JP4248122B2

JP4248122B2 - プラスチック光ファイバの熱処理方法および熱処理装置

Info

Publication number: JP4248122B2
Application number: JP2000124590A
Authority: JP
Inventors: 伸二掛; 淳奥村; 正司岡本
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP2001305353A

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熱処理方法およびこれに好適に用いられる熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバ（以下適宜単に「ＰＯＦ」という）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の大部分はポリメタクリル酸メチルを芯材とした芯鞘構造の光ファイバであり、その工業的製造プロセスとしては、複合ノズルを用いて芯材であるポリメタクリル酸メチルの外周に鞘材のポリマーを同心円状に配置し、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を行うことが一般的である。
【０００３】
ところで紡糸工程において発生し、加熱延伸工程で増大するＰＯＦの直径変動は、その光伝送特性、機械的特性の均一性を低下させ、ＰＯＦの側面漏光を利用して装飾用に用いる場合は、ＰＯＦ側面からの漏光斑を生じる原因となり、また、ＰＯＦを光通信、光センサ、ライトガイド用に用いる際に、ＰＯＦをコネクターに挿入したりＰＯＦ同士を接合して使用すると、コネクターへの挿入が困難になったり、コネクタとＰＯＦ間の隙間によるコネクター内でのＰＯＦの偏芯やＰＯＦ同士の接合面のずれにより光の損失が増大したりする原因となる。
【０００４】
そこでＰＯＦを加熱延伸することによるＰＯＦ長手方向の直径変動の増大を抑制するため、多くの提案がなされており、例えば特開平５−１１１２８号公報においては、加熱炉中の加熱気体の流線を変更させることにより、加熱炉内の温度斑を低減し、ＰＯＦとの熱交換効率を向上させる方法が提案されており、特開平６−２０１２７０号公報においては、加熱炉の出口付近で非接触の糸ガイドを用いて直径変動増大要因となる加熱炉内でのＰＯＦの糸揺れを抑制する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法においては、加熱炉を通過するＰＯＦに付与される張力や炉長などの条件の設定によってはＰＯＦが自重により加熱炉内で垂下するため、加熱延伸時の条件が制限され、直径変動の増大を十分に低減することはできなかった。
【０００６】
また、ＰＯＦを高速で加熱延伸処理をおこなう際には、加熱不足状態でＰＯＦが延伸されＰＯＦの伝送特性が悪化したり直径変動が増大することを防ぐため、加熱炉内に導入する気体の高温化、熱媒体の流速の高速化、加熱炉長の延長といった手段により加熱炉内でＰＯＦを延伸適正温度まで充分に昇温する必要がある。ところが、加熱炉内に導入する気体の高温化を行うと、延伸時にＰＯＦ外周部と中心部での温度差が大きくなり延伸配向の不均一化や、加熱気体や加熱前のＰＯＦの温度変化によるＰＯＦの温度変動に起因するＰＯＦの張力の変動が生じＰＯＦの直径変動が大きくなる。また、炉内での熱媒体の流速を高速化すると、ＰＯＦの糸揺れが大きくなるため、ＰＯＦの張力や走行速度の変動によって直径変動が増大したり、延伸配向斑が生じ機械強度がばらついたりするなどの問題が生じる。また、加熱炉長を延長すると、加熱炉の両端におけるＰＯＦを支持する位置の間が長くなるため、ＰＯＦが加熱炉内で垂れ落ちやすくなる。ＰＯＦの垂れ落ちを防止するため、延伸温度を低くしたり、あるいは延伸倍率を高くすることによりＰＯＦの張力を増大させると、ＰＯＦの機械的特性の低下や直径変動の増大を招く。
【０００７】
さらに、上記の従来の熱処理方法を定長熱処理や緩和熱処理等の延伸を伴わない加熱処理に適用する場合、ＰＯＦに張力を付与することができない為、ＰＯＦは加熱延伸の場合と比べてより垂れ落ちやすい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＰＯＦを熱処理する場合のＰＯＦの長手方向の直径変動や機械的強度の変動の増加が小さく、熱処理の際のＰＯＦの垂下が生じにくく、高速で熱処理を行うことが可能なＰＯＦの熱処理方法及びそれに用いられる装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、加熱炉と、所定速度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置を用いてプラスチック光ファイバを熱処理する方法であって、加熱炉内でのプラスチック光ファイバの走行方向が、水平面に対して実質的に垂直であるプラスチック光ファイバの熱処理方法にある。
【００１０】
また、本発明の要旨は、加熱炉と、所定速度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置であって、供給装置及び引取装置においてプラスチック光ファイバが保持される位置を結ぶ直線が、水平面に対して所定角度を有するプラスチック光ファイバ用熱処理装置にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明を説明する。
