JP4008243B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの製造方法に関し、特に、光ファイバの紡糸の開始後、紡糸線速を定常運転状態における目標紡糸線速に到達するまで加速させる際の被覆不良を抑制する光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などに広く用いられている光ファイバは、通常、石英ガラスからなる光ファイバ母材を加熱溶融し紡糸（線引き）することによって製造されている。
光ファイバは、傷つきにより強度が著しく低下して破断しやすくなり、また、外力によりマイクロベントが発生して伝送損失が増加しやすい。このため、紡糸直後の光ファイバ裸線の外周にウレタンアクリレート系樹脂やエポキシアクリレート系樹脂などの樹脂を塗布したのち、該樹脂を紫外線照射により硬化させて被覆を設けた光ファイバ素線とし、摩擦などから保護するようにしている。
光ファイバ素線の被覆は通常２層設けられており、一般に、内側の一次被覆にはクッション効果をもつ低ヤング率の樹脂が、また、外側の二次被覆には摩擦に強い高ヤング率の樹脂が用いられている。
【０００３】
以下、従来の光ファイバの製造装置を、図２を参照しながら説明する。
図２中、符号１は、光ファイバ裸線である。この光ファイバ裸線１は、光ファイバ母材２を紡糸炉２１内にて加熱溶融し、延伸して形成される。この光ファイバ裸線１は、第１の外径測定器１１によって外径を測定され、冷却筒２２により冷却されたのち、一次被覆用樹脂塗布装置２３のニップルおよびダイス中を通過することにより液状の一次被覆用樹脂を塗布されたのち、第１の紫外線ランプ２４により前記一次被覆用樹脂を硬化させて一次被覆を設けられる。さらに、二次被覆用樹脂塗布装置２５により二次被覆用樹脂を塗布されたのち、第２の紫外線ランプ２６により前記二次被覆用樹脂を硬化させて二次被覆を設けられ、光ファイバ素線３となる。そしてこの光ファイバ素線３はターンプーリ２７を介して、引取り機２８により引き取られ、ダンサー２９によりスクリーニングされたのち、巻取り機３０により巻き取られる。
【０００４】
このように光ファイバ素線３を製造する際には、光ファイバ素線３の一次被覆および二次被覆の外径（被覆径）が所定の範囲内となるようにフィードバック制御が行われている。すなわち、第２の外径測定器１２を用いて一次被覆の外径を測定し、また、第３の外径測定器１３を用いて、二次被覆の外径を測定して、これらの測定値に基づいて、冷却筒の冷却ガスの流量、一次被覆用樹脂および二次被覆用樹脂の温度や圧力分布などの製造条件を制御することによって一次被覆および二次被覆の外径を制御している。
【０００５】
上述のような製造装置を用いて、光ファイバを製造するに当り、光ファイバの紡糸を開始するには、まず、光ファイバ母材２から紡糸された光ファイバ裸線１を上記製造装置に張り回したのち、引取り機２８による紡糸線速を、初期の数〜数十ｍ／分程度から、徐々に加速して、定常運転状態における目標紡糸線速に到達させるという方法が採られている。
従来、紡糸開始時の光ファイバの紡糸線速を加速する際、一次被覆および二次被覆の外径を制御するための製造条件は、概略定常運転状態における製造条件として設定されており、特に厳密な制御を行うことなく、目標紡糸線速まで加速するようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光ファイバの製造コストを削減するため、光ファイバ母材２を大型化し、紡糸線速を高速化する試みが行われている。
従来の製造装置を用いて光ファイバの紡糸を行うため、紡糸線速を加速する場合、目標紡糸線速が３００〜６００ｍ／分程度では、たとえ加速時に、被覆径に変動が生じても、目標紡糸線速に到達して定常運転状態に入るまでに前記被覆径は安定化し、ほとんどの場合、支障なく製造を継続することが可能である。
【０００７】
しかしながら、目標紡糸線速を約１０００ｍ／分以上と高速化すると、目標紡糸線速まで加速する間に、被覆径が不安定になって大きく変動したり、被覆用樹脂の滑りなどの原因で、被覆不能となる場合がある。この場合、光ファイバが断線したり、目標紡糸線速まで加速しても被覆径を安定させることが困難だと判断されたりして、製造ラインを停止し、製造装置の立ち上げを最初からやり直す必要が生じ、製造装置の稼働率や生産性が低下する問題がある。
【０００８】
図３〜５は、光ファイバが被覆不良となった状態の例を説明する光ファイバの外径変動を示すグラフである。
図３は、光ファイバの被覆径が安定せず、長手方向に細かく変動した状態を示している。この状態は、被覆径の荒れと呼ばれている。
図４は、光ファイバの被覆径が、目標外径からズレて回復しない状態を示している。この状態は、被覆径のズレと呼ばれている。
