JP5712060B2 - 光ファイバ素線の製造方法 - Google Patents

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本発明は光ファイバ素線を製造する方法に関するものである。

光ファイバは、所望の屈折率分布を有する光ファイバ母材を製造し、約２０００℃に熱した電気炉に前記光ファイバ母材を縦方向に挿入し、前記光ファイバ母材の主な材料である石英ガラスが溶けてその自重で糸状に引き伸ばされて垂れてきたものを光ファイバ裸線とした後に、前記光ファイバ裸線に保護被覆を施し、ボビン等に巻き取り光ファイバ素線とする工程を経て製造される。

前述の方法により製造される光ファイバのうち、ポリマクラッド（樹脂クラッド）光ファイバはクラッドの材料としてプラスチックなどの樹脂を用いたものであり、前記クラッドは光ファイバの外周部の光が光ファイバ外部に浸み出さないようにするためのものである。また、ポリマクラッド光ファイバには外傷から守るための保護層として最外部に保護被覆が施されることが多い。

これらのクラッドや保護被覆の材料の樹脂は、その樹脂の硬化方法に合わせて種類が選択されるが、種々の硬化性樹脂のうちでも特に紫外線硬化樹脂の硬化速度が他の種類の硬化性樹脂に比べて圧倒的に速いことから、最近の光ファイバ製造工程においては紫外線硬化樹脂が用いられるのが通例である。

ところで、一般の光ファイバ裸線のコーティング材料として用いられる硬化性樹脂は、光ファイバ裸線の材料である石英ガラスよりも屈折率が高い。そのような高屈折率の硬化性樹脂をクラッド層として光ファイバ裸線にコーティングしても、そのコーティング層の屈折率が光ファイバ裸線の屈折率より高くなるために、前述のようにこのコーティング層は光ファイバ裸線外周部の光を外部に浸み出させないためのクラッドとして機能しない。
そこで、ポリマクラッド光ファイバのクラッド用硬化性樹脂としては、通常の紫外線硬化樹脂にフッ素を添加することにより屈折率を下げたフッ素添加紫外線硬化樹脂を使用することが望まれる。さらに、クラッドコーティング層が光ファイバ裸線外周部内を伝搬する光の浸み出しを防ぐように機能するためには、フッ素添加紫外線硬化樹脂の如く低屈折率の硬化性樹脂によるクラッドコーティング層が所定の厚みより厚くコーティングされることが好ましい。
クラッド用のフッ素添加紫外線硬化樹脂は、屈折率だけでなく、硬化性やヤング率、ガラスとの密着性等の諸特性を鑑みた上で適宜選択される。
なお、前記保護被覆の材料の硬化性樹脂にはクラッド用硬化性樹脂とは異なる無添加の紫外線硬化樹脂が用いられる。

従来の光ファイバ素線の製造工程においては、光ファイバ裸線に特性の異なる２種類の硬化性樹脂をコーティングすることも行われており、そのような２層コーティング方法について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、線引炉２４で光ファイバ母材２３から線引された光ファイバ裸線２５に、樹脂被覆装置２６ａで樹脂クラッドまたは保護被覆として１層目の硬化性樹脂がコーティングされる。続いて、光ファイバ３０にコーティングされた１層目硬化性樹脂が樹脂硬化装置２８ａで硬化される。１層目硬化性樹脂層がコーティングされた光ファイバ３２には、樹脂被覆装置２６ｂで保護被覆として１層目硬化性樹脂とは異なる２層目用の硬化性樹脂がコーティングされる。光ファイバ３４にコーティングされた２層目被覆樹脂は樹脂硬化装置２８ｂで硬化される。１層目および２層目硬化性樹脂層がコーティングされた光ファイバ３６は、巻き取り機２９で巻き取られ、光ファイバ素線となる。

２種類の硬化性樹脂を連続的にコーティングしてから硬化させる被覆法とその被覆方法で用いる複層一括被覆装置に関しては、硬化性樹脂の粘性とその温度依存性、せん断速度などの多数のパラメータを前記硬化性樹脂の最適なコーティング状態に設定することにより、光伝送特性及び機械的強度の優れた高品質の光ファイバ素線を高速に製造することが可能であることが示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、複層一括被覆装置の調芯やダイスの位置決めについても工夫が重ねられ、硬化性樹脂のコーティング層の厚みの調整が容易で偏肉の発生を防止することができる光ファイバ素線の製造方法が先行技術文献で示されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。

特に特許文献２では、光ファイバの線引速度Ｖ（ｍ／秒）、被覆装置のダイスに挿入する光ファイバの半径Ｒｆ（ｍ）、前記ダイスの穴の半径Ｒｄ（ｍ）、被覆材料である硬化性樹脂の臨界せん断速度γｃ（１／秒）に関する条件として、Ｖ／Ｒｆ／ｌｏｇ（Ｒｄ／Ｒｆ）＜γｃを満たすようにＶ、Ｒｆ、Ｒｄ、γｃをそれぞれ設定することにより、線引速度１６ｍ／秒以上の光ファイバの高速線引工程で前記樹脂のせん断速度が臨界せん断速度を超えることがなく、安定した硬化性樹脂のコーティングを行うことを可能とする光ファイバ素線製造方法が示されている。

