JP2008003619A - 光ファイバ紡糸用ダイス、光ファイバ紡糸装置、光ファイバ紡糸方法、光ファイバ紡糸用ダイスを用いた樹脂塗布方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】紡糸速度を高速化しても安定して樹脂被覆がなされ、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバ紡糸用ダイスおよびこれを用いた樹脂塗布方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成した。
【選択図】図１
【解決手段】光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成した。
【選択図】図１
Description
本発明は、光ファイバの紡糸に用いられる光ファイバ紡糸用ダイス、光ファイバ紡糸装置、光ファイバ紡糸方法、光ファイバ紡糸用ダイスを用いた樹脂塗布方法に関する。
光ファイバは、機械的強度や伝送特性の観点から、複数の被覆層が施されることが一般的である。例えば、一次被覆層及び二次被覆層として、比較的ヤング率の低い紫外線硬化樹脂と比較的ヤング率の高い紫外線硬化樹脂とをそれぞれ被覆することが行われている。
以下、この紫外線硬化樹脂を被覆して紡糸する光ファイバ紡糸装置を、図２を用いて説明する。
図２中、符号１は光ファイバ裸線であり、この光ファイバ裸線１は、光ファイバ母材２を紡糸炉３で加熱溶融して延伸して形成される。この光ファイバ裸線１を第１の樹脂塗布装置４のニップル、コーティングダイス中を通過させることにより、その外周に液状の一次被覆用紫外線硬化樹脂を塗布し、さらに紫外線を照射する第１の硬化装置５（ＵＶランプ）内を通過させることにより、この樹脂を硬化させて、光ファイバ裸線１に一次被覆層を形成する。
さらに、この一次被覆された光ファイバを第２の樹脂塗布装置６、第２の硬化装置７を通過させることにより、一次被覆層の上に二次被覆用紫外線硬化樹脂による二次被覆層を形成させる。このようにして被覆層を形成した光ファイバ素線８を巻取機９で巻取る。この工程は、被覆厚さを制御するために、上方から下方に向けての垂直ライン上で行われる。
以下、この紫外線硬化樹脂を被覆して紡糸する光ファイバ紡糸装置を、図２を用いて説明する。
図２中、符号１は光ファイバ裸線であり、この光ファイバ裸線１は、光ファイバ母材２を紡糸炉３で加熱溶融して延伸して形成される。この光ファイバ裸線１を第１の樹脂塗布装置４のニップル、コーティングダイス中を通過させることにより、その外周に液状の一次被覆用紫外線硬化樹脂を塗布し、さらに紫外線を照射する第１の硬化装置５（ＵＶランプ）内を通過させることにより、この樹脂を硬化させて、光ファイバ裸線１に一次被覆層を形成する。
さらに、この一次被覆された光ファイバを第２の樹脂塗布装置６、第２の硬化装置７を通過させることにより、一次被覆層の上に二次被覆用紫外線硬化樹脂による二次被覆層を形成させる。このようにして被覆層を形成した光ファイバ素線８を巻取機９で巻取る。この工程は、被覆厚さを制御するために、上方から下方に向けての垂直ライン上で行われる。
ところで、近年、光ファイバは、その需要の増加に伴い、生産性を一層高めることが要請されるようになっており、特に、紫外線硬化樹脂を被覆する工程の高速化が検討されているが、この被覆工程の高速化に関しては、被覆工程を高速化した場合、二次被覆用紫外線硬化樹脂が安定かつ均一に塗布できなくなるという問題がある。
このような問題に対する方法として、特公平７−５３３６号公報に記載された方法がある。この方法は、光ファイバに塗布する液状の紫外線硬化樹脂の塗布温度と、その温度における限界せん断速度以下の領域における粘度を所定の範囲に制御することにより、被覆時において、コーティングダイス内で発生する樹脂の塗布不良（すべり）を防止する方法である。ここでは、塗布温度が６０℃ないし１００℃の範囲で、塗布温度におけるせん断速度が限界せん断速度以下の領域において、その粘度が５００ｃｐｓないし３０００ｃｐｓであることを特徴とする製造方法が示されている。
しかし、同公報において開示されているように、一般的な紫外線硬化樹脂の限界せん断速度は１０４〜１０５ｓｅｃ−１の間であり、界面せん断速度を限界せん断速度以下に抑えて紡糸するとなると、線速はあまり大きくすることはできない。１０ｍ／ｓｅｃを超える高速紡糸においては、界面せん断速度はかなり大きいものとなってしまい限界せん断速度を簡単に超えてしまう。
このような問題に対する方法として、特公平７−５３３６号公報に記載された方法がある。この方法は、光ファイバに塗布する液状の紫外線硬化樹脂の塗布温度と、その温度における限界せん断速度以下の領域における粘度を所定の範囲に制御することにより、被覆時において、コーティングダイス内で発生する樹脂の塗布不良（すべり）を防止する方法である。ここでは、塗布温度が６０℃ないし１００℃の範囲で、塗布温度におけるせん断速度が限界せん断速度以下の領域において、その粘度が５００ｃｐｓないし３０００ｃｐｓであることを特徴とする製造方法が示されている。
しかし、同公報において開示されているように、一般的な紫外線硬化樹脂の限界せん断速度は１０４〜１０５ｓｅｃ−１の間であり、界面せん断速度を限界せん断速度以下に抑えて紡糸するとなると、線速はあまり大きくすることはできない。１０ｍ／ｓｅｃを超える高速紡糸においては、界面せん断速度はかなり大きいものとなってしまい限界せん断速度を簡単に超えてしまう。
