JP3858895B2

JP3858895B2 - 光ファイバ心線およびその製造方法

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Publication number: JP3858895B2
Application number: JP2004029735A
Authority: JP
Inventors: 善久加藤; 秀幸鈴木; 芳宜黒沢
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005221778A

Description

本発明は、ガラスファイバを紫外線硬化樹脂層によって被覆した光ファイバ心線およびその製造方法に関し、特に、安定した巻替性が得られるとともに、表面に形成される着色層の密着性を向上させた光ファイバ心線およびその製造方法に関する。

従来、光ファイバのコーティング材として紫外線硬化樹脂が主に用いられ、ファイバの線引速度の高速化、線引長の長尺化が進んでいる（例えば、特許文献１参照。）。

通常、線引後の品質チェックとして、巻替を兼ねたプルーフテストが行われる。プルーフテストは、光ファイバのガラスに強度の低い欠陥部分の有無を調べる試験で、一定の張力を加えて巻替を実施する。このプルーフテストもファイバを高速で走行させるため、ファイバ表面に摩擦による静電気が発生しやすい。

そのため、光ファイバの巻き乱れが生じ、伝送損失が増加するという問題があり、通常、静電気除去装置を取り付けて対処している（例えば、特許文献２参照。）。

また、光ファイバ心線の表面のタック性（べたつき）が強いと、巻乱れが生じやすくなるので、表面の滑性や平滑性を付与するためレベリング剤などの添加剤が紫外線硬化樹脂に配合されたりしている。
特開２０００−１９３８５５号公報特開平８−１１０４１７号公報

しかし、静電気除去装置の除電性能を安定して保つには、センサーのメンテナンスを頻繁に行う必要があること、周囲の湿度に大きく影響を受けることがあり、除電効果が十分に発揮されない場合が多い。そのため、巻替時に巻乱れが生じ、伝送損失が増加して、再度巻替を実施する必要や、ひどい場合には廃却する必要があるなどの問題がある。

また、表面に滑性を付与するためにコーティング材中に滑剤などの添加剤を多く配合すると、光ファイバ心線外層に識別のために設けられる着色層との密着力が低下する問題がある。着色層の密着力が弱い着色光ファイバ心線を複数本並べて、紫外線硬化樹脂などで一括被覆されたテープファイバにおいては、端末施工時に被覆層を一括して除去する際に着色層の剥がれが生じ、識別不良が起こる。さらに、温水中では、着色層と下層との間にブリスタが発生し、伝送損失が増加するという問題が発生する。

従って、本発明の目的は、安定した巻替性が得られるとともに、表面に形成される着色層の密着性を向上させた光ファイバ心線およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、ガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂層を形成した光ファイバ心線において、前記紫外線硬化樹脂層は、その表面の平均面粗さが０．５〜１０ｎｍ、最大高低差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ心線を提供する。

上記紫外線硬化樹脂層は、その表面の平均面粗さが０．５〜５ｎｍ、最大高低差が２０ｎｍ以下であるのが好ましい。

本発明は、上記目的を達成するため、ガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂を塗布し、未硬化の前記紫外線硬化樹脂が塗布された前記ガラスファイバを、不活性ガスが流入する石英管内に通過させるとともに、前記ガラスファイバに前記石英管を通して紫外線を照射することにより、前記未硬化の紫外線硬化樹脂を硬化させて光ファイバ心線を製造する光ファイバ心線の製造方法において、前記石英管内に流入する前記不活性ガス中の酸素濃度を１００００〜３００００ｐｐｍに調整することにより、前記紫外線硬化樹脂の表面を粗化することを特徴とする光ファイバ心線の製造方法を提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、ガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂を塗布し、前記紫外線硬化樹脂が塗布された前記ガラスファイバを、不活性ガスが流入する石英管内に通過させるとともに、前記ガラスファイバに前記石英管を通して紫外線を照射することにより、未硬化の前記紫外線硬化樹脂を硬化させて第１の被覆層を形成し、前記第１の被覆層の上に紫外線硬化樹脂を更に塗布し、前記紫外線硬化樹脂が塗布された前記ガラスファイバを、前記不活性ガスが流入する石英管内に通過させるとともに、前記ガラスファイバに前記石英管を通して紫外線を照射することにより、未硬化の前記紫外線硬化樹脂を硬化させて第２の被覆層を形成して光ファイバ心線を製造する光ファイバ心線の製造方法において、前記石英管内に流入する前記不活性ガス中の酸素濃度を５０００〜５００００ｐｐｍに調整することにより、前記第２の被覆層の表面を粗化することを特徴とする光ファイバ心線の製造方法を提供する。

