(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバガラス母材を線引きしてガラス光ファイバを得る第１工程と、
前記ガラス光ファイバに２層の被覆を形成する第２工程と、
揺動ガイドローラを用いて前記ガラス光ファイバにねじりを付与する第３工程と、
を含む被覆光ファイバの製造方法であって、
前記第１工程において、前記ガラス光ファイバの張力Ｔを２.２（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以上とし、
前記第３工程において、前記揺動ガイドローラの胴半径をＲ（ｍ）としたとき、Ｔ／Ｒを２８〜１００とし、かつ前記揺動ガイドローラの揺動回動数を０.３３〜３.３３（ｓ−１）とする、
被覆光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記ガラス光ファイバの張力Ｔを５.０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以下とする、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記第２工程において、第１層目被覆のヤング率が０.２〜０.７（ＭＰａ）となるように前記ガラス光ファイバに前記第１層目被覆を形成する、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、第２層目被覆のヤング率が１５０〜１５００（ＭＰａ）となるように、第１層目被覆の上に前記第２層目被覆を形成する、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程において、前記ガラス光ファイバ上に、破断強度が４.０（ＭＰａ）以上である第１層目被覆を形成する、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記ガラス光ファイバ上に、ガラスとの密着力が０.５〜２.０（Ｎ／ｃｍ）である第１層目被覆を形成する、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程において、分子量が５０００以上のオリゴマーと、炭素数５〜１１のメチレン基を有する多官能モノマーと、複素環を有するモノマーおよび／または複員環を有するモノマーとを含有し、前記オリゴマーに対する前記多官能モノマーの重量比が０.０２〜０.０４である被覆樹脂材を用いて、前記ガラス光ファイバに第１層目被覆を形成する、請求項１に記載の被覆光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光通信の伝送路として使用される被覆光ファイバ及びその製造方法に関する。
背景技術
光ファイバの製造において、コア部分およびクラッド部分を完全な真円形で、かつ同心状とすることは困難であり、コア部分およびクラッド部分はわずかに楕円または歪んだ円形状となる。このため、光ファイバの断面構造における屈折率分布は、完全な均等ではない。これが原因となって、光ファイバ断面内の直交する２偏波間の群速度に差異が生じ、偏波モード分散（ＰＭＤ）が大きくなるという問題がある。
近年、海底ケーブルを用いた光通信をはじめとして長距離・高ビットレートの光通信のために、光波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムが実用されるようになっている。ＷＤＭ光通信においては、ＰＭＤの影響が大きく現れてくるので、その低減が必須となっている。このＰＭＤを低減する方法として、光ファイバガラス母材からガラス光ファイバを線引し、このガラス光ファイバに被覆材料を被覆して強度を強めた後、回転軸が規則的に揺動するガイドローラで、光ファイバに所定のねじりを付与して線引する製造方法が知られている（例えば特開平６−１７１９７０号公報、特開平８−２９５５２８号公報、特開平９−２４３８３３号公報参照）。
発明の開示
本発明者らは、上述した従来の公報に記載の製造方法について検討した結果、これらの製造方法を用いても、ガラス光ファイバへのねじり付与状態によっては、得られる被覆光ファイバにおけるＰＭＤ値が高くなる場合があることを見出した。
従って、本発明は、ガラス光ファイバにねじりを付与する場合でもＰＭＤを確実に低減できる被覆光ファイバの製造方法及び被覆光ファイバを提供することを目的とする。
本発明者らは、更に鋭意研究を重ねた結果、ＰＭＤ値が高くなるのが、被覆光ファイバが揺動ガイドローラ上をすべってしまい、ローラが揺動しているにもかかわらず被覆光ファイバにねじりが付与されない場合であることを突き止め、更にガラス光ファイバの線引時の張力、揺動ガイドローラの胴半径と張力の比、及び揺動回動数の範囲を特定の範囲とすることにより被覆光ファイバのすべりを防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、光ファイバガラス母材を線引きしてガラス光ファイバを得る第１工程と、前記ガラス光ファイバに２層の被覆を形成する第２工程と、揺動ガイドローラを用いて前記ガラス光ファイバにねじりを付与する第３工程とを含む被覆光ファイバの製造方法であって、前記第１工程において、ガラス光ファイバの張力Ｔを２．２（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以上とし、前記第３工程において、前記揺動ガイドローラの胴半径をＲ（ｍ）としたとき、Ｔ／Ｒを２８〜１００とし、かつ前記揺動ガイドローラの揺動回動数を０．３３〜３．３３（ｓ−１）とする。
