JP7159974B2 - 光ファイバの製造方法、および光ファイバの製造装置 - Google Patents

Description

本開示は、光ファイバの製造方法、および光ファイバの製造装置に関する。

光ファイバの製造方法は、線引炉において、光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融し、光ファイバ用ガラス母材を線状のガラスファイバに引き伸ばす工程を有する。この工程は、「線引き」とも呼ばれる。線引き直後のガラスファイバは、高温であるので、そのままでは保護用の樹脂を塗布することができない。そのため、線引き直後のガラスファイバは、樹脂を塗布する前に、冷却装置によって冷却される（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の冷却装置は、冷媒で冷却される冷却筒と、当該冷却筒を内部に収容するケーシングとを有する。ガラスファイバは、冷却筒を鉛直方向に貫通するファイバ通路を通過することにより、冷却される。ケーシングと冷却筒の間の空間は、冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥雰囲気に保持されるので、ガラスファイバに対して水蒸気の凝結による微小な水滴の付着を未然に防止できる（例えば特許文献１の段落［００１４］参照）。

特開平８－２５９２５４号公報

ところで、通常の線引き装置では、ガラスファイバは、線引炉と冷却装置との間において、外気に曝される。外気に曝さず、線引炉から冷却装置までガラスファイバの通路を外気から遮断すると、線引炉から冷却装置に熱風が流れ込むことになり、冷却装置でのガラスファイバを冷却する能力が著しく低下する。

一方で、外気に曝されると、ガラスファイバが冷却装置のケーシングの内部に引き込まれるとき、ガラスファイバと共に外気がケーシングの内部に引きずり込まれることになる。ガラスファイバの走行速度が速いほど、外気がケーシングの内部に引きずり込まれやすい。

外気は、水蒸気を含む空気であり、外気の露点は、冷却筒の温度よりも高い。従来、ケーシング内の露点を測定する位置が適切ではなく、露点の測定値から想定される量を上回る量の水蒸気がファイバ通路に引きずり込まれることにより、ファイバ通路において霜または結露が発生することがあった。

本開示の一態様は、冷却筒のファイバ通路における霜または水滴の発生を抑制できる、技術を提供する。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有する。前記工程は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することを含む。前記工程は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することを含む。前記工程は、前記冷却筒の温度が前記露点計で測定される前記露点よりも高くなるように、前記冷却筒の冷媒温度を制御することを含む。

本開示の一態様によれば、冷却筒のファイバ通路における霜または水滴の発生を抑制できる。

図１は、一実施形態に係る光ファイバの製造装置を示す図である。 図２は、一実施形態に係る冷却筒およびケーシングを示す断面図である。 図３は、一実施形態に係る冷却筒およびケーシングを示す断面図であって、図２のIII－III線に沿った断面図である。 図４は、一実施形態に係る制御装置の構成要素を機能ブロックで示す図である。 図５は、一実施形態に係る光ファイバの製造方法を示すフローチャートである。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

〔１〕本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有する。前記工程は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することを含む。前記工程は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することを含む。前記工程は、前記冷却筒の温度が前記露点計で測定される前記露点よりも高くなるように、前記冷却筒の冷媒温度を制御することを含む。

本願発明者は、ガラスファイバの断線する原因を検討し、従来、ケーシング内の露点を測定する位置が適切ではなく、露点の測定値から想定される量を上回る量の水蒸気がファイバ通路に引き込まれることが原因であることをつきとめた。

従来、ケーシング内の露点を測定する地点（図１に白丸で示す地点１０１Ｐ）は、冷却筒の横であって、ガラスファイバから遠く離れていた。それゆえ、従来、露点の測定値から想定される量を上回る量の水蒸気がファイバ通路２２に引きずり込まれることがあった。外気がガラスファイバに引きずられる現象は、ガラスファイバの近傍で生じるからである。

上記〔１〕の製造方法によれば、ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定するので、ファイバ通路にガラスファイバと共に引きずり込まれるガスの露点を測定できる。加えて、冷却筒の温度が露点計で測定される露点よりも高くなるように冷却筒の冷媒温度を制御するので、ファイバ通路における霜または結露の発生を抑制できる。

〔２〕本開示の他の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有する。前記工程は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することを含む。前記工程は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することを含む。前記工程は、前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記ケーシングの内部に導入する前記乾燥ガスの流量を制御することを含む。

上記〔２〕の製造方法によれば、ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定するので、ファイバ通路にガラスファイバと共に引きずり込まれるガスの露点を測定できる。加えて、露点計で測定される露点が冷却筒の温度よりも低くなるように、乾燥ガスの流量を制御するので、ファイバ通路における霜または結露の発生をより抑制できる。

〔３〕本開示のさらに他の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有する。前記工程は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することを含む。前記工程は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することを含む。前記工程は、前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記ケーシングの内部に導入する前記乾燥ガスの前記露点を制御することを含む。

