JP4228420B2 - 光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材から光ファイバを溶融線引きする光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英を主体とするガラスからなる光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きするには光ファイバ線引き炉が使われている。図３は、光ファイバ線引き炉の主要部を示す図であって、１１は光ファイバ母材、１２はダミー棒、１３は連結部、１４は筒状の管体、１５はヒータ、１６はガス吹込み口、１７は光ファイバ、１８は上方空間、１９は下方空間である。管体１４はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材１１がダミー棒１２によって連結部１３で支持吊下げられている。そして、光ファイバ母材１１の下端付近は、管体１４の外側に配置したヒータ１５によって加熱溶融され、光ファイバ１７が下方向に引出される。
【０００３】
光ファイバ線引き炉の管体１４の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス吹込み口１６から不活性ガスが吹込まれ、不活性ガスの流れが管体１４の内壁面と光ファイバ母材１１との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、下方の光ファイバ１７と管体の下蓋の間隙を通して放出されている。
【０００４】
管体１４の内壁面と光ファイバ母材１１との間の空間の横断面形状は上下方向で一様でなく、かつ温度も上下方向に相当の差を有している。従って、不活性ガスの上方から下方への流れは一様でなく、特に光ファイバ母材の上方空間１８では自然対流を生じたりすることがある。光ファイバ母材１１の上方空間１８での不活性ガスの流れが自然対流等により乱れると、その乱れが光ファイバ母材１１の下方空間１９にも伝わる。
【０００５】
光ファイバ母材１１の下方からは通常の場合、直径１２５μｍの光ファイバが溶融して高速で引出されるが、この周辺の不活性ガスの流れが変化すると、線振れ、溶融部分の温度変化等が発生し線径変動をもたらす。そこで、線径変動を出来るだけ小さくするため、不活性ガスの流れをスムーズにする必要があり、上方空間内に仕切り板を設けて上方空間を更に上下に分ける方法、上方空間の温度分布を出来るだけ均一にするため、補助ヒータを設けて温度の低い側を加熱する方法、等種々の試みがなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバ母材が大型化して光ファイバ母材の外径が大きくなれば、上方空間、下方空間共に大きくなり、不活性ガスの流れの乱れが発生し易くなり、それによって線振れ、温度変化等が起き易くなり、ひいては線径変動も大きくなる傾向が認められるので、いずれの方法も線径変動を抑えるには不十分であり、大型の光ファイバ母材の光ファイバ線引き炉として高速線引きに最適なる炉の形態については、現在も研究開発の途上にある。
【０００７】
本発明は、大型の光ファイバ母材を使った場合の光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくするという課題のもとに、線径変動の原因等を調査していた間の知見に基づいて完成したものであって、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ少なくし、光ファイバの線径変動を小さくし得る光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ線引き炉は、筒状の管体を備え、該管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き炉であって、前記管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、前記ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段は、差圧計とその差圧計のデータから１Ｈｚ以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含むものであり、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によって前記ガス吹込み口のガス流量を調整するものである。
【０００９】
管体内の内部圧力を圧力監視手段によって監視することによって圧力変動を把握し、そのデータに基づいてガス吹込み口のガス流量をガス流量調整手段によって調整する。こうして、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ小さくすることによって、光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくする。
【００１０】
次に、管体内の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を小さくすることが出来るという知見を得た経緯を説明する。光ファイバ線引き炉の管体の上端付近と下端付近の内部圧力及び光ファイバの線径について、データをとっていたところ、図２に示すデータを得た。図２のデータは、Ａが管体の上端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Ｂが管体の下端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Ｃは光ファイバの線径を示すグラフである。
【００１１】
なお、内部圧力の差圧変動は日本エム・ケー・エス株式会社の差圧計を用いて測定した。また、光ファイバの線径の測定は、レーザ光を使用した通常の線径測定器を使用している。また、測定データから高周波成分を除去するため、０．１Ｈｚのローパスフイルタを用いた。
【００１２】
この図２のデータによれば、次のことが分かる。（１）管体の内部圧力は、上端付近、下端付近共に変動しており、その周期は約１０秒、圧力変動振幅は約０．０４〜０．０５ｍｍＨ2 Ｏである。（２）管体の上端付近の圧力変動と下端付近の圧力変動の位相は同じである。即ち、上端付近の圧力が高くなったときは、下端付近の圧力も高くなる。（３）圧力変動から約２秒遅れで線径変動が起こっている。即ち、圧力が高くなった時間から約２秒遅れで線径も大きくなり、圧力が低くなった時から約２秒遅れで線径も小さくなる。
【００１３】
