CN109362229A - 光纤素线的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的光纤素线的制造方法将光纤母材熔融纺丝而形成玻璃纤维，一边使上述玻璃纤维从入口端向出口端插通到管状的缓慢冷却装置中一边将上述玻璃纤维冷却，在将上述玻璃纤维冷却时，使上述缓慢冷却装置的内壁的温度低于上述玻璃纤维的温度，并且对上述缓慢冷却装置的内部给予从上述入口端向上述出口端变高的压力梯度，且在将上述缓慢冷却装置的管内径设为D[m]、将上述缓慢冷却装置的内部空间的上述玻璃纤维的移动方向的长度设为L[m]时，上述缓慢冷却装置的内部的上述玻璃纤维的移动方向的平均压力变化dP/dL满足式(1)。(πD2/4)×dP/dL≤0.03 …(1)。

Description

光纤素线的制造方法
技术领域
本发明涉及光纤素线的制造方法。
本申请基于2015年8月11日在日本提出申请的日本特愿2015-158823号主张优先权，将其内容援引于此。
背景技术
对于光传输距离的长距离化、传输速度的高速化，需要提高光信噪比(OSNR：Optical signal to noise ratio)。因此，要求光纤为低损耗的。
纤芯部分实质上仅由纯二氧化硅玻璃构成的二氧化硅纤芯光纤与掺锗纤芯光纤(纤芯中掺杂有GeO2的光纤)相比，不存在由添加的GeO2的浓度波动所致的光散射。因此，已知成为低损耗的光纤。
对二氧化硅纤芯光纤、掺锗纤芯光纤中的任一者的进一步的低损耗化的要求仍然很高。
在光纤的制造技术已经高度成熟的现在，由金属氧化物(MOx)、羟基(OH)等光纤中的杂质所致的吸收损耗几乎已被减少到极限。残留的损耗大体是由伴随着玻璃的结构或组成的波动的散射损耗所引起的。因为光纤由玻璃形成，所以这样的损耗是不可避免的。
一般而言，在将熔融成型的玻璃冷却时，只要缓慢地冷却就能够减少波动，这在玻璃产业中是众所周知的。对于光纤的制造方法，也研究了将利用加热炉对光纤用母材刚进行了熔融拉丝后的光纤在另一个炉(缓慢冷却炉)中进行温度调整，或者在加热炉中追加绝热结构进行缓慢冷却的方法。这样的方法可得到一定的效果(参照专利文献1～8、非专利文献1～5)。
另外，也研究了选择热传导率低的气体作为缓慢冷却炉内的环境等而有效率地进行通过缓慢冷却炉的光纤的缓慢冷却的方法(参照专利文献9、10)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭51-089747号公报
专利文献2：日本特开昭60-186430号公报
专利文献3：日本特开平4-059631号公报
专利文献4：日本特开平10-025127号公报
专利文献5：日本专利第4482955号公报
专利文献6：日本专利第4558368号公报
专利文献7：日本专利第4990429号公报
专利文献8：日本特开2014-062021号公报
专利文献9：日本专利第4356154号公报
专利文献10：日本专利第4459720号公报
非专利文献
非专利文献1：S.Sakaguchi and S.Todoroki，Appl.Optics，Vol.37，pp.7708-7711(1998)
非专利文献2：K.Saito，et al.，Appl.Phys.Lett.，Vol.83，pp.5175-5177(2003)
非专利文献3：K.Saito，et al.，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.89，pp.65-69(2006)
非专利文献4：D.-L.Kim and M.Tomozawa，J.Non-Cryst.Solid，Vol.286，pp.132-138(2001)
非专利文献5：K.Tsujikawa，et al.，J.Lightwave Technol.，Vol.25，pp.2122-2128(2007)
发明内容
然而，在使用热传导率低的气体作为缓慢冷却炉内的环境气体的制造方法中，只不过是对于热传导率仅将环境气体与He气进行比较，使用了基于热传导率的大小关系而选择的气体，并未对热传递进行详细研究。
另外，在以往的制造方法中，为了有效地进行缓慢冷却，需要具有发热体、绝热结构的设备，无法避免设备复杂化、使用电力增加，生产率降低等问题。
