(57)【要約】【課題】設備や電力にかかるコストを抑えて、被覆の硬化度が安定するように光ファイバを製造することができる、光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】線引きされたガラスファイバＧ１の外周に被覆となる紫外線硬化樹脂を塗布する工程と、ガラスファイバＧ１に紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバＧ２に紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させる工程と、紫外線硬化樹脂を硬化させる工程を経た光ファイバＧ２の表面温度を測定する工程と、を含み、光ファイバＧ２の表面温度を測定する工程で測定された光ファイバＧ２の表面温度が、予め設定された温度範囲内となるように、紫外線硬化樹脂を硬化させる工程における紫外線照射量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線引きされたガラスファイバの外周に被覆となる紫外線硬化樹脂を塗布する工程と、
前記ガラスファイバに前記紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバに紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程と、
前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程を経た前記光ファイバの表面温度を測定する工程と、
を含み、
前記光ファイバの表面温度を測定する工程で測定された前記光ファイバの表面温度が、予め設定された温度範囲内となるように、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程における紫外線照射量を制御する、
光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記紫外線硬化樹脂の硬化度を示す指標に基づいて、前記温度範囲を設定する工程を含む、
請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記指標を、前記光ファイバの被覆重量のゲル分率とする、
請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記ゲル分率が８０％以上となるように、前記温度範囲を設定する、
請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記指標を、前記光ファイバの被覆に対する赤外線の分光分析で測定されるＩＲ硬化度とする、
請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項６】
線引き開始後、前記光ファイバの表面温度が、前記温度範囲内の目標とする温度に対し±５％以内の変動に収まるように、前記紫外線照射量を制御する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、紫外線硬化樹脂が揮発して、紫外線透過管が曇り、照射される紫外線量が不足し、光ファイバ素線の長手方向にわたる被覆の品質が一定にならないという問題点が記載されている。そして、上記問題点を解決するために、紫外線透過管に、不活性冷却ガスを導入し、光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂を冷却することで、揮発成分による紫外線透過管の曇りを抑制することが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、過度の紫外線を紫外線硬化樹脂に照射すると、紫外線硬化樹脂からの揮発物が多量に発生する問題点が記載されている。そして、上記問題点を解決するために、集光レンズと、紫外線の集光位置を移動させる移動機構を用いて、紫外線の集光位置を移動させることにより、紫外線硬化樹脂上の紫外線強度を変更することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１７／１４１８３２号
【特許文献２】特開２０１０−１１７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、紫外線照射炉内の紫外線透過管に不活性冷却ガスを導入して冷却を行った場合、冷却の効果は紫外線透過管内の雰囲気と被覆との間の温度差と冷却時間によって決まるが、線引きの線速が速いと冷却時間が短くなってしまうため冷却が追い付かないという問題が生じる。また、不活性冷却ガスを供給するためのコストがかかる。また、紫外線硬化樹脂の揮発成分が冷却過程で固化し、紫外線照射炉の出口が詰まるおそれがある。
また、特許文献２のように、紫外線透過管の曇りの原因となる紫外線硬化樹脂からの揮発物の発生を低減するために、紫外線の集光位置を移動させる移動機構を用いる場合は、移動機構により設備が複雑になり、設備にかかるコストが高くなってしまう。
上記特許文献１、２のような設備を用いない場合、被覆の硬化度を安定させるには、予め紫外線透過管の曇りに伴う照度低下を想定し、線引き開始時から照射量を大きくした紫外線を照射し続ける必要がある。このため、紫外線透過管が曇る前は、紫外線硬化樹脂の硬化に必要な照射量よりも過剰な紫外線が光ファイバに照射される。よって、紫外線の光源に供給する電力が必要以上に大きくなり、電力にかかるコストが高くなってしまう。
【０００６】
