CN105967510A - 光纤母材的加工方法 - Google Patents

光纤母材的加工方法 Download PDF

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Abstract

一种光纤母材的加工方法，在预定的加工位置处，使光纤母材缩径至预定的目标外径之后切断光纤母材，在光纤母材的端部形成纺锤状部分，包括：在加工位置处，将光纤母材的外径缩径至加工前外径和目标外径之间的预定的中间外径的阶段；在包含加工位置的区域中，对缩径至中间外径的光纤母材的表面进行火焰抛光的阶段；以及对光纤母材进一步缩径的阶段。

Description

光纤母材的加工方法
[技术领域]
本发明涉及光纤母材的加工方法。
[背景技术]
光纤母材，通过使用具有电气炉的延伸装置进行加热延伸且缩径的一次延伸，被加工成适合拉丝机的外径。而且，光纤母材通过使用玻璃旋盘的拉伸加工，在两端或一段形成适合拉丝的纺锤形状。进一步，光纤母材通过一端熔接的虚设引导棒从拉丝机垂下，从另一端纺锤状的细径部开始对光纤进行拉丝。
光纤的拉伸加工中，通过燃烧器火焰加热由玻璃旋盘的夹具水平保持的光纤母材，调节火力同时使玻璃旋盘的尾座移动，来牵引母材。据此，使光纤母材的软化位置慢慢变形，形成纺锤状。最后，将火焰缩小很细进行局部加热，从而熔断光纤母材，并且纺锤状的部分形成光纤母材的端部。
而且，在从光纤母材拉丝光纤时，如果光纤母材的表面存在伤或杂质等，可能使拉丝的光纤断裂或特性变化。这里，光纤母材根据火焰抛光在表面光滑且没有杂质的状态下制成。
[发明内容]
发明要解决的问题
随着光纤母材的外径变大，形成纺锤状的拉伸加工和之前预热所需要的气体量和加工时间增加。因此，在光纤母材的表面上，通过火焰加热的区域的周边附着的成为二氧化硅云状物的玻璃微粒的附着量增加，使光纤母材的表面状态恶化。因此，期望一种即使光纤母材大径化二氧化硅云状物的附着量也不增加的加工方法。
解决问题的手段
在本发明的一种方式中，提供了一种光纤母材的加工方法，在预定的加工位置处，使光纤母材缩径至预定的目标外径之后切断光纤母材，在该光纤母材的端部形成纺锤状部分，包括：在加工位置处，将光纤母材的外径缩径至加工前外径和目标外径之间的预定的中间外径的阶段；在包含加工位置的区域中，对缩径至中间外径的光纤母材的表面进行火焰抛光的阶段；以及对光纤母材进一步缩径的阶段。
上述的发明内容并未列出本发明的全部特征。这些特征组的子组合也能形成新的发明。
[附图说明]
图1为示出实施例的拉伸加工的一个步骤的示意图。
图2为示出实施例的拉伸加工的另一步骤的示意图。
图3为示出实施例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图4为示出实施例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图5为示出实施例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图6为示出实施例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图7为示出实施例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图8为示出比较例的拉伸加工的一个步骤的示意图。
图9为示出比较例的拉伸加工的另一步骤的示意图。
图10为示出比较例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图11为示出比较例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图12为示出比较例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
图13为示出比较例的拉伸加工的又一步骤的示意图。
符号说明：
1光纤母材；2虚设棒；3二氧化硅云状物；4燃烧器火焰；5燃烧器
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明。以下的实施方式并不限定权利要求范围的发明。实施方式中说明的全部特征的组合并不是发明的解决手段所必须的。
