JP5417531B2 - 光ファイバ素線の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ素線の製造方法及び製造装置に関する。
本願は、２０１０年６月１１日に、日本に出願された特願２０１０−１３４３８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

一般に、光ファイバ素線は、以下のようにして製造されている。
図７は、従来の光ファイバ素線の製造方法で用いられる光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。

光ファイバ素線の製造においては、まず、石英系ガラスを主成分とする光ファイバ母材１０１を紡糸炉１０２内に収容し、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス雰囲気中で、光ファイバ母材１０１の先端部分を約２０００℃に高温加熱し、溶融紡糸して、光ファイバ裸線１０３を形成する。

次いで、光ファイバ裸線１０３を冷却筒１０４内に送り込む。冷却筒１０４内には、ヘリウムや窒素ガスなどの冷却用ガスが供給されており、冷却筒１０４において光ファイバ裸線１０３を次工程の一次被覆層の形成に好適な温度に急冷する。

次いで、冷却筒１０４で冷却された光ファイバ裸線１０３は、一次被覆層形成用の被覆材塗布装置１０５およびＵＶランプ１０６により、紫外線硬化型樹脂などからなる一次被覆層で被覆される。

さらに、一次被覆層が設けられた光ファイバ裸線１０３は、二次被覆層形成用の被覆材塗布装置１０７およびＵＶランプ１０８により、紫外線硬化型樹脂などからなる二次被覆層で被覆され、光ファイバ素線１０９が形成される。

さらに、紡糸中の光ファイバ素線１０９は、捻り装置１１０によって捻りが加えられた後、ターンプーリ１１１によって別方向に向きが変えられ、引取機１１２、ダンサーロール１１３を経て、巻取ドラム１１４に巻き取られる。

近年、光ファイバ素線の製造において、光ファイバ素線の偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion、以下「ＰＭＤ」と略す。）を低減する目的から、上述のような光ファイバ素線の製造装置では、捻り装置１１０を設け、光ファイバ素線１０９に捻りを加えることにより、光ファイバ母材１０１の加熱溶融部（光ファイバ母材１０１の下端部）に捻りを付与しながら、光ファイバ裸線１０３を溶融紡糸している。

捻り装置１１０によって、紡糸中の光ファイバ素線１０９に加えられた捻りは、光ファイバ母材１０１の加熱溶融部に伝わる。そのため、光ファイバ母材１０１の加熱溶融部に捻りが加えられながら、光ファイバ裸線１０３が溶融紡糸される。したがって、紡糸後の光ファイバ裸線１０３には捻りが固定される。

従来、捻り装置で光ファイバ素線を捻る場合、例えば一対の捻りロ−ラにより光ファイバ素線を双方向から押圧して捻りトルクを与える。このような捻り装置において、捻りローラ間の距離を制御しながら、捻りを実施することで、光ファイバ素線の被覆層に与えるダメージを小さくして、ダメージが大きい場合に生じる被覆層の変形、一次被覆層とガラス界面の剥離、一次被覆層の割れを防止することが行われている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、引取りキャプスタンで光ファイバを引取る場合、一般的に、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトで光ファイバ素線を把持するような引取りキャプスタンが使用される（例えば、下記特許文献２参照）。これにより、キャプスタンと光ファイバ素線とのすべりを防止する。しかしながら、把持条件によっては、被覆層にダメージを与え、被覆層の変形、一次被覆層とガラス界面の剥離、一次被覆層の割れが生じる。そのため、把持圧力、抗張力、表面粗さ、段差を最適範囲に調整することで、光ファイバ素線被覆層へのダメージを小さくすることが行われている。

また、近年の光ファイバ素線の線引き速度の増加を受けて、ＵＶ樹脂材料自体の特性改良（硬化速度の向上など）や、光ファイバの線引き技術改良が行われている。

しかしながら、従来の装置の改造による高速化対応の場合、線引き装置の高さ制限により、冷却ゾーンやコーティングゾーン、ＵＶ硬化ゾーン、捻り装置ゾーン、引取りキャプスタンゾーンなどを限られたスペースに効率的に配置する必要がある。このため、ＵＶ硬化ゾーンの直下に捻り装置ゾーンを設置しなければならない場合や、ＵＶ硬化ゾーンと引取りキャプスタンまでの距離を十分に確保できない場合が生じる。

この結果、捻り装置の設置位置や引取りキャプスタンの位置における光ファイバ素線のコーティング層の温度が高くなる。それにより、被覆層のヤング率が低下し、従来以上にコーティング層の変形が生じやすくなる。
その結果として、従来の捻り装置の押し圧力や引取りキャプスタンベルトの押圧の範囲でも、光ファイパ素線被覆の変形が大きくなり、場合によっては、一次被覆層とガラスの界面が剥がれる剥離や、一次被覆層が割れる問題が生じる。