一方、光ファイバ紡糸速度の上昇に伴い、コーティング用ダイスの設計は重要になってきている。このコーティング用ダイスの設計形状の例として特公平７‐９１０９２号公報があり、以下、同公報において開示されているコーティング用ダイスの設計形状について図３、図４、図５を用いて説明する。
図３中、符号１は光ファイバ裸線であり、この光ファイバ裸線１は、ニップル１０を経てダイス１１を通過する際に、樹脂１２が塗付される。符号１３はニップル１０及びダイス１１を支持するためのホルダーである。符号１４はニップル穴、符号１５はニップル下面、符号１６はダイスのテーパ部、符号１７はダイスの出口穴、符号１８はダイス上面、符号１９はメニスカスである。
図４、図５はいずれも、ニップル１０及びダイス１１と形状を示したものであり、同公報においては、図４におけるＢとＨとの関係、ＧとＣとの関係、ＧとＤとの関係、角度αの範囲について開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２２６２３７号公報
図３中、符号１は光ファイバ裸線であり、この光ファイバ裸線１は、ニップル１０を経てダイス１１を通過する際に、樹脂１２が塗付される。符号１３はニップル１０及びダイス１１を支持するためのホルダーである。符号１４はニップル穴、符号１５はニップル下面、符号１６はダイスのテーパ部、符号１７はダイスの出口穴、符号１８はダイス上面、符号１９はメニスカスである。
図４、図５はいずれも、ニップル１０及びダイス１１と形状を示したものであり、同公報においては、図４におけるＢとＨとの関係、ＧとＣとの関係、ＧとＤとの関係、角度αの範囲について開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、それ以外の例えば、図４においてダイス１１のテーパ部が２段になっている形状や、図５においてダイス１１のテーパ部が曲線を描いている形状の寸法の範囲については明らかにされていない。
また、光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合と、既に樹脂を被覆された光ファイバにさらに樹脂を被覆する場合とでは、ダイス１１に求められる形状も異なってくる。
さらに実際の紡糸作業においては、紡糸速度を、スタート時の低速（例えば０．５ｍ／ｓｅｃ）から、定常的に製品を紡糸する高速（例えば３０ｍ／ｓｅｃ）まで増速する過程では、被覆される光ファイバの温度が一定でないため、被覆状態はかなり不安定になる。高品質な光ファイバを得るためには、どの紡糸速度領域でも樹脂のスリップ現象が生じないように安定してコーティングする必要がある。
また、光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合と、既に樹脂を被覆された光ファイバにさらに樹脂を被覆する場合とでは、ダイス１１に求められる形状も異なってくる。
さらに実際の紡糸作業においては、紡糸速度を、スタート時の低速（例えば０．５ｍ／ｓｅｃ）から、定常的に製品を紡糸する高速（例えば３０ｍ／ｓｅｃ）まで増速する過程では、被覆される光ファイバの温度が一定でないため、被覆状態はかなり不安定になる。高品質な光ファイバを得るためには、どの紡糸速度領域でも樹脂のスリップ現象が生じないように安定してコーティングする必要がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、紡糸速度を高速化しても安定して樹脂被覆がなされ、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバ紡糸用ダイス、光ファイバ紡糸装置、光ファイバ紡糸方法、光ファイバ紡糸用ダイスを用いた樹脂塗布方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項１に係る光ファイバ紡糸用ダイスは、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項２に係る光ファイバ紡糸用ダイスは、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項３に係る光ファイバ紡糸用ダイスは、樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項４に係る光ファイバ紡糸用ダイスは、樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項５に係る光ファイバ紡糸装置は、本発明の請求項１又は２記載の光ファイバ紡糸用ダイスを用いて光ファイバ裸線に樹脂を塗布する樹脂塗付装置と、本発明の請求項３又は４記載の光ファイバ紡糸用ダイスを用いて既に樹脂が塗付された光ファイバに樹脂を塗布する樹脂塗付装置とを有することを特徴とする。
本発明の請求項６に係る光ファイバ紡糸方法は、本発明の請求項５記載の光ファイバ紡糸装置を用いて光ファイバを紡糸することを特徴とする。