本発明の光ファイバ心線によれば、ガラスファイバを保護する紫外線硬化樹脂層の表面の平均面粗さを０．５〜１０ｎｍ、最大高低差を５０ｎｍ以下とすることにより、良好な巻替性が得られるとともに、その表面に形成される着色層の密着性が向上する。

紫外線硬化樹脂層の表面の平均面粗さを０．５〜５ｎｍ、最大高低差を２０ｎｍ以下とすることにより、より安定した巻替性が得られる。

本発明の光ファイバ心線の製造方法によれば、ガラスファイバを保護する紫外線硬化樹脂の表面を粗化することにより、良好な巻替性が得られるとともに、その表面に形成される着色層の密着性が向上する。

紫外線硬化樹脂を硬化させる際に供給する不活性ガス中の酸素濃度を５０００〜５００００ｐｐｍに調整することにより、所望の表面粗さが得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る着色光ファイバ心線を示す。この着色光ファイバ心線１は、同図（ａ）に示すように、ガラスファイバ２の周囲を、平均面粗さ０．５〜１０ｎｍ、最大高低差は５０ｎｍ以下の表面３ａを有する被覆層３で被覆し、その表面３ａに着色層４を形成したものである。なお、同図（ｂ）は、着色層４を形成する前の光ファイバ心線１ａを示す。

ガラスファイバ２は、例えば、石英ガラスからなり、情報通信等の伝達に用いられるものであるが、材料は特に限定するものではない。

被覆層３は、例えば、比較的柔らかい紫外線硬化樹脂からなる第１の被覆層３０、および比較的硬い紫外線硬化樹脂からなる第２の被覆層３１の２層構造を有する。なお、第１および第２の被覆層３０，３１の材料は、同じものでもよく、また光ファイバに用いられるものであれば、特に限定するものではなく、例えば、ウレタンクリレート、エステルクリレート、エポキシクリレート等の市販のものを用いることができる。

被覆層３の表面３ａの平均面粗さを０．５〜１０ｎｍ、最大高低差を５０ｎｍ以下とするのは、０．５ｎｍより粗さが小さいと、巻替性や識別のために施される着色層４に対する密着効果が得られないためである。また、平均面粗さが１０ｎｍより大きいと、巻替時に巻き乱れが生じやすくなるためである。さらに表面３ａの粗さの最大高低差が５０ｎｍより大きいと、巻替時に巻き乱れが生じやすくなるためである。好ましくは平均面粗さが０．５〜５ｎｍ、最大高低差が２０ｎｍ以下がよい。

図２は、被覆層３となる紫外線硬化樹脂を硬化するための紫外線照射装置を示し、（ａ）は１灯式、（ｂ）は２灯式を示す。図２（ａ）示す紫外線照射装置１０Ａは、一対の反射板１１Ａ，１１Ｂによって筒状に仕切られた空間内に、その長手方向に沿って第１の被覆層３０あるいは第２の被覆層３１となる紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバ心線１ａを通過させる石英管１２を配置し、石英管１２の近傍にこれと平行に紫外線照射ランプ１３を配置し、不活性ガスを不活性ガス導入路１４から石英管１２内に導入し、不活性ガス排出路１５から排出するようにしている。

図２（ｂ）に示す紫外線照射装置１０Ｂは、紫外線照射ランプ１３を２つ用いたものであり、他は図２（ａ）に示す紫外線照射装置１０Ａと同様に構成されている。必要に応じて図２（ａ）に示す紫外線照射装置１０Ａと図２（ｂ）に示す紫外線照射装置１０Ｂとを使い分けるのが好ましい。

紫外線照射ランプ１３としては、低圧水銀ランプ、高圧放電ランプ、メタルハライドランプ等の市販のランプを用いることができる。好ましくは、メタルハライドランプが望ましい。また、有電極タイプ及び無電極タイプのいずれを用いてもよい。

不活性ガスとして、例えば、酸素濃度が５０００〜５００００ｐｐｍの窒素ガスを用いる。不活性ガス中の酸素濃度を５０００〜５００００ｐｐｍとするのは、５０００ｐｐｍより少ないと、光ファイバ心線１ａの表面３ａの粗さが小さく、粗化効果が得られないからである。また、５００００ｐｐｍより多いと、表面３ａの粗さが大きくなり、さらに表面３ａの硬化性が著しく低下し、表面３ａの粘着が生じやすくなり、光ファイバ心線１をボビンに巻き取った場合に、心線１ａ同士がくっついたり、巻乱れが生じる等の不具合が出るためである。好ましくは、１００００〜３００００ｐｐｍが良い。