【００１２】
図１は本発明の熱処理方法で用いられる熱処理装置の一実施形態を示す概略図である。本実施形態においては、供給装置として用いられるローラー７によりＰＯＦ１０が加熱炉１に供給され、加熱炉１から引取装置として用いられるローラー８によりＰＯＦが引き取られる。ローラー７及びローラー８においてＰＯＦが保持される位置を結ぶ直線が水平面に対して垂直になるように、ローラー７及びローラー８が配置されているため、ＰＯＦの走行方向は、水平面に対して垂直となる。そのため、ＰＯＦに働く重力はＰＯＦ中心軸方向にのみ作用するので、加熱炉長が長くなり加熱炉両端におけるＰＯＦの保持位置の間が長くなっても、ＰＯＦが炉壁方向へ垂れず、直径や機械的強度の変動が小さいＰＯＦが製造できる。また、ＰＯＦが炉壁方向へ垂れないため、高温、低張力の条件などでの熱処理も可能になるので、熱処理条件を適切に設定することによりＰＯＦを高速で製造することが可能となる。
【００１３】
加熱炉１はその上下にＰＯＦの入口及び出口である開口５，６を有している。これらの開口にはラビリンスシール、細管シールなどの加熱炉内の流体の漏洩防止機構を設けることが好ましい。また、加熱炉の側面には熱媒体などの流体の出入口２が複数対配置されている。また、加熱炉１の一対の出入口と他の対の出入口の間には、ＰＯＦが通過可能な間隙を有し間隙の大きさを調節可能な間仕切板３が配置されている。本実施形態においては、間仕切板の間隙は加熱炉中の流体の流路と同等の大きさまで大きくなっており、熱媒体などの流体は加熱炉内の間仕切板が配置されている部分を自由に流れるようになっている。流体の出入口２にはそれぞれ流体の流量調整弁４が設置され、流体の供給や排出を行わない出入口の流量調整弁は閉じられている。図１において、矢印が付されている出入口において熱媒体が矢印方向に流れており、矢印が付されていない出入口においては流量調整弁が閉じられているため、流体は流れていない。
【００１４】
また、本実施形態において、加熱炉の外周部には加熱炉内の熱媒体を加熱保温するための加熱手段として電気ヒーター９が配置されている。この電気ヒーター９により、放熱による熱媒体の温度低下を抑制することができ、熱媒体の温度を安定させることができる。
【００１５】
本発明において熱処理されるＰＯＦの材料や構造は特に限定されず、公知のものが使用可能である。熱処理されるＰＯＦは公知の方法により製造することができるが、複合紡糸法により製造することが好ましい。
【００１６】
本実施形態においては、ローラ７とローラー８の周速度比を調整することによって熱処理をＰＯＦを加熱延伸とすることも、定長熱処理とすることも、制限緩和熱処理とすることも可能である。熱処理を加熱延伸処理としてＰＯＦの機械的強度を向上させようとする場合、加熱炉へのＰＯＦの供給速度、即ちローラー７の周速度Ｖ１と、加熱炉からのＰＯＦの引き取り速度、即ちローラー８の周速度Ｖ２が１．０＜Ｖ２/Ｖ１≦３を満たすことが好ましく、２．０≦Ｖ２/Ｖ１≦３．０を満たすことがより好ましい。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十分に付与されず、強度が低下することがある。
【００１７】
また熱処理を定長熱処理や制限緩和熱処理として、加熱延伸されたＰＯＦの熱収縮を小さくしようとする場合、ローラー７の周速度Ｖ１とローラー８の周速度Ｖ２は０．５≦Ｖ２／Ｖ１≦１．０を満たすことが好ましく、０．８≦Ｖ２/Ｖ１≦１．０を満たすことがより好ましい。Ｖ２／Ｖ１が１より大きいとＰＯＦが延伸されてしまい、小さすぎるとＰＯＦの熱収縮によって加熱延伸工程で付与された延伸配向が解け、機械的強度が低下してしまうおそれがある。
【００１８】
本発明の他の実施形態を図２に示す。図１に示した実施形態と同じ部材については図１と同じ番号を付し、説明を省略する。本実施形態においては、間仕切板３の間隙が狭められているため熱媒体等の流体は間仕切板を通過しにくくなっており、加熱炉内には実質的に間仕切板３により隔てられ、それぞれＰＯＦの加熱冷却条件が異なる３つの区間が設定されている。ＰＯＦは間仕切板の間隙を通過して走行する。各区間におけるＰＯＦの加熱冷却条件は、各区間に導入される流体の流速や温度により設定することができる。本実施形態においては、流量調整弁は全て開かれており、流体は図中矢印で示す方向に流れている。本実施形態においては、３つの区間をＰＯＦが通過する順に予熱区間、延伸区間、冷却区間とし、予熱区間において延伸区間へ供給されている熱媒体の温度より高温の熱媒体を循環させ、予熱区間においてＰＯＦが延伸されない温度まで急速に予熱しているので、延伸区間でＰＯＦを延伸可能な温度まで均一にかつ短時間で昇温することができ、また、冷却区間において冷媒を循環させ、ＰＯＦを冷却しているので、炉内において完全に延伸を終了させることが可能となり、加熱炉外の雰囲気温度変化がＰＯＦに及ぼす影響を小さくすることができる。なお、本発明において熱媒体及び冷媒として用いられる流体は特に限定されないが、空気、水蒸気、熱水等のＰＯＦを侵さない流体を用いることが好ましい。
【００１９】
