JP2001305353A - プラスチック光ファイバの熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチック光ファイバを熱処理する場合の
光ファイバの長手方向の直径変動や機械的強度の変動の
増加が小さく、熱処理の際の光ファイバの垂下が生じに
くく、高速で熱処理を行うことが可能な光ファイバの熱
処理方法及びそれに用いられる装置を提供する 【解決手段】 加熱炉と、所定速度でプラスチック光フ
ァイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過し
たプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装
置を備えた熱処理装置を用い、加熱炉中を走行するプラ
スチック光ファイバを熱処理する方法であって、プラス
チック光ファイバの走行方向が、水平面に対して所定角
度を有するプラスチック光ファイバの熱処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光フ
ァイバの熱処理方法およびこれに好適に用いられる熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバ（以下適宜単に
「ＰＯＦ」という）は、石英系光ファイバに対して大口
径、安価、取り扱い性が良いなどの長所を有しており、
ライティング、センサー、ＯＡ，ＦＡ機器間配線などの
分野で使用されている。現在実用化されているＰＯＦの
大部分はポリメタクリル酸メチルを芯材とした芯鞘構造
の光ファイバであり、その工業的製造プロセスとして
は、複合ノズルを用いて芯材であるポリメタクリル酸メ
チルの外周に鞘材のポリマーを同心円状に配置し、溶融
紡糸することでファイバ状に賦形し、引き続き機械的特
性を向上させるために加熱延伸を行うことが一般的であ
る。

【０００３】ところで紡糸工程において発生し、加熱延
伸工程で増大するＰＯＦの直径変動は、その光伝送特
性、機械的特性の均一性を低下させ、ＰＯＦの側面漏光
を利用して装飾用に用いる場合は、ＰＯＦ側面からの漏
光斑を生じる原因となり、また、ＰＯＦを光通信、光セ
ンサ、ライトガイド用に用いる際に、ＰＯＦをコネクタ
ーに挿入したりＰＯＦ同士を接合して使用すると、コネ
クターへの挿入が困難になったり、コネクタとＰＯＦ間
の隙間によるコネクター内でのＰＯＦの偏芯やＰＯＦ同
士の接合面のずれにより光の損失が増大したりする原因
となる。

【０００４】そこでＰＯＦを加熱延伸することによるＰ
ＯＦ長手方向の直径変動の増大を抑制するため、多くの
提案がなされており、例えば特開平５−１１１２８号公
報においては、加熱炉中の加熱気体の流線を変更させる
ことにより、加熱炉内の温度斑を低減し、ＰＯＦとの熱
交換効率を向上させる方法が提案されており、特開平６
−２０１２７０号公報においては、加熱炉の出口付近で
非接触の糸ガイドを用いて直径変動増大要因となる加熱
炉内でのＰＯＦの糸揺れを抑制する方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
においては、加熱炉を通過するＰＯＦに付与される張力
や炉長などの条件の設定によってはＰＯＦが自重により
加熱炉内で垂下するため、加熱延伸時の条件が制限さ
れ、直径変動の増大を十分に低減することはできなかっ
た。

【０００６】また、ＰＯＦを高速で加熱延伸処理をおこ
なう際には、加熱不足状態でＰＯＦが延伸されＰＯＦの
伝送特性が悪化したり直径変動が増大することを防ぐた
め、加熱炉内に導入する気体の高温化、熱媒体の流速の
高速化、加熱炉長の延長といった手段により加熱炉内で
ＰＯＦを延伸適正温度まで充分に昇温する必要がある。
ところが、加熱炉内に導入する気体の高温化を行うと、
延伸時にＰＯＦ外周部と中心部での温度差が大きくなり
延伸配向の不均一化や、加熱気体や加熱前のＰＯＦの温
度変化によるＰＯＦの温度変動に起因するＰＯＦの張力
の変動が生じＰＯＦの直径変動が大きくなる。また、炉
内での熱媒体の流速を高速化すると、ＰＯＦの糸揺れが
大きくなるため、ＰＯＦの張力や走行速度の変動によっ
て直径変動が増大したり、延伸配向斑が生じ機械強度が
ばらついたりするなどの問題が生じる。また、加熱炉長
を延長すると、加熱炉の両端におけるＰＯＦを支持する
位置の間が長くなるため、ＰＯＦが加熱炉内で垂れ落ち
やすくなる。ＰＯＦの垂れ落ちを防止するため、延伸温
度を低くしたり、あるいは延伸倍率を高くすることによ
りＰＯＦの張力を増大させると、ＰＯＦの機械的特性の
低下や直径変動の増大を招く。

