(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面を支持するケースと、該ケースに設けられた樹脂供給口と、前記ケース内に設けられた蓋体と、樹脂供給口から流入された溶融樹脂の流路となる溶融樹脂流路と、前記溶融樹脂流路を通過した溶融樹脂を吐出する吐出口が形成されたノズルパックとを有した紡糸ヘッドを備えた光ファイバの紡糸装置であって、
少なくとも前記ケース及び蓋体内に形成された溶融樹脂流路がＮｉ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金のうち、いずれか一種以上で形成され、
前記ノズルパック内に形成された溶融樹脂流路がＳＵＳ３１６で形成されていることを特徴とする光ファイバの紡糸装置。
【請求項２】
前記Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金にＴａが含まれることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの紡糸装置。
【請求項３】
前記紡糸ヘッド内に温度制御手段が備えられている請求項１又は２に記載の光ファイバの紡糸装置。
【請求項４】
前記温度制御手段が溶融樹脂流路内を流れる溶融樹脂に直接接触するように配置されている請求項３に記載の光ファイバの紡糸装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバの紡糸装置を用いた光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの紡糸装置および光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学用途に広く用いられているプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）は、通常、２層以上の層からなり、中心の層を芯、２層目以上の層を鞘と呼ぶ。
ＰＯＦは、例えば、特許文献１に示す溶融紡糸法によって製造される。まず、芯および鞘の原料である熱可塑性樹脂を溶融させて、芯になる溶解樹脂（以下、芯材と称する。）および鞘になる溶解樹脂（以下、鞘材と称する。）を得る。次いで、芯材および鞘材を、定量ポンプを用いて紡糸ヘッドに供給する。紡糸ヘッドに供給された芯材および鞘材は、それぞれ紡糸ヘッド内に設けられた溶融樹脂流路を通過した後、紡糸ヘッド下部に設けられた吐出口近傍の合流部で合流する。合流部では、芯材の溶融樹脂流路の周囲に、鞘材の溶融樹脂流路が配されており、ここで合流した芯材および鞘材は、芯材の外面を鞘材が覆った状態で吐出口から吐出される。なお、紡糸ヘッド内の溶融樹脂流路には、２００〜３００℃の熱に耐えうる耐熱性、加工性、剛性、耐蝕性などを有したＳＵＳ３１６などのステンレス素材が広く用いられてきた。
【特許文献１】特開２００２−６９７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、紡糸ヘッドを長時間連続運転すると、溶融樹脂流路を構成する金属が次第に腐蝕してくる。これは、溶融樹脂中に含まれる熱分解生成物が、溶融樹脂流路を構成する金属を腐蝕するためである。特に、鞘材として多用されるフッ化ビニリデン系重合体などのフッ素樹脂組成物は、融点以上の高温に熱せられると、僅かながらフッ化水素（ＨＦ）を発生し、その強力な腐蝕作用によって、一般に耐蝕性を有するといわれているＳＵＳ３１６系ステンレスであっても腐蝕してしまう。
溶融樹脂流路を形成する金属は、腐蝕によって溶融樹脂流路から遊離し、溶融樹脂中に混入する。このように、金属異物が混入したＰＯＦは、ＰＯＦの伝送損失を増大させ、さらには、外径の均一性を低下させる要因となり、その結果、ＰＯＦの品質が低下する。また、溶融樹脂流路が腐蝕すると、その腐蝕表面に鞘材が滞留し、鞘材の炭化が生じやすくなる。ＰＯＦにこのような炭化鞘材が混入すると、金属異物と同様に、ＰＯＦの品質低下を生ずる。
ＰＯＦの品質を維持するには、これらの異物混入を避ける必要がある。しかしながら、従来は、腐蝕した溶融樹脂流路の清掃や部品の交換を頻繁に行うことでしか対処できず、メンテナンス費用の高騰を招いていた。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバの伝送損失を低減し、かつ光ファイバの外径の均一性を向上することができ、さらにはメンテナンス費用を低減できる光ファイバの紡糸装置およびそれを用いた光ファイバの製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
