JP5533825B2 - 光ファイバ製造方法および光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ製造方法および光ファイバに関するものである。

光伝送システムにおいて光伝送路として用いられる通常の伝送用光ファイバについては、使用環境下での２０年といった長期間に亘る機械的信頼性を保証するために、その光ファイバの疲労係数の測定値およびスクリーニング強度、ならびに、使用環境下において光ファイバに与えられる歪が考慮されて、光ファイバの耐用年数や破断確率が求められる。このとき、主に静疲労係数または動疲労係数の値，スクリーニング強度および破断頻度が光ファイバの機械的信頼性を計る尺度として用いられており、光ファイバの破断時間や破断強度については議論する必要がない。

一方、近年では、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の進展により、通信キャリアの敷設管理が困難であるアクセス系の光ファイバ伝送路の敷設が増加している。また、宅内など加入者による光ファイバの取り扱いの機会が増加している。このようなアクセス系では、例えば、敷設や取り扱いの際に光ファイバがキンクしたり踏まれたりするなど、必ずしも光ファイバや光ケーブルの製造メーカが想定していない極端な歪が一時的に光ファイバに与えられる懸念がある。

非特許文献１に記載されているように、曲げ半径２.４mm以下といった小径の曲げが光ファイバに与えられる場合には、その光ファイバのガラス本来の強度が破断確率に影響することが知られている。しかし、小径曲げが付与された際の破断時間を管理した光ファイバおよび製造方法は知られていない。

特許文献１，２には、被覆樹脂層のｐＨを管理することで光ファイバの疲労係数を向上させることができると記載されている。しかし、ｐＨのみを管理しても必ずしも疲労係数を向上させることができるとは限らない。また、小径曲げ付与時の破断強度および破断時間に対する影響は検討されていない。

特許文献３には、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層におけるテトラエトキシシラン含有量を０.１重量部以上３.０重量部以下とするとともにジエチルアミン含有量を０.００１質量部以上０.２質量部以下とすることで、被覆樹脂層を除去した後のガラスファイバの表面をクリーニングする過程における該ガラスファイバの強度の低下を防止することができると記載されている。しかし、ジエチルアミンのようなアミン系添加を一次被覆層に添加することで、光硬化後の一次被覆層の塩基性が増すことから、光ファイバの長期信頼性は寧ろ低下する。また、小径曲げ付与時の破断強度および破断時間に対する影響は検討されていない。

特開平６−２５００５３号公報 特開２００６−５５７７９号公報 特開２００６−２１５４４５号公報

W. Griffioen, et al, "Reliability ofBend Insensitive Fibers," Proceedings of the 58th IWCS/IICIT, pp.251-257 (2009).

従来、極端な小径曲げ付与下での短時間の破断時間についての充分な知見の蓄積がない。小径曲げが付与された際の破断時間を管理した光ファイバおよび製造方法は知られていない。また、小径曲げ付与時の破断強度および破断時間に対する影響は検討されていない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小径の曲げが一時的に与えられた場合であっても破断を抑制することができる光ファイバ、および、そのような光ファイバを製造することができる方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ製造方法は、ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層が設けられた光ファイバを製造する方法であって、(1) 光ファイバ母材を線引してガラスファイバとし該ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層を設けて元光ファイバとする第１工程と、(2) 元光ファイバを分割して複数の光ファイバとする第２工程と、(3) 元光ファイバの少なくとも１箇所で、元光ファイバの張力を引張速度１％／minで増していって元光ファイバが破断するときの張力である破断強度Ｆ_１、および、半径１.３mmのマンドレルに巻き付けた元光ファイバが破断するまでの時間である破断時間Ｔを求める第３工程と、(4) 複数の光ファイバそれぞれの破断強度Ｆ_２を求める第４工程と、(5)破断強度Ｆ_１[kgf]および破断時間Ｔ[min]がＴ＞２.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ_１) なる式を満たす元光ファイバから分割された光ファイバであって破断強度Ｆ_２が５.５kgf以上である光ファイバを選択する第５工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の光ファイバ製造方法では、第３工程において、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満であるのが好適である。