また特許文献５には、複層一括被覆装置の１層目コーティング用の第１のダイに２層目コーティング用の第２のダイのそれぞれの中心線を合わせて結合し、前記第１のダイを大気圧下にあるようにし、第２のダイの２層目コーティング用の硬化性樹脂は少なくとも大気圧以上の加圧状態とすることにより、光ファイバ芯材に対して芯材の線引速度によらず、偏肉が生じずに径変動のない被覆を施す複層一括被覆用ダイについて示されている。

特開平１０−３３８５４９号公報 特開平１０−３３８５５１号公報 特開２０００−１９１３４２４号公報 特開平９−２５５３７２号公報 特開昭６２−５３７６３号公報

ポリマクラッド光ファイバのクラッドのコーティング材料として保護被覆用の紫外線硬化樹脂にフッ素を添加した低屈折率硬化性樹脂を使用し、従来の光ファイバ素線の製造方法で光ファイバ裸線にクラッド層を形成しても、クラッド層の厚みが光ファイバ裸線の外周部内を伝搬する光の浸み出しを防ぎ得る厚み以上に得られないという問題があった。
ポリマクラッド光ファイバのクラッドコーティング層が所定の厚みを満たさなければ、光ファイバ裸線の外周部内を伝搬する光がクラッドに浸み出し、ポリマクラッド光ファイバの伝搬特性を劣化させる虞がある。

本発明は、上述の事情を背景としてなされたもので、ポリマクラッド光ファイバのクラッドコーティング層の厚みが、光ファイバ裸線の外周部内を伝搬する光を外部に浸み出させないための所定の厚みに達するようにコーティングすることを課題とするものである。また本発明は、このようなクラッドコーティング層を施し得る光ファイバ素線の製造方法を提供するものである。

本発明者らは光ファイバ素線製造の経験と知見に基づき、クラッドのコーティング材料として光ファイバ裸線の外周部より低い屈折率を有する硬化性樹脂を用いた場合に、クラッドコーティング層が所定の厚みより薄くなってしまう主な原因は、クラッド用低屈折率硬化性樹脂、特にフッ素添加により低屈折率化した紫外線硬化樹脂の臨界せん断速度が保護被覆用硬化性樹脂に比べて（１／１００）未満程度であることと考えた。これについて次に具体的に説明する。

図１に光ファイバの保護被覆材料として用いられるフッ素化アクリレート樹脂およびウレタンアクリレート樹脂のせん断速度と樹脂粘度の関係を示す。臨界せん断速度は“せん断速度−粘度曲線の平坦部から高せん断速度側になるほど樹脂粘度が急激に低下する範囲”によって定義される。図１に示すように低屈折率紫外線硬化樹脂の場合、前記臨界せん断速度は１０（１／ｓ）近傍であるのに対し、一般に使用される保護被覆用紫外線硬化樹脂は１０００（１／ｓ）以上である。紫外線硬化樹脂のせん断速度が臨界せん断速度を超えると、例えば複層一括被覆装置の被覆ダイス内の紫外線硬化樹脂の粘度が下がることにより、コーティング層の厚みが大きく変動するという状況が発生する。

そこで、上述のように塗布性の低い低屈折率硬化性樹脂からなるクラッド材料を厚く被覆するための手法について本発明者が鋭意実験・検討を重ねた結果、塗布性に劣る樹脂でも、そのコーティングを２回に分けて行うことにより、コーティング層の厚みを、より大きくし得ることを見出し、本発明を示すに至った。
２層コーティングによりクラッド層の厚みが大きくなる理由は、必ずしも明らかではないが、定性的には次のように考えられる。すなわち、光ファイバ裸線に対して１層だけで未硬化の硬化性樹脂をコーティングする場合は、光ファイバ裸線の外周にコーティングされた時点でのコーティング層の流動速度（光ファイバ裸線に対する相対的な流動速度）は、コーティング層の厚み方向に連続的に変化するが、前述のように２層に分けてコーティングする場合、光ファイバ裸線に１層目の樹脂をコーティングしてから、２層目の樹脂をコーティングする時点では、１層目の樹脂の表面部分は、光ファイバ裸線に対する相対的な流動速度が既に低下しているため、次の２層目の樹脂が光ファイバ素線との１層目の樹脂の表面に接する際に、その２層目の樹脂の相対的な流動速度と、１層目表面の流動速度との間に差が生じ、そのため２層目における１層目表面に接する領域に境界層が生じて、１層目の表面と２層目とでは厚み方向に流動速度が不連続となり、その結果、２層目もある程度の厚みで形成することができ、そのため１層目と２層目との合計で１層コーティングの場合よりも厚い厚みでコーティングし得るため、と考えられる。

すなわち、本発明ではクラッドコーティング層を２層に分けてコーティングすることにより、クラッドコーティング層の最小層厚が所定の厚みより厚くなるようにした。このことにより、光ファイバ裸線の外周部内を伝搬する光がクラッドに浸み出すことを防ぎ、ポリマクラッド光ファイバとしての機能を確実に発揮させ、前記課題を解決することとした。

