JP5205443B2 - 光ファイバ素線の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、石英ガラス系光ファイバで代表される光ファイバの製造工程のうち、石英系ガラスなどからなる光ファイバ母材から光ファイバ裸線を線引きしてさらに保護用樹脂により被覆して光ファイバ素線を製造するための光ファイバ素線製造装置に関するものであり、とりわけ光ファイバ素線の製造過程中において光ファイバ裸線の外径を光学式の非接触方式で測定するための外径測定器を備えた光ファイバ素線の製造装置に関するものである。

一般に石英ガラス系光ファイバ素線の製造装置としては、図１０に示すような装置が広く使用されている。この光ファイバ素線製造装置１０は、石英系ガラスからなる光ファイバ母材１２を加熱溶融させるための紡糸用加熱炉１４と、紡糸用加熱炉１４から下方に向けて線状に引き出された光ファイバ裸線１６を強制冷却するための冷却装置１８と、冷却された光ファイバ裸線を保護被覆用の樹脂により被覆するためのコーティング装置２０と、そのコーティング装置により被覆された樹脂を硬化させるために必要に応じて設けられる硬化装置２２と、保護被覆用の樹脂が硬化された状態の光ファイバ素線２４を引き取るための引取装置２６とを備えた構成とされている。

このような光ファイバ素線製造装置によって光ファイバ素線を製造するにあたっては、光ファイバ裸線の原料となる光ファイバ母材（石英系ガラス母材）１２を紡糸用加熱炉１４において２０００℃以上の高温に加熱して溶融させ、その紡糸用加熱炉１４の下部から、高温状態で光ファイバ裸線１６として伸長させながら下方に引き出し、その光ファイバ裸線１６を、樹脂によりコーティング可能となる温度まで冷却装置１８により冷却する。ここで、冷却装置１８は、通常は２重壁構造（ジャケット構造）とされて、冷却水などの冷却媒体により壁部から冷却されるとともに、内側の光ファイバ裸線１６が通過する空間（冷却空間）内に、熱伝導性が良くかつ光ファイバ裸線１６の材質に悪影響を及ぼさないガス、例えばＨｅガスなどの冷却ガスが導入される。このような冷却装置１８により所要の温度まで冷却された光ファイバ裸線１６には、コーティング装置２０において保護のための樹脂が未硬化状態で被覆され、さらにその被覆樹脂が、硬化装置２２において加熱硬化あるいは紫外線硬化などの樹脂の種類に応じた適宜の硬化手段により硬化され、保護被覆層を備えた光ファイバ素線２４となって、ターンプーリ２８を経て引取装置２６によって所定速度で引き取られる。

ところで光ファイバ素線の製造にあたっては、光ファイバ裸線の外径が一定となるように制御する必要がある。ここで、ガラス母材が紡糸用加熱炉１４で加熱溶融されてその紡糸用加熱炉１４から引き出された状態では、未だ高温で未硬化状態であるから、ガラスがある程度硬化するまでは伸長しながら（従って外径が減少しながら）下方に引かれることになる。したがって、最終的な光ファイバ裸線の外径には、線引き速度（引取装置２６による引取速度）が大きな影響を与える。そこで一般には、常時光ファイバ裸線の外径を測定しながら、その外径が目標の径となるように引取装置２６の引取速度を制御することが行なわれている。そしてこのような目的の外径測定器としては、レーザ外径測定器で代表される非接触、光学式の外径測定器が使用されている。

ここで、外径測定によって引取速度を制御する場合の応答性を良好にして、例えば、外径に異常があった際にそれを検出して引取速度を変更し、外径を正常に戻すまでに要する時間を短縮して外径異常の不良部分を短くするためには、外径測定器は、紡糸用加熱炉にできるだけ近い位置に設置することが望まれる。また例えば、連続操業の中途において製造すべき製品のサイズ（光ファイバ裸線の外径）を変えたい場合、外径を監視しながら変更前のサイズから変更後のサイズとなるまでの間の時間およびその間のファイバ長を短縮させるためにも、外径測定器を紡糸用加熱炉に近い位置に設置することが望まれる。そこで一般に外径測定器は、図１０における紡糸用加熱炉１４の直下（冷却装置の上方）の位置Ｐに配置することが多かった。

ところで最近では、光ファイバ素線製造における生産性を向上させるため、線引き速度を高速化する傾向が強まっており、１０００ｍ／ｍｉｎ以上の高速で運転することも多くなっている。このように線引き速度を高速化した場合、それ以上外径が細くならない程度まで硬化する位置（光ファイバ裸線の外径が定まる位置）が下方に下がってしまって、紡糸用加熱炉１４の直下の位置Ｐでは未だ外径が減少する状態（すなわちネックダウンの状態）にあることが多くなり、そのため上記の位置Ｐで外径を測定しても、正確に製品の外径を制御することができなくなり、それに加えて、上記の位置Ｐではガラスが未だ高温となっているため、熱揺らぎにより、光学式の外径測定器では正確な外径測定が困難となるおそれもあった。

