JP2014205583A - 光ファイバ素線およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボビンに巻かれた状態で保管しても引張強度が悪化しない光ファイバ素線及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラスファイバ１３の外周と接するように被覆層１４を有する光ファイバ素線１０及びその製造方法であって、被覆層１４及び被覆層１４を形成するための樹脂組成物に、紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基と、炭素数２以上のアルキル基とを含むシランカップリング剤が、含まれる。【選択図】図１
Description
本発明は、光ファイバ素線およびその製造する方法に関する。
純シリカなどの石英系ガラスからなる光ファイバに、樹脂層を被覆した構造の光ファイバ素線は、通常、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を形成した後、その外周にコーティングダイス等によって硬化性樹脂組成物を塗布し、硬化させることにより形成される。また、上記硬化性樹脂組成物にシランカップリング剤を含ませることにより光ファイバと被覆層間の密着性を向上させていた。
特許文献１では、シランカップリング剤を含む材料で被覆層を形成した場合に強度劣化が早くなる問題を解決するために、光ファイバにシランカップリング剤を含む材料で被覆層を形成した後、多湿雰囲気下で加熱し、次いで乾燥処理する方法を開示している。
また、光ファイバの外周にシランカップリング剤を含む硬化性樹脂組成物によって被覆層を形成した後に、ボビンへの巻き取り等を行っている。
また、光ファイバの外周にシランカップリング剤を含む硬化性樹脂組成物によって被覆層を形成した後に、ボビンへの巻き取り等を行っている。
しかしながら、被覆層を形成した後にボビンに巻き取った光ファイバは、保管しているうちに引張強度が小さくなる（悪化する）ことが分かった。
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、ボビンに巻かれた状態で保管しても引張強度が悪化しない光ファイバ素線を提供することである。
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、ボビンに巻かれた状態で保管しても引張強度が悪化しない光ファイバ素線を提供することである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、シランカップリング剤として炭素数が２以上のアルコキシ基を有するものを使用することで、ボビンに巻かれた状態で保管しても引張強度の悪化を抑制できることを見出した。
本発明は、上記知見に基づいて達成されたものである。
本発明は、上記知見に基づいて達成されたものである。
即ち、本願１の発明は、
（１）ガラスファイバの外周と接するように被覆層を有する光ファイバ素線およびその製造方法であって、前記被覆層に、下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含む光ファイバ素線およびその製造方法である。
（１）ガラスファイバの外周と接するように被覆層を有する光ファイバ素線およびその製造方法であって、前記被覆層に、下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含む光ファイバ素線およびその製造方法である。
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基を表し、Ｒ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基を表す。）
上記発明によれば、ボビンに巻かれた状態で保管しても引張強度が悪化しない光ファイバ素線を製造することができる。
［本願発明の実施形態の説明］
本願発明は、（１）ガラスファイバの外周と接するように被覆層を有する光ファイバ素線およびその製造方法であって、前記被覆層を形成するための樹脂組成物として、下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むものを用いる光ファイバ素線およびその製造方法である。
本願発明は、（１）ガラスファイバの外周と接するように被覆層を有する光ファイバ素線およびその製造方法であって、前記被覆層を形成するための樹脂組成物として、下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むものを用いる光ファイバ素線およびその製造方法である。
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基を表し、Ｒ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基を表す。）
前記被覆層を形成するための樹脂組成物に、上記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むことで、ボビンに巻かれた状態で保管しても光ファイバ素線の引張強度が悪化しない。
