УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕЧИ ВЫТЯГИВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
SEALING DEVICE FOR AN EXTRACTING OPTICAL FIBER OVEN AND A METHOD FOR OBTAINING OPTICAL FIBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к уплотнительному устройству для печи вытягивания оптического волокна и способу получения оптического волокна, и, более конкретно, к уплотнительному устройству для печи вытягивания оптического волокна для герметизации зазора между верхним концевым отверстием печи вытягивания оптического волокна и стеклянной преформой оптического волокна, имеющей затравочный стержень и суживающуюся часть, образованную на ее верхней части, а также способ получения оптического волокна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Оптическое волокно вытягивают из нижней части печи вытягивания оптического волокна (в дальнейшем в этом документе называемой как печь вытягивания) с помощью вставки стеклянной преформы (в дальнейшем в этом документе называемой как стеклянная преформа), содержащей кварц как основной ингредиент, в трубчатую сердцевину печи из верхнего концевого отверстия печи вытягивания, и путем уменьшения диаметра нижнего конца стеклянной преформы с помощью нагревания и плавления.
Как правило, стеклянную преформу получают путем использования затравочного стержня небольшого диаметра в качестве исходного стекла и остекловывания путем накопления мелких стеклянных частиц на концевой части затравочного стержня. К этому концу стеклянная преформа имеет диаметр, постепенно уменьшающийся от верхнего конца прямой части тела до граничащей с затравочным стержнем части в суживающейся форме (называемой как суживающаяся часть), при этом модельный стержень, имеющий по существу такой же диаметр, присоединен к затравочному стержню и стеклянная преформа подвешена в трубчатой сердцевине печи вытягивания.
[0003] Поскольку стеклянная преформа имеет суживающуюся часть, имеющую сильно увеличивающийся диаметр, как описано выше, трудно герметизировать в положениях суживающейся части, затравочного стержня и модельного стержня. Например, патентная ссылка 1 раскрывает технологию уплотнительного устройства для стабилизирования уплотнения на стороне вставочного отверстия стеклянной преформы.
Конкретно, втулочный элемент расположен на модельном стержне, чтобы окружать его по окружности. Первая часть уплотнения и вторая часть уплотнения расположены на верхнем концевом отверстии печи вытягивания и на верхней части верхнего концевого отверстия, соответственно. Во время начального вытягивания первая часть уплотнения герметизирует часть прямого тела стеклянной преформы. После того, как стеклянная преформа дополнительно спускается, и суживающаяся часть стеклянной преформы начинает прохождение через первую часть уплотнения, сделан переключатель от первой части уплотнения ко второй части уплотнения, и вторая часть уплотнения герметизирует наружную окружность втулочного элемента, окружающего модельный стержень.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
[0004] Патентная литература 1: JP-A-2014-162671
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0005] В патентной литературе 1 для уменьшения изменения давления в печи, когда проводится вытягивание, предпочтительно, чтобы втулочный элемент, окружающий модельный стержень, продолжался как можно более вниз, чтобы покрыть затравочный стержень и суживающуюся часть. Втулочный элемент, описанный выше, называется также колпачковым элементом. Такому колпачковому элементу требуется иметь длину, которая не вынуждает нижний конец колпачкового элемента находиться в контакте с суживающейся частью стеклянной преформы для предотвращения ее сварки.
[0006] В настоящем документе длина или форма или суживающейся части стеклянной преформы не является постоянной. Для покрытия с разницей по длине суживающейся части может быть изготовлено множество колпачковых элементов, имеющих различные высоты, и каждый раз стеклянную преформу устанавливают в печи вытягивания, колпачковый элемент может быть удален и может быть замещен другим колпачковым элементом. Однако это может вызвать неудобства и существует проблема в том, что стеклянную преформу может быть нелегко установить в печи вытягивания.
Если разделительный элемент используют для определения положения колпачкового элемента, то нет необходимости изготавливать множество колпачковых элементов, но существует необходимость изготавливать множество разделительных элементов, имеющих различные высоты. Кроме того, удобно, чтобы колпачковый элемент или разделительный элемент удалялся и заменялся другим разделительным элементом каждый раз, когда стеклянная преформа устанавливается в печи вытягивания.
