JP6565718B2 - 光ファイバ心線のマーキング方法およびマーキング装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ心線のマーキング方法およびマーキング装置に関し、より詳しくは、インク滴をインクノズルから光ファイバ心線に被着することにより、光ファイバ識別用の識別マークを光ファイバ心線の表面に印字する光ファイバの製造方法および装置に関する。

光ファイバは、一般的に光導波路をなすガラスファイバの外側に２層の被覆層を設け、更にその外側に着色層を設けた構造となっている。ガラスファイバおよび２層の被覆層からなる光ファイバは、光ファイバ心線とも呼ばれている。従前は、上記のように光ファイバ心線に着色層を設け、色分けによって光ファイバケーブル中の光ファイバを識別していたが、光ファイバケーブルの多心化等に伴い、色分け以外の手法でも光ファイバを識別する必要が出てきている。このため、色分けに加えて光ファイバ識別用の識別マークを光ファイバ心線の表面に設け、識別マークのパターンなどで光ファイバを識別する手法が採用されている。

一般に、識別マークを光ファイバ心線の表面に設けるには、インクジェット方式のプリンタなどを使用する。しかし、光ファイバ心線の走行速度が速くなると、インク滴とインク滴との間隔が開くため、視認性が低下したり、所定の識別マーク長よりも長くなるため、本来のマーキング機能が得られなくなるという問題があった。

このため、例えば、特許文献１には、プリンタのインクノズルを、走行する光ファイバ心線の長手方向にスキャン（移動）し、インク滴を光ファイバ心線に吹き付ける技術が開示されている。この技術は、インクヘッドのインクノズルの移動方向を、光ファイバ心線の走行方向と一致させることによって、インクノズルと光ファイバ心線との相対速度を小さくし、速い光ファイバ心線の走行速度に対しても、良好なマーキング品質を得ようとするものである。

特開２００５−１２３０４１号公報

しかし、特許文献１に開示された光ファイバ心線のマーキング方法では、インクヘッドあるいはインクノズルを光ファイバ心線に沿って平行移動させる必要があるため、光ファイバ心線の走行速度がさらに高速になった場合は、インクヘッドの慣性により追従できない。そのため、インクノズルと光ファイバ心線との相対速度が大きくなってしまい、結局は、インク滴とインク滴との間隔が開くといった課題を解決するためには限界があった。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、識別マーク長が光ファイバ心線の走行速度に依存しないあるいは識別マーク長の走行速度依存性を小さくした、視認性の良好な印字が可能な光ファイバ心線のマーキング方法およびマーキング装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光ファイバ心線のマーキング方法は、インクヘッドから吐出する複数のインク滴を走行する光ファイバ心線に吹き付けることにより、光ファイバ識別用の識別マークを前記光ファイバ心線の表面に印字する光ファイバ心線のマーキング方法であって、前記インク滴の吐出方向を前記光ファイバ心線の上流側に向けるとともに、前記インクヘッドから前記光ファイバ心線までの前記インク滴の飛翔距離が、先に吐出するインク滴よりも後で吐出するインク滴のほうが短い光ファイバ心線のマーキング方法である。

また、本発明の光ファイバ心線のマーキング装置は、インクノズルと、該インクノズルから吐出されるインク滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極を備え、前記インク滴を走行する光ファイバ心線に向けて吐出するインクヘッドを有する光ファイバ心線のマーキング装置であって、前記インク滴の前記インクヘッドからの吐出方向が前記ファイバ心線の走行方向上流に向けられている光ファイバ心線のマーキング装置である。

本発明によれば、識別マーク長が光ファイバ心線の走行速度に依存しないあるいは識別マーク長の走行速度依存性を小さくできるため、光ファイバ心線の走行速度が速い製造過程下においても、視認性の良好な印字が可能な光ファイバ心線を得ることができる。より具体的には、高線速であっても所望の線速において、インクヘッドの傾斜角度等のパラメータを適正に設定することで、視認性の良い印字品質を実現することができ、このため、光ファイバ心線の製造時の歩留まりを向上することができる。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ心線のマーキング装置の構成例を説明するための図である。 本発明によって得られた光ファイバ心線の一例を示す図である。 図２Ａに示す光ファイバ心線のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。 本発明の光ファイバ心線のマーキング方法における、光ファイバ心線に対するインク滴の飛翔の関係を模式的に説明するための図である。 本発明の光ファイバ心線のマーキング方法におけるインク滴の吐出から被着までの時間を説明するための図である。 インクヘッドの傾斜角度を変えた際の、光ファイバ心線の走行速度と識別マークの長さとの関係を示す図である。 光ファイバ心線の走行速度を変えた際の、インクヘッドの傾斜角度と識別マークの長さとの関係を示す図である。

