JP2018530510A - 光ファイバ製造のためのガス再生システム - Google Patents

Abstract

第１ガスを光ファイバ線引き炉（１０）に流入させる工程を含む、光ファイバを製造する方法を提供する。第１ガスＧ１は、それから光ファイバ（３４）が線引きされるガラス源又は光ファイバプリフォーム（３０）を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部（１８）を通り、第１ガスを、捕捉チャンバ（４６）を画成するマッフル（２２）を通過させる。捕捉チャンバ（４６）に作動的に連結された少なくとも１つの回収ポート（５０）を介して第１ガスの一部を取り出す。第２ガスＧ２が、第１ガスＧ１の一部を取り出すことに関連する圧力低下を実質的に埋め合わせるように設定された速度でガススクリーン（２６）に流入する。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、その内容が、ここに参照することによってその全体が本願に援用される、２０１５年１０月１３日出願の米国仮特許出願第６２／２４０，６７４号の優先権の利益を主張する。

本出願は、概して、光ファイバを形成するための方法及び装置に関し、より詳細には、光ファイバ製造に用いられるガスを捕捉及び再利用するための光ファイバ製造方法に関する。

光ファイバを製造するための従来の製造プロセスは、典型的には、線引き炉において光ファイバプリフォームから光ファイバを線引きし、線引きしたファイバを冷却し、それが十分冷却した後にファイバをコーティングする工程を含む。光ファイバは通常、約２，０００℃にて炉内で線引きされ、その熱は通常、大部分は放射によりプリフォームに運ばれるが、ブランケッティングからの強制流及び自然対流の結果である炉内におけるガスの流れもガラス温度に影響するであろう。対流熱伝達の相対的な寄与は、光ファイバプリフォームの根本より下での領域である、ファイバ形成区域の下方で顕著であり、そこでは、ファイバの直径が小さいため放射熱伝達は通常は極わずかになる。

強制及び自由対流により生じる線引き炉におけるガス流は、通常、対流セルを作り出す。これらセルは、温度勾配及びガス密度のある条件下で不安定になることがある。結果として生じる不安定な動きは、ファイバクラッドの直径が有意に変動するほど、ファイバ形成区域における熱伝達に影響し、そのような変化は通常望ましくない。そのような影響を弱めるために、炉内のガスとしてヘリウムを用いることがある。ヘリウムは、対流セルの強度及びセルを隔てた温度差を低減する。これは典型的に、ファイバ径制御の改善をもたらすが、不都合は、高価であるヘリウムが消耗され、従ってかなりの費用がかかることである。

本開示の１つの実施形態に従い、第１ガスを光ファイバ線引き炉に流入させる工程を含む、光ファイバを製造する方法を提供する。前記第１ガスは、それから光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部（heated section）を通り、第１ガスを、捕捉チャンバを画成するマッフルを通過させる。捕捉チャンバに作動的に連結された少なくとも１つの回収ポート(reclaim port)を通って第１ガスの一部を取り出す。第２ガスが、前記第１ガスの一部を取り出すことに関連する圧力低下を実質的に埋め合わせるように設定された速度でガススクリーンに流入する。

本開示の別の実施形態に従い、上方マッフルと、上方マッフルに連結した加熱部とを備える線引き炉を提供する。加熱部は、それから光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成される。下方拡張マッフル(lower extended muffle)は、下方拡張マッフルの第１端部で加熱部に連結している。下方拡張マッフルは、下方拡張マッフルの第２端部で捕捉チャンバを画成する。下方拡張マッフルは、下方拡張マッフルと実質的に同軸である、第２端部から第１端部に向かって延在するアダプタ管を有する。

本開示のさらに別の実施形態に従い、それから光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部と、加熱部に連結した第１端部を有する下方拡張マッフルとを備えたファイバ線引き炉を提供する。ガススクリーンが、下方拡張マッフルの第２端部に連結し、入口及び出口を画成するハウジングを備える。管が、出口からハウジングを通って入口に向かって延在する。スロットが、管とハウジングの入口との間に画成され、ガスを管内に流入させるように構成されている。

本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認識されるであろう。

上述の全般的説明及び以下の詳細な説明の両方が、単なる例示であり、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供を目的とすることが理解されるべきである。添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込まれその一部をなす。図面は、１つ以上の実施形態を図示し、その説明とともに、様々な実施形態の原理及び操作を説明する役割を果たす。

