JP2016074562A - 光ファイバ用の紫外線照射炉および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素濃度を低く抑えて、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させる紫外線照射炉及び光ファイバの製造方法の提供。
【解決手段】紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバ１３を通過させる筒状の石英管４２と、石英管４２の上流側端部に不活性ガスＧ１を供給する不活性ガス供給口４８と、石英管４２の径方向外側から石英管４２内を通過する光ファイバ１３へ紫外線を照射して光ファイバ１３に塗布された紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射部４３と、を備えた光ファイバ用の紫外線照射炉４であって、石英管４２の上方に、石英管４２よりさらに内径が小さい筒状部材５７を備え、筒状部材５７の内部を不活性ガスＧ２で満たすことにより光ファイバ１３をシールすることができる紫外線照射炉４。筒状部材５７は、内径が２〜８ｍｍであり、長さが２０〜１００ｍｍである光ファイバー１３用の紫外線照射炉４。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ用の紫外線照射炉および光ファイバの製造方法に関する。

光ファイバを製造する工程における線引き工程や着色工程において、光ファイバに塗布した紫外線硬化型樹脂（以下、ＵＶ樹脂とも称する）に紫外線を照射させて硬化させるための紫外線照射炉が用いられている。紫外線照射炉において光ファイバが通される空間の酸素濃度が高いと、硬化が阻害されてしまうため、光ファイバが通される空間に窒素等の不活性ガスを供給し、酸素濃度の低い状態で硬化させるようにしている（例えば、特許文献１から４参照）。

特開２０１２−２５４９０３号公報 特開２００４−１８９５４０号公報 特開平７−３１５８８６号公報 特開２００３−２１２６０５号公報

ＵＶ樹脂は硬化時に雰囲気の酸素濃度が高いと、上記したように樹脂表面の硬化阻害を起こすため、所望の硬化度が得られない等の不具合が生じる。また、硬化阻害が起きると表面状態が大きく変わるので、例えば硬化させたＵＶ樹脂の外周にさらに着色インクを塗布する場合に、着色インクの密着性が変わってしまうという不具合や、硬化した樹脂の表面摩擦係数が変わることで、光ファイバをボビンに正常に巻き付けにくくなるなどの不具合が生じる可能性が増加する。このため、ＵＶ樹脂の硬化時には、ＵＶ炉内を窒素などの不活性ガス雰囲気とし、酸素の巻き込みを防ぐようにしている。しかし、ＵＶ樹脂を塗布する際の光ファイバの線速が高くなると、紫外線照射炉に入る光ファイバが炉外雰囲気に存在する空気を牽引しやすくなるため、炉内に酸素が入り込みやすくなる。

そこで、本発明の目的は、紫外線照射炉内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる光ファイバ用の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。

本発明の一態様に係る光ファイバ用の紫外線照射炉は、紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させる筒状の石英管と、
前記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前記石英管内を通過する前記光ファイバへ紫外線を照射して前記光ファイバに塗布され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の紫外線照射炉であって、
前記石英管の上方に、前記石英管よりさらに内径が小さい筒状部材を備え、前記筒状部材の内部を不活性ガスで満たすことにより前記紫外線照射炉に入線される光ファイバをシールする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、上記の光ファイバ用の紫外線照射炉に、紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させて、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる。

本発明によれば、紫外線照射炉内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる。

本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する製造装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバ用の紫外線照射炉の構造を示す断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係る光ファイバ用の紫外線照射炉は、
（１） 紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させる筒状の石英管と、
前記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前記石英管内を通過する前記光ファイバへ紫外線を照射して前記光ファイバに塗布され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の紫外線照射炉であって、
前記石英管の上方に、前記石英管よりさらに内径が小さい筒状部材を備え、前記筒状部材の内部を不活性ガスで満たすことにより前記紫外線照射炉に入線される光ファイバをシールする。
紫外線照射炉に入る光ファイバは、まず不活性ガスで満たされた筒状部材を通過する。その際、炉外雰囲気に存在する酸素が光ファイバにより牽引されて照射炉内に侵入することが抑制される。筒状部材は、石英管より内径が小さいので、特に酸素の牽引による侵入を効果的に抑制することができる。
したがって、紫外線照射炉内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる。

