JP2002501221A - 被覆光学ガラスファイバーを結合するための放射線硬化性架橋リボンマトリックス又は結合材料 - Google Patents

被覆光学ガラスファイバーを結合するための放射線硬化性架橋リボンマトリックス又は結合材料

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JP2002501221A JP2000528890A JP2000528890A JP2002501221A JP 2002501221 A JP2002501221 A JP 2002501221A JP 2000528890 A JP2000528890 A JP 2000528890A JP 2000528890 A JP2000528890 A JP 2000528890A JP 2002501221 A JP2002501221 A JP 2002501221A
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Abstract

(57)【要約】 放射線硬化性架橋リボンマトリックス材料は、被覆光学ガラスファイバーの配列体を覆うのに適している。マトリックス材料は、少なくとも一種類の放射線硬化性オリゴマー又は単量体、少なくとも一種類の発色性指示薬で、放射線で照射するとその発色特性の破壊を受け易いように選択され、前記放射線硬化性マトリックス材料を硬化するのに充分なレベルの放射線に曝した時、実質的に無色になる量で存在させた発色性指示薬を含み、然も、前記少なくとも一種類の発色性指示薬が、硬化状態の前記放射線硬化性光学ガラスファイバー被覆組成物の下地色とは区別できる色を有する。ケーブル構造体及び電気通信システムも記述されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、光学ガラスファイバーの配列体を結合するための放射線硬化性光学
ガラスファイバーリボンマトリックス材料及びその硬化を制御する方法に関する
【0002】 (背景技術) 光学ガラスファイバーは、一般に二種類の重ねた放射線硬化被覆で被覆されて
おり、それら被覆が一緒になって第一被覆を形成する。ガラスと直接接触するこ
の被覆は内部第一被覆と呼ばれており、その上の被覆は外側第一被覆と呼ばれて
いる。これら被覆された光学ガラスファイバーを多数一緒に集めてマトリックス
材料で結合し、同一平面上の平行な被覆光学ファイバーのリボンを形成する。そ
のようなリボンは12本の同一平面上の光学ファイバーを含むのが典型的である
が、2、4又は24本のような他の数のファイバーを用いてリボンを形成するこ
ともある。それらファイバーは円いか又は他の形の配列体に束ね、リボンマトリ
ックス材料の外側被覆を有する円柱状又は他の形の構造体を形成させることもで
きる。例えば、複数のリボンを一緒に集めて束を形成し、それらの束が複数のリ
ボンを結合する束ね材料を有することもある。その束ね材料はマトリックス材料
と同じものでもよい。
【0003】 内部第一被覆は、通常比較的柔らかい被覆であり、ガラスファイバーに対する
環境からの保護、とりわけ微細屈曲のよく知られた現象に対する抵抗性を与える
。被覆したファイバーの微細屈曲は、被覆ファイバーの信号伝達能力の減衰をも
たらし、従って望ましくない。被覆ファイバーの露出表面上の外側第一被覆は、
典型的には比較的硬い被覆で、ファイバーをケーブルにする時に直面する力のよ
うな物理的取扱い力に対する望ましい抵抗性を与えるように設計されている。
【0004】 そのような第一被覆系は、放射線硬化性光学ガラスファイバー被覆組成物(こ
れ以降、「放射線硬化性組成物」と呼ぶ)から製造されるのが典型的である。放
射線源、典型的にはUV放射線源に、そのような放射線源の強度レベルで被覆組
成物を完全に硬化するのに充分な時間曝すことにより、硬化が進行するのがこの
第一被覆系の特性である。
【0005】 被覆光学ガラスファイバーに対する需要が増大するにつれて、製造業者はファ
イバー引張り製造ラインを更に増加することにより、及び現存するファイバー引
張り製造ラインのライン線速度を増大しようとすることにより対応しなければな
らない。後者の場合、ライン速度の上限を決定する一つの因子は、与えられた放
射線源及び強度に対し、リボンマトリックス材料を含めた放射線硬化性組成物の
硬化速度特性である。
【0006】 もしライン速度を、リボンマトリックス又は束ね材料を含めた放射線硬化性組
成物に充分な硬化時間が与えられない程増大すると、放射線硬化性組成物は、完
全にその放射線硬化性組成物を硬化又は架橋するのに充分な量の放射線を受けら
れなくなる。製造ライン線速度は、一般に光学ガラスファイバーに当たる放射線
の量に逆比例する。即ち、製造ライン速度が増大すると、その製造工程中の放射
線硬化性組成物に対する放射線照射量は与えられた放射線源については必然的に
減少する。放射線硬化性組成物の不完全な硬化は望ましくなく、回避されなけれ
ばならない。なぜなら、そうなると不完全硬化第一被覆の希望の保護特性が達成
されず、且つ(又は)不完全硬化第一被覆が粘稠なままになる(後の取扱いで問
題を生ずる)か、又は悪臭が存在し、硬化したと思われる被覆の抽出可能物質(
望ましくない物質)の増大を与えることにもなる。
【0007】 従って、リボン製造、束ねたリボンの製造、及びファイバーの製造は、硬化被
覆の品質を悪くすることなく、製造ライン速度の増大を達成するのは困難である
という問題に直面している。
【0008】 製造ライン速度を、放射線照射における付随する減少を慎重に考慮してバラン
スさせることなく増大すると、放射線硬化性組成物は希望の硬化度に必要なレベ
ルよりも低い放射線照射レベルで処理されることになり、そのことは硬化第一被
覆又はリボンマトリックス材料が完全には硬化していないことを意味する。しか
し、もしライン速度を適切な硬化が確実に達成されるように控えめに低く調節す
ると、このことはそれに相応してライン製造が低下し、全生産量を犠牲にするこ
とを意味する。
【0009】 放射線照射量は、放射線強度に放射時間を乗じた値に等しいので、希望の又は
必要な製造ライン速度は、放射線強度を増大することにより達成することができ
る。このことは、一層大きな放射線装置を必要とし、そのことは製造ラインの設
計及び操作に問題を生じ、コストを増大する。放射線強度又は照射の調節を行う
ことはできるけれども、リボンマトリックス材料のような放射線硬化性組成物に
到達する放射線の実際の量に影響を与えることがある放射線硬化用ランプ組立体
に関連する基本的実際的問題が残っている。
【0010】 特に、放射線硬化性組成物に、例えば、リボン製造ライン上のUV硬化用ラン
プシステムからあたる放射線の量は、ランプの作動寿命全体に亙って一定ではな
く、次のことの総合により決定されるものと考えることができる: (1) ランプ反射体システムの反射性、 (2) 硬化用ランプ出力強度、及び (3) 放射線硬化性材料を取り巻く囲い。
【0011】 放射線を反射する反射体システムの能力は、製造操作中次のことにより変化す
ることがある: (1a) 反射体清浄性の変動、 (1b) 反射体システムと放射線硬化性組成物との配列不整合、 (1c) 反射体システムの露光劣化、 (1d) ランプ及び機構それ自体の老化。
【0012】 放射線硬化用UVランプの出力は、バルブが使用中に老化するに従って強度が
変化するのが典型的である。更に、ランプ発光の波長分布が、そのような使用中
の老化の結果として変化することがある。
【0013】 リボンマトリックス材料のような放射線硬化性組成物を硬化する時、通常UV
硬化用ランプを有する楕円形の反射体システムが用いられる。そのようなシステ
ムは図1に示されている。
【0014】 図1に示したように、5で示したUVランプを3で示した楕円形反射体システ
ムの一つの焦点の所に配置する。7で示した透明な中心管が、3で示した反射体
システムの他の焦点の回りに配置されている。9で示した光学ガラスファイバー
又はリボンは、その上に液体放射線硬化性組成物を有し、その中心管7を通過す
る。透明な中心管7には、窒素又はアルゴンガスのような不活性雰囲気をフラッ
シュし、酸素による重合阻害を減少させる。透明な中心管7はまた、液体被覆が
光学ファイバーのリボンに、例えばスパッタリングによって適用される時に、そ
の液体被覆による汚染から楕円形反射体システムを保護する。
【0015】 放射線硬化製造工程中、透明な中心管7の内部表面は、時間と共にリボンマト
リックス材料又はその成分の幾らかにより汚染されるようになる。この汚染は、
それによる放射線量を減少する効果を有し、それは中心管7を通過した後の光学
ガラスファイバー9のリボン配列体上の被覆を未硬化状態にするまでになる。
【0016】 従って、被覆ラインの長い操作期間中、リボンマトリックス材料の硬化度をモ
ニターし、決定する手段が要求されている。ライン装置及びその放射線源は、一
度び設置されたならば、ライン(一般に連続操作)自身の費用のかかる停止を別
として、容易には変更されないので、光学ガラスファイバー配列体上に存在する
放射線硬化性リボンマトリックス材料に実際に当たる放射線の量は、反射システ
ム、ランプ出力、汚染中心管により与えられる上述の問題の結果として、どの与
えられた時点でもその状態により必然的に変動する。
【0017】 従って、被覆の完全な最適硬化を確実に与える条件を維持しながら、製造ライ
ン速度を増大する必要性に確実に応ずることは困難である。現在の所、リボンマ
トリックス材料の硬化の完全性は、リボンが製造された後にその試料についてラ
イン外の物理的試験によって試験されているのが一般的である。
【0018】 望まれていることは、指示薬(indicator)を手段としてリボンマトリックス硬