１つの実施形態に従う光ファイバ線引き炉の横断面図 １つの実施形態に従う、図１のＩＩの部分での光ファイバ線引き炉の拡大横断面図 １つの実施形態に従う、図２のＩＩＩＡの部分での拡大横断面図 別の実施形態に従う、図２のＩＩＩＢの部分での拡大横断面図 さらなる実施形態に従う、図２のＩＩＩＣの部分での拡大横断面図 １つの実施形態に従う、光ファイバ線引き炉を操作する方法を説明するフローチャート １つの例に従う、光ファイバ線引き炉のヘリウム捕捉（％）を表すグラフ 別の例に従う、光ファイバ線引き炉のヘリウム捕捉（％）を表すグラフ さらなる例に従う、光ファイバ線引き炉のヘリウム捕捉（％）を表すグラフ さらに別の例に従う、様々なシステム構成での光ファイバ線引き炉のヘリウム捕捉（％）を表すグラフ

例を添付図面に示す、現時点における本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図面全体を通し、同じ又は同様の部分については、可能な限り同じ又は同様の参照符号を用いる。

ここでの説明の目的において、「上方」、「下方」、「右」、「左」、「後方」、「前方」、「垂直」、「水平」という用語およびそれらの派生語は、そうではないことが記載されていない限り、図１において方向付けられたように本開示に関連する。しかしながら、本発明では、そうではないと明示されている場合を除いて、様々な代わりの方向付けが想定されることが理解されよう。添付の図面に示され、以下の明細書に記載された特定の装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲に特定された本発明の概念の単なる例示の実施形態であることも理解されよう。従って、ここに開示された実施形態に関する特定の寸法および他の物理的特徴は、請求項が別なふうに明白に述べていない限り、限定として考えるべきではない。さらには、図面に示されている実施形態は、一定の縮尺でない場合があり、また２つ以上の実施形態の特徴を組み込んでいることもある。

図１を参照すると、１つの実施形態に従い、光ファイバ製造システム１０（例えば、ファイバ線引き炉）を一般的に示す。システム１０は、上方マッフル１４、加熱部１８、下方拡張マッフル２２、及び底部ガススクリーン２６を備える。加熱部１８は、約２、０００℃の温度まで加熱してもよい。ガラス光ファイバプリフォーム３０を加熱部１８内に配置し、加熱されたファイバプリフォーム３０からファイバを線引きして、裸光ファイバ３４を作成する。ファイバプリフォーム３０は、光ファイバの製造に適した任意のガラス又は材料から構成されてよく、またドープされてもよい。１つの実施形態に従い、裸光ファイバ３４がプリフォーム３０から線引きされるとすぐに、裸光ファイバ３４は下方拡張マッフル２２において冷却される。光ファイバ３４は、約３０ｍ／ｓと約６０ｍ／ｓの間の速度で、または約４０ｍ／ｓと約５０ｍ／ｓの間の速度で、ファイバプリフォーム３０から線引きすることができる。ある実施形態において、光ファイバ３４は、約４２ｍ／ｓの速度でファイバプリフォーム３０から線引きすることができる。下方拡張マッフル２２は、加熱部１８の出口に連結されるように示されているが、下方拡張マッフル２２は、加熱部１８により一体的に画成されるか、あるいは加熱部１８に接続していてよい。光ファイバ３４は、下方拡張マッフル２２及び底部ガススクリーン２６を通って線引きされる。

様々な実施形態に従い、第１ガスＧ１は、システム１０の上部又は上方部に流入する、又は投入されるであろう。第１ガスは、ポート、入口、又はガススクリーンを通って投入されてよい。第１ガスＧ１は、約１０ｓｌｐｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）と約４０ｓｌｐｍの間、又は約１５ｓｌｐｍと約３５ｓｌｐｍの間、又は約２０ｓｌｐｍと約２５ｓｌｐｍの間の流速で、システム１０に投入されてよい。ある実施形態では、第１ガスＧ１は、約２１ｓｌｐｍ、約２２ｓｌｐｍ、約２３ｓｌｐｍ、又は約２４ｓｌｐｍの流速でシステム１０に投入されてよい。第１ガスは、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、又はそれらの混合物などの、不活性又はおおむね不活性なガスであってよい。第１ガスＧ１は、通常光ファイバ３４が線引きされるのと同じ方向に、システム１０の上部から、上方マッフル１４を通り、加熱部１８を通り、さらに下方拡張マッフル２２内への流路に沿って、下方にシステム１０を通過又は移動する。

