KR101238286B1 - 광섬유 소선의 제조 방법 - Google Patents

광섬유 소선의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법은, 냉각 장치와 코팅 장치를 기밀하게 접속하고 냉각 장치 내를 흐르는 냉각 가스의 코팅 장치쪽으로의 흐름을 코팅 장치내 수지의 메니스커스에 의해 폐쇄함으로써 냉각 장치 내에서의 냉각 가스의 흐름을 상방류로 하여 냉각 장치의 상단에서 외부에 배출하고 냉각 가스의 유량을 조정함으로써 냉각 가스의 온도를 냉각 장치의 하부에서 상부로 갈수록 높아지게 한다.

Description

광섬유 소선의 제조 방법{Method for manufacturing optical fiber wire}
본 발명은 광섬유의 제조 공정에서 광섬유 모재(母材)를 인선(引線, wire drawing)하여 광섬유 소선(素線)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본원은 2009년 4월 16일에 일본에 출원된 일본특허출원 제2009-100044호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
도 15는, 일반적인 광섬유 소선의 제조 장치를 도시한 개략 구성도이다. 이 제조 장치를 사용한 광섬유 소선의 제조 방법은 다음과 같은 공정으로 구성된다.
(1)광섬유의 원료가 되는 유리봉으로 이루어진 광섬유 모재(101)를 가열로(102)에 삽입한다. 그리고 히터(102a)에 의해 2000℃정도의 온도에서 광섬유 모재(101)의 선단을 가열 용융하여 광섬유 나선(裸線)(103)을 가열로(102)의 하방으로 인출한다.
(2)가열로(102)의 하방에 설치된 냉각 장치(104)에서 인출한 광섬유 나선(103)을 냉각한다. 이 냉각 장치(104)는 세로로 긴 냉각통을 구비하고 있다. 이 냉각통의 내부에는 냉각통의 측부에서 냉각 가스(헬륨 가스 등)가 공급된다. 도 15 중 화살표로 나타내는 냉각 가스의 흐름(110)은 냉각통 안에서 상방 및 하방을 향하며, 가열로(102)에서 인출된 광섬유 나선(103)이 이 냉각 가스에 의해 코팅 가능한 온도가 될 때까지 충분히 냉각된다.
(3)광섬유 나선(103)의 주위에 광섬유 유리 표면의 보호를 목적으로 하여 코팅 수지를 도포해 보호 피복층을 형성하여 광섬유 소선(107)으로 한다. 우선, 냉각된 광섬유 나선(103)에 코팅 장치(106)에 의해 코팅 수지를 도포한다. 이어서 이 코팅 수지를 경화 장치(108)에 의해 열경화 혹은 자외선 경화하여 보호 피복층으로 한다. 이 보호 피복층은 일반적으로는 2층 구조로 형성한다. 내측의 층에는 영(Young)률이 낮은 재료를 사용하고, 외측의 층에는 영률이 높은 재료를 사용하여 코팅한다.
(4)보호 피복층이 형성된 광섬유 소선(107)을 턴 풀리(109)를 통해 미도시된 귄취기에 권취한다.
현재 광섬유의 생산성 향상이나 저비용화에 따라 광섬유 모재의 대형화 및 인선 속도(이하, 선속이라고도 한다)의 고속화가 계획되고 있다. 이 선속의 고속화에 따라 이하의 현상이 생긴다.
·광섬유 나선의 냉각에 필요한 냉각 장치의 길이가 길어진다.
·가열로에서 나온 광섬유 나선에 부수되어 흐르는 냉각 가스의 단위 시간당 유량이 증가한다.
·광섬유 나선에 부수되어 냉각 장치 내에서 흘러나오는 냉각 가스의 단위 시간당 유량이 증가한다.
이상으로부터 선속의 고속화에 따라 냉각 장치 내의 냉각 가스의 농도가 저하되고 냉각 장치의 냉각 능력이 저하된다. 그 결과 냉각 장치에서의 광섬유 나선의 냉각이 불충분해져 보호 피복층의 외경(이하, 코팅 직경이라고도 한다)이 가늘어지는 경우나 광섬유 나선의 냉각이 불안정해져 코팅 직경의 변동이 커지는 경우가 있다. 이상의 문제점을 해결하기 위해 냉각 능력을 향상시키고 안정적인 냉각 능력을 가진 냉각 장치가 요구되고 있다.
일반적으로 코팅 직경의 변동 요인으로서는, 코팅 수지를 도포할 때의 광섬유 나선의 온도 변화나 코팅 장치 내의 다이스랜드(ダイスランド)에서의 코팅 수지의 전단 속도 변화 등을 들 수 있다.
코팅 수지를 피복할 때의 광섬유 나선의 온도의 변화는 선속 범위(제품 제조중에 변동되는 선속의 범위이며, 중심 선속±X(m/min))내에서는 광섬유 모재에서 인출된 광섬유 나선이 냉각 가스에 의해 코팅 가능한 온도가 될 때까지 냉각될 때 냉각 장치의 냉각 능력의 변화로서 나타난다. 이 냉각 능력의 변화는 코팅 직경의 변화에 미치는 영향이 크다. 따라서 냉각 장치에는 항상 안정적으로 광섬유 나선을 냉각할 수 있는 능력과, 제품 제조중에 변동되는 선속 범위내에서 광섬유 나선의 온도를 적절하게 조정할 수 있는 능력을 가질 것이 요망되고 있다.
한편 코팅 장치내의 다이스랜드에서의 코팅 수지의 전단 속도는 주로 코팅 수지의 온도 변화에 의한 점도 변화나 코팅 장치내로의 코팅 수지 공급 압력의 변화에 의존하여 변화된다. 그러나 선속 범위에서는 이러한 변화가 코팅 직경의 변동에 미치는 영향이 적어 거의 없다고 생각해도 좋다.
이와 같은 과제를 해결하기 위한 기술로서 특허문헌 1에 개시된 방법이 있다. 특허문헌 1에 기재된 방법은, 도 16에 기재된 광섬유 나선(204)의 입선(入線)부와 출선(出線)부를 구비한 냉각 장치(211)를 사용하고 냉각 가스 도입구에서 광섬유 나선(204)의 출선부까지의 압력 손실보다도 냉각 가스 도입구에서 광섬유 나선(204)의 입선부까지의 압력 손실을 낮춰 광섬유 모재(201)의 인선을 행한다. 이 방법을 실현하기 위해 특허문헌 1에는 광섬유 나선(204)의 출선부를 수지 도포 장치(205)로 덮는(밀폐하는) 냉각 방법이 기재되어 있다. 이로써 사실상 냉각 장치(211) 안에 도입된 냉각 가스의 출구는 냉각 장치(211)의 광섬유 나선(204)의 입선부(상부) 뿐이다. 따라서 광섬유 나선(204)에 부수되어 냉각 장치(211) 안으로 유입하려는 가스를 효율적으로 이 광섬유 나선(204)에서 박리할 수 있어 냉각 장치(211)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본등록특허 제4214389호 공보
그러나 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술에서는, 광섬유 나선에 부수되어 오는 가스를 광섬유 나선에서 박리시키기 위해 압력 손실을 조정함으로써 냉각 장치(211) 안의 냉각 가스의 흐름을 상방류로 한다. 특히 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 냉각 장치(211)의 광섬유 나선(204)의 출선부를 수지 도포 장치(205)로 덮는다. 따라서 냉각 장치(211) 안으로의 바깥 공기의 유입구가 냉각 장치(211)의 광섬유 나선(204)의 입선부(상부) 뿐이므로 효율적으로 광섬유 나선(204)에 부수되어 오는 가스를 이 광섬유 나선(204)으로부터 박리할 수 있다. 또 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 냉각 장치(211) 안에 외부 가스가 혼입되는 부분이 냉각 장치(211)의 상부뿐이다. 그러나 이 냉각 장치(211)의 상부는 냉각 장치(211) 내부로부터의 냉각 가스의 배출구가 된다. 따라서 냉각 장치(211) 내부로의 외부 가스의 혼입이 최소한으로 되어 냉각 장치(211) 안의 냉각 가스의 농도가 매우 높아진다. 그 결과 냉각 가스의 사용량을 줄일 수 있다. 또한 냉각 장치(211) 안의 냉각 가스의 농도가 매우 높아져 광섬유 나선(204)과 냉각 가스간의 열교환 및 냉각 가스와 냉각 장치(211)간의 열교환이 효율적으로 행해진다.
