KR100889698B1 - 피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및광섬유 유니트 - Google Patents

피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및광섬유 유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 석영계 유리 광섬유에 n층(n은 2 이상의 정수)의 자외선 경화 수지층을 피복하여 이루어진 피복 광섬유에 있어서, 상기 n층의 자외선 경화 수지층 각각에서 수학식 1로 정의되는 수축 응력 지표 FI의 총합이 3[N] 이하인 피복 광섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 저온 환경하에서 전송 특성의 악화를 충분하게 방지할 수 있다.
수학식 1
FI[N]= (-40℃에서의 자외선 경화 수지층의 영률[MPa])
×(상기 자외선 경화 수지층의 단면적[mm2])
×(실효 선팽창계수[10-6/℃]÷106)
×(온도차 190[℃])
광섬유, 광통신, 피복 광섬유, 석영계 유리 섬유, 자외선 경화 수지

Description

피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및 광섬유 유니트{Coated optical fiber, optical fiber tape core using it and optical fiber unit}
본 발명은 광통신에 사용되는 피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및 광섬유 유니트에 관한 것이다.
광통신에 사용되는 피복 광섬유는 일반적으로 광섬유에 수지를 피복하여 이루어지며, 수지는 외력에 대하여 광섬유의 광전송 손실을 증가시키지 않기 위하여, 통상적으로는 내층인 1차 수지층과 외층인 2차 수지층 두 층으로 구성된다.
이러한 피복 광섬유는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)8-248250호에 기재되어 있다. 상기 공보에 기재된 피복 광섬유에서는 1차 수지층으로서 영률이 1.0 내지 3.0MPa이며 유리 전이점이 -10℃ 이하인 것이 사용되며, 2차 수지층으로서 영률이 400MPa 이상인 것이 사용되고 있다.
그런데, 피복 광섬유는 해저 광통신에도 사용되고 있다. 따라서, 예를 들 면, 0 내지 5℃라는 저온 환경하에, 또한 육상 통신망에 대한 적용이라는 범용성을 고려하여 -40℃ 정도의 저온이라도 양호한 전송 특성의 실현이 요망되고 있다.
본 발명자들은 앞서 언급한 종래의 공보에 기재된 피복 광섬유에 대하여 검토하였다. 그 결과, 앞서 언급한 종래의 공보에 기재된 피복 광섬유는 0 내지 5℃의 저온 환경하에서 전송 특성이 악화되는 경우가 있으며, 특히 파장 다중 전송방식(WDM)에 의한 저온 환경하에서의 광통신에 대한 실용화가 곤란해지는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명은 저온 환경하에서의 전송 특성의 악화를 충분하게 방지할 수 있는 피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및 광섬유 유니트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 위의 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 석영계 유리 광섬유에 n층의 자외선 경화 수지층을 피복하여 이루어진 피복 광섬유에서 각 층의 -40℃에서의 영률, 단면적, 실효(實效) 선팽창계수 등에 근거하여 정의되는 수축 응력 지표 FI의 총합이 일정값 이하로 되는 경우에 피복 광섬유의 저온에서의 전송 특성의 악화를 충분히 방지할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 석영계 유리 광섬유에 n층(n은 2 이상의 정수)의 자외선 경화 수지층을 피복하여 이루어진 피복 광섬유에 있어서,
n층의 자외선 경화 수지층 각각에서 수학식 1로 정의되는 수축 응력 지표 FI의 총합이 3[N] 이하이다.
FI[N]= (-40℃에서의 자외선 경화 수지층의 영률[MPa])
×(상기 자외선 경화 수지층의 단면적[mm2])
×(실효 선팽창계수[10-6/℃]÷106)
×(온도차 190[℃])
또한, 본 발명은 위의 피복 광섬유를 다수 구비하는 광섬유 테이프 심선이다. 또한, 본 발명은 중심 항장력체와 중심 항장력체의 주위에 배치된 다수의 피복 광섬유를 구비한 광섬유 유니트로서 다수의 피복 광섬유 각각이 위의 피복 광섬유임을 특징으로 하는 광섬유 유니트이다.
이들 발명은 저온에서의 전송 손실의 악화를 충분하게 방지할 수 있는 피복 광섬유를 포함하므로, 저온에서의 전송 손실의 악화를 충분히 방지할 수 있게 된다.
도 1A는 본 발명의 피복 광섬유의 한 가지 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 1B는 본 발명의 피복 광섬유의 기타 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 피복 광섬유를 제조하는 선 인발장치의 한 가지 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 광섬유 테이프 심선의 한 가지 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 광섬유 유니트의 한 가지 실시형태를 나타내는 단면도이 다.
도 5는 실시예 22 및 실시예 23에 따른 피복 광섬유를 제조하는 선 인발장치의 기타 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5의 가이드 로울러와 요동(搖動) 가이드 로울러의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 요동 가이드 로울러와 고정 가이드 로울러의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하에서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
우선 본 발명의 피복 광섬유에 대하여 설명한다.
본 발명의 피복 광섬유는 석영계 유리 광섬유에 n층의 자외선 경화 수지층을 피복하여 이루어진 것이다. 여기서, n은 2 이상의 정수이며, 통상적으로는 2 또는 3이다. 도 1A는 석영계 유리 광섬유(1)의 외주에 두 층의 자외선 경화 수지층[(2) 및 (3)]을 피복하여 이루어진 피복 광섬유, 즉 n이 2인 피복 광섬유(4)가 도시되어 있다.
본 발명의 피복 광섬유에 사용되는 석영계 유리 광섬유는 싱글 모드 광섬유이면 스텝 인덱스형 등의 어떠한 굴절율 분포도 가질 수 있지만, 파장 약 1.55㎛에서의 분산이 영(0)이 되도록 하는 굴절율 분포를 갖는 광섬유, 즉 분산 쉬프트 섬유, 특히 NZ형 파장 분산 쉬프트 섬유[비영(Non-zone) 분산 쉬프트 섬유]가 바람직하며, 또한 실효 코어 단면적(Aeff)이 60㎛2 이상인 것이 바람직하다. 실효 코어 단면적을 60㎛2 이상으로 하는 것은, 실효 코어 단면적이 60㎛2 미만인 경우, 비선형 현상이 발생하여 노이즈가 발생하기 쉬워지는 경향이 있기 때문이다. 또한, 실효 코어 단면적은 130㎛2 이하인 것이 바람직하다. 실효 코어 단면적이 130㎛2을 초과하면 전송 특성이 섬유의 굴곡에 매우 민감해지며 손실이 증가하기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명의 피복 광섬유에 사용되는 기타 석영계 유리 광섬유로서는 마이너스 분산 섬유를 생각할 수 있다.
마이너스 분산 섬유에서는 파장 범위 1.52 내지 1.62㎛ 내의 어느 하나의 파장에서의 파장 분산 D와 분산 슬로프 S의 비(S/D)가 0.001 내지 0.004(1/nm)인 것이 바람직하다. 광원과 광검출기 사이의 광전송로로서 표준적인 싱글 모드 광섬유(파장 1.3㎛ 부근에서 분산이 영이 되는 광섬유)에 마이너스 분산 섬유를 접속한 것을 사용하면 마이너스 분산 섬유에 의해 표준적인 싱글 모드 광섬유의 분산과 분산 슬로프를 보상할 수 있다.
또한, 마이너스 분산 섬유에서는 파장 범위 1.52 내지 1.62㎛ 내의 어느 하나의 파장에서 파장 분산 D와 분산 슬로프 S의 비(S/D)가 0.004 내지 0.020(1/nm)인 것이 바람직하다. 광원과 광검출기 사이의 광전송로로서 비영 분산 쉬프트 광섬유에 마이너스 분산 섬유를 접속한 것을 사용하면 마이너스 분산 섬유에 의해 비영 분산 쉬프트 광섬유의 분산과 분산 슬로프를 보상할 수 있다.
