JP2001524441A - 光ファイバの冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光ファイバの引抜き工程の間、該光ファイバを冷却する方法及びその装置に関するものである。特に、光ファイバを冷却する本発明の方法は、冷却ガスを光ファイバまで流動させ、冷却ガスの流動方向がファイバの長手方向軸線に対して実質的に横断方向となるようにする。引抜いたファイバの長手方向軸線に対して実質的に横断方向の冷却ガスの流れを採用することにより、ファイバの冷却効率を実質的に改良することができることが判明した。本発明による装置は、引抜いたファイバが進むときに通る内側の細長い空間を画成する少なくとも１つの壁を有する中空の細長い本体を備えており、上記中空の細長い本体の少なくとも１つの壁には、上記冷却ガスを中空の本体内に導入するときに通る少なくとも１つの長手方向開口部と、上記冷却ガスを上記中空の本体から除去するときに通る少なくとも１つの長手方向開口部とが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、光ファイバの引抜き工程中、該光ファイバを冷却する方法及びその
装置に関する。

【０００２】 光ファイバの製造において、最初に、ガラス粒子をスート成長させることによ
り、ＶＡＤ（気相軸付け法）、ＯＶＤ（外部気相成長法）及びＭＣＶＤ（改良化
学的気相成長法）を含む、公知の技術に従って、ガラス予成形体（ｐｒｅｆｏｒ
ｍ）を製造する。次に、上記のスートガラスの予成形体をファイバを引抜く前に
圧密化する。

【０００３】 いわゆる「引抜き加熱炉」に入れて、予成形体の底端部をその軟化温度にて加
熱し、公知の方法に従って制御された状態下にて、ファイバをその軟化した予成
形体から引抜くことにより、圧密化した予成形体から光ファイバが得られる。冷
却したとき、ガラスは、凝固して光ファイバとなるが、この光ファイバは極めて
弱い。このため、引抜き工程の間、ファイバを結集する前に、ファイバには、そ
の保護のため、通常、１以上の層、好ましくは、２層の合成被覆材料（例えば、
ウレタン−アクリル樹脂）が被覆される。

【０００４】 一般に、ファイバの被覆は、液体樹脂を保持する「コーティングダイ」にファ
イバを通すことによって行われる。一般に、引抜き加熱炉からの出口にて約２０
００°Ｃの温度を有するファイバは、コーティングダイに入る前に、被覆施工技
術の１つと適合可能な温度（一般に、１００°Ｃ以下、好ましくは、約２５°Ｃ
乃至６０°Ｃ）にて冷却し、ファイバの高温度に起因して被覆工程中に不都合を
生じ、被覆層の不規則に付着されることがないようにする必要がある。引抜き速
度を速くすることにより、ファイバを被覆の施工に適した温度まで冷却するため
、より長い距離を必要とする。例えば、米国特許第４，４３７，８７０号に記載
されたように、直径１２５μｍのファイバを０．７５ｍ／秒の引抜き速度にて１
７８０°Ｃから５０°Ｃまで冷却するためには、１２０ｃｍの距離が必要である
。引抜き速度が５ｍ／秒まで速くなるならば、８００ｃｍの冷却距離が必要とさ
れる。自然冷却のみを採用する場合、引抜き速度が速くなるに伴い、引抜き加熱
炉と冷却ダイとの間の距離は過度に長くなろう。冷却工程中、ファイバを適当な
温度にて強制的に冷却する冷却手段を採用し、より短い冷却距離とすることを許
容することが提案されている。

【０００５】 米国特許第４，４３７，８７０号には、ファイバを引抜くときに通る垂直管か
ら成り、該管のその底端部には、円筒状の形状の多孔質部材が設けられた、ファ
イバの冷却装置が開示されている。この多孔質部材を取り巻くチャンバ内に冷却
ガスが供給され、次に、この多孔質部材を通ってファイバに沿って冷却管の頂部
まで上方に流れる。液化ガス（窒素）を保持するチャンバがこの冷却管を取り巻
いている。一つの代替的な実施の形態によれば、冷却空気が冷却管内に入り、冷
却管の頂部まで上方に流れるときに通る環状開口部をその底部に有する、絶縁材
料層で取り巻くことのできる垂直管を通じてファイバが引抜かれる。

【０００６】 米国特許第４，５１４，２０５号には、ファイバを取り巻く冷却管から成り、
該冷却管が液化ガスを保持するリザーバの中央に配置されたファイバの冷却装置
が開示されている。冷却ガスは、最初に、リザーバ内に配置されたコイルを通っ
て流れ、このため、該リザーバ内に保持された液化ガスにより冷却され、次に、
ファイバに沿って軸方向に冷却管内に流れる。

【０００７】 米国特許第４，９１３，７１５号には、強制的に冷却した二重壁の管を通じて
ファイバが引抜かれる冷却装置が開示されている。ファイバが通る管の内部スペ
ースは、熱伝達特性に優れたガスを保持しており、このガスの流量は、減少して
いるが、周囲の雰囲気が管内に入るのを防止し且つガスの損失を補償するのに十
分である。この特許に開示された方法によれば、このようにして、ファイバは、
ファイバを取り巻く熱伝熱ガスによって、冷却した壁に熱を伝達することにより
、実質的に冷却される。

【０００８】 米国特許第４，９６６，６１５号には、冷却ジャケットにより取り巻かれた冷
却管が開示されている。互いに隔てた多数のリング形状の仕切り板が管内に取り
付けられている。該仕切板は、ガスとファイバとの間の熱伝達を増し得るように
、管を通るガスの層状流れを解消することを可能にする。

