JP2007334111A - 光ファイバ、およびそれを用いた光ファイバ心線 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバに水分が浸透した場合においてもガラス光ファイバと軟質被覆層界面での剥離を抑制でき、これによる伝送損失の増加を起きにくくする。
【解決手段】ガラス光ファイバの外周に少なくともヤング率が３Ｍｐａ以下の軟質被覆層とヤング率が５００Ｍｐａ以上の硬質被覆層を被覆した光ファイバにおいて、前記軟質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｐ１、Ｃ_ｐ２・・・Ｃ_ｐｎ、半径をｒ_ｐ１、ｒ_ｐ２・・・ｒ_ｐｎ、前記硬質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｓ１、Ｃ_ｓ２・・・Ｃ_ｓｎ、半径をｒ_ｓ１、ｒ_ｓ２・・・ｒ_ｓｎとしたとき前記軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐ＝Ｃ_ｐ１×ｒ_ｐ１＋Ｃ_ｐ２×ｒ_ｐ２＋・・・＋Ｃ_ｐｎ×ｒ_ｐｎと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓ＝Ｃ_ｓ１×ｒ_ｓ１＋Ｃ_ｓ２×ｒ_ｓ２＋・・・＋Ｃ_ｓｎ×ｒ_ｓｎがＲ_ｐ>Ｒ_ｓの関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ心線に関するものである。特に、光ファイバの被覆樹脂を適正化することにより、伝送損失の増加を抑制した光ファイバに関するものである。

光ファイバは、光ファイバの強度劣化を防ぐために、線引き後のガラス光ファイバにすぐに被覆を施す方法により製造される。一般的には軟質被覆層と硬質被覆層の２層の被覆層が設けられる。ガラス光ファイバを直接被覆する軟質被覆層には、外力の影響がガラスに伝わらないようにするため、ヤング率３ＭＰａ以下の軟質の樹脂が使用される。一方、軟質被覆層上に施される硬質被覆層には、外力から保護するため、ヤング率５００ＭＰａ以上の硬質の樹脂が用いられている。

また、光ファイバは一般的には光ファイバの外周にさらに押出し被覆層を被覆し、光ファイバコードや、光ファイバケーブルとして使用される。
光ファイバケーブルには様々な構造のものがあるが、光ファイバの外周に、着色層を施した光ファイバ着色心線とし、さらにこれを複数本平面状に平行に配列してテープ層となる紫外線硬化型樹脂で一括被覆して光ファイバテープ心線とし、この光ファイバテープ心線をケーブルの中に収容したリボンスロット型の光ファイバケーブルが、広く用いられている。
なお、本明細書において、光ファイバの外周に着色層を施したものを光ファイバ心線と呼ぶ。

これらの光ファイバコードあるいは光ファイバケーブルに使用される光ファイバ心線あるいは光ファイバテープ心線を水に浸漬した場合、各被覆層の層間あるいはガラス光ファイバと軟質被覆層間に剥離を生じることがある。これが原因で光ファイバにマイクロベンドが生じ、伝送損失が増加することがある。

このため、各被覆層の材質を吟味すること、とりわけ軟質被覆層とガラス光ファイバの間の十分な接着性を確保するために多大な努力がなされている。
しかし、従来のような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る。

これらの手法を用いたものとしては、たとえば、光ファイバの被覆樹脂層の吸水率を規定することで伝送特性を良好に保つ方法が特許文献１に開示されている。
また、着色層の吸水率を低下させ、光ファイバに到達する水分をより少なくする方法が、特許文献２に開示されている。

特開２００２−１２２７６１号公報 特開２００２−３７２６５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法によれば、光ファイバの保管状態を管理することで光ファイバの吸水率を低く保ち、被覆中に含まれる水分によって発生する発泡を抑止し、水圧特性、低温特性の低下を防止するとあるが、光ファイバを水に浸漬した場合、光ファイバに水分が到達して発生するマイクロベンドによる損失増加を防ぐ有効な手段とはなり得ない。
また、特許文献２に記載の方法であっても、光ファイバを水に浸漬した場合に光ファイバに到達する水分を完全に遮断することはできないため、浸漬条件によってはマイクロベンドによる損失増加が発生してしまう。
以上のように、光ファイバの伝送損失の増加を抑制する極めて有効な手段が得られていないのが現状である。

