JP5386148B2 - 光ファイバ素線の製造方法と製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ製造工程において、光ファイバ母材から光ファイバ素線に線引きして光ファイバ素線を製造する方法と製造装置に関する。

図５は、一般的な光ファイバの製造方法を示す概略構成図であり、この図５に示す光ファイバの製造方法は、次のような工程から構成される。
（１）光ファイバの元となるガラス棒からなる光ファイバ母材１を加熱炉２に挿入し、ヒータ２ａにより２０００℃程度の温度で光ファイバ母材１の先端を加熱溶融し、光ファイバ裸線３を加熱炉２の下方に引き出す。
（２）加熱炉２の下方には縦長の冷却筒を備えた冷却装置４が設けられており、冷却筒の内部には冷却筒の側部から冷却ガス（Ｈｅなど）が供給されるようになっている。冷却ガスの流れ１０は、冷却筒内で、上方および下方に流れ、加熱炉２から引き出された光ファイバ裸線３が、冷却ガスによってコーティング可能な温度になるまで十分に冷却される。
（３）冷却された光ファイバ裸線３は、光ファイバガラス表面の保護を目的として、コーティング装置６においてコーティング樹脂を塗布され、このコーティング樹脂は、硬化装置８によって熱硬化、あるいは、紫外線硬化され、光ファイバ素線７となる。このコーティングは、一般的には２層構造であり、内側にはヤング率の低い材料、外側にはヤング率の高い材料がそれぞれコーティングされる。
（４）コーティングされた光ファイバ素線７は、ターンプーリ９を介して図示略の巻き取り機へ巻き取られる。

光ファイバ素線の製造方法においては、光ファイバの生産性の向上に伴い、母材の大型化および線引き速度の高速化が図られている。光ファイバ素線の製造装置を収容した線引きタワーを高くすることなしに、線引き速度を高速化するために、上記（２）における光ファイバの冷却工程において用いられる効率の高い冷却装置の開発が行なわれている。しかし一方で、一般的に冷却装置には、熱伝導率の良いヘリウムガスが用いられているが、ヘリウムガスは高価であるため、ヘリウム使用量を低減可能で、かつ効率の高い冷却装置４が求められている。

ヘリウム使用量を削減した効率の良い冷却方法の一例として、特許文献１に開示された技術が知られている。図６はその概略構成図である。特許文献１の製造方法による製造装置には、冷却ガス（Ｈｅなど）が大気によって希釈されることを防ぐシールガスを供給する手段が設けられている。当該方法は、冷却装置４の光ファイバに対する出口側に設けたヘリウムガス導入口４ａより冷却ガスを供給し、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１０を作るとともに、ヘリウムガス導入口４ａより下方に炭酸ガスなどのシールガスの流れ１１を作る方法である。当該方法によって、ヘリウムガス導入口４ａより下方からシールガスを導入し、シールガスの流れ１１を作ることで、大気よりも軽い冷却ガス、特にヘリウムガスの希釈が防止できるため、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％削減することができる。
特開２００３−９５６８９号公報

特許文献１に記載されている技術においては、冷却筒下部に冷却ガス、より下方にシールガスを流し、冷却ガスを上方流にし、シールガスを下方流にすることを意図している。しかし、実際のガスの流れは、光ファイバに引きずられるガスや冷却装置内部をガスが流れるときに生じる粘性抵抗などの影響を受ける。例えば、線引きスタート時の製品製造条件に至るまでの線引きスピードの増速時や、製品線引き中の線引きスピードの変動などに対して、狙い通りのガスの流れとならない。そのため、冷却ガスがほぼ下部から排出される場合、また冷却ガスの流れが不安定になる場合、また冷却ガスとシールガスが混合し、混合比率が不安定になることで冷却効率が不安定になる場合などがあり、製造安定性や再現性が悪いという問題がある。

さらに、冷却されるファイバ温度に依存して保護被覆層の厚さが変化するため、光ファイバ素線全長にわたって保護被覆層の厚さ（コート径）を一定にするために、線引きスピードの変化に応じて冷却装置の冷却能力を調整することが一般的であるが、従来技術においては、冷却ガスと混入して流す冷却能力調整用ガスと、さらにシールガスとの混合が不安定であるため、冷却能力の調整の応答性が悪いことや、冷却能力を良好に調整できないなどの問題が生じる。

