(57)【要約】【課題】高湿度状態や水浸状態においても伝送損失が増加しにくい光ファイバ心線を提供すること。【解決手段】本発明の光ファイバ心線は、上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ心線は、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線に、着色樹脂からなる被覆層によりさらに被覆してなる光ファイバ着色心線であって、該硬質層と該着色層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線であって、該硬質層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上であることを特徴とする光ファイバ素線。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ素線の該硬質層に着色剤を含有することを特徴とする光ファイバ着色心線。
【請求項３】
請求項１記載の光ファイバ素線に、着色樹脂からなる被覆層によりさらに被覆してなる光ファイバ着色心線であって、該硬質層と該着色層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上であることを特徴とする光ファイバ着色心線。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光ファイバ着色心線を複数本平面状に並べ、テープ樹脂により一括被覆したことを特徴とする光ファイバテープ心線。
【請求項５】
請求項１に記載の光ファイバ素線、又は請求項２または３に記載の光ファイバ着色心線、又は請求項４記載の光ファイバテープ心線であって、前記少なくとも２層の被覆層、前記着色被覆層及び前記テープ樹脂が紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする光ファイバ素線、光ファイバ着色心線もしくは光ファイバテープ心線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブル内に収納される光ファイバ心線に関するものである。具体的には、使用環境や経年劣化による光ファイバの伝送ロス増加を抑制した光ファイバ心線に関するものであり、特に、高湿度状態や水浸状態においても長期に渡り伝送損失の増加しない、耐水性に優れた光ファイバ心線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの製造に際しては、石英ガラスの線引工程において、光ファイバの強度低下を防ぐため、直ちにその外周に被覆樹脂が被覆される。光ファイバ用の被覆樹脂としては、主に紫外線硬化型樹脂が用いられている。紫外線硬化型樹脂としては、ウレタンアクリレート系もしくはエポキシアクリレート系が用いられている。
【０００３】
光ファイバは、様々な外的応力やそれによって発生するマイクロベンドによって伝送ロスが増加する。そのため、そのような外的応力から光ファイバを保護するため、一般的には光ファイバ心線は軟質層と硬質層の２層構造からなる被覆が施されている。石英ガラスと接触する内層には比較的ヤング率の低い軟質の樹脂を用いることでバッファ層とし（以下、プライマリ層と呼ぶ）、外層には比較的ヤング率の高い硬質の樹脂を用いることで保護層としている（以下、セカンダリ層と呼ぶ）。一般的には、プライマリ層はヤング率３ＭＰａ以下、セカンダリ層はヤング率５００ＭＰａ以上の樹脂が用いられている。
【０００４】
光ファイバ素線の製造方法は、石英ガラスを主成分とするプリフォームから線引炉によって、加熱溶融、線引きされた石英ガラス製光ファイバに、コーティングダイスを用いて液状の紫外線硬化型樹脂を塗布し、続いてこれに紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させることで、プライマリ層とセカンダリ層が被覆して製造される。
【０００５】
さらに次工程において、得られた光ファイバ素線の外周に着色樹脂等からなる被覆層を被覆することにより、光ファイバ着色心線が製造される。光ファイバ素線の構造を図１に示す。本明細書においては、このようにガラス光ファイバをプライマリ層及びセカンダリ層により被覆したものを光ファイバ素線と称し、光ファイバ素線の外周に着色樹脂等からなる被覆層をさらに被覆してなるものを光ファイバ着色心線、さらに光ファイバ心線を複数本平面状に並べ、テープ樹脂により一括被覆したものを光ファイバテープ心線と称するものとする。また、ガラス光ファイバの外周に被覆層を有するもの、すなわち光ファイバ素線、光ファイバ着色心線および光ファイバテープ心線を包括して光ファイバ心線と称するものとする。
【０００６】
