Усовершенствованный выщелоченный волоконный жгут и способ его изготовления

Усовершенствованный выщелоченный волоконный жгут и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится к выщелоченным волоконным жгутам (ВВЖ), которые используются в эндоскопах и для передачи оптических сигналов, и, в частности, к усовершенствованным способам изготовления таких ВВЖ с повышенными качеством и надежностью.

Способ изготовления проводников изображения или световодов для эндоскопов или для передачи оптических сигналов в виде ВВЖ известен из уровня техники. Такие ВВЖ содержат множество оптических волокон, которые могут располагаться в виде упорядоченного массива, причем каждое волокно имеет малый диаметр, например 10-100 микрон. ВВЖ можно формировать путем вытягивания заготовки волоконного жгута, содержащей несколько заранее размещенных заготовок оптического волокна, имеющих вид стеклянных стержней и/или трубок, совместно, по меньшей мере, с несколькими выщелачиваемыми стеклянными прокладками, расположенными между всеми необходимыми заготовками оптического волокна или охватывающими их. Заготовку волоконного жгута вытягивают до требуемого размера оптических волокон, которые сплавляются с выщелачиваемыми стеклянными прокладками по мере вытягивания, причем выщелачиваемые стеклянные прокладки поддерживают зазор между отдельными оптическими волокнами. Для формирования гибкого световода изображения концы жгута сплавленных оптических волокон защищают мягким покрытием, стойким к травлению, и выщелачиваемое стекло прокладок выщелачивают из жгута сплавленных оптических волокон, обычно с использованием ванны кислотного травления. По завершении процесса выщелачивания отдельные оптические волокна в среднем участке выщелоченного жгута оптических волокон оказываются свободными, что обеспечивает гибкость ВВЖ, тогда как их концы остаются совмещенными вместе. Затем на концах устанавливают муфты для защиты концов от повреждения и соответствующей фиксации волокон. Гибкий средний участок можно заключать в гибкую внешнюю оболочку во избежание повреждения отдельных оптических волокон.

Этот процесс, известный из уровня техники, характеризуется несколькими недостатками. В силу малого размера оптических волокон отдельные волокна ВВЖ чрезвычайно подвержены внешнему поверхностному повреждению и разрушению при манипуляциях, например при удалении из ванны травления и дальнейшей обработки, например при установке концевых муфт. Это обуславливает дополнительные затраты, поскольку для таких дальнейших операций требуется специальная обработка. Оптические волокна ВВЖ могут также подвергаться повреждению или разрушению при использовании в конечном изделии или приложении, например, в гибком эндоскопе, по причине трения и истирания между соседними волокнами, поскольку средний, изгибаемый участок ВВЖ является гибким. Это приводит к потере четкости изображения и снижению пропускной способности. В результате возникла необходимость в снижении вероятности такого повреждения оптических волокон в ходе формирования ВВЖ и при последующих обработке и изготовлении конечного продукта, в котором применяется ВВЖ. Желательно также снизить производственные затраты и продлить срок службы ВВЖ.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ изготовления выщелоченного волоконного жгута, содержащий следующие этапы, на которых: (а) размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута; (b) нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута для получения вытянутого волоконного жгута, имеющего заданный размер оптических волокон в жгуте; (с) шлифуют оптические концы вытянутого волоконного жгута; (d) покрывают концы вытянутого волоконного жгута материалом, стойким к выщелачивающему реагенту; (е) выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута для освобождения отдельных оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут; (f) накладывают антифрикционный порошок на свободный средний участок оптических волокон в выщелоченном волоконном жгуте для уменьшения истирания и трения между оптическими волокнами при изгибании выщелоченного волоконного жгута; и (g) накладывают оболочку поверх, по меньшей мере, среднего участка выщелоченного волоконного жгута.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусматривается способ изготовления выщелоченного волоконного жгута, позволяющий уменьшить его повреждение в ходе изготовления, содержащий этапы, на которых: (а) размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута; (b) нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута для получения вытянутого волоконного жгута, имеющего заданный размер оптических волокон в жгуте; (с) устанавливают муфту на каждый конец вытянутого волоконного жгута; (d) шлифуют оптические концы вытянутого волоконного жгута; (е) покрывают концы вытянутого волоконного жгута материалом, стойким к выщелачивающему реагенту; (f) выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута для освобождения оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут, и, предпочтительно, (g) накладывают антифрикционный порошок на свободный средний участок оптических волокон в выщелоченном волоконном жгуте для уменьшения истирания и трения между оптическими волокнами при изгибании выщелоченного волоконного жгута; и (h) накладывают оболочку поверх, по меньшей мере, среднего участка выщелоченного волоконного жгута, что обеспечивает снижение дополнительных затрат, связанных с установкой муфт на концы ВВЖ после его травления, и снижение вероятности повреждения волокон.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает способ изготовления выщелоченного волоконного жгута со сниженной вероятностью повреждения волокон, содержащий этапы, на которых: (а) размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута; (b) нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута для получения вытянутого волоконного жгута, имеющего заданный размер оптических волокон в жгуте; (с) шлифуют оптические концы вытянутого волоконного жгута; (d) покрывают концы вытянутого волоконного жгута материалом, стойким к выщелачивающему реагенту; (е) заключают вытянутый волоконный жгут в сетку, стойкую к выщелачивающему реагенту; (f) выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута для освобождения оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут, и, предпочтительно, (g) накладывают антифрикционный порошок на свободный средний участок оптических волокон в выщелоченном волоконном жгуте для уменьшения истирания и трения между оптическими волокнами при изгибании выщелоченного волоконного жгута; и (h) накладывают оболочку поверх, по меньшей мере, среднего участка выщелоченного волоконного жгута.