また、コーティング層の温度を下げるために冷却装置を導入するためには、新たなスペースの確保が必要になる。この結果、線引き装置の高さ制限により、各種装置（冷却装置、コーティング装置、ＵＶ硬化装置など）の必要長のバランスが崩れ、線引き速度を速くすることができなくなる。

日本国特許第４１９４９７６号公報 日本国特開平９−２２７１７１号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線を効率よく製造することが可能な光ファイバ素線の製造方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、装置を複雑化させたり、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線を効率よく製造することが可能な光ファイバ素線の製造装置を提供することを第二の目的とする。

本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成し（工程Ａ）；前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けて光ファイバ素線中間体を形成し（工程Ｂ）；前記光ファイバ素線中間体を形成する前記被覆層を一次硬化させ（工程Ｃ）；前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧し（工程Ｄ）；前記光ファイバ素線中間体の押圧された被覆層を二次硬化させる（工程Ｅ）。
上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際（工程Ｄ）には、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加えてもよい。
上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際（工程Ｄ）には、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取ってもよい。
上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際（工程Ｄ）には、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加え；キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取ってもよい。
上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、前記光ファイバ素線中間体を形成する際（工程Ｂ）の被覆層が、前記光ファイバ裸線に接して配される第一層と、この第一層に重ねて配される第二層とを備え、前記第二層を形成する樹脂のヤング率が、前記第一層を形成する樹脂のヤング率よりも高い構成を採用してもよい。
上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、前記被覆層が前記第一層と前記第二層とを有する２層構造を形成する場合、前記第一層を形成した後および前記第二層を形成した後の各々において、前記被覆層が一次硬化されてもよい（工程Ｃ）。
本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置は、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸部と；前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けて光ファイバ素線中間体を形成する塗布部と；前記光ファイバ素線中間体を形成する前記被覆層を一次硬化させる第一硬化部と；前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する押圧部と；前記光ファイバ素線中間体の押圧された被覆層を二次硬化させる第二硬化部と；を備える。
上記本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置では、前記押圧部が、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加える捻り部を備えていてもよい。
上記本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置では、前記押圧部が、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取る引取り部を備えていてもよい。
上記本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置では、前記押圧部が、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加える捻り部と；キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取る引取り部と；を備えていてもよい。

上記本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、光ファイバ裸線の外周に設けた樹脂からなる被覆層を一次硬化させて光ファイバ素線中間体を形成した後に、この一次硬化させた被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する。さらに、押圧された光ファイバ素線中間体の被覆層を二次硬化して光ファイバ素線を形成している。
これにより、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、一次硬化後の被覆層とガラス表面の剥離や一次被覆層の割れが、二次硬化時に修復され、良好な光ファイバ素線が得られる。その結果、本発明の第１の態様に係る光ファイバ素線の製造方法では、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線を効率よく製造できる。
上記本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置では、被覆材を一次硬化させて被覆層を備えた光ファイバ素線中間体を形成する一次硬化部と、この被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する押圧部と、前記光ファイバ素線中間体の押圧後の被覆層を二次硬化して光ファイバ素線を形成する二次硬化部と、を備えている。
これにより、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化時に修復され、良好な光ファイバ素線が得られる。その結果、本発明の第２の態様に係る光ファイバ素線の製造装置では、装置を複雑化させたり、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線を効率よく製造できる。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 同実施形態に係る光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 同実施形態に係る光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 実験例で用いた光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 実験例で用いた光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 実験例で用いた光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 従来の光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係る光ファイバ素線の製造方法及び製造装置を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光ファイバ素線の製造装置１Ａ(１)の概略構成を示す模式図である。
本実施形態に係る光ファイバ素線５の製造装置１は、光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する紡糸部１０と、光ファイバ裸線３の外周に被覆材を塗布して光ファイバ素線中間体４α（４）とする塗布部３０と、光ファイバ素線中間体４α（４）の被覆材を一次硬化して被覆層を備えた光ファイバ素線中間体４β（４）を形成する一次硬化部４０と、この被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周を押圧して、光ファイバ素線中間体４γを形成する押圧部と、光ファイバ素線中間体４γ（４）の前記被覆層を二次硬化して光ファイバ素線５を形成する二次硬化部７０と、を少なくとも備える。

これにより、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化時に修復され、良好な光ファイバ素線が得られる。その結果、本実施形態の光ファイバ素線４の製造装置１では、装置を複雑化させたり、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線を効率よく製造できる。

