JPS62202842A - 紫外線硬化樹脂被覆光フアイバの高速被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ファイバの被覆方法に関するものであり、
更に詳述すれば、紫外線硬化樹脂で光ファイバを高速被
覆する方法に関するものである。

従来の技術 紫外線（以下Ｕ■と略す）硬化樹脂を光ファイバに被覆
する工程では、ＵＶ硬化樹脂はＵＶ光を照射するだけで
硬化するため、被覆が容易であることが知られている。

このため、このようなＵＶ硬化樹脂被覆ファイバは広く
使用されている（例えば、国分性「ＵＶ硬化樹脂被覆光
ファイバテープの設計」昭和５９年度電子通信学会通信
部門全国大会、　４７６）。しかし、被覆時にＬＩＶ硬
化樹脂を高速で硬化させてＵＶ硬化樹脂被覆光ファイバ
を製造する方法の検討は、はとんど行われていなかった
。このため、従来の技術による光ファイバの被覆方法に
おいては、被覆工程に時間を要すること、製造コストが
高いことなど重大な問題点があった。

一方、ＬＩＶ硬化反応は、一般の化学反応の１つとして
理論的に検討されてきた。この種の反応は、ラジカル反
応と呼ばれ、材料のモノマー濃度〔Ｍ〕の時間ｔに対す
る変化を表わす式として次式（例えば、鶴田他「高分子
の構成」化学同人、　１９６６）が知られている。

Ｃｌ３　＝　（Ｉｏ　’１ｅｘｐ（ｋｄ　ｔ）　　　　
　　　（２）ここで、ｋｄ　：光開始剤の光吸収係数ｋ
ｐ　：成長反応の速度定数 ｋｄ：停止反応の速度定数 ｆ　：光開始効率 Ｌ　：紫外線強度 〔■〕　：光開始剤の濃度 〔Ｉｏ〕　：光開始剤の初期濃度 式（１）および（２）を、時間ｔ＝０で〔Ｍ〕＝〔Ｍｏ
ａ（Ｍｏモノマー初期濃度）として解くと次式を得る。

上式（３）により、ＵＶ硬化樹脂のモノマー濃度〔Ｍ〕
の時間変化、すなわち硬化により初期のモノマー濃度か
らの濃度変化分を知ることができる。

しかし、モノマー４３度の値を求めるのに必要なパラメ
ータｋｄ、ｋｐＳｋ、及びｆは材料に依存する量であり
、被覆材料の変化に伴い変化する。通常、市販されてい
る被覆の材料についての上記パラメータ値は知られてい
ない。

さらｋｄ式（３）は、モノマー濃度の変化しか示してい
ない。硬化により樹脂としての特性が生じるが、被覆光
ファイバに必要な特性と樹脂の硬化の程度との関係は、
式（３）では不明である。

また、光ファイバを被覆するとき、被覆層によって必要
な硬化条件は変化するが、式（３）では厚さの効果は表
現されていない。したがって、高速被覆に対する必要条
件は不明である。

上記のようｋｄ従来知られている一般的な反応式では、
ＵＶ硬化樹脂を高速で硬化させるのに必要な条件が明確
でなかった。したがって、高速被覆を行うことができず
、製造コストが高いという問題があった。

発明が解決しようとする問題点 従来の紫外線硬化樹脂被覆光ファイバの被覆方法におい
ては、紫外線硬化樹脂を高速で硬化させるのに必要な条
件が明確でなかった。このため、被覆を高速で行うこと
ができず、製造コストが高いという問題があった。

そこで、本発明は、紫外線硬化樹脂を高速で硬化させる
のに必要な条件を明確にして、被覆ファイバを高速で製
造する方法を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、紫外線を吸収して硬化
する紫外線硬化樹脂を光ファイバに被覆する方法におい
て、 被覆厚りの紫外線硬化樹脂の光吸収係数αと該樹脂のヤ
ング率を測定して求まる２つの定数ｋｄ及びＣを用いて
、式 を満足する紫外線光強度り。及び紫外線光照射時間ｔを
求め、該紫外線光強度り。および紫外線光照射時間ｔで
被覆することを特徴とする紫外線硬化樹脂被覆光ファイ
バの高速被覆方法が提供される。

