(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、ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線であって、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、−１００℃〜１００℃の温度範囲における外径方向の各熱膨張量の差が１．８μｍ以下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】
ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線であって、
前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、−１００℃〜１００℃の温度範囲における外径方向の各熱膨張量の差が１．８μｍ以下であることを特徴とする光ファイバ心線。
【請求項２】
請求項１に記載の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１に記載の光ファイバ心線又は請求項２に記載の光ファイバテープ心線であって、前記被覆層、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心線もしくは光ファイバテープ心線。
【請求項４】
ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線の評価方法において、
前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、所定の温度範囲における外径方向の各熱膨張量を測定するステップと、
前記光ファイバ素線と、前記ガラス光ファイバを除去した前記被覆層の各熱膨張量の差を算出するステップと、
該算出された各熱膨張量の差に基いて、前記光ファイバ心線の使用環境に伴う伝送損失の増加量を推定するステップと、
を有することを特徴とする光ファイバ心線の評価方法。
【請求項５】
前記所定の温度範囲が−１００〜１００℃であるとき、前記算出された各熱膨張量の差が１．８μｍ以下である場合に、使用環境に伴う前記光ファイバ心線の伝送損失の増加量が十分小さいと判定するステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ心線の評価方法。
【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、水浸状態においても長期に渡り伝送損失の増加しにくい、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】
光ファイバにおいて、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】
光ファイバ素線は、石英ガラスを主成分とするプリフォームを線引炉で加熱・溶融することによって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、セカンダリ層を被覆して製造される。さらに、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、光ファイバ心線が製造される。光ファイバ心線の構造を図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着色被覆層をさらに被覆してなるものを光ファイバ心線、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および光ファイバ心線を包括して被覆光ファイバと称するものとする。
【０００５】
光ファイバを水に浸漬した状態で使用しても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。
【０００６】
例えば、特許文献１では、良好な伝送損失を得るために、保護層の内径収縮率と保護層のヤング率から被覆とガラス界面に発生する締め付け力を限定し、伝送ロスの増加を低減している。
【０００７】
しかし、特許文献１では、常温における伝送ロス増大との相関を論じているだけで、幅広い温度で使用した場合や水に浸漬された場合に生じる伝送損失の増大等の更なる問題については考慮されていない。
【特許文献１】特開平０３−２９９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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することを意味しており、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。そのため、水に浸漬された状態で使用しても伝送ロスが増加しない光ファイバ心線や光ファイバテープ心線が求められている。
【０００９】
このような状況も手伝い、水浸状態に曝されても伝送損失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。
【００１０】
本発明の目的は、水に浸漬された状態で使用しても伝送ロスが増加しにくい光ファイバ心線、光ファイバテープ心線を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、光ファイバ素線の熱膨張量を測定し、その光ファイバ素線を用いて製造された光ファイバ心線が様々な使用環境に対する十分な耐性を有するか否かを判定する光ファイバ心線の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ心線は、ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線であって、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、−１００℃〜１００℃の温度範囲における外径方向の各熱膨張量の差が１．８μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ファイバテープ心線は、上述の光ファイバ素線又は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ことを特徴とする。
【００１４】
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、上述の被覆層、着色被覆層及び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。
【００１５】
また、本発明の光ファイバ心線の評価方法は、ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線の評価方法において、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、所定の温度範囲における外径方向の各熱膨張量を測定するステップと、前記光ファイバ素線と、前記ガラス光ファイバを除去した前記被覆層の各熱膨張量の差を算出するステップと、該算出された各熱膨張量の差に基いて、前記光ファイバ心線の使用環境に伴う伝送損失の増加量を推定するステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光ファイバ心線の評価方法においては、所定の温度範囲が−１００〜１００℃であるとき、算出された各熱膨張量の差が１．８μｍ以下である場合に、使用環境に伴う該光ファイバ心線の伝送損失の増加量が十分小さいと判定するステップをさらに有することを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光ファイバ心線によれば、−１００〜１００℃の温度範囲における熱膨張量の差を１．８μｍ以下とした光ファイバ素線を用いることで、伝送ロスの増加に寄与するガラス／プライマリ層界面など、ガラス光ファイバと被覆樹脂の界面のデラミネーションを抑制することができる。
【００１８】
また、本発明の光ファイバテープ心線によれば、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。
【００１９】