本発明の光ファイバ製造方法では、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前において、オリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランを０.１wt％以上１０wt％以下含み、アミン系添加剤の含有量が０.００１wt％以下であるのが好適である。被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前において、オリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランを０.３wt％以上２wt％以下含むのが更に好適である。

本発明の光ファイバ製造方法では、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後において破断強度が１.５ＭＰａ以上であるのが好適である。被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前においてＮ-ビニルモノマーを５wt％以上１５wt％以下含み、光硬化後において、一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、一次被覆層を取り囲む二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層が設けられた光ファイバであって、ガラスファイバの外径をｄ１としたときに、ガラスファイバの０.９５ｄ１〜ｄ１の領域におけるＯＨ濃度が１０wtppm〜１０００wtppmであり、張力を引張速度１％／minで増していって破断するときの張力である破断強度Ｆ[kgf]、および、半径１.３mmのマンドレルに巻き付けたときに破断するまでの時間である破断時間Ｔ[min]が、Ｔ＞２.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ) なる式を満たすとともに、Ｆ＞５.５ なる式を満たすことを特徴とする。

本発明の光ファイバでは、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満であるのが好適である。

本発明の光ファイバでは、被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後において破断強度が１.５ＭＰａ以上であるのが好適である。被覆樹脂層のうちガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後においてゲル分率が８０〜９５％の範囲にあるのが好適である。被覆樹脂層の外径が２１０μｍ以下であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。動疲労係数が２０以上であるのが好適である。また、外周に圧縮応力が付与されているのが好適である。

本発明によれば、小径の曲げが光ファイバに一時的に与えられた場合であっても該光ファイバの破断を抑制することができる。

小径に曲がり易い外径３mmΦのジャンパーコードおよび宅内コードそれぞれについてＵ字クラッシュ試験を行って得られた結果を示すグラフである。 光ファイバの曲げ半径と破断確率との関係を示すグラフである。 光ファイバの平均破断強度と平均破断時間との関係を示すグラフである。 本実施形態の光ファイバ１の断面図である。 サンプル光ファイバＡ〜Ｆそれぞれの諸元を纏めた図表である。 サンプル光ファイバＧ〜Ｎそれぞれの諸元を纏めた図表である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

汎用的な宅内コードとして外径４.８mmΦや３.０mmΦの光コードが好適に用いられる。図１は、小径に曲がり易い外径３mmΦのジャンパーコードおよび宅内コードそれぞれについてＵ字クラッシュ試験を行って得られた結果を示すグラフである。ジャンパーコードと比べて宅内コードは剛性が高い構造を有している。しかし、両者とも、荷重が増加するに従って、曲げ位置（Ｕ字先端部）での内半径は小さくなり、最終的に上部のコードと下部のコードとが互いに接触した際の光コード内部の光ファイバの最小半径Ｒ_minは１.３mmとなった。すなわち、敷設中や取り扱い中に曲率半径１.３mm以下の一時的な曲げ歪が光ファイバに与えられる懸念があることがわかる。

図２は、光ファイバの曲げ半径と破断確率との関係を示すグラフである。同図に示されるように、曲げ半径２.４mm以下といった小径の曲げが光ファイバに与えられる場合には、疲労係数を考慮した破断確率による破断より、ガラス本来の強度に依存した破断が急激に増加する。

このような小径曲げ付与下における光ファイバの破断は瞬間的または数分の間に起こることが経験的に知られている。その破断時間を管理する方法は知られておらず、一時的な極端な歪に耐える光ファイバを安定的に供給する方法が求められていた。以下に説明する本実施形態の光ファイバおよび光ファイバ製造方法は、このような要求に応えることができ、極端な曲げ歪が光ファイバに与えられた場合であっても歪を開放するまでの時間耐えることができる。

