JP2759626B2 - 光ファイバーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定方法及び装置 - Google Patents
光ファイバーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】ここに記載された発明は、ファイ
バー物質の特徴化の為のシステムに関し、特に通信用光
ファイバーのポリマーコーティングの粘弾性特性を測定
する為の装置に関係する。
バー物質の特徴化の為のシステムに関し、特に通信用光
ファイバーのポリマーコーティングの粘弾性特性を測定
する為の装置に関係する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、外側の環境か
らファイバーを保護するポリマーコーティングと共に引
き抜き加工する間に、光ファイバーはコーティングされ
る。そのようなコーティングは、一般に、２つの層、即
ち、相対的に柔らかい内層（第１コーティング）及びよ
り堅固な外層（第２コーティング）を含む。この構造に
より、ファイバー自身が化学薬品と機械的作用から保護
できる。これらの化学薬品や機械的作用は、その特性を
変える。例えば、微小なひびによる減衰をもたらした
り、ファイバーを破壊したりさえもする。しかしなが
ら、コーティング自身は、光学的及び機械的見地から、
ファイバーの全体的な挙動に影響を与える。この影響は
コーティング物質のみならず、コーティング使用法及び
ポリマー化プロセスにも依存している。ファイバーを十
分に特徴付けるには、従って、コーティングの特性、特
に粘弾性特性（粘性係数、弾性係数、ガラス転移温度な
ど）を知ることは重要である。
らファイバーを保護するポリマーコーティングと共に引
き抜き加工する間に、光ファイバーはコーティングされ
る。そのようなコーティングは、一般に、２つの層、即
ち、相対的に柔らかい内層（第１コーティング）及びよ
り堅固な外層（第２コーティング）を含む。この構造に
より、ファイバー自身が化学薬品と機械的作用から保護
できる。これらの化学薬品や機械的作用は、その特性を
変える。例えば、微小なひびによる減衰をもたらした
り、ファイバーを破壊したりさえもする。しかしなが
ら、コーティング自身は、光学的及び機械的見地から、
ファイバーの全体的な挙動に影響を与える。この影響は
コーティング物質のみならず、コーティング使用法及び
ポリマー化プロセスにも依存している。ファイバーを十
分に特徴付けるには、従って、コーティングの特性、特
に粘弾性特性（粘性係数、弾性係数、ガラス転移温度な
ど）を知ることは重要である。
【０００３】これらの特性を決めるのにこれまで提案さ
れている技術は、分離されたフィルム状ポリマーのサン
プルの挙動の分析に基づいている。これらの技術を用い
た、光ファイバーコーティングの特徴化は、例えば、論
文「ルーズ管、リボンケーブルロングライン、及びロー
カルループ用途用の光ファイバーデュアルコーティング
システム設計(Designing an optical fiber dual coati
ng system for loosetube and ribbon cable long line
and local loop applications)」、Ｒ．Ｊ．オーバー
トン(Overton) たち、第４２回国際ワイヤーおよびケー
ブルシンポジウムのプロシーディング、第７０１−７０
７頁、及び「構造およびファイバーの為のコーティング
の流動学的特徴化(Rheological Characterization of C
oatingsfor Fabrics and Fibers) 」、Ｃ．Ｌ．ロン(Ro
hn)、クレムソン大学に於けるコーティングされた構造
についての会議、１９８９年５月２日〜３日、クレムソ
ン（米国）、論文番号６７１に記載されている。これら
の方法では、適当な機器（流動計）により周期的に変動
する変形をサンプルが受け、その抵抗トルク又は応力が
測定される。測定された数値から、サンプルの弾性係
数、粘性係数、ガラス転移温度などがこのようにして得
られたデータを外挿することにより計算され、コーティ
ングされたファイバーの時間に関する挙動が決められ
る。
