(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０００ｍ／ｍｉｎ以上の線引き速度で、光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造方法であって、
１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前に、前記紫外線照射による硬化時に発生する揮発物を除去する半割タイプのトラップゲートを設け、
前記トラップゲートの中心に前記１層目を塗布した光ファイバを通すファイバ進入孔が前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されていて、
前記光ファイバの線引き中に前記トラップゲートを取り外して堆積した前記揮発物を除去する洗浄を行った後、再び取り付けて前記光ファイバの線引きを継続しうることを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項２】
１０００ｍ／ｍｉｎ以上の線引き速度で、光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造方法であって、
１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前にトラップゲートを設け、
前記トラップゲートのファイバ進入孔が形成された凸形部の形状は、断面が略凸形の末広がり状であり、前記ファイバ進入孔は前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたものであることを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記トラップゲートの前記ファイバ進入孔の内寸法を狭口部で、１層目被覆層外径の＋０．０５〜＋０．５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造装置であって、
１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前に、前記紫外線照射による硬化時に発生する揮発物を除去するトラップゲートが設けられていて、
前記トラップゲートは、前記光ファイバの線引き中に取り外して再度取り付けられる半割タイプであり、中心に前記１層目を塗布した光ファイバを通すファイバ進入孔が前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたことを特徴とする光ファイバの製造装置。
【請求項５】
光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造装置であって、
１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前にトラップゲートが設けられていて、
前記トラップゲートのファイバ進入孔が形成された断面が略凸形の末広がり状の凸形部を有し、前記ファイバ進入孔は前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたことを特徴とする光ファイバの製造装置。
【請求項６】
前記トラップゲートの前記ファイバ進入孔の内寸法を狭口部で、１層目被覆層外径の＋０．０５〜＋０．５ｍｍとしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速線引き下においても均一な被覆が可能な光ファイバの製造方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光ファイバは、図５に断面図で示すように光ファイバ裸線４１の上に１層目にＵＶ（紫外線硬化型）樹脂からなるヤング率の小さいプライマリ材被覆層４２、および２層目にＵＶ樹脂からなるヤング率の大きいセカンダリ材被覆層４３の２層被覆が施された構造である。この光ファイバ４０を製造するための従来の代表的な線引き装置の概略構造図を図６に示す。図６において、１は光ファイバ母材１０を加熱線引きするための炉、２はその直下に配置された冷却装置で、Ｈｅが供給された管内を線引きされた光ファイバ裸線１２が通されるようになっている。３は加圧ダイス方式のプライマリ材ＵＶ樹脂塗布装置で、その内部に加圧された液状のプライマリ材ＵＶ樹脂が供給され、その樹脂が中を通過する光ファイバ裸線１２上に塗布される。４は光ファイバ裸線１２上に塗布されたプライマリ材ＵＶ樹脂を硬化させるための紫外線照射装置で、ここを通過させることで光ファイバ裸線１２上にプライマリ材ＵＶ樹脂被覆層が形成される。５は前記の紫外線照射による硬化反応で、発熱高温化したプライマリ材被覆線を冷却するための冷却装置であり、必要に応じて設置される。６はセカンダリ材ＵＶ樹脂塗布装置、７はセカンダリ材ＵＶ樹脂用の紫外線照射装置で、それぞれ上記プライマリ材ＵＶ樹脂塗布装置３、プライマリ材紫外線照射装置４と同種のものであり、ここを通過させることでプライマリ材被覆された光ファイバ上１３にＵＶ樹脂のセカンダリ材被覆層が形成される。この後２層に被覆された光ファイバ１４はボビンに巻き取られる。
