JP5531948B2

JP5531948B2 - 樹脂被覆光ファイバ

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Inventors: 眞二日下; 哲也助川; 智一桧山; 成途小林; 夏樹神谷; 兵姚
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Description

本発明は、ガラス光ファイバを紫外線硬化樹脂で被覆した樹脂被覆光ファイバに関する。

従来、図１０（ａ）に示すように、コア２１１およびクラッド２１２からなるガラス光ファイバ２０１の外周に、紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ樹脂とも記す）からなる低ヤング率のプライマリ層（一次被覆層）２０２と高ヤング率のセカンダリ層（二次被覆層）２０３とを順次、被覆形成した２層樹脂構造の樹脂被覆光ファイバ２００が知られている（例えば、特許文献１参照）。ガラス光ファイバ２０１に接するプライマリ層２０２は、ヤング率が０．１ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度の柔らかいＵＶ樹脂層であり、セカンダリ層２０３は、ヤング率が６００ＭＰａ〜２０００ＭＰａ程度の硬い殻構造のＵＶ樹脂層である。このプライマリ層２０２及びセカンダリ層２０３のヤング率の異なる２層樹脂構造によって、樹脂被覆光ファイバ２００が曲げ等を受けたときのガラス光ファイバ２０１への側圧などの外部応力を緩和・緩衝して、光ファイバのマイクロベンドロス等の伝送損失の増加を抑制している。

また、ガラス光ファイバ２０１表面のＯＨ基によるガラス腐食の進行速度を抑制するため、ガラス光ファイバ２０１に接するプライマリ層２０２にシランカップリング剤を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。シランカップリング剤は、ガラス光ファイバ２０１表面のＯＨ基とメタロキサン結合またはシラノール結合して脱水縮合するため、ＯＨ基を低減してガラス腐食の進行を抑える。

特開２００１−８３３８１号公報特開２００３−９５７０６号公報

しかしながら、上記の２層樹脂構造の樹脂被覆光ファイバでは、プライマリ層２０２及びセカンダリ層２０３の紫外線硬化樹脂のヤング率を種々に変更しても、外部応力を緩和・緩衝してガラス光ファイバのマイクロベンドロス等の伝送損失の増加を抑制することと、ガラス光ファイバの破断強度を長期に亘って維持して長期信頼性を実現することとを両立させるのは困難であった。

本発明は、外部応力によるマイクロベンドロス等の伝送損失の増加を抑制できると共に、ガラス光ファイバの破断を抑制して長期信頼性に優れる樹脂被覆光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、少なくとも、コアおよび前記コアを被覆するクラッドからなるガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバに接する紫外線硬化樹脂のプライマリ層と、前記プライマリ層の外周に配置される紫外線硬化樹脂のセカンダリ層と、を備える樹脂被覆光ファイバにおいて、前記プライマリ層が前記クラッドの表面に接する内層と前記内層を被覆する外層との２層構造であって、前記内層の紫外線硬化樹脂は、ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率が０．９ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下であり、前記外
層の紫外線硬化樹脂は、前記常温ヤング率が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下の樹脂被覆光ファイバである。

上記樹脂被覆光ファイバにおいて、前記内層の膜厚は、前記ガラス光ファイバを線引きする際に前記クラッド表面に形成される凹部の深さより大きいことが好ましい。

上記樹脂被覆光ファイバにおいて、前記セカンダリ層の紫外線硬化樹脂は、ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率が６００ＭＰａ以上であることが好ましい。

上記樹脂被覆光ファイバにおいて、温度８５℃、相対湿度８５％、３０日間による加速劣化試験後の前記樹脂被覆光ファイバにおける前記クラッドの表面の平均ラフネスが０．６ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、外部応力によるマイクロベンドロス等の伝送損失の増加を抑制できると共に、ガラス光ファイバの破断を抑制して長期信頼性に優れる樹脂被覆光ファイバが得られる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る樹脂被覆光ファイバの横断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る樹脂被覆光ファイバの一部を示す縦断面図である。本発明の一実施形態にかかる樹脂被覆光ファイバを製造する製造装置の一例を示す概略構成図である。マイクロベンドロスとケーブル化増加ロスとの関係を示す図である。外層ヤング率とマイクロベンドロスとの関係を示す図である。樹脂被覆光ファイバを伝送させる光の波長と、マイクロベンドロス、ケーブル化増加ロスとの関係を示す図である。（ａ）は実施例１における破断強度とワイブル破断確率との関係を示す図であり、（ｂ）は比較例１における破断強度とワイブル破断確率との関係を示す図である。Ｍｅｄ値と加速劣化試験後の平均ラフネスとの関係を示す図である。ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率と加速劣化試験後の平均ラフネスとの関係を示す図である。（ａ）は実施例１における破断引張速度と破断強度との関係を示す図であり、（ｂ）は比較例１における破断引張速度と破断強度との関係を示す図である。（ａ）は従来の樹脂被覆光ファイバの横断面図であり、（ｂ）は従来の樹脂被覆光ファイバの一部を示す縦断面図である。

樹脂被覆光ファイバは、ガラス光ファイバ母材（プレフォーム）を加熱線引きして形成されるガラス光ファイバに、紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を被覆して製造される。この製造工程で、ガラス光ファイバは高温から常温へと冷却されるため、ガラス光ファイバのクラッド表面には微小な凹凸が生じる。この凹凸を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic ForceMicroscope）により観察すると、線引き後の凹凸の平均ラフネスは、通常０．５ｎｍ以下となっている。

図１０（ｂ）には、従来の低ヤング率のプライマリ層２０２と高ヤング率のセカンダリ層２０３とからなる２層樹脂構造の樹脂被覆光ファイバ２００において、クラッド２１２表面に生じた凹凸の一つの凹部２０６を示している。図１０（ａ）、図１０（ｂ）によれば、ガラス光ファイバ２０１表面のクラッド２１２に接するプライマリ層２０２は、凹部２０６を含むクラッド２１２表面に吸着することにより、ガラス光ファイバ２０１の破断
強度の低下を抑制している。

ところで、ガラス光ファイバ２０１への側圧などの外部応力を緩和して、マイクロベンドロスなどを小さく抑えるためには、プライマリ層２０２のヤング率を０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａ程度に小さく設定することが有効であることが分かってきた。
しかし、プライマリ層２０２のヤング率を０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａ程度に小さくすると、プライマリ層２０２のヤング率が小さすぎるため、外部応力によって凹部２０６の底部２０６ａに生じる応力集中を緩和できずに、凹部２０６の底部２０６ａに大きな応力（集中応力）２０７が発生してしまうことが判明した。この大きな応力２０７により、ガラス光ファイバ２０１の破断が進行し、凹部２０６が拡大する。しかも、凹部２０６の底部２０６ａにかかる応力２０７の増加にともないガラス光ファイバ２０１表面のＯＨ基による腐食速度も速まり、凹部２０６はさらに拡大する。したがって、従来の２層樹脂構造の樹脂被覆光ファイバ２００においては、凹部２０６が、時間の経過とともに拡大しガラス光ファイバ２０１の破断強度が低下するため、長期信頼性が低かった。
本発明は、上記ガラス光ファイバ表面の凹部にかかる応力集中に着目し、この応力集中を緩和・低減すべくなされたものである。

以下に、本発明の一実施形態に係る樹脂被覆光ファイバを図面を用いて説明する。図１（ａ）に本発明の一実施形態に係る樹脂被覆光ファイバの横断面図を、図１（ｂ）に本発明の一実施形態に係る樹脂被覆光ファイバの一部を示す縦断面図を示す。

［樹脂被覆光ファイバ］
本実施形態に係る樹脂被覆光ファイバ１００は、図１（ａ）に示すように、コア１１およびコア１１を被覆するクラッド１２からなるガラス光ファイバ１の表面にＵＶ樹脂のプライマリ層２およびセカンダリ層３が順次被覆されている。プライマリ層２は、低ヤング率の柔らかいＵＶ樹脂層であり、セカンダリ層３は、高ヤング率の硬い殻構造のＵＶ樹脂層である。本実施形態のプライマリ層２は、ガラス光ファイバ１表面のクラッド１２に接する内層４と内層４を被覆する外層５との２層構造である。つまり、本実施形態のガラス光ファイバ１外周のＵＶ樹脂層は、プライマリ層２の内層４とプライマリ層２の外層５とセカンダリ層３との３層構造となっている。そして、内層４のＵＶ樹脂のヤング率が外層５のＵＶ樹脂のヤング率よりも高くなっている。

ガラス光ファイバ１は、例えば合成シリカガラスを主成分として、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＦ（フッ素）などが添加された高屈折率領域のコア１１と、シリカガラス単体またはＦ（フッ素）などが添加された低屈折率領域のクラッド１２が形成されている。本発明においては、ガラス光ファイバ１の構造は特に限定されず、ガラス光ファイバ１はシングルモードファイバまたはマルチモードファイバのいずれでもよい。
上述したように、プレフォームを加熱線引きして形成されるガラス光ファイバ１は高温から常温へと冷却されるため、ガラス光ファイバ１のクラッド１２の表面には微小な凹凸が存在する。図１（ｂ）に、本実施形態の３層樹脂被覆構造の樹脂被覆光ファイバ１００におけるクラッド１２表面に生じた凹凸のうちの、一つの凹部６を示す。ガラス光ファイバ１のクラッド１２に接するプライマリ層２の内層４は、凹凸を有するクラッド１２表面に吸着することにより、ガラス光ファイバ１の破断強度の低下を抑制している。また、内層４のＵＶ樹脂には、シランカップリング剤が添加されている。内層４に添加されたシランカップリング剤は、クラッド１２表面のＯＨ基とメタロキサン結合またはシラノール結合して脱水縮合するため、ＯＨ基を低減してガラス腐食の進行を抑える。なお、シランカップリング剤の種類は特に限定されない。