本発明の請求項７に係る樹脂塗布方法は、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項８に係る樹脂塗布方法は、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．５×１０５〜０［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項９に係る樹脂塗布方法は、樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明の請求項１０に係る樹脂塗布方法は、樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする。
（但し、式（１）および（２）中、ｒは半径方向の位置、ｐはコーティングポット内の樹脂の圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）、Ｑは樹脂の流量を表す。）
本発明によると、光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、上記の式（１）に、上記の式（２）を代入した式を用いて計算し、界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、光ファイバ裸線に対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、既に樹脂被覆された光ファイバと被覆樹脂との間の界面せん断速度を、上記の式（１）に、上記の式（２）を代入した式を用いて計算し、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、既に樹脂被覆された光ファイバと被覆樹脂との間の界面せん断速度を、上記の式（１）に、上記の式（２）を代入した式を用いて計算し、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、本発明によると、光ファイバ裸線に樹脂被覆するためのダイスと、既に樹脂被覆された光ファイバにさらに樹脂被覆するためのダイスとを異なる形状としてそれぞれの界面せん断速度を定めることにより、紡糸速度を大きくして紡糸する場合であっても安定して樹脂被覆を行うことが可能な光ファイバ紡糸装置を実現することができる。
また、本発明によると、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて紡糸することにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも安定した樹脂被覆を行うことができるため、紡糸速度を大きくして紡糸することが可能であり、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバの紡糸方法を実現することができる。
また、本発明によると、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて紡糸することにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも安定した樹脂被覆を行うことができるため、紡糸速度を大きくして紡糸することが可能であり、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバの紡糸方法を実現することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の光ファイバ紡糸用ダイスの形状の一例を示す。
この紡糸用ダイスは、図２に示す上述した光ファイバ紡糸装置を構成する第１の樹脂塗布装置４、及び第２の樹脂塗布装置６において用いられるものである。
この紡糸用ダイスの形状は、図１(ａ)に示す寸法Ａ、Ｂ、Ｄ及び角度Ｃ、または図１(ｂ)に示す寸法Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ及び角度Ｃ、Ｆによって定まり、これらの寸法、及び角度は、被覆される光ファイバと被覆樹脂の間の界面せん断速度に基づいて定められている。
図１に示すように、寸法Ｄはダイス下面における穴径である。また、寸法Ａ、Ｂ、Ｅはそれぞれダイス下面からの距離であり、寸法Ａはダイス穴が同じ径をなしているストレート部の長さを、寸法Ｂはダイス上面までのダイスダイス穴の全長を、寸法Ｅはダイステーパ部において傾斜角度が変わる地点までの長さである。また、角度Ｃと角度Ｆは共にダイステーパ部のなす角度であり、角度Ｃはダイステーパ部のうち傾斜が比較的緩やかな部分のなす角度を、角度Ｆはダイステーパ部のうち傾斜が比較的急な部分のなす角度を、それぞれ表している。
換言すると、図１（ａ）においては、寸法Ａがストレート部、寸法（Ｂ−Ａ）が該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部であり、角度Ｃが第一の傾斜角度に相当する。また、図１（ｂ）においては、寸法Ａがストレート部、寸法（Ｂ−Ａ）が該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部であり、角度Ｆが第二の傾斜角度、角度Ｃが第三の傾斜角度に相当する。
図１に、本発明の光ファイバ紡糸用ダイスの形状の一例を示す。
この紡糸用ダイスは、図２に示す上述した光ファイバ紡糸装置を構成する第１の樹脂塗布装置４、及び第２の樹脂塗布装置６において用いられるものである。
この紡糸用ダイスの形状は、図１(ａ)に示す寸法Ａ、Ｂ、Ｄ及び角度Ｃ、または図１(ｂ)に示す寸法Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ及び角度Ｃ、Ｆによって定まり、これらの寸法、及び角度は、被覆される光ファイバと被覆樹脂の間の界面せん断速度に基づいて定められている。
