JP4082189B2 - 光ファイバ素線 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ裸線上に一次被覆層及び二次被覆層が順次設けられた光ファイバ素線に係り、特に安定した高速線引が可能な光ファイバ素線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ素線は、光ファイバ裸線上に線引されるコーティング材として、紫外線硬化樹脂が主に用いられ、線引速度の高速化、線引長の長尺化が進んでいる。
【0003】
通常、線引後の品質チェックとして、巻替を兼ねたプルーフテストが行われる。
【0004】
プルーフテストとは、光ファイバ素線のガラスに強度の低い欠陥部分がないかを調べる試験であり、一定の張力を加えて巻替を実施することにより行われている。
【0005】
このプルーフテストにおいては光ファイバ素線を高速で走行させるため、ファイバ表面に摩擦による静電気が発生しやすく、この静電気により光ファイバ素線に巻乱れが生じ、伝送損失が増加するという問題があるため、この静電気量、すなわち光ファイバ素線表面の帯電圧を測定し、低減する必要がある。
【0006】
この帯電圧を測定して光ファイバ素線を製造する方法としては、表面の帯電圧を測定して紫外線硬化樹脂の架橋度を検出し、検出した架橋度に応じて紫外線の照射密度を制御することにより、帯電圧の低い、すなわち高い架橋度の樹脂被覆層を有する光ファイバ素線を製造する方法が提案されており(例えば、特許文献1参照。)、通常、巻替装置には静電気除去装置が取り付けられている。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−183790号公報(第2−3頁、図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバ素線の帯電圧は、周囲の湿度の影響を受けやすいため、静電気除去装置の除電性能を安定して保つことが困難であり、巻替時の除電効果が不十分になる場合が多い。こうなると、再度巻替を実施したり、ひどい場合には廃却しなければならなくなってしまう。
【0009】
そこで、本発明の目的は、湿度や静電気除去装置の除電効果の変動に影響されることなく安定した巻替を行うことができる光ファイバ素線を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、光ファイバ裸線上に一次被覆層及び二次被覆層が順次設けられた光ファイバ素線において、二次被覆層は、[化1]で表されるアモーゲン類、または[化4]で表されるリン酸エステルからなる帯電防止剤が添加された樹脂からなるものである。
【化1】
【化4】
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の記載の構成に加え、二次被覆層は常温での体積固有抵抗値が5.0×10 13 Ω・cm以下である。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1または2の記載の構成に加え、二次被覆層はロータリースタティックテスタ(摩擦物:ステンレス 20℃,65%RH)により測定した摩擦帯電圧が1500V以下である。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の構成に加え、二次被覆層は、温度23±2℃、湿度60±10%、巻替速度400m/min以上で、巻取ボビンに巻き取られた時の表面の帯電圧が15kV以下になるものである。
【0014】
上記構成によれば、巻取ボビンへの巻取時の静電気によるファイバ同士の反発作用が弱くなるので、巻乱れが生じにくくなり、湿度や静電気除去装置の除電効果の変動に影響されることなく安定した巻替を行うことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0016】
本発明者らは、光ファイバ素線の巻取ボビンへの巻取時に巻乱れが生じる原因を調査した結果、光ファイバ素線表面の帯電圧、さらに二次被覆層の体積固有抵抗値、摩擦帯電圧等が影響していることを見出した。
【0017】
本発明にかかる光ファイバ素線は、コアとクラッドとからなる光ファイバ裸線上に一次被覆層及び二次被覆層が順次設けられており、巻取ボビンに巻き取られている。そして、巻取ボビンへの巻取時の表面の帯電圧が20kV以下になっている。
【0018】
二次被覆層は、常温での体積固有抵抗値が1×1014Ω・cm以下であるか、または摩擦帯電圧が3000V以下であるか、またはアモーゲン類、エレノン、リン酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、非イオン活性剤、ノニオン系活性剤、カチオン系活性剤、アニオン系活性剤等から選ばれる少なくとも1種類以上が添加されている。
【0019】
一次被覆層及び二次被覆層としては、特に限定するものではないが、一般には紫外線硬化樹脂組成物が用いられる。