図５は、光ファイバと被覆用樹脂との間に滑りが発生し、該被覆用樹脂が光ファイバに付着しない状態を示している。この状態は、被覆不能状態と呼ばれている。
【０００９】
この種の問題を解決するため、例えば、特開平１０−１５２３３６号公報に開示された方法が提案されている。この方法は、紡糸を開始してから紡糸線速が目標紡糸線速に到達するまでの間、少なくとも目標紡糸線速に近い時間帯には、光ファイバ裸線１の外径を目標外径より小さく保ちながら一次被覆を形成し、または、一次被覆の外径を目標外径より小さく保ちながら二次被覆を形成し、目標紡糸線速に達した後に、前記光ファイバ裸線１の外径または一次被覆の外径を漸次大きくして目標外径に到達させることにより、定常運転状態に入るという方法である。
【００１０】
しかしながら、この方法においては、光ファイバ裸線１の外径または一次被覆の外径は、一旦、目標外径より小さくされ、紡糸線速が目標紡糸線速に達した後に目標外径となるように調整されるものであるので、紡糸線速が目標紡糸線速に達しても、製品となる光ファイバを直ちに採取することができないという欠点がある。
例えば、紡糸線速が目標紡糸線速に到達する前に、光ファイバの外径が約１０μｍ程度細くされ、そして目標紡糸線速に達してから、前記外径を１μｍ／分程度の割合で徐々に増加して目標外径に到達させる場合、目標紡糸線速を約１０００ｍ／分とすると、約１０ｋｍ分の光ファイバが余分に廃棄されることになる。
【００１１】
上記事情に鑑み、本発明は、高線速にて光ファイバを製造する場合に、光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を徐々に加速して定常運転状態に到達するまでの間に、製造ラインの停止を要する被覆不良が発生しにくい光ファイバの製造方法を提供することにある。
しかも、この光ファイバの製造方法は、紡糸線速が目標紡糸線速に到達したとき、製品となる光ファイバを直ちに採取することも可能な方法とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を１０００ｍ／分以上の目標紡糸線速まで加速する際、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、二次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＹとするとき、このＸとＹが、Ｙ≧０．０１５Ｘ−８．２１９という条件を満たすように、二次被覆の肉厚を制御しながら紡糸線速を前記目標紡糸線速まで加速することによって解決される。
または、光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を１０００ｍ／分以上の目標紡糸線速まで加速する際、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、一次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＺとするとき、このＸとＺが、Ｚ≧０．０１１Ｘ−６．４１４という条件を満たすように、一次被覆の肉厚を制御しながら紡糸線速を前記目標紡糸線速まで加速する方法を用いることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
本実施の形態においては、光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を目標紡糸線速まで加速するまでの間、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、二次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＹとするとき、このＸとＹが、
Ｙ≧０．０１５Ｘ−８．２１９
という条件を満たすように、二次被覆の肉厚を制御する。
または、光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を目標紡糸線速まで加速する際、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、一次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＺとするとき、このＸとＺが、
Ｚ≧０．０１１Ｘ−６．４１４
という条件を満たすように、一次被覆の肉厚を制御する。
【００１４】
これにより、紡糸線速が例えば１０００ｍ／分以上の高速になっても、二次被覆または一次被覆の肉厚が十分に確保されるので、被覆不良や光ファイバの断線などの障害が発生しにくくなり、装置の稼働率が向上し、生産性よく光ファイバを製造することができるようになる。
本実施の形態に用いられる製造装置としては、例えば、図２に示す、従来の光ファイバの製造装置と同様の製造装置を用いることができる。
【００１５】
