JPWO2019177105A1 - 光ファイバケーブル、ハーネス、及び光ファイバケーブルの製造方法 - Google Patents

光ファイバケーブル、ハーネス、及び光ファイバケーブルの製造方法 Download PDF

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Abstract

光ファイバと、前記光ファイバの外周に、被覆内層、被覆外層の順で同心円状に形成された少なくとも2層以上の被覆層とを有する、光ファイバケーブルであって、被覆内層を構成する材料が酸素透過度2.0cc・20μm/(m2・day・atm)以下の樹脂材料から構成され、被覆外層を構成する材料がポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種を含み、光ファイバの外径をA(μm)、光ファイバケーブルの外径をB(μm)、被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(i)及び(ii)を満足する、光ファイバケーブル。900≦A≦1100 (i)0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (ii)

Description

本発明は、光ファイバケーブル、ハーネス、及び光ファイバケーブルの製造方法に関する。
光ファイバは、通信、センサ、照明、装飾、ディスプレイ等の幅広い用途で用いられている。光ファイバの中でも、ポリメチルメタクリレート等の透明性の高い樹脂からなる芯に、芯よりも低屈折な透明性の高い樹脂で芯の外周を被覆した構造を有するプラスチック光ファイバは、ガラス系光ファイバに比べて、システム全体の軽量化が図れ、加工性や柔軟性に優れる等の利点を有する。
また、近年、プラスチック光ファイバは、製造技術の向上に伴って伝送可能距離と耐熱性が向上し、自動車、鉄道及び航空機内等の移動体内通信用途や工場内のOA・センサ用途で使用されつつある。上記の用途では、105℃環境下で光ファイバが長時間使用されても、光ファイバの伝送損失に著しい増加がないこと、即ち105℃長期耐熱性に優れた光ファイバが要求されている。
通常、光ファイバは、光ファイバ単体で用いられることは少なく、耐熱性、機械特性、難燃性、識別性等を付与するために、光ファイバに熱可塑性樹脂等を被覆層として被覆した光ファイバケーブルとして用いられる。
自動車や鉄道等の移動体内通信用途に用いられる光ファイバケーブルは、被覆層の内側に、耐熱性を付与するための被覆層(以下、「内側被覆層」という。)が設けられ、その被覆層の外側に、機械特性、難燃性、識別性、さらなる耐熱性等を付与するため被覆層(以下、「外側被覆層」という。)が設けられる。
さらに、自動車や鉄道等の移動体内に光ファイバケーブルが配設される場合、2種以上の光ファイバケーブルを束ねたハーネスの形態、又は、光ファイバケーブルと電線・ワイヤーケーブルとを束ねたハーネスの形態で敷設されることが多い。
しかし、光ファイバケーブルが、被覆層に塩化ビニル系樹脂を含む他のケーブルと束ねられた状態や、光ファイバケーブルと他のケーブルとが塩化ビニル系樹脂を含むテープで束ねられた状態で高温環境下に曝された場合、塩化ビニル系樹脂中の可塑剤が光ファイバケーブルの被覆層に移行して、被覆層に亀裂を生じたり、光ファイバに移行して光学特性を損ねることが課題であった。即ち、塩化ビニル系樹脂中の可塑剤に対する耐性に優れた光ファイバケーブルが要求されていた。塩化ビニル系樹脂中の可塑剤としては、フタル酸系、アジピン酸系、リン酸系、トリメリット酸系、エポキシ系、脂肪族二塩基酸系など数多くの種類があり、主要なものとしてジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、フタル酸系のフタル酸ビス(2−エチルヘキシル)(DEHP)やフタル酸ジイソノニル(DINP)、トリメリット酸系のトリメリット酸トリス(2−エチルヘキシル)が挙げられる。
また、自動車や鉄道等の移動体内で使用される光ファイバケーブルは、送信機の光源や受信機の受光子に接続されるとき、前記外側被覆層を必要な長さだけ引き剥がし、前記内側被覆層の表面に、接続用のプラグやフェルールが、レーザー融着法や「かしめ」法等の方法で取り付けられる。
光ファイバに100〜105℃の高温環境下での長期耐熱性を付与する方法として、例えば、特許文献1には、プラスチック光ファイバを、エチレン−ビニルアルコール共重合体を含む被覆材を用い、特定の温度条件で被覆する光ファイバケーブルの製造方法が提案されている。
特許文献2には、110℃を超える高温環境下での長期耐熱性を付与する方法として、プラスチック光ファイバを、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなる酸素遮蔽層と、さらにその外側に外層とを備えた光ファイバケーブルが提案されている。
特許文献3には、光ファイバの外周に、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂から形成された保護被覆層と、ナイロン12から形成された光遮断被覆層を被覆した光ファイバケーブルが開示されている。
特開2007−47371号公報 特開2002−055246号公報 WO2009/157444号公報
しかしながら、特許文献1〜3で提案されている光ファイバケーブルは、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂から形成された被覆層を有しているため、105℃長期耐熱性は良好であるものの、塩化ビニル系樹脂の可塑剤に対する耐性が不十分であった。
そこで、本発明の第1の目的は、塩化ビニル系樹脂の可塑剤に対する耐性及び105℃における長期耐熱性に優れる光ファイバケーブル、及びこれを含むハーネスを提供することにある。
なお、本発明で対象とする塩化ビニル系樹脂の可塑剤としては、ジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、フタル酸ビス(2−エチルヘキシル)(DEHP)、フタル酸ジイソノニル(DINP)、アジピン酸系ポリエステル、トリメリット酸トリス(2−エチルヘキシル)(以下、「塩化ビニル系樹脂の可塑剤」と略する。)が挙げられる。
さらに、本発明者らは、本発明において、上記の課題を解決する光ファイバケーブルの一実施形態として、光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成された光ファイバケーブルを見出した。しかし、本発明者らの検討によれば、光ファイバケーブルの外周に、単に、前記被覆内層を被覆して、次いで前記被覆中間層を形成した場合には、被覆内層と被覆中間層との密着性が不十分となり、接続用のプラグやフェルールを取り付けるために、光ファイバケーブルの被覆外層を引き剥がす際に、被覆中間層が剥がれてしまい、接続用プラグ等を取り付けられないことを見出した。
そこで、本発明の第2の目的は、光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成され、前記被覆内層と前記被覆中間層との密着性に優れた光ファイバケーブルを製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため検討を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明の第1の態様によれば、光ファイバと、前記光ファイバの外周に設けられた被覆層とを有する、光ファイバケーブルであって、前記被覆層が、被覆内層、被覆外層の順で同心円状に形成された少なくとも2層以上の層からなり、前記被覆内層を構成する材料が、酸素透過度2.0cc・20μm/(m・day・atm)以下の樹脂材料から構成され、前記被覆外層を構成する材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種を含み、
光ファイバの外径をA(μm)、光ファイバケーブルの外径をB(μm)、前記被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(i)及び(ii)を満足する、光ファイバケーブルが提供される。
900≦A≦1100 (i)
0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (ii)
本発明の第2の態様によれば、光ファイバケーブル(C1)と、塩化ビニル系樹脂を含む材料から構成される被覆層を有するケーブル(C2)と、を束ねてなる、ハーネスが提供される。
本発明の第3の態様によれば、光ファイバと、前記光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成された光ファイバケーブルの製造方法であって、前被覆内層を構成する材料が、エチレン−ビニルアルコール系樹脂であり、前記被覆中間層を構成する材料が、ポリアミド系樹脂(N)を含み、前記被覆外層を構成する材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種であり、且つ、コンプレッション式の二層一括被覆用クロスヘッド付の共押出し被覆装置に、前記被覆内層を構成する材料と前記被覆中間層を構成する材料を供給して、前記光ファイバの外周に、被覆内層と被覆中間層とを同時に被覆することを含む、光ファイバケーブルの製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によれば、塩化ビニル系樹脂の可塑剤に対する耐性(以下、「光ファイバケーブルの可塑剤耐性」という。)及び105℃における長期耐熱性(以下、「105℃長期耐熱性」という。)に優れる光ファイバケーブル、及びこれを含むハーネスを提供できる。
本発明の他の実施形態によれば、光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成された光ファイバケーブルにおいて、EVOH樹脂を含む材料から形成された被覆内層とナイロン系樹脂(ポリアミド系樹脂)を含む材料から形成された被覆中間層との密着性に優れた光ファイバケーブルを安定に製造する方法を提供することができる。
本発明の製造方法によれば、光ファイバケーブルの末端部にプラグやフェルールを取り付ける時の作業性に優れる光ファイバケーブルを製造できる。
本発明の光ファイバケーブルの一例を示す模式的断面図である。 本発明の光ファイバケーブル中の光ファイバの一例であるステップ・インデックス型光ファイバの例を示す模式的断面図である。 本発明の光ファイバケーブルの一例を示す模式的断面図である。 本発明の光ファイバケーブルの製造方法に使用される二層一括被覆用クロスヘッド付き被覆装置の一例を示す縦断面図である。 光ファイバケーブルの被覆層引抜強度の測定方法を説明するための断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いながら説明するが、本発明はこれらの図面に限定されるものではない。
本発明において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び「メタクリレート」から選ばれる少なくとも1種を意味し、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」から選ばれる少なくとも1種を意味する。
本発明において、「単量体」は未重合の化合物を意味し、「繰り返し単位」は単量体が重合することによって形成された前記単量体に由来する単位を意味する。繰り返し単位は、重合反応によって直接形成された単位であってもよく、ポリマーを処理することによって前記単位の一部が別の構造に変換された単位であってもよい。
本発明において、「質量%」は全体量100質量%中に含まれる所定の成分の含有割合を示す。
特に断らない限り、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味し、「A〜B」は、A以上B以下であることを意味する。
特に断らない限り、本明細書において、例えば、「フッ化ビニリデン(VDF)−テトラフルオロエチレン(TFE)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体」とは、「VDF由来の繰り返し単位とTFE由来の繰り返し単位とHFP由来の繰り返し単位からなる共重合体」であることを意味する。
(光ファイバケーブル)
本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバと、光ファイバの外周に設けられた被覆層と、を有する。前記被覆層は、光ファイバの外周に被覆内層、被覆外層の順で同心円状に形成された少なくとも2層以上の層からなる。
このような光ファイバケーブルの具体的な実施態様としては、例えば、図1(a)に示すような光ファイバ10の外周に2層からなる被覆層、すなわち被覆内層20a、被覆外層20bを有する光ファイバケーブルが挙げられる