【０００３】
近年、通信の世界では、情報の伝達量が飛躍的に増え、そのための光通信の基盤整備が世界的に急務となっている。このような背景から、光ファイバの大幅な需要がここ数年続いて発生しており、供給の面から光ファイバの生産性の一層の向上が要求されており、とりわけ生産ラインでの線引き速度の高速化が必須となっている。ところが光ファイバの線引き速度を高めた、特に１０００ｍ／ｍｉｎ上の線引き速度において、連続線引き生産によってある程度の線引き長を越えると、前記のセカンダリ材被覆層の被覆後の光ファイバ１４の径（セカンダリ径）が急激に細くなる現象が発生し問題となることがわかってきた。またセカンダリ径が急激に細くなる現象が発生する時は、同時にセカンダリ材をＵＶ樹脂塗布装置６のセカンダリ材被覆層用ダイスのファイバ進入孔周辺に樹脂成分が堆積し、堆積量が多くなるに従って、ドームのような山盛り状の形状を形成することがわかった。これらの現象をよく観察した結果、以下のことが確認された。
ドーム状堆積物を採取し、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外吸光分析）で測定した結果、堆積物はプライマリ材ＵＶ樹脂被覆成分とほぼ同じであることが確認された。
セカンダリ径が急激に細径化する現象は、ドーム状堆積物がある程度成長して、プライマリ材被覆線（光ファイバ１３）に接触するようになると発生する。堆積物がない場合は起こらない。
これらの結果を元にして鋭意検討した結果、本発明者らは次の知見を得た。
すなわち、被覆材料として用いられるＵＶ樹脂は、ポリエーテルポリオール系ウレタンアクリレート樹脂などが一般的に用いられているが、この材料は、ＵＶ照射による硬化時の重合発熱反応によって、樹脂温度が高くなると、硬化すると同時に揮発物を発生することが観察されている。特に線引き時において、図６に示す装置でプライマリ材被覆層を塗布してＵＶ照射した後、この揮発物がガス状で一次被覆層表面付近に付随したまま光ファイバ１３をセカンダリ材ＵＶ樹脂塗布装置６に導くと、セカンダリ材用ダイスのファイバ進入孔周辺に揮発物が堆積してドーム状態となる。線引きを継続して長時間行うと、その揮発物が堆積して形成された堆積物が大きく成長し、それがプライマリ材被覆線に接触するようになる。そのため堆積物の一部がプライマリ材被覆線表面に付着して、液状のセカンダリ材樹脂被覆層の一次被覆線への濡れ性が悪くなり塗布されなくなると推定される。こうしてセカンダリ外径が細径化する現象が発生すると考えられる。
【０００４】
このセカンダリ一径が急激に細くなる現象は、光ファイバの線速が速い程顕著となる。このため、高速線引きができず生産性が低下する。また、二次被覆径が変動するため、外径不良、機械的強度の低下等種々の問題を生じさせる要因ともなる。
揮発物が線引きに及ぼす影響については、例えば特開平８−２６２２８５、特開平１１−３５３４４にも記載されている。特開平８−２６２２８５では、プライマリ材から発生する揮発物の揮発速度を０．３ｗｔ％／ｍｉｎ以下とした樹脂を使用することを特徴としているが、ここで意味する揮発物は、樹脂に含有されるモノマー成分を指しており、モノマー成分の蒸気圧が揮発速度に影響するとしている。また特開平１１−３５３４４では、発生したガス状揮発成分を、冷却液状化することで、揮発物の影響を改善できるとしている。また、揮発物を噴射ガスで除去可能としている。特開平１１−３５３４４においても、揮発物は、比較低分子量未重合成分であり、具体例として特定のモノマー（イソボルニルアクリレート）を挙げている。
【０００５】
しかし先述の、図６に従って記したように問題点は、特定の樹脂成分ではなく、プライマリ材樹脂とほぼ同じ成分が、高速かつ連続した長時間の線引きにおいてセカンダリダイス上に堆積することが、観察及び分析によって新たにわかり、これが主因であると考えられる。また、樹脂の堆積はプライマリランプ照度が高いほど早く生じることから、紫外線照射による重合発熱反応による高温化に起因すると考えられ、確かにプライマリ材の被覆・紫外線照射後の冷却は、揮発物の発生の抑制には一定の効果が得られる。