[具体实施方式]
图1至图7为分阶段示出实施例中光纤母材的拉伸加工方法的示意图。在图2至图7中，与图1相同的部件使用相同的附图标记并且省略重复的说明。
如图1所示，光纤母材1在一端与虚设棒2结合的状态下，被水平地把持在玻璃旋盘上。在这种光纤母材1的端部附近设定加工位置，在加工位置中朝向光纤母材1的侧面，从作为加热源的燃烧器5吹出燃烧器火焰4。这样，预热的光纤母材1不久在加工位置处软化。
图2为示出光纤母材1的拉伸加工方法中其他阶段的示意图。如图所示，通过扩大玻璃旋盘中保持光纤母材1的夹具的间隔，使通过预热而一部分软化的光纤母材1在软化区域中延伸，并且外径缩小。
在该阶段中，光纤母材1的缩小直径成为比缩径的最终目标外径大的中间外径。这样，本文将光纤母材1缩径为中间外径称为一次缩颈。
在一次缩颈中作为目标的中间外径优选不小于缩颈前(即加工前)的光纤母材1的外径的1/2。如果将光纤母材1缩颈后的最小直径缩颈为低于1/2，光纤母材1过于软化并且从玻璃旋盘垂下，在通过玻璃旋盘旋转的情况下，光纤母材1可能摆动。但是，在预热不足而使光纤母材1的软化不同的情况下，光纤母材1的缩颈很难。
在结束上述一次缩颈的阶段的光纤母材1的表面上，一同堆积在讲虚设棒2结合到光纤母材1上的过程中产生且附着的二氧化硅云状物(シリカクラウド，silica cloud)3以及根据一次缩颈的预热而产生的二氧化硅云状物3。高温中石英玻璃的分解反应很复杂，方便地，如下式(1)所示，可以看出SiO2分解成SiO和O2并且蒸发。
2SiO2→2SiO+O2····(1)
并且，蒸发的SiO在大气中进行水解反应，如下式(2)所示，再次成为SiO2，在加热部周边的温度低的区域作为玻璃微粒析出而成为二氧化硅云状物3，附着在光纤母材1的表面上。
SiO+H2O→SiO2+H2····(2)
而且，在光纤母材1的表面上，吞没在燃烧器火焰4中有时产生杂质。为此，光纤母材1上二氧化硅云状物3附着的区域也是产生杂质较多的区域。
图3为示出光纤母材1的拉伸加工方法中其他阶段的示意图。如图所示，使一次缩颈使用的燃烧器5从最初的加工位置向光纤母材1一侧(即虚设棒2的相反侧)沿光纤母材1的长度方向移动。据此，在光纤母材1的表面上，与一次缩颈后的加工位置相连的区域通过燃烧器5喷射的燃烧器火焰4进行火焰抛光，去除因二氧化硅云状物3而产生的光纤母材1表面的凹凸。
二氧化硅云状物的产生位置根据光纤母材的外径而不同，外径变大则离加工位置的距离变大。因此，火焰抛光使用的燃烧器5的移动距离(即施加火焰抛光的距离)优选为加工前光纤母材1的外径的1/2以上且2倍以下，更优选为光纤母材1的加工前的外径的1倍以上且1.5倍以下。
如果火焰抛光的范围窄于上述范围，虽然二氧化硅云状物3附着，但是残留没有火焰抛光的区域，二氧化硅云状物3的去除将不充分。另一方面，火焰抛光的区域宽于上述范围的情况，火焰抛光区域比需要的大，将降低光纤制造中的能量效率。因此，通过在上述范围中对光纤母材1进行火焰抛光，可以充分有效地去除在一次缩颈结束阶段附着在光纤母材1上的二氧化硅云状物3。
此外，在上述火焰抛光时的燃烧器5的移动中，从火焰抛光区域开始朝向最初加工位置的返路的移动速度优选地大于从一次缩颈使用的加工位置开始燃烧器5远离的去路的移动速度。理由是，在燃烧器5的去路中，因为燃烧器火焰4对光纤母材1中仍未加热的区域进行加热，所以如果局部急速地加热光纤母材1，将在光纤母材1上产生因热分布导致的热变形。
另一方面，在燃烧器5的返路中，因为火焰抛光区域已经被加热，所以即使更快速地移动燃烧器5，也很难在光纤母材1内部产生变形。因此，通过使燃烧器5的移动速度变高，缩短火焰抛光时间并且提高能量效率，可以提高光纤的生产性。
图4为示出光纤母材1的拉伸加工方法中接下来阶段的示意图。如图所示，对于一次缩颈和火焰抛光结束的光纤母材1，燃烧器5再次返回加工位置并且通过燃烧器火焰4再加热光纤母材1。据此，加热的光纤母材1在加工位置处再次软化。
进一步，通过扩大把持光纤母材1的夹具的间隔，如图所示，使一部分软化的光纤母材1在软化的区域中延伸，并且外径进一步缩小。据此，在光纤母材1的加工位置，形成缩径成最终目标外径的部分。这样，本文将光纤母材1缩径为最终目标外径称为二次缩颈。