【０００７】さらに、上記の従来の熱処理方法を定長熱
処理や緩和熱処理等の延伸を伴わない加熱処理に適用す
る場合、ＰＯＦに張力を付与することができない為、Ｐ
ＯＦは加熱延伸の場合と比べてより垂れ落ちやすい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＰＯ
Ｆを熱処理する場合のＰＯＦの長手方向の直径変動や機
械的強度の変動の増加が小さく、熱処理の際のＰＯＦの
垂下が生じにくく、高速で熱処理を行うことが可能なＰ
ＯＦの熱処理方法及びそれに用いられる装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、加熱炉
と、所定速度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給
する供給装置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファ
イバを所定速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置
を用い、加熱炉中を走行するプラスチック光ファイバを
熱処理する方法であって、プラスチック光ファイバの走
行方向が、水平面に対して所定角度を有するプラスチッ
ク光ファイバの熱処理方法にある。

【００１０】また、本発明の要旨は、加熱炉と、所定速
度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給する供給装
置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファイバを所定
速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置であって、
供給装置及び引取装置においてプラスチック光ファイバ
が保持される位置を結ぶ直線が、水平面に対して所定角
度を有するプラスチック光ファイバ用熱処理装置にあ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明を説
明する。

【００１２】図１は本発明の熱処理方法で用いられる熱
処理装置の一実施形態を示す概略図である。本実施形態
においては、供給装置として用いられるローラー７によ
りＰＯＦ１０が加熱炉１に供給され、加熱炉１から引取
装置として用いられるローラー８によりＰＯＦが引き取
られる。ローラー７及びローラー８においてＰＯＦが保
持される位置を結ぶ直線が水平面に対して垂直になるよ
うに、ローラー７及びローラー８が配置されているた
め、ＰＯＦの走行方向は、水平面に対して垂直となる。
そのため、ＰＯＦに働く重力はＰＯＦ中心軸方向にのみ
作用するので、加熱炉長が長くなり加熱炉両端における
ＰＯＦの保持位置の間が長くなっても、ＰＯＦが炉壁方
向へ垂れず、直径や機械的強度の変動が小さいＰＯＦが
製造できる。また、ＰＯＦが炉壁方向へ垂れないため、
高温、低張力の条件などでの熱処理も可能になるので、
熱処理条件を適切に設定することによりＰＯＦを高速で
製造することが可能となる。

【００１３】加熱炉１はその上下にＰＯＦの入口及び出
口である開口５，６を有している。これらの開口にはラ
ビリンスシール、細管シールなどの加熱炉内の流体の漏
洩防止機構を設けることが好ましい。また、加熱炉の側
面には熱媒体などの流体の出入口２が複数対配置されて
いる。また、加熱炉１の一対の出入口と他の対の出入口
の間には、ＰＯＦが通過可能な間隙を有し間隙の大きさ
を調節可能な間仕切板３が配置されている。本実施形態
においては、間仕切板の間隙は加熱炉中の流体の流路と
同等の大きさまで大きくなっており、熱媒体などの流体
は加熱炉内の間仕切板が配置されている部分を自由に流
れるようになっている。流体の出入口２にはそれぞれ流
体の流量調整弁４が設置され、流体の供給や排出を行わ
ない出入口の流量調整弁は閉じられている。図１におい
て、矢印が付されている出入口において熱媒体が矢印方
向に流れており、矢印が付されていない出入口において
は流量調整弁が閉じられているため、流体は流れていな
い。

【００１４】また、本実施形態において、加熱炉の外周
部には加熱炉内の熱媒体を加熱保温するための加熱手段
として電気ヒーター９が配置されている。この電気ヒー
ター９により、放熱による熱媒体の温度低下を抑制する
ことができ、熱媒体の温度を安定させることができる。