なお、クラッドコーティング層を２層に分けてコーティングする際に、１層目および２層目の硬化性樹脂を少なくとも大気圧以上の加圧状態とすることにより、硬化性樹脂を大気圧状態でコーティングする場合に比べてクラッドコーティング層の厚みをより厚くでき、より望ましいコーティングが可能となる。これは、1層目および2層目の硬化性樹脂は少なくとも大気圧以上の加圧状態とすることにより、樹脂のせん断速度が下がり、安定して厚く樹脂を塗布できるようになるためである。

さらに、ポリマクラッド光ファイバの製造において、コアとクラッド（以降、第１クラッドと称する）とを有する石英ガラス系の光ファイバ裸線に第１クラッドよりも屈折率の低い硬化性樹脂をコーティングすれば、この硬化性樹脂層を第１クラッド内部を伝搬する光がクラッド外部に浸み出すのを防ぐための、第１クラッドに対する外部クラッド（以降、第２クラッドと称する）として機能させることができる。したがって、このようなポリマクラッド光ファイバは図２に示すようなダブルクラッドファイバとなる。

図２のダブルクラッドファイバ１はコア２とその周囲の第１クラッド３と、第１クラッド３の周囲にコーティングされた第２クラッド４と、第２クラッド４の周囲にコーティングされた保護被覆層５から構成される。第１クラッド３の屈折率はコア２の屈折率よりも低く、第２クラッド４の屈折率は第１クラッド３の屈折率よりもさらに低くされている。

また、石英ガラス系の第１クラッドが屈折率の異なる複数のクラッド層であってもかまわない。このようなポリマクラッド光ファイバはマルチクラッドファイバとよばれる。例えば、第１クラッドが屈折率の異なる２層のクラッド層である場合、トリプルクラッドファイバとよばれる構造となる。

上述のようなダブルクラッドファイバあるいはマルチクラッドファイバは、例えばコア内を伝搬する光を増幅するために必要な励起光を光ファイバの第１クラッド内で伝搬させて光増幅器やファイバレーザに供給するためのクラッドポンプ構造用光ファイバとして使用される。このようなクラッドポンプ構造の光増幅器にはコアに光を増幅するために、希土類元素などの活性元素が添加された増幅用光ファイバが用いられる。
一例として、クラッドポンプ構造の光増幅器の全体構成を図３に示す。励起光伝搬用ファイバ１０ａ〜１０ｄと増幅用ファイバ１２にはダブルクラッドファイバが用いられている。
光増幅器２０においては、種光源６から出射された種光が種光伝搬用ファイバ８のコア内を伝搬してコンバイナ９に入射され、複数の励起光源７ａ〜７ｄから出射された励起光は励起光伝搬用ファイバ１０ａ〜１０ｄのコア内を伝搬し、コンバイナ９に入射される。コンバイナ９に入射した種光はダブルクラッドファイバ１１のコア内を伝搬し、増幅用ファイバ１２に入射し、コア内を伝搬する。一方、コンバイナ９に入射された大部分の励起光はダブルクラッドファイバ１１の第１クラッド内を伝搬し、増幅用ファイバ１２に入射して、第１クラッド内を伝搬する。そして、励起光が増幅用ファイバ１２のコアを通過するときにコア中の活性元素に吸収され、活性元素を励起する。励起された活性元素では誘導放出が発生し、種光が増幅されるとともに増幅された光が出力光として増幅用ファイバ１２の出力端から出射される。

このような光増幅器やファイバレーザにクラッドコーティング層の厚さが薄かったり偏肉状態が悪かったりしてクラッドコーティング層の薄い部分が存在するポリマクラッド光ファイバを使用すると、第1クラッド内を伝搬する励起光の伝搬損失が増加することは公知である。

なお、前述の特許文献１〜５で示されている硬化性樹脂の２層コーティング方法はフッ素添加紫外線硬化樹脂の如く、臨界せん断速度が通常の樹脂より格段に低くて塗布性が極端に劣る樹脂をコーティングする場合については考慮されていない。したがって、特許文献１〜５に示される技術をダブルクラッド構造の光ファイバ裸線の製造に適した低屈折率の硬化性樹脂のコーティングに適用しても、充分に厚いコーティング層を形成し得るか否かは不明である。

次に、本発明における第１〜第８の態様の光ファイバの被覆方法について説明する。
本発明の第１の態様の光ファイバ素線の製造方法は、光ファイバ母材から線引された光ファイバ裸線に、光ファイバ裸線の外周部より低い屈折率を有するクラッド用の未硬化の硬化性樹脂によりクラッド１層目のコーティングを行い、続いてそのクラッド１層目のコーティング層が未硬化の状態で、そのクラッド１層目コーティング層の表面に前記硬化性樹脂と同一の未硬化の樹脂によりクラッド２層目のコーティングを行い、その後、クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層の硬化性樹脂層を同時に硬化させることにより一層コーティングの場合よりも厚い厚みのクラッドコーティング層を形成し、前記硬化性樹脂の１層目のコーティングにおける樹脂圧よりも２層目のコーティングにおける樹脂圧を高くすることを特徴とするものである。

第１の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、クラッドコーティング層の最小層厚が厚くなり、ある程度の偏肉が生じても、製造された光ファイバ素線がポリマクラッド光ファイバとして優れた伝搬特性を持つために必要なクラッドコーティング層の厚みが所定の厚み以上になる。また、第４の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、１層目と２層目の硬化性樹脂の流動速度の差が大きくなり、クラッド２層目のコーティング層の厚みが厚くなることにより、クラッド全体の厚みを容易に所定の厚み以上に大きくすることができる。

