JP4937441B2 - ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、光ファイバの線引きプロセスに使用される硬化装置に関し、より詳細には、被覆されたファイバが装置を通過するときに光硬化可能コーティングを硬化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバケーブルの製造は、プリフォームを線引きしてファイバを形成することを含む。線引きされたファイバは、光硬化可能コーティングで被覆され、次いでコーティングを硬化するために紫外線（ＵＶ）放射にさらされる。紫外線光は、全体としてコーティング反応を誘発するコーティング中の光開始剤を活性化する。典型的には、紫外線放射に対して透過性のある照射装置チューブが、ファイバが進行する空間を画定する。照射装置チューブは、ファイバ上のコーティングに対して不活性な大気を維持し、また勢いよく循環されるランプクーラント（例えば吹込み空気）からファイバを遮蔽する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重合（または硬化）反応は、いくつかの要因によって影響を受ける。第１に、照射装置チューブ内の酸素が重合反応を抑制する。酸素は、硬化プロセス中にコーティング開始材料中および照射装置チューブ内に存在することがある。酸素は、コーティング中の活性化された光開始剤と非常に急速に結合して、低反応性の化学物質を形成する。これは実質的に、硬化反応を止める。したがって、通常は、照射装置チューブ中に不活性ガス流れを供給して、ファイバ硬化環境中の酸素を排除している。
【０００４】
第２に、重合反応速度が、コーティングがさらされる紫外線光強度に比例する。したがって、通常は、重合反応の副生成物（またはフューム）が、照射装置チューブから排出される。そうしないと、これらの副生成物が照射装置チューブ上に堆積し、コーティングに当たる紫外線放射を減少させる。
【０００５】
第３に、照射装置チューブ内部の低酸素濃度と、コーティング硬化副生成物（またはフューム）の照射装置チューブからの排出とのバランスをとることが重要である。特定の適用例では、不活性ガスの流量は一定であり、排出の流量を、所望のバランスを達成するように調節する。例えば、排出流れが増大される場合、コーティング硬化フュームが、照射装置チューブからより効果的に排出される。しかし、排出流れが大きすぎる場合、多すぎる酸素が照射装置チューブ内に入り、そのため硬化反応の最適化が行われなくなる。
【０００６】
ファイバ上のコーティングを硬化するための従来の技法は、照射装置チューブ中に不活性ガス流れを供給すること、および照射装置チューブから硬化フュームを排出することを含む。これらの従来技術は一般に受け入れることができると考えられているが、欠点がないわけではない。特に、過剰量の酸素および硬化フュームが依然として照射装置チューブ内に残り、それにより硬化反応効率が低減する。硬化フュームは、硬化スループットに基づいて照射装置チューブを黒ずませるため、特に問題になる。したがって、照射装置チューブを、定期的に交換しなければならない。交換プロセスは、製造歩留まりを低減し、線引き実施のサイズを制限する。
【０００７】
さらに、照射装置チューブ内部の不活性ガス流れが、線引き時にファイバを振動させる。これらの振動は、コーティングの品質を監視するデバイスによって偶然検出されることがある。その結果、品質検査デバイスが誤って、ファイバコーティングが欠陥を有すると判定することがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置にある。この装置は、照射装置チューブ、注入アセンブリ、および排出アセンブリを含む。
【０００９】
注入アセンブリは、照射装置チューブの上流側端部に設けられる。注入アセンブリは不活性ガス流れを受け取る。注入アセンブリは、不活性ガス流れを逆流れとチューブ流れとに分離するディフューザを含む。逆流れは、ファイバ進行方向に対して逆（すなわち反対）方向に流れ、チューブ流れは、層流の形で照射装置チューブを通ってファイバ進行方向に流れる。
【００１０】
排出アセンブリは、照射装置チューブの下流側端部に設けられる。排出アセンブリは、照射装置チューブからチューブ流れを引き込む排出ベントを有する。空気開口が、照射装置チューブの下流側端部と排出ベントとの間に設けられる。
【００１１】
本発明はまた、ファイバ上に設けられた光硬化可能コーティングを硬化するための方法にある。第１に、被覆されたファイバが、照射装置チューブを通ってファイバ進行方向に移送される。不活性ガス流れが、照射装置チューブの上流側端部に向けられる。次いで、不活性ガス流れは、逆流れとチューブ流れとに分離される。逆流れは、被覆されたファイバに沿って、ファイバ進行方向と逆の方向に向けられる。チューブ流れは、照射装置チューブを通って、層流の形でファイバ進行方向に向けられる。チューブ流れは、照射装置チューブの下流側端部から引き込まれ、ベントを通される。最後に、引き込まれたチューブ流れがベントを通過する前に、引き込まれたチューブ流れ中に空気流れが通される。
