DE102016104266A1

DE102016104266A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Lichleitfaserbasismaterials

Info

Publication number: DE102016104266A1
Application number: DE102016104266.8A
Authority: DE
Inventors: Hideki Fujii; Takashi KOSHIGAI
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN105967510B; CN105967510A; JP6351175B2; US10011516B2; JP2016166104A; US20160264450A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Lichtleitfaserbasismaterials zum Ausbilden spindelförmiger Abschnitte an Enden des Lichtleitfaserbasismaterials durch Abtrennen des Lichtleitfaserbasismaterials nach dem Reduzieren eines Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials auf einen vorgegebenen Soll-Außendurchmesser an einer vorgegebenen Bearbeitungsposition bereitgestellt, mit den Schritten: Reduzieren des Außendurchmessers auf einen vorgegebenen Zwischenaußendurchmesser zwischen dem Außendurchmesser vor der Bearbeitung und dem Soll-Außendurchmesser an der Bearbeitungsposition; Flammpolieren einer Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials in einem Bereich, der die Bearbeitungsposition einschließt; und weiteres Reduzieren des Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterial.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Lichtleitfaserbasismaterials.
2. Stand der Technik
Ein Lichtleitfaserbasismaterial wird unter Verwendung einer Streckvorrichtung, die einen elektrischen Ofen aufweist, einer primären Streckung unterzogen, bei dem das Material erwärmt, gestreckt und im Durchmesser reduziert wird, und wird derart bearbeitet, dass es einen geeigneten Durchmesser für eine Ziehmaschine hat. Außerdem werden an beiden Enden oder an einem Ende des Lichtleitfaserbasismaterials geeignete Spindelformen für einen Ziehvorgang unter Verwendung einer Glasdrehmaschine ausgebildet. Außerdem wird das Lichtleitfaserbasismaterial in der Ziehmaschine über einen Dummy-Glasstab aufgehängt, der mit einem Ende des Lichtleitfaserbasismaterials verschmolzen ist, und die Lichtleitfaser wird von einem Abschnitt mit dünnem Durchmesser, der die Spindelform am anderen Ende des Lichtleitfaserbasismaterials aufweist, ausgehend gezogen.
Das Ziehen eines Lichtleitfaserbasismaterials beinhaltet eine Erwärmung des in einem Spannfutter einer Glasdrehmaschine horizontal eingespannten Lichtleitfaserbasismaterials durch eine Brennerflamme, das Bewegen eines Reitstocks der Glasdrehmaschine, während die Heizleistung eingestellt wird, und das Ziehen des Basismaterials. Als Ergebnis wird der erweichte Teil des Lichtleitfaserbasismaterials allmählich dünner, und dann wird die Spindelform ausgebildet. Schließlich wird das Lichtleitfaserbasismaterial thermisch geschnitten, indem die Flamme kleiner eingestellt und das Material lokal erwärmt wird, wobei die spindelförmigen Teile Enden des Lichtleitfaserbasismaterials bilden.
Außerdem werden, wenn die Lichtleitfaser von dem Lichtleitfaserbasismaterial gezogen wird, falls Kratzer oder Verunreinigungen auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials vorhanden sind, diese Ursachen sein beispielsweise für eine Durchtrennung der gezogenen Lichtleitfasern, Änderungen der Eigenschaften und dergleichen.
Hier wird die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials in einem glatten Zustand ohne Verunreinigungen durch Flammpolieren endbearbeitet.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Weil ein Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials größer wird, nehmen der Ziehvorgang zum Ausbilden der Spindelformen, eine zum Vorwärmen erforderliche Gasmenge und die Bearbeitungszeit zu. Als Ergebnis nimmt die Anhaftungsmenge von Glasmikropartikeln, die als eine Siliziumdioxidwolke bekannt sind, die an einem Bereich auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials in der Nähe des durch die Flamme erwärmten Bereichs anhaftet, zu, wodurch die Qualität des Oberflächenzustands des Lichtleitfaserbasismaterials abnimmt. Hier ist ein Bearbeitungsverfahren erwünscht worden, durch das die Anhaftungsmenge der Siliziumdioxidwolke auch dann nicht zunimmt, wenn der Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials vergrößert ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Lichtleitfaserbasismaterials bereitgestellt, durch das das Lichtleitfaserbasismaterial nach dem Reduzieren eines Durchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials auf einen vorgegebenen Soll-Außendurchmesser an einer vorgegebenen Bearbeitungsposition abgetrennt wird und spindelförmige Abschnitte an Enden des Lichtleitfaserbasismaterials ausgebildet werden, wobei das Verfahren zum Bearbeiten eines Lichtleitfaserbasismaterials aufweist: einen Schritt zum Reduzieren des Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials auf einen vorgegebenen Zwischenaußendurchmesser zwischen dem Außendurchmesser vor der Bearbeitung und dem Soll-Außendurchmesser an der Bearbeitungsposition, einen Schritt zum Flammpolieren der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials mit dem auf den Zwischenaußendurchmesser reduzierten Durchmesser in einem Bereich, der die Bearbeitungsposition enthält, und einen Schritt zum weiteren Reduzieren des Durchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials.
