(57)【要約】【課題】耐側圧性と耐外傷性・耐湿熱性の両方に優れたハードプラスチッククラッド光ファイバ素線を提供する。【解決手段】石英ガラスからなるコア１と、該コアの外周に形成された１次クラッド層２と、該１次クラッド層２の外周に形成された２次クラッド層３とを備えたハードプラスチック光ファイバ素線４であって、前記１次クラッド層２の厚みが全クラッド層厚みの２／３以上であり、前記１次クラッド層２のヤング率が２５０ＭＰａ以下であり、前記２次クラッド層３の厚みが４μｍ以上であり、前記２次クラッド層３のヤング率が３００ＭＰａ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】
石英ガラスからなるコアと、該コアの外周に形成された１次クラッド層と、該１次クラッド層の外周に形成された２次クラッド層とを備えたハードプラスチック光ファイバ素線であって、
前記１次クラッド層の厚みが全クラッド層厚みの２／３以上であり、
前記１次クラッド層のヤング率が２５０ＭＰａ以下であり、
前記２次クラッド層の厚みが４μｍ以上であり、
前記２次クラッド層のヤング率が３００ＭＰａ以上であることを特徴とするハードプラスチッククラッド光ファイバ素線。
【請求項２】
前記１次クラッド層の屈折率をｎ１、前記２次クラッド層の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≧ｎ２の関係にあることを特徴とする請求項1記載のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ心線の一種に、ハードプラスチッククラッド光ファイバ（以下、ＨＰＣＦとも言う）心線と呼ばれるものがある。このＨＰＣＦ心線は、例えば、純シリカなどの石英系ガラスからなる直径２００μｍ程度のコアガラスと、該コアガラスを中心としてその外周上に設けられた紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂からなる厚み１５μｍ程度のクラッド層とからなるＨＰＣＦ素線の外周に、さらにエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層を押出被覆して設けたものであり、通常外径は０．５ｍｍ前後から０．９ｍｍ程度である（例えば、特許文献１参照）。
このＨＰＣＦ心線は、機械的強度が高く、光コードとして、これにコネクタを装着することにより、局内光配線などの短距離伝送用として使用されている。
【０００３】
また特許文献２に示されるように、通常、ＨＰＣＦ心線の作製は、線引機で石英系ガラス母材を溶融線引きして光ファイバのコアガラスを形成した後、前記コアガラスの外周に、コーティングダイス等によってクラッド層となる紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂液を塗布し、紫外線を照射して硬化することにより、まず、ＨＰＣＦ素線が形成される（素線化工程）。そして、作製されたＨＰＣＦ素線は、押出機によりエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層を被覆することにより、ＨＰＣＦ心線とされる（心線化工程）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６４５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＨＰＣＦ素線では、光の伝搬ロスを抑えるために耐側圧性が求められる。また、過酷な使用環境にも耐えられるように、耐外傷性や、耐湿熱性に優れていることが求められる。しかしながら、特許文献１及び２に開示されるＨＰＣＦ素線では、クラッド層が単一樹脂層であるため、軟らかいほど良好となる耐側圧性と、硬いほど良好となる耐外傷性及び耐湿熱性という２つの相反特性を両立することが難しい。即ち、クラッド層を形成する樹脂の物性、特にヤング率についてトレードオフの問題が生じるため、設計段階で耐側圧性と耐外傷性及び耐湿熱性が、共にその性能を制限される。そのため、マイクロベンド等による伝送損失の増大を適切に制御できないことが懸念される。
【０００６】
本発明は、従来のＨＰＣＦ素線における上記課題に着目してなされたものであって、その目的は、耐側圧性と耐外傷性・耐湿熱性の両方に優れたハードプラスチッククラッド光ファイバ素線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、一定の厚みのクラッド層を１次クラッド層と２次クラッド層の２層に分け、該１次クラッド層と該２次クラッド層のヤング率および各層の厚みを特定の値とすることによって、該１次クラッド層が外部からの側圧を緩和して伝送損失の増加を抑制し、且つ、該２次クラッド層が機械的強靭性及び遮湿性を向上させて優れた耐外傷性及び耐湿熱性を実現することにより上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線は以下の通りである。
【０００８】
（１）  石英ガラスからなるコアと、該コアの外周に形成された１次クラッド層と、該１次クラッド層の外周に形成された２次クラッド層とを備えたハードプラスチック光ファイバ素線であって、
前記１次クラッド層の厚みが全クラッド層厚みの２／３以上であり、
前記１次クラッド層のヤング率が２５０ＭＰａ以下であり、
