JP2012254903A - 光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石英管内の酸素濃度をより低下させると共に、石英管内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管内の曇りを抑制することができる光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ用紫外線照射炉１０は、紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバ１１を通過させる円筒状の石英管１３と、該石英管１３の上流側端部に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給口１９と、該石英管１３の外側に紫外線を照射して光ファイバ１１に塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線ランプ１４と、を備えている。加えて、光ファイバ用紫外線照射炉１０は、上端の入線口１７の入線側開口径Ｄ１が３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、下端の出線口１８の出線側開口径Ｄ２が４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であり、出線側開口径Ｄ２が入線側開口径Ｄ１より大きくなるように入線側開口径Ｄ１および出線側開口径Ｄ２を適宜設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、線引きした光ファイバの外周に紫外線硬化型樹脂の被覆を形成する光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法に関する。

従来の紫外線照射炉は、光ファイバの外周に塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させるための硬化装置であり、円筒状の石英管が光ファイバの通過路に配置されている。この石英管の外部に紫外線を照射する紫外線ランプが配置されている。この紫外線ランプから紫外線を石英管へ向けて照射することで、石英管内を通過する光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂が硬化する（例えば、特許文献１の図４参照）。

また、従来の紫外線照射炉において、石英管の内部に酸素があると、紫外線硬化型樹脂の硬化が阻害される。このため、石英管の内部に外気が混入して酸素濃度が上がらないように、石英管の上端および下端に無酸素室が設けられている。そして、上部の無酸素室内にパージガスである窒素ガスを導入し、無酸素室から石英管の内部に窒素ガスを流している。これによって、石英管内の酸素濃度が下がり、光ファイバの紫外線硬化型樹脂を硬化させている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３５０３１０号公報 特開２００４−１８９５４０号公報

ところで、上記紫外線照射炉においては、紫外線硬化型樹脂が硬化する際に、揮発成分が発生する。しかしながら、石英管の内部が密閉構造であるため、揮発成分は外部に流出し難い。揮発成分が石英管内に滞留すると石英管が曇り、紫外線硬化型樹脂に紫外線が十分に照射されないという問題が発生する。
このような石英管の曇りを防ぐために、石英管の内部に流す窒素ガスのパージ量を増やして、揮発成分を強制的に外部に排出させても良いが、このように窒素パージガスを増やすと、光ファイバの線振れの原因や製造コストの増加につながる。

本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、石英管内の酸素濃度をより低下させると共に、石英管内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管内の曇りを抑制することができる光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバ用紫外線照射炉は、紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバを通過させる円筒状の石英管と、該石英管の上流側端部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口と、前記石英管の径方向外側から紫外線を照射して光ファイバに塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射部と、を備えた光ファイバ用紫外線照射炉であって、前記紫外線照射炉上端の前記光ファイバ入線側開口径が３ｍｍから１０ｍｍの範囲内、前記紫外線照射炉下端の前記光ファイバ出線側開口径が４ｍｍから２０ｍｍの範囲内であり、前記出線側開口径が前記入線側開口径より大きいことを特徴としている。

このように構成された光ファイバ用紫外線照射炉によれば、入線側開口径および該入線側開口径より大きい出線側開口径の最適径を設定することにより、石英管内の酸素濃度を現状より低下させると共に、石英管内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管内の曇りを抑制することができる。

また、本発明に係る光ファイバ用紫外線照射炉は、上記記載の光ファイバ用紫外線照射炉であって、前記出線側開口径が前記石英管の内径より小さいことが好ましい。

前記構成の光ファイバ用紫外線照射炉によれば、出線側開口径が石英管の内径より小さく設定されるので、石英管内の酸素濃度を一層低減することができる。

また、本発明に係る光ファイバ用紫外線照射炉は、上記記載の光ファイバ用紫外線照射炉であって、前記不活性ガス供給口と前記石英管の外周上部との間に設けられた入線側の気密用パッキンが２段構成であることが好ましい。

前記構成の光ファイバ用紫外線照射炉によれば、入線側の気密用パッキンが２段構成であるので、石英管内の気密性を一層向上させることができ、石英管内への外気の浸入および石英管内へ導入する不活性ガスの漏れを低減することができる。

上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバの製造方法は、紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバが、円筒状の石英管内の上方から下方に通過すると共に、前記石英管の上流側端部に設けられた不活性ガス供給口から該石英管内に不活性ガスを供給し、前記石英管の外側に配置した紫外線照射部から紫外線が前記光ファイバへ照射されることで、前記光ファイバに塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させる光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバが、前記石英管の上方にあり３ｍｍから１０ｍｍの範囲内にある入線側開口から入線し、前記石英管の下方にあり前記入線側開口径より大きい４ｍｍから２０ｍｍの範囲内にある出線側開口から出線することを特徴としている。

