JP2007504518A - プラスチック光ファイバの製造方法およびシステム - Google Patents

Abstract

プラスチック光ファイバを連続的に製造するための方法およびシステムが記載されている。本方法には、連続スクリュー押出機においてポリマー出発材料を溶融し、次に、均一なコア断面を備えたプラスチック光ファイバを形成するように溶融ポリマーを垂直に上方へ（すなわち重力に反して）押し出すことが含まれる。

Description

発明の分野
本発明はプラスチック光ファイバに関する。特に、本発明は、均一なコア断面を備えたプラスチック光ファイバを連続的に製造するための方法およびシステムに関する。

発明の背景
プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）には、短距離高速ネットワークにおける伝送媒体として多くの潜在的な利点がある。従来の銅配線と比較して、ＰＯＦは、より高いデータレートを処理することができ、電磁妨害にも脆弱ではない。ガラス光ファイバと比較して、ＰＯＦは、より柔軟でコアサイズがより大きいので、取り付け、接続および維持がより簡単である。さらに、ＰＯＦは、潜在的には、これらのネットワーク用の最も安価な伝送媒体である。

それゆえ、低伝送損失のＰＯＦを製造するための低コストの方法およびシステムの開発を試みて、相当な労力が費やされてきた。たとえば、米国特許第５，８２７，６１１号明細書には、
（ａ）プリフォームから中空管を押出すること（すなわち、開口部を通して押出することによって形成または成形すること）、
（ｂ）中空管をコア混合物で充填すること、
（ｃ）充填された管を加熱しながら適切な寸法へと延伸する（すなわち引き伸ばす）こと、
によって、ＰＯＦを製造するためのプロセスが記載されている。

米国特許第５，８２７，６１１号明細書に記載されているプロセスにおける欠点の１つは、それがバッチプロセスだということである。米国特許第５，８２７，６１１号明細書は、そのプロセスを「連続的な」ものとして特徴づけているが、しかしそれは、プリフォームベースのプロセスは本質的にバッチ処理であるので、誤称である。プリフォームが使い尽されると、処理を停止し、新しいプリフォームを取り付けなければならない。今日までに開発されたほとんどのＰＯＦ処理方法は、プリフォームベースなので、この欠点を共有する。コストを低減し、ＰＯＦの均一性を向上させるためには、ＰＯＦを製造する本当の連続プロセスを開発するのが望ましいであろう。（もちろん、連続プロセスであっても、たとえばクリーニングおよびメンテナンスのために、時々停止させる必要があり得る。）

米国特許第５，８２７，６１１号明細書をはじめとする多数の先行技術の特許が、ＰＯＦの伝送損失を低減しようとする処理方法およびシステムについて記載している。これらの損失は、内在的および外在的要因の両方によって引き起こされる場合がある。内在的要因には、Ｃ−Ｈ振動による吸収およびレイリー散乱が含まれる。外在的要因には、遷移金属および有機汚染物質による吸収と同様に、ダストおよび微小空隙による散乱、コア直径の変動、配向複屈折およびコア−クラッド境界欠陥が含まれる。これらの様々な損失要因の１つ以上を低減する方法およびシステムを開発する現在的な必要性がある。

先行技術において認識も制御もされなかった１つの重要な処理変数は、ＰＯＦコアが押し出される方向である。本発明者らの知る限りでは、全ての先行するＰＯＦ処理方法は、ＰＯＦコアを垂直下方（つまり重力を用いて）かまたは水平のどちらかに押し出してきた。驚いたことに、本発明者らは、ＰＯＦを垂直上方に（つまり重力に逆らって）押出することによって、コア直径の変動がずっと少ないＰＯＦを製造することが可能になることを発見した。

