(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次被覆層と２次被覆層の２層の被覆層を有する光ファイバ着色心線であって、
前記１次被覆層と前記２次被覆層のいずれかが着色されており、
前記被覆層は、いずれの層も平衡弾性率が６０ＭＰａ以下であり、
前記１次被覆層のヤング率が０．１〜１．５ＭＰａであり、前記２次被覆層のヤング率が５００〜２０００ＭＰａであり、
前記２次被覆層の緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上５７０ＭＰａ以下であり、
前記緩和弾性率は、前記２次被覆層を応力の無い状態で前記２次被覆層のガラス転移温度以上まで昇温後に、１℃／分で徐冷しながら前記２次被覆層に０．０２％／分の引張歪速度を与え続け、室温まで冷却したときに２％の引張歪がかかるようにし、前記引張歪を２％に固定したまま、３００分放置後の前記２次被覆層にかかる引張応力から算出される弾性率であることを特徴とする光ファイバ着色心線。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ着色心線を複数本並行に配置し、外周に一括被覆層を施したことを特徴とする光ファイバテープ心線。
【請求項３】
請求項２記載の光ファイバテープ心線を用いたことを特徴とする光ファイバケーブル。
【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着色心線に関するものである。特に、光ファイバの１層目もしくは２層目を着色することで着色層を省いた２層構造の光ファイバ着色心線及びそれを用いた光ファイバテープ心線及び光ファイバケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光ファイバ着色心線は、バッファ機能を持つ１次被覆層、保護層として働く２次被覆層の外周に、更に識別用として２〜１０μｍ程度の薄肉の着色層を設けた３層構造を有する。光ファイバ着色心線は、例えば、着色層の外周にテープ層を施して光ファイバテープ心線としテープスロット型ケーブルに実装して使用される。光ファイバテープ心線は、光ファイバ着色心線同志の接続性を考慮して単心分離性が要求される。つまり、一度テープ層を施した後でも、光ファイバ着色心線の状態まで容易に解体可能であることが要求される。このため、着色層は他の２層の被覆層とは大きく物性が異なる。まず、外層との密着性が低く、剥離性が高い。また、顔料により紫外線（ＵＶ）が透過しにくくなるのを抑制するため、厚さは２〜１０μｍ程度と薄い。また、単心分離作業の際に外力が加わるため、外力により薄い着色層が破壊されないように架橋密度や平衡弾性率が高く、剛直な被覆材が用いられる。着色層には一般的にはヤング率が５００〜３０００ＭＰａ、平衡弾性率が７０ＭＰａ以上のものが用いられる。
【０００３】
このような光ファイバ着色心線を水に浸漬した場合、ガラス光ファイバと１次被覆層との界面で剥離が生じる場合がある。
このような剥離が生じた場合、これが原因でガラス光ファイバに不均一な力が作用して、伝送損失を増加させることがある。そこで剥離を生じさせないために、各被覆層の材質を変化させたり、ガラス光ファイバと１次被覆層との層間に十分な接着性を確保するなど、様々な方法が検討されている。
たとえば、特許文献１には２次被覆層の緩和弾性率を４００ＭＰａ以下にすることで、温水に浸漬した場合においてもガラス光ファイバと１次被覆層との層間に剥離が生じにくくした、耐温水性に優れた光ファイバが開示されている。
【０００４】
一方、近年、コストダウンの目的で、この着色層を省いた構造の光ファイバ着色心線が製品化されている。つまり、光ファイバ着色心線の１次被覆層もしくは２次被覆層を着色したもので、別途着色層を施す必要がないため、大幅なコストダウンを達成できる。例えば、特許文献２には、光ファイバに１次被覆、２次被覆を施した光ファイバ心線において、１次被覆が着色されている光ファイバ心線が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０１２９２６号公報
