JPH1059748A - ガラス系光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂を被
覆材として用いて、信号伝送性能が安定している光ファ
イバを紫外線照射により製造し得る方法を提供するこ
と。 【解決手段】 単官能モノマーを含有する紫外線硬化性
ウレタンアクリレート樹脂の塗料をガラス系光ファイバ
の上に被覆し、その塗膜層を５０℃以下の低温度に保持
した状態で少なくとも３００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射
して硬化させることを特徴とする。 【効果】 信号伝送性能が経時的にすこぶる安定してい
る光ファイバが製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス系光ファイ
バ、特に石英ガラス系光ファイバの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石英ガラス系光ファイバなどのガラス系
光ファイバは、一般的にその母材を線引して製造され、
その直上には一般的に軟質の一次被覆層が施される。こ
の一次被覆層は、大気中に含まれる水分や塵に起因する
ガラス表面のマイクロクラックの発生の防止および各種
の外力や内部応力による光ファイバのマイクロベンドを
防止乃至緩和するために施与される。この一次被覆層の
構成材料として、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂などが使
用されている。軟質の紫外線硬化樹脂は、各種の紫外線
硬化性樹脂を単官能モノマーの存在下で紫外線照射にて
硬化することにより得られ、単官能モノマーの使用のた
めに架橋点が少なく、この結果、硬化樹脂は軟質を示
す。光ファイバ被覆層の紫外線照射条件に関して、特公
平５−７２３３９号公報には、紫外線硬化性樹脂を２５
〜２００℃の範囲内の所定の温度に保持して紫外線照射
し、弾性率が調節された一次被覆層の形成方法が開示さ
れている。また電子情報通信学会秋季大会１９９３年、
第４号には、硬質の二次被覆層の形成に関してではある
が、紫外線硬化性樹脂を２０〜１００℃の範囲内の所定
の温度に保持して３０〜１００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線を
照射することが開示されている。ところで光ファイバの
被覆層形成用として知られている数多の紫外線硬化性樹
脂中の一種であるウレタンアクリレート樹脂を用い、こ
れを単官能モノマーの存在下に従来の照射条件にて紫外
線照射して光ファイバを製造した場合、得られた光ファ
イバは、しばしばその信号伝送性能が経時的に変化ある
いは低下する問題がある。

【０００３】未硬化の、即ち紫外線硬化性のウレタンア
クリレート樹脂は、（１）該樹脂中に配合された光開始
剤が紫外線により開裂し、ラジカルを生成する開始反
応、（２）開始反応により生じたラジカルの重合度が漸
次増大する成長反応、（３）ラジカルが他の分子に移る
連鎖移動反応、および（４）ラジカルが消滅してラジカ
ル反応が停止する停止反応、の４種の反応を経由して硬
化すると一般的に考えられている。これらの反応機構を
もとに上記問題の原因を究明するために種々検討したと
ころ、次のことが判明した。即ち、紫外線硬化性ウレタ
ンアクリレート樹脂を高温度で単官能モノマーの存在下
に紫外線照射すると、反応の初期には成長反応が促進さ
れて分子量のやや大きい成長ラジカルが生じるが、周囲
環境の高温度により成長ラジカルの自由度が大きくなっ
て停止反応が支配的となる。その結果、成長反応が充分
進まないままに反応が終了して未架橋部分を有する硬化
物が得られる。この未架橋部分は、その後光ファイバの
使用中などにおいて反応あるいは揮発逸散し、樹脂の、
しかして一次被覆層の特性を変化させ、ひいては光ファ
イバの伝送特性に変化を生ぜしめるに至る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、紫外線硬化
性ウレタンアクリレート樹脂を用いる場合においても、
信号伝送性能が安定している光ファイバを紫外線照射に
より製造し得る方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、つぎの特徴を
有する。 １．ガラス系光ファイバの上に被覆された紫外線硬化性
ウレタンアクリレート樹脂の層を単官能モノマーの存在
下で且つ該層を５０℃以下の温度に保持した状態で少な
くとも３００ｍＪ／ｃｍ² の照射量の紫外線照射にて硬
化することを特徴とするガラス系光ファイバの製造方
法。 ２．紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂層の温度を
冷風装置により５０℃以下に保持する上記１記載のガラ
ス系光ファイバの製造方法。 ３．紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂が、ポリテ
トラメチレングリコール、トリレンジイソシアナート、
およびヒドロキシエチルアクリレートからなる上記１ま
たは２記載のガラス系光ファイバの製造方法。

