CN1876588A - 光纤拔丝装置、用于该装置的密封机构以及光纤的拔丝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤拔丝装置及光纤拔丝方法。本发明使用具有密封机构的光纤拔丝炉(10)进行光纤拔丝作业，密封机构的结构的特征是，由多个内侧密封环片连接而成的内侧密封环(16)，在其外圆周上配置的、多个外侧密封环片连接而成的外侧密封环(17)及配置于其外圆周上的伸缩弹簧(18)构成，内侧密封环及外侧密封环分别为2层叠合而成的结构。其配置为使内侧密封环片的连接部与外侧密封环片的连接部及下一层密封环片的连接部与上一层密封环片的连接部互不重合，使内侧密封环的内径可随拔丝母材(1)的铅直方向的外径相应变化，通过利用伸缩弹簧将力作用于内侧密封环的中心方向，从而使内侧密封环的内部圆周能与拔丝母材始终紧密贴合。
Description
技术领域
本发明与光纤拔丝装置、用于该装置的密封机构以及光纤的拔丝方法有关。尤其是与构造简单而且即使母材的外径差大也可维持炉心管内部的密封性的光纤拔丝装置、用于该装置的密封机构以及光纤的拔丝方法有关。
背景技术
图5表示现有的光纤拔丝装置(拔丝炉)的简略构成图。光纤拔丝炉20的简要结构是具有：插入光纤拔丝母材1的炉心管21、对插入的拔丝母材1进行加热的加热器22、防止炉心管21内部的惰性气体23向外流出的上部密封环24及下部密封环25。
光纤裸线2通过将拔丝母材1插入到光纤拔丝炉20的石墨制的炉心管21，用加热器22加热、熔融，拉伸而得。拔丝母材1根据光纤的拔丝速度以及拔丝母材直径，按规定的速度徐徐地送进光纤拔丝炉20，在炉心管21的内部通有氦气、氩气等惰性气体23。
光纤拔丝炉20由于其温度达到2200℃左右的高温，为了防止炉心管的劣化或燃烧，为了使通入炉心管内部的惰性气体保持稳定，为了维持延伸了的光纤裸线2的强度以及为抑制外径的变动，将炉心管21内部的压力保持一定并进行密封的机构尤为重要。
作为密封机构，设置有安装于光纤拔丝炉20上部的上部密封环24，该上部密封环24做成具有与拔丝母材1的外径相应的中心孔的环状，考虑到耐热性并为防止对拔丝母材1的外伤，其材质是由石墨、石墨毡及陶瓷等材质构成。
现有的上部密封环24，其中心孔的直径(以下有时称之为《内径》)与拔丝母材1的外径相吻合而固定的，要利用这种形状的密封构造进行拔丝有必要最大限度地消除拔丝母材1的长度方向上的外径偏差。由于拔丝母材1是徐徐地送进光电缆拔丝炉20的，因而对于这种上部密封环24，不得不将其中心孔的直径必须做得比拔丝母材1的外径(最大部分)还要大。因此，在拔丝母材1及上部密封环24之间产生间隙，当拔丝母材1的外径变动部位通过时，不仅通过间隙排出的炉心管21内部的气体量增加，而且炉心管21内部的压力变化也增大。
为了得到高密封性，当使用由石墨纤维构成的石墨毡时，虽然在某种程度上可使环的内径伸缩，而当拔丝母材1的外径变动更大时，在拔丝母材1的外径最大部位，环的内径被拉伸而其后的收缩是有限度的，因而密封性能下降。尤其对于石墨毡，从扬尘、消耗角度上看，不理想之处也多。
即使设置成将炉心管21内部的惰性气体23的流入方向朝上，并使惰性气体通过拔丝母材1与上部密封环24之间的间隙向炉心管21外部排出的结构，对于固定内径的密封环而言，当长度方向上拔丝母材1的外径变动大时，气体排出量也起变化，这样将无法保持炉心管21内部的压力一定。
该炉心管21的密封性能下降，将引起炉心管21内部的气体压力变化、气体流速不稳定，因而导致光纤的外径变动增大、光纤强度降低、光纤光学特性降低，从而使制品的成品率减低。而且，如果内部压力进一步下降，则将吸入炉外气体，使拔丝作业本身无法进行，并且将急剧加速炉心管21的劣化。