このように、高速の線引き速度で光ファイバ素線を製造した場合の問題を解決するための手段としては、既に特許文献１に示すものが提案されている。この特許文献１においては、２台の外径測定器を用い、第１の外径測定器は冷却装置の前（上側：図１０の位置Ｐ）に設置する一方、第２の外径測定器は冷却装置の後ろ（下側：図１０の位置Ｑ）に設置しておき、線引き速度が所定の速度より低い場合には、冷却装置の上側の第１の外径測定器により測定した光ファイバ裸線の外径によって引取り速度を制御し、線引き速度が所定の速度より高い場合には、冷却装置の下側の第２の外径測定器により測定した光ファイバ裸線の外径によって引取り速度を制御するように構成している。この特許文献１の装置によれば、線引き速度が低い場合も、高い場合も、線引き速度制御の良好な応答性を確保しつつ、正確な制御が可能とされている。

しかしながら、特許文献１に示される装置には、次のような問題がある。
すなわち、光ファイバ素線製造のための実際の量産的設備においては、設置スペースなどの点から、いずれの外径測定器も冷却装置に近接して配設せざるを得ない場合がほとんどであるが、このように外径測定器を冷却装置に近接して配置した場合、冷却装置における光ファイバ裸線の入口あるいは出口から漏出したＨｅガスなどの冷却用ガスが、外径測定器の測定部付近に漂い、そのため外部の空気と冷却用ガスの屈折率の違いによって、正確に外径を測定できず、それに伴って、外径測定結果に基づく線引き速度の制御も正しく行えなくなる事態が発生する、という問題がある。すなわち、レーザ外径測定器などの光学式外径測定器では、投光部と受光部との間の測定空間における雰囲気物質の屈折率が一定であることが、正確な外径測定を行なうために必須であるが、前述のように冷却装置から漏れ出た冷却用ガスが漂う空間では、外部空気に対して冷却用ガスが混入した雰囲気となり、しかもその冷却用ガスの混合割合が変動するため、雰囲気の屈折率が一定せず、そのため光学式測定における外径測定の正確性に欠け、測定誤差が生じる結果、線引き速度制御の正確性にも欠け、外径不良が生じやすくなってしまう、という問題があったのである。また前記特許文献１に示される光ファイバ製造装置においては、高温の光ファイバ裸線による熱揺らぎによる測定誤差については、特に配慮がなされておらず、熱揺らぎによる外径測定誤差の発生を避け得なかったのが実情である。

特開平８−３１９１２９号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、非接触光学式の外径測定器を用いて、光ファイバ裸線の外径を常時測定しながら光ファイバ素線を製造するようにした光ファイバ素線製造装置において、冷却装置から漏出するＨｅガスなどの冷却用ガスの影響によって外径の測定誤差が生じたり、光ファイバ裸線の高温による熱揺らぎによって測定誤差が生じたりすることを、確実かつ有効に防止して、外径を常に正確に測定し、これにより光ファイバ素線の引取速度の制御を正しく行ない得るようにした光ファイバ素線製造装置、特に、生産性を高めるべく高速で線引きを行なう場合に適した製造装置を提供することを課題としている。

本発明者等は、前述の課題を解決するべく種々実験、検討を重ねた結果、紡糸用加熱炉から下方に引き出された光ファイバ裸線を冷却するための冷却装置と、光ファイバ裸線の外径を測定するための光学式の外径測定器とを一体化して、冷却装置内の光ファイバ裸線が通過する空間（冷却空間）と外径測定器の測定空間とを連続一体化し、これにより冷却空間内に導入されるＨｅなどの冷却用ガスが、冷却空間内と同時に外径測定器の測定空間にも満たされるようにすることが、前記課題の解決に有効であることを見い出し、本発明をなすに至った。

