JP3084702B2

JP3084702B2 - 光伝送用ガラスファイバ

Info

Publication number: JP3084702B2
Application number: JP07329051A
Authority: JP
Inventors: 伸宏赤坂; 和正大石; 厚鈴木; 知之服部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH09165234A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信などに利用さ
れる光伝送用ガラスファイバに関し、特に生産性高く線
引可能な被覆材料を用いた被覆構造を有する光伝送用フ
ァイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス母材から線引されたままのガラス
ファイバは細径で機械的強度も充分でなく、一般には線
引工程においてその外周に被覆を施して、光伝送用ガラ
スファイバとする。図１に本発明の対象とする光伝送用
ガラスファイバの一例の断面構造を示すが、コアとクラ
ッドを有してなるガラスファイバ２を中心として、その
外周に緩衝被覆層の内層樹脂被覆３と、保護被覆層４が
設けられている。緩衝用被覆層の内層樹脂被覆３は一次
コーティングを兼ねると同時に、クッション硬化を持つ
もので、弾性率は１kg/mm ²以下といった比較的軟質な
樹脂からなり、保護被覆層の外層樹脂被覆４は殻として
光伝送用ガラスファイバに高い機械的強度を付与し、光
伝送損失増加を抑制する硬化を有するもので、弾性率10
kg/mm ²以上といった比較的硬質な樹脂が使用される。

【０００３】これらの樹脂被覆には、生産性の観点から
硬化速度の速い紫外線硬化型樹脂が用いられることが多
い。一般の紫外線硬化型樹脂は、樹脂中に含有する光重
合開始剤が紫外線を吸収して開裂した、ラジカル重合連
鎖反応により硬化する。

【０００４】また、上記構造の光伝送用ガラスファイバ
１の製造方法として、図３に示すような線引したガラサ
ファイバ２に被覆用樹脂を塗布硬化する工程を、各層毎
に順次行ういわゆるタンデム方式の製法と、図２に示す
二層の被覆樹脂を同時に塗布硬化させるニ層同時硬化法
が知られている。特に後者の場合すなわちニ層同時硬化
法においては、内層樹脂被覆３を硬化させる際に外層樹
脂被覆４を通して紫外線を照射させるために、その硬化
効率が低下し、紫外線硬化装置１０を非常に強力なもの
にする必要があった。あるいは直列に多数の装置を配し
たり、また例えば特開平1-276106号公報に提案されてい
るような紫外線硬化型樹脂中の光重合開始剤の吸収有効
波長を内外層の材料で変えるなどの手段を講じている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、強力な出力の
装置や多数配置にはコストがかかる上に、多層樹脂被覆
が必要以上の紫外線を照射されたり高温に晒され変色し
たり、最悪の場合には劣化する危険もあった。また、有
効波長の異なる光重合開始剤を用いる場合、例えば山下
宏：「熱硬化型樹脂」第11巻、第2 号(1990)、p48 〜62
（合成樹脂工業協会刊）に記載されているように、ガラ
スファイバの被覆材料用樹脂の供しうる各種光重合開始
剤の極大吸収波長域が、306 〜380nm 付近に集中し、ま
た使用する紫外線照射装置の発光スペクトルも各種存在
するため、生産性を考慮した上で実用化できる有効吸収
波長の異なる光重合開始剤の組合せは、ほとんどないと
いう問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さらに、図３に示される
典型的な二層同時塗布硬化線引装置の場合、該外部層
は、該内層の紫外線硬化型樹脂の硬化に重大な影響を及
ぼすことが本発明者の知見のより見出されている。すな
わち紫外線硬化型樹脂の硬化反応は、まず最初に光重合
開始剤が紫外線からの光エネルギーを受取り、光開裂し
てラジカルを発生させるといういわゆる光開始反応が起
こるが、このようにしてできたラジカルは、重合性のあ
る不飽和結合を持った分子、すなわち光重合プレポリマ
ーや、光重合モノマーを活性化し、これ以降開始反応で
できたラジカルの重合度が次第に大きくなる。すなわち
重合成長反応へと進んで行く。従って硬化反応全体を見
ると、光照射から重合成長反応までの間は、重合度が上
昇しない時間が存在する。これが上記説明した重合反応
開始誘導時間であり、その後の硬化速度を決めるのに重
要である。外層樹脂の重合反応開始誘導時間が短いと、
二層同時硬化線引では外層の初期硬化が先行し、内層の
硬化反応が始まる際には、すでに外層の殻ができあがる
ことになる。この状態で内層が硬化すると、硬化収縮
（液体状態から固体状態に変化する際に体積収縮する現
象）による内層被覆層が引張り歪みを受けた状態で形成
されることになる。最悪の場合、ガラスと被覆の界面が
剥離し、隙間の空いた被覆層となってしまう。

