JP2004029339A - 難燃性光ファイバケーブルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】難燃性被覆層を設ける際に機械的特性を低下させず、難燃性を有するプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】プラスチック光ファイバを素線として有し、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブル、及びプラスチック光ファイバ素線に、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を被覆する工程を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブルの製造方法。
【選択図】 図2
【解決手段】プラスチック光ファイバを素線として有し、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブル、及びプラスチック光ファイバ素線に、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を被覆する工程を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブルの製造方法。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂により被覆されたプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、屈折率分布型プラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバは、石英系光ファイバと較べると、光の伝送損失が大きいものの、大口径化による接続容易性、端末加工容易性、これに伴う高精度調芯機構が不要になるメリット、人体への突き刺し災害による危険性の低さ、高い柔軟性による易加工性、耐振動性、低コストなどの観点から、家庭や車載用途で注目されてきている。しかし、付設個所の観点から可燃性のプラスチック光ファイバに、難燃性を付与することが検討されている。
プラスチック光ファイバ本体は光の伝送性能を損なわないために、むやみに添加剤等を配合することは避けなければならず、難燃性の機能をファイバ本体に付与することはなかなか困難である。
【0003】
一方、素線の曲げ対抗性の向上、吸湿による性能低下抑制、引張り強度の向上、耐踏付け性付与、薬品での損傷からの保護、着色などによる商品性向上等を目的として素線の表面に1層以上の被覆層を設けて使用することが一般的であり、この被覆層に難燃性を付与することによって、光ファイバの難燃化が検討されている。被覆層に難燃性を付与する方法としては特開平7−56063に示されるような臭素を含有した樹脂やPVCのような含ハロゲン樹脂やリン、重金属を被覆材やその添加剤に用いることで、簡便かつ容易に、低価格で難燃性を付与することができるため、電線を中心に光ファイバの被覆としても主に用いられてきた。
しかし、近年ではこれらの含ハロゲン樹脂や組成物は燃焼時の毒性のガス発生や廃棄に伴う環境汚染の問題があり、安全な素材への転換が必要とされている。また、添加剤が加わることにより、ケーブルの被覆として求められる耐候性、耐衝撃性、機械的強度などが低下するといった問題があった。
さらに、電線や石英系光ファイバではそれらの被覆対象に燃焼性が無いが、対するプラスチック光ファイバは素線自体が高い燃焼性を有するため、難燃性の要求がいっそう高まってきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、難燃性被覆層を設ける際に機械的特性を低下させず、難燃性を有するプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討行なった結果、被覆素材に好適に用いることのできる難燃性添加剤と、被覆の性能の低下を起こさずに用いる樹脂組成物を見出した。そこで、難燃性添加物の選択と被覆用樹脂と難燃性添加物からなる組成物の組成比をある範囲内に保つことで、被覆材としての性能低下を防いで難燃性の向上を行なうことができるという本発明を完成するに至った。
本発明によれば、以下の課題を解決するための手段が提供される。
(1) プラスチック光ファイバを素線として有し、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブル、
(2) 被覆層の金属水酸化物含有量が35〜60質量%である(1)記載の難燃性光ファイバケーブル、
(3) プラスチック光ファイバ素線に、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を被覆する工程を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブルの製造方法。
【0006】
【発明の実施の形態】
(プラスチック光ファイバ素線)
本発明において用いられる素線の種類、材質などは特に限定されない。なお、以降の記述は外周のクラッド部からコア部中心に向って連続的に屈折率が変化する屈折率分布型プラスチック光ファイバ素線について記述しているが、屈折率分布を有しないステップインデックス型プラスチック光ファイバ素線については屈折率分布の付与を除くことで、材料や製法が同様に適用できる。
【0007】
(コア部)
コア部の原料としては、その重合体が伝送される光に対して光透過性である限り特に制約はないが、伝送される光信号の伝送損失が少ない材料を用いるのが好ましい。原料のモノマーとしては例えば、メチルメタクリレート(MMA)、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら各モノマーからポリマーを重合してコア部として用いる。また、これらモノマーを2種以上用いて、共重合体(コポリマー)からコア部を形成してもよい。しかしながら、塊状重合が容易であるMMAを選択し、ストレートポリマー(ホモポリマー)であるポリメチルメタクリレート(PMMA)にてコア部を形成するのが好ましい。また、これらのモノマーが有する水素原子を重水素原子(D)またはハロゲン原子(X)で置換したモノマーを用いて、ポリマーを重合することもできる。特定の波長領域において、C−H結合に起因する光伝送損失が生じるが、HをDまたはXで置換することにより、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。
【0008】
前記モノマーからポリマーを重合する際に、重合開始剤および重合調整剤を添加することができる。重合開始剤としては、重合されるポリマーに応じて適宜選択することができるが、過酸化ベンゾイル(BPO)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート(PBO)、ジ−t−ブチルパーオキシド(PBD)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(PBI)、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)パラレート(PHV)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。重合調整剤は、主に重合体(ポリマー)の分子量の調整のために用いられ、ポリマーの重合度に応じて適宜選択することができるが、1−ブタンチオール、ドデシルメルカプタンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、2種類以上の重合調整剤を併用してもよい。
【0009】
コア部が、中心から外側に向かって屈折率の分布を有しているGI型であると、高い伝送容量を有するケーブルが得られるので好ましい。屈折率調整剤は、これを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して、屈折率が高くなる性質を有するものをいう。この性質を有し、ポリマーと安定して共存可能で、且つ前述の原料であるモノマーの重合条件(加熱および加圧等の重合条件)下において安定であるものを、いずれも用いることができる。例えば、安息香酸ベンジル(BEN)、硫化ジフェニル(DPS)、リン酸トリフェニル(TPP)、フタル酸ベンジル−n−ブチル(BBP)、フタル酸ジフェニル(DPP)、ビフェニル(DP)、ジフェニルメタン(DPM)、リン酸トリクレジル(TCP)、ジフェニルスルホキシド(DPSO)などが挙げられ、中でも、BEN、DPS、TPP、DPSOが好ましい。
【0010】
(クラッド部)
