JP2012533771A - 光ファイバリボン及び低オリゴマー含有量を有するリボンマトリックス材料 - Google Patents

光ファイバリボン及び低オリゴマー含有量を有するリボンマトリックス材料 Download PDF

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Abstract

低オリゴマー含有量を有する光ファイバリボン（１０）用マトリックス材料（３４）及びこのような組成物から調製された母材を有する光ファイバリボンが開示される。

Description

本発明は、光ファイバリボン（光ファイバテープ芯線ともいう）マトリックス材料用の組成物及びこのような組成物から調製されたマトリックス（母材）を含む光ファイバリボンに関する。
〔関連出願の説明〕
本願は、２００９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／２２６，３３４号の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
光ファイバは、しばしば既存の銅線に取って代わって通信分野において、ますます重要な役割を果たしている。この技術動向は、ローカルエリアネットワーク（即ち、ファイバ・トゥ・ホーム（fiber-to-home:ＦＴＴＨ）使用のため）に著しい影響をもたらし、このような影響とは、光ファイバ使用の激増である。ローカルファイバネットワークがデータ、音声及び映像信号の形態の情報をますます多量に住宅ユーザ及び商業ユーザに送り出すよう確立されているので加入者回線電話及びケーブルＴＶサービスの使用におけるそれ以上の増加が見込まれる。さらに、内部データ、音声及び映像通信のための家庭及び営利事業環境における光ファイバの使用は、増大することが見込まれる。
光ファイバは、光ファイバリボンと呼ばれている製品を形成するよう互いに束ねられる場合が多い。リボンは、光ファイバを並列構造で固定するようポリマーマトリックス材料中に納められ又は封入された光ファイバを有する。光ファイバリボンのマトリックス部分は、ポリマーマトリックス材料の１つ又は２つ以上の層を有する場合があり、各光ファイバは、典型的には、軟質の内側ポリマー被覆及び硬質の保護外側ポリマー被覆を含む二層被覆システムを有する。リボンの形成に先立って、光ファイバは又、リボン内の光ファイバ識別目的でマーキングインキの薄い着色層で（即ち、ポリマー基材内に）被覆される場合がある。
マトリックス材料の最も基本的な機能は、個々の光ファイバ又はリボンサブユニットを平面状アレイの状態に固定することにあるので、マトリックス材料は又、リボンの取り扱い特性に寄与する。光ファイバリボンの２つの重要な取り扱い属性は、ピール（剥離又は引き剥がし）及びブレークアウト（分離又は引きちぎり）性能である。ピールは、光ファイバリボンの中間分岐領域における光ファイバからのマトリックス材料の除去である。例えば、着色マーキングインキ層のどれをも除去しないでマトリックス層を光ファイバからきれいにピールすることができるようにすることが望ましい。さらに、マトリックス層は、光ファイバを切り離さず、しかも残滓を光ファイバに付着して残すことなく、無傷のユニットとして除去可能であることが必要である。ブレークアウトは、リボンの端部のところで生じ、リボン中の個々の光ファイバへの接近を可能にするために用いられる。ピールの場合と同様、ブレークアウトの際、光ファイバを切り離さず、しかも残滓を光ファイバに付着して残すことなく、マトリックス材料を除去できることが望ましい。
一般に、マトリックス材料は、マトリックスがブレークアウト及びピール中、容易に切れて離れることがないほど十分強靱でなければならない。グリア（Greer）（即ち、米国特許第６，３３４，０１６号明細書）は、マトリックス材料が光ファイバリボンから除去されたときに容易には切れて離れることがないようマトリックス材料が十分な靱性を示さなければならないことを教示している。グリアは、マトリックス材料が典型的にはアクリル化ウレタンオリゴマーを含むことを更に教示している。これは、ウレタン結合と関連した水素結合が靱性の向上に寄与するからである。シャスタック（Shustack）（即ち、米国特許第６，４５５，６０７号明細書）も又、アクリル化ウレタンオリゴマーを有するマトリックス材料を記載している。
米国特許第６，３３４，０１６号明細書 米国特許第６，４５５，６０７号明細書
しかしながら、ウレタンアクリレートオリゴマーは、ＵＶ硬化可能なアクリレート調合物の最もコスト高のコンポーネントである。マトリックス調合物におけるオリゴマーの使用の減少又は不使用と関連したコストの節約が望ましいが、結果的として得られるマトリックス材料は、リボンマトリックス材料の所要の良好なブレークアウト、ピール及び他の性能特性を維持しなければならない。
本発明の一実施形態によれば、光ファイバリボンは、モノマー成分をリボンマトリックス材料の主要構成要素として用いて例えば高価なウレタンアクリレートオリゴマーのようなオリゴマーの使用を実質的に減少させ又はなくして向上したピール及びブレークアウト性能を示す。
一態様によれば、内側及び外側マトリックス材料は、実質的にビスフェノールＡジアクリレートモノマーで構成されている。
上記の概要説明と以下の詳細な説明の両方は、本発明の実施形態を提供し、特許請求の範囲に記載されている本発明の性質及び特性を理解するための概観又は枠組を提供するようになっている。
次に、例示の実施形態を示す図を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態としての光ファイバリボンの断面図である。 マトリックスピールが行なわれている光ファイバリボンを示す図である。 光ファイバブレークアウトが行なわれている光ファイバリボンを示す図である。 従来型調合物と比較した本発明の実施形態としてのマトリックス材料のブレークアウト及びピール性能をまとめたグラフ図である。
