JP2004067421A

JP2004067421A - 光ファイバの樹脂被覆硬化方法及び装置、及びプラスチッククラッド光ファイバ

Info

Publication number: JP2004067421A
Application number: JP2002226959A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuo; 松尾　尚; Chikasuke Okumi; 奥見　慎祐
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】表面硬化が阻害されることなく、且つ紫外線を吸収する揮発成分を光ファイバ挿通空間となる筒状体内に付着させることなく、紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバの被覆を硬化する。
【解決手段】紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバ１４を挿通させる筒状体２４と、筒状体２４の外部に配設された紫外線光源２１とを備え、紫外線光源２１から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化する。紫外線を照射する間、筒状体２４内部の光ファイバ挿通空間の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下に制御する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに被覆した紫外線硬化樹脂を紫外線によって硬化する、光ファイバの樹脂被覆硬化方法及び装置、及びプラスチッククラッド光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材を加熱溶融して所定の径の光ファイバに線引きする場合、裸状態にある光ファイバの保護を目的とし樹脂による一次被覆や二次被覆の工程も同時に連続して行われる。図５は、このような光ファイバ製造装置の主要部を示す概略図で、図中、１１は光ファイバ母材、１２は線引炉、１３はカーボンヒータ、１４は線引された光ファイバ、１５は冷却筒、１６は紫外線硬化樹脂塗布装置、１７は紫外線照射装置、１８は被覆硬化後の光ファイバ、１９は巻取装置、２０は紫外線照射装置本体、２１は紫外線照射ランプ、２４は筒状体、２５はパージガス供給管、２７はシャッタである。
【０００３】
図５に示すように、線引炉１２にはカーボンヒータ１３が設けられており、線引炉１２内に送り込まれた光ファイバ母材１１はカーボンヒータ１３により加熱溶融され、線引される。線引された光ファイバ１４は、冷却筒１５を通って紫外線硬化樹脂塗布装置１６に達し、紫外線硬化樹脂が塗布されて一次被覆がなされる。なお、冷却筒１５にはその下端部に、線引直後の高温状態にある光ファイバ１４を冷却する冷却用ガスを導入する導入管が配設されている。紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバは、紫外線照射装置１７において紫外線照射ランプ２１により紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂を硬化して一体化し、被覆硬化後の光ファイバ１８となる。この光ファイバ１８は巻取装置１９にて巻き取られることとなる。紫外線照射装置１７は、光ファイバに被覆した紫外線硬化樹脂を硬化する紫外線硬化樹脂硬化装置ともいえ、その本体２０内部に、紫外線照射ランプ２１の他にその紫外線を光ファイバ１４上に集光するためのミラー（図示せず）と、筒状体２４とを備える。筒状体２４は、紫外線の集光位置に、紫外線硬化樹脂を塗布した光ファイバ１４を挿通させるためのもので、その下端には例えばヘリウムガス，Ｎ_２ガス等の不活性のパージガスを導入するパージガス供給管２５が接続されている。これは、紫外線硬化樹脂が一般に酸素存在下で硬化させると酸素と反応して硬化不充分になると云われており、これを防ぐことを目的として酸素を除去するためのものである。これに伴って筒状体２４の上端部にはパージガスの流出を少なくするためのシャッタ２７が設けられている。なお、上述した一次被覆用の装置の下流に、二次被覆用の同様の装置を配設して二次被覆を行なってもよい。
【０００４】
しかしながら、上述した光ファイバの製造装置においては、紫外線照射装置１７内の筒状体２４の内部で、光ファイバ１４に塗布された紫外線硬化樹脂が紫外線照射を受けて硬化する際、発熱し、ミストや揮発成分を発生し、それらが筒状体２４の内面に付着したり、内部に滞留したりしてしまう。このため、紫外線照射ランプ２１からの紫外線が筒状体２４内面の付着物や内部滞留ミスト等により吸収され減衰し、紫外線硬化樹脂を硬化する能力が低下する。この能力の低下は、光ファイバの線引速度を高める上で、或いは長期に亘って連続して運転する上で問題となっていた。
【０００５】
