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発明の名称 光ファイバ心線および光ファイバテープ心線とその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−256322(P2007−256322A)
公開日 平成19年10月4日(2007.10.4)
出願番号 特願2006−76834(P2006−76834)
出願日 平成18年3月20日(2006.3.20)
代理人 【識別番号】100064447
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 正夫
発明者 佐藤 哲夫 / 中島 康雄 / 妹尾 敦義
要約 課題
着色層の接着力が改善された光ファイバ心線及びテープ心線を提供する。

解決手段
光ファイバ被覆層樹脂の硬化の際の紫外線照射量及び雰囲気酸素を制御して、着色層樹脂の塗布の接着性に対し光ファイバ素線の表面状態の最適化を図る。最適化の評価は、純水およびジヨードメタンに対する後退接触角βを測定し、そこから算出した表面自由エネルギーの極性力成分γspが、光ファイバ素線の上層に塗布する被覆層樹脂液の表面張力γl以上になるようにすることで行なわれる。特に、テープ心線から光ファイバ線の単心分離の際に、着色層の剥離を防ぐことができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
ガラス光ファイバに少なくとも1層の被覆層樹脂を被覆してなる光ファイバ素線の上層に、着色用被覆層樹脂液が塗布され、前記着色用被覆層樹脂液が硬化されてなる光ファイバ心線において、前記光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが、前記着色用被覆層樹脂液の表面張力γlより大きいことを特徴とする光ファイバ心線。
【請求項2】
前記光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspは、既知の表面自由エネルギーを有する少なくとも2種類の液体に対する前記光ファイバ素線の後退接触角βから算出されることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ心線。
【請求項3】
請求項1または2項に記載の光ファイバ心線を複数本平面上に並べ、テープ層樹脂により一括被覆したことを特徴とする光ファイバテープ心線。
【請求項4】
光ファイバ心線の製造方法であって、
ガラス光ファイバに少なくとも1層の被覆層樹脂を被覆することにより、光ファイバ素線を生成するステップと、
前記光ファイバ素線の上に着色用被覆層樹脂液を塗布し、前記着色用被覆層樹脂液を硬化させて、光ファイバ心線を生成するステップとからなり、
前記光ファイバ素線を生成するステップは、前記光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが、前記着色用被覆層樹脂液の表面張力γlより大きくなるように、前記光ファイバ素線の最外被覆層の樹脂硬化時に使用される雰囲気中の酸素濃度および/または紫外線照射量を調整するステップを含むことを特徴とする光ファイバ心線の製造方法。
【請求項5】
前記光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspは、既知の表面自由エネルギーを有する少なくとも2種類の液体に対する前記光ファイバ素線の後退接触角βから算出されることを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ心線の製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバケーブルに収納される光ファイバ心線及びその製造方法に関するものである。特に紫外線硬化性樹脂組成物の硬化物により被覆された光ファイバ素線に、着色材を含む紫外線硬化性樹脂組成物を塗布して硬化させ光ファイバ心線とした際に、被覆層と着色層との良好な密着性を有する光ファイバ心線を提供する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバ素線は、通常、ガラス光ファイバを保護するためにその外周に2層の被覆、すなわち軟質の一次被覆層(プライマリ層)及び硬質の二次被覆層(セカンダリ層)を有している。ケーブル内で用いられる場合、光ファイバ素線は、識別のためにその外周に着色を行って光ファイバ心線とし、さらに複数本の心線を透明な紫外線硬化樹脂で一括被覆することで光ファイバテープ心線として提供されることがある。このテープ心線は接続の際、テープ層を除去して複数本の独立した心線として用いる。しかしながら、着色層とセカンダリ層との密着力がテープ層と着色層との密着力よりも弱い場合には、テープ心線から心線を取り出すためにテープ層を除去する際に同時に着色層も剥がれてしまい、光ファイバ着色心線として使用できなくなる。
