JP3373790B2 - 光ファイバのコーティング方法 - Google Patents

光ファイバのコーティング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのコー
ティング方法の改善に関し、特に光ファイバのコーティ
ング層内に気泡が入り込むのを阻止する光ファイバのコ
ーティング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバは、通常コアとそのコアを包
囲するクラッド層から構成される。多くのアプリケーシ
ョンにおいては、このクラッド層の周囲に保護用のコー
ティング層を形成し、あるいは光ファイバをきっちりと
適合したチューブ内に挿入するのが望ましい。この保護
用コーティング層は、取扱い中あるいは劣悪な環境に光
ファイバをさらすことにより発生する表面の損傷から光
ファイバを保護するため、あるいはマイクロベンディン
グ損失を低減するために重要である。光ファイバをコー
ティングする通常使用される材料は、ナイロン，ポリプ
ロピレン，ポリウレタン，カイナー（kynar） ，ビニリ
デン，フッ化ポリマーのような電気絶縁物として用いら
れるポリマー材料である。
【０００３】従来方法においては、通常光ファイバのコ
ーティングは、溶融状態または液状のポリマーの浴内に
光ファイバを通過させ、その後浴から取り出された光フ
ァイバを照射により、あるいはファイバを炉あるいは他
の固化手段内を通過させることによりこのポリマー材料
を固化させている。このような従来方法を図１を参照し
ながら説明する。同図において、光ファイバを製造し、
コーティングしながらそれを巻き上げドラムで巻き上げ
ている。
【０００４】このようなファイバの製造方法において
は、ポリマー浴内をファイバが通過する速度を増加させ
ることが好ましい。理由は、コーティングプロセスのみ
ならずシステム全体の効率と性能を上げることができる
からである。しかし、引き抜きスピードが増加するにつ
れて、コーティング作業中にコーティング層内に気泡が
入り込む傾向が増えることである。
【０００５】気泡は、コーティング層の完全性に悪影響
を及ぼし、空気あるいは周囲の汚染物をその中に閉じ込
めるために問題である。さらにまたコーティング層内の
気泡は、光ファイバの表面の小さな欠陥あるいはマイク
ロベンディングの形成を引き起こし、そしてこのような
マイクロベンディングは、ファイバ内の光線を反射させ
るような角度に悪影響を及ぼし、その結果光学損失を増
大させる。
【０００６】引き抜き速度が上がるにつれて、気泡を形
成するような光ファイバのコーティングシステムに対処
する従来の方法は、巧妙なダイの設計を用いることおよ
び圧力を掛けることである。このような従来技術は、引
き抜き速度が増加すると、液状ポリマー内を光ファイバ
が通過することに起因して摩擦が増加し、その結果ポリ
マーを浴の底部表面の方に押し寄せ、それにより浴槽内
に負のメニスカスが形成され、空気をポリマー浴内に引
き込んでしまうという原理を前提としている。そのため
ダイにある力を掛けることにより、光ファイバをポリマ
ー浴内に引き抜くことにより、形成される負（凹状）の
メニスカスに対抗してコーティング浴内に対し、液体の
正（凸状）のメニスカスを形成する。
【０００７】しかし、圧力を掛ける技術は特に高速の引
き抜き速度に対しては限界がある。この技術を用いて正
のメニスカスを形成する時間は遅くそれ故にリアルタイ
ムでシステムの動作速度を効率的に調整することは困難
である。また、特に高速の動作においては、システムの
スピードは徐々に上げて行かなければならない。このよ
うな圧力を掛ける技術を適用することにより、システム
のスピードを上げることは達成が困難であるしかつそれ
を維持することも困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、光ファイバのコーティング層内への気泡の取り込
みを最少にしつつコーティング浴内を光ファイバが通過
する速度を増加させる光ファイバのコーティング方法を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバを
液状あるいは溶融状態のコーティング材料の浴内を通過
させ、その後光ファイバに塗布されたコーティング材料
を固化させる光ファイバのコーティング方法において、
超音波トランデューサを浴槽（容器）内に沈め、それに
電源を入れたときに、トランデューサがコーティング材
料の浴内で定在波を発生させ、その浴内に光ファイバを
通過させる。その結果、トランデューサにより生成され
た定在波が、光ファイバが浴内を通過する際に生成され
る負のメニスカスと相殺する。湾曲したハウジングを浴
槽内にトランデューサを包囲するように配置して、定在
波の大きさと振幅，形状，方向を制御する。複数のトラ
ンデューサを配置することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のバックグラウン
ドを説明するために、従来用いられている光ファイバの
製造中にコーティグを施すのに用いられる従来の装置１
０の断面を示す。
【００１１】この装置１０は、光ファイバプリフォーム
