JPH0365533A - 光ファイバーのコーティング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石英コア又はプラスチックコアの光ファイバ
ーの製造における、クラツド材のコーティング方法に関
するものであり、とりわけファイバーを加圧型ダイスに
引き通してコーティングを施す光ファイバーのコーティ
ング方法に関するものである。

〔従来の技術〕

光フアイバー石英母材を加熱溶融し、細線化してファイ
バーとなし、このファイバーに連続的にクラツド材のコ
ーティングを施す方法又は熱可塑性プラスチックを溶融
紡糸してファイバーとなし、このファイバーに連続的に
クラツド材のコーティングを施す方法として、ファイバ
ーを開放型の非加圧ダイスに引き通してコーティングす
る方法が、一般によく用いられている。

しかしながら、この方法では、ファイバーの移動速度が
速くなると、ファイバー表面でのコーティング材のせん
断速度が大となるため、ファイバーとダイス内のコーテ
ィング材との間にすべり現象が生して、コーティング層
の形成が不可能となり、高速におけるファイバーコーテ
ィングを行うことが出来なかった。また、コーティング
層の外径がダイスのノズル内径のみにより決まるため、
コーティング層の外径を目標値内に抑えてコーティング
することが困難であった。

これらの問題を解決してコーティングを行うために、ダ
イス本体にノズルとニップルを一体化して密閉構造とし
た加圧ダイスにファイバーを引き通してコーティングを
施す方法が提案されている。

この方法は、加圧型ダイス内に供給口よりコーティング
材を圧入して、ノズル内を通過するファイバーにコーテ
ィングを施すものである。この方法では、ダイス内のコ
ーティング材に圧力をかけて押し出すことにより、開放
型ダイスコーティングにみられるすべり現象を回避する
ことが出来、従って高速でのコーティングが可能となる
。さらに、ダイスにかける圧力を調整することにより、
コーティング層の外径を目標値内に抑えてコーティング
を行うことが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この加圧型ダイスコーティング法では、ダイス
にかける圧、Ｈって、ダイス内のコーティング材の流れ
が不均一になりやすく、このためコア材の偏心が生じや
すいという大きな欠点がある。

この偏心は、クラツド材のコーティングにあって、偏向
による光学性能低下の原因になるばかりでなく、圧着コ
ーティングにおいて、コア材カット面の鏡面性に対して
悪影響を及ぼすことから、光ファイバーの伝送性能の低
下をきたし、また偏心が著しい場合には上部ニップルと
の接触によるコアの損傷事故にもつながりかねない。こ
れらのことから、コアの偏心を防止することが加圧型ダ
イスコーティングにおける重要な課題となっている。

加圧コーティングにおいてこの偏心を防止するため、出
口ノズル部をファイバーの軸方向を中心に回転させる方
法やコーティング材の一部をニップル部より上方に流通
させる方法、また気体流通路を設け、気体を加圧供給し
て、ファイバーの進行方向と逆方向に流動させる方法等
により、ファイバーをノズル軸心に保持して偏心を抑制
しようとする種々の試みがなされているが、いずれも偏
心防止の有効な手段とはなっていない。

本発明は、加圧型ダイスによるファイバーコーティング
において、ダイス内のコーティング材の流れを均一化し
てコア材の偏心を防止し、均一にかつ安定して光ファイ
バーをコーティングする方法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の問題点にかんがみてなされたものであ
り、その要旨とするところは、ノズル及びニップルが装
着された加圧型ダイス内に、大気圧より高い圧力をかけ
て液状プラスチックコーティング材を供給し、先端部の
ノズル内にファイバーを引通して該ファイバーにコーテ
ィング材を施す方法であって、 先端部の流路の最も細い部分の内径すなわちノズル内径
２Ｒｏ（ミリメートル）に対するノズル部ストレート長
Ｌ（ミリメートル）の比及び温度２５℃、せん断速度１
ｓｅｃ−’におけるコーティング材の粘度μ（ボイズ）
を の範囲にしてコーティングを行うことを特徴とする光フ
ァイバーのコーティング方法、 にある。

以下、本発明を、図面を参照しながら、より詳細に説明
する。第１図は、本発明に係る加圧型ダイスの断面図、
第２図は加圧型ダイスノズル部の詳細図であり、第３図
は従来の方法の１つを示す開放型ダイスの断面図である
。

第１図において、加圧型ダイスは上部ホルダー１、下部
ホルダー２及びそれらの内部に装着されたノズル３とニ
ップル４とからなり、その内部にはコーティング材６が
加圧容器７からパイプライン８により圧送される。

この加圧型コーティング法は、ダイス内コーティング材
に一定の圧力をかけてノズル部５より押出してコーティ
ングするため、高速コーティング時における非加圧型ダ
イスの如きすべりによるコーティング不可の現象は防止
出来、高速走行するファイバーに対してコーティング材
がよく追従する。

