JPS6172648A - 保護コーテイングを有する光フアイバの製造方法及びその装置 - 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】 本発明は、ファイバを線引き温度で加熱したプレフォー
ムの一端から線引きし、かかるファイバをガス充填冷却
装置に縦方向で導くことにより冷却し、この冷却したフ
ァイバをコーティング物質を被覆する装置に通すことよ
り成る合成樹脂のような保護物質のコーティングを有す
る光ファイバの製造方法に関するものである。

本発明はさらに本発明の方法を実施する装置に関するも
のである。

上記のような方法を実施する装置は、例えば、国際特許
用Ｒ（ＰＣＴ）公開第８３１０２２６８号より知られて
いる。上記出願明細書に開示された装置は主にファイバ
が通る多孔性管から成っており、窒素を管の全ての側部
の多孔性壁を介して管により囲まれた空隙へ導く。熱エ
ネルギーは流通するガスにより除かれる。使用するガス
、この場合は窒素１．１ の熱吸収力のみが使用される。この目的に対しては比較
的多量のガスが必要とされるため、ファイバが気流の影
響下で振動し始めないような方法でなくてはならない。

かかる目的のため多孔性管が使用される。

また上記型の方法を実施する装置はヨーロッパ特許出願
第００７９１８６号明細書から知られている。

この装置においては、ファイバの冷却はファイバに沿っ
て流されている冷却ヘリウムのみによるか又は主として
冷却ヘリウムにより実施される。ファイバを強制冷却す
ることで、自然冷却で可能なファイバ線引き速度より速
度が速くなる結果が得られる。プレフォームから線引き
した後、ファイバを強制冷却することにより冷却をせず
また合成樹脂を被覆する装置とプレフォームの間の距離
が充分に長くない場合には、ファイバが高線引き速度で
は、保護コーティングを被覆することができる温度にま
で自然冷却（放射など）により冷却するに充分な時間が
存在しない可能性がある。装置内で保護コーティング物
質とファイバが接触する際のファイバの温度が高すぎる
場合には、ファイバはコーティング物質により充分に濡
らされることなく、コーティング物質の熱分解を生じる
可能性がある。これは保護コーティングの質を低下させ
る結果となる。

ヨーロッパ特許出願００７９１８６号明細書による装置
にはファイバを線引き後直ちに導く管が含まれている。

冷却乾燥ヘリウムは流れの方向がファイバ上に放射状に
向かう成分およびファイバの移動方向と逆の成分を有す
る方法で管内を流れる。管には冷却ヘリウムが周囲の雰
囲気から熱をできるだけ吸収しないように断熱外被を有
し、その理由は熱吸収つまり冷却能力が減少するからで
ある。

特定例において（米国特許第４４３７８７０号明細書に
も開示されている）、ヘリウムはファイバを取り巻く全
面上の多孔性管を介してほば金管に亘って供給される。

かかる装置の多孔性管は二重壁管内に位置し、二重壁管
の内径が多孔性管の外径より大きい。冷却ヘリウムが多
孔性管及び二重壁管の内壁間の空隙に吹き込まれる。吹
き込まれたヘリウムは多孔性管を介してファイバが通過
する多孔性管の内側にある空隙へ拡散する。ヘリウムが
ファイバの方向に全面から流れるので、ファイバが振動
し始める危険性はない。冷却ヘリウムが周囲雰囲気から
熱を吸収しないように二重壁間の′壁間の空隙には液体
窒素が存在する。液体窒素は断熱材としてのみ作用する
。上記装置では熱ファイバより発生したいかなる熱エネ
ルギーも液体窒素中で消散されない。冷却媒質の熱吸収
能力（２容ｉｔ）のみが使用される。ファイバより消散
された熱エネルギーはヘリウムにより装置から排出せら
れる。

