JP2010204422A - プラスチッククラッド光ファイバ心線、およびプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】破断強度の平均値が高いと共にばらつきが小さい、長手方向に安定した破断強度の信頼性の高いプラスチッククラッド光ファイバ心線およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線６は、純シリカなどの石英系ガラスからなるコアガラス１の外周に、紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂からなるクラッド層２と、紫外線硬化型樹脂からなる紫外線硬化層３とを前記コアガラス１から離れる方向に順に設けてなるプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に、さらに、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層５を押出被覆して形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチッククラッド光ファイバ心線に関する。

光ファイバ心線の一種に、プラスチッククラッド光ファイバ心線と呼ばれるものがある。このプラスチッククラッド光ファイバ心線は、例えば、純シリカなどの石英系ガラスからなる直径２００μｍ程度のコアガラスと、該コアガラスを中心としてその外周上に設けられた紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂からなる厚み１５μｍ程度のクラッド層とからなるプラスチッククラッドファイバ素線の外周に、さらにエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層を押出被覆して設けたものであり、通常外径は０．５ｍｍ前後から０．９ｍｍ程度である。
このプラスチッククラッド光ファイバ心線は、機械的強度が高く、光コードとして、これにコネクタを装着することにより、局内光配線などの短距離伝送用として使用されている。

ところで、通常、プラスチッククラッド光ファイバ心線の作製は、線引機で石英系ガラス母材を溶融線引きして光ファイバのコアガラスを形成した後、前記コアガラスの外周に、コーティングダイス等によってクラッド層となる紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂液を塗布し、紫外線を照射して硬化することにより、まず、プラスチッククラッド光ファイバ素線が形成される（素線化工程）。
そして、作製されたプラスチッククラッド光ファイバ素線は、押出機によりエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層を被覆することにより、プラスチッククラッド光ファイバ心線とされる（心線化工程）。

特許文献１では、クラッドの厚さが均一となるように、線引き後のコアガラスにクラッド層となる紫外線硬化型樹脂を塗布する際のコアガラス表面温度と、該紫外線硬化型樹脂の粘度および温度とを特定範囲に設定することで、スクリーニング時の光ファイバが破断する長さ（平均残存長）を改良できるとしている。

特開２００２−３６５４５１号公報

しかしながら、本発明の発明者の検討の結果、線引機でコアガラスの外周上にフッ素系紫外線硬化型樹脂のクラッド層を被覆した素線を製造した後、押出被覆を連続的に行わずに、別工程の押出機でフッ素系熱可塑性樹脂（ＥＴＦＥ等）をオーバーコートして樹脂被覆層を形成した場合、特許文献１に記載の方法によれば光ファイバが破断する長さ（平均残存長）は改良されるものの、クラッド層の厚みが１５〜２５μｍと薄いことが影響して、工場のダスト等の付着によって破断強度劣化が生じてしまうことが判った。即ち、ダスト等が付着したまま押出機によって樹脂被覆層を形成した場合、樹脂被覆層の押圧によってダスト等がクラッド層を突き破り、係る箇所での破断強度の絶対値が低くなることにより、形成された光ファイバ心線の破断強度の平均値が低く、また破断強度のばらつきが大きくなる。マイクロオーダーのダストの付着でも、最悪の場合にはコアガラスの破損に至る。

本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、破断強度の平均値が高いと共にばらつきが小さい、長手方向に安定した破断強度の信頼性の高いプラスチッククラッド光ファイバ心線およびその製造方法を提供することを課題とする。

係る課題を解決する、本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線およびその製造方法は、以下の通りである。

（１） 石英ガラスからなるコアガラスの外周に、フッ素系紫外線硬化型樹脂からなるクラッド層と、熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層とを、前記コアガラスから離れる方向に順に設けてなるプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、
前記クラッド層と前記樹脂被覆層との間に、紫外線硬化型樹脂から形成される紫外線硬化層を有することを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。

（２） 前記紫外線硬化層が、前記クラッド層に隣接して設けられることを特徴とする、上記（１）記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。

