專利名稱：制造拉伸玻璃體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造拉伸玻璃體的方法。
背景技術(shù)：
通過拉拔光纖預(yù)成型坯而制造的光纖具有取決于沿著預(yù)成型坯的半徑的折射率分布的特性。隨著光纖的特性的所要求的精度變高，
對光纖的折射率分布所要求的精度也變高。因而，為了響應(yīng)這種要求，已經(jīng)存在對能夠用來制造具有所需折射率分布的光纖預(yù)成型坯的方
法的需求。
此外，在作為制造光纖預(yù)成型坯的處理的一個步驟的中間預(yù)成型坯的拉伸處理中要求更高的精度。WO2004/000740 (專利文獻l)披露了這樣一項發(fā)明該發(fā)明用于基于在中間預(yù)成型坯的拉伸過程中所測量的中間預(yù)成型坯的外徑來控制拉伸率，以便能夠獲得外徑在縱向上均勻的光纖預(yù)成型坯。
然而，對于在該發(fā)明中披露的方法來說，拉伸的光纖預(yù)成型坯的外徑在縱向上變化很大，導(dǎo)致難以在沿著縱向的每一個位置獲得所需折射率分布。此外，由于拉伸過程中的加熱，使得存在于中間預(yù)成型坯的表面中的Si02蒸發(fā)為Si-OH和Si-H氣體。加熱溫度越高，蒸發(fā)量變得越大。因此，外徑減小，導(dǎo)致拉伸后外徑的精度的降低。一般來說，這些問題不僅出現(xiàn)在光纖預(yù)成型坯的制造過程中拉伸中間預(yù)成型坯的處理中，而且還出現(xiàn)在拉伸柱狀或筒狀玻璃體的處理中。 WO2004/000740

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于提供一種制造拉伸玻璃體的方法，以便能夠在通過拉伸而制造的拉伸玻璃體的沿著縱向的每一個位置獲得所需外徑。
解決問題的技術(shù)方案
為了達到上述目的，提供一種制造具有目標外徑的拉伸玻璃體的方法。在所述方法中，利用可以在柱狀或筒狀的玻璃體的縱向上移動的加熱源進行加熱來使所述玻璃體軟化，并將所述玻璃體拉伸成具有目標外徑(所述目標外徑可以在所述拉伸玻璃體的整個長度上是恒定的，或者也可以與所述拉伸玻璃體的每一個位置對應(yīng)地在縱向上是變化的)。所述方法包括用于獲得中間拉伸體的第一拉伸步驟和用于獲得具有所述目標外徑的所述拉伸玻璃體的第二拉伸步驟
(1) 在所述第一拉伸步驟中，通過加熱軟化所述玻璃體并拉伸所述玻璃體，同時測量被軟化部分的外徑，使得測量值等于第一控制直徑，所述第一控制直徑大于所述目標外徑，所述中間拉伸體在其每一個位置的外徑滿足下列關(guān)系式
(所述目標外徑一10lLim) < (所述中間拉伸體的外徑) < (所
述目標外徑+ 500pm);以及
(2) 在所述第二拉伸步驟中，通過加熱軟化所述中間拉伸體并
拉伸所述中間拉伸體，同時用第 一 直徑監(jiān)測器測量被軟化部分的夕卜徑，使得測量值與第二控制直徑一致，所述第二控制直徑大于所述目標外徑。所述第一控制直徑和所述第二控制直徑都可以與所述目標外徑對應(yīng)地在所述拉伸玻璃體的整個長度上是恒定的，或者也可以與所述拉伸玻璃體的每一個位置對應(yīng)地在縱向上是變化的。
在所述第一拉伸步驟中，優(yōu)選獲得下述中間拉伸體所述中間拉伸體在其每一個位置的外徑滿足下列關(guān)系式
(所述目標外徑) < (所述中間拉伸體的外徑) < (所述目標
外徑+ 500(im)
在所述第二拉伸步驟中，優(yōu)選的是所述中間拉伸體的外徑開始減小的減小開始位置和用所述第一直徑監(jiān)測器測量外徑的位置之間的距離小于或等于所述中間拉伸體的外徑的1.5倍。此外，在所述第二拉伸步驟中，優(yōu)選用第二直徑監(jiān)測器對所述中間拉伸體被拉伸的部分的外徑進行測量，基于所測量到的所述中間拉伸體的外徑來確定用所述加熱源加熱的位置和用所述第一直徑監(jiān)測器測量外徑的位置之間的距離，并且基于如此確定的所述距離來布置所述第一直徑監(jiān)測器。另外，在所述第二拉伸步驟中，優(yōu)選的是所述中間拉伸體的溫
度不超過1500 °C。


