專利名稱：加熱爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱爐，該加熱爐用在用于透明地玻璃化
多孔玻璃預型體(preform)的燒結處理中、用于減小玻璃預 型體的直徑的^立絲處理(drawing process )和用于由玻璃預型 體制造光纖的處理中加熱預型體。
背景技術：
光纖是通過幾個過程制造出來的。首先，進行將作為原材 料的玻璃粒子堆積(deposite)在芯棒上的過程，以制造多孔 玻璃預型體。然后，加熱多孔玻璃預型體從而燒結預型體并且 制造出透明的玻璃化的玻璃預型體。然后，執行玻璃預型體的 加熱和拉絲以減小其外徑從而制造出具有適于拉絲為光纖的外 徑的玻璃預型體。最后，加熱并且熔化玻璃預型體的末端以提 供預調節的外徑，并且從加熱爐中的該末端拉絲光纖以制造出 光纖。
將參照圖l說明拉絲光纖的傳統方法。如圖1所示，在玻璃 預型體1懸掛在加熱爐2中的同時，加熱玻璃預型體l。加熱爐2 采用感應加熱的加熱方式。也就是說，加熱爐2具有爐芯管4， 線圈3纏繞該爐芯管4。通過為線圈3供給高頻電流來感應加熱 爐芯管4以加熱玻璃預型體1。這里，隔熱罩5布置在線圈3和爐 芯管4之間。玻璃預型體1被加熱至約200CTC的溫度，即，非常 高的溫度，所以碳通常用作爐芯管4的材料。為了防止碳由于 其氧化而被腐蝕，加熱爐2的內部保持有諸如氬氣、氦氣等惰 性體氣體氣氛。
玻璃預型體1經受爐芯管4的輻射熱從而被加熱、熔化然后
向下拉制為光纖。拉絲的光纖6由樹脂涂覆裝置2 0涂覆樹脂， 然后由巻取裝置30巻至線軸。
另外，布置在加熱爐2的頂端2t上的玻璃預型體插入口 2a 與玻璃預型體l之間的間隙被具有內徑稍大于玻璃預型體l的 外徑的孔7a的環形密封盤7密封。另一方面，布置在加熱爐2的 底端的用于光纖6的插入口 2b與光纖6之間的間隙^皮具有可調 整內徑的隔圏(iris) 8密封。
將被拉制的光纖6的外徑通常控制在125土 lum內，從而光 纖6與隔圏8之間的間隙基本上恒定。而在加熱爐2的頂端，環 形密封盤7與玻璃預型體1之間的間隙的尺寸可能響應于在拉 絲光纖6時玻璃預型體1的外徑的變動而顯著地變化。間隙的尺 寸的變動引起了惰性氣體的流動變化，從而使控制光纖6的外 徑變得困難。此外，當間隙的尺寸變得大于預定值時，外部空 氣流入加熱爐2的內部，并且諸如爐芯管4等高溫下的碳部通過 氧化被腐蝕。結杲，被腐蝕部分的灰塵粘附到玻璃預型體l的 熔化部分上。粘附的灰塵使得光纖5的外徑局部變動并使光纖5 局部脆化，并且還會降低加熱爐2中的碳部的壽命。
為了防止這種問題的產生，需要對玻璃預型體l的外徑進 行精確的調整以使其在縱向上均一。然而，在通過諸如汽相軸 向沉積(VAD )工藝或外部汽相沉積(OVD )工藝等燒結工藝 的光纖玻璃預型體的制造方法中，由于在多孔玻璃預型體的縱 向上在由燒結引起的收縮力與由其自身質量產生的重力之間缺 乏平衡，多孔玻璃預型體的外徑變動經常發生。
為了避免這種問題，日本特開2005-8452號公報(對應的 國際公開號為WO2004/110941 )公開了 一種透明地玻璃化多孔 玻璃預型體的方法，該方法包括監控多孔玻璃預型體的膨脹量 和收縮量以控制多孔玻璃預型體燒結期間的燒結條件。
然而，在這種方法中，需要作為多孔玻璃預型體的芯的芯 棒，其中基于對多孔玻璃預型體的膨脹和收縮的預先考慮，在 縱向上預調節芯棒的外徑。另外，當在芯棒的外周上沉積碳黑 (SOOt)時，需要響應沿整個縱向的芯棒的直徑調整沉積在芯 棒上的碳黑的量。結果，在通過這種方法制造玻璃預型體時， 需要許多工序。
此外，如果以較小直徑拉絲玻璃預型體并且在縱向上玻璃 預型體的外徑存在波動，尤其是在接近玻璃預型體的拉絲的開 始與結束時，制成的玻璃預型體的外徑可能具有大的波動。玻 璃預型體的外徑顯著地波動的部分不能用于拉絲光纖，從而不 可避免地將該部分切除并移走。
為了減少玻璃預型體浪費并且能夠使用甚至在縱向上具有 相對較大波動的玻璃預型體，提出了 一種能夠有效地密封加熱 爐與玻璃預型體之間的間隙的方法。
