JP2003095689A - 光ファイバの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ガスの流動速度が大きくても、シールガ
スや大気による希釈を防ぎ、その冷却効率を良くし、冷
却ガスの使用量を低減すること、被覆装置からの樹脂の
揮発分の冷却装置への付着や侵入を抑えること、冷却装
置から被覆装置の間を走行する光ファイバ又は被覆ファ
イバヘのダストの付着を防止すること。 【解決手段】 光ファイバ母材を線引きし、冷却し、次
いで被覆する光ファイバの製造方法であって、冷却装置
の光ファイバに対する出口側より冷却ガスを供給し、冷
却装置の光ファイバに対する入口側より冷却ガスを排出
する流れを作るとともに、前記冷却ガス供給部より下方
にシールガスを導入し、冷却装置の光ファイバの出口側
へのシールガスの流れを作る光ファイバの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの製造
方法及び装置に係り、特に線引きされた直後の光ファイ
バ又は一次被覆ファイバを冷却する方法と、それを実施
する冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの製造は、一般にファイバ母
材を線引きし、ファイバ表面に微小な傷ができるとファ
イバの特性が劣化してしまうので線引き直後のファイバ
又は一次被覆ファイバの表面にシリコーンや紫外線硬化
型樹脂の被覆が施される。線引きは高温で行われるの
で、ファイバは所定の温度まで冷却した後でなければ安
定で均一な被覆を施すことができない。ところで近年、
光ファイバの需要の増加に対応して、光ファイバの生産
量の拡大、それに伴う価格の低減が強く求められてお
り、そのために光ファイバ母材の大型化と線引速度の高
速化が図られている。光ファイバの線引速度の高速化
は、線引きタワーを高くすることがあげられるが、建屋
の新設が伴い多額の設備投資が必要となる。そこで、既
設の建屋で実現するためには、光ファイバや被覆ファイ
バの冷却能力の向上を図る技術の開発が考えられる。

【０００３】かかるファイバ冷却を行う光ファイバの製
造法の一例を図６に示す。光ファイバの原料となる光フ
ァイバ母材１を線引き炉３で加熱溶融して延伸し、線引
きされた直後の光ファイバ２を他の固形物に触れる前に
冷却装置４に通し冷却する。線引きされた光ファイバ２
は外径測定器８でその径を測定する。冷却された光ファ
イバ２は、被覆装置５によってその外表面に樹脂層が塗
布され、塗布した樹脂を硬化する樹脂硬化装置６を通っ
て樹脂被覆光ファイバ２が形成される。必要に応じて、
この樹脂（一次）被覆光ファイバを冷却装置４、被覆装
置５、樹脂硬化装置６に通して二次被覆光ファイバ２を
形成する。形成した被覆光ファイバ２はキャプスタン７
１、ガイドプーリ７２を経て巻き取り機７３に巻き取
る。ここで光ファイバや被覆光ファイバの冷却能力を向
上させることが考えられ、そのためには熱伝達率の良い
Ｈｅガスが一般的に使われてきているが、Ｈｅガスは他
の冷却ガスに比べ高価なために、光ファイバの製造価格
を下げるためにもその使用量を低減する必要がある。

【０００４】このために、Ｈｅガスを冷却装置の中央よ
り供給し、冷却装置のファイバ入口側と出口側より排出
する方法が提案されている（米国特許第６，１２５，６
３８号明細書）。この方法では、入口側と出口側よりＨ
ｅガスを排出するために、空気より軽いＨｅガスが浮力
で上昇することにより冷却装置の出口側より空気が冷却
装置内に入る事を防止できる。しかし、冷却装置内に大
気が侵入して来ない事は良いが、冷却ガスが上下２つの
口より排出されるため、冷却装置内での冷却ガスの流動
速度が低下することとなり、冷却効率を下げる難点があ
る。また、Ｈｅガスを循環して再利用する方法も周知と
なっている（特開昭６０−４６９５４号公報、特開平４
−２４０１２９号公報）。このガスの循環再利用の方法
では、確かにＨｅの供給量が増えても、循環して使うた
めにトータルの使用量が低減できる利点はあるが、循環
中にガスの精製を行う必要がある。