本開示は、設備や電力にかかるコストを抑えて、被覆の硬化度が安定するように光ファイバを製造することができる、光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、線引きされたガラスファイバの外周に被覆となる紫外線硬化樹脂を塗布する工程と、
前記ガラスファイバに前記紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバに紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程と、
前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程を経た前記光ファイバの表面温度を測定する工程と、
を含み、
前記光ファイバの表面温度を測定する工程で測定された前記光ファイバの表面温度が、予め設定された温度範囲内となるように、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程における紫外線照射量を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、設備や電力にかかるコストを抑えて、被覆の硬化度が安定するように光ファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する光ファイバの製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】紫外線照射装置の構成の一例を示す概略断面図である。
【図３】第一測定部で測定した光ファイバの表面温度と被覆の硬化度との相関を示すグラフである。
【図４】光源からの紫外線照射量と光ファイバの表面温度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、
（１）  線引きされたガラスファイバの外周に被覆となる紫外線硬化樹脂を塗布する工程と、
前記ガラスファイバに前記紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバに紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程と、
前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程を経た前記光ファイバの表面温度を測定する工程と、
を含み、
前記光ファイバの表面温度を測定する工程で測定された前記光ファイバの表面温度が、予め設定された温度範囲内となるように、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる工程における紫外線照射量を制御する。
上記の光ファイバの製造方法によれば、光ファイバの表面温度が、予め設定された温度範囲内となるように、紫外線照射量を制御することにより、複雑な設備を使用せずとも、紫外線硬化樹脂の硬化に必要かつ十分な照射量の紫外線を光ファイバに照射できる。したがって、複雑な設備にかかるコストや紫外線を照射する光源に供給する消費電力のコストを抑えて、光ファイバの被覆の硬化度が安定するように光ファイバを製造することができる。
【００１１】
（２）  前記紫外線硬化樹脂の硬化度を示す指標に基づいて、前記温度範囲を設定する工程を含むものでもよい。
紫外線硬化樹脂の硬化度を示す指標を用いることで、目標とする被覆の硬化度となる温度範囲に設定して、紫外線照射量を制御することができる。
【００１２】
（３）  前記指標を、前記光ファイバの被覆重量のゲル分率としてもよい。
紫外線硬化樹脂の硬化の程度を示す指標である、光ファイバの被覆重量のゲル分率を用いることにより、目標とする被覆の硬化度となる温度範囲に設定して、紫外線照射量を制御することができる。
【００１３】
（４）  前記ゲル分率が８０％以上となるように、前記温度範囲を設定してもよい。
ゲル分率が８０％以上となる光ファイバの表面温度になるように紫外線照射量を制御することで、紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることができる。
【００１４】
（５）  前記指標を、前記光ファイバの被覆に対する赤外線の分光分析で測定されるＩＲ硬化度としてもよい。
紫外線硬化樹脂の硬化の程度を示す指標として、赤外線による分光分析で測定されるＩＲ硬化度を用いるため、紫外線硬化樹脂を傷つけることなく光学的な方法で硬化度の指標を規定することができる。
【００１５】
（６）  線引き開始後、前記光ファイバの表面温度が、前記温度範囲内の目標とする温度に対し±５％以内の変動に収まるように、前記紫外線照射量を制御するようにしてもよい。
線引き開始後、光ファイバの被覆の硬化度が安定した光ファイバを製造し続けることができる。
【００１６】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
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のすべての変更が含まれることが意図される。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する光ファイバの製造装置の一例（線引き装置）を示す概略構成図である。
