JP3857795B2

JP3857795B2 - 光ファイバの製造方法

Info

Publication number: JP3857795B2
Application number: JP34161897A
Authority: JP
Inventors: 久小相澤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: JPH11171601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂被覆光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造において、加熱紡糸された光ファイバ母材に、機械的強度や伝送特性向上の観点から複数の被覆層を施すことが一般的に行われている。
以下、この樹脂を被覆する工程を、図１を参照して簡単に説明する。まず、光ファイバ母材１を加熱炉２で加熱溶融して延伸し、所定の径を有する光ファイバ素線３とし、この光ファイバ素線を冷却装置４にて冷却する。その光ファイバ素線３を被覆ダイス５中を通過させることにより、その外周に液状の一次被覆用紫外線硬化樹脂６を塗布し、さらに紫外線を照射する硬化装置７（ＵＶランプ）内を通過させることにより、この樹脂を硬化させて、光ファイバに一次被覆層を形成させる。
【０００３】
さらに、この一次被覆された光ファイバ８を同様な被覆ダイス９、硬化装置１０を通過させることにより、一次被覆層の上に二次被覆用紫外線硬化樹脂１１による二次被覆層を形成させる。このようにして被覆層を形成した光ファイバ１２を巻取機１３で巻取る。
この光ファイバの樹脂被覆工程は、樹脂の被覆厚さを円周方向で均一にするために、通常、上方から下方に向けての垂直ライン上で行われる。
しかし、この工程において線引速度を高速化していくと、光ファイバ素線を一次被覆した一次被覆ファイバ８や光ファイバ１２の被覆径が細ることが知られている。また、この被覆光ファイバが細ることに伴い、被覆径の変動が大きくなることが知られている。
【０００４】
そこで、被覆ダイス５又は９に導入される前の前記光ファイバ素線３又は一次被覆光ファイバを強制冷却することが重要となる。
そのため、線引速度を高速化していくと冷却に必要な冷却ガスの量が急激に増え、この冷却ガスとしては、冷却効率の観点より、通常ヘリウムガスが使用されているが、ヘリウムガスは高価なので、線引速度の高速化はコストが高いものとなる。また、被覆径の減少は、この強制冷却によって低減するが、被覆径変動幅が大きくなる傾向は解消できない。特に冷却能力の最大の条件（最大線引速度）で被覆する場合は、被覆径変動幅が大きくなることが問題となっている。
このような問題に対して、上記の図１に示したような既存の設備で、問題点を克服でき、線引速度をさらに向上させる方法の開発が要望されている。
【０００５】
【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、線引速度を高速化しても被覆変動幅の増大を抑制でき、被覆径の細りを防止でき、線引きの高速化が可能な光ファイバの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はこのような、樹脂被覆光ファイバの被覆径変動の問題を解決するため鋭意研究を行った結果、被覆径は温度依存性が大きく、特に被覆用樹脂の温度伝導率が影響していることを見い出し、この知見に基づきさらに検討を重ね本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
（１）樹脂被覆を有する光ファイバを製造するに当り、被覆ダイス中に温度伝導率１×１０^-7ｍ² ／ｓ以下の液状樹脂を供給し、この被覆ダイス中にファイバを通して樹脂を被覆し、次いで硬化手段により被覆樹脂を硬化させることを特徴とする光ファイバの製造方法、及び
（２）被覆ダイス中に通すファイバが光ファイバ母材から線引きされ、次いで冷却処理されたものであることを特徴とする（１）項記載の光ファイバの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、光ファイバ素線又は一次被覆を行った光ファイバ（以下、これらを単にファイバという）に対して被覆する液状樹脂の温度伝導率αを通常１×１０^-7ｍ² ／ｓ以下、好ましくは１×１０^-10 〜５×１０^-8ｍ² ／ｓとする。液状樹脂の温度伝導率は、使用モノマー、オリゴマーの種類、分子量、配合割合を調整することにより設定できる。
この温度伝導率を上記範囲にすることにより、被覆ダイスに供給される光ファイバの熱による液状樹脂の粘度変化の影響を小さくでき、被覆径の変動幅を低減できる。
【０００８】
液状樹脂の温度伝導率とファイバの被覆との関係を次に述べる。
樹脂被覆工程において被覆ダイス内樹脂とダイスに入る光ファイバの温度は等しくない。その場合にはダイス内でファイバ近傍にファイバの温度の影響を受ける領域が発生する。図２にこの被覆ダイス内の樹脂の流れを模式的に示す。図２中、２１がダイス内の樹脂でファイバの温度の影響を受ける領域でありこの領域を温度境界層と呼ぶ。また、温度境界層以外の領域２２はファイバの温度の影響を受けないので非加熱領域と呼ぶ。非加熱領域の樹脂温度は、ダイス温度あるいは供給する樹脂温度にほぼ等しく線引中も一定である。２３は被覆ダイス本体、２４がファイバである。
