JPH0365535A - 光ファイバの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、加熱線引きされた光ファイバを冷却気体によ
り効率よく冷却する光ファイバのｌ５却装置に関する。

〈従来の技術〉 透明ガラス化した棒状をなす光フアイバ母材を所定の径
に加熱線引きする場合、一般にはこれに引き続いて光フ
ァイバの外周面に樹脂被覆が施される。

このような従来の線引き装置の概念を表した第９図に示
すように、光フアイバ母材１１を加熱溶融させるための
ヒータ１３が取り巻くように設けられている。さらにこ
れらの図中下方には、加熱溶融状態の光フアイバ母材１
１から線引きされた光フアイバ１４を押通させて樹脂被
覆を施すコーティングダイス１５が配設され且つその直
下には前述した樹脂被覆を硬化させ光フアイバ１４に固
着させる硬化装置１６が設けられている。

従って、炉心管１２内にて光フアイバ母材１１から加ｆ
＃Ａ線引きされた光フアイバ１４は、コーティングダイ
ス１５により樹脂被覆されさらに硬化装置！１６により
前記樹脂被覆を硬化定着されて最終的には、硬化装置２
１６の図中下方に位置するドラム１７に巻き取られろ。

しかるに加熱線引きされた光フアイバ１４がコーティン
グダイス１５に押通される前に十分冷却されていないと
、コーティングダイス１５内に保持された樹脂或いはコ
ーティングダイス１５により光フアイバ１４に被覆され
た樹脂が加熱されその粘度が低下して被覆４！１ｒＪＦ
Ｊ層の厚さを十分なものに保ち得ないという問題がある
。このため例えば特公昭５４−３９４９６号公報、特開
昭６１−７２６４８号公報、特開昭６３−１０００３５
号公報等に詳しく示されているように様々な光フアイバ
１４の冷却装置が考えられていた。

特公昭５４−３９４９６号において示された冷却装置の
概略は、第１０図に表したように、炉心管１２とコーテ
ィングダイス１５との間に加熱線引きされた光フアイバ
１４が押通される冷却管１８を配設し、且つこの冷却ｖ
：１８内に光フアイバ１４の線引き方向に沿って冷却用
気体１９を流すことにより光フアイバ１４を冷却しよう
としたものである。

また特開昭６１−７２６４８号公報において開示された
冷却装置は、第１１図に示したように、加熱線引きされ
ｔコ光ファイバ１４が押通され且つこの光フアイバ１４
の冷却用気体１９が導入されろ内管２０を有している。

該内管２０の外周には、内管２０内の冷却用気体１９を
冷却するための冷却液２１が貫流する外管２４が、内管
２０を囲繞して設けられている。また外管２４の図中下
部には、冷却液２１の入口管２２及び出口管２３が設け
られている。つまり光フアイバ１４は内＃ｒ！１２０内
に充填された冷却用気体１９によって冷却され、さらに
この冷却効率を高めるため冷却用気体１９は伶却液２１
によって冷却されるのである。

また特開昭６３−１０００３５号公報に示された冷却装
置の破断斜視図を第１２図に示すように、放熱体２５内
には、光フアイバ１４が挿通される挿通孔２６が形成さ
れていると共に、この挿通孔２６には、光フアイバ１１
が十分な隙間のない状態で貫通する孔２７を形成しｒコ
ストリップ板２８が複数箇所設けられている。また光フ
アイバ１４近傍の放熱を効率よく放熱体２５に伝達する
ためのビン２９が、挿通孔２６内周面より多数突設され
ている。つまりストリップ板２８によって光ファイバ１
４外周近傍の高温雰囲気を剥離させ且つピン２９によっ
てその剥離した高温雰囲気の熱を効率よく放熱体２５へ
伝達することで光フアイバ１４の冷却を行おうとしたも
のである。