線引き速度を５ｍ／秒とし、充分に低い温度に達するた
め、直径１２．７１ｍの内管を有する装置を流れる３９
．９１　／分のヘリウムの流速が上記特許出願明細書中
に記載されており；このような高ガス速度ではファイバ
が冷却装置内で振動し始めないように注意が払われてい
たことは明らかであり、振動が起こるとその結果として
破損および非対称性合成樹脂クラッドが増加する可能性
が生じる。ヨーロッパ特許出願第００７９１８６号にお
ける装置に必要とされる高ガス速度により、かかる装置
の壁へのガスによる伝熱および雰囲気へのその壁による
伝熱は問題にならないことが推論される。

本発明の目的は、先に示した方法を実施する装置及び方
法を提供することにあり、この方法はガス消費量を減じ
従ってファイバの振動の可能性を減するものである。

かかる目的は強制冷却した壁への熱伝達によりファイバ
充分に冷却する方法で達成され、ガスを熱輸送媒質とし
て供給する。本発明の方法において、ファイバより消散
される熱エネルギーは上記壁が冷却される冷却液へ主と
して冷却壁を介して消散され；高熱輸送能力という点で
冷却液がこの目的に対して好ましい。本発明の方法にお
けるガス流量は比較的少量でよい。しかしながら少なく
ともガス流量は装置にファイバが出入りする装置中の孔
を介して周囲雰囲気が侵入するのを回避し且つ上記孔か
ら抜けるガス損失を補うのに充分でなければならない。

好ましくは、ガスをファイバの移動方向に対して相対的
に交流させて装置内に１′ 流す。ヘリウム及び／又は水素を本発明の方法における
熱輸送ガスとてして使用するのが有利であり、その理由
は熱輸送特性が他のガスと比して特に請いためである。

ヘリウムは安全性の面から好ましい。周囲雰囲気と接触
した場合爆発性又は可燃性ガス混合物を形成しない量の
水素を含むヘリウム−水素混合物もまた使用される。綿
引き速度が６ｍ／秒及びヘリウムの流速が６２／分にお
いて、本発明の方法を使用した場合冷却壁の冷却水でフ
ァイバ温度を６０℃まで減する効果があった。

ファイバが冷却装置に入る際のファイバ温度は約８００
℃であった。ヘリウムは冷却されておらず、中空管に入
った際の温度は約２０°Ｃであった。充分な安全装置が
適用される場合には純水素も使用することができる。

本発明の他の好適例の方法においては、冷却壁を周囲温
度以下の温度にまで冷却し、この温度において壁が周囲
温度である場合よりもファイバおよび壁間の温度勾配は
急である。これにより高速熱輸送を生じ、従って同じ線
引き速度では冷却装置の長さを短くし、または装置長が
同じ場合には線引き速度を増すことができる。本発明の
方法は付加的利点を示しすなわちガス状又は揮発性物質
を、ファイバ表面上に作用するヘリウムに添加すること
ができ、これにより合成樹脂クラッドへの結合に影響が
及ぼされそして／又は水蒸気とファイバ表面の反応性が
減少する。

ファイバをプレフォームから線引きしまたファイバ１へ
合成樹脂のような保ｉ！物質のコーティングを被覆する
装置は下記の如くであるニーファイバ線引き温度でプレ
フォームの一端を加熱する炉、 一プレフォームから綿引きしたファイバ上へ保護コーテ
ィングを被覆する装置、 一層及び合成樹脂をクラッドするための装置間に配置し
た、保護コーティングを施すのに適する温度までガスを
使用することによりファイバを冷却する冷却装置を備え
る。

本発明において、かかる装置は次の特徴を有する：冷却
装置には中空管、中空管により包囲されたファイバが通
る空隙へ熱輸送ガスの雰囲気を供給する手段及び中空管
を冷却する手段を備える。

中空管は液体で冷却するのが、好ましく、この理由は中
空管がガスによって冷却される場合より好収率が得られ
るためである。他の可能性としてはペルチェシステムが
ある。