上述阶段的目标外径优选地，加工位置附近的光纤母材1的最小直径处于加工前外径的3/10以下且1/10以上的范围。此外，如果二次缩径后的光纤母材1的外径比加工前的外径的3/10大，在切断光纤母材1时增大必要的火力，可能在光纤母材1的端部产生热变形、破裂等。而且，二次缩径后的光纤母材1的外径小于加工前的外径的1/10，则光纤母材1过于软化并且在通过玻璃旋盘旋转时光纤母材1发生摆动，可能使光纤母材1断裂。
此外，如图4所示，沿光纤母材1的长度方向相对往复移动且火焰抛光光纤母材1的燃烧器5在火焰抛光结束时，优选返回作为开始预热的开始位置的最初位置。据此，可以从火焰抛光到二次缩径连续地移动，可以缩短光纤母材1加工所需时间。
图5为示出光纤母材1的拉伸加工方法中接下来阶段的示意图。在该阶段中，如图所示，对于二次缩径结束的光纤母材1，进一步加热且熔断加工位置附近形成的最小直径部，因此将光纤母材1从虚设棒2切离。
在上述阶段的加热中也产生二氧化硅云状物3。但是，因为可以通过较少的热量熔断经过一次缩颈和二次缩径的光纤母材1，所以在上述阶段产生的二氧化硅云状物3很少。因此，在二次缩径后不进行火焰抛光的光纤母材1上附着的二氧化硅云状物3很少，即使原样将光纤进行拉丝，对光纤品质的影响也很小。
此外，如果对于光纤母材1的二氧化硅云状物3附着量过高，即使在光纤母材1的完成阶段进行火焰抛光，也很难彻底去除二氧化硅云状物3。如果在光纤母材1的表面沉积二氧化硅云状物3，则在光纤母材1的表面上生成二氧化硅云状物3导致的凹凸，在对光纤进行拉丝的情况下，将成为断裂及特性变化的原因。而且，如果二氧化硅云状物3大量沉积，去除时必须进行长时间的火焰抛光，到准备光纤拉丝时所花费的时间明显变长，使光纤的生产性降低。
图6是示出在光纤母材1的拉伸加工方法中继续如图4所示的阶段且与图5所示的阶段不同的阶段的示意图。如图所示，在该实施例中，通过沿着二次缩径完成的光纤母材1来移动燃烧器5，对光纤母材1的表面进行火焰抛光。
图7为示出光纤母材1的拉伸加工方法中接下来阶段的示意图。在该阶段中，如图所示，对于二次缩径结束的光纤母材1，进一步加热且熔断加工位置附近形成的最小直径部，因此将光纤母材1从虚设棒2切离。这样制成的光纤母材1的表面，因为通过火焰抛光几乎完全地去除因二氧化硅云状物3产生的凹凸，所以可以拉丝高品质的光纤。
此外，省略火焰抛光步骤，也可以尝试在纺锤状形成后不去除二氧化硅云状物和变形而拉丝光纤的方法。但是，通过这种方法拉丝光纤时，二氧化硅云状物3及杂质的附着位置处很容易生成断线等情况也不会改变。因此，优选地，对于光纤母材1的二氧化硅云状物3的附着量更少。
[制作例1]
将具有喷出作为助燃气体的氧气的氧喷嘴的氢焰燃烧器作为加热源，使用水平保持光纤母材1的玻璃旋盘，在多个光纤母材1上形成纺锤状部分。在玻璃旋盘上水平设置的光纤母材1的平均外径为φ85mm。
首先，作为预热，从光纤母材1和虚设棒2的连接部分开始，距离光纤母材1侧20mm的开始位置处，吹出燃烧器5喷出的燃烧器火焰4。据此，加热光纤母材1的该位置并且使其软化。
在光纤母材1的加热部分软化的状态下，扩大保持光纤母材1和虚设棒2的夹具的间隔，使光纤母材1的软化部分延伸。在光纤母材1的缩径部分的最小直径为50mm时，停止夹具的动作并且停止缩径，作为一次缩颈。
接着，喷射燃烧器火焰4，同时衍射光纤母材1的长度方向使燃烧器5以30mm/min的移动速度进行移动，火焰抛光光纤母材1的表面。燃烧器5的移动量达到150mm时，使燃烧器5的移动方向反向，返回作为预热燃烧器5的开始位置(即火焰抛光开始位置)的最初位置。在返路中，也从燃烧器5喷射燃烧器火焰4，继续火焰抛光。而且，在返路中，使燃烧器5的移动速度为去路的两倍，即60mm/min。
在燃烧器5留在开始位置且软化光纤母材1的状态下，扩大夹具的间隔，进行二次缩径使光纤母材1的最小外径成为20mm。进一步，在光纤母材1的其他端，在与上述相同的条件下，实施一系列的步骤来形成纺锤状的部分。这样形成的纺锤状的最小直径部分处熔断光纤母材1并且从玻璃旋盘取出，完成在两端形成纺锤状部分的光纤母材1的拉伸加工。