化度をリアルタイムで決定することができるシステムである。操作条件下で要求
される完全硬化が達成されているか否かを知ることにより、不適切な被覆硬化に
よる製造の無駄を起こす危険を犯すことなく、ライン速度の調節、ランプ強度(
もし可能ならば)の調節又は取り替え、又は装置のクリーニングを行う必要があ
るか否かをラインオペレーターに知らせることができるであろう。
【0019】 ガラスファイバーリボン技術についての上記問題に対する効果的な解決法は、
本発明までなかった。
【0020】 被覆ファイバーの結合リボンを製造するための方法及び装置は、米国特許第5
,037,763号及び第4,900,126号(それらの特許の全体的記載は
参考のためここに入れてある)に記載されている。
【0021】 (発明の開示) 上記問題に鑑み、本発明は、光学ガラスファイバーの配列体に適用された放射
線硬化性リボンマトリックス又は束ね用材料が、必要な硬化度を達成するのに充
分な必要な量の放射線に照射されているか否かを決定するための簡単で効果的な
リアルタイム手段を与えることを目的とする。
【0022】 配列体は被覆光学ファイバーのリボン又は束である。典型的なリボンは12又
は16本のファイバーの列から形成されている。典型的な束は、中心ファイバー
が更に別の複数のファイバーによって取り巻かれている実質的に円状配列体であ
る。別法として、束は四角、台形等のような他の適当な形の断面をもっていても
よい。ここで用いられる用語「リボン」及び「束」は互換性のある言葉であり、
限定的なものではない。ここで用いられる用語「被覆光学ファイバーの配列体」
とは、被覆されたファイバー、又は複数の被覆され且つリボン状にされた光学フ
ァイバーを意味する。
【0023】 特に、本発明は、光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料に発色成分を
与え、然も、その成分がUV化学放射線で照射されるとその可視光発色機能を失
う性質を有し、更に製造ラインの稼働中にリボンマトリックス材料自体の硬化を
達成するのに必要な放射線照射レベルに一致するような最小濃度レベルで上記性
質を有するようにした技術を与える。従って、本発明は、二つの釣り合った選択
段階、即ち、第一に適当な発色成分の選択、及び第二にリボンマトリックス材料
中の前記成分の濃度の選択を必要とする。同時に、リボンマトリックス材料自体
希望の保護特性が、発色物質の添加によって劣化してはならない。
【0024】 この目的及び他の目的が、思いがけなく次のことにより達成された。
【0025】 本発明は、少なくとも一種類の放射線硬化性オリゴマー又は単量体、及び 少なくとも一種類の発色性指示薬で、化学放射線で照射するとその発色特性の
破壊を受け易いように選択され、前記放射線硬化性光学ガラスファイバーリボン
マトリックス材料を硬化するのに充分なレベルの放射線に曝した時、実質的に無
色になる量で存在させた発色性指示薬、 を含み、然も、前記少なくとも一種類の発色性指示薬が、硬化状態の前記放射線
硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料の下地色から区別できる色
を有する放射線硬化性架橋可能な光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料
を与える。
【0026】 本発明は、希望の硬化を目で見て分かるように指示できるように、既に被覆し
た光学ガラスファイバーに使用するのに適合する放射線硬化性リボンマトリック
ス材料を配合する方法において、 放射線硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料を与え、 前記放射線硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料の希望の硬化
を達成するのに充分な放射線の最低レベルである、前記放射線硬化性光学ガラス
ファイバーリボンマトリックス材料のための臨界的放射線量を測定及び決定し、 化学放射線で照射すると実質的に破壊される発色特性を依然として持ちながら
、可視色を示す特性を有する発色性指示薬を選択し、 前記リボンマトリックス材料を硬化するための前記臨界的放射線量で実質的に
無色の特性を示す発色性指示薬の濃度を決定し、そして 被覆光学ガラスファイバーに適用する前の前記未硬化放射線硬化性光学ガラス
ファイバーリボンマトリックス材料中に少なくとも前記濃度の前記発色性指示薬
を配合する、諸工程からなる配合方法も与える。
【0027】 マトリックス材料の硬化の完全性は、発色性指示薬を測定するためのインライ
ン比色法を用いることにより決定することができる。
【0028】 (好ましい態様についての詳細な説明) 放射線硬化性組成物は、通常図2に示した挙動を示す。図2に示したように、
放射線硬化性組成物を照射する放射線量を増大すると、硬化した材料の特別な物
理的又は性能特性の量(特定の組成物について完全に得られる値の%として測定
する)は、それに対応して増大する。この増大は、測定される物理的又は性能特
性の究極値に到達するまで続く。究極値は、更に放射線に露出しても越えること
ができない物理的又は性能特性の最大値として定義される。測定される物理的又
は性能特性の例は、モジュラス、ガラス転移温度、硬度、表面接着性、及び残留
抽出可能物である。
【0029】 図2に示したように、測定された物理的性質又は性能特性が究極的値に到達し
たならば、更に放射線で照射しても測定される性質又は性能の向上を与える結果
は得られない。究極値を与えるのに充分な硬化度を達成する最低の放射線量は(
これ以降、臨界的放射線量「Dc」として言及する)、図2のグラフから容易に 得ることができる。Dcは、ここでは放射線硬化性組成物を完全に硬化するため の最小の放射線照射量を表すために用いられている。ファイバーリボン製造ライ
ン中の放射線照射をDcに近く調節し、希望の完全硬化を行うDcが丁度維持され
ていることをリアルタイムで決定することができることにより、生成物の品質を
悪化させることなく、ライン線速度を最大にすることができる。
【0030】 次の例は、本発明による平衡モジュラスの性質についての究極値を達成するの
に必要なDcを決定する簡単な方法を例示している。図3は、平衡モジュラス( MPa)(メガパスカル)対放射線量(ジュール/cm2)のグラフを示してい る。
【0031】 この例の材料の平衡モジュラスについての究極値は、0.75ジュール/cm 2 の臨界的放射線量Dcで0.6MPaである。図3で1で示したように、Dcは グラフから容易に読取ることができる。製造技術者にとって必要なことは、光学
ガラスファイバー配列体の完全に硬化したリボンを製造すること、すなわち、放
射線硬化性リボンマトリックス材料を常に少なくともDc(ここでは0.75ジ ュール/cm2)の放射線量まで照射するということを確実にすることである。
【0032】 本発明によれば、放射線硬化性リボンマトリックス組成物の適切な放射線硬化
度を決定するために、即ち、少なくともDcレベルの放射線に曝されているよう にするため、その組成物に発色性指示薬を配合する。その指示薬は、Dc放射線 レベルまで照射されると、実質的に永久にその発色特性を失い、可視光中で本質
的に無色になるような特性を有するように選択されている。
【0033】 本発明によるそのような発色性指示薬の使用は、全ての放射線硬化性リボンマ
トリックス材料組成物に適用することができる。
【0034】 種々に使用することができる適当な放射線硬化性組成物の例には、米国特許第
4,624,994号、第4,682,851号、第4,782,129号、第
4,794,133号、第4,806,574号、第4,849,462号、第
5,219,896号及び第5,336,563号(それらは全て参考のためこ
こに入れてある)に記載されているものが含まれる。
【0035】 そのような放射線硬化性組成物は、化学放射線に露出すると重合することがで
きる少なくとも一つの官能基を有する一種類以上の放射線硬化性オリゴマー又は
単量体を含有する。適当な放射線硬化性オリゴマー又は単量体は現在よく知られ
ており、当業者の技術範囲内に入る。
【0036】 一般に、用いられる放射線硬化性官能基は、ラジカル重合又は陽イオン性重合
により重合することができるエチレン系不飽和である。好適なエチレン系不飽和
の具体的な例としては、アクリレート、メタクリレート、スチレン、ビニルエー
テル、ビニルエステル、N−置換アクリルアミド、N−ビニルアミド、マレイン
酸エステル、及びフマール酸エステルを含む基である。エチレン系不飽和は、ア
クリレート、メタクリレート、又はスチレン官能性を有する基であることが好ま
しい。
【0037】 一般に用いられる別の型の官能基は、例えば、エポキシ基、又はチオール−エ
ン、又はアミン−エン系によって与えられる。エポキシ基は、陽イオン性重合に
より重合することができるのに対し、チオール−エン及びアミン−エン系は、通
常ラジカル重合により重合される。例えば、エポキシ基は単独重合することがで
きる。チオール−エン及びアミン−エン系では、例えばアリル系不飽和を有する
基と、第三級アミン又はチオールを有する基との間で重合を行うことができる。
【0038】 放射線硬化性組成物は、粘度を調節するのに用いられる反応性希釈剤を含んで
いてもよい。反応性希釈剤は、化学放射線に曝した時、重合することができる少
なくとも一つの官能基を有する低粘度単量体にすることができる。この官能基は
、放射線硬化性単量体又はオリゴマーで用いられるものと同じ性質のものでもよ
い。反応性希釈剤中に存在する官能基は、放射線硬化性単量体又はオリゴマーに
存在する放射線硬化性官能基と共重合できることが好ましい。
