JP2007272060A - 光ファイバリボン芯線及び光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】偏波モード分散の悪化を抑え、波長多重通信における通信容量の大容量化に資する光ファイバリボン芯線及び光ファイバケーブルを提供すること。
【解決手段】光ファイバ１４と前記光ファイバのクラッド１４の外周に設けられた被覆層１５，１６を有し、束状にされた複数の光ファイバ芯線１２と、前記複数の光ファイバ芯線を一体化するように前記複数の光ファイバ芯線の周囲に形成された外被１３を備えた光ファイバリボン芯線において、前記外被のガラス転移温度が８０〜１３０℃の範囲内である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバリボン芯線及び光ファイバケーブルに関する。

光通信技術は近年の波長多重通信を始めとする大容量化により、分散特性を厳しく管理することが要求されてきている。このため、光ファイバケーブルにおいても偏波分散特性等を管理しなければならない状況になってきている。

光ファイバの断面は理想的には真円であるが、この円の真円からのずれや偏芯などのあらゆる非対称性が光ファイバの断面には事実上内在している。この光ファイバ内部の非円度は製造設備や製造条件に起因するため、光ファイバの一断面に留まらず長手方向に連続する傾向がある。このような非円度を有する光ファイバ内を光が伝播すると、その伝播モードとなるＸ偏波モードとＹ偏波モードの伝播速度に差が生じるため分散が生じる。これが偏波モード分散（Poralization Mode Dispersion; PMD）である。

光ファイバの偏波モード分散においては、光ファイバ母材から線引きする際に周期的に揺動するガイドローラでガイドし、光ファイバに所定のねじりを付与することにより、光ファイバ断面に内在する非円度が長手方向で連続しないようにすることで、Ｘ偏波モードとＹ偏波モードの伝播速度をほぼ等しくし、偏波モード分散を低減した光ファイバ及びその製造方法が提案されている（特許文献１〜特許文献３参照）
一方、リボン芯線を構成すると、リボン芯線の断面は厚さ方向と幅方向が非対称であるため、個々の光ファイバが受ける応力が配置された位置によって異なるという構造的な特性を形成する。即ち、複数本の光ファイバを帯状に並べ、周囲を外被により一体化することにより得られる光ファイバリボンは、その製造工程において形成される外被からの応力を、個々の光ファイバが配置された位置によって受けるため、リボンの内側に配された光ファイバと端に配置された光ファイバでは応力の大きさ及び方向が異なってしまう。

このリボン芯線断面の非対称性が、長手方向に持続し、かつ個々の光ファイバが受ける応力が異なるため、これらの応力に起因する偏波モード分散の差が個々の光ファイバで大きくなり、光ファイバリボン芯線並びにこれらの光ファイバリボン芯線を集合した光ファイバケーブルでは、偏波モード分散が悪くなる傾向にある。
特開平０６−１７１９７０号公報 特開平０８−２９５５２８号公報 米国特許第５８２２４８７号

本発明は、偏波モード分散の悪化を抑え、波長多重通信における通信容量の大容量化に資する光ファイバリボン芯線及び光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

本発明の局面に係る発明は、光ファイバと前記光ファイバのクラッドの外周に設けられた被覆層を有し、束状にされた複数の光ファイバ芯線と、前記複数の光ファイバ芯線を一体化するように前記複数の光ファイバ芯線の周囲に形成された外被を備えた光ファイバリボン芯線において、前記外被のガラス転移温度が８０〜１３０℃の範囲内であることを特徴とする。

本発明によれば、十分な強靭性を有し、単芯分割性や被覆除去性を維持しつつ、偏波モード分散を低く抑えることができる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる光ファイバリボン芯線の一実施形態を示す断面図である。
図１に示すように、本実施態様に係る光ファイバリボン芯線１１は、光ファイバ芯線１２と、リボン樹脂１３と、石英系ガラスファイバ１４と、１次被覆層１５と、２次被覆層１６とを備えている。本実施態様に係る光ファイバリボン芯線１１は、複数の光ファイバ芯線１２を帯状に並べて一体化し、相互の光ファイバ芯線１２が接触あるいは非接触の状態で並べ、これら芯線１２を被覆層１３で一括被覆した構造を備えている。なお、図１では、光ファイバ同士が接触した光ファイバリボン芯線であって、光ファイバ芯線１２が４本である４芯のリボン芯線が示されている。

