WO2007141983A1 - 光ファイバ心線とその評価方法 - Google Patents

Abstract

高湿度状態や水浸状態においても伝送損失が増加しにくい光ファイバ心線を提供すること。本発明の光ファイバ心線は、ガラス光ファイバの外周に少なくとも２層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心線であって、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被覆層の、－１００°C～１００°Cの温度範囲における外径方向の各熱膨張量の差が１．８μｍ以下であることを特徴とする。

Description

明 細 書

光ファイバ心線とその評価方法

技術分野

[0001] 本発明は、光ファイバケーブル内に収納される光ファイバ心線に関するものである

。具体的には、使用環境や経年劣化による光ファイバの伝送ロス増加を抑制した光 ファイバ心線に関するものであり、特に、水浸状態においても長期に渡り伝送損失の 増加しにくい、耐水性に優れた光ファイバ心線に関するものである。

背景技術

[0002] 光ファイバの製造に際しては、石英ガラスの線引工程において、光ファイバの強度 低下を防ぐため、直ちにその外周に被覆樹脂が被覆される。光ファイバ用の被覆榭 脂としては、主に紫外線硬化型樹脂が用いられている。紫外線硬化型樹脂としては、 ウレタンアタリレート系もしくはエポキシアタリレート系が用いられている。

[0003] 光ファイバにおいて、様々な外的応力やそれによって発生するマイクロベンドによ つて伝送ロスが増加する。そのため、そのような外的応力から光ファイバを保護するた め、一般的には光ファイバ心線は 2層構造からなる被覆が施されている。石英ガラス と接触する内層には比較的ヤング率の低い樹脂を用いることでバッファ層とし (以下、 プライマリ層と呼ぶ）、外層には比較的ヤング率の高い樹脂を用いることで保護層とし ている（以下、セカンダリ層と呼ぶ）。一般的には、プライマリ層はヤング率 3MPa以下 、セカンダリ層はヤング率 500MPa以上の樹脂が用いられている。

[0004] 光ファイバ素線は、石英ガラスを主成分とするプリフォームを線引炉で加熱 '溶融す ることによって線引きされた石英ガラス製光ファイバに、コーティングダイスを用いて 液状の紫外線硬化型樹脂を塗布し、続レ、てこれに紫外線を照射して紫外線硬化型 樹脂を硬化させることで、プライマリ層、セカンダリ層を被覆して製造される。さらに、 得られた光ファイバ素線の外周に着色樹脂等からなる被覆層を被覆することにより、 光ファイバ心線が製造される。光ファイバ心線の構造を図 1に示す。本明細書におい ては、このようにガラス光ファイバをプライマリ層及びセカンダリ層により被覆したもの を光ファイバ素線と称し、光ファイバ素線の外周に着色樹脂等からなる着色被覆層を さらに被覆してなるものを光ファイバ心線、さらに光ファイバ心線を複数本平面状に 並べ、テープ樹脂により一括被覆したものを光ファイバテープ心線と称するものとす る。また、ガラス光ファイバの外周に被覆層を有するもの、すなわち光ファイバ素線お よび光ファイバ心線を包括して被覆光ファイバと称するものとする。

[0005] 光ファイバを水に浸漬した状態で使用しても伝送ロスの増大を防いだ信頼性の高 い光ファイバとするために、プライマリ層とガラス光ファイバとの間の密着力を改善す る等、種々な提案がなされてきている。

[0006] 例えば、特開平 03— 29907号公報では、良好な伝送損失を得るために、保護層 の内径収縮率と保護層のヤング率から被覆とガラス界面に発生する締め付け力を限 定し、伝送ロスの増加を低減している。

[0007] しかし、特許文献 1では、常温における伝送ロス増大との相関を論じているだけで、 幅広い温度で使用した場合や水に浸漬された場合に生じる伝送損失の増大等の更 なる問題にっレヽては考慮されてレヽなレ、。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 近年の光ファイバの著しい普及によって、光ファイバケーブルはその適用範囲が大 きく拡大してレ、る。これは光ファイバケーブルが使用される環境が多様化することを意 味しており、光ファイバケーブルに求められる長期信頼性は非常に厳しいものとなつ てきている。そのため、水に浸漬された状態で使用しても伝送ロスが増加しない光フ アイバ心線や光ファイバテープ心線が求められている。

