JPH0699165B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバの製造方法

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JPH0699165B2
JPH0699165B2 JP1029732A JP2973289A JPH0699165B2 JP H0699165 B2 JPH0699165 B2 JP H0699165B2 JP 1029732 A JP1029732 A JP 1029732A JP 2973289 A JP2973289 A JP 2973289A JP H0699165 B2 JPH0699165 B2 JP H0699165B2
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裕男 松田
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10Coating
    • C03C25/104Coating to obtain optical fibres
    • C03C25/106Single coatings

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバの製造方法に関し、特に光ファイバ
の保護被覆材樹脂を高速で均一に光ファイバに被覆する
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図に従来の光ファイバの被覆工程を説明する図を示
す。1は光ファイバ母材、2は線引炉、3は光ファイ
バ、4は液状樹脂、5は塗布ダイス、6は塗布した液状
樹脂を硬化する硬化装置、7は被覆光ファイバ、8は巻
取機である。光ファイバ3が線引直後の被覆を施されて
いない裸ファイバの場合、または既に被覆されている場
合の何れの場合においても、同様の工程で被覆される。
光ファイバは、通常、機械的強度や伝送特性の観点か
ら、複数層の被覆が施される。被覆材は硬化の方式によ
る観点からの分類で、一般に、熱硬化型樹脂と紫外線硬
化型樹脂が主に用いられているが、近年は後者の紫外線
硬化型樹脂が主流になりつつある。その理由は、光硬化
反応を用いるために、光ファイバの製造線引速度の高速
化が可能となり、硬化装置の、例えば硬化炉としても従
来の熱硬化炉に比べ小型の、紫外線硬化炉を用いるの
で、設備上の簡易化に併せ、紫外線硬化型樹脂の材料自
身も、原料組成の点から低価格化がはかれ、経済的に有
効であることによる。
紫外線硬化型樹脂を用いた光ファイバへの塗布工程にお
いて、従来、一般に室温で測定した粘度が1000乃至1000
0cps程度のものが用いられている。第2図に示すような
塗布ダイス5を用いた被覆方法では、液状樹脂4の粘度
は、塗布性の点で経験的に500乃至5000cpsの範囲内にす
る必要があることが本発明者らの研究途上わかり、室温
では粘度が高すぎる場合は若干温度を上げて、液状樹脂
4の粘度を上記の範囲におさまるように調整していた。
また、光ファイバ3の温度が高すぎると、塗布時に樹脂
が分解したり、被覆径の減少、偏肉の発生など均一に塗
布ができない問題が生ずるため、特に高速で線引した裸
ファイバに樹脂を塗布する場合においては、線引したフ
ァイバを強制的に冷却する装置や方法が工夫さている。
例えばUSP4,437,870号明細書に記載されるように、気体
をファイバに吹きつけることにより、ファイバの温度を
急速に下げる方法があり、高速で樹脂を塗布することが
なされてきた。この種の強制冷却手段を有する装置構成
の一例を第1図に示す。同図において13は光ファイバ、
9は強制冷却装置であり、第2図と同符号の部分は第1
図と共通部分を表す。
〔発明が解決しようとする課題〕
被覆ファイバの樹脂被膜は、ファイバを機械的に保護す
ると同時に光ファイバの微小な曲がりに起因する伝送損
失を極力抑えるための保護を目的とするものであるが、
被膜の中に微小な気泡があると、ファイバに局部的な応
力を発生させ、伝送特性を悪化させる。
従来の方法によれば、ファイバの温度を強制冷却等の手
法により低下させることにより、確かに高速で樹脂を塗
布することを可能としたが、線速を上げるに従い、ファ
イバとの界面付近の樹脂被膜中に微小な気泡が入り易く
なるため、特性の良好なファイバを安定して製造できる
線速は、比較的低い速度に抑えていた。そのため、高速
で樹脂被膜の中に気泡を混入させないで樹脂を塗布する
ことが課題であった。
本発明は上記課題を解決した光ファイバの製造方法を提
供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は光ファイバ母材から線引きした光ファイバまた
は被覆を施した被覆ファイバに、塗布ダイスにより液状
の紫外線硬化型樹脂を塗布し被覆を施した後、紫外線照
射装置を通過させて前記液状の紫外線硬化型樹脂を硬化
させる光ファイバの製造方法において、塗布時のファイ
バ温度をTf,塗布時の樹脂の温度をTrとし、これらの温
度差ΔT=Tf−Trが5℃≦ΔT<50℃を満たし、かつ、
樹脂の温度TrがTr<100℃で、かつ温度Trにおける樹脂
