用于制造光纤的设备和用于密封拉丝炉的方法

专利名称：用于制造光纤的设备和用于密封拉丝炉的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造光纤的设备和一种用于密封的拉
丝炉(drawing furnace)的方法，该拉丝炉用在拉丝光纤中，适 于拉丝带不具有恒定直径的夹持部的光纤预型体。
背景技术：
通过加热和熔化被称为光纤预型体(在下文中简称为预型 体)的石英玻璃棒的末端，同时向下移动从而从预型体的熔化的 末端拉丝光纤，来制造光纤。当制造光纤时，拉丝炉内部达到 大约2000摄氏度的温度，即非常高的温度，所以碳(carbon) 通常用作用于例如作为加热器的炉芯管等元件的材料。为了防 止碳被氧化腐蚀，需要使拉丝炉的内部保持例如氩气、氦气等 惰性气体气氛，并且需要控制流入拉丝炉内部的外界空气。
在传统的方式中，为了控制流入拉丝炉的外界空气，将具
口处，以在预型体插入口和预型体之间提供小间隙。另一方面， 如果预型体的外径的变动大于一定程度，在拉丝炉的顶端，预 型体和气体密封环之间的间隙的尺寸会响应拉丝光纤时预型体
的外径取决于预型体的位置的变动而显著地改变。间隙尺寸的 变动导致供应到拉丝炉内的惰性气体的流量变化，使得不能控 制光纤的外径。另外，如果间隙的尺寸大于预定值，则流入拉 丝炉内部的外界空气将通过氧化腐蚀碳元件。结果，被腐蚀部 分的粉尘粘附到玻璃预型体1的熔化部分上。粘附的粉尘使得 光纤5的外径局部变动并使光纤5局部脆化，并且还会降低加热 炉2中的碳部的寿命，使得可能降低光纤的光学特性和强度。
为了避免上述问题，通常使用具有精细调节过的外径的预 型体。为了获得具有精细调节过的外径的预型体，首先，进行
例如汽相轴向沉淀(VAD)工艺或外部汽相沉积(0VD)工艺等沉
积工艺以制造多孔玻璃预型体。接下来，加热多孔玻璃预型体 以烧结预型体，并且生成在纵向上外径变动相对较大的透明的 玻璃化玻璃预型体。最后，加热和拉丝透明的玻璃化玻璃预型 体，以获得具有较小且精细调节过的外径的预型体。
为了将整个预型体变为光纤，例如，具有与和预型体的外
径的相同的外径的模拟杆(dummy rod)或者模拟管(dummy tube)连接到预型体的近端。模拟部分由用于向拉丝炉中进给预 型体的进给机构支撑。结果，有可能在通过在拉丝炉的中心区 域从末端到近端加热整个预型体以制成光纤的制造过程中，提 高光纤制造生产率。
然而，如果为了精细调节预型体的外径而进行上述加热和 拉丝过程，或者利用模拟杆或模拟管进行上述加热和拉丝过程， 则都会增加成本。为了避免额外成本，需要从未经受拉丝过程 并具有变动的外径的预型体直接拉丝光纤。
图l示意性地示出通过VAD工艺或者OVD工艺制造的预型 体的结构。预型体l具有恒定直径部la、在两端部的具有从大约 10mm到500mm长度的沐斤缩部(tapered portion ) 2和3、以及 芯6。芯6在恒定直径部la中，但是不在渐缩部2和3中。恒定直 径部la的外径典型地是从10mm到200mm,并且具有从几毫米 到几十毫米的外径变动。渐缩部2和3在它们的端部分别具有夹 持部4和5。夹持部4和5的直径典型地为从20mm到70mm。夹 持部4具有在输送预型体1时与输送夹具接合的突起部7。
为了将整个预型体l变成光纤，当预型体l近端侧的渐缩部 2经过拉丝炉的插入口时，必须防止外界空气流入拉丝炉中。
然而，形成形成在插入口和渐缩部2之间的间隙太大，使 得很难仅通过配置在插入口的气体密封环有效地密封该间隙。 间隙的低效率密封导致制造光纤时外界空气流入拉丝炉中，使 得可能降低光纤的光学特性或者强度。
例^口 ，曰本净争开2006-342030号乂>才艮(只于应于US 2006/280578A1 )公开了 一种能够响应预型体的外径变动用于 密封拉丝炉的插入口和预型体之间的间隔的方法。该方法包括 将由内环和外环结合而成的密封环推到玻璃预型体的表面上， 该内环和外环分别由多个相互连接的密封环段构成。在外环的 外周布置弹簧。
然而，在这种方法中，密封环可以有效密封的外径的可密 封的变动范围被限制在预定值。结果，不能有效地密封具有宽 的外径变动范围的渐缩部的预型体。
