NL1014374C2

NL1014374C2 - Staafvormig vormdeel voor het hieruit vervaardigen van een optische vezel, werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk staafvormig vormdeel alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel onder toepassing van een dergelijk staafvormig vormdeel.

Info

Publication number: NL1014374C2
Application number: NL1014374A
Authority: NL
Inventors: Marinus Jacob De Fouw; Henrikus Lambertus Mari Jansen
Original assignee: Draka Fibre Technology Bv
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-15
Also published as: WO2001058819A1; EP1255700A1; ATE449746T1; KR20020081325A; CN1420850A; BR0108332A; DE60140602D1; AU2001237806A1; US6649261B2; US20010020372A1; DK1255700T3; KR100730639B1; JP5207571B2; BR0108332B1; EP1255700B1; CN1212990C; JP2003522705A

Description

r

Korte aanduiding: Staafvormig vormdeel voor het hieruit vervaardigen van een optische vezel, werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk staafvormig vormdeel alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel 5 onder toepassing van een dergelijk staafvormig vormdeel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een staafvormig vormdeel voor het hieruit vervaardigen van een optische vezel 10 alsmede op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk staafvormig vormdeel. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel waarbij een uiteinde van een staafvormig vormdeel wordt onderworpen aan een verwarmingsbehandeling, waarna het aldus weekgemaakte uiteinde van het 15 staafvormige vormdeel wordt onderworpen aan een trekkracht om hieruit een optische vezel te trekken.

Een dergelijk vormdeel is bekend uit de Japanse octrooipublicatie JP-A-11079772 en is volgens dat document te beschouwen als een aantal afzonderlijke groeven van verschillende dieptes die 20 loodrecht op de axiale richting van het vormdeel aan het uiteinde van het vormdeel zijn gelegen. Een dergelijke stapsgewijze diameterreductie is ongunstig omdat in de oven ter plaatse van zo’n stap het glas van het vormdeel dusdanig verweekt dat het materiaal vanaf de stap uit de oven zakt. Omdat de kegelgeometrie aan de omtrek hiervan wordt verwarmd door 25 de oven, bestaat er een aanzienlijke kans dat de gebieden naast het centrum van het vormdeel verweken waardoor er niet vanuit het midden van de kegel wordt getrokken, hetgeen ongewenst is.

Een dergelijk vormdeel is op zich ook bekend uit de ten name van de onderhavige aanvragers ingediende Europese octrooiaanvrage 30 0 530 917. Het daaruit bekende vormdeel is te beschouwen als een staafvormig vormdeel dat over de volledige lengte hiervan een uniforme diameter bezit. Indien uit een dergelijk staafvormig vormdeel een optische vezel moet worden vervaardigd, wordt het staafvormige vormdeel aan een uiteinde hiervan in een oven verwarmd zodat een weekmakingsgebied ontstaat. 35 Gedurende het verwarmen wordt het aldus weekgemaakte gebied onderworpen aan een trekkracht waarna ten gevolge van de plastische toestand van dit 1 01 437 4"^ 2 weekgemaakte gebied de optische vezel hieruit wordt getrokken. Volgens deze octrooipublicatie zal de richting van de verwarmingszone tegengesteld zijn aan de op het weekgemaakte uiteinde uitgeoefende trekkracht.

De huidige ontwikkelingen in de glasvezel industrie 5 neigen naar een vergroting van de capaciteit van het staafvormige vormdeel. Een dergelijke capaciteitsvergroting vindt hoofdzakelijk plaats door de diameter van de staafvormige vormdelen te vergroten. Het zou echter ook mogelijk zijn om de lengte van de staafvormige vormdelen te vergroten maar een dergelijke handeling zal in de praktijk voor problemen zorgen omdat 10 de huidige apparatuur, waarop de voorvormen worden vervaardigd, hiervoor niet geschikt is. Bovendien zijn lange voorvormen moeilijk te hanteren.

