JPH04228448A - ガラスファイバの冷却方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炉内の溶融ガラスプリフ
ォ−ムから線引された熱いガラスファイバまたはフィラ
メントを冷却するための方法および装置に関する。ガラ
スファイバは光導波路または光ファイバとして用いられ
ることが多い。

【０００２】ガラスプリフォ−ムから線引によってファ
イバまたはフィラメントが作成され、そしてそれの強度
を維持するために保護材料をコ−ティングされる。ガラ
スファイバをコ−ティングするのに先立って、そのファ
イバを単に周囲温度に露呈するだけでそれを冷却させる
場合とは異なり、比較的高い速度での製作を実現するた
めにはそのガラスファイバを急冷却する必要がある。

【０００３】

【従来技術】従来、熱いガラスファイバを急冷却するた
めの方法および装置は例えば米国特許第４５９４０８８
号、同第４２０８２００号および日本国特許出願公報第
６３−１５９２３９号に開示されているように、熱いガ
ラスファイバを急冷却させる方法および装置は公知であ
る。光ファイバとして使用されることを意図された熱い
ガラスファイバを急冷却させる従来の方法では通常、フ
ァイバがそれを通じて垂直方向に連続的に線引される液
体ク−ラント剤浴を用い、その液体ク−ラント浴でファ
イバを急冷却させてそのファイバの温度を低下させるよ
うにしている。ファイバは、その液体冷却装置を通過し
た後、ガス中を通してさらに処理され、それによってそ
のファイバ上に残留する可能性のある液体をその液体ク
−ラント浴から蒸発させうる。

【０００４】　しかしながら、このような従来の技術お
よび装置は、装置が幾分複雑であるために、商業上完全
な成功を収めていない。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】本発明によれば、フ
ァイバに保護コ−ティングを施すというような爾後の処
理の前に熱いガラスファイバまたはフィラメントを迅速
に冷却させるために液体ク−ラントを使用することがで
きる方法および装置が提供される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この装置は液体ク−ラン
トの円筒環状体を支持するための容器を具備しており、
この容器は上下両端部に開口を有している。この容器の
下端部開口は垂直方向に進行するガラスファイバから離
れるように下方向および横方向に傾斜した流れ面と連通
する。この容器にはク−ラント液体が連続的に供給され
る。その液体は表面張力によって上記容器の下端部また
は出口開口から上記流れ面上に流れ、その面を濡らす。 流れ面の下端部は液体をそれを捕集する手段に向けて送
るようになされている。このような構成となされている
ため、熱いガラスファイバは、ク−ラント液体がそれに
付着するのを防止するためのワイピングシ−ル等を必要
とすることなしに、上端部開口から容器に入り、その容
器中を垂直方向に進み、そして下端部開口から出る。

【０００７】流れ面は縦断面にストレ−トなまたは屈曲
した辺を有する倒置した切頭漏斗状をなしていてもよく
、あるいは垂直方向に進行するガラスファイバが容器か
ら出る際にそのガラスファイバから離れる方向に屈曲し
た縦割チュ−ブ状であってもよい。

【０００８】液体のファイバからの方向転換により、フ
ァイバがその液で濡らされるのが防止されるので、その
ファイバのまわりにベ−パバリア（ｖａｐｏｒｂａｒｒ
ｉｅｒ）を維持することによって助長される。従って、
ファイバはベ−パバリアを支持するために必要とされる
臨界温度以下の温度の冷たい液体によって冷却されない
ことが好ましい。