図１に示す光ファイバの製造装置１では、光ファイバ母材２の下端部が、線引き炉３で加熱・溶融され、光ファイバ母材２は線引きされる。光ファイバ母材２が線引きされて形成されたガラスファイバＧ１は、ガラスファイバＧ１の走行方向（図１中の矢印の方向）において線引き炉３の下流に設けられた冷却装置４を通過する。冷却装置４の下流には、液状の紫外線硬化樹脂が溜められたダイス等で構成された樹脂塗布装置５が設けられている。ガラスファイバＧ１は、樹脂塗布装置５を通過することにより、その外周に紫外線硬化樹脂が塗布される。なお、製造される光ファイバの被覆は二層以上であってもよい。例えば被覆が二層の場合、プライマリー樹脂、セカンダリー樹脂の両方、或いはプライマリー樹脂が塗布されるものでもよい。
【００１８】
ガラスファイバＧ１に紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバＧ２は、樹脂塗布装置５の下流に設けられている紫外線照射装置６の紫外線照射炉１２を通過する。紫外線照射炉１２を通過した光ファイバＧ２は、直下ローラ７およびキャプスタン８を経て巻き取りドラム９に巻き取られる。
【００１９】
次に、紫外線照射装置６について図２を参照して説明する。図２において紫外線照射装置６は、紫外線照射炉１２、制御部１３、電源１４、光源１５、紫外線透過管１６を備えている。
紫外線照射炉１２内には、紫外線を照射する光源１５が設けられており、紫外線透過管１６を通して、紫外線照射炉１２内を通過する光ファイバＧ２に紫外線が照射される。紫外線透過管１６は、紫外線に対して透光性を有しており、例えば石英管が用いられる。制御部１３は、光源１５へ電力を供給するための電源１４を制御して、光源１５の発光強度を変化させる。
【００２０】
（本開示に至る考察）
線引きされて製造される光ファイバの被覆の硬化度は、光ファイバの特性を決める重要なパラメータである。ところが、被覆の硬化度は製造後の光ファイバでなければ測定できないので、線引き中に被覆の硬化度をモニタしながら光ファイバを製造することはできない。このことに鑑みて、本発明者らは実験を行い、被覆の硬化度と紫外線照射後の光ファイバの表面温度（被覆温度）との間に相関関係があることを見出した。そして、本発明者らは、線引き中に光ファイバの表面温度を測定しながら、測定された温度に基づいて紫外線照射量を制御することを考えた。
【００２１】
このため、本実施形態にかかる光ファイバの製造装置１では、紫外線照射炉１２と直下ローラ７との間に、光ファイバＧ２の表面温度を測定する第一測定部１０を設けた。また、直下ローラ７とキャプスタン８との間には、第二測定部１１を設けた。そして、第一測定部１０或いは第二測定部１１で測定された、光ファイバＧ２の表面温度の数値データを、紫外線照射装置６の制御部１３に送信するように構成した。
なお、光ファイバの表面温度を測定する箇所は、第一測定部１０或いは第二測定部１１のいずれか一方のみとしてもよい。
【００２２】
（本実施形態にかかる光ファイバの製造方法の基になった実験）
以下に、本実施形態にかかる光ファイバの製造方法の基になった実験について図１〜図４を参照して説明する。
図１の光ファイバの製造装置１を使用して、光ファイバＧ２を製造した。このとき製造した光ファイバＧ２の径は、２５０μｍ（後に塗布する着色層も含む）であり、ガラスファイバＧ１の径は、１２５μｍである。
【００２３】
光ファイバ母材の１回の線引き中に、紫外線照射装置６の光源１５への供給電力Ｐを変化させていった。そして、光源１５からの紫外線照射量（光源１５への供給電力Ｐを最大とした場合の発光強度の紫外線照射量を１００％とした）が３０％、６０％、８０％のときに、第一測定部１０において光ファイバＧ２の表面温度（光ファイバの被覆の温度）を測定して記録しておいた。この温度測定は、日本アビオニクス社製の放射温度計で行った。このとき、光ファイバの被覆の放射率を１として実験を行った。
【００２４】
線引き終了後、上記のように記録した、光ファイバＧ２における３つの測定箇所の被覆に対して、被覆の硬化度の指標の一つであるゲル分率を測定した。ゲル分率は、線引き後、被覆全体の初期重量をＷ０として、この被覆から未硬化ゲル成分を溶剤抽出させた後の被覆重量をＷとするとき、ゲル分率＝（Ｗ／Ｗ０）×１００％の式で示される。ゲル分率は、その数値が高いほど硬化が進んでいることを表す。
【００２５】
図３は、第一測定部１０で測定した光ファイバ表面温度を横軸とし、ゲル分率を縦軸として、上記３つの測定箇所の結果をプロットしたグラフである。
上記３つの測定箇所の測定結果は、図３の四角い点に示すように直線上に並ぶことから、光ファイバの被覆のゲル分率は、紫外線照射炉１２と直下ローラ７との間の位置（第一測定部）における光ファイバの表面温度と線形の相関関係があることがわかった。
この相関関係から、例えば光ファイバの被覆のゲル分率を９０％としたい場合は、第一測定部１０における光ファイバの表面温度が１１８℃となるように、紫外線照射量を調整すればよいことがわかる。
【００２６】
また、光ファイバＧ２の表面温度の測定部の位置が紫外線照射炉１２から遠ざかるほど自然冷却により光ファイバの表面温度は下がる。本発明者らは、第一測定部１０以外の他の位置においても、光ファイバＧ２の表面温度を測定した。例えば第二測定部１１で測定した場合、第一測定部１０で測定した場合よりも光ファイバＧ２の表面温度は低下するが、光ファイバＧ２の被覆のゲル分率（硬化度）と線形の相関関係があることを確認した。なお、外部環境（光ファイバの製造装置１の設置場所の温度等の環境）の影響をできるだけ排除するには、測定部の位置は紫外線照射炉１２の出口により近い箇所が良く、第一測定部１０のように、紫外線照射炉１２と直下ローラ７との間の位置が好ましい。
【００２７】
図４は、上記３つの測定箇所に対する光源１５からの紫外線照射量と光ファイバＧ２の表面温度との関係を示すグラフである。図４に示すように、紫外線照射量が多いほど、光ファイバＧ２の被覆の温度が上がることが分かる。これは、紫外線照射炉１２からの輻射の影響もあるが、主に硬化反応が進行する際の発熱（反応熱）の影響で線引き中の被覆温度が上昇するためと考えられる。