側面を支持するケースと、該ケースに設けられた樹脂供給口と、前記ケース内に設けられた蓋体と、樹脂供給口から流入された溶融樹脂の流路となる溶融樹脂流路と、前記溶融樹脂流路を通過した溶融樹脂を吐出する吐出口が形成されたノズルパックとを有した紡糸ヘッドを備えた光ファイバの紡糸装置であって、
少なくとも前記ケース及び蓋体内に形成された溶融樹脂流路がＮｉ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金のうち、いずれか一種以上で形成され、前記ノズルパック内に形成された溶融樹脂流路がＳＵＳ３１６で形成されていることを特徴とする光ファイバの紡糸装置。
前記Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金にＴａが含まれることが望ましい。
紡糸ヘッド内には温度制御手段が備えられていることが望ましい。
その温度制御手段は溶融樹脂流路内を流れる溶融樹脂に直接接触するように配置されていることが望ましい。
本発明の光ファイバの製造方法は、上記光ファイバの紡糸装置を用いる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の紡糸装置およびそれを用いた光ファイバの製造方法によると、伝送損失を低減し、かつ外径の均一性を向上させた光ファイバを製造でき、さらにはメンテナンス費用を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明に係るＰＯＦの紡糸装置について、図１〜５を参照しながら具体的に説明する。本実施形態例では、芯の周囲に２層の鞘を有する３層構造からなるＰＯＦを同時に複数本紡糸できるＰＯＦの紡糸装置を例示する。なお、２層構造からなるＰＯＦ、或いは３層以上からなるＰＯＦを製造する場合であっても、鞘材の層数に応じて鞘材の溶融樹脂流路数を増減すればよく、基本構造は本実施形態例と同様である。
【０００７】
図１に示すように、本実施形態例におけるＰＯＦの製造装置１は、芯の原料である熱可塑性樹脂を溶融して溶融樹脂（芯材）とし、これを押し出す押出機２と、第一の鞘の原料である熱可塑性樹脂を溶融して溶融樹脂（第一の鞘材）とし、これを押し出す押出機３と、第二の鞘の原料である熱可塑性樹脂を溶融して溶融樹脂（第二の鞘材）とし、これを押し出す押出機４とを備えている。
また、これらの溶融樹脂を定速で紡糸ヘッド９に供給する定量ポンプ５、６、７と、ＰＯＦ８を紡糸する紡糸ヘッド９を備えている。さらに、紡糸ヘッド９により紡糸されたＰＯＦ８を延伸処理する延伸処理装置１０と、延伸されたＰＯＦ８を巻き取る巻き取り装置１１とを備えている。なお、本実施形態例のＰＯＦの製造装置１の構成要素におけるＰＯＦの紡糸装置１２は、押出機２、３、４と、定量ポンプ５、６、７と、紡糸ヘッド９とから概略構成されたものである。
【０００８】
図２に示すように、紡糸ヘッド９には、側面を支持するケース２０と、ケース２０に設けられ、芯材を紡糸ヘッド９内に取り込む溶融樹脂供給口２１と、ケース２０に設けられ、第一の鞘材を紡糸ヘッド９内に取り込む溶融樹脂供給口２２と、第二の鞘材を紡糸ヘッド９内に取り込む溶融樹脂供給口２３が設けられている。
ケース２０内には、芯材が流れる溶融樹脂主流路２４と、第一の鞘材が流れる溶融樹脂主流路２５と、第二の鞘材が流れる溶融樹脂主流路２６とが設けられている。さらに、ケース２０には、溶融樹脂主流路２４から芯材が分岐して流れる溶融樹脂従流路２７と、溶融樹脂主流路２５から第一の鞘材が分岐して流れる溶融樹脂従流路２８と、溶融樹脂主流路２６から第二の鞘材が分岐して流れる溶融樹脂従流路２９とが設けられている。
ケース２０の側面には、溶融樹脂従流路２７に流れる芯材の流量を制御するギアポンプ３０と、溶融樹脂従流路２８に流れる第一の鞘材の流量を制御するギアポンプ３１と、溶融樹脂従流路２９に流れる第二の鞘材の流量を制御するギアポンプ３２とが設けられている。溶融樹脂従流路２７、２８、２９は、これらギアポンプ３０、３１、３２をそれぞれ介して、さらに蓋体３３内へと伸び、さらにノズルパック３４へと伸びている。
また、紡糸ヘッド９には、溶融樹脂主流路２４を流れてきた芯材を排出する溶融樹脂排出口６１と、溶融樹脂主流路２５を流れてきた第一の鞘材を排出する溶融樹脂排出口６２と、溶融樹脂主流路２６を流れてきた第二の鞘材を排出する溶融樹脂排出口６３とが設けられている。なお、図２では、ノズルパック３４内での溶融樹脂従流路２７、２８、２９の分岐および合流は省略し、それらは後述する図３の説明にゆだねる。
【０００９】
図３は紡糸ヘッド９の概略断面図である。紡糸ヘッド９の下部には、底面カバー４１が設けられ、ケース２０とノズルパック３４との間には、ノズルパック３４を保持するためのパックケース４２が設けられている。
蓋体３３内に形成された溶融樹脂従流路２７、２８、２９は、さらにノズルパック３４内まで伸びており、ここで複数の溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７にそれぞれ分岐している。