（２）Ｒ５〜Ｒ８が炭素数３以上のアルキル基であることが好ましい。
（３）前記被覆層中の一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比を１：１１〜１１：１とすることが好ましい。製造される光ファイバ素線の引張強度の悪化抑制効果がより向上し、被覆層とガラスファイバとの密着性又は被覆層の引き抜き性が良好になるからである。こうして製造された光ファイバ素線中の二種類のシランカップリング剤の比は当初配合した時の比とほぼ同様となり、１：１１〜１１：１となる。
（３）前記被覆層中の一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比を１：１１〜１１：１とすることが好ましい。製造される光ファイバ素線の引張強度の悪化抑制効果がより向上し、被覆層とガラスファイバとの密着性又は被覆層の引き抜き性が良好になるからである。こうして製造された光ファイバ素線中の二種類のシランカップリング剤の比は当初配合した時の比とほぼ同様となり、１：１１〜１１：１となる。
（４）前記被覆層の外側にさらに被覆層を形成し、かつ、前記ガラスファイバの外周と接する被覆層中の一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比を１：２〜２：１とすることがさらに好ましい。前記密着性及び引き抜き性の双方が良好な光ファイバ素線を製造することができるからである。こうして製造された光ファイバ素線中の二種類のシランカップリング剤の比は当初配合した時の比とほぼ同様となり、１：２〜２：１となる。
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、石英ガラスからなる光ファイバの外周に、放射線硬化型樹脂組成物をコーティングして硬化することにより被覆層を形成する。
例えば、石英系ガラス母材を溶融紡糸して得られた光ファイバの周囲に放射線硬化型樹脂組成物を塗布し、紫外線照射装置内で紫外線を照射することで該樹脂組成物を硬化させる方法を一実施態様として挙げることができる。
本発明の実施形態に用いる被覆層形成用の放射線硬化型樹脂組成物は、上記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むものである。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、石英ガラスからなる光ファイバの外周に、放射線硬化型樹脂組成物をコーティングして硬化することにより被覆層を形成する。
例えば、石英系ガラス母材を溶融紡糸して得られた光ファイバの周囲に放射線硬化型樹脂組成物を塗布し、紫外線照射装置内で紫外線を照射することで該樹脂組成物を硬化させる方法を一実施態様として挙げることができる。
本発明の実施形態に用いる被覆層形成用の放射線硬化型樹脂組成物は、上記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むものである。
（シランカップリング剤）
一般式（１）のＲ１は、紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基であるが、紫外線照射によりアクリル基と反応する基としては、例えば、メルカプト基、メルカプトアルキル基等が挙げられる。
一般式（２）のＲ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基であれば、特に限定されないが、炭素数が４以下である事が好ましい。
Ｒ２〜Ｒ８は、具体的には、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
Ｒ５〜Ｒ８は炭素数が３以上のアルキル基であることがさらに好ましい。
一般式（１）のＲ１は、紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基であるが、紫外線照射によりアクリル基と反応する基としては、例えば、メルカプト基、メルカプトアルキル基等が挙げられる。
一般式（２）のＲ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基であれば、特に限定されないが、炭素数が４以下である事が好ましい。
Ｒ２〜Ｒ８は、具体的には、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
Ｒ５〜Ｒ８は炭素数が３以上のアルキル基であることがさらに好ましい。
一般式（１）で表されるシランカップリング剤の具体例としては、例えば、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、アクリルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリプロポキシシラン、アクリルトリプロポキシシラン等が挙げられる。
一般式（２）で表されるシランカップリング剤の具体例としては、例えば、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン等が挙げられる。テトラプロポキシシランなどＲ５〜Ｒ８が炭素数が３以上のアルキル基であるものであれば、シランカップリング剤が加水分解して生じるアルコールが炭素数が３以上の大きなものとなり、それがガラスの欠陥を広げることがなく、光ファイバ素線の引張強度がさらに向上して好ましい。
