烧结装置及烧结方法
【专利摘要】一种烧结多孔质玻璃母材的烧结装置，包括：炉心管，容纳多孔质玻璃母材，由加热器围绕；盖部件，具有与多孔质玻璃母材结合的保持杆插通的插通孔，安装在炉心管的一端；密封腔，具有导入密封气体的供给口和排出密封气体的排出口，覆盖插通孔，设置在盖部件上；以及筒状部件，在密封腔的内部被保持杆插通，生成炉心管的内部的管内气体和密封腔的内部的气体之间的压力差。
【专利说明】烧结装置及烧结方法
[技术领域]
[0001 ]本发明涉及多孔质玻璃母材的烧结装置和烧结方法。
[【背景技术】]
[0002] 已知的是使用VAD法、OVD法等来作为光纤用玻璃母材的制造方法。在这些方法中， 首先在火焰中燃烧玻璃原料，通过水解来生成玻璃微粒。接着，使生成的玻璃微粒附着在旋 转地祀棒上，来形成多孔质玻璃母材。进一步，在1400~1600 °C下烧结多孔质玻璃母材，生 成透明的光纤用玻璃母材。
[0003] 多孔质玻璃母材在特定组成的氛围气体下烧结而成。在烧结装置的烧结中，在外 部气体侵入容纳多孔质玻璃母材的炉心管的情况下，制造的透明玻璃母材的品质降低。而 且，炉心管内的氛围气体泄漏到外部，则污染环境。因此，提出了对烧结装置中的炉心管进 行封闭的各种构造(例如，参考专利文献1)。
[0004] [现有技术文献]
[0005] [专利文献]
[0006] [专利文献1]特开2002-226218号公报 [
【发明内容】
]
[0007] [发明要解决的问题]
[0008] 封闭烧结中的炉心管的结构复杂且组装困难，并且也不容易使用。进一步，烧结装 置的工作时间增加，部件劣化，因此气密性降低。因此，正在寻求对于烧结中的炉心管来防 止外部气体侵入和管内气体泄漏、简单且寿命长的结构。
[0009] [解决问题的手段]
[0010] 根据本发明的第一方式，提供了一种烧结装置，用于烧结多孔质玻璃母材，包括： 炉心管，容纳多孔质玻璃母材，由加热器围绕;盖部件，具有与多孔质玻璃母材结合的保持 杆插通的插通孔，安装在炉心管的一端;密封腔，具有导入密封气体的供给口和排出密封气 体的排出口，覆盖插通孔，设置在盖部件上；以及筒状部件，在密封腔的内部被保持杆插通， 生成炉心管的内部的管内气体和密封腔的内部的气体之间的压力差。
[0011] -种多孔质玻璃母材的烧结方法，在炉心管内容纳多孔质玻璃母材且烧结多孔质 玻璃母材，将炉心管的内部的管内气体的压力维持为高于大气压，同时通过围绕炉心管的 加热器来加热炉心管中容纳的多孔质玻璃母材，通过在与多孔质玻璃母材结合的保持杆和 具有保持杆插通的插通孔且安装在炉心管的一端的盖部件之间、以及保持杆和保持杆插通 的筒状部件之间，管内气体的一部分排出至覆盖插通孔且设置在盖部件上的密封腔中，将 排出至密封腔的管内气体的一部分、和从设置在密封腔上的供给口供给的密封气体，从密 封腔设置的排出口排出到外部。
[0012] 上述的
【发明内容】
并未列出本发明的全部特征。这些特征组的子组合也能形成新的 发明。
[【附图说明】]
[0013] 图1是示出烧结装置10的结构的示意截面图。
[0014] 图2是说明烧结装置10中的密封结构的视图。
[0015]图3是视图炉心管12的内压和流入圆筒腔24的气体流量之间的关系的图表。
[0016]图4是说明圆筒部件25的规格的示意图。
[0017] 符号说明：
[0018] 1〇烧结装置；11加热器；12炉心管；13上盖部件；14保持杆；15旋转夹具；16多孔质 玻璃母材；17气体导入口； 18盖部件；19插通孔;21气体排出口； 22供给口； 23排气口； 24圆筒 腔;25圆筒部件;26贯通孔
[【具体实施方式】]
[0019] 以下，通过发明的实施方式对本发明进行説明。以下实施方式不用于限制权利要 求的范围。此外，实施方式中所述特征的组合并不都是发明的解决手段所必须的。
[0020] 图1是示出烧结装置10的结构的示意截面图。烧结装置10包括加热器11、炉心管12 和旋转夹具15。而且，炉心管12的图中上端配置有盖部件18、圆筒腔24、圆筒部件25和上盖 部件13。
