JPH0791092B2 - 光フアイバ用樹脂塗布装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバに樹脂を塗布する装置、特に、高
線速で光ファイバに樹脂を均一に塗布する装置に関する
ものである。

（従来の技術） 通信用光ファイバとしては、通常石英系ガラスを用いた
ものが広く使われている。この石英系ガラスからなる光
ファイバは傷がつくと非常に弱くなるため、通常、第２
図に示すような装置を用いて、線引き直後に固いものに
触れる前に、樹脂で被覆する方法により製造されてい
る。この樹脂被覆で覆われることにより、光ファイバの
実用的な強度が保持されている。

光ファイバは、外部からの力によって生じた微小な曲が
りによっても、伝送損失が増加しやすく、その曲がりは
大きさによってマイクロベンディングやマクロベンディ
ングと呼ばれているが、樹脂被覆層は、外部の力を緩和
し、ファイバに微小な曲がりが発生しにくくする目的も
兼ねている。

近年、光ファイバの需要の急増に対応して、量産技術の
進歩が著しく、線引速度は年々高速化されている。光フ
ァイバ外周への樹脂の被覆は、例えば、米国特許第4,26
4,649号明細書に示されるように、第５図に示すような
装置を用いて、液状の樹脂を塗布した後、紫外線照射や
加熱により樹脂を硬化させて形成される。第５図におい
て、１は光ファイバ、２はニップル、３はダイ、４は樹
脂、５はホルダー、11はニップル穴、13はダイのテーパ
ー部、14はダイの出口穴、16はニップルのテーパー状側
面、17はメニスカスである。光ファイバ１に塗布する樹
脂４は、ニップル２とダイ３の隙間から加圧供給され、
コーン状のニップルの側面16とダイ３のテーパー部13で
囲まれる隙間を通って、いわゆるメニスカス17を形成
し、ダイ３の出口穴14に向けて流れる。一方、ニップル
２の穴11より入った光ファイバは、メニスカス17の部分
で樹脂４に濡れて、ダイ３の出口穴14で樹脂が絞られ
て、光ファイバの外周に樹脂が塗布される。

しかし、このような装置では、高線速（例えば500m/分
以上）では、塗布された樹脂に気泡が混入したり、外周
に均一に樹脂が付かない、いわゆる偏肉が発生したり、
長手方向に外径が変動する等の問題が発生し、生産速度
を制限する原因となっていた。このような塗布の不均一
さは、光ファイバに被覆層の外からたとえ均一な力であ
っても力が加わったり、温度変化により被覆層が膨張・
収縮したりすると、光ファイバにマイクロベンディング
またはマクロベンディングが発生し、伝送損失の増加を
引き起こす原因となっている。

従来、このような不均一塗布の問題に対し、いくつかの
試みがある。例えば、米国特許第4,531,959号明細書に
みられるように、樹脂をニップルとダイの間で多数の穴
が開いた円筒状体を通してその中心を通過する光ファイ
バに供給したり、米国特許第4,644,898号明細書に見ら
れるように、メニスカス部がフロンガスでパージされ、
かつ中心位置で機械的に調整できるようにした方法が試
みられているが、それらはいずれも塗布装置の構造が複
雑になったり、微調整が必要など、容易に実現すること
は困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、高線速でも均一な塗布を容易に実現することので
きる光ファイバ用樹脂塗布装置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、第１発明においては、ニップルと出口に向け
て径が小さくなったテーパー状の穴を有するダイを具
え、ニップルの穴とダイの穴との間に樹脂を周方向より
加圧供給し、ダイのテーパー部で樹脂を絞り、ここを通
過する光ファイバに樹脂を塗布するようにした光ファイ
バ用樹脂塗布装置において、前記ニップルと前記ダイ
は、光ファイバが通る中心軸に垂直で中心に穴を有する
ニップルの面と、前記中心軸に垂直で中心に穴を有する
ダイの入り口の面が、隙間を持つよう配置され、該隙間
を通して樹脂がダイのテーパー部に供給されるべく該隙
間に樹脂供給口が連結され、ニップルの穴の径がダイの
入り口の穴の径より小さく、前記ニップルとダイの隙間
の間隔が、ダイの入り口の穴の径の1/4以上かつ４倍以
下であり、ダイのテーパー部のテーパー角度が２〜８°
であることを特徴とするものであり、 第２発明においては、第１発明において、テーパー部の
長さがダイの出口穴径の５倍以上であることを特徴とす
るものであり、 第３発明においては、第１発明または第２発明におい
て、ダイの穴の出口部分が、出口の穴径以上の長さにわ
たり一定であることを特徴とするものである。

