专利名称：玻璃预型体拉伸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃预型体拉伸装置，用于通过在加热炉内加热诸如光纤预型体锭等 玻璃预型体，然后拉伸加热的预型体至所希望的外径，从而生产具有均勻外径的玻璃棒。
背景技术：
在通过加热和拉伸由光纤预型体锭等所代表的玻璃预型体而生产具有所希望 外径的玻璃棒的装置中，根据日本专利申请公布号11-147731、11-060259、06-256034和 11-209137的记载，一些装置在装置上部包括被称为顶部室的玻璃预型体收容部。图2是包括顶部室的玻璃预型体拉伸装置的示意图。玻璃预型体101由设置在加热炉102内部的加热器103加热。在玻璃预型体101 经进给机构104给进加热炉的同时，玻璃预型体101被提取机构105提取，提取机构105以 高于给进速度的速度向下移动。因此，所获得的玻璃棒110的直径小于玻璃预型体101的直径。由于加热温度相当高，约为2300K左右，所以设置在加热炉102内部的加热器103 和加热器103周围的绝热材料(图中省略)通常由碳系材料形成。然而，当碳系材料(例 如各向同性石墨、碳成型的绝热材料和CC复合物)暴露在770K以上高温下的含氧气氛中， 会因氧化而消耗。因此，加热炉102的内部要保持在诸如氮气或氩气等不活泼气体的气氛。玻璃预型体101包括位于其上端部的锥形部107和直径也有变化的直体部106。 基于这个原因，需要一种特殊密封装置以阻止气体从加热炉102的上部泄漏。存在如下方 法，即，作为一种密封手段，在加热炉102的上部设置顶部室108，顶部室108也兼用作玻璃 预型体101的收容部。在该方法中，用于支撑玻璃预型体101的轴109具有均勻外径。这有助于缩小轴 109与设置在顶部室108的上部中央的轴插入孔之间的空隙。通过适当地保持供给到加热 炉102内的不活泼气体的量，可以阻止外部空气通过轴插入孔的空隙流入，从而保持加热 炉内的氧气浓度足够低。包括顶部室108的玻璃预型体拉伸装置不可避免地需要轴109的长度比顶部室 108的长度要长，并且需要进给机构104具有长冲程，以放入或取出玻璃预型体101。因此， 这使得装置的高度非常高，导致装置成本增加等问题。为克服这些问题，提出了具有不同结 构并由不同材料制成的顶部室。在日本专利申请公布号11-147731中，顶部室108在其前面的中部左、右打开。玻 璃预型体101通过顶部室108的前面放入或取出。因此，用于将玻璃预型体放入加热炉102 的进给机构104的冲程缩短。这里，作为顶部室108的材料，提出的有属于不透明材料的不 锈钢。在日本专利申请公布号11-060259中，顶部室108由若干可滑动的圆筒构成，因此 它可以伸缩。这样，缩短了轴109的长度和进给机构104的冲程，并且装置高度也降低了。 这里，作为顶部室108的材料，提出的有属于不透明材料的不锈钢。
在日本专利申请公布号06-256034中，顶部室108具有可伸缩的折叠式结构。作 为顶部室108的材料，使用属于不透明材料的通过用硅树脂涂覆涂铝碳纤维的外部所获得 的材料。在日本专利申请公布号11-209137所公开的顶部室108中，水冷式伸缩的炉芯管 被设置在折叠式双管的内部。每个折叠管的材料是耐热的绝热片材，该水冷式伸缩的炉芯 管由金属制成，上述两种材料均由不透明材料制成。玻璃预型体被加热器加热到约2100 2500K。在加热步骤中产生的辐射光通过玻 璃预型体全反射，从而向上传播，并从玻璃预型体上部的锥形部横向辐射。玻璃预型体更大 的外径或加热器更高的加热温度会增加辐射的光的强度。此外，横向光辐射很难从玻璃预 型体的直体部发生，这是因为通过加热所产生的光被全反射并向上传播。近年来，为了提高生产性，增大了玻璃预型体的尺寸和拉伸速度。为了提高拉伸速 度，加热器的设定温度倾向于较高。