DE2447534A1

DE2447534A1 - Vorrichtung zur herstellung von optischen fasern

Info

Publication number: DE2447534A1
Application number: DE19742447534
Authority: DE
Inventors: Mituhiro Tokuhara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1973-10-04
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1975-04-17
Also published as: GB1438742A; JPS5638536B2; JPS5062648A

Description

Vorrichtung zur Herstellung von optischen Fasern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Fasern gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung befasst sich mit einer verbesserten Vorrichtung zur Herstellung von optischen Fasern, bei der ein Mehrfachschmelztiegel verwendet wird.

Für die Herstellung von optischen Fasern verwendet man das sog. Schmelztiegelverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein Glasmaterial durch Erhitzung desselben in einem Schmelztiegel geschmolzen. Das schmelzflüssige Glas lässt man anschliessend aus einer durch die Bodenwandung des Schmelztiegels

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hindurchreichenden Spinndüse ausfliessen und spinnt es zu einer optischen Paser. Wenn bei dem Betrieb dieses Verfahrens Hochqualitätsfasern mit einem gleichmässigen Querschnittsbereich über die gesamte Länge hergestellt werden sollen, spielen die drei im folgenden wiedergegebenen Faktoren eine wesentliche Rolle.

1. Die Viskosität des schmelzflüssigen Glases ist über die in Rede stehende Zeit stabilisiert;

2. das Verspinnen der Glasfaser von einer Spinndüse eines Schmelztiegels wird zeitlich stabilisiert; ^. das Niveau des schmelzflüssigen Glases in dem Schmelztiegel wird während des gesamten Spinnvorgangs konstant gehalten.

Von den vorstehend genannten Faktoren hängt der erste im wesentlichen von der Temperatur ab. Man erhält daher eine ausreichende Stabilisierung der Viskosität, wenn man die Temperatur mit einer erhöhten Genauigkeit steuert.

Der zweite Faktor, dh. der Ziehvorgang, kann mit einer bemerkenswerten Stabilität durchgeführt werden, indem man einen automatischen Spinnmechanismus von einer Trommelbauart verwendet . ^c

Im Gegensatz zu den beiden ersten Faktoren war der dritte Faktor, dh. die Aufrechterhaltung eines konstanten Niveaus von schmelzflüssigem Glas, bisher praktisch schwierig durchzuführen, so dass man nicht die erwünschten Ergebnisse erhielt. Diese Schwierigkeit wird dann besonders ernsthaft, wenn man gleichmässige Fasern über die gesamte Länge herstellen soll.

Zur Verbesserung der Gleichförmigkeit von optischen Fasern wurde beim Stand der Technik entweder die Geschwindigkeit gesteuert, mit der das Material kontinuierlich oder inter-

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mittierend entsprechend der Menge der versponnenen Faser zugeführt wurde, sowie diese durch die Beurteilung der Bedienungsperson bestimmt war -· Eine weitere Möglichkeit bestand darin, die Menge des zugeführten Materials zu steuern, indem man das Niveau des schmelzflüssigen Materials beobachtete. Bei dem erstgenannten Verfahren zur Überwachung der Zufuhr tritt die Schwierigkeit auf, jeweils einen genauen Abgleich.zwischen den verbrauchten und den zugeführten Mengen zu erhalten. Bei der zuletzt genannten Steuerung ist es schwierig, das Niveau des schmelzflüssigen Glases mit ausreichender Genauigkeit festzustellen, da das schmelzflüssige Glas sowie der gesamte Schmelztiegel glühen und damit leuchten. Mit den bekannten Techniken gelingt es somit nicht, das Niveau des schmelzflüssigen Glases mit einer ausreichenden Genauigkeit während des gesamten Spinnvorganges konstant zu halten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der auch das Niveau des-schmelzflüssigen Glases in dem Schmelztiegel während des gesamten Spinnvorganges konstant gehalten wird. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit in der Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung von optischen Fasern mittels des sog. Schmelztiegelverfahrens zu sehen, welchen der vorstehend genannte Nachteil nicht mehr anhaftet. Hierdurch wird das Niveau des schmelzflüssigen Materials in dem Schmelztiegel auf einfache Weise während der gesamten Spinnverfahren konstant gehalten. Man erhält somit gleichmässigere optische Fasern. Es werden desweiteren die Blasen und Bläschen in dem schmelzflüssigen Metall daran