具体的には、本発明の基本的な形態（第１の形態）による光ファイバ素線の製造装置は、
光ファイバ母材を加熱溶融させるための紡糸用加熱炉と、
この紡糸用加熱炉から下方に向けて線状に引き出された光ファイバ裸線を強制冷却するための冷却装置と、
冷却された光ファイバ裸線を樹脂により被覆するためのコーティング装置と、
そのコーティング装置により被覆された樹脂が硬化された状態の光ファイバ素線を引き取るための引取装置と、
光ファイバ裸線の外径を測定するための非接触光学式の外径測定器、
とを有してなる光ファイバ素線製造装置において；
前記冷却装置は、光ファイバ裸線が通線されかつ冷却用ガスが導入される冷却空間を備えており、
前記外径測定器は、投光部と受光部とを備えた構成とされて、前記冷却装置の下部に配設されており、
また前記外径測定器における投光部と受光部との間に測定空間密閉容器が配設されており、
前記外径測定器の投光部は、出射面を有する出射側光学部材を備え、前記受光部は、入射面を有する入射側光学部材を備えていて、前記出射面と前記入射面とは、所定間隔を置いて対向しており、
一方前記測定空間密閉容器は、その上面にファイバ入口部が形成されるとともに、その下面にファイバ出口部が形成され、
さらに測定空間密閉容器における、水平方向に対向する壁部の一方の側に投光側開口部が形成され、他方の側には受光側開口部が形成され、
前記投光側開口部に、外径測定器の投光部が、第１のシール部材を介して気密に取り付けられ、前記受光側開口部に、外径測定器の受光部が、第２のシール部材を介して気密に取り付けられて
かつ少なくともその出射面と入射面との間の前記測定空間密閉容器内の空間が外径測定空間とされており、
さらに前記外径測定器は、前記外径測定空間を光ファイバ裸線が通過するように構成されるとともに、前記外径測定空間は、前記ファイバ入口部と前記ファイバ出口部を除き気密に密閉された構成とされ、しかもその外径測定空間が冷却装置内の冷却空間の下部に連続一体化されていて、その外径測定空間内が、冷却装置内の冷却空間とともに前記冷却用ガスによって満たされるように構成されていることを特徴とするものである。

このような形態の光ファイバ素線の製造装置においては、外径測定空間が冷却装置の冷却空間に連続一体化されていて、その外径測定空間内が、冷却装置の冷却空間とともに前記冷却用ガス（例えばＨｅガス）によって満たされるため、外径測定空間内の雰囲気の屈折率は常に安定して一定の値を保ち、そのため安定して正確に光ファイバ裸線の外径を測定、監視することができる。また外径測定対象の光ファイバ裸線の周囲が常に冷却用ガスによって取り囲まれて、ほぼ一定の低い温度が保たれるため、熱揺らぎにより外径の測定誤差が生じるおそれも少なく、このことも、安定して正確に光ファイバ裸線の外径を測定、監視することができる一因となっている。
このような形態の光ファイバ素線の製造装置では、外部から外径測定空間に導入したＨｅガスなどの冷却用ガスが、さらにその外径測定空間の上方の冷却装置内の冷却空間に導かれることになる。この場合、外径測定空間には、十分に冷却された光ファイバ裸線が通過するから、線引き速度を高めた場合でも、ガラスが十分に硬化して外径が一定となった状態で光ファイバ裸線の外径を測定することができ、従って高速で光ファイバ素線を製造する場合でも、確実かつ安定してその外径を制御することができる。
またこのような形態の光ファイバ素線の製造装置においては、外径測定器における投光器と受光器との間の領域（測定空間密閉容器によって囲まれる空間）が外径測定空間となり、その外径測定空間の容積が小さくてすむため、外径測定空間に充満させるに要する冷却用ガスの量を少なくすることができ、その結果、装置全体としても高価なＨｅガスなどの冷却用ガスの使用量を少なくすることができるとともに、運転開始時において、その空間の雰囲気を空気から冷却用ガスに置換するために要する時間を短縮することができ、さらに運転中において線引き速度を大きくする（増速する）際にも、速やかに冷却空間に導かれる冷却用ガスを増量することができるため、冷却不足によって光ファイバ素線径が小さくなってしまうような事態の発生をも有効に防止できる。

また本発明の第２の形態による光ファイバ素線の製造装置は、前記第１の形態の光ファイバ素線の製造装置において、
測定空間密閉容器の下面のファイバ出口部と前記コーティング装置の上部とが筒状部分によって気密に連結されており、かつその筒状の部分に、冷却用ガスを導入するためのガス導入口が設けられており、
前記コーティング装置は、冷却された光ファイバ裸線が上方から未硬化のコーティング用樹脂中に連続的に浸漬されるように構成されており、
前記外径測定器の外径測定空間は、その下方が、コーティング装置の未硬化のコーティング用樹脂のメニスカスによって閉じられており、
前記冷却用ガスが、コーティング装置の未硬化のコーティング用樹脂のメニスカスよりも上方において前記外径測定空間および冷却用密閉空間内に導入されるように構成されたことを特徴とするものである。