本発明の第２の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１の態様の光ファイバ素線の製造方法において、クラッド１層目のコーティングを行うための第１ダイスと、クラッド２層目のコーティングを行うための第２ダイスとが隣り合って配列され、かつ第１ダイスの出口が第２ダイスの入口部分に開口している複層一括被覆用ダイスを用いて、クラッド各層のコーティングを行うことを特徴とするものである。

第２の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、前記複層一括被覆用ダイスの第１ダイスと第２ダイスに同じ硬化性樹脂を供給することにより、複層一括被覆用ダイス内でクラッド１層目のコーティングおよび２層目のコーティングを連続して行うことができる。また、クラッド１層目および２層目のコーティングを行うためのコーティング装置の小型化が図れるとともに光ファイバ素線の製造装置の大型化を回避することができる。さらに、第１ダイスの出口から引き出された光ファイバがダイス外部にさらされることなく直ちに第２ダイスに引き入れられるため、クラッドの１層目コーティング層と２層目コーティング層との境界面に外気中の不純物が付着することを防ぐことができる。

本発明の第３の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１の態様および第２の態様の光ファイバの被覆方法において、前記硬化性樹脂の１層目のコーティングと２層目のコーティングとを加圧下で行うことを特徴とするものである。

第３の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、１層目および２層目のクラッドのコーティングで硬化性樹脂に圧力が加えられるため、１層目および２層目の硬化性樹脂がそれぞれ光ファイバ裸線および１層目コーティング層に厚くコーティングされ、クラッドコーティング層の厚みを更に大きくできる。

本発明の第４の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１〜第３のいずれかの態様に記載の光ファイバ素線の製造方法において、前記硬化性樹脂として紫外線硬化樹脂を用いることを特徴とするものである。

本発明の第５の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１〜第４のいずれかの態様に記載の光ファイバ素線の製造方法において、前記硬化性樹脂としてフッ素添加アクリレート樹脂を用いることを特徴とするものである。

本発明の第６の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１〜第５のいずれかの態様に記載の光ファイバ素線の製造方法において、前記光ファイバ母材から線引された光ファイバ裸線を、中心部のコアと、その外周上に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裸線とし、前記第１クラッドより低い屈折率を有する硬化性樹脂により前記クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層を形成して、これらの１層目コーティング層および２層目コーティング層を第２クラッドとしたダブルクラッド構造の光ファイバ素線を製造することを特徴とするものである。

第６の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、前記低屈折率硬化性樹脂によるコーティング層が光ファイバ裸線の第１クラッド内を伝搬する光を第１クラッドの外部に浸み出すことを防ぐための第２クラッドになり、さらに第２クラッドコーティング層の厚みが充分に厚くなることにより、伝搬特性のよいダブルクラッドファイバを製造することができる。

本発明の第７の態様による光ファイバ素線の製造方法は、第１〜第５のいずれかの態様に記載の光ファイバ素線の製造方法において、前記光ファイバ母材から線引された光ファイバ裸線を、中心部のコアと、その外周の第１クラッド内にコアよりも屈折率の低いクラッド層を複数有する光ファイバ裸線とし、前記第１クラッドの最外層より低い屈折率を有する硬化性樹脂により前記クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層を形成して、これらの１層目コーティング層および２層目コーティング層を最外層のクラッドとした複数のクラッドを持つ構造の光ファイバ素線を製造することを特徴とするものである。

第７の態様の光ファイバ素線の製造方法によれば、前記低屈折率硬化性樹脂によるコーティング層が光ファイバ裸線の第１クラッドの最外層内を伝搬する光を前記最外層の外部に浸み出すことを防ぐためのクラッドになり、さらに前記低屈折率硬化性樹脂によるクラッドコーティング層の厚みが充分に厚くなることにより、伝搬特性のよい複数のクラッドを持つファイバを製造することができる。

本発明の光ファイバ素線の製造方法によれば、ポリマクラッド光ファイバのクラッド層の厚みが確実に、光ファイバ裸線の外周部内を伝搬する光が前記クラッド層に浸み出さないようにするための所定の厚み以上になり、優れた伝搬特性のポリマクラッド光ファイバが得られる。
したがって、このようなポリマクラッド光ファイバや、ポリマクラッド光ファイバを使用した製品の歩留まりも向上させることができる。

硬化性樹脂のせん断速度と粘度の関係を表すグラフである。 ダブルクラッドファイバの断面図と屈折率分布を示す略解図である。 ダブルクラッドファイバを用いた光増幅器の全体構成を示す略解図である。 本発明の第１の実施形態による光ファイバ素線の製造方法で用いる光ファイバ素線製造装置の全体構成を示す略解図である。 本発明の第１の実施形態による光ファイバ素線の製造方法で用いる複層一括被覆用ダイスの全体構成を示す略解図である。 従来の光ファイバ素線の製造方法で用いる装置の全体構成を示す略解図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図４および図５を参照して以下で説明する。