作用 Ｕ■硬化樹脂による光フアイバ被覆モデルを示す第１図
において、厚さｈのＵ■硬化樹脂ｌは、Ｚ軸方向に速度
Ｖで動いている。Ｕ■硬化樹脂１には、下方からのＬＩ
Ｖ光り。が長さβの範囲にわたり照射される。このとき
、Ｕ■硬化樹脂の光吸収係数をαとすれば、樹脂内光強
度りは、となる。ここで、樹脂表面の反射は無視した。

式（３）及び式（４）から硬化後生酸物の飽和率Ｓは、
となる。厚さｈのＵ■硬化樹脂の特性は、断面内で硬化
度が異なるため一定値で表わせないが、飽和率の平均値
を求めることが適当と考えられる。

このＳの平均値Ｓは次式で表わせる。

ば、次式が得られる。

次ｋｄ硬化後の樹脂の特性として評価すべき項目を考え
る。式（６）は硬化後生酸物の割合を示すもので、これ
に対応する評価法としては、従来のゲル分率が知られて
いる。これは、生成物から未硬化部分を溶剤により一定
時間抽出し、残った硬化物の割合を求めた値である。

一方、光ファイバの被覆剤として用いる場合、その機械
的および耐マイクロベンド特性は、被覆材のヤング率に
大きく依存することが知られている（例えば、国分性「
Ｕ■硬化樹脂被覆光ファイバテープの設計」昭和５９年
度電子通信学会通信部門の全国大会、　４７６）。そこ
で、硬化樹脂の特性としてヤング率を採用することも考
えられる。ゲル分率とヤング率のいずれを採用すること
が適切かを検討するため、照射する光強度り。を変化さ
せ、両特性の値を測定した。

第２図は、照射したＵ■光強度り。と硬化した樹脂の上
記両特性の測定結果を示す。樹脂の厚さは０．２５ｍｍ
である。ヤング率Ｅは、十分大きなし。

を照射したときの値をＥＯＯとし、これとの比Ｅ／Ｅ∽
で無次元化して示した。第２図から明らかなようｋｄ両
特性ともし。を大きくするに従い単調に飽和に向う傾向
が認められるが、ゲル分率はヤング率に比して早く飽和
する傾向がある。特にり。

が小さい範囲では、ヤング率のほうが硬化の程度を良く
表わしている。この理由は明確ではないが、樹脂は溶剤
で抽出されなくてもし。が小さい範囲では完全に硬化し
ていないので、ヤング率は小さな値として測定され得る
と考えられる。

以上の結果より、硬化の程度を表わす値として、光ファ
イバの特性に密接に関連し、かつ硬化の程度を良く表現
できるヤング率を採用するのが適切であると判断できる
。

次ｋｄ硬化を表わす値としてヤング率を採用したときの
、式（６）の妥当性を検討する。

第１表に示す５種類の樹脂を用い、硬化条件を変化させ
るヤング率を測定した。樹脂Ａ１−八３は１次被覆用の
軟質材であり、Ｂｌ及びＢ２は２次被覆用硬質材である
。試料寸法は６０ｍｍＸ１０ｍｍの長方形で、ヤング率
の測定は、標点間隔２５ｍｍ、引張り速度１ｍｍ／分の
条件で、２．５％伸びに対する値を求めた。ますＵ■樹
脂をガラス面上に塗布し、Ｕ■光り。のもとを一定速度
Ｖで通過させて硬化させた。速度Ｖを変化させ、更に照
射時間ｔを変化させて測定し、樹脂Ａ１〜Ａ３について
結果を第３図ｋｄＢ１及びＢ２についての結果を第４図
にそれぞれ示す。

