JP3596983B2

JP3596983B2 - 繊維強化光ファイバコードおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3596983B2
Application number: JP16462596A
Authority: JP
Inventors: 史紀中嶋; 伸尚石井; 健次小塚; 孝清加藤; 正男立蔵; 信夫富田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp; Ube Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp; Ube Exsymo Co Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH1010382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバコードに関し、とりわけ石英ガラス等からなるコアおよびクラッドの外周にバッファ層を一次被覆した光ファイバ素線に補強繊維と熱硬化性樹脂とでさらに被覆した繊維強化光ファイバコードおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の光ファイバコードおよびその製造方法として、本出願人が開発し既に特許された、特公平５−５９０５６号公報および特公平５−１７８５３号公報に記載されたものがある。
【０００３】
前者の公報に記載された発明は、シリコーンゴムのバッファ層で一次被覆した光ファイバ素線の外周に、縦添えした繊維をアリル系及び／又はメタクリル酸系単量体含有不飽和ポリエステル樹脂の硬化により結着した内殻層、スチレン系単量体含有不飽和ポリエステル樹脂を繊維に含有させた繊維強化硬化性樹脂を硬化してなる外殻層、および熱可塑性樹脂からなる表面層を順次積層してなる二次被覆を有し、外殻層と表面層とがアンカー接着されている強化光ファイバ単心コードである。
【０００４】
後者の公報に記載された発明は、ＦＲＰ被覆光ファイバ心線の製造方法に関するものであって、フッ素系熱可塑性樹脂を溶融被覆することにより、真円性を保持した寸法制度の良好な直径５ｍｍ程度以下の繊維強化連続棒状成型物の連続成形法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバをウレタンアクリレート等のバッファ層で囲んだ光ファイバ素線を繊維強化硬化性樹脂で被覆してなるＦＲＰ被覆光ファイバ心線は公知である。
【０００６】
一方、光ファイバによる通信システムにおいて、光ファイバケーブルが、幹線、中継、さらには末端系へと整備されようとしているなかで、ケーブル本体については細径化の検討が積極的に進められている。
【０００７】
さらに、これらの光ケーブルと接続する光ファイバ単心コードについても細径化が望まれている。ここで、従来から使用されている光ファイバ単心コードとは、外径０．４ｍｍのシリコン緩衝層を有する光ファイバ素線に、アラミド繊維等の高強度・高弾性繊維を縦添えし、軟質ＰＶＣ等の熱可塑性樹脂で被覆したものがよく知られているが、外径が２．０ｍｍ程度あり、一度に多数の光配線を必要とするエリアにおいては、それら単心コードの束が占有する面積はきわめて大きなものとなり、接続装置の容積も大きなものとなる。また、光ケーブルに使用される光テープを構成する光ファイバ素線の外径は２５０μｍが標準であるため、標準サイズのコネクターが使用できないといった点も問題である。
【０００８】
この従来からの２５０μｍ光ファイバ素線は、繊維補強されていないことから引張性能が不十分であり、また取扱い性（一定の曲げ剛性がないとコネクター部分での伝送損失が大きくなってしまう）からも単心コードとして使用するには問題を有する。したがって、光ファイバ素線の外径を１５０〜１８０μｍに細径化し、その外周にＦＲＰ被覆をし、引張性能、取扱い性を向上した強化光ファイバが提案されている。
【０００９】
この細径化された光ファイバ素線は、緩衝層が薄肉化されているため、側圧に対して容易に伝送特性の劣化が招かれる。また、ＦＲＰ被覆の厚さについても、３５〜５０μｍときわめて薄いため、単糸切れやフィブリル化が生じて取扱いの難しい細番手の補強繊維が必要となってくる。
【００１０】
一般に、光ファイバ素線の外径は、ある一定の変動幅を有しており、この光ファイバ素線にＦＲＰ被覆を行うと、この素線の外径変動によっても伝送損失が増加してしまう。特に、素線の緩衝層厚さが、薄肉化された光ファイバ素線については、この傾向が著しい。