【０００９】 米国特許第４，８３８，９１８号には、窒素により冷却された２つの平行な板
の間に上記ファイバを通し、上記板の間の中央に配置された平面に沿って層状の
不活性ガス流が上記ファイバまで向けられるようにし、該層状流は、その外面に
、互いに隔てられた、直径０．１５９ｃｍ（１／１６インチ）の穴が多数、形成
された１．２７０ｃｍ（１／２インチ）の管によって発生されるようにした、光
ファイバの冷却方法が開示されている。

【００１０】 当該出願人は、上記の冷却装置及び方法は、特に、引抜き状態の変化に容易に
対応することができない点にて、その使用時に幾つかの欠点を有することが分か
った。

【００１１】 更に、当該出願人は、冷却ガスを軸方向に流す従来の冷却方法によれば、その
値以上となると、ガスの冷却効率が飽和され、ガスの冷却能力が実質的に全く増
大しない冷却ガス流量に臨界値（管の最初の温度及び長さに依存する）があるた
め、引抜き速度を速くする可能性は制約されることも分かった。

【００１２】 更に、米国特許第４，８３８，９１８号に開示された方法及び装置において、
当該出願人は、互いに隔てられた小さい穴によって冷却ガスが提供されることと
、その不活性ガスを装置から効果的に除去するための手段が何も存在しないこと
とによって、ファイバの冷却効率が低下する可能性があることも分かった。

【００１３】 本発明によれば、少なくとも１つの第一の長手方向開口部と、少なくとも１つ
の第二の長手方向開口部とが設けられた、中空の細長い本体であって、上記開口
部の双方が該細長い本体の全長に亙って実質的に設けられ、上記第二の開口部が
上記第一の開口部に対して実質的に反対側に設けられた、上記の中空の細長い本
体に上記ファイバを通し、冷却ガスが上記第一の開口部を通って流れ、ファイバ
に向けられ且つ反対側の第二の開口部から除去されるようにすることで、光ファ
イバの冷却効率を向上させることが可能であることが判明した。従って、本発明
の冷却方法は、細長い中空の本体の内部で冷却ガスの全体の経路に亙って、引抜
いたファイバの長手方向軸線に対して実質的に横断方向の冷却ガスの流れを提供
するものである。本明細書において、「ファイバの長手方向軸線に対して実質的
に横断方向の流れ方向」という語は、ファイバが通る細長い中空の本体の一側部
から反対側側部までファイバの長手方向軸線に対し横断方向に冷却ガスが流れる
あらゆる状態を包含することを意図するものである。好ましくは、冷却ガスの横
断方向流れ方向は、ファイバの長手方向軸線に対し実質的に横断方向であるよう
にする。

【００１４】 このように、本発明の１つの形態は、光ファイバの冷却方法であって、 少なくとも１つの第一の長手方向開口部と、少なくとも１つの第二の長手方向
開口部とが設けられた中空の細長い本体に上記ファイバを通すことと、 冷却ガスの流れ方向がファイバの長手方向軸線に対し実質的に横断方向となる
ように冷却ガスを上記第一の開口部を通じて流動させることと、 上記冷却ガスを上記第二の開口部を通じて中空の細長い本体から除去すること
とを備える、光ファイバの冷却方法に関するものである。

【００１５】 一つの好ましい実施の形態によれば、上記開口部は、上記細長い本体の全長の
少なくとも半分に設けられる。好ましくは、上記開口部の長さは、上記細長い中
空の本体の全長の少なくとも７５％に対応するようにする。特に、上記開口部の
長さは、上記細長い中空の本体の全長の約８０％乃至約９５％の範囲にあるよう
にする。一つの好ましい実施の形態によれば、上記第二の開口部は、上記第一の
開口部に対し上記細長い本体の反対側側部に実質的に配置される。更に、冷却ガ
スは、上記第二の長手方向開口部を通じて上記中空の細長い本体から強制的に除
去されるようにすることが好ましい。

【００１６】 一つの好ましい実施の形態によれば、本発明の方法は、 第一の二重壁半管の内壁及び外壁により画成された第一の中空の空間内に冷却
ガスを所定の温度にて導入することと、 上記第一の二重壁半管の内壁に設けられた少なくとも１つの長手方向開口部を
通じて上記冷却ガスを上記第一の中空の空間から上記第一の二重壁半管の内壁と
第二の二重壁半管の内壁により画定された中央チャンバ内に流動させ、上記中央
チャンバを通る光ファイバを冷却し得るようにすることと、 上記第二の二重壁半管の内壁に設けられた少なくとも１つの第二の長手方向開
口部を通じて冷却ガスを上記中央チャンバから上記第二の二重壁半管の内壁及び
外壁により画定された第二の中空の空間内に流動させることと、 冷却ガスを上記第二の中空の空間から除去することとを備えている。

【００１７】 一つの好ましい実施の形態によれば、本発明の冷却方法は、 ファイバの少なくとも第一の部分を第一の方向に向けて冷却ガスの実質的に横
断方向の流れにさらすことと、 上記ファイバの少なくとも第二の部分を第一の方向に対して実質的に反対であ
ることが好ましい第二の方向に向けて冷却ガスの第二の実質的に横断方向の流れ
にさらすこととを備えている。

【００１８】 本発明の更なる形態は、軟化した予成形体から引抜いた光ファイバを冷却する
冷却装置であって、中空の細長い本体を備え、該中空の細長い本体が、引抜いた
ファイバが通る細長い内側空間を画成する少なくとも１つの壁を有し、該中空の
細長い本体の少なくとも１つの壁には、冷却ガスが中空の本体内に導入されると
きに通る少なくとも１つの長手方向開口部と、上記冷却ガスを上記中空の本体か
ら除去するときに通る少なくとも１つの長手方向開口部とが設けられ、上記開口
部は、中空の本体を通る光ファイバの経路に対してそれぞれの方向を有し、冷却
ガスの流れ方向が、上記中空の細長い本体を通るファイバの長手方向軸線に対し
て実質的に横断方向の結果となるようにした、光ファイバの冷却装置に関するも
のである。