一般式（２）で表されるシランカップリング剤の具体例としては、例えば、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン等が挙げられる。テトラプロポキシシランなどＲ５〜Ｒ８が炭素数が３以上のアルキル基であるものであれば、シランカップリング剤が加水分解して生じるアルコールが炭素数が３以上の大きなものとなり、それがガラスの欠陥を広げることがなく、光ファイバ素線の引張強度がさらに向上して好ましい。
上記放射線硬化型樹脂組成物において、上記一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との使用量比は、質量比で、１：１１〜１１：１であることが好ましい。また、本発明の実施形態の光ファイバ素線は、上記樹脂組成物により形成される被覆層の外側に更に別の被覆層を有し、上記樹脂組成物に含まれる一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比が１：２〜２：１であることがより好ましい。
また、上記放射線硬化型樹脂組成物における、上記一般式（１）及び一般式（２）の各式で表されるシランカップリング剤の総含有量は、特に限定されないが、０．５〜５．０質量％であることが好ましい。
また、上記放射線硬化型樹脂組成物における、上記一般式（１）及び一般式（２）の各式で表されるシランカップリング剤の総含有量は、特に限定されないが、０．５〜５．０質量％であることが好ましい。
（ベース樹脂）
上記放射線硬化型樹脂組成物は、上記のシランカップリング剤以外に、ベース樹脂を含有する。
ベース樹脂としては、放射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、オリゴマー、モノマー、光開始剤を含有するものが好ましい。
上記放射線硬化型樹脂組成物は、上記のシランカップリング剤以外に、ベース樹脂を含有する。
ベース樹脂としては、放射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、オリゴマー、モノマー、光開始剤を含有するものが好ましい。
該オリゴマーとしては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、或いはそれらの混合系が挙げられる。
該ウレタンアクリレートとしては、ポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、水酸基含有アクリレート化合物を反応させて得られるものが挙げられる。
ポリオール化合物としては、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、２，４−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが挙げられる。水酸基含有アクリレート化合物としては、２−ヒドロキシアクリレート、２−ヒドロキシブチルアクリレート、１，６−ヘキサンジオールモノアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレートなどが挙げられる。
ポリオール化合物としては、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、２，４−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが挙げられる。水酸基含有アクリレート化合物としては、２−ヒドロキシアクリレート、２−ヒドロキシブチルアクリレート、１，６−ヘキサンジオールモノアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレートなどが挙げられる。
該モノマーとしては、環状構造を有するＮ−ビニルモノマー、例えばＮ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、アクリロイルモルフォリンが挙げられる。これらのモノマーを含むと硬化速度が向上するので好ましい。この他、イソボルニルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジシクロペンタニルアクレート、２−ヒドロ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、ポリプロピレングリコールモノアクリレートなどの単官能モノマーや、ポリエチレングリコールジアクリレートまたはトリシクロデカンジイルジメチレンジアクリレートなどの多官能モノマーが用いられる。
該光開始剤としては、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。また、酸化防止剤、光増感剤などが添加されていても良い。
（本発明の実施形態で製造される光ファイバ素線）
