JP2004145307A - 光ファイバ心線の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　高線速の製造状態においても、被覆樹脂の内面を平滑にできる光ファイバ心線の製造方法を提供する。
【解決手段】　光ファイバ素線２は、予熱器８で加熱され、真空引き装置１０の減圧空間１２を通ってクロスヘッド１に導入される。減圧空間１２を光ファイバ素線２が通過することによって、加熱された光ファイバ素線２からの揮発成分の揮発を促進し、揮発性分が吸引パイプ１３から吸引される。減圧空間１２に光ファイバ素線２が導入される前に、減圧空間１２から光ファイバ素線２の導入側に吸引パイプ１１を設けることにより、より効果的に揮発成分を吸引できる。減圧空間１２を通過した光ファイバ素線の周囲に熱可塑性樹脂が押し出されて、被覆され、光ファイバ心線７が製造される。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、光ファイバ心線の製造方法および製造装置に関するものである。

　光ファイバ素線の上に熱可塑性樹脂を押し出して被覆を形成した光ファイバ心線が知られている。光ファイバ素線は、一般的には保護被覆、例えば紫外線硬化樹脂等の保護被覆が施されたものである。この光ファイバ素線の周囲に押し出し形成される被覆は、光ファイバ素線に密着し、タイトな構造となっている。

　紫外線硬化樹脂の保護被覆が施された直径２５０μｍの光ファイバ素線に熱可塑性樹脂を被覆して、直径を０．９ｍｍとする光ファイバ心線、いわゆる０．９φ心線の製造を行なう製造方法では、クロスヘッド内には、ダイ／ニップルがセットされており、熱可塑性樹脂はダイ／ニップル間の隙間から押出される。また光ファイバ素線はニップル内へ挿入され、熱可塑性樹脂が被覆されて０．９φ心線となる。この時、常温の光ファイバ素線をニップル内へ挿入すると、ニップル先端部も徐々に冷やされるので、熱可塑性樹脂の内面温度も下がり、樹脂の伸びが低下して、光ファイバ素線と接触する熱可塑性樹脂の内面が鮫肌状に荒れ、伝送特性を悪化させるという問題が生じることが分かっている。

　光ファイバ素線と熱可塑性樹脂との接触を良好にするために、光ファイバ素線をオンラインで予熱し、その上に熱可塑性樹脂を押し出し被覆して光ファイバ心線を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　図２は、その方法の一例を説明するための要部の概略図である。図中、１はクロスヘッド、２は光ファイバ素線、３はニップル、４はダイ、５は軟質樹脂、６は硬質樹脂、７は光ファイバ心線、８は予熱器、９は温風である。

　光ファイバ素線２は、クロスヘッド１に導入されて、その周囲に熱可塑性樹脂が押し出されて、被覆される。この例では、熱可塑性樹脂は、軟質樹脂と硬質樹脂とが用いられ、二重被覆が施されている。すなわち、ニップル３には、二重の押出口が設けられており、先端側の押出口から軟質樹脂５が押し出され、後方の押出口から硬質樹脂６が押し出され、光ファイバ素線２の周囲に軟質樹脂が、さらにその上に硬質樹脂が押し出され、二重被覆がされて光ファイバ心線７が製造される。

　光ファイバ素線２は、予熱器８で予め加熱された状態で、クロスヘッド１に導入されるので、光ファイバ素線２が熱可塑性樹脂に接触する際に、熱可塑性樹脂の内面が冷やされることはなく、平滑に熱可塑性樹脂が光ファイバ素線２に接触して被覆される。また、光ファイバ素線の保護被覆である紫外線硬化型樹脂は、吸湿する性質があるが、熱可塑性樹脂を押出被覆する直前に光ファイバの予熱を行なうことによって、あらかじめ水分を除去でき、樹脂荒れを防ぐことができる。

　このように、光ファイバ素線に熱可塑性樹脂を押出被覆する直前に光ファイバ素線を予熱することで、光ファイバ素線と接触する熱可塑性樹脂の内面を平滑にして、樹脂の内面が荒れることを防止できる。

　しかしながら、上記の製造方法で、高線速で製造を行なうと光ファイバ素線と熱可塑性樹脂との界面に気泡が発生することが分かった。気泡の発生は、伝送特性を悪化させる。気泡発生の現象を解明したところ、光ファイバ素線に予熱を行なうと、光ファイバ素線内の揮発成分が揮発するが、予熱器８からクロスヘッド１に達するまでの間に、光ファイバ素線２からの揮発成分は外部に拡散されてしまう。しかし、光ファイバ素線２の走行速度を高くして、高線速で製造を行なうと、光ファイバ素線２内から揮散する揮発成分が揮発する前に、光ファイバ素線２がクロスヘッド内へ挿入され、樹脂が押し出し被覆された状態で揮発するため、光ファイバ素線２と熱可塑性樹脂との界面に気泡が発生する。図４は、光ファイバ素線に軟質樹脂５と硬質樹脂６とで二重被覆をした光ファイバ心線において、光ファイバ素線を取り除いて、被覆部分を半割にした説明図であり、光ファイバ素線との接触面に気泡による凹み１４が存在していることが分かる。被覆樹脂が光ファイバ素線に密着した状態において、この凹み１４に内包される気泡は、光ファイバ素線にベンディングを与えることになり、伝送特性を悪化させるという問題がある。
特開平１１−１７４２９１号公報