분산 쉬프트 광섬유 및 마이너스 분산 섬유는, 예를 들면, 굴절율을 증가시키는 게르마니아(GeO2)와 굴절율을 저하시키는 불소를 적절하게 사용하여 적절한 굴절율 분포 형상을 형성함으로써 수득할 수 있다.
본 발명의 피복 광섬유에 사용하는 석영계 광섬유의 외부 직경은 통상적으로는 115 내지 135㎛이며, 바람직하게는 124 내지 126㎛이다.
본 발명의 피복 광섬유에서는 n층의 자외선 경화 수지층 각각에서의 수축 응력 지표 FI의 총합이 3[N] 이하이다. 여기서 수축 응력 지표 FI는 수학식 1로 정의된다.
수학식 1
FI[N]= (-40℃에서의 자외선 경화 수지층의 영률[MPa])
×(상기 자외선 경화 수지층의 단면적[mm2])
×(실효 선팽창계수[10-6/℃]÷106)
×(온도차 190[℃])
위의 수학식 1에 있어서, 실효 선팽창계수는 온도 변화에 따른 선 수축 뿐만 아니라 경화에 의한 경화 수축을 고려한 것이다. 즉, 자외선 경화성 수지 조성물이 자외선 조사장치 내에서 경화할 때에는 자외선 램프로부터의 복사열과 자외선 경화성 수지 조성물 자체의 경화 반응열에 의해 자외선 경화 수지층의 온도는 100℃ 이상의 고온으로 되어 있다. 이 때문에, 광섬유가 자외선 조사장치를 나온 후에 온도가 저하되면, 자외선 경화 수지층은 이의 선팽창계수에 따라서 수축한다. 그러나 경화반응을 일으키면 경화 수축도 일어나므로, 실제로는 자외선 경화성 수지 조성물이 도포된 다음, 경화 직전의 외부 직경에서 선팽창계수 몫의 수축 뿐만 아니라 경화 수축률 몫의 수축도 일어난다. FI의 식에서 온도차는 190℃(-40℃와 150℃의 차이)로 대표할 수 있다. 따라서, 실효 선팽창계수는 구체적으로는 다음 수학식 2이다.
Figure 112006089141317-pct00001
위의 수학식 2에 있어서,
선 수축률 s'는 다음 수학식 3이다.
Figure 112006089141317-pct00002
위의 수학식 3에 있어서,
s는 경화 수축률이다.
또한, 경화 수축률 s는 다음 수학식 4이다.
Figure 112006089141317-pct00003
위의 수학식 4에 있어서,
ρb는 피복층의 경화 전의 비중이며,
ρa는 피복층의 경화 후의 비중이다.
n층의 자외선 경화 수지층 각각에서 수축 응력 지표 FI의 총합이 3[N]을 초과하면, 저온 환경하에서의 전송 특성이 악화된다.
수축 응력 지표 FI의 총합의 하한은 바람직하게는 0.6N이다.
n층의 자외선 경화 수지층 중에서 석영계 유리 광섬유에 밀착하는 제1층의 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률은 바람직하게는 0.7MPa 이하이며, 보다 바람직하게는 0.5MPa 이하이다. 영률이 0.7MPa를 초과하면, 피복 광섬유가 왜곡을 받는 경우, 왜곡 완화효과가 발휘되지 않으며, 전송 손실이 증가하는 경향이 있다. 또한, 제1층의 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률은 바람직하게는 0.1MPa 이상이며, 보다 바람직하게는 0.3MPa 이상이다. 영률이 0.1MPa 미만에서는 강도가 너무 낮아져서 피복 광섬유의 제조 중에 피복에 따른 왜곡에 의해 제1층인 자외선 경화 수지층이 파단(파괴)되는 경향이 있다.
여기서 자외선 경화 수지층의 영률은 다음과 같이 측정된다. 즉, 우선 피복 광섬유에 사용되는 자외선 경화 수지층과 동일한 재료로 시트상의 자외선 경화 수지층을 제작하며, 이러한 시트상의 자외선 경화 수지층에 대하여 인장시험을 실시한다. 이에 따라 자외선 경화 수지층의 영률이 측정된다.
본 발명의 피복 광섬유에서는 n층의 자외선 경화 수지층 중에서 제1층의 자외선 경화 수지와 석영계 유리와의 밀착력이 50 내지 200N/m인 것이 바람직하며, 70 내지 150N/m인 것이 보다 바람직하다. 밀착력이 50N/m 미만에서는 밀착력이 불충분하며 석영계 유리 광섬유로부터 제1층의 자외선 경화 수지층의 박리 발생에 따른 저온에서의 전송 손실 증가의 가능성이 커지는 경향이 있으며, 또한 아래 언급하는 요동 가이드 로울러에 피복 광섬유(24)를 압박하는 힘이 커지면 제1층인 자외선 경화 수지층(2)이 유리 광섬유(1)로부터 박리되는 경향이 있다. 한편, 밀착력이 200N/m을 초과하면, 피복 광섬유를 접속할 때, 자외선 경화 수지층의 제거작업이 곤란해지는 경향이 있다.
n층의 자외선 경화 수지층 중에서 제1층인 자외선 경화 수지층(2)의 파단 강도는 1.8MPa 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 피복 광섬유가 왜곡을 받는 경우에 자외선 경화 수지층 내부의 파괴에 따른 공극 발생을 충분하게 방지할 수 있으며, 공극 발생에 따른 저온에서의 전송 손실 증가의 가능성을 충분하게 억제할 수 있다. 파단 강도의 상한은 바람직하게는 100MPa이다. 파단 강도가 100MPa를 초과하면 피복의 제거작업이 곤란해지는 경향이 있다.
n이 3인 경우, 즉 자외선 경화 수지층이 3층인 경우에는 제2층의 자외선 경화 수지층(3)의 23℃에서의 영률이 150 내지 1000MPa이며, 또한 제3층의 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률이 1000MPa보다 크며 1500MPa 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 측압 특성이 보다 개선되며 외상에 의한 파단이 충분히 방지된다.
또한, 본 발명의 피복 광섬유는, 도 1B에 도시되어 있는 바와 같이, n층의 자외선 경화 수지층[(2), (3)] 위에 착색층(30)을 피복하여 이루어질 수 있다. 착색층(30)은 피복 광섬유(31)의 식별을 위해 사용하는 것이며, 착색되는 것이면 특 별히 제한되지 않는다. 착색층(30)은, 예를 들면, 자외선 경화형 수지에 안료를 투입하는 것으로 구성된다.
자외선 경화 수지층은 자외선 조사에 의해 경화될 수 있는 수지 조성물에 자외선을 조사하여 이루어진 것이며, 수지 조성물은, 예를 들면, 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지들 이외에 이들 수지를 희석하는 희석 단량체를 함유한다. 또한, 수지 조성물은 필요에 따라 광중합 개시제나 실란 커플링제, 극성 단량체나 복소환을 갖는 단량체, 복원환을 갖는 단량체 등을 함유할 수 있다.
위의 폴리우레탄 아크릴레이트계 수지로서는, 예를 들면, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 및 폴리프로필렌 글리콜로부터 합성된 중합성 올리고머 이외에 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 에틸렌 옥사이드 및 테트라하이드로푸란으로부터 합성된 중합성 올리고머 또는 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 글리콜로부터 합성된 중합성 올리고머 등이 사용된다.
