(57)【要約】【課題】側圧などの外部応力が付加されても伝送損失の増加を起こしにくい被覆光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバ裸線と、光ファイバ裸線の外周面に配置された被覆とから成る被覆光ファイバにおいて、被覆が、少なくとも、光ファイバ裸線１の外周面に配置された１次被覆層２と、１次被覆層の外周面に配置された２次被覆層３とを有し、かつ、２次被覆層３は、１．０％の引っ張り歪みは付加時の応力保持率が初期値の５０％にまで減少する時間が１〜６０分である樹脂材料で形成されている被覆光ファイバ。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ裸線と、前記光ファイバ裸線の外周面に配置された被覆とから成る被覆光ファイバにおいて、
前記被覆が、少なくとも、前記光ファイバ裸線の外周面に配置された１次被覆層と、前記１次被覆層の外周面に配置された２次被覆層とを有し、かつ、前記２次被覆層は、１．０％の引っ張り歪み付加時の応力保持率が初期値の５０％にまで減少する時間が１〜６０分である樹脂材料で形成されていることを特徴とする被覆光ファイバ。
【請求項２】
前記２次被覆層は、６０〜１２０℃のガラス転移温度を示す請求項１の被覆光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被覆光ファイバに関し、更に詳しくは、被覆が薄肉化していても光伝送特性の劣化を引き起こすことのない被覆光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光伝送用の光ファイバ心線は、図１で示したように、光ファイバ裸線１の外周面に１次被覆層２が形成され、更にこの１次被覆層２の外周面に２次被覆層３が形成されている。従来から汎用されている光ファイバの場合、光ファイバ裸線の外径は１２５μｍであり、全体の外径は２５０μｍになっている。
【０００３】
これら１次被覆層２、および２次被覆層３は、光ファイバの製造時間を短くすることができるということから、通常、紫外線照射により短時間で硬化する紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ樹脂という）を用いて形成されている。
これらの樹脂被覆層は、光ファイバ裸線に対する外部からの圧力を吸収して光ファイバ裸線の屈曲を防止し、もって光ファイバの光伝送特性を維持する機能と、光ファイバ裸線の外傷を防止する機能とを有している。
【０００４】
このような機能を発揮するために、１次被覆層の形成に際しては、硬化後のヤング率が０．１〜１０ＭＰａ程度の値を示す樹脂が、また２次被覆層の形成に際しては、硬化後のヤング率が１００〜２０００ＭＰａ程度の値を示す樹脂がそれぞれ用いられている。
更に、被覆層に用いる樹脂には、加工性を確保するために適正な粘度と良好な硬化性を備えていること、光ファイバ裸線との熱歪みを起こさせないために、線膨張係数やガラス転移点（Ｔｇ）のようなＨ／Ｃ特性が適正であること、また、吸水率が低く、水素発生量が少なく、化学安定性に優れ、ガラスとの密着性が良好であるなどが必要な特性とされている。
【０００５】
しかしながら、上記したような特性項目を基準にして選定したＵＶ樹脂を用いて製造した光ファイバ心線の場合、１次被覆層用の樹脂と２次被覆層用の樹脂の組み合わせによっては、特性にばらつきが生じたり、または充分な特性が得られなかったりすることが起こっている。
一方、近年、ＷＤＭ伝送方式の技術開発が盛んに行われているが、そこで用いられる光ファイバは、従来のように直線に近い状態で使用されるだけではなく、ＷＤＭ関連機器の狭い内部空間にコイル状に巻回した状態で収納されて使用される場合もある。
【０００６】
その場合、光ファイバ心線が細径であるほど許容曲げ径も小さくなり、よりコンパクトに収納できるようになる。しかしながら、光ファイバ裸線の外径を単に細径化するだけでは、従来の被覆構造の場合と同様にして光ファイバ心線を構成すると、マイクロベンドなどに基づく伝送損失の増加という問題が生じてくる。このような問題に対しては、１次被覆層のヤング率を従来よりも小さい１ＭＰａ以下の値とし、２次被覆層のヤング率を従来よりも大きい１５００ＭＰａ以上の値とすることにより、マイクロベンド損失などを解消することが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００７】
