(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバ冷却装置において、前記光ファイバ冷却装置が、内部に光ファイバと冷却気体の通路を有する冷却管と、前記光ファイバの位置を検出する線位置検出装置と、前記冷却管の入口側及び出口側に、光ファイバが通過する開口を有しかつ冷却気体の漏出を抑制する気体漏出防止絞りと、前記気体漏出防止絞りならびに前記冷却管の入口側部分及び出口側部分の各位置を制御する位置制御装置とを備えていて、前記線位置検出装置が検出した光ファイバ位置に基づき前記位置制御装置が前記気体漏出防止絞りならびに前記冷却管の入口側部分及び出口側部分の各位置を制御することを特徴とする光ファイバ冷却装置。
【請求項２】
光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを冷却する冷却装置の入口又は出口で光ファイバの位置を検出し、その検出した光ファイバ位置に基づき、冷却管の入口側及び出口側に設けられた気体漏出防止絞りの位置ならびに前記冷却管の入口側部分の位置及び前記冷却管の出口側部分の位置を制御しつつ前記光ファイバを冷却することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバ冷却装置及び光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを製造するには、まず、図１に示すような光ファイバ製造装置により、光ファイバ母材１を垂直に固定し、線引き炉２で加熱、溶融し、線引きにより光ファイバ１０を所定の外径まで細径化し、冷却装置４により常温付近まで冷却し、その後塗布装置５により樹脂を被覆し、硬化装置６により、被覆した樹脂を紫外線硬化し、ガイドローラ７を経て図示しないドラムに巻き取ることによりなされる。
【０００３】
なお、光ファイバの製造工程において、光ファイバが樹脂で被覆される前は裸の状態のガラスだけからなる光ファイバであるのに対し、製造された光ファイバは樹脂が被覆されており同じ物ではないが、本願では必要な場合以外は特に区別せずに光ファイバという。
【０００４】
線引きした光ファイバ１０の表面に、塗布装置５により被覆樹脂を塗布する前に、光ファイバ冷却装置４により常温まで冷却するのは、光ファイバの冷却が不十分で常温より高温の状態の裸の光ファイバに被覆樹脂を塗布すると、塗布装置５内の光ファイバ近傍の樹脂温度が上昇して粘性が低下し、樹脂が安定してけん引されなくなるので、線引き中の光ファイバ上に均一に樹脂被覆をすることが困難となるためである。
【０００５】
光ファイバ冷却装置４は、光ファイバやＨｅガスや水などの冷却材を通過させるための、上端及び下端に複数の開口を有する柱状の冷却管よりなる。この開口は、冷却管の中心に位置する光ファイバ通路と、この通路を取り囲むように設けられた複数の外側通路からなる。
【０００６】
中心の光ファイバ通路では、高温状態の線引きした光ファイバとＨｅガスなどの冷却気体を同時に通過させて光ファイバを冷却する。周辺の外側通路では、水などの冷却液を供給して、光ファイバの熱により加熱された冷却気体の熱を更に冷却液により排除して光ファイバの冷却効率を高める（特開平３−６５５３５号公報）。
【０００７】
この場合において、線引きした光ファイバの冷却効率を更に高める目的で、冷却管の光ファイバ通路の断面を狭くしたり、冷却気体であるＨｅガスの漏出を抑制してＨｅ濃度を高く維持するために冷却管の入口側と出口側で光ファイバ通路の広さを内部よりも狭くしている（特開平３−６５５３５号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、線引き中の光ファイバ母材１がわずかに曲がっていたり、母材が垂直方向から若干ずれて固定されていたり、加熱炉１２の温度分布が均一でなかったりした場合などに、線引き中の光ファイバ１０の走向位置が光ファイバに直交する方向にずれることに起因して、冷却装置４の入口若しくは出口又は光ファイバ通路と接触して損傷を受け、線引き中又はその後の工程中で破断して生産性の低下をもたらす。
【０００９】
一方、近時の技術革新により光ファイバの製造技術が向上し、線引き速度が増加の一途を辿っており、前記冷却装置４の光ファイバ通路との接触による光ファイバ１０の損傷、破断の問題が無視できなくなっている。
