JP2017219683A

JP2017219683A - プラスチック光ファイバリボン

Info

Publication number: JP2017219683A
Application number: JP2016113630A
Authority: JP
Inventors: 木元　長和; Nagakazu Kimoto; 長和木元
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US10268008B2; US20170351045A1; KR20170138349A

Abstract

【課題】プラスチック光ファイバを引張り強度が良好な状態で使用できる光ファイバリボンを提供する。
【解決手段】プラスチック光ファイバ心線１の１本以上と、ヤング率が３０００ＭＰａ以上であるプラスチック線２の１本以上が、それぞれの中心軸が同一平面上で互いに平行となるように配され、一括被覆３により一体化されていることを特徴とするプラスチック光ファイバリボン１０。
【選択図】図１

Description

本発明はプラスチック光ファイバリボンに関する。

プラスチック光ファイバの使用形態として、特許文献１には図４に示す構造の光ファイバケーブルが開示されている。この光ファイバケーブルは、プラスチック光ファイバ５１を補強層５２で被覆し、さらにカラーコート層などの樹脂層５３で被覆してプラスチック光ファイバ心線５４とし、これを４本平行に配置して一括被覆５５を施して光ファイバリボン５６とし、さらに最外被覆層５７で被覆したものである。
光ファイバケーブルの強度を向上させるために、最外被覆層５７内にテンションメンバー（図示せず）などの補強材を含有させてもよいことが記載されている。
このような光ファイバケーブルを機器等に接続する際には、先端部分の最外被覆層５７を除去して光ファイバリボン５６およびテンションメンバーをそれぞれ取り出し、光ファイバリボン５６を機器等と接続させて固定するとともに、テンションメンバーを適当な部位に固定することが必要である。

特開２０１４−２０５７８０号公報

プラスチック光ファイバは、ガラス製の光ファイバに比べて引張り強度が弱いため、引張り強度の向上は重要な課題である。従来の構造では接続後、使用中の引張り強度が必ずしも十分とは言えず、さらなる改善が求められる。
本発明の目的は、プラスチック光ファイバを引張り強度が良好な状態で使用できる光ファイバリボンを提供することにある。

本発明は以下のプラスチック光ファイバリボンを提供する。
［１］プラスチック光ファイバ心線の１本以上と、ヤング率が３０００ＭＰａ以上であるプラスチック線の１本以上が、それぞれの中心軸が同一平面上で互いに平行となるように配され、一括被覆により一体化されていることを特徴とするプラスチック光ファイバリボン。
［２］前記プラスチック光ファイバ心線のヤング率が７５０〜２５００ＭＰａである、［１］のプラスチック光ファイバリボン。
［３］前記プラスチック線の外径が、前記プラスチック光ファイバ心線の外径より大きく、その差が１０〜１１０μｍである、［１］または［２］のプラスチック光ファイバリボン。
［４］前記プラスチック光ファイバ心線を２本以上有し、該プラスチック光ファイバ心線の外面が互いに接している、［１］〜［３］のいずれかのプラスチック光ファイバリボン。

本発明のプラスチック光ファイバリボンによれば、プラスチック光ファイバを引張り強度が良好な状態で使用できる。

本発明のプラスチック光ファイバリボンの一実施形態を示す断面図である。側圧による損失増加量の測定方法を説明するための概略構成図である。プラスチック光ファイバリボンの伸び量の測定結果を示すグラフである。従来の光ファイバケーブルの例を示す断面図である。

本明細書において、プラスチック線のヤング率、および光ファイバ心線のヤング率は以下の方法で得られる値である。
ＪＩＳ−Ｃ６８３７に準じ、島津製作所製の引張試験機オートグラフＡＧ−ＩＳ（製品名）を用い、試料長１００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、測定数ｎ＝５にて測定を実施し、応力−ひずみ曲線を得る。得られた応力−ひずみ曲線のひずみ量ε１＝０．１％及びε２＝１％の２点間に対応する応力−ひずみ曲線の傾きからヤング率を算出する。
本明細書において、一括被覆のヤング率は以下の方法で得られる値である。
ＪＩＳ−Ｋ７１６１に準じ、試験片はＪＩＳ−Ｋ７１２７タイプ５に準拠したものを使用してヤング率を測定する。試験片は、一括被覆を形成する材料を所定の形状に成形し、硬化させて作製する。硬化条件は０．３Ｊ／ｃｍ^２、空気中硬化で、膜厚は２５０μｍとする。