日本特开2007-70189号公报公开了 一种密封构件，该密封
构件具有刷子并且配置在插入口处。然而，预型体的有效可密
封的外径变动范围也被限制在预定值，所以不能有效的密封具
有宽的外径变动范围的渐缩部的预型体。
已知一种从上述预型体拉丝光纤的方法，其中整个预型体
被布置在拉丝炉顶端的密封室(顶室)覆盖。然而，在该方法中，
为了将悬挂在顶室中的预型体送入拉丝炉内，需要用于支撑预
型体的很长的轴，并且设备的总高度很大。
为了避免这些问题，日本专利申请63-176330公开了 一种 配置有可以伸长和缩短的伸缩管的顶室。
然而，因为伸缩管在高温下反复地伸长和缩短，它们有可 能断裂或者产生粉末。另外，可以达到2000摄氏度以上温度的 加热器布置在顶室下方，使得在顶室中产生强烈的对流，并且 扰乱了在熔化的预型体附近的气流。结果，可能引起拉丝出的
光纤的外径的较大波动。

发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于制造光纤的设备，该 设备通过有效地密封将被拉丝的光纤预型体的近端侧的渐缩部 和拉丝炉的预型体插入口之间的间隙，能够将整个可用的光纤 预型体改变成光纤。
本发明的另 一个目的在于提供一种用于密封拉丝炉的方 法，该方法可以有效地密封渐缩部和插入口之间的间隙。
根据本发明的用于制造光纤的设备包括拉丝炉，其设置 有用于接收光纤预型体的插入口 ；进给机构，其被构造成支撑 光纤预型体的 一 端以将光纤预型体进给到拉丝炉中；第 一 密封 单元，其被构造成密封光纤预型体和插入口之间的间隙；以及 第二密封单元，其被构造成当形成在光纤预型体的所述一端侧
的渐缩部通过插入口时密封光纤预型体和第 一 密封单元之间的 间隔。
根据本发明的一种用于密封拉丝炉的方法，该拉丝炉设置 有用于接收光纤预型体的插入口 ，该方法包括用第一密封单 元密封插入口和被插入到插入口中的光纤预型体之间的间隔的 步骤；以及当形成在光纤预型体的所述一端侧的渐缩部到达第 一密封单元上时，将第二密封单元安置在第一密封单元上以密 封第 一 密封单元和光纤预型体之间的间隔的步骤。
根据本发明，在从两侧具有渐缩部的光学玻璃预型体中拉 丝光纤时，可以防止外界空气流入拉丝炉中并且防止拉丝炉内 的气体从拉丝炉流出，所以可以显著地降低制造光纤的成本。
从以下参照附图对典型实施方式的说明中，本发明的进一 步的特征将变得明显。


图l是光纤预型体的结构的一个示例的示意图2是根据本发明的 一 个实施方式的用于制造光纤的设备
的示意性的纵剖视图，其示出第二密封单元位于第一密封单元
的上方；
图3 A是图2所示的气体喷嘴附近的结构的横剖视图； 图3B是图2所示的壳体的俯视图4是用于图解根据本发明的实施方式的环形密封体的结 构的立体图5是图2所示的用于制造光纤的设备的示意性的纵剖视 图，其示出第二密封单元置于第一密封单元的顶面上；以及
图6是图2所示的用于制造光纤的设备的示意性的纵剖视 图，其示出光纤预型体近端侧的渐缩部正通过第一密封单元。
具体实施例方式
以下将参照附图详细说明本发明的实施方式。 图2示出了根据本发明的一个实施方式的用于制造光纤的 设备。该设备具有拉丝炉20、第一密封单元50、第二密封单元 70、进给机构80、树脂涂覆装置200和巻取装置300。
拉丝炉20具有壳体21、设置在壳体21中的炉芯管22、填充 在炉芯管22和壳体2l之间的隔热材料24,并且该拉丝炉20在壳 体21的顶端设置用于接收光纤预型体l的插入口 25以及在壳体 21的底部设置用于从光纤预型体l的末端拉丝出光纤8的拉丝 出口 26。
这里，图3 A是在壳体21的顶端附近的典型结构的横剖视 图，图3B是壳体21的顶端的该结构的俯视图。
如图3B所示，用于在拉丝炉20和第一密封单元50之间供应
惰性气体的多个气体喷嘴27沿拉丝炉20的顶端部分的整个圆 周设置。
如图3A所示，供应管线28形成在壳体21中，且与多个气体 喷嘴27连通。供应到供应管线28中的惰性气体G从气体喷嘴27喷射。
通过从喷嘴27喷射惰性气体G,第一密封单元从拉丝炉20 的顶端面稍-微地浮起。结果，当第一密封单元50在壳体21的顶 端面上横向滑动时，可以减小摩擦阻力。结果，第一密封单元 5 0能够平滑地跟随光纤预型体1的横向移位。
