專利名稱：：光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種傳送光信號的光纖方面的、具有可靠性高的包覆層的光纖。
背景技術(shù)：
：以往的光纖，一般來說，具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)，在中心部具有光信號可通過的纖芯1和設(shè)置在其外側(cè)的包層2的由石英玻璃構(gòu)成的玻璃光纖的上面，包覆有柔軟主層13，在該主層13上還包覆有硬質(zhì)副層14。并且一般來說，上述主層13使用揚(yáng)氏模量3Mpa以下的紫外線固化型樹脂，而副層14使用揚(yáng)氏模量500Mpa以上的紫外線固化型樹脂。然而，高分子材料以玻璃化溫度(以下僅稱作Tg)為界，物質(zhì)特性變化很大。特別是，針對光纖下功夫，利用作為包覆材料的紫外線固化型樹脂Tg引起的物質(zhì)特性變化的不同，使得透過光纖的光信號傳送損失更加不受外力影響。.具體地說，在主層13方面，為了具有緩沖作用，利用Tg較低的材料作為柔軟的材料。S卩，選擇具有比使用環(huán)境溫度低的Tg的材料，在正常情況下，使用具有低于室溫的較低Tg的材料。換句話說，由于使用環(huán)境溫度是高于Tg的溫度，所以，主層13在使用環(huán)境溫度下，會變成柔軟的橡膠狀態(tài)，因而具有作為緩沖層的功能。另一方面，稱作副層14的硬質(zhì)層，由于具有高于使用環(huán)境溫度的Tg，在使用環(huán)境溫度下是在玻璃狀態(tài)下使用，可以作為硬質(zhì)保護(hù)層而起作用。在將這種光纖浸漬在水中的情況下，有時會在玻璃光纖與主層13之間產(chǎn)生剝離。當(dāng)然，對圖4所示的光纖施以著色層，并且，把多個帶有該著色層的光纖即光纖的芯線排列成平面狀，在其上形成帶層，構(gòu)成帶芯線，在這種情況下，有可能在副層14與著色層之間，或者在著色層與帶層之間產(chǎn)生剝離。在產(chǎn)生這種剝離的情況下，尤其是在玻璃光纖與主層13的界面上產(chǎn)生剝離的情況下，由于這種原因，在玻璃光纖上會作用不均勻的力，產(chǎn)生微彎曲，增加了傳送損失。鑒于此，為了在包覆層之間不產(chǎn)生剝離，要更好地斟酌各包覆層的材質(zhì)，尤其是，為了確保玻璃光纖與主層13的界面上有充分的粘著性，付出了極大努力。作為以提高玻璃光纖與主層13的界面的粘著性為目的的一個例子，有特開2001—114535號公報(bào)(專利文獻(xiàn)l)公開的發(fā)明。在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種以提高玻璃光纖與主層之間的粘著性為目的，用多層包覆層形成主層的光纖。具體地說，提出了這樣一種方法，形成多層軟質(zhì)的主層，并且，越靠近內(nèi)側(cè)的包覆層，光聚合引發(fā)劑的濃度越高，從而提高玻璃光纖與主層之間的粘著性。然而，在光纖包覆用的主層13用的紫外線固化型樹脂方面，首先，為了提高對微彎曲的耐久性，強(qiáng)烈要求柔軟性。特別是，假設(shè)使用環(huán)境溫度處于低溫的冬季時，優(yōu)選的是，主層13用的紫外線固化型樹脂的Tg要低于光纖的使用環(huán)境溫度。主層13的Tg越低，低溫的傳送特性越好，越柔韌則對微彎曲的耐久性越好。為此，一般來說，對于主層13，在材料設(shè)計(jì)方面，考慮到耐寒性，應(yīng)使其Tg較低，考慮到柔軟性，交聯(lián)點(diǎn)之間分子量應(yīng)該大?？