なお、この実施形態例において、溶融樹脂従流路２７、２８、２９は、それぞれ４つの溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７に放射状に分岐しているが、図３では、紙面鉛直方向に分岐した２つの溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７は省略し、４つのうち紙面と水平方向に分岐した２つの溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７のみ表記している。
それぞれ４つに分岐した溶融樹脂分岐流路３５は、放射状に水平方向に伸びた後、それぞれ紡糸ヘッド９の下側に向けて鉛直に屈曲し、図面下側に向けて伸びている。溶融樹脂分岐流路３５は、途中で溶融樹脂分岐流路３６と合流部３８で合流し、さらに溶融樹脂分岐流路３７と合流部３９で合流した後、ノズルパック３４の下端部に設けられた吐出口４０へとつながっている。
溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７の断面形状は特に限定されないが、加工のしやすさ、および溶融樹脂の流れやすさなどから、円形が好ましい。また、吐出口４０の開口形状は、製造するＰＯＦ８の断面形状に合わせた形状を有しており、基本的には円形である。
このような構造によって、紡糸ヘッド９は、溶融樹脂供給口２１、２２、２３から供給された溶融樹脂を複数の吐出口４０から吐出し、同時に複数の糸状のＰＯＦ８を紡糸できるようになっている。
【００１０】
図４に示すように、４つの吐出口４０は、紡糸されるＰＯＦ８が互いに接触するのを防止するために、ノズルパック３４の下面に所定の間隔をあけて同心円状に配置されるのが好ましい。この実施形態例では、４つの吐出口４０を備えた紡糸ヘッドを例示したが、吐出口４０の数、およびそれにつながる各分岐流路の分岐数は適宜変更可能であり、３つ以下、または５つ以上でもよい。なお、図４において、図３と同じ構成要素に関しては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００１１】
図４以外にも、例えば、図５の紡糸ヘッド８０に示すように、ノズルパック３４の下面が矩形状に露出し、その面に吐出口４０が直線状に配置されていても構わない。なお、図示しないが、このような吐出口４０の配置の場合は、ノズルパック３４内の溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７も吐出口４０の位置に合わせて適宜配置される。また、この紡糸ヘッド８０においても、溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７の分岐数、および吐出口４０の配置数は特に限定されない。
【００１２】
次に、本発明の紡糸ヘッドの溶融樹脂流路に用いられる耐蝕性を有した合金について説明する。
本発明では、紡糸ヘッド９の溶融樹脂流路の少なくとも一部が、Ｎｉ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ合金系のうち、いずれか一種以上で形成されることを特徴とする。Ｎｉ（ニッケル）を含むこれらの合金は、Ｎｉ基合金と呼ばれ、ハステロイ（登録商標）という名称で知られている。
【００１３】
本発明では、前記のＮｉ基合金の中でも、好ましくはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金からなる合金が用いられる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金は、ハステロイＣ系合金とも呼ばれる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金は、Ｎｉ基合金の中でも、酸化性酸、還元性酸の両環境で優れた耐蝕性を有するため、フッ化水素などの酸化性酸に対して特に優れた耐蝕性を示す。
【００１４】
本発明では、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金にＴａ（タンタル）が含まれることが特に好ましい。第四元素としてＴａを含むＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金は、酸化皮膜の形成が早く、かつ酸化皮膜の安定性が極めて高い。Ｔａを含むＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金は、ハステロイＣ系合金の一種であり、ＭＡＴ−２１という合金名で呼ばれる。ＭＡＴ−２１は、酸化性、還元性のいずれの環境に対しても優れた耐蝕性を有しており、特に、還元性環境での耐蝕性に優れている。また、耐局部腐蝕性は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金中で最も優れている。Ｔａを含むＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金は、熱的な安定性にも優れており、機械的強度および伸びも良好である。