对于进行缓慢冷却，考虑对将母材(预制棒)加热、拉丝的加热炉追加缓慢冷却用的结构，但在缓慢冷却用的结构为简单的管状结构时，无法得到充分的缓慢冷却效果，减少传输损耗的效果不足。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够不使装置构成复杂化地将光纤裸线缓慢冷却、减少传输损耗的光纤素线的制造方法。
本发明的一个方式提供一种光纤素线的制造方法，其中，将光纤母材熔融纺丝而形成玻璃纤维(纺丝工序)，一边使上述玻璃纤维从入口端向出口端插通到管状的缓慢冷却装置中一边将上述玻璃纤维冷却(缓慢冷却工序)，在将上述玻璃纤维冷却时(在缓慢冷却工序中)，使上述缓慢冷却装置的内壁的温度低于上述玻璃纤维的温度，并且对上述缓慢冷却装置的内部给予从上述入口端向上述出口端变高的压力梯度，且在将上述缓慢冷却装置的管内径设为D[m]、将上述缓慢冷却装置的内部空间的上述玻璃纤维的移动方向的长度设为L[m]时，上述缓慢冷却装置的内部的上述玻璃纤维的移动方向的平均压力变化dP/dL满足式(1)。
(πD2/4)×dP/dL≤0.03 …(1)
本发明的一个方式中，上述平均压力变化dP/dL可以满足式(2)。
本发明的一个方式中，可以通过对导入至上述缓慢冷却装置的流体的导入流量和上述缓慢冷却装置的出口开度中的至少任一者进行调整来对上述缓慢冷却装置的内部给予上述压力梯度。
本发明的一个方式中，可以对上述缓慢冷却装置的内部的上述压力梯度进行测定，将上述压力梯度的测定值与预先设定的基准压力梯度的值进行比较，以上述测定值和上述基准压力梯度的值中的任一者变小的方式对导入至上述缓慢冷却装置的流体的导入流量和上述缓慢冷却装置的出口开度中的至少任一者进行控制。
根据本发明的一个方式，对缓慢冷却装置的内部给予从入口端向出口端变高的压力梯度，因此能够减小管内的流体的(玻璃纤维移动方向的)流速。
如果减小流体的速度，则流体与管内壁的热传递变小。因此，能够抑制流体的热向外部扩散，能够将流体的温度维持于高温。因此，能够缓慢地进行玻璃纤维与流体的热传递。因此，能够得到充分的缓慢冷却效果，制造传输损耗低的光纤素线。
另外，该方法中，并未采用通过加热流体而使该流体的温度接近玻璃纤维的温度的方法，而是采用通过抑制流体的热扩散到外部而使流体的温度接近玻璃纤维的温度的方法。因此，能够不使用热源(或使用简单的热源)而得到上述效果。因此，不会使装置构成复杂化。
附图说明
图1是表示能够实施本发明的一个实施方式的光纤素线的制造方法的一个例子的制造装置的简要构成的示意图。
图2是表示在图1所示的制造装置中使用的缓慢冷却装置内的流体的速度分布的计算值的图。
图3是表示能够实施本发明的一个实施方式的光纤素线的制造方法的其它例子的制造装置的简要构成的示意图。
图4是表示试验结果的图。
具体实施方式
已知一般而言，只要由下式(1)定义的雷诺数Re小于2300～4000，则管内的流体的流动变为层流。
式(1)中的ρ表示流体的密度[kg/m3]，u表示流体的速度[m/s]，L表示系统的特征长度[m]，μ表示流体的粘度[Pa·s]。
在Re足够小、管内的流体的流动可以假定为层流的情况下，管内的流体的速度分布满足以下的式(2)、(3)。
式(2)、(3)中的r表示管内的径向的位置[m]，τrz表示在与管内的径向垂直的面内的轴向的剪切应力[Pa]，dp/dz表示管内的轴向的压力梯度[Pa/m]。
若为管内的流体的流动仅由轴向的压力梯度引起的系统(所谓的哈根-泊肃叶流动，Hagen-Poisueille flow)，则管内的流体的速度分布表示通常的抛物线型的速度分布。然而，在玻璃纤维通过的管内，情况不同，成为与上述的通常的抛物线型的速度分布不同的速度分布。
以下，假定玻璃纤维在管内沿管的中心轴移动。
在管内，主要通过在流过接近玻璃纤维的位置的流体中产生的粘性力来产生玻璃纤维的移动方向的流体的流动。另一方面，在接近管内壁的位置可以根据管内的压力梯度而产生下降流和上升流。将满足上述式(2)、(3)的管内的流体的速度分布的例子示于图2。
图2表示在拉丝速度1000m/min(16.67m/s)、管径(内径)0.05m、管内的环境气体为He时的管的径向的流体的速度分布的计算值。图2中示出的多个曲线分别为管内的压力梯度dp/dz相互不同时的验算结果。
在原理上，在管内壁(r＝0.025m)的流体的速度为0m/s，玻璃纤维所通过的管中心(r＝0m)的流体的速度与玻璃纤维的移动速度一致。
在管内壁与管中心的中间的位置(例如，半径0.01m附近)，流体的速度很大程度上取决于管内的轴向的压力梯度dp/dz，流体可以成为下降流，也成为变为上升流。实质上也可能成为几乎静止状态。
