JP4190975B2 - Optical fiber, optical fiber ribbon using the optical fiber, and optical fiber cable using the optical fiber or optical fiber ribbon - Google Patents
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Description
本発明は、疲労特性に優れた光ファイバ素線、該光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線または光ファイバリボンを使用して形成した洞道内や架空等に敷設される光ファイバケーブルに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber strand excellent in fatigue characteristics, an optical fiber ribbon using the optical fiber strand, and also installed in a cave or an aerial space formed using the optical fiber strand or the optical fiber ribbon. The present invention relates to an optical fiber cable.
近年、大容量データ伝送の需要の増大やインターネットに代表される個人の通信回線利用量の飛躍的な増大等により、FTTH(Fiber to the home)化の需要が急激に高まってきており、ますます光ファイバケーブルネットワークの構築が急がれている。 In recent years, the demand for FTTH (Fiber to the home) has been increasing rapidly due to an increase in demand for large-capacity data transmission and a dramatic increase in the amount of personal communication lines typified by the Internet. There is an urgent need to establish a fiber optic cable network.
光ファイバケーブルネットワークを構築するために使用される一般的な光ファイバケーブルとして、例えばスロット型光ファイバケーブルが知られている。
このケーブルは、複数本の光ファイバ素線を平面状に並行に並べ、これらをテープ状に一本化した光ファイバリボンを複数本、これらを積層した状態で、その表面にらせん状、あるいは適宜間隔でらせん方向が反転する溝が設けられた、通称スロットを称されるものの溝内に収納した構造のものである。
As a general optical fiber cable used for constructing an optical fiber cable network, for example, a slot type optical fiber cable is known.
In this cable, a plurality of optical fiber strands are arranged in parallel in a plane, and a plurality of optical fiber ribbons, which are integrated into a tape shape, are laminated in a spiral shape on the surface, or as appropriate. This is a structure in which a slot whose spiral direction is reversed at intervals is provided, and a so-called slot is accommodated in the groove.
図1はこのような光ファイバケーブルに用いられる通常の光ファイバ素線の横断面の模式図である。
図1に示すように、この光ファイバ素線1は、石英ガラスや多成分ガラスからなる、例えばコアと該コアの外側に設けられたクラッドとを有するガラス光ファイバ2(以下単に光ファイバ2と称す)の外側に、例えば紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層3を被覆し、さらにその外側に、同じく紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層4を形成したものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a normal optical fiber used in such an optical fiber cable.
As shown in FIG. 1, this
ところで、前述した光ファイバケーブルは、通常洞道内や架空等に敷設される。敷設された光ファイバケーブルには、その敷設状況によっては常時張力が加わったままの状態もあり得る。そのような場合、この張力の一部が光ファイバケーブルを構成する光ファイバ素線1にも長期間持続的に作用し続けることがある。
このように張力が長期間持続して加えられていると、ある時間経過後突然光ファイバ素線が破断したり、あるいはちょっと大き目の張力がさらに加わっただけで破断したりする、いわゆる疲労破壊を起こすことがある。
これは光ファイバを形成しているガラス表面の欠陥が水分により加水分解し、前述のように張力が負荷した状態、いわゆる応力負荷状況下で腐食が成長するためと推定されている。
By the way, the above-described optical fiber cable is usually laid in a cave, an aerial, or the like. The installed optical fiber cable may be in a state where tension is always applied depending on the installed condition. In such a case, a part of this tension may continue to act on the
If tension is applied continuously for a long time in this way, so-called fatigue failure, in which the optical fiber strand breaks suddenly after a certain period of time, or breaks when a little larger tension is further applied. It may happen.
It is presumed that this is because the defects on the glass surface forming the optical fiber are hydrolyzed by moisture, and corrosion grows in a state in which tension is applied as described above, that is, a so-called stress load condition.