各測定点は、５個の測定値の平均値であり、横軸は秒（
ｓ）単位で示した。また、両図には、式（６）を用いて
、Ｅ／Ｅ∽＝Ｓと仮定し、測定結果と最もよく一致する
ようにパラメータｋｄ及びＣを定め、計算した結果を合
せて示した。求めたパラメータｋｄ及びＣの値を第１表
に示す。

第３図、第４図から明らかなようｋｄパラメータｋｄ及
びＣを適切に定めれば、式（６）は測定値とよく一致す
ることがわかる。逆に言えば、この測定を行えば、樹脂
の硬化速度を規定するパラン２−タｋｄ及びＣを求める
ことができる。ｋ、及びＣを式（６）から定めるには、
原理的には異なる２点の値があればよいが、２つの値が
近いときは、数式上、根が誤差を含みやすい。従って、
できるだけ多くの測定点をもって上記パラメータの値を
求めるのが望ましい。

次ｋｄ樹脂の厚さのヤング率に対する依存性について検
討する。樹脂Ａ１及びＢ１について、樹脂の厚さｈを変
えてヤング率を測定した結果を第５図に示す。また、既
に求めたｋｄ及びＣの値を用い、式（６）から厚さ依存
性を計算した結果を第５図に合せて示す。この結果から
、得られたｋｄ及びＣを用いれば、式（６）は、厚さｈ
を変化させた場合も実験値をよく表現することがわかる
。

同様ｋｄＬＩＶ光強度り。を変化させて硬化させた試料
のヤング率を測定した。測定結果を第６図及び第７図に
示す。樹脂の厚さｈ及び照射時間ｔは各試料について、
それぞれＡ　ｌ　；　０．２５ｍｍ、　０．３秒、Ａ　
２　：　０．２５ｍｍ、　１．５秒、Ａ　３　；　０．
２ｎ＋＋ｎ、２．３秒、Ｂ１；０．２５ｍｍ、　　３秒
、Ｂ２　：０．２５ｍｍ、　　３秒である。同図には、
既に求めたｋｄとＣの値を用い式（６）からし。

依存性を計算した結果を合せて示す。この結果がら、（
尋られたｋｄとＣを用いれば、式（６）は、ＵＶ光強度
り。を変化させた場合も実験値をよく表現することがわ
かる。

以上のようｋｄＵ■硬化樹脂の硬化率を表わす式（６）
を導出し、その硬化率を表わす特性としてヤング率を採
用すれば、これが計算式とよく一致することかわかった
。したがって、この式を用いて、硬化条件を定めること
ができる。式（６）をさらに変形すれば となる。・ ここで、ηは不飽和率を表わし、η＝１−Ｅ／ＥＯＱ、
（Ｅ／ＥｏＯ＝Ｓ）である。

不飽和率ηの値の適正値については、これを十分検討す
る必要がある。ηを極端に小さくすれば、硬化に必要な
時間が長くなり、高速化が達成できない。一方、ηが大
きいと未硬化部分が残ったまま使用するため、経時変化
など信頼性に問題が生じる恐れがある。

したがって、ηの適正値について十分な裏づけをするに
は多くの試験を必要とし、時間がかかるものと考えられ
る。現在、既に得た結果の中から妥当な値η＝０．１と
して製造した被覆光ファイバのヒートサイクル試験を実
施中であるが、特に問題は現われていない。

上記説明で、光吸収係数αについては、光の波長を特に
指定しなかった。樹脂の硬化に有効な光の波長λは０．
３〜０．４μｍ程度であり、光吸収係数αとして、この
波長範囲に対する値を使用している。

以上、詳述したようｋｄη＝０．１として式（７）を満
たすよう樹脂の定数と硬化条件を定めれば、被覆材料と
して必要なりフグ率が９割以上飽和した状態で硬化させ
ることができる。従来技術ではこのような条件は全く不
明であった。