前記第１工程において、前記ガラス光ファイバの張力Ｔを５．０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以下とすることが好ましい。
上記第２工程において、第１層目被覆のヤング率が０．２〜０．７（ＭＰａ）となるようにガラス光ファイバに第１層目被覆をコーティングすることが好ましい。
上記第２工程において、第２層目被覆のヤング率が１５０〜１５００（ＭＰａ）となるように、第１層目被覆の上に第２層目被覆を形成することが好ましい。
上記第２工程において、ガラス光ファイバ上に、破断強度が４．０（ＭＰａ）以上である第１層目被覆を形成することが好ましい。
上記第２工程において、ガラス光ファイバ上に、ガラスとの密着力が０．５〜２．０（Ｎ／ｃｍ）である第１層目被覆を形成することが好ましい。
上記第２工程において、分子量が５０００以上のオリゴマーと、炭素数５〜１１のメチレン基を有する多官能モノマーと、複素環を有するモノマーおよび／または複員環を有するモノマーとを含有し、前記オリゴマーに対する前記多官能モノマーの重量比が０．０２〜０．０４である被覆樹脂材を用いて前記ガラス光ファイバに前記第１層目被覆を形成することが好ましい。
また本発明は、上記被覆光ファイバの製造方法により製造された被覆光ファイバである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の被覆光ファイバの製造装置の一例を示す概略図であり、光ファイバガラス母材から線引したガラス光ファイバをドラムに巻き取るまでの工程を示している。この製造装置は、特開平８−２９５５２８号公報で開示されたものと同等のものである。
図１中、１０は光ファイバガラス母材、１１は線引炉、１２はヒータ、１３はガラス光ファイバ、１４はレーザ外径測定器、１５は線引制御部、１６ａ、１６ｂは被覆コーティングダイ、１７ａ，１７ｂは被覆樹脂材、１８ａ，１８ｂは紫外線照射装置、２０は被覆光ファイバ、２１はガイドローラ、２２は揺動ガイドローラ、２３ａ，２３ｂは固定ガイドローラ、２４はドラムを示す。
光ファイバガラス母材１０は、気相軸付け法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ法）、内付け法（ＭＣＶＤ法）等の各種の方法で製造されたものを用いることができる。光ファイバガラス母材１０は、図２Ａに示すように、ガラス光ファイバ１３のコアとなるべきコア部１０ａと、ガラス光ファイバ１３のクラッドとなるべきクラッド部１０ｂとを備えている。光ファイバガラス母材１０は、線引炉１１内にセットされ、ヒータ１２により光ファイバガラス母材１０の一端が加熱・軟化されて、図２Ｂに示すガラス光ファイバ１３が線引される（第１工程）。線引速度は、種々選定することができるが、例えば１００ｍ／分である。本実施形態では、ガラス光ファイバ１３として、外径が１２５μｍであり、２重コア型の屈折率プロファイルを有し実効コア断面積が８５μｍ２である分散シフトファイバが用いられる。
線引されたガラス光ファイバ１３は、レーザ外径測定器１４により外径測定が行われる。ガラス光ファイバ１３の外径の測定結果は、線引制御部１５にフィードバックされ、所定の外径（通常１２５μｍ）になるように、ヒータ１２の加熱温度やガラス光ファイバ１３の線引速度が制御される。
所定の外径に線引されたガラス光ファイバ１３には、低ヤング率の被覆樹脂材１７ａが供給される第１の被覆コーティングダイ１６ａにより、第１層目被覆１９ａをコーティングする。この第１層目被覆１９ａは、第１の紫外線照射装置１８ａにより被覆樹脂材１７ａを硬化し、硬化後の被覆外径が２００μｍ位になるように形成される。
引き続いて、第１層目被覆１９ａがコーティングされた光ファイバには、高ヤング率の被覆樹脂材１７ｂが供給される第２の被覆コーティングダイ１６ｂにより、第２層目被覆１９ｂをコーティングする。この第２層目被覆１９ｂは、第２の紫外線照射装置１８ｂにより被覆樹脂材１７ｂを硬化し、硬化後の被覆外径が２４５μｍ位になるように形成される（図２Ｃ参照）。
こうしてガラス光ファイバ１３上に２層の被覆が形成される（第２工程）。
なお、１つのコーティングダイでガラス光ファイバ１３の上に低ヤング率の被覆樹脂材１７ａを、その上に高ヤング率の被覆樹脂材１７ｂを塗布した後、紫外線照射装置により両樹脂材を同時に硬化させてもよい。
本実施形態では、被覆樹脂材１７ａ，１７ｂの具体例として、いずれも紫外線硬化型でポリエーテル系のウレタンアクリレート樹脂が用いられる。被覆樹脂材１７ａ，１７ｂは上記ウレタンアクリレート樹脂を希釈する希釈モノマーを含んでもよい。更に、被覆樹脂材１７ａは、極性モノマー（例えば、アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン）や複素環を有するモノマー（例えば、Ｎ−ビニルカプロラクタム）、複員環を有するモノマー（例えばイソボルニルアクリレート）を含んでも良い。