このような光ファイバ心線を、水に浸漬すると伝送ロスが増大するケースがある。このように水に浸漬した状態で長期間使用しても光ファイバの伝送ロスの増大を防いだ信頼性の高い光ファイバとするために、プライマリ層とガラス光ファイバとの間の密着力を改善する等、種々な提案がなされてきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の光ファイバの著しい普及によって、光ファイバケーブルはその適用範囲が大きく拡大してきている。これは光ファイバケーブルが使用される環境が多様化してきていること、さらには、新規なケーブル構造が開発さてれてきていることを意味している。そのため、光ファイバケーブルに求められる長期信頼性は非常に厳しいものとなってきている。
このような状況も手伝い、水浸状態に曝されても伝送ロスの増加が生じにくい光ファイバ心線の検討がなされてきている。しかしながら、各層界面の接着性のバランスを取りながら、上記のような問題に対処することには限界があり、ケーブル構造やコードあるいはシース材質の検討も加えることで光ファイバ心線に水分が到達するのを避ける構成や、水分の到達量を減少させる構成を組み合わせて実用化されているのが現状であり、その信頼性は不十分であった。
【０００８】
本発明の目的は、例えば、光ファイバケーブルに収納されている光ファイバ心線が、使用環境や経年劣化、特に、水もしくは高湿度下に曝された時に伝送ロスが増加しにくい光ファイバ心線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ心線は、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線に、着色樹脂からなる被覆層によりさらに被覆してなる光ファイバ着色心線であって、該硬質層と該着色層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上であることを特徴とする。
また、上述の光ファイバ着色心線を複数本平面状に並べ、テープ樹脂により一括被覆した光ファイバテープ心線としてもよい。
また、本発明の光ファイバ心線もしくは光ファイバテープ心線は、上述の少なくとも２つの被覆層、着色被覆層及びテープ層が紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光ファイバ心線によれば、陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上である硬質層および着色層を有した光ファイバ着色心線を用いることで、水もしくは高湿度下に曝された際の伝送ロス増を抑制することができる。
また、上述の光ファイバ素線又は光ファイバ心線を使用することにより、好適な光ファイバテープ心線を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、高湿度状態もしくは水浸状態に曝された光ファイバの伝送ロスが増大する原因を鋭意研究した結果、伝送ロスが増大した光ファイバ心線には、ガラス光ファイバ／プライマリ層界面における剥離が観察されることを見出した。
【００１２】
ガラス光ファイバ／プライマリ層界面の剥離は、ガラス光ファイバと被覆層との界面において被覆層を引き剥がそうとする力が、ガラス光ファイバと被覆層との界面の接着力を超えた場合に生じる。界面に剥離を生じるとガラスに加わる力が不均一となり、マイクロベンドを生じるために伝送ロスが増加することになる。
【００１３】
水に浸漬した際に、ガラス光ファイバと被覆層との界面の接着力が低下するメカニズムは、以下のように推察されている。光ファイバ心線を、水に浸漬したり、高湿度の雰囲気に曝したりすると、水分は被覆層を透過して、ガラス光ファイバとプライマリ層との界面まで到達する。ガラス光ファイバとプライマリ層との界面には接着力が発生しているが、例えば N. Akasaka et al., ”Design of Optical Fiber Coating”, Proc. of 19th Australian Conference on Optical Fibre Technology (ACOFT), p. 375, 1994の報告にあるように、一般的には、接着力はガラスと樹脂中の官能基との水素結合と、接着促進剤による化学結合からなっている。しかし、水素結合は、ガラスとプライマリ層との界面に水等が侵入することによって切断されてしまうと考えられている。このように、水素結合が切断されることでガラスとプライマリ層界面の接着力が低下すると推察されている。
【００１４】
本発明を実施するための形態としては、ガラス光ファイバにプライマリ層、セカンダリ層を被覆した光ファイバ素線を作製し、該光ファイバ素線を着色層によって被覆することで着色光ファイバ心線を作製する。各被覆を構成する樹脂には紫外線硬化型樹脂を用いる。さらに用途に応じて、この光ファイバ心線を複数本平面状に並行に並べ、紫外線硬化型樹脂からなるテープ樹脂で一括被覆することで光ファイバテープ心線とすることができる。