本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、本発明の請求項１記載の光ファイバは、ガラス光ファイバの外周に少なくともヤング率が３Ｍｐａ以下の軟質被覆層とヤング率が５００Ｍｐａ以上の硬質被覆層を被覆した光ファイバにおいて、前記軟質被覆層の少なくとも１つが前記ガラス光ファイバ表面上に被覆され、且つ前記軟質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｐ１、Ｃ_ｐ２・・・Ｃ_ｐｎ、半径をｒ_ｐ１、ｒ_ｐ２・・・ｒ_ｐｎ、前記硬質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｓ１、Ｃ_ｓ２・・・Ｃ_ｓｎ、半径をｒ_ｓ１、ｒ_ｓ２・・・ｒ_ｓｎとしたとき前記軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐ＝Ｃ_ｐ１×ｒ_ｐ１＋Ｃ_ｐ２×ｒ_ｐ２＋・・・＋Ｃ_ｐｎ×ｒ_ｐｎと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓ＝Ｃ_ｓ１×ｒ_ｓ１＋Ｃ_ｓ２×ｒ_ｓ２＋・・・＋Ｃ_ｓｎ×ｒ_ｓｎがＲ_ｐ>Ｒ_ｓの関係を満たすことを特徴とする。

このようにしてなる本発明の請求項１記載の光ファイバによれば、軟質被覆層の膨張力により、ガラス光ファイバと軟質被覆層界面での接着性に依存せず、層間の剥離を抑え込み、ひいてはマイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制することができる。

本発明の請求項２記載の光ファイバは、請求項１記載の光ファイバにおいて、軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐと硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓの差が、５以上であることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項２記載の光ファイバによれば、前述した請求項１記載の光ファイバにおける作用効果を確実に得ることができる。

本発明の請求項３記載の光ファイバは、請求項１または２記載の光ファイバにおいて、軟質被覆層と硬質被覆層はそれぞれ１層からなることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項３記載の光ファイバによれば、マイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制した光ファイバが低コストで実現できる。

本発明の請求項４記載の光ファイバは、請求項１または２記載の光ファイバにおいて、軟質被覆層は２層からなり、前記硬質被覆層は１層からなることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項４記載の光ファイバによれば、２層目の軟質被覆層と硬質被覆層の吸水率の差を調整することなく、比較的容易にマイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制した光ファイバとすることができる。

本発明の請求項５記載の光ファイバは、軟質被覆層のうち最も内側の軟質被覆層の厚さは３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項５記載の光ファイバによれば、マイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制し、かつ信頼性の高い光ファイバが比較的容易かつ低コストで実現できる。

本発明の請求項６記載の光ファイバは、請求項１〜５のいずれか１に記載の光ファイバにおいて、軟質被覆層のうち、最も内側の軟質被覆層の吸水率調整用添加剤としてポリオールあるいはポリオール混合物を用いたことを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項６記載の光ファイバによれば、軟質被覆層における吸水率を容易に大きくすることができ、ガラス光ファイバと軟質被覆層界面での剥離を効果的に抑えることができる。

本発明の請求項７記載の光ファイバは、請求項６に記載の光ファイバにおいて、ポリオールとしてポリエチレングリコールを用いたことを特徴とする。
また、本発明の請求項８記載の光ファイバは、前記ポリエチレングリコールの分子量が２００以上であることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項７および８記載の光ファイバによれば、前述した請求項６記載の光ファイバにおける作用効果を確実に得ることができる。

本発明の請求項９記載の光ファイバ着色心線は、請求項１〜８のいずれか１に記載の光ファイバに着色層を被覆してなることを特徴とする。
また、本発明の請求項１０記載の光ファイバテープ心線は、請求項９記載の光ファイバ着色心線を複数本平面状に平行に配列し、一括被覆したことを特徴とする。
このようにしてなる本発明の請求項９に記載の光ファイバ着色心線および本発明の請求項１０に記載の光ファイバテープ心線によれば、マイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制した光ファイバ着色心線および光ファイバテープ心線が実現できる。