このような疲労破壊を避けるためには、光ファイバ素線1の疲労特性を向上させる必要がある。ところで光ファイバ素線1の疲労特性は、前記図1に示す光ファイバ2の表面に被覆した被覆層、図1に示す例では一次被覆層3及び二次被覆層4の被覆材料の性質に大きく影響されることが知られている。
そしてこの疲労特性を向上させるべく具体的には既に、一次被覆層3の被覆材料にシランカップリング剤を配合してガラスとの密着性を上げたり、二次被覆層4の被覆材料の透湿性を低くすることによって水分によるガラスの加水分解を減速させる、といったことが試みられている。
In order to avoid such fatigue failure, it is necessary to improve the fatigue characteristics of the
Specifically, in order to improve the fatigue characteristics, a silane coupling agent is already added to the coating material of the
しかしながら、かかる方法では透湿速度をある程度遅らせることはできても、光ファイバケーブルが高湿度下に敷設されているような場合には、これだけでは不十分で、光ファイバケーブルの寿命を延ばすほどの効果はこれまでのところ得られていない。 However, even though this method can reduce the moisture transmission rate to some extent, this is not sufficient when the optical fiber cable is laid under high humidity, and it may extend the life of the optical fiber cable. No effect has been obtained so far.
そこで図1に示す光ファイバ2の外側に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を施した光ファイバ素線1において、前記被覆層の光ファイバ2に接する部分のpHを4.5以下にする提案がなされている(特許文献1)。
具体的には図1における一次被覆層3の被覆材料として、pHが4.5以下の紫外線硬化型樹脂を使用する、というものである。
前記特許文献1によれば、このように光ファイバ2の表面に接する紫外線硬化型樹脂製の一次被覆層3のpHを4.5以下にすると、具体的には光ファイバ素線1の動疲労係数n値が18以上となる、優れた疲労特性の光ファイバ素線1が得られる、というものである。
Therefore, in the
Specifically, an ultraviolet curable resin having a pH of 4.5 or less is used as a coating material for the
According to
ところで前記特許文献1に開示されている提案により紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層3の光ファイバ素線1を製造し、実際に疲労特性を評価すると、確かに製造直後の動疲労係数n値は、前記一次被覆層3を形成する被覆材料のpHを4.5以下にすると、高い値、具体的には18以上の値が得られる。
しかしながらこの光ファイバ素線1を高温、高湿度中に長期間放置しておくと、紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層4を形成する被覆材料のpHの値が高いものにあっては、動疲労係数n値が低くなっているものがあった。
By the way, when the
However, if the
このことから前記特許文献1のように、単に光ファイバ2に接する、すなわち一次被覆層3を形成する被覆材料のpHを4.5以下にするだけでは、長期間にわたって所望する疲労特性に優れた光ファイバ素線1が必ずしも得られない、という問題があった。
Therefore, as in the above-mentioned
そこで本発明の目的は、長期間にわたって高い疲労特性を有する光ファイバ素線、そしてこのような光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線や光ファイバリボンを用いて形成した長期的に疲労特性に優れた光ファイバケーブルを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to form an optical fiber having high fatigue characteristics over a long period of time, an optical fiber ribbon using such an optical fiber, and further using these optical fiber and optical fiber ribbon. An object of the present invention is to provide an optical fiber cable having excellent fatigue characteristics over the long term.
前記目的を達成すべく請求項1記載の本発明の光ファイバ素線は、コア及びクラッドを有するガラス光ファイバと該ガラス光ファイバの外側に施されてなるウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる少なくとも2層の被覆層とを有する光ファイバ素線であって、前記ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤として、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成する光開始剤を用いることにより、前記光ファイバ素線のpHを5.5以下としたことを特徴とするものである。
To achieve the above object, the optical fiber of the present invention according to
このようにしてなる本願請求項1記載の光ファイバ素線によれば、長期にわたって所望する高い疲労特性を維持できる光ファイバ素線を提供することができる。
Thus, according to the optical fiber of the
また本願請求項2記載の光ファイバ素線は、前記光ファイバ素線のpHを5.0以下としたことを特徴とするものである。
このように光ファイバ素線のpHを5.0以下にすれば、より確実に長期にわたって所望する高い疲労特性を維持できる光ファイバ素線を提供することができる。
The optical fiber of the present application according to
Thus the pH of the optical fiber 5.0 below, it is possible to provide an optical fiber capable of maintaining a high fatigue characteristics desired I was I more reliably long.