〈発明が解決しようとする課題〉 第９図から第１２図にて示した従来の冷却装置のいずれ
においても、光ファイバの線引き開始時には、溶融して
液滴状となった光フアイバ母材１１の先端部を通す必要
があるため、夫々の冷却装置の上下開口部直径は最小で
も１０恥〜２０ＩＩ＋ｌＩ程度となり比較的大きなもの
である。その上、冷却すべき光ファイバに対する冷却用
気体の流速は、該光ファイバの高速線引き等に対応すべ
く、かなり大きな位を設定せざるを得ず、従って前述し
た冷却装置にはかなり多量の冷却用気体を供給する必要
があった。しかるに、該冷却用気体には熱伝導率の大き
なヘリウムガスが主として用いられており、該ガスは比
較的高価であるため、前述したような理由による大量使
用によって光ファイバの製造コストが大幅に増大してし
まうという［１があった。

く課題を解決するための手段〉 本発明は光ファイバの冷却装置は、加熱線引きされた光
ファイバが押通されると共に冷却用気体が前記光ファイ
バの軸心方向と略平行して流される流路を有し、前記軸
心方向と直交する直交平面内における前記流路の断面積
が、前記流路の内面近傍及び前記光ファイバの外周面近
傍の前記冷却用気体中に形成される温度境界層の前記直
交平面内における総断面積より、前記流路の少なくとも
一部分において小さいことを特徴とするものである。

く作　　　用〉 冷却装置の流路内に加熱線引きされた光ファイバが挿通
され、且つ該流路内に前記光ファイバの軸心方向と略平
行して冷却用気体が流されて、光ファイバが冷却される
。ここで、前記軸心方向と直交する直交平面内における
流路の断面積が、流路の内面近傍及び前記光ファイバの
外周面近傍の冷却用気体中に形成される温度境界層の前
記直交平面内における総断面積より、流路の少なくとも
一部分において小さいために、熱伝導にほとんど関与し
ない気体領域を廃して流路断補積を最小とすることがで
き、冷却効率を損なうことなく冷却用気体を節減できる
。

く実　施　例〉 以下、本発明による光ファイバの冷却装置の一実施例を
図を参照して詳細に説明する。

なお従来の技術と重複する同一部材については同一符号
を付して表すこととし詳細な説明は省略する。

光ファイバの線引き装置の概念図である第１図に示した
ように、光フアイバ１４の冷却装置３１は、炉心［１２
と被覆装置１５との間に配設されている。炉心ｗ１２内
にて加熱溶融された光フアイバ母材より締引きされた光
フアイバ１４は、まずこの冷却装置３１を通って十分に
冷却された上で、光フアイバ１４に樹脂被覆を施す被覆
装置１５を通り、さらには被覆層の硬化装置１６を経て
ドラム１７に巻き取られる。また炉心管１２と冷却装置
３１との間には、線引きされた光フアイバ１４の外径を
測定する外径測定＠３０が配設されている。

前述した冷却装置３１の概略後世断面図が第２図であり
、第２図中のＡ−Ａ矢視断面図が第３図である。これら
の図に示したように、冷却装置３１は、対向して密着す
る一対のケーシング部材３２を有している。これらケー
シング部材３２の夫々の密着面には、第２図中上下方向
に沿って溝部３３が形成されていると共に、夫々の溝部
３３は対向して位置し、加熱線引きされた光フアイバ１
４が押通される冷却流路３４を形成している。

即ち、前記ケーシング部材３２の夫々は蝶番３５を介し
て開閉自在に連結されており、これらケーシング部材３
２を開閉することによって光フアイバ１４を容易に押通
させ得るようになっている。従ってこれらケーシング部
材３２を閉じた場合において、前記冷却流路３４の気密
性を向上させろために、夫々のケーシング部材３２の対
向する密着面にはゴムパツキン３６が設けられている。