【００１２】
次に、構成および方法ステップの様々な、かつ新規の詳細を含めた本発明の上述およびその他の特徴を、添付図面を参照しながらより具体的に説明する。本発明を実施するファイバ上に設けられる光硬化可能なコーティングを硬化するための特定の装置および方法は、単に例として示され、本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な、かつ多数の実施形態において採用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ｉ．装置
図１は、光ファイバを製造するために使用される例示的なデバイスの概略図である。このデバイスは、本発明による硬化装置１００を組み込んでいる。ファイバはまず、ヒータ６０によって加熱されたプリフォーム５０から線引きされる。線引きされたファイバは、連続する処理ステーションを通って延び、その後キャプスタン３００に巻き付けられる。
【００１４】
線引きされた後、ファイバは、ファイバに光硬化可能コーティングを被覆するコーティングデバイス２００を通される。次いで、被覆されたファイバ１は、紫外線ランプがコーティングを活性化して硬化する硬化装置１００を通される。図１に示されるように、単一のコーティングを硬化するために多数の硬化装置１００を隣接して配置することができる。また、線引きされたファイバの進行経路に沿って、多数のコーティングデバイス２００を設けることができる。
【００１５】
図２に、ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するために使用される硬化装置１００を示す。硬化装置１００は、端部にそれぞれ注入アセンブリ２０（上流側端部４上）および排出アセンブリ４０（下流側端部６上）が設けられている照射装置チューブ２を含む。線引きされ、被覆された後、ファイバ１は、進行方向（矢印３）に、順に注入アセンブリ２０、照射装置チューブ２、排出アセンブリ４０を通って進む。
【００１６】
照射装置チューブ２は、光硬化可能コーティングを硬化するために使用されるスペクトルの少なくとも一部を通す水晶、サファイア、または他の材料から製造することができる。換言すると、照射装置チューブ２は、紫外線放射に対して透過性をもつべきである。照射装置チューブ２は、耐熱特性も有していることが好ましい。
【００１７】
照射装置チューブ２に隣接して配置された紫外線源８は、照射装置チューブ２を通して、被覆されたファイバ１に紫外線放射を放出する。この場合、硬化反応は、ファイバ１が照射装置チューブ２を通過するときに開始される。
【００１８】
注入アセンブリ２０は、不活性ガスがそこを通って流れる一対の入口ポート２１を含む。図２では、入口ポート２１は、照射装置チューブ２の向かい合う側に設けられる。しかし、入口ポート２１の数および配置構成は、特定の適用例に応じて変えることができる。入口ポート２１は、不活性ガス流れを、注入アセンブリ２０内に設けられたディフューザ２２に向ける。
【００１９】
簡単に図３を見ると、ディフューザ２２は、不活性ガス流れを、逆流れ１２とチューブ流れ１４とに分離する。具体的には、ディフューザ２２は、不活性ガス流れの一部（逆流れ１２）を圧力チャンバ２９内に向けるアパーチャ２４と、不活性ガス流れの一部（チューブ流れ１４）を照射装置チューブ２内に向けるアパーチャ２６とを含む。アパーチャ２４、２６の数、サイズ、および配置構成は、逆流れ１２およびチューブ流れ１４の所望の流量に応じて変えることができる。
【００２０】
図２に戻ると、ファイバ１が照射装置チューブ２内に入る前に、逆流れ１２が圧力チャンバ２９内に入って、ファイバ１に存在する酸素を取り除く。次いで、逆流れ１２は、注入アセンブリ２０に設けられたファイバ入口２８を介して硬化装置１００から出る。この時、逆流れ１２は、ファイバ進行方向３と逆に動く。このようにして、逆流れ１２が、硬化装置１００内に酸素が入るのを防ぐ。
【００２１】
チューブ流れ１４は、層流の形でディフューザ２２から向けられる。具体的には、ディフューザ２２のアパーチャ２６が、照射装置チューブ２の内部と軸方向に位置合わせされている。したがって、チューブ流れ１４の不活性ガスは、ファイバ進行方向３に平行な、明確に規定された別々のラインに沿って進む。このようにすると、チューブ流れ１４が、被覆されたファイバ１を振動することなく、ファイバ進行方向３に照射装置チューブ２を通過する。チューブ流れ１４は、照射装置チューブ２から酸素および硬化フュームを排除する。チューブ流れ１４は、下流側端部６を介して照射装置チューブ２から出て、排出アセンブリ４０内に入る。
【００２２】