クラッド部は、コア部を伝送する光がそれらの界面で全反射するために、コア部の屈折率より低い屈折率を有し、非晶性であり、コア部との密着性が良く、タフネスに優れ、耐熱性に優れているものが好ましく用いられる。例えば、クラッド部の原料であるモノマーとしてはコア部と同様に、メチルメタクリレート、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのモノマーを2種以上用いて、共重合体からなるクラッド部を作製してもよい。
【0011】
前記モノマーからクラッド部のポリマーを重合する際にも、コア部の形成に用いた前述した重合開始剤および重合調整剤(例えば、連鎖移動剤等)を添加することができる。
【0012】
その他、クラッド部には、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を添加することができ、添加剤は、前記原料モノマーに添加した後に、モノマーからポリマーを重合することによってクラッド部に含有させることができる。前記添加剤としては、耐候性や耐久性などを向上させる安定剤、光伝送性能を向上させる光信号増幅用の誘導放出機能化合物等が挙げられる。誘導放出機能化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することが可能となり、伝送距離が向上するので、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として使用することができる。なお、これらの添加剤は、コア部の形成時にモノマーに添加させて、コア部に含有させることもできる。
【0013】
(素線の作製)
以上の素材もちいて、クラッド部とコア部からなるプラスチック光ファイバ素線を作成する。
素線の製法に関しては特に制限はなく、既知の方法は等しく適用することができる。素線の製造方法としては、例えば、コア部とクラッド部をそれぞれ形成する方法としては既知の方法である、コア部作成後のクラッド部の積層付与による方法、クラッド部となる中空管作成後内部にコア部を作成する方法、コア部とクラッド部の同時多層押出しや紡糸による方法等が挙げられる。
また、それらを素線に加工する方法として、直接紡糸する方法やプリフォームと呼ばれる予備加工品を延伸する方法などが好ましく用いることができる。
【0014】
以上の製造方法のうち、屈折率分布型のプラスチック光ファイバ素線の製造方法としては国際公開WO93/08488に記載されているような、クラッド部となる樹脂の中空管を作成し、その管内にコア部を形成する樹脂組成物を入れ、界面ゲル重合法によりポリマーを重合することによりコア部を形成することができる。
樹脂組成物は前述のように、単一の屈折率を持つ樹脂組成物に屈折率調整剤を添加するものや、屈折率の異なる樹脂を混合するのものを用いて屈折率を分布させる。なお、本発明に用いられる素線の直径は0.2〜1.5mmの範囲であることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。また、その素線のコア部の直径は、0.1〜1.0mmが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。
【0015】
(プラスチック光ファイバケーブルの製造方法)
本発明のプラスチック光ファイバケーブルの製造に用いられる被覆ラインは、従来から知られている電気ケーブルや石英ガラス製光ファイバと同様な被覆ラインを使用することができる。
図1にその被覆ラインの概略図を示す。素線11は、送出機12より送り出され、冷却装置13により5〜35℃の温度まで冷却することが、被覆する際に素線11へのダメージを抑制するために好ましいが、この冷却装置13は省略することも可能である。その後に、被覆装置14により素線11に被覆材を被覆してケーブル15が得られる。ケーブル15は、水槽16で冷水により冷却された後に、水分除去装置17によりその表面の水分が除去される。なお、ケーブル15の冷却は、水槽に限定されず、他の装置を用いてもよい。そして、ローラ18により搬送されて巻取機19に巻き取られる。
なお、被覆方法としては溶融押出し方法、活性エネルギー線硬化型樹脂を用いて、塗布・硬化させて被覆層を得る方法等を用いることができる。本発明においては、溶融押出し方法を用いることが好ましい。
【0016】
(被覆の構造)
図2及び図3は、本発明の光ファイバケーブルの実施態様を示す断面図である。
ケーブル製造の際にその被覆の形態として、素線と被覆材を密着させる密着型の被覆と素線と被覆材の間に空隙層を設けるルース型の被覆がある。図2又は図3において、Aは密着型の1次被覆3を有する光ファイバケーブルであり、aはルース型の1次被覆3を有する光ファイバケーブルである。B及びbに示すように、被覆は1次被覆3、2次被覆6等、複数層を設けることも可能である。また、空隙2が素線1と1次被覆3の間ではなく、素線1と1次被覆3が密着し一体となっており、1次被覆3の外側に空隙2のある形態も好ましく使用される。
ルース型の被覆の場合、被覆と素線が密着していないので、ケーブルにかかる応力や熱とはじめとするダメージの多くを被覆材層で緩和させることができ、素線にかかるダメージを軽減させることができるため好ましく用いることができる。ルース型の被覆を製造するには、クロスヘッドダイの押出し口ニップルの厚みを増すことで空隙層を作ることができる。空隙層の厚みは前述のニップル厚みと空隙層を加圧/減圧することで調整が可能である。
【0017】
また、複数の機能を付与させるために、様々な機能を有する被覆を積層させてもよい。例えば、本発明のような難燃化以外に、素線の吸湿を抑制するためのバリア層や水分を除去するための吸湿材料、例えば吸湿テープや吸湿ジェルを被覆層内や被覆層間に有することができ、また可撓時の応力緩和のための柔軟性素材層や発泡層等の緩衝材7、剛性を上げるための強化層など、用途に応じて選択して設けることができる。樹脂以外にも構造材として、高い弾性率を有する繊維(以下、抗張力繊維4と称す)および/または剛性の高い金属線等の線材5を熱可塑性樹脂に含有すると、得られるケーブルの力学的強度を補強することができることから好ましい。
抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維が挙げられる。また、金属線としてはステンレス線、亜鉛合金線、銅線などが挙げられる。いずれのものも前述したものに限定されるものではない。その他に保護のための金属管の外装、架空用の支持線や、配線時の作業性を向上させるための機構を組み込むことができる。
また、ケーブルの形状は使用形態によって、図2H及び図3oに示す素線を同心円上にまとめた集合ケーブルや、図2C〜G及び図3d〜nに示す一列に並べたテープ心線と言われる態様、さらにそれらを押え巻8やラップシース9などでまとめた集合ケーブルなど用途に応じて選ぶことができる。
【0018】
(被覆材)
前述した被覆材である被覆用樹脂組成物を選択する際には、製造時および製造後に素線へダメージを与えないものが重要である。溶融押出法で被覆を行う場合、樹脂溶融によって被覆材に加えられた熱が、被覆工程で、素線へ伝播して素線に悪影響を与えてしまうため、組成物を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度が一定の範囲内に収まることが好ましい。
なお、ルース型に被覆する場合には、素線と被覆の間の空隙層によって熱の伝播が緩和されるため、密着型の場合に比較して流動開始温度をより高く設定することが可能である。
【0019】
本発明で使用される、好ましい流動開始温度を有する熱可塑性樹脂としては、前述した特徴を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン(ナイロン−6、ナイロン−66、ナイロン−11など)、ポリ塩化ビニル、エチレンアクリル酸エチル共重合体、ポリエステル化合物などが挙げられ、その中でも好ましくはポリエチレン、ポリプロピレンである。これらの熱可塑性樹脂はその分子量、分子量分布、枝分かれ度、架橋度、末端官能基の種類などを変えることにより、種々の溶融挙動を示し、流動開始温度の値を制御することが可能となる。また、これらの樹脂を適宜混合して好ましい流動開始温度の範囲に調整してよい。また同様に流動開始温度を低下するために、前述したポリマーの共重合体を用いたり、酢酸ビニル成分を共重合したりしてもよい。または、可塑剤などの添加剤量を調整することにより、流動開始温度を制御してもよい。
【0020】
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂は、燃焼した場合にもシアン化水素や塩化水素のような有害ガスを発生しないため被覆材料として好ましい。
