JP2010168245A - 光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な設備で効率良くヘリウム回収を行い製造コストの低減を図ることができる光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ線引き製造装置１０は、光ファイバ用ガラス母材１を加熱する加熱炉１１と、線引きされたガラスファイバ２をヘリウムガスにより冷却する冷却装置１２とを備えている。冷却装置１２は、第１の流量制御装置１４を備えたヘリウムガス供給ライン１５と、第２の流量制御装置１６と吸引ポンプ１７とを備えたヘリウムガス回収ライン１９と、両ライン１５，１９からのヘリウムガスを混合して再供給するためのミキシング装置２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉によって加熱された光ファイバ用ガラス母材を線引きする際にヘリウムガスを用いて冷却する光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法に関する。

一般に、光ファイバ用ガラス母材を線引きする際には、熱伝達率の大きいヘリウムガスなどを用いて加熱溶融されたガラスファイバを冷却している。これは、加熱炉により溶融されたガラス母材から線引きしたガラスファイバに被覆を塗布する際、被覆部を形成するためには、ガラスファイバを約４０℃程度まで冷却させる必要があるためである。

通常、冷却に使用したヘリウムガスは大気中に放出しているが、一方、ヘリウムガスを大気中に放出せずに、再循環させる光ファイバの製造方法もある。すなわち、使用済みのヘリウムガスを回収してヘリウム浄化装置で浄化して再循環させ、高純度のヘリウムガスを使用する焼結工程等に再使用したり、低純度の他の工程に再使用したりするものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、光ファイバの製造方法の他の例として、排ガス流から分離装置を介して使用済みヘリウムガスを分離／回収して再循環させる際に、補給用ヘリウムガスと混合して再使用するものがある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、光ファイバの製造方法の他の例として、使用済みの冷却剤ヘリウムガスの一部を取出して、精製して再循環させるものがある（例えば、特許文献３参照）。

特表平１１−５１３０１１号公報 特開２００５−３５８８４号公報 特開２００１−３１６１２６号公報

ところが、上記特許文献１〜３に開示された従来の光ファイバの製造方法では、線引き製造装置の冷却装置単体でヘリウム回収を行ってはおらず、ヘリウム浄化装置等で使用済みヘリウムガスを浄化して高純度のヘリウムガスを精製するなどしていた。つまり、既存のヘリウム回収装置では、ヘリウムガスの厳密な濃度管理をしており、ヘリウム回収装置を含めた冷却設備が複雑となり、膨大な設備コストが掛かっていた。ヘリウムの価格は年々高価になっており、ヘリウム回収の要求が一層高くなって来ているが、線引き製造装置の冷却装置に使用するヘリウムガスは、それほど高純度である必要がなく、より簡単で、設備コストも安価で済む回収装置が求められていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な設備で効率良くヘリウム回収を行い製造コストの低減を図ることができる光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバ線引き製造装置は、光ファイバ用ガラス母材を加熱する加熱炉と、該光ファイバ用ガラス母材から線引きされたガラスファイバをヘリウムガスにより冷却する冷却装置とを備える光ファイバ線引き製造装置において、前記冷却装置は、その外部に第１の流量制御装置を備えたヘリウムガス供給ラインと、第２の流量制御装置と吸引ポンプとを備えたヘリウムガス回収ラインと、前記両ラインからのヘリウムガスを混合して再供給するためのミキシング装置とを備え、該ミキシング装置は、エダクタまたはバキューム・ジェネレータであることを特徴としている。

このように構成された光ファイバ線引き製造装置によれば、冷却装置は、第１の流量制御装置を備えたヘリウムガス供給ラインよりヘリウムガスを供給する。そして、冷却に使用した使用済みヘリウムガスを第２の流量制御装置と吸引ポンプとを備えたヘリウムガス回収ラインにより回収する。そして、両ラインからのヘリウムガスをミキシング装置により混合してヘリウムガス供給ラインから再供給する。すなわち、ヘリウムガス回収ラインをミキシング装置を介してヘリウムガス供給ラインに接続した簡易な配管構成である。これにより、従来のものと比べて設備が複雑にならずに、簡易な設備によりヘリウムを回収してファイバを冷却することができる。このため、製造コストの低減を図ることができる。
また、両ラインからのヘリウムガスを混合して再供給する際に、既存の汎用品であるエダクタやバキューム・ジェネレータを使用しているので、新たなミキシング手段を設計する必要がなく、コスト低減を図ることができる。