上記〔３〕の製造方法によれば、ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定するので、ファイバ通路にガラスファイバと共に引きずり込まれるガスの露点を測定できる。加えて、露点計で測定される露点が冷却筒の温度よりも低くなるように、乾燥ガスの露点を制御するので、ファイバ通路における霜または結露の発生をより抑制できる。

〔４〕本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置は、線引炉と、冷却装置と、冷媒供給装置と、乾燥ガス供給装置と、露点計と、制御装置と、塗布装置と、を備える。前記線引炉は、光ファイバ用のガラス母材から線状のガラスファイバを引き伸ばすべく、前記ガラス母材を加熱溶融する。前記冷却装置は、冷媒で冷却される冷却筒と、前記冷却筒を貫通して形成され、前記ガラスファイバが通過するファイバ通路と、前記冷却筒を収容するケーシングとを有する。前記冷媒供給装置は、前記冷媒の温度を調整する温調器と、前記温調器から前記冷却筒に向けて前記冷媒を送るポンプとを有する。前記乾燥ガス供給装置は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入する。前記露点計は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を測定する。前記制御装置は、前記冷却筒の温度が前記露点計で測定される前記露点よりも高くなるように、前記温調器を制御する。前記塗布装置は、前記冷却装置によって冷却された前記ガラスファイバに樹脂を塗布する。

上記〔４〕の製造装置によれば、上記〔１〕の製造方法と同様の効果が得られる。

〔５〕本開示の他の一態様に係る光ファイバの製造装置は、線引炉と、冷却装置と、冷媒供給装置と、乾燥ガス供給装置と、露点計と、制御装置と、塗布装置と、を備える。前記線引炉は、光ファイバ用のガラス母材から線状のガラスファイバを引き伸ばすべく、前記ガラス母材を加熱溶融する。前記冷却装置は、冷媒で冷却される冷却筒と、前記冷却筒を貫通して形成され、前記ガラスファイバが通過するファイバ通路と、前記冷却筒を収容するケーシングとを有する。前記冷媒供給装置は、前記冷媒の温度を調整する温調器と、前記温調器から前記冷却筒に向けて前記冷媒を送るポンプとを有する。前記乾燥ガス供給装置は、前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入する。前記露点計は、前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を測定する。前記制御装置は、前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記乾燥ガス供給装置を制御する。前記塗布装置は、前記冷却装置によって冷却された前記ガラスファイバに樹脂を塗布する。

上記〔５〕の製造装置によれば、上記〔２〕の製造方法および上記〔３〕の製造方法のうちの少なくとも１つと同様の効果が得られる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について詳細に説明する。以下の説明では、同一のまたは対応する要素には同一の符号を付し、説明を省略することがある。

〔光ファイバの製造装置〕
図１は、一実施形態に係る光ファイバの製造装置を示す図である。光ファイバの製造装置１は、例えば、線引炉１０と、冷却装置２０と、冷媒供給装置３０と、乾燥ガス供給装置４０と、外径測定器５０と、樹脂塗布装置６０と、樹脂硬化装置６５と、巻取装置７０と、入口露点計８１と、出口露点計８２と、制御装置９０とを備える。なお、光ファイバの製造装置１は、後述するように、入口露点計８１と出口露点計８２のうちの少なくとも１つを備えればよい。

線引炉１０は、光ファイバ用のガラス母材２から線状のガラスファイバ３を引き伸ばすべく、ガラス母材２を加熱溶融する。ガラス母材２は、予め棒状に形成され、径方向に屈折率分布を有する。ガラス母材２の長手方向が鉛直方向になるように、ガラス母材２が吊り下げられる。

ガラスファイバ３は、ガラス母材２の下端部から線状に引き伸ばされ、垂れ下がる。ガラスファイバ３は、ガラス母材２と同様に、径方向に屈折率分布を有する。ガラスファイバ３は、コアと、コアの外周を覆うクラッドとを有する。コアの屈折率は、クラッドの屈折率よりも大きい。

線引炉１０は、ガラス母材２を加熱溶融する加熱源１１と、加熱源１１を収容する炉筐体１２とを有する。加熱源１１は、例えば電気ヒータである。なお、加熱源１１は、コイルと導体とで構成されてもよい。高周波電源がコイルに電流を印加すると、コイルが導体の周囲に磁場を形成し、磁場の変化によって渦電流が導体に流れ、導体が発熱する。

炉筐体１２は、炉筐体１２の上端部に入口を有する。ガラス母材は、炉筐体１２の入口から炉筐体１２の内部に挿入される。また、炉筐体１２は、炉筐体１２の下端部に出口を有する。ガラスファイバ３は、炉筐体１２の出口から炉筐体１２の外部に引き出される。炉筐体１２の内部には、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスが導入される。

線引き直後のガラスファイバ３は、高温であるので、そのままでは保護用の樹脂を塗布することができない。そのため、線引き直後のガラスファイバ３は、樹脂を塗布する前に、冷却装置２０によって冷却される。冷却装置２０は、線引炉１０の鉛直方向下方に配置される。

