JP6426610B2 - 光ファイバを冷却するための方法および装置 - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は、２０１２年１０月４日出願の米国特許出願第１３／６４４５７８号の優先権の利益を主張し、その内容全体に依拠し、かつその全体を参照することにより本願明細書に援用する。

本明細書は、概して、光ファイバを冷却するための装置および方法に関し、より具体的には、光ファイバを非接触式で冷却するためのリニアクーラーに関する。

細く可撓性の光ファイバを様々なアプリケーションに使用して、電気信号を高速で伝達することができる。光ファイバの生産は、一般的に、初期のプリフォームから光ファイバを線引きする工程、および製造ラインに沿って様々なステーションを通って光ファイバを運び、エンドユーザアプリケーション用に光ファイバを処理する工程を含む。一般に、プリフォームは、ガラスのクラッディングで囲まれたガラスの中心コアを含み、ガラスのクラッディングの屈折率は、コアガラスとは異なる。プリフォームは、炉内に配置され、および光ファイバは、プリフォームから引き出されて、非被覆光ファイバを作製する。

光ファイバは、炉を出るときに冷却されて、例えば、コーティングすなわち被覆の適用およびバンドリングを含むその後の処理を可能にする。しかしながら、炉から出るときの光ファイバの冷却は、困難である可能性がある。なぜなら、光ファイバは脆性であり、かつ光ファイバの接触によって、光ファイバ中に混入物が生じ得るためである。それゆえ、冷却流を高流速で光ファイバに被さるように方向付けることが困難であるかまたは費用がかかることは分かっていたので、従来のクーラーでは、光ファイバからの熱伝導率が低い。

従って、光ファイバに接触せず、高速で冷却する光ファイバを冷却する装置および方法が必要とされている。

本明細書で説明する実施形態は、光ファイバと接触せずに、高冷却速度で光ファイバを冷却する装置および方法に関する。冷却装置は、それぞれ反対の方向から光ファイバに冷却流を導入して、冷却装置を通過するときの光ファイバの撓みを管理する。光ファイバを冷却する冷却流のパラメータは、光ファイバが冷却装置を通過するときの光ファイバの冷却速度を制御するように修正され得る。

一部の実施形態では、生産プロセスにおいて光ファイバを冷却する冷却装置は、少なくとも１つの側壁アセンブリによって画成されたチャンネルと、側壁アセンブリの内部に沿って位置決めされた複数の内部空洞とを含む。内部空洞は、少なくとも１つのプレナムと、少なくとも１つのプレナムと流体連通する第１の複数の流体供給空洞と、少なくとも１つのプレナムと流体連通する第２の複数の流体供給空洞とを含む。冷却流は、第１の方向で少なくとも１つのプレナムから第１の複数の流体供給空洞へ、および第１の方向とは反対の第２の方向で第２の複数の流体供給空洞へ供給される。

他の実施形態では、光ファイバの冷却方法は、生産ラインに沿って下流方向におよび冷却装置を通って光ファイバを引く工程、および冷却装置内の光ファイバの周りに冷却流を注入する工程を含む。冷却装置は、チャンネルを含む少なくとも１つの側壁アセンブリと、少なくとも１つのプレナムと流体連通する複数の流体供給空洞を有する複数の内部空洞とを含む。冷却流は、光ファイバの移動方向を横切る第１の方向において少なくとも１つのプレナムから第１の複数の流体供給空洞へ供給され、および冷却流は、光ファイバの移動方向を横切りかつ第１の方向とは反対の第２の方向で、少なくとも１つのプレナムから第２の複数の流体供給空洞へ供給される。

本明細書で説明する実施形態の追加的な特徴および利点を、以下の詳細な説明に記載し、およびある程度は、当業者は、その説明からすぐ分かるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含む、本明細書で説明する実施形態を実施することによって認識される。

上記の概要および以下の詳細な説明は双方とも、様々な実施形態を説明し、かつ特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概説または枠組みを提供するものとすることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解をもたらすために含まれ、および本明細書に組み込まれ、かつその一部を構成する。図面は、本明細書で説明する様々な実施形態を示し、および説明と一緒に、特許請求される主題の原理および動作を説明する働きをする。

本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、非被覆光ファイバを冷却するための冷却装置を含む、光ファイバを生産する生産ラインを概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、生産ラインに沿って線引きされる光ファイバを冷却するための冷却装置の斜視的な前面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、図２の線Ａ−Ａに沿って示す、光ファイバを冷却するための冷却装置の側面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、明確化のためにいくつかの構成要素が省略されている、光ファイバを冷却するための冷却装置の斜視的な前面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、生産ラインに沿って線引きされる光ファイバを冷却するための冷却装置のためのシムの前面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、生産ラインに沿って線引きされる光ファイバを冷却するための冷却装置のための側壁の前面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、生産ラインに沿って線引きされる光ファイバを冷却するための冷却装置のための側壁の側面図を概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、冷却装置のための側壁に結合された流体供給アセンブリを概略的に示す。 本明細書で図示または説明される１つ以上の実施形態による、図２の線Ａ−Ａに沿って示す、光ファイバを冷却するための冷却装置の側面図を概略的に示す。

