JP5568956B2 - 光ファイバの製造方法及び光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、ガラスファイバにポリイミド樹脂が被覆された光ファイバの製造方法及びポリイミド樹脂が被覆された光ファイバに関する。

ガラスファイバにポリイミド樹脂を被覆して高温環境での使用を可能とした光ファイバが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、線引きされたガラスファイバにポリイミド樹脂を３層以上被覆する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３０３０２１号公報 特開２００８−８１３３５号公報

ガラスファイバに被覆されるポリイミド樹脂は、最外周の径が目標外径となるように、各層がほぼ均一な厚さで塗布される。一方、１層目に被覆するポリイミド樹脂は、２層目以降に被覆するポリイミド樹脂と異なり、ガラスファイバに直接塗布されるため、ガラスファイバとの濡れ性などが原因でコブなどが形成されたり、溶剤含有量の増加に伴い発泡し易くなり、塗布不良が生じて歩留まりの低下を招くことがあった。

本発明の目的は、ポリイミド樹脂の被覆におけるコブの形成や発泡などによる塗布不良を抑えて、歩留まりを向上させることができる光ファイバの製造方法及び光ファイバを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光ファイバの製造方法は、ガラスファイバの外周にポリイミド樹脂を３回以上重ねて塗布し、３層以上前記ポリイミド樹脂を被覆する光ファイバの製造方法であって、
前記ガラスファイバ側の第１層のポリイミド樹脂の厚さを、その外周側の第２層以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄くし、かつ３μｍより厚く６μｍ以下とすることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、ガラスファイバの外周にポリイミド樹脂を３回以上重ねて塗布し、３層以上前記ポリイミド樹脂が被覆された光ファイバであって、
前記ガラスファイバ側の第１層のポリイミド樹脂の厚さが、その外周側の第２層以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄く、かつ３μｍより厚く６μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光ファイバの製造方法及び光ファイバによれば、第１層のポリイミド樹脂の厚さを、その外周側の第２層以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄くするので、ガラスファイバとの濡れ性などを原因とするコブが生じにくくなり、生じたとしても小さいものとなる。また、溶剤含有量の増加に伴う発泡などの塗布不良の発生を抑制することができる。これにより、ガラスファイバにポリイミド樹脂が３層以上被覆された耐熱性に優れた光ファイバを、ポリイミド樹脂の塗布不良を抑えて歩留まりを向上させて製造することができる。

本発明に係る光ファイバの実施形態の例を示す断面図である。 ガラスファイバにポリイミド被覆を施す被覆装置の概略構成図である。 光ファイバの製造方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る光ファイバの製造方法及び光ファイバの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光ファイバの実施形態の例を示す断面図である。
図１に示すように、この光ファイバ１は、コア４及びクラッド５を有するガラスファイバ２の外周に、ポリイミド樹脂からなるポリイミド被覆３を有している。
光ファイバ１は、耐熱性に優れたポリイミド被覆３を有しているので、高温環境下においても使用可能である。

この光ファイバ１のポリイミド被覆３は、ポリイミド樹脂を３層被覆させたものであり、ガラスファイバ２側から順に、第１層３ａ、第２層３ｂ及び第３層３ｃを被覆した構造とされている。そして、この光ファイバ１では、ガラスファイバ２側の第１層３ａは、その外周側の第２層３ｂ及び第３層３ｃの両方よりも薄く形成されている。
本発明では、第１層３ａが、その外周側の第２層３ｂ以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄ければよい。

上記の光ファイバを製造する方法について説明する。
図２はガラスファイバにポリイミド樹脂の被覆を施す被覆装置の概略構成図である。
被覆装置２０では、ポリイミド塗布工程とポリイミド硬化工程とを３度繰り返すようになっており、第１〜第３のコーティング装置２１〜２３と、第１の揮発炉２４及び第２の揮発炉２５と、第１の硬化炉２６と、第２の硬化炉２７と、これらの揮発炉２４，２５、硬化炉２６，２７の間でガラスファイバ２の走行をガイドするガイドローラ１５，２８，２９とを備える。

