JP2836285B2 - 被覆光ファイバ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバの外周に、
例えば紫外線等のエネルギー線によって硬化した被覆層
を形成した被覆光ファイバに関する。より詳細に、本発
明は、被覆光ファイバにおいて、被覆樹脂の改良に関す
る。
例えば紫外線等のエネルギー線によって硬化した被覆層
を形成した被覆光ファイバに関する。より詳細に、本発
明は、被覆光ファイバにおいて、被覆樹脂の改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバは、機械的保護の目的で樹脂
を被覆されて用いられるが、生産性の観点から紫外線等
のエネルギー線硬化型樹脂が一般に用いられる。図１
に、一般の被覆光ファイバの製造装置の概要を示す模式
図を示す。
を被覆されて用いられるが、生産性の観点から紫外線等
のエネルギー線硬化型樹脂が一般に用いられる。図１
に、一般の被覆光ファイバの製造装置の概要を示す模式
図を示す。
【０００３】図１において、線引きされた光ファイバ３
はダイスとポイントからなる樹脂塗布装置４によりエネ
ルギー線硬化型樹脂が塗布され、硬化装置５内で硬化さ
れ、単層または複層の樹脂被覆層を形成して、巻取機８
で巻き取られることにより製造される。
はダイスとポイントからなる樹脂塗布装置４によりエネ
ルギー線硬化型樹脂が塗布され、硬化装置５内で硬化さ
れ、単層または複層の樹脂被覆層を形成して、巻取機８
で巻き取られることにより製造される。
【０００４】このようにして作られた被覆光ファイバ７
の断面図の一例を図２に示す。一般的な被覆光ファイバ
は、ガラスからなる光ファイバ３の周囲にエネルギー線
硬化型樹脂からなる緩衝層１０と保護層とを二重にコー
ティングした構造となっている。
の断面図の一例を図２に示す。一般的な被覆光ファイバ
は、ガラスからなる光ファイバ３の周囲にエネルギー線
硬化型樹脂からなる緩衝層１０と保護層とを二重にコー
ティングした構造となっている。
【０００５】一方、近年の光ファイバ生産量の拡大に伴
い、光ファイバの生産線速は上昇の一途を辿っている。
そのため、被覆材料である樹脂も、幅広い線速において
良好かつ均一にガラス面に塗布できることが強く望まれ
ている。
い、光ファイバの生産線速は上昇の一途を辿っている。
そのため、被覆材料である樹脂も、幅広い線速において
良好かつ均一にガラス面に塗布できることが強く望まれ
ている。
【０００６】通常、ファイバの線引速度を増大させる
と、炉で溶融されたガラスが冷え切らないうちに、一層
目のダイスに入るために、樹脂がガラスに付きにくくな
ると言う現象が生じる。
と、炉で溶融されたガラスが冷え切らないうちに、一層
目のダイスに入るために、樹脂がガラスに付きにくくな
ると言う現象が生じる。
【０００７】その結果、高速側では樹脂の被覆径が低下
し、結果として線速によって被覆の厚みが異なってしま
い、例えば特開昭５５−１０４７０号公報では、ダイス
に侵入する前にガラスを強制的に冷却させて樹脂の塗布
不良を防止し、逆にガラスの温度を調節することによ
り、被覆径を所望の厚みに制御する方法が提案されてい
る。
し、結果として線速によって被覆の厚みが異なってしま
い、例えば特開昭５５−１０４７０号公報では、ダイス
に侵入する前にガラスを強制的に冷却させて樹脂の塗布
不良を防止し、逆にガラスの温度を調節することによ
り、被覆径を所望の厚みに制御する方法が提案されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、、実際
にガラスを冷却して高速線引を行うとすると、一層目の
被覆径は低速のときよりも大きくなる傾向が生じる。こ