以上のことから、管体の内部圧力と光ファイバの線径には高い相関関係があり、管体の内部圧力の変動を小さくすれば、光ファイバの線径変動も小さく出来ることが予見される。従って本発明では、管体の内部圧力を監視し、そのデータに基づいてガス吹込み口から吹込む不活性ガスの流量を調整することによって、管体内部の圧力変動を出来るだけ抑制する。また、管体の内部圧力は、上端付近、下端付近で変動振幅は若干異なるが変動周期、変動の位相は同じであるので、圧力の監視測定位置は１個所としても圧力変動の状況把握は可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図であって、１は光ファイバ母材、２は連結部、３はダミー棒、４は管体、５は圧力監視手段、５ａは圧力監視手段の一部である圧力センサ、６は流量調整手段、７は不活性ガス供給装置、８はガス吹込み口、９はヒータ、１０は光ファイバである。管体４はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材１が、ダミー棒３によって連結部２を介して支持され吊下げられている。なお、光ファイバ母材は大型で、例えば直径が９０ｍｍ、長さが１５００ｍｍといった大きさのものである。
【００１５】
そして、光ファイバ母材１の下端付近は、管体４の外側に配置したヒータ９によって加熱溶融され、光ファイバ１０が下方向に引出される。管体４の壁面にはガス吹込み口８が設けられており、管体４の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス供給装置７から供給される不活性ガスがガス吹込み口から吹込まれることによって満たされている。また不活性ガスの流れが、管体４の内壁面と光ファイバ母材１との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、管体４の下方の光ファイバ１０と管体４の下蓋との間隙を通して放出されている。
【００１６】
また、管体４の壁面に取付けた配管の先に圧力センサ５ａが配設され、圧力監視手段５によって、管体４の内部圧力を監視する。圧力監視手段５としては差圧計を使用することが出来る。また、差圧計のデータそのままでは線径変動に影響しない高周波成分に隠れてしまうので、１Ｈｚ又は０．１Ｈｚのローパスフイルタ又は適当なバンドパスフイルタで不要成分をカットする。また更に、低周波側の不要成分を除くため、０．０２Ｈｚ程度のハイパスフイルタを用いるか、又は１分間程度の圧力を平均化して変動成分のみを取出すことがより望ましい。
【００１７】
不活性ガス供給装置７からはヘリウム、窒素等の不活性ガスが供給されるが、マスフローコントローラ等からなる流量調整手段６によって管体４内部の圧力が一定となるように不活性ガスの流量を調整しながら、管体４の内部にガス吹込み口８から不活性ガスを吹込む。具体的には、差圧計のデータが極くわずかに変化した時、その変化量を打ち消すように不活性ガスを吹込む。より具体的には、差圧計の出力をバンドパスフイルタで処理した信号によって、ＰＩＤ制御でマスフローコントローラの流量にフイードバックをかければ良い。また、ガス吹込み口８は管体の壁面に管体の軸を取巻くように複数箇所設け、管体内のガスの流れが出来るだけ一様になるようにガスを吹込むことが好ましい。
【００１８】
ＰＩＤ制御における、比例分を０．１ｍｍＨ2 Ｏ偏差に対して不活性ガス流量の８％とし、積分時間を４０秒、微分制御無しの条件とした。その結果、バンドパスフイルタ処理後の圧力変動は全振幅で０．０２ｍｍＨ2 Ｏに抑えられ、線径変動も±０．１μｍに抑えることが出来た。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ線引き炉は、光ファイバ母材を配置する管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によってガス吹込み口のガス流量を調整するものであるので、光ファイバの線径変動の原因である管体内部の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を抑制することが出来る。
【００２０】
また、管体の内部圧力を監視する手段として差圧計とフイルタを使用することによって、圧力データの不要成分を除去して、光ファイバの線径変動に結びつく圧力変動のデータのみとすることによって、より確実に光ファイバの線径変動を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図である。
【図２】管体の上端付近及び下端付近の内部圧力の差圧と光ファイバの線径の対時間変化を示すグラフである。
【図３】従来技術による光ファイバ線引き炉の主要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：光ファイバ母材
２：連結部
３：ダミー棒
４：管体
５：圧力監視手段
５ａ：圧力センサ
６：流量調整手段
７：不活性ガス供給装置
８：ガス吹込み口
９：ヒータ
１０：光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材から光ファイバを溶融線引きする光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英を主体とするガラスからなる光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きするには光ファイバ線引き炉が使われている。図３は、光ファイバ線引き炉の主要部を示す図であって、１１は光ファイバ母材、１２はダミー棒、１３は連結部、１４は筒状の管体、１５はヒータ、１６はガス吹込み口、１７は光ファイバ、１８は上方空間、１９は下方空間である。管体１４はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材１１がダミー棒１２によって連結部１３で支持吊下げられている。そして、光ファイバ母材１１の下端付近は、管体１４の外側に配置したヒータ１５によって加熱溶融され、光ファイバ１７が下方向に引出される。
【０００３】
光ファイバ線引き炉の管体１４の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス吹込み口１６から不活性ガスが吹込まれ、不活性ガスの流れが管体１４の内壁面と光ファイバ母材１１との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、下方の光ファイバ１７と管体の下蓋の間隙を通して放出されている。
【０００４】
管体１４の内壁面と光ファイバ母材１１との間の空間の横断面形状は上下方向で一様でなく、かつ温度も上下方向に相当の差を有している。従って、不活性ガスの上方から下方への流れは一様でなく、特に光ファイバ母材の上方空間１８では自然対流を生じたりすることがある。光ファイバ母材１１の上方空間１８での不活性ガスの流れが自然対流等により乱れると、その乱れが光ファイバ母材１１の下方空間１９にも伝わる。