圖1是示出在本發(fā)明的用于制造拉伸玻璃體的方法中使用的拉伸機保持玻璃體的狀態(tài)的概念示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于制造拉伸玻璃體的方法的第二拉伸步驟中的中間拉伸體的被加熱部分及其附近的放大視圖。
圖3是示出第一實例中分別在拉伸玻璃體的沿著縱向的每一個位置測量的外徑的曲線圖。
圖4是相對于第二拉伸步驟中拉伸前和拉伸后的每一個外徑差示出第一實例中目標外徑和拉伸玻璃體的外徑之間的差的標準差的兩倍的頻率分布的曲線圖。
圖5是示出第二實例中中間拉伸體的外徑Dl (X)和目標外徑D2 (X)的曲線圖。
圖6是示出第二實例中目標外徑D2 (X)、拉伸玻璃體的最終直徑D2' (X)以及它們之間的差的曲線圖。
具體實施例方式
在下文中，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明。提供附圖是為了解釋實施例而不是意在限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件，從而可以省略重復(fù)的說明。附圖中的尺寸比例并不總是準確的。
圖1是示出在本發(fā)明的用于制造拉伸玻璃體的方法中使用的拉伸機保持玻璃體的狀態(tài)的概念示意圖。拉伸機1具有保持部件11、保持部件12、加熱源13、直徑監(jiān)測器14和高溫計15。玻璃體20是柱狀或筒狀。例如，玻璃體20是包括要成為光纖的芯部的部分的光
纖預(yù)成型坯，或者是制造光纖預(yù)成型坯的過程中的中間預(yù)成型坯。然
而，玻璃體20不限于這些。
以這樣的方式保持玻璃體20， S卩用保持部件11保持玻璃體
20的一端，而用保持部件12保持玻璃體20的另一端。在這種情況 下，可以將用于操作的玻璃棒(虛設(shè)棒)熱熔結(jié)合在玻璃體20的每 一端上，以便可以用保持部件11和12保持這些虛設(shè)棒。保持部件 11和12中的一者或兩者可以沿著連接這些保持部件的直線移動，以 便使保持部件11和12之間的距離可以變化。
用于通過加熱來軟化玻璃體20的加熱源13優(yōu)選是氫氧燃燒器、 電阻爐、感應(yīng)爐或等離子體燃燒器。加熱源13安裝為允許改變與玻 璃體20的距離，以便可以調(diào)整加熱玻璃體20的范圍。直徑監(jiān)測器 14在玻璃體20的外徑由于加熱源13的加熱而減小的范圍內(nèi)測量玻 璃體20的外徑。高溫計15通過非接觸式測量來測量玻璃體20的被 加熱部分的溫度。加熱源13、直徑監(jiān)測器14和高溫計15可以分別 沿著玻璃體20的縱向移動。在下列說明中，假定為了拉伸玻璃體20， 保持部件11是固定的，保持部件12向右移動，而加熱源13、直徑 監(jiān)測器14和高溫計15中的每一個從玻璃體20的右端朝向左端移動。
根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的用于制造拉伸玻璃體的方法，通過使玻璃 體20按照順序經(jīng)歷第一拉伸步驟和第二拉伸步驟來制造具有目標外 徑的拉伸玻璃體。
在第一拉伸步驟中，通過拉伸玻璃體20來制備中間拉伸體21。 在這種情況下，用直徑監(jiān)測器14測量通過利用加熱源13加熱而軟化 的部分的外徑，并且拉伸玻璃體20，使得使測量值可以具有大于目 標外徑的第一控制直徑。這樣，使如此制備的中間拉伸體21滿足公 式(1):
D2 (X) —10,<D1 (X) <D2 (X)-卜500)im...... (1)
其中，Dl (X)是中間拉伸體21的縱向上的位置X處的外徑， D2 (X)是拉伸玻璃體的縱向上的位置X處的目標外徑。
在第二拉伸步驟中，通過拉伸中間拉伸體21來獲得拉伸玻璃體。在這種情況下，用直徑監(jiān)測器14測量通過利用加熱源13加熱而軟化 的部分的外徑，并且拉伸中間拉伸體21，使得使測量值可以具有大 于目標外徑的第二控制直徑。這樣，就獲得了具有目標外徑的拉伸玻 璃體。