【０００５】更に、冷却工程の後で、被覆装置により光
ファイバ又は一次被覆ファイバにそれぞれの樹脂を被覆
するが、被覆装置はダイス内の樹脂を被覆に適した粘度
に保つために加温していることが多い。その場合、被覆
樹脂中の揮発成分や樹脂自身が揮発し冷却装置の出口部
特に底部に付着する。また冷却装置内が負圧となって大
気が吸い込まれる場合には、冷却装置内にも前記揮発成
分が付着してしまう。それらが剥がれてダイスに入った
り、前記ファイバに付着すると断線や被覆の偏肉や被覆
樹脂が前記ファイバに被覆できなくなる等の重大な問題
が生起する。これを回避するために、被覆装置と冷却装
置との距離を大きくすると、大気中に前記ファイバが滞
留する時間が長くなり大気中のダストが付着し易くなり
好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本願発明では、
第１に冷却ガス特にヘリウムガスの冷却装置内での流動
速度が大きくても、大気による冷却ガスの希釈を防ぎ、
その冷却効率を良くし、冷却ガスの使用量を低減するこ
と、第２に被覆装置からの樹脂の揮発分の冷却装置への
付着や侵入を抑えること、第３に冷却装置から被覆装置
の間を走行する光ファイバ又は被覆ファイバヘのダスト
の付着を防止すること、を目的とする方法及び装置を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る前記の目的
は、下記（１）〜（６）に示す光ファイバの製造方法及
び装置によって達成される。即ち、本発明は、（１）光
ファイバ母材を線引き炉で加熱溶融し光ファイバを形成
し、前記光ファイバを冷却装置で冷却し、次いで被覆装
置で被覆材を被覆して被覆光ファイバとする光ファイバ
の製造方法であって、前記冷却装置の光ファイバに対す
る出口側より冷却ガスを供給し、冷却装置の光ファイバ
に対する入口側より冷却ガスを排出する流れを作るとと
もに、前記冷却ガス供給部より下方にシールガスを導入
し、冷却装置の光ファイバの出口側へのシールガスの流
れを作ることを特徴とする光ファイバの製造方法、
（２）前記冷却ガスが、ヘリウム、又はヘリウムと、a.
水素及び／又は重水素、b.窒素又は不活性ガス、c.酸素
又は空気の１つ以上の混合物（但し、ａ.とｃ.の混合し
た物は除く）であり、また前記シールガスが空気より重
たいガス又は蒸気であることを特徴とする(１)に記載の
光ファイバの製造方法、（３）前記シールガスが炭酸ガ
ス又はフレオンであることを特徴とする(１)又は(２)に
記載の光ファイバの製造方法、（４）光ファイバ母材を
加熱溶融し光ファイバを形成する線引き炉、前記光ファ
イバを冷却する冷却装置及び冷却された光ファイバに被
覆材を施す被覆装置を有する光ファイバの製造装置であ
って、該冷却装置は光ファイバの走行方向に対する出口
側に冷却ガス供給口を備え、冷却装置の光ファイバの入
口側を冷却ガス排出部とするとともに、前記冷却ガス供
給口より下方にシールガス導入口を備え、そして冷却装
置の下端に光ファイバの出口延長部を備えることを特徴
とする光ファイバの製造装置、（５）前記出口延長部が
伸縮自在であることを特徴とする(４)に記載の光ファイ
バの製造装置、及び、（６）前記出口延長部の下端が被
覆装置に接するか近傍に配置される事を特徴とする(４)
又は(５)に記載の光ファイバの製造装置、を提供するも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の光ファイバの製造方法及
び製造装置について、好ましい第１の実施態様を説明す
る。図１及び図２は冷却装置の構成を示す断面図であ
る。実施の態様の説明については、冷却装置の構成につ
いて説明し、次いで冷却方法等の作用を従来例で示した
図面等を適宜援用して説明する。なお、全図面を通して
同符号は同じものを意味する。図１に示す冷却装置４
は、図６に示した従来例と同様に線引き炉３及び一次被
覆ファイバの樹脂硬化装置６の下部に配置される。以下
に、冷却装置４の構成を述べる。筒状の冷却筒４０のフ
ァイバ出口４１ｂ近傍に冷却ガス供給口４２ａが設けら
れており、同様に冷却筒４０のファイバ入口４１ａ近傍
に冷却ガス排出口４２ｂが設けられている。そして、冷
却ガス供給口４２ａの下方にシールガス導入口４３が設
けられている。冷却筒４０の外周に外部冷却器４５を一
体に設けると共に、そこへ冷却液を循環する冷却液の供
給・排出口（図示せず）が設けられている。さらに、好
ましくは冷却装置４のファイバ入口４１ａ、ファイバ出
口４１ｂには開口部を広狭に変更するシャッタ（又はス
リット）４４を設けるのが良い。また、冷却装置４は、
その中心で縦軸方向に分割でき左右に開閉できるように
するのが好ましい。こうすると、線引き操業中に断線が
生じて、光ファイバ又は一次被覆光ファイバが冷却装置
内に引っかかっても容易に取り除くことができる。勿
論、分割面から冷却ガスが漏れないようにするのは当然
である。