また、線引き速度の向上とともに、冷却能力の強化が必要となり、冷却装置４の長さが通常の５倍を要する場合もでてきた。これは装置設計の自由度を狭めるとともに、光ファイバ通路との接触の問題を深刻なものとしている。
【００１０】
この場合において、光ファイバ冷却装置４の光ファイバに直交する方向の位置を制御して、光ファイバ１０が常に冷却装置４の入口若しくは出口又は光ファイバ通路の中心若しくはその近傍を通過するように維持することができれば、光ファイバ通路との接触による光ファイバの損傷の問題を解決し、生産性や品質を一層向上できる。
【００１１】
さらにこの位置制御により、冷却装置の光ファイバ通路を従来よりも狭めて冷却効率を向上することも可能となり、これにより冷却装置の長大化を回避でき、冷却装置４の装置設計の自由度を向上できる可能性がある。これにより光ファイバの線引き速度の一層の向上が可能となり、生産性を高めることができる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明においては、光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバ冷却装置において、前記光ファイバ冷却装置が、内部に光ファイバと冷却気体の通路を有する冷却管と、前記光ファイバの位置を検出する線位置検出装置と、前記冷却管の入口側及び出口側に、光ファイバが通過する開口を有しかつ冷却気体の漏出を抑制する気体漏出防止絞りと、前記気体漏出防止絞り、前記冷却管の入口側部分及び出口側部分の各位置を制御する位置制御装置とを備えていて、前記線位置検出装置が検出した光ファイバ位置に基づき前記位置制御装置が前記気体漏出防止絞り、前記冷却管の入口側部分及び出口側部分の各位置を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本願発明は、光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを冷却する冷却装置の入口及び出口で光ファイバの位置を検出し、その検出した光ファイバ位置に基づき、冷却管の入口側及び出口側に設けられた気体漏出防止絞りの位置ならびに前記冷却管の入口側部分の位置及び前記冷却管の出口側部分の位置を制御しつつ前記光ファイバを冷却することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３、表１に基づいて本願発明の実施の形態を説明する。なお、同じ部位には同じ番号を付し重複する説明を省略する。
本実施形態の冷却装置４は、冷却管４ｃ、入口側の気体漏出防止絞り４ａ、出口側の気体漏出防止絞り４ｂ、入口側の線位置検出装置３ａ、出口側の線位置検出装置３ｂ、並びに図示しない位置制御装置から構成される。
【００１５】
この位置制御装置は、冷却管４ｃの入口側部分及び出口側部分、入口側の気体漏出防止絞り４ａ、出口側の気体漏出防止絞り４ｂの各被制御位置（以下、単に、各被制御位置という。）毎に、光ファイバに直行する方向の位置を制御する機能を有し、これら各被制御位置毎に、線位置検出装置３ａ、３ｂからの光ファイバの位置情報を処理する位置制御回路、及びこの位置制御回路からの情報に基づき各被制御位置を機械的に制御する自動ステージからなる。
【００１６】
冷却管４ｃは、光ファイバやＨｅガスや水などの冷却材を通過させるための、長手方向に開口を有する４角柱状の冷却管よりなる。この開口は、冷却管４ｃの中心に位置する光ファイバ通路と、この通路を取り囲むように対照的な位置に設けられた２個以上の外側通路からなる。この外側通路は光ファイバ通路に対し対象性がよくなるように配置されるのが好ましい。
中心の光ファイバ通路では、高温状態の線引きした光ファイバとＨｅガスなどの冷却気体を同時に通過させて光ファイバを冷却する。周辺の外側通路では、水などの冷却液を供給して、光ファイバの熱により加熱された冷却気体の熱を更に冷却液により排除して光ファイバの冷却効率を高める。
【００１７】
光ファイバ通路の内径は、本願発明の特徴である位置制御を行うことによる効果として、従来１０ｍｍ乃至１５ｍｍ程度であるのに対して３ｍｍ乃至１０ｍｍ程度と著しく小さくすることが可能となり、冷却効率を顕著に向上することができる。
