JP5588030B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

優先権主張

本願は、２００６年１１月２８日付けで提出された米国特許出願第６０／８６１５８７号の優先権を主張した出願であり、その内容の全てはここに引用される。

本発明は、光ファイバの製造時に、光ファイバを非直線的な経路に沿って製造する方法に関する。特に本発明は、流体ベアリングを用いた光ファイバの製造方法に関するものである。

光ファイバを製造するための常套的な技法および製造工程は一般に、製造段階を通じて光ファイバを直線的な経路に沿って下方へ線引きすることを含む。しかしながら、この技法は、光ファイバの製造を改良かつ修正することに対して大きな障害となっている。例えば、光ファイバの直線的製造に使用される機器は、通常上方から下方へ整列せしめられ、これによって、システム全体の高さを増大させることなしには、工程の追加または変更を困難にしている。或る場合には、直線的な製造システムに対する追加は、建物のハウジングに対して、高さを追加する追加構造を必要とする（例えば、線引き塔が設けられている場所は現存の建物の天井またはその近傍である）。このような障害は、光ファイバ製造システムおよび設備を修正または更新するために大きな費用を必要とする原因となる。

製造者が直線的のみのシステムの必要性の排除を可能にするシステムおよび方法を提供することは、変更または更新を行なう費用を著しく低減する。例えば、水平に（垂直とは反対に、また垂直に加えて）伸びるシステムを備えることによって、製造システムに対して構成要素および機器を追加することが、ずっと容易になりかつ費用削減になる。これに加えて、このような配列は、より安価なポリマーの使用、コーティング速度の向上および優れたファイバ冷却技術の提供を可能にする。

本発明は、課題を解決しかつ欠点を除き、さもなければ光ファイバの製造システムおよび製造方法の改良を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の一つの実施の形態は、１個のプリフォームから１本の光ファイバを第１の経路に沿って線引きし、この裸の光ファイバを流体ベアリングの流体クッション領域に接触させ、かつ上記裸の光ファイバが上記流体クッション領域を横切って線引きされるにつれて、この裸の光ファイバの向きを第２の経路に沿うように向け直す各ステップを含む光ファイバの製造方法を含む。

本発明の別の態様は、１本の光ファイバを第１の経路に沿って線引きし、この光ファイバを流体ベアリングの領域に接触させ各ステップを有してなる方法を含み、この場合、上記流体ベアリングは、円弧状外周面を有する第１プレートと、対応する円弧状外周面を有する第２プレートとを備え、対応する二つの円弧状外周面はほぼ一致し、かつ第１プレートおよび第２プレートの対応する円弧状外周面の間に上記領域を形成し、この領域は光ファイバを収容するように構成され、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方を通過しかつ上記流体ベアリングを流れる流体流を提供するように構成された少なくとも１個の開口部を備えている。この方法はさらに、光ファイバが上記流体ベアリングの領域を横切って線引きされるにつれて、この光ファイバの向きを第２の径路に沿うように向け直すステップを含む光ファイバの製造方法を含む。

本発明の別の態様は、１本の光ファイバを第１の経路に沿って線引きし、この光ファイバを第１の流体ベアリングの流体クッション領域に接触させ、かつ上記光ファイバが上記第１の流体ベアリングの第１の流体クッション領域を横切って線引きされるにつれて、この光ファイバの向きを第２の経路に沿うように向け直し、この光ファイバを第２の流体ベアリングの流体クッション領域に接触させ、かつ上記光ファイバが上記第２の流体ベアリングの第２の流体クッション領域を横切って線引きされるにつれて、この光ファイバの向きを第３の経路に沿うように向け直す各ステップを含む光ファイバの製造方法を含む。

ここに記載されている本発明の何れの態様においても、上記流体ベアリングは、上記ファイバが上記流体ベアリングを通過するのにつれて上記ファイバを案内するための溝を備えていることが好ましい。この溝は、ファイバが通過しかつ向きを向け直される通路を形成する平行な、またはほぼ平行な二つの側壁によって形成されているのが好ましい。ファイバ線引き作業中、ファイバは、上記溝内にかつ両側壁間に完全に支持され、上記流体のクッションが溝の一端から他端までを通してこの溝に放出されるのが好ましい。一般に、上記流体は、上記流体ベアリングを通過するファイバによって形成される円弧状経路の内側の地点から上記溝に入り、かつファイバの円弧状径路の外側の地点から溝外に出る。したがって、円弧状径路の内側のファイバの下方には、ファイバによって形成される円弧状径路の外側の圧力よりも高い圧力が存在して、ファイバを浮揚させる。上記溝は、ファイバが円弧状径路の外側へ向かってこの溝内を移動するにつれて、溝内の圧力を低下させる手段を備えていることが好ましい。例えばこの溝は、ファイバが上記溝内において上昇するにつれてファイバの下方の圧力が低下するように、テーパーを付された溝を備えることができる。好ましいいくつかの実施の形態においては、溝が或る角度テーパーを付され、かつ流体の入口における溝の幅が、流体の出口におけるスロットの幅よりも狭い。

本発明のさらなる特徴および効果は、下記の詳細な説明に記載されており、当業者であれば、その記載から、または下記の詳細な説明、請求項、ならびに添付図面を含んで説明される本発明を実施することによって、その一部が直ちに明らかになるであろう。

