JP2012162415A - 光ファイバ心線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス光ファイバ2の外周に少なくとも2層の、被覆樹脂3を被覆した光ファイバ心線1であって、前記被覆樹脂3の1層目被覆層31のヤング率をPY(MPa)、前記光ファイバ心線1を60℃の温水に168時間浸漬した際の前記被覆樹脂3の溶出率をE(質量%)としたとき、PY≦0.55MPa、かつ、1.8≦E≦8.61×PY+1.40なる式を満たすことを特徴とする光ファイバ心線1である。
【選択図】図1
Description
光ファイバは、様々な外的応力やそれによって発生するマイクロベンドによって伝送損失が増加する。その外的応力から光ファイバを保護するために、一般的に光ファイバはガラス光ファイバに2層構造からなる樹脂被覆が施されている。なお、ガラス光ファイバに何らかの被覆を施した光ファイバを光ファイバ心線と呼ぶ。
また、光ファイバを被覆する被膜の飽和帯電圧が0.2kV〜0.7kVであり、かつ60℃の温水浸漬試験における重量変化割合が、浸漬前の重量に対して3重量%未満である被膜を有する光ファイバが開示されている(特許文献2参照)。さらに、着色層を有する着色光ファイバにおいて、その着色層を60℃の温水に30日間浸水したときの溶出率が3%以下の樹脂で形成し、またその着色光ファイバの第一次被覆層のヤング率が0.5MPa以上10MPa以下であることが開示されている(特許文献3参照)。
図1に示すように、光ファイバ心線1(1A)は、石英ガラスからなるガラス光ファイバ2に少なくとも2層の被覆樹脂3を被覆したものである。被覆樹脂3の1層目被覆層31は、そのヤング率PYが0.55MPa以下であり、かつ、光ファイバ心線1を60℃の温水に168時間浸漬した際の被覆樹脂3の溶出率をE(質量%)としたとき、下記(1)式を満たしている。また上記ヤング率PYの下限は、ハンドリング時に加わる側圧やしごきなどの外力に対する1層目被覆層の耐久性の観点から好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.14MPa以上である。
被覆樹脂3のヤング率は、オリゴマーの分子量や希釈モノマーの種類により調整することができる。つまりオリゴマーの分子量を大きくするほど、また希釈モノマーとして多官能のモノマーよりも単官能のモノマーを多くすることにより、架橋密度が低くなり低ヤング率の被覆樹脂が得られる。したがって、1層目被覆層31では、数平均分子量が500ないし10000のオリゴマーを用いることにより、また希釈モノマーとして多官能のモノマーよりも単官能のモノマーの配合量を多くすることにより、架橋密度を低くして、好ましくは0.55MPa以下、より好ましくは0.50MPa以下という低いヤング率を得る。一方、2層目被覆層32は、希釈モノマーとして単官能モノマーよりも多官能モノマーの配合量を多くすることで架橋密度を高くして、500MPa以上1500MPa以下という高いヤング率を得ている。本明細書では、1分子中に反応基である二重結合(>C=C<)を1個持つものを単官能モノマーとし、2個以上持つものを多官能モノマーとした。
連鎖移動剤のような架橋反応抑制剤を用いた場合、架橋密度を低くすることができるので1層目被覆層31を低ヤング率化できるが、一方では低分子量成分も副生しやすく、溶出成分が増加する。したがってそれらを考慮して、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などにより、1層目被覆層31および2層目被覆層32のそれぞれのヤング率と溶出成分の量や種類とを適宜調整できる。
光ファイバ心線1の被覆樹脂3からの溶出成分は架橋密度の低い1層目被覆層31から出てくる。したがって、溶出率Eが高いほど1層目被覆層31の体積減少量が大きくなる。浸水中は1層目被覆層31が水を吸収することによりこの体積変化の影響はほとんどないが、乾燥するとこの溶出成分により発生する上述の体積減少が1層目被覆層31中に引張応力を発生させる。このため、溶出率Eが高いほど乾燥時に発生する引張応力が大きくなり、ボイドが発生しやすくなる。また1層目被覆層31は、架橋密度が低い、つまりヤング率が低いほど引張強度が弱くなるため、ボイドが発生しやすくなる。
光ファイバ心線1の耐溶剤性試験として、光ファイバ心線1をエタノールに1時間浸漬して外観の変化を観察したところ、60℃の温水に168時間浸漬した後の溶出率Eが1.8質量%以上であれば、被覆樹脂3に割れや裂け目などの被覆異常が発生しないことがわかった。これはエタノールに浸漬すると光ファイバ心線1の被覆樹脂3にエタノールが浸透し被覆樹脂3が膨潤する。膨潤が著しく大きくなると被覆樹脂3が破壊されて割れや裂け目が発生する。しかし溶出率Eが高い光ファイバ心線1は、被覆樹脂3中に低分子量の未架橋成分が多く含まれており、エタノール浸漬時のこれらの低分子量成分が被覆層外部に移行する。それにより被覆樹脂3の膨潤が抑制されるためである。
また、1層目被覆層31のヤング率PYが一定の場合、浸水時の被覆樹脂3からの溶出率Eが高いほど、ボイドが発生しやすくなる。
