A 二次塗装機 は、一次被覆された光ファイバーを精密押出ダイに連続的に供給することで機能し、そこで溶融した熱可塑性材料がファイバーの周囲に保護バッファーチューブを形成します。 このプロセスでは、繊維張力制御、二層押出、チキソトロピックゲル射出、水槽冷却、およびリアルタイムの寸法監視が単一の同期生産ラインに統合されています。 完成した出力は、寸法的に安定したルーズチューブ バッファーです。これは、世界中の電気通信ネットワークで使用されているほとんどの光ファイバー ケーブルの中核となる構造要素です。
実際には、機械は一方の端でペイオフリールから裸のファイバーを取り込み、もう一方の端でスプールされ、ゲルが充填され、正確な寸法のバッファチューブを送り出します。すべて、最高のライン速度で行われます。 毎分300メートル 高性能の生産システム上で。溶融温度から繊維張力までのすべてのパラメータは閉ループ方式で監視および調整され、各メートルのチューブが同じ厳しい仕様を確実に満たしていることを確認します。
個々のサブシステムを詳細に調べる前に、マシンを連続的で線形なプロセスとして理解することが役立ちます。材料と繊維は上流端から入り、下流に移動するにつれて徐々に変形します。一連の操作は次の論理フローに従います。
これらの各段階は相互に依存しています。たとえば、キャプスタンのライン速度の変化は、チューブの壁の厚さ、ファイバーの EFL、ゲルの充填率、冷却効率に同時に影響します。そのため、最新の機械は手動で調整された設定ではなく、PLC ベースの閉ループ制御システムに依存しています。
二次塗装機の加工精度はその物理的構造から始まります。 機械フレームは高張力A3鋼板の溶接と構造形鋼加工を組み合わせて構築されています。 A3 鋼 (Q235 グレードに相当) は、約 370 ～ 500 MPa の引張強さ、優れた溶接性、機械加工後の低い残留応力を備えています。これらはすべて、継続的な熱的および機械的負荷の下でも寸法安定性を維持する必要があるフレームにとって重要な特性です。
フレームは、すべての主要なサブシステム (押出機、冷却トラフ、キャプスタン、テイクアップ) をサポートし、ミリ単位の精度で位置合わせする必要があります。フレーム内の曲がりや振動は、チューブの直径の変化やチューブ内のファイバーの位置の偏差に直接変換されます。このため、溶接鋼構造は通常、製造後に応力が緩和され、組み立て前にすべての重要な取り付け面が精密機械加工されます。
生産グレードの二次コーティングラインは通常、複数のラインにまたがります 全長15～30メートル また、押出機のバレルが 250 ～ 280°C に加熱され、隣接するゾーンの冷却トラフが 15 ～ 40°C で動作する場合でも、フレームはこのスパン全体でアライメントを維持する必要があります。熱拡張ジョイントと剛性クロスブレーシングがフレーム設計に組み込まれており、位置精度を損なうことなくこれらの要求に対応します。
このプロセスは、一次被覆光ファイバーのスプールが電動ペイオフ クレードルに取り付けられるファイバー ペイオフ ステーションから始まります。各スプールは、 20 ～ 25 km のファイバー 、マルチファイバー チューブの生産では、複数のスプールが同時にロードされます。通常、チューブあたり 2、4、6、8、12、または 24 本のファイバーが使用されます。
繊維の張力は、二次コーティングにおける最も重要なパラメータの 1 つです。張力が高すぎると、完成したチューブの内部でファイバーにプレストレスがかかり、光減衰が増加する可能性があります。張力が低すぎると、繊維が絡まったり、不均一なループを形成したりして、チューブの形状に欠陥が生じる可能性があります。 動作張力は通常、ファイバーあたり 30 ～ 80 グラムに設定されます。 、ダンサーアームフィードバックシステムまたはリアルタイムの張力測定によるサーボ駆動のペイオフによって維持されます。
繊維は一連のセラミックまたはステンレス鋼のガイドを通って送られ、押出ダイの入口で必要な正確な間隔と配置に徐々に収束します。これらのガイドは、ファイバー上の繊細な一次コーティングに傷がつかないように、サブミクロンの表面粗さまで研磨されています。