Die Kurzbeschreibung stellt nicht unbedingt alle Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Teilkombination der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt eine schematische Ansicht eines noch anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
4 zeigt eine schematische Ansicht eines noch anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
5 zeigt eine schematische Ansicht eines noch anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
6 zeigt eine schematische Ansicht eines noch anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
7 zeigt eine schematische Ansicht eines noch anderen Ziehverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Ziehverfahrens gemäß einem Vergleichsbeispiel;
9 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel;
10 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel;
11 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel;
12 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel; und
13 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sollen die gemäß den Ansprüchen definierte Erfindung nicht einschränken, und für Aspekte der Erfindung sind nicht notwendigerweise alle Kombinationen der in Verbindung mit den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale wesentlich.
BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 bis 7 zeigen schematische Ansichten eines in mehreren Schritten dargestellten Ziehverfahrens eines Lichtleitfaserbasismaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den 2 bis 7 sind die gleichen Komponenten wie in 1 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben.
Wie 1 dargestellt ist, ist ein Lichtleitfaserbasismaterial 1 in einer Glasdrehmaschine in einem Zustand horizontal eingespannt, in dem es an einem Ende mit einem Dummy-Stab 2 verbunden ist. Eine Bearbeitungsposition ist in der Nähe eines Endes eines derartigen Lichtleitfaserbasismaterials 1 festgelegt, und an der Bearbeitungsposition wird eine Brennerflamme 4 von einem Brenner 5 als Heizquelle in Richtung auf eine Seitenfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ausgestoßen. Dadurch wird das vorgewärmte Lichtleitfaserbasismaterial 1 an der Bearbeitungsposition erweicht.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Schritts des Ziehverfahrens für das Lichtleitfaserbasismaterial 1. Wie in den Figuren dargestellt ist, wird das Lichtleitfaserbasismaterial 1, das einen durch das Vorwärmen teilweise erweichten Bereich aufweist, in dem erweichten Bereich durch Vergrößern des Abstands zwischen dem Spannfutter der Glasdrehbank, in das das Lichtleitfaserbasismaterial 1 eingespannt ist, und dem Dummy-Stab gestreckt, wodurch der Außendurchmesser reduziert wird.
In diesem Schritt ist der reduzierte Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ein Zwischenaußendurchmesser, der größer ist als der endgültige Soll-Außendurchmesser der Durchmesserreduzierung. Daher wird das Reduzieren des Durchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials 1 auf den Zwischenaußendurchmesser hierin als primäre Durchmesserreduzierung bezeichnet.
Der Zwischenaußendurchmesser als das Ziel der primären Durchmesserreduzierung beträgt vorzugsweise nicht weniger als der halbe Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 vor der Durchmesserreduzierung, d. h. vor der Bearbeitung. Wenn der minimale Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 nach der Durchmesserreduzierung kleiner ist als der halbe Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 vor der Durchmesserreduzierung, wird das Lichtleitfaserbasismaterial 1 zu weich und hängt von der Glasdrehmaschine herab. In diesem Fall besteht, wenn das Lichtleitfaserbasismaterial 1 durch die Glasdrehmaschine gedreht wird, die Möglichkeit, dass das Lichtleitfaserbasismaterial 1 sich verwindet. Wenn jedoch das Erweichen des Lichtleitfaserbasismaterials 1 aufgrund einer unzureichenden Vorerwärmung unzureichend ist, wird es schwierig, den Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 zu reduzieren.
Nach dem vorstehend beschriebenen Schritt zur primären Durchmesserreduzierung lagern sich eine Siliziumdioxidwolke 3, die während der Verarbeitung zum Verbinden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 mit dem Dummy-Stab 2 erzeugt wurde und an der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 anhaftet, und eine Siliziumdioxidwolke 3, die durch das Vorwärmen während der primären Durchmesserreduzierung erzeugt wird, zusammen auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterial 1 an. Die Zersetzungsreaktion des Quarzglases bei einer hohen Temperatur ist kompliziert, kann aber im Wesentlichen als Zersetzung von SiO₂ in SiO und O₂ betrachtet werden, wie durch Ausdruck 1 dargestellt ist.
Ausdruck 12

SiO₂ → 2SiO + O₂

Außerdem verursacht das verdampfte SiO eine hydrolytische Reaktion in der Atmosphäre, wie durch den nachstehenden Ausdruck 2 dargestellt ist, und wird wieder zu SiO₂, das sich auf einem Bereich mit einer niedrigen Temperatur in der Nähe des erwärmten Abschnitts als Glasmikropartikel abscheidet, die eine Siliziumdioxidwolke 3 bilden und an der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 anhaften.
