JP2022032525A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの着色層への気泡の混入を防止して外観不良を抑制可能な光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】所定の圧力をかけて着色材をダイス内に送り出し、ダイス内に光ファイバ素線を通過させて光ファイバ素線の周囲に着色材を塗布する光ファイバの製造方法である。線速停止状態の後、光ファイバ素線の線速の上昇を開始してから線速が定常製造線速に至る途中までの間は、当該線速に対する着色材の供給圧力の比を、定常製造線速における当該定常製造線速に対する着色材の供給圧力の比よりも大きくする。
【選択図】図２

Description

本開示は、光ファイバの製造方法に関する。

特許文献１は、着色材が入れられた容器が納められた圧力容器に加圧空気を供給して圧力容器内の圧力を高めて、着色材を供給することを開示している。
特許文献２は、光ファイバの被覆方法に関する発明であって、線引速度と被覆材料を押し出す圧力の比を一定にすることを開示している。
特許文献３は、光ファイバ線引時の線速上昇中において、製造線速に近い領域で線速上昇割合に対する樹脂供給圧力の上昇割合の比を製造線速における線速に対する樹脂供給圧力の比より小さくすることを開示している。
特許文献４には、光ファイバの線引速度に応じて被覆樹脂の供給圧を調節する方法が開示されている。具体的には、ニップル孔内の被覆樹脂の液面位置を検出し、液面高さが一定になるように樹脂圧力を調整している。

特開平５－１８６２４７号公報 特開平１－４５７４６号公報 特開２００１－６６４７６号公報 特開平１０－１９４７９４号公報

設備停止時にはダイス内にインクが供給されないため、ダイス内がインクで満たされた状態になっていない。その状態でダイス内を通過する光ファイバの線速を上昇させると、ダイス内の空気がインク内に気泡として長時間残留したままでインクが光ファイバに塗布されることで外観不良が発生する場合がある。

そこで、本開示は、光ファイバの着色層への気泡の混入を防止して外観不良を抑制可能な光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、
所定の圧力をかけて着色材をダイス内に送り出し、前記ダイス内に光ファイバ素線を通過させて前記光ファイバ素線の周囲に前記着色材を塗布する光ファイバの製造方法であって、
線速停止状態の後、前記光ファイバ素線の線速の上昇を開始してから前記線速が定常製造線速に至る途中までの間は、前記線速に対する前記着色材の供給圧力の比を、前記定常製造線速に至った後の前記線速に対する前記供給圧力の比よりも大きくする。

本開示によれば、光ファイバの着色層への気泡の混入を防止して外観不良を抑制可能な光ファイバの製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る光ファイバの製造装置の概略構成図である。 （ａ）は、実施例１に係る光ファイバ製造装置の着色ダイスに供給されるインクの時間経過における供給圧力の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例１に係る着色ダイスを通過する光ファイバ素線の時間経過における線速の変化を示すグラフである。 （ａ）は、比較例に係る光ファイバ製造装置の着色ダイスに供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフであり、（ｂ）は、比較例に係る着色ダイスを通過する光ファイバ素線の時間経過における線速変化を示すグラフである。 実施例に基づいてインクを供給した場合に着色ダイス内で形成されるメニスカスと、比較例に基づいてインクを供給した場合の着色ダイス内で形成されるメニスカスを示す模式図である。 （ａ）は、実施例２に係る光ファイバ製造装置の着色ダイスに供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例２に係る着色ダイスを通過する光ファイバ素線の時間経過における線速変化を示すグラフである。 （ａ）は、実施例３に係る光ファイバ製造装置の着色ダイスに供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例３に係る着色ダイスを通過する光ファイバ素線の時間経過における線速変化を示すグラフである。

（本開示の実施形態の説明）
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、
（１）所定の圧力をかけて着色材をダイス内に送り出し、前記ダイス内に光ファイバ素線を通過させて前記光ファイバ素線の周囲に前記着色材を塗布する光ファイバの製造方法であって、
線速停止状態の後、前記光ファイバ素線の線速の上昇を開始してから前記線速が定常製造線速に至る途中までの間は、前記線速に対する前記着色材の供給圧力の比を、前記定常製造線速に至った後の前記線速に対する前記供給圧力の比よりも大きくする。
上記方法によれば、光ファイバ素線に塗布される着色材への気泡の混入を防ぐことで、光ファイバの外観不良を抑制することができる。