ポリイミド樹脂の被覆径は最終的に目的径にする必要があるが、１回に厚く被覆を塗布すると溶剤を揮発させる際に発泡してコブになり易く、また、硬化効率も著しく低下するので、第１〜第３のコーティング装置２１〜２３により３回に分けて薄く塗布し、揮発炉２４，２５、硬化炉２６，２７により揮発及び硬化させている。

揮発炉２４，２５、硬化炉２６，２７は、それぞれポリイミド樹脂を加熱する電気炉で構成する。揮発炉２４，２５は、ともに同じ温度設定である。なお、第１の揮発炉２４の方は、第１層での揮発プロセスにのみ使用し、第２の揮発炉２５の方は、第２層及び第３層での揮発プロセスに使用する。

なお、最終硬化炉である第２の硬化炉２７では、酸素の流入によるポリイミド樹脂の酸化を防止するため、図示外の供給装置で炉内に不活性ガス(例えばＮ_２など)を供給する。即ち、ポリイミド樹脂の酸化劣化を防ぐため、第３の硬化炉２７の内部を不活性ガスの雰囲気としている。この不活性ガスを供給することで、第３の硬化炉２７の内部の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とする。

このように、本実施形態では線引きされたガラスファイバ２の周囲に溶剤を含むポリイミド樹脂を塗布した後、まず揮発炉２４，２５内を通して加熱して溶剤を揮発させる。そして、さらにその後、硬化炉２６，２７内を通して加熱してポリイミド樹脂を硬化させて樹脂被覆層を形成する。このように、塗布したポリイミド樹脂に対して溶剤の揮発及び樹脂の硬化をそれぞれ専用の加熱炉を用いて行うため、溶剤の揮発を十分に行うことができるとともに、その後の硬化も十分に行うことができる。

さらに、揮発炉２４，２５は、その内部のヒータ及び炉心管がそれぞれ円筒形状でありその中心にファイバを挿通させて加熱するようになっているため、ファイバを周方向に均一に加熱して、溶剤の揮発量を周方向で均一にすることができる。揮発炉２４，２５により溶剤が十分になおかつ周方向に均一に揮発されたファイバは、硬化炉２６，２７によってポリイミド樹脂が十分に硬化され、周方向に均一かつ所望の厚さの樹脂被覆層が形成される。このように、光ファイバ１のポリイミド被覆３の各層の厚さを周方向で均一にすることができる。

次に、本実施形態に係る光ファイバの製造方法について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、線引き直後のガラスファイバ２に、図２に示すように第１のコーティング装置２１で第１層３ａとなるポリイミド樹脂を被覆する(第１ステップＳ１)。

次に、被覆後のファイバは、第１の揮発炉２４、第１の硬化炉２６、第２の硬化炉２７を順次通過していく。ここで、揮発炉２４、硬化炉２６，２７では、各炉間に温度勾配を持たせており、さらに、各炉内では上部と下部で温度勾配を持たせている。従って、第１の揮発炉２４から第１の硬化炉２６及び第２の硬化炉２７を通過するにつれて、加熱温度が次第に上がるような加熱処理が行われる(第２ステップＳ２〜第４ステップＳ４)。このようにして、第１層３ａのポリイミド樹脂は、最終硬化炉である第２の硬化炉２７で本硬化される（第４ステップＳ４）。

第１層３ａは、第３層３ｃを被覆した後の外径が目標径となるように、なおかつ第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚よりも薄く被覆する。

その後、ガイドローラ２９Ｅのガイドにより、同図中でみて上方向に進行路が転換され、さらにガイドローラ２８Ｂ，２８Ｃを経て、第２のコーティング装置２２で第２層３ｂとなるポリイミド樹脂を被覆する(第５ステップＳ５)。

次に、第２の揮発炉２５を通過した後、前回と同様に、第１の硬化炉２６、第２の硬化炉２７を順次通過していき、加熱温度が次第に上がるような加熱処理が行われる(第６ステップＳ６〜第８ステップＳ８)。このようにして、第２層３ｂのポリイミド樹脂を最終硬化炉である第２の硬化炉２７で本硬化させる（第８ステップＳ８）。