本発明者は、光ファイバの被覆樹脂層が同一の樹脂組成である場合、曲率半径２.４mm以下の大きな歪が光ファイバに与えられる領域の破断時間が光ファイバの引張破断強度に相関することを見出した。図３は、光ファイバの平均破断強度と平均破断時間との関係を示すグラフである。ここでは、２８個の光ファイバ母材それぞれを線引して光ファイバを製造して各光ファイバの破断強度および破断時間を求め、母材毎に破断強度および破断時間それぞれの平均を求めた。破断強度は、光ファイバの張力を引張速度１％／minで増していって該光ファイバが破断するときの張力として求められた。また、破断時間は、半径１.３mmのマンドレルに巻き付けた光ファイバが破断するまでの時間として求められた。

同図に示されるように、平均破断強度と平均破断時間との間には明瞭な相関が存在する。平均破断強度をＦ_１[kgf]とし、平均破断時間をＴ[min]としたとき、両者の間の相関は下記（１）式の形で概略的に表される。Ａ，Ｂは係数である。
Ｔ＝Ａ×exp(Ｂ×Ｆ_１) …（１）

ここで、小径曲げ時に破断時間が５min以上である光ファイバを得ることができれば、その光ファイバは、敷設や取り扱いの際にキンクしたり踏まれたりするなどして小径の曲げが一時的に与えられた場合であっても、その小径の曲げに因る歪から開放されるまでの時間に破断することが抑制されると考えられる。

また、同図から、曲げ半径１.３mmにおいて破断時間が５min以上である光ファイバを得るために必要な破断強度は５.５kgf以上であれば良いことが分かる。以上より、１母材または複数母材について平均破断強度および平均破断時間を取得して、両者の関係式（上記（１）式）を満足することを確認し、各光ファイバについては破断強度を管理することで、所定の破断時間を得ることができる。

特に、下記（２）式を満足する光ファイバであって破断強度が５.５kgf以上となる光ファイバを使用することで、曲げ半径１.３mmの場合であっても５分以上の破断時間を得ることができるので、一時的な極端な曲げ歪を開放する処置を行う時間が十分得られる光ファイバのみを使用することが可能となる。
Ｔ＞２.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ_１) …（２）

本実施形態の光ファイバ製造方法は、ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層が設けられた光ファイバ（図４参照）を製造する方法であって、(1) 光ファイバ母材を線引してガラスファイバとし該ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層を設けて元光ファイバとする第１工程と、(2) 元光ファイバを分割して複数の光ファイバとする第２工程と、(3) 元光ファイバの少なくとも１箇所で破断強度Ｆ_１および破断時間Ｔを求める第３工程と、(4) 複数の光ファイバそれぞれの破断強度Ｆ_２を求める第４工程と、(5)破断強度Ｆ_１[kgf]および破断時間Ｔ[min]が上記（２）式を満たす元光ファイバから分割された光ファイバであって破断強度Ｆ_２が５.５kgf以上である光ファイバを選択する第５工程と、を備える。

図４は、本実施形態の光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、ガラスファイバ１０の周囲に被覆樹脂層２０が設けられたものである。ガラスファイバ１０は、コア１１およびクラッド１２からなる。被覆樹脂層２０は、ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層２１と、この一次被覆層２１を取り囲む二次被覆層２２とからなる。

引張速度１％／minにおいて光ファイバの破断強度Ｆ_２が５.９kgf以上であれば、曲げ半径１.３mmの場合であっても３０分以上の破断時間を得ることができる。引張速度１％／minにおける光ファイバの破断強度Ｆ_２が６.０kgf以上であれば、曲げ半径１.３mmの場合であっても６０分以上の破断時間を得ることができる。また、下記（３）式を満足する光ファイバであって破断強度が５.５kgf以上となる光ファイバを使用することで、曲げ半径１.３mmの場合であっても１０分以上の破断時間を得ることができる。これらの場合、一時的な極端な曲げ歪を開放する処置を行う時間が更に十分に得られる。
Ｔ＞４.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ_１) …（３）