[0007] Настоящее изобретение было разработано для решения вышеупомянутых проблем, и целью настоящего изобретения является предложить уплотнительное устройство для печи вытягивания оптического волокна, которое может легко устанавливать стеклянную преформу, имеющую колпачковый элемент, смонтированный на ней, и способ получения оптических волокон.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0008] Уплотнительное устройство для печи вытягивания оптического волокна в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения представляет собой уплотнительное устройство для печи вытягивания оптического волокна для закупоривания зазора между верхним концевым отверстием печи вытягивания оптического волокна и стеклянной преформой оптического волокна, которая имеет затравочный стержень и суживающуюся часть, образованную на ее верхнем конце, и включает в себя: первый колпачковый элемент, который сцеплен с затравочным стержнем стеклянной преформы оптического волокна; второй колпачковый элемент, который покрывает суживающуюся часть стеклянной преформы оптического волокна и первый колпачковый элемент; разделительный элемент, который расположен между первым колпачковым элементом и вторым колпачковым элементом, и поддерживает второй колпачковый элемент, регулирует положение второго колпачкового элемента по высоте в радиальном направлении с помощью устройства регулирования положения, и вынуждает нижний конец второго колпачкового элемента располагаться близко к суживающейся части; и уплотнительный элемент, который обеспечивает уплотнение между стеклянной преформой оптического волокна и/или вторым колпачковым элементом и верхним концевым отверстием.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] В соответствии с вышеприведенным описанием не требуется множество разделительных элементов, и стеклянная преформа, имеющая колпачковый элемент, смонтированный на ней, может быть легко установлена в печи вытягивания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Фиг.1 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий способ получения оптического волокна в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой вид, иллюстрирующий способ сборки стеклянной преформы, первого и второго колпачкового элементы, а также разделительный элемент.
Фиг.3 представляет собой вид в перспективе разделительного элемента.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе второго колпачкового элемента.
Фиг.5 представляет собой вид, иллюстрирующий стеклянную преформу, имеющую второй колпачковый элемент, расположенный на ней.
Фиг.6 представляет собой вид, иллюстрирующий разделительный элемент в соответствии с другим вариантом реализации.
Фиг.7 представляет собой вид, иллюстрирующий разделительный элемент в соответствии с еще другим вариантом реализации.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
[0011] [Описание варианта реализации настоящего изобретения]
Во-первых, перечислены и описаны подробности варианта осуществления настоящего изобретения.
Уплотнительное устройство для печи вытягивания оптического волокна в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения представляет собой (1) уплотнительное устройство для печи вытягивания оптического волокна для герметизации зазора между верхним концевым отверстием печи вытягивания оптического волокна и стеклянной преформы оптического волокна, которая имеет затравочный стержень и суживающуюся часть, образованную на ее верхней части, и включает в себя: первый колпачковый элемент, который сцеплен с затравочным стержнем стеклянной преформы оптического волокна; второй колпачковый элемент, который покрывает суживающуюся часть стеклянной преформы оптического волокна и первый колпачковый элемент; разделительный элемент, который расположен между первым колпачковым элементом и вторым колпачковым элементом, и поддерживает второй колпачковый элемент, регулирует положение второго колпачкового элемента по высоте в радиальном направлении с помощью устройства регулирования положения, и вынуждает нижний конец второго колпачкового элемента располагаться близко к суживающейся части; и уплотнительный элемент, который обеспечивает уплотнение между стеклянной преформой оптического волокна и/или вторым колпачковым элементом и верхним концевым отверстием. Поскольку разделительный элемент выполнен с возможностью быть способным регулировки положения второго колпачкового элемента по высоте в радиальном направлении, нет необходимости готовить множество разделительных элементов, имеющий различные высоты, и нет необходимости в операции удаления второго колпачкового элемента из стеклянной преформы и замены разделительного элемента. Кроме того, нет необходимости изготавливать множество вторых колпачковых элементов, имеющих различные высоты.
[0012] (2) Устройство регулирования положения включает в себя опорные части, образованные на верхней поверхности резделительного элемента в направлении по окружности, и имеющие положения, различные по высоте в радиальном направлении. Возможно регулировать положения второго колпачкового элемента по высоте в радиальном направлении посредством одного разделительного элемента.
(3) Устройство регулирования положения включает в себя опорные части, образованные на боковой поверхности разделительного элемента в направлении по окружности, и имеющие положения, различные по высоте в радиальном направлении. Возможно регулировать положения высоты второго колпачкового элемента в радиальном направлении посредством одного разделительного элемента.
(4) Опорные части образованы в ступенчатой форме. Возможно регулировать положения второго колпачкового элемента по высоте в радиальном направлении путем использования разницы в высотах.