排出アセンブリ４０は、チューブ流れ１４および硬化フュームがそこを通って引き込まれる排出ベント４４を有する吸引チャンバ４２を含む。排出アセンブリ４０はまた、排出ベント４４の上流側に設けられた空気開口４８を含む。空気開口４８は、空気が吸引チャンバ４２に入ることを可能にする。空気開口４８の位置（照射装置チューブ２と排出ベント４４の間）が、照射装置チューブ２からの排出の微調整を可能にする。すなわち、空気流れが照射装置チューブ２からの排出の強さを小さくし、それにより排出ベント４４を介する排出流量に対して加えられる調節を弱める。この微調整は、照射装置チューブ２内での最も望ましい状態、すなわち低酸素濃度および硬化フュームの効率の良い排出を得ることを可能にする。
【００２３】
ＩＩ．方法
ファイバは、まずプリフォーム５０から線引きされ、コーティングデバイス２００によって光硬化可能コーティングを被覆される。次いで、被覆されたファイバ１は、進行方向３に硬化装置１００を通って進む。
【００２４】
被覆されたファイバ１が硬化装置１００を通って進むとき、不活性ガス流れが入口ポート２１内に向けられる。典型的には、不活性ガス流れは窒素流れである。しかし、硬化プロセスに対して不活性である限り任意のガスを使用することができることを理解されたい。ディフューザ２２は、不活性ガス流れを、逆流れ１２とチューブ流れ１４とに分離する。逆流れ１２は、ファイバ進行方向３と反対に進み、ファイバ１が照射装置チューブ２内に入る前に、被覆されたファイバ１から酸素を除く。次いで、逆流れは、ファイバ入口２８を通って硬化装置１００から出る。一方、チューブ流れ１４は、層流状の形でファイバ進行方向に進む。チューブ流れ１４は、照射装置チューブ２を通って進み、照射装置チューブ２から酸素および硬化フュームを排除する。
【００２５】
逆流量およびチューブ流量は、適用例ごとに変えることができる。しかし、これらの流量は、単一の線引き実施中ほぼ一定に保たれていることが好ましい。さらに、入口ポート２１内への不活性ガス流量を変更することによって、諸流量を調節することができることを理解されたい。また、異なるアパーチャ構造を有する他のディフューザでディフューザ２２を置き換えることによって、流量を調節することもできる。例えば、代用ディフューザが、圧力チャンバ２９に通じるアパーチャを（元のディフューザと比較して）より多く有する場合、逆流れの流量が増大することになる。
【００２６】
酸素を除かれたファイバは、照射装置チューブ２を通過し、照射源８から紫外線放射を受ける。紫外線放射はファイバ上のコーティングを硬化する。硬化反応がフュームを作成する。
【００２７】
排出アセンブリ４０内の排出ベント４４は、照射装置チューブ２からチューブ流れ１４および硬化フュームを引き込む。引き込まれたチューブ流れ１４は、空気開口４８を介して吸引チャンバ４２内へ空気を引く。
【００２８】
逆流量、チューブ流量、および／または排出流量を調節することによって、照射装置チューブ２内の硬化状態を最適化することができることが、当業者には理解されよう。この点では、最も望ましい硬化状態を達成するために、競合する目標（低酸素含有量、および硬化フュームの効率の良い排出）間でバランスがとられなければならない。不活性ガスのチューブ流量に従って、排出の流量が調節されることが好ましい。有利には、空気開口４８を通過する空気によって、照射装置チューブ２内の状態を微調整することが可能である。さらに、空気開口４８は、照射装置チューブ２からの硬化フュームの除去を高め、同時に照射装置チューブ２が過剰な排出圧を受けないようにする。
【００２９】
本発明によって達成される改善された結果が、以下の表に示される。この表では、硬化測定結果が、ファイバサンプルがそこから線引きされるプリフォームに沿って取られたファイバサンプルの位置の関数としてプロットされている。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）システムを使用して、パーセントコーティング硬化が得られた。ＦＴＩＲシステムは、この分野ではよく知られており、したがって詳細に説明しない。
【００３０】
表は、従来の硬化技法と本発明による硬化技法の比較試験結果を表す。表中のダイヤモンド形のプロットは、窒素が照射装置チューブ内をファイバ進行方向と逆の方向に流れ、窒素流れおよび硬化フュームが照射装置チューブの上流側端部から排出される従来の技法を使用して線引きされたファイバの硬化測定値を表す。円形のプロットは、本発明の実施形態による方法および装置を使用して線引きされたファイバの硬化測定値を表す。
【００３１】
表はまた、従来の硬化技術から得られたデータに適合する第１の傾き線Ａと、本発明から得られたデータに適合する第２の傾き線Ｂとの２つの傾き線を示す。傾き線Ａ、Ｂは、ファイバに沿った所与の長さに関する平均硬化値を表す。傾き線は、回帰分析によって計算された。
【００３２】
【表１】