[0009] このような状況も手伝レ、、水浸状態に曝されても伝送損失の増加が生じにくい光フ アイバ心線の検討がなされてきている。し力しながら、各層界面の接着性のバランス を取りながら、上記のような問題に対処することには限界があり、ケーブル構造ゃコー ドあるいはシース材質の検討も加えることで光ファイバ心線に水分が到達するのを避 ける構成や、水分の到達量を減少させる構成を組み合わせて実用化されているのが 現状であり、その信頼性は不十分であった。

[0010] 本発明の目的は、水に浸漬された状態で使用しても伝送ロスが増加しにくい光ファ ィバ心線、光ファイバテープ心線を提供することにある。 [0011] また、本発明の目的は、光ファイバ素線の熱膨張量を測定し、その光ファイバ素線 を用いて製造された光ファイバ心線が様々な使用環境に対する十分な耐性を有する か否力を判定する光ファイバ心線の評価方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ心線は、ガラス光ファイバの外周に 少なくとも 2層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光フ アイバ心線であって、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光フ アイバを除去した被覆層の、—100°C〜100°Cの温度範囲における外径方向の各熱 膨張量の差が 1. 8 / m以下であることを特徴とする。

[0013] また、本発明の光ファイバテープ心線は、上述の光ファイバ素線又は光ファイバ心 線を複数本平面状に並べ、テープ樹脂により一括被覆したことを特徴とする。

[0014] また、本発明の光ファイバ心線もしくは光ファイバテープ心線は、上述の被覆層、着 色被覆層及びテープ樹脂が紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする。

[0015] また、本発明の光ファイバ心線の評価方法は、ガラス光ファイバの外周に少なくとも 2層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に、着色被覆層を有する光ファイバ心 線の評価方法において、前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス 光ファイバを除去した被覆層の、所定の温度範囲における外径方向の各熱膨張量を 測定するステップと、前記光ファイバ素線と、前記ガラス光ファイバを除去した前記被 覆層の各熱膨張量の差を算出するステップと、該算出された各熱膨張量の差に基い て、前記光ファイバ心線の使用環境に伴う伝送損失の増加量を推定するステップと、 を有することを特徴とする。

[0016] また、本発明の光ファイバ心線の評価方法においては、所定の温度範囲が— 100 〜100°Cであるとき、算出された各熱膨張量の差が 1. 8 z m以下である場合に、使 用環境に伴う該光ファイバ心線の伝送損失の増加量が十分小さいと判定するステツ プをさらに有することを特徴とする。

発明の効果

[0017] 本発明の光ファイバ心線によれば、— 100〜100°Cの温度範囲における熱膨張量 の差を 1. 8 x m以下とした光ファイバ素線を用いることで、伝送ロスの増加に寄与す るガラス/プライマリ層界面など、ガラス光ファイバと被覆樹脂の界面のデラミネーシ ヨンを抑制することができる。

[0018] また、本発明の光ファイバテープ心線によれば、上述の光ファイバ素線又は光ファ ィバ心線を使用することにより、好適な光ファイバテープ心線を構成することができる

[0019] また、本発明の光ファイバ心線の評価方法によれば、ガラス光ファイバを含む光フ アイバ素線とガラス光ファイバを除去した被覆層の外径方向の各熱膨張量を比較し て各熱膨張量の差を算出することにより、当該光ファイバ素線を用いた光ファイバ心 線の伝送ロスの増加を推定できる。さらに、温度範囲が— 100〜100°Cであるとき、 算出された光ファイバ素線の各熱膨張量の差が 1. 8 z m以下である場合に、使用環 境に伴う当該光ファイバ素線を用いた光ファイバ心線の伝送損失の増加量が十分小 さいと判定することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の光ファイバ素線の横断面図である。