冷却装置２０は、冷媒で冷却される冷却筒２１と、冷却筒２１を貫通して形成されるファイバ通路２２とを有する。ファイバ通路２２は、冷却筒２１を鉛直方向に貫通して形成される。ファイバ通路２２の入口２２ａは、冷却筒２１の上面に形成される。ファイバ通路２２の出口２２ｂは、冷却筒２１の下面に形成される。ファイバ通路２２は、ガラスファイバ３が通過する通路である。ガラスファイバ３は、ファイバ通路２２の入口２２ａから、ファイバ通路２２の出口２２ｂに向けて走行する。

冷却筒２１は、鉛直方向に一列に複数配置される。複数の短尺の冷却筒２１に分けて配置することで、設備コストを低減できる。長尺の部材を一体に製造するよりも、短尺の部材を別々に製造して接続した方が、コストを低減できるからである。また、冷却筒２１毎に冷却筒２１の温度を変えることも可能である。冷却筒２１の温度は、冷媒の温度と同程度になる。

冷却装置２０は、冷却筒２１を収容するケーシング２３を有する。ケーシング２３と冷却筒２１との間に乾燥空間２４が形成される。乾燥空間２４は、ケーシング２３の内部であって且つ冷却筒２１の外部に形成される。乾燥空間２４には、冷却筒２１の温度よりも低い露点の乾燥ガスが導入される。

露点とは、水蒸気を含むガスを冷却したときに、水蒸気から水への凝縮が始まる温度のことである。露点が０℃以下である場合、水蒸気を含むガスを露点まで冷却すると、水蒸気から水への凝縮と、水から氷への凝固とが始まる。

本実施形態において、露点は、乾燥空間２４の気圧Ｐ１と同じ気圧下で測定するものとする。本開示は、乾燥空間２４における霜または結露の発生を抑制するものだからである。乾燥空間２４の気圧Ｐ１は、後述するように外部空間６の気圧Ｐ０よりも高い。

外部空間６とは、ケーシング２３の外部に形成される空間のことである。外部空間６は、通常、空気で占められる。外部空間６の気圧Ｐ０は、大気圧である。

なお、乾燥空間２４の気圧Ｐ１と外部空間６の気圧Ｐ０との差圧ΔＰ１（ΔＰ１＝Ｐ１－Ｐ０）は、通常、外部空間６の気圧Ｐ０の１％以下である。従って、露点は、外部空間６の気圧Ｐ０、つまり、大気圧下で測定してもよい。差圧ΔＰ１が大気圧の１％以下であれば、差圧ΔＰ１による露点の差は無視できる程度に小さいからである。

ところで、冷却筒２１は、上述の如く、鉛直方向に一列に複数配置される。複数の冷却筒２１は、異なる温度に制御されることがある。例えば、下側に配置される冷却筒２１の温度は、上側に配置される冷却筒２１の温度よりも低く制御されることがある。複数の冷却筒２１が異なる温度に制御される場合、冷却筒２１の最低温度よりも低い露点の乾燥ガスが、乾燥空間２４に導入される。

ケーシング２３は、冷却筒２１の周囲に乾燥ガスを保持する。乾燥ガスとして、本実施形態では後述するように乾燥空気を用いるが、窒素ガスなどを用いてもよい。乾燥ガスの露点が冷却筒２１の温度よりも低いので、乾燥ガスが冷却されても、霜または結露が冷却筒２１に付くのを抑制でき、霜または結露によってガラスファイバ３が断線するのを抑制できる。なお、霜が生じるのは、冷却筒２１の温度が０℃以下の場合である。結露が生じるのは、冷却筒２１の温度が０℃を超える場合である。

上記したように、乾燥空間２４の気圧Ｐ１は、外部空間６の気圧Ｐ０よりも僅かに高い。その差圧ΔＰ１によって、外部空間６から乾燥空間２４に外気が流れ込むのを制限できる。外部空間６から乾燥空間２４への外気の流入を抑制することで、外部空間６から乾燥空間２４への水蒸気の流入を抑制でき、冷却筒２１に霜または結露が付くのを抑制できる。

ケーシング２３は、ケーシング２３の上端部に入口２３ａを有する。ガラスファイバ３は、ケーシング２３の入口２３ａからケーシング２３の内部に引き込まれる。また、ケーシング２３は、ケーシング２３の下端部に出口２３ｂを有する。ガラスファイバ３は、ケーシング２３の出口２３ｂからケーシング２３の外部に引き出される。

ガラスファイバ３は、ケーシング２３の入口２３ａからケーシング２３の出口２３ｂに向けて走行し、その途中でファイバ通路２２を通過する。ガラスファイバ３の温度は、ケーシング２３の入口２３ａにおいて、例えば１２００℃程度である。また、ガラスファイバ３の温度は、ケーシング２３の出口２３ｂにおいて、例えば５０℃程度である。

ガラスファイバ３は、ケーシング２３の入口２３ａからケーシング２３の出口２３ｂに至るまでの間に、１０００°以上冷却される。少なくとも一部の冷却筒２１は、ガラスファイバ３を急速に冷却すべく、０℃よりも低温の冷媒によって冷却される。