本発明の技術を使用すると、プリフォームの長さを下っていった異なる点で、ファイバサンプル間のコーティング硬化が一定である。パーセントコーティング硬化は、線引きされたファイバの長さにわたってわずかにしか減少しない。このわずかな減少は無視できるものである。一方、従来の技術を使用すると、パーセントコーティング硬化は、線引きされたファイバの長さにわたって大幅に減少する。
【００３３】
本発明の改善された結果は、照射装置チューブ２内で維持されるほとんど酸素がない環境、およびそれと同時に、さもなければ硬化反応を抑制する硬化フュームの効果的な排出に起因するものである。本発明では、被覆されたファイバが、プリフォーム線引き実行全体を通して同じ紫外線強度を受ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による硬化装置を組み込んでいる光ファイバを製造するために使用されるデバイスの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による、ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置の断面図である。
【図３】図１に示される装置のディフューザの断面図である。
【符号の説明】
１ ファイバ
２ 照射装置チューブ
４ 上流側端部
６ 下流側端部
２０ 注入アセンブリ
４０ 排出アセンブリ
５０ プリフォーム
６０ ヒータ
１００ 硬化装置
２００ コーティングデバイス
３００ キャプスタン

Claims (18)

1. ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置（１００）であって、
   照射装置チューブの上流側端部から照射装置チューブの下流側端部へ、被覆されたファイバ（１）が通過する照射装置チューブ（２）と、
   前記照射装置チューブの前記上流側端部に設けられた注入アセンブリ（２０）と
   を備え、さらに、
   前記注入アセンブリに設けられ、被覆されたファイバが前記照射装置チューブ内に入る前に通過するファイバ入口（２８）と、
   前記注入アセンブリに設けられたディフューザであって、ガス流れを、（ｉ）前記ファイバ入口を通過する逆流れと、（ｉｉ）層流の形で前記照射装置チューブ（２）を通過するチューブ流れとに分離するディフューザ（２２）と
   を含み、
   前記注入アセンブリが、前記照射装置チューブ中にガスの層流を注入する、光硬化可能コーティングを硬化するための装置。
2. ガスが、前記照射装置チューブの前記上流側端部から前記照射装置チューブの前記下流側端部へ流れる請求項１に記載の装置。
3. さらに、
   前記チューブの前記下流側端部に設けられた排出アセンブリであって、前記照射装置チューブからガスを引き込む排出ベント（４４）を有する排出アセンブリ（４０）を備え、
   前記排出アセンブリが、前記照射装置チューブの前記下流側端部と前記排出ベントとの間に設けられる空気開口（４８）を含む請求項１または２に記載の装置。
4. ファイバ（１）上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置（１００）であって、
   照射装置チューブの上流側端部から照射装置チューブの下流側端部へ、被覆されたファイバが通過する照射装置チューブ（２）と、
   前記照射装置チューブの前記上流側端部に設けられた注入アセンブリであって、前記照射装置チューブ内にガス流れを注入するように適合された注入アセンブリ（２０）と、
   前記照射装置チューブの前記下流側端部に設けられた排出アセンブリであって、前記照射装置チューブからガス流れを引き込む排出ベント（４４）を有する排出アセンブリ（４０）と
   を備え、さらに、
   前記注入アセンブリに設けられ、被覆されたファイバが前記照射装置チューブ内に入る前に通過するファイバ入口（２８）と、
   前記注入アセンブリに設けられたディフューザであって、ガス流れを、（ｉ）前記ファイバ入口を通過する逆流れと、（ｉｉ）前記照射装置チューブを層流の形で通過するチューブ流れとに分離するディフューザ（２２）と
   を含み、
   前記排出アセンブリが、前記照射装置チューブの前記下流側端部と前記排出ベントとの間に設けられる空気開口（４８）を含む、光硬化可能コーティングを硬化するための装置。
5. ガスが、前記照射装置チューブの前記上流側端部から前記照射装置チューブの前記下流側端部へ流れる請求項４に記載の装置。
6. ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための装置（１００）であって、
   照射装置チューブの上流側端部から照射装置チューブの下流側端部へ、被覆されたファイバが通過する照射装置チューブ（２）と、