図2に示すように、光ファイバ心線1(1B)は、ガラス光ファイバ2に1層目被覆層31、2層目被覆層32、着色層33の3層からなる被覆樹脂3を被覆したものである。各樹脂には紫外線硬化型樹脂を用いた。紫外線硬化型樹脂は、オリゴマー、希釈モノマー、光開始剤、連鎖移動剤、添加剤等からなるが、その構成材料を変えることで、所望のヤング率PYおよび溶出率Eを有する被覆層とすることができる。この場合の溶出率Eは、着色層33を含む被覆樹脂全体の溶出率とする。またガラス光ファイバ2の外径を125μm、1層目被覆層31の外径を195μm、2層目被覆層32の外径を245μm、着色層33の外径を255μmとした。これらの値は一例であって適宜変更可能である。したがって、光ファイバ心線1Bは、着色層33以外、前述の第1実施形態の光ファイバ心線1と同様の構成である。このような構成の光ファイバ心線1Bは着色光ファイバ心線とも称する。
図3に示すように、上述の光ファイバ心線1Bを4本平面状に並行に並べ、紫外線硬化型樹脂からなる被覆層5で一括被覆して光ファイバテープ心線1Cとした構成であってもよい。この場合、光ファイバテープ心線1Cから単心に分離することで光ファイバ心線の着色樹脂および被覆樹脂の両方からの溶出率を測定することができる。
1層目被覆層31のヤング率PYと被覆樹脂3の溶出率Eの異なる光ファイバ心線1を、60℃の温水に所定の時間浸水した後に取り出し、1日(24時間)乾燥させてから、顕微鏡で観察した。顕微鏡観察では、1層目被覆層31にボイドが見られた場合を×、ボイドなどの異常が見られなかった場合を○とした。なお、本試験では同一の光ファイバ心線に対しても、浸水時間をいくつか変化させることで溶出率を変化させている。
具体的には、図4に示すように、片端10mmのみ被覆を残し、それ以外の部分は被覆を除去してガラス光ファイバ2を露出させたサンプルを用意し、被覆している部分の被覆樹脂3を接着剤等で固定する。23℃の温度下で、固定されていない端方向にガラス光ファイバ2を引き抜くように徐々に力をかけ、ガラス光ファイバ2の変位を測定する。ガラス光ファイバ2の固定されていない端に加えられる力をF、ガラス光ファイバ2の変位をu、ガラス光ファイバ2の半径をRf、1層目被覆層31の半径をRp、被覆が残された部分の長さ(この場合は10mm)をLembすると、1層目被覆層31の剪断弾性率Gpは下記(2)式を用いて計算される。
長さ5mの光ファイバ心線1を23℃、50%RH(RHは相対湿度であり、ある気温で大気中に含まれる水蒸気の量を、その温度の飽和水蒸気量で割ったもの(単位は%)である。)の恒温室にて24時間放置した後、光ファイバ心線1の質量からガラス光ファイバ2の質量を差し引くことで被覆樹脂3部分の質量(w1)を測定する。次に、その光ファイバ心線1を60℃に加熱した温水に所定の時間浸漬した後に温水から取り出し、60℃で24時間かけて乾燥させる。その後、被覆樹脂3部分の質量(w2)を測定する。測定したw1とw2から、下記(3)式により溶出率E(質量%)を求めた。
光ファイバの耐溶剤性試験は、10cm長の光ファイバ心線1をエタノールに1時間浸漬してから外観の変化を顕微鏡により観察し、被覆樹脂3に変化が無ければ○、割れや裂け目などの被覆異常が発生したら×と判定した。
光ファイバ心線1の耐マイクロベンド特性としてプラスチックボビン(外径:28cm)の胴部分にJISで規定する#1000のサンドペーパを貼りつけ、ここに、100gの巻き付け張力で光ファイバ心線1を1層(約500m)巻き付ける。そして巻き付けてから30分以内にカットバック法により測定波長1550nmで伝送損失(L1)を測定する。一方、同じ光ファイバ心線1の束状態(ボビンに巻き付けていない状態で約1000m)につき同じくカットバック法により測定波長1550nmで伝送損失(L2)を測定する。
カットバック法は、試験用の光ファイバ心線1からの出力と、試験用の光ファイバ心線1をカットバック長(たとえば2m)に切断したあとの出力差から損失を求める方法である。このため,試験用の光ファイバ心線1と試験装置の接続点の損失は差し引かれるため、試験用の光ファイバ心線1のガラス光ファイバ2の正確な損失を測定できる。
そして、L1−L2を計算し、その値を損失増分とする。この値が0.5dB/km以下を○、それより大きい場合を×とした。なお、上記損失増分が0.5dB/km以下であれば、この光ファイバ心線を用いた光ファイバケーブルを通信用ケーブル等に好適に用いることができる。
実施例1(サンプルNo.2)は、1層目被覆層31、2層目被覆層32にウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂を用い、1層目被覆層31、2層目被覆層32の各々のヤング率、被覆樹脂3の溶出率については、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.14MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを2.4質量%に調整したものである。なお、168時間としたのは、168時間を経過することで被覆樹脂からの溶出がほぼ飽和するからである。
実施例2(サンプルNo.3)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.20MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを1.8質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