しかし、線引き速度が速くなると当然冷却区間を通る時間が短くなり冷却効果に限界がでてくる。冷却効果を大きくするためには、冷却区間長を長くする、冷却装置の能力を大幅に増強する等の手段はあるが、これらはいずれも線引き装置そのものを改良することになるためにコストがかかることになる。
また、樹脂中の特定のモノマー成分あるいは組成を変更する・あるいは除去することも検討したが、問題としているセカンダリダイス上へのプライマリ成分の堆積は、程度の差こそあるが、いずれの場合も防止できなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は高速線引き下において均一な被覆が可能な被覆光ファイバの製造方法を提供することである。
また、本発明の目的は長時間連続運転で、線引きと、タンデム方式による２層被覆を行っても安定した条件で均一な被覆を行うことができる被覆光ファイバの製造方法を提供することである。
さらに本発明の目的は上記の光ファイバの製造方法に使用するのに好適な光ファイバ被覆装置を提供することである。
【０００７】
本発明の上記の課題は次の手段によって達成された。
すなわち本発明は、
（１）１０００ｍ／ｍｉｎ以上の線引き速度で、光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造方法であって、１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前に、前記紫外線照射による硬化時に発生する揮発物を除去する半割タイプのトラップゲートを設け、前記トラップゲートの中心に前記１層目を塗布した光ファイバを通すファイバ進入孔が前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されていて、前記光ファイバの線引き中に前記トラップゲートを取り外して堆積した前記揮発物を除去する洗浄を行った後、再び取り付けて前記光ファイバの線引きを継続しうることを特徴とする多層被覆の光ファイバの製造方法、
（２）１０００ｍ／ｍｉｎ以上の線引き速度で、光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す光ファイバの製造方法であって、１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前にトラップゲートを設け、前記トラップゲートのファイバ進入孔が形成された凸形部の形状は、断面が略凸形の末広がり状であり、前記ファイバ進入孔は前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたものであることを特徴とする光ファイバの製造方法、
（３）トラップゲートのファイバ進入孔の内寸法を狭口部で、１層目被覆層外径の＋０．０５〜＋０．５ｍｍとしたことを特徴とする（１）項または（２）項に記載の光ファイバの製造方法、
（４）光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す装置であって、１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前に、前記紫外線照射による硬化時に発生する揮発物を除去するトラップゲートが設けられていて、前記トラップゲートは、前記光ファイバの線引き中に取り外して再度取り付けられる半割タイプであり、中心に前記１層目を塗布した光ファイバを通すファイバ進入孔が前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたことを特徴とする多層被覆の光ファイバの製造装置、
（５）光ファイバ上に２層の紫外線硬化型樹脂被覆を施す装置であって、１層目を塗布し紫外線照射により硬化させた後に２層目を塗布、硬化するに当り該２層目被覆層装置の手前にトラップゲートが設けられていて、前記トラップゲートのファイバ進入孔が形成された断面が略凸形の末広がり状の凸形部を有し、前記ファイバ進入孔は前記光ファイバの進行方向に対して平行に形成されたことを特徴とする光ファイバの製造装置、及び
（６）トラップゲートのファイバ進入孔の内寸法を狭口部で、１層目被覆層外径の＋０．０５〜＋０．５ｍｍとしたことを特徴とする（４）または（５）に項記載の光ファイバの製造装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、セカンダリダイスにおけるプライマリ成分の堆積現象そのものを取り除くのである。
