玻璃母材懸吊機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中具有用于懸吊初始部件或玻璃母材的懸吊軸管，在該懸吊軸管的側(cè)部開設有通過中心軸線的橫孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有懸吊部件，在該懸吊部件上開設有具有傾斜平面部的橫孔，該平面部形成于該橫孔的上表面，并在與該橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜，在懸吊軸管中插入懸吊部件，使懸吊軸管的橫孔與懸吊部件的橫孔的位置對齊并穿插懸吊栓以實現(xiàn)接合。該玻璃母材懸吊機構(gòu)，在對初始部件或玻璃母材進行懸吊時，能夠使懸吊軸管與懸吊部件緊密（牢固）連接，且懸吊部件與玻璃母材的中心在豎直方向上相一致。
【專利說明】玻璃母材懸吊機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖用玻璃母材制造裝置或光纖拉絲裝置，尤其涉及一種玻璃母材懸吊機構(gòu)，能夠得到彎曲、偏芯、非圓較小的高精度的制品。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖在其中心具有使光通過的高折射率的纖芯并在其周圍具有低折射率的包層?，F(xiàn)有的光通信用光纖中主要使用石英玻璃，纖芯的直徑約為9 μ m，包層的直徑約為125 μ m0
[0003]作為通信用光纖所需的重要特性可以舉出:包層的非圓率較小、纖芯中心相對于包層中心的偏芯率(以下簡稱為偏芯率)較小。如果非圓率和偏芯率較大，則在對光纖與光纖進行連接時，由于纖芯彼此偏移，從而造成連接損耗變大。
[0004]光纖是通過對被稱為光纖用玻璃母材(以下簡稱為玻璃母材)的圓柱狀玻璃棒從其下端開始進行加熱拉伸而制成，作為原料的玻璃母材的非圓率和偏芯率在光學特性上變得很重要。而且，在玻璃母材發(fā)生彎曲或在將玻璃母材裝設于光纖制造裝置上時從豎直方向偏移等情況下，有時光纖的偏芯率及非圓率比原料玻璃母材的偏芯率及非圓率還要大。
[0005]光纖用玻璃母材是經(jīng)過:制造多孔質(zhì)玻璃母材的汽相軸向沉積(Vapor AxialDeposition, VAD)工序和外部汽相沉積(Outside Vapor Deposition, OVD)工序等沉積工序、燒結(jié)多孔質(zhì)玻璃母材的燒結(jié)工序、對得到的大型玻璃母材進行加熱拉伸以調(diào)整成適合于光纖制造的尺寸的拉伸工序等制造而成，但此時，大多是縱向懸吊著進行處理。例如，在VAD工序中，使沉積體沉積在垂直懸吊的初始部件的前端來制造多孔質(zhì)玻璃母材。另外，在縱型OVD工序中，使沉積體 沉積在垂直懸吊的初始部件的側(cè)面來制造多孔質(zhì)玻璃母材。在燒結(jié)工序中，將在VAD工序和OVD工序中得到的多孔質(zhì)玻璃母材垂直懸吊并在加熱爐中進行透明玻璃化。即便在拉伸工序中也將玻璃母材垂直懸吊著進行加熱。
[0006]為了減小偏芯和非圓，將玻璃母材和初始部件豎直朝下正確地懸吊是非常重要的。例如，在燒結(jié)工序中對多孔質(zhì)玻璃母材進行透明玻璃化時，如果不能夠確保多孔質(zhì)玻璃母材的豎直，則會只在某個方向與加熱爐的距離接近，該部分的溫度變得比圓周方向的其他部分更高。溫度變高的部分會優(yōu)先進行透明玻璃化，使多孔質(zhì)玻璃的收縮在圓周方向上不均勻，從而產(chǎn)生彎曲、偏芯、非圓。
[0007]另外，如果在拉伸工序中玻璃母材也偏離豎直方向，則圓周方向的加熱狀態(tài)無法變得均勻，當通過拉伸而施加牽引力時，有時會產(chǎn)生彎曲和非圓。進一步地，如果在拉絲工序中玻璃母材也偏離豎直方向，則爐內(nèi)氣流的對稱性被破壞，從而產(chǎn)生光纖的直徑波動和被稱為光纖卷曲(fiber curl)的彎曲、以及光纖的偏芯和非圓。
[0008]如上所述，將玻璃母材和初始母材在各裝置中豎直懸吊是非常重要的。另外，如果玻璃母材和初始母材與裝置的連接部沒有緊密結(jié)合，通過旋轉(zhuǎn)力和牽引力很容易造成玻璃母材的中心錯位，破壞豎直性，造成與從一開始就沒有豎直懸吊時相同的后果。