通过上述步骤的拉伸加工，在对100根光纤母材1进行实施后，检查光纤母材1的各个完成表面。结果是，100根光纤母材1中，在2根光纤母材1中，确认端部附近表面上的因二氧化硅云状物引起和推断的凹凸。因此，通过上述步骤的拉伸加工在纺锤状部分中发生凹凸的概率为2％。
[制作例2]
使用与制作例1相同的玻璃旋盘，在其他的100根光纤母材1中进行形成纺锤形状部分的拉伸加工。这里，进行拉伸加工的光纤母材1的平均外径为φ120mm。
首先，作为预热，从光纤母材1和虚设棒2的连接部分开始，距离光纤母材1侧30mm的开始位置处，吹出燃烧器5喷出的燃烧器火焰4。据此，加热光纤母材1的该位置并且使其软化。
在光纤母材1的加热部分软化的状态下，扩大保持光纤母材1和虚设棒2的夹具的间隔，使光纤母材1的软化部分延伸。在光纤母材1的缩径部分的最小直径为70mm时，停止夹具的动作并且停止缩径，作为一次缩颈。
接着，喷射燃烧器火焰4，同时衍射光纤母材1的长度方向使燃烧器5以30mm/min的移动速度进行移动，火焰抛光光纤母材1的表面。燃烧器5的移动量达到200mm时，使燃烧器5的移动方向反向，返回作为预热燃烧器5的开始位置(即火焰抛光开始位置)的最初位置。在返路中，也从燃烧器5喷射燃烧器火焰4，继续火焰抛光。而且，在返路中，使燃烧器5的移动速度为去路的两倍，即60mm/min。
在燃烧器5留在开始位置且软化光纤母材1的状态下，扩大夹具的间隔，进行二次缩径使光纤母材1的最小外径成为250mm。进一步，在光纤母材1的其他端，在与上述相同的条件下，实施一系列的步骤来形成纺锤状的部分。这样形成的纺锤状的最小直径部分处熔断光纤母材1并且从玻璃旋盘取出，完成在两端形成纺锤状部分的光纤母材1的拉伸加工。
通过上述步骤的拉伸加工，在对100根光纤母材1进行实施后，检查光纤母材1的各个完成表面。结果是，100根光纤母材1中，在1根光纤母材1中，确认端部附近表面上的二氧化硅云状物起因和估计的凹凸。因此，通过上述步骤的拉伸加工在纺锤状部分中发生凹凸的概率为1％。
[比较例]
图8至图13为分阶段示出比较例中光纤母材的其他拉伸加工方法的示意图。在后述比较制作例中，根据该方法进行制作。此外，在图8中，与图1至图7相同的部件使用相同的附图标记并且省略重复的说明。而且，在图9至图13中，与图8相同的部件使用相同的附图标记并且省略重复的说明。
如图8所示，光纤母材1在一端与虚设棒2结合的状态下，被水平地把持在玻璃旋盘上。在这种光纤母材1的端部附近设定加工位置，在加工位置中朝向光纤母材1的侧面，从作为加热源的燃烧器5吹出燃烧器火焰4。这样，预热的光纤母材1不久在加工位置处软化。而且，根据预热产生的二氧化硅云状物3在连接部附近处附着在光纤母材1的表面上。
图9为示出比较例的拉伸加工方法中接下来阶段的示意图。如图所示，通过扩大玻璃旋盘中把持光纤母材1的夹具的间隔，使一部分软化的光纤母材1在软化区域中延伸，从而开始缩小外径。
图10为示出比较例的拉伸加工方法中继续的阶段的示意图。通过适当地调整提供给作为加热源的燃烧器5的氢气等可燃气体、氧气等的助燃气体的量以及玻璃旋盘的夹具的间隔的扩大速度，在光纤母材1中的软化部分中，如图所示形成纺锤状。
在这些纺锤状形成的过程中，继续喷射来自燃烧器5的燃烧器火焰4。为此，与用于预热的燃烧器火焰4的喷射一起，在光纤母材1中形成纺锤状的区域附近，沉底更多的二氧化硅云状物3。
图11为示出比较例的拉伸加工方法中继续的阶段的示意图。如图所示，为了去除沉积的二氧化硅云状物3，火焰抛光光纤母材1而且，火焰抛光也一并用于缓和因加热而在光纤母材1上生成的变形。通过在与至少形成纺锤状的区域连续地区域中，朝向光纤母材1的表面从燃烧器5喷出燃烧器火焰4，来实施火焰抛光。
图12为示出比较例的拉伸加工方法中继续的阶段的示意图。如图所示，通过缩小燃烧器火焰4对光纤母材1的细径部进行局部加热，来熔断光纤母材。据此，虚设棒2从光纤母材1切离，同时光纤母材1中的纺锤形状部分的位置成为光纤母材1的端部。
此外，省略图11所示的火焰抛光，如图13所示，在光纤母材1的端部形成纺锤状之后，可以直接熔断光纤母材1并且切离虚设棒2。但是，这种情况下，也如图所示，沉积的大量二氧化硅云状物3残留在光纤母材1的表面上。而且，在形成纺锤状的过程中，在加热区域残留热变形。
[比较制作例1]
