CN103708719A - 玻璃母材悬吊机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃母材悬吊机构，其中具有用于悬吊初始部件或玻璃母材的悬吊轴管，在该悬吊轴管的侧部开设有通过中心轴线的横孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有悬吊部件，在该悬吊部件上开设有具有倾斜平面部的横孔，该平面部形成于该横孔的上表面，并在与该横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜，在悬吊轴管中插入悬吊部件，使悬吊轴管的横孔与悬吊部件的横孔的位置对齐并穿插悬吊栓以实现接合。该玻璃母材悬吊机构，在对初始部件或玻璃母材进行悬吊时，能够使悬吊轴管与悬吊部件紧密（牢固）连接，且悬吊部件与玻璃母材的中心在竖直方向上相一致。

Description

玻璃母材悬吊机构

技术领域

本发明涉及一种光纤用玻璃母材制造装置或光纤拉丝装置，尤其涉及一种玻璃母材悬吊机构，能够得到弯曲、偏芯、非圆较小的高精度的制品。

背景技术

光纤在其中心具有使光通过的高折射率的纤芯并在其周围具有低折射率的包层。现有的光通信用光纤中主要使用石英玻璃，纤芯的直径约为9μm，包层的直径约为125μm。

作为通信用光纤所需的重要特性可以举出：包层的非圆率较小、纤芯中心相对于包层中心的偏芯率（以下简称为偏芯率）较小。如果非圆率和偏芯率较大，则在对光纤与光纤进行连接时，由于纤芯彼此偏移，从而造成连接损耗变大。

光纤是通过对被称为光纤用玻璃母材（以下简称为玻璃母材）的圆柱状玻璃棒从其下端开始进行加热拉伸而制成，作为原料的玻璃母材的非圆率和偏芯率在光学特性上变得很重要。而且，在玻璃母材发生弯曲或在将玻璃母材装设于光纤制造装置上时从竖直方向偏移等情况下，有时光纤的偏芯率及非圆率比原料玻璃母材的偏芯率及非圆率还要大。

光纤用玻璃母材是经过：制造多孔质玻璃母材的汽相轴向沉积（VaporAxial Deposition，VAD）工序和外部汽相沉积（Outside Vapor Deposition，OVD）工序等沉积工序、烧结多孔质玻璃母材的烧结工序、对得到的大型玻璃母材进行加热拉伸以调整成适合于光纤制造的尺寸的拉伸工序等制造而成，但此时，大多是纵向悬吊着进行处理。例如，在VAD工序中，使沉积体沉积在垂直悬吊的初始部件的前端来制造多孔质玻璃母材。另外，在纵型OVD工序中，使沉积体沉积在垂直悬吊的初始部件的侧面来制造多孔质玻璃母材。在烧结工序中，将在VAD工序和OVD工序中得到的多孔质玻璃母材垂直悬吊并在加热炉中进行透明玻璃化。即便在拉伸工序中也将玻璃母材垂直悬吊着进行加热。

为了减小偏芯和非圆，将玻璃母材和初始部件竖直朝下正确地悬吊是非常重要的。例如，在烧结工序中对多孔质玻璃母材进行透明玻璃化时，如果不能够确保多孔质玻璃母材的竖直，则会只在某个方向与加热炉的距离接近，该部分的温度变得比圆周方向的其他部分更高。温度变高的部分会优先进行透明玻璃化，使多孔质玻璃的收缩在圆周方向上不均匀，从而产生弯曲、偏芯、非圆。

另外，如果在拉伸工序中玻璃母材也偏离竖直方向，则圆周方向的加热状态无法变得均匀，当通过拉伸而施加牵引力时，有时会产生弯曲和非圆。进一步地，如果在拉丝工序中玻璃母材也偏离竖直方向，则炉内气流的对称性被破坏，从而产生光纤的直径波动和被称为光纤卷曲（fiber curl）的弯曲、以及光纤的偏芯和非圆。