本発明でいうトラップゲートとは、揮発成分を取り除くための装置または治具を指しており、ファイバ進入孔を有するものである。トラップゲートの進入孔サイズをある範囲とすることで、プライマリ材被覆線の表面に随伴して光ファイバとともに移動する揮発物の層の通過を阻止しトラップゲートに付着させ、物理的に揮発成分を除去する作用を有する部材をいう。
なお、本発明上ではトラップゲートと呼称するが、名称に関しては特にこだわるものではない。
図１は、本発明のＵＶ樹脂の揮発成分を除去するためのトラップゲート８を設置した線引き装置の好ましい１例を示したものである。図１において、特に断わらない限り、図６と同符号はそれと同じものを示す。図１の中で、プライマリ被覆線の冷却装置とセカンダリ材樹脂塗布装置の間で、可能な限りセカンダリ材樹脂塗布装置に近い位置に、トラップゲート８を設置することで、プライマリ被覆線１３周辺に付随してくる揮発物を遮断しトラップゲートに効果的に付着させて除去することができる。
また、トラップゲートを半割タイプとすることで、堆積物がある程度溜まっても、線引き中にトラップゲートをはずして堆積物を除去することができる。
【０００９】
また、堆積物は進入孔中心にして溜まるため、進入孔が形成された部分を略凸状の末広がり状とすることで、堆積物が進入孔中心に溜まることがない。
本発明の特徴であるトラップゲートをセカンダリダイスの手前に設けることで、揮発物を除去したプライマリ被覆線をセカンダリダイスに送ることができ、特別な装置を設けることもなく１０００ｍ／ｍｉｎ以上の線引き速度で、長時間連続して安定した線引きを行うことが可能となる。なお、トラップゲートの材質については特にこだわるものではないが、成型加工性、寸法安定性、耐久性等の観点から、ＳＵＳ３０４が好ましい。
【００１０】
このトラップゲートについてより詳しく説明する。図２は、トラップゲート８の好ましい１例の拡大斜視図であり、８ａで示す部分がプライマリ被覆線のファイバ進入孔（以下、進入孔という。）である。なお、進入孔８ａの内部は、内部で揮発成分が堆積しないようにするため、プライマリ被覆線に対して平行であるか、下側に向かって広がる方向が好ましい。また、トラップゲート８の進入孔８ａの直径は、最も狭い部分で、すなわちプライマリ被覆線に最も接近する部分で、プライマリ被覆線外径＋０．０５〜＋０．５ｍｍが好ましく、特に＋０．１〜＋０．３ｍｍが好ましい。進入孔内寸法が小さすぎると、プライマリ被覆線がトラップゲートに接触してプライマリ層そのものに損傷を与えてしまう。またプライマリ被覆線外径が大きすぎると、揮発成分の除去効果そのものが著しく低下してしまう。
図３は、トラップゲート８の好ましい他例としての半割タイプ、すなわち、８ｂと８ｃとからなるようにしたものの斜視図である。半割タイプにすることにより、トラップゲート上に堆積した揮発成分の量が多い場合に、線引き中でもはずして洗浄することが可能となる。
図４は、トラップゲートのさらに好ましい他例であり、進入孔が形成された部分を断面形状で凸形部８ｄにしたタイプを示したものである。この形にした場合、揮発物がトラップゲートに付着しても下側にずれるため、プライマリ被覆線１３の進入孔周辺での堆積はしなくなる。
なお、上記の説明では２層樹脂被覆の例を示したが、２層以上の多層、タンデム被覆に好適であり、３層の被覆の場合でもよく、その場合は３層目の被覆について上記と同様な構成で、トラップゲートを設けてもよい。
次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】
図１又は図６に示した樹脂被覆光ファイバ製造装置を用い、ガラス径を１２５μｍ、プライマリ径を１９５μｍ、セカンダリ径を２５０μｍとした光ファイバ素線を線引きして製造した。
実施例１は、１図に示した樹脂被覆光ファイバ製造装置を用い内径０．３ｍｍの進入孔８ａを有する図３に示す半割タイプのトラップゲート８を設置して線引きを行った。
実施例２は、実施例１で用いたトラップゲート８を、線引き長７５０ｋｍで一度はずして、表面を洗浄後再度取り付けて線引きを継続した。取り外している時間は１０分以下である。
実施例３は、内径０．３ｍｍの進入孔８ａを有し、進入孔周辺を凸の円錐状（５ｍｍ高、円錐底部径１０ｍｍ）とした図４に示すトラップゲート８を用いた以外は実施例１と同様にして線引きを行った。
【００１２】
比較例１においては、トラップゲートを設けない図６に示す樹脂被覆光ファイバ製造装置を用いた線引きを実施した。
比較例２は、図１の装置のトラップゲート８の代わりに、内径の大きい、内径０．８ｍｍの進入孔を有するトラップゲートを設けて線引きを実施した。