中空管はせいぜい例えばアルミニウム、銅又は上記金属
の合金のような熱伝導性の高い金属から成るのはもちろ
んである。熱消散の増加は、ファイバが通過する側に面
している中空管と熱吸収が増加するように黒くする場合
に一層達成でき；かかる層は例えば微細なニッケル又は
コバルト硫化物の層である。管の適当な内径は１０關〜
２０ｍｍである。中空管を冷却する装置には例えば冷却
すべき管を第２の管により包囲することおよび２管の間
の中空隙を介して冷却液が通る入口および出口が付いて
いることにある。冷却液用空隙を形成する２管壁間の適
当な間隔は、例えば５鶴〜１５鶴である。

中空間の内壁に連結する冷却リブは２管の間の空隙に突
き出している。２管の間の空隙にらせん状隔壁を設けて
冷却液を２管の間の空隙において中空管のまわりをらせ
ん状に移動させることもできる。しかしながら、冷却管
をらせん状に設けることも可能でこれを介して冷却液を
、貫通するファイバからＭ隔する側の中空管に導く。

その中空管には、ファイバが中空管を出る方の端部、す
なわち保護コーティング・を被覆する装置側に、中空管
より囲まれた空隙へ開口する管の形態をしたガス入口を
設けるのが好ましい。

この方法で熱輸送ガスをファイバに関して相対的に交流
させて、管中を流れるように導（。このことを支持する
ために、中空管は閉鎖するがファイバを導くための小さ
い開口がある。このことはダイアフラムを用いて安定に
なされこれによりファイバが安定方法、すなわち振り又
は振動がない方法で中空管を介して移動する際ファイバ
の線引孔の直径を所望の小さい直径に減することが可能
である。ファイバの振り又は振動を例えば、中空管に関
して接線方向に適応され中空管により包囲□１　　　　
　された空隙へ通じている管を介してガスを供給するこ
とにより回避できる。好適例においてファイバを通すの
に充分な内径を有する管を、中空管中のガス入口管の開
口と中空管の軸との間に設置し、しかもファイバを挿入
する中空管の端部の方向、すなわち炉の方向に熱輸送ガ
スが入ることによりファイバの振り又は振動が生じるこ
とを回避するのに必要なだけ延長する。

実際にはファイバを上記装置で充分に低温にまで冷却す
ることができることを見い出したが、種々の方法がファ
イバの品質を向上し得るように思われる。

例えば、冷却装置と保護コーティングを被覆する装置の
間の周囲雰囲気とファイバとの接触を可能な限り回避す
ることが好ましい。１つの可能性としてはこれらを直接
−緒に連結することがある。

他の可能性としてはファイバが中空管を出る方の端部−
すなわち合成樹脂クラッドを被覆する装置に向いている
方の端部−において中空管にほこりが混在していない乾
燥ガスを吹き込むためのガス入口管を備える方の端部か
ら離隔する側に開口する開放室を設けることである。フ
ァイバ冷却装置に入る際空気も冷却装置に侵入してしま
い、これは中空管におけるガスの熱輸送能力の減少を引
き起こすことがある。このことを考慮すべき必要がある
際には、このことは中空管の人口端部−すなわち炉に面
している端部−に、熱輸送媒質として中空管中で使用さ
れるガスと同じガスを室中に吹き込むためのガス入口管
を有するかかる端部から離隔する側に通じている室を設
けることにより回避することができる。

冷却能力は炉と冷却装置との間例えばアルミニウム性の
如き熱エネルギーを反射する金属鏡から成る放射スクリ
ーンを設け、これにより炉より発生した熱放射から冷却
装置をさえぎることにより増加させることができる。