ＰＯＦのコア直径の均一性におけるこの改良は、織物用途の「繊維集束体」を製造するために「上方紡糸」を用いる米国特許第４，３９９，０８４号明細書を考慮すると、さらに一層驚くべきである。第１６段２０〜２４行目で言及されているように、この特許は、不均一で不規則な紡織繊維を作り出すために、垂直上方押出を用いることを記載している。すなわち、
「本発明のさらなる特徴は、フィラメントが、その長手方向に沿って不規則な間隔で大きさが不規則に変化する非円形断面を有し、これに付随して、その断面の形状もまた変化するということである。」

したがって、不規則な織物繊維を製造するための、垂直上方押出の先使用は、均一なＰＯＦコアを製造するために垂直上方押出を用いることを、開示も示唆もしていない。

さらに、垂直上方押出をスクリュー押出などの連続処理方法と組み合わせることによって、本発明は、均一なコア断面を備えたＰＯＦの連続製造を可能にする。

発明の概要
本発明は、均一なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための方法およびシステムを提供することによって、先行技術の限定および欠点を克服する。

本発明の一態様には、出発材料が連続スクリュー押出機において溶融され、かつ次に、均一な断面を備えたＰＯＦコアを形成するように垂直に上方へ（すなわち重力に反して）押し出される方法が含まれる。

本発明の別の態様には、１つ以上のスクリュー押出機および１つ以上の押出ブロックを含むシステムが含まれる。１つ以上のスクリュー押出機を用いて、連続的に出発材料を溶融する。次に、１つ以上の押出ブロックを用いて、溶融出発材料を垂直上方方向に押し出し、均一な断面を備えたＰＯＦコアを形成する。

連続押出方法および垂直上方押出は、両方とも織物繊維製造の分野で知られているが、均一なコア断面を備えたＰＯＦを作り出すために、これらの２つの要素を組み合わせることは、織物繊維先行技術によって知られてもいないし、示唆されてもいない。実際には、織物繊維先行技術の開示は、本発明において用いられるような垂直上方押出とはかけ離れている。

たとえば、背景技術で論じたように、先行する織物繊維技術は、「長手方向に沿って不規則な間隔で大きさにおいて不規則に変化する非円形の断面を有するフィラメント」を製造するために「上方紡糸」を用いることによって、本発明からかけ離れた開示をしている。織物繊維に関するこれらの先行する開示は、均一なコア断面を備えたＰＯＦを作り出すためにどのように垂直上方押出を用いるかを開示する本発明とは、正反対である。均一なコア断面は、典型的には円形断面であるが、しかし他の形状（たとえば楕円形、三角形、矩形または六角形の断面）もまた製造することができる。

前述の事項ならびに本発明の他の実施形態および態様は、添付の特許請求の範囲および付随する図面と共に本発明の以下の詳細な説明を考慮することによって、当業者には明らかとなるであろう。

詳細な説明
均一なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための方法およびシステムを説明する。以下の説明では、本発明についての完全な理解をもたらすために、多数の特定の詳細について述べている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細がなくとも実施可能であることは、当業者には明らかであろう。

図１は、均一なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための例示的なシステムを示す。この例示的なシステムには、押出機駆動アセンブリ１００、供給ホッパー／ドライヤシステム２００、スクリュー／バレルアセンブリ３００、多目的ブロック３５０、移送／加熱ブロック４００、ポンプ／駆動アセンブリ５００、プラネタリギヤポンプ６００、紡糸口金フェースプレート７００、紡糸口金先端部（または「ピン」）８００、紡糸口金先端ヒータ９００、第１段階急冷ユニット１０００、第２段階急冷ユニット１１００、および第１の駆動ロール１２００が含まれる。

図２は、ＰＯＦクラッド層を施し、ＰＯＦの均一性を測定し、かつＰＯＦをスプールに巻き付けるための追加構成要素を備えた図１のシステムを示す。追加構成要素には、溝付きロール１４００、クロスヘッド押出機１５００、急冷ユニット１７００、ターニングロール１８００、レーザマイクロメータ１９００および巻取ユニット２０００が含まれる。巻取ユニット２０００には、電動ロール２１００、テンションアーム２２００、横送り機構２３００およびＰＯＦスプール２４００が含まれる。

