JPH01178850A - プラスチック被覆光伝送用ファイバの特性評価法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラスファイバに有機物被覆を施したプラスチ
ック被覆光伝送用ファイバの特性評価法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

通信用の光ファイバは、ガラス母材（プリフォーム）を
紡糸し°た後に、高分子物質が被覆されて機械的強度が
付与される。第５図は一般的な光伝送用ファイバの斜視
図である。シリカガラス、フッ化物ガラスなどからなる
ガラスファイバ１は、中心部のコア２とその外側のクラ
ッド３で構成され、ソフト層４により被覆されている。

そして、その外側にはハード層５が形成され、単心の光
伝送用ファイバ６を構成している。

ここで、ソフト層４はガラスファイバ１に対するクツシ
ョンの役目を果たすもので、柔軟性のある樹脂が用いら
れる。具体的には熱硬化シリコーン、紫外線（ＵＶ）硬
化シリコーン、ＵＶ硬化ウレタンアクリレート、ＵＶ硬
化エポキシアクリレート、ＵＶ硬化エステルアクリレー
トなどである。

ハード層５はソフト層４の外側からガラスファイバ１を
更に保護するもので、強靭な樹脂が用いられる。具体的
にはポリアミド、ポリエステル、ＡＢＳ樹脂、ポリアセ
タール樹脂などの押出樹脂や、各種のＵＶ硬化樹脂であ
る。これらの被覆材料は着色して用いられることがあり
、ソフト層４あるいはハード層５のみを着色したり、ソ
フト層４とハード層５の双方を着色したりする。また、
ハード層の外側に着色層を設けたり、ソフト層４とハー
ド層５の間に着色層を介在させることもある。

ヤング率の点から検討すると、従来の被覆材料は種々の
組み合わせで用いられてきた。すなわち、ソフト層４と
しては一般に、ガラス転移温度が一５０℃よりも低く、
常温におけるヤング率が０　、　５　ｋｇ　／　ｍｍ　
”よりも低いものが用いられる。また、ハード層５とし
ては一般に、ガラス転移温度が常温よりも高く、ヤング
率が常温において３０ｋｇ　／　ｍｍ　２よりも高いも
のが用いられる。そして、この様な材料を種々組み合せ
ることで、伝送特性の向上が図られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、近年の長距離光通信への需要の高まりの
中では、伝送特性の向上に対する要求が更に高いものと
なり、従来の特性評価法では不十分となってきた。従来
より、被覆材料がガラスファイバの伝送特性に大きな影
響を与えることは知られており、特に、温度を広範囲に
変化させた場合には、被覆材料の収縮力あるいは膨張力
がガラスファイバに働き、ガラスファイバにマイクロベ
ンディングを生じさせたりして、伝送特性劣化の原因に
なることが報告されている。しかしながら、理論的に求
めた被覆材料の収縮力あるいは膨張力だけからの評価で
は、広い温度範囲にわたって、伝送特性の優れた光伝送
用ファイバであるか否かを、正確に評価することは困難
であった。

そこで、従来より、この収縮力あるいは膨張力以外の他
の要素として、被覆材料とガラスファイバの密着性の評
価が検討されている。従来の密着性の評価方法としては
、光伝送用ファイバからガラスファイバを引き抜く際の
引抜力を測定することにより、被覆材料のガラスファイ
バへの締付は力を求め、これによって密着性を評価する
ものがある。１また、低温から高温に至る温度範囲（例
えば、−２０℃〜６０℃）での熱サイクル試験のもとに
、被覆材料の収縮量から密着性を評価するものもあった
。

しかしながら、これらの計画方法では密着性が適性であ
ると評価された場合でも、低温あるいは高温状態で光伝
送用ファイバを使用したときには、伝送損失に異常が出
ることがあった。このため、広い温度範囲において良好
な伝送特性を有するか否かを、正確に評価することので
きる光伝送用ファイバの特性評価法の開発が望まれてい
た。