【０００９】本発明の方法および装置はファイバに保護
コ−ティングを施す前にそのファイバをさらに冷やすた
めに従来のガス冷却装置とともに用いることができる。

【００１０】

【実施例】図１を参照すると、数字１０は本発明の装置
を全体として示しており、この装置は垂直方向に延長し
た容器またはチュ−ブ１２を具備しており、そしてこの
容器１２はそれと一体でも別体でもよい上部フランジ１
４を有している。このフランジ１４には環状チャンネル
１８で終端した流体取入れ管１６が設けられており、半
径方向に最外側の第２のチャンネル２０が導管２２と連
通している。２４はフランジ１４の外に広がった円錐壁
部分を示している。数字３２は容器１２の下端部におけ
る開口を示している。第２のフランジ３４（これも容器
１２と一体でも別体でもよい）が容器１２の下端部に設
けられており、このフランジ３４は全体として転倒した
漏斗状をした環状流れ面３６を有している。この流れ面
３６における全体として垂直方向に延長したスロット４
４は開口３２から流れ面３６の下方部分まで延長してい
る。この構造は流れ面３６とチュ−ブまたは容器１２と
の間に形成される限定された角度に対して作用する。そ
の角度が大きい場合には、流体の流れは流れ面３６に付
着しない。この面３６は軸対称（スロット４４がなけれ
ば）であるから、容器１２から流出する流体は場所的に
不安定であることが多く、面３６のまわりの位置間で変
動することがありうる。この変動または振動が速くなり
すぎると、流体の流れが面３６から離れてファイバ４２
に沿って流れるようになる。スロット４４の存在がこの
不安定性を克服しかつ流体を面３６の１つの領域に限定
し、それによって流体を安定化させるとともにスロット
に沿って限定する。面３６の下端部は液体収集室として
機能する環状チャンバ３８と連通している。パイプまた
はチュ−ブ４０はチャンバ３８のドレインとして作用す
る。

【００１１】垂直方向に走るガラスファイバが４２で概
略的に示されており、この４２はファイバの仮想の垂直
軸線と一致している。

【００１２】ガス冷却チャンバ４６が概略的に示されて
おり、これは熱いガラスファイバを冷却するための従来
の形式の任意の装置であってもよい。ファイバコ−ティ
ング装置４８も概略的に示されており、この種の任意の
従来装置が適している。これらのガス冷却４６とファイ
バコ−ティング装置４８の詳細は本発明の一部分を構成
するものではないことが理解されるであろう。

【００１３】図１の装置／方法の動作は下記の通りであ
る。ガラス炉から線引される熱いガラスファイバ４２が
容器１２の開口３０および３２を通じて垂直方向に通さ
れる。垂直方向の軸線に沿って開口３０と３２の間には
障害物は存在しない。液体ク−ラント２５が導管１６を
通じて装置の上方部分に供給されそして第１の環状チャ
ンネル１８中に供給され、そしてその環状チャンネル１
８からオ−バ−フロ−したク−ラントは円錐壁２４の領
域内に流入する。余分な液体は外側の環状チャンバ内に
零れて導管２２を通じて放出される。この実施例では、
ファイバ４２がク−ラント液体に入る点と下方の開口３
２との間のク−ラント２５の垂直方向の量は一定である
。ク−ラント２５は容器１２を通って流れ面３６上に一
定して流れ、この場合、液体の表面流れが２５’で示さ
れている。液体２５’はチャンバ３８内に集り、導管４
０から放出される。

【００１４】ガラスファイバは２０００℃もの高い温度
で線引される。ファイバが液体ク−ラントに入る時のフ
ァイバの温度は約１７００℃でありうる。従って、ファ
イバが液体ク−ラント２５中を移行し始めるとファイバ
のまわりにベ−パバリアまたはジャケットができる。こ
のベ−パバリア（ｖａｐｏｒ　ｂａｒｒｉｅｒ）はファ
イバが液体ク−ラント中を完全に移行するあいだそのフ
ァイバのまわりにとどまっていることが好ましい。なぜ
なら、そのベ−パバリアの存在が傾斜した流れ面３６の
方への液体の転換を改善するからである。ファイバが液
体で濡れると、より大きい液体転換力が必要となる。従
って、液体柱の長さはファイバの温度が常にベ−パバリ
アを維持するのに充分なだけ高くなるのに充分なだけ短
いことが好ましい。この柱の長さはベ−パバリアを維持
するのに必要なほぼ最低温度まで冷却するのに充分な長
さであることが好ましい。その温度のことをここでは臨
界温度と呼ぶ。柱の長さを決定する他の要因は液体に入
る時のファイバの温度である。この温度は線引温度、線
引速度、およびファイバ線引炉と液体クラ−ント柱の間
の距離に依存する。

【００１５】水のような液体が用いられた場合にファイ
バが液体２５中を通る時にそのファイバのまわりにベ−
パバリアを維持するための他の理由がある。ファイバが
コ−タに入る時にそのファイバに隨伴する水はウレタン
・アクリレ−トのコ−ティング材料に悪影響を及ぼす。 アルコ−ルのような他の液体はファイバがその液体から
出て来る前にファイバの接触してそれを濡らすことにな
りうる。すなわちファイバ上に残留したアルコ−ルはフ
ァイバがコ−タに到達する時点より先に蒸発しうる。あ
る種の他の液体はコ−ティング材料に悪影響を及ぼさな
い。