ここで図２を参照すると、下方拡張マッフル２２内に画成されるのが捕捉チャンバ４６である。システム１０は、捕捉チャンバ４６に作動的に連結された少なくとも１つの回収ポート５０を備える。示された実施形態において、捕捉チャンバ４６につながりかつそれに作動的に連結して下方拡張マッフル２２の側面に配置されるのが、システム１０内の捕捉ガス流を吸い込むように構成された一対の回収ポート５０である。捕捉流は、システム１０に投入された第１ガスＧ１の一部（例えば、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超、又は９９％超）を含むであろう。捕捉流中の第１ガスＧ１の割合（％）（すなわち、純度）は、約７０％超、約７５％超、約８０％超、約８５％超、約９０％超、約９５％超、又は約９９％超であってよい。回収ポート５０により吸い込まれる捕捉流は、約１０ｓｌｐｍと約４０ｓｌｐｍの間、又は約１５ｓｌｐｍと約３５ｓｌｐｍの間、又は約２０ｓｌｐｍと約３０ｓｌｐｍの間の流速を有していてよい。ある実施形態において、回収ポート５０は、約２９ｓｌｐｍ、約３０ｓｌｐｍ、約３１ｓｌｐｍ、又は約３２ｓｌｐｍの流速を有する捕捉流を引き込むことができる。回収ポート５０は、第１ガスＧ１を含む捕捉流を、第１ガスを冷却し、ろ過し、及び捕捉流中の他のガスから精製するように構成された再生及び再利用装置に運ぶことができる。再生された第１ガスＧ１は、次にシステム１０の上部で再導入される、又は後の使用のために保管してもよい。回収ポート５０を使用して捕捉チャンバ４６から捕捉流及び第１ガスを取り出すと、システム１０内に生じる圧力低下をもたらすであろう。

図２に示すように、ガススクリーン２６は、システム１０の底部に設置される。ガススクリーン２６は、下方拡張マッフル２２よりも広くても又は細くてもよい。ガススクリーン２６は、システムの外部への第１ガスＧ１の損失、並びに回収ポート５０により引き込まれる捕捉流を汚染し得るシステム１０内への空気の混入を防ぐのを助けることができる。示されている実施形態において、ガススクリーン２６は、下方拡張マッフル２２に近接して設置された入口６６、及びハウジング６２の反対側に設置された出口７０を有するハウジング６２を備える。入口６６と出口７０の間に管７４が大きく延在する。光ファイバ３４は、ハウジング６２を通って線引きされ、入口６６を通ってガススクリーン２６に入り、管７４を通過し、さらにガススクリーン２６の出口７０を通ってシステム１０の外に出る。示されている実施形態において、管７４は、Ｏリング７８により分けられる上方管７４Ａと下方管７４Ｂとに分かれる。本発明の精神を逸脱することなく、上方管７４Ａ及び下方管７４Ｂは、単一の管により置き換えることができることが理解されるであろう。そのような実施形態において、Ｏリング７８は管７４の周囲に広がっていてよい。下方管７４Ｂは、出口７０近くのハウジングと作動的に連結する。スロット８２は、上方管７４Ａと、入口６６近くのハウジング６２との間に画成される。スロット８２は、ガスを上方管７４Ａに流入させるように構成される。上方管７４Ａは、スロット８２が、単一の連続開口として上方管７４Ａの全周囲に広がるように、入口６６の近くのハウジング６２に接触してなくてよく、或いは、上方管７４Ａは、スロット８２が複数の開口部（例えば、スクリーンを形成する複数の穴、格子又は複数のスロット）を有するように、様々な配置及び態様でハウジング６２に接触していてもよい。スロット８２は、約３ｃｍ未満、約２ｃｍ未満、約１ｃｍ未満、又は約０．５ｃｍ未満の幅を有していてよい。ある実施形態において、スロット８２は、約０．３２ｃｍの幅を有していいてよい。スロット８２は、管７４の内部と、管７４とハウジング６２との間に画成される空洞８６とを、流体連結させる。Ｏリング７８は、所定の距離を空洞８６内に広げるように構成される。