（２）前記線速停止状態における前記着色材の前記ダイス内への供給圧力を０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下としてから前記線速の上昇を開始してもよい。
上記方法によれば、線速上昇前に一定の圧力をかけて着色材をダイス内に送り込むため、ダイス内により早く着色材を送り込むことができる。これにより、生産性を向上させることができる。

（３）前記線速停止状態において、前記ダイス内に前記着色材が充填されてから前記線速の上昇を開始してもよい。
上記方法によれば、光ファイバ素線に塗布される着色材への気泡の混入を確実に防止することができる。

（本開示の実施形態の詳細）
本開示の実施形態に係る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、光ファイバ素線の外周にインク（着色材の一例）を被覆する着色工程において、本実施形態に係る光ファイバの製造方法を適用した光ファイバの製造装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバの製造装置１は、光ファイバ素線Ｇ１にインクを塗布する着色ダイス２と、塗布されたインクに紫外線を照射する紫外線照射装置３と、を備えている。着色ダイス２の前段には光ファイバ素線Ｇ１を繰り出す繰出しボビン１１が取り付けられており、紫外線照射装置３の後段には紫外線が照射されて形成された光ファイバＧ２を後段にガイドするガイドローラ１２が設けられている。

着色ダイス２には、インクを供給するインク供給タンク２０が供給パイプ２１を介して接続されている。光ファイバ素線Ｇ１に塗布されるインクとしては、例えば着色のための顔料等を含む紫外線硬化型樹脂が用いられる。インク供給タンク２０から供給されたインクは、着色ダイス２を通過する光ファイバ素線Ｇ１の外周に塗布される。なお、本例において、光ファイバ素線Ｇ１とは、プリフォーム（光ファイバ母材）を線引して形成されたガラスファイバの外周に被覆層（例えばプライマリ樹脂とセカンダリ樹脂）が被覆された状態のファイバを意味する。着色ダイス２と供給パイプ２１との接続部分には圧力計２３が設けられている。

紫外線照射装置３は、インクが塗布された光ファイバ素線Ｇ１に紫外線を照射してインクを硬化させる装置である。紫外線照射装置３は、例えば一段あるいは複数段の紫外線照射炉で構成されている。

次に、着色工程における上記製造装置１を用いた光ファイバの製造方法について説明する。
まず、光ファイバの製造が開始されると、インク供給タンク２０から供給パイプ２１を介して供給されるインクが、着色ダイス２に入線された光ファイバ素線Ｇ１の外周に塗布される。インクが塗布された光ファイバ素線Ｇ１は、着色ダイス２から出線される。

着色ダイス２から出線された光ファイバ素線Ｇ１は、紫外線照射装置３へ送られる。紫外線照射装置（照射炉）３内に送られた光ファイバ素線Ｇ１に紫外線が照射され、光ファイバ素線Ｇ１の外周に塗布されているインクが硬化されて、光ファイバＧ２が形成される。

形成された光ファイバＧ２は、紫外線照射装置３から出線された後、ガイドローラ１２を介して巻取りボビン（図示省略）に巻き取られる。

（実施例１）
図２（ａ）は、実施例１に係る光ファイバ製造装置１の着色ダイス２に供給されるインクの時間経過における供給圧力の変化を示すグラフである。図２（ｂ）は、実施例１に係る着色ダイス２を通過する光ファイバ素線Ｇ１の時間経過における線速の変化を示すグラフである。インクの供給圧力は、着色ダイス２と供給パイプ２１との接続部分に設けられた圧力計２３によりゲージ圧として計測される。

