CN105731782A - 玻璃棒的缩径加工方法及玻璃棒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃棒的缩径加工方法和玻璃棒，在对玻璃棒进行缩径加工时，即使利用电炉对玻璃棒进行加热也能够抑制玻璃棒表面产生晶体。在玻璃棒的缩径加工方法中，一边对包括有效部和与该有效部相邻的非有效部的玻璃棒的、有效部与非有效部之间的边界部周边进行加热，一边拉伸非有效部的端部，从而在有效部形成缩径形状，其中，一边使加热器升温一边使加热器对玻璃棒加热的加热位置移动，并且使加热位置从非有效部侧到达边界部。

Description

玻璃棒的缩径加工方法及玻璃棒

技术领域

本发明涉及对光纤母材等玻璃棒进行加热并且拉伸端部而形成缩径形状的、玻璃棒的缩径加工方法及玻璃棒。

背景技术

石英玻璃制的光纤母材利用MCVD法、PCVD法、VAD法、OVD法、棒入管(rodintube)法等方法进行制造，但是不管哪种方法，在其端部都存在有无法用作光纤的部分(以下称作“非有效部”。)，在拉丝工序之前通过加热熔切而去除这样的部分。另一方面，为了能够顺利地进行拉丝工序，能够用作光纤的部分(以下称作“有效部”。)被调整为图2所示的缩径形状。

如此对母材的端部进行处理的工序被称作“缩径”或“收口”工序，该工序的自动收口装置公开于专利文献1中。在专利文献1的自动收口装置中，在把持并悬挂于装置的上部卡盘的光纤母材的下端，使把持于下部卡盘的虚拟棒自动地熔接，之后，作为加热部件的燃烧器对收口位置附近进行加热，在经过了预先设定的时间之后，慢慢地下拉下部卡盘而形成收口部。

可是，在专利文献1的自动收口装置中，作为加热部件使用了燃烧器，但是，对于直径超过100mm那样的大型的玻璃棒的缩径加工，难以使用燃烧器，因此在这样的情况下，一般是使用电炉作为加热部件。将作为基于电炉加热的缩径加工装置的一例的缩径加工装置100表示在图3中。玻璃棒1借助连接构件2和悬挂轴3悬挂于升降装置4。加热炉5由加热器6、绝热材料7以及腔室8构成。为了使玻璃棒1熔融而需要能够以2000℃左右的高温进行加热的加热器，因此加热器6一般使用碳加热器。由于碳在大气中500℃以上时就氧化，因此加热炉5内需要设为氮等非活性气体气氛，为了防止大气的侵入而设有上部气封9和下部气封10。在玻璃棒1的下部连接有牵引轴11，牵引轴11由牵引辊12把持。在这种结构下，通过使牵引辊12旋转，并下拉加热后的玻璃棒1的下部，从而能够进行缩径加工。

使用图4说明基于缩径加工装置100的加工方法。图4是从图3所示的缩径加工装置100的整体结构中抽出玻璃棒1的下部和加热器6的部分而成的图。玻璃棒1包括有效部14和与有效部14相邻的非有效部15。非有效部15的端部连接于牵引轴11，通过使牵引辊12旋转而能够下拉非有效部15的端部。玻璃棒1以有效部14与非有效部15之间的边界部13来到加热器6的高度方向的大致中间的方式设置于缩径加工装置100(图4的(a))。利用加热器6开始加热并使加热温度升温至2250℃，当玻璃棒1软化后，使牵引辊12旋转并下拉玻璃棒1的下端(非有效部15的端部)(图4的(b))。其结果，边界部13一边缩径一边向加热器6的下部移动，以缩径后的边界部13为缩径端的、缩径形状的缩径部16形成于边界部13的靠有效部14的一侧(图4的(c))。另一方面，边界部13的靠非有效部15的一侧通过加热熔切而被去除。

