(57)【要約】【課題】光ファイバの被覆内での泡の形成を防止する方法および装置を提供すること。【解決手段】硬化可能な液体被覆組成中を通してファイバを引張り、ファイバから余分な被覆液体を除去し、そしてその被覆液体を硬化させて中実保護層を形成することによってファイバに被覆が添着される。【選択図】図２
2007191395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中実保護層によって被覆されたファイバを形成する装置であって、
前記ファイバを形成する手段と、
前記ファイバに液体被覆組成物を添着させるコータと、
前記中実保護層内での泡の発生を軽減させるのに十分な量のヘリウムを含むガスからなる雰囲気を前記コータ内に与える手段と、
前記ファイバを形成する手段と前記コータとの間に設けられた前記ファイバを冷却する冷却手段と、を含み、
前記雰囲気を前記コータ内に与える手段は、前記冷却手段から離間してかつ前記コ−タに隣接して配置されて、前記ファイバに隨伴した空気を除去するように前記ファイバにヘリウム含有ガスの流れを向けることを特徴とする中実保護層によって被覆されたファイバを形成する装置。
【請求項２】
前記雰囲気を前記コータ内に与える手段に隣接して配置された低圧チャンバ−をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ファイバを形成する手段は、ガラス供給源と、前記ファイバを前記ガラス供給源から延伸する手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記冷却手段にヘリウムを供給する手段と、前記冷却手段から排出ガスを除去する手段と、前記排出ガスの少なくとも一部を前記コータ内に与える手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後で硬化してファイバ上に中実の保護有機被覆を形成する液状で適用される有機材料でファイバを被覆すること、そしてさらに詳細にはガラス光導波路ファイバを被覆することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバには、絶縁のため、識別のため、および他の目的のために、機械的破損に対する保護のための被覆が設けられることが多い。例えば、光ファイバは、るつぼまたはプリフォ−ムのようなソ−スから延伸され、そして冷却チュ−ブ、１またはそれ以上の被覆手段、そしてトラクタのような延伸機構を順次通過して、スプ−ルに巻き取られる。直径測定手段がソ−スと冷却チュ−ブとの間に配置され、必要に応じて被覆手段の後に、他の直径測定手段が配置される。延伸された光ファイバは、延伸トラクタのような他の表面に接触する前に、保護被覆を設けられなければならない。
【０００３】
光ファイバは、液体被覆材料の容器を通じ、そしてその後でファイバから余分な被覆液が除去されるサイジング・ダイスを通じて引張られることによって被覆される。ファイバが被覆材料の表面を通って下方に移動する際に、その表面を下方に引張って、メニスカスを形成する。延伸速度が速くなるにつれて、そのメニスカスは液体被覆材料内により深く入り込む。ある延伸速度以上になると、被覆材料の表面は、それとファイバの表面とが接触する点で、そのファイバの表面に対して本質的に正接した状態となり、そして初期空気随伴（incipeint air entrainment）が生ずる。ある延伸速度以下では、被覆中に随伴された初期空気が溶解して、被覆中には見られない。延伸速度が高くなるにつれて、随伴される空気は、限界に達するまで、多くなり、ファイバ被覆中に目に見える泡が見られる。随伴された空気中の酸素が被覆の硬化を阻止する。さらに、過剰な泡は視覚的欠陥とみなされ、そしてそれが十分多いがあるいは十分大きい場合には、光ファイバ中にマイクロベンディング（microbending）を誘起することになるおそれがある。
