(57)【要約】【課題】  耐水性と耐疲労性に優れた被覆光ファイバを提供する。【解決手段】  石英ガラス製素線１の外周に微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層２を設け、その緻密コーティング層２の外周に有機材料からなるコーティング層３，４を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製素線の外周に微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層を設け、その緻密コーティング層の外周に有機材料からなるコーティング層を設けたことを特徴とする被覆光ファイバ。
【請求項２】
前記緻密コーティング層の厚さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の被覆光ファイバ。
【請求項３】
前記微粒子酸化チタンの平均粒径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の被覆光ファイバ。
【請求項４】
前記有機材料が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の被覆光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス製素線を用いた被覆光ファイバに係り、耐水性と耐疲労性に優れた被覆光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
石英ガラスを主成分としたガラスファイバ素線（以下、石英ガラス製素線という）の外周に有機材料からなるコーティング層を設けた被覆光ファイバが知られており、例えば、石英ガラス製素線の外周に比較的軟質の有機材料からなる一次コーティング層を設け、その一次コーティング層の外周に比較的硬質の有機材料からなる二次コーティング層を設けた被覆光ファイバが使用されている。
【０００３】
有機材料としては、コーティング速度や薄膜形成などの点から、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂が好ましい。特に好ましいのは紫外線硬化樹脂である。
【０００４】
紫外線硬化樹脂としては、組成的には特に限定するものではないが、汎用性、価格などの面で、ウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂が好ましい。ウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂としては、ポリエステルウレタン（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリカーボネート（メタ）ウレタンアクリレートがある。特に一次コーティング層の有機材料としては、エチレンオキシド構造をオリゴマの構造中に有しないウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂が好ましい。
【０００５】
熱硬化樹脂としては、特に限定するものではないが、シリコーン系熱硬化樹脂、ウレタン系熱硬化樹脂、ポリエステル系熱硬化樹脂、ポリイミドなどがある。
【０００６】
このような被覆光ファイバは、情報通信の分野はもちろん、汎用的に用いられている。また、複数本の被覆光ファイバが種々の形態で集合されてケーブル化され、このケーブルは洞道内の様々な環境下に布設されるようになってきている。
【０００７】
特許文献１には、コーティング材の吸水率を制限することによって、石英ガラス製素線の動疲労を軽減する方法が記載されている。
【０００８】
特許文献２には、コーティング材の吸水率を制限し、かつコーティング層と石英ガラス製素線との接着力を一定の範囲にすることによって、アルカリ水に対し石英ガラス製素線の引張強度保持率を高める方法が記載されている。
【０００９】
特許文献３には、ファイバ引抜力およびコーティング材に使用する酸化防止剤を特定することによって、石英ガラス製素線の強度保持率を高める方法が記載されている。
【００１０】
特許文献４には、二次コーティング層の透湿率を制限することで、石英ガラス製素線の疲労特性を向上させる方法が記載されている。
【００１１】
特許文献５には、紫外線硬化型樹脂のｐＨと濁度を制限することで、石英ガラス製素線の強度劣化を抑制する方法が記載されている。