【0003】
被覆材の密着力は、その下地となる樹脂の表面状態に大きく依存する。すなわち、着色層とセカンダリ層との密着力は光ファイバ素線の表面状態に大きく影響される。たとえば、「特許文献1」では、光ファイバ素線の表面を未硬化状態で保持させ、その外周に着色層を設けることで、良好な密着力を得る光ファイバ着色心線の製造方法が開示されている。
【特許文献1】特開平04-268521号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示されているように、光ファイバ素線の表面が未硬化状態であると、着色層の硬化時に光ファイバ素線表面との間に化学的な結合が生じ、良好な密着力が得られ易いと考えられるが、光ファイバ素線の表面を未硬化状態としても、光ファイバ素線のぬれ性が低く、良好な密着が得られない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述の課題を解決すべく、本発明の光ファイバ心線は、ガラス光ファイバに少なくとも1層の被覆層樹脂を被覆してなる光ファイバ素線の上層に、着色用被覆層樹脂液が塗布され、この着色用被覆層樹脂液が硬化されて構成され、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが着色用被覆層樹脂液の表面張力γlより大きいことを特徴とする。
【0006】
本発明の光ファイバ心線の一つの実施態様において、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspは、既知の表面自由エネルギーを有する少なくとも2種類の液体に対する光ファイバ素線の後退接触角βから算出される。
【0007】
さらに、上述の光ファイバ心線を複数本平面上に並べ、テープ層樹脂により一括被覆することにより、本発明の光ファイバ心線の特徴を備える光ファイバテープ心線が得られる。
【0008】
また、本発明の光ファイバ心線の製造方法においては、ガラス光ファイバに少なくとも1層の被覆層樹脂を被覆することにより光ファイバ素線が生成され、当該光ファイバ素線の上層に着色用被覆層樹脂液を塗布し、着色用被覆層樹脂液を硬化させることにより、光ファイバ心線が生成され、光ファイバ素線を生成する際に、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが、前記着色用被覆層樹脂液の表面張力γlより大きくなるように、前記光ファイバ素線の最外被覆層の樹脂硬化時に使用される雰囲気中の酸素濃度および/または紫外線照射量を調整することを特徴とする。
【0009】
本発明の光ファイバ心線の製造方法の一つの実施態様において、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspは、既知の表面自由エネルギーを有する少なくとも2種類の液体に対する光ファイバ素線の後退接触角βから算出される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、良好な着色密着力を有する光ファイバ心線を提供することができる。またそのような光ファイバ心線を一括被覆することで、単心分離性に優れた光ファイバテープ心線を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1は、本発明に係る光ファイバ心線の一実施形態を示す模式的断面図である。光ファイバ心線6は着色材を含む紫外線硬化性樹脂組成物からなる着色層樹脂5を光ファイバ素線4の外周に被覆したものである。光ファイバ素線は、ガラス光ファイバ1を第一次被覆層(プライマリ層2)と第二次被覆層(セカンダリ層3)で被覆したものである。一般的には、プライマリ層はヤング率3MPa以下、セカンダリ層はヤング率500MPa以上の樹脂が用いられている。
【0012】
図2は、本発明に係る光ファイバテープ心線の一実施形態を示す模式的断面図である。光ファイバテープ心線8は複数本の光ファイバ心線6を紫外線硬化性樹脂組成物からなるテープ層樹脂7にて一括被覆したものである。
【0013】
本発明の光ファイバ心線に用いられる光ファイバ素線4は一例として、以下の方法で製造される。あらかじめ用意した所定の屈折率分布を有する光ファイバ用母材を図4に示す線引き方法により線引きする。具体的には、まず、光ファイバ用母材41を加熱炉42により加熱溶融させ、外径約125μmのガラス光ファイバ1に線引きする。このガラス光ファイバ1上に、樹脂被覆用のダイス43にてプライマリ層2用の紫外線硬化型樹脂を塗布し、引き続き所定の酸素濃度雰囲気に調整された紫外線照射室44にて紫外線を照射してこれを硬化させ、プライマリ層2を形成する。更に、ダイス45にてセカンダリ層3用の紫外線硬化型樹脂を塗布し、引き続き所定の酸素濃度雰囲気に調整された紫外線照射室46にて紫外線を照射して硬化させ、セカンダリ層を形成し、外径約250μmの光ファイバ素線4を得、これをボビン47に巻き取る。