作为解决这种问题的手段，为了在即使光纤母材外径变化的情况下也能使光纤母材与上部密封环之间的间隙保持一定，已经公开的方法有按照供给到拔丝炉的光纤母材的外径边使上部密封环的内径变化边喷气地实施密封的拔丝方法。(参照专利文献1-日本特开2004-161545号公报)
然而按专利文献1所记载的方法，需要预先测定拔丝母材长度方向的外径尺寸，以该数据为基础使密封环内径可变化，为了使拔丝母材与密封环内径之间的间隙保持一定，有必要设置测定母材外径的外经测定器、使密封环内径可变的驱动装置及其控制机构等复杂的系统，存在因装置的大型化而增大空间及加大成本等问题。
正因如此，本发明的目的在于提供构造简单，而且即使母材的外径差大也能维持炉心管内部的密封性的光纤拔丝装置、用于该装置的密封机构以及光纤的拔丝方法。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供的光纤拔丝装置，具备：插入拔丝母材的炉心管、对所插入的上述拔丝母材进行加热的加热器及防止上述炉心管内部的气体向外流出的上部密封环，其特征是，在上述上部密封环的外圆周上，具有使力作用在上述上部密封环的中心方向的伸缩机构。
此处，优选通过利用伸缩弹簧将力作用于内侧密封环的中心方向，从而使内侧密封环的内部圆周能与拔丝母材始终紧密贴合。
另外，为了实现上述目的，本发明提供一种密封机构，用于光纤拔丝装置，其特征是，由多个内侧密封环片连接而成的内侧密封环，在其外圆周上配置的、多个外侧密封环片连接而成的外侧密封环以及在外侧密封环的外圆周上配置的伸缩机构构成，而且，上述内侧密封环及上述外侧密封环分别为2层或2层以上层叠合而成的结构；其配置为使上述内侧密封环片的连接部与上述外侧密封环片的连接部互不重合；其配置为使上述所叠合的下侧密封环片的连接部与其正上方的密封环片的连接部互不重合；上述内侧密封环的内径可随拔丝母材的铅直方向的外径相应变化，通过利用上述伸缩机构将力作用于上述内侧密封环的中心方向，从而使上述内侧密封环的内圆周始终能与拔丝母材紧密贴合。
另外，为了实现上述目的，本发明提供一种光纤拔丝方法，其特征是，使用上述的光纤拔丝装置，使上述上部密封环的内径随上述拔丝母材的铅直方向的外径相应变化，并对上述拔丝母材进行拔丝而得到光纤裸线。
根据本发明，能够提供构造简单，而且即使母材的外经差大也能够维持炉心管内部的密封性能的光纤拔丝装置、用于该装置的密封机构以及光纤的拔丝方法。
附图说明
图1是本发明实施方式的光纤拔丝装置(拔丝炉)的简略构成图。
图2是图1的A部分(上部密封环)的放大图。
图3是本发明实施方式的上部密封环的立体图。
图4是表示构成本发明实施方式的上部密封环的密封环片的立体图，图4(a)表示的是构成内侧密封环的内侧密封环片，图4(b)表示的是构成外侧密封环的外侧密封环片。
图5是表示现有的光纤拔丝装置(拔丝炉)的简略构成图。
具体实施方式
图1是表示本发明实施方式的光纤拔丝装置(拔丝炉)的简略构成图。光纤拔丝炉10的简要结构是具有：插入拔丝母材1的炉心管11、对已插入的拔丝母材1进行加热的加热器12、防止炉心管11内部的惰性气体13向外流出的上部密封环14及下部密封环15。在本实施方式中，上部密封环14的结构具有特征。
图2是图1的A部分(上部密封环)的放大图，图3是本发明的实施方式的上部密封环的立体图。设置在炉心管11上部的密封环14由内侧密封环16及外侧密封环17构成，并且分别由下层密封环与上层密封环构成。在外侧密封环17外圆周面上配置有作为向内径方向推压上部密封环14，而且可自由伸缩的机构(伸缩机构)的伸缩弹簧18。构成伸缩机构的伸缩弹簧18具有环状。另外，伸缩弹簧18在上部密封环14的外侧密封环17的外圆周的全长范围内，具有始终使上部密封环14的内侧密封环16内圆周面紧密贴合到拔丝母材1上的作用力，而且其长度可任意变化。