De in de onderhavige beschrijvingsinleiding toegepaste term "staafvormig vormdeel" omvat zowel een massieve staaf als een buis, in het bijzonder een staaf omhuld met een of meer concentrische buizen. 15 In het algemeen wordt een dergelijk staafvormig vormdeel in een trektoren uitgetrokken tot een optische vezel met een diameter van ongeveer 125 μιn. Tijdens het trekken wordt het staafvormige vormdeel langzaam door de oven verplaatst waarna deze aan een uiteinde hiervan zal smelten en aldus zal een kegel worden gevormd. Vanuit deze, door verwarmen verkregen kegel wordt 20 de hiervoorgenoemde glasvezel met hoge snelheid weggevoerd. Onder toepassing van de huidige generatie staafvormige vormdelen, in het bijzonder vormdelen met een grote diameter, zal het aldus opstarten van het trekproces, in het bijzonder het vormen van de kegel, een aanzienlijke hoeveelheid tijd in beslag nemen. Het moet duidelijk zijn dat deze 25 opstarttijd substantieel groter is bij het toepassen van staafvormige vormdelen met grotere diameter. Ten gevolge van de hiervoor beschreven tendens waarbij staafvormige vormdelen met een grotere diameter dienen te worden verwerkt is het aldus gewenst dat de opstarttijd van het trekproces gunstig wordt beïnvloed zodat het trekproces, in het bijzonder 30 de opstartfase, kan worden verkort.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een staafvormig vormdeel, welk staafvormig vormdeel een zodanige geometrie bezit dat de opstartfase van het trekproces wezenlijk kan worden verkort.

35 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van een staafvormig 1 0 1 437 4** 3 vormdeel, welk staafvormig vormdeel een aanzienlijke verkorting van de opstartfase van het trekproces bewerkstelligt, in het bijzonder bij vormdelen met een grote diameter.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het 5 verschaffen van een staafvormig vormdeel voor het hieruit vervaardigen van een optische vezel, alsmede een werkwijze voor het vervaardigen hiervan waarbij een nauwkeurig gedefinieerde geometrie van het uiteinde van het staafvormige vormdeel tot stand kan worden gebracht.

Het in de aanhef genoemde staafvormige vormdeel voor 10 het vervaardigen van een optische vezel wordt volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat een uiteinde van een staafvormig vormdeel is voorzien van een kegelachtige geometrie, welke kegelachtige geometrie aan de volgende vergelijkingen voldoet: 15 § = 2-25, £ = 1,2-5, = 0,8-3,5 en D > > d0 a„ 0¾ u waarbij geldt

Lc = lengte kegel (mm) 20 D = diameter staafvormig vormdeel (mm) d0 = diameter staafvormig vormdeel aan het uiteinde van kegel (mm) άΗ = diameter staafvormig vormdeel halverwege kegel (mm).

25 Hoewel in de niet vóórgepubliceerde Europese octrooiaanvrage 0 999 189 een voorvorm met een gereduceerde diameter is beschreven, verschaft die publicatie geen enkele informatie over de hiervoor genoemde combinatie van eisen, in het bijzonder de relatie tussen d!i en D, waaraan het onderhavige vormdeel dient te voldoen om de 30 opstartfase van het trekproces wezenlijk te verkorten.

Door het staafvormige vormdeel reeds vóór het uiteindelijke trekproces te voorzien van een kegelachtige geometrie, wordt de voor het trekproces benodigde tijd, in het bijzonder de opstartfase hiervan, aanzienlijk verkort. Het is aldus met name gewenst dat het 35 staafvormige vormdeel een uiteinde bezit dat is voorzien van een kegelachtige geometrie, welke kegelachtige geometrie nagenoeg dezelfde 1 Q 'K C '7 4^ 4 vorm bezit als de kegel die tijdens het continu uit het staafvormige vormdeel trekken van de optische vezel hieruit automatisch zou ontstaan. In een dergelijke uitvoeringsvorm kan aldus ook de tijd om tot de gewenste eindsnelheid te komen aanzienlijk worden verkort. Het moet aldus duidelijk 5 zijn dat het onderhavige staafvormige vormdeel is te beschouwen als een vormdeel waaruit de optische vezel nog dient te worden getrokken, welk staafvormig vormdeel derhalve niet moet worden verward met het reeds volgens de stand van de techniek bekende staafvormige vormdeel waaruit reeds een optische vezel is getrokken. De kegel geometrie begint op het 10 punt van het vormdeel waar een afname van de diameter D aanvangt. De onderhavige kegel geometrie is te beschouwen als een vloeiende continue afname van de diameter D tot de diameter d0, welke geometrie wezenlijk anders is dan de discontinue, stapsgewijze geometrie volgens JP-A-11079772.