ここで、生産プロセスにおいて光ファイバを冷却するための装置および方法の実施形態を詳細に参照する。可能ならいつでも、図面を通して、同じまたは同様の部分を指すために同じ参照符号を使用する。一部の実施形態では、非被覆光ファイバを冷却するための装置は、光ファイバが通過するチャンネルを画成する少なくとも１つの側壁アセンブリを含む。冷却装置は、少なくとも１つのプレナムと流体連通する内部空洞と、複数の流体供給空洞とを含む。冷却流は、第１の流れ方向においてプレナムから第１の複数の流体供給空洞へ供給され、かつ第１の流れ方向とは反対の第２の流れ方向において、プレナムから第２の複数の流体供給空洞へ供給される。冷却流は、非被覆光ファイバから、主に強制対流によって熱を伝える。冷却流はまた、光ファイバを流れ過ぎるとき、例えば空気抵抗によって光ファイバに力を加え、および流体のクッションをもたらして、光ファイバと冷却装置との間の間隔を維持し得る。流体供給空洞の向きは、光ファイバに加えられる力のバランスを取り、かつ冷却装置を通過する光ファイバの撓みを制限する。添付の図面を具体的に参照して、生産プロセスにおいて光ファイバを冷却するための方法および装置を本明細書でさらに詳細に説明する。

図１を参照すると、生産プロセスにおいて光ファイバを生産するための生産ライン８０の例が示されている。光ファイバプリフォーム８２は、プリフォーム８２を高温に加熱する炉８４内に位置決めされる。プリフォーム８２の一部分は残りのプリフォーム８２から引き出され、それにより、非被覆光ファイバ９０（光ファイバ「裸線」とも称する）を形成する。引き出し機構８８は、光ファイバが「下流」方向Ａに引き出されるときに、生産ライン８０全体の構成要素にわたって、光ファイバに引張張力（ｄｒａｗ ｔｅｎｓｉｏｎ）を加える。図１に示す実施形態では、共同出願人による米国特許第７，９３７，９７１号明細書に説明されているように、非被覆光ファイバ９０は静止流体ベアリング８６に接触して冷却装置１００に入る。生産ライン８０は、複数の流体ベアリング８６を含み、これらは、非被覆光ファイバ９０の向きを修正して、非被覆光ファイバ９０を生産ライン８０に沿った作業のために位置決めを行い得る。冷却装置１００を出ると、非被覆光ファイバ９０の温度は、冷却装置１００に入る非被覆光ファイバ９０の温度と比較して低下している。生産ライン８０は、冷却装置１００の上流および／または下流に位置決めされた温度感知装置８３、例えば赤外線放射温度計を含み、冷却装置１００に入るおよび／またはそこから出る非被覆光ファイバ９０の温度をそれぞれ監視し得る。

非被覆光ファイバ９０が冷却されると、非被覆光ファイバ９０は、被覆装置８７を通って引き出される。被覆装置８７によって、非被覆光ファイバ９０の外表面に主保護コーティング層が適用され、それにより、被覆すなわちコーティングされた光ファイバ９２を形成する。非被覆光ファイバ９０の外表面に適用された様々な保護コーティングは、従来公知であり、および、例えば限定されるものではないが、ポリマーベースの材料を含む。

被覆装置８７の上流の生産ライン８０に沿った各位置では、非被覆光ファイバ９０との機械的接触が、物の混入または欠陥を生じることを含め、非被覆光ファイバ９０を損傷させる傾向を有するため、非被覆光ファイバ９０と生産ライン８０の構成要素との間の接触は一般的に望ましくなく、損傷は、エンドユーザによって設置されるとき、被覆光ファイバ９２の脆性を高め得るかおよび／または信号伝送速度を低下させ得る。被覆装置８７の下流の生産ライン８０に沿った各位置では、被覆光ファイバ９２と生産ライン８０の構成要素との間の接触が被覆光ファイバ９２を損傷させる傾向は低下されており、被覆光ファイバ９２との機械的な接触は、一般的に、被覆光ファイバ９２の品質に実質的に影響を及ぼさない。従って、非被覆光ファイバ９０と、冷却装置１００自体を含む生産ライン８０との間の機械的な接触を誘発することなく、冷却装置１００は、非被覆光ファイバ９０を冷却する。さらに、低コストでの保護コーティングおよび／または被覆速度の高速化は、本明細書で説明する冷却装置１００を生産ライン８０に実装することによって実現され得るため、非被覆光ファイバ９０が被覆装置８７に導入される前に、非被覆光ファイバ９０の冷却を強めることは、生産ライン８０に関連する収率を増やしおよび／またはコストを削減し得る。

ここで図２〜４を参照すると、線形に方向付けられた冷却装置１００の一実施形態が示されている。図２に示す冷却装置１００のいくつかの構成要素が、明瞭にするために、図４では除去されている。図２を参照して説明すると、冷却装置１００は、互いに離間して位置決めされた側壁１１０を含む。図２に示す実施形態では、冷却装置１００は、互いに同一でありかつ向きおよび相対位置のみが異なる４つの側壁１１０を含む。図２に示す側壁１１０の各々は、複数のフィンガー１１４を有する差込部分１１２を含み、これらフィンガーは互いに離間しており、かつトラフ１１６から外側に延在している。図２に示す実施形態では、２つの側壁１１０ａ、１１０ｂの向きは、互いに約１８０度回転されており、第１の側壁１１０ａのフィンガー１１４ａは、第２の側壁１１０ｂのトラフ１１６ｂの近くに位置決めされ、および第２の側壁１１０ｂのフィンガー１１４ｂは、第１の側壁１１０ａのトラフ１１６ａの近くに位置決めされる。そのように方向付けられかつ位置決めされた２つの側壁１１０は、側壁アセンブリ１０２を画成する。図２および図３に示す実施形態では、差込部分１１２を備える２つの側壁１１０をそれぞれ有する２つの側壁アセンブリ１０２は、互いの近くに位置決めされ、かつシム１４０によって離間されており、これについて下記で詳細に説明する。２つの側壁アセンブリ１０２はシム１４０によって離間されるため、側壁アセンブリ１０２はチャンネル１０４を画成し、そのチャンネルを通って、非被覆光ファイバ９０が冷却装置１００によって冷却されるように引き出される。