の粘度が500cpsないし5000cpsであることを特徴とする
光ファイバの製造方法に関し、これにより上記した従来
の問題点を解決できるものである。前記光ファイバ母材
を線引きしながら前記液状の紫外線硬化型樹脂を光ファ
イバに塗布し被覆を施すことを特徴とする上記光ファイ
バの製造方法は本発明の特に好ましい実施態様である。
本発明は上記の構成により、従来法による場合の約2倍
の線速での線引、被覆を実現できる。
本発明において、Trを調整する具体的手段としては、線
引炉と塗布ダイス間の距離を調整したり、ファイバ強制
冷却装置の能力を調整することにより対応できる。従っ
て、装置構成については、ファイバ温度と樹脂温度及び
その粘度を本発明の特徴とする範囲内に調整できる構成
をとれば、特に制限されるところはない。例えば、第2
図に示したような従来装置でもよいし、これに強制冷却
装置9を加えた第1図の装置でもよい。
本発明に用いることのできる紫外線硬化型樹脂として
は、例えばウレタンアクリレート系,エポキシアクリレ
ート系,シリコンアクリレート系,ポリエステルアクリ
レート系,ポリブタジエンアクリレート系等の通常の紫
外線硬化型樹脂が挙げられる。塗布時の樹脂の温度Trは
100℃以下とすることが好ましい。なお、Trの下限値に
ついては特に限定されるところはない。これは、次に説
明するように樹脂粘度の好ましい範囲があるため、これ
を満足するための下限値が樹脂毎に存在するからであ
る。即ち塗布時の樹脂粘度は500cpsないし5000cps(25
℃)の範囲内が好ましく、これは前記のように、塗布性
の上で経験的に好ましい範囲だからである。塗布後の紫
外線硬化型樹脂の硬化手段は紫外線照射によるが、この
種の目的に一般的に使用される例えば高圧水銀ランプ,
メタルハライドランプ等を用いることができる。
本発明のファイバの線引温度としては、線引炉では2000
℃〜2200℃程度が普通であるが、樹脂を塗布される際の
温度Tfは、ΔT=Tf−Trが5℃≦ΔT<50℃を満足する
ように調整する。前記のように線引炉と塗布ダイス間の
距離を調整するか、線引炉直下に設けた強制冷却装置か
ら例えば空気,N2,He等の冷却用ガスを吹きつけること
によりファイバ温度Tfを調整する。
なお、本発明の方法を適用できる光ファイバの組成、フ
ァイバ構造は特に限定されるところはなく、ガラスファ
イバ一般が挙げられるが、石英系ガラスファイバ等は特
に好ましいものとして挙げられる。
〔作用〕
樹脂粘度の温度依存性は、樹脂組成例えばプレポリマー
やモノマーの種類や分子量分布、添加剤などにより異な
る。第3図に、3種類の樹脂A,B,Cについて、その粘度
の温度依存性を測定した結果を示す。樹脂Aと樹脂Bは
共にウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂である
が、モノマーの構造,濃度とオリゴマーの分子量が異な
っている。樹脂Cはシリコンアクリレート系紫外線硬化
型樹脂である。このように樹脂により差はあるが、温度
により粘度は大きく変化し、高温では粘度が低下するこ
とが分かる。
一般に、光ファイバは線引しながら1層または多層の被
覆が施される。この場合、被覆されるファイバすなわち
1層目の場合は裸のガラスファイバ、2層目以降は被覆
されたファイバは、線引速度によって温度が変化する。
この温度変化は、裸のガラスファイバはガラスの高温溶
融のためであり、また被覆されたファイバは硬化熱など
のために高温になった後の冷却時間が変化するためであ
る。
塗布ダイス内、特にファイバが樹脂液中に入るいわゆる
メニスカスと呼ばれる部分及びダイス出口付近のファイ
バと樹脂の界面付近での樹脂の流れは、樹脂の温度すな
わち粘度は勿論のこと、樹脂とファイバの温度差の影響
を大きく受ける。その理由は、樹脂とファイバの温度差
は、樹脂とファイバの界面付近の樹脂粘度に勾配を生じ
させるためである。まず、メニスカス部においては、第
4図に示すように、走行するファイバ3に液状樹脂40が
引きこまれるため、メニスカスの深さhはある値でバラ
ンスしている。この値hが大きいと空気を取り込み易
く、塗布樹脂被膜中への微小気泡の混入の原因となるこ
とが観察されている。41は樹脂液面を表す。つまり高線
速において気泡が混入しやすいのは、走行するファイバ
3に液状樹脂が引き込まれてメニスカスの深さhが大き
くなるためで、hの増大を抑えることが気泡の混入に対
して有効である。
本発明によれば、ΔT≧5℃即ちファイバ温度Tfが樹脂
温度Trより高いため、ファイバ3表面付近の樹脂40,41
の粘度が低下し、ファイバ3が樹脂を引き込む範囲を小
さくでき、その結果メニスカスの深さhを小さくできる
ので、気泡の混入防止に対して効果的である。このΔT
の下限値の根拠については後の実施例で説明する。
次にダイス出口付近においては、ΔTが大きすぎると、
ファイバとの協会付近の樹脂の粘度が、周囲の樹脂粘度
に比べ大幅に低下するため、その部分だけ、せん断速度
が非常に大きな領域が生じ、いわゆる“すべり”という
現象が生じ、被覆径の減少や偏肉の発生など均一に塗布
できなくなることが確認された。したがって、“すべ
り”を避けるためにはΔTは小さいほうが好ましいわけ
