CN103708718A - 玻璃母材拉伸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃母材拉伸装置，其包括：加热炉；伸缩式顶腔，其由设置于加热炉上部的多层圆筒构成；玻璃母材悬吊机构，其用于将玻璃母材悬吊于加热炉及伸缩式顶腔内；以及顶腔悬吊机构；在所述多层圆筒的最外管上部具有凸缘，所述顶腔悬吊机构具有能够从下侧支撑所述凸缘的圆筒支撑部件以及用于悬吊该圆筒支撑部件的圆筒悬吊部件。通过本发明不会在伸缩式顶腔中产生由凸缘的破损、鼓包引起的缺陷，从而能够安全地拉伸玻璃母材。

Description

玻璃母材拉伸装置
技术领域
本发明涉及一种具有伸缩式多层圆筒制顶腔的光纤预制棒等的玻璃母材拉伸装置。
背景技术
作为光纤材料的光纤预制棒（玻璃棒）是从更大型的光纤用玻璃母材通过加热拉伸而制造出来的。作为玻璃母材的拉伸装置，在日本特开平11-060259号公报中公开了一种具有伸缩式顶腔的拉伸装置。根据日本特开平11-060259号公报的方法，通过使用伸缩式顶腔能够抑制拉伸装置的整体高度，以使拉伸大型母材的装置实现小型化。
并且，在日本特开2011-116592号公报中还公开了一种具有玻璃制顶腔的拉伸装置。根据日本特开2011-116592号公报，通过使用玻璃制顶腔而抑制玻璃母材上部圆锥部的蓄热，从而提高在拉伸后半程的外径可控性。在日本特开2011-116592号公报中公开了由单一玻璃管制成的部件以及由类似于日本特开平11-060259号公报所述的伸缩式多层圆筒制成的部件作为顶腔。
另一方面，为了减轻拉伸得到的玻璃棒的弯曲，在日本特开平09-030827号公报及日本特开2005-104763号公报中公开了一种使拉伸中的玻璃母材的XY位置保持恒定的方法。
发明内容
发明要解决的问题
在具有伸缩式顶腔的拉伸装置中，虽然考虑到使用连接工具对将伸缩式顶腔的上侧设置于腔室上端的凸缘与上盖进行固定，但在拉伸后期，由于加热炉与上盖以及与凸缘之间的距离变近，上盖升温而变形，有可能会发生由凸缘的破损、鼓包引起的缺陷。
用于解决问题的方案
本发明的玻璃母材拉伸装置包括：加热炉；伸缩式顶腔，其由设置于加热炉上部的多层圆筒构成；玻璃母材悬吊机构，其用于将玻璃母材悬吊于加热炉及伸缩式顶腔内；以及顶腔悬吊机构；在多层圆筒的最外管上部具有凸缘，顶腔悬吊机构具有能够从下侧支撑凸缘的圆筒支撑部件以及用于悬吊该圆筒支撑部件的圆筒悬吊部件。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部可能特征，所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1表示将玻璃母材安装于本实施方式的玻璃母材拉伸装置上的状态。
图2表示使玻璃母材悬吊机构下降后的状态。
图3表示将玻璃母材悬吊机构与伸缩式顶腔组装起来的状态。
图4表示圆筒伸长后的状态。
图5表示将玻璃母材安装于比较例的玻璃母材拉伸装置上的状态。
图6表示使悬吊轴管下降后的状态。
图7表示通过连接工具将上盖与伸缩式顶腔结合起来的状态。
图8表示圆筒伸长后的状态。
附图标记说明
101梁柱、102导轨、103滚珠丝杠、104滑架、201XY工作台、202悬吊轴、203悬吊轴管、301加热器、302隔热件、303主腔室、304碳制的马弗管、305门档、401多层玻璃圆筒、402上盖、403气体密封板、404凸缘、405连接工具、406外爪、407内爪、501圆筒支撑部件、502支柱、503玻璃圆筒悬吊部件、504上盖吊挂夹具、601玻璃母材、602虚设捧、603退出虚设体、701导辊、702退出辊（上）、703退出辊（下）
具体实施方式
以下就本发明的实施方式进行说明，本发明并不限于此。图1至图4为表示本实施方式的玻璃母材的拉伸装置的一例。拉伸装置大致由以下部分构成：升降机构（附图标记的百位数为1）、玻璃母材悬吊机构（附图标记的百位数为2）、加热炉（附图标记的百位数为3）、伸缩式顶腔（附图标记的百位数为4）、顶腔悬吊机构（附图标记的百位数为5）、退出机构（附图标记的百位数为7），在该拉伸装置中安装有玻璃母材工件（附图标记的百位数为6）。
