JPWO2018062364A1 - 光ファイバ着色心線、光ファイバケーブル、および光ファイバ着色心線の製造方法 - Google Patents

Abstract

光ファイバ裸線と、前記光ファイバ裸線を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、前記プライマリ層を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、前記セカンダリ層の外側に配置され、着色されたＵＶ硬化型樹脂により形成された着色層と、を備え、前記プライマリ層のヤング率が、前記プライマリ層の飽和ヤング率に対して７０％以上である、光ファイバ着色心線。

Description

本発明は、光ファイバ着色心線、光ファイバケーブル、および光ファイバ着色心線の製造方法に関する。
本願は、２０１６年９月３０日に、日本に出願された特願２０１６−１９４５４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来から、特許文献１に示されるような光ファイバ着色心線が知られている。この光ファイバ着色心線は、光ファイバ裸線と、光ファイバ裸線を覆うプライマリ層と、プライマリ層を覆うセカンダリ層と、セカンダリ層の外側に配置された着色層と、を備えている。プライマリ層は、ヤング率が小さく柔らかい材質で形成されることで、光ファイバ裸線に加わる外力を緩和し、外力によって光の伝送損失が増加するのを抑えることができる。また、プライマリ層の外側に配置されるセカンダリ層については、ヤング率が大きく硬い材質で形成されることで、光ファイバ裸線およびプライマリ層を外力から保護することができる。さらに、着色層には、光ファイバ着色心線同士を識別するための着色がなされている。

日本国特開２０１３−１３４４７７号公報

ところで、上記したプライマリ層は、ＵＶ硬化型樹脂によって形成される場合がある。この場合、プライマリ層となるＵＶ硬化型樹脂にＵＶ光を照射して硬化させた際に、硬化が不十分であることにより、光ファイバ着色心線の信頼性が低下する可能性があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、プライマリ層がＵＶ硬化型樹脂で形成されている光ファイバ着色心線の信頼性を確保することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光ファイバ着色心線は、光ファイバ裸線と、前記光ファイバ裸線を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、前記プライマリ層を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、前記セカンダリ層の外側に配置され、着色されたＵＶ硬化型樹脂により形成された着色層と、を備え、前記プライマリ層のヤング率が、前記プライマリ層の飽和ヤング率に対して７０％以上となっている。

本発明の上記態様によれば、プライマリ層がＵＶ硬化型樹脂で形成されている光ファイバ着色心線の信頼性を確保することができる。

本実施形態に係る光ファイバ着色心線の断面図である。 本実施形態に係る光ファイバケーブルの断面図である。

以下、本実施形態に係る光ファイバ着色心線および光ファイバケーブルの構成を、図１および図２を参照しながら説明する。なお、図１および図２では、各構成部材の形状を認識可能とするために縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態に係る光ファイバ着色心線の断面図である。図１に示すように、光ファイバ着色心線１は、光ファイバ裸線２と、プライマリ層３と、セカンダリ層４と、着色層５と、を備えている。

光ファイバ裸線２は、例えば石英系ガラスなどにより形成され、光を伝達する。光ファイバ裸線２のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、例えば波長１３１０ｎｍの光において８．２〜９．６μｍである。プライマリ層３は、ＵＶ硬化型樹脂により形成され、光ファイバ裸線２を覆っている。セカンダリ層４は、ＵＶ硬化型樹脂により形成され、プライマリ層３を覆っている。着色層５は、着色されたＵＶ硬化型樹脂により形成され、プライマリ層３およびセカンダリ層４の外側に配置されている。
なお、プライマリ層３、セカンダリ層４、および着色層５となるＵＶ硬化型樹脂の具体的な材質は互いに同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。これらのＵＶ硬化型樹脂としては、例えばアクリレート樹脂などを用いることができる。

光ファイバ着色心線１は、例えば間欠固定型の光ファイバテープとして用いることができる。間欠固定型の光ファイバテープとは、複数の光ファイバ着色心線１を並列させ、隣り合う光ファイバ着色心線１同士を複数の連結部で間欠的に連結した光ファイバテープである。間欠固定型の光ファイバテープは、幅方向に丸めて筒状にしたり、折り畳んだりすることができる。このため、間欠固定型の光ファイバテープを用いることで、複数の光ファイバ着色心線１を高密度に束ねることができる。

光ファイバ着色心線１は、ルースチューブケーブル、スロット型ケーブル、リボン型センターチューブケーブル、ラッピングチューブケーブル、およびマイクロダクトケーブルなどに用いることができる。マイクロダクトケーブルとは、ルースチューブケーブルの一種であり、細径のルースチューブに光ファイバを高密度に詰め込んだものである。このような構造のため、ルースチューブケーブルでは光ファイバ着色心線１に比較的強い側圧が作用し、マイクロベンドによって光の伝達損失が増加する場合がある。