図４から、例えば第一測定部１０における光ファイバＧ２の表面温度を１１８℃とするには、光源１５からの紫外線照射量を６５％とすればよいことがわかる。
【００２８】
ところが、線引きを続けていくと、紫外線透過管１６の内壁に紫外線硬化樹脂から揮発した成分が付着し紫外線透過管が曇っていく。この付着物は紫外線を吸収する性質がある。したがって、線引きが進行し付着成分量が増加していくと、紫外線透過管の部分で紫外線が吸収され減衰するため、光ファイバへ直接照射される紫外線の強度は徐々に低下していく。例えば図４に破線で示したように、相関関係の直線がずれてくる。このため、同じ表面温度に維持するためには、光源１５からの紫外線照射量を増やす必要がある。すなわち、光源１５への供給電力Ｐを増やす必要がある。
【００２９】
本実施形態は、以上のような知見に基づくものである。
以下、本実施形態にかかる光ファイバの製造方法について説明する。
【００３０】
（温度範囲の設定）
まず、紫外線硬化樹脂の硬化度を示す指標であるゲル分率に基づいて、温度範囲を設定する。例えば、ゲル分率が８０％以上となるように、温度範囲を設定する。
【００３１】
或いは、上記ゲル分率の代わりに、硬化の程度を規定できる指標として、赤外分光で測定されるＩＲ硬化度を用いてもよい。ＩＲ硬化度は、被覆樹脂中の、硬化反応で消費されたＣ＝Ｃ結合の赤外線吸収強度を、硬化反応に寄与しないベンゼン環などの赤外線吸収強度で規格化した数値である。ゲル分率とＩＲ硬化度はほぼ一対一で対応する一方、ＩＲで算出した硬化度の良好範囲は樹脂毎に異なる。実験的に求めた両者の関係式を用いて、ゲル分率８０％以上の範囲を変換した範囲とするのが良い。赤外線による分光分析で測定されるＩＲ硬化度を用いた場合、紫外線硬化樹脂を傷つけることなく光学的な方法で硬化度の指標を規定することができる。
【００３２】
（紫外線硬化樹脂を塗布）
光ファイバ母材２から線引きされたガラスファイバＧ１の外周に、樹脂塗布装置５によって被覆となる紫外線硬化樹脂を塗布する。
【００３３】
（紫外線硬化樹脂の硬化）
ガラスファイバＧ１に紫外線硬化樹脂が塗布されてなる光ファイバＧ２に、紫外線照射装置６によって紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させる。
【００３４】
（光ファイバの表面温度の測定および紫外線照射量の制御）
第一測定部１０において、紫外線硬化樹脂が硬化された光ファイバＧ２の表面温度を測定する。測定結果は、制御部１３に送信する。制御部１３は、電源１４を制御して光源１５への供給電力Ｐを変化させることで、光ファイバＧ２の表面温度を、目標として設定された温度となるように、紫外線照射量を制御する。例えば目標として設定された温度を１１８℃とした場合、線引きの初期では紫外線照射量を、例えば図４の実線のように６５％とする。ところが、線引きの進行に伴い、紫外線透過管１６が曇っていくため、例えば図４の破線のように測定される温度が下がっていく。これに対応して、第一測定部１０で測定される温度が１１８℃となるまで、紫外線照射量を例えば図４の矢印で示すように上げていく。
【００３５】
以上のようにして、線引き開始後、光ファイバＧ２の表面温度が、例えばゲル分率が８０％以上となる温度範囲内の目標とする温度に対し、±５％以内の変動に収まるようにする。すなわち、制御部１３によって光源１５への供給電力Ｐを変化させて、光源１５からの紫外線照射量を制御することで、上記目標とする温度に対し±５％以内の変動に収まるように、線引きを続ける。
これにより、線引き開始後、光ファイバの被覆の硬化度が安定した光ファイバを製造し続けることができる。
【００３６】
また、上記のようにゲル分率が８０％以上となる光ファイバの表面温度になるように紫外線照射量を制御することで、紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることができる。
【００３７】
なお、上記温度範囲は、ゲル分率やＩＲ硬化度以外の硬化度の指標によって規定した温度範囲であってもよい。すなわち、紫外線硬化樹脂の硬化度を示す指標を用いることで、目標とする被覆の硬化度となる温度範囲に設定して、紫外線照射量を制御することができる。
【００３８】
以上詳述した本実施形態にかかる光ファイバの製造方法は、紫外線透過管１６に不活性冷却ガスを導入する設備や紫外線の集光位置を移動させる移動機構などの複雑な設備を必要としない。また、予め紫外線透過管１６の曇りに伴う照度低下を想定し、線引き開始時から光源からの紫外線照射量を大きくする必要がない。すなわち、光源１５への供給電力Ｐを必要最小限にすることができる。したがって、設備や電力にかかるコストを抑えて、被覆の硬化度が安定するように光ファイバＧ２を製造することができる。
【００３９】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：光ファイバの製造装置
２：光ファイバ母材
３：線引き炉
４：冷却装置
５：樹脂塗布装置
６：紫外線照射装置
７：直下ローラ
８：キャプスタン
９：巻き取りドラム
１０：第一測定部
１１：第二測定部
１２：紫外線照射炉
１３：制御部
１４：電源
１５：光源
１６：紫外線透過管
Ｐ：供給電力
Ｇ１：ガラスファイバ
Ｇ２：光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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