上述の概要説明および後述の本発明の実施の形態の詳細な説明はともに、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概観および骨組の提供を意図するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために備えられているものであって、本明細書に組み入れられかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の種々の実施の形態を示しており、記述内容とともに本発明の原理および動作の説明に資するものである。

光ファイバ製造システムを示す図である。 別の光ファイバ製造システムを示す図である。 光ファイバ製造システムに用いられる流体ベアリングの分解図である。 光ファイバ製造システムのための、テーパー付き領域を有する流体ベアリングの側面図である。 図４の流体ベアリングの領域の一部分の拡大図である。 流体ベアリングの一部分の平面図である。 別の流体ベアリングの断面図である。 他の別の流体ベアリングの断面図である。

ここには、本発明の好ましい実施の形態について詳細に参照されており、その具体例が添付図面に示されている。全図面を通じて、同一または類似の部品には、可能な限り同一の参照符号が用いられている。

本発明は、流体ベアリングの使用を通じて、非直線的径路に沿って光ファイバを製造するための新規なシステムおよび方法を提供するものである。本発明の実施の形態は、全図面を通じて類似の符号が同一のまたは対応する要素を示す図１〜図６と関連して詳細に説明されている。

本発明は、１本の光ファイバが、最初の１個のプリフォームから線引きされて、非直線的径路に沿って搬送されることを可能にするシステムおよび方法を提供するものである。ここで用いられている「裸の光ファイバ」とは、プリフォームから直接線引きされ、かつその外周面に保護被膜層が施される以前の（例えば、裸の光ファイバがポリマーを主成分とする材料にてコーティングされる以前の）光ファイバを意味する。本発明は、保護被膜が施される以前の製造段階を通じて光ファイバが非直線的径路に沿って搬送されるのを可能にすることによって融通性を提供するものである。さらに、後述のように、本発明のシステムおよび方法は、非直線的径路を提供するのみでなく、製造時における光ファイバの処理（例えば冷却）を助成するものでもある。

図１を参照すると、光ファイバを製造するためのシステム８の一例が示されている。図１に示された実施の形態においては、１個のプリフォーム１０が炉１２内に配置され、そこからファイバが線引きされて１本の裸の光ファイバ１４を形成する。プリフォーム１０は、光ファイバの製造に適した何れのガラスまたは材料であってもよい。裸の光ファイバ１４は、プリフォーム１０から線引きされて炉１２を離れ、裸の光ファイバ１４は、静止した流体ベアリング１６（後述）に接触し、かつ冷却機構１８に向かって移動する以前に、第１のすなわちほぼ垂直の経路（Ａ）に沿った動きから、第２の経路（Ｂ）へ移される。図示のように、第２の経路（Ｂ）は、水平、すなわち第１の経路に対して直角方向を向いているが、ここに記載されているシステムおよび方法は、光ファイバの向きを、それに保護被膜が施されるのに先立って如何なる非直線的な経路に沿うようにも向け直すことができることを理解すべきである。

図１に示されて実施の形態においては、光ファイバ１４は、随意的な冷却機構１８を通過するにつれて、かつ一次的保護被膜層２１が光ファイバ１４の外周面に施されるのに先立って冷却される。冷却機構１８は、光ファイバを冷却するための何れの公知の機構であってもよい。冷却機構は、空気中における冷却よりも速い速度で光ファイバを冷却することができるガスで満たされているのが好ましい。必要に応じて、追加の流体ベアリング２４が用いられて、裸の光ファイバ１４を、ベアリング１６と２４との配置によって生じたほぼ水平な経路（Ｂ）から、光ファイバ１４がコーティング・ユニット２０へ移動するにつれて保護被膜層が施されるほぼ垂直な経路（Ａ）（あるいは他の第３の経路）に戻る。コーティング・ユニット２０を離れた後、保護被膜層２１を備えた光ファイバ（もはや裸ではない）は、システム（不図示）内部の種々の他の処理段階を通過することができる。図１に示されたシステム全体に亘って光ファイバが牽引されるときに必要な張力を提供するために、牽引機構２８が用いられ、最終的に光ファイバはファイバ貯蔵スプール（不図示）上に巻かれる。

後述のように、流体ベアリング（例えば１６と２４）は、光ファイバが牽引機構２８に達するまでは、光ファイバが如何なる機械的接触も受けないようにして、光ファイバ製造システム８を通じて光ファイバ１４を搬送する。機械的接触とは、線引き工程において固い部品と接触することを意味する。この機械的接触が無いことは、光ファイバの、特にコーティング・ユニット２０によってコーティングされる以前に非直線的経路を移動する脆弱な裸の光ファイバの品質を維持するために重要である。牽引機構２８によって加えられる機械的接触は、システム中のこの時点においては、光ファイバが保護層２１によって被覆されているので、もし光ファイバが被覆されていなかった場合に機械的接触がファイバの品質に及ぼすような悪影響を実質的に与えることはない。

ここで論議されているように、コーティング・ステップに先立って非直線的な経路を有する光ファイバ製造システムを提供することは、多くの効果がある。例えば、従来の製造システムにおいて、特別の冷却機構１８または特別のコーティング・ユニット２０のような新たなまたは追加の要素を付加することは、このような機構の全てを直線的に配列することを意味し、システムの高さを増大させることが必要な場合が多かった。ここに説明されている光ファイバ製造システムにおいては、光ファイバが、保護コーティングが施される以前に水平にまたは対角線的に（例えば垂直ではなく）道順を決めることを可能にして、機器の配置におけるのみでなく、後の変更、追加および更新に関してもさらなる融通性を備えることを可能にしている。