れている技術は、分離されたフィルム状ポリマーのサン
プルの挙動の分析に基づいている。これらの技術を用い
た、光ファイバーコーティングの特徴化は、例えば、論
文「ルーズ管、リボンケーブルロングライン、及びロー
カルループ用途用の光ファイバーデュアルコーティング
システム設計(Designing an optical fiber dual coati
ng system for loosetube and ribbon cable long line
and local loop applications)」、Ｒ．Ｊ．オーバー
トン(Overton) たち、第４２回国際ワイヤーおよびケー
ブルシンポジウムのプロシーディング、第７０１−７０
７頁、及び「構造およびファイバーの為のコーティング
の流動学的特徴化(Rheological Characterization of C
oatingsfor Fabrics and Fibers) 」、Ｃ．Ｌ．ロン(Ro
hn)、クレムソン大学に於けるコーティングされた構造
についての会議、１９８９年５月２日〜３日、クレムソ
ン（米国）、論文番号６７１に記載されている。これら
の方法では、適当な機器（流動計）により周期的に変動
する変形をサンプルが受け、その抵抗トルク又は応力が
測定される。測定された数値から、サンプルの弾性係
数、粘性係数、ガラス転移温度などがこのようにして得
られたデータを外挿することにより計算され、コーティ
ングされたファイバーの時間に関する挙動が決められ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】異なる幾何学的特徴に
より、機械的変形に対するフィルムの応答は円柱状のも
のより大きく異なり、このことは、特に、前者の場合は
境界の効果が存在するためであることは明らかである。
更に、このタイプの測定は、ファイバーによるコーティ
ング上への粘着力による影響を考慮していない。分離さ
れたサンプルの測定に対する単純な外挿では、動作条件
におけるコーティングの挙動に対して信頼できるデータ
を与えるには十分ではない。
より、機械的変形に対するフィルムの応答は円柱状のも
のより大きく異なり、このことは、特に、前者の場合は
境界の効果が存在するためであることは明らかである。
更に、このタイプの測定は、ファイバーによるコーティ
ング上への粘着力による影響を考慮していない。分離さ
れたサンプルの測定に対する単純な外挿では、動作条件
におけるコーティングの挙動に対して信頼できるデータ
を与えるには十分ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明よると、光ファイ
バーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定の為の方
法及び装置が提供される。これによると、最終製品、即
ちコーティングされたファイバーに対して、従って動作
条件下において測定が行える。本発明によると、サンプ
ルが周期的に変動する変形を受け、その抵抗応力が測定
され、そして所望の特性が測定された応力値から得ら
れ、更に、 ａ）コーティングされたファイバースパン(fiber span)
の端が一対の保持機器の中に挿入され、この保持機器
は、ファイバーに対してそのコーティングをスライドで
きて、その間コーティングを裂くことなくそのコーティ
ングを保持でき、 ｂ）コーティングに引っ張りプレ応力(pre-stress)が与
えられ、そして ｃ）相対的な振動運動が保持機器に与えられ、それによ
り、実質的に長手方向の引っ張り変形が引き起こされ、
該引っ張り変形の強度はコーティングにかかるプレ応力
の値に対して周期的に変わる、方法が提供される。
バーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定の為の方
法及び装置が提供される。これによると、最終製品、即
ちコーティングされたファイバーに対して、従って動作
条件下において測定が行える。本発明によると、サンプ
ルが周期的に変動する変形を受け、その抵抗応力が測定
され、そして所望の特性が測定された応力値から得ら
れ、更に、 ａ）コーティングされたファイバースパン(fiber span)
の端が一対の保持機器の中に挿入され、この保持機器