例如，如图2所示，管内的压力梯度dp/dz为0时，玻璃纤维的移动方向(图2的右方)的流体的流动(下降流)变大，但如果管内的压力梯度dp/dz大于0，则该方向的流体的流动变小。例如，压力梯度dp/dz为0.6时，接近管内壁的区域(例如，r为0.015以上的区域)的流体的流速变得非常小。
另一方面，固体与流过接近固体的位置的流体的热传递按照下式(4)。
Q为单位时间的热量[W]，h为对流传热系数[W/K·m2]，取决于系统。A表示接触面积[m2]。Tw表示固体表面的温度[K]。表示流体的平均温度[K]。
式(4)可以应用于玻璃纤维与其周围的流体的热交换，也可以应用于管内壁与其中流过的流体之间。式(4)表示固体与流体的热传递同固体与流体的温度差成比例。
对流传热系数h不仅取决于流体的物性，还取决于系统，因此需要对个别系统进行讨论。h一般由下式(5)表示。
h＝ckumdm-1vn-mα-n…(5)
c为比例常量，k为流体的热传导率[W/K·m]，d为系统的代表长度[m]，ν为流体的运动粘性系数[m2·s](ν＝μ/ρ)，α为流体的热扩散率[m2/s](α＝k/ρCp)。m、n取决于各个系统，m为0.5～0.8，n为0.2～0.5。
根据以上内容，对于玻璃纤维与周围的流体的热传递，总结如下。
[1]对于缓慢地进行玻璃纤维与周围的流体的热传递，只要减小周围的流体的温度与玻璃纤维的温度差即可。
[2]对于缓慢地进行玻璃纤维与周围的流体的热传递，只要减小玻璃纤维与流体的相对速度即可。
为了实现[2]，只要减慢玻璃纤维的线速度即可。
为了实现[1]，可以采取加热流体而使流体的温度接近玻璃纤维的温度的方法，也可以采取抑制流体的热向外部扩散的方法。
式(4)的Q可以以下述方式改写。
Qgas＝hgas-wall(Twall-Tgas)dwallπΔl+hfiber-gas(Tfiber-Tgas)dfiberπΔl
…(6)
式(6)表示将管路在玻璃纤维的行进方向用微小长度Δl分成区间，在该区间的范围的管内壁与流体的热交换。式(6)中，忽略在管路的长边方向的热传递、区间内的流体的温度分布。
Twall、Tfiber、Tgas分别为管内壁、玻璃纤维、流体的温度[K]。Qgas为单位时间对流体施加的热量[W]。hgas-wall为流体与管内壁之间的对流传热系数[W/K·m2]。hfiber-gas为流体与玻璃纤维之间的对流传热系数[W/K·m2]。dwall为管内壁的直径[m]。dfiber为玻璃纤维的直径[m]。
在式(6)的右边，在拉丝中的管路内的各点的玻璃纤维的温度、流体的温度、管内壁的温度在稳定状态下几乎一定，式(6)的Qgas变为0。此时，只要确定为某个Twall、Tfiber，则满足Qgas＝0的Tgas就唯一确定。
如果假定为Tfiber＞Tgas＞Twall，则为了使Tgas接近Tfiber，必须减小式(6)的右边的第1项的绝对值。如果将式(6)的右边的第1项设为Qgas-wall而将式(5)代入到hgas-wall中，则得到下式(7)。
式(7)中，减小流体的速度u，或者使Twall与Tgas接近时，Qgas-wall的绝对值变小。
如图2所示，只要对管内的压力给予从入口端向出口端变高的梯度，就能够减小管内的流体的(玻璃纤维移动方向的)流速。
如式(7)所示，只要减小流体的速度，则流体与管内壁的热传递变小。因此，能够抑制流体的热向外部扩散，能够将流体的温度维持在高温。因此，能够缓慢地进行玻璃纤维与流体的热传递(参照上述[1])。
因此，能够得到充分的缓慢冷却效果，制造传输损耗低的光纤素线。
另外，在该方法中，并没有采用通过加热流体而使其温度接近玻璃纤维的温度的方法，而是采用通过抑制流体的热向外部扩散而使流体的温度接近玻璃纤维的温度的方法。因此，能够不使用热源(或使用简单的热源)地得到上述效果。因此，不会使装置构成复杂化。
图1是表示能够实施本发明的一个实施方式的光纤素线的制造方法的一个例子的制造装置1的简要构成的示意图。
制造装置1从拉丝方向的上游侧向下游侧具备纺丝部10、缓慢冷却装置20、强制冷却部30、涂覆部40、固化部50、折返滑轮60和卷取机70。
纺丝部10具备具有热源11a的加热炉11，利用加热炉11来加热光纤母材2而进行熔融纺丝，从而得到玻璃纤维3(光纤裸线)。
缓慢冷却装置20具备：具有管状结构的主体部21和设置于主体部21的下端21b的狭窄部22。