【0039】 例えば、反応性希釈剤は、アクリレート又はビニルエーテル官能基及びC4〜 C20アルキル又はポリエーテル部分を有する単量体又は単量体混合物にすること
ができる。そのような反応性希釈剤の特別な例には、次のものが含まれる: ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソボロニルアク
リレート、デシル−アクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレ
ート、2−エトキシエトキシ−エチルアクリレート、ラウリルビニルエーテル、
2−エチルヘキシルビニルエーテル、N−ビニルホルムアミド、イソデシルアク
リレート、イソオクチルアクリレート、N−ビニル−カプロラクタム、N−ビニ
ルピロリドン等。
【0040】 用いることができる別の種類の反応性希釈剤は、芳香族基を有する化合物であ
る。芳香族基を有する反応性希釈剤の特別な例には、エチレングリコールフェニ
ルエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールフェニルエーテルアクリレー
ト、ポリプロピレングリコールフェニルエーテルアクリレート、及び上記単量体
のアルキル置換フェニル誘導体、例えば、ポリエチレングリコールノニルフェニ
ル−エーテルアクリレートが含まれる。
【0041】 反応性希釈剤は、重合することができる二つ以上の官能基を持っている希釈剤
を含んでいてもよい。そのような単量体の特別な例には、 C2〜C18炭化水素−ジオールジアクリレート、 C4〜C18炭化水素ジビニルエーテル、 C3〜C18炭化水素トリアクリレート、及びそのポリエーテル類似体等、例え ば、 1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアク
リレート、ヘキサンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジアク
リレート、ペンタエリトリトール−トリアクリレート、エトキシル化ビスフェノ
ール−Aジアクリレート、及びトリプロピレングリコールジアクリレート。
【0042】 放射線硬化性単量体又はオリゴマーの放射線硬化性官能基がエポキシ基である
場合、例えば、次の化合物の一種類以上を反応性希釈剤として用いることができ
る: エポキシ−シクロヘキサン、フェニルエポキシエタン、1,2−エポキシ−4
−ビニルシクロヘキサン、グリシジルアクリレート、1,2−エポキシ−4−エ
ポキシエチル−シクロヘキサン、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテ
ル、ビスフェノール−Aのジグリシジルエーテル等。
【0043】 放射線硬化性単量体又はオリゴマーの放射線硬化性官能基がアミン−エン又は
ジオール−エン系を有するならば、用いることができるアリル不飽和を有する反
応性希釈剤の例には次のものが含まれる: ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、トリアリルシアヌレート、
トリアリルイソシアヌレート、及びジアリルイソフタレート。
【0044】 アミン−エン系については、用いることができるアミン官能性希釈剤には、例
えば、次のものが含まれる: トリメチロールプロパン、イソホロンジイソシアネート及びジ(メチル)エチ
ルエタノールアミンの付加物、ヘキサンジオール、イソホロン−ジイソシアネー
ト及びジプロピルエタノールアミンの付加物、及びトリメチロールプロパン、ト
リメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びジ(メチル)エチルエタノールア
ミンの付加物。
【0045】 リボンマトリックス組成物に用いることができる他の添加剤には、光開始剤、
触媒、潤滑油、湿潤剤、剥離剤、酸化防止剤及び安定化剤が含まれるが、それら
に限定されるものではない。そのような添加剤の選択及び使用は、当業者の技術
範囲内に入る。
【0046】 本発明によれば、一般に発色性指示薬は特定の濃度で希望の放射線硬化性リボ
ンマトリックス材料組成物中に配合される。発色性指示薬は、放射線硬化のため
の露出を行う前は人間の目に対して色を示し、例えば、約400〜約700nm
の範囲の波長を有する色を示すように選択される。放射線に露出中、その発色性
指示薬は着色状態から実質的に無色へ変化し、今後これを脱色(bleaching)とし
て言及する。発色性指示薬の色は、硬化したリボンマトリックス材料のどのよう
な希望の下地色とも区別することができ、放射線硬化性リボンマトリックス組成
物をDcレベルの放射線に露出する前に明確な色の変化を容易に見ることができ るようにしなければならない。
【0047】 放射線硬化性組成物内に存在する発色性指示薬の濃度は、その放射線硬化性組
成物のための臨界的放射線量Dcに実質的に等しいか又はそれより大きい放射線 レベルで発色性指示薬の脱色が起きるように調節することができる。それによっ
て、可視色の消失が放射線硬化性組成物の完全な硬化を示す指示薬として働く。
放射線硬化性組成物内に存在する発色性指示薬の濃度は、放射線硬化性組成物の
ための臨界的放射線量Dcに実質的に等しい放射線レベルで発色性指示薬の脱色 が起きるように調節するのが好ましい。
【0048】 本開示に基づき、当業者は、選択された放射線硬化性リボンマトリックス組成
物を完全に硬化するのに必要な放射線量「Dc」において実質的に無色になる発 色性指示薬を選択し、その濃度を決定することが容易にできるであろう。
【0049】 特定の濃度での特定の発色性指示薬について、その発色性指示薬の脱色量は、
図4に示した応答曲線によって表すことができる。この応答曲線は、特定の濃度
の発色性指示薬を種々のレベルの放射線に曝し、起きた脱色量を測定し、次にそ
れらの結果をプロットすることにより当業者により容易に測定及び決定すること
ができる。特定の濃度の発色性指示薬を完全に脱色するのに必要な放射線量は、
10で示したように、グラフから容易に読取ることができる。
【0050】 一般に、発色性指示薬の濃度を増大すると、その発色性指示薬を脱色するのに
必要な放射線の量は増大する結果になる。次に異なった濃度の発色性指示薬を上
と同じやり方で試験し、異なった濃度のものを完全に脱色するのに必要な放射線
量を決定することができる。図5中に数12で示したように、それらの結果をプ
ロットし、濃度/放射線量曲線を作ることができる。この濃度/放射線量曲線を
用いて、選択された放射線量で無色になる発色性指示薬のおおよその濃度を容易
に決定することができる。例えば、放射線硬化性組成物の臨界的放射線量Dcが 0.75ジュール/cm2であるならば、点線で示したように、放射線量応答曲 線を用いて、図5の14で示したように、この放射線量で無色になる発色性指示
薬の濃度を決定することができる。この具体的な例の場合、発色性指示薬の濃度
は約1.25重量%である。放射線硬化性リボンマトリックス材料を硬化するの
に用いる同じ種類の放射線を用いて、濃度/放射線量曲線を決定するのがよい。
【0051】 放射線硬化性組成物中の特定の濃度の発色性指示薬を脱色するのに必要な放射
線量は、放射線硬化性組成物中の成分による影響のため、濃度/放射線量曲線に
よって与えられる推定値から異なることがある。従って、発色性指示薬の最終的
濃度は、希望の放射線硬化性組成物中の発色性指示薬を脱色するのに必要な放射
線量を測定し、次にもし脱色が低過ぎる放射線量で起きるならば発色性指示薬の
濃度を増大し、或は脱色が高過ぎる放射線量で起きるならば発色性指示薬の濃度
を減少することにより実験的に微調整すべきである。
【0052】 発色性指示薬の適当な量は、全放射線硬化性リボン材料組成物の約0.05〜
約5重量%の間にあることが判明している。発色性指示薬の量は約0.1〜約2
重量%であるのが好ましい。
【0053】 発色性指示薬は、放射線、特に放射線硬化性リボンマトリックス組成物を硬化
するのに用いられる種類の放射線に露出した時、脱色、即ち無色になる色素又は
顔料であればよい。例えば、発色性指示薬は、UV放射線を照射すると無色にな
る有機色素にすることができる。
【0054】 発色性指示薬は、重合体色素であるのが好ましい。ここで用いる用語、重合体
色素とは、重合体(ポリオール)主鎖を有し、その中に少なくとも一つの発色性
分子部分が化学的に組み込まれている色素を表す。重合体色素は、好ましくは約
1000〜約2500、一層好ましくは約1200〜約2200の分子量を有す
る。
【0055】 適当な重合体色素の例は、米国特許第4,507,407号明細書(それらの
完全な記載は参考のためここに入れてある)に記載されている。
【0056】 適当な重合体色素の商業的な例には、現在次のものが含まれる: ミリケン・ケミカルズ(Milliken Chemicals)から入手できる リアクティント(Reactint)ブルーX3LV、 リアクティント ブルーX17AB、 リアクティント オレンジX38、 リアクティント レッドX64、 リアクティント バイオレットX80LT、及び リアクティント イエローX15。
【0057】 重合体色素を用いる利点は、主鎖が、(架橋した)リボンマトリックス材料組
成物中で縺れるか、又はそれと反応することができることである。このことは、
発色性指示薬が硬化材料の揮発性物に加わる可能性を著しく少なくするか又は無
くすことになる。
【0058】 重合体色素は、放射線に曝されて重合することができる少なくとも一つの官能
基を重合体主鎖中に組み込むことにより容易に変性することができる。放射線硬
化性官能基は、上述したものの何れでもよい。このようにして、重合体色素は、