平均破断強度と平均破断時間との間の相関を表す上記（１）式の係数Ａ，Ｂは、線引の条件、樹脂塗布の条件、樹脂の組成、線引時からの経過時間により異なる。しかし、特に光ファイバ母材の外周面近傍領域のＯＨ濃度が１０wtppm以上１００００wtppm以下であり、一次被覆層２１の光硬化前に含まれる水分量が５０wt_ppm以上２００００wt_ppm以下であり、樹脂のｐＨが７以下であれば、一般に７５％以上の歩留で上記（２）式に対応できることを本発明者は確認した。

光ファイバ１のガラスファイバ１０の外周表面近傍のＯＨ濃度は１０wtppm〜１０００wtppmであることが望ましい。アルカリ金属を含まない合成ガラスにおいて、微量のＯＨは、ガラス破断に直接的な影響を及ぼさない一方、ガラス表層のシランカップリング剤との脱水縮合反応を促進するのでガラス強度を上げる観点から望ましい。しかし、ＯＨ濃度が高すぎる場合、微小クラックの応力拡大係数が大きくなり、破断強度および疲労係数の低下につながる。したがって、ガラスファイバ１０の外周表面近傍のＯＨ濃度は１０００wtppm以下であることが望ましい。具体的には、ガラスファイバの外径をｄ１としたときに、ガラスファイバの０.９５ｄ１〜ｄ１の領域におけるＯＨ濃度が１０wtppm〜１０００wtppmであることが望ましい。

ここで、ガラスファイバ１０の外周表面近傍のＯＨ濃度は、汎用的に得られる赤外吸収を用いた方式では空間分解能が低いことから検出が困難な場合がある。そこで、線引前の光ファイバ母材の外周表面近傍のＯＨ濃度を測定して管理しても構わない。この場合、光ファイバ化の過程においてＯＨが拡散するので、光ファイバ母材の外周表面近傍におけるＯＨ濃度は１０wtppm〜１００００wtppmの範囲にあることが望ましい。具体的には、光ファイバ母材の外径をＤ１としたときに、光ファイバ母材の０.９８Ｄ１〜Ｄ１の領域におけるＯＨ濃度が１０wtppm〜１００００wtppmであることが望ましい。

曲げられて使用される光ファイバ１としては、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型といった屈折率分布を有する低曲げ損失の光ファイバが好適に用いられる。また、空気穴や微小な穴の群により屈折率を制御した光ファイバも好適に用いられる。トレンチ型光ファイバでは、接続損失を決定するモードフィールド径をＧ.６５２に準拠する汎用のシングルモードファイバと同等にあわせつつ、曲げ損失を低減することができる。また、屈折率分布を適切に調節することで、曲げ半径１０mmまたは５mmといった小さな曲げ径であっても波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５ｄＢ／ターン以下といった小さな曲げ損失を有する光ファイバを実現することもできる。

光ファイバ１の製造方法は以下のとおりである。先ず、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤといった気相ガラス合成法により光が導波するコアを作成し、該コアの周囲にＶＡＤ、ＯＶＤ、ＡＰＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法によりジャケット層を形成して、光ファイバ母材を形成する。ここでコアとジャケットとの間に更に、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法により中間光学クラッド層を設けても良い。このようにして作成した光ファイバ母材を線引タワーに把持し、下端部を作業点以上の温度に加熱し、形成された種ガラスを適宜延伸して紡糸し、紡糸した光ファイバの外径を制御しながら、樹脂を付着させるダイス、樹脂を硬化させるＵＶ炉等を経て光ファイバ素線となし、その光ファイバ素線を巻き取りボビンにより巻き取る。