如上所述，将玻璃母材和初始母材在各装置中竖直悬吊是非常重要的。另外，如果玻璃母材和初始母材与装置的连接部没有紧密结合，通过旋转力和牵引力很容易造成玻璃母材的中心错位，破坏竖直性，造成与从一开始就没有竖直悬吊时相同的后果。

作为现有玻璃母材悬吊机构，如专利文献1及专利文献2所记载的那样，在悬吊部件（玻璃母材的手柄部分）的侧面设置楔状的缺口部，使位于悬吊轴管的横孔与悬吊部件的缺口部相配合，通过悬吊栓进行接合。另外，如专利文献3所记载的那样，设置横孔以贯穿悬吊部件的中心轴线，使位于悬吊轴管的横孔与悬吊部件的横孔相配合，通过悬吊栓进行接合。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开平03-012336号公报

专利文献2：日本特许第4,309,550号

专利文献3：日本特许第4,018,247号

发明内容

发明要解决的问题

使用图5对专利文献1及专利文献2中记载的在悬吊部件的侧面设置楔状缺口部，使位于悬吊轴管的横孔与缺口部相配合，通过悬吊栓进行接合的方法中所存在的问题进行说明。

使位于悬吊轴管3侧面的横孔4与设置于悬吊部件1侧面的楔状缺口部2相配合，通过穿插悬吊栓5而将悬吊部件1与悬吊轴管3相接合，借助于玻璃母材的重量，使悬吊部件1的与缺口部2相反的一侧的面紧密地接合于悬吊轴管3的内侧面上，从而实现紧密接合。

在该方法中，由于悬吊栓5的位置沿水平方向从玻璃母材的重心6偏移，从而施加使玻璃母材的重心6朝悬吊栓的正下方移动的力F，使得重心6趋向于来到悬吊栓5的正下方。实际上，悬吊部件1的上端与悬吊轴管内面的接点7限制了旋转，再加上悬吊轴和玻璃母材各部的弯曲等的影响，重心6会落到悬吊部件1的中心与悬吊栓5之间，造成玻璃母材的中心轴线以一定的角度从竖直方向倾斜。

使用图6对专利文献3记载的将悬吊部件与悬吊轴管相接合的方法中所存在的问题进行说明。

将在悬吊轴管3上开设的横孔4结合到经过悬吊部件1的中心轴线而开设的横孔8中，穿插悬吊栓5以进行接合。在悬吊部件1上开设有中心部很细的圆锥状横孔8。

在该方法中，由于玻璃母材的重心6与支点9保持竖直，因此不会使玻璃母材产生倾斜。然而，在悬吊部件1的周围，与悬吊轴管3之间存在整圈的缝隙10，由于没有施加使悬吊轴管3与悬吊部件1紧密接合的力，因此仅以微小的力便会使玻璃母材倾斜。尤其是在沉积工序和烧结工序中，由于要使玻璃母材旋转，旋转中心与玻璃母材的重心之间微小的错位也会产生离心力，从而使玻璃母材产生倾斜。另外，在拉伸工序中，由于作用有牵引力，即便软化部在圆周方向有微小的温度差，也会施加要沿横方向运动的力，从而造成玻璃母材倾斜。

如此一来，通过现有方法无法使悬吊轴管与悬吊部件紧密接合且使悬吊部件与玻璃母材的中心在竖直方向上相一致。

本发明的目的在于提供一种玻璃母材悬吊机构，在悬吊初始部件或玻璃母材时，能够将悬吊轴管与悬吊部件紧密（牢固）连接且能够使悬吊部件与玻璃母材的中心在竖直方向上相一致。

用于解决问题的方案

本实施形态所述玻璃母材悬吊机构的特征在于：具有用于悬吊初始部件或玻璃母材的悬吊轴管，在该悬吊轴管的侧部开设有通过中心轴线的横孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有悬吊部件，在该悬吊部件上开设有具有倾斜平面部的横孔，该平面部形成于该横孔的上表面，并在与该横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜，在悬吊轴管中插入悬吊部件，使悬吊轴管的横孔与悬吊部件的横孔的位置对齐并穿插悬吊栓以实现接合。