此外，从锥形部辐射的光被辐射到顶部室的内表面上， 并且由于日本专利申请公布号11-147731、11-060259、06-2560；34和11-209137中记载的顶 部室由不透明材料制成，所以顶部室反射或吸收辐射光。反射的光被再次朝向玻璃预型体 辐射，从而提高了锥形部的温度。同时，吸收的光提高了顶部室的温度。因此，在这种情况 下，锥形部的温度也可被提高。非常少量的光从玻璃预型体的直体部横向辐射。因此，直体部的温度上升速率很 慢。由于这种机制，玻璃预型体上部的锥形部的温度可被增加到高于直体部的温度。通过拉伸玻璃预型体所获得的玻璃棒的外径由以下因素确定玻璃预型体的给进 速度、玻璃棒的提取速度和玻璃预型体的外径。当玻璃预型体上部的锥形部在高温下软化 时，锥形部伸长。因此，玻璃预型体进入加热炉的给进速度是通过进给机构的移动速度加上 锥形部的伸长速度所获得的速度。结果是，玻璃预型体可在高于预定速度的速度下给进加热炉。因此，拉伸的玻璃棒 的外径可能会大于预定值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃预型体拉伸装置，其能够在预定给进速度下将玻 璃预型体给进加热炉并生产出具有均勻直径的玻璃棒。本发明的玻璃预型体拉伸装置用于通过加热和拉伸玻璃预型体来生产具有所希 望外径的玻璃棒。该拉伸装置包括顶部室、加热炉以及玻璃预型体的进给单元和提取单元， 其中，在所述加热炉的正常操作温度T(K)下，所述顶部室在由下式1表示的波长λ (μπι) 下是透明的λ = 2898/Τ。优选地，所述玻璃预型体和所述顶部室可以由石英玻璃制成。本发明的玻璃预型体拉伸装置对于通过拉伸预型体所生产出的玻璃棒其外径为 IlOmm以上的情况特别有效。本发明的玻璃预型体拉伸装置可以抑制玻璃预型体的锥形部的温度上升，这样抑 制了锥形部的非故意伸长并使被拉伸的玻璃棒外径均勻。即使通过拉伸所生产出的玻璃棒 其外径为IlOmm以上，所获得的玻璃棒的直径变化也可以很小。
此外，本发明的装置可以不需要在顶部室上的绝热层，也可以不需要金属制顶部 室所要求的水冷结构。因此，装置可以简化并且实现了成本降低。
图1是根据本发明的包括顶部室的玻璃预型体拉伸装置的示意图；图2是根据现有技术的包括顶部室的玻璃预型体拉伸装置的示意图。
具体实施例方式如图1所示，根据本发明一个实施方案的玻璃预型体拉伸装置包括顶部室8、加热 炉2、进给机构4和提取机构5。本发明的玻璃预型体拉伸装置具有如下特征。该拉伸装置 包括位于加热炉2顶部上的顶部室8，顶部室8收容玻璃预型体1。在加热炉2的正常操作 温度T(K)下，顶部室8在由下式1表示的波长λ (ym)下是透明的λ = 2898/Τ。在该式中，λ表示根据维恩位移定律(Wien' s displacement law)从黑体辐射 的光的中心波长，也代表从加热器3和玻璃预型体1的被加热部分辐射的光的波长。实际 辐射的光具有宽的光谱，λ为峰值波长。当顶部室8的材料对波长为λ的辐射光具有高透过率时，顶部室8仅吸收少量的 辐射光，所以顶部室8很难被加热。这使得收容在顶部室8内的玻璃预型体1上部的锥形 部7的温度保持在很低，从而抑制锥形部7的非故意伸长。因此，被拉伸的玻璃棒10的外 径均勻。 在本发明的优选实施方案中，顶部室的材料是石英玻璃。如果上述式1中赋予拉伸步骤的温度为2100 2500Κ，则波长λ为1. 16 1.38 μ Hi0石英玻璃在该波长范围内基本上是完全透明的。石英玻璃的表面厚度的实用范 围为几毫米到十多毫米，仅需考虑由前面和后面所造成的总共大约7%的表面反射，因此透 过率达到93%。这样允许从玻璃预型体上部的锥形部辐射的光相当有效地向外逸出，从而 抑制锥形部的温度上升。此外，石英玻璃在高温下具有优异的形状稳定性，且热膨胀系数相当小。因此，当 拉伸大的玻璃预型体时，不再需要金属制顶部室所需求的绝热层和水冷结构。