그러나 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 냉각 장치(211)의 냉각 능력이 지나치게 향상되어 냉각 가스 유량의 변화에 대한 냉각 능력의 응답성이 지나치게 기민해진다는 문제를 포함하고 있다. 광섬유 모재(201)의 인선 공정에서는 외란에 의해 냉각 장치(211) 안의 냉각 가스의 교체(냉각 가스의 흐름)가 불균일해지는 경우가 있다. 여기에서 말하는 외란이란, 광섬유 모재(201) 중에 혼입된 기포나 이물질에 기인하는 광섬유 나선(204)의 순간적인 외경 변동(예를 들면 수초 이내에 발생하는 기준 외경(일반적으로는 125㎛)±1㎛ 이상의 외경 변동)에 따른 선속의 변동(예를 들면 60m/min2이상의 변화), 광섬유 모재(201)의 외경 변동(특히 광섬유 모재(201)의 선단 및 말단 부분의, 광섬유 모재(201)의 평균 외경이 ±1㎛이상 변화되는 부분에 기인한 외경 변동)에 따른 선속의 변동(예를 들면 30m/min2이상의 변화) 및 냉각 장치의 경시(經時)적 변화에 따른 온도 변화(인선을 개시했을 때부터 선속이 정상 선속이 될 때까지의, 냉각 장치의 냉각수나 내벽 등의 온도 변화)를 말한다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 냉각 장치(211)의 냉각 능력의 응답성이 지나치게 기민하기 때문에 이 외란에 의해 생긴 불균일한 냉각 가스의 흐름에 의해 냉각 장치(211)의 냉각 능력이 불안정해진다는 문제가 생긴다.
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 선속이 정상적으로 되었을 때(제조 중심 선속, 정상 선속)의 선속 변동에 따라 냉각 능력 조정을 위해서 냉각 가스 유량이 미량으로 변화된 경우라 해도 냉각 능력의 변화가 커진다. 그 냉각 능력의 변화에 따라 광섬유 나선과 냉각 가스간의 열교환 뿐만 아니라 냉각 가스와 냉각 장치간의 열교환도 변화된다. 특히 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 이러한 변화의 영향이 크기 때문에 일정 값의 피드백 제어(예를 들면 PID 제어)에서는 코팅 직경을 일정하게 유지하기 힘들다.
반면, 피드백 제어를 둔감하게 하는 PID의 설정값으로 하면 코팅 직경을 일정하게 유지할 수 없다. 그 결과 코팅 직경 변동이 커져 제조된 광섬유 소선의 불량율이 상승한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 냉각 가스의 사용량을 삭감함과 동시에 상기 외란에 대해서도 냉각 장치의 응답성을 적절하게 유지할 수 있어 안정적으로 광섬유 나선의 냉각을 가능하게 하는 광섬유 소선의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.
(1) 본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법은, 광섬유 모재를 가열로에서 용융 변형시키는 공정과; 상기 광섬유 모재의 상기 용융 변형시킨 부위를 광섬유 나선으로서 인출하는 공정과; 냉각 장치에서 상기 광섬유 나선을 강제 냉각하는 공정과; 강제 냉각된 상기 광섬유 나선에 코팅 장치로 보호 피복층을 형성하는 공정과; 경화 장치로 상기 보호 피복층을 경화하는 공정;을 가진 광섬유 소선의 제조 방법으로서, 상기 냉각 장치와 상기 코팅 장치 사이를 기밀하게 접속하고 상기 냉각 장치내를 흐르는 냉각 가스의 상기 코팅 장치쪽으로의 흐름을 상기 코팅 장치내 수지의 메니스커스에 의해 폐쇄함으로써 상기 냉각 장치내에서의 상기 냉각 가스의 흐름을 상방류로 하여 상기 냉각 장치의 상단에서 외부로 배출하고; 상기 냉각 가스의 유량을 조정함으로써 상기 냉각 가스의 온도를 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 냉각 장치의 상부로 갈수록 높아지게 한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 가스로서 헬륨 가스와 탄산 가스를 사용하고; 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치내의 상기 수지의 상기 메니스커스까지 사이의 어느 한 위치에서 상기 헬륨 가스를 도입하고; 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치내의 상기 수지의 상기 메니스커스까지 사이, 및 상기 헬륨 가스의 도입 부분의 하방측 어느 한 위치에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 장치와 상기 코팅 장치를 연결 부재를 사용하여 접속하는 것이 바람직하다.
(4) 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 헬륨 가스의 유량 및 상기 탄산 가스의 유량을, 상기 냉각 장치의 상단에서의 상기 헬륨 가스와 상기 탄산 가스와의 혼합 가스의 온도 및 상기 헬륨 가스를 도입하는 도입구에서의 상기 혼합 가스의 온도에 기초하여 조정하는 것이 바람직하다.
(5) 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 장치의 상단에서의 상기 혼합 가스의 온도를 Tgas라고 하고, 상기 도입구에서의 상기 혼합 가스의 온도를 tgas라고 했을 때 관계식[tgas×2(℃)]≤Tgas(℃)≤[tgas×4(℃)]를 충족하는 것이 바람직하다.
(6) 상기 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 헬륨 가스를 도입하는 위치보다도 하방측에 상기 탄산 가스로 채워진 공간을 형성하는 것이 바람직하다.
(7) 상기 (2)∼(6) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 헬륨 가스를 도입하는 위치와 상기 탄산 가스를 도입하는 위치 사이를 가로막는 칸막이를 설치하고 상기 칸막이의 중심부에 설치된 직경1 내지 5㎜의 구멍에 광섬유 나선을 통과시키는 것이 바람직하다.
(8) 상기 (3)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 헬륨 가스를 도입하고; 상기 연결 부재에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
(9) 상기 (3)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 연결 부재에서 상기 헬륨 가스를 도입하고; 상기 코팅 장치에서 상기 탄산 가스를 도입하는; 것이 바람직하다.
(10) 상기 (9)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 코팅 장치의 상부에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
(11) 상기 (1)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 가스로서 헬륨 가스와 탄산 가스를 사용하고; 상기 헬륨 가스와 상기 탄산 가스를 혼합한 후 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치 상부까지의 사이 중 어느 한 위치에서 상기 혼합 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
(12) 상기 (1)∼(11) 중 어느 하나에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 상기 냉각 장치 내벽의 표면적을 사전에 설정하는 것이 바람직하다.
상기 (1)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 냉각 장치와 코팅 장치를 기밀하게 접속하여 냉각 장치내를 흐르는 냉각 가스의 코팅 장치쪽으로의 흐름을 코팅 장치내의 수지에 의해 폐쇄하고, 냉각 장치내에서의 냉각 가스의 흐름을 상방류로 하여 냉각 장치의 상단에서 냉각 가스를 외부에 배출한다. 즉 헬륨 가스와 탄산 가스와의 혼합 가스의 흐름을 냉각 장치의 하부에서 상부로 향하는 안정적인 상방류로 한다. 이로써 광섬유 나선에 부수되어 냉각 장치의 상부에서 냉각 장치내로 침입하는 외부 가스를 최대한 줄일 수 있어 냉각 장치내의 헬륨 가스 농도를 높일 수 있다.
또 상기 (1)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 헬륨 가스의 유량 및 탄산 가스의 유량을 조정함으로써 이러한 혼합 가스의 온도를 냉각 가스의 도입구에서 냉각 장치의 상부로 갈수록 높아지게 한다. 이로써 냉각 장치의 상부에서 광섬유 나선에서 냉각 가스로의 열의 이동을 완만하게 할 수 있기 때문에 냉각 능력의 조정 응답성을 적절하게 행할 수 있다. 추가로 냉각 능력을 제조 안정 범위로 조정할 수 있기 때문에 냉각 장치 내에서 강제 냉각된 광섬유 나선의 온도가 균일한 상태에서 광섬유 나선을 코팅 장치에 도입할 수 있어 상기 외란의 영향을 억제하여 광섬유 나선에 형성되는 보호 피복층의 직경을 균일하게 할 수 있다.
상기 (6)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 헬륨 가스를 도입하는 위치보다도 하방측에 탄산 가스로 채워진 공간을 형성한다. 이로써 코팅 장치내의 코팅 수지 부근에 충분한 탄산 가스가 존재하기 때문에 보호 피복층내에 거품이 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 (7)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 공간을 구획함으로써 탄산 가스의 농도를 높일 수 있다. 그 결과 보호 피복층내의 거품의 혼입을 방지할 수 있다.
상기 (10)에 기재된 광섬유 소선의 제조방법에서는, 헬륨 가스와 탄산 가스의 혼합이 균일해지기 때문에 이러한 혼합 가스의 온도를 우수한 재현성으로 제어할 수 있어 냉각 장치의 냉각 능력의 안정성을 매우 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는 광섬유 소선의 제조 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는 냉각 장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 3은 냉각 장치의 길이와 냉각 가능한 한계 선속과의 관계에 대해서 실험한 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는, 볼록부를 구비한 내벽을 가진 냉각 장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 5는 실시 예 1에서의 섬유 직경 변동 및 선속 변동을 도시한 도면이다.