（３） 前記紫外線硬化層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。

（４） 石英ガラスからなるコアガラスを線引きし、前記コアガラスの外周にフッ素系紫外線硬化型樹脂からなるクラッド層を形成することによって光ファイバ素線を形成する素線化工程と、
前記光ファイバ素線の外周に熱可塑性樹脂を押出被覆することによって樹脂被覆層を形成する心線化工程と、を有するプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法であって、
前記素線化工程において、前記クラッド層の外周に紫外線硬化型樹脂からなる紫外線硬化層を形成することを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法。

本発明に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線およびその製造方法によれば、素線化工程においてクラッド層の外周に保護層として機能する他の紫外線硬化層を設けることにより、心線化工程において押出機によって樹脂被覆層を設けてもダスト等による破断強度の平均値低下やばらつきを抑制することが可能となる。また、破断強度が従来品よりも平均で２ｋｇｆ程度以上大きく、かつ破断強度のばらつきの小さいファイバが、１０００ｍ以上得られることが期待できる。

本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線の一例を示す概略断面図である。 図１に示すプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法（素線化工程）の一例を示す概略図である。 図１に示すプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法（心線化工程）の一例を示す概略図である。

以下、本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線およびその製造方法の実施形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に、本発明に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線６の断面概略図を示す。
プラスチッククラッド光ファイバ心線６は、純シリカなどの石英系ガラスからなるコアガラス１の外周に、紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂からなるクラッド層２と、紫外線硬化型樹脂からなる紫外線硬化層３とを前記コアガラス１から離れる方向に順に設けてなるプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に、さらに、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層５を押出被覆して形成される。

クラッド層２の樹脂としては、コアガラス1に対して屈折率が低く、紫外線等の活性エネルギー線で硬化することが可能であり、さらにはこの樹脂組成物を硬化することによって機械的強度があり、可撓性を有し、かつ透明性に優れた硬化物が得られる樹脂であることが必要である。このような樹脂には、フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、フッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物および光重合開始剤から構成される樹脂組成物がある。
本発明で用いられるフッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物とジイソシアネート化合物を反応させることにより得ることができる。また、ポリエーテルを分子構造中に有するフッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アルコール化合物と、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物またはアクリル酸とを反応させることによって得ることができる。
その他、クラッド層２の樹脂組成物には、例えばＮ−ビニルカプロラクタムなどの重合性不飽和モノマーや、下記光重合開始剤、各種添加剤など、プラスチッククラッド光ファイバ心線６のクラッド層２の形成材料として通常用いられるものを使用することができ、これらの化合物と前記記載のフッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、及び／又はフッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物を適宜混合して紫外線硬化樹脂液となし、本樹脂液に紫外線を照射してクラッド層２を製造する形態が好ましい。樹脂液の塗布方法は、ダイスコーティング方式とすることが好ましい。

本発明のクラッド層２の紫外線硬化型樹脂で用いる光重合開始剤としては公知のどのような光重合開始剤を用いても構わないが、配合した後の貯蔵安定性のよいことが要求される。このような光重合開始剤の具体例としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン等を挙げることができる。

また、クラッド層２の紫外線硬化型樹脂は、コアガラス１とクラッド層２の密着性を確保するため、シランカップリング剤をクラッド層２の重量に対して０．１〜３重量％配合することが好ましい。

クラッド層２の外周に設けられる紫外線硬化層３は、クラッド層２のように屈折率を低くする必要はなく、保護層としての機能を有していればよい。破断強度を確保するためにはフッ素原子を実質的に含まないことが好ましい。
係る紫外線硬化層３を構成する紫外線硬化型樹脂は、特に限定されることなく、例えば、ウレタンアクリレート等の汎用の透明の紫外線硬化型樹脂が挙げられる。
本発明ではクラッド層２の外周に保護層として上記の他の紫外線硬化層３を設けることにより、ダスト等が付着したまま押出機によって樹脂被覆層５を形成しても、ダスト等によるクラッド層２の破損が生じることがない。したがって、ダスト等によって破断強度の平均値やばらつきの影響を受けることがないため、長手方向に安定した破断強度の信頼性の高いプラスチッククラッド光ファイバ心線６を形成することができる。