本発明の実施形態は、光ファイバリボン及び光ファイバリボンの良好なマトリックスブレークアウト及びピール性能を維持しながらこのような光ファイバリボンを比較的安価に製造する方法に関する。光ファイバリボンマトリックス組成物のオリゴマー含有量を実質的に減少させ、又は無くすことによって費用を相当に節約できるので、本発明の実施形態の組成物の主要な構成要素は、モノマー成分である。これは、多量の構成要素としてウレタンアクリレートオリゴマー成分を含むと共に少量の構成要素としてモノマー成分を含む大抵の従来型マトリックス組成物とは対照的である。大抵の従来型被覆及び／又はマトリックス組成物では、オリゴマー成分は、重合が起こるバックボーンとして機能し、モノマー成分は、組成物の粘度を調節する希釈剤として、そして硬化中、架橋剤として（特定のモノマー成分が有する場合のある官能基の数に応じて）機能する。
本明細書において特定成分の「重量パーセント」という表現は、バルク組成物中に導入され、他の添加剤を含まない量を意味している。本発明の組成物を作るためにバルク組成物中に導入される他の添加物の量をｐｐｈ（part per hundred）で表すことができる。例えば、オリゴマー、モノマー及び光重合開始剤は、これら成分の全重量パーセントが１００パーセントに等しくなるようなバルク組成物を形成するために組み合わされる。このバルク組成物には、バルク組成物の１００重量パーセントを超える添加剤の量、例えば１．０ｐｐｈが導入される。
適当な多官能価のエチレン的に不飽和のモノマーとしては、アルコキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、例えばエトキシ化が２以上、好ましくは２〜約３０のエトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート（例えば、ペンシルベニア州ウエストチェスタ所在のサートマー・カンパニー・インコーポレイテッド（Sartomer Company, Inc.）から入手できるＳＲ３４９及びＳＲ６０１並びにペンシルベニア州アンブラ所在のコグニス・コーポレイション（Cognis Corp.）から入手できるPhotomer 4025及びPhotomer 4028）及びプロポキシ化が２以上、好ましくは２〜約３０のプロポキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、アルコキシ化が行なわれ又は行なわれていないメチルオルプロパンポリアクリレート、例えばエトキシ化が３以上、好ましくは３〜約３０のエトキシ化トリメチルオルプロパントリアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4149、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ４９９）、プロポキシ化が３以上、好ましくは３〜３０のプロポキシ化トリメチルオルプロパントリアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4072及びサートマーのＳＲ４９２）及びジトリメチルオルプロパンポリテトラアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4355）、アルコキシ化グリセリルトリアクリレート、例えばプロポキシ化が３以上のプロポキシ化グリセロールトリアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4096及びサートマーのＳＲ９０２０）、アルコキシ化が行なわれ又は行なわれていないエリトリトールポリアクリレート、例えばペンタエリトールテトラアクリレート（例えば、ペンシルベニア州ウエストチェスタ所在のサートマー・カンパニー・インコーポレイテッドから入手できるＳＲ２９５）、エトキシ化ペンタエリトリトールテトラアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ４９４）及びジペンタエリトリトールペンタアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4399及びサートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ３９９）、適当な官能イソシアヌレートをアクリル酸又はアクリルオリクロリドと反応させることにより生じたイソシアヌレートポリアクリレート、例えばトリ‐（２‐ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ３６８）及びトリ‐（２‐ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジアクリレート、アルコキシ化が行なわれ又は行なわれていないアルコールポリアクリレート、例えばトリシクロデカンジメタノールジアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＣＤ４０６）及びエトキシ化が２以上、好ましくは約２〜３０のエトキシ化ポリエチレングリコールジアクリレート、アクリレートをビスフェノールＡジグリシジルエーテル（４アップ）等に添加することにより生じたエポキシアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 3016）及び単リング及び多リング環状芳香族又は非芳香族ポリアクリレート、例えばジシクロペンタジエンジアクリレート及びジシクロペンタンジアクリレートが挙げられるが、これらには限定されない。
また、或る特定の量の一官能価のエチレン的に不飽和のモノマーを用いることが望ましい場合があり、このようなモノマーは、硬化生成物が水を吸収し、他の被覆材料にくっつき又は応力下で挙動する度合いに影響を及ぼすよう導入されるのが良い。