JP2013257380A - 光ファイバ素線 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な耐温水特性を有する光ファイバ素線を提供する。
【解決手段】ガラスファイバ１０の外周に、内層２０と外層３０を含む樹脂被覆層を設けた光ファイバ素線１であって、内層２０を構成する樹脂が、界面活性剤を０．１〜１．０重量％含有するウレタン系紫外線硬化樹脂組成物を硬化させて形成されたものであり、そのヤング率が０．３〜１０ＭＰａであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスファイバの外周に樹脂被覆層を設けた光ファイバ素線に係り、さらに詳細には、内層が特定の組成を有するウレタン系紫外線硬化樹脂組成物により形成された光ファイバ素線に関する。

光ファイバ素線は、ガラスを熱溶融紡糸して得られたガラスファイバに、保護や補強を目的として樹脂が被覆されたものである。この樹脂被覆の構造としては、例えば、光ファイバの表面に設けられた柔軟な内層と、該内層の外側に設けられた剛性の高い外層を含む構造が知られている。

また、特許文献１では、ポリエーテルポリオール由来の構造を有するウレタン（メタ）アクリレートとエチレン性不飽和基含有化合物に、特定の構造のジアルキルアミンを用いた樹脂組成物を使用することで、高い耐温水浸漬特性を実現している。

特開２００９−１４９７９４号公報

光ファイバ素線では、光伝送性能、耐久性、敷設時の作業性の観点から様々な特性が求められる。そのなかのひとつに耐温水特性があるが、これは、耐候性に劣る光ファイバ素線では約６０℃の温水に浸漬したとき伝導損失（ロス）が生じることから、耐候性の指標とされるものである。
また、光ファイバの敷設は、作業性の観点から、予め複数本の光ファイバ素線を並べて樹脂材料（テープ材）でさらに被覆した光ファイバテープ心線の形態にして行われる場合がある。敷設の際、ガラスファイバを露出するために、テープ材と素線の樹脂被覆層とを一括して除去する作業工程が行われるが、その一括被覆除去性も求められる特性のひとつである。

しかしながら、特許文献１では、耐温水特性は向上しているものの、光ファイバの敷設時の作業性にかかる一括被覆除去性については、検討がされていない。
また温水に浸漬したとき伝導損失が生じるメカニズムは、温度が上昇することにより内層中に気泡が発生し、その部分に微小な曲げや側圧が加えられるためと考えられるが、特許文献１の方法では気泡についての対策が明確に行われていないため、より過酷な状況では、耐温水特性の低下が懸念される。

本発明は、従来の光ファイバ素線における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、良好な耐温水特性を有する光ファイバ素線を提供することである。

本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、内層を構成する樹脂組成物中に一定量の界面活性剤を含有させることで、その作用により、温度の上昇で内層中に発生した気泡を細かく分散できること、また樹脂被覆層の除去性を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の光ファイバ素線は、ガラスファイバの外周に、内層と外層を含む樹脂被覆層を設けた光ファイバ素線であって、前記内層を構成する樹脂が、界面活性剤を０．１〜１．０重量％含有するウレタン系紫外線硬化樹脂組成物を硬化させて形成されたものであり、そのヤング率が０．３〜１０ＭＰａであることを特徴とする。

また、本発明の上記光ファイバ素線を、複数本並列し、その周囲をテープ材で被覆することにより、光ファイバテープ心線とすることもできる。

本発明によれば、良好な耐温水特性を有し、光ファイバテープ心線にしたときに一括被覆除去性が良好な光ファイバ素線を提供することができる。

本発明の光ファイバ素線の一例を示す概略断面図である。 本発明の光ファイバ素線を用いた光ファイバテープ心線の一例を示す概略斜視図である。 界面活性剤添加量と温水ロス増値の関係を示すグラフである。

１．光ファイバ素線
以下、本発明の光ファイバ素線について、図１を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の光ファイバ素線の一例を示す概略断面図である。
光ファイバ素線１は、ガラスファイバ１０の外周にウレタン系紫外線硬化樹脂組成物を硬化させてなる内層２０と、さらにその外周に硬化性樹脂を硬化させてなる外層３０を有する。この内層２０と外層３０の二層により樹脂被覆層が形成される。樹脂被覆層の層構造は、内層と外層を有していれば二層構造に限定されることはなく、内層と外層の間や、外層の外側に別の層を備えた三層構造や四層構造等の多層構造であってもよい。また例えば、外層３０の外周にインク層を設けてもよい。該インク層の厚さは通常数μｍである。このようなインク層は、通常、外層３０と同様の紫外線硬化樹脂組成物により形成される。