在该例子中，利用牵引辊下拉下端，但是也有利用卡盘把持下端、并下拉卡盘自身的方法。另外，在该例子中，通过一边对玻璃棒的下部进行加热一边下拉下端，从而形成了缩径部，但是在玻璃棒中实际上隔着有效部在两侧具有非有效部，因此也可以一边对玻璃棒的上部进行加热一边上拉上端。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5－24877号公报

发明内容

发明要解决的问题

在洁净的石英玻璃被长时间加热为大约1400℃～1700℃的情况下，随着时间的经过而自表面产生了晶化。该现象一般被称作失透。在碱性金属等的表面被污染的情况下，虽然依赖于污染的程度，但是晶化的温度的下限降低至1200℃左右，晶体生长的速度也增加。即，晶体生长受到温度、时间、污染这3个要素的影响。若超过进行晶化的温度范围(以下称作“晶化温度范围”。)的上限(约1700℃)，则产生的晶体熔融并再次变化为玻璃。由于缩径加工时的玻璃的表面温度达到1900℃以上，因此在从室温进行加热时必然通过晶化温度范围。

当对玻璃棒进行加热时自表面引起晶化，但是在利用燃烧器进行加热的情况下，即使达到晶化温度范围并产生晶体，由于火炎的流动，表面的玻璃也比较多地挥发，因此在最终产品的表面上几乎未残留有晶体。与此相对，在利用加热器进行加热的情况下，产生晶化后的表面的玻璃的挥发极少，去除晶体的效果只发挥从在被加热到晶化温度范围以上时产生的晶体向玻璃返回的作用。因此，与基于燃烧器的加热的情况相比，残留于表面的晶体变多。

当在光纤母材的表面上残留有较多的晶体时，在之后的拉丝工序中的加热之后，也在纤维表面上残留有晶体。而且，由于晶体无法进行玻璃那样的自由变形，因此拉丝后的光纤的表面受伤，在纤维上施加有张力时易于断裂。晶体的残留的程度因表面的污染的程度而不同，但是例如，可确认有时在缩径部16的上部附近残留有能够目视识别那样大小的晶体。

本发明的目的在于提供在对玻璃棒进行缩径加工时、即使利用电炉对玻璃棒进行加热也能够抑制玻璃棒表面产生晶体的玻璃棒的缩径加工方法及玻璃棒。

用于解决问题的方案

在本发明的玻璃棒的缩径加工方法中，一边对包括有效部和与该有效部相邻的非有效部的玻璃棒的、有效部与非有效部之间的边界部周边进行加热，一边拉伸非有效部的端部，从而在有效部形成缩径形状，其中，该玻璃棒的缩径加工方法包括以下工序：一边使加热器升温一边使玻璃棒的加热位置移动，并且使加热位置从非有效部侧到达边界部。例如，在非有效部中开始加热，使加热位置慢慢靠近边界部。通过如此使加热位置移动，从而能够可靠地缩短有效部与非有效部之间的边界部及其附近暴露于晶化温度范围内的时间，能够降低实施了缩径加工的光纤母材表面产生晶体的概率。

缩径加工是在2000℃左右的较高的加热温度下实施的，但是加热器的升温速度一般是40℃/min～60℃/min左右而升温需要时间，因此优选的是，在非有效部中开始加热器的加热之后，在使加热器的加热温度达到预定的温度(例如1500℃)之后开始加热位置的移动。

另外，优选的是，在通过加热位置的移动使加热位置到达有效部与非有效部之间的边界部的时刻，加热器的加热温度成为1700℃以上。通过将对边界部加热的加热温度设为作为晶化温度范围上限的1700℃以上，从而能够快速地通过在玻璃表面的温度上升过程中通过的晶化温度范围，并且由于在约1700℃以上不产生晶体，因此能够有效地抑制晶体的产生。另外，优选的是，在加热位置到达有效部与非有效部之间的边界部的时刻，本来被加热的玻璃的表面温度成为作为晶化温度范围上限的1700℃以上。但是，由于玻璃的表面温度的测量较困难，并且加热器的加热温度与加热后的玻璃的表面温度之间的差异极小，因此在本发明中通过将加热器的加热温度设为1700℃以上而谋求获得了上述作用效果。