【００１２】
特許文献６には、石英ガラス製素線と一次コーティング層との界面の引抜力や一次コーティング層の材料に特定の密着性モノマを使用することにより、水中浸漬時の伝送損失の増加を防止する方法が記載されている。
【００１３】
特許文献７には、コーティング層の吸水率や吸水膨潤率、加熱減量を制限することで、耐湿・耐水性を向上させる方法が記載されている。
【００１４】
特許文献８には、二次コーティング層と着色層（着色層は二次コーティング層の外周に設ける）間の密着力と着色層の顔料濃度を制限することで、耐水性を向上させる方法が記載されている。
【００１５】
また、石英ガラス製素線の外周にカーボンやメタルをコートし、耐水素、耐疲労特性等を向上させるハーメチックコートファイバが知られている。
【００１６】
【特許文献１】特開平７−２１５７３８号公報
【特許文献２】特許第２７６８６７４号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０６７６号公報
【特許文献４】特開２０００−２７５４８３号公報
【特許文献５】特開２００１−６４０４０号公報
【特許文献６】特開平９−５５８７号公報
【特許文献７】特開平９−３３７７３号公報
【特許文献８】特開平１１−３１１７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、高温高湿下や温水中において、光ファイバの長期にわたる安定した動疲労特性や伝送特性を維持することは、コーティング材の吸水率、透湿率、ｐＨ、石英ガラス製素線と一次コーティング層との密着力などを工夫した前記特許文献に開示の方法では達成し得なかった。
【００１８】
また、カーボンコートファイバでは、製造時に炭化水素系のガスを使用するため、排ガス設備などの付帯設備を必要とするという問題がある。また、カーボンコートファイバでは、カーボン層とそのカーボン層の外周に被覆される樹脂との密着が得にくいことや、カーボン層の色が黒いため、識別のために設けた着色層による隠蔽性が弱いと、着色層の見かけがくすんだ色になるなどの問題がある。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、耐水性と耐疲労性に優れた被覆光ファイバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、石英ガラス製素線の外周に微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層を設け、その緻密コーティング層の外周に有機材料からなるコーティング層を設けたものである。
【００２１】
前記緻密コーティング層の厚さが１μｍ以下であるのが望ましい。
【００２２】
前記微粒子酸化チタンの平均粒径が５０ｎｍ以下であるのが望ましい。
【００２３】
前記有機材料が紫外線硬化樹脂であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、耐水性と耐疲労性に優れた被覆光ファイバが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
本出願人は、上記課題を解決するために種々の検討をした結果、石英ガラス製素線の表面の欠陥を埋め、容易に緻密な膜を形成して水分との接触を遮蔽することのできる微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層を石英ガラス製素線の外周に設けることが有効であることを見出すに至った。
【００２７】
微粒子酸化チタンとは、構造を特に限定するものではないが、例えば、ＴｉＯ2、ＴｉＯ2-X（丸勝産業）、ＴｉＯ2-XＮX（石原産業株式会社）や表面をセラミックで部分被覆した酸化チタンハイブリッド（太平化学産業株式会社、昭和電工株式会社）などがある。
【００２８】
緻密コーティング層の厚さは１μｍ以下であるのが望ましい。緻密コーティング層の厚さが１μｍよりも厚くなると、被覆光ファイバの曲げ損失が大きくなりやすいという問題がある。好ましくは、緻密コーティング層の厚さは１０〜５００ｎｍであり、より好ましくは緻密コーティング層の厚さは２０〜２００ｎｍである。
【００２９】
微粒子酸化チタンの平均粒径は５０ｎｍ以下であるのが望ましい。微粒子酸化チタンの平均粒径を５０ｎｍ以下とするのは、平均粒径が５０ｎｍを超えると、側圧等による光伝送損失の増大を助長させると共に、緻密性が低下して水等の遮蔽効果が得にくくなるためである。