15 De hiervoorgenoemde verhouding D/d0 is met name van belang om een bepaalde reductiediameter te genereren om het gewenste effect, in het bijzonder het verkorten van de opstartfase van het uiteindelijke trekproces, tot stand te brengen. Het moet duidelijk zijn dat de ondergrens van de verhouding D/d0 met name van toepassing is voor 20 staafvormige vormdelen die een geringe diameter bezitten, in het bijzonder staafvormige vormdelen met een diameter vanaf ongeveer 30 mm. De bovengrens van de verhouding D/d0 is met name van toepassing voor staafvormige vormdelen met een grotere diameter, in het bijzonder een diameter van ongeveer 150 mm. Opgemerkt dient echter te worden dat het onderhavige 25 staafvormige vormdeel in geen enkele uitvoeringsvorm is beperkt tot een bijzondere diameter, maar slechts tot de verhoudingen tussen de kegelachtige geometrie en het staafvormige vormdeel, zoals hiervoor omschreven.

De hiervoorgenoemde verhouding D/d,^ heeft betrekking 30 op de specifieke geometrie van het weekgemaakte uiteinde van het staafvormige vormdeel, in het bijzonder de kegel. Indien deze verhouding groter dan 5 is, zal het uiteinde van de kegel te snel uit de verwarmde zone komen, hetgeen betekent dat er een te grote glasmassa uit de oven komt en derhalve ongewenst is. Indien de hiervoorgenoemde verhouding 35 beneden de ondergrens van 1,2 ligt, zal de tijd die nodig is voor het 1 o 1 437 4^ 5 versnellen van de opstartfase bij het uiteindelijke trekproces onvoldoende worden gereduceerd, zodat de beoogde doelstelling enigszins verloren gaat.

De hiervoorgenoemde verhouding Lc/D is met name afhankelijk van de afstand van de verwarmingszone in de oven toegepast 5 voor het tot stand brengen van de kegelachtige geometrie aan het uiteinde van het onderhavige staafvormige vormdeel, in het bijzonder voordat het uiteindelijk trekproces voor het verkrijgen van de optische vezel plaatsvindt. Zoals reeds hiervoor is beschreven, verdient het de voorkeur dat de lengte van de kegelachtige geometrie aan het uiteinde van het 10 staafvormige vormdeel nagenoeg overeenkomt met de vorm van de kegel die tijdens het uiteindel ijk trekken van de vezel zou ontstaan. In het algemeen geldt dat de verwarmingszone over een grotere lengte zal moeten worden toegepast wanneer de diameter van het staafvormige vormdeel groter is. Indien de verwarmingszone over een te korte afstand wordt toegepast, zal 15 de desbetreffende oven een hogere temperatuur moeten verschaffen hetgeen zal leiden tot een hoge afschuifsnelheid in de kegel bij het uiteindelijk trekken van de vezel uit het onderhavige staafvormige vormdeel. Deze verhoogde temperatuur zal een nadelige invloed vertonen op de defecten in de uiteindelijke glasvezel, hoofdzakelijk veroorzaakt ten gevolge van 20 een grotere UV-belasting en een grotere afschuifsnelheid. Indien echter een verwarmingszone over een grote lengte wordt toegepast, is weliswaar de daarbij vereiste temperatuur lager maar zal de verblijftijd van het uiteinde van het staafvormige vormdeel in de verwarmingszone langer zijn, hetgeen tot effect zal hebben dat de langere blootstelling aan UV-belasting 25 voor meer defecten zal zorgen.

Het verdient met name de voorkeur dat het onderhavige staafvormige vormdeel dat aan een uiteinde is voorzien van een kegel achtige geometrie verder voldoet aan de vergelijking: 30 {* - > 4, waarbij geldt:

Lr = lengte staafvormig vormdeel (mm).

35 Een dergelijke verhouding LR/LC is met name gewenst om een hoge productiecapaciteit tot stand te brengen. Indien de verhouding 1014374^ ‘ t 6 buiten het hiervoorgenoemde gebied ligt, zal bovendien het onderhavige staafvormige vormdeel moeilijk zijn te hanteren.

