JP2009186772A - プラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】紡糸速度が高くても冷却距離を長くすることなく、プラスチック光ファイバが充分に冷却できる、生産性の高いプラスチック光ファイバの製造装置を提供する。
【解決手段】溶融樹脂をストランド状に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金２０に、保温筒３０が隣接して設けられ、該保温筒３０の紡糸口金２０と反対側に、冷却装置４０が近接して設けられた製造装置１０であって、
前記冷却装置から溶融樹脂に吹き付けられる風の湿度が６０〜９５％であるプラスチック光ファイバの製造装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明はプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法に関する。

従来、プラスチック光ファイバの紡糸製造は、図６に示すような製造装置１１０により行われていた。この製造装置１１０は、溶融樹脂を連続的に吐出する１つ以上の吐出口が円周状、千鳥状又は一直線状に配置された紡糸口金１２０と、該紡糸口金１２０の直下に設けられた保温筒１３０と、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバを冷却するための冷却装置１４０とからなっている。例えば、紡糸口金１２０から溶融紡糸されたプラスチック光ファイバＺは保温筒１３０の内部を通過後、冷却装置１４０から吹き出された冷却風により冷却され、その後、ガイド１５０を経てニップロール１７０により引き取られて延伸工程へと送られる。

このような製造工程においては、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバが充分に冷却されないと、ガイドやニップロールに接触した際に光ファイバ表面に傷が入り易く、外径斑も大きくなり、その結果、プラスチック光ファイバの光学特性が損なわれてしまう。プラスチック光ファイバの冷却方法としては、下記の方法が示されている。

溶融紡糸したプラスチック光ファイバに冷却風を吹きつけ、さらに、該プラスチック光ファイバを、冷却水を循環させた冷却水槽中に引き取る方法（特許文献１）。
風速と温度とを個別に設定できる多段構造型の冷却装置を設け、溶融紡糸したプラスチック光ファイバに、上段部分から徐々に低い温度となるように冷却風を吹きつける方法（特許文献２）。
特開２００１−１５４０３６号公報 特開２００５−４２２４７号公報

いずれの方法を用いた場合も、紡糸速度が速くなると、充分にプラスチック光ファイバを冷却するためには、冷却風を吹き付ける距離を長くする必要がある。しかし、冷却距離を長くするには、冷却距離を長くした新たな製造装置を造ることになるため経済的ではない。したがって、紡糸速度を高めた場合でも、プラスチック光ファイバを充分に冷却できる、生産性の高いプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法が望まれている。
本発明では、紡糸速度が高くても冷却距離を長くすることなく、プラスチック光ファイバが充分に冷却できる、生産性の高いプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法を提供する。

本発明のプラスチック光ファイバの製造装置は、溶融樹脂をストランド状に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金に、保温筒が隣接して設けられ、該保温筒の紡糸口金と反対側に、冷却装置が近接して設けられており、前記冷却装置は、湿度が６０〜９５％の冷却風を溶融樹脂に吹き付けて、該溶融樹脂を冷却する。

また、本発明のプラスチック光ファイバの製造方法は、紡糸口金から溶融樹脂をストランド状に吐出し、冷却装置から、湿度が６０〜９５％の冷却風を前記溶融樹脂に吹き付けるものである。

本発明のプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法によれば、紡糸速度が高くても冷却距離を長くすることなく、プラスチック光ファイバを充分に冷却できるため、生産性が高くなる。

以下、本発明のプラスチック光ファイバの製造装置の一実施形態例について詳細に説明する。
図１に示すように、このプラスチック光ファイバの製造装置１０（以下、製造装置１０とする。）は、紡糸口金２０、保温筒３０、冷却装置４０、ガイド５０、外径計測器６０、及びニップロール７０を備えている。