희석 단량체는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지 등을 용해할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 희석 단량체로서는, 예를 들면, N-비닐 피롤리돈이나 N-비닐 카프로락탐 등의 단관능성 희석 단량체나 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트나 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트 등의 다관능성 희석 단량체 등을 들 수 있다. 희석 단량체는 단관능성 희석 단량체와 다관능성 희석 단량체의 혼합물일 수 있다. 또한, 광중합 개시제로서는, 예를 들면, 벤질 디메틸케탈, 벤조인 에틸에테르, 4-클로로벤조페논, 3-메틸아세토페논, 2,4,6-트리메틸 벤 조일 디페닐포스핀 옥사이드, 티옥산톤 등을 들 수 있다. 실란 커플링제로서는, 예를 들면, γ-머캅토 프로필 트리메톡시 실란 등을 들 수 있다. 또한, 극성 단량체로서는, 예를 들면, 아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈, 아크릴로일 모르폴린 등을 들 수 있다. 복소환으로서는, 예를 들면, 락탐을 들 수 있으며, 복소환을 갖는 단량체로서는, 예를 들면, N-비닐 카프로락탐을 들 수 있다. 또한, 복원환을 갖는 단량체로서는,예를 들면, 이소보르닐 아크릴레이트를 들 수 있다.
제1층의 수지 조성물(7a)은 분자량이 5000 이상인 올리고머와 탄소수 5 내지 11의 메틸렌 그룹을 갖는 다관능 단량체와 복소환을 갖는 단량체 및/또는 위의 복원환을 갖는 단량체를 함유하며, 또한 올리고머에 대한 다관능 단량체의 중량비가 0.02 내지 0.04인 것이 바람직하다.
올리고머의 분자량이 5000 미만에서는 제1층의 자외선 경화 수지층의 영률이 높아지는 경향이 있다. 또한, 올리고머의 분자량은 30,000 이하인 것이 바람직하다. 분자량이 30,000을 초과하면 수득되는 조성물의 점도가 너무 높아지며 취급하기 어려워지는 경향이 있다. 올리고머로서는, 예를 들면, 폴리에테르 디올을 들 수 있다.
다관능 단량체의 메틸렌 그룹의 탄소수가 5 미만에서는 제1층 자외선 경화 수지층의 영률이 너무 커지며, 측압 손실 증가의 감소, 피복 제거가 곤란해지는 경향이 있다. 한편, 메틸렌 그룹의 탄소수가 11을 초과하면 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도가 작아지며, 제1층 자외선 경화 수지층 내에서 공극이 발생되기 쉬워지는 경향이 있다. 다관능 단량체로서는, 예를 들면, 노난디올 디아크릴레이트 를 들 수 있다.
또한, 올리고머에 대한 다관능 단량체의 중량비가 0.02 미만에서는 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도가 작아지며, 제1층 자외선 경화 수지층 내에서 공극이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 한편, 0.04를 초과하면 제1층 자외선 경화 수지층의 영률이 너무 커지며, 측압 손실 증가의 감소, 피복 제거가 곤란해지는 경향이 있다.
또한, 제1층 수지 조성물(7a)은 지방족계 단량체를 추가로 함유할 수 있다.
제1층의 수지 조성물(7a)을 경화하여 수득되는 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도는 4.0MPa 이상인 것이 바람직하다. 파단 강도가 4.0MPa 미만에서는 제1층 자외선 경화 수지층 중에 공극이 발생되는 경향이 있다.
자외선 경화 수지층의 영률 및 파단 강도의 조정은 다음과 같이 하여 실시된다. 즉, 자외선 경화 수지층의 영률 및 파단 강도를 작게 하기 위해서는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지의 폴리에테르 부분의 분자량을 크게 하거나, 직쇄상이고 분자량이 큰 단관능성 희석 단량체를 사용할 수 있다.
한편, 영률 및 파단 강도를 크게 하기 위해서는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지의 분자량을 작게 하거나, 우레탄 부분의 강성을 향상시킬 수 있다. 또는 희석 단량체로서 다관능성 희석 단량체를 사용하며, 이의 수지 조성물 중의 배합량을 증가시키거나, 희석 단량체로서 강성이 높은 단량체를 사용할 수 있다.
석영계 유리와 제1층의 자외선 경화 수지의 밀착력은 제1층의 자외선 경화 수지층에 사용하는 극성 단량체 또는 실란 커플링제의 첨가량을 조정하는 것으로 조정할 수 있다.
선팽창계수는 다음과 같이 하여 조정할 수 있다. 즉, 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지 중의 우레탄 결합을 적게 하는 것으로 고온에서의 팽창 몫을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 -40 내지 150℃의 평균 선팽창계수αa를 감소시킬 수 있다. 또한, 강성이 높은 부분(벤젠 환 등)을 많이 함유하는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트계 수지를 사용하면 -40 내지 150℃의 전체 범위에 걸쳐서 선팽창계수를 감소시킬 수 있다.
이어서, 본 발명의 피복 광섬유의 제조방법의 한 가지 예에 대하여 설명한다.
우선, 본 발명의 피복 광섬유의 제조방법을 실시하는 선 인발장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 피복 광섬유를 제조하는 선 인발장치의 한 가지 예를 나타내는 개략도이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 선 인발장치(5)는 선 인발로(6)를 갖고 있으며, 이의 연직 하방(下方)으로 제1층 수지 조성물을 투입한 다이스(7), 제1 자외선 조사장치(8), 제2층 수지 조성물을 투입한 다이스(9), 제2 자외선 조사장치(10), 직하 로울러(11)를 순차적으로 구비하고 있다. 제1 자외선 조사장치(8)는 용기(13)를 구비하고 있으며, 용기(13) 내에 제1층 수지 조성물을 도포한 광섬유를 통과시키기 위한 원통상 석영 유리관(14)을 구비하고 있다. 또한, 용기(13) 내부인 유리관(14)의 외측에는 자외선 램프(15)가 배치되며, 용기(13)의 내측에는 반사경(16)이 부착되어 있다. 또한, 제2 자외선 조사장치(10)는 제1 자외선 조사장치(8)와 동일하게 용기(17), 원통상 석영 유리관(18), 자외선 램프(19), 반사경(20)을 구비하고 있다. 또한, 선 인발장치(5)는 직하 로울러(11)의 근방에 피복 광섬유(4)를 권취하는 권취기(12)를 구비하고 있다.
이러한 선 인발장치(5)에서 피복 광섬유(4)를 제조하는 경우, 우선, 석영계 유리를 기본으로 하는 원주상의 광섬유 모재(21)를 준비한다. 광섬유 모재(21)는 광섬유의 코어로 되는 코어부와 코어부의 외주에 설치되며 광섬유의 클래드로 되는 클래드부로 이루어진다.
이러한 광섬유 모재(21)를 선 인발로(6)에 통과시켜 이의 말단을 용융시켜 광섬유(1)를 수득한다. 이러한 광섬유(1)를 제1층 수지 조성물을 투입한 다이스(7)에 통과시키고, 여기서 광섬유(1)에 제1층 수지 조성물을 도포한다. 제1층 수지 조성물이 도포된 광섬유(1)에는 제1 자외선 조사장치(8)에 의해 자외선을 조사하며, 이에 따라 제1층 수지 조성물을 경화시켜 광섬유(1)에 제1층 자외선 경화 수지층을 피복한다.