また本願請求項3記載の光ファイバリボンは、前記請求項1または請求項2記載の光ファイバ素線または該光ファイバ素線に着色層を施したものを複数本、平面状に並行に並べこれを一体化したことを特徴とするものである。
このように光ファイバ素線を用いて光ファイバリボンを形成すれば、長期にわたって優れた疲労特性を維持できる光ファイバリボンを得ることができる。
The optical fiber ribbon according to
Thus, if an optical fiber ribbon is formed using an optical fiber, an optical fiber ribbon capable of maintaining excellent fatigue characteristics over a long period of time can be obtained.
また本願請求項4記載の光ファイバケーブルは、前記請求項1または請求項2記載の光ファイバ素線または請求項3記載の光ファイバリボンの少なくとも一つを用いて形成したことを特徴とするものである。
このように本願発明の光ファイバ素線やこれを用いて形成した光ファイバリボンを使って光ファイバケーブルを形成すれば、長期間にわたって高い疲労特性を維持できる光ファイバケーブルを提供することができる。
The optical fiber cable according to
Thus, if an optical fiber cable is formed using the optical fiber strand of this invention and the optical fiber ribbon formed using this, the optical fiber cable which can maintain a high fatigue characteristic over a long period of time can be provided.
以上のように本発明によれば、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤として、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成する光開始剤を用いることにより、光ファイバ素線のpHが5.5以下、好ましくは5.0以下になるように構成されているため、ガラス表面のpHを長期にわたって低く保つことができ、長期間にわたって疲労特性を高く維持することができる。従って、長期間にわたって高い疲労特性を有する光ファイバ素線、そしてこのような光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線や光ファイバリボンを用いて形成した長期的に疲労特性に優れた光ファイバケーブルを提供することができる。 As described above, according to the present invention, as a photoinitiator used for the urethane acrylate ultraviolet curable resin, by using a photoinitiator that reacts with oxygen and moisture contained therein to form an acid after cleavage, Since the pH of the optical fiber is 5.5 or less, preferably 5.0 or less, the pH of the glass surface can be kept low over a long period of time, and the fatigue characteristics are maintained high over a long period of time. be able to. Accordingly, an optical fiber strand having high fatigue characteristics over a long period of time, an optical fiber ribbon using such an optical fiber strand, and a long-term fatigue formed using these optical fiber strands and optical fiber ribbons. An optical fiber cable having excellent characteristics can be provided.
以下図1、図2及び図3を用いて本発明の光ファイバ素線の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the optical fiber of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
図1は本発明に係わる典型的な光ファイバ素線の横断面を示す模式図である。
図1に示すように、コアと、該コアの外側に設けられたクラッドとを有する石英ガラス製の光ファイバ2の外側に、紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層3と、該一次被覆層3の外側に同じく紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層4とを被覆して光ファイバ素線1を得た。
具体的には、一次被覆層3としてはウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂にアミン系添加剤を添加したものとしないもの、及び2種類の光開始剤A、Bのいずれかを添加してpHを3.9〜5.4に変化せしめた被覆材料を、汎用の方法で光ファイバ2上に塗布し、これに紫外線を照射して硬化し、被覆せしめた。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a typical optical fiber according to the present invention.