また、本発明に係る光ファイバ線引き製造装置は、前記冷却装置が、前記ガラスファイバの搬送方向の上流側から下流側へ流れるように該下流側に向けて傾斜した傾斜面を有する複数の溝部を備えていることが好ましい。

このように構成された光ファイバ線引き製造装置によれば、ガラスファイバが搬送されながら冷却される際に、供給されたヘリウムガスは下流側に向けて傾斜した傾斜面を有する複数の溝部によってガラスファイバと共に搬送方向の上流側から下流側へと流れ易くなり、逆に下流側から上流側へは流れ難くなる。これにより、ヘリウムガスの回収効率の向上を一層図ることができる。

上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバの製造方法は、前記光ファイバ線引き製造装置を用いて、ヘリウムを再循環させることを特徴としている。

このように構成された光ファイバの製造方法によれば、従来のものと比べて設備が複雑とならずに、簡易な設備によりヘリウムを回収して冷却することができるので、低コストで光ファイバを製造することができる。

本発明に係る光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法によれば、簡易な設備で効率良くヘリウム回収を行い製造コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ線引き製造装置の概略図である。 図１の光ファイバ線引き製造装置に適用した冷却装置の要部断面図である。 図２の冷却装置のファイバ搬送の上流側から観た平面図である。 図２の冷却装置の要部の部分拡大図である。

以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１〜図４は本発明に係る光ファイバ線引き製造装置および光ファイバの製造方法の一実施形態を示すもので、図１は本発明の一実施形態に係る光ファイバ線引き製造装置の概略図、図２は図１の光ファイバ線引き製造装置に適用した冷却装置の要部断面図、図３は図２の冷却装置のファイバ搬送の上流側から観た平面図、図４は図２の冷却装置の要部の部分拡大図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である光ファイバ線引き製造装置１０は、光ファイバ用ガラス母材１を加熱する加熱炉１１と、光ファイバ用ガラス母材１から線引きされたガラスファイバ２をヘリウムガスにより冷却する冷却装置１２と、を主として備えている。なお、冷却装置１２中には、ガラスファイバ２の製品取りしている間は、通常ヘリウムガスを流している。

冷却装置１２は、冷却炉１３と、第１の流量制御弁１４を備えたヘリウムガス供給ライン１５と、を備えている。また、冷却装置１２は、第２の流量制御弁１６と吸引ポンプ１７と回収タンク１８とを備えたヘリウムガス回収ライン１９と、両ライン１５，１９からのヘリウムガスを混合して再供給するミキシング装置２０と、を備えている。さらに、冷却装置１２は、冷却炉１３全体を冷却する冷媒（−４０℃〜−６０℃）を供給する冷媒供給部２１を冷却炉１３の外側に備えている。なお、この冷媒供給部２１は必須ではない。

冷却炉１３は、直方体状に形成されており、ガラスファイバ２の搬送方向の上流側にガス供給口２２を連通接続し、搬送方向の下流側にヘリウムガス回収口２３を連通接続している。なお、冷却炉１３の形状は、直方体状に限らず、円柱状や多角柱状であっても良い。
このヘリウムガス回収口２３には、第１の連通管２４を通じてヘリウムガス回収ライン１９の吸引ポンプ１７を連通接続しており、この吸引ポンプ１７に第２の連通管２５を通じて回収タンク１８を連通接続している。