図１に示すように、寸法Ｄはダイス下面における穴径である。また、寸法Ａ、Ｂ、Ｅはそれぞれダイス下面からの距離であり、寸法Ａはダイス穴が同じ径をなしているストレート部の長さを、寸法Ｂはダイス上面までのダイスダイス穴の全長を、寸法Ｅはダイステーパ部において傾斜角度が変わる地点までの長さである。また、角度Ｃと角度Ｆは共にダイステーパ部のなす角度であり、角度Ｃはダイステーパ部のうち傾斜が比較的緩やかな部分のなす角度を、角度Ｆはダイステーパ部のうち傾斜が比較的急な部分のなす角度を、それぞれ表している。
換言すると、図１（ａ）においては、寸法Ａがストレート部、寸法（Ｂ−Ａ）が該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部であり、角度Ｃが第一の傾斜角度に相当する。また、図１（ｂ）においては、寸法Ａがストレート部、寸法（Ｂ−Ａ）が該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部であり、角度Ｆが第二の傾斜角度、角度Ｃが第三の傾斜角度に相当する。
この界面せん断速度を計算するための基本式は以下のとおりである。
式（３）のナヴィエーストークスの方程式について、式（４）、式（５）の境界条件を用いて、その解を求める。
式（３）のナヴィエーストークスの方程式について、式（４）、式（５）の境界条件を用いて、その解を求める。
ここで、ｖは樹脂速度、ｒは半径方向の位置、ｐは圧力、ｚは光ファイバの進行方向を正の方向とする光ファイバ中の位置、Ｒｆは光ファイバ半径、Ｖｆは光ファイバ速度、Ｒｄはダイス半径（ｚの関数）である。
その解は、式（６）で表すことができる。
その解は、式（６）で表すことができる。
界面せん断速度は、式（７）
を用いて式（１）
と表すことができる。
ここで未知数なのは、式（１）右辺の∂ｐ／∂ｚである。この∂ｐ／∂ｚを求めるためには、ダイス上部入口側の圧力Ｐｉｎｉとダイス下部出口側の圧力Ｐｏｕｔを決めるか、下式で表現される流量Ｑを導入する必要がある。すなわち、式（８）、または式（９）
ここで未知数なのは、式（１）右辺の∂ｐ／∂ｚである。この∂ｐ／∂ｚを求めるためには、ダイス上部入口側の圧力Ｐｉｎｉとダイス下部出口側の圧力Ｐｏｕｔを決めるか、下式で表現される流量Ｑを導入する必要がある。すなわち、式（８）、または式（９）
を代入して、∂ｐ／∂ｚを式（２）
と表すことができる。ここで、ｚ軸方向の積分範囲は、樹脂が渦を巻かない範囲である。
ガラスからなる光ファイバ裸線に被覆を施す場合には、ダイス上部入口側の圧力Ｐｉｎｉにコーティングポット内の被覆材圧力を代入して界面せん断速度を計算し、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合は、被覆後のコーティング径から樹脂流量を求め界面せん断速度を計算する。
実験の結果、界面せん断速度の安定範囲は、ガラスである光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合において、タイプ１のダイスでは−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］、タイプ２のダイスでは−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］であり、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合において、タイプ１のダイスでは−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］、タイプ２のダイスでは−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］である。
ここで、タイプ１のダイスは、図１（ａ）に示すように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状が、同じ径をなしているストレート部（Ａの部分）と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度（角度Ｃ）で径が拡大するダイステーパ部（Ｂ−Ａの部分）とから構成されたものを指す。また、タイプ２のダイスは、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状が、同じ径をなしているストレート部（Ａの部分）と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度（角度Ｆ）で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度（角度Ｃ）で径が拡大するダイステーパ部（Ｂ−Ａの部分）とから構成されたものを指す。
ガラスからなる光ファイバ裸線に被覆を施す場合には、ダイス上部入口側の圧力Ｐｉｎｉにコーティングポット内の被覆材圧力を代入して界面せん断速度を計算し、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合は、被覆後のコーティング径から樹脂流量を求め界面せん断速度を計算する。