一般的に光ファイバ１ではガラスファイバ１０の外周に樹脂被覆層２０が設けられる。樹脂被覆層２０は、２層構造を有しており、外力が直接にガラスファイバ１０に伝わらない様にする一次被覆層２１と、外傷を防止する二次被覆層２２とを含む。それぞれの樹脂層を塗布するダイスは紡糸工程において直列的に配置されても良い。また、２層を同時に排出するダイスにより塗布しても良く、この場合、線引タワーの高さを低くすることができるので、線引建屋の建造コストを軽減することができる。

また、紡糸後のガラスファイバ１０の冷却速度を制御する装置を線引炉とダイスとの間に設けることで、ダイスに入る際のガラスファイバ１０の表面温度を好適な温度に制御することができる。冷却速度を制御する装置内に流すガスのレイノルズ数は低いほうが、紡糸したファイバへ与えられる乱流の発生による振動が軽減されるので望ましい。また、ガラスファイバの冷却速度を制御することで、レイリ散乱を低減し、伝送損失の低い光ファイバを得ることもできる。

樹脂を硬化させるためのＵＶ炉は、ＵＶ光の強度のほかに炉内部の温度をフィードバック制御することで、樹脂の硬化速度を適切に制御することができる。ＵＶ炉としては、マグネトロンや紫外ＬＥＤが好適に用いられる。紫外ＬＥＤを用いる場合は、光源そのものは発熱しないので、炉内の温度が適切になる様に温風を入れる機構が別途備えられる。また、樹脂から脱離する成分がＵＶ炉の炉心管の内面に付着し、被覆層に到達するＵＶ光のパワーが線引中に変化するので、予め線引中のＵＶ光パワーの減少度合いをモニタし、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となる様に、線引時間によりＵＶ光パワーを調節しても良い。また、炉心管から漏れ出るＵＶ光をモニタして、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となる様に制御しても良い。これにより、光ファイバ全長において均質な光ファイバの破断強度を得る事ができる。

２層の被覆層のうち二次被覆層２２の耐外傷性により適宜、二次被覆層２２を適切な厚みに設定することが好ましい。一般に、二次被覆層２２の厚みは、１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上であることが好ましい。

このようにして製造され巻き取りボビンにより巻き取られた光ファイバ１は、必要に応じて被覆層に着色され、光ケーブルや光コードといった最終製品として使用される。

破断強度試験では、着色前または着色後の光ファイバを用いて、温度２５℃で湿度５０％の環境下で該光ファイバに軸方向の引張歪を与え、破断した時の引張強度をモニタする。光ファイバに引張歪を与える際に軸方向のすべりが発生する場合には、適宜破断強度の補正が行われることが望ましい。破断強度試験に用いる光ファイバの長さは、装置にあわせて変更しても良いが、試験の簡便性により５ｍ〜３０ｍの間であることが望ましい。好適には２５ｍまたは５ｍといった長さでの測定が好ましい。本実施形態では、引張速度は、１分当たりに光ファイバが伸びた量を示す。サンプル長２５ｍのときに１分当たり２５mm伸びた場合に引張速度１％／minとなる。平均破断強度は、Ｎ＝１５以上のサンプルに対し破断強度試験を行って５０％の光ファイバが破断した引張強度をいう。本実施形態では引張速度１％／minの場合について説明しているが、引張速度を１％／min以上とした場合にも適用が可能である。但し、引張速度が大きい場合、データの繰り返し再現性が低下する可能性がある。

破断時間測定では、着色前または着色後の光ファイバを用いて、温度２５℃で湿度５０％の環境下において該光ファイバを所定径のマンドレルに巻きつけて保持し、巻きつけ終わってから破断するまでの時間をモニタする。平均破断時間は、Ｎ＝１５以上のサンプルに対し破断時間測定を行って５０％の光ファイバが破断した時間をいう。本実施形態では、巻きつけるマンドレルの半径が１.３mmの場合について説明しているが、マンドレルの半径が１.３mmより大きい場合や小さい場合でも同様の整理が可能である。但し、実用上曲げられる可能性のある径の中で最も厳しい曲げ径の一つである曲率半径１.３mmとすることで、破断時間の管理が容易となる。