ニップルとダイの隙間の間隔の下限値を、より好ましく
は、ダイの入り口の穴の径の1/2とすることができ、ま
た、上限値を、ダイの入り口の穴の径の２倍以下とする
ことができる。

また、ダイのテーパー部のテーパー角度は、より好まし
くは、２〜５°とすることができ、さらに好ましくは、
２〜４°とすることができる。

（作用） 本発明の作用を第６図で説明する。図中、１は光ファイ
バ、２はニップル、３はダイ、４は樹脂、17はメニスカ
スである。

本発明の光ファイバ用樹脂塗布装置によれば、ニップル
２の穴径は小さく、樹脂が流れるニップル２とダイ３の
隙間が適度な間隔であるから、第６図（Ａ）に示すよう
に、メニスカス17は大きくならず、気泡の混入はない。

逆に、第６図（Ｂ）に示すように、ニップル２の穴が大
きすぎる場合や、同図（Ｃ）に示すように、ニップル２
とダイ３の間隔が広すぎる場合は、メニスカス17が大き
くなり、光ファイバ１が樹脂４により最初に濡れる点に
おいて、形状が不安定となり、気泡が混入しやすくな
る。

樹脂の流れる方向に沿った流路の断面積は、単調に減少
することが渦を発生させないためには好ましい。本発明
では、ダイの入り口付近で、ニップルとダイの隙間を通
って、ダイの中心方向に向かう樹脂の流れが、光ファイ
バの走行方向に沿うように、ほぼ直角に向きを転換する
点において、流路断面積が、 πH²/4＜πHB を満たすようにした。

π（H²−d²）/4＜πH²/4 であるから、 π（H²−d²）/4＜πHB を満たすことになる。

ただし、ｄは光ファイバ外径、Ｈはダイの穴の入り口の
直径、Ｂはニップルとダイの隙間である。

したがって、樹脂の流れの転換点において、流路断面積
が単調に減少し、渦を発生させることはない。

また、ニップルとダイの間隔が広すぎないため、その隙
間を通って流れ込む樹脂が逆流して渦を発生することも
ない。渦は樹脂の流速が速い（すなわち、線速が速い）
時に発生しやすく、かつ大きいものである。

テーパー部においては、中心を走行する光ファイバが、
常に光ファイバの中心を保とうとする、いわゆる、セル
フセンタリング力が働くことが知られている。この力
は、実験の結果約２〜４°の角度が最も大きく約８°を
越えると非常に小さくなることがわかった。２°以下の
角度は加工が非常に困難で現実的でない。

以上のように、本発明によれば、セルフセンタリング力
が大きく、かつ、その周囲で樹脂の流れが渦の発生等な
く滑らかなため、光ファイバは、常にダイの中心を通り
偏肉は発生しない。

テーパー部の長さは、セルフセンタリング力の点では大
きい方が好ましく、また、ダイ入り口での樹脂の流れを
整える点でもある程度の長さが必要で、実験の結果、ダ
イの出口の穴の径の約５倍以上が偏肉を防ぐ点で、特に
有効に働く。しかし、あまり長くして、必要以上にセル
フセンタリング力を大きくしても、塗布の均一性が向上
するものでもない。また、これを長くすると、ダイの加
工が難しくなり、費用もかかるため、テーパー部の長さ
は、長くても10mm程度が現実的な値ということができ
る。