さらに図２を参照すると、回収ポート５０は、捕捉流が吸い込まれるときにシステム１０内に圧力低下をもたらしうる。システム１０内での圧力低下の発生は、第１ガスＧ１の再生に有害となりうる。第１ガスの除去によりシステム１０内の圧力が低下するにつれ、ガススクリーン２６の出口７０近くの大気中の空気（例えば、窒素、酸素、二酸化炭素など）がシステム１０に引き込まれやすくなり、回収ポート５０に吸い込まれる捕捉流を汚染する場合がある。従って、複数のガスポート９０が、捕捉チャンバ４６への回収ポート５０による第１ガスＧ１の取り出しに関連するシステム１０における圧力低下を埋め合わせるような流速、又は量で、システム１０に第２ガスＧ２を投入するように構成される。ガスポート９０は、約１ｓｌｐｍと約４０ｓｌｐｍの間、又は約５ｓｌｐｍと約３５ｓｌｐｍの間、又は約１０ｓｌｐｍと約３０ｓｌｐｍの間、又は約２５ｓｌｐｍと約３５ｓｌｐｍの間、又は約２８ｓｌｐｍと約３３ｓｌｐｍの間の流速で、第２ガスＧ２を導入することができる。ある実施形態において、ガスポート９０は、約８ｓｌｐｍ、約９ｓｌｐｍ、約１０ｓｌｐｍ、約１１ｓｌｐｍ、約１２ｓｌｐｍ、約２９ｓｌｐｍ、約３０ｓｌｐｍ、約３１ｓｌｐｍ、又は約３２ｓｌｐｍの流速で、第２ガスＧ２を導入することができる。他の実施形態では、ガスポート９０は、約０．５ｓｌｐｍ、約１ｓｌｐｍ、約２ｓｌｐｍ、約３ｓｌｐｍ、約４ｓｌｐｍ、約５ｓｌｐｍ、約６ｓｌｐｍ、又は約７ｓｌｐｍの流速で、第２ガスＧ２を導入することができる。第２ガスＧ２は、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、及び／又は窒素などの、不活性又はおおむね不活性なガスであってよい。ガスポート９０は、ガススクリーン２６の反対側にほぼ同じ高さで位置するように描かれているが、高さがずれていてよく、また互いの間の径方向の任意の配置間隔を有していてよい。

ガスポート９０は、第２ガスＧ２がガススクリーン２６に導入されたときに、第２ガスＧ２が、Ｏリング７８とハウジング６２との間の空洞８６を通って上に流れるように、Ｏリング７８より下で、ガススクリーン２６の出口７０及び下方管７４Ｂの近くに設置される。第２ガスＧ２がＯリング７８とハウジング６２との間を流れると、Ｏリング７８及びハウジング６２の構造（すなわち、第２ガスＧ１の流路の狭窄）の結果として、第２ガスＧ２の流れは、多岐的になり（manifolded）、より均一にされ、又は層流になる。従って、本発明の精神を逸脱することなく、Ｏリング７８を類似の構造と置き換えてよく、或いは、ハウジング６２又は管７４が類似の構造を画成してもよいことが理解されるであろう。その後、第２ガスＧ２の層流は、スロット８２の方へ移動し、管７４の中に移動し、そしてガススクリーン２６の出口７０の外へと移動する。第２ガスＧ２が管７４に入ると、システム１０内での圧力低下が、実質的に（例えば、約５０％超、約６０％超、約７０％超、約８０％超、約９０％超、約９５％超、又は約９９％超）、或いは完全に回復するであろう。第２ガスＧ２はガススクリーン２６の出口７０を通って最終的に大気へと失われるため、第２ガスＧ２が第１ガスＧ１よりも安価である、又はより一般的なものであることは有利となるであろう。例えば、第１ガスＧ１はヘリウムであってよく、第２ガスＧ２はアルゴンであってよい。様々な実施形態において、大気から最小限（例えば、約３０ｐｐｍ未満、約２０ｐｐｍ未満、又は約１０ｐｐｍ未満）の酸素が回収ポート５０に達することを確実にするため、ガススクリーン２６は、（例えば、管７４の中又は入口６６の近くにおいて）脱酸素剤又は酸素ゲッターを用いてもよい。

ここで、図２〜３Ｃを参照すると、アダプタ管９８が、下方拡張マッフル２２の捕捉チャンバ４６を通って延在する。アダプタ管９８は、ガススクリーン２６の入口６６又は下方拡張マッフル２２に連結する又はそれにより画成されてよい。アダプタ管９８は、本体１０２及びエントランス１０６を備える。本体１０２は、光ファイバ３４が、接触又は曲がることなく、下方拡張マッフル２２及びガススクリーン２６を通過できるように、ガススクリーン２６の管７４と実質的に同軸であってよい。アダプタ管９８の本体１０２は、アダプタ管９８のエントランス１０６が回収ポート５０より上に位置するように捕捉チャンバ４６を通るのに十分な長さを有する。そのような実施形態は、第２ガスＧ２又はシステム１０の周りの大気が回収ポートに入るための流路が長くなり、それによって第２ガス又は大気が回収ポート５０に向かって移動しさらに捕捉流を汚染する可能性を減らす点で、有利であろう。様々な実施形態において、このことは、第１ガスＧ１に関して、回収ポート５０の捕捉流の純度の向上をもたらすことができる。アダプタ管９８は、約０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）と約２．０インチ（５．０８ｃｍ）の間、又は約０．５インチ（１．２７ｃｍ）と約１．０インチ（２．５４ｃｍ）の間の内径を有していてよい。ある実施形態では、アダプタ管９８の内径は、０．５インチ（１．２７ｃｍ）、０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）、１．０インチ（２．５４ｃｍ）、又は１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）であってよい。アダプタ管９８は、約１インチ（２．５４ｃｍ）と約１０インチ（２５．４ｃｍ）の間、又は約２インチ（５．０８ｃｍ）と約７インチ（１７．７８ｃｍ）の間の長さを有していてよい。ある実施形態において、アダプタ管９８は、約３インチ（７．６２ｃｍ）、約４インチ（１０．１６ｃｍ）、約５インチ（１２．７ｃｍ）又は約６インチ（１５．２４ｃｍ）の長さを有していいてよい。