【００１９】 典型的に、上記の中空の細長い本体は１本の管である。

【００２０】 一つの好ましい実施の形態によれば、上述した中空の細長い本体は、第一の中
空の空間を画成する内壁及び外壁を備える二重壁管であり、 管の内壁がファイバが通る管の中央部分に対応する第二の中空の空間を画成し
、 上記内壁には、冷却ガスが第一の中空空間から管の中央部分に導入されるとき
に通る少なくとも１つの長手方向開口部と、上記冷却ガスが中央部分から第一の
中空の空間内に除去されるときに通る少なくとも１つの長手方向開口部とが設け
られる。

【００２１】 一つの好ましい実施の形態によれば、上記二重壁管は、該管を形成し得るよう
共に接続された別個の２つの半体を備えており、該２つの半体の内壁は、ファイ
バが通る冷却管の中央部分を区画し、その半体の各々は、少なくとも１つの長手
方向開口部が設けられた内壁を有している。冷却ガスは第一の半体の内壁及び外
壁により画成された中空の空間内に入口から流動し、上記第一の半体の内壁に形
成された少なくとも１つのスロットを通り、冷却管の中央部分に入り、ファイバ
に達する。次に、冷却空気は第二の半体の内壁における少なくとも１つのスロッ
トを通って冷却管の中央部分から流れ、第二の半体の２つの壁により画成された
中空の空間内に入り、第二の半体の上記中空の空間に接続された出口を通って除
去される。

【００２２】 本発明の更なる形態は、光ファイバを冷却する冷却装置であって、 ファイバの長手方向軸線に対し実質的に横断方向の流れ方向にて冷却ガスが光
ファイバまで流動する冷却装置と、 該冷却装置に接続された再生ユニットとを備える冷却システムに関するもので
ある。

【００２３】 好ましくは、上記再生ユニットは、冷却ガスを清浄にし且つ／又は冷凍する少
なくとも１つの浄化装置又は冷凍装置を備えるようにする。

【００２４】 本発明を一層良く理解し得るようにするため、本発明の１つの可能な実施の形
態の一例を示す、図面に関して説明する。

【００２５】 図１に図示した引抜き装置は、光ファイバ予成形体の底部がその軟化温度にて
加熱される引抜き加熱炉１０２と、引抜いたファイバ１０４の直径を測定する装
置１０３と、ファイバを被覆する前にファイバを冷却する冷却装置１０１と、フ
ァイバに保護被覆を施工する被覆装置１０５とを備えている。光ファイバ予成形
体は、全体として、ファイバが引抜かれる間に、予成形体を加熱炉の加熱領域ま
で下方に漸進的に動かす駆動手段に接続されている。被覆装置は、硬化可能な液
体樹脂組成物（例えば、ウレタン−アクリル系樹脂）を保持するコーティングダ
イと、更に続く紫外線硬化装置１０６とを備えることができる。所望であるとき
、異なる被覆組成物の更なる層をファイバに施工するため、第一の被覆装置の後
に更なる被覆装置を配置することができる。

【００２６】 冷却装置１０１と被覆装置１０５との間の距離「Ｌ」は、冷却管の出口におけ
るファイバの温度に依存する。ファイバが被覆工程と適合可能な値以下まで冷却
されていないならば、被覆装置は、ファイバを更に冷却し得るように、冷却装置
から一定の位置に配置する必要がある。本発明の冷却方法及び装置によれば、冷
却装置の出口にて、４０°Ｃ以下、典型的に約２０°Ｃの温度を有するファイバ
を得ることが可能である。このように、一つの好ましい実施の形態によれば、被
覆装置１０３を冷却装置１０１と実質的に接触した状態に配置することが可能で
ある。

【００２７】 引抜き加熱炉１０２と冷却装置１０１との間の距離に関して、当該出願人は、
典型的に、約１１００°Ｃのニ酸化ケイ素のガラス遷移温度以下の温度にてファ
イバは冷却装置に入ることが好ましいことが分かった。この点に関して、加熱炉
の出口におけるファイバの温度が１８５０°Ｃであると仮定するならば、約２０
°Ｃの空気温度のとき、ファイバが１１００°Ｃまで自然冷却するためには、約
０．１２秒かかることになる。このことは、引抜き速度が約５ｍ／秒の場合、加
熱炉の底部から冷却装置までの距離は、約０．６ｍ、引抜き速度が約２０ｍ／分
の場合、約２．４ｍとなることを意味する。実際には、加熱炉からの冷却装置の
上記の距離は、約１ｍだけ長くする（このため、上記の引抜き速度の場合、約１
．６ｍ乃至３．４ｍの全体距離となる）ようにし、これにより、ファイバが約１
０００°Ｃ以下の温度にて冷却装置に入るようにすることを許容をすることが好
ましい。

【００２８】 冷却ガスは、熱伝導係数の大きい従来技術にて公知のものから選択される。熱
伝導係数の大きいガスは、典型的に、熱伝導率が大きく、比熱が大きく且つ低粘
度のものである。適宜に採用可能なガスの例は、ヘリウム、二酸化炭素、アルゴ
ン及び窒素並びにその混合体である。好ましくは、ヘリウムを採用する。冷却装
置への入口における冷却ガスの温度は、ファイバを所望通りに冷却させるのに十
分に低くなければならない。しかしながら、本発明の横断方向流れの冷却効率が
大きいため、過度に低い温度を採用する必要はない。上記の温度は−２０°Ｃ乃
至約２０°Ｃ、好ましくは、約０°乃至１０°Ｃの範囲にあるようにする。