例示の一官能価エチレン的不飽和モノマーとしては、ヒドロキシアルキルアクリレート、例えば２‐ヒドロキシエチル‐アクリレート、２‐ヒドロキシプロピル‐アクリレート及び２‐ヒドロキシブチル‐アクリレート、長鎖及び短鎖アルキルアクリレート、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔ‐ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、イソアミルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、２‐エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ウンデシルアクリレート、ドデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクタデシルアクリレート及びステアリルアクリレート、アミノアルキルアクリレート、例えばジメチルアミノエチルアクレート、ジエチルアミノエチルアクリレート及び７‐アミノ‐３，７‐ジメチルオクチルアクリレート、アルコキシアルキルアクリレート、例えばブトキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ３３９）及びエトキシエトキシエチルアクリレート、短リング及び多リング環状芳香族又は非芳香族アクリレート、例えばシクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジシクロペンタジエンアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、ボミルアクリレート、イソボルニルアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ４２３）、テトラヒドロフルフリルアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ２８５）、カプロラクトンアクリレート（例えば、サートマー・カンパニー・インコーポレイテッドのＳＲ４９５）及びアクリルオリルモルフォリン、アルコールを主成分とするアクリレート、例えばポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート及び種々のアルコキシ化アルキルフェノールアクリレート、例えばエトキシ化（４）ノニルフェノールアクリレート（例えば、コグニス・コーポレイションのPhotomer 4003）、アクリルアミド、例えばジアセトンアクリルアミド、イソブトキシメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ′‐ジメチル‐アミノプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ‐ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ‐ジエチルアクリルアミド及びｔ‐オクチルアクリルアミド、ビニル系化合物、例えばＮ‐ビニルピロリドン及びＮ‐ビニルカプロラクタム、酸エステル、例えばマレイン酸エステル、フマル酸エステルが挙げられるが、これらには限定されない。上述の長鎖及び短鎖アルキルアクリレートに関し、短鎖アルキルアクリレートは、６個以下の炭素を持つアルキル基であり、長鎖アルキルアクリレートは、７個以上の炭素を持つアルキル基である。
最も適当なモノマーは、市販のものであるか或いは当該技術分野において知られている反応方式を用いて容易に合成されるものかのいずれかである。例えば、上述の一官能価モノマーの大部分は、適当なアルコール又はアミドをアクリル酸又はアクリルオリルクロリドと反応させることにより合成できる。
好ましくは、組成物にはオリゴマー成分が含まれておらず、モノマー成分は、２種類又は３種類以上のモノマーの組み合わせである。オリゴマーという用語は、脂肪族及び芳香族ウレタン（メト）アクリレートオリゴマー、ウレア（メト）アクリレートオリゴマー、ポリエステル及びポリエステル（メト）アクリレートオリゴマー、アクリル化アクリルオリゴマー、ポリブタジエン（メト）アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート（メト）アクリレートオリゴマー及びメラミン（メト）アクリレートオリゴマーを含む化合物の等級として定義される。
適当なオリゴマーは、用いられた場合、一官能価オリゴマーか多官能価オリゴマーかのいずれかであるのが良い。ただし、多官能価オリゴマーが好ましい。オリゴマー成分は、一官能価オリゴマーと多官能価オリゴマーの組み合わせであっても良い。
二官能価オリゴマーは、好ましくは、以下の化学式（Ｉ）で表される構造を有する。
〔化１〕
Ｆ1―Ｒ1‐［ジイソシアネート‐Ｒ2‐ジイソシアネート］m‐Ｒ1―Ｆ1 （Ｉ）
上式において、Ｆ1は、単独で、反応性官能基、例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、Ｎ‐ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル又は当該技術分野において知られている他の官能基であり、Ｒ1は、単独で、―Ｃ2‐12Ｏ―、―（Ｃ2‐4―Ｏ）n―、―Ｃ2‐12Ｏ―（Ｃ2‐4―Ｏ）n―、―Ｃ2‐12Ｏ―（ＣＯ―Ｃ2‐5Ｏ）n―又は―Ｃ2‐12Ｏ―（ＣＯ―Ｃ2‐5ＮＨ）n―を含み、この場合、ｎは、１から３０まで、好ましくは１から１０までの整数であり、Ｒ2は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア又はこれらの組み合わせであり、ｍは、１から１０まで、好ましくは１から５までの整数である。化学式Ｉの構造中、ジイソシアネート基は、ジイソシアネートとＲ2及び／又はＲ1の結合に続いて生じる反応生成物である。「単独で」という用語は、本明細書においては、各Ｆ1が別のＦ1とは異なる場合があることを示すために用いられており、同じことは、各Ｒ1についても当てはまる。
他の多官能価オリゴマーは、好ましくは、以下に記載する化学式（ＩＩ）、化学式（ＩＩＩ）又は化学式（ＩＶ）による構造を有する。
〔化２〕
マルチイソシアネート‐（2―Ｒ1―Ｆ2）x （ＩＩ）
〔化３〕
ポリオール‐［（ジイソシアネート‐Ｒ2‐ジイソシアネート）m‐Ｒ1―Ｆ2］x （ＩＩＩ）
又は、
〔化４〕
マルチイソシアネート‐（Ｒ1―Ｆ2）x （ＩＶ）
上式において、Ｆ2は、単独で、１つから３個の官能基、例えばアクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、Ｎ‐ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル又は当該技術分野において知られている他の官能基を示し、Ｒ1は、単独で、―Ｃ2‐12Ｏ―、―（Ｃ2‐4―Ｏ）n―、―Ｃ2‐12Ｏ―（Ｃ2‐4―Ｏ）n―、―Ｃ2‐12Ｏ―（ＣＯ―Ｃ2‐5Ｏ）n―又は―Ｃ2‐12Ｏ―（ＣＯ―Ｃ2‐5ＮＨ）n―を含み、この場合、ｎは、１から１０まで、好ましくは１から５までの整数であり、Ｒ2は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア又はこれらの組み合わせであり、ｘは、１から１０まで、好ましくは２から５までの整数であり、ｍは、１から１０まで、好ましくは１から５までの整数である。化学式ＩＩの構造中、多イソシアネート基は、多イソシアネートとＲ2の結合に続いて生じる反応生成物である。化学式ＩＩＩの構造中、ジイソシアネート基は、ジイソシアネートとＲ2及び／又はＲ1の結合に続いて生じる反応生成物である。