実施例 以下、本発明による紫外線硬化樹脂被覆光ファイバの高
速被覆方法の実施例を説明する。

実施例１ 樹脂Ａ１及びＡ２について第１表に示す測定値に基づき
、式（７）を満たすＵ■光強度り。及び照射時間ｔの領
域を計算した結果を、第８図にハツチングして示す。硬
化させる条件としてこの領域内の任意のり。とｔの組合
せを採用すればよいが、高速で硬化させるには、すなわ
ち照射時間ｔを短くするには、Ｌｏを大きくする必要が
あることがわかる。

Ｌｏは樹脂表面での値であり、市販されているＵＶ光ラ
ンプでは、５０ｍＷ／ｍｍ”程度である。さらに大出力
のランプを使用することも考えられるが、強いＵＶ光ラ
ンプは赤外線も多量に出すため被覆時に樹脂の温度が上
昇し、樹脂の変質の恐れがある。これを避けるため、第
８図に示すようにり。

＜５０ｍＷ／ｍｍ２の条件を定めれば、この中で最小の
ｔはＡ１についてｔ＝０．１０５秒、Ａ２についてｔ＝
０．３１秒となる。市販の照射長ｌが２５０＋＋＋ｍの
ＵＶ光ランプを用いれば、被覆線速ｖ　（＝ｉ／ｌ）と
して樹脂Ａ１ではｖ＝１４３ｍ／’分、Ａ２ではｖ＝４
８ｍ／分で硬化させることが可能である。

両樹脂についてこれらの条件で被覆実験を行ったところ
、適切に被覆されたファイバが得られた。

このようｋｄ樹脂の特性に応じてＵ■光強度と照射時間
ｔを定めることができる。そして可能な範囲でり。を大
きく、ｔを小さく設定できるため、高速被覆が可能であ
る。そのため、硬化率が明確、な被覆光ファイバを高速
で、すなわち加工費を小さく経済的に製造できる。

実施例２ 実施例１と同じ樹脂へ１とＡ２について、より高速被覆
を実施した。同じＵＶ光ランプを２台並べて設置し、等
価的な照射長を１　＝　５００ｍｍと実施例１の場合の
２倍にした。また各ランプの出力をＬｏ＝５０ｍＷ／ｍ
ｍ”とした。！を２倍ニＩ、ｔ、：、（Ｄ−Ｑ、被覆線
速Ｖも２倍にした。すなわち樹脂Ａ１についてＶ＝２８
６ｍ／分、Ａ２についてｖ＝９６ｍ／分の高速で被覆実
験を行った。

この結果、実施例１と同様に良好な被覆ファイバが得ら
れた。本実施例においても、実施例１と同様に硬化率の
明確な被覆ファイバを高速に且つ経済的に製造できると
いう効果が確かめられた。

実施例３ 光ファイバにＵ■硬化樹脂を厚さｈ＝０．２ｍｍで被覆
する実験を行った。照射長Ｚ＝３００ｍｍのＵＶ光ラン
プ１台で、樹脂表面にＬＩＶ光強度り。＝５０ｍＷ／ｍ
ｍ２を照射する条件を設定した。

高速硬化の例として線速Ｖを５０ｍ／分及び１００ｍ／
分とすれば、照射時間ｔはそれぞれｔ＝β／ｖ＝０．３
６秒及び０．１８秒となる。さらに不飽和率をη＝０．
１とすれば、式（７）を満たすｋｄ及びＣの領域は、第
９図の曲線のハツチングで示す上部で表わされる。

第１表に示す５種類のＵ■硬化樹脂のｋｄ及びＣの値を
第９図にプロットした。この結果から、上記照射条件で
１００ｍ／分以上の高速で被覆する場合、樹脂Ａ１、Ａ
２及びＢ１は不飽和率η＜０．■で硬化させることがで
きるが、樹脂Ａ３及びＢ２は硬化させることができない
ことがわかる。