Het onderhavige staafvormige vormdeel is in een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding te beschouwen 5 als een staafvormig vormdeel dat een kern en een kern omhullende mantel omvat waarbij de brekingsindex van de mantel lager is dan die van de kern.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een staafvormig vormdeel dat aan een uiteinde is voorzien van een kegelachtige geometrie, in het bijzonder 10 het staafvormige vormdeel zoals hiervoor beschreven, welke werkwijze door de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat deze de volgende stappen omvat: i) het onder roteren verwarmen van een uiteinde van het staafvormige vormdeel in een verwarmingszone 15 ii) het uitoefenen van een trekkracht aan het in stap i) verwarmde uiteinde om aldus een deel van het uiteinde tot een kegel achtige geometrie om te vormen, iii) het verplaatsen van de verwarmingszone langs de lengte van het uiteinde van het staafvormige vormdeel tot het uiteinde 20 de kegel achtige geometrie bezit, iv) het af koel en van het in stap iii) verkregen staafvormige vormdeel dat aan een uiteinde is voorzien van de kegelachtige geometrie.

Het verdient met name de voorkeur dat in de hiervoor-25 genoemde stap i) het verwarmen wordt uitgevoerd door het uiteinde van het staafvormige vormdeel in contact te brengen met een plasma dat het uiteinde van het staafvormige vormdeel symmetrisch omhult, welk plasma wordt gegenereerd in een plasmagas buiten het staafvormige vormdeel onder toepassing van middelen voor het genereren van een plasma.

30 Het verdient met name de voorkeur dat de stromingsrich- ting van het plasmagas in een hoek van 90° ten opzichte van de as van het staafvormige vormdeel plaatsvindt, waarbij in het bijzonder als plasma een zuurstofplasma of een zuurstof bevattend plasma wordt toegepast.

Het tot stand brengen van een kegel achtige geometrie 35 aan het uiteinde van het onderhavige staafvormige vormdeel wordt bij voorkeur uitgevoerd onder toepassing van een plasmavlam. Een plasmavlam

<3 r- "'T 'M

{ 7 is met name geschikt indien een staafvormig vormdeel met een grote diameter wordt toegepast, in het bijzonder met een doorsnede van het glasoppervlak van meer dan 1000 mm2. Van de plasmavlam is het bekend dat deze een temperatuur bezit van ongeveer 10.000 K waardoor een voldoende indringdiep-5 te wordt verkregen in het staafvormige vormdeel zodat het staafvormige vormdeel over de volledige dwarsdoorsnede hiervan uniform week wordt gemaakt. Daarnaast vertoont de plasmavlam vrijwel geen stuwdruk omdat de voor het plasma benodigde gassen bij atmosferische druk worden toegevoerd. Een lage stuwdruk bezit het voordeel dat de kegel achtige geometrie niet 10 nadelig wordt beïnvloed. In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt een zuurstofplasma of een zuurstof bevattend plasma toegepast waardoor het af branden van kwarts bij de hoge temperatuur door een oxiderende omgeving wordt tegengegaan. Bovendien vindt daarbij geen ongewenste afkoeling van de plasmavlam plaats.

15 In een bijzondere uitvoeringsvorm is het bovendien mogelijk dat in stap i) het verwarmen wordt uitgevoerd door het uiteinde van het staafvormige vormdeel in contact te brengen met een waterstof/zuur-stofvlam, waarbij met name aan de waterstof/zuurstofvlam een overmaat hoeveelheid zuurstof wordt toegevoegd.

20 Deze bijzondere uitvoeringsvorm is met name van toepassing voor staafvormige vormdelen met een relatief gering dwarsdoor-snedeoppervlak. Bij dergelijke staafvormige vormdelen met een doorsnede van het glasoppervlak van minder dan 1000 mm2 is het weekgemaakte uiteinde van het staafvormige vormdeel enigszins gevoelig voor de stuwdruk van de 25 waterstof/zuurstofvlam waarbij met name het tijdens het verwarmen roteren nauwkeurig moet worden uitgevoerd.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel waarbij een uiteinde van een staafvormig vormdeel wordt onderworpen aan een 30 verwarmingsbehandeling, waarna het aldus weekgemaakte uiteinde van het staafvormige vormdeel wordt onderworpen aan een trekkracht om hieruit een optische vezel te trekken, welke werkwijze wordt gekenmerkt door het onderhavige staafvormige vormdeel wordt toegepast. Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een optische vezel die volgens de 35 hiervoor beschreven werkwijze is verkregen.

1 01 437 4** • ί 8

De onderhavige uitvinding zal hierna onder verwijzing naar de bijgevoegde figuur worden toegelicht.

