DE102017106308A1

DE102017106308A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer vorform für eine optische faser

Info

Publication number: DE102017106308A1
Application number: DE102017106308.0A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Otosaka
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2017-09-28
Also published as: JP2017171549A; CN107226609A; US20170275199A1

Abstract

Um eine Verschlechterung der Unrundheit in einem verengten Abschnitt einer Vorform für eine optische Faser zu begrenzen, wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser bereitgestellt, mit den Schritten: Zuführen eines Inertgases entlang einer Oberfläche der Vorform für eine optische Faser, Veranlassen, dass das Inertgas um die Vorform für eine optische Faser herum zirkuliert, wobei eine sich in der Längsrichtung erstreckende Achse der Vorform für eine optische Faser eine Mitte bildet, und Erwärmen der Vorform für eine optische Faser in einer Inertgasumgebung. Bei diesem Herstellungsverfahren kann das Inertgas in einer Richtung parallel zu einer Tangentenlinie der Vorform für eine optische Faser in einer sich orthogonal zur Achse erstreckenden Ebene zugeführt werden.

Description

HINTERGRUND
1. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser.
2. STAND DER TECHNIK
Eine Vorform für eine optische Faser wird hergestellt durch Ausüben einer Zugkraft auf ein Basismaterial für eine optische Faser in einem erwärmten Zustand. Außerdem gibt es Fälle, in denen die Vorform für eine optische Faser Abmessungen und eine Form aufweist, die durch Ausüben der Zugkraft im erwärmten Zustand eingestellt werden, um eine Vorform für eine optische Faser für einen Ziehvorgang herzustellen.

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Nr. H05-024877

Die Vorform für eine optische Faser weist einen Stammabschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser und einen an einem Endabschnitt ausgebildeten, sich verjüngenden verengten Abschnitt auf. Als ein Beispiel treten, selbst wenn die Unrundheit des Stammabschnitts der Vorform für eine optische Faser kleiner ist als 0,2%, Fälle auf, in denen der verengte Abschnitt eine Unrundheit von 0,6% bis 1,0% aufweist. Von einem verengten Abschnitt mit einer schlechten Unrundheit wird eine optische Faser mit einer schlechten Unrundheit gezogen. Daher entstehen mehr Abschnitte, die als Ausschuss entsorgt werden müssen, so dass die Ausbeute des Basismaterials für eine optische Faser schlechter wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser durch Erwärmen in einer Inertgasatmosphäre bereitgestellt, wobei durch das Herstellungsverfahren Inertgas entlang einer Oberfläche der Vorform für eine optische Faser zugeführt und veranlasst wird, dass das Inertgas um die Vorform für eine optische Faser herum zirkuliert, wobei eine sich in der Längsrichtung erstreckende Achse der Vorform für eine optische Faser eine Mitte bildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser durch Erwärmen in einer Inertgasatmosphäre bereitgestellt, wobei die Herstellungsvorrichtung eine Zufuhrdüse aufweist, die das Inertgas entlang einer Oberfläche der Vorform für eine optische Faser zuführt und veranlasst, dass das Inertgas um die Vorform für eine optische Faser herum zirkuliert, wobei eine sich in der Längsrichtung erstreckende Achse der Vorform für eine optische Faser eine Mitte bildet.
In der Kurzbeschreibung sind nicht unbedingt alle erforderlichen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Teilkombination der vorstehenden Merkmale sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Herstellungsvorrichtung 10;
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht der Herstellungsvorrichtung 10;
3 zeigt eine schematische Querschnittansicht der Herstellungsvorrichtung 10;
4 zeigt eine schematische Querschnittansicht der Herstellungsvorrichtung 10;
5 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Bereichs in der Nähe der Gaszufuhrdüse 800 der Herstellungsvorrichtung 10;
6 zeigt einen Graph zum Darstellen der Unrundheit und der Änderung des Außendurchmessers der Vorform 600 für eine optische Faser;
7 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Bereichs in der Nähe der Gaszufuhrdüse 800 der Herstellungsvorrichtung 11; und
8 zeigt einen Graph zum Darstellen der Unrundheit und der Änderung des Außendurchmessers der Vorform 600 für eine optische Faser.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsformen sollen die durch die Ansprüche definierte Erfindung nicht einschränken, und es sind nicht notwendigerweise alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale wesentlich, um die Aspekte der Erfindung zu realisieren.
1 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Herstellungsvorrichtung 10. Die Herstellungsvorrichtung 10 weist eine Beschickungsvorrichtung 100, eine Heizvorrichtung 200 und eine Ziehvorrichtung 300 auf.
Die Beschickungsvorrichtung 100 weist eine Säule 101, eine Kugelumlaufspindel 102, einen Anhebe- und Absenkabschnitt 103 und einen Aufhängeschaft 104 auf. Die Säule 101 ist derart geformt, dass sie in der Richtung der Schwerkraft lang ist, und hält das obere Ende und das untere Ende der Kugelumlaufspindel 102 drehbar.
Die Kugelumlaufspindel 102 wird durch einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Motor angetrieben und dreht sich um eine sich in der Längsrichtung erstreckende Drehachse.