前記被覆層は、前記被覆内層と前記被覆外層の間に、さらに被覆中間層を設けて、被覆内層、被覆中間層、被覆外層の順で同心円状に形成された少なくとも3層以上の層からなる形態をとることもできる。前記被覆層は、被覆内層、被覆中間層、被覆外層の順で同心円状に形成された3層からなる実施形態を挙げることができる。このような光ファイバケーブルの具体的な実施形態としては、例えば、図1(b)に示すような光ファイバ10の外周に、被覆内層20a、被覆中間層20c、被覆外層20bを有する光ファイバケーブル等が挙げられる。
本発明の光ファイバケーブルは、後述する光ファイバの外周に、後述する被覆内層、後述する被覆外層がこの順で配置され各被覆層が同心円状に形成された少なくとも2層以上の層からなる被覆層が設けられた、光ファイバケーブルである。前記被覆内層を有することで、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性を優れたものにできる。前記被覆外層を有することで、光ファイバケーブルの可塑剤耐性を優れたものにできる。具体的な実施形態としては、例えば、図1(a)に示すような光ファイバ10の外周に、被覆内層20a、被覆外層20bを有する光ファイバケーブル等が挙げられる。
さらに、本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバの外径をA(μm)、光ファイバケーブルの外径をB(μm)、前記被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(i)の条件を満たすときに、下記一般式(ii)を満足することにより、光ファイバケーブルの可塑剤耐性を優れたものにできる。
900≦A≦1100 (i)
0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (ii)
自動車、鉄道及び航空機内等の移動体内通信用途に用いられる光ファイバケーブルは、その外径の上限値には制限がある。そのため、被覆外層の厚みを大きくするには、被覆内層の厚み又は必要に応じて設けられる被覆中間層の厚みを小さくする必要があり、105℃長期耐熱性が低下する。従って、2×c/(B−A)の上限は、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性を良好に維持する観点から、0.70以下であり、0.65以下がより好ましい。一方、2×c/(B−A)の下限は、光ファイバケーブルの可塑剤耐性が良好となる観点から、0.40以上であり、0.50以上がより好ましい。上記の上限と下限は任意に組み合わせることができる。具体的には、2×c/(B−A)は0.40以上0.70以下であり、好ましくは0.50以上0.70以下又は0.40以上0.65以下であり、0.50以上0.65以下がより好ましい。
前記被覆層は、少なくとも前記被覆内層と前記被覆外層を含んでいればよく、必要に応じて、本願発明の効果に影響しない程度に、前記被覆内層及び前記被覆外層以外の他の層を、前記被覆層の最外層として含んでも良い。
さらに、本発明の光ファイバケーブルは、前記被覆内層と前記被覆外層の間に、ポリアミド系樹脂(N)を含む材料から構成される被覆中間層を有することで、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性をより優れたものにできる。
具体的な実施形態としては、例えば、図1(b)に示すような光ファイバ10の外周に、被覆内層20a、被覆中間層20c、被覆外層20bを有する光ファイバケーブル等が挙げられる。
以下、被覆層(被覆内層、被覆外層、被覆中間層)、光ファイバ、光ファイバケーブルの製造方法の順に詳細に説明する。
[被覆内層]
被覆内層は、2層以上有する被覆層のうち、光ファイバからみて内層側の被覆層をいう。
被覆内層は、酸素透過度2.0cc・20μm/(m・day・atm)以下の樹脂組成物(以下、「低酸素透過度の材料」と略する。)から構成される。
被覆内層が、低酸素透過度の材料から構成されることにより、光ファイバの105℃長期耐熱性が良好となる。
低酸素透過度の材料の酸素透過度の上限は、光ファイバケーブルの105℃耐熱性が良好となる観点から、2.0cc・20μm/(m・day・atm)以下であり、0.8cc・20μm/(m・day・atm)以下がより好ましく、0.25cc・20μm/(m・day・atm)以下がさらに好ましく、0.1cc・20μm/(m・day・atm)以下が特に好ましい。
低酸素透過度の材料の種類は、特に制限されるものではないが、例えば、エチレン−ビニルアルコール系樹脂(以下、EVOH樹脂と略す。)、ポリビニルアルコール系樹脂が挙げられる。
中でも、EVOH樹脂は酸素遮断性が高いことから、高温環境下における光ファイバの酸化劣化による伝送損失の増大を抑制できるので、好ましい。EVOH樹脂は、エチレンに由来する単位(以下「エチレン単位」と略す)とビニルアルコールに由来する単位(以下「ビニルアルコール単位」と略す)を含む共重体樹脂である。共重合体樹脂を構成する「単量体に由来する単位」を「単量体単位」と略する。低酸素透過度の材料中のEVOH樹脂の含有量は、本発明の効果が得られる範囲にあれば特に制限されるものではないが、より十分な酸素遮断性を得る点から、90〜100質量%の範囲にあることが好ましく、95〜100質量%の範囲にあることがより好ましく、低酸素透過度の材料がEVOH樹脂であることが特に好ましい。
EVOH樹脂としては、特に制限されないが、エチレン単位とビニルアルコール単位の含有割合が、前記EVOH樹脂を構成する単量体単位の総量100モルに対して、エチレン単位20モル%以上50モル%以下、ビニルアルコール単位50モル%以上80モル%以下の範囲にある共重合体が好ましい。EVOH樹脂を構成する単量体単位の総量100モルに対して、エチレン単位とビニルアルコール単位の合計量が90モル%以上が好ましく、95モル%以上がより好ましい。
前記EVOH樹脂中のビニルアルコール単位の含有割合の上限は、特に制限されるものではないが、光ファイバケーブルの機械的強度が良好となる観点から、前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総量100モル%に対して、80モル%以下が好ましい。77モル%以下がより好ましく、74モル%以下がさらに好ましい。ビニルアルコール単位の含有割合の下限は、特に制限されるものではないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性が良好となる観点から、前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総量100モルに対して、50モル%以上が好ましい。56モル%以上がより好ましく、65モル%以上がさらに好ましく、69モル%以上が特に好ましい。
前記EVOH樹脂中のエチレン単位の含有割合の上限は、特に制限されるものではないが、光ファイバケーブルの105℃耐熱性が良好となる観点から、前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総量100モル%に対して、50モル%以下が好ましい。44モル%以下がより好ましく、35モル%以下がさらに好ましく、31モル%以下が特に好ましい。エチレン単位の含有割合の下限は、特に制限されるものではないが、光ファイバケーブルの機械的強度が良好となる観点から、前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総量100モルに対して、20モル%以上が好ましい。23モル%以上がより好ましく、26モル%以上がさらに好ましい。
上記のEVOH樹脂の市販品としては、例えば、ソアノールD、DT、DC、ソアノールE、ET、A、AT(製品名、日本合成化学工業社製)を挙げることができる。
EVOH樹脂の融点の上限は、特に限定されるものではないが、好ましくは195℃以下、より好ましくは180℃以下の範囲にあり、JIS K7210に準じて、210℃、荷重5kgf(49N)で測定したメルトフローインデックスが25〜80g/10分の範囲にあるものが、光ファイバケーブルの成形安定性に優れる点から好ましい。EVOH樹脂の融点の下限は、特に限定されるものではないが、155℃以上が好ましく、165℃以上がより好ましい。融点が低すぎると、前記被覆外層や前記被覆中間層との結晶融解温度との差が大きくなりすぎて、機能被覆層を設ける際の成形安定性が低下するおそれがある。
本明細書において、融点は、ISO3146:2000に準拠し、示差走査熱量計により測定した値とする。
[被覆外層]
被覆外層とは、2層以上有する被覆層のうち、光ファイバからみて外層側の被覆層のことをいう。
前記被覆外層を構成する材料は、ポリブチレンテレフタレート系樹脂(E)、ポリオレフィン系樹脂(O)及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂(F)(以下、単に「フッ素系樹脂(F)」という。)から選ばれる少なくとも1種を含む。
(ポリブチレンテレフタレート系樹脂(E))
ポリブチレンテレフタレート系樹脂(E)(以下、「PBT樹脂(E)」と略する)は、被覆外層を構成する材料の一つとして用いることができる。
PBT樹脂(E)とは、1,4−ブタンジオール(テトラメチレングリコール)とテレフタル酸のエステル化反応、又は1,4−ブタンジオールとテレフタル酸ジメチルのエステル交換反応等により得られたビスヒドロキシブチルテレフタレート(BHT)ないしはそのオリゴマーを重縮合して合成された、下記一般式(4)で示されるオリゴポリ1,4−ブチレンテレフタレートの単位を主構成単位として含有する重合体のことである。
Figure 2019177105
(式中のnは正の整数を示す)
本発明に適しているPBT樹脂(E)として、より具体的には、上記一般式(4)で示されるオリゴポリ1,4−ブチレンテレフタレートをハードセグメント単位(結晶相)として含有し、ソフトセグメント単位(非晶相)として、分子量が200〜5000の範囲にある脂肪族ポリエーテル(例えば、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)など)と、テレフタル酸、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、テレフタル酸ジプロピル、テレフタル酸ジブチルのうち少なくとも1種類との重縮合で合成された下記一般式(5)で示されるブロック単位、又は下記一般式(6)で示されるポリ(ε−カプロラクトン)(PCL)のブロック単位やポリブチレンアジペート(PBA)のような脂肪族ポリエステルのブロック単位を含有するエラストマー樹脂が好ましい。
Figure 2019177105
(式中、pは4〜12の整数、qは2〜20の整数、mは正の整数を示す)
Figure 2019177105
(式中、rは1以上の整数、lは正の整数を示す)
上記のPBT樹脂の中でも、特に、高温高湿下における、光ファイバケーブルの光学性能や被覆層の引抜強度の耐久性を維持する点で、上記一般式(5)で示される脂肪族ポリエーテル単位を含むブロック単位をソフトセグメント単位として有するPBT樹脂が好適である。特に、オリゴポリ1,4−ブチレンテレフタレートからなるハードセグメント部分(A)(式(4)に示される構造)と、テレフタル酸あるいはテレフタレートと分子量が200〜600の範囲にあるポリテトラメチレングリコール(PTMG)との重縮合体からなるソフトセグメント部分(B)(式(5)においてp=4の場合の構造)とを含むブロック共重合体であるPBT樹脂が、高温高湿下における、光ファイバケーブルの光学性能や被覆層の引抜強度の耐久性に優れていることから好ましい。
さらに、上記PBT樹脂においては、ハードセグメント部分(A)に含まれる1,4−ブチレンテレフタレート単位の総モル数(a)と、ソフトセグメント部分(B)に含まれる1,4−ブチレンテレフタレート単位の総モル数(b)の比(a/b)は、15/85〜30/70の範囲が好ましい。この比(a/b)が小さすぎると、ポリマー主鎖中のエーテル結合単位の数が増えるため、高温高湿下でPBT樹脂が加水分解による劣化を受けやすくなったり、ソフトセグメント含有割合が増大するため、材料自体が柔軟で変形を受け易くなるために引抜強度が低下する。逆に、この比(a/b)が大きすぎると、ハードセグメントの含有割合が増大するために、融点が高くなり、被覆安定性が低下する。この比(a/b)は18/82以上がより好ましく、22/78以上がさらに好ましい。一方、この比は27/73以下がより好ましく、25/75以下がさらに好ましい。
さらに、上記PBT樹脂の融点は、155℃以上230℃以下の範囲にあることが好ましい。融点が低すぎると、被覆内層との密着性が低下する虞がある。一方、融点が高すぎると、被覆外層を設ける際の熱履歴の影響により光ファイバの光学特性が低下する虞がある。PBT樹脂の融点は220℃以下がより好ましく、210℃以下がさらに好ましい。またPBT樹脂の融点は165℃以上がより好ましく、175℃以上がさらに好ましい。