紡糸部１０は、加熱炉１１を備え、光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する。
紡糸部１０は、線引き炉内に吊り下げられた光ファイバ母材２と呼ばれる石英ガラスロッドを下降させながら、その先端を加熱炉１１によって加熱溶融し、これから線引きすることにより光ファイバを製造する。
紡糸炉外へ引き出された光ファイバ裸線３は、冷却部２０により冷却される。

塗布部３０は、光ファイバ裸線３の外周に被覆材を塗布して光ファイバ素線中間体４α（４）を形成する。
冷却された光ファイバには、光ファイバ裸線３の保護を目的として、塗布部３０にて樹脂コーティングされる。一般に樹脂コーティングは、２層コーティングであり、内側にヤング率の低い一次被覆層用の材料を塗布し、外側にヤング率の商い二次被覆層用の材料が塗布される。使用される材料は、紫外線硬化樹脂が多く、ＵＶランプにより硬化される。
なお、コーティング方法は、一次被覆層と二次被覆層を別々に塗布し、それぞれ硬化させる方法、一次被覆層と二次被覆層を同時に塗布して、一括して硬化させる方法などがある。図１に示す例では、一次被覆層と二次被覆層を同時に塗布する場合を挙げているが、本発明はこの構成のみに限定されない。

一次硬化部４０は、ＵＶランプ４１を備え、光ファイバ素線中間体４α（４）の被覆材を一次硬化して光ファイバ素線中間体４β（４）を形成する。
一次硬化部４０として、たとえば、光ファイバ素線中間体４α（４）を挟むように４対のＵＶランプが、長手方向に沿って配されている。

押圧部は、被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周を押圧して、光ファイバ素線中間体４γ(４)を形成する。
ここで、押圧部は、前記一次硬化された被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、光ファイバ素線中間体４β（４）に捻りを加える捻り部５０、及び／又は、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体４γ(４)を把持して引取る引取り部６０を備える。

捻り部５０は、一般的には光ファイバの特性である偏波モード分散（ＰＭＤ）を低減させることを目的として使用されるが、ＰＭＤ低減のために捻りを加える以外の方法での対策（たとえば、光ファイバ母材２の非円を小さくするなど）を実施している場合には、特に必要としない場合もある。
また、引取り部６０が、キャプスタンホイール６１だけの場合、光ファイバ素線中間体４β（４）が押圧されることがないので押圧部に含まない。

捻り部５０としては、紡糸中の光ファイバ素線中間体４β（４）の外周の一部に当接する少なくとも一対の捻りローラ５１，５１を備え、この一対の捻りローラ５１，５１が並進運動する機構を有する装置、あるいは、一対の捻りローラ５１，５１が揺動運動する機構を有する装置が用いられる。

一対の捻りローラが並進運動する機構を有する捻り部５０としては、例えば、回転する一対の捻りローラ５１，５１の周曲面間で光ファイバ素線中間体４β（４）を押圧しながら、一対の捻りローラ５１，５１の移動方向を周期的に反転させるなどして、光ファイバ素線中間体４β（４）を一対の捻りローラ５１，５１の周曲面間において、紡糸方向と略垂直方向の前後に転動させ、光ファイバ素線中間体４β（４）に対して周期的に、その紡糸方向を軸として旋回する捻りを加えることにより、トルクを加える装置が挙げられる。

具体的に、この捻り部５０は、紡糸中の光ファイバ素線中間体４β（４）の外周の一部に当接する少なくとも一対の捻りローラ５１，５１と、これらを支持する支持部（図示略）とから概略構成されている。
捻りローラ５１，５１は、光ファイバ素線中間体４β（４）を挟むように配され、その長手方向が光ファイバ素線４の紡糸方向と略垂直となるように配されている。また、捻りローラ５１は、捻りローラ５１と一体をなす中心軸を中心として回転可能である。
さらに、捻りローラ５１は、中心軸と共に、光ファイバ素線４の紡糸方向と垂直な方向へ並進運動可能である。

捻りローラ５１，５１は、中心軸を中心として図中の矢印方向に回転しながら、紡糸中の光ファイバ素線中間体４β（４）の外周の一部に当接し、かつ、光ファイバ素線４の紡糸方向と垂直な方向へ周期的に並進運動することによって、光ファイバ素線中間体４β（４）にトルクを加える。この光ファイバ素線中間体４β（４）に加えられたトルクと、捻りローラ５１，５１の表面と光ファイバ素線中間体４β（４）の被覆層（外周）との摩擦とによって、紡糸中の光ファイバ素線中間体４β（４）に捻りが加えられる。その結果、捻りが加えられた光ファイバ素線中間体４γ（４）が得られる。