제1층 자외선 경화 수지층으로 피복한 광섬유는 제2층 수지 조성물을 투입한 다이스(9)에 통과시키고, 여기서 제1층 자외선 경화 수지층 위에 제2층 수지 조성물을 도포한다. 제2층 수지 조성물이 도포된 광섬유에는 제2 자외선 조사장치(10)에 의해 자외선을 조사하며, 이에 따라 제2층 수지 조성물을 경화시켜 제1층 자외 선 경화 수지층에 제2층 자외선 경화 수지층을 피복한다.
이와 동일하게 하여 피복 광섬유(4)가 수득되며, 피복 광섬유(4)는 직하 로울러(11)를 통해 권취기(12)에 의해 권취된다.
또한, 여기서는 자외선 경화 수지층이 2층인 경우를 예로 설명했지만, 본 발명의 피복 광섬유는 3층 이상일 수 있다.
도 3은 본 발명의 광섬유 테이프 심선의 한 가지 실시형태를 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광섬유 테이프 심선(40)은 테이프상의 피복층(41) 중에 자외선 경화 수지층에 착색층을 피복한 피복 광섬유(4')를 다수 병렬한 상태로 배치하여 이루어진 것이다. 이러한 광섬유 테이프 심선(40)은 다수의 피복 광섬유(4')를 나란히 배치하며, 이러한 상태에서, 예를 들면, 자외선 조사에 의해 경화될 수 있는 수지 조성물을 도포하며, 여기에 자외선을 조사하여 경화시키며 피복층(41)을 형성함으로써 수득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 광섬유 유니트의 한 가지 실시형태를 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광섬유 유니트(50)은 강(鋼) 등으로 이루어진 중심 항장력체(51)와 이러한 중심 항장력체(51)의 주위에 배치되는 다수의 피복 광섬유(4')를 구비하고 있으며, 이러한 피복 광섬유(4')의 주위에는 제1 자외선 경화 수지층(52), 제2 자외선 경화 수지층(53)이 순차적으로 피복되어 있다. 또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 다수의 피복 광섬유(4')는 각각 서로 식별할 수 있도록 착색층(54)를 구비할 수 있다.
이어서, 본 발명의 내용을 실시예를 사용하여 구체적으로 설명하지만, 본 발 명은 이들 실시예로 한정되는 것이 아니다.
실시예 1 내지 8
(피복 광섬유의 제조)
도 2에 기재된 선 인발장치(5)를 사용하여 다음과 같이 하여 피복 광섬유(4)를 제작한다. 우선, 광섬유 모재(1)의 말단을 1950℃로 가열한 선 인발로(6)에 삽입하고, 용융 선 인발하여, 굴절율 프로파일이 이중 코어형이며 실효 코어 단면적이 85㎛2인 , 외부 직경 125㎛의 분산 쉬프트 광섬유(1)로 한다. 이것을 제1층용 수지 조성물을 투입한 다이스(7)에 통과시켜 제1층 수지 조성물을 도포하며, 계속해서 여기에 제1 자외선 조사장치(8)로써 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이와 같이 광섬유(1) 위에 제1층의 자외선 경화 수지층을 형성시킨다. 제1층 수지 조성물로서는 표 1에 기재된 것을 사용한다. 또한, 자외선 램프로서는 메탈 할라이드 램프를 사용한다.
Figure 112002034282915-pct00004
이어서, 제1층 자외선 경화 수지층을 형성한 광섬유를 제2층 수지 조성물을 투입한 다이스(9)에 통과시켜 제2층 수지 조성물을 도포하며, 계속해서 여기에 제2 자외선 조사장치(10)로써 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이와 같이 하여, 제1층 자외선 경화 수지층 위에 제2층 자외선 경화 수지층을 형성시키며, 피복 광섬유(4)를 수득한다. 제2층의 수지 조성물로서는 표 1에 기재된 것을 사용한다. 또한, 제1층 수지 조성물 및 제2층 수지 조성물의 조성은 표 2 및 표 3과 같다.
Figure 112002034282915-pct00005
EO변성*: 에틸렌 옥사이드 변성
Figure 112002034282915-pct00006
EO 변성*: 에틸렌 옥사이드 변성
이와 같이 하여 수득된 피복 광섬유(4)를 직하 로울러(11)를 통해 장력 50g으로 권취기(12)에 권취한다.
이러한 피복 광섬유에 대하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수, FI를 산출한다. 또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성, 제1층 자외선 경화 수지와 석영 유리의 밀착력, 피복 제거성을 조사하는 동시에 저온 시험 후의 피복 광섬유에서 광섬유와 제1층 자외선 경화 수지층 사이의 박리 발생 상황(내박리성)의 관찰 및 제1층 자외선 경화 수지층 중에서 공극(내공극성)의 관찰 및 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 또한, 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층 각각에 대하여 파단 강도를 측정한다.
(자외선 경화 수지층의 영률의 산출)
자외선 경화 수지층의 영률은 다음과 같이 하여 측정한다. 즉, 우선 표 2에 기재된 수지 조성물을 준비하여 질소 대기하에 10OmJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하여 두께 100㎛의 시트를 수득한다. 이와 같이 수득된 시트를 차광하고 23℃±2℃, 50±5% RH에서 24시간 이상 방치하여 시트의 상태 조정을 실시한다. 이어서, 이러한 시트를 기초하여 JIS 2호의 덤벨 형상을 한 시험편을 제작하며, 이러한 시험편에 대하여 표선간 거리 25mm, 처크간 거리 25mm, 인장속도 50mm/분으로 인장시험을 실시하여 영률을 산출한다. 기타는 JIS K7127에 준한다. 영률은 23℃와 -40℃의 각각의 온도에서 산출한다. 결과를 표 1에 기재한다.
또한, 인장시험은 23℃에서의 영률의 측정에 대하여는 TENSILON/UTM-3(제조원: TOYO MEASURING INSTRUMENTS)을 사용하여 실시하고 -40℃에서의 영률의 측정에 대하여는 STROGRAPH-T(제조원: TOYOSEIKI SEISAKUSHO, LTD.)를 사용하여 실시한다.
(평균 선팽창계수 αa의 측정)
제1층 자외선 경화 수지층과 제2층 자외선 경화 수지층의 선팽창계수를 측정하기 위해 제1층 자외선 경화 수지층과 동일한 재료로 이루어진 필름상 시험편(두께 100㎛×폭 5mm×길이 25mm)을 제작한다. 동일하게 하여 제2층 자외선 경화 수지층과 동일한 재료로 이루어진 필름상 시험편을 제작한다. 시험편을 제작할 때에는 제1층 수지 조성물과 제2층 수지 조성물 각각에 대해 질소 대기하에 10OmJ/cm2의 조사 광량으로 자외선을 조사한다. 이들 필름상 시험편에 대하여 TMA(Thermal Mechanical Analyzer)를 사용하여 평균 선팽창계수 αa(10-6/℃)를 구한다. 평균 선팽창계수 αa(10-6/℃)는 -40℃ 내지 150℃의 선팽창계수의 평균값으로서 산출한다. 결과를 표 1에 기재한다.
(경화 수축률 s의 산출)
피복 광섬유의 제작중에 제1층 수지 조성물의 비중과 제1층 자외선 경화 수지층의 비중을 측정하며 이미 기재한 수학식 4에 의해 경화 수축율 s를 산출한다. 결과를 표 1에 기재한다.
(선 수축률 s'의 산출)
선 수축률 s'는 위에 기재한 바와 동일하게 하여 산출한 경화 수축률 s에 근거하며 이미 기재한 수학식 3에 의해 산출한다. 결과를 표 1에 기재한다.
(실효 선팽창계수 αeff의 산출)
실효 선팽창계수 αeff는 평균 선팽창계수 αa 및 선 수축률 s'에 근거하여 이미 기재한 수학식 2에 의해 산출한다. 결과를 표 1에 기재한다.