【特許文献２】特開昭５７−０４０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）の進展により光ファイバの伝送損失を低減させるべく光ファイバの耐マイクロベンド特性の向上が求められている。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損失が増加する。特許文献１に開示されている光ファイバのように緩和弾性率を低くした場合、耐温水性は優れているものの、２次被覆層が柔軟となり、耐マイクロベンド特性が劣化する傾向がある。
したがって、耐マイクロベンド特性と耐温水性を両立することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐マイクロベンド特性が良好であり、また、温水に浸漬しても伝送損失が増加しにくい光ファイバ着色心線、及びそれを用いた光ファイバテープ心線及び光ファイバケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ着色心線は、一次被覆層と２次被覆層の２層の被覆層を有する光ファイバ着色心線であって、前記１次被覆層と前記２次被覆層のいずれかが着色されており、前記被覆層は、いずれの層も平衡弾性率が６０ＭＰａ以下であり、前記１次被覆層のヤング率が０．１〜１．５ＭＰａであり、前記２次被覆層のヤング率が５００〜２０００ＭＰａであり、前記２次被覆層の緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上５７０ＭＰａ以下であり、前記緩和弾性率は、前記２次被覆層を応力の無い状態で前記２次被覆層のガラス転移温度以上まで昇温後に、１℃／分で徐冷しながら前記２次被覆層に０．０２％／分の引張歪速度を与え続け、室温まで冷却したときに２％の引張歪がかかるようにし、前記引張歪を２％に固定したまま、３００分放置後の前記２次被覆層にかかる引張応力から算出される弾性率であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバテープ心線は、上記の発明の光ファイバ着色心線を複数本並行に配置し、外周に一括被覆層を施したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバケーブルは、上記の発明の光ファイバテープ心線を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光ファイバ着色心線によれば、温水に浸漬しても伝送損失が増加しにくく、また、耐マイクロベンド特性が良好な光ファイバ着色心線及びそれを用いた光ファイバテープ心線及び光ファイバケーブルを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光ファイバ着色心線に係る好ましい一実施形態を示した断面図である。
【図２】本発明の光ファイバテープ心線に係る好ましい一実施形態を示した断面図である。
【図３】本発明の光ファイバケーブルに係る好ましい一実施形態を示した断面図である。
【図４】従来の光ファイバ着色心線に係る一例を示した断面図である。
【図５】緩和弾性率測定中のサンプルの温度及び歪のプロファイルを示すグラフである。
【図６】緩和弾性率測定中のサンプルの温度及び引張応力プロファイルを弾性率に換算したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の光ファイバ着色心線について、好ましい一実施形態を図１によって説明する。
図１に示すように、光ファイバ着色心線１は、石英ガラスからなるガラス光ファイバ２に少なくとも２層の被覆層３を被覆したものである。ガラス光ファイバ２の外径は、通常１００〜１５０μｍである。
２層の被覆層３は、１次被覆層３１と２次被覆層３２とからなり、特に限定されないが、主に紫外線硬化型樹脂が用いられ、硬化速度の観点からウレタン−アクリレート系やエポキシ−アクリレート系のオリゴマーを主成分としたものが最適である。１次被覆層３１の厚さは、通常１０〜５０μｍであり、２次被覆層３２の厚さは、通常１０〜５０μｍである。