上述したような捻り部５０以外にも、一対の捻りローラ５１，５１が揺動運動する機構を有する捻り部５０の一例として、例えば、回転する一対の捻りローラ５１，５１の周曲面間で光ファイバ素線中間体４β（４）を押圧しながら、一対の捻りローラ５１，５１をそれぞれ異なる方向に周期的に、紡糸方向に対して斜めに傾けることにより、光ファイバ素線中間体４β（４）に対して周期的に、その長手方向を軸として旋回する捻りを加えることにより、トルクを加える装置が挙げられる。

また、捻りローラが揺動運動する機構を有する捻り部５０の他の例としては、例えば、回転する捻りローラ５１，５１と光ファイバ素線中間体４β（４）が接し、光ファイバ素線中間体４β（４）を紡糸方向と平行な方向に周期的に揺り動かす（揺動運動）ことにより、光ファイバ素線中間体４β（４）に対して周期的に、その長手方向を軸として旋回する捻りを加えることにより、トルクを加える装置が挙げられる。

被覆層が形成され、押圧部である捻り部５０により捻りが加えられた光ファイバ素線中間体４γ（４）は、プーリー８１によって向きを変えられ、もう一つの押圧部であるキャプスタンホイール６１及びキャプスタンベルト６２を備えた引取り部６０により引き取られる。
引取り部６０において、引取りキャプスタン６１は高速で回転し、ここで線引き速度が決定される。線引き速度が例えば２０００ｍ／ｍｉｎや１５００ｍ／ｍｉｎなどに相当する速度で引取りキャプスタン６１は回転する。
引取り部６０としては、例えば特開平９−２２７１７１に示されるような、キャプスタンホイールに対してキャプスタンベルトで光ファイバ素線中間体４γ（４）を押圧するような引取りキャプスタンを採用することができる。

なお、光ファイバ素線中間体４β（４）を押圧せず、進行方向を変えるのみであるプーリー８１などは、光ファイバ素線中間体４β（４）を挟み込まないため、光ファイバ素線中間体４β（４）の被覆層に与えるダメージが極めて少なく、被覆層の変形や剥離、割れが生じないため、本実施形態における押圧部には含まれない。

二次硬化部７０は、ＵＶランプ、引取り部６０によりさらに押圧された光ファイバ素線中間体４γ（４）の被覆層を二次硬化して光ファイバ素線５を形成する。
一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化時に修復される。これは、二次硬化時に、さらに硬化反応が進み、分子のネットワークが延びることと、硬化による発熱反応により局所的に被覆材の温度が上昇し、ガラス転移温度以上となることの相乗効果で、一次硬化時に生じた剥離や割れが修復されることによる。

最後に、巻取り部９０は、高速で引き取られた光ファイバ素線５を、巻取りドラム９１にて巻き取る。この経路の途中には、一般的には引取り速度と巻取り速度の回転速度の差を吸収し、補正する装置（ダンサープーリー８０）が配されている。

ライン配置により捻り部５０のみに本方法を適用しても、または、捻り部５０を使用しない装置に対しては、引取り部６０のみに適用しても、または、捻り部５０、引取り部６０両者を含めて適用してもよい。より望ましくは、捻り部５０と引取り部６０の両者に適用するのが望ましい。

なお、上述した実施形態では、塗布部３０として、一次被覆層と二次被覆層を同時に塗布して、一括して硬化させる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、一次被覆層と二次被覆層を別々に塗布し、それぞれ硬化させてもよい。例えば、図２に示す製造装置１Ｂ(１)は、一次被覆層を塗布する一次被覆層用の塗布部３１と、二次被覆層を塗布する二次被覆層用の塗布部３３を別々に備えている。この場合、一次被覆層用の塗布部３１と、二次被覆層用の塗布部３３の間に、一次被覆層硬化用のＵＶランプを備えた一次被覆層用の硬化部３２が配されている。

また、上述した実施形態では、光ファイバ素線中間体４α（４）の一次硬化部４０が、長手方向に沿って配された４対のＵＶランプ４１を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、ＵＶランプの数は適宜変更可能である。例えば、図２に示す製造装置１Ｂ(１)は、長手方向に沿って配された３体のＵＶランプを備えている。

また、上述した実施形態では、押圧部として、捻り部５０と引取り部６０の双方を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、捻り部５０または引取り部６０のどちらか一方を備えていればよい。例えば、図２に示す製造装置１Ｂでは、押圧部として捻り部５０のみを備えている。図３に示す製造装置１Ｃ（１）では、押圧部として引取り部のみを備えている。