【０００５】
光ファイバ母材１１の下方からは通常の場合、直径１２５μｍの光ファイバが溶融して高速で引出されるが、この周辺の不活性ガスの流れが変化すると、線振れ、溶融部分の温度変化等が発生し線径変動をもたらす。そこで、線径変動を出来るだけ小さくするため、不活性ガスの流れをスムーズにする必要があり、上方空間内に仕切り板を設けて上方空間を更に上下に分ける方法、上方空間の温度分布を出来るだけ均一にするため、補助ヒータを設けて温度の低い側を加熱する方法、等種々の試みがなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバ母材が大型化して光ファイバ母材の外径が大きくなれば、上方空間、下方空間共に大きくなり、不活性ガスの流れの乱れが発生し易くなり、それによって線振れ、温度変化等が起き易くなり、ひいては線径変動も大きくなる傾向が認められるので、いずれの方法も線径変動を抑えるには不十分であり、大型の光ファイバ母材の光ファイバ線引き炉として高速線引きに最適なる炉の形態については、現在も研究開発の途上にある。
【０００７】
本発明は、大型の光ファイバ母材を使った場合の光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくするという課題のもとに、線径変動の原因等を調査していた間の知見に基づいて完成したものであって、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ少なくし、光ファイバの線径変動を小さくし得る光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ線引き炉は、筒状の管体を備え、該管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き炉であって、前記管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、前記ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段は、差圧計とその差圧計のデータから１Ｈｚ以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含むものであり、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によって前記ガス吹込み口のガス流量を調整するものである。
【０００９】
管体内の内部圧力を圧力監視手段によって監視することによって圧力変動を把握し、そのデータに基づいてガス吹込み口のガス流量をガス流量調整手段によって調整する。こうして、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ小さくすることによって、光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくする。
【００１０】
次に、管体内の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を小さくすることが出来るという知見を得た経緯を説明する。光ファイバ線引き炉の管体の上端付近と下端付近の内部圧力及び光ファイバの線径について、データをとっていたところ、図２に示すデータを得た。図２のデータは、Ａが管体の上端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Ｂが管体の下端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Ｃは光ファイバの線径を示すグラフである。
【００１１】
なお、内部圧力の差圧変動は日本エム・ケー・エス株式会社の差圧計を用いて測定した。また、光ファイバの線径の測定は、レーザ光を使用した通常の線径測定器を使用している。また、測定データから高周波成分を除去するため、０．１Ｈｚのローパスフイルタを用いた。
【００１２】
この図２のデータによれば、次のことが分かる。（１）管体の内部圧力は、上端付近、下端付近共に変動しており、その周期は約１０秒、圧力変動振幅は約０．０４〜０．０５ｍｍＨ2 Ｏである。（２）管体の上端付近の圧力変動と下端付近の圧力変動の位相は同じである。即ち、上端付近の圧力が高くなったときは、下端付近の圧力も高くなる。（３）圧力変動から約２秒遅れで線径変動が起こっている。即ち、圧力が高くなった時間から約２秒遅れで線径も大きくなり、圧力が低くなった時から約２秒遅れで線径も小さくなる。
【００１３】
以上のことから、管体の内部圧力と光ファイバの線径には高い相関関係があり、管体の内部圧力の変動を小さくすれば、光ファイバの線径変動も小さく出来ることが予見される。従って本発明では、管体の内部圧力を監視し、そのデータに基づいてガス吹込み口から吹込む不活性ガスの流量を調整することによって、管体内部の圧力変動を出来るだけ抑制する。また、管体の内部圧力は、上端付近、下端付近で変動振幅は若干異なるが変動周期、変動の位相は同じであるので、圧力の監視測定位置は１個所としても圧力変動の状況把握は可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図であって、１は光ファイバ母材、２は連結部、３はダミー棒、４は管体、５は圧力監視手段、５ａは圧力監視手段の一部である圧力センサ、６は流量調整手段、７は不活性ガス供給装置、８はガス吹込み口、９はヒータ、１０は光ファイバである。管体４はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材１が、ダミー棒３によって連結部２を介して支持され吊下げられている。なお、光ファイバ母材は大型で、例えば直径が９０ｍｍ、長さが１５００ｍｍといった大きさのものである。
【００１５】
そして、光ファイバ母材１の下端付近は、管体４の外側に配置したヒータ９によって加熱溶融され、光ファイバ１０が下方向に引出される。管体４の壁面にはガス吹込み口８が設けられており、管体４の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス供給装置７から供給される不活性ガスがガス吹込み口から吹込まれることによって満たされている。また不活性ガスの流れが、管体４の内壁面と光ファイバ母材１との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、管体４の下方の光ファイバ１０と管体４の下蓋との間隙を通して放出されている。