１２と炉１４とを有する。光ファイバプリフォーム１２
の温度は、クラッド材料とコア材料を溶融するのに十分
な程度上昇され、その結果これらの材料を引き抜いて光
ファイバ２４を形成する。この光ファイバ２４は、パス
Ａに沿って引き抜き、巻き上げドラム２６に巻き付け
る。光ファイバを製造する他の手段、例えばＣＶＤ技術
等は、公知であるがこれら光ファイバそのものを製造す
る技術は公知であるのでここでは詳述しない。通常この
従来方法では光ファイバ２４を製造中にこのファイバに
同時にコーティング層を形成しながら巻き上げドラム２
６に巻き付ける。
【００１２】コーティングシステムを図１の枠で囲んだ
領域Ｃ−Ｃで示す。光ファイバ２４がパスＡに沿って炉
１４から出てくると、巻き上げドラム２６に巻き取る前
にファイバはコーティング容器３０内を通過する。この
コーティング容器３０は、液状ポリマー３２あるいは他
の溶融状態あるいは液体コーティング材料の浴を有す
る。このコーティング容器は、入口ポート３４と出口ポ
ート３６とを有し、出口ポート３６は液状ポリマー（あ
るいは他のコーティング材料）が容器から洩れるのを最
少に維持しながらファイバの通過できるようにする。
【００１３】容器の出口ポート３６から出るとファイバ
は固化手段３８内を通過する。この固化手段３８は、例
えば照射ソースあるいは炉あるいは他の固化オーブンで
あり、光ファイバを巻き上げドラム２６に巻き取る前
に、コーティング材料を光ファイバ上で固化する。この
コーティング容器は、単一材料をコーティングするよう
構成するか、あるいはコーティングキャップを積層して
同時に固化するようにして、複数種類の材料を固化する
こともできる。
【００１４】図２は、本発明の方法を実行するのに用い
られる装置を表す。図１のコーティングシステムと同様
に本発明のコーティング容器４０は、液状ポリマー４２
あるいは他の溶融あるいは液状のコーティング材料の浴
を有する。このコーティング容器４０は、入口ポート４
４と出口ポート４６を有し、この出口ポート４６は、液
状ポリマーが容器から洩れるのを最少に維持しながら光
ファイバの通路を提供する。光ファイバ２４は、コーテ
ィング容器４０内の矢印Ａのパスに沿って引き抜かれ入
口ポート４４から入り出口ポート４６から出て光ファイ
バは固化手段を通過して巻き取りドラム（図示せず）に
巻き取られる。
【００１５】本発明においては、トランデューサ４８は
コーティング材料浴内で出口ポート４６の近傍に配置さ
れる。トランデューサ４８がこのように配置されると、
入口ポート４４の方向でかつ液状ポリマー４２の表面方
向に向いて上側に突起した定在波５０が形成される。ハ
ウジング５２が容器内にトランデューサ４８を包囲する
よう配置される。このハウジング５２は、波を入口方向
に向かって上向きに向けるよう湾曲した上部表面を有す
る。このハウジング５２は様々な大きさと形状を有する
よう構成されるが、重要な点は、その形状が定在波５０
の大きさと振幅と形状と方向に影響を及ぼすように配慮
することである。
【００１６】本発明の一構成においては、トランデュー
サ４８は平面上でその中心に孔５４を有し、この孔５４
は出口ポート４６の出口ポートと同軸で整合している。
このように構成することにより、光ファイバはトランデ
ューサ４８を通過して直接出口ポート４６の方に向けて
矢印Ａに沿って連続的に供給される。好もしくはこのト
ランデューサ４８は、頂部５６を有する波を形成するよ
う容器内の中央に配置され、光ファイバ２４はこの容器
内で定在波５０の頂部５６と交差する。トランデューサ
４８は、好ましくは高周波のピエゾ電子素子製のトラン
デューサを有し、定在波５０の振幅は、トランデューサ
へのパワーを変更することにより適宜調整可能である。
【００１７】以上のように構成した装置の動作について
説明する。トランデューサ４８はハウジング５２の中心
部でかつコーティング容器４０内に配置され、このコー
ティング容器４０内には液状ポリマー４２が収納され、
その結果音響波が溶液の表面方向に向けて発生する。ト
ランデューサ４８が活性化されると定在波５０を形成
し、トランデューサ４８へのパワーは、頂部５６が図２
に示すような液体の表面上に到達あるいは突出するよう
に調整する。光ファイバ２４がこの容器内を通過して入
口ポート４４から入り、液状ポリマー４２内を通過して
引き抜かれ、さらに定在波５０の頂部５６とトランデュ
ーサ４８の孔５４とを通過して矢印方向に沿って出口ポ
ート４６に至る。
【００１８】別の構成例においては、複数のトランデュ
ーサを容器内に沈めて同期させながら動作させ、このよ
うにして波の形成のダイナミックレンジとその調整が容
易に達成され維持されあるいは中止することができる。
またトランデューサは、この装置の様々な場所に水平方
向あるいは垂直方向に配置することも可能である。
【００１９】本発明の装置の具体的実施例について以下
説明する。１個の２．５ｍｍ×１．３ｍｍの円形状の鉛
−ジルコニウム−チタン−セラミック要素にその中央部
に１．５ｍｍの孔を形成したものを高周波変調器として
用いた。この素子の基本周波数は、約２ＭＨｚで定在波
の高さ（０−１５ｍｍ）はこの素子へ印加される電圧を
調整することにより変更可能である。この素子を図２に
