JPH0269706A - 被覆光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は外周に被覆を有する被覆光ファイバの改良に関
するものである。

［従来の技術］ 光通信に用いる光ファイバにおいては、光学ガラスファ
イバ、石英系ガラスファイバに限らず、いずれもファイ
バ化した後直ちにその外周にプラスチック？ｍ　Ｎを施
すことが好ましいとされている。

これは、ファイバ化されることにより発生するファイバ
表面の傷や、裸ファイバの状態で空気に曝されることに
よるクラックの成長で、ファイｔＸＩの強度が劣化する
のを防ぐためである。このようなプラスチック層として
は、一般に熱硬化型のシリコーン４Ｚ→脂や紫外線硬化
型樹脂（以下ＵＶ樹脂と略す）が用いられており、近年
はこのＵ■樹脂被覆ファイバの需要が増大している。

このＵＶ樹脂被覆は、光ファイバの伝送特性を高く保持
する理由から、一般にヤング率０　、５　ｋｇ／ｍ＋＊
’以下程度の低ヤング率の内層とヤング率５ｋｇ／ｍｍ
”以上程度の高ヤング率の外層からなる二層被覆にして
光ファイバを保護する（例えば特開昭６０−２５１１５
３号公報参照）。

第２図にこのような構造の光ファイバの断面図を示す。

１はガラスファイバ（光ファイバ）、２は低ヤング率の
ＩＪＶ樹脂内層被覆、５はｊＳ：Ｊヤング率のＵＶ樹脂
外層被覆である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来第２図のような構造の光ファイバにおい
ては、低温域においてＵｖ樹脂被覆外層が収縮するため
光ファイバに曲がりが生じ、伝送損失が増加するという
問題があった。このような、光ファイバに歪みをもたら
す被覆の収縮力は、彼）■の線膨張係数が高く、被覆の
ヤング率が大きい稈大きくなる。被覆のヤング率は、ガ
ラスを保護する意味からも、ある程度以上の大きさが必
要で、小さくすることには限度がある。

そこで、外層としてＵＶ樹脂に替、えて用いて光ファイ
バの温度安定性を向上できるものとして、高配向性樹脂
やＬ　ＣＩ）等のように線膨張係数の低い樹脂が開発さ
れつつある。しかし、これらの樹脂には、コストが高い
、ＵＶ樹脂のようにダイスとＵ■クランプ使用した高速
塗布ができない等の聞届があり、未だ特殊用途の域をで
ていない。

ところで、一般に樹脂に充てん剤を添加することにより
、線膨張係数を低減することは広く行われている。例え
ば、垣内弘編著、「新エポキシ樹脂」、昭晃堂、２４９
　ＬＴには、ｊｊ１機質充てん剤の１線膨張係数の低減
」は寸法安定性と表現されている。

一方、光ファイバの被覆において、熱硬化性の被覆に充
てん剤を添加して強度を上げることは、例えば特開昭６
１−２１７０１１号公報に既に提案されている。また着
色や低水素化、或は耐放射線性向上のために、外層ＵＶ
樹脂に対して添加剤を添加することも公知である。

しかしながら、従来、ＵＶ樹脂からなる被覆への添加剤
の添加には、次ぎの■〜■の大きな問題があった。即ち
、■外層のＵＶ樹脂被覆に添加剤を分散させると、添加
剤による紫外線の吸収が生じるため、ＵＶ樹脂被覆の硬
化性が悪化し、特に被覆の膜厚が厚くなると内部が硬化
しなくなる、■Ｕ　Ｖ樹脂外層表面に分布した添加剤が
被覆の欠陥となり、この部分の被覆強度が低下する、■
添加剤の添加により、ＵＶ樹脂のチクソトロピーが変化
し、特にダイを使用した高速線引で樹脂を塗布する場合
、グイと光ファイバとのスキマを液状の樹脂が流動する
ときの抵抗が大きくなり、塗布性不良を引き起こすこと
、である。

そして、これらの問題のために、ＵＶ樹脂被覆層に充て
ん剤を添加する手段によっては該被覆層の線膨張係数が
低減して、しかも硬化性、強度、塗布性の良い被覆を形
成できて、低温域での伝送損失の発生を抑えた光ファイ
バを得ることはできなかった。