本明細書において、融点は、ISO3146:2000に準拠し、示差走査熱量計により測定した値とする。
上記のようなPBT樹脂は塩化ビニル樹脂の可塑剤と親和性が低い。そのため、本発明の光ファイバケーブルが、塩化ビニル系樹脂から構成される被覆層を有するケーブルと束ねて用いられた場合でも、本発明の光ファイバケーブルを構成する光ファイバに、塩化ビニル樹脂の可塑剤が移行することを防止する効果を有するので、光ファイバケーブルの可塑剤耐性及び105℃長期耐熱性が良好となる。
このようなPBT樹脂としては、例えば、東レ・デュポン社製のハイトレル(Hytrel)8068、5547F、6037F、7237F(商品名)や、ポリプラスチック社製のDURANEXシリーズ(商品名)、東洋紡社製のペルプレンSタイプ、Pタイプ(商品名)、三菱エンジニアリングプラスチックス社製のノバデュラン5010N6−3X(商品名)、デュポン社製のCrastinシリーズ(商品名)等の中から選ぶことができる。
中でも、難燃性に優れている点から、東レ・デュポン社製のハイトレル(Hytrel)7237F(商品名)または三菱エンジニアリングプラスチックス社製のノバデュラン5010N6−3Xを用いることがより好ましい。
被覆外層を構成する材料において、PBT樹脂(E)の含有割合の下限は、特に制限されないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性及び可塑剤耐性が良好となる観点から、被覆外層を構成する材料100質量%に対して、70質量%以上が好ましい。80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。被覆外層を構成する材料中のPBT樹脂(E)の含有割合の上限は、特に制限されるものではなく、100質量%であっても良い。
(ポリオレフィン系樹脂(O))
ポリオレフィン系樹脂(O)は、被覆外層を構成する材料の一つとして用いることができる。
前記ポリオレフィン系樹脂(O)の種類は、特に制限されるものではないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性及び可塑剤耐性に加え、難燃性、機械的強度が良好となる観点から、後述するポリプロピレン系樹脂(A)に、後述するゴム成分を適当量配合したオレフィン系熱可塑性エラストマー(X)が好ましく、さらに後述するリン系難燃剤(P)を含むことが好ましい。
また、被覆外層を構成する材料において、ポリオレフィン系樹脂(O)の含有割合の下限は、特に制限されないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性及び可塑剤耐性が良好となる観点から、被覆外層を構成する材料の樹脂成分100質量%に対して、70質量%以上が好ましい。80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。ポリオレフィン系樹脂(O)の含有割合の上限は、特に制限されるものではなく、100質量%であっても良い。
ポリオレフィン系樹脂(O)を用いた被覆外層を構成する材料中の、リン系難燃剤(P)の含有割合の下限は、光ファイバケーブルの難燃性が良好となる観点から、ポリオレフィン系樹脂(O)(例えばオレフィン系熱可塑性エラストマー(X))100質量部に対して、40質量部以上が好ましい。43質量部以上がより好ましく、45質量部以上がさらに好ましい。リン系難燃剤(P)の含有割合の上限は、光ファイバケーブルの機械特性(曲げ弾性力、屈曲性)が低下する観点から、55質量部以下が好ましい。53質量部以下がより好ましく、50質量部以下がさらに好ましい。
(オレフィン系熱可塑性エラストマー(X))
オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)は、ポリオレフィン系樹脂(O)を含む被覆外層を構成する材料の一つとして用いることができる。
オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)は、後述するポリプロピレン系樹脂(A)に、後述するゴム成分を適当量配合した、オレフィン系熱可塑性エラストマーのことをいう。
ポリプロピレン系樹脂(A)としては、光ファイバケーブルの耐熱性を向上できる点からポリプロピレン系樹脂を主成分とする樹脂を用いる。具体的には、ポリプロピレン、プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−αオレフィン共重合体、ポリプロピレンとポリエチレンのブレンド組成物から選ばれた少なくとも1種を挙げることができる。特に、ポリプロピレン(A1)とポリエチレン(A2)のブレンド組成物は、各重合体(A1、A2)の配合比を適宜選ぶことにより、光ファイバケーブルの耐熱性と柔軟性を容易に調整できる点から好ましい。また、ポリプロピレン系樹脂を主成分とする樹脂であれば、光ファイバに被覆層を形成する時の温度を230℃より低く設定でき、被覆工程時に発生する光ファイバの光学性能の低下も抑えることができる。なお、ポリプロピレンとはアイソタクチックまたはシンジオタクチックなポリプロピレンを示し、ポリエチレンとは低密度、中密度または高密度なポリエチレンを示す。
上述したポリプロピレン(A1)とポリエチレン(A2)のブレンド組成物において、ポリプロピレン(A1)とポリエチレン(A2)の割合は、光ファイバケーブルが使用される要求温度に従って適宜選べば良いが、光ファイバケーブルが100℃以上で長期間使用される場合には、樹脂成分はポリプロピレン(A1)30〜100質量部とポリエチレン(A2)0〜70質量部の混合物からなることが好ましく、光ファイバケーブルが125℃以上で長期間使用される場合には、ポリプロピレン(A1)50〜100質量部とポリエチレン(A2)0〜50質量部の混合物からなることが好ましい。ポリエチレン(A2)が多すぎると、光ファイバケーブルが100℃以上で熱変形しやすくなる等、耐熱性が低下する傾向がある。ポリエチレンの割合の下限は、特に制限されるものではなく、光ファイバケーブルの耐熱性を十分なものとする場合にはポリエチレン(A2)を含まくても良いし、或いは又、光ファイバケーブルに柔軟性を付与するには、ポリエチレン(A2)の割合は、5質量部以上が好ましく、10質量部がより好ましい。
一方、ゴム成分としては、エチレンおよび/またはプロピレンの単位と非共役ジエンの単位を主成分として有する共重合体(B)、この共重合体(B)に水素添加してなる共重合体(B’)から選ばれた少なくとも1種の重合体が好ましい。共重合体(B)としては、エチレンおよび/またはプロピレンの単位を主成分として有する重合体ブロック(b1)と非共役ジエン化合物の単位を主成分として有する重合体ブロック(b2)とからなるブロック共重合体(Bb)が挙げられ、共重合体(B’)としてはこのブロック共重合体(Bb)に水素添加してなるブロック共重合体(Bb’)が挙げられる。なお、非共役ジエンモノマーとしては、エチリデンノルボルネン、1,4−ヘキサジエン、ジクロロペンタジエン等を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。特に、エチレン−プロピレン−非共役ジエンモノマーの三元共重合体は、上述したゴム成分としての機能を発現して光ファイバケーブルに適度な柔軟性を持たせることができるだけではなく、上記樹脂成分のポリプロピレン(A1)とポリエチレン(A2)との相溶性を向上する効果も合わせ持つという利点がある。
また、上述した共重合体(B)又は(Bb)の水素添加とは、共重合体(B)又は(Bb)は主鎖に不飽和結合(炭素・炭素二重結合)を含み耐熱性、耐候性などの化学的安定性が劣るため、その不飽和結合部分を水素化することによって、安定な飽和結合へと変化させることを意味する。水素化反応により、ポリマーの主鎖中に含まれる残存二重結合の量が少なくなるほど、つまり水素化率が高くなるほど、被覆層の耐熱性、耐化学薬品性、耐候性などが向上する傾向がある。
このオレフィン系熱可塑性エラストマー(X)は、室温においては、エントロピー弾性を有するゴム成分である軟質ブロックが、光ファイバケーブルを柔軟にする効果を有することに加え、低温時には加硫ゴムと同様の挙動をとり、樹脂成分である硬質ブロックがその塑性変形を防止する効果を有し、また高温下では、その樹脂成分がその融点までは軟化しないため、十分な耐熱性を有し、かつ柔軟で、優れた加工性を備えている。また、このエラストマー(X)は熱可塑性であるため、ポリエチレン、ポリプロピレン同様の加工が可能であり、光ファイバへ被覆後、煩雑な後架橋処理も必要とせず、オレフィン系ポリマーであることから官能基や光ファイバ中へ移行する低分子化合物を含まないため、光ファイバケーブルの耐湿熱特性も良好である。
オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)の耐熱性や柔軟性は、樹脂成分とゴム成分を混合する割合によって調整することが可能である。例えば自動車用途等で要求されている100℃以上、さらには125℃以上の耐熱性を要求される用途で利用するには、樹脂成分(ポリプロピレン系樹脂を主成分とする樹脂成分(A))100質量部に対して、ゴム成分(例えばブロック共重合体(Bb及び/又はBb’))を5〜40質量部配合した樹脂組成物からなることが好ましく、10〜30質量部配合した樹脂組成物からなることがより好ましい。ゴム成分が多すぎると、光ファイバケーブルの耐熱性や光ファイバに被覆層を形成する時の成形安定性が低下する傾向があり、少なすぎると、光ファイバケーブルの柔軟性が低下する傾向がある。
さらに、オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)において、前記共重合体(B)又は(Bb)を、架橋(加硫)することによって耐熱性を向上することが可能である。具体的には、例えば前記共重合体(B)又は(Bb)に、加硫剤(架橋剤)としての硫黄化合物、架橋開始剤としての有機過酸化物、さらに場合によっては充填剤や加硫促進剤、加硫促進助剤を添加して架橋処理(加硫)を行う。加硫剤(架橋剤)、架橋開始剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、充填剤の組み合わせた系を加硫系というが、使用される加硫系は、ポリマーの構造、性質、製品に要求される性能、製品の製造方法などに従って加硫系の成分(加硫促進剤等)の種類、量の選定を行えば良い。なお、加硫温度は架橋開始剤(有機過酸化物)の分解温度以上である必要がある。
架橋剤としての硫黄の種類としては、硫黄華、脱酸硫黄、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄などがあるが、特に粉末硫黄が最も多く使われている。架橋開始剤(有機過酸化物)の選定は、加硫方法や架橋助剤の種類によって選択する必要がある。有機過酸化物の種類としては、例えば、ベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、1,1′−ジ−t−ブチルペルオキシ−3,3,5−トリメチレンシクロヘキサン、1,3−ジ−(t−ブチルペルオキシ)−ジイソプロピルベンゼン等がある。充填剤の種類としては、例えば、硫酸バリウム、酸化亜鉛、炭酸塩類、金属粉末、高比重金属粉末等がある。加硫促進剤の種類としては、例えば、スルフェンアミド系化合物、チウラム系化合物、ジチオカルバミン酸塩類、ブチルキサントゲン酸亜鉛、チオ尿素系化合物、チアゾール系化合物、アルデヒドアンモニア系化合物、グアニジン系化合物、加硫促進助剤の種類としては、例えば、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛等がある。
市販品として入手可能なオレフィン系熱可塑性エラストマー(X)としては、例えば三井化学社製のミラストマー(商品名)、三菱ケミカル社製のオレフィスタ(商品名))等がある。例えば自動車用途等で要求されている100℃以上、さらには125℃以上の耐熱性を満足することが可能な樹脂を挙げると、三井化学社製の商品名:ミラストマー4010NS、5020NS、5030NS、6020NS、6030NS、7030NS、8032NS、8030NS、5030BS、6030BS、7030BS、8030BS、9020BS、9020NS、9070NS、9070BKS、M2400BS、M4400BS、M3800BS、M4800BS、3555B、3655B、3755B、3855B、3981B、Z102B、5800B1、215B、Z101N、5850N、TT744N、三菱ケミカル社製の商品名:オレフィスタQU1542R等がある。