[0021] 炉心管12具有纵向较长的圆筒形状，具有可收纳多孔质玻璃母材16的内径和长 度。加热器11配置为围绕炉心管12的侧面。炉心管12的底部设有气体导入口 17,气体导入口 17将作为烧结多孔质玻璃母材16时的氛围气体的管内气体提供至炉心管12内部。烧结装置 10中，在烧结多孔质玻璃母材16时，向炉心管12内部填充将基于He等的管内气体。
[0022]旋转夹具15配置在炉心管12的图中上方，把持与炉心管12容纳的多孔质玻璃母材 16相结合的保持杆14的上部。而且，旋转夹具15升降把持的保持杆14,并且以保持杆14作为 旋转轴来使多孔质玻璃母材16旋转。据此，可以有效地均匀加热整个多孔质玻璃母材16。
[0023] 在炉心管12的上端形成密封结构，该密封结构封闭容纳多孔质玻璃母材16的炉心 管12。图示的烧结装置10中，盖部件18设置在炉心管12的上端。盖部件18在大致中央处具有 供保持杆14插通的插通孔。而且，在盖部件18上配置有使炉心管12内外连通的气体排出口 21〇
[0024] 形成密封结构的圆筒部件25和圆筒腔24配置在盖部件18的图中的上面。圆筒部件 25的大致中央处插通有保持杆14。
[0025]在盖部件18的图中的上面，圆筒腔24配置为覆盖圆筒部件25。进一步地，通过上盖 部件13来封闭圆筒腔24的上端。保持杆14还贯通上盖部件13。圆筒腔24和上盖部件13在炉 心管12的上部形成密封腔。
[0026]图2示出烧结装置10中在炉心管12的上部形成的密封结构的放大图。与图1相同的 部件使用与图1相同的附图标记并且省略重复的说明。
[0027]盖部件18上设置的气体排出口 21将炉心管12内部连通至外部，将管内气体从炉心 管12内部直接排放至外部。据此，例如，在炉心管12内部的管内气压急剧上升时，可以缓和 对炉心管12的冲击。从气体排出口 21排出的管内气体可以导入图中未示出的排气装置和排 气处理装置。
[0028] 圆筒腔24在各个侧面上分别具有供给密封气体的供给口 22和将供给的密封气体 排出的排气口 23。密封气体例如可以是空气。从排气口23排出的气体包含密封气体和从炉 心管12泄漏到圆筒腔24中的管内气体。因此，从气体排出口 23排出的密封气体可以导入图 中未示出的排气装置和排气处理装置。
[0029] 圆筒部件25具有纵向较长的筒状形状。圆筒腔24具有比圆筒部件25的外径和高度 大的内径和高度。因此，圆筒部件25在圆筒腔24内部沿着保持杆14顺滑地移动。
[0030] 具有如上所述的密封结构的烧结装置10中，在烧结多孔质玻璃母材16时，将炉心 管12内的压力保持为大于大气压。据此，在烧结装置10中，在盖部件18的插通孔19和保持杆 14之间以及经过圆筒部件25的插通孔26的内面和保持杆14之间的间隙，从炉心管12向圆筒 腔24内，使炉心管12内的管内气体的一部分流动且烧结多孔质玻璃母材16。
[0031] 在烧结装置10中，在保持杆14插通圆筒部件25的状态下，圆筒部件25的炉心管12 侧和圆筒腔24侧的压力差△ p在圆筒的长度为L的情况下表示为下式1。
[0032] [式 1]
[0033]
? (.式 1)
[0034] 但是，在上式1中，各符号表示以下值。
[0035] λ:管摩擦系数
[0036] P:管道内气体密度
[0037] μ:流过圆筒部件和保持杆之间间隙的气体的流速 [0038] S:流体力学的相当面积
[0039] 这里，在流路面积为A且湿周长度为s的情况下，流体力学的相当面积S由下式2表 示。此外，湿周长度s为流路截面中与流体接触的支持杆外壁面和圆筒内壁面的长度总和。
[0040] [式2]
[0041]
…（式2)
[0042]而且，在保持杆14的直径为D且圆筒部件25的孔径为d的情况下，流路面积A和湿周 长度s分别由下式3和4表示。
[0043] 「式 31
[0044]
[0045] [式 4]
[0046] S = JT · (D+d)
