JP2004354457A

JP2004354457A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2004354457A
Application number: JP2003148975A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kato; 善久加藤; Hideyuki Suzuki; 秀幸鈴木
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】ミストによる紫外線照度の低下を起こさないで紫外線硬化樹脂を安定して硬化させることができる光ファイバを提供することにある。
【解決手段】光ファイバ素線４の外周に紫外線硬化樹脂５をコーティングし、この光ファイバ素線４を不活性ガスが流れる石英管内を通過させながらその石英管の周囲から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂５を硬化させて被覆層６を形成する光ファイバ１において、光ファイバ素線４の外周に５０〜１００℃での加熱時の揮発減量速度が１％以下の紫外線硬化樹脂５をコーティングして被覆層６を形成したことを特徴とする光ファイバ。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ素線の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングして被覆層を形成した光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ素線のコーティング材として、紫外線硬化樹脂が広く用いられている。
【０００３】
紫外線硬化樹脂は、基本的に無溶剤の樹脂であり、ラジカル重合反応で硬化するウレタンアクリレート系やカチオン重合反応で硬化するエポキシ系などの光重合性オリゴマー（広義の単量体（モノマ）を含む重合主剤）、反応性希釈剤、光重合開始剤を必須の構成成分として含み、これらに必要に応じて光重合助剤、添加剤、着色剤などを配合した樹脂である。
【０００４】
従来の光ファイバは、光ファイバ素線の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、その紫外線硬化樹脂に紫外線（ＵＶ）を照射して硬化させて被覆層を形成して製造される。
【０００５】
この光ファイバの製造には、図６に示すような紫外線照射装置６１が使用される。装置６１は、光ファイバ素線６２が上方から下方へ通過すると共に不活性ガスＧが流される石英管６３と、石英管６３の周囲から紫外線を照射するための紫外線ランプ６４とを備えている。装置６１では、紫外線硬化樹脂がコーティングされた光ファイバ素線６２は、石英管６３内を所定の線引速度で上方から下方に通過する間に紫外線ランプ６４から紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂が硬化し、光ファイバ素線６２の外周に被覆層が形成された光ファイバ６５になる。
【０００６】
また、被覆層が二層で構成される光ファイバを製造するには、装置６１を上下に２つ設け、光ファイバ素線６２の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、その紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して一次被覆層を形成し、その一次被覆層の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、その紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して二次被覆層を形成する。
【０００７】
近年、コストダウンの要請から、光ファイバを短時間で製造するために線引速度が高速化（１０００ｍ／ｍｉｎ以上）し、これに伴って線引長も長尺化（５００ｋｍ以上）している。
【０００８】
被覆層の硬化状態が安定な光ファイバを得るためには、▲１▼装置６１に測定窓６６を形成し、線引作業開始前に照度計により紫外線の外部照度を測定して照度確認を行う方法や、▲２▼線引作業開始前に端面を加工した石英ガラスを装置６１の石英管６３内に挿入し、その石英ガラスを通して得た紫外線の照度を照度計で測定して確認を行う方法が広く行われている。
【０００９】
また、光ファイバ素線の線引速度変化に対応してＵＶ照度を制御することはよく知られている。ＵＶ照度の制御としては、光ファイバ素線の着色被覆時の速度が変化した場合に、速度変化に応じてＵＶ照度を制御する装置がある（例えば、特許文献１および２参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−３０６１４９号公報
【特許文献２】
特開平９−２０２６５４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、紫外線硬化樹脂は、本来無溶剤の樹脂であり、紫外線照射により、ラジカル重合反応やカチオン重合反応にて硬化するが、装置６１内の高温と硬化時の重合反応熱とによりその温度が１００℃近くまで上昇し、このため反応に寄与しない未反応物や紫外線硬化樹脂中に不可避的に混入した不純物が揮発ガスとなり、この揮発ガスが石英管内６３を流れる不活性ガスＧで冷却されてミストとなり石英管６３の内面に付着して石英管６３の内壁を汚すため、石英管６３を透過する紫外線量が低下してしまう問題がある。