示すように若干凹状の金属製ハウジングの中央部に配置
した。
【００２０】粘性が約２３ポアーズ（２０℃において）
の液状コーティング材料をトランデューサを沈め込むよ
うに容器内に入れた。光ファイバをこの容器内に引き抜
きそしてトランデューサの中央部の孔を通過して容器の
底部から引きだした。トランデューサへパワーを供給す
ると、定在波がファイバの入口点で液体内に生成され、
パワーを増加させると定在波の振幅も増加した。トラン
デューサへのパワーを遮断すると、負のメニスカスが低
い引き抜き速度（０．１メーター／秒）でも形成され、
気泡の混入が確かめられた。
【００２１】しかし、定在波が生成された状態では、定
在波をオフセットする程度に引き抜き速度が高くなるま
で気泡の混入は確かめられなかった。この時点でトラン
デューサへのパワーを増加させると、定在波に戻り正の
メニスカスが維持され、気泡の混入は再び最少となっ
た。そのため引き抜き速度を上げると、トランデューサ
へのパワーも増加させる必要があり、定在波の高さをモ
ニタすることによって実時間でフィードバックすること
によりパワーを調整できる。ある引き抜き速度において
は、正のメニスカスを維持するために１個のトランデュ
ーサでは困難であり、さらに別のトランデューサを追加
して正のメニスカスを維持するようにすることもでき
る。
【００２２】定在波の効率は、液状コーティング材料の
特性（粘性，表面張力，等）およびトランデューサの特
性に強く依存する。かくして最適な数のトランデューサ
が、気泡の巻き込みを最少にするために必要であり、引
き抜き速度もコーティング材料とトランデューサとコー
ティング材料容器とプロセスの温度および／または他の
変数に依存して調整され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバを製造し、コーティングする従来方
法を示す断面図
【図２】本発明の一実施例を表すコーティングシステム
の断面図
【図３】図２の装置の変形例を示す図
【符号の説明】 １０ 光ファイバを製造しコーティングする装置 １２ 光ファイバプリフォーム １４ 炉 ２４ 光ファイバ ２６ 巻き上げドラム ３０，４０ コーティング容器 ３２，４２ 液状ポリマー ３４，４４ 入口ポート ３６，４６ 出口ポート ３８ 固化手段 ４８ トランデューサ ５０ 定在波 ５２ ハウジング ５４ 孔 ５６ 頂部
フロントページの続き (72)発明者 ヴァレリー ジャンヌ カック アメリカ合衆国，07043 ニュージャー ジー，アッパー モントクレア，ワーフ ィールド ストリート 45 (72)発明者 マーク アンソニー パクツコウスキー アメリカ合衆国，07821 ニュージャー ジー，アンドーヴァー，フォレスト ロ ード ４ (72)発明者 ピーター ジェラルド シンプキンズ アメリカ合衆国，07928 ニュージャー ジー，チャタム，ヴァン ホウトン ア ヴェニュー 56 (56)参考文献 欧州特許出願公開286475（ＥＰ，Ａ １) 米国特許4028081（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 25/00 - 25/70 ＷＰＩ

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液状コーティング材料の浴液を保持し、
    そして入口ポートと出口ポートを有する容器（４０）内
    を入口ポートから出口ポートに向かって光ファイバ（２
    ４）が引き抜き、そして光ファイバに塗布されたコーテ
    ィング材料を固化する固化手段を通過させる光ファイバ
    のコーティング方法において、 トランデューサを容器の入口ポート（４４）方向に向け
    た配置で容器内に浸すステップと、 トランデューサにより生成される波（５０）の頂点（５
    ６）が前記入口ポートの方向に向かうような波を前記溶
    液内に形成するためトランデューサを作動するステップ
    と、 光ファイバを前記容器内を引き抜く際に生成される負の
    メニスカスを前記波が相殺するように、入口ポートから
    出力ポートに向かって容器内を通して光ファイバを引き
    抜くステップとからなることを特徴とする光ファイバの
    コーティング方法。
  2. 【請求項２】 前記波（５０）のサイズ，振幅，形状，
    または方向を調整するためのハウジング（５２）で前記
    トランデューサを包囲するステップとをさらに有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記トランデューサ（４８）は、高周波
    ピエゾ電子材料製のトランデューサであり、 前記波の振幅は、前記トランデューサへ（４８）のパワ
    ーを変えることにより調整されることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記光ファイバは、前記波（５０）の頂
    点（５６）で交差するよう容器内を引き抜かれることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記トランデューサのほぼ中央部に開け