狭窄部22具有玻璃纤维3可通过的开口部(省略图示)。狭窄部22能够调整开口部的内径，通过调整该内径，能够对缓慢冷却装置20内部的压力梯度进行调整。
优选主体部21使中心轴与垂直方向一致。主体部21介由连接筒26连接到加热炉11的下端。
缓慢冷却装置20可以是没有热源的构成，也可以是设置有对主体部21内进行加热的热源(省略图示)的构成。
优选缓慢冷却装置20的内部以流体(低热传导率气体、空气等)充满。低热传导率气体为与He相比热传导率低的气体。作为低热传导率气体，例如可以使用Ar、N2。
在接近主体部21的入口端21a(上端)的位置设置有将低热传导率气体导入或导出到主体部21内的气体导出入部23。在接近主体部21的出口端21b(下端)的位置设置有将气体导入或导出到主体部21内的气体导出入部24。
主体部21在轴向的中间位置(上端与下端之间的位置)设置有用于连接压力计的多个连接用端口25(25a、25b)。图1中，设置有2个连接用端口25(25a、25b)，这些连接用端口25a、25b在主体部21的轴向有间隔地配置。
将拉丝方向的上游侧的连接用端口25称为第1连接用端口25a，将下游侧的连接用端口25称为第2连接用端口25b。
图1中，第1连接用端口25a在接近主体部21的入口端21a(上端)的位置，第2连接用端口25b在接近出口端21b(下端)的位置。
应予说明，主体部21的轴向是指主体部21的中心轴方向，在图1中为上下方向。
连接用端口25a、25b用于测定主体部21内的轴向的压力梯度。例如，可以利用分别与连接用端口25a、25b连接的压力计(省略图示)来测定主体部21的内部的压力，算出将差压除以连接用端口25a、25b间的距离L(主体部21的轴向的距离)而得的值作为平均压力梯度。距离L例如为连接用端口25a、25b(管路)的轴线彼此的距离。
符号27为入口侧的放射温度计，被设置于连接筒26，能够测定即将进入缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度(入口纤维温度)。符号28为出口侧的放射温度计，能够测定刚从缓慢冷却装置20出去到外部之后的玻璃纤维3的温度(出口纤维温度)。
利用放射温度计27、28，能够确认通过缓慢冷却装置20的玻璃纤维3的温度梯度。
强制冷却部30的内部被制冷剂(例如He)充满，通过与制冷剂的接触，能够冷却玻璃纤维3。
涂覆部40对玻璃纤维3的外周涂布(涂覆)聚氨酯丙烯酸酯系的树脂等被覆材料而制成被覆层，从而得到光纤素线中间体4。
固化部50将光纤素线中间体4的被覆层固化而形成光纤素线5。固化部50例如具有紫外灯(省略图示)。
折返滑轮60能够变换光纤素线5的方向。
卷取机70例如是将光纤素线5卷取的卷取线轴。
接下来，以使用制造装置1的情况为例，对本发明的一个实施方式的光纤素线的制造方法进行说明。
(纺丝工序)
如图1所示，在纺丝部10中，在加热炉11内加热光纤母材2进行熔融纺丝而得到玻璃纤维3。
可以利用放射温度计27对即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度进行测定。该玻璃纤维3的温度优选为1200℃～1500℃。
(缓慢冷却工序)
缓慢冷却装置20的内部预先充满流体(例如，低热传导率气体、空气等)。
利用分别与连接用端口25a、25b连接的压力计(省略图示)来测定主体部21的内部的压力。算出将在第1连接用端口25a测定的压力与在第1连接用端口25a测定的压力之差(差压ΔP)除以连接用端口25a、25b间的距离(主体部21的内部空间21c的轴向的距离L)而得的值(ΔP/L)作为平均压力梯度。应予说明，连接用端口25a、25b间的距离将拉丝方向的下游方向(图1中为下方)设为正。
如下式(8)所示，将ΔP/L设为压力梯度dP/dz。
缓慢冷却工序中，对从气体导出入部23、24流入到主体部21内的流体(气体)流量和狭窄部22的开口部的内径中的至少任一者进行调整。由此，对缓慢冷却装置20的内部给予从入口端21a向出口端21b变高的压力梯度。
例如，若将通过气体导出入部24而流入到主体部21内的流体(气体)流量增加，或者减小狭窄部22的开口部的内径，则上述压力梯度变大。若将通过气体导出入部24而流入到主体部21内的流体(气体)流量减小，或者增加狭窄部22的开口部的内径，则上述压力梯度变小。
