JP2014076920A - 光ファイバ素線 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた側圧特性を有する光ファイバ素線を提供する。
【解決手段】ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量１，０００〜２４，０００の反応性オリゴマーとを含有する樹脂組成物を、コアとクラッドからなる石英ガラス製の光ファイバのすぐ上に被覆した光ファイバ素線６であり、６官能基以上の（メタ）アクリレートが、デンドリマー構造を有する反応性成分であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ファイバ素線に関する。

特許文献１には、第一次被覆層を形成するプライマリ材として、特定構造のウレタン（メタ）アクリレートの混合物と、特定の分岐構造を有するアクリレートモノマーを組み合わせてヤング率をコントロールしたものが開示されている。プライマリ材中の脂肪族系ポリエーテルポリオールの分子量が大きくなると光ファイバ被覆層のヤング率が低くなるとされている。

特開２０１０−２３５８１３号公報

近年の光ファイバケーブルの高密度化に伴い、光ファイバは、側圧による伝送損失を低減する要求がある。本発明者は、側圧が伝送損失に影響するのを防止するために、光ファイバに接する第一次被覆層のヤング率を小さくして緩衝材としての性能を与え、側圧特性を向上させることを考えた。特許文献１に記載のように紫外線硬化型樹脂のジオール骨格の分子量を大きくするとヤング率は小さくなる。しかし、これに起因してオリゴマーの末端官能基のモビリティが小さくなるため、反応性基の隣接確率が下がり、硬化性が低下し、ひいては製造性の低下を招くこととなる。このように、被覆樹脂の低ヤング率化と硬化性（製造性）を両立することは困難であるか、不十分であった。

本発明は、従来の光ファイバ素線及びその製造方法における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた側圧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、ヤング率を小さくするために高分子量化したオリゴマーを用いた場合であっても、官能基数の高いモノマーやオリゴマーを添加することによって、反応性基の隣接確率を上げてモビリティの低下を補うことが可能であることを確認し、硬化性（製造性）を低下させることなく優れた側圧特性を有する被覆樹脂を得られることを実現した。
本発明は、上記知見に基づいて達成されたものである。

すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量２，０００〜２４，０００の反応性オリゴマーとを含有する光ファイバ素線用樹脂組成物を、コアとクラッドからなる石英ガラス製の光ファイバのすぐ上に被覆した光ファイバ素線。

［２］６官能基以上の（メタ）アクリレートが、起点分子から枝分かれ上に分岐したデンドリマー構造を有する反応性成分であることを特徴とする［１］に記載の光ファイバ素線。

［３］光ファイバ素線用樹脂組成物中に３８５ｎｍ以上に吸収を有する光開始剤を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載の光ファイバ素線。

［４］光ファイバ素線用樹脂組成物を硬化させて被覆層としたものの２３℃におけるヤング率が、０．３ＭＰａ〜１．５ＭＰａであることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一項に記載の光ファイバ素線。

本発明によれば、光ファイバのすぐ上に被覆する光ファイバ素線用樹脂組成物において、ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量２，０００〜２４，０００の反応性成分とを含有することにより、優れた側圧特性を有する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の製造方法の一例を示す概略図である。

１．光ファイバ素線用樹脂組成物
本発明の光ファイバ素線の製造に用いる樹脂組成物（以下、単に、本発明の光ファイバ素線用樹脂組成物または樹脂組成物とも称する）は、ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量２，０００〜２４，０００の反応性オリゴマーとを含有する。

ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートは、本発明の樹脂組成物の系に含まれる反応性基の密度を増加させ、反応性基の隣接確率を上げて紫外線照射時の硬化を促進するものであり、本発明の樹脂組成物全量に対し０．０５〜１５重量％含まれることが好ましい。アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基等の重合性官能基を６以上有する（メタ）アクリレートであれば、モノマーであってもオリゴマーであっても良く、特に限定はされないが、分子中にハイパーブランチ構造を有する樹枝状オリゴマーが好ましい。さらには、分子中にデンドリマー構造を有する樹枝状オリゴマーが好ましい。樹枝状オリゴマーの具体例としては、大阪有機化学工業社製のビスコート（商品名）＃１０００，＃１０２０，ＳＴＡＲ−５０１や、ＳＡＲＴＯＭＥＲ社製のＣＮ２３００，２３０１，２３０２，２３０３，２３０４を挙げることができる。

