2001年10月 三 菱 電 線 工 業 時 報 第98号 難燃光ファイバ心線 Flame-Retardant Optical Fiber ＊1 八 若 正 義 市 原 宗 明 M. Hachiwaka ＊1 飯 尾 輝 伸 M. Ichihara ＊2 T. Iio 渡 部 民 重 ＊3 T. Watanabe 要 約 近年，光ファイバ網を利用した高速・大容量通信が幹線網のみならず各家庭に近づきつつある中，光ファイバ通 信に欠かせない受発光モジュールの需要は急速に増加している。 光伝送機器の受発光モジュールにおいて，モジュールに接続され機器内に配線される光ファイバには，難燃性や 耐環境特性が要求される。今回，光ファイバ被覆に適した材料を使用し，Underwriters Laboratories Inc. 1581 1080 VW-1 の難燃性を満足し，かつ Telcordia Technologies GR-468-CORE（旧 Bellcore TA-NWT-000983）, MIL-STD202-103 などの信頼性および耐環境特性を満足し，さらにピストニング特性にも非常に優れた難燃光ファイバ心線 を開発した。 キーワード： 光ファイバ，難燃性，耐環境特性，ピストニング，突き出し Summary In recent years, as high-speed, large-capacity communication using optical fiber network expands not only to main networks but also to each individual home, an urgent demand for light emitting and accepting modules is also increasing. The optical fibers used in optical transmisson system (ex.from light-emitting or light-acceptance module to some eqipment) are demanded for flame-retardant properties and several environmental properties. We have developed flame-retardant optical fibers for high performance by using the most suitable coating material and optimum manufacturing technologies. Our flame-retardant optical fibers conforms to UL 1581 1080 VW1 , GR-468-CORE (Fomer Bellcore TA-NWT000983) and MIL-STD-202-103. Key words： Optical fiber, Flame-retardant, Environmental properties, Pistoning, Projection 心線は，使用用途として数 m 程度の短尺品として端末部に １．まえがき 光コネクタなどの部品を取付けることを主な用途として 近年，光ファイバによる伝送システムが構築される中，局 おり，裸光ファイバおよび難燃被覆との密着性がシリコン 舎における災害時の延焼を防ぐために，各構成部材には難 樹脂などと比較すると非常に優れていることから，後に述 燃性が要求されることが多く，光伝送機器内で使用される べるピストニングに対する特性に優れたものとして採用 光モジュールについても同様に難燃性が要求される。今回， した。また被覆外径は従来のナイロン被覆心線と同等のサ 我々は光ファイバ心線の被覆材料として難燃性樹脂を使用 イズである0.9mmとすることにより，一般的な光コネクタ し，難燃特性，耐環境特性に優れた光ファイバ心線を開発 用フェルールに固定可能であり，機器内配線時などのハン したので報告する。 ドリング性にも優れている。難燃光ファイバ心線の構造を Fig. 1 に示す。 ２．難燃光ファイバ心線の構造 ３．製造（被覆）方法 難燃光ファイバ心線に使用する光ファイバ素線は，被覆 外径 0.25mm の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を 難燃光ファイバ心線の被覆は，光ファイバ素線にチュー 被覆したものを使用した。