こうして得られた被覆光ファイバ２０は、この後、ガイドローラ２１、揺動ガイドローラ２２、固定ガイドローラ２３ａおよび２３ｂを通って、ドラム２４に巻き取られる。ガイドローラ２１は、平行に配置される対ローラ２１ａと、対ローラ２１ａに平行に配置される対ローラ２１ｂとからなり、被覆光ファイバ２０は、この対ローラ２１ａ間の隙間（２ｍｍ程度）及び対ローラ２１ｂ間の隙間（２ｍｍ程度）を通ってガイドされる。揺動ガイドローラ２２は、以下に説明するように被覆光ファイバ２０に対して交互にねじりを与えＰＭＤを低減するためのものである。
図３および図４は、揺動ガイドローラ２２による被覆光ファイバ２０へのねじり付与を説明する図である。図３は図１のＡ方向から見た揺動ガイドローラ２２と固定ガイドローラ２３ａとの位置関係を示す図であり、図４は図１のＢ方向から見た揺動ガイドローラ２２とガイドローラ２１との位置関係を示す図である。
図３において、揺動ガイドローラ２２の回転軸ｙが線引方向軸ｚを中心にして＋θだけ回動すると、この回動により被覆光ファイバ２０に横方向の力が加わり、揺動ガイドローラ２２の表面を被覆光ファイバ２０が転動する。この転動により被覆光ファイバ２０にねじりが付与される。続いて、揺動ガイドローラ２２を反対方向に−θまで回動させると、今度は、揺動ガイドローラ２２の表面を被覆光ファイバ２０が反対の方向に転動する。このように、揺動ガイドローラ２２に＋θから−θまでの回動を繰り返し与えることにより、被覆光ファイバ２０の移動方向に対して時計回りと反時計回りのねじりを交番的に付与することができる。
揺動ガイドローラ２２の真横に次段の固定ガイドローラ２３ａが設置され、被覆光ファイバ２０は、揺動ガイドローラ２２のほぼ９０°の角度の円周面に接触した後、固定ガイドローラ２３ａに移動する。固定ガイドローラ２３ａには、このローラ２３ａの表面で被覆光ファイバ２０が転動しないようにＶ字型の狭溝２５が設けられている。固定ガイドローラ２３ａの表面での被覆光ファイバ２０の転動を抑止することにより、揺動ガイドローラ２２の回動に対して、高効率で被覆光ファイバ２０にねじりが付与できる。
図４において、揺動ガイドローラ２２の前段のガイドローラ２１は、対ローラ２１ａおよび２１ｂで構成され、これらは揺動ガイドローラ２２の真上に設置される。対ローラ２１ａおよび２１ｂはそれぞれ所定の間隔ｔをあけて平行に配されている。揺動ガイドローラ２２の回転軸ｙが、線引方向軸ｚを中心に図３の場合と同様に＋θから−θまで回動すると、揺動ガイドローラ２２の表面を被覆光ファイバ２０が転動するが、揺動ガイドローラ２２の手前のガイドローラ２１に位置する被覆光ファイバ２０も揺動ガイドローラ２２の揺動方向に変位する。被覆光ファイバ２０の変位が一定以上になると、被覆光ファイバ２０がガイドローラ２１の一方のローラに接触して変位が抑制される。この変位の抑制により被覆光ファイバ２０に付与されるねじり量の低減や第１層目被覆１９ａ，第２層目被覆１９ｂの偏肉発生を効果的に抑制することができる。
次に、被覆光ファイバ２０にねじりを付与する別の方法について説明する。図５は、図３，４の揺動ガイドローラとは別のタイプの揺動ガイドローラ及び固定ガイドローラを示す正面図、図６は、図５のＢ方向から見た揺動ガイドローラ及び固定ガイドローラを示す側面図である。図５において、被覆光ファイバ２０は二つの固定ガイドローラ３１ａ、３１ｂからなる固定ガイドローラ３１に挟まれて、一定のパスラインを通って下方に走行する。固定ガイドローラ３１の下方には二つの揺動ガイドローラ３２ａ、３２ｂからなる揺動ガイドローラ３２が設けられる。被覆光ファイバ２０は、揺動ガイドローラ３２ａ、３２ｂに挟まれて下方に走行する。そして、揺動ガイドローラ３２の下方にさらにガイドローラ（図示せず）を設けて被覆光ファイバ２０の走行方向を適宜変化させてドラムに巻き取る。
揺動ガイドローラ３２はそれぞれ固定部材３３にて図５に示した軸ｙを中心として回転可能に固定されている。また、固定部材３３は、図６に示すｘ軸を中心として回転可能になっている。従って、揺動ローラ３２は、図６に示した軸ｘを中心として固定部材３３ともに回転可能となっている。二つの揺動ガイドローラ３２ａ、３２ｂは、一方が軸ｘを中心として＋θ回転したときに他方が−θ回転するように同期して回転させられる。こうして揺動ガイドローラ３２ａ，３２ｂで被覆光ファイバ２０を挟んで、該揺動ガイドローラ３２ａ，３２ｂを軸ｘを中心として回転させることにより、被覆光ファイバ２０にねじれが付与される。揺動ガイドローラ３２ａ，３２ｂを＋θの位置から−θの位置まで、−θの位置から＋θの位置まで、繰り返し回転させることにより被覆光ファイバ２０の移動方向に対して時計回りと反時計回りのねじりを交番的に付与することができる。
この方法では、二つの揺動ガイドローラ３２ａ，３２ｂで被覆光ファイバを挟むので、被覆光ファイバ２０に押しつけ力が働くが、第１層目被覆１９ａの破断強度を４．０ＭＰａ以上とするか、またはヤング率を０．４ＭＰａ以上とすることにより、第１層目被覆１９ａが破壊されてボイドが発生することを防ぐことができる。
本発明は、以上のようにして被覆光ファイバ２０にねじりを付与し、偏波モード分散（ＰＭＤ）を小さくする光ファイバの製造方法であり、ＰＭＤ値が、揺動ガイドローラ２２，３２の半径Ｒおよび線引時のガラス光ファイバの張力Ｔとに関係することに着目したものである。
