СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
METHOD OF PRODUCING OPTICAL FIBRES AND DEVICE TO THIS END

Область техники у к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу производства оптического волокна и к устройству для производства оптического волокна путем вытягивания оптического волокна из заготовки оптического волокна и тем самым производства оптического волокна.
Описание предшествующего уровня техники
На Фиг.5 представлено схематическое изображение конструкции традиционного устройства для производства оптического волокна. Как правило, оптические волокна производят путем следующих операций.
(1) Заготовку оптического волокна 101, представляющую собой стеклянный стержень, являющийся основой оптического волокна, помещают в нагревательную печь 102. Передний конец заготовки оптического волокна 101 нагревается и плавится под действием нагревателя 102а нагревательной печи 102 при температуре, примерно, 2000°С с образованием оптического волокна 103 без покрытия. Оптическое волокно 103 без покрытия вытягивают из нижней части нагревательной печи 102.
(2) Под нагревательной печью 102 расположено охлаждающее устройство 104, в котором имеется охлаждающая труба 104а, идущая вертикально. В охлаждающую трубу 104а сбоку, в середине ее длины, подают охлаждающий газ, такой как гелий. Как показано стрелкой 110 на Фиг.5, охлаждающий газ, подаваемый в охлаждающую трубу 104а посередине, затем распространяется вверх и вниз. Оптическое волокно 103 без покрытия, вытягиваемое из нагревательной печи 102, охлаждают охлаждающим газом до температуры, при которой на него может быть нанесено покрытие.
(3) Чтобы сформировать слой защитного покрытия, предохраняющий поверхность оптического волокна 103 без покрытия, охлажденное оптическое волокно 103 без покрытия, во-первых, пропускают через устройство для нанесения покрытия 106. При помощи устройства для нанесения покрытия 106 на поверхность оптического волокна 103 без покрытия наносят покрытие, представляющее собой полимер (не показано). После этого оптическое волокно 103 без покрытия пропускают через устройство отверждения 108 для осуществления термоотверждения или отверждения УФ излучением полимера покрытия, в результате чего получают оптическое волокно 107. Слой защитного покрытия (не показан), образуемый полимером покрытия, как описано выше, как правило, обладает двухслойной структурой, включающей внутренний слой, изготовленный из материала с относительно малым модулем Юнга, и наружный слой, изготовленный из материала с относительно большим модулем Юнга.
(4) После прохождения через устройство отверждения 108, оптическое волокно 107 через поворотный блок 109 направляют на намоточное устройство (не показано).
В целях повышения производительности способов производства оптических волокон поощрялось увеличение размера заготовки оптического волокна и скорости вытягивания. Чтобы повысить скорость вытягивания без увеличения высоты башни для вытягивания волокна (не показана), внутри которой находится устройство для производства оптического волокна, были предприняты усилия по повышению эффективности охлаждения в охлаждающем устройстве 104, используемом для охлаждения оптического волокна без покрытия в ходе операции (2), описанной выше. При этом в охлаждающем устройстве 104 в качестве охлаждающего газа, как правило, используется гелий, обладающий высокой теплопроводностью. Однако, поскольку газообразный гелий дорог, были осуществлены разработки, направленные на уменьшение количества используемого гелия и повышение эффективности охлаждения.
Известным примером способа охлаждения, при котором снижается потребление газообразного гелия при достаточной эффективности охлаждения, является способ, описанный в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689. На Фиг.6 представлено схематическое изображение конструкции устройства для производства оптического волокна, описанного в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689 (на этой фигуре элементы, подобные описанным со ссылкой на Фиг.5, обозначены теми же цифрами, а их подробное описание опущено).
2
Устройство для производства оптического волокна снабжено механизмом для подачи уплотняющего газа, который предотвращает разбавление охлаждающего газа, такого как гелий, воздухом. Входное отверстие 204а для газообразного гелия расположено в нижней по вертикали части (то есть со стороны выхода оптического волокна 103 без покрытия) охлаждающего устройства 204. Кроме того, предусмотрено входное отверстие 204b для уплотняющего газа, расположенное по вертикали под входным отверстием 204а для газообразного гелия. При такой конструкции охлаждающий газ, подаваемый через входное отверстие 204а для газообразного гелия, выходит из верхней по вертикали части (то есть со стороны входа оптического волокна 103 без покрытия) охлаждающего устройства 204, как показано стрелкой 210 на Фиг.6. Кроме того, уплотняющий газ, такой как газообразный диоксид углерода (CO), подаваемый через входное отверстие 204b для уплотняющего газа, перемещается к нижней по вертикали части охлаждающего устройства 204, как показано стрелкой 211. Следовательно, уплотняющий газ вводят через входное отверстие 204b для уплотняющего газа, расположенное по вертикали под входным отверстием 204а для газообразного гелия, с целью формирования потока 211 уплотняющего газа и тем самым предотвращения выхода охлаждающего газа из нижней части охлаждающего устройства 204. Кроме того, поскольку в качестве уплотняющего газа используют газообразный диоксид углерода, можно не допустить разбавления охлаждающего газа (в частности, газообразного гелия), который легче воздуха, уплотняющим газом. Таким образом, можно избежать снижения эффективности охлаждения, а количество расходуемого охлаждающего газа может быть уменьшено на 10-20% по сравнению с традиционным способом.