本発明によれば、光ファイバを水に浸漬し、水分が被覆層を通して浸透した場合においてもガラス光ファイバと軟質被覆層界面での剥離を抑制できる。これにより、マイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の光ファイバの一実施例の断面図を図１および図２に示す。本発明の光ファイバはガラス光ファイバ１の外周にヤング率が３ＭＰａ以下の軟質被覆層２、３とヤング率が５００ＭＰａ以上の硬質被覆層４が被覆されている。
図１は軟質被覆層および硬質被覆層がそれぞれ１層からなるものを示し、図２は軟質被覆層が２層からなり硬質被覆層が１層からなるものを示す。軟質被覆層および硬質被覆層は何層からなっていてもよいが、製造コストや歩留まりを考慮すると層の数は一般的には少ない方がよい。
本発明の光ファイバにおける軟質被覆層および硬質被覆層としては主に紫外線硬化型の樹脂組成物（以下、単にＵＶ樹脂という）が用いられ、硬化速度の観点からウレタン−アクリレート系やエポキシ−アクリレート系のオリゴマーを主成分としたものが最適である。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、光ファイバに水分が浸透してきた場合に、ガラス光ファイバと軟質被覆層界面での剥離を抑制し、マイクロベンドによる伝送損失の増加を起きにくくすることは、光ファイバの軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒｓより大きくすることで達成できることが明らかとなった。これを実現するためには、軟質被覆層の吸水率を硬質被覆層より大きくする必要があり、たとえば軟質被覆層の吸水量を硬質被覆層よりも高くする、または、軟質被覆層の溶出量を硬質被覆層より低くすることで実現できる。

尚、本明細書における光ファイバ被覆層の吸水率は、ＪＩＳ Ｋ７２０９Ａで規定されている以下の吸水率Ｃを採用する。
吸水率Ｃ＝（ｍ₂−ｍ₁）／ｍ₁×１００（％） ・・・（１）
ここで、ｍ₁は初期乾燥後の浸漬前の試験片質量(mg)であり、ｍ₂は浸漬後の試験片質量(mg）である。また、試料は３５μm厚のフィルム状とし、水浸漬条件を６０℃×２４時間とした。
また、同様に吸水量は（１）式のｍ₂−ｍ₁で現される値である。

これは以下の原理によるものと推定される。
光ファイバに水分が到達した場合、次のような二つの作用が競合する。
一つは吸水により被覆層が膨張する作用である。この際、一般に広く光ファイバに用いられている軟質被覆層材と硬質被覆層材とでは分子間の密度が軟質被覆層材の方が小さいため、吸水量に大きな差ができ、ほとんどの場合軟質被覆層の吸水量の方が高く、膨張率も大きい。そのため、硬質被覆層によって封止されている軟質被覆層は硬質被覆層から圧縮応力を受けることになる。

もう一方は、溶出により被覆層が収縮する作用である。一般に広く光ファイバに用いられている被覆材では、前記と同様の理由で、ほとんどの場合軟質被覆層材からの溶出量は硬質被覆層材より多い。このため、軟質被覆層の方が溶出分による収縮率が大きく、硬質被覆層を内側に引っ張る形になる。しかし前述したように、軟質被覆層は一般的に３ＭＰａ以下の柔らかい材料である一方、硬質被覆層は５００ＭＰａ以上の固い材料であるため、硬質被覆層は内側に引っ張られる分、元に戻ろうとする力を発生させる。これがガラス光ファイバと軟質被覆層との間での引き剥がし力に転化する。この引き剥がし力がガラス光ファイバと軟質被覆層との間での接着力を上回ったとき剥離が生じる。

ここで、溶出による収縮力が勝った場合は、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間に剥離が生じ、マイクロベンドによる伝送損失の増加が生じるのだが、逆に吸水による膨張力が勝った場合には、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間の剥離を抑え込み、ひいてはマイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制することができるものと考えられる。

上記の推定をさらに詳細に説明するために、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間、あるいは軟質被覆層と硬質被覆層との間で作用する応力を推定する方法について述べる。 光ファイバの被覆層で発生する応力は、被覆層を無限長の厚肉二重円筒であると仮定し、そこに生じる内圧と考えることで推定できる。内外圧を受ける厚肉二重円筒の変位量を求める式は下記のように与えられる。

ここで、u：半径方向変位量、E：被覆材料の緩和弾性率、ν：ポアソン比、ｒ_i：円筒の内半径、ｒ_o：円筒の外半径、P_i：円筒にかかる内圧、P_o：円筒にかかる外圧、である。

複雑な系としてではなく、被覆層単体に発生する応力を推定する場合、（２）式で、個々の被覆層に発生する応力は全て内側界面に作用すると仮定すると、P_o＝０となる。
上記の仮定を元に、（２）式を変形し、内圧＝界面での応力P_iを求める式に変換していくと次のようになる。