【０００９】このように構成した冷却装置４において、
冷却ガス供給口４２ａから、冷却ガスを冷却筒４０へ供
給し、排出口４２ｂ（一部はファイバ入口４１ａ）から
排出することにより、冷却筒４０内に供給口４２ａから
排出部に向かう冷却ガス全量の上向流（図中、実線矢印
で示す）が形成され、走行する光ファイバ２と冷却ガス
は向流で接触し光ファイバ２は効率良く冷却される。そ
して同時に、大気より重いシールガスをシールガス導入
口４３から冷却筒４０内へ導入する。冷却ガスは、ヘリ
ウム、又はヘリウムと、a.水素及び／又は重水素、b.窒
素又は不活性ガス、c.酸素又は空気の１つ以上の混合物
（但し、ａ.とｃ.の混合した物は除く）を用いることが
できる。すなわちヘリウム、ヘリウムと、水素及び
／又は重水素、ヘリウムと、窒素又はアルゴン等の不
活性ガス、ヘリウムと、酸素又は空気、ヘリウム
と、水素及び／又は重水素と、窒素又は不活性ガス、
ヘリウムと、窒素又は不活性ガスと、酸素又は空気との
〜から選ばれるヘリウム又はヘリウムとの混合物を
用いることができる。水素及び／又は重水素と、酸素又
は空気との混合したものを用いるのは、爆発の危険性が
あるので望ましくない。シールガスは大気より重いガス
で、例えば炭酸ガス、フレオン［デュポン社フッ化炭化
水素の商品名］等のガスや蒸気を用いることができる。

【００１０】冷却ガス供給口４２ａの位置より下方部か
ら大気より重いシールガスを冷却ガスとは別々に流入
し、下方への流れ（図中、点線矢印で示す）を作ること
で、冷却ガスの流動速度を大きくしても冷却ガスとシー
ルガスは混合することが少なく冷却ガスを希釈するおそ
れも少ない。また、大気より重いシールガスは導入口４
３より下に向かいファイバ出口４１ｂから流出するた
め、従来技術のような大気より軽い冷却ガスに依り発生
するファイバ出口４１ｂ近傍の上昇気流による大気の巻
き込みを防ぐことができ、冷却ガスの希釈を招くことも
なく、光ファイバの冷却効果が低減するのを防止でき
る。また、大気中のダストが光ファイバ又は一次被覆フ
ァイバに付着し、その機械的強度を劣化させることもな
い。さらに、シールガスはファイバ出口４１ｂから流出
するため、被覆装置５から生ずる揮発分が冷却装置４の
下面へ付着するのを防ぐことができ、また揮発分が冷却
筒４０内へ侵入してくるのを抑えることもできる。ま
た、外部冷却器４５に冷媒を循環させて流し冷却筒４０
を外部から冷却することにより冷却ガスの冷却効果をさ
らに向上できることは勿論である。したがって、高価な
ヘリウムガス等冷却ガスの使用量を大幅に減らすことが
できる。