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gehindert, in die versponnene Faser einzutreten, so dass :-uch die optischen Eigenschaften der Fasern verbessert werden. Das wesentliche Merkmal der Erfindung dürfte somit darin beruhen, dass der Schmelztiegel mit einer an seinem Boden angebrachten Spinndüse, die von einer Bauart ist, bei der das Material nach unten ausströmt, mit einem Überlaufkanal versehen ist, welcher an seinem oberen Bereich derart angebracht ist, dass bei einer Beschickung des Schmelztiegels mit dem Material um eine Menge, die etwas grosser ist, als die Menge des schmelzflüssigen Materials, welche während des Spinnvorgangs aus der Spinndüse nach aussen ausströmt, wobei die Überschussmenge des schmelzflüssigen Materials in dem Schmelztiegel aus diesem durch den Überlaufkanal ausströmen kann, so dass das Niveau des schmelzflüssigen Materials in dem Schmelztiegel während des gesamten Spinnvorgangs konstant gehalten wird.

Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, -jelohe zur Herstellung von optischen Fasern dient. Diese Vorrichtung enthält eine Mehrzahl von übereinander gestapelten^ Schmelztiegeln, von denen jeder an seinem Bodenbereich eine Spinndüse enthält, welche das schmelzflüssige Glas ausströmen lässt, sowie einen Überlaufkanal, der an einer Seitenwandung angebracht ist. Mit einer Vorrichtung der vorbe«· schriebenen Bauart, die als Ganzes erhitzt wird, kann eine optische Faser aus den Spinndüsen versponnen werden, während die Schmelztiegel mit ihren entsprechenden Glasschmelzen in vorbestimmten Zeitintervallen mit derartigen Raten beschickt werden, dass, wenn die Glasschmelzen in den Schmelztiegeln vorbestimmte Niveaus überschreiten, der Überschuss der Glasschmelzen über die Überströmkanäle in entsprechende Aufnahmegefässe abfliessen · kann · Hierdurch gelingt es, die Niveaus der Glasschmelzen in den Schmelztiegeln während des gesamten Spinnverfahrens konstant zu halten. Blasen, die in den Glas-

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schmelzen entstehen, werden mit den Überschussbereichen nach aussen abgeführt, so dass man eine optische Faser mit einer verbesserten Qualität verspinnen kann..

Die beiliegende Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine Explosionsdarstellung wird eine MehrfachschmeIztiegel wie er bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Anwendung kommt; Fig. 2 eine schematische teilgeschnittene Vertikalansieht von einer den Schmelztiegel von Fig. 1 enthaltenden Vorrichtung;

Fig. 3 und 4 schematische Schnittansiehten zur Erläuterung weiterer Ausführungsförmen der Erfindung. In Fig. 1 ist ein Beispiel von der Bauart eines Mehrfachschmelztiegels dargestellt, wie er in der Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser verwendet werden kann. Fig. 2 zeigt den erfindungsgemässen Mehrfachschmelztiegel während eines Betriebszustandes. Der Mehrfachschmelztiegel kann eine optische Faser herstellen, die aus einem Kern besteht, aus einer unteren Überzugsschicht, die einen niedrigeren Brechungsindex hat als der Kern und aus einer oberen Überzugsschicht, die als Absorptionsschicht dient. Die Vorrichtung enthält einen ersten Schmelztiegel 1 für das Kernmaterial, einen zweiten Schmelztiegel 2 für das Material der unteren Überzugsschicht und einen dritten Schmelztiegel 3 für das Material des Absorptionsüberzuges. Die Schmelztiegel 1, 2 und 3 bestehen aus Platin, Ton, Tonerde oder Quarz. Die Schmelztiegel sind übereinander angeordnet, so dass geeignete Spalte zwischen benachbarten Schmelztiegeln entstehen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In den Schmelztiegeln 1, 2 und 3 sind entsprechende mit einer Bohrung versehene Spinndüsen 4, 5 und 6 angebracht, welche durch die Bodenwandungen der Schmelztiegel

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hindurchreichen. Desweiteren enthalten die Schmelztiegel 1, 2 und 3 Überlaufkanäle 7, 8 und 9> die in ihren oberen Bereichen vorgesehen sind. Ein Aufnahmegefäss Io dient zur Aufnahme das überfliessenden Bereichs des schmelzflüssigen Materials, das von den Überlaufkanälen 7* 8 und 9 herkommt. Die oberen Schmelztiegel sind wie in Fig. 1 dargestellt ist breiter als die unteren Schmelztiegel, undzwar um entsprechende Spalte, durch welche die einzelnen Schmelztiegel mit dem Material beschickt werden können.