ガラスファイバ１０は、通常、石英系ガラスからなるコア層の外周に石英ガラスからなるクラッド層を備える。該コア層の外径は、例えば７μｍ〜６０μｍ、該クラッド層の厚さは、例えば１２５μｍとすることができる。

内層２０は、ガラスファイバ１０の外周上に形成された硬化樹脂の層であり、例えば、厚さを１０μｍ〜５０μｍとすることができる。
内層は、ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物を硬化させて形成したものであり、該ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物は、界面活性剤を０．１〜１．０重量％含有する。
界面活性剤を０．１重量％以上含有することにより、内層の物性に影響を与えることなく、温水浸漬時に内層中に発生した気泡を細かく分散することができ、またガラスファイバと樹脂被覆層との間で作用する摩擦力を適度に低減することができるため、温水浸漬時の伝導損失の増加を抑制し、敷設作業時の一括被覆除去性を良好にする。

図３は、ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物への界面活性剤添加量と温水ロス増値の関係を示すグラフである。ここで、温水ロス増値とは、光ファイバ素線を６０℃の温水に３０日間浸漬したときに増加した伝導損失の値である。図３からも明らかなように、界面活性剤がウレタン系紫外線硬化樹脂組成物の全量に基づいて０．１重量％以上含有されている場合は、０．０５重量％（一番左の点）含有されている場合に比べて温水浸漬時の伝導損失の増加を劇的に抑制することができる。なお、１．０重量％を超えて界面活性剤を含有しても、伝導損失の抑制効果は飽和しているため有益ではなく、樹脂の剥離などのおそれが強まる。

また内層を構成する樹脂のヤング率は、０．３〜１０ＭＰａである。ヤング率が０．３ＭＰａ未満であると、光ファイバ素線に必要な強度が不十分となり、１０ＭＰａを超えると外力を緩衝することが困難になる。ヤング率を０．３〜１０ＭＰａとすることにより、光ファイバ素線に必要な一定の強度を維持しつつ、伝導損失を低減することができる。ここで一定の強度とは、光ファイバが曲げられたり側圧がかかった場合に被覆層が破壊されない強度をいう。
なお、本発明において、上記の硬化後の樹脂のヤング率は、ＪＩＳ Ｋ ７１６１−１９９４の方法によってフィルムの状態で測定するものである。

以下に、内層を構成するウレタン系紫外線硬化樹脂組成物に含まれる成分について詳説する。
硬化前のウレタン系紫外線硬化樹脂組成物は、通常使用されるウレタンオリゴマー、反応性希釈剤、光ラジカル開始剤、酸化防止剤を含有することが好ましく、必須成分である界面活性剤は０．１〜１．０重量％含有される。樹脂組成物の硬化は、ウレタンオリゴマー同士が重合することにより、又は、ウレタンオリゴマーと反応性モノマーである反応性希釈剤が重合することにより行われる。

界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、非イオン性のいずれも使用することができるが、脂肪酸エステル型非イオン性界面活性剤が好ましく、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビトール脂肪酸エステルが特に好ましい。これらの界面活性剤は単独で用いても、２種以上併用しても良い。
以下に界面活性剤以外の成分について好適例を説明する。

（１）ウレタンオリゴマー
ウレタンオリゴマーは、脂肪族ポリエーテル系ポリオール、有機ポリイソシアネート、水酸基含有（メタ）アクリレート等を反応させて得ることができる。分子量は５０００〜３００００程度であることが好ましく、ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物中６０〜８０重量％含まれることが好ましい。このような割合で含まれることにより、内層の硬度を好ましい範囲とすることができる。

