CN103979788B - 母材拉伸用加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种母材拉伸用加热装置，在拉伸光纤用玻璃母材以制造更细径的玻璃棒的工序中对所述玻璃母材进行加热，该母材拉伸用加热装置包括：壳体；加热器，设置于所述壳体内；隔热材料，具有温度测定孔，在所述壳体内包围所述加热器；被测温部件，在所述壳体内堵住所述温度测定孔的至少一部分，具有比对流空气更高且比所述隔热材料更低的隔热性；温度测定装置，从所述壳体以外测定所述被测温部件的温度；温度控制装置，基于由所述温度测定装置测定的所述被测温部件的温度控制所述加热器。本发明的光纤母材拉伸用加热炉能够防止加热器老化并得到成品形状均匀的玻璃棒。

Description

母材拉伸用加热装置

技术领域

本发明涉及一种母材拉伸用加热装置。

背景技术

在以光纤预制棒为代表的石英玻璃棒的制造中所采用的方法是，预先制造大型的玻璃母材，然后使用图1所示拉伸炉对其进行拉伸，从而成为更细径的玻璃棒。

拉伸炉的主要结构由母材拉伸用加热装置16、输送机构5及牵引机构7这三个机构构成，玻璃母材3借助于悬吊夹具2而被悬吊于输送机构5，并收容于顶室6中。玻璃母材3的下部通过牵引部件4与牵引机构7连结。通过使牵引机构7的下降速度（牵引速度）比输送机构5的下降速度（输送速度）更快，从而能够使拉伸后的玻璃棒的外径比拉伸前的玻璃母材的外径更细。为了使玻璃棒的外径保持一定，可以适当调整输送速度和牵引速度。

如图2所示，加热炉的温度控制为由设置在加热炉壳体侧面的温度测定装置11对从设置在隔热材料8上的温度测定孔9和加热炉壳体的温度测定窗10看到的加热器12的表面温度进行测定，以此进行反馈控制。另外，加热炉壳体具有水冷套13。

另外还有一种如图3所示的方法，在该方法中，从设置于加热器12上的狭缝的间隙测定玻璃母材3的表面温度，来调整加热器12的温度以实现控制。

发明内容

发明要解决的问题:

为了拉伸光纤母材就需要2000℃以上的高温，因此，即便对加热器表面或玻璃母材的温度进行直接测定，也要在该测定中使用辐射温度计。如果要用辐射温度计测定加热器温度，为了保证其视野，就需要在隔热材料上开设测定用孔，并且在壳体上也设置温度测定窗。

若在此状态下反复进行升温和降温，如图4所示，发现在面对温度测定窗10的部分的加热器表面产生了局部侵蚀现象。由此现象引起炉内温度分布的不均匀，玻璃棒的成品形状变得不均匀。进而产生老化部15，带来了使加热器12加速老化的问题。

由于温度测定孔9而使隔热材料8局部的隔热性下降，进而就会在该部分产生气体流路。并且，由于从温度测定窗10向外辐射，而使光朝向炉内的反射消失了，因此该部分在升温降温时比均匀部的温度变低。由此原因会引起如图4所示的加热器上发生局部侵蚀，从而产生老化部15。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能够防止加热器老化并得到成品形状均匀的玻璃棒的光纤母材拉伸用加热炉。

解决问题的方案:

本发明第一实施方式中提供一种母材拉伸用加热装置，在拉伸光纤用玻璃母材以制造更细径的玻璃棒的工序中对所述玻璃母材进行加热，该母材拉伸用加热装置包括：壳体；加热器，设置于所述壳体内；隔热材料，具有温度测定孔，在所述壳体内包围所述加热器；被测温部件，在所述壳体内堵住所述温度测定孔的至少一部分，具有比对流空气更高且比所述隔热材料更低的隔热性；温度测定装置，从所述壳体以外测定所述被测温部件的温度；温度控制装置，基于由所述温度测定装置测定的所述被测温部件的温度控制所述加热器。

附图说明

图1为说明现有拉伸炉的示意图。

图2为说明现有拉伸炉的温度控制方法的示意图。

图3为说明与图2不同的温度控制方法的示意图。

图4为说明面对温度测定窗的加热器表面局部被侵蚀的环境的示意图。

图5（A）和图5（B）为表示本实施方式所述母材拉伸用加热装置的示意图。

图6（A）和图6（B）为表示本实施方式所述母材拉伸用加热装置的另一例的示意图。

符号说明:

1、16母材拉伸用加热装置，2悬吊夹具，3玻璃母材，4牵引部件，5输送机构，6顶室，7牵引机构，8隔热材料，9温度测定孔，10个温度测定窗，11温度测定装置，12加热器，13水冷套，14被测温部件，15老化部

具体实施方式

以下通过发明实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并非对权利要求书所涉及的技术方案进行限定。并且，实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。

图5为表示本实施方式所述母材拉伸用加热装置1的示意图。母材拉伸用加热装置1在拉伸光纤用玻璃母材3以制成更细径的玻璃棒的工序中，对玻璃母材3进行加热。

母材拉伸用加热装置1被用于图1所示的拉伸炉。即本实施方式的拉伸炉包括：图5所示母材拉伸用加热装置1以及图1所示的输送机构5和牵引机构7。

玻璃母材3通过悬吊夹具被悬吊在输送机构5上。玻璃母材3被收容在筒状的顶室6中。顶室6与母材拉伸用加热装置1相连结，以便与其内部连通。玻璃母材3的下部通过牵引部件4连结牵引机构7。玻璃母材3在输送机构5和牵引机构7的作用下从顶室6内经过母材拉伸用加热装置1后向牵引机构7送出。与输送机构5的下降速度（称为输送速度）相比，使牵引机构7的下降速度（称为牵引速度）更快，从而能够使玻璃母材3拉伸后得到的玻璃棒的外径比拉伸前的玻璃母材3的外径更细。为了使玻璃棒的外径保持一定，可以适当调整输送速度和牵引速度。

母材拉伸用加热装置1包括：由水冷套13构成的壳体、设置于壳体内的加热器12、在壳体内包围加热器12并具有温度测定窗10的隔热材料8、设置于加热器12的外侧与温度测定窗10之间的被测温部件14。进一步地，母材拉伸用加热装置1还包括：从壳体之外测定被测温部件14的温度的温度测定装置11、基于由温度测定装置11测定的被测温部件14的温度控制加热器12的温度控制装置。

壳体的上面与筒状的顶室6相连结。在壳体中的连结部分的内侧设置有用于将玻璃母材3插入壳体内部的插入孔。据此使壳体的内部与顶室6的内部通过该插入孔而连通。在壳体的下面设置有用于将通过牵引部件4而被牵引机构7牵引的玻璃母材3送出的送出孔。进一步地，在壳体的侧面设置有温度测定窗10。作为温度测定窗10，例如可以采用石英玻璃等具有耐热性和透过性的玻璃窗。

加热器12具有在轴方向上贯通的开口，并具有厚度一定的筒状形状。加热器12设置于壳体内，包围从插入孔插入的玻璃母材3的圆周方向并与玻璃母材3保持一定间隔。加热器12由温度控制装置进行温度控制，当对玻璃母材3进行拉伸时，以2000℃以上的高温对玻璃母材3进行加热。

隔热材料8以一定厚度沿壳体的整个内壁面设置。隔热材料8保持一定间隔地围绕加热器12。在隔热材料8的与设置于壳体上的温度测定窗10相对向的面上设置有温度测定孔9，以便能够由壳体外部的温度测定装置11来测定被测温部件14的表面温度。

被测温部件14例如为板状部件。被测温部件14在壳体内以堵住温度测定孔9的至少一部分的方式被设置在加热器12的外侧与温度测定窗10之间。进一步地，在图5的例子中，被测温部件14设置在加热器12与隔热材料8之间。另外，被测温部件14也可以设置在温度测定窗10与隔热材料8之间。另外，被测温部件14优选以堵住从壳体的外面看到的温度测定孔9的整个孔的方式设置。

温度测定装置11例如为利用辐射热以非接触方式进行温度测量的辐射温度计。温度测定装置11位于壳体侧面的外侧，与温度测定窗10相对向设置。由此，温度测定装置11经由温度测定窗10和温度测定孔9来测量被测温部件14的温度。

温度控制装置与温度测定装置11相连，设置于壳体的外侧。基于由温度测定装置11测定的被测温部件14的温度来控制加热器12。从而使温度控制装置能够将母材拉伸用加热装置内的温度调整成所希望的温度。被测温部件14的温度虽然变得比实际的加热器温度低，但关于这一点，通过以加热器温度进行温度控制时的加热器输出为基准，预先设定相对于测定温度的输出，便能够形成大致相同的环境。此后通过在同等条件下运转，便能始终在一定条件下进行控制。

通过如以上的配置结构那样设置被测温部件14，能够减小由隔热材料8上设置的温度测定孔9产生的气流的影响，同时也能够防止朝温度测定窗10的光辐射。据此，能够抑制温度测定孔9附近的局部性冷却，从而能够抑制加热器12的老化。

