JP4128302B2 - プラスチック光ファイバの製造方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック光ファイバの機械的強度改善のための加熱延伸や、乾熱・湿熱下での低収縮率化のための定長アニール、制限緩和処理等を高速度で好適に行うためのプラスチック光ファイバの製造方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック製光ファイバ（以下ＰＯＦと略す）は、石英系光ファイバに対して大口径、安価、取り扱い性が良いなどの長所を有しており、ライティング、センサー、ＯＡ，ＦＡ機器間配線などの分野で使用されている。
現在実用化されているＰＯＦの大部分はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を芯材料とした芯鞘構造、あるいは鞘の外周に更に保護層を一体被覆した芯鞘保護層構造の光ファイバである。
その工業的製造プロセスとして、芯材料であるＰＭＭＡを複合ノズルを用いて鞘、又は鞘及び保護層の材料のポリマーと同心円状に配置し、溶融紡糸することでファイバ状に賦形し、引き続き機械的特性を向上させるために加熱延伸等を行うことが一般的である。
【０００３】
図４は従来のＰＯＦの熱処理に用いられる熱処理装置の例を示したものである。この装置は、加熱炉２８と、ここにＰＯＦ１０を定速で供給する供給装置２０および熱処理後のＰＯＦ１０を定速で引き取る引取装置４０を備えている。符号２１はＰＯＦ１０の走行を安定させるための糸ガイドである。
加熱媒体として用いられる空気は、熱風加熱・循環装置６０にて加熱された後、加熱炉２８に送られ、加熱炉２８内を流れた後、再び熱風加熱・循環装置６０に送られて加熱循環するように構成されている。ＰＯＦ１０は加熱炉２８内を走行する間に一定温度の熱風と向流接触して加熱され、供給装置２０における供給速度と引取装置４０における引取速度との比を変えることによって延伸、定長アニール、制限緩和等の熱処理が施される。
【０００４】
ところで、ＰＯＦの生産性向上において、熱処理速度の高速化は重要である。しかし、ＰＯＦの走行速度を高めると、ＰＯＦは高速で加熱炉内を通過することとなり、加熱炉長が同じまま走行速度を高めると、加熱炉内でのＰＯＦへの加熱時間が短くなる。その為、例えば熱処理が延伸処理である場合、加熱炉内でＰＯＦが延伸処理に適した温度まで上昇されず、低温状態での延伸が行われてしまう。その結果、光学特性の悪化、機械特性の低下、糸径斑の増大などを生じてしまう。
そこで、高速でＰＯＦの熱処理を行う場合には、加熱炉（延伸炉）長を長くしたり加熱炉内温を高温化するなどの方法、また、特開平５−１１１２８号公報に記載されているように、加熱炉中での加熱気体の流動状態の工夫や炉内の熱風風速を上げることによって加熱気体とＰＯＦの熱交換効率を向上させて加熱炉内のＰＯＦを熱処理が可能な温度まで上昇させる方法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加熱炉（延伸炉）内温度の高温化や炉内の加熱気体流速の高速化による加熱効率の向上は、急速にＰＯＦの温度を上昇させる点においては非常に有効である。しかしながら、このような方法で急速なＰＯＦの加熱を行なった場合、ＰＯＦの表面温度は急速に上昇するが、ＰＯＦの構成材料の熱伝導抵抗により、ＰＯＦ表面からの供給熱量が大きいほどＰＯＦの表層と中心部には大きな温度差が生じてしまう。そのような表層と中心部の温度が異なった状態でＰＯＦの主成分ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）以上にＰＯＦを加熱しながら延伸処理を施すと、ＰＯＦ断面の半径方向に延伸配向の斑が生じ、機械強度の低下や配向複屈折による光学特性劣化が生じ易くなる。
同様に、定長アニール、制限緩和等の延伸処理後のＰＯＦの機械特性改善のための熱処理においても、ＰＯＦ断面方向での温度差は熱処理斑を招くことになる。
【０００６】
こうした不具合を回避する為に、炉内温度の高温化や加熱気体流速の高速化を行わずに、加熱炉長の延長によってＰＯＦが加熱炉内に滞在する時間を非高速化時と同じにして加熱を行った場合、加熱時のＰＯＦ断面の温度上昇速度プロフィールは非高速化時と同じとなる。