図２は、一実施形態に係る冷却筒およびケーシングを示す断面図である。図３は、一実施形態に係る冷却筒およびケーシングを示す断面図であって、図２のIII－III線に沿った断面図である。

冷却装置２０は、冷却筒２１に形成される冷媒流路２５を有する。冷媒流路２５の一部は、ファイバ通路２２に沿って形成される。冷媒流路２５は、例えば図３に示すように、ファイバ通路２２の周りに４本配置される。なお、冷媒流路２５の本数は特に限定されない。

冷却装置２０は、冷却筒２１に形成される伝熱ガス導入路２６を有する。伝熱ガス導入路２６は、伝熱ガスをファイバ通路２２に導入する。伝熱ガスは、高温のガラスファイバ３から低温の冷却筒２１に熱を伝えることにより、ガラスファイバ３の冷却を促進する。伝熱ガスとしては、例えばＨｅガスが用いられる。

伝熱ガスの露点は、冷却筒２１の温度よりも低い。例えば、伝熱ガスは、液体窒素によって冷却されたガス管を通った後、伝熱ガス導入路２６を介してファイバ通路２２に導入してもよい。この場合、伝熱ガスの露点は、液体窒素の沸点（－１９６℃）と同程度になる。

伝熱ガス導入路２６は、水平に配置される。伝熱ガス導入路２６は、例えば図３に示すようにファイバ通路２２を挟んで一対配置される。なお、伝熱ガス導入路２６は、鉛直方向視で、ファイバ通路２２の周りに放射状に配置されてもよい。

伝熱ガスは、ファイバ通路２２の鉛直方向中央部から、ファイバ通路２２に導入される。その後、伝熱ガスの流れは、ファイバ通路２２の鉛直方向中央部において、鉛直方向上方に向う流れと、鉛直方向下方に向う流れとに分岐する。

伝熱ガスは、ファイバ通路２２の入口２２ａとファイバ通路２２の出口２２ｂとの両方を通り、ケーシング２３と冷却筒２１との間の乾燥空間２４に排出され、その後、ケーシング２３の外部に排出される。なお、伝熱ガスは、回収して再利用しても良い。ファイバ通路２２の気圧は、乾燥空間２４の気圧と同程度か、乾燥空間２４の気圧よりも僅かに高い。

冷却装置２０は、冷却筒２１およびケーシング２３の他に、断熱材２７を有する。断熱材２７は、ケーシング２３の内部に導入された乾燥ガスから冷却筒２１への熱移動を制限することで、冷却筒２１の冷却効率を高める。断熱材２７は、冷却筒２１の表面のうち、ファイバ通路２２に面する部分以外の部分を覆う。断熱材２７は、ガラスファイバ３と干渉しないように配置される。

冷媒供給装置３０は、図１に示すように、冷媒の温度を調整する温調器３１と、温調器３１から冷却筒２１に向けて冷媒を送るポンプ３２とを有する。冷媒としては、例えば、少なくとも－７０℃以上室温（例えば２０℃）以下の温度範囲で液相であるものが用いられる。冷媒の具体例としては、パーフルオロポリエーテルが挙げられる。

冷媒は、温調器３１によって設定温度まで冷却された後、ポンプ３２によって冷却筒２１に向けて送られる。冷媒は、高温のガラスファイバ３から低温の冷却筒２１に伝わる熱を吸収した後、冷媒供給装置３０に還流される。その後、冷媒は、再び温調器３１によって設定温度まで冷却された後、ポンプ３２によって冷却筒２１に向けて送られる。

乾燥ガス供給装置４０は、ケーシング２３と冷却筒２１の間の乾燥空間２４に、冷却筒２１の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入する。乾燥ガスの導入口４１は、乾燥空間２４に面し、例えばケーシング２３の入口２３ａ付近に配置される。乾燥ガスを導入することで、外気がケーシング２３の内部に引きずり込まれるのを制限できる。

乾燥ガス供給装置４０は、乾燥ガスの原料となるガスに含まれる水蒸気を低減することにより乾燥ガスを生成する乾燥機４２と、乾燥機４２からケーシング２３の内部に乾燥ガスを送るポンプ４３とを有する。乾燥ガスの原料ガスとしては、例えば空気が用いられ、この場合、乾燥ガスとして、乾燥空気が生成される。水蒸気の含有量の低減は、例えば水蒸気の吸着により行われる。

乾燥ガス供給装置４０は、乾燥機４２によって生成した乾燥ガスの露点を測定する露点計４５を有する。露点計４５は、乾燥機４２に設置される。乾燥ガスは、乾燥機４２において予め設定された露点まで乾燥された後、ポンプ４３によって乾燥機４２からケーシング２３の内部に送られる。

乾燥ガス供給装置４０は、ケーシング２３の内部に導入される乾燥ガスの流量を調整する流量調整弁４６を有する。乾燥ガスは、ケーシング２３の内部に導入された後、ケーシング２３の入口２３ａおよびケーシング２３の出口２３ｂを通り、ケーシング２３の外部に排出される。