次に、本実施形態の光ファイバまたは光ファイバ製造方法の更に好適な態様について説明する。

水が存在する場合、応力の存在下でガラスの破断が進むことが知られている。しかし、通常の合成ガラスにおいて、ガラス外周の微量のＯＨは、ガラス表層のシランカップリング剤との脱水縮合反応を促進するので寧ろガラス強度を上げることができる。一方、ＯＨ濃度が高すぎる場合、微小クラックの応力拡大係数が大きくなり、破断強度および疲労係数の低下につながるので、ＯＨ濃度は１０００wtppm以下であることが望ましい。ここで、光ファイバ外周のＯＨ濃度は、汎用的に得られる赤外吸収を用いた方式では、空間分解能が低いことから検出が困難な場合がある。そこで、線引前の光ファイバ母材の外周０.９８Ｄ１〜Ｄ１の領域のＯＨ濃度を測定し、代替的に管理することができる。ファイバ化の過程においてＯＨが拡散するので、光ファイバ母材段階のガラス表層におけるＯＨ濃度は１０wtppm〜１００００wtppmの範囲にあることが望ましい。更に好ましくは、このＯＨ濃度は１０wtppm〜１５００wtppmである。

また、一次被覆層２１の光硬化前の樹脂に含まれる水分量が５０wt_ppm以上２００００wt_ppm以下であり、ｐＨを７以下とすることで、シランカップリング剤の反応を促進し、ガラスの強度を強くしつつ、小径曲げにおける破断時間を伸張することができる。さらに好ましくは、一次被覆層２１の光硬化後のｐＨが５以下である。ガラス外周のＯＨ濃度を調整するには、線引前の光ファイバ母材に酸水素バーナーで火炎研磨する方法がある。この際の酸素流量、水素流量、流量比、母材表面温度を調整することで所望のＯＨ濃度を得ることができる。また、一次被覆層２１の樹脂液中に含まれている水分は多いほど、シランカップリング剤の反応を促進できるが、２００００wt_ppm以上と多すぎる場合樹脂液の硬化が発生するので望ましくない。以上の様にすることで、上記（２）式を満たす光ファイバを高い歩留で得ることが可能となり、高い経済性が得られる。

一次被覆層２１に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満であるのが好適である。一次被覆層２１の光硬化前の樹脂中のテトラエトキシシランについてはガスクロマトグラフィで検出することができる。また、硬化後の一次被覆層２１中の未反応なテトラエトキシシランについてもガスクロマトグラフィで検出することができる。ガスクロマトグラフィによる検出は、抽出を行った後に行ったほうが正確な値を得ることができる。硬化後の一次被覆層２１中の未反応なシランカップリング材の量の変化が大きい場合、十分にシランカップリング反応が進んでおらず、破断強度が低く、小径曲げにおける破断時間が短くなる場合がある。また、破断強度と破断時間との関係がずれるので、正確な管理が困難となる。そこで、一次被覆層２１に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満である光ファイバを選別して使用することで、シランカップリング反応が十分進んだ光ファイバのみを用いることができ、上記（２）式を満たす光ファイバを高い歩留で得ることが可能となり、高い経済性が得られる。更に好ましくは上記の減少率は０.０５／７日未満である。