反応性オリゴマーは、良好な側圧特性を得るためにその分子量は２，０００〜２４，０００の範囲にあり、本発明の樹脂組成物全量に対し３０〜８５重量％含まれることが好ましい。
本発明の樹脂組成物に含まれる反応性オリゴマーとしては、紫外線硬化性を有するものであれば特に制限はされないが、例えば、ウレタンアクリレートを挙げることができる。このようなウレタンアクリレートとしては、例えば、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

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。
上記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。

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。
上記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は、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。
上記脂肪族ジイソシアネートとしては、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。
上記第一水酸基含有（メタ）アクリレートとしては、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。
上記第二水酸基含有（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。

上記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）アクリレートに加えて、さらに１価アルコールを反応させてもよい。１価アルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｔ−ブタノール等が挙げられ、メタノール又はエタノールが好ましい。

本発明の光ファイバ素用線樹脂組成物には、光開始剤が含まれることが好ましい。光開始剤としては、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、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、２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド等が挙げられるが、内部硬化性向上の観点で、３８５ｎｍ以上に吸収を有する光開始剤であることが好ましい。さらに、必要に応じて、シランカップリング剤、酸化防止剤、光増感剤などが添加されていても良い。

紫外線による硬化後の、本発明の樹脂組成物（被覆層）は、２３℃におけるヤング率が、０．３ＭＰａ〜１．５ＭＰａの範囲であることが好ましい。ヤング率の値をこの範囲とすることで外部からの側圧を好適に緩和することができる。

２．光ファイバ素線
図１は、本発明の樹脂組成物を用いて製造された光ファイバ素線（以下、単に、本発明の光ファイバ素線とも称する）の一例を示す概略断面図である。
光ファイバ素線６は、石英ガラスからなる光ファイバ１の外周に、上で説明した本発明の樹脂組成物により形成された被覆層であるプライマリ層３を有する。該プライマリ層３のヤング率は、０．３ＭＰａ〜１．５ＭＰａの範囲であることが好ましい。プライマリ層のヤング率が１．５ＭＰａを超えると光ファイバ素線が側圧に弱くなり、側圧が加わった場合に当該光ファイバ素線を伝搬する信号の伝送損失が大きくなり、実用上問題となる。プライマリ層のヤング率が小さすぎる場合は光ファイバ素線の強度の点で好ましくなく、現実的にはプライマリ層のヤング率を０．３ＭＰａ以上とするのがよい。本発明の光ファイバ素線６は、さらに、該プライマリ層３の外周に、本発明に係る樹脂組成物とは別の紫外線硬化型樹脂組成物を塗布・硬化して形成した別の被覆層であるセカンダリ層５を有することが好ましい。該セカンダリ層５のヤング率は、例えば、５５０ＭＰａ〜１５００ＭＰａとすることができる。ヤング率をこの範囲とすることにより、光ファイバ素線６の脆化を防止し、必要な伸びを維持しつつ、マイクロベンドロスを抑制する側圧特性について、より顕著な効果が得られ易くなる。また、図１において、例えば、光ファイバ１の外径は１２５μｍ程度であり、光ファイバ素線６の外径は２５０μｍ程度であることが好ましい。

３．光ファイバ素線の製造方法
本発明の樹脂組成物を用いる光ファイバ素線の製造方法（以下、単に、本発明の光ファイバ素線の製造方法とも称する）では、コアとクラッドからなる石英ガラス製の光ファイバの外周に、ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量２，０００〜２４，０００の反応性オリゴマーとを含有する樹脂組成物（本発明の樹脂組成物）を塗布・硬化することにより被覆層を形成し光ファイバ素線を製造する。