図４には、本発明の第１の実施形態の光ファイバ素線の製造方法で用いる光ファイバ素線製造装置の構成を示す。
この光ファイバ素線製造装置は光ファイバ母材の線引炉２４と、クラッドコーティング用の低屈折率紫外線硬化樹脂の１層目と２層目をコーティングするための複層一括被覆用ダイス２６ｃと、１層目クラッドコーティング層と２層目クラッドコーティング層とを同時に硬化させるための樹脂硬化装置２８ｃと、保護被覆用硬化性樹脂を塗布するためのコーティング装置２６ｂと、前記保護被覆用硬化性樹脂を硬化させるための樹脂硬化装置２８ｂと、ファイバ素線の巻き取り機２９とを有している。また、複層一括被覆用ダイス２６ｃはニップル１５と、１層目のクラッドを光ファイバ裸線にコーティングするための第１ダイス１６と、１層目のクラッドコーティング層が未硬化の状態である光ファイバに２層目のクラッドをコーティングするための第２ダイス１７を有している。

図５は複層一括被覆用ダイス２６ｃの構成を詳しく示している。
複層一括被覆ダイス２６ｃはホルダー１４内にニップル１５と第１ダイス１６と前記第２ダイス１７が隣り合って配列され、かつニップル１５の出口は第１ダイス１６の入口部分に開口するとともに第１ダイス１６の出口が第２ダイス１７の入口部分に開口している。ニップル１５は、ホルダー１４および上部押さえプレート１８によって固定され、第２ダイス１７は下部支えプレート１９によって固定されている。また、第１ダイス１６と第２ダイス１７との外周とホルダー１４の内周との間には、弾性体２０が配置されている。また、ホルダー１４には図示しない調芯装置が取り付けられている。前記調芯装置により、第１ダイス１６と第２ダイス１７とを水平に動かすことができる。

次に、図４に示す光ファイバ素線製造装置を用いた光ファイバ素線の製造工程について説明する。
図４の光ファイバ素線製造装置において、光ファイバ母材２３の線引炉２４への挿入により、線引炉２４で線引された光ファイバ裸線２５は、複層一括被覆用ダイス２６ｃのニップル１５を通り、第１ダイス１６および第２ダイス１７でそれぞれ１層目および２層目の低屈折率硬化性樹脂がコーティングされる。続いて、光ファイバ３０にコーティングされた前記１層目と２層目の低屈折率硬化性樹脂は樹脂硬化装置２８ｃで硬化される。低屈折率硬化性樹脂によるクラッドコーティング層をコーティングされた光ファイバ３２は、樹脂被覆装置２６ｂで保護被覆用硬化性樹脂がコーティングされ、光ファイバ３４にコーティングされた保護被覆用硬化性樹脂は樹脂硬化装置２８ｂで硬化される。クラッドコーティング層および保護被覆用硬化性樹脂層がコーティングされた光ファイバ３６は、巻き取り機２９で巻き取られ、ポリマクラッド光ファイバ素線となる。

続いて、複層一括被覆用ダイス２６ｃを用いて線引された光ファイバ裸線に２層のクラッドがコーティングされる原理を説明する。
第１ダイス１６を固定しておき、ニップル１５と第１ダイス１６と第２ダイス１７とを、前記調芯装置により操作し、また弾性体２０の反発力を利用することにより、水平方向に調心移動させて偏肉を調整する。前述の調整が完了した状態で、第１ダイス１６と第２ダイス１７に低屈折率紫外線硬化樹脂を図示しない供給経路から加圧して供給する。
ニップル１５に挿入された光ファイバ裸線はニップル１５を通り、その出口から引き出されると同時に第１ダイス１６の入口部分から第１ダイス１６に入り、第１ダイス１６内に充填されているクラッド１層目の低屈折率紫外線硬化樹脂に浸かり、光ファイバ裸線には低屈折率紫外線硬化樹脂がコーティングされる。このときのクラッド１層目のコーティング層の厚みは第１ダイスの穴径によって決まる。
１層目コーティング層が未硬化の状態で、クラッド１層目がコーティングされた光ファイバ裸線は第１ダイスの出口から引き出されるとともに第２ダイスの入口部分から第２ダイス１７に入り、第２ダイス１７内に充填されているクラッド１層目と同じ低屈折率紫外線硬化樹脂に浸かり、クラッド１層目の低屈折率紫外線硬化樹脂層の外周にクラッド２層目として同じ低屈折率紫外線硬化樹脂層がコーティングされる。クラッド１層目および２層目の低屈折率紫外線硬化樹脂層がコーティングされた光ファイバ裸線は第２ダイスの出口から引き出され、前述の光ファイバ素線の製造工程で説明したように樹脂硬化装置２８ｃへと引かれる。

光ファイバ裸線の線引速度を高速にしていくと、ある線引速度で硬化性樹脂のコーティングの厚さが急激に変動するため、硬化性樹脂がコーティングできなくなる。
この原因の１つとして、線引速度の高速化により第１ダイス１６と第２ダイス１７と樹脂被覆装置２６ｂとの内部の硬化性樹脂のせん断速度が、硬化性樹脂の臨界せん断速度を超えることが挙げられる。硬化性樹脂のせん断速度が臨界せん断速度を超えると、第１ダイス１６と第２ダイス１７と樹脂被覆装置２６ｂの内部の硬化性樹脂の流動が不安定になり、硬化性樹脂のコーティング層の厚みが大きく変動する。