【０００６】

【作用】紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂の層を
単官能モノマーの存在下で且つ該層を５０℃以下の低温
度に保持した状態で紫外線を照射することにより、前記
した高温度下での紫外線照射の場合と異なって、低分子
成分たる単官能モノマーの拡散が支配的となって成長反
応が促進される。このような状態の中で少なくとも３０
０ｍＪ／ｃｍ² もの高程度の紫外線を照射することによ
り、未反応部分が極めて少ない硬化ウレタンアクリレー
ト樹脂層が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で用いる紫外線硬化性ウレ
タンアクリレート樹脂の主成分たるオリゴマーとして
は、一般塗装用、光ファイバ製造用などとして知られて
いる種々の化学構造のものであってよく、一般的にはジ
イソシアネート、ポリオール、ヒドロキシアクリレート
の３種の材料から得られ、数平均分子量が５００〜２
０，０００程度、特に１，０００〜７，０００程度のも
のが好ましい。

【０００８】ジイソシアネートとしては、例えばトリレ
ンジイソシアネート、４，４−ジフェニルメタンジイソ
シアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホ
ロンジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキ
シルイソシアネート）、あるいはその他であり、一種ま
たは二種以上のジイソシアネートが使用される。

【０００９】ポリオールとしては、例えばポリテトラメ
チレングリコール、テトラヒドロフラン以外の環状エー
テル、例えばプロピレンオキサイドなどの少なくとも一
種とテトラヒドロフランとの共重合ジオール、エチレン
グリコール、ポリオキシプロピレンジアミン、あるいは
その他であり、一種または二種以上のポリオールが使用
される。

【００１０】ヒドロキシアクリレートとしては、例えば
２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプ
ロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリ
レート、グリシジルメタアクリレート、あるいはその他
であり、一種または二種以上のヒドロキシアクリレート
が使用される。

【００１１】紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂に
は、周知の光開始剤と単官能モノマーとが配合されて用
いられる。光開始剤としては、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サイド、１−ヒド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルジメチ
ルケタール、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フ
ェニル〕−２−モルホリノ−プロパン−１−オン、ベン
ゾフェノン、ベンゾインエステル、ベンゾインエーテル
あるいはその他であり、一種または二種以上の光開始剤
が使用される。

【００１２】単官能モノマーとしては、紫外線硬化性ウ
レタンアクリレート樹脂の光重合に使用されている各種
のモノマー、例えばアクリロイル基またはメタアクリロ
イル基やビニル基を分子中に一個有するもの、を採用す
ることができる。

【００１３】アクリロイル基またはメタアクリロイル基
を分子中に一個有する単官能モノマーを例示すると、イ
ソボルニルアクリレート、ヘキシルアクリレート、２−
エチルヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレー
ト、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラ
ウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、２−ヒ
ドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピル
アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、
ブトキシエチルアクリレート、エチルジエチレングリコ
ールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシ
クロペンタジエンアクリレート、ポリエチレングリコー
ルアクリレート、ポリプロピレングリコールアクリレー
ト、メチルトリエチレングリコールアクリレート、ジエ
チルアミノエチルアクリレート、７−アミノ−３，７−
ジメチルオクチルエチルアクリレート、カプロラクトン
変性テトラフルフリルアクリレート、ノニルフェノキシ
ポリエチレングリコールなどのアクリル系化合物類、ヘ
キシルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレ
ート、イソオクチルメタクリレート、デシルメタクリレ
ート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレ
ート、ステアリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレ
ート、ポリプロピレングリコールメタクリレート、ジエ
チルアミノエチルメタクリレートなどのメタクリル系化
合物類である。ビニル基を分子中に一個有する単官能モ
ノマーを例示すると、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−
ビニルピロリドン、ビニルフェノール、アクリルアミ
ド、酢酸ビニル、ビニルエーテル、スチレンなどであ
る。

【００１４】紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂の
主成分たるウレタンアクリレートオリゴマーの多くは、
室温において高粘度の液体である。よって、上記した各
種の単官能モノマーとしては、かかる高粘度のオリゴマ
ーを溶解して通常の方法で光ファイバに塗布できる程に
低粘度化し得るものが好ましい。さらにウレタンアクリ
レートオリゴマーに対する硬化速度、架橋密度、更には
光ファイバに対する密着性などの点において優れている
ものが好ましい。上記の観点から、特に好ましい単官能
モノマーを挙げると、イソボルニルアクリレート、ラウ
リルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレー
ト、カプロラクトン変性テトラフルフリルアクリレー
ト、ノニルフェノキシポリエチレングリコール、Ｎ−ビ
ニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルピロリドンなどであ
る。