【００３０】
図１に示されるように、本発明に係る被覆光ファイバは、石英ガラス製素線１の外周に微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層２を設け、その緻密コーティング層２の外周に有機材料からなる一次コーティング層３を設け、その一次コーティング層３の外周に有機材料からなる二次コーティング層４を設けたものである。一次コーティング層３の有機材料は比較的軟質のものである。二次コーティング層４の有機材料は比較的硬質のものである。
【００３１】
図１の被覆光ファイバの効果を述べると、石英ガラス製素線１の外周に微粒子酸化チタンからなる緻密コーティング層２を設けたことにより、緻密コーティング層２が水を通さないので、石英ガラス製素線１の防水性を高めることができる。
【００３２】
また、図１の被覆光ファイバは、ガラスである石英ガラス製素線１の表面に緻密な膜である緻密コーティング層２を形成することで、そのガラスへの水の浸入が抑制又は防止され、ガラスの強度低下が抑えられる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の効果を確認するために、実施例Ｉ、実施例ＩＩと呼ぶ被覆光ファイバを作製し、さらに比較のために、比較例Ｉ、比較例ＩＩと呼ぶ従来の被覆光ファイバを作製して、これらの試料を後述の各種試験に供して基本特性を評価することにした。
【００３４】
実施例Ｉでは、まず、直径１２５±１μｍの石英ガラス製素線１の外周に、緻密コーティング層２として速度１２００ｍ／ｍｉｎで粒子径７ｎｍの光触媒酸化チタン（ＳＴＳ−０１  石原産業株式会社；ＴｉＯ2濃度３０ｗｔ％、溶媒はアルコール）を厚さ約２５ｎｍコーティングし、加熱炉に通して乾燥させた。その後、一次コーティング層３としてヤング率１．０±０．２ＭＰａのウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を厚さ３５μｍコーティングし、紫外線照射装置（Ｆｕｓｉｏｎ製６ｋＷ×１灯：出力８０％）に通すことで一次コーティング層３を硬化させた。次に、二次コーティング層４としてヤング率７００±１００ＭＰａのウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を厚さ２５μｍコーティングし、紫外線照射装置（Ｆｕｓｉｏｎ製６ｋＷ×４灯：出力９０％）に通すことで二次コーティング層４を硬化させ、本発明の被覆光ファイバを得た。
【００３５】
実施例ＩＩでは、まず、直径１２５±１μｍの石英ガラス製素線１の外周に、緻密コーティング層２として速度１２００ｍ／ｍｉｎで粒子径１０〜３５ｎｍの光触媒酸化チタン（ＮＴＢ−１３  昭和電工株式会社；ＴｉＯ2濃度３ｗｔ％、溶媒は水とアルコールの混合）を厚さ約５０ｎｍコーティングし、加熱炉に通して乾燥させた。その後、一次コーティング層３としてヤング率１．０±０．２ＭＰａのウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を厚さ３５μｍコーティングし、紫外線照射装置（Ｆｕｓｉｏｎ製６ｋＷ×１灯：出力８０％）に通すことで一次コーティング層３を硬化させた。次に、二次コーティング層４としてヤング率７００±１００ＭＰａのウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を厚さ２５μｍコーティングし、紫外線照射装置（Ｆｕｓｉｏｎ製６ｋＷ×４灯：出力９０％）に通すことで二次コーティング層４を硬化させ、本発明の被覆光ファイバを得た。
【００３６】
比較例Ｉでは、実施例Ｉの工程から緻密コーティング層２を形成する工程のみを除外して、従来の被覆光ファイバを得た。
【００３７】
比較例ＩＩでは、まず、直径１２５±１μｍの石英ガラス製素線１の外周に、化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用い、カーボン層を厚さ約２０ｎｍ積層コーティングした。その後、実施例ＩＩと同様に一次コーティング層３、二次コーティング層４を形成し、従来のカーボンコートファイバを得た。
【００３８】
行う試験は、曲げ試験、初期ロス試験、温度特性試験、湿熱試験、温水試験、動疲労試験、しごき試験である。
【００３９】