紡糸口金２０には、円周状、千鳥状或いは一直線状等に配置された一つ以上の吐出口が設けられる。また、紡糸口金２０の直下に保温筒３０が備え付けられる。保温筒３０の下側には溶融紡糸されたプラスチック光ファイバが通過するための開口部３２が設けられる。また、保温筒３０の下には、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバを冷却するための冷却装置４０が設けられる。冷却装置４０により冷却されたプラスチック光ファイバは、ガイド５０、外径計測器６０を経てニップロール７０により引き取られる。

本発明の製造装置１０は、冷却装置４０が、湿度が６０〜９５％の冷却風を吹き出すことを特徴とする。また、冷却風の湿度は、７０〜９０％であるのが好ましい。冷却風の湿度が６０％以上であれば、高い速度で溶融紡糸されたプラスチック光ファイバであっても、冷却距離を長くすることなく充分に冷却できる。また、冷却風の湿度が９５％以下であれば、冷却装置における水蒸気の凝固がなく、より均一な冷却風の吹き出しが可能となり、プラスチック光ファイバの外径変動を抑制することができる。
冷却風の湿度は、紡糸速度、紡糸温度、冷却距離（冷却装置の高さ）等によって適宜選択すればよい。

冷却装置は、図１に示すように、風速及び温度が個別に設定できる冷却装置４０を３段重ねた、３段構造型（以下、３段重ねにした各冷却装置４０を、上段から順に上段冷却装置４０ａ、中段冷却装置４０ｂ、下段冷却装置４０ｃとする。）である。冷却装置４０は、単独で使用してもよく、上記のように複数積み重ねて使用してもよい。

冷却装置４０を複数積み重ねて使用し、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバを冷却する場合には、上側にある冷却装置からの冷却風の温度よりも下側にある冷却装置からの冷却風の温度の方が低くなるように設定するのがよい。例えば、図１では、上段冷却装置４０ａよりも中段冷却装置４０ｂ、中段冷却装置４０ｂよりも下段冷却装置４０ｃの方が、冷却風の温度が低くなるのがよい。また、中段冷却装置４０ｂと下段冷却装置４０ｃからの冷却風は、上段冷却装置４０ａからの冷却風の温度より低ければ、同じ温度であっても構わない。このようにすれば、得られるプラスチック光ファイバの外径斑を小さくし易い。

また、冷却装置４０は、図２に示すような、ブロア４１、抵抗体４２、冷温水コイル４３、金網４５、アルミハニカム４６等の部品が備えられるが、設定した温度と湿度を充たした、均一な冷却風を吹き出せるものであれば部品の種類や、その数量及び配置は特に限定されない。冷却風の湿度調整は、例えば、加湿及び除湿を備えた調節器を設置し、吹き溜まり部ｄに設置した湿度センサにより制御するものが挙げられる。
ブロア４１により吹き出された湿度６０〜９５％の風は、抵抗体４２により拡散された後に、冷温水コイル４３に送られる。冷温水コイル４３には外部の冷温水循環装置４４から循環水が供給されており、この循環水の温度をフィードバック制御することにより冷却風の温度が調節される。冷温水コイル４３を通過した風は、吹き溜まり部ｄで一旦吹き溜まり、目の細かい金網４５により整流され、さらにアルミハニカム４６によってより均一にされた後に、吹き出し面４６ａより吹き出される。

また、冷却装置４０は、図３に示すように、ブロア４１の吹き出し面４６ａ側に、外部に設置された冷水循環装置４８から冷水が供給される冷水コイル４７と、電気ヒータ４９とを設け、冷水コイル４７により冷却された風を電気ヒータ４９によって加熱することにより、設定した温度の冷却風とするものであっても構わない。このとき、冷水コイル４７はブロア４１の吹き出し面４６ａ側にあっても、吹き出し面４６ａと逆側にあってもよい。