図３は、コアおよびクラッドを備えたＰＯＦを連続的に製造するための代替システムを示す。ＰＯＦコア押出機および別個のＰＯＦクラッド押出機１５００を用いる代わりに、２つの押出機は、マルチセクションブロック３２００を備えた多層押出システムに、よりしっかりと一体化できる。第１の押出機３０００は、ＰＯＦコア用の樹脂を供給する。第２の押出機３１００は、クラッド用の樹脂を供給する。各押出機は、そのＰＯＦ材料のために圧力および温度を独立して制御することができる。したがって、ＰＯＦクラッド材料の温度および圧力は、クラッド材料がマルチセクションブロック３２００でコアに施されるまで、ＰＯＦコア材料とは別個の温度および圧力に維持できる。このシステムより、１つの押出ブロックにおいて、ＰＯＦコアおよびＰＯＦクラッド両方の連続インライン式製造が提供される。

単純にするために、図３は、ＰＯＦコア用の１つの押出機およびＰＯＦクラッド用のもう１つの押出機を備えたマルチセクションブロック３２００を示す。しかしながら、マルチセクションブロックは、多層ＰＯＦコアおよび／または多層ＰＯＦクラッドを製造するための追加押出機と接続可能であることを、当業者は理解するであろう。たとえば、グレーデッド型ＰＯＦを製造するために、マルチセクションブロック３２００を追加押出機と接続し、放射状に変化する特性（たとえば屈折率）を備えた多層ＰＯＦコアを製造することが可能である。

図４は、紡糸パックアセンブリ９５０をより詳細に示す。紡糸パックアセンブリ９５０には、多目的ブロック３５０、移送／加熱ブロック４００、紡糸口金フェースプレート７００、ヒータバンド７５０、紡糸口金先端部（または「ピン」）８００および紡糸口金先端ヒータ９００が含まれる。

図５は、多目的ブロック３５０、および移送／加熱ブロック４００の一半部をより詳細に示す。多目的ブロック３５０には、破裂栓３５１（圧力安全弁）、温度プローブ３５２および圧力変換器３５３が含まれる。ブロック３５０および４００の設計によって、ポリマーフローに対する抵抗が最小限にされ、処理パラメータ（すなわち温度および圧力）についてのフィードバックが提供される。図５に示すように、ブロック４００は、クリーニングを容易にするために、２つの半部に分割できる。移送ブロック４００にはまた、溶融ポリマーの混合を改善するために、ブレーカープレート（図５には示さず）が含まれる。

本明細書に記載する方法は、実際上全てのＰＯＦコアおよびクラッド材料に適用することができる。

１つの例示的なＰＯＦコア材料が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。アトフィナ・ケミカルズ・インク（ＡＴＯＦＩＮＡ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）（１９４０６ ペンシルベニア州キング・オブ・プラシャ、ファーストアベニュー９００（９００ Ｆｉｒｓｔ Ａｖｅｎｕｅ，Ｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡ １９４０６））は、「Ｖ８２５ＮＡ」と呼ばれるＰＭＭＡ樹脂を製造しているが、この樹脂は、高屈折率（１．４９）を有しかつ可視光領域で示す伝送損失が小さいので、好ましいコア出発材料である。アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂ＶＬＤ−１００などの、より高いメルトフローレートを備えた樹脂もまた用いてもよい。

他の例示的なＰＯＦコア材料には、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステルおよびポリカーボネートの共重合体、ならびに他の非晶質ポリマーが含まれる。さらに、高分子量ポリプロピレンおよび高密度高分子量ポリエチレンなどの半結晶ポリオレフィンを用いることができる。