図１及び図２に示した熱処理装置においては、それぞれ流量調整弁を備えた熱媒体の出入口が２対以上設けられており、１対の出入口と他の対の出入口との間に間隙の大きさを変更可能な間仕切板を配置しているため、流量調整弁の開閉により流体を供給または排出する出入口を変更し、間仕切板の間隙の大きさを変更することにより、加熱炉中を任意の長さや個数の個数の区間を設定することができ、熱処理を行うＰＯＦの直径やＰＯＦの走行速度等の諸条件に応じて、加熱炉中におけるＰＯＦを加熱する区間の長さの調整や区間毎の加熱冷却条件の調整などを容易に行うことができる。
【００２０】
なお、本発明においては、ＰＯＦの走行方向が水平面に対して所定角度を有していれば、ＰＯＦの走行方向が水平である場合と比べて、ＰＯＦに働く重力のうち、ＰＯＦの中心軸方向に垂直な方向に働く成分が小さくなり、ＰＯＦの垂下は生じにくくなるため、必ずしも図１及び図２に示す実施形態におけるように、ＰＯＦの走行方向を水平面に対して垂直とする必要はないが、垂直とすると、ＰＯＦの中心軸方向に垂直な方向に働く成分が全くなくなるため好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、ＰＯＦにかかる重力によりＰＯＦの中心軸方向に張力がかかり、この張力は加熱炉上部ほど大きくなる。そのため、図１及び図２に示した実施形態におけるように、ＰＯＦを上から下へ走行させることが、ＰＯＦにかかる張力が大きい加熱炉上方においてＰＯＦの温度を十分に上げず、張力がＰＯＦに及ぼす影響を低減することができ、また加熱炉下部に冷却区間を設定することにより冷媒が加熱区間に漏出しにくくすることができるため好ましいが、ＰＯＦを下から上に走行させる構成とすることも可能である。
【００２２】
また、図１及び図２に示す実施形態においては、間仕切手段として間隙の大きさを変更可能なものを用い間隙の大きさの変更により流体の流れを調整したが、着脱可能な間仕切手段を用い間仕切手段の設置位置を変更することによっても上記実施形態と同様に流体の流れを調整することができる。また、本発明においては、加熱炉内におけるＰＯＦの垂下が少ないため、間仕切手段としてラビリンスシールや細管シールなどＰＯＦが通過する部分が細いものを用いることができ、このような間仕切手段を用いると流体の漏洩が少ないため好ましい。
【００２３】
また、上記実施形態においては加熱炉の外周部に配置される加熱手段として装置の構造を簡略化できる電気ヒーターを使用したが、例えば加熱炉外周にジャケットを設け、熱風、蒸気等の気体や加圧水、オイル等の液体を熱媒体として用いてジャケット中を循環させる構成とすることも可能である。加熱手段は加熱炉壁の温度を一定温度に保温制御できるものを用いることが好ましい。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００２５】
（実施例１）
芯材としてポリメチルメタクリレートを用い、鞘材として２、２、２−トリフルオロエチルメタクリレート／２−（パーフルオロオクチル）エチルメタクリレート／メチルメタクリレート＝５０／３０／２０（重量％）の共重合体を用い、保護層材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン＝８０／２０（ｍｏｌ％）の共重合体を用い、複合紡糸ノズルを用いて中心から芯、鞘、保護層の順に同心円状に積層して吐出し、直径１．４１５ｍｍの３層構造のＰＯＦを得た。このＰＯＦを図１に示す構造の熱処理装置を用いて加熱延伸処理した。
【００２６】
この熱処理装置の加熱炉全長は６０００ｍｍであり、熱媒体として１５０℃の熱風を図中矢印に示す方向に供給、排出して加熱炉内を流動させた。熱風は、加熱炉中央部から吹き込まれ、両端部から吸引されて加熱炉内を中央部から両端部に向かって流れていた。なお、加熱炉の外周に取りつけられた電気ヒーターは使用しなかった。ＰＯＦの供給速度Ｖ１は２０ｍ／ｍｉｎとし、Ｖ２／Ｖ１は２．０とした。得られたＰＯＦの直径は１．０００ｍｍであり、鞘の厚さは０．００６ｍｍであり、保護層の厚さは０．００５ｍｍであった。
【００２７】
（実施例２）
加熱炉の外周に取り付けられた電気ヒーターを用いて、加熱炉外壁を１５０℃に加熱した点を除いて実施例１と同様にしてＰＯＦを得た。
【００２８】
（実施例３）
図２に示すように、加熱炉の間仕切板の間隙を狭めることにより、加熱炉内をローラー７側（上側）から順に長さ１０００ｍｍの予熱区間、長さ４０００ｍｍの延伸区間、長さ１０００ｍｍの冷却区間に分け、予熱区間においては２２０℃の熱風を用い、延伸区間においては１５０℃の熱風を用い、冷却区間においては１５℃の冷風を用い、これらをそれぞれ図中矢印に示す方向に供給、排出して加熱炉内において流動させた。この点を除いて実施例１と同様にしてＰＯＦを得た。
【００２９】
（比較例１）
加熱延伸処理時のＰＯＦの走行方向を水平面に平行にした点を除いて実施例１と同様にしてＰＯＦを得た。
【００３０】
上記実施例および比較例で得られたＰＯＦについて、それぞれレーザー外径測定器を用いて長手方向１００ｍの直径変動幅Ｗ（ｍｍ）を測定し、その時間の平均直径Ｄ_ave（ｍｍ）を求め、下記式（１）に基づいて直径変動率(％)を算出した。この直径変動率を表１に示す。
【００３１】
Ｗ/Ｄ_ave×１００・・・（１）
【表１】