図２および図３に示すように、側壁アセンブリ１０２にある隣接する側壁１１０のフィンガー１１４およびトラフ１１６は互いに離間されて、各組のフィンガー１１４およびトラフ１１６が出口チャンネル部分１０６を画成し得る。下記でさらに詳細に説明するように、冷却装置１００に導入された冷却流は、チャンネル１０４に流入して、強制対流によって非被覆光ファイバ９０を冷却する。冷却流は、非被覆光ファイバ９０の周囲を覆うようにして流れた後に出口チャンネル部分１０６から流出することによって、冷却装置１００から出る。

図２および図３に示す冷却装置１００の実施形態では、２つの側壁アセンブリ１０２は、固定板１３０に結合される。側壁アセンブリ１０２は、複数の締結具および／または他のクランプ機構（図示せず）によって固定板１３０に固定され、固定板１３０に対しておよび互いに側壁１１０を結合し得る。一部の実施形態では、位置決定要素（図示せず）、例えば精密ドエルピンが、固定板１３０、および固定板１３０に隣接した側壁１１０の双方の位置決め穴に挿入され、固定板１３０に対する側壁１１０の位置を維持し得る。固定板１３０は、アセンブリ出口チャンネル１３２を含み、後側の側壁アセンブリ１０２の出口チャンネル部分１０６から冷却流を排出させ得る。

ここで図４を参照すると、図２および図３に示した冷却装置１００の実施形態が、後側の側壁１１０およびシム１４０を露出させるために、前側の側壁１１０が除去された状態で示されている。シム１４０は、組み立てられた冷却装置１０２に複数の内部空洞１０３を画成し、これらは、冷却装置１００を通るように冷却流を方向付け得る。上記の説明と同様に、側壁１１０は、各々、トラフ１１６によって互いに離間されている複数のフィンガー１１４を有する差込部分１１２を含む。さらに、図４に示すように、側壁１１０の各々はプレナム１１８を含む。プレナム１１８は、側壁１１０の長さのほとんどの部分に沿って延在する。プレナム１１８は、図３に示す実施形態では、流体接続継手１２０を通されるルートで、冷却流圧力源と流体連通している（図７に関して下記で説明する）。

図３および図４を参照すると、２つの側壁アセンブリ１０２が互いに近接して位置決めされると、２つの側壁アセンブリ１０２に接触するように２つのシム１４０が位置決めされる。図３および図４において別個の構成要素として示すシム１４０は、薄いシート構造である。シム１４０は側壁１１０間の間隔を維持し、およびシム１４０は、非被覆光ファイバ９０を取り囲む領域において互いに離間されて、チャンネル１０４を画成する。一実施形態では、シム１４０は、厚さ約０．００６インチ（０．０１５２４センチメートル）のシート素材から作製されるため、側壁アセンブリ１０２間の間隔は約０．００６インチ（０．０１５２４センチメートル）である。シム１４０は、実質的に平面的であり、シム１４０が側壁１１０間に位置決めされて固定されるとき、シム１４０は、シム１４０の固体領域を横切って流体が流れないようにし、その代わりに、下記でさらに説明するように、リリーフ開口部１４２および出口開口部１４３の領域に流体が流れることを可能にする。図２〜４に示す実施形態では、チャンネル１０４は、一般的に障害物がなく、非被覆光ファイバ９０は、冷却装置１００のどの構成要素にも接触せずに、冷却装置１００を通過する。

ここで図４および図５を参照すると、シム１４０は複数のリリーフ開口部１４２を含み、これらリリーフ開口部は、チャンネル１０４から離れる方向にある深さ延在し、かつ側壁１１０のフィンガー１１４およびトラフ１１６の間隔に概して対応する距離で互いに離間している。シム１４０はまた、リリーフ開口部１４２間に位置決めされる複数の出口開口部１４３を含み、シム１４０が互いに方向付けられかつ位置決めされると、第１のシム１４０の出口開口部１４３が、第２のシムのリリーフ開口部１４２に隣接して位置決めされ、および第２のシムの出口開口部１４３は、第１のシムのリリーフ開口部１４２に隣接して位置決めされる。リリーフ開口部１４２は、一般的に、プレナム１１８から側壁１１０の差込部分１１２に延在する。２つの側壁アセンブリ１０２間に組み立てられると、リリーフ開口部１４２は、それぞれ、プレナム１１８と流体連通する流体供給空洞１４４を画成する。高圧でプレナム１１８に導入された冷却流は、プレナム１１８から流体供給空洞１４４を通ってチャンネル１０４まで流れ、および非被覆光ファイバ９０を横切り、および出口開口部１４３、および差込側壁１１０のフィンガー１１４とトラフ１１６との間の側壁アセンブリ１０２の出口チャンネル部分１０６を通って流れる。

