WO2019163748A1 - 光ファイバの製造方法および光ファイバ - Google Patents

光ファイバの製造方法および光ファイバ Download PDF

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fiber
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coating layer
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早織 久原
卓 高崎
修平 豊川
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住友電気工業株式会社
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    • C03C25/104—Coating to obtain optical fibres
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    • G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical fiber manufacturing method and an optical fiber.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-028092 filed on Feb. 20, 2018, and incorporates all the contents described in the above Japanese application.
  • Such a long optical fiber is usually formed by fusion-connecting a plurality of optical fibers.
  • Patent Document 1 the shape of the fiber coating layer when coated is tapered, and the protective resin that is covered with the fiber coating layer is thickened to prevent the protective resin from peeling or cracking. Is disclosed.
  • OSNR optical signal-to-noise ratio
  • Patent Document 2 discloses that, in order to reduce the loss, the optical fiber coating layer has a two-layer structure, and a resin having a low Young's modulus (soft) is used for the primary resin layer on the center side. .
  • JP 2011-102915 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-219271
  • the method of manufacturing an optical fiber according to the present disclosure includes a step of removing a fiber coating layer at an end on a side where a pair of optical fibers are connected to expose the glass fiber, a step of fusion-bonding end surfaces of the glass fibers,
  • An optical fiber manufacturing method comprising a step of recoating a protective resin around an exposed portion of the glass fiber, wherein the fiber coating layer has a Young's modulus of a primary resin layer on the inner circumferential side of 0.5 MPa or less and a Young's modulus It is composed of a secondary resin layer on the outer peripheral side of 800 MPa or more, and the exposing step has a taper that narrows the shape of the fiber coating layer including the primary resin layer and the secondary resin layer toward the end side. It is a step of forming a shape, and the step of re-coating is a step of coating the protective resin so as to include the coating.
  • the fiber coating layer at the end on the side where the pair of optical fibers is connected is removed, the end faces of the glass fibers are fusion-bonded, and the glass fiber is fused around the fused portion.
  • An optical fiber provided with a protective resin wherein the fiber coating layer includes an outer peripheral secondary resin layer and an inner peripheral primary resin layer having a Young's modulus of 0.15 MPa to 0.5 MPa, and the end of the optical fiber.
  • the shape at the time of covering the primary resin layer and the secondary resin layer of the portion is a tapered shape that becomes thinner toward the end side, the protective resin is provided so as to include the covering time, and the taper
  • the axial length of the optical fiber is 280 ⁇ m or more.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a connection portion of a conventional optical fiber having a coating layer having a two-layer structure, and includes a glass fiber 10, a primary resin layer 21 on the center side around the glass fiber 10, and a secondary on the outer peripheral side.
  • Optical fibers provided with a two-layer fiber coating layer 20 made of a resin layer 22 are connected to each other. The fiber coating layer 20 is removed from the end portions of the respective optical fibers, and the exposed glass fibers 10 are fusion-connected at the fusion-bonding portion 2.
  • the coating layer is removed in a tapered shape so that the diameter decreases toward the fusion splice portion 2 side.
  • the coating layer is removed in a tapered shape so that the diameter decreases toward the fusion splice portion 2 side.
  • the primary resin layer 21 is soft and the primary resin layer 21 is deformed and cannot be ground well
  • the secondary resin layer 22 is tapered and the primary resin layer 21 is tapered. The case where the layer 21 is not tapered is shown.
  • the protective resin 30 is molded and recoated so as to cover the fusion splicing portion 2 and the entire removal portion of the fiber coating layer 20.
  • the coating of the end portions of the short fibers is removed and fusion-bonded, and the protective resin 30 is recoated on the connecting portion.
  • the secondary resin layer 22 is not easily deformed in the axial direction of the fiber.
  • the layer 21 is easily deformed in the axial direction of the fiber. For this reason, there is a problem that crack X tends to occur in the covering portion of the fused portion, starting from the boundary portion between the primary resin layer and the secondary resin layer.
  • the Young's modulus of the primary resin layer 21 When the Young's modulus of the primary resin layer 21 is large, cracks are unlikely to occur in the protective resin 30, so it was not necessary to process the primary resin layer 21 into a tapered shape. However, when the Young's modulus of the primary resin layer 21 is small, the inventor removes the fiber coating layer so as to have a taper shape including the primary resin layer region in order to crack the protective resin. It was found that the occurrence of cracks can be suppressed by doing so. That is, it is desirable that the primary resin layer 21 and the secondary resin layer 22 after being removed from the fiber coating layer be formed as a taper (near the boundary).