また、特許文献１では、被覆径を細径化した場合（被覆層を薄肉化した場合）、単に２次被覆層のヤング率を大きくするだけでは、光ファイバの光伝送特性はかえって悪化するということが指摘されている。そして、特許文献１には、被覆層を薄肉化しつつ良好な伝送特性を維持し、かつ側圧などの機械的特性を確保するためには、２次被覆層のヤング率の適正だけではなく、２次被覆層の応力緩和時間が４８時間以下となるように当該２次被覆層を設計することの必要性が記載されている。
【０００８】
なお、ここでいう応力緩和時間とは、２次被覆層に１０％の引っ張り歪み付加時の応力保持率が、初期値の５０％にまで減少する時間として定義されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−５８７７号公報
【非特許文献１】
Ｔｅｃｈ．　Ｄｉｇ．　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．　１９９４．　Ｔｕｌ　１．
【特許文献２】
特許第１５３５１１９号
【特許文献３】
特許第２０１８８４１号
【特許文献４】
特許第２７８４３３９号
【特許文献５】
特許第２８９３１３５号
【特許文献６】
特許第２０２１１３０号
【特許文献７】
特許第２１３５１３０号
【特許文献８】
特許第２５２５１７７号
【特許文献９】
特許第２６０１６９９号
【非特許文献２】
大久保勝彦著、ＩＳＤＮ時代の光ファイバ技術、理工学社、１９８９年、第（３−１５）〜（３〜１６）頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した応力緩和時間が４８時間以下である２次被覆層を備えている光ファイバ心線であっても、光伝送特性の悪化する場合があり、その性能は不安定である。
本発明は、このような問題を解決し、被覆層を薄肉化しても光伝送の悪化は起こらない被覆光ファイバの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
光ファイバ裸線と、前記光ファイバ裸線の外周面に配置された被覆とから成る被覆光ファイバにおいて、
前記被覆が、少なくとも、前記光ファイバ裸線の外周面に配置された１次被覆層と、前記１次被覆層の外周面に配置された２次被覆層とを有し、かつ、前記２次被覆層は、１．０％の引っ張り歪み付加時の応力保持率が初期値の５０％にまで減少する時間が１〜６０分である樹脂材料で形成されていることを特徴とする被覆光ファイバが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の被覆光ファイバは、図１で示したように、光ファイバ裸線１の外周面に２層の被覆層が配置されていることは、従来の被覆光ファイバと変わることはないが、２次被覆層３が後述するような特定の応力緩和能力を有する樹脂材料で構成されていることに最大の特徴と有している。
【００１３】
本発明の被覆光ファイバにおいて、光ファイバ裸線１はコアとクラッドから成るガラスファイバのことをいい、例えば石英系のガラスファイバをあげることができる。例えば通常のシングルモード（ＳＭ）ファイバが使用可能であり、その外径は９０〜１５０μｍであることが好ましく、更に好ましくは外径１２５μｍのものである。
【００１４】
このような光ファイバ裸線は、公知の方法で製造することができる（例えば非特許文献１を参照）。
この光ファイバ裸線１の外周面を被覆して配置される１次被覆層２は、例えば、末端に２重結合を有するポリエーテル系ウレタン（メタ）アクリレートを主成分とするＵＶ樹脂で形成することができる。しかし、とくにこれに限定されるものではない。
【００１５】
なお、１次被覆層の形成に際しては、同じく末端に２重結合を有する反応性モノマーを上記主成分の希釈剤として用いてもよく、また光重合開始剤を配合してもよい。また、必要に応じては、老化防止剤、連鎖移動剤、光安定剤、シランカップリング剤、重合禁止剤、増感剤などの添加剤を加えた樹脂組成物を用いてもよい。
【００１６】
このような樹脂組成物としては、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載のものをあげることができる。
