JP2009103996A - 光ケーブル製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押え巻きテープを隙間を開けて巻付けてなる光ケーブルのシース成形の溶融樹脂の温度を、精度よく制御し、被覆の除去性に優れた光ケーブルの製造方法とその製造装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ心線４を収納したスロット２の外周に、粗巻き紐５と押え巻きテープ６とシース７とを順に施してなる光ケーブルの製造で、押え巻きテープ６を粗巻き紐の一部が露出するように隙間６ａを持たせて巻き付け、その外側に押出成形するシース用の溶融樹脂の温度を、樹脂押出機１３のスクリュー回転を制御して設定値以下に維持すると共に、ライン線速を制御してケーブル外径を一定に維持しながらシース７を施す。また、前記の溶融樹脂の温度が設定値以下で一定時間継続された後、再度、計測値と設定値を比較し、スクリュー回転とライン線速を制御してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、溝付きスロットの溝内に多数本の光ファイバ心線を収納し、スロットの外周に粗巻き紐、押え巻きテープ、及びシースを施してなる光ケーブルの製造方法及び製造装置に関する。

情報通信の進展により光ケーブルを用いたネットワーク化が進むなかで、使用済み光ケーブルの廃棄量も増大しているが、地球環境保護と資源の有効利用の観点から、光ケーブルのリサイクルに対する対応が求められている。光ケーブルのリサイクルを実施するに当たって、リサイクルコストやリサイクル品の品質、また、リサイクルを考慮した光ケーブルに関して、今までにも種々の提案がなされている。

光ケーブルは、単心のものから１０００心を超えるものもある。代表的な光ケーブル１としては、図４（Ａ）に示すように、中心にテンションメンバ３を埋設一体化し、複数の溝２ａを外周に設けたプラスチック材からなるスロット２（スペーサとも言う）により構成される。スロット２の溝２ａは螺旋状又はＳＺ状に形成され、溝２ａ内には複数本の光ファイバ心線又はテープ状の光ファイバ心線４が集線され収納される。

光ケーブル１の製造過程で、光ファイバ心線４を溝２ａ内に収納した直後、溝２ａから光ファイバ心線４が脱落する（特に、ＳＺ状スロットの場合）のを防止するために、粗巻き紐５がスロット２の外周に直ちに螺旋状に、比較的粗いピッチで巻き付けられる。粗巻き紐５が施されたスロット２の外周には、ケーブル内への止水又はシース成形時の熱絶縁のための押え巻きテープ６（上巻テープとも言う）を螺旋巻きあるいは縦添えで施し、その外側をシース７（外被とも言う）で被覆して光ケーブル１とされる。水走り防止のためには、押え巻きテープ６は吸水性を持つ材料で構成される。

通常、この押え巻きテープ６としては、幅広のテープが用いられ、スロット２の外周面に、テープの一部が重なるように螺旋状に巻かれる。一般に、この巻き方を横巻きの重ね巻きと言う。そして、粗巻き紐５と押え巻きテープ６とは、図４（Ａ）に示すようにお互いクロスするように巻かれているか、お互い平行になるように巻かれている。

図４（Ａ）の光ケーブル１をリサイクルのために解体する場合、まず、シース７に切り込みを入れて、これを剥ぎ取り回収手段により回収する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、シース７が除去されて露出された押え巻きテープ６に、カッター８ａを当ててで切り込みを入れ、押え巻きテープ６を切断すると共に粗巻き紐５を切断する。切断された押え巻きテープ６及び粗巻き紐５の屑は、自然に落下するか、解体装置のダイス１０でスロット表面をしごくことによって、強制的に落下させることにより回収廃棄するようにしている。