例^口 ，日本凈爭開2006—342030號乂>凈艮(-于應于US 2006/290578A1 ) 7>開了一種密封方法，其包括將由內環和外 環結合而成的密封環推到玻璃預型體的表面上，該內環和夕卜環 分別由多個相互連接的密封環段構成，并且彈簧在外環的外圍布置。
然而，在這種方法中，為了響應于玻璃預型體的外徑沿縱 向的波動而相等地移動每個密封環段，需要對密封環段進行精 加工。
此外，在結合內環和外環時，單個密封環的高度太小以至 于不能提供足夠的密封效果。為了改善密封效果，需要疊起多 個密封環。
然而，在將多個密封環疊起時，密封環的整個主體變得相 當的重。結果，在拉絲光纖時，需要在X和Y方向上移動玻璃預
型體以調整光纖在外徑測量設備的中心處的位置。如果密封環 的整個主體太重，則密封環不能流暢地響應，從而使控制玻璃 預型體的位置滑動變得困難。
曰本特開2007-70189公開了 一種使用碳纖維制成的圓環 狀(donut-like)刷子的密封方法。#>據該方法，不需要如上 所述的精加工，圓環狀刷子可以相對較輕，從而可以獲得極好 的密封效果。
然而，形成刷子的碳纖維可能掉下來并且粘附在玻璃預型 體的表面上。結果，光纖的強度可能降低。
如上所述的關于由玻璃預型體的外徑在縱向上的波動引起 的在加熱爐的頂端處的預型體插入口與將被處理的預型體之間 的間隙的密封的問題不僅是在從玻璃預型體拉絲光纖時的特殊 問題，而且是在通過燒結透明地玻璃化多孔預型體時和在通過 加熱和拉絲而調整玻璃預型體的外徑時的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于加熱諸如多孔玻璃預型體和 透明地玻璃化的玻璃預型體的光纖預型體的加熱爐，該加熱爐 包括能夠有效地密封在加熱爐的頂端的預型體插入口與加熱爐 中待加熱的光纖預型體之間的間隙的密封結構。
本發明提供一種用于加熱從其插入口插入的光纖預型體的 加熱爐，所述加熱爐包括用于密封光纖預型體與插入口之間的 間隙的環形密封體，所述環形密封體包括多個相互重疊和堆 疊的環形盤，多個環形盤中的每個環形盤在其中心區域具有插 入孔；從插入孔的內緣向其外周形成的多個裂縫；以及由多個 裂縫限定的并且通過與插入到插入孔中的光纖預型體干涉而彎 曲的多個彈性部分。
從以下參照附圖對示例性實施方式的說明中，本發明的其 它特征將會變得明顯。
圖1是具有根據傳統技術的密封結構的加熱爐的示意'性的
垂直剖視圖，其中，環形盤置于加熱爐的頂端；
圖2是具有根據本發明的 一 個實施方式的密封結構的加熱
爐的示意性垂直剖視圖3是用于示出根據本發明的該實施方式的環形密封體的
結構的立體圖4是具有根據本發明的另 一實施方式的密封結構的加熱 爐的示意性垂直剖視圖，該加熱爐用于實施例l中；以及
圖5是用于比較例l中的加熱爐的示意性垂直剖視圖，其 中，圓環盤狀刷子置于該加熱爐的頂端。
具體實施例方式
以下將參照附圖詳細說明本發明的實施方式。另外，在加 熱爐中加熱的光纖預型體包括通過燒結透明地玻璃化的多孔玻 璃預型體、在變成光纖之前為了初步調整外徑而一皮加熱和拉絲 的玻璃預型體、以及通過加熱和拉絲變成光纖的玻璃預型體。
圖2是加熱爐的示意性垂直剖視圖，其中根據本發明的一 個實施方式的密封結構密封玻璃預型體插入口與玻璃預型體之 間的間隙。另外，在圖2中，用與圖l相同的附圖標記來表示與 圖l所示的加熱爐類似的元件。
環形密封體9可滑動地布置在加熱爐2的頂端2t上。環形密 封體9密封玻璃預型體插入口 2a與玻璃預型體l之間的間隙。
圖3示出了環形密封體9的結構的 一 個實施例。
環形密封體9配置有多個在中心區域具有插入孔10a的環 形盤IO。多個環形盤10相互堆積或堆疊。
環形盤IO具有形成為從插入孔10a的內緣向其外周延伸的 多個裂縫10b。另外，環形盤10具有由多個裂縫10b限定的多個 彈性部分10c,從而為盤提供柔性。