紫外線硬化型樹脂は、オリゴマー、希釈モノマー、添加剤等からなる。添加剤としては、光開始剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、光安定剤、可塑剤、着色顔料、重合禁止剤、増感剤、滑剤などが挙げられる。
【００１４】
また、紫外線硬化型樹脂は、主にラジカル重合性オリゴマーの種類、構造、分子量、及び反応性モノマー、重合開始剤の種類を選定すること、及びラジカル重合性オリゴマー、反応性モノマー、重合開始剤の配合比を調整することによって、光ファイバの１次被覆層用途、２次被覆層用途として求められる各々の特性、例えば、透過度、硬化後のヤング率、硬化速度、吸水率等が適正値となるものが得られる。
また、１次被覆層のヤング率は常温（２３℃）において０．１〜１．５ＭＰａが好ましく、より好ましくは０．２〜１．０ＭＰａである。また、２次被覆層のヤング率は常温（２３℃）において５００〜２０００ＭＰａが好ましく、より好ましくは６００〜１５００ＭＰａである。１次被覆層のヤング率が１．５ＭＰａを超えると側圧特性が悪化し、２次被覆層のヤング率が２０００ＭＰａを超えると伸び特性が悪化する。また２次被覆層のヤング率が５００ＭＰａ未満では剛性が不十分となる。
また、２層の被覆層３は、いずれの層も平衡弾性率が６０ＭＰａ以下である。
【００１５】
また、２次被覆層３２は、緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上であり、１次被覆層３１と２次被覆層３２のいずれかは着色されている。着色は、例えば赤色、青色、黄色等のいずれかの色で、被覆層全体もしくは一部が着色されている。
このように２層構造を採用しつつ２次被覆層３２の緩和弾性率を４１０ＭＰａ以上とすることで、耐マイクロベンド特性と耐温水性を両立することができる。
【００１６】
なお、緩和弾性率とは、２次被覆層を応力のない状態でガラス転移温度（Ｔｇ）以上まで昇温した後、室温まで冷却しながら一定引張歪速度を与え続けていき、室温に達した後は、温度を保持したまま、２次被覆層にかかる応力が緩和するまで一定引張歪みを与え続け、この緩和時の応力から算出する弾性率である。
【００１７】
２次被覆層の緩和弾性率は２次被覆層用樹脂のラジカル重合性オリゴマーの分子量を変えたり、またはラジカル重合性オリゴマーの両末端にある不飽和基を封止する割合を変えることによって容易に調整でき、２次被覆層用樹脂のラジカル重合性オリゴマーの分子量を大きくしたり、ラジカル重合性オリゴマーの両末端にある不飽和基を封止する割合を多くすると、２次被覆層の緩和弾性率を低くすることができる。
【００１８】
また、本発明の光ファイバ着色心線のマイクロベンド損失は０．１ｄＢ／ｋｍ以下である。たとえば２次被覆層を剛直にするほど、すなわち２次被覆層緩和弾性率が高いほど保護効果が大きくなり、耐マイクロベンド特性が良好となる。
【００１９】
また、２層構造の光ファイバ着色心線は、最外層に着色層を有する３層構造の光ファイバ着色心線と比較して耐温水性が良好である。
光ファイバ着色心線を６０℃の温水に浸漬した場合、ガラス界面と１次被覆層間の残留応力が高くなり、ガラス界面と１次被覆層間に層間剥離（デラミネーション）が発生する場合がある。光ファイバ着色心線が２層構造の場合、層間剥離の発生数および大きさは比較的小さいレベルに留まり、伝送損失の増加も比較的小さいレベルに留まる。しかし３層構造の場合、層間剥離の数や大きさが著しく増大することがある。また、それに伴い伝送損失も著しく増大することがある。
【００２０】
３層構造の光ファイバ着色心線で層間剥離が著しく増大する理由は、平衡弾性率が大きい３層目の着色層が半透膜として作用することにより浸透圧が発生するためであると考えられる。すなわち、層間剥離部分に水が溜まった場合、この水に被覆層中の可溶成分が溶け出し水溶液となる。この層間剥離部分の水溶液と着色層外部の水の濃度差により浸透圧が発生し、更に水が移動してくることで層間剥離が成長すると考えられる。
一方、２層構造の光ファイバ着色心線の場合は、半透膜として作用する着色層がないため、水が更に層間剥離部分に移動してくることがなく、層間剥離が大きく成長することがないと考えられる。
