專利名稱：拉伸玻璃預制棒的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖用玻璃預制棒的拉伸方法。
作為將光纖用玻璃預制棒拉伸至預定外徑的方法，傳統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，從玻璃預制棒的一端開始，陸續(xù)地加熱和軟化此預制棒；對此預制棒施加拉伸應力或類似作用力；用不接觸式外徑測量裝置測量玻璃預制棒此時所收縮的部分的外徑；同時控制上、下夾具的運動速度，以給玻璃預制棒施加這樣的拉伸應力，使上述測量值與作為目標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(公開)4-83726號與56-45843號中。
在上述的傳統拉伸方法中，為使獲得的拉長體的外徑減至所需的值，在部分玻璃預制棒中，用外徑測量裝置測量在施加拉伸應力狀態(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)已設定的控制外徑值相符，對用來將玻璃預制棒送入加熱爐的上夾具的運動速度和用來將玻璃預制棒從加熱爐拉出的下夾具的運動速度均進行了控制(由于給玻璃預制棒施加有預定的拉伸應力，下夾具的運動速度比上夾具的運動速度快)。
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，當除兩端外具有穩(wěn)定外徑的玻璃預制棒的中間部分(穩(wěn)定部)經拉伸時，此控制外徑的設定值與最終外徑的差則是恒定的、不變的。因此，當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定為控制外徑值，同時以反饋方式控制上-下夾具的運動速度中的至少一個之時，就能把玻璃預制棒拉伸到能獲得所需的最終外徑。
但是，玻璃預制棒的兩端最后則加工成外徑有了很大變化的錐形。這樣，當把拉伸應力加到玻璃預制棒上來使控制外徑的設定值與用來拉伸玻璃預制棒的中間部分(穩(wěn)定部)的外徑值相一致時，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)定部雖然具有能產生所需直徑減小的恒定直徑，但在兩端附近的錐形部則會有較大的直徑(參看

圖10A與10B)。特別是如圖10B所示，當與玻璃預制棒拉伸開始端一側的端部相應的制得的拉長體的端部變粗時，從此制得的拉長體這一粗端接續(xù)下去的部分則對這種狀態(tài)作出反應而變細。
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。玻璃預制棒1內有一個區(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，便于處理這兩個錐形部。另一方面，在拉長體100中，它的兩個端部(圖中以箭頭P11與P12標明的部分，分別對應于玻璃預制棒1中穩(wěn)定部10的端部P1與P2)各有其錐形部111a與111b(分別對應于玻璃預制棒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所示的拉伸設備來實現。在這種拉伸方法中，首先用上夾具13夾持玻璃預制棒1的操縱桿12b同時用下夾具14夾持操縱桿12a。這樣就把玻璃預制棒1定位于圖2的拉伸設備上。上夾具13將玻璃預制棒1沿圖中箭頭S1的示向，依預定速度(第一速度)送入例如電阻加熱爐或類似裝置的加熱器9內。于是，玻璃預制棒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的預定部分(軟化部200)軟化(加熱過程)。另一方面，下夾具14沿著上夾具13的運動方向(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快的速度運動，在此給玻璃預制棒1施加拉伸應力，此玻璃預制棒的預定部分由于上夾具13的協同工作已軟化(拉伸過程)。由此，玻璃預制棒1即成為已由上夾具13的運動距離同下夾具13的運動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測出玻璃預制棒1軟化部200中預定位置15的外徑，以反饋方式控制上、下夾具13與14中的至少一個的運動速度，以使這樣獲得的測量值與預置的控制外徑設定值一致(控制過程)。
具體地說，本發(fā)明的拉伸方法的特征在于，上述控制外徑的設定值至少要在下述這段時間內變化，即從玻璃預制棒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標出的位置)間的距離已變至預定值的時刻起，直到拉伸作業(yè)(包括拉伸過程)結束時刻止的這段時間。在此，控制外徑的設定值可以響應玻璃預制棒1送入加熱器9的運動距離，以分步方式減小或連續(xù)地改變。