図２は、光ファイバ製造システム１０８の別の実施の形態を示す。図２に示されているように、複数の流体ベアリング１１６が組み合わせて用いられて、１個プリフォーム１１０から１本の光ファイバ１１４をコーティング・ユニット１２０まで搬送することができる。図１においては、光ファイバ１４がプリフォーム１０から形成された後でかつ光ファイバに保護層２１を付加するためのコーティング・ユニット２０に達する以前に冷却機構１８が設けられているのに対して、図２は標準的な冷却機構を排除した実施の形態を提供している。特に、標準的な冷却機構（例えば図１の１８）に代えて、複数の流体ベアリング１１６（図１においては１６または２４）が冷却機構１１８として役目を果たすことができる（裸の光ファイバ１１４が上を移動することができる流体クッション領域を提供するのみでなく）。光ファイバ１１４が流体ベアリング１１６（後述）上を移動するにつれて、各流体ベアリング１１６上の流体クッション領域が裸の光ファイバ１１４を冷却する。例えば、図２を参照すると、炉１１２を出た光ファイバ１１４は、流体ベアリング１１６に進入するときに、約１０００℃から１８００℃以下までの温度を有することができる。いくつかの好ましい実施の形態においては、光ファイバ１１４が、好ましくは１３００℃未満の温度の時点で、より好ましくは１２００℃未満の時点で、そしていくつかの実施の形態においては１１００℃未満の時点で流体ベアリング１１６に進入する。流体ベアリングは、光ファイバを支持するのに移動する流体流を利用しているので、光ファイバは、線引き炉の直ぐ外側に存在するような移動しない空気中でファイバが冷やされるよりも速やかな速度で冷却される。光ファイバと流体ベアリング内の流体（大気温度または室温の空気であるのが好ましい）との間の温度差が大きい程、光ファイバ１１４を冷却する流体ベアリング能力が大きい。別の実施の形態においては、流体ベアリング１１６を流れる流体は、光ファイバを一層速い速度で冷却するように実際に冷されることができる。流体クッション領域に結合された流体が光ファイバ１１４を十分に冷却することができるので、光ファイバは直接コーティング・ユニット１２０に搬送されることが可能であり、裸の光ファイバ１１４の外周面に保護層が施されて、コーティングされたファイバ１２１が形成される。一つの実施の形態においては、流体ベアリング１１６の流体クッション領域は、裸の光ファイバ１１４に対して不活性な流体（例えば空気、ヘリウム）を備えることができる。

冷却作用を提供することに加えて、多数の流体ベアリング１１６を使用している図２の配列は、裸の光ファイバ１１４が実質的に直線的な配列（Ｙ）から実質的に非直線的な配列（Ｙ＋Ｚ）に移行するときに、より良い安定性を提供することができる。理論に制約されるつもりはないが、近接して配置された多数の流体ベアリング１１６を有することによって、一つの流体クッション領域から次の流体クッション領域に移動する光ファイバ１１４が備えることを必要とする精密性を、より容易にコントロールすることができる。１個のベアリング・アセンブリを含む、任意の順序に配列された任意の個数のベアリング・アセンブリ（後述）および任意の数の所望の経路を用いて光ファイバを製造することができることを理解すべきであることは言うまでもない。

ここまで、非直線的な経路で光ファイバを製造するためのシステムおよび方法についての説明がなされて来た。説明されているように、このようなシステムおよび方法は、１個または複数個のベアリング・アセンブリを用いることによって可能になる。図３は、ここで説明されている光ファイバを製造するために使用することができるベアリング・アセンブリの一実施の形態を示す。図３に示された実施の形態においては、ベアリング・アセンブリ２１６（「流体ベアリング」とも呼ばれる）は、第１プレート２３０、第２プレート２３２、内側部材２３６ならびに第１および第２プレートの少なくとも一方における開口部２３４を備えている。第１プレート２３０および第２プレート２３２は金属で形成され、かつ円弧状の外周面２３８，２３９を備え、互いに対向して配置されることができる。第１プレート２３０および第２プレート２３２は、留め具（例えばボルト２４０）によって結合されて、流体がベアリング・アセンブリ２１６を通り抜け得るようにプレート２３０，２３２を一体に連結する。各プレート２３０，２３２の円弧状の外周面２３８，２３９は、各プレート２３０，２３２それぞれの全周に沿って位置している。第１プレート２３０および第２プレート２３２はそれぞれ、内面２４２，２４４および外面２４３，２４５を備え、プレート２３０，２３２の内面２４２，２４４は互いに位置が揃えられている。第１プレート２３０または第２プレート２３２の内面２４２，２４４を巡る凹部２４７が少なくとも部分的に延びて、流体流が充満する空間を提供している。別の実施の形態においては、後述するように、上記凹部が種々の構造を有してファイバ支持溝２５０内への一様な流れを提供する。