曲げ試験は、被覆光ファイバを半径１５ｍｍ円筒に１０回巻き付けたときの光伝送損失の増加量を光パワーメータで測定するものである。
【００４０】
初期ロス試験は、被覆光ファイバの１０００ｍ束を３束準備し、ＩＥＣ（国際電気標準会議）が定めたＩＥＣ６０７９３−１−４０に準拠し、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｒａｃｔｍｅｔｅｒ）法を用いて、波長１．３１μｍ、１．５５μｍにおける光伝送損失を測定するものである。
【００４１】
温度特性試験は、被覆光ファイバの１０００ｍ束を３束準備し、ＩＥＣ６０７９３−１−５２に準拠し、温度サイクル−６０℃〜７０℃（温度変化速度１℃／ｍｉｎ）で１０サイクル実施し、その前後の光伝送損失の変化を測定するものである。
【００４２】
湿熱試験は、被覆光ファイバの１０００ｍ束を３束準備し、ＩＥＣ６０７９３−１−５０に準拠し、８５℃−８５％ＲＨの環境に３０日間置いた後、その前後の光伝送損失の変化を測定するものである。
【００４３】
温水試験は、被覆光ファイバの１０００ｍ束を３束準備し、６０℃及び８０℃の温水中に浸漬した後、その前後の光伝送損失の変化を測定するものである。
【００４４】
動疲労試験は、８５℃−８５％ＲＨの環境に３０日間置いた被覆光ファイバの動疲労係数（ｎ値）をＩＥＣ８９３−１に準拠した試験方法にて測定し、ｎ値が２０以上のもの（Ｂｅｌｌｃｏｒｅ規格で定められている）を合格とした。
【００４５】
しごき試験は、図２に示されるように、長さ１００ｍｍの被覆光ファイバ５を２本、平板７上に約２０ｃｍの間隔をあけて並べ、各被覆光ファイバ５の両端を固定部８で平板７に固定しておき、これら被覆光ファイバ５の上に直径５ｍｍのステンレス棒６を載せ、総重量として２００ｇが加わるように調整し、図示のように被覆光ファイバ５の長手方向３０ｍｍの区間を速さ１０ｍｍ／ｓｅｃでステンレス棒６を５０往復させた後、このしごきを加えた区間における石英ガラス製素線１と被覆層（緻密コーティング層２、一次コーティング層３など）との界面における剥離の有無を光学顕微鏡にて観察するものである。
【００４６】
上記各種実験による評価結果を表１に示す。項目の欄には、試験名、条件、測定単位等を記入してある。基準の欄には、合格と評価できる基準を記入してある。各実施例Ｉ、実施例ＩＩ、比較例Ｉ、比較例ＩＩの欄には測定値を記入してある。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１のように、曲げ試験、初期ロス試験及び温度特性試験の結果は、実施例Ｉ、実施例ＩＩ、比較例Ｉ、比較例ＩＩ共に合格基準を満たしており、実施例Ｉ、ＩＩと比較例Ｉ、ＩＩとの差異もない。また、湿熱試験と温水試験の６０℃の結果は、実施例Ｉ、ＩＩと比較例Ｉ、ＩＩとに若干の差異があるが、いずれも合格基準を満たしている。しかし、温水試験の８０℃の結果では、実施例Ｉ、ＩＩと比較例Ｉは合格基準を満たしているが、比較例ＩＩは不合格である。また、動疲労試験の結果では、実施例Ｉ、ＩＩと比較例ＩＩは合格基準を満たしているが、比較例Ｉは不合格である。しごき試験の結果では、実施例Ｉ、ＩＩと比較例Ｉは合格基準を満たしているが、比較例ＩＩは不合格である。
【００４９】
このように、全ての試験に合格したのは実施例Ｉ、ＩＩであり、比較例Ｉは動疲労試験で不合格、比較例ＩＩは温水試験、しごき試験で不合格である。このことから、本発明の被覆光ファイバは、温水中においても長期にわたり安定した伝送特性を維持することができ、また、高温高湿下でも長期にわたり安定した動疲労特性を維持することができると結論できる。
【００５０】
また、本発明の被覆光ファイバは、微粒子酸化チタンが無色透明なので、カーボンコートファイバのように外観が黒ずむことがない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態を示す被覆光ファイバの断面図である。
【図２】しごき試験のための試験装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  石英ガラス製素線
２  緻密コーティング層
３  一次コーティング層
４  二次コーティング層
【図１】
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【図２】
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