圖2中的設備還通過利用上、下夾具13與14的速度差(移動距離的差)，將所需的拉伸應力加到此預制棒1上，由此來調節(jié)制得的拉長體100的外徑。因此，在改變控制外徑的設定值時，可由將上、下夾具13與14中至少一個的運動速度調節(jié)成使得測量值與設定值一致，來控制拉長體100的外徑。特別是，這種速度控制包括從一預定時刻至拉伸作業(yè)結束時刻這段時間內，來停止用于將預制棒1送入加熱爐9內的上夾具13工作的作業(yè)。在圖2所示的拉伸設備中，當把前述控制外徑的設定值設到零時，便可使夾具停動。
此外，在本發(fā)明的拉伸方法中，前述控制外徑的設定值不僅可以在包括例如上述的拉伸作業(yè)結束時刻在內的預定時期內改變，而且還可以在從拉伸作業(yè)開始時刻起的預定時期內改變。具體地說，上述控制外徑設定值是在拉伸作業(yè)開始的時刻起，至預制棒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)已變至預定值的時刻止，這段時間內改變。
此控制外徑設定值可以響應送入加熱器9內的預制棒1的移動量，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)開始時刻”是指至少是用來將拉伸應力施加給預制棒1的下夾具14開始運動的時刻，而“拉伸作業(yè)結束時刻”舊指下夾具14停止運動的時刻。
本發(fā)明可從下面所作的詳細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，不應視之為對本發(fā)明的限制。
根據下面的詳細描述當可認識到本發(fā)明的更廣的適用范圍。但應知這種詳細描述和特定例子雖然表明了本發(fā)明的最佳實施形式，但也只是供說明性用的，這是因為內行的人是可以從這樣的詳細說明中了解到在本發(fā)明的精神與管轄范圍內的種種變動與更改形式的。
圖1示意地表明供拉伸用的玻璃預制棒的各個部分及它在拉伸作業(yè)后獲得的拉長體中的對應部分；圖2示意地表明用來實施本發(fā)明的拉伸方法的設備的結構；圖3A至3C示意地說明玻璃預制棒從拉伸作業(yè)開始至此作業(yè)終止時是如何變化的；圖4A與4B說明圖3C所示玻璃預制棒與加熱器之間位置關系；圖5是用來說明直到拉伸作業(yè)終止的預定時間內有關端部的拉伸作業(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，控制外徑設定值關于上夾具運動距離的變化；圖7示意地表明據本發(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)開始后的預定時間內的端部拉伸作業(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于玻璃預制棒位置的關系；而圖10A與10B表明未執(zhí)行本發(fā)明的拉伸方法時，拉長體各個端部的外部情形。
下面參看圖1至圖9說明本發(fā)明的拉伸方法的最佳實施例。
圖1中，待拉伸的玻璃預制棒1的中部呈圓柱形。玻璃預制棒1拉伸開始端一側的端部(第一錐形部)11a與拉伸終止端一側的端部(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，便于對這兩個錐形部進行處理。
圖2示意地表明了用來實施本發(fā)明的拉伸法的設備的結構，示出了拉伸上述玻璃預制棒1的過程狀態(tài)。圖2中，標號9指豎式加熱爐(包括在一電阻加熱爐中)。標號200指玻璃預制棒1在拉伸期間的軟化部(在施加有拉伸應力狀態(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錐形，它從一個對應于豎式加熱爐9的上端的位置開始，通過加熱部3和外徑測量部15，到達拉長體100的穩(wěn)定部110的端部。此加熱部3是玻璃預制棒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。標號210指加熱部3的外周邊部(以后稱作“加熱中央部”)，對應于豎式加熱爐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，因而是對上夾具13的速度(依玻璃預制棒1的厚度等因素而確定)和拉伸應力最敏感的部分。
標號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的預定部分15處的外徑。至于待測量的部分15，指的是通過反復實驗試探所選定的一個最佳位置，它沿前進方向(箭頭S1與S2的示向)與軟化部200的端部(對應于加熱爐9的開口位置)分開一預定距離。對測量部分15的外徑與控制外徑的設定值相互比較，來調節(jié)施加到玻璃預制棒1上的拉伸應力。