ウレタンオリゴマーは、脂肪族又は芳香族ジイソシアネートを二価ポリエーテル又はポリエステル、最も典型的にはポリオキシアルキレングリコール、例えばポリエチレングリコールと反応させることにより従来通り得られる。このようなオリゴマーは、典型的には、約４個〜約１０個のウレタン基を有し、高分子量、例えば２０００〜８０００のものであるのが良い。しかしながら、分子量が５００〜２０００の低分子量オリゴマーも又使用できる。コーディー等（Coady et al.）に付与された米国特許第４，６０８，４０９号明細書及びビショップ等（Bishop et al.）に付与された米国特許第４，６０９，７１８号明細書は、このような合成法を詳細に記載しており、これら米国特許を参照により引用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする。
耐湿性オリゴマーを用いることが望ましい場合、このような耐湿性オリゴマーを極性ポリエステル又はポリエーテルグリコールが主として飽和及び主として非極性脂肪酸ジオールに有利なように回避することを除き同様な仕方で合成可能である。これらジオールは、例えば、約２〜２５０個の炭素原子のアルカン又はアルキレンジオールを含み、好ましくは、これらジオールには実質的にエーテル又はエステル基がない。
周知のように、合成中、ジアミン及び又はポリアミンをジオール又はポリオールに代えて用いるだけで、上述の方法により調製されたオリゴマー中にポリウレア成分を混入することができる。ポリウレア成分が本発明の被覆系中に少ない割合で存在することは、被覆性能にとって有害であるとは考えられない。ただし、合成に用いられるジアミン又はポリアミンが被覆系の耐湿性を損なうのを回避するよう十分に非極性であり且つ飽和されていることを唯一の条件とする。
周知のように、マトリックス成分は、光ファイバをリボン中に固定するためのその塗布後、組成物の重合（即ち、硬化）を生じさせるのに適した重合開始剤を更に含むのが良い。本発明の組成物に用いるのに適した重合開始剤としては、熱開始剤、化学開始剤、電子ビーム開始剤、マイクロ波開始剤、化学線開始剤及び光重合開始剤が挙げられる。光重合開始剤が特に好ましい。大抵のアクリレート系被覆調合物に関し、従来型光重合開始剤、例えば公知のケトン化合物光開始及び／又はホスフィンオキシド添加剤が好ましい。本発明の組成物に用いられる場合、光重合開始剤は、迅速な紫外線硬化を可能にするのに十分な量存在する。好ましくは、これは、約０．５〜約１０重量パーセント、より好ましくは約１．５〜７．５重量パーセント、最も好ましくは約３重量パーセントの重合開始剤を含む。
光重合開始剤は、放射線効果を促進するうえで少量ではあるが有効な量で用いられる場合、マトリックス組成物の時期尚早なゲル化を生じさせないで適度の硬化速度を提供しなければならない。望ましい硬化速度は、マトリックス組成物の実質的な硬化（即ち、約９０％以上、より好ましくは９５％以上）を生じさせるのに十分な任意の速度である。
適当な光重合開始剤としては、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ド（例えば、ルシリン（Lucirin）ＴＰＯ）、１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（例えば、ニューヨーク州タリータウン所在のシバ・スペシャリティ・ケミカル（Ciba Specialty Chemical）社から入手できるIrgacure 184）、（２，６‐ジエトキシベンゾイル）‐２，４，４‐トリメチルペンチルホスフィンオキシド（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社の市販の組成物であるIrgacure 1800、Irgacure 1850及びIrgacure 1700）、２，２‐ジメトキシル‐２‐フェニルアセトフェノン（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社のIrgacure 651、ビス（２，４，６‐トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社のIrgacure 819）、（２，４，６‐トリエチルベンゾイル（ジフェニルホスフィンオキシド（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社の市販の組成物であるDarocur 4265）、２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐１‐フェニルプロパン‐１‐オン（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社の市販の組成物であるDarocur 4265）及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。他の光重合開始剤は、絶えず開発されており、マトリックス組成物に用いられている。任意の適当な光重合開始剤を本発明の組成物中に導入することができる。
上述の成分に加えて、本発明のマトリックス組成物は、オプションとして、添加剤又は添加剤の組み合わせを含むのが良い。適当な添加剤としては、酸化防止剤、触媒、潤滑剤、低分子量非架橋樹脂、定着剤及び安定剤が挙げられるが、これらには限定されない。定着剤の中には、重合プロセスを制御し、それにより組成物から生じる重合生成物の物理的特性（例えば、弾性率、ガラス転移温度）に影響を及ぼすよう働くものがある。添加剤の中には、組成物の重合生成物の健全性に影響を及ぼす（例えば、解重合又は酸化崩壊を生じないよう保護する）ものもある。