は、ファイバーに対してそのコーティングをスライドで
きて、その間コーティングを裂くことなくそのコーティ
ングを保持でき、 ｂ）コーティングに引っ張りプレ応力(pre-stress)が与
えられ、そして ｃ）相対的な振動運動が保持機器に与えられ、それによ
り、実質的に長手方向の引っ張り変形が引き起こされ、
該引っ張り変形の強度はコーティングにかかるプレ応力
の値に対して周期的に変わる、方法が提供される。
【０００６】本発明による装置は、試験中のサンプルに
周期的引っ張り変形を与える為の手段、サンプルの対抗
応力を測定する為の手段、及び測定された応力から始め
て粘弾性特性を決めるデータ処理手段を含んだ装置の一
部であり、それは周期的変形を与える手段を形成する。
このような装置は、更に一対の機器とこの機器の少なく
とも一つに振動運動を引き起こす手段を含む。該機器
は、コーティングを裂くことなくファイバー上のコーテ
ィングの端を保持でき、ファイバーに対してコーティン
グをスライドでき、コーティングに引っ張りプレ応力を
与えることができる。より明確にするために、添付の図
面が参照される。
周期的引っ張り変形を与える為の手段、サンプルの対抗
応力を測定する為の手段、及び測定された応力から始め
て粘弾性特性を決めるデータ処理手段を含んだ装置の一
部であり、それは周期的変形を与える手段を形成する。
このような装置は、更に一対の機器とこの機器の少なく
とも一つに振動運動を引き起こす手段を含む。該機器
は、コーティングを裂くことなくファイバー上のコーテ
ィングの端を保持でき、ファイバーに対してコーティン
グをスライドでき、コーティングに引っ張りプレ応力を
与えることができる。より明確にするために、添付の図
面が参照される。
【０００７】
【実施例】本発明による方法を行う装置は、流動計、即
ちサンプル物質に周期的な変形を受けさせることにより
発生する対抗応力の値から始めて物質の粘弾性特性を得
る装置に組み込まれている。例えば、本発明が応用され
てきた装置としては、ピスカタウエイ(Piscataway)
（Ｎ．Ｊ．，米国）のレオメトリクス社(Rheometrics,I
nc.) によりＲＤＡ−２の名称で販売されているものが
ある。この装置の完全なる記載は、本発明を理解するの
には必要でない。本装置は実質的に一対のクランプ１、
２、及びファイバー３が長手方向の振動的変形を受ける
ようにクランプ１、２の一つに振動運動を与えるための
手段を含む。そのクランプの中に、決定される必要のあ
る粘弾性特性を有したコーティングが為されたファイバ
ースパン３の端が保持されている。クランプに振動運動
を与えるための手段は、流動計のタイプ、及び／又はそ
れに備わる付属物のタイプに依存する。例えば、前記装
置には一対のアーム４、５が備わり、そのうちの一つ
（例えば、アーム４）は固定されているが、もう一方の
ものは垂直軸の回りを矢印Ｆで示されるいずれの方向に
も回転可能である。本発明の初期の実施例では、アーム
４に与えられる回転角度は１度の数分の１のオーダーで
あった。クランプ１、２は、前記アームの端にあるピボ
ット６、７によって軸回転できるように装着されてい
る。この配置により、アーム５の角度変位がクランプ２
の直線的変位に変換される。参照番号８は、アーム４、
５を保持する流動計の固定された部分を示している。
ちサンプル物質に周期的な変形を受けさせることにより
発生する対抗応力の値から始めて物質の粘弾性特性を得
る装置に組み込まれている。例えば、本発明が応用され
てきた装置としては、ピスカタウエイ(Piscataway)
（Ｎ．Ｊ．，米国）のレオメトリクス社(Rheometrics,I
nc.) によりＲＤＡ−２の名称で販売されているものが
ある。この装置の完全なる記載は、本発明を理解するの
には必要でない。本装置は実質的に一対のクランプ１、
２、及びファイバー３が長手方向の振動的変形を受ける
ようにクランプ１、２の一つに振動運動を与えるための
手段を含む。そのクランプの中に、決定される必要のあ
る粘弾性特性を有したコーティングが為されたファイバ
ースパン３の端が保持されている。クランプに振動運動
を与えるための手段は、流動計のタイプ、及び／又はそ
れに備わる付属物のタイプに依存する。例えば、前記装