更に光ファイバ１０の線速は通常２００ｍ／分乃至１０００ｍ／分であり、高速になるほど光ファイバに随伴して冷却装置４内に入り込む空気の量が増え冷却効率が悪くなるが、この高速の場合にも本願発明の冷却管の位置制御による細径化により、冷却管に要り込む空気の量を少なくすることとあいまって、冷却効率を向上することができる。
【００１８】
尚、冷却管４ｃは、光ファイバ通路への光ファイバの線通し作業を容易にするために、エアシリンダなどの駆動装置により、冷却管４ｃの中心軸を含む面で半割可能な半割構造とすることもできる。
冷却効率が顕著に向上する結果として、冷却管４ｃの長さは、従来５ｍにも及ぶ場合があるのに対し極めて短くなり、通常１．０ｍ乃至３．０ｍ程度である。
【００１９】
冷却気体としては通常Ｈｅを用い、流量は５リットル／分程度である。冷却液は、通常水を用い、冷却装置４の出口の光ファイバが常温に近くなるように外側通路に供給する。
【００２０】
気体漏出防止絞り４ａ、４ｂは、光ファイバ１０を通過させる開口を有するとともに、冷却気体の漏出を抑制して冷却効率を維持する機能を有し、冷却管４ｃの光ファイバの入口側と、出口側に装着される。
気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの光ファイバに直交する方向の位置及び開口の大きさは位置制御回路からの命令に基づき径時的に制御可能である。
この気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの開口の内径は、通常は、冷却管４ｃの光ファイバ通路の内径よりも小さく設定され、３ｍｍから１０ｍｍの範囲で任意に変更することができる。
【００２１】
線位置検出装置３ａ、３ｂはレーザを用いた非接触式の測定器であって、レーザ光線束を相互に直交する２方向に照射して光ファイバによるレーザ光線束の遮蔽位置を検出することにより光ファイバの位置を特定する。
線位置検出装置３ａ、３ｂは、冷却装置４の入口側と出口側に設置され、線引き中の光ファイバ１０について、これに直交する方向の位置を検出し、その情報を位置制御装置に内蔵する位置制御回路に供給する機能を有する。
【００２２】
図示しない位置制御装置は、前記各被制御位置について、それぞれ独立に、光ファイバに直行する方向の位置を、線引き中の光ファイバ１０が光ファイバ通路の中心に位置するように、制御できるようになっている。
気体漏出防止絞り４ａ、４ｂについては、位置制御とともに、開口の大きさも同時に制御できる。例えば、光ファイバの振動が大きいときは比較的大きな開口とし、振動が小さいときは小さな開口とすることができる。
気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの位置制御の方向を図２（ａ）に、冷却管４ｃの位置制御の方向を図２（ｂ）に、それぞれ模式的に示す。
【００２３】
位置制御装置は、前記各被制御位置について、内蔵する位置制御回路により、前記線位置検出装置３ａ、３ｂから供給される線引き中の光ファイバの入口側及び出口側の各光ファイバについての位置情報と、記憶している各被制御位置についての位置情報とをそれぞれ比較して、各光ファイバ通路の中心位置からの光ファイバの変位を推定し、その変位情報を図示しない各自動ステージに供給する。
【００２４】
位置制御装置は、前記各被制御位置について、光ファイバに直交する方向の位置を機械的に制御可能な各自動ステージを有する。この自動ステージは、位置制御回路からの前記変位情報に基いて例えばステッピングモータにより、光ファイバ１０が前記各制御位置で光ファイバ通路の中心に維持されるように、この各自動ステージとこれに機械的に接続する前記各被制御位置、即ち冷却管４ｃの入口側部分及び出口側部分、入口側の気体漏出防止絞り４ａ、出口側の気体漏出防止絞り４ｂの各位置が制御される。
【００２５】
通常、気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの開口の内径の方が、冷却管４ｃの光ファイバ通路の内径よりも小さいので、前者については比較的精密な位置制御を行い、後者については比較的疎な位置制御で足りる。
【００２６】