【００１５】本発明においては、光開始剤と単官能モノ
マーとが配合された紫外線硬化性ウレタンアクリレート
樹脂は、光ファイバ母材から線引きされてなる光ファイ
バの上に通常の方法で被覆され、ついで５０℃以下の温
度に保持された状態で少なくとも３００ｍＪ／ｃｍ² の
照射量にて紫外線照射し硬化されるが、特に４０℃以下
の温度に保持された状態で少なくとも３５０ｍＪ／ｃｍ
² の照射量にて照射硬化することが好ましい。

【００１６】以下、図面を用いて本発明の方法を詳細に
説明する。図１は、本発明の方法を実施するために用い
られる装置例の断面図であって、１は光ファイバ母材Ｐ
を線引きするための加熱炉、２は紫外線硬化性ウレタン
アクリレート樹脂組成物からなる塗料Ｃを収容したノズ
ル２１を有する塗料槽、３は光ファイバＦの上に塗布さ
れた塗料Ｃの塗布層を紫外線照射により硬化するための
硬化処理槽である。硬化処理槽３は、外壁３１、光ファ
イバＦの通路となる石英ガラス管３２、楕円形の開口断
面を有する管状のコールドミラー３３、コールドミラー
３３の内に設置された紫外線ランプ３４、換気導入管３
５、換気導出管３６、および石英ガラス管３２の下端開
口部に挿設された冷気供給装置３７とからなっている。
石英ガラス管３２は、硬化処理槽３を貫通して設置され
ており、その上端は外壁３１の上面壁に設けられた開口
に一致して大気中に開口している。また石英ガラス管３
２の下端部は、外壁３１の下面壁を貫通して大気中に突
出している。コールドミラー３３は、その全長にわた
り、紫外線ランプ３４から発せられる紫外線を石英ガラ
ス管３２中を通過する光ファイバＦの表面に集光する曲
面を有しており、また紫外線ランプ３４から発せられる
赤外線を吸収する機能をも併せ有する。冷気供給装置３
７は、冷気供給管３７１とそれに連結された環状のガス
分配部３７２とからなり、ガス分配部３７２は環状のガ
ス導出口３７３を有する。環状のガス分配部３７２の中
は、光ファイバＦの通過路となっている。

【００１７】光ファイバ母材Ｐから線引きされた光ファ
イバＦは、矢印に示す通りに下行して、順次、塗料槽
２、石英ガラス管３２、および冷気供給装置３７を通過
する。光ファイバＦは、塗料槽２において塗料Ｃが塗布
されてその表面に塗布層が形成され、該塗布層は石英ガ
ラス管３２内を通過中に紫外線照射されて硬化する。硬
化処理槽３および石英ガラス管３２の各内部は、紫外線
ランプ３４からの熱により温度上昇する。この温度上
昇、特に石英ガラス管３２内部のそれは本発明の実施に
おいては忌むべきものであるので、これを防止するため
に石英ガラス管３２内には冷気供給装置３７のガス導出
口３７３から冷気を連続放出して光ファイバＦ上の塗布
層を５０℃以下の低温に保持する。冷気としては、窒
素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが適してい
る。必要な冷却を実現するのに要する冷気の温度は、光
ファイバＦのサイズや線速あるいは冷気自体の流量によ
って異なるが、一般的には５〜２５℃程度が適当であ
る。なお、一般の操業の際には、換気導入管３５から大
気を導入し換気導出管３６から排気して硬化処理槽３の
過度の温度上昇を防止しているが、必要によりこの換気
量を多くして間接的に石英ガラス管３２内の冷却を補助
することもできる。

【００１８】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を一層詳細に説
明すると共に、比較例をも示して本発明の顕著な効果を
示す。

【００１９】紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂と
して、つぎの２種を用意した。 樹脂１：ウレタンアクリレートオリゴマーとしてポリテ
トラメチレングリコール、トリレンジイソシアネート、
および２−ヒドロキシエチルアクリレートとから得られ
たもの６０重量部、単官能モノマーとしてカプロラクト
ン変性テトラフルフリルアクリレート１０重量部および
ノニルフェノキシポリエチレングリコール３０重量部、
並びに光開始剤として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サイド１重量部とからなる
もの。 樹脂２：ウレタンアクリレートオリゴマーとしてポリテ
トラメチレングリコール、トリレンジイソシアネート、
および２−ヒドロキシエチルアクリレートとから得られ
たもの６０重量部、単官能モノマーとしてカプロラクト
ン変性テトラフルフリルアクリレート１０重量部および
ノニルフェノキシポリエチレングリコール３０重量部、
並びに光開始剤として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サイド０．５重量部および
ベンジルジメチルケタール０．５重量部とからなるも
の。