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber manufacturing method and an optical fiber which have a large communication capacity and can be transmitted over a long distance.
  • a method of manufacturing an optical fiber according to the present disclosure includes a step of removing a fiber coating layer at an end on a side where a pair of optical fibers are connected to expose a glass fiber, and fusion bonding the end faces of the glass fiber
  • a method of manufacturing an optical fiber comprising a step of re-coating a protective resin around an exposed portion of the glass fiber, wherein the fiber coating layer is a primary resin layer on the inner peripheral side having a Young's modulus of 0.5 MPa or less And the secondary resin layer on the outer peripheral side having a Young's modulus of 800 MPa or more, and the exposing step narrows the shape of the fiber coating layer including the primary resin layer and the secondary resin layer toward the end side.
  • the step of forming the taper shape, and the step of re-coating is a step of coating the protective resin so as to include the covering.
  • the covering (near the boundary) between the primary resin layer and the secondary resin layer after the coating layer is removed is formed as a taper.
  • the stress applied to the protective resin at the boundary between the primary resin layer and the secondary resin layer can be reduced. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the protective resin covering the removed portion of the coating layer and the exposed portion of the glass fiber at the connecting portion of the optical fiber, and an optical fiber having a large communication capacity and capable of long-distance transmission is obtained. be able to.
  • the optical fiber manufacturing method according to the present disclosure is the optical fiber manufacturing method according to (1) described above, in which the fiber coating layer in the portion to be removed is irradiated with ultraviolet rays before the exposing step. And a step of increasing the Young's modulus of the primary resin layer, and the exposing step is a step of forming a taper shape when the fiber coating layer is coated.
  • the fiber coating layer can be cured before the fiber coating layer is removed. It can be easily processed into a shape. For this reason, when removing a fiber coating layer using tools, such as a grindstone and a razor, the dispersion
  • the optical fiber manufacturing method according to the present disclosure is the above-described optical fiber manufacturing method according to (1), wherein the primary resin layer is formed by cooling the portion of the fiber to be removed before the exposing step.
  • a step of increasing the Young's modulus of the fiber coating layer, and the exposing step is a step of forming a taper shape when the fiber coating layer is coated.
  • the fiber coating layer can be cured before the fiber coating layer is removed. It can be easily processed into a shape. For this reason, when removing a fiber coating layer using tools, such as a grindstone and a razor, the dispersion
  • the fiber coating layer at the end on the side where the pair of optical fibers is connected is removed, the end faces of the glass fibers are fusion-bonded, and the periphery of the fused portion of the glass fibers
  • An optical fiber provided with a protective resin wherein the fiber coating layer includes an outer peripheral secondary resin layer and an inner peripheral primary resin layer having a Young's modulus of 0.15 MPa to 0.5 MPa,
  • the shape of the end portion when the primary resin layer and the secondary resin layer are covered is a tapered shape that becomes narrower toward the end portion side, and the protective resin is provided so as to include the covering portion.
  • the length of the optical fiber in the axial direction is 280 ⁇ m or more.
  • the covering (near the boundary) of the primary resin layer and the secondary resin layer after removal of the coating layer has a predetermined length. Since it is formed as a taper, the stress applied to the protective resin at the boundary between the primary resin layer and the secondary resin layer can be reduced. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the protective resin covering the removed portion of the coating layer and the exposed portion of the glass fiber at the connecting portion of the optical fiber, and an optical fiber having a large communication capacity and capable of long-distance transmission is obtained. be able to.
  • the taper angle at the time of the coating is 10 degrees or less.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view along an axial direction of a connection portion of an optical fiber manufactured according to the present disclosure
  • FIG. 1B is a cross-sectional view in a radial direction at a portion other than the connection portion of the optical fiber manufactured according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a main part of the connection portion of the optical fiber of FIG.
  • the optical fiber manufactured according to the present disclosure is formed by fusion-connecting a plurality of short optical fibers 1.