しかしながら、押え巻きテープ６と粗巻き紐５に対して、カッター８ａにより切り込を入れたとき、押え巻きテープ６は幅広テープで且つ摩擦がある程度大きいので切断は容易であるが、図４（Ｂ）に示すように、粗巻き紐（５ａ）が切断されずに残ってしまうことがある。この理由としては、カッター８ａがスロット２のリブ部にある粗巻き紐に当たる場合は、リブ部が壁となって粗巻き紐が逃げないため比較的切断し易いが、スロット２の溝部２ａに跨る粗巻き紐は、カッター８ａに対し逃げるため切断されないことがある。また、一端が切断された粗巻き紐５は、張力が開放された状態となって弛むため、押カッター８ａが当たっても切断されずにスロット２の長手方向に逃げてしまうことがある。

粗巻き紐５に切断できない部分が生じると、スロット２に巻き付いた紐自体が緩み易くなって、リブ部上の粗巻き紐５に対しての切断ができなくなることがある。そのため、切断が不十分となり、粗巻き紐５と押え巻きテープ６を自然に落下させて完全に除去することは困難となることがある。さらに、ダイス１０等を用いてスロット表面をしごいて除去する場合も、粗巻き紐５は溜まり絡まって毛玉状に固まって、押え巻きテープ６の切断を妨げたり、ダイス１０の通し穴を塞いでスロット２の移動が停止されるなどの障害を発生し、効率のよいケーブル解体ができないという問題があった。

上記のような問題を改善する方法として、例えば、図４（Ｃ）に示すように、押え巻きテープ６が露出された後、光ケーブル１の長手方向に押え巻きテープ６の上から、間欠カッター８ｂで、間欠的な切込み９ｂを入れて、粗巻き紐５を短い長さとなるように切断しておく。この後、カッター８ａで押え巻きテープ６に切込み９ａ入れてターン毎の短片に切断し、この押え巻きテープ６の内側で、予め間欠カッター８ｂによって短く切断されている粗巻き紐５を落下させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、粗巻き紐５が毛羽だったり、絡まって毛玉状に固まったりしないように、粗巻き紐５にモノフィラメント、撚られた繊維束、細幅で平坦な帯状等のものを用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−２１２５２２号公報 特開２００７−２１２５２３号公報

図４（Ｃ）の解体方法を用いる場合、間欠カッター８ｂを別途設置する必要があると共に、粗巻き紐５の巻きピッチに応じた切り込みタイミングを設定する必要があり、事前に解体する光ケーブルの構成に関する情報を知っておく必要があるが、取得することができない場合もあり、作業準備に時間を要するという問題がある。また、特許文献２に開示のように粗巻き紐５に特殊のものを用いる場合は、毛羽立ちや絡み等の発生を少なくすることは期待できるとしても完全ではなく、また、特殊の紐を用いるためコスト高となる。

上記の点を改善する方法として、図１（Ａ）に示すように、押え巻きテープ６は、その内側の粗巻き紐５の一部が露出するように隙間６ａを持たせた開き巻きで形成し、その上に施したシース７が、隙間６ａから露出している粗巻き紐５の一部と融着している構造の光ケーブルが検討されている。この光ケーブルは、シース７を剥ぎ取る際に、粗巻き紐５を融着部分で切断し、シース除去と同時に粗巻き紐５を短く切断するという効果があり、ケーブルの解体だけでなく、光ファイバの中間分岐の作業にも有用とされている。

しかしながら、押え巻きテープ６を隙間６ａを開けて巻き付けると、シース成形時に加熱されたシース材（樹脂）の熱がスロット内に収納されている光ファイバ心線４に伝わりやすく、伝送損失を増加させるという問題が生じる。このためには、シース成形の際の溶融樹脂の温度は、設定値以下で厳密に管理する必要がある。
したがって、本発明は、押え巻きテープを隙間を開けて巻付けてなる光ケーブルのシース成形の溶融樹脂の温度を、精度よく制御し、被覆の除去性に優れた光ケーブルの製造方法とその製造装置の提供を目的とする。