紡糸速度を加速中に、一次被覆または二次被覆の肉厚を制御するためには、例えば、一次被覆用樹脂塗布装置２３または二次被覆用樹脂塗布装置２５のダイスの口径を変化させたり、ダイスとニップルの間の距離を変えて樹脂の流速や圧力分布を変化させたり、一次被覆用樹脂または二次被覆用樹脂を加熱または冷却して粘度を変化させたり、冷却筒２２に供給する冷却ガスの流量を変えることによって光ファイバ裸線１が一次被覆用樹脂塗布装置２３に入線する際の温度を変えて塗れ性を変化させたりすることによって、適宜増減し、調節することが可能である。
【００１６】
以上述べた本発明の光ファイバの製造方法の製造条件の有効性を確認するために、下記の実験を行った。これらの実験において、目標とする光ファイバは、光ファイバ裸線の外径が１２５μｍ、モールドフィールド径が９．２μｍ、カットオフ波長が１．２６μｍ、一次被覆の外径が１９０μｍ、二次被覆の外径が２４５μｍであるシングルモード光ファイバである。
【００１７】
（実験例１）
本実験例では、光ファイバの紡糸工程の準備段階において紡糸線速を加速する際、二次被覆の肉厚を一定に保つように、冷却筒２２への冷却ガスの流量や、樹脂の温度、圧力条件などを制御しながら、紡糸線速を加速した。
二次被覆用樹脂塗布装置２５のダイスとして、口径の異なるものを用いることにより、二次被覆の肉厚を、５、１０、１５、２０、２５、３０μｍの６通りに変化させた。そして、それぞれの場合について、初期速度から２０００ｍ／分までの加速を５０回行い、被覆不良が発生した場合の線速を測定し集計することにより、被覆不良の発生頻度を求めた。
【００１８】
この結果を図１（ａ）に示す。図１（ａ）において「◆」印は被覆不良の発生頻度が１回以下であることを示し、「×」印は、被覆不良が２回以上発生したことを示す。ここで、被覆不良の発生頻度が５０回中１回であるものを、不適と判定しなかったのは、異物混入など偶発的な要因に起因するものと考えられ、また実施の際、大きな問題とはならないからである。
この結果に基づいて、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、二次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＹとするとき、被覆不良の発生頻度が１回以下の領域と、被覆不良の発生頻度が２回以上の領域の領域の境界線を最小自乗法による直線近似を用いて決定すれば、Ｙ＝０．０１５Ｘ−８．２１９となった。従って、Ｙ≧０．０１５Ｘ−８．２１９とすることによって、被覆不良の発生回数を大幅に低減することができる。
【００１９】
（実験例２）
本実験例では、光ファイバの紡糸工程の準備段階において紡糸線速を加速する際、一次被覆の肉厚を一定に保つように、冷却筒２２への冷却ガスの流量や、樹脂の温度、圧力条件などを制御しながら、紡糸線速を加速した。
一次被覆用樹脂塗布装置のダイスとして、口径の異なるものを用いることにより、一次被覆の肉厚を、５、１０、１５、２０、２５、３０μｍの６通りに変化させた。そして、それぞれの場合について、初期速度から２０００ｍ／分までの加速を５０回行い、被覆不良が発生した場合の線速を測定し集計することにより、被覆不良の発生頻度を求めた。
【００２０】
この結果を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）における「◆」印および「×」印の意味は、図１（ａ）のものと同様である。
この結果に基づいて、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、一次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＺとするとき、被覆不良の発生頻度が１回以下の領域と、被覆不良の発生頻度が２回以上の領域の領域の境界線を最小自乗法による直線近似を用いて決定すれば、Ｚ＝０．０１１Ｘ−６．４１４となった。従って、Ｚ≧０．０１１Ｘ−６．４１４とすることによって、被覆不良の発生回数を大幅に低減することができる。
【００２１】
次に、本発明を実施例によって説明する。以下の実施例においては、図２に示す製造装置を用いた。目標とする光ファイバは、光ファイバ裸線の外径が１２５μｍ、モールドフィールド径が９．２μｍ、カットオフ波長が１．２６μｍ、一次被覆の外径が１９０μｍ、二次被覆の外径が２４５μｍであるシングルモード光ファイバである。この場合、定常運転状態時の一次被覆の肉厚は３２．５μｍであり、二次被覆の肉厚は２７．５μｍである。
【００２２】
（実施例１）
目標紡糸線速を１５００ｍ／分とし、一次被覆用樹脂塗布装置２３のダイス径を２２５μｍとし、二次被覆用樹脂塗布装置２５のダイス径を２７５μｍとした。