例示的なＰＯＦクラッド材料には、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオエチレンヘキサフルオロプロピレンビニリデンフルオライドなどのフッ素化ポリマー、および他のフルオロアルキルメタクリレートモノマーをベースにした樹脂が含まれる。クラッド材料は、コアポリマーの屈折率より低い屈折率を有しなければならない。ダイニオンＬＬＣ（Ｄｙｎｅｏｎ ＬＬＣ）（５５１２８ ミネソタ州オークデール、３３^ｒｄストリートノース６７４４（６７４４ ３３^ｒｄ Ｓｔｒｅｅｔ Ｎｏｒｔｈ，Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ ５５１２８））のフルオロ熱可塑性物質ＴＨＶ２２０ＧおよびＴＨＶ２２０Ａ、ならびにアトフィナ・カイナー・スーパーフレックス２５００（ＡＴＯＦＩＮＡ ＫＹＮＡＲ Ｓｕｐｅｒｆｌｅｘ ２５００）（登録商標）は、１．３５〜１．４１の間の屈折率を有し、これは、アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂Ｖ８２５ＮＡの屈折率より低い。

図６は、均一なコア断面を備えたプラスチック光ファイバを連続的に製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。

ステップ１０において、不純物がなく精製されたＰＯＦコアポリマー樹脂（典型的には、商用樹脂製造業者によって供給されるポリマー出発材料）のペレットが、供給ホッパー／ドライヤシステム２００に供給される。ドライヤシステム２００は、圧縮空気を用いてコアポリマー樹脂を連続的に乾燥させる。ドライヤシステム２００で用いられる温度は、典型的には８０〜１００℃の間であり、９０℃が好ましい。水分は、−４０℃の露点でドライヤシステム２００を動作させることによって、樹脂から除去される。ドライヤシステム２００はまた、２つの直列に合体しているフィルタを有し、大きさが０．０１ミクロンまでの液体水および油の液滴粒を除去する。例示的なドライヤシステム２００は、ノバテック^ｔｍ・コンプレスト・エア・ドライヤ（Ｎｏｖａｔｅｃ^ｔｍ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ａｉｒ Ｄｒｙｅｒ）（ノバテック・インク、２１２２５ メリーランド州ボルチモア、トーマスアベニュー２２２Ｅ．（Ｎｏｖａｔｅｃ，Ｉｎｃ．２２２Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ Ａｖｅ．，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，Ｍｄ．２１２２５（ｗｗｗ．ｎｏｖａｔｅｃ．ｃｏｍ））である。

ステップ２０において、押出機駆動アセンブリ１００は、乾燥ポリマーを押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００に供給し、このアセンブリで乾燥ポリマーが溶融される。押出機駆動アセンブリ１００は、一貫した動作ＲＰＭを維持して連続押出プロセス中に安定した圧力を提供する専用の駆動システムである。

押出機駆動アセンブリ１００におけるプーリのギヤ比は、駆動アセンブリモータが、定格モータ速度の９０〜１００％の好ましい速度で作動できるように、変更可能である。安定したモータ速度が安定したスクリュー速度をもたらし、今度はこれが、一貫した押出材圧力をもたらす。測定された圧力変動は、様々な作動圧での動作中に２％未満である。したがって、押出機駆動アセンブリ１００における正確な駆動によって、より優れた押出機制御および押出材供給の均一性が可能になる。

押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００に排出口を付けて、溶融樹脂から揮発性の汚染物質を除去してもよい。

ステップ３０において、押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００における供給スクリューは、連続的で均一な方法で、多目的ブロック３５０および移送／加熱ブロック４００を通してプラネタリギヤポンプ６００へ、溶融ポリマーを移動させる。プラネタリギヤポンプ６００は、専用の駆動アセンブリ５００によって駆動される。ポンプ６００は、複数の出口を備えた単一入口ポンプである。

ステップ４０において、溶融ポリマーは、連続的で均一な方法で、移送／加熱ブロック４００へ戻る。ポンプ６００は、それが移送ブロック４００の独立したチャネルへフローを分割して分配するときに、溶融ポリマーを加圧する。明瞭にするために、移送ブロック４００における独立チャネルのうちの１つだけ（すなわちチャネル４５０）が、図４に示されている。