缓慢冷却工序中，缓慢冷却装置20的主体部21的内部的内部空间21c的轴向(玻璃纤维3的移动方向)的平均压力变化dP/dL满足下式(9)。这里，将缓慢冷却装置20的主体部21的内径(管内径)设为D[m]，将内部空间21c的轴向的距离设为L[m]。
(πD2/4)×dP/dL≤0.03…(9)
对缓慢冷却装置20的内部施加从入口端21a向出口端21b变高的压力梯度，因此(πD2/4)×dP/dL大于0。
通过对缓慢冷却装置20内给予从入口端21a向出口端21b变高的压力梯度，能够减小缓慢冷却装置20内的流体的(玻璃纤维移动方向的)流速(参照图2)。
如上述的式(7)所示，若减小流体的速度u，则流体与管内壁(主体部21的内壁)的热传递变小。因此，能够抑制流体的热向外部扩散，能够将流体的温度维持在高温。因此，能够缓慢地进行玻璃纤维3与流体的热传递(参照上述[1])。
因此，能够得到充分的缓慢冷却效果，制造传输损耗低的光纤素线5。
另外，该方法中，并没有采用通过加热流体而使其温度接近玻璃纤维的温度的方法，而是采用通过抑制流体的热向外部扩散而使流体的温度与玻璃纤维的温度接近的方法。因此，能够不使用热源(或使用简单的热源)地得到上述效果。因此，不会使装置构成复杂化。
优选平均压力变化dP/dL满足下式(10)。
0.001≤(πD2/4)×dP/dL≤0.03…(10)
由此，能够对缓慢冷却装置20内给予充分的压力梯度，减小缓慢冷却装置20内的流体的(玻璃纤维移动方向的)流速。
平均压力变化dP/dL优选为满足下式(11)的范围。通过平均压力变化dP/dL为该范围，能够减小缓慢冷却装置20内的流体的流速，减小流体与管内壁(主体部21的内壁)的热传递。
利用放射温度计28，能够测定刚从缓慢冷却装置20出去到外部之后的玻璃纤维3的温度(出口温度)。
能够利用放射温度计27、28来确认通过缓慢冷却装置20的玻璃纤维3的温度梯度。
(强制冷却工序)
玻璃纤维3能够利用强制冷却部30冷却到例如100℃以下。
(涂覆工序)
在涂覆部40中，向光纤裸线3的外周涂布(涂覆)聚氨酯丙烯酸酯系的树脂等被覆材料而制成被覆层，从而得到光纤素线中间体4。
(固化工序)
在固化部50中，照射紫外线使光纤素线中间体4的被覆层固化而得到光纤素线5。
光纤素线5经由折返滑轮60被卷取机70卷取。
图3是表示能够实施本发明的一个实施方式的光纤素线的制造方法的其它例子的制造装置101的简要构成的示意图。
对于制造装置101而言，从缓慢冷却装置20未与加热炉11连接而独立于加热炉11的方面考虑，与图1所示的制造装置1不同。
在使用制造装置101的制造方法中，也与使用图1所示的制造装置1的制造方法同样地通过对从气体导出入部24流入到主体部21内的流体(气体)流量和狭窄部22的开口部的内径中的至少任一者进行调整，从而对缓慢冷却装置20的内部给予从入口端21a向出口端21b变高的压力梯度。
由此，能够缓慢地进行玻璃纤维3与流体的热传递，得到充分的缓慢冷却效果，制造传输损耗低的光纤素线5。
另外，在该制造方法中，也能够不使用热源(或使用简单的热源)地得到上述效果。因此，不会使装置构成复杂化。
对本发明的光纤素线的制造方法进行了说明，但本发明不限定于上述例子，在不脱离发明主旨的范围内可以进行适当的变更。
例如，也可以测定缓慢冷却装置20内的压力梯度，将该测定值与预先设定的基准压力梯度的值进行比较，以测定值和基准压力梯度的值中的任一者变小的方式对流体向缓慢冷却装置20的导入流量和狭窄部22的开口部的内径(出口开度)中的至少任一者进行控制。作为控制方法，优选PID控制等反馈控制。
由此，能够将缓慢冷却装置20内的压力梯度保持在适当范围。
实施例
首先，对实施例中通用的事项进行记载。
作为光纤母材2(光纤预制棒)，使用主要包含由二氧化硅玻璃形成的包层和添加有GeO2的纤芯部分的单模光纤用预制棒。
在纺丝部10中，在加热炉11内加热光纤母材2进行熔融纺丝而得到玻璃纤维3(纺丝工序)。
使玻璃纤维3从入口端21a向出口端21b插通到缓慢冷却装置20的主体部21中(缓慢冷却工序)。
缓慢冷却工序中，将缓慢冷却装置20的内部用Ar或N2充满。
即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为1200℃～1500℃。
缓慢冷却装置的主体部21的内壁的温度通常设为比玻璃纤维3的温度低的温度。
缓慢冷却装置20的主体部21的内径为20mm、38.7mm、50mm中的任一者。