側圧が作用した際の光の伝達損失を抑えて、耐マイクロベンド特性を向上させるためには、セカンダリ層４または着色層５を硬い材質で形成し、プライマリ層３を柔らかい材質で形成することが有効である。このように、光ファイバ裸線２に接するプライマリ層３を柔らかくし、プライマリ層３の外側に位置するセカンダリ層４または着色層５を硬くすることで、光ファイバ裸線２を外力から効果的に保護することができる。セカンダリ層４若しくは着色層５のヤング率としては、例えば７００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の範囲であることが好ましい。

図２は、光ファイバ着色心線１を用いた光ファイバケーブル５０の一例を示す図である。この光ファイバケーブル５０は、複数の光ファイバ着色心線１と、結束材５３と、ラッピングチューブ５４と、筒状のシース５５と、一対の抗張力体５６と、一対の引き裂き紐５７と、を備えている。

結束材５３は、複数の光ファイバ着色心線１を束ねている。ラッピングチューブ５４は、結束材５３により束ねられた光ファイバ着色心線１を覆っている。シース５５は、光ファイバ着色心線１をラッピングチューブ５４ごと被覆している。一対の抗張力体５６は、シース５５内に埋設されている。一対の引き裂き紐５７は、シース５５内の内周面に近接する位置に埋設されている。シース５５の外周面のうち、一対の引き裂き紐５７が配置された位置の外側にはそれぞれ、マーカ突起５８が突設されている。マーカ突起５８は、引き裂き紐５７に沿って形成されており、引き裂き紐５７の埋設位置を示している。なお、光ファイバケーブル５０は、ラッピングチューブ５４、抗張力体５６、引き裂き紐５７、およびマーカ突起５８を備えていなくてもよい。

次に、光ファイバケーブル５０の製造工程について説明する。

光ファイバケーブル５０を製造する際、まず、裸線形成工程が行われる。裸線形成工程では、光ファイバ裸線２が形成される。光ファイバ裸線２は、例えば２０００℃程度に熱したガラス母材から引き出されて、所望の外径に形成される。光ファイバ裸線２の外径は、例えば数百μｍ程度である。
次に、プライマリ層形成工程が行われる。プライマリ層形成工程では、光ファイバ裸線２の周囲に、プライマリ層３となるＵＶ硬化型樹脂を塗布する。その後、塗布したＵＶ硬化型樹脂にＵＶ光を照射して硬化させ、プライマリ層３を形成する。
次に、セカンダリ層形成工程が行われる。セカンダリ層形成工程では、プライマリ層３の周囲にセカンダリ層４となるＵＶ硬化型樹脂を塗布する。その後、塗布したＵＶ硬化型樹脂にＵＶ光を照射して硬化させ、セカンダリ層４を形成する。なお、光ファイバ裸線２の周囲にプライマリ層３となるＵＶ硬化型樹脂を塗布後、その上にセカンダリ層４となるＵＶ硬化型樹脂を続けて塗布し、これにＵＶ光を照射することでプライマリ層３およびセカンダリ層４をまとめて硬化させてもよい。つまり、プライマリ層形成工程およびセカンダリ層形成工程は同時に行われてもよい。

次に、着色層形成工程が行われる。着色層形成工程では、セカンダリ層４の周囲に着色層５となるＵＶ硬化型樹脂を塗布する。その後、塗布したＵＶ硬化型樹脂にＵＶ光を照射して硬化させ、着色層５を形成する。これにより、光ファイバ着色心線１が得られる。
次に、光ファイバ着色心線１をシース５５の内部に収容することで、光ファイバケーブル５０が得られる。

このように、光ファイバ着色心線１の製造工程では複数回にわたってＵＶ光の照射が行われる。ここで、本願発明者は、プライマリ層形成工程の後の工程でも、プライマリ層３の硬化が進行する場合があることを見出した。詳しくは、プライマリ層形成工程でのプライマリ層３の硬化が不十分であった場合、その後の工程でＵＶ光を照射する際に、セカンダリ層４や着色層５を透過したＵＶ光がプライマリ層３に吸収され、プライマリ層３の硬化が進行する。

このような現象が発生すると、プライマリ層３のヤング率が所望の範囲を超えて硬くなり、プライマリ層３による外力の緩和作用が不十分となることで、光の伝達損失が増加する場合がある。また、プライマリ層３の硬化が不十分であることにより、光ファイバ着色心線１に水が接触した際に、プライマリ層３が光ファイバ裸線２から剥離したり、プライマリ層３と光ファイバ裸線２との間に水泡が介在して光ファイバ裸線２に側圧を作用させたりしてしまう場合がある。