【００１１】
従来からガラス繊維を光ファイバ素線に縦添えして強化した光ファイバ心線が知られているが、繊維が剛直であるため、細径化された光ファイバ素線に対して、伝送損失を著しく増加させてしまう。また、細番手の繊維を使用する必要から、ＦＲＰ被覆加工段階でのノズル通過性が低下し、工業的に安定した製造が困難である。
【００１２】
本発明の目的は、細径化された光ファイバ素線を用いた繊維強化光ファイバ単心コードにおいて、マイクロベント等による伝送損失を低減するとともに、製造加工性に優れた細径の繊維強化光ファイバコードおよびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明のうち請求項１に記載された繊維強化光ファイバコードは、光ファイバ素線の外周に補強繊維が縦添えされてなり最終外径が２５０μｍ以下である繊維強化光ファイバコードであって、前記補強繊維は、引張弾性率が６０００ｋｇ／mm^２以上で、かつフィラメント径が光ファイバ素線径の１／２０〜１／３である複数の有機繊維を、熱硬化性樹脂の硬化により１〜５層の同心円状に結着した補強繊維束であり、前記有機繊維は、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、またはポリフェニレンスルフィッド（ＰＰＳ）をスキン層に配置した複合繊維であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項２に記載された繊維強化光ファイバコードの製造方法は、中央に光ファイバ素線を配し、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させていない有機繊維束を該光ファイバ素線の外周囲に縦添えし、該有機繊維束を案内板の透孔に挿通させて所定形状に成形した後、未硬化の熱硬化性樹脂を外周面から浸透させてさらに成形および硬化させることにより最終外径が２５０μｍ以下の繊維強化光ファイバコードを製造する方法であって、前記有機繊維束は、引張弾性率が６０００ｋｇ／mm^２以上で、かつフィラメント径が光ファイバ素線径の１／２０〜１／３である複数の有機繊維を、熱硬化性樹脂の硬化により１〜５層の同心円状に結着したものであり、前記有機繊維は、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、またはポリフェニレンスルフィッド（ＰＰＳ）をスキン層に配置した複合繊維であることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる有機繊維は、長繊維状の補強繊維として高強度で低伸度のテンションメンバ機能を維持するために、引張弾性率が６０００ｋｇ／ｍｍ^２以上あればよく、例えば芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、芳香族ポリエステル液晶（ベクトラン）繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）、超高強度ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスチアゾール繊維（ＰＢＴ繊維）などである。これらの有機繊維は、繊維の引張弾性率は高いが、ガラス繊維のような剛直性を有していないために光ファイバ素線の緩衝層への圧迫が小さく、伝送損失を小さくすることができる。
【００１７】
製造段階でのノズル通過性を向上するためには、例えばポリフェニレンスルフィッド（ＰＰＳ）繊維のような摺動性、あるいは耐摩耗性に優れた樹脂をスキン層に配置した複合繊維や、同じく摺動性あるいは耐摩耗性に優れたＰＢＯ繊維が好適である。
【００１８】
有機繊維のフィラメント径については、光ファイバ素線径の１／３〜１／２０の範囲であることが好ましく、１／２０未満の細径繊維では、単糸切れ、フィブリル化等が発生して、ＦＲＰ被覆加工段階でのノズル通過性が極端に悪化して、安定した製造ができなくなるとともに、機械的性能の低下や伝送損失の増加につながってくる。
【００１９】
また、１／３を越える太さでは、有機繊維補強繊維を同心円状に均一に配置することができず、ＦＲＰ厚さが不均一となって側圧耐久性が低下し、伝送損失が増加する。
【００２０】