As shown in FIG. 1, on the outside of an
Specifically, as the
また、二次被覆層4にはウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂にアミン系光開始剤及びアミン系酸化防止剤を添加したものとしないものを種々組み合わせて各被覆材料のpHが4.5〜6.1になるように調整し、これらを前記一次被覆層3上に、一次被覆層3と同様の方法で被覆した。
具体的に使用した光開始剤等を下記に示す。
光開始剤A 2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド
(BASF社製 Lucirin TPO)
光開始剤B 1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
(Ciba Specialty Chemicals社製
Irgacure184)
アミン系添加剤 ジエチルアミン
アミン系光開始剤 2-メチル1-[4-メチルチオ]フェニル-2-モルフォリノプロパン1-オン
(Ciba Specialty Chemicals社製
Irgacure907)
アミン系酸化防止剤 ヒンダードアミン(HALS)
Moreover, the
Specific photoinitiators used are shown below.
(Lucirin TPO manufactured by BASF)
Photoinitiator B 1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone
(Ciba Specialty Chemicals)
Irgacure 184)
Amine-based additive Diethylamine Amine-based photoinitiator 2-Methyl 1- [4-methylthio] phenyl-2-morpholinopropan 1-one
(Ciba Specialty Chemicals)
Irgacure 907)
Amine-based antioxidant hindered amine (HALS)
このようにして得られた光ファイバ素線1の光ファイバ2、一次被覆層3及び二次被覆層4の各寸法は以下の通りである。
光ファイバ2は、石英ガラスからなる外径125μmのシングルモード光ファイバで、該光ファイバ2の外側に厚さ35μmの一次被覆層3を被せ、該一次被覆層3上にさらに厚さ25μmの二次被覆層4を施した。被覆後の光ファイバ素線1の外径は245μmである。
以上のようにして図2に示す実施例1〜実施例8の8種類の光ファイバ素線1を得た。
The dimensions of the
The
As described above, eight types of
このようにして得た実施例1〜8の各光ファイバ素線1を約10mm長に切って試料を作成した。
そして各試料を光ファイバ2の重量に相当する石英ガラスの重量を除いて3gになるように秤量した後、これを0.1N塩酸及び0.1N水酸化ナトリウム溶液でpH7.0に調整したイオン交換水30mlが入ったフラスコ中に入れ、かつこのフラスコを80°Cに保持した恒温槽中に18時間放置した後、これを室温に戻し、撹拌した。
そしてその後フラスコ内の溶液のみをビーカーに移して、この溶液のpHをpH計(例えばメトラートレド社製MP220)を用いて測定した。このとき測定されたpHを光ファイバ素線1のpH、すなわち一次被覆層3と二次被覆層4の両被覆層が被覆された状態での光ファイバ素線1のpHとした。測定結果を図2のpHの欄に記してある。
Samples were prepared by cutting the
Each sample was weighed to 3 g excluding the weight of quartz glass corresponding to the weight of the
Thereafter, only the solution in the flask was transferred to a beaker, and the pH of this solution was measured using a pH meter (for example, MP220 manufactured by METTLER TOLEDO). The pH measured at this time was taken as the pH of the
一方、実施例1〜8の各光ファイバ素線1を2つに切り分け、一方を常温常湿中に放置し、他方を温度85°C、相対湿度85%の恒温恒湿雰囲気中に30日間放置した。30日経過後恒温恒湿雰囲気中から取り出した光ファイバ素線1(以下エージング後の光ファイバ素線1という)と常温常湿中に放置しておいた光ファイバ素線1(以下単に常温放置品と称す)とを各々IEC60793−1−33の方法に従い、各々の動疲労係数n値を測定した。その結果を図2と図3に示す。
On the other hand, each of the
ところで図3は、常温放置品及びエージング後の各光ファイバ素線1のpHと動疲労係数n値との関係を示すグラフである。図3から光ファイバ素線1のpHと動疲労係数n値との間には相関が見られ、光ファイバ素線1のpHが5.5以下では動疲労係数n値が18以上の高い疲労特性が得られていることがわかる。
因みに光ファイバ素線1のpHを5.0以下にすれば、エージング後の動疲労係数n値も含めて動疲労係数n値を20以上という高い値にすることができ好ましい。
ところで図2中の一次被覆層、二次被覆層の欄に記したpH値は、光ファイバ2に被覆した前述の一次被覆層3用及び二次被覆層4用の各ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂と同じ被覆材料を、各々ガラスプレート上に流延し、これに200mJ/cm2の量の紫外線を照射して硬化させ厚さ200μmのシートを形成し、これを前述した光ファイバ素線1のpH測定と同じようにして測定した値である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pH and the dynamic fatigue coefficient n value of the