【００２９】 冷却ガスの流量は、冷却管の幾何学的寸法及びファイバの所望の冷却程度に依
存する。流量は、また、上記ファイバに望ましくない動作を生じさせる可能性の
あるファイバに対するガスの過剰な速度を回避し得るように選択しなければなら
ない。例えば、実施例に記載した冷却装置に関して、冷却管の単位長さ（１ｍ）
当たりの冷却ガスの流量（以下、単位流量）は、約２０リットル／分乃至約２０
０リットル／分、好ましくは、約７５リットル／分乃至約１５０リットル／分の
範囲となる。

【００３０】 図２の冷却管は、参照番号２０１ａ、２０１ｂで示した、２つの「Ｃ字形」二
重壁管を接続することにより形成される。図３には、これら２つの「Ｃ字形」二
重壁管の一方の詳細が図示されている。２つの半体２０１ａ、２０１ｂを接続す
ると、冷却管の中央部分２０２が画成され、引抜いたファイバ１０４はこの中央
部分を通り且つ冷却される。該管の上面及び下面には、ファイバに対する通路２
０４が設けられている。２つの半管は、非限定的に、ねじ、クランプ、クリップ
等のような適当な取り外し可能な接続要素（図示せず）により接続されている。
図２に図示しないガスシールが、その２つの半体の間に設けられている。２つの
半体の各々には、冷却ガスの入口及び出口に対する通路２０３ａ、２０３ｂが設
けられている。２つの部分２０１ａ、２０１ｂは実質的に同一であるため、上記
の通路は、冷却ガスの入口又は出口の何れかとして作用することが可能である。
このことは、装置が好ましい程度の自由度を備え、冷却管の中央部分を通って流
れる冷却ガスの流れ方向を容易に変更することを可能にする。

【００３１】 図３には、上記の冷却管の半体部分２０１ｂが詳細に図示されている。上記の
半体部分の内壁３０１（対応する半体部分２０１ａの内壁として）には、複数の
スロット３０２が設けられており、冷却ガスは、これら複数のスロットを通って
、二重壁の半管の中空の空間から冷却装置の中央部分に向けて流れ、又はこれと
代替的に、これらの複数のスロットを通って、冷却ガスは冷却装置の中央部分か
ら二重壁の半管の中空の空間内に除去される。複数のスロットに代えて、管の実
質的に全長に亙って内壁に対し単一のスロットを形成することも可能である。好
ましくは、スロットの各々は、約２ｃｍ乃至約１０ｃｍ、好ましくは、約５ｃｍ
の長さを有するようにする。スロットの幅は、相当な量の冷却ガスがファイバに
衝突することを許容するような寸法であることが好ましい。好ましくは、スロッ
トの幅は、約０．５乃至約３ｍｍの範囲、好ましくは、約１ｍｍの幅であるよう
にする。他の半管２０１ａの対面する面に接続される半管２０１ｂの面には、ガ
スシール（図４及び図５にて４０５）が設けられている。

【００３２】 図４の断面図には、本発明の二重壁冷却管の可能な幾何学的形態が図示されて
いる。入口チャンバ４０１は、冷却管の中央部分４０４を通って引抜かれるファ
イバ１０４までスロット４０２を通って流れる前に、ガスが上記のチャンバ内に
て実質的に均一に拡散することを許容し、これにより、ガスがファイバまで乱流
又は不均一な流れ状態にて流れることに起因して、ファイバの望ましくない振動
又は整合外れを生じさせないように適宜に寸法が設定される。例えば、冷却ガス
の流量が約７５リットル／分のとき、図３及び図４に示した管の適当な寸法は、
次の通り、すなわち、ａ＝４０ｍｍ、ｂ＝１６ｍｍ、ｃ＝２０ｍｍ、ｄ＝８ｍｍ
、ｈ＝５５ｃｍである。

【００３３】 ガス入口通路２０３は、入口からスロットに向けたガスの線状路が形成される
のを避け得るような仕方にて配置されることが好ましい。このことも、同様にガ
スがチャンバ４０１内に実質的に均一に拡散することを容易にする。例えば、図
面に示した実施の形態によれば、入口は、スロットに対し約９０°の角度にて横
断方向に配置され、ガスの流れは、スロットを有する内壁に対し垂直な内壁４０
３に向けて方向決めされる。１つ以上のスロットが存在するならば、入口通路２
０３は、図４に示すように、２つの隣接するスロットの接続空間３０４に対応す
る位置に配置されることが好ましい。更に、チャンバ４０１内にて冷却ガスがよ
り良く拡散するのを許容するため、入口通路は、冷却管の下方部分内にて、特に
、冷却管の底端部から約１／３乃至約１／１０の高さにて冷却間の下方部分内に
配置されることが好ましい。

【００３４】 また、冷却管の中央部分２０２の寸法は、ファイバまでのガスの所望の流量及
び速度を提供し得るように適宜に対応可能であるようにされている。特に、上記
寸法は、ガスの速度（ファイバ付近にて）とその流量との比を最大にし得るよう
に設定されている。これは、横断方向流れに対し、ファイバに対するガスの対流
による熱交換係数（冷却効率に対応する）は、ファイバへのガスの横断速度が速
くなるとき、増大する。従って、引抜いたファイバの軸線に対して垂直な平面内
でのガスの速度パターンがファイバに従って完全に展開しないように、チャンバ
の寸法を設定することが好ましい。かかるパターンは、典型的に、チャンバの中
央部分におけるガスの速度が完全に展開した「放物線状」の輪郭をした同一の領
域内のガスの速度よりも高速度である、「ベル形」パターンである。

【００３５】 好ましくは、幅約１ｍｍの２つの両側スロット間の距離は、約１０ｍｍ乃至約
２０ｍｍとし、特に好ましいのは、約１６ｍｍの距離である。また、好ましくは
、冷却管の中央部分の幅は、約１０ｍｍ乃至約２０ｍｍであるようにする。一つ
の好ましい実施の形態によれば、中央部分の長さ及び幅は、実質的に同一である
。