上記のような光ファイバリボン芯線１１を用いて光ファイバケーブル２１を製造するには、複数の光ファイバリボン芯線１１を集合してケーブル化している。図２は光ファイバリボン芯線２２を集合して製造した光ファイバケーブルの一例を断面で示す図である。光ファイバケーブル２１は、光ファイバリボン芯線２２と、抗張力体２３と、スロット２４と、溝２５と、押さえ巻き２６と、シース２７とを備えている。ここで、複数の光ファイバリボン芯線２２の集合は、スロット２４に刻まれた螺旋状又は捻回状の溝２５に配設される構造を備えている。

この光ファイバリボン芯線１１では帯状に並べた４本の光ファイバ芯線１２の外周を外被１３として紫外線硬化樹脂を用いている。紫外線硬化樹脂以外の外被１３としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等も使用することができる。

ここで帯状に並べた光ファイバ芯線１２の周囲を被覆して一体化するリボン樹脂１３として紫外線硬化樹脂を用いる場合、その製造工程の初期の段階でリボン樹脂１３は液状である。液状のリボン樹脂を並列させた光ファイバに塗布し、所定のサイズのダイスを通して紫外線ランプで硬化させて、所望の形状、サイズの光ファイバリボン芯線１１を得る。

この紫外線ランプによるリボン樹脂１３の硬化過程で、樹脂は自身の反応熱で温度が上昇し、体積が膨張しながら硬化する。硬化完了後、リボン樹脂１３は徐々に室温と平衡に達するが、その過程でリボン樹脂１３の体積は収縮し、それにより光ファイバ芯線１２に対して収縮応力を与える。この応力は光ファイバリボン芯線１１の各断面で一定であり、かつ長手方向に固定されるため、光ファイバリボン芯線１１の各断面で生じるＸ偏波モードとＹ偏波モードの伝播速度の差は長手方向でランダマイズされることなく蓄積し、光ファイバリボン芯線１１の偏波モード分散は高くなる。

本発明者らは上記のリボン樹脂１３が光ファイバ芯線１２に対して与える収縮応力が偏波モード分散を高くしている要因であることに着目し、鋭意検討を重ねた結果、リボン樹脂１３のガラス転移温度が８０〜１３０℃である樹脂を用いることによって収縮応力を低く抑えることができ、かつ光ファイバリボン芯線１１に要求される強靭さ及び単芯分割性を兼ね備えた光ファイバリボン芯線を得ることができることを見出した。

即ち、樹脂の硬化過程で温度が上昇したリボン樹脂は百数十度に達するため、最高到達温度はリボン樹脂のガラス転移温度を上回っている。紫外線硬化樹脂を含む樹脂材料はガラス転移温度以上の温度域ではゴム状態で、温度変化に伴う体積の膨張／収縮率は、ガラス状態であるガラス転移温度以下の温度域でのそれのおよそ３倍である。従って、ガラス転移温度が高い樹脂の場合、百数十度まで上昇して硬化が完了し、その後、室温まで冷却して行く過程で、収縮率が大きいゴム状態でいる時間が短く、ガラス転移温度が低い材料と比較して収縮量が小さくなる。これらの観点から、リボン樹脂１３の収縮応力を小さく抑え、偏波モード分散を低減するためのリボン樹脂材としてはガラス転移温度の高い樹脂が好ましい。

但し、樹脂のガラス転移温度は樹脂の硬度や強靭性とある程度関連しており、あまり高いとリボン樹脂が硬く脆くなって、少しの外力を受けただけでリボン樹脂層が壊れ、光ファイバリボン芯線としての形状を維持することが難しくなる場合が多い。また光ファイバリボン芯線に要求される被覆除去性や単芯分割性を満足する上でも、硬く脆い樹脂はリボン樹脂層が簡単に壊れてしまうため、リボン樹脂層の一括除去が困難になり好ましくない。一方、ガラス転移温度が低く、リボン樹脂のヤング率が低い場合は、リボン樹脂の粘着性が比較的高くなり、単芯分割の際に着色層が剥がれたり、リボン樹脂の除去が困難になるという問題が生じる。これらの観点から、偏波モード分散を低減するためのリボン樹脂材として好適な樹脂は、ガラス転移温度が８０〜１３０℃の範囲であり、さらに好適な樹脂は９０〜１２０℃の範囲である。さらにリボン樹脂材に要求される強靭性や被覆除去性、単芯分割性を考慮して、上記のガラス転移温度の範囲でありかつヤング率が８００〜２，５００ＭＰａの範囲のリボン樹脂材が好ましく、さらに好適な範囲は１，０００〜２，３００ＭＰａの範囲である。さらに平衡弾性率が４０〜７０ＭＰａの範囲であるリボン樹脂材が好ましい。