【００１６】
また、管体４の壁面に取付けた配管の先に圧力センサ５ａが配設され、圧力監視手段５によって、管体４の内部圧力を監視する。圧力監視手段５としては差圧計を使用することが出来る。また、差圧計のデータそのままでは線径変動に影響しない高周波成分に隠れてしまうので、１Ｈｚ又は０．１Ｈｚのローパスフイルタ又は適当なバンドパスフイルタで不要成分をカットする。また更に、低周波側の不要成分を除くため、０．０２Ｈｚ程度のハイパスフイルタを用いるか、又は１分間程度の圧力を平均化して変動成分のみを取出すことがより望ましい。
【００１７】
不活性ガス供給装置７からはヘリウム、窒素等の不活性ガスが供給されるが、マスフローコントローラ等からなる流量調整手段６によって管体４内部の圧力が一定となるように不活性ガスの流量を調整しながら、管体４の内部にガス吹込み口８から不活性ガスを吹込む。具体的には、差圧計のデータが極くわずかに変化した時、その変化量を打ち消すように不活性ガスを吹込む。より具体的には、差圧計の出力をバンドパスフイルタで処理した信号によって、ＰＩＤ制御でマスフローコントローラの流量にフイードバックをかければ良い。また、ガス吹込み口８は管体の壁面に管体の軸を取巻くように複数箇所設け、管体内のガスの流れが出来るだけ一様になるようにガスを吹込むことが好ましい。
【００１８】
ＰＩＤ制御における、比例分を０．１ｍｍＨ2 Ｏ偏差に対して不活性ガス流量の８％とし、積分時間を４０秒、微分制御無しの条件とした。その結果、バンドパスフイルタ処理後の圧力変動は全振幅で０．０２ｍｍＨ2 Ｏに抑えられ、線径変動も±０．１μｍに抑えることが出来た。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ線引き炉は、光ファイバ母材を配置する管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によってガス吹込み口のガス流量を調整するものであるので、光ファイバの線径変動の原因である管体内部の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を抑制することが出来る。
【００２０】
また、管体の内部圧力を監視する手段として差圧計とフイルタを使用することによって、圧力データの不要成分を除去して、光ファイバの線径変動に結びつく圧力変動のデータのみとすることによって、より確実に光ファイバの線径変動を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図である。
【図２】管体の上端付近及び下端付近の内部圧力の差圧と光ファイバの線径の対時間変化を示すグラフである。
【図３】従来技術による光ファイバ線引き炉の主要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：光ファイバ母材
２：連結部
３：ダミー棒
４：管体
５：圧力監視手段
５ａ：圧力センサ
６：流量調整手段
７：不活性ガス供給装置
８：ガス吹込み口
９：ヒータ
１０：光ファイバ
Claims (2)
- 筒状の管体を備え、該管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き炉において、前記管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、前記ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段は、差圧計とその差圧計のデータから１Ｈｚ以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含むものであり、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によって前記ガス吹込み口のガス流量を調整することを特徴とする光ファイバ線引き炉。
- 筒状の管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き方法において、差圧計とその差圧計のデータから１Ｈｚ以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含む圧力監視手段にて前記管体の内部圧力を監視し、前記差圧計の出力から前記フィルタで処理した信号として得られる内部圧力の増減に応じて、管体の壁面に設けたガス吹込み口から吹込む不活性ガスのガス流量を調整することを特徴とする光ファイバ線引き方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23125998A JP4228420B2 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP23125998A JP4228420B2 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000063142A JP2000063142A (ja) | 2000-02-29 |
| JP4228420B2 true JP4228420B2 (ja) | 2009-02-25 |
Family
ID=16920822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23125998A Expired - Lifetime JP4228420B2 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法 |
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| JP5170038B2 (ja) * | 2009-08-27 | 2013-03-27 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバの線引方法 |
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| JP6299088B2 (ja) * | 2013-06-18 | 2018-03-28 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバの製造方法および製造装置 |
| JP6277605B2 (ja) * | 2013-06-18 | 2018-02-14 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバの製造方法および製造装置 |
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