【００１１】また、図２に示す冷却装置４は図１に示し
たものの一部を改変した実施態様を示すものである。冷
却筒４０のファイバ出口４１ｂ近傍に冷却ガス供給口４
２ａ及びシールガス導入口４３がそれぞれ２箇所設けら
れた例であり、冷却ガス排出口は設けず、冷却ガスの排
出はファイバ入口４１ａから行うものである。冷却ガス
及びシールガスの冷却筒４０内での流れは、図１につい
て述べたのとほぼ同様であるが、ここではシールガスの
導入部の内径が、冷却ガス供給口上部側の冷却筒４０の
内径より大きく設定されており、シールガスの冷却筒４
０への流入速度が遅くなるので、シールガスと冷却ガス
との混合を少なくできる。そのうえ、冷却ガス供給部と
シールガス導入部との間に絞り部４０ａが設けてあるの
で、シールガスと冷却ガスとの混合を更に避けることが
できる。

【００１２】次に、図３、４を参照して本発明の好まし
い第２の実施態様を説明する。一般に冷却装置下端のフ
ァイバ出口と被覆装置との間は、被覆ダイスを装着する
時の作業のために約３００ｍｍから８００ｍｍの空間が
必要である。そのため大気中を走行するファイバが通過
することになり、前記したように大気中のダストの付着
などの点から好ましくないものである。このような欠点
を無くした本発明の光ファイバ製造工程を図３に概略図
で示してあり、図４はその冷却装置と被覆装置を示すも
のである。

【００１３】図３において、１は光ファイバ母材、２は
光ファイバ、３は線引き炉、４は冷却装置、５は被覆装
置、６は樹脂硬化装置、７は巻き取り装置である。図４
は、その冷却装置４と被覆装置５の詳細図で、線引き炉
３及び一次被覆ファイバの樹脂硬化装置６の下部に配置
される。この実施態様の冷却装置４は、第１の実施態様
の冷却装置４と同様の冷却装置の下端出口に、内筒４６
ａとそれに上下にスライドする外筒４６ｂからなる二重
管方式の伸縮自在な構造をもつ出口延長部４６が付設さ
れたものである。この図では、伸縮自在な出口延長部４
６として二重管方式のものを示したが、ベローズ方式の
ものを適用しても同様の機能をもつので、好ましい態様
である。この出口延長部４６は冷却装置本体と着脱可能
なものであってもよい。

【００１４】図４（ａ）は、線引き操作をする前の冷却
装置４の出口延長部４６が収縮された状態を示すもので
あり、こうして被覆ダイス５１及び被覆ダイスのべース
やホルダ５２が冷却装置４と樹脂硬化装置６の間に位置
決めされセットされる。続いて、前記出口延長部４６は
伸張され、出口延長部４６の先端は被覆ダイス５１又は
被覆ダイスのべースやホルダ５２と接触させるか近傍に
配置される。出口延長部４６を被覆装置５に接触させる
場合には、出口延長部４６の端部にはシールガスの排出
孔を設ける。こうして、シャッタ４４が閉じられ冷却ガ
ス、シールガスが供給され、線引き操作が開始される。
なお、ここで「近傍に配置される」とは、前記被覆ダイ
スのベースやホルダーと出口延長部との隙間より大気の
巻き込みが起きない流れをシールガスが作れる隙間をあ
けた距離に配置されることをいう。図４（ｂ）は線引き
操業中の図である。尚、冷却ガスの供給・排出やその流
動状態は、第１の実施態様と同様であり、同符号のもの
は同じ機能を持つものであるので、重複する部分につい
てはその説明を省略する。