【０００４】
米国特許第４７０４３０７号（Jochem et al.）および C.M.G. Jochem et al., "High-Speed Bubble-Free Coating of Optical Fibers on a Short Drawing Tower", Proc. IOOC-ECOC' 85 (Vwnuce, Italy, Octo. 1-4, 1985), pp. 515-518は、液体被覆材料に入る点において空気がファイバを包囲している時に同様の被覆が延伸され得る速度より高い速度で延伸される光ファイバ上に泡を含んでいない被覆を設ける方法および装置に関するものである。C.M.G. Jochem et al.は、ファイバと被覆材料が遭遇する領域が比較的低い動粘度（空気のそれより低い）を有するパ−ジ・ガスに包囲されている場合には、そのガスがファイバによって連れて行かれにくいから、泡形成の危険性が低下することを教示している。アルゴン、キセノンおよびCCl2F2が適したパ−ジ・ガスであると言われている。
【０００５】
米国特許第４７９２３４７号（Deneka et al.）は硬化可能な液体被覆材料を添着させかつその後でその液体被覆を硬化させて保護プラスチック層を形成することによって光ファイバに保護被覆を添着する方法を教示している。その液体被覆材料中で高い溶解度を呈示しかつ液体被覆層が形成される場合にその液体被覆層中での泡形成に抵抗することが好ましいパ−ジ・ガスでファイバの表面に隣接した空気を置換することによって、液体被覆材料がファイバの表面に添着される前に、空気がそのファイバの表面から放逐または排斥される。上記米国特許第４７９２３４７号は、適したパ−ジ・ガスは窒素、二酸化炭素、および第VIII族のまたは所謂希ガズ、例えばキセノン、ネオン、アルゴン等であり、かつクロロフォルム、フレオン ハロゲン化炭素、または他の塩素またはフッ素置換炭化水素も考慮されうる。米国特許第４７０４３０７号に記載されたパ−ジ・ガスはすべて空気中の存在する酸素を排斥し、したがってそれの硬化に対する禁止作用を低下させる。例えば、窒素は空気中の泡を軽減させないが、被覆上から酸素を排斥するための安全で安価なガスである。アルゴンも同様に機能する。
【０００６】
ヘリウムは、添着された被覆における泡を防止するのに適した希ガスの１つとして米国特許第４７９２３４７号には記載されていない。ヘリウムはパ−ジ・ガスの優れた候補であるとは考えられていなかった。なぜなら、米国特許第４７０４３０７号および前記C.M.G. Jochem et al.の刊行物はパ−ジ・ガスの動粘度が十分に低くなければならないこと、すなわち空気のそれより低くなければならないと述べていおり、かつヘリウムは、C.M.G. Jochem et al.の刊行物の第２表に、空気の動粘度より7.43倍大きい110.0×10-6の動粘度を有するのもとして挙げられているからである。さらに、C.M.G. Jochem et al.の刊行物の第２表および本文を見ると、ヘリウムが実験的に試みられたが、（理論的な説明とは関係なく）実際には泡を軽減しなかったと考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は光ファイバの被覆内での泡の形成を防止する方法および装置を提供することであり、この装置は光ファイバ延伸タワ−で容易に接近しうるガスを使用する。他の目的は、新しく延伸された光ファイバを冷却しかつ同時にその光ファイバに添着される被覆内での泡の形成を防止する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は被覆内における泡形成を防止するのを助長する光ファイバを被覆する方法を提供する。硬化可能な液体被覆組成中を通してファイバを引張り、ファイバから余分な被覆液体を除去し、そしてその被覆液体を硬化させて中実保護層を形成することによってファイバに被覆が添着される。本発明によれば、ファイバが液体被覆組成に入る点においてファイバを包囲している雰囲気は中実保護層内における泡の発生を軽減する作用をする所定の量のヘリウムを含んでいる。その雰囲気は実質的に純粋なヘリウム、またはヘリウムと少なくとも１つの他のガスとの混合物よりなるものでありうる。ヘリウム雰囲気は、隨伴した空気をファイバから排斥するために１つまたはそれ以上のジェットをなしてファイバに向って送られる場合に、より効果的となる。