墒牵?dāng)包覆材料的Tg較低而交聯(lián)點(diǎn)之間分子量大時，雖然是柔軟的，但是，由于交聯(lián)的網(wǎng)眼變粗，所以，在光纖暴露于水中、水分浸透包覆層時，就會出現(xiàn)很容易在主層13內(nèi)產(chǎn)生所謂水泡的問題。因此，實(shí)際上，為了防止這種水泡的發(fā)生，以主層13的揚(yáng)氏模量為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整交聯(lián)點(diǎn)之間分子量，然而，作為滿足此要求的主層13，大多使用Tg為一20'C以上的材料。特別是，在玻璃光纖與主層13的界面或玻璃光纖附近產(chǎn)生水泡時，非常容易產(chǎn)生微彎曲。為此，致力于使主層13的水泡不容易產(chǎn)生的材料方面的研究。
發(fā)明內(nèi)容在上述光纖中，例如存在著在玻璃光纖與主層的層間產(chǎn)生剝離，或者在主層內(nèi)產(chǎn)生水泡時因微彎曲帶來傳送損失增加的問題。為了解決上述問題，作為對主層的要求特性，要滿足對玻璃的粘著性和耐水性、以及對來自外部的應(yīng)力的緩沖性等多種要求特性，這都是不可或缺的。然而，專利文獻(xiàn)1所揭示的光纖，基本上是僅僅追求提高玻璃光纖與主層之間的粘著性，完全沒有涉及防止主層內(nèi)的水泡產(chǎn)生的問題。而且，在專利文獻(xiàn)1所揭示的光纖結(jié)構(gòu)中，為了解決粘著性的課題，必須以多層形成主層，并且，使光聚合引發(fā)劑的添加量越接近主層的內(nèi)側(cè)的層，濃度越高等，不得不做成非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，制造方面的制約也特別大。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是，提供一種構(gòu)成包覆物的組成物不復(fù)雜，因此制造方面的制約也少，并且在玻璃光纖與主層的層間很難產(chǎn)生剝離或主層中很難產(chǎn)生水泡的光纖。為了完成上述目的，權(quán)利要求1記載的光纖，包括具有纖芯與包層的玻璃光纖；包覆在該玻璃光纖上的一次保護(hù)層；形成在該一次保護(hù)層上的二次保護(hù)層；以及形成在該二次保護(hù)層的外周的三次保護(hù)層，上述一次保護(hù)層的玻璃化溫度大于一20'C，且在10。C以下，上述二次保護(hù)層的玻璃化溫度在一IO'C以下，并且上述一次保護(hù)層的玻璃化溫度高于上述二次保護(hù)層的玻璃化溫度。根據(jù)這樣的權(quán)利要求1記載的光纖，由于一次保護(hù)層的Tg大于一20'C，且在10。C以下，而且，高于二次保護(hù)層的Tg，所以，很難引起與玻璃光纖接觸的一次保護(hù)層的水泡發(fā)生。這樣，可以推測，在玻璃光纖與一次保護(hù)層的層間很難產(chǎn)生剝離。還有，由于一次保護(hù)層的Tg大于一20'C，且在10'C以下，而且，高于二次保護(hù)層的Tg，所以，從動態(tài)機(jī)械分析得出的tan5的值，即使在常溫，即在使用環(huán)境溫度附近，也能得到高的值。其結(jié)果是，可以推測，一次保護(hù)層的對玻璃光纖的粘著性在常溫下也會提髙。再有，由于二次保護(hù)層的Tg低于一次保護(hù)層的Tg，且在10'C以下，低于使用環(huán)境溫度，所以，在使用環(huán)境溫度的范圍內(nèi)，也能維持柔軟性。因此，對玻璃光纖的微彎曲很難產(chǎn)生。這樣提高耐微彎曲特性，因而也很難引起熱循環(huán)中的傳送損失增加，可提高作為所謂的傳送路徑的性能，并且，可得到高的可靠性。