如图1所示，升降机构使用安装于梁柱101上的导轨102及滚珠丝杠103使滑架104进行升降。在滑架104上连接有悬吊轴202及悬吊轴管203作为玻璃母材悬吊机构，玻璃母材601借助于虚设棒602而悬吊于悬吊轴管203上。悬吊轴202的上端设置有XY工作台201，其能够对玻璃母材的水平位置进行调整。
加热炉设置于升降机构的下部，包括：碳制的加热器301、碳制的隔热件302、水冷的主腔室303、用于使玻璃母材与来自于加热器及隔热件的粉尘相隔离的碳制的马弗管304、能够调整开口径以防止空气从下部进入的门档305以及图中未示出的电极及非活性气体导入口。
在加热炉的上部连接有由多层玻璃圆筒401构成的伸缩式顶腔，在多层玻璃圆筒401的最外管的上部设置有凸缘404。在滑架上安装有玻璃圆筒悬吊部件503，在其外周朝下安装有多根支柱502。如图2、图3所示，通过使用例如螺栓和螺母之类的连接工具将设置于凸缘404下方的玻璃圆筒支撑部件501与该支柱502连接起来，从而能够由玻璃圆筒支撑部件501托起凸缘404的下表面。在构成多层玻璃圆筒的各个玻璃圆筒中，其上部设置有外爪406，下部设置有内爪407，如图4所示，通过使升降机构上升，圆筒以外爪406勾在内爪407上的形态进行伸长。
上盖402借助于上盖吊挂夹具504悬吊于玻璃圆筒悬吊部件503上，为了确保悬吊轴202的在水平方向的驱动量，上盖402的内径要比悬吊轴202的外径大。为了防止炉内气体从上盖402与悬吊轴202之间的缝隙泄漏出去以及空气从该缝隙进入，在上盖402上载置内径比悬吊轴202的外径稍大的气体密封板403，从而在实现朝水平方向驱动玻璃母材时，不会损害气体密封性。
从图1可以看出，上盖402仅仅是单纯地载置于凸缘404上，而且没有施加任何除上盖402重量以外的固定力。因此，在上盖402及凸缘404上不会施加有由金属部件的变形引起的过大的力，从而能够避免上盖402及凸缘404的破损。另外，对于上盖402使用石英玻璃等耐热性及在高温中形状稳定性优良的材质，由此，即便在温度上升时，上盖402与凸缘404之间也不会产生缝隙，从而能够防止碳制的马弗管304的氧化损耗。
退出机构包括：自由旋转的可进行把持/释放的导辊701；由马达驱动旋转的可进行把持/释放的退出辊（上）702及退出辊（下）703。如图4所示，由加热炉对玻璃母材601的下端进行加热，将退出虚设体603熔接于玻璃母材601的下端后，一边使升降机构下降，一边由退出机构下拉退出虚设体603或被拉伸后的玻璃棒，从而能够将玻璃母材拉伸为所需外径的玻璃棒。
作为比较例，通过图5至图8对使用伸缩式多层玻璃圆筒顶腔的拉伸装置进行说明。图5～图8依次示出了：玻璃母材601的安装、玻璃母材悬吊机构与伸缩式顶腔之间的组装、退出虚设体603的熔接。拉伸装置大致由如下部分构成：升降机构（图中附图标记的百位数为1）、玻璃母材悬吊机构（附图标记的百位数为2）、加热炉（附图标记的百位数为3）、伸缩式顶腔（附图标记的百位数为4）及退出机构（附图标记的百位数为7），在该拉伸装置中安装有玻璃母材工件（附图标记的百位数为6）。
升降机构使用安装于梁柱101上的导轨102及滚珠丝杠103使滑架104进行升降。在滑架104上连接有悬吊轴202及悬吊轴管203作为玻璃母材悬吊机构，玻璃母材601借助于虚设捧602悬吊于悬吊轴管203上。
加热炉设置于升降机构的下部，包括：碳制的加热器301、碳制的隔热件302、水冷的主腔室303以及用于使玻璃母材601与来自于加热器301和隔热件302的粉尘相隔离的碳制的马弗管304，还包括能够调整开口径以防止空气从下部进入的门档305、图中未示出的电极和非活性气体导入口。
