JP2006113103A

JP2006113103A - 着色光ファイバ

Info

Publication number: JP2006113103A
Application number: JP2004297372A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kato; 善久加藤; Hideyuki Suzuki; 秀幸鈴木
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】水中、特に温水中に長期浸漬されてもブリスタの発生を抑制し、光伝送損失の増加のない着色光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ裸線１１上に複数の被覆層１２，１３を設け、その最外層に着色層１４を形成した着色光ファイバ１０において、水への溶出率が３％以下の樹脂で着色層１４を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバケーブルに使用する着色光ファイバに関するものである。

光ファイバケーブルは、例えば図５または図６に示すようなものがある。

図５（ａ）に示すように、光ファイバケーブル５０は、中心にテンションメンバ５１を有するロッド５２にスロット５３が形成され、そのスロット５３にテープファイバ５４が複数枚収容されてなるものである。図５（ｂ）に示すように、テープファイバ５４は、複数の光ファイバ素線５５（図では４本）がテープ材５６で一体化されたものである。テープファイバ５４が収容されたスロット５３の外側にはシース５７或いは保護テープが設けられている。

また、図６に示すように、光ファイバケーブル６０は、光ファイバ素線５５が複数本、熱可塑性樹脂層６１中に埋め込まれ、その外側に図示しない補強層、防水層及び保護シース等で囲繞されてなるものである。

図５（ｃ）に示すように、光ファイバケーブル５０，６０に用いられる光ファイバ素線５５は、ガラス系材料で形成された光ファイバ裸線１１の外側に、側圧等に対する緩衝層の役割をもつ一次被覆層（プライマリ層）１２が被覆され、その外側に外部からの損傷等を防ぐための二次被覆層（セカンダリ層）１３が被覆されている。さらに、光ファイバ素線５５には、識別のため、二次被覆層１３の外側に着色層５８が設けられている。この着色層５８は、主に、着色剤が添加された紫外線硬化樹脂が広く使用されている。

光ファイバケーブル５０が長期間水に晒された環境下では、光ファイバケーブル５０中へ水などが浸入する場合がある。水（水蒸気）が光ファイバ素線（着色光ファイバ）５５の被覆層１２，１３を透過して、ファイバ裸線１１と一次被覆層１２の間、或いは一次被覆層１２と二次被覆層１３の間などの各層間が部分的に剥離し、剥離した部分に水が溜まって部分的な膨れ（ブリスタ）を生じる場合がある。

このような被覆層１２，１３の変形は、ファイバ裸線１１に対して側圧を与えて長手方向に不均一なマイクロベンドを生じさせ、光伝送損失の増加の原因となる。このような問題に関して、光ファイバ裸線１１と一次被覆層１２間に生じるブリスタを抑制させた光ファイバ（例えば特許文献１参照）や、二次被覆層１３と着色層５８間のブリスタを抑制することが可能な光ファイバ心線がある（例えば特許文献２参照）。

特開平９−５５８７号公報特開平１１−３１１７２３号公報

しかしながら、ブリスタの発生は、各層間に限定されるものではなく、各層中、特に一次被覆層１２中に生じ、光ファイバ裸線１１と一次被覆層１２間の密着力及び二次被覆層１３と着色層５８間の密着力を高くすることだけでは防ぐことができない。特に、着色光ファイバでは、一次被覆層１２中にブリスタが生じ、光伝送損失が増加する問題があった。

ここで、従来の着色光ファイバの伝送損失について簡単に説明する。

図３は、図５（ｃ）の着色光ファイバ５５の着色層５８を形成する紫外線硬化樹脂としてポリエステルウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を用いた着色光ファイバ（図中着色層Ｂ）、及びポリエステルアクリレート系紫外線硬化樹脂を用いた着色光ファイバ（図中着色層Ｃ）をそれぞれ６０℃の温水に浸漬したときの伝送損失の時間変化の測定結果である。