簡言之，根據(jù)權(quán)利要求l記載的光纖，通過設(shè)計(jì)Tg高的一次保護(hù)層，在一次保護(hù)層上就很難引起水泡，在玻璃光纖與一次保護(hù)層的層間很難產(chǎn)生剝離。其結(jié)果是能得到占緩沖層的一大半的二次保護(hù)層的Tg,與以往的光纖相比，可以更低，通過其柔軟性可提高二次保護(hù)層的耐微彎曲性，至于熱循環(huán)方面也良好的光纖。而且，其包覆物結(jié)構(gòu)也僅僅是單純的3層結(jié)構(gòu)，并且，形成這些包覆層的組成物，也不是專利文獻(xiàn)1記載的光纖那樣的必須將光聚合引發(fā)劑的濃度沿著其厚度方向進(jìn)行控制的復(fù)雜的組成物，因此制造方面的制約少，很容易制造。另外，本發(fā)明的權(quán)利要求2記載的光纖是權(quán)利要求l記載的光纖，其中，上述一次保護(hù)層的厚度在上述二次保護(hù)層的厚度以下。根據(jù)這樣的權(quán)利要求2記載的光纖，由于一次保護(hù)層的Tg高于二次保護(hù)層的Tg，柔軟性差的一次保護(hù)層的厚度小于二次保護(hù)層的厚度，所以，能將對玻璃光纖的影響限制在最小限度。即，為了提髙與玻璃光纖的粘著性，使一次保護(hù)層的Tg高于二次保護(hù)層的Tg，可將對耐微彎曲特性帶來的惡劣影響抑制到最小限度。另外，本發(fā)明的權(quán)利要求3記載的光纖是權(quán)利要求2記載的光纖，其中，上述一次保護(hù)層的厚度在l(Him以下。根據(jù)這樣的光纖，由于一次保護(hù)層的厚度在以下，是非常薄的，所以，確實(shí)能得到上述權(quán)利要求2記載的光纖的作用、效果。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，能提供一種構(gòu)成包覆物的組成物不復(fù)雜，因此制造方面的制約少，并且在玻璃光纖與主層的層間很難產(chǎn)生剝離，主層中很難產(chǎn)生水泡的光纖。圖l是表示本發(fā)明的光纖一個實(shí)施例的橫斷面示意圖。圖2是表示在本發(fā)明的光纖外周形成著色層的光纖芯線的一個實(shí)施例的橫斷面示意圖。圖3是表示利用圖2所示光纖芯線的帶芯線一個實(shí)施例的橫斷面示意圖。圖4是表示以往光纖的一個例子的橫斷面示意圖。具體實(shí)施方式下面，利用附圖對本發(fā)明的光纖進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是表示本發(fā)明的光纖一個實(shí)施例的橫斷面示意圖。圖1所示的本發(fā)明的光纖，包括中心部具有光信號可通過的纖芯1，其外周具有包層2的玻璃光纖；包覆在該玻璃光纖上的一次保護(hù)層3;形成在該一次保護(hù)層3上的二次保護(hù)層4;以及進(jìn)一步形成在該二次保護(hù)層4的外周的三次保護(hù)層5，其特征在于，一次保護(hù)層3的玻璃化溫度Tg大于一20。C，且在10'C以下，二次保護(hù)層4的玻璃化溫度Tg在l(TC以下，而且一次保護(hù)層3的Tg高于二次保護(hù)層4的Tg。在此，一次保護(hù)層3與二次保護(hù)層4都是揚(yáng)氏模量在數(shù)Mpa以下的柔軟包覆層。但是，一次保護(hù)層3這一方，其Tg高于二次保護(hù)層4的Tg，這一點(diǎn)使得在正常的使用環(huán)境溫度下，比二次保護(hù)層4稍硬些，一次保護(hù)層3內(nèi)更難產(chǎn)生水泡，結(jié)果，與玻璃光纖的界面上的剝離很難發(fā)生。