外径測定器５０は、冷却装置２０によって冷却されたガラスファイバ３の外径を測定する。ガラスファイバ３の外径とは、クラッドの外径のことである。外径測定器５０は、例えば、ガラスファイバ３に光束を照射し、ガラスファイバ３を通過した後の光束を撮像することにより、ガラスファイバ３の外径を測定する。外径測定器５０の測定値が設定値（例えば１２５μｍ）になるように、ガラスファイバ３の走行速度が制御される。

樹脂塗布装置６０は、ガラスファイバ３に樹脂を塗布する。樹脂塗布装置６０は、液状の樹脂を貯留・塗布するダイ６１を有する。ガラスファイバ３がダイ６１を通過することにより、ガラスファイバ３の外周面に樹脂が塗布される。樹脂としては、例えば、紫外線によって硬化する紫外線硬化樹脂が用いられる。

樹脂硬化装置６５は、ガラスファイバ３の外周面に塗布された樹脂を硬化させる。樹脂硬化装置６５は、例えば紫外線硬化樹脂を硬化させる場合は、紫外線を照射する紫外線ランプ６６を有する。ガラスファイバ３が紫外線ランプ６６の横を通過することにより、ガラスファイバ３の外周面に塗布された樹脂が硬化される。

なお、樹脂としては、紫外線硬化樹脂の代わりに、熱硬化樹脂が用いられてもよい。また、複数種類の樹脂がガラスファイバ３の外周面に重ね塗りされてもよい。つまり、複数種類の樹脂層がガラスファイバ３の外周面に積層されてもよい。

巻取装置７０は、ガラスファイバ３が巻き取られる巻取ボビン４を着脱自在に保持する巻取ボビンホルダ７１と、巻取ボビンホルダ７１を回転させる巻取モータ７２とを有する。ガラスファイバ３は、樹脂硬化装置６５を通過した後、ガイドローラ７５によって方向転換され、最終的に巻取ボビン４に巻き取られる。なお、ガラスファイバ３は、ガラス母材２から線引きされた後、ガイドローラ７５によって方向転換されるまで、鉛直方向下方に走行する。

ところで、ガラスファイバ３は、線引炉１０と冷却装置２０との間において、外気に曝される。外気に曝さず、線引炉１０から冷却装置２０までガラスファイバ３の通路を外気から遮断すると、線引炉１０から冷却装置２０に熱風が流れ込むことになり、冷却装置２０でガラスファイバ３を冷却する能力が著しく低下する。

ガラスファイバ３が冷却装置２０のケーシング２３の内部に引き込まれるとき、ガラスファイバ３と共に外気がケーシング２３の内部に引きずり込まれることがある。ガラスファイバ３の走行速度が速いほど、外気がケーシング２３の内部に引きずり込まれやすい。

特に、ガラスファイバ３の走行速度が１０００ｍ／分以上であると、外気がケーシング２３の内部に引きずり込まれやすい。なお、ガラスファイバ３の走行速度は、例えば６００ｍ／分～２５００ｍ／分である。

外気は、水蒸気を含む空気であり、外気の露点は、冷却筒２１の温度よりも高い。このため、冷却筒２１のファイバ通路２２にガラスファイバ３と共に外気が引きずり込まれると、水蒸気がファイバ通路２２に引きずり込まれる。

本願発明者は、ガラスファイバ３の断線する原因を検討し、従来、ケーシング２３内の露点を測定する位置が適切ではなく、露点の測定値から想定される量を上回る量の水蒸気がファイバ通路２２に引き込まれることが原因であることをつきとめた。

従来、ケーシング２３内の露点を測定する地点（図１に白丸で示す地点１０１Ｐ）は、冷却筒２１の横であって、ガラスファイバ３から遠く離れていた。それゆえ、従来、露点の測定値から想定される量を上回る量の水蒸気がファイバ通路２２に引きずり込まれることがあった。外気がガラスファイバ３に引きずられる現象は、ガラスファイバ３の近傍で生じるからである。

本実施形態によれば、ファイバ通路２２の入口２２ａおよび出口２２ｂの露点を露点計８１、８２で測定する。なお、後述するように、入口２２ａと出口２２ｂのうちの少なくとも１つの露点を測定すればよい。いずれにしろ、ファイバ通路２２にガラスファイバ３と共に引きずり込まれるガスの露点を測定できる。加えて、冷却筒２１の温度が露点計で測定される露点よりも高くなるように冷却筒２１の冷媒温度を制御するので、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

露点計８１は、ファイバ通路２２の入口２２ａの露点を測定する。以下、入口２２ａの露点を測定する露点計８１を、入口露点計８１とも呼ぶ。入口露点計８１の測定地点８１Ｐは、ガラスファイバ３と干渉しないように、且つ、ガラスファイバ３が引きずるガスの露点を測定できるように、ファイバ通路２２の入口２２ａの近傍に配置される。

