JP2021159891A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状体が曇りにくい光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】塗布線状体Ｇ２を石英管２の内部に導入する前に、石英管２の内部を酸素を含む雰囲気にしながら石英管２の内部へ紫外線を照射して、石英管２の内面に付着した付着物を除去するステップと、付着物を除去するステップの終了後に、塗布線状体Ｇ２を石英管２の内部に導入させた状態で、塗布線状体Ｇ２に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させるステップとを含む、光ファイバの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの製造方法に関する。

従来、光ファイバ素線の製造方法として、光ファイバ母材を溶融して所定の外径まで細径化したガラスファイバとし、このガラスファイバに対して塗布装置により紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化樹脂と称する）を塗布し、硬化装置によりＵＶ硬化樹脂を硬化させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような光ファイバ素線の製造方法における硬化装置は、ＵＶ硬化樹脂が塗布されたガラスファイバが通過する筒状体と、この筒状体の内側へ紫外線を照射する紫外線バルブとを備えている。

特開平１１−３４７４７９号公報

上記特許文献１に記載された光ファイバ素線の製造方法では、ＵＶ硬化樹脂を紫外線で硬化する工程において、ガラスファイバに塗布されたＵＶ硬化樹脂の一部がガラスファイバから揮発して筒状体に付着し、筒状体が曇ることがある。
この筒状体の曇りにより、筒状体の紫外線透過率が下がってしまうことから、定期的に筒状体を洗浄および交換する必要が生じており、生産効率の向上には更なる改善の余地があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、筒状体が曇りにくい光ファイバの製造方法を提供することをその目的とする。

本開示の光ファイバの製造方法は、線状体の周囲にＵＶ硬化樹脂を塗布した塗布線状体が通過する筒状体と、該筒状体の外側に設置して前記筒状体の内部へ紫外線を照射する光源とを備えた紫外線照射炉による光ファイバの製造方法であって、前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入する前に、前記筒状体の内部を酸素を含む雰囲気にしながら前記筒状体の内部へ紫外線を照射して、前記筒状体の内面に付着した付着物を除去するステップと、前記付着物を除去するステップの終了後に、前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入させた状態で、前記塗布線状体に紫外線を照射して前記ＵＶ硬化樹脂を硬化させるステップとを含む。

上記によれば、筒状体が曇りにくい光ファイバの製造方法を提供することができる。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。 図１のＵＶ硬化炉の一例を示す側面模式図である。 図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様の内容を列記して説明する。
本開示の光ファイバの製造方法は、（１）線状体の周囲にＵＶ硬化樹脂を塗布した塗布線状体が通過する筒状体と、該筒状体の外側に設置して前記筒状体の内部へ紫外線を照射する光源とを備えた紫外線照射炉による光ファイバの製造方法であって、前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入する前に、前記筒状体の内部を酸素を含む雰囲気にしながら前記筒状体の内部へ紫外線を照射して、前記筒状体の内面に付着した付着物を除去するステップと、前記付着物を除去するステップの終了後に、前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入させた状態で、前記塗布線状体に紫外線を照射して前記ＵＶ硬化樹脂を硬化させるステップとを含む。
このように構成された光ファイバの製造方法によれば、定期的に筒状体の内面に付着した付着物が除去されるため、筒状体が曇りにくくなり、筒状体が洗浄不要かつ交換不要となるので、光ファイバの生産効率を向上させることができる。
さらに、筒状体の紫外線透過度が低下しにくくなるため、塗布線状体への紫外線の照射量が経時変化しにくくなり、塗布線状体に塗布したＵＶ硬化樹脂を安定して硬化させることができる。

（２）上記の光ファイバの製造方法における、前記付着物を除去するステップにおいて、紫外線が照射されている間、前記筒状体内が加熱される。
これにより、筒状体の内面に付着した付着物が熱分解されるため、筒状体の内面に付着した付着物をより短時間で除去して、筒状体の曇りを取り除くことができる。