【００１２】
特に、一次被覆層と二次被覆層を形成する場合には、一次被覆層となる紫外線硬化樹脂の硬化過程で発生するミストが二次被覆層となる紫外線硬化樹脂をコーティングするダイスにたまり、このミストが二次被覆層中に混入する可能性がある。
【００１３】
このため、装置６１には、ミストを捕らえるミストトラップを設けるなどの工夫が図られているが、線引き中ミストは常時発生するため本質的な解決にはなっていない。
【００１４】
また、上述した▲１▼の方法で外部照度を測定したり、▲２▼の方法で石英管６３内の紫外線の照度を測定したりしても、線引作業中に紫外線硬化樹脂から生じるミストによる石英管６３の汚れで、実際に照射される紫外線量が低下するため、適正な照度で照射することができない問題がある。特に、線引長が長くなるほど、線引作業を開始してから終了するまでの時間が長くなり、線引作業開始前に紫外線の照度を確認してからの経過時間が長くなるので、石英管６３の汚れの進行等による紫外線量の低下がわかりにくくなる。
【００１５】
特許文献１および２に記載された装置においても、ミストによる石英管６３の内壁の汚れやＵＶランプ６４の劣化等による照度低下に対応できないという問題がある。
【００１６】
そこで、本発明者らは、種々の紫外線硬化樹脂を検討した結果、紫外線硬化樹脂からのミストの発生は避けることができないものであること、このためには、紫外線硬化樹脂から発生するミストを事前に予測し、ミスト発生のより少ない紫外線硬化樹脂を用いることで、上述した問題を解決して本発明をなすに至ったものである。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ミストによる紫外線照度の低下を起こさないで紫外線硬化樹脂を安定して硬化させることができる光ファイバを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、光ファイバ素線の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、この光ファイバ素線を不活性ガスが流れる石英管内を通過させながらその石英管の周囲から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させて被覆層を形成する光ファイバにおいて、光ファイバ素線の外周に５０〜１００℃での加熱時の揮発減量速度が１％／ｈ以下の紫外線硬化樹脂をコーティングして被覆層を形成した光ファイバである。
【００１９】
請求項２の発明は、上記被覆層は、上記光ファイバ素線の外周に形成される一次被覆層と、その一次被覆層の外周に形成される二次被覆層とからなり、これら一次および二次被覆層となる紫外線硬化樹脂の５０〜１００℃での加熱時の揮発減量速度がいずれも１％／ｈ以下である請求項１記載の光ファイバである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好適実施の形態である光ファイバの横断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本発明に係る光ファイバ１は、使用する紫外線硬化樹脂５を除いて、他の構成は従来と基本的には同じであり、コア２とクラッド３とからなる石英ガラス製の光ファイバ素線４の外周に紫外線硬化樹脂５をコーティングし、その紫外線硬化樹脂５に紫外線（ＵＶ）を照射し、紫外線硬化樹脂５を硬化させてなる被覆層６を形成したものである。
【００２３】
光ファイバ素線４は、コア２やクラッド３の材質、外径、断面形状などに特に限定されるものではなく、情報通信などの伝達に使用されるものであれば、いかなるものを使用してもよい。
【００２４】
また、図１では被覆層６が一層で構成される光ファイバ１を説明したが、被覆層が二層で構成される図２に示すような光ファイバ２１でもよい。
【００２５】
図２に示すように、本発明に係る光ファイバ２１は、コア２とクラッド３とからなる石英ガラス製の光ファイバ素線４の外周に、紫外線硬化樹脂５にて、一次被覆層２２ａと二次被覆層２２ｂとからなる被覆層２２を形成したものである。
紫外線硬化樹脂５に紫外線を照射する紫外線照射装置としては、図３に示す１灯の紫外線ランプ６４を備えた１灯タイプの紫外線照射装置３１ａや、図４に示す２灯の紫外線ランプ６４を備えた２灯タイプの紫外線照射装置３１ｂのいずれでも使用でき、必要に応じて紫外線ランプの個数を適宜選択する。また、紫外線照射装置としては、有電極タイプや無電極タイプのいずれを用いてもよい。
【００２６】
紫外線ランプ６４としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧放電ランプ、メタルハライドランプなどの市販の紫外線ランプを用いることができるが、好ましくはメタルハライドランプを用いるとよい。
【００２７】
紫外線硬化樹脂は、紫外線照射時に酸素が存在すると硬化が阻害されるので、これを防止するため、紫外線照射装置３１ａ，３１ｂでは線引作業中に石英管６３内に不活性ガスＧを流す。不活性ガスＧは、特に限定するものではないが、例えば、窒素ガスや炭酸ガスを用いる。
【００２８】
さて、本発明に用いる紫外線硬化樹脂５について説明する。
【００２９】
従来の技術で説明したように、紫外線硬化樹脂は、光ファイバ素線にコーティングされ、紫外線照射装置で紫外線を照射して硬化させる際に、その紫外線硬化樹脂に不可避的に含まれる不純物が揮発してミストとなり、このミストが石英管６３を汚すことで、紫外線量が低下し、安定した硬化が行えないことが原因であることが判明した。