前記２次クラッド層の厚みが４μｍ以上であり、
前記２次クラッド層のヤング率が３００ＭＰａ以上であることを特徴とするハードプラスチッククラッド光ファイバ素線。
（２）  前記１次クラッド層の屈折率をｎ１、前記２次クラッド層の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≧ｎ２の関係にあることを特徴とする上記（１）記載のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一定の厚みのクラッド層を１次クラッド層と２次クラッド層の２層に分け、該１次クラッド層と該２次クラッド層のヤング率および各層の厚みを特定の値としたため、耐側圧性と耐外傷性・耐湿熱性の両方に優れたハードプラスチッククラッド光ファイバ素線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線の一例を含む光ファイバ心線を示す概略断面図である。
【図２】ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線の製造方法の一例（タンデム製造方式）を示す概略図である。
【図３】ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線の製造方法の別の例（デュアル製造方式）を示す概略図である。
【図４】図１に示すハードプラスチッククラッド光ファイバ心線の製造方法（心線化工程）の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に、本発明に係るハードプラスチッククラッド光ファイバ素線の一実施形態を含むハードプラスチッククラッド光ファイバ心線の断面概略図を示す。
ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４は、純シリカなどの石英系ガラスからなるコア１の外周に１次クラッド層２を備え、更に１次クラッド層２の外周に２次クラッド層３を備える。
コア１の寸法については、例えば２００μｍ、３００μｍ、４００μｍの径のものが一般的であるが、これには限定されない。
全クラッド層の厚みは、製造するハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外径仕様によって決められるが、１次クラッド層２の厚みは全クラッド層の厚みの２／３以上であり、そのヤング率は２５０ＭＰａ以下であることが望ましい。この範囲の厚みとヤング率を採用することで、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４に側圧がかかったときの緩衝性を維持することが可能となり、優れた耐側圧性が得られる。
【００１２】
２次クラッド層３のヤング率は３００ＭＰａ以上であることが望ましい。この範囲のヤング率とすることで、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の表面の硬さ、遮湿性を維持することができ、優れた耐外傷性及び耐湿熱性の実現が可能となる。
【００１３】
また２次クラッド層３の厚みは、コア１の径の大きさと１次クラッド層２の厚みをハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の径の大きさから減じた値により決まる。これは、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の径の大きさが光ファイバ用コネクタとの関係である程度規格化されているからである。即ち、ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６を光配線に用いるときには光ファイバ用コネクタを装着するが、その取付部では被覆層５を除去してハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４を直接コネクタに嵌合させるため、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の径は光ファイバ用コネクタと嵌合できる寸法となっており、コネクタの径はＪＩＳ規格で決められている。光ファイバ用コネクタの寸法は、使用するコネクタの仕様により決まるが、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の径は、これらの光ファイバ用コネクタに嵌入可能な大きさであり、具体的な値としては、通常、コア１の径が２００μｍのときは２３０μｍ又は２５０μｍ、コア１の径が３００μｍのときは３３０μｍ、コア１の径が４００μｍのときは４３０μｍであるが、これには限定されない。
【００１４】
またハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４において、コア１の屈折率（ｎ０）と１次クラッド層２の屈折率（ｎ１）は、ｎ０＞ｎ１の関係にある。これは、光伝搬時に光をコア１内に閉じこめるためである。さらに、１次クラッド層２の屈折率（ｎ１）と２次クラッド層３の屈折率（ｎ２）は、ｎ１≧ｎ２の関係にあることが好ましい。これは、ｎ１＜ｎ２とすると、開口数ＮＡが悪化するためである。通常は、ｎ１＝ｎ２とするのが一般的である。
【００１５】