実験の結果、界面せん断速度の安定範囲は、ガラスである光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合において、タイプ１のダイスでは−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］、タイプ２のダイスでは−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］であり、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合において、タイプ１のダイスでは−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］、タイプ２のダイスでは−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］である。
ここで、タイプ１のダイスは、図１（ａ）に示すように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状が、同じ径をなしているストレート部（Ａの部分）と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度（角度Ｃ）で径が拡大するダイステーパ部（Ｂ−Ａの部分）とから構成されたものを指す。また、タイプ２のダイスは、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状が、同じ径をなしているストレート部（Ａの部分）と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度（角度Ｆ）で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度（角度Ｃ）で径が拡大するダイステーパ部（Ｂ−Ａの部分）とから構成されたものを指す。
本発明の光ファイバ紡糸装置は、光ファイバ裸線に対して樹脂被覆を行う第１の樹脂塗布装置４において、界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用い、既に樹脂が塗布された光ファイバに対してさらに樹脂塗布を行う第２の樹脂塗布装置６において、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、界面せん断速度が−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いている。すなわち、光ファイバ裸線に樹脂被覆するためのダイスと、既に樹脂被覆された光ファイバにさらに樹脂被覆するためのダイスとを異なる形状として、紡糸効率の向上を図っている。
また、本発明の光ファイバ紡糸方法は、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて光ファイバを紡糸する方法であり、紡糸速度を大きくしてもそれぞれの樹脂塗布装置において、安定して樹脂を塗布し、生産性の高い紡糸方法を実現するものである。
さらに、本発明の樹脂塗布方法は、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線、あるいは既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができるため、高い生産性と低コスト化をもたらす。
また、本発明の光ファイバ紡糸方法は、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて光ファイバを紡糸する方法であり、紡糸速度を大きくしてもそれぞれの樹脂塗布装置において、安定して樹脂を塗布し、生産性の高い紡糸方法を実現するものである。
さらに、本発明の樹脂塗布方法は、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線、あるいは既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができるため、高い生産性と低コスト化をもたらす。
以下に、光ファイバ紡糸用ダイスの形状、界面せん断速度の計算についての具体例を示す。
（実施例１）
ガラスからなる光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合について、図１（ａ）、（ｂ）に示す２種類のダイス(タイプ１、タイプ２)を使用して、コーティング圧力を０．３ＭＰａ、樹脂粘度を０．９、１．５、２．０Ｐａ・ｓｅｃ、ガラス径を１２５μｍ、仕上り被覆径を１９０μｍとする被覆条件にて、界面せん断速度の計算および紡糸実験を行なった。その結果をタイプ１のダイスについて表１に、タイプ２のダイスについて表２に示す。
（実施例１）
ガラスからなる光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合について、図１（ａ）、（ｂ）に示す２種類のダイス(タイプ１、タイプ２)を使用して、コーティング圧力を０．３ＭＰａ、樹脂粘度を０．９、１．５、２．０Ｐａ・ｓｅｃ、ガラス径を１２５μｍ、仕上り被覆径を１９０μｍとする被覆条件にて、界面せん断速度の計算および紡糸実験を行なった。その結果をタイプ１のダイスについて表１に、タイプ２のダイスについて表２に示す。