しかし、加熱炉前後でＰＯＦを支持するガイド間の距離が長くなることによって、加熱炉内でのＰＯＦの糸揺れ、垂下が増大し、ＰＯＦが加熱炉内で垂れ落ち易くなる。
加熱炉内でのＰＯＦの糸揺れや垂下を抑制するにはＰＯＦの張力を上げればよいが、それには炉内温度を低温化させたり、延伸処理を施す場合では延伸倍率を上げなければならず、その結果、機械特性の低下や糸径斑増大を招くことになってしまう。
特に、定長アニール、制限緩和等の延伸後のＰＯＦの機械特性改善のための熱処理においては、ＰＯＦには延伸処理のような高い張力が作用せず、また作用させられないため、ＰＯＦの糸揺れや垂下は延伸処理に比べて増大し、ＰＯＦが加熱炉内でより垂れ落ち易くなってしまう。
【０００７】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、ＰＯＦの延伸処理、機械特性改善のための定長アニール、制限緩和等の熱処理において、ＰＯＦの光学特性の劣化、機械特性の劣化や断面方向斑、糸径斑の発生原因となるＰＯＦ断面の温度差発生を抑制し、品質を低下させることなく熱処理の高速化を図ることができ、生産性を向上させることが可能なＰＯＦの製造方法およびその装置を目的とするものである
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラスチック光ファイバの製造方法は、プラスチック光ファイバを加熱する熱処理工程を有する製造方法において、第１加熱ゾーンで熱処理後に、該第１加熱ゾーンでの加熱速度よりも小さい加熱速度の第２加熱ゾーンで熱処理を施すことを特徴とするものである。
この際、第２加熱ゾーンの温度を第１加熱ゾーンの温度よりも低くすることもできる。
第１加熱ゾーンにおける加熱速度は、第２加熱ゾーンにおける加熱速度の二倍以上であることが望ましい。
【０００９】
また、熱処理装置へのプラスチック光ファイバの供給速度（Ｖ1）と、熱処理装置からのプラスチック光ファイバの引取速度（Ｖ2）が、下式を満足することが望ましい。
０.５≦Ｖ2/Ｖ1≦１０
第１加熱ゾーンでの加熱媒体としては、取扱いが容易な加熱空気を用いても良いが、短い時間、すなわち短い炉内で急速に温度を上昇させるには、空気より加熱効率の高い加熱された水または水蒸気が望ましい。
さらにまた、熱処理後には、プラスチック光ファイバを急冷することが望ましい。
【００１０】
本発明のプラスチック光ファイバの製造装置は、プラスチック光ファイバを加熱する第１加熱ゾーンと、該第１加熱ゾーンでの加熱速度よりも小さい加熱速度で該プラスチック光ファイバを加熱する第２加熱ゾーンを有する熱処理装置を具備することを特徴とするものである。
さらに、熱処理後のプラスチック光ファイバを急冷する冷却装置が付設されていることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のＰＯＦの製造方法における熱処理工程に用いる熱処理装置の一例を示す図である。この熱処理装置においては、プラスチック光ファイバ１０を加熱する１つの加熱炉３０内に２つの加熱ゾーン、即ち、第１加熱ゾーン３６と第２加熱ゾーン３８を有している。加熱炉３０の前方には、ＰＯＦ１０を加熱炉３０に定速で供給する供給装置２０が配備されている。また、加熱炉３０の後方には、加熱炉３０から出たＰＯＦ１０を冷却する冷却槽５２を備えた冷却装置５０、ＰＯＦ１０の表面に付着した水分を除去する水分除去装置９０、熱処理後のＰＯＦ１０を定速で引き取る引取装置４０が配備されている。また、加熱炉３０の前方近傍と、冷却槽５２内には、ＰＯＦ１０を安定走行させるための糸ガイド２１，２１が設けられている。
【００１２】
加熱炉３０内は、ＰＯＦ１０が貫通する貫通孔１２が形成された炉内仕切板３１によって、ＰＯＦ１０が最初に通過する第１加熱ゾーン３６と、次に通過する第２加熱ゾーン３８の２つに区切られている。この炉内仕切板３１によって、第１加熱ゾーン３６の加熱媒体と、第２加熱ゾーン３８の加熱媒体の混合が防止される。このように、本発明の加熱ゾーンにおいては、その加熱ゾーン内に存在する加熱媒体が、加熱ゾーン外の加熱媒体と実質的に混じり合わないため、一つの加熱ゾーン内の加熱媒体温度は実質的に一定である。