１次クラッド層２の樹脂としては、上に規定したヤング率の実現が可能であり、さらにコア１よりも屈折率が小さく、機械的強度があり、可撓性を有し、かつ透明性に優れた硬化物が得られる樹脂が求められる。また製造容易性の観点から、紫外線等の活性エネルギー線で硬化できる樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、フッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物、（メタ）アクリレート化されたフッ素原子含有ビニル重合体、光重合開始剤から構成される樹脂組成物等を挙げることができる。
本発明で用いられるフッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物とジイソシアネート化合物を反応させることにより得ることができる。また、フッ素化されたポリエーテルを分子構造中に有する（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アルコール化合物と、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物またはアクリル酸とを反応させることによって得ることができる。
その他、１次クラッド層２の樹脂組成物には、例えばＮ−ビニルカプロラクタムなどの重合性不飽和モノマーや、下記光重合開始剤、各種添加剤など、プラスチッククラッド光ファイバ心線のクラッド層の形成材料として通常用いられるものを使用することができ、これらの化合物と前記記載のフッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、及び／又はフッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物を適宜混合して紫外線硬化樹脂液となし、本樹脂液に紫外線を照射して１次クラッド層２を製造する形態が好ましい。樹脂液の塗布方法は、ダイスコーティング方式とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の１次クラッド層２の紫外線硬化型樹脂で用いる光重合開始剤としては公知のどのような光重合開始剤を用いても構わないが、配合した後の貯蔵安定性のよいことが好ましい。このような光重合開始剤の具体例としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン等を挙げることができる。
【００１７】
また、１次クラッド層２の紫外線硬化型樹脂は、コアガラス１と１次クラッド層２の密着性を確保するため、シランカップリング剤を１次クラッド層２の重量に対して０．１〜３重量％配合することが好ましい。
【００１８】
２次クラッド層３の樹脂としては、上に規定したヤング率の実現が可能であり、また機械的強度があり、可撓性を有し、かつ透明性に優れた硬化物が得られる樹脂が求められる。このような樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート等の汎用の透明の紫外線硬化型樹脂が挙げられる。紫外線硬化型樹脂の種類や樹脂中に含まれる架橋基量を調整することで、ヤング率を所望の範囲とし、表面硬さと遮湿性を所望の範囲とし、ひいては優れた耐外傷性と耐湿熱性を達成できる。
なお、２次クラッド層３は、本発明のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４を用いてハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６を形成する際、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４が破損することを防止する機能も有する。即ち、例えばダスト等が付着したまま押出機によって樹脂被覆層５を形成しても、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の破損が生じにくくすることができる。したがって、長手方向に安定した破断強度を有する信頼性の高いハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６を形成することができる。また、２次クラッド層３は、上に規定したヤング率とすることで、耐湿熱性の向上にも寄与する。２次クラッド層３の厚みは、コア１の径、１次クラッド層２の厚み及びハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の径に依存するが、それに矛盾しない限り４μｍ以上であることが好ましい。厚みを４μｍ以上とすることで、耐外傷性を向上させると共に耐湿熱性を改善できるからである。
【００１９】
１次クラッド層２の樹脂と２次クラッド層３の樹脂の好ましい組み合わせとしては、特に限定はされないが、例えば、式（１）で表されるジ（２−トリフルオロメチル）アクリレート化合物４０質量部、フッ素含有ウレタンアクリレート化合物６０質量部及び１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１質量部の混合物を紫外線硬化することでヤング率が約２３５ＭＰａの１次クラッド層２の樹脂を得ることができ、式（１）で表されるジ（２−トリフルオロメチル）アクリレート化合物６０質量部、フッ素含有ウレタンアクリレート化合物４０質量部及び１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１質量部の混合物を紫外線硬化することでヤング率が約３３０ＭＰａの２次クラッド層３の樹脂を得ることができる。
