光纤的制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光纤的制造方法，特别是涉及对从光纤母材拉丝而成的光纤进行冷却的方法。
背景技术
利用图1说明现有的光纤的制造方法。光纤30通过在加热炉2内将光纤母材1加热熔融并进行拉丝而制造。拉丝的光纤3在冷却装置4内由冷却气体等冷却到一定的温度后，通过模具5被覆被覆材料，并在树脂固化装置6中将被覆材料固化，从而形成被覆。被覆的光纤30经拉取装置7卷取到卷取装置8上。
另外，被覆前后的光纤的外径由外径测定装置31、32测定，并被控制为预定的值。此外，在图1中示出了通过一个工序被覆被覆材料的方法，但也施行了利用多个模具5依次进行多个被覆材料的被覆的方法。
在上述光纤的制造方法中，从冷却气体供给端口9向冷却装置4供给冷却气体等，而冷却高温的光纤。由于He气的导热率高且能在短时间内冷却光纤，因此作为冷却气体一般使用He气。
另一方面，He气与其他气体相比是比较高价的气体，因此提出了将使用后的He气通过净化装置或精制装置净化而作为高纯度He气再利用的各种方法。
例如，在专利文献1中提出了以下方法：回收在光纤母材的固结工序中使用的He气，并再循环使用通过He净化装置提高了其纯度的He气。
此外，在专利文献2中提出了以下光纤拉丝装置：用框体覆盖光纤冷却筒，在框体的上部设置用于回收He气的回收机构，在框体的下部设置用于吹入清洁空气的气体导入机构，从而在将使用后的He气完全由He气回收室回收的基础上，将该回收的气体通过净化装置或精制装置高纯度化而再利用。
专利文献1：JP特表平11-513011号公报
专利文献2：JP特开2004-142976号公报
但是，在专利文献1及专利文献2所记载的方法中，装置大型化且系统复杂，不仅初期投资高，而且维持费用也高。因此，尽管通过He气的再利用可以降低He气的成本，但会产生另外的成本问题。
【发明内容】
本发明鉴于上述问题，而提供一种光纤的制造方法，其能以对现有的装置的改造较少且简单的系统实现He气等冷却气体的再利用。
为了解决上述问题，本发明的技术方案1的光纤的制造方法，包括以下工序：将光纤母材加热熔融而形成光纤的工序；通过冷却装置冷却上述光纤的工序；和在冷却的上述光纤上被覆被覆材料的工序，该制造方法的特征在于，在冷却上述光纤的工序中，从上述冷却装置的下部供给冷却气体，从上述冷却装置的上部回收上述冷却装置内的气氛气体的一部分，并从上述冷却装置的下部再次供给上述回收的气氛气体。
此外，技术方案2的光纤的制造方法，其特征在于，在技术方案1的光纤的制造方法中，上述回收的气氛气体的量恒定，并且控制上述冷却气体的供给量以使上述被覆工序中的光纤的被覆外径为预定的值。
技术方案3的光纤的制造方法，其特征在于，在技术方案1或2的光纤的制造方法中，测定上述回收的气氛气体的氧浓度，根据该氧浓度计算气氛气体中含有的外气量，并设定上述气氛气体的回收量以使上述气氛气体中含有的外气量和上述冷却气体的供给量为不同的量。
技术方案4的光纤的制造方法，其特征在于，在技术方案3的光纤的制造方法中，将上述气氛气体的回收量设定得比上述气氛气体中含有的外气量和上述冷却气体的供给量为基本相同的量时的上述气氛气体的回收量少。
技术方案5的光纤的制造方法，其特征在于，在技术方案1～4的任一项的光纤的制造方法中，在将向上述冷却装置仅供给上述冷却气体的情况下获得预定的被覆外径的上述冷却气体的供给量设为A，将回收了气氛气体的情况下获得预定的被覆外径的上述冷却气体的供给量设为B时，由(A-B)/A×100表示的上述冷却气体的再利用率(％)为10％以上80％以下。
根据本发明，可以提供一种光纤的制造方法，其能以对现有的装置的改造较少且简单的系统实现冷却气体的再利用。
【附图说明】
图1是说明现有的光纤制造装置的概略的图。
图2是表示本发明的光纤的制造方法所使用的光纤的冷却系统的一个实施方式的图。
图3是表示本发明实施方式的气氛气体的回收量(气氛气体的供给量)、高纯度He气的供给量、气氛气体中的外气量及He气的再利用率的关系的图。
标号说明