最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
（１）本願の光ファイバのマーキング方法は、インクヘッドから吐出する複数のインク滴を走行する光ファイバ心線に被着することにより、光ファイバ識別用の識別マークを前記光ファイバ心線の表面に印字する光ファイバ心線のマーキング方法であって、前記インク滴の吐出方向を前記光ファイバ心線の上流側に向けるとともに、前記インクヘッドから前記光ファイバ心線までの前記インク滴の飛翔距離が、先に吐出するインク滴よりも後で吐出するインク滴のほうが短い光ファイバ心線のマーキング方法である。これにより、識別マーク長が光ファイバ心線の走行速度に依存しないあるいは識別マーク長の走行速度依存性を小さくすることができる。

（２）上記（１）の光ファイバ心線のマーキング方法において、前記インクヘッドに設けた帯電電極によって前記インク滴を帯電させ、前記インクヘッドに設けた偏向電極によって前記インク滴の吐出方向を変更する。これにより、本発明の光ファイバ心線のマーキング方法では、インクヘッド自体を動かすことなく、インク滴の吐出方向を変更することができる。

（３）上記（１）または（２）の光ファイバ心線のマーキング方法において、前記複数のインク滴の最初に吐出されるインク滴と最後に吐出されるインク滴が同時に前記光ファイバ心線に被着することが望ましい。これにより、光ファイバ心線の走行速度に依存することなく所定長さの識別マークを印字できる。

（４）本発明の光ファイバ心線のマーキング装置は、インクノズルと、該インクノズルから吐出されるインク滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極を備え、前記インク滴を走行する光ファイバ心線に向けて吐出するインクヘッドを有する光ファイバ心線のマーキング装置であって、前記インク滴の前記インクヘッドからの吐出方向が前記ファイバ心線の走行方向上流に向けられている光ファイバ心線のマーキング装置である。これにより、識別マーク長が光ファイバ心線の走行速度に依存しないあるいは識別マーク長の走行速度依存性を小さくすることができる。

（本願発明の実施形態の詳細）
以下に図面を参照しつつ、本発明に係る光ファイバ心線のマーキング方法およびマーキング装置の具体例について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれる。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る光ファイバ心線のマーキング装置の構成例を説明するための図である。また、図２Ａは、本発明によって得られた光ファイバ心線の一例を示す図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す光ファイバ心線のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。マーキング装置１は、インク滴２を連続的に吐出するインクノズル１１と、インクノズル１１の前方に配置され、インクノズル１１から吐出され飛翔するインク滴２に所定の電荷を与える荷電電極１２と、荷電電極１２の前方にインク滴２の飛翔経路を挟んで配置された偏向電極１３からなるインクヘッド１０を備えている。インクノズル１１には、加圧ポンプ１４によって図示しないインクタンクから吸い上げたインクが加圧されて供給される。インクノズル１１には圧電素子１５が設けられており、駆動回路２１から圧電素子１５に周期的な電圧を印加することによって、圧電素子１５を振動させ、インクノズル１１から吐出するインクを、所定の間隔に分裂して飛翔する連続的なインク滴２としている。

インクノズル１１から吐出したインク滴２は、荷電回路２２によって駆動される荷電電極１２によって所定の電荷レベルに帯電される。その後、帯電されたインク滴２が偏向回路２３によって駆動される一対の偏向電極１３間を通過するとき、インク滴２は、偏向電極１３の電界により、その荷電レベルに応じて飛翔方向が偏向される。このため、インクノズル１１から吐出されたインク滴２は、インクヘッド１０から吐出する際に、その吐出方向が変更された後、矢印Ａ方向に走行する光ファイバ心線３に向かう。そして、光ファイバ心線３に被着した複数個のインク滴２によって、識別マーク長Ｌvfの識別マーク４が形成される。加圧ポンプ１４、駆動回路２１、荷電回路２２、および、偏向回路２３は、コントローラ２０によって制御され、インク滴２の吐出速度、吐出間隔、偏向角度などが調整される。そして、マーキング装置１のインクヘッド１０からのインク滴２の吐出方向は、光ファイバ心線３の上流側に向けられている。

なお、本説明では、図２に示すように、識別マーク長Ｌvfは、インク滴２の大きさを点とみなし、最初に被着したインク滴２1stの中心と最後に被着したインク滴２lastの中心との間の距離としている。このため、インク滴２が光ファイバ心線３に被着した際の広がりを考慮した際の識別マーク長Ｌvf’は、識別マーク長Ｌvfよりもインク滴２の大きさの分だけ長くなる。