好ましい酸化防止剤は、チオジエチレンビス（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル）‐４‐ヒドロキシヒドロシンナマート（例えば、シバ・スペシャリティ・ケミカル社から入手できるIrganox 1035）である。
好ましい定着剤は、アクリル化酸定着剤、例えばEbecryl 170（ジョージア州シルナ所在のユーシービー・ラドキュア（UCB Radcure）社から入手できる）である。
マトリックス材料に用いられる他の適当な材料並びにこれら材料の選択に関する考察は、当該技術分野においては周知であり、チャピン（Chapin）に付与された米国特許第４，９６２，９９２号明細書及び同第５，１０４，４３３号明細書に記載されており、これら米国特許を参照により引用し、これらの記載内容を本明細書の一部とする。マトリックスの１つ又は２つ以上の特性を促進する種々の添加剤も又存在するのが良く、このような添加剤としては、本発明の組成物に混入される上述の添加剤が挙げられる。
図１は、本発明のマトリックス材料を有する光ファイバリボン１０の断面図である。光ファイバリボン１０は、リボンマトリックス又は母材３０で包囲されると共にこの中に封入された複数本の実質的に整列した光ファイバ１５〜２６を有する。光ファイバ１５〜２６の各々は、１つ又は２つ以上の被覆（図示せず）を備えたガラスファイバを含む。リボンマトリックス３０は、単一層マトリックスか二重層マトリックス（内側及び外側マトリックス材料で形成される）かのいずれかであるのが良い。図示の実施形態では、マトリックス３０は、内側マトリックス３４及び外側マトリックス３８から成る。内側マトリックスは、光ファイバ２０を包囲すると共にこれらに接触し、外側マトリックス３８は、内側マトリックス３４の外面を包囲すると共にこれに接触する。光ファイバ１５〜２６の各々は、個々の光ファイバ１５〜２６の識別を可能にするインキ層（図示せず）を有するのが良い。図１に示された例示の光ファイバリボン１０は、各々が二重層被覆を備えた１２本の光ファイバ１５〜２６を有する。光ファイバは各々、着色インキ被覆を更に有し、１２本の光ファイバは、例えば青色１５、橙色１６、緑色１７、茶色１８、スレート色１９、白色２０、赤色２１、黒色２２、黄色２３、紫色２４、薔薇色２５及び水色２６の１２色シーケンスで提供されている。色のどのような組み合わせであっても本発明に用いるのに適している。
本実施形態によれば、マトリックス３０は、ＵＶ硬化可能なリボンマトリックス材料から成る。一実施形態では、内側マトリックス３４の組成は、約３重量パーセント以下の量で存在する凝集オリゴマー成分及び約８０重量パーセント以上の総量で存在する１種類又は複数種類のモノマー成分を含む。オリゴマー成分は、例えば、各々が他のオリゴマー成分と凝集状態で又は個々に３重量パーセント未満の量で存在するウレタンアクリレート成分又はポリエステルアクリレート成分であるのが良い。モノマー成分は、８０重量パーセント以上の総量で存在するのが良いが、好ましくは、約８５〜約１００重量パーセント、より好ましくは約９０〜約９９重量パーセント、最も好ましくは約９５〜約９９重量パーセントの総量で存在する。硬化後、内側マトリックス３４組成物の硬化生成物のヤング率は、少なくとも約７５０ＭＰａである。好ましくは、内側マトリックス３４組成物の硬化生成物は、ヤング率が約９００〜約１５００ＭＰａであることを特徴としている。
一実施形態では、外側マトリックス３８の組成は、約３重量パーセント以下の量で存在する凝集オリゴマー成分及び約８０重量パーセント以上の総量で存在する１種類又は複数種類のモノマー成分を含む。オリゴマー成分は、例えば、各々が他のオリゴマー成分と凝集状態で又は個々に３重量パーセント未満の量で存在するウレタンアクリレート成分又はポリエステルアクリレート成分であるのが良い。モノマー成分は、８０重量パーセント以上の総量で存在するのが良いが、好ましくは、約８５〜約１００重量パーセント、より好ましくは約９０〜約９９重量パーセント、最も好ましくは約９５〜約９９重量パーセントの総量で存在する。硬化後、外側マトリックス３８組成物の硬化生成物のヤング率は、少なくとも約２５０ＭＰａである。好ましくは、外側マトリックス３８組成物の硬化生成物は、ヤング率が約３５０〜約７５０ＭＰａであることを特徴としている。
本実施形態によれば、凝集オリゴマー成分の重量パーセントは、２重量パーセント以下又は１重量パーセント以下であるのが良く、或いは、オリゴマー成分は、マトリックス組成物の一方又は両方から実質的になくしても良い。例えば、一実施形態によれば、内側マトリックス組成物か外側マトリックス組成物かのいずれかにはウレタンアクリレート成分が存在しない。
マトリックス３４は、「内側マトリックス」として記載されているが、周囲外側マトリックス３８なしでマトリックス３４を用いても良い。このような実施形態では、マトリックス材料は、リボン全体を通じて一様な組成を有する。好ましくは、単一層マトリックス材料は、上述の内側マトリックス組成の特性を有する。
上述の組成中、マトリックス調合物のモノマー成分は、単一のモノマーを含んでも良く、或いは、２つ又は３つ以上のモノマーの組み合わせであっても良い。必要要件ではないが、モノマー成分は、硬化後の物理的性質を所望の範囲に調節することができるよう２種類又は３種類以上のモノマーの組み合わせであることが好ましい。本発明の組成物中に導入されるモノマー成分は、エチレン的に不飽和状態のモノマーを含むのが良い。
図２は、マトリックスピールが行なわれている光ファイバリボン１０を示している。マトリックスピール試験を用いてマトリックスピール品質を評価して定量化することができる。ピールを試験する一手順は、次の通りであり、即ち、１．ほぼ１２インチ（３０．４８ｃｍ）のリボン１０のサンプルを用いて、リボンの頂端部、即ち、左側の青色光ファイバ１５をリボン端から約１インチ（２．５４ｃｍ）のところで親指と人差し指で保持し、リボン端部を一方の方向に９０°ねじり、次に他方の方向に９０°ねじり、マトリックス材料３０は、光ファイバ１５〜２６からちぎれてばらの状態になるはずであり、２．リボンの一方の側のマトリックス層３０を掴んで引き下げ、それによりマトリックス３０を光ファイバ１５〜２６から除去する。表１に詳細に記載された尺度に従ってピールを評価する。
表１‐ピール評価尺度
Figure 2012533771