（３）上記の光ファイバの製造方法における、前記付着物を除去するステップにおいて、前記筒状体が大気開放される。
これにより、筒状体の内部の酸素濃度が高まり、筒状体の内面に付着した付着物の酸化反応が促進されるため、筒状体の内面に付着した付着物をより短時間で除去して、筒状体の曇りを一段と取り除くことができる。

（４）上記の光ファイバの製造方法において、前記筒状体の内面が、二酸化チタンを含むコーティング膜によってコーティングされている。
これにより、筒状体の内面に照射された紫外線がコーティング膜の二酸化チタンと反応して筒状体の内面に付着した付着物が分解されるため、筒状体の内面に付着した付着物をさらに短時間で除去することができる。

（５）上記の光ファイバの製造方法において、前記コーティング膜が、二酸化チタンの粒子と二酸化珪素のバインダーとからなる。
これにより、コーティング膜が筒状体の内面にコーティングしやすくなるため、筒状体へのコーティング膜の形成を容易に行うことができる。

（６）上記の光ファイバの製造方法において、前記コーティング膜が、二酸化チタンの粒子のみからなる。
これにより、コーティング膜を二酸化チタンの粒子と二酸化珪素のバインダーとから構成する場合に比べて二酸化チタンの密度が高くなるため、コーティング膜における付着物の分解活性が向上し、筒状体の内面に付着した付着物を短時間で除去することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示に係る光ファイバの製造装置およびこれを用いた光ファイバの製造方法の具体例について説明する。
まず、光ファイバ製造装置１０の一例を示す図である図１を用いて光ファイバ製造装置１０の説明をしつつ、光ファイバ素線の製造方法の概略を説明する。

図１に示すように、光ファイバ製造装置１０は、最上流位置に、光ファイバ母材Ｇを加熱して軟化させる線引き炉１１を備えている。
線引き炉１１は、内側に光ファイバ母材Ｇが供給される円筒状の炉心管１２と、この炉心管１２を取り囲む発熱体１３と、炉心管１２内に不活性ガスを供給するガス供給部１４とを有している。
なお、発熱体１３は、抵抗炉でもよいし、誘導炉でもよい。

光ファイバ母材Ｇの上部は母材送りユニットＦに把持されており、光ファイバ母材Ｇは母材送りユニットＦにより炉心管１２内に送られる。
光ファイバ母材Ｇの下端部分が発熱体１３によって加熱されて下方に線引きされると、光ファイバ素線Ｇ３の構成部材であるガラスファイバ（線状体）Ｇ１が形成される。
ガラスファイバＧ１は、コア部およびクラッド部を有し、標準外径が例えば１２５μｍの光導波路である。

光ファイバ製造装置１０は、線引き炉１１の下流側に冷却ユニット１５を備えている。
冷却ユニット１５には、ヘリウムガスのような冷却ガスが供給されており、光ファイバ母材Ｇから線引きされたガラスファイバＧ１は、冷却ユニット１５で冷却される。
光ファイバ製造装置１０は、冷却ユニット１５の下流側に外径測定ユニット１６を備える。
外径測定ユニット１６は、レーザ光を用いてガラスファイバＧ１の外径を測定可能に構成されており、冷却ユニット１５で冷却されたガラスファイバＧ１は、外径測定ユニット１６で外径が測定されて下方に送られる。
なお、外径測定ユニット１６は、ガラスファイバＧ１の外径を非接触で測定できれば、レーザ光以外の測定方式であってもよい。

光ファイバ製造装置１０は、外径測定ユニット１６の下流側にＵＶ硬化樹脂の樹脂塗布装置１７およびＵＶ硬化炉（紫外線照射炉）１を備えている。
樹脂塗布装置１７には、ガラスファイバ保護用のＵＶ硬化樹脂が蓄えられている。
外径が測定されたガラスファイバＧ１の周囲には、ＵＶ硬化樹脂（例えば、ウレタンアクリレート樹脂）が樹脂塗布装置１７にて塗布されて塗布線状体Ｇ２となり、このＵＶ硬化樹脂はＵＶ硬化炉１で紫外線が照射されて硬化する。
これにより、ガラスファイバＧ１の周囲にＵＶ硬化樹脂による被覆が形成された光ファイバ素線Ｇ３となる。