一般に、光ファイバの線引時の張力が大きいほど、光ファイバの伝送損失を小さくすることができる。実用的には波長１．５５μｍで伝送損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが望ましいことから、これを安定的に得るには、線引張力Ｔを２．２（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以上、好ましくは２．７（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）とする。しかし、張力Ｔが大きすぎると、光ファイバの断線を引き起こす可能性もあり、光ファイバの被覆条件等も考慮に入れた張力で線引する必要がある。従って、線引張力Ｔは、５．０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）以下とすることが好ましい。なお、線引張力Ｔは光ファイバ１本に加わる力で表示し、（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）で表すものとする。
また、被覆光ファイバ２６の製造時においては、揺動ガイドローラ２２，３２の胴半径をＲ（ｍ）としたとき、Ｔ／Ｒが２８〜１００となるようにする。Ｔ／Ｒが２８未満では、揺動ガイドローラ上で被覆光ファイバが滑ったり、あるいは揺動ガイドローラ自体が大きくなり、スペース効率が悪くなり、Ｔ／Ｒが１００を超えると、ＰＭＤ値が大きくなってしまう。
加えて、被覆光ファイバ２６の製造時においては、揺動ガイドローラ２２，３２の揺動回動数を０．３３〜３．３３（ｓ−１）とする。揺動回動数が０．３３（ｓ−１）未満では、十分に被覆光ファイバ２０をねじることができず、ＰＭＤ値を低減することができない。他方、揺動回動数が３．３３（ｓ−１）を超えると、揺動ガイドローラ２２の動きが速すぎるため揺動ガイドローラ２２上で被覆光ファイバ２０の被覆が滑りを生じ、被覆光ファイバ２０のねじりが不足し、やはりＰＭＤを低下させることができない。
また、ガラス光ファイバ１３に第１層目被覆１９ａをコーティングする場合、第１層目被覆１９ａのヤング率が０．２〜０．７（ＭＰａ）となるようにすることが好ましく、０．４〜０．７ＭＰａとなるようにすることがより好ましい。
第１層目被覆１９ａのヤング率が０．２ＭＰａ未満では、第１層目被覆１９ａの破断強度が小さくなり、揺動ガイドローラ２２，３２の回動時のしごきで被覆内にボイドが発生しやすくなる傾向があり、０．７ＭＰａを超えると、側圧ロス増の低減、被覆除去が困難となる傾向がある。
またガラス光ファイバ１３に第１層目被覆１９ａをコーティングする場合、第１層目被覆１９ａの破断強度が４．０（ＭＰａ）以上となるようにすることが好ましい。この場合、第１層目被覆１９ａ内にボイドが発生しなくなる。
またガラス光ファイバ１３に第２層目被覆１９ｂをコーティングする場合、第２層目被覆１９ｂのヤング率が１５０〜１５００（ＭＰａ）となるようにすることが好ましい。
第２層目被覆１９ｂのヤング率が１５０ＭＰａ未満では、ダスト（微少異物）により外傷を受けやすく、高張力スクリーニングで断線しやすくなる傾向がある。他方、第２層目被覆１９ｂのヤング率が１５００ＭＰａを超えると、被覆除去が困難となる傾向がある。
第１層目被覆１９ａ、第２層目被覆１９ｂのヤング率は、ポリエーテル部分の分子量および希釈モノマーの種類によりヤング率を調整することができる。すなわち、ポリエーテル部分の分子量を大きくすること、および分子量の大きな直鎖状の単官能希釈モノマーを選定することで、第１層目被覆１９ａ、第２層目被覆１９ｂのヤング率を小さくすることができる。
またオリゴマーについては、その分子量を小さくし、ウレタン部分の剛性を上げることで、第１層目被覆１９ａ、第２層目被覆１９ｂのヤング率や破断強度を上げることができる。
上記希釈モノマーについては、多官能モノマーの配合量を増やし、剛性の高いモノマーを選定することによっても、ヤング率や破断強度を上げることができる。。
上記被覆樹脂材１７ａは、分子量が５０００以上のオリゴマーと、炭素数５〜１１のメチレン基を有する多官能モノマーと、複素環を有するモノマーおよび／または複員環を有するモノマーとを含有し、前記オリゴマーに対する前記多官能モノマーの重量比が０．０２〜０．０４であることが好ましい。
上記オリゴマーの分子量が５０００未満では、第１層目被覆のヤング率が高くなる傾向がある。またオリゴマーの分子量は３０，０００以下であることが好ましい。分子量が３０，０００を超えると、得られる組成物の粘度が高くなりすぎ、取り扱いにくくなる傾向がある。上記オリゴマーとしては、例えばポリエーテルジオールを挙げることができる。
上記多官能モノマーのメチレン基の炭素数が５未満では第１層目被覆のヤング率が大きくなりすぎ、側圧ロス増の低減、被覆除去が困難となる傾向がある。一方、メチレン基の炭素数が１１を超えると、第１層目被覆の破断強度が小さくなり、第１層目被覆内でボイドが発生しやすくなる傾向がある。上記多官能モノマーとしては、例えばノナンジオールジアクリレートを挙げることができる。
上記複素環としては、例えばラクタムが挙げられ、複素環を有するモノマーとしては、例えばＮ−ビニルカプロラクタムなどを挙げることができる。
複員環を有するモノマーとしては、例えばイソボルニルアクリレートが挙げられる。
また上記オリゴマーに対する上記多官能モノマーの重量比が０．０２未満では第１層目被覆の破断強度が小さくなり、第１層目被覆内でボイドが発生しやすくなる傾向がある。一方、０．０４を超えると、第１層目被覆のヤング率が大きくなりすぎ、側圧ロス増の低減、被覆除去が困難となる傾向がある。
なお、上記被覆樹脂材１７ａは、脂肪族系モノマーを更に含んでいてもよい。