Incidentally, if the pH of the
By the way, the pH values described in the columns of the primary coating layer and the secondary coating layer in FIG. 2 are the urethane acrylate ultraviolet curable types for the
図2における一次被覆層3のpH値と動疲労係数n値とが示すように、一次被覆層3のpHだけ小さくしても、所望する高い疲労特性は得られないことがわかる。換言すると、一次被覆層3のpHだけでなく一次被覆層3と二次被覆層4の両被覆層のpHを考慮して光ファイバ2への被覆材を選定する必要があることがわかる。
そして一次被覆層3及び二次被覆層4が施されている光ファイバ、すなわち光ファイバ素線1のpHが5.5以下になるように被覆材料を選定すると、図2、図3に示すようにエージング後にあっても動疲労係数n値が18以上という優れた疲労特性を有する光ファイバ素線1が得られることがわかる。
As shown by the pH value of the
When the coating material is selected so that the pH of the optical fiber to which the
ところで本発明において、一次被覆層3、二次被覆層4とを一緒にした被覆層全体のpHではなく、これら一次被覆層3、二次被覆層4に加え光ファイバ2を含む光ファイバ素線1のpHで発明の範囲を規定しているのは、光ファイバ2から一次被覆層3及び二次被覆層4を完全に剥ぎ取るのが極めて困難であり、光ファイバ2と被覆層とを分離するやり方ではpHの測定が不正確になる可能性が大きいからである。
By the way, in this invention, it is not the pH of the whole coating layer which combined the
尚、本発明に適用し得る光ファイバ素線1の形態は、特に図1に示すものに限定されるものではない。例えば被覆層として二次被覆層4上にさらにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる別の被覆層、具体的には三次被覆層等を設けた二層以上のウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を設けたものであってもよい。この場合、本発明でいう光ファイバ素線1のpHとは、一次被覆層3、二次被覆層4及び三次被覆層を光ファイバ2上に被覆した状態のまま前述した方法で光ファイバ素線1のpHを測定した値を意味するものとする。
The form of the
また光ファイバ2の材質も石英ガラスに限らず多成分ガラスであってもよいし、その外径も前述した125μmのものになんら限定されるものではない。
The material of the
ところで被覆層を形成するウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂製の各被覆材料のpHを低くするには、一次被覆層3の被覆材料だけでなく、二次被覆層4の被覆材料のpHをも低くする必要がある。
具体的には、図2に示すように、仮に二次被覆層4のpHが一次被覆層3のそれより極端に高いものであると、二次被覆層4側の成分が時間の経過とともに一次被覆層3側に移行して、光ファイバ2のガラス界面のpHを上げて疲労特性を低下させてしまう、と推測される。従って、一次被覆層3及び二次被覆層4を含めた光ファイバ素線1全体のpHを5.5以下、より好ましくは5.0以下に抑える必要がある。
By the way, in order to lower the pH of each coating material made of urethane acrylate UV curable resin forming the coating layer, not only the coating material of the
Specifically, as shown in FIG. 2, if the pH of the
因みにこの種のpHの低い樹脂として前述したようにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂が一般的である。そしてウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤としては、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成するアセトフェノン型等のカルボニル基を含むタイプが好ましい。
具体的に光開始剤の例としては、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンやアシルホスフィンオキサイド等を用いることができる。しかし、モルホリノ等のアミノ基を有する光開始剤は紫外線照射により硬化された後、pHを上げてしまうので好ましくない。
Incidentally, as described above, a urethane acrylate-based ultraviolet curable resin is generally used as this kind of low pH resin. And Photoinitiators used in urethane acrylate ultraviolet curable resin, after cleavage, the type containing a carbonyl group of the acetophenone type such as to form an acid by reacting with oxygen or moisture containing preferred.