また、オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)は、ASTMD−648に準じて測定した熱変形温度(荷重4.6kgf(45.1N))が90℃以上であることが好ましく、例えば自動車用途で要求されるような高い耐熱性を満足するには、この熱変形温度が100℃以上であることがより好まく、110℃以上であることがさらに好ましい。熱変形温度が低すぎると、光ファイバケーブルが100〜105℃付近で用いられた時に、被覆層が著しく変形して、光ファイバの光学性能が低下する傾向がある。
また、上記オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)のメルトフローインデックス(温度210℃、荷重5kgf(49N)の条件で直径2mm、長さ8mmのノズルから10分間に吐出される重合体の量(g)、JIS K7210に準じて測定)は5〜50の範囲にあることが好ましい。メルトフローインデックスが低すぎると、光ファイバ部に被覆層を被覆する際、配向ひずみが大きくなる傾向があり、この配向ひずみを抑えるために加工温度を上げると、光ファイバの熱劣化を生じる傾向がある。また、メルトフローインデックスが高すぎると、被覆層の強度が極めて弱いものとなり、使用上不都合を生じるおそれがある。
オレフィン系熱可塑性エラストマー(X)等を含む被覆外層を構成する材料には、必要に応じて酸化防止剤、光ファイバへの外光の入射を防止するための黒色無機顔料等(例えばカーボンブラック等)の遮光剤、タルク、ガラス繊維、芳香族ポリアミド、炭素繊維等の無機物あるいは有機物のフィラー等を含有させてもよい。
(リン系難燃剤(P))
リン系難燃剤(P)は、ポリオレフィン系樹脂(O)を含む被覆外層を構成する材料の一つとして用いることができる。
リン系難燃剤(P)の種類は、特に制限されるものではないが、具体的には、リン酸エステル系化合物(以下、「リン酸エステル」と略する。)やホスホン酸エステル系化合物(以下、「ホスホン酸エステル」と略する。)を挙げることができる。具体的には、以下の化合物を例示できるが、これらに限定されるものではない。これらの化合物は、単独使用で又は2種以上を併せて使用できる。
1)ハロゲン非含有リン酸エステル:
モノエチルホスフェート、モノブチルホスフェート、メチルアッシドホスフェート、エチルアッシドホスフェート、ブチルアッシドホスフェート、ジブチルホスフェート、トリメチルフォスフェート(TMP)、トリエチルフォスフェート(TEP)、トリフェニルフォスフェート(TPP)、トリクレジルホスフェート(TCP)、トリキシレニルホスフェート(TXP)、クレジルジフェニルホスフェート(CDP)、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェート(EHDP)等の芳香族リン酸エステル、およびそれらの誘導体化合物や、それらの縮合物。
オキシ塩化リンと二価のフェノール系化合物、及びフェノール(またはアルキルフェノール)との反応生成物。例えばレゾルシノールビス−ジフェニルホスフェート、レゾルシノールビス−ジキシレニルホスフェート、ビスフェノールAビス−ジフェニルホスフェート等の芳香族縮合リン酸エステル、およびそれらの誘導体化合物や、それらの縮合物。
2)ハロゲン含有リン酸エステル:
トリス(クロロエチル)フォスフェート、トリス(クロロプロピル)フォスフェート、トリス(ジクロロプロピル)フォスフェート、トリス(ジブロモプロピル)フォスフェート、ビス(2,3−ジブロモプロピル)−2,3−ジクロロプロピルフォスフェート、ビス(クロロプロピル)オクチルフォスフェート等、およびそれらの誘導体化合物や、それらの縮合物。
3)ホスホン酸エステル:
ジメチルビニルホスホナート、ジエチルビニルホスホナート、ジフェニルビニルホスホナート、ジフェニルビニルホスフィンオキシド等、およびそれらの誘導体化合物や、それらの縮合物。
ハロゲン非含有リン酸エステルとしては、例えば、城北化学(株)製の商品名:「JAMP−2」、「JAMP−4」、「JAMP−8」、「JAMP−12」、「JP−501」、「JP−502」、「JP−504」、「JP−504A」、「JP−506H」、「JP−508」、「JP−512」、「JP−513」、「JP−518O」、「JP−524R」、「DBP」、「LB−58」、大八化学工業(株)製の商品名:「TMP」、「TEP」、「TPP」、「TCP」、「TXP」、「CDP」、「PX−110」、「#41」、「CR−733S」、「CR−741」、「PX−200」、「DAIGUARD−580/610」、ADEKA社製の商品名:アデカスタブ「FP−600」「PFR」、「FP2100JC」、「FP−2200S」、「FP−2500S」等の市販品を用いることができる。
ハロゲン含有リン酸エステルとしては、大八化学工業(株)製の商品名:「TMCPP」、「CRP」、「CR−900」、「CR−504L」、「CR−570」、「DAIGUARD−540」等の市販品を用いることができる。
ホスホン酸エステルとしては、例えば、片山化学工業(株)製の商品名:「Vシリーズ」、丸菱油化工業(株)製の商品名:「ノンネン73」等の市販品を用いることができる。
上述したリン系難燃剤(P)の中でも、リン酸エステル及びホスホン酸エステルから選ばれる少なくとも1種は、樹脂成形体の難燃性が良好となることから好ましい。リン酸エステルとして、具体的には、ハロゲン含有リン酸エステルが挙げられる。
(フッ素系樹脂(F))
フッ素系樹脂(F)は、被覆外層を構成する材料の一つとして用いることができる。
フッ素系樹脂(F)は、実質的に塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂である。ここで、実質的に塩素原子を構造中に含まないとは、フッ素系樹脂の構造中に塩素原子を積極的に導入していないことをいう。フッ素系樹脂が、構造中に塩素原子を含むと、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性が低下するとともに、フッ素系樹脂は塩化ビニル樹脂の可塑剤と親和性が高くなり、光ファイバケーブルの可塑剤耐性が低下する。
前記フッ素系樹脂(F)の種類は、特に制限されるものではないが、具体的には、低分子量又は高流動性のテフロン(商標)系樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂又はフッ化ビニリデン系エラストマーから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。ここで、高流動性とは、JIS K7210に準じて、荷重を5kgとして測定した230℃におけるメルトフローインデックス(g/10分)が50以上、より好ましくは100以上であることを意味する。
フッ素系樹脂(F)は塩化ビニル樹脂の可塑剤と親和性が低い。そのため、本発明の光ファイバケーブルが、塩化ビニル系樹脂から構成される被覆層を有するケーブルと束ねて用いられた場合でも、本発明の光ファイバケーブルを構成する光ファイバに、塩化ビニル樹脂の可塑剤が移行することを防止する効果を有するので、光ファイバケーブルの可塑剤耐性及び105℃長期耐熱性が良好となる。
フッ素系樹脂(F)としては、具体的には、Solvey社製のSOLEF−1006(商標)、アルケマ社製のKYNARシリーズ(商標)、セントラル硝子社製のセフラルソフト G150シリーズ(商標)、三井・デュポンフロロケミカル社製のテフロンPFA340−J(商標)、ダイキン工業社製のVP100、VP200(商標)等の中から選ぶことができる。
また、被覆外層を構成する材料において、フッ素系樹脂(F)の含有割合の下限は、特に制限されないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性及び可塑剤耐性が良好となる観点から、被覆外層を構成する材料100質量%に対して、70質量%以上が好ましい。80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。フッ素系樹脂(F)の含有割合の上限は、特に制限されるものではなく、100質量%であっても良い。
[被覆中間層]
被覆中間層は、前記被覆内層と前記被覆外層の間に設けられた、後述するポリアミド系樹脂(N)を含む材料から構成される被覆層をいう。
前記被覆中間層を、前記被覆内層と前記被覆外層の間に設けることで、光ファイバケーブルの耐熱性や機械特性、耐薬品性、フェルールとのレーザー溶着性などが良好となる。前記被覆中間層は、1層から形成しても良いし、少なくとも2層以上の層から形成して上述した2以上の機能を担わしても良い。
被覆中間層が、ポリアミド系樹脂(N)を含む材料から構成されることにより、ポリアミド系樹脂(N)の有する耐薬品、フェルール材料との親和作用により、光ファイバケーブルの耐薬品性、フェルールとのレーザー溶着性が良好となる。
ポリアミド系樹脂(N)としては、例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド1010等の脂肪族ポリアミド;ポリアミド4T(1,4−ブタンジアミンとテレフタル酸の共重合体)、ポリアミド6T(1,6−ヘキサンジアミンとテレフタル酸の共重合体)、ポリアミドMXD6(メタ−キシリレンジアミンとアジピン酸の共重合体)、ポリアミド6I(1,6−ヘキサンジアミンとイソフタル酸の共重合体)、ポリアミド9T(1,9−ノナンジアミンとテレフタル酸の共重合体)等の半芳香族ポリアミド等が挙げられる。これらのポリアミド系樹脂(N)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのポリアミド系樹脂(N)の中でも、耐熱性、酸素遮断性に優れることから、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド1010、ポリアミドMXD6、ポリアミド6T、ポリアミド9Tが好ましく、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミドMXD6がより好ましく、ポリアミド66、ポリアミド12、ポリアミド11が更に好ましい。
被覆中間層を構成する材料中のポリアミド系樹脂(N)の含有率の下限は、特に制限されないが、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性、フェルールとのレーザー溶着性に優れることから、被覆中間層を構成する材料を100質量%として、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましい。ポリアミド系樹脂(N)の含有率の上限は、特に制限されないが、光ファイバケーブルの被覆内層と被覆中間層の密着性に優れることから、被覆中間層を構成する材料を100質量%として、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下が更に好ましい。
ポリアミド系樹脂(N)の融点は、150℃〜300℃が好ましく、180℃〜280℃がより好ましい。ポリアミド系樹脂(N)の融点が150℃以上であると、光ファイバケーブルの耐熱性に優れる。またポリアミド系樹脂(N)の融点が300℃以下であると、加工性に優れる。
本明細書において、融点は、ISO3146:2000に準拠し、示差走査熱量計により測定した値とする。
ポリアミド系樹脂(N)は、ポリアミド系樹脂と、ポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂とのアロイ樹脂であってもよい。
ポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。これらのポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂の中でも、耐熱性に優れることから、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエステル樹脂が好ましく、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂がより好ましい。
相溶とは、ポリアミド系樹脂と、ポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂とを溶融混練した際に、両者が均一に分散し、混ざり合うことをいう。
アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂の含有率は、ポリアミド系樹脂と、ポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂との合計100質量%中、50質量%〜90質量%が好ましく、60質量%〜80質量%がより好ましい。アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂の含有率が50質量%以上であると、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性に優れるものにできる。また、アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂の含有率が90質量%以下であると、光ファイバケーブルの柔軟性に優れるものにできる。
アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂の含有率は、ポリアミド系樹脂と、ポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂との合計100質量%中、10質量%〜50質量%が好ましく、20質量%〜40質量%がより好ましい。アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂の含有率が10質量%以上であると、光ファイバケーブルの柔軟性に優れるものにできる。また、アロイ樹脂中のポリアミド系樹脂と相溶可能な樹脂の含有率が50質量%以下であると、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性に優れるものにできる。
被覆中間層を構成する材料には、前記ポリアミド系樹脂(N)と前記被覆内層を構成する材料の混合物を用いることができる。
被覆中間層を構成する材料が前記被覆内層を構成する材料を含むことにより、被覆内層と被覆中間層の間に親和作用が得られ、光ファイバケーブルの被覆中間層と被覆内層の密着性を良好にできる。
上記の前記被覆内層の材料としては、被覆内層の項に記載した、EVOH樹脂が挙げられる。
前記ポリアミド系樹脂(N)と前記被覆内層を構成する材料の配合割合は、ポリアミド系樹脂(N)100質量部に対して、前記被覆内層を構成する材料10質量部〜30質量部が好ましく、15質量部〜25質量部がより好ましい。前記被覆内層を構成する材料の含有率が10質量部以上であると、光ファイバケーブルの被覆内層と被覆中間層の密着性を良好にできる。前記被覆内層を構成する材料の含有割合が、ポリアミド系樹脂(N)100質量部に対して30質量部以下であると、ポリアミド樹脂(N)による効果を十分に得ることができる。
さらに、被覆中間層を構成する材料は、ポリアミド系樹脂(N)以外に、他の添加剤(Y)を含んでもよい。他の添加剤(Y)としては、例えば、難燃剤、難燃助剤、熱安定剤、滑剤、溶融張力向上剤、受酸剤、アンチブロッキング剤、顔料等が挙げられる。これらの他の添加剤(Y)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
他の添加剤(Y)の含有割合は、ポリアミド系樹脂(N)の本来の性能と本発明の光ファイバケーブルの性能を損なわない範囲で設定すればよい。このような観点から、前記被覆中間層を構成する材料100質量部の中の他の添加剤(Y)の含有率は50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、30質量部以下がさらに好ましい。
被覆中間層を構成する材料と被覆内層を構成する材料を混合する方法、及び、被覆中間層を構成する材料に他の添加剤(Y)を混合する方法としては、例えば、二軸押出機等の装置を用いて溶融混練する方法等が挙げられる。
溶融混練するための装置としては、例えば、添加材料供給フィーダーが主材料ホッパーと押出機との間に取り付けられ、添加材料を直接押出機へ混入するサイドフィード式二軸押出機;押出時の水分や残存モノマー等を脱揮するための装置が付帯されたベント式二軸押出機等が挙げられる。
被覆中間層を構成する材料の溶融混練の温度は、200℃〜300℃が好ましく、220℃〜280℃がより好ましい。被覆中間層を構成する材料の溶融混練の温度が200℃以上であると、被覆中間層を構成する材料を十分に混練することができる。また、被覆中間層を構成する材料の溶融混練の温度が300℃以下であると、ポリアミド系樹脂の本来の性能を損なわないで混練することができる。
被覆中間層の厚さは、0.1mm〜2.5mmが好ましく、0.2mm〜2mmがより好ましい。被覆中間層の厚さが0.1mm以上であると、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性、酸素遮断性に優れるものにできる。被覆中間層の厚さが2.5mm以下であると、光ファイバケーブルの柔軟性、取り扱い性に優れるものにできる。
(光ファイバ)
光ファイバは、光ファイバとしての機能を有するものであれば特に限定されず、公知の光ファイバを用いることができる。光ファイバの種類としては、例えば、ステップ・インデックス型光ファイバ、マルチステップ・インデックス型光ファイバ、グレーテッド・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバの種類の中でも、耐熱性に優れることから、ステップ・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバが好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、ステップ・インデックス型光ファイバがより好ましい。
ステップ・インデックス型光ファイバは、芯と鞘との界面で光を全反射させ、芯内で光を伝播させる。ステップ・インデックス型光ファイバとしては、例えば、図2(a)に示すような芯11と芯11の外周に1層の鞘12を有するステップ・インデックス型光ファイバ、図2(b)に示すような芯11と芯11の外周に2層の鞘12a、鞘12bを有するステップ・インデックス型光ファイバ等が挙げられる。鞘は1層でもよく、2層以上でもよい。
(芯)
芯の材料(芯材)は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。透明性の高い材料としては、例えば、ガラス;アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等の透明樹脂が挙げられる。
前記透明樹脂を芯に用いた光ファイバは、プラスチック光ファイバとよばれ、本発明の光ファイバケーブル、及び光ファイバケーブルの製造方法に、特に好適である。
前記透明樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。上述した材料の中でも、波長650nm付近の透明性に優れていることから、アクリル系樹脂とポリカーボネート系樹脂が好ましく、105℃長期耐熱性に優れ、より長距離の通信に適していることから、アクリル系樹脂がより好ましい。
芯材に用いるアクリル系樹脂としては、メチルメタクリレート単独重合体、又は、メチルメタクリレート単位を50質量%以上含む共重合体等が挙げられる。これらのアクリル系樹脂の中でも、光学特性、機械特性、耐熱性、透明性に優れることから、メチルメタクリレート単位を60質量%以上含む共重合体がより好ましく、メチルメタクリレート単位を70質量%以上含む共重合体が更に好ましく、メチルメタクリレート単独重合体が特に好ましい。
芯材の製造方法としては、例えば、塊状重合法、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法等が挙げられる。これらの芯材の製造方法の中でも、不純物の混入を抑制できることから、塊状重合法、溶液重合法が好ましい。
(鞘)
鞘は、芯の外周に同心円状に形成される。鞘は、図2(a)に示すように1層でもよく、図2(b)に示すように2層でもよく、3層以上でもよい。
鞘の材料(鞘材)は、芯材より屈折率の低い材料であれば特に限定されず、芯材の組成や使用目的等に応じて適宜選択することができる。芯材としてアクリル系樹脂を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。特に、芯材としてメチルメタクリレート単独重合体やメチルメタクリレート単位を50質量%以上含む共重合体を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
フッ素系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン(VDF)単独重合体、VDF−トリフルオロエチレン共重合体、VDF−テトラフルオロエチレン(TFE)共重合体、VDF−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、VDF−TFE−HFP−(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体、VDF−ヘキサフルオロアセトン共重合体、VDF−TFE−ヘキサフルオロアセトン共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP−(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらのフッ素系樹脂の中でも、柔軟性、耐衝撃性、透明性、耐薬品性に優れ、低価格であることから、VDF−TFE共重合体、VDF−HEP共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP−(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましい。
さらに、これらのフッ素系樹脂の中でも、105℃長期耐熱性がより優れることから、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP−(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体、が好ましい。このようなVDF−TFE−HFP共重合体としては、VDF単位10〜60質量%とTFE単位20〜70質量%とHFP単位5〜35質量%を含む共重合体が好ましい。このようなエチレン−TFE−HFP−(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体としては、エチレン単位10〜80質量%とTFE単位18〜80質量%とHFP単位1〜30質量%と(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル単位1〜10質量%を含む共重合体が好ましい。
特に、鞘が1層の場合、耐薬品性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−HEP共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、機械特性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−HEP共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体がより好ましい。
また、鞘が2層の場合、光ファイバを曲げた際に漏光を抑制できることから、1層目(内側の層、図2(b)の場合鞘12a)はフルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、2層目(外側の層、図2(b)の場合鞘12b)はVDF−TFE共重合体、VDF−HEP共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体が好ましい。
フルオロアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート(13FM)、2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート(17FM)等の下記式(1)に示す長鎖フルオロアルキル(メタ)アクリレート;2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(3FM)等の下記式(2)に示す短鎖フルオロアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
Figure 2019177105
(式(1)中、mは1又は2、nは5〜13の整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
Figure 2019177105
(式(2)中、mは1又は2、nは1〜4の整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体やフルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体は、伝送損失を低減させることができることから、上記式(1)に示す長鎖フルオロアルキル(メタ)アクリレートの単位10〜50質量%、上記式(2)に示す短鎖フルオロアルキル(メタ)アクリレートの単位20〜90質量%及び他の共重合可能な単量体単位0〜50質量%からなる共重合体が好ましい。具体的には、前記含有率の範囲を満たす17FM−3FM−メチルメタクリレート−メタクリル酸共重合体、13FM−3FM−メチルメタクリレート−メタクリル酸共重合体が好ましい。
(光ファイバの製造方法)