Как описано выше, в устройстве, раскрываемом в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689, входное отверстие 204а для газообразного гелия расположено в нижней по вертикали части охлаждающего устройства 204, и дополнительно предусмотрено входное отверстие 204b для уплотняющего газа, расположенное под входным отверстием 204а для газообразного гелия. То есть конструкция устройства такова, что охлаждающий газ движется вверх, а уплотняющий газ движется вниз.
Однако на практике потоки охлаждающего газа и уплотняющего газа захватываются движущимся оптическим волокном 103 без покрытия, либо испытывают влияние вязкого сопротивления и т.п. во время перемещения газа внутри охлаждающего устройства 204. Например, в некоторых случаях, из-за повышения скорости вытягивания относительно начала вытягивания до условия производства некоторого продукта, изменения скорости вытягивания во время вытягивания и т.п. потоки охлаждающего газа и уплотняющего газа отличаются от проектных. В этом случае охлаждающий газ может выходить из нижней части охлаждающего устройства 204, поток охлаждающего газа может становиться неустойчивым, либо охлаждающий газ может смешиваться с уплотняющим газом в непостоянном отношении, что приводит к нестабильной эффективности охлаждения. Следовательно, устройству, описанному в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689, свойственна проблема сниженной стабильности производства и воспроизводимости.
Между тем толщина слоя защитного покрытия изменяется в зависимости от температуры охлажденного оптического волокна 103 без покрытия. Следовательно, чтобы толщина (диаметр) слоя защитного покрытия была постоянной по всей длине оптического волокна 107, охлаждающую способность охлаждающего устройства 204, как правило, регулируют в соответствии с изменением скорости вытягивания. Устройство, описанное в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689, снабжено механизмом подачи газа, регулирующего охлаждающую способность, который смешивается с охлаждающим газом. Однако есть мнение, что в данном устройстве газ, регулирующий охлаждающую способность, смешивается с уплотняющим газом, в еще более непостоянном отношении. В этом случае возникают такие проблемы, как ухудшение характеристик чувствительности при регулировании охлаждающей способности и снижение эффективности регулирования охлаждающей способности.
Настоящее изобретение было сделано в виду описанных выше обстоятельств и направлено на создание устройства для производства оптического волокна и способа производства оптического волокна, позволяющих снизить расход охлаждающего газа и регулировать охлаждающую способность с приемлемыми характеристиками чувствительности.
Сущность изобретения
Для решения указанных выше проблем в настоящем изобретении используется следующее.
(1) Способ производства оптического волокна настоящего изобретения включает: стадию формирования оптического волокна без покрытия путем расплавления и деформирования заготовки оптического волокна; стадию охлаждения оптического волокна без покрытия после стадии формирования оптического волокна без покрытия путем пропускания оптического волокна без покрытия через проток, по которому перемещается охлаждающий газ; стадию формирования слоя защитного покрытия, осуществляемую после стадии охлаждения, в ходе которой слой защитного покрытия формируют путем подачи на периферию оптического волокна без покрытия расплавленного полимера с получением оптического волокна, где охлаждающий газ, перемещающийся к нижнему по вертикали концу протока, блокирован расплавленным полимером, используемым для создания слоя защитного покрытия, и газообразный диоксид углерода подают в этот проток в месте, которое по вертикали расположено ниже места подачи охлаждающего газа и выше места блокирования расплавленным полимером.
(2) Расход, по меньшей мере, одного охлаждающего газа и газообразного диоксида углерода может быть отрегулирован на стадии охлаждения.
(3) Газообразный диоксид углерода с заданным расходом может быть дополнительно подан в проток в месте, находящемся по вертикали над местом подачи охлаждающего газа.
(4) Газообразный гелий может быть использован в качестве охлаждающего газа.
(5) В п.(4), когда минимальный расход газообразного гелия, необходимый для достижения заданной охлаждающей способности, на стадии охлаждения принимается за Х л/мин, расход подаваемого газообразного гелия может быть установлен равным или большим, чем 1,2Х л/мин, и равным или меньшим, чем 3,0Х л/мин, а отношение расходов, получаемое путем деления величины расхода подаваемого газообразного диоксида углерода на величину расхода подаваемого газообразного гелия, может быть установлено равным или большим, чем 0,05, при верхней предельной скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания и равным или меньшим, чем 1,0, при нижней предельной скорости вытягивания.
(6) Устройство для производства оптического волокна настоящего изобретения включает: нагревательную печь для формирования оптического волокна без покрытия путем плавления и деформирования заготовки оптического волокна; охлаждающее устройство, в котором имеется проток, через который проходит оптическое волокно без покрытия и охлаждающий газ, и входное отверстия для охлаждающего газа, через которое охлаждающий газ подают в проток; устройство для нанесения покрытия, в котором слой защитного покрытия формируется путем подачи расплавленного полимера на оптическое волокно без покрытия, прошедшее охлаждающее устройство; устройство отверждения для отверждения слоя защитного покрытия; соединительное устройство для соединения охлаждающего устройства и устройства для нанесения покрытия; первое входное отверстие для газообразного диоксида углерода, которое расположено между охлаждающим устройством и устройством для нанесения покрытия, по вертикали ниже входного отверстия для охлаждающего газа, и через которое газообразный диоксид углерода подают в проток, где движение охлаждающего газа и газообразного диоксида углерода в направлении устройства для нанесения покрытия блокировано расплавленным полимером, находящимся внутри устройства для нанесения покрытия; выходное отверстие, расположенное на верхнем конце охлаждающего устройства, через которое выпускают охлаждающий газ и газообразный диоксид углерода.