[0047] ···(式4)
[0048] 进一步，流过圆筒部件25和保持杆14的间隙的气体流速u在流过间隙的气体流量 由q表示的情形下由下式5表示。
[0049] [式 5]
[0050]
…（.式5)
[0051] 因此，确定大气压和炉心管12的内压的压力差、圆筒部件25的长度和插通孔26的 直径，使用上式1至5,可以从炉心管12内朝向圆筒腔24来控制炉心管12内的气体以预定流 量流过。这种情况下，保持杆的直径D的值由装置的机械强度等的设计来决定。
[0052]例如，D = 40mm的情况下，欲使流过间隙的气体流量q为0.1L/min且使压力差为 500Pa时，圆筒部件的孔径d为d = 40.17mm。如果使圆筒部件的孔径变小且与保持杆的间隙 变窄，优先可以使压力差变大，但是考虑到保持杆的外径的制作精度和圆筒部件的孔的制 作精度，圆筒部件的孔径d和支承杆的直径D的差的下限可以为d-D = 0.1 mm左右。
[0053]在本实施例中，保持杆14的外径为40mm时，圆筒部件25中供保持杆4插通的插通孔 19的内面和保持杆14的空隙为0.1 mm以上且0.15mm以下的范围。该空隙小于0.1 mm时，圆筒 部件25和保持杆14接触的可能性变高，可能妨碍保持杆14顺滑地升降。
[0054]另一方面，上述空隙大于0.15mm时，圆筒腔24内的密封气体很容易从圆筒部件25 和保持杆14的间隙侵入炉心管12中。基于同样的观点，圆筒部件25的长度为IOOmm以上，则 可以有效地防止密封气体侵入炉心管12中。
[0055]此外，基于实现保持杆14和圆筒部件25的顺滑的相对移动的观点，优选地，相对于 与盖部件18的上面接触的面，圆筒部件25中插通孔26的内面的垂直度为0.01mm以下。
[0056]另一方面，基于遮断圆筒腔24和炉心管12间的气体流的观点，期望将盖部件18的 上面和圆筒部件25下面紧密连接。基于这种观点，在盖部件18和圆筒部件25中，相互接触的 面的表面粗糙度为Ra2.0以下。
[0057]而且，基于相对于保持杆14使圆筒部件25顺滑移位的观点，优选地，在至少插通孔 26的内面上，圆筒部件25相对于保持杆14具有润滑性。而且，尤其在保持杆14从炉心管12提 升时，使保持杆14为高温。因此，期望地是，圆筒部件25相对于保持杆14的温度具有耐热性。 兼具这种特性的材料例如可以举例为碳的松散材料。
[0058]在上述示例中，分别使用作为密封腔的圆筒腔24和作为密封部件的圆筒部件25， 但是当然密封腔和密封部件的形状不限于圆筒形。
[0059][实验例]
[0000]孔径为40.14mm且长度为150mm的圆筒部件25被制作，且被设置在于炉心管的上盖 上设置的圆筒内。此外，保持杆的外径为40mm(设计值）。炉心管12的内压变化的同时，测量 保持杆14和圆筒部件25的插通孔26之间的间隙流过的气体流量。
[0061]图3是示出上述测量的测量结果的图表。如图所示，炉心管12的内压和气体流量之 间密切相关，通过控制气体流量，判断可以管理炉心管12内的压力。因此，优选地，将从炉心 管12朝向圆筒腔24流动的管内气体的流量控制为预定流量。
[0062] 此外，如果使炉心管内压为表压1000 Pa~2000Pa左右，则确认可以抑制流过间隙 的气体量并且耐用。将炉心管内压维持为1000 Pa且进行多孔质玻璃母材烧结的结果，确认 得到的玻璃母材的光学特性没有问题。
[0063] 因此，烧结装置10中，上盖上的圆筒内设置的圆筒部件的孔和保持杆的间隙（空 隙）为〇. Imm~0.15mm，圆筒部件的长度为IOOmm以上，使气体从炉心管内向圆筒流动，从圆 筒的排气口排气的同时进行烧结，因此，可以防止外部气体从该间隙侵入炉心管内，可以在 不对玻璃母材的特性产生不好影响的情况下进行烧结。
[0064] 下式6表示在烧结装置10中通过炉心管12中管内气体的压力而使圆筒部件25上浮 的条件。图4是说明式6中使用的值的视图。
[0065] [式6]
[0066]
…（式6.)