標號14指下夾具，用來夾定設在待拉伸的玻璃預制棒1拉伸起始端處的操縱桿12a；標號13指上夾具，用來夾定設在此玻璃預制棒1拉伸終止端處的操縱桿12b。標號8指用來依箭頭S2示向的預定速度帶動下夾具14的驅動馬達，而標號5指依箭頭S1示向以預定速度(低于下夾具14的速度)驅動上夾具13的驅動馬達，通過這兩個馬達的協同工作，使玻璃預制棒1拉伸。
圖2中的設備利用上、下夾具13與14的速度差給玻璃預制棒1施加拉伸應力。具體地說上、下夾具13與14這兩者每單位時間移動距離的差即相當于每單位時間的拉伸長度。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定值，來控制上、下夾具13與14的運動速度。控制方式如下當測量值大于已預置的控制外徑設定值時，即加大上、下夾具13與14之間的速度差；當測量值小于此控制外徑設定值時，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件1的作用。此外，上夾具13的輸送作業(yè)起到控制玻璃預制1的運動速度與移動距離的作用。在此，是對上、下夾具13與14進行速度控制的考慮因外徑變化引起的熱容變化，玻璃預制棒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的運動速度也越快；玻璃預制棒1的外徑越大，則上、下夾具13與14的運動速度也越慢。
標號7指獨立地調節(jié)上、下夾具13與14的運動速度與移動距離的控制器，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的運動速度，由此來驅動前述驅動馬達8與5。
下面參看圖3A至3C來說明在圖2的拉伸設備中對玻璃預制棒1進行的拉伸操作。注意，如先前所述，圖3A至3C是依時間順序來說明本發(fā)明的拉伸方法的。
將事先已確定了形狀與尺寸的玻璃預制棒1設定到此拉伸設備上，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，玻璃預制棒1設定成使其穩(wěn)定部10的下端(由箭頭P1標明的部分)位于加熱爐9的開口位置Q的上方(A＞0mm)。當玻璃預制棒1的第一錐形部11a在縱向上相對于加熱爐9的尺寸調節(jié)得短時，玻璃預制棒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通常設定在0mm至100mm的范圍內。
玻璃預制棒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從一設定位置(對應于圖4由虛線標明的位置130)移動了X1，而下夾具14從一設定位置(對應于圖中以虛線標明的位置140)移動了X2時的狀態(tài)(玻璃預制棒1拉伸了(X2-X1)時的狀態(tài))。另一方面，圖3C表明的是上夾具13從一設定位置(對應于圖中以虛線標明的位置130)移動了X10，而下夾具14從一設定位置(對應于圖中以虛線標明的位置140)移動了X20時的狀態(tài)(玻璃預制棒1拉伸了(X20-X10)時的狀態(tài))。
這樣，當玻璃預制棒1的穩(wěn)定部10被拉伸時，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定值，來控制加到玻璃預制棒1上的拉伸應力，以使此測量值與設定值一致。更具體地說，在圖2的拉伸設備中，當在上、下夾具13與14兩者的移動距離之間提供有預定的差值時(使下夾具14的每單位時間移動距離大于上夾具13的每單位時間移動距離)，即有拉伸應力施加于玻璃預制棒1。因此，當調節(jié)上夾具13和/或下夾具14的運動速度，玻璃預制棒1每單位時間的拉伸長度就會改變。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所示的在下述時間內的端部拉伸作業(yè)，這段時間是從玻璃預制棒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變至一預定值的時刻起，直到此拉伸作業(yè)結束時刻止。在下面的說明中，當間隔為負數時，它表示的是玻璃預制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2不在加熱爐9內，而如圖4A所示的情形。另一方面，當間隔B是正數時，它表示的是玻璃預制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2在加熱爐9內而如圖4B所示情形。
