JP2005024732A

JP2005024732A - 着色光ファイバ心線及びそれを用いた光ファイバテープ心線

Info

Publication number: JP2005024732A
Application number: JP2003188263A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ito; 博昭伊藤; Takakazu Ito; 貴和伊藤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】光ファイバテープ心線が温水に浸漬した場合、着色層と一括被覆層との界面に、浸水による異常な膨れが発生し、これにより着色光ファイバ心線にマイクロベンドを与え伝送損失が増大する課題があった。
【解決手段】光ファイバの外周に形成された着色層の物性が、紫外線照射量１００ｍＪ／ｃｍ^２を照射して形成された膜厚６０μｍの硬化膜に温度を変化させながら周波数１ｋＨｚの振動を与えて測定された損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）の最大値が０．１３以下で、その半値幅が６０℃以上の特性を持つものであることを特徴とする。これにより製造された光ファイバテープ心線は、単心分離性に優れ且つ温水特性が良好なものなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される着色光ファイバ心線及びそれを用いた光ファイバテープ心線に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の需要増加に伴う光ファイバケーブルの高密度化に適した構造として、光ファイバテープ心線が用いられている。光ファイバテープ心線は、一般に、図６に示すように、裸光ファイバ１の上に緩衝層としての１次被覆層２とその上に保護層としての２次被覆層３が形成されて構成された光ファイバ素線４の外周に着色層５が形成されて構成された着色光ファイバ心線６の複数本を、その幅方向に平行に配置し、その外側に一括被覆層７が施されて形成される。
【０００３】
図４は上記着色光ファイバ心線６を製造する一例の説明図であり、線引きして構成された裸光ファイバの外周に１次被覆層、２次被覆層を被覆してなる光ファイバ素線４をサプライリール２１から繰り出し、光ファイバ素線４の外周にダイス２２により着色層形成用組成物２３を塗布し、硬化装置２４で硬化して着色層５を形成して着色光ファイバ心線６とした後、ロール２５及びキャプスタンロール２６に案内し、巻き取りリール（ボヒン）２７で巻き取られて製造される。
【０００４】
図５は、光ファイバテープ心線８の製造例を示すものであり、複数のサプライボビン１１からそれぞれ繰り出された着色光ファイバ心線６は整列機１２により、各着色光ファイバ心線６が幅方向に一列に整列され、次にその一列に配列された着色光ファイバ心線６の上に、一括被覆ダイス１３によって一括被覆材容器１４から供給された紫外線硬化型の一括被覆層樹脂７’を押出し、次に紫外線照射炉１５によって一括被覆層樹脂７’が硬化され、これにより製造された光ファイバテープ心線８は次にベルトキャプスタン１６により引き出されて、ボビン１７に巻き取られる。
【０００５】
このようにして製造された従来の光ファイバテープ心線は光ファイバテープ心線が温水に浸漬された場合に、図６に示すように、着色層５と一括被覆層７との界面に、浸水による異常な膨れ９が発生する指摘され、これを解決したものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５‐２４１０５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバテープ心線８は、一括被覆層７が施された複数本の着色光ファイバ心線６を接続時などにおいて再び単心の着色光ファイバ心線６に分離可能にする単心分離性と、何らかの事故で光ファイバテープ心線８が浸水し、かつ、高温下に晒された場合、その伝送損失の増加を遅延させる耐温水性を保有している必要がある。
【０００８】
この２つの特性は、いずれも着色層５の表面と一括被覆層７との間の密着力に密接な関係があり、密着力が高すぎると単心分離性を困難にし、また密着力が低すぎると耐温水性が悪くなるという相反関係にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、単心分離性を確保しつつ、温水浸水時の異常な膨れ現象による伝送損失増加を遅延させるために、種々の研究開発を行って来た結果、着色層を構成する紫外線硬化型樹脂の動的粘弾性に基づく損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）が関連していることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
温水浸水時の伝送損失が増加するメカニズムとして、光ファイバテープ心線の製造時に与えられる着色光ファイバ心線への残留歪が水の浸透によって解消される際に、着色層と一括被覆層との密着力の弱い所に応力が集中し、着色層から一括被覆層が剥離し、一括被覆層に局所的な膨れが発生することにより、着色光ファイバ心線がマイクロベンドを受け、伝送損失が増加する。
【００１１】