【００１５】本発明において熱処理されるＰＯＦの材料
や構造は特に限定されず、公知のものが使用可能であ
る。熱処理されるＰＯＦは公知の方法により製造するこ
とができるが、複合紡糸法により製造することが好まし
い。

【００１６】本実施形態においては、ローラ７とローラ
ー８の周速度比を調整することによって熱処理をＰＯＦ
を加熱延伸とすることも、定長熱処理とすることも、制
限緩和熱処理とすることも可能である。熱処理を加熱延
伸処理としてＰＯＦの機械的強度を向上させようとする
場合、加熱炉へのＰＯＦの供給速度、即ちローラー７の
周速度Ｖ１と、加熱炉からのＰＯＦの引き取り速度、即
ちローラー８の周速度Ｖ２が１．０＜Ｖ２/Ｖ１≦３を
満たすことが好ましく、２．０≦Ｖ２/Ｖ１≦３．０を
満たすことがより好ましい。Ｖ２/Ｖ１が大きすぎると
ＰＯＦの直径変動の増大や伸度の低下が生じるおそれが
あり、小さすぎると延伸配向が十分に付与されず、強度
が低下することがある。

【００１７】また熱処理を定長熱処理や制限緩和熱処理
として、加熱延伸されたＰＯＦの熱収縮を小さくしよう
とする場合、ローラー７の周速度Ｖ１とローラー８の周
速度Ｖ２は０．５≦Ｖ２／Ｖ１≦１．０を満たすことが
好ましく、０．８≦Ｖ２/Ｖ１≦１．０を満たすことが
より好ましい。Ｖ２／Ｖ１が１より大きいとＰＯＦが延
伸されてしまい、小さすぎるとＰＯＦの熱収縮によって
加熱延伸工程で付与された延伸配向が解け、機械的強度
が低下してしまうおそれがある。

【００１８】本発明の他の実施形態を図２に示す。図１
に示した実施形態と同じ部材については図１と同じ番号
を付し、説明を省略する。本実施形態においては、間仕
切板３の間隙が狭められているため熱媒体等の流体は間
仕切板を通過しにくくなっており、加熱炉内には実質的
に間仕切板３により隔てられ、それぞれＰＯＦの加熱冷
却条件が異なる３つの区間が設定されている。ＰＯＦは
間仕切板の間隙を通過して走行する。各区間におけるＰ
ＯＦの加熱冷却条件は、各区間に導入される流体の流速
や温度により設定することができる。本実施形態におい
ては、流量調整弁は全て開かれており、流体は図中矢印
で示す方向に流れている。本実施形態においては、３つ
の区間をＰＯＦが通過する順に予熱区間、延伸区間、冷
却区間とし、予熱区間において延伸区間へ供給されてい
る熱媒体の温度より高温の熱媒体を循環させ、予熱区間
においてＰＯＦが延伸されない温度まで急速に予熱して
いるので、延伸区間でＰＯＦを延伸可能な温度まで均一
にかつ短時間で昇温することができ、また、冷却区間に
おいて冷媒を循環させ、ＰＯＦを冷却しているので、炉
内において完全に延伸を終了させることが可能となり、
加熱炉外の雰囲気温度変化がＰＯＦに及ぼす影響を小さ
くすることができる。なお、本発明において熱媒体及び
冷媒として用いられる流体は特に限定されないが、空
気、水蒸気、熱水等のＰＯＦを侵さない流体を用いるこ
とが好ましい。

【００１９】図１及び図２に示した熱処理装置において
は、それぞれ流量調整弁を備えた熱媒体の出入口が２対
以上設けられており、１対の出入口と他の対の出入口と
の間に間隙の大きさを変更可能な間仕切板を配置してい
るため、流量調整弁の開閉により流体を供給または排出
する出入口を変更し、間仕切板の間隙の大きさを変更す
ることにより、加熱炉中を任意の長さや個数の個数の区
間を設定することができ、熱処理を行うＰＯＦの直径や
ＰＯＦの走行速度等の諸条件に応じて、加熱炉中におけ
るＰＯＦを加熱する区間の長さの調整や区間毎の加熱冷
却条件の調整などを容易に行うことができる。