回収タンク１８は、ヘリウムガスの供給量が過多になった際に余剰ヘリウムガスを貯蔵する機能を有し、ヘリウムガスの全供給量の７０〜９０％を貯蔵する。これにより、ミキシングする際に効率の良い混合量を設定することができる。
この回収タンク１８には、第３の連通管２６を通じてヘリウムガス供給ライン１５の第２の流量制御弁１６が連通接続されている。この第２の流量制御弁１６は、第４の連通管２７を通じてミキシング装置２０に連通接続されている。

ミキシング装置２０には、第５の連通管２８を通じてヘリウムガス供給ライン１５の第１の流量制御弁１４が連通接続されている。この第１の流量制御弁１４は、第６の連通管２９を通じて供給される新しいヘリウムガス３０の供給流量を制御している。この高純度のヘリウムガス３０は、ガス供給口２２から供給される全供給量の約１０〜３０％程度を賄っている。

ミキシング装置２０は、第７の連通管３１を通じてガス供給口２２に連通接続している。このミキシング装置２０には、エダクタ或いはバキューム・ジェネレータを適用している。エダクタの場合は、圧力のある液体をノズルより噴射させて得られる高速液流により減圧牽引作用を起こさせて混合させる。一方、バキューム・ジェネレータの場合は、ベンチュリー効果を使用して真空を発生させて混合させる。

すなわち、第２の流量制御弁１６を通じて供給される使用済みヘリウムガスが、第１の流量制御弁１４を通じて供給される新規ヘリウムガスを吸引してから混合して第７の連通管３１に吐出する。このように、汎用品であるエダクタやバキューム・ジェネレータを使用してヘリウムを回収しているので、大掛かりな設備は必要なく、コスト低減を図ることができる。

図２〜図４に示すように、冷却炉１３は、中心に線引きされたガラスファイバ２が搬送される四角形状の挿通孔３３を有する直方体状の主筒部３２から形成されている。この主筒部３２は、半割り式構造であり、待機状態では２つに分かれており、製造中はそれが合わさって直方体形状となる。
また、挿通孔３３内の上流側にガス供給口２２が開口し、下流側にヘリウムガス回収口２３が開口している。

そして、挿通孔３３の対向した壁面上には、ファイバ搬送の上流側から観た形状が矩形状の突片３４が複数突設されている。この突片３４は、ガラスファイバ２の搬送方向に沿って均等な間隔をあけて突設されており、隣接する突片３４，３４間に溝部３５が形成されている。また、突片３４は、縦断面視で先細状に形成され、その上面及び下面に下流側に向けて傾斜した傾斜面３７，３８を有している。

次に、図１、図２を含めて光ファイバの製造方法について説明する。
加熱炉１１から搬送されてきたガラスファイバ２は第１の外径測定部７によって冷却前の外径を測定される。そして、外径を測定されたガラスファイバ２は冷却炉１３内に挿通される。このとき、ガラスファイバ２の搬送速度に対応してミキシング装置２０を駆動する。

ミキシング装置２０を駆動することで、例えば、回収タンク１８から回収ヘリウムガスを約８０％と、新しいヘリウムガス３０を約２０％混合して冷却炉１３のガス供給口２２から吐出される。

挿通孔３３の上部は、ガラスファイバ２を通すために開いているが、ガス供給口２２から吐出されたヘリウムガスは、下方に傾斜した複数の突片３４によって形成される溝部３５によって上部からの漏れは抑制され、ガラスファイバ２とともに搬送方向の下流側に向けて流れていく。

冷却炉１３内を下流側へと搬送されるガラスファイバ２は、ヘリウムガスと冷媒供給部２１から供給される冷媒により所定温度に冷却されていく。この時、吸引ポンプ１７が駆動しているため、冷却炉１３の下流側のヘリウムガス回収口２３に負圧が発生している。そのため、ガラスファイバ２とともに搬送方向の下流側に向けて流れたヘリウムガスは、ヘリウムガス回収口２３から吸引されて回収タンク１８に貯蔵される。

ガラスファイバ２とともに下流側へ移動してきたヘリウムガスは、ヘリウムガス回収口２３に強制的に吸引される。これにより、貴重なヘリウムガスの大気放出を最小限に抑えて、回収率の向上を図ることができる。