(저온 전송 특성)
저온 전송 특성은 다음과 같이 하여 평가한다. 즉, 길이 3000m의 피복 광섬유를 직경 약 280mm의 환상으로 묶어 온도 프로그래밍을 할 수 있는 항온조에 투입하고, 항온조에서의 수온을 25℃에서 -40℃까지 저하시킨 다음, 25℃까지 복귀시키고, 이것을 1사이클로 하여, 10사이클의 열 사이클을 실시한다. 이때, 피복 광섬유의 한쪽 말단에는 파장 1.55㎛의 LED 광원을 접속하며, 다른쪽 말단에는 광검출기를 접속하여, 10사이클의 25℃와 -40℃에서의 전송 손실을 측정한다. 그리고, 25℃의 전송 손실에 대한 -40℃의 전송 손실의 변화분을 산출한다. 이러한 변화분이 0.000dB/km보다 큰 경우에는 저온 환경하에서의 전송 특성이 악화될 수 있는 것으로 판단하여 「×」로 나타내며, -0.002dB/km 내지 O.00OdB/km인 경우에는 저온 환경하에서의 전송 특성의 악화를 충분하게 방지할 수 있는 것으로 판단하여 「
Figure 112006089141317-pct00007
」로 나타내며, -0.002dB/km보다 작은 경우에는 저온 환경하에서의 전송 특성의 악화를 보다 충분하게 방지할 수 있는 것으로 판단하여 「◎」로 나타낸다. 결과를 표 4에 기재한다.
FI의 총합 저온화에 따른 손실 증가 측압에 따른 손실 증가 밀착력 (N/m) 내박리성 피복 제거성 고장력 스크리닝에 따른 단선 빈도 파단 강도 (MPa) 내공극성
실시예 1 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00008
 150
Figure 112006089141317-pct00009
Figure 112006089141317-pct00010
Figure 112006089141317-pct00011
 6.0
Figure 112006089141317-pct00012
실시예 2 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00013
 150
Figure 112006089141317-pct00014
Figure 112006089141317-pct00015
Figure 112006089141317-pct00016
 2.2
Figure 112006089141317-pct00017
실시예 3 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00018
 150
Figure 112006089141317-pct00019
Figure 112006089141317-pct00020
Figure 112006089141317-pct00021
 1.1 ×
실시예 4 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00022
 250
Figure 112006089141317-pct00023
 ×
Figure 112006089141317-pct00024
 2.3
Figure 112006089141317-pct00025
실시예 5 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00026
 50
Figure 112006089141317-pct00027
Figure 112006089141317-pct00028
Figure 112006089141317-pct00029
 2.1
Figure 112006089141317-pct00030
실시예 6 1.9 ◎
Figure 112006089141317-pct00031
 20 ×
Figure 112006089141317-pct00032
Figure 112006089141317-pct00033
 1.8
Figure 112006089141317-pct00034
실시예 7 1.6 ◎
Figure 112006089141317-pct00035
 - - -
Figure 112006089141317-pct00036
 - -
실시예 8 2.6
Figure 112006089141317-pct00037
Figure 112006089141317-pct00038
 - - -
Figure 112006089141317-pct00039
 - -
(측압 특성의 평가)
1000번의 샌드페이퍼를 감아 붙인 몸통 직경 약 280mm의 보빈에 장력 100g으로 피복 광섬유를 길이 600m만 감은 상태와 길이 1000m의 피복 광섬유를 환상으로 묶은 상태 각각에서, 파장 1.55㎛에서의 전송 손실을 OTDR로 각각 측정하며, 전자의 전송 손실로부터 후자의 전송 손실을 빼서 전송 손실 증가를 구한다. 전송 손실 증가가 1dB/km보다 큰 경우에는 측압 특성이 양호하지 않다고 판단하여 「×」로 나타내며, 전송 손실 증가가 0.5dB/km보다 크며 1dB/km 이하인 경우에는 측압 특성이 양호하다고 판단하여 「
Figure 112006089141317-pct00040
」로 나타내며, 전송 손실 증가가 0.5dB/km 이하인 경우에는 매우 양호하다고 판단하여 「◎」로 나타낸다. 결과를 표 4에 기재한다.
(밀착력의 측정)
석영 유리와 제1층 자외선 경화 수지와의 밀착력의 측정은 다음과 같이 하여 실시한다. 우선 석영 유리판을 5분 이상 황산에 침지시키고, 표면을 세정한다. 세정된 석영 유리판 위에 제1층 수지 조성물을 도포한 다음, 자외선을 조사하여 경화시켜 두께 250㎛, 폭 50mm의 수지 시트를 형성시킨다. 이때, 자외선 조사 광량은 100mJ/cm2으로 한다. 수득된 수지 시트는 25℃에서 50% RH의 대기하에 1주 동안 방치한다. 그리고, 이러한 수지 시트를 석영 유리판으로부터 박리시키며, 180o의 방향으로 절곡하여 인장속도 200mm/분으로 50mm만 박리시킨다. 위에 기재한 바 이외에는 JIS ZO237에 준한다. 여기서의 밀착력은 수지 시트를 석영 유리판으로부터 박리시킬 때의 힘의 최대치를 수지 시트의 단위폭당 환산한 것으로 한다. 결과를 표 4에 기재한다.
(저온 전송 특성 시험 후의 광섬유와 제1층 자외선 경화 수지층간의 박리 발생 상황의 관찰)
저온 전송 특성시험에 따른 피복 광섬유의 피복상태는 저온 전송 특성 시험후에 굴절율 조정용의 매칭 오일에 피복 광섬유를 침지시킨 다음, 이의 측면 방향에서 광학현미경으로 50배로 확대하여 관찰하는 것으로 확인한다. 그리고, 제1층 자외선 경화 수지층이 광섬유로부터 박리되어 있는 경우에는 저온 환경하에서 박리가 일어나기 쉽다(내박리성이 없다)고 판단하여 「×」로 나타내며, 제1층 자외선 경화 수지층이 광섬유로부터 박리되어 있지 않은 경우에는 저온 환경하에서도 박리가 충분하게 일어나기 어렵다(내박리성이 있다)고 판단하여 「
Figure 112006089141317-pct00041
」로 나타낸다. 결과를 표 4에 기재한다.
(피복 제거성의 평가)
피복 광섬유의 피복 제거성을 평가하기 위해 광섬유 테이프 심선을 제작한다. 광섬유 테이프 심선을 제작할 때에는 위에 기재한 바와 같이 하여 수득된 피복 광섬유를 4개 병렬하고, 여기에 자외선 경화성 수지 조성물을 도포한 다음, 자외선을 조사하여 경화시키며, 4개의 피복 광섬유를 일괄적으로 피복시킨다. 자외선 경화성 수지 조성물로서는 2-하이드록시에틸 아크릴레이트 및 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 폴리프로필렌 글리콜로부터 합성되는 중합성 올리고머를 70중량%, 희석 단량체로서의 N-비닐 피롤리돈을 28중량%, 광중합 개시제로서의 2,4,6-트리메틸 벤조일 디페닐포스핀 옥사이드를 2중량% 함유하는 것을 사용한다.
이와 같이 하여 수득된 광섬유 테이프 심선에 대하여 일괄 피복의 제거성을 다음과 동일하게 하여 평가한다. 즉, 광섬유 테이프 심선의 한쪽 말단의 피복을 가열 림 바[스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조 JR-4A]를 사용하여 수동으로 일괄 제거한다. 가열 림 바의 히터의 가열온도는 90℃로 한다. 이때의 피복 제거성의 결과를 표 4에 기재한다. 표 4에서 4개의 유리 섬유를 노출할 수 있는 경우에는 피복 광섬유의 피복 제거성이 양호하다고 판단하여 「
Figure 112006089141317-pct00042
」라고 표시하며, 유리 섬유를 노출할 수 없는 경우에는 피복 광섬유의 피복 제거성이 양호하지 않다고 판단하여 「 ×」라고 표시한다.