上記の課題に着目し、光ファイバケーブル５０の光の伝達損失や信頼性などについて検証した結果について、表１を用いて説明する。なお、表１に示す各例においては、波長１３１０ｎｍの光においてＭＦＤが９．１μｍ、光ファイバ裸線２の外径が１２５μｍ、プライマリ層３の外径が１９０μｍ、セカンダリ層４の外径が２３９μｍ、着色層５の外径が２５２μｍ、の光ファイバ着色心線１を用いている。この光ファイバ着色心線１は、例えば国際電気通信連合の電気通信標準化部門（ＩＴＵ−Ｔ：International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）が定めるＧ６５２ＤまたはＧ６５７Ａ１に準拠している。なお、上記したプライマリ層３、セカンダリ層４、着色層５の各外径は設計値であり、実際の寸法は±３μｍ程度の誤差を有する。また、上記寸法などは一例であり、表１に示す各例から得られる結果は、寸法およびＭＤＦを上記の値から変更した光ファイバ着色心線１にも適用することができる。

（定義）
表１の「プライマリヤング率」とは、光ファイバケーブル５０の製造工程中の各状態におけるプライマリ層３のヤング率をいう。例えば、「着色前のプライマリヤング率」は、セカンダリ層形成工程後におけるプライマリ層３のヤング率を示す。また、「着色後のプライマリヤング率」は、着色層形成工程後におけるプライマリ層３のヤング率を示す。
上記プライマリ層３のヤング率は、光ファイバ裸線２を固定した状態でプライマリ層３に対してせん断応力を与えてひずみを測定し、応力−ひずみ曲線を描くことで求められる。

例えば実施例１のプライマリヤング率に着目すると、着色前は０．５０ＭＰａであり、着色後は０．６０ＭＰａとなっている。このように、工程が進むごとにプライマリ層３のヤング率が上昇しているのは、セカンダリ層４や着色層５を透過したＵＶ光により、プライマリ層３の硬化が進行していることを意味する。この傾向は、実施例１〜６および比較例１〜５で共通している。

なお、表１では、各プライマリヤング率の数値とともに、硬化度を併記している。硬化度とは、後述する飽和プライマリヤング率の数値に対するプライマリヤング率の割合である。例えば実施例１の着色前のプライマリヤング率は０．５０ＭＰａであり、飽和プライマリヤング率は０．７０ＭＰａである。このとき、実施例１の着色前の硬化度は、０．５０÷０．７０≒０．７１（７１％）と算出できる。従って、実施例１の「着色前のプライマリヤング率」の欄には、０．５０ＭＰａの数値とともに、硬化度を意味する７１％の数値を併記している。

表１の「飽和プライマリヤング率」は、プライマリ層３の飽和ヤング率を示す。より詳しくは、光ファイバ裸線２にプライマリ層３となるＵＶ硬化型樹脂を塗布した状態で、硬化反応に寄与する波長を含むＵＶ光を、プライマリ層３が完全に硬化するために充分な光量だけ照射した場合のプライマリ層３のヤング率をいう。例えば本実施例では、プライマリ層３となるＵＶ硬化型樹脂に、中心波長が３６５ｎｍ付近にあるＵＶ光を１Ｊ／ｃｍ^２照射した場合、それ以上ＵＶ光を照射しても、プライマリ層３のヤング率は上昇しなかった。この状態を、プライマリ層３が完全に硬化した状態と定義する。また、上述した「硬化度」は、この飽和ヤング率を基準に算出しているため、各状態におけるプライマリ層３がどの程度硬化しているかを示す指標となる。

表１の「マイクロベンド特性」は、光ファイバ着色心線１の側圧に対する光の伝達の安定性を示している。具体的には、ＩＥＣ−ＴＲ６２２２１ Ｍｅｔｈｏｄ−Ｂにおいて、張力１Ｎ、サンドペーパー＃３６０番手、条長６００ｍ、ボビンサイズφ４００ｍｍの条件で、光ファイバ裸線２中を伝達する光の伝達損失の大きさを測定したものである。