その理由としては，光ファイバ ビング方式の押出成形機により行っているが，光ファイバ 素線として最も多く使用されていることや難燃光ファイバ 素線は被覆前に予備加熱を行い，さらに被覆後の冷却方法 ＊1 情報通信事業本部 通信技術部 ＊2 技術本部 総合研究所 ＊3 伊丹製作所 − 12 − 難燃光ファイバ心線 ５．耐環境特性 光ファイバ 外径：125μｍ 難燃光ファイバ心線は耐環境特性にも優れた性能を有 している。評価内容を以下に示す。 一次被覆 外径：250μｍ 5.1 温度サイクル特性 Fig. 3 に示す温度サイクル試験を 30 サイクル実施し，試 難燃被覆 外径：0.9±0.1mm Fig. 1 験前後および試験中の伝送損失の評価を行った。また，1m Cross-sectional view of flame-retardant optical fiber 長のサンプルを φ40mm に巻取り，外観の異常の有無を確 認した。 難燃光ファイバ心線の構造 100 も除冷方式とすることにより被覆との密着力を上げてい 80 さらに，難燃光ファイバ心線は湿熱環境による接着特性 の劣化防止のために被覆押出し後，表面処理を行ってい る。 温度（°C） る。 60 40 20 0 -20 -40 ４．燃焼特性 -60 0 1 2 3 難燃光ファイバ心線は被覆厚が 0.325mm と非常に薄い ことから被覆材料としては，Underwriters Laboratories Fig. 3 Inc.（以下 UL）94 プラスチック材料可燃性試験 V-0 の規格 4 5 時間（hr） 6 7 8 Test conditions for temperature cycling 温度サイクル試験条件 を満足しているものを使用した。また，難燃性物質の含有 量を多くすることで，被覆材料自体の耐環境特性が劣化す ることから難燃剤の量を制御し，最適比率の含有量とし 5.2 高温特性 た。 難燃光ファイバ心線を＋ 85℃の環境下に 2000 時間放置 これにより難燃光ファイバ心線の燃焼特性として UL 1581 し，試験前後の伝送損失の変化について評価を行った。ま 1080 VW-1（垂直−ワイヤ）燃焼試験の規格を満足してい た，1m 長のサンプルを φ40mm に巻取り，外観の異常の有 る。 無を確認した。 Fig. 2 に試験方法を Table 1 に試験結果を示す。 5.3 低温特性 難燃光ファイバ心線を− 40℃の環境下に 2000 時間放置 10インチマーク上 光ファイバ心線 10インチ 燃焼長 し，試験前後の伝送損失の変化について評価を行った。ま 図の状態とする。 2 15秒間加炎した後、 消火する。 無を確認した。 この時の延焼時間、長さ および綿の状況を確認す る。 5.4 湿熱特性 1 た，1m 長のサンプルを φ40mm に巻取り，外観の異常の有 10インチマーク下 チリルバーナ 傾斜角度20度 難燃光ファイバ心線を＋85℃，85％RHの環境下に2000 無処理外科用綿 時間放置し，試験前後の伝送損失の変化について評価を 行った。また，1m 長のサンプルを φ40mm に巻取り，外観 Fig. 2 Flame test method for flame-retardant optical fiber 燃焼試験方法 Table 1 の異常の有無を確認した。 耐環境特性の評価内容および結果を T a b l e 2 にまとめ る。 Result of flame test 燃焼試験結果 ６．被覆材料の特性 規 格 試験結果 延焼時間 60 秒以内 5 秒以内 延焼長さ 254mm 以下 125mm 難燃光ファイバ心線に使用する被覆材料の特性につい 綿状況 発火なし 発火なし て，高温環境下および高温高湿環境下放置後の引張り強度 試験項目 − 13 − 2001年10月 三 菱 電 線 工 業 時 報 第98号 Table 2 Result of environmental test 温湿度条件：60℃85％，75℃85％，85℃85％ 耐環境特性評価結果 試験期間：0日（初期） ，50h，100h，200h，500h，1000h， 伝送損失変動 −40℃∼＋85℃，30サイクル 外観 1500h 評価結果 評価項目 試験項目 温度サイクル特性 試験結果 損失増加なし 異常なし Fig. 6 に引張強度の試験結果を，Fig. 7 に引張伸びの試験 高温高湿特性 伝送損失変動 損失増加なし ＋ 85℃，85％× 2000 時間 外観 異常なし 高温特性 伝送損失変動 損失増加なし ＋ 85℃× 2000 時間 外観 異常なし 120.0 低温特性 伝送損失変動 損失増加なし 100.0 − 40℃× 2000 時間 外観 異常なし および引張伸びの評価を行った。 