本发明的玻璃棒是利用本发明的玻璃棒的缩径加工方法进行缩径加工而得到的玻璃棒。

附图说明

图1是说明本发明的玻璃棒的缩径加工方法的图。

图2是表示缩径形状的图。

图3是表示缩径加工装置的结构例的图。

图4是说明以往的玻璃棒的缩径加工方法的图。

具体实施方式

使用图1说明本发明的玻璃棒的缩径加工方法。作为本发明的方法与以往的方法的不同，可列举以下方面，在以往的方法中固定玻璃棒与加热器之间的相对的位置关系，相对于此，在本发明的方法中由于需要使加热器的加热位置移动，使玻璃棒与加热器之间的相对的位置关系在玻璃棒的中心轴线方向上发生变化。可是，除此以外再没有对装置结构造成影响的不同点，因此本发明的缩径加工方法能够通过在图3所示的以往的缩径加工装置100中追加使玻璃棒与加热器之间的相对的位置关系在玻璃棒的中心轴线方向上发生变化的功能来实现。可是，由于施加于位置关系的变化可以是相对的，因此既可以构成为固定加热器而玻璃棒能够移动，也可以构成为固定玻璃棒而加热器能够移动。以下，取以下情况为例进行说明：图3所示的缩径加工装置100构成为能够使玻璃棒1沿中心轴线方向移动。

图1是从图3所示的缩径加工装置100的整体结构中抽出玻璃棒1的下部和加热器6的部分而成的图。玻璃棒1包括有效部14和与有效部14相邻的非有效部15。非有效部15的端部连接于牵引轴11，能够通过使牵引辊12旋转而下拉玻璃棒1，使加热器6的加热位置移动。在将玻璃棒1设置于缩径加工装置100时，如图1的(a)所示，以非有效部15位于加热器6的内侧、并且边界部1位于加热器6的外侧的方式进行设置，有效部14与加热器6分开。在该状态下开始加热器6的加热升温。也可以伴随着加热升温的开始而开始通过玻璃棒1的下降进行加热位置的移动，但是加热器的升温速度一般为40℃/min～60℃/min左右，在直到边界部13到达加热器6为止的期间急剧升温至实施缩径加工所需的加热温度(2000℃左右)是不容易的。因此，也可以是，直至达到预定的加热温度(例如1500℃)都不下降移动，在达到预定的温度之后开始玻璃棒1的下降移动，一边进行下降移动一边进一步继续升温(图1的(b))。在边界部13刚到达加热器6的高度方向的大致中间时，停止玻璃棒1的下降移动。在该阶段中，优选的是，加热器6的加热温度成为1700℃以上(例如2000℃)(图1的(c))。通过将对边界部13加热的加热温度设为作为晶化温度范围上限的1700℃以上，从而能够快速通过在玻璃表面的温度上升过程中通过的晶化温度范围，并且由于在约1700℃以上不产生晶体，因此能够有效地抑制晶体的产生。另外，优选的是，在加热位置到达有效部与非有效部之间的边界部的时刻，本来被加热的玻璃的表面温度成为作为晶化温度范围上限的1700℃以上。但是，由于玻璃的表面温度的测量较困难，并且加热器的加热温度与加热后的玻璃的表面温度之间的差异极小，因此在本发明中通过将加热器的加热温度设为1700℃以上而谋求获得了上述作用效果。

进一步继续升温，当达到缩径加工温度(例如2250℃)时，使牵引辊12旋转，下拉玻璃棒1的下端(非有效部15的端部)(图1的(d))。通过将玻璃棒1的下端下拉预定的距离，从而如图1的(e)所示，边界部13一边缩径一边向加热器下部移动，缩径形状的缩径部16形成于边界部13的靠有效部14的一侧。另一方面，边界部13的靠非有效部15的一侧通过加热熔切而被去除。