  • the optical fiber 1 of the present embodiment includes a glass fiber 10 serving as an optical transmission body including a core 11 and a clad 12, and a fiber coating layer 20 including a primary (primary) resin layer 21 and a secondary (secondary) resin layer 22. I have.
  • the glass fiber 10 is a glass member and is made of, for example, SiO 2 glass.
  • the glass fiber 10 transmits an optical signal introduced into the optical fiber 1.
  • the core 11 is provided in a region including the central axis of the glass fiber 10.
  • the core 11 contains GeO 2 and may further contain a fluorine element.
  • the clad 12 is provided in a region surrounding the core 11.
  • the clad 12 has a refractive index lower than that of the core 11.
  • Cladding 12 may be composed of pure SiO 2 glass, it may be made of SiO 2 glass which fluorine element is added.
  • the fiber coating layer 20 at the ends of the pair of optical fibers 1 connected to each other is removed, and the glass fiber 10 is exposed. Then, the end surfaces of the glass fibers 10 that have been bare by removing the fiber coating layer 20 are butted together, and the butted end surfaces are connected as the fusion splicing portion 2 by arc discharge or the like. Since the fusion splicing portion 2 and the bare glass fiber 10 in the vicinity thereof are easily damaged and mechanically weak, they are recoated with the protective resin 30.
  • the protective resin 30 is made of the same type of ultraviolet curable resin as the fiber coating layer.
  • the coating of the protective resin 30 can be formed by injecting a resin using a predetermined mold.
  • the fiber coating layer 20 of the optical fiber 1 is less susceptible to side pressure during bobbin winding, which causes an increase in the loss of the optical fiber 1.
  • a low resin of 0.5 MPa or less is used.
  • the secondary resin layer 22 on the outer peripheral side uses a resin having a Young's modulus higher than that of the primary resin layer 21 and having a Young's modulus of 800 MPa or more.
  • the Young's modulus of the protective resin 30 is larger than that of the primary resin layer 21 and smaller than that of the secondary resin layer 22. That is, the protective resin 30 has a cured Young's modulus between the Young's modulus of the primary resin layer 21 and the Young's modulus of the secondary resin layer 22.
  • a resin having a Young's modulus after curing of 10 MPa to 500 MPa is used.
  • both-end reactive oligomer for example, H- (I-polypropylene glycol A ) 2 -IH H- (I-polypropylene glycol B ) 2 -IH H- (I-polypropylene glycol C ) 2 -IH Is mentioned.
  • H shows the residue of hydroxyethyl acrylate
  • I shows the residue of isophorone diisocyanate
  • X shows methanol
  • polypropylene glycol AC shows the residue of the following polypropylene glycol, respectively.
  • polypropylene glycol A is ACL AIM 4200 (molecular weight: 4,000, unsaturation: 0.003 meq / g)
  • polypropylene glycol B is XS-3020C (molecular weight: 3,000, unsaturation: 0.03 meq / g)
  • Polypropylene glycol C represents a residue having EXCENOL 3020 (molecular weight: 3,000, unsaturation: 0.09 meq / g).
  • the urethane oligomer is represented by H- (I-propylene glycol) 2 -IH.
  • the both-end reactive oligomer and the one-end reactive oligomer are not limited to the above materials.
  • the molecular weight is 1,000 to 13,000, preferably 2,000 to 8,000, and the degree of unsaturation is less than 0.01 meq / g, preferably 0.0001 to 0.00. It may be a polypropylene glycol or polypropylene glycol / ethylene glycol copolymer of 009 meq / g.
  • the oligomer include those obtained by reacting a polyol compound, a polyisocyanate compound, and a hydroxyl group-containing acrylate compound.
  • the polyol compound include polytetramethylene glycol and polypropylene glycol.
  • the polyisocyanate compound include 2,4-tolylene diisocyanate and isophorone diisocyanate.
  • the hydroxyl group-containing acrylate compound include 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 1,6-hexanediol monoacrylate, and tripropylene glycol diacrylate.
  • the monomer examples include N-vinyl monomers having a cyclic structure, for example, N-vinylcaprolactam. The inclusion of these monomers is preferable because the curing rate is improved.
  • monofunctional monomers such as isobornyl acrylate, benzyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, polypropylene glycol monoacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, or bisphenol A / ethylene oxide addition diol di
  • a polyfunctional monomer such as acrylate is used.