このような第２の形態の光ファイバ素線の製造装置においては、外径測定器の外径測定空間の下方が、コーティング装置の未硬化のコーティング用樹脂のメニスカスによって閉じられているため、そのメニスカスにより外径測定空間の気密性を確保することができ、そのため、外径測定空間内の雰囲気の急激な濃度変化を抑えることができる。

本発明によれば、非接触光学式の外径測定器によって外径を測定すべき光ファイバ裸線が通過する外径測定空間が、冷却装置内の冷却空間に連続一体化されていて、その外径測定空間内が、冷却装置内の冷却空間とともに冷却用ガス（例えばＨｅガス）によって満たされるため、外径測定空間内の雰囲気の屈折率変動が小さくなり、また外径測定対象の光ファイバ裸線の周囲が常に冷却用ガスによって取り囲まれて、ほぼ一定の低い温度が保たれるため、熱揺らぎの発生も防止され、そのため安定して正確に光ファイバ裸線の外径を測定、監視することができるから、外径測定結果に基づいて線引き速度を制御するにあたっても、優れた応答性をもって正確に線引き速度を制御することができ、したがって外径不良の発生が少なく、特に線引き速度を高めて高い生産性で光ファイバ素線を製造するために好適である。

本発明の第１の実施形態による光ファイバ素線製造装置の全体構成を示す略解図である。 本発明の第１の実施形態による光ファイバ素線製造装置における外径測定器の部分について原理的に示す略解図である。 本発明の第１の実施形態による光ファイバ素線製造装置の要部（外径測定器付近）を示す縦断面図である。 図３のＩＶ―ＩＶにおける横断平面図である。 従来提案されている光ファイバ素線製造装置の一例の全体構成を示す略図で ある。 本発明の光ファイバ素線製造装置に対する参考例としての光ファイバ素線製 造装置の外径測定器付近の状況を、図２に対応して示す略解図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態の光ファイバ素線製造装置１０の全体的な構成を示す図である。
図１において、光ファイバ素線製造装置１０は、例えば石英系ガラスなどからなる光ファイバ母材１２を加熱溶融させるための紡糸用加熱炉１４と、紡糸用加熱炉１４から下方に向けて線状に引き出された光ファイバ裸線１６を強制冷却するための冷却装置１８と、冷却された光ファイバ裸線１６を保護被覆用の樹脂により被覆するためのコーティング装置２０と、そのコーティング装置２０により被覆された樹脂を硬化させるために必要に応じて設けられる硬化装置２２と、保護被覆用の樹脂が硬化された状態の光ファイバ素線２４を引き取るための引取装置２６とを備えた構成とされている。さらに前記冷却装置１８の下部には、レーザ外径測定器で代表される非接触光学式の外径測定器３０が、冷却装置１８と一体化された状態で設けられており、またこの外径測定器３０は、その下方のコーティング装置２０にも一体化されている。そして冷却装置１８の下端からコーティング装置２０の上端までの間の位置（後述するように、外径測定器３０の下端とコーティング装置２０の上端との間を連結する筒状の部分５８）には、外部の冷却用ガス供給源２１からＨｅガスなどの冷却用ガスを導入するためのガス導入口１９が設けられている。なお、外径測定装置３０によって測定された光ファイバ裸線の外径についての信号は、引取速度制御装置２７に送られ、引取装置２６の引取速度を制御するようになっている。

上述の第１の実施形態における外径測定器３０の部分について、その水平断面を上から見た模式的な状況を図２に示す。
図２において、外径測定器３０は、基本的には、図示しないレーザ光源、例えば半導体レーザなどの光源からの光を、投光部３２から光ファイバ裸線１６が通過する位置に向けて投射し、その光ファイバ裸線１６の位置を通過した光、すなわち投影光Ｌを、受光部３４を経て図示しない受光素子やＣＣＤラインセンサなどの光検出部によって受け、図示しない信号処理回路によって光検出部からの信号を処理することにより、光ファイバ裸線１６の外径を測定するものである。より具体的には、外径測定器３０は、図示しない光源を内臓しかつ前記投光部３２が取り付けられた投光側筐体部３６と、図示しない受光素子などの光検出部を内臓しかつ前記受光部３４が取り付けられた受光側筐体部３８と、投光側筐体部３６の側方の部分と受光側筐体部３８の側方の部分とを連結する連結枠部４０とを備えていて、投光側筐体部３６と受光側筐体部３８と連結枠部４０とが、平面的に見て全体としてコ字状をなす構成とされている。さらに、投光部３２は、レンズなどの出射側光学部材３２Ａを備え、また受光部３４も、レンズなどの入射側光学部材３４Ａを備えていて、出射側光学部材３２Ａの出射面３２Ａａと入射側光学部材３４Ａの入射面３４Ａａとは、それらの中間を外径測定対象の光ファイバ裸線１６が通過するように、所定間隔を置いて対向している。