Der Betrieb und die Verwendung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung geschieht hierbei in der folgenden V/eise. Die einzelnen Schmelztiegel 1, 2 und 3, die ursprünglich voneinander getrennt sind, werden mit ihren entsprechenden Materialien beschickt und anschliessend ineinandergesetzt, so dass die resultierende Schmelztiegelanordnung entsteht wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Schmelztiegelanordnung wird in eine Erhitzungsanlage wie beispielsweise einen elektrischen Ofen eingebracht und dort als Ganzes erhitzt, um die Chargen-Materialien zu schmelzen. Nach Beendigung des Schmelzvorganges lässt man die schmelzflüssigen Materialien aus den Schmelztiegeln 1, 2 und 3 durch die Spinndüsen 4, 5 und 6 derart ausfliessen, dass die inneren Strömungen von den äusseren Strömungen umgeben sind, während sie in eine optische Faser versponnen werden, die um eine sich drehende Trommel D gewickelt wird. Während dieses Spinnverfahrens werden die Schmelztiegel 1, 2 und 3 mit den entsprechenden Materialien beschickt , was mit Beschickungsraten geschieht, die etwas grosser sind als die Ausströmraten. Eine derartige Materialzufuhr kann mittels irgendeiner geeigneten an sich bekannten Technik durchgeführt werden, beispielsweise, indem man ein Material A in Stabform mit einer etwas grösseren Geschwindigkeit zuführt, als sie der Ausströmungsgeschwindigkeit entspricht,

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oder indem man Blöcke oder Plättchen (carets) in bestimmten Zeitintervallen oder von Zeit zu Zeit zugibt, oder indem man in die Schmelztiegel das schmelzflüssige Material einbringt, das in zusätzlichen Schmelztiegeln aufbereitet wurde. Der Stab A.wird von einem Halter B getragen. Der Halter B ist an einem nicht dargestellten Gerätegehäuse gehaltert. Der Stab A wird durch die Erhitzung geschmolzen und die sehmelzflüssigen Tröpfchen fallen in den obersten Schmelztiegel 1. Ein derartiger Überschuss in der Materialzufuhr bewirkt, dass die überschüssigen Mengen der schmelzflüssigen Materialien über die Überströmkanäle abfliessen, so dass das Niveau der schmelzflüssigen Materialien in den Schmelztiegeln während des gesamten Spinnvorgangs konstant gehalten werden. Die Anordnung der Überlaufkanäle ist nicht auf die Richtung und die Lage beschränkt, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind. Die Richtungen der Kanäle können voneinander verschieden sein, so dass die überströmenden Anteile der schmelzflüssigen Materialien von einzelnen Aufnahmegefässen aufgenommen werden. Des weiteren können auch zwei oder mehrere Überströmkanäle in Jedem Schmelztiegel angebracht sein.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Behälter für die Aufnahme der überströmenden Bereiche des schmelzflüssigen Metalls nicht in von den Schmelztiegeln abgetrennter Form ausgebildet ist. Es ist vielmehr der unterste Schmelztiegel so ausgebildet, dass er ein Reservoir für die schmelzflüssigen ausströmenden Materialien bildet, so dass die Handhabung der Vorrichtung vereinfacht wird. Die in Figur 3 dargestellte Schmelztiegelanordnung eignet sich besonders für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser, die aus einem Kern und lediglich einer Überzugsschicht besteht. Der Schmelztiegel 2 für die Beschickung mit dem Überzugs-

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material trägt den Schmelztiegel 1 für die Beschickung mit dem Kernmaterial, der in diesem oben eingesetzt ist, und der Schmelztiegel 2 ist mit einer Unterteilungsplatte 2' versehen, welche ein Reservoir Io' für die Aufnahme des überströmenden Überschussanteils des schmelzflüssigen Materials bildet. Das Reservoir Io' ist vorzugsweise mit einem-an dem Boden angeordneten Ablaufstopfen H versehen. Die aus den beiden Schmelztiegeln 1 und 2 überströmenden Materialien dürfen in das eine Reservoir Io' eintreten. Die Gesamtmenge der während des Spinnvorgangs überströmenden Materialien ist jedoch relativ klein, so dass man keinen zusätzlichen Behälter oder kein zusätzliches Reservoir benötigt.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hierin ist die Schmelztiegelanordnung 1 und 2 beispielsweise derart getroffen, dass der unterste Schmelztiegel 2 eine Auswahl von Niveaus des schmelzflüssigen Materials zulässt. Drei Überströmkanäle 8,, 8₂ und 8~ sind in unterschiedlichen Höhen von der Bodenfläche aus gerechnet angeordnet. Von diesen Kanälen sind alle bis auf einen mittels Stopfen 12 verschlossen. Der offene Kanal bestimmt das erwünschte Niveau. Ein Aufnahmebehälter lo^ dient für die Aufnahme des Überschussbereichs von Material, welches von dem Kanal 7 des ersten Schmelztiegels 1 ausströmt. Ein weiterer Behälter lOp nimmt das von den Kanälen 8,, 8p und 8·, aus dem zweiten Schmelztiegel ausströmende Material auf. Mit 13 und 14 sind Düsen bezeichnet, durch welche die Materialien den Schmelztiegeln 1 und 2 zugeführt werden. Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, dass bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, dh. solange Überschussanteile der schmelzflüssigen Materialien konstant durch den Überflusskanal der Schmelztiegelelemente strömen, die Niveaus der schmelzflüssigen Materialien in den Schmelztiegelelementen während des gesamten Spinnvorgangs in erheb-