表１の「ケーブル特性」は、光ファイバ着色心線１を用いて光ファイバケーブルを作成した際の、光の伝達損失の大きさを測定した結果を示している。具体的には、２８８本の光ファイバ着色心線１を有するマイクロダクトケーブルにおいて、−５０℃〜＋８５℃の範囲で雰囲気温度を変化させた際に、波長１５５０ｎｍの光の伝達損失が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下であればＯＫ（良好）、それより大きければＮＧ（不良）としている。
なお、先述のマイクロベンド特性の数値が大きい場合、光ファイバ着色心線１に側圧が印加することで光の伝達損失が増大しやすいため、ケーブル特性も低下しやすい。例えば、比較例２は「着色状態でのマイクロベンド特性」の数値が０．３２ｄＢ／ｋｍであり表１中で最も大きく、「ケーブル特性」の試験結果も不良となっている。

表１の「リボン６０℃温水浸漬試験」は、リボン化した光ファイバ着色心線１の水に対する安定性を示すものである。具体的には、１２本の光ファイバ着色心線１を連結してリボン化したものを６０℃の温水に１か月間浸漬した。浸漬した状態で、あるいは温水から取り出した後に、波長１５５０ｎｍの光の伝達損失が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下であればＯＫ（良好）、それよりも大きければＮＧ（不良）としている。

（着色後のプライマリヤング率）
次に、着色後のプライマリヤング率の最適な数値範囲について考察する。
着色後のプライマリヤング率が高い場合は、ケーブル化して光ファイバ着色心線１に外力が加わった場合に、光ファイバ裸線２に加わる外力の緩和が不充分となり、光の伝達損失が増加する。また、着色後のプライマリヤング率が過剰に低い場合も、外力を受けたプライマリ層３が大きく変形することで、光ファイバ裸線２に加わる外力の緩和が不充分となり、光の伝達損失が増加する。従って、着色後のプライマリヤング率の最適な数値範囲は、ケーブル特性の試験結果から判断することができる。

まず、表１において、着色後のプライマリヤング率の値が比較的大きい実施例５および比較例１に着目する。着色後のプライマリヤング率が０．７２ＭＰａである実施例５は、ケーブル特性の試験結果が良好となっている。一方、着色後のプライマリヤング率が０．７４ＭＰａであり、実施例５の次に大きい比較例１は、ケーブル特性の試験結果が不良となっている。この結果から、着色後のプライマリヤング率は、０．７２ＭＰａ以下であることが好ましい。

次に、表１において、着色後のプライマリヤング率の値が比較的小さい実施例４および比較例５に着目する。着色後のプライマリヤング率が０．１７ＭＰａである実施例４は、ケーブル特性の試験結果が良好となっている。一方、着色後のプライマリヤング率が０．１５ＭＰａであり、実施例４の次に小さい比較例５は、ケーブル特性の試験結果が不良となっている。この結果から、着色後のプライマリヤング率は０．１７ＭＰａ以上であることが好ましい。
以上の考察により、着色後のプライマリヤング率は０．１７ＭＰａ以上０．７２ＭＰａ以下の範囲であることが好ましい。

（着色後のプライマリヤング率の飽和プライマリヤング率に対する割合）
次に、着色後のプライマリヤング率の飽和プライマリヤング率に対する割合（以下、単に「着色後硬化度」という）の最適な数値範囲について考察する。
着色後硬化度が低い場合、リボン６０℃温水浸漬試験の実施時に、光ファイバ着色心線１に接触した水にプライマリ層３が溶出し、光の伝達損失が大きくなる。従って、着色後硬化度の最適な数値範囲は、リボン６０℃温水浸漬試験の結果から判断することができる。

表１において、着色後硬化度の値が比較的小さい実施例４および比較例３に着目する。
着色後硬化度が７０％である実施例４は、リボン６０℃温水浸漬試験の結果が良好となっている。一方、着色後硬化度が実施例４の次に小さく６８％である比較例３のリボン６０℃温水浸漬試験の結果は不良となっている。この結果から、着色後硬化度は７０％以上であることが好ましい。
なお、表１における着色後硬化度の最大値は実施例５の９７％であるが、着色後硬化度が９７％より大きい場合、プライマリ層３の溶出をより確実に抑えられると考えられる。従って、着色後硬化度は９７％より大きくてもよい。

（飽和プライマリヤング率）
次に、飽和プライマリヤング率の最適な数値範囲について考察する。
表１の比較例２に着目すると、着色後硬化度が８０％であり、比較的大きいにもかかわらず、ケーブル特性が不良となっている。これは、飽和プライマリヤング率が１．１０ＭＰａであり比較的大きく、硬い材質をプライマリ層３として用いているためであると考えられる。
ここで、表１のうち、飽和プライマリヤング率が比較例２の次に大きいのは、実施例３の０．８８ＭＰａであり、実施例３のケーブル特性は良好となっている。
この結果から、プライマリ層３の飽和ヤング率は０．８８ＭＰａ以下であることが好ましい。