【００３６】 本発明によれば、冷却管内を流れるガスの状態は、実質的な層状流又は僅かな
乱流の何れかとすることができる。層状の状態は冷却過程の全体をより良く制御
することを可能にするが、当該出願人の観察によれば、ファイバへのガス流が僅
かな乱流であるならば、ガスとファイバとの間の熱交換が増す。何れの場合でも
、冷却過程の間、ファイバの望ましくない且つ非制御状態の振動又は整合外れを
防止するため、ガスの乱流を過度に増大させないように注意する必要がある。実
施例に図示した冷却装置に特に関して、典型的なガス流は、レイノルズが３００
０以下、好ましくは２８００以下、例えば、約２８００乃至２３００の範囲にあ
るようにすることが好ましい。

【００３７】 上述したように、冷却ガスは、約２０リットル／分乃至約２００リットル／分
、好ましくは、約７５リットル／分乃至約１５０リットル／分の範囲の単一流に
て入口２０３ｂから入口チャンバ４０１内へ提供し且つスロット４０２を通って
中央チャンバ４０４内へ入る。典型的に、中央チャンバ４０４内の冷却ガスの圧
力は、約１００，０００ｐａ（約１バール）乃至約２００，０００ｐａ（約２バ
ール）の範囲となる。

【００３８】 冷却ガスを冷却管の中央チャンバから除去することを許容するため、例えば、
約３０，０００ｐａ（約０．３バール）乃至約９０，０００ｐａ（約０．９バー
ル）の負圧を出口２０３ａに付与することができる。所望の負圧レベルを得るた
め、真空ポンプのような従来の装置を採用することができる。冷却ガスが再度、
ポンプの出口から流れて回路を通り、入口チャンバ４０１に入ることを許容し得
るように、所望の過圧力（例えば、約３００，０００ｐａ（約３バール）乃至約
５００，０００ｐａ（約５バール））を発生させるため、同一の真空ポンプを使
用することができる。これと代替的に、所望の過圧力を発生されるため一連のポ
ンプを提供してもよい。

【００３９】 図６に概略図で示した冷却装置は、一方が他方の上に位置するように配置され
た、４つの冷却装置又は冷却管（５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ）を
備える冷却ユニットである。簡略化のため、冷却ユニットを形成する冷却管５０
１ａ乃至５０１ｄは、以下の説明において、「モジュール」と称する。また、該
モジュールは、２本の隣接するモジュール内の流れを考慮するとき、反対方向で
ある管の中央部分内へスロットを通って入るガスの横断流を提供し得るように配
置されている。図６を参照すると、ガスの流動方向は、モジュール５０１ａ及び
５０１ｃに対して左方向から右方向へ、及びモジュール５０１ｂ及び５０１ｄに
対して右方向から左方向となる。この形態は、ガスがファイバまで一方向にのみ
流れることに起因するファイバの望ましくない変形又は整合外れを回避すること
になる。従って、上記のガス流の選択的な流れ方向を許容するため、モジュール
は、少なくとも２つの数にて使用することが好ましい。特に好ましいのは、２の
倍数である、多数のモジュールを備える冷却装置である。典型的に、モジュール
の各々は、約４０乃至約７０ｃｍ、好ましくは、約５５ｃｍの長さを有する。

【００４０】 モジュールの各々、特に、モジュールの各々の２つの半体は、所望の長さの冷
却ユニティを提供し得るように、他方の単一体モジュールに接続された単一体か
ら成るものとすることができる。これと代替的に、上記の冷却ユニットは、所望
の数のモジュールに内部にて分割された、単一体の対称の半体の２つを接続する
ことにより形成してもよい。例えば、単一の冷却ユニットは、上述したように、
各々が２つ又は４つのモジュールから成る２つの対称の単一体半体から成るよう
にすると好都合である。このことは、冷却装置を組み立てるときの工程数、及び
冷却装置内での接続箇所の総数が実質的に少なくて済むようにする。本発明の一
つの好ましい形態によれば、各々が４つのモジュールからなる２つの冷却ユニッ
トを使用することが好ましい。

【００４１】 モジュールの各々は、ガス入口を調節するガス流量調整装置５０４に、及び質
量流量計５０５に接続されることは好都合である。質量流量制御装置５０６は、
ガス流量調整装置５０４の各々の上流に配置することが好ましい。

【００４２】 冷却ユニットは、再生ユニットに接続可能であることは好ましい。

【００４３】 従って、冷却ガスは、モジュールの各々の出口から集められ且つ弁５０８ａを
介して、例えば、ガス中の不純物を除去する浄化装置５１０と、ガスを所望の温
度にて冷凍する冷却装置５１１とから成る再生ユニットに送られる。冷却ガスが
約室温にて採用されるとき、排ガスを冷却するため水の熱交換器を提供すること
ができ、その水の温度は約１５°乃至２０°Ｃである。さもなければ、より低温
の場合、その他の適当な冷却剤（例えば、液体窒素）を提供することができる。
弁５０８ｂを介して、冷却装置に必要な量のガスを提供するため、ガスリザーバ
５０９を採用することができる。ガスを冷却装置に送るため、ポンプ５０７を採
用することが好ましい。