また、ダイの出口に、一定径の部分が設けてあれば、樹
脂の流れはさらに安定する。一定径の部分の長さは、ダ
イの出口の穴の径以上の長さがあれば有効であり、高線
速において、偏肉が発生しにくくなる。

（実施例） 第４図は、光ファイバを線引きし、樹脂を塗布する全体
装置の一例の概略構成図である。図中、１は光ファイ
バ、６は光ファイバ母材、７は線引炉、8,8′は樹脂硬
化装置、９は巻取装置、10,10′は樹脂塗布装置であ
る。線引炉７で母材６からファイバ化された光ファイバ
１は、樹脂塗布装置10と樹脂硬化装置８で一時被覆が行
なわれ、さらに、樹脂塗布装置10′と樹脂硬化装置８′
で２層目の樹脂被覆が行なわれ、巻取装置９に巻き取ら
れる。

第１図は、本発明の樹脂塗布装置の一実施例の断面図で
ある。図中、第５図と同様な部分には同じ符号を付して
説明を省略する。なお、12はニップル下面、15はダイ上
面であり、これら２つの面は、共に光ファイバ１が通る
中心軸に垂直な面として形成される。

第５図と同様に、光ファイバ１は、ニップル２の穴11か
ら入り、メニスカス17で樹脂４に濡れ、ダイ３の出口の
穴14で樹脂４が所定の外径に仕上げられることにより、
光ファイバ１に樹脂４が塗布される。樹脂４は、中心に
ニップル穴11を有するニップル下面12と、中心にテーパ
ー部の入り口の穴を有するダイの上面15との隙間を通し
て、ダイ３のテーパー部13に供給される。前記隙間に
は、図示しない樹脂供給口が連結されている。光ファイ
バ１が樹脂４に最初に濡れる部分にはメニスカス17が形
成される。樹脂４は、ダイ３のテーパー部13内で光ファ
イバ１に充分に付着し、さらに、ダイ穴14を通過するこ
とにより均一に塗布される。

ニップル２の穴の径11は、ダイ３の入り口の穴の径より
小さく、樹脂が流れるニップル下面12とダイ上面15との
隙間の間隔は、ダイの入り口の穴の径の1/4以上かつ４
倍以下である。ダイ３のテーパー部13の長さは、ダイ３
の出口の穴14の径の５倍以上であり、ダイのテーパー部
のテーパー角度は、２〜８°である。ダイ３の穴14の出
口部分は、出口の穴の径以上の長さにわたり一定であ
る。

本発明の条件を第２図で説明すると、 Ｆ＜Ｈ H/4≦Ｂ≦4H ２°≦α≦８° であり、 Ｃ≧5G とし、 Ｄ≧Ｇ とするようにしてもよい。

また、より好ましくは、 H/4≦Ｂ≦2H H/2≦Ｂ≦4H さらに H/2≦Ｂ≦2H とすることができる。

H/2≦Ｂ は、より現実的な加工精度からの条件である。

また、テーパー角度αについては、 より好ましくは、 ２°≦α≦５° さらに好ましくは ２°≦α≦４° とすることができる。

実験結果に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

直径125μｍの光ファイバを、第４図で説明したような
製造装置を用いて、300〜1200m/分の線速で、１層目用
樹脂としてウレタンアクリレート系樹脂を被覆した。

第１図で説明した構造の塗布装置を用いた時の均一塗布
性（偏肉の程度、被覆層中の気泡混入の程度）を評価し
た。第８図は、実験結果の説明図である。第８図におい
て、Ａ〜Ｈとαは、第２図に図示した値である。塗布均
一性の評価欄における◎○△×は、塗布可能な最高線速
を表すもので、 ◎は、1000m/分以上 ○は、800〜1000m/分 △は、500〜800m/分 ×は、500m/分以下 を示すものである。