   前記照射装置チューブの前記上流側端部に設けられ、被覆されたファイバが前記照射装置チューブ内に入る前に通過するファイバ入口（２８）を有する注入アセンブリであって、ガス流れを受け取るように適合された注入アセンブリ（２０）と、
   前記注入アセンブリに設けられたディフューザであって、ガス流れを、（ｉ）前記ファイバ入口を通過する層流の逆流れと、（ｉｉ）前記照射装置チューブを通過する層流のチューブ流れとに分離するディフューザ（２２）と
   を備える、光硬化可能コーティングを硬化するための装置。
7. ディフューザが、逆流れ方向の複数の開口の第１の組と、チューブ流れ方向の複数の開口の第２の組とを有する、請求項６に記載の装置。
8. ディフューザが、実質的に環状の形状を有する、請求項６または７に記載の装置。
9. チューブ流れが、層流の形で前記照射装置チューブを通って流れる請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
10. チューブ流れが、前記照射装置チューブ（２）の前記上流側端部から前記照射装置チューブの前記下流側端部へ流れる請求項６から９のいずれか一項に記載の装置。
11. さらに、
    前記照射装置チューブの前記下流側端部に設けられた排出アセンブリであって、前記照射装置チューブからチューブ流れを引き込む排出ベント（４４）を有する排出アセンブリ（４０）を含み、
    前記排出アセンブリが、前記照射装置チューブの前記下流側端部と前記排出ベンドとの間に設けられる空気開口（４８）を含む請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための方法であって、
    被覆されたファイバ（１）を照射装置チューブ（２）中に移送するステップと、
    ガスの層流を照射装置チューブ（２）中に、被覆されたファイバの進行方向に平行な方向に向けるステップと
    を備え、さらに、
    照射装置チューブの上流側で、被覆されたファイバに向けてガス流れを供給するステップと、
    ガス流れを、（ｉ）被覆されたファイバに沿って、被覆されたファイバの進行方向と逆の方向に向けられる逆流れと、（ｉｉ）照射装置チューブを通過し、層流であるチューブ流れとに分離するステップと
    を含む、光硬化可能コーティングを硬化するための方法。
13. 層流が、被覆されたファイバの進行方向にある請求項１２に記載の方法。
14. さらに、
    照射装置チューブ（２）の下流側端部からガス流れを引き込み、引き込まれたガス流れをベント（４４）に通すステップと、
    引き込まれたガス流れがベントを通過する前に、引き込まれたガス流れ中に空気を通すステップと
    を含む請求項１２または１３に記載の方法。
15. ファイバ（１）上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための方法であって、
    被覆されたファイバを照射装置チューブ（２）中に移送するステップと、
    ガス流れを照射装置チューブ中に被覆されたファイバの進行方向に向けるステップと、
    照射装置チューブの下流側端部からガス流れを引き込み、引き込まれたガス流れをベント（４４）に通すステップと、
    引き込まれたガス流れがベントを通過する前に、引き込まれたガス流れ中に空気を通すステップと
    を含み、
    前記送るステップがさらに、
    照射装置チューブの上流側で、被覆されたファイバに向けてガス流れを供給することと、
    ガス流れを、（ｉ）被覆されたファイバに沿って、被覆されたファイバの進行方向と逆の方向に向けられる逆流れと、（ｉｉ）被覆されたファイバの進行方向に層流の形で照射装置チューブを通過するチューブ流れとに分離することと
    を含む、光硬化可能コーティングを硬化するための方法。
16. ファイバ上に設けられる光硬化可能コーティングを硬化するための方法であって、
    被覆されたファイバを照射装置チューブ中に移送するステップと、
    照射装置チューブの上流側で、被覆されたファイバに向けてガス流れを供給するステップと、
    ガス流れを、（ｉ）被覆されたファイバに沿って、被覆されたファイバの進行方向と逆の方向に向けられる逆流れと、（ｉｉ）照射装置チューブを層流の形で通過するチューブ流れとに分離するステップと
    を含む、光硬化可能コーティングを硬化するための方法。
17. チューブ流れが、被覆されたファイバの進行方向に向けられる請求項１６に記載の方法。
18. さらに、
    照射装置チューブの下流側端部からチューブ流れを引き込み、引き込まれたチューブ流れをベント（４４）に通すステップと、
    引き込まれたチューブ流れがベントを通過する前に、引き込まれたチューブ流れ中に空気（４８）を通すステップとを含む請求項１６に記載の方法。

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