Der Anhebe- und Absenkabschnitt 103 steht mit der Kugelumlaufspindel 102 in Eingriff und wird durch die sich drehende Kugelumlaufspindel 102 angetrieben, so dass er entlang der Längsrichtung der Säule 101 angehoben und abgesenkt wird. Das obere Ende des Aufhängeschafts 104 steht mit dem Anhebe- und Absenkabschnitt 103 in Eingriff, und das untere Ende des Aufhängeschafts 104 steht mit dem oberen Ende des Basismaterials 400 für eine optische Faser oder dergleichen in Eingriff, welche das Ziel der Bearbeitung ist. Auf diese Weise kann das Basismaterial 400 für eine optische Faser durch Anheben und Absenken des Anhebe- und Absenkabschnitts 103 angehoben und abgesenkt werden.
Die Heizvorrichtung 200 weist einen Ofenkörper 201, eine Heizeinrichtung 202, ein Wärmedämmmaterial 203 und ein Muffelrohr 204 auf. Die Heizvorrichtung 200 weist einen Gaszufuhrabschnitt 205 und eine obere Kammer 206 im oberen Abschnitt des Ofenkörpers 201 auf. Außerdem weist die Heizvorrichtung 200 einen bodenseitigen Ofenverschluss 207 am Bodenabschnitt des Ofenkörpers 201 auf.
Der Ofenkörper 201 umgibt die gesamte Heizvorrichtung 200 und trennt das Basismaterial 400 für eine optische Faser und andere Komponenten von der Außenatmosphäre. Außerdem steht der Ofenkörper 201 mit der Säule 101 der Beschickungsvorrichtung 100 in Eingriff, so dass die Positionen dieser Komponenten relativ zueinander fixiert sind. Daher ändern sich, wenn die Beschickungsvorrichtung 100 in Betrieb ist, die relativen Positionen der Heizvorrichtung 200 und des Basismaterials 400 für eine optische Faser in der Höhenrichtung.
Die Heizeinrichtung 202 umgibt einen Abschnitt des Basismaterials 400 für eine optische Faser in der Längsrichtung und erwärmt diesen Abschnitt. Als die Heizeinrichtung 202 kann eine elektrische Heizeinrichtung verwendet werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die großen Durchmesser der moderneren Vorformen für eine optische Faser, die einen Durchmesser von mehr als 100 mm haben, zu handhaben, wie beispielsweise bei der Herstellung einer Vorform für eine optische Faser mit einem Durchmesser von 150 mm von einem Basismaterial 400 für eine optische Faser mit einem Durchmesser von 200 mm.
Das Wärmedämmmaterial 203 ist zwischen der Außenumfangsseite der Heizeinrichtung 202 und der Innenfläche des Ofenkörpers 201 angeordnet. Auf diese Weise kann die durch die Heizeinrichtung 202 erzeugte Wärme effizient genutzt werden. Außerdem wird, um eine Verunreinigung des Basismaterials 400 für eine optische Faser oder dergleichen durch Kohlenstoff oder dergleichen, aus dem die Heizeinrichtung 202 hergestellt ist, zu verhindern, die Innenwand der Heizeinrichtung 202 durch das Muffelrohr 204 umwickelt.
Der Gaszufuhrabschnitt 205 und die obere Kammer 206 sind derart angeordnet, dass sie auf der Oberseite der Heizvorrichtung 200 aufeinanderfolgend schichtförmig angeordnet sind. Der Gaszufuhrabschnitt 205 erzeugt eine Kommunikation zwischen der Innenseite und der Außenseite des Ofenkörpers 201 und ist eine Öffnung, die der Heizeinrichtung 202 und dem Muffelrohr 204 in der Längsrichtung des Basismaterials 400 für eine optische Faser innerhalb des Ofenkörpers 201 benachbart ist. Der Gaszufuhrabschnitt 205 ist eine Komponente, die eine Funktion zum Erzeugen einer Kommunikation zwischen der Innenseite und der Außenseite des Ofenkörpers 201 erfüllt, wobei die Form und dergleichen der Gaszufuhröffnung in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
In der Heizvorrichtung 200 kann der Oberfläche des Basismaterials 400 für eine optische Faser ein Inertgas, das Argongas, Stickstoffgas und dergleichen enthält, direkt über der Heizeinrichtung 202 und dem Muffelrohr 204 zugeführt werden, indem es den Gaszufuhrabschnitt 205 durchströmt. Das zugeführte Inertgas wird auch dem Inneren des Ofenkörpers 201 zugeführt, um eine Oxidation der Heizeinrichtung 202 und des Wärmedämmmaterials 203 zu verhindern.
Die obere Kammer 206 trennt zusammen mit dem Ofenkörper 201 das Basismaterial 400 für eine optische Faser von der Außenatmosphäre ab. Die obere Kammer 206 ist eine sich erweiternde und zusammenziehende Kammer, die durch Verbinden einer Vielzahl von Rohren mit Durchmessern gebildet wird, die sequentiell kleiner werden, so dass die obere Kammer sich entsprechend dem Anheben und Absenken des Anhebe- und Absenkabschnitts 103 und des Aufhängeschafts 104 erweitert und zusammenzieht. Auf diese Weise kann das Volumen der um das Basismaterial 400 für eine optische Faser 400 herum ausgebildeten Inertgasschicht reduziert werden, so dass die verwendete Menge an Inertgas begrenzt werden kann.