如果基于玻璃體20、 21的軟化部分中接近最終直徑的位置(遠 離被加熱部分)測量的外徑來進行控制，那么由于控制值和最終直徑 之間的差較小，所以最終直徑的精度提高。然而，由于進行控制的時 間的延遲增大，所以波動(在最終直徑和目標外徑之間的差中變化的 要素)增大，因此變得難以以髙響應(yīng)性控制最終直徑。相比之下，如 果將測量位置設(shè)置在遠離最終直徑的位置的位置(靠近被加熱部分的 位置)，那么響應(yīng)性變好，但是由于控制直徑的值和最終直徑之間的 差變大，所以精度降低。因此，通常要考慮控制的響應(yīng)性和精度之間 的權(quán)衡關(guān)系。這樣，在軟化的錐形部分中憑經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)的最佳位置處測 量外徑，從而控制拉伸速率。
在本發(fā)明的第二拉伸步驟中，可以通過將外徑的減小量抑制在 公式(1)中所示的500pm或更小來縮短拉伸開始位置和拉伸終止位 置之間的距離。這將解決上述權(quán)衡關(guān)系的問題并實質(zhì)上提高拉伸精度 和響應(yīng)性，從而可以在拉伸玻璃體的沿著縱向的每一個位置獲得所需 外徑。更具體來說，可以以高精度進行拉伸可以使縱向上有效部分 中目標外徑D2 (X)和最終直徑D2' (X)之間的差的標準差OD2，rX) -D2(x;的2倍小于或等于40pm。此外，可以通過將外徑的減小量控 制在250pm或更小來使<jD2， (x) —D2 (x)的2倍小于或等于20nm。
圖2是本發(fā)明的用于制造拉伸玻璃體的方法中的第二拉伸步驟 中的中間拉伸體的被加熱部分及其附近的放大視圖。在圖2中，DS 表示外徑減小的開始位置(減小開始位置)，DE表示外徑減小的終 止位置(減小終止位置)，HP表示加熱位置，MP1表示用第一直徑 監(jiān)測器測量外徑的位置，MP2表示用第二直徑監(jiān)測器測量外徑的位 置。
優(yōu)選的是在第二拉伸步驟中滿足下列公式(2): L (X) <1.5><D1(X)...... (2)其中，L (X)是外徑開始減小的開始位置DS和用直徑監(jiān)測器 14測量外徑的測量位置MP1之間的距離。為了在拉伸過程中反饋給 中間拉伸體21的拉伸率，必須在中間拉伸體21的錐形部分(DS和 DE之間)測量外徑。并且，如果改變保持部件12的速度以便控制 外徑受到控制的位置處的外徑，那么外徑將在中間拉伸體21的每一 個可變形位置發(fā)生變化。如果外徑測量位置MP1設(shè)置為遠離中間拉 伸體21開始變形的位置DS，那么變形的變化在應(yīng)當主要進行控制的 位置的外側(cè)增大，因此拉伸可控制性降低。通過將外徑測量位置MP1 設(shè)置在滿足公式(2)的范圍內(nèi)，可以以高精度完成拉伸，而不會在 位于控制位置外側(cè)的部分處導(dǎo)致外徑的過大變化。
此外，在第二拉伸步驟中，優(yōu)選的是基于以下列方式確定的 距離來布置第一直徑監(jiān)測器14，即首先在中間拉伸體21中的被拉 伸后的位置MP2用第二直徑監(jiān)測器測量最終直徑；然后，基于這樣 測量的最終直徑確定上述距離，目卩，所述距離是要用第一直徑監(jiān)測器 14測量的外徑測量位置MP1和要用加熱源13加熱的加熱位置HP之 間的距離。無論初始形狀如何，都可以通過在改變加熱源13和外徑 測量位置MP1之間的距離的同時監(jiān)測每單位長度的最終直徑的變化 量以及通過找到最終直徑的波動最小的位置來確定最佳的外徑測量 位置MP1。
在第二拉伸步驟中，還優(yōu)選在加熱中間拉伸體21以使中間拉伸 體21的溫度不超過1500 'C的同時進行中間拉伸體21的拉伸。在本 發(fā)明的用于制造拉伸玻璃體的方法中，可以通過使拉伸前和拉伸后的 外徑差D1 (X) —D2 (X)小于或等于500pm來使拉伸過程中的加 熱溫度較低。這樣，通過使中間拉伸體21的表面溫度為1500 'C或更 低，可以有效地將蒸發(fā)量抑制在較低水平并且可以提高拉伸的精度。
當使用如上所述的拉伸玻璃體的制造方法拉伸玻璃體時，可以 在拉伸玻璃體的沿著縱向的每一個位置獲得所需外徑。更具體來說， 可以制造這樣的拉伸玻璃實例