冷却装置４０（本実施形態例では上段冷却装置４０ａ）は、図１に示すように、冷却装置４０から出る冷却風のうち最も上側の冷却風が、保温筒３０のすぐ下側を通るように設けるのがよい。このように、冷却装置４０と保温筒３０との間の距離を小さくすることにより、保温筒３０から吹き出てくる温風により対流が生じるのを防ぎ易い。

また、製造装置１０の保温筒３０には、保温筒３０内部の温度と気流を安定させるため、遮断板３１を設けてもよい（図１）。遮断板３１には、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバが通過するための開口部３２が形成される。
遮断板を設けない場合には、図６に示すように、保温筒１３０の冷却装置１４０から遠い側の内側面１３４に冷却風Ｘが衝突し、はね返った冷却風が冷却装置から遠い側にあるプラスチック光ファイバＺに集中して衝突するため、各プラスチック光ファイバ間の外径に差が生じてしまうことがある。一方、図１に示すように、遮断板３１を設けておけば、保温筒３０内への冷却風の侵入を防ぎ易く、保温筒３０の内側面３４への冷却風の衝突が防げるため、各プラスチック光ファイバ間の外径変動差を小さくし易い。
遮断板３１の設置は、冷却風の風速が０．４ｍ／ｓｅｃ以上の場合に効果的である。また遮断板３１を設けていれば、上段冷却装置４０ａから吹き出された冷却風Ｘが保温筒３０内部へと侵入し、保温筒３０内部の気流を乱すことがなくなるため、プラスチック光ファイバの外径斑を小さくし易い。

遮断板３１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すような構造であるのが好ましい。図４（ａ）の遮断板３１は、保温筒３０内部へと傾斜して設けられている。一方、図４（ｂ）の遮断板は冷却装置４０側へと傾斜して設けられている。また、遮断板３１は、図４（ｃ）に示すような、水平に設置した遮断板３１に開口部３２を設け、該開口部３２の周縁部の保温筒内部側に側部３３ｃが形成されたものや、図４（ｄ）に示すような、開口部３２の周縁部に冷却装置側へと側部３３ｄが形成されたものであるのがより好ましい。また、水平に設けた遮断板３１に形成させる開口部３２の開口径が、プラスチック光ファイバに接触しない範囲でできるだけ小さく設けられた遮断板３１がさらに好ましい。また、遮断板３１は、図４（ｃ）、図４（ｄ）のように遮断板３１が水平に設けられ、該遮断板３１に、開口部３２がプラスチック光ファイバ１本に対して１つずつ設けられているのが特に好ましい。

冷却装置４０から吹き出す冷却風の湿度は、６０〜９５％とし、７０〜９０％とするのが好ましい。
また、図１のように、冷却装置４０を３段重ねて使用する際には、上段冷却装置４０ａから吹き出される冷却風の湿度は、７０〜８０％、中段冷却装置４０ｂと下段冷却装置４０ｃの湿度は７５〜９０％の範囲とするのがよい。冷却風の湿度をこの範囲内とすることにより、プラスチック光ファイバをより高い効率で冷却することができる。

冷却装置４０を３段重ねて使用する際には、上段冷却装置４０ａから吹き出される冷却風の温度は、２０〜７０℃の範囲とするのがよい。前記冷却風の温度をこの範囲とすることで、該冷却風の風速が０．４ｍ／ｓｅｃ未満の場合でも、上段冷却装置４０ａからの冷却風による流体塊ｃと、紡糸口金２０からの輻射熱及びプラスチック光ファイバからの放熱により保温筒３０内部に発生した温度の高い流体塊ｂとの温度差により生じる流体塊ａの熱膨張が防ぎ易くなる（図１）。そのため、流体塊ａが流体塊ｃよりも軽くなって浮力が生じることが原因で発生する自然対流が抑えられ、自然対流の断続的なプラスチック光ファイバへの衝突が起き難くなり、製造されるプラスチック光ファイバの外径斑を小さくし易い。また、上段冷却装置４０ａからの冷却風の温度を２０℃以上とすれば、流体塊ａの部分の空気密度が小さくなるため、前記冷却風の方向が保たれ易くなる。また、上段冷却装置４０ａからの冷却風の温度を７０℃以下とすれば、中段冷却装置４０ｂ、下段冷却装置４０ｃからの冷却風との温度差が小さくでき、それにより生じる上昇気流によって外径斑が大きくなるのが防ぎ易い。