光ファイバの製造方法としては、例えば、溶融紡糸法等が挙げられる。溶融紡糸法によるステップ・インデックス型光ファイバや多芯光ファイバの製造方法は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸を行う方法が挙げられる。光ファイバケーブルを温度差の大きい環境で用いる場合、ピストニングを抑制するため、光ファイバをアニール処理することが好ましい。アニール処理の処理条件は、光ファイバの材料によって適宜設定すればよい。アニール処理は連続で行ってもよく、バッチで行ってもよい。
光ファイバの直径は、光ファイバの伝送損失を低減でき、光ファイバの取り扱い性に優れることから、0.1〜5mmが好ましく、0.2〜4.5mmがより好ましく、0.3〜4mmが更に好ましい。光ファイバケーブルの可塑剤耐性と耐熱性の観点から、光ファイバの直径(外径)は、前述の式(i)(及び後述の式(iii))の範囲に設定することができる。
ステップ・インデックス型光ファイバにおける芯の直径は、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、ステップ・インデックス型光ファイバの直径に対して85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上が更に好ましい。芯の直径は、ステップ・インデックス型光ファイバの直径に対して99.99%以下とすることができる。
ステップ・インデックス型光ファイバにおける鞘の厚さについては、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、ステップ・インデックス型光ファイバの直径に対して、片側一方の鞘の厚みの合計が占める割合が0.2〜4.0%が好ましく、0.5〜3.0%がより好ましい。
鞘を2層とする場合、1層目(内側の層、図2(b)の場合鞘12a)と2層目(外側の層、図2(b)の場合鞘12b)とで、厚さの範囲を自由に設定することができる。鞘を2層とする場合、1層目と2層目の厚さの比(1層目:2層目)は、伝送損失を低減させることができることから、1:0.5〜1:5が好ましく、1:1〜1:4がより好ましく、1:1.2〜1:3が更に好ましい。
芯材と鞘材の屈折率は、芯材の屈折率より鞘材の屈折率が低ければ特に限定されないが、伝送損失を低減させることができることから、芯材の屈折率が1.45〜1.55、鞘材の屈折率が1.35〜1.45が好ましく、芯材の屈折率が1.46〜1.53、鞘材の屈折率が1.37〜1.44がより好ましく、芯材の屈折率が1.47〜1.51、鞘材の屈折率が1.39〜1.43が更に好ましい。尚、屈折率は、20℃でナトリウムD線を用いて測定した値とする。
(光ファイバケーブルの製造方法)
本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバの外周に、被覆内層、(必要に応じて被覆中間層)及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成されるように被覆することで製造できる。
光ファイバの外周に被覆層を被覆する方法としては、例えば、クロスヘッドダイを備えた押出被覆装置を用いて被覆する方法が挙げられる。特に、光ファイバとしてプラスチック光ファイバに被覆層を被覆する場合、均一な直径の光ファイバケーブルを得ることができることから、クロスヘッドダイを備えた押出被覆装置を用いて被覆する方法が好ましい。1層ずつ順に被覆層を被覆してもよく、同時に複数の被覆層を被覆してもよい。
本発明の製造方法のより好ましい実施形態(以下、「本発明の製造方法E1」という。)においては、光ファイバと、前記光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成された光ファイバケーブルを製造する。この製造方法は、コンプレッション式の二層一括被覆用クロスヘッド付の共押出し被覆装置(以下、「二層一括被覆用クロスヘッド付被覆装置」という。)に、被覆内層を構成する材料(被覆内層材料)と被覆中間層を構成する材料(被覆中間層材料)を供給して、前記光ファイバの外周に、被覆内層と被覆中間層とを同時に被覆して、光ファイバ一次ケーブルを得る工程を含む。この工程の後に、この光ファイバ一次ケーブルの外周に、前記被覆外層を構成する材料(被覆外層材料)を被覆して被覆外層を形成することが好ましい。
二層一括被覆用クロスヘッド付被覆装置を用いて同時に被覆する方法(以下、「共押出し法」という。)を用いることで、被覆内層と被覆中間層との密着強度を高めることができる。
共押出し法は、一次被覆材および二次被覆材を溶融状態で積層して被覆する方法であり、例えば溶融状態にある、被覆内層材料と被覆中間層材料のそれぞれを、2機のスクリュー型押出し機にそれぞれ供給して、図4に示す二層一括被覆用クロスヘッド付被覆装置のダイス(口金)内で積層された被覆内層材料及び被覆中間層材料を光ファイバに被覆することにより実施できる。なお、図4において、23は被覆内層材料の流路、24は被覆中間層材料の流路、25は光ファイバが通る経路の軸線、26は2つの流路が合流した第3の流路、21はダイス、21aは先端面、22はニップルを示す。
本発明の製造方法E1において、光ファイバは、特に限定されるものでなく、上述した光ファイバを用いることができ、上述したプラスチック光ファイバが好ましい。具体的には、芯と該芯の外周に同心円状に形成された少なくとも1層以上の鞘層とを有し、鞘層の最外層が、上述のフッ素系樹脂からなるプラスチック光ファイバを用いることができ、好ましくはフッ化ビニリデン(VDF)単位を含むフッ素系樹脂からなる光ファイバを用いることができる。
本発明の製造方法E1において、被覆内層を構成する材料は、上述したエチレン−ビニルアルコール系樹脂(EVOH樹脂)であることが好ましい。
前記EVOH樹脂中のエチレン単位の含有割合は、該EVOH樹脂を構成する単量体単位の総モル量100モル%に対して、20〜50モル%であることが、光ファイバケーブルの項に記載したのと同じ理由により好ましい。
本発明の製造方法E1において、被覆中間層を構成する材料は、前述の理由(耐薬品性、フェルール材料との親和性等)から上述したポリアミド系樹脂(N)を含むことが好ましい。また前述したように、被覆中間層と被覆内層との密着性を高める点から、被覆中間層を構成する材料として、ポリアミド樹脂(N)と被覆内層を構成する材料との混合物を用いることができる。
ポリアミド系樹脂(N)は、ポリアミド66、ポリアミド11(ナイロン11)又はポリアミド12(ナイロン12)のいずれかを、あるいはポリアミド66又はポリアミド12のいずれかを、好ましくはポリアミド12を、ポリアミド系樹脂(N)の総質量に対して、80質量%以上含有するポリアミド樹脂組成物であることが、光ファイバケーブルの項に記載したのと同じ理由(耐薬品性、フェルール材料との親和性、さらに耐熱性、酸素遮断性)により好ましい。
本発明の製造方法E1において、被覆外層を構成する材料(被覆外層材料)は、上述したポリオレフィン系樹脂、上述したポリブチレンテレフタレート系樹脂及び上述した塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種を含む材料である。
本発明の製造方法E1においては、被覆内層と被覆中間層との間の30mm被覆長における引抜強度が50N以上になるように、被覆内層と被覆中間とを同時に被覆することが好ましい。この引抜強度が60N以上となるように被覆することがより好ましく、70N以上となるように被覆することがさらに好ましい。被覆内層と被覆中間との間の引抜強度が50N以上となるように被覆することで、本発明の光ファイバケーブルから被覆外層を取り除くときに、被覆中間層が剥がれてしまうことを防げるため、光ファイバケーブルの末端のプラグやフェルールを取り付ける際の作業性が良好となる。
被覆内層と被覆中間層との間の引抜強度は、被覆内層に使用する材料と被覆中間層に使用する材料の組合せを適切に選択することや、共押出し法の温度や被覆速度(光ファイバケーブルの走行速度)、二層一括被覆用クロスヘッドに用いるダイス21やニップル22の形状を適宜選択することなどで調整できる。前記引抜強度の測定方法は、後述する。
本発明の製造方法E1においては、光ファイバに被覆内層と被覆中間とを同時に被覆して光ファイバ一次ケーブルを得た後に、前記光ファイバ一次ケーブルの外周に、被覆外層材料を被覆する工程を含むことができる。前記光ファイバ一次ケーブルを得た後に、被覆外層材料を被覆することで、被覆外層と被覆中間層との密着性を制御できる。その結果、本発明の光ファイバケーブルから被覆外層を取り除くときに、被覆外層とともに被覆中間や被覆内層が剥がれてしまうことを防げるため、光ファイバケーブルの末端のプラグやフェルールを取り付ける際の作業性が良好となる。具体的には、被覆外層と被覆中間層との間の30mm被覆長における引抜強度が、10〜30Nになるように被覆することが好ましい。
被覆外層と被覆中間層との間の引抜強度は、被覆外層に使用する材料と被覆中間層に使用する材料の組合せを適切に選択することや、被覆温度や被覆速度(光ファイバケーブルの走行速度)、クロスヘッドに用いるダイスやニップルの形状を適宜選択することなどで調整できる。
さらに、本発明の製造方法E1においては、光ファイバの外径をA(μm)、光ファイバケーブルの外径をB(μm)、前記被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(iii)及び(iv)を満足するように被覆することができる。
900≦A≦1100 (iii)
0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (iv)
下記一般式(iii)の条件を満たすときに、(iv)を満足するように被覆することにより、光ファイバケーブルの項に記載した、前述の式(i)及び式(ii)を満たす理由と、同じ理由により、得られた光ファイバケーブルの可塑剤耐性を優れたものにできる。2×c/(B−A)の上限は、光ファイバケーブルの105℃長期耐熱性を良好に維持する観点から、0.70以下が好ましく、0.65以下がより好ましい。一方、2×c/(B−A)の下限は、光ファイバケーブルの可塑剤耐性が良好となる観点から、0.40以上が好ましく、0.50以上がより好ましい。
本発明の製造方法E1においては、光ファイバケーブルの末端部の被覆外層を所定長だけ剥がした後、被覆中間の表面が露出した部分に、プラグ又はフェルールを取り付けることを含むことができる。
光ファイバの外周に被覆層を被覆する際の押出の温度は、200℃〜300℃が好ましく、220℃〜280℃がより好ましい。光ファイバの外周に被覆層を被覆する際の押出の温度が200℃以上であると、光ファイバケーブルの外観に優れるものを得ることができる。光ファイバの外周に被覆層を被覆する際の押出の温度が300℃以下であると、被覆層を構成する材料の本来の性能を損なわないで被覆層を形成することができる。
(光ファイバケーブルのサイズ及び機械特性)
光ファイバケーブルの直径は、0.3mm〜10mmが好ましく、0.5mm〜8mmがより好ましい。光ファイバケーブルの直径が0.3mm以上であると、光ファイバケーブルの難燃性、長期耐熱性に優れるものを得ることができる。また、光ファイバケーブルの直径が10mm以下であると、光ファイバケーブルの柔軟性、取り扱い性に優れるものを得ることができる。
光ファイバケーブルの曲げ弾性力は、5N〜20Nが好ましく、10N〜20Nがより好ましい。光ファイバケーブルの曲げ弾性力が5N以上であると、光ファイバケーブルの柔軟性に優れるものを得ることができる。また、光ファイバケーブルの曲げ弾性力が20N以下であると、光ファイバケーブルの屈曲性、取り扱い性に優れるものを得ることができる。
本明細書において、光ファイバケーブルの曲げ弾性力は、ISO 178に準拠して測定した値とする。
(光ファイバケーブルの他の実施形態)
光ファイバケーブルの他の実施形態としては、例えば、図3に示すような2本の光ファイバ10を、被覆内層20aと被覆外層20bにより被覆した光ファイバケーブルが挙げられる。
図3に示すような光ファイバケーブルの製造方法は、例えば、2芯用のダイス・ニップルを備えたクロスヘッドに光ファイバを通して被覆層を被覆する方法が挙げられる。
通常、光ファイバケーブルを通信用途で用いる場合、光ファイバケーブルの一端を光源システムに接続し、光ファイバケーブルの他端を受光システムに接続する必要がある。その際、双方向で通信を行う場合、図3に示すような2本の光ファイバを有する光ファイバケーブルを用いるとよい。
(ハーネス)
本発明の光ファイバケーブルは、塩化ビニル系樹脂の可塑剤に対する耐性に優れているので、塩化ビニル系樹脂から構成される被覆層を有する、光ファイバケーブル、電線、ワイヤーケーブルと束ね、ハーネスの形態で使用することができる。