なお第９図では、光吸収係数αをパラメータにして示し
たが、樹脂によってそれぞれαが異なる。

したがって対応する計算値は、対応するαを代入して求
めるべきであるが、第９図からα依存性は小さいことが
わかる。このため、厳しい条件になるようαの大きい方
の値（第９図ではα＝４）に対する計算値を採用すれば
、安全設定とすることができる。

このようｋｄ設定した硬化条件に対し、適した樹脂を選
定することができる。第９図から、樹脂Ｂｌを選び、被
覆線速Ｖ＝１００ｍ／分で硬化させた。この結果良好な
被覆ファイバが得られた。このようにして得られた被覆
ファイバは、一定のＵ■光照射条件のもとて明確な硬化
率を有するため、安定な特性を有する。

実施例４ 実施効果をより定量的に確認するため、被覆実験により
得られた被覆光ファイバの伝送損失を評価した。

第１０図ｋｄ製造した光フアイバテープの断面図を示す
。１１はグレーデッドインデックス形多モード光ファイ
バで、コア径／外径＝５０／１２５μｍ１比屈折率差１
％の標準ファイバである。１２は１次被覆で樹脂Ａ２を
、１３は２層目の被覆で樹脂Ｂ１を使用した。光フアイ
バ線引きと同時に被覆１２及び１３を施し、１３の外径
を０．２ｍｍとして、これを素線とした。被覆線速は１
００　ｍ　／分である。１４は素線１０心をまとめてテ
ープ状に被覆するテープ被覆である。

テープ被覆１４に用いた樹脂のヤング率比Ｅ／ＥＯＯの
照射時間を依存性の測定結果を第１１図に示す。

また式（６）でＥ／ＥＯＯ＝Ｓとし、測定結果を最もよ
く表わすように定数ｋｄ及びＣを定めて、ヤング率比を
計算した結果も第１１図に合せて示す。得られた定数は
、ｋｄ　＝　０，６Ｓ−’、Ｃ＝　４．１ｍｍ（ｍＪ）
−”である。また、光吸収係数α＝２ｍｍ−’である。

この樹脂を用いてテープ被覆１４を形成し、第１０図に
示す光フアイバテープとした。その寸法は、幅２．１ｍ
ｍ、厚さ０．３順である。テープ被覆１４は、１０心の
光フアイバ素線の周囲を被覆しており、厚さｈは場所に
より変化するが、最大でもｈ　＝０．１５ｍｍである。

Ｕ■照射長さｊ２＝３５０ｍｍのランプを用い、樹脂１
４を１００　ｍ　／分で被覆するには、照射時間ｔ＝０
゜２１秒となる。このとき、η＝０．１とするには、式
（７）からし。＞５５ｍＷ／ｍｍ２とする必要がある。

不飽和率η＝０．１とした場合の影響の有無を検討する
ため、Ｌｏ　＝５５ｍＷ／ｍｍ２の条件で１００　ｍ　
／分で被覆して、第１Ｏ図の１０心光フアイバテープを
ＩＫｍ製造した。

素線の光損失を規準とし、テープ被覆による損失変化測
定結果のヒストグラムを第１２図に示す。

０．８５μｍと１．３μｍの両波長で、それぞれ１０心
測定したところ変化の平均値は、０．０２ｄＢ　／　Ｋ
ｍと測定誤差以内の小さい値であった。

続いてこの光フアイバテープを恒温槽に入れ、−４０〜
＋６０℃の温度範囲で光損失の変化を測定した。２０℃
での光損失を規準とした変化を第１３図に示す。損失変
化は一４０℃で少し増加する傾向があるものの、平均値
で±０．０５ｄＢ／Ｋｍ以内と小さな値であった。