押出システムは二次コーティング機の心臓部です。ほとんどの生産ラインでは、デュアル押出機構成を使用して、バッファーチューブ材料を 2 つの異なる層に塗布します。 標準レイアウトでは、フェイスコーティング押出機が機械の前方に配置され、ボトムコーティング押出機が後方に配置されます。 この構成により、各層を材料の種類、溶融温度、スループット レートに関して個別に制御できます。
フェイスコーティング押出機は、バッファーチューブの内面、つまり光ファイバーと充填ゲルと直接接触する表面を形成する材料を供給します。この層は、ゲル化合物と化学的に適合する必要があり、繊維に機械的ストレスを引き起こすことを避けるために、冷却時の収縮が非常に小さい必要があります。 PBT (ポリブチレンテレフタレート) が主な材料選択であり、線形成形収縮率は 0.5% 未満で、使用温度範囲は -40°C ～ 85°C です。
フェイスコーティング押出機は通常、 直径30 mmまたは45 mmの単ネジ 圧縮比は 2.5:1 ～ 3.5:1、バレル温度は 200°C ～ 270°C で動作します。一貫した壁厚を達成するには、ダイ内の溶融粘度を狭い範囲内に保つ必要があるため、計量ゾーンの温度は最も厳密に制御されます。
底部コーティング押出機は、バッファー チューブの外壁層を塗布します。これにより、チューブの外径と機械的特性が決まります。この層はケーブルの撚り合わせに必要な構造強度を提供します。チューブは撚り合わせ装置からの側圧に歪みなく耐える必要があり、中央の強度部材の周りに撚り合わせた後も円形の断面を維持する必要があります。
ボトムコート層の厚さは通常、 0.3mmと0.9mm 、ケーブル設計要件に応じて異なります。一部の構成では、ボトムコート材料は、UV 安定剤、着色剤、または耐衝撃性改良剤が添加された変性 PBT 化合物である場合があり、これにより、別個の着色パスを必要とせずに、マルチチューブ ケーブル構造で色分けされたチューブの識別が可能になります。
フェイスコート押出機とボトムコート押出機からの 2 つの溶融ストリームは共押出ダイヘッドで合流し、そこで繊維束の周囲に同心円状に形成されます。ダイヘッドは、ファイバーガイドチップ、2 つの溶融注入口を備えたダイ本体、および完成したチューブの外径を成形するダイオリフィスで構成されています。ダイのオリフィスの直径とランドの長さによって、チューブの外径と、安定したメルト フローを生み出す圧力降下が決まります。
ダイの同心度（ダイチップの中心とダイオリフィスの中心の位置合わせ）は、±0.02 mm 以内に維持する必要があります。 壁の偏心防止に。最新のダイヘッドのほとんどには、微調整ネジやサーマルセンタリング機構が組み込まれており、オペレータは生産中にラインを停止することなく同心度を修正できます。
二次コーティングプロセスの重要な機能は、バッファーチューブの内部をチキソトロピー性の水分遮断化合物で充填することです。これは一般に充填ゲルまたはフラッディング化合物と呼ばれます。このゲルは、ケーブルの破断点に侵入した水がチューブを通って長手方向に移動し、傷つきやすいスプライスやコネクタの位置に到達するのを防ぎます。
ゲル充填システムは、加熱された貯蔵タンク、精密計量ポンプ (通常はギア ポンプまたはプログレッシブ キャビティ ポンプ)、およびダイ先端を通過してゲルを成形チューブ内に直接堆積させる細いステンレス鋼の注射針で構成されます。 ゲルの注入速度はライン速度と正確に同期する必要があります 通常、1 メートルあたりの体積比で表され、背圧を発生させて繊維の配置を歪める余分なゲルを発生させずに完全な充填を保証します。
充填ゲルは、ポンプ輸送のために粘度を下げるために貯蔵タンク内で高温 (通常 60 ～ 80°C) に維持されますが、完成したチューブ内で冷却すると半固体のチキソトロピー状態にゲル化します。充填中の流動性と使用中の安定性のこの組み合わせにより、チキソトロピック ゲルは、ほとんどの電気通信規格で要求される -40 °C ～ 70 °C の環境範囲全体で動作するルース チューブ ケーブル設計の標準的な選択肢となります。