此外，三次保護(hù)層5是揚(yáng)氏模量在數(shù)百M(fèi)Pa以上的硬質(zhì)，承擔(dān)著保護(hù)內(nèi)側(cè)玻璃光纖免受來自外部的壓力的影響的功能。在該各保護(hù)層35中，主要使用紫外線固化型樹脂組成物，從固化速度、特性的觀點(diǎn)出發(fā)，以尿烷丙烯酸酯類、環(huán)氧丙烯酸酯類的低分子量聚合物為主要成分是最合適的。但是，只要不損害本發(fā)明的效果，并不限于以上述尿烷丙烯酸酯類、環(huán)氧丙烯酸酯類的低分子量聚合物為主要成分的紫外線固化型樹脂組成物，也可以使用其他樹脂組成物。再有，在以上述尿烷丙烯酸酯類、環(huán)氧丙烯酸酯類的低分子量聚合物為主要成分的紫外線固化型樹脂組成物中，將用于控制固化速度、交聯(lián)密度及與光纖的粘著性的添加劑、劣化防止劑等各種添加劑配合，這是很普通的。在上述圖l所示結(jié)構(gòu)的光纖中，改變一次保護(hù)層3、二次保護(hù)層4的Tg、厚度，預(yù)備相當(dāng)于本發(fā)明的實(shí)施例的光纖及比較例的光纖。將這些表示在表1中。在此，由于高分子的Tg依賴于其分子結(jié)構(gòu)、交聯(lián)密度，所以，在改變紫外線固化型樹脂組成物的Tg時，一般來說，通過改變所添加的稀釋單體的種類、添加量來實(shí)現(xiàn)。g卩，只要添加由單體單獨(dú)聚合得到的聚合物的Tg高的材料，就能提高紫外線固化型樹脂組成物的Tg，或者代替單官能單體，通過添加2官能單體這樣的多官能單體，也能提高Tg。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如表1所示，關(guān)于三次保護(hù)層5，其Tg為9(TC，其厚度為30)im，是一定的。從光纖必要的機(jī)械強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，三次保護(hù)層5的Tg最好為50100'C，厚度最好是2040pm。在預(yù)備的這些光纖中，如圖2所示，在三次保護(hù)層5上還設(shè)置有由紫外線固化型樹脂組成物構(gòu)成的厚度約為5pm的著色層，具體地，設(shè)置有紅色著色層6，以此為光纖芯線，進(jìn)一步，將4根該光纖芯線以圖3所示的平面狀平行排列，在其上使用作為帶芯線用的市售的紫外線固化型樹脂組成物形成帶層7，得到通常使用的4芯的帶芯線。此處，作為著色材料，可以使用市售的光纖用的紅色紫外線固化型樹脂組成物制成的著色材料，但是，顏色并不限定于紅色，可以是任何顏色。此外，著色層厚度一般在4pm^m。使用這種帶芯線，進(jìn)行了各種評價。傳送特性的評價是利用1550nm波長測量將帶芯線浸漬在60'C溫水中一個月后的傳送損失的增加及熱循環(huán)中的傳送損失的增加。具體表示熱循環(huán)試驗(yàn)，它是將帶芯線在23'C下保持一小時后，以40'C/小時的速度降溫至一4(TC并在相同溫度下保持一小時，之后，以40'C/小時的速度降溫至一60'C并在相同溫度下保持一小時，接著，以40'C/小時的速度升溫至23'C并在相同溫度下保持一小時之后，以40'C/小時的速度升溫至80'C并在相同溫度下保持一小時后，以40'C/小時的速度降溫至23'C，將這樣進(jìn)行的熱循環(huán)模式反復(fù)進(jìn)行四次時，測量這時的傳送損失的變動量，所得到的傳送損失變動量就是熱循環(huán)時的傳送損失增加。作為評價基準(zhǔn)，在將帶芯線浸漬在6CTC溫水中一個月后的傳送損失的測量中，判斷為，相對于浸漬在溫水前的傳送損失的傳送損失增加在0.05dB/km以下的為O(傳送損失沒有增加)，在0.050.2dB/km的為厶(傳送損失稍有增加)，在0.2dB/km以上的情況為X(有傳送損失增加)。