光ファイバの被覆層が層間剥離を起こしやすいかどうかは、被覆層の半径方向変位量（ｕ）、緩和弾性率（Ｅ）及びポアソン比（ν）と設計項目（ｒ_i、ｒ_o等）を求め、それらの数値を（３）式に代入することで推定することができる。即ち、（３）式で求められるＰ_iが正の値の場合、円筒が受ける内圧は界面が外側に向かって膨張しようとする力であり、界面を引き剥がそうとする力である。逆に負の場合は界面が内側に収縮しようとする力、即ち圧縮応力が働こうとしていることが推定できる。さらに、数値の大小を比較することで、どの被覆材料が剥離をより起こしやすいかということを判定する目安にもなる。

ここで、被覆層が吸水または溶出によって膨張、収縮することで発生する応力についてガラス光ファイバ表面上に軟質被覆層が被覆され、さらにその外周に硬質被覆層が被覆された２層被覆光ファイバを例に挙げて考察する。
２層被覆光ファイバでは軟質被覆層と硬質被覆層に発生する界面での応力は、（３）式を用いて、それぞれ次のように表すことができる。

ここで、Ｐ_pは軟質被覆層の内側界面に発生する応力、Ｐ_sは硬質被覆層の内側界面に発生する応力、ｕ_pは軟質被覆層の半径方向変位量、ｕ_sは硬質被覆層の半径方向変位量、Ｅ_pは軟質被覆層の緩和弾性率、Ｅ_sは硬質被覆層の緩和弾性率、ｒ_gはガラス光ファイバの半径、ｒ_pは軟質被覆層半径、ｒ_sは硬質被覆層半径、ν_pは軟質被覆層のポアソン比、ν_sは硬質被覆層のポアソン比である。なお、前記半径方向変位量が正の符号である場合は、半径が増加、即ち外側に膨らむことを意味し、負の符号の場合は半径が減少、即ち内側に収縮することを意味する。
ここで、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間に圧縮応力が作用するために必要な条件は、
Ｐ_p＋Ｐ_s<０ ・・・（６）
の場合である。

吸水率によるガラス光ファイバと軟質被覆層との間に生じる応力を推定する場合、ｕ_pまたはｕ_sを除く項目は全て一定値として与えられ、なおかつ全て正の値である。なぜならば、ほとんどの有機高分子材料のポアソン比は０．５を超えないことが知られているからである。さらに、軟質被覆層と硬質被覆層のそれぞれの役割から、Ｅ_sはＥ_pに比べて１００倍以上大きい。従って、Ｐ_p≪Ｐ_sとなり、事実上ｕ_s<０であることがガラス光ファイバと軟質被覆層との間に圧縮応力が作用するための必要条件となる。

ここで、ｕ_sをさらに詳細に記述すると次のようになる。
ｕ_s＝Ｃ_s・ｒ_s−Ｃ_p・ｒ_p ・・・（７）
ここで、Ｃ_s、Ｃ_pはそれぞれ硬質被覆層と軟質被覆層の吸水率によって与えられる半径方向の膨張率で、吸水率の平方根に比例する数字である。なぜならば、無限長の厚肉円筒＝被覆層の微小断面での体積変化では、長手方向の変位量は無視し得るほど小さいからである。
（７）式より、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間に圧縮応力が作用するための必要条件は、
ｕs＝Ｃ_s・ｒ_s−Ｃ_p・ｒ_p<０ 即ち Ｃ_s・ｒ_s<Ｃ_p・ｒ_p ・・・（８）
である。

（８）式より、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間で圧縮応力を生じさせ、それにより剥離の生成を抑制させるためには、軟質被覆層の吸水率と軟質被覆層の半径の積が、硬質被覆層の吸水率と硬質被覆層の半径の積よりも大きいことが必要なことが導出された。以上の考察から、以降では被覆層の吸水率とその半径の積を応力指数と定義し、軟質被覆層及び硬質被覆層での応力指数をそれぞれＲ_p、Ｒ_sと記述することとする。尚、応力指数の算出に当たっては、Ｃ_ｐ、Ｃ_ｓは軟質被覆層及び硬質被覆層の吸水率をそれぞれ重量％で表した数値を、ｒ_ｐ、ｒ_ｓは軟質被覆層及び硬質被覆層の半径をそれぞれμmで表した数値を用いて計算された結果によって与えられるものとする。