上記紫外線硬化樹脂の一例としては、光重合性プレポリマー、光重合性モノマーおよび光重合開始剤からなり、光重合性プレポリマーとして、ウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリオールアクリレート樹脂、ブタジエンアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、シリコンアクリレート系樹脂などがあげられる。また、光重合用モノマーとしては、ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート等があげられる。さらに、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン系化合物、アシルフォスフィンオキシド系化合物、アセトフェノン系化合物があげられる。

前述のような紫外線硬化樹脂の配合を処方する際には、光重合用モノマーの光重合プレポリマーに対する相溶性や配合比を変えることや、多官能性光重合用モノマーを配合することや、重合度（分子量）の異なる複数の光重合プレポリマーをブレンドする等によって、ある程度、ヤング率やガラス転移温度を所望の値にコントロールすることが可能である。例えば、特開２００４−３５４８８９ではエチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート等の２官能モノマーの配合量を増やすことで、ヤング率を大きくする方法が開示されている。また、特開平１１−０１１９８６では、平均分子量の異なるポリウレタンオリゴマーのブレンド比を変えることで、ガラス転移温度とヤング率をコントロールする方法について開示されている。

尚、上記は紫外線硬化樹脂を適用した場合についての説明であるが、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を使用する場合においてもリボン樹脂１３で収縮応力が発生する作用は同じであり、リボン樹脂材に要求されるガラス転移温度はやはり同様の範囲であることが好ましい。

（実施例）
本実施例では、外径１２５μｍの石英系ガラスファイバ１４の上に、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂からなる柔らかい１次被覆層１５と硬い２次被覆層１６の２種の層で構成される保護被覆層を被覆して紫外線硬化し、更にその上に紫外線硬化型着色材を塗布して着色層１７を形成して紫外線硬化し、外径２５０μｍの光ファイバ芯線１２を製造した。そして、この光ファイバ芯線１２の４本を帯状に並べ、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂であるリボン樹脂１３によって一括被覆し幅１．０５ｍｍ、厚さ０．２７ｍｍの光ファイバリボン芯線１１を製造した。

このようにして製造した光ファイバリボン芯線１１の偏波モード分散の評価結果及び単芯分割性及び外観の評価結果、さらにリボン樹脂１３のガラス転移温度及びヤング率の評価結果等を表１に示す。表１における各特性の測定方法は以下の通りである。

光ファイバリボン芯線の偏波モード分散の測定は、１ｋｍの光ファイバリボン芯線を直径３０ｃｍのコイル状に束ね、４本の光ファイバそれぞれについてジョーンズマトリックス法によって測定した。そして、４本の光ファイバの偏波モード分散の値の平均値を、その光ファイバリボン芯線の偏波モード分散値とした。

尚、波長多重通信における通信容量の大容量化に資する光ファイバリボン芯線としては偏波モード分散値は０．２ｐｓ／ｋｍ^1/2以下が好ましく、さらに好ましい範囲は０．１ｐｓ／ｋｍ^1/2以下である。

単芯分離性の評価は光ファイバリボン芯線１１を室温状態でリボン樹脂１３を手で除去したとき、リボン樹脂１３がきれいに光ファイバ芯線１２から剥がれるかどうかを評価した。評価の対象とした光ファイバリボン芯線の長さは２００ｍｍで、その中芯部分から１００ｍｍを除去する際の様子や所要時間を基準に判定する。光ファイバ芯線１２にリボン樹脂１３のカスが残ったり、着色剥がれや除去が困難な場合は不合格となる。また、リボン樹脂１３は除去に際して容易かつ連続的に除去できることが望ましい。従って、除去に際してリボン樹脂１３が途切れがちで所定長の除去に時間がかかる場合も不合格となる。

外観の評価は次のように行う。ドラムに巻き取られた光ファイバリボン芯線１１を別のドラムに巻き取る作業を行い、その際に光学式の寸法測定器によって全長の厚さのバラツキを測定する。厚さを示す振幅が２０μｍを越えた部位を目視で確認し、リボン層の亀裂の有無を確認する。亀裂が確認された場合は不合格となる。

