CN101353224A - 加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热炉，用于制造玻璃预型体或光纤。该加热炉可以用于加热从插入口插入的光纤预型体，该加热炉包括用于密封光纤预型体与插入口之间的间隙的环形密封体。环形密封体由环形盘堆叠而成，在环形盘的中心区域分别具有插入孔。环形盘具有形成为从环形盘的内缘向其外周侧形成的裂缝以及由裂缝限定的并且通过与将插入到插入孔的光纤预型体干涉而弯曲的弹性部分。在光纤预型体插入到环形密封体的插入孔中时，弹性部分弯曲。

Description

加热炉

技术领域

本发明涉及一种加热炉，该加热炉用在用于透明地玻璃化多孔玻璃预型体(preform)的烧结处理中、用于减小玻璃预型体的直径的拉丝处理(drawing process)和用于由玻璃预型体制造光纤的处理中加热预型体。

背景技术

光纤是通过几个过程制造出来的。首先，进行将作为原材料的玻璃粒子堆积(deposite)在芯棒上的过程，以制造多孔玻璃预型体。然后，加热多孔玻璃预型体从而烧结预型体并且制造出透明的玻璃化的玻璃预型体。然后，执行玻璃预型体的加热和拉丝以减小其外径从而制造出具有适于拉丝为光纤的外径的玻璃预型体。最后，加热并且熔化玻璃预型体的末端以提供预调节的外径，并且从加热炉中的该末端拉丝光纤以制造出光纤。

将参照图1说明拉丝光纤的传统方法。如图1所示，在玻璃预型体1悬挂在加热炉2中的同时，加热玻璃预型体1。加热炉2采用感应加热的加热方式。也就是说，加热炉2具有炉芯管4，线圈3缠绕该炉芯管4。通过为线圈3供给高频电流来感应加热炉芯管4以加热玻璃预型体1。这里，隔热罩5布置在线圈3和炉芯管4之间。玻璃预型体1被加热至约2000℃的温度，即，非常高的温度，所以碳通常用作炉芯管4的材料。为了防止碳由于其氧化而被腐蚀，加热炉2的内部保持有诸如氩气、氦气等惰性体气体气氛。

玻璃预型体1经受炉芯管4的辐射热从而被加热、熔化然后向下拉制为光纤。拉丝的光纤6由树脂涂覆装置20涂覆树脂，然后由卷取装置30卷至线轴。

另外，布置在加热炉2的顶端2t上的玻璃预型体插入口2a与玻璃预型体1之间的间隙被具有内径稍大于玻璃预型体1的外径的孔7a的环形密封盘7密封。另一方面，布置在加热炉2的底端的用于光纤6的插入口2b与光纤6之间的间隙被具有可调整内径的隔圈(iris)8密封。

将被拉制的光纤6的外径通常控制在125±1um内，从而光纤6与隔圈8之间的间隙基本上恒定。而在加热炉2的顶端，环形密封盘7与玻璃预型体1之间的间隙的尺寸可能响应于在拉丝光纤6时玻璃预型体1的外径的变动而显著地变化。间隙的尺寸的变动引起了惰性气体的流动变化，从而使控制光纤6的外径变得困难。此外，当间隙的尺寸变得大于预定值时，外部空气流入加热炉2的内部，并且诸如炉芯管4等高温下的碳部通过氧化被腐蚀。结果，被腐蚀部分的灰尘粘附到玻璃预型体1的熔化部分上。粘附的灰尘使得光纤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。

为了防止这种问题的产生，需要对玻璃预型体1的外径进行精确的调整以使其在纵向上均一。然而，在通过诸如汽相轴向沉积(VAD)工艺或外部汽相沉积(OVD)工艺等烧结工艺的光纤玻璃预型体的制造方法中，由于在多孔玻璃预型体的纵向上在由烧结引起的收缩力与由其自身质量产生的重力之间缺乏平衡，多孔玻璃预型体的外径变动经常发生。

为了避免这种问题，日本特开2005-8452号公报(对应的国际公开号为WO2004/110941)公开了一种透明地玻璃化多孔玻璃预型体的方法，该方法包括监控多孔玻璃预型体的膨胀量和收缩量以控制多孔玻璃预型体烧结期间的烧结条件。