[0009]作為現(xiàn)有玻璃母材懸吊機構(gòu)，如專利文獻I及專利文獻2所記載的那樣，在懸吊部件(玻璃母材的手柄部分)的側(cè)面設置楔狀的缺口部，使位于懸吊軸管的橫孔與懸吊部件的缺口部相配合，通過懸吊栓進行接合。另外，如專利文獻3所記載的那樣，設置橫孔以貫穿懸吊部件的中心軸線，使位于懸吊軸管的橫孔與懸吊部件的橫孔相配合，通過懸吊栓進行接合。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻:
[0011]專利文獻1:日本特開平03-012336號公報
[0012]專利文獻2:日本特許第4，309，550號
[0013]專利文獻3:日本特許第4，018，247號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的問題
[0015]使用圖5對專利文獻I及專利文獻2中記載的在懸吊部件的側(cè)面設置楔狀缺口部，使位于懸吊軸管的橫孔與缺口部相配合，通過懸吊栓進行接合的方法中所存在的問題進行說明。
[0016]使位于懸吊軸管3側(cè)面的橫孔4與設置于懸吊部件I側(cè)面的楔狀缺口部2相配合，通過穿插懸吊栓5而將懸吊部件I與懸吊軸管3相接合，借助于玻璃母材的重量，使懸吊部件I的與缺口部2相反的一側(cè)的面緊密地接合于懸吊軸管3的內(nèi)側(cè)面上，從而實現(xiàn)緊密接合 ο
[0017]在該方法中，由于懸吊栓5的位置沿水平方向從玻璃母材的重心6偏移，從而施加使玻璃母材的重心6朝懸吊栓的正下方移動的力F，使得重心6趨向于來到懸吊栓5的正下方。實際上，懸吊部件I的上端與懸吊軸管內(nèi)面的接點7限制了旋轉(zhuǎn)，再加上懸吊軸和玻璃母材各部的彎曲等的影響，重心6會落到懸吊部件I的中心與懸吊栓5之間，造成玻璃母材的中心軸線以一定的角度從豎直方向傾斜。
[0018]使用圖6對專利文獻3記載的將懸吊部件與懸吊軸管相接合的方法中所存在的問題進行說明。
[0019]將在懸吊軸管3上開設的橫孔4結(jié)合到經(jīng)過懸吊部件I的中心軸線而開設的橫孔8中，穿插懸吊栓5以進行接合。在懸吊部件I上開設有中心部很細的圓錐狀橫孔8。
[0020]在該方法中，由于玻璃母材的重心6與支點9保持豎直，因此不會使玻璃母材產(chǎn)生傾斜。然而，在懸吊部件I的周圍，與懸吊軸管3之間存在整圈的縫隙10，由于沒有施加使懸吊軸管3與懸吊部件I緊密接合的力，因此僅以微小的力便會使玻璃母材傾斜。尤其是在沉積工序和燒結(jié)工序中，由于要使玻璃母材旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心與玻璃母材的重心之間微小的錯位也會產(chǎn)生離心力，從而使玻璃母材產(chǎn)生傾斜。另外，在拉伸工序中，由于作用有牽引力，即便軟化部在圓周方向有微小的溫度差，也會施加要沿橫方向運動的力，從而造成玻璃母材傾斜。
[0021]如此一來，通過現(xiàn)有方法無法使懸吊軸管與懸吊部件緊密接合且使懸吊部件與玻璃母材的中心在豎直方向上相一致。
[0022]本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃母材懸吊機構(gòu)，在懸吊初始部件或玻璃母材時，能夠?qū)业踺S管與懸吊部件緊密(牢固)連接且能夠使懸吊部件與玻璃母材的中心在豎直方向上相一致。[0023]用于解決問題的方案
[0024]本實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊機構(gòu)的特征在于:具有用于懸吊初始部件或玻璃母材的懸吊軸管，在該懸吊軸管的側(cè)部開設有通過中心軸線的橫孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有懸吊部件，在該懸吊部件上開設有具有傾斜平面部的橫孔，該平面部形成于該橫孔的上表面，并在與該橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜，在懸吊軸管中插入懸吊部件，使懸吊軸管的橫孔與懸吊部件的橫孔的位置對齊并穿插懸吊栓以實現(xiàn)接
口 ο
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為示意性顯示本發(fā)明所述玻璃母材懸吊機構(gòu)的縱截面圖。