置には一対のアーム４、５が備わり、そのうちの一つ
（例えば、アーム４）は固定されているが、もう一方の
ものは垂直軸の回りを矢印Ｆで示されるいずれの方向に
も回転可能である。本発明の初期の実施例では、アーム
４に与えられる回転角度は１度の数分の１のオーダーで
あった。クランプ１、２は、前記アームの端にあるピボ
ット６、７によって軸回転できるように装着されてい
る。この配置により、アーム５の角度変位がクランプ２
の直線的変位に変換される。参照番号８は、アーム４、
５を保持する流動計の固定された部分を示している。
【０００８】図３から分かるように、機械的見地からフ
ァイバー３は、実質的に堅い中心部９（これは、コアー
と、光ファイバーに用いられるシリカ又は他の物質から
作られるクラッドを含み、簡単化のため以下では「シリ
カ」という。）と、部分的に弾性的な外側部分１０
（「コーティング」）のセットとして描かれている。し
かし実際には、上述のようにコーティング１０は一般的
に異なる特性を有する２つの層を含む。２つのクランプ
間のファイバースパン３は、数センチメートル、例えば
約２ｃｍの長さでよい。クランプ１、２は、コーティン
グ１０を裂くことなく保持し、同時にそのコーティング
をシリカ９に対して長手方向にスライドできるようなも
のでなけらばならない。例えば、図２、３から分かるよ
うに、１つのクランプは、コーティングされたファイバ
ー３が導かれるＶ形溝１２を有する本体１１と、溝１２
内にコーティングされたファイバー３を保持する保持板
１３を含んでよい。この構成では、溝の寸法を適当に選
ぶことにより、ファイバーの外周の３点に分散し且つコ
ーティング１０のみに変形を引き起こす押圧応力をファ
イバー３に与えることが可能となる。
ァイバー３は、実質的に堅い中心部９（これは、コアー
と、光ファイバーに用いられるシリカ又は他の物質から
作られるクラッドを含み、簡単化のため以下では「シリ
カ」という。）と、部分的に弾性的な外側部分１０
（「コーティング」）のセットとして描かれている。し
かし実際には、上述のようにコーティング１０は一般的
に異なる特性を有する２つの層を含む。２つのクランプ
間のファイバースパン３は、数センチメートル、例えば
約２ｃｍの長さでよい。クランプ１、２は、コーティン
グ１０を裂くことなく保持し、同時にそのコーティング
をシリカ９に対して長手方向にスライドできるようなも
のでなけらばならない。例えば、図２、３から分かるよ
うに、１つのクランプは、コーティングされたファイバ
ー３が導かれるＶ形溝１２を有する本体１１と、溝１２
内にコーティングされたファイバー３を保持する保持板
１３を含んでよい。この構成では、溝の寸法を適当に選
ぶことにより、ファイバーの外周の３点に分散し且つコ
ーティング１０のみに変形を引き起こす押圧応力をファ
イバー３に与えることが可能となる。
【０００９】測定を行うために、ファイバー３がクラン
プ１、２間に固定され、ファイバー自身が例えば１Ｎの
オーダーのプレ応力を受けるような角度をアーム５が回
転する。続いて、アーム５が振動し、適当な振動数（例
えば数ヘルツ）を有し且つ常にファイバーが引っ張られ
るように維持しファイバー内にほぼ長手方向の振動的変
形を引き起こすような振幅を有する振動運動をクランプ
２に与える。この長手方向の振動的変形は、内包する力
が与えられ、実際にはコーティングのみを対象とするも
のである。例えば、変形を得るためにファイバーに与え
られた力の振動の振幅は、十分の数ニュートンでよい。
本装置は対抗応力を測定し、その中に含まれるデータ処
理プログラム（リオスソフトウエア(Rhios software)）
はその対抗応力から例えば弾性係数Ｇ’、粘性係数
Ｇ”、変形と測定応力間の位相差などの興味ある数量を
引き出す。この位相差の正接は比Ｇ”／Ｇ’に対応す
る。そのような量と測定された応力を結びつける関係は
よく知られており、例えばＣ．Ｌ．ローンによる上記論
文に報告されている。
プ１、２間に固定され、ファイバー自身が例えば１Ｎの
オーダーのプレ応力を受けるような角度をアーム５が回
転する。続いて、アーム５が振動し、適当な振動数（例
えば数ヘルツ）を有し且つ常にファイバーが引っ張られ
るように維持しファイバー内にほぼ長手方向の振動的変