次に、このような製造装置１Ａ（１）を用いた、光ファイバ素線の製造方法について説明する。
本実施形態の光ファイバ素線の製造方法は、光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する工程Ａと、光ファイバ裸線３の外周に被覆材を塗布して光ファイバ素線中間体４α（４）とする工程Ｂと、光ファイバ素線中間体４α（４）の前記被覆材を一次硬化して被覆層を備えた光ファイバ素線中間体４β（４）を形成する工程Ｃと、前記被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周を押圧して、光ファイバ素線中間体４γ（４）を形成する工程Ｄと、前記光ファイバ素線中間体４γ（４）の前記被覆層を二次硬化して光ファイバ素線５を形成する工程Ｅと、を少なくとも備える。

これにより、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化時に修復され、良好な光ファイバ素線が得られる。
その結果、本実施形態の光ファイバ素線の製造方法では、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線５を効率よく製造することが可能である。
以下、工程順に説明する。

（１）光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する（工程Ａ）。
まず、石英系ガラスを主成分とする光ファイバ母材２を、溶融紡糸部１０の加熱炉１１内に軸方向に移動可能に吊り下げ、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス雰囲気中で、その下端部分を約２０００℃に高温加熱し、これから光ファイバを線引きして、光ファイバ裸線３を形成する（溶融紡糸）。
なお、光ファイバ母材２の製造方法は、気相軸付法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ法）、内付け法（ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法）、ロッドインチューブ法などがあるが、本発明はこれらの方法のみに限定されない。

次いで、引き出された光ファイバ裸線３は、冷却部２０内に送り込まれる。冷却部２０内には、ヘリウムや窒素ガスなどの冷却用ガスが供給されており、冷却部２０において光ファイバ裸線３を次工程の被覆材の塗布に好適な温度に急冷する。

（２）光ファイバ裸線３の外周に被覆材を塗布して光ファイバ素線中間体４α（４）とする（工程Ｂ）。
冷却部２０において冷却された光ファイバ裸線３は、被覆層形成用の塗布部３０において、その外周を覆うように紫外線硬化型樹脂からなる被覆材が塗布（コーティング）される。
一般に、樹脂コーティングは、２層コーティングであり、内側にヤング率の低いプライマリ材料を塗布し、外側にヤング率の商いセカンダリ材料が塗布される。換言すると、２層コーティングされた被覆層は、光ファイバ裸線３に接して配される第一層と、この第一層に重ねて配される第二層から構成されている。前記第二層をなす樹脂として、前記第一層をなす樹脂に比べてヤング率の高い樹脂が用いられる。
塗布方法は、第一層（一次被覆層）と第二層（二次被覆層）を別々に塗布し、それぞれ硬化させる方法、同時に塗布して、一括して硬化させる方法などがあるが、本発明はこれらの方法のみに限定されない。
これにより、光ファイバ裸線３の外周に第一層（一次被覆層）及び第二層（二次被覆層）からなる被覆層が形成された光ファイバ素線中間体４α（４）が得られる。

（３）光ファイバ素線中間体４α（４）の被覆材を一次硬化して光ファイバ素線中間体４β（４）を形成する（工程Ｃ）。
続いて、被覆層が形成された光ファイバ素線４α（４）は、一次硬化部４０へと送られ、この一次硬化部４０が備えるＵＶランプ４１から照射される紫外線により硬化（一時硬化）して、一次硬化された被覆層を形成する。これにより、一次硬化された被覆層を備えた光ファイバ素線中間体４β（４）が得られる。

一次硬化により形成される被覆層の硬化度は、一般的な被覆材の硬化度を評価する評価方法であるゲル分率が７０％〜９０％であることが望ましい。硬化度が７０％未満の場合、硬化が不十分なため、後工程で押圧部（捻り部５０、引取り部６０）に未反応の被覆材が付着するおそれや、捻り部５０による捻りトルクが光ファイバ裸線３に伝わりにくく捻り回数が少なくなってしまうおそれがある。一方、硬化度が９０％より大きい場合、未反応分が少ないため、押圧工程で一次被覆層に生じた変形、剥離、割れを二次硬化で修復する際に十分な修復効果が得られない。

（４）一次硬化された被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周を押圧して、光ファイバ素線中間体４γ（４）を形成する（工程Ｄ）。
この工程Ｄは、光ファイバ素線中間体４β（４）に捻りを加える捻り工程、及び／又は、光ファイバ素線中間体４β（４）を把持して引取る引取り工程である。

捻り工程の場合、前記一次硬化された被覆層を介して光ファイバ素線中間体４β（４）の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラ５１，５１を当接した状態で、この一対の捻りローラ５１，５１を並進運動または揺動運動させて、光ファイバ素線中間体４β（４）に捻りを加える。