また第１層目被覆１９ａは、ガラスとの密着力が０．５〜２．０（Ｎ／ｃｍ）であることが好ましい。
密着力が０．５（Ｎ／ｃｍ）未満では小さすぎて、揺動ガイドローラ２２，３２に被覆光ファイバ２０を押しつける力が大きくなると、第１層目被覆１９ａがガラス光ファイバ１３から剥離する傾向がある。他方、密着力が２．０（Ｎ／ｃｍ）を超えると、密着力が大きすぎて、被覆除去性が悪くなる傾向がある。
第１層目被覆１９ａとガラスとの密着力は、被覆樹脂材１７ａに使用する極性モノマー（例えば、アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン）や複素環を有するモノマーおよび／または複員環からなるモノマーの量で調整することができる。また、シランカップリング剤によっても密着力を調整することができる。
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の内容をより具体的に説明する。
本発明では、被覆光ファイバの被覆が、外部からの側圧や摩擦に十分耐えることができ、かつ外力に対して伝送損失を増加させないために、図１で説明したように第１層目被覆１９ａと第２層目被覆１９ｂの２層で形成されている。第１層目被覆１９ａは、クッション効果をもたせた軟らかい材料で形成され、第２層目被覆１９ｂは、摩擦に強い硬い材料で形成されている。なお、以下の実施例及び比較例において、被覆光ファイバの被覆に関する物性値（第１層目被覆のヤング率、第２層目被覆のヤング率、第１層目被覆とガラスとの密着力、第１層目被覆の破断強度）は、以下のようにして測定した。
１．第１層目被覆のヤング率
一般に、第１層目被覆に用いる比較的軟質の樹脂では、被覆材をフィルム状にして測定するヤング率よりも、光ファイバに被覆したものの方がヤング率が低くなる。これは、光ファイバの線引装置に使われる紫外線照射装置内で、被覆が輻射熱と硬化反応による熱とで高温となり、連鎖移動反応や停止反応が支配的になるために架橋反応が進まないためである。被覆光ファイバの第１層目被覆のヤング率は、被覆光ファイバに被覆された状態での値が重要である。
そこで、第１層目被覆のヤング率は、Ｐｕｓｈ−ｉｎ−ｍｏｄｕｌｕｓ法（文献；４３ｒｄＩＷＣＳ［１９９４］ｐ．５５２参照）を用いて直接算出した。この具体的な測定方法は次の通りである。即ちまず、被覆した光ファイバを束にしてアクリルパイプ中に保持し、このパイプと各被覆光ファイバとの間隙にエポキシ樹脂を充填して固めたものをカッターでスライスして、一定厚さの円板状サンプルを作製した。次に微小硬度計を用いて、圧子でスライスされた円板状サンプルのガラス部分を押した。このときのガラスの変位量と押し込み力から第１層目被覆のヤング率を算出した。なお、被覆には第２層目被覆も一体に含まれているが、第２層目被覆のヤング率は第１層目被覆のヤング率よりも２桁以上大きいので、実質的には第２層目被覆は無視することができる。
２．第２層目被覆のヤング率
第２層目被覆は以下のようにして算出した。即ちまず、被覆した光ファイバを数十ｃｍの長さに切断し、アセトンに浸漬、被覆を膨潤させてパイプ状の被覆を採取した。採取されたパイプ状の被覆は、乾燥した後に、温度２３℃±２℃，相対湿度５０±５％で２４時間以上の状態調整をした後、標線距離２５ｍｍ、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎで、２．５％伸び時の引張強さを測定し、これを第２層目被覆のヤング率とした。その他は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７に準じた。なお、採取される被覆は、第１層目被覆と第２層目被覆が一体のものであるが、第２層目被覆のヤング率は第１層目被覆のヤング率よりも２桁以上大きいので、実質的に第１層目被覆は無視することができる。
３．第１層目被覆とガラスとの密着力
被覆の剥離、被覆除去性に関係するガラスと第１層目被覆との密着力は、以下の手順で試験シートを作製して算出した。
（ｉ）まず石英ガラス板を５分間以上、硫酸に浸漬して裏面を洗浄した。
（ｉｉ）次に洗浄済みの石英ガラス板上に第１層目被覆を構成すべき被覆樹脂材を塗布し、これに紫外線照射１００ｍＪ／ｃｍ２を行って硬化させ、試験シートを作製した。被覆樹脂材硬化後の被覆厚さを２５０μｍ、幅を５０ｍｍとした。
（ｉｉｉ）こうして作製された試験シートを温度２５℃，相対湿度５０％の雰囲気下で１週間放置した。
（ｉｖ）石英ガラス板上に形成した樹脂被覆を、１８０度の方向に引張速度２００ｍｍ／分で５０ｍｍ引き剥がすときの力の最大値を測定して単位幅あたりの数値に換算し、これを、第１層目被覆とガラスとの密着力とした。その他はＪＩＳ  Ｚ０２３７に準じた。
４．第１層目被覆の破断強度
被覆光ファイバにねじりを付与するための揺動操作による第１層目被覆のボイド発生に関係する第１層目被覆の破断強度は、以下の手順で算出した。
（ｉ）先ず第１層目被覆を構成すべき被覆樹脂材に対し、窒素雰囲気下で紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ２照射して硬化させ、膜厚約１００μｍの試験シートを作成した。
（ｉｉ）次に、作成された試験シートを遮光し、温度２３℃±２℃，相対湿度５０±５％で２４時間以上の状態調整を行った。