本実施形態の樹脂被覆光ファイバ１００のＵＶ樹脂被覆は、柔らかいＵＶ樹脂からなるプライマリ層２が、外層５と、その内側にガラス光ファイバ１に接して設けられる内層４
との２層構造であり、プライマリ層２の外周にはプライマリ層２よりも硬いＵＶ樹脂からなる殻構造のセカンダリ層３が被覆された３層樹脂被覆構造となっている。そして、ガラス光ファイバ１表面に接する内層４のＵＶ樹脂は、ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率（以下、単に常温ヤング率という）が０．９ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下であり、プライマリ層２の外層５のＵＶ樹脂は、常温ヤング率が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下となっている。すなわち、ガラス光ファイバ１表面に接する内層４は、外層５よりもヤング率の高いＵＶ樹脂層となっている。
この構造では、樹脂被覆光ファイバ１００に加わる外からの力を、まず、殻構造のセカンダリ層３で受け止めて緩衝・緩和し、更にセカンダリ層３からガラス光ファイバ１へ伝わる外部応力を、柔らかいプライマリ層２で緩和・緩衝して、ガラス光ファイバ１に加わる外部応力を低減する。このため、樹脂被覆光ファイバ１００の曲げ等によるマイクロベンドロスや樹脂被覆光ファイバ１００をケーブルに用いたときのケーブル化増加ロスなどの伝送損失を小さく抑えることができる。
更に、プライマリ層２の内層４を外層５よりもヤング率を高くし、ガラス光ファイバ１表面をヤング率を高めた内層４で覆っているので、ガラス光ファイバ１表面、特に凹部６の底部６ａに発生する応力集中を分散ないし緩和でき、図１０（ｂ）に示すような従来の２層樹脂被覆構造の樹脂被覆光ファイバに比べて、凹部６の底部６ａの応力（集中応力）７を低減できる。このため、応力７によるガラス光ファイバ１の破断を抑制でき、応力７の大きさに対応したガラス光ファイバ１表面のＯＨ基による腐食速度も抑えられ、ガラス光ファイバ１の破断強度を長期に亘って維持でき、樹脂被覆光ファイバ１００の長期信頼性を向上できる。
すなわち、本実施形態の樹脂被覆光ファイバ１００では、内層４と外層５との２層構造のプライマリ層２を採用することで、プライマリ層２におけるＵＶ樹脂層のヤング率の低さに起因する長期信頼性の低下と、プライマリ層２におけるＵＶ樹脂層のヤング率の高さに起因するマイクロベンドロス等の伝送損失の増加と、の相反する技術的課題を同時に解決することができる。

ガラス光ファイバ１表面に接する内層４のＵＶ樹脂の常温ヤング率を上記範囲内とする理由は、常温ヤング率が０．９ＭＰａより小さくなると、上記の凹部６の応力７の集中を十分に低減できず、ガラス光ファイバ１の破断や腐食の抑制が難しくなり、ガラス光ファイバ１の長期信頼性を実現できなくなるためである（後述の実施例の図７，図８参照）。一方、内層４のＵＶ樹脂の常温ヤング率が３．０ＭＰａより大きくなると、凹部６への外部応力の集中は低減できるものの、ガラス光ファイバ１へ伝わる外部応力を十分に緩和できず、ケーブル化増加ロス、マイクロベンドロスを小さく抑えられなくなるためである。ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率は、ＵＶ樹脂フィルムを引張試験機で引っ張り、その時の伸びと応力の変化率から測定される。

また、プライマリ層２の外層５のＵＶ樹脂の常温ヤング率を上記範囲内とする理由は、常温ヤング率が０．７ＭＰａよりも大きくなると、ガラス光ファイバ１へ伝わる外部応力を十分に緩和できず、マイクロベンドロスやケーブル化増加ロスを小さく抑えられなくなるためである（実施例の図３、図４参照）。一方、外層５のＵＶ樹脂の常温ヤング率が０．１ＭＰａよりも小さくなると、光ファイバの製造や実使用で必要な機械強度を十分に得られなくなるためである。