光ファイバテープ心線の製造時における残留歪の原因として、１つは各着色光ファイバ心線の製造張力（引張歪）のアンバランスによって生じる。もう一つは、着色光ファイバ心線において、一括被覆層の硬化時の反応熱によって温度上昇した着色材料が室温付近まで冷却される冷却速度と、着色材料がガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度範囲において冷却速度が応力緩和速度を上回った時に歪が残留すると考えられる。応力緩和を表す指標の一つに損失正接値ｔａｎδがあるが、損失正接値ｔａｎδの最大値が低く、変極点の勾配がなだらかな方が応力緩和しやすい材料といえる。なお、損失正接値ｔａｎδは”動的粘弾性”から得られる数値である。動的粘弾性については後に詳述する。
【００１２】
本発明は、これらの点に着目してなされたもので、裸光ファイバの外周に被覆層が形成され、その外側に着色層が形成された着色光ファイバ心線において、前記着色層の物性は、紫外線照射量１００ｍＪ／ｃｍ^２を照射して得られた膜厚６０μｍの硬化膜に、温度を変化させながら周波数１ｋＨｚの振動を与えて測定された損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）の最大値が０．１３以下で、且つその半値幅が６０℃以上であることを特徴とする着色光ファイバ心線である。
【００１３】
更に他の本発明は、上記着色光ファイバ心線の複数本がその幅方向に配置され、それら複数本の着色光ファイバ心線の外周に一括被覆層が形成されたことを特徴とする光ファイバテープ心線である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
着色層の物性は、紫外線照射量１００ｍＪ／ｃｍ^２を照射して得られた膜厚６０μｍの硬化膜に、温度を変化させながら周波数１ｋＨｚの振動を与えて測定された損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）の最大値が０．１３以下で、且つその半値幅が６０℃以上の特性を持つものである。
【００１５】
光ファイバテープ心線は、着色ファイバ心線を複数本横方向に並べて、一括被覆ダイスにより一括被覆層樹脂を加圧押出し、紫外線照射炉によって硬化させる。このとき、各着色光ファイバ心線の張力アンバランスや、硬化時の反応熱が室温まで冷却される際の圧縮歪などの光ファイバテープ心線製造時のトータル残留歪は±０．０３％以下に抑えることが望ましい。
【００１６】
（損失正接値の測定方法）
着色材料の応力緩和を表す指標の一つに損失正接値がある。これは、着色材料の動的粘弾性を測定することによって得ることができる。ここで、着色層の動的粘弾性とは、物体に周期的に変化する歪みまたは応力を加えたときに観測される粘弾性である。動的粘弾性を測定することによって、貯蔵弾性率（Ｇ’）、損失弾性率（Ｇ’’）、そして損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’）のデータが得ることができる。貯蔵弾性率は物質の弾性要素、損失弾性率は物質の粘性要素を表現しており、損失正接値は損失弾性率を貯蔵弾性率で割った値で弾性要素と粘性要素のバランスを表している。完全な弾性体の場合、応力と歪が比例し、与えられた応力に対して遅れなく（位相差ゼロ）応力が検出される。一方、完全な粘性体の場合は、応力と歪み速度が比例するため、応力をｓｉｎ（ωｔ）で与えると応答の歪みは、−ｃｏｓ（ωｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ−π／２）となり、応力に対して歪が１／４波長分（位相差π／２）遅れて検出される。
【００１７】
測定は試料に交流力を与えたときの、試料の変位量を検出し、試料に加えた交流力と検出した変位量からフ−リエ演算処理を行い、位相差を求めるものである。一般的な高分子は完全弾性体と粘性体の中間を有し、位相差は０〜π／２の間となる。応力と歪みの関係を測定し、力学特性である弾性成分の貯蔵弾性率と粘性成分の損失弾性率の比を表す損失正接値を出力するものである。
【００１８】
着色層の動的粘弾性における損失正接値は、図２に示す引張型動的粘弾性装置を用いて求めた。ステーションＤＭＡ１からの指令により、交流関数発生器は交流信号を力発生器ＤＭＡ１７に印加する。力発生器ＤＭＡ１７は板バネＤＭＡ１３によりコンプライアンスの与えられているプローブＤＭＡ１４を交流駆動する。プローブは治具に設置のサンプルＤＭＡ１６に引張り応力を加える。このときサンプルの粘弾性は差動トランスセンサーＤＭＡ１２で変位として検知され、検知信号として変位検出回答ＤＭＡ５を介し、その交流成分はフ−リエ変位検出器ＤＭＡ６及び振幅位相差演算器ＤＭＡ７で解析され、解析信号はステーションＤＭＡ１に送られて、貯蔵粘弾率（Ｇ′）、損失弾性率（Ｇ″）及び損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ″／Ｇ′）が得られる。尚、変位信号の直流成分は零位制御演算器ＤＭＡ４に送られ、ステップデータドライバＤＭＡ２を介してステップモータＤＭＡ１１を制御して、零位を設定する。又、その直流出力は直流関数発生器ＤＭＡ３を解して、交流力駆動信号に重ねられる。サンプルＤＭＡ１６は、温度検出器ＤＭＡ９と温度制御回路ＤＭＡ１０で制御されているヒータＤＭＡ１５によってサンプル温度が与えられている。
【００１９】
着色層の上記サンプルは以下により製造されたものを用いた。
プラスチックフィルムシートの上に着色層となる紫外線硬化型樹脂を数十ｇ垂らし、その上から所定の隙間が形成されたバー状の治具（バーコーター）を用いて、塗膜面が均一の厚さになる様に水平方向になぞる。その後、作製した塗膜面に１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射して硬化させる。この際、塗膜表面の硬化阻害を無くすために、その表面を窒素雰囲気で満たして行うことが望ましい。尚、均一の塗膜面を得るために、回転する円盤の遠心力を利用しても良い（スピンコーター）。また本発明においてはバーコーターの隙間を６０μｍとし、膜厚６０μｍの塗膜面を用いている。