これら従来技術の問題点（欠点）を解決するために、鋭意研究を行った結果、次の要件を満たすことで、ヘリウム使用量が少なく、高効率な冷却装置を用いて光ファイバ素線を線引きできることがわかった。

本発明方法は、
光ファイバ母材を加熱炉にて溶融変形し、光ファイバ裸線を加熱炉より引き出し、次いで、冷却装置にて光ファイバ裸線を強制冷却し、次いで、冷却された光ファイバ裸線にコーティング装置にて保護被覆層を形成し、硬化装置にて前記保護被覆層を硬化させることで得られる光ファイバ素線の製造方法において、
前記冷却装置と前記コーティング装置とを連結部材を介して接続し、冷却装置内を流れる冷却用のガスのコーティング装置側への流れをコーティング装置内の樹脂によって閉じることで、冷却装置内部および連結部材でのガスの流れを上方流として冷却装置上端側より外部に排出し、かつ、
前記ガスを流入させる場所として、冷却装置下部または連結部材上部にヘリウムガスを流し、ヘリウムガスを流入させる位置よりも下方側から炭酸ガスを前記ヘリウムガスと分離して流し、かつ、
前記ヘリウムガスと炭酸ガスを利用して、ヘリウムガスもしくは炭酸ガス流量を調整することで、冷却装置の冷却能力を調整することを特徴とする。

また、本発明方法は、
前記冷却装置上部に、固定流量の炭酸ガスを流すことができる。

また、本発明方法は、
冷却能力が最大となる場合の炭酸ガス流量を０リットル／分とした状態で、必要な冷却能力を得られる最低限のヘリウムガスの流量をＸリットル／分とした場合、
炭酸ガス使用時のヘリウムガス使用量を１．２Ｘリットル／分以上３．０Ｘリットル／分以下とし、かつ、
ヘリウムガス流量と炭酸ガス流量の流量比を、炭酸ガス流量／ヘリウムガス流量で定義した場合、線引き条件安定範囲における線引きスピードの上限値において、流量比が０．０５以上であり、かつ、線引きスピードの下限値において、流量比が１．０以下とすることを特徴とする。

本発明の装置は、
光ファイバ母材を溶融変形するための加熱炉と、
光ファイバ裸線を冷却するための冷却装置と、
前記光ファイバ裸線に保護被覆層を施すためのコーティング装置と、
前記保護被覆層を硬化させるための硬化装置と、
を備える光ファイバ製造装置であって、
冷却装置の下端とコーティング装置の入口側を、連結部材で連結し、
冷却装置の下部から連結部材にかけて、ヘリウムガス導入口を上に、炭酸ガス導入口を下にして設け、
コーティング装置の中部には、コーティング樹脂の導入口が設けられ、コーティング装置の出口側へのガスの流動が阻止されていることを特徴とする。

また、本発明の装置は、前記冷却装置上部に、さらに炭酸ガス導入口を設けることができる。

また、本発明の装置は、
前記冷却装置内を流れる冷却用のガスのコーティング装置側への流れを前記コーティング装置内の樹脂によって閉じることで、前記冷却装置内部および連結部材でのガスの流れを上方流として前記冷却装置上端より外部に排出し、かつ、
前記ガスを流入させる場所として、前記ガスの流れに対して、前記冷却装置下部または連結部材上部にヘリウムガスを流し、ヘリウムガスを流入させる位置よりも下方側から炭酸ガスを前記ヘリウムガスと分離して流し、かつ、
前記ヘリウムガスと前記炭酸ガスを利用して、ヘリウムガスもしくは炭酸ガス流量を調整することで、前記冷却装置の冷却能力を調整することを特徴とする。