被覆組成物中に存在する放射線硬化性オリゴマー及び単量体と、放射線を照射し
た時、架橋することができる。
【0059】 図6は、被覆光学ファイバーの配列体40からなるリボンアセンブリー42の
製造を模式的に示している。結合したリボン42は、芯、被覆、及び一つ以上の
層を夫々有する、ファイバー供給体46から供給された複数の被覆光学ファイバ
ー36を有する。光学ファイバー36の平面状配列体を、アプリケーター52、
例えば、被覆用ダイスを用いて液体状のマトリックス材料を適用することにより
放射線硬化性マトリックス材料中に埋め込む。次にその材料を放射線硬化装置5
4、例えば、図1中に示した装置へ送ってそれに通し、マトリックス材料を硬化
する。硬化した結合リボン42は、次にインライン硬化検出装置59を通り、然
る後、巻き取りスプール56に巻き取る。インライン検出装置59には、発色性
指示薬の充分な変色が行われたか否かを決定するため、即ちマトリックス材料の
硬化が完全であるか否かを比色により決定するための色検出装置が含まれている
。硬化が完全であるか否かをモニターし、決定するこの対応するインライン能力
は、被覆された光学ファイバーを含むリボンアセンブリーの無駄を著しく減少す
る。光学ファイバーを結合してリボン又は他のアセンブリーにする方法の詳細は
、米国特許第5,037,763号及び第4,900,126号明細書(それら
の記載は参考のためここに入れてある)中に見出される。
【0060】 光学ファイバーリボンは、図6に示した位置59で目で見てインライン検査し
、リボンマトリックス材料が完全に硬化したか否かを決定する。この点で適当な
波長に敏感な比色装置を用いてもよい。もし発色性指示薬を含有する硬化リボン
マトリックス材料の色が、完全に硬化したリボンマトリックス材料の下地色(発
色性指示薬がない時の色)と同じであるならば、そのリボンマトリックス材料は
完全な硬化を与えるのに充分な化学放射線に露出されたことを示している。
【0061】 別法として、光学ファイバーリボンは、図6に示したように巻き取りスプール
56で目で見て検査し、リボンマトリックス材料が完全に硬化しているか否かを
決定する。もし発色性指示薬を含有する硬化リボンマトリックス材料の色が、完
全に硬化したリボンマトリックス材料の下地色(発色性指示薬がない時の色)と
同じであるならば、そのリボンマトリックス材料は完全な硬化を与えるのに充分
な化学放射線に露出されたことを示している。
【0062】 同じ番号が同様な部品を表している図7〜11は、本発明によるリボンマトリ
ックス材料を用いて形成することができる種々のリボンアセンブリーを例示して
いる。図7〜11の各々に示したリボンアセンブリー42は、夫々少なくとも一
つの被覆36で取り巻かれた個々の光学ファイバー21の配列体から形成されて
おり、その光学ファイバー配列体はリボンマトリックス材料45により一緒に結
合してリボンに形成されている。図7はリボンアセンブリーを示している。図8
は、リボンアセンブリーを形成する被覆ファイバーの末端部結合を示している。
図9〜11は、実質的に直線状、台形、及び円状の断面形状を夫々有する光学フ
ァイバー配列体を示している。
【0063】 それら図面は結合ファイバーアセンブリーの例を示しているが、それらに限定
されるものではない。リボンマトリックス材料は、被覆したガラスファイバーの
外径よりも薄い厚さのもの(図8)、被覆ガラスファイバーの外径と実質的に同
じ厚さのもの、又はそれより大きい厚さのもの(図7)でもよい。被覆した光学
ガラスファイバーに関するリボンマトリックス材料のこれらの形状のいずれでも
、図9〜11に示したもののように、他のファイバー配列体と一緒に用いてもよ
い。
【0064】 本発明は、既に論じたように、発色性指示薬を含むリボンマトリックス材料に
限定されるものではない。光学ガラスファイバーのための着色被覆リボンマトリ
ックスを製造したい場合には、発色性指示薬がその色彩又は色調に充分な変化を
起こすのには不充分な放射線を受けた状態で、得られる発色剤の組合せの色彩又
は色調の変化によって容易に検出できるように、希望のリボン色を充分変化させ
る色を示す特性を有する発色性指示薬を用いるのが適切である。
【0065】 色指示薬が脱色されたかどうか(即ち、リボンマトリックス材料が完全に硬化
したか否か)を決定するのに波長感応性装置を用いるならば、その装置を、リボ
ンマトリックス製造ラインのオペレーター(手動又は自動)に信号を送るように
用いることができる。例えば、放射線強度の制御器に波長感応性装置を接続し、
色指示薬の脱色が不充分な場合に、希望の脱色度を与えるように波長感応性装置
により放射線強度を調節できるようにすることができる。別法として、リボンマ
トリックス製造ラインの線速度の制御器に波長感応性装置を接続することにより
、その波長感応性装置が、完全硬化を更に達成する最大速度に線速度を調節する
信号を送ることができる。
【0066】 本発明により製造された被覆光学ガラスファイバーは、ケーブル構造体及び電
気通信システムを作るために用いることができる。そのような電気通信システム
は、光学ガラスファイバーを含むケーブル、送信機、受信機、及びスイッチを有
するのが典型的である。光学ガラスファイバーのリボン又は束を含むケーブルは
、電気通信システムの基本的接続ユニットである。
【0067】 本発明により製造された被覆光学ガラスファイバーのリボン、又は(リボン状
にした)被覆光学ガラスファイバーの束は、ケーブル構造体内の封入物に適合さ
せることができる。ケーブル構造体は都市間のような長い距離の接続のための地
下又は水中に埋めることができる。別法として、被覆光学ガラスファイバーのリ
ボン又は束は、高層ビルディング、住宅地域等の中のオフィスを接続するための
ような、LAN(構内情報通信網)で使用するのに適合させることができる。
【0068】 本発明を更に次の例により記述するが、それに限定されるものではない。
【0069】 例1 1重量%のリアクティントX38オレンジ(ミリケン・ケミカルズ)を次の組
成物に添加した: 40重量%のウレタンアクリレートオリゴマー、 55重量%のモノ官能性アクリレート、 3重量%の光開始剤、及び 1重量%の添加剤(シロキサン)。 この組成物の臨界的放射線量Dcは1.0ジュール/cm2であった。
【0070】 この混合物を1.0ジュール/cm2のUV放射線に露出した。この放射線量 ではオレンジ色は完全には消えなかった。従って、その組成物を更に1.0ジュ
ール/cm2照射し、それによってオレンジ色素を完全に脱色した。
【0071】 例2 0.5重量%のリアクティントX38オレンジ(ミリケン・ケミカルズ)を次
の組成物に添加した: 50重量%のウレタンアクリレートオリゴマー、 45重量%のモノ官能性アクリレート、 3.5重量%の光開始剤、及び 1重量%の添加剤(シロキサン)。 この組成物の臨界的放射線量Dcは0.75ジュール/cm2であった。
【0072】 この混合物を0.75ジュール/cm2のUV放射線に露出した。この放射線 量でオレンジ色は完全に脱色した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 UV硬化用ランプを有する慣用的楕円形反射体システムの模式的図である。
【図2】 リボンマトリックス材料の究極的性質対リボンマトリックス材料を硬化するた
めに適用した放射線量のグラフである。
【図3】 放射線硬化したリボンマトリックス材料の平衡モジュラス対リボンマトリック
ス材料を硬化するために適用した放射線量のグラフである。
【図4】 特定の濃度の発色性指示薬の変色量対発色性指示薬に適用した放射線量のグラ
フである。
【図5】 発色性指示薬の濃度対発色性指示薬を完全に脱色するのに必要な放射線量のグ
ラフである。
【図6】 配列体に形成し、リボンマトリックス材料で被覆した被覆光学ガラスファイバ
ーのアセンブリーを製造するための製造ラインの模式的図である。
【図7】 本発明のリボンアセンブリーの末端部断面である。
【図8】 本発明の別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図9】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図10】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図11】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年2月28日(2000.2.28)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 被覆光学ガラスファイバーを結合するための放射線硬化性架橋
リボンマトリックス又は結合材料
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、光学ガラスファイバーの配列体を結合するための放射線硬化性光学
ガラスファイバーリボンマトリックス材料及びその硬化を制御する方法に関する
【0002】 (背景技術) 光学ガラスファイバーは、一般に二種類の重ねた放射線硬化被覆で被覆されて
おり、それら被覆が一緒になって第一被覆を形成する。ガラスと直接接触するこ
の被覆は内部第一被覆と呼ばれており、その上の被覆は外側第一被覆と呼ばれて
いる。これら被覆された光学ガラスファイバーを多数一緒に集めてマトリックス
材料で結合し、同一平面上の平行な被覆光学ファイバーのリボンを形成する。そ
のようなリボンは12本の同一平面上の光学ファイバーを含むのが典型的である
が、2、4又は24本のような他の数のファイバーを用いてリボンを形成するこ
ともある。それらファイバーは円いか又は他の形の配列体に束ね、リボンマトリ