图4是表示本发明的实施方式的构成上部密封环的密封环片的立体图，图4(a)是构成内侧密封环的内侧密封环片，图4(b)是构成外侧密封环的外侧密封环片。
内侧密封环16将图4(a)所示的多个内侧密封环片16A连接并形成环状，从而使环内径可以变动。内侧密封环片16A的数量要在4个或其以上，4～12个则更理想。作为连接结构，在内侧密封环片16A的一端连接面，即在内侧密封环连接面16a上设置有凸部16c，在另一端内侧密封环16b上设有比凸部16c的尺寸大的凹部16d，以便能容易地拔出、插入凸部16c，做成通过将凸部16c插入到相邻的内侧密封环片16A的凹部16d进行连接的构造。虽然只要是将凸部16c的长度及凹部16d的深度做得比拔丝母材1的垂直方向上的最大外径差(最大直径与最小直径之差)大，与最大直径部分相接触时连接不脱离的程度即可，但理想的是该外径差的2倍以内。另外，只要是环内径可变的连接结构，即使是其它的连接结构也可以使用。
当内侧密封环16连接起来形成环状时，构成的内径与拔丝母材1的前端和末端部分以外的最小直径相同或比该最小直径小。理想的是，在连接内侧密封环片16A形成环状时，将与拔丝母材1紧密贴合部分的曲率半径做成能形成比拔丝母材1的最小直径要小数毫米左右的内径。
当把拔丝母材1插入到内侧密封环16并在使内侧密封环16的内圆周面与拔丝母材1外圆周面紧密贴合的状态下，使拔丝母材1向拔丝方向移动时，内侧密封环连接面16a与内侧密封环连接面16b的间隙大小随拔丝母材1的直径发生变化，使内侧密封环16的内径伸缩。此时，由于各密封环片被伸缩弹簧18向拔丝母材1方向推压(由于力作用于内侧密封环16的中心方向)，因此不会出现连接脱离使内侧密封环片16A分散开的情况。
在内侧密封环16的外圆周上，外侧密封环17将图4(b)所示的多个外侧密封环片17A连接起来并形成环状，从而使环内径可以变动。外侧密封环片17A的数量要在4个或其以上，4～12个则更理想。作为连接结构，在外侧密封环片17A的一端连接面，即在外侧密封环的连接面17a上设有凸部17c，在另一端的外侧密封环连接面即17b上设有尺寸比凸部17c大的凹部17d，以便能容易地拔出、插进凸部17c，做成通过将凸起部17c插入到相邻的密封环片17A的凹部17d相连接起来的构造。虽然只要将凸部17c的长度及凹部17d的深度做得比拔丝母材1的垂直方向上的最大外径差(最大直径和最小直径之差)大，与最大直径部分相接触时连接不脱离的程度即可，但理想的是该外径差的2倍以内。另外，只要是环内径可变的连接结构，即使是其它的连接结构也可以使用。
外侧密封环连接面17a与外侧密封环连接面17b产生与内侧密封环16内径的伸缩相应大小的间隙，使内侧密封环16的内径伸缩。此时，由于各密封环片被伸缩弹簧18向内侧密封环16方向推压(拔丝母材1方向)，因此不会出现连接脱离使外侧密封环片17A分散开的情况。
外侧密封环17的外侧密封环连接面17a，17b(连接部)在连接时，为保持密封性，在配置上使之做到与内侧密封环16的内侧密封环连接面16a，16b(连接部)互不重合，做成即使在内径扩大时，连接面间所产生的缝隙在内侧密封环16与外侧密封环17互不重合的结构。使外侧密封环连接面17a，17b位于内侧密封环片16A的外圆周面的大致中央部位为宜。
也可以在外侧密封环17的外周再设置与密封环16或外侧密封环17同样的密封环做成3层以上的结构，即使在这种情况下，也与2层时的情况相同，在结构上使直接相接的内侧密封环片与连接部(接合部)互不重合。此时，伸缩弹簧18设置于配置在最外层圆周上的密封环的外圆周上，并将所有的密封环片均等地向环中心方向推压，且作为可伸缩的机构发挥其功能。