図４および図５に示すように、リリーフ開口部１４２および出口開口部１４３の向きは、プレナム１１８の位置と一緒に、冷却装置１００内の冷却流の一般的な方向を制御する。上記で説明したように、側壁アセンブリ１０２はチャンネル１０４を画成し、そのチャンネルを通って、非被覆光ファイバ９０は引き出し方向Ａに引き出される。冷却空気が、第１のリリーフ開口部１４２によって画成された第１の流体供給空洞１４４において第１の方向１０９ａに流れ、および冷却空気が、非被覆光ファイバ９０の引き出し方向Ａにおいて冷却装置１００に沿って連続的に位置決めされた第２のリリーフ開口部１４２によって画成された第２の流体供給空洞１４４において第２の方向１０９ｂに流れるように、リリーフ開口部１４２および出口開口部１４３は配置される。２つのシム１４０のリリーフ開口部１４２は、互いに横方向に離間しているため、１つのシム１４０を通って流体が流れる方向は、リリーフ開口部１４２の全てに対して一方向とし得る。図５に示すように、冷却流は、上部シム１４０ａにおいて、リリーフ開口部１４２を通って第１の方向１０９ａに、および下部シム１４０ｂにおいて、リリーフ開口部１４２に対し第２の方向１０９ｂに流れる。連続的な流体供給空洞１４４から導入される冷却流は、互いに反対方向に流れる。

流体供給空洞１４４の１つに沿ってプレナム１１８から流出する冷却流は、一般に、シム１４０のリリーフ開口部１４２と側壁１１０とによって形成された容積部（すなわち、流体供給空洞１４４）内を流れる。冷却流は、チャンネル１０４に流入し、非被覆光ファイバ９０を覆うようにして、およびシム１４０の出口開口部１４３と側壁１１０とによって形成された容積部へと流れる。冷却空気は、出口開口部１４３に流入すると、一般に、差込側壁１１０間の出口チャンネル部分１０６を通って冷却装置１００から流出する。流体供給空洞１４４から流出する冷却空気は、一般的に、チャンネル１０４に対向して位置決めされた出口チャンネル部分１０６を通って、かなりの部分が冷却装置１００から流出する。しかしながら、典型的なことには、冷却流の一部が非被覆光ファイバおよび／または周囲の流体供給空洞１４４に取り込まれるようになって、流体供給空洞１４４から流出する流体の一部分が、チャンネル１０４に対向して位置決めされた出口チャンネル部分１０６を通って冷却装置１００から流出しないようになる。

冷却流が非被覆光ファイバ９０を覆って流れるとき、熱い非被覆光ファイバ９０から比較的冷たい冷却流へ熱が伝達される。熱は、強制対流によって非被覆光ファイバ９０から冷却流へ伝達され得る。熱はまた、放熱によって非被覆光ファイバ９０から冷却装置１００自体へ伝達され得る。多くの動作条件に関し、強制対流は熱伝達の主モードである。さらに、非被覆光ファイバ９０の周囲での冷却流の流れは、非被覆光ファイバ９０に対して、冷却流の流れの方向に力を加え、これは、一般的に、非被覆光ファイバ９０での空気抵抗に起因する。その力は、非被覆光ファイバ９０を、非被覆光ファイバの引き出し方向から横方向に離れるように、冷却流の流れの方向に撓ませる傾向を示す。冷却流の流れる方向が隣接する流体供給空洞１４４間で交互となるように、シム１４０のリリーフ開口部１４２ならびに側壁１１０のフィンガー１１４およびトラフ１１６を配置することによって、非被覆光ファイバ９０の撓みは、非被覆光ファイバ９０が冷却装置１００の構成要素から離間されたままとなるように、制御され得る。

再度図３を参照して説明すると、シム１４０の位置での側壁アセンブリ１０２間の間隔は、側板１１０のフィンガー１１４とトラフ１１６との間の間隔よりも狭い。フィンガー１１４とトラフ１１６との間の相対的な間隔を広げることは、流体供給空洞１４４に対して出口チャンネル部分１０６の断面領域を広げることになる。出口チャンネル部分１０６の断面領域を広げることによって、冷却流の流れに対する流れ制限を軽減し、および冷却流がひとたびチャンネル１０４を越えて流れると、冷却流の速度を遅くさせる。冷却流の流れ制限の軽減は、チャンネル１０４の向こう側に位置決めされた、断面領域を広められた出口チャンネルを含まない冷却装置１００と比較して、固定圧力での冷却流の流量を増加させ得る。

引き続き図３を参照して説明すると、側壁１１０のフィンガー１１４は、プレナム１１８から出口チャンネル部分１０６の方への冷却流の流れの方向に末広がりになるようにチャンネル１０４にテーパを付けるテーパ付部分１１９を含み得る。テーパ付部分１１９は、約０．６度でテーパが付けられたテーパ付部分１１９を含め、シム１４０の平面から約０度〜約１０度の角度とし得る。図３に示すように、テーパ付部分１１９の重要性が、説明のために誇張されている。テーパ付部分１１９は、冷却流が流体供給空洞１４４からチャンネル１０４に流入する側に沿って幅が狭くかつ冷却流が出口チャンネル部分１０６を通ってチャンネル１０４から流出する側に沿って幅が広いチャンネル１０４を生じ得る。テーパ付部分１１９は、非被覆光ファイバ９０をチャンネル１０４内の特定の位置に配置するのを支援し得る。