【００１５】線引き操業中は、シールガスがシールガス
導入口４３からその比重に依って下方へ向かい、前記被
覆ダイス５１の上部に流れて前記伸張した出口延長部４
６下端と前記被覆ダイス５１又はべースやホルダ５２と
の間隙４７から流出する流れ（図中に点線矢印で示す）
ができる。したがって、被覆ダイスから揮発する樹脂の
揮発分は前記シールガスとともに外部へ排出され、出口
延長部４６が汚れることも少なくできる。さらに、冷却
装置４から被覆装置５までの空間が出口延長部４６で覆
われ、また前記冷却されたファイバはシールガス流に覆
われているために、大気と接触する確率が極めて少ない
から、大気中のダストの付着が無く均一な樹脂被膜が形
成され、できた被覆光ファイバの強度の劣化が少ないも
のである。

【００１６】さらに、本発明の好ましい第３の実施態様
を説明する。なお、この実施態様も第１及び第２の実施
態様と同様の部分はその説明を省略する。前記第２の実
施態様は冷却装置の出口延長部４６が伸縮する態様のも
のであるが、この実施の態様は、これを分割式の出口延
長部とするものである。この態様を図５に示す。図中４
６は冷却装置４に取り付けられた筒状の出口延長部であ
り、これは縦軸方向に分割でき、図中４６ｃで示すよう
に冷却装置４から取り外しできるものである。また、図
示はしていないが、筒状の出口延長部４６は、冷却装置
下端に取り付けたまま縦軸方向にヒンジで開閉する方式
のものであってもよい。この実施態様においても、前記
第２の実施態様と同様にシールガスは出口延長部下端か
ら流出する流れが形成されるので、上記と同様の作用・
効果を示す。この実施態様の場合には、その気密性は先
の第２態様の冷却装置ほど厳密としていないが、その代
わりシールガスの量を増やし大気が入らないように出口
延長部内の圧力を大気よりも若干高めにすることが好ま
しい。

【００１７】次に、裸ファイバ又は一次被覆ファイバの
被覆径の制御について説明する。被覆されるファイバの
温度によって被覆径が変化するので、冷却ガスの冷却能
を調整してファイバ温度を調整し、被覆径を制御する。
制御説明図は、第３の実施態様の図５に記載したが、こ
の制御は第３の実施態様に限るものではないのは勿論で
ある。被覆径の制御は、被覆された光ファイバの外径を
測定する外径測定器８でその被覆径を測定し、目標の被
覆径と検出した被覆径の偏差に対応して冷却ガスの流量
を制御装置９０で計算し流量設定値を求め、各冷却ガス
およびシールガスのマスフローコントローラー（ＭＦ
Ｃ）９１、９２、９３及び９４に前記流量設定値を送る
ことで実施できる。流量制御の仕方として、ヘリウムガ
ス流量だけを制御する方法や、ヘリウムと窒素、酸素等
を混合する場合は、窒素や酸素等の冷却能力の少ないガ
ス流量を制御する方法、それらの各混合ガスの各流量を
制御する方法等で冷却ガスの冷却能力を調整し、被覆径
を一定に制御する方法を採用することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 １）冷却ガス供給位置より下方からシールガスを導入す
ことで、大気よりも軽い冷却ガスの浮力による大気の巻
き込みを防止でき、冷却ガス、特にヘリウムガスの希釈
が防止でき、冷却効率の低下が避けられ、冷却ガスの使
用量を従来よりも１０から２０％低減することができ
た。 ２）冷却装置に、その下部から被覆ダイスまで達する出
口延長部を設け、シールガスを冷却部から被覆ダイス側
に向かって流れる流れを作ることにより、出口延長部の
端部と前記被覆ダイスまたはべース又はホルダーの隙間
からシールガスを流出することで、被覆ダイスから揮発
する樹脂の揮発成分を系外に排出でき、前記揮発成分に
より冷却装置を汚すことを実質的になくすことができ
た。また、前記出口延長部は、内部伸縮構造または分割
構造としたので、その取り扱いが簡単で、線引き操業の
準備操作がきわめて容易である。 ３）さらに、冷却されたファイバは出口延長部で外界と
遮断されているので大気にさらされることがなく、前記
ファイバが大気で汚染される恐れがない。したがって、
従来のようにこれらの原因によるファイバの断線、被覆
ファイバの強度が劣化することが非常に少なくできた。
また、この原因で線引き中に被膜が着かなかったり、被
覆が均一でないということがほとんど無くなり、結果と
して、線引き中及び線引速度立ち上げ中の断線が５から
１０％低減できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施態様の冷却装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施態様の冷却装置の一部を変更
したものの断面図である。