次に、上記紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂを用いた着色光ファイバ心線１の製造方法の一例を説明する。ガラスファイバ２に紫外線硬化樹脂を塗布し、それを図２（ａ）に示す紫外線照射装置１０Ａの不活性ガスが供給される石英管１２内に通過させながら、紫外線照射ランプ１３から光ファイバ心線１ａに紫外線を照射して未硬化の紫外線硬化樹脂を硬化させ、光ファイバ心線１ａ上の第１の被覆層３０を形成する。

次に、硬化した第１の被覆層３０上に紫外線硬化樹脂を塗布し、ガラスファイバ２に紫外線硬化樹脂を塗布し、それを図２（ｂ）に示す紫外線照射装置１０Ｂの不活性ガスが供給される石英管１２内に通過させながら、２つの紫外線照射ランプ１３から光ファイバ心線１ａに紫外線を照射して未硬化の紫外線硬化樹脂を硬化させ、光ファイバ心線１ａ上の第２の被覆層３１を形成する。これにより、被覆層３の表面３ａの平均面粗さが０．５〜１０ｎｍ、最大高低差が５０ｎｍ以下の光ファイバ心線１ａが得られる。

次に、硬化した第２の被覆層３１上に着色層４を形成することにより、着色光ファイバ心線１が得られる。

図３、図４、図５は、複数の図１（ａ）に示す着色光ファイバ心線１をテープ材５によって被覆したテープファイバを示す。図３は、２本の着色光ファイバ心線１を用いた２心テープファイバ２０Ａ、図４は、４本の着色光ファイバ心線１を用いた４心テープファイバ２０Ｂ、図５は、８本の着色光ファイバ心線１を用いた８心テープファイバ２０Ｃをそれぞれ示す。

本発明の実施例１に係る光ファイバ心線の製造方法を説明する。この実施例１は、紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂの石英管１２内に流す窒素ガス中の酸素濃度を１００００ｐｐｍとし、この窒素ガスを光ファイバ心線１ａの走行方向と逆方向に流しながら、光ファイバ心線１ａを構成する第１の被覆層３０に対して図２（ａ）に示す６ｋＷの１灯式の紫外線照射装置１０Ａ（ランプ長２５０ｍｍ）を用い、第１の被覆層３０が硬化した光ファイバ心線１ａを構成する第２の被覆層３１に対して図２（ｂ）に示す６ｋＷの２灯式の紫外線照射装置１０Ｂ（ランプ長各２５０ｍｍ）を用い、線引速度１２００ｍ／分で図１（ｂ）に示す光ファイバ心線１ａを５５０ｋｍ線引した。この光ファイバ心線１ａについて、走査型プローブ顕微鏡(SPI3800N ステーションセイコーインスツルメンツ（株）製)で被覆層３の表面３ａの平均面粗さと最大高低差を調べた。また、プルーフ兼巻替装置にて、２５ｋｍ巻きボビンを２０個準備し、ＯＴＤＲ(Optical Time Domain Refractmeter)装置にて段差の発生有無を調べた。次に、着色工程で、光ファイバ心線１ａに着色層４を施した図１（ａ）に示す着色光ファイバ心線１を作製し、１０００ｍ束を３つ用意し、６０℃温水中に浸漬（端末は温水槽の外に出して）して、伝送損失の経時変化を３０日間測定した。

本発明の実施例２に係る光ファイバ心線の製造方法を説明する。この第２の実施例は、紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂの石英管１２内に流す窒素ガス中の酸素濃度を２００００ｐｐｍとし、光ファイバ１ａを構成する第１の被覆層３０に対して図２（ａ）に示す６ｋＷの１灯式の紫外線照射装置１０Ａ（ランプ長２５０ｍｍ）、第２の被覆層３１に対して図２（ｂ）に示す６ｋＷの２灯式の紫外線照射装置１０Ｂ（ランプ長各２５０ｍｍ）を用い、線引速度１２００ｍ／分で５５０ｋｍ線引して得た光ファイバ心線１ａを、実施例１と同様にサンプルを作製して試験を行った。

本発明の実施例３に係る光ファイバ心線の製造方法を説明する。この第３の実施例は、紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂの石英管１２内に流す窒素ガス中の酸素濃度を３００００ｐｐｍとし、光ファイバ心線１ａを構成する第１の被覆層３０に対して図２（ａ）に示す６ｋＷの１灯式の紫外線照射装置１０Ａ（ランプ長２５０ｍｍ）、第２の被覆層３１に対して図２（ｂ）に示す６ｋＷの２灯式の紫外線照射装置１０Ｂ（ランプ長各２５０ｍｍ）を用い、線引速度１２００ｍ／分で５５０ｋｍ線引して得た光ファイバ心線１ａを、実施例１と同様にサンプルを作製して試験を行った。