【0014】
ここで得られた光ファイバ素線4に、さらにダイスを用いて着色用被覆層樹脂液を塗布し、引き続いて所定の酸素濃度雰囲気に調整された紫外線照射室にて紫外線を照射して硬化させることで、光ファイバ心線6が形成される。
【0015】
第3図は光ファイバ素線4の表面自由エネルギーを求めるための動的接触角の測定方法についての説明図である。動的接触角は自動表面張力計(K100, KRUSS社製)を用いて測定した。測定環境は温度25℃、湿度50%である。光ファイバ素線4は両面テープを用いて自動表面張力計のプローブ部11に固定されている。この光ファイバ素線4を表面張力が既知の液体に一定速度で浸漬していくときの接触角を前進接触角αと呼び、逆に液体から一定速度で引き上げるときの接触角を後退接触角βと呼ぶ。前進接触角αは液体に対するぬれ性を示す指針とされているが、本発明では塗布樹脂との密着性が、液体に接触した後の表面状態を示す後退接触角βから算出される表面自由エネルギーの極性力成分と相関関係にあることを見出したことから、ここでは後退接触角βを用いる。ウイルヘルミィ法よる接触角の計算方法は、公知文献(例えば、石井他編、「ぬれ技術ハンドブック ―基礎・測定評価・データ―」、株式会社テクノシステム)に記載の通りである。また接触角から表面自由エネルギーを計算するOwensの式についても上記の公知文献などに記載の通りである。表面自由エネルギーの分散力成分及び極性力成分を求めるには、その表面自由エネルギーが既知の2種類以上の液体が必要であり、ここでは純水とジヨードメタンを用いて測定している。尚、純水の表面張力の分散力成分γldは26.0mN/m、極性力成分γlpは46.8mN/mであり、その表面張力γlは合計値である72.8mN/mである。またジヨードメタンの表面張力の分散力成分γldは44.1mN/m、極性力成分γlpは6.7mN/mであり、その表面張力γlは合計値である50.8mN/mである。光ファイバ素線4の表面状態は周囲の環境によっても変化するため、光ファイバ素線4は接触角の測定前に、温度25℃、湿度50%の環境下で状態調整を行っている。
【0016】
動的接触角の後退接触角βから表面自由エネルギーを算出するには、具体的は次のように行う。純水およびジヨードメタンのそれぞれに対し、次に示すOwensの式が成り立つ。
γl(1+cosβ) = 2(γldγsd)0.5 + 2(γlpγsp)0.5
ここでβは実測値であり、γldおよびγlhは先に記した純水およびジヨードメタンの固有値を用いる。不明なのはγsdおよびγspであるが、純水およびジヨードメタンに対するそれぞれの式を連立方程式として解くことで、表面自由エネルギーの分散力成分γsdおよび極性力成分γspが求まる。表面自由エネルギーγsはγsdおよびγspの合計値である。
一方、光ファイバ素線4に塗布する着色材の表面張力γlは、樹脂液の状態において、温度25℃、湿度50%の環境下で、自動表面張力計(K100, KRUSS社製)用いて、白金板が樹脂液に一定速度で浸漬していくときの表面張力γlとして測定された。表面張力の計算方法は、上記の公知文献などに記載の通りである。
【0017】
種々の表面状態を有する光ファイバ素線の、後退接触角βの測定を行い、表面自由エネルギーγsを算出した。また表面張力γlの異なる着色層用紫外線硬化性樹脂組成物をもちいて被覆を行い、着色密着力の測定を行った。結果を表1に示す。
【0018】
【表1】


【0019】
表1において、酸素濃度と照射量は光ファイバ素線のセカンダリ層3形成時の、酸素濃度と紫外線照射量である。なお、照射量“高”とは100mJ/cm以上、“中”とは40〜100mJ/cm、“低”とは40mJ/cm以下である。
【0020】
また、表面自由エネルギーは、前述した光ファイバ素線4の純水およびジヨードメタンに対する動的接触角(後退接触角β)の結果から算出した表面自由エネルギーを示す。
【0021】
着色密着力は、ナイロンたわしを用いたしごき試験により評価した値である。より具体的には、2cm程度の大きさに切断した市販のナイロンたわし(スコッチブライト)2枚で光ファイバ心線6を挟み、ナイロンたわしに均一に20Nの荷重を加えた状態で光ファイバ心線をスライドさせた。測定は5回行い、その平均値を表1に記載した。
【0022】