【００４４】 例えば、米国特許第５，４５２，５８３号に開示された再生装置を適宜、採用
することができる。

【００４５】 再生装置に接続されていない２つのバッファユニット５０２、５０３は、外部
からの空気の侵入を防止し、これにより、冷却ガスを外部から隔離し且つ再循環
過程を促進するため、冷却ユニティの頂部及び底部に、特に、モジュール５０１
ａの頂部及びモジュール５０１ｄの底部に配置される。２つのバッファの各々は
、バッファガスが交番方向に流れる、２つの別個のチャンバ（５０２ａ、５０２
ｂ及び５０３ａ、５０３ｂ）をそれぞれ備えている。バッファユニットの２つの
チャンバは、冷却管と実質的に同一の幾何学的形態を有している、すなわち、バ
ッファガスが通るための内壁における少なくとも１つのスロットと、ファイバに
対する上面及び底面における小さい通路とを有する形態をしている。典型的に、
上記のバッファユニットは、約２ｃｍ乃至約４ｃｍの長さを有している。バッフ
ァユニット内へのバッファガスの単位流量（すなわち、バッファユニットの１ｍ
当たりの流量）は、全体として、冷却管内でのバッファガスの流れを防止し又は
最小にし得るように、冷却ガスの単位流量よりも僅かに少ない。このように、バ
ッファガスの単位流量は、約５０リットル／分乃至約１００リットル／分の範囲
であることが好ましい。バッファユニット内を流れるガスは、冷却ガス（例えば
、窒素）よりも安価な、典型的に、ヘリウム又は別のガスのような、冷却に使用
されるものと同一のものとすることができる。第一の場合、特定量の冷却ガスを
雰囲気中に除去する結果となる。第二の場合、冷却管内を流れる冷却ガスは、（
異なる）バッファガスによって汚染されるかも知れず、このため、リサイクルす
る前に、清浄にしなければならない。このため、冷却管に近いチャンバに対して
は同一の冷却ガス（例えば、ヘリウム）を使用し、最外側のバッファチャンバに
対しては、別のガス（例えば、窒素）を使用することができる。このようにして
、環境中に失われる冷却ガス（窒素よりも遥かに高価である）の量は少量である
と同時に、冷却ガスの汚染は実質的に軽減される。当該出願人は、この方策によ
れば、約１乃至２リットル／分の流量のバッファガスの場合、３乃至５日経った
後に、ヘリウムの冷却ガス中に約１０％の量の窒素（清浄にする必要がある）が
存在することになるが、これに反して、バッファガスとして窒素のみを使用する
バッファユニットが採用されるとき、１乃至２時間後に、同一量となることが判
明した。所望であるならば、同一の単一体の冷却ユニット内に２つ以上のモジュ
ールを内蔵すべく、上述したように、バッファユニットを単一体の冷却ユニット
内に内蔵することも可能である。

【００４６】 本発明の冷却装置によれば、冷却管内の望ましくない振動に起因してファイバ
の性質に悪影響を及ぼすことなく、冷却管内のガスの総流量を管の長さに伴って
均一に増大させることができる。更に、本発明の冷却装置及び冷却方法によれば
、冷却ガスとファイバとの間の熱交換は、極めて効率的であり、また、冷却管の
全長に沿って実質的に一定である。本発明の方法及び装置が高効率であるため、
従来技術の方法にて使用される温度よりも実質的に高温度の作用温度にて冷却ガ
スを採用することができる。従って、冷却ガスの温度が約０°のとき、本発明の
冷却装置及び冷却方法は、ファイバの引抜き速度を約２０ｍ／秒以上に、特に、
２３ｍ／秒まで速くすることができる。

【００４７】 本発明による冷却方法の上記のパラメータは、装置の冷却効率を最適にし得る
ように、特定の引抜き状態に依存して適宜に変更することができる。例えば、当
該出願人は、総流量を等しく保つことにより、冷却管が長ければ長い程、ファイ
バの冷却は一層良好なものとなることが分かった。このように、冷却装置の長さ
は、引抜き装置全体の寸法に従って、可能な限り最長であるように設定する必要
がある。

【００４８】 以下の特定の実施例は、本発明の有利な点を更に示すものである。

【００４９】

【実施例】

冷却装置（添付図面をも参照する）は、長さが４．６ｍであり、重ね合わせた
２つの冷却ユニットを備えており、該冷却ユニットの各々は２つの単一体の対称
の半体から成っており、その２つの重ね合わせた冷却ユニットは、 各々が、２．２０ｍの各冷却管の長さに対し、５５ｃｍの長さを有する４つの
モジュールと、 各冷却ユニットの端部（頂部及び底部）に配置された二対のバッファユニット
（各装置の長さ＝２．５ｃｍ）とから成っている。

【００５０】 冷却管は四角の断面を有し、中央部分（４０４）の寸法は１６×１６ｍｍであ
り、外側寸法（内側チャンバ４０１の寸法を実質的に画成する）は、４０×４０
ｍｍである。モジュールの各々は、各々５ｍｍ隔てられた、１×５０ｍｍの矩形
のスロット（４０２）を１０個、有している。

【００５１】 モジュールは、図６に図示するように、冷却ガスが各モジュール内に横断方向
に流れ、２つの隣接するモジュールの間で交互に流れることを許容し得るように
配置されている。モジュールの各々は、各モジュールの底部から約１０ｃｍの位
置に配置された、冷却ガスに対する入口及び出口（２０３）を有している。

【００５２】 冷却ガスとして、約０°Ｃの温度のヘリウムが使用される。ヘリウムの流量は
、各冷却ユニットに対して約３００リットル／分であり（各モジュールに対し７
５リットル／分）であり、これは、約１３６リットル／分の単位流量に等しく、
ファイバ付近のヘリウムの横断速度は約０．８５ｍ／秒である。メンブラン真空
ポンプにより冷却管の出口にて約９０、０００ｐａ（約０．９バール）の負圧が
加えられる。

【００５３】 引抜き速度は約２０ｍ／秒に設定される。

【００５４】 冷却装置の頂部は、引抜き加熱炉の底部から約３．２５ｍの位置に配置される
。従って、ファイバは約１０００°Ｃの温度にて冷却装置に入る。

【００５５】 冷却装置の出口におけるファイバの温度は約３０°Ｃである一方、除去された
ヘリウムガスの温度は約６０°Ｃである。

【００５６】 ファイバは（直径約０．１２５μｍ）は、一度び冷却したならば、紫外線硬化
性アクリル系の液体組成物を保持し、冷却装置の底部から約２０ｃｍの位置に配
置されたコーティングダイに入る。次に、樹脂被覆は紫外線架橋結合され、被覆
されたファイバが第二のコーティングダイを通って進む。