本発明の光ファイバの製造方法によれば、冷却装置とコーティング装置を連結し、冷却用のガスの排出口を冷却装置上部側にしたため、ヘリウムガスを上向きと下向きに分けて流していた従来方法に比べて、冷却装置内のヘリウムガス濃度を高めることができる。結果として、ヘリウム流量を従来の５％程度〜５０%程度と著しく低減させることが可能となる。
また、冷却装置とコーティング装置を連結し、ガスの排出口を冷却装置上部側としたため、冷却装置内のガスの流れを安定した上方流とすることができる。
また、コーティング装置側に炭酸ガス、冷却装置下部にヘリウムガスを流し、基本的にこれらのガスの流れを上方流とするため、コーティング樹脂付近に十分な量の炭酸ガスが存在するため、被覆層内に混入する泡を防ぐことができる。
また、ヘリウムガスおよび炭酸ガスを使用し、ヘリウムガスもしくは炭酸ガスの流量を調整することで、製造安定範囲における冷却能力調整の応答性を良好に維持することができる。
また、ヘリウムガスの流量を適切に設定することができ、かつ、流量比を適切な範囲とすることで、冷却能力調整の応答性の良い条件を得ることができる。
また、冷却能力の応答性が高く、被覆径を一定に維持することができるため、光ファイバの側圧特性が良好であり、被覆径変動のない光ファイバ素線を得ることができる。
また、ヘリウム流量を大幅に削減できるため、製造コストを抑えることができ、安価に光ファイバ素線を製造することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。図１は本発明の光ファイバ素線の製造方法と製造装置を用いた光ファイバ素線の製造工程の一例を示す概略構成図である。図中図５，６に示す従来のものと同じ装置を示すものには同一の符号を付けた。

本実施形態の光ファイバ製造装置は、加熱炉２、冷却装置４、コーティング装置６、冷却装置４とコーティング装置６とを連結するための筒状の連結部材５、硬化装置８、ターンプーリ９、などから構成される。光ファイバ母材１は、加熱炉２にて溶融変形され、光ファイバ裸線３として加熱炉２の出口から引き出される。次いで、加熱炉２の下方に設置され、加熱炉２と連結されていない冷却装置４において、光ファイバ裸線は強制冷却される。次いで、冷却された光ファイバ裸線３は、冷却装置４の下方に設置されたコーティング装置６において、保護被覆層が形成される。コーティングされた光ファイバ素線７は、硬化装置８において、保護被覆層が硬化される。冷却装置４とコーティング装置６との間には連結部材５が設置され、冷却装置４とコーティング装置６とを連結している。
また、冷却装置４上部には、固定流量の炭酸ガスを流入させるための炭酸ガス導入口４ｂをさらに設けることができる。

図２に冷却装置４、連結部材５、およびコーティング装置６の詳細断面図を示す。
冷却装置４の下端部側面にヘリウムガスの導入口４ａが形成され、連結部材５の側面に炭酸ガスの導入口５ａが形成されている。また、コーティング装置６は光ファイバ裸線３を導入する側にニップル６Ａが形成され、ニップル６Ａに続けてダイス６Ｂが形成されている。

ダイス６Ｂの側部には、樹脂導入口６Ｃが形成されていて、この樹脂導入口６Ｃからコーティング樹脂６ａが供給されるようになっている。前記ニップル６Ａの中央部には、入口孔６Ｄが形成されるとともに、ダイス６Ｂの中央部には、通過孔６Ｅが形成されていて、入口孔６Ｄからコーティング樹脂６ａに光ファイバ裸線３を引込み、通過孔６Ｅを通過させて引き出すことによって、光ファイバ裸線３の周囲にコーティング樹脂６ａを一定厚さコートできるようになっている。

また、コーティング樹脂６ａの一部を付着させて、光ファイバ裸線３が通過孔６Ｅを通過することにより、入口孔６Ｄの下のコーティング樹脂６ａは、液上面が少し引きずられる結果として、下向きにすり鉢状に湾曲した曲面状部分を生じたメニスカス６ｂが形成される。

冷却装置４内のガスは、冷却装置４と連結部材５とコーティング装置６とその内側のコーティング樹脂６ａのメニスカス６ｂによって閉じられる。これにより冷却装置４内部および連結部材５内部でのガスの流れは、ファイバに付随して流れる一部のガスを除いて強制的に上方流となり、冷却装置４上端部のみから外部にガスが排出される。
これにより、種々の条件に依存する不安定なガスの流れが生じることがないため、冷却ガスの流れは、安定した上方流となり安定した冷却能力を得ることができる。

さらに、上方流となったガスは冷却装置４内への外部ガスの進入口ともなり得る冷却装置上端より強制的に噴出されるので、外部からのガスの混入を最小限に防止することができる。よって、冷却装置４内のヘリウム濃度を最大限高めることができ、ヘリウムガスの使用量を著しく削減することができる。