着色層Ｂが形成された着色光ファイバは、浸漬開始から徐々に伝送損失が増大し、浸漬３０日後では略０．３ｄＢ／ｋｍ大きくなっている。また、着色層Ｃが形成された着色光ファイバでは、着色層Ｂが形成された着色光ファイバよりも大きく伝送損失が増加し、最大で０．６ｄＢ／ｋｍ以上増加してしまっている。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、水中、特に温水中に長期浸漬されてもブリスタの発生を抑制し、光伝送損失の増加を抑えることができる着色光ファイバを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバ裸線上に複数の被覆層を設け、その最外層に着色層を形成した着色光ファイバにおいて、水への溶出率が３％以下の樹脂で着色層を形成した着色光ファイバである。

請求項２の発明は、溶出率が、常温水好ましくは６０℃の温水に着色層を３０日間浸漬した後の初期重量に対する重量変化分で求める請求項１記載の着色光ファイバである。

請求項３の発明は、着色層を、ゲル分率９５％以上のポリエーテルウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂で形成した請求項１または２記載の着色光ファイバである。

本発明によれば、水中に長時間浸漬されても光伝送損失の増加を抑えることができるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る着色光ファイバの好適な実施の形態を示した断面図である。

本実施の形態に係る着色光ファイバ１０は、光ファイバ裸線１１の周囲に一次被覆層１２が形成され、その周囲に二次被覆層１３が形成されたものである。

光ファイバ裸線１１は主成分を石英とするガラス系の材料で形成されている。

一次被覆層１２及び二次被覆層１３には、ウレタン（メタ）アクリレート系、エポキシ（メタ）アクリレート系、ポリエステル（メタ）アクリレート系、シリコン（メタ）アクリレート系の紫外線硬化樹脂組成物が用いられる。一次被覆層１２には主にヤング率０．５〜１０ＭＰａの材料が、二次被覆層１３にはヤング率５０〜２００ＭＰａの材料が用いられている。

さて、二次被覆層１３の周囲には本実施の形態の特徴である着色層１４が形成されている。着色層１４は、光ファイバを識別する色づけをするために光ファイバ素線の最外層として設けられる層であり、顔料等の着色剤が添加された紫外線硬化性樹脂組成物で形成されている。紫外線硬化性樹脂組成物に添加されるものとしては顔料の他に、光硬化開始剤、安定剤、可塑剤及び染料等が添加されている。

紫外線硬化性樹脂組成物は水への溶出率が３％以下のものであれば特に限定されない。ここで、溶出率とは常温の水または６０℃の温水に３０日間浸漬した後の、初期重量に対する重量変化分を表している。

着色層１４の水への溶出率を３％以下とした理由は、溶出率が３％より高くなると、着色層１４の体積収縮による内部応力が大きくなるため、一次被覆層１２及び二次被覆層１３へ不均一な応力が働き、各層間が密着していても、被覆層中、特に一次被覆層１２中にブリスタが生じやすくなるためである。

また、水の温度を６０℃としたのは、通常、常温での水への溶出率（吸収率）が低ければよいが、温度が高くなると溶出による体積変化（体積収縮）が大きくなるので、高温下で使用されることを考慮してより厳しい条件下で溶出率を低くすることとした。

特に、着色層１４は色がついていることから、着色されていない一次被覆層１２或いは二次被覆層１３に比べて紫外線の透過を妨げやすいので、着色層１４の表面と内部とでは樹脂の硬化度に差が生じ、内部ほど硬化度が低くなる傾向にある。このため、内部からの溶出による体積収縮が生じやすく、その体積収縮により生じた応力が一次及び二次被覆層１２，１３に伝わり、マイクロベンドが生じてしまう。光ファイバ中にマイクロベンドが存在すると光の伝送損失が増加し易くなる。