各実施例と比較例について、光ファイバ裸線の線速を１０００、１２００、１５００ｍ／ｍｉｎに変えて、それぞれに長さ１３００ｋｍの被覆光ファイバを得た場合の線引き長７００、１０００、１３００ｋｍにおけるセカンダリ外径の変動幅を観察した。結果を表３に示す。ここで、評価は３段階で行い、〇は外径変動幅１μｍ以内、△は外径変動幅５μｍ以内で、実用上は共に問題のないレベル（合格）であり、外径変動幅５μｍを越えるもの（不合格）とした。なお、線引き長に関しては、上記の各線引き長で、外径変動幅が５μｍを越える(判定で×)と確認された場合は、その時点で線引きを終了した。
また線引き条件は、線引き速度１０００ｍ／ｍｉｎにおいて、比較例１の方法で線引き長７００ｋｍの時にセカンダリ外径が５μｍ以上変化した条件を基準とした。
被覆材料のＵＶ樹脂は、紫外線硬化性の官能基を有し被覆材の基本物性を与える平均分子量１０００〜１００００程度の光重合性オリゴマーと、樹脂の希釈（粘度調整）を目的として加えられる光重合性モノマー、及び紫外線を吸収して重合を開始させる光重合開始剤から構成される。その他に添加剤として重合開始剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、シランカップリング剤等が必要に応じて加えられる。
本実験で、評価に用いたＵＶ樹脂はプライマリ材で２種類、セカンダリ材で１種類を使用した。プライマリ材Ａ、Ｂ及びセカンダリ材Ｃは、いずれもポリエーテルウレタンアクリレート系のＵＶ樹脂であり、オリゴマーの平均分子量、配合比率を調整して、表１、表２に示す物性を得た。いずれもＪＳＲ（株）より入手した。
なお、プライマリ材Ａに配合した揮発成分イソボルニルアクリレートは光重合性モノマーであり、粘度調整の他に、これを配合することによりプライマリ材のガラスファイバに対する密着特性を向上させる効果を有する。
それぞれの組成・物性は以下のとおりである。
【００１３】
【表１】
0004794773.tif 000002
【００１４】
【表２】
0004794773.tif 000003
【００１５】
結果を表３に示す。なお表中の「―」は、未実施を示す。
【００１６】
【表３】
0004794773.tif 000004
【００１７】
表３の結果から明らかなように、比較例の場合高速線引き下において、均一な被覆が困難である。特に比較例１では線引き長７００ｋｍですでにセカンダリ外径が、大きく変動しているのに対し、本発明の方法によれば１５００ｍ／ｍｉｎの高速でも１０００ｋｍ全長にわたって安定した被覆層が得られ、特に実施例３の場合は１３００ｋｍ全長にわたって極めて安定した被覆層が得られることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように１０００ｍ／ｍｉｎ以上の高速線引き速度で、光ファイバ上に２層の硬化型の樹脂被覆をタンデムに塗布して、紫外線照射により硬化させる際に、プライマリ被覆工程で発生しその被覆層表面に付随している樹脂揮発成分の悪影響を除去した後にそれ以降の樹脂被覆を行うので、塗布すべき液状の樹脂の濡れ性が低下することがなく、高速線引きでかつ長尺に長さ方向に均一な被覆を施すことができる。本発明方法によれば外径変動がなく、長時間連続して安定した条件で均一な２層被覆ができる。本発明の被覆光ファイバの製造装置は、上記のように光ファイバの製造方法の生産性に大きく寄与し、しかも装置自体は比較的低コストで製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光ファイバの製造装置の好ましい１例の概略構造図である。
【図２】  本発明のトラップゲートの１例の拡大斜視図である。
【図３】  本発明のトラップゲートの他例の拡大斜視図である。
【図４】  本発明のトラップゲートのさらに他例の拡大斜視図である。
【図５】  本発明の通常の光ファイバの断面図である。
【図６】  本発明の従来の光ファイバの製造装置である。
【符号の説明】
１  炉
２、５  冷却装置
３  プライマリ材ＵＶ樹脂塗布装置
４、７  紫外線照射装置
６  セカンダリＵＶ樹脂塗布装置
８  トラップゲート
８ａ  進入孔
８ｄ  凸形部
１０  光ファイバ母材
１２  光ファイバ裸線
１３、１４  光ファイバ
４０  光ファイバ
４１  光ファイバ裸線
４２  プライマリ材被覆層
４３  セカンダリ材被覆層
【図１】
0004794773.tif 000005
【図２】
0004794773.tif 000006
【図３】
0004794773.tif 000007
【図４】
0004794773.tif 000008
【図５】
0004794773.tif 000009
【図６】
0004794773.tif 000010