Der bodenseitige Ofenverschluss 207 erweitert und verengt den Innendurchmesser der Öffnung, durch den das Basismaterial 400 für eine optische Faser in die Bodenfläche des Ofenkörpers 201 eingeführt wird. Auf diese Weise kann, auch wenn der Durchmesser des Basismaterials 400 für eine optische Faser sich ändert, ein luftdichter Zustand zwischen dem Ofenkörper 201 und dem Basismaterial 400 für eine optische Faser aufrechterhalten werden.
Die Ziehvorrichtung 300 ist unterhalb der Heizvorrichtung 200 angeordnet und weist mehrere Rollen, einschließlich Führungsrollen 301 und Ziehrollen 302, auf. Die Führungsrollen 301 und die Ziehrollen 302 sind jeweils Rollenpaare, die eine Verlängerungslinie des Basismaterials 400 für eine optische Faser an den Seiten umschließen. Jedes Rollenpaar kann das dazwischen durchlaufende Basismaterial 400 für eine optische Faser oder einen Dummystab 500 einzwängen, während der Abstand zwischen diesen Rollen verändert wird.
Die Führungsrollen 301 zwängen das Basismaterial 400 für eine optische Faser oder den Dummystab 500, das/der von der Bodenfläche des Ofenkörpers 201 in der Nähe seiner unteren Enden vorsteht, ein und führen das Basismaterial 400 für eine optische Faser oder den Dummystab 500 zwischen den Ziehwalzen 302. Die Ziehwalzen 302 werden drehbar angetrieben, um das eingezwängte Basismaterial 400 für eine optische Faser oder dergleichen nach unten zu ziehen. Auf diese Weise kann die Ziehvorrichtung 300 die Zugkraft zwischen der Ziehvorrichtung 300 und dem Aufhängeschaft 104 auf das Basismaterial 400 für eine optische Faser ausüben. Außerdem zwängt, wenn das Basismaterial 400 für eine optische Faser durch die Beschickungsvorrichtung 100 abgesenkt wird, die Ziehvorrichtung 300 das Basismaterial 400 für eine optische Faser von selbst ein und zieht es nach unten.
Auf diese Weise kann die Ziehvorrichtung 300 unabhängig davon, welcher Abschnitt des Basismaterials 400 für eine optische Faser in der Längsrichtung durch die Heizvorrichtung 200 erwärmt wird, eine Zugkraft auf das Basismaterial 400 für eine optische Faser ausüben. Daher kann, indem die Ziehvorrichtung 300 die Zugkraft auf das Basismaterial 400 für eine optische Faser ausübt, das einen durch Erwärmen erweichten Abschnitt aufweist, der erweichte Abschnitt des Basismaterials 400 für eine optische Faser gestreckt werden, um einen kleineren Durchmesser zu erzeugen, oder abgetrennt werden. Ferner kann bei dem Vorgang zum Abtrennen des Basismaterials 400 für eine optische Faser auch ein sich verjüngender verengter Abschnitt am Endabschnitt ausgebildet werden, wo das Basismaterial 400 für eine optische Faser 400 abgetrennt wird.
Die vorstehend beschriebene Herstellungsvorrichtung 10 kann beispielsweise bei der Herstellung der Vorform 600 für eine optische Faser (vergl. 2) verwendet werden. Das aus einem Quarzglas und durch einen Sinterprozess wie OVD (Outside Vapor Deposition), VAD (Vapor Axial Deposition) oder dergleichen hergestellte Basismaterial 400 für eine optische Faser hat einen Außendurchmesser, der in der Längsrichtung aufgrund der Wirkung der Schwerkraft schwankt. Wenn daher das Basismaterial 400 für eine optische Faser so wie es ist zu einer optischen Faser gezogen wird, wird es schwierig, die Gasdichtung bezüglich der Ziehvorrichtung aufrechtzuerhalten. Daher wird vor dem Ziehen der optischen Faser der Außendurchmesser des Basismaterials 400 für eine optische Faser durch eine Streckungsbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 10 eingestellt, so dass die Vorform 600 für eine optische Faser mit einer geringeren Schwankung des Außendurchmessers hergestellt wird.
Wie in 1 dargestellt ist, hängt bei der Streckungsbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 10 das untere Ende des Basismaterials 400 für eine optische Faser, dessen oberes Ende durch den Aufhängeschaft 104 gehalten wird, bis zu der Position herab, an der eine Erwärmung durch die Heizeinrichtung 202 erfolgt. Das untere Ende des Basismaterials 400 für eine optische Faser steht mit dem Dummystab 500 in Eingriff. Die untere Endseite des Dummystabs 500 erstreckt sich unterhalb des Basismaterials 400 für eine optische Faser, bis es die Ziehvorrichtung 300 erreicht, und wird durch die Führungsrollen 301 und die Ziehrollen 302 eingezwängt.
Als nächstes wird mit dem Basismaterial 400 für eine optische Faser in einem Zustand, in dem es durch die Heizvorrichtung 200 erwärmt und erweicht ist, durch die Ziehvorrichtung 300 eine Zugkraft auf das Basismaterial 400 für eine optische Faser ausgeübt, und der Durchmesser des Basismaterials 400 für eine optische Faser wird reduziert. Als nächstes wird das Basismaterial 400 für eine optische Faser durch die Beschickungsvorrichtung 100 allmählich abgesenkt, so dass der Durchmesser des Basismaterials 400 für eine optische Faser 400 von seinem unteren Ende sequentiell kleiner wird.