このようｋｄ本発明による方法によれば、樹脂の特性に
応じて高速で被覆できるようＵ■光照射条件を定めるこ
とができるため、特性の安定した被覆光ファイバを高速
で製造することができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなようｋｄ本発明による紫外線硬
化樹脂被覆光ファイバの高速被覆方法によれば、各紫外
線硬化樹脂の特性に応じて一定の硬化率で高速被覆を実
現することができる。このため、加工費を低減できるほ
か、硬化率が一定であるため安定した特性の被覆ファイ
バを製造することができる。すなわち、高品質で且つ低
価格な被覆ファイバを提供することができる。従って、
本発明による紫外線硬化樹脂被覆光ファイバの高速被覆
方法は、広い範囲にわたって活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｕ■硬化樹脂の硬化状態を模式的に説明する
図であり、 第２図は、照射したＵ■光強度り。に対する硬化した樹
脂の特性の測定結果を示す図であり、第３図及び第４図
は、一定のＵ■光強度り。で照射時間ｔを変化させて硬
化させた樹脂のヤング率を、測定値と計算値について比
較した図であり、第５図は、硬化した樹脂のヤング率の
厚さ依存性を測定値と計算値で比較した図であり、第６
図及び第７図は、硬化した樹脂のヤング率のＵ■光強度
依存性を測定値と計算値で比較した図であり、 第８図は、ＵＶ光の照射時間を及び強度り。の設定法を
示す図であり、 第９図は、一定のＵ■光照射条件でパラメータｋｄ及び
Ｃの設定範囲を示す図であり、第１０図は、光フアイバ
テープ断面図であり、第１１図は、被覆ファイバに用い
た樹脂の特性を示す図であり、 第１２図は、被覆ファイバの製造による光損失変化を測
定した結果を示すヒストグラムであり、第１３図は、製
造した被覆ファイバの温度変化試験結果を示す図である
。 （主な参照番号） １・・Ｕ゛■硬化樹脂、　　１１・・光ファイバ、１２
・・１次被覆用ＬＪＶ硬化樹脂、 １３・・保護被覆用ＵＶ硬化樹脂、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）紫外線を吸収して硬化する紫外線硬化樹脂を光フ
   ァイバに被覆する方法において、 被覆厚ｈの紫外線硬化樹脂の光吸収係数αと該樹脂のヤ
   ング率を測定して求まる２つの定数ｋ＿ｄ及びＣを用い
   て、式 ［ｅ＾−＾β／（αβｈ／２）］［ｅｘｐ（αβｈ／２
   ）−１］＜０．１但し、 β＝Ｃ［√（Ｌ＿０／ｋ＿ｄ）］［１−ｅｘｐ（−ｋ＿
   ｄ　ｔ／２）］を満足する紫外線光強度Ｌ＿０及び紫外
   線光照射時間をを求め、該紫外線光強度Ｌ＿０および紫
   外線光照射時間ｔで被覆することを特徴とする紫外線硬
   化樹脂被覆光ファイバの高速被覆方法。
2. （２）紫外線光照射時間ｔが可能な限り小さくなるよう
   に、前記式を満足するＬ＿０とｔとを決定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）前記定数ｋ＿ｄ及びＣは、未硬化樹脂を様々な紫
   外線光強度Ｌ＿０および紫外線光照射時間ｔで硬化させ
   て厚さｈの膜を作成してヤング率Ｅを求め、十分大きな
   Ｌ＿０あるいは十分長いｔで照射した樹脂膜のヤング率
   をＥ＿∽とし、Ｅ／Ｅ＿∽を求め、Ｅ／Ｅ＿∽が互いに
   異なるＬ＿０とｔの組合わせを少なくとも２組選び、該
   値を式 Ｅ／Ｅ＿∽＝１−［ｅ＾−＾β／（αβｈ／２）］［ｅ
   ｘｐ（αβｈ／２）−１］β＝Ｃ［√（Ｌ＿０／ｋ＿ｄ
   ）］［１−ｅｘｐ（−ｋ＿ｄ　ｔ／２）］に代入し、ｋ
   ＿ｄとＣに関する連立方程式として、該式から定めるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の方法。