また、プラスチック光ファイバの表面温度を充分に低下させてから、ガイド５０やニップロール７０と接触させるため、中段冷却装置４０ｂ及び下段冷却装置４０ｃからの冷却風は、上段冷却装置４０ａよりも低い温度で、かつ５〜２５℃であるのが好ましい。また、下段冷却装置４０ｃからの冷却風の温度は、中段冷却装置４０ｂの冷却風の温度以下に設定される。このような温度範囲とすることで、プラスチック光ファイバがガイド５０やニップロール７０に接触する際の、傷等の欠陥の発生が防ぎ易くなる。

上段冷却装置４０ａからの冷却風の風速は０．２〜０．８ｍ／ｓｅｃであるのがよく、温度が２０〜７０℃であれば、品種ごとに風速を調整しなくとも、高い安定性でほとんどのプラスチック光ファイバの外径斑を小さくできる。また、中段冷却装置４０ｂ及び下段冷却装置４０ｃからの冷却風の風速は０．３〜１．５ｍ／ｓｅｃであるのが好ましい。
ここで、冷却風の風速の斑は、各段の冷却装置４０から吹き出される冷却風それぞれについて、各段の平均流速から±０．１ｍ／ｓｅｃの範囲内であるのが好ましい。また、温度斑についても、各段の冷却装置４０からの冷却風それぞれについて、各段の平均温度から±１℃の範囲であるのが好ましい。

以上説明した、本発明のプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法にあっては、冷却風の湿度を高くすることにより、冷却風の熱容量を大きくしている。そのため、同じ温度の乾燥した空気と比較して、高い効率でプラスチック光ファイバを冷却できる。したがって、冷却距離を長くしなくても、短い冷却距離でプラスチック光ファイバを充分に冷却できるため、生産性を向上させることができる。

尚、本実施形態例では、冷却装置４０を３段重ねたものを説明したが、それ以上の多段構造型であってもよい。例えば、上段冷却装置４０ａをさらに多段に分割し、プラスチック光ファイバに吹き付ける冷却風の温度が２０〜７０℃で、上段から下段に向かって温度が低くなるような設定としてもよい。
また、保温筒３０の長さｅ（図１）及び上段冷却装置４０ａの高さｆ（図１）は、プラスチック光ファイバＹが冷却固化されるまでの時間及び紡糸速度によって適宜設定できるが、共に５０〜５００ｍｍの範囲とするのが好ましい。また、複数の冷却装置４０を多段構造型で用いる場合、各冷却装置４０から吹き出される冷却風の湿度は、全てが６０〜９５％となっていなくともよく、例えば、最下段の冷却装置から吹き出される冷却風の湿度が６０％以下となっていても構わない。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を詳細に説明する。尚、本発明は以下の記載によって限定されない。
実施例及び比較例におけるプラスチック光ファイバの外径斑の評価方法は以下に示す通りである。
［プラスチック光ファイバの外径変動率］
紡糸工程後のプラスチック光ファイバの外径をキーエンス（株）製のレーザ外径測定器（図１の外径計測器６０）により、サンプル間隔０．１ｓｃｃ、サンプル時間１８００ｓｃｃで測定し、この外径測定結果から標準偏差を求めた。次に、この標準偏差の３倍値（３σ）を外径変動とし、この値を用いて外径変動率を求めた。尚、外径変動率とは式（１）で算出される。
Ａ＝（Ｂ／Ｃ）×１００ ・・・（１）
ここで、Ａは外径変動率（％）、Ｂは標準偏差の３倍値（３σ）、Ｃは平均外径を示す。