Ferner ändert sich, wie in 2 dargestellt ist, während des Absenkvorgangs der durch die Ziehvorrichtung 300 ausgeführte Ziehprozess von einem Ziehprozess bezüglich des Dummystabs 500 in einen Ziehprozess bezüglich des Basismaterials 400 für eine optische Faser selbst. Auf diese Weise kann die Streckungsbearbeitung bis zum oberen Ende des Basismaterials 400 für eine optische Faser 400 angewendet werden. Durch Einstellen des Grades der Durchmesserverminderung wärend einer derartigen Streckungsbearbeitung wird der Durchmesser des Basismaterials 400 für eine optische Faser über seine gesamte Länge gleichmäßig gemacht, und es wird eine zum Ziehen einer optischen Faser geeignete Vorform 600 für eine optische Faser hergestellt.
Außerdem kann die Herstellungsvorrichtung 10 auch bei einer Verengungsbearbeitung verwendet werden, um Auslaufabschnitte 700a und 700b (vergl. 4) in der Vorform 600 für eine optische Faser auszubilden. Die Auslaufabschnitte 700a und 700b werden an Endabschnitten des Stammabschnitts ausgebildet, der einen konstanten Durchmesser in der Vorform 600 für eine optische Faser aufweist. An den Auslaufabschnitten 700a und 700b wird eine sich verjüngende Form mit einem Durchmesser ausgebildet, der sich vom Stammabschnitt zu einem Endabschnitt mit einem kleinen Durchmesser kontinuierlich ändert, der zum Starten des Ziehvorgangs der optischen Faser geeignet ist. Daher wird die Bearbeitung zum Ausbilden der Auslaufabschnitte 700a und 700b durch Einstellen der Formen der Endabschnitte der Vorform 600 für eine optische Faser als Auslaufbearbeitung oder Verengungsbearbeitung bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird, um allzu komplizierte Erläuterungen zu vermeiden, die Bearbeitung zum Ausbilden der Auslaufabschnitte 700a und 700b als Auslaufbearbeitung bezeichnet.
In einem Fall, in dem die Auslaufbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 10 durchgeführt wird, wird zuerst die Temperatur der Heizeinrichtung 202 auf eine Temperatur abgesenkt, bei der die Vorform 600 für eine optische Faser aushärtet, z. B. auf eine Temperatur von 1200°C. Auf diese Weise tritt die Vorform 600 für eine optische Faser, die im Streckungsbearbeitungsprozess erweicht worden ist, in einen Zustand ein, in dem sie sich nicht mehr wesentlich verformt.
Als nächstes wird, wie in 3 dargestellt ist, in einem Zustand, in dem die Führungsrollen 301 und die Ziehrollen 302 den Eingriff mit der Vorform 600 für eine optische Faser freigegeben haben, die Vorform 600 für eine optische Faser durch die Beschickungsvorrichtung 100 angehoben. Auf diese Weise werden die Positionen, an denen die Auslaufabschnitte 700a und 700b in der Vorform 600 für eine optische Faser ausgebildet sind, mit der Mitte der Heizvorrichtung 200 ausgerichtet.
Als nächstes wird die Temperatur der Heizvorrichtung 200 wieder erhöht, und die Vorform 600 für eine optische Faser wird erweicht. Ferner wird, wie in 4 dargestellt ist, der Abstand zwischen den Führungsrollen 301 und zwischen den Ziehrollen 302 in der Ziehvorrichtung 300 vermindert, um die Vorform 600 für eine optische Faser oder den Dummystab 500 einzuzwängen. Außerdem wird durch Antreiben der Ziehrolle 302 eine Zugkraft auf die Vorform 600 für eine optische Faser ausgeübt, und am erweichten Abschnitt der Vorform 600 für eine optische Faser wird eine verengte Form ausgebildet.
Ferner kann während der Ausbildung der verengten Form das obere Ende der Vorform 600 für eine optische Faser durch die Beschickungsvorrichtung 100 parallel zur Richtung des Ziehvorgangs der Vorform 600 für eine optische Faser durch die Ziehvorrichtung 300 angehoben werden. Auf diese Weise werden die Auslaufabschnitte 700a und 700b jeweils gleichzeitig am unteren Ende der oberen Vorform 600a für eine optische Faser und am oberen Ende der unteren Vorform 600b für eine optische Faser ausgebildet.
Im vorstehenden Beispiel werden die Auslaufabschnitte in der Mitte der Vorform 600 für eine optische Faser in Längsrichtung ausgebildet. Daher wird die Vorform 600 für eine optische Faser gemäß der Auslaufbearbeitung zwischen dem Auslaufabschnitt 700a und dem Auslaufabschnitt 700b getrennt. Durch Ausführen der Auslaufbearbeitung an einem Endabschnitt der Vorform 600 für eine optische Faser ist es auch möglich, die Auslaufabschnitte 700a und 700b auszubilden, ohne die Vorform 600 für eine optische Faser zu trennen.
