JP2024022044A - 光ファイバ着色心線及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂組成の大きな変更を伴うことなく、プライマリ層のヤング率を所望のヤング率に低減するとともに、そのヤング率の上昇を抑制又は防止することができる光ファイバ着色心線及びその製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ着色心線は、光ファイバ裸線と、光ファイバ裸線を覆う第1紫外線硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、プライマリ層を覆う第2紫外線硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、を備え、プライマリ層は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を0.03wt%以上0.65wt%以下含有し、プライマリ層への追加の紫外線照射によるプライマリ層のヤング率の上昇量は、0.09MPa以下である。【選択図】図1A
Description
本発明は、光ファイバ着色心線及びその製造方法に関する。
光ファイバ裸線を覆うプライマリ層、プライマリ層を覆うセカンダリ層、及びセカンダリ層を覆う着色層のそれぞれを紫外線硬化型樹脂により所望のヤング率となるように形成し、光ファイバ着色心線を製造する技術が知られている(特許文献1)。プライマリ層のヤング率を低く設定した場合には、光ファイバ裸線に加わる外力を緩衝し、光ファイバ裸線の微小変形による光の伝送損失(以下、「マイクロベンドロス」と称する。)を抑えることができる。
プライマリ層のヤング率を低くするためには、プライマリ層を構成する紫外線硬化型樹脂が発現しうる最大のヤング率である飽和ヤング率を低く設計する必要がある。しかしながら、飽和ヤング率を低くするには一般的に紫外線硬化型樹脂の大半を構成するモノマー、オリゴマーについて組成変更を施す必要があり、樹脂組成を大きく変更する必要がある。
樹脂組成の大きな変更を伴うことなく低ヤング率化を図るためには、光ファイバ製造において照射する紫外線の照度・照射量を低減することが考えられる。しかしながら、この場合、製造直後の光ファイバではプライマリ層のヤング率が低くても、その後、光ファイバリボンの製造工程において紫外線照射が行われると、プライマリ層のヤング率が上昇しうる。これに対しては、プライマリ層が飽和ヤング率に近いヤング率を有する光ファイバ着色心線や光ファイバリボンの製造方法が提案されている(特許文献2、3)。
一方、光ファイバ被覆に用いられる紫外線硬化型樹脂には、一般的にいくつかの添加剤が添加されている。添加剤としては、ガラスとプライマリ層との密着力を向上させるシランカップリング剤がある。メルカプト基含有シランカップリング剤を使用した場合、メルカプト基が重合阻害剤として働き、被覆樹脂の硬化性が低下することが知られている(特許文献4)。
マイクロベンドロスの低減により光ファイバの光伝送能力を向上するためには、上述のように光ファイバ裸線を覆うプライマリ層のヤング率を低く設定する必要がある。しかしながら、樹脂の硬化が不十分で、硬化に関与できる反応性基が樹脂に残存している状態の場合、光ファイバ製造後の着色工程、テープ化工程等における紫外線照射や、紫外線を含む光にプライマリ層が暴露されることによって予期しないヤング率上昇が生じるおそれがある。
一方、特許文献2、3に記載されるようにプライマリ層が飽和ヤング率に近いヤング率を有する光ファイバ着色心線の場合、樹脂の飽和ヤング率は樹脂の大半を構成するモノマー、オリゴマー等から決定されるため、低ヤング率化の実現には樹脂組成を大きく変更する必要がある。また、特許文献4に記載されるガラスとプライマリ層との密着力を向上させる添加剤としてのメルカプト基含有ランカップリング剤では、硬化性が低下するとしてもプライマリ層の低ヤング率化を十分に図ることはできない。
本発明の目的は、上述した課題を鑑み、樹脂組成の大きな変更を伴うことなく、プライマリ層のヤング率を所望のヤング率に低減するとともに、そのヤング率の上昇を抑制又は防止することができる光ファイバ着色心線及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、光ファイバ裸線と、前記光ファイバ裸線を覆う第1紫外線硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、前記プライマリ層を覆う第2紫外線硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、を備え、前記プライマリ層は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を0.03wt%以上0.65wt%以下含有し、前記プライマリ層への追加の紫外線照射による前記プライマリ層のヤング率の上昇量は、0.09MPa以下であることを特徴とする光ファイバ着色心線が提供される。
本発明の他の観点によれば、光ファイバ母材から光ファイバ裸線を線引きする工程と、前記光ファイバ裸線の周囲に第1紫外線硬化型樹脂を塗布し、プライマリ層を形成する工程と、前記プライマリ層の周囲に第2紫外線硬化型樹脂を塗布し、セカンダリ層を形成する工程と、前記プライマリ層は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を0.03wt%以上0.65wt%以下含有し、前記プライマリ層への追加の紫外線照射による前記プライマリ層のヤング率の上昇量は、0.09MPa以下であることを特徴とする光ファイバ着色心線の製造方法が提供される。
本発明によれば、樹脂組成の大きな変更を伴うことなく、プライマリ層のヤング率を所望のヤング率に低減するとともに、そのヤング率の上昇を抑制又は防止することができる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することがある。
図1Aは、本実施形態に係る光ファイバ着色心線1の断面図である。光ファイバ着色心線1は、光ファイバ裸線2と、光ファイバ裸線2の外周に被膜されたプライマリ層3と、プライマリ層3の外周に被覆されたセカンダリ層4と、セカンダリ層4の外周に被覆された着色層5とを備える。光ファイバ裸線2は、プライマリ層3、セカンダリ層4及び着色層5の3層の被覆層により被覆される。図1Bは、本実施形態に係る光ファイバ素線6の断面図である。光ファイバ素線6は、着色層5が形成される前の状態のファイバである。
光ファイバ裸線2は、例えば石英系ガラス等から形成され、光を伝達する。プライマリ層3、セカンダリ層4及び着色層5は、それぞれ紫外線の照射によって紫外線硬化型樹脂を硬化させることによって形成される。紫外線硬化型樹脂は、紫外線の照射によって重合可能なものであれば特に限定されるものではない。紫外線硬化型樹脂は、例えば、光ラジカル重合などにより重合可能なものである。
紫外線硬化型樹脂は、例えば、ポリエーテル系ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル系ウレタン(メタ)アクリレートのようなウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレートなどの紫外線で重合及び硬化するエチレン性不飽和基などの重合性不飽和基を有する紫外線硬化型樹脂であり、重合性不飽和基を少なくとも2つ有するものであることが好ましい。
紫外線硬化型樹脂における重合性不飽和基としては、例えば、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などの不飽和二重結合を有する基、プロパルギル基などの不飽和三重結合を有する基などが挙げられる。これらの中でも、アクリロイル基、メタクリロイル基が重合性の面で好ましい。
また、紫外線硬化型樹脂は、紫外線の照射により重合を開始して硬化するモノマー、オリゴマー又はポリマーでありうるが、好ましくはオリゴマーである。なお、オリゴマーとは、重合度が2~100の重合体である。また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートの一方又は両方を意味する。紫外線硬化型樹脂は、紫外領域に感度を有する任意の光重合開始剤(以下、「光開始剤」と称する。)を含む。