光ファイバ３４の製造の間、様々な微粒子（例えば、ＳｉＣ及び/又は黒鉛粒）がシステム１０において生成され、光ファイバ３４を汚染する場合があり、光ファイバ３４の破損及び／又は線引き誘発された点欠陥（draw induced point defects）をもたらしうる。点欠陥は、光ファイバ３４の減衰の光学時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）測定からのシグナルの局所的な偏り(deviation)として測定することができる。アダプタ管９８のエントランス１０６の変更は、線引き誘発された点欠陥の数及び／又は頻度を減らす又は軽減することができる。図３Ａ〜Ｃは、アダプタ管９８のエントランス１０６の様々な実施形態を提供する。アダプタ管９８のエントランス１０６は、様々な構造をとることができる。様々な実施形態において、エントランス１０６は、円錐部分１１０を有していてよい。円錐部分１１０は、アダプタ管９８のエントランス１０６が本体１０２に近づくにつれ次第に細くなるように逆さであってよい。円錐部分１１０の使用は、第１ガスＧ１の速度ベクトルの動径成分の大きさを減らし、従って加熱部１８（図１）に向かう第１ガスＧ１の流れを減らし、それによって下方拡張マッフル２２に入って再循環される粒子を減らすことにより、線引き誘発された点欠陥を減らすという点において有利となりうる。第１の実施形態（図３Ａ）において、エントランス１０６は、アダプタ管９８の本体１０２に向かっていくにつれ細くなる円錐部分１１０を単純に備えていてよい。第２の実施形態（図３Ｂ）では、エントランス１０２は、アダプタ管９８と実質的に同軸である第１フランジ１１４を組み込んでよい。第１フランジ１１４は、エントランス１０６が第１フランジ１１４から本体１０２に向かって細くなるように、円錐部分１１０の上端に置かれるであろう。第３の実施形態（図３Ｃ）において、第２フランジ１１８が、第１フランジ１１４の上端に設置されてよく、第２フランジ１１４は、アダプタ管９８の本体及び第１フランジに対して垂直であってよい。第２フランジ１１８は、アダプタ管９８から内側及び／又は外側に延びていてよい。図３Ａ〜Ｃに示されている実施形態の使用は、製造された光ファイバ３４の１ｋｍあたりの線引き誘発された点欠陥を、エントランス１０６を有していない実施形態（例えば、アダプタ管９８の本体１０２のみ）における約５％から、少なくとも円錐部分１１０を用いる実施形態における約１．５％未満まで減らすことができる。

次に図４を参照すると、光ファイバ製造システム１０を操作して、光ファイバ３４を製造し、さらに第１ガスＧ１（例えば、ヘリウム）を再生する例示的方法１３０についてここで検討する。第１工程１３４は、ファイバ線引きの間に、光ファイバ製造システム１０に第１ガスＧ１を流入させるアクションを含んでいてよい。上記で説明したように、第１ガスＧ１は、入口、ガススクリーン、ポート、又はシステム１０にガスを投入する他の方法を介して、システム１０の上部に投入することができる。次に、第１ガスＧ１を、加熱部１８を通過させる第２工程１３８が実施されてよい。第１ガスＧ１は、システム１０の上部から、上方マッフル１４を通り、加熱部１８へと移動する。第１ガスＧ１が加熱部１８を通って移動するときに、第１ガスＧ１は光ファイバプリフォーム３０を通り過ぎ、光ファイバ３４がプリフォーム３０から線引きされる。次に、第１ガスＧ１を、下方拡張マッフル２２を通過させる第３工程１４２が実施される。第１ガスが下方拡張マッフル２２を通って移動しているときに、第１ガスＧ１の一部は捕捉チャンバ４６に入り、第１ガスの残りは光ファイバ３４の近くでそれに続き、アダプタ管９８を通過する。次に、アダプタ管９８に近接して捕捉チャンバ４６に入る第１ガスＧ１の部分は、その後、第４工程１４６において、回収ポート５０を通って取り出される。第１ガスＧ１の取り出された部分はその後、冷却され、清浄化され、再生され、さらに再利用されてよい。最後に、第２ガスＧ２をガススクリーン２６内に流入させて圧力低下を埋め合わせる第５工程１５２が実施される。上記で説明したように、回収ポート５０を介した第１ガスの一部の除去は、システム１０内での圧力低下、すなわち陰圧を生じ、それはガススクリーン２６の出口７０を通した大気（例えば、窒素、及び酸素など）の巻き込みを生じることがある。従って、第２ガスＧ２をガススクリーン２６に投入して、陰圧を帳消しにする、或いは第１ガスＧ１の除去に関連する圧力低下を埋め合わせることができる。