具体的には、例えば、回転する一対の捻りローラ５１，５１の周曲面間で光ファイバ素線中間体４β（４）を押圧しながら、一対の捻りローラ５１，５１の移動方向を周期的に反転させるなどして、光ファイバ素線中間体４β（４）を一対の捻りローラ５１，５１の周曲面間において、紡糸方向と略垂直方向の前後に転動させ、光ファイバ素線中間体４β（４）に対して周期的に、その紡糸方向を軸として旋回する捻りを加えることにより、トルクを加える。この光ファイバ素線中間体４β（４）に加えられたトルクと、捻りローラ５１，５１の表面と光ファイバ素線中間体４β（４）の被覆層（外周）との摩擦とによって、紡糸中の光ファイバ素線中間体４β（４）に捻りが加えられる。

さらに、引取り工程の場合、キャプスタンホイール６１とキャプスタンベルト６２を用いて、前記捻り工程を経た光ファイバ素線中間体４γ（４）を把持して引取る。そして、この引取り工程を経て送り出された中間体が、光ファイバ素線中間体４δ（４）である。

（５）引き取られた光ファイバ素線中間体４γ（４）の被覆層を二次硬化して光ファイバ素線５を形成する（工程Ｅ）。
続いて、光ファイバ素線中間体４γ（４）は、二次硬化部７０へと送られ、この二次硬化部７０（ＵＶランプ）から照射される紫外線により被覆層をさらに硬化（二次硬化）することによって、光ファイバ素線５が得られる。
一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化において修復される。
これは、二次硬化時に、さらに被覆材の硬化反応が進み、分子のネットワークが延びることと、硬化による発熱反応により局所的に被覆材の温度が上昇し、ガラス転移温度以上となることの相乗効果で、一次硬化時に被覆層に生じた剥離や割れが修復されることによる。

二次硬化された被覆層の硬化度としては、ゲル分率が８５％以上であることが好ましい。硬化度が８５％未満では、被覆層中に未硬化成分が多く残留することになり、以降の工程、例えば着色工程やテープ化工程にて、その未硬化成分が反応して揮発成分となり、線引時の被覆層と着色層、テープ層間の剥離が生じたり、微小な外径変化であるコブが生じるなどの不良が発生しやすい。ゲル分率を８５％以上とすることで、このような問題を回避することができる。

最後に、光ファイバ素線５は、プーリー８１によって別方向に向きを変えられ、ダンサープーリー８０を経て、巻取り部９０において巻取りドラム９１に巻き取られる。

以上説明してきたように、本実施形態では、被覆層の硬化を、押圧工程の前後で２段階に分けて行うことで、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで生じた被覆層の変形や、被覆層とガラス表面の剥離や被覆層の割れが、二次硬化時に修復され、良好な光ファイバ素線が得られる。
このように本実施形態では、装置を複雑化させたり、線引き速度を遅くすることなく、被覆層の変形や剥離を防止することができ、信頼性の高い光ファイバ素線５を効率よく製造することができる。

以上、本実施形態の光ファイバ素線の製造方法及び製造装置について説明してきたが、本発明は上述の例のみに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述したような構成の製造装置を用いて、光ファイバ素線を作製した。
（実験例１）
図１に示した製造装置１Ａ（装置Ａ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度２５００ｍ／ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を同時にコーティングし、同時に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する一次硬化部で被覆層を一次硬化させ、その後、捻り工程とキャプスタンベルトを用いた引取り工程を行った。その後、ＵＶランプを有する二次硬化部で被覆層を二次硬化させた。
その後、ダンサーブーリーを通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

（実験例２）
図１に示した製造装置１Ａ（装置Ａ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
被覆層の一次硬化後のゲル分率が７０％（別途サンプルを作製して評価）、二次硬化後のゲル分率が８０％となるように、一次硬化部及び二次硬化部のＵＶランプ出力を調整したこと以外は、実験例１と同様にして光ファイバ素線を作製した。

（実験例３）
図２に示した製造装置１Ｂ（装置Ｂ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度１５００ｍ/ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を別々にコーティングし、別々に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する一次硬化部で被覆層を一次硬化させ、その後、捻り工程を行った。その後、ＵＶランプを有する二次硬化部で被覆層を二次硬化させた。
その後、引取りキャプスタン（ベルト使用せず）を通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

（実験例４）
図２に示した製造装置１Ｂ（装置Ｂ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
光ファイバ母材の線引き速度を２０００ｍ／ｍｉｎとしたこと以外は、実験例３と同様にして光ファイバ素線を作製した。