本発明の実施形態で製造される光ファイバ素線の一実施形態を図１に示す。光ファイバ素線１０は、石英ガラスからなるガラスファイバ１３の外周に、本発明の実施形態の被覆層形成用の放射線硬化型樹脂組成物により形成された内層１４を含む被覆層１６を有する。なおガラスファイバ１３は、コア部１１とクラッド部１２とからなり、例えば、コア部にはゲルマニウムを添加した石英を用いることができ、クラッド部には純石英、或いはフッ素が添加された石英を用いることができる。
本発明の実施形態で製造される光ファイバ素線の一実施形態を図１に示す。光ファイバ素線１０は、石英ガラスからなるガラスファイバ１３の外周に、本発明の実施形態の被覆層形成用の放射線硬化型樹脂組成物により形成された内層１４を含む被覆層１６を有する。なおガラスファイバ１３は、コア部１１とクラッド部１２とからなり、例えば、コア部にはゲルマニウムを添加した石英を用いることができ、クラッド部には純石英、或いはフッ素が添加された石英を用いることができる。
図１において、例えば、ガラスファイバ１３の径（Ｄ２）は１２５μｍ程度である。またコア部１１の径（Ｄ１）は７〜１５μｍ程度であることが好ましい。被覆層１６は内層１４と外層１５の二層からなり、内層１４の厚さは１２〜４５μｍである。シランカップリング剤が含まれる被覆層は内層１４であり、その弾性率を０．８ＭＰａ以下とするものが好ましい。その外に弾性率が６００〜１５００ＭＰａの被覆層である外層１５を設けて機械的強度を大きくする。
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１０の作製］
ガラスファイバ１３は、石英を主成分とするコア径（Ｄ１）が８μｍ、クラッド径（Ｄ２）が１２５μｍのもの（比屈折率差Δｎは１．０％）を使用した。そして、該ガラスファイバ１３の外周面に、前記した方法に準じて、下記の紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させてなる被覆層１６を二層（内層１４と外層１５）被覆して、外層１５の外径（Ｄ３）が２５０μｍとなる光ファイバ素線１０を作製した。
ガラスファイバ１３は、石英を主成分とするコア径（Ｄ１）が８μｍ、クラッド径（Ｄ２）が１２５μｍのもの（比屈折率差Δｎは１．０％）を使用した。そして、該ガラスファイバ１３の外周面に、前記した方法に準じて、下記の紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させてなる被覆層１６を二層（内層１４と外層１５）被覆して、外層１５の外径（Ｄ３）が２５０μｍとなる光ファイバ素線１０を作製した。
［被覆層１６を構成するための紫外線硬化型樹脂組成物］
オリゴマーとして、ポリプロピレングリコール、２，４−トリレンジイソシアネート、２−ヒドロキシエチルアクリレートをおおよそ１：２：２の割合で反応させたものを用い、モノマーとして、Ｎ−ビニルカプロラクタム、イソボルニルアクリレートを加えたものをベース樹脂とした。このベース樹脂１００質量部に対し、光開始剤として２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキサイドを１質量部を添加し、樹脂組成物を調製した。
なお、内側保護被覆層（内層１４）形成用の樹脂組成物には、シランカップリング剤として下記表１に記載のものを表１に記載の添加量になるように添加した。
オリゴマーとして、ポリプロピレングリコール、２，４−トリレンジイソシアネート、２−ヒドロキシエチルアクリレートをおおよそ１：２：２の割合で反応させたものを用い、モノマーとして、Ｎ−ビニルカプロラクタム、イソボルニルアクリレートを加えたものをベース樹脂とした。このベース樹脂１００質量部に対し、光開始剤として２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキサイドを１質量部を添加し、樹脂組成物を調製した。
なお、内側保護被覆層（内層１４）形成用の樹脂組成物には、シランカップリング剤として下記表１に記載のものを表１に記載の添加量になるように添加した。
［光ファイバ素線１０の評価］
作製した光ファイバ素線について、以下の評価試験（引張強度、引抜力、硬化性）を行った。結果を表１に示す。
作製した光ファイバ素線について、以下の評価試験（引張強度、引抜力、硬化性）を行った。結果を表１に示す。
［引張強度測定］
引張試験機を用いて、Ｔｅｃｃｏｒｄｉａ ＧＲ−２０−ＣＯＲＥの規定にそって光ファイバ素線の引張強度を測定した。
なお、引張強度は、製造後７日後と９０日後の光ファイバ素線について測定した。保管環境及び測定環境は２３℃５０%。５．５ｋｇ未満をＢ、５．５ｋｇ以上をＡとした。
［引抜力評価方法］
光ファイバ素線の樹脂被覆層に、カミソリで刃先がガラス表面に届かない深さで切れ目を入れ、切れ目の横の一方の樹脂被覆層を台紙に貼り付けて台紙を固定し、他方の光ファイバ素線を把持して引っ張った。光ファイバ（ガラス部分）が台紙に固定された樹脂被覆層から引き抜かれる時の引抜力を測定した。０．６ｋｇ未満をＣ、０．６以上１．０ｋｇ未満をＢ、１．０以上１．５ｋｇ未満をＡとした。
［硬化性評価方法］
光ファイバ素線を、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）に６０℃で１７時間浸した後、充分乾燥させ重量を測定し、下記式にてゲル分率を求めた。ゲル分率９０％未満をＢ、９０％以上をＡとした。