水に着色層１４が溶出する原因として、上記の光硬化開始剤、安定剤、可塑剤、顔料及び染料等の非架橋成分が溶出している。また、紫外線によって硬化した後、樹脂中に残留している未反応モノマーも溶出している。これら非架橋成分、未反応モノマーの親水性が高い程、水に溶出する度合が大きい。

さらに、紫外線硬化樹脂そのものの耐水性が低い（親水性が高い）と、水との接触により樹脂自身が加水分解しやすい。硬化した紫外線硬化樹脂中に残留する非架橋成分や未反応モノマーが少ない程溶出率は低くなる。つまり、樹脂の硬化度が高いほど溶出率は低くなる。

この硬化度を表す指標にゲル分率がある。紫外線硬化樹脂のゲル分率の測定は、ソックスレイの抽出法により行う。抽出条件は、使用溶剤をメチルエチルケトン、溶剤温度を１１０℃、抽出時間を１２時間とした。ゲル分率は次式で表される。

ゲル分率（％）＝（抽出後樹脂重量／抽出前樹脂重量）×１００
着色層１４の溶出率を３％以下に低減するために、着色層１４を形成する紫外線硬化樹脂のゲル分率は９５％以上であることが好ましい。

本実施の形態では、ゲル分率９５％以上の紫外線硬化樹脂としてポリエーテルウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂を用いた。ポリエーテルウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂のゲル分率は、９５〜９７％である。

なお、従来の着色光ファイバ５０の着色層５８に用いられたポリエステルウレタンアクリレート系の樹脂ではゲル分率が９３〜９４％、ポリエステルアクリレート系の樹脂では９０〜９２％であった。

また、紫外線硬化樹脂の耐水性（非親水性）が高いほど溶出率は低くなる。樹脂の耐水性を比較すると、ポリエーテルウレタンアクリレート系の樹脂の耐水性が最も高く、次に、ポリエステルウレタンアクリレート系の樹脂、ポリエステルアクリレート系の樹脂の順に高い。よって、着色層１４の紫外線硬化樹脂にはゲル分率が９５％以上のポリエーテルウレタンアクリレート系の樹脂を使用するのが最も好ましい。

さらに、光硬化開始剤、安定剤、可塑剤、顔料及び染料といった非架橋成分に非親水性のものを用いて紫外線硬化樹脂に添加することで、着色層の溶出率をより低減してもよい。

表１に本実施の形態の着色光ファイバ１０の着色層１４に用いる紫外線硬化樹脂（着色ＵＶ材料）を硬化させたシートを６０℃温水に浸漬した後の溶出率の測定結果を、従来の着色光ファイバに用いた着色ＵＶ材料の溶出率の測定結果と比較して示す。

表１中、着色ＵＶ材料Ａは、ポリエーテルウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂組成物に赤の着色剤を４重量％添加したものでり、着色ＵＶ材料Ｂは、ポリエステルウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂に赤の着色剤を４重量％添加したものであり、着色ＵＶ材料Ｃは、ポリエステルアクリレート系紫外線硬化樹脂に赤の着色剤を４重量％添加したものである。測定に用いたシートは、３種類の着色ＵＶ材料とも紫外線硬化後の厚さが５０±５μｍになるように調整し、窒素雰囲気下で照射量１０００ｍＪ／ｃｍ² でそれぞれ硬化させたものである。

表１に示すように、着色ＵＶ材料Ｂにおいては、浸漬５日後では３％であったものの、浸漬３０日後では５％の溶出による重量変化があった。着色ＵＶ材料Ｃにおいては、既に浸漬５日後で溶出率が５％となってしまっている。これに対し、本実施の形態に用いられる着色ＵＶ材料Ａでは、浸漬３０日後でも溶出率が２％と低く抑えられている。

図３は、本実施の形態の着色光ファイバ１０を６０℃温水に浸漬したとき時の伝送損失の変化量の測定結果（図中着色層Ａ）であり、従来の着色光ファイバ（図中着色層Ｂ，Ｃ）の測定結果と比較したものである。