環形盤10中的裂縫，例如，形成為從插入孔10a的內緣沿 徑向延伸。例如，裂縫10b在環形盤10的圓周方向上以固定的 角間隔形成。然而，裂縫10b并不限于這些實施例。
環形盤由諸如碳碳復合材料、石墨片以及耐熱金屬等耐熱 材料形成。
當采用石墨片作為形成環形盤10的材料時，優選地使用高 定向熱解(highly oriented pyrolytic)石墨片或膨脹石墨片。 此外，作為用于形成環形盤10的耐熱金屬，優選地-使用諸如鉭
等金屬。
在圖3所示的實施例中，環形盤10具有各自相同的結構。 然而，環形盤10并不必須具有各自相同的結構。為了改善密封 效果，環形盤堆疊成使得一個環形盤10中的裂縫10b的位置和 與該環形盤10相鄰的環形盤中的裂縫的位置不同，也就是說， 環形盤10的裂縫10b彼此不重疊。
堆疊的環形盤IO通過諸如夾緊件等緊固部件成為 一體。并 不必須使堆疊的環形盤沿它們的整個圓周成為 一 體，還可以采 用沿圓周方向使盤的幾個部分成為一體的結構。
環形盤10的插入孔10 a形成為直徑比玻璃預型體1的外徑 小。因此，當玻璃預型體1插入到每個堆疊的環形盤10的插入 孔10a中時，各個彈性部分10c由于與玻璃預型體l的干涉而彎 曲。在這種情況下，每個彈性部分10c對玻璃預型體l的外徑的 任何波動作出響應，從而偏轉量也波動。結果，建立了每個彈
性部分10c總是與玻璃預型體l的表面穩定接觸的狀況，從而有 效地密封了玻璃預型體插入口 2a與玻璃預型體l之間的環形間隙。
用于形成環形密封體9的環形盤10的數量越多，環形密封 體9的密封效果越好。
圖4示出了具有根據本發明的另 一 實施方式的密封結構的 加熱爐。另外，在圖4中，用與圖2相同的附圖標記來表示與圖 2所示的加熱爐類似的元件。
如圖4所示，在加熱爐2的頂端2t上，兩個環形密封體9在 加熱爐2的》從向上同軸地堆積。
用于形成將填充惰性氣體的空間Sl的間隔件ll布置在兩 個環形密封體9之間。
間隔件ll設置有用于供給惰性氣體G的進氣口 。
爐芯管4被加熱至超過2000。C 。因此，如果玻璃預型體l 與預型體插入口 2a之間的間隙相對較大，則環形密封體9承受 來自加熱爐2的輻射熱并且將被加熱至較高的溫度。結果，形 成環形密封體9的環形碳盤被包含在外部空氣中的氧化氣體氧 化并且將腐蝕。
為了避免這種問題，在本實施方式中，通過堆積兩個環形 密封體和通過兩個環形密封體之間的進氣口 12供給諸如氬氣 和氦氣第惰性氣體G,可以有效地阻止外界空氣流入加熱爐中。 結果，可以抑制由來自碳材料的氧化氣體引起的在密封體9的 下側的環形盤10的腐蝕。此外，對上側的環形密封體9進行遮 光和遮熱，使得可以降低上側環形密封體9遭受的輻射熱。因 此，也可以抑制上側環形盤10的腐蝕。
通過堆積/堆疊附加的環形密封體9，可以有效地改善環形 密封體9的抗腐蝕性和密封效果。
實施例1
通過^f吏用如圖4所示的加熱爐2加熱具有64mm平均外徑、 外徑波動在士2mm內、并且具有1000mm長度的十個玻璃預型 體l,并且從玻璃預型體l的已加熱和熔化的端部拉絲光纖。
在加熱爐2的預型體插入口 2a處，堆積了在以下條件下制 出的環形密封體。
環形盤10由厚度為0.1mm的高定向熱解石墨片制成，其插 入孔10a具有60mm的直徑。在環形盤IO中形成20mm長度的十 二個裂縫10b,使得這些裂縫沿圓周方向以30。的角間隔上從 環形盤IO的插入孑L 10a的內緣沿徑向延伸。
環形密封體9由具有相同結構的八個環形盤10堆疊而成， 使得彼此相靠的環形盤錯位15。以防止裂縫10b彼此重疊。
從惰性氣體進口 12將氬氣以3公升每分鐘的速度供給到環 形密封體9之間的空間S1。
拉絲光纖后，測量在最上部的爐芯管4的厚度。然而，測 量出的厚度沒有減小，并且拉絲的光纖的外徑的波動在125pm 土0.5iim的范圍內，即，#:精確地控制。此外，用預定的-驗收 試驗測試光纖的強度。但是，光纖中沒有斷裂。在驗收試驗中， 將對光纖施加一秒鐘預定的負載，使得引起了在光纖的整個長 度上的1.0%的伸長變形。 比壽交例1
