專利名稱：玻璃預(yù)型體拉伸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃預(yù)型體拉伸裝置，用于通過(guò)在加熱爐內(nèi)加熱諸如光纖預(yù)型體錠等 玻璃預(yù)型體，然后拉伸加熱的預(yù)型體至所希望的外徑，從而生產(chǎn)具有均勻外徑的玻璃棒。
背景技術(shù)：
在通過(guò)加熱和拉伸由光纖預(yù)型體錠等所代表的玻璃預(yù)型體而生產(chǎn)具有所希望 外徑的玻璃棒的裝置中，根據(jù)日本專利申請(qǐng)公布號(hào)11-147731、11-060259、06-256034和 11-209137的記載，一些裝置在裝置上部包括被稱為頂部室的玻璃預(yù)型體收容部。圖2是包括頂部室的玻璃預(yù)型體拉伸裝置的示意圖。玻璃預(yù)型體101由設(shè)置在加熱爐102內(nèi)部的加熱器103加熱。在玻璃預(yù)型體101 經(jīng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)104給進(jìn)加熱爐的同時(shí)，玻璃預(yù)型體101被提取機(jī)構(gòu)105提取，提取機(jī)構(gòu)105以 高于給進(jìn)速度的速度向下移動(dòng)。因此，所獲得的玻璃棒110的直徑小于玻璃預(yù)型體101的直徑。由于加熱溫度相當(dāng)高，約為2300K左右，所以設(shè)置在加熱爐102內(nèi)部的加熱器103 和加熱器103周圍的絕熱材料(圖中省略)通常由碳系材料形成。然而，當(dāng)碳系材料(例 如各向同性石墨、碳成型的絕熱材料和CC復(fù)合物)暴露在770K以上高溫下的含氧氣氛中， 會(huì)因氧化而消耗。因此，加熱爐102的內(nèi)部要保持在諸如氮?dú)饣驓鍤獾炔换顫姎怏w的氣氛。玻璃預(yù)型體101包括位于其上端部的錐形部107和直徑也有變化的直體部106。 基于這個(gè)原因，需要一種特殊密封裝置以阻止氣體從加熱爐102的上部泄漏。存在如下方 法，即，作為一種密封手段，在加熱爐102的上部設(shè)置頂部室108，頂部室108也兼用作玻璃 預(yù)型體101的收容部。在該方法中，用于支撐玻璃預(yù)型體101的軸109具有均勻外徑。這有助于縮小軸 109與設(shè)置在頂部室108的上部中央的軸插入孔之間的空隙。通過(guò)適當(dāng)?shù)乇３止┙o到加熱 爐102內(nèi)的不活潑氣體的量，可以阻止外部空氣通過(guò)軸插入孔的空隙流入，從而保持加熱 爐內(nèi)的氧氣濃度足夠低。包括頂部室108的玻璃預(yù)型體拉伸裝置不可避免地需要軸109的長(zhǎng)度比頂部室 108的長(zhǎng)度要長(zhǎng)，并且需要進(jìn)給機(jī)構(gòu)104具有長(zhǎng)沖程，以放入或取出玻璃預(yù)型體101。因此， 這使得裝置的高度非常高，導(dǎo)致裝置成本增加等問(wèn)題。為克服這些問(wèn)題，提出了具有不同結(jié) 構(gòu)并由不同材料制成的頂部室。在日本專利申請(qǐng)公布號(hào)11-147731中，頂部室108在其前面的中部左、右打開(kāi)。玻 璃預(yù)型體101通過(guò)頂部室108的前面放入或取出。因此，用于將玻璃預(yù)型體放入加熱爐102 的進(jìn)給機(jī)構(gòu)104的沖程縮短。這里，作為頂部室108的材料，提出的有屬于不透明材料的不 銹鋼。在日本專利申請(qǐng)公布號(hào)11-060259中，頂部室108由若干可滑動(dòng)的圓筒構(gòu)成，因此 它可以伸縮。這樣，縮短了軸109的長(zhǎng)度和進(jìn)給機(jī)構(gòu)104的沖程，并且裝置高度也降低了。 這里，作為頂部室108的材料，提出的有屬于不透明材料的不銹鋼。
