立って設定する請求項９に記載のガラス母材の延伸方法。
11. 前記測定段階は、レーザ外径測定器により前記ガラス母材の外径を測定する段階を含む請求項９または請求項１０に記載のガラス母材の延伸方法。

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