然而，在这种方法中，需要作为多孔玻璃预型体的芯的芯棒，其中基于对多孔玻璃预型体的膨胀和收缩的预先考虑，在纵向上预调节芯棒的外径。另外，当在芯棒的外周上沉积碳黑(soot)时，需要响应沿整个纵向的芯棒的直径调整沉积在芯棒上的碳黑的量。结果，在通过这种方法制造玻璃预型体时，需要许多工序。

此外，如果以较小直径拉丝玻璃预型体并且在纵向上玻璃预型体的外径存在波动，尤其是在接近玻璃预型体的拉丝的开始与结束时，制成的玻璃预型体的外径可能具有大的波动。玻璃预型体的外径显著地波动的部分不能用于拉丝光纤，从而不可避免地将该部分切除并移走。

为了减少玻璃预型体浪费并且能够使用甚至在纵向上具有相对较大波动的玻璃预型体，提出了一种能够有效地密封加热炉与玻璃预型体之间的间隙的方法。

例如，日本特开2006-342030号公报(对应于US2006/290578A1)公开了一种密封方法，其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，并且弹簧在外环的外围布置。

然而，在这种方法中，为了响应于玻璃预型体的外径沿纵向的波动而相等地移动每个密封环段，需要对密封环段进行精加工。

此外，在结合内环和外环时，单个密封环的高度太小以至于不能提供足够的密封效果。为了改善密封效果，需要叠起多个密封环。

然而，在将多个密封环叠起时，密封环的整个主体变得相当的重。结果，在拉丝光纤时，需要在X和Y方向上移动玻璃预型体以调整光纤在外径测量设备的中心处的位置。如果密封环的整个主体太重，则密封环不能流畅地响应，从而使控制玻璃预型体的位置滑动变得困难。

日本特开2007-70189公开了一种使用碳纤维制成的圆环状(donut-like)刷子的密封方法。根据该方法，不需要如上所述的精加工，圆环状刷子可以相对较轻，从而可以获得极好的密封效果。

然而，形成刷子的碳纤维可能掉下来并且粘附在玻璃预型体的表面上。结果，光纤的强度可能降低。

如上所述的关于由玻璃预型体的外径在纵向上的波动引起的在加热炉的顶端处的预型体插入口与将被处理的预型体之间的间隙的密封的问题不仅是在从玻璃预型体拉丝光纤时的特殊问题，而且是在通过烧结透明地玻璃化多孔预型体时和在通过加热和拉丝而调整玻璃预型体的外径时的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于加热诸如多孔玻璃预型体和透明地玻璃化的玻璃预型体的光纤预型体的加热炉，该加热炉包括能够有效地密封在加热炉的顶端的预型体插入口与加热炉中待加热的光纤预型体之间的间隙的密封结构。

本发明提供一种用于加热从其插入口插入的光纤预型体的加热炉，所述加热炉包括用于密封光纤预型体与插入口之间的间隙的环形密封体，所述环形密封体包括：多个相互重叠和堆叠的环形盘，多个环形盘中的每个环形盘在其中心区域具有插入孔；从插入孔的内缘向其外周形成的多个裂缝；以及由多个裂缝限定的并且通过与插入到插入孔中的光纤预型体干涉而弯曲的多个弹性部分。

从以下参照附图对示例性实施方式的说明中，本发明的其它特征将会变得明显。

附图说明

图1是具有根据传统技术的密封结构的加热炉的示意性的垂直剖视图，其中，环形盘置于加热炉的顶端；

图2是具有根据本发明的一个实施方式的密封结构的加热炉的示意性垂直剖视图；

图3是用于示出根据本发明的该实施方式的环形密封体的结构的立体图；

图4是具有根据本发明的另一实施方式的密封结构的加热炉的示意性垂直剖视图，该加热炉用于实施例1中；以及

图5是用于比较例1中的加热炉的示意性垂直剖视图，其中，圆环盘状刷子置于该加热炉的顶端。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，在加热炉中加热的光纤预型体包括通过烧结透明地玻璃化的多孔玻璃预型体、在变成光纤之前为了初步调整外径而被加热和拉丝的玻璃预型体、以及通过加热和拉丝变成光纤的玻璃预型体。