さらに、本発明の光ファイバケーブルは、ハーネスの形態で使用されても、105℃長期耐熱性に優れているので、光ファイバケーブルが高温環境下に曝されるような、自動車、鉄道、飛行機、船等の移動体内等における通信用途や工場等のセンサ用途に好適に用いることができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<測定方法>
(酸素透過度)
ISO14663−2:1999(Annex C)に定められた方法に従って、以下のようにして被覆材料の酸素透過度を測定した。
被覆内層を形成するための材料を、圧縮成形機により加熱下に圧縮成形し、厚さ100μmのフィルム状試験片を作製し、酸素透過度測定装置(機種名:OXTRAN(登録商標)、米国モコン(MOCON)社製)を用い、温度20℃、湿度65%RHの条件下で酸素透過度[cc・20μm/(m・day・atm)]を測定した。
(105℃長期耐熱性)
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルについて、初期の伝送損失、及び、温度105℃、相対湿度10%以下の環境下で長時間暴露した後の伝送損失を、波長650nm、入射光のNA(開口数)0.1の光を用い、25m−1mのカットバック法により測定した。
実施例1〜10及び比較例1〜5及び参考例では、光ファイバケーブルを前記条件で3000時間曝露した。実施例11〜16及び比較例6〜10では、光ファイバケーブルを前記条件で2000時間暴露した。
25m−1mのカットバック法による伝送損失の測定は、IEC 60793−1−40:2001に準拠して行った。具体的には、25mの光ファイバを測定装置にセットし、出力パワーPを測定した後、光ファイバをカットバック長(入射端から1m)に切断し、出力パワーPを測定し、以下の式を用いて光の伝送損失(単位:dB/km)を算出した。
Figure 2019177105
さらに、以下の基準を用いて判定した。
AA:長時間暴露後の伝送損失が160dB/km以下
A :長時間暴露後の伝送損失が160dB/kmを超えて200dB/km以下
B :長時間暴露後の伝送損失が200B/kmを超えて360dB/km以下
C :長時間暴露後の伝送損失が360dB/kmを超えた
(塩化ビニル樹脂の可塑剤に対する耐性試験)
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルを長さ30cmにカットし、塩化ビニル樹脂テープ(商品名「ナシジテープ」、矢崎総業社製)を光ファイバケーブルにらせん状に巻き付けて被覆外層を完全に覆った。この光ファイバケーブルを、温度105℃、相対湿度10%以下で2000時間曝露した後に、塩化ビニル樹脂テープを取り除き、直径50mmの筒の外周にらせん状に巻きつけ、光ファイバケーブルの被覆層の外観を目視で観察し、塩化ビニル樹脂の可塑剤に対する光ファイバケーブルの耐性を以下の判定基準に従って評価した。なお、市販のワイヤーストリッパー(VESSEL社製、製品名「3000B」)を用いて、被覆外層を除去して、被覆中間層又は被覆内層を観察した。
A:光ファイバケーブルの被覆外層、被覆内層、被覆中間層に変化なし
B:光ファイバケーブルの被覆外層に変化ないが、被覆内層または被覆中間層に割れを生じる
C:光ファイバケーブルの被覆外層に割れを生じる
(被覆中間層の引抜強度)
被覆内層と被覆中間層の密着性の指標として、下記の方法で被覆中間層の引抜強度を測定した。
測定には、光ファイバケーブルから、予め被覆外層を取り除いた、被覆内層と被覆中間層のみを有する光ファイバケーブル34を用いた。
図5に示すように、光ファイバケーブル34を保持する治具35と、治具35の一端部に形成された突起37を把持するチャック33aと、光ファイバケーブル34の剥離部分32を把持するチャック33bとを備えた測定装置30を引っ張り試験機に取り付けて測定した。治具35には、光ファイバケーブル34の被覆部分31が収容される保持室36と、光ファイバケーブル34の剥離部分32(光ファイバと被覆内層の外周直径(外径))よりも大きく被覆部分31(被覆中間層の外周直径(外径))よりも小さい貫通孔38が形成されている。
測定にあたっては、一端側の被覆層を剥離した光ファイバケーブルを用意し、光ファイバケーブルの被覆部分31の長さが30mmになるように切断した。
次に、治具35に形成されている保持室36内に光ファイバケーブルの被覆部分31を収容し、光ファイバケーブルの剥離部分32を貫通孔38から抜き出した。
次に、治具35の一端部に形成されている突起37をチャック33aで把持し、光ファイバケーブルの剥離部分32をチャック33bで把持した。
次に、光ファイバケーブル34の中心軸方向(図中矢印方向)に沿って、一定速度50mm/分でチャック33aを移動させて治具35を引っ張り、光ファイバケーブル34の被覆部分31(剥離部分32よりも厚い部分)を引き抜いた。このときの引き抜き応力と、光ファイバケーブル34の被覆部分31(剥離部分32よりも厚い部分)の引き抜き方向へのずれ量との関係を示す曲線から、引き抜く際の応力のピーク値を読みとり被覆中間層の引抜強度とした。
A:引抜強度が50N以上
B:引抜強度が50N未満
(被覆外層の引剥性)
被覆外層と被覆中間層の間の密着性の指標として、下記の方法で被覆外層の引剥性を評価した。
実施例及び比較例で作成した外径2.31mmの光ファイバケーブルから、市販のワイヤーストリッパー(VESSEL社製、製品名「3000B」)を用いて、被覆外層を引き剥がした。被覆外層のみを一度で簡単に剥離できたものを合格(表中に「A」と表記)、被覆外層と一緒に被覆中間層が剥がれたものを不合格(表中に「B」と表記)とした。
ワイヤーストリッパーのケーブル引剥部の刃は、1.7mm用の部分を使用した。これは、引剥部の刃が1.5mm用の部分を使用すると、被覆外層の引剥時に被覆中間層を傷つけて、被覆中間層が剥がれ易くなる恐れがあるので、ワイヤーストリッパーの刃は光ファイバケーブルの被覆中間層の外周直径(外径)より若干大きな引剥刃を用いる必要があるためである。
(メルトフローインデックス(MI))
手動・卓上型メルトインデクサ−(立山科学工業(株)社製、「L260」)を用いて、日本工業規格JIS K7210に準じて、230℃、荷重3.8kgf(37.3N)の条件下で直径2mm、長さ8mmのノズルから吐出される重合体の吐出量(単位:g)を測定した。吐出される重合体の切り取り間隔は、重合体の流動性に応じ10秒〜180秒として、10分間当たりの吐出量(単位:g/10分)に換算し、これを重合体のメルトフローインデックス(MI)とした。
(原材料)
実施例及び比較例で使用した化合物の略号は以下の通りである。
(鞘材)
第1鞘材(B−1):フッ素樹脂(13FM/3FM/MMA/MAA共重合体、屈折率1.417)
第2鞘材(C−1):フッ素樹脂(VDF/TFE/HFP共重合体、VDF:TFE:HFP=48:43:9(質量比)、屈折率1.375)
第2鞘材(C−2):フッ素樹脂(VDF/TFE/HFP共重合体、VDF:TFE:HFP=30:57:13(質量比)、屈折率1.359)
第2鞘材(C−3):フッ素樹脂(VDF/TFE共重合体、VDF:TFE=80:20(質量比)、屈折率1.402)
なお、「MMA」はメタクリル酸メチル、「MAA」はメタクリル酸の略号である。
(被覆内層の材料)
EVOH樹脂(E−1):エチレン単位を29モル%含むエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂。酸素透過度が0.2cc・20μm/(m・day・atm)、MI=15g/10分(商品名「ソアノールD2908」、日本合成化学工業社製)
EVOH樹脂(E−2):エチレン単位を44モル%含むエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂。酸素透過度が1.5cc・20μm/(m・day・atm)、MI=28g/10分(商品名「ソアノールA4412」、日本合成化学工業社製)
PVDC樹脂(E−3):ポリ塩化ビニリデン系樹脂。酸素透過度が3.0cc・20μm/(m・day・atm)(商品名「IxanPVS109」、ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン社製)
PMMA樹脂(E−4):メタクリル酸メチル(MMA)−アクリル酸メチル(MA)共重合体、MI=2.0g/10分(商品名「アクリペットVH」、三菱ケミカル社製)
(被覆中間層の材料)
ポリアミド樹脂(N−1):ポリアミド12。酸素透過度が580cc・20μm/(m・day・atm)(商品名「グリルアミドXE3926」、EMS−GRIVORY社製、MI=84g/10分)
(被覆外層の材料)
オレフィン系熱可塑性エラストマー(X−1):ポリプロピレン樹脂とポリエチレン樹脂と加硫ゴム成分とのアロイ樹脂(商品名「ミラストマー9020NS」、三井化学(株)製)
ポリブチレンテレフタレート系樹脂(X−2):PBT樹脂(商品名「NOVADURAN5010N6−3X」、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製)
フッ素系樹脂(F−1):フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの共重合体(商品名「VP100」、ダイキン工業社)
ポリフェニレンエーテル樹脂(PF−1):ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド66とのアロイ樹脂(商品名「ノリルGTX9400W」、サビックイノベーティブプラスチック社製)
(難燃剤)
難燃剤(P−1):ハロゲン非含有リン酸エステル(商品名「FP2500S」、ADEKA社製)
難燃剤(P−2):ハロゲン含有リン酸エステル(商品名「EX−5N00121C」、日本ピグメント社製)。
(光ファイバの製造)
芯材をポリメチルメタクリレート(屈折率1.492)、最内層の鞘材を第1鞘材(B−2)、最外層の鞘材を第2鞘材(C−1)とし、3層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、最内層の鞘の厚さが5μm、最外層の鞘の厚さが10μmの直径1.0mmの光ファイバを得た。
[実施例1]
被覆内層を構成する材料をEVOH樹脂(E−1)とし、被覆中間層を構成する材料をポリアミド樹脂(N−1)とし、被覆外層を構成する材料をオレフィン系熱可塑性エラストマー(X−1)とした。これらの材料を樹脂被覆用クロスヘッド型40mmケーブル被覆装置((株)聖製作所製)に供給し、光ファイバの外周に被覆内層(厚さ100μm)、被覆中間層(厚さ155μm)、被覆外層(厚さ395μm)を被覆し、直径2.30mmの光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を、表2に示す。
[実施例2〜11、比較例1〜5]
光ファイバケーブルの構成、被覆内層を構成する材料及び被覆外層を構成する材料の少なくとも一つを、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表2に示す。
なお、実施例6〜9では、ポリアミド樹脂(N−1)80質量部とEVOH樹脂(E−1)20質量部を二軸押出機(機種名「BT−40」、(株)プラスチック工学研究所製)を用いて190℃で溶融混練して得られた樹脂組成物を、被覆中間層を構成する材料として用いた。
実施例7及び実施例8では、オレフィン系熱可塑性エラストマー(X−1)と難燃剤(P−1又はP−2)を表1に記載のとおり配合して、二軸押出機(機種名「BT−40」、(株)プラスチック工学研究所製)を用いて220℃で溶融混練して得られた樹脂組成物を、被覆外層を構成する材料として用いた。
比較例5では、被覆中間層の外周に、ポリブチレンテレフタレート系樹脂(X−2)からなる厚み160μmの層(内層)を形成し、この層の外周にポリアミド66(PA66)からなる厚み240μmの層(外層)を形成した。このポリアミド66(PA66)からなる外層は、ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂のいずれも含まないため、本発明に必要な被覆外層に相当しない。また、ポリブチレンテレフタレート系樹脂(X−2)からなる内層の厚み(160μm)は、式(ii)を満たさない。
Figure 2019177105
Figure 2019177105
実施例1〜11の光ファイバケーブルは、可塑剤耐性及び105℃長期耐熱性に優れていた。
一方、比較例1及び2の光ファイバケーブルは、被覆内層を構成する材料の酸素透過度が高いため、105℃長期耐熱性が不十分であった。
比較例3及び4の光ファイバケーブルは、被覆外層を構成する材料がポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及びフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種ではないため、光ファイバケーブルの可塑剤耐性が不十分であった。