ポリエーテル系ウレタン(メタ)アクリレートとは、ポリエーテル骨格を有するポリオールと、有機ポリイソシアネート化合物及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとの反応物のように、ポリエーテルセグメント、(メタ)アクリレート及びウレタン結合を有する化合物である。また、ポリエステル系ウレタン(メタ)アクリレートとは、ポリエステル骨格を有するポリオールと、有機ポリイソシアネート化合物及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとの反応物のように、ポリエステルセグメント、(メタ)アクリレート及びウレタン結合を有する化合物である。
さらに、紫外線硬化型樹脂は、オリゴマー及び光開始剤に加えて、例えば希釈モノマー、光増感剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、連鎖移動剤及び各種添加剤を含んでもよい。希釈モノマーとしては、単官能(メタ)アクリレート又は多官能(メタ)アクリレートが用いられる。ここで、希釈モノマーとは、紫外線硬化型樹脂を希釈するためのモノマーを意味する。
プライマリ層3は、軟質層であり、光ファイバ裸線2に加わる外力を緩衝するための機能を有している。光ファイバ素線6を形成した時のプライマリ層3には、まだ硬化する余地が残されている可能性があるが、その余地が無くなるまで硬化した状態のときに、プライマリ層3のヤング率は最大となる。本実施形態では、光ファイバ素線6のプライマリ層3が示し得る最大のヤング率を「飽和ヤング率」と定義する。
プライマリ層3を構成する紫外線硬化型樹脂は、後述するように炭素-硫黄結合を有するようにプライマリ層3を構成するため、メルカプト基含有化合物を含みうる。メルカプト基含有化合物は、1分子内に少なくとも1つのメルカプト基を有する化合物である。メルカプト基含有化合物は、紫外線硬化型樹脂に含まれるウレタン(メタ)アクリレートなどの重合性化合物とメルカプト基により反応して重合性化合物の重合を停止させる効果を有する。メルカプト基含有化合物としては、特に限定されるものではないが、後述する実施例で使用した(3-メルカプトプロピル)トリメトキシシラン、3-メルカプトプロピオン酸イソオクチル、1-ペンタンチオールのほか、エチルメルカプタン、1-ブタンチオール、1-ヘプタンチオール、1-ウンデカンチオール、4-ヒドロキシベンゼンチオール、(2-メルカプトエチル)ピラジン、2,3-ブタンジチオール、3-メチル-2-ブタンチオール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、1,3,4-チアジアゾール-2-チオール、イソブチルメルカプタン、4-メトキシ-α-トルエンチオール、4,4′-ビフェニルジチオール、トリメチルシリルメタンチオール、1,4-ブタンジチオール、1,8-オクタンジチオール、(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン、3-エトキシベンゼンチオール、ペンタエリトリトールテトラ(3-メルカプトプロピオナート)が例示される。
紫外線の照射は、例えば、水銀ランプやUV-LEDなどを用いて、随時、適切な照度・照射量にて行う。また、飽和ヤング率は、光ファイバ製造条件(例えば、線速、UV照射強度、UV光源種、樹脂塗布温度など)で変化するものであり、使用する紫外線硬化型樹脂によって一義的には決定し得ない。
セカンダリ層4は、好ましくは500MPa以上のヤング率を有する硬質層であり、光ファイバ裸線2及びプライマリ層3を外力から保護するための機能を有している。
着色層5は、光ファイバ着色心線1の最外層であり、光ファイバ裸線2、プライマリ層3及びセカンダリ層4を外力から保護するための機能を有している。着色層5には、顔料や滑剤等を混合した着色剤により、光ファイバ着色心線1を識別するための着色がなされている。色の種類としては、例えば、白色、黒色、灰色、紫色、青色、水色、緑色、茶色、黄色、橙色、桃色、赤色などが挙げられる。
光ファイバ裸線2の直径は、例えば80μm以上150μm以下であり、好ましくは124μm以上126μm以下であり得る。プライマリ層3の厚さは、好ましくは5μm以上60μm以下であり得る。セカンダリ層4の厚さは、好ましくは5μm以上60μm以下であり得る。また、着色層5の厚さは、好ましくは数μm程度であり得る。ここで、光ファイバ素線6の直径は、光ファイバ裸線2の直径と、プライマリ層3の厚さの2倍の長さと、セカンダリ層4の厚さの2倍の長さとの和によって定められ得る。したがって、光ファイバ素線6の直径が例えば190~250μm程度となるように、光ファイバ裸線2の直径、プライマリ層3の厚さ、セカンダリ層4の厚さがそれぞれ選択され得る。
なお、本実施形態では、セカンダリ層4とは別個に着色層5を形成する場合について説明するが、着色層5を形成せずに、セカンダリ層4に着色を施してセカンダリ層4を着色層としても機能させることができる。この場合、着色層5に着色を施す着色剤と同様の着色剤を、セカンダリ層4を構成する紫外線硬化型樹脂に含有させることによりセカンダリ層4に着色を施すことができる。
また、光ファイバのマイクロベンドロスの生じやすさを表す指標として有効コア断面積(実効コア断面積)Aeffが挙げられる。有効コア断面積Aeffは以下の式(2)によって表される。なお、有効コア断面積Aeffは、例えば、1999年 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集のC-3-76及びC-3-77等に記載されている。
Aeff=(πk/4)*(MFD)2 ・・・(2)
ここで、有効コア断面積Aeffは、波長1550nmにおける値であり、MFDはモードフィールド径(μm)、kは定数である。有効コア断面積Aeffは、光ファイバ裸線2の軸に直交する断面のうち、所定の強度を有する光が通過する部分の面積を表す。一般的に、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きくなるほど、光ファイバ裸線2の断面における光学的閉じ込めが弱くなる。すなわち、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きい場合、光ファイバ裸線2に加わる外力によって光ファイバ裸線2内の光が漏出しやすくなる。このため、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きくなると、光ファイバ着色心線1のマイクロベンドロスが生じやすくなる。
Aeff=(πk/4)*(MFD)2 ・・・(2)
ここで、有効コア断面積Aeffは、波長1550nmにおける値であり、MFDはモードフィールド径(μm)、kは定数である。有効コア断面積Aeffは、光ファイバ裸線2の軸に直交する断面のうち、所定の強度を有する光が通過する部分の面積を表す。一般的に、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きくなるほど、光ファイバ裸線2の断面における光学的閉じ込めが弱くなる。すなわち、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きい場合、光ファイバ裸線2に加わる外力によって光ファイバ裸線2内の光が漏出しやすくなる。このため、光ファイバ裸線2の有効コア断面積Aeffが大きくなると、光ファイバ着色心線1のマイクロベンドロスが生じやすくなる。
光ファイバ裸線2としては、有効コア断面積Aeffが80μm2以上(≧80μm2)のものを用いることができる。光ファイバにおいてAeffはマイクロベンド感度の指標となり、Aeffが大きいほどマイクロベンド感度が高いことを示す(一般に、Aeff>100μm2であればマイクロベンド感度が高いといわれている。)。とりわけ、Aeffが130μm2以上150μm2以下であることは、マイクロベンド感度が問題なく高い光ファイバとなる。
図2Aは、本実施形態に係る光ファイバ着色心線1の製造方法に用いる製造装置10の一部分を示す模式図である。図2Aにおいて、製造装置10は、加熱装置20、プライマリ層被覆装置30、セカンダリ層被覆装置40、ガイドローラ45及び第1巻取り装置50を有する。
