二次塗装機とは何ですか？

A 二次塗装機 は、光ファイバーまたはファイバーリボン上に二次コーティングまたはルーズチューブとして知られる保護ポリマー層を塗布するために、光ファイバーケーブルの製造プロセスで使用される特殊な産業機器です。 この層は、繊細なガラス繊維を機械的ストレス、湿気、環境による損傷から保護します。 、信頼性の高い光ファイバー ケーブルを製造する上で最も重要な段階の 1 つとなります。つまり、二次コーティング機は、壊れやすい裸のファイバーを、さらなる被覆と取り付けの準備が整った耐久性のある展開可能なケーブルコンポーネントに変換します。

単純な保護を超えて、二次コーティングプロセスはバッファチューブの直径、肉厚、ゲル充填密度を正確に制御します。これらはすべて、ケーブルの光伝送性能と現場での長期耐久性に直接影響します。

光ファイバーケーブル製造における中心的な機能と役割

一般的な光ファイバーケーブルの製造ラインでは、裸の光ファイバーは最初に一次コーティング（ガラスに直接塗布されるアクリレートコーティング）を受け、次に二次コーティング段階に入ります。二次コーティング機は、熱可塑性プラスチック素材 (最も一般的には PBT (ポリブチレンテレフタレート)、PP (ポリプロピレン)、または HDPE (高密度ポリエチレン)) を 1 つ以上の繊維の周囲に押し出し、バッファー チューブを形成します。

このプロセスには通常、次の 3 つの同時操作が含まれます。

• チューブ内のファイバーの位置を一貫して維持するためのファイバーのペイオフと張力の制御
• ゲルまたはチキソトロピー化合物を注入してチューブを満たし、水の浸入を防ぎます
• 押し出しと冷却による外側バッファーチューブの形成と固化

その結果、ルーズチューブ バッファーが誕生しました。これは、世界中の電気通信ネットワークに導入されている撚り線、スロット付きコア、およびリボン ファイバー ケーブルの設計で使用される基本的な構成要素です。

機械フレームと構造設計

二次塗装機の構造的完全性は、精密製造の基礎です。 機械フレームは通常、高張力A3鋼板の溶接と構造用鋼（型鋼）の加工を組み合わせて製作されます。 により、高速連続運転中でもプラットフォーム全体の剛性と振動のない状態が確保されます。

A3 鋼 (中国規格の Q235 に相当) は、優れた溶接性、適度な引張強さ (通常 370 ～ 500 MPa)、良好な延性を備えているため、重工業機械のフレームに理想的な母材となります。溶接および機械加工されたフレームは、曲げや熱変形に耐えます。これは、押出ダイと冷却トラフ システム全体で位置合わせ公差を ±0.01 mm まで厳密に維持するために重要です。

堅牢なフレーム設計は、以下の重量と振動にも対応します。

• 耐久性の高いファイバーペイオフリール (多くの場合、スプールあたり 25 km 以上のファイバーを保持)
• 押出機のバレルとスクリューのアセンブリ (通常、スクリューの直径は 30 ～ 60 mm)
• 複数の冷却水トラフ、多くの場合全長 6 ～ 10 メートル
• 最大 300 m/分の速度で動作するキャプスタンと巻取りシステム

コーティング構成：フェイスコーティングとボトムコーティング

二次塗装機の構造上の特徴の 1 つは、二層塗装構成です。 標準セットアップでは、フェース コーティングは機械の前部に配置され、ボトム コーティングは機械の後部に配置されます。 この配置により、コーティングが正確な層状順序で塗布され、層間剥離なく均一にバッファチューブ壁を構築することが保証されます。

フェイスコーティング（フロントポジション）

表面コーティングは、光ファイバーまたはゲル充填化合物と接触するバッファーチューブの内面を形成します。この層は、チキソトロピック充填ゲルに対して化学的に不活性でなければならず、繊維に微小曲げ応力を誘発してはなりません。ここでは、収縮率が低く、寸法安定性に優れているため、PBT などの材料が一般的に使用されます。PBT は通常、冷却後に線形収縮が 0.5% 未満であり、これはチューブ内で必要な過剰繊維長 (EFL) を維持するために不可欠です。

ボトムコーティング（リアポジション）

底部コーティングはバッファ チューブの外側保護壁を形成し、ケーブルの撚り合わせと取り付けに必要な機械的特性を提供します。この層は、同じ熱可塑性材料または互換性のある熱可塑性材料を使用することができ、表面コーティングとシームレスに結合する必要があります。底部コーティングの壁の厚さは、ケーブルの設計仕様と意図した配備環境 (空中、直接埋設、またはダクト設置など) に応じて、通常 0.3 mm ～ 0.9 mm の間で正確に制御されます。

