JP5755165B2 - 光ファイバテープ心線およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信などに使用される光ファイバテープ心線に関し、特に難燃性の光ファイバテープ心線に関する。

近年、コンピュータや映像機器などが取り扱う情報量が多くなり、伝送容量と伝送速度の面から、電気電送方式での限界が見られる。今後はこういった機器における配線方法として、光インターコネクションを用いることで、広帯域での伝送が可能となるとともに小型で低消費電力の電送システムを構築できる。

機器の内部のボード間や、制御ボードとディスプレイ間などを接続するには、柔軟な配線が可能な光ファイバテープ心線を用いることが有効である。一方、機器内で使用する際には、一般的に火災に対する燃焼防止の目的から難燃性が要求される。柔軟性やサイズをそのままに光ファイバテープ心線に難燃性を付与する必要がある。

光ファイバテープ心線は紫外線硬化樹脂で光ファイバ素線を被覆し、テープ化しており、紫外線硬化樹脂に難燃剤を配合すると紫外線が透過しにくくなるため、紫外線硬化樹脂の難燃化は困難であり、垂直難燃性等の厳しい難燃性の基準を満たすことは難しい。

そこで、光ファイバ素線を被覆する１層目が、複数本の光ファイバ素線間の間隙のみを埋めるように、テープ化される厚み面ですり切り状態で形成され、さらに２層目の被覆が難燃性の熱可塑性樹脂で形成された紫外線硬化樹脂である難燃性の光ファイバテープ心線が開示されている（特許文献１を参照）。

特許第４７１５９８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、紫外線硬化樹脂は、光ファイバ素線の間の谷部分のみを被覆しており、光ファイバ素線の上下側または両端などは、難燃剤を含む熱可塑性樹脂と直接接触することになるため、難燃剤粒子が光ファイバ素線に強く押し付けられることでマイクロベントが発生し、伝送ロスを発生する可能性がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、難燃性と伝送特性に優れた光ファイバテープ心線を得ることである。

前述した目的を達成するために、以下の発明を提供する。
（１）並設された複数本の光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線を包み込む一層目被覆と、前記一層目被覆を覆う二層目被覆とを有し、前記一層目被覆が、紫外線硬化樹脂で形成され、前記一層目被覆の厚さが、並設された前記光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線から２．５μｍ〜１５μｍの間にあり、前記二層目被覆が、酸素指数３０以上の難燃性熱可塑性樹脂で形成され、前記二層目被覆の厚さが、１０〜１００μｍであり、前記難燃性熱可塑性樹脂の、温度２００℃
加重２１．６ｋｇでのメルトフローレートが３ｇ／１０ｍｉｎ以上であることを特徴とする光ファイバテープ心線。
（２）前記難燃性熱可塑性樹脂は、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン系共重合樹脂、アクリルゴム、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を含むベース樹脂に、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、金属水和物難燃剤からなる群より選ばれる一つ以上の難燃剤を添加したことを特徴とする（１）に記載の光ファイバテープ心線。
（３）前記難燃性熱可塑性樹脂に、平均粒子経が１．５μｍ以下の金属水和物難燃剤を含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の光ファイバテープ心線。
（４）前記二層目被覆の厚さが、前記一層目被覆の、並設された前記光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線からの厚さの５倍以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の光ファイバテープ心線。
（５）複数本の光ファイバ素線を並設する工程と、並設された前記複数本の光ファイバ素線に紫外線硬化樹脂を付加する工程と、前記紫外線硬化樹脂を付加された複数本の光ファイバ素線を、前記光ファイバ素線の束の外形より５μｍ〜４０μｍ大きい隙間ができるように形成されたダイスを通過させる工程と、前記ダイスを通過した、前記紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバ素線に、紫外線をあてて硬化させ、並設された前記複数本の光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線から２．５μｍ〜１５μｍの厚さの一層目被覆を形成する工程と、前記紫外線硬化樹脂が硬化した前記光ファイバ素線の束に、更に酸素指数３０以上の難燃性熱可塑性樹脂を付加する工程と、前記難燃性熱可塑性樹脂を冷却固化し、厚さが１０〜１００μｍの二層目被覆を形成する工程と、を具備することを特徴とする光ファイバテープ心線の製造方法。

本発明により、難燃性と伝送特性に優れた光ファイバテープ心線を得ることができる。

本発明の実施形態に係る光ファイバテープ心線１を示す断面図。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態を示す概略断面図である。本発明の光ファイバテープ心線１は、並んで設けられた複数本の光ファイバ素線３と、光ファイバ素線３を被覆する一括被覆９を有する。一括被覆９は、一層目被覆５と、さらに一層目被覆５を被覆する二層目被覆７とを有する。光ファイバテープ心線１の厚さは、仕様により適宜変更可能であるが、ＪＩＳ Ｃ６８３８で規定される「テープ形光ファイバ心線」の規定である厚さ４８０μｍに合わせて、３００μｍ〜６００μｍであることが好ましい。