光ファイバ母材BMは、例えば石英系のガラスからなり、VAD法、OVD法、MCVD法など周知の方法により製造される。加熱装置20は、ヒータ21を有する。ヒータ21は、テープヒータ、リボンヒータ、ラバーヒータ、オーブンヒータ、セラミックヒータ、ハロゲンヒータなどの任意の熱源であり得る。光ファイバ母材BMの端部は、光ファイバ母材BMの周囲に配置されたヒータ21によって加熱されて溶融し、線引きされて光ファイバ裸線2が引き出される。
加熱装置20の下方には、プライマリ層被覆装置30が設けられる。プライマリ層被覆装置30は、樹脂塗布装置31及び紫外線照射装置32を有する。樹脂塗布装置31には、プライマリ層3を形成するための被覆材料である紫外線硬化型樹脂(以下、「第1紫外線硬化型樹脂」と称する。)が保持される。光ファイバ母材BMから引き出された光ファイバ裸線2には、樹脂塗布装置31によって第1紫外線硬化型樹脂が塗布される。
樹脂塗布装置31の下方には、紫外線照射装置32が設けられる。紫外線照射装置32は、メタルハライドランプ、水銀ランプ、UV-LEDなどの任意の紫外線光源を備える。光ファイバ裸線2には樹脂塗布装置31によって第1紫外線硬化型樹脂が塗布され、光ファイバ裸線2は紫外線照射装置32に入り、第1紫外線硬化型樹脂に紫外線が照射される。その結果、第1紫外線硬化型樹脂は硬化され、プライマリ層3が形成される。
プライマリ層被覆装置30の下方には、セカンダリ層被覆装置40が設けられる。セカンダリ層被覆装置40は、樹脂塗布装置41及び紫外線照射装置42を有する。樹脂塗布装置41には、セカンダリ層4を形成するための被覆材料である紫外線硬化型樹脂(以下、「第2紫外線硬化型樹脂」と称する。)が保持される。プライマリ層3には、樹脂塗布装置41によって第2紫外線硬化型樹脂が塗布される。
樹脂塗布装置41の下方には、紫外線照射装置42が設けられる。紫外線照射装置42は、紫外線照射装置32と同様に構成され得る。プライマリ層3の上に第2紫外線硬化型樹脂が被覆された光ファイバ裸線2は紫外線照射装置42に入り、第2紫外線硬化型樹脂に紫外線が照射される。その結果、第2紫外線硬化型樹脂は硬化され、セカンダリ層4が形成される。プライマリ層3及びセカンダリ層4が光ファイバ裸線2に被覆されることで、光ファイバ素線6が形成される。
なお、樹脂塗布装置31は、第1紫外線硬化型樹脂と第2紫外線硬化型樹脂とを別々に保持するように構成されてもよい。この場合、樹脂塗布装置31は、第1紫外線硬化型樹脂を光ファイバ裸線2に塗布し、続いて、第1紫外線硬化型樹脂の上に第2紫外線硬化型樹脂を塗布する。さらにこの場合、紫外線照射装置32は、光ファイバ裸線2に塗布された第1紫外線硬化型樹脂及び第2紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する。これにより、プライマリ層3及びセカンダリ層4が形成される。この場合、製造装置10は、必ずしもセカンダリ層被覆装置40を有することを要しない。
セカンダリ層被覆装置40の下方には、ガイドローラ45及び第1巻取り装置50が設けられる。製造後の光ファイバ素線6は、ガイドローラ45にガイドされ、第1巻取り装置50に巻き取られる。
図2Bは、本実施形態に係る光ファイバ着色心線1の製造方法に用いる製造装置10の他の部分を示す模式図である。図2Bにおいて、製造装置10は、素線保持装置55、ガイドローラ56、着色層被覆装置60、ガイドローラ65及び第2巻取り装置70を有する。製造装置10は、図2Aに示す複数の装置によって製造された光ファイバ素線6から光ファイバ着色心線1を製造する。
素線保持装置55は、製造された光ファイバ素線6を巻き取った状態で保持する。なお、図2Bでは、素線保持装置55は、第1巻取り装置50とは別の装置としているが、第1巻取り装置50が素線保持装置55を兼ねてもよい。
素線保持装置55の下方には、着色層被覆装置60が設けられる。素線保持装置55から引き出された光ファイバ素線6は、素線保持装置55と着色層被覆装置60との間に設けられたガイドローラ56にガイドされ、着色層被覆装置60の内部に搬送される。
着色層被覆装置60は、樹脂塗布装置61及び紫外線照射装置62を有する。樹脂塗布装置61には、着色層5を形成するための被覆材料である紫外線硬化型樹脂(以下、「第3紫外線硬化型樹脂」と称する。)が保持される。
光ファイバ素線6には、樹脂塗布装置61によって第3紫外線硬化型樹脂が塗布される。樹脂塗布装置61の下方には、紫外線照射装置62が設けられる。紫外線照射装置62は、紫外線照射装置32及び42と同様に構成され得る。
セカンダリ層4の外周に第3紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバ素線6は、紫外線照射装置62に入り、第3紫外線硬化型樹脂及び光ファイバ素線6に紫外線が照射される。これにより、第3紫外線硬化型樹脂は硬化され、着色層5が形成される。
プライマリ層3、セカンダリ層4及び着色層5が光ファイバ裸線2に被覆されることにより、光ファイバ着色心線1が形成される。製造後の光ファイバ着色心線1は、着色層被覆装置60の下方に設けられたガイドローラ65にガイドされ、第2巻取り装置70に巻き取られる。
なお、着色層5を形成せずにセカンダリ層4に着色を施してセカンダリ層4を着色層としても機能させる場合、製造装置10の図2Bに示す他の部分による上述した工程を省略することができる。この場合、樹脂塗布装置41により塗布する第2紫外線硬化型樹脂に着色剤を添加して着色を施し、着色を施した第2紫外線硬化型樹脂をプライマリ層3の周囲に塗布することができる。これにより、着色剤により着色が施されたセカンダリ層4を形成することができる。
図3Aは、本実施形態に係る光ファイバリボン100の一例の断面図である。光ファイバリボン100は、接着層101を介してn(nは2以上の自然数。)本の光ファイバ着色心線1-1~1-nが帯状に束ねられることによって構成される。なお、光ファイバリボン100は、図3Aに示すように光ファイバ着色心線1-1~1-nの全部が1本に束ねられた構造を有するものに限定されるものではなく、図3B及び図3Cに示す間欠接着型の構造を有するものであってもよい。間欠接着型の構造を有する光ファイバリボン100では、その幅方向に連続して並ぶ2本以上の光ファイバ着色心線1ごとに接着層101を介して1本の帯状に束ねられている。図3B及び図3Cでは、幅方向に互いに隣接して並ぶ2本の光ファイバ着色心線1ごとに接着層101を介して1本の帯状に束ねられている構造を示している。この場合、図3Bに示すように、各光ファイバ着色心線1が他の光ファイバ着色心線1と束ねられていてもよいし、図3Cに示すように、複数の光ファイバ着色心線1のうちの一部が他の光ファイバ着色心線1と束ねられていなくてもよい。
また、本実施形態では、同じ光ファイバリボン100の中には異なる色の着色層5を有する2種類以上の光ファイバ着色心線1が含まれる。
また、着色層5の色によって紫外線に対する吸光度に差が無いことが好ましい。例えば、光ファイバ着色心線1-1が白色の着色層5を有し、光ファイバ着色心線1-nが黒色の着色層5を有するような場合には、これら2本の光ファイバ着色心線1の間では紫外線に対する吸光度が異なる場合がある。この場合の解決策の一つとして、着色層5を形成する第3紫外線硬化型樹脂に、所定波長の紫外線に対する吸光度を調整するための添加剤を、形成対象の着色層5の色に応じて添加する方法が考えられる。着色層5の色ごとに添加剤の種類及び添加量を適宜調整することで、複数の光ファイバ着色心線1-1~1-nの間における吸光度の差を小さくすることができる。
なお、第3紫外線硬化型樹脂に添加される添加剤が紫外線を吸収する波長範囲(第1波長範囲)の少なくとも一部は、第1紫外線硬化型樹脂に添加される光開始剤が紫外線を吸収する波長範囲(第2波長範囲)と重なり合うと好適である。
接着層101は、紫外線硬化型樹脂を含む被覆材料に紫外線を照射して硬化させることによって形成される。本明細書では、接着層101をリボン層とも称する。接着層101を形成する紫外線硬化型樹脂は、プライマリ層3、セカンダリ層4及び着色層5を形成する紫外線硬化型樹脂と同様の樹脂で構成される。光ファイバ着色心線1は、光ファイバリボン100の形態をとることによって、高密度に束ねることができる。なお、光ファイバリボン100は、図3A、図3B及び図3Cに示した構成に限定されない。また、光ファイバリボン100がシースにより収容された光ファイバリボンケーブルの形態をとってもよい。