本発明による光ケーブルの製造方法は、光ファイバ心線を収納したスロットの外周に、粗巻き紐と押え巻きテープとシースとを順に施してなる光ケーブルの製造方法で、押え巻きテープを粗巻き紐の一部が露出するように隙間を持たせて巻き付け、その外側に押出成形するシース用の溶融樹脂の温度を、樹脂押出機のスクリュー回転を制御して設定値以下に維持すると共に、ライン線速を制御してケーブル外径を一定に維持しながら、シースを施すことを特徴とする。
また、前記の溶融樹脂の温度が設定値以下で一定時間継続された後、再度、計測値と設定値を比較し、スクリュー回転とライン線速を制御するの望ましい。

また、本発明による光ケーブルの製造装置は、光ファイバ心線を収納したスロットの外周に、粗巻き紐と押え巻きテープとシースとを順に施してなる光ケーブルの製造装置で、
押え巻きテープは粗巻き紐の一部が露出するように隙間を持たせて巻き付けられていて、シースを施す樹脂押出機の溶融樹脂の温度を検出する温度検出手段、前記の溶融樹脂の温度に応じて樹脂押出機のスクリュー回転を制御する回転制御手段、前記のスクリュー回転に応じてライン線速を制御するライン線速制御手段を備えていることを特徴とする。

本発明の光ケーブルの製造方法とその製造装置によれば、シース成形用の溶融樹脂の温度を設定値以下の高精度で制御することができ、シースの熱により光ファイバ心線の伝送損失に影響を与えることなく、被覆の除去性に優れた光ケーブルを提供することができる。また、シース用の溶融樹脂の温度の制御に関連して、ライン線速が低下するのを抑制することが可能となり、製造効率の低下を最小限にすることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は本発明の対象とする光ケーブルの一例を説明する図、図１（Ｂ）は光ケーブルのシース成形工程の概略を説明する図である。図中、１は光ケーブル、２はスロット、２ａは溝、３はテンションメンバ、４は光ファイバ心線、５は粗巻き紐、５ａは露出部分、６は押え巻きテープ、６ａは隙間、７はシース、１１はサプライリール、１２は巻取りリール、１３は押出機、１４は成形ダイ、１５は冷却装置、１６は引取りキャプスタンをを示す。なお、図１（Ａ）の符号は、図４の説明で用いたのと同じ符号を用いている。

本発明で対象とする光ケーブル、例えば、図１（Ａ）に示すように、中心にテンションメンバ（抗張力体とも言う）３を埋設一体化し、複数の溝２ａを設けたプラスチック材からなるスロット（スペーサとも言う）２により構成される。スロット２の溝２ａは、螺旋状又はＳＺ状に形成され、溝２ａ内には複数本の光ファイバ心線又はテープ状の光ファイバ心線４が収納される。光ケーブルの製造過程で、光ファイバ心線４が溝２ａ内に収納された後、溝２ａから脱落する（特に、ＳＺスロットの場合）のを防止するために、粗巻き紐５がスロット２の外周に巻き付けらている。

粗巻き紐５は、例えば、太さが１２６０デニールのナイロン繊維を束ねた紐状のものが用いられたり、テープ形状のものが用いられる。また、１００心程度の光ケーブルで、スロット外径が９ｍｍ程度の場合、粗巻き紐５は２０ｍｍピッチで２条の紐を巻きつけて（１０ｍｍピッチとなる）形成される。なお、粗巻き紐５は、熱可塑性のナイロン等のポリアミド系、ポリエステル系、アクリル系、ポレオレフィン系などの種々の材料を用いることができるが、押え巻きテープ６を施す前に光ファイバ心線４が溝２ａから脱落しない程度に保持されていればよく、取扱い性がよくて安価なものが用いられる。

粗巻き紐５が施されたスロット２の外周には、ケーブル内への止水のため、又はシース成形時に加熱されたシース用の溶融樹脂材が光ファイバ心線に直接接触しないように熱絶縁のための押え巻きテープ６が施される。押え巻きテープ６には、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の繊維からなる種々のものが用いられ、テープ幅としては例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが用いられる。