本発明では、ヘリウムガスに加え、炭酸ガスをヘリウムガスと分離して、冷却装置４内に流す。ヘリウムガスを流入させる場所は、冷却装置４の下部または連結部材５の上部である。炭酸ガスを流入させる場所は、ヘリウムガスを流下させる位置よりも下側であって、コーティング装置６の上部または連結部材５の下部である。これらの位置関係は、ヘリウムガスを流入させる場所が、上向きのガスの流れに対して見ると下流側、炭酸ガスを流入させる場所が、上向きのガスの流れに対して見ると上流側となる。
これらにより、ガスの流れが上方流となり、安定した中でそれぞれのガスが流れるため、コーティング装置６付近では炭酸ガス濃度が最も高くなり、保護被覆層への泡の混入や残留を防ぐことが可能となる。
さらに、上部（下流）に流れるヘリウムガスと炭酸ガスの混合についても常に安定しているため、冷却能力が安定し、そのため、製造安定範囲が広く、良好な冷却およびコーティングが可能である。

また、本実施形態では、ヘリウムガスと炭酸ガスを同時に利用する際において、ヘリウムガスもしくは炭酸ガスの流量を調整することで、冷却装置の冷却効率（冷却能力）を調整することができる。
これにより、特許文献１に記載されているようなシールガスなどを使用することなしに、ヘリウムガスと炭酸ガスのみを利用して直接冷却装置４の冷却能力を調整するため、冷却能力が安定する。
また、冷却能力の調整はヘリウムガスを用いることも可能である。
ヘリウムガスもしくは炭酸ガスの流量調整方法は、コート径信号に対してフィードバックしてもよいし、線速信号に対してフィードバックしてもよい。

また、炭酸ガス導入口とヘリウムガス導入口間に存在する炭酸ガスとヘリウムガスの混合ガス領域（上方流となる炭酸ガスとファイバに引きずられてくるヘリウムガスとの混合ガス）についても、混合後のガスは上流側（コーティング装置６側）より生じている上方流により上方流となり、常に冷却装置４側へと流れ、最終的には上端より排出されるため、冷却能力の調整が容易で応答性が良くなる。
これにより、線引き線速変動範囲にわたって、保護被覆径を一定にするような冷却能力の制御を応答性良く行うことが可能である。

ところで、一般的に光ファイバの線引きに際しては、線引き条件の安定範囲（製造条件が安定し、製品として特性を満たすものが得られる製造条件範囲）が決められている。特に、線引きスピードは、光ファイバの冷却温度や、コーティング時の被覆径への影響が大きい。このため、線引きスピードの変動範囲にわたり、被覆径を一定に維持でき、応答性よく制御が可能であり、かつ、被覆内に泡が混入しない線引き条件の安定範囲の設定が必要である。

このような線引き条件を満たす範囲であれば、ヘリウムガス流量と炭酸ガス流量の流量比を、炭酸ガス流量／ヘリウムガス流量で定義した場合、流量比が最も少ない状態（一般的に線引きスピードが上限のとき）であっても、コーティング装置付近のコーティング樹脂のメニスカス付近の炭酸ガスの量が被覆層内への泡の残留または泡の混入を防ぐのに十分となり、かつ、冷却能力調整への応答性がよく、かつ、ヘリウムガス使用量を最小限に少なくすることが可能となる。

図１に示す構成の装置を用いて予備実験を行い、炭酸ガス流量とヘリウムガス流量の制御試験を行った。ヘリウムガスの流入位置は、コーティング装置の上方３０ｃｍの位置、炭酸ガスの流入位置は、コーティング装置の上方２ｃｍの位置とした。使用したコート用の樹脂はウレタンアクリレート系樹脂を用い、紡糸時の線速は２０００ｍ／分とした。

図３に炭酸ガス流量を０リットル／分とした場合のヘリウムガス流量とコート径の関係をグラフにし、ヘリウムガス流量による冷却能力依存性を示す。ヘリウム流量変化に対して、コート径変化が小さい領域（１）とコート径変化の大きい領域（２）に分け、これら２つの領域をそれぞれ直線近似し、２つの直線の交点におけるヘリウムガス流量をＸリットル／分とした。
この図より、ヘリウムガス流量をある程度少なくした場合においても、冷却能力は維持できるが、ある値Ｘリットル／分より低下させると、コート径が急減し、急激に冷却能力が落ち、冷却できない状況となることがわかる。この境界の流量をＸリットル／分とする。

図４に製造安定線引きスピード範囲におけるヘリウムガスと炭酸ガスの流量比の変化を示す。また、表１には、ヘリウム流量比と泡混入の有無の判定結果及び応答性の判定結果を示した表を示す。