紫外線硬化層３の層厚みは、１０μｍ以上であることが好ましい。紫外線硬化層３の層厚みを１０μｍ以上とすることで、破断強度の平均値を向上させると共にばらつきを改善できる。一方、紫外線硬化層３の層厚みが厚すぎると樹脂被覆層５の層厚みが減るため、光伝送損失特性や耐熱特性が悪化する。従って、紫外線硬化層３の層厚みの上限は、外径の太さの規格にもよるが、５００μｍの外径とすると、７０μｍ程度とすることが好ましい。本発明においては、紫外線硬化層３の層厚みは３０〜６０μｍであることが好ましく、３０μｍ程度であることが特に好ましい。

樹脂被覆層５は、熱可塑性樹脂からなる樹脂組成物により形成される。
本発明では汎用の熱可塑性樹脂を用いることが可能であり、耐熱性の高い熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、例えばエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられる。

プラスチッククラッド光ファイバ心線６を構成する各層の好ましい寸法を以下に示す。
コアガラス１の外径： ２００μｍ
クラッド層２までの外径： ２３０μｍ
紫外線硬化層３までの外径：２９０μｍ
樹脂被覆層５までの外径： ５００μｍ

次に、本実施形態に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線６を製造する方法の一例について図面を参照しつつ説明する。
まず、図２に示すように、線引炉１１内に石英系ガラス母材１２を収め、常法により溶融紡糸して、石英系ガラスからなるコアガラス１を得る。このコアガラス１を引き続き冷却筒１４に送り、この冷却筒１４に導入される冷却ガスのヘリウムによって冷却する。次いで、冷却されたコアガラス１をコーティングダイス１５に導入して、ここでクラッド層２となる紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂液を塗布する。次いで、フッ素系樹脂液が塗布されたコアガラス１を紫外線照射装置１６に導入して紫外線を照射し、このフッ素系樹脂液を硬化させた後、再度、コーティングダイス１７に導入して、ここで紫外線硬化層３となる透明ウレタンアクリレート樹脂等の樹脂液を塗布する。そして、ウレタンアクリレート樹脂液が塗布されたコアガラス１を紫外線照射装置１８に導入して紫外線を照射し、この樹脂液を硬化させて、プラスチッククラッド光ファイバ素線４が形成される（素線化工程）。

次いで、上記の素線化工程で得られた光ファイバ素線４に、樹脂組成物を押出被覆して樹脂被覆層５を形成する心線化工程によってプラスチッククラッド光ファイバ心線６を製造する（心線化工程）。

係る心線化工程は、図３に示すように、まず、供給リール１９からプラスチッククラッド光ファイバ素線４を繰り出し、張力制御装置２０を通して押し出し機２１に供給する。ここで、押し出し機２１は、樹脂被覆層５を形成する樹脂組成物が収容された収容部２１Ａと、樹脂組成物を押し出すことによってプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に樹脂被覆層５を塗布できる塗布ヘッド２１Ｂとを備えている。樹脂組成物は、溶融状態でプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に塗布されるのが好ましく、通常、押し出し機２１は、所定位置に加熱器（図示せず）を備える。
次いで、押し出し機２１から押し出されたものを冷却水槽２２に導いて冷却して樹脂被覆層５を硬化させて、プラスチッククラッド光ファイバ心線６とし、これを張力制御装置２４を通して巻き取り、リール２５に巻き取られる。

尚、本発明は上記の一実施形態に示した製造方法に限定されることはなく、例えば、素線化工程において、クラッド層２を形成する紫外線硬化型樹脂と、クラッド層２の外周に設けられる紫外線硬化層３を形成する紫外線硬化型樹脂とをコーティングダイスで同時に塗布した後、紫外線硬化装置で硬化してもよい。