この押え巻きテープ６は、スロット２上に螺旋巻きあるいは縦添えで施され、その外側をシース７（外被とも言う）で被覆して光ケーブル１とされる。いずれの巻き方を採用した場合でも、粗巻き紐５の一巻き毎に露出部分５ａが隙間６ａから現れるように巻き付けられていて、シース７でその外周を覆った際に、シース７の成形時の溶融樹脂の温度（以下、溶融樹脂温度という）により、隙間６ａから露出する粗巻き紐５の露出部分５ａがシース７の熱により融着ないしは切断される。

これにより、シース７の剥ぎ取り時には、粗巻き紐５の切断を一巻き毎にすることができるので、粗巻き紐５の除去を容易にすることができる。
しかし、シース７の成形時の溶融樹脂温度が、設定された温度以上であると、隙間６ａから入り込む樹脂がスロットの溝２ａに収納されている光ファイバ心線４に直接接触した際に、光ファイバの伝送特性を悪化させる恐れがある。

図１（Ｂ）は上述した光ケーブル１のシース７の成形工程を説明する図である。光ケーブルのシース成形工程は、まず、シース７で被覆される前の押え巻きテープ６が巻き付けられた状態の光ケーブル１’を、サプライリール１１から繰出し、次いで、この光ケーブルを成形ダイ１４を通すことにより実施される。成形ダイ１４には、樹脂押出機１３（以下、押出機と言う）からシース用の樹脂材が加熱溶融された状態で供給され、押出機１３の樹脂押出量とライン線速（光ケーブルの移動速度）により、所定の厚さのシース７が成形される。この後、シース７で被覆された光ケーブルは、冷却装置１５を通過させて冷却した後、巻取りリール１２で巻き取られる。なお、光ケーブル１，１’は、引取りキャプスタン１６により所定のライン線速に制御されて移送される。

図２および図３は本発明における光ケーブルの製造方法および製造装置、さらに詳細には光ケーブルのシース成形の制御方法および制御装置の概略を説明する模式図である。図２（Ａ）は押出機の概略を説明する図、図２（Ｂ）は制御ブロック図、図３は制御フロー図である。図中、１７はバレル、１８はスクリュー、１９はホッパ、２０はヒータ、２１は冷却ファン、２２は主電動機、２３は変速機、２４は制御装置、２５は温度センサ、２６は外径センサ、２７はキャプスタンモータを示す。

光ケーブルにシースを成形するには、押え巻きテープが施された状態の光ケーブルを成形ダイ１４に挿通させ、その外側を押出機１３から供給される溶融樹脂で所定の形状で被覆する。押出機１３は、図２（Ａ）に示すように、円筒状のバレル１７内にスクリュー１８が回転可能に配されていてホッパ１９から供給される固形の樹脂材を、ヒータ２０により加熱溶融させながらスクリュー１８の回転により、成形ダイ１４の方向に徐々に輸送して押出す。スクリュー１８は、主電動機２２により駆動され変速機２３により回転速度を減速調整される。押出機１３の押出し出口付近には、温度センサ２５が設けられていて、溶融樹脂温度を検出して、所定の温度になるように制御される。

押出機１３の押出し出口部分の溶融樹脂温度は、一般にライン線速、樹脂材料の溶融状態、外気温等の種々の要因により変動するが、所定の溶融樹脂温度に制御するには種々の方法がある。例えば、ヒータ２０や冷却ファン２１のオンオフ制御やＰＩＤ制御、押出機スクリュー１８内に冷却流体を流す方法、スクリュー１８の回転による樹脂の自己発熱を利用して制御するなどの種々の方法が考えられる。

本発明においては、光ケーブルのシース成形の際の溶融樹脂温度を適正に制御することにより、押え巻きテープの隙間を通してケーブル内の光ファイバが影響を受けないようにする。このため、成形ダイ１４に押出機１３から押出されるシース用の溶融樹脂温度（例えば、１５０℃〜２００℃）を±５℃の精度で制御する必要がある。

ヒータ２０や冷却ファン２１のオンオフ制御による温度制御は応答性が遅く、高精度の温度制御は難しい。したがって、本発明では、応答性がよく細かな制御が可能なスクリュー回転による温度制御方法を用いて、±５℃以内の温度制御を行い、シース用の溶融樹脂温度を設定値以下に制御し、光ファイバ心線に及ぼす影響を低減するようにしている。また、スクリュー回転数を変えると、シース用の樹脂の押出量が変動するので、シース成形のライン線速が変わるが、生産性の視点からライン線速が低下しないように考慮する必要もある。