第１ダイス１６と第２ダイス１７と樹脂被覆装置２６ｂの内部において、光ファイバ裸線が線引されることにより流動する硬化性樹脂のせん断速度ηは引用文献３に記載されているように、
η＝Ｖ／Ｒｆ／ｌｏｇ（Ｒｄ／Ｒｆ）
＋Ｐ／Ｌ／４μ｛２Ｒｆ−（Ｒｄ^２−Ｒｆ^２）／Ｒｆ／ｌｏｇ（Ｒｄ／Ｒｆ）｝
で表される。ここで、
Ｖ：線引き速度
Ｒｆ：光ファイバ裸線およびコーティングされた光ファイバの外径
Ｒｄ：（第１ダイス１６／第２ダイス１７／樹脂被覆装置２６ｂ）の出口の半径
Ｐ：硬化性樹脂の樹脂圧
Ｌ：（第１ダイス１６／第２ダイス１７／樹脂被覆装置２６ｂ）の長さ
μ：硬化性樹脂の粘度
である。前記式の右辺第１項は光ファイバに引きずられる硬化性樹脂の流れによるせん断速度を、右辺第２項は圧力の流れによるせん断速度を表している。前記式を第１ダイス１６／第２ダイス１７／樹脂被覆装置２６ｂにそれぞれ適用すると、第１ダイス１６／第２ダイス１７／樹脂被覆装置２６ｂのそれぞれの内部でのせん断速度の最大値は、前記右辺第１項の最大値に略等しくなる。そして、前記硬化性樹脂の臨界せん断速度をγｃとすると、
Ｖ／Ｒｆ／ｌｏｇ（Ｒｄ／Ｒｆ）＜γｃ
が成り立つ。したがって、前記式の条件が成り立つように第１ダイス１６と第２ダイス１７と樹脂被覆装置２６ｂに関する各パラメータおよび線引速度を設定するとともに、光ファイバ裸線へのクラッドのコーティングは低屈折率紫外線硬化樹脂の２層コーティングを行うことにより、光ファイバ裸線の外周に低屈折率かつ厚い硬化性樹脂コーティング層が形成される。

ここで、光ファイバ母材から線引された光ファイバ裸線を、中心部のコアと、その外周上に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裸線とし、第１クラッドよりも低い屈折率を有する硬化性樹脂として前記フッ素添加紫外線硬化樹脂を用いれば、前記２層コーティング方法をダブルクラッドファイバの第２クラッドコーティング層の形成に好適に適用できる。
そこで以下の実施例でも、ダブルクラッドファイバの第２クラッド層の形成に低屈折率紫外線硬化樹脂を用いて、２層コーティング方法を適用し、コーティング層の厚みが充分厚くなるかということについて確認した。

以下に、第１の実施形態において、コアと第１クラッドとを有する光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層のコーティングを行ったダブルクラッドファイバの製造の実施例について説明する。

比較例１
図６に示す従来の光ファイバ素線製造装置を用い、コアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引された光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本比較例では、前記光ファイバ裸線の線引速度を１５ｍ／ｍｉｎ、ファイバ径を１２５μｍとし、第２クラッドのコーティング材料としては低屈折率の紫外線硬化樹脂を用いた。低い屈折率（１．３８〜１．４７；波長５８９ｎｍ、温度２５℃）と透明性を兼備したフッ素化アクリル樹脂である。また、第２クラッドコーティング用の複層一括被覆用ダイス２６ｃの第１ダイス径１６および第２ダイス１７のダイス径は０．２３ｍｍ、前記樹脂の温度は４２℃、樹脂圧は０．０３ＭＰａとした。このとき、硬化性樹脂のせん断速度は６．５１×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は０．０９５（Ｐａ・ｓ）となった。なお、保護被覆材料の紫外線硬化樹脂はせん断速度によって樹脂粘度が変わらない樹脂を用いた。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッドとしてコーティングされた低屈折率紫外線硬化樹脂層の径（以降、第２クラッド径）と、保護被覆用硬化性樹脂層の径（以降、保護被覆径）を計測した結果を表１に示す。

実施例１
図４に示す光ファイバ素線製造装置を用い、コアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引された光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本実施例においても比較例１と同様に、前記光ファイバ裸線の線引速度を１５ｍ／ｍｉｎ、ファイバ径を１２５μｍとし、第２クラッドのコーティング材料として前記樹脂を用いた。また、1層目および２層目の第２クラッドのコーティングには複層一括被覆用ダイスを使用し、２層分の樹脂を塗布し、複層一括被覆用ダイスの第1ダイスおよび第２ダイスのダイス径は、それぞれ０．２３ｍｍ、０．２５ｍｍとした。樹脂温度および樹脂圧は1層目および２層目とも、それぞれ４２℃、０．０３ＭＰａとした。その結果、第２クラッドコーティング用の低屈折率紫外線硬化型樹脂のせん断速度は、1層目が６．５１×１０^３（１／ｓ）、２層目が６．４８×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は1層目が０．０９５（Ｐａ・ｓ）、２層目が０．０９８（Ｐａ・ｓ）となった。なお、保護被覆材料の紫外線硬化樹脂には、第２クラッドコーティング用の低屈折率紫外線硬化樹脂とは異なり、低屈折率ではない紫外線硬化樹脂を用い、保護被覆の樹脂被覆装置には従来技術の一層のみのコーティングを行うものを用いた。また前記屈折率ではない紫外線硬化樹脂はウレタンアクリレート樹脂を主体とするものである。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッド径と、保護被覆径を計測した結果を表２に示す。
表２からわかるように、ファイバ径が１２５μｍのファイバにおいて、１層目および２層目の第２クラッドのコーティングに複層一括被覆用ダイスを用いたコーティング方法により、従来技術の光ファイバ素線製造方法で行うよりも第２クラッド径が厚くなっており、製造された光ファイバ素線ではダブルクラッドファイバとして使用されるために十分な第２クラッドコーティング層の厚みが得られた。