【００５７】 上記冷却ユニットを１つ又は２つ使用する間に、異なる引抜き速度にてヘリウ
ムの流動を変化させることにより上記の過程を繰り返した。ヘリウム冷却ガスの
温度は８°Ｃとした。

【００５８】 冷却装置からの出口におけるファイバの温度を測定し、その結果を以下の表１
に掲げる。

【００５９】 表１：冷却装置の出口におけるファイバの温度 ファイバの温度（°Ｃ） 各ユニットに対す 次の引抜き速度にて１つの冷却ユニットを使用 るヘリウムの流量 する場合 （リットル／分） １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 １５０ ２７７ １９６ １３７ １８０ ２３５ １５８ １０５ ２１０ １９９ １２７ ８０ ２４０ １７１ １０４ ６３ ２７０ １４６ ８５ ６２ ３００ １２５ ７０ ３９ 次の引抜き速度にて２つの冷却ユニットを使用 する場合 １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 ６６ ３２ １８ ４５ ２２ １３ ３６ １６ １０ ２５ １３ ９ １９ １１ ９ １６ １０ ９ これらの結果は、ヘリウムの流量が等しく且つ引抜き速度が等しいとき、冷却
装置の長さを増すことにより、熱交換効率が向上することを示す。特に、各々が
１５０リットル／分（すなわち、総流量３００リットル／分）を有する冷却ユニ
ット（全長４．６ｍ）を２つ使用することにより、ヘリウムの総流量が等しい単
一の装置（２．３ｍ）を使用する場合よりもファイバは低温度に冷却される。

【００６０】 同様に、ヘリウムの温度の変化（２０°Ｃから−２０°Ｃ）が冷却装置の出口
におけるファイバの温度に与える影響（表２）及び除去されたヘリウムの温度に
対する影響（表３）を測定するため、冷却ユニットの各々に対して、３００リッ
トル／分のヘリウムの流量を使用して、上記の過程を繰り返した。

【００６１】 表２：冷却装置の出口におけるファイバの温度（各冷却ユニットに対するヘリ
ウムの流量＝３００リットル／分）。

【００６２】 ファイバの温度（°Ｃ） ヘリウムの 次の引抜き速度にて１つの冷却ユニットを使用 入口温度 する場合 （°Ｃ） １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 ２０ １３７ ８２ ５２ ８ １２５ ７０ ３９ ０ １１８ ６２ ３１ −２０ ９８ ４１ ９ 次の引抜き速度にて２つの冷却ユニットを使用 する場合 １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 ２８ ２２ ２１ １６ １０ ９ ７ ２ ０ −１４ −１９ −２０ 表３：除去されたヘリウムガスの温度 温度（°Ｃ） ヘリウムの 次の引抜き速度にて１つのモジュールを使用 入口温度 する場合 （°Ｃ） １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 ２０ １０７ ９４ ８３ ８ ９３ ８０ ６９ ０ ８３ ７０ ６０ −２０ ５８ ４６ ３６ 次の引抜き速度にて２つのモジュールを使用 する場合 １５ｍ／秒 １２ｍ／秒 １０ｍ／秒 ６９ ５９ ５３ ５５ ４６ ４０ ４６ ３７ ３１ ２３ １５ ９

【図面の簡単な説明】

【図１】 光ファイバの引抜き装置の概略図的なブロック図である。

【図２】 本発明による冷却管の一つの実施の形態の斜視図である。

【図３】 図２に図示した冷却管の２つの半体の一方の斜視図である。

【図４】 図２の冷却管の断面図である。

【図５】 図３に図示した冷却管の半体の横断面図である。

【図６】 本発明による冷却装置の作用を示す概略図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１１月３日（１９９９．１１．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＮＺ，ＴＲ，ＵＳ (71)出願人 Ｐｉｒｅｌｌｉ Ｃａｖｉ ｅ Ｓｉｓｔ ｅｍｉ Ｓ．ｐ．Ａ