表１におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図１（ａ）に示す各部の寸法または角度であり、表２におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、図１（ｂ）に示す各部の寸法または角度である。
図１（ｂ）の場合、表２に示した各部の寸法または角度から次の点が読み取れる。
（１）ダイス下面からダイステーパ部において傾斜角度が変わる地点までの長さである寸法Ｅ（０．４〜０．８ｍｍ）は、何れの組合せにおいても、ダイス穴が同じ径をなしているストレート部の長さである寸法Ａ（０．１〜０．６ｍｍ）より長く、ダイス上面までのダイス穴の全長である寸法Ｂ（２．５ｍｍ固定）より短く設定されている。
（２）タイプ１のダイスでは、ダイステーパ部は角度Ｃ（第一の傾斜角度）は８［ｄｅｇ］又は２０［ｄｅｇ］という２種類の数値に変化させたことがわかる。タイプ２のダイスでは、ダイステーパ部のうち傾斜が比較的急な部分のなす角度Ｆ（第二の傾斜角度）は２５［ｄｅｇ］という一定の数値としたのに対して、ダイステーパ部のうち傾斜が比較的緩やかな部分のなす角度Ｃ（第三の傾斜角度）は８［ｄｅｇ］又は２０［ｄｅｇ］という２種類の数値に変化させたことがわかる。
表１および表２に示した○印の結果から、ガラスである光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合には、界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いれば良いことが分かった。
図１（ｂ）の場合、表２に示した各部の寸法または角度から次の点が読み取れる。
（１）ダイス下面からダイステーパ部において傾斜角度が変わる地点までの長さである寸法Ｅ（０．４〜０．８ｍｍ）は、何れの組合せにおいても、ダイス穴が同じ径をなしているストレート部の長さである寸法Ａ（０．１〜０．６ｍｍ）より長く、ダイス上面までのダイス穴の全長である寸法Ｂ（２．５ｍｍ固定）より短く設定されている。
（２）タイプ１のダイスでは、ダイステーパ部は角度Ｃ（第一の傾斜角度）は８［ｄｅｇ］又は２０［ｄｅｇ］という２種類の数値に変化させたことがわかる。タイプ２のダイスでは、ダイステーパ部のうち傾斜が比較的急な部分のなす角度Ｆ（第二の傾斜角度）は２５［ｄｅｇ］という一定の数値としたのに対して、ダイステーパ部のうち傾斜が比較的緩やかな部分のなす角度Ｃ（第三の傾斜角度）は８［ｄｅｇ］又は２０［ｄｅｇ］という２種類の数値に変化させたことがわかる。
表１および表２に示した○印の結果から、ガラスである光ファイバ裸線に樹脂を被覆する場合には、界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いれば良いことが分かった。
（実施例２）
既に被覆されたファイバに樹脂を被覆する場合について、図１（ａ）、（ｂ）に示す２種類のダイス(タイプ１、タイプ２)を使用して、樹脂粘度を０．９、１．５、２．０Ｐａ・ｓｅｃ、既に被覆された光ファイバの径を１９０μｍ、仕上り被覆径を２４４〜２４６μｍとする被覆条件にて、実測値を代入して界面せん断速度を計算し、紡糸実験を行なった。その結果をタイプ１のダイスについて表３に、タイプ２のダイスについて表４に示す。
既に被覆されたファイバに樹脂を被覆する場合について、図１（ａ）、（ｂ）に示す２種類のダイス(タイプ１、タイプ２)を使用して、樹脂粘度を０．９、１．５、２．０Ｐａ・ｓｅｃ、既に被覆された光ファイバの径を１９０μｍ、仕上り被覆径を２４４〜２４６μｍとする被覆条件にて、実測値を代入して界面せん断速度を計算し、紡糸実験を行なった。その結果をタイプ１のダイスについて表３に、タイプ２のダイスについて表４に示す。
表３、表４中の〇印、△印、×印は、表１、表２と同様のことを表している。
また、断線により紡糸できなかった場合は、低線速でのデータからの推定値を使用した。
表３および表４に示した○印の結果から、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合には、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いれば良いことがわかった。
また、断線により紡糸できなかった場合は、低線速でのデータからの推定値を使用した。
表３および表４に示した○印の結果から、既に樹脂が被覆された光ファイバに被覆を施す場合には、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いれば良いことがわかった。
この例の光ファイバ紡糸用ダイスによると、光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度をコーティングポット内の樹脂の圧力を用いて計算し、界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、光ファイバ裸線に対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、この例の光ファイバ紡糸用ダイスによると、既に樹脂被覆された光ファイバと被覆樹脂との間の界面せん断速度をコーティング径から計算し、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、この例の光ファイバ紡糸用ダイスによると、既に樹脂被覆された光ファイバと被覆樹脂との間の界面せん断速度をコーティング径から計算し、界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス１、又は、−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるダイス２を用いることにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも、既に樹脂被覆された光ファイバに対して、安定した樹脂被覆を行うことができる。