(5) Предложен способ получения оптического волокна, посредством которого вытягивают оптическое волокно с помощью нагревания и плавления стеклянной преформы оптического волокна в печи вытягивания путем использования вышеописанного уплотнительного устройства. Поскольку положения высоты второго колпачкового элемента в радиальном направлении легко регулируются, операция вытягивания быстро начинается.
[0013] [Подробности варианта реализации настоящего изобретения]
В дальнейшем в этом документе будут описаны предпочтительные варианты реализации уплотнительного устройства для печи вытягивания оптического волокна и способа получения оптического волокна со ссылкой на прилагающиеся чертежи. Несмотря на то, что резистивная электропечь нагревания трубчатой сердцевины печи описана в дальнейшем в этом документе, настоящее изобретение может быть применимо к индукционной печи, которая индукционно нагревает трубчатую сердцевину печи путем подачи высокочастотной энергии на катушку. Кроме того, относительно способа для сращивания стеклянной преформы и модельного стержня последующее описание является просто примером и способ этим не ограничен.
[0014] Как показано на фиг.1, печь 10 вытягивания включает в себя, например, кожух 18 печи, нижнюю камеру 19 и верхнюю камеру 20. Цилиндрическая трубчатая сердцевина 15 печи, которая образована из графита, расположена в центре кожуха 18 печи и по текучей среде сообщается с нижней камерой 19 и верхней камерой 20.
Верхняя камера 20 имеет, например, внутренний диаметр, который является таким же, как диаметр трубчатой сердцевины 15 печи, и имеет стеклянную преформу 11, вставленную с ее верхней части. Модельный стержень 13 (также называемый опорным стержнем), который будет описан ниже, соединен с верхним концом стеклянной преформы 11.
[0015] Механизм уплотнения расположен на верхней камере 20 для достижения герметичности. Конкретно, первая часть 21 уплотнения расположена на верхнем концевом отверстии 15а трубчатой сердцевины 15 печи и выполнена с возможностью герметизировать зазор между верхним концевым отверстием 15а и стеклянной преформой 11. Отверстие 21а подачи газа расположено в первой части 21 уплотнения для подачи инертного газа, такого как аргоновый газ и т.п. в трубчатую сердцевину 15 печи.
[0016] Вторая часть 22 уплотнения, которая имеет такую же функцию как первая часть 21 уплотнения, расположена на верхнем конце верхней камеры 20. Отверстие 22а подачи газа также расположено во второй части 22 уплотнения для подачи инертного газа и т.п., например, такого как аргоновый газ и т.п., в трубчатую сердцевину 15 печи.
Стеклянная преформа подвешена в трубчатой сердцевине 15 печи и спускается, будучи герметизированной первой и второй частями 21, 22 уплотнения. Конкретно, во время начального вытягивания, первая часть 21 уплотнения герметизирует часть 11а прямого тела стеклянной преформы 11.
[0017] Затем, после того, как суживающаяся часть 11b стеклянной преформы 11 начинает прохождение через первую часть 21 уплотнения, сделан переключатель от первой части 21 уплотнения ко второй части 22 уплотнения, при этом вторая часть 22 уплотнения герметизирует наружную окружность второго колпачкового элемента 40, который будет описан ниже.
Нагреватель 16 размещен в печном кожухе 18, чтобы окружать трубчатую сердцевину 15 печи, при этом изоляционный материал 17 помещен в кожух 18 печи для покрывания наружной поверхности нагревателя 16. Нагреватель 16 нагревает и плавит стеклянную преформу 11, вставленную в трубчатую сердцевину 15 печи, и оптическое волокно 12, плавленное и имеющее уменьшенный диаметр, свешивается из нижней камеры 19. Оптическое волокно в печи вытягивания 10 движется по направлению к охлаждающему устройству (не показано). Инертный газ и т.п., подаваемый в печь вытягивания, отводится снаружи от затворной части и тому подобного нижней части нижней камеры 19 через зазор между стеклянной преформой 11 и трубчатой сердцевиной 15 печи.
[0018] Стеклянная преформа 11 включает в себя затравочный стержень 11d маленького диаметра, часть 11а прямого тела большего диаметра стеклянной преформы 11 и суживающуюся часть 11b, имеющую диаметр, уменьшенный в суживающей форме между затравочным стержнем 11d частью 11а прямого тела. Например, затравочный стержень 11d присоединен к модельному стержню 13 с использованием переходника (не показано).
[0019] Фиг.2 представляет собой вид, иллюстрирующий способ сборки стеклянной преформы, первого и второго колпачковых элементов и разделительного элемента. Первый колпачковый элемент 30, разделительный элемент 50 и второй колпачковый элемент 40 скомпонованы поочередно со стеклянной преформой 11, показанной на фиг.1.