本実施形態においては、セカンダリ層３のＵＶ樹脂の常温ヤング率は６００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。セカンダリ層３の常温ヤング率が、６００ＭＰａよりも小さいと、セカンダリ層３の殻構造が十分に形成されず、セカンダリ層３による緩衝・緩和が十分に発揮されなくなるからである。また、セカンダリ層３の常温ヤング率が２０００ＭＰａよりも大きいと、剛性が高すぎて光ファイバとしてのしなやかさに欠けるからである。

内層４と外層５とで構成されるプライマリ層２およびセカンダリ層３に使用されるＵＶ樹脂の種類は特に限定されないが、光硬化性および取り扱い性などの点からウレタンアクリル系の紫外線硬化樹脂が好ましい。なお、ＵＶ樹脂のヤング率（常温ヤング率）はＵＶ樹脂中のオリゴマー成分の分子量やモノマー成分の配合量などを変更することにより適宜調整される。

本実施形態の樹脂被覆光ファイバ１００の各部の寸法を一例として記載すると、ガラス光ファイバ１の外径が１２５μｍ、プライマリ層２（内層４および外層５）の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下、セカンダリ層３の外径が２５０μｍである。プライマリ層２の内層４の厚さは、上記のクラッド１２表面の凹凸を覆い凹部６内にＵＶ樹脂が充填され、上記応力集中を緩和できるように、凹部６の深さよりも大きくするのが好ましい。また、内層４の厚さは、凹部６の深さより大きければできるだけ薄い方が良く、１０μｍ以下であることが好ましい。

なお、上記実施形態においては２層構造のプライマリ層とセカンダリ層との３層構造の樹脂被覆光ファイバについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、セカンダリ層とヤング率の異なる樹脂層を、プライマリ層とセカンダリ層との間に介在させる、またはセカンダリ層の外周に配置し被覆させるといったように、４層以上の構造とすることができる。

次に、上記実施形態に係る樹脂被覆光ファイバ１００を、図２に示す線引装置を用いて製造する製造方法を説明する。本実施形態に係る樹脂被覆光ファイバ１００の製造方法は、ガラス光ファイバ１を線引きする工程と、ガラス光ファイバ１表面に内層４及び外層５からなるプライマリ層２を形成する工程と、外層５表面にセカンダリ層３を形成する工程と、を有している。

まず、図２に示すように、コアおよびクラッドからなるプレフォーム２０を線引炉２１で加熱溶融し、一定速度で線引きすることにより、外径１２５μｍのガラス光ファイバ１を形成する。そして、形成したガラス光ファイバ１を冷却筒２２を通過させ常温まで冷却する。この冷却に際して、ガラス光ファイバ１表面のクラッドには微小な凹凸（ラフネス）が形成される。

続いて、冷却したガラス光ファイバ１に、Wet-On-Wet法（最初にガラス光ファイバ１に塗布したＵＶ樹脂液体がウェットの状態のまま、次のＵＶ樹脂液体を重ねて塗る方法）により、内層用ＵＶ樹脂液体と外層用ＵＶ樹脂液体を塗布した後、両樹脂液体に紫外線を照射し、一括して光硬化させて内層４と外層５を形成する。Wet-On-Wetダイス２３は、ＵＶ樹脂塗布カップが上下２段に一括装備されたダイスであって、上段のＵＶ樹脂塗布カップにはシランカップリング剤が添加された所定ヤング率の内層用ＵＶ樹脂液体が供給され、下段のＵＶ樹脂塗布カップには所定ヤング率の外層用ＵＶ樹脂液体が供給される。ガラス光ファイバ１がWet-On-Wetダイス２３を通過することにより、ガラス光ファイバ１表面に、内層用ＵＶ樹脂液体と外層用ＵＶ樹脂液体とがそれぞれ所定厚さで重ね塗りされる。そして、ＵＶランプ２５を備えるＵＶ照射装置２４により内層用ＵＶ樹脂液体と外層用ＵＶ樹脂液体を一括して光硬化し、プライマリ層２の内層４と外層５を同時に形成する。Wet-On-Wet法によれば、内層４と外層５を一括して形成することが可能となり、工程数を低減することができ、また、内層４の塗布装置（ダイス及びＵＶ照射装置からなる）の長さの縮小、従来の線引装置へのわずかな変更での適用が可能となる。更に、一層毎に塗布および光硬化を行って内層４と外層５と別々に形成する場合よりも、内層用ＵＶ樹脂液体を薄く塗膜でき、薄い内層４の形成が可能となる。