脂肪族ポリエーテル系ポリオールとしては、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール、ポリヘプタメチレングリコール、ポリデカメチレングリコール及び二種以上のイオン重合性環状化合物を開環共重合させて得られるポリエーテルジオールなどが挙げられる。
イオン重合性環状化合物としては、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブテン−１−オキシド、イソブテンオキシド、３，３−ビスクロロメチルオキセタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、トリオキサン、テトラオキサン、シクロヘキセンオキシド、スチレンオキシド、エピクロルヒドリン、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、アリルグリシジルカーボネート、ブタジエンモノオキシド、イソプレンモノオキシド、ビニルオキセタン、ビニルテトラヒドロフラン、ビニルシクロヘキセンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、安息香酸グリシジルエステルなどの環状エーテル類が挙げられる。
二種以上のイオン重合性環状化合物を開環共重合させて得られるポリエーテルジオールの具体例としては、例えばテトラヒドロフランとプロピレンオキシド、テトラヒドロフランと２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフランと３−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフランとエチレンオキシド、プロピレンオキシドとエチレンオキシド、ブテン−１−オキシドとエチレンオキシドなどの組み合わせより得られる二元共重合体；テトラヒドロフラン、ブテン−１−オキシド及びエチレンオキシドの組み合わせより得られる三元重合体などを挙げることができる。
これらの脂肪族ポリエーテル系ポリオールは単独で用いても、２種以上併用しても良い。

有機ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、１，３−キシリレンジイソシアネート、１，４−キシリレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチルフェニレンジイソシアネート、４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、ビス（２−イソシアネートエチル）フマレート、６−イソプロピル−１，３−フェニルジイソシアネート、４−ジフェニルプロパンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
上記脂環族ジイソシアネートとして、例えば、イソフォロンジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、２，５−ビス（イソシアネートメチル）−ビシクロ［２．２．１］ヘプタン、２，６−ビス（イソシアネートメチル）−ビシクロ［２．２．１］ヘプタン等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとして、例えば、１，６−ヘキサンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。
これらのなかでも、経済性及び安定した品質の組成物が得られる点から、芳香族ジイソシアネートがより好ましく、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートが特に好ましい。これらの有機ポリイソシアネートは単独で用いても、２種以上併用しても良い。

水酸基含有（メタ）アクリレートとしては、水酸基が第一級炭素原子に結合した水酸基含有（メタ）アクリレート（以下「第一水酸基含有（メタ）アクリレート」ともいう）及び水酸基が第二級炭素原子に結合した水酸基含有（メタ）アクリレート（以下「第二水酸基含有（メタ）アクリレート」ともいう）を用いることが好ましい。水酸基が第三級炭素原子に結合した水酸基含有（メタ）アクリレート（以下「第三水酸基含有（メタ）アクリレート」ともいう）はイソシアネート基との反応性に劣るため好ましくない。
第一水酸基含有（メタ）アクリレートとして、例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、３−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールモノ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタンジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
第二水酸基含有（メタ）アクリレートとして、例えば、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェニルオキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシシクロヘキシル（メタ）アクリレート等が挙げられ、また、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジル（メタ）アクリレート等のグリシジル基含有化合物と、（メタ）アクリル酸との付加反応により得られる化合物も挙げられる。

（２）反応性希釈剤
反応性希釈剤は、反応性モノマーであり、ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物中２０〜４０重量％含まれることが好ましい。反応性希釈剤を含有することにより、樹脂をガラスファイバに塗布容易とし、かつ樹脂硬化後にモノマーが樹脂中に遊離することがない。
反応性希釈剤としては、特に限定されないが、エチレン性不飽和基を１個有する化合物及びエチレン性不飽和基を２個以上有する化合物が挙げられる。
エチレン性不飽和基を１個有する化合物の具体例としては、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム等のビニル基含有ラクタム、イソボルニル（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の脂環式構造含有（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、４−ブチルシクロヘキシル（メタ）アクリレート、アクリロイルモルホリン、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン等が挙げられる。さらに、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、ビニルオキシエトキシエチル（メタ）アクリレート、ビニルオキシエチル（メタ）アクリレートを挙げることができる。

エチレン性不飽和基を２個以上有する化合物の具体例としては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラ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、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの付加体のジオールのジ（メタ）アクリレート、水添ビスフェノールＡのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの付加体のジオールのジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルに（メタ）アクリレートを付加させたエポキシ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジビニルエーテル等が挙げられる。