本発明においては、難燃性添加剤として金属水酸化物を用いる。金属水酸化物を樹脂に添加することで、樹脂燃焼時に金属水酸化物が分解し、樹脂の延焼を抑制することが可能となる。ポリオレフィン系樹脂を難燃化する方法として、ハロゲン系難燃剤の添加や樹脂のハロゲン化が考えられるが、この方法は燃焼時にハロゲン化水素を初めとする有害物質を発生するため環境破壊の観点からは好ましくない。これに対して金属水酸化物による難燃化は基本的に水と、安定で安全と考えられている金属酸化物しか発生せず環境への負荷が非常に少なく光ファイバーの被覆に用いるのに適している。金属水酸化物はそれを添加した材料の発煙量を抑える効果もあり、火災の場合さらに有利である。
【0021】
金属水酸化物による難燃機構は、金属水酸化物の添加そのものがまず可燃物を希釈し、さらに加熱によって分解して吸熱(脱水)反応を起こすというものである。
分解によって燃焼生成物と水蒸気を発生するが、燃焼生成物は、断熱効果があり、水蒸気は可燃性ガスを希釈するため樹脂の燃焼継続を困難にする。
【0022】
一般的に金属水酸化物は分解時の吸熱量があまり大きくないため、可燃性樹脂に練り込む際にはかなりの量の添加が必要になる。金属水酸化物を大量に練り込んだ場合、金属水酸化物は樹脂に溶け込むのではなく粒子のまま分散するだけなので樹脂の物性が変化してしまい機械的物性が低下しやすい。そこで少ない添加量で可能な限り難燃化効果を得る必要がある。そのためには、金属水酸化物の純度が高いこと、粒子の細粒化が重要である。
【0023】
本発明における難燃性添加剤として用いられる金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムが挙げられ、好ましくは水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、およびその混合物である。
水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムの分解温度はそれぞれ300℃以上、200〜250℃と比較的低く、早く分解するため燃焼初期の難燃性に効果を発揮する。混合物を用いると水酸化物の混合比によって、被覆に加えた難燃性添加剤の見かけの分解温度を任意に設定することができる。
【0024】
難燃性添加剤の粒径は、平均粒径として0.05〜2μmが好ましく、0.1〜1μmがより好ましい。この範囲の粒子を用いることで、組成物としての物性が保たれ、被覆時にも流動特性の変化が少なく、ポリマーの伸びが悪くならないため、均一な被覆となり、被覆自身の強度も保たれる。粒径が細かすぎると分解しやすくなり、組成物の混合や被覆材としての安定性に欠け、粒径が粗すぎると樹脂層としての強度が低下して脆くなったり、応力の緩和等の機能が低下し、性能劣化をもたらす。そのため、粗い粒子は、99%粒径が5μm以下となる含有量であることが好ましい。なお、99%粒径とは、粒度分布測定において累積度数が99%となるときの粒径をいう。
【0025】
また、難燃性添加剤の比表面積は、BET法による測定値で1m2/g以上であることが好ましく、5m2/g以上であることがより好ましい。
【0026】
これら難燃性添加剤の添加量としては、樹脂と混合した組成物で35〜60質量%となるように混合するのが好ましく、40〜50質量%であることが好ましい。添加量が少ないと難燃性を発揮できず、多いと破断しやすくなるなどの機械的性能が低下する。
【0027】
(難燃性被覆層の作成)
本発明の製造方法における難燃性被覆層を被覆する工程について説明する。
本発明においては、前述の樹脂と難燃性添加物を混合して、難燃性被覆用組成物を作成する。この作成方法としては、2軸混練のような方法を用いることができる。このとき、添加剤が樹脂に均一に分散するように、混練スクリューパターンを選定することが好ましい。スクリューが高回転になるとせん断発熱により樹脂が分解して粘度が下がったり添加剤がかえって凝集したりすることがあり、径の大きなスクリューを100rpm以下で回転させるのが良い。具体的には、スクリューパターンを、長さ1Dの逆送りニーディングディスク(RD)、ニュートラルニーディングディスク(ND)、正送りニーディングディスク(FD)の3種が押出し方向にFD/FD/ND/ND/RDとなるように5個組合せたセットをスクリューユニット間に4セット配置した、ベルストルフ社製2軸押出機(スクリュー径40mm、スクリューL/D=40)等を用いることができる。また、界面活性剤等で添加剤表面を修飾することで、樹脂中への均一分散を行いやすくすることもできる。
なお、混練を行い分散させる場合、局部的に樹脂が難燃性添加剤の分解温度を超えて難燃性を失ってしまうことがあるため、難燃性添加剤の分解温度を超えないように温度管理を行うことが好ましい。
【0028】
被覆は前述の方法で行うことができ、密着型、ルース型共に好ましく用いることができるが、難燃性被覆の添加剤として加えている粒子がファイバ素線を傷つけないように素線と難燃性被覆の間に粒子を含まない層を一層付与しておくことが好ましい。具体的には、金属酸化物含まない被覆材を1次被覆に用い、金属酸化物を含む被覆材を2次被覆に用いることができる。
【0029】
プラスチック光ファイバケーブルが1次被覆及び2次被覆を有する場合、1次被覆に用いる被覆樹脂の融点は、好ましくは被覆される芯線のガラス転移温度より70℃以上高くない方が好ましく、50℃以上高くない方がより好ましい。また、2次被覆に用いる樹脂は、素線が既に1次被覆されているので被覆樹脂としては多少融点の高い物も選択できるが、1次被覆の厚みが1mm以下の場合には1次被覆の断熱効果があまり期待できず、この場合の2次被覆に用いる樹脂の融点は好ましくは被覆される芯線のガラス転移温度より70℃以上高くない方が好ましく、50℃以上高くない方がより好ましい。
【0030】
ここで言う芯線のガラス転移温度は、芯線に用いられる各種樹脂のうち最もガラス転移温度の低い部分のガラス転移温度を指す。被覆の厚みは芯線が0.5mmから1.2mm程度の場合には2次被覆の外径が5mm程度に収まるように選ぶのが、ケーブルのハンドリングの観点で好ましい。
1次被覆は密着型であってもルース型であっても良く、被覆厚さが0.2mmから0.7mm程度の範囲で樹脂の流動性などを勘案して決定する。被覆は1次と2次だけで耐踏付け性、引っ張り強度、耐候性など必要な機能が付与できない場合には必要に応じて前述の層を設けても良い。特に環境問題の観点でPVCを使用しない場合には、防湿性能などを最外層の薄い被覆を用いて付与することもできる。
【0031】
被覆速度は、生産性の観点からは早い方が良いが、プラスチック光ファイバーでは10mから150mm毎分が実用的である。遅いと生産性が上がらないだけでなく、ダイヘッドからの引き落としの調整が難しくなる。ライン速度が低すぎると、芯線のブレや被覆の揺らぎも顕在化しやすい。ライン速度が速いと冷却を充分に行うことができず、これを補うために冷却装置長が無駄に長くなり建設コストがかかる他、高速化に伴い回転部分の慣性を低減しないと、制御性が悪化するため、ライン全体の見直しが必要になる。また、高速化に対応するためには高度な部品加工が必要になり、特に樹脂製リールなどの加工にノウハウが必要なため、技術的な困難とコストが問題となる。更に、樹脂粘度も高速に対応する粘度の低い物が要求される。又、ライン全体の供給速度の僅かなブレで被覆形が大きく変動し、ライン速度の速いこととあいまって、不良品を多量に製造してしまう危険性が高い。
【0032】
従って、被覆速度は通常20mから80m毎分が好ましい。被覆時のライン速度に合わせて、被覆樹脂の押出し速度を調整する必要があるが、僅かに被覆樹脂が芯線に引っ張られて、被覆されるのが被覆形状の安定化の観点で好ましい。この場合、被覆樹脂は、素線に被覆されたときの外径が、被覆用ダイスから押出された外径より小さくなる。通常、ダイスの外径の95%から40%程度に減少する。被覆を減圧装置によって素線に密着させる場合には、更に外径が小さくなることもある。
【0033】
本発明の光ファイバケーブルを用いて光信号を伝送するシステムには、種々の発光素子、受光素子、他の光ファイバ、光バス、光スターカプラ、光信号処理装置、接続用光コネクター等で構成される。それらに関する技術としてはいかなる公知の技術も適用でき、例えば、プラスティックオプティカルファイバの基礎と実際(エヌ・ティー・エス社発行)等の他、特開平10−123350、特開2002−90571、特開2001−290055等の光バス、特開2001−74971、特開2000−32996、特開2001−74966、特開2001−74968、特開2001−318263、特開2001−311840等の光分岐結合装置、特開2000−241655等の光スターカプラ、特開2002−62457、特開2002−101044、特開2001−305395等の光信号伝達装置や光データバスシステム、特開2002−23011等の光信号処理装置、特開2001−86537等の光信号クロスコネクトシステム、特開2002−26815等の光伝送システム、特開2001−339554、特開2001−339555等のマルチファンクションシステムなどを参考にすることができる。
