JP5708186B2 - 光ファイバの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂で被覆された光ファイバを製造する光ファイバの製造方法及び製造装置に関する。

一般に、光ファイバは、石英ガラス等の材料で製造された光ファイバ母材の下端側を加熱して軟化させ、この軟化させた部分に張力をかけて引き伸ばす（線引きする）ことで細径化されたガラスファイバとし、さらにその周囲に紫外線硬化型樹脂を被覆することにより得られる。またその後、着色用の紫外線硬化型樹脂を、その周囲に被覆することもある。

このように光ファイバを製造する際に、被覆した樹脂を硬化させるための紫外線硬化炉の光ファイバ出口近傍を加熱するとともに、光ファイバ出口から送出される光ファイバの周囲を冷却器で徐冷し、ＵＶ樹脂の揮発成分を除去することが知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、光ファイバに塗工されたＵＶ樹脂の揮発成分が、冷却されて光ファイバ通過孔の内壁に析出するため、揮発成分が除去される。

また、光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す際に、１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布・硬化するに当り２層目被覆層装置の手前にトラップゲートを設け、１層目のプライマリ被覆工程で発生しその被覆層表面に付随している樹脂揮発成分の悪影響を除去した後にそれ以降の樹脂被覆を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１５４０４４号公報 特開２００３−８１６６１号公報

線引き工程では、外径測定やコブ検出のための光学検査機器を使用するが、ＵＶ樹脂の揮発成分がそれらの機器のレンズ等へ付着すると、曇りによる検査不良などの不具合が生じてしまう。
したがって、これらの揮発成分を除去しながら線引きすることが望ましいが、特許文献１に記載の技術では、揮発成分を十分に除去するためには光ファイバの周囲を十分冷却する必要があるため、光ファイバ通過孔径を極力小さくする必要があり、孔径を小さくすると光ファイバが周囲に接触し、光ファイバが損傷してしまうおそれがある。
また、特許文献２に記載の技術でも、揮発成分を十分に除去するためには、光ファイバを通すトラップゲートの孔径を極力小さくする必要があり、孔径を小さくすると光ファイバがトラップゲートに接触し、光ファイバが損傷してしまうおそれがある。

本発明の目的は、光ファイバに損傷を与えることなく光学検査装置にＵＶ樹脂の揮発成分が付着することを防ぐことにより、高品質な光ファイバを製造することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置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、外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布した光ファイバに紫外線を照射して前記樹脂を硬化させ、前記樹脂硬化後の光ファイバの形状を光学的に検査しながら巻き取る光ファイバの製造方法であって、
前記樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と光ファイバの形状を光学的に検査する光学検査装置との間で、走行する光ファイバへ、前記光ファイバの単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０４ｍ ^３ ／ｓｅｃ・ｍ以上０．１９ｍ ^３ ／ｓｅｃ・ｍ以下のクリーンガスを吹き付けるとともに、吹き付けたクリーンガスを吸引することにより、光ファイバの樹脂硬化時に生じる揮発成分を除去することを特徴とする。
また、本発明の光ファイバの製造方法は、外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布した光ファイバに紫外線を照射して前記樹脂を硬化させ、前記樹脂硬化後の光ファイバの形状を光学的に検査しながら巻き取る光ファイバの製造方法であって、
前記樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と光ファイバの形状を光学的に検査する光学検査装置との間で、走行する光ファイバへクリーンガスを吹き付けるとともに、吹き付けたクリーンガスを、排気圧０．３ｋＰａ以上０．７ｋＰａ以下で吸引することにより、光ファイバの樹脂硬化時に生じる揮発成分を除去することを特徴とする。

本発明の光ファイバの製造方法において、前記紫外線照射装置と前記光学検査装置との間に、前記光ファイバがその内部を通過するボックスを設け、前記ボックス内で通過する光ファイバにクリーンガスを吹き付けるとともに、光ファイバに吹き付けられたクリーンガスを前記ボックス内で吸引することが好ましい。

本発明によれば、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と光ファイバの形状を光学的に検査する光学検査装置との間で、走行する光ファイバの樹脂硬化時に生じる揮発成分を、光ファイバを損傷させることなく簡便な方法で除去することができる。これにより、光学検査装置のレンズ等へ付着する揮発成分量を抑制することができ、レンズ等の曇りによる検査不良などの不具合なく光ファイバの形状を良好に検査することができ、高品質な光ファイバを製造することができる。