またケーシング部材３２を閉状態で固定するため、夫々
のケーシング部材３２には、止め具３７とこれに係合す
るばねフック３８からなる固定手段が設けられている。

ケーシング部材３２の夫々には、冷却流路３４に連通し
て導入流路３９が穿設されている。つまり該導入流路３
９には、図示しない気体供給源から冷却用気体であるヘ
リウムガスが供給され、さらには冷却流路３４へと至っ
て該冷却流路３４内の光フアイバ１４を冷却した後、第
２図中上下の開口部４０より外部へ放出される。

本実施例において導入流路３９は、ケーシング部材３２
の下部に形成されていると共に、冷却流路３４に近づく
につれて上方へと向かうよう傾斜して形成されている。

これは、上方へと浮上する軽いヘリウムガスの流動性を
利用して、第２図中下方へと線引きされる光フアイバ１
４に対する該ヘリウムガスの相対速度を増大させ、以て
光フアイバ１４の冷却効率を高めるためである。しかし
ながら、導入流路３９の冷却流路３４に対する前述した
ような傾斜をあまり大きくした場合、これに大流量のガ
スを流すと、冷却流路３４の下方の開口部４０より外気
を吸引してしまい、返って十分な冷却効率を実現し得な
い虞れがあるので、自ずと好適な傾斜を持たせることが
必要である。

またケーシング部材３２の夫々には、これらケーシング
部材３２を前記冷却流路３４に沿って貫通する冷却孔４
１が形成され、図示しない冷却液循環装置により送出さ
れる冷却液がこれら冷却孔４１を流れて、冷却流路３４
内のヘリウムガスを冷却する。

ところで、既述した冷却流路３４の断面積及び形状は以
下の如く決められる。まず、該冷却流路３４の光フアイ
バ軸心方向と直交する断面積が相当に大きい従来の例で
は、光フアイバ１４近傍及び冷却流ｌ５３４内面近傍の
流動する冷却用気体の温度分布は第４図に示したように
なる。即ち、冷却流路３４内を流れる冷却用気体は、光
フアイバ１４の近傍及び冷却流路３４の内面近傍におい
て速度勾配が極めて大きな領域である境界層ａ、ｃを形
成する。さらにこれらの境界層ａ、Ｃにおいては、速度
勾配のみならず温度勾配も同様に極めて大きくなり、い
わゆる温度境界層を形成する。一方、これら境界層ａと
境界層Ｃとの間には、速度勾配、温度勾配共に小さい主
流領域すが形成されている。温度勾配の小さい該主流領
域すは、その全域に互って略一定の温度状態にあり、こ
のため該主流領域すは、光フアイバ１４からケーシング
部材３２側への熱伝達にはほとんど関与することがない
。

従って本発明においては、第５図に示した如く、前記主
流領域すが形成されぬほどに或いはまた境界ｍａｐ　ｃ
が互いに重なり合うほどに、光フアイバ１４とケーシン
グ部材３２の内面との距離を狭める。この結果、光フア
イバ１４とケーシング部材３２との間の温度勾配が大き
くなって伝熱量が増大し冷却効率が向上すると共に、冷
却用気体（本実施例ではヘリウムガス）の使用量を大幅
に削減することができるのである。また既述したように
光フアイバ１４とケーシング部材３２の内面との距離を
狭めて設定する区間は、冷却流路３４の全長に亙っても
よいしまた該冷却流路３４の一部分であってもよい。

第６図には既述した冷却袋！ｔ３１を用いて行った実験
結果を示した。このグラフは、成る一定線速において、
良好な光フアイバ１４のコーティングを施すために必要
な、最小の冷却用ヘリウムガス流量を表したものである
。

実線■は、冷却流路３４の光フアイバ軸心と直交する断
面の断面積を４９１１Ｉｍ２（７ＩＩｌｌｌ角形状）と
した場合、また実線■は前記断面積を２５ｍ’（５ｍｍ
角形状）とした場合である。このように、光フアイバ１
４とケーシング部材３２の内面との距離を従来のものよ
り大幅に狭め且つその狭める程度をより大きくするに伴
って、前述した如く境界ｉｎ、　　Ｃが重なり合い且つ
伝熱量が増大する結果、使用すべきヘリウムガスがより
削減されろと共に冷却効率をより大きく向上させること
ができるのである。