内侧密封环16和外侧密封环17分别按图3所示那样由2层或2层以上重叠而成。内侧密封环16的上层和下层的内侧密封环片16A在连接时，为保持密封性配置成连接部(接合部)互不重合，即使在内径扩大时，在结构上也做到连接面之间产生的缝隙在上下层互不重合。其叠合方式最好使上层的内侧密封环连接面16a、16b(连接部)位于下层的内侧密封环片16A的上面大致中央部位。外侧密封环17的上层与下层的外侧密封环片17A也与内侧密封环16一样，其叠合方式使连接部(接合部)互不重合。
内侧密封环16与外侧密封环17，即使3层以上相互叠合亦可。在这种情况下，也与2层时的情况一样，叠合时使正上方的密封环片与连接部(接合部)互不重叠。
通过构成上述结构，将拔丝母材1插入到炉心管11内后使之下降，即使拔丝母材1不同的外径部位接触到密封环，环内径也容易随拔丝母材1的外径而变动，使拔丝母材1与内侧密封环16之间始终相互紧密贴合。另外，由于将因拔丝母材1的作用而扩大了的密封环连接部(接合部)配置在圆周方向、铅直方向都互不相同的位置上，因此能够控制惰性气体13通过连接部(接合部)的间隙漏气，能够保持炉心管11内部的高气密性。
依据本实施方式，具有以下效果：
(1)即使对于垂直方向上外径差大的拔丝母材的拔丝作业，也能够维持光纤拔丝炉内部的高气密性。
(2)能够明显降低因光纤拔丝炉内部的密封性恶化而导致的光纤拔丝炉内部的惰性气流的紊乱、因不平衡而引起的光纤外径变动、因光纤拔丝炉内部零件的劣化引起的光纤部分产生低强度部分等不良影响。
(3)以非常小的体积也能提高工作效率，并且能够维持光纤内部的高气密性，使光纤拔丝炉内部的压力保持一定。
(4)能提高光纤的品质，防止成品率的下降及维修成本的增加。
下面根据实例对本发明作更为详细的说明，但本发明不限定于这些实施例。
实施例
首先形成了上面所述的上部密封环14。考虑到对玻璃母材的外伤以及耐热性，与拔丝母材1紧密贴合的内侧密封环16使用了石墨材质。考虑到对其外圆周部所设置的伸缩弹簧18的隔热，外侧密封环17使用了陶瓷材料。
当连接内侧密封环片16A形成环状时，将与拔丝母材1紧密贴合部分的曲率半径做成能形成比拔丝母材1的最小直径小2毫米左右的内经。外侧密封环片17A的内侧部的曲率与内侧密封环片16A的外圆周部的曲率一致。
分别准备12个内侧密封环片16A和外侧密封环片17A，连接时连接部的配置为使其在内侧密封环16与外侧密封环17互不相同，并构成环状。因而，就径向而言，炉心管11内的惰性气体13虽流入到内侧密封环片16A的连接面16a、16b之间的缝隙里，但在外侧密封环片的内径部位则被止住。
在使用了陶瓷材料的外侧密封环17的外圆周部位设置了槽，在该槽内以进行了某种程度延伸的状态配置了环状的不锈钢制的伸缩弹簧18。因此，密封环能够始终沿着内径方向施加作用力。
在内侧密封环片16A的两端面上分别形成图4所示的凸部16c、凹部16d，相邻的内侧密封环片16A以凹凸部嵌合并连接成环状，因而在其结构上，即使将拔丝母材1插入内径部内，连接面也保持几乎均匀的缝隙；即使处于最小直径的状态，内侧密封环片16A也不脱落，并能维持环状。
再有，还准备了一层由内侧密封环16、外侧密封环17及伸缩弹簧18构成的单元，做成2层叠合的结构。此时，在配置上使上层和下层的密封环连接面之间互相错开。这样，就垂直方向而言，从上层部分漏出向下层连接部的光纤拔丝炉10内部的惰性气体13则被止住。
流入炉心管11内部的惰性气体13，经所设置的排气通道(未图示)，通过自动控制阀(未图示)排出到光纤拔丝炉10之外。借助于自动控制阀，可使炉心管11内的压力保持规定压力。
将已形成的上部密封环14配置在光电缆拔丝炉10上部的平坦面上，使拔丝母材1穿过上部密封环14的中心孔，插入到由加热器加热升温的炉心管11内，当进行拔丝引出光纤裸线2时，即使对具有拔丝母材1的垂直方向外径差超过5毫米的外径差的母材，炉心管11内部的压力仍能保持稳定，并能够保持高气密性。