押出ダイの直後に、新たに形成されたチューブが冷却システムに入ります。冷却は慎重に制御する必要があります。急冷しすぎると表面応力が発生し、亀裂が発生する可能性があります。冷却が遅すぎると、特にライン速度が高い場合、完全に固化する前にチューブがたわんだり変形したりする可能性があります。
一般的な二次コーティング ラインの冷却システムは、直列に配置された複数の水槽で構成されています。最初のトラフ (ダイに最も近い) では、次の温度の温水を使用します。 40～60℃ 熱衝撃を与えずに徐々に冷却を開始します。後続のトラフでは水温が徐々に低下します。通常、最後のトラフは水温を下げます。 15～25℃ — チューブがキャプスタンに到達する前に、チューブを安定した完全に固化した状態にします。
冷却トラフの全長の範囲は次のとおりです。 6～15メートル ライン速度とチューブの壁の厚さによって異なります。外径 2.0 mm のチューブを製造する 300 m/分のラインの場合、チューブが冷却システム内で費やす時間はわずか約 1.5 ～ 3 秒です。つまり、この短いウィンドウで適切な凝固を達成するには、トラフ全体の水温勾配を正確に設定する必要があります。
各トラフゾーンは、熱交換器を備えた循環水システムを介して独立して温度制御されます。オペレーターは中央の HMI から各ゾーンの設定値を表示および調整できます。一部の先進システムには、ライン速度の変化に応じて冷却水の流量を調整する自動ゾーン補償が含まれています。
冷却トラフを通過した後、チューブは 1 つまたは複数の非接触レーザー マイクロメーター ゲージを通過し、その外径が継続的かつリアルタイムで測定されます。これらのゲージはレーザー三角測量または影スキャン技術を使用しており、最小の直径の違いを解決できます。 ±0.001mm フルラインスピードで。
OD 測定データは PLC 制御システムにフィードバックされ、1 つ以上のプロセス変数を自動的に調整して、ターゲット直径からのドリフトを修正します。
この閉ループのフィードバック ループは通常、1 秒未満の応答時間で動作し、システムはオペレーターの介入なしに原料の粘度の変化、周囲温度の変化、または軽微な機械的変動を補正できます。 最新のシステムでは、25 km 以上の生産稼働全体にわたって、チューブの外径をターゲットの ±0.03 mm 以内に維持します。
OD 測定に加えて、一部の高度なラインには、回転ゲージまたは X 線システムを使用した偏心測定 (肉厚の均一性)、およびファイバーが片側にずれておらずチューブ内の中央にあることを確認するインライン光学センサーを使用したファイバー位置検出が組み込まれています。
キャプスタンはライン全体の速度を制御する要素です。これは、冷却されたチューブをつかみ、正確に制御された安定した速度で機械内を引っ張る 1 つまたは複数の電動ホイールまたはベルトで構成されます。キャプスタン速度は材料が押出ダイから引き出される速度を決定するため、チューブの外径 (引き抜き比による) とチューブ内の余分な繊維長の両方を直接制御します。
過剰繊維長 (EFL) は、特定のチューブ長内の繊維長がチューブ自体の長さを超えるパーセンテージとして定義されます。 たとえば、0.3% の EFL は、チューブ 1,000 メートルごとに、内部のファイバーの長さが 1,003 メートルになることを意味します。このわずかなファイバーの余剰は不可欠です。これにより、光減衰を増加させるファイバー自体に歪みが生じることなく、ケーブルが引張荷重に耐えることができます。
EFL は、ファイバ ペイオフ速度とキャプスタン速度の比によって設定されます。
標準ルーズチューブ ケーブルの EFL 値は、通常、次の範囲に収まります。 0.2%と0.5% 熱サイクルや機械的負荷がより厳しい直接埋設または海底用途向けのケーブルには、より厳しい許容差が必要です。