도 6은 실시 예 1에서의 코팅 직경 변동을 도시한 도면이다.
도 7은 실시 예 2에서의 섬유 직경 변동 및 선속 변동을 도시한 도면이다.
도 8은 실시 예 2에서의 코팅 직경 변동을 도시한 도면이다.
도 9는 실시 예 3에서의 섬유 직경 변동 및 선속 변동을 도시한 도면이다.
도 10은 실시 예 3에서의 코팅 직경 변동을 도시한 도면이다.
도 11은 비교 예 2에서의 섬유 직경 변동 및 선속 변동을 도시한 도면이다.
도 12는 비교 예 2에서의 코팅 직경 변동을 도시한 도면이다.
도 13은 비교 예 3에서의 섬유 직경 변동 및 선속 변동을 도시한 도면이다.
도 14는 비교 예 3에서의 코팅 직경 변동을 도시한 도면이다.
도 15는 종래의 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는 광섬유 소선의 제조 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 16은 종래의 다른 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는 광섬유 소선의 제조 장치를 도시한 개략 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이 형태는 발명의 취지를 더욱 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것으로서, 특별히 지정이 없는 한 본 발명을 한정하지는 않는다.
도 1은, 본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에 사용되는 광섬유 소선의 제조 장치를 도시한 개략 구성도이다.
이 광섬유 소선의 제조 장치는 대략, 히터(2a)를 가진 가열로(2)와, 냉각 장치(4)와, 코팅 장치(6)와, 냉각 장치(4) 및 코팅 장치(6)를 연결하기 위한 통형의 연결 부재(5)와, 외경 측정기(7)와, 경화 장치(8)와, 턴 풀리(9)와, 인취기(引取機)(10)로 구성되어 있다.
냉각 장치(4)와 코팅 장치(6) 사이에는 연결 부재(5)가 설치되고, 이 연결 부재(5)가 냉각 장치(4)와 코팅 장치(6)를 기밀하게 연결하고 있다. 냉각 장치(4)와 코팅 장치(6) 사이에 연결 부재(5)를 설치함으로써 인선 개시시에 코팅 장치(6)에 광섬유 나선을 통과시킬 때에, 연결 부재(5)를 축소하여 공간을 확보할 수 있다. 따라서 작업성을 악화시키지 않고 운용을 개시할 수 있다.
냉각 장치(4)의 하부의 측면에는 헬륨 가스의 도입구(4a)가 형성되어 있다. 연결 부재(5)의 측면에는 탄산 가스의 도입구(5a)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 헬륨 가스와 탄산 가스를 냉각 가스로서 사용한다. 이하 이러한 가스를 통합하여 냉각 가스 혹은 혼합 가스라고 하기도 한다.
냉각 장치(4)의 하부에는 도입구(4a)에서 도입되는 헬륨 가스와 도입구(5a)에서 도입되는 탄산 가스와의 혼합 가스의 온도를 측정하기 위한 열전대(熱電對)(미도시)가 배치되어 있다. 냉각 장치(4)의 상단부에는 이 냉각 장치(4)에서 배출되는 혼합 가스의 온도를 측정하기 위한 열전대(미도시)가 배치되어 있다. 이러한 열전대(온도 측정 부재)로부터의 온도 정보는 제어 장치(미도시)에 보내진다.
냉각 장치(4)로서는, 예를 들면 도 2에 도시한 구조의 것을 사용할 수 있다.
이 냉각 장치(4)는 냉각통(14a)과 순환 수통(14b)으로 이루어진다. 냉각통(14a)의 상단에는 광섬유 나선(3)이 삽입되는 개구부(14c)가 설치되어 있다. 냉각통(14a)의 하부에는 광섬유 나선(3)이 삽입되어 나오는 개구부(14d)가 설치되어 있다. 또 냉각통(14a)의 하부에는, 냉각 가스(헬륨 가스)를 도입하는 도입구14e(상기 도입구(4a)에 상당한다)이 설치되어 있다. 순환 수통(14b)에는 냉각수가 도입되어 순환된다.
광섬유 나선(3)은 이 냉각통(14a)를 통과하는 동안에 냉각 가스 및 순환수와의 열교환에 의해 냉각되고 연결 부재(5)를 통과하여 보호 피복층이 되는 코팅 수지를 도포하는 코팅 장치(6)에 보내진다.
본 실시형태에서는 이와 같은 냉각 장치(4)가 복수통 연결되어 사용된다. 이 경우, 최하부에 배치된 냉각 장치(4)(냉각통(14a))의 도입구(4a)(14e)에서 헬륨 가스가 도입되고, 다른 냉각 장치(4)(냉각통(14))의 도입구(4a)(14e)는 폐쇄된 구성으로 되어 있다.
외경 측정기(7)는 코팅 수지가 도포된 광섬유 나선(즉, 광섬유 소선)의 외경(이하, 코팅 직경이라고 하기도 한다)을 측정한다. 이 외경 측정기(7)는 케이블(15)을 통해 제1 제어 장치(미도시)와 접속되어 있다. 이 제1 제어 장치는 연결 부재(5)의 도입구(5a)에서 냉각 장치(4) 안으로 유입되는 탄산 가스의 유량을 제어한다.
인취기(10)는 케이블(16)을 통해 제2 제어 장치(미도시)와 접속되어 있다. 이 제2 제어 장치는 냉각 장치(4)의 도입구(4a)에서 냉각 장치(4) 안으로 유입되는 헬륨 가스의 유량을 제어한다. 인취기(10)의 회전 속도로부터 광섬유 소선(11)의 선속이 산출된다.
이 광섬유 소선의 제조 장치를 사용한 광섬유 소선의 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.
광섬유 모재(1)를 가열로(2)에서 용융 변형하여 광섬유 나선(3)으로 하여 가열로(2)의 출구에서 인출한다.
이어서 가열로(2)의 하방에 설치되고 가열로(2)와 연결되지 않은 냉각 장치(4)에 의해 광섬유 나선(3)을 강제 냉각한다.
이어서 냉각된 광섬유 나선(3)에 냉각 장치(4)의 하방에 설치된 코팅 장치(6)에 의해 코팅 수지를 도포하여 광섬유 소선(11)으로 한다.
코팅 수지가 도포된 광섬유 소선(11)의 코팅 직경(광섬유 소선(10)의 외경)을 외경 측정기(7)에 의해 측정한다.
이어서 경화 장치(8)에 의해 코팅 수지를 경화하여 광섬유 나선의 주위에 보호 피복층이 형성된 광섬유 소선(11)으로 한다.
이어서 광섬유 소선(11)을 턴 풀리(9) 및 인취기(10)를 통해 미도시된 귄취기로 권취한다.
본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 냉각 장치(4)의 하방은 냉각 장치(4)와, 연결 부재(5)와, 코팅 장치(6)와, 코팅 장치(6)의 안쪽에 있는 코팅 수지의 면(메니스커스)에 의해 폐쇄된 공간으로 되어 있다. 이로써 냉각 장치(4) 내부 및 연결 부재(5) 내부에서의 냉각 가스의 흐름은 광섬유 나선(3)에 부수되어 흐르는 일부 가스를 제외하고 강제적으로 상방류(12),(13)가 되고, 냉각 장치(4)의 상단부에서만 외부로 이들 냉각 가스가 배출된다.
냉각 장치(4) 안의 냉각 가스의 유량이 변화된 경우나 광섬유 소선의 인선 조건에 의존하여 불안정한 가스의 흐름이 생긴 경우라 해도 상기 냉각 가스의 흐름에 의해 냉각 가스의 흐름이 안정된 상방류(12),(13)가 된다. 그 결과 냉각 장치(4)는 안정적인 냉각 능력을 얻을 수 있다.
냉각 장치(4)와 코팅 장치(6)의 연결은 연결 부재(5)를 사용하여 연결시켜도 좋고, 냉각 장치(4)와 코팅 장치(6)를 직접 연결시켜도 좋으며, 특히 동일한 효과를 얻을 수 있다면 특별히 한정되지 않는다. 냉각 장치(4)와 코팅 장치(6)를 직접 연결시킬 경우 탄산 가스의 도입구(5a)는 코팅 장치(6)에 형성하면 된다.