本発明はこのような従来の問題点を解決し、被覆層に添
加剤を添加する手段により低コストで、かつ簡単に被覆
層の線膨張係数を低減できた光ファイバを提供すること
を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は研究努力の結果、充てん剤添加に伴う上記
■〜■の問題点を解決し、かつ線膨張係数の低減に効果
を示すような樹脂被覆を見出し、本発明に到達できた。

本発明はガラスファイバ外周に紫外線硬化ハ１１樹脂か
らなる柔らかい内層と紫外線硬化ヤ！樹脂からなる硬い
外層を有してなる被覆光ファイバにおいて、課外層中に
そのｆ１γ子径が該外層膜厚の１７１０以下であるシリ
ノＪ粉末を含有することを特徴とする被覆光ファイバ及
びガラスファイバ外周に紫外線硬化型樹脂からなる柔ら
かい内層と紫外線硬化型樹脂からなる硬い外層をイｆし
てなる被覆光ファイバにおいて、該外層中にその粒子径
が該外層膜厚の１７１０以下であるシリカ粉末及びシラ
ンカップリング剤を含有することを特徴とする被覆光フ
ァイバに関する。

以下に図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の被覆光ファイバの１例の断面図であっ
て、１はガラスファイバ（光ファイバ）、２は低ヤング
率のＵＶ樹脂からなる内層被覆、３は高ヤング率のｔＪ
ＶＵＶ樹脂リカ粉末を添加してなる外層被覆、４はシリ
カ粉末である。外層にはシリカ粉末に加えてシランカッ
プリング剤を添加し°Ｃもよい。

本発明のガラスファイバ１と内層被覆については、従来
公知の材料を用いればよい。ガラスファイバとして通信
用ガラスファイバであればいずれであっても、本発明の
目的とする効果を得られるが、特に中、長距離通信用と
して一般に用いられている石英ガラスを主成分としたＳ
Ｍ型ファイバＣ；　Ｉ　’ｔ’！ファイバ等に適用した
場合には大きな効果が得られる。また、内層用ＵＶ樹脂
としては、例えばポリウレタンアクリレート系、ポリブ
タジェンアクリレート系、シリコンアクリレ−＋−系、
ｕ■硬化型シリコン系、ポリカーボネート系等の樹脂が
使用できる。内層被覆のヤング率は−・船釣には０．０
５〜０　、５　ｋｇ／■”程度であるが、これに限定さ
れるものではない。

本発明の特徴である外層被覆に用いるＵＶ樹脂としては
、例えばポリウレタンアクリレート系、ポリブタジェン
アクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコンア
クリレート系、Ｕ■硬化型シリコン系、ポリカーボネー
ト系等の樹脂を用いることができる。ヤング率は一般的
には５〜１００ｋｇ／１Ｔｌｆｆ１″程度であるが、こ
れに限定されるところはない。

これらの外層用Ｕ■樹脂に添加するシリカ粉末は、その
粒子径が外層膜厚の１／ｌＯ以下であることが必須であ
る。また、［１１体的にはその粒子径が０゜０１〜２μ
ｍの範囲内のものが好ましく、特に好ましくは　０．１
〜２μｍである。０．０１μｍ未満では余りに粒子径が
小さすぎて線膨張係数低減の効果が低くなってしまう。

また、通常の長距離通信用光ファイバにおいては外層膜
厚は２０〜６０μｍの範囲内にあることが多いので、汎
用性を考慮すると添加シリカ粉末の粒子径の」−限値は
２μｍ程度である。添加量については、次ぎの作用の項
で説明する。

また、シランカップリング剤としては、例えばビニルト
リエトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３
−グリシドキシプロビルメチルジメトキシシラン、３−
メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙
げられ、好ましくは０゜１〜ＩＯｊ［ｔｕ％、特に好ま
しくは１〜５市量％の範囲内で添加する。

本発明の被覆光ファイバの装造方法は、従来公知のＵＶ
樹脂２層被覆形成法によればよい。例えば第５図に示す
ように、線引装置９の母材送り装置７により母材６を線
引炉８に送り込んで、加熱・線引してガラスファイバＩ
Ｏとし、つぎに塗布装置１１により内層用ＵＶ樹脂を塗
布して紫外線源ＱＪ装買１２で硬化させ内層被覆を形成
し、続いて塗布装置１３により外層膜）Ｖ用のシリカ粉
末（及びシランカップリング剤）添加ＵＶ樹脂を塗布し
、紫外線照射装置１４で硬化させ２層被覆光ファイバｊ
５とし、キャプスタン１６により引き取りながら巻取り
装置１７で巻取る方法等が挙げられる。