【0034】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様(材料、試薬、それらの割合、温度等の製造条件など)はこれらに限定されない。また、説明においては、実施例1で詳細に説明し、その他の実施例及び比較例については、実施例1と同じ点については説明を省略している。また、実験条件及び実験結果については後に表1にまとめて示す。
【0035】
(プラスチック光ファイバ素線の作製)
PMMAからなる円筒管型のクラッド部を公知の回転重合法で製造した。次に、界面ゲル重合法によりMMAを主原料にコア部を重合した。この際に、ドーパントとしてDPS(硫化ジフェニル)を用いて、MMAに対して12.5重量%加えた。こうして直径22mm、長さ55cmのプリフォームを製作した。このプリフォームのガラス転移温度Tgは、コア中心部85℃、クラッド部107℃であり、コア部の中心からクラッド部にかけてガラス転移温度はゆるやかに上昇していた(Tgmin=85℃)。また、このプリフォームの屈折率は、コア部の中心で1.504、クラッド部1.491であり、コア部の中心からクラッド部にかけて屈折率はゆるやかに下降していた。このプリフォームを235℃で加熱して延伸し、外径750μm、コア径500μmのGI型素線11を得た。この素線11の屈折率は、コア部の中心1.504、クラッド部1.491であった。また、この素線11の波長650nmの光を用いた伝送損失値は180dB/kmであった。
【0036】
(1次被覆プラスチック光ファイバケーブルの作成)
この素線に対して、1次被覆として高圧法により重合した、メルトフローレート(JIS K 6922−2)が80g/10minであり、密度が0.916g/cm3の低密度ポリエチレン(以下、PEと称する)を、クロスダイヘッド付の被覆押し出し機(ダイス直径3.7mm、ニップル直径2.7mm)を用いた被覆ライン(図1参照)により、素線11の搬送速度を50m/minとして被覆を行い、厚みが0.5mmの1次被覆層を有する密着型の被覆ケーブルを得た。
【0037】
(実施例1)
(難燃性被覆用組成物の調整)
スクリューパターンを、長さ1Dの逆送りニーディングディスク(RD)、ニュートラルニーディングディスク(ND)、正送りニーディングディスク(FD)の3種が押出し方向にFD/FD/ND/ND/RDとなるように5個組合せたセットをスクリューユニット間に4セット配置した、ベルストルフ社製2軸押出機(スクリュー径40mm、スクリューL/D=40)に、流動開始温度が103℃、メルトフローレート(JIS K 6922−2)が80g/10min、密度が0.916g/cm3のPEと、平均粒径2μm、99%粒径5μmの水酸化マグネシウムが組成異物中の含有量が50質量%となるようにし、別々の定量フィーダにて押出機へ8kg/hrの量を供給した。
スクリュー回転数100rpm、ベント圧力0.85気圧、押出機出口温度70℃でφ5mm×10穴のノズルから押出した樹脂ストランドを冷却切断して、径が2mm、長さが2〜3mmの樹脂ペレットを得た。
【0038】
(難燃性樹脂組成物の被覆)
この樹脂組成物を、被覆ライン(図1参照)のクロスダイヘッドを変えた被覆押し出し機(ダイス直径6.7mm、ニップル直径4.5mm)を用いた被覆ラインにより、1次被覆ケーブルの搬送速度を20m/minとして被覆を行い、厚みが1.0mmの難燃性の2次被覆層を有する被覆ケーブルを得た。
【0039】
(燃焼性試験)
この難燃性ケーブルを150mm切り取り、鉛直に吊下げた。ブタンガスライターの炎の高さを15cmに調節し、そのうち上から5cmの部分の炎が吊下げたケーブルに触れるようにした。炎をケーブルに10秒間当てケーブルがどの程度燃えるかを確認したところ、接炎直後にゆっくりと燃え始め、炎を離して90秒後に40mmだけ延焼して止まった。
また、光ケーブルとしての性能はそれぞれ後述の試験方法にて測定し、その結果を表1にまとめた。
【0040】
(実施例2)
実施例1の水酸化マグネシウムの代わりに、平均粒径1μm、99%粒径3μmの水酸化アルミニウムに変えた樹脂組成物を調整し、実施例1と同様に2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、炎を離した後80秒後に60mmだけ延焼して止まった。
ケーブルとしての性能は表1に記載の通りで、実施例1同様のケーブル性能と難燃性を両立した良好な被覆ケーブルが得られた。
【0041】
(比較例1)
実施例1の樹脂組成物に水酸化マグネシウムを加えない以外は全く同じ方法で2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、接炎後46秒で150mmのケーブルは溶け落ちるか、燃えてしまい何も残らなかった。
その他のケーブル性能は表1に記載の通りで、被覆として機械強度を満足しないものであった。
【0042】
(比較例2)
実施例1の水酸化マグネシウムを、平均粒径10μm、99%粒径20μmと粗いものに変えた樹脂組成物を調整し、実施例1と同様に2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、炎を離した後75秒後の100mmだけ延焼して止まった。
ケーブルとしての性能は表1に記載の通りで、被覆として機械強度を満足しないものであった。
【0043】
(最小曲げ半径)
半径が50、30、25、20、15、10mmのステンレス棒を用意し、半径の大きい方から順に180°曲げとなるようにステンレス棒へ隙間無く当てて被覆の外観を観察した。クラックなどの外観異常が見られない最小の棒の半径を最小曲げ半径とした。
【0044】
(繰返し曲げ試験)
半径が30mmのステンレス棒を2本用意して、長さ150mmのケーブルを挟み込んで固定し、自由端には100gのおもりを付けて荷重を加えた状態で、垂直状態から一方のステンレス棒で90°曲げとなるように折り曲げたあと垂直状態に戻し、同様に他方のステンレス棒で90°曲げとなるように折り曲げた。これを1サイクルとし、2秒/サイクルで500回繰返して被覆の状態を観察した。
【0045】
(引張り荷重)
引張り試験機として、(株)オリエンテック社製の「テンシロン万能試験機」を用いた。サンプルとして長さ120mm〜130mmのファイバケーブルを用意し、試験機のチャックに装着した。試験中にサンプルケーブルが試験機把持部で断線しないように、試験機のチャックとして、空気圧で開閉するエアチャックを用いた。引っ張り長さ(チャック間長さ)を100mm、チャックの引っ張り速度を10mm/minとして、サンプルのケーブルを破断するまで伸張させた。サンプルケーブルに印加された荷重をロードセルにより測定してその最大荷重を求めた。
【0046】
(衝撃試験)
衝撃の影響を調べるため、JIS C 6861に準拠した方法で、ケーブルに舞25mmの衝撃柱の位置エネルギーが0.2N・mとなるようにして落下させる操作を3回繰返した後の伝送損失と外観を観測した。
【0047】
(圧壊試験)
圧力印加の影響を調べるため、JIS C 6861に準拠した方法で、ケーブルの長さ方向100mmに対して、7N/mmの荷重を印加した時の伝送損失と外観を観測した。
それぞれ圧力印加後しばらく放置して再度伝送損失を計測したところ、1dB以下であった。
【表1】
【0048】
【発明の効果】
本発明のプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法によれば、機械的性能を劣化させずに難燃性を付与した被覆層の作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラスチック光ファイバケーブルを製造するための被覆ラインの一実施態様を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施態様としての密着型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【図3】本発明の一実施態様としてのルース型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【符号の説明】
1 素線
2 空隙
3 1次被覆
4 抗張力繊維
5 線材(テンションメンバ)
6 2次被覆
7 緩衝材
8 押え巻
9 ラップシース
10 3次被覆
11 素線
12 送出機
13 冷却装置
14 被覆装置
15 ケーブル
16 水槽
17 水分除去装置
18 ローラ
19 巻取機