一次被覆層２１となる樹脂は、光硬化前において、オリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランを０.１wt％以上１０wt％以下（更に好適には０.３wt％以上２wt％以下）含み、アミン系添加剤の含有量が０.００１wt％以下であるのが好適である。非反応性テトラエトキシシランは、樹脂の骨格に組み込まれず、ガラス表面と反応できるシランカップリング剤として機能する。また、非反応性テトラエトキシシランは、オリゴマーが付加されていない低分子であることで、樹脂中の移動度を高く保つことができ、カップリング反応速度を高めることができ、線引後のエージング等の必要性を軽減することができる。光硬化前の樹脂液中にオリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランは、０.１wt％以上１０wt％であることが望ましく、更に好ましくは０.３wt％以上２wt％以下である。光硬化前の樹脂液中にオリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランが１０wt％以上であると、引き抜き性が悪化する懸念が増加する。また、アミン系添加材を実質的に排除することで、一次被覆層２１中の塩基性成分を増加させることが無いので、ガラス本来の強度を低下させることが無い。

一次被覆層２１は、光硬化後において破断強度が１.５ＭＰａ以上であるのが好適である。一次被覆層２１の破断強度を１.５ＭＰａ以上に保つことで、曲げ半径１.３mmといった小径曲げが付与された際に樹脂層の破壊が発生せず、敷設後の実使用下での光ファイバの機械的信頼性を維持することができる。更に好ましくは一次被覆層の破断強度は２ＭＰａ以上、更に好ましくは３ＭＰａ以上である。

一次被覆層２１となる樹脂は、光硬化前においてＮ-ビニルモノマーを５wt％以上１５wt％以下含み、光硬化後において、一次被覆層２１のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、二次被覆層２２のヤング率が８００ＭＰａ以上であるのが好適である。また、一次被覆層２１は、光硬化後においてゲル分率が８０〜９５％の範囲にあるのが好適である。Ｎ-ビニルモノマーを５wt％以上１５wt％以下とすることで、一次被覆層２１の破断強度を１.５ＭＰａ以上に保つことができる。更に好ましくは、Ｎ-ビニルモノマーの含有量は７wt％以上１２wt％以下であり、破断強度は３.０ＭＰａ以上である。一方、Ｎ-ビニルモノマーを多く添加すると、同時にヤング率の上昇を招く場合がある。高すぎるヤング率は、マイクロベンドによる伝送損失の増加の原因となるので、望ましくない。一次被覆層２１のＮ-ビニルモノマーを１５wt％以下とし、一次被覆層２１のヤング率を０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下、二次被覆層２２のヤング率を８００ＭＰａ以上とすることで、マイクロベンドによる伝送損失の増加も同時に防止できる。ヤング率の調整は、線引速度や紫外光ランプ中の温度を調整することで、調整することができる。その際、一次被覆層２１のゲル分率を８０〜９５％の範囲とすることで、安定的に、小径曲げにおける破断時間が長い光ファイバを得ることができる。

被覆樹脂層２１の外径が２１０μｍ以下であり、二次被覆層２２の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。通常の光ファイバ素線の外径は２４０〜２５０μｍであるが、上記（２）式の範囲を満たしつつ光ファイバ素線外径を２１０μｍ以下とすることで、限られたスペースへの配線が可能となる。その際、二次被覆層２２の厚みｗ２を１０μｍ以上とすると、外傷を防ぐことができるので望ましい。更に好ましくは二次被覆層２２の厚みｗ２は１５μｍ以上である。

動疲労係数が２０以上であるのが好適である。動疲労係数が２０以上であることで、小径曲げ時の破断だけでなく、長期的な機械信頼性を確保することができる。更に好ましくは、動疲労係数２５以上である。

外周に圧縮応力が付与されているのが好適である。光ファイバ外周に圧縮応力が付与することで、光ファイバに与えられる曲げ歪をキャンセルし、破断強度を有為に増加させることができる。

図５および図６は、サンプル光ファイバＡ〜Ｎそれぞれの諸元を纏めた図表である。なお、これらの図において、Ｓ１は、線引後に所定日数経過した日に測定した一次被覆層２１における未反応のシランカップリング材の量である。Ｓ７は、Ｓ１測定日から７日間経過した日に測定した一次被覆層２１における未反応のシランカップリング材の量である。