図２（ｂ）に示すように、着色ダイス２内に光ファイバ素線Ｇ１を通過させて、光ファイバ素線Ｇ１にインクを塗布する際には、時間Ｔ０から時間Ｔ１までの間に光ファイバ素線Ｇ１の線速を線速Ｖ０から定常線速Ｖ１まで直線的に増加させる。定常線速Ｖ１に到達した後は線速を定常線速Ｖ１のまま維持する。このとき、図２（ａ）に示すように、着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を時間Ｔ１よりも短い時間Ｔ２までの間に圧力Ｐ０から圧力Ｐ２まで増加させる。圧力Ｐ２は、Ｔ０－Ｔ２間の供給圧力の傾きがＴ０－Ｔ２間の線速の傾きよりも大きくなるような値に設定されている。その後、時間Ｔ２から時間Ｔ１までの間に、インク供給圧力を圧力Ｐ２から圧力Ｐ１まで増加させる。時間Ｔ１において圧力Ｐ１に到達した後はインク供給圧力を圧力Ｐ１のまま維持する。このようにすることで、次式（１）が満たされる。次式（１）において、Ｖ２は、時間Ｔ２の時の線速である。
Ｐ２／Ｖ２＞Ｐ１／Ｖ１ ・・・（１）

実施例１では、光ファイバ素線Ｇ１の線速の上昇を開始してから当該線速が定常線速Ｖ１に至る途中までの間の線速、例えば時間Ｔ２における線速Ｖ２に対するインク供給圧力Ｐ２の比（Ｐ２／Ｖ２）が、定常線速Ｖ１のときの当該線速Ｖ１に対するインク供給圧力Ｐ１の比（Ｐ１／Ｖ１）よりも大きくなるように供給圧力を調整している。上述の通り、本例では、図２（ａ）の、Ｔ０－Ｔ２間の供給圧力の傾きがＴ０－Ｔ２間の線速の傾きよりも大きい。すなわち、時間Ｔ０から時間Ｔ２の間の供給圧力の増加の割合が線速の上昇の割合よりも大きい。そのため、Ｔ０－Ｔ２間における線速に対する供給圧力の比は、定常線速状態となった時間Ｔ１以降における線速に対する供給圧力の比よりも大きくなる。また、時間Ｔ２の時点での供給圧力Ｐ２は、時間Ｔ２の時点での線速Ｖ２よりも相対的に大きい。そのため、Ｔ２－Ｔ１間における線速に対する供給圧力の比も、定常線速状態となった時間Ｔ１以降における線速に対する供給圧力の比よりも大きくなる。

（比較例）
図３（ａ）は、比較例に係る光ファイバ製造装置１の着色ダイス２に供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフである。図３（ｂ）は、比較例に係る着色ダイス２を通過する光ファイバ素線Ｇ１の時間経過における線速変化を示すグラフである。図３（ｂ）の線速のグラフは図２（ｂ）のグラフと同一である。
図３（ａ）に示すように、比較例においては、着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を時間Ｔ１までの間に圧力Ｐ０の状態から圧力Ｐ１まで直線的に増加させる。時間Ｔ１において圧力Ｐ１に到達した後はインク供給圧力を圧力Ｐ１のまま維持する。すなわち、比較例においては、光ファイバ素線Ｇ１の線速の上昇を開始してから当該線速が定常線速Ｖ１に至る途中までの区間内の時間である時間Ｔ２における線速Ｖ２に対するインクの供給圧力Ｐ３の比（Ｐ３／Ｖ２）は、定常線速Ｖ１に対するインク供給圧力Ｐ１の比（Ｐ１／Ｖ１）と同一である。

図４は、実施例１のように着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を変化させた状態での着色ダイス２内で形成されるメニスカスと、比較例のように着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を変化させた状態での着色ダイス２内で形成されるメニスカスを示す模式図である。ここでいうメニスカスとは、界面張力によって着色ダイス２内に供給されたインクＬの表面が形成する凹状の曲面である。図４において、実施例１のようにインクＬの供給圧力を変化させた状態でのメニスカス３０を実線で示し、比較例のようにインクＬの供給圧力を変化させた状態でのメニスカス３０Ａを破線で示している。
図４に示すように、実施例１の方法でインクＬの供給圧力を変化させた場合に着色ダイス２内のインクＬの表面に形成されるメニスカス３０は、比較例の方法でインクＬの供給圧力を変化させた場合に着色ダイス２内のインクＬの表面に形成されるメニスカス３０Ａよりも小さくなる。