形を引き起こすような振幅を有する振動運動をクランプ
２に与える。この長手方向の振動的変形は、内包する力
が与えられ、実際にはコーティングのみを対象とするも
のである。例えば、変形を得るためにファイバーに与え
られた力の振動の振幅は、十分の数ニュートンでよい。
本装置は対抗応力を測定し、その中に含まれるデータ処
理プログラム（リオスソフトウエア(Rhios software)）
はその対抗応力から例えば弾性係数Ｇ’、粘性係数
Ｇ”、変形と測定応力間の位相差などの興味ある数量を
引き出す。この位相差の正接は比Ｇ”／Ｇ’に対応す
る。そのような量と測定された応力を結びつける関係は
よく知られており、例えばＣ．Ｌ．ローンによる上記論
文に報告されている。
【００１０】前に述べたように、変形はコーティング物
質の線形粘弾性領域で起こらねばならず、この領域にお
いてのみ測定された応力と種々の量との間の相関が確定
され得る。従って、ファイバーに振動的変形を与える前
に、そのような範囲を同定する必要がある。このこと
は、異なる変形と異なる温度での測定を行うことにより
容易に為され得る。為される測定に依存して、振動の周
波数及び／又は振幅を変えることができ、与えられた変
形に対して、温度走査がガラス転移温度を決めるために
行われ得る。ここに記載されたことは非制限的例の方法
により単に与えられたものであり、変更と修正が本発明
の範囲を逸脱することなく可能である。例えば、図４に
示されるように、保持板１３を、第１ブロックと同等で
あり且つ溝１２の反対側にあるそれ自身の溝１５が備わ
った第２ブロック１４に置き換えることができる。この
場合には、溝１２、１５の壁がコーティング１０を押圧
するような形に溝１２、１５は成される。更に、クラン
プ１、２はあご型機器によって実現してよく、若しくは
相対的振動運動をしながら動く支持体上にそれらを固定
してよい。
質の線形粘弾性領域で起こらねばならず、この領域にお
いてのみ測定された応力と種々の量との間の相関が確定
され得る。従って、ファイバーに振動的変形を与える前
に、そのような範囲を同定する必要がある。このこと
は、異なる変形と異なる温度での測定を行うことにより
容易に為され得る。為される測定に依存して、振動の周
波数及び／又は振幅を変えることができ、与えられた変
形に対して、温度走査がガラス転移温度を決めるために
行われ得る。ここに記載されたことは非制限的例の方法
により単に与えられたものであり、変更と修正が本発明
の範囲を逸脱することなく可能である。例えば、図４に
示されるように、保持板１３を、第１ブロックと同等で
あり且つ溝１２の反対側にあるそれ自身の溝１５が備わ
った第２ブロック１４に置き換えることができる。この
場合には、溝１２、１５の壁がコーティング１０を押圧
するような形に溝１２、１５は成される。更に、クラン
プ１、２はあご型機器によって実現してよく、若しくは
相対的振動運動をしながら動く支持体上にそれらを固定
してよい。
【図１】コーティング製造用装置の概略を示す。
【図２】クランプの断面を示す。
【図３】クランプの溝、及びファイバーの拡大図であ
る。
る。
【図４】図２のクランプの変形例の拡大図である。
１、２ クランプ ３ ファイバースパン ４、５ アーム ６、７ ピボット ８ 固定部 ９ 中心部 １０ 外側部 １１ 第１本体 １２ 溝 １３ 保持板 １４ 第２本体 １５ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ａ (72)発明者 ジヨルジヨ・グレゴ イタリー国エツセ・フランチエスコ・ア ル・カムポ（トリノ）、ヴイア・パルロ ツキア ４／アー (72)発明者 パオラ・レージヨ イタリー国カスチグリオーネ・トリネー セ（トリノ）、ストラダ・デル・モンデ イーノ ４／アー (56)参考文献 特開 平４−31743（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−142344（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−49175（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01M 11/00 S G01N 3/00 G01N 19/00