（２） 前記筒状部材は、内径が２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、長さが２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。
このような寸法の筒状部材を用いると、より確実に酸素の侵入を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法は、
（３） 上記（１）または（２）に記載の光ファイバ用の紫外線照射炉に紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させて、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる。
紫外線照射炉に入る光ファイバは、まず不活性ガスで満たされた筒状部材を通過する。その際、炉外雰囲気に存在する酸素が光ファイバにより牽引されて照射炉内に侵入することが抑制される。筒状部材は、石英管より内径が小さいので、特に酸素の牽引による侵入を効果的に抑制することができる。
したがって、紫外線照射炉内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ファイバ用の紫外線照射炉および光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する製造装置の概略構成図である。図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、線引炉２、樹脂塗布装置３、紫外線照射炉４、ガイドローラ５、巻き取りボビン６を備えている。

図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、光ファイバ母材１１を線引炉２のヒータ２ａによりその先端から加熱溶融して延伸し、裸光ファイバ１２に溶融紡糸する。裸光ファイバ１２は、樹脂塗布装置３を通り、その外周に紫外線硬化型樹脂が塗布される。続いて、紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバ１３は紫外線照射炉４に入り、紫外線が照射される。これにより、塗布された紫外線硬化型樹脂が硬化される。紫外線硬化型樹脂で被覆された光ファイバ１４は、ガイドローラ５等を経て巻き取りボビン６に巻取られる。

次に、本実施形態の光ファイバ用の紫外線照射炉４について説明する。図２は、紫外線照射炉４の構造を示す断面図である。
図２に示すように、紫外線照射炉４は、照射炉本体４１と、円筒状の石英管４２と、紫外線照射部の一部として石英管４２の外側に配置された紫外線ランプ４３と、を有する。

また、紫外線照射炉４は、照射炉本体４１の上部に設けられ、上端に入線側開口径Ｄ１の入線口４４を有する入口カバー４５と、照射炉本体４１の下部に設けられ、下端に出線側開口径Ｄ２の出線口４６を有する出口カバー４７と、を備えている。

入口カバー４５の側部には、不活性ガス供給口４８が設けられており、ガス導入管４９から供給される窒素ガス等の不活性ガスＧ１を石英管４２内に導入する。この不活性ガスＧ１の導入により石英管４２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Ｇ１は、下端の出線側開口径Ｄ２の出線口４６から自然排出される。

そして、出線側開口径Ｄ２が入線側開口径Ｄ１より大きく、石英管４２の内径Ｄ０より小さく設定されている。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Ｇ１を排出し易くし、石英管４２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４２内の曇りを抑制することができる。また、石英管４２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。

紫外線ランプ４３は、紫外線の照射時に高温になるため、空気導入管５０から冷却空気５１が導入されて冷却される。この冷却空気５１は、石英管４２の外側を流れてから、空気排出管５２より排出空気５３として排気される。空気排出管５２は、図示しない排気装置に接続されており、大気圧に比べて負圧にされている。

さらに紫外線照射部の一部として、紫外線ランプ４３の外側には、石英管４２を中心として円筒状の反射鏡５４が配置されている。紫外線照射部は、紫外線ランプ４３から直接、内側の石英管４２へ紫外線を照射すると共に、外側の反射鏡５４により紫外線ランプ４３から照射した紫外線を反射させて、石英管４２内の（紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された）光ファイバ１３に照射する。

また、紫外線照射炉４は、不活性ガス供給口４８と石英管４２の外周上部との間に、ゴム製の入線側気密用パッキン５５が設けられている。
この入線側気密用パッキン５５により、紫外線ランプ４３を空冷する冷却空気５１の流れに不活性ガスＧ１が吸引され、石英管４２内への不活性ガスＧ１の供給が減少して、石英管４２内の酸素濃度が上がってしまうのを防ぐ。
また、石英管４２の外周下部と空気導入管５０及び空気排出管５２との間には、ゴム製の出線側気密用パッキン５６が設けられている。