[0026]圖2為顯示本發(fā)明所述懸吊部件的一例的示意圖。
[0027]圖3為顯示本發(fā)明所述懸吊軸管的一例的示意圖。
[0028]圖4為顯示本發(fā)明所述懸吊栓的一例的示意圖。
[0029]圖5為示意性顯示現(xiàn)有玻璃母材懸吊機構(gòu)的縱截面圖。
[0030]圖6為示意性顯示現(xiàn)有玻璃母材懸吊機構(gòu)的縱截面圖。
[0031]附圖標記說明
[0032]I懸吊部件、2楔狀的缺口部、3懸吊軸管、4橫孔、5懸吊栓、6重心、7接點、8橫孔、9支點、10縫隙、11橫孔、12 平面部、13平面部形成部件、14縱孔的中心、15外徑中心、16平面部
【具體實施方式】
[0033]以下通過發(fā)明實施方式對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0034]在本實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊機構(gòu)中，其特征在于:具有用于懸吊初始部件或玻璃母材的懸吊軸管，在該懸吊軸管的側(cè)部開設有通過中心軸線的橫孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有懸吊部件，在該懸吊部件上開設有具有傾斜平面部的橫孔，該平面部形成于該橫孔的上表面，并在與該橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜，在懸吊軸管中插入懸吊部件，使懸吊軸管的橫孔與懸吊部件的橫孔的位置對齊并穿插懸吊栓以實現(xiàn)接合。
[0035]這樣一來,在懸吊部件的橫孔內(nèi)形成的平面部形成于橫孔的上表面，并在與橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜，據(jù)此，當穿插懸吊栓時，借助于施加在懸吊栓上的荷重，使懸吊部件抵壓于懸吊軸管的內(nèi)側(cè)面上。從而使通過玻璃母材的重心的豎直線也通過懸吊栓的中心，使玻璃母材不發(fā)生傾斜且能夠?qū)业踺S管與懸吊部件緊密連接。
[0036]懸吊栓的形狀為具有將圓柱材側(cè)面的一部分切掉后形成的平面部，以便將該平面部與懸吊部件的橫孔的平面部相接合。據(jù)此，使懸吊栓與懸吊部件的接觸從線接觸變?yōu)槊娼佑|，從而能夠減少應力，防止接觸部處的破損。另外，最好將懸吊部件的橫孔斜面設置為跨越懸吊部件的中心線。從而能夠擴大與懸吊栓的平面部相接觸的接觸面的面積，施加給平面部的壓力變小，因此不容易產(chǎn)生作為造成懸吊部件及懸吊栓的平面部破損的原因的微小損傷。
[0037]懸吊部件的結(jié)構(gòu)最好為，在其側(cè)面上開設有圓孔，在該圓孔內(nèi)裝設有將圓柱側(cè)面的一部分切掉后形成了平面部的平面部形成部件。由于懸吊部件采用與玻璃母材相同材質(zhì)的石英玻璃，從而避免了復雜的加工，因此，通過使用該方法，僅需要在石英玻璃棒側(cè)面進行圓孔開設加工以及從石英玻璃圓棒切成平面部形成部件的切除加工等單純的工序，能夠削減勞力和成本。
[0038]在懸吊部件的橫孔內(nèi)形成的傾斜平面部與水平面所成角Θ被限制在預定范圍內(nèi)。確定Θ范圍的閾值可以從兩個觀點加以考慮，一個觀點是將懸吊部件抵壓于懸吊軸管內(nèi)側(cè)面的力，另一個觀點是防止“冷縮”。
[0039]將懸吊部件抵壓于懸吊軸管內(nèi)側(cè)面的力在忽略摩擦力的前提下表示為W*sin0 ?cos Θ，其中的W表示玻璃母材重量。當Θ不足20度或超過70度時，抵壓力較弱，造成懸吊軸管的內(nèi)壁與懸吊部件的側(cè)面相間隔。因此，為了得到充分的抵壓力，最好將Θ設在約20度以上且70度以下。