初めに、シランカップリング材の減少率（１−Ｓ７／Ｓ１）が0.1/7日未満であることを確認した後、一本の光ファイバ母材から線引きされた一連の光ファイバに対して一回平均破断強度Ｆ１[kgf]、及び平均破断時間Ｔ[min]を測定し、前記破断強度Ｆ１[kgf]および前記破断時間Ｔ[min]が Ｔ＞２.６×１０−１１×exp(４.７３６×Ｆ1) なる式を満足（表中で○、×で評価）するか判定を行った。○と判定した一連の光ファイバについて、一連の光ファイバを分割した各ボビン毎に破断強度を再度評価しF>=5.5kgfとなったものについては、99%以上の歩留でＲ1.3ｍｍ曲げといった布設時の一時的な急峻な曲げにも１０分以上耐える十分な破断時間が得られることを確認し、一方、F＜5.5kgfとなったものについては、Ｔが１０分以上となる歩留が16％と低いことを確認した。

１…光ファイバ、１０…ガラスファイバ、１１…コア、１２…クラッド、２０…被覆樹脂層、２１…一次被覆層、２２…二次被覆層。

Claims (13)

1. ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層が設けられた光ファイバを製造する方法であって、
   光ファイバ母材を線引してガラスファイバとし該ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層を設けて元光ファイバとする第１工程と、
   前記元光ファイバを分割して複数の光ファイバとする第２工程と、
   前記元光ファイバの少なくとも１箇所で、前記元光ファイバの張力を引張速度１％／minで増していって前記元光ファイバが破断するときの張力である破断強度Ｆ_１、および、半径１.３mmのマンドレルに巻き付けた前記元光ファイバが破断するまでの時間である破断時間Ｔを求める第３工程と、
   前記複数の光ファイバそれぞれの破断強度Ｆ_２を求める第４工程と、
   前記破断強度Ｆ_１[kgf]および前記破断時間Ｔ[min]が Ｔ＞２.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ_１) なる式を満たす元光ファイバから分割された光ファイバであって前記破断強度Ｆ_２が５.５kgf以上である光ファイバを選択する第５工程と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ製造方法。
2. 前記第３工程において、前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
3. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前において、オリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランを０.１wt％以上１０wt％以下含み、アミン系添加剤の含有量が０.００１wt％以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
4. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前において、オリゴマーが付加していない非反応性テトラエトキシシランを０.３wt％以上２wt％以下含む、ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ製造方法。
5. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後において破断強度が１.５ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
6. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層となる樹脂は、光硬化前においてＮ-ビニルモノマーを５wt％以上１５wt％以下含み、光硬化後において、前記一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、前記一次被覆層を取り囲む二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
7. ガラスファイバの周囲に被覆樹脂層が設けられた光ファイバであって、
   前記ガラスファイバの外径をｄ１としたときに、前記ガラスファイバの０.９５ｄ１〜ｄ１の領域におけるＯＨ濃度が１０wtppm〜１０００wtppmであり、
   張力を引張速度１％／minで増していって破断するときの張力である破断強度Ｆ[kgf]、および、半径１.３mmのマンドレルに巻き付けたときに破断するまでの時間である破断時間Ｔ[min]が、Ｔ＞２.６×１０^−１１×exp(４.７３６×Ｆ) なる式を満たすとともに、Ｆ＞５.５ なる式を満たす、
   ことを特徴とする光ファイバ。
8. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層に含まれる未反応のシランカップリング剤の量の減少率が０.１／７日未満である、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
9. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後において破断強度が１.５ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
10. 前記被覆樹脂層のうち前記ガラスファイバの外周に接触している一次被覆層は、光硬化後においてゲル分率が８０〜９５％の範囲にある、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
11. 前記被覆樹脂層の外径が２１０μｍ以下であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上である、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
12. 動疲労係数が２０以上であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
13. 外周に圧縮応力が付与されていることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。

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