1光纤母材
2加热炉
3光纤
4冷却装置
5模具
6树脂固化装置
7拉取装置
8卷取装置
9冷却气体供给端口
10气氛气体回收端口
11气氛气体供给端口
12泵
13流量控制器MFC
15循环用配管
16氧浓度计
20光纤的冷却系统
【具体实施方式】
以下说明本发明的实施方式。
本发明的光纤的制造方法除了冷却光纤的工序以外，与上述图1所示的现有的光纤的制造方法相同。以下对本发明的光纤的制造方法中的冷却光纤的工序进行详细说明。
图2是表示本发明中冷却光纤的工序中使用的光纤的冷却系统20的构成的图。拉丝后的高温的光纤3通过冷却装置4。从设于冷却装置4的下部的冷却气体供给端口9向冷却装置4供给高纯度He气作为冷却气体。供给的He气的大部分在向冷却装置的上部移动的过程中与高温的光纤进行热交换，而冷却光纤。
另外，从冷却气体供给端口9供给的高纯度He气的供给量由未图示的流量控制器MFC控制。
在此，高纯度He气是指市场销售的从工业用气瓶、集合容器或货车供给的纯度为99.997％左右的He气，根据情况不同还指通过精制装置等高纯度化的与上述同样或在其以上的纯度的He气。另外，也可以使用将在其他工序中使用的He气通过精制装置等高纯度化而成的He气。
进而，在冷却装置4的上部设置用于回收冷却装置4内的气氛气体的气氛气体回收端口10，回收冷却装置4内的气氛气体的一部分。回收的气氛气体并不进行高纯度化而从设于冷却装置4的下部的气氛气体供给端口11再度供给。
另外，气氛气体是指从冷却气体供给端口供给的高纯度He气和从冷却装置下部的光纤的出口或冷却装置上部的光纤的入口等混入的外气的混合气体。即，从冷却装置4的下部的冷却气体供给端口9供给高纯度He气，并且从气氛气体供给端口11供给高纯度He气和外气的混合气体。
在冷却装置4上设置循环用配管15，该循环用配管15具有作为气体压送装置的泵12和流量控制器MFC 13。气氛气体由流量控制器MFC 13控制回收量的同时由泵12回收，经循环用配管15再次供给到冷却装置4内。此时，气氛气体的回收量与气氛气体的供给量基本相等。
对由冷却装置4冷却后的光纤进行被覆，而被覆外径根据光纤的温度而变化。例如，在被覆的光纤的温度较高时，附着的被覆材料的量少，因此被覆外径小，反之在光纤的温度较低时，被覆外径变大。
因此，一般通过冷却光纤的程度来控制光纤的被覆外径。在本实施方式中也是通过冷却光纤的程度来将光纤的被覆外径控制为预定的值。
另外，从降低成本的目的考虑，气氛气体的回收量越多越好，但若气氛气体的回收量过多则会产生光纤的冷却不足。
因此，利用图2所示的光纤的冷却系统20，研究了在将光纤的被覆外径维持为预定的值的同时使气氛气体的回收量逐渐增加时的高纯度He气的供给量、气氛气体中的外气量、He气的再利用率。
由此判明的气氛气体的回收量(气氛气体的供给量)、高纯度He气的供给量、气氛气体中的外气量及He气的再利用率的关系在图3中示出。
在此，气氛气体中的外气量是，通过设于循环用配管15的气氛气体回收端口10附近的氧浓度计16测定气氛气体中的氧浓度，从而求出的值。
在图3中，横轴是气氛气体的回收量(气氛气体的供给量)，纵轴表示高纯度He气的供给量、气氛气体中的外气量、He气的再利用率。其中，He气的再利用率，在将不从气氛气体回收端口10进行气氛气体的回收而仅将高纯度He气供给到上述冷却装置4的情况下获得预定的被覆外径的高纯度He气的供给量设为A，将从气氛气体回收端口10回收了气氛气体的情况下获得预定的被覆外径的高纯度He气的供给量设为B时，由(A-B)/A×100表示。
不进行从气氛气体回收端口10的气氛气体的回收的情况下的来自冷却气体供给端口9的He气的供给量，为图3的图表的Y轴上的截距。
如图3所示，如果增加气氛气体的回收量，即使减少来自冷却气体供给端口9的高纯度He气的供给量，也可实现预定的光纤被覆外径，He再利用率提高。
但是，随着来自气氛气体供给端口11的气氛气体的回收量的增加，回收的气氛气体中含有的外气的量也增加。随着气氛气体的回收量的进一步增加，若不反之增加高纯度He气的供给量，则无法获得预定的被覆外径。