De bijgevoegde figuur geeft schematisch de voor het onderhavige staafvormige vormdeel vereiste parameters weer. In de figuur 5 is de lengte van het staafvormige vormdeel aangeduid met LR. Doordat het uiteinde van het staafvormige vormdeel in een verwarmingszone onder roteren en het uitoefenen van een trekkracht wordt verwarmd, zal het verwarmde uiteinde worden omgevormd tot een uiteinde met een kegel achtige geometrie, waarbij de lengte van de kegel schematisch is weergegeven met Lc. De 10 diameter van het staafvormige vormdeel is in de bijgevoegde figuur aangeduid met D. In de figuur is verder de diameter van het staafvormige vormdeel halverwege de kegel aangeduid met d^, de diameter van het staafvormige vormdeel aan het uiteinde van de kegel is aangeduid met d0. Opgemerkt dient te worden dat het bolvormige uiteinde, dat in de figuur 15 bij d0 is gelegen, niet als noodzakelijk voor de onderhavige uitvinding . moet worden beschouwd. Het is met name van belang dat het in de figuur weergegeven staafvormige vormdeel nog niet is onderworpen aan een trekproces voor het hieruit vervaardigen van de optische vezel maar dat het aldus van een kegel achtige geometrie voorziene vormdeel geschikt is 20 voor het alsnog vervaardigen van de optische vezel, welke optische vezel bij d0 zal worden gevormd.

1014 3 7 4^

Claims

1. Staafvormig vormdeel voor het hieruit vervaardigen van een optische vezel, met het kenmerk, dat een uiteinde van het staafvormige 5 vormdeel is voorzien van een kegelachtige geometrie, welke kegelachtige geometrie aan de volgende vergelijkingen voldoet: § = 2-25, β = 1,2-5, = 0,8-3,5 en 0 > > d0 10 waarbij geldt Lc = lengte kegel (mm) D = diameter staafvormig vormdeel (mm) d0 * diameter staafvormig vormdeel aan het uiteinde van 15 kegel (mm) d^ = diameter staafvormig vormdeel halverwege kegel (mm).

2. Staafvormig vormdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kegelachtige geometrie verder voldoet aan de vergelijking: 20 U = > 4 Lc waarbij geldt:

25 Lr = lengte staafvormig vormdeel (mm).

3. Staafvormig vormdeel volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat het staafvormige vormdeel een kern en een kern omhullende mantel omvat waarbij de brekingsindex van de mantel lager is dan die van de kern.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van een staafvormig vormdeel dat aan een uiteinde is voorzien van een kegelachtige geometrie, in het bijzonder een staafvormig vormdeel volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het onder roteren verwarmen van een uiteinde van 35 het staafvormige vormdeel in een verwarmingszone 1014374^ ii) het uitoefenen van een trekkracht aan het in stap i) verwarmde uiteinde om aldus een deel van het uiteinde tot een kegelacntige geometrie om te vormen, iii) het verplaatsen van de verwarmingszone langs de 5 lengte van het uiteinde van het staafvormige vormdeel tot het uiteinde de kegel achtige geometrie bezit, iv) het af koel en van het in stap ii) verkregen staafvormige vormdeel dat aan een uiteinde is voorzien van de kegel achtige geometrie.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in stap i) het verwarmen wordt uitgevoerd door het uiteinde van het staafvormige vormdeel in contact te brengen met een plasma dat het uiteinde van het staafvormige vormdeel symmetrisch omhult, welk plasma wordt gegenereerd in een plasmagas buiten het staafvormige vormdeel onder 15 toepassing van middelen voor het genereren van een plasma.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de stromingsrichting van het plasmagas in een hoek van 90° ten opzichte van de as van het staafvormige vormdeel plaatsvindt.

7. Werkwijze volgens conclusies 5-6, met het kenmerk, dat 20 als plasma een zuurstofplasma of een zuurstof bevattend plasma wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in stap i) het verwarmen wordt uitgevoerd door het uiteinde van het staafvormige vormdeel in contact te brengen met een waterstof/zuurstof- 25 vlam.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat aan de waterstof/zuurstof-vlam een overmaat hoeveelheid zuurstof wordt toegevoegd.

10. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel 30 waarbij een uiteinde van een staafvormig vormdeel wordt onderworpen aan een verwarmingsbehandeling, waarna het aldus weekgemaakte uiteinde van het staafvormige vormdeel wordt onderworpen aan een trekkracht om hieruit een optische vezel te trekken, met het kenmerk, dat een staafvormig vormdeel volgens conclusies 1-3 wordt toegepast.

11. Optische vezel verkregen volgens de werkwijze zoals beschreven in conclusie 10. I y j t