光ファイバ心線３は、ガラスファイバ３３、プライマリ樹脂層３４、セカンダリ樹脂層３５、識別マーク４、着色層３６からなる。ガラスファイバ３３は、透明な誘電体、例えば石英ガラスからなるコア部３１およびクラッド部３２を有し、標準外径が例えば１２５μｍの光導波路である。プライマリ樹脂層３４は、外径が１９０〜２００μｍ程度で形成され、ヤング率が比較的低い軟質の樹脂からなる被覆層である。セカンダリ樹脂層３５は、外径が２４０〜２５０μｍ程度で形成され、ヤング率が比較的高い硬質の樹脂からなる被覆層である。着色層３６は、厚みが５〜１０μｍ程度で形成され、紫外線硬化型インク（例えばウレタンアクリレート）からなる透明あるいは半透明の着色された層であり、識別マーク４の印刷後に形成される。また、識別マーク４は、セカンダリ樹脂層３５の外周の一部を覆い、光ファイバ心線３の周方向に回り込み、その範囲は、１８０°よりも大きな中心角を有している。

次に、図１に示すマーキング装置１を用いて、光ファイバ心線３に識別マークを付与する方法について説明する。図３は、本発明の光ファイバ心線のマーキング方法における、光ファイバ心線に対するインク滴の飛翔の関係を模式的に説明するための図である。図４は、本発明の光ファイバ心線のマーキング方法におけるインク滴の吐出から被着までのタイムチャートを説明するための図である。

図３において、マーキング装置１のインクヘッド１０は、インクヘッド１０の先端から光ファイバ心線３へ下した垂線Ｘを基準に光ファイバ心線３の走行方向の上流側に向かって角度θhead傾斜して配置されている。なお、以下の説明では、角度は、インクヘッド１０の先端からの垂線Ｘを基準に光ファイバ心線３の走行方向の上流側に向かって測った角度を意味するものとする。そして、インクヘッド１０から複数のインク滴によって一つの識別マークを形成する場合、最初に吐出されるインク滴２1stは、インクヘッド１０から角度θheadで吐出される。その後、順次吐出されるインク滴２は、偏向電極１３によって光ファイバ心線３の走行方向下流側に向くように、荷電電極１２への印加電圧が荷電回路２２によって変更される。なお、角度θheadはインクヘッドの傾斜角度に相当する。

そして、最後に吐出されるインク滴２lastは、図３に示すインクヘッド１０から角度θhead−θscan（ただし、θhead―θscan≧０°）で吐出されるようにしている。このように、複数のインク滴によって一つの識別マークを形成する場合、インクヘッド１０は、最初に吐出するインク滴２1stから最後に吐出するインク滴２lastまで、インク滴２をスキャン（走査）しながら吐出している。これによって、インクヘッド１０から光ファイバ心線３までの飛翔距離が、先に吐出するインク滴２よりも後で吐出するインク滴２が短くなる。このため、インクヘッド１０から最初に吐出するインク滴２1stの光ファイバ心線３までの飛翔距離をＬ1st、最後に吐出するインク滴２lastの光ファイバ心線３までの飛翔距離をＬlastとすると、常に、Ｌ1st＞Ｌlastの関係が得られる。なお、角度θscanはインクヘッド１０のスキャン角度に相当する。

次に、最初のインク滴２1stと最後のインク滴２lastとが光ファイバ心線３へ被着する関係について説明する。図４は、本発明の光ファイバ心線のマーキング方法におけるインク滴の吐出から被着までの時間を説明するための図である。最初のインク滴２1stはインクヘッド１０から吐出され、時間Ｔ1st後に光ファイバ心線３上に被着するものとする。また、最後のインク滴２lastは、最初のインク滴２1stが吐出されてからスキャン時間ΔＴ後にインクヘッド１０から吐出され、吐出されてから時間Ｔlast後に光ファイバ心線３に被着するものとする。ここで、ΔＴはスキャン時間（最初のインク滴２1stの吐出から最後のインク滴２lastの吐出までの時間）に相当する。