为了拔丝母材1熔融，光纤拔丝炉10内部的温度达到2200℃～2300℃高温。虽然也存在上部密封环消耗、劣化的担忧，但石墨材质部分(内侧密封环16)通过设置包住密封结构并开有拔丝母材1可插入的内径孔的不锈钢制的罩，并通入使内部成为正压的氮气13以及将安装上部密封环14的平坦部做成水冷结构，证实了对于陶瓷材料(外侧密封环17)及伸缩弹簧18均能经得起6个月以上的连续运行。
Claims (9)
1.一种光纤拔丝装置，具备：插入拔丝母材的炉心管、对所插入的上述拔丝母材进行加热的加热器及防止上述炉心管内部的气体向外流出的上部密封环，其特征在于，在上述上部密封环的外圆周上，具有使力作用在上述上部密封环的中心方向的伸缩机构。
2.根据权利要求1所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述上部密封环是多个内侧密封环片连接而成的内侧密封环及配置于其外圆周上的、多个外侧密封环片连接而成的外侧密封环构成；而且，其配置为使上述内侧密封环片的连接部与上述外侧密封环片的连接部互不重合。
3.根据权利要求2所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述内侧密封环及上述外侧密封环分别为2层或2层以上叠合而成的结构；而且其配置为使下层的密封环片的连接部与正上方的密封环片的连接部互不重合。
4.根据权利要求2或3所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述多个内侧密封环片及上述多个外侧密封环片分别为4～12个密封环片。
5.根据权利要求2至4中任意一项所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述多个内侧密封环片及上述多个外侧密封环片分别在其一个连接面上设置凸部、在另一个连接面上设置凹部；当连接时通过上述凸部与上述凹部相互嵌合而形成上述内侧密封环及上述外侧密封环。
6.根据权利要求1至5中任意一项所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述上部密封环或上述内侧密封环的、与上述拔丝母材紧密贴合的内圆周的最小直径比上述拔丝母材的最小直径小。
7.根据权利要求1至6中任意一项所记载的光纤拔丝装置，其特征在于，上述伸缩机构在上述上部密封环或上述外侧密封环的整个外圆周长度内，具有使上述上部密封环或上述内侧密封环的内圆周与上述拔丝母材始终均匀地紧密贴合的作用力，而且由长度自由变化的环状的伸缩弹簧构成。
8.一种密封机构，用于光纤拔丝装置，其特征在于，由多个内侧密封环片连接而成的内侧密封环，在其外圆周上配置的、多个外侧密封环片连接而成的外侧密封环以及在外侧密封环的外圆周上配置的伸缩机构构成，而且，上述内侧密封环及上述外侧密封环分别为2层或2层以上层叠合而成的结构；
其配置为使上述内侧密封环片的连接部与上述外侧密封环片的连接部互不重合；
其配置为使上述所叠合的下侧密封环片的连接部与其正上方的密封环片的连接部互不重合；
上述内侧密封环的内径可随拔丝母材的铅直方向的外径相应变化，通过利用上述伸缩机构将力作用于上述内侧密封环的中心方向，从而使上述内侧密封环的内圆周始终能与拔丝母材紧密贴合。
9.一种光纤拔丝方法，其特征在于，使用权利要求1至权利要求7中任意一项所记载的光纤拔丝装置，使上述上部密封环的内径随上述拔丝母材的铅直方向的外径相应变化，并对上述拔丝母材进行拔丝而得到光纤裸线。
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