算出将在第1连接用端口25a测定的压力与在第1连接用端口25a测定的压力之差(差压ΔP)除以连接用端口25a、25b间的距离(主体部21的内部空间的轴向的距离L)而得的值作为平均压力梯度(ΔP/L)(参照式(8))。应予说明，连接用端口25a、25b间的距离将拉丝方向的下游方向(在图1中为下方)设为正。
通过在狭窄部22调整开口部的内径，并且对来自气体导出入部23或气体导出入部24的低热传导率气体的流入量进行调整，从而调整缓慢冷却装置20内部的压力梯度。
利用放射温度计27、28来确认通过缓慢冷却装置20的玻璃纤维3的温度梯度。
玻璃纤维3在利用强制冷却部30冷却至温度100℃以下后，在涂覆部40实施紫外线固化树脂的涂覆(涂覆工序)。
接下来，在固化部50照射紫外线使被覆层固化而得到光纤素线5(固化工序)。
光纤素线5经由折返滑轮60被卷取机70卷取。
使用OTDR来测定光纤素线5的传输损耗(波长1.55μm)。
以下，对实施例和参考例进行详细记载。
(实施例1)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。主体部21的内径设为38.7mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为4.5Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1160℃。
光纤素线5的传输损耗(波长1.55μm)为0.178dB/km。
(实施例2)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为20Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1100℃。
光纤素线5的传输损耗为0.180dB/km。
(实施例3)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为2.5Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1190℃。
光纤素线5的传输损耗为0.178dB/km。
(实施例4)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为2Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1220℃。
光纤素线5的传输损耗为0.177dB/km。
(实施例5)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为10Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1130℃。
光纤素线5的传输损耗为0.180dB/km。
(实施例6)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为9Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1160℃。
光纤素线5的传输损耗为0.179dB/km。
(实施例7)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为70Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为1070℃。
光纤素线5的传输损耗为0.181dB/km。
(实施例8)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为2Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为980℃。
光纤素线5的传输损耗为0.183dB/km。
(实施例9)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为15Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为800℃。
光纤素线5的传输损耗为0.184dB/km。
(参考例1)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为38.7mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为920℃。