【発明の実施の形態】
【０００９】
光ファイバが延伸される場合、その光ファイバはコ−タ（coater）に入る前に冷却手段を通る。その冷却手段が延伸されたファイバを冷却するためにヘリウムを用いている場合には、冷却手段から排出されたヘリウムが、ファイバから空気を排斥する装置に供給されるおそれがある。
【００１０】
冷却されたファイバが出て来る側の冷却手段の端部は、液体被覆材料の入ったハウジングのすぐそばに隣接して配置され、ファイバが冷却手段から出た後で被覆液体に入る前に空気がファイバに隨伴されることがないようになされ得る。
【実施例】
【００１１】
本発明が組み込まれたファイバ延伸装置が図１に示されている。この装置は、少なくとも先端部が溶融しているガラス・プリフォ−ム１０と、その溶融したガラスからファイバ１２を延伸するための１対のトラクタ１１を含んでいる。光マイクロメ−タ１３の出力が、ファイバの直径を制御するためのトラクタ１１の速度を調整する制御装置に結合されている。ファイバ１２はそれに保護被覆を添着させるコ−タ１５中を通り、そしてその後で硬化手段１６を通るようになしうる。「硬化」という用語は液体被覆材料を中実保護被覆に変換させる任意の技術を意味する。高い延伸速度では、コ−タ１５で添着される被覆材料に悪影響を及ぼさない温度にファイバを冷却するための手段を用いる必要がある。
【００１２】
ファイバ冷却手段１４はファイバ１２を包囲するチュ−ブよりなることが多く、冷却ガスがそのチュ−ブ内を流れる。冷却ガスは、それの成分がファイバの方へと半径方向に流れるように、スロット、穴あるいは多孔質材料を通じて流れることができる（例えば米国特許第４４３７８７０号参照）。冷却ガスは冷却手段１４に入ったファイバに隨伴した空気を少なくともある程度だけ除去しうるが、ファイバが冷却手段１４からコ−タ１５に入る時に、それよりも多い空気がファイバに隨伴される。
【００１３】
従来は、延伸装置には、ファイバの表面に液体被覆材料を添着する前に、その表面から空気を排斥する装置が設けれていた。図２は米国特許第４７９２３４７号に開示されているタイプの空気排斥装置２０と、米国特許第４５３１９５９号に開示されているタイプの光ファイバ・コ−タ１５を示している。
【００１４】
コ−タ１５は入口ダイス２１、出口ダイス２２、およびハウジング１９内に配置された液体被覆チャンバ−２４を具備している。被覆液体２６の補給可能なチャ−ジをチャンバ−２４に供給するためにポ−ト２５には液体被覆材料の加圧された供給源（図示せず）が連結されている。この被覆液体の上面２８は、被覆されるべきファイバがダイスに入ると、そのファイバが通る入口表面を構成している。ファイバ１２が表面２８を通って延伸される時に、メニスカス（meniscus）が形成される。出口ダイス２２は、ファイバがコ−タから出て来る前に、ファイバの表面から余分な被覆材料を除去するために、被覆材料の溜めの下流に配置された出口オリフィス２９を具備している。
【００１５】
空気排斥装置２０は、コ−タの入口ダイス２１の頂部に、すなわち装置内を通るファイバの搬送方向に対して入口ダイスの上流に配置されている。この空気排斥装置２０は液体被覆材料の入口表面に隣接しており、かつその表面の上方における雰囲気を直接コントロ−ルする。空気排斥装置は、環状チャンバ−３１に連結された複数のガス流チャンネル３３が配置されたハウジング３２を具備している。供給源３８からのパ−ジ・ガスが流量計３６を通って流れ、そしてポ−ト３４を通じて空気排斥装置内に導入される。このパ−ジ・ガスはチャンバ−３１に入り、そしてチャンネル３３を通って円筒状開孔３５に流入して、移動しているファイバの表面に対してコントロ−ルされたガスの流れを与えて、その表面から隨伴された空気を効率的に運び去るように作用する。