使用与制作例1相同的玻璃旋盘，与制作例1相同，在平均外径为φ85mm的光纤母材1的两端形成纺锤状部分并且进行拉伸加工。但是，光纤母材1从φ85mm的最初外径开始到φ20mm的熔断前外径不进行中断地持续缩径来形成纺锤状。因此，在光纤母材1的表面进行缩径的中间阶段不进行火焰抛光，在熔断前立即进行火焰抛光，去除光纤母材1表面的二氧化硅云状物3并且去除光纤母材1的变形。
通过上述步骤拉伸加工100根光纤母材1，检查光纤母材1的端部附近表面，确认在10根光纤母材1中存在因二氧化硅云状物引起和推断的凹凸。因此，根据该方法，在光纤母材1的拉伸加工中凹凸的发生概率为10％。
[比较制作例2]
通过与比较制作例1相同的步骤，进一步拉伸加工另一批次的100根光纤母材1。进行加工。检查具有得到的纺锤状部分的光纤母材1的端部附近表面，确认9根光纤母材1的表面上产生因二氧化硅云状物3引起且推断的凹凸。因此，凹凸的发生概率为9％。
如上，根据实施例的加工方法，在光纤母材1的端部形成纺锤状部分时，可以抑制表面凹凸和杂质的附着。据此，从该光纤母材拉丝光纤的情况下，可以阻止光纤的切断、特性变化等，并且可以通过高成品率来制造品质稳定地光纤。
以上，通过实施方式说明了本发明，但本发明的技术的范围并不受限于所述实施方式所述的范围。对本领域的技术人员而言，能够对所述实施方式施加多种变更或改良是显而易见的。根据权利要求书的记载可知，经过这样的变更或改良后的方案也包含在本发明的保护范围内。
权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序、以及方法中的动作、步骤、以及阶段等各处理的执行顺序并未明确表示为“之前”、“以前”，此外，应注意，在后面的处理中不利用前面的处理的输出的情况下，能够以任意的顺序来实现。有关权利要求、说明书和附图中的动作流程，为了说明上的方便，说明中使用了“首先”、“其次”等字样，但即使这样也不意味着必须按此顺序实施。

Claims (10)

1.一种光纤母材的加工方法，其特征在于，在预定的加工位置处，使光纤母材缩径至预定的目标外径之后切断所述光纤母材，在所述光纤母材的端部形成纺锤状部分，所述加工方法包括：
在所述加工位置处，将所述光纤母材的外径缩径至加工前外径和所述目标外径之间的预定的中间外径的阶段；
在包含所述加工位置的区域中，对缩径至所述中间外径的所述光纤母材的表面进行火焰抛光的阶段；以及
对所述光纤母材进一步缩径的阶段。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述中间外径为加工前的所述光纤母材的外径的1/2。
3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在进行缩径使最小外径成为缩径前的外径的3/10以下且1/10以上的范围之后，切断所述光纤母材。
4.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，通过在加热且软化所述加工位置的状态下作用张力，使所述光纤母材进行缩径。
5.如权利要求4所述的加工方法，其特征在于，通过由燃烧器喷射的且向所述光纤母材吹出的燃烧器火焰来加热所述光纤母材。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，使所述燃烧器从所述加工位置开始沿着所述光纤母材进行往复移动，来火焰抛光所述光纤母材的表面。
7.如权利要求6所述的加工方法，其特征在于，从所述加工位置开始，在所述光纤母材的加工前的外径的1/2以上且2倍以下的范围内，往复移动所述燃烧器。
8.如权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述燃烧器在返路中，以比去路更高的速度移动。
9.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，加热缩径后的所述光纤母材的直径最小部分，通过熔断来进行切断。
10.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，使用玻璃旋盘，实施缩径、火焰抛光及切断中的至少一种。
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