そこで本発明は、広い温度範囲において良好な伝送特性
をもったものであるか否かを、密着性の面から正確に評
価することのできるプラスチック被覆光伝送用ファイバ
の特性評価法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、光伝送用ファイバの伝送特性を左右する要
因の１つとして、ガラスファイバと被覆材料の密着性の
評価について種々の検討を行なった結果、特性評価法に
関して次のような知見を７５だ。すなわち、光伝送用フ
ァイバの一端に力学的振動を加え、他端で応力を検出す
ると弾性変形と粘性流動が動的に重なって現れ、いわゆ
る動的粘弾性が測定できる。そこで、この動的粘弾性の
温度特性（温度依存性）を検討すると、これはガラスフ
ァイバと被覆材料の密着性を反映していることがわかっ
た。ここにおいて、動的粘弾性の測定により得られる力
学的損失値（ｔａｎδ）の温度依存性にもとづき、ガラ
スファイバと有機物被覆材料の密着性を評価することに
より、かかる光伝送用ファイバが広い温度範囲にわたっ
て優れた伝送特性を有するものであるか否かを正確に評
価できる。

〔作用〕

本発明に係るプラスチック被覆光伝送用ファイバの特性
評価法は、伝送特性が広い温度範囲で良好であるか否か
を評価するために、ガラスファイバと被覆材料の密着性
を評価するものである。このような評価をする際には、
まず光伝送用ファイバは適当な長さに切断され、第１図
のようにして動的粘弾性が測定される。すなわち、光伝
送用ファイバの一端に力学的振動を与え、他端において
応力を検出すると、力学的損失値（ｔａｎδ）が求めら
れる。ここで、光伝送用ファイバの一般的材料構成つい
ては、ガラスファイバのヤング率は７０００ｋｇ／ｍ１
１２程度、ソフト層のヤング率は０　、　５　ｋｇ　／
　ｍｍ　２程度以下、ハード層のヤング率は３０ｋｇ／
ｌｌｌ１１２程度以上である。従って、ガラスファイバ
のヤング率はハード層の２００倍程度量上であるので、
動的粘弾性の測定においては、ソフト層およびハード層
の分子運動にもとづく力学的損失値（ｔａｎδ）は僅か
であると、従来から一般に考えられてきた。

しかしながら、前述のように動的粘弾性を測定すると、
第２図に実線で示すように、ソフト層およびハード層の
分子運動に起因するものとは異なる挙動が現れる。同図
において、−点鎖線はソフト層単独の場合を示し、二点
鎖線はハード層単独の場合を示しているのに対して、実
線のものはソフト層およびハード層を施した光伝送用フ
ァイバの場合を示している。そして、この光伝送用ファ
イバの動的粘弾性の挙動は、ガラスファイバと被覆材料
の密着性を反映しているものであった。そこで、この動
的粘弾性の測定で評価される上記の密着性を調べること
により、広い温度範囲にわたって被覆材料の収縮力によ
るマイクロベンディングを生じさせることがなく、伝送
特性の優れたプラスチック被覆光伝送用ファイバである
か否かを評価することができる。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第４図を参照して、本発
明の詳細な説明する。なお、同一の要素には同一の符号
を付すことにより、重複する説明を省略する。

第１図は、本発明に係る光伝送用ファイバの特性評価法
を実施するに際して、ガラスファイバと被覆材料の密着
性の程度を評価するための、動的粘弾性の測定を説明す
る図である。図示の通り、光伝送用ファイバ６は一定の
長さに切断され、−端は振動チャック７に把持され、他
端は検出チャック８に把持される。ここで、振動チャッ
ク７は光伝送用ファイバ６に力学的振動を与えるための
ものであり、検出チャック８は光伝送用ファイバ６の応
力を検出するためものである。そして、この検出応力に
もとづいて動的粘弾性が測定され、力学的損失値（ｔａ
ｎδ）が得られる。

このような測定法は、高分子物質の動的粘弾性挙動の測
定において、従来から一般に用いられている技術である
。そして、この測定によって、ガラス転移温度、融解／
結晶性、架橋、相分離等の分子の凝集に関する情報が得
られる。このため、光伝送用ファイバからガラスファイ
バを除去して残った被覆材料の動的粘弾性を測定すれば
、材料の同定、耐熱性、被膜厚比などの有用なデータが
得られる。また、例えば特公昭５４−１７１８４号に示
されるように、絶縁被膜の硬化度評価にも使用されてい
る。

本発明では、このような動的粘弾性の測定手法を、光伝
送用ファイバの密着性の評価に適用する。

すなわち、第１図のように光伝送用ファイバをセットし
、動的粘弾性を測定すると、第２図に実線で示すような
ガラスファイバと被覆材料の密着性に起因する挙動が現
れる。さらに、この動的粘弾性の温度特性を、ガラスフ
ァイバと被覆材料のうちのソフト層との密着性を種々変
化させて求める。