光ファイバ素線３は、ガラスまたは樹脂製の光ファイバの線引き直後に、一次被覆（プライマリ）と、必要に応じてさらに二次被覆（セカンダリ）により被覆された光ファイバ素線である。また、図１では光ファイバ素線が４本であるが、光ファイバ素線が２本や８本の２心や８心、１２心あるいはそれ以上であっても良い。一次被覆および二次被覆は、紫外線硬化型の樹脂、例えば、紫外線硬化型のウレタンアクリレートなどの樹脂組成物を用いて被覆され、紫外線を照射することにより硬化して形成される。通常、光ファイバ素線３の直径は、１２５μｍか、２５０μｍである。

一層目被覆５は、光ファイバテープ心線に用いられる一般的な紫外線硬化樹脂を用いて、光ファイバ素線３の束の全体を包み込むように形成される。並んで設けられた光ファイバ素線３の頭頂部を結んだ線からの一層目被覆５の厚さ（すなわち、図１のＡ部分の厚さ）が２．５μｍ〜２５μｍの間にあり、好ましくは２．５μｍ〜１５μｍの間にある。

一層目被覆５の厚さが、薄すぎると、難燃性熱可塑性樹脂を押出被覆する際に、光ファイバ素線３に不均一な応力がかかることによる伝送ロスが増える可能性が高くなる。特に、一層目被覆５の厚さが薄すぎると、難燃剤の粒径が１μｍ前後の大きさであるため、硬い難燃剤が光ファイバ素線３に不均一な応力をかける恐れがある。また、紫外線硬化樹脂をすり切りする際に、光ファイバ素線３に傷が付く可能性がある。さらに、熱可塑性樹脂による二層目被覆を除去した際に光ファイバ素線３全体を覆う被覆ではないので、光ファイバ素線３どうしが分離してしまう恐れがある。

一層目被覆５の厚さが厚すぎると、可燃性の紫外線硬化樹脂でできた一層目被覆５の量が多くなり、光ファイバテープ心線全体の難燃性が低下してしまう。

二層目被覆７は、ベース樹脂に難燃剤を添加し、酸素指数が３０以上の難燃性熱可塑性樹脂で形成される。二層目被覆の厚さは１０μｍ以上である。二層目被覆の厚さが薄すぎると、成形が困難であるだけでなく、光ファイバテープ心線の難燃性が低下する。また、二層目被覆の厚さは１００μｍ以下であることが好ましい。二層目被覆の厚さが厚すぎると、光ファイバ素線３の直径が２５０μｍであることが多いため、光ファイバテープ心線の厚さが厚くなりすぎ、ＪＩＳ Ｃ６８３８で規定される「テープ形光ファイバ心線」の規定である厚さ４８０μｍを大きく超えてしまう可能性が高いためである。

難燃性熱可塑性樹脂のベース樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン系共重合樹脂、アクリルゴム、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂のいずれを用いてもよく、２種以上の樹脂を混合して用いても良い。ポリエチレン樹脂としては高密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレンなどがありいずれを用いても良い。ポリエチレン系共重合樹脂としてはエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合樹脂（ＥＥＡ）、エチレン−アクリル酸メチル（ＥＭＡ）のいずれを用いてもよい。

ベース樹脂に添加される難燃剤はハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、金属水和物難燃剤から選択される。ハロゲン系の難燃剤としては臭素系難燃剤、塩素系難燃剤などがあるがいずれを用いても良い。リン系難燃剤としては赤リン、リン酸エステル難燃剤、ポリリン酸アンモニウムのようなリン酸塩系難燃剤等があるがいずれを用いても良い。金属水和物難燃剤としては水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムがあるがいずれを用いてもよい。これら難燃剤を１種または２種以上を混合して用いても良い。

なお、ハロゲン系難燃剤も、無機系の金属水和物難燃剤と比較すると粒子は小さいが、ベース樹脂に完全に相溶するものではないため、難燃剤の凝集物により、光ファイバ素線へのマイクロベンドが生じる可能性がある。

二層目被覆７に用いられる難燃性熱可塑性樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、温度２００℃、加重２１．６ｋｇの際の値が３．０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上であることが好ましい。これ以下だと加工時の押出圧力が高くなりすぎてしまい、均一な形状を維持することが難しい。