(고장력 스크리닝에 의한 단선 빈도의 측정)
피복 광섬유에 21.6N의 인장 장력을 걸어 스크리닝을 실시하여, 피복 광섬유의 단선 빈도를 조사한다. 단선 빈도가 5회/1000km 이하인 경우를 고장력 스크리닝에 의한 단선이 일어나기 어렵다고 판단하여 「
Figure 112006089141317-pct00043
」로 나타내며, 그 이외의 경우를 「 ×」라고 한다. 결과를 표 4에 기재한다.
(파단 강도의 측정)
제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도는 다음과 같이 하여 구한다. 즉, 제1층 수지 조성물과 동일한 재료를 석영 유리 기판 위에 도포하며, 여기에 질소 대기하에 10OmJ/cm2의 광량으로 자외선을 조사하여 경화시켜 두께 약 10O㎛의 수지 시트를 제작한다. 수지 시트의 형상은 JIS 2호 덤벨 형상으로 한다. 이러한 수지 시트를 차광하고, 23℃±2℃, 50±5% RH에서 24시간 이상 상태 조정한다. 그리고, 이러한 수지 시트에 대하여 인장시험기 TENSILON/UTM-3(제조원: TOYO MEASURING INSTRUMENTS)을 사용하여, 표선간 거리 25mm, 처크 간격 80±5mm, 인장속도 50mm/분으로 파단될 때까지 인장 시험을 실시하고, 파단될 때의 응력을 파단 강도로 한다. 인장 시험에서 위에 기재한 바 이외에는 JTS K7l27에 준한다. 결과를 표 4에 기재한다.
(광섬유와 제1층의 자외선 경화 수지층 계면의 박리 상황, 제1층의 자외선 경화 수지층 중에서 공극의 관찰)
수득된 피복 광섬유에 대하여 고장력 스크리닝을 실시한 후에 권취 보빈으로부터 피복 광섬유를 풀어내고, 굴절율 조정용 매칭 오일에 침지시킨 다음, 이것을 50배의 현미경하에 측면 관찰하여 박리 상황이나 공극의 유무를 판정한다. 결과를 표 4에 기재한다. 표 4에서 공극 또는 박리가 보이는 경우에는 내공극성이 없다고 하여 「 ×」로 나타내며, 공극 또는 박리가 보이지 않는 경우에는 내공극성이 있다고 하여 「
Figure 112006089141317-pct00044
」으로 나타낸다.
실시예 9 및 10
제2층 자외선 경화 수지층 위에 다시 표 5에 기재된 수지 조성물에서 수득한 제3층 자외선 경화 수지층을 설치하는 동시에 제1층 내지 제3층의 자외선 경화 수지층의 외부 직경을 표 5에 기재한 값으로 하는 이외에는 실시예 1, 7 또는 8과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
Figure 112002034282915-pct00045
Figure 112002034282915-pct00046
이러한 피복 광섬유에 대하여 실시예 1, 7 또는 8과 동일하게 하여 제1층 내지 제3층의 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 5에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
FI의 총합 저온화에 의한 손실 증가 측압에 의한 손실 증가 고장력 스크리닝에 의한 단선 빈도
실시예 9 1.9 ◎ ◎
Figure 112002034282915-pct00047
실시예 10 1.6 ◎ ◎
Figure 112002034282915-pct00048
실시예 11 1.9 ◎ ×
Figure 112002034282915-pct00049
실시예 12 1.6 ◎ ×
Figure 112002034282915-pct00050
실시예 13 1.9 ◎ ×
Figure 112002034282915-pct00051
실시예 14 0.6 ◎
Figure 112002034282915-pct00052
 ×
실시예 15 0.8 ◎ ◎
Figure 112002034282915-pct00053
실시예 16 1.0 ◎
Figure 112002034282915-pct00054
Figure 112002034282915-pct00055
비교예 1 3.4 × ◎
Figure 112002034282915-pct00056
실시예 11
제1층 수지 조성물로서 Rs2-1 대신에 Rs1을 사용하는 이외에는 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이들의 피복 광섬유에 대하여 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 5에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 12
제1층 수지 조성물로서 Rs1을 사용하는 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 두 종류의 피복 광섬유를 제작한다.
이들의 피복 광섬유에 대하여 실시예 7과 동일하게 하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 5에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 13
제1층 수지 조성물로서 Rs2-1 대신에 Rs1를 사용하는 이외에는 실시예 9와 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이러한 피복 광섬유에 대하여 실시예 9와 동일하게 하여 제1층 내지 제3층의 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 6에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 14
제1층 수지 조성물로서 Rs2-1 대신에 Rs3을 사용하며, 제2층 수지 조성물로서 Rh2 대신에 Rh3을 사용하는 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이러한 피복 광섬유에 대하여 실시예 7과 동일하게 하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 6에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 15
제1층 내지 제3층 수지 조성물로서 표 6에 기재된 것을 사용하는 이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이들의 피복 광섬유에 대하여 실시예 10과 동일하게 하여 제1층 내지 제3층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 6에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 16
제1층 내지 제3층 수지 조성물로서 표 6에 기재한 것을 사용하는 이외에는 실시예 9, 13과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이들 피복 광섬유에 대하여 실시예 9, 13과 동일하게 하여 제1층 내지 제3층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 6에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
비교예 1
제2층 수지 조성물로서 Rh2 대신에 Rh1을 사용하는 이외에는 실시예 8과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다.
이러한 피복 광섬유에 대하여 실시예 8과 동일하게 하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 6에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 7에 기재한다.
실시예 17 내지 19
제1층 수지 조성물로서 Rs2-1 대신에 표 8의 Rs2-0를 사용하며, 제2층 수지 조성물로서 Rh2를 대신하여 표 8의 Rh2-0를 사용하며, 또한 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층의 내부 직경 및 외부 직경을 표 9에 기재된 값으로 하는 이외에는 실시예 1, 7 또는 8과 동일하게 하여 피복 광섬유를 제작한다. 또한, 표 8에서 「우레탄 아크릴레이트」의 난에 기재된 물질은 우레탄 아크릴레트의 원료를 기재한 것이며, 몰수 비는 이들 원료의 몰수 비를 기재한다. 또한 「부수」는 우레탄 아크릴레이트의 부수를 나타낸다.
Figure 112002034282915-pct00057
Figure 112002034282915-pct00058
FI의 총합 저온화에 따른 손실증가 측압에 의한 손실증가 밀착력 (N/m) 피복제거법 고장력 스크리닝에 의한 단선 빈도 내공극성
실시예 17 2.27 ◎
Figure 112002034282915-pct00059
 100
Figure 112002034282915-pct00060
Figure 112002034282915-pct00061
Figure 112002034282915-pct00062
실시예 18 1.70 ◎
Figure 112002034282915-pct00063
 100
Figure 112002034282915-pct00064
Figure 112002034282915-pct00065
Figure 112002034282915-pct00066
실시예 19 1.40 ◎
Figure 112002034282915-pct00067
 100
Figure 112002034282915-pct00068
Figure 112002034282915-pct00069
Figure 112002034282915-pct00070
실시예 20 1.73 ◎ ◎ - -
Figure 112002034282915-pct00071
 -
실시예 21 1.43 ◎ ◎ - -
Figure 112002034282915-pct00072
 -
이러한 피복 광섬유에 대하여 실시예 1, 7 또는 8과 동일하게 하여 제1층, 제2층의 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 9에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유에 대하여 저온 전송 특성, 측압 특성, 밀착력, 피복 제거성을 조사하는 동시에, 고장력 스크리닝 테스트 및 내공극성의 관찰을 실시한다. 결과를 표 10에 기재한다.