比較例のように線速の上昇開始から定常線速へ到達するまでの間にインクの供給圧力をＰ０の状態からＰ１まで直線的に増加させた場合には、インク硬化後の光ファイバＧ２の外観不良率は０．４％程度となった。一方、実施例１のように線速の上昇開始から定常線速へ到達する途中にインクの供給圧力をＰ２へと急激に増加させた場合には、インク硬化後の光ファイバＧ２の外観不良率は０．１～０．２％程度となった。このように、光ファイバ素線Ｇ１の線速上昇を開始してから当該線速が定常線速に至る途中の線速に対するインク供給圧力の比が、定常線速のときの当該定常線速に対するインク供給圧力の比よりも大きくなるように供給圧力を調整して、メニスカスをできるだけ小さくすることで、光ファイバＧ２の外観不良率が有意に低減することが確認できた。

以上説明したように、実施例１に係る光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ素線Ｇ１へのインクの着色工程において、光ファイバ素線Ｇ１の線速停止状態（Ｔ０，Ｖ０）の後、光ファイバ素線Ｇ１の線速の上昇を開始してから線速が定常線速（定常製造線速）Ｖ１に至る途中までの間は、線速Ｖ２に対するインクの供給圧力Ｐ２の比を、定常線速Ｖ１における線速に対するインクの供給圧力Ｐ１の比よりも大きくする。これにより、図４に示すようにメニスカス３０を小さくすることができるため、メニスカス３０に起因する着色ダイス２内に供給されたインクＬへの気泡の混入を防ぐことができる。これにより、光ファイバ素線Ｇ１に塗布されたインクＬへの気泡の混入を防ぐことができ、光ファイバＧ２の外観不良を抑制することができる。

なお、光ファイバ素線Ｇ１の線速停止状態において、着色ダイス２内にインクＬが充分に充填されてから線速の上昇を開始することが好ましい。これにより、光ファイバ素線Ｇ１に塗布されるインクＬへの気泡の混入を確実に防止することができる。着色ダイス２内にインクＬが充填されたかどうかは、例えば、着色ダイス２への光ファイバ素線Ｇ１の入線口を目視で観察することで判断することができる。

（実施例２）
図５（ａ）は、実施例２に係る光ファイバ製造装置１の着色ダイス２に供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフである。図５（ｂ）は、実施例２に係る着色ダイス２を通過する光ファイバ素線Ｇ１の時間経過における線速変化を示すグラフである。図５（ｂ）の線速のグラフは図２（ｂ）のグラフと同一である。
図５（ａ）に示すように、実施例２においては、光ファイバ素線Ｇ１の線速上昇前に、すなわち、線速停止状態において、着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ４としておき、その後に、時間Ｔ１までの間に供給圧力を圧力Ｐ４から圧力Ｐ１まで直線的に上昇させる。時間Ｔ１において圧力Ｐ１に到達した後はインクの供給圧力を圧力Ｐ１のまま維持する。この場合にも、実施例１と同様に、以下の式（２）が成立する。なお、図５（ａ）に示す圧力Ｐ５は、時間Ｔ２のときの圧力である。
Ｐ５／Ｖ２＞Ｐ１／Ｖ１ ・・・（２）

実施例２において、線速停止状態での供給圧力Ｐ４は、ゲージ圧で０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることが好ましい。供給圧力Ｐ４が０．１ＭＰａよりも低い場合には、メニスカスが十分に小さくならずに気泡の混入が発生しやすくなる。一方、供給圧力Ｐ４が０．５ＭＰａよりも高い場合には、着色ダイス２の上部からインクが溢れてしまう可能性がある。

以上説明したように、実施例２においては、光ファイバ素線Ｇ１の線速上昇前に一定の供給圧力Ｐ３を印加しておいてからインクを着色ダイス２内に送り込む方法を採用している。当該方法によれば、メニスカス３０を小さくしてインクへの気泡の混入を防ぐことで光ファイバＧ２の外観不良を抑制できるとともに、実施例１や比較例に比べて、着色ダイス２内により早くインクを送り込むことができる。これにより、光ファイバＧ２の生産性を向上させることができる。