さらに外径測定器３０における投光側筐体部３６と受光側筐体部３８と連結枠部４０とがなすコ字状の空間内には、測定空間密閉容器４４が配設されている。この測定空間密閉容器４４は、図示の例では、全体として直方体をなす箱状に作られており、後に改めて図３、図４を参照して説明するように、上面側のファイバ入口部分と下面側のファイバ出口部分とを除き、気密に密閉されるように作られている。そして測定空間密閉容器４４における、水平方向に対向する一対の側面壁部４４Ａ、４４Ｂのうちの一方の側面壁部４４Ａに投光側開口部４８Ａが形成され、他方の側面壁部４４Ｂに受光側開口部４８Ｂが形成されている。そして投光側開口部４８Ａに、外径測定器３０の投光部３２が挿入されて、その投光部３２の外周面と投光側開口部４８Ａの内周縁との間が、全体として環状をなす第１のシール部材５０Ａによって気密にシールされている。一方、受光側開口部４８Ｂに、外径測定器３０の受光部３４が挿入されて、その受光部３４の外周面と受光側開口部４６Ｂの内周縁との間も、全体として環状をなす第２のシール部材５０Ｂによって気密にシールされている。そしてその密閉用壁部材４４の内側の空間、特に投光部３２における出射側光学部材３２Ａの出射面３２Ａａと、受光部３４における入射側光学部材３４Ａの入射面３４Ａａとの間の空間が外径測定空間４２とされており、その外径測定空間４２を光ファイバ裸線１６が通過するように構成されている。なお第１のシール部材５０Ａおよび第２のシール部材５０Ｂとしては、例えばウレタンゴムや、シリコン系樹脂などの弾性材によって作られていればよく、特に限定されるものではない。

ここで、密閉用壁部材４４の内側の空間（外径測定空間４２）は、後に改めて図３、図４を参照して説明するように、冷却装置１８の内部空間（冷却対象の光ファイバ裸線１６が通過する冷却空間）に連通して、その冷却空間と連続一体化されており、したがってこの外径測定空間にも、冷却装置１８の冷却空間に導入されるＨｅガスなどの冷却用ガスが満たされることになる。そのため外径測定空間４２内の雰囲気の急激な濃度変化を抑えることができ、したがって外径測定空間４２内の雰囲気の屈折率変動が小さくなるから、従来技術のように空気と冷却用ガスとの屈折率の差に起因して、光ファイバ裸線１６の外径測定値に誤差が生じてしまうことを防止することができる。また、その外径測定空間４２を通過する光ファイバ裸線１６の周囲は、低温の冷却用ガスによって取り囲まれるため、熱揺らぎにより測定誤差が生じることも防止できる。

図３、図４には、さらに上記の第１の実施形態の光ファイバ素線の製造装置１０における外径測定器３０付近の構造（冷却装置１８から外径測定器３０を経てコーティング装置２０に至るまでの構造）を、より具体化した例を示す。
図３、図４において、冷却装置１８は、内側に冷却空間１８Ｄを形成するように、全体として円筒状に作られており、かつその円筒状壁部１８Ａは、２重壁のジャケット構造とされて、冷却水などの冷却媒体により冷却されるようになっている。その冷却装置１８の上端面にはファイバ入口１８Ｂが形成され、下端面にはファイバ出口１８Ｃが形成されており、そのファイバ出口１８Ｃの下方には、連結用筒部１８Ｃａが延出されている。そして連結用筒部１８Ｃａの下方には、測定空間密閉容器４４および外径測定器３０が配設されている。
測定空間密閉容器４４は、前述のように全体として直方体をなす箱状に作られている。また外径測定器３０も、前述のように投光側筐体部３６と受光側筐体部３８と連結枠部４０とが、平面的に見て全体としてコ字状をなす構成とされていて、その投光側筐体部３６と受光側筐体部３８と連結枠部４０とによって三方が取り囲まれる空間内に測定空間密閉容器４４が配設されている。