【００１５】
なお、光ファイバ素線の被覆樹脂や着色樹脂として用いる紫外線硬化型樹脂は主なものとして、オリゴマー、希釈モノマー、光開始剤、連鎖移動剤、シランカップリング剤、各種添加剤からなる。オリゴマーとしてはウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエステルアクリレート系が主に用いられる。希釈モノマーとしては、単官能アクリレートもしくは多官能アクリレートが用いられる。
【００１６】
本発明における光ファイバ着色心線は、陽電子消滅法から求めた常温における硬質層と着色層の自由体積半径が0.290nm以上である着色層を有した光ファイバ着色心線を用いることで、伝送ロス増を抑制することができる。
また、自由体積半径は機械的特性の観点から０．３５ｎｍ以下が好ましい。
【００１７】
ここで、陽電子消滅法とは、陽電子（ｅ＋）が試料に入射してから消滅するまでの時間（陽電子消滅寿命）を計測して、物質中に存在する空孔、局所空隙の大きさや密度を測定する方法である。陽電子は電子の反粒子であり、電子と同じ質量で正電荷をもつ粒子である。分子性結晶や非晶質固体中で陽電子が電子と出会うとクーロン力によって電子−陽電子対を形成することがあり、しかる後に消滅することが知られている。（例えば、李  洪玲，氏平祐輔，“陽電子消滅寿命法による高分子の自由体積の評価”，ぶんせき，1，11〜20（1998）。）
【００１８】
この陽電子−電子対は、粒子的な振る舞いを示し、これをポジトロニウムという。ポジトロニウムには、対になる電子と陽電子のスピンが平行であるパラ−ポジトロニウム（ｐ−Ｐｓ）と、反平行であるオルソ−ポジトロニウム（ｏ−Ｐｓ）とがある。高分子に陽電子を打ち込むと、陽電子（ｅ＋）は高分子中で叩き出された電子の１つと結合してｏ−Ｐｓを形成する場合がある。ｅ＋やｏ−Ｐｓは高分子材料中の電子密度の低い部分、すなわち高分子中の局所空隙にトラップされ、空隙壁から出た電子雲と重なり消滅する。ｅ＋やｏ−Ｐｓが高分子中の空隙中に存在する場合、その空隙の大きさとｅ＋やｏ−Ｐｓの消滅寿命は反比例の関係にある。すなわち、空隙が小さいとｅ＋やｏ−Ｐｓと周囲電子との重なりが大きくなり、陽電子消滅寿命は短くなる。一方、空隙が大きいとｅ＋やｏ−Ｐｓが空隙壁からしみ出した他の電子と重なって消滅する確率が低くなりｅ＋やｏ−Ｐｓの消滅寿命は長くなる。したがって、ｅ＋やｏ−Ｐｓの消滅寿命を測定することにより高分子樹脂中の局所空隙の大きさを評価することができる。
【００１９】
陽電子寿命の測定には、陽電子源として放射性同位元素２２Ｎａがよく用いられる。２２Ｎａは２２Ｎｅにβ崩壊するときに、陽電子と１．２８ＭｅＶのγ線を同時放出する。高分子中に入射した陽電子は、消滅過程を経て５１１ｋｅＶのγ線を放出する。したがって、１．２８ＭｅＶのγ線を開始信号とし、５１１ｋｅＶのγ線を終了信号として、両者の時間差を計測すれば陽電子の消滅寿命を求めることができる。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例として、図１に示すように石英ガラスからなるガラス光ファイバ１１をプライマリ層１２、セカンダリ層１３の２層の被覆樹脂層により被覆した数種類の光ファイバ素線１４を作製した。各樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いた。紫外線硬化型樹脂は、オリゴマー、希釈モノマー、光開始剤、連鎖移動剤、添加剤とからなるが、その構成材料を変えることで数種類の光ファイバ素線１４を作製した。
紫外線硬化樹脂の自由体積半径については、オリゴマーの骨格構造と分子量、そして添加する希釈モノマーの種類と添加量によって、適宜変えることができる。なお、一概には言えないが、オリゴマーの分子量を大きくしたり、モノマー添加量を減らすことで、自由体積半径を小さくすることができる。
【００２１】
なお、実施例における光ファイバ素線は、石英ガラスからなる外径１２５μｍのガラス光ファイバ１１の外周に、外径１８５μｍもしくは１９５μｍのプライマリ層１２を有し、さらにその外周に外径２４５μｍのセカンダリ層１３を有する。また、図２に示す実施例３、５、比較例３、５、７の着色心線は、光ファイバ素線１４を作製した後、別工程にて、着色層２１を被覆して外径２５５μｍの着色光ファイバ心線２２とする方法によって作製したものである。一方、図１に示す実施例２および比較例２の着色心線は、セカンダリ層１３に直接着色剤を添加することで外径２５５μｍの着色心線１４とする方法によって作製したものである。
【００２２】