続いて、プライマリ層２の内層４および外層５が形成されたガラス光ファイバ１をダイス２６に導入して、セカンダリ層用ＵＶ樹脂液体を塗布する。その後、上下二段に設けられたＵＶランプ２８を備えるＵＶ照射装置２７およびＵＶランプ３０を備えるＵＶ照射装置２９により、塗布されたセカンダリ層用ＵＶ樹脂液体を光硬化してプライマリ層２上にセカンダリ層３を形成し、本実施形態にかかる樹脂被覆光ファイバ１００を得る。その後、形成された樹脂被覆光ファイバ１００はターンプーリ３１，３２，３３でそれぞれ方向転換された後、ボビン３４に巻き取られる。

なお、上記実施形態では、Wet-On-Wet法により内層４および外層５を一括して形成したが、内層４、外層５を一層毎に形成するようにしてもよい。また、Wet-On-Wet法により、内層４、外層５、およびセカンダリ層３の３層を一括して形成することも可能である。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。実施例の樹脂被覆光ファイバは、図１（ａ）に示す上記実施形態の樹脂被覆光ファイバ１００と同様の構造を有する。

（実施例１）
実施例１では、図２に示す線引装置を用いて、まず、コア部およびクラッド部を備えるガラス光ファイバ母材であるプレフォームを、加熱線引きして、外径１２５μｍのガラス光ファイバを形成した。この時、ガラス光ファイバが高温から常温に冷却されるため、ガラス光ファイバ表面に凹凸が形成される。次に、得られたガラス光ファイバ表面に厚さ１０μｍの内層（常温ヤング率：１．２ＭＰａ）と、外層（常温ヤング率：０．５ＭＰａ）を形成し、内層と外層とからなるプライマリ層の外径が１８７．５μｍとなるように形成した。そして、プライマリ層の外層表面にセカンダリ層（常温ヤング率：６００ＭＰａ）を形成して、外径２５０μｍの実施例１に係る樹脂被覆光ファイバを得た。内層、外層、セカンダリ層には紫外線架橋型ウレタンアクリル樹脂を用いた。なお、上記常温ヤング率を、実施例においては、単にヤング率とも記す。

（比較例１）
比較例１の樹脂被覆光ファイバは、実施例１におけるプライマリ層の内層を有さない、図１０（ａ）に示す２層樹脂被覆構造の樹脂被覆光ファイバである。比較例１の樹脂被覆光ファイバは、外径１２５μｍのガラス光ファイバ表面に、外径が約１８７．５ｍｍとなるように１層のプライマリ層（常温ヤング率：０．５ＭＰａ）を形成し、さらにプライマリ層の表面に、外径が２５０μｍとなるようにセカンダリ層（常温ヤング率：６００ＭＰａ）を形成した。

上記で得られた樹脂被覆光ファイバに対して、伝送損失、長期信頼性、およびＵＶ密着性を評価した。伝送損失としては、マイクロベンドロスおよびケーブル化増加ロスを測定した。長期信頼性としては、加速劣化試験後の樹脂被覆光ファイバに、破断試験による破断強度、およびガラス光ファイバ表面の平均ラフネスで評価した。以下に、それぞれについて説明する。

（ケーブル化増加ロスおよびマイクロベンドロスの評価）
本明細書において、マイクロベンドロスは、ＪＩＳ♯１５０のサンドペーパを表面に敷いた胴径３００ｍｍのボビンに、長さ４００ｍの樹脂被覆光ファイバを張力１５０ｇで巻きつけた時の損失増加量とした。また、ケーブル化増加ロスは、樹脂被覆光ファイバ表面に、押え巻き、シース、アーマ、防食層を順次被覆してケーブル化することにより、ケーブル化前後での伝送損失の増加量とした。

図５に、実施例１、比較例１の樹脂被覆光ファイバに対して、樹脂被覆光ファイバを伝
送させる光の各波長におけるマイクロベンドロス、ケーブル化増加ロスを測定した測定結果を示す。比較例１の２層被覆構造の樹脂被覆光ファイバは、耐マイクロベンドロス対策を施した樹脂被覆光ファイバであるが、実施例１の３層被覆構造の樹脂被覆光ファイバのマイクロベンドロスは、比較例１のマイクロベンドロスと遜色がなく、十分に小さく抑えられることが確認された。また、ケーブル化増加ロスに関しても、実施例１と比較例１は同等であって、実施例１の樹脂被覆光ファイバのケーブル化増加ロスも十分に小さくできることが確認された。なお、一般的に、長距離通信用の光ファイバにおけるケーブル化増加ロスは０．０８ｄＢ／ｋｍ（波長１５５０ｎｍのとき）以下であることが要求されている。

次に、伝送損失（マイクロベンドロス、ケーブル化増加ロス）と外層ヤング率との関係について、マイクロベンドロスとケーブル化増加ロスとの関係を示す図３と、外層ヤング率とマイクロベンドロスとの関係を示す図４を用いて説明する。なお、図３、図４における菱形のプロットは、実施例１の樹脂被覆光ファイバにおける外層のヤング率を種々に変更（０．４〜１．０ＭＰａの範囲でヤング率を変更）した樹脂被覆光ファイバのマイクロベンドロスおよびケーブル化増加ロスのデータである。
図３に示すように、ケーブル化増加ロスはマイクロベンドロスの低下にともない低下する。ケーブル化増加ロスは、上述したように０．０８ｄＢ／ｋｍ以下であることが要求され、これを満足するためには、図３のグラフより、マイクロベンドロスの増加は０．３ｄＢ／ｋｍ以下にすればよい。また、図４に示すように、外層のヤング率を低くするほど、外部応力を緩衝・緩和することができるため、マイクロベンドロスの増加を抑制できる。図４のグラフより、マイクロベンドロスを０．３ｄＢ／ｋｍ以下にするには、外層のヤング率を０．７ＭＰａ以下にすればよい。したがって、外層ヤング率を０．７ＭＰａ以下とすることにより、マイクロベンドロスを０．３ｄＢ／ｋｍ以下にでき、ケーブル化増加ロスを０．０８ｄＢ／ｋｍ以下に抑えられることが分かった。

（長期信頼性の評価）
シランカップリング剤が有効で長期寿命期間２５年の間に、ガラス腐食が所定の許容範囲にあることを保証する試験として、温度８５℃、相対湿度８５％、３０日間の加速試験（以下、加速劣化試験という）がある。加速劣化試験をしたガラス光ファイバのガラス腐食程度或いは破断強度の状況は、破断試験（試験方法規格IEC60793-1-31またはTLA/EIA-455-28に準拠）で判断される。上記加速劣化試験後の樹脂被覆光ファイバに上記破断試験
を行い、破断強度を評価した。破断試験での破断状況は、ワイブル確率分布の破断強度中央値（Ｍｅｄｉａｎ値、以下Ｍｅｄ値とする）、ｍｄ値（低強度分布の破断確率と破断強度との傾斜）で判定した。Ｍｅｄ値は破断強度のワイブル確率分布における破断強度の中央値であり、ガラス光ファイバ１が破断される破断強度の指標となる。ｍｄ値はワイブルパラメータであり、破断強度のワイブル確率分布の状態を示す。

加速劣化試験後の実施例１の樹脂被覆光ファイバに、破断試験（引張速度Ｖ）を行った。この破断試験から、図６（ａ）に示すように、実施例１の樹脂被覆光ファイバにおける破断強度とワイブル破断確率との関係が得られた。図６（ａ）において、初期状態のデータ（菱形のプロット）と加速劣化試験後のデータ（四角のプロット）とを比較すると、実施例１の樹脂被覆光ファイバでは、加速劣化試験による劣化は確認されなかった。また、ワイブル確率分布から求められるＭｅｄ値は、初期状態が５．７ＧＰａ、加速劣化試験後が６．０ＧＰａであって、劣化は確認されなかった。なお、ガラス光ファイバの破断強度として、Ｍｅｄ値５．５ＧＰａ以上であれば、十分な破断強度を有するといえる。また、実施例１においては、ｍｄ値が７５（初期）から８０（加速劣化試験後）とほぼ変わらず、破断強度のワイブル確率分布の状態にほとんど変化はなく、劣化による破断強度の低下は認められなかった。
一方、比較例１の樹脂被覆光ファイバにおける破断強度とワイブル破断確率との関係を
示す図６（ｂ）によれば、比較例１では、劣化が進みワイブル確率分布が大きく変動し、Ｍｅｄ値が５．９ＧＰａ（初期）から３．９ＧＰａ（加速劣化試験後）に減少した。また、比較例１では、ｍｄ値が１２０（初期）から７．４（加速劣化試験後）へと大きく減少し、劣化により破断強度が大きく減少していることが分かった。なお、ｍｄ値は、樹脂被覆光ファイバの１０ｍｍ径曲げの２５年寿命許容敷設長が１ｍ以上であるため、１８以上であることが好ましい。

次に、加速劣化試験後のガラス光ファイバ表面の平均ラフネスを測定した。具体的には、加速劣化試験後の樹脂被覆光ファイバのＵＶ樹脂層をはぎ取り、ガラス光ファイバを露出させ、露出したガラス光ファイバの表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の非接触モードで表面の凹凸を測定する。そして、得られたスキャンデータから算術平均粗さを算出して平均ラフネスとした。実施例１においては、加速劣化試験後の平均ラフネスが０．２ｎｍであり、初期状態からの変化はほとんど確認されなかった。一方、比較例１においては、平均ラフネスが１．４ｎｍまで増加していた。