そして、最初のインク滴２1stが光ファイバ心線３に被着してから時間Ｔmove後に最後のインク滴２lastが光ファイバ心線３に被着したとすると、最初のインク滴２1stが光ファイバ心線３に被着してから、時間Ｔmoveだけ光ファイバ心線３は走行するため、最後のインク滴２lastが被着した際に、最初のインク滴２1stが被着した光ファイバ心線３の被着個所は移動することになる。本実施形態では、上述したように、インクヘッド１０から光ファイバ心線３までの飛翔距離が、先に吐出するインク滴２よりも後で吐出するインク滴２が短くなる。したがって、最初のインク滴２1stが吐出されてから被着するまでの時間Ｔ1stよりも、最後のインク滴２lastが吐出されてから被着するまでの時間Ｔlastを短くすることができる。このため、後述するように、走行速度Ｖfで移動する光ファイバ心線３に対して、インクヘッド１０の傾け角度θhead、スキャン角度θscan、インク滴２の飛翔速度Ｖdotを調整することによって、時間Ｔmoveを０とすることができ、光ファイバ心線３の走行速度Ｖfに関係なく識別マーク長Ｌvfを一定の長さとすることができる。

図３に戻り、インクヘッド１０の先端から光ファイバ心線３に下した垂線Ｘが光ファイバ心線３に交差する位置Ｐを基準として、最初のインク滴２1stが光ファイバ心線３に被着する位置までの距離をＬａ、最後のインク滴２lastが光ファイバ心線３に被着する位置までの距離をＬｂ、最初のインク滴２1stが光ファイバ心線３に到達してから最後のインク滴２lastが光ファイバ心線３に到達するまでの時間（Ｔmove）に光ファイバ心線３が移動する距離をＬcとした場合、識別マーク長Ｌvfは次式で求まる。
Ｌvf＝Ｌa−Ｌb−Ｌc …式１
式１において、Ｌa−Ｌbは幾何学的長さであり、Ｌcが時間的補正分に相当する。

ここで、インク滴２が重力や空気の抵抗に影響されないとすると、最初のインク滴２1stが吐出されてから光ファイバ心線３に到達するまでの時間Ｔ1st、最後に吐出されるインク滴２lastの飛翔距離Ｌlast、最後のインク滴２lastが吐出されてから光ファイバ心線３に到達するまでの時間Ｔlastは、それぞれ次式で表せる。
Ｔ1st＝Ｌ1st／Ｖdot …式２
Ｌlast＝Ｌ1st・cosθhead／cos (θhead−θscan) …式３
Ｔlast＝Ｌlast／Ｖdot
＝｛L1st・cosθhead／cos(θhead−θscan)｝／Ｖdot …式４

そして、式１のＬa、Ｌb、および、Ｌcは次式で表せる。
Ｌa＝Ｌ1st・sinθhead …式５
Ｌb＝Ｌlast・sin(θhead−θscan) …式６
Ｌc＝Ｔmove・Ｖf
＝（ΔＴ＋Ｔlast−Ｔ1st）・Ｖf …式７

式１に式２から式７を代入すると、式１は次のように表せる。
Ｌvf＝Ｌ1st・｛sinθhead−cosθhead／cos(θhead−θscan)・sin(θhead−θscan)｝−[ΔＴ＋Ｌ1st・｛cosθhead／cos(θhead−θscan)−１｝／Ｖdot]・Ｖf …式８
そして、インク滴２が光ファイバ心線３に被着した際の広がりを考慮した際の識別マーク長Ｌvf’は次式となる。
Ｌvf’＝Ｌvf＋ａ …式８
ここで、ａはインク滴２の広がりと印字位置の精度に依存する長さである。

図５は、インクヘッドの傾斜角度を変えた際の、光ファイバ心線の走行速度と識別マークの長さとの関係を示す図である。図５において、横軸は光ファイバ心線３の走行速度であり、縦軸は識別マーク長Ｌvf’を示している。そして、図５は、インクヘッド１０のスキャン角度θscanを５°、最初のインク滴２1stの飛翔距離Ｌ1stを４０ｍｍ、スキャン時間ΔTを０．２ｍｓ、インク滴２の飛翔速度Ｖdotを２００００ｍｍ／sec、長さａを１ｍｍとした場合の結果を示している。

その結果、図５で示すように、インクヘッド１０の傾斜角度θheadを大きくするにしたがって、識別マーク長Ｌvf’が最小値をとる光ファイバ心線３の走行速度は大きくなるが、傾斜角度θheadが所定の値（図５の場合は５３°）で識別マーク長Ｌvf’が一定値になることが分かる。この角度５３°は、式８において、時間的補正分Ｌcが０になった場合に相当し、最初のインク滴２1stと最後のインク滴２lastとが同時に光ファイバ心線３に被着した場合に対応する。なお、識別マーク長Ｌvf’が最小値（ほぼ１ｍｍ）をとる場合は、最初のインク滴２1stと最後のインク滴２lastとが光ファイバ心線３の同じ位置に被着する場合である。