ブロック４００のチャネル４５０によって、低い制限で高いポリマーフローレートが可能となり、それによって、ポリマー溶融物における剪断加熱（および同時発生の温度むら）が低減される。紡糸パックアセンブリ９５０におけるポリマーフローの方向は、９０°の増分で変更できる。したがって、紡糸パックアセンブリ９５０を介した押出は、垂直上方か、垂直下方か、または水平になり得る。加熱バンド７５０は、溶融ポリマーが紡糸パックアセンブリ９５０を通過している間に、その温度制御（したがって粘度制御も）を容易にする。

ステップ５０において、加圧された溶融ポリマー流は、ねじを切られた紡糸口金ピン８００のセットを装備した紡糸口金フェースプレート７００に入る。紡糸口金ピン８００は、容易な取り外しのためにねじを切られ、それによって、ピン長さ対直径比と同様に、紡糸口金の孔径の迅速な切り替えが可能になる。紡糸口金先端ヒータ９００は、紡糸口金ピン８００における押出材の温度を制御する。このような制御は、押出材が紡糸口金ピン８００を出てＰＯＦコア１３００を形成するときに、押出材表面の均一性を向上させる。紡糸口金ピン８００の温度は、２２５〜３００℃の間が好ましい。代替の実施形態において、紡糸口金フェースプレート７００には、ねじを切られているのではなくて固定された紡糸口金ピン８００を含むことができる。

ステップ６０において、溶融ポリマーは、ほぼ垂直上方方向に、紡糸口金ピン８００を通して押し出される。紡糸口金ピン８００の円形開口部を通して溶融ポリマーを押出することによって、均一な円形断面を備えたＰＯＦコア１３００が形成される。紡糸口金ピン８００における開口部の形状を変化させることによって、他のタイプの均一な断面を備えたＰＯＦを形成することができる。たとえば、紡糸口金ピン８００における楕円形の開口部を通して溶融ポリマーを押出することによって、均一な楕円形断面を備えたＰＯＦコア１３００が形成される。ＰＯＦコア断面の均一性を向上させるために、ステップ６０の押出は、重力にまさに反して完全な垂直方向に実行するのが好ましい。

垂直上方押出プロセスの開始時に、金属ロッドまたは他の不活性表面が、紡糸口金ピン８００を出るＰＯＦコア１３００と接触し、上方かつ第１の巻取ロール１２００の溝へＰＯＦコア１３００を持ち上げる。その後、ＰＯＦコア１３００は、水平または垂直下方押出プロセスに対して通常なされるのと同じ方法で、システムの残りを通過する。

ステップ７０において、ＰＯＦコア１３００は、制御された方法で冷却される。一実施形態において、ＰＯＦコア１３００は、二重の冷却領域システムで冷却される。

第１段階急冷ユニット１０００は、紡糸口金ピン８００と平行に位置しており、紡糸口金ピン８００を出るＰＯＦコア１３００から典型的には０．１〜２インチ離れている。第１段階急冷ユニット１０００は、ファイバ上に空気を吹きつけることによって、ＰＯＦコア１３００を徐々に冷却する。第１段階急冷ユニット１０００は、典型的には０〜１３０℃の間で動作し、１００℃が好ましい。第１段階急冷ユニット１０００のファンは、典型的には０〜１７５０ＲＰＭ（０．０５８ＰＳＩ）の間で動作し、１２００ＲＰＭ（０．０２７ＰＳＩ）が好ましい。第２段階急冷ユニット１１００はまた、０〜１３０℃の間で動作することができるが、典型的には第１段階急冷ユニット１０００より低い温度で動作し、０〜２０℃の間の温度が好ましい。第２段階急冷ユニット１１００のファンは、典型的には０〜１７５０ＲＰＭの間で動作し、１０００ＲＰＭ（０．０１８ＰＳＩ）が好ましい。