れは、線速が上がるので、ガラスの牽引力が増大し、低
速の時よりも多くの樹脂が塗布されるからであると考え
られている。
にガラスを冷却して高速線引を行うとすると、一層目の
被覆径は低速のときよりも大きくなる傾向が生じる。こ
れは、線速が上がるので、ガラスの牽引力が増大し、低
速の時よりも多くの樹脂が塗布されるからであると考え
られている。
【０００９】その結果、幅広い線速域で被覆径を一定に
しようとすると、頻繁にガラス温度の微調整を行わねば
ならず、非常に複雑な制御が必要になると言う問題点が
あった。
しようとすると、頻繁にガラス温度の微調整を行わねば
ならず、非常に複雑な制御が必要になると言う問題点が
あった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を種々検討した結果、光ファイバに被覆されるエネル
ギー線硬化型樹脂の液状態における動的粘弾性特性を測
定し、その力学的損失率Ｔａｎδのピーク温度が２５℃
以下であるような樹脂のみを選定して、線引を行うこと
により、幅広い生産速度において、特にガラス温度の微
調整を行うことなく、一定の被覆径の被覆光ファイバを
生産できることを見出し、本発明を完成するに至った。
題を種々検討した結果、光ファイバに被覆されるエネル
ギー線硬化型樹脂の液状態における動的粘弾性特性を測
定し、その力学的損失率Ｔａｎδのピーク温度が２５℃
以下であるような樹脂のみを選定して、線引を行うこと
により、幅広い生産速度において、特にガラス温度の微
調整を行うことなく、一定の被覆径の被覆光ファイバを
生産できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】すなわち、本発明は： 線引された光フ
ァイバの外周にエネルギー線硬化型樹脂を塗布し、エネ
ルギー線の照射により硬化させて被覆層を施してなる被
覆光ファイバにおいて、該エネルギー線硬化型樹脂の硬
化前の損失率Ｔａｎδのピーク温度が２５℃以下であ
る、被覆光ファイバであり、また
ァイバの外周にエネルギー線硬化型樹脂を塗布し、エネ
ルギー線の照射により硬化させて被覆層を施してなる被
覆光ファイバにおいて、該エネルギー線硬化型樹脂の硬
化前の損失率Ｔａｎδのピーク温度が２５℃以下であ
る、被覆光ファイバであり、また
【００１２】 光ファイバが６００ｍ／分以上の生産
速度で線引された点にも特徴があり、また ２５℃に
おける上記エネルギー線硬化型樹脂の粘度が２，０００
ｃｐｓ以上３，０００ｃｐｓ以下である点にも特徴があ
る。さらに、本発明を具体的に説明する。
速度で線引された点にも特徴があり、また ２５℃に
おける上記エネルギー線硬化型樹脂の粘度が２，０００
ｃｐｓ以上３，０００ｃｐｓ以下である点にも特徴があ
る。さらに、本発明を具体的に説明する。
【００１３】本発明において、幅広い生産速度域、例え
ば２００ｍ／分以上、好ましくは６００ｍ／分以上にお
いて、安定した被覆径の被覆光ファイバを提供するに
は、エネルギー線硬化型樹脂の硬化前のＴａｎδのピー
ク温度が２５℃以下であることが必要である。
ば２００ｍ／分以上、好ましくは６００ｍ／分以上にお
いて、安定した被覆径の被覆光ファイバを提供するに
は、エネルギー線硬化型樹脂の硬化前のＴａｎδのピー
ク温度が２５℃以下であることが必要である。
【００１４】すなわち、被覆樹脂である該エネルギー線
硬化型樹脂の硬化前の液状状態でのＴａｎδピーク温度
が、より低いほど被覆外径のバラツキは小さくなり、ピ
ーク温度が２５℃以下になると、線速２００〜１，００
０ｍ／分の範囲でバラツキを±２μｍ以下という極めて
低くく押さえることが出来る。
硬化型樹脂の硬化前の液状状態でのＴａｎδピーク温度