しかしながら、この加圧力により、ノズル内コーティン
グ材の流れの不均一化が発生し、光フアイバーコアの偏
心の原因となった。

本発明者らは、かかるファイバー偏心を防止するため鋭
意検討した結果、本発明を老友するに至った。

第２図に示す如く、ノズル内径が２Ｒｏ、ノズル部スト
レート長がＬの加圧型ダイスに、２５℃、せん断速度／
５ｅｃ−’における粘度μ（以下、粘度μと略記する）
なるコーティング材を加圧力Ｐをかけて圧入し、コーテ
ィング前の外径２Ｒｉのファイバーを引取速度Ｖｆにて
引き通してコーティング層を形成する。この時ファイバ
ー偏心に作用する要因は、 ・ダイスにかける圧力Ｐの他に、 ・コーティング材の粘度μ、 ・ノズル内径２Ｒｏ、 ・ノズル部ストレート長し、及び ・ファイバーの移動速度Ｖｆ、 であることが、コーティング検討の結果明らかとなり、
さらにその作用効果は、 ・ノズル内径２Ｒｏ、 ・ノズル内径２Ｒｏとファイバー径２Ｒｉにより形成さ
れるスリット厚Ｒｏ−Ｒｉ、及び ・加圧力Ｐ、 が大であるほど偏心量が増大し、一方 ・ファイバー速度Ｖｆ。

・コーティング材粘度μ、及び ・ノズルストレート長Ｌ１ が大であるほど偏心を抑制する働きがあることが確認さ
れた。

これらのことは以下の様に考察される。

すなわち、コーティング材のノズル内半径方向の速度分
布Ｖを第４図の如く考えると（ｒは任意半径）、コーテ
ィング材の速度Ｖはファイバーの移動によって生ずる速
度（＝ｖ、） と、加圧力によって生ずる速度（＝Ｖ、）の和で与えら
れ、上式のＶｆ、Ｐ、Ｌ、μ、Ｒｏ等のとる値によって
多様な速度分布パターンを形成する。

第５図は速度分布の代表パターンを示す図である。イで
示すパターンはＶｆ、μおよびＬが大である時、また口
で示すパターンはＰおよび２Ｒｏの値が大である時の速
度分布パターンを示す。口のパターンにおいて、速度の
最大値を示す流線（この流線において圧力最小となる）
がファイバー表面よりかい離するため、ファイバー表面
からこの流線に向かう力Ｆが発生し、ファイバーを軸心
に保つことが極めて不安定となり、従って偏心が生じる
。

これに対して、イのパターンではコーティング材の速度
はファイバー表面で最大となり、力Ｆはすべてファイバ
ー表面すなわち軸心に向かい、ファイバーが安定して軸
心を通過出来ることから偏心は発生しない。

これらはコーティング検討結果とより一致し、以上のこ
とから加圧型ダイスコーティングにおいて偏心を抑制す
るためには、コーティング材粘度μ及びノズル部ストレ
ート長りを大きくすることが有効であることが明らかで
ある。

第６図はコーティング材粘度μを縦軸（対数軸）に、Ｌ
／２Ｒｏ比を横軸にとり、コーティング結果を元にコー
ティング良好域をモデル的に示したグラフである。斜線
で示す部分が良好域であり、■ゾーンは偏心が発生する
領域である。図中、Ａ線粘度μ及びＬ／２Ｒｏ比を大き
くすることが偏心に対して有利であることが判る。

しかし、ある範囲を越えて粘度μ及びＬ／２Ｒ。

比が地側すると、第６図■ヅーンで示す如く、コーティ
ング材の吐出不足によるコーティング斑となる領域が発
生する。このことは、ノズル内流動抵抗過大により、コ
ーティング材の速度分布が第８図に示す如くとなり、コ
ーティング材がファイバーに追従しにくくなることから
説明出来る。

前記コーティング斑はコーティング検討の結果、を境界
にして良好域とコーティング斑の領域に区分されること
が明らかとなった。

すなわち、Ｌ／２Ｒｏ比及びコーティング材の粘度μを の範囲にしてコーティングすることが、偏心及びコーテ
ィング斑を抑えて均一なファイバーコーティングを行な
う有効な手段となり得る。

第７図は、第６図における各領域のコーティングファイ
バーの断面図を示し、ａはｒゾーン、ｂは良好域、Ｃは
■ゾーンのコーティング状態を表わす。９がコア材であ
り、１０がコーティング層である。

本発明によるコーティング方法は、石英系の母材を加熱
溶融し、細線化してファイバーとなし、これに連続的に
コーティングを施すプロセスや熱可塑性プラスチックを
溶融紡糸してファイバーとなし、このファイバーに連続
的にコーティングを施すプロセス等に用いて良好である
。また、これらのコア／クランドコーティングファイバ
ーにさらに保護層をコーティングするプロセスに通用す
ることも可能である。

コーティング材としてはポリマーが可溶である溶剤を含
有させて液状プラスチックとし、コーティング後加熱乾
燥して溶剤を除去１−、ファイバーを得る方法や、モノ
マーにポリマー及び光増感剤を含有させて液状プラスチ
ックとし、コーティング後紫外線を照射して重合させ、
ファイバーを得る方法等が有効である。