実施例２
図４に示す被覆装置を用い、樹脂の加圧条件を変化させてコアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引された光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本実施例においては実施例１と同じ前記光ファイバ裸線の線引速度、ファイバ径を設定し、第２クラッドのコーティング材料として実施例1と同じ低屈折率の紫外線硬化樹脂を用いた。また、１層目および２層目の第２クラッドには複層一括被覆用ダイスを使用し、２層分の低屈折率紫外線硬化樹脂を塗布した。複層一括被覆用ダイスの1層目の第１ダイスおよび第２ダイスのダイス径と樹脂温度は実施例１と同様とした。
樹脂圧は第２クラッド1層目および２層目で、それぞれ０．０３ＭＰａ、０．０６ＭＰａとした。その結果、第２クラッドコーティング用の低屈折率紫外線硬化樹脂のせん断速度は、1層目が６．５１×１０^３（１／ｓ）、２層目が６．４３×１０^３（１／ｓ）となり、低屈折率紫外線硬化樹脂の粘度は1層目が０．０９５（Ｐａ・ｓ）、２層目が０．１０１（Ｐａ・ｓ）となった。なお、実施例１と同様に保護被覆のコーティング材料の紫外線硬化樹脂にはウレタンアクリレート樹脂を主体とするものを用い、２次被覆の樹脂被覆装置には従来技術の一層のみのコーティングを行うものを用いた。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッド径と保護被覆径を計測した結果を表３に示す。
表３からわかるように、ファイバ径が１２５μｍのファイバにおいて、光ファイバ裸線に第２クラッド１層目および２層目のコーティングを行うために複層一括被覆用ダイスを用いたコーティング方法で、第２クラッド用低屈折率紫外線硬化樹脂の加圧条件を変化させることにより、前記加圧条件を変えずに第２クラッドをコーティングした実施例１の光ファイバ素線の第２クラッド径よりも、実施例２で製造された光ファイバ素線の第２クラッド径がさらに厚くなっており、製造された光ファイバ素線ではダブルクラッドファイバとして良好に機能するために十分な第２クラッドコーティング層の厚みが確保されていることがわかる。

比較例２
次に、ファイバ径を４００μｍとして、図６に示す従来の被覆装置を用い、コアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引された光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本比較例では、前記光ファイバ裸線の線引速度、第２クラッド層および保護被覆のコーティング材料の硬化性樹脂、前記硬化性樹脂の温度および樹脂圧は比較例１と同様とした。また、第２クラッドコーティング用の複層一括被覆用ダイス２６ｃの第１ダイス１６および第２ダイス１７のダイス径は０．５３ｍｍとした。このとき、第２クラッドコーティング用の低屈折率紫外線硬化性樹脂のせん断速度は４．４０×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は０．１４６Ｐａ・ｓとなった。さらに、保護被覆用の樹脂被覆装置２７ａのダイス径は０．６０ｍｍとした。このときの保護被覆用紫外線硬化樹脂のせん断速度は４．０９×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は３．０Ｐａ・ｓとなった。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッド径と保護被覆径を計測した結果を表４に示す。

実施例３
図４に示す光ファイバ素線製造装置を用い、コアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引されたファイバ径４００μｍの光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本比較例においても光ファイバ裸線の線引速度、第２クラッドおよび保護被覆のコーティング材料の硬化性樹脂の種類、硬化性樹脂の温度および樹脂圧は実施例１と同様とした。また、前記複層一括被覆用ダイスの1層目の第１ダイスおよび第２ダイスのダイス径は、それぞれ０．５３ｍｍ、０．５８ｍｍとした。このとき、低屈折率紫外線硬化性樹脂の１層目および２層目のコーティングにおけるせん断速度は、それぞれ４．４０×１０^３（１／ｓ）、４．３４×１０^３（１／ｓ）となり、低屈折率紫外線硬化性樹脂の第２クラッド１層目および２層目の樹脂粘度は、それぞれ０．１４６Ｐａ・ｓ、０．１５０Ｐａ・ｓとなった。さらに、保護被覆用の樹脂被覆装置２７ａのダイス径は比較例２と同様に０．６０ｍｍとした。このときの保護被覆用硬化樹脂のせん断速度は４．６７×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は３．０Ｐａ・ｓであった。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッド径と保護被覆径を計測した結果を表５に示す。
表５からわかるように、ファイバ径が４００μｍのファイバにおいて、１層目および２層目の第２クラッドのコーティングに複層一括被覆用ダイスを用いたコーティング方法により、従来技術の光ファイバ素線製造方法で硬化性樹脂のコーティングを行うよりも第２クラッド径が厚くなっており、製造された光ファイバ素線ではダブルクラッドファイバとして使用されるために十分な第２クラッド層の厚みが得られていることがわかる。