【００２０】
【化１】
2012042795.tif 000003
【００２１】
（式中、Ｘは−ＣＨ２ＣＨ２−（ＣＦ２）ｎ−ＣＨ２ＣＨ２−、ｎは２〜１０の整数である。）
【００２２】
上記フッ素含有ウレタンアクリレート化合物としては、式（２）又は式（３）で表されるフッ素含有アクリレート化合物６００．６ｇにジブチルスズジラウリレート０．４ｇを添加して４０℃で撹拌し、得られた溶液に２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートと２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートの重量部で１：１の混合物１２８．２ｇを４０〜５０℃で１時間かけて滴下し、そのまま４０〜５０℃で３時間撹拌し、さらに７０〜８０℃で１時間撹拌することにより得られる樹脂を用いることができる。
【００２３】
【化２】
2012042795.tif 000004
【００２４】
【化３】
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【００２５】
なお、ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６は、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂等からなる被覆層５を、例えば押出被覆することにより得られる。ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６の外径は、特には限定されないが、例えば５００μｍとすることができる。被覆層５を形成する樹脂としては、汎用の熱可塑性樹脂を用いることができ、耐熱性の高い熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２６】
次に、本発明のハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４について、その製造方法の態様を以下に例示するが、ここに示した製造方法には限定されない。
該製造方法としては、１次クラッド層の樹脂及び２次クラッド層の樹脂を硬化させるタイミングの違いによって、タンデム製造方式とデュアル製造方式を挙げることができる。各方式により得られるハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４では、製造方法による違いはほとんど生じない。
【００２７】
（タンデム製造方式）
図２は、タンデム製造方式の一実施形態を示す概略図である。
まず、図２に示すように、線引炉１１内に石英系ガラス母材１２を収め、常法により溶融紡糸して、石英系ガラスからなるコア１を得る。このコア１を引き続き冷却筒１４に送り、この冷却筒１４に導入される冷却ガスのヘリウムによって冷却する。次いで、冷却されたコア１をコーティングダイス１５に導入して、ここで１次クラッド層２となる紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂液を塗布する。次いで、フッ素系樹脂液が塗布されたコア１を紫外線照射装置１６に導入して紫外線を照射し、このフッ素系樹脂液を硬化させた後、再度、コーティングダイス１７に導入して、ここで２次クラッド層３となる透明ウレタンアクリレート樹脂等の樹脂液を塗布する。そして、ウレタンアクリレート樹脂液が塗布されたコアガラス１を紫外線照射装置１８に導入して紫外線を照射し、この樹脂液を硬化させて、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４が得られる。
【００２８】
（デュアル製造方式）
図３は、デュアル製造方式の一実施形態を示す概略図である。
まず、図３に示すように、線引炉１１内に石英系ガラス母材１２を収め、常法により溶融紡糸して、石英系ガラスからなるコア１を得る。このコア１を引き続き冷却筒１４に送り、この冷却筒１４に導入される冷却ガスのヘリウムによって冷却する。次いで、冷却されたコア１を一体化したコーティングダイス１５及びコーティングダイス１７に導入する。ここでは１次クラッド層２となる紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などのフッ素系樹脂液を塗布した後、そのまま連続して２次クラッド層３となる透明ウレタンアクリレート樹脂等の樹脂液を塗布する。そして、フッ素系樹脂液とウレタンアクリレート樹脂液が塗布されたコアガラス１を紫外線照射装置１８に導入して紫外線を照射し、これら２種の樹脂液を同時に硬化させて、ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４が得られる。
【００２９】
ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４において、１次クラッド層２と２次クラッド層３とは密着性の確保から隣接して形成されることが好ましいが、クラッド層としての特性を悪化させない樹脂であれば、上記両方式において、１次クラッド層２と２次クラッド層３との間に、別の紫外線硬化型樹脂からなる層を更に設けてもよい。