図4は、本実施形態に係る光ファイバリボン100の製造方法に用いるリボン化装置80の模式図である。リボン化装置80は、樹脂塗布装置81及び紫外線照射装置82を有する。樹脂塗布装置81には、接着層101の被覆材料である紫外線硬化型樹脂(以下、「第4紫外線硬化型樹脂」と称する。)が保持される。
色違いで複数用意された光ファイバ着色心線1は、リボン化装置80に入り、樹脂塗布装置81によって第4紫外線硬化型樹脂が塗布される。第4紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバ着色心線1は、第4紫外線硬化型樹脂が塗布された他の複数の光ファイバ着色心線1とともに束ねられる。束ねられた複数の光ファイバ着色心線1には、リボン化装置80に設けられた紫外線照射装置82により紫外線が照射される。その結果、第4紫外線硬化型樹脂は硬化され、接着層101となる。接着層101を介して並列された複数の光ファイバ着色心線1が連結される。このようにして、複数の光ファイバ着色心線1から光ファイバリボン100が形成される。
なお、リボン化装置80は、例えば特開2012-118358に記載のリボン化装置でもよい。これにより、接着層101は、隣接する光ファイバ着色心線1の長手方向に所定の間隔をあけて間欠的に形成され、間欠接着型の光ファイバリボン100が形成される。
図5は、本実施形態に係る光ファイバ着色心線1及び光ファイバリボン100の製造方法のフローチャートである。まず、ユーザは製造装置10に光ファイバ母材BMを設置する(ステップS101)。
次いで加熱装置20に設けられたヒータ21は、光ファイバ母材BMを加熱し、光ファイバ裸線2の線引きを開始する(ステップS102)。
プライマリ層被覆装置30は、線引きされた光ファイバ裸線2の周囲に第1紫外線硬化型樹脂を塗布し、第1紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し、プライマリ層3を形成する(ステップS103)。
次に、セカンダリ層被覆装置40は、プライマリ層3の周囲に第2紫外線硬化型樹脂を塗布し、第2紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射してセカンダリ層4を形成する(ステップS104)。これにより、光ファイバ素線6が得られる。製造後の光ファイバ素線6は、第1巻取り装置50に巻き取られる。
続いて、着色層被覆装置60は、素線保持装置55もしくは第1巻取り装置50から光ファイバ素線6を引き出すと、光ファイバ素線6のセカンダリ層4の周囲に第3紫外線硬化型樹脂を塗布し、第3紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して着色層5を形成する(ステップS105)。光ファイバ素線6の周囲に着色層5を被覆することによって、光ファイバ着色心線1が得られる。製造後の光ファイバ着色心線1は、第2巻取り装置70に巻き取られる。なお、ステップS105を省略してステップS104においてセカンダリ層4に着色を施してセカンダリ層4を着色層として機能させることもできる。
なお、本実施形態では、着色層5の色が異なる複数の光ファイバ着色心線1を製造する。このため、ステップS105の処理は、色ごとに第3紫外線硬化型樹脂の組成等の製造条件を変更して行われるものとする。
また、プライマリ層3を形成する工程(ステップS103)において必ずしも紫外線を照射することを要しない。この場合、プライマリ層3は、セカンダリ層4を形成する工程(ステップS104)において硬化され得る。
ステップS105において着色層5が形成された後、リボン化装置80は色違いで複数用意された光ファイバ着色心線1を覆うように第4紫外線硬化型樹脂を塗布し、第4紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して複数の光ファイバ着色心線1を互いに連結する(ステップS106)。これにより、光ファイバリボン100が製造される。
本実施形態に係る光ファイバ着色心線1において、プライマリ層3は、メルカプト基含有化合物を含む紫外線硬化型樹脂(第1紫外線硬化型樹脂)により構成されているため、メルカプト基含有化合物又はメルカプト基含有化合物に由来する構造を有している。メルカプト基含有化合物がウレタン(メタ)アクリレートなどの重合性化合物と反応する結果、プライマリ層3は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を具体的には0.03wt%以上0.65wt%以下含有する。なお、炭素-硫黄結合は、炭素原子と硫黄原子との間の共有結合である。
なお、プライマリ層3中の炭素-硫黄結合の有無は、例えばフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用いて測定することにより確認することができる。また、プライマリ層3中の硫黄原子の含有量は、例えば元素分析(EA)を用いて測定することができる。
メルカプト基含有化合物は、上述のように紫外線硬化型樹脂に含まれるウレタン(メタ)アクリレートなどの重合性化合物とメルカプト基により反応して重合性化合物の重合を停止させる効果を有する。このため、プライマリ層3は、メルカプト基含有化合物を含まない紫外線硬化型樹脂により構成された場合と比較して低い飽和ヤング率を有している。
すなわち、プライマリ層3は、低いヤング率を有する一方、プライマリ層3への追加の紫外線照射によるヤング率の上昇量が0.09MPa以下と低く抑えられたものになっている。プライマリ層3は、好ましくは0.15MPa以上、2.31MPa以下のヤング率を有するものとなっている。追加の紫外線照射は、後述するように、紫外線照射時の周囲環境温度を室温とし、照度1000mW/cm2及び照射量1000mJ/cm2、照度1000mW/cm2及び照射量500mJ/cm2、照度500mW/cm2及び照射量1000mJ/cm2、並びに照度500mW/cm2及び照射量500mJ/cm2のいずれかの条件で行うことができる。
また、メルカプト基含有化合物を含む紫外線硬化型樹脂により構成されたプライマリ層3の飽和ヤング率は、メルカプト基含有化合物の添加前の紫外線硬化型樹脂、すなわちメルカプト基含有化合物を含まない紫外線硬化型樹脂により構成されたプライマリ層の飽和ヤング率に対して好ましくは10%以上低下している。
従来、特許文献4に記載されるように、紫外線硬化型樹脂にメルカプト基含有シランカップリング剤を使用することで硬化性が低下するという負の面が注目されていた。一方、本実施形態では、メルカプト基含有化合物を紫外線硬化型樹脂に適切に添加することで容易に所望のヤング率を達成することができる。さらに、本実施形態では、低ヤング率であってもプライマリ層3中に紫外線照射で光開始剤から発生したラジカルによって反応する反応性基が、未反応の状態で残存しているわけではないので、光ファイバ製造後の紫外線照射や紫外線暴露によって新たな反応を抑制又は防止することができ、プライマリ層3の硬化後におけるヤング率が上昇を抑制又は防止することができる。
ここで、プライマリ層3を構成する紫外線硬化型樹脂へのメルカプト基含有化合物の添加量とプライマリ層3の飽和ヤング率の低減量との間には相関が見られる。このため、両者の間の相関に基づきメルカプト基含有化合物の添加量を制御することにより、容易にプライマリ層3のヤング率を低減して所望の値に制御することができる。
なお、プライマリ層3のヤング率を十分に低減する観点から、プライマリ層3を構成する紫外線硬化型樹脂は、メルカプト基含有化合物を好ましくは0.2wt%以上含有する。なお、プライマリ層3の硬化性を確保する観点から、プライマリ層3を構成する紫外線硬化型樹脂は、メルカプト基含有化合物を好ましくは4wt%以下含有する。ただし、硬化性は添加するメルカプト基の数で決まるため、メルカプト基含有化合物の分子量によっては4wt%以上添加しても問題ない。
メルカプト基含有化合物のメルカプト基が重合反応を停止させることでヤング率を低減することができるため、炭素-硫黄結合はプライマリ層3の主鎖骨格の繰り返し単位の中には含まれない。
ここで、ガラス転移温度は、紫外線硬化型樹脂の硬化状態を表す指標の一つである。プライマリ層3のガラス転移温度は、追加の紫外線照射の前後で大きく変化しないことが好ましい。具体的には、追加の紫外線照射によるプライマリ層3は、追加の紫外線照射によるガラス転移温度の変化が±1.3℃以内であることが好ましい。プライマリ層3のガラス転移温度は、-55℃以上室温以下であることが好ましい。なお、本明細書において、室温とは25℃を意味する。