これより、ヘリウムが１．２Ｘリットル／分より少ない流量の場合、上限スピードにおける炭酸ガスの流量が少なく、あるいは０となり、泡混入を防止することができなくなるため、望ましくないことがわかる。一方、ヘリウム流量が３．０Ｘリットル／分より多い流量の場合、流量比が大きくなり、特に下限スピード時の炭酸ガスの流量が多くなり冷却能力の応答性が悪くなることに加え、上限スピード時の炭酸ガス使用量が多く、ヘリウムガスの使用量が増え、ヘリウムガス使用量削減の観点から望ましくないことがわかる。

以上から、本発明の光ファイバ素線の製造方法は、冷却能力を最大とした場合の炭酸ガスを０とした状態で必要な冷却能力を得られる最低限のヘリウムガスの流量をＸリットル／分とした場合、ヘリウムガス流量が１．２Ｘリットル／分以上３．０Ｘリットル／分の範囲において、線引き条件安定範囲における線引きスピードの上限値において、流量比が０．０５以上であり、かつ、線引きスピードの下限値において、１．０以下とすることが、泡混入、反応性、ヘリウム使用量の観点から望ましいことがわかった。

以下、具体的実施例により、本発明の効果を実証する。
（実施例１）
図１に示す装置構成で、先の例と同じ条件に加え、光ファイバ素線の製造を行う場合において、線速１９５０ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速２１００ｍ／分にて炭酸ガス流量を０にし（泡の混入は無視して）、冷却能力を維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、１リットル／分であった、そこで、ヘリウム流量を１．２リットル／分として、炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μmとするために、炭酸ガス流量が０．０６リットル／分必要であった。このときの流量比は０．０５であり、泡の混入は確認できない状況であった。
さらに、製造安定範囲である下限線速１８００ｍ／分にて、目標被覆径である１９５μmとするために、必要な炭酸ガス流量は、１．２リットル／分であった。流量比は１．０である。泡の混入は確認できない状況であった。この状況で被覆径を一定にするためにフィードバック制御による炭酸ガス流量調整を行い、長尺線引きを行ったところ、線速中心１９５０ｍ／分±１５０ｍ／分において、被覆径を１９５μｍに維持しつつ、泡の混入がなく、制御性（応答性）のよい制御が可能であった。

（実施例２）
図１に示す装置構成で、光ファイバ素線の製造を行う場合において、線速１２００ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速１４００ｍ／分にて炭酸ガス流量を０リットル／分にし（泡の混入は無視して）、冷却能力を維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、０．８リットル／分であった。そこで、ヘリウム流量を１．５リットル／分として、炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μmとするために、炭酸ガス流量が０．０８リットル／分必要であった。このときの流量比は０．０５であり、泡の混入は確認できない状況であった。
さらに、製造安定範囲である下限線速１０００ｍ／分にて、目標被覆径である１９５μmとするために、必要な炭酸ガス流量は、１．４リットル／分であった、流量比は０．９３である。泡の混入は確認できない状況であった、この状況で被覆径を一定にするためにフィードバック制御による炭酸ガス流量調整を行い、長尺線引きを行ったところ、線速中心１２００ｍ／分±２００ｍ／分において、被覆径を１９５μmに維持しつつ、泡の混入がなく、制御性（応答性）のよい制御が可能であった。

（比較例１）
光ファイバ素線の線引き工程において、線速１９５０ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結せず冷却装置下部を延長した状態にて、冷却装置下部にヘリウムガスを、冷却装置下部の延長部の上部に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲の中心線速である１９５０ｍ／分にて、炭酸ガス流量を１．５リットル／分として、冷却能力を維持できるヘリウム流量を確認したところ、炭酸ガス流量１リットル／分ではヘリウム流量を３０リットル／分としても冷却できず、炭酸ガスを５リットル／分では、ヘリウムがガス流量を２５リットル／分としたところ、被覆径を１９５μmとすることができたが、線速変動に対する応答性が悪く、安定した製品製造を行うことが困難であった。