Первый колпачковый элемент 30 включает в себя трубчатую часть 31 основного тела, образованную из кварцевого стекла, при этом внутренний диаметр части 31 основного тела больше, чем наружный диаметр затравочного стержня 11d. Кроме того, фланцевая часть 33 расположена на нижнем конце части 31 основного тела.
[0020] Штифтовое отверстие 32, имеющее круглое поперечное сечение, сформировано в предварительно заданном месте части 31 основного тела первого колпачкового элемента. Когда часть 31 основного тела вставлена, например, из верхней части затравочного стержня 11d и фиксирующий штифт 34, имеющий круглое поперечное сечения, вставлен в положение, где штифтовое отверстие 32 соответствует точечному отверстию 11f затравочного стержня 11d, первый колпачковый элемент 30 сцеплен с затравочным стержнем 11d.
[0021] Разделительный элемент 50 сформирован, например, из металла и имеет цилиндрическую форму, чтобы позволить вставить первый колпачковый элемент в его центр. Разделительный элемент 50 установлен на первом колпачковом элементе 30 путем вставления разделительного элемента 50 из верхней части первого колпачкового элемента 30 и размещения разделительного элемента 50 на фланцевой части 33. Поскольку верхняя поверхность фланцевой части 33 первого колпачкового элемента 30 и нижняя концевая поверхность разделительного элемента 50 находятся в контакте друг с другом, зазор между ними не образуется.
[0022] Разделительный элемент 50 выполнен с возможностью регулировки положения второго колпачкового элемента 40 по высоте. Конкретно, как показано на фиг. 3, часть 52 основного тела включает в себя опорные части 52 штифта для поддерживания второго колпачкового элемента. Опорные части 52 штифта расположены так, чтобы иметь такую же высоту в положениях, обращенных друг к другу относительно осевой середины части 51 основого тела, и, например, опорные части 52 штифта, соответствующие полуокружности образованы для того, чтобы иметь высоты, постепенно уменьшающиеся в направлении по окружности части 51 основного тела. Опорные части 52 штифта соответствует опорной части по настоящему изобретению.
[0023] Опорные части 52 штифта, например, соответствующие полуокружности, образованы в ступенчатой форме из 10 ступеней, при этом кольцевая канавка 52а образована в центре каждой ступени. Разница между смежными ступенями по высоте составляет, например, примерно 10 мм. Положение нижнего концевого отверстия 42 второго колпачкового элемента 40 может быть изменено до подходящего положения суживающейся части 11b, описанной на фиг.1, посредством одного разделительного элемента 50 путем изменения опорной позиции второго колпачкового элемента 40 с помощью вращения второго колпачкового элемента 40 вокруг оси.
[0024] Как показано на фиг.4, второй колпачковый элемент включает в себя трубчатую часть 41 основного тела, образованную из кварцевого стекла, при этом внутренний диаметр части 41 основного тела больше, чем наружный диаметр разделительного элемента 50. В этом случае желательно как можно больше сузить зазор между частью 41 основного тела и разделительным элементом 50 с целью поддерживания герметичности в печи вытягивания.
Когда разделительный элемент 50 сформирован из металла, разделительный элемент 50 может продолжаться и зазор между внутренней окружностью второго колпачкового элемента 40 и наружной окружностью разделительного элемента 50 становится уже или не существует во время вытягивания, поскольку металл имеет большой коэффициент расширения по сравнению с кварцевым стеклом.
[0025] Установочные штифты 45 расположены, например, в двух положениях на верхнем конце внутренней стенки части 41 основного тела второго колпачкового элемента 40. Кроме того, установочные штифты 45 могут быть образованы путем формирования отверстий на установочных частях штифта, образованных на внутренней стенке части 41 основного тела в вертикальном направлении, и устанавливания установочных штифтов 45 в отверстиях, при этом высоты установочных штифтов 45 можно регулировать путем использования болта или гайки. Установочные штифты образованы, например, из металла.
[0026] Часть 41 основного тела второго колпачкового элемента 40 может иметь периферийную часть ее верхней части, образованную таким образом, чтобы быть прозрачной так, что может быть легко осуществлено размещение относительно разделительного элемента 50, описанного на фиг.2.
[0027] Когда стеклянная преформа 11, описанная на фиг.1, установлена в печи вытягивания, первый колпачковый элемент 30 и разделительный элемент 50 компонуют со стеклянной преформой 11, и затем второй колпачковый элемент 40 вставляют из верхней части разделительного элемента 50, и, когда установочные штифты 45 опираются на опорные части 52 штифта разделительного элемента 50, второй колпачковый элемент 40 устанавливают на разделительный элемент 50.