［作用コ 本発明のように外層のＵＶ樹脂中にシリカ粉末を充てん
剤として添加することで、線膨張係数を低減できること
は、すでに説明した通りであり、これにより低温域での
被覆の収縮による光ファイバの曲がりを防１ヒできて、
伝送損失の増加を抑制できる。

線膨張係数の低減効果は、一般にシリカ粉末の添加濃度
が高いほど大きく現れるが、あまり多量になると樹脂の
粘度が塗布不可能な程度にまで増大してしまうため、そ
の添加！ｉｔには自ずから上限がある。通常ダイを使用
して塗布する場合の適正枯ＩＸは常温で１０００〜１０
０００　　ｃｐｓが望ましい。この値を満足させるよう
なシリカ粉末の添加量はシリカ粉末の粒径や添加される
前のＵＶ樹脂の粘度によっても異なるため、それぞれの
場合に応じて、実験的に添加量と粘度の関係を求めて決
定することが好ましい。また、シリカ粉末の添加による
線膨張係数低減効果は、微１ｉｔの添加でも得られるこ
とが確認できたが、本発明における適正な添加１１先は
粒子径１μｍの場合、１重量％以上ｌＯ市：律％以下で
あった。粒子径が１μｍより大きい場合は添加ｆ１１は
これより」−下限値の小さい範囲となり、１μｍより小
さい場合はこれより上下限値の大きい範囲となる。

また、従来のこのような外層樹脂への添加手段に伴って
いた諸問題も、充てん剤としてシリカ粉末を用いること
で十分な硬化性が獲得できること、該シリカ粉末の粒子
径を被覆膜厚の１／１０以下とすることで塗布不良は回
避できること、シランカップリング剤の併用により被覆
強度が保証できること、を以下に詳細に説明する。

■の添加剤による紫外線吸収の問題については、本発明
者等は各種無機材料の粉末を樹脂中に混入して、その硬
化性を比較した結果、Ｓ　＋　Ｏｚを組成とするシリカ
粉末が最適であるという結論に達した。例として第３図
に、シリカ粉末と酸化チタン（ＴｉＯ＝）粉末をｔ＋Ｖ
樹脂に添加混入したときの添加ｉ？ｔ　（重量％、横軸
に示す）と硬化膜厚（ｍｍ、縦軸に示す）との関係を示
す。白丸印がシリカ粉末、黒丸印が酸化チタンである。

ここで、硬化膜厚とは、未硬化ＵＶ樹脂の上部から高圧
水銀ランプによってＩＪ／ｃｌ′の紫外光を照射し、硬
化した膜の厚みを測定した値であり、硬化膜厚の値が小
さいほど、添加剤による紫外光の吸収が大きく硬化性が
悪いことになる。第３図より明らかなように、シリカ粉
末は添加）ｉｔの増加による硬化膜厚の減少が少なく、
添加による硬化性の悪化を起こしにくい材料であること
が解る。

次に、■の外層表面に分布した添加物が被覆欠陥となり
、被覆強度が低下する問題であるが、シリカ粉末を使用
したときは、この問題はシランカップリング剤を添加す
ることにより、容易に解決できる。シランカップリング
剤は、被覆とシリカ粉末との両方に化学結合を形成して
両者の間の接着性を増強させる作用があるため、シリカ
粉末の粒子径があまり大きくない範囲（通常５０μｍ以
下）では複合効果により、むしろ破断効果を増大させる
ことが知られている（前出、垣内弘編著、（“新エポキ
シ樹脂」２９６Ｊ″ｒ）。本発明において使用できるシ
ランカップリング剤は、ＵＶ樹脂の構造」−１樹脂側と
結合する反応基がビニル基、メタクリル基、アクリロイ
ル基、アミ７ノ、（のいずれかであることが好ましいが
、その他の基、例えばメルカプト基、エポキシ基等であ
っても効果が認められた。また、シリカ側と結合する反
応基としては、通常用いられている殆どのもので効果が
認められ、例えばメトキシ基、エトキシ基、シラノール
基等が代表例として挙げられる。