なお、ＭＡＴ−２１の公称化学組成は、Ｃｒが１９質量％、Ｍｏが１９質量％、Ｔａが１．８質量％、Ｆｅが１質量％未満、Ｃが０．０１５質量％未満、Ｓｉが０．０８質量％未満で、残りをＮｉが占める。
【００１５】
Ｎｉ基合金の必須成分であるＮｉは、その腐蝕生成物がＦｅに比べて緻密である。Ｎｉ基合金は、Ｎｉの腐蝕生成物からなる不動態皮膜（酸化皮膜ともいう）が金属表面を覆うことで、優れた耐蝕性を発揮する。また、Ｎｉは不動態化特性（不動態皮膜の安定度）が優れていることから、大部分の環境で、Ｆｅに比べて長期間にわたる耐蝕性を発揮する。さらに、Ｎｉは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅなどと全率固溶体（同種金属のように均一に混合し合った形成物）を形成できる。Ｎｉは、特にＭｏ、Ｃｒなどに対して３０％以上の固溶度を有し、これらの金属と安定した合金を形成する。Ｎｉ基合金には、このような各種元素の配合割合などにより、耐酸性、耐局部腐蝕性、高温での耐酸化性、機械的特性などを強化した多様なバリエーションが知られている。
【００１６】
Ｎｉ基合金は、樹脂などから発生する腐蝕性ガスに対し、他の金属では得られない優れた耐蝕性を発揮する。その耐蝕性はステンレスをはるかに凌ぎ、強度はステンレスの１．５倍と高く、伸びはステンレスと同等である。したがって、Ｎｉ基合金を用いれば、良好な耐蝕性と併せて、装置の薄肉化も図ることができる。また、Ｎｉ基合金は、オーステナイトス系テンレスと同等の溶接性も備えているので、特別の技術、設備を必要とせず溶接できる。また、Ｎｉ基合金は、工業的に多用されているＦｅ基合金との溶接性も高いため、耐蝕性を有しながらも溶接しにくいＴｉ合金、Ｔａ合金、Ｐｔ合金などに比べて利便性が高い。
Ｎｉ基合金に好ましく含まれるＣｒ、Ｍｏ、Ｆｅなどの各添加元素の耐蝕性への作用は次のとおりである。まず、Ｃｒは、Ｃｒ不動態皮膜（ＣｒＣＯＯＨ）を形成し、これにより酸化性環境での耐蝕性を発揮する。Ｍｏは、その高い水素過電圧によって、還元性環境での耐蝕性が向上し、耐局部腐蝕性を発揮する。Ｆｅは、主にコストダウンの目的で添加されるが、Ｃｒ不動態皮膜の形成を促進する作用があるとも云われている。
【００１７】
本発明では、このようなＮｉ基合金を紡糸ヘッド９内の溶融樹脂流路の少なくとも一部に用いているため、溶融樹脂流路の腐蝕を大幅に低減できる。これにより、溶融樹脂流路の腐蝕による金属異物の混入を大幅に低減することができ、以ってＰＯＦの長さ方向の外径の均一性の向上、外径の均一性の向上、および伝送損失の低減を図ることができる。また、各溶融樹脂流路の腐蝕が低減されることで、腐蝕表面での鞘材の滞留による炭化が発生しにくく、炭化鞘材の混入を大幅に低減することができ、以ってＰＯＦの外径の均一性の向上、および伝送損失の低減を図ることができる。さらには、溶融樹脂流路の腐蝕が低減されることで、溶融樹脂流路の清掃、および溶融樹脂流路を有する部品の交換の頻度が低減され、以ってＰＯＦの紡糸装置のメンテナンス費用を低減できる。
【００１８】
次に、紡糸ヘッド９内における、Ｎｉ基合金が用いられる溶融樹脂流路について、図３を参照しながら説明する。
紡糸ヘッド９において、溶融樹脂流路が形成されている構成要素は、ケース２０、ギアポンプ３０、３１、３２、蓋体３３、およびノズルパック３４である。本発明では、これらの構成要素全てにＮｉ基合金を用いてもよく、一部にだけ用いてもよい。Ｎｉ基合金の加工性を考慮すると、直線流路を主体とした溶融樹脂流路を有する構成要素にＮｉ基合金を用いるのが好ましい。具体的には、ケース２０、蓋体３３がＮｉ基合金で形成されるのが好ましい。Ｎｉ基合金は、機械的強度が高い反面、切削加工性が必ずしもよいわけではない。そこで、直線流路が主体の蓋体３３およびケース２０であれば、曲線流路を有する他の構成要素と比べて加工がやりやすく、加工コストを低減できる。ノズルパック３４もＮｉ基合金で形成されるのが理想的ではあるが、ノズルパック３４内の溶融樹脂流路は、分岐および合流が複雑なため、これらの流路を形成するための加工は難しく、加工コストが高くなる。したがって、ノズルパック３４はＳＵＳ３１６などを用いるのが、加工コストの点から好ましい。
【００１９】
次に、紡糸ヘッド９に好ましく設けられる構成要素について説明する。