5 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Bereichs in der Nähe des Gaszufuhrabschnitts 205 in der Herstellungsvorrichtung 10. Der obere Teil von 5 zeigt einen Teilquerschnitt in einer Ebene orthogonal zur Mittelachse, entlang der die Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung gestreckt wird, d. h. einen horizontalen Querschnitt. Der untere Teil in 5 zeigt einen Teilquerschnitt in einer Ebene, die die Mittelachse enthält, entlang der die Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung gestreckt wird, d. h. einen vertikalen Querschnitt. Außerdem ist der vorstehend beschriebene horizontale Querschnitt auch ein Querschnitt in der A-A'-Ebene, die durch den Gaszufuhrabschnitt 205 im vertikalen Querschnitt verläuft.
Unter Bezug auf 5 treten auch Fälle auf, in denen anstelle der Vorform 600 für eine optische Faser das Basismaterial 400 für eine optische Faser erscheint. In der Beschreibung von 5 wird, um zu komplizierte Erläuterungen zu vermeiden, der in die Herstellungsvorrichtung 10 geladene Gegenstand immer als Vorform 600 für eine optische Faser bezeichnet.
Wie in dem oberen Teil der Zeichnung dargestellt ist, weist der Gaszufuhrabschnitt 205 einen Strömungspfad auf, der sich parallel zur Tangente der Vorform 600 für eine optische Faser erstreckt. Ein Ende des Strömungspfads öffnet sich in der Innenfläche der Ofenwand und bildet eine Zufuhrdüse 800. Wenn das Inertgas von außerhalb des Gaszufuhrabschnitts 205 über den Strömungspfad zugeführt wird, strömt das Inertgas entlang der Innenfläche der Ofenwand oder entlang der Umfangsoberfläche des Basismaterials 400 für eine optische Faser innerhalb des Gaszufuhrabschnitts 205. Außerdem weist der Gaszufuhrabschnitt 205 der Herstellungsvorrichtung 10 ein Paar Strömungspfade auf, die in einem gleichmäßigen Abstand dazwischen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und ein Paar Zufuhrdüsen 800, die beide das Inertgas in die gleiche Richtung zuführen, sind in der Umfangsrichtung des Basismaterials 400 für eine optische Faser ausgebildet.
Ein Teil des Inertgases, das in den Gaszufuhrabschnitt 205 zugeführt wird, strömt zwischen dem Basismaterial 400 für eine optische Faser und der oberen Kammer 206. Auf diese Weise strömt ein Teil des Inertgases, der das obere Ende der Herstellungsvorrichtung 10 erreicht hat, schließlich von einem im Umfang des Aufhängeschafts 104 ausgebildeten Spalt zur Außenseite der oberen Kammer 206.
Andererseits strömt eine große Schicht von zugeführtem Inertgas zwischen dem Basismaterial 400 für eine optische Faser und dem Muffelrohr 204 und strömt vom unteren Ende des Ofenkörpers 201 nach außen. Daher strömt das über den Gaszufuhrabschnitt 205 zugeführte Inertgas innerhalb des Ofenkörpers 201 nach unten, während es sich aufgrund der Zufuhrdüsen 800 horizontal bewegt. Daher wird innerhalb des Ofenkörpers 201 eine spiralförmige Strömung erzeugt, in der das Inertgas nach unten strömt, während es sich entlang der Umfangsfläche des Basismaterials 400 für eine optische Faser dreht, wie im unteren Teil von 5 dargestellt ist. Außerdem wird eine spiralförmige Strömung erzeugt, in der sich das von jeder der mehreren Zufuhrdüsen 800 zugeführte Inertgas in der gleichen Richtung innerhalb des Ofenkörpers dreht.
Auf diese Weise wird die ungleichmäßige Verteilung des Inertgases in der Umfangsrichtung des Basismaterials 400 für eine optische Faser verbessert, und das gesamte Basismaterial 400 für eine optische Faser wird durch das Inertgas bedeckt. Daher wird das Basismaterial 400 für eine optische Faser von Sauerstoffgas oder dergleichen, das in der Außenatmosphäre enthalten ist, abgetrennt, so dass eine Qualitätseinbuße aufgrund einer Oxidation oder dergleichen, die auftritt, wenn die Heizvorrichtung 200 die Erwärmung ausführt, begrenzt wird.
Ferner sind die Zufuhrdüsen 800 der Herstellungsvorrichtung 10 derart angeordnet, dass die Ausstoßrichtungen Richtungskomponenten aufweisen, die tangential zur Vorform 600 für eine optische Faser verlaufen, so dass das von den Zufuhrdüsen 800 ausgestoßene Inertgas derart strömt, dass es um die Vorform 600 für eine optische Faser herum zirkuliert. Auf diese Weise wird die ungleichmäßige Temperaturverteilung der Oberfläche der Vorform 600 für eine optische Faser, die durch die ungleichmäßige Verteilung des Inertgases verursacht wird, verbessert, und die Zunahme der Unrundheit der Auslaufabschnitte 700a und 700b, die derart ausgebildet sind, dass sie verengte Formen aufweisen, wird begrenzt.
Hierbei ist die Unrundheit der Vorform 600 für eine optische Faser ein Wert, der durch Messen des Außendurchmessers der Vorform 600 für eine optische Faser erhalten wird, und wird durch den nachstehenden Ausdruck 1 dargestellt, wenn der maximale Durchmesser D_MAX, der minimale Durchmesser D_MIN, und der mittlere Durchmesser ist D_AVE sind. Unrundheit [%] = (D_MAX – D_MIN)/D_AVE × 100 Ausdruck 1
(Beispielhafte Ausführungsform)
Eine Vorform 600 für eine optische Faser mit einem Außendurchmesser von 150 mm wurde aus einem Basismaterial 400 für eine optische Faser mit einem maximalen Außendurchmesser von 200 mm durch eine Streckungsbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 10 hergestellt. Außerdem wurden zwei Vorformen 600 für eine optische Faser hergestellt, die für einen Ziehvorgang für eine optische Faser geeignet sind, wobei die Auslaufabschnitte 700a und 700b in der Mitte der Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung durch eine Auslaufbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 10 ausgebildet wurden.