【０００７】従って、内層における前記重合開始反応誘
導時間を外層におけるそれより短時間にすることができ
れば、上記のように引張り歪みを残留させないで内層を
形成することが可能となり、その結果として信頼性に悪
影響を及ぼすガラスと被覆界面の剥離現象を抑制できる
こととなる。

【０００８】さらにこの場合、外層の重合反応開始誘導
時間は内層のそれよりも遅い方が好ましいが、あまりに
遅いと外層の硬化反応そのものも遅くなるので、せいぜ
い４倍以内におさめることが好ましい。上記課題を解決
するため、本発明は、ガラスファイバ外周に軟質の紫外
線硬化型樹脂からなる内層被覆と比較的硬質の紫外線硬
化型樹脂からなる外層との二層が同時に被覆されてなる
光伝送用ガラスファイバにおいて、該内層紫外線硬化型
樹脂に紫外線が照射されて重合成長反応が開始されるま
での時間（重合反応開始誘導時間）が、該外層紫外線硬
化型樹脂の重合反応開始誘導時間より短いことを特徴と
するものである。

【０００９】従って、本発明は、従来より簡単な装置構
成で二層被覆を同時に生産効率高く形成でき、しかも適
正な被覆を有する光伝送用ガラスファイバを提供するも
のである。

【００１０】より詳しくは、本発明は、ガラスファイバ
の外周に、軟質の紫外線硬化型樹脂からなる内層被覆と
比較的硬質の紫外線樹脂からなる外層の２層が同時に塗
布硬化されてなる光伝送用ガラスファイバにおいて、該
内層紫外線硬化型樹脂の重合反応開始誘導時間が、該外
層紫外線硬化型樹脂のそれより短いことを特徴とする光
伝送用ガラスファイバを提供するものである。

【００１１】さらに、本発明は、ガラスファイバの外周
に、軟質の紫外線硬化型樹脂からなる内層被覆と比較的
硬質の紫外線樹脂からなる外層の２層が同時に塗布硬化
されてなる光伝送用ガラスファイバにおいて、該内層紫
外線硬化型樹脂の重合反応開始誘導時間が、該外層紫外
線硬化型樹脂のそれの2/3 以下であること、または1/4
以上でかつ2/3 以下であることを特徴とする光伝送用ガ
ラスファイバに係るものである。さらには、内層紫外線
硬化型樹脂の光重合開始剤がアシルフォスフィンオキシ
ド系化合物であることを特徴とする光伝送用ガラスファ
イバに係るものである。

【００１２】また、本発明は、前記内層紫外線硬化型樹
脂および外層紫外線硬化型樹脂の重合反応開始誘導時間
を光重合開始剤により変化させることを特徴とする光伝
送用ガラスファイバに係るものである。

【００１３】以下本発明の好ましい実施の形態について
詳しく説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明において、重合反応開始誘
導時間とは、「UVインキの硬化挙動に関するレオロジー
的研究（第I 報）」色材協会VOL.59、No.9、530 〜535
に記載され、定義されている、最低露光量（Ｅｍ）を与
える時間を意味するものとする。すなわち、上記文献に
準じて、本発明にかかる紫外線硬化型樹脂を測定試料と
し、レオロジー測定には上記文献に記載されている測定
装置に準じた装置を用い、適当なUV照射条件での該試料
の粘性率の変化を測定することに基づくものである。よ
り詳しくは、図４に示されているように、試料台４１と
石英振動板４２との間隔に数μm 〜数十μm の厚さで該
試料４３をはさみ、石英板を正弦振動させたときの振動
変異の振幅および振動力との位相差から動的粘弾性率
η’を測定するものであり、剪断面と直角方向からUVを
照射すると、UV硬化に伴う動的粘性率の変化を連続かつ
迅速に測定できるものである。

【００１５】通常100Hz 程度の周波数で行われるので、
0.5 秒以内の高速硬化反応にも追随できる。本発明にお
いては試料の膜厚を5 〜40μm の範囲で変化させてUV硬
化挙動におよぼす膜厚の影響について調べた。なお、本
発明においてはUV光源としては高圧水銀灯（約35w.c
m^-1）を用い、測定はすべて35℃で行った。

【００１６】図５には、本発明において典型的な試料の
UV硬化過程における相対粘性率η'/η₀ 'の照射エネル
ギー依存性を示すものである。ここで、η₀ 'はUV照射
前の動的粘性率であり、本発明の場合には約20Pa.sであ
る。試料のη₀ 'は成分の種類や濃度により異なり、20
〜30Pa.sの範囲にあるが、硬化による粘度増加と比較す
るとほとんど一定とみなせるで、ここではすべて相対粘
性率と照射エネルギーで表すことができる。

