JP5417406B2 - 光ファイバ素線の製造方法 - Google Patents
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図7の製造装置においては、光ファイバ母材1が紡糸用加熱炉2で溶融され、光ファイバ裸線5として紡糸用加熱炉2の出口から下方に引き出される。光ファイバ裸線5は空冷もしくは冷却装置3によって適切な温度に冷却され、冷却された光ファイバ裸線5aの外周にコーティング装置4により未硬化状態の硬化性樹脂がコーティングされる。次いで、光ファイバ裸線5bの硬化性樹脂層は硬化装置10により硬化される。そして、硬化性樹脂層が硬化された光ファイバ裸線5cは、巻き取り機6によって巻き取られ、光ファイバ素線となる。
また一方、低線速で紡糸する場合は、張力変動などの外乱による光ファイバ裸線の外径の変動が発生しやすい。ファイバ裸線径を一定に保つためには、一般には線引速度を変化させることが行われているが、その場合は線速の変化に伴い、硬化性樹脂の被覆厚も変動してしまうという問題もある。
しかし、紫外線硬化樹脂における重合反応は、酸素の存在により阻害されてしまうことが知られている。特に、光ファイバ裸線にコーティングする紫外線硬化樹脂として多用されるラジカル重合型紫外線硬化樹脂の硬化においては、ラジカル分子の末端がモノマーとの反応よりも速く酸素と反応し、末端の安定なラジカルが生成されてしまう。したがって、紫外線硬化樹脂の周囲に酸素が存在すれば、重合反応が促進されずに分子間の結合が弱くなり、紫外線硬化樹脂は周囲の酸素と結合して燃失されることになる。
本発明の第1の態様の光ファイバ素線の製造方法は、石英系光ファイバ母材を紡糸用加熱炉にて加熱溶融させ、紡糸用加熱炉から下方に向けて光ファイバ裸線を引き出し、冷却された光ファイバ裸線の外周にコーティング装置により未硬化状態の紫外線硬化樹脂をコーティングし、そのコーティングされた紫外線硬化樹脂層を、外気の侵入を許容する紫外線硬化装置内において紫外光照射により硬化させ、紫外線硬化装置より引き出した光ファイバ素線を巻き取り機で巻き取ることにより光ファイバ素線を製造する方法であって、紫外線硬化装置内をパージするための窒素もしくは不活性ガスからなるパージ用ガスの流量を、そのパージ用ガスの流量に相関して紫外線硬化樹脂層の被覆厚が変化する領域内で制御することにより、前記被覆厚を制御することを特徴とするものである。
その結果、光ファイバ裸線のコーティング装置への入線温度を制御しなくても、紫外線硬化樹脂層の被覆厚および偏肉量の変動が少ない光ファイバ素線が歩留まりよく製造される。
この光ファイバ素線製造装置は石英系の光ファイバ母材1を加熱溶融するための紡糸用加熱炉2と、冷却された光ファイバ裸線5aの外周に紫外線硬化樹脂をコーティングするためのコーティング装置4と、光ファイバ裸線5bにコーティングされた紫外線硬化樹脂層を硬化させるための紫外線硬化装置10と、紫外線硬化装置10にパージ用ガスを供給するためのパージ用ガス供給源31と、紫外線硬化樹脂層が硬化された光ファイバ裸線5cの外径を測定ための外径測定装置7と、外径測定装置7で測定した外径に応じて紫外線硬化装置10に供給するパージ用ガスの流量を制御するための流量制御装置32と、ファイバ素線5dを巻き取るための巻き取り機6とを有している。図2に示すように、外径測定装置7は流量制御装置32の図示しない入力部に接続されており、流量制御装置32の図示しない出力部はパージ用ガス供給源31に接続されている。また、パージ用ガス供給源31は紫外線硬化装置10の図示しないパージ用ガス供給管に接続されている。
紫外線硬化装置10は紫外線光源51と、未硬化状態の紫外線硬化樹脂がコーティングされた光ファイバ裸線5aが通る紫外線照射空間52aを有する通過管52と、紫外線光源51からの紫外光を紫外線照射空間52aに照射するためのミラー53とを備えている。通過管52の入口と出口は外気に通じており、紫外線照射空間52a内には酸素を主とする外気が侵入し得る。そのため、通過管52には、紫外線照射空間52a内の前記外気をパージするためのパージ用ガスを紫外線照射空間52a内に供給するためのパージ用ガス供給管54および、前記パージ用ガスによりパージされたガスを排気するための排気管55が接続されている。そして、パージ用ガス供給管54はパージ用ガス供給源31と接続されている。なお、前記パージ用ガスには窒素、あるいはアルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。