Ausdruck 2:

SiO + H₂O → SiO₂ + H₂

Außerdem werden auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 manchmal Verunreinigungen durch Mitziehen der Brennerflamme 4 erzeugt. Als Ergebnis ist in dem Lichtleitfaserbasismaterial 1 der Bereich, wo die Siliziumdioxidwolke 3 anhaftet, auch der Bereich, wo häufig Verunreinigungen erzeugt werden.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Schritts des Ziehverfahrens des Lichtleitfaserbasismaterials 1. Wie in den Figuren dargestellt ist, wird der für die primäre Durchmesserreduzierung verwendete Brenner 5 von der anfänglichen Bearbeitungsposition zur Seite des Lichtleitfaserbasismaterials 1, d. h. zu einer dem Dummy-Stab 2 gegenüberliegenden Seite, in der Längsrichtung des Lichtleitfaserbasismaterials 1 bewegt. Als Ergebnis wird auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 der Bereich, der sich der Bearbeitungsposition anschließt, wo die primäre Durchmesserreduzierung ausgeführt wird, durch die Brennerflamme 4, die der Brenner 5 ausstößt, flammpoliert und werden durch die Siliziumdioxidwolke 3 verursachte Unebenheiten auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 entfernt.
Die Position, an der die Siliziumdioxidwolke erzeugt wird, unterscheidet sich gemäß dem Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials. Je größer der Außendurchmesser ist, desto größer ist der Abstand von der Bearbeitungsposition. Daher ist die Bewegungsstrecke des für das Flammpolieren verwendeten Brenners 5, d. h. die Strecke, über die der Flammpolierprozess ausgeführt wird, vorzugsweise nicht kleiner als der halbe Außendurchmesser und nicht größer als der doppelte Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 vor der Bearbeitung und bevorzugter nicht kleiner als das 1-fache und nicht größer als das 1,5-fache des Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials 1 vor der Bearbeitung.
Wenn der Bereich für das Flammpolieren kleiner ist als der vorstehend beschriebene Bereich, verbleibt ein Bereich, wo die Siliziumdioxidwolke 3 noch anhaftet aber der Flammpolierprozess nicht ausgeführt wird, und wird die Entfernung der Siliziumdioxidwolke 3 unzureichend. Andererseits ist, wenn der Bereich für den Flammpolierprozess größer ist als der vorstehend beschriebene Bereich, der Bereich für den Flammpolierprozess größer als notwendig, so dass die Energieeffizienz bei der Herstellung der Lichtleitfaser abnimmt. Daher kann durch Flammpolieren des Lichtleitfaserbasismaterials 1 innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs die Siliziumdioxidwolke 3, die in dem Schritt, in dem die Durchmesserreduzierung abgeschlossen ist, am Lichtleitfaserbasismaterial 1 anhaftet, ausreichend und effizient entfernt werden.
Außerdem ist bei der Bewegung des Brenners 5 während des vorstehend beschriebenen Flammpolierprozesses die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 5, während er von einem Ende des Flammpolierbereichs zur anfänglichen Bearbeitungsposition zurückkehrt, d. h. während des Rücklaufs, vorzugsweise größer als die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 5 während der primären Durchmesserverringerung bei der Bewegung von der Bearbeitungsposition weg, d. h. während des Vorlaufs. Weil während des Vorlaufs des Brenners 5 die Brennerflamme 4 einen noch nicht erwärmten Bereich des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erwärmt, kann dies dazu führen, dass aufgrund der Wärmeverteilung, wenn das Lichtleitfaserbasismaterial 1 lokal und schnell erwärmt wird, ein thermischer Verzug des Lichtleitfaserbasismaterials 1 auftritt.
Andererseits wird während des Rücklaufs des Brenners 5, weil der Flammpolierbereich erwärmt worden ist, der thermische Verzug innerhalb des Lichtleitfaserbasismaterials 1 kaum auftreten, obwohl der Brenner 5 mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt wird. Daher kann durch Erhöhen der Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 5 die Zeitdauer für das Flammpolieren verkürzt werden, um die Energieeffizienz zu verbessern und die Produktivität der Lichtleitfaser zu erhöhen.
4 zeigt eine schematische Ansicht des nächsten Schritts des Ziehverfahrens des Lichtleitfaserbasismaterials 1. Wie in den Figuren dargestellt ist, wird der Brenner 5 wieder zu seiner Bearbeitungsposition zurück bewegt und wird das Lichtleitfaserbasismaterial 1, für das die primäre Durchmesserreduzierung und der Flammpolierprozess abgeschlossen sind, durch die Brennerflamme 4 erneut erwärmt. Als Ergebnis wird das erwärmte Lichtleitfaserbasismaterial 1 erneut an der Bearbeitungsposition erweicht.
Außerdem wird durch Vergrößern des Abstands zwischen dem Spannfutter, in das das Lichtleitfaserbasismaterial 1 eingespannt ist, und dem Dummy-Stab, wie in den Figuren dargestellt ist, das Lichtleitfaserbasismaterial 1, von dem ein Teil erweicht ist, in dem erweichten Bereich gestreckt, wodurch der Außendurchmesser weiter reduziert wird. Als Ergebnis wird an der Bearbeitungsposition des Lichtleitfaserbasismaterials 1 der Abschnitt ausgebildet, in dem der Durchmesser auf den endgültigen Soll-Außendurchmesser reduziert ist. Daher wird das Reduzieren des Durchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials 1 auf den endgültigen Soll-Außendurchmesser hierin als sekundäre Durchmesserreduzierung bezeichnet.