図５Ａ〜Ｄを参照すると、システム１０のパラメータを変化させた様々な例に従い、システム１０のシミュレーションにおいて回収ポート５０により捕捉されたヘリウム（例えば、第１ガスＧ１）の割合（％）を示す様々なグラフが示されている。

図５Ａを参照すると、シミュレーションにおいて、アダプタ管９８の直径に関係するとして、システム１０から（例えば、回収ポート５０を介して）捕捉されたガス流中のヘリウムの割合（％）又は純度を示す。この特定の例において、回収ポート５０は、約３２ｓｌｐｍの捕捉流速を有し、アダプタ管９８は約３インチ（７．６２ｃｍ）の長さを有し、光ファイバ３４は約４２ｍ／ｓの速さで引かれ、及び第２ガスは約１０ｓｌｐｍの速度でガススクリーン２６に投入された。図５Ａのグラフからわかるように、アダプタ管９８の直径が大きくなるにつれ、捕捉ガス流中のヘリウムの割合（％）は減少した。これは、アダプタ管９８における利用可能な空間（例えば直径）が増えたため、ガススクリーン２６からの第２ガスＧ２がアダプタ管９８を通って上方に進み、さらに回収ポート５０を通って進む能力が増加したせいであろう。

図５Ｂを参照すると、アダプタ管９８のいくつかの例示的直径に基づき、捕捉流速に対する、回収ポート５０を介して捕捉されたガス流中のヘリウムの割合（％）を示す。これらシミュレーションにおいて、光ファイバの線引き速度は約４２ｍ／ｓであり、ガススクリーン２６のガスポート９０からの流速は約１０ｓｌｐｍであり、さらにアダプタ管９８は、約３インチ（７．６２ｃｍ）の長さを有していた。図５Ａに示されているのと同様に、アダプタ管９８の直径が増加するにつれ、回収ポート５０を介した捕捉流中のヘリウムの割合（％）は減少し、それは回収ポート５０を介した空気及び第２ガスＧ２の捕捉の増加に対応する。

図５Ｃを参照すると、アダプタ管９８のいくつかの例示な長さに基づき、捕捉流速に対する、回収ポート５０を介して捕捉されたガス流中のヘリウム（例えば、第１ガスＧ１）の割合（％）を示す。これらシミュレーションにおいて、光ファイバ３４の線引き速度は約４２ｍ／ｓであり、ガススクリーン２６のガスポート９０からの流速は約１０ｓｌｐｍであり、さらにアダプタ管９８は、約０．７５インチ（１．９ｃｍ）の直径を有していた。図５Ｃに示すように、アダプタ管９８の長さが増加すると、より短いアダプタ管９８と同様の又はより高いヘリウムの割合（％）を達成しながら、より高い捕捉流速を適用することを可能にする。

図５Ｄを参照すると、回収ポート５０からの捕捉流速に基づき、表１の見本構成の捕捉ガス流中のヘリウム（例えば、第１ガスＧ１）の割合（％）を示す。図５Ｄからわかるように、回収ポート５０を介して捕捉された流速が高まるにつれ、捕捉ガス流中のヘリウムの純度は低下する。さらに、図５Ｄからわかるように、第１ガスＧ１の流速が高まるにつれ、回収ポート５０を介した捕捉流中のヘリウムの割合（％）は増加する。

ここに開示されている実施形態は、例示の目的のために示されているが、前記の説明は、本明細書又は添付の特許請求の範囲の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。本発明の精神又は範囲を逸脱することなく。様々な修飾及び変形を行うことができることは当業者に明白であろう。