ックス材料の外側被覆を有する円柱状又は他の形の構造体を形成させることもで
きる。例えば、複数のリボンを一緒に集めて束を形成し、それらの束が複数のリ
ボンを結合する束ね材料を有することもある。その束ね材料はマトリックス材料
と同じものでもよい。
【0003】 内部第一被覆は、通常比較的柔らかい被覆であり、ガラスファイバーに対する
環境からの保護、とりわけ微細屈曲のよく知られた現象に対する抵抗性を与える
。被覆したファイバーの微細屈曲は、被覆ファイバーの信号伝達能力の減衰をも
たらし、従って望ましくない。被覆ファイバーの露出表面上の外側第一被覆は、
典型的には比較的硬い被覆で、ファイバーをケーブルにする時に直面する力のよ
うな物理的取扱い力に対する望ましい抵抗性を与えるように設計されている。
【0004】 そのような第一被覆系は、放射線硬化性光学ガラスファイバー被覆組成物(こ
れ以降、「放射線硬化性組成物」と呼ぶ)から製造されるのが典型的である。放
射線源、典型的にはUV放射線源に、そのような放射線源の強度レベルで被覆組
成物を完全に硬化するのに充分な時間曝すことにより、硬化が進行するのがこの
第一被覆系の特性である。
【0005】 被覆光学ガラスファイバーに対する需要が増大するにつれて、製造業者はファ
イバー引張り製造ラインを更に増加することにより、及び現存するファイバー引
張り製造ラインのライン線速度を増大しようとすることにより対応しなければな
らない。後者の場合、ライン速度の上限を決定する一つの因子は、与えられた放
射線源及び強度に対し、リボンマトリックス材料を含めた放射線硬化性組成物の
硬化速度特性である。
【0006】 もしライン速度を、リボンマトリックス又は束ね材料を含めた放射線硬化性組
成物に充分な硬化時間が与えられない程増大すると、放射線硬化性組成物は、完
全にその放射線硬化性組成物を硬化又は架橋するのに充分な量の放射線を受けら
れなくなる。製造ライン線速度は、一般に光学ガラスファイバーに当たる放射線
の量に逆比例する。即ち、製造ライン速度が増大すると、その製造工程中の放射
線硬化性組成物に対する放射線照射量は与えられた放射線源については必然的に
減少する。放射線硬化性組成物の不完全な硬化は望ましくなく、回避されなけれ
ばならない。なぜなら、そうなると不完全硬化第一被覆の希望の保護特性が達成
されず、且つ(又は)不完全硬化第一被覆が粘稠なままになる(後の取扱いで問
題を生ずる)か、又は悪臭が存在し、硬化したと思われる被覆の抽出可能物質(
望ましくない物質)の増大を与えることにもなる。
【0007】 従って、リボン製造、束ねたリボンの製造、及びファイバーの製造は、硬化被
覆の品質を悪くすることなく、製造ライン速度の増大を達成するのは困難である
という問題に直面している。
【0008】 製造ライン速度を、放射線照射における付随する減少を慎重に考慮してバラン
スさせることなく増大すると、放射線硬化性組成物は希望の硬化度に必要なレベ
ルよりも低い放射線照射レベルで処理されることになり、そのことは硬化第一被
覆又はリボンマトリックス材料が完全には硬化していないことを意味する。しか
し、もしライン速度を適切な硬化が確実に達成されるように控えめに低く調節す
ると、このことはそれに相応してライン製造が低下し、全生産量を犠牲にするこ
とを意味する。
【0009】 放射線照射量は、放射線強度に放射時間を乗じた値に等しいので、希望の又は
必要な製造ライン速度は、放射線強度を増大することにより達成することができ
る。このことは、一層大きな放射線装置を必要とし、そのことは製造ラインの設
計及び操作に問題を生じ、コストを増大する。放射線強度又は照射の調節を行う
ことはできるけれども、リボンマトリックス材料のような放射線硬化性組成物に
到達する放射線の実際の量に影響を与えることがある放射線硬化用ランプ組立体
に関連する基本的実際的問題が残っている。
【0010】 特に、放射線硬化性組成物に、例えば、リボン製造ライン上のUV硬化用ラン
プシステムからあたる放射線の量は、ランプの作動寿命全体に亙って一定ではな
く、次のことの総合により決定されるものと考えることができる: (1) ランプ反射体システムの反射性、 (2) 硬化用ランプ出力強度、及び (3) 放射線硬化性材料を取り巻く囲い。
【0011】 放射線を反射する反射体システムの能力は、製造操作中次のことにより変化す
ることがある: (1a) 反射体清浄性の変動、 (1b) 反射体システムと放射線硬化性組成物との配列不整合、 (1c) 反射体システムの露光劣化、 (1d) ランプ及び機構それ自体の老化。
【0012】 放射線硬化用UVランプの出力は、バルブが使用中に老化するに従って強度が
変化するのが典型的である。更に、ランプ発光の波長分布が、そのような使用中
の老化の結果として変化することがある。
【0013】 リボンマトリックス材料のような放射線硬化性組成物を硬化する時、通常UV
硬化用ランプを有する楕円形の反射体システムが用いられる。そのようなシステ
ムは図1に示されている。
【0014】 図1に示したように、5で示したUVランプを3で示した楕円形反射体システ
ムの一つの焦点の所に配置する。7で示した透明な中心管が、3で示した反射体
システムの他の焦点の回りに配置されている。9で示した光学ガラスファイバー
又はリボンは、その上に液体放射線硬化性組成物を有し、その中心管7を通過す
る。透明な中心管7には、窒素又はアルゴンガスのような不活性雰囲気をフラッ
シュし、酸素による重合阻害を減少させる。透明な中心管7はまた、液体被覆が
光学ファイバーのリボンに、例えばスパッタリングによって適用される時に、そ
の液体被覆による汚染から楕円形反射体システムを保護する。
【0015】 放射線硬化製造工程中、透明な中心管7の内部表面は、時間と共にリボンマト
リックス材料又はその成分の幾らかにより汚染されるようになる。この汚染は、
それによる放射線量を減少する効果を有し、それは中心管7を通過した後の光学
ガラスファイバー9のリボン配列体上の被覆を未硬化状態にするまでになる。
【0016】 従って、被覆ラインの長い操作期間中、リボンマトリックス材料の硬化度をモ
ニターし、決定する手段が要求されている。ライン装置及びその放射線源は、一
度び設置されたならば、ライン(一般に連続操作)自身の費用のかかる停止を別
として、容易には変更されないので、光学ガラスファイバー配列体上に存在する
放射線硬化性リボンマトリックス材料に実際に当たる放射線の量は、反射システ
ム、ランプ出力、汚染中心管により与えられる上述の問題の結果として、どの与
えられた時点でもその状態により必然的に変動する。
【0017】 従って、被覆の完全な最適硬化を確実に与える条件を維持しながら、製造ライ
ン速度を増大する必要性に確実に応ずることは困難である。現在の所、リボンマ
トリックス材料の硬化の完全性は、リボンが製造された後にその試料についてラ
イン外の物理的試験によって試験されているのが一般的である。
【0018】 望まれていることは、指示薬(indicator)を手段としてリボンマトリックス硬
化度をリアルタイムで決定することができるシステムである。操作条件下で要求
される完全硬化が達成されているか否かを知ることにより、不適切な被覆硬化に
よる製造の無駄を起こす危険を犯すことなく、ライン速度の調節、ランプ強度(
もし可能ならば)の調節又は取り替え、又は装置のクリーニングを行う必要があ
るか否かをラインオペレーターに知らせることができるであろう。
【0019】 ガラスファイバーリボン技術についての上記問題に対する効果的な解決法は、
本発明までなかった。
【0020】 被覆ファイバーの結合リボンを製造するための方法及び装置は、米国特許第5
,037,763号及び第4,900,126号(それらの特許の全体的記載は
参考のためここに入れてある)に記載されている。
【0021】 JP−A−1204902には、成形材料又はペイントのためのUV硬化性組
成物中に色素を用いることによる硬化判定方法が記載されている。
【0022】 EP−A−432931には、被覆が重合体色素を含有する光学ガラスファイ
バーの色判定システムが記載されている。
【0023】 (発明の開示) 上記問題に鑑み、本発明は、光学ガラスファイバーの配列体に適用された放射
線硬化性リボンマトリックス又は束ね用材料が、必要な硬化度を達成するのに充
分な必要な量の放射線に照射されているか否かを決定するための簡単で効果的な
リアルタイム手段を与えることを目的とする。
【0024】 配列体は被覆光学ファイバーのリボン又は束である。典型的なリボンは12又
は16本のファイバーの列から形成されている。典型的な束は、中心ファイバー
が更に別の複数のファイバーによって取り巻かれている実質的に円状配列体であ
る。別法として、束は四角、台形等のような他の適当な形の断面をもっていても
よい。ここで用いられる用語「リボン」及び「束」は互換性のある言葉であり、
限定的なものではない。ここで用いられる用語「被覆光学ファイバーの配列体」
とは、被覆されたファイバー、又は複数の被覆され且つリボン状にされた光学フ
ァイバーを意味する。
【0025】 特に、本発明は、光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料に発色成分を
与え、然も、その成分がUV化学放射線で照射されるとその可視光発色機能を失
う性質を有し、更に製造ラインの稼働中にリボンマトリックス材料自体の硬化を
達成するのに必要な放射線照射レベルに一致するような最小濃度レベルで上記性
質を有するようにした技術を与える。従って、本発明は、二つの釣り合った選択
段階、即ち、第一に適当な発色成分の選択、及び第二にリボンマトリックス材料
中の前記成分の濃度の選択を必要とする。同時に、リボンマトリックス材料自体