【００２１】
次に、本発明の光ファイバテープ心線の好ましい一実施形態を図２によって説明する。
図２に示すように、光ファイバテープ心線４は、上述の光ファイバ着色心線１を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５で一括被覆した構成である。なお、光ファイバ着色心線１の本数は４本に限らず、２本、８本、１２本など、さまざまな本数のものに適用できる。
【００２２】
次に、本発明の光ファイバケーブル８の好ましい一実施形態を、図３を参照して説明する。
図３に示すように、光ファイバケーブル８は、一例として、４０心ＳＺケーブルであり、５溝のスペーサ８１のＳＺスロット８２内に上述の光ファイバテープ心線４を２本ずつそれぞれ落としこみ、押え巻きテープ８３を巻き、シース８４により被覆した構成である。また、スペーサ８１の断面中央には、テンションメンバ８５が設けられている。スペーサ８１の外周にはトレーサマーク８６が設けられ、押え巻きテープ８３の外周の一部に引裂紐８７が設けられている。
上記ＳＺスロット８２は、５溝のタイプに限定されることはなく、適宜溝数は選択できる。さらにＳＺスロット８２内の光ファイバテープ心線４の本数も、２本に限定されず、適宜選択することができる。また、ＳＺスロットに替えてＳスロットを用いてもよい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明を、前述の実施形態で説明した光ファイバ着色心線１の実施例について説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。
【００２４】
サンプルの光ファイバ着色心線の製造にあたって、ガラス光ファイバ２として、外径（直径）約φ１２５μｍの石英ガラス光ファイバを用い、その外周に１次被覆層３１を形成し、さらにその外周に着色された２次被覆層３２を形成して、図１に示す２層構造の光ファイバ着色心線１を作製した（実施例１〜４、比較例１）。１次被覆層３１の外径は１８５μｍとし、２次被覆層３２の外径は２４５μｍとした。
また、２次被覆として無色のものを用いた以外は同様にして光ファイバ素線を作成し、その外周に着色層９を設け、外径２５５μｍの図４に示す３層構造の光ファイバ着色心線１０を作製した（比較例２〜５）。
【００２５】
上述のような光ファイバ着色心線１および光ファイバ着色心線１０の構成において２次被覆層３２の材料組成を変えることで緩和弾性率の異なるものを作製し、ヤング率、耐マイクロベンド特性、６０℃３０日の温水試験を行い伝送損失の増加量を調べた。
結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0005294357.tif 000002
【００２７】
次に、表１におけるヤング率、緩和弾性率、耐マイクロベンド特性、６０℃３０日の温水試験方法、および合否判断基準のそれぞれについて説明する。
【００２８】
［ヤング率の測定方法］
光ファイバの１次被覆層のヤング率は特開２００７−３３３７９５号に記載された方法を用い算出した。また光ファイバの２次被覆層のヤング率は以下のようにして測定した。
光ファイバを液体窒素に浸漬した後、ガラス光ファイバを引き抜くことで、長さ５０ｍｍのチューブ状の１次被覆層／２次被覆層（実施例１〜４、比較例１）、１次被覆層／２次被覆層／着色層（比較例２〜５）の一体化物である測定用サンプルを得た。このチューブ状サンプルを２３℃
、引張り速度１ｍｍ／分、標線間距離２５ｍｍの条件で引張り試験を行い、２．５％ 歪時の引張り強さとサンプル断面積からヤング率を算出した。
【００２９】
［２次被覆層の緩和弾性率の測定方法］ 