各加熱ゾーンに供給される加熱媒体は、それぞれ個別に加熱される。即ち、第１加熱ゾーン３６に供給される加熱媒体は、加熱媒体加熱循環装置８０によって加熱媒体入口３２から第１加熱ゾーン３６内に供給され、加熱媒体出口３３，３３より第１加熱ゾーン３６から排出されて再び加熱媒体加熱循環装置８０に送られて第１加熱ゾーン３６を循環するようなっている。同様に、第２加熱ゾーン３８に供給される加熱媒体は、加熱媒体加熱循環装置８１によって、加熱媒体入口１４から第２加熱ゾーン３８に供給され、加熱媒体出口１６，１６より第２加熱ゾーン３８から排出されて再び加熱媒体加熱循環装置８１に送られて第２加熱ゾーン３８を循環するようになっている。
【００１３】
加熱炉３０の後方に付設されている冷却装置５０は、加熱炉３０で加熱されたＰＯＦ１０を冷却する冷却槽５２と、その冷却槽５２に冷媒である冷水を供給、循環させる冷却水温調循環装置７０を具備して概略構成されている。
【００１４】
このプラスチック光ファイバの熱処理装置を用いて熱処理を行うには、まず、供給装置２０によって、ＰＯＦ１０を加熱炉３０の第１加熱ゾーン３６に供給する。ＰＯＦ１０は加熱炉３０の第１加熱ゾーン３６及び第２加熱ゾーン３８内を走行する間にそれぞれの加熱媒体と向流ないし直交接触して加熱されながら熱処理が施される。
この際、第１加熱ゾーンの加熱速度が第２加熱ゾーンの加熱速度よりも大きいことが必要である。第１加熱ゾーンの加熱速度が第２加熱ゾーンの加熱速度の二倍以上であることが好ましい。加熱速度とは、単位時間当たりのＰＯＦの温度上昇率（ＰＯＦへの熱供給量）を示すものであり、加熱温度や熱供給効率等によって決められるものである。例えば、加熱媒体の種類やＰＯＦへの接触態様等が同じであれば、その温度が高いほど加熱速度は大きく、また、加熱媒体が、乾燥空気とスチームであれば、その温度が同じでも、スチームの方が加熱速度は大きくなり、また、同温度で同種の加熱媒体であっても、ＰＯＦに対して相対速度を速くして接触させることにより加熱速度は大きくなる。なお本発明において、一つの加熱ゾーン内でＰＯＦへの加熱媒体の接触態様等が異なり、加熱ゾーン内の位置により加熱速度が異なる場合は、その加熱ゾーンを通過したことによって上昇したＰＯＦ断面直径方向の平均温度の差を加熱ゾーン通過時間で割った値、すなわち加熱ゾーン内における単位時間当たりのＰＯＦ平均温度上昇率をその加熱ゾーンの加熱速度とする。
【００１５】
まず、ＰＯＦ１０を第２加熱ゾーン３８より加熱速度が早い高温の加熱空気等の加熱媒体が循環している第１加熱ゾーン３６内で、第２加熱ゾーンの加熱媒体温度より低い温度まで急速加熱を行う。この工程により、第１加熱ゾーン３６から出る直前のＰＯＦ１０は、高温雰囲気下で急速加熱されたことによって、その表面と中心部に大きな温度差を生じている。そのような温度状態のＰＯＦ１０を続いて第１加熱ゾーン３６より低温の加熱媒体が循環している第２加熱ゾーン３８に導入する。第２加熱ゾーン３８では、ＰＯＦ１０周辺の加熱速度が第１加熱ゾーン３６に比べて小さいので、ＰＯＦ１０表面からの熱供給量は低下し、ＰＯＦ１０内部では熱拡散が進行することによって、ＰＯＦ１０表面と中心部の温度差が急速に減少してゆく。このようにして第１加熱ゾーン３６で生じていた表面と中心部の温度差が減少したＰＯＦ１０は、ＰＯＦ１０の温度と周囲の加熱媒体との温度差が少なくなっているために、ＰＯＦ１０の表面と中心部との温度差が生じにくい状態下で第２加熱ゾーン３８内で加熱されＰＯＦ全体の温度が上昇する。このような加熱形態をとることによってＰＯＦ１０の温度を短時間で熱処理が可能な温度まで昇温し、且つ内部温度差が少ない状態で熱処理を施すことが可能となる。
【００１６】
ＰＯＦ１０を急速に加熱する第１加熱ゾーン３６の加熱媒体温度は、高いほど急速にＰＯＦ１０を加熱することが可能となり、第１加熱ゾーン３６の長さを短縮することができる。しかし、あまり高温とすると第１加熱ゾーン３６でＰＯＦ１０内部に発生した温度差が第２加熱ゾーン３８内で除去しきれず、内部温度差が大きい状態で熱処理が施されてしまったり、第１加熱ゾーン内でＰＯＦ１０の構成ポリマーの急速な熱分解により多量の有毒なガスや可燃性ガスが発生するおそれがあるため、そのような問題が発生しない温度を上限にすることが好ましい。例えば、ＰＯＦの芯材がＰＭＭＡ、鞘材がフッ素系の材料で構成された一般的なＰＯＦの熱処理を行う場合、加熱媒体が乾燥した空気であれば、第１加熱ゾーン３６内の温度は３００℃以下が好ましい。また、第１加熱ゾーンに供給する加熱媒体の温度、ゾーンの長さは、ＰＯＦの走行速度もしくは巻き取り速度や、第２加熱ゾーン３８でのＰＯＦ処理温度に応じて、第２加熱ゾーン３８でのＰＯＦ表面と中心部との温度差が熱処理に適正な程度に小さくなるように適宜設定される。