【００２０】実施例１ 光ファイバ母材から６００ｍ／分の線速度で連続的に線
引きされる外径１２５μｍのＳＭ型石英ガラス光ファイ
バの上に上記の樹脂１を塗布し、この塗布層を図１と同
タイプの硬化処理槽にて、塗布層の平均温度２５℃、照
射量４５０ｍＪ／ｃｍ² の照射条件にて硬化し、かくし
て硬化塗布層の平均厚さが３０μｍの光ファイバを得
た。また、石英ガラス管内には１５℃に冷却したヘリウ
ムを１０リットル／分の流量で連続供給して塗布層を上
記の通りの温度に保持した。

【００２１】実施例２ 塗布層の照射量を３５０ｍＪ／ｃｍ² の照射条件とした
以外は実施例１と同じ方法並びに条件にて、硬化塗布層
の平均厚さが３０μｍの光ファイバを得た。

【００２２】実施例３ 紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂として、上記の
樹脂２を用いた以外は実施例１と同じ方法並びに条件に
て、硬化塗布層の平均厚さが３０μｍの光ファイバを得
た。

【００２３】実施例４ 塗布層の照射量を３５０ｍＪ／ｃｍ² の照射条件とした
以外は実施例３と同じ方法並びに条件にて、硬化塗布層
の平均厚さが３０μｍの光ファイバを得た。

【００２４】比較例１ 塗布層の平均温度を６０℃、照射量を１００ｍＪ／ｃｍ
² の照射条件とした以外は実施例１と同じ方法並びに条
件にて、硬化塗布層の平均厚さが３０μｍの光ファイバ
を得た。

【００２５】比較例２ 塗布層の平均温度を６０℃、照射量を１００ｍＪ／ｃｍ
² の照射条件とした以外は実施例３と同じ方法並びに条
件にて、硬化塗布層の平均厚さが３０μｍの光ファイバ
を得た。

【００２６】つぎに実施例１〜４、および比較例１〜２
から得た各光ファイバについて、下記に示す方法にて硬
化塗布層のゲル分率並びに信号伝送性能の経時変化度を
測定した。その測定結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】硬化塗布層のゲル分率の測定方法：抽出溶
剤としてメチルエチルケトンを用いるソックスレー抽出
法に依る。なお抽出は、５時間行った。 信号伝送性能の経時変化度の測定方法：１００℃で４８
時間加熱後、−４０℃と＋７０℃との間で１０回のヒー
トサイクルを行う。なお−４０℃および＋７０℃での各
保持時間は１２０分である。この加熱並びにヒートサイ
クルを行う前後の伝送損失の変化量を測定する。

【００２９】表１から、本発明の方法で製造した光ファ
イバの硬化塗布層は、高ゲル分率を有するのみならず、
光ファイバ自体の加熱前後における伝送損失の変化量が
比較例から得られる光ファイバのそれらと対比してすこ
ぶる小さく、信号伝送性能が安定していることがわか
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明で製造される光ファイバは、信号
伝送性能が経時的にすこぶる安定しているので、高性能
の信号伝送が要求される各種の用途に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するために用いられる装置
例の断面図である。

【符号の説明】

Ｐ 光ファイバ母材 Ｆ 光ファイバ １ 加熱炉 ２ 塗料槽 ３ 硬化処理槽 ３２ 石英ガラス管 ３３ コールドミラー ３４ 紫外線ランプ ３７ 冷気供給装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス系光ファイバの上に被覆された紫
   外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂の層を単官能モノ
   マーの存在下で且つ該層を５０℃以下の温度に保持した
   状態で少なくとも３００ｍＪ／ｃｍ² の照射量の紫外線
   照射にて硬化することを特徴とするガラス系光ファイバ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂
   層の温度を冷風装置により５０℃以下に保持する請求項
   １記載のガラス系光ファイバの製造方法。
3. 【請求項３】 紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂
   が、ポリテトラメチレングリコール、トリレンジイソシ
   アナート、およびヒドロキシエチルアクリレートからな
   る請求項１または２記載のガラス系光ファイバの製造方
   法。