光ファイバを液体窒素に浸漬した後、ガラス光ファイバを引き抜くことで、長さ３０ｍｍのチューブ状の１次被覆層／２次被覆層（実施例１〜４、比較例１）、１次被覆層／２次被覆層／着色層（比較例２〜５）の一体化物である測定用サンプルを得た。そのサンプルを、応力のない状態で１４０℃まで昇温した後、室温まで１℃／分で徐冷しながら、一定引張歪速度０．０２％／分を与え続けていき（サンプル標線間距離２０ｍｍ）、室温まで冷却した時に２％の引張歪みがかかるようにした。その後、温度は室温に、引張歪は２％に固定したまま、３００分放置後、そのときにサンプルにかかっている引張荷重と２次被覆層断面積（実施例１〜４、比較例１）、あるいは２次被覆層と着色層断面積の合計（比較例２〜５）から引張応力を算出した。なお、測定中のサンプルの温度及び歪のプロファイルを図５に、また、そのとき測定された引張応力プロファイルと歪量より弾性率を算出した典型的な例を図６に示す。図５および図６において、太線はそれぞれ歪、弾性率を示し、細線は温度を示す。
なお、測定には、粘弾性測定装置（Ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ａｎａｌｙｚｅｒ）ＳＥＩＫＯ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＤＭＳ６１００を用いた。
【００３０】
ここで、測定サンプルは、１次被覆層／２次被覆層または１次被覆層／２次被覆層／着色層からなるサンプルであるが、１次被覆層の弾性率は、２次被覆層や着色層の弾性率よりも小さく無視できるため緩和弾性率を算出する際には２次被覆層の断面積あるいは２次被覆層と着色層の断面積の合計を用いた。
【００３１】
［２次被覆層の平衡弾性率の測定方法］
光ファイバを液体窒素に浸漬した後、ガラス光ファイバを引き抜くことで、長さ３０ｍｍの緩和弾性率の測定サンプルと同様のチューブ状の測定用サンプルを得た。動的粘弾性測定器（ティー・エイ・インスツルメント社製のＲＳＡ３）を用い、周波数１Ｈｚで温度分散を−１００〜２００℃の温度範囲で測定し、１５０℃での弾性率を平衡弾性率とした。
１次被覆層の弾性率は２次被覆層弾性率よりも小さく無視できるため平衡弾性率を算出する際には２次被覆層の断面積を用いた。
また、比較例２〜５の３層構造の光ファイバ着色心線における着色層の平衡弾性率は、以下のように算出した。まず、予め着色層を被覆する前に１次被覆層／２次被覆層の一体化物である測定用サンプルから２次被覆層の平衡弾性率を求める。次に、着色層を被覆した後に１次被覆層／２次被覆層／着色層の一体化物である測定用サンプルから平衡弾性率を求める。具体的には、１次被覆層／２次被覆層／着色層の一体化物である測定用サンプルの１５０℃における引張荷重から２次被覆層の寄与分（１５０℃における２次被覆層の平衡弾性率×２次被覆層断面積）を差し引いた値を「着色層による引張荷重」とする。次にこの「着色層による引張荷重」と着色層断面積から着色層の平衡弾性率を算出する。
【００３２】
［耐マイクロベンド特性の評価方法］
耐マイクロベンド特性の評価方法として、ＩＥＣ
ＴＲ６２２２１（固定ドラム法）を採用した。具体的には、まず、φ４００ｍｍのドラムに♯１５０のメッシュを巻き、その上に８５０ｍの光ファイバ着色心線を１Ｎの張力で単層巻きし、２４時間放置後の伝送損失を測定する。得られた伝送損失から束状態（ドラムに巻いていない状態）での伝送損失を差し引いた値をマイクロベンド損失とする。
なお、表１においてマイクロベンド損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であれば、ケーブル化後に外力や温度変化などが加わっても伝送損失が増加しにくく良好なケーブル特性が得られることからマイクロベンド損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下のものを合格と判定して表１に○で示し、０．１ｄＢ／ｋｍ以下を超えた場合は不合格と判定し、表１中に×印で示した。
【００３３】
［耐温水性の評価方法］ 
長さ約２ｋｍの光ファイバ着色心線を６０℃に加熱した水に３０日間浸漬し波長１．５５μｍにおける伝送損失の増加量をＯＴＤＲを用いて測定した。伝送損失の増加量が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下のものを合格と判定して表１に○で示し、０．０５ｄＢ／ｋｍを超えた場合は不合格と判定し、表１中に×印で示した。
【００３４】