図１は本発明のプラスチック光ファイバリボンの一実施形態を示したものである。符号１はプラスチック光ファイバ心線（以下、光ファイバ心線ともいう。）、符号２はプラスチック線、符号３は一括被覆、符号１０はプラスチック光ファイバリボン（以下、光ファイバリボンともいう。）を示す。
本実施形態の光ファイバリボン１０は、２本の光ファイバ心線１と、２本のプラスチック線２を平行かつ一列に配し、これらの外周に一括被覆３を施して一体化したものである。光ファイバ心線１およびプラスチック線２の中心軸は同一平面上に存在し、互いに平行である。
図１において、光ファイバ心線１の長さ方向をＺ方向（図示せず）、Ｚ方向に垂直な断面において光ファイバ心線１およびプラスチック線２の中心を結ぶ直線方向をＸ方向、Ｚ方向およびＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を光ファイバリボン１０の幅方向、Ｙ方向を光ファイバリボン１０の厚さ方向ともいう。

２本の光ファイバ心線１は隣接して配置されており外面が互いに接している。これら２本の光ファイバ心線１を挟むように、２本のプラスチック線２が外側に配されている。隣接する光ファイバ心線１とプラスチック線２とは外面が互いに接している。
本発明において光ファイバ心線またはプラスチック線の外面が互いに接しているとは、製造誤差の許容範囲として、隣接する光ファイバ心線またはプラスチック線の外面間の最短距離が５μｍ以下であることを意味する。
本実施形態において、一括被覆３は光ファイバ心線１およびプラスチック線２の外面に追従する形状に形成されており、光ファイバリボン１０の厚さ方向（Ｙ方向）の両側の外面に凹溝１１が形成されている。

本実施形態の光ファイバ心線１は、１本のプラスチック光ファイバ１ａと、その外周を被覆する補強層１ｂとからなる。必要に応じて、補強層１ｂの周囲にさらに他の被覆層を設けてもよい。
プラスチック光ファイバ１ａはコア−クラッドから構成されるもので、公知のものを使用できる。屈折率分布型（ＧＩ型）光ファイバ、段階屈折率型（ＳＩ型）光ファイバのいずれでもよい。シングルモード光ファイバ、マルチコア光ファイバのいずれでもよい。
プラスチック光ファイバ１ａの材料として、例えばフッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂が挙げられる。

補強層１ｂの材料は公知のものを使用できる。例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、紫外線硬化型ウレタンアクリレート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂が挙げられる。
光ファイバ心線１が補強層１ｂの周囲に他の被覆層を有する場合、他の被覆層の材料は公知のものを使用できる。例えば紫外線硬化型エポキシアクリレート系樹脂や電子線硬化型エポキシアクリレート樹脂が挙げられる。

光ファイバ心線１の外径は特に限定されない。例えば２００〜７５０μｍが好ましく、２４５〜４００μｍがより好ましい。
光ファイバ心線１のヤング率は、７５０〜２５００ＭＰａであることが好ましく、１０００〜２５００ＭＰａがより好ましく、１２００〜２５００ＭＰａがさらに好ましく、１４００〜２０００ＭＰａが特に好ましい。光ファイバ心線１のヤング率が上記範囲の下限値以上であると、光ファイバリボンの取扱い時に損失増加などの問題が発生し難く、上限値以下であると光ファイバ心線の伝送損失の増加を抑えられる。

プラスチック線２はプラスチック材料からなる。プラスチック線２のヤング率は３０００ＭＰａ以上であり、４０００ＭＰａ以上が好ましく、６０００ＭＰａ以上がより好ましく、８０００ＭＰａ以上が特に好ましい。
プラスチック線２のヤング率が上記下限値以上であると、光ファイバリボン１０が長さ方向の引張り力を受けたときの損失増加を抑える効果に優れる。
プラスチック線２のヤング率の上限値は特に限定されないが、リボン製造時の被覆安定性の点からは１５０００ＭＰａ以下が好ましく、１２０００ＭＰａ以下がより好ましい。

プラスチック線２の外径は２００〜８００μｍが好ましく、２５０〜４５０μｍがより好ましい。
光ファイバ心線１の外径とプラスチック線２の外径との差の絶対値は０〜１１０μｍが好ましく、０〜１００μｍがより好ましく、１０〜５０μｍがさらに好ましい。
特に、プラスチック線２の外径が、プラスチック光ファイバ心線１の外径より大きいと、光ファイバリボン１０の厚さ方向から側圧が加わったときに、光ファイバ心線１へ伝わる応力を緩和する効果に優れる点で好ましい。この場合のプラスチック線２とプラスチック光ファイバ心線１との外径の差は１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、５０μｍ以上がさらに好ましい。該外径の差の上限値は、リボン加工時の被覆安定性の点からは１１０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましく、１０μｍ以下が特に好ましい。