【００１６】他の要因はファイバが液体と接触した時に
受ける熱的衝撃の程度である。三種類の液体ク−ラント
の臨界温度を表１に示す。

【表１】

【００１７】ベ−パバリアを維持しそれによって液体が
ファイバに接触するのを防止するためには、ガラスファ
イバから放出される最小熱流束が液体ク−ラントの定常
膜沸騰を維持するために必要な最小熱流束より大きくな
ければならない。

【００１８】水は価格が安いから望ましいク−ラントで
ある。水がファイバに接触しないようにするためには、
ファイバ温度は少なくとも６００℃でなければならない
。 水がファイバに接触すると、ファイバ温度は約６００℃
から水の沸点である１００℃以下まで直ちに低下する。 その結果生ずる熱衝撃はファイバの破断を生じさせるの
に充分である。従って、水から出る時のファイバの温度
は６００℃より幾分高いことが好ましい。ファイバをさ
らに冷却してコ−ティング材料に悪影響を及ぼさないよ
うにするために、ファイバはガス冷却装置中を通される
。ファイバがコ−タに入る時に、最高ファイバ温度はコ
−ティング材料温度とほぼ等しいことが好ましい。紫外
線硬化性のウレタン・アクリレ−トのコ−ティング材料
は６０℃でファイバに供給され得る。

【００１９】１，１，２　トリクロロ　１，２，２　ト
リフルオロエタンとして知られている冷媒１１３はファ
イバに接触したとしても、ファイバに与える衝撃ははる
かに小さいことが表１から判る。使用される特定のコ−
ティング材料のような要因によっては、このようんク−
ラントを用いたファイバク−ラは付加的なガスク−ラを
おそらく必要としないであろう。

【００２０】図２を参照すると、修正例が示されており
、この図では対応する要素（装置の下方の部分の）はダ
ッシを付け示されている。図１と図２の構造上の大きな
差は図２では容器１２’の下端部が板５０を担持してい
る点である。この板には中央に配置された通路５２が設
けられており、この通路は長手方向の軸線５４を有して
いる。軸線５４は垂直軸線４２と鋭角をなしており、垂
直軸線４２は熱いファラスファイバと一致していること
が判るであろう。この実施例では、通路５２は容器の下
方開口である。この場合にも切頭倒置漏斗またはコ−ン
の形をした角度的に連続した面３６’が領域５６におい
て板５０の下方部分に当っている。５６における壁３６
’の最上位部分と通路５２最下位周辺との間に半径方向
の間隙が存在していてもよい。通路５２はファイバ４２
の軸線から面３６’のスロット４４’に向う液体の方向
を変更する慣性力を液体２５’に与える。液体はスロッ
ト４４’に沿っておよびその中で安定化された流れとし
て流動する。

【００２１】図２の修正の一例では、容器１２’は長さ
が約６インチ、内径が１／２インチの透明なチュ−ブで
あった。板５０は１／８インチの厚さで、通路５２は直
径が０．７７インチであった。通路の軸線５４とファイ
バの軸線４２’との間の角度Ａは３０度であった。スロ
ット４４’の横断面寸法は幅が１／８インチ、深さが１
／１６インチであった。板５０を使用することよって、
したたりのない始動および停止、最も適度の流量を確保
し、所望の液体柱の長さと、通路５２の縁端とガラスフ
ァイバ４２’との間に０．０８インチの最少距離を維持
する。