本発明に係る光ファイバの製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。 光ファイバの製造装置における揮発成分除去装置及びその周辺の概略斜視図である。 風量を変化させた場合の、単位時間及び単位長さ当たりのクリーンエアの風量と、コブ検出器での電圧保持率との関係を示すグラフである。 ガス吹き付け長を変化させた場合の、単位時間及び単位長さ当たりのクリーンエアの風量と、コブ検出器での電圧保持率との関係を示すグラフである。 排気圧を変化させたときの、コブ検出器での電圧保持率の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る光ファイバの製造方法及び製造装置の実施の形態の例について説明する。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、その最も上流側に、光ファイバ母材Ｇを加熱する加熱炉２を備えている。加熱炉２は、内側に光ファイバ母材Ｇが供給される円筒状の炉心管３と、この炉心管３を囲む発熱体４とを備え、発熱体４の発熱により炉心管３が昇温することで、その内側の空間に光ファイバ母材Ｇを軟化させる加熱領域が形成される。また、加熱炉２には、加熱領域にパージガスを供給するガス供給部５が設けられている。

光ファイバ母材Ｇは、送り手段６によってその上部が把持されて、炉心管３の内側の加熱領域にその下端部分が位置するように加熱炉２内に送られ、下方に引き伸ばされて細径化され、樹脂被覆前の光ファイバ（以下、ガラスファイバという）Ｇ１が形成される。

加熱炉２の下（下流側）には、ヘリウムガス等の冷却ガスを用いた冷却装置７が設けられており、これにより、ガラスファイバＧ１は冷却され、例えばレーザ光式の外径測定器８によりその外径が測定される。

外径測定器８の下流側には、ガラスファイバＧ１に紫外線硬化型樹脂を塗布するダイス９及び塗布された紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線照射装置１０が順に設けられている。このダイス９及び紫外線照射装置１０を通過したガラスファイバＧ１は、その外周に紫外線硬化型樹脂の被覆層が形成され、光ファイバＧ２とされる。

この紫外線照射装置１０の下流側には、光学検査装置１１が設けられている。そして、この光学検査装置１１によって、光ファイバＧ２の被覆層が監視される。この光学検査装置１１は、気泡検出器、外径測定器あるいはコブ（凹凸）検出器等の検出器であって、光ファイバＧ２の被覆層における気泡の有無、被覆層の外径あるいは被覆層におけるコブ（凹凸）の有無を光学的（例えばレーザ光式）に検出し、不良の発生を監視する光学機器である。

この光学検査装置１１の通過後、光ファイバＧ２は、ガイドローラ１２，１３を介してキャプスタン１４により引き取られ、スクリーニング装置１５及びダンサローラ１６，１７を介して巻き取りボビン１８に送られて巻き取られる。

図２に示すように、紫外線照射装置１０と光学検査装置１１との間には、揮発成分除去装置２１が設けられている。この揮発成分除去装置２１は、ボックス２２を有している。このボックス２２は、その上部が開放された箱体からなるものであり、底板２３には、通過孔２４が形成されている。そして、光ファイバＧ２は、ボックス２２の上部からボックス２２内を通過し、通過孔２４へ通されて下流側へ送り出される。なお、この揮発成分除去装置２１は、紫外線照射装置１０から極力離れた光学検査装置１１の直上位置に配置することが好ましい。

このボックス２２には、その一側部に、ガス噴射管２５が接続され、他側部には、ガス吸引管２６が接続されている。ボックス２２には、ガス噴射管２５から清浄空気であるクリーンガスが噴射される。これにより、このボックス２２内を通過する光ファイバＧ２には、ガス噴射管２５から噴射されるクリーンガスが吹き付けられる。したがって、光ファイバＧ２の表面近傍に存在している揮発成分がクリーンガスによって吹き飛ばされる。そして、光ファイバＧ２に吹き付けられて揮発成分を吹き飛ばしたクリーンガスは、ガス吸引管２６によって揮発成分とともに吸引されて排気される。ガス噴射管２５及びガス吸引管２６の断面形状は、円形、矩形を問わない。なお、ここではボックス２２を設ける形態を例に説明したが、必ずしもボックス２２を設ける必要はなく、走行する光ファイバＧ２にクリーンガスを吹き付け、吹き付けられたクリーンガスを吸引するだけでもよい。

ガス噴射管２５から光ファイバＧ２に吹き付けられるクリーンガスは、光ファイバＧ２の単位時間及び単位長さ当たりの風量を、０．０４ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以上０．１９ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以下とすることが好ましい。また、クリーンガスを吸引するガス吸引管２６での排気圧は、０．３ｋＰａ以上０．７ｋＰａ以下とすることが好ましい。