    られた孔（５４）を通して光ファイバを引き抜くステッ
    プを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 複数のトランデューサ（４８）を前記容
    器内に配置するステップをさらに有することを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記複数のトランデューサ（４８）は、
    垂直方向に積み重ねられることを特徴とする請求項６記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 前記複数のトランデューサ（４８）は、
    液状コーティング材料の表面に平行に配置されることを
    特徴とする請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記複数のトランデューサ（４８）は、
    １個の波を生成するために同期して動作することを特徴
    とする請求項６記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記波の振幅または形状を調整するた
    めに、前記複数のトランデューサの周囲に複数のハウジ
    ング（５２）を配置するステップをさらに有することを
    特徴とする請求項６記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記コーティング材料は、液状ポリマ
    ーまたはプレポリマーを含有することを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 光ファイバのコーティング方法におい
    て、 液状ポリマーの容器を提供するステップと、前記容器は
    入口ポートと出口ポートとを有し、前記出口ポートは液
    状ポリマーが容器から洩れるのを少なくなるようにして
    光ファイバの通路を構成し、 前記容器の出口ポートと同軸上に整合する中央部に形成
    された孔（５４）を有するトランデューサ（４８）を液
    状ポリマーの容器内に浸すステップと、 前記トランデューサ（４８）を湾曲したハウジング（５
    ２）で包囲するステップと、 波（５０）を形成するよう容器内の液状ポリマーを励振
    するようトランデューサを作動するステップと、前記波
    （５０）の頂部（５６）は入口ポートに向けられ、前記
    湾曲したハウジング（５２）が波のサイズ，振幅，形
    状，または方向を調整しており、 光ファイバが波の頂部（５６）と交差し、前記波が負の
    メニスカスを相殺するように容器の入口ポートから出口
    ポートに向かって光ファイバを引き抜くステップと、 前記トランデューサの孔（５４）を通過し、出口ポート
    から出て光ファイバのコーティング材料を固化するため
    の固化手段を通して光ファイバを引き抜くステップとか
    らなることを特徴とする光ファイバのコーティング方
    法。
  13. 【請求項１３】 複数のピエゾ電子素子製のトランデュ
    ーサが前記容器内に積み重ねて配置され、各トランデュ
    ーサは、容器の出口ポートと同軸に整列するような中央
    に配置された孔を有し、その孔を介して光ファイバを出
    口方向に導き、前記複数のトランデューサは、液状ポリ
    マーの１個の波を生成するために同期して動作すること
    を特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 光ファイバにコーティング層を形成す
    る装置において、 液状ポリマーを収納する容器と、前記容器は入口ポート
    と出口ポートを有し、前記出口ポートは液状ポリマーが
    容器から漏れるのを少なくなるようにして光ファイバの
    通路を形成しており、 容器内でその出口ポートに隣接して配置され、液状ポリ
    マーの波を形成するトランデューサと、前記トランデュ
    ーサは容器の出口ポートと同軸上に整列するように配置
    された孔を有し、光ファイバがその孔を介して出口ポー
    トに引き出されており、 波のサイズ，振幅，形状，または方向を調整するため
    に、前記トランデューサを包囲するよう配置された容器
    内のハウジングとを有することを特徴とする光ファイバ
    のコーティング層を形成する装置。
  15. 【請求項１５】 複数のトランデューサを前記容器内に
    配置することを特徴とする請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記複数のトランデューサは、垂直方
    向に積み重ねられ、前記各トランデューサは、出口ポー
    トと同軸上に整列した中央に配置された孔を有し、光フ
    ァイバはこの孔を介して出口ポートに引き抜かれ、前記
    トランデューサは、液状ポリマーの１個の波を形成する
    ために同期して動作することを特徴とする請求項１５記
    載の装置。
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