Specific examples of the photoinitiator include 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone and acyl phosphine oxide. However, a photoinitiator having an amino group such as morpholino is not preferable because it raises the pH after being cured by ultraviolet irradiation.
また、シランカップリング剤等の安定化剤や酸化防止剤として硬化後も移動しやすいアミノ基を有する塩基性添加剤等を用いることも好ましくない。
また、硬化後のpHを下げる手段として光酸生成剤を用いることも可能である。そのような光酸生成剤としてはチバスペシャリティケミカル社のCGIシリーズ等がある。
しかし、繰り返すが、本発明は個々の被覆材料のpHを限定するものではなく、構造体である光ファイバ素線1のpHを5.5以下、好ましくはpHを5.0以下とするようにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂製の被覆材料を選定することである。このようにすれば、長期間にわたって十分な疲労特性が得られる光ファイバ素線1を得ることができる。
Further, it is not preferable to use a basic additive having an amino group that easily moves after curing as a stabilizer such as a silane coupling agent or an antioxidant.
It is also possible to use a photoacid generator as a means for lowering the pH after curing. Examples of such a photoacid generator include CGI series manufactured by Ciba Specialty Chemicals.
Again, however, the present invention is not intended to limit the pH of each coating material, the pH of the coated
前述した本発明の光ファイバ素線1に、例えば必要により着色層を施したり、さらに必要なら機械的強度を高めるべく保護層を施した後、これを各種汎用の方法で複数本を集合せしめて光ファイバケーブルを製造すれば、長期にわたって安定して使用可能な、すなわち疲労特性に優れた光ファイバケーブルを得ることができる。
For example, a colored layer is applied to the above-described
さらにはこの発明の光ファイバ素線1またはこの光ファイバ素線1に着色層等を施し、これら光ファイバ素線1あるいは着色層付光ファイバ素線1を複数本、平面状に並行に並べ、例えばこれに一括被覆層を施す等、汎用の方法で一体化して光ファイバリボンにすれば、長期間疲労特性に優れた光ファイバリボンを提供することができる。
Furthermore, a colored layer or the like is applied to the
さらにまた前記光ファイバリボンを複数本、積層した状態で、その表面にらせん状、あるいは適宜間隔でそのらせん方向が反転する溝が設けられた、通称スロットを称される該スロットの溝内に、前記積層状態の光ファイバリボンを収納してスロット型光ファイバケーブルと称される光ファイバケーブルにすることもできる。この種の光ファイバケーブルはFTTH(Fiber to the home)化のための光ファイバケーブルネットワークの構築に極めて有効である。
このように本発明の光ファイバ素線1を使用すれば、長期間安定した疲労特性を維持できる光ファイバリボンや光ファイバケーブルを得ることもできる。
Furthermore, in a state where a plurality of the optical fiber ribbons are laminated, a spiral shape is provided on the surface thereof, or a groove in which the spiral direction is reversed at an appropriate interval is provided. The laminated optical fiber ribbon can be accommodated to form an optical fiber cable called a slot type optical fiber cable. This type of optical fiber cable is extremely effective for construction of an optical fiber cable network for FTTH (Fiber to the home).
Thus, if the
1 光ファイバ素線
2 光ファイバ
3 一次被覆層
4 二次被覆層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
An optical fiber cable formed using at least one of the optical fiber strand according to claim 1 or claim 2 or the optical fiber ribbon according to claim 3.
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