【０００９】
この被覆ダイス内の、温度分布を図３に示す。図３はダイス内半径とファイバと樹脂温度との関係を示し、（ａ）はファイバ温度が樹脂温度よりも高い場合、（ｂ）はファイバ温度が樹脂温度よりも低い場合を示す。温度境界層２１内の樹脂温度は温度分布を持ち、このとき温度境界層２１が厚くなるとファイバ温度の影響を受けやすくなることが容易に想像できる。この温度境界層の厚さが樹脂の温度伝導率によって決まる。
ファイバの熱の影響はエネルギー方程式を解くことにより求まる。ダイス内の伝熱現象は、流れ場の影響を無視できるとすると次式で表せる。
∂Ｔ／∂ｔ＝（α／ｒ）・∂（ｒ・∂Ｔ／∂ｒ）／∂ｒ
（上記式中、Ｔは樹脂温度、ｔ，ｒは時間及びｒ座標である。α＝ｋ／（ρ・ｃｐ）は温度伝導率である（ｋは熱伝導率、ρは密度、ｃｐは比熱を示す。）
【００１０】
本発明者らはファイバ温度の樹脂被覆に対する影響を検討した結果、被覆径がファイバ温度にほぼ反比例し、図４に示すように、温度伝導率の異なる樹脂ａ、ｂ、ｃ（それぞれの温度伝導率をα_a 、α_b、、α_c とすると、α_a ＞α_b ＞α_c である。）を用いた場合の許容被覆ファイバ径変動幅（通常、光ファイバのスペックにより決まる許容変動幅）に対するファイバの温度変動幅の関係のグラフから明らかなように、実際の目標径の許容範囲に対して温度伝導率が大きいほど許容できるファイバ温度の変動範囲が小さくなること、この温度伝導率を一定値以下にすることにより、高速線引下においても被覆径の変動を抑制できることを見い出した。
【００１１】
本発明において被覆径の変動幅の許容範囲は通常±２μｍ以内である。これは、被覆ファイバ径の絶対値の変動と、被覆変動を考慮すると、後工程で許容できる限界値である。一方、線引中のファイバの温度変動は線速にほぼ比例して大きくなるが、線速５００ｍ／分〜１０００ｍ／分では許容温度範囲（許容被覆ファイバ径変動幅により決まる許容温度範囲）は±８℃、好ましくは±５℃である。
温度伝導率は、線引中のファイバの許容温度範囲が±８℃とすると５．２×１０^-8ｍ² ／ｓが上限である。また、許容温度範囲を±５℃とすると、１．１×１０^-7ｍ² ／ｓが上限であった。線引中のファイバ（具体的にはダイスに入る直前のファイバ）の温度変動が±１０℃以上有る場合には、ダイスのニップルから樹脂が溢れて被覆が付かなくなって断線したり、偏肉が大きくなり製品とならなくなった。従って実用的には温度伝導率は１．０×１０^-7ｍ² ／ｓ以下が好ましい。
【００１２】
本発明方法によれば、線速の増加に伴い、ファイバの温度変動は大きくなるが、温度伝導率が低いので温度境界層の厚さは薄く、被覆径の変動に及ぼす温度変動の影響はあまり変化しない。線速は５００ｍ／分以上１２５０ｍ／分程度にまで目標の被覆径で被覆することができる。
【００１３】
なお本発明方法は、樹脂の一次被覆層の形成に適用するのが好ましいが、一次被覆層とともに二次被覆層の形成においても本発明方法を適用するのがより好ましい。
本発明方法において、被覆ダイス中の樹脂温度は被覆樹脂の種類などにより異なり、制限するものではなく、３０〜６０℃の範囲から選ばれる。この温度は、ファイバの温度に対し±１０℃以下であるのが好ましい。
本発明においては被覆手段中の樹脂温度をファイバ温度とできるだけ同じ温度にするのが好ましい。この場合、樹脂温度は被覆径の大きさには影響したが、ファイバ温度に対する被覆径の変化率即ち勾配には影響しない。線引中のファイバ（具体的にはダイスに入る直前のファイバ）の温度変動に対する被覆変動は樹脂温度によりほとんど変化しなかった。これを図５に示した。同図は樹脂Ｃを用い、樹脂温度Ｔ₁ 、又はＴ₂ で被覆を行う場合に、ファイバ温度Ｔｆを樹脂温度と同じにした場合の、ファイバ温度と被覆径との関係を示してある。この図から明らかなように樹脂の温度がＴ₁ でもＴ₂ でも、つまり樹脂の温度が異なっていても、被覆径のファイバ温度への依存性はほとんど変わらない（図５のグラフにおいて２本の線の傾きβがほぼ同じである）。したがって、単純に樹脂の温度を変えてもファイバの温度変動によって、被覆径が変動してしまうのである。
【００１４】
次にファイバ温度と樹脂温度が異なるとき（ファイバ温度Ｔｆが樹脂温度Ｔｒより高い場合）について述べる。
この場合のファイバの温度変動幅と被覆径変動幅の関係の試験結果を図６に示す。図６から明らかなように温度伝導率の低い樹脂がファイバの温度変動幅が増大しても被覆変動幅の増大があまりみられない。この関係は図７に説明図として示す。
図７から分かるように、本発明における温度伝導率の小さい樹脂の方がより高温のファイバ温度で同じ被覆径を得られる。従って冷却能力が低くても良いことになり、使用する冷却ガス量（Ｈｅガス）を少なくできる。従ってより高速で被覆が行えることになる。
【００１５】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
実施例
図１に示す光ファイバ製造工程に従い光ファイバの線引試験を行った。直径ｍｍの光ファイバ素線（ガラスファイバ）を線引きし、一次被覆厚さ１９０μｍ、二次被覆厚さ２５０μｍの樹脂被覆を形成した。
一次被覆用樹脂として次の樹脂を用いた。樹脂温度は４０℃、強制冷却後のファイバ温度４５℃（変動幅±５℃）とした。