次に本発明を図面を参照して実施例により説明する。

本発明における装置は線引き炉１及び二重壁金属管２を
備え、かかる管２にはその内壁の内側に存在する空隙に
例えばヘリウムを供給するガス人口３を備える。さらに
管２はさらに管２の二重壁管の空隙に冷却液を供給する
入口管４および排出する出口管５をそれぞれ備える。本
装置はさらに保護コーティングとする合成樹脂クラッド
を被覆し硬化するブロック６として略図で示しである装
置を備える。第１図にはさらに巻取リール７およびファ
イバの直径を連続測定し上記直径により線引き速度を制
御する装置（ブロック８）を略図で示す。

本装置は次のように使用する。ファイバ１０をフレフオ
ーム９から線引きし、その線引き速度をファイバ１０が
可能なかぎり一定な直径を保持できるように直径モニタ
ー８により制御する。次いでファイバ１０を合成樹脂ク
ラフトが被覆される温度にまで冷却する実際には二重壁
管２から成る冷却装置に挿入する。管２を例えば入口管
４および出口管５を介して水で冷却する。装置６内でフ
ァイバ上に合成樹脂層が被覆され、ファイバが硬化した
後、ファイバをドラム７上に巻取る。

第２図に本発明の装置に使用し得る一例の冷却装置を具
体的に示しである。断面図で示す冷却装置は熱伝導性の
優れた材料からなる二重壁管２すなわち外管２Ａ及び内
管２Ｂを備える。実際の実験においては管２Ｂはアルミ
ニウム管で内径１６龍、外径２０＋ｎ及び長さ２２０　
ｃｍを有した。管の間の空隙は７額であった。管２Ａ及
び２ＢとシールＩＩＡおよび１１Ｂで包囲された空隙中
に入口管４を介して冷却液を供給する。図示する例にお
いては冷却液は延長管１２を介して管２Ａおよび２Ｂ間
の密封空隙中へ先端が通じている出口管５により排出す
る。

冷却液は水道水でよいが、また周囲温度以下に冷却され
た液体をポンプ輸送により循環させることができる。こ
の場合冷却液は塩水又は周囲温度以下の凍結点を有する
液体、例えばトリクロロフルオロメタン、プロピレング
リコール、エチレングリコール、メチレングリコール、
トリクロロエチレン、アセトン、メチルアルコール、エ
チルアルコールとすることができる。さらに冷却装置は
ガス入口管３を具え、この管３を通して管２Ｂによ・１
　　　　　　り包囲された空隙へ熱輸送ガスを導き得る
。熱輸送能力のみを考慮する場合には熱輸送ガスとじて
は特にヘリウム及び水素が考えられる。安全性の点にお
いてはヘリウム又はヘリウムと水素の混合物が好ましく
、空気を混合した場合でも高温で発火したり爆発したり
することはない。熱輸送ガスを第３図に示すように、ガ
ス人口を介して管２Ｂに隣接する円錐形拡開部１３に接
線方向で導入する。

ファイバがかかる域で振動し始めないように、内径１６
識層及び外径２０鰭の保護管１４を管２Ｂに隣接する円
錐形拡開部１３中のガスの入口３と同じ高さに備える。

ファイバが装置６の部分で合成樹脂コーティングされる
前の冷却装置２より出た際ファイバを水蒸気及びほこり
から可能な限り保護することが実際推奨されることを見
い出しく第１図）；かかる目的のため、好適例である装
置においては、例えば窒素又はヘリウムのような乾燥保
護ガスを、ガス人口１５を介して低部が開いており、さ
らに装置を出るファイバを包囲している室１６に吹き込
む。

この装置はダイアフラム１７を備え、これにより、ファ
イバが実際冷却空間を出るのに通る孔並びにファイバの
移動の方向におけるヘリウムの損失を可能な限り小さく
する。装置のファイバ入口端部およびファイバ出口端部
におけるそれぞれの孔１８および１９を介して、ファイ
バが管２Ｂの軸内に可能な限り存在するようにファイバ
に対して冷却装置の位置を定めることができる。