图2是加热炉的示意性垂直剖视图，其中根据本发明的一个实施方式的密封结构密封玻璃预型体插入口与玻璃预型体之间的间隙。另外，在图2中，用与图1相同的附图标记来表示与图1所示的加热炉类似的元件。

环形密封体9可滑动地布置在加热炉2的顶端2t上。环形密封体9密封玻璃预型体插入口2a与玻璃预型体1之间的间隙。

图3示出了环形密封体9的结构的一个实施例。

环形密封体9配置有多个在中心区域具有插入孔10a的环形盘10。多个环形盘10相互堆积或堆叠。

环形盘10具有形成为从插入孔10a的内缘向其外周延伸的多个裂缝10b。另外，环形盘10具有由多个裂缝10b限定的多个弹性部分10c，从而为盘提供柔性。

环形盘10中的裂缝，例如，形成为从插入孔10a的内缘沿径向延伸。例如，裂缝10b在环形盘10的圆周方向上以固定的角间隔形成。然而，裂缝10b并不限于这些实施例。

环形盘由诸如碳碳复合材料、石墨片以及耐热金属等耐热材料形成。

当采用石墨片作为形成环形盘10的材料时，优选地使用高定向热解(highly oriented pyrolytic)石墨片或膨胀石墨片。此外，作为用于形成环形盘10的耐热金属，优选地使用诸如钽等金属。

在图3所示的实施例中，环形盘10具有各自相同的结构。然而，环形盘10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10中的裂缝10b的位置和与该环形盘10相邻的环形盘中的裂缝的位置不同，也就是说，环形盘10的裂缝10b彼此不重叠。

堆叠的环形盘10通过诸如夹紧件等紧固部件成为一体。并不必须使堆叠的环形盘沿它们的整个圆周成为一体，还可以采用沿圆周方向使盘的几个部分成为一体的结构。

环形盘10的插入孔10a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10的插入孔10a中时，各个弹性部分10c由于与玻璃预型体1的干涉而弯曲。在这种情况下，每个弹性部分10c对玻璃预型体1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10c总是与玻璃预型体1的表面稳定接触的状况，从而有效地密封了玻璃预型体插入口2a与玻璃预型体1之间的环形间隙。

用于形成环形密封体9的环形盘10的数量越多，环形密封体9的密封效果越好。

图4示出了具有根据本发明的另一实施方式的密封结构的加热炉。另外，在图4中，用与图2相同的附图标记来表示与图2所示的加热炉类似的元件。

如图4所示，在加热炉2的顶端2t上，两个环形密封体9在加热炉2的纵向上同轴地堆积。

用于形成将填充惰性气体的空间S1的间隔件11布置在两个环形密封体9之间。

间隔件11设置有用于供给惰性气体G的进气口。

炉芯管4被加热至超过2000℃。因此，如果玻璃预型体1与预型体插入口2a之间的间隙相对较大，则环形密封体9承受来自加热炉2的辐射热并且将被加热至较高的温度。结果，形成环形密封体9的环形碳盘被包含在外部空气中的氧化气体氧化并且将腐蚀。

为了避免这种问题，在本实施方式中，通过堆积两个环形密封体和通过两个环形密封体之间的进气口12供给诸如氩气和氦气第惰性气体G，可以有效地阻止外界空气流入加热炉中。结果，可以抑制由来自碳材料的氧化气体引起的在密封体9的下侧的环形盘10的腐蚀。此外，对上侧的环形密封体9进行遮光和遮热，使得可以降低上侧环形密封体9遭受的辐射热。因此，也可以抑制上侧环形盘10的腐蚀。

通过堆积/堆叠附加的环形密封体9，可以有效地改善环形密封体9的抗腐蚀性和密封效果。

实施例1

通过使用如图4所示的加热炉2加热具有64mm平均外径、外径波动在±2mm内、并且具有1000mm长度的十个玻璃预型体1，并且从玻璃预型体1的已加热和熔化的端部拉丝光纤。