No.1−1,1−2,1−3,2−1,2−2,2−3,3−2,3−3,3−4,4
−2,4−３は、 Ｆ≦Ｈ H/4≦Ｂ≦4H ２°≦α≦８° を満たすものであり、これを満たした全ての塗布装置
は、500m/分以上の線速で均一塗布可能であった。

その中でも、さらに、 Ｃ≧5G Ｄ≧Ｇ ２°≦α≦５° を満たすNo.1−1,1−2,1−3,2−3,3−3,3−4,4−2,4−
３の塗布装置は、800m/分以上の線速においても偏肉は
なく、また、気泡の混入も全く問題なかった。

さらに、 ２°≦α≦４° H/4≦Ｂ≦2H を満たすNo.1−1,4−２の塗布装置は、1000m/分以上の
線速においても偏肉はなく、また、気泡の混入も全く問
題なかった。

比較例として、塗布装置以外は実施例と同じ条件で塗布
均一性の評価を行なった。No.1−５は、従来構造の第５
図に示す塗布装置であり、No.1−4,1−5,3−1,4−1,4−
４は第１図に示す構造の塗布装置である。

いずれの構造の塗布装置を用いたものも、500m/分以上
の線速では大きく偏肉が発生するか、あるいは、気泡が
混入した。

なお、第３図に示すように、ダイ３の入り口のエッジ部
分18を斜面、あるいは、曲面で除去すると、樹脂の流れ
を滑らかにする点から有効である。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバ用
樹脂塗布装置によれば、線速を上げても、樹脂がスムー
ズに流れ、大きな渦を発生させず、また、メニスカスが
ダイスの中に大きく引き込まれ、その先端部から気泡が
樹脂中に入ることがないから、高線速で偏肉なく気泡混
入がない不均一な塗布が可能となり、高品質の光ファイ
バを容易に量産することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の樹脂塗布装置の一実施例の断面図、
第２図は、第１図のニップルとダイの寸法の説明図、第
３図は、本発明の樹脂塗布装置の他の実施例の説明図、
第４図は、光ファイバを線引きし、樹脂を塗布する全体
装置の一例の概略構成図、第５図は、従来の樹脂塗布装
置の一例の断面図、第６図，第７図は作用の説明図、第
８図は、実験結果の説明図である。 １…光ファイバ、２…ニップル、３…ダイ、４…樹脂、
５…ホルダー、11…ニップル穴、12…ニップル下面、13
…ダイのテーパー部、14…ダイの出口穴、15…ダイ上
面、16…ニップルのテーパー状側面、17…メニスカス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニップルと出口に向けて径が小さくなった
   テーパ状の穴を有するダイを具え、ニップルの穴とダイ
   の穴との間に樹脂を周方向より加圧供給し、ダイのテー
   パー部で樹脂を絞り、ここを通過する光ファイバに樹脂
   を塗布するようにした光ファイバ用樹脂塗布装置におい
   て、前記ニップルと前記ダイは、光ファイバが通る中心
   軸に垂直で中心に穴を有するニップルの面と、前記中心
   軸に垂直で中心に穴を有するダイの入り口の面が、隙間
   を持つよう配置され、該隙間を通して樹脂がダイのテー
   パー部に供給されるべく該隙間に樹脂供給口が連結さ
   れ、ニップルの穴の径がダイの入り口の穴の径より小さ
   く、前記ニップルとダイの隙間の間隔が、ダイの入り口
   の穴の径の1/4以上かつ４倍以下であり、ダイのテーパ
   ー部のテーパー角度が２〜８°であることを特徴とする
   光ファイバ用樹脂塗布装置。
2. 【請求項２】テーパー部の長さがダイの出口穴径の５倍
   以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイ
   バ用樹脂塗布装置。
3. 【請求項３】ダイの穴の出口部分が、出口の穴径以上の
   長さにわたり一定であることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の光ファイバ用樹脂塗布装置。