搬送されていくガラスファイバ２は、冷却炉１３を通過した後にダイス８によって外周にＵＶ樹脂（ウレタンアクリレート）である被覆層が形成される。次に、ＵＶ炉３９によって紫外線が照射されて被覆層は硬化される。その後、第２の外径測定部４０によって外径が測定されたガラスファイバ２は、搬出ローラ４１によって搬出される。

以上、説明したように、本発明の一実施形態の光ファイバ線引き製造装置１０によれば、冷却装置１２は、第１の流量制御弁１４を備えたヘリウムガス供給ライン１５よりヘリウムガスが供給される。そして、第２の流量制御弁１６と吸引ポンプ１７とを備えたヘリウムガス回収ライン１９により使用済みヘリウムガスが回収され、両ライン１５，１９からのヘリウムガスがミキシング装置２０により混合されて再供給される。これにより、簡素な設備によりヘリウムを回収してファイバを冷却することができ、コスト低減を図ることができる。

また、本発明の一実施形態に係る光ファイバの製造方法によれば、従来のものと比べて複雑な設備を伴わずに、簡素な設備によりヘリウムを回収してファイバを冷却することで、低コストに光ファイバを製造することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

（実施例）
以下に冷却炉１３の挿通孔３３内に溝部３５を配置した実施例の効果を説明する。比較例としては、溝部を有さない従来の冷却炉とした。すなわち、同じ温度にガラスファイバを冷却するために必要な新規のヘリウム流量を、溝部の有り無しで比較した。
その結果、表１のような結果を得た。なお、ここで云う「合計流量(l/min)」とは、「回収Ｈｅ」と「新規Ｈｅ」との合計を意味する。

表１から判るように、実施例では回収Ｈｅの比率が８０％位のＮｏ９までは、合計流量が２０（l/min）で安定しているので、回収Ｈｅを新規Ｈｅと遜色なく使用できることを示している。
一方、比較例の方は、回収Ｈｅの比率が５０％位のＮｏ６以降は、新規Ｈｅの割合を実施例に比較して増やして合計のＨｅ流量を増やす必要があり、これは回収Ｈｅの純度が低いことを示している。このように、実施例の構造の方が、回収Ｈｅの純度が高く、安定していると言える。

１ 光ファイバ用ガラス母材
２ ガラスファイバ
１０ 光ファイバ線引き製造装置
１１ 加熱炉
１２ 冷却装置
１３ 冷却炉
１４ 第１の流量制御弁（第１の流量制御装置）
１５ ヘリウムガス供給ライン
１６ 第２の流量制御弁（第２の流量制御装置）
１７ 吸引ポンプ
１８ 回収タンク
１９ ヘリウムガス回収ライン
２０ ミキシング装置
２２ ガス供給口
２３ ヘリウムガス回収口
３２ 主筒部
３３ 挿通孔
３４ 突片
３５ 溝部
３７，３８ 傾斜面

Claims (3)

1. 光ファイバ用ガラス母材を加熱する加熱炉と、該光ファイバ用ガラス母材から線引きされたガラスファイバをヘリウムガスにより冷却する冷却装置とを備える光ファイバ線引き製造装置において、
   前記冷却装置は、その外部に第１の流量制御装置を備えたヘリウムガス供給ラインと、 第２の流量制御装置と吸引ポンプとを備えたヘリウムガス回収ラインと、
   前記両ラインからのヘリウムガスを混合して再供給するためのミキシング装置と、を備え、
   該ミキシング装置は、エダクタまたはバキューム・ジェネレータであることを特徴とする光ファイバ線引き製造装置。
2. 前記冷却装置は、前記ガラスファイバの搬送方向の上流側から下流側へ流れるように該下流側に向けて傾斜した傾斜面を有する複数の溝部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ線引き製造装置。
3. 請求項１又は２記載の光ファイバ線引き製造装置を用いて、ヘリウムガスを再循環させることを特徴とする光ファイバの製造方法。
   

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