また，高温放置後の各温度（100℃，120℃および 140℃） 残率［%］ 結果を示す。 での引張伸びが初期値の 50％に低下した時間（日数）より 80°C 80.0 100°C 60.0 120°C 40.0 140°C 20.0 アレニウスプロットを行い，寿命を求めた。 0.0 0 さらに被覆材料の燃焼特性として酸素指数測定を，また 20 40 60 80 100 120 140 日数［日］ 低温脆化温度を測定した。 Fig. 5 Result of high temp.storage for corte material 6.1 被覆材料の高温特性 (Tensile elongation) 試験方法 被覆材料の耐熱試験結果（引張伸び） 試験時の試料：JIS 4 号ダンベル片 試験方法：標線間 20mm（チャック間 70mm） 120.0 引張速度：200mm/min 100.0 温度条件：80℃，100℃，120℃，140℃ 試験期間：0 日（初期） ，15 日，30 日，60 日，90 日，120 日 残率［%］ 試験数量：N ＝各 5 80.0 60℃×85%RH 75℃×85%RH 85℃×85%RH 60.0 40.0 注）140℃は 7 日も実施した。 20.0 試験結果 Fig. 4 に引張強度の試験結果を，Fig. 5に引張伸びの試験 0.0 0 500 結果を示す。 120.0 Fig. 6 1500 2000 Result of temprature and humidity exposure for 100.0 残率［%］ 1000 時間［hr］ corte material (Tensile strength) 80.0 80°C 100°C 120°C 140°C 60.0 40.0 被覆材料の耐湿熱試験結果（引張強度） 140.0 20.0 120.0 0.0 20 40 60 80 100 120 140 100.0 日数［日］ Fig. 4 Result of high temp.storage for corte material (Tensile strength) 残率［%］ 0 80.0 60℃×85%RH 75℃×85%RH 85℃×85%RH 60.0 40.0 被覆材料の耐熱試験結果（引張強度） 20.0 0.0 6.2 被覆材料の高温高湿特性 0 試験方法 試験時の試料：JIS 4 号ダンベル片 試験方法：標線間 20mm（チャック間 70mm） 500 1000 1500 2000 時間［hr］ Fig. 7 Result of temprature and humidity exposure for corte material (Tensile elongation) 引張速度：200mm/min 被覆材料の耐湿熱試験結果（引張伸び） 試験数量：N ＝各 5 − 14 − 難燃光ファイバ心線 6.3 被覆材料の寿命評価 ルなどのピッグテール用として使用されることから，端末 被覆材料の高温特性より，常温における耐久年数の評価 部に光コネクタの取付けなどの処理を行う。光コネクタの を行った。 取付けに関して，以下に示す項目の評価を実施した。 評価は各温度（100℃，120℃および 140℃）での引張伸 びが初期値の 50％に低下した時間（日数）よりアレニウス 7.1 ピストニング（心線の突き出し） プロットを行い，寿命を求めた。 光コネクタを取付ける際の重要な項目として，ピストニ Table 3 に各温度での引張伸び 50％残率の日数を示す。 ング特性（心線の突き出し）が挙げられる。今回難燃光ファ 難燃光ファイバ心線の被覆材料のアレニウスプロット イバ心線を開発するにあたって，特に重要視した項目の一 を Fig. 8 に示す。 つである。 今回，試料長（ファイバ長） ，試験条件を変化させ，ピス Table 3 トニングの評価を実施した。 Time taken to be 50% of tensile elongation 評価条件，試験結果を Table 4 にまとめる。 