ここで、平均ラフネスとガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率との関係について、Ｍｅｄ値と加速劣化試験後の平均ラフネスとの関係を示す図７、ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率と平均ラフネスとの関係を示す図８を用いて説明する。図７によれば、平均ラフネスの増加にともないＭｅｄ値が減少して破断強度が低下することが示されている。また、図８によれば、ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率の増加にともない、加速劣化試験後の平均ラフネスが低下することが示されている。ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率を１．２ＭＰａとする実施例１と、０．５ＭＰａとする比較例１とでは、ラフネスの凹部底部へ集中する応力の大きさが異なるため、劣化による平均ラフネスの増加に違いが生じている。図７、図８、および後述の実施例３の結果から、ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率を０．９ＭＰａ以上にすると、加速劣化試験後の平均ラフネスを０．６ｎｍ以下に抑えられ、かつ、５．５ＧＰａ以上のＭｅｄ値が得られることが分かる。すなわち、樹脂被覆光ファイバにおけるガラス光ファイバは、時間の経過とともに劣化したとしても、平均ラフネスが０．６ｎｍ以下であれば十分な破断強度を有することになる。なお、図７、図８において、三角形のプロットは実施例１、比較例１のデータを示し、菱形のプロットは比較例１におけるガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂のヤング率を種々に変更して得られたデータを示す。

（ＵＶ樹脂の密着性）
ガラス光ファイバとそれに接するＵＶ樹脂との結合状態（密着性）を、ガラス腐食速度を示す動的疲労定数としてのｎｄ値により判断した。ｎｄ値はガラス光ファイバ表面の凹部底部にかかる応力により促進されるラフネスの増加を示すものではないが、ｎｄ値によりガラス腐食の促進速度を判断することができる。ｎｄ値は、破断引張速度と破断強度との関係を示す図９によれば、例えば４点の破断引張速度とその時の破断強度から得られる対数表示グラフの傾きから算出される。図９（ａ）に示す実施例１では加速劣化試験によりｎｄ値が２２．８から２４．７へと変化し、図９（ｂ）に示す比較例１では加速劣化試験によりｎｄ値が２４．５から２４へと変化しているが、実施例１、比較例１ともにｎｄ値の変化は少なく、ＵＶ樹脂の密着性は低下していないことが確認された。

以上の結果を纏めると、下記の表１に示すように、実施例１においては、波長１５５０ｎｍのときのマイクロベンドロスが０．２４ｄＢ／ｋｍ、ケーブル化増加ロスが０．０４ｄＢ／ｋｍであり、加速劣化試験後のＭｅｄ値が６．０ＧＰａ、ｍｄ値が８０、平均ラフネスが０．２ｎｍであった。すなわち、実施例１の樹脂被覆光ファイバは、マイクロベンドロスおよびケーブル化増加ロスの増加を抑制するとともに、破断強度などの劣化が少なく長期信頼性に優れることがわかる。
それに対して、比較例１においては、マイクロベンドロスが０．２４ｄＢ／ｋｍ、ケー
ブル化増加ロスが０．０３ｄＢ／ｋｍ、Ｍｅｄ値が３．９、ｍｄ値が７．４、そして、平均ラフネスが１．４ｎｍであった。比較例１の樹脂被覆光ファイバは、伝送損失の増加を抑制できるものの、ガラス光ファイバの破断またはガラス腐食を十分に抑制できず、長期信頼性が低下している。この理由は、低ヤング率の一層のプライマリ層では、ガラス光ファイバの凹部底部への外部応力の集中を抑制することができず、ガラス光ファイバの破断または腐食が進行してしまうためである。

（実施例２〜実施例４、比較例２、比較例３）
実施例２〜４、比較例２、比較例３における樹脂被覆光ファイバは、上記実施例１および比較例１とほぼ同様に形成し（以下では実施例１、比較例１との相違点のみ述べる）、上記と同じ評価を行った。評価結果を、実施例１および比較例１とともに表１に纏めて示す。以下、それぞれについて説明する。

（実施例２）
実施例２は、セカンダリ層のヤング率を１２００ＭＰａに変更した点が実施例１と異なるだけであり、その他の構成については実施例１と同様に形成した。表１に示すように、実施例２は加速劣化試験後において実施例１と同様に長期信頼性に優れ、かつマイクロベンドロス、ケーブル化増加ロスも十分に小さく抑えられている。

