玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置與流程

本發明涉及玻璃母材的拉伸方法及玻璃母材的拉伸裝置。

背景技術：
作為玻璃母材的一例，有通過石英玻璃棒形成的光纖預制棒。在制造玻璃母材時所用的方法是，預先制造大徑的玻璃母材，然后將該大徑的玻璃母材加熱拉伸，從而制成比玻璃母材更細徑的玻璃棒。在將大徑的玻璃母材置于拉伸爐中并沿縱向懸掛的狀態下，對安裝于下部的拉伸輔助部（dummy）進行下拉，從而實現拉伸。

技術實現要素：
發明要解決的問題:在拉伸爐中進行拉伸的過程中，有時會由于玻璃母材的自重而使玻璃棒上產生彎曲，從而造成產量或生產率降低。解決問題的方案:根據本發明的第一形態提供了一種玻璃母材的拉伸方法，其特征在于包括：將由玻璃母材運送機構懸掛的棒狀的玻璃母材依次送入加熱爐內；以及在加熱爐的下方，通過拉伸卡盤而拉伸成更細徑化的玻璃棒；其中，在加熱爐及拉伸卡盤之間，使導引玻璃棒的調芯導引裝置的導引中心與玻璃棒的軸芯相對合。根據本發明的第二形態提供了玻璃母材的拉伸裝置，拉伸棒狀的玻璃母材以制造更細徑的玻璃棒，包括加熱爐、玻璃母材運送機構及玻璃棒拉伸卡盤，并且在拉伸卡盤與加熱爐之間進一步包括使導引中心與玻璃棒的軸芯相對合的調芯導引裝置。另外，上述發明內容并未列舉出本發明的全部可能特征，所述特征組的子組合也有可能構成發明。附圖說明圖1為表示拉伸裝置100的結構示意圖。圖2為調芯導引裝置14的平面示意圖。圖3為調芯導引裝置14的平面示意圖。圖4為調芯導引裝置14的示意圖。圖5為調芯導引裝置14的示意圖。圖6為調芯導引裝置14的示意圖。圖7為調芯導引裝置14的示意圖。圖8為施加于拉伸機構3上的負荷變化的例示圖。圖9為玻璃棒10的彎曲量（BOW值）的說明圖。圖10為調芯導引裝置25的示意圖。圖11為調芯導引裝置25的示意圖。圖12為調芯導引裝置25的示意圖。符號說明1加熱爐、2運送機構、3拉伸機構、4懸掛連接部、5玻璃母材、6拉伸輔助部、7拉伸卡盤、8頂室、9爐出口部氣封、10玻璃棒、11縮頸、12、13時間段、14、25調芯導引裝置、15基板、16滑動臺、17、27導引輥、18導引滑輪、19同步線、20架臺、21氣體釋放/吸附塊、22氣體出入口、23水平位置調整機構、24棒位置識別裝置、100拉伸裝置具體實施方式以下通過發明實施方式對本發明進行說明，但以下實施方式并非對權利要求書所涉及的發明進行限定。并且，實施方式中說明的特征組合也并非全部為本發明的必要特征。[實施例1]圖1為表示玻璃母材的拉伸裝置100的結構示意圖。拉伸裝置100包括：沿重力方向從上配置的運送機構2、加熱爐1、調芯導引裝置14及拉伸機構3。玻璃母材5通過懸掛連接部4被懸掛在運送機構2上。玻璃母材5的下部通過拉伸輔助部6及拉伸卡盤7連接拉伸機構3。拉伸卡盤7具有負荷計，用于測量在豎直方向上朝上及朝下的負荷。加熱爐1例如具有碳加熱器。為了防止由氧化造成的損耗，向加熱爐1的內部導入氮氣、氬氣等惰性氣體。或者，為了防止外部氣體侵入加熱爐1的內部，設置頂室8及爐出口部氣封9。玻璃母材5通過運送機構2被依次送入加熱爐1內，由加熱爐1進行加熱而軟化。玻璃母材5的下部被拉伸機構3拉伸成為更細徑的玻璃棒10。據此，與運送機構2的下降速度V1相比，拉伸機構3的下降速度V2被設定得更大。調整下降速度V1、V2以使玻璃棒10的外 徑保持一定。進一步地，調芯導引裝置14設置于拉伸卡盤7與加熱爐1之間。