一方、測定空間密閉容器４４の上面壁部４４Ｃには、ファイバ入口部４６Ａが開口形成され、下面壁部４４Ｄには、ファイバ出口部４６Ｂが開口形成されている。そしてファイバ入口部４６Ａには、その上方に延出する連結用筒部４６Ａａが形成されていて、前述の冷却装置１８の側の連結用筒部１８Ｃａと、測定空間密閉容器４４の側の連結用筒部４６Ａａとが、中空円筒状の第１の連結部材５４Ａによって気密に連結されている。そして測定空間密閉容器４４の水平方向に対向する一対の側面壁部４４Ａ、４４Ｂのうちの一方の側面壁部４４Ａに形成された投光側開口部４８Ａに、外径測定器３０の投光部３２の先端のレンズなどの出射側光学部材３２Ａが挿入されて、その出射側光学部材３２Ａの外周面と投光側開口部４８Ａの内周縁との間が、第１のシール部材５０Ａによって気密にシールされている。また測定空間密閉容器４４の他方の側面壁部４４Ｂに形成された受光側開口部４８Ｂに、外径測定器３０の受光部３４の先端のレンズなどの入射側光学部材３４Ａが挿入されて、その入射側光学部材３４Ａの外周面と受光側開口部４８Ｂの内周縁との間が、第２のシール部材５０Ｂによって気密にシールされている。

さらに測定空間密閉容器４４の下面壁部４４Ｄのファイバ出口部４６Ｂからは、下方に延出する連結用筒部４６Ｂａが形成されていて、その連結用筒部４６Ｂａは、測定空間密閉容器４４の下方に配設されたコーティング装置２０に、中空円筒状の第２の連結部材５４Ｂによって気密に連結されている。そしてこの第２の連結部材５４Ｂには、冷却用ガス供給源２１（図１参照）からＨｅガスなどの冷却用ガスを導入するためのガス導入口１９が設けられている。

ここでコーティング装置２０は、上部のニップル部２０Ａと下部のダイス部２０Ｂとを一体化したもので、ニップル部２０Ａに、光ファイバ裸線１６が上方から鉛直に挿入されるファイバ挿入口部２０Ａａが形成されるとともに、そのファイバ挿入口部２０Ａａの開口端から上方に延出する連結筒部２０Ａｂが形成され、一方ダイス部２０Ｂには、コーティング用の未硬化の樹脂５６を受容するための樹脂受容部２０Ｂａが、ファイバ挿入口部２０Ａａの下方に連続するように形成されるとともに、その樹脂受容部２０Ｂａの中央部から下方に連続するダイス孔２０Ｂｂが形成され、さらに樹脂受容部２０Ｂａの上部の側方には、コーティング用の未硬化の樹脂５６を樹脂受容部２０Ｂａに導入するための樹脂導入口２０Ｂｃが形成されている。そしてこのコーティング装置２０の上端の連結筒部２０Ａｂと、前述の測定空間密閉容器４４の下端の連結用筒部４６Ｂａとが、前記第２の連結部材５４Ｂによって気密に連結されているのである。ここで、連結筒部４６Ｂａ、第２の連結部材５４Ｂ、連結筒部２０Ａｂは、図３からも明らかなように、それらが結合されて全体として筒状をなす部分を形成しており、そこでこれらの連結筒部４６Ｂａ、第２の連結部材５４Ｂ、連結筒部２０Ａｂからなる部分を、全体として筒状部分５８と称することとする。そしてこの筒状の部分５８の中間にガス導入口１９が形成されていることになる。なおコーティング装置２０のダイス孔２０Ｂｂの下方には、硬化装置２２およびターンプーリ２８が配設されている（図１参照）。

以上のような第１の実施形態において、紡糸用加熱炉１４（図１参照）の下端から下方に引き出された光ファイバ裸線１６は、冷却装置１８を通過して冷却されるに引き続いて外径測定器３０において外径が測定され、引き続いてコーティング装置２０において外周面上に保護被覆用の樹脂が未硬化の状態でコーティングされる。このコーティング装置２０では、光ファイバ裸線１６は、上方から樹脂受容部２０Ｂａ内の未硬化樹脂５６中に連続的に浸漬され、ダイス孔２０Ｂｂから、表面に所定の厚みで未硬化の樹脂が付着した状態で下方に引き出される。このとき樹脂受容部２０Ｂａ内は未硬化の樹脂５６で満たされているため、その未硬化の樹脂５６のメニスカス（液面）５６Ａの上面側の空間は、その下方がメニスカス５６Ａによって閉じられていることになる。

一方、測定空間密閉容器４４内の外径測定空間４２は、その上方において冷却装置１８内の冷却空間１８Ｄに連続一体化されており、かつその外径測定空間４２は、コーティング装置２０の樹脂受容部２０Ｂａ内の未硬化の樹脂５６のメニスカス（液面）５６Ａの上面まで連続している。したがって測定空間密閉容器４４内の外径測定空間４２の下側は、上述のメニスカス２０Ｃによって閉じられていることになる。そのため、外径測定空間４２に外部から空気が侵入することが防止されて、筒状部分５８における第２の連結部材５４Ｂに設けられたガス導入口１９から導入されたＨｅガスなどの冷却用ガスが、コーティング装置２０の樹脂受容部２０Ｂａのメニスカス５６Ａの上方から測定空間密閉容器４４内の外径測定空間４２に一定濃度で充満される。したがって既に述べたように、外径測定空間４２内において光ファイバ裸線１６の外径が正確に測定される。またその外径測定空間４２内の冷却用ガスは、さらに測定空間密閉容器４４のファイバ入口部４６Ａから、連結筒部４６Ａａ、第１の連結部材５４Ａ、連結筒部１８Ｃａを経て冷却装置１８のファイバ出口１８Ｃから冷却装置１８内の冷却空間１８Ｄ内に導入され、冷却空間１８Ｄを通過する光ファイバ裸線１６の冷却に寄与する。