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、高線速の製造状態においても、被覆樹脂の内面を平滑にできる光ファイバ心線の製造方法および製造装置を提供することを目的とするものである。

　本発明は、紫外線硬化型樹脂で保護被覆された光ファイバ素線を予熱手段によって加熱を与えて、被覆手段において熱可塑性樹脂で押出被覆する光ファイバ心線の製造方法および製造装置において、加熱された光ファイバ素線を減圧手段を通して前記被覆手段に導入することを特徴とするものである。

　本発明によれば、光ファイバ素線と接触する熱可塑性樹脂の内面を平滑にして、樹脂の内面が荒れることを防止でき、また、光ファイバ素線の保護被覆である紫外線硬化型樹脂が吸湿した水分を除去でき、樹脂荒れを防ぐことができる。さらに、高線速で製造を行なっても、熱可塑性樹脂が押し出し被覆された状態で揮発する揮発成分を十分に減少させることができ、光ファイバ素線と熱可塑性樹脂との界面に発生する気泡を抑えることができるという効果がある。

　本発明は、加熱された光ファイバ素線を減圧手段を通して被覆手段に導入して、熱可塑性樹脂を押し出し被覆することにより、伝送損失の少ない光ファイバ心線を実現することができる。

　図１は、本発明の光ファイバ心線の製造装置の実施の形態の一例を製造方法とともに説明するための概略構成図である。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１０は真空引き装置、１１は減圧パイプ、１２は減圧空間、１３は吸引パイプである。なお、この実施の形態でも、樹脂被覆を二重被覆としたが、本発明は、二重被覆に限られるものではなく、１層だけの被覆でもよく、また、二重以上の多層の樹脂被覆でもよい。

　紫外線硬化型樹脂で保護被覆された光ファイバ素線２は、温風９が導入された予熱器８で加熱されながら予熱器８を通過してクロスヘッド１に導入される。予熱手段として用いた予熱器８は、温風９による加熱に限られるものではなく、ヒーター等の適宜の加熱手段を用いることができる。クロスヘッド１の入口側に加熱された光ファイバ素線２からの揮発成分を吸引する真空引き装置１０が設けられている。真空引き装置１０は、吸引パイプ１３に接続された図示しない真空ポンプなどの減圧装置によって減圧された減圧空間１２で光ファイバ素線２を真空引きする減圧手段である。減圧空間１２を光ファイバ素線２が通過することによって、加熱された光ファイバ素線２からの揮発成分の揮発を促進し、揮発性分が吸引パイプ１３から吸引される。なお、「真空ポンプ」「真空引き」など、「真空」なる用語が用いられているが、本発明においては、「真空」は、真空状態を実現することを意味するものではなく、減圧（吸引）することを意味するものである。

　減圧空間１２に光ファイバ素線２が導入される前に、減圧空間１２から光ファイバ素線２の導入側に吸引パイプ１１を設けるのがよい。吸引パイプ１１を設けることによって、光ファイバ素線２が走行中に吸引される期間が長くなり、より効果的に揮発成分を吸引できる。なお、予熱器８と吸引パイプ１１との間には、大気に開放された部分を設けるのがよい。予熱器８からの熱により、光ファイバ素線の着色層の剥がれを防ぎ、光ファイバの断線を防止できる。もちろん、予熱器８の加熱条件によっては、開放された部分を設けることなく、吸引パイプ１１と予熱器８を連結させてもよい。

　減圧空間１２を通過した光ファイバ素線の周囲に熱可塑性樹脂が押し出されて、被覆され、光ファイバ心線７が製造される。この例では、熱可塑性樹脂は、軟質樹脂と硬質樹脂とが用いられ、二重被覆が施されている。すなわち、ニップル３には、二重の押出口が設けられており、先端側の押出口から軟質樹脂５が押し出され、後方の押出口から硬質樹脂６が押し出され、光ファイバ素線２の周囲に軟質樹脂が、さらにその上に硬質樹脂が押し出され、二重被覆がされる。