图5所示的例子中只是竖立一块堵住温度测定孔9的板材来作为被测温部件14，但更优选的是如图6所示的结构，在加热器12与隔热材料8之间设置可围绕加热器12的周围旋转的圆筒状部件作为被测温部件14。此时，母材拉伸用加热装置1可以进一步具有旋转驱动圆筒形的被测温部件14的驱动部，另外也可以通过手动来旋转被测温部件14。当采用圆筒状时，通过周期性地旋转被测温部件14从而谋求实现测定温度稳定化。

被测温部件14具有比对流的空气更高的隔热性，并且具有比隔热材料8更低的隔热性。作为被测温部件14的材质，较理想的是导热率为50～150W/mK的物质，更理想的是导热率为70～120W/mK。如果导热率高于150W/mK则隔热性会下降，使效果降低。如果导热率低于50W/mK则母材拉伸用加热装置1内的温度控制变得困难。在进行玻璃母材3的拉伸时需要2000℃以上，在该温度范围内，理想的材质是石墨。

另外，被测温部件14的厚度较理想的是2～20mm，更理想的是5mm～20mm。如果被测温部件14的厚度比2mm还薄则隔热性会下降，使效果降低。如果被测温部件14的厚度比20mm还厚则母材拉伸用加热装置1内的温度控制变得困难。

【实施例】

（实施例1）

使用在加热器12与隔热材料8之间装填有图5所示板状的被测温部件14的母材拉伸用加热装置1，反复执行将有效部的尺寸为直径180×长度1500mm的玻璃母材拉伸成直径120mm的工序。控制温度为2100℃。每50批更新一次被测温部件14。此时，板状的被测温部件14的厚度变薄了一成左右。在第100批、第200批对加热器进行了检测，并未发现局部老化。

（实施例2）

使用在加热器12与隔热材料8之间装填有图6所示的圆筒型的被测温部件14的母材拉伸用加热装置1，反复执行将有效部的尺寸为直径180×长度1500mm的玻璃母材3拉伸成直径120mm的工序。控制温度为2100℃。每30批便将被测温部件14旋转45度，将未老化的面作为温度测定位置。在第90批、第180批对加热器进行进行了检测，并未发现局部老化。

（比较例1）

除不使用被测温部件14以外均与实施例1相同，反复执行将有效部的尺寸为直径180×长度1500mm的玻璃母材3拉伸成直径120mm的工序，在第90批的运转中加热器12折断，不得不中断运转。对加热器12进行观察时，在被测温部分发现了损耗，折断部也正是该位置。

如上所述，根据本实施方式能够抑制加热器的老化，并能够大幅度地延长加热器直到断裂时的使用时间，从而能够降低成本。进一步地，通过抑制加热器的局部老化，能够达到使炉内温度分布均匀化的目的，从而能够抑制由于温度分布不均匀而引起的产品特性下降，因此能够提高成品率。

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增加各种变更或改进。此外，由权利要求的记载可知，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。

应当注意的是，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤及阶段等各个处理的执行顺序，只要没有特别明示“更早”、“早于”等，或者只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，为方便起见而使用“首先”、“然后”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。

Claims (5)

1.一种母材拉伸用加热装置，在拉伸光纤用玻璃母材以制造更细径的玻璃棒的工序中对所述玻璃母材进行加热，该母材拉伸用加热装置包括：

壳体；

加热器，设置于所述壳体内；

隔热材料，具有温度测定孔，在所述壳体内包围所述加热器；

被测温部件，在所述壳体内堵住所述温度测定孔的至少一部分，具有比对流空气更高且比所述隔热材料更低的隔热性；

温度测定装置，从所述壳体外测定所述被测温部件的温度；以及

温度控制装置，基于由所述温度测定装置测定的所述被测温部件的温度控制所述加热器，

其中，所述被测温部件的导热率为50～150W/mK，以及

其中，所述被测温部件的厚度为2～20mm。

2.根据权利要求1所述的母材拉伸用加热装置，其中，所述被测温部件的材质为石墨。

3.根据权利要求1所述的母材拉伸用加热装置，其中，所述温度测定装置为辐射温度计。

4.根据权利要求1所述的母材拉伸用加热装置，其中，所述被测温部件堵住从所述壳体之外看到的所述温度测定孔的整个孔。

5.根据权利要求1所述的母材拉伸用加热装置，其中，所述被测温部件具有包围所述加热器的一部分的圆筒形；所述被测温部件能够围绕所述加热器旋转。