通過使用如圖5所示的加熱爐2加熱具有64mm平均外徑、 外徑波動在± 2mm內、并且具有1000mm長度的十個玻璃預型 體l,并且從玻璃預型體l的已加熱和熔化的端部拉絲光纖。在 圖5中，用與圖2相同的附圖標記來表示與圖2所示的類似的元件。
圓環盤狀刷子13用于密封加熱爐2的頂端2t與玻璃預型體l之間的間隙。
圓環盤狀刷子13配置有環部和沿徑向在環部的內圓周表
面植入的長度為8mm的毛發材料，并且包括用于預型體l的內 徑為60mm的插入口 。
從惰性氣體進口 12將氬氣以3公升每分鐘的速度供給到圓 環盤狀刷子13之間的空間。
在拉絲光纖后，測量在最上部的爐芯管4的厚度。然而， 測量出的厚度沒有減小，并且拉絲的光纖的外徑的波動在 125iim ± 0.51im的范圍內。然而，通過預定的-驗收試-瞼測試光 纖的強度。平均每120km的光纖有一處斷裂。
在如上所述的實施方式中，在環形盤的徑向形成裂縫的情 況下進行了說明，然而，本發明并不限于這種構造。例如，可 以采用在以預定角度在相對于徑向傾斜的方向上形成裂縫的構 造。在這種情況下，通過交替地將環形盤上下顛倒地堆疊，可 以防止裂縫的重疊，而不會出現盤的相互對準。
在如上所述的實施方式中，在多個環形盤具有相同的結構 的情況下進行了說明，然而，本發明并不限于這種構造。例如， 可以采用形成在每個盤中的裂縫的位置和裂縫的方向都分別彼 此不同的構造。
已經參照
了本發明的優選實施方式，應當理解本 發明并不限于這些明確的實施方式，本領域技術人員可以作出 各種變化和變型而不背離由所附的權利要求限定的本發明的范 圍和津奮神。
權利要求
1.一種加熱爐，其設置有插入口，所述插入口用于在在插入口中收容光纖預型體，以在所述加熱爐中加熱所述光纖預型體，所述加熱爐包括環形密封體，其被配置成密封所述光纖預型體和所述插入口之間的間隙，所述環形密封體包括彼此相互堆疊的多個環形盤，所述多個環形盤中的每一個環形盤均包括在所述環形盤的中心區域中的插入孔；多個裂縫，其形成為從所述插入孔的內緣向所述環形盤的外周延伸；以及多個彈性部分，其由所述多個裂縫限定，并且被配置成在所述光纖預型體插入到所述插入孔時由于所述多個彈性部分與所述光纖預型體的干涉配合而彎曲。
2. 根據權利要求l所述的加熱爐，其特征在于，所述多個 裂縫沿所述環形盤的圓周方向以固定的角間隔形成。
3. 根據權利要求l所述的加熱爐，其特征在于，所述多個 裂縫中的每一個裂縫形成為從所述插入孔的內緣沿所述環形盤 的徑向延伸。
4. 根據權利要求l所述的加熱爐，其特征在于，所述多個 環形盤中的一個環形盤中的所述裂縫的各位置均不同于與該環 形盤相鄰的環形盤中的所述裂縫的各位置。
5. 根據權利要求4所述的加熱爐，其特征在于，所述多個 環形盤分別具有相同的結構，并且堆疊成使得所述多個環形盤 中的 一 個環形盤中的所述裂縫的各位置均不同于與該環形盤相 鄰的環形盤中的所述裂縫的各位置。
6. 根據權利要求l所述的加熱爐，其特征在于，多個所述 環形密封體同軸地布置，并且間隔件限定所述環形密封體之間 的空間以在該空間中收容惰性氣體。
7.根據權利要求l所述的加熱爐，其特征在于，所述環形 盤由碳碳復合材料、石墨片以及耐熱金屬中的任一種材料形成。
全文摘要
本發明提供一種加熱爐，用于制造玻璃預型體或光纖。該加熱爐可以用于加熱從插入口插入的光纖預型體，該加熱爐包括用于密封光纖預型體與插入口之間的間隙的環形密封體。環形密封體由環形盤堆疊而成，在環形盤的中心區域分別具有插入孔。環形盤具有形成為從環形盤的內緣向其外周側形成的裂縫以及由裂縫限定的并且通過與將插入到插入孔的光纖預型體干涉而彎曲的彈性部分。在光纖預型體插入到環形密封體的插入孔中時，彈性部分彎曲。
文檔編號C03B37/029GK101353224SQ20081012996
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月24日 優先權日2007年7月24日
發明者乙坂哲也 申請人:信越化學工業株式會社