附图说明

图1为示意性显示本发明所述玻璃母材悬吊机构的纵截面图。

图2为显示本发明所述悬吊部件的一例的示意图。

图3为显示本发明所述悬吊轴管的一例的示意图。

图4为显示本发明所述悬吊栓的一例的示意图。

图5为示意性显示现有玻璃母材悬吊机构的纵截面图。

图6为示意性显示现有玻璃母材悬吊机构的纵截面图。

附图标记说明

1悬吊部件、2楔状的缺口部、3悬吊轴管、4横孔、5悬吊栓、6重心、7接点、8横孔、9支点、10缝隙、11横孔、12平面部、13平面部形成部件、14纵孔的中心、15外径中心、16平面部

具体实施方式

以下通过发明实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限于此。

在本实施形态所述玻璃母材悬吊机构中，其特征在于：具有用于悬吊初始部件或玻璃母材的悬吊轴管，在该悬吊轴管的侧部开设有通过中心轴线的横孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有悬吊部件，在该悬吊部件上开设有具有倾斜平面部的横孔，该平面部形成于该横孔的上表面，并在与该横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜，在悬吊轴管中插入悬吊部件，使悬吊轴管的横孔与悬吊部件的横孔的位置对齐并穿插悬吊栓以实现接合。

这样一来，在悬吊部件的横孔内形成的平面部形成于横孔的上表面，并在与横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜，据此，当穿插悬吊栓时，借助于施加在悬吊栓上的荷重，使悬吊部件抵压于悬吊轴管的内侧面上。从而使通过玻璃母材的重心的竖直线也通过悬吊栓的中心，使玻璃母材不发生倾斜且能够将悬吊轴管与悬吊部件紧密连接。

悬吊栓的形状为具有将圆柱材侧面的一部分切掉后形成的平面部，以便将该平面部与悬吊部件的横孔的平面部相接合。据此，使悬吊栓与悬吊部件的接触从线接触变为面接触，从而能够减少应力，防止接触部处的破损。另外，最好将悬吊部件的横孔斜面设置为跨越悬吊部件的中心线。从而能够扩大与悬吊栓的平面部相接触的接触面的面积，施加给平面部的压力变小，因此不容易产生作为造成悬吊部件及悬吊栓的平面部破损的原因的微小损伤。

悬吊部件的结构最好为，在其侧面上开设有圆孔，在该圆孔内装设有将圆柱侧面的一部分切掉后形成了平面部的平面部形成部件。由于悬吊部件采用与玻璃母材相同材质的石英玻璃，从而避免了复杂的加工，因此，通过使用该方法，仅需要在石英玻璃棒侧面进行圆孔开设加工以及从石英玻璃圆棒切成平面部形成部件的切除加工等单纯的工序，能够削减劳力和成本。

在悬吊部件的横孔内形成的倾斜平面部与水平面所成角θ被限制在预定范围内。确定θ范围的阈值可以从两个观点加以考虑，一个观点是将悬吊部件抵压于悬吊轴管内侧面的力，另一个观点是防止“冷缩”。

将悬吊部件抵压于悬吊轴管内侧面的力在忽略摩擦力的前提下表示为W·sinθ·cosθ，其中的W表示玻璃母材重量。当θ不足20度或超过70度时，抵压力较弱，造成悬吊轴管的内壁与悬吊部件的侧面相间隔。因此，为了得到充分的抵压力，最好将θ设在约20度以上且70度以下。