まず、紡糸線速を初期線速から目標紡糸線速まで加速する間、第２の外径測定器１２を用いて一次被覆の外径を測定し、また、第３の外径測定器１３を用いて、二次被覆の外径を測定して、これらの測定値に基づいて、一次被覆の肉厚が３２．５μｍ、二次被覆の肉厚が２７．５μｍと目標値どおりとなるように、冷却筒２２を用いて光ファイバ裸線１の温度、ならびに、また、一次被覆用樹脂および二次被覆用樹脂の温度を調整して制御しながら、目標線速まで加速した。
このような操作を５０回繰り返したが、定常運転状態まで加速する際に被覆不良が発生することなく、光ファイバの製造を実施することができた。
【００２３】
（実施例２）
目標紡糸線速を２０００ｍ／分とし、一次被覆用樹脂塗布装置２３のダイス径を２５０μｍとし、二次被覆用樹脂塗布装置２５のダイス径を２７０μｍとした。
まず、紡糸線速を初期線速から目標紡糸線速まで加速する間、第２の外径測定器１２を用いて一次被覆の外径を測定し、また、第３の外径測定器１３を用いて、二次被覆の外径を測定して、これらの測定値に基づいて、一次被覆の肉厚が３２．５μｍ、二次被覆の肉厚が２７．５μｍと目標値どおりとなるように、冷却筒２２を用いて光ファイバ裸線１の温度、ならびに、また、一次被覆用樹脂および二次被覆用樹脂の温度を調整して制御しながら、目標紡糸線速まで加速した。このような操作を５０回繰り返したが、定常運転状態に達するまでに被覆不良は発生しなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバの紡糸方法によれば、紡糸線速を低速から高線速まで加速するまでの間に、樹脂被覆不良が発生することを大幅に低減することができるので、光ファイバの紡糸工程の生産性を向上し、低コスト化することができる。
しかも、この光ファイバの製造方法は、紡糸線速が目標紡糸線速に達したとき、製品となる光ファイバを直ちに採取するようにすることも可能である。この場合、定常運転状態に到達する以前に紡糸されたため廃棄する必要がある光ファイバの長さがより短くなるので、歩留まりや生産性が一層向上し、コスト削減が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）二次被覆の肉厚と紡糸線速に対する被覆不良の発生頻度の関係の一例を示すグラフである。（ｂ）一次被覆の肉厚と紡糸線速に対する被覆不良の発生頻度の関係の一例を示すグラフである。
【図２】 光ファイバの製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】 被覆径の荒れが発生した時の被覆径の変動を示すグラフである。
【図４】 被覆径のズレが発生した時の被覆径の変動を示すグラフである。
【図５】 被覆不能の状態になった時の被覆径の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光ファイバ裸線、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ素線、２３…一次被覆用樹脂塗布装置、２５…二次被覆用樹脂塗布装置。

Claims (2)

1. 光ファイバ母材から所定の紡糸線速にて紡糸された光ファイバ裸線の上に、一次被覆用樹脂を塗布して一次被覆を設け、さらに前記一次被覆の上に二次被覆用樹脂を塗布して二次被覆を設けることにより光ファイバ素線を得る光ファイバの製造方法において、
   光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を１０００ｍ／分以上の目標紡糸線速まで加速する際、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、二次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＹとするとき、このＸとＹが、Ｙ≧０．０１５Ｘ−８．２１９という条件を満たすように、二次被覆の肉厚を制御しながら紡糸線速を前記目標紡糸線速まで加速することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 光ファイバ母材から所定の紡糸線速にて紡糸された光ファイバ裸線の上に、一次被覆用樹脂を塗布して一次被覆を設け、さらに前記一次被覆の上に二次被覆用樹脂を塗布して二次被覆を設けることにより光ファイバ素線を得る光ファイバの製造方法において、
   光ファイバの紡糸を開始してから、紡糸線速を１０００ｍ／分以上の目標紡糸線速まで加速する際、紡糸線速を単位ｍ／分で表した数値をＸ、一次被覆の肉厚を単位μｍで表したときの数値をＺとするとき、このＸとＺが、Ｚ≧０．０１１Ｘ−６．４１４という条件を満たすように、一次被覆の肉厚を制御しながら紡糸線速を前記目標紡糸線速まで加速することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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