比較例5の光ファイバケーブルは、被覆外層を構成するポリブチレンテレフタレート系樹脂(X2)からなる層の厚みが160μmと小さく、式(ii)を満たさないため、光ファイバケーブルの可塑剤耐性が不十分であった。
[実施例12]
被覆内層を構成する材料をEVOH樹脂(E−1)とし、被覆中間層を構成する材料をポリアミド樹脂(N−1)とし、被覆外層を構成する材料をオレフィン系熱可塑性エラストマー(X−1)とした。
下記の共押出し法で、光ファイバ一次ケーブルを作製した。
被覆中間層用と被覆外層用の2台の押出機を装備し、うち1台はダイス構造が図4に示したコンプレッション式の二層一括被覆用クロスヘッドを備えたケーブル被覆装置((株)聖製作所製、φ40mm)であり、このケーブル被覆装置に被覆内層材料と被覆中間層材料を供給し、前記の光ファイバの外周に被覆内層(厚さ50μm)と被覆中間層(厚さ205μm)を被覆し、直径1.51mmの光ファイバ一次ケーブルを得た。
なお、この際の被覆温度は210℃、第3流路26と光ファイバ軸線25のなす角θは45°、ダイス21の厚みは3mm、ダイス21の孔径は1.51mmとした。
続いて、被覆外層を構成する材料を、235℃に設定した押出機へ供給し、275℃に設定したクロスヘッドダイを用いたクロスヘッドケーブル被覆装置で、前記光ファイバ一次ケーブルの外周に被覆外層(厚み395μm)を形成して、外径2.30mmの光ファイバケーブルを得た。
得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
[実施例13〜17]
光ファイバケーブルの構成、被覆内層・被覆中間層・被覆外層を構成する材料の種類又は厚みを、表3に示すように変更した以外は、実施例12と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
[比較例6]
被覆内層の材料を不使用とし、被覆中間層の材料のみを被覆中間層用の押出機に供給して、被覆中間層の厚みを255μmとなるように被覆した以外は、実施例12と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
[実施例18]
共押出し法の代わりに、下記の単層押出し法で、光ファイバ一次ケーブルを作製した。
まず、被覆内層の材料のみを被覆内層用の押出機に供給して、被覆内層の厚みが30μmとなるように被覆した以外は、実施例12と同様に操作を行い、光ファイバ一次ケーブルを得た。次いで、得られた光ファイバ一次ケーブルに、被覆中間層の材料のみを被覆中間層用の押出機に供給して、被覆中間層の厚みが225μmとなるように被覆した以外は、実施例12と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
[実施例19]
被覆内層の厚みが100μm及び被覆中間層の厚みが155μmとなるように被覆した以外は、実施例18と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
[比較例7]
被覆内層の材料をPMMA樹脂(E−4)とし、被覆内層の厚みを30μmとし、被覆中間層の厚みを225μmとした以外は、実施例12と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表4に示す。
Figure 2019177105
Figure 2019177105
実施例12〜17の光ファイバケーブルは、被覆内層と被覆中間層の密着性及び105℃長期耐熱性に優れていた。
一方、比較例6の光ファイバケーブルは、被覆層に被覆内層を有さないため、105℃長期耐熱性が不十分であった。
実施例18及び19の光ファイバケーブルは、105℃長期耐熱性に優れるが、被覆内層と被覆中間とを同時に被覆していないため、被覆内層と被覆中間層の密着性が同時に被覆した他の実施例に比べて劣っていた。
比較例7の光ファイバケーブルは、被覆内層を構成する材料が、EVOH樹脂のような酸素透過度の低い樹脂ではないため、105℃長期耐熱性が不十分であった。
本発明の光ファイバケーブルは、105℃長期耐熱性、柔軟性に優れるため、或いはさらに難燃性にもすぐれるため、工場等におけるセンサ、移動媒体内等の通信、機器内外の配線等の用途に好適に用いることができ、移動媒体内等の通信用途に特に好適である。移動媒体としては、自動車、鉄道、飛行機、船等が挙げられる。
本発明の製造方法で得られた光ファイバケーブルは、105℃長期耐熱性に優れ、且つ、光ファイバケーブルの末端部にプラグやフェルールを取り付ける時の作業性に優れるので、自動車や鉄道等の移動体内等の通信用途に特に好適である。
10 光ファイバ
11 芯
12 鞘
12a 鞘(1層目)
12b 鞘(2層目)
20 被覆層
20a 被覆内層
20b 被覆外層
20c 被覆中間層
21 ダイス
21a 先端面
22 ニップル
23 第1流路(被覆内層材料の流路)
24 第2流路(被覆中間層材料の流路)
25 光ファイバが通る経路の軸線
26 第3流路
30 引き抜き強度測定装置
31 被覆部分
32 剥離部分
33a チャック(上)
33b チャック(下)
34 光ファイバケーブル
35 治具
36 保持室
37 突起
38 貫通孔

Claims (20)

  1. 光ファイバと、前記光ファイバの外周に設けられた被覆層とを有する、光ファイバケーブルであって、
    前記被覆層が、被覆内層、被覆外層の順で同心円状に形成された少なくとも2層以上の層からなり、
    前記被覆内層を構成する材料が、酸素透過度2.0cc・20μm/(m・day・atm)以下の樹脂材料から構成され、
    前記被覆外層を構成する材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種を含み、
    光ファイバの外径をA(μm)、光ファイバケーブルの外径をB(μm)、前記被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(i)及び(ii)を満足する、光ファイバケーブル。
    900≦A≦1100 (i)
    0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (ii)
  2. 前記被覆内層を構成する材料が、エチレン−ビニルアルコール系樹脂である、請求項1に記載の光ファイバケーブル。
  3. 前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂中のエチレン単位の含有割合が、前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総量100モルに対して、20〜50モル%である、請求項2に記載の光ファイバケーブル。
  4. 前記被覆外層を構成する材料がポリオレフィン系樹脂を含む材料であって、該材料が、ポリプロピレン系樹脂(A)にゴム成分を配合したオレフィン系熱可塑性エラストマー(X)と、リン系難燃剤(P)とを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル。
  5. 前記被覆外層において、前記ポリオレフィン系樹脂100質量部に対して、前記リン系難燃剤(P)の含有量が40〜55質量部である、請求項4に記載の光ファイバケーブル。
  6. 前記被覆内層と前記被覆外層の間に、被覆中間層を有し、
    前記被覆中間層を構成する材料がポリアミド系樹脂(N)を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル。
  7. 前記被覆中間層を構成する材料が、前記ポリアミド系樹脂(N)と前記被覆内層を構成する材料の混合物である、請求項6に記載の光ファイバケーブル。
  8. 前記光ファイバがプラスチック光ファイバである、請求項1から7のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル。
  9. 前記光ファイバが、芯と該芯の外周に1層以上の鞘を有する光ファイバであって、最外層の鞘を構成する材料が、フッ化ビニリデン単位10〜60質量%とテトラフルオロエチレン単位20〜70質量%とヘキサフルオロプロピレン単位5〜35質量%を含む共重合体、又は、エチレン単位10〜80質量%とテトラフルオロエチレン単位18〜80質量%とヘキサフルオロプロピレン単位1〜30質量%と(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル単位1〜10質量%を含む共重合体のいずれかである、請求項1から8のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル(C1)と、塩化ビニル系樹脂を含む材料から構成される被覆層を有するケーブル(C2)と、を束ねてなる、ハーネス。
  11. 前記ケーブル(C2)の前記被覆層が、ジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、フタル酸ビス(2−エチルヘキシル)(DEHP)、フタル酸ジイソノニル(DINP)、アジピン酸系ポリエステル、及びトリメリット酸トリス(2−エチルヘキシル)から選ばれる少なくとも一種を含有する、請求項10に記載のハーネス。
  12. 光ファイバと、前記光ファイバの外周に被覆内層、被覆中間層及び被覆外層の順で被覆層が同心円状に形成された光ファイバケーブルの製造方法であって、
    前記被覆内層を構成する材料が、エチレン−ビニルアルコール系樹脂であり、
    前記被覆中間層を構成する材料が、ポリアミド系樹脂(N)を含み、
    前記被覆外層を構成する材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂及び塩素原子を構造中に含まないフッ素系樹脂から選ばれる少なくとも1種を含み、且つ、
    コンプレッション式の二層一括被覆用クロスヘッド付の共押出し被覆装置に、前記被覆内層を構成する材料と前記被覆中間層を構成する材料を供給して、前記光ファイバの外周に、被覆内層と被覆中間層とを同時に被覆することを含む、光ファイバケーブルの製造方法。
  13. 前記光ファイバの外周に、前記被覆内層と前記被覆中間層とを同時に被覆した後に、前記被覆外層を構成する材料を被覆する、請求項12に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  14. 前記光ファイバの外径をA(μm)、前記光ファイバケーブルの外径をB(μm)、前記被覆外層の厚みをc(μm)とした時、下記一般式(iii)及び(iv)を満足するように被覆する、請求項12又は13に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
    900≦A≦1100 (iii)
    0.40≦2×c/(B−A)≦0.70 (iv)
  15. ポリアミド系樹脂(N)が、ポリアミド11又はポリアミド12のいずれかを、ポリアミド系樹脂(N)の総質量に対して、80質量%以上含有するポリアミド樹脂組成物、又はポリアミド12である、請求項12から14のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  16. 前記光ファイバがプラスチック光ファイバである、請求項12から15のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  17. 前記光ファイバが、芯と該芯の外周に同心円状に形成された少なくとも1層以上の鞘層とを有し、前記鞘層の最外層が、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素系樹脂からなる、請求項12から16のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  18. 前記被覆内層と前記被覆中間層との間の30mm被覆長における引抜強度が50N以上になるように、前記被覆内層と前記被覆中間とを同時に被覆する、請求項12から17のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  19. 前記エチレン−ビニルアルコール系樹脂中のエチレン単位の含有割合が、該エチレン−ビニルアルコール系樹脂を構成する単量体単位の総モル量100モル%に対して、20〜50モル%である、請求項12から18のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
  20. 前記光ファイバケーブルの末端部の被覆外層を所定長だけ剥がした後、前記被覆中間層の表面が露出した部分に、プラグ又はフェルールを取り付けることを含む、請求項12から19のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
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