が、より低いほど被覆外径のバラツキは小さくなり、ピ
ーク温度が２５℃以下になると、線速２００〜１，００
０ｍ／分の範囲でバラツキを±２μｍ以下という極めて
低くく押さえることが出来る。
【００１５】従って、上記Ｔａｎδのピーク温度が２５
℃を越える被覆樹脂を用いると、外径のバラツキが大き
くなり、幅広い生産速度域で、安定して被覆光ファイバ
を製造出来なくなり、品質の高い製品を作ることが難し
くなる。
℃を越える被覆樹脂を用いると、外径のバラツキが大き
くなり、幅広い生産速度域で、安定して被覆光ファイバ
を製造出来なくなり、品質の高い製品を作ることが難し
くなる。
【００１６】なお、本発明における被覆樹脂の温度−Ｔ
ａｎｄδ特性は、樹脂組成によらない不変的な指標であ
るので、本発明では、一般に図１に示されるような方法
で製作された光ファイバの被覆樹脂材料の全てに適用す
ることが出来る。また、樹脂のＴａｎδのピーク温度
は、オリゴマーの凝集力、樹脂骨格を構成する鎖の形
態、鎖長を変えることにより達成できるが、理論設計の
みで正確な値を算出することは困難である。
ａｎｄδ特性は、樹脂組成によらない不変的な指標であ
るので、本発明では、一般に図１に示されるような方法
で製作された光ファイバの被覆樹脂材料の全てに適用す
ることが出来る。また、樹脂のＴａｎδのピーク温度
は、オリゴマーの凝集力、樹脂骨格を構成する鎖の形
態、鎖長を変えることにより達成できるが、理論設計の
みで正確な値を算出することは困難である。
【００１７】しかしながら、Ｔａｎδの測定方法は、中
川鶴太郎著岩波全書出版「レオロジー第２版」第２０５
頁に記載されるような同心二重円筒法や、その改良型で
あるコーンプレート法により容易に測定することができ
る。
川鶴太郎著岩波全書出版「レオロジー第２版」第２０５
頁に記載されるような同心二重円筒法や、その改良型で
あるコーンプレート法により容易に測定することができ
る。
【００１８】また、被覆樹脂であるエネルギー線硬化型
樹脂の粘度は特に制限されないが、被覆樹脂外径を設定
値通りにコントロールするためには、その粘度は、５０
００ｃｐｓ以下、好ましくは２，０００ｃｐｓ以上３，
０００ｃｐｓ以下であることが望ましい。例えば、樹脂
粘度が６，０００ｃｐｓ程度に高いと、外径のバラツキ
は許容範囲に留まっているが、外径の絶対値が設定値よ
り高めになる傾向がある。
樹脂の粘度は特に制限されないが、被覆樹脂外径を設定
値通りにコントロールするためには、その粘度は、５０
００ｃｐｓ以下、好ましくは２，０００ｃｐｓ以上３，
０００ｃｐｓ以下であることが望ましい。例えば、樹脂
粘度が６，０００ｃｐｓ程度に高いと、外径のバラツキ
は許容範囲に留まっているが、外径の絶対値が設定値よ
り高めになる傾向がある。
【００１９】光ファイバに被覆するのに用いるエネルギ
ー線硬化型樹脂としては、一般に紫外線などの光や熱等
で容易に硬化する樹脂、例えば紫外線硬化型ウレタン
（メタ）アクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコン樹
脂、熱硬化型シリコン樹脂、紫外線硬化型エポキシ（メ
タ）アクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコン（メタ）
アクリレート樹脂、紫外線硬化型エステル（メタ）アク
リレート樹脂などが代表的であり、そのほかポリフッ化
ビニリデン樹脂も挙げられる。
ー線硬化型樹脂としては、一般に紫外線などの光や熱等
で容易に硬化する樹脂、例えば紫外線硬化型ウレタン
（メタ）アクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコン樹
脂、熱硬化型シリコン樹脂、紫外線硬化型エポキシ（メ