さらに、本発明の有機繊維は、撚りのない繊維が好ましい。撚りのある繊維では、光ファイバ心線のマイクロベントを招いて伝送損失が大きくなってしまう。従って、製造方法として、あらかじめ無撚りの繊維ロービングを用意するか、あるいは繊維に撚りを加えない繊維ロービング供給方法（例えば横取り）を採用することが好ましい。また、本発明の有機繊維は、表面荒さが１μｍ以下の平滑性を有していることが好ましい。細繊化された有機繊維はフィブリル化しやすく、このため繊維表面が凹凸状となって、光ファイバ素線の緩衝層を不均一に圧迫し、伝送損失が増加することになるからである。
【００２１】
前述した光ファイバ素線の外径変動に対して、本発明の有機繊維は、ガラス繊維、炭素繊維といった無機繊維と比較して、繊維断面方向の剛直性が小さく柔軟であることから、光ファイバ素線の外径変動を吸収することができ、伝送損失を低減できる。
【００２２】
有機繊維を同心円状に結着させる熱硬化性樹脂としては、ベンゼン核を有しない単量体である、ジアリルフタレート、トリアリルフタレートなどのアリル系単量体、メチルアクリレート、エチルアクリレートなどのアクリル酸エステル系単量体、メチルメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレートなどのメタクリル酸エステル系単量体を架橋成分とし、骨格樹脂成分として、エポキシアクリレート（ノボラック型、もしくはビスフェノール型）または不飽和ポリエステルが例示される。
【００２３】
本発明の製造方法において、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させていない有機繊維束をあらかじめ光ファイバ素線に縦添えして成形することにより、光ファイバ素線を偏心させることなく、確実に有機繊維束の中央に配置できるようになる。またその後、未硬化の熱硬化性樹脂を外周面から浸透させることにより、光ファイバ素線の緩衝層近傍の熱硬化性樹脂の含有率が外周面に比べて低くすることができるため、樹脂の硬化ひずみに伴う伝送損失を低減できる。
【００２４】
熱硬化性樹脂を外周面から浸透させた後、成形および硬化させる方法としては、公知の方法が採用でき、例えば特公平５−１７８５３号公報に記載されている方法、すなわち、フッ素系熱可塑性樹脂を環状に押出被覆して、熱硬化性樹脂を硬化させた後、該フッ素系熱可塑性樹脂による被覆樹脂層を剥離除去して繊維強化光ファイバコードを得る方法が好適である。
【００２５】
【実施例】
＜実施例１＞
図１において、左端中央のボビン１からコア径１０μｍ、クラッド径１２５μｍの石英系光ファイバの外周をウレタンアクリレートで１６０μｍの外径に被覆して緩衝層を形成した光ファイバ素線３を供給し、その外周に補強繊維束５としてフィラメント径２２．４μｍ（２５デニール）の芳香族ポリエステル液晶−ＰＰＳ複合繊維（株式会社クラレ製：Ｖｅｃｒｙ−ＳＡＦ）ロービング７本を案内板７の透孔に挿通させて縦添えして、外径０．５ｍｍに成形した。その後、樹脂槽入口ガイド９によって０．２５ｍｍの外径とし、直ちにメタクリル酸エステル系単量体含有ノボラック型ビニルエステル樹脂（三井東圧化学株式会社製：エスターＨ２０００ＨＶ）が入った樹脂槽１１に挿通して、補強繊維束５の外周面から該熱硬化性樹脂を浸透させた。
【００２６】
次いで、これをクロスヘッドダイ１３に挿通して、溶融状の４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体樹脂（三井フロロケミカル株式会社製：ＦＥＰ）を環状に押し出して被覆し、冷却水槽１５に導いて冷却固化し、被覆厚み０．１ｍｍで内部が未硬化の繊維強化光ファイバコードを得た。続いてこれを蒸気圧３．５ｋｇ／ｃｍ^２で１４５℃に加熱された硬化槽１７に導いて内部の熱硬化性材料を硬化させ、鋭利な切断刃をセットした被覆剥離装置１９によってＦＥＰ被覆層を切開剥離してＦＲＰ表面を露呈させ、引取装置２１を通して、図示しない製品用ドラムに巻き取った。
【００２７】
このようにして得られた繊維強化光ファイバは、図２に示すように、光ファイバ素線３の外周に補強繊維束５が、熱硬化性樹脂たるメタクリル酸エステル系単量体含有ノボラック型ビニルエステル樹脂（三井東圧化学株式会社製：エスターＨ２０００ＨＶ）の硬化により、複数層（同図では、２層）の同心円状に結着されてなるものである。
【００２８】
＜実施例２＞
補強繊維束として、フィラメント径１２μｍ（１００デニール）のＰＢＯ繊維ロービング（東洋紡株式会社製）を２本用いたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化光ファイバコードを得た。