また、本実施形態の光ファイバ素線の製造方法を適用し得る光ファイバ裸線としては、その使用用途によってコアを持たない石英ファイバや、コアとコアよりも屈折率の低い第1クラッドとを有する光ファイバ、あるいは第1クラッドの周囲に第1クラッドよりもさらに低屈折率の第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバ等が挙げられる。ファイバレーザに使用する光ファイバをはじめとして、これらの光ファイバ裸線の周囲に形成する紫外線硬化樹脂層を外部クラッド層として機能させる場合には、アクリル系樹脂のうちでも石英や添加物を含む石英よりも低い屈折率を有するフッ素添加紫外線硬化樹脂を用いることが望ましい。フッ素添加紫外線硬化樹脂の一例としては、ディフェンサ(商標登録)OP−38Zが挙げられる。
光ファイバ母材1を約2000℃の紡糸用加熱炉2へ挿入すると、光ファイバ母材1の材料である石英が溶け、自重により線状に垂れ下がり、数百μmの外径の光ファイバ裸線となる。この光ファイバ裸線5を紡糸用加熱炉2の出口から目標の外径になるように引き出す。この高温状態の光ファイバ裸線5は空冷される。次いで冷却された光ファイバ裸線5aはコーティング装置4に入線し、光ファイバ裸線5aの外周上に未硬化状態の紫外線硬化樹脂がコーティングされ、紫外線硬化樹脂層が形成される。
図3の製造装置においては紫外線硬化装置10と外径測定装置7との間に紫外線硬化装置10(第1の紫外線硬化装置)とは別の紫外線硬化装置8(第2の紫外線硬化装置)が設けられている。第2の紫外線硬化装置8には図示しない紫外線光源が備えられており、また外径測定装置7から引き出された光ファイバ裸線5cが通過するための図示しない紫外線照射空間を有している。なお、前記紫外線照射空間内は、その空間内の酸素量を少なくして充分に硬化反応を進行させるように、パージ用ガスを多量に供給することが望ましい。
紫外線硬化樹脂としてフッ素添加紫外線硬化樹脂を用いる際には、空冷した光ファイバ裸線5aの外周にコーティング装置4において未硬化のフッ素添加紫外線硬化樹脂をコーティングする。続いて、フッ素添加紫外線硬化樹脂がコーティングされた光ファイバ裸線5bを紫外線硬化装置10に低線速で入線させる。前述のように紫外線照射空間内で光ファイバ裸線5bにコーティングされているフッ素添加紫外線硬化樹脂に紫外線が照射され、フッ素添加紫外線硬化樹脂の燃失量がパージ用ガスの流量により増減される。このとき、紫外線照射による硬化速度が遅いため、フッ素添加紫外線硬化樹脂は酸素による重合反応の阻害の影響を受け易い。したがって、フッ素添加紫外線硬化樹脂の被覆厚がより顕著に制御される。
このようにして、硬化性が劣るフッ素添加紫外線硬化樹脂を用いて低線速の線引を行っても、光ファイバ素線の長手方向におけるフッ素添加紫外線硬化樹脂層の被覆厚や偏肉量の変動を確実に抑えることができる。その結果、伝送特性のばらつきの極めて小さい、フッ素添加紫外線硬化樹脂からなる外部クラッドを有する光ファイバ素線を製造できる。この場合、光ファイバ裸線にコアを持たない石英ファイバや、コアと第1クラッドとを有する光ファイバ、あるいはダブルクラッド構造の光ファイバ等を用いて、それぞれ石英コアと外部クラッドからなる光ファイバや、ダブルクラッドファイバ、あるいはトリプルクラッドファイバを製造することができる。
図1に示す光ファイバ素線製造装置を用い、光ファイバ素線の紡糸を実施した。
始めに、紫外線硬化装置10へ供給する窒素流量のフィードバック制御を実施しない状態で、窒素流量を変化させたところ、図4のグラフに示すようにOP−38Zの被覆厚が変化した。図4のグラフは横軸に窒素流量をとり、縦軸に目標の被覆厚に対する外径測定装置7で測定された紫外線硬化樹脂層の被覆厚の変動率をとったものである。前記変動率が0%であれば、製造された光ファイバ素線の紫外線硬化樹脂層が目標の被覆厚に等しくなった状態である。図5のグラフから、本実施例において紫外線硬化樹脂層の被覆厚を最も大きくするパージ用ガスの流量は約30L/minと読み取れる。