【００３２】
【発明の効果】
本発明の熱処理方法及び熱処理装置によれば、ＰＯＦを熱処理する場合のＰＯＦの長手方向の直径変動や機械的強度の変動の増加を小さくすることができ、熱処理の際のＰＯＦの垂下が生じにくく、高速で熱処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉が地平面に対して垂直な熱処理装置の実施態様を示した概略構成図である
【図２】本発明の加熱炉を使用した実施例３の実施形態を示した概略図である。
【符号の説明】
１加熱炉
２流体の出入口
３間仕切板
４流量調整弁
５開口
６開口
７ローラー
８ローラー
９電気ヒーター
１０ＰＯＦ

Claims

加熱炉と、所定速度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置を用いてプラスチック光ファイバを熱処理する方法であって、加熱炉内でのプラスチック光ファイバの走行方向が、水平面に対して実質的に垂直であるプラスチック光ファイバの熱処理方法。
加熱炉へのプラスチック光ファイバの供給速度をＶ１、加熱炉からのプラスチック光ファイバの引き取り速度をＶ２としたとき、プラスチック光ファイバの供給速度及び引き取り速度が０．５≦Ｖ２/Ｖ１≦３を満たす請求項１または請求項１に記載の熱処理方法。
加熱炉と、所定速度でプラスチック光ファイバを加熱炉に供給する供給装置と、加熱炉を通過したプラスチック光ファイバを所定速度で引き取る引取装置を備えた熱処理装置であって、供給装置及び引取装置においてプラスチック光ファイバが保持される位置を結ぶ直線が、水平面に対して実質的に垂直であるプラスチック光ファイバ用熱処理装置。
供給装置及び引取装置においてプラスチック光ファイバが保持される位置を結ぶ直線が、水平面に対して実質的に垂直である請求項３に記載の熱処理装置。
加熱炉が、２対以上の流体の入口及び出口と、流体の入口及び出口の少なくとも一方において流体の流量を調整する流量調整弁と、プラスチック光ファイバが通過可能な間隙を有する間仕切手段とを備えた請求項３または請求項４に記載の熱処理装置。