（実施例３）
実施例３は、実施例１おける内層のヤング率を０．９ＭＰａ、外層のヤング率を０．７ＭＰａに変更している。表１より、Ｍｅｄ値の加速劣化試験後の減少は確認されず、また、加速劣化試験後の平均ラフネスは０．６ｎｍに抑えられており、十分な破断強度を有することがわかる。なお、実施例３においては、加速劣化試験によりｍｄ値が１００から２５へと低下しているが、１８以上であるので問題とはならない。また、マイクロベンドロス、ケーブル化増加ロスも十分に小さい。

（実施例４）
実施例４は、実施例１おける内層のヤング率を３．０ＭＰａ、外層のヤング率を０．７ＭＰａに変更している。表１によれば、マイクロベンドロスは０．３０ｄＢ／ｋｍ、ケーブル化増加ロスは０．０８ｄＢ／ｋｍであって合格基準にあり、また、Ｍｅｄ値、ｍｄ値は加速劣化試験後も減少せず、加速劣化試験後の平均ラフネスは０．１５ｎｍとなっており、長期信頼性に優れていることが分かる。

（比較例２）
比較例２は、セカンダリ層のヤング率を１２００ＭＰａに変更した点が比較例１と異なるだけである。評価結果についても、比較例１と同様に、マイクロベンドロス、ケーブル化増加ロスは抑制できるものの、加速劣化試験によりＭｅｄ値が５．９から３．９へ、ｍｄ値が１２０から７．４へとそれぞれ大きく減少して、加速劣化試験後の平均ラフネスが１．４ｎｍまで増加している。比較例２は、比較例１と同様に、ガラス光ファイバの破断またはガラス腐食を抑制できず、長期信頼性が低いことが確認された。

（比較例３）
比較例３は、比較例１おけるプライマリ層のヤング率を１．０ＭＰａ、セカンダリ層のヤング率を１２００ＭＰａに変更している。表１に示すように、比較例３では、加速劣化試験後の平均ラフネスが０．５ｎｍであり、加速劣化試験後のＭｅｄ値およびｍｄ値も低下していないことから、ガラス光ファイバの破断または腐食は抑制されていることが確認された。しかし、伝送損失に関しては、マイクロベンドロスが０．４ｄＢ／ｋｍ、ケーブル化増加ロスが０．２８ｄＢ／ｋｍとなっており、長距離通信伝送には適さないことが確認された。これは、ガラス光ファイバに接するＵＶ樹脂層（プライマリ層）のヤング率を
比較的に大きくしているため、ガラス光ファイバ表面の凹部への外部応力の集中およびガラス腐食を抑制できるが、プライマリ層のヤング率が高いため、外部応力自体を緩和しきれず、マイクロベンドロス等の伝送損失を抑えられないからである。

合否判定基準（１）Ｍｅｄ値：５．５ＧＰａ以上、（２）ｍｄ値：１８以上、（３）平均ラフネス：０．６ｎｍ以下、（４）ケーブル化増加ロス：０．０８ｄＢ／ｋｍ以下

１ガラス光ファイバ
２プライマリ層
３セカンダリ層
４内層
５外層
６凹部
６ａ底部
７底部にかかる応力
１１コア
１２クラッド
１００樹脂被覆光ファイバ

Claims

少なくとも、コアおよび前記コアを被覆するクラッドからなるガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバに接する紫外線硬化樹脂のプライマリ層と、前記プライマリ層の外周に配置される紫外線硬化樹脂のセカンダリ層と、を備える樹脂被覆光ファイバにおいて、
前記プライマリ層が前記クラッドの表面に接する内層と前記内層を被覆する外層との２層構造であって、
前記内層の紫外線硬化樹脂は、ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率が０．９ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下であり、前記外層の紫外線硬化樹脂は、前記常温ヤング率が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下であることを特徴とする樹脂被覆光ファイバ。
請求項１に記載の樹脂被覆光ファイバにおいて、前記内層の膜厚は、前記ガラス光ファイバを線引きする際に前記クラッド表面に形成される凹部の深さより大きいことを特徴とする樹脂被覆光ファイバ。
請求項１または２に記載の樹脂被覆光ファイバにおいて、前記セカンダリ層の紫外線硬化樹脂は、ＪＩＳ規格Ｋ７１１３のフィルム状での常温ヤング率が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする樹脂被覆光ファイバ。
請求項１から３のいずれか１項に記載の樹脂被覆光ファイバにおいて、温度８５℃、相対湿度８５％、３０日間による加速劣化試験後の前記樹脂被覆光ファイバにおける前記クラッドの表面の平均ラフネスが０．６ｎｍ以下であることを特徴とする樹脂被覆光ファイバ。