(7) Дополнительно может быть предусмотрен механизм регулировки для регулирования расхода, по меньшей мере, одного из газов - охлаждающего газа и газообразного диоксида углерода.
(8) Охлаждающее устройство может включать второе входное отверстие для газообразного диоксида углерода, расположенное по вертикали над входным отверстием для охлаждающего газа, через которое газообразный диоксид углерода с заданным расходом подают в проток.
(9) В качестве охлаждающего газа может быть использован газообразный гелий.
(10) В п.(9), когда минимальный расход газообразного гелия, необходимый для достижения заданной охлаждающей способности, на стадии охлаждения принимается за Х л/мин, расход подаваемого газообразного гелия может быть установлен равным или большим, чем 1,2Х л/мин, и равным или меньшим, чем 3,0Х л/мин, а отношение расходов, получаемое путем деления величины расхода подаваемого газообразного диоксида углерода на величину расхода подаваемого газообразного гелия, устанавливают равным или большим, чем 0,05, при верхней предельной скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания и равным или меньшим, чем 1,0, при нижней предельной скорости вытягивания.
В способе производства оптического волокна, соответствующем п.(1) и устройству для производства оптического волокна, соответствующем п.(6) настоящего изобретения, охлаждающий газ и газообразный диоксид углерода движутся внутри протока вертикально вверх и выходят через верхний конец протока наружу. А именно, поскольку и охлаждающий газ, и газообразный диоксид углерода движутся вертикально вверх, плотность охлаждающего газа внутри протока может быть увеличена по сравнению с традиционным способом, в котором охлаждающий газ распространяется вверх и вниз. В результате становится возможным значительно снизить расход охлаждающего газа при получении заданной охлаждающей способности до 5-50% обычного расхода.
Кроме того, поскольку и охлаждающий газ, и газообразный диоксид углерода движутся вверх, потоки этих газов внутри протока могут быть стабильными.
Кроме того, газообразный диоксид углерода подают в месте, расположенном ниже места подачи охлаждающего газа. Следовательно, вблизи места, где на оптическое волокно без покрытия наносят расплавленный полимер, которое расположено у места подачи газообразного диоксида углерода, присутствует достаточное количество газообразного диоксида углерода. Поэтому внедрение пузырьков охлаждающего газа в слой защитного покрытия может быть предотвращено.
Кроме того, регулирование расхода, по меньшей мере, одного из газов - охлаждающего газа и газообразного диоксида углерода - позволяет регулировать охлаждающую способность в диапазоне стабильных условий вытягивания с приемлемыми характеристиками чувствительности.
Кроме того, когда в качестве охлаждающего газа используют газообразный гелий, охлаждающую способность можно регулировать с приемлемыми характеристиками чувствительности путем установки надлежащего расхода газообразного гелия и установки отношения расходов газообразного гелия и газообразного диоксида углерода, соответствующего надлежащему диапазону.
Кроме того, поскольку охлаждающую способность можно регулировать с высокой чувствительностью, а толщину слоя защитного покрытия поддерживать постоянной, достигаются приемлемые характеристики бокового давления. Следовательно, может быть получено оптическое волокно со слоем защитного покрытия, толщина которого, практически, не изменяется по длине оптического волокна.
Кроме того, когда в качестве охлаждающего газа используют газообразный гелий, расход газообразного гелия может быть значительно снижен. Следовательно, снижается стоимость производства, и возможно производство более дешевого оптического волокна.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение устройства для производства оптического волокна в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой изображение с местным разрезом охлаждающего устройства, соединительного устройства и устройства для нанесения покрытия устройства для производства оптического волокна.
Фиг.3 представляет собой график зависимости расхода газообразного гелия и диаметра покрытия.
Фиг.4 представляет собой график зависимости скорости вытягивания и отношения расходов.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение традиционного устройства для производства оптического волокна.
Фиг.6 представляет собой схематическое изображение другого традиционного устройства для производства оптического волокна.
Подробное описание изобретения
Далее вариант осуществления устройства для производства оптического волокна и способа производства оптического волокна настоящего изобретения будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи. Фиг.1 представляет собой схематическое изображение конструкции устройства для производства оптического волокна, соответствующего этому варианту осуществления настоящего изобретения.
Устройство для производства оптического волокна данного варианта осуществления включает нагревательную печь 2, охлаждающее устройство 4, устройство для нанесения покрытия 6, соединительное устройство 5 для соединения охлаждающего устройства 4 и устройства для нанесения покрытия 6, устройство отверждения 8 и поворотный блок 9.