【００２２】図３を参照すると、図１の実施例と共通の
要素はダッシを付けて示されており、一方、共通でない
要素は異なる参照番号で示されている。補助通路１７は
１６’から２５’に供給する。垂直方向に延長した透明
な容器またはチュ−ブ１２’にはそれの上方部分にクッ
ション６２が設けられており、このクッションは容器の
上方開口３０’の下方部分のまわりに位置決めされてい
る。チュ−ブ１２’の上端部の外表面のまわりにはＯリ
ング６０が設けられている。チュ−ブ１２’の下端部に
も同様のクッションとＯリングが設けられている。チュ
−ブ１２’は図１の容器１２と同じ態様で機能する。上
方のフランジ部材１４’を下方のフランジ部材３４’か
ら離間させるために、角度的に変位された複数のねじロ
ッド６４のうちの任意の１本を用いてもよい。雄コネク
タ６８が部材３４’の上方部分に螺入され、それの下方
部分３２’は図１の容器］の下方開口３２に対応してい
る。長手方向にスリットを付けられたチュ−ブ７２は屈
曲されており、かつそれは図４にも示されてように、長
手方向でかつ屈曲した軸線を有している。チュ−ブ７２
の最上位部分はコネクタ６８によってクランプされてお
り、その作用は液体ク−ラントが装置の上方部分からチ
ュ−ブ１２’を通り、そしてコネクタ６８を通って、こ
のコネクタ内の下方容器開口３２’から出るようになさ
れている。この点で、表面張力がチュ−ブ７２の凹んだ
内表面に液体を付着させ、かつこのチュ−ブ７２が装置
の垂直軸線（ガラスファイバ４２’と合致している）か
ら離れる方向に曲げられているから、液体ク−ラントが
収集チャンバ３８’に入り、導管４０’を通じて放出さ
れる。図３に示された要素の典型的な寸法は次の通りで
ある。チュ−ブ７２は０．１７インチの内径を有してお
り、かつそれの下端部における正接角度はファイバ４２
’の軸線から約４０〜４５度の間である。チュ−ブ７２
はコネクタ６８から約２インチだけ下方に延長している
。チュ−ブ１２’に対しては３インチと１２インチの間
の種々の長さが用いられ、それの内径は０．７５インチ
であり、そして外径は１インチであった。長さが長けれ
ば液体通路長の範囲が大きくなるから好ましい。

【００２３】図３の透明なチュ−ブ１２’を用いるとこ
のチュ−ブ１２’内の液体レベルの高さを調整すること
ができる。その液体レベルは肉眼で観察することができ
るか、あるいは液体レベルセンサおよびフォトダイオ−
ドアレイのような光学系によって測定することができる
。開口１６’内への液体の流量はその光学系の要件に応
じて液体レベルを所定の高さ２７に維持するように調整
され得る。その光学系の要件は使用される液体の種類と
、ファイバが線引される速度に対して変化しうる。また
その速度はファイバが液体に入る時点でのそのファイバ
の温度を決定する。液体の高さ２７が初期線引速度に対
する特定のレベルに最初に維持される場合には、線引速
度が上昇すると液体レベルの高さが増大することになり
うる。自動調整のためのシステムが概略的に示されてお
り、このシステムは光源９４と、フォトダイオ−ドアレ
イ９６と、制御回路９８と、弁１００、とこの弁で調整
されるク−ラント液体供給源１０２を具備している。 自動制御のためのシステムは従来の構造および構成を有
するものであるから、それについての詳細な説明は省略
する。液体レベル２７は連続的にまたは間欠的に測定さ
れうる。

【００２４】他の実施例が図５に示されており、図１お
よび図３におけるものと類似した要素はダッシをつけた
参照番号で示されている。チュ−ブ１２’より上の装置
の部分は図３と同一であるから図示されていない。下方
のフランジ部材８０には円錐状の空洞８２が設けられて
おり、それの軸線８４はファイバ４２’に対して偏位さ
れている。空洞８２は環状の流れ面８６によって画成さ
れている。部材８０内には円筒状の通路８８が軸線方向
に形成されており、それは円錐状空洞８２の頂点９０の
下方で面８６と交差している。通路８８が交差している
面８６の部分に沿ってスロット４４’が形成されている
。

【００２５】特定の実施例では、面８６が円錐状空洞８
２の軸線８４に対して２０度の角度をなしている。円錐
状空洞８２の高さは３．０インチであった。部材８０の
全体の高さは３．７５インチであり、チュ−ブ受容肩部
９２は部材８０の上面より下で９／１６インチであった
。通路８８の直径は０．１２５インチであり、そしてこ
の通路８８の軸線は軸線８４から０．２５０インチだけ
変位していた。スロット４４’の横断面寸法は幅が１／
８インチそして深さが１／１６インチであった。

【００２６】図５のク−ラの動作時に、流体がチュ−ブ
１２’と通路８８を通って流れ、その通路内でスロット
４４’と接触する。表面張力がその流体を面８６に付着
させ、面８６に対する通路８６の偏心位置決めが面８６
のそれの側に流体を閉じ込めるようにする。スロット４
４’の存在が面８６上の垂直通路内の流体の流れをさら
に安定化する。

【００２７】上述の装置および方法では、ガラスファイ
バは下方に進行する。しかし、ファイバが下方からク−
ラントに入りそして容器の上方開口から出るようにして
もよい。Ｓらに、流れ面３６、３６’および８６は屈曲
した環状の者として図示されたが、単一の平坦な壁のよ
うに平坦なものであってもよく、３６０度の角度的な広
がりを有するもの（図１、２および５）である必要はな
く、また１８０度の角度的広がりを有するもの（図３）
である必要もない。同様に、上方および下方の容器開口
は円形でも矩形でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による装置および方法を示す縦
断面図である。