【００２０】なお、本発明においては、ＰＯＦの走行方
向が水平面に対して所定角度を有していれば、ＰＯＦの
走行方向が水平である場合と比べて、ＰＯＦに働く重力
のうち、ＰＯＦの中心軸方向に垂直な方向に働く成分が
小さくなり、ＰＯＦの垂下は生じにくくなるため、必ず
しも図１及び図２に示す実施形態におけるように、ＰＯ
Ｆの走行方向を水平面に対して垂直とする必要はない
が、垂直とすると、ＰＯＦの中心軸方向に垂直な方向に
働く成分が全くなくなるため好ましい。

【００２１】また、本発明においては、ＰＯＦにかかる
重力によりＰＯＦの中心軸方向に張力がかかり、この張
力は加熱炉上部ほど大きくなる。そのため、図１及び図
２に示した実施形態におけるように、ＰＯＦを上から下
へ走行させることが、ＰＯＦにかかる張力が大きい加熱
炉上方においてＰＯＦの温度を十分に上げず、張力がＰ
ＯＦに及ぼす影響を低減することができ、また加熱炉下
部に冷却区間を設定することにより冷媒が加熱区間に漏
出しにくくすることができるため好ましいが、ＰＯＦを
下から上に走行させる構成とすることも可能である。

【００２２】また、図１及び図２に示す実施形態におい
ては、間仕切手段として間隙の大きさを変更可能なもの
を用い間隙の大きさの変更により流体の流れを調整した
が、着脱可能な間仕切手段を用い間仕切手段の設置位置
を変更することによっても上記実施形態と同様に流体の
流れを調整することができる。また、本発明において
は、加熱炉内におけるＰＯＦの垂下が少ないため、間仕
切手段としてラビリンスシールや細管シールなどＰＯＦ
が通過する部分が細いものを用いることができ、このよ
うな間仕切手段を用いると流体の漏洩が少ないため好ま
しい。

【００２３】また、上記実施形態においては加熱炉の外
周部に配置される加熱手段として装置の構造を簡略化で
きる電気ヒーターを使用したが、例えば加熱炉外周にジ
ャケットを設け、熱風、蒸気等の気体や加圧水、オイル
等の液体を熱媒体として用いてジャケット中を循環させ
る構成とすることも可能である。加熱手段は加熱炉壁の
温度を一定温度に保温制御できるものを用いることが好
ましい。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。

【００２５】（実施例１）芯材としてポリメチルメタク
リレートを用い、鞘材として２、２、２−トリフルオロ
エチルメタクリレート／２−（パーフルオロオクチル）
エチルメタクリレート／メチルメタクリレート＝５０／
３０／２０（重量％）の共重合体を用い、保護層材とし
てフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン＝８０／
２０（ｍｏｌ％）の共重合体を用い、複合紡糸ノズルを
用いて中心から芯、鞘、保護層の順に同心円状に積層し
て吐出し、直径１．４１５ｍｍの３層構造のＰＯＦを得
た。このＰＯＦを図１に示す構造の熱処理装置を用いて
加熱延伸処理した。

【００２６】この熱処理装置の加熱炉全長は６０００ｍ
ｍであり、熱媒体として１５０℃の熱風を図中矢印に示
す方向に供給、排出して加熱炉内を流動させた。熱風
は、加熱炉中央部から吹き込まれ、両端部から吸引され
て加熱炉内を中央部から両端部に向かって流れていた。
なお、加熱炉の外周に取りつけられた電気ヒーターは使
用しなかった。ＰＯＦの供給速度Ｖ１は２０ｍ／ｍｉｎ
とし、Ｖ２／Ｖ１は２．０とした。得られたＰＯＦの直
径は１．０００ｍｍであり、鞘の厚さは０．００６ｍｍ
であり、保護層の厚さは０．００５ｍｍであった。