Claims (6)
- 【請求項１】 コーティングのサンプルが周期的に変動
しうる変形を受け、それに対抗する応力が測定され、そ
して所望の特性がその応力値から得られる、光ファイバ
ーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定方法であっ
て、ファイバーに適用されているサンプルの測定のため
に、（ア）コーティングされたファイバースパン（３）
の端が一対の保持機器（１、２）内に挿入され、該保持
機器はコーティング（１０）を裂くことなくこのコーテ
ィングを保持でき、同時にファイバー（９）自身に対し
該コーティングをスライドでき、（イ）引っ張りプレ応
力がコーティング（１０）に与えられ、そして（ウ）振
動する相対運動が保持機器（１、２）に与えられ、前記
プレ応力の値に対して強度が周期的に変動する長手方向
引っ張り応力をコーティング（１０）が受けることを特
徴とする前記光ファイバーのポリマーコーティングの粘
弾性特性測定方法。 - 【請求項２】 コーティング（１０）を常に引っ張り応
力の下に保ち、コーティング（１０）物質が線形粘弾性
領域内にあるような、前記強度の変動の間隔であること
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 試験中のコーティングのサンプルを周期
的に変形させる為、且つ該サンプルの対抗応力を測定す
る為の手段、及び測定された応力から始めて粘弾性特性
を決めるように構成されたデータ処理装置を含む、光フ
ァイバーのポリマーコーティングの粘弾性特性測定装置
であって、コーティングされたファイバースパンを含む
サンプルを測定するために、周期的変形を与える為の手
段が一対の機器（１、２）と手段（４、５）を含み、該
機器（１、２）は、為されたコーティング（１０）を裂
くことなくコーティングされたファイバー（３）の端を
保持でき、実際のファイバー（９）に対してコーティン
グをスライドでき、そのようなコーティング（１０）に
引っ張りプレ応力を与えることができ、そして、該手段
（４、５）はそのような機器（１、２）の少なくとも一
つに対して振動運動を与える為のものであることを特徴
とする、前記光ファイバーのポリマーコーティングの粘
弾性特性測定装置。 - 【請求項４】 保持機器（１、２）が、ファイバー
（３）を入れるＶ形溝（１２）を有する第１本体（１
１）と、溝（１２）内のファイバー（３）を保持するた
めに前記第１本体（１１）に固定できる第２本体（１
３）を含むクランプにより構成されており、第２本体
（１３）を第１本体上に固定することにより、少なくと
も３点でコーティング（１０）を押圧するような溝（１
２）のサイズとすることを特徴とする、請求項３に記載
の装置。 - 【請求項５】 前記第２本体が板（１３）により構成さ
れていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記第２本体がＶ形溝（１５）を有する
部材（１４）により構成されており、二つの本体（１
１、１４）が互いに固定されているときは、該溝（１
５）は第１本体の溝（１２）の前に配置され、２つの溝
（１２、１５）のサイズはコーティング（１０）が両方
の溝の側壁により押圧されるようなものとすることを特
徴とする、請求項４に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT94A000363 | 1994-05-05 | ||
| ITTO940363A IT1273181B (it) | 1994-05-05 | 1994-05-05 | Procedimento e dispositivo per la misura delle proprieta' viscoelastiche di rivestimenti polimerici di fibre ottiche |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306128A JPH07306128A (ja) | 1995-11-21 |
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