上記で説明したように、冷却装置１００は、非被覆光ファイバ９０とチャンネル１０４との間の「流体クッション」を維持することによって、非被覆光ファイバ９０と冷却装置１００の構成要素との間隔を維持する。非被覆光ファイバ９０に加えられる力の強さは、チャンネル１０４の局所断面領域（すなわち、テーパ付部分１１９）によって影響を及ぼされ得る。さらに、非被覆光ファイバ９０はチャンネル１０４内に位置決めされ、チャンネルは、光ファイバの直径の約１〜約２倍である、例えば光ファイバの直径の約１〜約１．７５倍、例えば光ファイバの直径の約１〜約１．５倍とし得る。非被覆光ファイバ９０とチャンネル１０４との間にそのように狭い間隙を組み込む冷却装置１００は、非被覆光ファイバ９０に、Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ効果に起因して、それ自体がチャンネル１０４内で中心となるようにさせ得る。非被覆光ファイバ９０が、チャンネル１０４を画成する表面の近くになると、冷却流の速度は、摩擦抵抗の相対的な増加に起因して、非被覆光ファイバ９０と、チャンネル１０４の最も近い表面との間で低下し、および速度は、非被覆光ファイバと、チャンネル１０４の最も遠い表面との間で増大する。

理論には縛られないが、Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ効果によれば、流体速度の増大は、圧力の低下と同時に発生する。その結果、チャンネル１０４の最も近い表面付近での流体流の低下に起因する圧力の高まりは、非被覆光ファイバ９０をチャンネル１０４の中心に強制的に戻す。それゆえ、一部の実施形態では、非被覆光ファイバ９０は、非被覆光ファイバ９０の周りを通過してチャンネル１０４から出る流体ストリームに起因して、少なくとも部分的にＢｅｒｎｏｕｌｌｉ効果によって、チャンネル１０４内で中心にされる一方、ファイバは、冷却流の流れの方向を横切るように引き出される。特に、そのようなセンタリングは、その側面からファイバにぶつかる流体流を全く用いる必要なく、発生し得る、例えば、冷却流の流れの方向に垂直に生じる流体流ジェットが用いられない。スロットを通って移動する流体ストリームの速度は、非被覆光ファイバ９０を維持するように調整され得るため、非被覆光ファイバ９０は、チャンネル１０４のテーパ付部分１１９を全体的に覆うように配置される。

冷却装置１００の流体供給空洞１４４からの複数の流体ストリームによって、非被覆光ファイバ９０に加えられる力は、流体流の第１および第２の方向でバランスがとられるため、非被覆光ファイバ９０に加えられる力は等しい。等しい力およびオフセットする力が非被覆光ファイバ９０に加えられる場合、空気抵抗による、非被覆光ファイバ９０に加えられる力およびモーメント荷重に起因する非被覆光ファイバ９０の撓みは、規則的であり、かつ非被覆光ファイバ９０に加えられた任意の量の引張張力で繰り返され得る。さらに、非被覆光ファイバ９０に加えられた力、それゆえ非被覆光ファイバ９０の撓みは、規則的であり、かつ非被覆光ファイバ９０を覆うように向けられた任意の量の流体流で繰り返され得る。したがって、本明細書で説明する冷却装置１００を使用する非被覆光ファイバ９０の冷却は、非被覆光ファイバの熱伝達率の適応性を改善し、非被覆光ファイバ９０に適用された熱伝達率は、冷却装置１００に導入された冷却流の圧力をそれぞれ上昇または低下させることによって、増減され得る。したがって、非被覆光ファイバ９０の冷却速度は、所望通りに調整し得る。

他の実施形態では、非被覆光ファイバ９０に加えられる力は、流体流の第１および第２の方向において不均衡であるため、非被覆光ファイバ９０に加えられる力が不均衡となり得る。したがって、空気抵抗に起因する、非被覆光ファイバ９０に加えられる力およびモーメント荷重は、非被覆光ファイバ９０を、チャンネル１０４の中心から離れるように平行移動させる傾向を有し得る。チャンネル１０４内での非被覆光ファイバ９０の平行移動に適合するために、非被覆光ファイバ９０が平行移動されるときに、チャンネル１０４自体が、非被覆光ファイバ９０との接触を最小限にするような形状にされ得る。

ここで図６および図７を参照すると、冷却装置１００において使用される側壁２１０の別の実施形態が示されている。側壁２１０は、冷却流供給部にそれぞれ個別につながれた複数のプレナム１１８を含む。側壁２１０およびシム１４０によって形成された、対応する流体供給空洞（図２〜４に示すような）の各々が、それぞれ、周囲の流体供給空洞とは異なり得る圧力および流量の冷却流を有するように、対応する流体接続継手１２０を通してプレナム１１８の各々に導入される冷却流の圧力および流量は調整され得る。

プレナム１１８の各々から流出する冷却流の圧力および流速は変化し得るため、非被覆光ファイバ９０からの熱伝達率は、同様に、プレナム１１８の各々から流出する冷却流の圧力および流量に基づいて、各流体供給空洞で変化し得る。さらに、冷却流によって非被覆光ファイバ９０に加えられた力の強さは、プレナム１１８の各々から流出する冷却流の圧力および流量に基づいて変化し得る。特に、冷却流の圧力および流量は、空気抵抗によって非被覆光ファイバ９０に加えられる力およびモーメント荷重を釣り合わせるように修正され、チャンネル１０４の中心から離れるような非被覆光ファイバ９０の最大変位は、最小にされ得る。特に、プレナムの各々からの冷却流の圧力および流量を変化させることによって、非被覆光ファイバ９０に対して与えられる冷却流によるモーメント荷重に起因する撓みの減少は、非被覆光ファイバ９０の全体的な撓みを減少させ得る。非被覆光ファイバ９０の撓みを最小にするように圧力および流量を修正することによって、非被覆光ファイバ９０と冷却装置１００の構成要素とが接触する傾向が低下され得る。