실시예 20 및 실시예 21
제2층 자외선 경화 수지층 위에 추가로 표 3의 수지 조성물 Rh4에서 수득한 제3층 자외선 경화 수지층을 설치하는 동시에 제1층 내지 제3층의 자외선 경화 수지층의 내부 직경 및 외부 직경을 표 7에 기재한 값으로 하는 이외에는 실시예 17 내지 19와 동일하게 하여 피복 광섬유(4)를 제작한다.
이러한 피복 광섬유(4)에 대하여 실시예 17 내지 19와 동일하게 하여 제1층 내지 제3층의 자외선 경화 수지층의 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수 αeff를 산출한다. 그리고, 각 층의 수축 응력 지표 FI와 이들의 총합을 구한다. 결과를 표 9에 기재한다.
또한, 수득된 피복 광섬유(4)에 대하여 실시예 17 내지 19와 동일하게 하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에, 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과를 표 10에 기재한다.
실시예 22
도 5에 도시한 요동 가이드 로울러를 구비한 제조장치에 의해 아래와 같이 하여 피복 광섬유를 제조한다.
도 5는 본 실시예에서 사용하는 피복 광섬유의 제조장치를 나타내는 개략도이며, 광섬유 모재로부터 선을 인발한 유리 광섬유를 권취기에 권취하기까지의 공정을 나타내고 있다. 도 5 내에서 (22)는 레이저 외부 직경 측정기, (23)은 선 인발 제어부, (7a)는 제1층 수지 조성물, (9a)는 제2의 수지 조성물, (24)는 피복 광섬유, (25)는 가이드 로울러, (26)은 요동 가이드 로울러, (27) 및 (28)은 고정 가이드 로울러를 나타낸다. 또한, 도 2와 동일하거나 동등한 구성요소에는 동일한 부호를 붙인다.
광섬유 모재(21)를 선 인발로(6) 내에 고정시키고, 히터(6a)에 의해 광섬유 모재(21)의 말단을 1950℃로 가열한 선 인발로(6)에 삽입한 다음, 용융 선을 인발하여 유리 광섬유(1)를 수득한다. 유리 광섬유(1)은 굴절율 프로파일이 이중 코어형이며 실효 단면적이 85㎛2인 외부 직경 125㎛의 분산 쉬프트 섬유로 한다. 선 인발속도는 1OOm/분으로 한다.
선 인발된 유리 광섬유(1)의 외부 직경은 레이저 외부 직경 측정기(22)로 측정한다. 유리 광섬유(1)의 외부 직경의 측정 결과는 선 인발 제어부(23)로 피드백되며, 원하는 외부 직경이 되도록 히터(6a)의 가열온도 및 유리 광섬유(1)의 선 인발속도를 제어한다.
이어서, 소정의 외부 직경으로 선 인발된 유리 광섬유(1)를 제1층 수지 조성물(7a)을 투입한 다이스(7)에 통과시켜 제1층 수지 조성물(7a)을 도포하며, 계속해서 여기에 제1 자외선 조사장치(8)로써 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이와 같이 하여 광섬유(1) 위에 제1층의 자외선 경화 수지층을 형성시킨다.
계속해서, 제1층 자외선 경화 수지층이 형성된 광섬유를 제2층 수지 조성물(9a)를 투입한 다이스(9)에 통과시켜 제2층 수지 조성물(9a)를 도포하며, 계속해서 여기에 제2 자외선 조사장치(10)으로 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이와 같이 하여 유리 광섬유(1) 위에 2층의 자외선 경화 수지층을 형성시키며 피복 광섬유(24)를 수득한다.
또한, 제1층 수지 조성물로서는 표 8에 기재한 Rs2-0의 조성에서 다관능성 단량체(노난디올 디아크릴레이트)의 양을 조정한 것을 사용하며 제2층 수지 조성물로서는 표 8에 기재된 Rh2-0를 사용한다. 또한, 자외선 조사장치[(8) 및 (10)]의 자외선 램프로서는 메탈 할라이드 램프를 사용한다.
이와 같이 하여 수득된 피복 광섬유(24)를 가이드 로울러(25), 요동 가이드 로울러(26), 고정 가이드 로울러[(27) 및 (28)]을 통해서 권취기(12)에 권취한다.
피복 광섬유(24)를 가이드 로울러(25)에 통과시킬 때에는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 쌍로울러(25a) 사이의 틈(2mm 정도) 및 쌍로울러(25b) 사이의 틈(2mm 정도)을 통해서 가이드시킨다.
또한, 피복 광섬유(24)에는 아래와 같이 하여 이의 이동 방향에 따라 교대로 트위스트를 부여한다.
즉, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 요동 가이드 로울러(26)의 회전축 y를 선 인발 방향축 z를 중심으로 하여 +θ까지 회전 운동시켜 이러한 회전 운동에 의해 피복 광섬유(24)에 가로방향의 힘을 가하며 요동 가이드 로울러(26)의 표면을 피복 광섬유(24)가 전동(轉動)하도록 하며 이러한 전동에 의해 피복 광섬유(24)에 트위스트를 부여한다. 계속해서 요동 가이드 로울러(26)를 반대 방향으로 -θ까지 회전 운동시켜 요동 가이드 로울러(26)의 표면을 피복 광섬유(24)가 반대 방향으로 전동하도록 한다. 이와 같이 요동 가이드 로울러(26)에 +θ에서 -θ까지의 회전 운동을 반복하여 부여함으로써 피복 광섬유(24)의 이동방향에 대하여 시계 회전과 반시계 회전의 트위스트를 교대로 부여한다. 이때, 유리 광섬유(1)의 선 인발시 장력 T를 2.5(N/fiber), 요동 가이드 로울러 반경 R을 0.08(m), T/R을 31.3, 요동 회전 운동수를 1.67(s-1)로 일정하게 한다. 여기서 요동회전 운동수(s-1)는 요동 가이드 로울러의 1초당 회전 운동수로 나타내며, 1회전 운동은 +0에서 -θ, 계속해서 -θ에서 +θ의 1 사이클이다.
또한, 부호(29)는 로울러(27)의 표면에서 피복 광섬유(24)가 전동하지 않도 록 하기 위한 V자형의 좁은 홈(29)이다.
이와 같이 하여 수득된 피복 광섬유(24)에 대하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수, FI를 산출한다. 결과는 실시예 17과 동일하다.
또한, 수득된 피복 광섬유(24)에 대하여 실시예 1 내지 8과 동일하게 하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 한 바, 이들 결과는 실시예 17과 동일하다. 또한, 제1층 자외선 경화 수지층에 대하여 파단 강도를 측정한 바, 파단 강도는 4.0MPa이다.
또한 수득된 피복 광섬유(24)에 대하여 공극의 발생, 유리 광섬유와 제1층 자외선 경화 수지층의 계면에서 박리에 대하여 평가한다. 결과를 표 11에 기재한다. 또한, 표 11에서 공극의 발생, 박리 발생의 판정 기준은 실시예 1 내지 8과 동일하게 한다.