図３は、１２心ブレークアウトプロセスにおいて最初の又は第１の光ファイバについて光ファイバブレークアウトが行なわれている光ファイバリボン１０を示している。以下の手順を用いて１２心リボンに関するブレークアウト品質を評価して定量化することができ、即ち、１．ほぼ１８インチ（４５．７２ｃｍ）のリボン１０のサンプルを用いて、リボン１０の頂端部、即ち、左側の青色光ファイバ１５をリボン１０の端から約１〜２インチ（約２．５４〜５．０８ｃｍ）のところで親指と人差し指で保持し、リボン端部を一方の方向に９０°ねじり、次に他方の方向に９０°ねじり、マトリックス材料３０は、光ファイバ１５〜２６からちぎれてばらの状態になるはずであり、２．水色光ファイバ２６を除去し、マトリックス３０を水色光ファイバ２６から除去し、３．片手で残りの１１本の光ファイバ１５〜２５を掴み、もう片方の手でマトリックス３０を保持し、１１本の光ファイバ１５〜２５を一度に全て除去する。光ファイバ１５〜２６を全て除去すると、損傷があるかどうかについてマトリックス３０を吟味し、表２に詳細に示されている評価尺度に従って１２心ブレークアウト性能を評価する。
表２‐１２心ブレークアウト評価尺度
Figure 2012533771
次の手順を用いて１２心リボンに関する単心ブレークアウト品質を評価すると共に定量化することができ、即ち、１．ほぼ１８インチ（４５．７２ｃｍ）のリボン１０のサンプルを用いて、リボン１０の頂端部、即ち、左側の青色光ファイバ１５をリボン１０の端から約１〜２インチ（約２．５４〜５．０８ｃｍ）のところで親指と人差し指で保持し、リボン端部を一方の方向に９０°ねじり、次に他方の方向に９０°ねじる。マトリックス材料３０は、光ファイバ１５〜２６からちぎれてばらの状態になるはずである。２．水色光ファイバ２６を除去し、マトリックス３０を水色光ファイバ２６から除去し、そして、残りの光ファイバ１５〜２５を一度に１本ずつ除去する。表３に詳細に記載されている評価尺度に従ってリボンの全体的単心ブレークアウトを評価する。
表３‐単心ブレークアウト評価尺度
Figure 2012533771
実施例
本実施形態の一態様によれば、全体が図１に示されている光ファイバリボンは、有利なピール及びブレークアウト特性を備えたマトリックス材料で構成されている。内側マトリックス３４材料及び外側マトリックス３８材料の成分の重量パーセントが以下の表４及び表５にまとめられている。
表４‐マトリックス成分に関する重量百分率
Figure 2012533771
表５‐マトリックス成分に関する重量百分率
Figure 2012533771
表４にまとめて示されている例示のマトリックス調合物では、内側マトリックス成分に関する凝集モノマー成分は、内側マトリックス材料の約９７重量パーセントを占める。外側マトリックス材料の凝集モノマー成分も又、内側マトリックス材料の約９７重量パーセントを占める。
Photomer 3016は、コグニス・コーポレイションから入手できる高粘度ビスフェノールＡを主成分とするエポキシジアクリレートモノマーである。Photomer 4028は、コグニス・コーポレイションから入手できるエトキシ化4、ビスフェノールＡジアクリレートモノマーである。ＳＲ６０２は、サートマー社から入手できるエトキシ化10ビスフェノールＡジアクリレートモノマーである。ＣＤ９０３８は、サートマー社から入手できるエトキシ化30ビスフェノールＡジアクリレートモノマーである。Ｖ‐Ｃａｐ／ＲＣは、アイエスピー・コーポレイション（ISP Corporation）から入手できるｎ‐ビニルカプロラクタムである。Lucirin TPOは、ビーエーエスエフ・コーポレイション（BASF Corporation）から入手できる２，４，６‐トリメチルジフェニルホスフィンオキシドである。Irgacure 184は、シバ社から入手できる１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンである。Irganox 1035は、シバ社から入手できる３，５‐ビス（１，１‐ジメチルエチル）‐４‐ヒドロキシ‐チオジ‐２，１‐エタンジイルエステルである。Irganox 1076は、シバ社から入手できる３，５‐ビス（１，１‐ジメチルエチル）‐４‐ヒドロキシ‐オクタデシルエステルである。TegoRad 2250は、デグッサ（Degussa）社から入手できるシリコーンポリエステルアクリレートである。
表４に記載された内側及び外側マトリックス成分を用いたマトリックス３０で構成された光ファイバリボン１０は、好都合なピール及びブレークアウト性能を有していた。ピール及びブレークアウト性能は、表４にまとめられている。従来型コントロールリボンも又、比較目的で試験した。コントロールリボンは、ウレタンアクリレートオリゴマーを主成分とする市販のマトリックス材料を用いて作られたものであった。図４に示されたデータは、リボン製造のためのコーニング・ケーブル・システムズの標準プロセスに従って作られた１２心リボンから得られた。コントロールリボンは、ＣＣＳで現在使用されている比較マトリックス材料を用いて作られたものであった。これらマトリックス材料は、デーエスエム・デソテック（DSM Desotech）社から販売されている。内側マトリックス層は、９５０‐７０６であり、外側マトリックス層は、９Ｄ９‐５１８である。本発明のリボンは、表４に記載されたＲＰ１１内側マトリックス調合物及びＲＳ８１外側マトリックス調合物を用いて作られたものであった。次に、これらリボンに対してピール及びブレークアウト試験を行なったが、これらに関する手順を以下に詳細に記載する。各試験に関し、コントロールリボンに関する試験データは、右側に示されており、本発明の調合物に関する試験データは、右側に示されている。本発明の実施形態のリボンは、著しいコスト減少が図られた上でコンポーネントロールリボンよりも良好なピール及びブレークアウト評価結果を得た。理論に束縛されるものではないが、ブレークアウト及びピール性能の向上は、ビスフェノールＡを主成分とするモノマーの使用に起因した本発明のマトリックス材料の靱性の向上によるものであると考えられる。硬質ビスフェノールＡ群は、撓み機構を介して靱性の向上をもたらすと考えられ、撓み機構の存在が靱性を向上させることが判明した熱架橋エポキシ網状構造に関する報告と一致している。