Один или несколько из вышеописанных способов можно использовать по отдельности или совместно для обеспечения ВВЖ сниженной стоимости и понижения повреждений в процессе изготовления, а также повышения надежности конечного продукта.

Вышеприведенное краткое описание, а также нижеследующее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения можно лучше понять, обратившись к прилагаемым чертежам. В целях иллюстрации изобретения на чертежах показаны варианты осуществления, которые в настоящее время являются предпочтительными. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается проиллюстрированными структурами.

На Фиг.1 представлен вид в поперечном сечении заготовки жгута оптических волокон, используемой для изготовления волоконного жгута, согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 представлен схематический вид сбоку, иллюстрирующий вытягивание заготовки жгута оптических волокон для формирования жгута сплавленных оптических волокон.

На Фиг.3 представлен вид сбоку жгута сплавленных оптических волокон согласно настоящему изобретению, на каждом конце которого установлены муфты.

На Фиг.4 представлен вид сбоку, аналогичный фиг.3, где показан жгут сплавленных оптических волокон, обернутый сеткой из материала стойкого к травлению.

На Фиг.5 представлен вид сбоку, иллюстрирующий выщелачивание жгута сплавленных оптических волокон для удаления материала прокладок между оптическими волокнами для формирования гибкого выщелоченного волоконного жгута.

На Фиг.6 представлен вид сбоку с частичным отделением гибкого выщелоченного волоконного жгута с концевыми муфтами после процесса выщелачивания.

На Фиг.7 представлен вид в поперечном сечении гибкого участка выщелоченного волоконного жгута, где показана необязательная оболочка согласно настоящему изобретению, взятый по линии 7-7 на фиг.6.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

В нижеследующем описании определенная терминология используется только для однозначности понимания и не рассматривается как ограничение. Термин «один» определяется как включающий в себя один или более указанных предметов в отсутствие явного указания. Используемый здесь термин «массив» включает в себя любой тип упорядоченного двумерного размещения концов волокон, например, для гибкого жгута передачи изображения.

Изобретение относится к способу изготовления выщелоченного волоконного жгута 10, показанного на фиг.6, который можно использовать, например, в качестве проводника изображения или световода для эндоскопов или для передачи оптических сигналов. Выщелоченный волоконный жгут 10 содержит множество оптических волокон 12 диаметром десять или менее микрон. Согласно фиг.7 выщелоченный волоконный жгут 10 может быть заключен в оболочку из защитного материала 14, который, предпочтительно, является гибким полимерным материалом. Однако наличие оболочки 14 не является обязательным.

Для изготовления выщелоченного волоконного жгута 10 множество заготовок 20 оптического волокна предпочтительно располагают в виде упорядоченного массива и отделяют друг от друга выщелачиваемыми прокладками 22 для сформирования заготовки 24 волоконного жгута, показанной на фиг.1. Заготовки 20 оптического волокна предпочтительно формируют из стеклянных сердцевин с высоким показателем преломления, окруженных оболочкой, выполненной из материала с более низким показателем преломления. Заготовки 20 оптического волокна предпочтительно располагать в виде прямолинейного шаблона, используя выщелачиваемые прокладки 22, для удержания заготовок 20 оптического волокна на расстоянии друг от друга. Прокладки 22 предпочтительно изготавливать в виде трубок, что показано на фигуре, при этом располагают заготовки 20 оптического волокна внутри прокладок 22. Хотя на фигуре показаны заготовки 20 оптического волокна и прокладки 22 круглой формы, специалистам в данной области очевидно, что можно использовать заготовки 20 оптического волокна и/или прокладки 22 других форм. Например, заготовки 20 оптического волокна и прокладки 22 могут быть прямолинейными для удерживания заготовок 20 оптического волокна в заданном пространственном порядке. Альтернативно, прокладки 22 могут иметь вид отдельных стержней, расположенных в промежутках между заготовками 20 оптического волокна.