なお、ガラスファイバ保護用のＵＶ硬化樹脂は、一次被覆樹脂と二次被覆樹脂とで構成してもよい。
この場合、一次被覆用の樹脂塗布装置、第１のＵＶ硬化炉が設けられ、この第１のＵＶ硬化炉の下流に、二次被覆用の樹脂塗布装置、第２のＵＶ硬化炉が設けられる。
あるいは、着色用のＵＶ硬化樹脂を蓄えた樹脂塗布装置を設けておき、光ファイバ素線Ｇ３に着色用のＵＶ硬化樹脂による被覆を形成した光ファイバ心線であってもよい。
このため、光ファイバ素線Ｇ３の他、光ファイバ心線も本開示の製造方法の対象となる光ファイバに相当する。

光ファイバ製造装置１０は、ＵＶ硬化炉１の下流側に、直下ローラー１８およびガイドローラー１９を備える。
直下ローラー１８は、線引き炉１１の直下に配置され、光ファイバ素線Ｇ３の走行方向が垂直方向から例えば水平方向へと変更される。
直下ローラー１８によって走行方向が変更された光ファイバ素線Ｇ３は、ガイドローラー１９に案内されて走行方向が水平方向から例えば斜め上方へと変更される。

光ファイバ製造装置１０は、ガイドローラー１９の下流側に、さらに、引き取り装置２０、ガイドローラー２１、ダンサローラー２２、および巻き取り装置２３を備えている。
光ファイバ素線Ｇ３は、引き取り装置２０のキャプスタンで所定の速度で引き取られ、ダンサローラー２２を介して巻き取り装置２３のボビンＢに巻き取られる。

次に、光ファイバ製造装置１０のＵＶ硬化炉１について、図２Ａおよび図２Ｂに基づいて詳しく説明する。
図２Ａは図１のＵＶ硬化炉の一例を示す側面模式図であり、図２Ｂは図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。

ＵＶ硬化炉１は、筒状の石英管（筒状体）２と、石英管２の外部に配置された光源４と、この光源４から照射する紫外線を塗布線状体Ｇ２に集光する反射鏡３とを備えている。
石英管２は紫外線に対して透光性を有しており、石英管２の中心軸が塗布線状体Ｇ２の通過位置に配置されている。

光源４は、ＵＶ−ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、塗布線状体Ｇ２に紫外線を照射可能である。
反射鏡３は石英管２と光源４とを取り囲むように配置され、光源４から照射された紫外線は反射鏡３で反射されて石英管２に照射される。
したがって、ＵＶ硬化炉１において、光源４は石英管２の内部へ紫外線を照射可能となっている。

石英管２内には、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスを含むパージガスがダウンフローで供給される。
詳しくは、石英管２の上端側はガス供給路に接続されており、流量調節器８で流量調整されたパージガスが、石英管２の上端側から石英管２の内部に供給される。
石英管２の下端側はガス排出路に接続されており、石英管２内に供給されたパージガスや、ＵＶ硬化炉１の入口５や出口６から石英管２の内部に入り込んだ空気等の気体が、石英管２の下端側から排出される。

石英管２内に酸素が存在すると、ＵＶ硬化樹脂に対する紫外線硬化反応が阻害される。
そこで、パージガスの流量を増やして石英管２の内部のパージガスの濃度を高くし、石英管２の内部の酸素濃度を低くしている。
なお、石英管２の内部の酸素濃度は、入口５や出口６に設けたシャッター７の開度を調節したり、排出路に設けた吸引ポンプ９で石英管２の内部の気体を排気して調節したりしてもよい。