【００２９】
＜実施例３＞
補強繊維束として、フィラメント径１０．７μｍ（７０デニール）の芳香族ポリアミド繊維ロービング（デュポン・東レケブラー株式会社製：ケブラーＫ４９）を３本用いたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化光ファイバコードを得た。
【００３０】
＜比較例１＞
補強繊維束として、フィラメント径５μｍ（１１．２テックス）のＴガラス繊維ロービング（日東グラスファイバー工業株式会社製）を３本用いたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化光ファイバコードを得た
＜評価＞
実施例１ないし３、比較例１の物性を表１に示す。
【００３１】
【表１】

以上の結果から、本発明の実施例１ないし３では、測定波長１．３μｍにおける伝送損失値が順に１．０４ｄＢ／ｋｍ，０．９８ｄＢ／ｋｍ，１．０２ｄＢ／ｋｍであるのに対し、比較例１では、測定不能であった。この点から、本発明では、最終外径が２５０μｍ以下の細径でありながら、伝送損失の増加を極少に抑えられることが分かる。
【００３２】
また、実施例１ないし３では、ノズル通過性に問題が少なく、特に実施例２では単糸切れがし難くノズルに蓄積物が無いといった優れた効果が実証された。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、緩衝層が薄くなった細径の光ファイバ素線を用いているにもかかわらず、耐側圧を向上させて伝送損失の増加を極少に抑え、かつ最終外径が２５０μｍ以下の従来にはない細径の繊維強化光ファイバコードが得られる。
【００３４】
請求項２の発明によれば、製造上のトラブルが少なく、きわめて安定的に製品を得ることができる。しかも、最終外径が２５０μｍ以下の細径でありながら、耐側圧が向上して伝送損失の増加が抑えられる繊維強化光ファイバコードを、製造上のトラブルが少なく、きわめて安定的に得ることができる。
【００３５】
請求項３の発明によれば、最終外径が２５０μｍ以下の細径でありながら、耐側圧が向上して伝送損失の増加が抑えられる繊維強化光ファイバコードを、製造上のトラブルが少なく、きわめて安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による繊維強化光ファイバ製造方法を実施する製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明による繊維強化光ファイバを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ボビン
３光ファイバ素線
５補強繊維束
７案内板
９樹脂層入口ガイド
１１樹脂槽
１３クロスヘッドダイ
１５冷却水槽
１７硬化槽
１９被覆剥離装置
２１引取装置

Claims

光ファイバ素線の外周に補強繊維が縦添えされてなり最終外径が２５０μｍ以下である繊維強化光ファイバコードであって、
前記補強繊維は、引張弾性率が６０００ｋｇ／mm^２以上で、かつフィラメント径が光ファイバ素線径の１／２０〜１／３である複数の有機繊維を、熱硬化性樹脂の硬化により１〜５層の同心円状に結着した補強繊維束であり、
前記有機繊維は、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、またはポリフェニレンスルフィッド（ＰＰＳ）をスキン層に配置した複合繊維であることを特徴とする繊維強化光ファイバコード。
中央に光ファイバ素線を配し、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させていない有機繊維束を該光ファイバ素線の外周囲に縦添えし、該有機繊維束を案内板の透孔に挿通させて所定形状に成形した後、未硬化の熱硬化性樹脂を外周面から浸透させてさらに成形および硬化させることにより最終外径が２５０μｍ以下の繊維強化光ファイバコードを製造する方法であって、
前記有機繊維束は、引張弾性率が６０００ｋｇ／mm^２以上で、かつフィラメント径が光ファイバ素線径の１／２０〜１／３である複数の有機繊維を、熱硬化性樹脂の硬化により１〜５層の同心円状に結着したものであり、
前記有機繊維は、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、またはポリフェニレンスルフィッド（ＰＰＳ）をスキン層に配置した複合繊維であることを特徴とする繊維強化光ファイバコードの製造方法。