상방류(12),(13)가 된 냉각 가스는 냉각 장치(4) 안으로의 외부 가스의 침입구도 될 수 있는 냉각 장치(4)의 상단에서 강제적으로 외부에 분출된다. 따라서 외부에서 냉각 장치(4) 안으로의 가스 혼입을 최소한으로 방지할 수 있다. 따라서 냉각 장치(4) 안의 냉각 가스의 농도를 최대한으로 높일 수 있다. 특히 냉각 가스로서 헬륨 가스를 사용한 경우 헬륨 가스의 사용량을 현저하게 줄일 수 있다. 구체적으로는, 헬륨 가스의 유량을 종래의 5% 정도에서 50% 정도까지 현저히 줄일 수 있다. 이와 같이 헬륨 가스의 유량을 대폭 삭감할 수 있기 때문에 광섬유 소선의 제조 비용을 줄일 수 있어 저렴하게 광섬유 소선을 제조할 수 있다.
본 실시형태에서는 헬륨 가스에 추가하여 탄산 가스를 냉각 장치(4) 안에 흘려 보낸다.
냉각 장치(4), 연결 부재(5) 및 코팅 장치(6) 중 어느 하나에 헬륨 가스 및 탄산 가스를 도입한다. 이때 냉각 장치(4), 연결 부재(5) 및 코팅 장치(6)에 헬륨 가스 및 탄산 가스를 분리하여 도입한다. 일례로서, 냉각 장치(4)의 하부에 헬륨 가스를 도입할 경우, 탄산 가스는 냉각 장치(4)의 하부에서 코팅 장치(6) 안의 수지면 사이, 또한 헬륨 가스를 도입하는 위치보다도 하방측에서 도입한다. 즉, 연결 부재(5)의 하부 또는 코팅 장치(6)의 상부에 탄산 가스를 도입한다. 연결 부재(5)의 상부에 헬륨 가스를 도입할 경우, 코팅 장치(6)의 상부에 탄산 가스를 도입한다. 이들 중 냉각 장치(4)의 하부에 헬륨 가스를 도입하고 연결 부재(5)의 하부에 탄산 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
이와 같이 냉각 가스를 도입함으로써 헬륨 가스를 도입하는 위치보다도 하방측에 탄산 가스로 채워진 공간이 형성된다. 이로써 코팅 장치(6) 안의 코팅 수지 부근에 충분한 탄산 가스가 존재하기 때문에 보호 피복층 내에 거품이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 이때 헬륨 가스를 도입하는 위치와 탄산 가스를 도입하는 위치 사이에 칸막이를 설치해도 좋다. 이로써 고농도의 탄산 가스로 채워진 공간이 형성되어 보호 피복층 내에 거품이 혼입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 이때 칸막이의 중앙부에는 광섬유 나선을 통과시키는 직경 1∼5㎜정도의 구멍을 설치해둔다. 구멍의 직경이 1㎜보다 작아지면 광섬유 나선과 쉽게 접촉하여 부적당하고, 구멍의 직경이 5㎜보다 커지면 칸막이로 구획하는 효과가 저하된다.
헬륨 가스 및 탄산 가스의 도입구의 위치 관계는 헬륨 가스를 유입시키는 장소가 상향의 냉각 가스의 흐름에 대해 하류쪽, 탄산 가스를 유입시키는 장소가 상향의 냉각 가스의 흐름에 대해 상류쪽이 된다.
이로써 냉각 가스의 흐름이 상방류(12),(13)가 되어 각각의 가스가 안정적으로 흐른다. 따라서 연결 부재(5)의 길이 방향에서의 탄산 가스의 농도 조정이 가능하며 코팅 장치(6) 부근에서는 탄산 가스 농도가 가장 높아져 보호 피복층에 거품이 혼입되거나 거품이 잔류되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 냉각 장치(4)의 상부(하류)에 흐르는 헬륨 가스와 탄산 가스와의 혼합 상태에 대해서도 항상 안정적이므로 냉각 장치(4)의 냉각 능력이 선속에 따라 불안정해지지 않고 안정적이다. 따라서 선속에 따라 이들 가스의 유량을 변화시켰을 때 냉각 장치(4)의 냉각 능력을 우수한 응답성으로 조정할 수 있고 일정한 코팅 직경으로 광섬유 나선(3)을 코팅 수지에 의해 코팅할 수 있다.
냉각 장치(4)의 하부 또는 연결 부재(5)의 상부에 유입시키는 헬륨 가스와, 코팅 장치(6)의 상부 또는 연결 부재(5)의 하부에 유입시키는 탄산 가스와의 유량을 개별적으로 조정함으로써 냉각 장치(4)의 냉각 효율(냉각 능력)을 조정할 수 있다.
본 실시형태에서는 냉각 장치(4)의 하부(또는 연결 부재(5)의 상부)의 헬륨 가스의 도입구(4a)에서 냉각 장치(4)의 상부로 갈수록 냉각 장치(4) 안에서의 냉각 가스의 온도를 상승시킨다. 따라서 냉각 장치(4) 상부의 광섬유 나선(3)이 고온인 영역에서는 혼합 가스의 온도가 높아진다(광섬유 나선(3)의 표면 온도보다는 온도가 낮다). 그 결과 광섬유 나선(3)의 표면 온도와 혼합 가스의 온도와의 온도차에 의해 생기는 열의 이동이 완만해진다.
반면 냉각 장치(4) 하부의 광섬유 나선이 저온인 영역에서는 혼합 가스의 온도가 광섬유 나선(3)의 표면 온도보다 낮아진다. 따라서 광섬유 나선(3)의 표면에서 혼합 가스로 열이 이동하여 광섬유 나선(3)의 냉각을 유지할 수 있다.
이상으로부터 냉각 장치(4) 안의 헬륨 가스 농도가 높음에도 불구하고 냉각 능력 조정에 대한 응답성이 적절해져(지나치게 과민하지 않고 또 지나치게 둔감하지 않고), 인선된 광섬유 소선의 전장에 걸쳐 일정한 코팅 직경으로 보호 피복층의 코팅이 가능해진다.
여기에서 냉각 장치(4)의 상단에서의 혼합 가스의 온도와 도입구(4a)에서의 혼합 가스의 온도를 열전대에 의해 측정하고 그들의 온도가 이하의 관계식을 충족하도록 혼합 가스의 유량을 조정한다.
[tgas×2(℃)]≤Tgas(℃)≤[tgas×4(℃)]
Tgas는, 냉각 장치(4)의 상단에서의 혼합 가스의 온도이고, tgas는, 도입구(4a)에서의 혼합 가스의 온도이다.
혼합 가스의 온도로서, 엄밀하게는 광섬유 나선(3)의 표면부 부근, 냉각 장치(4)의 내벽 부근 및 이들 중간부에서 온도 분포가 생긴다. 따라서 혼합 가스의 온도를 어느 부분의 온도로 할지를 엄밀하게 나타내기 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는 광섬유 나선(3)과 냉각 장치(4)의 내벽과의 중간 위치에 열전대를 설치하여 측정한 온도를 혼합 가스의 온도라고 한다.
[tgas×2(℃)]>Tgas의 경우, 냉각 장치(4)의 냉각 능력 조정에 대한 응답성이 지나치게 기민하다.
Tgas>[tgas×4(℃)]의 경우, 상기 외란에 대한 냉각 능력의 안정성이 부족하다. 또한 냉각 효율이 저하되기 때문에 냉각 장치(4)에는 또한 긴 냉각 길이가 필요해진다(냉각 장치(4)안의 대표 온도(상기 측정 온도)는 온도[tgas×4(℃)]가 상한이 되는데, 실제 광섬유 나선(3) 근방의 온도는 수백도 이상으로 추정된다).
냉각 장치(4)의 상단에서의 혼합 가스의 온도 범위가 상기 관계식을 충족함으로써 전술한 것처럼 냉각 능력 조정에 대한 응답성이 적절해지고, 또한 상기 외란이 생긴 경우에도 광섬유 나선(3)의 냉각을 유지할 수 있다. 따라서 인선하여 제작된 광섬유 소선의 전체 길이에 걸쳐 일정한 코팅 직경으로 보호 피복층을 코팅할 수 있게 된다.
이하에 구체적인 조건에 대해서 기재한다.
대류 열 전달율을 α[J/㎡/K], 고체의 표면적을 S[㎡], 고체 온도를 Tsolid[℃] 및 기체(냉각 가스)의 온도를 Tgas[℃]라고 하면, 일반적으로 고체와 그 주위에 흐르는 기체 사이에 이동하는 열량 Q[J]는 이하의 수학식 (1)로 표시된다.
[수학식 1]
Q=αS(Tsolid-Tgas)
여기에서 대류 열 전달율 α는 이하의 수학식 (2)로 표시된다.
[수학식 2]
α=c·λ·um·dm -l·νn-m·a-n
여기에서 각 기호는, c:비례 정수, λ:기체의 열전도율, u:기체의 유속, d:고체의 대표 길이, ν:기체의 동점도(動粘度)(=점도/밀도), a:기체의 열확산율(=열전도율/밀도/비열 용량)을 나타낸다. m,n은, m=0.5∼0.8, n=0.2∼0.5의 값을 채용하고 기체의 흐름에 의해 변화되는 계수이다. 이상으로부터, 대류 열 전달율은 사용하는 기체의 종류, 고체 표면에 대한 기체의 상대 유속 및 기체의 흐름에 의해 정해진다.