記載されている開示の構成及び他の構成要素がいずれか特定の物質に限定されないことは、当業者に理解されるであろう。ここに開示されている発明の他の例示的実施形態も、そうではないことが別途記載されていない限り、広範囲の物質から形成することができる。本明細書及び特許請求の範囲において、単数形「Ａ」、「Ａｎ」、及び「Ｔｈｅ」は、その内容が明らかにそうではないことを示していない限り、その複数形も包含する。

値の範囲が記載されている場合、その内容が明らかにその範囲の上限と下限の間、及びその記載されている範囲内の他の記載されている又は間の値であることを明らかに指定していない限り、その間の各値が、その下限の単位の１／１０まで、その開示に包含されることが理解される。それらより狭い範囲の上限及び下限は、そのより狭い範囲中に独立して含まれ、その開示に包含され、記載されている範囲中の任意の具体的排除限界の対象となる。記載されている範囲が上限下限の一方又は両方を含む場合、それら含まれる制限の一方又は両方を排除する範囲も本開示に含まれる。

本開示の目的において、「連結された（coupled）」の語（その形態の全てにおいて、連結、連結する、連結されたなど）は、一般的に、２つの構成要素（電気的又は機械的）の直接的または間接的な互いへの接続を意味する。そのような接続は、本質的に不動であっても又は可動であってもよい。そのような接続は、２つの構成要素（電気的又は機械的）および任意の付加的な介在メンバーが、１つの別の又は２つの構成要素とともに単体として一体的に形成されて達成されるであろう。そのような接続は、別途記載がない限り、本質的に永続的であっても、又は本質的に取り外し可能又は解放可能であってよい。本発明の精神又は範囲を逸脱することなく様々な修飾及び変形を行うことができることは当業者に明白であろう。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
光ファイバを製造する方法において、
第１ガスを光ファイバ線引き炉に流入させる工程；
前記第１ガスを、光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部を通過させる工程；
前記第１ガスを、捕捉チャンバを画成するマッフルを通過させる工程；
前記捕捉チャンバに作動的に連結された少なくとも１つの回収ポートを介して第１ガスの一部を取り出す工程；及び
第２ガスを、前記第１ガスの一部を取り出すことに関連する圧力低下を実質的に埋め合わせるように設定された速度でガススクリーンに流入させる工程；
を含む、方法。

実施形態２
前記ガススクリーンが、該ガススクリーンに第２ガスを流入させるように構成された、ガススクリーンの反対側に設置された複数のガスポートを備える、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
前記ガスポート間にガススクリーンを通して管が配置される、実施形態２に記載の方法。

実施形態４
前記ガスポートと前記ガススクリーンの入口との間の管の周りにＯリングが設置される、実施形態３に記載の方法。

実施形態５
前記管と前記ガススクリーンの入口との間にスロットが画成され、前記取り出される第１ガスの部分が約６０％超である、実施形態４に記載の方法。

実施形態６
第２ガスを、それが実質的な層流を有するように、前記Ｏリングと前記ガススクリーンのハウジングとの間を通過させる工程をさらに含む、実施形態４に記載の方法。

実施形態７
アダプタ管が前記捕捉チャンバを通って前記マッフル内に延在し、前記第１ガスがヘリウムであり、さらに前記少なくとも１つの回収ポートにより捕捉される捕捉流が約８０％超のヘリウム純度を有する、実施形態１に記載の方法。

実施形態８
前記アダプタ管のエントランスが円錐部分を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態９
ファイバ線引き炉において、
上方マッフル；
前記上方マッフルに連結した加熱部であって、光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部；及び
下方拡張マッフルであって、該下方拡張マッフルの第１端部で前記加熱部に連結し、該下方拡張マッフルの第２端部で捕捉チャンバを画成し、該下方拡張マッフルと実質的に同軸である前記第２端部から前記第１端部に向かって延在するアダプタ管を有する、下方拡張マッフル；
を備える、ファイバ線引き炉。

実施形態１０
前記下方拡張マッフルが、前記捕捉チャンバにつながる少なくとも１つの回収ポートを画成する、実施形態９に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１１
前記アダプタ管へのエントランスが、前記少なくとも１つの回収ポートより上に設置され、前記アダプタ管が約１．５インチ（３．８１ｃｍ）未満の内径を有する、実施形態１０に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１２
前記アダプタ管が、下方拡張マッフルの出口から延在する、実施形態９に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１３
前記アダプタ管のエントランスが、円錐形状を含む、実施形態１２に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１４
前記アダプタ管のエントランスが、前記アダプタ管と実質的に同軸である少なくとも１つの第１フランジと、前記アダプタ管に対して垂直である第２フランジとを備える、実施形態１３に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１５
ファイバ線引き炉において、
光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部；
前記加熱部に連結した第１端部を有する下方拡張マッフル；及び
前記下方拡張マッフルの第２端部に連結したガススクリーンであって、
入口及び出口を画成するハウジング、及び
前記出口からハウジングを通って前記入口に向かって延在する管であって、該管と前記ハウジングの入口との間にスロットが画成され、該スロットはガスを管内に流入させるように構成されている、管
を有するガススクリーン；
を備える、ファイバ線引き炉。