　光ファイバ素線２は、予熱器８で加熱された状態で、クロスヘッド１に導入されるので、光ファイバ素線２が熱可塑性樹脂に接触する際に、熱可塑性樹脂の内面が冷やされることはなく、平滑に熱可塑性樹脂が光ファイバ素線２に接触して被覆されるので、光ファイバ素線と接触する熱可塑性樹脂の内面を平滑にして、樹脂の内面が荒れることを防止できる。また、光ファイバ素線の保護被覆である紫外線硬化型樹脂は、吸湿する性質があるが、熱可塑性樹脂を押出被覆する直前に光ファイバの予熱を行なうことによって、あらかじめ水分を除去でき、樹脂荒れを防ぐことができる。さらに、高線速で製造を行なっても、加熱された光ファイバ素線２を減圧空間を通過させることによって、揮発成分が揮発しやすくなって揮発して吸引されるので、熱可塑性樹脂が押し出し被覆された状態で揮発する揮発成分を十分に減少させることができ、光ファイバ素線２と熱可塑性樹脂との界面に発生する気泡を抑えることができる。図３は、光ファイバ素線に軟質樹脂５と硬質樹脂６とで二重被覆をした光ファイバ心線において、光ファイバ素線を取り除いて、被覆部分を半割にした説明図であり、光ファイバ素線との接触面に気泡が存在していないことが分かる。

　図５は、吸引工程を有しない従来の製造方法と、吸引手段を用いた吸引工程を有する本発明による製造方法とによって製造されたそれぞれの光ファイバ心線の一例の特性を測定した実験結果の説明図である。吸引工程を設けることによって、被覆の光ファイバ素線に接する面の表面粗さが小さく（平滑面）、損失の少ない伝送特性を呈していることが分かる。

　予熱器８の出口と吸引パイプ１１の入口との間には、大気に開放された部分を設けるのがよいことは上述した。更なる高線速で製造を行なう場合には、大気に開放された部分を設けることは有効である。予熱器８の出口と吸引パイプ１１の入口との間の距離、すなわち、大気に開放された部分の長さを揮散長と呼び、その長さをＡとして説明する。

　揮散長Ａを０として、すなわち、開放された部分を設けることなく、吸引パイプ１１と予熱器８を連結させた状態で製造を行なっても、吸引パイプ１１による揮発成分の吸引によって、気泡の発生は生じない。

　しかし、製造線速が高くなると、吸引パイプ１１を通過する時間が短くなり、効果的に揮発成分を吸引することができなくなり、図４で説明したと同様な気泡が発生する。このような場合には、揮散長Ａを設けることが有効となる。揮散長Ａの値は、光ファイバ素線２の走行速度に対して、０．１０〜０．１５秒となる範囲がよい。この範囲であれば、有効な揮散時間と有効な冷却時間が設けられることになり、図３で説明したと同様に、界面における気泡の発生を有効に防止できる。ただし、０．２０秒以上の揮散時間を設けると、光ファイバ素線の表面温度が下がりすぎることによって、熱可塑性樹脂の内面が鮫肌状になり、温度特性は悪化する。また、揮散時間が０．１０秒に満たない場合には、の界面に気泡が発生する揮散時間と冷却時間が有効にならず、気泡の発生が見られる。

　図６は、揮散時間とクロスヘッドの入口における光ファイバ素線の温度と内面状態、および、温度特性を測定した実験結果の説明図である。予熱手段の設計や揮散時間の設定によって、良好な温度特性が得られることが分かる。なお、図６の実験においては、余熱器の出口での光ファイバ素の温度を１３５〜１５０℃とし、真空引き装置の真空度を５５〜６５ＭＰａとして、被覆外径が０．９ｍｍの光ファイバ心線を製造した結果である。また、測定光の波長を１．３μｍとして、−３０〜＋６０℃の温度変化範囲における損失増を測定した。

　図７は、本発明の製造方法により製造された光ファイバ心線の一例の断面図である。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。この例では、光ファイバ素線２の外径は０．２５ｍｍ、被覆樹脂の内層の軟質樹脂５の外径は０．５５ｍｍ、外層の硬質樹脂６の外径は０．９ｍｍである。

　被覆の内層に用いられる軟質樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ），低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ），エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ），スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ），スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ），スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＩＳ）などを用いることができ、外層に用いられる硬質樹脂としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリプロピレン（ＰＰ）とスチレン−ブタジエン共重合体のブレンド品，ポリプロピレン（ＰＰ）とスチレン−イソプレン共重合体のブレンド品，ポリプロピレン（ＰＰ）とスチレン（ＰＳ）のブレンド品などを用いることができる。また、内層および外層の樹脂ともに、上記のベース材料を元に、金属酸化物をブレンドしてもよい。これらの樹脂を用いた場合、光ファイバ心線は、ノンハロゲンであるということができる。