タ）アクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコン（メタ）
アクリレート樹脂、紫外線硬化型エステル（メタ）アク
リレート樹脂などが代表的であり、そのほかポリフッ化
ビニリデン樹脂も挙げられる。
【００２０】該樹脂被覆層は単層でも二層以上の複層で
も良く、二層の場合、光ファイバ素線の表面を保護する
ための保護層（一次被覆層）として作用する比較的軟ら
かな樹脂材と、光ファイバの取り扱いを容易にするため
の緩衝層（二次被覆層）として作用する比較的硬い樹脂
材とで構成され得る。
も良く、二層の場合、光ファイバ素線の表面を保護する
ための保護層（一次被覆層）として作用する比較的軟ら
かな樹脂材と、光ファイバの取り扱いを容易にするため
の緩衝層（二次被覆層）として作用する比較的硬い樹脂
材とで構成され得る。
【００２１】
【作用】エネルギー線硬化型樹脂の組成が、液状態のレ
オロジー特性に影響することは良く知られており、例え
ば１９８８年第５回フォトポリマーコンファランスにお
ける予稿集、伊藤廣行外３名著の論題「光ファイバ高速
線引におけるＵＶ硬化型コーティングのレオロジー」に
は、組成の異なる樹脂の硬化前の角速度Ｔａｎδ特性を
測定し、塗布時の光ファイバ素線の振動を押さえるため
には、高角速度領域でのＴａｎδが小さい樹脂が望まし
いという結論が得られてる。
オロジー特性に影響することは良く知られており、例え
ば１９８８年第５回フォトポリマーコンファランスにお
ける予稿集、伊藤廣行外３名著の論題「光ファイバ高速
線引におけるＵＶ硬化型コーティングのレオロジー」に
は、組成の異なる樹脂の硬化前の角速度Ｔａｎδ特性を
測定し、塗布時の光ファイバ素線の振動を押さえるため
には、高角速度領域でのＴａｎδが小さい樹脂が望まし
いという結論が得られてる。
【００２２】樹脂のＴａｎδの値は角速度のみならず、
樹脂の温度によっても大きく変化し、その傾向は図３に
示すグラフでも判るように、ある温度で最大ピークを持
った、上に凸の曲線となる。そして、一般的には、この
ピーク温度が使用温度より高いほど、樹脂は弾性体（非
ニュートン流体）としての性質を示す。
樹脂の温度によっても大きく変化し、その傾向は図３に
示すグラフでも判るように、ある温度で最大ピークを持
った、上に凸の曲線となる。そして、一般的には、この
ピーク温度が使用温度より高いほど、樹脂は弾性体（非
ニュートン流体）としての性質を示す。
【００２３】発明者らは、光ファイバの線速と被覆径
（即ち、樹脂の実着量）との関係を調べた結果、光ファ
イバの線速が上昇するにつれて樹脂の被覆径が増大する
原因は、バラス効果によるものであることを見出した。
（即ち、樹脂の実着量）との関係を調べた結果、光ファ
イバの線速が上昇するにつれて樹脂の被覆径が増大する
原因は、バラス効果によるものであることを見出した。
【００２４】すなわち、被覆樹脂がダイス穴を通過する
際、通過時間が短い時は分子鎖がせん断応力下において
完全に緩和せず、弾性変形としてせん断エネルギーが一
部蓄えられるために、穴の出口で樹脂の圧縮応力が開放
され、径が太ると言うものである。バラス効果による径
の太りは、ダイス穴の通過時間が短いほど大きいので、
線速が速くなるほど径は増大してしまうことになる。
際、通過時間が短い時は分子鎖がせん断応力下において
完全に緩和せず、弾性変形としてせん断エネルギーが一
部蓄えられるために、穴の出口で樹脂の圧縮応力が開放
され、径が太ると言うものである。バラス効果による径
の太りは、ダイス穴の通過時間が短いほど大きいので、
線速が速くなるほど径は増大してしまうことになる。
【００２５】従って、このバラス効果の影響を小さくす