Wie in 5 dargestellt ist, wurden zwei Zufuhrdüsen 800 der Herstellungsvorrichtung 10 derart angeordnet, dass ihre Ausstoßrichtungen Richtungskomponenten aufweisen, die sich in einem radialen Querschnitt tangential zur Vorform 600 für eine optische Faser erstrecken. Die Querschnittsfläche jeder Zufuhrdüse 800 betrug 40 mm², und Stickstoffgas wurde von jeder Zufuhrdüse 800 mit einer Rate von 75 l pro Minute zugeführt.
6 zeigt einen Graph zum Darstellen der Messergebnisse der Unrundheit der Vorform 600 für eine optische Faser, die für einen Ziehvorgang für eine optische Faser geeignet ist und unter Verwendung der vorstehenden Bedingungen hergestellt wurde. Wie in 6 dargestellt ist, war die Unrundheit der Vorform 600 für eine optische Faser an jedem der Auslaufabschnitte 700a und 700b kleiner oder gleich 0,24%.
(Vergleichsbeispiel)
7 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Bereichs in der Nähe des Gaszufuhrabschnitts 208 in einer anderen Herstellungsvorrichtung 11. Der obere Teil in 7 zeigt einen Teilquerschnitt in einer Ebene, die sich orthogonal zur Mittelachse erstreckt, entlang der die Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung gestreckt wird, d. h. einen horizontalen Querschnitt. Der untere Teil in 7 zeigt einen Teilquerschnitt in einer Ebene, die die Mittelachse enthält, entlang der die Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung gestreckt wird, d. h. einen vertikalen Querschnitt. Außerdem ist der vorstehend beschriebene horizontale Querschnitt auch ein Querschnitt in der A-A'-Ebene, die durch den Gaszufuhrabschnitt 205 im vertikalen Querschnitt verläuft.
Wie im oberen Teil von 7 dargestellt ist, weist der Gaszufuhrabschnitt 208 der Herstellungsvorrichtung 11 ein Paar Zufuhrdüsen 800 auf, deren Zufuhrrichtung sich jeweils orthogonal zu einer Normalenlinie der Vorform 600 für eine optische Faser erstreckt. Daher teilt sich das Inertgas, das von jeder Zufuhrdüse 800 des Paar zugeführt wird, in eine Strömung im Uhrzeigersinn und eine Strömung im Gegenuhrzeigersinn entlang der Oberfläche der Vorform 600 für eine optische Faser, und wenn das Inertgas von einer der Zufuhrdüsen 800 über etwa 90° um die Vorform 600 für eine optische Faser herum zirkuliert ist, kollidiert diese Inertgasströmung mit der Strömung des von der anderen Zufuhrdüse 800 zugeführten Inertgases.
Daher wird, wie im unteren Teil von 7 dargestellt ist, die Durchflussrate des Inertgases auf der Oberfläche der Vorform 600 für eine optische Faser in der Mitte in der Zeichnung relativ groß und an beiden Enden an den Seiten in der Zeichnung relativ klein. Daher wird, wenn das Inertgas kontinuierlich zugeführt wird, die durch das Inertgas verursachte Abkühlung der Vorform 600 für eine optische Faser ungleichmäßig und tritt eine Temperaturverteilung in der Vorform 600 für eine optische Faser auf. Die Temperaturverteilung in der Vorform 600 für eine optische Faser wird dargestellt als eine Viskositätsverteilung, wenn die Vorform 600 für eine optische Faser erweicht ist, so dass die Zunahme der Unrundheit signifikanter wird, wenn die Streckungsbearbeitung oder die Auslaufbearbeitung durch Ausüben einer Zugkraft auf die Vorform 600 für eine optische Faser ausgeführt wird.
Eine Vorform 600 für eine optische Faser mit einem Außendurchmesser von 150 mm wurde aus einem Basismaterial 400 für eine optische Faser mit einem maximalen Außendurchmesser von 200 mm durch eine Streckungsbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 11 hergestellt. Außerdem wurden zwei Vorformen 600 für eine optische Faser, die für einen Ziehvorgang für eine optische Faser geeignet sind, durch eine Auslaufbearbeitung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung 11 hergestellt.
Wie in 7 dargestellt ist, wurden zwei Zufuhrdüsen 800 der Herstellungsvorrichtung 11 bereitgestellt. Jede Zufuhrdüse 800 hat eine Ausstoßrichtung in Richtung zur Vorform 600 für eine optische Faser und weist keine tangentialen Richtungskomponenten in einem radialen Querschnitt auf. Die Querschnittsfläche jeder Zufuhrdüse 800 betrug 40 mm², und Stickstoffgas wurde von jeder Zufuhrdüse 800 mit einer Rate von 75 l pro Minute zugeführt.