在加热炉2的预型体插入口2a处，堆积了在以下条件下制出的环形密封体。

环形盘10由厚度为0.1mm的高定向热解石墨片制成，其插入孔10a具有60mm的直径。在环形盘10中形成20mm长度的十二个裂缝10b，使得这些裂缝沿圆周方向以30°的角间隔上从环形盘10的插入孔10a的内缘沿径向延伸。

环形密封体9由具有相同结构的八个环形盘10堆叠而成，使得彼此相靠的环形盘错位15°以防止裂缝10b彼此重叠。

从惰性气体进口12将氩气以3公升每分钟的速度供给到环形密封体9之间的空间S1。

拉丝光纤后，测量在最上部的炉芯管4的厚度。然而，测量出的厚度没有减小，并且拉丝的光纤的外径的波动在125μm±0.5μm的范围内，即，被精确地控制。此外，用预定的验收试验测试光纤的强度。但是，光纤中没有断裂。在验收试验中，将对光纤施加一秒钟预定的负载，使得引起了在光纤的整个长度上的1.0％的伸长变形。

比较例1

通过使用如图5所示的加热炉2加热具有64mm平均外径、外径波动在±2mm内、并且具有1000mm长度的十个玻璃预型体1，并且从玻璃预型体1的已加热和熔化的端部拉丝光纤。在图5中，用与图2相同的附图标记来表示与图2所示的类似的元件。

圆环盘状刷子13用于密封加热炉2的顶端2t与玻璃预型体1之间的间隙。

圆环盘状刷子13配置有环部和沿径向在环部的内圆周表面植入的长度为8mm的毛发材料，并且包括用于预型体1的内径为60mm的插入口。

从惰性气体进口12将氩气以3公升每分钟的速度供给到圆环盘状刷子13之间的空间。

在拉丝光纤后，测量在最上部的炉芯管4的厚度。然而，测量出的厚度没有减小，并且拉丝的光纤的外径的波动在125μm±0.5μm的范围内。然而，通过预定的验收试验测试光纤的强度。平均每120km的光纤有一处断裂。

在如上所述的实施方式中，在环形盘的径向形成裂缝的情况下进行了说明，然而，本发明并不限于这种构造。例如，可以采用在以预定角度在相对于径向倾斜的方向上形成裂缝的构造。在这种情况下，通过交替地将环形盘上下颠倒地堆叠，可以防止裂缝的重叠，而不会出现盘的相互对准。

在如上所述的实施方式中，在多个环形盘具有相同的结构的情况下进行了说明，然而，本发明并不限于这种构造。例如，可以采用形成在每个盘中的裂缝的位置和裂缝的方向都分别彼此不同的构造。

已经参照附图说明了本发明的优选实施方式，应当理解本发明并不限于这些明确的实施方式，本领域技术人员可以作出各种变化和变型而不背离由所附的权利要求限定的本发明的范围和精神。

Claims (7)

1.一种加热炉，其设置有插入口，所述插入口用于在在插入口中收容光纤预型体，以在所述加热炉中加热所述光纤预型体，所述加热炉包括：

环形密封体，其被配置成密封所述光纤预型体和所述插入口之间的间隙，

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。

2.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述多个裂缝沿所述环形盘的圆周方向以固定的角间隔形成。

3.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述多个裂缝中的每一个裂缝形成为从所述插入孔的内缘沿所述环形盘的径向延伸。

4.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述多个环形盘中的一个环形盘中的所述裂缝的各位置均不同于与该环形盘相邻的环形盘中的所述裂缝的各位置。

5.根据权利要求4所述的加热炉，其特征在于，所述多个环形盘分别具有相同的结构，并且堆叠成使得所述多个环形盘中的一个环形盘中的所述裂缝的各位置均不同于与该环形盘相邻的环形盘中的所述裂缝的各位置。

6.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，多个所述环形密封体同轴地布置，并且间隔件限定所述环形密封体之间的空间以在该空间中收容惰性气体。

7.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述环形盘由碳碳复合材料、石墨片以及耐热金属中的任一种材料形成。

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