下面，對更詳細的具體實例進行說明。在第一實例中，以這樣 的方式使用圖1所示拉伸機1，即將虛設(shè)棒熱熔結(jié)合在玻璃體20 的每一端上，并且用保持部件11和12保持這些虛設(shè)棒。主要由石英 玻璃制成的玻璃體20具有用于拉伸的柱形形狀，最初具有約600mm 的長度和30mm的外徑。將要獲得的拉伸玻璃體的目標外徑D2 (X) 均勻地設(shè)定為與縱向上的X無關(guān)的10mm。
使用氫氧燃燒器作為加熱源13，并且設(shè)置玻璃體20和該氫氧燃 燒器之間的距離，以便通過加熱而引起的火焰拋光量(玻璃體的被氫 氧焰刮掉的周圍部分的量)可以較小。將直徑監(jiān)測器14相對于加熱 源13的行進方向布置在加熱源13的后側(cè)。
在第一實例中，分成兩個階段來執(zhí)行第一拉伸步驟。在第一階 段，將玻璃體20 (初始外徑30mm)拉伸成具有約15.0mm的外徑， 并在第二階段進一步將該玻璃體拉伸成約10.3mm的外徑以制備中間 拉伸體21。中間拉伸體21的有效部分中的外徑的標準差crD1的兩倍 是246)im。這里，"有效部分"是外徑大體上穩(wěn)定并且將要用作產(chǎn)品的 部分，通常是從拉伸開始位置去除約50mm到100mm之后剩余的區(qū) 域。
在第一拉伸步驟中制備的中間拉伸體21太長，以至于這樣分割 該中間拉伸體，S卩使得在第二拉伸步驟中拉伸具有500mm的長度 的中間拉伸體21。在第二拉伸步驟中，將加熱源13的橫動速度設(shè)定 為5mm/min。控制保持部件12的橫動速度，以便由直徑監(jiān)測器14 所測量的外徑可以是與X無關(guān)的恒定的10.00mm。將加熱源13的加 熱位置和直徑監(jiān)測器14的測量位置之間的距離設(shè)定為5mm?？刂茪?氧燃燒器即加熱源13的氫流量，以便拉伸過程中中間拉伸體21的表 面的最高溫度可以是1420 °C。
圖3是示出第一實例中在拉伸玻璃體的沿著縱向的每一個位置 X處測量的外徑D2' (X)的曲線圖。相對于①10.00mm的目標值， 該目標值和有效部分中外徑的平均值之間的差是5pm，這表明實現(xiàn)
10了高精度控制，而拉伸玻璃體的有效部分中的最終直徑D2' (X)和 目標外徑D2 (X)之間的差的標準差(JD2，(X) —D2、x,的2倍值小于或 等于12pm，這是極高的精度。
圖4是相對于第二拉伸步驟中拉伸前和拉伸后的外徑差D1(X) 一D2小于250pm、大于或等于250nm且小于500Mm、大于或等于 500pm且小于750pm和大于或等于75(^m的情況示出第一實例中目 標外徑D2 (X)和拉伸玻璃體的外徑D2' (X)之間的差的標準差cjDr ①-D2(x〉的兩倍的頻率分布的曲線圖。通過使第二拉伸歩驟中拉伸 前和拉伸后的外徑差D1(X) — D2是50(^m或更小，可以將在第二拉 伸步驟中制備的拉伸玻璃體的2cTD2，(x) -D2(x)限制在40pm或更小。 此外，通過使第二拉伸步驟中拉伸前和拉伸后的外徑差D1(X) — D2 是250pm或更小，可以將在第二拉伸步驟中制備的拉伸玻璃體的 2(5d2' (x) -d2 (x) 限制在20pm或更小。
在第二實例中，如圖5所示，拉伸玻璃體最終要獲得的目標外 徑D2 (X)隨著X而變化。在第二實例中，同樣分成兩個階段來執(zhí) 行第一拉伸步驟。如圖5所示，在第一階段，將玻璃體20 (最初， 外徑是21mm，長度是350mm)拉伸成具有10.5mm的外徑，并在第 二階段進一步將該玻璃體拉伸成具有目標值D2 (X) +500|am或更 小的外徑，從而獲得中間拉伸體。
在第二拉伸步驟中，將加熱源13的橫動速度設(shè)定為3.5mm/min。 控制保持部件12的移動速度，使得由直徑監(jiān)測器14所測量的外徑的 值可以成為圖5所示的目標值D2 (X)。將加熱源13的加熱位置和 直徑監(jiān)測器14的測量位置之間的距離設(shè)定為4.2mm?？刂茪溲跞紵?器即加熱源13的氫流量，以便拉伸過程中中間拉伸體21表面的最高 溫度可以是1350 °C。