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lich stabilerer Weise konstant gehalten werden können, als dies bei dem Verfahren gemäss dem Stand der Technik möglich war. Demgemäss werden auch die Flüssigkeitsdrucke an den Spinndüsen konstant gehalten, so dass man eine stabile Produktion von gleichmässigen Fasern erhält. Ein weiterer Vorteil beruht auf dem folgenden Umstand. Die sich beim Schmelzen der Materialien bildenden Blasen zeigen das Bestreben, nach oben aufzusteigen, und zwar in diejenigen Uberschussbereiche des schmelzflüssigen Materials, das über den Überlauf von den Schmelztiegeln abgeführt wird. Hierdurch ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil, indem nämlich vermieden wird, dass Blasen oder Bläschen in die versponnenen Fasern eintreten. Dies gelingt auf äusserst einfache Weise und vollständiger, als dies bisher möglich war.

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Claims

-lo- Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung von optischen Pasern unter Verwendung von Schmelztiegeln, gekennzeichnet durch:

3ine Heizeinrichtung zum Erhitzen von zu schmelzenden Materialien, aus denen die optische Faser hergestellt werden soll;

eine Schmelzeinheit, welche so angeordnet ist, dass sie von der Aussenseite mittels der Heizeinrichtung erhitzt werden kann, wobei die Schmelzeinheit eine Mehrzahl von Schmelztiegeln (1,2,3) enthält, die übereinander gestapelt sind, und wobei jeder der Schmelztiegel an seinem Bodenbereich mit einer Spinndüse (4,5,6) versehen ist, die eine Bohrung aufweist, und wobei die Bohrungen der Spinndüsen (4,5,6) von den Schmelztiegeln (1,2,3) miteinander fluchtend angeordnet sind; eine Überlaufeinrichtung (7*8,9), die in zumindest einem der Schmelztiegel (1,2,3) angebracht und so angeordnet ist, dass sie dann, wenn das schmelzflüssige, darin enthaltene Material ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, den Überschussbereich des schmelzflüssigen Materials durch sie austreten lässt; eine Materialzuführungseinrichtung (A,B) für die Zufuhr der Materialien für die optischen Fasern zu den Schmelztiegeln (1,2,3) in derartigen Mengen', dass Anteile des schmelzflüssigen Materials von der Überlaufeinrichtung während des gesamten Spinnvorgangs ausströmen; und eine Faserzieheinrichtung (D), die so angeordnet ist, dass sie die optische Faser spinnt, während sie die entsprechenden Anteile der schmelzflüssigen Materialien zieht, die durch die Spinndüsen (4,5,6) ausfHessen.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztiegel (1,2,5) mit Überlaufkanälen (4,5*6) versehen sind, welche an der Seitenwandung angebracht sind, so dass, wenn die schmelzflüssigen Materialien in den Schmelztiegeln vorbestimmte Niveaus überschreiten, die Überschussanteile der schmelzflüssigen Materialien über diese Überlaufkanäle nach aussen abströmen können.

J. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufeinrichtung so in den Schmelztiegeln angeordnet ist, dass sie eine Auswahl von Niveaus der schmelzflüssigen Materialien ermöglicht wenn man die Uberschussanteile der schmelzflüseigen Materialien überströmen lässt (Figur 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandungen der übereinander gestapelten ■ Schmelztiegel . mit einer Mehrzahl von Überströmkanälen (8^, 8p, 8-J versehen sind, die sich in entsprechenden Abständen von den entsprechenden Bodenbereichen befinden, und dass die Überlaufkanäle mit Stopfen (12) versehen sind, welche so angeordnet sind, dass sie betätigt werden können.

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