これら 2 つのコーティング層を前後に配置することで、各押出機ヘッドを温度プロファイル、溶融圧力、材料スループットに関して個別に調整できるようになり、メーカーはチューブの形状や機械的性能をきめ細かく制御できるようになります。

二次塗装機の主要コンポーネント

完全な二次コーティング ラインは、複数の統合されたサブシステムで構成されます。各コンポーネントを理解することは、メーカーが生産効率と製品品質を最適化するのに役立ちます。

最新のマシンには、 PLCベースの制御システム すべてのサブシステムをリアルタイムで調整し、OD ゲージの読み取り値と押出機のスクリュー速度またはキャプスタン速度の間の閉ループ フィードバックを可能にし、生産工程全体を通じて寸法公差を自動的に維持します。

技術仕様と性能パラメータ

二次塗装機は用途や生産量によって能力が大きく異なります。以下は、商用光ファイバー ケーブル プラントで使用される中～高容量の機械の代表的な技術パラメータです。

• 回線速度: 40～300m/min（量産に最適化した高速モデル）
• チューブあたりの繊維数: 1 ～ 24 心（リボン対応モデルは最大 12 心リボンをサポート）
• バッファチューブ外径範囲: 1.0mm～4.0mm
• 肉厚制御: ±0.05mm以上
• 押出機のスクリュー径: スループット要件に応じて 30 mm、45 mm、または 60 mm
• 対応素材: PBT、PP、HDPE、LSZHコンパウンド
• 消費電力: 通常、全ラインで 30 ～ 80 kW
• マシンの設置面積: 冷却トラフの構成に応じて、長さは約 15 ～ 30 メートル

チューブ内の余剰ファイバー長 (EFL) は、ファイバーに負担をかけずにケーブルが引張荷重にどれだけうまく対処できるかを決定する重要なパラメータであり、通常、次の範囲内に設定されます。 0.2%と0.5% であり、ファイバーのペイオフ速度とキャプスタンのライン速度の比率によって制御されます。

二次塗装機の種類

ケーブル設計が異なれば、二次コーティング機の構成も異なります。主なタイプは次の 3 つです。

単管二次塗装ライン

一度に 1 つのバッファ チューブを生産し、小規模な生産作業や特殊なケーブル タイプに適しています。これらの機械は操作とメンテナンスが簡単で、投資コストは通常​​、完全なラインに対して 80,000 ドルから 200,000 ドルの範囲になります。

多管二次塗装ライン

複数のチューブを同時に並行して生産できるため、スループットが大幅に向上します。年間数百万キロメートルのファイバーを展開する大量のケーブル メーカーは、床面積や労働力を比例的に拡大することなく、生産目標を達成するためにマルチチューブ ラインに依存することがよくあります。

リボンファイバー二次コーティングライン

個々のばらばらのファイバーではなく、フラットなリボンファイバースタック (4、8、または 12 個のファイバーリボン) をコーティングするように特別に設計されています。ダイヘッドと冷却システムは、リボンの平坦なプロファイルに適応するように変更されており、チューブ内のリボンの座屈や繊維応力を回避するには、EFL 制御が特に重要です。

二次コーティングプロセスのステップバイステップ

生産プロセスを理解することは、オペレーターが品質上の問題を解決し、機械の設定を最適化するのに役立ちます。典型的な二次コーティング実行の標準シーケンスは次のとおりです。

1. 繊維負荷: 一次被覆された光ファイバーはペイオフリールに装填されます。繊維の張力は、チューブあたりの繊維の数と押し出される材料に応じて設定されます。
2. ねじ切りと位置合わせ: ファイバーはファイバーガイド、ダイチップ、ダイ本体に通されます。均一な壁厚を達成するには、ダイ内で繊維を適切にセンタリングすることが重要です。
3. 押出機の予熱: 押出機のバレル ゾーンは動作温度まで上昇します。PBT の場合、これは通常 200°C (フィード ゾーン) から 260°C (ダイ ゾーン) までの温度プロファイルを意味します。ウォームアップ時間は通常 30 ～ 60 分です。
4. ゲルシステムのプライミング: チキソトロピー性充填コンパウンドは加熱され、均一に流れるまで注射針に通してプライミングされ、ゲルラインにエアポケットがなくなるようにします。
5. 始動と速度上昇: ラインは低速 (10 ～ 20 m/min) で開始され、チューブの外径、壁の厚さ、ファイバーの位置が検証されます。速度は目標生産速度まで徐々に増加します。
6. 定常状態の生産: PLC 制御システムはリアルタイムで OD を監視し、チューブの寸法を仕様内に維持するために微調整を行います。オペレーターは、HMI 画面と定期的な手動サンプリングを通じてプロセスを監視します。
7. スプール切り替え： 巻き取りスプールがいっぱいになると、ラインは自動または半自動切り替えを実行し、チューブを切断して新しいスプールに移し替えますが、生産ロスは最小限に抑えられます。