このように、本実施形態によれば、プライマリ層3を構成する紫外線硬化型樹脂にメルカプト基含有化合物を意図的に添加するだけでより簡便に飽和ヤング率を所望の値に低減することができる。しかも、本実施形態によれば、光ファイバ製造後における紫外線照射や紫外線暴露によるプライマリ層3のヤング率を抑制又は防止することができる。こうして、樹脂組成の大きな変更を伴うことなく、プライマリ層3のヤング率を所望のヤング率に十分に低減するとともに、プライマリ層3のヤング率の上昇を抑制又は防止することができる。
以下、実施例及び比較例を用い、プライマリ層3として用いられる紫外線硬化型樹脂の硬化物の特性を実験的に評価した結果について説明する。
実施例及び比較例では、厚さ100μm程度のシート状に成形した紫外線硬化型樹脂に、追加で紫外線を照射してもそれ以上ヤング率が上昇しないように紫外線を照射して硬化させた際のヤング率を飽和ヤング率とした。なお、紫外線照射時の周囲環境温度は室温とした。紫外線の照射には、水銀ランプ、UV-LEDなどのUV光を発するものを用いた。また、主な照射条件としては、「照度1000mW/cm2、照射量1000mJ/cm2」、「照度1000mW/cm2、照射量500mJ/cm2」、「照度500mW/cm2、照射量1000mJ/cm2」、「照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2」などを用いた。なお、照度や照射量はこれ以外の条件もあり得る。照度測定には、水銀ランプであれば、例えば、株式会社オーク製作所のUV-351、UV-LEDであれば、例えば、トプコンテクノハウス社製のUVRT2 / UD-T3040T2を使用した。なお、ヤング率は、温度23℃、相対湿度50%の雰囲気中で、テンシロン万能引張試験機を用いて、幅6mm、標線間隔25mm、引張速度1mm/分で試料を引張り、2.5%伸張時における力を測定することで算出した。
また、プライマリ層3のヤング率は、ISM(In Situ Modulus)とし、以下の方法で測定したものと定義した。
まず、市販のストリッパーを用いて、サンプルとなる光ファイバの中間部のプライマリ層およびセカンダリ層を数mmの長さだけ剥ぎ取った後、被覆層が形成されている光ファイバの一端を接着剤でスライドガラス上に固定するとともに、被覆層が形成されている光ファイバの他端に荷重Fを印加する。この状態において、被覆層を剥ぎ取った部分と被覆が形成されている部分との境目におけるプライマリ層の変位δを顕微鏡で読み取る。そして、荷重Fを10、20、30、50および70gf(すなわち順次98、196、294、490および686mN)とすることで、荷重Fに対する変位δのグラフを作成する。そして、グラフから得られる傾きと以下の式(1)を用いてプライマリ弾性率を算出する。算出されるプライマリ弾性率は、いわゆるISMに相当するので、以下では適宜P-ISMと記載する。なお、光ファイバ着色心線1を線引きする際、P-ISMを調整するために線引き速度及び紫外線の照度を制御した。
P-ISM=(3F/δ)*(1/2πl)*ln(DP/DG) ・・・(1)
P-ISM=(3F/δ)*(1/2πl)*ln(DP/DG) ・・・(1)
P-ISMの単位は[MPa]である。また、F/δは荷重(F)[gf]に対する変位(δ)[μm]のグラフが示す傾き、lはサンプル長(例えば10mm)、DP/DGはプライマリ層3の外径(DP)[μm]と光ファイバのクラッド部の外径(DG)[μm]との比である。したがって、用いたF、δ、lから上式(1)を用いてP-ISMを算出する場合は、所定の単位変換をする必要がある。なお、プライマリ層の外径およびクラッド部の外径は、ファイバカッターにより切断した光ファイバの断面を顕微鏡で観察することにより計測できる。
マイクロベンドロスの測定方法については様々なものが考えられる。ここでは、番手が#1000のサンドペーパーを巻いた大きめのボビンに、100gfの張力で、400m以上の長さの光ファイバを互いに重ならないように1層巻きに巻き付けた状態Aにおける測定対象の光ファイバの伝送損失と、状態Aと同じボビンに状態Aと同じ張力、同じ長さで巻き付けた、サンドペーパーが巻かれていない状態Bの光ファイバの伝送損失との差をマイクロベンドロスの値として定義した。ここで状態Bの光ファイバの伝送損失はマイクロベンドロスを含まず、光ファイバそのものに固有の伝送損失と考えられる。
なお、この測定方法は、JIS C6823:2010に規定される固定径ドラム法に類似するものである。また、この測定方法は、サンドペーパー法とも呼ばれる。また、この測定方法では、伝送損失は波長1550nmで測定しているので、本実施形態に関わるマイクロベンドロスも波長1550nmでの値である。
実施例及び比較例では、厚さ100μm程度のシート状に成形した紫外線硬化型樹脂に水銀ランプを照射して得た硬化物について各種特性を測定した。紫外線硬化型樹脂には、光開始剤として2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシドを添加した。なお、本実施例及び比較例では水銀ランプを紫外線光源に使用したが、紫外線光源は水銀ランプに限られるものではなく、様々な波長のUV-LEDなどでも構わない。
実施例では、紫外線硬化型樹脂に添加して含有させるメルカプト含有化合物として添加剤A、B、Cを使用した。添加剤Aは、(3-メルカプトプロピル)トリメトキシシランである。添加剤Bは、3-メルカプトプロピオン酸イソオクチルである。添加剤Cは、1-ペンタンチオールである。
実施例及び比較例における追加の紫外線照射後のヤング率とは、紫外線硬化型樹脂の硬化物に対して水銀ランプを用いて500mW/cm2、500mJ/cm2の照射条件で再照射した際の硬化物のヤング率とした。なお、光ファイバ着色心線1に対しても同様に追加の紫外線照射を行うことで、本発明の効果の有無を確認することができる。
ガラス転移温度は、示差走査熱分析(DSC)、熱機械分析(TMA)および動的機械分析(DMA)といった各種の分析装置を用いることで測定することができる。しかしながら、測定方法の種類によって得られるガラス転移温度の値も変わってくるため、本実施例においては、動的機械分析を用いてガラス転移温度を測定した。本明細書におけるガラス転移温度とは、動的機械分析を用いて測定したものを意味する。
動的機械分析は、ガラス転移領域では分子運動が著しく増大し、弾性率が大きく変化することを利用して測定する方法である。すなわち、ガラス状態からゴム状態に移行することによって、樹脂のヤング率は約1000MPaから約1MPa、すなわち3桁も大きく変化することから、高感度でガラス転移を測定可能となることを利用して測定するものである。
ところで、動的機械分析とは、物体に周期的に変化する歪みまたは応力を加えたときに観測される粘弾性を測定するものである。動的機械分析による測定を行うことによって、貯蔵弾性率(G′)、損失弾性率(G″)、そして損失正接値(tanδ=G″/G′)のデータを得ることができる。ここで、貯蔵弾性率は物質の弾性要素、損失弾性率は物質の粘性要素を表現しており、損失正接値は損失弾性率を貯蔵弾性率で割った値で弾性要素と粘性要素のバランスを表している。完全な弾性体の場合、応力と歪が比例し、与えられた応力に対して遅れなく(位相差ゼロ)応力が検出される。一方、完全な粘性体の場合は、応力と歪み速度が比例するため、応力をsin(ωt)で与えると応答の歪みは、-cos(ωt)=sin(ωt-π/2)となり、応力に対して歪が1/4波長分(位相差π/2)遅れて検出される。測定は試料に交流力を与えたときの、試料の変位量を検出し、試料に加えた交流力と検出した変位量からフ-リエ演算処理を行い、位相差を求めるものである。一般的な高分子は完全弾性体と粘性体の中間の性質を有しており、位相差は0~π/2の間となる。動的機械分析は、応力と歪みの関係を測定し、力学特性である弾性成分の貯蔵弾性率と粘性成分の損失弾性率の比を表す損失正接値を出力するものである。そして、本発明においては、この損失正接値が極大値を示す温度をガラス転移温度、すなわちガラス転移温度としている。ここで、損失正接値は、動的粘弾性装置として、ティー・エイ・インスツルメント製のRSA-G2(登録商標)を用い、紫外線硬化型樹脂の硬化シートから短冊状のサンプルを切り出し、これを引張型治具に固定して下記の動的粘弾性試験条件にて測定した。本測定において、極大値が現われる温度をガラス転移温度とした。