ここで図８を参照すると、複数のプレナム１１８を有する側壁２１０に冷却流を供給する流体供給アセンブリ３００の一実施形態が示されている。冷却流圧力源は、調整された圧力の冷却流を冷却装置１００に提供する。冷却流の例は、限定されるものではないが、空気、ヘリウム、窒素などを含む。一部の実施形態では、冷却流として空気を使用することは、冷却装置１００の動作コストを削減するために、および非被覆光ファイバ９０を冷却するために生産プロセスにおいて使用された冷却流を捕捉する必要性をなくすために、望ましいとし得る。流体供給アセンブリ３００の図示の実施形態は、複数の流体供給ライン３０４に流体的に結合される流体圧力源３０２を含む。流体供給アセンブリ３００は、プレナム１１８と流体連通している複数の流体接続継手１２０に冷却流を分配するマニホールド３０６に結合される。流体供給アセンブリ３００は、さらに、複数の調整器３１２または弁を含み、これらは、開放位置または閉鎖位置の方へ選択的に調整され、必要な圧力およびプレナム１１８への冷却流の流体流を提供し得る。流体供給アセンブリ３００の実施形態はまた、主流れ調整器３１０を含んでもよく、この主流れ調整器は、プレナム１１８への冷却流の送達を全体的に変化させるように、調整され得るが、調整器３１２によって設定された圧力および流体流の全体的な釣り合いを狂わせることはない。

ここで図９を参照すると、冷却装置４００の別の実施形態が示されている。この実施形態では、冷却装置４００は、一体的に形成された２つの側壁アセンブリ１０２を含み、プレナム１１８および流体供給空洞１４４を画成する内部空洞１０３は、側壁アセンブリ１０２内に一体的に形成されるようにする。そのような実施形態では、リリーフ開口部１４２、出口開口部１４３、複数のフィンガー１１４およびトラフ１１６などの構成要素は、互いに一体的に形成され得る。そのような実施形態は、選択的レーザ焼結、直接金属レーザ焼結、熱溶解積層法、ステレオリソグラフィー、積層物製造（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、電子ビーム溶解、粉体層および／またはインクジェットヘッド印刷などを含むラピッドプロトタイピング技術を含む、様々な方法に従って生産され得る。図９に示す実施形態では、冷却装置４００は２つの側壁アセンブリ１０２を含むが、冷却装置４００の一部の実施形態は、内部空洞１０３を画成する特徴の全てを一体的に含む単一の側壁アセンブリ１０２を含み得ることが理解されるべきである。側壁アセンブリ１０２と一体的な内部空洞１０３を含むように冷却装置４００を形成することは、冷却流の漏出を低下させ、かつ定量の冷却流に関して冷却装置４００の冷却性能を改善し得る。

ここで、光ファイバを生産する生産ラインは、光ファイバに冷却流を提供して、後続のプロセスのために光ファイバの温度を低下させる冷却装置を含み得ることが理解されるべきである。冷却装置は、光ファイバの引き出し方向を横切る方向において光ファイバに空気抵抗を誘発する速度で、光ファイバに冷却流を導入する。冷却装置は、冷却装置に沿って反対方向に連続的に冷却流を導入する複数の流体供給空洞を含み、空気抵抗に起因する撓みを最小限にし、かつ光ファイバと冷却装置との間の接触を最小限にする。冷却装置は複数のプレナムを含んでもよく、プレナムは、個別に調整された冷却流を流体供給空洞に供給して、熱伝達率ならびに力およびモーメント荷重の適用を管理する。

本明細書では、用語「実質的に」および「約」は、定量比較、値、測定値、または他の表現のいずれかに起因し得る生来の不確実性の度合いを表すために使用され得ることに留意されたい。これらの用語はまた、本明細書では、問題になっている主題の基本機能に変化をもたらさずに、述べた参照値から定量的表現が変化し得る度合いを表すために使用される。

第１の態様では、開示は、生産プロセスにおいて光ファイバを冷却するための冷却装置を提供し、冷却装置は：少なくとも１つの側壁アセンブリによって画成されたチャンネル；および側壁アセンブリの内部に沿って位置決めされた複数の内部空洞であって、少なくとも１つのプレナム、少なくとも１つのプレナムと流体連通する第１の複数の流体供給空洞、および少なくとも１つのプレナムと流体連通する第２の複数の流体供給空洞を含む内部空洞を含み、冷却流は、第１の方向において少なくとも１つのプレナムから第１の複数の流体供給空洞へ、および第１の方向とは反対の第２の方向において第２の複数の流体供給空洞へ供給される。

第２の態様では、開示は、生産ラインに沿って下流方向におよび冷却装置を通して光ファイバを引く工程；および冷却装置内の光ファイバの周りに冷却流を注入する工程を含む、光ファイバの冷却方法を提供し、冷却装置は、チャンネルを含む少なくとも１つの側壁アセンブリと、少なくとも１つのプレナムと流体連通する複数の流体供給空洞を含む複数の内部空洞とを含み、冷却流は、光ファイバの移動方向を横切る第１の方向において少なくとも１つのプレナムから第１の複数の流体供給空洞へ供給され、および冷却流は、光ファイバの移動方向を横切りかつ第１の方向とは反対の第２の方向において、少なくとも１つのプレナムから第２の複数の流体供給空洞へ供給される。