[図 2]本発明の光ファイバテープ心線の横断面図である。

[図 3]熱機械分析による光ファイバ素線の熱膨張量の図である。

符号の説明

[0021] 11 ガラス光ファイバ

12 プライマリ層

13 セカンダリ層

14 光ファイバ素線

15 光ファイバ心線

21 テープ樹脂

22 光ファイバテープ心線

発明を実施するための最良の形態

[0022] 本発明者らは、水浸状態に曝された被覆光ファイバの伝送ロスが増大する原因を 鋭意研究した結果、伝送ロスが増大した光ファイバ心線は、ガラス光ファイバ Zプライ マリ層界面における剥離、すなわちデラミネーシヨンが観察されることを見出した。さら には、セカンダリ層/着色層界面や着色層/テープ層界面における剥離も観察され ることが多いことを見出した。

[0023] 各層間におけるデラミネーシヨンは、ガラス光ファイバと被覆層との界面において被 覆層を引き剥がそうとする力が、ガラス光ファイバと被覆層との界面の接着力を超え た場合に生じる。界面に剥離を生じるとガラスに加わる力が不均一となり、マイクロべ ンドを生じるために伝送ロスが増加することになる。

[0024] そこで、幅広い温度での使用や水に浸漬された時の光ファイバ心線の被覆層に生 じる歪を測定する方法を鋭意検討したところ、熱機械分析 (TMA、 Thermo Mechanica 1 Analysis)を用いて外径変化を低温から高温まで測定することで光ファイバ心線の 被覆層に生じる歪を推定することが可能となることがわかった。すなわち、その測定 方法は、ガラス光ファイバを内部に含む光ファイバ素線の外径変化量と当該光フアイ バ素線からガラス光ファイバを引き抜いた被覆層のみのチューブサンプノレの外径変 化量とを測定して、これらの外径変化量を比較するというものである。被覆層のみに ついて TMA測定を行うことで、被覆層自体がもともと持っている熱的な挙動を測定 すること力 Sできる。それに対して、ガラス光ファイバを含んでいると、被覆層本来の挙 動がプライマリ層とガラス光ファイバとの接着によって拘束されることになる。以上より 、ガラス光ファイバを含んだ状態の外径変化量とガラス光ファイバのない被覆層のみ の外径変化量とを比較することにより、被覆層に起因して発生する歪を測定すること を発見し、本発明を完成した。

[0025] 本発明を実施するための最良の形態として以下のものが好ましい。即ち、ガラス光 ファイバにプライマリ層、セカンダリ層を被覆した光ファイバ素線を作製し、該光フアイ バ素線を着色層によって被覆することで着色光ファイバ心線を作製する。各被覆を 構成する樹脂には紫外線硬化型樹脂を用いる。さらに用途に応じて、この光ファイバ 心線を複数本平面状に並行に並べ、紫外線硬化型樹脂からなるテープ樹脂で一括 被覆することで光ファイバテープ心線とすることができる。

[0026] なお、光ファイバ素線の被覆樹脂や着色樹脂として用いる紫外線硬化型樹脂は主 なものとして、オリゴマー、希釈モノマー、光開始剤、連鎖移動剤、シランカップリング 剤、各種添加剤からなる。オリゴマーとしてはウレタンアタリレート系、エポキシアタリレ ート系、ポリエステルアタリレート系が主に用いられる。希釈モノマーとしては、単官能 アタリレートもしくは多官能アタリレートが用いられる。

[0027] また、光ファイバ素線の熱膨張量の差は、光ファイバ素線に用いるプライマリ層の材 料のガラス転移温度、セカンダリ層の材料のガラス転移温度、プライマリ層の厚み等 を変えることで、適宜コントロールすることができる。熱膨張量の差を小さくすることは 、プライマリ材のガラス転移温度を高くする、セカンダリ材のガラス転移温度を低くす る、プライマリ層の厚み薄くすること等により実現できるが、プライマリ材のガラス転移 温度は常温以下であることから、セカンダリ材のガラス転移温度かプライマリ層の厚 みを調整することでコントロールするのが現実的である。