本発明に用いられるコーティング材のポリマーとしでは
、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチルなど
のポリメタクリル酸エステルないしポリアクリル酸エス
テル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポ
リ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニル、ポリフルオロアル
キルメタクリレート、ポリフルオロアルキルアクリレー
ト等が有効である。

また、？容斉りとしては、メチルエチルケトンセトン、
シクロヘキサン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸メチル
等のエステル類、ヘンゼン、キシレン、トルエン等の芳
香族炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロピ
ルアルコール等のアルコール類及びこれらの混合溶剤を
用いることが出来る。

モノマーとしては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ
）アクリル酸エチル、酢酸ビニル、スチレン、塩化ビニ
ル、塩化ビニリデン、弗化ビニル、弗化アクリレート、
弗化メタクリレート等を挙げることが出来る。

本発明に適用可能なファイバー寸法は、一般に、コア径
（２Ｒｉ）が０、１５〜２　ｍｍφ、コーティング厚（
Ｒ−Ｒｉ）が５〜５００−であるが、中でも２Ｒｉが０
、２〜ｌ俳φ、Ｒ−Ｒｉが５〜５０−がその好適範囲で
ある。

また、本発明による方法は、ファイバーの移動速度ｖｒ
が５〜７０ｍ／ｍｉｎにおいて特に効果的であるが、さ
らに高速側１００〜２００　ｍ／ｍｉｎにおいても適用
可能である。偏心防止は、ファイバー移動速度Ｖｆが大
である場合にを利であることを明らかにしたが、ファイ
バー表面におけるすべり現象によるコーティング不能を
回避するため、加圧力Ｐの値を低速時におけるそれより
さらに増大させることが必要になることから、偏心が生
しやすくなり、これを防止するために本発明の方法は高
速においても右動となる。

本発明に通用可能なノズル形状を第９図に示す。

ファイバー人口部形状はイ、口、ハに示すテーパー状、
フラット状、逆テーパー状のいずれも可能であり、また
ファイバー出口形状についても二、ホ、へに示すテーパ
ー状、フラット状、逆テーパー状のいずれでも可能であ
る。また、これらの直線をなめらかなＩ出線としてもさ
しつかえないし、上記入口部及び出口部の形状のどの組
合せにても可能である。

ファイバー速度５〜７０　ｍ／ｍｉｎにてコーティング
を施した。芯材ファイバーとしてメタクリル樹脂０、３
　＋ｎｍφを用い、コーティング直後に東芝社製紫外線
ランプにより塗膜を重合、硬化させてファイバーとなし
た。

これらの実施結果を表１に示す。

なお、コーティング材の粘度は、２５℃、せん断速度１
ｓｅｃ”’における値（円筒型回転粘度計による測定）
を示す。

［具体例］ 以下に、実施例および比較例をあげて、本発明をさらに
説明する。

実施例１〜５　　比較例１〜４ コーティング材としてメタクリル酸メチルモノマーを用
い、増粘剤としてポリテトラフルオロプロピルメタクリ
レートを用い、イルガキュア６５１（チハガイギー社製
光増感剤）を加えて種々の粘度の液状ブラスチンクを調
合し、これを第１図に示す加圧型ダイスを用いて、加圧
力１〜４ｋｇ／ｃＪ。

表　　ｌ 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明によれば特別な付加的装置や
熟練を必要とすることなく、ファイバー長手方向に安定
して、偏心及びコーティング環のないコーティング光フ
ァイバーを製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる加圧型ダイスの断面図、 第２図は加圧型ダイスノズル部の詳細断面図、第３図は
従来の方法を示す開放型ダイスの断面図、 第４図はノズル内速度分布を示すモデル図、第５図及び
第８図は速度分布パターンを示すモデル図、 第６図はコーティングを良好に行うための領域をモデル
的に示すグラフ、 第７図は第６図に示す各領域におけるコーティング状態
を表わすファイバー断面図、そして第９図はノズル入口
部及び出口部の形状を示す図である。 ｌ・・・上部ホルダー　　　２・・・下部ホルダー３・
・・ノズル、 ５・・・ノズル部、 ７・・・加圧容器、 ９・・・コア材、 ４・・・ニップル、 ６・・・コーティング材、 ８・・・パイプライン、 １０・・・コーティング層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズル及びニップルが装着された加圧型ダイス内に
   、大気圧より高い圧力をかけて液状プラスチックコーテ
   ィング材を供給し、先端部のノズル内にファイバーを引
   通して該ファイバーにコーティングを施す方法であって
   、 先端部流路の最も細い部分の内径すなわちノズル内径２
   Ｒｏ（ミリメートル）に対するノズル部ストレート長Ｌ
   （ミリメートル）の比及び温度２５℃、せん断速度１ｓ
   ｅｃ＾−＾１におけるコーティング材の粘度μ（ポイズ
   ）を ▲数式、化学式、表等があります▼ の範囲にしてコーティングを行うことを特徴とする光フ
   ァイバーのコーティング方法。