ステップ８０において、クラッドがＰＯＦコア１３００に施される。ＰＯＦクラッド層を施すための例示的な構成要素が、図２に示されている。押出機スクリューおよびバレルアセンブリ（図２には示さず）は、クロスヘッド押出機１５００に結合されている。クラッド用の押出機スクリューおよびバレルアセンブリは、押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００の設計と同じ設計を用いることができる。好ましいクラッド材料は、ダイニオンＬＬＣ（Ｄｙｎｅｏｎ ＬＬＣ）によって供給され、ＴＨＶ−２２０Ｇと呼ばれるフルオロポリマーである。

表１は、図２に示す構成要素を用いて、前もって押し出されたＰＯＦコア１３００を被覆するための例示的なプロセスパラメータを示す。表１において、領域１〜４は、押出機バレルの長手方向長さに沿った４つの別個の加熱領域を指す。これらの４つの領域は、クラッドポリマーペレットを漸進的に加熱し、クロスヘッド押出機１５００において均一に分配されるクラッド押出材を製造する。

クロスヘッド押出機１５００は、フロー制御を備えた調節可能なノズルシステムで構成され、第２のインライン式ステップとして存在する連続プロセスとして、ＰＯＦコア１３００にクラッドを施すことを可能にする。このプロセスで利用されるノズルシステムは、内部で作製したが、しかし多数の市販の実用クロスヘッドが利用可能である。典型的な市販の押出クロスヘッドの例は、フロリダ州クリアウォーター（Ｃｌｅａｒｗａｔｅｒ，Ｆｌｏｒｉｄａ）のジェンカ・コーポレーション（Ｇｅｎｃａ Ｃｏｐｏｒａｔｉｏｎ）（ｗｗｗ．ｇｅｎｃａ．ｃｏｍ）によって提供されるクロスヘッドである。

クラッドが施された後、クラッドＰＯＦ１６００を、急冷ユニット１７００を用い、一次冷却（たとえば２．７℃で）によって急速に冷却する。一次冷却は、クラッド材料における熱を迅速に放散してＰＯＦコア１３００の加熱を最小限にし、それによって、ＰＯＦコア−クラッド界面における光学的特性の変化を最小限にする。その後、急冷ユニット１７００は、二次冷却（たとえば２３．５℃で）を実行する。

ステップ９０において、ＰＯＦ断面の均一性が測定される。一実施形態において、測定はレーザマイクロメータ１９００を用いて行なわれる。例示的なレーザマイクロメータ１９００は、ベータレーザーマイク（Ｂｅｔａ ＬａｓｅｒＭｉｋｅ、４５４２４ オハイオ州デートン、テクノロジーブルバード８００１（８００１ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｌｖｄ．，Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ ４５４２４，ｗｗｗ．ｂｅｔａｌａｓｅｒｍｉｋｅ．ｃｏｍ））の直径ゲージである。当業者には周知のように、ＰＯＦ断面の均一性を向上させるために、レーザマイクロメータ１９００は、必要に応じて、オンライン自動フィードバック制御システムの一部とすることができる。

図２に示すように、ステップ９５において、クラッドＰＯＦ１６００は、ターニングロール１８００を介して、巻取ユニット２０００におけるＳラップシステムに供給され、ＰＯＦスプール２４００上に巻き付けられる。

上記のステップに加えて、垂直上方押出の後、ＰＯＦは、これに限定するわけではないが、次の様々に異なる方法によって、延伸することができる：
（１）紡糸延伸と被覆加工
（２）紡糸延伸と固相延伸
（３）コアおよびクラッドの共押出と紡糸延伸
（４）共押出ＰＯＦの紡糸延伸と固相延伸
（５）コアおよびクラッドのワンステップ共押出と連続増分延伸。

紡糸延伸と被覆加工において、ＰＯＦコア１３００は、紡糸口金ピン８００からの押出の直後に延伸され、ＰＯＦコア１３００が固化すると、親和性のクラッドが施される。この延伸方法によって、クラッドとＰＯＦコア１３００との間の相分離を伴わずに、典型的にはＰＯＦコア１３００とクラッド材料との間の優れた界面接着性がもたらされる。この延伸方法によってまた、典型的には、ＰＯＦにおける低分子配向、適度なファイバ強度および適度なクラッド均一性がもたらされる。