また、本発明の光ファイバ心線の評価方法によれば、ガラス光ファイバを含む光ファイバ素線とガラス光ファイバを除去した被覆層の外径方向の各熱膨張量を比較して各熱膨張量の差を算出することにより、当該光ファイバ素線を用いた光ファイバ心線の伝送ロスの増加を推定できる。さらに、温度範囲が−１００〜１００℃であるとき、算出された光ファイバ素線の各熱膨張量の差が１．８μｍ以下である場合に、使用環境に伴う当該光ファイバ素線を用いた光ファイバ心線の伝送損失の増加量が十分小さいと判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、水浸状態に曝された被覆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は、ガラス光ファイバ／プライマリ層界面における剥離、すなわちデラミネーションが観察されることを見出した。さらには、セカンダリ層／着色層界面や着色層／テープ層界面における剥離も観察されることが多いことを見出した。
【００２１】
各層間におけるデラミネーションは、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。
【００２２】
そこで、幅広い温度での使用や水に浸漬された時の光ファイバ心線の被覆層に生じる歪を測定する方法を鋭意検討したところ、熱機械分析（TMA、Thermo Mechanical Analysis）を用いて外径変化を低温から高温まで測定することで光ファイバ心線の被覆層に生じる歪を推定することが可能となることがわかった。すなわち、その測定方法は、ガラス光ファイバを内部に含む光ファイバ素線の外径変化量と当該光ファイバ素線からガラス光ファイバを引き抜いた被覆層のみのチューブサンプルの外径変化量とを測定して、これらの外径変化量を比較するというものである。被覆層のみについてＴＭＡ測定を行うことで、被覆層自体がもともと持っている熱的な挙動を測定することができる。それに対して、ガラス光ファイバを含んでいると、被覆層本来の挙動がプライマリ層とガラス光ファイバとの接着によって拘束されることになる。以上より、ガラス光ファイバを含んだ状態の外径変化量とガラス光ファイバのない被覆層のみの外径変化量とを比較することにより、被覆層に起因して発生する歪を測定することを発見し、本発明を完成した。
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態として以下のものが好ましい。即ち、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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、光ファイバ素線の熱膨張量の差は、光ファイバ素線に用いるプライマリ層の材料のガラス転移温度、セカンダリ層の材料のガラス転移温度、プライマリ層の厚み等を変えることで、適宜コントロールすることができる。熱膨張量の差を小さくすることは、プライマリ材のガラス転移温度を高くする、セカンダリ材のガラス転移温度を低くする、プライマリ層の厚み薄くすること等により実現できるが、プライマリ材のガラス転移温度は常温以下であることから、セカンダリ材のガラス転移温度かプライマリ層の厚みを調整することでコントロールするのが現実的である。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
なお、いずれの実施例においても、石英ガラスからなるガラス光ファイバ１１の外径を１２５μｍ、プライマリ層１２の外径を１８５μｍもしくは１９５μｍ、セカンダリ層１３の外径を２４５μｍとした光ファイバ素線を作製した後、別工程にて、着色層を被覆して外径２５５μｍの着色光ファイバ心線を得た。
【００２８】
さらに、一部の光ファイバ心線１５は、図２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２１で一括被覆して光ファイバテープ心線２２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。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。
【００２９】
（光ファイバの熱膨張量の測定方法）
熱機械分析装置（メトラー社 ＴＭＡ４０）を用いて光ファイバの熱膨張量（μｍ）を測定した。測定条件は以下の通りである。
測定条件： 付加荷重 ０荷重、温度範囲 −１００〜１００℃、昇温速度 １０℃/min
光ファイバ素線から被覆層のみを剥くことにより、チューブ状の被覆層のみのサンプルを作製した。ガラスファイバを含む光ファイバ素線とガラスファイバを含まない被覆層の両方に関して最外径の変化を測定した。図３に測定例を載せた。ガラスファイバを含まない被覆層を点線で、ガラス有りの光ファイバ素線を実線で示す。図３からわかるように、被覆層の最外径は温度が４０℃、光ファイバ素線は６０℃を超えると急速に縮小した。ここで、熱膨張量は、光ファイバ素線と被覆層のそれぞれについて、−１００℃における最外径の値と全温度範囲（−１００℃から＋１００℃）に亘っての最外径の極大値との差とした。図３においては、光ファイバ素線の熱膨張量は３．５μｍ、被覆層の熱膨張量は２．２μｍである。また、このとき光ファイバ素線と被覆層の各熱膨張量の差は１．３μｍである。なお、図３に示すデータは、以下に示す表１の実施例３のデータである。
【００３０】
（伝送ロスの測定方法）
熱膨張量を測定した光ファイバ素線を用いて製造された長さ約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、光後方散乱損失係数（OTDR）により、波長１．５５μｍの伝送ロスを長手方向に測定することにより行った。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。
【表１】
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【００３１】
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、光ファイバ素線の−１００〜１００℃における熱膨張量と当該光ファイバ素線からガラス光ファイバを抜いた被覆層の−１００〜１００℃における熱膨張量とを比較した場合に、各熱膨張量の差が１．８μｍ以下となる光ファイバ素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。
【００３２】
また、この効果は、光ファイバ心線の状態（表１の実施例４）であっても、光ファイバテープ心線の状態（実施例１、２、３、５）であっても奏することが確認できた。
【００３３】
一方、比較例１〜３の測定結果から、前記熱膨張量の差が１．９μｍ以上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。
【００３４】
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ろう。
【００３５】
また、本発明の光ファイバ心線の評価方法において、熱膨張量の測定温度範囲は、−１００℃から＋１００℃には限定されない。被覆層の外径は被覆層のガラス転移点近傍で大きく変化するので、全ての被覆層のガラス転移点を含む範囲に設定することが好ましく、図３に示す極大値が観察されるように設定すればよい。このとき熱膨張量は測定温度範囲内の最低温度における最外径の値と測定温度範囲内における最外径の極大値との差として定義される。
【００３６】
上述したとおり、本発明によれば、水に浸漬されても伝送ロスが増加しにく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】
【００３７】
【図１】本発明の光ファイバ素線の横断面図である。
【図２】本発明の光ファイバテープ心線の横断面図である。
【図３】熱機械分析による光ファイバ素線の熱膨張量の図である。
【符号の説明】
【００３８】
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
１５          光ファイバ心線
２１          テープ樹脂
２２          光ファイバテープ心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007322893.tif 000006