図示の実施の形態において、第１プレート２３０および第２プレート２３２の円弧状の外周面２３８，２３９は位置がほぼ揃えられていて、第１プレート２３０および第２プレート２３２の双方の外周面２３８，２３９間に一つの領域を形成している。この領域は、１本の光ファイバを収容するように構成されているので、光ファイバは、ベアリング・アセンブリの回転を伴うことなしにこの領域に沿って移動することができる。ファイバ支持溝２５０は、図４に示された実施の形態にさらに明瞭に示されている（後述）。少なくとも１個の開口部２３４が、第１プレート２３０および第２プレート２３２の少なくとも一方を貫通している。図３に示されているように、第１プレート２３０および第２プレート２３２の開口部２３４は、流体（例えば、空気、ヘリウムまたはその他の所望の気体または液体）がベアリング・アセンブリを通じて供給されることが可能なために、流体は、第１プレート２３０と第２プレート２３２との間に形成されているファイバ支持溝２５０においてベアリング・アセンブリ２１６を出ることができる（図４および図５においてより明瞭に見られる）。

これに加えて、図３に示されているように、ベアリング・アセンブリ２１６は、第１プレート２３０と第２プレート２３２との間に配置された内側部材２３６を備えることができる。この内側部材２３６（例えばシム２３７）は、所定の流動方向を有する流体がファイバ支持溝２５０内へ出るように、第１プレート２３０および第２プレート２３２の外周面２３８と２３９とも間の領域に流体を導く。内側部材２３６は、第１プレート２３０と第２プレート２３２との間にあって、それら間にギャップを提供する。内側部材２３６は、所定の流動方向を有する流体がファイバ支持溝２５０内へ出るように流体を導く。必要に応じて、内側部材２３６は、非半径方向の流れを抑制することによって流体流をさらにコントロールするための複数のフィンガ（不図示）を備えることができる。これに加えて、内側部材２３６は、第１プレート２３０と第２プレート２３２との間に実質的に接触する密封部としての役目を果たす。また内側部材は、図６（後述）に示されているように、光ファイバの出入を容易にするためのノッチを備えていてもよい。

図４に示されているように、第１プレート２３０および第２プレート２３２の外周面２３８と２３９との間に形成されているファイバ支持溝２５０はテーパーが付されており、第１プレート２３０と第２プレート２３２との間のファイバ支持溝２５０に流体が流出する。しかしながら、別の実施の形態においては、例えば平行または逆テーパー形状のファイバ支持溝２５０を備えることができる。これに加えて、テーパーが付されたファイバ支持溝２５０内の開口部２６０は、光ファイバ２１４の垂直位置に応じて変更可能である。開口部２６０およびファイバ支持溝２５０は、採用されている特定の線引き張力および線引き速度ならびに開口部２６０を通って流れる流体の流量に関して、一般に１２５μｍの外径を有するファイバに対して、好ましくは５００μｍ未満の、より好ましくは４００μｍ未満の、さらに好ましくは３００μｍ未満の、最も好ましくは２００μｍ未満の幅を有するファイバ支持溝２５０の区間内に光ファイバが維持されるように構成されていることが好ましい。かくして、ファイバの直径の１倍と２倍の間、より好ましくは１倍と１．７５倍との間、最も好ましくは１倍と１．５倍との間であるファイバ支持溝２５０の領域内にファイバが支持されるのが好ましい。ファイバは、ファイバの外周面と各壁との間の距離がファイバの直径の０．０５倍と０．５倍との間であるように、上記溝の領域内に配置されることが好ましい。

図５を参照すると、ファイバ支持溝２５０を形成する表面２４２および２４４の長さは、少なくとも０．５ｃｍ、より好ましくは少なくとも１ｃｍの長さを有することが好ましい。一つの実施の形態においては、例えばファイバ支持溝２５０が１．２５ｃｍの深さを有する。１２５μｍ径のファイバに関しては、ファイバ支持溝２５０を横切る距離が、プレート２３０と２３２との間の最も内側の最も狭い部分において約１２７μｍであり、かつプレート２３０と２３２との間の最も外側の最も広い部分（円弧状外周面２３８，２３９よりも僅かに内側）において約３８０μｍである。

図５は図４の拡大図であり、図５は、光ファイバ２１４が流体ベアリング・アセンブリ２１６を横切って搬送されるときにこの光ファイバ２１４が接触し、かつ流体ベアリング・アセンブリ２１６の機械的構成要素に光ファイバが実質的に接触するのを防止する流体からなる領域を有するファイバ支持溝２５０をより明瞭に示している。図５に示されているように、流体２５４（例えば空気）は、ベアリング・アセンブリ２１６の内部からファイバ支持溝２５０および光ファイバ２１４の周囲に出て、光ファイバ２１４の下方に流体２５４からなる領域を提供し、この領域が、ファイバの下方に正圧を生じさせ、したがってファイバの底面を支えるように作用する。圧力は、流体ベアリング・アセンブリ２１６の第１プレート２３０と第２プレート２３２との間に形成されたファイバ支持溝２５０内にファイバ２１４が位置決めされるように最適化される。特に、ファイバ支持溝２５０においてベアリング・アセンブリ２１６を出る（すなわちファイバ２１４の下方に）流体２５４は、このファイバ支持溝２５０内の所定位置において光ファイバ２１４を維持または支持することができる一定の流量を備えることができる。十分に高い流体圧力がファイバ支持溝２５０に提供されて、光ファイバ２１４が流体ベアリング・アセンブリ２１６を通過するときに、ファイバ支持溝２５０内の所定位置に光ファイバ２１４を維持する。