次に、上記の光ファイバの製造装置１を用いて光ファイバＧ２を製造する方法について説明する。
まず、加熱炉２に光ファイバ母材Ｇを投入し、発熱体４によって加熱して下方に引き延ばし、細径化されたガラスファイバＧ１を、線速１６００ｍ／ｍｉｎ程度で線引きする。
線引きしたガラスファイバＧ１の外周に、ダイス９によって紫外線硬化型樹脂を塗布し、さらに、紫外線照射装置１０によって紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させ、樹脂が被覆された光ファイバＧ２とする。このとき、光ファイバＧ２では、紫外線が照射されて硬化する際に、硬化時の発熱などにより樹脂中の成分が揮発し、その揮発成分が表面側へ浮き出して光ファイバＧ２の表面に存在した状態となる。

その後、樹脂が被覆された光ファイバＧ２は、揮発成分除去装置２１のボックス２２を通過する際に、ガス噴射管２５から噴射されるクリーンガスによって、表面に存在している揮発成分が吹き飛ばされ、吸引されることにより除去される。

さらに、光ファイバＧ２は、光学検査装置１１を通過することにより、この光学検査装置１１で被覆層における気泡の有無、被覆層の外径あるいは被覆層におけるコブの有無等の形状が光学的に検査される。このとき、光ファイバＧ２は、揮発成分除去装置２１で揮発成分が除去されている。したがって、光学検査装置１１の光学レンズへの揮発成分の付着が抑制され、よって、この光学検査装置１１での形状検査が良好に行われる。

形状検査が行われた光ファイバＧ２は、ガイドローラ１２，１３に巻回された後、キャプスタン１４によって引き取られて所定の張力が加えられ、スクリーニング装置１５及びダンサローラ１６，１７を介して巻き取りボビン１８に送られて巻き取られる。

このように、上記実施形態によれば、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置１０と光ファイバＧ２の形状を光学的に検査する光学検査装置１１との間で、走行する光ファイバＧ２の樹脂硬化時に生じる揮発成分を、光ファイバＧ２を損傷させることなく簡便な方法で除去することができる。これにより、光学検査装置１１のレンズ等へ付着する揮発成分量を抑制することができ、レンズ等の曇りによる誤検査などの検査不良なく、光ファイバＧ２の形状を良好に検査することができ、高品質な光ファイバＧ２を製造することができる。

また、ボックス２２を設置することにより、ボックス２２内を通過する光ファイバＧ２にクリーンガスを吹き付けるとともに、ボックス２２内で光ファイバＧ２に吹き付けられたクリーンガスを吸引するので、外気の影響を受けず、また外部への悪影響を抑えつつ、光ファイバＧ２へ確実にクリーンガスを吹き付けてボックス２２内に封じ込めた揮発成分を除去することができる。

また、光ファイバＧ２に吹き付けるクリーンガスの風量を、光ファイバＧ２の単位長さ当たり０．０４ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以上０．１９ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以下とすれば、風量不足により揮発成分の除去効果が不十分となることがなく、また、過剰な風量による光ファイバＧ２の振れを抑えながら、揮発成分を除去することができる。

さらに、クリーンガスを吸引する排気圧を、０．３ｋＰａ以上０．７ｋＰａ以下とすれば、吸引不足により揮発成分の除去効果が不十分となることがなく、また、過剰な吸引による光ファイバＧ２の振れを抑えながら、揮発成分を除去することができる。

なお、上記の実施形態では、本発明を線引きしたガラスファイバに紫外線硬化型樹脂を塗布して被覆する場合に適用したが、本発明は樹脂が被覆された光ファイバに、着色用の紫外線硬化型樹脂を塗布して被覆する場合にも適用可能である。

上記実施形態に係る製造装置によって、定常時の線速１６００ｍ／ｍｉｎで１０００ｋｍの光ファイバを線引きした後でのレーザ式のコブ検出器における電圧保持率Ｖｒを測定した。なお、電圧保持率Ｖｒは、線引き開始前における受光電圧Ｖｓに対する１０００ｋｍの線引き終了時の受光電圧Ｖｅの割合（Ｖｒ＝（Ｖｅ／Ｖｓ）×１００）とした。ここで、コブ検出器等の光学機器では、受光電圧の保持率が低下するほど検出精度が低下する。したがって、この電圧保持率Ｖｒに基づいて、検出精度を評価することができる。電圧保持率Ｖｒは、９０％以上であれば、１本の光ファイバ母材Ｇからの光ファイバＧ２の線引き中における良好な検出精度を確保することができる。

（単位時間及び単位長さ当たりの風量変化時の電圧保持率）
直径６ｍｍの円形断面を有するガス噴射管から、クリーンガス（清浄空気）を走行する光ファイバに吹き付け長６ｍｍで吹き付け、排気圧を一定の排気圧０．１ｋＰａとし、単位時間及び単位長さ当たりの風量を変化させた。なお、ボックスは設けず、光ファイバに対してクリーンガスの吹き付け及び排気を直接行った。測定結果を表１及び図３に示す。