また、主に熱処理が行われる第２加熱ゾーン３８の加熱媒体温度、ゾーンの長さは、熱処理を施すＰＯＦの構成材料の熱的機械特性、処理条件によって異なるが、必要以上に高温あるいは長くすると加熱炉３０内でのＰＯＦのたれ落ち、糸揺れを招くこととなったり、延伸処理の場合には延伸配向緩和が進み機械強度が低下するおそれがあるため、熱媒体温度、ゾーンの長さは必要な熱処理が可能な範囲内でできるだけ低温かつ短くすることが望ましい。例えば、芯材がＰＭＭＡ、鞘材がフッ素系の材料で構成された一般的なＰＯＦの熱処理を行う場合、加熱媒体が乾燥した空気であれば、その加熱媒体温度としては１３０℃〜１６０℃の範囲とすることが好ましい。
【００１７】
加熱炉３０にて加熱処理が施されたＰＯＦは、強制的に冷却して急冷することが望ましい。
高速度でのＰＯＦの熱処理においてはＰＯＦの移動速度が速くなるため、加熱炉３０の出口でＰＯＦをガイド等によって支持する場合、ＰＯＦの温度がガイド等に到達するまでに充分下がらないおそれがある。そのような場合に、表面が柔らかいままガイド等に接触すると、ＰＯＦの表面が損傷を受けるおそれがある。また、加熱延伸処理を行う場合、加熱炉外のＰＯＦにも加熱炉内のＰＯＦと同じ延伸張力が作用しているため、ＰＯＦの温度が伸張可能な温度に保持されている間は加熱炉外においてもＰＯＦが延伸される。その為、加熱炉を通過したＰＯＦの温度が十分に下がっていないと、温度制御がなされていない加熱炉外での延伸によって、糸径や、機械特性斑が増大するおそれがある。
また、高温状態のＰＯＦが徐冷されると、その冷却過程において鞘材の結晶化、相分離などの不均質構造が生成し、ＰＯＦ内の光伝送において芯鞘界面で光が屈折する際の光散乱増大による光伝送特性悪化の原因となる場合がある。
そこで、加熱後には、ＰＯＦを急冷して冷却、固化することが望ましい。
冷却は、４０℃/sec以上、更に好ましくは８０℃/sec以上の冷却速度で冷却を行うことが好ましい。
【００１８】
冷却に用いる冷媒としては、ＰＯＦを侵さない種々の気体、液体を用いることができる。水、エタノール、エチレングリコール、グリセリン等を適用できるが、冷却能力、コスト、取扱性、除去性の点から水が特に好ましく、冷却水の入った水槽中にＰＯＦを通過させることが好適である。
またＰＯＦを急速に冷却するためには、冷却時に熱伝達率を低下させＰＯＦの冷却速度を低下させる原因となる冷媒とＰＯＦとの界面近傍に形成される境膜を強制的に除去することが好ましい。その為、冷却槽内でＰＯＦに吹き付けるように冷媒を噴射することが望ましい。その際、ＰＯＦに対し、その移動方向の下流側ないし垂直な方向から、即ち冷媒を向流接触ないし直交接触になるように強制流動させてＰＯＦと冷媒とが接触抵抗が大きくなるようにすることが、境膜の除去効果が向上するので好ましい。
【００１９】
冷却処理したＰＯＦ１０に対しては、冷却槽５２の出口において水分除去装置９０によって水分の除去を行う。ＰＯＦの表面に水が付着したまま引取装置４０に入ると、ロール表面でＰＯＦのスリップによる引取速度変動の原因となるおそれがあり、ＰＯＦが湿ったままボビンに巻き取られると、水分がＰＯＦ内に移行し伝送損失の増加原因となるおそれがあるためである。
このような方法を採ると、ＰＯＦ表面を急速に冷却固化することができ、また、加熱ゾーン出口下流でＰＯＦを支持するためのガイド等を冷却槽５２内に設置することも可能となり、ＰＯＦの支持間距離を小さくして、糸揺れ、垂下を抑制することができるため、好ましい。
【００２０】
上述した熱処理方法および熱処理装置においては、ＰＯＦの供給装置２０の供給速度と引取装置４０の引取速度の比の設定を調整することで、延伸、定長アニール、制限緩和等の各種の目的に応じた熱処理を施すことができる。