本発明による溶融樹脂の温度制御は、具体的には押出機１３の押出し出口近傍に、温度センサ２５を配し、押出機１３の出口部分での溶融樹脂温度を常時計測する。温度センサ２５としては、熱電対のような接触式のようなもの、あるいは放射温度計のような非接触式のものを用いることができ、その計測結果は制御装置２４に入力される。また、光ケーブル１のケーブル外径（シース外径）が、外径センサ２６により計測され、その計測結果は同様に制御装置２４に入力される。

制御装置２４では、図２（Ｂ）に示すように、計測されたシース用の溶融樹脂温度を予め設定された設定温度と比較され、その偏差が算出される。計測された温度が設定値より高ければ、溶融樹脂温度が下がるような押出機のスクリュー回転数を下げる演算処理をして、主電動機２２の回転数を下げる制御が行われる。また、溶融樹脂温度が設定値以下である場合は、押出機のスクリュー回転数を上げる演算処理をして、主電動機２２の回転数を上げる制御が行われる。

また、押出機のスクリュー回転数が変わると、樹脂の押出量が変化する。例えば、スクリュー回転数が下がると樹脂の押出量が減少し、ライン線速を一定とするとシース外径（ケーブル外径）が縮小する。したがって、シース外径を所定値に維持するには、スクリュー回転数が下がる場合は、ライン線速を演算して、キャプスタンモータ２７を制御してケーブル引取速度を遅くする。反対に、スクリュー回転数が上がる場合は、ライン線速を演算して、キャプスタンモータ２７を制御してケーブル引取速度を速くする。

また、光ケーブル１のケーブル外径は、外径センサ２６で常時計測されていて、予め設定された設定値と比較され、設定値より大きい場合はライン線速を速める演算処置をして、キャプスタンモータ２７を制御してケーブル引取速度を速くする。また、ケーブル外径が設定値より小さい場合は、ケーブル線速を遅くする演算処置をして、キャプスタンモータ２７を制御してケーブル引取速度を遅くする。

次に、図３の制御フロー図により、上述した光ケーブルのシース成形の制御方法の概略を説明する。まず、図２（Ａ）において、押出機１３にシース用の固形状の樹脂材がホッパ１９から投入され、バレル１７内でスクリュー１８の回転により輸送されながらヒータ２０により加熱されて順次流動化され、成形ダイ１４に押出し可能な状態とされる。この初期段階では、溶融樹脂温度はヒータ２０および冷却ファイン２１により予め設定された温度に加熱溶融され、シース成形の待機状態とされる。

押出機１３の準備が整った状態で、成形ダイ１４に光ケーブルが挿通され、キャプスタンモータ２７の駆動で光ケーブルのライン走行が開始され、シース成形が開始される。ある程度の走行で安定状態となったときに、シース成形の制御がスタートされる。

まず、ステップＳ１にて、溶融樹脂温度及びケーブル外径等が計測され、これらが予め設定された製造条件内のあるかが判定される。計測の結果、設定条件から外れている（Ｓ１Ｎｏ）の場合は、ステップＳ３にて、押出機のスクリューの回転を上げるかまたは下げるかの制御が行われる。また、この押出機のスクリュー回転の変更に対して、ステップＳ４において、ライン線速を上げるかまたは下げて、押出樹脂量の増減に対応させ、シース外径を一定にする制御が実施される。次いで、スタートに戻って再度ステップＳ１で判定し、これを設定条件内となるまで繰り返す。

計測の結果、設定条件内の場合は（Ｓ１Ｙｅｓ）、その製造条件でシース成形を実行し、溶融樹脂温度、ケーブル外径の計測を継続して監視する。次いで、ステップＳ２で溶融樹脂温度が設定値の上限に達したことを検知すると、ステップＳ５で直ちにスクリューの回転を下げて、溶融樹脂温度を下げる制御を行う。また、この押出機のスクリュー回転を下げたことに対応して、ステップＳ６において、ライン線速も下げて押出樹脂量の減に対応させる。