第２図で示す冷却装置により、第１表に記載された温度
をヘリウムの支持量で達成し、管２Ｂは長さ２２０　ｃ
ｍ及び内径１６ｍｍを有し、アルミニウムでできており
壁厚は２１１である。管２Ｂを１〜２１／分の流速の水
道水で冷却した。ヘリウムは冷却せず、流速は４１ｔ／
分であった。１８におけるファイバ温度：約８００℃で
あった。

呈−１−ｌ ファイバ走行速度を一定に６ｒ＠／秒としヘリウムの供
給を変化させると、第２表に記された結果が得られた： ガス流速の増加は冷却速度および到達最終温度に及ぼす
影響が比較的小さいことが明らかである。

供給が増加するにつれて、装置中のファイバによる空気
に沿った前進の遅れは著しく減少する。冷却能力の増加
は管２Ｂの内壁を黒くすること及ｑ／又はファイバによ
る空気に沿った前進の遅れを回避するためのヘリウム供
給装置および／又は放射熱を遮断するための例えばアル
ミニウムでできている放射スクリーン２３を管２Ｂの人
口端に設けることにより、得ることが可能である。

第４図に外被部２０及びガスを接線方向（第４Ａ図）に
供給するガス供給管２１より成る特定のヘリウム供給装
置を示し；管２２は外被部２０中に存在する。管２２に
より入口管２１を介して供給されるヘリウムによるファ
イバの振動が防止される。ファイバ入口装置は管２Ｂの
頂端部にある（第１図参照）。