【００３０】
そこで、本発明者らは、紫外線硬化が起きる５０〜１００℃で、紫外線硬化樹脂中からどの程度のミストが発生するのかを検討した。
【００３１】
すなわち、紫外線硬化樹脂を、１００℃で、１時間ホールドした後の重量変化を測定した。この１００℃で、１時間ホールドした後の重量変化を、ホールド前の重量にホールド後の重量を測定し、揮発減量率を下式
揮発減量率（％）＝変化重量／ホールド前の重量
で求め、この１時間での揮発減量率を揮発減量速度（％／ｈ）とした。
【００３２】
この１００℃での加熱時の揮発減量速度の測定は、被覆する紫外線硬化樹脂毎に行ったところ、揮発減量速度は、０．３〜２％／ｈと紫外線硬化樹脂により相違していることが判明した。
【００３３】
また、揮発減量速度の測定で、紫外線硬化樹脂が硬化し始める５０℃でも測定してみたが、１００℃の揮発減量速度に対してやや揮発減量速度は下がるものの実質的に差異がないため、５０〜１００℃の範囲で、揮発減量速度の測定を行えば支障がない。
【００３４】
次にこの知見に基づいて、線引き速度が１２００ｍ／ｍｉｎで、１０００ｋｍ線引きする条件で、これら揮発減量速度の異なる紫外線硬化樹脂でコーティングして被覆層６（あるいは２２）を形成し、石英管６３の汚れ具合をチェックしたところ、揮発減量速度は遅い（低い）ものが良好で、揮発減量速度が１．２％／ｈでは石英管６３の汚れが無視できなく、揮発減量速度が１％／ｈ以下のものであれば、より好ましくは０．５〜０．９％／ｈ以下であれば、石英管６３の汚れがなく、１０００ｋｍ線引後でも被覆層６（あるいは２２）が良好に硬化していることが分かった。
【００３５】
次に、より具体的な実験例を説明する。
【００３６】
【実施例】
石英ガラス製の光ファイバ素線の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、一次被覆に対して６ｋＷの１灯タイプの紫外線照射装置（図３参照、ランプ長２５０ｍｍ）を、二次被覆に対して６ｋＷの紫外線照射装置４灯を用いて、線引速度が１２００ｍ／ｍｉｎで１０００ｋｍ線引きする過程の紫外線照射装置の石英管を透過する紫外線の変化を測定した。測定は、１００、２００、３００、５００、１０００ｋｍの長さで行った。
【００３７】
石英管を透過する紫外線照度の測定は、フュージョン社製の照度測定装置「ソテラル」を用い、石英製プローブを挿入して測定した。なお測定時は、ラインを止めて行い、測定は、最も汚れている二次被覆用の４灯目で行った。
【００３８】
また、紫外線硬化樹脂の揮発減量速度は、ＴＧ／ＤＴＡ（セイコー電子社製）を用い、１００℃で、１時間ホールドした後の重量変化で予め求めた。
【００３９】
この結果を、表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１において、実施例１は、一次被覆材が０．８％／ｈ（揮発減量速度）、二次被覆材が０．５％／ｈ（揮発減量速度）の紫外線硬化樹脂を用いた例を、実施例２は、一次被覆材が０．６％／ｈ、二次被覆材が０．９％／ｈの紫外線硬化樹脂を用いた例を、実施例３は、一次被覆材が０．８％／ｈ、二次被覆材が０．９％／ｈの紫外線硬化樹脂を用いた例を示し、また比較例は、一次被覆材が０．８％／ｈ、二次被覆材が１．２％／ｈの紫外線硬化樹脂を用いた例を示している。
【００４２】
ここで、実施例１〜３および比較例で使用した紫外線硬化樹脂を表２を用いてより詳細に説明する。
【００４３】
【表２】

【００４４】
表２に示すように、まず、一次被覆材の構成樹脂として、２種類のウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂（試料Ａ，Ｂ）を準備した。
【００４５】
試料Ａ：ポリオール構造がテトラメチレンオキサイド−プロピレンオキサイドを有するウレタンアクリレートオリゴマ（Ｍｗ（分子量）≒５０００）（オリゴマａ）１００重量部に対して、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート（東亞合成製：アロニックスＭ−１１３）を２０重量部、イソボニルアクリレート（サートマー製：ＳＲ−５０６）を３０重量部、Ｎ−ビニルカプロラクタム（東亞合成製：アロニックスＭ−１５０）を２０重量部、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシサイドを２．０重量部、光開始剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、アミン系安定剤などのその他添加物を２．２重量部含有するウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂。
【００４６】
試料Ｂ：ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレートを３０重量部、Ｎ−ビニルカプロラクタムを１０重量部含有する以外は、試料Ａと同じウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂。
【００４７】
次に、二次被覆材の構成樹脂として、３種類のウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂（試料Ｃ，Ｄ，Ｅ）を準備した。
【００４８】