【００１６】
光ファイバから冷却チュ−ブ内のガスへの熱伝達はそのガスの熱的特性に依存すること、および水素とヘリウムの熱伝導特性は空気よりもはるかに優れていることが良く知られている（例えば米国特許第４４３７８７０号および前記C.M.G.Jochem et al.の刊行物に見られる）。延伸用炉の取り出し端部の近傍で酸素を用いるのは望ましくないから、冷却チュ−ブで使用するための候補としてはヘリウムの方が優れている。
【００１７】
本発明によれば、図１示されたタイプの光ファイバ延伸装置に関連して用いられた図２の装置におけるパ−ジ・ガスとしてもヘリウムが用いられる。光ファイバ１２は125μmの外径を有する従来のシングルモ−ド・ステップインデックス通信用ファイバであった。このファイバのクラッドは純粋なシリカであった。紫外線硬化性の液体アクリレ−ト組成がファイバを被覆するために用いられた。市販の（少なくとも99.9％の純度の）ヘリウムが、毎分７標準リットル（7 standardliters per minute）の流量で空気排斥装置のポ−ト３４に供給された。このようにして得られた被覆ファイバが、被覆に泡が存在しているか否かを知るために顕微鏡で調べられた。毎秒１６メ−トルの延伸速度では、被覆には泡は現れなかった。延伸速度は被覆内での泡の開始によって制限されなかった。と言うよりも、被覆硬化手段で利用可能な紫外線は毎秒１６メ−トル以上では被覆を完全に硬化させることができなかったので、延伸速度はその速度以上には高くすることはできなかった。
【００１８】
空気を液体被覆材料の上に通して（パ−ジ・ガス無しで）行なわれた実験では、被覆内における泡の出現開始は毎秒４〜５メ−トルの延伸速度で生じた。
【００１９】
ヘリウムは、密度が低く、非毒性で、かつ上昇して建物から外に拡散するから要員に対する危険が少ないので、CO2、CCl2F2、キセノン等のような従来から提案されているガスよりも使用に当って安全である。
【００２０】
図１の装置では、被覆内での泡の形成を防止するために、ヘリウムと他のガスの混合物を用いてもよい。例えば、CO2およびCCl2F2は単独で用いられる場合には泡を除去するのに適しているので、ヘリウムをCO2またはCCl2F2のようなガスと混合してもよいであろう。さらに、高い延伸速度で泡を生ずるものとして知られている空気または窒素とヘリウムを混合してもよい。他のガスに加えられる必要のあるヘリウムの量は被覆の処理条件、特に延伸速度、温度および粘度と、パ−ジ・ガス混合物内の各ガスの相対的な有効性に依存する。他の要因は、ヘリウム／ガス混合物がファイバ表面の近傍に適用される態様である。ヘリウム／空気パ−ジ・ガスが用いられた場合には、パ−ジ・ガスが円筒状開孔３５を通って上方に単に流れるにすぎない場合よりも、図２に示されているようにファイバに向うジェットをなして流れる場合の方が、必要なヘリウムは少なくなるであろう。泡の無い被覆を有するファイバが空気／ヘリウム・パ−ジ・ガスと一緒に延伸され得る最大延伸速度は、泡の無い被覆を有するファイバが純粋なヘリウム・パ−ジ・ガスと一緒に延伸され得る最大延伸速度よりも低くなるであろう。さらに、ファイバ冷却装置からのファイバの表面の近くに残留ヘリウムが存在する場合、特にその装置がコ−タに近接した位置まで延長している場合には、必要とされるヘリウム・パ−ジ・ガスは少なくなるであろう。
【００２１】
図３はヘリウムが被覆液体の表面に低い圧力で供給され得る実施例を示している。ファイバ１２は、冷却手段１４を通った後で、ポ−ト４１によって真空源に連結された脱気されたチャンバ−４０を通る。その後でファイバ１２は空気排斥装置２０に入り、そこでヘリウム・ジェットがファイバから残留空気を除去する。この構成は、泡が被覆に出現する前に得られるよりも、最大可能延伸速度をさらに上昇させるであろう。
