JPH01138148A - 光フアイバを冷却する方法及び冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ファイバの製造に関する。

発明の背景 光７アイパは、情報伝送容量が大きいこと、外部の干渉
に対する抵抗力が大きいことなどの点で在来の電線伝送
手段を上回る利点を有しているので、情報伝送の手段と
して光ファイバの使用が一層普及してきている。特に光
ファイバの使用が増大している分野は、電気通信、コン
ピュータ・リンク及びデータベースアクセス等の分野で
ある。

光ファイバは、予備処理された又は予備成形されたガラ
スロッド又はクォーツロッドをその軟化点（一般に、１
６００℃を越える）にまで加熱し、該ロッドから細いス
トランドを引抜き成形し、該ストランドを冷却させるこ
とによって製造される。

光ファイバの純度は、その高伝送容量という利点を得る
上で極めて重要である。重大な不純物源の１つは、引抜
き成形されるファイバに不［Ｊを与える可能性のある周
囲空気である。この問題を軽減するために、当該技術分
野では、新しく引抜き成形された光ファイバに、空気中
の不純物による汚染を防止するボリマー：−チングのよ
うなバリヤー（遮断層）を被びすることが行われている
。

光ファイバのもう１つの問題点は、主として径が極めて
小さいことによる構造的強度の欠如である。光ファイバ
に応力基因障害が生じると、その情報伝送容量に著しい
減少をもたらすおそれがある。幸いに、上述したバリヤ
ーコーチングは、又、光ファイバの構造的支持体の役割
をも果す。

先に述べたように、引抜き成形される際の光ファイバの
温度は少くとも約１６００℃であるが、バリヤーフーチ
ングを被覆する際は光ファイバの温度は約９０℃より低
くしなければならない。なぜなら、９０℃より高い温度
では被覆工程の際液状フーチングのメニスカスが崩壊し
、その結果コーチングの厚みが不均一になり、得られる
コーチングの効果が劣る可能性があるからである。

光７アイパを冷却する１つの方法は、原ロンドからコー
チング被覆部署にまで長い距離に亘つてファイバを引抜
くことである。しかしながら、この方法は、時間がかか
ること、貴重な生産スペースを古史すること、光ファイ
バを長い距離に亘って汚染源（周囲空気）に露呈し光フ
ァイバに応力をかげるという点で不利である。

光ファイバを冷却するもう１つの方法は、それを極低温
ガスに通すことである。しかし、極低温ガスはその熱容
量が比較的小さいので、やはり冷却速度がそれほど速く
なく、従って比較的長い時間を要するとともに、光ファ
イバをコーチング被覆のための適正温度にまで冷却する
のに多量の極低温ガスを必要とする。

光ファイバを冷却するための更に別の方法は、光ファイ
バを液体急冷材に接触させて通すことである。この方法
は、冷却所要時間を大部に減少させるが、液体急冷材が
光ファイバに機械的（物理的）な干渉をする（液体急冷
材が光ファイバに接触することによりファイバに応力を
及ぼす）をいう欠点があり、光ファイバの構造的完全性
を損うことになる。これは、液体急冷材の密度が高く、
光ファイバのそれに近い場合があるからである。

しかし、この問題は、極低温ガスを冷却材として使用し
た場合には生じない。なぜなら極低温ガスは密度が低い
からである。

従って、光ファイバをその構造的完全性を実質的に損う
ことなく急激に冷却することができる方法及び装置を提
供することが望ましい。

本発明の目的は、冷却材として極低温ガスを使用するこ
とにより光ファイバを急激に冷却するための方法及び装
置を提供することである。

発明の概要 本発明は、上記及びその他の目的を達成するために、本
発明は、 光ファイバ冷却器であって、 （ａ）一定の軸線方向の長さを有し、入口端及び出口端
を備え、極低温ガスを実質的に対称的に通すための手段
を有し、軸線方向の長手に沿って平坦な黒表面を有し、
該入口端及び出口端の各々を横切って延設されており、
光ファイバを通すのに十分な大きさを有するオリアイス
を有する中央囲い体と、 （ｂ）前記中央囲い体から離層して設けられ、該囲い体
の細線方回に沿って前記出口端から人口端の手前まで延
設された断熱外側囲い体と、（ｃ）極低温ガス源に接続
されており、前記断熱外側囲い体を貫通し、前記中央囲
い体と断熱外側囲い体との間の空間に該出口端に近いと
ころで流体連通した極低温ガス供給導管と、 から成る冷却器を提供する。