試料Ｃ：ポリオール構造がポリテトラメチレングリコールを有するウレタンアクリレートオリゴマ（Ｍｗ≒２０００）（オリゴマｂ）７０重量部に対して、ウレタンプレポリマを３０重量部、イソボニルアクリレートを２０重量部、１，６−ヘキサンジアクリレート（日本化薬製：カラヤッドＨＤＤＡ）を１０重量部、Ｎ−ビニルカプロラクタムを３０重量部、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシサイドを１．５重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを０．５重量部、光開始剤、酸化防止剤、レベリング剤、アミン系安定剤などのその他添加物を１．７重量部含有するウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂。
【００４９】
試料Ｄ：１，６−ヘキサンジアクリレートと、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシサイドとを含有せず、ジシクロペンタニルジアクリレートを１０重量部、Ｎ−ビニルカプロラクタムを１０重量部、Ｎ−ビニルピロリドンを２０重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを２．０重量部を含有する以外は、試料Ｃと同じウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂。
【００５０】
試料Ｅ：Ｎ−ビニルカプロラクタムと、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシサイドとを含有せず、Ｎ−ビニルピロリドンを３０重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを２．０重量部を含有する以外は、試料Ｃと同じウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂。
【００５１】
これら試料Ａ〜Ｅを用いて、実施例１〜３および比較例の紫外線硬化樹脂の組み合わせを、
実施例１；一次被覆材：試料Ａ／二次被覆材：試料Ｃ
実施例２；一次被覆材：試料Ｂ／二次被覆材：試料Ｄ
実施例３；一次被覆材：試料Ａ／二次被覆材：試料Ｄ
比較例；一次被覆材：試料Ａ／二次被覆材：試料Ｅ
とした。
【００５２】
これにより、揮発減量速度は、主に組成物中に使用するモノマの種類、量に大きく影響され、揮発性の高い成分をなるべく少なくすることが揮発減量速度を遅くすることにつながることがわかる。
【００５３】
図５は、実施例１〜３および比較例の線引長（ｋｍ）と石英管ＵＶ透過率（％）変化を示したものであり、１００、２００、３００、５００、１０００ｋｍで測定した透過率を示し、実施例１は黒丸、実施例２は黒四角、実施例３は黒三角、比較例は×でそれぞれ示した。
【００５４】
図５に示すように、実施例１〜３の各光ファイバは、光ファイバの線引長が１０００ｋｍとなっても透過率がいずれも９０％以上であり、初期の透過率（１００％）に対して汚れていないことがわかる。
【００５５】
この実施例１〜３で、実施例１の透過率の低下が最も少なく、実施例３の透過率はやや低下している。このことは、二次被覆材の揮発減量速度が低い方がよく、二次被覆材の揮発減量速度が等しい場合には一次被覆材の揮発減量速度が低い方がよいことがわかる。
【００５６】
これに対して、比較例の光ファイバは、線引長が５００ｋｍを超えた長さからＵＶ透過率が大きく低下し始め、光ファイバの線引長が１０００ｋｍの長さではＵＶ透過率が約８０％と低くなった。
【００５７】
この比較例と実施例３との揮発減量速度を比較すると、一次被覆材の揮発減量速度は同じで、二次被覆材の揮発減量速度が実施例３では０．９％／ｈ、比較例では１．２％／ｈと違うだけであり、よって、揮発減量速度を１％／ｈ以下とすることで、紫外線透過率の低下を来さないことがわかる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５９】
（１）ミストによる紫外線照度の低下を起こさないで紫外線硬化樹脂を安定して硬化させることができる。
【００６０】
（２）石英管の汚れを抑え、石英管の紫外線透過率を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態を示す横断面図である。
【図３】紫外線照射装置の一例を示す概略図である。
【図４】紫外線照射装置の一例を示す概略図である。
【図５】光ファイバの線引長と石英管のＵＶ透過率との関係を示す図である。
【図６】紫外線照射装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１光ファイバ
２コア
３クラッド
４光ファイバ素線
５紫外線硬化樹脂
６被覆層

Claims

光ファイバ素線の外周に紫外線硬化樹脂をコーティングし、この光ファイバ素線を不活性ガスが流れる石英管内を通過させながらその石英管の周囲から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させて被覆層を形成する光ファイバにおいて、光ファイバ素線の外周に５０〜１００℃での加熱時の揮発減量速度が１％／ｈ以下の紫外線硬化樹脂をコーティングして被覆層を形成したことを特徴とする光ファイバ。
上記被覆層は、上記光ファイバ素線の外周に形成される一次被覆層と、その一次被覆層の外周に形成される二次被覆層とからなり、これら一次および二次被覆層となる紫外線硬化樹脂の５０〜１００℃での加熱時の揮発減量速度がいずれも１％／ｈ以下である請求項１記載の光ファイバ。