また、石英管２の内面は、コーティング膜２ａによってコーティングされている。
コーティング膜２ａは、粒子状の二酸化チタンとバインダー成分とを混合したコーティング液を石英管２の内面に塗布した後、加熱をすることで石英管２の内面に焼き付けられている。
したがって、コーティング膜２ａは、粒子状の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）とバインダー成分（二酸化珪素）とを含んでいる。
また、コーティング膜２ａの厚みは、コーティングのしやすさと二酸化チタンの機能発揮の観点から０．０３μｍ以上０．５μｍ未満となっている。
二酸化チタンの粒子径は、二酸化チタンを触媒として機能させるために３０ｎｍ以下となっている。

また、ＵＶ硬化炉１には、光源４や入口５や出口６に設けたシャッター７を制御する制御装置４０が接続されている。
この制御装置４０は、例えば１個あるいは複数個のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有し、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）にロードし、このロードしたＲＡＭ内のプログラムを実行する。

制御装置４０は、さらに、光源４への投入電力を制御する電力制御部４１と、石英管２を透過した紫外線の照度を検出する紫外線センサー４２とを有している。
電力制御部４１は、石英管２を透過した紫外線の照度に基づいて光源４への投入電力を制御している。
紫外線センサー４２は、石英管２を挟んで光源４と反対側に配置されている。
したがって、石英管２を透過した紫外線は、反射鏡３に設けられた孔３ａ（反射鏡３が複数の鏡部で構成される場合、鏡部同士の間隙でもよい）から出て、紫外線センサー４２で検出される。

次に、このように構成された光ファイバ製造装置１０におけるガラスファイバＧ１の周囲に塗布されたＵＶ硬化樹脂の硬化について説明する。

まず、光ファイバ母材ＧからガラスファイバＧ１を生成する前、すなわち塗布線状体Ｇ２を石英管２の内部に導入する前に、石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物を除去するステップ（以下、「クリーニングステップ」と称する）を行う。
クリーニングステップでは、ＵＶ硬化炉１の入口５に設けたシャッター７および出口６に設けたシャッターを開く。
これにより、ＵＶ硬化炉１の石英管２の内部が大気開放され、石英管２の内部が酸素を含む雰囲気となる。

次に、光源４から石英管２の内部へ紫外線を照射する。
この光源４からの紫外線および石英管２の内部にある酸素により、石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物が分解される。
また、紫外線と石英管２の内部にある空気中の水分により、石英管２のコーティング膜２ａから活性酸素種が生成され、この活性酸素種によっても石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物が分解される。
したがって、石英管２の内部を酸素を含む雰囲気で満たした後、紫外線を石英管２の内部へ照射することで石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物が分解される。

なお、除去ステップにおいては、紫外線センサー４２が紫外線の照度を常時監視している。
紫外線センサー４２により検出された紫外線の照度が所定値以上に達した場合、石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物を十分除去したとして、クリーニングステップを終了する。

このようにしてクリーニングステップにて石英管２の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物を除去した後、光ファイバの線引を行う。
そこでまず、光ファイバ母材ＧからガラスファイバＧ１を生成し、このガラスファイバＧ１の周囲にＵＶ硬化樹脂を塗布して塗布線状体Ｇ２を生成する。
そして、この塗布線状体Ｇ２をＵＶ硬化炉１の入口５から石英管２の内部に導入され、ＵＶ硬化樹脂を硬化させるステップ（以下、「硬化ステップ」と称する）を行う。

硬化ステップにおいて、塗布線状体Ｇ２は、石英管２の内部を通過し、ＵＶ硬化炉１の出口６から石英管２の外部に送出されて直下ローラー１８に向かう。
このとき、光源４から石英管２の内部を通過している塗布線状体Ｇ２に紫外線を照射する。
この紫外線の照射により、ガラスファイバＧ１の周囲に塗布されたＵＶ硬化樹脂が硬化し、光ファイバ素線Ｇ３が形成される。