二次被覆用樹脂としては、一次被覆用樹脂と同様のウレタンアクリレート系樹脂を用いた。
【００１６】
同一の線引装置でファイバの強制冷却制御を行い、同一のファイバ径に保てる最大線速を各種樹脂について比較した場合を図８に示す。樹脂Ｃは８００ｍ／分までほぼ被覆径を一定に出来たが、それ以上の線速では被覆径は急激に細っていた。一方、樹脂Ａ、Ｂではそれぞれおおよそ１０５０，１２５０ｍ／分までほぼ目標の被覆径で被覆できた。従って２５０〜４５０ｍ／分高速化を図ることができた。この時の被覆径変動（変動幅±２μｍ）はほぼ同レベルであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明方法によれば、温度伝導率を特定の範囲とすることにより、ファイバ温度あるいは被覆ファイバ温度の変動が有った場合でも、従来の方法より被覆径変動幅を著しく小さくでき、光ファイバの線引の高速化、品質の安定化を図ることができる。
このように本発明方法によれば温度伝導率が小さくしてファイバ温度の対する被覆径の温度依存性を小さくできる。また。同じ線速の場合には、ファイバの温度が高くても被覆径の変動を同等とすることができるので、同じ被覆径とするために使用する冷却ガス量（Ｈｅ冷却の場合はＨｅガス量）を少なくできる。従って同一の設備で線引速度をより高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの製造工程図である。
【図２】被覆ダイス内の樹脂流れを模式的に示す説明図である。
【図３】被覆ダイス内の樹脂の温度分布図である。
（ａ）はファイバ温度が樹脂温度よりも高い場合
（ｂ）はファイバ温度が樹脂温度よりも低い場合
【図４】温度伝導率が異なる樹脂に対するファイバ温度と被覆径の関係を示すグラフである。
【図５】樹脂温度が異なる場合のファイバ温度に対する被覆径の関係を示すグラフである。
【図６】ファイバ温度と被覆径変動との関係を示すグラフである。
【図７】被覆径とファイバ温度の関係を示すグラフである。
【図８】実施例における線引速度とファイバの被覆径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１光ファイバ母材
２加熱炉
３光ファイバ素線
４冷却装置
５、９被覆ダイス
６、１１被覆用紫外線硬化樹脂
７、１０硬化装置
８一次被覆ファイバ
１２光ファイバ
１３巻取機

Claims

樹脂被覆を有する光ファイバを製造するに当り、被覆ダイス中に温度伝導率１×１０^- ^７ｍ^２／ｓ以下の液状樹脂を供給し、この被覆ダイス中にファイバを通して樹脂を被覆し、次いで硬化手段により被覆樹脂を硬化させることを特徴とする光ファイバの製造方法。
被覆ダイス中に通すファイバが光ファイバ母材から線引きされ、次いで冷却処理されたものであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
被覆ダイス中の樹脂温度が３０〜６０℃の範囲内にある請求項１又は２記載の光ファイバの製造方法。