(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、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線であって、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６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】
少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線において、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６以上であることを特徴とする光ファイバ素線。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ素線であって、該硬質層に着色剤を含有することを特徴とする光ファイバ着色心線。
【請求項３】
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４】
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、前記少なくとも２層の被覆層、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着色心線もしくは光ファイバテープ心線。
【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、高湿度状態や水浸状態においても長期に渡り伝送損失の増加しない、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軟質層と硬質層の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軟質の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硬質の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】
光ファイバ素線の製造方法は、石英ガラスを主成分とするプリフォームから線引炉によって、加熱溶融、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、プライマリ層とセカンダリ層が被覆して製造される。
【０００５】
さらに次工程において、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、光ファイバ着色心線が製造される。光ファイバ素線の構造を図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被覆層をさらに被覆してなるものを光ファイバ着色心線、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、光ファイバ着色心線および光ファイバテープ心線を包括して光ファイバ心線と称するものとする。
【０００６】
このような光ファイバ心線を、水に浸漬すると伝送ロスが増大するケースがある。このように水に浸漬した状態で長期間使用しても光ファイバの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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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きている。これは光ファイバケーブルが使用される環境が多様化してきていること、さらには、新規なケーブル構造が開発さてれてきていることを意味している。そのため、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。
このような状況も手伝い、水浸状態に曝されても伝送ロス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。
【０００８】
本発明の目的は、例えば、光ファイバケーブルに収納されている光ファイバ心線が、使用環境や経年劣化、特に、水もしくは高湿度下に曝された時に伝送ロスが増加しにくい光ファイバ心線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ心線は、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線において、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率を０．６以上としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光ファイバ心線によれば、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線において、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６以上である光ファイバ素線又は光ファイバ心線を用いることで、水もしくは高湿度下に曝された際の伝送ロス増を抑制することができる。
また、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、高湿度状態もしくは水浸状態に曝された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には、ガラス光ファイバ／プライマリ層界面における剥離が観察されることを見出した。
【００１２】
ガラス光ファイバ／プライマリ層界面の剥離は、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。
【００１３】
水に浸漬した際に、ガラス光ファイバと被覆層との界面の接着力が低下するメカニズムは、以下のように推察されている。光ファイバ心線を、水に浸漬したり、高湿度の雰囲気に曝したりすると、水分は被覆層を透過して、ガラス光ファイバとプライマリ層との界面まで到達する。ガラス光ファイバとプライマリ層との界面には接着力が発生しているが、例えば N. Akasaka et al., ”Design of Optical Fiber Coating”, Proc. of 19th Australian Conference on Optical Fibre Technology (ACOFT), p. 375, 1994の報告にあるように、一般的には、接着力はガラスと樹脂中の官能基との水素結合と、接着促進剤による化学結合からなっている。しかし、水素結合は、ガラスとプライマリ層との界面に水等が侵入することによって切断されてしまうと考えられている。このように、水素結合が切断されることでガラスとプライマリ層界面の接着力が低下すると推察されている。
【００１４】
本発明を実施するための形態としては、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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明における光ファイバ心線は、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線において、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６以上とすることで、伝送ロス増を抑制することができる。
【００１７】
ここで、飛行時間型二次イオン質量分析（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry; ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）の原理について説明する。一次イオンを高真空中で試料の表面に照射すると、表面を構成する分子の一部がイオン化され、二次イオンとして放出される。これを質量分析することによって試料表面の化学情報を得るのが二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry; ＳＩＭＳ）の基本原理である。