図６に示すように、紡糸ヘッド９内には、温度制御手段４３が備えられていることが好ましい。図６の紡糸ヘッド９において、図３と同じ構成要素に関しては、同じ符号を付して説明を省略する。
温度制御手段４３を用いれば、溶融樹脂分岐流路３５を流れる芯材を加熱または冷却して温度制御でき、芯材の流動性を制御することができる。すなわち、芯材を加熱すれば、粘度が低下するために流動性が高くなり、冷却すれば、芯材の粘度が上昇するために、流動性が低下する。このように、温度制御手段４３を用いて芯材の流動性を制御すれば、吐出口４０から吐出される芯材の流量を加減することができる。そして、その加減を厳密に制御することによって、ＰＯＦ８の外径の均一性の向上を図ることができる。温度制御手段４３としては、例えば、温度計付のヒータなどを用いることができる。
なお、この実施形態例では、少なくとも温度制御手段４３の一部が、溶融樹脂分岐流路内３２ａに挿通されている。すなわち、温度制御手段４３が、溶融樹脂分岐流路３５を流れる溶融樹脂に直接接触するように配置されているため、溶融樹脂の温度変化をより早く、かつ高精度に制御できる。
【００２０】
複数の溶融樹脂分岐流路３５に挿通された複数の温度制御手段４３は、好ましくはそれぞれ個別に温度制御される。複数の吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８の流量を個別に制御することにより、複数の吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８の外径を微調整でき、各吐出口４０の微妙な差異によるＰＯＦ８の外径のばらつきを低減することができる。温度制御手段４３は、例えば、外部より温度制御信号線４７を介して温度制御される。
この実施形態例では、芯材が流れる溶融樹脂分岐流路３５にのみ温度制御手段４３が接するように設けたが、さらには、第一の鞘材、第二の鞘材に対しても温度制御手段４３を設けて温度制御できるように構成してもよい。
【００２１】
図７に、温度制御手段４３を備えた紡糸ヘッド９によるＰＯＦの製造装置９０の模式図を示す。紡糸ヘッド９と延伸処理装置１０との間には、紡糸されたＰＯＦ８の外径を測定する外径測定装置４４が設けられている。そして、外径測定装置４４と紡糸ヘッド９内の温度制御手段４３とが、外径データ信号線４５、外径変動制御装置４６、および温度制御信号線４７とを介して接続されている。なお、図７において、図１と同じ構成要素には同一の番号を付してその説明を省略する。
紡糸ヘッド９により紡糸されたＰＯＦ８の外径は、外径測定装置４４によって連続的または断続的に測定される。外径測定装置４４で測定された外径の測定値は信号化され、外径データ信号線４５を介して外径変動制御装置４６に送られる。外径変動制御装置４６は、測定された外径の結果と、あらかじめ設定された外径目標値とを比較し、その比較結果に基づいた制御信号を、温度制御信号線４７を介して温度制御手段４３に送る。温度制御手段４３は、温度制御信号に応じて、芯材への加熱冷却を行い、芯材の粘度を変化させ、これによりＰＯＦ８の外径を変化させる。なお、外径測定装置４４としては、例えば、レーザ、ＬＥＤなどによって外径を測定する装置を用いることができる。
【００２２】
例えば、紡糸されたＰＯＦ８の外径が、設定された外径目標値よりも小さかった場合、外径変動制御装置４６は、温度上昇を指示する制御信号を温度制御手段４３に送り、溶融樹脂を加熱する。加熱された溶融樹脂は、粘度が低下して流動性が高くなるため、吐出速度が増大し、その結果、ＰＯＦ８の外径が大きくなる。一方、ＰＯＦ８の外径が設定された外径目標値よりも大きかった場合、外径変動制御装置４６は、温度下降を指示する制御信号を温度制御手段４３に送り、溶融樹脂の加熱の停止、または溶融樹脂の冷却を行う。これにより、溶融樹脂の粘度が増加して流動性が低くなるため、溶融樹脂の吐出速度が低下し、その結果、ＰＯＦ８の外径が小さくなる。このようにして、ＰＯＦ８の外径を制御することができる。
【００２３】
また、複数本のＰＯＦを同時に紡糸する紡糸ヘッド９においては、吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８の外径を個別にモニターするのが好ましい。各吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８の外径が、外径目標値と同じとなるように複数の溶融樹脂分岐流路３５を流れる芯材の温度を個別に温度調節することで、各吐出口４０から吐出される複数のＰＯＦ８の外径のばらつきが低減される。
このようにして、ＰＯＦ８の外径の均一性を高めることができれば、加熱延伸処理後における直径の変動幅も小さく抑えられ、外径の設定値に対する外径変動率が±３％以内のＰＯＦ８を製造することができる。ここで、ＰＯＦ８の外径変動率は下式により示される。