【0020】
紫外線硬化樹脂組成物としては、ウレタン(メタ)アクリレート系、エポキシ(メタ)アクリレート系、ポリエステル(メタ)アクリレート系、シリコーン(メタ)アクリレート系などがある。
【0021】
さらに、一次被覆層には主にヤング率が0.5MPa〜10MPaのものが、二次被覆層にはヤング率が50MPa〜200MPaのものが用いられる。
【0022】
巻取ボビンに巻き取られた光ファイバ素線表面の帯電圧を20kV以下とするのは、それより帯電圧が大きいと巻取ボビンへ光ファイバ素線が巻き取られる際に、静電気によるファイバ同士の反発作用が強くなり、巻乱れが生じ、ボビン巻状態での伝送損失が大きくなるためである。また、巻替性は湿度や除電装置の性能の変動による影響を受けやすいので、光ファイバ素線表面の帯電圧は好ましくは15kV以下が良い。
【0023】
ここでいう帯電圧とは、温度23±2℃、湿度60±5%、巻替速度400m/min以上でプルーフテストを行った場合に、除電装置なしで巻取ボビンの光ファイバ素線表面に生じる静電気量を、高精度静電気センサSK(キーエンス製)により測定した値に基づく。
【0024】
また、二次被覆層の体積固有抵抗値を1×1014Ω・cm以下とするのは、それ以上高くなると、高速で光ファイバ素線のプルーフテストを行った場合に、ファイバ表面に生じる静電気の反発作用が強くなり、巻取ボビンへの巻取時に巻乱れが生じ、ボビン巻状態での伝送損失が大きくなるためである。
【0025】
ここでいう体積固有抵抗値とは、High Resistance Meter(YHP製 model 4329A)と、Resistivity Cell(YHP製 16008A)とにより、500Vで1分間課電後の抵抗値を測定して得られる値を示している。
【0026】
また、二次被覆層の摩擦帯電圧を3000V以下とするのは、それ以上大きくなると高速で光ファイバ素線のプルーフテストを行った場合に、ファイバ同士の反発作用により巻取ボビンへの巻取時に巻乱れが生じ、ボビン巻状態での伝送損失が大きくなるためである。さらに、巻替性は湿度や除電装置の性能の変動による影響を受けやすいので、好ましくは摩擦帯電圧が2000V以下のものを用いることが望ましい。
【0027】
ここでいう摩擦帯電圧とは、ロータリースタティックテスタ(摩擦物:ステンレス 20℃,65%RH)により測定した値に基づく。
【0028】
また、二次被覆層に用いる樹脂に、アモーゲン類(化1式、化2式)、エレノン(化3式)、リン酸エステル(化4式)、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、非イオン活性剤、ノニオン系活性剤、カチオン系活性剤、アニオン系活性剤等から選ばれる少なくとも1種類以上を添加するのは、摩擦などにより光ファイバ素線表面に発生する静電気を抑えるためである。添加量は特に規定するものではないが、0.01〜1wt%が好ましい。添加量が0.01wt%より少ないと、帯電防止効果が得にくくなるためである。また、添加量が1wt%より多くなると、帯電防止効果が少なくなることや、機械特性、識別のための着色UVインキとの密着性などの特性の低下を引き起こしやすくなるためである。
【0029】
【化1】
【0030】
【化2】
【0031】
【化3】
【0032】
【化4】
【0033】
次に本発明にかかる光ファイバ素線の製造方法を、作用と共に図2、図3を用いて説明する。
【0034】
図2は光ファイバ裸線上に紫外線硬化樹脂被覆層を形成するための紫外線照射装置の概略図であり、図3は光ファイバ素線の巻替装置の概略図である。
【0035】
図2に示すように、光ファイバ裸線上に被覆層を設けるには、光ファイバ裸線上に線引により紫外線硬化樹脂が被覆された光ファイバ素線を通過させる石英管1と紫外光を照射するUVランプ2とがほぼ平行に設けられ、それら石英管1とUVランプ2とを取り囲むように、半円筒状の2つの反射板3が設けられた紫外線照射装置を用いる。
【0036】
また、図3に示すように、送出ボビン4に巻き取られた光ファイバ素線を巻替えるには、送出ボビン4から送出された光ファイバ素線が巻回される複数のプーリ9と、光ファイバ素線を走行させるベルトラップ5と、光ファイバ素線を巻き取る巻取ボビン7とで主に構成され、この巻取ボビン7の近傍に、巻き取られた光ファイバ素線に発生した静電気を除去する静電気除去装置(イオライザー)6と、その光ファイバ素線の帯電量を検出する静電気センサ8とを備えた巻替装置を用いる。
【0037】
これらの装置を用いてボビン巻光ファイバ素線を製造するに際しては、光ファイバ裸線としての石英ガラスファイバ(例えば直径d=125±1μm)上に、一次被覆層(例えば約35μm厚)及び二次被覆層(例えば約25μm厚)を被覆する。
【0038】
このとき、一次被覆層に対して図2に示したような4kWの紫外線照射装置を2灯(ランプ長各250mm)用い、二次被覆層に対して6kWの紫外線照射装置を4灯(ランプ長各250mm)用い、線引速度1200m/minで1000km線引し、被覆層を硬化させた後、送出ボビンに巻き取る。