此外，關(guān)于熱循環(huán)時的傳送損失增加，在0.03dB/km以下為O(沒有傳送損失增加)，在0.03dB/km0.5dB/km為A(傳送損失稍有增加)，在0.05dB/km以上為X(有傳送損失增加)。此外，在浸漬于60'C的溫水中一個月后的傳送損失增加與熱循環(huán)中的傳送損失增加的評價結(jié)果中X或A為一個的情況下，則判斷為該光纖不能使用。以上結(jié)果顯示在表l中。此處，以玻璃化溫度為界，觀察了比熱容量、熱膨脹率及機(jī)械彈性率等物理量的變化。這樣，Tg可通過示差掃描熱分析(DSC)、熱機(jī)械分析(TMA)及動態(tài)機(jī)械分析(DMA)的各種分析裝置來測量。然而，由于根據(jù)測量方法的種類得到的Tg值也會變化，所以，在本發(fā)明中，全部采用動態(tài)機(jī)械分析(DMA)來測量Tg。這種方法，是利用了在玻璃化溫度區(qū)域分子運(yùn)動顯著地增大、彈性率變化大的情況來測量的方法。即，通過從玻璃狀態(tài)變換到橡膠狀態(tài)，樹脂的揚(yáng)氏模量從大約1000Mpa變到約為1Mpa，即發(fā)生了3位數(shù)的大的變化，所以，利用可在高靈敏度下測量玻璃化的情況，進(jìn)行測量。所謂動態(tài)機(jī)械分析，是對物體施加周期變化的變形或應(yīng)力時觀察到的粘彈性。通過測量動態(tài)機(jī)械分析，可得到儲存彈性率(G')、損失彈性率(G")、還有損失正切值(tan5-G"/G')的數(shù)據(jù)。在此，儲存彈性率以物質(zhì)的彈性要素表現(xiàn)，損失彈性率以物質(zhì)的粘性要素表現(xiàn)，損失正切值用損失彈性率除以儲存彈性率所得的值表示彈性要素與粘性要素的平衡。在完全彈性體的情況下，應(yīng)力與變形成比例，可檢測出相對于所施加的應(yīng)力不滯后(相位差為零)的應(yīng)力。另一方面，在完全粘性體的情況下，由于應(yīng)力與變形速度成比例，所以，按sin(cot)施加應(yīng)力時，響應(yīng)的變形為一cos(cot)=sinOt—ir/2)，檢測出相對于應(yīng)力，變形滯后l/4波長的量(相位差n/2)。測量是檢測出將交流力施加給試樣時的、試樣的變位量，根據(jù)施加給試樣的交流力和所檢測的變位量進(jìn)行傅里葉運(yùn)算處理，求出相位差。一般的高分子具有完全彈性體與粘性體的中間性質(zhì)，相位差在0it/2之間。測量應(yīng)力與變形的關(guān)系，將表示作為力學(xué)特性的彈性成分的存儲彈性率與粘性成分的損失彈性率之比的損失正切值輸出。并且，在本發(fā)明中，把該損失正切值為極大值的溫度作為玻璃化溫度，即Tg。此處，損失正切值，使用精工儀器公司((株式會社)七^-一<j^7)制造的DMS6100(注冊商標(biāo))作為動態(tài)粘彈性裝置，在下述紫外線固化片材制作條件下，從使紫外線固化型樹脂固化而成的片材中切出長方形狀的樣品，將其固定在拉伸型夾具中，在下述動態(tài)粘彈性試驗(yàn)條件下進(jìn)行測量。在測量中，將出現(xiàn)極大值的溫度設(shè)為Tg。紫外固化片材制作條件厚度lOOpm照度1000mW/cm2照射量500mJ/cm2動態(tài)粘彈性試驗(yàn)條件交流力的振動頻率1HZ試樣的升溫速度2'C/分從表l可以看出，對于一次保護(hù)層3的Tg大于一20。C,且在10。C以下，二次保護(hù)層4的Tg在l(TC以下，并且一次保護(hù)層的玻璃化溫度高于二次保護(hù)層的玻璃化溫度的光纖，在60。