図５から明らかなように、いくつかの好ましい実施の形態において、ファイバ支持溝２５０に流体流２５４が流入する端部（すなわち、流体ベアリングを通過するときのファイバ２１４によって形成される円弧状径路の内部）においては、ファイバ支持溝２５０がより狭い幅を有するように、表面２４２および２４４がテーパーまたは傾斜を有しているのが好ましい。図示の実施の形態においては、見易くするために、テーパー角度が、ファイバ支持溝２５０を開口させるための好ましいテーパー角度よりも誇張されている。実際には、ファイバ支持溝２５０の頂部すなわち外方部２５６の幅２６０が、ファイバ支持溝２５０の底部すなわち内方部２５７の幅２６０よりも広くなるようにするために、表面２４２および２４４の少なくとも一方または好ましくは双方が、好ましくは０度を超え１０度未満、より好ましくは０．３度と７度との間、最も好ましくは０．４度と３度との間の角度だけ傾斜している。例えば、このような実施の形態においては、流体領域を形成する第１プレート２３０および第２プレート２３２が、それぞれ−０．６度と＋０．６度だけ傾斜している。あるいは、ファイバ支持溝２５０が如何なる深さ、幅またはテーパー角度を有していてもよい。テーパー付きファイバ支持溝２５０（例えば、図４および図５に示されているような）を利用することによって、および流体が、ファイバ支持溝２５０の狭い内方部に流入しかつファイバ支持溝２５０の広い外方部から流出するように、ファイバ支持溝２５０により形成されたスロット内に流体を噴出させることによって、溝２５０を抜けて放出される流体からなるクッションが、ファイバ自らを溝２５０の深さ以内に位置決めさせる。例えば、任意の流体流に対して、もしファイバ線引き張力が増大すると、ファイバは、ファイバ２１４と溝壁面２４２および２４４との間のギャップが極めて小さくなるまで溝２５０内を下降するので、溝２５０内の圧力が極めて高くなって、新しい、より高い張力の影響力を修正的に弱めることになる。もしファイバ線引き張力が低下すると、ファイバは、溝２５０内においてファイバ２１４と溝壁面２４２および２４４との間のギャップが極めて大きくなるまで溝２５０内を上昇するので、溝２５０内の圧力が極めて高くなって、新しい、より低い張力の影響力を修正的に弱めることになる。溝２５０にテーパーを付けると、このようにより広範囲の線引き張力に対する動作が可能になる。そうではなく、もし図示の溝２５０にテーパーが付されていなかった場合に、線引き張力が低下したとすれば、ファイバが上方へ移動してファイバ支持溝２５０から飛び出してしまったであろう。

ファイバは、好ましくはファイバ径の約１倍と２倍との間の、より好ましくはファイバ径の約１倍と１．７５倍との間の、最も好ましくはファイバ径の約１倍と１．５倍との間の溝２５０の領域内に位置決めされる。溝２５０内のこのような比較的狭い領域内にファイバを位置決めすることによって、線引き作業中はベルヌーイ効果によってファイバ自らを位置決めさせる。例えば、ファイバが壁面２４４に近付き、壁面２４２から遠ざかるにつれて、壁面２４２に最も近い部位の空気の速度が増大し、壁面２４４に最も近い部位の空気の速度は低下する。ベルヌーイ効果により、流体速度が増大すると、同時に圧力低下が生じる。その結果、表面２４４近傍の遅くなった流体流によって発生した、より高い圧力がファイバを溝２５０の中心に強制的に引き戻す。かくして、この好ましい実施の形態においては、ファイバが線引きされている間、ファイバの周囲を通過してファイバ支持溝２５０の外に流れる流体流に基づく少なくとも実質的なベルヌーイ効果により、ファイバはファイバ支持溝２５０内の中心に位置決めされる。特に、このような心出しは、例えば壁面２４２または２４４から放出される流体噴流のような側方からファイバに当たる流体流を利用することなしに達成される。溝を通って移動する流体流の速度は、ファイバが溝２５０のテーパー付き領域内に完全に位置決めされるようにファイバを維持するために調整されることが好ましい。ここで説明されている実施の形態においては、ファイバが、ファイバ径の１倍と２倍との間にある溝２５０の領域内に位置決めされているので、ファイバは、ファイバ２１４の下方に存在する（もしかしてファイバを支持するのに用いられる可能性があるかも知れない空力的抗力と言うよりもむしろその反対の）圧力差によって支持される。流体の圧力差によりファイバを溝２５０内に支持または浮揚させることによって、ファイバを浮揚させるために空力的抗力が用いられたとした場合よりもずっと少ない流体流を、ファイバを浮揚させるのに用いることが可能である。

図示の実施の形態においては、流体流が、ファイバ支持溝２５０の幅狭の内方部を経てファイバ支持溝２５０内に入り、かつファイバ支持溝２５０の幅広の外方部を経てファイバ支持溝２５０を出る単一の流体流によって提供されることが好ましい。この方法において、スロットの最も幅狭の部位と最も幅広の部位との間においてファイバが浮遊する態様で、ファイバは、ファイバ支持溝２５０によって形成されたスロット内に完全に位置決めされることができる。テーパー付きファイバ支持溝２５０を採用し、かつ溝２５０の領域を流れる流体流を上記態様で噴出させることにより、ファイバ支持溝２５０によって形成された上記スロットの領域内にファイバを支持することが可能になり、その場合、上記スロットは、ファイバ支持溝２５０を通って導かれるファイバの直径よりも１０〜１５０μｍ、より好ましくは１５〜１００μｍ、最も好ましくは２４〜７０μｍだけ広い幅を有する。ファイバ線引き工程中には、ファイバの外周と各壁面との間の距離が、ファイバ径の０．０５と０．５倍との間となるように、ファイバが溝の領域内に支持されることも好ましい。