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの冷却方法において、 少なくとも１つの第一の長手方向開口部と、少なくとも１つの第二の長手方向
   開口部とが設けられた中空の細長い本体に前記ファイバを通すことと、 冷却ガスの流れ方向がファイバの長手方向軸線に対し実質的に横断方向となる
   ように冷却ガスを前記第一の開口部を通じて流動させることと、 前記冷却ガスを前記第二の開口部を通じて中空の細長い本体から除去すること
   とを備える、光ファイバの冷却方法。
2. 【請求項２】 請求項１による方法において、 前記長手方向開口部が、前記細長い本体の全長の少なくとも半分に形成される
   、方法。
3. 【請求項３】 請求項１による方法において、 前記開口部の長さが前記細長い中空の本体の全長の少なくとも７５％に対応す
   る、方法。
4. 【請求項４】 請求項１による方法において、 前記開口部の長さが前記細長い中空の本体の全長の約８０％乃至約９５％の範
   囲にある、方法。
5. 【請求項５】 請求項１による方法において、 前記第二の開口部が、前記第一の開口部に対して前記細長い本体の反対側に実
   質的に配置される、方法。
6. 【請求項６】 請求項１による方法において、 冷却ガスが、前記第二の長手方向開口部を通じて前記中空の細長い本体から強
   制的に除去される、方法。
7. 【請求項７】 請求項１による方法において、 第一の二重壁半管の内壁及び外壁により画成された第一の中空の空間内に冷却
   ガスを導入することと、 前記第一の二重壁半管の内壁に設けられた少なくとも１つの長手方向開口部を
   通じて前記冷却ガスを前記第一の中空の空間から前記第一の二重壁半管の内壁と
   第二の二重壁半管の内壁により画定された中央チャンバ内に流動させ、前記中央
   チャンバを通る光ファイバを冷却し得るようにすることと、 前記第二の二重壁半管の内壁に設けられた少なくとも１つの第二の長手方向開
   口部を通じて冷却ガスを前記中央チャンバから前記第二の二重壁半管の内壁及び
   外壁により画定された第二の中空の空間内に流動させることと、 冷却ガスを前記第二の中空の空間から除去することとを備える、方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れか１つによる方法において、 ファイバの少なくとも第一の部分を第一の方向に向けて冷却ガスの実質的に横
   断方向の流れにさらすことと、 前記ファイバの少なくとも第二の部分を第二の方向に向けて冷却ガスの第二の
   実質的に横断方向の流れにさらすこととを備える、方法。
9. 【請求項９】 請求項８による方法において、 前記冷却ガスの第二の流れ方向が、第一の流れ方向に対し実質的に反対である
   、方法。
10. 【請求項１０】 光ファイバの製造方法において、 ガラス製予成形体の底端部をその軟化温度にて加熱するステップと、 光ファイバを前記予成形体の軟化した底端部から引抜くステップと、 少なくとも１つの第一の長手方向開口部と、少なくとも１つの第二の長手方向
    開口部とが設けられた中空の細長い本体に上記ファイバを通すステップと、 冷却ガスの流れ方向がファイバの長手方向軸線に対し実質的に横断方向となる
    ように冷却ガスを前記第一の開口部を通じて流動させるステップと、 冷却したファイバを保護被覆にて被覆するステップとを備える、光ファイバの
    製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れか１つによる方法において、 冷却ガスの温度が約−２０°Ｃ乃至約２０°Ｃの範囲にある、方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１による方法において、 冷却ガスの温度が約０°Ｃ乃至約１０°Ｃの範囲にある、方法。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２の何れか１つによる方法において、 冷却ガスの流量が中空の細長い本体の長さの１ｍ当たり、約２０リットル／分
    乃至約２００リットル／分の範囲にある、方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３による方法において、 冷却ガスの流量が中空の細長い本体の長さの１ｍ当たり、約７５リットル／分
    乃至約１５０リットル／分の範囲にある、方法。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４の何れか１つによる方法において、 冷却ガスがヘリウム、窒素、二酸化炭素又はその混合体である、方法。
16. 【請求項１６】 軟化させた予成形体から引抜いた光ファイバを冷却する装
    置において、 ファイバが通る中空の細長い本体を備え、 該中空の本体の内壁には、冷却ガスが中空の本体内に導入されるときに通る
    少なくとも１つの長手方向開口部と、前記冷却ガスが前記中空の本体から除去さ
    れるときに通る少なくとも１つの長手方向開口部とが設けられ、 前記開口部が、中空の本体を貫通する光ファイバの経路に対してそれぞれの
    方向を有し、冷却ガスの流動方向が、細長い本体を貫通して伸びるファイバの長
    手方向軸線に対して実質的に横断方向の結果となるようにした、冷却装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６による装置において、 前記中空の本体が二重壁管であり、 該管の内壁がファイバが通る冷却管の中央部分を区画し、 前記内壁には、冷却ガスを管の中央部分に導入するときに通る少なくとも１
    つの長手方向開口部と、前記冷却ガスを中央部分から除去するときに通る少なく
    とも１つの長手方向開口部とが設けられる、装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７による装置において、 前記二重壁管が、管を形成し得るように共に接続された２つの別個の半体を備
    え、 該２つの半体の内壁がファイバが進むときに通る冷却管の中央部分を区画し、
    半体の各々は、少なくとも１つの長手方向開口部が設けられた内壁を有する、装
    置。
19. 【請求項１９】 請求項１７による装置において、 前記半体の各々の内壁には、複数のスロットが設けられる、装置。
20. 【請求項２０】 請求項１７による装置において、 前記スロットの各々が約２ｃｍ乃至約１０ｃｍの長さを有する、装置。
21. 【請求項２１】 請求項１７による装置において、 前記スロットの各々の幅が約０．５乃至約３ｍｍの範囲にある、装置。
22. 【請求項２２】 請求項１７乃至２１の何れか１つによる装置において、 前記二重壁管が、管を形成し得るように共に接続された２つの「Ｃ字形」二重
    壁管から成る、装置。
23. 【請求項２３】 請求項１７乃至２２の何れか１つによる装置において、 １つの半管の外壁には、冷却ガスに対する少なくとも１つの入口が設けられ、
    他方の半管の外壁には、前記冷却ガスに対する少なくとも１つの出口が設けられ
    る、装置。
24. 【請求項２４】 軟化した予成形体から引抜いた光ファイバを冷却する装置
    において、 １つの冷却ユニットを形成し得るように一方が他方の上になるように配置され
    た、請求項１７乃至２３の何れか１つに記載された冷却装置を少なくとも２つ備
    える、装置。
25. 【請求項２５】 請求項２４による装置において、 冷却ユニットを形成する装置の数が２の倍数である、装置。
26. 【請求項２６】 請求項２４又は２５による装置において、 ファイバまでの冷却ガスの横断方向流れが、２つの隣接する冷却管内の流れを
    考慮したとき、反対方向に設定される、装置。
27. 【請求項２７】 請求項２３、２４、２５又は２６による装置において、 前記冷却ユニットが、上側冷却装置の頂部に配置された少なくとも１つのバッ
    ファユニットと、下側冷却装置の底部に配置された少なくとも１つのバッファユ
    ニットとを備える、装置。
28. 【請求項２８】 光ファイバを冷却する冷却装置において、 請求項２４乃至２８の何れか１つによる装置と、 前記冷却装置に接続された再生ユニットとを備える、装置。
29. 【請求項２９】 請求項２８による冷却装置において、 前記再生ユニットが、少なくとも１つの浄化装置／又は冷凍装置を備える、冷
    却装置。