プラスチック線２は光伝送機能を有さない。均一なプラスチック材料で構成されることが好ましい。例えばプラスチック材料の延伸体が好ましい。プラスチック線２を構成するプラスチック材料は硬化後のヤング率が上記の範囲内であればよく、延伸可能であるものが好ましい。
例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート等が好ましく用いられる。
プラスチック線２に透明性が要求される場合には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネートが好ましい。

一括被覆３の材料としては、例えばウレタンアクリレート等の紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂が好ましい。
一括被覆３に透明性が要求される場合には、ウレタンアクリレート系の樹脂が好ましい。
一括被覆３のヤング率は４００〜１０００ＭＰａが好ましく、５００〜８００がより好ましい。一括被覆３のヤング率が上記範囲の下限値以上であるとリボン取扱い時に分離などの問題が発生し難く、上限値以下であると光ファイバ心線のリボン化後の伝送損失の増加を抑えられる。
一括被覆３の厚みは、光ファイバ心線１の中心を通るＹ方向における一括被覆３の厚さをｙ１、プラスチック線２の中心を通るＹ方向における一括被覆３の厚さをｙ２、光ファイバ心線１およびプラスチック線２の中心を通るＸ方向における一括被覆３の厚さをｘ１とすると、ｙ１およびｙ２は３〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましく、５〜１０μｍがさらに好ましい。ｙ１とｙ２は同じであってもよく、異なっていてもよい。ｘ１は３〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましく、５〜１０μｍがさらに好ましい。

光ファイバリボン１０は、光ファイバ心線１とプラスチック線２を平行かつ一列に整列させた状態で、これらの外周に樹脂を塗布し硬化させて一括被覆３を形成することで製造できる。樹脂の塗布は、コーティングダイに光ファイバ心線１およびプラスチック線２を入線して走行させる方法で行うことができる。コーティングダイの出口の金型形状によって、光ファイバリボン１０の断面形状を制御できる。

本実施形態の光ファイバリボン１０は、光ファイバ心線１と高ヤング率のプラスチック線２とが一体化されているため、引張り強度に優れる。また光ファイバ心線１とプラスチック線２とを分離することなく、光ファイバリボン１０の状態で機器等との接続に使用できるため、接続後、使用中の引張り強度にも優れる。
プラスチック線２を透明性が高いプラスチックを用いて構成することにより、透明性の高い光ファイバリボン１０を実現できる。あるいは、必要に応じて、プラスチック線２を所望の色調に着色することも容易である。

なお、本実施形態の光ファイバリボンは、２本の光ファイバ心線と、２本のプラスチック線を備えるが、光ファイバ心線は１本でもよく３本以上でもよい。光ファイバ心線を２本以上備えると、多芯一括接続が可能な光ファイバリボンが得られる。光ファイバ心線を２本以上備える場合に、これらの光ファイバ心線の外面が互いに接していると、多芯一括接続における軸合せが容易な点で好ましい。光ファイバリボンを構成する光ファイバ心線の数の上限は特に限定されないが、ケーブル細径化の点からは８本以下が好ましく、４本以下がより好ましい。
プラスチック線は１本でもよく３本以上でもよい。本実施形態においてプラスチック線は、光ファイバ心線の外側に配置されているが、光ファイバ心線と光ファイバ心線との間にプラスチック線が配置されていてもよい。光ファイバリボンを構成するプラスチック線の数の上限は特に限定されないが、リボン化時の被覆安定性の点からは５本以下が好ましく、３本以下がより好ましい。プラスチック線の外面は、これに隣接する光ファイバ心線またはプラスチック線の外面と接していてもよく、接していなくてもよい。

本実施形態の光ファイバリボンは、光ファイバリボンの厚さ方向の両側の外面に凹溝１１が形成されているが、厚さ方向の両側の外面の一方または両方が、凹溝１１を有しない平坦面であってもよい。少なくとも一方の外面に凹溝１１が形成されていると、Ｖ溝を有する固定部材を用いる場合に該Ｖ溝への位置合わせが容易である。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
＜測定方法＞
［引張力による損失増加量］
島津製作所製の引張試験機オートグラフＡＧ−ＩＳ（製品名）を用い、ＪＩＳ−Ｃ６８２３に準じて引張力による損失増加量を測定した。まず、測定対象の光ファイバリボン（以下、被測定サンプルという。）を６ｍの長さに切断したものを用意し、その両端をそれぞれ引張試験機のマンドレル（直径１５０ｍｍ）に３周巻いて固定した。両マンドレル間の距離は１ｍである。被測定サンプルの一方の末端は、励振装置を介して波長８５０ｎｍのＬＥＤ光源に接続し、他方の末端は受光器に接続した。初期パワーＰ０、および所定の引張り力を加えた際の光パワーＰ１を測定し、その差から、引張り力を負荷した際の光損失を算出した。
［伸び量］
ＪＩＳ−Ｃ６８３７に準じ、上記引張力による損失増加量の測定時における応力／ひずみ曲線を得た。得られた応力／ひずみ曲線から被測定サンプルの伸び量を算出した。