Für den Soll-Außendurchmesser in dem vorstehend beschriebenen Schritt ist der minimale Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 in der Nähe der Bearbeitungsposition vorzugsweise nicht größer als 3/10 und nicht kleiner als 1/10 des Außendurchmessers vor der Bearbeitung. Wenn der Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 nach der sekundären Durchmesserreduzierung größer ist als 3/10 des Außendurchmessers vor der Bearbeitung, nimmt die zum Abtrennen des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erforderliche Heizenergie zu, und es treten Fälle auf, in denen der thermischer Verzug, Bruchbildung und dergleichen an den Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 auftreten. Außerdem ist, wenn der Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 nach der sekundären Durchmesserreduzierung kleiner ist als 1/10 des Außendurchmessers vor der Bearbeitung, das Lichtleitfaserbasismaterial 1 zu welch, so dass, wenn es durch die Glasdrehbank gedreht wird, das Lichtleitfaserbasismaterial 1 verdrillt wird und Fälle auftreten, in denen sogar eine Bruchbildung des Lichtleitfaserbasismaterials 1 auftritt.
Außerdem wird, wie in 4 dargestellt ist, der Brenner 5, der das Lichtleitfaserbasismaterial 1 durch eine relative hin- und hergehende Bewegung entlang der Längsrichtung des Lichtleitfaserbasismaterials 1 flammpoliert hat, vorzugsweise zurück zur Anfangsposition bewegt, d. h. zur Startposition, wo der Vorwärmvorgang gestartet wird, wenn der Flammpolierprozess abgeschlossen ist. Als Ergebnis kann der Übergang vom Flammpolieren zur sekundären Durchmesserreduzierung kontinuierlich ausgeführt werden und kann die zum Bearbeiten des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erforderliche Zeit verkürzt werden.
5 zeigt eine schematische Ansicht des nächsten Schritts des Ziehverfahrens des Lichtleitfaserbasismaterials 1. In diesem Schritt wird, wie dargestellt ist, durch weiteres Erwärmen und thermisches Schneiden des in der Nähe der Bearbeitungsposition ausgebildeten Abschnitts mit minimalem Durchmesser das Lichtleitfaserbasismaterial 1 nach Abschluss der sekundären Durchmesserreduzierung vom Dummy-Stab 2 abgetrennt.
Während des Erwärmens in dem vorstehend beschriebenen Schritt wird auch die Siliziumdioxidwolke 3 erzeugt. Da jedoch das Lichtleitfaserbasismaterial 1 nach der primären Durchmesserreduzierung und der sekundären Durchmesserreduzierung durch eine geringe Wärmemenge abgetrennt werden kann, wird im vorstehend beschriebenen Schritt nur eine geringe Siliziumdioxidwolke 3 erzeugt. Daher ist, weil die ohne Flammpolieren am Lichtleitfaserbasismaterial 1 anhaftende Menge der Siliziumdioxidwolke 3 nach der sekundären Durchmesserreduzierung sehr klein ist, die Auswirkung auf die Qualität der Lichtleitfaser gering, obwohl die Lichtleitfaser so wie sie ist gezogen wird.
Außerdem wird es, wenn die am Lichtleitfaserbasismaterials 1 anhaftende Menge der Siliziumdioxidwolke 3 übermäßig wird, schwierig, die Siliziumdioxidwolke 3 vollständig zu entfernen, obwohl der Flammpolierprozess im Endbearbeitungsschritt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ausgeführt wird. Sobald die Siliziumdioxidwolke 3 auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 abgeschieden ist, wird die durch die Siliziumdioxidwolke 3 verursachte Ungleichmäßigkeit auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erzeugt, wodurch die Bruchbildung und Änderungen der Eigenschaften beim Ziehen der Lichtleitfaser verursacht werden. Außerdem ist es, wenn eine große Menge der Siliziumdioxidwolke 3 abgeschieden wird, erforderlich, das Flammpolieren für eine lange Zeitdauer auszuführen, um die abgeschiedene Siliziumdioxidwolke zu entfernen. Die bis zum Starten des Ziehvorgangs der Lichtleitfaser benötigte Zeit ist sehr lang, so dass die Produktivität bei der Herstellung der Lichtleitfaser vermindert ist.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines von dem in 5 dargestellten Schritt verschiedenen Schritts, der dem in 4 dargestellten Schritt folgt. Wie dargestellt ist, wird in diesem Beispiel die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1, für das die sekundäre Durchmesserreduzierung abgeschlossen ist, durch Bewegen des Brenner 5 entlang des Lichtleitfaserbasismaterials 1 flammpoliert.
7 zeigt eine schematische Ansicht des nächsten Schritts des Ziehverfahrens des Lichtleitfaserbasismaterial 1. In diesem Schritt wird, wie dargestellt ist, durch weiteres Erwärmen und thermisches Schneiden des Abschnitts mit minimalen Durchmesser, der in der Nähe der Bearbeitungsposition für das Lichtleitfaserbasismaterial 1 ausgebildet ist, für das die sekundäre Durchmesserreduzierung abgeschlossen ist, der Dummy-Stab 2 vom Lichtleitfaserbasismaterial 1 abgetrennt. Die durch die Siliziumdioxidwolke 3 auf der Oberfläche des auf diese Weise hergestellten Lichtleitfaserbasismaterials 1 verursachte Unebenheit wird durch das Flammpolieren nahezu vollständig beseitigt, so dass eine Lichtleitfaser mit einer hohen Qualität gezogen werden kann.
Außerdem ist ein Verfahren zum Ziehen der Lichtleitfaser ohne Entfernung der Siliziumdioxidwolke und des thermischen Verzugs nach dem Ausbilden der Spindelform durch Weglassen des Flammpolierprozesses versucht worden. Allerdings treten selbst in einem Fall, in dem die Lichtleitfaser durch ein derartiges Verfahren gezogen wird, eine Bruchbildung und dergleichen an der Anhaftungsposition der Siliziumdioxidwolke 3 und der Verunreinigungen weiterhin leicht auf. Daher ist die Anhaftungsmenge der Siliziumdioxidwolke 3 auf dem Lichtleitfaserbasismaterial 1 vorzugsweise kleiner.
[Erstes Herstellungsbeispiel]
Spindelförmige Abschnitte wurden in mehreren Lichtleitfaserbasismaterialien 1 unter Verwendung einer Glasdrehmaschine, in der die Lichtleitfaserbasismaterialien 1 horizontal eingespannt sind, durch einen Wasserstoffflammenbrenner, der eine Sauerstoffdüse aufweist, die Sauerstoffgas als ein verbrennungsunterstützendes Gas ausgibt, als eine Heizquelle ausgebildet. Der mittlere Außendurchmesser der in der Glasdrehmaschine horizontal eingespannten Lichtleitfaserbasismaterialien 1 betrug ∅ 85 mm.
Zunächst wurde die Brennerflamme 4 zum Vorheizen durch den Brenner 5 vom Verbindungsabschnitt zwischen dem Lichtleitfaserbasismaterial 1 und dem Dummy-Stab 2 in Richtung zur Startposition ausgestoßen, die 20 mm von der Seite des Lichtleitfaserbasismaterials 1 entfernt war. Dadurch wurde diese Position des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erwärmt und erweicht.
Während der erwärmte Abschnitt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 sich in einem erweichten Zustand befand, wurde der erweichte Abschnitt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 durch Vergrößern des Abstands zwischen dem Spannfutter, in dem das Lichtleitfaserbasismaterial 1 eingespannt war, und dem Dummy-Stab 2 gestreckt. Der Betrieb des Spannfutters wurde gestoppt, als der minimale Durchmesser des durchmesserreduzierten Abschnitts des Lichtleitfaserbasismaterials 1 50 mm betrug, und die Durchmesserreduzierung wurde gestoppt und die primäre Durchmesserreduzierung wurde abgeschlossen.
Als nächstes wurde der Brenner 5 mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 mm/min entlang der Längsrichtung des Lichtleitfaserbasismaterials 1 bewegt, während die Brennerflamme 4 ausgestoßen wurde, und die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 wurde flammpoliert. Als das Bewegungsmaß des Brenners 5 150 mm erreichte, wurde die Bewegungsrichtung des Brenners 5 umgekehrt und wurde der Brenner 5 zurück zur Ausgangsposition bewegt, die nicht nur die Startposition für die Vorerwärmung, sondern auch die Startposition für den Flammpolierprozess war. Während des Rücklaufs wurde die Brennerflamme 4 vom Brenner 5 weiterhin ausgestoßen und wurde der Flammpolierprozess fortgesetzt. Außerdem betrug die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 5 während des Rücklaufs 60 mm/min und war damit doppelt so hoch wie die Bewegungsgeschwindigkeit während des Vorlaufs.
Nachdem der Brenner 5 an der Startposition gestoppt war, wurde der Abstand zwischen dem Spannfutter und dem Dummy-Stab erhöht, während das Lichtleitfaserbasismaterial 1 sich in einem erweichten Zustand befand, und wurde die sekundäre Durchmesserreduzierung ausgeführt, bis der minimale Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 20 mm betrug. Außerdem wurde die Folge von Prozessen unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend beschrieben am anderen Ende des Lichtleitfaserbasismaterial 1 ausgeführt und wurden die spindelförmigen Abschnitte ausgebildet. Das Lichtleitfaserbasismaterial 1 wurde am derart ausgebildeten spindelförmigen Abschnitt mit minimalem Durchmesser thermisch abgetrennt und von der Glasdrehmaschine entfernt, und dann wurde der Ziehprozess des Lichtleitfaserbasismaterials 1 zum Ausbilden der spindelförmigen Abschnitten an beiden Enden abgeschlossen.
Nachdem Ziehvorgänge gemäß den vorstehend beschriebenen Prozessen für 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 ausgeführt wurden, wurde die endgefertigte Oberfläche jedes der Lichtleitfaserbasismaterialien 1 untersucht. Als Ergebnis wurde eine Unebenheit, von der angenommen wird, dass sie durch die Siliziumdioxidwolke verursacht wurde, auf der Oberfläche in der Nähe der Enden zweier Lichtleitfaserbasismaterialien 1 der 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 gefunden. Daher betrug die Rate von Materialien mit Unebenheiten auf der Oberfläche an den spindelförmigen Abschnitten nach dem Ziehvorgang gemäß den vorstehend beschriebenen Prozessen 2%.