  • a taper T having a coating diameter reduced toward the end is formed. ing. That is, the taper T is formed so as to include at least the boundary A between the primary resin layer 21 and the secondary resin layer 22.
  • the protective resin 30 is molded so as to cover the tapered fiber coating layer 20 and the bare glass fiber 10. With this configuration, the end face when the fiber coating layer 20 is coated is covered and is not exposed. Further, since the coating of the fiber coating layer 20 is tapered, the overlapping portion of the protective resin 30 covering the fiber coating layer 20 can be thickened, and the adhesion area at this portion can be increased to protect the fiber coating layer 20. The adhesive force with the resin 30 can be increased. Further, as will be described later, the internal stress acting on the protective resin 30 can be reduced by setting the length of the taper T to a predetermined length or more.
  • the portion of the fiber coating layer 20 to be removed is irradiated with ultraviolet rays to increase the Young's modulus of the primary resin layer 21, and then the fiber coating layer 20 It is desirable to process at the time of coating into a tapered shape.
  • the fiber coating layer 20 around the glass fiber 10 is applied around the glass fiber and hardened by irradiation with ultraviolet rays when the optical fiber 1 is manufactured. However, before the fusion splicing, the fiber coating layer 20 is further removed. By irradiating with ultraviolet rays, the Young's modulus of the primary resin layer 21 can be increased.
  • the Young's modulus of the primary resin layer 21 is increased by cooling the optical fiber 1 at the portion to be removed, and then the fiber coating layer 20 is coated. It is good also as a taper shape. In this case, it is desirable to cool the optical fiber 1 at around minus 10 ° C., for example. In order to remove the fiber coating layer 20 and form the taper T, a tool such as a grindstone or a razor can be used. In addition, when the Young's modulus of the primary resin layer 21 is increased by cooling the optical fiber 1, it is desirable to use a razor because heat is generated when the fiber coating layer 20 is removed with a grindstone.
  • FIG. 3 is a chart showing specifications of the optical fiber used as an example of the simulation relating to the optical fiber connecting portion of the present disclosure.
  • 4A and 4B are diagrams showing the magnitude of the maximum stress acting on the protective resin when the taper angle and the taper length are changed using the optical fiber shown in the specifications of FIG. .
  • the two types of optical fibers of Examples 1 and 2 were targeted.
  • the optical fibers of Examples 1 and 2 are the same except for the Young's modulus of the primary resin layer and the secondary resin layer.
  • the outer diameter of the glass fiber is 125 ⁇ m
  • the outer diameter of the primary resin layer is 200 ⁇ m
  • the outer diameter of the secondary resin layer is 245 ⁇ m
  • the outer diameter of the protective resin provided at the connection portion is 260 ⁇ m.
  • the Young's modulus was 74500 MPa.
  • the Young's modulus of the primary resin layer was 0.15 MPa
  • the Young's modulus of the primary resin layer was 0.45 MPa.
  • the maximum internal stress of the protective resin 30 when the angle ⁇ of the taper T shown in FIG. 2 and the axial length L of the optical fiber of the taper T are changed.
  • the change in value was examined.
  • the axial length L of the optical fiber with the taper T is a length obtained by projecting the length from the starting point of the taper T of the secondary resin layer 22 to the end point of the taper T of the primary resin layer 21 in the axial direction of the optical fiber. It is.
  • the angle ⁇ of the taper T since a taper of 5 to 10 degrees is used in consideration of actual workability, the angle ⁇ of the taper T is set to 5 degrees and 10 degrees in the simulation.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the results for the optical fibers of Example 1 and Example 2, respectively.
  • the horizontal axis indicates the taper axial length L
  • the vertical axis indicates the maximum value of the internal stress of the protective resin.
  • the maximum value of the internal stress tends to decrease as the taper axial length L increases, regardless of whether the taper angle ⁇ is 10 degrees or 5 degrees.
  • the taper angle is 5 degrees
  • the change in the maximum value of the internal stress with respect to the change in the axial length L of the taper is larger. Further, it was found that the maximum value of internal stress was larger in the case of Example 1 in which a softer resin than Example 2 was used for the primary resin layer 21.