在日本專利申請(qǐng)公布號(hào)06-256034中，頂部室108具有可伸縮的折疊式結(jié)構(gòu)。作 為頂部室108的材料，使用屬于不透明材料的通過(guò)用硅樹脂涂覆涂鋁碳纖維的外部所獲得 的材料。在日本專利申請(qǐng)公布號(hào)11-209137所公開(kāi)的頂部室108中，水冷式伸縮的爐芯管 被設(shè)置在折疊式雙管的內(nèi)部。每個(gè)折疊管的材料是耐熱的絕熱片材，該水冷式伸縮的爐芯 管由金屬制成，上述兩種材料均由不透明材料制成。玻璃預(yù)型體被加熱器加熱到約2100 2500K。在加熱步驟中產(chǎn)生的輻射光通過(guò)玻 璃預(yù)型體全反射，從而向上傳播，并從玻璃預(yù)型體上部的錐形部橫向輻射。玻璃預(yù)型體更大 的外徑或加熱器更高的加熱溫度會(huì)增加輻射的光的強(qiáng)度。此外，橫向光輻射很難從玻璃預(yù) 型體的直體部發(fā)生，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)加熱所產(chǎn)生的光被全反射并向上傳播。近年來(lái)，為了提高生產(chǎn)性，增大了玻璃預(yù)型體的尺寸和拉伸速度。為了提高拉伸速 度，加熱器的設(shè)定溫度傾向于較高。此外，從錐形部輻射的光被輻射到頂部室的內(nèi)表面上， 并且由于日本專利申請(qǐng)公布號(hào)11-147731、11-060259、06-2560；34和11-209137中記載的頂 部室由不透明材料制成，所以頂部室反射或吸收輻射光。反射的光被再次朝向玻璃預(yù)型體 輻射，從而提高了錐形部的溫度。同時(shí)，吸收的光提高了頂部室的溫度。因此，在這種情況 下，錐形部的溫度也可被提高。非常少量的光從玻璃預(yù)型體的直體部橫向輻射。因此，直體部的溫度上升速率很 慢。由于這種機(jī)制，玻璃預(yù)型體上部的錐形部的溫度可被增加到高于直體部的溫度。通過(guò)拉伸玻璃預(yù)型體所獲得的玻璃棒的外徑由以下因素確定玻璃預(yù)型體的給進(jìn) 速度、玻璃棒的提取速度和玻璃預(yù)型體的外徑。當(dāng)玻璃預(yù)型體上部的錐形部在高溫下軟化 時(shí)，錐形部伸長(zhǎng)。因此，玻璃預(yù)型體進(jìn)入加熱爐的給進(jìn)速度是通過(guò)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度加上 錐形部的伸長(zhǎng)速度所獲得的速度。結(jié)果是，玻璃預(yù)型體可在高于預(yù)定速度的速度下給進(jìn)加熱爐。因此，拉伸的玻璃棒 的外徑可能會(huì)大于預(yù)定值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃預(yù)型體拉伸裝置，其能夠在預(yù)定給進(jìn)速度下將玻 璃預(yù)型體給進(jìn)加熱爐并生產(chǎn)出具有均勻直徑的玻璃棒。本發(fā)明的玻璃預(yù)型體拉伸裝置用于通過(guò)加熱和拉伸玻璃預(yù)型體來(lái)生產(chǎn)具有所希 望外徑的玻璃棒。該拉伸裝置包括頂部室、加熱爐以及玻璃預(yù)型體的進(jìn)給單元和提取單元， 其中，在所述加熱爐的正常操作溫度T(K)下，所述頂部室在由下式1表示的波長(zhǎng)λ (μπι) 下是透明的λ = 2898/Τ。優(yōu)選地，所述玻璃預(yù)型體和所述頂部室可以由石英玻璃制成。本發(fā)明的玻璃預(yù)型體拉伸裝置對(duì)于通過(guò)拉伸預(yù)型體所生產(chǎn)出的玻璃棒其外徑為 IlOmm以上的情況特別有效。本發(fā)明的玻璃預(yù)型體拉伸裝置可以抑制玻璃預(yù)型體的錐形部的溫度上升，這樣抑 制了錐形部的非故意伸長(zhǎng)并使被拉伸的玻璃棒外徑均勻。即使通過(guò)拉伸所生產(chǎn)出的玻璃棒 其外徑為IlOmm以上，所獲得的玻璃棒的直徑變化也可以很小。