[Zweites Herstellungsbeispiel]
Der Ziehprozess zum Ausbilden der spindelförmigen Abschnitte wurde für andere 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 unter Verwendung der gleichen Glasdrehmaschine wie im ersten Herstellungsbeispiel ausgeführt. Hier betrug der mittlere Außendurchmesser der gezogenen Lichtleitfaserbasismaterialien 1 ∅ 120 mm.
Zunächst wurde die Brennerflamme 4 zum Vorheizen durch den Brenner 5 vom Verbindungsabschnitt zwischen dem Lichtleitfaserbasismaterial 1 und dem Dummy-Stab 2 in Richtung zur Startposition ausgestoßen, die 30 mm von der Seite des Lichtleitfaserbasismaterials 1 entfernt war. Dadurch wurde diese Position des Lichtleitfaserbasismaterials 1 erwärmt und erweicht.
Während der erwärmte Abschnitt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 sich in einem erweichten Zustand befand, wurde der Abstand zwischen dem Spannfutter, in dem das Lichtleitfaserbasismaterial 1 eingespannt war, und dem Dummy-Stab 2 vergrößert, wodurch der erweichte Abschnitt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 gestreckt wurde. Der Betrieb des Spannfutters wurde gestoppt, als der minimale Durchmesser des durchmesserreduzierten Abschnitts des Lichtleitfaserbasismaterials 1 70 mm betrug, und die Durchmesserreduzierung wurde gestoppt und die primäre Durchmesserreduzierung wurde abgeschlossen.
Als nächstes wurde der Brenner 5 mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 mm/min entlang der Längsrichtung des Lichtleitfaserbasismaterials 1 bewegt, während die Brennerflamme 4 ausgestoßen wurde, und die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 wurde flammpoliert. Als das Bewegungsmaß des Brenners 5 200 mm erreichte, wurde die Bewegungsrichtung des Brenners 5 umgekehrt und wurde der Brenner 5 zurück zur Ausgangsposition bewegt. Die Ausgangsposition war nicht nur die Startposition der Vorerwärmung, sondern auch die Startposition des Flammpolierprozesses. Auch während des Rücklaufs wurde die Brennerflamme 4 vom Brenner 5 weiterhin ausgestoßen und der Flammpolierprozess fortgesetzt. Außerdem betrug die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 5 während des Rücklaufs 60 mm/min und war damit doppelt so hoch wie die Bewegungsgeschwindigkeit während des Vorlaufs.
Nachdem der Brenner 5 an der Startposition gestoppt war, wurde der Abstand zwischen dem Spannfutter und dem Dummy-Stab erhöht, während das Lichtleitfaserbasismaterial 1 sich in einem erweichten Zustand befand, und wurde die sekundäre Durchmesserreduzierung ausgeführt, bis der minimale Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 25 mm betrug. Außerdem wurde die Folge von Prozessen unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend beschrieben am anderen Ende des Lichtleitfaserbasismaterial 1 ausgeführt und wurden die spindelförmigen Abschnitte ausgebildet. Das Lichtleitfaserbasismaterial 1 wurde am derart ausgebildeten spindelförmigen Abschnitt mit minimalem Durchmesser thermisch abgetrennt und von der Glasdrehmaschine entfernt, und dann wurde der Ziehvorgang des Lichtleitfaserbasismaterials 1 zum Ausbilden der spindelförmigen Abschnitte an beiden Enden abgeschlossen.
Nachdem Ziehvorgänge gemäß den vorstehend beschriebenen Prozeduren für 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 ausgeführt wurden, wurde die endgefertigte Oberfläche jedes der Lichtleitfaserbasismaterialien 1 untersucht. Als Ergebnis wurde eine Unebenheit, von der angenommen wird, dass sie durch die Siliziumdioxidwolke verursacht wurde, auf der Oberfläche in der Nähe der Enden eines Lichtleitfaserbasismaterials 1 der 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 gefunden. Daher betrug die Rate von Materialien mit Unebenheiten auf der Oberfläche an den spindelförmigen Abschnitten nach dem Ziehvorgang gemäß den vorstehend beschriebenen Prozessen 1%.
[Vergleichsbeispiel]
Die 8 bis 13 zeigen schematische Ansichten eines weiteren Ziehverfahrens für ein Lichtleitfaserbasismaterial gemäß Vergleichsbeispielen in mehreren Schritten. Nachstehend beschriebene Herstellungs-Vergleichsbeispiele wurden durch dieses Verfahren hergestellt. Außerdem sind in 8 Komponenten, die denjenigen der 1 bis 7 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben. Außerdem sind in den 9 bis 13 Komponenten, die denjenigen von 8 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben.