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂により被覆されたプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、屈折率分布型プラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバは、石英系光ファイバと較べると、光の伝送損失が大きいものの、大口径化による接続容易性、端末加工容易性、これに伴う高精度調芯機構が不要になるメリット、人体への突き刺し災害による危険性の低さ、高い柔軟性による易加工性、耐振動性、低コストなどの観点から、家庭や車載用途で注目されてきている。しかし、付設個所の観点から可燃性のプラスチック光ファイバに、難燃性を付与することが検討されている。
プラスチック光ファイバ本体は光の伝送性能を損なわないために、むやみに添加剤等を配合することは避けなければならず、難燃性の機能をファイバ本体に付与することはなかなか困難である。
【0003】
一方、素線の曲げ対抗性の向上、吸湿による性能低下抑制、引張り強度の向上、耐踏付け性付与、薬品での損傷からの保護、着色などによる商品性向上等を目的として素線の表面に1層以上の被覆層を設けて使用することが一般的であり、この被覆層に難燃性を付与することによって、光ファイバの難燃化が検討されている。被覆層に難燃性を付与する方法としては特開平7−56063に示されるような臭素を含有した樹脂やPVCのような含ハロゲン樹脂やリン、重金属を被覆材やその添加剤に用いることで、簡便かつ容易に、低価格で難燃性を付与することができるため、電線を中心に光ファイバの被覆としても主に用いられてきた。
しかし、近年ではこれらの含ハロゲン樹脂や組成物は燃焼時の毒性のガス発生や廃棄に伴う環境汚染の問題があり、安全な素材への転換が必要とされている。また、添加剤が加わることにより、ケーブルの被覆として求められる耐候性、耐衝撃性、機械的強度などが低下するといった問題があった。
さらに、電線や石英系光ファイバではそれらの被覆対象に燃焼性が無いが、対するプラスチック光ファイバは素線自体が高い燃焼性を有するため、難燃性の要求がいっそう高まってきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、難燃性被覆層を設ける際に機械的特性を低下させず、難燃性を有するプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討行なった結果、被覆素材に好適に用いることのできる難燃性添加剤と、被覆の性能の低下を起こさずに用いる樹脂組成物を見出した。そこで、難燃性添加物の選択と被覆用樹脂と難燃性添加物からなる組成物の組成比をある範囲内に保つことで、被覆材としての性能低下を防いで難燃性の向上を行なうことができるという本発明を完成するに至った。
本発明によれば、以下の課題を解決するための手段が提供される。
(1) プラスチック光ファイバを素線として有し、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブル、
(2) 被覆層の金属水酸化物含有量が35〜60質量%である(1)記載の難燃性光ファイバケーブル、
(3) プラスチック光ファイバ素線に、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を被覆する工程を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブルの製造方法。
【0006】
【発明の実施の形態】
(プラスチック光ファイバ素線)
本発明において用いられる素線の種類、材質などは特に限定されない。なお、以降の記述は外周のクラッド部からコア部中心に向って連続的に屈折率が変化する屈折率分布型プラスチック光ファイバ素線について記述しているが、屈折率分布を有しないステップインデックス型プラスチック光ファイバ素線については屈折率分布の付与を除くことで、材料や製法が同様に適用できる。
【0007】
(コア部)
コア部の原料としては、その重合体が伝送される光に対して光透過性である限り特に制約はないが、伝送される光信号の伝送損失が少ない材料を用いるのが好ましい。原料のモノマーとしては例えば、メチルメタクリレート(MMA)、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら各モノマーからポリマーを重合してコア部として用いる。また、これらモノマーを2種以上用いて、共重合体(コポリマー)からコア部を形成してもよい。しかしながら、塊状重合が容易であるMMAを選択し、ストレートポリマー(ホモポリマー)であるポリメチルメタクリレート(PMMA)にてコア部を形成するのが好ましい。また、これらのモノマーが有する水素原子を重水素原子(D)またはハロゲン原子(X)で置換したモノマーを用いて、ポリマーを重合することもできる。特定の波長領域において、C−H結合に起因する光伝送損失が生じるが、HをDまたはXで置換することにより、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。
【0008】
前記モノマーからポリマーを重合する際に、重合開始剤および重合調整剤を添加することができる。重合開始剤としては、重合されるポリマーに応じて適宜選択することができるが、過酸化ベンゾイル(BPO)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート(PBO)、ジ−t−ブチルパーオキシド(PBD)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(PBI)、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)パラレート(PHV)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。重合調整剤は、主に重合体(ポリマー)の分子量の調整のために用いられ、ポリマーの重合度に応じて適宜選択することができるが、1−ブタンチオール、ドデシルメルカプタンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、2種類以上の重合調整剤を併用してもよい。
【0009】
コア部が、中心から外側に向かって屈折率の分布を有しているGI型であると、高い伝送容量を有するケーブルが得られるので好ましい。屈折率調整剤は、これを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して、屈折率が高くなる性質を有するものをいう。この性質を有し、ポリマーと安定して共存可能で、且つ前述の原料であるモノマーの重合条件(加熱および加圧等の重合条件)下において安定であるものを、いずれも用いることができる。例えば、安息香酸ベンジル(BEN)、硫化ジフェニル(DPS)、リン酸トリフェニル(TPP)、フタル酸ベンジル−n−ブチル(BBP)、フタル酸ジフェニル(DPP)、ビフェニル(DP)、ジフェニルメタン(DPM)、リン酸トリクレジル(TCP)、ジフェニルスルホキシド(DPSO)などが挙げられ、中でも、BEN、DPS、TPP、DPSOが好ましい。
【0010】
(クラッド部)
クラッド部は、コア部を伝送する光がそれらの界面で全反射するために、コア部の屈折率より低い屈折率を有し、非晶性であり、コア部との密着性が良く、タフネスに優れ、耐熱性に優れているものが好ましく用いられる。例えば、クラッド部の原料であるモノマーとしてはコア部と同様に、メチルメタクリレート、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのモノマーを2種以上用いて、共重合体からなるクラッド部を作製してもよい。
【0011】
前記モノマーからクラッド部のポリマーを重合する際にも、コア部の形成に用いた前述した重合開始剤および重合調整剤(例えば、連鎖移動剤等)を添加することができる。
【0012】
その他、クラッド部には、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を添加することができ、添加剤は、前記原料モノマーに添加した後に、モノマーからポリマーを重合することによってクラッド部に含有させることができる。前記添加剤としては、耐候性や耐久性などを向上させる安定剤、光伝送性能を向上させる光信号増幅用の誘導放出機能化合物等が挙げられる。誘導放出機能化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することが可能となり、伝送距離が向上するので、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として使用することができる。なお、これらの添加剤は、コア部の形成時にモノマーに添加させて、コア部に含有させることもできる。
【0013】
(素線の作製)
以上の素材もちいて、クラッド部とコア部からなるプラスチック光ファイバ素線を作成する。