すると、第３図のような力学的損失値（ｔａｎδ）の温
度特性が得られる。

ここで、ガラスファイバと被覆材料の密着性の程度の設
定は、種々の方法により設定されている。

例えば、シリコーン樹脂をソフト層に用いたときには、
シリコーン樹脂中のＯＨ基の濃度を変えることで設定さ
れる。すなわち、ＯＨ基を増加させれば、それだけガラ
スファイバとシリコーン樹脂の密着性が強くなる。また
、シリコーン樹脂以外のものをソフト層に用いるときに
は、例えばシランカップリング剤を添加することにより
設定される。

第３図において、実線は密着性が弱い場合を示し、−点
鎖線は密着性が強い場合を示し、二点鎖線は密着性が強
すぎる場合を示している。図示の通り、密着性が弱いほ
ど力学的損失値（ｔａｎδ）はより低温度から発生し、
密着性が強くなるにつれて力学的損失値（ｔａｎδ）は
より高温度から発生する。そして、このガラスファイバ
と被覆材料の密着性の把握は、力学的損失値（ｔａｎδ
）が所定値（例えば０．０５）となる温度から、あるい
はピークを示す温度などから定量的に行なうことができ
る。

光伝送用ファイバのようにヤング率が極めて異なる複合
材料においても、高弾性材料の占める割合が小さい場合
、すなわち光伝送用ファイバの全断面に占めるガラスフ
ァイバの割合が５０％程度よりも小さい場合には、密着
性の程度によって力学的なエネルギー消費は異なり、こ
れが力学的損失値（ｔａｎδ）の値となって現れる。こ
のエネルギー消費は界面での密着性がきわめて強い場合
、あるいはきわめて弱い場合に小さく、密着性が温度上
昇等により次第に弱くなり始めると、次第に大きくなる
。すなわち、力学的損失値（ｔａｎδ）の温度特性曲線
において、このｔａｎδの値が大きくなる。このことは
、密着性が弱い場合はど、より低温で力学的損失値（ｔ
ａｎδ）の値が大きくなり始め、密着性が強い場合はど
、より高温で力学的損失値（ｔａｎδ）の値が大きくな
り始めることを示している。そしてこれは、力学的振動
の共鳴がガラスファイバと被覆材料の間の密着性の程度
により異なることを示している。

本発明者はかかる知見にもとづき、各種各様の検討を行
なった結果、−例として、共鳴による力学的損失値（ｔ
ａｎδ）の立ち上り始める温度（０，０５以上になる温
度）を求めることにより、伝送特性が広い温度範囲で良
好なプラスチック被覆光転゛送用ファイバであるか否か
を、正確に評価できる方法を開発した。また、実際の各
種光伝送用ファイバの評価を行なった。その結果、力学
的損失値（ｔａｎδ）の立ち上り始める温度が例えば６
０℃よりも高いときは、低〆Ｒでの伝送損失が大きいこ
とがわかった。このことは、低温時の被覆材料の収縮力
が大きくなりすぎ、ガラスファイバにマイクロベンディ
ングを生じさせるものと考えられる。これに対して、例
えば２０℃程度の低温から力学的損失値（ｔａｎδ）が
０．０５以上に立ち上り始めるものでは、低温時の被覆
材料の収縮力が小さく、ガラスファイバの伝送損失を大
きくする程度のマイクロベンディングは現れないものと
考えられる。

次に、本発明の具体的な実施例と比較例を、第４図によ
り説明する。

実験において、密着性を制御するためのシランカップリ
ング剤としては、信越シリコーン■製のＬＳ−３３８０
を用いた。また、動的粘弾性の測定器としては、■オリ
エンチックのレオパイブロンを用い、測定条件は力学的
振動の周波数を１１ヘルツ、昇温速度を３℃／分とした
。伝送特性の測定には波長が１．３μｍの赤外線を用い
、初期特性と温度特性を調べた。ここで、初期特性とは
２０℃での伝送特性を示し、温度特性とは２０°Ｃの伝
送損失をＸ。（ｄＢ／ｂ：ｌ　、−４０℃での伝送損失
をｘ　１Ｃｄ　Ｂ　／　ｋｍ　〕　としたときに、ΔＸ
−ｘ　　　Ｘ　２　　（ｄ　Ｂ　／　ｋｍ　）を示して
いる。