Используя это устройство для производства оптического волокна, оптическое волокно производят в ходе следующих стадий. Во-первых, оптическое волокно 3 без покрытия формируют путем плавления и деформирования заготовки оптического волокна 1 в нагревательной печи 2, оптическое волокно 3 без покрытия вытягивают из нагревательной печи 2. Затем, в охлаждающем устройстве 4, которое расположено по вертикали под нагревательной печью 2 и не соединено с нагревательной печью 2, происходит принудительное охлаждение оптического волокна без покрытия 3. Затем в устройстве для нанесения покрытия 6, которое расположено по вертикали под охлаждающим устройством 4, на охлажденное оптическое волокно 3 без покрытия, на котором должен быть создан слой защитного покрытия (не показан), наносят расплавленный полимер. После этого, в устройстве отверждения 8, которое расположено по вертикали под устройством для нанесения покрытия 6, слой защитного покрытия отверждают, тем самым формируя оптическое волокно 7. Оптическое волокно 7, полученное, как описано выше, наматывают при помощи намоточного устройства (не показано), на которое волокно поступает через поворотный блок 9.
Охлаждающее устройство 4 и устройство для нанесения покрытия 6 соединены посредством соединительного устройства 5, расположенного между ними. Отметим, что охлаждающее устройство 4 имеет форму цилиндра с вертикальной осью, внутри которого имеется проток 4А, по которому перемещаются охлаждающий газ и оптическое волокно 3 без покрытия. Кроме того, у верхнего конца охлаждающего устройства 4 предусмотрено выходное отверстие 4 с, соединенное с протоком 4А и предназначенное для выпуска охлаждающего газа и газообразного диоксида углерода (будет описано далее).
В верхней части охлаждающего устройства 4 может быть предусмотрено второе входное отверстие для газообразного диоксида углерода 4b для подачи в проток 4А газообразного диоксида углерода с заданным расходом. В этом случае путем надлежащего регулирования расхода газообразного диоксида углерода, подаваемого во второе отверстие для газообразного диоксида углерода 4b, может быть с достаточной точностью осуществлена регулировка охлаждающей способности верхней части (то есть части, находящейся выше входного отверстия для газообразного диоксида углерода 4b) охлаждающего устройства 4.
Фиг.2 представляет собой изображение с местным разрезом охлаждающего устройства 4, соединительного устройства 5 и устройства для нанесения покрытия 6.
На боковой поверхности нижней части охлаждающего устройства 4 выполнено входное отверстие 4а для газообразного гелия, который является охлаждающим газом, а на боковой поверхности соединительного устройства 5 выполнено входное отверстие 5а для газообразного диоксида углерода. Входные отверстия 4а и 5а соединены с протоком 4А. Расход гелия, подаваемого в проток 4А через входное отверстие 4а для газообразного гелия, поддерживают постоянным при помощи механизма регулировки расхода (не показан). Кроме того, расход газообразного диоксида углерода, подаваемого в проток 4А через входное отверстие 5а для газообразного диоксида углерода, может быть свободно изменен при помощи другого механизма регулировки расхода (не показан).
Устройство для нанесения покрытия 6 включает ниппель 6А, расположенный со стороны соединительного устройства 5, и шайбу 6В, расположенную по вертикали под ниппелем 6А. Между ниппелем 6А и шайбой 6В образуется канал подачи полимера 6С, идущий от боковой поверхности устройства для нанесения покрытия 6 к его центральной части. Через канал подачи полимера 6С подают расплав полимера покрытия 6а. В центральной части ниппеля 6А имеется трапецеидальное входное отверстие 6D в форме перевернутого конуса. В центральной части шайбы 6В имеется сквозное отверстие 6Е. Полимер покрытия 6а, подаваемый по каналу подачи полимера 6С, проходит через сквозное отверстие 6Е. Оптическое волокно 3 без покрытия протягивают во входное отверстие 6D и вытягивают через сквозное отверстие 6Е. Следовательно, на поверхность оптического волокна 3 без покрытия наносится полимер покрытия 6а, тем самым формируется слой защитного покрытия заданной толщины.
Кроме того, когда оптическое волокно 3 без покрытия проходит сквозь полимер покрытия 6а, полимер покрытия 6а налипает на поверхность оптического волокна 3 без покрытия. Следовательно, полимер покрытия 6а немного вытягивается вместе с оптическим волокном 3 без покрытия. В результате на верхней поверхности полимера покрытия 6а образуется мениск 6b, имеющий искривленную поверхность, изогнутую вниз.
Охлаждающее устройство 4 и устройство для нанесения покрытия 6 соединены с цилиндрическим соединительным устройством, находящимся между ними. Верхняя часть внутреннего пространства входного отверстия 6D устройства для нанесения покрытия 6 соединена с внутренним пространством соединительного устройства 5, а его нижняя часть закрыта оптическим волокном 3 без покрытия и мениском 6b полимера покрытия 6а. Следовательно, газообразный гелий, подаваемый во входное отверстие 4а, и газообразный диоксид углерода, подаваемый во входное отверстие 5а, исключая порции этих газов, движущихся вместе с оптическим волокном 3 без покрытия, блокированы и поэтому не могут двигаться вниз и неизбежно движутся вверх. А именно, как показано стрелкой 10 на Фиг.1, газообразный гелий и газообразный диоксид углерода движутся вертикально вверх. В данном варианте осуществления изобретения у верхнего конца охлаждающего устройства 4, предусмотрено выходное отверстие 4с, и указанные газы выходят наружу через это выходное отверстие 4с.