8 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Messergebnisse der Unrundheit der Vorform 600 für eine optische Faser, die für einen Ziehvorgang für eine optische Faser geeignet ist und unter Verwendung der vorstehenden Bedingungen hergestellt wurde. Wie in 8 dargestellt ist, erreichte die Unrundheit der Vorform 600 für eine optische Faser einen Maximalwert von 1,05%.
In der beispielhaften Ausführungsform und im vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel wurde die Auslaufbearbeitung in der Mitte der Vorform 600 für eine optische Faser in der Längsrichtung ausgeführt. In der Vorform 600 für eine optische Faser ist dieser Mittenabschnitt ein Abschnitt mit stabilen Eigenschaften und hochgradiger Unrundheit. Daher wird erwartet, dass die Unrundheit der Auslaufabschnitte 700a und 700b im Mittenabschnitt der Vorform 600 für eine optische Faser hoch sein wird.
Wenn die Herstellungsvorrichtung 11 verwendet wird, treten jedoch auch dann, wenn die Unrundheit des Stammabschnitts der Vorform 600 für eine optische Faser weniger als 0,2% beträgt, Fälle auf, in denen die Unrundheit der Auslaufabschnitte 700a und 700b 0,6% bis 1,0% erreicht. Allerdings tritt in der Herstellungsvorrichtung 11 aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Strömung des von den Gaszufuhrabschnitt 205 zugeführten Inertgases eine Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Vorform 600 für eine optische Faser auf, so dass davon ausgegangen wird, dass die Unrundheit in den Auslaufabschnitten 700a und 700b schlechter wird. Im Gegensatz dazu ist es in der Herstellungsvorrichtung 10 durch Zuführen des Inertgases derart, dass es um die Vorform 600 für eine optische Faser herum zirkuliert, möglich, die Zunahme der Unrundheit zu verhindern und die Produktionsausbeute der optischen Faser zu verbessern.
In den vorstehenden Beispielen weisen die Zufuhrdüsen 800 Strukturen zum Zuführen des Inertgases in Richtungen auf, die Linien überlappen, die tangential zu der Vorform 600 für eine optische Faser verlaufen. Die Zufuhrrichtung des Inertgases ist aber nicht auf eine Richtung parallel zur Tangentenlinie beschränkt.
Beispielsweise strömt das Inertgas in einen ringförmigen leeren Raum zwischen dem Vorform 600 für eine optische Faser und dem Gaszufuhrabschnitt 205, so dass Fälle auftreten, in denen der Widerstand der Inertgaszufuhr abnimmt, wenn die Zufuhrrichtung des Inertgases relativ nahe zur Mitte der Vorform 600 für eine optische Faser gerichtet ist. Daher tritt in der Herstellungsvorrichtung 10, wenn die Zufuhrrichtung des Inertgases bezüglich der Normalenlinie der Vorform 600 für eine optische Faser geneigt ist, ein Effekt auf, gemäß dem das Inertgas glatt und gleichmäßig zugeführt wird. Außerdem kann zusätzlich zu einer Struktur, gemäß der die Zufuhrrichtung des Inertgases entsprechend der Richtung der Zufuhrdüse 800 selbst eingestellt wird, eine Struktur verwendet werden, bei der eine Strömungsbegradigungsplatte oder dergleichen im Zufuhrströmungspfad des Inertgases bereitgestellt wird.
Die Strömung des zugeführten Inertgases weist vorzugsweise eine Komponente parallel zur Längsrichtung der Vorform 600 für eine optische Faser auf, so dass das zugeführte Inertgas spiralförmig strömt. In der Herstellungsvorrichtung 10 tritt eine Komponente in der Längsrichtung der Vorform 600 für eine optische Faser natürlich aufgrund des Aufstiegs des durch die Heizvorrichtung 200 erwärmten Inertgases, der Freisetzung des Inertgases vom unteren Ende des Ofenkörpers 201 und dergleichen auf, eine solche Richtungskomponente kann aber aktiv auf die Strömung des Inertgases angewendet werden. Daher kann das Inertgas beispielsweise in eine Richtung zugeführt werden, die bezüglich der Längsrichtung der Vorform 600 für eine optische Faser geneigt ist. Außerdem können zusätzlich zu den Zufuhrdüsen 800, die das Inertgas horizontal zuführen, weitere Zufuhrdüsen 800 hinzugefügt werden, die eine vertikale Komponente in der Zufuhrrichtung aufweisen.
Außerdem weist im vorstehenden Beispiel die Herstellungsvorrichtung 10 ein Paar Zufuhrdüsen 800 auf. Die Anzahl der Zufuhrdüsen 800 ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann eine größere Anzahl von Zufuhrdüsen 800 bereitgestellt werden. Außerdem können die Positionen, an denen die Zufuhrdüsen 800 bereitgestellt werden, eine Vielzahl unterschiedlicher Positionen in der Längsrichtung der Vorform 600 für eine optische Faser sein. Darüber hinaus sind in dem vorstehenden Beispiel die Zufuhrdüsen 800 an der Oberseite der Heizvorrichtung 200 angeordnet, die Zufuhrdüsen 800 können aber auch an der Unterseite der Heizvorrichtung 200 angeordnet sein.