在穩(wěn)定態(tài)(進行了圖3B所示玻璃預制棒1的穩(wěn)定部10拉伸作業(yè)時的狀態(tài))情形，控制器7控制著驅動馬達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定值一致(上、下夾具13與14的速度控制)。另一方面，由于設定于圖2拉伸設備上的玻璃預制棒1的形狀與尺寸已事先確定，控制器7便可根據與玻璃預制棒1有關的信息以及上夾具13的移動距離，來監(jiān)控直到拉伸作業(yè)結束時刻的在加熱爐9的開口位置Q與玻璃預制棒1中穩(wěn)定部10的上端P2之間的間隔B(步驟ST1、ST2)。
然后，當上述間隔B不小于一預定值“a”時，在控制器7中進行的控制作業(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)下控制外徑的設定值。在端部拉伸作業(yè)中，控制外徑的設定值改變，直至上述間隔B滿足預定條件(B≥β)。
在從穩(wěn)定態(tài)變換到端部拉伸作業(yè)時，上述設定值減小一預定值(步驟ST6)，同時將間隔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便逐步來計算間隔B(步驟ST3)，同時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定值的時間(步驟ST4)。此后，控制器7通過變量i的增加來重復設置值的值改變操作，直到上述條件滿足。在本說明書中，“拉伸作業(yè)結束時刻”指的是至少是下夾具14停止運動的時刻。
實施例1作為具體的拉伸作業(yè)，下面說明實施例1，其中將直徑(穩(wěn)定部分10的直徑)為70mm的玻璃預制棒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(對應于制備成的玻璃預制棒1縱向上的一個長度)100mm的兩個錐形玻璃部(錐形部11a、11b)，這兩個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所示玻璃預制棒1的穩(wěn)定部10拉伸期間內的狀態(tài))下的拉伸條件是上、下夾具13與14的設定速度分別是10.0mm/min與30.6mm/min；控制外徑的設定值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，需經10分鐘始將此上、下夾具13與14的運動速度提高到上述設定速度(圖3B所示的穩(wěn)定態(tài))。然后進行反饋控制(外徑控制)，即在下夾具14的運動速度保持恒定的狀態(tài)下通過改變上夾具13的運動速度來消除軟化部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))，同時根據所測定的有關玻璃預制棒的信息以及上夾具13的移動距離，計算穩(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)。
在實施例1的端部拉伸作業(yè)中，當間隔B為0mm時，在穩(wěn)定態(tài)下的控制外徑的設定值DX下降了0.5mm(設定值43.5mm)；而當間隔B為+20mm時，此設定值下降0.5mm(設定值43.0mm)。然后，當上述間隔B為+20mm時，上夾具13停止運動。只是下夾具14再在上述設定速度下移過500mm，然后結束拉伸作業(yè)。這里的“拉伸作業(yè)結束的時刻”指至少是下夾具14停止運動的時刻。此外，上夾具13是在實施例1中的拉伸作業(yè)結束之前就停止運動。這是在上述控制外徑的設定值設定為0mm時進行的。
作為上述實施例1的結果，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制棒(拉長體100)。
實施例2在下面描述的實施例2中，把直徑(穩(wěn)定部10的直徑)為130mm的玻璃預制棒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)以及兩個各有200mm高度的錐形玻璃部(錐形部11a、11b)。這兩個錐形部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的速度分別設定為10.0mm/min與34.5mm/min；控制外徑的設定值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，將此上下夾具13與14的運動速度提高到前述設定速度的時間需用10分鐘(圖3B所示的穩(wěn)定態(tài))。然后，進行反饋控制(穩(wěn)定部分的拉伸作業(yè))，即在下夾具14的運動速度保持不變的狀態(tài)下，通過改變上夾具13的運動速度來在軟化部200的測量部分15處消除外徑的變化，于此同時，將制備好的玻璃預制棒1的穩(wěn)定部10被拉伸。