このように構成された光ファイバの製造方法によれば、入線側開口径および該入線側開口径より大きい出線側開口径の最適径を設定することにより、石英管内の酸素濃度を現状より低下させることができると共に、石英管内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管内の曇りを抑制することができる。

本発明に係る光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法によれば、紫外線照射炉の開口径を最適径に設定することにより、石英管内の酸素濃度を現状より低下させることができると共に、石英管内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管内の曇りを抑制することができる。

本発明に係る光ファイバ用紫外線照射炉の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態である光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の光ファイバ用紫外線照射炉１０は、紫外線硬化型樹脂を塗布する塗布装置がその上流側に配置されており、この塗布装置により光ファイバ１１外周に塗布された紫外線硬化型樹脂を紫外線の照射により硬化させる。
光ファイバ用紫外線照射炉１０の主要部は、照射炉本体１２と、内径Ｄ０を有する円筒状の石英管１３と、石英管１３の外側に配置され、紫外線を照射する紫外線照射部である紫外線ランプ１４と、から構成される。

また、光ファイバ用紫外線照射炉１０は、照射炉本体１２の上部に設けられ、上端に入線側開口径Ｄ１の入線口１７を有する入口カバー１５と、照射炉本体１２の下部に設けられ、下端に出線側開口径Ｄ２の出線口１８を有する出口カバー１６と、を備えている。

入口カバー１５の側部には、不活性ガス供給口１９が設けられており、ガス導入管２１から供給される窒素ガス等の不活性ガスＧを石英管１３内に導入する。この不活性ガスＧの導入により石英管１３内の酸素濃度を減らすことができる。紫外線硬化型樹脂の硬化を妨げる酸素濃度を減らすことで、酸素による阻害を受けることなく紫外線硬化型樹脂を硬化することができる。導入された不活性ガスＧは、下端の出線側開口径Ｄ２の出線口１８から自然排出される。

紫外線ランプ１４は、紫外線の照射時に高温になるため、空気導入管２３から冷却空気２４が導入されて冷却される。この冷却空気２４は、石英管１３の外側を流れてから、空気排出管２５より排出空気２６として排気される。空気排出管２５は、図示しない排気装置に接続されており、大気圧に比べ、−０．５ｋＰａ程度負圧にされている。

紫外線ランプ１４の外側には、石英管１３を中心として円筒状の反射鏡３１が配置されている。この反射鏡３１により紫外線ランプ１４から照射した紫外線を反射鏡３１で反射させて間接的に石英管１３内の光ファイバ１１に再照射させる。

そして、本実施形態の光ファイバ用紫外線照射炉１０は、出線側開口径Ｄ２が入線側開口径Ｄ１より大きく、石英管１３の内径Ｄ０より小さく設定されている（Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ０）。具体的には、入線口１７の入線側開口径Ｄ１が、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。また、出線口１８の出線側開口径Ｄ２が、４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にある。

入線口１７の入線側開口径Ｄ１を設定すると共に、該入線側開口径Ｄ１より大きく且つ石英管１３の内径Ｄ０より小さくなるように出線口１８の出線側開口径Ｄ２の最適径を設定する。
出線側開口径Ｄ２を入線側開口径Ｄ１より大きくすることで、不活性ガスＧを排出し易くし、石英管１３内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出して、石英管１３内の曇りを抑制することができる。また、石英管１３の内径Ｄ０より出線側開口径Ｄ２を小さくすることで、酸素濃度を低減することができる。このように最適径を設定することで、石英管１３内の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下に低減でき、石英管１３内に滞留する揮発成分を外部にスムースに排出できる。

また、光ファイバ用紫外線照射炉１０は、不活性ガス供給口１９と石英管１３の外周上部との間に、ゴム製で２段構成の入線側気密用パッキン２７，２８が設けられている。上流側の第１の気密用パッキン２７は、上面が陽圧Ｐ１で加圧された不活性ガスＧに接しており、下流側の第２の気密用パッキン２８は、下面が負圧Ｐ２で吸引された冷却空気２４に接している（Ｐ２＜Ｐ１）。

この気密用パッキン２７，２８により、紫外線ランプ１４を空冷する冷却空気２４が不活性ガスＧを吸引してしまうのを防ぎ、石英管１３内への不活性ガスＧの供給が減少して、石英管１３内の酸素濃度が上がってしまうのを防ぐ。パッキンは１段でも良いが、特に、２段構成の入線側気密用パッキン２７，２８とすることで、石英管１３内への外気の浸入および石英管１３内へ導入する不活性ガスＧの漏れを最小限に抑えることができる。
また、石英管１３の外周下部と空気導入管２３及び空気排出管２５との間には、ゴム製の出線側気密用パッキン２９が設けられている。