【００２２】
ヘリウムがパ−ジ・ガスとして用いられた延伸装置では、ヘリウムを冷媒として利用するファイバ冷却手段５０は図４に示されているように下方に延長されかつコ−タに固着され得る。冷却手段５０はスロット５２を有する中央チュ−ブ５３を具備している。チュ−ブ５１は、ガス取入れポ−ト５５が連結された外側チュ−ブ５３によって包囲されている。ヘリウムがポ−ト５５からチュ−ブ５３に入り、そしてスロット５２を通ってジェットを形成し、そのジェットがファイバ１２に向って放射される。ヘリウムと、ファイバと一緒に冷却手段に入った隨伴空気がポ−ト５７を通じて排出される。この実施例では、ヘリウムは、ファイバを冷却すること、およびファイバから空気を排斥または除去して、ファイバが被覆液体に入る点において、ヘリウムを含んだ雰囲気がファイバを包囲するようにすることの２つの機能を果す。このことは、コ−タの上方におけるファイバから隨伴した空気を排斥するのがより困難な非常に高い速度において有益である。
【００２３】
図５の実施例では、空気排斥手段２０は、図４に示された手段５０と同様の冷却手段６０の下方に配置されかつその冷却手段から離間されている。ヘリウムがポ−ト６５から冷却手段６０に入り、そして図４に関して説明されたようにファイバ１２を冷却する。ヘリウムと、ファイバと一緒に冷却手段に入った隨伴空気はチャンバ−６６およびポ−ト６７を通って排出される。ヘリウム／空気混合物の少なくとも一部分が排斥手段２０のポ−ト３４に供給される。そのヘリウム／空気混合物の残部は排出され得る。
【００２４】
光ファイバの表面特性も前記米国特許第４７９２３４７号に開示されているように有利に修正され得る。液体被覆材料とのガラス表面の適合性を改善する化学物質の蒸気がパ−ジ・ガスと一緒に導入され得る。このような物質の例としてはシラン結合剤があり、他の表面処理剤としては液体被覆プリポリマ中に既に存在しているモノマまたは添加剤をあげることができる。
【００２５】
上述の実施例はガラス光ファイバの被覆に関するものであったが、プラスチックや金属のような他の材料で作成されたファイバも上述したヘリウム空気排斥法から利益を受けるであろう。さらに、光ファイバには２つの保護被覆が設けられることが多い。このようなファイバ延伸方式では、硬化手段を通る時にかつ第２のコ−タに入る前に、第１の被覆に空気が隨伴される。第１の被覆に隨伴された空気は上述のようにしてヘリウムを含んだ雰囲気によって排斥されて、第２の被覆内での泡の形成を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光ファイバ延伸装置を概略的に示している。
【図２】ファイバから空気を排斥するための手段を設けられた光ファイバ被覆装置を概略的に示している。
【図３】ファイバから空気を排斥するための手段を設けられたファイバが空気排斥手段に入る前にファイバのまわりの領域を脱気するための手段を設けられた光ファイバ被覆装置を概略的に示している。
【図４】１つの装置が冷却手段および空気排斥手段として同時に機能する装置を概略的に示している。
【図５】ファイバ冷却手段からのリサイクルされたヘリウムをパ−ジ・ガスとして利用する装置を概略的に示している。
【符号の説明】
【００２７】
１０ ガラス・プリフォ−ム
１１ トラクタ−
１２ ファイバ
１４ ファイバ冷却手段
１５ コ−タ
１６ 硬化手段
１９ ハウジング
２０ 空気排斥装置
２４ 液体被覆チャンバ−
２６ 被覆液体
【図１】
2007191395.tif 000003
【図２】
2007191395.tif 000004
【図３】
2007191395.tif 000005
【図４】
2007191395.tif 000006
【図５】
2007191395.tif 000007