なお、線引き中の光ファイバ１０は、通常塗布装置５が設置されている位置において、光ファイバ１０に直交する方向の位置が被覆ダイスにより実質的に固定されるので、光ファイバ１０と直交する方向の位置は、被覆ダイスに遠い冷却管４ｃの入口側と被覆ダイスから近い出口側で異なる。
【００２７】
従って、通常は入口側と出口側で、独立に制御するのが好適である。
但し、母材１の端から塗布装置５の間の長さに対して冷却管４ｃの長さがそれほど長くなく、冷却管４ｃの上部と下部での光ファイバの位置の冷却管４ｃに水平な面における変位の差が小さい場合には、冷却管４ｃ全体で位置制御してもよい。
また、冷却管４ｃの下部から塗布装置５との間が短く、冷却管４ｃの下部での変位が無視できる場合には、冷却管４ｃの上部のみを位置制御するのが好適である。
【００２８】
【実施例】
本実施例では、本願発明の光ファイバ冷却装置を使用して、光ファイバを製造し、本願発明の効果を明らかにした。
即ち、まず、同じ諸元、即ち光ファイバ通路の内径及び長さが同じの冷却管４ｃを用いて、本願発明により位置制御を行う本実施例の場合と、位置制御を行わない比較ケースとして採用した比較例１の各場合について、それぞれ光ファイバを製造して破断回数を比較し、位置制御を行ったことによる光ファイバ通路との接触回数の減少の効果を明らかにした。
【００２９】
次に、各冷却管４ｃ及び冷却材漏出防止絞り４ａ、４ｂの各諸元について、位置制御を行う本実施例の場合に対し、破断回数と冷却効果が同じ条件の下で、位置制御を行わない従来の光ファイバ冷却方法を採用する比較例２の場合との比較を行った。
これにより、本願発明による位置制御を行った結果として、冷却管４ｃの短縮による装置設計の自由度の向上の程度を明らかにした。
【００３０】
具体的には、まず本願発明の特徴である位置制御による、光ファイバ通路との接触を回避する効果を確認するために、実施例として、前記実施形態のうちから選定した、表１に示す諸元の、冷却管４ｃ及び冷却材漏出防止絞り４ａ、４ｂ を用いて、光ファイバ１０を製造し、光ファイバ通路との接触、破断回数を明らかにした。
また、位置制御をしない点以外は実施例と、同じ冷却管４ｃ及び冷却材漏出防止絞り４ａ、４ｂを使用し、かつ同じ製造条件を採用した比較例１について、同様に光ファイバ１０を製造し、光ファイバ通路との接触、破断回数を明らかにした。
【００３１】
【表１】
0003991399.tif 000002
【００３２】
光ファイバの製造試験は、光ファイバ１０の線速を４００ｍ／分とし、図１に示す方法に従って光ファイバを製造した。
冷却装置４の位置制御については、前記各被制御位置毎に独立に位置制御を行った。ただし、冷却材漏出防止絞り４ａ、４ｂについて開口の大きさは、試験結果の解析を容易とするために制御せずに一定に維持した。
冷却気体としてはＨｅを用い５リットル／分の割合で供給した。冷却液は水を用いた。
【００３３】
製造した光ファイバの接触個所の特定は、光ファイバを製造した後に、走行状態の光ファイバ１０に一定の荷重を負荷する、スクリーニング装置による破断試験により、強度が低下している部分を破断させることにより行った。
【００３４】
試験結果を表１の実施例の欄に、比較例１の結果と対比して示す。また、破断が光ファイバ通路との接触に起因するものか否かを確認するために、破断した光ファイバの破断個所と破断面の状態について、比較例１の場合と対比して図３に示す。
【００３５】
表１の結果より、位置制御をした実施例の場合には、位置制御をしない比較例１の場合と比較して、光ファイバの破断回数を顕著に減少できることがわかる。即ち、それぞれ延べ５００ｋｍの光ファイバを製造した場合、位置制御しない比較例１の場合には１６回もスクリーニング試験において破断するのに対し、位置制御をした実施例の場合には、２回しか破断していない。
【００３６】
ここで、▲１▼は、破断面について光ファイバのガラスの内部を起点とするミラー面を確認した断面であり、接触とは関係のない光ファイバの強度不足に起因する破断を示し、▲２▼は、同じく破断面について光ファイバのガラスの外周を起点とするミラー面を確認した断面であり、接触による強度低下に起因する破断であり、▲３▼は、破断面についてミラー面を確認できなかった、破断原因を特定できない破断である。
【００３７】