  • the result of an experiment using an actual optical fiber revealed that the maximum value of the internal stress acting on the protective resin. It was found that cracks occur when the pressure exceeds 15 MPa. Therefore, when the characteristic of the shape of the taper T in which the maximum value of the internal stress is equal to or less than the threshold value of 15 MPa is obtained from the simulation results, if the axial length L of the taper is 280 ⁇ m or more at the normally used taper angle, It was confirmed that the maximum value of the stress was below the threshold value of 15 MPa. When the taper having an axial length L of 280 ⁇ m or more is formed, the taper T is formed including the boundary A between the primary resin layer 21 and the secondary resin layer 22 in any case. Further, the taper T may not reach the glass fiber 10.
  • the Young's modulus of the primary resin layer is desirably 0.5 MPa or less.
  • Example 2 Although the case where the Young's modulus of the primary resin layer was 0.45 MPa was shown, even if the Young's modulus is 0.5 MPa or less, by setting the axial length L of the taper to 280 ⁇ m, The maximum value of the internal stress of the protective resin can be set to a threshold value of 15 MPa or less. Further, if the Young's modulus of the secondary resin layer is 800 MPa or more, there is little influence on the maximum value of the internal stress of the protective resin, and the maximum length of the internal stress of the protective resin is set by setting the axial length L of the taper to 280 ⁇ m. The value can be below the threshold value of 15 MPa.
  • SYMBOLS 1 Optical fiber, 2 ... Fusion splicing part, 10 ... Glass fiber, 11 ... Core, 12 ... Cladding, 20 ... Fiber coating layer, 21 ... Primary resin layer, 22 ... Secondary resin layer, 30 ... Protection resin

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Abstract

一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層を除去してガラスファイバを露出する工程、該ガラスファイバの端面同士を融着接続する工程、前記ガラスファイバの露出部分の周囲に保護樹脂を再被覆して保護する工程を有する、光ファイバの製造方法であって、前記ファイバ被覆層はヤング率０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層とヤング率８００ＭＰａ以上の外周側のセカンダリ樹脂層からなり、前記露出する工程は、前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層を含む前記ファイバ被覆層の被覆際の形状を前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とする工程であり、前記再被覆する工程は、前記被覆際を含むように前記保護樹脂を被覆する工程である。

Description

光ファイバの製造方法および光ファイバ
　本開示は、光ファイバの製造方法および光ファイバに関する。