光纤素线5的传输损耗为0.184dB/km。
(参考例2)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为950℃。
光纤素线5的传输损耗为0.184dB/km。
(参考例3)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为710℃。
光纤素线5的传输损耗为0.186dB/km。
(参考例4)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为950℃。
光纤素线5的传输损耗为0.184dB/km。
(参考例5)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为980℃。
光纤素线5的传输损耗为0.184dB/km。
(参考例6)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为800℃。
光纤素线5的传输损耗为0.185dB/km。
(参考例7)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为860℃。
光纤素线5的传输损耗为0.185dB/km。
(参考例8)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为680℃。
光纤素线5的传输损耗为0.187dB/km。
(参考例9)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为0Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为680℃。
光纤素线5的传输损耗为0.187dB/km。
(参考例10)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为38.7mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为45Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为870℃。
光纤素线5的传输损耗为0.185dB/km。
(参考例11)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为200Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为900℃。
光纤素线5的传输损耗为0.186dB/km。
(参考例12)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为25Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为670℃。
光纤素线5的传输损耗为0.186dB/km。
(参考例13)
使用图1所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为20Pa/m的方式对从气体导出入部23、24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为900℃。
光纤素线5的传输损耗为0.185dB/km。
(参考例14)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为1.5m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用Ar充满。
拉丝线速度设为1000m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为20Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的Ar流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为930℃。
光纤素线5的传输损耗为0.185dB/km。