Wie in 8 dargestellt ist, ist das Lichtleitfaserbasismaterial 1 in einer Glasdrehmaschine in einem Zustand horizontal eingespannt, in dem es mit dem Dummy-Stab 2 an einem Ende verbunden ist. Eine Bearbeitungsposition in der Nähe des Endes eines derartigen Lichtleitfaserbasismaterials 1 wird eingestellt, und der Brenner 5 als Heizquelle stößt die Brennerflamme 4 in Richtung zu einer Seitenfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 an der Bearbeitungsposition aus. Dadurch wird das vorgewärmte Lichtleitfaserbasismaterials 1 an der Bearbeitungsposition erweicht. Außerdem haftet die durch das Vorwärmen erzeugte Siliziumdioxidwolke 3 an der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 in der Nähe des Verbindungsabschnitts an.
9 zeigt eine schematische Ansicht des nächsten Schritts des Ziehverfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel. Wie in den Figuren dargestellt ist, beginnt durch das Vergrößern des Abstands zwischen dem Spannfutter, in dem das Lichtleitfaserbasismaterial 1 an der Glasdrehmaschine eingespannt ist, und dem Dummy-Stab der Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1, das einen erweichten Abschnitt aufweist, sich aufgrund der Streckung im erweichten Bereich einzuschnüren.
10 zeigt eine schematische Ansicht des folgenden Schritt des Ziehverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel. Wie dargestellt ist, werden die Spindelformen an dem erweichten Abschnitt des Lichtleitfaserbasismaterials 1 durch geeignetes Einstellen der Menge des brennbaren Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, das der Brenner 5 als Heizquelle zuführt, und des verbrennungsunterstützenden Gases, wie beispielsweise Sauerstoff und dergleichen, und der Geschwindigkeit zum Vergrößern des Abstands zwischen dem Spannfutter der Glasdrehbank und dem Dummy-Stab ausgebildet.
Auch während der Ausbildung dieser Spindelformen wird die Brennerflamme 4 des Brenners 5 weiterhin ausgestoßen. Als Ergebnis wird eine größere Menge an Siliziumdioxidwolken 3 in der Nähe des Bereichs, wo die Spindelformen auf dem Lichtleitfaserbasismaterial 1 ausgebildet werden, durch das Ausstoßen der Brennerflamme 4 zur Vorerwärmung abgeschieden.
11 zeigt eine schematische Ansicht des nachfolgenden Schritts des Ziehverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel. Wie dargestellt ist, wird das Lichtleitfaserbasismaterial 1 zum Entfernen der abgeschiedenen Siliziumdioxidwolke 3 flammpoliert. Außerdem dient das Flammpolieren auch zum Vermindern des durch das Erwärmen verursachten thermischen Verzugs des Lichtleitfaserbasismaterials 1. Das Flammpolieren wird durch Ausstoßen der Brennerflamme 4 vom Brenner 5 in Richtung zur Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 mindestens in dem Bereich ausgeführt, der dem Bereich folgt, wo die Spindelformen ausgebildet sind.
12 zeigt eine schematische Ansicht des nachfolgenden Schritts des Ziehverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel. Wie in den Figuren dargestellt ist, wird der Abschnitt mit dünnem Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 durch die kleine Brennerflamme 4 lokal erwärmt, und dann wird das Lichtleitfaserbasismaterial thermisch geschnitten. Als Ergebnis werden, während der Dummy-Stab 2 vom Lichtleitfaserbasismaterial 1 abgetrennt wird, die Positionen der spindelförmigen Abschnitte des Lichtleitfaserbasismaterials 1 zu Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1.
Außerdem kann, wenn der in 11 dargestellte Flammpolierprozess weggelassen wird, nachdem die Spindelformen an den Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ausgebildet sind, wie in 13 dargestellt ist, das Lichtleitfaserbasismaterial 1 ebenfalls thermisch geschnitten werden so wie es ist, um den Dummy-Stab 2 abzutrennen. Allerdings verbleibt in diesem Fall, wie ebenfalls in der Zeichnung dargestellt ist, eine große Menge der abgeschiedenen Siliziumdioxidwolke 3 auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1. Außerdem verbleibt eine thermischer Verzug in dem Bereich, der während der Ausbildung der Spindelformen erwärmt wird.
[Erstes Herstellungs-Vergleichsbeispiel]
Unter Verwendung einer Glasdrehmaschine mit der gleichen Spezifikation wie beim ersten Herstellungsbeispiel wurde ein Ziehvorgang zum Ausbilden der spindelförmigen Abschnitte an beiden Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 mit dem mittleren Außendurchmesser ∅ 85 mm ähnlich wie im ersten Herstellungsbeispiel ausgeführt. Allerdings ist der Durchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ohne Unterbrechung vom anfänglichen Außendurchmesser ∅ 85 mm bis zum Außendurchmesser ∅ 20 mm reduziert worden, bevor es thermisch geschnitten wurde und die Spindelformen ausgebildet wurden. Daher wurde die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 während der Durchmesserreduzierung nicht flammpoliert, sondern wurde direkt vor dem thermischen Schneiden flammpoliert, so das der thermische Verzug des Lichtleitfaserbasismaterials 1 zusammen mit der Siliziumdioxidwolke 3 auf der Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials 1 entfernt wurde.