　図８は、図７で説明した光ファイバ心線を用いた単心コードの一例の断面図である。図中、１５は光ファイバ心線、１６は抗張力繊維フィラメント、１７は外被である。この例では、光ファイバ心線１５は外径が０．９ｍｍであり、その周囲に、抗張力繊維フィラメント１６を縦添え、または、螺旋状に添えて、その上に外被１７を施したものである。抗張力繊維フィラメント１６としては、１１４０ｄ〜１４２０ｄ程度の芳香族ポリアミド繊維、例えば、ケブラー（商品名）を３〜４本を用いて、外径を１．３８〜１．８ｍｍとし、外被１７としては、例えば、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）を用いて、外径を１．７〜３．０ｍｍとした。

　図９は、図７で説明した光ファイバ心線を用いた層撚ケーブルの一例の断面図である。図中、１５は光ファイバ心線、１８はテンションメンバー、１９はヤーン、２０は外被である。この例では、光ファイバ心線１５の８本をテンションメンバー１８の周囲に撚り合わせた。その上に、例えばポリプロピレンのヤーン１９を充填して、外被２０を施し、外径を１１．７５〜１２．００ｍｍとしたものである。テンションメンバー１６としては、例えば、ＦＲＰ線，鋼線等を用い、その周囲にポリエチレン（ＰＥ）被覆をしたものを用い、外被２０としては、難燃ポリエチレンを用いたが、これらの材料に限られるものではない。

　なお、上述した説明における外径等の数値は一例であり、本発明がこれらの数値に限定されるものではないことを念のため述べておく。

本発明の光ファイバ心線の製造装置の実施の形態の一例を製造方法とともに説明するための概略構成図である。 従来の光ファイバ心線を製造する方法の一例を説明するための要部の概略図である。 図１の光ファイバ心線の製造方法によって製造された光ファイバ心線の被覆の説明図である。 図２の光ファイバ心線の製造方法によって製造された光ファイバ心線の被覆の説明図である。 実験結果の説明図である。 実験結果の説明図である。 本発明の製造方法により製造された光ファイバ心線の一例の断面図である。 図７で説明した光ファイバ心線を用いた単心コードの一例の断面図である。 図７で説明した光ファイバ心線を用いた層撚ケーブルの一例の断面図である。

符号の説明

　１…クロスヘッド、２…光ファイバ素線、３…ニップル、４…ダイ、５…軟質樹脂、６…硬質樹脂、７…光ファイバ心線、８…予熱器、９…温風、１０…真空引き装置、１１…減圧パイプ、１２…減圧空間、１３…吸引パイプ、１５…光ファイバ心線、１６…抗張力繊維フィラメント、１７…外被、１８…テンションメンバー、１９…ヤーン、２０…外被。

Claims (11)

1. 紫外線硬化型樹脂で保護被覆された光ファイバ素線を予熱手段によって加熱を与えて、被覆手段において熱可塑性樹脂で押出被覆する光ファイバ心線の製造方法において、加熱された光ファイバ素線を減圧手段を通して前記被覆手段に導入することを特徴とする光ファイバ心線の製造方法。
2. 前記予熱手段と減圧手段との間に前記光ファイバ素線が通過するパイプを設け、該パイプ内も減圧することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ心線の製造方法。
3. 前記予熱手段と前記パイプとの間に大気に開放された揮散長が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ心線の製造方法。
4. 前記揮散長が光ファイバ素線の通過速度において０．１０〜０．１５秒間に相当する長さであることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ心線の製造方法。
5. 前記光ファイバ素線が前記揮散長を通過する間に冷却されて、７２〜７７℃で前記被覆手段に導入されることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ心線の製造方法。
6. 光ファイバ素線が着色層を有する直径２５０μｍのものであり、熱可塑性樹脂の被覆外径を０．９ｍｍとすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光ファイバ心線の製造方法。
7. 紫外線硬化型樹脂で保護被覆された光ファイバ素線を予熱手段によって加熱を与えて、被覆手段において熱可塑性樹脂で押出被覆する光ファイバ心線の製造装置において、前記被覆手段の入口側に減圧手段を設け、加熱された前記光ファイバ素線を前記減圧手段を通して前記被覆手段に導入することを特徴とする光ファイバ心線の製造装置。
8. 前記予熱手段と減圧手段との間に前記光ファイバ素線が通過するパイプを設け、該パイプ内も減圧することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ心線の製造装置。
9. 前記予熱手段と前記パイプとの間が大気に開放されていることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ心線の製造装置。
10. 前記揮散長が光ファイバ素線の通過速度において０．１０〜０．１５秒間に相当する長さであることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ心線の製造装置。
11. 前記光ファイバ素線が前記揮散長を通過する間に冷却されて、７２〜７７℃で前記被覆手段に導入されるように前記予熱手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ心線の製造装置。

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