这样，通过一边使加热器升温一边使加热器对玻璃棒加热的加热位置移动，并且使加热器对玻璃棒加热的加热位置从非有效部侧到达边界部，从而能够可靠地缩短有效部与非有效部之间的边界部及其上部暴露于晶化温度范围内的时间，能够降低实施了缩径加工的光纤母材表面产生晶体的概率。

[实施例]

利用以能够使玻璃棒1的位置沿中心轴线方向移动的方式构成了图3所示的缩径加工装置100的装置，进行了最粗部外径190mm～200mm的玻璃棒1的缩径加工。加热器6使用了内径250mm、高度210mm的碳加热器。以非有效部15位于加热器6的内侧且边界部13位于比加热器6的高度方向的中间位置靠上方200mm的位置、即位于加热器6的上端的上方外侧95mm的位置的方式设置玻璃棒1，利用加热器6以升温速度60℃/分钟进行加热直至1500℃。在达到1500℃之后，一边使玻璃棒1以20mm/分钟下降移动，一边以升温速度50℃/分钟继续加热直至2000℃。10分钟之后，如图1的(c)所示，在边界部13下降200mm而到达加热器6的高度方向的大致中间位置的时刻停止玻璃棒1的下降移动。进一步以升温速度40℃/分钟继续加热，在达到2250℃的时刻保持温度，下拉玻璃棒1的下端而形成了缩径部16。此时，边界部13到达加热器下端附近。之后，切断加热器6的电源，一边进行降温一边为了防止缩径部16的弯曲而进一步慢慢地下拉玻璃棒1的下端。利用上述加工方法进行了100根玻璃棒的缩径加工，但是没有缩径部表面产生晶体的生长的棒。

[比较例]

利用图3所示的以往的缩径加工装置100，进行了最粗部外径190mm～200mm的玻璃棒的缩径加工。加热器6使用了内径250mm、高度210mm的碳加热器。以边界部13位于加热器6的高度方向的大致中间的位置的方式设置玻璃棒1，利用加热器6以升温速度60℃/分钟进行加热直至1500℃。在达到1500℃之后，以升温速度50℃/分钟继续加热直至2000℃。进一步以升温速度40℃/分钟继续加热，在达到2250℃的时刻保持温度，下拉玻璃棒1的下端而形成了缩径部16。此时，边界部13到达加热器下端附近。之后，切断加热器6的电源，一边进行降温一边为了防止缩径部16的弯曲而进一步慢慢地下拉玻璃棒1的下端。利用上述加工方法进行了100根玻璃棒的缩径加工，结果是12根棒的缩径部表面产生了晶体的生长。

Claims (5)

1.一种玻璃棒的缩径加工方法，在该玻璃棒的缩径加工方法中，一边利用加热器对包括有效部和与该有效部相邻的非有效部的玻璃棒的、有效部与非有效部之间的边界部周边进行加热，一边拉伸所述非有效部的端部，从而在所述有效部形成缩径形状，其特征在于，

该玻璃棒的缩径加工方法包括以下工序：

一边使所述加热器升温一边使所述加热器对所述玻璃棒加热的加热位置移动，并且使加热位置从所述非有效部侧到达所述边界部。

2.根据权利要求1所述的玻璃棒的缩径加工方法，其特征在于，

在一边使所述加热器升温一边使加热位置移动的所述工序中，将所述非有效部作为起点。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃棒的缩径加工方法，其特征在于，

在使所述加热器升温到预定的加热温度之后开始进行所述移动。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的玻璃棒的缩径加工方法，其特征在于，

在加热位置到达所述边界部的时刻，所述加热器的加热温度为1700℃以上。

5.一种玻璃棒，其特征在于，

该玻璃棒是利用权利要求1～4中任一项所述的玻璃棒的缩径加工方法进行缩径加工而得到的。