るためには、被覆する樹脂として、弾性的性質の小さい
もの、すなわちＴａｎδピーク温度の低いものを選ぶこ
とが有効である。
るためには、被覆する樹脂として、弾性的性質の小さい
もの、すなわちＴａｎδピーク温度の低いものを選ぶこ
とが有効である。
【００２６】発明者らは、この観点より実験を重ねた結
果、液状でのＴａｎδピーク温度が２５℃以下であるよ
うな樹脂を選ぶことにより、線速２００〜１，０００ｍ
／分の広い速度範囲で被覆（塗布）径のバラツキを±２
μｍ以内に押さえることが可能となった。
果、液状でのＴａｎδピーク温度が２５℃以下であるよ
うな樹脂を選ぶことにより、線速２００〜１，０００ｍ
／分の広い速度範囲で被覆（塗布）径のバラツキを±２
μｍ以内に押さえることが可能となった。
【００２７】
【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
これらは、本発明の範囲を制限しない。緩衝層１０に使
用する被覆樹脂として、表１に示す５種の紫外線硬化型
樹脂を用い、図１に示すような光ファイバの製造方法で
図２に示す構造の５種類の被覆光ファイバ７を作製し
た。
これらは、本発明の範囲を制限しない。緩衝層１０に使
用する被覆樹脂として、表１に示す５種の紫外線硬化型
樹脂を用い、図１に示すような光ファイバの製造方法で
図２に示す構造の５種類の被覆光ファイバ７を作製し
た。
【００２８】参考として、樹脂Ａ〜Ｃの温度−Ｔａｎδ
曲線を図３に示してある。使用した樹脂は、全て紫外線
硬化型ウレタンアクリレート樹脂を主成分としており、
オリゴマーの構造とモノマーの濃度を変えることによ
り、粘度、Ｔａｎδピーク温度の値を変えた。
曲線を図３に示してある。使用した樹脂は、全て紫外線
硬化型ウレタンアクリレート樹脂を主成分としており、
オリゴマーの構造とモノマーの濃度を変えることによ
り、粘度、Ｔａｎδピーク温度の値を変えた。
【００２９】なお、Ｔａｎδピーク温度の測定は、レオ
ロジー（株）製ＭＲ−３０００ソリキッドメータを使用
した（コーンプレート法）。また、保護層１１は全て同
一のヤング率７０ｋｇ／ｍｍ2 の紫外線硬化型ウレタン
アクリレート樹脂を使用した。
ロジー（株）製ＭＲ−３０００ソリキッドメータを使用
した（コーンプレート法）。また、保護層１１は全て同
一のヤング率７０ｋｇ／ｍｍ2 の紫外線硬化型ウレタン
アクリレート樹脂を使用した。
【００３０】１２５μｍ径のガラスに、緩衝層１０の設
定外径１９５μｍ、保護層１１の設定外径２５０μｍと
なるようにダイスの穴径を選び、上記被覆樹脂を用い
て、線速を２００〜１，０００ｍ／分に変えて、被覆光
ファイバを作製した。夫々の被覆光ファイバの被覆径
（外径）測定結果を表１に示す。
定外径１９５μｍ、保護層１１の設定外径２５０μｍと
なるようにダイスの穴径を選び、上記被覆樹脂を用い
て、線速を２００〜１，０００ｍ／分に変えて、被覆光
ファイバを作製した。夫々の被覆光ファイバの被覆径
（外径）測定結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１によると、被覆樹脂のＴａｎδピーク
温度が低いほど外径のバラツキは小さくなり、ピーク温
度が２５℃以下になれば、線速２００〜１，０００ｍ／
分の範囲でバラツキを±２μｍ以下に押さえることが出
来ることが判った。特に、線速６００ｍ／分以上の高速
でも、本発明による被覆光ファイバは殆ど外径が変動し
なくなるため、線速が変動しても非常に品質の高い製品
を作ることが可能である。
温度が低いほど外径のバラツキは小さくなり、ピーク温
度が２５℃以下になれば、線速２００〜１，０００ｍ／
分の範囲でバラツキを±２μｍ以下に押さえることが出
来ることが判った。特に、線速６００ｍ／分以上の高速