这是因为，随着气氛气体的回收量的增加，冷却装置内的He气的浓度下降，因此光纤的冷却变得不充分，若不增加高纯度He气的供给量就无法保证光纤的被覆外径。
因此，若气氛气体的回收量过于增加，会导致He的再利用率恶化。该现象在以下情况下产生：从高纯度He气的供给量和回收的气氛气体中含有的外气的量基本相同(其差不足1L/分钟)的条件开始，进一步增加气氛气体的回收量。
此外，在图3的区域C所示的高纯度He气的供给量和回收的气氛气体中含有的外气的量基本相同(其差不足1L/分钟)的区域中，无法顺利进行光纤的被覆外径的控制，被覆外径变得不稳定。
这是因为，供给的气体和回收的气氛气体的平衡变差，产生了冷却装置内的气体逆流的现象。即，冷却装置内的气体通常从下向上流动，但产生了从上向下流动的现象。
但是，越过区域C进一步增加气氛气体的回收量时，不再产生冷却装置内的气体逆流的现象，冷却装置内的气体稳定，从下向上流动。
根据以上结果，若设定气氛气体的回收量以使气氛气体中含有的外气量和高纯度He气的供给量为不同的量，则不产生冷却装置内的气体逆流的现象。
此外，通过将气氛气体的回收量设定为比气氛气体中含有的外气量和高纯度He气的供给量为基本相同的量时的气氛气体的回收量少，可以将气氛气体中含有的外气量保持得较少，同时减少高纯度He气的供给量。
进而，通过使高纯度He气的再利用率(％)为10％以上80％以下，可以获得减少高纯度He气的使用量的效果，同时获得稳定的光纤的被覆外径。
在本发明中，为了使控制更为简洁且获得稳定的被覆外径，优选使回收的气氛气体的量恒定，并控制从冷却气体供给端口9供给的高纯度He气的量以使被覆外径为预定的值。根据拉丝速度、外气温度等，即使回收相同量的气氛气体，气氛气体中含有的He气的量也变动。因此，在控制了气氛气体的回收量的情况下，存在使被覆外径变动的要因增加，结果反而引起被覆外径的变动的情况。通过使回收的气氛气体的量恒定，并控制供给的高纯度He气的量以使被覆外径为预定的值，即使气氛气体的回收量变动也可以应对，此外，在运转中无需控制气氛气体的回收量，因此不需要复杂的控制系统。
另外，上述实施方式对被覆前的玻璃光纤进行冷却的情况进行了说明，但也可以应用于对进行了被覆的光纤冷却的情况。此时，设定气氛气体的回收量以使气氛气体中含有的外气量少于冷却气体的供给量即可。
此外，也可以在循环用配管15上设置冷却装置而积极地冷却回收的气氛气体。此时，冷却装置4中的冷却效率提高，可以进一步减少高纯度He气的使用量。
(实施例)
以下，对利用图2所示的光纤的冷却系统冷却被覆前的光纤并形成被覆层的情况，示出具体进行实验的结果。
在此，使回收的气氛气体的流量恒定，并通过高纯度He气的流量将被覆外径控制为预定的值。此外，光纤的拉丝速度为1200m/分钟。
不进行来自气氛气体回收端口10的气氛气体的回收的情况下，将来自冷却气体供给端口9的高纯度He气的供给量设为29L/分钟时，获得预定的光纤的被覆外径。将回收的气氛气体量增加为20、35、50、60L/分钟时，能获得预定的被覆外径的、来自冷却气体供给端口9的高纯度He气的供给量变为18、13、12、23L/分钟。
此外，使气氛气体中含有的外气量和冷却气体的供给量即高纯度He气的供给量为基本相同的量、也就是成为图3中的区域C的是，回收的气氛气体量约为50L/分钟的点。
使回收的气氛气体量为50L/分钟时，无法顺利地进行光纤的被覆外径的控制，被覆外径变得不稳定。此外，回收的气氛气体为20、35、60L/分钟时，可以在进行He气的再利用的同时进行稳定的制造。此外，此时的He气的再利用率分别为38、65、22％。
即，通过将回收的气氛气体量设定得小于50L/分钟或设定得大于50L/分钟，在进行He气的回收的同时获得稳定的光纤的被覆外径。然而，在回收的气氛气体量超过50L/分钟的区域中，He气的再利用率急剧减少，因此更优选将回收的气氛气体量设定得小于50L/分钟。
此外，回收的气氛气体量的适当量根据装置的尺寸等而变化，但通过进行上述记载的图3所示的实验，可以对每个特定的装置决定其适当量。