本発明は、又、 光７アイパを約１０００℃以上の温度から約９０℃未満
の温度にまで急激に冷却するための方法であって、 （ａ）極低温ガスを実質的に対称的にａ１１線方向の長
手に亘って通すための手段を有し、軸線方向の長手に沿
って平坦な内側黒表面を有する囲い体内へ約１０００℃
以上の温度の光ファイバを引扱き、（ｂ）該光ファイバ
を前記囲い体の長手を通して通過させ、 （ｅ）極低温ガスを前記囲い体の長手に亘って実質的に
対称的に通して該囲い体内へ導入して該囲い体を冷却し
、 （ｄ）前記光７アイパが前記匡い体の実質的に全長を通
って通過する間該光ファイバを該囲い体内のガスに接触
させ、 （、）前記光ファイバを前記囲い体から約９０℃未満の
ｉ度で引き取ることから成る冷却方法を提供する。

ここで言う「光７アイパ」とは、光波伝送に使用される
、低損失、高伝送容量で、寸法形状が精密で、高強度の
ファイバを意味する。

「平坦な黒表面」とは、はぼ完全な熱吸収体である表面
、即ち黒体を言う。「黒体」と言う用語は、周知であり
、入射エネルギーをすべて吸収する表面を表わすのに用
いられている。

「極低温ガス」とは、約−４０℃、より低い温度を有す
るガスを意味する。

以下に、第１図を参照して本発明の方法及び装置を説明
する。

光ファイバ１１は、約１０００℃の温度で入口端１４の
入口制限プレイド８に設けられたオリフィス１２を通し
て中央囲い体１３へ引抜かれる。光ファイバは、少なく
とも軟化点（一般に１６００℃）にまで加熱されたガラ
ス又はクォーツのロッドから引抜き成形される。光ファ
イバは、中央囲い体に進入した時点では、一般に、約０
０１０　ｉｎ。

（α２５４ｍ１諷）、通常、約（Ｌ０５ｉｎ、（α１２
７１１１Ｋ）直径を有する。冷却器の中央囲い体１３内
へ引抜かれたときの光ファイバの温度は、その軟化点よ
り多少低く、一般に、約１０００℃である。

中央囲い体１３は、入口１４から出口１５までの軸方向
の長さを有し、任意の有効な寸法形状を有するものとす
ることができる。好ましくは、該囲い体は、円筒体、即
ち、パイプであることが好ましい。囲い体１３には、そ
の全長に亘って極低温ガスを実質的に対称的に通すため
の手段を設ける。添付図の実施例では、そのような手段
は複数の穿孔２である。これらの穿孔は、穴、スロット
等の任意の有効な断面形状とすることができる。

極低温ガスを通すための他の手段としては、多孔質の焼
結金属の気孔を用いることができる。いずれにしても、
そのような手段は、ファイバの均一な冷却を確保し、冷
却器内を通るファイバを一側へ押しやるのを回避するた
めに、極低温ガスを囲い体１３の壁を貫通して実質的に
対称的に通すことができることが肝要である。冷却中の
光ファイバに不均一な冷却や、不均一な圧力が加えられ
ることは、光ファイバにとって有害である。

又、中央囲い体１３の内側表面１は、平坦な黒表面とす
る。平坦な黒表面を得る方法は、任意の有効な方法であ
ってよいが、１つの好ましい方法は、囲い体１３の内側
表面を硫黄凝結物又は硫化ナトリウムの溶液で化学的に
処理することである。

中央囲い体１５から離隔して、それと同心的に、そのほ
ぼ出口端から入口端手前まで延長する断熱外側囲い体１
６が設けられている。外側囲い体１６と中央囲い体１３
との間の間＠３は、後述する極低温ガス充気室を構成す
る。外側囲い体１６は、その全長に亘って断熱材６によ
って断熱されている。断熱材は、ポリウレタンフォーム
、ざリスチレン７オーム、低密度パーライト粉末等の任
意の有効な断熱材であってよい。好ましい断熱材は、ポ
リウレタンフォームである０ 外側囲い体の出口端１５に近い部位で充気室３と流体連
通するように外側囲い体１６を貫通して極低温ガス供給
導管４が接続されている。供給導管４は、極低温流体源
（極低温ガス又は極低温液体）に接続されている。供給
源は、暖いガスと混合されて冷いガス流を発生する極低
温液体を貯留することができるタンク又はその他の容器
であることが好ましい。