直径変動率(％)＝（（糸長１０００ｍあたりの変動直径／平均直径）−１）×１００
【００２４】
次に、紡糸ヘッド９内への温度制御手段４３の取り付け位置に関して、さらなる例示を用いて説明する。
温度制御手段４３は、例えば図８、９のように、パックケース４２内に設けられていてもよい。ここで、図９は図８の実施形態例を下側から見た底面図である。なお、図８、９において、図６と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
図８、９に示す実施形態例の場合、ノズルパック３４の中心軸５０を中心として、同心円状に４つの吐出口４０がノズルパック３４の下面に設けられている。同じく、ノズルパック３４の中心軸５０を中心として、底面カバー４１を貫通するように４つの温度制御手段４３が同心円状に配置されている。
この実施形態例のように、パックケース４２内に温度制御手段４３を設ける場合には、ノズルパック３４、パックケース４２などの温度制御手段４３から溶融樹脂分岐流路３５との間に存在する構成要素は、良好な伝導性を有する金属材から構成されることが好ましい。
【００２５】
図８，９の実施形態例において、温度制御手段４３によって発生した熱は、パックケース４２およびノズルパック３４を介して、４つの溶融樹脂分岐流路３５に伝達される。これらの実施形態例は、温度制御手段４３が溶融樹脂分岐流路３５に挿通されている図６の実施形態例と比較して、芯材の温度変化をより早く、かつ精度良く制御できるという効果は得られないものの、溶融樹脂分岐流路３５内での流動状態の乱れや滞留が生じる恐れがない。したがって、流動状態の乱れや滞留によるＰＯＦ８の外径の均一性の低下を防止できるという利点がある。さらには、温度制御手段４３がパックケース４２に備えられているため、温度制御手段４３を外すことなくノズルパック３４を取り外すことができ、ノズルパック３４のメンテナンス作業や交換作業が容易になる。また、図６の実施形態例では、温度制御手段４３が、蓋体３３内に設けられた各溶融樹脂流路と交差しないように配置しなければならないが、図８，９の実施形態例では、パックケース４２内に溶融樹脂流路は存在しないため、温度制御手段４３をパックケース４２内部の好ましい位置に適宜配置することができ、さらには、温度制御手段４３の配置数を適宜増減できるという利点がある。
【００２６】
次に、図８、９の実施形態例の発展形態として、温度制御手段４３の配置例を表した平面図を図１０〜１４に示す。これらの実施形態例では、紡糸ヘッド９に吐出口４０が８つ設けられているが、吐出口４０の数はこれに限らず、７つ以下、或いは９つ以上であってもよい。なお、図７〜１１では、図９と同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。また、図７〜１１では、説明の便宜上、図６におけるギアポンプ３０、３１、３２、温度制御信号線４７を省略する。
図１０の配置例では、中心軸５０を中心として、ノズルパック３４下面に同心円状に吐出口４０が８つ配置され、さらに、中心軸５０から各吐出口４０に向けて直線を引いたとき、その延長線上の底面カバー４１に、温度制御手段４３が配置されている。
図１１の配置例では、図１０で示した温度制御手段４３が、中心軸５０を中心に２２．５度の角度でずらされて配置されている。
【００２７】
図１２の配置例では、中心軸５０から各吐出口４０に向けて直線を引いたとき、その直線に隣接した底面カバー４１に各２つの温度制御手段４３が配置されている。
図１３の配置例では、図１２における温度制御手段４３が、中心軸５０を中心に２２．５℃ずらされて配置されている。
図１４の配置例では、計１６つの温度制御手段４３が、互いに隣接する温度制御手段４３間の距離が等間隔になるように配置されている。
【００２８】
図１０の配置例は、図１１の配置例に比べて、温度制御手段４３が吐出口４０により近い距離にある。すなわち、ノズルパック３４内の溶融樹脂分岐流路３５により近い距離にある。したがって、図１０の配置例は、図１１の配置例に比べて溶融樹脂の流量をより迅速に制御できる。
図１２、１３、１４の配置例は、図１０、１１の配置例に比べて、温度制御手段４３の数が倍なので、吐出口４０周辺の温度のムラ（温度斑）を低減できる。吐出口４０周辺の温度斑が少ないほど、より外径の均一性の高いＰＯＦを得られる。また、１つの溶融樹脂分岐流路３５に対して、温度制御手段４３を２つ１セットとして用いれば、個々の温度制御手段４３を小型化することもでき、小型化により温度制御手段４３のレイアウトの自由度が向上し、かつ、メンテナンスなどの作業性も向上する。さらには、２つ１セットの温度制御手段４３のいずれか１つが故障した際にも、残りの１つが稼動していれば、ＰＯＦの品質低下を最小限に抑えることができる。なお、図１２の温度制御手段４３と吐出口４０との配置関係を採用した紡糸ヘッド９によると、溶融樹脂温度２００〜２５０℃に対して±１０℃程度の設定で、芯の中心径を５μｍ程度可変できる。