であるが、前記のように気泡発生の問題がある。本発明
のように5℃≦ΔT<50℃の範囲とすれば、“すべり”
を発生せず、しかも気泡発生のない良好な樹脂被覆が可
能である。ΔTの上限の根拠については、後の実施例で
説明する。
塗布時の温度Trの上限は、樹脂の劣化(分解や増粘度,
変質)の点から約100℃である。
〔実施例〕
第1図に示す光ファイバの製造方法工程により、光ファ
イバを数種試作し、比較評価した実施例について示す。
以下の各実施例の強制冷却は、外周を冷却した円筒状強
制冷却装置内にファイバを通して、該装置内部に冷却ガ
スとして空気を流す方法によった。
実施例1 外径125μmφのガラスファイバを第1図のような装置
を用いて、線速800m/分にて線引しながら、前記第3図
及び表1に示す3種類の樹脂A(ウレタンアクリレート
系),B(ウレタンアクリレート系),C(シリコンアクリ
レート系)を被覆し、外径200μmに仕上げ、得られた
被覆ファイバの被覆について気泡の混入の有無と均一
性,安定性を調べ評価した。表中、気泡無しは○で、有
りは×で示し、未評価とは外径の変動と偏肉状態があり
塗布の均一性が非常に悪いため、気泡の有無の確認を省
略したものを示す。均一性,安定性については、目視及
び手による触診での外径変動の確認によった。なお、樹
脂A,B,Cの粘度の温度特性は第3図に示したとおりであ
る。ファイバ温度Tfはファイバ強制冷却装置9の中に流
す冷却ガスの温度と流量を制御して調整した。Tfの測定
は塗布ダイス5の直上で行った。
表1に示した結果から、試料No.2,4,7,8,10,13,14,16,1
7が気泡の混入がなく、均一で安定な塗布を施されてい
ることがわかる。
5℃≦ΔT<50℃を満たし、かつTr<100℃で、かつ500
cps<ηTr<5000cpsであれば、良好な塗布状態であるこ
とが確認された。
実施例2 外径125μmφのガラスファイバにウレタンアクリレー
ト樹脂Bで被覆を施した外径200μmφの被覆ファイバ
に、線速600m/分で表2に示す条件でウレタンアクリレ
ート系樹脂Aを被覆し、外径250μmφに仕上げ、塗布
状態を調べ評価した。
表2に示すように、試料No.2,3,4,5は良好な塗布状態で
あることがわかった。いずれも5℃≦ΔT<50℃,Tr<1
00℃,500cps<ηTr<5000cpsを満足するものである。逆
にこの条件からはずれるNo.1,6,7,8は塗布状態に何かし
らの問題を有するものであった。
以上の実施例の結果からも明らかなように、本発明によ
れば、従来法ではせいぜい400m/分程度でしか実現でき
なかった気泡発生や“すべり”のない線引・被覆を、60
0m/分,800m/分という高速でも均一かつ安定に可能とで
きる。また、本発明の限定範囲内で良好な被覆が実現で
きることが分かる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明の光ファイバの製造方法によ
れば、高速の線引においても、紫外線硬化型樹脂の塗布
・被覆工程におけるメニスカスの深さの増大が抑えら
れ、気泡の引き込みがおこりにくく、また、樹脂とファ
イバの界面付近の樹脂の粘度の急激な低下がないので、
“すべり”の現象が生じにくく、高速の線引で均一に安
定した紫外線硬化型樹脂の被覆が可能となり、その効果
は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はいずれも本発明及び従来法に係る光
ファイバの製造方法工程の説明図で、第3図は代表的樹
脂の粘度・温度特性を示す図、第4図はメニスカス付近
のファイバと樹脂界面の状態を示す説明図である。 1は光ファイバ母材、2は線引炉、3,13は光ファイバ、
4,40は液状樹脂、41は樹脂界面、5は塗布ダイス、6は
硬化装置、7は被覆光ファイバ、8は巻取機、9はファ
イバ強制冷却装置、hはメニスカスの深さ、A,Bはウレ
タンアクリレート系紫外線硬化型樹脂の粘度・温度特性
曲線、Cはシリコンアクリレート系紫外線硬化型樹脂の
粘度・温度特性曲線を表す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバ母材から線引きした光ファイバ
    または被覆を施した被覆ファイバに、塗布ダイスにより
    液状の紫外線硬化型樹脂を塗布し被覆を施した後、紫外
    線照射装置を通過させて前記液状の紫外線硬化型樹脂を
    硬化させる光ファイバの製造方法において、塗布時のフ
    ァイバ温度をTf,塗布時の樹脂の温度をTrとし、これら
    の温度差ΔT=Tf−Trが5℃≦ΔT<50℃を満たし、か
    つ、樹脂の温度TrがTr<100℃で、かつ温度Trにおける
    樹脂の粘度が500cpsないし5000cpsであることを特徴と
    する光ファイバの製造方法。
  2. 【請求項2】前記光ファイバ母材を線引きしながら前記
    液状の紫外線硬化型樹脂を光ファイバに塗布し被覆を施
    すことを特徴とする請求項(1)に記載の光ファイバの
    製造方法。
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