光ファイバに悪い影響を及ぼさないものであれば、任意
の極低温ガスを本発明に使用することができる。例えば
、窒素、ヘリウム、アルゴン、水素等が使用できるが、
窒素は比較的安価であるため好適である。

作動において、光ファイバ１１を中央囲い体１３を通し
て引抜きながら、極低温流体を導管４を通して充気室３
内へ導入する。光ファイバから中央囲い体１３の内側表
面１へ熱が放射される。内側表面１は、平坦な黒表面で
あるためこの放射熱のほとんど全部を吸収する。３言す
れば、この放射熱は、光ファイバへ反射して戻されるこ
とはほとんどない。そして、−１黄銅、アルミニウム、
ステンレス！などの熱伝導性材料で作られている中央囲
い体１３の壁がこの放射熱によって加熱される。

充気室３へ供給された極低温ガスは、中央囲い体の歌に
衝突し、それによって該壁を冷却して放射熱勾配を維持
し、光ファイバへ度射し戻される熱を更に減少させる。

次いで、充気室３内の極低温ガスは、複数の対称的に配
置された穿孔２を通り抜け、中央囲い体１３内を軸方向
に通されている光ファイバ１１に半径方向に低速度で接
触する。

それによって、光ファイバの熱は更に極低温ガスに直接
移される。

図に示されるように、中央囲い体１３は断熱外側囲い体
１６を貫通して突出しており、その突出部分Ｚ内で極低
温ガスは加熱され膨張してこの光ファイバ冷却器から突
出部分７の壁の穿孔を通って外部へ流出する。これによ
り冷却器の入口部分の急激な冷却を行うとともに、す［
抜かれる光ファイバの移動方向に対し向流関係をなして
流れる極低温ガス流を設定する。この向流ガス流は、光
ファイバから対流により熱を奪う。

叙上のように、光７アイパは、光ファイバ冷却器を通る
間中終始急激な熱損失を受ける。即ち、光ファイバは、
最初に、即ち非常な高温であるときには、光ファイバの
移動方向でみて下流の光ファイバとの熱交換によっであ
る程度暖められているが、まだ光ファイバの温度よりは
相当に低い温度にある比較的暖い極低温ガスに接触する
。そして光ファイバは、冷却器内を軸線方向に通り、漸
次冷却されていくにつれて、より低い温度の極低温ガス
に遭遇するので、極めて高い熱伝達率を維持する。又、
光ファイバは、冷却器内を軸線方向に通過する間に３つ
のすべての伝熱モード、即ち、放射、伝導及び対流を通
して連続的に、効果的に熱を奪われる。

その結果、光ファイバは、中央囲い体即ち導出管１３の
出口端の制限板５のオリフィス１７を通過する時点では
、約９０℃未満、通常約８０℃未満の温度となつ゛てお
り、ホ゛リマー又はその他のコーチング材をファイバに
良好に被ヨするのに好適な状態となっている。コーチン
グは、紫外線などの任意の有効な手段によって砒化させ
ることができる。

本発明の光ファイバ冷却器の最適な軸方向の長さは、冷
却すべき光ファイバの種類、使用する極低温流体の種類
、この冷却器の上流側及び下流側での光ファイバ製造工
程の速度等の因子に応じて決められる。−船釣にいえば
、中央囲い体１３の長さは、３〜１０ｆｔ、（９１〜３
０４α）、好ましくは約３〜６　ｆｔ、　　（９１−１
８３３）の範囲となろう。光ファイバを冷却器の全長を
通して通過させる所要時間も、上記諸刃子に応じて決め
られるが、一般には通過所要時間は約０．１〜２．０秒
、好ましくは約０５〜ｔｏ秒の範囲である。