また、クラッド層２と紫外線硬化層３とは密着性の確保から隣接して形成されることが好ましいが、素線化工程において、クラッド層２と紫外線硬化層３との間に、別の紫外線硬化型樹脂からなる紫外線硬化層を更に設けてもよい。

以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、勿論本発明の範囲は、これらによって限定されるものではない。

上述した製造方法に基づき、図１に示すプラスチッククラッド光ファイバ心線６を作成した（条件１〜６のサンプル）。クラッド層２を形成する樹脂はフッ素系樹脂ウレタンアクリレートを用い、クラッド層２の外周に設けられる紫外線硬化層３はフッ素原子を含まないウレタンアクリレート樹脂を用いて作製した。また、最外層にはフッ素系熱可塑性樹脂の押出被覆層（樹脂被覆層５）を設けた。得られるプラスチッククラッド光ファイバ心線６における各層の外径を表１に示す。

〔破断強度の測定〕
破断強度は下記の測定方法により行った。
汎用の引張り試験機（縦型）を使用した。引張り条件としては、標点間距離５００ｍｍ、引張速度５０ｍｍ／分で引張り、破断時の値を読み取った。
各サンプルの破断強度（ｋｇｆ）を表１に示す。

〔強度評価〕
上記測定方法により測定した破断強度に基づき、条件１〜６の各サンプルの強度を下記の基準で評価した。
○・・・破断強度が１５ｋｇｆ以上、且つ、標準偏差が０．３５ｋｇｆ以下
×・・・破断強度が１３ｋｇｆ以下、標準偏差が０．４ｋｇｆ以上のいずれに該当
△・・・○と×の間に該当

〔耐熱性評価〕
温度特性（低温でのロス増）、湿熱特性（湿熱下でのロス増）を測定し、これらの結果から○、△、×を総合的に判断した。

〔評価結果〕
通常条件（条件１）により作製したプラスチッククラッド光ファイバ心線は、紫外線硬化層３を設けていないため、平均破断強度が低く、また破断強度のバラツキも大きかった。
条件２〜６により作製したプラスチッククラッド光ファイバ心線は、素線化工程の際に紫外線硬化層３を設けたため、心線化工程における樹脂組成物の押出被覆の際にもダスト等の影響を受けず、平均破断強度が高く、また破断強度のバラツキも小さかった。
一方、条件５，６により作製したプラスチッククラッド光ファイバ心線は、条件２〜４に比べて更に平均破断強度が上がっているが、樹脂被覆層５の厚みが薄くなるため、条件２〜４に比べて耐熱性の低下が見られた。但し、紫外線硬化層３の厚みが７０μｍ程度であれば、耐熱性については実用上問題ない。

１…コアガラス、 ２…クラッド層、 ３…紫外線硬化層、 ４…プラスチッククラッド光ファイバ素線、 ５…樹脂被覆層、 ６…プラスチッククラッド光ファイバ心線

Claims (4)

1. 石英ガラスからなるコアガラスの外周に、フッ素系紫外線硬化型樹脂からなるクラッド層と、熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層とを、前記コアガラスから離れる方向に順に設けてなるプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、
   前記クラッド層と前記樹脂被覆層との間に、紫外線硬化型樹脂から形成される紫外線硬化層を有することを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。
2. 前記紫外線硬化層が、前記クラッド層に隣接して設けられることを特徴とする、請求項１記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。
3. 前記紫外線硬化層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。
4. 石英ガラスからなるコアガラスを線引きし、前記コアガラスの外周にフッ素系紫外線硬化型樹脂からなるクラッド層を形成することによって光ファイバ素線を形成する素線化工程と、
   前記光ファイバ素線の外周に熱可塑性樹脂を押出被覆することによって樹脂被覆層を形成する心線化工程と、を有するプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法であって、
   前記素線化工程において、前記クラッド層の外周に紫外線硬化型樹脂からなる紫外線硬化層を形成することを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法。

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