本発明の実施形態としてのマトリックス材料は、上述の特定の組成には限定されない。例えば、内側マトリックス材料は、物理的性質を内側マトリックス材料に望ましい範囲にあるようにするよう調節するために外側マトリックスと同一の成分であるが、種々の比率を用いて誘導することができる。同様に、外側マトリックス材料は、物理的性質を内側マトリックス材料に望ましい範囲にあるようにするよう調節するために内側マトリックスと同一の成分であるが、種々の比率を用いて誘導することができる。
上記の説明は、例示としてのみここに与えられた種々の実施形態に関している。マトリックス材料を好ましい実施形態及びその実施例と関連して説明したが、実質的に同一の機能を実行すると共に／或いは実質的に同一の結果を達成することができる。このような均等範囲に属する実施形態及び実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明に含まれるものである。

Claims (36)

  1. 光ファイバリボンであって、
    複数本の光ファイバと、
    ８０重量パーセント以上の総量で存在する少なくとも１種類のモノマー成分及び３０重量パーセント以下の総量で存在するオリゴマー成分を含むリボンマトリックスとを有する、光ファイバリボン。
  2. 前記リボンマトリックスは、
    前記光ファイバを包囲すると共に封入した内側マトリックスを有し、前記内側マトリックスは、８０重量パーセント以上の総量で存在する少なくとも１種類のモノマー成分を含む内側マトリックス組成物の硬化生成物であり、前記内側マトリックス組成物の凝集オリゴマー成分は、３重量パーセント以下であり、
    前記内側マトリックスを封入すると共に包囲した外側マトリックスを有する、請求項１記載の光ファイバリボン。
  3. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、８５重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、２重量パーセント以下である、請求項１又は２記載の光ファイバリボン。
  4. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９０重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、１重量パーセント以下である、請求項１又は２記載の光ファイバリボン。
  5. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９５重量パーセント以上の総量で存在する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  6. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９７重量パーセント以上の総量で存在する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  7. 前記内側マトリックスのヤング率は、少なくとも７５０ＭＰａである、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  8. 前記内側マトリックスには実質的にオリゴマーが含まれていない、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  9. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、ビスフェノールＡを主成分とするジアクリレートモノマーを含む、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  10. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、少なくとも５０重量パーセントの量で存在するエトキシ化(10)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  11. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、５０〜６５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(10)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  12. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、３０〜４０重量パーセントの量で存在するエポキシジアクリレートモノマーを含む、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  13. 前記リボンマトリックスは、
    前記光ファイバを包囲すると共に封入した内側マトリックスを有し、
    前記内側マトリックスを包囲すると共に封入した外側マトリックスを有し、前記外側マトリックスは、８０重量パーセント以上の総量で存在する少なくとも１種類のモノマー成分を含む外側マトリックス組成物の硬化生成物であり、前記外側マトリックス組成物の凝集オリゴマー成分は、３重量パーセント以下である、請求項１記載の光ファイバリボン。
  14. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、８５重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、２重量パーセント以下である、請求項１３記載の光ファイバリボン。
  15. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９０重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、１重量パーセント以下である、請求項１３記載の光ファイバリボン。