上述したように本実施形態の光ファイバ用紫外線照射炉１０によれば、上端の入線口１７の入線側開口径Ｄ１が３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、下端の出線口１８の出線側開口径Ｄ２が４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であり、出線側開口径Ｄ２が入線側開口径Ｄ１より大きくなるように最適径を設定する。これにより、石英管１３内の酸素濃度を現状より低下させると共に、石英管１３内に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管１３内の曇りを抑制できる。

また、光ファイバ用紫外線照射炉１０によれば、出線側開口径Ｄ２が石英管１３の内径Ｄ０より小さく設定されるので、石英管１３内の酸素濃度を一層低減できる。

また、光ファイバ用紫外線照射炉１０によれば、不活性ガス供給口１９と石英管１３の外周上部との間に設けられた入線側の気密用パッキン２７，２８を２段構成とすることで、石英管１３内の気密性を一層向上させることができ、石英管１３内への外気の浸入および石英管１３内へ導入する不活性ガスＧの漏れを低減できる。

また、本実施形態の光ファイバの製造方法によれば、先ず、入線側開口径Ｄ１を３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内に設定し、該入線側開口径より大きい４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で出線側開口径Ｄ２の最適径を設定する。次に、紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバ１１が、円筒状の石英管１３の上方にある入線側開口径Ｄ１から入線し、石英管１３の下方にある出線側開口径Ｄ２から出線させる。

このとき、光ファイバ１１が石英管１３内の上方から下方に通過すると共に、石英管１３の上端に設けられた不活性ガス供給口１９から石英管１３内に不活性ガスＧが供給され、紫外線ランプ１４から紫外線が光ファイバ１１へ照射されることで、光ファイバ１１に塗布した紫外線硬化型樹脂が硬化する。入線側開口径Ｄ１と出線側開口径Ｄ２を上記した最適径に設定することにより、石英管１３内の酸素濃度を低減できると共に滞留する揮発成分をスムースに外部に排出させて石英管１３内の曇りを抑制できる。

次に、本発明の光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法の一実施例を説明する。

（測定方法）
実施例は、光ファイバ用紫外線照射炉の入線側開口径Ｄ１を３ｍｍ〜１０ｍｍ、出線側開口径Ｄ２を４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で、Ｄ１＜Ｄ２の条件下でＤ１およびＤ２を適宜変化させる。一方、比較例は、実施例の条件から外れて、Ｄ１およびＤ２を適宜変化させた場合の例である。
その他、実施例、比較例とも、入線側の気密用パッキンを１段又は２段、不活性ガス（Ｎ_２）の流量を３０又は５０リットル／分のいずれかを選択する。
なお、実施例、比較例とも、石英管の内径Ｄ０は２１ｍｍのものを使用し、光ファイバの線速は同一に設定する。

（測定項目）
実施例、比較例とも、石英管内の酸素濃度と、光ファイバを１０００(km)線引き後の石英管の曇りによるＵＶ光パワー減衰率（測定パワー／初期パワー）を測定する。
（評価基準）
酸素濃度は１０００(ppm)以下、ＵＶ光パワー減衰率は７０(％)以上を合格ラインとする。

その結果、表１に示すような結果を得る。

表１から明らかなように、実施例１から実施例３では、出線側開口径Ｄ２のみを２０ｍｍから１０ｍｍに段階的に小さくすることで、酸素濃度が１０００(ppm)から１０(ppm)に良好に減少することが判る。但し、ＵＶ光パワー減衰率は７５(%)から７０(%)に低下する。
また、実施例３と実施例４の結果から、Ｄ１＝８ｍｍ、Ｄ２＝１０ｍｍの条件では、窒素ガスを５０リットル／分から３０リットル／分に減らしても酸素濃度とＵＶ光パワー減衰率が変わらず、窒素ガスを減らしても問題ないことが判る。これは、Ｄ１，Ｄ２の関係が最適になっているので、石英管内の気密性を確保しつつ、スムースに排気がなされているためと考えられる。

実施例５は、Ｄ１，Ｄ２をさらに下げていった場合で、酸素濃度は殆んどゼロに近く、ＵＶ光パワー減衰率も基準をクリアしている。
実施例６は、逆にＤ１，Ｄ２を上げていった場合で、酸素濃度およびＵＶ光パワー減衰率も基準をクリアしている。
実施例７は、実施例４の同じ条件下で、入線側の気密用パッキンを２段構成にした場合で、実施例４よりも酸素濃度が更に良好になっていることが判る。