Außerdem wurde im vorstehenden Beispiel die Vorform 600 für eine optische Faser, die zum Ziehen einer optischen Faser geeignet ist, hergestellt durch Ausführen einer Streckungsbearbeitung bezüglich des Basismaterials 400 für eine optische Faser und anschließendes Ausführen der Auslaufbearbeitung bezüglich der hergestellten Vorform 600 für eine optische Faser. Die Begrenzung der Zunahme der Unrundheit in der Herstellungsvorrichtung 10, die den Gaszufuhrabschnitt 205 aufweist, ist jedoch auch effektiv, wenn nur eine Bearbeitung unter der Streckungsbearbeitung und der Auslaufbearbeitung ausgeführt wird. Außerdem ist es, wenn die Auslaufbearbeitung ausgeführt wird ohne die Vorform 600 für eine optische Faser zu trennen, d. h., wenn eine Bearbeitung ausgeführt wird, um die Auslaufabschnitte 700a und 700b am Endabschnitt der Vorform 600 für eine optische Faser bereitzustellen, möglich, die Zunahme der Unrundheit durch die Struktur der Herstellungsvorrichtung 10 zu begrenzen.
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.
Liste der Bezugszeichen

10, 11: Herstellungsvorrichtung, 100: Beschickungsvorrichtung, 101: Säule, 102 Kugelumlaufspindel, 103: Anhebe- und Absenkabschnitt, 104: Aufhängeschaft, 200: Heizvorrichtung, 201: Ofenkörper, 202: Heizeinrichtung, 203: Wärmedämmmaterial, 204: Muffelrohr, 205, 208: Gaszufuhrabschnitt, 206: obere Kammer, 207: bodenseitiger Ofenverschluss, 300: Ziehvorrichtung, 301: Führungsrolle, 302: Ziehrolle, 400: Basismaterial für optische Faser, 500: Dummystab, 600: Vorform für eine optische Faser, 600a: obere Vorform für eine optische Faser, 600b: untere Vorform für eine optische Faser, 700a, 700b: Auslaufabschnitt, 800: Zufuhrdüse.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 05-024877 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser durch Erwärmen in einer Inertgasatmosphäre, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Zuführen des Inertgases entlang einer Oberfläche der Vorform für eine optische Faser und Veranlassen, dass das Inertgas um die Vorform für eine optische Faser herum zirkuliert, wobei eine sich in der Längsrichtung erstreckende Achse der Vorform für eine optische Faser eine Mitte bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Inertgas in einer Richtung parallel zu einer Tangentenlinie der Vorform für eine optische Faser in einer sich orthogonal zur Achse erstreckenden Ebene zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Inertgas einer Heizeinrichtung, die die Vorform für eine optische Faser erwärmt, von in der Längsrichtung der Vorform für eine optische Faser benachbarten Positionen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Inertgas der Heizeinrichtung von benachbarten Positionen auf beiden Seiten der Vorform für eine optische Faser in der Längsrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Inertgas derart zugeführt wird, dass es eine Bewegungskomponente parallel zur Achse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Inertgas mit der Bewegungskomponente parallel zur Achse weiter entlang der Oberfläche der Vorform für eine optische Faser zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Inertgas von mehreren Positionen zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Inertgas Argongas und/oder Stickstoffgas enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorform für eine optische Faser hergestellt wird durch Ausüben einer Zugkraft auf ein Basismaterial für eine optische Faser, das in einer Atmosphäre erwärmt wird, der das Inertgas zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei an einem Endabschnitt der Vorform für eine optische Faser eine verengte Form ausgebildet wird.
Vorrichtung zum Herstellen einer Vorform für eine optische Faser durch Erwärmen in einer Inertgasatmosphäre, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Zufuhrdüse, die das Inertgas entlang einer Oberfläche der Vorform für die optische Faser zuführt und veranlasst, dass das Inertgas um die Vorform für eine optische Faser herum zirkuliert, wobei eine sich in der Längsrichtung erstreckende Achse der Vorform für eine optische Faser eine Mitte bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Zufuhrdüse das Inertgas in einer Richtung parallel zu einer Tangentenlinie der Vorform für eine optische Faser in einer sich orthogonal zur Achse erstreckenden Ebene zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Zufuhrdüse einer Heizeinrichtung, die die Vorform für eine optische Faser erwärmt, das Inertgas von in der Längsrichtung der Vorform für eine optische Faser benachbarten Positionen zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Zufuhrdüse der Heizeinrichtung das Inertgas von in der Längsrichtung benachbarten Positionen an beiden Seiten der Vorform für eine optische Faser zuführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Zufuhrdüse das Inertgas derart zuführt, dass es eine Bewegungskomponente parallel zur Achse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, ferner mit einer anderen Zufuhrdüse, die das Inertgas mit der Bewegungskomponente parallel zur Achse entlang der Oberfläche der Vorform für eine optische Faser zuführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Zufuhrdüse das Inertgas von mehreren Positionen zuführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Zufuhrdüse das Inertgas zuführt, das Argongas und/oder Stickstoffgas enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, mit: einem Heizabschnitt, der ein Basismaterial für eine optische Faser in einer Atmosphäre erwärmt, der das Inertgas zugeführt wird; und einem Ziehabschnitt, der ein Ende des durch den Heizabschnitt erwärmten Basismaterials für eine optische Faser zieht, wobei die Vorrichtung die Vorform für eine optische Faser herstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei an einem Endabschnitt der Vorform für eine optische Faser eine verengte Form ausgebildet wird.