（ｉｉｉ）そして、試験シートからＪＩＳ２号の試験片を切り出し、標線距離２５ｍｍ、チャック間隔８０±５ｍｍ、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、このとき、試験片が破断したときの強度を破断強度とした。その他はＪＩＳ  Ｋ７１２７に準じた。
実施例１〜１９及び比較例１〜３
次に、揺動ガイドローラ２２（図３、図４参照）を用いた図１に示す製造装置により、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２の被覆光ファイバを製造した。こうして得られた試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２の被覆光ファイバについての評価結果を以下に示す。評価項目は、ＰＭＤ値、線引中の断線の有無、側圧ロス特性、スクリーニング断線、被覆除去性、被覆におけるボイド発生、被覆の剥離発生とした。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２の被覆光ファイバの作製において、線引速度は全て１００ｍ／分とした。
先ず試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９について、ガラス光ファイバの線引時張力Ｔ（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）と揺動ガイドローラの半径Ｒ（ｍ）および揺動ガイドローラの揺動回動数（ｓ−１）をパラメータとして、ＰＭＤ値および線引中の断線の有無を評価した。結果を表１に示す。また第１層目被覆および第２層目被覆の被覆樹脂材の組成を表２に示す。
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なお、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９については、第１層目被覆の被覆樹脂材はＰ１を使用してヤング率を０．５（ＭＰａ）とし、第２層目被覆の被覆樹脂材はＳ１を使用してヤング率を９００（ＭＰａ）とした。また揺動回動数（ｓ−１）は、揺動ガイドローラの１秒あたりの回動数で示し、１回動は、＋θから−θ、続いて−θから＋θの１サイクルである。また表２において、「ウレタンアクリレート」の欄に記載された物質は、ウレタンアクリレートの原料を示すものであり、モル数比は、これら原料のモル数比を示す。更に部数は、ウレタンアクリレートの部数を示す。
表１において、ＰＭＤ値の良否判定および線引中の断線の有無の評価は、以下の如くとした。
（１）偏波モード分散（ＰＭＤ）特性
安定した光の送受信を行うのに、光ファイバ内を伝播する直交する２つの偏波モードにゆらぎが生じないようにすることが必要であり、ＰＭＤ値を低くする必要がある。そこで、ＰＭＤ値が０．２（ｐｓ・ｋｍ−１／２）以下である場合を「良」と評価し、表１において「○」で示した。またＰＭＤ値が０．２を超える場合は「不良」と評価し、表１において「×」で示した。
（２）線引中の断線
光ファイバを高い張力で線引することにより、伝送損失を低減することができるが、あまり張力を増加すると断線を引き起こす。そこで、被覆形成前のガラス光ファイバについて、張力を変えて線引したときのガラス光ファイバの破断の有無を調べた。
表１に示すように、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５（実施例１〜４）によれば、ＰＭＤ値は、Ｔ／Ｒが１００以下では良好であるが、Ｔ／Ｒが１２０である試料Ｎｏ．１（比較例１）においては、ＰＭＤ値は悪化していた。ＰＭＤ値の悪化の要因としては、被覆光ファイバの揺動ガイドローラの押しつけ力が大きくなるため、被覆がつぶされ、転動抵抗が高くなって光ファイバのねじり量が不足したものと考えられる。
また、線引時張力Ｔが６．０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）程度になると、線引中に断線しやすくなることが分かった。
また、試料Ｎｏ．６〜Ｎｏ．９（比較例２、実施例５，６、比較例３）のＰＭＤ値の結果より、揺動回動数が０．３３（ｓ−１）未満では、十分に被覆光ファイバをねじることができず、ＰＭＤを低下させることができないことが分かった。他方、揺動回動数が３．３３（ｓ−１）を越えると、揺動ガイドローラの動きが速すぎるためローラ上で光ファイバの被覆が滑りを生じ、光ファイバのねじりが不足し、やはりＰＭＤを低下させることができないことが分かった。
次に、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１５（実施例７〜１２）について、被覆のヤング率をパラメータとして、側圧ロス増、スクリーニング断線頻度、被覆除去性について評価した。結果を表３に示す。
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試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４の第１層目被覆の被覆樹脂材は、表２に示したＰ１の組成においてオリゴマーに対する単官能モノマーの量の比を減らしたものであり、これにより第１層目被覆のヤング率を調整した。また試料Ｎｏ．１５の第１層目被覆の被覆樹脂材としては、表２のＰ２を用いた。