その際、熱処理装置へのＰＯＦの供給速度（Ｖ1）と、熱処理装置からのＰＯＦの引取速度（Ｖ2）が、０.５≦Ｖ2/Ｖ1≦１０ を満足することが望ましい。Ｖ2/Ｖ1をこの範囲内とすることにより、ＰＯＦの機械的強度が良好になり、また、糸径変動や糸垂れ落ち等をより防止できる。
熱処理が延伸処理である場合には、ＰＯＦの供給速度Ｖ1と引取速度Ｖ2の関係を示すＶ2／Ｖ1は１を超えて大きくなり、好ましくは１.０＜Ｖ2／Ｖ1≦３、更に好ましくは２.０≦Ｖ2/Ｖ1≦３.０である。加熱延伸時に速度比Ｖ2／Ｖ1が大きすぎるとＰＯＦの直径変動の増大や伸度の低下が生じるおそれがあり、小さすぎると延伸配向が不足し強度が低下することがある。
熱処理が加熱延伸後のＰＯＦの耐熱収縮化のための定長アニール、制限緩和処理である場合、ＰＯＦの供給速度Ｖ1と引取速度Ｖ2の関係を示すＶ2／Ｖ1は定長アニールでは約１、制限緩和処理では１未満となり、こららの処理において、より好ましくは０.５≦Ｖ2/Ｖ1＜１.０、更に好ましくは０.８≦Ｖ2/Ｖ1＜１.０である。この処理時の速度比Ｖ2／Ｖ1が１以上であるとＰＯＦが延伸され、小さすぎると加熱延伸工程で付与された延伸配向が解け、機械強度が低下する傾向にある。熱処理を定長熱処理とする場合は、Ｖ2/Ｖ1＝１である。
【００２１】
本発明において、加熱媒体としてはＰＯＦを侵さないものであれば特に制限はない。空気の他、より熱伝導率の高い気体又は液体が好ましく、例えば液体としては水、エチレングリコール、グリセリン等が挙げられ、気体としては水素、ヘリウムもしくはネオン、または水、エチレングリコールもしくはグリセリンの蒸気等が挙げられる。上述した例で示した加熱空気は取扱いが非常に容易で好ましい加熱媒体であるが、特に第１加熱ゾーンのように、ＰＯＦを急速に加熱するため、より短い時間、すなわち短い加熱ゾーンでＰＯＦを急速に加熱するには、加熱空気より加熱効率の高い加熱媒体を用いることが好ましい。そのようなものとして、取扱いが容易で常圧で液体である１００℃以下の熱水を用いることが好ましい。例えば、延伸処理の場合、延伸張力下でＰＯＦが急激に伸張し始める温度以下に温調した熱水中でＰＯＦを加熱すると、加熱空気に比べはるかに短時間で均一にＰＯＦを昇温でき、急速加熱によって生じた内部温度差がほとんどなくなる状態まで熱水中で加熱を続けてもＰＯＦの伸張を抑制することができる。
【００２２】
図２に本発明の第１加熱ゾーンでの加熱媒体として液体（熱水）を用いたＰＯＦの熱処理方法に好適な熱処理装置の一例を示す。
この装置においては、第１加熱ゾーンとなる熱水加熱炉２２と第２加熱ゾーンとなる熱風加熱炉２４は、それぞれ独立して分離されている。
熱水加熱炉２２内には、加熱媒体加熱循環装置８０によって、所定温度に加熱された熱水が循環するようになっている。
熱水加熱炉２２と熱風加熱炉２４の間には、第２加熱ゾーンでのＰＯＦの加熱斑の原因となる熱水加熱炉２２内でＰＯＦ１０の表面に付着した水分を除去するための水分除去装置９０が設けられている。この水分除去装置９０としては５０〜７０℃程度に加熱されたエアー等をＰＯＦ１０に吹き付け、水分を吹き飛ばす機構が好ましい。
【００２３】
また、熱水よりもさらに短時間でＰＯＦを加熱する為には、加熱媒体として加熱効率が高い水蒸気を用いるのが好ましい。水蒸気でのＰＯＦの加熱においては、水蒸気とＰＯＦが接触すると水蒸気の熱がＰＯＦに奪われ、水蒸気がＰＯＦ表面で気相から液相への相変化する際に多量の凝集熱を放出するため非常に高効率で均一な加熱が行える。常圧下での水蒸気の飽和温度は１００℃であるが、水蒸気はスーパーヒート（過熱）することによって常圧下でもその温度を１００℃以上に上げることができるため、常圧下で１００℃以上の温度の水蒸気によるＰＯＦの急速加熱を行うこともできる。また、加熱炉のシールを工夫し加熱炉内の圧力を一定状態に保つ構造とすれば飽和状態での水蒸気温度を１００℃以上また逆に１００℃以下にすることができる。飽和水蒸気での加熱の場合、非常に効率の高い加熱が行えるとともに、水蒸気が液体、気体状態で等温なため、炉内の雰囲気蒸気、及びＰＯＦ表面で熱を放出し凝集液化した蒸気の温度が同じとなり非常に高速且つ均一な加熱が可能となる。