１次被覆層の形成時に、上記の末端に２重結合を有するＵＶ樹脂の含有量が少なすぎると、当該１次被覆層は、ヤング率などの特性を、必要とするレベルに調整することができなくなるので、その含有量は４０〜９９．９５質量％であることが好ましい。
【００１７】
なお、ここでいう含有量とは、分子が上記の末端に２重結合を有するＶＵ樹脂の量、分母が上記の末端に２重結合を有するＶＵ樹脂と反応性モノマーと添加剤（光重合開始剤を除く）との合量としたときの百分率（％）をいう。
光ファイバ裸線に上記樹脂組成物を塗布し、更にＵＶ照射して硬化することにより１次被覆層が形成される。その場合、光ファイバ裸線の外径が１２５μｍであれば、外径が１８０〜２００μｍとなるような厚みで１次被覆層を形成することが好ましい。
【００１８】
そして、この１次被覆層のヤング率は、ＵＶ硬化時に、０．５〜１０ＭＰａとすることが好ましく、更には０．７〜３ＭＰａにすることが好ましい。ヤング率が小さすぎると、軟らかすぎるため、製造された光ファイバ心線に側圧などが加わると被覆層が変形しやすくなり、逆に大きすぎると硬すぎるため、側圧を受けたときに伝送損失の増加が起こりやすくなるからである。
【００１９】
このヤング率の大小は、上記した樹脂組成物におけるポリエーテル部分の分子量を変化させたり、または添加する反応性モノマー（希釈剤）の種類を選定して調整することができる。例えば、１次被覆層のヤング率を小さくするためには、ポリエーテル部分の分子量が大きいものを用いたり、分子量の大きい直鎖状の単官能反応性モノマーを用いることで可能となる。
【００２０】
この１次被覆層の外周面を被覆して配置される２次被覆層３は、例えば、末端に２重結合を有するポリエーテル系ウレタン（メタ）アクリレートを主成分とするＵＶ樹脂で形成することができる。しかし、とくにこれに限定されるものではない。
なお、２次被覆層の形成に際しては、同じく末端に２重結合を有する反応性モノマーを上記主成分の希釈剤として用いてもよく、また光重合開始剤を配合してもよい。また、必要に応じては、連鎖移動剤、酸化防止剤、光安定剤、可塑剤、着色顔料、重合禁止剤、増感剤、滑剤などの添加剤を加えた樹脂組成物を用いてもよい。
【００２１】
このような樹脂組成物としては、例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９に記載のものをあげることができる。
２次被覆層の形成時にこれらの樹脂組成物の含有量が少なすぎると、当該２次被覆層は１次被覆層の場合と同様に、ヤング率やガラス転移温度などの特性を、必要とするレベルに調整することができなくなるので、その含有量は３５質量％以上であることが好ましい。
【００２２】
既に形成されている１次被覆層の外周面にに上記樹脂組成物を塗布し、更にＵＶ照射して硬化することにより２次被覆層が形成される。その場合、外径１８０〜２００μｍとなるように形成されている１次被覆層の上に、全体の外径が２４０〜２５５μｍとなるように２次被覆層を形成することが好ましい。
そして、この２次被覆層のヤング率は、ＵＶ硬化時に、１００〜２０００ＭＰａとすることが好ましく、更には７００〜１６００ＭＰａにすることが好ましい。ヤング率が小さすぎると、軟らかすぎるため、製造された光ファイバ心線に側圧などが加わると被覆層が変形しやすくなり、逆に大きすぎると硬すぎるため、側圧を受けたときに座屈などが起こりやすくなるからである。
【００２３】
このヤング率の大小の調整は、上記した樹脂組成物におけるポリエーテル系ウレタンのポリエーテルの分子量を変化させたり、または／および、末端の二重結合が通常は２個である構造をそれ以上の数となるような構造に変化させることにより可能となる。
なお、この２次被覆層の形成に際しては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１２０℃以下である樹脂組成物を用いることが好ましい。Ｔｇが１２０℃より高いと、紫外線硬化反応は発熱反応であるため、被覆層に歪み応力が残留しやすくなり、マイクロベンドによる伝送特性低下を招きやすくなるためであるからである。
【００２４】
ただし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低すぎる樹脂組成物は環境温度の影響、とくに高温環境下では軟化して脱離しやすくなるので、６０℃以上のものを用いることが好ましい。より好ましくは７０〜１０５℃、とくに好ましくは８０〜１００℃である。