試料Ｎｏ．１０〜１５の第２層目被覆の被覆樹脂材は、表２に示したＳ１の組成においてオリゴマーに対するモノマーの量の比を増減したものであり、これにより第２層目被覆のヤング率を増減した。なお、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１５の作製時において、ガラス光ファイバの線引時張力Ｔを４．０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）、揺動ガイドローラ半径Ｒを０．０８（ｍ）、Ｔ／Ｒを５０で一定とした。揺動回数は０．８３ｓ−１とした。
側圧ロス増、スクリーニング断線頻度および被覆除去性の良否判定は、以下の通りとした。
（３）側圧ロス増
光ファイバが側圧や摩擦を受けると伝送損失が増加するが、光ファイバの被覆材による影響が大きい。胴直径が約２８０ｍｍのボビン上に、ＪＩＳ１０００番のサンドペーパーを巻き付け、この上から張力０．９８（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）で被覆光ファイバを長さ６００ｍだけ巻いた状態での伝送損失をＬ１とし、被覆光ファイバを１０００ｍの束状態（被覆光ファイバはボビンに巻かない。この状態では側圧をゼロとみなす）としたときの伝送損失をＬ２とし、（Ｌ１−Ｌ２）を側圧ロス増とした。そして、側圧ロス増が１（ｄＢ／ｋｍ）以下である場合を「良」と評価し、表３において「○」で示した。また、側圧ロス増が１（ｄＢ／ｋｍ）を超える場合には「×」で示した。なお、伝送損失Ｌ１、Ｌ２は、波長１．５５μｍでＯＴＤＲにより測定した。
（４）スクリーニング断線頻度
被覆光ファイバの被覆は、異物による外傷を防ぐ重要な役割を担っている。外傷を受けやすい被覆であれば、ガラスに傷がつきやすくなり、スクリーニングにおいて破断する頻度が上昇する。そこで、製造後の被覆光ファイバに高い引張張力をかけ、あらかじめ低強度の不良部分を断線させた。ここでの張力は２１．６（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）とした。スクリーニング断線頻度が５回／１０００ｋｍ以下である場合に「良」であると評価し、表３において「○」で示した。またスクリーニング断線頻度は５回／１０００ｋｍを超えた場合には、表３において「×」で示した。
（５）被覆除去性
被覆光ファイバの被覆は、ガラス光ファイバに密着してガラス光ファイバの強度を強め保護する必要もあるが、光ファイバの接続等で、被覆光ファイバの被覆除去を行うことが必須であり、被覆除去の容易性も必要である。被覆除去具「ノーニックＮＮ２０３（米Ｃｌａｕｓｓ社製）」を用いて被覆除去を実施し、被覆光ファイバから被覆を除去できる場合を「良」と評価して、表３において「○」で示した。また、被覆光ファイバから被覆を容易に除去できない場合は、表３において「×」で示した。
試料Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５（実施例８〜１２）のＰＭＤ値はいずれも「良」であり、線引中の断線は「無」であった。試料Ｎｏ．１０（実施例７）については、ＰＭＤ値は良好であったが、スクリーニングは不良であった。これより、第２層目被覆が軟らかいと、ダスト（微少異物）により外傷を受けやすく、高張力スクリーニングで断線しやすくなることが分かった。他方、試料Ｎｏ．１４のように第２層目被覆のヤング率が２０００（ＭＰａ）程度になると被覆除去が困難となることが分かった。従って、第２層目被覆のヤング率は、１５０〜１５００（ＭＰａ）の範囲が望ましいことが分かった。
また、試料Ｎｏ．１５が側圧ロス増および被覆除去性で不良となっているが、第１層目被覆のヤング率が１．２（ＭＰａ）と多少高目であった。したがって、側圧ロス増の低減、被覆除去性を高めるには、第１層目被覆はできるだけ軟らかいことが望ましく、ヤング率を０．７（ＭＰａ）以下とするのが好ましいことが分かった。また、試料Ｎｏ．１５は、第１層目被覆の被覆樹脂材として、表２のＰ１とオリゴマー（ポリエーテルジオール）の分子量のみ異なる（分子量４４００）被覆樹脂材を用いていることから、オリゴマーの分子量が５０００以上である方が第１層目被覆を軟らかくする観点からは好ましいことが分かった。
次に、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８（実施例１３〜１５）について、第１層目被覆の破断強度および被覆のヤング率をパラメータとして、ボイドの発生、ガラス光ファイバと第１層目被覆の界面での剥離、被覆除去性について評価した。結果を表４に示す。
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試料Ｎｏ．１６，Ｎｏ．１７は、表２に示したＰ１の組成において多官能性モノマー（ノナンジオールジアクリレート）の量を調整して第１層目被覆の破断強度を調整したものである。また、試料Ｎｏ．１６，１７の第２層目被覆の被覆樹脂材としては、表２に示すＳ１を用いた。Ｎｏ．１７，１８は、オリゴマーに対するノナンジオールジアクリレートの比が０．０２未満なので、破断強度が小さい。
試料Ｎｏ．１８は、表２に示すＰ１の組成においてオリゴマーに対する単官能モノマーの量の比を増やして第１層目被覆のヤング率を調整すると共に、表２に示したＳ１の組成においてオリゴマーに対する単官能モノマーの重量比を減らして第２層目被覆のヤング率を調整したものである。