Опорное положение второго колпачкового элемента относительно опорных частей 52 штифта разделительного элемента 50 регулируют таким образом, чтобы нижнее концевое отверстие 42 второго колпачкового элемента 40 было расположено близко к суживающейся части 11b стеклянной преформы 11.
[0028] Конкретно, второй колпачковый элемент 40 скомпонован с разделительным элементом 50 и определены положения нижнего концевого отверстия 42 второго колпачкового элемента 40 и суживающейся части 11b стеклянной преформы 11. Когда суживающаяся часть 11b выставлена ниже, чем нижнее концевое отверстие 42, контакт между установочными штифтами 45 и опорными частями 52 штифта реализуется путем поднятия вверх второго колпачкового элемента 40. Затем, например, установочные штифты 45 приводят в контакт, например, с опорными частями 52 штифта в нижних положениях путем вращения второго колпачкового элемента 40, при этом положения нижнего концевого отверстия 42 и суживающейся части 11b определены. Эту операцию повторяют до тех пор, пока суживающаяся часть 11b не придет в желательное положение.
[0029] С другой стороны, когда суживающаяся часть 11b выставлена из нижнего концевого отверстия 42, установочные штифты 45 приводят в контакт с опорными частями 52 штифта в более высоком положении путем поднятия вверх второго колпачкового элемента 40 и, например, путем вращения второго колпачкового элемента 40, при этом положения нижнего концевого отверстия 42 и суживающейся части 11b определены.
[0030] Как описано выше, разделительный элемент 50 выполнен с возможностью регулировки позиций второго колпачкового элемента 40 по высоте в осевом направлении. Поэтому, даже когда положение (длина) суживающейся части 11b стеклянной преформы 11 отличается от того, как показано на фиг.5, нижнее концевое отверстие 42 может всегда располагаться близко к суживающейся части 11b. Соответственно, нет необходимости изготавливать множество разделительных элементов, имеющих различные высоты, и не требуется операция удаления второго колпачкового элемента из стеклянной преформы и замены разделительного элемента. Кроме того, нет необходимости готовить множество вторых колпачковых элементов, имеющих различные высоты.
[0031] В вышеописанных вариантах реализации был описан пример опорной части штифта, образованной в ступенчатой форме. Однако опорные части штифта не ограничиваются ступенчатой формой и могут иметь конструкцию, имеющую изменяющееся положение в направлении высоты, например спиралеобразные канавки. Конкретно, как показано на фиг.6, разделительный элемент может включать в себя спиралеобразную канавку 52b, образованную на наружной окружности (боковой поверхности) части 51 его основного тела, и имеющую высоту, постепенно уменьшающуюся в направлении по окружности. В этом случае, когда расположены установочные штифты (не показано) выступающими из внутренней окружности второго колпачкового элемента, второй колпачковый элемент может опираться на разделительный элемент 50.
Кроме того, как показано на фиг.7, спиралеобразная канавка 52b может быть образованна в ступенчатой форме, а выемка 52с может быть образована в центре части каждой ступеньки, при этом установочные штифты могут быть скреплены с выемкой 52с.
[0032] Следует понимать, что раскрытые в настоящем документе варианты воплощения являются примерами с точки зрения всех аспектов и не являются ограничивающими. Объем настоящего изобретения определяется не смыслом, описанным выше, но и прилагающимися чертежами, и предназначен включать в себя эквиваленты к формуле изобретения и все изменения в рамках формулы изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0033]
10: печь вытягивания
11: стеклянная преформа
11a: часть прямого тела
11b: суживающаяся часть
11d: затравочный стержень
11f: штифтовое отверстие
12: оптическое волокно
13: модельный стержень
15: трубчатая сердцевина печи
15a: верхнее концевое отверстие
16: нагреватель
17: изоляционный материал
18: кожух печи
19: нижняя камера
20: верхняя камера
21: первая часть уплотнения
21a, 22a: отверстие подачи газа
22: вторая часть уплотнения
30: первый колпачковый элемент
31: часть основного тела
32: штифтовое отверстие
33: фланцевая часть
34: фиксирующий штифт
40: второй колпачковый элемент
41: часть основного тела
42: нижнее концевое отверстие
45: установочный штифт
50: разделительный элемент
51: часть основного тела
52: опорная часть штифта
52a: выемка
52b: канавка
52c: выемка