接触に起因すると確認できた破断である前記▲２▼だけでみると、位置制御をしない比較例１の場合では１３回の破断であるのに対し、位置制御した実施例の場合には、破断回数はゼロであり、光ファイバ通路と全く接触していないことが分かる。
【００３８】
また、図３より全破断回数１８回に対し接触によるものと確認できる前記▲２▼の破断は１３回であり、スクリーニング試験の段階で破断した少なくとも約７０％、即ちスクリーニング試験の段階で破断したケースの大部分が接触によるものであることがわかる。
【００３９】
次に、同じ破断頻度で、かつ同じ冷却機能を発揮する条件の下で、位置制御を行う本実施例の冷却管４ｃ及び気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの各諸元に対し、比較例２として、本実施例に対応する、従来の位置制御をしないこれら装置の各諸元を特定し、冷却管の長さの短縮による装置設計の自由度の向上の効果を明らかにした。
【００４０】
具体的に、比較例２の冷却装置４は、前記実施例の冷却装置４と同じ冷却機能で、かつ実施例の場合と同じ光ファイバ通路との接触、破断頻度、即ち延べ５００ｋｍで２回の破断を生ずる諸元を、冷却装置４の試作とその試作装置による光ファイバの製造試験の繰返しにより特定した。
【００４１】
結果を表１の比較例２の欄に、位置制御を行なった実施例の場合と対比して示す。
なお、本比較例２の接触、破断特性に関しては、前提により表１に示す実施例の場合と同じである。
【００４２】
表１の結果より、本願発明の実施例の冷却装置４は、従来技術による比較例２の冷却装置４と比較して、位置制御を行った効果として光ファイバ通路の内径が従来技術による比較例２の１５ｍｍから７ｍｍと半分以下となり、気体漏出防止絞り４ａ、４ｂの内径が比較例２の１０ｍｍから３ｍｍとなり、また冷却管４ｃの長さが１ｍと比較例２の３分の１と著しく短縮され、冷却効果が顕著に向上したことがわかる。
【００４３】
前記実施の形態、実施例では、冷却管４ｃの入口側部分及び出口側部分、入口側の気体漏出防止絞り４ａ、出口側の気体漏出防止絞り４ｂの各被制御位置で位置制御を行うが、これらすべての被制御位置を位置制御することも、必要なもののみ任意に選択して制御することもできる。
【００４４】
また、これら被制御位置に限定されるものでもない。前記実施の形態、実施例では、光ファイバ母材１、塗布装置５、その他のガイドローラーなどの位置を固定して冷却装置４の位置を移動させることについて述べてきたが、冷却装置４の位置を固定し、光ファイバ母材１、塗布装置５、その他のガイドローラーなどの位置を光ファイバ１０と直交する方向に制御して、光ファイバと光ファイバ通路等との接触を回避することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
光ファイバ母材を加熱、溶融し、延伸した高温の光ファイバを冷却する光ファイバ冷却装置において、光ファイバに直交する方向の位置を制御して、光ファイバが常に光ファイバ通路の中心を通過するように維持することにより、光ファイバ通路との接触による光ファイバの損傷を回避し、光ファイバの生産性や品質を一層向上する。
【００４６】
さらにこの位置制御により、冷却装置の光ファイバ通路を従来よりも狭めて冷却効率を向上することも可能となり、これにより冷却装置の長大化を回避でき、冷却装置の装置設計の自由度を向上する。これにより光ファイバの線引き速度の一層の向上が可能となり、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ製造工程中における、本願発明の光ファイバ冷却装置を示す斜視図である。
【図２】本願発明の光ファイバ冷却装置の位置制御の方向を示す斜視図である。
【図３】本願発明の冷却装置を用いて製造した光ファイバの破断個所及び破断面の状態を示す図である。
【符号の説明】
１:光ファイバ母材
２：光ファイバ線引炉
３ａ、３ｂ：光ファイバ線置検出装置
４：光ファイバ冷却装置
４ａ、４ｂ：気体漏出防止絞り
４ｃ：冷却管
５：塗布装置
６：硬化装置
７：ガイドローラ
１０：光ファイバ
【図１】
0003991399.tif 000003
【図２】
0003991399.tif 000004
【図３】
0003991399.tif 000005