引張伸び 50% 残率の日数 100℃ 引張伸び 50％残率の日数 120 日 120℃ 140℃ 43 日 17 日 Table 4 Test conditions for pistoning (Projection) ピストニング評価一覧 サンプル形状 サンプル長 試験数量 100000 寿命［日］ 10000 試験条件 試験結果 両端垂直に切断 150mm 5 − 40 ∼＋ 85℃/8h × 90 サイクル 突き出しなし 両端垂直に切断 500mm 20 − 40 ∼＋ 85℃/4h × 500 サイクル 突き出しなし 片端垂直に切断 500mm 20 − 40 ∼＋ 85℃/4h × 500 サイクル 突き出しなし 両端垂直に切断 550mm 10 − 40 ∼＋ 85℃/4h × 500 サイクル 突き出しなし 両端垂直に切断 550mm 10 ＋ 85℃,85％× 2000h 突き出しなし 片端フェルール取付 1000 100 10 1 0.0024 0.0026 0.0028 0.0030 0.0032 0.0034 1/T［1/K］ Fig. 8 7.2 接着性 被覆層への接着剤の接着強度について，心線被覆上に接 着剤を玉状に塗布し（Fig. 9） ，マンドレルに巻付けた後に Life span of corte material 剥離の有無を評価した。なお，接着剤はエポキシ系接着剤 被覆材料の耐熱寿命（伸び） で一般的に光コネクタの端末処理時に用いられるものと して，EPOXY TECHNOLOGY 社の EPO TEK 353ND を使 上記より，難燃光ファイバ心線の被覆材料の常温（23℃） 用し硬化条件は 80℃× 3 時間とした。 における耐久年数は約 50 年と推定され，光ファイバ心線 の使用期間を充分満足している。 6.4 被覆材料の燃焼特性（酸素指数測定） 試験方法 被覆材料の燃焼特性について JIS K 7201-2（ISO4589-2） の試験方法により酸素指数の測定を実施した。 試験結果 被覆材料の酸素指数 29.4％ Fig. 9 Sample for adhesion test 接着試験サンプル 6.5 被覆材料の脆化温度 試験方法 被覆材料の低温脆化温度について JIS K 6301 の試験方 マンドレル径 φ40，φ30，φ20，φ10 いずれの巻付け試験 法にて測定を実施した。 においても接着層の剥離は発生せず，良好な接着性を有し 試験結果 ている。 被覆材料の脆化温度 − 10℃ 7.3 耐環境特性 ７．難燃光ファイバ心線の端末処理に関する検討 難燃光ファイバ心線の被覆部分に，光コネクタ用フェ ルールを取付け各種環境における引張強度の測定を実施 難燃光ファイバ心線は主な用途として，受発光モジュー した。 − 15 − 2001年10月 三 菱 電 線 工 業 時 報 第98号 引張強度測定用サンプルの形状を Fig. 10 に示す。 温湿度条件：60℃85％，75℃85％，85℃85％ なお，接着剤は，EPOXY TECHNOLOGY 社の EPO TEK 試験結果 Fig. 12，Fig. 13に高温高湿試験におけるフェルールの接 353ND を使用し，硬化条件は 80℃× 3 時間とした。 60°C、85% 75°C、85% Fig. 10 Sample for bonding strength test between connector ferrule and flame-retardant corted optical fiber 1000時間後 900時間後 800時間後 700時間後 600時間後 500時間後 400時間後 300時間後 被覆部のみをフェルールに固定 200時間後 85°C、85% 100時間後 難燃光ファイバ心線 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 イニシャル 光コネクタ用フェルール 平均引抜き力（Ｎ） 着強度の変化を示す。 高温高湿放置時間 Fig. 12 Result of bonding strength (Temperature and 引張り強度測定サンプル humidity exposure Ⅰ) フェルール引抜き試験結果（高温高湿 1） 7.3.1 高温特性 20.0 試験方法 18.0 平均引抜き力（Ｎ） 標点間隔：500mm 引張速度：5mm/min 試験数量：N ＝各 5 温度条件：60℃，75℃，85℃ 試験結果 Fig. 11 に高温試験におけるフェルールの接着強度の変 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 85°C、85% 2.0 化を示す。 