【0039】
そして、図3に示したように、送出ボビン4から光ファイバ素線を送り出し、静電気除去装置6により表面の静電気を除去しながら巻取ボビン7に巻替える。
【0040】
これにより、巻取ボビン7への巻取時の静電気によるファイバ同士の反発作用が弱くなるので、巻乱れが生じにくくなり、湿度や静電気除去装置6の除電効果の変動に影響されることなく安定した巻替を行うことができる。
【0041】
【実施例】
次に、本発明のより具体的な実施例を比較例を用いて説明する。
【0042】
まず、二次被覆層として表1に示すA〜Fの二次被覆材を用い、二次被覆材A〜Eを用いた実施例I〜V及び二次被覆材Fを用いた比較例の光ファイバ素線を3000kmずつ製造した。
【0043】
二次被覆材C及びDとEに使用した帯電防止剤は、Cが化1式、DとEが化4式で示されるものであり、その添加量はCが0.02wt%、Dが0.2wt%、Eが1.0wt%とした。
【0044】
【表1】
【0045】
そして、これらの実施例I〜V及び比較例について、図3に示した巻替装置により、線引後の送出ボビンから25kmずつ、プルーフテストを兼ねた巻替を速度1200m/minで行い、巻取ボビンに巻き取られた光ファイバ素線表面の帯電圧を静電気センサ(キーエンス製)を用いて測定した。
【0046】
さらに、巻替した光ファイバ素線を、OTDR(Optical Time Domain Refractmeter)を用いて、巻乱れにより生じる段差の有無を確認した。なお、巻替試験は、周囲相対湿度を50%、60%、70%と変えた場合と、静電気除去装置の有無とについて行い、段差が1ヶ所でも確認された巻取ボビンはNGとして各条件の巻替歩留を調べた。その結果を、表2に示す。
【0047】
【表2】
【0048】
表2に示すように、実施例I及び実施例IIと比較例とから、二次被覆材の体積固有抵抗値が9.0×1013Ω・cm以下、または摩擦帯電圧が2500V以下であれば湿度50%、60%、70%において、帯電圧が20kV以下となり、従来の約4倍〜6倍の歩留が得られることが分かる。さらに、体積固有抵抗値が4.0×1013Ω・cm以下、または摩擦帯電圧が2000V以下であれば、帯電圧が15kV以下となり、より高い歩留が得られることが分かる。
【0049】
また、実施例III〜Vと比較例とから、帯電防止剤を添加することにより、湿度50%、60%、70%において帯電圧が15kV以下となり、従来の約5倍〜7倍の歩留が得られることが分かる。さらに、体積固有抵抗値や摩擦帯電圧が小さいほど帯電圧が低くなり、歩留が向上することが分かる。
【0050】
また、巻乱れがなかった実施例の帯電量と巻乱れが生じた比較例の帯電量とを比較した。
【0051】
図1(a)は実施例の巻替長に対する帯電量を示し、図1(b)は比較例の巻替長に対する帯電量を示す。
【0052】
図1(a)、図1(b)に示すように、比較例の光ファイバ素線は、巻替長が0から25kmにわたって全体的に帯電量が10〜30kVであったのに対して、実施例の光ファイバ素線は、巻替長が0から20kmにわたって帯電量が10kV以下、20から25kmにわたって20kV以下であった。
【0053】
このことから、帯電量が小さい方がボビン巻替性の安定化が図られ、歩留まりが向上することが分かる。
【0054】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、湿度や静電気除去装置の除電効果の変動に影響されることなく安定した巻替を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は比較例の巻替長に対する帯電量を示し、(b)は実施例の巻替長に対する帯電量を示す。
【図2】光ファイバ裸線上に紫外線硬化樹脂被覆層を形成するための紫外線照射装置の概略図である。
【図3】光ファイバ素線の巻替装置の概略図である。
【符号の説明】
1 石英管
2 UVランプ
3 反射板
4 送出ボビン
5 ベルトラップ
6 静電気除去装置(除電装置)
7 巻取ボビン
8 静電気センサ(帯電量センサ)
Claims (4)
- 上記二次被覆層は常温での体積固有抵抗値が5.0×10 13 Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ素線。
- 上記二次被覆層はロータリースタティックテスタ(摩擦物:ステンレス 20℃,65%RH)により測定した摩擦帯電圧が1500V以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバ素線。
- 上記二次被覆層は、温度23±2℃、湿度60±10%、巻替速度400m/min以上で、巻取ボビンに巻き取られた時の表面の帯電圧が15kV以下になる請求項1〜3のいずれかに記載の光ファイバ素線。
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