在加热炉的上部连接有由多层玻璃圆筒401构成的伸缩式顶腔。在多层玻璃圆筒401的最外管的上部设置有凸缘404，在悬吊轴管203的上部载置有上盖402（参见图5）。当使玻璃母材601下降时，上盖402（图6）载置于凸缘404上，通过连接工具405将上盖402与凸缘404结合起来（图7）。在多层玻璃圆筒401的每一层玻璃圆筒中，在其下部设置有内爪407，在其上部设置有外爪406，如图8所示，通过使升降机构上升，圆筒以外爪406勾在内爪407上的形态进行伸长。
退出机构包括：自由旋转的可进行把持/释放的导辊701；由马达驱动旋转的可进行把持/释放的退出辊（上）702及退出辊（下）703。如图8所示，由加热炉对玻璃母材601的下端进行加热，将退出虚设体603熔接于玻璃母材601的下端后，一边使升降机构下降，一边由退出机构下拉退出虚设体或被拉伸后的玻璃棒，从而能够将玻璃母材601拉伸为所需外径的玻璃棒。
随着拉伸的进行，伸缩式顶腔逐渐收缩，当完全收缩时，上盖402与加热炉之间的距离变近，上盖402和连接工具405也会升温。考虑到上盖402要支撑伸缩式顶腔的荷重，因此与玻璃、陶瓷这样的脆性材料相比，优选使用金属，但当升温后，其上部会发生变形，对凸缘404施加应力，从而存在凸缘404破损的问题。
另外，当连接工具405的紧固程度较弱时，会在上盖402与凸缘404之间产生缝隙，由加热炉加热而变轻的炉内气体上升从而向上逸出，则空气会从加热炉下部进入以补充逸出的气体，从而使碳制的马弗管304发生氧化损耗。
对此，本实施方式的玻璃母材拉伸装置具有由容纳玻璃母材的多层玻璃圆筒401构成的伸缩式顶腔，并具有由圆筒支撑部件501和玻璃圆筒悬吊部件503构成的顶腔悬吊机构，其中，圆筒支撑部件501能够从下侧支撑被设置在多层玻璃圆筒401的最外管上部的凸缘404，玻璃圆筒悬吊部件503用于悬吊该圆筒支撑部件。因此，不将多层玻璃圆筒401的凸缘404与上盖402进行固定，而是从下侧支撑凸缘404。从而能够防止由热量造成的金属部分的变形所引起的凸缘404的破损。并且，由于能够防止上盖402与凸缘404之间产生缝隙，因此还能够消除碳制的马弗管304的损耗的可能性。
另外，对于上盖使用石英玻璃等较脆但不会发生实质性热变形的材料。从而能够抑制由加热引起的变形、并抑制由此所产生的凸缘404与上盖402之间的缝隙。
另外，在玻璃母材悬吊机构上设置XY工作台201，在上盖的上部设置可沿XY方向进行滑动的气体密封板403，从而能够使玻璃母材独立于伸缩式顶腔沿水平方向进行驱动，有助于减轻被拉伸后的玻璃棒的弯曲。并且，将玻璃母材悬吊机构及顶腔悬吊机构安装于单个滑架104上，并不是单独设置顶腔悬吊机构，因此能够简化装置结构，并降低装置成本。
以上，使用本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以各种变更或改进。此外，由权利要求书的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

Claims (6)

1.一种玻璃母材拉伸装置，其中，包括：
加热炉；
伸缩式顶腔，该伸缩式顶腔由设置于所述加热炉上部的多层圆筒构成；
玻璃母材悬吊机构，该玻璃母材悬吊机构用于将玻璃母材悬吊于加热炉及伸缩式顶腔内；以及
顶腔悬吊机构；
在所述多层圆筒的最外管上部具有凸缘，所述顶腔悬吊机构具有能够从下侧支撑所述凸缘的圆筒支撑部件以及用于悬吊该圆筒支撑部件的圆筒悬吊部件。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材拉伸装置，其中，
在所述多层圆筒的上部载置上盖，所述上盖不与所述多层圆筒固定在一起。
3.根据权利要求1所述的玻璃母材拉伸装置，其中，
所述多层圆筒为玻璃制。
4.根据权利要求1所述的玻璃母材拉伸装置，其中，
所述多层圆筒具有气密性。
5.根据权利要求2所述的玻璃母材拉伸装置，其中，
所述玻璃母材悬吊机构具有XY工作台，并具有能够在所述上盖的上部沿XY方向滑动的气体密封板。
6.根据权利要求1所述的玻璃母材拉伸装置，其中，
所述玻璃母材悬吊机构及所述顶腔悬吊机构安装于单个滑架上。
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