[0040]另一方面，當Θ超過60度時，通過加熱.冷卻這樣的循環(huán)過程，有時會導致懸吊軸管、懸吊部件或懸吊栓發(fā)生破損，以及懸吊栓被固定在懸吊軸管及懸吊部件上等情況。將該現(xiàn)象稱為冷縮。冷縮是當懸吊軸管的熱膨脹率大于懸吊部件的熱膨脹率時引起的。暴露于高溫并膨脹的懸吊軸管在冷卻時發(fā)生收縮，從而擠壓包含在內(nèi)部的懸吊部件。設該力為F。該力作用于使懸吊部件爬上懸吊栓的斜面的方向上，其大小為F ^cose。另一方面，在使懸吊部件沿該斜面下降的方向上作用有由重力引起的力W.sin0。因此，將其減去后的F ?cos Θ-Wsin0成為使懸吊 部件爬上斜面上的力的大小。因此，當F*cos0-Wsin0>O時，懸吊部件被在冷卻中進行收縮的懸吊軸管擠壓，懸吊部件在懸吊軸管內(nèi)移動，從而不會引起冷縮。其中，F(xiàn)為作為結(jié)果而求出的大小，由于不能人為進行改變，因此難以進行實測評價。因此嘗試性地搜尋滿足上述不等式的Θ。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最好將Θ設為約60度以下。
[0041]由以上可知，Θ的范圍從將懸吊部件抵壓于懸吊軸管內(nèi)側(cè)面的力的觀點來看，最好為20度以上70度以下，從防止冷縮的觀點來看，最好為60度以下，因此，從這兩個觀點出發(fā)，最好為20度以上60度以下。
[0042]根據(jù)玻璃母材重量、懸吊部件徑及懸吊軸管的材質(zhì)等的不同，最適合的Θ也會不同，例如，當玻璃母材的重量為80~150kg、懸吊部件的直徑為40mm、對懸吊軸管及懸吊栓使用氮化硅陶瓷時，通過將Θ設為20度以上60度以下，既能夠避免冷縮，又能產(chǎn)生適當?shù)牡謮毫Α?br> [0043]在懸吊栓與懸吊部件的橫孔的平面部之間的接觸部隔設有緩沖材，從而能夠緩和其冷縮的發(fā)生。緩沖材要求具有耐熱性和緩沖性，作為可適用的材質(zhì)可以舉出:膨脹石墨片和炭/炭(C/C)復合材料片、特氟龍片(商標名)等。尤其是在處于高溫的燒結(jié)工序、拉伸工序、拉絲工序中，為了追求高耐熱性和低污染性，可以根據(jù)需要使用高純度化的膨脹石墨片或C/C復合材料片。
[0044]在將懸吊軸管與懸吊部件進行組裝時，如果懸吊部件產(chǎn)生傾斜，則為了使懸吊部件的中心與懸吊軸管的中心相一致，也可以將懸吊軸管的縱孔(懸吊部件的插入孔)的中心設置為從懸吊軸管的外徑中心向與懸吊部件的橫孔所具有的平面部下降側(cè)的相反方向偏移。
[0045]另外，作為可適用于本實施形態(tài)的玻璃母材制造裝置，可以舉出:多孔質(zhì)玻璃母材沉積裝置、多孔質(zhì)玻璃母材燒結(jié)裝置、玻璃母材拉伸裝置、光纖拉絲裝置等。[0046]使用圖1~4對本實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊機構(gòu)進行詳細說明。
[0047]圖1為顯示本實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊機構(gòu)的一例的示意圖，圖2為顯示本實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊部件的一例。
[0048]在懸吊部件I中開設有橫孔11，在橫孔11的上表面形成有平面部12，該平面部12在與貫通方向相垂直的截面內(nèi)從水平方向傾斜角度Θ。具體地，在本實施形態(tài)中，平面部12在與橫孔11的貫通方向相垂直的任一截面內(nèi)均從水平傾斜角度Θ。在本實施形態(tài)中，角度Θ為30度。平面部12可以通過將平面部形成部件13接合于圓形的橫孔11的上表面而形成，作為其接合方法，考慮到其使用溫度及所要求的低污染性等因素，選擇耐熱性陶瓷用粘合劑、環(huán)氧粘合劑、雙面膠等。
[0049]圖3顯示本實施形態(tài)所述懸吊軸管的一例，在懸吊軸管3中設置有橫孔4。
[0050]在將懸吊軸管3與懸吊部件I進行組裝時，為使懸吊部件I的中心與懸吊軸管3的中心相一致，也可以在懸吊部件I的與橫孔11的平面部12的下降側(cè)相反的一側(cè)的方向上，使懸吊軸管3的縱孔的中心14從懸吊軸管3的外徑中心15偏移。
[0051]圖4顯示本實施形態(tài)所述懸吊栓的一例。懸吊栓5可以是單純的圓柱形狀，但最好是如圖所示，將圓柱材側(cè)面的一部分切掉，從而形成平面部16。
[0052]將懸吊部件I插入于懸吊軸管3的縱孔中，將懸吊栓5穿插于懸吊軸管3的橫孔4與懸吊部件I的橫孔11中，從而實現(xiàn)接合。懸吊栓5與懸吊部件I的橫孔11的接觸面可以隔著膨脹石墨片等作為緩沖材。