［変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。
また、前述した実施形態が備える各要素は技術的に可能である限り組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、上述した実施形態のように、光源をＵＶ−ＬＥＤとする場合、ＵＶ硬化炉は赤外線を石英管内へ照射するようなヒーターを設けてもよい。
ＵＶ硬化炉にヒーターを設けた場合、クリーニングステップにおいて、石英管の内部へ紫外線を照射するときに同時に石英管の内部へ赤外線を照射することで石英管の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物が熱分解されるため、石英管の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物をより短時間で除去できる。
なお、赤外線の照射時間は、紫外線の照射時間と同じであることが好ましい。

また、光源として、ＵＶ−ＬＥＤの代わりに水銀蒸気中の放電によって紫外線を放射するようなＵＶランプを用いてもよい。
ＵＶランプから紫外線を放射する場合、紫外線に加えて赤外線も放射されるため、ＵＶランプから石英管の内部へ紫外線を照射するときに同時に石英管の内部へ赤外線も照射されることになるので石英管の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物が熱分解されることになり、より短時間で石英管の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物を除去できる。

例えば、上述した実施形態では、クリーニングステップにおいて、単に入口のシャッターと出口のシャッターとを開放して、石英管の内部を大気開放していたが、ガス供給路から酸素を供給して、石英管の内部の酸素濃度を高めてもよい。
この場合、石英管の内部の酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも高くなり、より酸化反応が促進され、石英管の内面に付着したＵＶ硬化樹脂由来の付着物を短時間で除去できる。

例えば、上述した実施形態では、コーティング膜２ａは、主に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）とバインダー成分（二酸化珪素）とから構成されていたが、コーティング膜２ａは二酸化チタンの粒子のみから形成されていてもよい。
この場合、コーティング膜を二酸化チタンの粒子と二酸化珪素のバインダーとから構成する場合に比べて二酸化チタンの密度が高くなるため、コーティング膜におけるＵＶ硬化樹脂の分解活性が向上し、効率良くＵＶ硬化樹脂由来の付着物を短時間で除去することができる。

１ …ＵＶ硬化炉（紫外線照射炉）
２ …石英管（筒状体）
２ａ…コーティング膜
３ …反射鏡
３ａ…孔
４ …光源
５ …入口
６ …出口
７ …シャッター
８ …流量調節器
９ …吸引ポンプ
１０ …光ファイバ製造装置
１１ …線引き炉
１２ …炉心管
１３ …発熱体
１４ …ガス供給部
１５ …冷却ユニット
１６ …外径測定ユニット
１７ …樹脂塗布装置
１８ …直下ローラー
１９ …ガイドローラー
２０ …引き取り装置
２１ …ガイドローラー
２２ …ダンサローラー
２３ …巻き取り装置
４０ …制御装置
４１ …電力制御部
４２ …紫外線センサー
Ｂ …ボビン
Ｆ …母材送りユニット
Ｇ …光ファイバ母材
Ｇ１…ガラスファイバ（線状体）
Ｇ２…塗布線状体
Ｇ３…光ファイバ素線

Claims (6)

1. 線状体の周囲に紫外線硬化樹脂を塗布した塗布線状体が通過する筒状体と、該筒状体の外側に設置して前記筒状体の内部へ紫外線を照射する光源とを備えた紫外線照射炉による光ファイバの製造方法であって、
   前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入する前に、前記筒状体の内部を酸素を含む雰囲気にしながら前記筒状体の内部へ紫外線を照射して、前記筒状体の内面に付着した付着物を除去するステップと、
   前記付着物を除去するステップの終了後に、前記塗布線状体を前記筒状体の内部に導入させた状態で、前記塗布線状体に紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させるステップとを含む、光ファイバの製造方法。
2. 前記付着物を除去するステップにおいて、紫外線が照射されている間、前記筒状体内が加熱される、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記付着物を除去するステップにおいて、前記筒状体が大気開放される、請求項１または請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記筒状体の内面が、二酸化チタンを含むコーティング膜によってコーティングされている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記コーティング膜が、二酸化チタンの粒子と二酸化珪素のバインダーとからなる、請求項４に記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記コーティング膜が、二酸化チタンの粒子のみからなる、請求項４に記載の光ファイバの製造方法。

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