表1に示されたように、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspと着色密着力に明らかな相関が見られる。すなわち、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが着色材の表面張力γlより小さいとき(言い換えれば、γsplがマイナスのとき)、着色密着力(剥離までのしごき回数)は3回未満である。一方で極性力成分γspが着色材の表面張力γlより大きい(言い換えれば、γsplが0以上)とき、着色密着力(剥離までのしごき回数)は3回以上であり、またγsplが大きくなるにつれて着色密着力も向上している。着色密着力(剥離までのしごき回数)が3回未満の光ファイバ心線は、着色密着力が低いことから単心分離不良を生じる問題がある。実際にしごき回数が3回以上である場合は、単心分離不良はほとんど生じず、しごき回数が3回未満である場合は、10〜20%くらいの単心分離不良率となるデータが得られている。また、このような着色心線や、このような着色心線を用いた光ファイバテープ心線は水に浸漬した際に、光ファイバ素線と着色層樹脂との界面に剥離が生じ、光ファイバの伝送損失が生じる可能性が高い。
【0023】
一般に、液体の表面張力γlより固体の表面自由エネルギーγsの方が大きいと、その接触角は0°になり完全にぬれることになる。しかしながら表1に示されたように、光ファイバ心線6においては、着色材の表面張力γlより光ファイバ素線の表面自由エネルギーγsが大きくても着色密着力は不十分であり、着色材の表面張力γlより光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspが大きいことが必要である。また言い換えれば、良好な密着力を発現させるためには、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γspより小さい表面張力γlを有する着色材を用いる必要がある。
【0024】
これは、光ファイバ心線6の製造において、着色材はダイスにより光ファイバ素線4上に強制的に塗布され、その後光ファイバ素線4の表面状態に応じて部分的にはじかれると考えられる。光ファイバ素線4に着色材が良好に塗られれば、安定した密着力が発現され、良好な着色密着力が得られると考えられる。従って、光ファイバ素線4の表面状態を評価するには、後退接触角βから求めた表面自由エネルギーγsが重要と推定される。
【0025】
表面自由エネルギーの極性力成分γspを調整する手段としては、セカンダリ層3の硬化時の照射量、および酸素濃度を調整することが挙げられる。セカンダリ被覆層3の樹脂硬化の際における紫外線照射量と酸素濃度を種々に変化させ、動的接触角(後退接触角β)の測定を行い、表面自由エネルギーの算出を行った。結果を表2に示す。
【0026】
【表2】


【0027】
表2において、酸素濃度と照射量は光ファイバ素線のセカンダリ層3形成時の、酸素濃度と紫外線照射量である。なお、照射量“高”とは100mJ/cm以上、“中”とは40〜100mJ/cm、“低”とは40mJ/cm以下である。
【0028】
また、表面自由エネルギーは、前述した光ファイバ素線4の純水およびジヨードメタンに対する動的接触角(後退接触角β)の結果から算出した表面自由エネルギーを示す。
【0029】
表2に示されたように、極性力成分γspは硬化時の酸素濃度が高くなるにつれて大きくなる傾向がある。また一定の酸素濃度下では、極性力成分γspは硬化時の照射量が低くなるにつれて大きくなる傾向がある。言い換えれば、光ファイバ素線の製造において、セカンダリ硬化時の酸素濃度や紫外線照射量の調整により、表面自由エネルギーを変化させることができ、表面自由エネルギーの極性力成分γspを、着色用被覆層樹脂液の表面張力γlより大きくなるように、酸素濃度および/または紫外線照射量を調整することで、良好な着色密着力を有する光ファイバ心線を得ることができる。
【0030】
以上から良好な着色密着力を得るためには、光ファイバ素線の上層に塗布する被覆層樹脂液の表面張力γlが、光ファイバ素線の表面自由エネルギーの極性力成分γsp以下である必要があり、そのためにはセカンダリ層3の硬化時の酸素濃度を高くする、または紫外線照射量を少なくすることが有効であることがわかる。ただし、これらの操作により被覆層樹脂の硬化性を下げすぎると、光ファイバ素線の被覆が柔らかくなり傷つきやすくなる問題を生じ、また被覆層樹脂の摩擦性が上がることから光ファイバ素線のボビン巻き取り時の巻き不良などの問題が生じる。ボビンへの巻き取り時の巻き不良を考慮すれば、γspは60mN/m以下が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の光ファイバ心線の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図2】本発明の光ファイバテープ心線の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図3】光ファイバ素線の動的接触角の測定方法についての説明図である。
【図4】一般的な光ファイバ素線の製造方法を示す図である。




 

 


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