<動的粘弾性試験条件>
振動周波数 : 1Hz
試料の昇温速度: 5℃/分
<動的粘弾性試験条件>
振動周波数 : 1Hz
試料の昇温速度: 5℃/分
なお、光ファイバにおけるプライマリ層3のガラス転移温度は、液体窒素中に光ファイバを浸漬し、ストリッパーにより被覆を剥ぐことで光ファイバからガラス光ファイバを引き抜いた被覆のみの試料を用いることで、同様に測定することができる。その際はセカンダリ層4に由来する損失正接値の極大値も観測されるが、セカンダリ層4とプライマリ層3のガラス転移温度は大きく異なるため、プライマリ層3に由来する損失正接値の極大値は容易に判別することができる。
実施例及び比較例に示したメルカプト基含有化合物の添加剤を添加する前のプライマリ層3の飽和ヤング率を求める際に作製したシート状の硬化物は、水銀ランプ(照度1000mW/cm2、照射量1000mJ/cm2)を用いて硬化した。メルカプト基含有化合物の添加剤を添加する前のプライマリ層は、メルカプト基含有化合物の添加剤を添加しない場合のプライマリ層である。
なお、実施例及び比較例に示したプライマリ層3の飽和ヤング率は一例にすぎず、一般的に、プライマリ層3のヤング率は、0.1~3.0MPaの範囲を取り得る。セカンダリ層4のヤング率は、500~2000MPaの範囲を取り得る。
セカンダリ層4のヤング率は、次の測定方法により測定することができる。まず、液体窒素中に光ファイバを浸漬し、ストリッパーにより被覆層を剥ぐことで光ファイバからガラス光ファイバを引き抜いた被覆層のみの試料を作成し、試料の末端部分を接着剤でアルミ板に固定した。温度23℃、相対湿度50%の雰囲気中で、テンシロン万能引張試験機を用いて、アルミ板部分をチャックする。次に、標線間隔25mm、引張速度1mm/分で試料を引張り、2.5%伸張時における力を測定することで、セカンダリ層4の弾性率(セカンダリ弾性率)S-ISM(2.5%セカント弾性率(Secant Modulus))を算出する。
実施例1では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを0.5wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.21MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して18.2%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.17MPaで、ガラス転移温度は-30.5℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.21MPaで上昇量は+0.04MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-30.1℃で変化量は+0.4℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例2では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを1.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.03MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して30.4%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.00MPaで、ガラス転移温度は-31.0℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.03MPaで上昇量は+0.03MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-29.7℃で変化量は+1.3℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例3では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを2.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は0.75MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して49.3%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は0.66MPaで、ガラス転移温度は-31.0℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は0.75MPaで上昇量は+0.09MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-31.5℃で変化量は-0.5℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例4では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを3.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は0.46MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して68.9%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は0.39MPaで、ガラス転移温度は-33.2℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は0.46MPaで上昇量は+0.07MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-32.0℃で変化量は+1.2℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例5では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを4.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は0.21MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して85.8%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は0.15MPaで、ガラス転移温度は-33.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は0.21MPaで上昇量は+0.06MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-33.0℃で変化量は+0.8℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例6では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Bを1.0wt%添加した。その添加剤Bを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は0.96MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して35.1%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は0.95MPaで、ガラス転移温度は-31.7℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は0.96MPaで上昇量は+0.01MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-30.8℃で変化量は+0.9℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例7では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Cを0.3wt%添加した。