実施形態１６
前記ガススクリーンのハウジングが、前記管の反対側に位置する少なくとも２つのガスポートを備える、実施形態１５に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１７
前記少なくとも２つのガスポートが、前記出口に近接して設置される、実施形態１６に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１８
前記管の周りにＯリングが配置され、該Ｏリングが前記少なくとも２つのガスポートと前記スロットとの間に置かれる、実施形態１６に記載のファイバ線引き炉。

実施形態１９
前記下方拡張マッフルが、その中に配置されたアダプタ管を備え、該アダプタ管は、前記下方拡張マッフルの第２端部から第１端部に向かって延在する、実施形態１５に記載のファイバ線引き炉。

実施形態２０
前記管は、前記アダプタ管と実質的に同軸である、実施形態１９に記載のファイバ線引き炉。

１０ システム
１４ 上方マッフル
１８ 加熱部
２２ 下方拡張マッフル
２６ ガススクリーン
３０ プリフォーム
３４ 光ファイバ
４６ 捕捉チャンバ
５０ 回収ポート
６２ ハウジング
６６ 入口
７０ 出口
７４ 管
７８ Ｏリング
８２ スロット
８６ 空洞
９０ ガスポート
９８ アダプタ管
１０６ エントランス
１１０ 円錐部分
１１４ 第１フランジ
１１８ 第２フランジ
Ｇ１ 第１ガス
Ｇ２ 第２ガス

Claims (10)

1. 光ファイバを製造する方法において、
   第１ガスを光ファイバ線引き炉に流入させる工程；
   前記第１ガスを、光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部を通過させる工程；
   前記第１ガスを、捕捉チャンバを画成するマッフルを通過させる工程；
   前記捕捉チャンバに作動的に連結された少なくとも１つの回収ポートを介して第１ガスの一部を取り出す工程；及び
   第２ガスを、前記第１ガスの一部を取り出すことに関連する圧力低下を実質的に埋め合わせるように設定された速度でガススクリーンに流入させる工程；
   を含む、方法。
2. 前記ガススクリーンが、該ガススクリーンに第２ガスを流入させるように構成された、ガススクリーンの反対側に設置された複数のガスポートを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記ガスポート間にガススクリーンを通して管が配置される、請求項２に記載の方法。
4. 前記ガスポートと前記ガススクリーンの入口との間の管の周りにＯリングが設置される、請求項３に記載の方法。
5. 前記管と前記ガススクリーンの入口との間にスロットが画成され、前記取り出される第１ガスの部分が約６０％超である、請求項４に記載の方法。
6. 第２ガスを、それが実質的な層流を有するように、前記Ｏリングと前記ガススクリーンのハウジングとの間を通過させる工程をさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. アダプタ管が前記捕捉チャンバを通って前記マッフル内に延在し、前記第１ガスがヘリウムであり、さらに前記少なくとも１つの回収ポートにより捕捉される捕捉流が約８０％超のヘリウム純度を有する、請求項１に記載の方法。
8. ファイバ線引き炉において、
   上方マッフル；
   前記上方マッフルに連結した加熱部であって、光ファイバが線引きされるガラス源を含みかつそれを加熱するように構成された加熱部；及び
   下方拡張マッフルであって、該下方拡張マッフルの第１端部で前記加熱部に連結し、該下方拡張マッフルの第２端部で捕捉チャンバを画成し、該下方拡張マッフルと実質的に同軸である前記第２端部から前記第１端部に向かって延在するアダプタ管を有する、下方拡張マッフル；
   を備える、ファイバ線引き炉。
9. 前記下方拡張マッフルが、前記捕捉チャンバにつながる少なくとも１つの回収ポートを画成する、請求項８に記載のファイバ線引き炉。
10. 前記アダプタ管へのエントランスが、前記少なくとも１つの回収ポートより上に設置され、前記アダプタ管が約１．５インチ（３．８１ｃｍ）未満の内径を有する、請求項９に記載のファイバ線引き炉。

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