一般に、紫外線照射炉４に入線する光ファイバ１３は、入線する際に炉外雰囲気中の空気Ａを巻き込もうとする（図２参照）。巻きまれた空気には酸素が含まれているため、この酸素が紫外線照射炉４内に侵入してしまう。
このため、本実施形態の紫外線照射炉４は、入口カバー４５の上方に、石英管４２よりさらに内径が小さく、光ファイバ１３の紫外線照射炉４への入線部となる筒状部材５７を備えている。この筒状部材５７は、例えば、内径Ｄ３が２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、長さＬ１が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。

筒状部材５７の下部には、入口カバー４５との間の空間５９を形成する蓋部６０と、空間５９にシールガスとして作用する不活性ガスＧ２（例えば、窒素ガス）を供給するシールガス導入管６１を備える。

そして、空間５９が、シールガス導入管６１から供給された不活性ガスＧ２で満たされることにより、不活性ガスＧ２の一部（例えば、０．５〜２．０Ｌ／分）が筒状部材５７の下部開口５７ａから筒状部材５７内に入り、筒状部材５７の上部開口５７ｂからの空気Ａ（酸素）の侵入を抑える。なお、残りの不活性ガスＧ２は、入口カバー４５の入線口４４から不活性ガス供給口４８に入り、不活性ガスＧ１と共に石英管４２内へ供給される。
なお、筒状部材５７の内径Ｄ３は、入口カバー４５の入線口４４の開口径Ｄ１（例えば、約８ｍｍ）以下になっている。

なお、シールガス導入管６１や空間５９は無くても良く、筒状部材５７に、ガス導入管４９から供給される不活性ガスの一部を直接供給するようにしても良い。

以上のように、本実施形態に係る光ファイバ用の紫外線照射炉４によれば、紫外線照射炉４に入る光ファイバ１３（紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバ）は、まず筒状部材５７を通過する。その際、炉外雰囲気に存在する空気Ａ（酸素）が光ファイバ１３により牽引されて紫外線照射炉４内に侵入することが抑制される。筒状部材５７は石英管４２より内径Ｄ３が小さい筒状部材５７により構成されているので、特に酸素の牽引による侵入を効果的に抑制することができる。したがって、紫外線照射炉４内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバ１３に塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる。
上記紫外線照射炉４における筒状部材５７として、内径Ｄ３が２ｍｍ以上８ｍｍ以下、長さＬ１が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である寸法の筒状部材５７を用いると、より確実に酸素の侵入を抑制することができる。

本実施形態に係る光ファイバの製造方法によれば、上記紫外線照射炉４に、紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバ１３を通過させて、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。このとき、紫外線照射炉４内の酸素濃度を低く抑えて、光ファイバ１３に塗布された紫外線硬化型樹脂をより良好に硬化させることができる。

［実施例］
次に、本実施形態に係る光ファイバ用の紫外線照射炉４（図２参照）における筒状部材５７の内径Ｄ３および長さＬ１を変えて、図１の光ファイバの製造装置により線速２０００ｍ／分で製造した光ファイバの紫外線硬化型樹脂のＦＴＩＲ（硬化度（キュア度）の指標）の評価結果について説明する。ＦＴＩＲの値は小さい程、紫外線硬化型樹脂の硬化度が良いことを示し、ＦＴＩＲが０．３３以下であることが好ましい。なお、例１は、筒状部材５７が無い状態（取り外した状態）で光ファイバを製造した例である。
以下の各例では、入口カバー４５の入線口４４の開口径Ｄ１は８ｍｍとした。また、シールガス導入管６１から供給する不活性ガスＧ２の流量を２Ｌ／分とした。

結果は上記表１に示すようになった。
（例１）
例１は、筒状部材５７が無い場合であり、製造された光ファイバのＦＴＩＲは０．３３を超える０．３８であり、紫外線硬化型樹脂の硬化度が悪い。

（例２〜例４）
これらの例は、筒状部材５７の内径Ｄ３が１ｍｍの場合であり、筒状部材５７の開口が狭すぎるため、製造時に光ファイバが筒状部材５７の内面に接触して断線した。