（実施例３）
図１に示す装置構成で、光ファイバ素線の製造を行う場合において、線速２５００ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速２６００ｍ／分にて炭酸ガス流量を０リットル／分にし（泡の混入は無視して）、冷却能力を維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、２リットル／分であった。そこで、ヘリウム流量を６リットル／分として、炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μmとするために、炭酸ガス流量が０．９リットル／分必要であった。このときの流量比は０．１５であり、泡の混入は確認できない状況であった。
さらに、製造安定範囲である下限線速２４００ｍ／分にて、目標被覆径である１９５μmとするために、必要な炭酸ガス流量は、５．５リットル／分であった。流量比は０．９２である。泡の混入は確認できない状況であった。この状況で被覆径を一定にするためにフィードバック制御による炭酸ガス流量調整を行い、長尺線引きを行ったところ、線速中心２５００ｍ／分±１００ｍ／分において、被覆径を１９５μmに維持しつつ、泡の混入がなく、制御性（応答性）のよい制御が可能であった。

（実施例４）
光ファイバ線引き工程において、線速２５００ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。また、ヘリウムガスの流入口より３ｍ上方の位置に固定流量の炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速２６００ｍ／分にて炭酸ガスの流量を０リットル／分にして、（泡の混入は無視して）、冷却能力の維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、２リットル／分必要であった。そこで、ヘリウム流量を７リットル／分、固定炭酸ガスのラインより炭酸ガス流量を１．０リットル／分として制御炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μｍとするために、炭酸ガス流量が０．４リットル／分必要であった。このときの流量比は０．０５７であり、泡の混入は確認できない状況であった。
さらに製造安定範囲である下限線速２４００ｍ／分にて目標被覆径である１９５μｍとするために、必要な炭酸ガスの流量は６．５リットル／分であった。流量比は０．９２である。泡の混入は確認できない状況であった。この状況で被覆径を一定にするためにフィードバック制御による炭酸ガスの流量調整を行い、長尺線引きを行ったところ、線速中心２５００ｍ／分±１００ｍ／分において、被覆径を１９５μｍに維持しつつ、泡の混入がなく、制御性（応答性）のよい制御が可能であった。

（比較例２）
光ファイバ素線の線引き工程において、線速２５００ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速２６００ｍ／分にて炭酸ガス流量を０リットル／分にし（泡の混入は無視して）、冷却能力を維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、２リットル／分であった。そこで、ヘリウム流量を２．３リットル／分として、炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μmとするために、炭酸ガス流量が０．０９リットル／分必要であった。このときの流量比は０．０４であったが、泡の混入が確認できる状況であった。

（比較例３）
光ファイバ素線の線引き工程において、線速２５００ｍ／分で線引きを行った。加熱炉と連結していない冷却装置とコーティング装置とを連結部材で連結し、冷却装置下部にヘリウムガスを、コーティング装置上部（連結部材下部）に制御炭酸ガスを流せるように配管した。製造安定範囲である上限線速２６００ｍ／分にて炭酸ガス流量を０リットル／分にし（泡の混入は無視して）、冷却能力を維持できる最低ヘリウム流量Ｘを確認したところ、２リットル／分であった。そこで、ヘリウム流量を７リットル／分として、炭酸ガスを加えたところ、目標被覆径である１９５μmとするために、炭酸ガス流量が１．５リットル／分必要であった。このときの流量比は０．２１であり、泡の混入は確認できない状況であった。
さらに、製造安定範囲である下限線速２４００ｍ／分にて、目標被覆径である１９５μmとするために、必要な炭酸ガス流量は、７．５リットル／分であった。流量比は１．０７である。泡の混入は確認できない状況であった。この状況で被覆径を一定にするためにフィードバック制御による炭酸ガス流量調整を行い、長尺線引きを行ったところ、線速中心２５００ｍ／分±１００ｍ／分において、被覆径を１９５μmに維持することができなかった（母材の先端および末端部における線速変動時）。泡の混入はなかったが、制御性（応答性）が悪い結果となった。

本発明の光ファイバ製造装置の概略図である。 冷却装置、連結部材、およびコーティング装置の詳細断面図である。 ヘリウム流量による被覆径の変化を示す図である。 製造線引きスピードと流量比の関係を示す図である。 従来の光ファイバ製造装置の概略図である。 従来の光ファイバ製造装置の概略図である。

符号の説明

１…光ファイバ母材、２…加熱炉、２ａ…ヒータ、３…光ファイバ裸線、４…冷却装置、４ａ…ヘリウムガス導入口、４ｂ…炭酸ガス導入口、５…連結部材、５ａ…炭酸ガス導入口、６…コーティング装置、６ａ…コーティング樹脂、６ｂ…メニスカス、６Ａ…ニップル、６Ｂ…ダイス、６Ｃ…樹脂導入口、６Ｄ…入口孔、６Ｅ…通過孔、７…光ファイバ素線、８…硬化装置、９…ターンプーリ、１０…ガスの流れ、１１…固定流量の炭酸ガスの流れ。