その後、同様に、ガイドローラ２９Ｅのガイドにより、同図中でみて上方向に進行路が転換され、第３層３ｃについて、第２層３ｂを形成するのと同様の塗布工程及び硬化工程が行われる(第９ステップＳ９〜第１２ステップＳ１２)。このようにして、ポリイミド樹脂が２層被覆されたガラスファイバ２に対して、第３層３ｃのポリイミド樹脂を最終硬化炉である第２の硬化炉２７で本硬化させた後（第１２ステップＳ１２)、ガイドローラ２９Ｅ通過後に、同図中右方向の進行路に移動させ、最終的には図示外の巻き取り機で巻き取る。

これにより、ガラスファイバ２にポリイミド樹脂が３層被覆されて目標外径とされた光ファイバ１が得られる。そして、この光ファイバ１によれば、ガラスファイバ２の外周に、ポリイミド樹脂からなる３層のポリイミド被覆３を有しているので、耐熱性を高めることができ、高温環境下での使用が可能である。

また、上記の製造方法では、ガラスファイバ２側の第１層３ａを、その外周側の第２層３ｂまたは第３層３ｃと同厚若しくは少なくとも何れか一方の層よりも薄く形成している。特に、本実施形態では、第１層３ａを第２層３ｂ及び第３層３ｃの両方よりも薄くしている。
これにより、ガラスファイバ２との濡れ性などを原因とするコブが生じにくくなり、コブが生じたとしても小さいものとなる。また、第１層３ａを厚くすることによる溶剤含有量の増加に伴う発泡などの塗布不良の発生を抑制することができる。したがって、ガラスファイバ２にポリイミド樹脂が３層被覆された耐熱性に優れた光ファイバ１を、ポリイミド樹脂の塗布不良を抑えて歩留まりを向上させて製造することができる。
なお、第２層３ｂ以降は、同じポリイミド樹脂に塗布するので、厚さが厚くても濡れ性が良く、塗布不良が生じにくい。
また、第１層３ａを３μｍ以下に薄く形成することは偏肉の問題などが生じるため困難であり、第１層３ａを３μｍより厚く形成している。
また、第２層３ｂ以降が何れも６μｍより厚い場合でも、第１層３ａは６μｍ以下に形成することで、コブを生じにくくし、発泡などの塗布不良の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、ガラスファイバ２側の第１層３ａを、その外周側の第２層３ｂ及び第３層３ｃの両方よりも薄く被覆したが、第１層３ａを、その外周側の第２層３ｂまたは第３層３ｃと同厚若しくは少なくとも何れか一方よりも薄く被覆しても良い。
そして、この場合も、ガラスファイバ２にポリイミド樹脂が３層被覆された耐熱性に優れた光ファイバ１を、ポリイミド樹脂のコブが形成されるなどの塗布不良を抑えて歩留まりを向上させて製造することができる。

また、上記の例では、ポリイミド被覆３を３層にわけて塗布したが、ポリイミド被覆３の塗布層数は３層以上であれば良く、３層に限るものではない。

ポリイミド樹脂を３回塗布してポリイミド被覆３を形成するにあたり、第１層３ａの被覆厚さを変化させた場合における歩留まりの変化を調べた。
なお、単長歩留まりの評価は、２ｋｍ以上の良好な光ファイバ１を用い、第１層３ａを７μｍ、第２層３ｂ及び第３層３ｃを５．５μｍで塗布した場合（比較例１）の単長歩留まりが１となるように規格化して評価した。

（１）第２層３ｂの被覆厚さ＝第３層３ｃの被覆厚さの場合
第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚さは同一とし、ポリイミド被覆３の全体厚さが１８μｍとなるように調整した。
表１は、第１層３ａの被覆の厚さの変化に対する第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚さ及び光ファイバ１の歩留まりを示す。