特開平４−３７６３３号公報に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化方法及びその装置においては、図２を参照して後述するように、紫外線硬化を阻害する揮発性物質を除去するため、光ファイバに紫外線硬化樹脂を塗布する塗布装置と、それを硬化する硬化装置における筒状体とが接続筒を介して気密一体化している。同公報に記載の樹脂被覆硬化装置は、さらに接続筒に設けられたガス導入手段によって、光ファイバの走行方向と同方向の速いパージガス流を筒状体に発生させることにより、紫外線照射を受けて紫外線硬化樹脂の温度が上昇し、硬化を阻害するミストの発生や揮発が激しくなっても、筒状体の出口から即排出されるような構成となっている。
【０００６】
しかしながら、同公報に記載の樹脂被覆硬化装置では、パージガスを流して揮発性物質を吹き飛ばしていたが、その効果を得るためには、多量のパージガスを流さなければならず、供給するパージガスのコストが高くなることだけでなく、線ブレにより被覆層厚が不均一になって外径変動が引き起こされる恐れがある。
【０００７】
また、特許２６３５４８１号公報に記載の光硬化装置では、紫外線等の光照射ランプを備えた硬化ユニットを２段以上設け、上部の硬化ユニットにて光硬化を阻害する揮発性物質を除去する。この光硬化装置では、光硬化性被覆材が塗布された線状体の近傍に存在する蒸気を、硬化ユニット間を連結する連結管内に設けたオリフィスの上方に溜め、この蒸気を排気ダクトから外部に排出している。
しかしながら、この光硬化装置は、硬化ユニットが２つ以上必要となり、コスト高となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実状に鑑みてなされたものであり、光ファイバに被覆した紫外線硬化樹脂を紫外線照射によって硬化する際に、低コストで、且つ線ブレによる被覆層厚の不均一を招くことなく、被覆した紫外線硬化樹脂を硬化することが可能な、光ファイバの樹脂被覆硬化方法及び装置、及びその方法を適用して製造したプラスチッククラッド光ファイバを提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバに、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化する光ファイバの樹脂被覆硬化方法であって、紫外線を照射する間、光ファイバが挿通する光ファイバ挿通空間内の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下にすることを特徴としたものである。
【００１０】
本発明は、プラスチッククラッド光ファイバであって、上述の光ファイバの樹脂被覆硬化方法で、光ファイバのクラッドとなる紫外線硬化樹脂を硬化することで製造されることを特徴としたものである。
【００１１】
本発明は、紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバを挿通させる筒状体と、筒状体の外部に配設された紫外線光源とを備え、紫外線光源から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化する光ファイバの樹脂被覆硬化装置であって、紫外線を照射する間、筒状体内部の光ファイバ挿通空間の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下に制御する制御装置を備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の一例を示す図で、図２は図１の樹脂被覆装置を備えた光ファイバ製造装置の主要部を示す概略図である。図中、１１は光ファイバ母材、１２は線引炉、１３はカーボンヒータ、１４は線引された光ファイバ、１５は冷却筒、１６は紫外線硬化樹脂塗布装置、１７は紫外線照射装置、１８は被覆硬化後の光ファイバ、１９は巻取装置、２０は紫外線照射装置本体、２１は紫外線照射ランプ、２２はミラー、２３は接続筒、２４は筒状体、２５はパージガス供給管、２６は下端開口部である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、線引炉１２にはカーボンヒータ１３が設けられており、線引炉１２内に送り込まれた光ファイバ母材１１はカーボンヒータ１３により加熱溶融され、線引される。線引された光ファイバ１４は、冷却筒１５を通って紫外線硬化樹脂塗布装置１６に達する。なお、冷却筒１５にはその下端部に、線引直後の高温状態にある光ファイバ１４を冷却する冷却用ガスを導入する導入管が配設されている。
【００１４】
紫外線硬化樹脂塗布装置１６では、紫外線硬化樹脂が塗布されて一次被覆がなされる。紫外線硬化を阻害する揮発性物質を除去するため、紫外線硬化樹脂塗布装置１６と、紫外線硬化樹脂を硬化する紫外線照射装置１７における筒状体２４とが接続筒２３を介して気密一体化されている。接続筒２３に設けられたパージガス供給管２５を含むガス導入手段によって、光ファイバの走行方向と同方向のパージガス流を筒状体２４に発生させる。なお、本発明の特徴である、このパージガスの制御については後述する。