実施例

[0028] 本発明の実施例として、図 1に示すように石英ガラスからなるガラス光ファイバ 11を プライマリ層 12、セカンダリ層 13の 2層の被覆樹脂層により被覆した数種類の光ファ ィバ素線 14を作製した。各樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いた。紫外線硬化型樹 脂は、オリゴマー、希釈モノマー、光開始剤、連鎖移動剤、添加剤とからなるが、その 構成材料を変えることで数種類の光ファイバ素線 14を作製した。

[0029] なお、いずれの実施例においても、石英ガラスからなるガラス光ファイバ 11の外径 を 125 μ πι、プライマリ層 12の外径を 185 x mもしくは 195 x m、セカンダリ層 13の 外径を 245 z mとした光ファイバ素線を作製した後、別工程にて、着色層を被覆して 外径 255 μ mの着色光ファイバ心線を得た。

[0030] さらに、一部の光ファイバ心線 15は、図 2に示すように、 4本平面状に並行に並べ、 紫外線硬化型樹脂からなるテープ樹脂 21で一括被覆して光ファイバテープ心線 22 とした。表 1に示す比較例の光ファイバ心線及び光ファイバテープ心線も同様に作成 した。これらを下記の方法にしたがって、光ファイバ素線の熱膨張量と光ファイバ心 線の伝送ロスの測定を行った。その結果を表 1に示す。

[0031] (光ファイバの熱膨張量の測定方法）

熱機械分析装置 (メトラー社 TMA40)を用いて光ファイバの熱膨張量（ μ m)を測 定した。測定条件は以下の通りである。

測定条件：付加荷重 0荷重、温度範囲— 100〜100°C、昇温速度 10°C/min 光ファイバ素線から被覆層のみを剥くことにより、チューブ状の被覆層のみのサン プノレを作製した。ガラスファイバを含む光ファイバ素線とガラスファイバを含まない被 覆層の両方に関して最外径の変化を測定した。図 3に測定例を載せた。ガラスフアイ バを含まない被覆層を点線で、ガラス有りの光ファイバ素線を実線で示す。図 3から わかるように、被覆層の最外径は温度が 40°C、光ファイバ素線は 60°Cを超えると急 速に縮小した。ここで、熱膨張量は、光ファイバ素線と被覆層のそれぞれについて、 _ 100°Cにおける最外径の値と全温度範囲（_ 100°Cから + 100°C)に亘つての最 外径の極大値との差とした。図 3においては、光ファイバ素線の熱膨張量は 3. 5 x m 、被覆層の熱膨張量は 2. である。また、このとき光ファイバ素線と被覆層の各 熱膨張量の差は 1. である。なお、図 3に示すデータは、以下に示す表 1の実 施例 3のデータである。

(伝送ロスの測定方法）

熱膨張量を測定した光ファイバ素線を用いて製造された長さ約 lkmの光ファイバ 心線あるいは光ファイバテープ心線を 60°Cに加熱した水に浸漬し、 30日後の伝送口 ス増を測定した。伝送ロス増の測定は、アンリツ (株)製光パルス試験器 MW9060A を用い、光後方散乱損失係数（OTDR)により、波長 1. 55 / mの伝送ロスを長手方 向に測定することにより行った。そして、 60°Cの温水に 30日間浸漬した後の伝送ロス 増が 0. ldB/km以上認められた場合には使用環境に対する耐性が十分でない（ 表 1の X印）と判定した。

[表 1]

実施例 it較例

1 2 3 4 5 1 2 3 ブライマリ層の弾性率 （M P

1.0 1.8 1.4 1.4

a ) 1,4 1.5 1.5 1.4 セカンダリ暦の弾性率 （M P

500 850 850 760 760 690 690 930 a )

プライマリ層の外径 m ) 1β5 195 , 195 195 195 195 195 195 プライマリ被覆樹脂のガラス

― 17 - 38 —5 - 5 ~ 5 - 20 - 20 —5 転移温度 （t; )