次いで、ステップＳ７で溶融樹脂温度が設定値以下となっているかが判定され、設定値以下に下がっていない場合は（Ｓ７Ｎｏ）、ステップＳ５に戻って、さらに押出機のスクリュー回転を下げ、次いでライン線速を下げる制御を行う。以下、溶融樹脂温度が設定値以下になるまで、ステップＳ５〜Ｓ７のフローを繰り返す。

ステップＳ７で溶融樹脂温度が、設定値以下となっている場合は（Ｓ７Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進み、溶融樹脂温度が設定値以下で安定し、この状態が一定時間継続している場合は（Ｓ８Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻る。これは、溶融樹脂温度を下げるためスクリュー回転を下げ、ライン線速を下げているため、製造効率が多少低下している状態なので、この状態の見直しを行う処理である。この結果、押出機のスクリュー回転を上げてライン線速を上げ、製造効率を向上させることが可能となる。

溶融樹脂温度が設定値以下の継続時間が所定時間に満たない場合は（Ｓ８Ｎｏ）、ステップＳ９で製造を継続し、所定時間経過にステップＳ１に戻って、ライン線速を上げ、製造効率を向上させることが可能となる。
また、ケーブル外径も測定しているが、これについては、溶融樹脂温度とは別個のパラメータとして計測し、これによるライン線速の制御は、押出機のスクリュー回転の変動と合わせて演算処理される。

本発明で対象とする光ケーブルと製造例の概略を説明する図である。 本発明の光ケーブルの製造方法と製造装置の概略を説明する図である。 本発明における溶融樹脂温度の制御フローの概略を説明する図である。 従来技術を説明する図である。

符号の説明

１…光ケーブル、２…スロット、２ａ…溝、３…テンションメンバ、４…光ファイバ心線、５…粗巻き紐、５ａ…露出部分、６…押え巻きテープ、６ａ…隙間、７…シース、８ａ，８ｂ…カッター、９ａ，９ｂ…切込み、１０…ダイス、１１…サプライリール、１２…巻取りリール、１３…押出機、１４…成形ダイ、１５…冷却装置、１６…引取りキャプスタン、１７…バレル、１８…スクリュー、１９…ホッパ、２０…ヒータ、２１…冷却ファン、２２…主電動機、２３…変速機、２４…制御装置、２５…温度センサ、２６…外径センサ、２７…キャプスタンモータ。

Claims (3)

1. 光ファイバ心線を収納したスロットの外周に、粗巻き紐と押え巻きテープとシースとを順に施してなる光ケーブルの製造方法であって、
   前記押え巻きテープを前記粗巻き紐の一部が露出するように隙間を持たせて巻き付け、その外側に押出し成形するシース用の溶融樹脂の温度を、樹脂押出機のスクリュー回転を制御して設定値以下に維持すると共に、ライン線速を制御してケーブル外径を一定に維持しながら、前記シースを施すことを特徴とする光ケーブルの製造方法。
2. 前記溶融樹脂の温度が設定値以下で一定時間継続された後、再度、計測値と設定値を比較し、前記スクリュー回転とライン線速を制御することを特徴とする請求項１に記載の光ケーブルの製造方法。
3. 光ファイバ心線を収納したスロットの外周に、粗巻き紐と押え巻きテープとシースとを順に施してなる光ケーブルの製造装置であって、
   前記押え巻きテープは前記粗巻き紐の一部が露出するように隙間を持たせて巻き付けられていて、前記シースを施す樹脂押出機の樹脂温度を検出する温度検出手段、前記樹脂温度に応じて前記樹脂押出機のスクリュー回転を制御する回転制御手段、前記スクリュー回転に応じてライン線速を制御するライン線速制御手段を備えていることを特徴とする光ケーブルの製造装置。

Images