（実施例３）
図６（ａ）は、実施例３に係る光ファイバ製造装置１の着色ダイス２に供給されるインクの時間経過における圧力変化を示すグラフである。図６（ｂ）は、実施例３に係る着色ダイス２を通過する光ファイバ素線Ｇ１の時間経過における線速変化を示すグラフである。図６（ｂ）の線速のグラフは図２（ｂ）のグラフと同一である。
図６（ａ）に示すように、実施例３においては、光ファイバ素線Ｇ１の線速上昇前に、すなわち、線速停止状態において、着色ダイス２内に供給されるインクの供給圧力を圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ６としておき、時間Ｔ１よりも短い時間Ｔ３までの間は供給圧力を圧力Ｐ６のまま維持する。その後、時間Ｔ３から時間Ｔ１までの間に供給圧力を圧力Ｐ６から圧力Ｐ１まで直線的に上昇させる。時間Ｔ１において圧力Ｐ１に到達した後はインクの供給圧力を圧力Ｐ１のまま維持する。この場合にも、時間Ｔ０から時間Ｔ３までの途中の区間については、実施例１と同様に、以下の式（３）が成立する。なお、図６（ｂ）に示す線速Ｖ４は、時間Ｔ０から時間Ｔ３までの途中の時間である時間Ｔ４での線速である。
Ｐ６／Ｖ４＞Ｐ１／Ｖ１ ・・・（３）
なお、実施例３においては、時間Ｔ３に到達してから時間Ｔ１までの線速に対する供給圧力の比（例えば、Ｐ６／Ｖ３）は、時間Ｔ１に到達した後の定常線速Ｖ１に対する供給圧力Ｐ１の比（Ｐ１／Ｖ１）と同一となる。

以上説明したように、実施例３においては、線速上昇前に着色ダイス２に供給されるインクに一定の圧力Ｐ６をかけておいてから着色ダイス２内へのインクの供給を開始する方法を採用している。すなわち、時間Ｔ０から時間Ｔ３までの間における線速に対する供給圧力の比は、定常線速状態となった時間Ｔ１以降における線速に対する供給圧力の比よりも大きくなる。そのため、実施例１、２と同様に光ファイバＧ２の外観不良を抑制できるとともに、実施例１や比較例に比べて、着色ダイス２内により早くインクを送り込むことができる。

以上、本開示を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本開示の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本開示を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記形態では、本開示に係る光ファイバの製造方法を光ファイバ素線Ｇ１の着色工程で適用する場合について例示しているが、これに限定されず、例えばプリフォームを線引して作製した光ファイバ素線の外周に被覆層（例えばプライマリ樹脂とセカンダリ樹脂）を被覆する被覆工程で適用するようにしてもよい。なお、この場合における光ファイバ素線とは、プリフォームを線引して形成されるガラスファイバのことを意味する。

１：光ファイバの製造装置
２：着色ダイス
３：紫外線照射装置
１１：繰出しボビン
１２：ガイドローラ
２０：インク供給タンク
２１：供給パイプ
２３：圧力計
３０、３０Ａ：メニスカス
Ｇ１：光ファイバ素線
Ｇ２：光ファイバ
Ｌ：インク

Claims (3)

1. 所定の圧力をかけて着色材をダイス内に送り出し、前記ダイス内に光ファイバ素線を通過させて前記光ファイバ素線の周囲に前記着色材を塗布する光ファイバの製造方法であって、
   線速停止状態の後、前記光ファイバ素線の線速の上昇を開始してから前記線速が定常製造線速に至る途中までの間は、前記線速に対する前記着色材の供給圧力の比を、前記定常製造線速に至った後の前記線速に対する前記供給圧力の比よりも大きくする、光ファイバの製造方法。
2. 前記線速停止状態における前記着色材の前記ダイス内への供給圧力を０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下としてから前記線速の上昇を開始する、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記線速停止状態において、前記ダイス内に前記着色材が充填されてから前記線速の上昇を開始する、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。

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