另一方面，当θ超过60度时，通过加热·冷却这样的循环过程，有时会导致悬吊轴管、悬吊部件或悬吊栓发生破损，以及悬吊栓被固定在悬吊轴管及悬吊部件上等情况。将该现象称为冷缩。冷缩是当悬吊轴管的热膨胀率大于悬吊部件的热膨胀率时引起的。暴露于高温并膨胀的悬吊轴管在冷却时发生收缩，从而挤压包含在内部的悬吊部件。设该力为F。该力作用于使悬吊部件爬上悬吊栓的斜面的方向上，其大小为F·cosθ。另一方面，在使悬吊部件沿该斜面下降的方向上作用有由重力引起的力W·sinθ。因此，将其减去后的F·cosθ-W·sinθ成为使悬吊部件爬上斜面上的力的大小。因此，当F·cosθ-W·sinθ>0时，悬吊部件被在冷却中进行收缩的悬吊轴管挤压，悬吊部件在悬吊轴管内移动，从而不会引起冷缩。其中，F为作为结果而求出的大小，由于不能人为进行改变，因此难以进行实测评价。因此尝试性地搜寻满足上述不等式的θ。结果发现最好将θ设为约60度以下。

由以上可知，θ的范围从将悬吊部件抵压于悬吊轴管内侧面的力的观点来看，最好为20度以上70度以下，从防止冷缩的观点来看，最好为60度以下，因此，从这两个观点出发，最好为20度以上60度以下。

根据玻璃母材重量、悬吊部件径及悬吊轴管的材质等的不同，最适合的θ也会不同，例如，当玻璃母材的重量为80～150kg、悬吊部件的直径为40mm、对悬吊轴管及悬吊栓使用氮化硅陶瓷时，通过将θ设为20度以上60度以下，既能够避免冷缩，又能产生适当的抵压力。

在悬吊栓与悬吊部件的横孔的平面部之间的接触部隔设有缓冲材，从而能够缓和其冷缩的发生。缓冲材要求具有耐热性和缓冲性，作为可适用的材质可以举出：膨胀石墨片和炭/炭（C/C）复合材料片、特氟龙片（商标名）等。尤其是在处于高温的烧结工序、拉伸工序、拉丝工序中，为了追求高耐热性和低污染性，可以根据需要使用高纯度化的膨胀石墨片或C/C复合材料片。

在将悬吊轴管与悬吊部件进行组装时，如果悬吊部件产生倾斜，则为了使悬吊部件的中心与悬吊轴管的中心相一致，也可以将悬吊轴管的纵孔（悬吊部件的插入孔）的中心设置为从悬吊轴管的外径中心向与悬吊部件的横孔所具有的平面部下降侧的相反方向偏移。

另外，作为可适用于本实施形态的玻璃母材制造装置，可以举出：多孔质玻璃母材沉积装置、多孔质玻璃母材烧结装置、玻璃母材拉伸装置、光纤拉丝装置等。

使用图1～4对本实施形态所述玻璃母材悬吊机构进行详细说明。

图1为显示本实施形态所述玻璃母材悬吊机构的一例的示意图，图2为显示本实施形态所述玻璃母材悬吊部件的一例。

在悬吊部件1中开设有横孔11，在横孔11的上表面形成有平面部12，该平面部12在与贯通方向相垂直的截面内从水平方向倾斜角度θ。具体地，在本实施形态中，平面部12在与横孔11的贯通方向相垂直的任一截面内均从水平倾斜角度θ。在本实施形态中，角度θ为30度。平面部12可以通过将平面部形成部件13接合于圆形的横孔11的上表面而形成，作为其接合方法，考虑到其使用温度及所要求的低污染性等因素，选择耐热性陶瓷用粘合剂、环氧粘合剂、双面胶等。

图3显示本实施形态所述悬吊轴管的一例，在悬吊轴管3中设置有横孔4。

在将悬吊轴管3与悬吊部件1进行组装时，为使悬吊部件1的中心与悬吊轴管3的中心相一致，也可以在悬吊部件1的与横孔11的平面部12的下降侧相反的一侧的方向上，使悬吊轴管3的纵孔的中心14从悬吊轴管3的外径中心15偏移。