Несмотря на то что газы выходят наружу, поскольку охлаждающее устройство 4 не соединено с нагревательной печью 2, эти газы не оказывают никакого влияния на работу нагревательной печи 2. В результате, изменения газового режима в нагревательной печи 2 не происходит, поэтому возможно осуществлять стабильное вытягивание волокна с устойчивыми оптическими характеристиками, без изменения диаметра волокна или обрыва оптического волокна.
При использовании описанной выше конструкции устройства, несмотря на возмущение потока газов под действием различных факторов, газы, за исключением этих порций, движутся вертикально вверх. Поэтому потоки газов остаются стабильными, так что возможно достижение стабильного режима охлаждения.
Кроме того, поскольку газы движутся вверх и выходят через выходное отверстие 4с, расположенное в верхнем конце охлаждающего устройства 4, может быть уменьшено до минимума проникновение в проток 4А газа извне через верхний конец охлаждающего устройства 4, приводящее к смешиванию постороннего газа с газообразным гелием и газообразным диоксидом углерода. Следовательно, плотность гелия в охлаждающем устройстве может поддерживаться максимальной, а количество расходуемого газообразного гелия можно значительно уменьшить.
В данном варианте осуществления изобретения, помимо газообразного гелия, по протоку 4А охлаждающего устройства 4 протекает отдельно подаваемый газообразный диоксид углерода. В этом варианте осуществления входное отверстие 4а для газообразного гелия расположено у нижнего конца охлаждающего устройства 4. Однако входное отверстие 4а также может быть предусмотрено в верхней части соединительного устройства 5. Кроме того, в этом варианте осуществления входное отверстие 5а для газообразного диоксида углерода располагается в нижней части соединительного устройства 5. Однако входное отверстие 5а может также быть расположено в других местах, таких как верхняя часть устройства для нанесения покрытия 6, если это место находится ниже входного отверстия 4а для газообразного гелия. Более конкретно, входное отверстие 4а для газообразного гелия необходимо размещать дальше по ходу восходящего потока газа, а входное отверстие 5а для газообразного диоксида углерода необходимо размещать ближе к началу восходящего потока газа.
В данном варианте осуществления изобретения поток газа движется вверх, и движение каждого составляющего его газа стабильно. Следовательно, плотность газообразного диоксида углерода, более тяжелого, чем газообразный гелий, около устройства для нанесения покрытия 6 максимальна, поэтому предотвращается внедрение пузырьков газообразного гелия в слой защитного покрытия и сохранение этих пузырьков в слое защитного покрытия.
Кроме того, поскольку потоки газообразного гелия и газообразного диоксида углерода стабильны, соотношение смешивающихся в протоке 4А охлаждающего устройства 4 газообразного гелия и газообразного диоксида углерода также стабильно. В результате, поскольку охлаждающая способность стабильна, возможный диапазон условий стабильного вытягивания может быть широким, позволяя осуществлять соответствующие операции охлаждения и нанесения покрытий.
Кроме того, в данном варианте осуществления изобретения расход газообразного диоксида углерода, подаваемого через входное отверстие 5а для газообразного диоксида углерода, регулируют при помощи механизма регулирования расхода, тем самым устанавливая эффективность охлаждения (охлаждающую способность) охлаждающего устройства 4.
Таким образом, без использования уплотняющего газа, как описано в нерассмотренной патентной заявке Японии, первая публикация №2003-95689, можно регулировать охлаждающую способность охлаждающего устройства 4 путем использования только газообразного гелия и газообразного диоксида углерода так, чтобы охлаждающая способность была стабильной.
Регулирование охлаждающей способности может осуществляться путем регулирования расхода газообразного гелия. Кроме того, регулирование охлаждающей способности может осуществляться путем регулирования расходов и газообразного гелия, и газообразного диоксида углерода.
Управление регулированием расхода газообразного гелия или газообразного диоксида углерода может быть основано на сигнале о диаметре покрытия или скорости вытягивания.
Кроме того, смешанный газ в зоне перемешивания (то есть зоне со смесью газов, где газообразный диоксид углерода, подаваемый через входное отверстие 5а и перемещающийся вверх, и газообразный гелий, подаваемый через входное отверстие 4а и затягиваемый движущимся оптическим волокном вниз, смешиваются друг с другом), состоящий из газообразного диоксида углерода и газообразного гелия, присутствующих между входным отверстием 5а для газообразного диоксида углерода и входным отверстием 4 а для газообразного гелия, движется вверх вместе с восходящим потоком, который идет со стороны подачи (то есть со стороны устройства для нанесения покрытия 6). Следовательно, смешанный газ всегда движется к охлаждающему устройству 4 и в конце концов выходит через выходное отверстие 4с, расположенное у верхнего конца охлаждающего устройства 4, поэтому нестабильности отношения смешивания можно избежать. Таким образом, охлаждающую способность можно легко регулировать, то есть повысить характеристики чувствительности регулирования охлаждающей способности.
Следовательно, возможно управлять охлаждающей способностью в соответствии с изменением скорости вытягивания с целью поддержания постоянной толщины слоя защитного покрытия с приемлемыми характеристиками чувствительности.