次にガラス転移温度、平衡弾性率の測定方法について述べる。ガラス転移温度、平衡弾性率の測定方法は、動的粘弾性測定器（セイコーインスツル（株）製のＤＭＳ６１００）を用い、周波数１Ｈｚで温度分散を−１００〜２００℃の温度範囲で測定し、損失正接が最大となる温度をガラス転移温度とする。さらに２００℃での弾性率（Ｇ）を平衡弾性率とする。測定用の試料は光ファイバリボン芯線１１から剃刀刃により切り出したものを用い、試料長さ３０ｍｍで測定する。

ヤング率の測定は以下のようにして行う。まず、光ファイバリボン芯線１１からリボン樹脂１３を剃刀刃により切り出したものを用い、試料長さ４０ｍｍの試料片とする。ＪＩＳ Ｋ７１１３に規定される試験方法に準じて、上記試料片を用いて、標線間距離２５ｍｍ、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で引っ張る。このとき２．５％伸び時における引っ張り強さから引張割線弾性率を算出する。尚、引張割線弾性率の算出に当たって、試料片の断面積が必要であるが、これは光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で試料片断面を観察し、この観察画像をコンピュータに取り込んで、画像解析ソフトウェアを用いて断面積を測定する。

実施例１〜１８においては、光ファイバリボン芯線のリボン樹脂が８０〜１３０℃の範囲のガラス転移温度を有し、偏波モード分散の評価を行った結果、いずれも良好であった。
一方、比較例１、２においてはガラス転移温度が高く１２０℃を越えており、リボン樹脂が硬く脆くなってしまっている。そのため、偏波モード分散は良好であるが、外観に亀裂が確認されている。
比較例３，４ではガラス転移温度が８０℃を下回っているため、偏波モード分散が０．２ｐｓ／ｋｍ^1/2以上になってしまっている。

さらに上記光ファイバリボン芯線を集合して製造した光ファイバケーブルについても評価した。その結果を表２に示す。
尚、評価に供した光ファイバケーブルは１００芯のＳＺケーブル、即ち、図２に図示するように、上記４芯の光ファイバリボンを５枚積層して落とし込んだ溝が５つあるケーブルである。また、上記光ファイバケーブルの偏波モード分散評価については、１ｋｍの光ファイバケーブルを直径１．０ｍのドラムに巻き取り、ジョーンズマトリクス法によって測定した。光ファイバケーブルの偏波モード分散値としては測定した１００芯の光ファイバの偏波モード分散値の最大値とした。

実施例８〜１１において、光ファイバケーブルに好適な光ファイバリボンを集合して製造した結果、いずれも良好なであった。
一方、比較例９〜１１においては、偏波モード分散値が０．２ｐｓ／ｋｍ^1/2を上回る光ファイバリボン芯線を集合して製造した結果、光ファイバケーブルの偏波モード分散はやはりいずれも０．２ｐｓ／ｋｍ^1/2以上となってしまっている。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態にかかる光ファイバリボン芯線の一実施形態を示す断面図である。 光ファイバリボン芯線２２を集合して製造した光ファイバケーブルの一例を断面で示す図である。

符号の説明

１１…光ファイバリボン芯線
１２…光ファイバ芯線
１３…リボン樹脂
１３…被覆層
１４…石英系ガラスファイバ
１５…１次被覆層
１６…２次被覆層
１７…着色層
２１…光ファイバケーブル
２２…光ファイバリボン芯線
２３…抗張力体
２４…スロット
２５…溝
２６…押さえ巻き
２７…シース

Claims (6)

1. 光ファイバと前記光ファイバのクラッドの外周に設けられた被覆層を有し、束状にされた複数の光ファイバ芯線と、前記複数の光ファイバ芯線を一体化するように前記複数の光ファイバ芯線の周囲に形成された外被を備えた光ファイバリボン芯線において、前記外被のガラス転移温度が８０〜１３０℃の範囲内であることを特徴とする光ファイバリボン芯線。
2. 請求項１に記載の光ファイバリボン芯線において、前記外被のガラス転移温度が９０〜１２０℃の範囲内であることを特徴とする光ファイバリボン芯線。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光ファイバリボン芯線において、前記外被のヤング率が８００〜２，５００Ｍｐａの範囲であることを特徴とする光ファイバリボン芯線。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバリボン芯線において、前記外被のヤング率が１，０００〜２，３００ＭＰａの範囲であることを特徴とする光ファイバリボン芯線。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光ファイバリボン芯線において、前記外被の平衡弾性率が４０〜７０ＭＰａの範囲であることを特徴とする光ファイバリボン芯線。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複数の光ファイバリボン芯線を集合して構成されたことを特徴とする光ファイバケーブル。

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