【００３０】
（ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６の製造）
上記タンデム製造方式又はデュアル製造方式により得られたハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４に樹脂組成物を押出被覆して樹脂被覆層を形成する心線化工程によってハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６を製造することができる。
【００３１】
係る心線化工程は、図４に示すように、まず、供給リール１９からハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４を繰り出し、張力制御装置２０を通して押し出し機２１に供給する。ここで、押し出し機２１は、樹脂被覆層を形成する樹脂組成物が収容された収容部２１Ａと、樹脂組成物を押し出すことによってハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に樹脂被覆層を塗布できる塗布ヘッド２１Ｂとを備えている。樹脂組成物は、溶融状態でハードプラスチッククラッド光ファイバ素線４の外周に塗布されるのが好ましく、通常、押し出し機２１は、所定位置に加熱器（図示せず）を備える。
次いで、押し出し機２１から押し出されたものを冷却水槽２２に導いて冷却して樹脂被覆層を硬化させて、ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線６とし、これを張力制御装置２４を通して巻き取り、リール２５に巻き取られる。
【実施例】
【００３２】
以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、勿論本発明の範囲は、これらに
よって限定されるものではない。
【００３３】
上述した製造方法に基づき、図１に示すハードプラスチッククラッド光ファイバ心線を作製した（実施例１〜４、比較例１〜６）。１次及び２次クラッド層を形成する樹脂はフッ素系樹脂ウレタンアクリレートを用いて作製し、各クラッド層におけるヤング率の調整は、多官能アクリレート化合物を混合することにより行った。また、最外層にはフッ素系熱可塑性樹脂の押出被覆層（樹脂被覆層）を設けた。
得られたハードプラスチッククラッド光ファイバ素線の１次クラッド層と２次クラッド層について、ヤング率、層厚み、及び二層間の屈折率差を表１に示す。
【００３４】
〔耐側圧性〕
ボビンに５０／１００／１５０ｇの巻張力にてハードプラスチッククラッド光ファイバ心線を巻取り、各巻取張力におけるロス値を測定した。横軸を巻取張力、縦軸を測定ロス値とした散布図を作成し、この近似直線の近似式を求め、傾きが０．１０以下のものを合格（○、△）とし、外れたものを×とした。
結果を表１に示す。
【００３５】
〔耐湿熱特性〕
ボビンに巻かれたハードプラスチッククラッド光ファイバ心線を、温度８５℃、湿度８５％の条件で、３０００時間放置した後、波長８５０ｎｍの損失を測定し、常温に対しての損失増加が１ｄＢ／ｋｍ以下のものを合格（○、△）とし、外れたものを×とした。
結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2012042795.tif 000006
【００３７】
〔評価結果〕
実施例１〜４については、耐側圧性、耐湿熱特性共に良好な結果となった。
一方、クラッド層を２層構造としていない比較例１，２では、耐側圧性、耐湿熱特性の両方を満たすことができなかった。また、クラッド層を２層構造としても、１次クラッド層のヤング率が２５０ＭＰａを超えると、耐側圧性が悪化し（比較例３）、２次クラッド層のヤング率が３００ＭＰａ未満であると、耐湿熱特性が悪化する（比較例４）。さらに、ヤング率が上記値の範囲内であっても、１次クラッド層厚が全クラッド層の２／３未満であれば耐側圧性が悪化し（比較例５）、２次クラッド層厚が４μｍ未満であれば耐湿熱特性が悪化する（比較例６）。
なお、耐外傷性については、その硬さがヤング率に依存することから、耐湿熱性の結果と同様になるものと推定される。
また、屈折率は、ｎ１＝ｎ２であれば、特に問題なかったが、ｎ１＜ｎ２となると、開口数が悪化するものと考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１…コア、２…１次クラッド層、３…２次クラッド層、４…ハードプラスチッククラッド光ファイバ素線、５…樹脂被覆層、６…ハードプラスチッククラッド光ファイバ心線、１１…線引炉、１２…ガラス母材、１４…冷却筒、１５…コーティングダイス、１７…コーティングダイス、１８…紫外線照射装置、１９…供給リール、２０…張力制御装置、２１…押し出し機、２１Ａ…収容部、２１Ｂ…塗布ヘッド、２２…冷却水槽、２４…張力制御装置、２５…リール。
【図１】
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【図２】
2012042795.tif 000008
【図３】
2012042795.tif 000009
【図４】
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