入口露点計８１の測定地点８１Ｐは、ケーシング２３の入口２３ａの下方に配置され、且つ、ケーシング２３の入口２３ａに最も近い冷却筒２１の上方に配置される。入口露点計８１の測定地点８１Ｐと、最も上側の冷却筒２１との鉛直方向距離Ｈ１は、例えば１ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。また、入口露点計８１の測定地点８１Ｐと、ガラスファイバ３の中心線との水平方向距離Ｌ１は、例えば１ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。

露点計８２は、ファイバ通路２２の出口２２ｂの露点を測定する。以下、出口２２ｂの露点を測定する露点計８２を、出口露点計８２とも呼ぶ。出口露点計８２の測定地点８２Ｐは、ガラスファイバ３と干渉しないように、且つ、ガラスファイバ３が引きずるガスの露点を測定できるように、ファイバ通路２２の出口２２ｂの近傍に配置される。

出口露点計８２の測定地点８２Ｐは、ケーシング２３の出口２３ｂの上方に配置され、且つ、ケーシング２３の出口２３ｂに最も近い冷却筒２１の下方に配置される。出口露点計８２の測定地点８２Ｐと、最も下側の冷却筒２１との鉛直方向距離Ｈ２は、例えば１ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。また、出口露点計８２の測定地点８２Ｐと、ガラスファイバ３の中心線との水平方向距離Ｌ２は、例えば１ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。

光ファイバの製造装置１は、本実施形態では入口露点計８１と出口露点計８２の両方を備えていてもよいが、入口露点計８１と出口露点計８２のうちの、少なくとも１つを備えればよい。いずれにしろ、各々の露点計で測定された露点よりも冷却筒２１の温度が高くなるように冷却筒２１の冷媒温度を制御することにより、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

制御装置９０は、例えばコンピュータで構成され、図１に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２と、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを有する。制御装置９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、製造装置１の動作を制御する。また、制御装置９０は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。

図４は、一実施形態に係る制御装置の構成要素を機能ブロックで示す図である。図４に図示される各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部または一部を、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵにて実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。

図４に示すように、制御装置９０は、例えば、冷媒温度制御部９５と、乾燥ガス流量制御部９６と、乾燥ガス露点制御部９７とを有する。冷媒温度制御部９５は、冷媒の温度が設定値になるように温調器３１の動作を制御する。乾燥ガス流量制御部９６は、乾燥ガスの流量が設定値になるように流量調整弁４６の動作を制御する。乾燥ガス露点制御部９７は、乾燥ガスの露点が設定値になるように乾燥機４２の動作を制御する。

冷媒温度制御部９５は、入口露点計８１が備えられている場合は、冷却筒２１の温度が入口露点計８１で測定される露点よりも高くなるように、冷却筒２１の冷媒温度を制御する。入口露点計８１で測定される露点と比較する冷却筒２１の温度は、冷却筒２１の最低温度である。冷却筒２１の最低温度と、冷却筒２１の冷媒温度とは、ほぼ等しい。

外気は、ガラスファイバ３と共に、ファイバ通路２２の入口２２ａからファイバ通路２２に引きずり込まれる。ファイバ通路２２の出口２２ｂからファイバ通路２２に外気が引きずり込まれることもあるが、その量は、通常、入口２２ａから引きずり込まれる量に比べ、少ない。ファイバ通路２２には、外気の露点よりも低い露点の伝熱ガスが導入されるため、ファイバ通路２２内に入る外気は伝熱ガスによって希釈される。

ファイバ通路２２の入口２２ａ近傍の雰囲気は、ファイバ通路２２の出口２２ｂ近傍の雰囲気に比べて、伝熱ガスの割合が小さく、外気の割合が大きい。それゆえ、入口２２ａの露点は、通常は出口２２ｂの露点よりも高くなる。したがって、入口２２ａの露点を基準に冷媒の温度を制御する場合、より高温の露点を基準に冷媒の温度を制御するので、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を確実に抑制できる。

また、入口２２ａの露点を基準に冷媒の温度を制御する場合、出口２２ｂの露点を基準に冷媒の温度を制御する場合よりも、ファイバ通路２２に引きずり込まれる実際の外気の量の変動に素早く対応できる。外気は、主に入口２２ａからファイバ通路２２に引きずり込まれるからである。ファイバ通路２２に引きずり込まれる外気の量は、例えばガラスファイバ３の走行速度に応じても、変動する。

冷媒温度制御部９５は、冷却筒２１の温度が出口露点計８２で測定される露点よりも高くなるように、冷却筒２１の冷媒温度を制御してもよい。但し、上記したように、入口２２ａの露点Ｔ１は、通常は出口２２ｂの露点Ｔ２よりも高くなる。この差分α（α＝Ｔ１－Ｔ２）を考慮すると、冷媒温度制御部９５は、冷却筒２１の温度がＴ２＋αよりも高くなるように、冷却筒２１の冷媒温度を制御する必要がある。
なお、ファイバ通路２２の出口２２ｂから外気が引きずり込まれることもあるので、出口２２ｂと入口２２ａの両方の露点を測定し、どちらの露点よりも高くなるように冷却筒２１の冷媒温度を制御すれば、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を、さらに確実に抑制できる。