[0053]如上所述,通過將懸吊部件I懸吊于懸吊軸管3上，由于玻璃母材的重心6位于懸吊栓5的豎直下方，因此玻璃母材不會進行傾斜。進一步地，通過在懸吊部件I的橫孔上表面以從水平面成30度的傾斜角 而設置的平面部12的作用下，懸吊部件I緊挨著懸吊軸管3的內(nèi)面(圖1中為左面?zhèn)?，使懸吊部件I與懸吊軸管3緊密接合。
[0054]通過使用實施形態(tài)所述玻璃母材懸吊機構(gòu)，實現(xiàn)了懸吊軸管與懸吊部件的豎直且緊密結(jié)合，從而達到了如下優(yōu)秀的技術(shù)效果:減少了在光纖用玻璃母材的沉積工序中偏芯的發(fā)生，抑制了在燒結(jié)工序中非圓、偏芯、彎曲的發(fā)生，抑制了在拉伸工序中非圓和彎曲的發(fā)生，更進一步地抑制了在光纖拉絲工序中光纖卷曲、非圓、偏芯的發(fā)生等。
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃母材懸吊機構(gòu)，用于光纖用玻璃母材制造裝置或光纖拉絲裝置中，其特征在于:具有用于懸吊初始部件或玻璃母材的懸吊軸管，在該懸吊軸管的側(cè)部開設有通過中心軸線的橫孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有懸吊部件，在該懸吊部件上開設有具有傾斜的平面部的橫孔，該平面部形成于該橫孔的上表面，并在與該橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜，所述懸吊軸管中用于插入所述懸吊部件，將兩個橫孔的位置對齊并穿插懸吊栓以實現(xiàn)接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:所述懸吊栓具有在圓柱材側(cè)面的一部分處設置有平面部的形狀，使該平面部以與所述懸吊部件的所述橫孔的所述平面部相接觸的方式進行接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:在所述懸吊部件上開設的所述橫孔為圓孔，在該圓孔中裝設將圓柱材側(cè)面的一部分形成為平面的部件，在橫孔內(nèi)形成傾斜的所述平面部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:在所述懸吊部件的所述橫孔內(nèi)形成的傾斜的所述平面部與水平面所成角處于20度以上60度以下的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:所述懸吊栓的側(cè)面形成的平面部與在所述懸吊部件的所述橫孔內(nèi)形成的所述平面部隔著緩沖材相接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:所述懸吊軸管的縱孔的中心被設置成從該懸吊軸管的外徑中心偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:所述懸吊軸管的所述縱孔的中心被設置為從該懸吊軸管的外形中心朝所述懸吊部件的所述橫孔所具有的所述平面部下降側(cè)的相反方向偏移。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃母材懸吊機構(gòu)，其中:所述光纖用玻璃母材制造裝置為多孔質(zhì)玻璃母材沉積裝置、多孔質(zhì)玻璃母材燒結(jié)裝置、玻璃母材拉伸裝置以及光纖拉絲裝置中的任一種。
9.一種玻璃母材的懸吊方法，在光纖用玻璃母材制造裝置或光纖拉絲裝置中具有用于懸吊初始部件或玻璃母材的懸吊軸管，在該懸吊軸管的側(cè)部開設有通過中心軸線的橫孔，在初始部件或玻璃母材的上部具有懸吊部件，在該懸吊部件上開設有具有傾斜的平面部的橫孔，該平面部形成于該橫孔的上表面，并在與該橫孔的貫通方向相垂直的截面內(nèi)相對于水平面傾斜；所述方法包括: 將所述懸吊部件插入所述懸吊軸管中； 將兩個橫孔的位置對齊并穿插懸吊栓以實現(xiàn)接合。
【文檔編號】C03B37/012GK103708719SQ201310464632
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月5日
【發(fā)明者】乙坂哲也 申請人:信越化學工業(yè)株式會社