さらに、発明者らは軟質被覆層の吸水率を調整する手法についても鋭意検討を重ね、次のような手法を見出すに至った。
軟質被覆層に水分が浸透してきた際、軟質被覆層に水分を留めおくことで軟質被覆層の吸水率を硬質被覆層よりも高く保持することができる。そこで、発明者らは水に親和性の高いアルコール類に着目した。アルコール性水酸基を有する化合物は、他の親水性官能基を有する化合物と比べて水に対する親和性が相対的に高く、主骨格の分子量を高くしてやることで被覆層を構成する樹脂材質とも親和性を付与することができる。一方、アルコール性水酸基を有する化合物は水に対して易溶であるため、溶出成分ともなりうる。しかし、これも主骨格の分子量を高くし、被覆層材質との絡み合いを多くすることで、被覆層材質中に留めおくことが可能となる。このような化合物はポリオールと総称され、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオールおよびその他のポリオールを挙げることができる。これらのポリオールは単独で、あるいは２種以上を組合せて使用することができる。これらのポリオールの構造単位の重合様式には特に制限はない。ランダム重合、ブロック重合およびグラフト重合のいずれであってもよい。さらに、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、他のポリプロピレングリコール、他のポリプロピレングリコール−エチレングリコール共重合体、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール、ポリヘプタメチレングリコール、ポリデカメチレングリコール等が使用可能である。

さらに、吸水率を高く保持するという観点からは、一分子中に複数のアルコール性水酸基を保有する成分の方が、ベース組成に対して少量の添加量でも吸水率を高く保持できるため好ましい。このような観点から、上記したポリオールの中でもグリコール類として挙げられるポリエチレングリコール、他のポリプロピレングリコール、他のポリプロピレングリコール−エチレングリコール共重合体、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール、ポリヘプタメチレングリコール、ポリデカメチレングリコール等が本発明の用途としては好適であり、さらに入手の容易さや価格の点から、工業用途としてはポリエチレングリコールが最適である。

上記のようなポリオールの添加量については、ベース組成１００重量部に対して、０．１〜１０重量部を添加することが好ましく、添加量を段階的に増加させることで吸水率を変化させることができる。さらに各種グリコール等の多価アルコールの場合には０．１〜５重量部の添加量でも十分、吸水率を高くする効果を有する。尚、これらポリオールの添加量は、ガラス光ファイバを被覆保護する役割を果たす樹脂層に要求される機械特性を損なわない程度の添加量で、かつ所望の吸水率に達することが要求される。最適な添加量は個々の光ファイバまたは樹脂材の特性によって異なるため、個々のケースに従って調整することが望まれる。

本発明で明らかとされたポリオールの効果は、主鎖の分子量が高い方が効果は高い。図を用いた前記の説明の通り、アルコール性水酸基を有する成分は吸水率を高める一方、自身が溶出成分となって、溶出量を多くし、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間に引き剥がし力を発生させる要因になり得る。このような所望の効果と逆の効果は、上記したように、ポリオールの主鎖の分子量を高くすることで避けられる。主鎖の分子量が長いと、被覆層を形成する樹脂の高分子骨格との絡み合いが増し、容易に水に対して溶け出すことができなくなるからである。即ち、競合する二つの効果に対して、ポリオールの分子量を高くすることで、吸水量が増し、溶出量が下がる方に大きくシフトさせることができるからである。

上記のような、高分子骨格との絡み合いが増すのは分子量が２００以上のポリオールが効果的で、２５０以上になるとさらに好適である。
但し、ポリオール等のアルコール分子が被覆層を構成する樹脂の高分子骨格に留め置かれる効果は分子量のみに依存するわけではなく、アルコール類の構造中に側鎖官能基が存在し、それらと被覆層樹脂の高分子骨格が相互作用するような場合には、分子量が１５０以下のアルコール類でも吸水率を高める効果を有することは十分に予想される。

また、ガラス光ファイバと軟質被覆層での剥離を防止する作用を有するもう一つの手法としては、上記軟質被覆層を複数配置し、最も内側の軟質被覆層（以降、１次軟質被覆層と呼ぶ）とガラス光ファイバの密着力を向上させることである。さらに１次軟質被覆層に対しても、ポリオールまたはポリオール混合物を配合することで吸水率を調整し、硬質被覆層からの圧縮力を利用して、ガラス光ファイバとの剥離を効果的に抑止し得る効果を付与することが可能である。

１次軟質被覆層を形成する樹脂組成物としては、主にＵＶ樹脂が用いられ、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間の密着力を改善するためにシランカップリング剤を配合したものが最適である。ここでシランカップリング剤としては、例えばアミノプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