図６は、光ファイバ心線の走行速度を変えた際の、インクヘッドの傾斜角度と識別マークの長さとの関係を示す図である。図６において、横軸はインクヘッド１０の傾斜角度θheadであり、縦軸は識別マーク長Ｌvf’を示している。図６は、インクヘッド１０のスキャン角度θscan、最初のインク滴２の飛翔距離Ｌ1st、スキャン時間ΔT、インク滴２の飛翔速度Ｖdot、長さａの各値は、図５の場合と同様の値を用いた結果を示している。

その結果、図６で示すように、光ファイバ心線３の走行速度Ｖfを変化させても、インクヘッド１０の傾斜角度θheadを変化させていくと、各走行速度での識別マーク長の線は傾斜角度θheadが５３°をとる際に１点で交わることが分かる。これは、図５の説明で述べた場合と同様に、最初のインク滴２1stと最後のインク滴２lastとが同時に光ファイバ心線３に到達する場合に対応している。

なお、最初に吐出するインク滴２1stの光ファイバ心線３までの飛翔距離Ｌ1stを長くしすぎると、外乱によって被着点がぶれて印字位置の精度が悪化する。このため、インクヘッド１０の傾斜角度θheadを大きくする際は飛翔距離Ｌ1stの長さがあまり変わらないようにすることが好ましい。このため、傾斜角度θheadを大きくするとインクヘッド１０が光ファイバ心線３に接近することになる。インクヘッド１０のサイズ等考慮すると、インクヘッド１０が光ファイバ心線３に接触しないようにするために、傾斜角度θheadは６０度程度を上限とすることが好ましい。また、傾斜角度θheadが大きすぎるとインク滴２が光ファイバ心線３に被着して跳ね返る現象が発生し、このため印字が薄くなって視認性が劣化する問題がある。したがって、この問題からもインクヘッド１０の傾斜角度θhead６０度程度を上限とすることが好ましい。

以上、インクヘッド１０の傾斜角度θhead、スキャン角度θscan、最初のインク滴２の飛翔距離Ｌ1st、スキャン時間ΔＴ、インク滴２の飛翔速度Ｖdot、長さａの各パラメータを適正に設定することによって、光ファイバ心線３の走行速度が高線速であっても所望の線速において、視認性の良い印字品質を実現することができる。そして、識別マーク長Ｌvf'が線速によらず一定となるように各パラメータを設定した場合は、例えば光ファイバ心線３の巻取開始から所定の線速になるまでの間の線速が増加している間であっても、一定の識別マーク長を実現できるために、これまで不良品として廃却していた光ファイバ心線３の部分を良好品とすることができる。

１…マーキング装置、２…インク滴、２last…最初のインク滴、３…光ファイバ心線、４…識別マーク、１０…インクヘッド、１１…インクノズル、１２…荷電電極、１３…偏向電極、１４…加圧ポンプ、１５…圧電素子、２０…コントローラ、２１…駆動回路、２1st…最後のインク滴、２２…荷電回路、２３…偏向回路、３１…コア部、３２…クラッド部、３３…ガラスファイバ、３４…プライマリ樹脂層、３５…セカンダリ樹脂層、３６…着色層。

Claims (4)

1. インクヘッドから吐出する複数のインク滴を走行する光ファイバ心線に被着することにより、光ファイバ識別用の識別マークを前記光ファイバ心線の表面に印字する光ファイバ心線のマーキング方法であって、前記インク滴の吐出方向を前記光ファイバ心線の上流側に向けるとともに、前記インクヘッドから前記光ファイバ心線までの前記インク滴の飛翔距離が、先に吐出するインク滴よりも後で吐出するインク滴のほうが短い光ファイバ心線のマーキング方法。
2. 前記インクヘッドに設けた帯電電極によって前記インク滴を帯電させ、前記インクヘッドに設けた偏向電極によって前記インク滴の吐出方向を変更する請求項１に記載の光ファイバ心線のマーキング方法。
3. 前記複数のインク滴の最初に吐出されるインク滴と最後に吐出されるインク滴が同時に前記光ファイバ心線に被着する請求項１または２に記載の光ファイバ心線のマーキング方法。
4. インクノズルと、該インクノズルから吐出されるインク滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極を備え、前記インク滴を走行する光ファイバ心線に向けて吐出するインクヘッドを有する光ファイバ心線のマーキング装置であって、前記インク滴の前記インクヘッドからの吐出方向が前記ファイバ心線の走行方向上流側に向けられている光ファイバ心線のマーキング装置。
   

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