素線の製法に関しては特に制限はなく、既知の方法は等しく適用することができる。素線の製造方法としては、例えば、コア部とクラッド部をそれぞれ形成する方法としては既知の方法である、コア部作成後のクラッド部の積層付与による方法、クラッド部となる中空管作成後内部にコア部を作成する方法、コア部とクラッド部の同時多層押出しや紡糸による方法等が挙げられる。
また、それらを素線に加工する方法として、直接紡糸する方法やプリフォームと呼ばれる予備加工品を延伸する方法などが好ましく用いることができる。
【0014】
以上の製造方法のうち、屈折率分布型のプラスチック光ファイバ素線の製造方法としては国際公開WO93/08488に記載されているような、クラッド部となる樹脂の中空管を作成し、その管内にコア部を形成する樹脂組成物を入れ、界面ゲル重合法によりポリマーを重合することによりコア部を形成することができる。
樹脂組成物は前述のように、単一の屈折率を持つ樹脂組成物に屈折率調整剤を添加するものや、屈折率の異なる樹脂を混合するのものを用いて屈折率を分布させる。なお、本発明に用いられる素線の直径は0.2〜1.5mmの範囲であることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。また、その素線のコア部の直径は、0.1〜1.0mmが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。
【0015】
(プラスチック光ファイバケーブルの製造方法)
本発明のプラスチック光ファイバケーブルの製造に用いられる被覆ラインは、従来から知られている電気ケーブルや石英ガラス製光ファイバと同様な被覆ラインを使用することができる。
図1にその被覆ラインの概略図を示す。素線11は、送出機12より送り出され、冷却装置13により5〜35℃の温度まで冷却することが、被覆する際に素線11へのダメージを抑制するために好ましいが、この冷却装置13は省略することも可能である。その後に、被覆装置14により素線11に被覆材を被覆してケーブル15が得られる。ケーブル15は、水槽16で冷水により冷却された後に、水分除去装置17によりその表面の水分が除去される。なお、ケーブル15の冷却は、水槽に限定されず、他の装置を用いてもよい。そして、ローラ18により搬送されて巻取機19に巻き取られる。
なお、被覆方法としては溶融押出し方法、活性エネルギー線硬化型樹脂を用いて、塗布・硬化させて被覆層を得る方法等を用いることができる。本発明においては、溶融押出し方法を用いることが好ましい。
【0016】
(被覆の構造)
図2及び図3は、本発明の光ファイバケーブルの実施態様を示す断面図である。
ケーブル製造の際にその被覆の形態として、素線と被覆材を密着させる密着型の被覆と素線と被覆材の間に空隙層を設けるルース型の被覆がある。図2又は図3において、Aは密着型の1次被覆3を有する光ファイバケーブルであり、aはルース型の1次被覆3を有する光ファイバケーブルである。B及びbに示すように、被覆は1次被覆3、2次被覆6等、複数層を設けることも可能である。また、空隙2が素線1と1次被覆3の間ではなく、素線1と1次被覆3が密着し一体となっており、1次被覆3の外側に空隙2のある形態も好ましく使用される。
ルース型の被覆の場合、被覆と素線が密着していないので、ケーブルにかかる応力や熱とはじめとするダメージの多くを被覆材層で緩和させることができ、素線にかかるダメージを軽減させることができるため好ましく用いることができる。ルース型の被覆を製造するには、クロスヘッドダイの押出し口ニップルの厚みを増すことで空隙層を作ることができる。空隙層の厚みは前述のニップル厚みと空隙層を加圧/減圧することで調整が可能である。
【0017】
また、複数の機能を付与させるために、様々な機能を有する被覆を積層させてもよい。例えば、本発明のような難燃化以外に、素線の吸湿を抑制するためのバリア層や水分を除去するための吸湿材料、例えば吸湿テープや吸湿ジェルを被覆層内や被覆層間に有することができ、また可撓時の応力緩和のための柔軟性素材層や発泡層等の緩衝材7、剛性を上げるための強化層など、用途に応じて選択して設けることができる。樹脂以外にも構造材として、高い弾性率を有する繊維(以下、抗張力繊維4と称す)および/または剛性の高い金属線等の線材5を熱可塑性樹脂に含有すると、得られるケーブルの力学的強度を補強することができることから好ましい。
抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維が挙げられる。また、金属線としてはステンレス線、亜鉛合金線、銅線などが挙げられる。いずれのものも前述したものに限定されるものではない。その他に保護のための金属管の外装、架空用の支持線や、配線時の作業性を向上させるための機構を組み込むことができる。
また、ケーブルの形状は使用形態によって、図2H及び図3oに示す素線を同心円上にまとめた集合ケーブルや、図2C〜G及び図3d〜nに示す一列に並べたテープ心線と言われる態様、さらにそれらを押え巻8やラップシース9などでまとめた集合ケーブルなど用途に応じて選ぶことができる。
【0018】
(被覆材)
前述した被覆材である被覆用樹脂組成物を選択する際には、製造時および製造後に素線へダメージを与えないものが重要である。溶融押出法で被覆を行う場合、樹脂溶融によって被覆材に加えられた熱が、被覆工程で、素線へ伝播して素線に悪影響を与えてしまうため、組成物を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度が一定の範囲内に収まることが好ましい。
なお、ルース型に被覆する場合には、素線と被覆の間の空隙層によって熱の伝播が緩和されるため、密着型の場合に比較して流動開始温度をより高く設定することが可能である。
【0019】
本発明で使用される、好ましい流動開始温度を有する熱可塑性樹脂としては、前述した特徴を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン(ナイロン−6、ナイロン−66、ナイロン−11など)、ポリ塩化ビニル、エチレンアクリル酸エチル共重合体、ポリエステル化合物などが挙げられ、その中でも好ましくはポリエチレン、ポリプロピレンである。これらの熱可塑性樹脂はその分子量、分子量分布、枝分かれ度、架橋度、末端官能基の種類などを変えることにより、種々の溶融挙動を示し、流動開始温度の値を制御することが可能となる。また、これらの樹脂を適宜混合して好ましい流動開始温度の範囲に調整してよい。また同様に流動開始温度を低下するために、前述したポリマーの共重合体を用いたり、酢酸ビニル成分を共重合したりしてもよい。または、可塑剤などの添加剤量を調整することにより、流動開始温度を制御してもよい。
【0020】
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂は、燃焼した場合にもシアン化水素や塩化水素のような有害ガスを発生しないため被覆材料として好ましい。
本発明においては、難燃性添加剤として金属水酸化物を用いる。金属水酸化物を樹脂に添加することで、樹脂燃焼時に金属水酸化物が分解し、樹脂の延焼を抑制することが可能となる。ポリオレフィン系樹脂を難燃化する方法として、ハロゲン系難燃剤の添加や樹脂のハロゲン化が考えられるが、この方法は燃焼時にハロゲン化水素を初めとする有害物質を発生するため環境破壊の観点からは好ましくない。これに対して金属水酸化物による難燃化は基本的に水と、安定で安全と考えられている金属酸化物しか発生せず環境への負荷が非常に少なく光ファイバーの被覆に用いるのに適している。金属水酸化物はそれを添加した材料の発煙量を抑える効果もあり、火災の場合さらに有利である。
【0021】
金属水酸化物による難燃機構は、金属水酸化物の添加そのものがまず可燃物を希釈し、さらに加熱によって分解して吸熱(脱水)反応を起こすというものである。
分解によって燃焼生成物と水蒸気を発生するが、燃焼生成物は、断熱効果があり、水蒸気は可燃性ガスを希釈するため樹脂の燃焼継続を困難にする。
【0022】
一般的に金属水酸化物は分解時の吸熱量があまり大きくないため、可燃性樹脂に練り込む際にはかなりの量の添加が必要になる。金属水酸化物を大量に練り込んだ場合、金属水酸化物は樹脂に溶け込むのではなく粒子のまま分散するだけなので樹脂の物性が変化してしまい機械的物性が低下しやすい。そこで少ない添加量で可能な限り難燃化効果を得る必要がある。そのためには、金属水酸化物の純度が高いこと、粒子の細粒化が重要である。
【0023】
本発明における難燃性添加剤として用いられる金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムが挙げられ、好ましくは水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、およびその混合物である。