【００１７】図５より分るように相対粘性率は照射エネ
ルギーがある一定の値を越えたとき増大し始め、ある程
度重合が進行すると照射エネルギーに対し直線的に増大
するようになる。この場合の立ち上がり後の直線の傾き
は膜厚によらず一定になることから膜厚の変化は曲線を
横軸に沿って水平移動することと同じ効果を持つことと
なる。

【００１８】そこでこれらの曲線を２本の直線（１つは
立ち上がりまでの照射エネルギーに依存しない部分と、
さらに立ち上がり後の部分）で近似しその交点の照射エ
ネルギーを最低露光量Ｅｍと呼び、これを硬化速度の目
安とした。なお、本実験におけるUV照射強度は24mW.cm
^-2であり、試料は0.5 秒以内に硬化する。

【００１９】従って、上記説明した方法により、紫外線
硬化樹脂の種類、光重合開始剤、その他の成分、または
それらの濃度等を変化させ、実際に使用されうる膜厚に
設定し、さらに適当なUV波長を有するエネルギー照射条
件の下で、実際の条件の最適化が可能となる。

【００２０】本発明は、ガラスファイバの外周に二層の
紫外線硬化型樹脂被覆層を同時に塗布硬化することによ
り形成されてなる光伝送用ガラスファイバに関するもの
である。従って上記説明したように、各層を形成する紫
外線硬化型樹脂中の光重合開始剤、光重合性モノマーや
光重合性プレポリマー等を上記Ｅｍ値を目安として選択
し、高速硬化に好ましい材料を選択することが可能とな
る。すなわち、内層樹脂における重合反応開始誘導時間
を外層のそれの2/3 以下になるように配合することによ
り、特殊な紫外線照射装置や多くの照射装置の配置を必
要とせず、二層同時塗布硬化線引にても内外層共に適正
な塗膜を得ることを可能にするものである。この構成に
よると、内外層同時照射によりまづ内部層が硬化し、そ
の後外部層が硬化を開始することとなる。

【００２１】上記の条件を設定することにより、一般に
ガラスファイバに施す被覆の厚さ（それぞれ10μm から
100 μm 程度であるが）に基づき照射光の吸収による減
衰による影響を抑制することが可能となる。本発明に
もちいる紫外線硬化型樹脂として、光重合性プレポリマ
ー、光重合性モノマーおよび光重合開始剤からなり、光
重合性プレポリマーとしてウレタンアクリレート系樹
脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリオールアクリレー
ト樹脂、ブタジエンアクリレート樹脂、ポリエスエルア
クリレート系樹脂、シリコンアクリレート系樹脂などが
挙げられる。また光重合用モノマーとしては、ビニルピ
ロリドン、ヒドロキシエチルアクリレート、エチルヘキ
シルアクリレート等が挙げられる。更に光重合開始剤に
は、ベンゾフェノン系化合物、アシルフォスフィンオキ
シド系化合物、アセトフェノン系化合物等が挙げられ
る。

【００２２】以下実施例に基づき本発明を具体的に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例
に限定されるものではない。

【００２３】

【実施例】図３に示した二層同時塗布硬化線引法により
二層被覆光伝送用ガラスファイバを製造した。得られた
二層被覆光伝送用ガラスファイバは、外径125 μm のガ
ラスファイバ外周に内層外径200 μm 、外層外径250 μ
m の二層の紫外線硬化型樹脂を線速を表１に示す３条件
で塗布硬化させた。内外層の紫外線硬化型樹脂の硬化度
を溶剤抽出法によりゲル分率で評価するとともに、直径
1mm の針金で該２層被覆光伝送用ガラスファイバをしご
き、ガラスと被覆界面に剥離が発生していないかを観察
した。

【００２４】被覆材料としては、下に示すように重合開
始誘導時間の異なる２種類の紫外線硬化型樹脂を準備
し、同じ樹脂を内外層に用いた場合、それぞれを交互に
内外層に基夫他場合の計４種類の二層被覆光伝送用ガラ
スファイバを製造した。

【００２５】樹脂Ａは、光重合性プレポリマにウレタン
アクリレート、光重合性モノマーにビニルピロリドン、
そして光重合開始剤にアシルフォスフィンオキシド系光
重合開始剤（Lucirin ^TM,CIBA-GEIGY 社製）、樹脂Ｂ
は、光重合性プレポリマにウレタンアクリレート、光重
合性モノマーにビニルピロリドン、そして光重合開始剤
にアセトフェノン系光重合開始剤（I-184 ^TM,CIBA-GEIG
Y 社製）である。同一紫外線照射光量におけるＡ，Ｂ樹
脂それぞれの重合開始誘導時間の比率は１：３である。