希望の保護特性が、発色物質の添加によって劣化してはならない。
【0026】 この目的及び他の目的が、思いがけなく次のことにより達成された。
【0027】 本発明は、少なくとも一種類の放射線硬化性オリゴマー又は単量体、及び 少なくとも一種類の発色性指示薬で、化学放射線で照射するとその発色特性の
破壊を受け易いように選択され、前記放射線硬化性光学ガラスファイバーリボン
マトリックス材料を硬化するのに充分なレベルの放射線に曝した時、実質的に無
色になる量で存在させた発色性指示薬、 を含み、然も、前記少なくとも一種類の発色性指示薬が、硬化状態の前記放射線
硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料の下地色から区別できる色
を有し、前記発色性指示薬が、前記マトリックス材料内でもつれるようになるか
又はそれと反応することができる主鎖を有する重合体色素を含む、 放射線硬化性架橋可能な光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料を与える
【0028】 本発明は、希望の硬化を目で見て分かるように指示できるように、既に被覆し
た光学ガラスファイバーに使用するのに適合する放射線硬化性リボンマトリック
ス材料を配合する方法において、 放射線硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料を与え、 前記放射線硬化性光学ガラスファイバーリボンマトリックス材料の希望の硬化
を達成するのに充分な放射線の最低レベルである、前記放射線硬化性光学ガラス
ファイバーリボンマトリックス材料のための臨界的放射線量を測定及び決定し、 化学放射線で照射すると実質的に破壊される発色特性を依然として持ちながら
、可視色を示す特性を有する発色性指示薬を選択し、然も、前記発色性指示薬が
、前記マトリックス材料内でもつれるようになるか、又はそれと反応することが
できる主鎖を有する重合体色素を含み、 前記リボンマトリックス材料を硬化するための前記臨界的放射線量で実質的に
無色の特性を示す発色性指示薬の濃度を決定し、そして 被覆光学ガラスファイバーに適用する前の前記未硬化放射線硬化性光学ガラス
ファイバーリボンマトリックス材料中に少なくとも前記濃度の前記発色性指示薬
を配合する、諸工程からなる配合方法も与える。
【0029】 マトリックス材料の硬化の完全性は、発色性指示薬を測定するためのインライ
ン比色法を用いることにより決定することができる。
【0030】 (好ましい態様についての詳細な説明) 放射線硬化性組成物は、通常図2に示した挙動を示す。図2に示したように、
放射線硬化性組成物を照射する放射線量を増大すると、硬化した材料の特別な物
理的又は性能特性の量(特定の組成物について完全に得られる値の%として測定
する)は、それに対応して増大する。この増大は、測定される物理的又は性能特
性の究極値に到達するまで続く。究極値は、更に放射線に露出しても越えること
ができない物理的又は性能特性の最大値として定義される。測定される物理的又
は性能特性の例は、モジュラス、ガラス転移温度、硬度、表面接着性、及び残留
抽出可能物である。
【0031】 図2に示したように、測定された物理的性質又は性能特性が究極的値に到達し
たならば、更に放射線で照射しても測定される性質又は性能の向上を与える結果
は得られない。究極値を与えるのに充分な硬化度を達成する最低の放射線量は(
これ以降、臨界的放射線量「Dc」として言及する)、図2のグラフから容易に 得ることができる。Dcは、ここでは放射線硬化性組成物を完全に硬化するため の最小の放射線照射量を表すために用いられている。ファイバーリボン製造ライ
ン中の放射線照射をDcに近く調節し、希望の完全硬化を行うDcが丁度維持され
ていることをリアルタイムで決定することができることにより、生成物の品質を
悪化させることなく、ライン線速度を最大にすることができる。
【0032】 次の例は、本発明による平衡モジュラスの性質についての究極値を達成するの
に必要なDcを決定する簡単な方法を例示している。図3は、平衡モジュラス( MPa)(メガパスカル)対放射線量(ジュール/cm2)のグラフを示してい る。
【0033】 この例の材料の平衡モジュラスについての究極値は、0.75ジュール/cm 2 の臨界的放射線量Dcで0.6MPaである。図3で1で示したように、Dcは グラフから容易に読取ることができる。製造技術者にとって必要なことは、光学
ガラスファイバー配列体の完全に硬化したリボンを製造すること、すなわち、放
射線硬化性リボンマトリックス材料を常に少なくともDc(ここでは0.75ジ ュール/cm2)の放射線量まで照射するということを確実にすることである。
【0034】 本発明によれば、放射線硬化性リボンマトリックス組成物の適切な放射線硬化
度を決定するために、即ち、少なくともDcレベルの放射線に曝されているよう にするため、その組成物に発色性指示薬を配合する。その指示薬は、Dc放射線 レベルまで照射されると、実質的に永久にその発色特性を失い、可視光中で本質
的に無色になるような特性を有するように選択されている。
【0035】 本発明によるそのような発色性指示薬の使用は、全ての放射線硬化性リボンマ
トリックス材料組成物に適用することができる。
【0036】 種々に使用することができる適当な放射線硬化性組成物の例には、米国特許第
4,624,994号、第4,682,851号、第4,782,129号、第
4,794,133号、第4,806,574号、第4,849,462号、第
5,219,896号及び第5,336,563号(それらは全て参考のためこ
こに入れてある)に記載されているものが含まれる。
【0037】 そのような放射線硬化性組成物は、化学放射線に露出すると重合することがで
きる少なくとも一つの官能基を有する一種類以上の放射線硬化性オリゴマー又は
単量体を含有する。適当な放射線硬化性オリゴマー又は単量体は現在よく知られ
ており、当業者の技術範囲内に入る。
【0038】 一般に、用いられる放射線硬化性官能基は、ラジカル重合又は陽イオン性重合
により重合することができるエチレン系不飽和である。好適なエチレン系不飽和
の具体的な例としては、アクリレート、メタクリレート、スチレン、ビニルエー
テル、ビニルエステル、N−置換アクリルアミド、N−ビニルアミド、マレイン
酸エステル、及びフマール酸エステルを含む基である。エチレン系不飽和は、ア
クリレート、メタクリレート、又はスチレン官能性を有する基であることが好ま
しい。
【0039】 一般に用いられる別の型の官能基は、例えば、エポキシ基、又はチオール−エ
ン、又はアミン−エン系によって与えられる。エポキシ基は、陽イオン性重合に
より重合することができるのに対し、チオール−エン及びアミン−エン系は、通
常ラジカル重合により重合される。例えば、エポキシ基は単独重合することがで
きる。チオール−エン及びアミン−エン系では、例えばアリル系不飽和を有する
基と、第三級アミン又はチオールを有する基との間で重合を行うことができる。
【0040】 放射線硬化性組成物は、粘度を調節するのに用いられる反応性希釈剤を含んで
いてもよい。反応性希釈剤は、化学放射線に曝した時、重合することができる少
なくとも一つの官能基を有する低粘度単量体にすることができる。この官能基は
、放射線硬化性単量体又はオリゴマーで用いられるものと同じ性質のものでもよ
い。反応性希釈剤中に存在する官能基は、放射線硬化性単量体又はオリゴマーに
存在する放射線硬化性官能基と共重合できることが好ましい。
【0041】 例えば、反応性希釈剤は、アクリレート又はビニルエーテル官能基及びC4〜 C20アルキル又はポリエーテル部分を有する単量体又は単量体混合物にすること
ができる。そのような反応性希釈剤の特別な例には、次のものが含まれる: ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソボロニルアク
リレート、デシル−アクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレ
ート、2−エトキシエトキシ−エチルアクリレート、ラウリルビニルエーテル、
2−エチルヘキシルビニルエーテル、N−ビニルホルムアミド、イソデシルアク
リレート、イソオクチルアクリレート、N−ビニル−カプロラクタム、N−ビニ
ルピロリドン等。
【0042】 用いることができる別の種類の反応性希釈剤は、芳香族基を有する化合物であ
る。芳香族基を有する反応性希釈剤の特別な例には、エチレングリコールフェニ
ルエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールフェニルエーテルアクリレー
ト、ポリプロピレングリコールフェニルエーテルアクリレート、及び上記単量体
のアルキル置換フェニル誘導体、例えば、ポリエチレングリコールノニルフェニ
ル−エーテルアクリレートが含まれる。
【0043】 反応性希釈剤は、重合することができる二つ以上の官能基を持っている希釈剤
を含んでいてもよい。そのような単量体の特別な例には、 C2〜C18炭化水素−ジオールジアクリレート、 C4〜C18炭化水素ジビニルエーテル、 C3〜C18炭化水素トリアクリレート、及びそのポリエーテル類似体等、例え ば、 1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアク
リレート、ヘキサンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジアク
リレート、ペンタエリトリトール−トリアクリレート、エトキシル化ビスフェノ
ール−Aジアクリレート、及びトリプロピレングリコールジアクリレート。