Прокладки 22 предпочтительно формировать из материала, растворимого в кислоте, например из стекла, растворимого в кислоте. Однако можно использовать и другие подходящие материалы. Заготовки 20 оптического волокна предпочтительно делать из материала, стойкого к травлению.

Согласно фиг.2 заготовку 24 волоконного жгута предпочтительно нагревают и вытягивают традиционным способом путем локального нагрева заготовки 24 волоконного жгута с применением нагревателей 30 и протяжки заготовки волоконного жгута в продольном направлении для получения вытянутого волоконного жгута 32, имеющего заданный размер оптических волокон 12 и/или зазор между ними в жгуте 32. Предпочтительно осуществлять указанные операции в вытяжной башне. Однако можно использовать и другие схемы вытягивания в зависимости от конкретных обстоятельств.

Для дальнейшей обработки вытянутый волоконный жгут 32 предпочтительно отрезать до заданной длины. Согласно фиг.3 концевые муфты 34 предпочтительно помещать на концах и крепить и/или обжимать на месте. Концевые муфты 34 и скрепляющее вещество предпочтительно выполнять из материала, стойкого к травлению кислотой, или, при необходимости, можно покрывать материалом, стойким к травлению кислотой. В зависимости от конкретного применения, концевые муфты 34 можно исключить или устанавливать после выщелачивания материала прокладок вытянутого волоконного жгута 32. Однако это приводит к увеличению затрат и повышает вероятность повреждения оптических волокон 12. Преимущество указанного варианта осуществления настоящего изобретения состоит в том, что муфты 34, которые могут потребоваться для размещения конкретного соединителя или только для защиты концов выщелоченного волоконного жгута 10, устанавливают тогда, когда вытянутый волоконный жгут 32 все еще является единой жесткой структурой, поскольку при этом упрощается манипуляция и меньше повреждаются оптические волокна 12.

Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, изображенный на фиг.4, предусматривает, что до выщелачивания выщелачиваемого материала прокладок 22 из вытянутого волоконного жгута 12 поверх вытянутого волоконного жгута 32 устанавливают сетку 36, стойкую к выщелачиванию. Сетка 36, предпочтительно, сформирована из полимерного материала, устойчивого к кислоте, например полиолефина, и может представлять собой открытую сетчатую плетеную трубку, сеть или сетчатый тканый материал, который можно удерживать на месте на вытянутом волоконном жгуте 32 с помощью скрепок или хомутов из материала, стойкого к травлению кислотой. Конкретные размер и форма сетки могут варьироваться в зависимости от диаметра оптических волокон 12 и/или используемого материала стекла. Сетку 36 можно формировать из текстильной ткани требуемой проницаемости. Сетка 36 должна быть достаточно открытой, чтобы выщелоченный материал, а также кислотный выщелачивающий реагент могли свободно проходить через нее.

Согласно фиг.5 вытянутый волоконный жгут 32 с защищенными концами, которые могут быть защищены либо посредством покрытия материалом, стойким к травлению кислотой, или путем установки муфт 34, стойких к травлению, устанавливают в баке 44 для выщелачивания, который может содержать, например, соляную кислоту или любой другой подходящий выщелачиватель в зависимости от состава выщелачиваемых прокладок 22. Материал стержневой прокладки выщелачивают на среднем участке вытянутого волоконного жгута 32 для освобождения отдельных оптических волокон 12 на среднем участке для формирования выщелоченного волоконного жгута 10.

После достаточной нейтрализации и/или промывки выщелоченного волоконного жгута 10 выщелоченный волоконный жгут 10 готов для использования в составе эндоскопа или для использования в качестве кабеля для передачи оптических сигналов.

Согласно изобретению сетка 36 способствует предотвращению повреждения оптических волокон 12 малого диаметра в среднем участке выщелоченного волоконного жгута 10. Согласно одному аспекту изобретения поверх по меньшей мере части выщелоченного волоконного жгута 10 накладывают оболочку, например оболочку 14, показанную на фиг.7, для обеспечения защиты оптических волокон 12. В качестве антифрикционного порошка 40 можно использовать, например, TOS-Pearls^®, доступный от GE Bayer Silicone, белые, сферические, мелкие частички силиконового каучука со средним распределением размера частиц в 2 микрона или другие антифрикционные или разделительные порошки, например тальк или порошок ПТФЭ (политетрафторэтилена). Этот антифрикционный порошок 40 снижает истирание и трение между отдельными волокнами 12 при изгибании выщелоченного волоконного жгута 10. Это позволяет предотвратить преждевременный износ и разрушение отдельных волокон выщелоченного волоконного жгута 10, которые приводят к ухудшению или потере изображений или сигналов, передаваемых через выщелоченный волоконный жгут 10. Использование антифрикционного порошка повышает срок службы по сравнению с ранее известными жгутами.