ここで、本発明の光ファイバ素線製造装置においては、冷却用ガスを冷却装置１８内の空間（冷却空間１８Ｄ）のみならず、外径測定空間４２内にも満たさせる必要があるため、冷却用ガスの使用量は、外径測定空間４２に冷却用ガスを導入しない従来の通常の光ファイバ素線製造装置と比較して増加する可能性がある。一方、冷却用ガスとして一般に使用されているＨｅガスは、稀少ガスであって高価であるから、その使用量はできるだけ少ないことが望ましく、したがってＨｅガスを満たすべき外径測定空間４２の容積はできるだけ小さいことが望まれる。また、冷却用ガスとしてのＨｅガスを満たすべき空間の容積が大きければ、装置の運転開始時において、その空間内の空気をパージしてＨｅガスに置換するために長時間を要するようになって、生産性の低下を招くから、その意味からも冷却用ガスを満たすべき外径測定空間４２の容積は小さいことが望まれる。さらに、運転途中において線引き速度を高める（増速する）場合、冷却用ガスの供給量を増加させる必要が生じることがあるが、その場合、冷却用ガスを満たすべき空間の容積が大きければ、急激な増速に冷却用ガスの供給量増加が追いつかず、一時的に冷却不足が生じて、光ファイバ素線径が小さくなってしまうおそれがあり、そのような観点からも、冷却用ガスを満たすべき空間の容積は小さいことが望まれる。

しかるに上記の第１の実施形態では、測定空間密閉容器４４によって区画される、外径測定器３０の投光部３２の前面（出射側光学部材３２Ａの出射面３２Ａａ）と受光部３４の前面（入射側光学部材３４Ａの入射面３４Ａａ）との間の比較的小さい領域のみが外径測定空間４２とされるため、冷却用ガスの使用量の増大は少なくてすみ、また運転開始時に要するガス置換時間もさほど長くならず、かつ増速時のファイバ冷却不足も生じにくい。

なお、単純に外径測定空間の容積を小さくすることだけの観点からすれば、例えば参考例として示す図６の場合の方が有利となる。すなわち図６は、本発明に対する参考例としての光ファイバ素線製造装置の外径測定器付近の構造を、前記第１の実施形態の図２に倣って示すもので、図６の場合は、外径測定器３０の投光部３２の出射面３２Ａａおよび受光部３４の入射面３４Ａａよりも内側の位置に測定空間密閉容器４４´を配設し、その測定空間密閉容器４４´における投光部出射面３２Ａａに対応する位置、および受光部入射面３４Ａａに、それぞれガラスなどの透光性材料からなる窓部４５Ａ、４５Ｂを設けておき、投光部３２から窓部４５Ａを介して光ファイバ裸線１６にレーザ光などの測定光を投射し、その投影光Ｌを、窓部４５Ｂを経て受光部３４に入射させるように構成している。この場合、測定空間密閉容器４４は、その容積（すなわち外径測定空間４２の容積）が、本発明の図１〜図４に示す第１の実施形態の場合よりも小さくなり、そのためＨｅガスなどの冷却用ガスの使用量低減およびガス置換時間の短縮などには有利と考えられる。

しかしながら図６の装置の場合、外径測定器３０の投光部３２の出射面３２Ａａから測定対象の光ファイバ裸線１６との間の光路、および光ファイバ裸線１６から受光部３４の入射面３４Ａａまでの間の光路に、それぞれ窓部４５Ａ、４５Ｂが介在する。そのため外径測定器３０の出射面３２Ａａおよび入射面３４Ａａに対する窓部４５Ａ、４５Ｂの取り付け角度の正確さが、外径測定の精度に大きな影響を与えるが、実際の装置では、同種の外径測定器でも個体差があり、また光ファイバ素線製造装置の冷却装置やコーティング装置の側にも、ある程度の寸法誤差や組み立て誤差が存在するのが常であり、従って実際には窓部４５Ａ、４５Ｂの取り付け角度の精度を高めることは極めて困難であり、そのため測定光路の変動は避けがたく、また仮に窓部４５Ａ、４５Ｂを正しい角度で取り付けたとしても、経時変化によってその角度が変化して光路のずれが生じてしまうおそれがある。したがってこれらの理由から、図６に示す構成では、光ファイバ裸線の外径測定の正確性が劣るおそれがある。