実施例3(サンプルNo.6)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.22MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを2.9質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
実施例4(サンプルNo.12)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.33MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを3.8質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
実施例5(サンプルNo.15)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.49MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを4.4質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
実施例6(サンプルNo.16)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.50MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを3.8質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
比較例1(サンプルNo.18)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.60MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを1.5質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
比較例2(サンプルNo.19)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.81MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを1.8質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
比較例3(サンプルNo.20)は、オリゴマー分子量、希釈モノマーの種類、連鎖移動剤の配合量などを調整して、1層目被覆層31のヤング率PYを0.95MPa、被覆樹脂3の60℃温水168時間浸漬時の溶出率Eを1.4質量%に調整した以外前述の実施例1と同様のものである。
図5から、被覆樹脂3の溶出率Eが高くなるほど、また1層目被覆層31のヤング率PYが低くなるほどボイドが発生し易いことがわかる。また被覆樹脂3の溶出率Eは、1層目被覆層31のヤング率をPYとして、上記の(1)式のE≦8.61×PY+1.40の範囲であればボイドが発生しないことが判明した。
上記(1)式の右辺は以下のようにして求めた。
ボイドが発生しない上限値の溶出率2.4質量%、ヤング率0.14MPaの点と、溶出率5.5質量%、ヤング率0.5MPaの点とを結んだ線の勾配と定数項を求めた。その勾配の値は8.61であり、定数項の値は1.20となる。また、ボイドが発生する下限値の溶出率2.8質量%、ヤング率0.14MPaの点と、溶出率5.9質量%、ヤング率0.5MPaの点とを結んだ線の勾配と定数項を求めた。その勾配の値は8.61であり、定数項の値は1.59となる。これらの値の中間をとって、勾配の値を8.61とし、定数項の値を1.40として、上記E≦8.61PY+1.40なる式を導出した。
さらに耐溶剤性試験の結果を下記表2に示す。
表2から、60℃の温水に168時間浸漬した後、24時間乾燥させて求めた溶出率Eが、実施例1から6および比較例2のように1.8質量%以上あれば耐溶剤性が得られる(試験結果は○)ことが判明した。
表2から、実施例1から6のように、1層目被覆層31のヤング率PYが0.55MPa以下、より好ましくは0.5MPa以下であれば、耐マイクロベンド特性が得られる(試験結果は○)ことが判明した。
2 ガラス光ファイバ
3 被覆樹脂
31 1層目被覆層
32 2層目被覆層
Claims (3)
- ガラス光ファイバの外周に少なくとも2層の、被覆樹脂からなる被覆層を有する光ファイバ心線であって、
1層目の前記被覆層のヤング率をPY(MPa)、
前記光ファイバ心線を60℃の温水に168時間浸漬した際の前記被覆樹脂の溶出率をE(質量%)としたとき、
PY≦0.55MPa、
かつ、
1.8≦E≦8.61×PY+1.40
なる式を満たすことを特徴とする光ファイバ心線。 - 前記被覆層の最も外側に着色樹脂からなる着色層を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ心線。 - 請求項2に記載の光ファイバ心線を複数本並行に配置し、それらの光ファイバ心線を一括して被覆する被覆層を有する
ことを特徴とする光ファイバテープ心線。
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