【0044】 放射線硬化性単量体又はオリゴマーの放射線硬化性官能基がエポキシ基である
場合、例えば、次の化合物の一種類以上を反応性希釈剤として用いることができ
る: エポキシ−シクロヘキサン、フェニルエポキシエタン、1,2−エポキシ−4
−ビニルシクロヘキサン、グリシジルアクリレート、1,2−エポキシ−4−エ
ポキシエチル−シクロヘキサン、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテ
ル、ビスフェノール−Aのジグリシジルエーテル等。
【0045】 放射線硬化性単量体又はオリゴマーの放射線硬化性官能基がアミン−エン又は
ジオール−エン系を有するならば、用いることができるアリル不飽和を有する反
応性希釈剤の例には次のものが含まれる: ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、トリアリルシアヌレート、
トリアリルイソシアヌレート、及びジアリルイソフタレート。
【0046】 アミン−エン系については、用いることができるアミン官能性希釈剤には、例
えば、次のものが含まれる: トリメチロールプロパン、イソホロンジイソシアネート及びジ(メチル)エチ
ルエタノールアミンの付加物、ヘキサンジオール、イソホロン−ジイソシアネー
ト及びジプロピルエタノールアミンの付加物、及びトリメチロールプロパン、ト
リメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びジ(メチル)エチルエタノールア
ミンの付加物。
【0047】 リボンマトリックス組成物に用いることができる他の添加剤には、光開始剤、
触媒、潤滑油、湿潤剤、剥離剤、酸化防止剤及び安定化剤が含まれるが、それら
に限定されるものではない。そのような添加剤の選択及び使用は、当業者の技術
範囲内に入る。
【0048】 本発明によれば、一般に発色性指示薬は特定の濃度で希望の放射線硬化性リボ
ンマトリックス材料組成物中に配合される。発色性指示薬は、放射線硬化のため
の露出を行う前は人間の目に対して色を示し、例えば、約400〜約700nm
の範囲の波長を有する色を示すように選択される。放射線に露出中、その発色性
指示薬は着色状態から実質的に無色へ変化し、今後これを脱色(bleaching)とし
て言及する。発色性指示薬の色は、硬化したリボンマトリックス材料のどのよう
な希望の下地色とも区別することができ、放射線硬化性リボンマトリックス組成
物をDcレベルの放射線に露出する前に明確な色の変化を容易に見ることができ るようにしなければならない。
【0049】 放射線硬化性組成物内に存在する発色性指示薬の濃度は、その放射線硬化性組
成物のための臨界的放射線量Dcに実質的に等しいか又はそれより大きい放射線 レベルで発色性指示薬の脱色が起きるように調節することができる。それによっ
て、可視色の消失が放射線硬化性組成物の完全な硬化を示す指示薬として働く。
放射線硬化性組成物内に存在する発色性指示薬の濃度は、放射線硬化性組成物の
ための臨界的放射線量Dcに実質的に等しい放射線レベルで発色性指示薬の脱色 が起きるように調節するのが好ましい。
【0050】 本開示に基づき、当業者は、選択された放射線硬化性リボンマトリックス組成
物を完全に硬化するのに必要な放射線量「Dc」において実質的に無色になる発 色性指示薬を選択し、その濃度を決定することが容易にできるであろう。
【0051】 特定の濃度での特定の発色性指示薬について、その発色性指示薬の脱色量は、
図4に示した応答曲線によって表すことができる。この応答曲線は、特定の濃度
の発色性指示薬を種々のレベルの放射線に曝し、起きた脱色量を測定し、次にそ
れらの結果をプロットすることにより当業者により容易に測定及び決定すること
ができる。特定の濃度の発色性指示薬を完全に脱色するのに必要な放射線量は、
10で示したように、グラフから容易に読取ることができる。
【0052】 一般に、発色性指示薬の濃度を増大すると、その発色性指示薬を脱色するのに
必要な放射線の量は増大する結果になる。次に異なった濃度の発色性指示薬を上
と同じやり方で試験し、異なった濃度のものを完全に脱色するのに必要な放射線
量を決定することができる。図5中に数12で示したように、それらの結果をプ
ロットし、濃度/放射線量曲線を作ることができる。この濃度/放射線量曲線を
用いて、選択された放射線量で無色になる発色性指示薬のおおよその濃度を容易
に決定することができる。例えば、放射線硬化性組成物の臨界的放射線量Dcが 0.75ジュール/cm2であるならば、点線で示したように、放射線量応答曲 線を用いて、図5の14で示したように、この放射線量で無色になる発色性指示
薬の濃度を決定することができる。この具体的な例の場合、発色性指示薬の濃度
は約1.25重量%である。放射線硬化性リボンマトリックス材料を硬化するの
に用いる同じ種類の放射線を用いて、濃度/放射線量曲線を決定するのがよい。
【0053】 放射線硬化性組成物中の特定の濃度の発色性指示薬を脱色するのに必要な放射
線量は、放射線硬化性組成物中の成分による影響のため、濃度/放射線量曲線に
よって与えられる推定値から異なることがある。従って、発色性指示薬の最終的
濃度は、希望の放射線硬化性組成物中の発色性指示薬を脱色するのに必要な放射
線量を測定し、次にもし脱色が低過ぎる放射線量で起きるならば発色性指示薬の
濃度を増大し、或は脱色が高過ぎる放射線量で起きるならば発色性指示薬の濃度
を減少することにより実験的に微調整すべきである。
【0054】 発色性指示薬の適当な量は、全放射線硬化性リボン材料組成物の約0.05〜
約5重量%の間にあることが判明している。発色性指示薬の量は約0.1〜約2
重量%であるのが好ましい。
【0055】 発色性指示薬は、放射線、特に放射線硬化性リボンマトリックス組成物を硬化
するのに用いられる種類の放射線に露出した時、脱色、即ち無色になる色素又は
顔料であればよい。例えば、発色性指示薬は、UV放射線を照射すると無色にな
る有機色素にすることができる。
【0056】 発色性指示薬は、重合体色素である。ここで用いる用語、重合体色素とは、重
合体(ポリオール)主鎖を有し、その中に少なくとも一つの発色性分子部分が化
学的に組み込まれている色素を表す。重合体色素は、好ましくは約1000〜約
2500、一層好ましくは約1200〜約2200の分子量を有する。
【0057】 適当な重合体色素の例は、米国特許第4,507,407号明細書(それらの
完全な記載は参考のためここに入れてある)に記載されている。
【0058】 適当な重合体色素の商業的な例には、現在次のものが含まれる: ミリケン・ケミカルズ(Milliken Chemicals)から入手できる リアクティント(Reactint)ブルーX3LV、 リアクティント ブルーX17AB、 リアクティント オレンジX38、 リアクティント レッドX64、 リアクティント バイオレットX80LT、及び リアクティント イエローX15。
【0059】 重合体色素を用いる利点は、主鎖が、(架橋した)リボンマトリックス材料組
成物中で縺れるか、又はそれと反応することができることである。このことは、
発色性指示薬が硬化材料の揮発性物に加わる可能性を著しく少なくするか又は無
くすことになる。
【0060】 重合体色素は、放射線に曝されて重合することができる少なくとも一つの官能
基を重合体主鎖中に組み込むことにより容易に変性することができる。放射線硬
化性官能基は、上述したものの何れでもよい。このようにして、重合体色素は、
被覆組成物中に存在する放射線硬化性オリゴマー及び単量体と、放射線を照射し
た時、架橋することができる。
【0061】 図6は、被覆光学ファイバーの配列体40からなるリボンアセンブリー42の
製造を模式的に示している。結合したリボン42は、芯、被覆、及び一つ以上の
層を夫々有する、ファイバー供給体46から供給された複数の被覆光学ファイバ
ー36を有する。光学ファイバー36の平面状配列体を、アプリケーター52、
例えば、被覆用ダイスを用いて液体状のマトリックス材料を適用することにより
放射線硬化性マトリックス材料中に埋め込む。次にその材料を放射線硬化装置5
4、例えば、図1中に示した装置へ送ってそれに通し、マトリックス材料を硬化
する。硬化した結合リボン42は、次にインライン硬化検出装置59を通り、然
る後、巻き取りスプール56に巻き取る。インライン検出装置59には、発色性
指示薬の充分な変色が行われたか否かを決定するため、即ちマトリックス材料の
硬化が完全であるか否かを比色により決定するための色検出装置が含まれている
。硬化が完全であるか否かをモニターし、決定するこの対応するインライン能力
は、被覆された光学ファイバーを含むリボンアセンブリーの無駄を著しく減少す
る。光学ファイバーを結合してリボン又は他のアセンブリーにする方法の詳細は
、米国特許第5,037,763号及び第4,900,126号明細書(それら
の記載は参考のためここに入れてある)中に見出される。
【0062】 光学ファイバーリボンは、図6に示した位置59で目で見てインライン検査し
、リボンマトリックス材料が完全に硬化したか否かを決定する。この点で適当な
波長に敏感な比色装置を用いてもよい。もし発色性指示薬を含有する硬化リボン
マトリックス材料の色が、完全に硬化したリボンマトリックス材料の下地色(発
色性指示薬がない時の色)と同じであるならば、そのリボンマトリックス材料は
完全な硬化を与えるのに充分な化学放射線に露出されたことを示している。
【0063】 別法として、光学ファイバーリボンは、図6に示したように巻き取りスプール
56で目で見て検査し、リボンマトリックス材料が完全に硬化しているか否かを
決定する。もし発色性指示薬を含有する硬化リボンマトリックス材料の色が、完
全に硬化したリボンマトリックス材料の下地色(発色性指示薬がない時の色)と