［外径変動差］
冷却装置に一番近い側のプラスチック光ファイバの外径変動率（Ａ_１）と、一番遠い側のプラスチック光ファイバの外径変動率（Ａ_２）とを用いて外径変動差Ａ_Ｔ（％）を求めた。
Ａ_Ｔ＝ ｜（Ａ_１）−（Ａ_２）｜

［実施例１］
芯材としてポリメチルメタクリレート、鞘材としてフッ化ビリニリデン／テトラフルオロエチレン（８０／２０（ｍｏｌ％））を溶融樹脂として用いた。製造装置は、図１及び図２に示した装置構成で、紡糸口金２０は円周状に配置された４つの吐出口を有しており、保温筒３０の長さｅは２００ｍｍである。また、冷却装置４０ａの長さｆは２５０ｍｍである。遮断板３１は、図５に示すように、紡糸口金２０から紡出されたプラスチック光ファイバからの距離ｇが２５０ｍｍ、開口径ｈが７０ｍｍとなるように開口部３２を設けた。ニップロールの引取速度（紡糸速度）を８ｍ／分、紡糸温度を２３５℃とし、上段冷却装置４０ａからの冷却風の温度を２５℃、湿度を７５％、風速を０．３ｍ／秒とした。また、中段冷却装置４０ｂからの冷却風の温度を２０℃、湿度を８０％、風速を０．３ｍ／秒とし、下段冷却装置４０ｃからの冷却風の温度を１８℃、湿度を９０％、風速を０．３ｍ／秒とした。この製造装置１０によりファイバ外径７５０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。

［比較例１］
上段冷却装置４０ａからの冷却風の湿度、中段冷却装置４０ｂからの冷却風の湿度、下段冷却装置４０ｃからの冷却風の湿度を全て５０％とした以外は実施例１と同様にプラスチック光ファイバを製造した。
実施例１及び比較例１における各筒状体の条件と製造されたプラスチック光ファイバの評価を表１に示す。

冷却装置から吹き付けられる冷却風の湿度が６０％以上である実施例１では、製造されたプラスチック光ファイバの外径変動率及び外径変動差が小さかった。これは、湿度の高い冷却風により溶融紡糸されたプラスチック光ファイバが充分に冷却されているためであると考えられる。
一方、冷却風の湿度が６０％以下である比較例１では、製造されたプラスチック光ファイバの外径変動率及び外径変動差が大きかった。

本発明のプラスチック光ファイバの製造装置によれば、高い紡糸速度であっても、冷却距離を長くすることなく、溶融紡糸されたプラスチック光ファイバが充分に冷却され、光学特性を損なっていないプラスチック光ファイバが高い生産性で製造できるため有用である。

本発明のプラスチック光ファイバの製造装置の一例を示す概略図である。 図１の製造装置１０の冷却装置４０を示した概略図である。 図１の製造装置の冷却装置４０の他の形態を示した概略図である。 図１の製造装置の遮断板３０の構造を示す概略図である。 実施例及び比較例に用いた遮断板を冷却装置４０側から見た正面図である。 従来例のプラスチック光ファイバの製造装置を示した概略図である。

符号の説明

１０ プラスチック光ファイバの製造装置 ２０ 紡糸口金 ３０ 保温筒 ４０ 冷却装置

Claims (2)

1. 溶融樹脂をストランド状に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金に、保温筒が隣接して設けられ、該保温筒の紡糸口金と反対側に、冷却装置が近接して設けられた製造装置であって、
   前記冷却装置は、湿度が６０〜９５％の冷却風を溶融樹脂に吹き付けることにより該溶融樹脂を冷却する、プラスチック光ファイバの製造装置。
2. 紡糸口金から溶融樹脂をストランド状に吐出し、冷却装置から、湿度が６０〜９５％の冷却風を前記溶融樹脂に吹き付ける、プラスチック光ファイバの製造方法。

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