ただし、図１０の配置例のように、各吐出口４０とそれに対応する温度制御手段４３が１対１で、かつ、各吐出口４０とそれに対応する温度制御手段４３との距離が短い場合は、各温度制御手段４３に対応する吐出口４０の温度制御を、他の吐出口４０にできるだけ及ぼすことなく行え、ＰＯＦ８の外径の制御をより精度よく行えるという利点がある。そのため、必ずしも１つの吐出口４０に対しての温度制御手段４３の本数を増やすことが、ＰＯＦの外径の均一性の向上に有利であるとは限らない。よって、どの実施形態例を採用するかは、上述した利点などを考慮した上で適宜選択される。
【００２９】
次に、図１５、１６を参照しながら、紡糸ヘッドのその他の形態について説明する。
本発明では、図１５に示すように、溶融樹脂従流路２７、２８、２９およびノズルパック３４が複数セット備えられた紡糸ヘッド６０を用いてもよい。紡糸ヘッド６０から排出される芯材の溶融樹脂排出流路６４には、圧力制御用背圧弁６５を備え、紡糸ヘッド６０から排出される溶融樹脂の流量を制御してもよい。溶融樹脂排出流路６４を流れる芯材の流量を圧力制御用背圧弁６５で制御することで、紡糸ヘッド６０に供給される芯材の供給量、および複数のギアポンプ３０にかかる溶融樹脂の背圧をより細かく制御することができる。図示しないが、鞘材の排出流路に関しても、同様の構成要素が備えられていてもよい。また、溶融樹脂排出流路６４の下流には、排出された芯材を回収する回収槽などを設けるのが好ましい。なお、図１５では、６つのギアポンプ３０を有する紡糸ヘッド９（ノズルパック３４を６つ有する）としているが、この数は特に限定されない。図１５おいて、図２と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図１６に、紡糸ヘッド６０の溶融樹脂主流路２４の好ましい形態を表した部分模式図を示す。図１６は、溶融樹脂主流路２４の断面積が、芯材の進行方向に向けて、段階的に細くなっていることを表している。
溶融樹脂主流路２４を流れる芯材は、その少なくとも一部が溶融樹脂従流路２７に引き込まれ、ギアポンプ３０によって流量が制御された上で、ノズルパック３４に送り込まれる。このように、複数の溶融樹脂従流路２７によって芯材が引き込まれる毎に、溶融樹脂主流路２４の芯材の流量は減少するため、後段にあるギアポンプ３０にかかる芯材の背圧は、前段のギアポンプ３０にかかる背圧に比べて低くなる。このように、前段と後段でのギアポンプ３０の背圧に差が生じると、それぞれの溶融樹脂従流路２７に引き込まれる芯材の流量に差が生じやすくなる。個々の溶融樹脂従流路２７内を流れる芯材の流量に差が生じると、複数のノズルパック３４から吐出される複数のＰＯＦ８の外径にばらつきが生じやすくなる。
各ギアポンプ３０にかかる背圧のばらつきを極力少なくするためには、溶融樹脂主流路２４内の断面積を芯材の流れ方向に行くにしたがって細めるような流路を設けることが好ましい。これにより、複数のノズルパック３４から得られるＰＯＦ８の外径にばらつきが生じにくくなり、外径の均一性の揃ったＰＯＦ８を得ることができる。溶融樹脂主流路２４内の断面積の細める率は、材料、生産規模などを鑑みて適宜決定される。また、図１６では、芯材に関する流路を示したが、鞘材に関しても同様の構成をとることが好ましい。
【００３１】
次に、ＰＯＦの製造方法について図７、８を参照して説明する。本発明で好ましく用いられるＰＯＦの製造方法では、まず、図７に示すように、紡糸工程において、芯の原料となる樹脂を押出機２によって溶融し芯材を得る。同じく第一および第二の鞘の原料となる樹脂を押出機３、４によって溶融し、第一の鞘材と第二の鞘材とを得る。次いで、芯材、第一の鞘材、第二の鞘材を、それぞれ定量ポンプ５、６、７を用いて紡糸ヘッド９に一定の速度で供給する。
図８に示すように、紡糸ヘッド９に送り込まれた芯材、第一の鞘材、および第二の鞘材は、溶融樹脂主流路２４、２５、２６から溶融樹脂従流路２７、２８、２９に流れ込み、ギアポンプ３０、３１、３２によって流量を制御された上で、ノズルパック３４に送り込まれる。
芯材、第一の鞘材、および第二の鞘材は、ノズルパック３４内で、複数の溶融樹脂分岐流路３５、３６、３７に分岐して流れる。そして、溶融樹脂分岐流路３５を流れる芯材は、第一の鞘材が流れる溶融樹脂分岐流路３６と合流部３８で合流し、芯材の周囲を第一の鞘材が覆った状態で２層構造の溶融樹脂となり、吐出口４０に向けて流下する。次いで、溶融樹脂分岐流路３７を流れる第二の鞘材が合流部３９にて合流する。芯材の周囲を第一の鞘材で覆われた溶融樹脂は、さらにその外周に第二の鞘材を有した３層構造の状態となる。そして、この３層構造を有した溶融樹脂が、吐出口４０から連続的に吐出されることにより、ＰＯＦ８が紡糸される。