图4显示本实施形态所述悬吊栓的一例。悬吊栓5可以是单纯的圆柱形状，但最好是如图所示，将圆柱材侧面的一部分切掉，从而形成平面部16。

将悬吊部件1插入于悬吊轴管3的纵孔中，将悬吊栓5穿插于悬吊轴管3的横孔4与悬吊部件1的横孔11中，从而实现接合。悬吊栓5与悬吊部件1的横孔11的接触面可以隔着膨胀石墨片等作为缓冲材。

如上所述，通过将悬吊部件1悬吊于悬吊轴管3上，由于玻璃母材的重心6位于悬吊栓5的竖直下方，因此玻璃母材不会进行倾斜。进一步地，通过在悬吊部件1的横孔上表面以从水平面成30度的倾斜角而设置的平面部12的作用下，悬吊部件1紧挨着悬吊轴管3的内面（图1中为左面侧），使悬吊部件1与悬吊轴管3紧密接合。

通过使用实施形态所述玻璃母材悬吊机构，实现了悬吊轴管与悬吊部件的竖直且紧密结合，从而达到了如下优秀的技术效果：减少了在光纤用玻璃母材的沉积工序中偏芯的发生，抑制了在烧结工序中非圆、偏芯、弯曲的发生，抑制了在拉伸工序中非圆和弯曲的发生，更进一步地抑制了在光纤拉丝工序中光纤卷曲、非圆、偏芯的发生等。

Claims (9)

1.一种玻璃母材悬吊机构，用于光纤用玻璃母材制造装置或光纤拉丝装置中，其特征在于：具有用于悬吊初始部件或玻璃母材的悬吊轴管，在该悬吊轴管的侧部开设有通过中心轴线的横孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有悬吊部件，在该悬吊部件上开设有具有倾斜的平面部的横孔，该平面部形成于该横孔的上表面，并在与该横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜，所述悬吊轴管中用于插入所述悬吊部件，将两个横孔的位置对齐并穿插悬吊栓以实现接合。

2.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：所述悬吊栓具有在圆柱材侧面的一部分处设置有平面部的形状，使该平面部以与所述悬吊部件的所述横孔的所述平面部相接触的方式进行接合。

3.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：在所述悬吊部件上开设的所述横孔为圆孔，在该圆孔中装设将圆柱材侧面的一部分形成为平面的部件，在横孔内形成倾斜的所述平面部。

4.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：在所述悬吊部件的所述横孔内形成的倾斜的所述平面部与水平面所成角处于20度以上60度以下的范围内。

5.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：所述悬吊栓的侧面形成的平面部与在所述悬吊部件的所述横孔内形成的所述平面部隔着缓冲材相接合。

6.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：所述悬吊轴管的纵孔的中心被设置成从该悬吊轴管的外径中心偏移。

7.根据权利要求6所述的玻璃母材悬吊机构，其中：所述悬吊轴管的所述纵孔的中心被设置为从该悬吊轴管的外形中心朝所述悬吊部件的所述横孔所具有的所述平面部下降侧的相反方向偏移。

8.根据权利要求1所述的玻璃母材悬吊机构，其中：所述光纤用玻璃母材制造装置为多孔质玻璃母材沉积装置、多孔质玻璃母材烧结装置、玻璃母材拉伸装置以及光纤拉丝装置中的任一种。

9.一种玻璃母材的悬吊方法，在光纤用玻璃母材制造装置或光纤拉丝装置中具有用于悬吊初始部件或玻璃母材的悬吊轴管，在该悬吊轴管的侧部开设有通过中心轴线的横孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有悬吊部件，在该悬吊部件上开设有具有倾斜的平面部的横孔，该平面部形成于该横孔的上表面，并在与该横孔的贯通方向相垂直的截面内相对于水平面倾斜；所述方法包括：

将所述悬吊部件插入所述悬吊轴管中；

将两个横孔的位置对齐并穿插悬吊栓以实现接合。

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