調芯導引裝置14在使其導引中心與被拉伸的玻璃棒10的軸芯相對合的狀態下，對玻璃棒10進行導引。圖2為單獨顯示調芯導引裝置14的平面示意圖，主要顯示了調芯導引裝置14的調芯機構。另外，圖2表示由調芯導引裝置14導引玻璃棒10的狀態。調芯導引裝置14具有基板15和多個導引輥17。基板15在中心處具有供玻璃棒10貫穿的貫通孔。多個導引輥17中的每一個分別搭載于由設置在基板15上的氣缸驅動的滑動臺16上。導引輥17例如由碳制成。滑動臺16通過安裝在基板15上的6個導引滑輪18由三根同步線19相連。從而使三個滑動臺16被同步驅動。因此，無論是處于哪個位置的滑動臺16，三個導引輥17的中心、即調芯導引裝置14的導引中心均能保持一定。圖3為調芯導引裝置14的平面示意圖，顯示了由調芯導引裝置14導引玻璃棒10的狀態。如前面已經說明的那樣，三個滑動臺16被同步驅動，調芯導引裝置14的導引中心始終保持一定。因此，在三個導引輥17全部抵接玻璃棒10的狀態下，玻璃棒10的軸芯與調芯導引裝置14的導引中心相一致。圖4為表示調芯導引裝置14的初始狀態的側面示意圖。為了簡化說明，在圖4中將一對導引輥17配置于同一平面內示意性地表示調芯導引裝置14。調芯導引裝置14具有支撐在架臺20上的多個氣體釋放/吸附塊21。多個氣體釋放/吸附塊21支撐基板15。另外，氣體釋放/吸附塊21具有氣體出入口22。當向氣體出入口22供應壓縮氣體時，氣體釋放/吸附塊21從圖中的上面噴出氣體，使基板15上浮。如此一來，基板15僅通過很小的力便很容易且順利地變成水平滑動狀態。如上所述，在基板15上分別配置有多個滑動臺16及導引輥17，從而形成調芯機構。在調芯機構中，多個導引輥17彼此被同步地驅動。圖5表示工作中的調芯導引裝置14的下一狀態。如上所述，當在使基板15上浮的狀態下同步驅動滑動臺16時，首先，任意一個導引輥27與玻璃棒10相抵接。進一步地，當保持同步驅動滑動臺16的狀態時，在氣體釋放/吸附塊21上滑動的基板15發生移動。圖6表示工作中的調芯導引裝置14的下一狀態。如上所述，當繼續驅動滑動臺16時，全部的導引輥17、27便均與玻璃棒10相抵接，滑動臺16及基板15均停止。當基板15在氣體釋放/吸附塊21上上浮時，由于導引輥27按壓玻璃棒10的力非常小，通過上述工作玻璃棒10的位置幾乎不發生變化。因此，在達到圖6所示狀態的過程中，調芯導引裝置14的導引中心被調芯，以朝向玻璃棒10的軸芯。圖7表示工作中的調芯導引裝置14的下一狀態。如上所述，當調芯導引裝置14 被調芯時，氣體被從氣體出入口22排出，氣體釋放/吸附塊21被進行真空排氣。據此，氣體釋放/吸附塊21將基板15真空吸附，從而使水平方向的位置固定。這樣一來，調芯導引裝置14被調芯到玻璃棒10的軸芯的狀態被固定。如此，調芯導引裝置14在調芯機構中朝向玻璃棒10的軸芯，并將導引輥17閉合，從而能夠進行調芯而不使玻璃棒10的位置發生移動。另外，調芯導引裝置14能夠將由固定機構進行調芯后的狀態固定。圖8為表示在拉伸裝置100中施加于拉伸機構3上的豎直向下的負荷隨時間變化的示例圖。另外，在圖8中，縱軸的正（+）側為豎直向下施加的力，負（-）側為豎直向上施加的力。當在拉伸裝置100中加熱爐1的溫度較高時，玻璃母材5的縮頸11的粘度變低，玻璃棒10的重量沿豎直方向向下施加于拉伸機構3上。從而產生將拉伸機構3下壓的力。相反，當在拉伸裝置100中加熱爐1的溫度較低時，由于縮頸11的粘度高，如果要使玻璃母材5變形以拉伸成玻璃棒10，則必須以較強的力進行拉動。