この後、ＰＯＦ８は、図７に示すように、延伸処理装置１０による延伸処理などが施されてから、巻き取り装置１１によって巻き取られる。
【００３２】
ＰＯＦ８の材料としては、熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、芯材にはアクリル系樹脂などの透明性の高い樹脂が好ましく用いられる。鞘材にはフッ化ビニリデン系重合体などのフッ素樹脂組成物が挙げられる。
【００３３】
本発明のＰＯＦの製造方法においては、各溶融樹脂流路の少なくとも一部にＮｉ基合金を用いた耐蝕性に優れた紡糸ヘッドを用いているため、溶融樹脂流路の腐蝕を大幅に低減できる。したがって、溶融樹脂流路の腐蝕による金属異物の混入を大幅に低減することができ、以ってＰＯＦ８の長さ方向、および複数の吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８同士の外径の均一性の向上と、ＰＯＦ８の伝送損失の低減を図ることができる。また、各溶融樹脂流路の腐蝕が低減されることで、腐蝕表面での鞘材の滞留による炭化が発生しにくく、炭化鞘材の混入を大幅に低減することができ、以ってＰＯＦ８の長さ方向、および複数の吐出口４０から吐出されるＰＯＦ８同士の外径の均一性の向上と、ＰＯＦ８の伝送損失を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の光ファイバの紡糸装置およびそれを用いた光ファイバの製造方法によると、伝送損失を低減し、かつ外径の均一性を向上させた光ファイバを製造でき、さらにはメンテナンス費用を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態例のＰＯＦの製造装置の全体構造を示す模式図。
【図２】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドを上面から見たときの、溶融樹脂の流れを示す模式図。
【図３】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドを示す概略縦断面図。
【図４】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドを下側から見た底面図。
【図５】本発明の他の実施形態例の紡糸ヘッドを下側から見た底面図。
【図６】本発明の他の実施形態例の紡糸ヘッドを示す概略縦断面図。
【図７】本発明の他の実施形態例のＰＯＦの製造装置の全体構造を示す模式図。
【図８】本発明の他の実施形態例の紡糸ヘッドを示す概略縦断面図。
【図９】本発明の他の実施形態例の紡糸ヘッドを下側から見た底面図。
【図１０】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドの温度制御手段の配置例を示す平面図。
【図１１】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドの温度制御手段の配置例を示す平面図。
【図１２】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドの温度制御手段の配置例を示す平面図。
【図１３】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドの温度制御手段の配置例を示す平面図。
【図１４】本発明の実施形態例の紡糸ヘッドの温度制御手段の配置例を示す平面図。
【図１５】本発明の他の実施形態例の紡糸ヘッドを上面から見たときの、溶融樹脂の流れを示す模式図。
【図１６】本発明の他の実施形態例における溶融樹脂主流路の一形態例を示す模式図。
【符号の説明】
【００３６】
１、９０  ＰＯＦの製造装置
２、３、４  押出機
５、６、７  定量ポンプ
８  ＰＯＦ（光ファイバ）
９、６０、８０  紡糸ヘッド
１２  ＰＯＦの紡糸装置
２０  ケース
２１、２２、２３  溶融樹脂供給口
２４、２５、２６  溶融樹脂主流路
２７、２８、２９  溶融樹脂従流路
３０、３１、３２  ギアポンプ
３３  蓋体
３４  ノズルパック
３５、３６、３７  溶融樹脂分岐流路
３８、３９  合流部
４０  吐出口
４１  底面カバー
４２  パックケース
４３  温度制御手段
４４  外径測定装置
４５  外径データ信号線
４６  外径変動制御装置
４７  温度制御信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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