水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムの分解温度はそれぞれ300℃以上、200〜250℃と比較的低く、早く分解するため燃焼初期の難燃性に効果を発揮する。混合物を用いると水酸化物の混合比によって、被覆に加えた難燃性添加剤の見かけの分解温度を任意に設定することができる。
【0024】
難燃性添加剤の粒径は、平均粒径として0.05〜2μmが好ましく、0.1〜1μmがより好ましい。この範囲の粒子を用いることで、組成物としての物性が保たれ、被覆時にも流動特性の変化が少なく、ポリマーの伸びが悪くならないため、均一な被覆となり、被覆自身の強度も保たれる。粒径が細かすぎると分解しやすくなり、組成物の混合や被覆材としての安定性に欠け、粒径が粗すぎると樹脂層としての強度が低下して脆くなったり、応力の緩和等の機能が低下し、性能劣化をもたらす。そのため、粗い粒子は、99%粒径が5μm以下となる含有量であることが好ましい。なお、99%粒径とは、粒度分布測定において累積度数が99%となるときの粒径をいう。
【0025】
また、難燃性添加剤の比表面積は、BET法による測定値で1m2/g以上であることが好ましく、5m2/g以上であることがより好ましい。
【0026】
これら難燃性添加剤の添加量としては、樹脂と混合した組成物で35〜60質量%となるように混合するのが好ましく、40〜50質量%であることが好ましい。添加量が少ないと難燃性を発揮できず、多いと破断しやすくなるなどの機械的性能が低下する。
【0027】
(難燃性被覆層の作成)
本発明の製造方法における難燃性被覆層を被覆する工程について説明する。
本発明においては、前述の樹脂と難燃性添加物を混合して、難燃性被覆用組成物を作成する。この作成方法としては、2軸混練のような方法を用いることができる。このとき、添加剤が樹脂に均一に分散するように、混練スクリューパターンを選定することが好ましい。スクリューが高回転になるとせん断発熱により樹脂が分解して粘度が下がったり添加剤がかえって凝集したりすることがあり、径の大きなスクリューを100rpm以下で回転させるのが良い。具体的には、スクリューパターンを、長さ1Dの逆送りニーディングディスク(RD)、ニュートラルニーディングディスク(ND)、正送りニーディングディスク(FD)の3種が押出し方向にFD/FD/ND/ND/RDとなるように5個組合せたセットをスクリューユニット間に4セット配置した、ベルストルフ社製2軸押出機(スクリュー径40mm、スクリューL/D=40)等を用いることができる。また、界面活性剤等で添加剤表面を修飾することで、樹脂中への均一分散を行いやすくすることもできる。
なお、混練を行い分散させる場合、局部的に樹脂が難燃性添加剤の分解温度を超えて難燃性を失ってしまうことがあるため、難燃性添加剤の分解温度を超えないように温度管理を行うことが好ましい。
【0028】
被覆は前述の方法で行うことができ、密着型、ルース型共に好ましく用いることができるが、難燃性被覆の添加剤として加えている粒子がファイバ素線を傷つけないように素線と難燃性被覆の間に粒子を含まない層を一層付与しておくことが好ましい。具体的には、金属酸化物含まない被覆材を1次被覆に用い、金属酸化物を含む被覆材を2次被覆に用いることができる。
【0029】
プラスチック光ファイバケーブルが1次被覆及び2次被覆を有する場合、1次被覆に用いる被覆樹脂の融点は、好ましくは被覆される芯線のガラス転移温度より70℃以上高くない方が好ましく、50℃以上高くない方がより好ましい。また、2次被覆に用いる樹脂は、素線が既に1次被覆されているので被覆樹脂としては多少融点の高い物も選択できるが、1次被覆の厚みが1mm以下の場合には1次被覆の断熱効果があまり期待できず、この場合の2次被覆に用いる樹脂の融点は好ましくは被覆される芯線のガラス転移温度より70℃以上高くない方が好ましく、50℃以上高くない方がより好ましい。
【0030】
ここで言う芯線のガラス転移温度は、芯線に用いられる各種樹脂のうち最もガラス転移温度の低い部分のガラス転移温度を指す。被覆の厚みは芯線が0.5mmから1.2mm程度の場合には2次被覆の外径が5mm程度に収まるように選ぶのが、ケーブルのハンドリングの観点で好ましい。
1次被覆は密着型であってもルース型であっても良く、被覆厚さが0.2mmから0.7mm程度の範囲で樹脂の流動性などを勘案して決定する。被覆は1次と2次だけで耐踏付け性、引っ張り強度、耐候性など必要な機能が付与できない場合には必要に応じて前述の層を設けても良い。特に環境問題の観点でPVCを使用しない場合には、防湿性能などを最外層の薄い被覆を用いて付与することもできる。
【0031】
被覆速度は、生産性の観点からは早い方が良いが、プラスチック光ファイバーでは10mから150mm毎分が実用的である。遅いと生産性が上がらないだけでなく、ダイヘッドからの引き落としの調整が難しくなる。ライン速度が低すぎると、芯線のブレや被覆の揺らぎも顕在化しやすい。ライン速度が速いと冷却を充分に行うことができず、これを補うために冷却装置長が無駄に長くなり建設コストがかかる他、高速化に伴い回転部分の慣性を低減しないと、制御性が悪化するため、ライン全体の見直しが必要になる。また、高速化に対応するためには高度な部品加工が必要になり、特に樹脂製リールなどの加工にノウハウが必要なため、技術的な困難とコストが問題となる。更に、樹脂粘度も高速に対応する粘度の低い物が要求される。又、ライン全体の供給速度の僅かなブレで被覆形が大きく変動し、ライン速度の速いこととあいまって、不良品を多量に製造してしまう危険性が高い。
【0032】
従って、被覆速度は通常20mから80m毎分が好ましい。被覆時のライン速度に合わせて、被覆樹脂の押出し速度を調整する必要があるが、僅かに被覆樹脂が芯線に引っ張られて、被覆されるのが被覆形状の安定化の観点で好ましい。この場合、被覆樹脂は、素線に被覆されたときの外径が、被覆用ダイスから押出された外径より小さくなる。通常、ダイスの外径の95%から40%程度に減少する。被覆を減圧装置によって素線に密着させる場合には、更に外径が小さくなることもある。
【0033】
本発明の光ファイバケーブルを用いて光信号を伝送するシステムには、種々の発光素子、受光素子、他の光ファイバ、光バス、光スターカプラ、光信号処理装置、接続用光コネクター等で構成される。それらに関する技術としてはいかなる公知の技術も適用でき、例えば、プラスティックオプティカルファイバの基礎と実際(エヌ・ティー・エス社発行)等の他、特開平10−123350、特開2002−90571、特開2001−290055等の光バス、特開2001−74971、特開2000−32996、特開2001−74966、特開2001−74968、特開2001−318263、特開2001−311840等の光分岐結合装置、特開2000−241655等の光スターカプラ、特開2002−62457、特開2002−101044、特開2001−305395等の光信号伝達装置や光データバスシステム、特開2002−23011等の光信号処理装置、特開2001−86537等の光信号クロスコネクトシステム、特開2002−26815等の光伝送システム、特開2001−339554、特開2001−339555等のマルチファンクションシステムなどを参考にすることができる。
【0034】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様(材料、試薬、それらの割合、温度等の製造条件など)はこれらに限定されない。また、説明においては、実施例1で詳細に説明し、その他の実施例及び比較例については、実施例1と同じ点については説明を省略している。また、実験条件及び実験結果については後に表1にまとめて示す。
【0035】
(プラスチック光ファイバ素線の作製)
PMMAからなる円筒管型のクラッド部を公知の回転重合法で製造した。次に、界面ゲル重合法によりMMAを主原料にコア部を重合した。この際に、ドーパントとしてDPS(硫化ジフェニル)を用いて、MMAに対して12.5重量%加えた。こうして直径22mm、長さ55cmのプリフォームを製作した。このプリフォームのガラス転移温度Tgは、コア中心部85℃、クラッド部107℃であり、コア部の中心からクラッド部にかけてガラス転移温度はゆるやかに上昇していた(Tgmin=85℃)。また、このプリフォームの屈折率は、コア部の中心で1.504、クラッド部1.491であり、コア部の中心からクラッド部にかけて屈折率はゆるやかに下降していた。このプリフォームを235℃で加熱して延伸し、外径750μm、コア径500μmのGI型素線11を得た。この素線11の屈折率は、コア部の中心1.504、クラッド部1.491であった。また、この素線11の波長650nmの光を用いた伝送損失値は180dB/kmであった。
【0036】
(1次被覆プラスチック光ファイバケーブルの作成)