在實施例2的端部拉伸作業(yè)中，當控制器7中計算出的間隔B為-30mm時，控制外徑的設定值減少0.5mm(設定值77.5mm)；此設定值在上夾具13每行進10mm(上述間隔B每增加10mm)時，減少0.5mm。最后，當間隔B調節(jié)至72.0mm時，便完成了拉伸作業(yè)。注意上夾具13在此實施例2中一直到拉伸作業(yè)終止之前是不會停止運動的。
當所述間隔B的值在-50mm至+50mm范圍內時，起動上述端部拉伸作業(yè)都是合適的。此外，最好使上述控制外徑的設定值最終調節(jié)到小于穩(wěn)定態(tài)下的設定值Dx且使這兩個值之間的差≥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范圍內的任何時刻停止運動。因此，能提供控制外徑設定值的范圍是圖6中斜線標明的區(qū)域。
下面用圖8的流程圖說明從拉伸作業(yè)起始至一預定時刻的一般時間內的端部拉伸作業(yè)。
首先將玻璃預制棒1設在一初始預制棒位置γ1處，它對應一個初始間隔，該間隔是位于在把玻璃預制棒1設置在圖2的設備中時，玻璃預制棒1的穩(wěn)定部10的下端P1及加熱爐9的開口位置Q之間；同時設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以各自的預定速度運動(起動玻璃預制棒1的拉伸作業(yè))。此時，控制器7除控制上、下夾具13與14的運動速度外，還根據上夾具13的移動距離來計算，形狀與尺寸預定的玻璃預制棒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定值的時間(步驟ST10)。此時，如果間隔A小于γj，控制器7即把j加1(步驟ST11)，同時改變控制外徑的設定值(步驟ST12)。然后在間隔A最終成為0mm的時刻(步驟ST13)，控制器7所設定穩(wěn)定態(tài)下控制外徑的設定值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設定為結束上述端部拉伸作業(yè)的條件，但當玻璃預制棒1的下端11a錐形部于縱向上的長度短時，這種結束條件可以是負值(穩(wěn)定部10的下端P1位于加熱爐9內的狀態(tài))。
實施例3下面說明實施例3(條件與實施例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高度的兩個錐形玻璃部(錐形部11a、11b)，這兩個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的速度分別設定為10.0mm/min和34.5mm/min；控制外徑的設定值DX為78.0mm。
在從開始拉伸作業(yè)至一預定時刻的一段預定時間內進行的端部拉伸作業(yè)中，玻璃預制棒1首先設定在A＝+80mm的位置。然后驅動上、下夾具13與14，而初始速度比為1.0∶3.45。于此同時，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的運動速度的同時，改變下夾具14的運動速度以在軟化部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)起始時刻(A＝+80mm)的設定值設定為74mm；每當上夾具13行進10mm(每當間隔A減小10mm)時，控制外徑的設定值即增加0.5mm；最后，此設定值在間隔A為0mm的時刻為78mm(＝DX)。
作為比較，在圖10A與圖10B中示明了由未實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，在與實施例1與2相同的穩(wěn)定態(tài)的拉伸條件下進行拉伸時的拉長體的端部(比較例1與2)；圖10B表明的是，在與實施例3相同的拉伸條件下拉伸時的拉長體的端部(比較例3)。
如圖10A所示，根據未實行實施例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(用實施例1的預制棒)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(用實施例2的預制棒)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則能出現這樣一個部段，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ǎ斖鈴酵ǔＪ窃诶L體100的穩(wěn)定部110附近的軟化部200的一部分處進行測量時，控制外徑與最終外徑的差會變得較小，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，粘度將降低而影響到這部分對拉伸應力的響應。結果就難以穩(wěn)定地控制最終外徑。