比較例１

比較例１に係る光ファイバ心線の製造方法を説明する。この比較例１は、紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂの石英管１２内に流す窒素ガス中の酸素濃度を４０００ｐｐｍとし、光ファイバ心線１ａを構成する第１の被覆層３０に対して図２（ａ）に示す６ｋＷの１灯式の紫外線照射装置１０Ａ（ランプ長２５０ｍｍ）、第２の被覆層３１に対して図２（ｂ）に示す６ｋＷの２灯式の紫外線照射装置１０Ｂ（ランプ長各２５０ｍｍ）を用い、線引速度１２００ｍ／分で５５０ｋｍ線引して得た光ファイバ心線１ａを、実施例１と同様にサンプルを作製して試験を行った。

比較例２

比較例２に係る光ファイバ心線の製造方法を説明する。この比較例２は、紫外線照射装置１０Ａ，１０Ｂの石英管１２内に流す窒素ガス中の酸素濃度を６００００ｐｐｍとし、光ファイバ心線１ａを構成する第１の被覆層３０に対して図２に示す６ｋＷ１灯式の紫外線照射装置１０Ａ（ランプ長２５０ｍｍ）、第２の被覆層３１に対して図３に示す６ｋＷ２灯式の紫外線照射装置１０Ｂ（ランプ長各２５０ｍｍ）を用い、線引速度１２００ｍ／分で５５０ｋｍ線引して得た光ファイバ心線１ａを、実施例１と同様にサンプルを作製して試験を行った。

表１は、実施例１，２，３および比較例１，２で測定を行った段差発生数と６０℃温水浸漬時の伝送損失結果を示す。

表１から明らかなように、実施例１，２および３では、巻替に伴うＯＴＤＲ段差の発生数が、比較例１，２に比べて少なく、また６０℃温水浸漬時に伝送損失の増加も生じにくいものが得られている。

図６は、実施例２の酸素濃度２００００ｐｐｍで線引き作製した光ファイバ心線１ａの表面３ａの表面粗さを走査型プローブ顕微鏡（SPI3800Nセイコーインスツルメンツ（株）製）で測定した一例を示す。図６（ａ）は、５×５μｍの領域の表面粗さ、図６（ｂ）は、あるライン上の表面粗さのプロファイルを示す。

これから明らかなように光ファイバ心線１ａの表面３ａの平均面粗さを０．５〜１０ｎｍとすることにより、巻替性に優れた光ファイバ心線を得ることができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る着色光ファイバ心線の断面図、（ｂ）は、着色層を形成する前の光ファイバ心線の断面図である。本発明の実施の形態に係る光ファイバ心線の紫外線硬化樹脂を硬化させるための紫外線照射装置を示し、（ａ）は１灯式の紫外線照射装置を示す図、（ｂ）は２灯式の紫外線照射装置を示す図である。本発明の実施の形態に係る着色光ファイバ心線を２本用いたテープファイバを示す断面図である。本発明の実施の形態に係る着色光ファイバ心線を４本用いたテープファイバを示す断面図である。本発明の実施の形態に係る着色光ファイバ心線を８本用いたテープファイバを示す断面図である。本発明の実施例２の酸素濃度２００００ｐｐｍで線引き作製した光ファイバ心線１ａの表面３ａの表面粗さを走査型プローブ顕微鏡による測定結果を示し、（ａ）は、５×５μｍの領域の表面粗さ、（ｂ）は、あるライン上の表面粗さのプロファイルを示す写真である。

符号の説明

１着色光ファイバ心線
１ａ光ファイバ心線
２ガラスファイバ
３被覆層
３ａ被覆層の表面
４着色層
５テープ材
１０Ａ，１０Ｂ紫外線照射装置
１１Ａ，１１Ｂ反射板
１２石英管
１３紫外線照射ランプ
１４不活性ガス導入路
１５不活性ガス排出路
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃテープファイバ
３０第１の被覆層
３１第２の被覆層

Claims

ガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂層を形成した光ファイバ心線において、
前記紫外線硬化樹脂層は、その表面の平均面粗さが０．５〜１０ｎｍ、最大高低差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ心線。
前記紫外線硬化樹脂層は、その表面の平均面粗さが０．５〜５ｎｍ、最大高低差が２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ心線。
ガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂を塗布し、
前記紫外線硬化樹脂が塗布された前記ガラスファイバを、不活性ガスが流入する石英管内に通過させるとともに、前記ガラスファイバに前記石英管を通して紫外線を照射することにより、未硬化の前記紫外線硬化樹脂を硬化させて光ファイバ心線を製造する光ファイバ心線の製造方法において、
前記石英管内に流入する前記不活性ガス中の酸素濃度を１００００〜３００００ｐｐｍに調整することにより、前記紫外線硬化樹脂の表面を粗化することを特徴とする光ファイバ心線の製造方法。