（実験例５）
図２に示した製造装置１Ｂ（装置Ｂ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
被覆層の一次硬化後のゲル分率が６０％（別途サンプルを作製して評価）、二次硬化後のゲル分率が８５％となるように、一次硬化部及び二次硬化部のＵＶランプ出力を調整したこと以外は、実験例４と同様にして光ファイバ素線を作製した。

（実験例６）
図３に示した製造装置１Ｃ（装置Ｃ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度２０００ｍ／ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を同時にコーティングし、同時に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する一次硬化部で被覆層を一次硬化させ、その後、キャプスタンベルトを用いた引取り工程を行った。その後、ＵＶランプを有する二次硬化部で被覆層を二次硬化させた。
その後、ダンサーブーリーを通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

（実験例７）
図３に示した製造装置１Ｃ（装置Ｃ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
被覆層の一次硬化後のゲル分率が９２％（別途サンプルを作製して評価）、二次硬化後のゲル分率が９５％となるように、一次硬化部及び二次硬化部のＵＶランプ出力を調整したこと以外は、実験例６と同様にして光ファイバ素線を作製した。

（実験例８）
図４に示した製造装置Ｄ（装置Ｄ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度１５００ｍ/ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を別々にコーティングし、別々に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する硬化部で被覆層を硬化させ、その後、捻り工程を行った。
その後、引取りキャプスタン（ベルトなし）を通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

（実験例９）
図４に示した製造装置Ｄ（装置Ｄ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
製造装置Ｄにおいて、硬化部のＵＶランプを１灯追加したこと以外は、実験例８と同様にして光ファイバ素線を作製した。

（実験例１０）
図５に示した製造装置Ｅ（装置Ｅ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度２０００ｍ／ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を同時にコーティングし、同時に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する硬化部で被覆層を硬化させ、その後、捻り工程とキャプスタンベルトを用いた引取り工程を行った。
その後、ダンサーブーリーを通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

（実験例１１）
図６に示した製造装置Ｆ（装置Ｆ）を用いて、光ファイバ素線を作製した。
外径φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を使用して、線引き速度２５００ｍ／ｍｉｎで線引きを実施した。被覆層のコーティングは、第一層（一次被覆層）、第二層（二次被覆層）を別々にコーティングし、別々に硬化させる方式とした。
ＵＶランプを有する一次硬化部で被覆層を一次硬化させ、その後、キャプスタンベルトを用いた引取り工程を行った。
その後、ダンサーブーリーを通し、光ファイバ素線を巻取りボビンに巻取りながら、線引きを５００ｋｍ実施した。

以上のようにして作製された、実験例１〜実験例１１の線引き後の光ファイバ素線に対して、５０ｋｍ毎に切り割り、切り割り素線から、サンプルを取り、ゲル分率、被覆変形の平均値及び−６０℃での損失変化について評価を実施した。
被覆層のゲル分率の測定は、被覆層を６０℃のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶剤に１６時間浸漬し、いわゆる未硬化分を溶剤抽出し、取り出した後に、試料被覆重量（Ｗ）を測定する。試料の初期重量をＷ_０とするとき、ゲル分率は「（Ｗ／Ｗ_０）×１００（％）」で表される。

被覆変形の平均値は、photon kinetic社のＰＫ２４０１を用いて測定した。
−６０℃での損失変化については、１０００ｍのファイバをフリーコイル状態にして、恒温槽に入れ、常温をリファレンスとして、−６０℃での損失変動を比較した。被覆材の変形、剥離、割れなどのダメージがあると、損失がマイクロベンド損失となり損失が増加する。
さらに、マイクロスコープを用いて、被覆層の剥離、割れを観察した。
実験例１〜実験例１１の光ファイバ素線についての評価結果を表１に示す。

実験例１〜７は二次硬化を行った例であり、実験例８〜１１は二次硬化を行わなかった例である。実験例８〜１１においては、硬化後のゲル分率が、それぞれ９０％、９５％、８０％、７０％であり、これは、実験例１〜７での一次硬化後のゲル分率に相当する。
実験例１〜７と実験例８〜１１とを比較すると、実験例１〜実験例７では、破損変形、低温度での損失増加、剥離、割れ等もなく、良好な光ファイバ素線となっている。また、押圧装置への汚れの付着もみられなかった、これに対し、実験例８〜１１では、被覆変形、低温度での損失増加、剥離、割れ等が悪い状態となっている。これは、一次硬化のみでは、被覆材のダメージが生じるが、二次硬化を設置することで、この被覆材のダメージが修復していることを示している。