【００２０】
【実施例】
以下本発明を図示した実施例に基づき、本発明を更に詳しく説明する。図１は表１の特性を持つ実施例１〜２の着色層５を用いて着色光ファイバ心線を製造し、その着色光ファイバ心線の４本を幅方向に一列に並べ、その上に一括被覆層を形成させたものを示している。このようにして製造された光ファイバテープ心線は表１に示すように温水特性が良好なものであった。
なお、表１には参考のための比較例を載せてあるが、この比較例にある特性の着色層を採用したものは温水特性が満足できるものでなかった。尚、単心分離性については何れの材料も良好であった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
着色層は、光重合開始剤の存在下、モノマーを重合することにより形成され、必要に応じてオリゴマー、顔料、添加剤などが適宜配合されている。
モノマーとしては、モノメタクリレート系及びモノアクリレート系として、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシジエチレングリコール（メタ）アクリレートなどを用いることができる。
ジメタクリレート系及びジアクリレート系としては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等がある。市販品として、新中村化学工業株式会社製ＮＫエステルシリーズなどを用いることができる。
【００２３】
光重合開始剤としては、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−〔４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル〕−２−ヒドロキシ−２−メチル−プロパン−１−オン、ビスアシルフォスフィンオキシド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシドなどを用いることができる。
【００２４】
他に、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、オリゴ（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−（４−（１−メチルビニル）フェニル）プロパノン）、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン等を用いることができる。
【００２５】
他に、１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２−（Ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、２−クロロチオキサントン、２−メチルチオキサントン、ジベンゾスベロン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、４，４’−ジクロルベンゾフェノン、４，４’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン、４，４’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカーボニル）ベンゾフェノン、ベンザルアセトン、ビアセチル、α，α−ジクロル−４−フェノキシアセトフェノン、２−エチルアンスラキノン等を用いることができる。
【００２６】
他に、ｎ−ブチルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、３，３−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチルベンゾイルホルメート、２，２−ジエトキシアセトフェノン、アシロキシムエステル、塩素化アセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、イソブチルチオキサントン、４−Ｎ，Ｎ’−ジメチルアミノアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、４’−イソプロピル−２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン等を用いることができる。
【００２７】
他に、フェニルグリオキシル酸メチル、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸メチル、２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール、１０−ブチル−２−クロロアクリドン、カンファーキノン、３−ケトクマリン、アンスラキノン、α−ナフチル、アセナフセン、ｐ，ｐ’−ジメトキシベンジル、ｐ，ｐ’−ジクロロベンジル、２，６−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ベンゾイルジエトキシホスフィンオキシド、ベンゾイルジエトキシホスフィンオキシド、α−クロルアンスラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアンスラキノン、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−ベンチルホスフィンオキシド等を用いることができる。