这样，装置可 以简化并且可以实现成本降低。顶部室结构的例子包括图2所示的简单圆筒形状和日本专 利申请公布号11-060259中记载的由于多层圆筒而形成的伸缩结构等。常规地，通过用已知的玻璃加工车床对玻璃棒再次拉伸来修正被拉伸的玻璃棒的 外径变化较大的部分。然而，在外径为IlOmm以上玻璃棒的情况下，由于热效率降低，使用 已知的玻璃加工车床通过位伸进行修正是非常困难或者不可能的。因此，当玻璃棒将要被 拉伸到IlOmm以上的目标外径时，本发明的拉伸装置能够表现出特别强的有效性，可以生 产直径变化小的玻璃棒。实施例实施例1使用图1所示的装置，光纤预型体用的玻璃预型体1被拉伸至目标外径d = 120mm。玻璃预型体1包括平均外径为170. 5mm、长度为IOOOmm的有效部分以及在该有效部分两端的大约300mm的锥形部。顶部室8的材料为石英玻璃。在拉伸步骤中，加热炉2的 内部保持在氮气气氛下，温度为2300K。根据下式确定拉伸条件V2 = V1 X (D/d)2其中，V1是玻璃预型体的给进速度(V1 = 10mm/min) ;V2是玻璃棒的提取速度；D是 玻璃预型体的被拉伸部分的外径。在通过拉伸玻璃预型体的有效部分所获得的玻璃棒中，拉伸终端附近的最大外径 为120. 8mm，并且没有一个部分的直径超过外径变化的可接受范围120士 1.2mm。对比例1使用图2所示的装置，光纤预型体用的玻璃预型体101被拉伸至目标外径d = 120mm。玻璃预型体101包括平均外径为169. 7mm、长度为IOOOmm的有效部分以及在该有效 部分两端的大约300mm的锥形部。使用的顶部室108为水冷式不锈钢类型的，其内侧用厚 度IOmm的碳成型绝热体作内衬。应注意，在拉伸过程中，加热炉2的内部保持在氮气气氛 下，温度为2300K。根据下式确定拉升条件V2 = V1X (D/d)2其中，V1是玻璃预型体的给进速度(V1 = 10mm/min) ;V2是玻璃棒的提取速度；D是 玻璃预型体的被拉伸部分的外径。在通过拉伸玻璃预型体的有效部分所获得的玻璃棒中，拉伸终端附近的最大外径 为125. 4mm，并且直径超过外径变化可接受范围120士 1. 2mm的部分的长度为250mm。使用本发明的玻璃预型体拉伸装置可以降低生产光纤的成本。
权利要求
1.一种玻璃预型体拉伸装置，用于通过加热和拉伸玻璃预型体来生产具有所希望外径 的玻璃棒，包括用于加热玻璃预型体的加热炉；用于收容玻璃预型体的顶部室，所述顶部室设置在所述加热炉的上部上以密封所述加 热炉的上部；用于将玻璃预型体给进所述加热炉的进给单元，所述进给单元设置在所述顶部室上方 并与插到所述顶部室中的轴连接，所述轴支撑玻璃预型体；以及用于从所述加热炉下方向下提取玻璃预型体的提取单元，其中，在所述加热炉的正常操作温度T开氏度下，所述顶部室在由下式1表示的波长 λ μm下是透明的λ = 2898/Το
2.根据权利要求1所述的玻璃预型体拉伸装置，其中所述玻璃预型体和所述顶部室由 石英玻璃制成。
3.—种通过使用根据权利要求1或2所述的玻璃预型体拉伸装置来拉伸玻璃预型体的 拉伸方法，其中通过拉伸玻璃预型体所生产出的玻璃棒其外径至少为110mm。
全文摘要
本发明提供一种玻璃预型体拉伸装置，其能够在预定给进速度下将玻璃预型体给进加热炉并生产出具有均匀直径的玻璃棒。具体地，本发明提供一种玻璃预型体拉伸装置，用于通过加热和拉伸玻璃预型体来生产具有所希望外径的玻璃棒，其中，在加热炉的正常操作温度T(K)下，顶部室在由下式1表示的波长λ(μm)下是透明的λ＝2898/T。
文档编号C03B37/025GK102086090SQ201010563388
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年12月3日
发明者乙坂哲也 申请人:信越化学工业株式会社