【図２】本発明のそれの修正例を示す図１と同様の縦断
面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】図３の装置の一部分を示す斜視図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０　　　　本発明の装置 １２　　　　容器またはチュ−ブ １４　　　　上部フランジ １６　　　　流体取入れ管 １８　　　　環状チャンネル ２０　　　　チャンネル ２２　　　　導管 ２５　　　　ク−ラント ３２　　　　開口 ３４　　　　フランジ ３６　　　　流れ面 ３８　　　　環状チャンバ ４２　　　　ガラスファイバ ４６　　　　ガス冷却チャンバ ４８　　　　ファイバコ−ティング装置５０　　　　板 ５２　　　　通路 ５４　　　　軸線 ６８　　　　コネクタ ７２　　　　チュ−ブ １２’　　　　チュ−ブ ８０　　　　フランジ部材 ８２　　　　空洞 ８６　　　　流れ面 ８８　　　　通路 ８４　　　　軸線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直方向に連続的に進行する熱いガラスフ
   ァイバを液体で冷却する装置において、上端部と下端部
   に開口を有する容器を具備し、この容器は前記上端部お
   よび下端部開口を通る垂直軸線を有しており、前記容器
   は前記下端部及び上端部開口間で前記軸線に沿って妨害
   されておらず、前記容器の底には前記液体の流れを垂直
   方向からある角度だけ転向させる手段が設けられている
   ガラスファイバの冷却装置。
2. 【請求項２】前記手段は前記下端部開口の近傍における
   領域から延長しかつその領域から下方に延長しそして前
   記垂直軸線から離れる方向に傾斜している流れ面を具備
   している請求項１の装置。
3. 【請求項３】前記流れ面が屈曲している請求項２の装置
   。
4. 【請求項４】前記流れ面の最上位部分が前記容器の下端
   部開口において前記容器の下方部分とスム−ズに合体し
   ている請求項２の装置。
5. 【請求項５】前記流れ面が転倒した円錐漏斗状をなして
   おり、それの最下位部分に液体を集める手段が設けられ
   ている請求項２の装置。
6. 【請求項６】前記容器の下端部に通路を有する板が設け
   られており、この通路は長手方向の軸線を有しており、
   前記板の通路は前記容器の下端部開口を画成しており、
   前記垂直軸線が前記通路を通り、前記通路の長手方向軸
   線は前記垂直軸線と鋭角をなして交差しており、前記流
   れ面の最上位部分は前記板の通路の近傍で前記板に遭遇
   している請求項２の装置。
7. 【請求項７】前記流れ面は長手方向にスリットをつけら
   れたチュ−ブの一部分であり、このチュ−ブは前記容器
   の垂直軸線と一致しておりそしてそれから離れる方向に
   曲っている長手方向の軸線を有している請求項２の装置
   。
8. 【請求項８】前記流れ面は、上端部が前記容器の下端部
   開口の近傍にあるスロットを有している請求項２の装置
   。
9. 【請求項９】垂直に配置された通路が前記スロットの上
   端部から前記容器まで延長している請求項８の装置。
10. 【請求項１０】垂直方向に進行する熱いガラスファイバ
    を冷却する方法において、垂直方向に配置された熱いガ
    ラスファイバを、そのファイバより低い温度を有するク
    ラ−ント液体の垂直方向に配置された柱の入った容器中
    を連続的に通し、そして前記垂直方向に進行するガラス
    ファイバから離れる方向に前記液体を前記容器の下端部
    から下方向および横方向に放出させることによってその
    液体連続的に前記容器の下端部から放出させることより
    なるガラスファイバの冷却方法。
11. 【請求項１１】前記ク−ラント液体の温度に対する熱い
    ガラスファイバの温度は、その液体の沸騰によるベ−パ
    バリアが前記熱いガラスファイバをそれの前記液体中に
    浸漬された長さ全体にわたって包囲し、それによって前
    記液体が前記容器の端部から外に出る時に前記液体ク−
    ラントの流れの方向を横方向に変更するのを助長するよ
    うになされている請求項１０の方法。
12. 【請求項１２】前記ガラスファイバが前記ク−ラント液
    から出る時点において前記ベ−パバリアを維持できるほ
    ぼ最低温度なでファイバの温度が低下するようなレベル
    に前記柱の高さを維持する工程を含む請求項１１の方法
    。