즉, 냉각 장치(4) 안에서 설명하면 광섬유 나선(3)과 주위 냉각 가스와의 열의 수지 Qfiber → gas는, 광섬유 나선(3)의 온도와 광섬유 나선(3) 주위의 냉각 가스와의 온도차 및 냉각 장치(4) 안의 냉각 가스의 광섬유 나선(3)에 대한 상대 속도와 그 냉각 가스의 흐름 방향에 의존한다. 한편 주위의 냉각 가스와 냉각 장치(4)와의 열의 수지 Qgas → cool은 냉각 장치(4) 내벽의 온도와 냉각 장치(4) 안의 냉각 가스의 온도차 및 냉각 장치(4) 내벽에 대한 냉각 장치(4) 안의 냉각 가스의 상대 속도와 냉각 가스의 흐름 방향에 의존한다.
수학식 (2)를 수학식 (1)에 대입하면, Qfiber → gas 및 Qgas → cool은 이하와 같다.
Qfiber → gas=c·λ·um·dm -l·νn-m·a-n·Sfiber·(Tfiber-Tgas)
Qgas → cool=c·λ·um·dm -l·νn-m·a-n·Scool·(Tgas-Tcool)
이상으로부터 다음과 같이 설명할 수 있다.
(1) 광섬유 나선(3)에서 냉각 가스로의 열 이동을 완만하게 하려면 냉각 가스의 온도를 높이면 된다.
(2) 광섬유 나선(3)에서 냉각 가스로의 열 이동을 완만하게 하려면 냉각 가스의 유속을 늦추면(냉각 가스의 유량을 감소시키면) 된다(본 발명에서는 냉각 가스의 흐름이 광섬유 나선(3)의 진행 방향에 대향하는 상방류이기 때문).
(3) 냉각 가스에서 냉각 장치(4)로의 열 이동을 완만하게 하려면 냉각 장치(4)의 온도(일반적으로는 냉매 온도)를 올리면 된다.
(4) 냉각 가스에서 냉각 장치(4)로의 열 이동을 완만하게 하려면 냉각 장치(4) 내벽의 표면적을 줄이면 된다.
(5) 냉각 가스에서 냉각 장치(4)로의 열 이동을 완만하게 하려면 냉각 가스의 유속을 늦추면(냉각 가스의 유량을 감소시키면) 된다.
여기에서 (2)와 (5)는 같은 파라미터이다. 또 (3)에 대해서는 냉각 장치(4)의 길이 방향에서 온도를 변화시킬 필요가 있다. 냉각 장치(4)의 길이 방향에서 냉매 온도를 변화시킬 수 있다. 그러나 냉매의 열용량이 크기 때문에 단시간에 냉매의 온도를 변화시키기 어렵다. 본 발명에서는 (1)을 실현하기 위해 (2)((5)) 및 (4)를 최적화함으로써 냉각 장치(4) 안의 냉각 가스 온도를 조정하였다. 단, 본 조건은 실제로 사용하는 냉각 장치(4), 냉각 가스의 실제 흐름에 의존하는 부분이 많기 때문에 냉각 장치마다 조정할 필요가 있다. 그렇지만 본 발명의 특징은 냉각 가스의 온도를 규정 범위로 하는 것이며, 규정 온도 범위로 설정할 수 있다면 냉각 장치(4)의 구성이나 구조로는 한정되지 않는다.
다음으로, 광섬유 나선(3)의 냉각에 필요한 냉각 장치(4) 길이의 계산 방법을 나타낸다.
냉각 장치(4)와 코팅 장치(6)를 연결한 상태에서 냉각 능력을 최대로 한 상태, 즉 냉각 장치(4) 안의 분위기를 헬륨 가스 분위기로 한 상태(헬륨 가스 이외의 가스 유량을 0으로 한 상태)에서 필요한 냉각 능력을 얻을 수 있는 냉각 장치(4)의 길이를 적절히 선택한다. 예를 들면, 냉각 장치(4)의 하부 혹은 연결 부재(5)의 상부에 헬륨 가스의 도입구(4a)를 설치하고 냉각 장치(4) 안에 10 Standard Liter per Minute(SLM)의 헬륨 가스를 유입시켜 필요한 냉각 능력을 얻을 수 있는 냉각 장치(4)의 길이를 정한다.
필요한 냉각 장치(4)의 길이에 대해서는 냉각 장치(4)의 구조(내경이나 내벽 표면의 형상, 내벽의 재질, 냉각수의 온도 등)에 따라 변화되기 때문에 일률적으로 정할 수 없다. 그러나 냉각 장치(4)는 적어도 제조된 광섬유 소선이 우량품이 되도록 상정된 최대 선속과 헬륨 가스의 농도가 높은 이상적인 상태에서 필요한 온도까지 광섬유 나선을 냉각시킬 수 있어야 한다. 본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 상기 최대 선속까지의 선속에 적용 가능한 냉각 장치(4)이면 되고 특별히 그 구성이나 구조에는 의존하지 않는다.
여기에서 도 2에 도시한 냉각 장치(4)를 사용한 경우의, 냉각 장치(4)의 필요 길이의 선속 의존성에 대해 검증한 결과를 도 3에 도시한다. 냉각 장치(4)로서는 내경 φ 10㎜의 놋쇠(眞鍮)제 파이프(냉각통)를 사용하고, 이 파이프 안에 광섬유 나선(3)을 통과시켰다. 그리고 그 파이프의 외주에 약 20℃의 물을 순환시켰다. 도 3에 도시한 결과는 실제로 실험하여 검증한 결과이다. 도 3으로부터는, 냉각 장치(4)의 길이를 길게 함으로써 광섬유 나선(3)을 냉각 가능한 한계 선속(최대 선속)을 증가시킬 수 있다는 것이 확인되었다.
다음으로 코팅 직경의 제어성에 대해서 검토하기로 한다.
상기 헬륨 가스 유량 및/또는 탄산 가스 유량을, 선속에 따른 선속 신호 또는 코팅 직경에 따른 코팅 직경 신호에 의해 피드백 제어를 수행한다. 인취기(10)의 회전 속도에서 산출된 선속이 선속 신호로서 제2 제어부에 보내진다. 이 선속 신호에 따라 제2 제어부가 헬륨 가스 유량을 피드백 제어한다. 외경 측정기(7)에서 측정된 코팅 직경이 코팅 직경 신호로서 제1 제어부에 보내진다. 이 코팅 직경 신호에 따라 제1 제어부가 탄산 가스 유량을 피드백 제어한다. 이때 허용하는 선속 범위의 전역에 걸쳐 탄산 가스의 유량이 0이 되지 않고 냉각 가스의 온도가 상기 범위에 들어가 있으며, 또한 응답성이 적절하고 코팅 직경을 일정하게 제어할 수 있어 외란에 대해 강하다는 것을 확인한다.
결과, 냉각 가스의 냉각 장치(4) 상단의 온도가 상기 온도 범위에 들어감으로써 냉각 능력 조정의 응답성이 좋고 외란에 대해서도 냉각 능력을 유지할 수 있다는 것을 확인하였다. 후술하는 실시 예에서 실증한다.
또 본 실시형태에서는, 도 4에 기재된 것처럼 냉각통(14a)의 내벽에 볼록부(14f)를 설치함으로써 냉각 장치(4)의 내부를 요철 형상으로 할 수 있다. 이 볼록부(14f)는 냉각통(14a)의 동일면 상에 여러 개 설치 가능함과 동시에 냉각통(14a)의 길이 방향으로 여러 개 설치할 수 있다.
이 냉각통(14a)의 내벽에 볼록부(14f)를 설치함으로써 광섬유 나선(3) 주위의 혼합 가스와 냉각통(14a) 안의 냉각수와의 열교환이 양호해진다.
이 볼록부(14f)의 크기, 형상, 배치 및 개수를 적절히 변경하여 냉각 장치(4)의 내벽 표면적을 조정함으로써 혼합 가스의 온도를 냉각 장치(4) 가스 도입구(4a)에서 상부로 갈수록 높일 수 있다. 예를 들면, 냉각 장치(4)의 상방에서 하방(가스 도입구(4a) 주변)으로 볼록부(14f)의 크기를 점차 줄이고 또한 개수를 늘려가, 열교환 할 수 있는 표면적을 점차 크게 하면 냉각 장치(4)의 하방(가스 도입구(4a) 주변)에서 혼합 가스의 온도가 낮고 상부로 가면서 이 온도를 높일 수 있다.