さらに、一部の光ファイバ着色心線１５は、図３に示すように、４本平面状に並行に並べ、紫外線硬化型樹脂からなるテープ樹脂３１で一括被覆して光ファイバテープ心線３２とした。表１に示す比較例の光ファイバ心線及び光ファイバテープ心線も同様に作成した。なお、実施例４の光ファイバテープ心線は実施例３の着色心線を、実施例６の光ファイバテープ心線は実施例５の着色心線を用いて作製し、比較例４、６、８の光ファイバテープ心線はそれぞれ比較例３、５、７の着色心線を用いて作製した。
これらを下記の方法にしたがって、光ファイバ素線の熱膨張量と光ファイバ心線の伝送ロスの測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２３】
（着色材の自由体積）
自由体積は、陽電子消滅寿命を測定することによって求めた。
測定条件 
線源          ： ２２Ｎａ（強度１．８５ＭＢｑ）
測定時間      ： ５時間
陽電子寿命解析： フィッティングプログラムＰＡＴＦＩＴ
解析条件      ： ３成分解析（設定値 0.1，0.35，1ｎｓ）
自由体積分布解析： ラプラス逆変換プログラムＣＯＮＴＩＮ使用
試料サイズ      ：１０ｍｍ×１０ｍｍ ２枚重ねで線源を挟んで測定。
【００２４】
陽電子寿命値の第三成分から自由体積半径を求める下記式を用いて自由体積半径（nm）を求めた。
【数１】
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ΔRは自由体積中への電子雲の滲み出しの厚さを表すパラメーターで、0.166nmが最もよいフィッティングパラメーターとして用いられている。
【００２５】
（伝送ロスの測定方法）
長さ約１ｋｍの光ファイバ心線あるいは光ファイバテープ心線を６０℃に加熱した水に浸漬し、３０日後の伝送ロス増を測定した。伝送ロス増の測定は、アンリツ（株）製 光パルス試験器 MW９０６０Aを用いて、光後方散乱損失係数（OTDR）法により、波長１．５５μmを用いて測定した。そして、６０℃の温水に３０日間浸漬した後の伝送ロス増が０．１ｄB／ｋｍ以上認められた場合には使用環境に対する耐性が十分でない（表１の×印）と判定した。また、試験後の光ファイバ心線あるいは光ファイバテープ心線を光学顕微鏡にて観察することによって、剥離が光ファイバ心線のどこの界面で発生しているのか観察した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバ心線によれば、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線であって、該硬質層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上である光ファイバ素線、および該硬質層に着色剤を含有する光ファイバ着色心線、もしくは、光ファイバ素線に着色樹脂からなる被覆層によりさらに被覆してなる光ファイバ着色心線であって、該硬質層と該着色層について陽電子消滅法から求めた自由体積半径が0.290nm以上である光ファイバ着色心線を用いることによって、６０℃の温水に３０日間浸漬しても伝送ロスが増大しないことを確認できた。
また、この効果は、光ファイバ着色心線の状態（表１の実施例２，３，５）であっても、光ファイバテープ心線の状態（実施例４，６）であっても奏することが確認できた。
【００２８】
一方、比較例１〜８の測定結果から、前記自由体積半径が0.290nm未満である場合に伝送ロスの増加が０．１ｄB／ｋｍ以上となることが認められた。
【００２９】
本実施例においては通常のステップインデックス型の屈折率プロファイルを有するシングルモードファイバを使用したが、他のプロファイルを有する光ファイバに対しても本発明が適用可能であることは当業者にとって明らかである。
【００３０】
上述したとおり、本発明によれば、使用環境や経時変化、特に水分もしくは高湿度雰囲気に曝されても伝送ロスが増加しない光ファイバ心線及び光ファイバテープ心線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光ファイバ素線の実施例の横断面図である。
【図２】本発明の光ファイバ素線の他の実施例の横断面図である。
【図３】本発明の光ファイバテープ心線の横断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１          ガラス光ファイバ
１２          プライマリ層
１３          セカンダリ層
１４          光ファイバ素線
２１          着色層
２２          光ファイバ着色心線
３１          テープ樹脂
３２          光ファイバテープ心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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