(参考例15)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为90Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为750℃。
光纤素线5的传输损耗为0.186dB/km。
(参考例16)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为1000℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为300Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为810℃。
光纤素线5的传输损耗为0.186dB/km。
(参考例17)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为50mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为20Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为650℃。
光纤素线5的传输损耗为0.187dB/km。
(参考例18)
使用图3所示的制造装置来制造光纤素线5。
缓慢冷却装置20的总长设为3m。缓慢冷却装置20的主体部21的内径设为20mm。缓慢冷却装置20(主体部21)的内部用空气充满。
拉丝线速度设为2200m/min。即将进入到缓慢冷却装置20之前的玻璃纤维3的温度设为约1400℃。缓慢冷却装置20的主体部21的内壁温度设为400℃。
以缓慢冷却装置20内的轴向的压力变化约为190Pa/m的方式对从气体导出入部24流入的空气流量和狭窄部22的开口部的内径进行调整。除此以外的条件以实施例1为标准而定。
利用放射温度计28进行的测定的结果是缓慢冷却装置20的出口的玻璃纤维3的温度约为640℃。
光纤素线5的传输损耗为0.187dB/km。
将实施例的条件示于表1。将参考例的条件示于表2。
算出在将缓慢冷却装置20的主体部21的内径(管内径)设为D[m]、将缓慢冷却装置20的内部空间21c的轴向的距离(缓慢冷却装置长度)设为L[m]时的(πD2/4)×dP/dL。
[表1]
[表2]
图4是表示缓慢冷却装置20的管内径D与log(dP/dL)的关系的图。
如该图所示，在实施例1～9中，平均压力变化dP/dL满足上述式(11)。
根据实施例和参考例的结果，确认了在实施例1～9中通过对缓慢冷却装置20内给予从入口端21a向出口端21b变高的压力变化，能够制造传输损耗低的光纤素线5。
符号说明
1、101…光纤素线的制造装置，2…光纤母材，3…玻璃纤维(光纤裸线)，5…光纤素线，10…纺丝部，11…加热炉，20…缓慢冷却装置，21a…入口端，21b…出口端，22…狭窄部。

Claims (4)

1.一种光纤素线的制造方法，其中，
将光纤母材熔融纺丝而形成玻璃纤维，
一边使所述玻璃纤维从入口端向出口端插通到管状的缓慢冷却装置中一边将所述玻璃纤维冷却，
在将所述玻璃纤维冷却时，使所述缓慢冷却装置的内壁的温度低于所述玻璃纤维的温度，并且对所述缓慢冷却装置的内部给予从所述入口端向所述出口端变高的压力梯度，
且在将所述缓慢冷却装置的管内径设为D[m]、将所述缓慢冷却装置的内部空间的所述玻璃纤维的移动方向的长度设为L[m]时，所述缓慢冷却装置的内部的所述玻璃纤维的移动方向的平均压力变化dP/dL满足式(1)，
(πD2/4)×dP/dL≤0.03…(1)。
2.根据权利要求1所述的光纤素线的制造方法，其中，所述平均压力变化dP/dL满足式(2)，
3.根据权利要求1或2所述的光纤素线的制造方法，其中，通过对导入至所述缓慢冷却装置的流体的导入流量和所述缓慢冷却装置的出口开度中的至少任一者进行调整，对所述缓慢冷却装置的内部给予所述压力梯度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤素线的制造方法，其中，对所述缓慢冷却装置的内部的所述压力梯度进行测定，将所述压力梯度的该测定值与预先设定的基准压力梯度的值进行比较，以所述测定值和所述基准压力梯度的值中的任一者变小的方式对导入至所述缓慢冷却装置的流体的导入流量和所述缓慢冷却装置的出口开度中的至少任一者进行控制。
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