본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 냉각 장치(4)의 길이, 선속이나 냉각 가스의 혼합 비율, 냉각 가스의 유량이나 온도 등에 따라 냉각통(14a)의 내벽 표면적을 사전에 설정해 놓는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 헬륨 가스의 유량과 탄산 가스의 유량을 2계통 이상의 독립된 신호에 의해 제어한다. 2계통 이상의 독립된 신호로서는, 광섬유 소선(11)의 선속을 나타내는 선속 신호와, 광섬유 소선(11)의 코팅 직경을 나타내는 코팅 직경 신호가 사용된다.
선속 변동 범위에 따라 코팅 직경 신호에 의해 제어하는 가스의 종류를 바꿔도 좋다. 바람직하게는, 선속 신호에 따라 피드백 제어함으로써 열전도율이 높은 헬륨 가스의 유량을 변화시키고 코팅 직경 신호에 따라 피드백 제어(PID 제어)함으로써 열전도율이 낮은 탄산 가스의 유량을 변화시킨다.
탄산 가스의 도입구(5a)와 헬륨 가스의 도입구(4a) 사이에 존재하는 탄산 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스 영역(상방류가 되는 탄산 가스와 광섬유 나선(3)에 부수되는 헬륨 가스가 혼합된 영역)에 대해서도, 이 영역의 혼합 가스는 이 영역의 상류쪽(코팅 장치(6)쪽)에서 생긴 냉각 가스의 상방류에 의해 상방류가 된다. 따라서 냉각 장치(4), 연결 부재(5) 및 코팅 장치(6) 안에서의 냉각 가스의 흐름은 항상 냉각 장치(4)의 상방(가열로(2) 쪽)으로 흘러 최종적으로는 냉각 장치(4)의 상단에서 배출된다. 따라서 본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는 냉각 능력의 조정이 용이하고 응답성이 좋아진다.
이로써 본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 선속 범위에 걸쳐 코팅 직경을 일정하게 하는 냉각 장치(4)의 냉각 능력 제어를 우수한 응답성으로 행할 수 있다.
본 실시형태의 냉각 장치(4)에서는, 냉각 장치(4) 안에 유입시키는 가스의 유량을 선속 등에 따라 변화시킬 때에 사용하는 각각의 가스의 증감 방향이 반대가 된다. 즉, 선속이 낮은 경우에는 헬륨 가스의 유량이 저하되고 탄산 가스의 유량이 증가한다. 따라서 열전도율이 높은 헬륨 가스의 유량이 고정된 경우와 비교하면 탄산 가스의 증가분이 적어도 된다. 한편 선속이 빠른 경우에는 헬륨 가스의 유량이 증가하고 탄산 가스의 유량이 저하된다. 이와 같이 본 실시형태에서는 냉각 장치(4)안의 가스 유량의 총량은 변화되지만 외부로부터의 가스 침입이 적고 또한 상호간 가스의 증감 방향이 반대이므로 현저하게 냉각 가스 유량의 총량이 증가하지는 않는다. 따라서 광섬유 나선(3)의 선편차를 발생시키지 않는다.
본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 열전도율이 높은 헬륨 가스의 유량을 선속 신호에 따라 피드백 제어한다. 이로써 선속이 느린 경우 헬륨 가스의 유량을 특히 적게, 경우에 따라서는 0까지 줄일 수 있다. 반면 선속이 높은 경우, 헬륨 가스의 유량을 광섬유 나선(3)의 냉각이 가능한 적절한 유량까지 증가시킬 수 있다. 단, 냉각 장치(4)의 적절한 냉각 길이를 확보한 후에 각각의 냉각 가스의 유량을 조정하여 냉각 능력을 미세 조정한다. 따라서 냉각 가스 유량이 현저하게 증가(예를 들면, 10L/min이상)되지 않는다. 그 결과 광섬유 나선(3)의 선편차를 발생시키는 냉각 가스 유량이 되지는 않는다.
본 실시형태의 광섬유 소선의 제조 방법에서는, 열전도율이 낮은 탄산 가스의 유량을 코팅 직경 신호에 따라 피드백 제어한다. 이로써 코팅 직경이 커지는 경향이 있을 때에는 탄산 가스의 유량이 증가한다. 한편 코팅 직경이 가늘어지는 경향이 있을 때에는 탄산 가스의 유량이 감소한다. 그 결과 코팅 직경을 일정하게 제어할 수 있다.
상기 실시형태에서는 헬륨 가스와 탄산 가스를 따로따로 냉각 장치나 연결 부재, 코팅 장치에 도입하는 경우를 기재하였다. 그러나 본 발명에서는 헬륨 가스와 탄산 가스를 사전에 혼합한 후 이 혼합 가스를 냉각 장치의 하부, 연결 부재 혹은 코팅 장치의 상부에서 도입해도 좋다. 이 경우 상기 실시형태와 같이 헬륨 가스의 유량은 선속 신호에 따라 피드백 제어된 후에 탄산 가스와 혼합되고, 탄산 가스의 유량은 코팅 직경 신호에 따라 피드백 제어된 후에 헬륨 가스와 혼합된다.
<실시 예>
이하, 실시 예에서 상세히 설명하기로 한다.
광섬유 소선의 제조 공정에서, 냉각 장치 입선(入線)시의 광섬유 나선의 온도는 방사 온도계를 사용하여 측정하였다.
냉각 장치에 도입되는 냉각 가스 및 냉각 장치에서 배출되는 냉각 가스의 온도는 열전대를 사용하여 측정하였다. 열전대의 설치 위치는, 광섬유 나선과 냉각 장치 내벽과의 대략 중간 위치로 하였다. 냉각 장치 내의 냉각 가스는, 광섬유 나선 근방에서 온도가 가장 높고, 냉각 장치 내벽으로 가면서 온도가 낮아지는 경향이 있다. 실제로는 광섬유 나선 근방의 냉각 가스는 광섬유 나선의 선속에 따라 이 광섬유 나선에 부수되어 하방류가 된다. 반면 냉각 장치 내의 냉각 가스는 기본적으로는 상방류가 된다. 이로부터 하방류와 상방류가 혼합되어 냉각 가스의 흐름이 복잡해지는 것을 예상할 수 있다. 따라서 냉각 가스의 온도 분포도 흐트러지는 것을 예상할 수 있다. 따라서 냉각 장치 내의 냉각 가스 온도가 아닌, 냉각 장치에서 배출되는 냉각 가스의 온도를 냉각 장치내 가스의 온도의 대표값으로서 사용하였다.
외란에 대한 내성(외란 내성)을 이하와 같이 정의하였다.
외란에 의해 선속이 변동된 경우에도 광섬유 나선의 안정적인 냉각이 가능하고, 안정적인 냉각 결과, 냉각 장치 출구에서의 광섬유 나선의 온도 변동이 작아진다. 그 결과 코팅 직경의 변동을 ±1㎛이하로 억제할 수 있다. 단, 광섬유 나선의 외경 변동 요인은 제외한다(광섬유 나선이 1㎛변화된 경우 측정되는 코팅 직경=광섬유 나선 외경+코팅 직경 두께이므로 코팅 직경은 2㎛의 변화까지 허용한다).
또 외란에 의해 선속이 변동된 경우에도 피드백 제어가 발산되지 않고 냉각 장치중의 냉각 능력 조정이 안정적으로 이루어지며, 안정적인 냉각 결과, 냉각 장치 출구에서의 광섬유 나선의 온도 변동이 작아진다. 그 결과 코팅 직경의 변동을 ±1㎛이하로 억제할 수 있다.
(실시 예 1)
도 1에 도시한 장치 구성에서 중심 선속1500m/min로 광섬유 소선을 인선하여 광섬유 소선을 제조하였다.
가열로와 연결되지 않은 냉각 장치와 코팅 장치를 연결 부재로 연결하였다. 냉각 장치의 하부에 헬륨 가스를 흘려 보내도록 배관하고, 코팅 장치의 상부에 탄산 가스를 흘려 보내도록 배관하였다. 연결 부재의 길이는 300㎜로 하였다. 냉각 장치로서는, 놋쇠제 내경 φ가 10㎜, 내벽 형상이 평탄하고 길이가 1m인 냉각통을 5통 연결하여 사용하고 냉각 장치의 냉각 길이를 5m로 하였다. 또 순환 수통 내를 순환하는 냉각수의 온도를 20℃로 하였다.
탄산 가스의 유량을 코팅 직경 신호에 의해 피드백을 제어하였다. 냉각 장치 내의 총가스 유량은 5SLM이고, 헬륨 가스의 유량을 4SLM, 탄산 가스의 유량을 1SLM으로 하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도는 1100℃, 냉각 장치 내에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 68℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다. 이 실시 예 1에서의 광섬유 나선의 섬유 직경 변동, 선속 변동 및 코팅 직경 변동의 일례를 도 5 및 도 6에 각각 도시한다.