乾燥ガス流量制御部９６は、入口露点計８１で測定される露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、ケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの流量を制御してもよい。乾燥ガスの流量が多いほど、乾燥ガスによって外気が希釈されやすく、入口２２ａの露点が下がる。冷却筒２１の温度を高くできない場合に、乾燥ガスの流量を増やすことで、入口２２ａの露点を下げることができ、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

乾燥ガス流量制御部９６は、出口露点計８２で測定される露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、ケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの流量を制御してもよい。但し、上記したように、入口２２ａの露点Ｔ１は、通常は出口２２ｂの露点Ｔ２よりも高くなる。この差分α（α＝Ｔ１－Ｔ２）を考慮すると、冷媒温度制御部９５は、Ｔ２＋αが冷却筒２１の温度よりも低くなるように、乾燥ガスの流量を制御する必要がある。

乾燥ガス露点制御部９７は、入口露点計８１で測定される露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、ケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの露点を制御してもよい。乾燥ガスの露点が低いほど、入口２２ａの露点が低くなる。冷却筒２１の温度を高くできない場合に、乾燥ガスの露点を低くすることで、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

乾燥ガス露点制御部９７は、出口露点計８２で測定される露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、ケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの露点を制御してもよい。但し、上記したように、入口２２ａの露点Ｔ１は、通常は出口２２ｂの露点Ｔ２よりも高くなる。この差分α（α＝Ｔ１－Ｔ２）を考慮すると、冷媒温度制御部９５は、Ｔ２＋αが冷却筒２１の温度よりも低くなるように、乾燥ガスの露点を制御する必要がある。

なお、冷媒温度制御部９５、乾燥ガス流量制御部９６、および乾燥ガス露点制御部９７は、任意の組合せで用いられてもよいし、それぞれ単独で用いられてもよい。いずれにしろ、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

〔光ファイバの製造方法〕
図５は、一実施形態に係る光ファイバの製造方法を示すフローチャートである。光ファイバの製造方法は、例えば、加熱溶融工程Ｓ１１と、冷却工程Ｓ１２と、樹脂塗布工程Ｓ１３と、樹脂硬化工程Ｓ１４と、巻取工程Ｓ１５とを有する。これらの工程は、制御装置９０による制御下で、連続して実施される。

加熱溶融工程Ｓ１１では、光ファイバ用のガラス母材２から線状のガラスファイバ３を引き伸ばすべく、ガラス母材２を加熱溶融する。ガラス母材２は、線引炉１０において、線状のガラスファイバ３に引き伸ばされる。

冷却工程Ｓ１２では、線引き直後のガラスファイバ３を、樹脂が塗布される前に、冷却する。線引き直後のガラスファイバ３は、高温であるので、そのままでは保護用の樹脂を塗布することができないからである。これにより、線引き直後のガラスファイバ３は、冷却装置２０において、室温付近の温度まで冷却される。

樹脂塗布工程Ｓ１３では、冷却されたガラスファイバ３に樹脂を塗布する。樹脂としては、例えば、紫外線硬化樹脂が用いられる。液状の樹脂がダイ６１に貯留されており、ガラスファイバ３がダイ６１を通過することにより、ガラスファイバ３の外周面に樹脂が塗布される。

樹脂硬化工程Ｓ１４では、ガラスファイバ３に塗布された樹脂を硬化する。例えば、紫外線硬化樹脂を塗布した場合は、ガラスファイバ３が紫外線ランプ６６の横を通過することにより、ガラスファイバ３の外周面に塗布された樹脂が硬化される。なお、樹脂としては、紫外線硬化樹脂の代わりに、熱可塑性樹脂が用いられてもよい。

巻取工程Ｓ１５では、樹脂層で被覆されたガラスファイバ３を、巻取ボビン４に巻き取る。巻取ボビン４は、巻取ボビンホルダ７１に着脱自在に保持される。巻取モータ７２が巻取ボビンホルダ７１を回転させることにより、ガラスファイバ３が巻取ボビン４に巻き取られる。

ところで、冷却工程Ｓ１２は、ガラスファイバ３を、ケーシング２３内に収容される冷却筒２１のファイバ通路２２に通す工程を有する。この工程を、通過工程とも呼ぶ。通過工程は、制御装置９０による制御下で、複数回実施される。

通過工程は、ケーシング２３と冷却筒２１との間の乾燥空間２４に、冷却筒２１の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することを含む。乾燥ガスの露点が冷却筒２１の温度よりも低いので、乾燥ガスが冷却されても、霜または結露が冷却筒２１に付くのを抑制できる。

通過工程は、ファイバ通路２２の入口２２ａの露点を、入口露点計８１で測定することを含む。また、通過工程は、ファイバ通路２２の出口２２ｂの露点を、出口露点計８２で測定することを含む。