【００２８】
市販品としては、イルガキュア１８４、５００、６５１、８１９、９０７、ＣＧＩ３６９、ＣＧ２４−６１（以上、チバガイギー社製）、ＬｕｃｉｒｉｎｅＬＲ８７２８、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ６５４（以上、ＢＡＳＦ社製）、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１１６、１１７３（以上、メルク社製）、ユベクリルＰ３６（ＵＣＢ社製）等があげられる。なお，上記の重合開始剤は組成中に単独で使用，もしくはこれらを複数種併用することもできる。
【００２９】
オリゴマーとしては、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートを用いることができる。
【００３０】
顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン、亜鉛華などの着色顔料、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク等の体質顔料、γ−Ｆｅ_２Ｏ_３、γ−Ｆｅ_２Ｏ_３とγ−Ｆｅ_３Ｏ_４の結晶、Ｃ_ｒＯ_２、コバルトフェライト、コバルト被着酸化鉄、バリウムフェライト、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ等の磁性粉、ＭＩＯ、ジンククロメート、ストロンチウムクロメート、トリポリリン酸アルミニウム、亜鉛、アルミナ、ガラス、マイカ等の無機顔料等を用いることができる。
【００３１】
添加剤としては、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、シランカップリング剤、熱重合禁止剤、レベリング剤、保存安定剤、可塑剤、溶剤、フィラー、老化防止剤、塗れ性改良剤、などを用いることができる。
【００３２】
一括被覆層樹脂として紫外線硬化樹脂が採用され、その紫外線硬化型樹脂の一例は、光重合性プレポリマー、光重合性モノマーおよび光重合開始剤からなり、光重合性プレポリマーとして、ウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリオールアクリレート樹脂、ブタジエンアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、シリコンアクリレート系樹脂などがあげられる。また、光重合用モノマーとしては、ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート等があげられる。さらに、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン系化合物、アシルフォスフィンオキシド系化合物、アセトフェノン系化合物等を用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上述のように、裸光ファイバの外周に被覆層が形成され、その外側に着色層が形成された着色光ファイバ心線において、前記着色層の物性は、紫外線照射量１００ｍＪ／ｃｍ^２を照射して得られた膜厚６０μｍの硬化膜に、温度を変化させながら周波数１ｋＨｚの振動を与えて測定された損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）の最大値が０．１３以下で、且つその半値幅が６０℃以上であることを特徴とする着色光ファイバ心線である。このような着色光ファイバ心線は、これらの複数を光ファイバテープ心線に構成した際に温水特性の良好なものに構成できる効果を有する。
【００３４】
またこれにより製造された光ファイバテープ心線は、着色層と一括被覆層との界面に浸水による異常な膨れを発生することがない、温水浸漬時の伝送損失の良好で且つ単心分離性の良好なものとなる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】上記本発明の一実施例による要部断面説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図４】本発明の更に他の実施例を示す構成図。
【図５】本発明の更に他の実施例を示す構成図。
【図６】従来の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１裸光ファイバ
２一次被覆層
３二次被覆層
４光ファイバ素線
５着色層
６着色光ファイバ心線
７一括被覆層
８光ファイバテープ心線
９異常な膨れ
１１サプライリール
１２ダイス
１３着色層形成用組成物
１４硬化装置
１５ロール
１６キャプスタンロール
Ｔｇガラス転移温度

Claims

裸光ファイバの外周に被覆層が形成され、その外側に着色層が形成された着色光ファイバ心線において、前記着色層の物性は、紫外線照射量１００ｍＪ／ｃｍ^２を照射して得られた膜厚６０μｍの硬化膜に、温度を変化させながら周波数１ｋＨｚの振動を与えて測定された損失正接値（ｔａｎδ＝Ｇ’’／Ｇ’、ただしＧ’＝貯蔵弾性率、Ｇ’’＝損失弾性率）の最大値が０．１３以下で、且つその半値幅が６０℃以上であることを特徴とする着色光ファイバ心線。
着色光ファイバ心線の複数本がその幅方向に配置され、それら複数本の着色光ファイバ心線の外周に一括被覆層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバテープ心線。