（３）光ラジカル開始剤
光ラジカル開始剤は、ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物中０．１〜５重量％含まれることが好ましい。
（Ｄ）光ラジカル開始剤としては、特に限定されないが、例えば１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、３−メチルアセトフェノン、４−クロロベンゾフェノン、４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、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、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モルホリノ−プロパン−１−オン、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サイド、ビス−（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルフォフフィンオキシド等が挙げられる。

外層３０は、比較的ヤング率の大きい硬化樹脂で構成された層であることが好ましい。内層２０の外周上に、例えば、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂により形成され、厚さを１０μｍ〜５０μｍとすることができる。このような層を設けることで、外側からの衝撃を防御しやすくなる。外層３０のヤング率は、５００ＭＰａ〜１８００ＭＰａであることが好ましい。この範囲とすることにより、光ファイバ素線の脆化を防止し、必要な伸びを維持し易くなる。

２．光ファイバテープ心線
以下、本発明の光ファイバテープ心線について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の光ファイバテープ心線の一例を示す概略断面図である。
光ファイバテープ心線６０は、上で説明した本発明の光ファイバ素線１を複数本並列し、その周囲をテープ材５０で被覆して一体化した構造を有する。
ひとつの光ファイバテープ心線につき、例えば光ファイバ素線が４〜８本並列して束ねられていることが好ましい。これらの光ファイバ素線の間隔は１０μｍ以下であることが好ましい。

以下、本発明に係る実施例及び比較例を用いた評価試験の結果を示し、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

石英系ガラスからなるコア層の外周に石英ガラスからなるクラッド層を備えるガラスファイバの外周に、下記組成のウレタン系紫外線硬化樹脂組成物１により内層を形成し、さらにその外周に上記樹脂組成物１とは異なる組成のウレタン系紫外線硬化樹脂組成物２により外層を形成し、光ファイバ素線を作製した。

〔ウレタン系紫外線硬化樹脂組成物１（内層形成用）〕
ウレタンオリゴマー ７０重量部
反応性希釈剤 ３０重量部
光ラジカル開始剤 １重量部
界面活性剤 下記表１に記載の量
シランカップリング剤） ２重量部

上記の作製した光ファイバ素線を４本並列し、その周囲をテープ材用樹脂組成物で被覆して一体化、光ファイバテープ心線を作製した。

上記の作製した光ファイバテープ心線を用いて、温水ロス増、テープ一括除去性の評価を下記の要領で行った。各実施例及び比較例における内外被覆樹脂のヤング率と、評価結果を表１に併せて示す。

（温水ロス増評価方法）
光ファイバテープ心線を６０℃温水に３０日間浸漬し、ＯＴＤＲ法により浸漬前と３０日浸漬後の１．５５μｍ波長における伝送損失を測定した。測定した損失レベルを用いて、下記式より温水ロス増（Δα）を算出した。
式：Δα（ｄＢ／ｋｍ）＝損失（６０℃温水３０日後）−損失（浸漬前）

（テープ一括除去性評価方法）
非加熱式のリムーバで光ファイバテープ心線のテープ材及び光ファイバ心線の被覆樹脂（内層および外層）を一括して除去した。
（評価基準）
露出されたガラスファイバの上に樹脂の残滓が目で見て観察されなければ合格、残滓が観察されれば不合格とした。

上記結果より、規定量の界面活性剤を含むウレタン系紫外線硬化樹脂組成物により形成された内層（実施例１及び２）を有する光ファイバテープ心線は、温水ロス増、テープ一括除去性共に良好であることが確認された。
一方、内層に界面活性剤が含まれていない比較例１では、温水ロス増、テープ一括除去性共に劣り、内層に界面活性剤を過剰に含む比較例２ではガラスと内層樹脂とが剥離して伝送損失が大きくなった。

１ 光ファイバ素線、１０ ガラスファイバ、２０ 内層、３０ 外層、５０ テープ材、６０ 光ファイバテープ心線

Claims (1)

1. ガラスファイバの外周に、内層と外層を含む樹脂被覆層を設けた光ファイバ素線であって、
   前記内層を構成する樹脂が、界面活性剤を０．１〜１．０重量％含有するウレタン系紫外線硬化樹脂組成物を硬化させて形成されたものであり、そのヤング率が０．３〜１０ＭＰａであることを特徴とする光ファイバ素線。

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