　本出願は、２０１８年２月２０日出願の日本出願第２０１８－０２８０９２号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　光ファイバは、ユーザからの要求に応じて、例えば、海底ケーブルのように数十ｋｍに及ぶ長尺の光ファイバが製造される。このような長尺の光ファイバは、通常、複数本の光ファイバを融着接続して形成される。この場合、接続部を保護する保護樹脂と元の被覆樹脂との界面に剥離や割れが生じないことが求められる。例えば、特許文献１には、ファイバ被覆層の被覆際の形状をテーパ状とし、ファイバ被覆層際に被さる部分の保護樹脂を厚くすることによって、保護樹脂の剥がれや割れが生じるのを抑制することが開示されている。
　一方、１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度に対応する光伝送ネットワークにおいて、光ファイバのコアあたりの通信容量を拡大するために、より高い光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）が要求される。ＯＳＮＲを改善する一つの方法として、光ファイバの非線形性を低く抑えることが挙げられる。そのためには、光ファイバの実効断面積Ａeffを大きくするとともに、光ファイバの伝送損失を抑える必要がある。
　光ファイバの非線形屈折率をｎ２とし、光ファイバの実効断面積をＡeffとすると、光ファイバの非線形性はｎ２／Ａeffによって規定される。実効断面積Ａeffが大きいほどコアへの光パワー密度の集中が避けられるので、非線形性は低減される。しかし、実効断面積Ａeffが大きくなると、側圧に対して弱くなり、ボビン巻時の損失が大きくなってしまう。さらに、ボビン巻き状態での損失が大きく、また緩和速度が遅いことから、ボビン巻き状態での損失の大きさから光ファイバ本来の損失（例えば光ファイバ束状態での損失）の大きさに変化するまでに長時間を要する。そのため、特許文献２には、低損失化のためには光ファイバの被覆層を２層構造とし、中心側のプライマリ樹脂層にヤング率の低い（柔らかい）樹脂を使用することが開示されている。
特開２０１１－１０２９１５号公報 特開２０１５－２１９２７１号公報
　本開示に係る光ファイバの製造方法は、一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層を除去してガラスファイバを露出する工程、該ガラスファイバの端面同士を融着接続する工程、前記ガラスファイバの露出部分の周囲に保護樹脂を再被覆する工程を有する、光ファイバの製造方法であって、前記ファイバ被覆層はヤング率０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層とヤング率８００ＭＰａ以上の外周側のセカンダリ樹脂層からなり、前記露出する工程は、前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層を含む前記ファイバ被覆層の被覆際の形状を前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とする工程であり、前記再被覆する工程は、前記被覆際を含むように前記保護樹脂を被覆する工程である。
　また、本開示に係る光ファイバは、一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層が除去され、ガラスファイバの端面同士が融着接続され、前記ガラスファイバの融着部分の周囲に保護樹脂を設けた光ファイバであって、前記ファイバ被覆層は外周側のセカンダリ樹脂層と、ヤング率０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層からなり、前記光ファイバの端部の前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層の被覆際の形状が前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とされ、前記被覆際を含むように前記保護樹脂が設けられ、前記テーパの前記光ファイバの軸方向の長さが２８０μｍ以上である。
本開示によって製造される光ファイバの接続部の軸方向に沿った断面図である。 本開示によって製造される光ファイバの接続部以外の箇所における径方向の断面図である。 図１Ａの光ファイバの接続部の要部を示す図である。 本開示の光ファイバの接続部に係るシミュレーションの実施例として用いた光ファイバの諸元を示す図表である。 図３の諸元で示す実施例１の光ファイバを用いて、テーパの角度とテーパの長さをそれぞれ変えた際の、保護樹脂に作用する最大応力の大きさを示す図である。 図３の諸元で示す実施例２の光ファイバを用いて、テーパの角度とテーパの長さをそれぞれ変えた際の、保護樹脂に作用する最大応力の大きさを示す図である。 ２層構造の被覆層を有する従来の光ファイバの接続部の構成を示す図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　２層構造の被覆層を有する光ファイバを用いた海底ケーブルでは、接続部の保護樹脂に亀裂が発生する場合がある。図５は、２層構造の被覆層を有する従来の光ファイバの接続部の構成を示す図であり、ガラスファイバ１０と、ガラスファイバ１０の周囲に中心側のプライマリ樹脂層２１と外周側のセカンダリ樹脂層２２からなる２層構造のファイバ被覆層２０を設けた光ファイバ同士を接続したものである。それぞれの光ファイバの端部はファイバ被覆層２０が除去され、露出したガラスファイバ１０同士が融着接続部２で融着接続される。
　図５に示す光ファイバの接続部では、被覆層は融着接続部２側に向かって小径となるようにテーパ形状に除去されている。例えば、砥石により被覆層を研削する方法では、プライマリ樹脂層２１が柔らかいとプライマリ樹脂層２１が変形して研削がうまくできないため、図５では、セカンダリ樹脂層２２のみにテーパが形成されてプライマリ樹脂層２１にはテーパが形成されていない場合を示している。そして、融着接続部２とファイバ被覆層２０の除去部全体を覆うように、保護樹脂３０がモールドされて再被覆されている。