C溫水中浸漬一個月后的傳送損失增加和熱循環(huán)中的傳送損失增加的評價結(jié)果都沒有問題，判斷為〇。進(jìn)一步，從實(shí)施例6及比較例4中可以看出，一次保護(hù)層3的厚度大于二次保護(hù)層4的厚度，特別是在其厚度大于l(Him的情況下，可容許的Tg的范圍變窄，在一次保護(hù)層3及二次保護(hù)層4的Tg高的情況下，在熱循環(huán)中可能會引起傳送損失增加。這樣，一次保護(hù)層3的厚度在二次保護(hù)層4的厚度以下，特別是，其厚度在10nm以下最好，在這種情況下，可將為了提高與玻璃光纖的粘著性，使一次保護(hù)層3的Tg高于二次保護(hù)層4的Tg所造成的對耐微彎曲特性帶來的惡劣影響抑制到最小限度。另外，表1中的(不脫層)，意味著通過用光學(xué)顯微鏡觀察浸漬在60'C溫水中一個月后的光纖芯線的玻璃與一次保護(hù)層3的界面，完全看不到剝離(脫層)的部分。在上述圖1圖3中示出了對于本發(fā)明光纖，在其上施加著色層而成的光纖芯線及利用該光纖芯線制成的帶芯線，但是，本發(fā)明的光纖，除此之外，不言而喻，還能將例如多個施加著色層而形成的光纖芯線集合構(gòu)成光軟線、光纜，也可以將多根帶芯線集合作為光纜，還可以將其用于通用的各種形式的光纖芯線、帶芯線、光軟線、光纜中。根據(jù)上述本發(fā)明的光纖，能得到一種構(gòu)成包覆物的組成物不復(fù)雜，因此制造方面的制約少，并且在玻璃光纖與主層的層之間很難剝離，主層中很難產(chǎn)生水泡的光纖。權(quán)利要求1.一種光纖，包括具有纖芯和包層的玻璃光纖；包覆在該玻璃光纖上的一次保護(hù)層；形成在該一次保護(hù)層上的二次保護(hù)層；以及形成在該二次保護(hù)層的外周的三次保護(hù)層，其特征是，所述一次保護(hù)層的玻璃化溫度大于-20℃，且在10℃以下，所述二次保護(hù)層的玻璃化溫度在-10℃以下，并且所述一次保護(hù)層的玻璃化溫度高于所述二次保護(hù)層的玻璃化溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求l記載的光纖，其特征是，所述一次保護(hù)層的厚度在所述二次保護(hù)層的厚度以下。3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的光纖，其特征是，所述一次保護(hù)層的厚度在10|um以下。全文摘要本發(fā)明提供一種構(gòu)成包覆物的組成物不復(fù)雜，因此制造方面的制約少，并且在玻璃光纖與主層的層間很難產(chǎn)生剝離，主層中很難產(chǎn)生水泡的光纖。本發(fā)明的光纖，包括在中心部具有光信號可通過的纖芯(1)和覆蓋它的包層(2)的玻璃光纖；包覆在該玻璃光纖上的一次保護(hù)層(3)；形成在該一次保護(hù)層(3)上的二次保護(hù)層(4)；以及形成在該二次保護(hù)層(4)的外周的三次保護(hù)層(5)，一次保護(hù)層(3)的玻璃化溫度大于-20℃，且在10℃以下，二次保護(hù)層(4)的玻璃化溫度在-10℃以下，并且，一次保護(hù)層(3)的玻璃化溫度設(shè)定成高于二次保護(hù)層(4)的玻璃化溫度。文檔編號G02B6/44GK101228468SQ20068000469公開日2008年7月23日申請日期2006年8月10日優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日發(fā)明者中島康雄,岡田光范,新子谷悅宏,望月浩二,田中廣樹申請人:古河電氣工業(yè)株式會社