この素線に対して、1次被覆として高圧法により重合した、メルトフローレート(JIS K 6922−2)が80g/10minであり、密度が0.916g/cm3の低密度ポリエチレン(以下、PEと称する)を、クロスダイヘッド付の被覆押し出し機(ダイス直径3.7mm、ニップル直径2.7mm)を用いた被覆ライン(図1参照)により、素線11の搬送速度を50m/minとして被覆を行い、厚みが0.5mmの1次被覆層を有する密着型の被覆ケーブルを得た。
【0037】
(実施例1)
(難燃性被覆用組成物の調整)
スクリューパターンを、長さ1Dの逆送りニーディングディスク(RD)、ニュートラルニーディングディスク(ND)、正送りニーディングディスク(FD)の3種が押出し方向にFD/FD/ND/ND/RDとなるように5個組合せたセットをスクリューユニット間に4セット配置した、ベルストルフ社製2軸押出機(スクリュー径40mm、スクリューL/D=40)に、流動開始温度が103℃、メルトフローレート(JIS K 6922−2)が80g/10min、密度が0.916g/cm3のPEと、平均粒径2μm、99%粒径5μmの水酸化マグネシウムが組成異物中の含有量が50質量%となるようにし、別々の定量フィーダにて押出機へ8kg/hrの量を供給した。
スクリュー回転数100rpm、ベント圧力0.85気圧、押出機出口温度70℃でφ5mm×10穴のノズルから押出した樹脂ストランドを冷却切断して、径が2mm、長さが2〜3mmの樹脂ペレットを得た。
【0038】
(難燃性樹脂組成物の被覆)
この樹脂組成物を、被覆ライン(図1参照)のクロスダイヘッドを変えた被覆押し出し機(ダイス直径6.7mm、ニップル直径4.5mm)を用いた被覆ラインにより、1次被覆ケーブルの搬送速度を20m/minとして被覆を行い、厚みが1.0mmの難燃性の2次被覆層を有する被覆ケーブルを得た。
【0039】
(燃焼性試験)
この難燃性ケーブルを150mm切り取り、鉛直に吊下げた。ブタンガスライターの炎の高さを15cmに調節し、そのうち上から5cmの部分の炎が吊下げたケーブルに触れるようにした。炎をケーブルに10秒間当てケーブルがどの程度燃えるかを確認したところ、接炎直後にゆっくりと燃え始め、炎を離して90秒後に40mmだけ延焼して止まった。
また、光ケーブルとしての性能はそれぞれ後述の試験方法にて測定し、その結果を表1にまとめた。
【0040】
(実施例2)
実施例1の水酸化マグネシウムの代わりに、平均粒径1μm、99%粒径3μmの水酸化アルミニウムに変えた樹脂組成物を調整し、実施例1と同様に2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、炎を離した後80秒後に60mmだけ延焼して止まった。
ケーブルとしての性能は表1に記載の通りで、実施例1同様のケーブル性能と難燃性を両立した良好な被覆ケーブルが得られた。
【0041】
(比較例1)
実施例1の樹脂組成物に水酸化マグネシウムを加えない以外は全く同じ方法で2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、接炎後46秒で150mmのケーブルは溶け落ちるか、燃えてしまい何も残らなかった。
その他のケーブル性能は表1に記載の通りで、被覆として機械強度を満足しないものであった。
【0042】
(比較例2)
実施例1の水酸化マグネシウムを、平均粒径10μm、99%粒径20μmと粗いものに変えた樹脂組成物を調整し、実施例1と同様に2次被覆を作成した。実施例1と同様に評価したところ、燃焼性試験では、炎を離した後75秒後の100mmだけ延焼して止まった。
ケーブルとしての性能は表1に記載の通りで、被覆として機械強度を満足しないものであった。
【0043】
(最小曲げ半径)
半径が50、30、25、20、15、10mmのステンレス棒を用意し、半径の大きい方から順に180°曲げとなるようにステンレス棒へ隙間無く当てて被覆の外観を観察した。クラックなどの外観異常が見られない最小の棒の半径を最小曲げ半径とした。
【0044】
(繰返し曲げ試験)
半径が30mmのステンレス棒を2本用意して、長さ150mmのケーブルを挟み込んで固定し、自由端には100gのおもりを付けて荷重を加えた状態で、垂直状態から一方のステンレス棒で90°曲げとなるように折り曲げたあと垂直状態に戻し、同様に他方のステンレス棒で90°曲げとなるように折り曲げた。これを1サイクルとし、2秒/サイクルで500回繰返して被覆の状態を観察した。
【0045】
(引張り荷重)
引張り試験機として、(株)オリエンテック社製の「テンシロン万能試験機」を用いた。サンプルとして長さ120mm〜130mmのファイバケーブルを用意し、試験機のチャックに装着した。試験中にサンプルケーブルが試験機把持部で断線しないように、試験機のチャックとして、空気圧で開閉するエアチャックを用いた。引っ張り長さ(チャック間長さ)を100mm、チャックの引っ張り速度を10mm/minとして、サンプルのケーブルを破断するまで伸張させた。サンプルケーブルに印加された荷重をロードセルにより測定してその最大荷重を求めた。
【0046】
(衝撃試験)
衝撃の影響を調べるため、JIS C 6861に準拠した方法で、ケーブルに舞25mmの衝撃柱の位置エネルギーが0.2N・mとなるようにして落下させる操作を3回繰返した後の伝送損失と外観を観測した。
【0047】
(圧壊試験)
圧力印加の影響を調べるため、JIS C 6861に準拠した方法で、ケーブルの長さ方向100mmに対して、7N/mmの荷重を印加した時の伝送損失と外観を観測した。
それぞれ圧力印加後しばらく放置して再度伝送損失を計測したところ、1dB以下であった。
【表1】
【0048】
【発明の効果】
本発明のプラスチック光ファイバケーブル及びその製造方法によれば、機械的性能を劣化させずに難燃性を付与した被覆層の作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラスチック光ファイバケーブルを製造するための被覆ラインの一実施態様を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施態様としての密着型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【図3】本発明の一実施態様としてのルース型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【符号の説明】
1 素線
2 空隙
3 1次被覆
4 抗張力繊維
5 線材(テンションメンバ)
6 2次被覆
7 緩衝材
8 押え巻
9 ラップシース
10 3次被覆
11 素線
12 送出機
13 冷却装置
14 被覆装置
15 ケーブル
16 水槽
17 水分除去装置
18 ローラ
19 巻取機
Claims (2)
- プラスチック光ファイバを素線として有し、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブル。
- プラスチック光ファイバ素線に、平均粒径が2μm以下の金属水酸化物を含有する被覆層を被覆する工程を有することを特徴とする難燃性光ファイバケーブルの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002184859A JP2004029339A (ja) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | 難燃性光ファイバケーブルおよびその製造方法 |
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Publications (1)
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JP2004029339A true JP2004029339A (ja) | 2004-01-29 |
Family
ID=31180673
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004029339A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007192922A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Fujifilm Corp | プラスチック光ファイバケーブル |
CN113495334A (zh) * | 2020-04-08 | 2021-10-12 | 苏州希倍优辊轮有限公司 | 一种用于水下固定式观测设备的光缆保护装置及其使用方法 |
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2002
- 2002-06-25 JP JP2002184859A patent/JP2004029339A/ja active Pending
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