Использование способов согласно настоящему изобретению обеспечивает более высокое качество выщелоченных волоконных жгутов 12 с меньшим повреждением отдельных оптических волокон 12 в процессе производства. Это обеспечивает более высокую производительность и меньший процент брака за счет производственных дефектов, приводя к снижению общих производственных затрат по причине меньшего количества отходов. Кроме того, можно существенно увеличить надежность и срок службы выщелоченного жгута оптических волокон.

Хотя предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны подробно, изобретение не ограничивается вышеописанными конкретными вариантами осуществления, которые служат лишь иллюстративным целям. Можно разработать дальнейшие модификации и расширения настоящего изобретения и все подобные модификации следует рассматривать в пределах объема настоящего изобретения, заданного прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ изготовления выщелоченного волоконного жгута, содержащий этапы, на которых размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута, нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута для получения вытянутого волоконного жгута с заданным размером оптических волокон в жгуте, покрывают концы вытянутого волоконного жгута материалом, стойким к выщелачивающему реагенту, устанавливают сетку из материала, стойкого к выщелачивающему реагенту, поверх вытянутого волоконного жгута до выщелачивания выщелачиваемого материала из вытянутого волоконного жгута, выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута, для освобождения оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут, накладывают антифрикционный порошок на свободные волокна на среднем участке выщелоченного волоконного жгута для уменьшения истирания и трения между отдельными волокнами при изгибании выщелоченного волоконного жгута и накладывают оболочку поверх среднего участка выщелоченного волоконного жгута.

2. Способ по п.1, в котором антифрикционный порошок содержит TOS-Pearls.

3. Способ по п.1, который дополнительно содержит этап, на котором устанавливают муфту, по меньшей мере, на один конец вытянутого волоконного жгута до травления.

4. Способ по п.3, в котором муфта устойчива к выщелачивающему реагенту.

5. Способ по п.3, в котором поверх муфты помещают покрытие, стойкое к выщелачивающему реагенту.

6. Способ по п.1, который дополнительно содержит этап, на котором поверх сетки накладывают оболочку.

7. Способ по п.1, который дополнительно содержит этап, на котором шлифуют концы вытянутого волоконного жгута для покрытия материалом, стойким к выщелачивающему реагенту.

8. Способ изготовления выщелоченного волоконного жгута, содержащий этапы, на которых размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута, нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута для получения вытянутого волоконного жгута с заданным размером оптических волокон в жгуте, заключают вытянутый волоконный жгут в сетку, стойкую к выщелачивающему реагенту, и выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута, для освобождения оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут.

9. Способ по п.8, который дополнительно содержит этап, на котором шлифуют концы вытянутого волоконного жгута и покрывают их материалом, стойким к выщелачивающему реагенту, до выщелачивания.

10. Способ по п.8, который дополнительно содержит этап, на котором накладывают оболочку поверх среднего участка выщелоченного волоконного жгута.

11 Способ изготовления выщелоченного волоконного жгута, содержащий этапы, на которых размещают множество заготовок оптического волокна и выщелачиваемых прокладок для формирования заготовки волоконного жгута, нагревают и вытягивают заготовку волоконного жгута, для получения вытянутого волоконного жгута с заданным размером оптических волокон в жгуте, покрывают концы вытянутого волоконного жгута материалом, стойким к выщелачивающему реагенту, заключают вытянутый волоконный жгут в сетку, стойкую к выщелачивающему реагенту, и выщелачивают материал из прокладок на среднем участке вытянутого волоконного жгута, для освобождения оптических волокон на среднем участке, чтобы сформировать гибкий выщелоченный волоконный жгут.

12. Способ по п.11, который дополнительно содержит этап, на котором шлифуют концы вытянутого волоконного жгута и покрывают их материалом, стойким к выщелачивающему реагенту, до выщелачивания.

13. Способ по п.11, который дополнительно содержит этап, на котором накладывают оболочку поверх среднего участка выщелоченного волоконного жгута.

Приоритет по пп.1, 6, 8, 10-13 - 16.11.2000, 60/249,192,

По пп.1, 2, 6-8, 9-13 - 16.11.2000 № 60/249,193

По пп.3, 4, 5 и 9 - 16.11.2000 № 60/249,191