本発明の被覆光ファイバにおける２次被覆層は、次のような応力緩和特性を備えている。すなわち、２次被覆層に１．０％の引っ張り歪みを付加したときに、その応力保持率が初期値の５０％にまで減少するまでの時間が１〜６０分であるという特性である。
【００２５】
このような特性を備えているので、この２次被覆層に例えば側圧のような外部応力が付加された場合、この２次被覆層は充分な弾性変形能を発揮して外部応力を吸収し、外部応力が光ファイバ裸線に伝搬することを抑制する。その結果、例えばマイクロベンドによる伝送損失の増加が抑制される。
なお、用いる樹脂組成物が上記した特性を発揮する２次被覆層になり得るか否かは、次のような確認試験によって検証することができる。
【００２６】
（１）まず、対象樹脂を、２次被覆層としての使用環境と同じ条件下（それを温度２３℃、相対湿度５０％とする）の恒温室内でＵＶ硬化して厚み２００μｍのシートを作成し、このシートから、縦６０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み２００μｍの試片を得る。
なお、ＵＶ硬化条件としては、例えば、紫外線照射ランプ（フュージョン社製、商品名：ｄ−ｂｕｌｂ）を用い、照射光量１．０Ｊ／ｃｍ２の紫外線照射条件を選定すればよい。
【００２７】
（２）ついで、万能型引張り試験機（（株）エー・アンド・ディ製、商品名：テンシロン）に試片を装着し、温度２３℃、相対湿度５０％の測定環境下で、チャック間隔２０ｍｍ、引っ張り速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件下において、１．０％の引っ張り歪みに達するまで上記試片を引っ張る。
ここで、試験機のクロスヘッドを停止させ、ロードセルおよびこれに電気的に接続されたアナログ式の主力検出を、チャート用紙に荷重（応力）低下を連続的に記録し、その応力が初期値の５０％となる時間をチャート用紙上で特定する。
【００２８】
（３）そして、特定されたその時間が１〜６０分の範囲内にあるものは２次被覆層の形成に使用可能であると判定する。
本発明の被覆光ファイバは図２で示したような製造ラインで製造することができる。
まず、公知の方法で合成した光ファイバ母材１１を加熱炉１２で溶融紡糸して線引きし、光ファイバ裸線１を製造する。ついで、光ファイバ裸線１を冷却装置１３に通したのち、加圧ダイス方式の２次被覆層用のＵＶ樹脂塗布装置１７を通過させ、更にＵＶ照射装置１５を通過させてＵＶ硬化樹脂から成る１次被覆層を光ファイバ裸線の外周面に形成する。
【００２９】
ついで、冷却装置１６に通したのち、加圧ダイス方式の２次被覆層用のＵＶ樹脂塗布装置１７を通過させ、更にＵＶ照射装置１８を通過させて１次被覆層の上に２次被覆層を形成する。このように、連続的に製造される被覆光ファイバは、最後に巻き取り機で巻き取られる。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜５、比較例１〜４
図２で示した線引装置で表１で示した各種の被覆光ファイバを製造した。
光ファイバ裸線はＳＭＦとし、その外径は全て１２５μｍとした。１次被覆層のヤング率は全て１．０ＭＰａに調整した。１次被覆層の外径は表１に示したとおりである。
【００３１】
表１に、各被覆光ファイバにおける２次被覆層の外径、ヤング率、ガラス転移温度（Ｔｇ）、および応力緩和時間を示した。なお、表中のヤング率とガラス転移温度（Ｔｇ）は次のようにして求められた値である。
ヤング率：用いた樹脂組成物に、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温室内で、紫外線照射ランプフュージョン社製、商品名：ｄ−ｂｕｌｂ）を用いて、照射光量１．０Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射して厚み２００μｍの硬化シートを成形し、この硬化シートから幅６ｍｍの試片を切り出し、それを引張り試験機に装着し引張り速度１ｍｍ／ｍｉｎで引っ張り、２０％伸びの時点における引張強度から弾性率を計算し、その値をヤング率とした。
【００３２】
ガラス転移温度（Ｔｇ）：ヤング率測定に用いた切り出し試片に対し、動的粘弾性測定装置（機種：Ｓｅｉｋｏ　ＤＭＳ６１００）を用い、周波数３５Ｈｚの条件下でｔａｎδを測定し、そのピーク値の温度をガラス転移温度とした。