シランカップリング剤の添加量１；！、Ｑ、Ｉ〜１０４
Ｔ′Ｉｇｌｔ％程度の範囲内であるが、この範囲より少
なすぎると十分な効果かえられず、多すぎると樹脂の硬
化性に悪影響を与える。特に好ましくは１〜５市１１１
％の範囲内である。

■の塗布性に与える影響については、本発明者笠は、添
加するシリカ粉末の粒子径と添加した樹脂の塗布性の関
係を調べ、シリカ粒子径が塗布性に大きく影響すること
を発見した。即ち、粒子径が塗布する外層の膜厚の１／
１０以下ならば均一な膜厚での塗布が可能であり、樹脂
塗布性の添加量への依ａ性は少な（、上記した本発明に
おいて通常使用する範囲の添加量で、被覆径の変動を、
実使用上差し支えのない　０．５　　％以内におさえら
れることが判った。

第４図に、被覆径４００μｍ、外層膜厚５０μｍの条件
でダイを使用し”Ｃガラスファイバにシリカ粉末添加Ｕ
Ｖ樹脂を塗布して、被覆光ファイバを作製したときの、
シリカ粉末の粒子径と被覆径変動の大きさとの関係を示
す。同図において、横軸は（シリカ粉末ｊ１″７．子径
／外層膜厚）、縦軸は被覆径変動（％）、白丸印は添加
月ｔｌｏ重量％の場合、黒丸印は同５−ｉｎ　量％の場
合を示す。第４図から、シリカ粉末の添加量にかかわら
ず粒子径が膜厚の１７１０以下ならば、径変動を０．５
　％以内に押さえられることが判る。また、この関係は
膜厚１５μｍ以１−８０　ａ　ｍ以下の範囲内で確認で
きており、広範な膜厚の範囲で成立するものである。

［実施例］ 比較例１ ガラス径１２５μｎ１のシングルモー１ｊ　２（“２光
フアイバの外周にダイを用いて、内層としてヤング率０
　、２　ｋｇ／ａｍ”の紫外線硬化型ウレタンアクリレ
ート樹脂を、外層としてヤング率４０　ｋｇ／ＩＩｍ”
の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、内層径２
００μｍ、外層径２５０μｍ（外層膜厚２５μｍ）とな
るように塗布して被覆光ファイバを作製した。得られた
被覆光ファイバの波長１．３μｍにおける伝送特性を調
べたところ、２３℃で０゜２３　ｄＢ／に慣、−６０’
ＣでＩ　、　７　ｄＢ／ｋｍと低温域での損失が大きか
った。

実施例１ 比較例１の外層に用いたと同じ樹脂に粒子径１μｍのシ
リカ粉末を５重量％と、メタクリレート系シランカップ
リング剤の３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシ
ランを２重量％とを添加したものを外層樹脂として用い
た以外は、比較例１と同様にして本発明の光ファイバを
作製した。（粒子径／外層膜厚−１／２５）この外層樹
脂の粘度は２３℃で　８０００　ｃｐｓであった。得ら
れた被覆光ファイバの波長１．３　μｍにおける伝送特
性を調べたところ、２３℃で０　、２３　ｄｌｌ／に＠
、−６０℃で０゜２／１ｄｌｌ八−と低温域でも非常に
良好であった。

実施例２ 比較例１の外層に用いたものと同じ樹脂に粒子径１μＴ
ｎのシリカ粉末を５重４１％添加したものを外層樹脂と
して用いた以外は、比較例１と同様にして本発明の光フ
ァイバを作製した。得られた被覆光ファイバの波長１．
３　μｍにおける伝送特性を調べたところ、２３°Ｃで
０．２３ｄＢ／に＋、　−６０℃で０　、２４　ｄＢ／
ｋｍと低温域でも非常に良好であった。

比較例２ シリカ粉末とし°Ｃ粒子径５μｍのものを用いた（ｆ１
γイ径／外層膜厚−１ｌ５）以外は実施例１と同様にし
て’？１１覆光ファイバを作製した。このときは、製造
時の被覆径の変動が１％以」；あり、塗布不良と判断さ
れた。また、得られた被覆光ファイバの伝送特性は２３
℃で０．４２　ｄＢ／ｋｍ、−６０°Ｃでは伝送損失が
太き（測定不能であった。