図3に示す光ファイバ素線製造装置を用いて、実施例1と同様に紫外線硬化装置10に供給する窒素流量を変化させ、紫外線硬化樹脂層の被覆厚を変化させた後、十分にパージ用ガスが供給されている雰囲気の紫外線硬化装置8内で紫外線硬化樹脂層に紫外光を照射し、再硬化させた。
一般に、ゲル分率は対象試料のアセトンなどの溶剤に対する抽出不溶分の重量分率であり、前記試料の溶解性の評価を行う場合に用いられる。紫外線硬化樹脂はメチルエチルケトンに不溶であるが、硬化していない樹脂、すなわちポリマーを形成する程度に重合していないモノマーやオリゴマーなどの低分子量の成分や添加物はメチルエチルケトンに溶け出す。光ファイバ素線のゲル分率は、光ファイバ素線のサンプルをメチルエチルケトンに浸漬することにより、未硬化分を抽出し、光ファイバ素線の浸漬前後の重量を測定し、(未硬化分抽出後重量−ガラス重量)/(未硬化分抽出前重量−ガラス重量)を計算して得られる値である。紫外線硬化樹脂の添加剤の配合分率によっても変わるが、通常はゲル分率が高いほど、紫外線硬化樹脂の硬化が進んでいるといえる。そのため、紫外線硬化樹脂の硬化の指標になる。図5の相対ゲル分率は紫外線硬化装置10内の紫外線照射空間内に十分にパージ用ガスが供給されている状態におけるゲル分率を100としたときの相対値を示している。
実施例1と同様の装置構成を用いて、光ファイバ裸線にコーティングされた紫外線硬化樹脂層の被覆厚のフィードバック制御を実施せずに紡糸を行った。製造された光ファイバ素線の目標の被覆厚に対する変動率は±2.5%の範囲で長手方向に変化した。
Claims (4)
- 石英系光ファイバ母材を紡糸用加熱炉にて加熱溶融させ、前記紡糸用加熱炉から下方に向けて光ファイバ裸線を引き出し、冷却された前記光ファイバ裸線の外周にコーティング装置により未硬化状態の紫外線硬化樹脂をコーティングし、そのコーティングされた紫外線硬化樹脂層を、外気の侵入を許容する紫外線硬化装置内において紫外光照射により硬化させ、前記紫外線硬化装置より引き出した光ファイバ素線を巻き取り機により巻き取ることにより光ファイバ素線を製造する方法であって;
前記紫外線硬化装置内をパージするための窒素もしくは不活性ガスからなるパージ用ガスの流量を、そのパージ用ガスの流量に相関して紫外線硬化樹脂層の被覆厚が変化する領域内で制御することにより、前記被覆厚を制御することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 請求項1に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
前記被覆厚を前記紫外線硬化装置の下方に設けられた外径測定器により測定し、測定された被覆厚と前記目標の被覆厚との差が小さくなるように前記パージ用ガスの流量をフィードバック制御することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 請求項1または請求項2のうちのいずれか1の請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
前記紫外線硬化装置を第1の紫外線硬化装置とし、その第1の紫外線硬化装置から光ファイバ素線を引き出した後に、さらに別の第2の紫外線硬化装置により紫外線硬化樹脂層に紫外光を照射することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 請求項1〜請求項3のうちのいずれか1の請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
前記紫外線硬化樹脂としてフッ素添加紫外線硬化樹脂を用いることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
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