[0067]但是，Pc为圆筒部件25上浮的管内气体压力，Db为插通孔19的内径，d插通孔26的内 径，W为圆筒部件25的质量，g为重力加速度。
[0068]如上，如果炉心管12的管内气体达到压力Pc，圆筒部件25上浮。据此，炉心管12的 管内气体通过盖部件18的上面和圆筒部件25的下面之间的较宽间隙，大量地从炉心管12流 入圆筒腔24中。据此，炉心管12的管内气体压力急剧减少。因此，根据炉心管12的耐压来设 定圆筒部件25的质量等，可以限制炉心管12的内压的上限，并且防止因内压上升而损坏炉 心管12。
[0069] 以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术的范围并不受限于所述实施 方式所述的范围。对本领域的技术人员而言，能够对所述实施方式施加多种变更或改良是 显而易见的。根据权利要求书的记载可知，经过这样的变更或改良后的方案也包含在本发 明的保护范围内。
[0070] 权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序、以及方法中的动作、步 骤、以及阶段等各处理的执行顺序并未明确表示为"之前"、"以前"，此外，应注意，在后面的 处理中不利用前面的处理的输出的情况下，能够以任意的顺序来实现。有关权利要求、说明 书和附图中的动作流程，为了说明上的方便，说明中使用了"首先"、"其次"等字样，但即使 这样也不意味着必须按此顺序实施。
【主权项】
1. 一种烧结装置，用于烧结多孔质玻璃母材，其特征在于，包括： 炉心管，容纳多孔质玻璃母材，由加热器围绕； 盖部件，具有与多孔质玻璃母材结合的保持杆插通的插通孔，安装在所述炉心管的一 端； 密封腔，具有导入密封气体的供给口和排出密封气体的排出口，覆盖所述插通孔，设置 在所述盖部件上；以及 筒状部件，在所述密封腔的内部被所述保持杆插通，生成所述炉心管的内部的管内气 体和所述密封腔的内部的气体之间的压力差。2. 如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，还包括:直接排气口，设置在所述盖部件 上，供从所述炉心管的内部排出的气体通过。3. 如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，如果所述压力差大于预定的阈值，所述 筒状部件从所述盖部件分离，使所述压力差减小。4. 如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，所述筒状部件和所述保持杆的空隙为 0.1mm以上且0.15mm以下，所述筒状部件的长度为100mm以上。5. 如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，在所述筒状部件中，与所述盖部件接触 的接触面的表面粗糙度为Ra2.0以下。6. 如权利要求5所述的烧结装置，其特征在于，在所述筒状部件中，所述保持杆插通的 贯通孔的内面的垂直度相对于所述接触面为0.01mm以下。7. 如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，在所述筒状部件中，与所述盖部件接触 的接触面的表面粗糙度为Ra2.0以下。8. -种多孔质玻璃母材的烧结方法，在炉心管内容纳多孔质玻璃母材且烧结多孔质玻 璃母材，其特征在于，包括： 将所述炉心管的内部的管内气体的压力维持为高于大气压，同时通过围绕所述炉心管 的加热器来加热炉心管中容纳的多孔质玻璃母材， 通过在与多孔质玻璃母材结合的保持杆和具有所述保持杆插通的插通孔且安装在所 述炉心管的一端的盖部件之间、以及所述保持杆和所述保持杆插通的筒状部件之间，所述 管内气体的一部分排出至覆盖所述插通孔且设置在所述盖部件上的密封腔中， 将排出至所述密封腔的所述管内气体的一部分、和从设置在所述密封腔上的供给口供 给的密封气体，从所述密封腔设置的排出口排出到外部。9. 如权利要求8所述的多孔质玻璃母材的烧结方法，其特征在于，将从所述炉心管流入 所述密封腔的气体的流量控制为预定的流量。
【文档编号】C03B37/018GK106007356SQ201610176855
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】内田也, 内田一也, 乙坂哲也
【申请人】信越化学工业株式会社