いくつかの実施の形態において、ファイバ支持溝２５０は、ファイバが流体流源から離れて外方へ移動するにつれて圧力を低下させる手段を備えている。このような圧力低下手段は、上述のように、テーパー付き溝構造によって達成される。あるいは、図７に示されているように、溝２５０を形成する壁２４２，２４４の一方または双方に１個または複数のスロット２７０が配置されることができ、これらのスロットは、溝２５０の入り口から出口まで、特にファイバ線引き工程中にファイバが配置される溝領域（すなわち、ファイバがエアベアリングを通過する領域）において半径方向に延びている。スロットを備えた溝に流体が接触したときに、流体はスロットの外に、したがって溝の外に流れるので、溝２５０内に作用する任意の流体圧力に対し、光ファイバを支持する流体圧力が低い程、溝２５０内におけるファイバの位置が高い。ファイバが高い位置にあると、ファイバの下方にある溝２５０内のスロットの領域は大きくなる。反対に、ファイバが低い位置にあると、ファイバの下方にある溝２５０内のスロットの領域は小さくなる。したがって、光ファイバ上の線引き張力が弱まると、ファイバが溝内で上方へ移動または外方へ移動するので、たとえ溝を形成する両側壁が互いに全く平行であっても、より多くの流体がスロットを通じて逃れ、これにより、ファイバ下方の圧力差が低下し、これにより、溝内においてファイバが上方へ移動するのを止めさせる。もちろん本発明は、圧力を低下させるためにスロットを用いることに限定されるものではなく、例えば一列に配置された小さい孔が壁面２４２，２４４上に半径方向に延びる他の圧力低下手段を用いてもよい。

図８に示されているような別の好ましい実施の形態において、ファイバが流体源から離れて溝内を外方へ移動するにしたがって圧力を解放する手段は、流体が溝２５０の両側壁２４２，２４４を通って逃れるのを可能にする多孔質材料２７２によって提供される。このような圧力解放手段は、焼結工程において気孔が金属内に捕捉されるように金属基板を焼結することによって形成されるような多孔質金属媒体の形態で得ることができる。このような多孔質金属媒体は、例えば、米国コネチカット州タリフヴィル所在のアプライド・ポーラス・テクノロジー社から入手可能である。流体は多孔質材料２７２を通って溝の外へ流れるので、より少ない流体が溝２５０を通って流れ、したがって、光ファイバ２１４を支持する流体が少ない程、溝２５０内におけるファイバの位置が高くなる。したがって、たとえ溝を形成する両側壁が互いに全く平行であっても、光ファイバに掛かる線引き張力が弱まるにつれて、ファイバが溝内を上方すなわち外方へ移動し、流体が多孔質金属を通って逃れ、これによりファイバ下方の圧力差が低下し、これにより溝内においてファイバが上方へ移動するのを止めさせるので、ファイバはなおも溝２５０内に留まることができる。

ここに記載されている流体ベアリングは、例えばファイバがプレート２３０または２３２の何れにも接触することなくファイバ支持溝２５０内を移動するように、光ファイバとベアリング・アセンブリ２１６との間の実際の機械的接触を防止または実質的に防止する態様で、流体クッションの領域に沿って光ファイバが移動するのを可能にしている。これに加えて、上記領域のサイズおよび構造の故に、流体ベアリングは、流体流の実際的なコントロールを行なうことなしに、或る範囲の線引き張力に亘って機械的接触なしに、上記領域内のファイバの支持を可能にしている。