因此，在拉伸機構3上會產生豎直向上的力，即將拉伸機構3上拉的力。進一步地，繼續進行拉伸時隨著玻璃棒10的重量增加，即便加熱爐的溫度相同，豎直向下施加于拉伸機構3上的力也會漸漸變大。除此之外，當玻璃母材5的外徑變化時，施加于拉伸機構3上的力也會變化。根據圖中所示的曲線，在拉伸初期的時間段12內，雖然存在由玻璃母材5的徑變化引起的波紋12，但負荷的變化整體上向右上推移。因此，曲線所示的負荷從負側變到正側。因此可以認為，相對于在開始拉伸時就由拉伸機構3下拉玻璃棒10以使其拉伸變形的方式，在拉伸的后半段，拉伸機構3承受了玻璃棒10由自重引起的下降，從而使限制了其速度。進一步地，在拉伸快要結束的時間段13內，對拉伸機構3的負荷會顯著增加。因此可以認為，這種現象是由于位于玻璃母材5上部的比直胴部更細的錐體部被加熱軟化而產生的。如圖所示，在向拉伸機構3施加向上負荷的區域A中，由于有張力作用于玻璃棒10上，因此玻璃棒10很難產生彎曲。另一方面，在向拉伸機構3施加向下負荷的區域B中，由于拉伸機構3處于支撐玻璃棒10由于自重而即將下落的狀態，因此可能會產生以拉伸卡盤7為中心朝向玻璃棒10倒下方向的力。當產生了玻璃棒10倒下方向的力時，在縮頸11處，玻璃棒10的軸芯與玻璃母材5的軸芯產生軸錯位，從而會使玻璃棒10上產生彎曲。當玻璃棒10上產生彎曲時，就必須要銷毀或修正該產生彎曲的部分，從而導致玻璃棒10的制造成本及產量的惡化。在拉伸裝置100中，施加于拉伸機構3上的如上所述的負荷變化可以通過拉伸 卡盤7上設置的負荷計進行檢測。因此，在拉伸機構3上剛剛施加向下負荷之前，或者剛剛施加向下負荷之后，使調芯導引裝置14工作。據此，能夠在將導引輥17向玻璃棒10的軸芯進行調芯的同時使其移動，從而使調芯導引裝置14的導引中心與玻璃棒10的軸芯相一致。另外，由固定機構固定導引輥17以固定調芯位置，從而保持對調芯導引裝置14進行調芯后的狀態。因此，調芯導引裝置14在使導引中心與玻璃棒10的軸芯相一致的狀態下導引玻璃棒10。據此能夠抑制玻璃棒10的軸芯相對于玻璃母材5的軸芯的錯位，從而防止玻璃棒10的彎曲。由于能夠持續進行拉伸而不使玻璃棒10倒下，從而能夠穩定地制造出彎曲較少的玻璃棒10。另外，玻璃棒10的中心位置相對于每個所拉伸的玻璃母材5錯位。因此，由調芯導引裝置14針對每個所拉伸的玻璃母材5進行調芯，從而能夠防止每個玻璃母材5的玻璃棒10彎曲。另外，在上述拉伸裝置100中，調芯導引裝置14具有三個導引輥17。然而，導引輥17數量當然并不限于三個，也可以設置更多數量的導引輥17，使用其中的一部分或全部來導引玻璃棒10。[實施例2]圖10表示另一調芯導引裝置25的初始狀態。圖10是在與圖4相同的視點進行繪制的，與圖4相同的元件標注相同的參考編號并省略了重復說明。調芯導引裝置25包括水平位置調整機構23及棒位置識別裝置24。水平位置調整機構23搭載于架臺20上。在水平位置調整機構23上搭載有基板15。在基板15上裝設有滑動臺16及碳制的導引輥17。可以使用例如電動XY桌臺作為水平位置調整機構23。棒位置識別裝置24相對于架臺20固定，對玻璃棒10的水平位置進行測量。即，棒位置識別裝置24分別在X方向及Y方向上設置相互交叉的一組能夠測量玻璃棒10水平方向位置的裝置，將共計兩組這樣的裝置組合使用。作為各個棒位置識別裝置24，可以使用相機與圖像處理裝置的組合、激光外徑測量器、以及激光測距計中的任意一種。在圖10所示狀態中，任意一個導引輥17均離開玻璃棒10，玻璃棒10未被調芯導引裝置25導引。