【００２７】（実施例２）加熱炉の外周に取り付けられ
た電気ヒーターを用いて、加熱炉外壁を１５０℃に加熱
した点を除いて実施例１と同様にしてＰＯＦを得た。

【００２８】（実施例３）図２に示すように、加熱炉の
間仕切板の間隙を狭めることにより、加熱炉内をローラ
ー７側（上側）から順に長さ１０００ｍｍの予熱区間、
長さ４０００ｍｍの延伸区間、長さ１０００ｍｍの冷却
区間に分け、予熱区間においては２２０℃の熱風を用
い、延伸区間においては１５０℃の熱風を用い、冷却区
間においては１５℃の冷風を用い、これらをそれぞれ図
中矢印に示す方向に供給、排出して加熱炉内において流
動させた。この点を除いて実施例１と同様にしてＰＯＦ
を得た。

【００２９】（比較例１）加熱延伸処理時のＰＯＦの走
行方向を水平面に平行にした点を除いて実施例１と同様
にしてＰＯＦを得た。

【００３０】上記実施例および比較例で得られたＰＯＦ
について、それぞれレーザー外径測定器を用いて長手方
向１００ｍの直径変動幅Ｗ（ｍｍ）を測定し、その時間
の平均直径Ｄ_ave（ｍｍ）を求め、下記式（１）に基づ
いて直径変動率(％)を算出した。この直径変動率を表１
に示す。

【００３１】Ｗ/Ｄ_ave×１００ ・・・（１）

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明の熱処理方法及び熱処理装置によ
れば、ＰＯＦを熱処理する場合のＰＯＦの長手方向の直
径変動や機械的強度の変動の増加を小さくすることがで
き、熱処理の際のＰＯＦの垂下が生じにくく、高速で熱
処理を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱炉が地平面に対して垂直な熱処理
装置の実施態様を示した概略構成図である

【図２】本発明の加熱炉を使用した実施例３の実施形態
を示した概略図である。

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２ 流体の出入口 ３ 間仕切板 ４ 流量調整弁 ５ 開口 ６ 開口 ７ ローラー ８ ローラー ９ 電気ヒーター １０ ＰＯＦ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H050 AA13 AA15 AB43X AB44Y AB48Y AC03 4L036 MA04 MA15 MA34 PA17 UA06 UA21

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉と、所定速度でプラスチック光フ
   ァイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過し
   たプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装
   置を備えた熱処理装置を用い、加熱炉中を走行するプラ
   スチック光ファイバを熱処理する方法であって、プラス
   チック光ファイバの走行方向が、水平面に対して所定角
   度を有するプラスチック光ファイバの熱処理方法。
2. 【請求項２】 プラスチック光ファイバの走行方向が、
   水平面に対して実質的に垂直である請求項１に記載の熱
   処理方法。
3. 【請求項３】 加熱炉へのプラスチック光ファイバの供
   給速度をＶ１、加熱炉からのプラスチック光ファイバの
   引き取り速度をＶ２としたとき、プラスチック光ファイ
   バの供給速度及び引き取り速度が０．５≦Ｖ２/Ｖ１≦
   ３を満たす請求項１または請求項２に記載の熱処理方
   法。
4. 【請求項４】 加熱炉と、所定速度でプラスチック光フ
   ァイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過し
   たプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装
   置を備えた熱処理装置であって、供給装置及び引取装置
   においてプラスチック光ファイバが保持される位置を結
   ぶ直線が、水平面に対して所定角度を有するプラスチッ
   ク光ファイバ用熱処理装置。
5. 【請求項５】 供給装置及び引取装置においてプラスチ
   ック光ファイバが保持される位置を結ぶ直線が、水平面
   に対して実質的に垂直である請求項４に記載の熱処理装
   置。
6. 【請求項６】 加熱炉が、２対以上の流体の入口及び出
   口と、流体の入口及び出口の少なくとも一方において流
   体の流量を調整する流量調整弁と、プラスチック光ファ
   イバが通過可能な間隙を有する間仕切手段とを備えた請
   求項４または請求項５に記載の熱処理装置。
7. 【請求項７】 間仕切手段が間隙の大きさを変更可能な
   構成を有しているか、または着脱可能な構成を有してい
   る請求項６に記載の熱処理装置。
8. 【請求項８】 加熱炉外周に加熱炉内の熱媒体を加熱保
   温するための加熱手段を備えた請求項４〜請求項７のい
   ずれか一項に記載の熱処理装置