イニシャル 100時間後 200時間後 300時間後 400時間後 500時間後 600時間後 700時間後 800時間後 900時間後 1000時間後 1100時間後 1200時間後 1300時間後 1400時間後 1500時間後 1600時間後 1700時間後 1800時間後 1900時間後 2000時間後 高温高湿放置時間 60°C Fig. 13 Result of bonding strength (Temperature and 75°C humidity exposure Ⅱ) フェルール引抜き試験結果（高温高湿 2） 1000時間後 900時間後 800時間後 700時間後 600時間後 500時間後 400時間後 300時間後 200時間後 100時間後 85°C イニシャル 平均引抜き力（Ｎ） 0.0 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 7.4 コネクタ取付時の特性 難燃光ファイバ心線に SC 形コネクタ（JIS C 5973 F04 高温放置時間 Fig. 11 Result of bonding strength (High temperature storage) フェルール引抜き試験結果（高温） 形）を取付け，光学特性の評価および信頼性評価を実施し た。 7.4.1 挿入損失と反射減衰量 F i g . 1 4 に 挿 入 損 失 測 定 結 果 を 示 す 。 平 均 挿 入 損 7.3.2 高温高湿特性 失 0.10dB，最大挿入損失 0.22dB と良好な結果が得られた。 試験方法 また，Fig. 15 には反射減衰量の測定結果を示す。反射減 標点間隔：500mm 衰量の最小値は 47.7dB と良好な結果が得られた。 引張速度：5mm/min さらに温度サイクル試験を行ったが変化量が小さく良 試験数量：N ＝各 5 好な特性であった。 − 16 − 難燃光ファイバ心線 30 18.0 25 17.0 16.0 15 曲率半径（mm） 頻度 20 10 5 0.36∼0.40 0.31∼0.35 0.26∼0.30 0.21∼0.25 0.16∼0.20 0.11∼0.15 0.06∼0.10 0∼0.05 0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 挿入損失（dB） 10.0 Fig. 14 Insertion loss histogram イニシャル 10サイクル後 30サイクル後 50サイクル後 100サイクル後 200サイクル後 300サイクル後 500サイクル後 ヒートサイクル回数（回） 挿入損失特性 Fig. 17 Endface radius of spherically polished ferrules 曲率半径測定結果 30 25 頻度 20 ８．むすび 15 10 52.0∼52.9 51.0∼51.9 50.0∼50.9 49.0∼49.9 48.0∼48.9 47.0∼47.9 た難燃材料を用い，難燃性光ファイバ心線として良好な光 46.0∼46.9 光ファイバの被覆材料として燃焼特性，環境特性に優れ 0 45.0∼45.9 5 学特性，難燃特性，耐環境特性を得ることができた。 現在，廃棄処理時における環境への影響を考慮し，ハロ ゲン化合物を含まない難燃材料を用いて同様の心線の開 反射減衰量（dB） 発を行っている。 Fig. 15 Return loss histogram 反射減衰量特性 八若正義（はちわか まさよし） 情報通信事業本部 通信技術部 通信技術課 7.4.2 端面形状 難燃光ファイバ心線にSCコネクタを取付けた後，温度サ 光ファイバ心線・光ファイバの端末・光ファイバケー ブルの施工工法の開発に従事 イクル試験を実施し，コネクタ端面形状（ファイバ引込み 量，曲率半径）の変化を測定した。 いずれについても，変化量が小さく良好な特性であっ た。 市原宗明（いちはら 温度サイクル試験による端面形状の変化を Fig. 16 に曲 情報通信事業本部 通信技術部 技術課 率半径の変化を Fig. 17 に示す。 むねあき） 光ファイバ応用製品の技術動向調査および需要先に対 する技術折衝に従事 0.05 ファイバ引き込み量（μｍ） 0.04 飯尾輝伸（いいお 0.03 てるのぶ） 技術本部 総合研究所 通信材料グループ 光通信ケーブルおよび光学ファイバ用材料の研究に従 0.02 事 0.01 電子情報通信学会会員 0 –0.01 渡部民重（わたなべ たみしげ） –0.02 イニシャル 10サイクル後 30サイクル後 50サイクル後 100サイクル後 200サイクル後 300サイクル後 500サイクル後 ヒートサイクル回数（回） 伊丹製作所 光通信製造課 光ファイバケーブルの製造に従事 Fig. 16 Endface height of spherically polished ferrules 引込み量測定結果 − 17 −
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