実施例４
図４に示す被覆装置を用い、樹脂の加圧条件を変化させてコアと第1クラッドとを有する光ファイバ母材２３から線引炉２４により線引されたファイバ径４００μｍの光ファイバ裸線に第２クラッド層および保護被覆層をコーティングした。
本実施例においては実施例３と同じ光ファイバ裸線のファイバ径および線引速度とし、実施例３と同じ第２クラッドおよび保護被覆のコーティング材料の硬化性樹脂を用いた。また、第２クラッド１層目および２層目のコーティングには複層一括被覆用ダイスを使用し、２層分の低屈折率紫外線硬化性樹脂を前記光ファイバ裸線にコーティングし、複層一括被覆用ダイスの第１ダイスおよび第２ダイスのダイス径、および樹脂温度は、実施例１と同様とした。
低屈折率紫外線硬化性樹脂の樹脂圧は第２クラッド1層目および２層目で、それぞれ０．０３ＭＰａ、０．０６ＭＰａとした。その結果、低屈折率紫外線硬化性樹脂のせん断速度は、第２クラッド1層目が４．４０×１０^３（１／ｓ）、第２クラッド２層目が４．３０×１０^３（１／ｓ）となり、樹脂粘度は第２クラッド1層目が０．１４６（Ｐａ・ｓ）、第２クラッド２層目が０．１５２（Ｐａ・ｓ）となった。

上述の条件において１ｋｍの光ファイバ線引を行い、製造された光ファイバ素線の１０箇所の断面のファイバ径と、第２クラッド径と保護被覆径を計測した結果を表６に示す。
表６からわかるように、ファイバ径が４００μｍのファイバにおいて、１層目および２層目の第２クラッドのコーティングを行うために複層一括被覆用ダイスを用いたコーティング方法で、第２クラッド用低屈折率紫外線硬化樹脂のコーティング時の加圧条件を変化させることにより、加圧条件を変えずに第２クラッドを前記光ファイバ裸線にコーティングした実施例２の光ファイバ素線の第２クラッド径よりも、実施例４で製造された光ファイバ素線の第２クラッド径はさらに厚くなっており、ダブルクラッドファイバとして良好に機能するために十分な第２クラッドコーティング層の厚みが確保されていることがわかる。

なお、上述の実施例および比較例においてはコアと第１クラッドとを有する光ファイバ裸線を用いたが、本発明における光ファイバ裸線は必ずしもコアと第１クラッドとを有していなくともよい。さらには、コアと複数のクラッド有していてもよい。

１…ダブルクラッドファイバ、２…コア、３…第１クラッド、４…第２クラッド、５…保護被覆硬化性樹脂層、１４…ホルダー、１５…ニップル、１６…第１ダイス、１７…第２ダイス、１８…上部押さえプレート、１９…下部支えプレート、２０…弾性体、２３…光ファイバ母材、２４…線引炉、２５，３０，３２，３４，３６…光ファイバ、２６ａ，２６ｂ…樹脂被覆装置、２６ｃ…複層一括被覆用ダイス、２８ａ、２８ｂ…樹脂硬化装置

Claims (7)

1. 光ファイバ母材から線引された光ファイバ裸線に、前記光ファイバ裸線の外周部より低い屈折率を有するクラッド用の未硬化の硬化性樹脂によりクラッド１層目のコーティングを行い、続いてそのクラッド１層目コーティング層が未硬化の状態で、そのクラッド１層目コーティング層の表面に前記硬化性樹脂と同一の未硬化の樹脂によりクラッド２層目のコーティングを行い、その後、クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層の硬化性樹脂層を同時に硬化させることにより一層コーティングの場合よりも厚い厚みのクラッドコーティング層を形成し、
   前記硬化性樹脂の１層目のコーティングにおける樹脂圧よりも２層目のコーティングに
   おける樹脂圧を高くすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
2. 請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   前記クラッド１層目のコーティングを行うための第１ダイスと、前記クラッドの２層目のコーティングを行うための第２ダイスとが隣り合って配列され、かつ第１ダイスの出口が第２ダイスの入口部分に開口している複層一括被覆用ダイスを用いて、クラッド各層のコーティングを行うことを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
3. 請求項１および請求項２に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   前記硬化性樹脂の１層目のコーティングと２層目のコーティングとが加圧下で行われることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   前記硬化性樹脂として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。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   前記硬化性樹脂としてフッ素添加アクリル系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。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   中心部のコアと前記コアの外周にコアよりも屈折率の低い第１クラッドとを有する前記光ファイバ裸線に、前記第１クラッドより低い屈折率を有する硬化性樹脂により前記クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層を形成することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
7. 請求項６の請求項に記載の光ファイバ素線の製造方法において、
   前記第１クラッド内において、コアよりも屈折率の低いクラッド層を複数有する前記光ファイバ裸線に、前記第1クラッドの最外層より低い屈折率を有する硬化性樹脂により前記クラッド１層目コーティング層および２層目コーティング層を形成す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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