同じであるならば、そのリボンマトリックス材料は完全な硬化を与えるのに充分
な化学放射線に露出されたことを示している。
【0064】 同じ番号が同様な部品を表している図7〜11は、本発明によるリボンマトリ
ックス材料を用いて形成することができる種々のリボンアセンブリーを例示して
いる。図7〜11の各々に示したリボンアセンブリー42は、夫々少なくとも一
つの被覆36で取り巻かれた個々の光学ファイバー21の配列体から形成されて
おり、その光学ファイバー配列体はリボンマトリックス材料45により一緒に結
合してリボンに形成されている。図7はリボンアセンブリーを示している。図8
は、リボンアセンブリーを形成する被覆ファイバーの末端部結合を示している。
図9〜11は、実質的に直線状、台形、及び円状の断面形状を夫々有する光学フ
ァイバー配列体を示している。
【0065】 それら図面は結合ファイバーアセンブリーの例を示しているが、それらに限定
されるものではない。リボンマトリックス材料は、被覆したガラスファイバーの
外径よりも薄い厚さのもの(図8)、被覆ガラスファイバーの外径と実質的に同
じ厚さのもの、又はそれより大きい厚さのもの(図7)でもよい。被覆した光学
ガラスファイバーに関するリボンマトリックス材料のこれらの形状のいずれでも
、図9〜11に示したもののように、他のファイバー配列体と一緒に用いてもよ
い。
【0066】 本発明は、既に論じたように、発色性指示薬を含むリボンマトリックス材料に
限定されるものではない。光学ガラスファイバーのための着色被覆リボンマトリ
ックスを製造したい場合には、発色性指示薬がその色彩又は色調に充分な変化を
起こすのには不充分な放射線を受けた状態で、得られる発色剤の組合せの色彩又
は色調の変化によって容易に検出できるように、希望のリボン色を充分変化させ
る色を示す特性を有する発色性指示薬を用いるのが適切である。
【0067】 色指示薬が脱色されたかどうか(即ち、リボンマトリックス材料が完全に硬化
したか否か)を決定するのに波長感応性装置を用いるならば、その装置を、リボ
ンマトリックス製造ラインのオペレーター(手動又は自動)に信号を送るように
用いることができる。例えば、放射線強度の制御器に波長感応性装置を接続し、
色指示薬の脱色が不充分な場合に、希望の脱色度を与えるように波長感応性装置
により放射線強度を調節できるようにすることができる。別法として、リボンマ
トリックス製造ラインの線速度の制御器に波長感応性装置を接続することにより
、その波長感応性装置が、完全硬化を更に達成する最大速度に線速度を調節する
信号を送ることができる。
【0068】 本発明により製造された被覆光学ガラスファイバーは、ケーブル構造体及び電
気通信システムを作るために用いることができる。そのような電気通信システム
は、光学ガラスファイバーを含むケーブル、送信機、受信機、及びスイッチを有
するのが典型的である。光学ガラスファイバーのリボン又は束を含むケーブルは
、電気通信システムの基本的接続ユニットである。
【0069】 本発明により製造された被覆光学ガラスファイバーのリボン、又は(リボン状
にした)被覆光学ガラスファイバーの束は、ケーブル構造体内の封入物に適合さ
せることができる。ケーブル構造体は都市間のような長い距離の接続のための地
下又は水中に埋めることができる。別法として、被覆光学ガラスファイバーのリ
ボン又は束は、高層ビルディング、住宅地域等の中のオフィスを接続するための
ような、LAN(構内情報通信網)で使用するのに適合させることができる。
【0070】 本発明を更に次の例により記述するが、それに限定されるものではない。
【0071】 例1 1重量%のリアクティントX38オレンジ(ミリケン・ケミカルズ)を次の組
成物に添加した: 40重量%のウレタンアクリレートオリゴマー、 55重量%のモノ官能性アクリレート、 3重量%の光開始剤、及び 1重量%の添加剤(シロキサン)。 この組成物の臨界的放射線量Dcは1.0ジュール/cm2であった。
【0072】 この混合物を1.0ジュール/cm2のUV放射線に露出した。この放射線量 ではオレンジ色は完全には消えなかった。従って、その組成物を更に1.0ジュ
ール/cm2照射し、それによってオレンジ色素を完全に脱色した。
【0073】 例2 0.5重量%のリアクティントX38オレンジ(ミリケン・ケミカルズ)を次
の組成物に添加した: 50重量%のウレタンアクリレートオリゴマー、 45重量%のモノ官能性アクリレート、 3.5重量%の光開始剤、及び 1重量%の添加剤(シロキサン)。 この組成物の臨界的放射線量Dcは0.75ジュール/cm2であった。
【0074】 この混合物を0.75ジュール/cm2のUV放射線に露出した。この放射線 量でオレンジ色は完全に脱色した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 UV硬化用ランプを有する慣用的楕円形反射体システムの模式的図である。
【図2】 リボンマトリックス材料の究極的性質対リボンマトリックス材料を硬化するた
めに適用した放射線量のグラフである。
【図3】 放射線硬化したリボンマトリックス材料の平衡モジュラス対リボンマトリック
ス材料を硬化するために適用した放射線量のグラフである。
【図4】 特定の濃度の発色性指示薬の変色量対発色性指示薬に適用した放射線量のグラ
フである。
【図5】 発色性指示薬の濃度対発色性指示薬を完全に脱色するのに必要な放射線量のグ
ラフである。
【図6】 配列体に形成し、リボンマトリックス材料で被覆した被覆光学ガラスファイバ
ーのアセンブリーを製造するための製造ラインの模式的図である。
【図7】 本発明のリボンアセンブリーの末端部断面である。
【図8】 本発明の別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図9】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図10】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
【図11】 本発明の更に別のリボンアセンブリーの末端部断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被覆光学ガラスファイバーの配列体を覆うための放射線硬化
    性架橋リボンマトリックス材料において、 少なくとも一種類の放射線硬化性オリゴマー又は単量体、 少なくとも一種類の発色性指示薬で、放射線に曝すとその発色特性の破壊を受
    け易いように選択され、前記放射線硬化性マトリックス材料を硬化するのに充分
    なレベルの放射線に曝した時、実質的に無色になる量で存在する発色性指示薬、
    を含み、 然も、前記少なくとも一種類の発色性指示薬が、硬化状態の前記放射線硬化性
    マトリックス材料の下地色から区別できる色を有し、 更に前記発色性指示薬が、前記マトリックス材料内で縺れるようになるか又は
    それと反応することができる主鎖を有する重合体色素を含む、 前記リボンマトリックス材料。
  2. 【請求項2】 重合体色素が、少なくとも一種類の放射線硬化性官能基を有
    する、請求項1に記載のリボンマトリックス材料。
  3. 【請求項3】 重合体色素が、約1000〜約2500の分子量を有する、
    請求項1〜2のいずれか1項に記載のリボンマトリックス材料。
  4. 【請求項4】 重合体色素が、約1200〜約2200の分子量を有する、
    請求項3に記載のリボンマトリックス材料。
  5. 【請求項5】 発色性指示薬が、リボンマトリックス材料の全重量に基づき
    、約0.05〜約5重量%の量で存在する、請求項1〜4のいずれか1項に記載
    のリボンマトリックス材料。
  6. 【請求項6】 発色性指示薬が、リボンマトリックス材料の全重量に基づき
    、約0.1〜約2重量%の量で存在する、請求項5に記載のリボンマトリックス
    材料。
  7. 【請求項7】 被覆光学ガラスファイバーの配列体のリボンアセンブリーに
    おいて、 光学ガラスファイバーの配列体、及び 請求項1〜6のいずれか1項に記載の脱色された発色性指示薬を含有する少な
    くとも一種類の放射線硬化架橋リボンマトリックス材料、 を含むリボンアセンブリー。
  8. 【請求項8】 リボンアセンブリーが末端結合されている、請求項7に記載
    のリボンアセンブリー。
  9. 【請求項9】 リボンアセンブリーが実質的に円い断面を有する、請求項7
    に記載のリボンアセンブリー。
  10. 【請求項10】 アセンブリーが実質的に直線状の断面を有する、請求項7
    に記載のリボンアセンブリー。
  11. 【請求項11】 アセンブリーが実質的に台形の断面を有する、請求項7に
    記載のリボンアセンブリー。
  12. 【請求項12】 (1) 少なくとも一つの被覆光学ガラスファイバー、及
    び (2) 前記少なくとも一つの被覆光学ガラスファイバーを覆う鞘であって、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の脱色された発色性指示薬含有放射線硬化架
    橋マトリックス材料を含む鞘、 を含む光学ガラスファイバーケーブル構造体。
  13. 【請求項13】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の少なくとも一種類の
    放射線硬化架橋マトリックス材料で被覆された被覆光学ガラスファイバーの配列
    体を含む電気通信システム。
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