Между прочим, как правило, при вытягивании оптических волокон, определяют диапазон стабильных условий вытягивания (диапазон рабочих условий стабильного производства продукта с удовлетворительными параметрами) в заданном диапазоне значений скорости с центральной величиной скорости вытягивания, находящейся в середине этого диапазона. Скорость вытягивания ощутимо влияет на температуру охлаждения оптического волокна и толщину (диаметр) слоя защитного покрытия при нанесении покрытия. Следовательно, если возможно управление охлаждающей способностью с приемлемыми характеристиками чувствительности во всем широком диапазоне величин скорости вытягивания так, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия и избегать внедрения в слой защитного покрытия пузырьков, можно расширить диапазон стабильных условий вытягивания.
Когда оптическое волокно производят в диапазоне стабильных условий вытягивания, внедрения газообразного диоксида углерода по окружности мениска 6b в устройстве нанесения покрытия 6 в слой защитного покрытия, приводящего к появлению пузырьков, можно избежать даже в состоянии, когда отношение расходов, получаемое при делении расхода подаваемого газообразного диоксида углерода на расход подаваемого газообразного гелия, минимально (как правило, в состоянии, когда скорость вытягивания близка к верхнему пределу). Следовательно, охлаждающую способность можно регулировать с приемлемой точностью, а количество используемого газообразного гелия уменьшить до минимума.
Примеры
В качестве предварительного был осуществлен эксперимент по управлению расходом подаваемого газообразного диоксида углерода и расходом подаваемого газообразного гелия при использовании устройства для производства оптического волокна, показанного на Фиг.1. Газообразный гелий подавали в точке, которая выше устройства для нанесения покрытия 6 на 30 см, а газообразный диоксид углерода подавали в точке, которая выше устройства для нанесения покрытия 6 на 2 см. В качестве полимера покрытия использовали полимер на основе уретан акрилата, скорость вытягивания установили равной 2000 м/мин.
Фиг.3 представляет собой график зависимости расхода газообразного гелия в случае, когда расход газообразного диоксида углерода установлен равным 0 л/мин (то есть в случае, когда газообразный диоксид углерода не подается), и диаметра покрытия. Как описано выше, поскольку диаметр покрытия изменяется в зависимости от температуры оптического волокна 3 без покрытия, охлаждаемого в охлаждающем устройстве 4, взаимосвязь расхода подаваемого газообразного гелия и охлаждающей способности можно видеть из этого графика. График, показанный на Фиг.3, разделен на две области: (1), где изменение диаметра покрытия относительно изменения расхода подаваемого газообразного гелия невелико, и (2), где измерение диаметра покрытия значительное. Кроме того, для этих двух областей получены аппроксимирующие прямые, а расход газообразного гелия в точке пересечения этих прямых принят за Х л/мин.
Как показано на Фиг.3, когда расход подаваемого газообразного гелия выше Х л/мин, изменение диаметра покрытия не так велико, даже при том, что расход подаваемого газообразного гелия изменяется, и возможно сохранение охлаждающей способности, однако, когда расход подаваемого газообразного гелия ниже Х л/мин, изменение диаметра покрытия относительно изменения расхода подаваемого газообразного гелия значительно, и охлаждающая способность существенно уменьшается. Расход Х л/мин принимают за минимальный расход газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности.
Фиг.4 представляет собой график зависимости скорости вытягивания и отношения расходов в диапазоне стабильных условий вытягивания. В таблице 1 приведены отношения расходов, результаты выявления внедрения пузырьков и результаты определения характеристик чувствительности. Отметим, что в данном варианте осуществления изобретения характеристики чувствительности определяли по тому, возможно ли поддерживать постоянным диаметр покрытия при изменении скорости вытягивания, или нет. А именно, когда диаметр покрытия при изменяющейся скорости вытягивания изменяется, характеристики чувствительности признаются ненадлежащими. Напротив, если диаметр покрытия при изменяющейся скорости вытягивания не изменяется, характеристики чувствительности признаются приемлемыми.
Таблица 1
Отношение расходов
Внедрение пузырьков
Характеристики чувствительности
0,03
Есть
Приемлемые
0,05
Нет
Приемлемые
0,1
Нет
Приемлемые
0.3
Нет
Приемлемые
0,5
Нет
Приемлемые
0,8
Нет
Приемлемые
1,0
Нет
Приемлемые
1,1
Нет
Неприемлемые
1,5
Нет
Неприемлемые
Так, когда расход газообразного гелия ниже 1,2Х л/мин, вблизи верхнего предела скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания, отношение расходов мало или равно 0 (то есть расход газообразного диоксида углерода низкий или равен 0). В этом случае внедрения пузырьков избежать нельзя, поэтому он не является предпочтительным. Когда расход газообразного гелия выше 3,0Х л/мин, отношение расходов увеличивается. В частности, вблизи нижнего предела скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания расход газообразного диоксида углерода возрастает, поэтому характеристики чувствительности охлаждающей способности ухудшаются. Кроме того, вблизи верхнего предела скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания количество газообразного диоксида углерода больше, поэтому количество газообразного гелия также возрастает. Следовательно, из соображений сокращения количества потребляемого газообразного гелия, этот случай не является предпочтительным.