圖6是示出第二實例中目標外徑D2 (X)、拉伸玻璃體的最終 直徑D2' (X)以及它們之間的差的曲線圖。在第二拉伸步驟中通過 拉伸中間拉伸體而獲得的拉伸玻璃體的最終直徑D2' (X)很好地與 目標外徑D2 (X) —致。拉伸玻璃體的有效部分中的最終直徑D2' (X)和目標外徑D2 (X)之間的差的標準差ctd2，(x,-D2(x)的兩倍值是8pm，并且即使在目標外徑在縱向上不均勻的情況下，也可以 以極高精度完成拉伸。
本專利申請以2007年6月25日提交的日本專利申請(專利申 請No.2007-166784)為基礎(chǔ)，并且該日本專利申請的內(nèi)容在此并入 本文中作為參考。
工業(yè)實用性
通過本發(fā)明的方法制造出的拉伸玻璃體可以用作光纖預(yù)成型坯。
權(quán)利要求
1.一種制造具有目標外徑的拉伸玻璃體的方法，所述方法利用可以在柱狀或筒狀的玻璃體的縱向上移動的加熱源進行加熱來使所述玻璃體軟化并拉伸所述玻璃體，所述方法包括第一拉伸步驟，用于獲得中間拉伸體，其中，通過加熱使所述玻璃體軟化并拉伸所述玻璃體，同時測量被軟化部分的外徑，使得測量值等于第一控制直徑，所述第一控制直徑大于所述目標外徑，所述中間拉伸體在其每一個位置的外徑滿足下列關(guān)系式(所述目標外徑-10μm)＜(所述中間拉伸體的外徑)＜(所述目標外徑+500μm)；以及第二拉伸步驟，用于獲得具有所述目標外徑的拉伸玻璃體，其中，通過加熱使所述中間拉伸體軟化并拉伸所述中間拉伸體，同時用第一直徑監(jiān)測器測量被軟化部分的外徑，使得測量值與第二控制直徑一致，所述第二控制直徑大于所述目標外徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造拉伸玻璃體的方法，其中，所述第一拉伸步驟獲得下述中間拉伸體所述中間拉伸體在其每一個位置的外徑滿足下列關(guān)系式(所述目標外徑) < (所述中間拉伸體的外徑) < (所述目標夕卜徑+ 500,)
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造拉伸玻璃體的方法，其中，所述中間拉伸體的外徑開始減小的減小開始位置和用所述第一直徑監(jiān)測器測量外徑的位置之間的距離小于或等于所述中間拉伸體的外徑的1.5倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造拉伸玻璃體的方法，其中，在所述第二拉伸步驟中，用第二直徑監(jiān)測器測量所述中間拉伸體被拉伸的部分的外徑，基于所測量到的所述中間拉伸體的外徑來確定用所述加熱源加熱的位置和用所述第一直徑監(jiān)測器測量外徑的位置之間的距離，并且基于如此確定的距離來布置所述第一直徑監(jiān)測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造拉伸玻璃體的方法，其中，在所述第二拉伸步驟中，所述中間拉伸體的溫度不超過1500。C 。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制造具有目標外徑的拉伸玻璃體的方法，該方法借助可在縱向上移動的加熱源來拉伸柱狀或筒狀的玻璃體。該方法包括(1)第一拉伸步驟，用于獲得中間拉伸體，其中，通過加熱使玻璃體軟化并拉伸玻璃體的同時測量被軟化部分的外徑，使得測量值等于第一控制直徑，第一控制直徑大于目標外徑，中間拉伸體在其每一個位置的外徑滿足下列關(guān)系式(目標外徑-10μm)＜(中間拉伸體的外徑)＜(目標外徑+500μm)；以及(2)第二拉伸步驟，用于獲得具有目標外徑的拉伸玻璃體，其中，通過加熱軟化中間拉伸體并拉伸中間拉伸體，同時用第一直徑監(jiān)測器測量被軟化部分的外徑，使得測量值等于第二控制直徑，第二控制直徑大于目標外徑。
文檔編號C03B37/012GK101541694SQ20088000063
公開日2009年9月23日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者中西哲也, 菱倉良二 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社