比較例１ シングルモード（ＳＭ）型プリフォームを紡糸し、線径
１２５　ｔｔ　ｍのガラスファイバとした後、熱硬化シ
リコーン樹脂を線速２００ｍ／分で塗布、硬化して２０
０μｍ径の光ファイバとした。そして、この光ファイバ
にナイロン１２を押出被覆し、６００μｍ径の光伝送用
ファイバを得た後、特性を評価したところ、第４図の結
果が得られた。このように、この光伝送用ファイバは、
特に低温での伝送損失が高かった。そこで、密着性の評
価にもとづく特性評価のために、力学的損失値（ｔａｎ
δ）の温度特性において、力学的損失値（ｔａｎδ）が
０，０５を示し始める温度を求めたところ、７０℃程度
であった。

比較例２ ＳＭ型プリフォームを紡糸し、線径が１２５μｍのガラ
スファイバとした後、シランカップリング剤を０６１％
添加したウレタンアクリレートからなるＵＶ硬化ソフト
樹脂を線速２００ｍ／分　−で塗布、硬化し、１９０μ
ｍ径の光ファイバを得た。次に、この光ファイバにウレ
タンアクリレートからなるＵＶ硬化ハード樹脂を同一線
速で塗布、硬化し、２５０μｍ径の光伝送用ファイバを
得た。

その後、特性を評価したところ、第４図の結果が得られ
た。この例でも、特に低温での伝送損失は大きかった。

次に、密着性の評価にもとづく特性評価のために、力学
的損失値、（ｔａｎδ）が０．０５が示し始める温度を
求めたところ、６５℃であった。

比較例３ グレーデッドインデックス（ＣＩ）型プリフォームを紡
糸し、線径が１２５μｍのガラスファイバとした後、シ
ランカップリング剤を０．０５％添加したウレタンアク
リレートからなるＵＶ硬化ソフト樹脂を線速２００ｍ／
分で塗布、硬化し、２００μｍ径の光ファイバを得た。

次に、この光ファイバにナイロン１２を押出被覆し、６
００μｍ径の光伝送用ファイバを得た。その後、この光
伝送用ファイバの特性を評価したところ、第４図の結果
が得られた。このように、この例においても、特に低温
での伝送損失が大きかった。そこで、密着性の評価にも
とづく特性評価のために、力学的損失値（ｔａｎδ）が
０，０５を示し始める温度を求めたところ、６３℃であ
った。

実施例Ｉ ＳＭ型プリフォームを紡糸し、線径１２５μｍのガラス
ファイバとした後、熱硬化シリコーン樹脂を線速２００
ｍ／分で塗布、硬化して２００μｍ径の光ファイバとし
た。ここで、シリコーン樹脂のＯＨ基の含有量は比較例
１で用いたものよりも少なくして、ガラスファイバとの
密着性を弱くした。そして、この先ファイバにナイロン
１２を押出被覆し、６００μｍ径の光伝送用ファイバを
得た後、特性を評価したところ第４図の結果が得られた
。このように、この光伝送用ファイバは、低温において
も伝送損失が低く、良好な伝送特性を有していた。そこ
で、密着性の評価にもとづく特性評価のために、力学的
損失値（ｔａｎδ）の温度特性において、力学的損失値
（ｔａｎδ）が０．０５を示し始める温度を求めたとこ
ろ、４０℃程度であった。

実施例２ ＳＭ型プリフォームを紡糸し、線径が１２５μｍのガラ
スファイバとした後、シランカップリング剤を添加しな
いウレタンアクリレートからなるＵＶ硬化ソフト樹脂を
線速２００ｍ／分で塗布、硬化し、１９０μｍ径の光フ
ァイバを得た。次に、この光ファイバにウレタンアクリ
レートからなるＵＶ硬化ハード樹脂を同一線速で塗布、
硬化し、２５０μｍ径の光伝送用ファイバを得た。その
後、特性を評価したところ、第４図の結果が得られた。

このように、この例に用いられる光伝送用ファイバは、
低温でも良好な伝送特性を示していた。そこで、密着性
の評価にもとづく特性評価のために、力学的損失値（ｔ
ａｎδ）が０．０５が示し始める温度を求めたところ、
１０℃であった。