Из вышеизложенного следует, что когда оптическое волокно производят с использованием устройства для производства оптического волокна настоящего варианта осуществления изобретения, исходя из соображений внедрения пузырьков, характеристик чувствительности и количества расходуемого газообразного гелия является предпочтительным, чтобы, когда минимальный расход газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности в состоянии, когда расход газообразного диоксида углерода равен 0 (то есть в состоянии, когда охлаждающая способность максимальна), принят за Х л/мин, расход подаваемого газообразного гелия устанавливался равным или больше 1,2Х л/мин и равным или меньше 3,0Х л/мин, а отношение расходов устанавливалось равным или больше 0,05 вблизи верхнего предела скорости вытягивания в диапазоне стабильных условий вытягивания и равным или меньше 1,0 вблизи нижнего предела скорости вытягивания.
Далее преимущества настоящего изобретения будут продемонстрированы на следующих практических примерах.
Пример 1
Оптическое волокно производили с использованием устройства для производства оптического волокна, показанного на Фиг.1, при центральной величине скорости вытягивания 1950 м/мин. Нагревательная печь и охлаждающее устройство не были соединены друг с другом. Охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия были соединены посредством соединительного устройства. Газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Скорость вытягивания установили равной 2100 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 1 л/мин. Отметим, что в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Таким образом, к газообразному гелию, подаваемому с расходом 1,2 л/мин, добавляли газообразный диоксид углерода. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 0,06 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,05. Кроме того, внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было.
Кроме того, когда скорость вытягивания установили равной 1800 м/мин, что является нижним пределом диапазона стабильных условий вытягивания, чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 1,2 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 1,0. Внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было. В такой ситуации, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия при производстве длинных волокон, расход газообразного диоксида углерода регулировали при помощи управления с обратной связью. В этом случае, в диапазоне величины скорости вытягивания 1950 м/мин ± 150 м/мин, было возможно поддерживать диаметр покрытия равным 195 мкм и осуществлять стабильное производство оптического волокна без внедрения пузырьков при приемлемых характеристиках управления (характеристиках чувствительности) относительно скорости вытягивания.
Пример 2
Оптическое волокно производили с использованием устройства для производства оптического волокна, показанного на Фиг.1, при центральной величине скорости вытягивания 1200 м/мин. Нагревательная печь и охлаждающее устройство не были соединены друг с другом. Охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия были соединены посредством соединительного устройства. Газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Скорость вытягивания установили равной 1400 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 0,8 л/мин. Отметим, что в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Таким образом, к газообразному гелию, подаваемому с расходом 1,5 л/мин, добавляли газообразный диоксид углерода. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 0,08 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,05. Кроме того, внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было.
Кроме того, когда скорость вытягивания установили равной 1000 м/мин, что является нижним пределом диапазона стабильных условий вытягивания, чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 1,4 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,93. Внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было. В такой ситуации, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия при производстве длинных волокон, расход газообразного диоксида углерода регулировали при помощи управления с обратной связью. В этом случае, в диапазоне величины скорости вытягивания 1200 м/мин ± 200 м/мин, было возможно поддерживать диаметр покрытия равным 195 мкм и осуществлять стабильное производство оптического волокна без внедрения пузырьков при приемлемых характеристиках управления (характеристиках чувствительности) относительно скорости вытягивания.
Сравнительный пример 1
Оптическое волокно производили при центральной величине скорости вытягивания 1950 м/мин с использованием устройства, в котором нагревательная печь и охлаждающее устройство не были соединены друг с другом, охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия не были соединены друг с другом, газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть удлиняющего устройства, смонтированного в нижней части охлаждающего устройства. Скорость вытягивания установили равной 1950 м/мин, что соответствует центральной величине диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 1 л/мин и 5 л/мин для выявления расхода газообразного гелия, необходимого для поддержания охлаждающей способности. В результате, в случае, когда расход газообразного диоксида углерода был равен 1 л/мин, оптическое волокно без покрытия не могло быть достаточно охлаждено даже тогда, когда расход газообразного гелия составлял 30 л/мин. Кроме того, когда расход газообразного диоксида углерода был равен 5 л/мин, диаметр покрытия был равен 195 мкм при расходе газообразного гелия 25 л/мин. Однако характеристики чувствительности при изменении скорости вытягивания были неудовлетворительными, и осуществить производство продукта со стабильными параметрами было затруднительно.
Пример 3
Оптическое волокно производили с использованием устройства для производства оптического волокна, показанного на Фиг.1, при центральной величине скорости вытягивания 2500 м/мин. Нагревательная печь и охлаждающее устройство не были соединены друг с другом. Охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия были соединены посредством соединительного устройства. Газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Скорость вытягивания установили равной 2600 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 л/мин и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 2 л/мин. Отметим, что в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Таким образом, к газообразному гелию, подаваемому с расходом 6 л/мин, добавляли газообразный диоксид углерода. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 0,9 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,15. Кроме того, внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было.