ここで、１次軟質被覆層に吸水率の高い樹脂を配設する利点は、２層目以降の軟質被覆層と硬質被覆層の吸水率の差がいくつのものであっても、１次軟質被覆層の吸水率を高く調整しておくことで、ガラス光ファイバと軟質被覆層の剥離を効果的に抑止し得ることにある。即ち、２層目以降の軟質被覆層と硬質被覆層の吸水率の差を調整することなく、比較的容易にマイクロベンドによる伝送損失の増加を抑制した光ファイバを製造することができる。

また、１次軟質被覆層の厚さは２層目以降の軟質被覆層の厚さの合計よりも薄いことが望ましい。これは以下の理由による。
ガラス光ファイバと１次軟質被覆層との間の密着力を改善するに当たっては、シランカップリング剤の配合が最も効果的な手法として知られている。シランカップリング剤は、密着力の改善を図るために軟質被覆層を構成する被覆材に対してある一定割合以上の配合量を必要とするが、軟質被覆層を構成する成分の中では比較的高価で必要量を配合することで材料コストを押し上げてしまう。さらに、シランカップリング剤自体が樹脂成分と結合することで被覆の硬化性を低下させたり、架橋密度を低下させたりすることがあるため、信頼性を損なう場合がある。しかるに、１次軟質被覆層の厚さを２層目以降の軟質被覆層の厚さの合計よりも薄く配設することにより、良好な密着力を有し、かつコストを低く抑え、信頼性を確保できる光ファイバを形成することができる。このような観点から、１次軟質被覆層の厚さは最大で１０μｍ以下が好ましい。

一方、軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより大きくすることで発現するガラス光ファイバと軟質被覆層との間の剥離を効果的に抑止し得る作用は、１次軟質被覆層の厚さの増加に伴って大きくなる。したがって、一定以上の作用、効果をもたらすためには、１次軟質被覆層の厚さは３μｍ以上が好ましい。従って、１次軟質被覆層の好適な被覆厚は３μｍ以上１０μｍ以下である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
表１に示す光ファイバ１〜６を作製した。これらは、図１に示すような軟質被覆層と硬質被覆層をそれぞれ１層ずつ有する２層構造のシングルモード光ファイバである。それぞれの光ファイバの軟質被覆層２には、表１に示すベース組成を記載した量（重量部）で組み合わせたものを用い、さらに吸水率調整添加剤としてそれぞれ異なるポリオールを添加した。表１のポリオールの添加量は、該ベース組成１００に対する部数を示す。また、硬質被覆層４には、吸水率２．０の被覆材を利用した。尚、光ファイバにおけるガラス光ファイバ１の外径は約１２５μｍ、軟質被覆層２の外径は約２００μｍ、硬質被覆層４の外径は約２５０μｍとした。

さらにこれらの光ファイバに対し、浸水試験後のガラス光ファイバと軟質被覆層との間での剥離性（剥離率）、及び６０℃の温水に１５日間浸漬した後の伝送損失増加量を評価した。評価条件の詳細を以下に示す。
［ガラス光ファイバ／軟質被覆層との間の剥離率］
６０℃の温水に６０日浸漬したファイバから５ｃｍを切り出し、顕微鏡で観察する。観察長に対して、剥離箇所の長さと個数から剥離箇所の面積を求め、光ファイバの全面積に対する割合を剥離率（％）と定義した。尚、剥離箇所は円形もしくは楕円形で成長するので、個々の形状に応じて円形状もしくは楕円形状で面積を算出し、積算して剥離箇所の面積とした。
［６０℃×１５日温水浸漬後の伝送損失増加量］
６０℃の温水に１５日間浸漬し、浸漬前の光ファイバの伝送損失に対する浸漬後の光ファイバの伝送損失増加量を波長１５５０ｎｍで測定した。

評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールのようなポリオール類を少量配合することにより、ポリオールを配合しないものに比べて、光ファイバの軟質被覆層における吸水率を調整し、硬質被覆層よりも吸水率を大きくし、軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより大きくすることで効果的にガラス光ファイバと軟質被覆層界面での剥離を抑えることが可能となる。一方、分子量の低いアルコール、ジオール類の場合には、吸水量を増加させる効果は有するものの、一方では自身が溶出成分となって、軟質被覆層の溶出量を硬質被覆層よりも極端に多くしてしまい、結果として、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間の剥離を助長する作用をもたらすようになってしまう。
さらにポリオールの分子量に着目すると、分子量が高いポリプロピレングリコールでは、相対的に分子量が低いポリエチレングリコールＡ及びＢに比べて少ない配合量で同等以上の効果を発揮している。これらの結果より、ポリオールの分子量が軟質被覆層の吸水率を調整する上で一つの重要な因子であることが明らかである。

［実施例２］
次に、表２に示す光ファイバ７〜１０を作製した。これらは図２に示すように、軟質被覆層を２層、硬質被覆層を１層有する３層構造のシングルモード光ファイバである。１次軟質被覆層２には、表２に示すベース組成を記載した量（重量部）で組み合わせたものを用い、さらに吸水率調整添加剤としてそれぞれ異なるポリオールを添加した。表２のポリオールの添加量は、該ベース組成１００に対する部数を示す。また、２層目の軟質被覆層３（以降、２次軟質被覆層３と呼ぶ）には表１に記載の光ファイバ４の軟質被覆層と同じ樹脂組成物を用いた。また、硬質被覆層４には、吸水率２．０の被覆材を利用した。尚、光ファイバにおけるガラス光ファイバ１の外径は約１２５μｍ、１次軟質被覆層２の外径は約１３０μｍ、２次軟質被覆層３の外径は約２００μｍ、硬質被覆層４の外径は約２５０μｍとした。 さらにこれらの光ファイバに対し、実施例１と同じ条件で浸水試験後のガラス光ファイバと軟質被覆層との間での剥離性及び６０℃温水浸漬１５日後の伝送損失増加量を評価した。

表２から明らかなように、軟質被覆層を２層とし、ポリエチレングリコールのようなポリオール類を少量配合し、軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより大きくし、軟質被覆層とガラス光ファイバ界面の密着力を改善する効果を付与した１次軟質被覆層を配設した光ファイバでは、軟質被覆層を１層のみ有する光ファイバに比べて、効果的にガラス光ファイバと被覆層との間での剥離を抑えることが可能となる。
一方、分子量の低いアルコール、ジオール類の場合には、吸水量を増加させ、ガラス光ファイバ上界面での密着力を向上させる効果はを有するものの、一方では自身が溶出成分となって、軟質被覆層の溶出量を多くしてしまい、結果として、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間の剥離を助長する作用をもたらすようになってしまう。

また、表１、表２の結果から、光ファイバのマイクロベンドを防止するためには、光ファイバの軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより大きくする必要があり、軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓの差が、５以上であることが、さらに好ましい。
さらに被覆層の厚さ等の設計値が同じであり、本実施例に用いたシングルモード光ファイバと類似の光ファイバにおいては、応力指数の大小によらず、吸水率の大小をもって、剥離を抑制する効果の大小を比較することができる。したがって、応力指数の計算によらずとも、吸水率の結果をもって簡易的に剥離抑制に効果を有する材料かどうかの判定が可能となる。尚、簡易的な判定をする上での指標として、剥離を効果的に抑制するには軟質被覆層の吸水率の和と硬質被覆層の吸水率の和の差が、０．５質量％以上であることが望ましい。

［実施例３］
次に表１および表２に記載の光ファイバ１、光ファイバ４および光ファイバ７を用いて、図３に示す光ファイバ着色心線を３種類（着色心線１、着色心線２、着色心線３と呼ぶ）、および図４に示す光ファイバテープ心線を３種類（テープ心線１、テープ心線２、テープ心線３と呼ぶ）を作製した。具体的には図３に示すように、硬質被覆層４上にさらに紫外線硬化型樹脂組成物からなる厚さ約５μｍの着色層５を設けて光ファイバ着色心線（以降、単に着色心線と呼ぶ）とし、さらに図４に示すようにこの着色心線８本を平面状に並行に並べ、これに紫外線硬化型樹脂組成物を用いてテープ層６を施し、通常使用されている８心の光ファイバテープ心線（以降、単にテープ心線と呼ぶ）を得た。着色材は識別のために８色（赤、青、白、緑、黄、紫、橙、灰）を用いたが、これらは顔料組成以外は全て同一である。
また、着色心線１、およびテープ心線１には光ファイバ１を、着色心線２、およびテープ心線２には光ファイバ７を、着色心線３、およびテープ心線３には光ファイバ４を用いた。
これらの着色心線及びテープ心線に対して、実施例１と同条件で浸水試験後のガラス光ファイバと軟質被覆層との間での剥離性及び６０℃温水浸漬１５日後の伝送損失増加量を評価した。試験結果を表３に示す。

表３から明らかなように、光ファイバの軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐを硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより大きくし、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間の密着力を改善する効果を付与した軟質被覆層を配設した光ファイバを用いた着色心線やテープ心線では、効果的にガラス光ファイバと軟質被覆層との間の剥離を抑えることが可能となる。
一方、光ファイバの軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐが硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓより小さい光ファイバを用いた着色心線やテープ心線では、ガラス光ファイバと軟質被覆層との間での剥離を抑え込むことができず、剥離を生じて、マイクロベンドによる伝送損失増加を引き起こしている。

以上の結果から、本発明による光ファイバを用いた着色心線、テープ心線においてはガラス光ファイバと軟質被覆層との間での剥離を効果的に抑えることが可能であることが明らかとなった。さらに本発明によるテープ心線を用いた光ファイバケーブルにおいても本発明の効果は非常に大きいことは明らかである。

本発明の光ファイバを示す模式図である。 本発明の光ファイバを示す模式図である。 本発明の光ファイバ着色心線を示す模式図である。 本発明の光ファイバテープ心線を示す模式図である。

符号の説明

１ ガラス光ファイバ
２ （１次）軟質被覆層
３ （２次）軟質被覆層
４ 硬質被覆層
５ 着色層
６ テープ層

Claims (11)

1. ガラス光ファイバの外周に少なくともヤング率が３ＭＰａ以下の軟質被覆層とヤング率が５００ＭＰａ以上の硬質被覆層を被覆した光ファイバにおいて、
   前記軟質被覆層の少なくとも１つが前記ガラス光ファイバ表面上に被覆され、且つ前記軟質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｐ１、Ｃ_ｐ２・・・Ｃ_ｐｎ、半径をｒ_ｐ１、ｒ_ｐ２・・・ｒ_ｐｎ、前記硬質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｓ１、Ｃ_ｓ２・・・Ｃ_ｓｎ、半径をｒ_ｓ１、ｒ_ｓ２・・・ｒ_ｓｎとしたとき、
   前記軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐ＝Ｃ_ｐ１×ｒ_ｐ１＋Ｃ_ｐ２×ｒ_ｐ２＋・・・＋Ｃ_ｐｎ×ｒ_ｐｎと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓ＝Ｃ_ｓ１×ｒ_ｓ１＋Ｃ_ｓ２×ｒ_ｓ２＋・・・＋Ｃ_ｓｎ×ｒ_ｓｎがＲ_ｐ>Ｒ_ｓの関係を満たすことを特徴とする光ファイバ。
2. ガラス光ファイバの外周表面に密接してヤング率が３ＭＰａ以下の軟質被覆層が被覆され、さらにその外周に密接してヤング率が５００ＭＰａ以上の硬質被覆層が被覆された光ファイバにおいて、
   前記軟質被覆層の吸水率をＣ_ｐ１、Ｃ_ｐ２・・・Ｃ_ｐｎ、半径をｒ_ｐ１、ｒ_ｐ２・・・ｒ_ｐｎ、
   前記硬質被覆層の吸水率を内側からＣ_ｓ１、Ｃ_ｓ２・・・Ｃ_ｓｎ、半径をｒ_ｓ１、ｒ_ｓ２・・・ｒ_ｓｎとしたとき、
   前記軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐ＝Ｃ_ｐ１×ｒ_ｐ１＋Ｃ_ｐ２×ｒ_ｐ２＋・・・＋Ｃ_ｐｎ×ｒ_ｐｎと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓ＝Ｃ_ｓ１×ｒ_ｓ１＋Ｃ_ｓ２×ｒ_ｓ２＋・・・＋Ｃ_ｓｎ×ｒ_ｓｎがＲ_ｐ>Ｒ_ｓの関係を満たすことを特徴とする光ファイバ。
3. 前記軟質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｐと前記硬質被覆層の吸水率と半径の積の和Ｒ_ｓの差が、５以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
4. 前記軟質被覆層と前記硬質被覆層はそれぞれ１層からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ。
5. 前記軟質被覆層は２層からなり、前記硬質被覆層は１層からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ。
6. 前記軟質被覆層のうち、最も内側の軟質被覆層の厚さは３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ。
7. 前記軟質被覆層のうち、最も内側の軟質被覆層の吸水率調整用添加剤としてポリオールあるいはポリオール混合物を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の光ファイバ。
8. 前記ポリオールとしてポリエチレングリコールを用いたことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
9. 前記ポリエチレングリコールの分子量が２００以上であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
10. 請求項１〜８のいずれか１に記載の光ファイバに着色層を被覆してなる光ファイバ着色心線。
11. 請求項９に記載の光ファイバ着色心線を複数本平面状に平行に配列し、一括被覆したことを特徴とする光ファイバテープ心線。

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