表１に示すように、比較例２では、第１層３ａの厚さが６．０μｍより厚く、第２層３ｂ及び第３層３ｃより第１層３ａの厚さが厚いと、単長歩留まりが顕著に低下する。

比較例３では、第１層３ａの厚さが２．０μｍと薄いが、単長歩留まりが顕著に低下している。これは第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚さが厚すぎるためであり、また、第１層３ａが薄すぎると、無偏肉率が低下してスクリーニング断線頻度が高くなるためである。

これらに対して、実施例１〜４では、第１層３ａの厚さが、６μｍ以下であって第２層３ｂ及び第３層３ｃと同じ（実施例１）、若しくは第２層３ｂ及び第３層３ｃより薄い（実施例２〜４）。実施例１〜４は、何れも歩留まりが大きく向上している。

（２）第２層３ｂの被覆厚さを一定とした場合
第２層３ｂの被覆厚さを一定の６μｍとし、第３層３ｃの被覆厚さを、ポリイミド被覆３の全体厚さが１８μｍとなるように調整した場合における単長歩留まりの変化を調べた。
表２は、第１層３ａの被覆の厚さの変化に対する第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚さ及び光ファイバ１の歩留まりを示す。

表２に示すように、比較例４，５では、第１層３ａの厚さが６．０μｍより厚く、第２層３ｂ及び第３層３ｃより第１層３ａの厚さが厚いと、単長歩留まりが低下する。

比較例６では、第１層３ａの厚さが２．０μｍと薄いが、単長歩留まりが低下している。これは第３層３ｃの被覆厚さが厚すぎるためであり、また、第１層３ａが薄すぎると、無偏肉率が低下してスクリーニング断線頻度が高くなるためである。

これらに対して、実施例５〜７では、第１層３ａの厚さが、第２層３ｂ及び第３層３ｃより薄く、最も薄くても３μｍの厚さを有する。実施例５〜７は、何れも歩留まりが大きく向上している。

（３）第３層３ｃの被覆厚さを一定とした場合
第３層３ｃの被覆厚さを一定の６μｍとし、第２層３ｂの被覆厚さを、ポリイミド被覆３の全体厚さが１８μｍとなるように調整した場合における単長歩留まりの変化を調べた。
表３は、第１層３ａの被覆の厚さの変化に対する第２層３ｂ及び第３層３ｃの被覆厚さ及び光ファイバ１の歩留まりを示す。

表３に示すように、比較例７，８では、第１層３ａの厚さが６．０μｍより厚く、第２層３ｂ及び第３層３ｃより第１層３ａの厚さが厚いと、単長歩留まりは比較例１と比べほとんど変わらないか低下する。

比較例９では、第１層３ａの厚さが２．０μｍと薄いが、単長歩留まりが低下している。これは第２層３ｂの被覆厚さが厚すぎるためであり、また、第１層３ａが薄すぎると、無偏肉率が低下してスクリーニング断線頻度が高くなるためである。

これらに対して、実施例８〜１０では、第１層３ａの厚さが、第２層３ｂ及び第３層３ｃより薄く、最も薄くても３μｍの厚さを有する。実施例８〜１０は、何れも歩留まりが大きく向上している。

その他の例として、表４に示すように、第１層３ａの厚さを５μｍとし、第２層３ｂ及び第３層３ｃの何れか一方より第１層３ａが薄くした場合でも、歩留まりが大きく向上している。

１：光ファイバ、２：ガラスファイバ、３：ポリイミド被覆、３ａ：第１層、３ｂ：第２層、３ｃ：第３層

Claims (2)

1. ガラスファイバの外周にポリイミド樹脂を３回以上重ねて塗布し、３層以上前記ポリイミド樹脂を被覆する光ファイバの製造方法であって、
   前記ガラスファイバ側の第１層のポリイミド樹脂の厚さを、その外周側の第２層以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄くし、かつ３μｍより厚く６μｍ以下とすることを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. ガラスファイバの外周にポリイミド樹脂を３回以上重ねて塗布し、３層以上前記ポリイミド樹脂が被覆された光ファイバであって、
   前記ガラスファイバ側の第１層のポリイミド樹脂の厚さが、その外周側の第２層以降の層と同厚若しくは少なくとも第２層以降の何れか１層よりも薄く、かつ３μｍより厚く６μｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。

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