紡糸延伸と固相延伸において、ＰＯＦコア１３００は、紡糸口金ピン８００からの押出直後に延伸され、スプールに巻き取られる。次に、これらのＰＯＦコア１３００は、第２のプロセスにおいてスプールから解かれ、大きな延伸比率で固相において延伸される。次に、クラッド材料が、固相延伸の後で施される。この延伸方法によって、クラッドとＰＯＦコア１３００との間の相分離を伴わずに、典型的には、非常に高い分子配向、およびＰＯＦコア１３００とクラッド材料との間の優れた界面接着性がもたらされる。この多重ステップ延伸プロセスによって、典型的には適度なクラッド均一性がもたらされる。

コアおよびクラッドの共押出と紡糸延伸において、ＰＯＦコア１３００は、クラッド材料と共押出され、次に、共押出の直後に延伸されて、スプールに巻き取られる。この延伸方法によって、クラッドとＰＯＦコア１３００との間の相分離を伴わずに、典型的には優れたクラッド均一性が提供される。この延伸方法によって、典型的には、低分子配向および適度な強さを備えたＰＯＦが製造される。

共押出ＰＯＦの紡糸延伸と固相延伸において、ＰＯＦコア１３００は、クラッド材料と共押出しされ、次に、共押出の直後に延伸されて、スプールに巻き取られる。その後、ＰＯＦは、第２のプロセスにおいてスプールから解かれ、大きな延伸比率で固相において延伸される。この延伸方法によって、典型的には、高い強度および優れたクラッド均一性を備えた高配向性のＰＯＦが製造される。しかしながら、固相延伸ステップ中のコアとクラッドとの間の相分離が、ＰＯＦに欠陥をもたらす可能性がある。

コアおよびクラッドのワンステップ共押出と連続増分延伸において、紡糸延伸された共押出ＰＯＦは、ＰＯＦが通る各ロールの線速度を増加させることによって、連続的に延伸される。たとえば、ロール２１００の線速度は、ロール１８００の線速度よりも大きく、それによって、ロール２１００とロール１８００との間でＰＯＦを延伸させる。この増分延伸プロセスは、追加ロールの間で異なる延伸温度の下で繰り返すことができる。この延伸手順は、別個の固相延伸ステップなしに、大きな延伸比率および高分子配向を結果としてもたらす。この延伸方法は、典型的には、優れた物理的および環境的安定性ならびに優れた断面均一性を備えた、クラッドとＰＯＦコア１３００との間の相分離のない高強度のＰＯＦをもたらす。

広範囲な目標直径（たとえば、２５０、５００、７５０、１０００、１５００および２０００ミクロン）を備えた均一な円形ＰＯＦコアを、垂直上方押出を用いて製造した。各ＰＯＦコア１３００は、クラッドなしで連続的に押し出され、また上記の方法（ステップ８０は省略）に従って、アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂Ｖ８２５ＮＡを用いて製造された。

表２は、各目標直径に対するコア直径および真円度のデータを提示する。真円度は、所定のＰＯＦコア断面における２つの直角方向に、レーザマイクロメータ１９００で測定したコア直径の差異を指す。表２はまた、垂直下方押出を用いて製造された対応サンプルに対するコア直径および真円度のデータを提示する。表２に示すように、垂直上方押出で製造されたサンプルは、垂直下方押出で製造された対応サンプルよりも、コア直径の変動がずっと小さく（すなわち、コア直径の標準偏差がより小さい）、真円度値がよりよい（すなわち平均真円度がより小さい）。

垂直上方押出を用いて製造したサンプルに関して、コア直径の標準偏差(StDev)は、平均コア直径の１パーセント未満（標準偏差が１．４％だった直径２５０ミクロンのサンプルを除く）だった。他方では、垂直下方押出を用いて製造した対応サンプルに関して、コア直径の標準偏差は、平均コア直径の２．４％〜１０．４％だった。