これに対して、比較例１は、実施例１より出線側開口径Ｄ２を大きくした場合で、酸素濃度が３０００(ppm)となり、実施例１と比較すると酸素濃度が悪化している。これは、出線口から外気が巻き込まれているためと考えられる。
比較例２は、比較例１の窒素ガス５０リットル／分から３０リットル／分に減らした場合で、比較例１よりさらに酸素濃度が悪化している。
比較例３は、比較例１に比べてＤ２を小さくし、入線側開口径Ｄ１と出線側開口径Ｄ２を同じ８ｍｍにした場合で、この場合は、石英管に曇りが生じ易くなり、比較例１に比べてＵＶ光パワー減衰率は６０(%)に低下している。
比較例４は、比較例３よりさらに出線側開口径Ｄ２を小さくして、Ｄ１＞Ｄ２とした場合で、ＵＶ光パワー減衰率が比較例３より更に低下している。

比較例５は、比較例１の条件からさらに入線側開口径Ｄ１を小さくした場合で、この場合は、線振れにより入線口に光ファイバが接触してしまい、断線してしまった。
比較例６は、比較例５の条件よりは若干入線側開口径Ｄ１を大きくした場合で、この場合は断線することは無かったが、酸素濃度が２０００(ppm)となり、基準をクリアすることはできなかった。
比較例７は、比較例６の条件から出線側開口径Ｄ２を小さくした場合で、酸素濃度は良好であるものの、石英管に曇りが生じてＵＶ光パワー減衰率は６０(%)に低下している。

比較例８は、実施例１の条件からさらに入線側開口径Ｄ１を大きくした場合で、ＵＶ光パワー減衰率は実施例１より良好となるものの、酸素濃度が２０００(ppm)となり、基準をオーバしている。
比較例９は、比較例１と同じ条件下で、入線側の気密用パッキンを２段構成とした場合で、比較例１よりは酸素濃度が良くなるものの、酸素濃度は２２００(ppm)となり、基準をオーバしている。

以上の結果から、入線側開口径Ｄ１を３ｍｍ〜１０ｍｍ、出線側開口径Ｄ２を４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で、Ｄ１＜Ｄ２の条件下でＤ１およびＤ２を適宜設定すれば、合格ラインである酸素濃度１０００(ppm) 以下およびＵＶ光パワー減衰率７０(％)以上を達成できることが判る。

なお、本発明の光ファイバ用紫外線照射炉および光ファイバの製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在であり、同様の効果がある。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０…光ファイバ用紫外線照射炉、１１…光ファイバ、１２…照射炉本体、１３…石英管、１４…紫外線ランプ（紫外線照射部）、１５…入口カバー、１６…出口カバー、１７…入線口、１８…出線口、１９…不活性ガス供給口、２３…空気導入管、２４…冷却空気、２５…空気排出管、２６…排出空気、２７…第１の気密用パッキン、２８…第２の気密用パッキン、Ｄ０…石英管内径、Ｄ１…入線側開口径、Ｄ２…出線側開口径、Ｇ…不活性ガス、Ｐ１…陽圧（不活性ガス）、Ｐ２…負圧（冷却空気）

Claims (4)

1. 紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバを通過させる円筒状の石英管と、
   該石英管の上流側端部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口と、
   前記石英管の径方向外側から紫外線を照射して光ファイバに塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射部と、
   を備えた光ファイバ用紫外線照射炉であって、
   前記紫外線照射炉上端の前記光ファイバ入線側開口径が３ｍｍから１０ｍｍの範囲内、前記紫外線照射炉下端の前記光ファイバ出線側開口径が４ｍｍから２０ｍｍの範囲内であり、
   前記出線側開口径が前記入線側開口径より大きいことを特徴とする光ファイバ用紫外線照射炉。
2. 請求項１に記載の光ファイバ用紫外線照射炉であって、
   前記出線側開口径が前記石英管の内径より小さいことを特徴とする光ファイバ用紫外線照射炉。
3. 請求項１又は２に記載の光ファイバ用紫外線照射炉であって、
   前記不活性ガス供給口と前記石英管の外周上部との間に設けられた入線側の気密用パッキンが２段構成であることを特徴とする光ファイバ用紫外線照射炉。
4. 紫外線硬化型樹脂を外周に塗布した光ファイバが、円筒状の石英管内の上方から下方に通過すると共に、前記石英管の上流側端部に設けられた不活性ガス供給口から該石英管内に不活性ガスを供給し、前記石英管の外側に配置した紫外線照射部から紫外線が前記光ファイバへ照射されることで、前記光ファイバに塗布した紫外線硬化型樹脂を硬化させる光ファイバの製造方法であって、
   前記光ファイバが、前記石英管の上方にあり３ｍｍから１０ｍｍの範囲内にある入線側開口から入線し、
   前記石英管の下方にあり前記入線側開口径より大きい４ｍｍから２０ｍｍの範囲内にある出線側開口から出線することを特徴とする光ファイバの製造方法。
   
   

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