二次塗装における品質管理

二次コーティングの品質は、寸法基準と光学性能基準の両方に基づいて測定されます。 主要な品質パラメータには、外径 (OD)、内径 (ID)、壁厚の偏心率、ゲルの充填レベル、EFL が含まれます。 これらは、完成したケーブルに関して IEC 60794-1 や ITU-T G.652 などの国際規格に準拠する必要があります。

一般的な品質欠陥とその根本原因は次のとおりです。

• チューブ径のバリエーション: 通常、ライン速度の変動、溶融圧力の不安定性、または冷却水の温度変化が原因で発生します。
• 壁の偏心: ダイ内の繊維の位置ずれや、ダイヘッド全体にわたる不均一な熱分布が原因で発生します。
• ゲルの充填が不十分です: ゲルポンプの校正エラーまたはゲル供給システム内の空気の混入が原因で、使用中の水詰まりの故障につながります。
• ファイバーの座屈または高いEFL: ファイバーのペイオフ速度が回線速度に比べて高すぎる場合に発生し、展開されたケーブル部分の減衰が増加します。
• 表面粗さまたはピンホール: 通常、ペレットフィードまたは不適切な押出機の温度ゾーンでの水分汚染の兆候です。

完成したチューブは、引張強度 (通常は最小 100 N/100 mm でテスト)、耐圧壊性、および 1310 nm および 1550 nm の波長での光減衰検証のために定期的にサンプリングされます。

アプリケーションと業界の関連性

二次塗装機 は、現代の電気通信インフラストラクチャで使用されるほぼすべての種類の光ファイバー ケーブルの製造に不可欠です。主な応用分野は次のとおりです。

• 通信幹線ケーブル: 長距離ネットワークやメトロネットワークで使用されるファイバー数の多いケーブル (144 ～ 1728 ファイバー) は、ファイバー保護とケーブル性能の両方を精密に二次コーティングされたルーズチューブに依存しています。
• FTTH (Fiber to the Home) ケーブル: ラストワンマイル接続用のドロップ ケーブルと分配ケーブルには、安定した低コストのルース チューブの高速生産が必要です。
• 海底ケーブルフィーダー： 海底ケーブルシステムで使用される高性能 PBT チューブは、非常に厳しい寸法公差を満たす必要があり、高度な二次コーティング装置が不可欠です。
• 産業用および軍用ケーブル: 過酷な環境向けの耐久性の高いケーブルには、カスタマイズされたダイ構成を備えた同じタイプの機械で処理される特別な化合物の二次コーティング材料が使用されることがよくあります。

世界の光ファイバーケーブルの導入は、5G の展開、ハイパースケールのデータセンターの構築、国家的なブロードバンドの取り組みによって急速に拡大し続けています。 業界アナリストは、世界の光ファイバーケーブル市場が2027年までに200億ドルを超えると予測しています。 これは、高スループットと安定した品質を実現できる高度な二次コーティング装置に対する持続的な需要を直接的に促進します。

メンテナンスと運用のベストプラクティス

二次コーティング機を適切にメンテナンスすることで、一貫した製品品質が保証され、マシンの稼働時間が最大化されます。主なメンテナンス方法には次のようなものがあります。

日常のメンテナンス

• 各生産実行後に、押出ダイとチップの残留ポリマーを洗浄します。
• ジェル充填コンパウンドリザーバーの確認と補充
• 各トラフゾーンの冷却水流量と温度を確認する
• 参照標準を使用して OD ゲージの校正を検査します

定期メンテナンス（月次/四半期）

• エクストルーダーのスクリューとバレルを分解し、パージコンパウンドを使用して徹底的に洗浄します。
• スクリューフライトとバレルボアの摩耗を検査します。クリアランスが0.15mmを超えたら交換
• メーカーの仕様に従って、キャプスタンベアリングと引き取りドライブチェーンに注油します。
• 張力コントローラを再校正し、PLC 制御パラメータを元の設定と比較して検証します

また、PBT ペレット粘度 (MFI - メルト フロー インデックス) のわずかな変化でも、チューブの寸法安定性を維持するために温度プロファイルとスクリュー速度の調整が必要になる可能性があるため、オペレーターは原料のロットが変更されるたびに完全なプロセス監査を実施する必要もあります。