上記の様々な実施形態は、単に本発明の例証と考えるべきである。それらは、網羅的であるようにも、開示された形態に本発明を限定するようにも意図されていない。当業者は、本明細書に述べる本発明の全体的な趣旨から逸脱することなく、さらに他の変更および修正を実施し得ることを容易に理解されるであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲によって定義されるように意図されている。

均一なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための例示的なシステムを示す概略図である。 ＰＯＦクラッド層を施し、ＰＯＦの均一性を測定し、かつＰＯＦをスプールに巻き付けるための追加構成要素を備えた、図１のシステムを示す概略図である。 コアおよびクラッドを備えたＰＯＦを連続的に製造するための代替システムを示す概略図である。 紡糸パックアセンブリ９５０をより詳細に示す概略図である。 多目的ブロック３５０、および移送／加熱ブロック４００の一半部をより詳細に示す概略図である。 垂直上方押出を用いて、均一なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための例示的なプロセスのフローチャートである。

Claims (18)

1. 均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを連続的に製造するための方法であって、
   ポリマー出発材料を乾燥させることと、
   連続スクリュー押出機において前記ポリマー出発材料を溶融することと、
   前記押出機のスクリュー速度を安定させることと、
   高フロー低制限チャネルに前記溶融ポリマー出発材料を通すことと、
   均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを形成するように前記溶融ポリマー出発材料をほぼ垂直上方方向に押し出すことと、
   押出中に前記溶融ポリマー出発材料の温度を制御することと、
   制御された方法で前記プラスチック光ファイバコアを冷却することと、
   を含む方法。
2. 前記均一な断面が円形断面である、請求項１に記載の方法。
3. 均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを連続的に製造するための方法であって、
   連続スクリュー押出機においてポリマー出発材料を溶融することと、
   均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを形成するように前記溶融ポリマー出発材料をほぼ垂直上方方向に押し出すことと、
   を含む方法。
4. 前記均一な断面が円形断面である、請求項３に記載の方法。
5. 前記プラスチック光ファイバコアの直径の標準偏差が、平均プラスチック光ファイバコアの直径の２パーセント未満である、請求項４に記載の方法。
6. 前記ポリマー出発材料を乾燥させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記スクリュー押出機を排気するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
8. 前記押出機のスクリュー速度を安定させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
9. 前記押出機における前記溶融ポリマー出発材料の圧力を安定させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
10. 押出中に前記溶融ポリマー材料の温度を制御するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
11. 高フロー低制限チャネルに前記溶融ポリマー出発材料を通すステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
12. 制御された方法で前記プラスチック光ファイバコアを冷却するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
13. 前記プラスチック光ファイバコアを延伸させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
14. 均一な断面を備えたプラスチック光ファイバを連続的に製造するための方法であって、
    連続スクリュー押出機においてポリマー出発材料を溶融することと、
    均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを形成するように前記溶融ポリマー出発材料をほぼ垂直上方方向に押し出すことと、
    前記プラスチック光ファイバコアにクラッド層を施すことと、
    を含む方法。
15. 前記クラッド層を施すステップが、前記押出ステップと同時に行われる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記クラッド層を施すステップが、前記押出ステップの後に行われる、請求項１４に記載の方法。
17. 均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを連続的に製造するためのシステムであって、
    １つ以上のスクリュー押出機と、
    １つ以上の押出ブロックと、
    を含み、
    前記１つ以上のスクリュー押出機が、ポリマー出発材料を連続的に溶融するために用いられ、
    前記１つ以上の押出ブロックが均一な断面を備えたプラスチック光ファイバコアを形成するようにほぼ垂直上方方向に前記溶融ポリマー出発材料を押し出すシステム。
18. 前記均一な断面が円形断面である、請求項１７に記載のシステム。

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