さらに、加熱媒体として水蒸気を用いた場合、その熱伝導率は空気に対し、スーパーヒート蒸気で約１０倍、飽和蒸気で約１００倍と極めて高く、高速な熱処理が可能となる他、製造や装置への供給が容易である点、凝集熱の放出量が大きいので加熱効率が良い点、およびＰＯＦの熱処理後に洗浄による熱媒除去が不要で圧縮空気や熱風によるＰＯＦの乾燥のみで済むため設備を簡素とすることができる点、熱媒体自体が安価である点等から特に好ましい。
ＰＯＦを加熱する加熱炉内の加熱媒体の圧力は絶対圧力が０.１０１Ｍｐａ以上１.０Ｍｐａ以下であることが好ましい。加熱媒体の圧力がこれより小さいと外気が加熱炉内に吸い込まれてしまい、これより大きいと加熱炉のシールが難しくなり、加熱媒体の外部への漏洩量が増大するおそれがある。
また、加熱炉内の圧力を精密に制御し、かつ加熱媒体蒸気温度を加熱炉の圧力下での飽和温度とした場合には、加熱媒体蒸気がＰＯＦ表面で気相から液相へ相変化した後も熱媒体温度は変化しないため、非常に高精度で均一な熱処理を行うことができる。
そのような加熱炉を加圧状態に保つシール手段としては、Ｏリング、オイルシール等を用いた接触型を適用できるが、ラビリンスシール等の非接触型のものが好ましい。
【００２４】
図３に、第１加熱ゾーンでの加熱媒体として蒸気（水蒸気）を用いたＰＯＦの熱処理方法に好適な熱処理装置の一例を示す。
この装置においては、第１加熱ゾーンとなる水蒸気加熱炉２６と第２加熱ゾーンとなる熱風加熱炉２４は、それぞれ独立して分離されている。水蒸気加熱炉２６には調圧された水蒸気が水蒸気供給管８２より供給され、放熱により凝集した水蒸気が排出管８３より炉外に排出される。
図示例の熱処理装置では、水蒸気加熱炉２６のＰＯＦ出入口には炉内に供給される水蒸気の炉外への漏洩を効果的に防ぐためのラビリンスシール３４が設けられている。
ラビリンスシール３４は、水蒸気加熱炉２６の入口および出口とそれぞれ連通し、少なくともＰＯＦ１０がこのラビリンスシール３４と水蒸気加熱炉２６とを連続して走行できる空間を有する。ラビリンスシール２６では、水蒸気加熱炉２６内からその外側に向かう加熱媒体の流路が縮小と拡大を繰り返すように構成されている。即ち、オリフィス３５によって流路が狭められ、膨張室１５においては流路が広がる。
【００２５】
このような構成の水蒸気加熱炉２６によれば、水蒸気加熱炉２６の入口外側および出口外側にラビリンスシール３４が設けられているので、水蒸気加熱炉２６内の加熱媒体が水蒸気加熱炉２６の入口および出口から水蒸気加熱炉２６の外へ向かって流れる間に、加熱媒体はラビリンスシール３４の膨張室１５およびオリフィス３５を交互に通過することによって急拡大および急縮小を繰り返し、渦流の生成と消滅を頻繁に繰り返すので、熱媒体圧力などの熱媒体のエネルギーが極度に消耗され減圧が進行する。したがって加熱媒体の水蒸気加熱炉２６外への漏出量が大幅に低減され、熱エネルギー損失が減少するので水蒸気加熱炉２６のランニングコストを低減することができる。さらに、熱効率が向上したことにより水蒸気加熱炉２６の長さを長大化しなくても充分な熱処理が可能となるので、加熱炉のコンパクト化を実現することができる。
従って、この加熱炉を用いることで、水蒸気加熱炉２６内の加熱効率が向上することにより、加熱炉の長さを長大化しなくても十分なＰＯＦ加熱が可能であり、加熱媒体の熱伝導率が高く、ＰＯＦ１０の糸揺れを抑えて均一な熱処理を行うことができる。したがって特性の安定したＰＯＦ１０を得ることができる。
また、水蒸気加熱炉２６と熱風加熱炉２４の間には、第２加熱ゾーンでのＰＯＦの加熱斑の原因となる水蒸気加熱炉２６でＰＯＦの表面に付着した水分を除去するための水分除去装置９０が設けられている。この水分除去装置９０としては５０〜７０℃程度に加熱されたエアー等をＰＯＦに吹き付け、水分を吹き飛ばす機構のものを用いるのが好ましい。
【００２６】
初期温度が３０℃のＰＯＦを供給速度２４ｍ/min、引取速度４８ｍ/minで直径０.７５ｍｍとする加熱延伸処理において、上述した図１に示す熱処理装置を用い、第１加熱ゾーン３６の長さ１０００ｍｍ、供給空気温度を２２０℃、第２加熱ゾーン３８の長さ３０００ｍｍ、供給空気温度を１４０℃、第２加熱ゾーン出口から３００ｍｍの位置で３５℃の水中を通過させ冷却させる方法で延伸処理を行った場合について、その延伸状態のシミュレーション結果を図５に示す。