その添加剤Cを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.32MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して10.8%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.32MPaで、ガラス転移温度は-30.0℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.32MPaで上昇量は0.00MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-30.2℃で変化量は-0.2℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例8では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを0.5wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は2.02MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して21.4%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は2.00MPaで、ガラス転移温度は-53.6℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は2.02MPaで上昇量は+0.02MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-53.7℃で変化量は-0.1℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例9では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを1.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.73MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して32.7%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.69MPaで、ガラス転移温度は-52.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.73MPaで上昇量は+0.04MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-53.0℃で変化量は-0.2℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例10では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを2.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.12MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して56.4%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.12MPaで、ガラス転移温度は-52.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.12MPaで上昇量は0.00MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-52.8℃で変化量は0℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例11では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Aを3.0wt%添加した。その添加剤Aを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は0.55MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して78.6%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は0.53MPaで、ガラス転移温度は-52.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は0.55MPaで上昇量は+0.02MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-52.8℃で変化量は0℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例12では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Bを0.2wt%添加した。その添加剤Bを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は2.31MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して10.1%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は2.30MPaで、ガラス転移温度は-53.7℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は2.31MPaで上昇量は+0.01MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-53.9℃で変化量は-0.2℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例13では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Bを0.5wt%添加した。その添加剤Bを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は2.03MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して21.0%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は2.00MPaで、ガラス転移温度は-53.6℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は2.03MPaで上昇量は+0.03MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-53.7℃で変化量は-0.1℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例14は、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Bを1.0wt%添加した。その添加剤Bを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.73MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して32.7%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.73MPaで、ガラス転移温度は-52.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.73MPaで上昇量は0MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-53.0℃で変化量は-0.2℃となり、±1.3℃以内であった。