（例５〜例８）
これらの例は、筒状部材５７の内径Ｄ３が２ｍｍの場合であり、長さＬ１が２０〜１００ｍｍの場合は、ＦＴＩＲはいずれも０．３３以下であり、紫外線硬化型樹脂の硬化度は良好であった。ところが、長さＬ１が２００ｍｍの場合は、製造時に光ファイバが筒状部材５７の内面に接触して断線した。

（例９〜例１５）
これらの例は、筒状部材５７の内径Ｄ３が４ｍｍまたは８ｍｍであり、長さＬ１が２０〜２００ｍｍの場合である。これらの例では、ＦＴＩＲはいずれも０．３３以下であり、紫外線硬化型樹脂の硬化度は良好であった。

（例１６、例１７）
筒状部材５７の内径Ｄ３が１０ｍｍの場合であり、長さＬ１が２０ｍｍ、１００ｍｍの場合である。これらの例では、ＦＴＩＲはいずれも０．３３を超える値であり、紫外線硬化型樹脂の硬化度が悪い。

以上の結果から、筒状部材５７の内径Ｄ３が２ｍｍ以上８ｍｍ以下、長さＬ１が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である場合に、紫外線硬化型樹脂の硬化度が良好な光ファイバを製造できることがわかった。
筒状部材５７の内径Ｄ３は、小さ過ぎる（例２〜例４：１ｍｍの場合）と光ファイバ１３が筒状部材５７の内面に接触しやすいため断線してしまう。一方、大き過ぎる（例１６、例１７：１０ｍｍの場合）と、牽引による酸素の侵入量が大きくなり、確実に酸素の侵入を抑制することができなくなる。このため、筒状部材５７の内径Ｄ３を２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることが好ましい。
筒状部材５７の長さＬ１は、短すぎると（２０ｍｍ未満）、筒状部材５７が無い例１と同様に酸素の牽引による侵入を十分に防ぐことができなくなる。一方、筒状部材５７が長くなる（例８：２００ｍｍの場合）と、光ファイバ１３が筒状部材５７の内面に接触しやすいため断線してしまう場合がある。このため、上記のように筒状部材５７の長さＬ１を２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。

１ 光ファイバの製造装置
２ 線引炉
２ａ ヒータ
３ 樹脂塗布装置
４ 紫外線照射炉
５ ガイドローラ
６ 巻き取りボビン
１１ 光ファイバ母材
１２ 裸光ファイバ
１３ 光ファイバ（紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバ）
１４ 光ファイバ（紫外線硬化型樹脂で被覆された光ファイバ）
４１ 照射炉本体
４２ 石英管
４３ 紫外線ランプ（紫外線照射部の一部）
４４ 入線口
４５ 入口カバー
４６ 出線口
４７ 出口カバー
４８ 不活性ガス供給口
４９ ガス導入管
５０ 空気導入管
５１ 冷却空気
５２ 空気排出管
５３ 排出空気
５４ 反射鏡（紫外線照射部の一部）
５５ 入線側気密用パッキン
５６ 出線側気密用パッキン
５７ 筒状部材
５９ 空間
６０ 蓋部
６１ シールガス導入管
Ａ 空気（酸素）
Ｄ０ 石英管４２の内径
Ｄ１ 入線側開口径
Ｄ２ 出線側開口径
Ｄ３ 筒状部材５７の内径
Ｌ１ 筒状部材５７の長さ
Ｇ１、Ｇ２ 不活性ガス

Claims (3)

1. 紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させる筒状の石英管と、
   前記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前記石英管内を通過する前記光ファイバへ紫外線を照射して前記光ファイバに塗布され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の紫外線照射炉であって、
   前記石英管の上方に、前記石英管よりさらに内径が小さい筒状部材を備え、前記筒状部材の内部を不活性ガスで満たすことにより前記紫外線照射炉に入線される光ファイバをシールする、光ファイバ用の紫外線照射炉。
2. 前記筒状部材は、内径が２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、長さが２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１に記載の光ファイバ用の紫外線照射炉。
3. 請求項１または請求項２に記載の光ファイバ用の紫外線照射炉に紫外線硬化型樹脂が外周に塗布された光ファイバを通過させて、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる、光ファイバの製造方法。

Images