ＳＩＭＳの測定モードには、一次イオンの照射量の違いによってＤｙｎａｍｉｃ-ＳＩＭＳとＳｔａｔｉｃ-ＳＩＭＳの二種類があり、ＴＯＦ-ＳＩＭＳは後者の範疇に含まれる。それぞれ二次イオンの発生メカニズムが異なるため、得られる情報の質が両者で大きく異なっている。
Ｓｔａｔｉｃ-ＳＩＭＳは、一次イオンの照射量を表面の構成分子数よりも十分に少ない量にすることによって、分子構造を維持した二次イオンを発生させる方法である。それにより、分子構造に関する情報が豊富に得られるため有機物の組成分析に有利である。さらに、極く浅い領域（数ｎｍ）のみの情報が得られるので、表面物性と関連付ける解析に有利である。
【００１８】
ＴＯＦ-ＳＩＭＳにおいては、一次イオンはパルスで照射され、一次イオンとしては69Ｇａがよく用いられる。発生したニ次イオンは一定のエネルギーを与えられて質量分析計に導入される。その時の運動エネルギーＥと飛行速度ｖとの関係は式（１）で表される。
Ｅ＝ｅＶ0＝ｍｖ2 （１）
ｅ :電荷
Ｖ0：加速電圧
ｍ ：質量
すなわち、飛行速度はイオンの質量に依存し、質量が小さいものほど検出器に到達する時間が早くなるので、飛行時間ｔ（一次イオンが試料に当たってから二次イオンが検出器に到達するまでの時間）によって質量分離ができる。飛行時間ｔは式（２）で表される。
ｔ＝Ｌ0/ｖ＝Ｌ0(ｍ/2ｅＶ0)1/2  （２）
Ｌ0は試料表面から検出器までの距離を表す。この飛行時間をＴＤＣ（Ｔｉｍｅ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって計測し、質量換算したものが二次イオン質量スペクトルとなる。
【実施例】
【００１９】
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。
飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率は、オリゴマーの骨格構造と分子量、希釈モノマーの種類と添加量によって、表面改質剤のような添加剤によって適宜変えることができる。具体的には、シランカップリング剤のような表面化改質剤を添加することによって強度比率を大きくすることができる。
【００２０】
図２は光ファイバ素線１４上に着色層２１を被覆した光ファイバ着色心線２２を示す。
実施例における着色心線は、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とする方法によって作製しているが、実施例２および比較例２は、セカンダリ層に直接着色剤を添加することで外径２５５μｍの着色心線とする方法によって作製したものである。
【００２１】
さらに、一部の光ファイバ心線１４は、図３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３１で一括被覆して光ファイバテープ心線３２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。
これらの光ファイバ素線と光ファイバ心線について、該被覆層を除去したガラス表面を飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析と伝送ロスの測定を行った。
その結果を表１に示す。
【００２２】
（飛行時間型二次イオン質量分析）
飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析をすることによって、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率を求めた。
試料の作成方法は、光ファイバ素線もしくは光ファイバ心線の被覆層を光ファイバストリッパを用いて除去してから、被覆層を除去したガラス部分をアセトン中にて超音波洗浄した後、飛行時間型二次イオン質量分析法に供した。
【００２３】
（伝送ロスの測定方法）
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を用いて、光後方散乱損失係数（OTDR）法により、波長１．５５μmを用いて測定した。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。
さらに、試験後の光ファイバ心線あるいは光ファイバテープ心線を光学顕微鏡にて観察することによって、剥離が光ファイバ心線のどこの界面で発生しているのか観察し、ガラス/プライマリ層界面で剥離が観察されたものについても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。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
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、少なくとも軟質層と硬質層の２層の被覆層により被覆されたガラス光ファイバからなる光ファイバ素線であって、該被覆層を除去したガラス表面が、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６以上であることを特徴とす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、ガラス/プライマリ層界面の剥離がなく、伝送ロスが増大しないことを確認できた。
また、この効果は、光ファイバ着色心線の状態（表１の実施例３，５）であっても、光ファイバテープ心線の状態（実施例４，６，７，８）であっても奏することが確認できた。
【００２６】
一方、比較例１〜７の測定結果から、前記飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率が０．６未満である場合には、ガラス/プライマリ層界面の剥離もしくは伝送ロスの増加が０．１ｄＢ／ｋｍ以上となることが認められた。
【００２７】
上述したように、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）法の陽イオン解析において、Ｓｉ＋（ｍ/ｚ２８）のピークに対するＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）のピークの強度比率を大きくすることで、水浸状態でもプライマリ層とガラス界面の剥離もなく長期に渡って伝送損失が増加しないことが明らかとなった。ここで検出される陽イオンは、アセトン中で超音波洗浄してもなおガラス表面層の極く浅い領域（数ｎｍ）に残留している有機物成分ということになる。この分析では種々の陽イオンや陰イオンが検出されるのであるが、その中でも陽イオンとしてＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）の強度比率が高いと水浸状態でもプライマリ層とガラス界面の剥離もなく長期に渡って伝送損失が増加しないということがわかった。推測ではあるが、検出されたＣ３Ｈ７Ｏ＋（ｍ/ｚ５９）もしくはＣ４Ｈ９Ｏ＋（ｍ/ｚ７３）は紫外線硬化樹脂中に含まれるオリゴマーの骨格成分に起因するものと推定されることから、オリゴマー成分が強くガラス表面と結合していることで、水浸状態でもプライマリ層とガラス界面の剥離もなく長期に渡って伝送損失が増加させないと考えられる。
【００２８】
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る。
【００２９】
上述したとおり、本発明によれば、使用環境や経時変化、特に水分もしくは高湿度雰囲気に曝されても伝送ロスが増加しな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】
【００３０】
【図１】本発明の光ファイバ素線実施例の横断面図である。
【図２】本発明の光ファイバ着色心線実施例の横断面図である。
【図３】本発明の光ファイバテープ心線実施例の横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
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
２１          着色層
２２          光ファイバ着色心線
３１          テープ樹脂
３２          光ファイバテープ心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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