线圈23和炉芯管22配置成用于加热玻璃预型体1的加热 器。通过向线圈23供应高频电流而感应地加热炉芯管22。碳通 常用作形成炉芯管2 2的材料。当碳在高温下暴露于外界空气时 被氧化腐蚀。因此，为了防止外界空气流入炉芯管22中，通过 未示出的惰性气体入口将惰性气体持续地供应到炉芯管22中。 惰性气体从拉丝出口26排出。
如图2所示，第 一 密封单元5 0包括两个环形密封体6 0和环 形间隔构件52,该环形间隔构件52用于在这些环形密封体60 之间形成将被填充惰性气体G的空间5 2 s 。间隔构件5 2设置有用 于将惰性气体G引入空间52s中的进气口 53。间隔构件52布置在 壳体21的顶端，以响应光纤预型体l的横向移位而横向移动。
图4示出了环形密封体60的结构的 一 个实施例。
环形密封体6 0由成多个环形盘61构成，环形盘61在它的中 心区域具有插入孔61a。多个环形盘61相互堆叠或者叠加。
环形盘61具有多个裂缝61b,裂缝61b形成为从插入孔61a 的内缘向环形盘的外周延伸。另外，环形盘61具有由多个裂缝 61b限定的多个弹性部分61c，从而为环形盘提供弹性。
环形盘61中的裂缝61b例如形成为从插入孔61a的内缘沿
径向延伸。裂缝61b例如在环形盘61的圆周方向上以固定的角 间隔形成。然而，裂缝61b并不限于这些实施例，并且可以由 本领域的技术人员容易地进行各种变型。
环形盘61由诸如碳碳复合材料、石墨片和耐热金属等耐热 材料形成。
当采用石墨片作为形成环形盘61的材料时，优选使用高定 向热解(highly oriented pyrolytic)石墨片或膨胀石墨片。此 外，作为用于形成环形盘61的耐热金属，优选使用诸如钽等金属。
在图4所示的实施例中，环形盘61具有各自相同的结构。 然而，环形盘61并不必须具有各自相同的结构。为了改善密封 效果，环形盘堆叠成使得一个环形盘61中的裂缝61b的位置和 与该环形盘61相邻的环形盘中的裂缝的位置不同，也就是说， 环形盘61的裂缝61b彼此不重叠。
通过设置在间隔构件5 2的顶部侧和底部侧的诸如夹紧件 等紧固部件，使堆叠的环形盘61在其外周部分固定到间隔构件 52。
环形盘61的插入孔61a形成为直径比玻璃预型体1的外径 小。因此，当玻璃预型体1插入到每个堆叠的环形盘61的插入 孔61a中时，各个弹性部分61c由于与更大直径的玻璃预型体l 的干涉(interference)而弯曲。在这种情况下，每个弹性部 分61c对玻璃预型体l的外径的任何波动作出响应，从而偏转量 也波动。结果，建立了每个弹性部分61c总是与玻璃预型体l的 表面稳定接触的状况，从而有效地密封了壳体21的玻璃预型体 插入口 25与玻璃预型体l之间的环形间隙。
用于形成环形密封体60的环形盘61的数量越多，环形密封 体60的密封效果越好。
在当前实施方式中，通过经由间隔构件52a的进气口 53向 两个同轴堆叠的环形密封体60之间的空间供给惰性气体G,可 以有效地阻挡外界空气流入拉丝炉中。结果，可以抑制由来自 碳材料的氧化气体引起的在密封体60的下侧的环形盘61的腐 蚀。此外，对上侧的环形密封体60进行遮光和隔热，使得可以 降低上侧环形密封体60遭受的辐射热。因此，也可以抑制上侧 环形盘61的腐蚀。
如图2所示，进给机构80包括用于在X和Y方向上调整光纤 预型体1的位置的位置调节机构81 、保持位置调节机构81的可 动构件82、连接到位置调节机构81并在垂直方向上延伸的轴 83、用于使轴83和光纤预型体1的夹持部4连接的连接机构84、 利用支撑构件8 5和8 6可旋转地支撑顶端和底端并且螺紋联接 到可动构件82中的螺旋轴87、以及用于旋转螺旋轴87的电动机 88。
在进给才几构80中，螺旋轴87由电动机88驱动而沿预定方向 的转动使可动构件82向下移动，使得经由连接机构84悬挂在轴 83末端的光纤预型体1通过插入口 25被进给到拉丝炉20中。
另 一方面，电动机的相对于上述预定方向的反向旋转使可 动构件82向上移动。