以上の説明から明らかなように、本発明の方法及び装匠
を使用することによって、光ファイバをそれがロッドか
ら引抜かれたばかりのときの非常な高温から光ファイバ
の外表面へのコーチング被覆作業に適する低温にまで迅
速に冷却することができ、しかも、光ファイバを、それ
に損傷を与えるおそれのあるような密度を有する冷却媒
体に接触させる必要性を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図は、本発明の方法を実施するのに用いることがで
きる本発明の光ファイバ冷却器の好ましい実施例の断面
図である。 １：平坦な内側黒表面 ２：穿孔 ３：充気室（空間） ４：供給導管 ５．８：制限プレイド １２．１７：オリフィス １３：中央囲い体 １４：入口端 １５：出口端 １６：断熱外側囲い体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光ファイバ冷却器であって、 （ａ）一定の軸線方向の長さを有し、入口端及び出口端
   を備え、極低温ガスを実質的に対称的に通すための手段
   を有し、軸線方向の長手に沿つて平坦な黒表面を有し、
   該入口端及び出口端の各々を横切って延設されており、
   光ファイバを通すのに十分な大きさを有するオリフィス
   を有する中央囲い体と、 （ｂ）前記中央囲い体から離隔して設けられ、該囲い体
   の軸線方向に沿って前記出口端から入口端の手前まで延
   設された断熱外側囲い体と、（ｃ）極低温ガス源に接続
   されており、前記断熱外側囲い体を貫通し、前記中央囲
   い体と断熱外側囲い体との間の空間に該出口端に近いと
   ころで流体連通した極低温ガス供給導管と、 から成る冷却器。 ２）前記中央囲い体の軸線方向の長さは約３〜１０ｆｔ
   ．（９１〜３０４ｃｍ）の範囲である特許請求の範囲第
   １項記載の冷却器。 ３）前記中央囲い体は、円筒形である特許請求の範囲第
   １項記載の冷却器。 ４）前記中央囲い体は、銅、黄銅、アルミニュウム及び
   ステンレス鋼から成る群から選ばれた伝熱性材料で作ら
   れている特許請求の範囲第１項記載の冷却器。 ５）極低温ガスを通すための前記手段は、複数の穿孔か
   らなる特許請求の範囲第１項記載の冷却器６）前記穿孔
   は、穴である特許請求の範囲第５項記載の冷却器。 ７）前記穿孔は、スロットである特許請求の範囲第５項
   記載の冷却器。 ８）極低温ガスを通すための前記手段は、多孔質の焼結
   金属の気孔から成る特許請求の範囲第１項記載の冷却器
   。 ９）光ファイバを約１０００℃以上の温度から約９０℃
   未満の温度にまで急激に冷却するための方法であって、 （ａ）極低温ガスを実質的に対称的に軸線方向の長手に
   亙つて通すための手段を有し、軸線方向の長手に沿って
   平坦な内側黒表面を有する囲い体内へ１約１０００℃以
   上の温度の光ファイバを引抜き、 （ｂ）該光ファイバを前記囲い体の長手を通して通過さ
   せ、 （ｃ）極低温ガスを前記囲い体の長手に亙って実質的に
   対称的に通して該囲い体内へ導入して該囲い体を冷却し
   、 （ｄ）前記光ファイバが前記囲い体の実質的に全長を通
   って通過する間該光ファイバを該囲い体内のガスに接触
   させ、 （ｅ）前記光ファイバを前記囲い体から約９０℃未満の
   温度で引き取ることから成る冷却方法。 １０）前記光ファイバを前記囲い体の全長を通して約０
   ．１〜２．０秒内の時間で引抜くようににする特許請求
   の範囲第９項記載の冷却方法。 １１）前記極低温ガスとして窒素を使用する特許請求の
   範囲第９項記載の冷却方法。 １２）前記囲い体の外側表面を極低温ガスに接触させる
   工程を含む特許請求の範囲第９項記載の冷却方法。 １３）前記光ファイバはクオーツのロッドから引抜かれ
   前記囲い体へ通されるようにする特許請求の範囲第９項
   記載の冷却方法。 １４）前記極低温ガスを、光ファイバが該囲い体を通し
   て引抜かれる方向に対し向流関係をなして該囲い体内を
   通過させることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
   の冷却方法。 １５）前記極低温ガスを、前記光ファイバが前記囲い体
   内へ引抜かれる部位に近い位置で該囲い体から流出させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の冷却方
   法。 １６）前記光ファイバが前記囲い体から引取られた後該
   光ファイバに保護コーチングを被覆する工程を含む特許
   請求の範囲第９項記載の冷却方法。 １７）前記保護コーチングは、硬化可能なポリマー材コ
   ーチングである特許請求の範囲第１６項記載の冷却方法
   。 １８）前記硬化可能なポリマー材コーチングを紫外線放
   射によって硬化させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１７項記載の冷却方法。