でも、本発明による被覆光ファイバは殆ど外径が変動し
なくなるため、線速が変動しても非常に品質の高い製品
を作ることが可能である。
【００３３】但し、樹脂粘度が６，０００ｃｐｓと高い
樹脂Ｅについては、バラツキは許容範囲であるものの、
被覆外径の絶対値が設定値より少し高めになる傾向が生
じた。従って、被覆外径の絶対値についても、希望どう
りの外径に仕上げるには、樹脂粘度は５，０００ｃｐｓ
以下であることが望ましい。
樹脂Ｅについては、バラツキは許容範囲であるものの、
被覆外径の絶対値が設定値より少し高めになる傾向が生
じた。従って、被覆外径の絶対値についても、希望どう
りの外径に仕上げるには、樹脂粘度は５，０００ｃｐｓ
以下であることが望ましい。
【００３４】本実施例では、緩衝層１０のみについて評
価を行ったが、当然ながら、保護層１１についても同様
の効果を期待できる。
価を行ったが、当然ながら、保護層１１についても同様
の効果を期待できる。
【００３５】また、本実施例では、被覆材料樹脂とし
て、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を使用した
が、他のエネルギー線硬化型樹脂、例えば紫外線硬化型
シリコン樹脂、熱硬化型シリコン樹脂、紫外線硬化型エ
ポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコンアクリ
レート樹脂などを用いた場合も同様の効果が期待でき
る。
て、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を使用した
が、他のエネルギー線硬化型樹脂、例えば紫外線硬化型
シリコン樹脂、熱硬化型シリコン樹脂、紫外線硬化型エ
ポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型シリコンアクリ
レート樹脂などを用いた場合も同様の効果が期待でき
る。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、幅広い生
産速度域において、安定した被覆径の被覆光ファイバを
提供することができる。
産速度域において、安定した被覆径の被覆光ファイバを
提供することができる。
【図１】一般の被覆光ファイバの製造装置の概要を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】一般の被覆光ファイバの断面図である。
【図３】実施例に用いた被覆樹脂の温度−Ｔａｎδ曲線
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１ プリフォーム ２ 線引き炉 ３ 石英ガラスからなる光ファイバ ４ 一層目ダイス ５ 一層目硬化炉 ６ 石英パイプ ７ 被覆光ファイバ ８ 巻取機 ９ 硬化炉シャッター １０ 緩衝層被覆 １１ 保護層被覆 Ａ 樹脂Ａ Ｂ 樹脂Ｂ Ｃ 樹脂Ｃ
Claims (3)
- 【請求項１】 線引された光ファイバの外周にエネルギ
ー線硬化型樹脂を塗布し、エネルギー線の照射により硬
化させて被覆層を施してなる被覆光ファイバにおいて、
該エネルギー線硬化型樹脂の硬化前の損失率Ｔａｎδの
ピーク温度が２５℃以下であることを特徴とする、被覆
光ファイバ。 - 【請求項２】 光ファイバが６００ｍ／分以上の生産速
度で線引されたことを特徴とする、請求項１記載の被覆
光ファイバ。 - 【請求項３】 ２５℃における上記エネルギー線硬化型
樹脂の粘度が２，０００ｃｐｓ以上３，０００ｃｐｓ以
下であることを特徴とする、請求項１記載の被覆光ファ
イバ。
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