第二密封单元70具有圆筒形构件71,该圆筒形构件71的顶 端封闭而底端开放。引导孔72形成在圆筒形构件71的顶端。另 外，圓筒形构件71在其侧壁设置有进气口 73。
第二密封单元70的轴83被装配并插入到圆筒形构件71的 引导孔72中，使得第二密封单元70在轴83的纵向上，即在光纤 预型体l的移动方向上可移动。另外，第二密封单元70与连接 机构84相互连接以被支撑在轴83的末端。如图2所示，圆筒形 构件71被构造成从夹持部4到光纤预型体1的渐缩部地覆盖光
纤预型体l。
接下来，将说明根据本发明的上述设备的操作。 如图2所示，光纤预型体1在拉丝炉20中被加热和熔化，以
将光纤8从该光纤预型体的末端被拉丝并从拉丝出口 26拉出。 拉出的光纤8由树脂涂覆装置200覆盖树脂，然后由巻取装置 300巻至线轴。
取决于拉丝过程，由进给机构80向下进给光纤预型体1。 因此，第二密封单元70与光纤预型体1一起逐渐向下移动。如 图2所示，当光纤预型体l的恒定直径部la正在通过第一密封单 元50时，第二密封单元70位于远离第一密封单元50并且在第一 密封单元50的上方的位置。在这种情况下，拉丝炉20的插入口 25仅由第 一密封单元50密封，以防止外界空气流入拉丝炉20 中。
随着从光纤预型体1拉丝光纤8的过程的进行，如图5所示， 在光纤预型体1的渐缩部2到达第一密封单元50之前，第二密封 单元70的底端到达第一密封单元50,并且置于第 一密封单元50 的顶面上。在这种情况下，第二密封单元70密封第一密封单元 50和光纤预型体1之间的间隔。也就是说，由第一密封单元50 和第二密封单元70用于密封拉丝炉20的插入口 25。另外，如图 5所示，通过进气口 73对由第二密封单元70和第一密封单元50 之间的配合而形成的封闭空间SP供应惰性气体G，使得该封闭 空间充满惰性气体G。
在第二密封单元70到达第一密封单元50之后，第二密封单 元70从轴63的末端脱离。结果，轴独自向下移动。
随着从光纤预型体1拉丝光纤8的过程的继续进行，如图6 所示，光纤预型体l的恒定直径部la完全通过第一密封单元50, 使得渐缩部2到达第一密封单元50。在这种情况下，在光纤预
型体1的渐缩部2和第 一 密封单元5 0的环形密封体6 0之间形成 间隙。然而，第二密封单元70已经密封光纤预型体1的渐缩部2 和第一密封单元50之间的间隔。结果，可以可靠地防止外界空 气通过插入口 25流入拉丝炉20中。
如图6所示，当光纤预型体1的渐缩部2正在通过第 一 密封 单元50时，可以确定地防止外界空气流入拉丝炉20中，使得光 纤预型体l的芯6从它的末端到近端都能被用于拉丝光纤8。
在如上所述的实施方式中，环形密封体被用于第一密封单 元，然而，也可以选择使用日本特开2006-342030号/>净艮(对应 于US 2006/280578A1 )或者曰本特开2007—70189号/>寺艮所乂> 开的密封体。
此外，第一密封单元可以被构造成具有对应于预型体的外 径的内径的气体密封环。
在如上所述的实施方式中，公开了用于进给预型体的进给 机构输送第二密封单元的构造，然而，也可以采用与进给机构 分开的输送机构输送第二密封单元的构造。
虽然已经参照

了本发明的优选实施方式，但是应 当理解本发明不限于确切的实施方式，本领域的技术人员可以 实施本发明的各种改变和变型，而不脱离由所附的权利要求限 定的本发明的范围或精神。
权利要求
1.一种用于制造光纤的设备，其包括拉丝炉，其设置有用于接收光纤预型体的插入口；进给机构，其被构造成在支撑所述光纤预型体的一端的同时将所述光纤预型体进给到所述拉丝炉中；第一密封单元，其构造成密封所述光纤预型体和所述插入口之间的间隙；以及第二密封单元，其构造成当形成在所述光纤预型体的所述一端侧的渐缩部通过所述插入口时密封所述光纤预型体和所述第一密封单元之间的间隔。
2. 根据权利要求l所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第二密封单元与由所述进给机构引起的所述光纤预型 体的移动 一 起被输送到所述第 一 密封单元上，以密封所述光纤 预型体和所述第 一 密封单元之间的间隔。