第３の態様では、開示は、前記少なくとも１つの側壁アセンブリが：互いに離間した第１の側壁および第２の側壁；および第１の側壁と第２の側壁との間に位置決めされた少なくとも１つのシムを含み、シムが複数の内部空洞を画成する、第１の態様〜第２の態様の冷却装置を提供する。

第４の態様では、開示は、前記第２の複数の流体供給空洞が、チャンネルに沿って第１の複数の流体供給空洞間で間隔をあけられている、第１の態様〜第３の態様の冷却装置を提供する。

第５の態様では、開示は、冷却流が、第１のプレナムから第１の複数の流体供給空洞に供給され、および冷却流が、第２のプレナムから第２の複数の流体供給空洞に供給される、第１の態様〜第４の態様の冷却装置を提供する。

第６の態様では、開示は、前記少なくとも１つのプレナムが、複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムを含む、第１の態様〜第５の態様の冷却装置を提供する。

第７の態様では、開示は、さらに、冷却流供給部および複数のプレナムと流体連通する複数の調整器を含み、複数のプレナムのそれぞれに導入される冷却流が調整されるようにする、第６の態様の冷却装置を提供する。

第８の態様では、開示は、前記側壁アセンブリが、流体供給空洞の少なくとも１つと流体連通する複数の出口チャンネル部分を含み、複数の出口チャンネル部分の各々は、流体供給空洞の各々からのチャンネルに対向して位置決めされ、および出口チャンネル部分の各々は、チャンネルで評価された流体供給空洞の冷却流断面領域よりも広い出口断面領域を有する、第１の態様〜第７の態様の冷却装置を提供する。

第９の態様では、開示は、前記チャンネルが、少なくとも１つのプレナムから出口チャンネル部分へ流れる流体の方向に末広がりになるようにテーパが付けられ（ｔａｐｅｒｅｄ ｏｐｅｎ）、チャンネルの幅は冷却流の流体流の方向において増加する、第１の態様〜第８の態様の冷却装置を提供する。

第１０の態様では、開示は、前記チャンネルが、約０度から約１０度までテーパが付けられる、第９の態様の冷却装置を提供する。

第１１の態様では、開示は、前記流体供給空洞のそれぞれに導入された冷却流が、かなりの部分においてチャンネルを越えかつ対応する出口チャンネル部分を通って流出する、第８の態様の冷却装置を提供する。

第１２の態様では、開示は、前記流体供給空洞のうちの１つに導入された冷却流の一部分がチャンネルに流入し、かつ流体供給空洞に対向していない出口チャンネル部分を通って流出する、第８の態様の冷却装置を提供する。

第１３の態様では、開示は、前記第１の方向において流体供給空洞に導入された冷却流が、第２の方向において流体供給空洞に導入された冷却流に等しい大きさの力を光ファイバに加える、第１の態様〜第１２の態様の冷却装置を提供する。

第１４の態様では、開示は、前記第１の方向において流体供給空洞に導入された冷却が、第２の方向において流体供給空洞に導入された冷却流と同等ではない大きさの力を光ファイバに加える、第１の態様〜第１２の態様の冷却装置を提供する。

第１５の態様では、開示は、前記冷却装置が、さらに、流体供給空洞のうちの少なくとも１つと流体連通する複数の出口チャンネル部分を含み、出口チャンネル部分は、チャンネルで評価された流体供給空洞の冷却流断面領域よりも広い出口断面領域を有し、流体供給空洞からチャンネルを横切って、および出口チャンネル部分の方へ流れる冷却流の制限を軽減するようにする、第２の態様の方法を提供する。

第１６の態様では、開示は、前記チャンネルが、チャンネルを横切って流れる流体の方向に末広がりになるようにテーパが付けられ、チャンネルを横切る流体圧力は、流体供給空洞からの距離が長くなるにつれ、低下する、第２の態様および第１５の態様の方法を提供する。

第１６の態様では、開示は、前記第１の方向において流体供給空洞に導入された冷却流が、第２の方向において流体供給空洞に導入された冷却流に等しい大きさの力を光ファイバに加え、光ファイバの移動方向を横切る方向において光ファイバに加えられた力は、釣り合わされる、第２の態様および第１５の態様〜第１６の態様の方法を提供する。

第１７の態様では、開示は、前記少なくとも１つのプレナムが、複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムと、冷却流供給部および複数のプレナムと流体連通する複数の調整器とを含み、複数のプレナムの各々に導入された冷却流は、光ファイバの移動方向を横切る方向において、光ファイバに加えられる力およびモーメント荷重を釣り合わせるように調整される、第２の態様および第１５の態様〜第１６の態様の方法を提供する。

第１８の態様では、開示は、さらに、前記複数のプレナムの各々に導入された冷却流の圧力を調整して、光ファイバとチャンネルとの間の間隔を維持する、第１７の態様の方法を提供する。

第１９の態様では、開示は、さらに、前記冷却装置の流体供給空洞を通る冷却流の流量を修正して、冷却装置を通過する光ファイバの温度を制御する工程を含む、第２の態様および第１５の態様〜第１８の態様の方法を提供する。

当業者には、特許請求する主題の趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書で説明する実施形態に様々な修正および変形をなし得ることが明らかである。それゆえ、本明書は、本明細書で説明する様々な実施形態の修正例および変形例が添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあることを条件として、そのような修正例および変形例を網羅するものとする。

Claims (8)