また冷却装置３１の他の一実施例を表す概略構成断面図
を第７図に、第７図中のＢ−Ｂ矢視断面図を第８図に示
した。これらの図に示したように、加熱線引きされた光
フアイバ１４が挿通される冷却流路３４は、縦割りに２
分割され且つこれらを開閉自在に結合して構成した冷却
管５１の内側に形成されている。

該冷却管５１の下部には、導入管５２が前記冷却流＃１
３４と連通して結合されており、図示しない気体供給源
から該導入管５２を経て冷却用気体のヘリウムガスが、
前記冷却流路３４内へと送り込まれ加熱線引きされた光
フアイバ１４を冷却する。またこの実施例では、既述し
た第１実施例とは異なり、冷却用気体のヘリウムガスを
冷やすために冷却液を用いず、冷却管５１の外周面より
突設された冷却用フィン５３を用いて空冷により冷却を
行うのである。またもちろん、冷却流路３４の光フアイ
バ軸心方向と直交する断面積は、第１実施例と同様に決
定される。

ところで、既述した夫々の実施例において、さらに冷却
効率を高めるため、冷却流路３４の内周に微小な凹凸を
形成してもよい。ただしこの場合、冷却用気体流の乱れ
が光ファイバの線ブレを助長する虞れがあり、従って冷
却用気体の流量を適切なものとする必要がある。またさ
らには、光フアイバ１４からの輻射熱を効率よく吸収す
るため、冷却流路３４の内面を黒色系の色にするなどし
てもよい。

冷却用気体もヘリウムガスのみに限らず他の混合気体等
を用いてもよい。

〈発明の効果〉 本発明の光ファイバの冷却装置によれば、光ファイバが
押通され且つ冷却用気体が流される流路の断面積を、流
路内面近傍及び光フアイバ近傍に形成される温度境界層
の総断面積より小さく設定したことにより、光ファイバ
と流路内面との間の温度勾配が大きくなって冷却効率が
向上すると共に冷却用気体の使用量を大きく削減できる
ので、該光ファイバの生産コストの大幅な低減を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る概略構成図、第２図は
冷却装置の概略構成断面図、第３図＋、１第２図中のＡ
−Ａ矢視断面図、第４図、第５図は温度境界層等の説明
図、第６図は前記冷却装置による実験結果を表すグラフ
、第７図は他の一実施例を表す概略構成断面図、第８図
は第７図中のＢ−８矢視断面図、第９図から第１２図は
夫々従来の冷却装置を表す概略構成図である。 図　　面　　中、 １１は光フアイバ母材、１３はヒータ、１４は光ファイ
バ、１５はコーティングダイス、１７ばドラム、３１は
冷却装置、３２はケーシング部材、３４は冷却流路、３
８はばねフック、３９は導入流路、４１は冷却孔、５１
（よ冷却管、５２は導入管、５３は冷却用フィン、ｎ、
Ｃは境界層、ｂは主流領域である。 第１図 第２図 ｇ３　図 第４図 ３２ ４ 第５図 第７図 箒８ 区 第６図 Ｈｅガス流量 第９図 第１Ｏ図 第１１因 宕１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱線引きされた光ファイバが挿通されると共に冷却用
   気体が前記光ファイバの軸心方向と略平行して流される
   流路を有し、前記軸心方向と直交する直交平面内におけ
   る前記流路の断面積が、前記流路の内面近傍及び前記光
   ファイバの外周面近傍の前記冷却用気体中に形成される
   温度境界層の前記直交平面内における総断面積より、前
   記流路の少なくとも一部分において小さいことを特徴と
   する光ファイバの冷却装置。