セカンダリ被覆樹脂のガラス

87 78 84 92 92

転移温度 （ : ) 102 102 119 素線における熱膨張量の差

1.1 1.0 1.3 1.6 1.6 1.9 1.9 2.0

( m )

テープ テ一プ テ プ テープ テ—フ テ―フ 伝送ロス増測定時の状態 心線

iiS 心線 心線 心線 線 伝送ロス増 （d Bノ k m )

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

60 : X 30 後， 1.55 in 0.2 0,4 0.3 判定 0 〇 〇 O 〇 X X X

[0033] 以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバ心線によれば、光ファイバ素 線の一 100〜： 100°Cにおける熱膨張量と当該光ファイバ素線からガラス光ファイバを 抜いた被覆層の— 100〜100°Cにおける熱膨張量とを比較した場合に、各熱膨張 量の差が 1. 8 μ πι以下となる光ファイバ素線を用いることによって、 60°Cの温水に 3 0日間浸漬しても伝送ロスが増大しないことを確認できた。

[0034] また、この効果は、光ファイバ心線の状態（表 1の実施例 4)であっても、光ファイバ テープ心線の状態（実施例 1、 2、 3、 5)であっても奏することが確認できた。

[0035] 一方、比較例：!〜 3の測定結果から、前記熱膨張量の差が 1. 9 μ m以上である場 合に伝送ロスの増加が 0. ldBZkm以上となることが認められた。

[0036] 本実施例においては通常のステップインデックス型の屈折率プロファイルを有する シングルモードファイバを使用した力 他のプロファイルを有する光ファイバに対して も本発明が適用可能であることは当業者にとって明らかであろう。

[0037] また、本発明の光ファイバ心線の評価方法において、熱膨張量の測定温度範囲は 、— 100°Cから + 100°Cには限定されない。被覆層の外径は被覆層のガラス転移点 近傍で大きく変化するので、全ての被覆層のガラス転移点を含む範囲に設定するこ と力好ましく、図 3に示す極大値が観察されるように設定すればよい。このとき熱膨張 量は測定温度範囲内の最低温度における最外径の値と測定温度範囲内における最 外径の極大値との差として定義される。

上述したとおり、本発明によれば、水に浸漬されても伝送ロスが増加しにくい光ファ ィバ心線及び光ファイバテープ心線を得ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] ガラス光ファイバの外周に少なくとも 2層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に 、着色被覆層を有する光ファイバ心線であって、

前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被 覆層の、 _ 100°C〜： 100°Cの温度範囲における外径方向の各熱膨張量の差が 1. 8 μ m以下であることを特徴とする光ファイバ心線。

[2] 請求項 1に記載の光ファイバ心線を複数本平面状に並べ、テープ樹脂により一括 被覆したことを特徴とする光ファイバテープ心線。

[3] 請求項 1に記載の光ファイバ心線又は請求項 2に記載の光ファイバテープ心線で あって、前記被覆層、前記着色被覆層及び前記テープ樹脂が紫外線硬化型樹脂か らなることを特徴とする光ファイバ心線もしくは光ファイバテープ心線。

[4] ガラス光ファイバの外周に少なくとも 2層の被覆層を有する光ファイバ素線の外周に 、着色被覆層を有する光ファイバ心線の評価方法において、

前記光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線から前記ガラス光ファイバを除去した被 覆層の、所定の温度範囲における外径方向の各熱膨張量を測定するステップと、 前記光ファイバ素線と、前記ガラス光ファイバを除去した前記被覆層の各熱膨張量 の差を算出するステップと、

該算出された各熱膨張量の差に基いて、前記光ファイバ心線の使用環境に伴う伝 送損失の増加量を推定するステップと、

を有することを特徴とする光ファイバ心線の評価方法。

[5] 前記所定の温度範囲が— 100〜100°Cであるとき、前記算出された各熱膨張量の 差が 1. 8 x m以下である場合に、使用環境に伴う前記光ファイバ心線の伝送損失の 増加量が十分小さいと判定するステップをさらに有することを特徴とする請求項 4に 記載の光ファイバ心線の評価方法。