図５に示すグラフにおいて、横軸が第１加熱ゾーン入口からの距離、左縦軸が各加熱ゾーン内でのＰＯＦの表面の温度及び中心部の温度、右縦軸が延伸によるＰＯＦの長手方向の変形速さを示す延伸速度である。
同様に、初期温度が３０℃のＰＯＦを供給速度２４ｍ/min、引取速度４８ｍ/minで直径０.７５ｍｍとする加熱延伸処理において、図４に示したように、加熱ゾーンが一つで一定温度の熱媒が供給される従来の延伸装置を用い、加熱ゾーン長さ４０００ｍｍ、供給空気温度を１７０℃とし、加熱ゾーン出口から３００ｍｍの位置で３５℃の水中を通過させ冷却させる延伸処理を行った場合について、ＰＯＦの延伸状態のシミュレーション結果を図６に示す。
【００２７】
図５，６に示すＰＯＦの熱的特性、加熱効率を表す延伸シミュレーションで示されるように、本発明の熱処理方法は従来の熱処理方法に比べ、ＰＯＦを熱処理が可能な温度まで短い時間で内部の温度差が少ない状態で到達させることができ、同じ長さの加熱炉で加熱を行った場合には、ＰＯＦが熱処理に適正な温度に保持される時間が長く、またその間のＰＯＦの内部温度差、温度変化も少ないため、均一で安定した状態で穏やかな延伸処理を行うことができる。
【００２８】
【実施例】
［実施例１］
芯材としてＰＭＭＡ、鞘材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（８０／２０mol％）の共重合体を用いた２層構造のＰＯＦを、上述した図１に示す熱処理装置を用いて延伸処理を行った。この際、第１加熱ゾーン３６として実加熱部長さが１０００ｍｍの熱風加熱炉、第２加熱ゾーン３８として実加熱部長さが３０００ｍｍの熱風加熱炉、冷却槽５２として実冷却部長さが５００ｍｍのものを用いた熱処理装置とした。
表１に示す条件で延伸処理を行った結果を表２に示した。
尚、本発明における破断強度、破断伸度の測定は、フルスケール１９６Ｎのロードセルを取り付けたテンシロンを用い、標点長さ１００mmのＰＯＦを試験速度１００mm/minで引張試験により行った。破断強度は引っ張り試験時においてロードセルに作用する最大荷重をＰＯＦ初期断面積で割った値を、破断伸度とは試料のＰＯＦの初期長からの変化量を初期長で割った値を示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
［実施例２］
芯材としてＰＭＭＡ、鞘材として３ＦＭ／１７ＦＭ／ＭＭＡの重量％が５０：３０：２０の３元共重合体、さらに鞘の外周にフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（８０／２０mol％）の共重合体の保護層が設けられた３層構造のＰＯＦを用いた以外は実施例１と同様にして表３に示す条件で加熱延伸処理を行い、表４に示した結果を得た。尚、３ＦＭは、２,２,２−トリフルオロエチルメタクリレート、１７ＦＭは、１,１,２,２−テトラヒドロキシパーフルオロデシルメタクリレート、ＭＭＡはメチルメタクリレ−トを意味する。
【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
［実施例３］
実施例２と同じ構造のＰＯＦを用い、上述した図２に示すような熱水加熱炉２２の実加熱部長さが５００ｍｍ、熱風加熱炉２４の実加熱部長さが３０００ｍｍ、冷却槽５２の実冷却部長さが５００ｍｍの熱処理装置を用い、熱水加熱炉２２に温調された熱水を循環させて表５に示す条件で加熱延伸処理を行い、表６に示した結果を得た。
【００３５】
【表５】

【００３６】
【表６】

【００３７】
［実施例４］
実施例２と同じ構造のＰＯＦを用い、上述した図３に示すような水蒸気（飽和水蒸気）加熱炉２６の実加熱部長さが５００ｍｍ、熱風加熱炉２４の実加熱部長さが３０００ｍｍ、冷却槽の実冷却部長さが５００ｍｍの熱処理装置を用い、水蒸気加熱炉２６に水蒸気を熱媒体として供給して表７に示す条件で加熱延伸処理を行い、表８に示した結果を得た。
【００３８】
【表７】

【００３９】
【表８】

【００４０】
［比較例］
実施例２と同じ構造のＰＯＦを用い、図４に示すような加熱炉の実加熱部長さが４０００ｍｍの従来の熱処理装置を用い、加熱炉２８に熱風を循環させ加熱延伸処理を行い、表９に示した結果を得た。