　このように、従来の接続部では、短尺ファイバ同士の端部の被覆を除去して融着接続し、接続部に保護樹脂３０を再被覆している。そして、プライマリ樹脂層２１が柔らかく、セカンダリ樹脂層２２が固い光ファイバの融着においては、融着後に光ファイバが引っ張られると、セカンダリ樹脂層２２はファイバの軸方向に変形しにくい一方、プライマリ樹脂層２１はファイバの軸方向に変形しやすい。このため、融着部分の被覆部分において、プライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層の境界部分を起点にクラックＸが発生しやすいという問題があった。
　プライマリ樹脂層２１のヤング率が大きい場合は保護樹脂３０にクラックが発生しにくいことから、プライマリ樹脂層２１までテーパ状に加工する必要はなかった。しかしながら、プライマリ樹脂層２１のヤング率が小さい場合は、保護樹脂にクラックが発生するという問題に対して、発明者は、プライマリ樹脂層の領域まで含めてテーパ形状となるようにファイバ被覆層を除去することによって、クラックの発生を抑制できることを見出した。すなわち、ファイバ被覆層除去後のプライマリ樹脂層２１とセカンダリ樹脂層２２との被覆際（境界付近）がテーパとして形成されていることが望ましい。
　本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの接続部においてファイバ被覆層の除去部分とガラスファイバの露出部分を覆う保護樹脂でのクラックの発生を防止することができ、通信容量が大きく長距離伝送が可能な光ファイバの製造方法および光ファイバを提供することを、その目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、光ファイバの接続部において被覆層の除去部分とガラスファイバの露出部分を覆う保護樹脂でのクラックの発生を防止することができ、通信容量が大きく長距離伝送が可能な光ファイバの製造方法および光ファイバを提供することができる。
［本開示の実施態様の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示に係る光ファイバの製造方法は、一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層を除去してガラスファイバを露出する工程、該ガラスファイバの端面同士を融着接続する工程、前記ガラスファイバの露出部分の周囲に保護樹脂を再被覆する工程を有する、光ファイバの製造方法であって、前記ファイバ被覆層はヤング率０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層とヤング率８００ＭＰａ以上の外周側のセカンダリ樹脂層からなり、前記露出する工程は、前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層を含む前記ファイバ被覆層の被覆際の形状を前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とする工程であり、前記再被覆する工程は、前記被覆際を含むように前記保護樹脂を被覆する工程である。
　本態様によれば、ファイバ被覆層のプライマリ樹脂層に柔らかい樹脂を用いたとしても、被覆層除去後のプライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層との被覆際（境界付近）がテーパとして形成されているため、プライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層の境界で保護樹脂にかかる応力を小さくすることができる。このため、光ファイバの接続部において被覆層の除去部分とガラスファイバの露出部分を覆う保護樹脂でのクラックの発生を防止することができ、通信容量が大きく長距離伝送が可能な光ファイバを得ることができる。
　また、（２）本開示に係る光ファイバの製造方法は、上記（１）の光ファイバの製造方法において、前記露出する工程の前に、除去する部分の前記ファイバ被覆層に紫外線を照射して前記プライマリ樹脂層のヤング率を増加させる工程を有し、前記露出する工程が、前記ファイバ被覆層の前記被覆際をテーパの形状とする工程である。
　本態様によれば、ファイバ被覆層のプライマリ樹脂層に柔らかい樹脂を用いたとしても、ファイバ被覆層を除去する前に、ファイバ被覆層を硬化させることができるため、ファイバ被覆層の被覆際をテーパの形状に加工することが容易に行える。このため、砥石や剃刀などの工具を用いてファイバ被覆層を除去する際に、スキルの差による形状のばらつきが発生しにくく、製造した光ファイバケーブルの品質を保つことができる。
　また、（３）本開示に係る光ファイバの製造方法は、上記（１）の光ファイバの製造方法において、前記露出する工程の前に、除去する部分の前記ファイバを冷却して前記プライマリ樹脂層のヤング率を増加させる工程を有し、前記露出する工程が、前記ファイバ被覆層の前記被覆際をテーパの形状とする工程である。
　本態様によれば、ファイバ被覆層のプライマリ樹脂層に柔らかい樹脂を用いたとしても、ファイバ被覆層を除去する前に、ファイバ被覆層を硬化させることができるため、ファイバ被覆層の被覆際をテーパの形状に加工することが容易に行える。このため、砥石や剃刀などの工具を用いてファイバ被覆層を除去する際に、スキルの差による形状のばらつきが発生しにくく、製造した光ファイバケーブルの品質を保つことができる。