3. 根据权利要求2所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第二密封单元在由所述进给机构的可动部支撑的同时 被朝向所述拉丝炉输送，并且所述第二密封单元在与所述第一 密封单元4^触之后脱离所述可动部的支撑。
4. 根据权利要求2所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第二密封单元由所述进给机构的可动部在所述光纤预 型体的移动方向上可移动地支撑。
5. 根据权利要求2所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第二密封单元包括圆筒形构件，该圓筒形构件被构造 成至少从所述光纤预型体的由所述进给机构的可动部支撑的一 端到所述光纤预型体的所述渐缩部地覆盖所述光纤预型体。
6. 根据权利要求5所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第二密封单元包括进气口 ，该进气口被构造成将惰性 气体供应到由所述第一密封单元和所述第二密封单元形成的封 闭空间中。
7. 根据权利要求6所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，当所述光纤预型体的所述渐缩部到达所述第一密封单元时 所述第二密封单元到达所述第一密封单元，以密封所述光纤预 型体和所述第一密封单元。
8. 根据权利要求2所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第一密封单元包括环形密封体，该环形密封体被构造 成密封所述光纤预型体和所述插入口之间的所述间隙；其中， 所述环形密封体包括彼此相互堆叠的多个环形盘；所述多个环形盘中的每一个环形盘均包括在所述环形盘的中心区域中的插入孔；多个裂缝，其形成为从所述插入孔的内缘向所述环形盘的 外周延伸；以及多个弹性部分，其由所述多个裂缝限定，并且被配置成在 所述光纤预型体插入到所述插入孔时由于所述多个弹性部分与 所述光纤预型体的干涉配合而弯曲。
9. 根据权利要求8所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，多个所述环形密封体同轴地布置，并且所述第一密封单元 还包括间隔件，该间隔件被构造成在所述环形密封体之间限定 空间以在该空间中收容惰性气体。
10. 根据权利要求2所述的用于制造光纤的设备，其特征在 于，所述第一密封单元响应所述光纤预型体的横向移位而横向 可移动地布置在所述拉丝炉上，并且所述拉丝炉包括供气装置， 该供气装置被构造成向所述第一密封单元和所述拉丝炉之间供 应惰性气体。
11. 一种用于密封拉丝炉的方法，该拉丝炉设置有用于接 收光纤预型体的插入口 ，所述用于密封拉丝炉的方法包括以下步骤密封步骤，其中，用第一密封单元密封所述插入口和被插入到所述插入口中的所述光纤预型体之间的空间；以及安置步骤，其中，当形成在所述光纤预型体的一端侧的渐 缩部到达所述第一密封单元上时，将第二密封单元安置在所述 第一密封单元上，以密封所述第一密封单元和所述光纤预型体 之间的间隔。
12.根据权利要求ll所述的用于密封拉丝炉的方法，其特 征在于，所述安置步骤包括与所述光纤预型体一起移动所述第 二密封单元以将所述第二密封单元安置在所述第一密封单元上 的步骤。
全文摘要
本发明提供一种用于制造光纤的设备和用于密封拉丝炉的方法。在用于制造光纤的设备中，该设备包括拉丝炉，其设置有用于接收光纤预型体的插入口；进给机构，其被构造成支撑光纤预型体的一端以将光纤预型体进给到拉丝炉中；第一密封单元，其被构造成密封光纤预型体和插入口之间的间隙；以及第二密封单元，其被构造成当形成在光纤预型体的所述一端侧的渐缩部通过插入口时密封光纤预型体和第一密封单元之间的间隔。结果，可以将光纤预型体的可用整体都变成光纤，所以可以显著地降低制造光纤的成本。
文档编号C03B37/01GK101362628SQ20081013493
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月10日
发明者乙坂哲也, 清水佳昌 申请人:信越化学工业株式会社