선 인발시 장력 T: 2.5(N/섬유),로울러 반경 R: 0.08/(m), T/R: 31.3, 요동 회전 운동수: 1.67(s-1)
피복 파단강도 (MPa) 피복 영률(MPa) 공극 박리
제1층 제2층
실시예 22 4.0 0.4 900
Figure 112002034282915-pct00073
Figure 112002034282915-pct00074
실시예 23 2.0 0.4 900 ×
Figure 112002034282915-pct00075
또한, 피복 광섬유(24)의 PMD 값을 측정한 바, 측정값은 0.2ps/km1/2 이하이며 양호하다. 또한, 측압 손실 증가는 1dB/km 이하이며, 스크리닝 단선 빈도는 5 회/1000km 이하이고, 모두 「양호」이다.
실시예 23
표 8에 기재된 Rs2-0의 조성에서 다관능성 단량체(노난디올 디아크릴레이트)의 양을 조정하여 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도를 2.0MPa로 감소시킨 이외에는 실시예 22와 동일하게 하여 피복 광섬유(24)를 수득한다.
이와 같이 수득된 피복 광섬유(24)에 대하여 실시예 1 내지 8과 동일하게 하여 제1층 자외선 경화 수지층 및 제2층 자외선 경화 수지층 각각의 단면적, 영률, 평균 선팽창계수 αa, 선 수축률, 경화 수축률, 실효 선팽창계수, FI를 산출한다. 결과는 실시예 22와 동일하다.
또한, 수득된 피복 광섬유(24)에 대하여 실시예 1 내지 8과 동일하게 하여 저온 전송 특성, 측압 특성을 조사하는 동시에 고장력 스크리닝 테스트를 실시한다. 결과는 실시예 22와 동일하다.
또한 수득된 피복 광섬유에 대하여 공극의 발생, 유리 광섬유와 제1층 자외선 경화 수지층의 계면에서 박리에 대하여 평가한다. 결과를 표 11에 기재한다.
또한, 본 실시예에 대하여도 PMD 값을 측정한 바, PMD 값은 0.2ps/km1/2 이하이며 양호하다. 또한, 측압 손실 증가는 1dB/km 이하이며, 스크리닝 단선 빈도는 5회/1000km 이하이고, 모두 「양호」이다.
이상의 실시예 1 내지 23 및 비교예 1의 결과에서 다음의 것들이 밝혀졌다. 즉, 실시예 1 내지 23에 따르면 FI의 총합이 3[N] 이하이며 저온 환경하에서의 전 송 손실 증가가 충분하게 방지될 수 있는 데 대해, 비교예 1에 따르면 FI의 총합이 3[N]을 초과하고 있으며 저온 환경하에서의 전송 손실 증가가 충분하게 방지될 수 없는 것을 알았다.
또한, 제1층의 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률을 0.7MPa 이하로 하는 것으로 측압 특성이 보다 양호하게 되는 것을 알았다.
또한, 실시예 9, 10, 15와 실시예 16과의 비교에서 제2층 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률을 150 내지 1000MPa로 하며, 또한 제3층 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률을 1000MPa보다 크며 1500MPa 이하로 하는 것으로 측압 특성은 보다 개선되며, 고장력 스크리닝에서 단선 빈도가 작아지며, 외상에 의해 파단되기 어려워지는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 6에서 제1층 자외선 경화 수지층과 광섬유의 밀착력을 50 내지 200N/m으로 함으로써 저온 전송 특성시험 후의 박리 발생을 충분하게 방지할 수 있는 것을 알았다.
또한, 제1층의 자외선 경화 수지층의 파단 강도를 1.8MPa 이상으로 함으로써 자외선 경화 수지층 중에서 공극의 발생을 충분하게 억제할 수 있으며 공극 발생에 따른 저온 환경하에서의 전송 손실 증가를 충분하게 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 22와 실시예 23의 비교로부터 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도가 4.0(MPa) 미만인 경우에는 피복내에 공극이 발생되기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 제1층 자외선 경화 수지층의 파단 강도는 4.0(MPa) 이상으로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 피복 광섬유, 이를 사용하는 광섬유 테이프 심선 및 광섬유 유니트를 사용하면 저온에서의 전송 손실의 증가를 충분하게 방지할 수 있으며, 나아가서는 해저나 육상에서 저온 환경하에서의 광통신에 대한 실용화가 가능하다.

Claims (12)

  1. 석영계 유리 광섬유에 n층(n은 2 이상의 정수)의 자외선 경화 수지층을 피복하여 이루어진 피복 광섬유에 있어서,
    상기 n층의 자외선 경화 수지층 각각에서 수학식 1로 정의되는 수축 응력 지표 FI의 총합이 3[N] 이하이고,
    상기 n층의 자외선 경화 수지층 중에서 제1층인 자외선 경화 수지층이, (i) 분자량이 5000 이상인 올리고머, (ii) 탄소수 5 내지 11의 메틸렌 그룹을 갖는 다관능 단량체 및 (iii) 복소환을 갖는 단량체, 복원환을 갖는 단량체 또는 이들의 혼합물을 함유하며 상기 올리고머(i)에 대한 상기 다관능 단량체(ii)의 중량비가 0.02 내지 0.04인 수지 조성물을 경화시켜 수득되며,
    상기 제1층의 자외선 경화 수지층의 파단 강도가 4.0 내지 100MPa임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
    수학식 1
    FI[N]= (-40℃에서의 자외선 경화 수지층의 영률[MPa])
    ×(상기 자외선 경화 수지층의 단면적[mm2])
    ×(실효 선팽창계수[10-6/℃]÷106)
    ×(온도차 190[℃])
  2. 제1항에 있어서, 상기 n층의 자외선 경화 수지층 중에서 석영계 유리 광섬유에 밀착하는 제1층의 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률이 0.7MPa 이하임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 n층의 자외선 경화 수지층 중에서 제1층의 자외선 경화 수지와 석영계 유리와의 밀착력이 50 내지 200N/m임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 n층의 자외선 경화 수지층 중에서 제1층의 자외선 경화 수지층의 파단 강도가 1.8 내지 100MPa임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  5. 제1항에 있어서, n이 3인 경우, 3층의 자외선 경화 수지층 중에서 제2층인 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률이 150 내지 1000MPa이며, 제3층인 자외선 경화 수지층의 23℃에서의 영률이 1000MPa보다 크며 1500MPa 이하임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 석영계 유리 광섬유가, 실효 코어 단면적이 60 내지 130㎛2인 분산 쉬프트 섬유임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  8. 제1항에 있어서, 상기 석영계 유리 광섬유가 마이너스 분산 섬유이며, 상기 석영계 유리 광섬유에 있어서 파장 범위 1.52 내지 1.62㎛ 내의 어느 하나의 파장에서 파장 분산 D와 분산 슬로프 S의 비(S/D)가 0.001 내지 0.004(1/nm)임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  9. 제1항에 있어서, 상기 석영계 유리 광섬유가 마이너스 분산 섬유이며, 상기 석영계 유리 광섬유에 있어서, 파장 범위 1.52 내지 1.62㎛ 내의 어느 하나의 파장에서 파장 분산 D와 분산 슬로프 S의 비(S/D)가 0.004 내지 0.020(1/nm)임을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  10. 제1항에 있어서, 상기 n층의 자외선 경화 수지층이 착색층으로 피복되어 있음을 특징으로 하는, 피복 광섬유.
  11. 제1항 내지 제5항 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 피복 광섬유를 다수 구비함을 특징으로 하는, 광섬유 테이프 심선.
  12. 중심 항장력체와, 상기 중심 항장력체의 주위에 배치된 다수의 피복 광섬유를 구비한 광섬유 유니트에 있어서,
    상기 피복 광섬유가 제1항 내지 제5항 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 피복 광섬유임을 특징으로 하는, 광섬유 유니트.
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