相反，當測量部分15位于加熱部3的附近，這雖然有利于改進可控制性，但控制外徑與最終外徑的差值例如會大到當此外徑在拉伸之前已改變時常會影響到最終的外徑，因而易于造成外徑起伏。為此，作為對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的范圍內根據經驗求得的最佳位置處來測量外徑，這一最佳位置與玻璃預制棒1的加熱部3分開一預定的移動距離以控制牽引速度(與下夾具14的運動速度有關)。
結果，由于此測量部分15與加熱部3相分開，當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定值一致時，就能在加熱的中央部210處最顯著地顯示其效果，但在經過從此加熱的中央部210到測量部分15的一段移動時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，當加熱中央部210的外徑近似于在穩(wěn)定部拉伸作業(yè)時的外徑時，這一位置關系使得測量部分15處的外徑遠小于在穩(wěn)定部拉伸作業(yè)時的控制外徑的值。因此，控制下夾具14的運動速度使它變得較小。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處的外徑的尺寸關系在玻璃預制棒1的上下端相互相反，因而拉長體的上端(對應于玻璃預制棒1上端P2附近的錐形部11b的部分)會變得明顯較粗的原因不同于以前所述的情形。
如上所述，在設定控制外徑時，考慮到了從測量部分15處測出的外徑到最終外徑時，對直徑來說會有一定的收縮。但這種直徑減小的大小則隨玻璃預制棒1的外徑變化如下玻璃預制棒1的外徑越大，直徑的減小也越大；玻璃預制棒1的外徑越小，直徑的減小也越小。
在位于玻璃預制棒1上端P2附近的錐形部11b的鄰區(qū)被拉伸時，由于軟化部200的外徑漸減(因為錐形部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，在玻璃預制棒1上端P2附近的錐形端部11b的鄰區(qū)被拉伸時，當測量部分15的外徑變得小于控制外徑的設定值時，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，它就會受到運動速度減小的影響，因此得到較大的最終外徑。
作為在錐形部11a與11b附近拉伸玻璃預制棒的傳統方法，例如有日本專利申請(公開)4-83728號所公開的方法，但它并沒有充分地解決前面所說的問題。
盡管上述實施例涉及到的是玻璃預制棒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，在上述實施例中，當位于玻璃預制棒1下端P1附近的端部11a被拉伸時，上夾具13的運動速度恒定，而對下夾具14的運動速度進行控制。作為此實施例的一種改型，上夾具13的運動速度可以隨錐形部11a外徑的加大而減小?？梢赃@樣地來進行上述作業(yè)，即對因玻璃預制棒1外徑變化所引起的熱容變化作出響應來改變夾具13與14的運動速度，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，當擬拉伸位于玻璃預制棒1上端P2鄰近的錐形部11b時，可在下夾具14的運動速度已設定的狀態(tài)下來控制上夾具13的運動速度，使其能隨外徑的減小而加大。
根據本發(fā)明，即使玻璃預制棒的外徑在拉伸之前是不均勻的，也可以制得在整個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。這類改變不應視作為脫離了本發(fā)明的精神與范圍，同時所有對內行的人屬于顯而易見的這類變更形式都應包括于后附權利要求書的管轄范圍內。
1995年12月6日提交的日本專利申請317810號1995的基本內容已于此作為參考。
權利要求
1.沿縱向拉伸玻璃預制棒以獲得具有所需外徑的拉長體的方法，此玻璃預制棒包括具有預定外徑的穩(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在上述穩(wěn)定部的第一端以及與此第一端相對的第二端上，此方法包括加熱過程，用來以第一速度將所述玻璃預制棒從其第一錐形部一側送入加熱器內，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制棒上一預定部分；拉伸過程，用來以快于上述第一速度的第二速度使玻璃預制棒的第一錐形部沿著玻璃預制棒的行進方向運動，而給玻璃預制棒施加拉伸應力，此拉伸過程與上述加熱過程同時進行；以及控制過程，它根據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制棒上軟化部分的外徑結果，來調節(jié)前述第一與第二速度中的至少一個，使得由上述外徑測量裝置所測得的值與控制外徑的預定值一致，此控制過程與上述加熱過程和拉伸過程同時進行，其中所述控制外徑的預設值至少是在從所述玻璃預制棒的所述穩(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刻直到所述拉伸過程已結束的時刻這段時間內改變。