図５を参照すると、光ファイバがファイバ支持溝２５０の底２５７に向かって移動してシム２３７またはファイバ支持溝２５０の両壁面（内表面２４２，２４４）に接触するのを防止するためには流体流が重要である。このことは、光ファイバが依然として裸であるために、ベアリング・アセンブリ２１６に機械的に接触したファイバの品質は合格させることができない場合に特に重要である。さらに、ファイバ支持溝２５０の底２５７に対する光ファイバ２１４の位置が近い程、光ファイバ２１４を所望の位置に維持するためにファイバ支持溝２５０内の圧力を高める必要があると思われる。溝の側壁２４２および２４４のテーパーは、溝壁とファイバとの間のギャップをより狭くさせ、この必要な圧力をより高めること明らかである。ファイバ支持溝２５０内のファイバの位置に影響を与える他のファクタは、線引き張力を含む。例えば、２００ｇの張力で牽引されるファイバは、同一の流体流において１００ｇの張力で牽引されるファイバよりもファイバ支持溝２５０内での浮遊位置が低くなる。したがって、特定のファイバ線引き速度および線引き張力に関して、流体ベアリングの領域を出る流体は、光ファイバを所望の位置に維持するために十分なことが重要である。例えば、プレート２３０と２３２との間の最も内側の部分の幅が約１２７μｍで、最も外側の部分の幅が約３８０μｍであるファイバ支持溝２５０を利用した上述の実施の形態においては、流体の流量が約０．５リットル／秒から５リットル／秒までとすることができる。このような構造および流量により、光ファイバの周囲の局部的流体速度を８００ｋｍ／時以上にもすることができる。このようにして、いくつかの実施の形態において、ファイバ支持溝２５０内で用いられるファイバ周囲の最大流速が１００ｋｍ／時を超え、２００ｋｍ／時を超え、４００ｋｍ／時を超え、６００ｋｍ／時さえも超える場合もある。いくつかの実施の形態において、ファイバ支持溝２５０内においてファイバの周囲に作用する流体の最大速度は９００ｋｍ／時を超えている。例えば、本発明者等は、ファイバ支持溝２５０内においてファイバの周囲に１０００ｋｍ／時の流体流を作用させることに成功したことがあった。しかしながら、ここに開示されている方法は、勿論これらの流体速度に限定されるものではなく、ファイバが、線引き条件（例えば、線引き速度、線引き張力等）および流体ベアリングの構造に左右されるファイバ支持溝２５０内の所望の位置に位置決めされる結果によって選択することができる。別の実施の形態においては、流体の流量が約３リットル／秒から４リットル／秒までとすることができる。勿論、所定の線引き張力において光ファイバを所望の位置に維持するのに十分な流量を用いることができる。このような高い流体流速を用いると、光ファイバの冷却を促進することができる。ファイバの温度と、流体ベアリングを通じて放出される流体の温度との間の差が大きい程、かつ流体流速度が高い程、達成される冷却量が大きい。いくつかの実施の形態において、流体ベアリングに入るファイバの温度は、流体ベアリングを通じて放出されて流体ベアリング内のファイバを支持する流体の温度よりも１００℃高く、５００℃高く、１０００℃高く、１５００℃高くなり得る。上述の実施の形態（すなわち、最も狭い部分の幅が１２７μｍ、最も広い部分の幅が３８０μｍ、流体ベアリングの半径（すなわち、ファイバの旋回半径）が約８ｃｍ、流体流量が約０．５リットルから約５リットルまでの流体ベアリングを採用）において、２０ｍ／秒を超える線引き速度とともにこのような温度差を採用すると、流体ベアリングに入るときに１１００℃の温度であったファイバが、室温（すなわち２０℃）の流体（好ましくは空気）を用いてこのファイバを１８０度方向変換する流体ベアリングを通過させることによって、１０００℃も、すなわち１００℃まで冷却されることができた。この極めて大きい冷却量は、ここに開示されたような流体ベアリングを用いると、ファイバを５０℃、２００℃、５００℃、７００℃を超えて、さらには９００℃を超えて冷却することができる可能性を示している。多分さらに重要なことは、このようなファイバ冷却量が、３ｍ未満の、より好ましくは２ｍ未満の、もっとも好ましくは１ｍ未満のファイバ距離（すなわち、流体ベアリングの流体クッションにファイバが曝される円周方向距離）に亘って達成されることである。しかしながら、ファイバ／流体クッションの接触距離の長短は、所望の結果および製造領域のレイアウトに左右される。ここに開示された流体ベアリングの特筆すべき冷却能力は、光ファイバ線引き工程全体から、ヘリウム冷却装置を排除することを可能にする。

流体ベアリング１６，２４，１１６，２１６，３１６の半径は重要ではない。いくつかの実施の形態において、流体ベアリングは、ファイバが約８から６ｃｍの旋回半径を有するように構成される。例えば、より多大の冷却が望ましいか（この場合は、より大径の流体ベアリングが好ましい）、あるいはファイバ線引き工程の制約に応じて、より大きい、またはより小さい半径の流体ベアリングを採用することができ、あるいは、追加の流体ベアリングを採用することができる（図２に示されているように）。

図６に示された別の実施の形態においては、流体ベアリング３１６が、第１および第２プレート（不図示）の円弧状外周面３３８に設けられた１個または複数個の切欠き部３７０を有することができる。別の実施の形態においては、上述のように、図６の構成が、図３に関して説明したような別個の内側部材を備えることができる。なおも図６を参照すると、各プレート上の対応する切欠き部３７０は、光ファイバ３１４の、よりコントロールされた出入りを可能にする。特に、光ファイバ３１４が流体ベアリングに入るときに、このファイバは第１プレートと第２プレートとの間を通過する（図４および図５の実施の形態に示されているように）。ファイバが流体ベアリングを出るときには、ファイバには、いくつかの理由によって振動する力を受け、その領域における第１プレートまたは第２プレートに機械的に接触する可能性がある。上記プレート（または別個の内側部材）上の切欠き部３７０は、光ファイバが流体クッション領域の部分に直接入り、および／または出ることを許容することによって、光ファイバがその領域に出入りするときにファイバに作用する過渡的な力を最小化または排除し、かくして振動する流体力学的力をバイパスする。図６における実施の形態に示されているように、第１プレートおよび第２プレート（不図示）（または内側部材）に設けられた２個の対応する切欠き部３７０があり、一方の切欠き部は光ファイバのための入口を提供し、他方の切欠き部は光ファイバのための出口を提供する。前述のように、図３の内側部材２３６は、図６の切欠き部を有するように構成されて、類似した能力を提供する。光ファイバに作用する過渡的な力を最小化または排除し得る如何なるプレートおよび内側部材の構造または配置を用いてもよいことは言うまでもない。