(실시 예 2)
냉각 장치의 내경 φ를 7㎜로 한 것 및 냉각 장치 내의 총가스 유량을 2SLM으로 하고 헬륨 가스의 유량을 1.5SLM, 탄산 가스의 유량을 0.5SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선 된 광섬유 나선의 온도가 1100℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 99℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다. 이 실시 예 2에서의 선속 변동 및 코팅 직경 변동의 일례를 도 7 및 도 8에 각각 도시한다.
(실시 예 3)
냉각 장치의 내경 φ를 15㎜로 한 것, 냉각 장치 내벽의 형상을 요철 형상(도 4 참조)으로 한 것, 및 냉각 장치 내의 총가스 유량을 10SLM으로 하고, 헬륨 유량을 8SLM, 탄산 가스 유량을 2SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다. 본 실시 예에서는 냉각 장치의 내벽(14a)에는 볼록부(14f)가 형성되어 있으며, 이로써 냉각 장치 내에 요철 형상이 형성되어 냉각 장치내의 표면적을 증대시킨다. 따라서 냉각 장치의 내벽과 냉각 장치 내의 가스의 열교환이 더욱 양호해진다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1100℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 52℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다. 이 실시 예 3에서의 선속 변동 및 코팅 직경 변동의 일례를 도 9 및 도 10에 각각 도시한다.
(비교 예 1: 가스 유량이 적기(유속이 느리기) 때문에 광섬유 나선과 가스 사이의 열교환이 불충분해져 광섬유 나선을 냉각할 수 없는 예)
냉각 장치 내의 총가스 유량을 1SLM으로 하고 헬륨 가스의 유량을 0.75SLM, 탄산 가스의 유량을 0.25SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 2와 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
인선을 개시하였으나 선속 1500m/min의 정상 선속이 되기 전에 광섬유 나선의 냉각이 불가능하여 인선을 할 수 없었다.
(비교 예 2: 배출 가스 온도가 높아 냉각 장치의 응답성이 지나치게 둔해진 예)
냉각 장치로서 놋쇠제의 내경 φ가 7㎜, 내벽 형상이 평탄하고 길이가 1m인 것을 7통 연결하여 사용하고, 이 냉각 장치의 냉각 길이를 7m로 한 것 이외에는 비교 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
인선을 개시하여 선속을 1500m/min로 할 수 있었다. 광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1100℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스와 탄산 가스와의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 134℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 3회 정도 순간적인 섬유 직경 변동이 생겼을 때 냉각 장치의 냉각 능력의 응답이 따라잡을 수 없어 코팅 직경이 가늘어지고, 결과적으로 코팅이 불가능해져 광섬유 소선의 단선이 관찰되었다. 이 비교 예 2에서의 선속 변동 및 코팅 직경 변동의 일례를 도 11 및 도 12에 각각 도시한다.
(비교 예 3: 배출 가스 온도가 낮아 응답성이 지나치게 과민한 예)
냉각 장치의 내경 φ를 20㎜로 한 것 및 냉각 장치 내의 총가스 유량을 20SLM으로 하고, 헬륨 가스의 유량을 16SLM, 탄산 가스의 유량을 4SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 3과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1100℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 44℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성이 기민해지는 경우가 있으며 선속 변동에 의한 저선속시에 코팅 직경이 미세하게 변동되는 부분이 존재하였다. 외란에 대한 내성은 양호하여 인선이 가능하였으나 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 변동되어 우량품은 아니었다. 선속 변동 및 코팅 직경 변동의 일례를 도 13 및 도 14에 도시한다. 도 14에 도시한 것처럼 저선속이 될수록 변동폭이 커졌다.
(실시 예 4: 선속이 2000m/min인 예)
중심 선속 2000m/min로 인선한 것, 냉각 장치로서 놋쇠제의 내경 φ가 10㎜, 내벽 형상이 평탄하고 길이가 1m인 것을 7통 연결하여 사용하여 냉각 장치의 냉각 길이를 7m로 한 것 및 냉각 장치 내의 총가스 유량을 4SLM으로 하고 헬륨 가스의 유량을 3.5SLM, 탄산 가스의 유량을 0.5SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1200℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 86℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다.
(실시 예 5: 선속이 2500/min인 예)
중심 선속 2500m/min로 인선을 한 것, 냉각 장치로서 놋쇠제의 내경 φ가 15m, 내벽 형상이 요철이고 길이가 1m인 것을 8통 연결하여 사용하고 냉각 장치의 냉각 길이를 8m로 한 것 및 냉각 장치 내의 총가스 유량을 3SLM로 하고 헬륨 가스의 유량을 2.6SLM, 탄산 가스의 유량을 0.4SLM으로 한 것 이외에는 실시 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1200℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 76℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다.
(실시 예 6: 선속이 1000m/min인 예)
중심 선속1000m/min로 인선한 것, 냉각 장치로서 놋쇠제의 내경φ가 10㎜, 내벽 형상이 평탄하고 길이가 1m인 것을 3.5통 연결하여 사용하고 이 냉각 장치의 냉각 길이를 3.5m로 한 것 이외에는 실시 예 1과 동일하게 하여 광섬유 소선을 제조하였다.
광섬유 나선의 온도 및 혼합 가스의 온도를 측정하였다. 냉각 장치에 입선된 광섬유 나선의 온도가 1000℃, 냉각 장치에 도입된 냉각 가스(헬륨 가스 및 탄산 가스의 혼합 가스)의 온도가 25℃, 냉각 장치의 상단에서 배출된 혼합 가스의 온도가 57℃였다. 이 상태에서 합계 1만㎞의 광섬유 소선의 인선을 실시하였다. 그 결과 냉각 능력의 응답성, 외란에 대한 내성은 양호하고 제조된 광섬유 소선은 코팅 직경이 균일하고 양호하였다.
이상의 실시 예 1∼6 및 비교 예 1∼3의 결과를 표 1에 정리한다. 결과를 고찰하기로 한다.
[표 1]
Figure 112011022143828-pct00001
실시 예 1∼3 및 비교 예 1∼3에서는, 제조 선속(방사 선속)은 전부 1500m/min로 행하였다. 각각 냉각 장치의 내경, 냉각 장치 내벽 형상, 냉각 장치의 길이, 냉각 장치에 도입하는 가스의 유량을 변화시켜 냉각 능력의 응답성과 외란에 대한 내성을 확인하였다.
각각에 대해서 설명하기로 한다.
냉각 장치의 내경이 가늘어지면 내벽의 표면적이 감소된다. 따라서 냉각 장치내의 냉각 가스와 냉각 장치 내벽 사이에서 열교환이 이루어지기 어렵다. 상기 실시 예 1∼3 및 비교 예 1∼3에서는, 그 내경에 따라 냉각 장치에 도입하는 냉각 가스의 유량도 감소시키기 때문에 유속 변화는 미약하다. 따라서 실시 예 1과 비교하여 실시 예 2 및 비교 예 2에서는 냉각 가스에서 냉각 장치로 열이 이동하기 어려워 냉각 가스의 열이 유지되고 냉각통 상단의 가스 온도가 상승한다. 이 온도가 100℃(실시 예 2에서는 99℃)까지는 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성 및 외란에 대한 내성도 양호하다. 그러나 냉각통 상단의 가스의 온도가 100℃를 초과하면(비교 예 2에서는 134℃), 냉각 길이도 길어져야 하고 또 외란에 대한 내성도 악화되기 때문에 바람직하지 않다.
비교 예 2에서는 외란에 대한 내성이 악화되었다. 이 비교 예 2에서는, 도 11에 도시한 것처럼 섬유 직경 변동이라는 외란에 의해 방사 선속에 변동이 생겨 급격하게 방사 선속이 증가된다. 그리고 도 12에 도시한 것처럼 이 선속 증가에 응답할 수 없어 어느 부분에서 급격하게 코팅 직경이 가늘어진다. 이것은 냉각 장치의 냉각 능력의 응답성이 나쁘고 또 급격하게 코팅 직경이 가늘어진 시점에서 냉각 장치의 상부에서의 광섬유 나선의 표면 온도와 광섬유 나선 근방의 냉각 가스와의 온도차가 줄어들었기 때문에 냉각 장치의 냉각 능력이 급격하게 저하된 것에 기인한다. 이 점에서 실시 예 2에서는 외란(여기에서는 급격한 선속 증가)에 대해서도 냉각 능력의 응답성이 좋고 또한 냉각 장치의 상부에서 광섬유 나선의 표면 온도와 광섬유 나선 근방의 냉각 가스와의 온도차를 충분히 확보할 수 있기 때문에 냉각 능력을 유지할 수 있다.