此外，本發(fā)明的裝置可以不需要在頂部室上的絕熱層，也可以不需要金屬制頂部 室所要求的水冷結(jié)構(gòu)。因此，裝置可以簡(jiǎn)化并且實(shí)現(xiàn)了成本降低。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括頂部室的玻璃預(yù)型體拉伸裝置的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括頂部室的玻璃預(yù)型體拉伸裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的玻璃預(yù)型體拉伸裝置包括頂部室8、加熱 爐2、進(jìn)給機(jī)構(gòu)4和提取機(jī)構(gòu)5。本發(fā)明的玻璃預(yù)型體拉伸裝置具有如下特征。該拉伸裝置 包括位于加熱爐2頂部上的頂部室8，頂部室8收容玻璃預(yù)型體1。在加熱爐2的正常操作 溫度T(K)下，頂部室8在由下式1表示的波長(zhǎng)λ (ym)下是透明的λ = 2898/Τ。在該式中，λ表示根據(jù)維恩位移定律(Wien' s displacement law)從黑體輻射 的光的中心波長(zhǎng)，也代表從加熱器3和玻璃預(yù)型體1的被加熱部分輻射的光的波長(zhǎng)。實(shí)際 輻射的光具有寬的光譜，λ為峰值波長(zhǎng)。當(dāng)頂部室8的材料對(duì)波長(zhǎng)為λ的輻射光具有高透過(guò)率時(shí)，頂部室8僅吸收少量的 輻射光，所以頂部室8很難被加熱。這使得收容在頂部室8內(nèi)的玻璃預(yù)型體1上部的錐形 部7的溫度保持在很低，從而抑制錐形部7的非故意伸長(zhǎng)。因此，被拉伸的玻璃棒10的外 徑均勻。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，頂部室的材料是石英玻璃。如果上述式1中賦予拉伸步驟的溫度為2100 2500Κ，則波長(zhǎng)λ為1. 16 1.38 μ Hi0石英玻璃在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)基本上是完全透明的。石英玻璃的表面厚度的實(shí)用范 圍為幾毫米到十多毫米，僅需考慮由前面和后面所造成的總共大約7%的表面反射，因此透 過(guò)率達(dá)到93%。這樣允許從玻璃預(yù)型體上部的錐形部輻射的光相當(dāng)有效地向外逸出，從而 抑制錐形部的溫度上升。此外，石英玻璃在高溫下具有優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性，且熱膨脹系數(shù)相當(dāng)小。因此，當(dāng) 拉伸大的玻璃預(yù)型體時(shí)，不再需要金屬制頂部室所需求的絕熱層和水冷結(jié)構(gòu)。這樣，裝置可 以簡(jiǎn)化并且可以實(shí)現(xiàn)成本降低。頂部室結(jié)構(gòu)的例子包括圖2所示的簡(jiǎn)單圓筒形狀和日本專 利申請(qǐng)公布號(hào)11-060259中記載的由于多層圓筒而形成的伸縮結(jié)構(gòu)等。常規(guī)地，通過(guò)用已知的玻璃加工車床對(duì)玻璃棒再次拉伸來(lái)修正被拉伸的玻璃棒的 外徑變化較大的部分。然而，在外徑為IlOmm以上玻璃棒的情況下，由于熱效率降低，使用 已知的玻璃加工車床通過(guò)位伸進(jìn)行修正是非常困難或者不可能的。因此，當(dāng)玻璃棒將要被 拉伸到IlOmm以上的目標(biāo)外徑時(shí)，本發(fā)明的拉伸裝置能夠表現(xiàn)出特別強(qiáng)的有效性，可以生 產(chǎn)直徑變化小的玻璃棒。實(shí)施例實(shí)施例1使用圖1所示的裝置，光纖預(yù)型體用的玻璃預(yù)型體1被拉伸至目標(biāo)外徑d = 120mm。玻璃預(yù)型體1包括平均外徑為170. 5mm、長(zhǎng)度為IOOOmm的有效部分以及在該有效部分兩端的大約300mm的錐形部。頂部室8的材料為石英玻璃。