【図３】本発明の光ファイバ製造工程の概略図である。

【図４】本発明の第２実施態様の冷却装置と被覆装置の
断面図であり、（ａ）は線引き操業前、（ｂ）は線引き
操業中のものである。

【図５】本発明の第３実施態様の概略図である。

【図６】従来例の光ファイバ製造工程の概略図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ母材 ２ 光ファイバ ３ 線引き炉 ４ 冷却装置 ４０ 冷却筒 ４１ａ ファイバ入口 ４１ｂ ファイバ出口 ４２ａ 冷却ガス供給口 ４２ｂ 冷却ガス排出口 ４３ シールガス導入口 ４６ 出口延長部 ５ 被覆装置 ６ 樹脂硬化装置 ７ 巻き取り装置 ８ 外径測定器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ母材を線引き炉で加熱溶融し
   光ファイバを形成し、前記光ファイバを冷却装置で冷却
   し、次いで被覆装置で被覆材を被覆して被覆光ファイバ
   とする光ファイバの製造方法であって、前記冷却装置の
   光ファイバに対する出口側より冷却ガスを供給し、冷却
   装置の光ファイバに対する入口側より冷却ガスを排出す
   る流れを作るとともに、前記冷却ガス供給部より下方に
   シールガスを導入し、冷却装置の光ファイバの出口側へ
   のシールガスの流れを作ることを特徴とする光ファイバ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記冷却ガスが、ヘリウム、又はヘリウ
   ムと、a.水素及び／又は重水素、b.窒素又は不活性ガ
   ス、c.酸素又は空気の１つ以上の混合物（但し、ａ.と
   ｃ.の混合した物は除く）であり、また前記シールガス
   が空気より重たいガス又は蒸気であることを特徴とする
   請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 【請求項３】 前記シールガスが炭酸ガス又はフレオン
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファ
   イバの製造方法。
4. 【請求項４】 光ファイバ母材を加熱溶融し光ファイバ
   を形成する線引き炉、前記光ファイバを冷却する冷却装
   置及び冷却された光ファイバに被覆材を施す被覆装置を
   有する光ファイバの製造装置であって、該冷却装置は光
   ファイバの走行方向に対する出口側に冷却ガス供給口を
   備え、冷却装置の光ファイバの入口側を冷却ガス排出部
   とするともに、前記冷却ガス供給口より下方にシールガ
   ス導入口を備え、そして冷却装置の下端に光ファイバの
   出口延長部を備えることを特徴とする光ファイバの製造
   装置。
5. 【請求項５】 前記出口延長部が伸縮自在であることを
   特徴とする請求項４に記載の光ファイバの製造装置。
6. 【請求項６】 前記出口延長部の下端が被覆装置に接す
   るか近傍に配置される事を特徴とする請求項４又は５に
   記載の光ファイバの製造装置。