Claims (7)

1. 光ファイバ母材を加熱炉にて溶融変形し、光ファイバ裸線を加熱炉より引き出し、次いで、冷却装置にて光ファイバ裸線を強制冷却し、次いで、冷却された光ファイバ裸線にコーティング装置にて保護被覆層を形成し、硬化装置にて前記保護被覆層を硬化させることで得られる光ファイバ素線の製造方法において、
   前記冷却装置と前記コーティング装置とを連結部材を介して接続し、冷却装置内を流れる冷却用のガスのコーティング装置側への流れをコーティング装置内の樹脂によって閉じることで、冷却装置内部および連結部材でのガスの流れを上方流として冷却装置上端側より外部に排出し、かつ、
   前記ガスを流入させる場所として、冷却装置下部または連結部材上部にヘリウムガスを流し、ヘリウムガスを流入させる位置よりも下方側から炭酸ガスを前記ヘリウムガスと分離して流し、かつ、
   前記ヘリウムガスと炭酸ガスを利用して、ヘリウムガスもしくは炭酸ガス流量を調整することで、冷却装置の冷却能力を調整することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
2. 前記冷却装置上部に、固定流量の炭酸ガスを流すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
3. 冷却能力が最大となる場合の炭酸ガス流量を０リットル／分とした状態で、必要な冷却能力が得られる最低限のヘリウムガスの流量をＸリットル／分とした場合、
   炭酸ガス使用時のヘリウムガス使用量を１．２Ｘリットル／分以上３．０Ｘリットル／分以下とし、かつ、
   ヘリウムガス流量と炭酸ガス流量の流量比を、炭酸ガス流量／ヘリウムガス流量で定義した場合、線引き条件安定範囲における線引きスピードの上限値において、流量比が０．０５以上であり、かつ、線引きスピードの下限値において、流量比が１．０以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ素線の製造方法。
4. 光ファイバ母材を溶融変形するための加熱炉と、
   光ファイバ裸線を冷却するための冷却装置と、
   前記光ファイバ裸線に保護被覆層を施すためのコーティング装置と、
   前記保護被覆層を硬化させるための硬化装置と、
   を備える光ファイバ製造装置であって、
   前記冷却装置の下端と前記コーティング装置の入口側を、連結部材で連結し、
   前記冷却装置の下部から前記連結部材にかけて、ヘリウムガス導入口を上に、炭酸ガス導入口を下にして設け、
   前記コーティング装置の内部にはコーティング樹脂の導入口が設けられ、前記コーティング装置の出口側へのガスの流動が阻止されていることを特徴とする光ファイバ素線の製造装置。
5. 前記冷却装置上部に、さらに炭酸ガス導入口を設けていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ素線の製造装置。
6. 前記冷却装置内を流れる冷却用のガスのコーティング装置側への流れを前記コーティング装置内の樹脂によって閉じることで、前記冷却装置内部および連結部材でのガスの流れを上方流として前記冷却装置上端より外部に排出し、かつ、
   前記ガスを流入させる場所として、前記ガスの流れに対して、前記冷却装置下部または連結部材上部にヘリウムガスを流し、ヘリウムガスを流入させる位置よりも下方側から炭酸ガスを前記ヘリウムガスと分離して流し、かつ、
   前記ヘリウムガスと前記炭酸ガスを利用して、ヘリウムガスもしくは炭酸ガス流量を調整することで、前記冷却装置の冷却能力を調整できるようにされていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ素線の製造装置。
7. 前記冷却装置内を流れる冷却用のガスのコーティング装置側への流れを前記コーティング装置内の樹脂によって閉じることで、前記冷却装置内部および連結部材でのガスの流れを上方流として前記冷却装置上端より外部に排出し、かつ、
   前記ガスを流入させる場所として、前記ガスの流れに対して、前記冷却装置下部または連結部材上部にヘリウムガスを流し、ヘリウムガスを流入させる位置よりも下方側から炭酸ガスを前記ヘリウムガスと分離して流し、かつ、
   前記冷却装置上部に、固定流量の炭酸ガスを流し、かつ、
   前記ヘリウムガスと前記炭酸ガスを利用して、ヘリウムガスもしくは下方から流す炭酸ガス流量を調整することで、前記冷却装置の冷却能力を調整できるようにされていることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ素線の製造装置。

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