なお、ここで耐温水性を判断する指標として温水の温度を６０℃とした理由は、水に浸漬時の層間剥離やそれに伴う伝送損失の増加は水温が高いほど促進される傾向があり、より高温にするほど厳しい条件となる。但し２層目被覆層のガラス転移温度は一般的に７０〜１００℃程度となっており、この温度を境として２層目被覆層の物性が大きく変わる。そこで２層目被覆層の物性が変わらず、且つより厳しい条件として６０℃を選択したためである。
【００３５】
表１に示すように、２層構造の光ファイバ着色心線、３層構造の光ファイバ着色心線のいずれの場合も緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上の場合、マイクロベンド損失が小さく良好であった。
また、２層構造の光ファイバ着色心線はいずれも６０℃に加熱した水に３０日間浸漬した場合の伝送損失の増加量が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下であり、耐温水性が良好であった。また３層構造の光ファイバ着色心線でも緩和弾性率が２６０ＭＰａと低い比較例２では耐温水性が良好であった。
【００３６】
以上のように、緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上である実施例１〜４の光ファイバ着色心線は、いずれもマイクロベンド損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下と小さく、耐マイクロベンド特性が優れていることが判明した。また、６０℃３０日の温水試験の結果、いずれも３０日間の伝送損失の増加量の最大値が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下であり、耐温水性に優れていることが判明した。
一方、比較例１は、緩和弾性率が４１０ＭＰａより小さく、マイクロベンド損失が大きかった。また、３層構造の光ファイバ着色心線である比較例２は比較例１と同様に緩和弾性率が４１０ＭＰａより小さく、マイクロベンド損失が大きかった。さらに、比較例３〜５は緩和弾性率が４１０ＭＰａ以上であり、耐マイクロベンド特性は良好であったが、６０℃３０日の温水試験において、伝送損失の増加量の最大値が０．０５ｄＢ／ｋｍより大きかった。
すなわち、平衡弾性率が６０ＭＰａより大きい層を有する３層構造の光ファイバ着色心線においては、耐マイクロベンド特性と耐温水性の両立が困難であったが、全ての層の平衡弾性率が６０ＭＰａ以下である２層構造の光ファイバ着色心線であればこれらを両立することができた。
【００３７】
３層構造の光ファイバ着色心線では着色層の平衡弾性率が６０ＭＰａより高い８０ＭＰａであり、架橋構造が緻密なために浸透圧が発生し層間剥離が著しく増大してロス増が大きくなったと考えられる。一方２層構造の光ファイバ心線の２次被覆層の平衡弾性率は６０ＭＰａ以下の５４ＭＰａ以下であり、架橋構造が粗大なため浸透圧が発生せず水が層間剥離部分に移動してくることがなく、伝送損失の増加量が小さくなったと考えられる。
【００３８】
以上のように２層構造の光ファイバ着色心線において２次被覆層の緩和弾性率を４１０ＭＰａ以上とすることにより耐マイクロベンド特性と耐温水性の両方が良好な光ファイバ着色心線を得ることができる。
なお、緩和弾性率は伸びの観点から７００ＭＰａ以下とすることが好ましい。すなわち２次被覆層が過度に剛直になると光ファイバに曲げ歪が加わった際にクラックが発生するなど、可とう性が悪化する。
【符号の説明】
【００３９】
１  光ファイバ着色心線
２    ガラス光ファイバ
３    ２層の被覆層
４    光ファイバテープ心線
５    テープ樹脂
８    光ファイバケーブル
９    着色層
１０  ３層構造の光ファイバ着色心線
３１  １次被覆層
３２  ２次被覆層
【図１】
0005294357.tif 000003
【図２】
0005294357.tif 000004
【図３】
0005294357.tif 000005
【図４】
0005294357.tif 000006
【図５】
0005294357.tif 000007
【図６】
0005294357.tif 000008