【００１５】
紫外線照射装置１７は、光ファイバに被覆した紫外線硬化樹脂を硬化する紫外線硬化樹脂硬化装置ともいえ、その本体２０の内部に、筒状体２４と、その外部に配設された紫外線光源である紫外線照射ランプ２１と、その紫外線を光ファイバ１４上に集光するためのミラー２２とを備える。紫外線照射ランプ２１は、紫外線硬化樹脂を硬化して樹脂と光ファイバ１４とを一体化するための紫外線を照射する。筒状体２４は、紫外線の集光位置に、紫外線硬化樹脂を塗布した光ファイバ１４を挿通させるためのもので、その上端には例えばヘリウムガス，窒素ガス等の不活性ガスを含むパージガスを導入するパージガス供給管２５が接続されている。本発明においては、このパージガスが後述する酸素濃度をもつように、パージガスに酸素又は空気が混合されているものとする。これに伴って筒状体２４の下端開口部２６にはパージガスの流出を少なくするためのシャッタを設けてもよい。被覆硬化後の光ファイバ１８は巻取装置１９にて巻き取られることとなる。なお、上述した一次被覆用の装置の下流に、さらに二次被覆用の同様の装置を配設して高次被覆を行なってもよい。
【００１６】
図１及び図２で説明した光ファイバの樹脂被覆硬化装置において、本発明では、紫外線を照射する間、光ファイバ１４が挿通する光ファイバ挿通空間となる筒状体２４内の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下に制御装置にて制御する。この酸素濃度の制御により、表面硬化が阻害されることなく、且つ紫外線を吸収する揮発成分を光ファイバ挿通空間となる筒状体内に付着させることなく、紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバの被覆を硬化させることができる。また、図５で説明した光ファイバの樹脂被覆硬化装置においてもこの酸素濃度の制御は有効であり適用できる。本発明は、塗布された紫外線硬化樹脂が光ファイバのクラッドとなるようにすることで、プラスチッククラッド光ファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）を製造する工程にも適用できる。
【００１７】
以下に、この酸素濃度の制御に関する試験例を説明する。
筒状体２４は、例えば石英管などのガラス管によって形成されており、この試験例では石英管内の酸素濃度Ｄｏ_２に対し、紫外線（ＵＶ）照射量（％）、光ファイバ１８の表面状態、及び被覆樹脂のヤング率（ＭＰａ）を検証した。ここでは、筒状体内の酸素濃度Ｄｏ_２を変化させたときの加工後５時間での紫外線照射量の変化、光ファイバの表面状態、及び被覆樹脂のヤング率について表１にまとめる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
実施例として例示した１０≦Ｄｏ_２≦１５，０００（ｐｐｍ）の範囲では、表面硬化が阻害されることなく、且つ紫外線を吸収する揮発成分を筒状体内に付着させることなく、加工できていることが分かる。このとき、石英管の曇りを低減し、安定して光ファイバの生産が可能となる。これに対し、比較例として例示したＤｏ_２＜１０の範囲では石英管が曇り、またＤｏ_２＞１５，０００の範囲では表面が未硬化であるため、パスラインでの滑りや表面の外観異常が生ずる。
【００２０】
図３は、本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の他の例を示す図で、図中、２５_１はＮ_２ガス供給管、２５_２はＯ_２ガス（又は空気）供給管である。図３に示す光ファイバの樹脂被覆装置は、上述のごとき酸素濃度のパージガスを供給するためにＮ_２ガス供給管２５_１からのＮ_２ガスとＯ_２ガス供給管２５_２からのＯ_２ガスとをパージガス供給管２５で混合可能なよう、パージガス供給管２５がＮ_２ガス供給管２５_１とＯ_２ガス供給管２５_２とに分岐した構成となっている。常に酸素濃度が１０≦Ｄｏ_２≦１５，０００（ｐｐｍ）の範囲の値になるよう、各々のガスの供給量を調整して供給するようにすればよい。
【００２１】
図４は、本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の他の例を示す図で、図中、２７は酸素濃度計、２８は制御装置、２８_１はＮ_２ガス用コントロールバルブ、２８_２はＯ_２ガス用コントロールバルブである。ここで例示する光ファイバの樹脂被覆装置は、図３の樹脂被覆装置に酸素濃度計２７及び制御装置２８を備えたものであるが、図１の樹脂被覆装置に同様な要素を備えた形態を採用してもよい。いずれにしても、ガスの供給量の制御が容易に行えるようになる。なお、制御装置２８を備えなくとも、酸素濃度計２７のみを備え、この計測値をユーザが監視する形態を採用してもよい。
【００２２】