実施例15では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤Bを2.0wt%添加した。その添加剤Bを添加した紫外線硬化型樹脂の飽和ヤング率は1.28MPaで、添加剤添加前の飽和ヤング率に対して50.2%低下した。水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて硬化した硬化物のヤング率は1.27MPaで、ガラス転移温度は-52.8℃であった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.28MPaで上昇量は+0.01MPaとなり、0.09MPa以下であった。また、ガラス転移温度は-52.8℃で変化量は0℃となり、±1.3℃以内であった。
比較例1では、飽和ヤング率1.48MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-28.5℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤A、B、Cのいずれも添加せず、照射量を12.5mJ/cm2として硬化した。その硬化物のヤング率は0.54MPaで、飽和ヤング率に対して63.5%低下した。また、ガラス転移温度-36.9℃となった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は1.48MPaで上昇量は+0.94MPaとなり、0.09MPa超となった。また、ガラス転移温度は-29.8℃で変化量は+7.1℃となり、±1.3℃超となった。
比較例2では、飽和ヤング率2.57MPa、飽和ヤング率におけるガラス転移温度が-54.0℃の紫外線硬化型樹脂に対して添加剤A、B、Cのいずれも添加せず、照射量を12.5mJ/cm2として硬化した。その硬化物のヤング率は2.15MPaで、飽和ヤング率に対して16.3%低下した。また、ガラス転移温度-55.3℃となった。その硬化物に対し追加のUV照射を水銀ランプ(照度500mW/cm2、照射量500mJ/cm2)を用いて行うと、ヤング率は2.57MPaで上昇量は+0.42MPaとなり、0.09MPa超となった。また、ガラス転移温度は-53.9℃で変化量は+1.4℃となり、±1.3℃超となった。
上述した実施例及び比較例の測定結果について表1にまとめて示す。
また、光ファイバ着色心線1において、セカンダリ層4のヤング率が1000MPa程度で、プライマリ層3のヤング率が異なるものを無作為に19種選択し、それぞれのプライマリ層のヤング率差とマイクロベンドロス差を算出した。
図6は、光ファイバ着色心線1において、セカンダリ層4のヤング率が1000MPa程度で、プライマリ層3のヤング率が異なるものを無作為に19種選択し、それぞれのプライマリ層のヤング率差とマイクロベンドロス差を算出し、プライマリ層3のヤング率差とマイクロベンドロス差が0.05dB/km以上となる割合との関係を示すグラフ図である。図6に示されるように、プライマリ層3のヤング率差0.05MPaごとに、マイクロベンドロス差が0.05dB/km以上となる割合を計算したところ、プライマリ層のヤング率差0.1MPaを境にマイクロベンドロス差が0.05dB/km以上となる割合が急激に上昇することが確認できた。このことから、ある光ファイバ心線に追加のUV照射を施した場合においても、追加UV照射前から追加UV照射後のプライマリ層のヤング率上昇量は0.09MPa以下であることが好ましいと考えられる。
1 光ファイバ着色心線
2 光ファイバ裸線
3 プライマリ層
4 セカンダリ層
5 着色層
6 光ファイバ素線
100 光ファイバリボン
101 接着層
2 光ファイバ裸線
3 プライマリ層
4 セカンダリ層
5 着色層
6 光ファイバ素線
100 光ファイバリボン
101 接着層
Claims (17)
- 光ファイバ裸線と、
前記光ファイバ裸線を覆う第1紫外線硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、
前記プライマリ層を覆う第2紫外線硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、
を備え、
前記プライマリ層は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を0.03wt%以上0.65wt%以下含有し、
前記プライマリ層への追加の紫外線照射による前記プライマリ層のヤング率の上昇量は、0.09MPa以下であることを特徴とする光ファイバ着色心線。 - 前記追加の紫外線照射は、紫外線照射時の周囲環境温度を室温とし、照度1000mW/cm2及び照射量1000mJ/cm2、照度1000mW/cm2及び照射量500mJ/cm2、照度500mW/cm2及び照射量1000mJ/cm2、並びに照度500mW/cm2及び照射量500mJ/cm2のいずれかの条件で行われることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記追加の紫外線照射による前記プライマリ層のガラス転移温度変化は、±1.3℃以内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記プライマリ層は、メルカプト基含有化合物を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記第1紫外線硬化型樹脂にメルカプト基含有化合物が0.2wt%以上添加されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記プライマリ層のヤング率は、0.15MPa以上、2.31MPa以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記プライマリ層のガラス転移温度は、-55℃以上室温以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記プライマリ層は、前記炭素-硫黄結合を前記プライマリ層の主鎖骨格の繰り返し単位の中に含まないことを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 前記プライマリ層の飽和ヤング率は、メルカプト基含有化合物を含まない紫外線硬化型樹脂により構成されたプライマリ層の飽和ヤング率に対して10%以上低下していることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ着色心線。
- 請求項1又は2に記載された光ファイバ着色心線を複数有する光ファイバリボン。
- 光ファイバ母材から光ファイバ裸線を線引きする工程と、
前記光ファイバ裸線の周囲に第1紫外線硬化型樹脂を塗布し、プライマリ層を形成する工程と、
前記プライマリ層の周囲に第2紫外線硬化型樹脂を塗布し、セカンダリ層を形成する工程と、
前記プライマリ層は、炭素-硫黄結合を有し、硫黄原子を0.03wt%以上0.65wt%以下含有し、
前記プライマリ層への追加の紫外線照射による前記プライマリ層のヤング率の上昇量は、0.09MPa以下であることを特徴とする光ファイバ着色心線の製造方法。 - 前記光ファイバ心線の周囲に第3紫外線硬化型樹脂を塗布し、着色層を形成する工程を有することを特徴とする請求項11に記載の光ファイバ着色心線の製造方法。
- 前記セカンダリ層を形成する工程において、着色を施した前記第2紫外線硬化型樹脂を前記プライマリ層の周囲に塗布することを特徴とする請求項11に記載の光ファイバ着色心線の製造方法。
- 前記第1紫外線硬化型樹脂は、メルカプト基含有化合物を含むことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の光ファイバ着色心線の製造方法。
- 前記プライマリ層を形成する工程において、前記第1紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の光ファイバ着色心線の製造方法。
- 前記セカンダリ層を形成する工程において、前記第1紫外線硬化型樹脂及び前記第2紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の光ファイバ着色心線の製造方法。
- 請求項1又は2に記載された光ファイバ着色心線を複数有する光ファイバリボンを製造する光ファイバリボンの製造方法。
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