ゲル分率＝（抽出後被覆重量／抽出前被覆重量）×１００
引張試験機を用いて、Ｔｅｃｃｏｒｄｉａ ＧＲ−２０−ＣＯＲＥの規定にそって光ファイバ素線の引張強度を測定した。
なお、引張強度は、製造後７日後と９０日後の光ファイバ素線について測定した。保管環境及び測定環境は２３℃５０%。５．５ｋｇ未満をＢ、５．５ｋｇ以上をＡとした。
［引抜力評価方法］
光ファイバ素線の樹脂被覆層に、カミソリで刃先がガラス表面に届かない深さで切れ目を入れ、切れ目の横の一方の樹脂被覆層を台紙に貼り付けて台紙を固定し、他方の光ファイバ素線を把持して引っ張った。光ファイバ（ガラス部分）が台紙に固定された樹脂被覆層から引き抜かれる時の引抜力を測定した。０．６ｋｇ未満をＣ、０．６以上１．０ｋｇ未満をＢ、１．０以上１．５ｋｇ未満をＡとした。
［硬化性評価方法］
光ファイバ素線を、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）に６０℃で１７時間浸した後、充分乾燥させ重量を測定し、下記式にてゲル分率を求めた。ゲル分率９０％未満をＢ、９０％以上をＡとした。
ゲル分率＝（抽出後被覆重量／抽出前被覆重量）×１００
上記表１において、Ｎｏ．１〜４が実施例で、Ｎｏ．５が比較例である。
上記表１の結果に示すように、上記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含む樹脂組成物を用いたＮｏ．１〜４の場合、９０日保存後でも引張強度が悪化しない光ファイバ素線を得ることができた。また、一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比が１：２〜２：１であるＮｏ．１〜２の場合、さらに引抜力、硬化性も良好な信頼性の高い光ファイバ素線を得ることができた。
一方、一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を使用しないＮｏ．５では、９０日保存後の引張強度が悪化し、引抜力、硬化性も不良であった。
上記表１の結果に示すように、上記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含む樹脂組成物を用いたＮｏ．１〜４の場合、９０日保存後でも引張強度が悪化しない光ファイバ素線を得ることができた。また、一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比が１：２〜２：１であるＮｏ．１〜２の場合、さらに引抜力、硬化性も良好な信頼性の高い光ファイバ素線を得ることができた。
一方、一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を使用しないＮｏ．５では、９０日保存後の引張強度が悪化し、引抜力、硬化性も不良であった。
１０ 光ファイバ素線
１１ コア部
１２ クラッド部
１３ ガラスファイバ
１４ 内層（被覆層）
１５ 被覆（外）層
１６ 被覆層
１１ コア部
１２ クラッド部
１３ ガラスファイバ
１４ 内層（被覆層）
１５ 被覆（外）層
１６ 被覆層
Claims (6)
- ガラスファイバの外周と接するように被覆層を有する光ファイバ素線であって、
前記被覆層に下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤が含まれる光ファイバ素線。
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基を表し、Ｒ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基を表す。） - Ｒ５〜Ｒ８が炭素数３以上のアルキル基である請求項１に記載の光ファイバ素線。
- ガラスファイバの外周と接するように被覆層を形成する光ファイバ素線の製造方法であって、
前記被覆層を形成するための樹脂組成物として、下記一般式（１）及び（２）の各式で表されるシランカップリング剤を含むものを用いる光ファイバ素線の製造方法。
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は紫外線照射によりアクリル基と反応する基またはアクリル基を表し、Ｒ２〜Ｒ８は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数２以上のアルキル基を表す。） - Ｒ５〜Ｒ８が炭素数３以上のアルキル基である請求項３に記載の光ファイバ素線の製造方法。
- 前記被覆層中の一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比を１：１１〜１１：１とする請求項３又は４に記載の光ファイバ素線の製造方法。
- 前記被覆層の外側にさらに被覆層を形成し、かつ、前記ガラスファイバの外周と接する被覆層中の一般式（１）で表されるシランカップリング剤と一般式（２）で表されるシランカップリング剤との比を１：２〜２：１とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ素線の製造方法。
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