第５図には放射スクリーン２３の位置が示しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における装置の断面略図、第２図は第１
図で示した装置中に使用されている冷却装置の詳細な断
面略図、 第３図は第２図のｍ−ｍ線で切断した断面図、第４図は
特別ガス入口付の装置を示した詳細図、第４Ａ図は第４
図のｒＶ−ｒＶ線で切断した断面図、第５図は透視スク
リーンによる第１図で示した装置の一部の略図である。 ”１　　　　　ｌ・・・線引き炉　　　　　　２・・・
二重壁金属管３・・・ガス入口管　　　　　４・・・入
口管５・・・出口管　　　　　　　７・・・巻取リール
１１Ａ・・・シール　　　　　　ＩＩＢ・・・シール１
２・・・延長管　　　　　　　１４・・・保護管１５・
・・ガス入口　　　　　　１６・・・室１７・・・ダイ
アフラム　　　　１８・・・孔１９・・・孔　　　　　
　　　　２０・・・外被部２１・・・ガス供給管　　　
　　２２・・・管２３・・・放射スクリーン 特許　出　願人　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ファイバを線引き温度で過熱したプレフォームの一
   端から線引きし、かかるファイバをガス充填冷却装置に
   縦方向で導くことにより冷却し、この冷却したファイバ
   をコーティング物質が施される装置に通することより成
   る保護物質のコーティングを有する光ファイバの製造方
   法において、ファイバを強制冷却壁への伝熱により実質
   的に冷却し、ガスを熱輸送媒体として供給することを特
   徴とする製造方法。 ２、ファイバを、熱輸送ガスが充填されかつガス充填空
   隙から離隔する側で液体により冷却される中空管に通す
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、熱輸送ガスがヘリウム又は水素またはヘリウムと水
   素との混合物である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、熱輸送ガスをファイバの移動方向に関し相対的にほ
   ぼ向流で冷却装置を流通させる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ５、ファイバを冷却装置に導入する前に、熱輸送媒質と
   して冷却装置内で使用するガス又はガス混合物を向流さ
   せこれによりファイバと取り囲む特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ６、ファイバが冷却装置から出た後に、ほこりが混在し
   ていない乾燥ガスによりファイバを取り囲む特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ７、ファイバが冷却装置より出た後に、乾燥窒素により
   ファイバを取り囲む特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、ファイバガス充填空隙から離隔する側で水により冷
   却される管に通す特許請求の範囲第２項記載の方法。 ９、ファイバガス充填空隙から離隔する側で周囲温度よ
   り低い温度を有する液体により冷却される管に通す特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 １０、ファイバを熱伝導性の高い金属から成る管に通す
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 １１、ファイバをアルミニウム、銅、又はこれらの金属
   の合金である管に通す特許請求の範囲第２項記載の方法
   。 １２、ファイバに面する側が黒くなっている管にファイ
   バを通す特許請求の範囲第２項記載の方法。 １３、ファイバ線引き温度でプレフォームの一端を加熱
   する炉、プレフォームから線引きしたファイバ上へ保護
   物質のコーティングを施す装置および炉及び合成樹脂を
   クラッドするための装置間に設けたコーティングを施す
   のに適する温度までガスによりファイバを冷却する冷却
   装置を備えた、保護物質のコーティングを有する光ファ
   イバの製造装置において、冷却装置には中空管、ファイ
   バが通る中空管により囲まれた空隙へ熱輸送ガスの雰囲
   気を供給する手段および中空管を冷却する手段を備えた
   ことを特徴とする保護コーティングを有する光ファイバ
   の製造装置。 １４、冷却装置が液体で中空管を冷却する手段を備えた
   特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １５、中空管が熱伝導性の高い金属から成る特許請求の
   範囲第１３項記載の装置。 １６、中空管がアルミニウム、銅又はこれらの金属の合
   金から成る特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １７、中空管が熱を伝導し易い金属から成り、通過する
   ファイバに面する側を黒くした特許請求の範囲第１３項
   記載の装置。 １８、中空管の内径が少なくとも１０ｍｍでかつ大きく
   とも２０ｍｍである特許請求の範囲第１３項記載の装置
   。 １９、中空管がアルミニウムから成り、内径が１６ｍｍ
   かつ外径が２０ｍｍである特許請求の範囲第１３項記載
   の装置。 ２０、中空管が第２の管により取り囲まれかつ中空の空
   隙を流れる冷却液が通る入口及び出口が２つの管の間に
   存在する特許請求の範囲第１４項記載の装置。 ２１、中空管が、通過するファイバから離隔する側にら
   せん状に延在する冷却管を備えた特許請求の範囲第２０
   項記載の装置。 ２２、中空管がファイバが管を出る方の端部に、管の中
   空の空隙に熱輸送ガスを供給する中空管により取り囲ま
   れた空隙に開口する管の形態をしたガス入口を備えた特
   許請求の範囲第１３項記載の装置。 ２３、中空管が、ファイバが管を出る方の端部に、ファ
   イバ出口の孔径を所望の小さい直径に減ずることができ
   るダイアフラムを備えた特許請求の範囲第１３項記載の
   装置。 ２４、ガス入口が管の外周に対して接線的に配置され、
   中空管により包囲された中空の空隙に開口する管から成
   る特許請求の範囲第２２項記載の装置。 ２５、中空管により包囲された空隙のガス入口管の孔と
   中空管の軸との間に、ファイバが通るのに充分な内径を
   有し、しかもファイバを挿入する中空管の端部の方向に
   ガスが流入したことによりファイバの振り又は振動が生
   じることを回避するのに必要なだけ延在している管を備
   えた特許請求の範囲第２４項記載の装置。 ２６、ファイバが中空管を出る方の端部において、中空
   管に上記端部より離隔する開放室を備え、しかも上記室
   には酸素及びほこりが混在していない乾燥ガスを上記室
   に吹き込むためのガス入口を備えた特許請求の範囲第１
   ３項記載の装置。 ２７、ファイバが中空管に入る方の端部において、中空
   管に上記端部より離隔する開放室を備え、しかも上記室
   には中空管で熱輸送媒質として使用されるガスを上記室
   に吹き込むためのガス入口管を備えた特許請求の範囲第
   １３項記載の装置。 ２８、放射スクリーンが炉及び冷却装置との間に存在し
   かつ炉から発生する熱放射から冷却装置を保護した特許
   請求の範囲第１３項記載の装置。