【００２６】ここでゲル分率とは、樹脂がどの程度硬化
しているかを示す指標であり、被覆の初期重量をW0と
し、この被覆から未ゲル成分を溶剤抽出させた後の被覆
重量をW とするとき、ゲル分率＝（W/W0）x100(%) の式
で示される。従ってゲル分率は高い方は好ましい。被覆
として一般には90% 以上のゲル分率が望ましい。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の結果から明らかなように、本発明の
限定する内層に樹脂Ａ、外層に樹脂Ｂにおいて、高速製
造においてもガラス界面剥離がなく、しかも90% 以上の
ゲル分率の好ましい被覆が形成されていた。

【００２９】以上のように、本発明によればガラスファ
イバの外周に二層の紫外線硬化型樹脂被覆層を同時に形
成してなる光伝送用ガラスファイバにおいて、内層に用
いる被覆樹脂の重合反応開始誘導時間が、外層に用いる
被覆樹脂のそれに比べて短い材料の組合せにすることに
よって、特殊な紫外線照射装置や多数の照射装置を設け
る必要なく二層同時塗布硬化線引にても内外層ともに適
正な硬化状態の被覆光伝送用ガラスファイバを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る光伝送用ガラスファイバの
断面図である。

【図２】図２は本発明に係る二層同時塗布硬化線引によ
り光伝送用ガラスファイバを製造する方法の概略説明図
である。

【図３】図３は従来のタンデム法による光伝送用ガラス
ファイバの製造の概略説明図である。

【図４】図４は本発明に係る動的粘性率を測定する装置
の該略を示す図である。

【図５】図５は本発明に係る、相対粘度と照射エネルギ
ーの依存性を示す図である。

【符号の説明】

１…光伝送用ガラスファイバ、２…ガラスファイバ、３
…内層樹脂層、４…外層樹脂層、５…母材送り装置、６
…線引炉、７…線引装置、８…母材、９…二層被覆同時
塗布装置、１０…紫外線照射装置、１１…引取キャプス
タン、１２…巻取装置、１３…紫外線照射装置、１４…
紫外線照射装置、１５…塗布装置、１６…塗布装置、４
０…磁石、４１…試料台、４２…石英ガラス、４３…試
料、４４…スプリング、４５…ピックアップコンデン
サ、４６…ヒーター、４７…ミクロメーター、４８…温
度計、４９…駆動コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部知之神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献特開平７−104155（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−18948（ＪＰ，Ａ) 特開平１−166011（ＪＰ，Ａ) 特開平１−167264（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03C 25/24 - 25/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスファイバの外周に、軟質の紫外線
硬化型樹脂からなる内層被覆と比較的硬質の紫外線樹脂
からなる外層の２層が同時に塗布硬化されてなる光伝送
用ガラスファイバにおいて、該内層紫外線硬化型樹脂の
重合反応開始誘導時間が、該外層紫外線硬化型樹脂のそ
れより短いことを特徴とする光伝送用ガラスファイバ。
【請求項２】ガラスファイバの外周に、軟質の紫外線
硬化型樹脂からなる内層被覆と比較的硬質の紫外線樹脂
からなる外層の２層が同時に塗布硬化されてなる光伝送
用ガラスファイバにおいて、該内層紫外線硬化型樹脂の
重合反応開始誘導時間が、該外層紫外線硬化型樹脂のそ
れの2/3 以下であることを特徴とする光伝送用ガラスフ
ァイバ。
【請求項３】ガラスファイバの外周に、軟質の紫外線
硬化型樹脂からなる内層被覆と比較的硬質の紫外線樹脂
からなる外層の２層が同時に塗布硬化されてなる光伝送
用ガラスファイバにおいて、該内層紫外線硬化型樹脂の
重合反応開始誘導時間が、該外層紫外線硬化型樹脂のそ
れの1/4 以上でかつ2/3 以下であることを特徴とする光
伝送用ガラスファイバ。
【請求項４】前記内層紫外線硬化型樹脂および外層紫
外線硬化型樹脂の重合反応開始誘導時間を光重合開始剤
により変化させることを特徴とする請求項１に記載の光
伝送用ガラスファイバ。
【請求項５】前記内層紫外線硬化型樹脂の光重合開始
剤がアシルフォスフィンオキシド系化合物であることを
特徴とする請求項３に記載の光伝送用ガラスファイバ。