また、難燃剤として水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムの金属水和物難燃剤を使用する場合には、その平均粒子経を１．５μｍ以下のものを使用することが好ましい。平均粒子経は金属水和物単体またはコンパウンドの適当な部分を脆性破壊した断面に露出する難燃剤の径を顕微鏡下で５０カ所測定することで求める。平均粒子経が大きすぎると、被覆する際に二層目被覆７が一層目被覆５の上から光ファイバ素線３に応力を加えてしまい伝送ロスの原因となってしまう。

また、難燃性熱可塑性樹脂で形成される二層目被覆７の厚みは、可燃性の紫外線硬化樹脂で形成される一層目被覆５の厚みの４倍以上あることが好ましく、さらには５倍以上あることがより好ましい。一層目被覆５の割合が多くなると、光ファイバテープ心線１の難燃性が低下するからである。

なお、光ファイバテープ心線１は、一層目被覆５と二層目被覆７のみを有しているが、三層目被覆を設ける構成を完全に排除するものではないが、工程が増えること、心線分離が困難になることから、通常は三層目被覆を設けることはない。

（本発明に係る光ファイバテープ心線１の製造方法）
まず、光ファイバ素線３がそれぞれ供給リールから繰り出され、集線装置で一列に密着するようにして整列される。
その後紫外線硬化樹脂が供給されるクロスヘッドで、光ファイバ素線３の上に紫外線硬化樹脂を付与する。
所定の厚さの一層目被覆を得るために、光ファイバ素線３の束を、光ファイバ素線の束の外形より５μｍ〜４０μｍ大きい隙間ができるように形成されたダイスを通過させ、紫外線硬化樹脂の厚さを調節する。
その後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化し、一層目被覆５を形成する。
その後、一層目被覆５が形成された光ファイバ素線３の束に、押出成形などで、酸素指数３０以上の難燃性熱可塑性樹脂を付加する。
その後、難燃性熱可塑性樹脂を冷却固化し、二層目被覆７を形成すると、光ファイバテープ心線１が得られる。

（本発明に係る光ファイバテープ心線１の効果）
本発明に係る光ファイバテープ心線１は、可燃性の一層目被覆５の厚さが薄い上に、難燃性の二層目被覆７に被覆されているため、高度な難燃性を有する。

また、本発明に係る光ファイバテープ心線１は、光ファイバ素線３が２．５μｍよりも厚い一層目被覆５により被覆されているため、二層目被覆７に含まれる難燃剤により伝送ロスが発生することを防ぐことができる。

また、本発明に係る光ファイバテープ心線１は、一層目被覆５の厚さに上限があるため、光ファイバテープ心線１の厚さが過大になることを防ぐことができる。

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
［実施例・比較例］
図１に示す構成の光ファイバテープ心線１を作製するため、外径約１２５μｍのガラス光ファイバの外周に、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂からなる柔らかい一次被覆と硬い二次被覆を形成し、さらにその上に紫外線硬化型着色剤を塗布して着色層を形成して紫外線硬化し、外径約２５０μｍの光ファイバ素線３を製造した。
４本の光ファイバ素線３を帯状に並べ、紫外線硬化樹脂を塗布し、所定のすき間が設けられたダイスを通した後、紫外線を当てて硬化させ、所定の厚さの一層目被覆５を形成した。
一方、ベース樹脂としてのエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（三井・デュポンポリケミカル（株）社製ＥＶ４０−ＬＸ）８０質量部、エチレンアクリルゴム（デュポン（株）社製ベイマックＧＬＳ）２０重量部に対し、難燃剤として水酸化マグネシウム（協和化学工業（株）社製キスマ５Ｌ）を１８０質量部、老化防止剤としてヒンダードフェノール系老化防止剤（ＢＡＳＦジャパン（株）社製Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０）２重量部、滑剤としてのステアリン酸カルシウム（日東化成工業（株）ステアリン酸カルシウム）２重量部を加えて、樹脂温度２００℃程度に達するまでバンバリーミキサーを用いて加熱混練した難燃性熱可塑性樹脂を作製した。
さらに、押出機の設定温度２００℃で難燃性熱可塑性樹脂をシース材として、一層目被覆５が設けられた光ファイバ素線３の束に押出被覆し、所定の厚さの二層目被覆７を形成した。
得られた光ファイバテープ心線１に対して、以下の試験を行った。各実施例・比較例の条件とその評価は、以下の表１、表２に示した。

なお、比較例４においては、エチレンアクリルゴムを増量したため、難燃性熱可塑性樹脂のＭＦＲが２ｇ／１０ｍｉｎであった。また、比較例５においては、水酸化マグネシウムとして平均粒径３．０μｍの神島化学工業（株）社製マグシーズＷを用いた。