【００４１】
【表９】

【００４２】
表１〜９に示すように、本実施例によれば、比較例に比べて、伝送損失、破断強度、破断伸度およびそれらのばらつきのない優れたＰＯＦを得ることができる。さらに、実施例２よりも実施例３が、実施例３よりも実施例４によるものが、伝送損失が削減され、かつ、破断強度や破断伸度のばらつきが解消される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、第１加熱ゾーンにて、ＰＯＦを急加熱し、第２加熱ゾーンにて、第１加熱ゾーンの加熱速度よりも小さい加熱速度で加熱して緩加熱することにより、従来の熱処理方法のようなＰＯＦの加熱不足、熱処理時の断面方向の温度斑に起因する光学特性の劣化、機械強度のばらつきを防ぎ、優れた特性を有したＰＯＦを高速で熱処理することができ、優れた特性を有するＰＯＦを生産性良く製造することができる。
また、ＰＯＦの供給速度（Ｖ1）と引取速度（Ｖ2）を特定の範囲内とすることにより、ＰＯＦの機械的強度が良好になり、また、糸径変動や糸垂れ落ち等をより防止できる。
また、加熱媒体として水を用いることで、ＰＯＦを急速加熱でき、短時間の熱処理、加熱炉の短縮化を図ることができる。
また、加熱媒体として水蒸気を用いることで、より高効率で均一な加熱を行うことができ、製造、装置への供給や乾燥除去も容易となる。
また、熱処理後にプラスチック光ファイバを急冷することにより、熱処理を高速で行った場合に生じやすいＰＯＦの表面の損傷や、糸径や、機械特性斑の増大を抑制できる。また、光散乱増大による光伝送特性悪化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＰＯＦの熱処理に用いられる装置例を示した概略構成図である。
【図２】 本発明の第１加熱ゾーンの加熱熱媒として熱水を用いる熱処理装置例を示した概略構成図である。
【図３】 本発明の第１加熱ゾーンの加熱熱媒として水蒸気を用いる熱処理装置例を示した概略構成図である。
【図４】 従来のＰＯＦの熱処理に用いられる装置例を示した概略構成図である。
【図５】 本発明のＰＯＦの延伸方法での延伸状態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】 従来のＰＯＦの延伸方法での延伸状態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ＰＯＦ
２０ 供給装置
２１ 糸ガイド
２２ 熱水加熱炉
２４ 熱風加熱炉
２６ 水蒸気加熱炉
３０ 加熱炉
３２ 加熱媒体入口
３３ 加熱媒体出口
３４ ラビリンスシール
３６ 第１加熱ゾーン
３８ 第２加熱ゾーン
４０ 引取装置
５０ 冷却装置
５２ 冷却槽
９０ 水分除去装置

Claims (5)

1. プラスチック光ファイバを加熱する熱処理工程を有する製造方法において、第１加熱ゾーンで熱処理後に、該第１加熱ゾーンでの加熱速度よりも小さい加熱速度の第２加熱ゾーンで熱処理を施すことを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。
2. 第２加熱ゾーンの温度が第１加熱ゾーンの温度よりも低いことを特徴とする請求項１記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
3. 前記第１加熱ゾーンにおける加熱速度が、前記第２加熱ゾーンにおける加熱速度の二倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
4. プラスチック光ファイバを加熱する第１加熱ゾーンと、該第１加熱ゾーンでの加熱速度よりも小さい加熱速度で該プラスチック光ファイバを加熱する第２加熱ゾーンを有する熱処理装置を具備することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造装置。
5. 熱処理後のプラスチック光ファイバを急冷する冷却装置が付設されていることを特徴とする請求項４記載のプラスチック光ファイバの製造装置。

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