［側圧による損失増加量］
図２に示す装置を用い、ＪＩＳ−Ｃ６８２１に準じて側圧負荷による損失増加量を測定した。まず、被測定サンプル４０を３ｍの長さに切断したものを用意し、その中央部を一対のプレート４１、４２で挟むとともに、一方のプレート４１の外面に沿って被測定サンプル４０をＵ字状に曲げた。被測定サンプル４０の長さ方向における、プレート４１、４２の平坦面の長さは１００ｍｍ、プレート両端の曲面４１ａの曲率半径は５ｍｍとした。すなわち被測定サンプル４０の曲げ半径は５ｍｍとした。被測定サンプル４０の一方の末端は、励振装置（図示略）を介して波長８５０ｎｍのＬＥＤ光源４３に接続し、他方の末端は受光器４４に接続した。まず初期パワーＰ０を測定し、次いでプレート４１、４２によって５０Ｎ／１００ｍｍの荷重（側圧）を加えた際の光パワーＰ１を測定し、その差から、側圧を負荷した際の光損失を算出した。

（実施例１）
光ファイバ心線を２本と、プラスチック線（材質：ＰＥＴ）を２本用いて、図１に示す構造の光ファイバリボンを製造した。光ファイバ心線およびプラスチック線の外径とヤング率は表１の通りである（以下、同様。）。
一括被覆の材質は紫外線硬化型ウレタンアクリレート系樹脂、ヤング率は５６０ＭＰａである。一括被覆の厚さは、凹溝以外の部分はほぼ均一であり５μｍとした。
得られた光ファイバリボンについて、上記の方法で引張り力による損失増加量を測定した結果を表１に示す（以下、同様。）。
また、上記の方法で伸び量を測定した結果を図３のグラフに示す（以下、同様。）。

（実施例２）
実施例１においてプラスチック線を、表１に示すプラスチック線（材質：ナイロン）に変更した。それ以外は実施例１と同様である。

（比較例１）
実施例１においてプラスチック線を、表１に示すプラスチック線（材質：ポリカーボネート）に変更した。それ以外は実施例１と同様である。

（比較例２）
実施例１においてプラスチック線２本を使用せず、その代わりに光ファイバ心線の数を４本とした。それ以外は実施例１と同様である。

表１および図３の結果より、ヤング率が３０００ＭＰａ以上であるプラスチック線を光ファイバ心線と一括被覆した実施例１、２は、引張り力が負荷されたときの伸びが抑えられ、引張り応力による損失増加も充分に小さく抑えられた。特に実施例１は引張り力が１５Ｎであるときも伸び量が３％以下に抑えられ、引張り強度に優れる。
これに対して、プラスチック線のヤング率が２０００ＭＰａである比較例１は、伸び量を抑える効果が小さく、引張り応力による損失増加を抑える効果も小さい。

（実施例３〜５）
実施例１においてプラスチック線の外径を表２に示す通りに変更した。それ以外は実施例１と同様である。
得られた光ファイバリボンについて、上記の方法で側圧による損失増加量を測定した結果を表２に示す。

表２の結果に示されるように、プラスチック線の外径がプラスチック光ファイバ心線の外径より大きい実施例４、５は、側圧による損失増加を抑える効果に優れる。

１プラスチック光ファイバ心線
１ａプラスチック光ファイバ
１ｂ補強層
２プラスチック線
３一括被覆
１０プラスチック光ファイバリボン
１１凹溝

Claims

プラスチック光ファイバ心線の１本以上と、ヤング率が３０００ＭＰａ以上であるプラスチック線の１本以上が、それぞれの中心軸が同一平面上で互いに平行となるように配され、一括被覆により一体化されていることを特徴とするプラスチック光ファイバリボン。
前記プラスチック光ファイバ心線のヤング率が７５０〜２５００ＭＰａである、請求項１に記載のプラスチック光ファイバリボン。
前記プラスチック線の外径が、前記プラスチック光ファイバ心線の外径より大きく、その差が１０〜１１０μｍである、請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバリボン。
前記プラスチック光ファイバ心線を２本以上有し、該プラスチック光ファイバ心線の外面が互いに接している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバリボン。