JP5521480B2 - プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本発明は、プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルに関し、特に一般家庭やオフィスなどで使用されるＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブル（又はコード）、携帯電話内などに使用されるプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルに関する。

光ファイバ心線の一種に、ハードポリマークラッドファイバ心線（以下、ＨＰＣＦ心線と云う）と呼ばれるものがある（例えば、特許文献１）。このＨＰＣＦ心線は、石英系ガラスからなるコア径１９５〜２０５μmのコアガラスの外周に、該ガラスよりも屈折率の低いフッ素系樹脂を厚み１５μm程度のクラッド層として被覆してＨＰＣＦ素線を形成している。このＨＰＣＦ素線上に、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外径０．５ｍｍ又は０．９ｍｍのＨＰＣＦ心線を形成している。

ＨＰＣＦ心線は、伝送損失は大きいが、コア径が大きく、パルス光源と受光器との結合効率が高く、接続が容易であるためにＦＡ（Factory Automation）など短距離の分野で使用されている。

特開２００１−２６４５９７号公報

しかしながら、ＨＰＣＦ心線は、ボビンに巻き付けたときや周囲温度が変化しても伝送損失が増加しないことが要求されるが、コア径２００μm以上のＨＰＣＦ心線では、小径に曲げると伝送損失が増加する。また、曲げた状態で長期間置くとガラスが破断するため、許容曲げ半径が一般的に１５ｍｍ以上に制限される。このため、配線時に注意が必要であり、工場などで使用することはできても、一般の家庭内やオフィス等で安心して機器間配線のためにＨＰＣＦ心線を使用することはできなかった。

本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルなどの機器間配線用ケーブルとして、小径（曲げ半径２ｍｍ）に曲げても伝送損失の増加量が少ないプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。
それに加えて、温度変化による伝送損失増加量が少なく、かつ接続損失の少ないプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。
それらに加えてさらに、曲げた状態で長期間置いてもコア破断の心配がなく、一般家庭やオフィス等で安心して使用することができるプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。

本発明の構成は、以下の通りである。
（１）石英ガラスからなるコアガラスの外周に、該コアガラスより屈折率の低い樹脂からなるクラッド層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ素線に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、前記コアガラスのコア径が５０〜１００μmであり、前記コアガラスの前記クラッド層に対する比屈折率差が３．７％以上であることを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。

（２）前記クラッド層の径が前記コア径の１．４〜２．５倍であることが好ましい。
（３）前記プラスチッククラッド光ファイバの静疲労係数が２２以上であることが好ましい。

本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルによれば、曲げに伴う伝送損失が少ない。また、周囲温度が変化しても伝送損失の増加が少なく、かつ接続損失が少ない。さらに、ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルとして、曲げ半径２ｍｍ以下まで曲げてもコア破断の心配がなく、破断確率を１０^−６以下とすることができ、一般家庭やオフィス等で安心して使用することができる。また、１０Ｇｂｐｓの高速伝送でも使用することができる。

本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線の一例を示す概略断面図である。 図１のプラスチッククラッド光ファイバ素線の屈折率分布を示す説明図である。 ｎ値の求め方を示す図である。 プラスチッククラッド光ファイバの曲げ半径と破断確率との関係を示す図である。 クラッドの厚さと温度変化による伝送損失の増加量との関係、およびクラッドの厚さと接続損失との関係を示す図である。

以下、本発明に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線（以下、ＰＣＦ心線と云う）および光ファイバケーブルの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、ＰＣＦ心線１は、石英系ガラスからなるコアガラス２と、このコアガラス２より屈折率の低い樹脂である紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などの紫外線硬化型フッ素樹脂からなりコアガラス２の外周面を包囲するクラッド層３と、からなるプラスチッククラッド光ファイバ素線（以下、ＰＣＦ素線と云う）４を備えている。このクラッド層３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からなる樹脂被覆層５を形成している。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るＰＣＦ心線１の寸法を以下に示す。
コアガラス２のコア径ｄ１：５０〜１００μm
クラッド層３のクラッド径ｄ２：９０〜１７５μm
クラッド層３の厚さｔ：２０〜３７．５μm
クラッド径ｄ２／コア径ｄ１：１．４〜２．５
樹脂被覆層５の外径：２５０〜５００μm

ＰＣＦ素線４のコアガラス２の屈折率は、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されることにより高くなっている。コアガラス２の屈折率分布は、外周面から中心に向う程比屈折率差Δが大きくなり、コアガラス２の中心で比屈折率差Δが最大（Ａレベル）となるグレイデッドインデックス（ＧＩ）と、コアガラス２の屈折率がほぼ一定値であるステップインデックス（ＳＩ）とがある。例えば、コアガラスの外周の比屈折率差Δは純シリカ対比でゼロ（Ｂレベル）である。クラッド層３の屈折率は、フッ素が添加されることにより屈折率が低くなっている。クラッド層に対するコアガラス比屈折率差は３．７％以上である。本発明のＰＣＦ心線の開口数は０．４０以上であることが好ましい。

クラッド層３の樹脂としては、コアガラス２に対して屈折率が低く、紫外線等の活性エネルギー線で硬化することが可能であり、さらにはこの樹脂組成物を硬化することによって機械的強度があり、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であることが必要である。

このような樹脂には、（ａ）分子内にフッ素原子を含有する（メタ）アクリレート単量体または重合体、（ｂ）（メタ）アクリレート単量体または重合体、（ｃ）コア材と化学結合を形成するカップリング剤、および（ｄ）光重合開始剤から成る樹脂組成物を用いることが好ましい。
成分（ａ）の分子中のフッ素原子数または成分を変えることや樹脂組成物中の成分（ａ）の濃度を変えることにより、望ましい屈折率を得ることができる。分子内にフッ素原子を含有する（メタ）アクリレート単量体（ａ１）としては、下記化学式（Ａ）の物質や、２個以上の不飽和結合を有するものとして化学式（Ｂ１）乃至（Ｂ３）の物質が挙げられる。

化学式（Ａ）

化学式（Ｂ１）

化学式（Ｂ２）

化学式（Ｂ３）

フッ素原子を含有する（メタ）アクリレート重合体（ａ２）として、例えば数平均分子量が５万〜500万（スチレン換算）の下記化学式（Ｃ）で示されるような、エステル側鎖不飽和結合を有する（メタ）アクリレート共重合体を挙げることができる。

化学式（Ｃ）

［式中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ水素またはメチル基、Ｒｆはフルオロアルキル基、Ｒｘは不飽和結合を有する炭化水素基を表す。］
Ｒｘ基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基、内部オレフィン等を挙げることができる。
Ｒｆ基としては、−（ＣＨ_２）ａ−（ＣＦ_２）ｂ−ＣＦ_３
［式中、ａは１または２、ｂは２〜６である。］
を例示できる。

（メタ）アクリレート単量体（ｂ）としては、架橋性、即ち２個以上の不飽和結合を有するものとして、例えば次の化合物が挙げられる：
1,4−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリグリセロールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート。

カップリング剤（ｃ）としては、例えば、次の化合物が挙げられる：
トリメトキシビニルシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルエトキシビニルシラン等。
また、分子内に２個以上の不飽和結合を持つものとして、例えば、次の化合物が挙げられる：
ジエトキシジビニルシラン、ジメトキシジビニルシラン、ジメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等。

光重合開始剤（ｄ）としては、紫外線照射により容易にラジカルを発生する化合物が望ましく、次の化合物が挙げられる：
ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α，α′−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン。

上述の構成の樹脂組成物を樹脂液とし、この樹脂液をコアに塗布してさらに紫外線を照射してクラッド層３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。

樹脂被覆層５は、耐熱性の高い熱可塑性樹脂からなる樹脂組成物により形成される。熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられる。または、ウレタンアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂にエポキシアクリレート樹脂やポリエステルアクリレート樹脂等を配合した樹脂などの紫外線硬化型樹脂でも良い。

前記ＰＣＦ心線１において、コアガラス２のコア径ｄ１を５０〜１００μm、かつクラッドに対するコアの比屈折率差を３．７％以上とすることで、半径２ｍｍに曲げたときの波長８５０ｎｍの光の伝送損失増加量を０．４ｄＢ／１０ターン以下とすることができる。これにより、一般の家庭やオフィス等でこのＰＣＦ心線を含むＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルを使用することができる。

さらに、クラッド層の厚さを２０μｍ以上とすることで、−４０〜８５℃の温度変化による波長８５０ｎｍの光の伝送損失増加量を０．３ｄＢ以下とすることができる。
クラッド層が薄い場合はマイクロベンドロスが大きくなり、周囲温度の変化による伝送損失増加が大きくなると考えられる。ここで、温度変化による伝送損失の増加は、試験品が置かれた雰囲気の温度を、室温→８０℃→−４５℃→室温と変化させるヒートサイクルを１０回繰り返した後の伝送損失の増加である。８０℃と−４５℃で２〜４時間保持し、温度変化させるときの変化率は１℃／分とする。コア径が１００μｍであるときにクラッド層の厚さを２０μｍとすると、クラッド径／クラッド径の比が最小値１．４となる。

クラッド層の厚さが厚い程、コアの中心がクラッドの中心からずれる量も大きくなる。ＰＣＦ素線を他のＰＣＦ素線またはその他の光ファイバと接続するときには、クラッドの外周が一致するように接続する。そのときにクラッドの中心からコアの中心がずれていると、コアどうしがずれて接続される。そうなるとコアを伝わる光が接続箇所で漏れてしまい接続損失が大きくなる。クラッドの厚さが３７．５μｍ以下であるとコア中心がクラッド中心からずれる量が小さく、波長８５０ｎｍの光の接続損失を実用的に問題ない範囲（０．５ｄＢ以下）とすることができる。したがって、クラッド層の厚さを３７．５μｍ以下とすることが好ましい。コア径が５０μｍであるときにクラッド層の厚さを３７．５μｍとすると、クラッド径／コア径の比が最大値２．５となる。

光ファイバを長期間曲げた状態に置くと静疲労により破断するおそれがある。ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルは曲げた状態で置かれることも多い。したがって、それらのケーブルに使用されるＰＣＦ素線は、曲げた状態で長期間置かれても静疲労破断の確率が低いことが望まれる。本発明のＰＣＦ素線は破断確率が１０^−６（１ｐｐｍ）以下であることが好ましい。

破断確率Ｆは静疲労係数（ｎ値）から下記に示す計算式にて求めることができる。
Ｆ＝１−ｅｘｐ（Ｘ）
Ｘ＝−Ｎｐ・Ｌ・ｍ／（ｎ−２）・（σｓ／σｐ）^ｎ・（ｔｓ／ｔｐ）

Ｎｐ：ファイバ製造時の破断頻度
Ｌ ：布設長
ｍ ：クラック数分布ＮがWeibull分布にしたがうとしたときのWeibull分布係数
σｓ：布設時のコアの歪み
σｐ：ファイバ製造時のスクリーニング時のコアの歪み
ｔｓ：保証期間
ｔｐ：ファイバ製造時のスクリーニングの負荷時間

Ｘが小さいときは、Ｆ＝−Ｘと近似できる。
Ｆ＝Ｎｐ・Ｌ・ｍ／（ｎ−２）・（σｓ／σｐ）^ｎ・（ｔｓ／ｔｐ）∝（σｓ／σｐ）^ｎ ∝ σｓ^ｎ

ｎ値は、以下の方法から求められる。
（１）半径の異なる数種類のマンドレルにＰＣＦ素線を１ｍずつ巻きつけて放置する。マンドレル径は、例えば、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍとする。サンプル数は、各径のマンドレルで例えば１５とする。各サンプルのＰＣＦ素線が破断するまでに要した時間を測定する。
（２）破断時間の中央値（５０％のサンプルが破断する時間ｔｆ）を求める。サンプル数を１５とした場合は、８番目に破断したサンプルの破断時間がｔｆとなる。
（３）下記計算式を用いて、マンドレルの径Ｔ、ＰＣＦのガラス径（コア径ｄ１）およびクラッド径ｄ２からガラス（コア層）にかかる歪みを算出する。
歪み＝｛（ガラス部外周の巻径ｘ）−（ガラス部中心の巻径ｙ）｝／（マンドレル径Ｔ+クラッド径ｄ２）＝（ガラス径ｄ１）／（マンドレル径Ｔ＋クラッド径ｄ２）
（４）図３に示すように、ｌｏｇ歪み対ｌｏｇｔｆをプロットしてグラフの傾きを求める。この傾きに−１を乗じたものがｎ値となる。

ｎ値の調整は下記のように行える。
（１）クラッド層から非硬化成分を除去する。
（２）線引き時に徐冷する。
（３）コアをカーボンコートしてからその外周にクラッドを形成する。
クラッド層を形成する樹脂組成物には、耐熱性向上などのために下記化学式（１）で表される物質などの非硬化成分が含まれることがある。

化学式（１）

クラッドに上記化学式などの非硬化成分が含まれると静疲労係数向上の妨げとなることが分かった。したがって、クラッドに上記化学式の物質などの非硬化成分を含めないことが好ましい。

ＰＣＦ素線を線引きする方法は下記の様に行う。
先ず、ガラス母材を加熱して軟化させ所定の径に線引きする。この部分がコアとなる。次に、コアに液状のクラッド材料を塗布する。クラッド材料を入れたダイスにコアであるガラスファイバを通すことでコア外周にクラッド材料を塗布できる。続いてクラッド材料を硬化させる。上記クラッド材料は紫外線を照射することで硬化する。

上記ガラス母材を軟化させるためにガラス母材を１千数百℃〜２千℃近くまで加熱する。線引きされたガラスファイバは空冷されて急速に数十℃まで冷却される。このとき、線引きされた光ファイバの冷却速度を遅くする。つまり徐冷するとガラスファイバの表面の微小な傷をさらに縮小することができ、ＰＣＦの静疲労係数を３０以上とすることができる。ここでガラスファイバを徐冷する例に、筒状の容器に冷却途中のガラスファイバを通過させることが挙げられる。この容器を５００℃〜１５００℃の温度として、ガラスファイバが急速に冷却されないようにしても良く、特に温度管理しなくても良い。
ガラスファイバがこの容器に入る時の温度（入線温度）と出る時の温度（出線温度）の差を前記ガラスファイバが前記容器を通過するのに要した時間で除した値を徐冷速度とする。前記容器がない状態で前記入線温度から前記出線温度までガラスファイバが冷却されるときの冷却速度よりも前記徐冷速度が小さい場合、ガラスファイバが徐冷されたと言える。

ガラスファイバをカーボンコートした後に、その外周にクラッドを形成すると静疲労係数を３００程度まで大きくすることができる。ガラスファイバをカーボンコートする例として、線引き直後のガラスファイバを、原料ガスを入れた反応炉に通すことが挙げられる。原料ガスがガラスファイバの熱により熱的化学気相析出法（熱ＣＭＤ法）により反応し、ガラスファイバ表面に炭素層がコーティングされる。原料ガスは、エチレン、アセチレン、クロロホルム等の炭化水素、ハロゲンカーボン炭化水素を用いる。シラン系ガスとしては、ＳｉＨ_４、ＳｉＨＣｌ_３ 、ＳｉＣｌ_４ 等のケイ素、水素、ハロゲン等から成る化合物を混合させても良い。

製造されたＰＣＦ素線にＥＴＦＥなどの樹脂被覆層を押し出し被覆するか、または紫外線硬化型の樹脂を被覆するなどしてＰＣＦ心線ができる。
本発明のＰＣＦ心線は、さらにＰＶＣのチューブに入れるなどして光ケーブルとすることができる。ＰＣＦ心線が１本または複数本チューブに入れられ、ＰＣＦ心線とチューブとの間に介在物がないルース構造の光ケーブルでも良い。また、ＰＣＦ心線の周囲にケブラー（登録商標）などの抗張力繊維を添わせてその周囲にチューブで外被を形成した光ケーブルでも良い。さらに、光ケーブルの周囲に電線を配置して一体化した光電気複合ケーブルに使用することもできる。

本発明のＰＣＦ素線およびＰＣＦ心線の実施例として、コアガラス２のコア径ｄ１を５０μm、８０μm、１００μm、クラッド径ｄ２を１２０μm、１２５μm、１５０μmとして、この組み合わせにより表１に示す実施例１〜５とした。一方、比較例として、コア径ｄ１を５０μm、８０μm、２００μmの３通り、クラッド径ｄ２を８０μm、１１０μm、１５０μm、２３０μmの４通りとして、その組み合わせにより比較例１〜４とした。

実施例１〜５および比較例１〜４のＰＣＦ心線はＰＣＦ素線の外の樹脂被覆層にＥＴＦＥを押出し被覆して５００μｍの径とした。比較例５はコア、クラッドともガラス（シリカ）であり、クラッドの外周にはウレタンアクリレート系の樹脂を被覆して２５０μｍの光ファイバ素線とした。さらに、ＥＴＦＥ層を被覆して外径５００μｍの光ファイバ心線とした。

クラッドに対するコアの比屈折率差（％）を測定した。この比屈折率差から出射ＮＡを算出した。
各実施例ともコアには石英（純シリカ）にゲルマニウム（Ｇｅ）を添加したものを使用した。Ｇｅの添加により純シリカよりコアの屈折率が高い。クラッドにはフッ化アクリレート系樹脂を使用したので、クラッドの屈折率は純シリカの屈折率よりも低い。実施例５は実施例１〜４よりもＧｅの添加量を少なくして、コアの屈折率を低くした。クラッドの材料は実施例１〜５とも同じである。

比較例１〜４では、コアは実施例１〜４と同じである。これらの比較例ではクラッド材料のフッ素濃度を低くして、実施例よりも屈折率を高くした。この結果、各比較例は各実施例よりもクラッドに対するコアの比屈折率差が小さい。比較例５はクラッドが純シリカであり、他の例のクラッドよりも屈折率が高く、コアのクラッドに対する比屈折率差が小さい。
実施例２および実施例４のクラッドの材料は比較例１〜４のクラッドの材料から化学式（１）の物質を除去したものである。これにより静疲労係数が２２となり比較例１〜４の１８に比べて大きくなっている。

化学式（１）

実施例３および実施例５では、ＰＣＦ心線のコアを製造時に徐冷した。この徐冷は光ファイバの温度が２０００℃から２００℃になる間の冷却速度を９００℃／秒とした。コアの徐冷とクラッド材料（実施例２および実施例４と同様）との組み合わせにより静疲労係数（ｎ値）を３０とすることができた。
実施例１のＰＣＦ心線は、実施例３、実施例５と同様なコア、クラッド構成とし、さらにコアをカーボンコーティング（厚さ５ｎｍ）した。これらにより静疲労係数（ｎ値）を１００とすることができた。

（静疲労係数および破断確率）
静疲労係数（ｎ値）は上述の方法により求めた。また、半径２ｍｍ（直径４ｍｍ）のマンドレルにＰＣＦ素線を１０ターン巻き付けて１分間保持した後、一旦伸ばしてから再度巻き付けて、１分間保持した。この工程を１００回繰り返した場合に、コアガラス２が１回破断する確率をｎ値から求めた。破断確率が１０^−６以下であれば合格、１０^−６より大きければ不合格と判断した。

破断確率と曲げ半径との関係を図４に示す。
図４に示すように、コア径が１００μｍでｎ値が２２である実施例４では曲げ半径２ｍｍに１分間１００回置いたときの破断確率が約１ｐｐｍとなる。コア径が８０μｍでｎ値が３０である実施例３はさらに破断確率が小さい。コア径が５０μｍである実施例２はｎ値が２２であるが、コア径が小さいことにより実施例４よりも破断確率がさらに小さい。これらから明らかなように、コア径が５０〜１００μｍであるＰＣＦ素線の破断確率を１ｐｐｍ以下とするにはｎ値を２２以上とすると良い。

（曲げ損失増加量）
半径２ｍｍのマンドレルにＰＣＦ素線を１０ターン巻き付けて、巻き付ける以前との伝送損失の差をとって曲げ損失増加量とした。信号光の波長は８５０ｎｍとしカットバック法で伝送損失を求めた。伝送システムの構成上、１０ターンでの曲げ損失が１ｄＢ以下であることが要求される場合があるので、曲げ損失は１ｄＢ／１０ターン以下を合格、それより大きい場合を不合格とした。

（許容曲げ半径）
半径２ｍｍの曲げ半径で上述の破断確率および曲げ損失増加量とも合格のものを、許容曲げ半径２ｍｍを合格するものとした。表には○で示す。破断確率または曲げ損失増加量の一方でも合格でないものは許容曲げ半径２ｍｍを合格しないものとした。表には×で示す。

（温度変化後伝送損失増加量）
ＰＣＦ心線を１１４０デニールのケブラー４本を添わしてＰＶＣのチューブで被覆して外径２ｍｍの光ケーブルとした。この光ケーブルを−４０℃〜８５℃のヒートサイクルにかけた。−４０℃と８５℃での保持時間は４時間とし、温度変化は１℃／分とした。ヒートサイクルにかける前と１０サイクルのヒートサイクルにかけた後の伝送損失の差を温度変化後伝送損失増加量とした。信号光の波長は８５０ｎｍとした。

（接続損失）
ＰＣＦ心線にコネクタを取り付けて同種のＰＣＦ心線を接続し、接続箇所での光信号の損失を測定して接続損失とした。信号光の波長は８５０ｎｍとした。接続部分ではＰＣＦ心線から樹脂被覆層を除去してコアおよびクラッドを端面で接触させた。

実施例１〜５および比較例１〜３のＰＣＦ心線の測定結果を表１に示す。

表１に示すように、半径２ｍｍに曲げたときの曲げ損失の増加分は、実施例１〜５では０．１０〜０．４０ｄＢ/１０ターンであり、目標値である１ｄＢ／１０ターンより小さく実用的に問題のない範囲であった。それに対して比較例では、半径２ｍｍに曲げたときの曲げ損失の増加分が１ｄＢ／１０ターン以上と大きく、システム上問題となる場合がある。２ｍｍという極小さな曲げ半径に曲げた場合、クラッドがガラスであると（比較例５）曲げ損失増加量が非常に大きく実用に耐えない。
クラッドがプラスチックであるとクラッドがガラスであるものよりも曲げ損失増加量が小さい。しかし、クラッドに対するコアの比屈折率差が小さいと比較例のように曲げ損失増加量が十分小さくならない。コア径が大きいと曲げ損失増加量は大きくなるが、ＰＣＦ素線における曲げ損失増加量の要因はコアとクラッドとの比屈折率差が支配的であることが実施例および比較例から分かる。

温度変化による伝送損失の増加量は、実施例１〜５では０．０２〜０．０８ｄＢ／１００ｍと実用上問題のない範囲であった。比較例２および比較例３が温度変化後伝送損失増加量が大きく不良であるが、温度変化によりマイクロベンド損失が大きいものと考えられる。これは、クラッドの厚さが１５μｍと薄いことが原因と考えられる。比較例１はコア径が２００μｍと大きく、この場合はクラッドが１５μｍと薄くても温度変化によるマイクロベンド損失増加量が大きくないと考えられる。本実施例のように、コア径が５０〜１００μｍである場合は、クラッドの厚さが厚い程温度変化による伝送損失の増加量が小さく好ましいと考えられる。

実施例１〜５では接続損失が０．５ｄＢ以下と実用上問題のない範囲であった。比較例４では接続損失が３．２ｄＢと大きいが、クラッドが厚過ぎることが原因と考えられる。クラッドが厚いとコアの中心がクラッドの中心からずれる量が大きくなる。ＰＣＦ素線の接続時はクラッド外周が一致するように接続するので、接続されるそれぞれのＰＣＦ素線でコアの中心がずれていると接続箇所で導波路に段差ができる。これにより、一方のＰＣＦのコアを伝わってきた光の一部が他方のコアに入射されず接続損失が大きくなるものと考えられる。本実施例のように、コア径が５０〜１００μｍである場合は、クラッドの厚さが３７．５μｍ以下であると接続損失が小さいが、それよりも厚くなると急激に接続損失が大きくなる。

以上より、本発明のＰＣＦ心線（コア径５０〜１００μｍ）において、クラッドの厚さが２０〜３７．５μｍであるのが好ましい。クラッド径／コア径の比では、１．４〜２．５であるのが好ましい。クラッドの厚さと温度変化による伝送損失の増加量との関係、およびクラッドの厚さと接続損失との関係を図５に示す。上記範囲を外れると温度変化による伝送損失増加または接続損失が急激に増加する。

ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルなどの機器間配線用ケーブルとして使用するには許容曲げ半径が２ｍｍであることが長期信頼性の点で好ましい。実施例１〜５は許容曲げ半径を２ｍｍ以下とすることができる。比較例１〜５では許容曲げ半径が２ｍｍ以上となり長期信頼性の点で好ましくない。特にコア径が２００μｍと大きな比較例１やクラッドがガラスである比較例５は、曲げ半径２ｍｍとすると比較的短時間で破断してしまうので好ましくない。

実施例１〜５および比較例１〜５のＰＣＦ素線について、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）との結合効率を以下に述べる。
ＰＣＦ素線の端面をＶＣＳＥＬの発光面に押し当てて、ＶＣＳＥＬからＰＣＦに光を照射して３ｍの長さのＰＣＦを伝搬した光の強度を測定した。比較例１のＰＣＦ素線の測定値を０ｄＢとしたところ、実施例１〜５のＰＣＦ素線では３．５ｄＢ以上であった。本発明のＰＣＦ心線はＶＣＳＥＬに結合して使用する場合に、結合効率が良かった。比較例２〜４では結合効率が−０．２ｄＢ程度であり、比較例１に比べてやや結合効率が悪かった。これはコア径がやや小さいことが原因と考えられる。比較例５では−７ｄＢと結合効率が悪かった。これはコア−クラッド間の比屈折率差が小さいことが原因と考えられる。ＶＣＳＥＬとの結合効率の要因としては、コア−クラッド間の比屈折率差がコア径よりも支配的であることが分かる。

実施例１〜５のＰＣＦ心線の伝送帯域を調べた。コアがＧＩ型の実施例１〜４では伝送帯域が１８Ｇｂｐｓ／１００ｍと広帯域であった。コアがＳＩ型の実施例５では１６Ｇｂｐｓ／２．５ｍとケーブル長が短いと実用上十分な伝送帯域であった。

１…ＰＣＦ心線、２…コアガラス、３…クラッド層、４…ＰＣＦ素線、５…樹脂被覆層

Claims (4)

1. 石英ガラスからなるコアガラスの外周に、該コアガラスより屈折率の低い樹脂からなるクラッド層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ素線に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、
   前記コアガラスのコア径が５０〜１００μｍであり、
   前記クラッド径が前記コア径の１．４〜２．５倍であり、
   前記コアガラスと前記クラッド層の比屈折率差が３．７％以上であり、
   半径２ｍｍのマンドレルに１０ターン巻き付けて１分間保持した後一旦伸ばしてから再度巻き付けて１分間保持する工程を１００回繰り返した場合に、前記コアガラスが破断する確率が１０ ^−６ 以下であり、
   半径２ｍｍのマンドレルに１０ターン巻き付けた場合のカットバック法で求めた波長が８５０ｎｍの信号光の伝送損失と巻き付ける以前の伝送損失との差が１ｄＢ以下であることを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。
2. 半径２ｍｍのマンドレルに１０ターン巻き付けた場合のカットバック法で求めた波長が８５０ｎｍの信号光の伝送損失と巻き付ける以前の伝送損失との差が０．４ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１に記載のブラスチッククラッド光ファイバ心線。
3. 前記プラスチッククラッド光ファイバ素線の静疲労係数が２２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線を内蔵したことを特徴とする光ファイバケーブル。

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