通過工程は、冷却筒２１の温度がファイバ通路２２の入口２２ａの露点よりも高くなるように、入口露点計８１で測定される露点に基づき冷却筒２１の冷媒温度を制御することを含む。また、通過工程は、冷却筒２１の温度がファイバ通路２２の出口２２ｂの露点よりも高くなるように、出口露点計８２で測定される露点に基づき冷却筒２１の冷媒温度を制御することを含む。

通過工程は、ファイバ通路２２の入口２２ａの露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、入口露点計８１で測定される露点に基づきケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの流量を制御することを含む。また、通過工程は、ファイバ通路２２の出口２２ｂの露点が冷却筒２１の温度がよりも低くなるように、出口露点計８２で測定される露点に基づきケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの流量を制御することを含む。

通過工程は、ファイバ通路２２の入口２２ａの露点が冷却筒２１の温度よりも低くなるように、入口露点計８１で測定される露点に基づきケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの露点を制御することを含む。また、通過工程は、ファイバ通路２２の出口２２ｂの露点が冷却筒２１の温度がよりも低くなるように、出口露点計８２で測定される露点に基づきケーシング２３の内部に導入する乾燥ガスの露点を制御することを含む。

なお、通過工程は、冷却筒２１の冷媒温度の制御、乾燥ガスの流量の制御、および乾燥ガスの露点の制御のうちの、少なくとも１つの制御を含めばよい。これらの制御は、任意の組合せで用いられてもよいし、それぞれ単独で用いられてもよい。いずれにしろ、上述の如く、ファイバ通路２２における霜または結露の発生を抑制できる。

以上、本開示の実施形態などについて説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

１ 製造装置
２ ガラス母材
３ ガラスファイバ
１０ 線引炉
２０ 冷却装置
２１ 冷却筒
２２ ファイバ通路
２２ａ 入口
２２ｂ 出口
２３ ケーシング
２４ 乾燥空間
３０ 冷媒供給装置
３１ 温調器
３２ ポンプ
４０ 乾燥ガス供給装置
９０ 制御装置

Claims (5)

1. 光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有し、
   当該工程は、
   前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することと、
   前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することと、
   前記冷却筒の温度が前記露点計で測定される前記露点よりも高くなるように、前記冷却筒の冷媒温度を制御することと、を含む、光ファイバの製造方法。
2. 光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有し、
   当該工程は、
   前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することと、
   前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することと、
   前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記ケーシングの内部に導入する前記乾燥ガスの流量を制御することと、を含む、光ファイバの製造方法。
3. 光ファイバ用のガラス母材から線引きされたガラスファイバを、樹脂が塗布される前に、ケーシング内に収容され、冷媒で冷却された冷却筒を貫通して形成されるファイバ通路に通す工程を有し、
   当該工程は、
   前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入することと、
   前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を露点計で測定することと、
   前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記ケーシングの内部に導入する前記乾燥ガスの前記露点を制御することと、を含む、光ファイバの製造方法。
4. 光ファイバ用のガラス母材から線状のガラスファイバを引き伸ばすべく、前記ガラス母材を加熱溶融する線引炉と、
   冷媒で冷却される冷却筒と、前記冷却筒を貫通して形成され、前記ガラスファイバが通過するファイバ通路と、前記冷却筒を収容するケーシングとを有する冷却装置と、
   前記冷媒の温度を調整する温調器と、前記温調器から前記冷却筒に向けて前記冷媒を送るポンプとを有する冷媒供給装置と、
   前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入する乾燥ガス供給装置と、
   前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を測定する露点計と、
   前記冷却筒の温度が前記露点計で測定される前記露点よりも高くなるように、前記温調器を制御する制御装置と、
   前記冷却装置によって冷却された前記ガラスファイバに樹脂を塗布する塗布装置と、
   を備える、光ファイバの製造装置。
5. 光ファイバ用のガラス母材から線状のガラスファイバを引き伸ばすべく、前記ガラス母材を加熱溶融する線引炉と、
   冷媒で冷却される冷却筒と、前記冷却筒を貫通して形成され、前記ガラスファイバが通過するファイバ通路と、前記冷却筒を収容するケーシングとを有する冷却装置と、
   前記冷媒の温度を調整する温調器と、前記温調器から前記冷却筒に向けて前記冷媒を送るポンプとを有する冷媒供給装置と、
   前記ケーシングと前記冷却筒との間の乾燥空間に、前記冷却筒の温度よりも低い露点の乾燥ガスを導入する乾燥ガス供給装置と、
   前記ファイバ通路の入口および出口のうちの、少なくとも１つの露点を測定する露点計と、
   前記露点計で測定される前記露点が前記冷却筒の温度よりも低くなるように、前記乾燥ガス供給装置を制御する制御装置と、
   前記冷却装置によって冷却された前記ガラスファイバに樹脂を塗布する塗布装置と、
   を備える、光ファイバの製造装置。

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