在拉伸步驟中，加熱爐2的 內(nèi)部保持在氮?dú)鈿夥障?，溫度?300K。根據(jù)下式確定拉伸條件V2 = V1 X (D/d)2其中，V1是玻璃預(yù)型體的給進(jìn)速度(V1 = 10mm/min) ;V2是玻璃棒的提取速度；D是 玻璃預(yù)型體的被拉伸部分的外徑。在通過(guò)拉伸玻璃預(yù)型體的有效部分所獲得的玻璃棒中，拉伸終端附近的最大外徑 為120. 8mm，并且沒(méi)有一個(gè)部分的直徑超過(guò)外徑變化的可接受范圍120士 1.2mm。對(duì)比例1使用圖2所示的裝置，光纖預(yù)型體用的玻璃預(yù)型體101被拉伸至目標(biāo)外徑d = 120mm。玻璃預(yù)型體101包括平均外徑為169. 7mm、長(zhǎng)度為IOOOmm的有效部分以及在該有效 部分兩端的大約300mm的錐形部。使用的頂部室108為水冷式不銹鋼類型的，其內(nèi)側(cè)用厚 度IOmm的碳成型絕熱體作內(nèi)襯。應(yīng)注意，在拉伸過(guò)程中，加熱爐2的內(nèi)部保持在氮?dú)鈿夥?下，溫度為2300K。根據(jù)下式確定拉升條件V2 = V1X (D/d)2其中，V1是玻璃預(yù)型體的給進(jìn)速度(V1 = 10mm/min) ;V2是玻璃棒的提取速度；D是 玻璃預(yù)型體的被拉伸部分的外徑。在通過(guò)拉伸玻璃預(yù)型體的有效部分所獲得的玻璃棒中，拉伸終端附近的最大外徑 為125. 4mm，并且直徑超過(guò)外徑變化可接受范圍120士 1. 2mm的部分的長(zhǎng)度為250mm。使用本發(fā)明的玻璃預(yù)型體拉伸裝置可以降低生產(chǎn)光纖的成本。
權(quán)利要求
1.一種玻璃預(yù)型體拉伸裝置，用于通過(guò)加熱和拉伸玻璃預(yù)型體來(lái)生產(chǎn)具有所希望外徑 的玻璃棒，包括用于加熱玻璃預(yù)型體的加熱爐；用于收容玻璃預(yù)型體的頂部室，所述頂部室設(shè)置在所述加熱爐的上部上以密封所述加 熱爐的上部；用于將玻璃預(yù)型體給進(jìn)所述加熱爐的進(jìn)給單元，所述進(jìn)給單元設(shè)置在所述頂部室上方 并與插到所述頂部室中的軸連接，所述軸支撐玻璃預(yù)型體；以及用于從所述加熱爐下方向下提取玻璃預(yù)型體的提取單元，其中，在所述加熱爐的正常操作溫度T開(kāi)氏度下，所述頂部室在由下式1表示的波長(zhǎng) λ μm下是透明的λ = 2898/Το
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃預(yù)型體拉伸裝置，其中所述玻璃預(yù)型體和所述頂部室由 石英玻璃制成。
3.—種通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃預(yù)型體拉伸裝置來(lái)拉伸玻璃預(yù)型體的 拉伸方法，其中通過(guò)拉伸玻璃預(yù)型體所生產(chǎn)出的玻璃棒其外徑至少為110mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種玻璃預(yù)型體拉伸裝置，其能夠在預(yù)定給進(jìn)速度下將玻璃預(yù)型體給進(jìn)加熱爐并生產(chǎn)出具有均勻直徑的玻璃棒。具體地，本發(fā)明提供一種玻璃預(yù)型體拉伸裝置，用于通過(guò)加熱和拉伸玻璃預(yù)型體來(lái)生產(chǎn)具有所希望外徑的玻璃棒，其中，在加熱爐的正常操作溫度T(K)下，頂部室在由下式1表示的波長(zhǎng)λ(μm)下是透明的λ＝2898/T。
文檔編號(hào)C03B37/025GK102086090SQ201010563388
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者乙坂哲也 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社