これに対し図１〜図４に示される本発明の第１の実施形態の場合は、測定光路中に窓部などの光路を変動させる要因となる部材が存在しないため、上述のような不都合を招くことがなく、常に正確に光ファイバ裸線の外径を測定することができるのである。

１０ 光ファイバ素線製造装置
１２ 光ファイバ母材
１４ 紡糸用加熱炉
１６ 光ファイバ裸線
１８ 冷却装置
１９ ガス導入口
２０ コーティング装置
２４ 光ファイバ素線
２６ 引取装置
３０ 外径測定器
３２ 投光部
３２Ａ 出射側光学部材
３２Ａａ 出射面
３４ 受光部
３４Ａ 入射側光学部材
３４Ａａ 入射面
３６ 投光側筐体部
３８ 受光側筐体部
４０ 連結枠部
４２ 外径測定空間
４４ 測定空間密閉容器
４４Ａ 一方の側面壁部
４４Ｂ 他方の側面壁部
４６Ａ ファイバ入口部
４６Ｂ ファイバ出口部
４８Ａ 投光側開口部
４８Ｂ 受光側開口部
５０Ａ 第１のシール部材
５０Ｂ 第２のシール部材
５６ 未硬化の樹脂
５６Ａ メニスカス
５８ 筒状部分

Claims (2)

1. 光ファイバ母材を加熱溶融させるための紡糸用加熱炉と、
   この紡糸用加熱炉から下方に向けて線状に引き出された光ファイバ裸線を強制冷却するための冷却装置と、
   冷却された光ファイバ裸線を樹脂により被覆するためのコーティング装置と、
   そのコーティング装置により被覆された樹脂が硬化された状態の光ファイバ素線を引き取るための引取装置と、
   光ファイバ裸線の外径を測定するための非接触光学式の外径測定器、
   とを有してなる光ファイバ素線製造装置において；
   前記冷却装置は、光ファイバ裸線が通線されかつ冷却用ガスが導入される冷却空間を備えており、
   前記外径測定器は、投光部と受光部とを備えた構成とされて、前記冷却装置の下部に配設されており、
   また前記外径測定器における投光部と受光部との間に測定空間密閉容器が配設されており、
   前記外径測定器の投光部は、出射面を有する出射側光学部材を備え、前記受光部は、入射面を有する入射側光学部材を備えていて、前記出射面と前記入射面とは、所定間隔を置いて対向しており、
   一方前記測定空間密閉容器は、その上面にファイバ入口部が形成されるとともに、その下面にファイバ出口部が形成され、
   さらに測定空間密閉容器における、水平方向に対向する壁部の一方の側に投光側開口部が形成され、他方の側には受光側開口部が形成され、
   前記投光側開口部に、外径測定器の投光部が、第１のシール部材を介して気密に取り付けられ、前記受光側開口部に、外径測定器の受光部が、第２のシール部材を介して気密に取り付けられて、
   かつ少なくともその出射面と入射面との間の前記測定空間密閉容器内の空間が外径測定空間とされており、
   さらに前記外径測定器は、前記外径測定空間を光ファイバ裸線が通過するように構成されるとともに、前記外径測定空間は、前記ファイバ入口部と前記ファイバ出口部を除き気密に密閉された構成とされ、しかもその外径測定空間が冷却装置内の冷却空間の下部に連続一体化されていて、その外径測定空間内が、冷却装置内の冷却空間とともに前記冷却用ガスによって満たされるように構成されていることを特徴とする、光ファイバ素線の製造装置。
2. 請求項１に記載の光ファイバ素線の製造装置において；
   前記外径測定器の下方に前記コーティング装置が配設されており、
   前記測定空間密閉容器の下面のファイバ出口部と前記コーティング装置の上部とが筒状部分によって気密に連結されており、かつその筒状部分に、冷却用ガスを導入するためのガス導入口が設けられており、
   前記コーティング装置は、冷却された光ファイバ裸線が上方から未硬化のコーティング用樹脂中に連続的に浸漬されるように構成されており、
   前記外径測定器の外径測定空間は、その下方が、コーティング装置の未硬化のコーティング用樹脂のメニスカスによって閉じられており、
   前記冷却用ガスが、コーティング装置の未硬化のコーティング用樹脂のメニスカスよりも上方において前記外径測定空間および冷却用密閉空間内に導入されるように構成されたことを特徴とする、光ファイバ素線の製造装置。

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