Bei einer Untersuchung der Oberflächen in der Nähe der Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 der 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1, die gemäß den vorstehend beschriebenen Prozeduren gezogen wurden, wurden Unebenheiten, von denen angenommen wurde, dass sie durch die Siliziumdioxidwolke verursacht wurden, in 10 der Lichtleitfaserbasismaterialien 1 gefunden. Daher betrug gemäß diesem Verfahren die Rate von Lichtleitfaserbasismaterialien 1 mit Unebenheiten auf der Oberfläche nach dem Ziehvorgang 10%.
[Zweites Herstellungs-Vergleichsbeispiel]
Außerdem wurden weitere 100 Lichtleitfaserbasismaterialien 1 gemäß den gleichen Prozeduren gezogen wie beim ersten Herstellungs-Vergleichsbeispiel. Die Bearbeitung wurde ausgeführt. Bei einer Untersuchung der Oberflächen in der Nähe der Enden der Lichtleitfaserbasismaterialien 1 mit den erhaltenen spindelförmigen Abschnitten, wurden Unebenheiten, von denen angenommen wurde, dass sie durch die Siliziumdioxidwolke 3 verursacht wurden, auf den Oberflächen von 9 der Lichtleitfaserbasismaterialien 1 gefunden. Daher betrug die Rate der Materialien mit Unebenheiten auf der Oberfläche 9%.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann gemäß dem Bearbeitungsverfahren der Ausführungsformen, wenn die spindelförmigen Abschnitte an den Enden des Lichtleitfaserbasismaterials 1 ausgebildet werden, die Unebenheit der Oberfläche und Anhaftung der Verunreinigungen unterdrückt werden. Daher können, wenn eine Lichtleitfaser von dem Lichtleitfaserbasismaterial gezogen wird, die Bruchbildung der Lichtleitfaser, die Änderungen der Eigenschaften und dergleichen unterdrückt werden und kann eine qualitativ hochwertige Herstellung einer Lichtleitfaser mit einer hohen Ausbeute erzielt werden.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Außerdem ist anhand des Inhalts der Ansprüche ersichtlich, dass die Ausführungsformen, an denen derartige Änderungen oder Verbesserungen vorgenommen wurden, innerhalb des technischen Umfangs der Erfindung enthalten sind.
Die Arbeitsvorgänge, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes durch eine Vorrichtung, ein System, ein Programm und ein Verfahren ausgeführten Prozesses, die in den Ansprüchen, in den Ausführungsformen oder in den Diagrammen dargestellt sind, können in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch ”vor”, ”zuvor”, oder dergleichen festgelegt ist, und solange das Ausgangsprodukt eines vorangehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Auch wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen unter Verwendung von Phrasen wie ”zuerst” oder ”nächste” beschrieben ist, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass der Prozess in dieser Reihenfolge ausgeführt werden muss.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Lichtleitfaserbasismaterials zum Ausbilden spindelförmiger Abschnitte an Enden des Lichtleitfaserbasismaterials durch Abtrennen des Lichtleitfaserbasismaterials nach dem Reduzieren eines Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials auf einen vorgegebenen Soll-Außendurchmesser an einer vorgegebenen Bearbeitungsposition, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt zum Reduzieren des Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterials auf einen vorgegebenen Zwischenaußendurchmesser zwischen dem Außendurchmesser vor der Bearbeitung und dem Soll-Außendurchmesser an der Bearbeitungsposition; einen Schritt zum Flammpolieren einer Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials mit dem auf den Zwischenaußendurchmesser reduzierten Außendurchmesser in einem Bereich, der die Bearbeitungsposition einschließt; und einen Schritt zum weiteren Reduzieren des Außendurchmessers des Lichtleitfaserbasismaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zwischenaußendurchmesser nicht kleiner ist als der halbe Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials vor der Bearbeitung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach der Außendurchmesserreduzierung auf einen Bereich, in dem der minimale Außendurchmesser nicht größer ist als 3/10 und nicht kleiner als 1/10 des Außendurchmessers vor der Reduzierung des Außendurchmessers, das Lichtleitfaserbasismaterial abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials durch Ausüben einer Zugspannung an der Bearbeitungsposition reduziert wird, die sich in einem erwärmten und erweichten Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Lichtleitfaserbasismaterial durch eine Brennerflamme erhitzt wird, die ein Brenner in Richtung zum Lichtleitfaserbasismaterial ausstößt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Brenner von der Bearbeitungsposition entlang des Lichtleitfaserbasismaterials hin- und hergehend bewegt wird und die Oberfläche des Lichtleitfaserbasismaterials flammpoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Brenner hin- und hergehend bewegt wird von der Bearbeitungsposition zu einem Bereich, der nicht kleiner ist als der halbe Außendurchmesser und nicht größer als der doppelte Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials vor der Bearbeitung.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Brenner während eines Rücklaufs mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die höher ist als während eines Vorlaufs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lichtleitfaserbasismaterial durch Erwärmen und thermisches Schneiden eines Abschnitts abgetrennt wird, wo der reduzierte Außendurchmesser des Lichtleitfaserbasismaterials minimal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens ein Prozess unter der Reduzierung des Außendurchmessers, dem Flammpolieren und dem Abtrennen unter Verwendung einer Glasdrehbank ausgeführt wird.