なお、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８では、ガラス光ファイバの線引時張力Ｔを２．５（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）、揺動ガイドローラ半径Ｒを０．０８（ｍ）、Ｔ／Ｒを３１．３、揺動回動数を１．６７（ｓ−１）で一定とした。
表４において、ボイドの発生、剥離発生、スクリーニング断線頻度および被覆除去性の良否判定を以下の如くとした。
（６）ボイド発生および剥離発生
伝送損失を低減するために高張力で線引したり、ＰＭＤ値低減のため光ファイバにねじりを加えると、ガラス光ファイバと被覆との界面で剥離が生じたり、被覆に歪が加えられるため被覆内にボイドが生じやすい。これらの剥離やボイドによる被覆欠陥は、光ファイバのマイクロベンドに大きく影響し、信頼性を損なう原因となる。これらの観察は、屈折率調整用のマッチングオイルに被覆光ファイバを浸漬後、この被覆光ファイバの側面方向から光学顕微鏡で５０倍に拡大して行った。剥離、ボイド発生が皆無である場合のみを「良」と判定し、表４において「○」で示した。またボイド発生が観察された場合には、表４において「×」で示した。
試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８のいずれも、ＰＭＤ値、線引中の断線、側圧ロス増、スクリーニング断線は「良」であった。試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８によれば、第１層目被覆の破断強度が４．０（ＭＰａ）未満の場合は、被覆内にボイドが発生しやすいことが分かった。したがって、第１層目被覆の破断強度は、４．０（ＭＰａ）以上とするのが好ましいことが分かった。
また、試料Ｎｏ．１８のように第１層目被覆のヤング率を０．１（ＭＰａ）まで下げるには、架橋密度を低下させる必要があり、このため破断強度が小さくなる。破断強度が小さくなると、揺動ガイドローラの回動時のしごきで被覆内にボイドが発生しやすくなることが分かった。したがって、第１層目被覆のヤング率は０．２（ＭＰａ）以上とするのが望ましい。表３の結果と合わせて、第１層目被覆のヤング率は０．２〜０．７（ＭＰａ）とするのが好ましく、０．４〜０．７ＭＰａとするのがより好ましいことがわかった。
次に、試料Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２（実施例１６〜１９）について、ガラスと第１層目に適用する樹脂との密着力をパラメータとして、表４の試料と同様に、ボイドの発生、ガラス光ファイバと第１層目被覆の界面での剥離、被覆除去性について評価した。結果を表５に示す。
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第１層目被覆のヤング率は、表２に示したＰ１の組成においてオリゴマーに対する単官能モノマーの量の比を増やして０．４ＭＰａに調整した。第２層目被覆のヤング率は、表２に示したＳ１の組成においてオリゴマーに対する単官能モノマーの量の比を減らして１５００ＭＰａに調整した。密着力は、イソボルニルアクリレート、Ｎ−ビニルカプロラクタム、およびシランカップリング剤の含有量を増減させて調整した。なお、試料Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２の製造時においては、ガラス光ファイバの線引時張力Ｔを５．０（Ｎ／ｆｉｂｅｒ）、揺動ガイドローラ半径Ｒを０．１（ｍ）、Ｔ／Ｒを５０、揺動回動数を３．３３（ｓ−１）で一定とした。
試料Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２のいずれも、ＰＭＤ値、側圧ロス増、スクリーニング断線は「良」であった。試料Ｎｏ．２２についての結果より、密着力が０．２（Ｎ／ｃｍ）では小さすぎて剥離が生じることが分かった。他方、試料Ｎｏ．１９のように密着力が２．５（Ｎ／ｃｍ）では、大きすぎて、被覆除去性が悪くなることも分かった。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、線引時のガラス光ファイバ張力と揺動ガイドローラの半径、および揺動ガイドローラの揺動回動数を、適正に選定することにより、ガラス光ファイバにねじりを付与しても、伝送損失を所定値以下に抑えて、偏波モード分散（ＰＭＤ）を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の被覆光ファイバの製造装置を示す概略図である。
図２Ａは、光ファイバガラス母材を示す斜視図である。
図２Ｂは、第１層目被覆が形成されたガラス光ファイバの一部を示す斜視図である。
図２Ｃは、被覆光ファイバの一部を示す斜視図である。
図３は、揺動ガイドローラと固定ガイドローラの位置関係を説明するための図である。
図４は、揺動ガイドローラとガイドローラの位置関係を説明するための図である。
図５は、図３及び図４の揺動ガイドローラとは別のタイプの揺動ガイドローラ及び固定ガイドローラを示す正面図である。
図６は、図５のＢ方向から見た揺動ガイドローラ及び固定ガイドローラを示す側面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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