したがって、ここに説明されているベアリング・アセンブリは、光ファイバ製造のための非直線的径路を提供することを含む多くの機能を果たすことができる。この件について、ベアリング・アセンブリは、上述したように、如何なる光ファイバを搬送する方法との組合せにも用いることができる。これに加えて、ここで論議されかつ図示されているような流体ベアリングの実施の形態は、光ファイバ製造工程中の何れの段階においても使用可能なことを理解すべきである。被膜塗布装置の以前において非直線的径路を可能にすることによって、ベアリング・アセンブリおよびこれらのベアリング・アセンブリを組み込んだ光ファイバ製造システムは、常套的な線引き塔に比較して占有空間が狭くて済むシステムを提供しながら、光ファイバ製造システム内において構成要素の操作および交換が容易に行なえる点で極めて融通性に富むものである。

ここで論議されているように、上記ベアリング・アセンブリおよびこれらのベアリング・アセンブリを組み込んだ光ファイバ製造システムは、光ファイバを冷却する新規なシステムおよび方法を含み、これによって、付加的な冷却機構および要素を排除し、さらにこのようなシステムの融通性を高める。したがって、ここに説明されている流体ベアリングを組み込んだ光ファイバ製造システムおよび光ファイバ製造方法は、従来のシステムおよび方法に勝る多くの利点を有する。

１個の光ファイバプリフォームから直径が約１２５μｍの１本の光ファイバが、線引き速度が２０ｍ／秒、線引き張力が約２００グラムの常套的なファイバ線引き工程を用いて線引きされた。被膜が付されていない裸の光ファイバは、本発明による流体ベアリングを通じて向きを変えられたことによって１８０度変向された。利用された流体ベアリングは、図３〜図５に示された形式を有し、かつ最も狭い部位の幅が約１２７μｍ、最も広い部位の幅が約３８０μｍのファイバ支持溝２５０を備え、流体ベアリングの半径（したがってファイバ旋回半径）は約１３ｃｍ（５インチ）であった。この流体ベアリングは、流体ベアリングに入るファイバの進入温度が約１１００℃の位置に設けられた。室温（すなわち約２４℃）の空気が流体ベアリングを通じて放出された。ファイバ支持溝２５０内においてファイバを取り巻く領域における流体の速度は約１０００ｋｍ／時であった。流体ベアリングの出口におけるファイバの温度は、本発明の大きな冷却能力を実証する約５００℃であった。ファイバ経路は、この光ファイバを傷付けることなく巧みに１８０度旋回させた。

本発明の精神および範囲から離れることなしに、種々の変形および変更が可能なことは、当業者には明らかであろう。したがって本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内で行なわれた本発明の変形および変更をカバーすることを意図するものである。

８，１０８ 光ファイバ製造システム
１０，１１０ プリフォーム
１２，１１２ 線引き炉
１４，１１４，２１４，３１４ 裸の光ファイバ
１６，２４，１１６，２１６，３１６ 流体ベアリング
１８，１１８ 冷却装置
２０，１２０ コーティング・ユニット
２１，１２１ 保護被膜層
２８，１２８ 牽引機構
２３０，１３２ プレート
２３４ 開口部
２３６ 内側部材
２３８，２３９，３３８ 円弧状外周面
２４０ ボルト
２４２，２４４ 溝の壁面
２５０ ファイバ支持溝
２５４ 流体
２５６ 溝の外方部
２５７ 溝の内方部
２７０ スロット
２７２ 多孔質材料
３７０ 切欠き部

Claims (3)

1. 光ファイバの製造方法であって、
   １本の光ファイバを線引き時に第１の経路に沿って線引きするステップ、
   前記光ファイバを流体ベアリングの領域に接触させるステップであって、該流体ベアリングは第１プレートおよび第２プレートを備え、該第１および第２プレートの各々は円弧状外周面を有し、これらのプレートは組み合わされて１条の溝領域を形成し、前記溝には、或る角度テーパーが付されており、前記プレートの各々は前記光ファイバの入口および出口を提供するように前記円弧状外周面に設けられた切欠き部を有し、流体が前記溝内に１つの流入口を通って流入し、かつ流出口を通って該溝から流出し、これにより、前記溝が前記線引きステップの間前記ファイバを前記溝領域内に支持し、前記溝の幅狭の部分は、前記溝を通って搬送される流体を収容するように構成され、これにより、前記溝の流出側の流体の圧力に対して、前記溝の流入側に高い圧力を生成させ、これにより、前記流体ベアリングを通る円弧状の径路内において前記ファイバを緩衝しかつ移送するものであるステップ、および
   前記裸の光ファイバが前記流体ベアリングを通って線引きされるにつれて、前記ファイバの向きを前記円弧状の径路を通りかつ第２の経路に沿うように向け直すステップ、
   を有してなる方法。
2. 前記溝を形成する少なくとも一方の壁は、前記溝を形成する他方の壁に対して平行な方向から、０度を超え１０度以内の角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記線引きステップ中に、前記ファイバは、該ファイバの外周面と各壁との間の距離が、前記ファイバの直径の０．０５倍と０．５倍との間であるように、前記溝の領域内に支持されることを特徴とする請求項２記載の方法。

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