  16. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９５重量パーセント以上の総量で存在する、請求項１３〜１５のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  17. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９７重量パーセント以上の総量で存在する、請求項１３〜１５のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  18. 前記内側マトリックスのヤング率は、少なくとも２５０ＭＰａである、請求項１３〜１７のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  19. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、少なくとも２５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(4)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜１８のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  20. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、２５〜３５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(4)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜１８のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  21. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、少なくとも２５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(30)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜２０のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  22. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、２５〜３５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(30)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜２０のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  23. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、少なくとも２０重量パーセントの量で存在するエポキシジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜２２のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  24. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、２０〜３５重量パーセントの量で存在するエポキシジアクリレートモノマーを含む、請求項１３〜２２のうちいずれか一に記載の光ファイバリボン。
  25. 光ファイバリボンであって、
    複数本の光ファイバと、
    リボンマトリックスとを有し、前記リボンマトリックスは、
    前記光ファイバを包囲すると共に封入した内側マトリックスを有し、前記内側マトリックスは、実質的にオリゴマー成分が含まれていない内側マトリックス組成物の硬化生成物であり、
    前記内側マトリックスを包囲した外側マトリックスを有し、前記外側マトリックスは、実質的にオリゴマー成分が含まれていない外側マトリックス組成物の硬化生成物である、光ファイバリボン。
  26. 光ファイバリボンマトリックス組成物であって、
    ８０重量パーセント以上の総量で存在する少なくとも１種類のモノマー成分を含み、
    前記光ファイバリボンマトリックス組成物の凝集オリゴマー成分は、３重量パーセント以下である、組成物。
  27. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、８５重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、２重量パーセント以下である、請求項２６記載の組成物。
  28. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９０重量パーセント以上の総量で存在し、前記凝集オリゴマー成分は、１重量パーセント以下である、請求項２６記載の組成物。
  29. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９５重量パーセント以上の総量で存在する、請求項２６記載の組成物。
  30. 前記少なくとも１種類のモノマー成分は、９７重量パーセント以上の総量で存在する、請求項２６記載の組成物。
  31. マトリックス組成物であって、
    ５０〜６５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(10)ビスフェノール‐Ａジアクリレートモノマーと、
    ３０〜４０重量パーセントの量で存在するエポキシジアクリレートモノマーとを含む、組成物。
  32. ０．５〜１０重量パーセントの量で存在する光重合開始剤を更に含む、請求項３１記載の組成物。
  33. 前記組成物には、実質的に、ウレタンアクリレートオリゴマー成分が含まれていない、請求項３１又は３２記載の組成物。
  34. マトリックス組成物であって、
    ２５〜３５重量パーセントの量で存在するエポキシジアクリレートモノマーと、
    ２５〜３５重量パーセントの量で存在するエトキシ化4ビスフェノールＡジアクリレートモノマーと、
    ２５〜３５重量パーセントの量で存在するエトキシ化(30)ビスフェノールＡジアクリレートモノマーとを含む、組成物。
  35. ０．５〜１０重量パーセントの量で存在する光重合開始剤を更に含む、請求項３４記載の組成物。
  36. 前記組成物には、実質的に、ウレタンアクリレートオリゴマー成分が含まれていない、請求項３４又は３５記載の組成物。
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