2.如權利要求1所述的方法，特征在于在從玻璃預制棒所述穩(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刻直到所述拉伸過程已結束的時刻這段時間內，上述控制外徑預設值響應玻璃預制棒送入所述加熱器內的移動距離而依分步方式減小。
3.如權利要求1所述方法，特征在于在從玻璃預制棒所述穩(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刻直到所述拉伸過程已結束的時刻這段時間內，從一預定時刻起至所述拉伸過程結束的時刻，停止將玻璃預制棒送入上述加熱爐內的作業(yè)。
4.如權利要求1所述方法，特征在于所述控制外徑預設值至少是在，所述拉伸過程開始時刻直到玻璃預制棒的所述穩(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刻，這段期間內改變。
5.如權利要求4所述方法，特征在于至少是在所述拉伸過程開始的時刻直至玻璃預制棒所述穩(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@段時間內，上述控制外徑的預設值響應玻璃預制棒送入所述加熱器內的移動距離而以分步方式增加。
6.沿縱向拉伸玻璃預制棒以獲得具有所需外徑的拉長體的方法，此玻璃預制棒包括具有預定外徑的穩(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在上述穩(wěn)定部的第一端以及與此第一端相對的第二端上，此方法包括加熱過程，用來以第一速度將所述玻璃預制棒從其第一錐形部一側送入加熱器內，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制棒上一預定部分；拉伸過程，用來以快于上述第一速度的第二速度使玻璃預制棒的第一錐形部沿著玻璃預制棒的行進方向運動，以給玻璃預制棒施加拉伸應力，此拉伸過程與上述加熱過程同時進行；以及控制過程，它根據外徑測量裝置測量的由上述加熱器加熱和軟化的玻璃預制棒上軟化部分的外徑結果，來調節(jié)前述第一與第二速度中的至少一個，使得由上述外徑測量裝置所測得的值與控制外徑預設值一致，此控制過程與上述加熱過程和拉伸過程同時進行，其中所述控制外徑的預設值，至少是從所述拉伸過程開始時刻直至玻璃預制棒所述穩(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刻的這段時間內變化。
7.如權利要求6所述方法，特征在于在從所述拉伸過程開始的時刻至玻璃預制棒所述穩(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刻這段時間內，前述控制外徑預設值響應玻璃預制棒送入所述加熱器內的移動距離而以分步方式增加。
8.如權利要求6所述方法，特征在于所述控制外徑預設值是在，從玻璃預制棒所述穩(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刻起，直至所述拉伸過程結束的時刻的這段時間內改變。
9.如權利要求8所述方法，特征在于在從玻璃預制棒所述穩(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刻起，直至所述拉伸過程結束的時刻止這段時期內，所述控制外徑的預設值響應玻璃預制棒送入所述加熱器內的移動量以分步的方式減小。
10.如權利要求8所述方法，特征在于在從玻璃預制棒所述穩(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刻直到所述拉伸過程已結束的時刻這段時間內，從一預定時刻起至所述拉伸過程結束的時刻，停止將玻璃預制棒送入上述加熱器內的作業(yè)。
全文摘要
精確地拉伸光纖用玻璃預制棒使成為具有所需外徑的體的方法，其中當此預制棒在從其一端朝向另一端連續(xù)加熱軟化的同時，隨著拉伸應力加到其一端上使其一預定部分拉伸。在此拉伸作業(yè)中，于測量玻璃預制棒軟化部分外徑的同時，調節(jié)上述拉伸應力使此軟化部分的外徑與控制外徑的預設值一致。本方法的特征是，至少是在直到拉伸過程結束的一段預定時間內或是從拉伸作業(yè)開始的一段預定時間內，改變上述控制外徑的設定值。
文檔編號C03B23/00GK1157805SQ9611855
公開日1997年8月27日 申請日期1996年12月5日 優(yōu)先權日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, 齊藤達彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社