酸素濃度計２７は、接続筒２３，筒状体２４，パージガス供給管２５等（好ましくは接続筒２３又は筒状体２４）に、そのセンサ部を備え、光ファイバ挿通空間の雰囲気の酸素濃度を計測するために配設される。なお、図４では酸素濃度計２７を筒状体２４の下端開口部２６付近に備えた例を示している。制御装置２８は、酸素濃度計２７の計測結果に基づいて、常に酸素濃度が１０≦Ｄｏ_２≦１５，０００（ｐｐｍ）の範囲になるよう、或いはその範囲内の所定値になるよう、フィードバック制御を行う。ここでは、制御装置２８の一部として、Ｎ_２ガス供給管２５_１，Ｏ_２ガス（又は空気）供給管２５_２へのガス供給量をそれぞれ制御するために、それぞれ、Ｎ_２ガス供給管２５_１，Ｏ_２ガス供給管２５_２に配設された、Ｎ_２ガス用コントロールバルブ２８_１，Ｏ_２ガス用コントロールバルブ２８_２を備え、制御装置２８の本体は、それらのバルブ２８_１，２８_２に対し、Ｎ_２ガス，Ｏ_２ガスの供給量を指示し制御するようにしている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、酸素濃度Ｄｏ_２を１０≦Ｄｏ_２≦１５，０００（ｐｐｍ）に限定することにより、表面硬化が阻害されることなく、且つ紫外線を吸収する揮発成分を光ファイバ挿通空間となる筒状体内に付着させることなく、紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバの被覆を硬化できるため、線引速度が上がり、長時間連続加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の一例を示す図である。
【図２】図１の樹脂被覆装置を備えた光ファイバ製造装置の主要部を示す概略図である。
【図３】本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の他の例を示す図である。
【図４】本発明に係る光ファイバの樹脂被覆装置の他の例を示す図である。
【図５】光ファイバ製造装置の主要部を示す概略図である。
【符号の説明】
１１…光ファイバ母材、１２…線引炉、１３…カーボンヒータ、１４…線引後の光ファイバ、１５…冷却筒、１６…紫外線硬化樹脂塗布装置、１７…紫外線照射装置、１８…被覆硬化後の光ファイバ、１９…巻取装置、２０…紫外線照射装置本体、２１…紫外線光源（紫外線照射ランプ）、２２…ミラー、２３…接続筒、２４…筒状体、２５…パージガス供給管、２５_１…Ｎ_２ガス供給管、２５_２…Ｏ_２ガス供給管、２６…下端開口部、２７…シャッタ、２７…酸素濃度計、２８…制御装置、２８_１…Ｎ_２ガス用コントロールバルブ、２８_２…Ｏ_２ガス用コントロールバルブ。

Claims

紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバに、紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化する光ファイバの樹脂被覆硬化方法であって、紫外線を照射する間、前記光ファイバが挿通する光ファイバ挿通空間内の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下にすることを特徴とする光ファイバの樹脂被覆硬化方法。
前記塗布された紫外線硬化樹脂が前記光ファイバのクラッドとなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化方法。
請求項２に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化方法で紫外線硬化樹脂を硬化することで製造されるプラスチッククラッド光ファイバ。
紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバを挿通させる筒状体と、前記筒状体の外部に配設された紫外線光源とを備え、前記紫外線光源から紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化する光ファイバの樹脂被覆硬化装置であって、前記紫外線を照射する間、前記筒状体内部の光ファイバ挿通空間の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ以下に制御する制御装置を備えたことを特徴とする光ファイバの樹脂被覆硬化装置。
前記筒状体内部の光ファイバ挿通空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記光ファイバ挿通空間に酸素を含むガスを供給する酸素供給管と、前記不活性ガスの供給量と前記酸素を含むガスの供給量とを制御することで前記酸素濃度を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化装置。
前記光ファイバ挿通空間の雰囲気の酸素濃度を計測する酸素濃度計を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化装置。
前記塗布された紫外線硬化樹脂が前記光ファイバのクラッドとなることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の光ファイバの樹脂被覆硬化装置。