1. 生産プロセスにおいて光ファイバを冷却するための冷却装置において、前記冷却装置は：
   互いに対向して配置される２つの側壁アセンブリであって、前記側壁アセンブリの各々は互いに離間している第１の側壁と第２の側壁と、前記２つの側壁アセンブリの対向する面上に配されたシムとを有し、前記２つの側壁アセンブリは前記シムによって互いに離間している、２つの側壁アセンブリ；
   前記２つの側壁アセンブリによって画成されたチャンネル；および
   前記シムによって画成され、前記側壁アセンブリ内に位置決めされた複数の内部空洞であって、該内部空洞は、前記第１の側壁内に形成された第１プレナムおよび該第１プレナムと流体連通する第１の複数の流体供給空洞と、前記第２の側壁内に形成された第２プレナムおよび該第２プレナムと流体連通する第２の複数の流体供給空洞とを含み、冷却流が、第１の方向において前記第１プレナムから前記第１の複数の流体供給空洞を経て前記チャンネルへ、および前記第１の方向とは反対の第２の方向において前記第２プレナムから前記第２の複数の流体供給空洞を経て前記チャンネルへ供給される、内部空洞、
   を含むことを特徴とする、冷却装置。
2. 前記第２の複数の流体供給空洞と前記第１の複数の流体供給空洞とは、前記チャンネルに沿って配置されるとともに、前記第１の複数の流体供給空洞間において、間隔をあけて、前記第２の複数の流体供給空洞の各々が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
3. （ｉ）前記第１プレナムが、前記第１の複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムを含み、且つ、前記第２プレナムが、前記第２の複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムを含み；または
   （ｉｉ）前記側壁アセンブリが、前記第１と第２の複数の流体供給空洞と流体連通する複数の出口チャンネル部分を含み、前記複数の出口チャンネル部分のそれぞれが、前記第１と第２の複数の流体供給空洞のそれぞれからの前記チャンネルに対向して位置決めされ、および前記出口チャンネル部分のそれぞれが、前記チャンネルで評価された前記第１と第２の複数の流体供給空洞の冷却流断面領域よりも広い出口断面領域を有する、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 光ファイバの冷却方法において、
   生産ラインに沿って下流方向におよび冷却装置を通して前記光ファイバを引く工程；および
   前記冷却装置内の前記光ファイバの周りに冷却流を注入する工程とを含み、
   前記冷却装置は、
   互いに対向して配置される２つの側壁アセンブリであって、前記側壁アセンブリの各々は互いに離間している第１の側壁と第２の側壁と、前記２つの側壁アセンブリの対向する面上に配されたシムとを有し、前記２つの側壁アセンブリは前記シムによって互いに離間している、２つの側壁アセンブリと、
   前記２つの側壁アセンブリによって画成されたチャンネルと、
   前記シムによって画成され、前記側壁アセンブリ内に位置決めされた複数の内部空洞であって、該内部空洞は、前記第１の側壁内に形成された第１プレナムおよび該第１プレナムと流体連通する第１の複数の流体供給空洞と、前記第２の側壁内に形成された第２プレナムおよび該第２プレナムと流体連通する第２の複数の流体供給空洞とを含み、
   前記冷却流を注入する工程において、前記冷却流は、前記光ファイバの移動方向を横切る第１の方向において、前記第１のプレナムから第１の複数の流体供給空洞を経て前記チャンネルへ供給され、および前記冷却流は、前記光ファイバの前記移動方向を横切りかつ前記第１の方向とは反対の第２の方向において、前記第２のプレナムから第２の複数の流体供給空洞を経て前記チャンネルへ供給されることを特徴とする、光ファイバの冷却方法。
5. 前記冷却装置が、さらに、前記第１および第２の複数の流体供給空洞と流体連通する複数の出口チャンネル部分を含み、前記出口チャンネル部分は、前記チャンネルで評価された前記第１および第２の複数の流体供給空洞の冷却流断面領域よりも広い出口断面領域を有し、前記第１および第２の複数の流体供給空洞から、前記チャンネルを横切って、および前記出口チャンネル部分の方へ流れる冷却流の制限を軽減させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記チャンネルが、前記チャンネルを横切って流れる流体の方向に末広がりになるようにテーパが付けられ、前記チャンネルを横切る流体圧力は、前記第１および第２の複数の流体供給空洞からの距離が長くなると、低下することを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記第１の方向において前記第１の複数の流体供給空洞に導入された前記冷却流と、前記第２の方向において前記第２の複数の流体供給空洞に導入された前記冷却流とが、互いに等しい大きさの力を前記光ファイバに加え、前記光ファイバの前記移動方向を横切る方向において前記光ファイバに加えられた力は、釣り合わされることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. （ｉ）前記第１のプレナムが、前記第１の複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムと、冷却流供給部および前記複数のプレナムと流体連通する複数の調整器とを含み、前記第２のプレナムが、前記第２の複数の流体供給空洞の１つにそれぞれ供給する複数のプレナムと、冷却流供給部および前記複数のプレナムと流体連通する複数の調整器とを含み、前記複数のプレナムのそれぞれに導入された冷却流は、前記光ファイバの前記移動方向を横切る方向において前記光ファイバに加えられる力およびモーメント荷重を釣り合わせるように調整され；および／または（ｉｉ）前記冷却装置の前記第１および第２の複数の流体供給空洞を通る前記冷却流の流量が、前記冷却装置を通過する前記光ファイバの温度を制御するように修正されることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。

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