以上説明したように、着色層５が形成されて光ファイバ着色心線１となった状態におけるプライマリ層３のヤング率を、プライマリ層３の飽和ヤング率に対して７０％以上とすることが好ましい。このようにすると、光ファイバ着色心線１の状態でのプライマリ層３の硬化度が、光ファイバ着色心線１の特性を満たすのに充分な程度に達する。これにより、光ファイバ着色心線１が水と接触した際にプライマリ層３が溶出するのを抑制することができる。従って、光ファイバ着色心線１が水と接触することで生じる光の伝送損失の増加を抑えて、信頼性を確保することができる。

また、飽和ヤング率が０．８８ＭＰａ以下となる材質でプライマリ層３を形成した場合には、プライマリ層形成工程後にプライマリ層３の硬化が進んだとしても、プライマリ層３が、光ファイバ着色心線１の特性を満たすために充分な柔らかさとなる。従って、光ファイバ裸線２に伝わる外力を緩和して、耐マイクロベンド特性を確保することができる。

また、光ファイバ着色心線１となった状態におけるプライマリ層３のヤング率を０．７２ＭＰａ以下とすることにより、光ファイバ着色心線１に側圧が加わった場合に生じる光の伝達損失を抑えて、耐マイクロベンド特性を確保することができる。また、上記ヤング率を０．１７ＭＰａ以上とすることにより、プライマリ層３が過剰に柔らかいことで光ファイバ裸線２に加わる外力の緩和が不充分となるのを抑えることができる。

また、セカンダリ層４または着色層５のヤング率を７００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下とすることにより、プライマリ層３および光ファイバ裸線２を外力や衝撃などから保護することができる。

また、光ファイバケーブル５０は、プライマリ層３の着色後硬化度が７０％以上である光ファイバ着色心線１を用いて製造することが好ましい。これにより、例えばシース５５内に水が浸入した場合でも、プライマリ層３が光ファイバ裸線２から剥離することを抑え、光ファイバケーブル５０の信頼性を確保することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、セカンダリ層４および着色層５を備えた光ファイバ着色心線１について説明したが、着色層５がセカンダリ層４を兼ねることで、プライマリ層３と着色層５とが隣接していてもよい。この場合、着色前のプライマリヤング率は、プライマリ層形成工程後におけるプライマリ層３のヤング率を指す。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…光ファイバ着色心線 ２…光ファイバ裸線 ３…プライマリ層 ４…セカンダリ層 ５…着色層 ５０…光ファイバケーブル ５４…ラッピングチューブ ５５…シース ５６…抗張力体

Claims (8)

1. 光ファイバ裸線と、
   前記光ファイバ裸線を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、
   前記プライマリ層を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたセカンダリ層と、
   前記セカンダリ層の外側に配置され、着色されたＵＶ硬化型樹脂により形成された着色層と、を備え、
   前記プライマリ層のヤング率が、前記プライマリ層の飽和ヤング率に対して７０％以上である、光ファイバ着色心線。
2. 前記プライマリ層の飽和ヤング率が０．８８ＭＰａ以下である、請求項１に記載の光ファイバ着色心線。
3. 前記プライマリ層のヤング率が、０．１７ＭＰａ以上０．７２ＭＰａ以下である、請求項１または２に記載の光ファイバ着色心線。
4. 前記着色層のヤング率が７００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ着色心線。
5. 前記セカンダリ層のヤング率が、７００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ着色心線。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ着色心線と、
   前記光ファイバ着色心線を内部に収容するシースと、を備える光ファイバケーブル。
7. 光ファイバ裸線を形成する裸線形成工程と、
   前記光ファイバ裸線の周囲にＵＶ硬化型樹脂を塗布し、ＵＶ光を照射してプライマリ層を形成するプライマリ層形成工程と、
   前記プライマリ層の周囲にＵＶ硬化型樹脂を塗布し、ＵＶ光を照射して着色層を形成する着色層形成工程と、を有し、
   前記着色層形成工程後の前記プライマリ層のヤング率が、前記プライマリ層の飽和ヤング率に対して７０％以上である、光ファイバ着色心線の製造方法。
8. 光ファイバ裸線と、
   前記光ファイバ裸線を覆うＵＶ硬化型樹脂により形成されたプライマリ層と、
   前記プライマリ層の外側に配置され、着色されたＵＶ硬化型樹脂により形成された着色層と、を備え、
   前記プライマリ層のヤング率が、前記プライマリ層の飽和ヤング率に対して７０％以上である、光ファイバ着色心線。

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