実施例３ Ｇｌ型プリフォームを紡糸し、線径が１２５μｍのガラ
スファイバとした後、シランカップリング剤を添加しな
いウレタンアクリレートからなるＵＶ硬化ソフト樹脂を
線速２００ｍ／分で塗布、硬化し、２００μｍ径の光フ
ァイバを得た。次に、この光ファイバにナイロンを押出
被覆し、６００μｍ径の光伝送用ファイバを得た。その
後、この光伝送用ファイバの特性を評価したところ、第
４図の結果が得られた。この例の光伝送用ファイバでも
、低温での伝送特性は良好であった。そこで、密着性の
評価にもとづく特性評価のために、力学的損失値（ｔａ
ｎδ）が０．０５を示し始める温度を求めたところ、−
１８℃であった。

本発明は上記の例に限らず、種々の変形が可能である。

例えば、評価される光伝送用ファイバのガラスファイバ
は、シリカやフッ化物ガラスのほか、有機物ガラスでも
よい。また、光ファイバは単心に限らず、多心であって
もよい。さらに、実施例では密着性を評価する基準とし
て、力学的損失値（ｔａｎδ）が０．０５以上を示す温
度点を選んだが、この値は便宜的なものであり、例えば
０．０１以上を示す温度点であってもよく、０．０７以
下を示す温度点であってもよい。あるいはまた、力学的
損失値（ｔａｎδ）の温度曲線が、ピークとなる温度点
を選んでもよい。

さらにまた、実施例では力学的損失値（ｔａｎδ）が０
．０５以上を示し始める温度が、６０℃以上であるか否
かにより特性評価をしているが、これは本発明者が採用
した条件下のデータであって、これに限られるものでは
ない。すなわち、力学的損失値（ｔａｎδ）の具体的な
データおよび温度依存性は、第１図において光伝送用フ
ァイバ６を把持するチャック７．８が平行板チャックや
Ｖ溝チャックであるときには、当然に異なってくるもの
である。また、チャックの強弱やチャック面の大きさ、
あるいはチャックがガラスファイバ１の端面に当接して
いるか否かなどによっても、当然に異なってくるもので
ある。

〔発明の効果〕 本発明のプラスチック被覆光伝送用ファイバの特性評価
法によれば、広い温度範囲にわたってガラスファイバに
マイクロベンディングを生じさせることがなく、従って
優れた伝送特性を呈するものであるか否かを、密着性の
面から正確に評価することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラスチック被覆光伝送用ファイ
バの特性評価法に適用される動的粘弾性の測定を説明す
る図、第２図はソフト層単独、り−ド層単独およびプラ
スチック被覆光伝送用ファイバの動的粘弾性の温度依存
性を説明する図、第３図はガラスファイバと被覆材料の
密着性が異なる場合の動的粘弾性の温度依存性を説明す
る図、第４図は具体的な比較例および実施例の結果を説
明する図、第５図は特性評価がされるプラスチック被覆
光伝送用ファイバの構造を示す斜視図である。 １・・・ガラスファイバ、２・・・コア、３・・・クラ
ッド、４・・・ソフト層、５・・・ハード層、６・・・
光伝送用ファイバ、７・・・振動チャック、８・・・検
出チャック。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹動的粘弾性の測
定 第１図 動的粘弾性　　　　　　　温度 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラスファイバに有機物被覆を施したプラスチック
   被覆光伝送用ファイバの特性評価法において、 前記光伝送用ファイバの一端に力学的振動を加え、他端
   で応力を検出することにより動的粘弾性を測定し、得ら
   れた力学的損失値（ｔａｎδ）の温度依存性にもとづき
   、前記ガラスファイバと前記有機物被覆の密着性を評価
   することを特徴とするプラスチック被覆光伝送用ファイ
   バの特性評価法。 ２、前記有機物被覆が、ガラスファイバ上に形成された
   ソフト層と外側のハード層とを含むことを特徴とする請
   求項１記載のプラスチック被覆光伝送用ファイバの特性
   評価法。 ３、前記ソフト層が熱硬化シリコーン樹脂で構成され、
   前記ハード層がポリアミド樹脂で構成されることを特徴
   とする請求項２記載のプラスチック被覆光伝送用ファイ
   バの特性評価法。 ４、前記有機物被覆が紫外線硬化樹脂で構成されること
   を特徴とする請求項１記載のプラスチック被覆光伝送用
   ファイバの特性評価法。