（１）成形性試験
二層目被覆を形成する際の押出被覆が行えるものを「○」とし、押出被覆ができなかったものを「×」とした。

（２）伝送性試験
長さ約１ｋｍの光ファイバテープ心線の伝送ロス増を測定した。伝送ロス増の測定は、アンリツ（株）製
光パルス試験器 ＭＷ９０６０Ａを用いて、光後方散乱損失係数（ＯＴＤＲ）法により、波長１．５５μｍを用いて測定した。伝送ロスが０．２ｄｂ／ｋｍより大きい場合に「×」とした。

（３）水平難燃性試験
ＪＩＳ Ｃ３００５に規定された水平燃焼試験を行った。３０秒以内に自消するものを「○」とし、それ以外を「×」とした。

（４）垂直難燃性試験
ＵＬ１５８１のＶＷ−１（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｓｐｅｃｉｍｅｎ）ＦｌａｍｅＴｅｓｔを行った。各テープ心線６本のサンプルを用いて評価を行った。５回の着火において延焼が２５０ｍｍ以内で残炎時間が６０秒以内が合格である。６個すべて合格した場合を「○」、３個以上合格した場合を「△」、それ以外を「×」とした。

実施例１〜７においては、一層目被覆の厚みや、二層目被覆の厚みや、難燃性熱可塑性樹脂組成物の諸特性が、規定範囲内であるため、各種の試験を合格した。なお、実施例５〜７においては、難燃性熱可塑性樹脂で形成される二層目被覆７の厚みは、可燃性の紫外線硬化樹脂で形成される一層目被覆５の厚みの４倍以下であるため、垂直難燃性試験における光ファイバテープ心線の難燃性が若干低下した。

比較例１では、一層目被覆の厚さを０μｍとし、すり切りで作製したため、伝送ロスが高かった。
比較例２では、二層目被覆に用いた難燃性熱可塑性樹脂の酸素指数が低いため、水平難燃性および垂直難燃性のいずれも悪かった。
比較例３では、一層目被覆を厚くしすぎたため、水平難燃性および垂直難燃性のいずれも悪かった。
比較例４では、二層目被覆に用いた難燃性熱可塑性樹脂のメルトフローレートが悪かったため、光ファイバテープ心線として成形することができなかった。
比較例５では、難燃性熱可塑性樹脂に加えた金属水和物難燃剤の平均粒子径が大きすぎたため、成形後の光ファイバテープ心線の伝送ロスが高かった。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………光ファイバテープ心線
３………光ファイバ素線
５………一層目被覆
７………二層目被覆
９………一括被覆

Claims (5)

1. 並設された複数本の光ファイバ素線と、
   前記光ファイバ素線を包み込む一層目被覆と、
   前記一層目被覆を覆う二層目被覆と
   を有し、
   前記一層目被覆が、紫外線硬化樹脂で形成され、
   前記一層目被覆の厚さが、並設された前記光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線から２．５μｍ〜１５μｍの間にあり、
   前記二層目被覆が、酸素指数３０以上の難燃性熱可塑性樹脂で形成され、
   前記二層目被覆の厚さが、１０〜１００μｍであり、
   前記難燃性熱可塑性樹脂の、温度２００℃ 加重２１．６ｋｇでのメルトフローレートが３ｇ／１０ｍｉｎ以上であることを特徴とする光ファイバテープ心線。
2. 前記難燃性熱可塑性樹脂は、
   ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン系共重合樹脂、アクリルゴム、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を含むベース樹脂に、
   ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、金属水和物難燃剤からなる群より選ばれる一つ以上の難燃剤を添加したことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバテープ心線。
3. 前記難燃性熱可塑性樹脂に、平均粒子経が１．５μｍ以下の金属水和物難燃剤を含む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テープ心線。
4. 前記二層目被覆の厚さが、前記一層目被覆の、並設された前記光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線からの厚さの５倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバテープ心線。
5. 複数本の光ファイバ素線を並設する工程と、
   並設された前記複数本の光ファイバ素線に紫外線硬化樹脂を付加する工程と、
   前記紫外線硬化樹脂を付加された複数本の光ファイバ素線を、前記光ファイバ素線の束の外形より５μｍ〜４０μｍ大きい隙間ができるように形成されたダイスを通過させる工程と、
   前記ダイスを通過した、前記紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバ素線に、紫外線をあてて硬化させ、並設された前記複数本の光ファイバ素線の頭頂部を結んだ線から２．５μｍ〜１５μｍの厚さの一層目被覆を形成する工程と、
   前記紫外線硬化樹脂が硬化した前記光ファイバ素線の束に、更に酸素指数３０以上の難燃性熱可塑性樹脂を付加する工程と、
   前記難燃性熱可塑性樹脂を冷却固化し、厚さが１０〜１００μｍの二層目被覆を形成する工程と、
   を具備することを特徴とする光ファイバテープ心線の製造方法。

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