また、この例の光ファイバ紡糸に装置によると、光ファイバ裸線に樹脂被覆するためのダイスと、既に樹脂被覆された光ファイバにさらに樹脂被覆するためのダイスとを異なる形状としてそれぞれの界面せん断速度を定めることにより、紡糸速度を大きくして紡糸する場合であっても安定して樹脂被覆を行うことができる。
また、この例の光ファイバ紡糸方法によると、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて紡糸することにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも安定した樹脂被覆を行うことができるため、紡糸速度を大きくして紡糸することが可能であり、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバの紡糸方法を実現することができる。
また、この例の光ファイバ紡糸方法によると、上述した光ファイバ紡糸装置を用いて紡糸することにより、界面せん断速度の絶対値が１０５ｓｅｃ−１を超える場合でも安定した樹脂被覆を行うことができるため、紡糸速度を大きくして紡糸することが可能であり、高い生産性と低コスト化が可能な光ファイバの紡糸方法を実現することができる。
１…光ファイバ裸線、２…光ファイバ母材、３…紡糸炉、４…第１の樹脂塗布装置、５…第１の硬化装置、６…第２の樹脂塗布装置、７…第２の硬化装置、８…光ファイバ素線、９…巻き取り機、１０…ニップル、１１…ダイス。
Claims (10)
- 光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする光ファイバ紡糸用ダイス。
- 光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．０×１０５〜−３．４×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする光ファイバ紡糸用ダイス。
- 樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする光ファイバ紡糸用ダイス。
- 樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成するための樹脂塗布装置に用いられる光ファイバ紡糸用ダイスにおいて、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成したことを特徴とする光ファイバ紡糸用ダイス。
- 請求項１又は２記載の光ファイバ紡糸用ダイスを用いて光ファイバ裸線に樹脂を塗布する樹脂塗付装置と、請求項３又は４記載の光ファイバ紡糸用ダイスを用いて既に樹脂が塗付された光ファイバに樹脂を塗布する樹脂塗付装置とを有することを特徴とする光ファイバ紡糸装置。
- 請求項５記載の光ファイバ紡糸装置を用いて光ファイバを紡糸することを特徴とする光ファイバ紡糸方法。
- 光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．３×１０５〜３．８×１０４［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする樹脂塗布方法。
- 光ファイバ母材が溶融紡糸されて形成された光ファイバ裸線に樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−１．５×１０５〜０［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする樹脂塗布方法。
- 樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．１×１０５〜１．７×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第一の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする樹脂塗布方法。
- 樹脂被覆がなされた光ファイバにさらに樹脂を塗布して樹脂被覆を形成する樹脂塗布方法であって、
該光ファイバ裸線と被覆樹脂との間の界面せん断速度を、下記の式（１）に、下記の式（２）を代入した式を用いて計算し、該界面せん断速度が−２．８×１０５〜２．０×１０５［ｓｅｃ−１］の範囲となるように、該光ファイバ裸線を通過させるダイス穴の形状を、同じ径をなしているストレート部と、該ストレート部から離れるにつれて第二の傾斜角度で径が拡大し、これに続いて第三の傾斜角度で径が拡大するダイステーパ部とから構成された光ファイバ紡糸用ダイスを用いることを特徴とする樹脂塗布方法。
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