比較例３ シリカ粉末のかわりに粒子径１μｍの酸化チタンの粉末
を用いた以外は実施例１と同様にして被覆光ファイバの
作製を試みたが、外層の硬化性が悪く、良好な被覆光フ
ァイバを作製することができなかった。

実施例３ シリカ粉末の添加ｆｌｔを０．５　重量％とじた以外は
実施例１と同様にして本発明の被覆光ファイノイを作製
した。本実施例でのシリカ粉末添加外層樹脂の粘度は２
３℃で３０００ｃｐｓ、得られた被覆光ファイバの伝送
損失は２３°Ｃで０　、２３　ｄｌｌ／ｋｓ。

−６０°Ｃで０　、７　ｄ１３／ｋｍと低温域でも良好
であった。

比較例４ 内層径を３００μｍ、外層径を４００μｍとした以外は
比較例１と同様にして被覆光ファイバを作製したところ
、該被覆光ファイバの伝送損失は２３℃で０．２３ｄＢ
／に翔、−６０℃で３　、２　ｄＢ／ｋｍと低湿域での
損失が非常に大きかった。

実施例４ 内層径を３００μｍ１外層径を４００μｍとした以外は
実施例１と同様にして本発明の被覆光ファイバを作製し
た（粒子径／外層膜厚＝　１１５Ｇ）。得られた′Ｎ１
．覆光ファイバの伝送損失は２３℃で０゜２３　ｄＢ／
に繭、−６０℃で０．６ｄＢ／ｋｌ＋と低温域でも良好
であった。

実施例５ シリカ粉末のｆ、＋、子径を５μｍとした以外は実施例
４と同様にして本発明の被覆光ファイバを作製した（粒
子径／外層膜厚＝１１５）ところ、得られた被覆光ファ
イバの伝送損失は２３℃で０．２３ｄＩｓ　／　ｋ　ｒ
ｎ、−６０℃で０　、２５　ｄＢ／ｋｍと非常に良好で
あった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は粒子径が外層膜ｍ　ＩＩ
Ａ厚の１／１０以下であるシリカ粉末とシランカップリ
ング剤を添加した硬いＵＶ樹脂樹脂外層と該外層より柔
らかいＵｖ樹脂内層を設けるという構成により、従来の
被覆光ファイバにおける樹脂への添加によりもたらされ
た諸問題を解決できて、硬化性や被覆強度の低下、塗布
不良なく製造できる、温度安定性に優れた被覆光ファイ
バを実現できたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の被覆光ファイバを説明する断面図、第
２図は一般的なＵＶ樹脂被覆光ファイバの断面図、第３
図はシリカ粉末添加ｆｉｔと硬化膜厚の関係を示す図表
、第４図は被覆径変動と粒子径との関係を示す図表、第
５図は本発明の被覆光ファイバの装状の１例を示す概略
図である。 １ニガラスフアイバ（光ファイバ）、２：低ヤング率Ｕ
Ｖ樹脂被覆内層、３：高ヤング率ＵＶ樹脂被覆外層、４
：被覆外層３に添加されたシリカ微粉末、ｓ：ＵＶＰ４
脂被覆内被覆内層Ｉ：）材、７：母材送り装置、ｇ：ｔ
Ｑ引炉、９：線引装置、】Ｏニガラスファイバ、１１．
１３　：塗布装置、１２．１４　：紫外線照射装置、１
５：２層被覆光ファイバ、１６：引取りキャプスタン、
１７：巻取り装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラスファイバ外周に紫外線硬化型樹脂からなる
   柔らかい内層と紫外線硬化型樹脂からなる硬い外層を有
   してなる被覆光ファイバにおいて、該外層中にその粒子
   径が該外層膜厚の１／１０以下であるシリカ粉末を含有
   することを特徴とする被覆光ファイバ。
2. （２）ガラスファイバ外周に紫外線硬化型樹脂からなる
   柔らかい内層と紫外線硬化型樹脂からなる硬い外層を有
   してなる被覆光ファイバにおいて、該外層中にその粒子
   径が該外層膜厚の１／１０以下であるシリカ粉末及びシ
   ランカップリング剤を含有することを特徴とする被覆光
   ファイバ。