なお、実験例９では、実験例８に対して硬化部のＵＶランプを１灯増設した。これは硬化後のゲル分率を上昇させることをねらったためである。結果として、ゲル分率は実験例８の９０％から９５％に上昇しているものの、被覆層へのダメージが生じている結果となっている。

また、押圧装置として、実験例１，２では捻り装置と引取りキャプスタン、実験例３〜５では捻り装置、実験例６，７では引取りキャプスタン、をそれぞれ用いている。そのいずれの場合であっても、一次硬化後に被覆材にダメージが生じても二次硬化を実施することで、ダメージが修復できることを示している。それぞれ、一次硬化後のゲル分率が７０〜９０％に対し、二次硬化後のゲル分率は８０〜９５％となっている。
なお、実験例４と実験例６とは、押圧装置が捻り装置であるか、引取キャプスタン（ベルトあり）であること以外は同じ条件である。この結果から、押圧装置として、捻り装置の場合でも、引取キャプスタンの場合でも両者とも同等の効果があることが確認できる。

実験例５では、一次硬化後のゲル分率が６０％であった。この場合、硬化度が低すぎるために、押圧装置に被覆材の未硬化成分や揮発成分が付着してしまった。ただし、被覆材のダメージの修復効果は得られている。
一方、実験例７では、一次硬化後のゲル分率が９２％であった。この場合、二次硬化によりさらにゲル分率が９５％と上昇しているが、押圧による被覆材へのダメージが修復しきらず、残っていることを示している。
実験例２では、二次硬化後のゲル分率が８０％であった。この場合、押圧による被覆材へのダメージの修復効果は得られているが、線引き後の後工程に進み、着色工程にて着色、テープ工程にてテープ化を実施したところトラブルが発生した。

以上の結果から、一次硬化後の被覆層に対して押圧することで、一次被覆層に変形、剥離や割れなどのダメージが生じたとしても、二次硬化を行うことでそのダメージが修復され、良好な光ファイバ素線が得られることが確認された。
特に、一次硬化後の被覆層の硬化度として、ゲル分率が７０〜９０％のときに十分な修復効果が得られることが確認された。また、二次硬化後の被覆層の硬化度として、ゲル分率が８５％以上のときに、後工程でのトラブルを回避することができることが確認された。

本発明は、光ファイバ素線の製造方法及び製造装置に広く適用可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ（１） 光ファイバ素線の製造装置
２ 光ファイバ母材
３ 光ファイバ裸線
４α、４β、４γ（４） 光ファイバ素線中間体
５ 光ファイバ素線
１０ 紡糸部
２０ 冷却部
３０ 塗布部
４０ 一次硬化部
５０ 捻り部
６０ 引取り部
７０ 二次硬化部

Claims (10)

1. 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成し；
   前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けて光ファイバ素線中間体を形成し；
   前記光ファイバ素線中間体を形成する前記被覆層を一次硬化させ；
   前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧し；
   前記光ファイバ素線中間体の押圧された被覆層を二次硬化させることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
2. 前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際には、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
3. 前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際には、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
4. 前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する際には、
   前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、前記光ファイバ素線中間体に捻りを加え；
   キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
5. 前記光ファイバ素線中間体を形成する際の被覆層が、前記光ファイバ裸線に接して配される第一層と、この第一層に重ねて配される第二層とを備え、
   前記第二層を形成する樹脂のヤング率が、前記第一層を形成する樹脂のヤング率よりも高い
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
6. 前記被覆層が前記第一層と前記第二層とを有する２層構造を形成する場合、前記第一層を形成した後および前記第二層を形成した後の各々において、前記被覆層が一次硬化されることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ素線の製造方法。
7. 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸部と；
   前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けて光ファイバ素線中間体を形成する塗布部と；
   前記光ファイバ素線中間体を形成する前記被覆層を一次硬化させる第一硬化部と；
   前記光ファイバ素線中間体の外周を押圧する押圧部と；
   前記光ファイバ素線中間体の押圧された被覆層を二次硬化させる第二硬化部と；
   を備えることを特徴とする光ファイバ素線の製造装置。
8. 前記押圧部が、前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、光ファイバ素線中間体に捻りを加える捻り部を備えることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ素線の製造装置。
9. 前記押圧部が、キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取る引取り部を備えることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ素線の製造装置。
10. 前記押圧部が、
    前記一次硬化された被覆層を介して前記光ファイバ素線中間体の外周の一部に、少なくとも一対の捻りローラを当接した状態で、この一対の捻りローラを並進運動または揺動運動させて、光ファイバ素線中間体に捻りを加える捻り部と；
    キャプスタンホイールとキャプスタンベルトを用いて前記光ファイバ素線中間体を把持して引取る引取り部と；
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ素線の製造装置。
    

Images