在此狀態下由棒位置識別裝置24測量玻璃棒10的位置。圖11為使調芯導引裝置25工作時的下一狀態圖。基于由棒位置識別裝置24識別出的玻璃棒10的位置信息，水平位置調整機構23使基板15移動，從而使多根導引輥17的中心與玻璃棒10的軸芯相一致。在此步驟中，水平位置調整機構23固定基板15的位置。圖12表示使調芯導引裝置25工作時的下一狀態圖。在調芯導引裝置25中，滑動臺16同步移動，各個導引輥17與玻璃棒10相抵接。這樣一來，調芯導引裝置25在玻璃棒10的軸芯與調芯導引裝置14的導引中心相一致的狀態下導引玻璃棒10。這樣一來，即使在具有不同結構的調芯導引裝置25中也能夠使導引中心與玻璃棒10的軸芯相一致。據此能夠抑制玻璃棒10的軸芯相對于玻璃母材5的軸芯的錯位，并防止玻璃棒10的彎曲。[實驗例1]使用具有調芯導引裝置14的拉伸裝置100，將直胴部長度約為2000mm、外徑約為180mm的玻璃母材5拉伸成長度約為2530mm、外徑為160mm的玻璃棒10。在拉伸過程的后半段剛剛開始對拉伸機構施加向下負荷時，使滑動臺16同步工作，從而使調芯導引裝置14的導引中心與玻璃棒10的軸芯相對合，并將調芯機構固定于此位置。對拉伸后的20根玻璃棒10的彎曲量（BOW值）進行測量后發現，平均值為0.55mm/m、最大值為1.02mm/m。另外，在圖9中顯示BOW值的測量方法。BOW值被定義為用輥支撐分別距離玻璃棒兩端50mm的位置并使玻璃棒轉動，將此時的擺幅最大值G[mm]除以輥間隔L[m]而得到的值。[實驗例2]使用具有調芯導引裝置25的拉伸裝置100，將直胴部長度約為2000mm、外徑約為180mm的玻璃母材5拉伸成長度約為2530mm、外徑為160mm的玻璃棒10。在拉伸過程的后半段，開始對拉伸機構施加向下負荷，使滑動臺16同步工作，使調芯導引裝置14的導引中心與玻璃棒10的軸芯相對合，并將調芯機構固定于此位置。對這樣拉伸成的20根玻璃棒10的彎曲量（BOW值）進行測量后發現，平均值為0.59mm/m、最大值為0.98mm/m。[比較例1]使用具有調芯導引裝置14的拉伸裝置100拉伸玻璃母材5，但不由調芯導引裝置14進行導引。將直胴部長度約為2000mm、外徑約為180mm的玻璃母材5拉伸成長度約為2530mm、外徑為160mm的玻璃棒10。在拉伸過程的后半段，即便開始對拉伸機構施加向下負荷也未使調芯導引裝置14進行工作，在此狀態下進行拉伸直到最后。對這樣拉伸成的20根玻璃棒10的彎曲量（BOW值）進行測量時發現，平均值為1.58mm/m、最大值為3.26mm/m，彎曲量比實驗例1、2大。就像這樣，在拉伸裝置100中，由調芯導引裝置14導引玻璃棒10的同時進行拉伸。從而能夠穩定地制造出彎曲小的玻璃棒10。以上，使用本發明的實施方式進行了說明，但本發明的技術范圍不限于上述實施方式所記載的范圍。另外，本領域技術人員應當清楚，在上述實施方式的基礎上可加以增加各種變更或改進。此外，由權利要求的記載可知，這種加以變更或改進的實施方式也包含在本發明的技術范圍內。應當注意的是，權利要求書、說明書及附圖中所示的裝置、系統、程序以及方法中的工作、順序、步驟及階段等各個處理的執行順序，只要沒有特別明示“更早”、 “早于”等，或者只要前面處理的輸出并不用在后面的處理中，則可以以任意順序實現。關于權利要求書、說明書及附圖中的工作流程，為方便起見而使用“首先”、“然后”等進行了說明，但并不意味著必須按照這樣的順序實施。