表１及び図３に示すように、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０１４ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以下では、コブ検出器での電圧保持率Ｖｒが９０％に達せず、また、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．１９４ｍ^３／ｓｅｃ・ｍでは、光ファイバに振れが生じて安定した線引きが困難となった。そして、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０２８ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ〜０．１６７ｍ^３／ｓｅｃ・ｍのとき、コブ検出器における電圧保持率Ｖｒが９０％以上であった。

また、風量を一定の０．０００６７ｍ^３／ｓｅｃとし、排気圧を一定の排気圧０．１ｋＰａとし、ガス噴射管を構成する円形断面の内径を変化させることにより、ガスの吹き付け長を変化させて単位時間及び単位長さ当たりの風量を変化させた。なお、ボックスは設けず、光ファイバに対してクリーンガスの吹き付け及び排気を直接行った。測定結果を表２及び図４に示す。

表２及び図４に示すように、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０２８ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以下では、コブ検出器での電圧保持率Ｖｒが９０％に達せず、また、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．２２２ｍ^３／ｓｅｃ・ｍでは、光ファイバに振れが生じて安定した線引きが困難となった。そして、単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０３７ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ〜０．１６７ｍ^３／ｓｅｃ・ｍのとき、コブ検出器における電圧保持率Ｖｒが９０％以上であった。

図３及び図４のグラフから、単位時間及び単位長さ当たりの風量の最適範囲を求めると、０．０４ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以上０．１９ｍ^３／ｓｅｃ・ｍ以下が好ましいことがわかる。

（排気圧変化時の電圧保持率）
直径６ｍｍの円形断面を有するガス噴射管からクリーンガス（清浄空気）を、吹き付け長６ｍｍで吹き付け、単位時間及び単位長さ当たりの風量を一定の風量０．１１１ｍ^３／ｓｅｃ・ｍとし、排気圧を変化させた。なお、ボックスを設けない場合とボックスを設けた場合でそれぞれ測定した。測定結果を表３及び図５に示す。

表３及び図５に示すように、排気圧を０．１ｋＰａ〜０．８ｋＰａの間で、０．１ｋＰａ毎に変化させた結果、ボックスを設けない場合及びボックスを設けた場合の何れの場合も、排気圧０．８ｋＰａでは、光ファイバに振れが生じて安定した線引きが困難となった。そして、排気圧を０．１ｋＰａ〜０．７ｋＰａとすれば、ボックスを設けない場合及びボックスを設けた場合の何れの場合も、コブ検出器における電圧保持率Ｖｒが９０％以上であった。特に、ボックスを設けた場合は、コブ検出器における電圧保持率Ｖｒをさらに高めることができ、排気圧０．３ｋＰａ〜０．７ｋＰａでは、次回の光ファイバの線引き時にコブ検出器の清掃を不要とすることも可能な９７％となった。

１：製造装置、１０：紫外線照射装置、１１：光学検査装置、２１：揮発成分除去装置、２２：ボックス、Ｇ１：ガラスファイバ、Ｇ２：光ファイバ

Claims (3)

1. 外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布した光ファイバに紫外線を照射して前記樹脂を硬化させ、前記樹脂硬化後の光ファイバの形状を光学的に検査しながら巻き取る光ファイバの製造方法であって、
   前記樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と光ファイバの形状を光学的に検査する光学検査装置との間で、走行する光ファイバへ、前記光ファイバの単位時間及び単位長さ当たりの風量が０．０４ｍ ^３ ／ｓｅｃ・ｍ以上０．１９ｍ ^３ ／ｓｅｃ・ｍ以下のクリーンガスを吹き付けるとともに、吹き付けたクリーンガスを吸引することにより、光ファイバの樹脂硬化時に生じる揮発成分を除去することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布した光ファイバに紫外線を照射して前記樹脂を硬化させ、前記樹脂硬化後の光ファイバの形状を光学的に検査しながら巻き取る光ファイバの製造方法であって、
   前記樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と光ファイバの形状を光学的に検査する光学検査装置との間で、走行する光ファイバへクリーンガスを吹き付けるとともに、吹き付けたクリーンガスを、排気圧０．３ｋＰａ以上０．７ｋＰａ以下で吸引することにより、光ファイバの樹脂硬化時に生じる揮発成分を除去することを特徴とする光ファイバの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法であって、
   前記紫外線照射装置と前記光学検査装置との間に、前記光ファイバがその内部を通過するボックスを設け、前記ボックス内で通過する光ファイバにクリーンガスを吹き付けるとともに、光ファイバに吹き付けられたクリーンガスを前記ボックス内で吸引することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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