또 실시 예 3 및 비교 예 3에서는 냉각 장치의 내벽 형상을 평탄에서 요철로 함으로써 이 내벽의 표면적을 증가시켜 냉각 가스와 내벽 사이에서 열교환이 쉽게 이루어지도록 한다. 그 결과 냉각 장치 상부의 냉각 가스 온도가 저하되는데, 이 온도가 50℃(실시 예 3에서는 52℃) 이상이면 응답성, 외란 내성 모두 양호하다(도 9,10). 그러나 이 온도가 44℃(비교 예 3)이면 중심 선속시에는 문제가 없지만 선속 변동에 의한 저선속시에 코팅 직경이 미세하게 변동된다(도 13,14). 비교 예 3에서는, 냉각 능력의 응답성이 중심 선속시에 비해 저선속시에 과민해지므로 중심 선속에 맞춘 PID 설정값에 의한 피드백 제어가 저선속시에는 부적절해졌다. 그 결과 난조(hunting)가 생긴 것으로 생각된다. 실시 예 3에서는 배출 가스의 온도가 [tgas×2(℃)]≤Tgas(℃)≤[tgas×4(℃)]의 범위를 유지할 수 있기 때문에 저선속시에도 양호한 냉각 능력의 응답성을 확보할 수 있다.
이상으로부터 냉각 장치 상부의 가스 온도로서 25℃×2=50℃이상이고, 25℃×4=100℃까지는 응답성, 외란 내성 모두 우수하다고 볼 수 있다.
비교 예 1에서는, 냉각 장치 내의 헬륨 가스와 탄산 가스와의 유량비가 실시 예 2와 동일하기 때문에 냉각 장치 내의 헬륨 농도가 모두 거의 동일하다고 생각된다(냉각 장치 상부에서의 광섬유 나선에 부수되어 흐르는 가스가 냉각 장치 내에 혼입되는 정도가 다소 변화되는 것으로 생각되기 때문에 표현을 「거의」로 하였다). 그러나 비교 예 1에서는 냉각 가스 유량이 적기 때문에 냉각 가스의 유속이 느려 광섬유 나선의 표면과 냉각 가스 및 냉각 가스와 냉각 장치 내벽과의 열교환이 이루어지기 어렵다. 그 결과 비교 예 1에서는 냉각 능력이 저하되어 방사 선속 1500m/min로는 냉각 능력을 유지할 수 없다고 볼 수 있다.
실시 예 1∼3에서는, 섬유 직경 변동, 선속 증가, 선속 저하라는 외란에 대해서도 코팅 직경의 변화가 없다는 것을 알 수 있다(도 5∼도 10 참조). 이것은, 실시 예 1∼3에서는 적절한 냉각 능력의 응답성을 유지할 수 있기 때문이다.
다음으로 실시 예 4∼6에 대해서 설명하기로 한다.
실시 예 4∼6에서는, 방사 선속 및 냉각 길이를 변경하여 냉각 장치 상부의 온도가 규정 범위에 들어가도록 조건을 정해 인선을 실시하였다. 그 결과 어떤 방사 선속에서도 외란에 대한 내성을 유지할 수 있었다. 이것은, 냉각 장치 상부의 냉각 가스의 온도(냉각 장치에서 배출되는 냉각 가스의 온도)가 적절하게 유지되어 있기 때문에 냉각 장치 상부에서의 광섬유 나선의 표면 온도와 냉각 가스와의 온도차를 적절하게 확보할 수 있고, 또한 저선속에서도 냉각 능력의 응답성이 지나치게 기민하지 않아 적절한 범위가 되기 때문에 중심 선속시의 PID 설정값으로 냉각 능력을 적절하게 조정할 수 있다는 것을 표시하고 있다. 이상으로부터 방사 선속 1000m/min∼2500m/min까지 양호하게 인선할 수 있다고 볼 수 있다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명의 광섬유 소선의 제조 방법에 의하면, 냉각 장치내의 헬륨 가스 농도를 높일 수 있다. 또 냉각 장치의 상부에서 광섬유 나선에서 냉각 가스로 열을 완만하게 이동시킬 수 있기 때문에 냉각 능력의 조정 응답성을 적절하게 행할 수 있다. 또한 냉각 능력을 제조 안정 범위로 조정할 수 있기 때문에 냉각 장치 안에서 강제 냉각된 광섬유 나선의 온도가 균일한 상태에서 광섬유 나선을 코팅 장치에 도입할 수 있고 상기 외란의 영향을 억제하여 광섬유 나선에 형성되는 보호 피복층의 직경을 균일하게 할 수 있다.
1 광섬유 모재
2 가열로
2a 히터
3 광섬유 나선
4 냉각 장치
5 연결 부재
6 코팅 장치
7 외경 측정기
8 경화 장치
9 턴 풀리
10 인취기
11 광섬유 소선
12 상방류
13 상방류
14a 냉각통
14b 순환 수통
14c 개구부
14d 개구부
14e 도입구
14f 볼록부
15,16 케이블
101 광섬유 모재
102 가열로
102a 히터
103 광섬유 나선
104 냉각 장치
106 코팅 장치
107 광섬유 소선
108 경화 장치
109 턴 풀리
110 냉각 가스의 흐름
201 광섬유용 모재
202 히터
203 인선로
204 광섬유 나선
205 수지 도포 장치
206 수지
207 수지 경화 장치
211 냉각관
211a 냉각로
260 광섬유 냉각 장치

Claims (13)

  1. 광섬유 모재를 가열로에서 용융 변형시키는 공정;
    상기 광섬유 모재의 용융 변형시킨 부위를 광섬유 나선으로서 인출하는 공정;
    냉각 장치에서 상기 광섬유 나선을 강제 냉각하는 공정;
    강제 냉각된 상기 광섬유 나선에 코팅 장치로 보호 피복층을 형성하는 공정; 및
    경화 장치로 상기 보호 피복층을 경화하는 공정;을 포함하는 광섬유 소선의 제조 방법으로서,
    상기 냉각 장치와 상기 코팅 장치 사이를 기밀하게 접속하고 상기 냉각 장치 내를 흐르는 냉각 가스의 상기 코팅 장치쪽으로의 흐름을 상기 코팅 장치 내 수지의 메니스커스에 의해 폐쇄함으로써 상기 냉각 장치 내에서의 상기 냉각 가스의 흐름을 상방류로 하여 상기 냉각 장치의 상단에서 외부로 배출하고,
    상기 냉각 가스의 유량을 조정함으로써 상기 냉각 가스의 온도를 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 냉각 장치의 상부로 갈수록 높아지게 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 가스로서 헬륨 가스와 탄산 가스를 사용하고,
    상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치 내의 상기 수지의 상기 메니스커스까지 사이의 어느 한 위치에서 상기 헬륨 가스를 도입하고,
    상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치 내의 상기 수지의 상기 메니스커스까지 사이, 및 상기 헬륨 가스의 도입 부분의 하방측 어느 한 위치에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 장치와 상기 코팅 장치를 연결 부재를 사용하여 접속하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 헬륨 가스의 유량 및 상기 탄산 가스의 유량을, 상기 냉각 장치의 상단에서의 상기 헬륨 가스와 상기 탄산 가스와의 혼합 가스의 온도 및 상기 헬륨 가스를 도입하는 도입구에서의 상기 혼합 가스의 온도에 기초하여 조정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각 장치의 상단에서의 상기 혼합 가스의 온도를 Tgas라고 하고, 상기 도입구에서의 상기 혼합 가스의 온도를 tgas라고 했을 때 이하의 관계식을 충족하는
    것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
    [tgas×2(℃)]≤Tgas(℃)≤[tgas×4(℃)]
  6. 제2항에 있어서,
    상기 헬륨 가스를 도입하는 위치보다도 하방측에 상기 탄산 가스로 채워진 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 헬륨 가스를 도입하는 위치와 상기 탄산 가스를 도입하는 위치 사이를 가로막는 칸막이를 설치하고 상기 칸막이의 중심부에 설치된 직경 1 내지 5㎜의 구멍에 광섬유 나선을 통과시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 장치의 하부에서 상기 헬륨 가스를 도입하고,
    상기 연결 부재에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 연결 부재에서 상기 헬륨 가스를 도입하고,
    상기 코팅 장치에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코팅 장치의 상부에서 상기 탄산 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 가스로서 헬륨 가스와 탄산 가스를 사용하고,
    상기 헬륨 가스와 상기 탄산 가스를 혼합한 후 상기 냉각 장치의 하부에서 상기 코팅 장치 상부까지의 사이 중 어느 한 위치에서 혼합 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 장치의 내벽의 표면적을 사전에 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 소선의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 광섬유 소선.
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