上で説明したすべてのサブシステム (ペイオフ張力、押出機の温度と速度、ゲル ポンプ速度、冷却水温度、OD ゲージのフィードバック、キャプスタン速度) は、中央のプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) システムによって調整されます。オペレーターは、リアルタイムのプロセス データ、アラーム条件、およびトレンド グラフを表示するタッチスクリーン HMI (ヒューマン マシン インターフェイス) を通じてこのシステムと対話します。
主な PLC 制御機能は次のとおりです。
高度なシステムは、工場レベルの MES (製造実行システム) と統合して、生産量、材料消費量、品質データをリアルタイムでプラント管理ソフトウェアに報告することもあります。
主要なプロセスパラメータがどのように相互作用するかを理解することは、品質問題のトラブルシューティングや生産効率の最適化を必要とするオペレーターにとって不可欠です。以下の表は、最も重要なパラメーターと出力の関係をまとめたものです。
| プロセスパラメータ | 高すぎる場合 | 低すぎる場合 | 対象範囲（代表値） |
|---|---|---|---|
| 押出機バレル温度 | ポリマーの劣化、変色 | 高い溶融圧力、表面粗さ | 200～280℃（PBT） |
| キャプスタンライン速度 | 薄肉、減少したOD、低いEFL | 厚い壁、高いOD、過剰なEFL | 40～300m/分 |
| ファイバーペイオフ張力 | ファイバーのプリストレス、減衰の増加 | 繊維絡まり、チューブ変形 | 繊維あたり 30 ～ 80 g |
| ジェル注入速度 | 背圧、繊維変位 | 不完全な充填、湿気侵入のリスク | ライン速度（ml/m）に連動 |
| 冷却水温度 | 固化不完全、チューブのたるみ | 熱衝撃、表面割れ | 15 ～ 60°C (段階的ゾーン) |
| スクリュー回転速度 | 過熱、溶融劣化 | 不十分なスループット、OD 低下 | 10 ～ 120 RPM |
これらの相互作用を深く理解しているオペレーターは、複数の変更を同時に行うのではなく、単一のパラメータを調整することでほとんどの品質偏差を解決できます。これが、安定した仕様どおりの生産を回復するための最速の方法です。
二次コーティングプロセスの最終段階では、完成したバッファチューブを保管および下流処理のために巻き取りリールに巻き取ります。巻き取りシステムは、不均一なスプール圧力による変形や繊維の応力を防ぐために、巻き取り中に制御された一貫した張力をチューブに適用する必要があります。
巻き取りリールのトラバース機構は、チューブをリールのフランジ幅全体に均等に重なり合うように配置し、チューブの壁をへこませて内部の繊維の形状を変える可能性のある局所的な圧力点を防ぎます。リールの容量は通常、次のとおりです。 2km～25km チューブの直径とリールのサイズに応じて完成したチューブのサイズを決定します。
リールがいっぱいになると、機械は手動または自動でスプールの切り替えを実行します。この短い切り替え中に、完全なリールにも新しいリールにも巻き付けることができない長さのチューブは通常、切断され、生産移行ピースとして廃棄されます。切り替え遷移長を最小限に抑えることは、リールあたりの材料歩留まりに直接影響するため、大量生産ケーブル メーカーにとって重要な効率指標です。
完成した各リールには、チューブの仕様、リールの長さ、製造日、外径測定ログなどの製造データがラベル付けされ、撚り線エリアに移送され、そこで複数の緩衝チューブが中央の強度部材の周囲に組み立てられ、完全な光ファイバーケーブルが形成されます。
の作業シーケンス 二次塗装機 定常状態の生産に限定されるものではありません。起動段階と停止段階も同様に重要であり、スクラップの発生や設備の損傷を避けるために体系的な注意が必要です。
十分に維持管理されている二次コーティング ラインであっても、運用上の問題が繰り返し発生します。最も一般的な問題の背後にある根本原因を理解することで、生産チームはそれらを効率的に解決できるようになります。
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