図２は、デュアル製造方式による光ファイバ素線の製造方法の一実施形態を示す概略図である。
ここでは、まず、線引炉１１内にガラス母材１２を収め、常法により溶融紡糸して、高温の光ファイバ１を得る。該光ファイバ１は冷却筒１４に送られ、該冷却筒１４に導入されるヘリウム等の冷却ガスによって冷却される。冷却された光ファイバ１は、一体化したコーティングダイス１５及びコーティングダイス１７に導入される。コーティングダイス１５においては、本発明の樹脂組成物がプライマリ層を形成するために塗布され、コーティングダイス１７においては、そのまま連続して別の紫外線硬化型樹脂組成物がセカンダリ層を形成するために塗布される。その後、未硬化の紫外線硬化型樹脂組成物が層状に塗布された光ファイバ１を紫外線照射装置１８に導入して紫外線を照射し、両紫外線硬化型樹脂組成物を同時に硬化させることで、光ファイバ素線６が得られる。

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、本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［光ファイバ素線の作製］
図２に示す光ファイバ素線製造装置を使用して、光ファイバ母材より引き出された光ファイバに、主成分として下記表１に記載のものを含むプライマリ層用の樹脂組成物とセカンダリ層用のウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂組成物を順に塗布した。次いで、紫外線ランプを備えた活性線照射装置による硬化を行い、各実施例及び比較例の光ファイバ素線を得た。

〔側圧特性評価方法〕
サンドペーパーで表面を被覆した２８０ｍｍ径のボビンに、被試験光ファイバ素線を８０ｇの張力で単層状に巻き付け、ＯＴＤＲ法により信号の伝送損失を測定した。
なお、被試験光ファイバ素線は、Ｇ６５２に準拠するシングルモード光ファイバで、ＭＦＤが１０．４μｍのものを使用した。
測定した損失を用いて、
式：Δα（ｄＢ／ｋｍ）＝損失（サンドペーパー有り）−損失（サンドペーパー無し）
より算出したΔαについて、以下の基準で評価した。結果を表１に示す。
（評価基準）
Δα≦０．１ｄＢ／ｋｍ：◎
０．１ｄＢ／ｋｍ＜Δα＜０．５ｄＢ／ｋｍ：○
Δα≧０．５ｄＢ／ｋｍ：×

〔硬化性評価方法〕
空気下で、２０ｍＪ／ｃｍ^２及び１Ｊ／ｃｍ^２の紫外線で硬化させた２００μｍ厚の硬化膜を作製した。
ＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠して引張試験を実施し、２０ｍＪ／ｃｍ^２で硬化させた硬化膜のヤング率（Ｙ０．０２）と、１Ｊ／ｃｍ^２で硬化させた硬化膜のヤング率（Ｙ１）の比から硬化速度（Ｙ０．０２／Ｙ１）を算出し、以下の基準で評価した。結果を表１に示す。
（評価基準）
硬化速度≧０．８：◎
硬化速度≧０．７かつ＜０．８：○
硬化速度＜０．７ ×

上記結果より、光ファイバのすぐ上に被覆する光ファイバ素線用樹脂組成物において、適切な分子量のオリゴマーと樹状（デンドリマー）構造を持つ反応性成分、光開始剤を組み合わせることで、耐側圧特性に優れ、且つ硬化特性にも優れた光ファイバ素線用樹脂が得られることがわかる。特に、光開始剤が３８５ｎｍ以上の光を吸収するものであれば、硬化性が特に優れる。

１ 光ファイバ、３ プライマリ層、５ セカンダリ層、６ 光ファイバ素線、１１ 線引き炉、１２ ガラス母材、１４ 冷却筒、１５ コーティングダイス、１７ コーティングダイス、１８ 紫外線照射装置

Claims (4)

1. ハイパーブランチ構造を有する６官能基以上の（メタ）アクリレートと、分子量２，０００〜２４，０００の反応性オリゴマーとを含有する光ファイバ素線用樹脂組成物を、コアとクラッドからなる石英ガラス製の光ファイバのすぐ上に被覆した光ファイバ素線。
2. ６官能基以上の（メタ）アクリレートが、デンドリマー構造を有する反応性成分であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線。
3. 光ファイバ素線用樹脂組成物中に３８５ｎｍ以上に吸収を有する光開始剤を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ素線。
4. 光ファイバ素線用樹脂組成物を硬化させて被覆層としたものの２３℃におけるヤング率が、０．３ＭＰａ〜１．５ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ素線。
   

Images