また、表１には、製造された被覆光ファイバにつき、次のようにして測定された対ファイバ側圧特性と耐ボビン側圧特性を示した。
【００３３】
対ファイバ側圧特性の測定：図３で示したように、被覆光ファイバ２１を、１００ｇの巻き付け張力でボビン２２（胴部分の外径：２８ｃｍ）の上に３層巻き付ける。続けて、その上に、同じ１００ｇの巻き付け張力で被覆光ファイバ２１を３層巻き付ける。
巻き付けた部分Ａの断面を図４に示す。ここで下３層分は測定を行わないダミーファイバ部分であり、上３層分は測定を行う測定ファイバ部分になっている。
【００３４】
ついで、測定波長１５５０ｎｍで測定ファイバ部分のみの伝送損失（Ｌ１）を、巻き付けてから３０分以内にカットバック法（例えば非特許文献２を参照）で測定する。
なお、測定時に用いる分光器としては、オペレックス社製、商品名：ＦＭＬ−１００波長損失測定器（含パラメータ）が好適である。
【００３５】
一方、同じ被覆光ファイバの束状態（ボビンに巻き付けていない状態で約１０００ｍ）につき、測定波長１５５０ｎｍで伝送損失（Ｌ２）を同じくカットバック法で測定する。
そして、Ｌ１−Ｌ２を計算し、その値を損失増分とする。この値が小さいほど、その被覆光ファイバは対ファイバ側圧特性に優れている。
【００３６】
対ボビン側圧特性の測定：胴（外径：２８ｃｍ）の部分にＪＩＳで規定する＃１０００のサンドペーパ３１を貼りつけ、ここに、１００ｇの巻き付け張力で被覆光ファイバ２１を１層（約５００ｍの長さ）に巻き付ける。ついで、測定波長１５５０ｎｍで巻き付けてから３０分以内に上記したカットバック法により伝送損失（Ｌ３）を測定する。
【００３７】
一方、同じ被覆光ファイバの束状態（ボビンに巻き付けていない状態で約１０００ｍ）につき、測定波長１５５０ｎｍで伝送損失（Ｌ４）を同じくカットバック法で測定する。
そして、Ｌ３−Ｌ４を計算し、その値を損失増分とする。この値が小さいほど、その被覆光ファイバは対ボビン側圧特性に優れている。
【００３８】
【表１】
2004107184.tif 000003
【００３９】
表１から明らかなように、応力緩和時間は、いずれも特許文献１でいう４８時間以下であるが、比較例には、対ファイバ側圧特性と対ボビン側圧特性が劣るものもある。しかし、実施例のように、応力緩和時間が１〜６０分の範囲内にある２次被覆層を有する被覆光ファイバは、非常に優れた特性を示している。
なお、以上の説明は１次被覆層と２次被覆層がそれぞれ１層である場合の事例であるが、本発明においては、光ファイバ裸線の外周面に少なくとも２層の被覆層が配置されている場合には、最外層の被覆層を上記した応力緩和特性を有する樹脂材料で形成することによって同様の効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の被覆光ファイバは、側圧などによる伝送損失の増加が少なく、例えばマイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制することができる。
これは、２次被覆層の材料として応力緩和時間が１〜６０分の範囲内にある樹脂材料を用いているので、外部応力に基づく歪みが有効に吸収されて光ファイバ裸線への伝搬が抑制されるからである。したがって、本発明によれば、最外層の被覆を硬く（ヤング率を高く）しても、良好な伝送特性を有する被覆光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆光ファイバの構造例を示す部分斜視図である。
【図２】被覆光ファイバの製造ラインを示す概略図である。
【図３】対ファイバ側圧特性の測定法を説明するための説明図である。
【図４】図３のＡの部分を示す拡大図である。
【図５】対ボビン側圧特性の測定法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１　　　光ファイバ裸線
２　　　１次被覆層
３　　　２次被覆層
【図１】
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【図２】
2004107184.tif 000005
【図３】
2004107184.tif 000006
【図４】
2004107184.tif 000007
【図５】
2004107184.tif 000008