３種の６０℃温水浸漬後の溶出率が異なる着色ＵＶ材料を用いて作製した着色光ファイバをそれぞれ長さ１０００ｍ、直径３００ｍｍの束状にし、６０℃温水中に浸漬して伝送損失の変化を５日ごとに測定した。

着色光ファイバ１０に用いた一次被覆層１２及び二次被覆層１３は、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂組成物で形成され、着色層１４以外の光ファイバ裸線１１及び被覆層１２，１３は３種とも同一のものを形成した。また、被覆層１２，１３は、着色光ファイバ１０の光ファイバ裸線１１を被覆層１２，１３の引抜力が５００〜１０００ｇ／ｃｍとなる被覆材を使用した。引抜力とは、被覆層１２の長さ１ｃｍから光ファイバ裸線１１を引き抜くのに必要な最大荷重を測定したものである。尚、着色層Ｂは着色ＵＶ材料Ｂを用いて形成され、着色層Ｃは着色ＵＶ材料Ｃを用いて形成されている。

図３に示すように、６０℃温水浸漬時の重量減少、すなわち溶出率が３％以上生じる着色層Ｂ及びＣを形成した着色光ファイバは、温水中での伝送損失が増加している。これに対し、溶出率３％以下とした本実施の形態の着色光ファイバ１０では伝送損失の増加が殆ど生じていない。さらに、着色光ファイバ１０を浸漬して３０日経過しても、伝送損失の増加はほとんど見られない。

図４は、６０℃温水浸漬時のテープファイバ中の着色光ファイバ１０の伝送損失の変化の測定結果である。図２に示すように、テープファイバ２０は、着色光ファイバ１０と、着色層Ｂを備える着色光ファイバ５５ｂと、着色層Ｃを備える着色光ファイバ５５ｃと、１本のダミーファイバ２１とを組み合わせてテープ材２２で固定した４心のテープファイバである。

図４に示すように、着色層Ｂの及びＣの着色光ファイバ５５では、直接着色光ファイバを浸漬したとき（図５参照）と同様に伝送損失の増加が生じている。これに対して、溶出率が３％以下の着色層１４（着色層Ａ）が形成された着色光ファイバ１０では伝送損失の増加が殆ど生じていない。

以上、光ファイバ裸線１１の周囲に形成された一次及び二次被覆層１２，１３の最外層に水への溶出率を３％となるように着色層１４を形成することで、着色光ファイバの光伝送損失の増加を抑制することができる。特に、水への浸漬による溶出率の大きい６０℃温水中における伝送損失の増加を抑制することができる。

本実施の形態の着色光ファイバを示す断面図である。図１の着色光ファイバ及び従来の着色光ファイバを連ねて形成したテープファイバの断面図である。着色光ファイバを６０℃温水に浸漬したときの伝送損失の変化を示すグラフである。図２のテープファイバを６０℃温水に浸漬したときの伝送損失の変化を示すグラフである。（ａ）は、光ファイバケーブルを示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のテープファイバの詳細を示す断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の着色光ファイバの詳細を示す断面図である。熱可塑性樹脂埋込型の光ファイバケーブルを示す断面図である。

符号の説明

１０着色光ファイバ
１１光ファイバ裸線
１２一次被覆層
１３二次被覆層
１４着色層

Claims

光ファイバ裸線上に複数の被覆層を設け、その最外層に着色層を形成した着色光ファイバにおいて、水への溶出率が３％以下の樹脂で着色層を形成したことを特徴とする着色光ファイバ。
上記溶出率は、常温水好ましくは６０℃の温水に上記着色層を３０日間浸漬した後の初期重量に対する重量変化分で求める請求項１記載の着色光ファイバ。
上記着色層を、ゲル分率９５％以上のポリエーテルウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂で形成した請求項１または２記載の着色光ファイバ。