Кроме того, когда скорость вытягивания установили равной 2400 м/мин, что является нижним пределом диапазона стабильных условий вытягивания, чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 5,5 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,92. Внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было. В такой ситуации, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия при производстве длинных волокон, расход газообразного диоксида углерода регулировали при помощи управления с обратной связью. В этом случае, в диапазоне величины скорости вытягивания 2500 м/мин ± 100 м/мин, было возможно поддерживать диаметр покрытия равным 195 мкм и осуществлять стабильное производство оптического волокна без внедрения пузырьков при приемлемых характеристиках управления (характеристиках чувствительности) относительно скорости вытягивания.
Пример 4
Оптическое волокно производили с использованием устройства для производства оптического волокна, показанного на Фиг.1, при центральной величине скорости вытягивания 2500 м/мин. Нагревательная печь и охлаждающее устройство не были соединены друг с другом. Охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия были соединены посредством соединительного устройства. Газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Кроме того, было предусмотрено второе входное отверстие для газообразного диоксида углерода, расположенное выше входного отверстия для газообразного гелия на 3 м, через которое подавали фиксированное количество газообразного диоксида углерода. Скорость вытягивания установили равной 2600 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 л/мин и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 2 л/мин. Кроме того, в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Таким образом, при установке расхода газообразного гелия равным 7 л/мин и расхода (постоянного) газообразного диоксида углерода, подаваемого выше входного отверстия для газообразного гелия, равным 1,0 л/мин, к ним добавляли газообразный диоксид углерода, вводимый ниже входного отверстия для газообразного гелия. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно подавать ниже входного отверстия для газообразного гелия 0,4 л/мин газообразного диоксида углерода (переменный расход). Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,057. Кроме того, внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было.
Кроме того, когда скорость вытягивания установили равной 2400 м/мин, что является нижним пределом диапазона стабильных условий вытягивания, чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 6,5 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,92. Внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было. В такой ситуации, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия при производстве длинных волокон, расход газообразного диоксида углерода регулировали при помощи управления с обратной связью. В этом случае, в диапазоне величины скорости вытягивания 2500 м/мин ± 100 м/мин, было возможно поддерживать диаметр покрытия равным 195 мкм и осуществлять стабильное производство оптического волокна без внедрения пузырьков при приемлемых характеристиках управления (характеристиках чувствительности) относительно скорости вытягивания.
Сравнительный пример 2
Оптическое волокно производили при центральной величине скорости вытягивания 2500 м/мин с использованием устройства, в котором нагревательная печь и охлаждающее устройство не соединены друг с другом, охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия соединены посредством соединительного устройства, газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Скорость вытягивания установили равной 2600 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 л/мин и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 2 л/мин. Отметим, что в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Затем расход газообразного гелия установили равным 2,3 л/мин и добавили газообразный диоксид углерода. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 0,09 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,04. Однако наблюдалось внедрение пузырьков в слой защитного покрытия.
Сравнительный пример 3
Оптическое волокно производили при центральной величине скорости вытягивания 2500 м/мин с использованием устройства, в котором нагревательная печь и охлаждающее устройство не соединены друг с другом, охлаждающее устройство и устройство для нанесения покрытия соединены посредством соединительного устройства, газообразный гелий подавали в нижнюю по вертикали часть охлаждающего устройства, газообразный диоксид углерода подавали в верхнюю часть устройства для нанесения покрытия (или нижнюю часть соединительного устройства). Расход газообразного диоксида углерода можно было свободно изменять. Скорость вытягивания установили равной 2600 м/мин, что соответствует верхнему пределу диапазона стабильных условий вытягивания, расход газообразного диоксида углерода установили равным 0 л/мин и выявили минимальный расход Х газообразного гелия, необходимый для получения заданной охлаждающей способности. Результат составил 2 л/мин. Отметим, что в этом случае внедрение пузырьков в качестве проблемы не рассматривалось. Затем расход газообразного гелия установили равным 7 л/мин и добавили газообразный диоксид углерода. Чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 1,5 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 0,21. Кроме того, внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было.
Кроме того, когда скорость вытягивания установили равной 2400 м/мин, что является нижним пределом диапазона стабильных условий вытягивания, чтобы получить заданный диаметр покрытия, равный 195 мкм, было нужно 7,5 л/мин газообразного диоксида углерода. Следовательно, отношение расходов в этом случае составило 1,07. Внедрения пузырьков в слой защитного покрытия зафиксировано не было. В такой ситуации, чтобы поддерживать постоянный диаметр покрытия при производстве длинных волокон, расход газообразного диоксида углерода регулировали при помощи управления с обратной связью. В этом случае, в диапазоне
величины скорости вытягивания 2500 м/мин ± 100 м/мин, было невозможно поддерживать диаметр покрытия равным 195 мкм (во время изменения скорости вытягивания диаметр изменялся у переднего конца и заднего конца заготовки). Хотя внедрения пузырьков не наблюдалось, характеристики управления (характеристики чувствительности) относительно скорости вытягивания были неприемлемыми.
Хотя выше описаны и проиллюстрированы предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что они являются примерами изобретения и не должны рассматриваться как имеющие ограничительный характер. Добавления, изъятия, замены и другие модификации могут быть выполнены без отступления от существа или объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не следует рассматривать, как ограниченное приведенным выше описанием, оно ограничено только объемом формулы изобретения.