　（４）本開示に係る光ファイバは、一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層が除去され、ガラスファイバの端面同士が融着接続され、前記ガラスファイバの融着部分の周囲に保護樹脂を設けた光ファイバであって、前記ファイバ被覆層は外周側のセカンダリ樹脂層と、ヤング率０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層からなり、前記光ファイバの端部の前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層の被覆際の形状が前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とされ、前記被覆際を含むように前記保護樹脂が設けられ、前記テーパの前記光ファイバの軸方向の長さが２８０μｍ以上である。
　本態様によれば、ファイバ被覆層のプライマリ樹脂層に柔らかい樹脂を用いたとしても、被覆層除去後のプライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層との被覆際（境界付近）が、所定の長さを有するテーパとして形成されているため、プライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層の境界で保護樹脂にかかる応力を小さくすることができる。このため、光ファイバの接続部において被覆層の除去部分とガラスファイバの露出部分を覆う保護樹脂でのクラックの発生を防止することができ、通信容量が大きく長距離伝送が可能な光ファイバを得ることができる。
　また、本開示に係る光ファイバは、上記（４）の光ファイバにおいて、前記被覆際の前記テーパの角度が１０度以下である。
　本態様によれば、光ファイバの接続部において被覆層の除去部分とガラスファイバの露出部分を覆う保護樹脂でのクラックの発生をより確実に防止することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示に係る光ファイバの製造方法および光ファイバの具体例を、以下に図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
　図１Ａは、本開示によって製造される光ファイバの接続部の軸方向に沿った断面図であり、図１Ｂは、本開示によって製造される光ファイバの接続部以外の箇所における径方向の断面図である。また、図２は、図１の光ファイバの接続部の要部を示す図である。本開示によって製造される光ファイバは、複数本の短尺の光ファイバ１を融着接続して形成される。本実施形態の光ファイバ１は、コア１１およびクラッド１２を含む光伝送体となるガラスファイバ１０と、プライマリ（一次）樹脂層２１とセカンダリ（二次）樹脂層２２を含むファイバ被覆層２０とを備えている。
　ガラスファイバ１０は、ガラス製の部材であって、例えばＳｉＯ２ガラスからなる。ガラスファイバ１０は、光ファイバ１に導入された光信号を伝送する。コア１１は、例えばガラスファイバ１０の中心軸線を含む領域に設けられている。コア１１は、ＧｅＯ２を含み、さらにフッ素元素を含んでいてもよい。クラッド１２は、コア１１を囲む領域に設けられている。クラッド１２は、コア１１の屈折率より低い屈折率を有する。クラッド１２は、純ＳｉＯ２ガラスから成ってもよいし、フッ素元素が添加されたＳｉＯ２ガラスから成っていてもよい。
　光ファイバ１の融着接続は、互いに接続される一対の光ファイバ１の端部のファイバ被覆層２０が除去されて、ガラスファイバ１０が露出される。そして、ファイバ被覆層２０の除去により裸にされたガラスファイバ１０の端面同士が突き合わされ、アーク放電等により、突き合わせた端面が融着接続部２として接続される。融着接続部２とその近傍の裸のガラスファイバ１０は、傷が付きやすく機械的に弱い状態にあるため、保護樹脂３０により再被覆される。保護樹脂３０には、ファイバ被覆層と同種の紫外線硬化型樹脂が用いられる。保護樹脂３０の被覆は、所定の成形用型を用いて樹脂を注入することによって形成することができる。
　本実施形態では、光ファイバ１のファイバ被覆層２０として、光ファイバ１の損失増加の要因となるボビン巻時の側圧の影響を受けにくくするため、中心側のプライマリ樹脂層２１には、ヤング率が０．５ＭＰａ以下の低い樹脂を使用している。また、外周側のセカンダリ樹脂層２２には、プライマリ樹脂層２１よりもヤング率が高いヤング率８００ＭＰａ以上の樹脂を用いている。また、保護樹脂３０のヤング率の大きさは、プライマリ樹脂層２１の樹脂よりも大きく、セカンダリ樹脂層２２の樹脂よりも小さい。すなわち、保護樹脂３０は硬化後のヤング率が、プライマリ樹脂層２１のヤング率とセカンダリ樹脂層２２のヤング率との間のものを用いる。好ましくは、例えば、硬化後のヤング率が１０ＭＰａから５００ＭＰａの樹脂を用いる。
　プライマリ樹脂層２１を構成する樹脂としては、両末端反応性オリゴマーおよび片末端反応性オリゴマーの双方若しくはいずれか一方を組成に含むものが好適である。また、片末端反応性オリゴマーが５０％以上含まれていれば、側圧に対する強さを十分に確保することができる。両末端反応性オリゴマーとしては、例えば、
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールA）2－Ｉ－Ｈ
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールB）2－Ｉ－Ｈ
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールC）2－Ｉ－Ｈ
が挙げられる。また、片末端反応性オリゴマーとしては、例えば
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールA）2－Ｉ－Ｘ
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールB）2－Ｉ－Ｘ
Ｈ－（Ｉ－ポリプロピレングリコールC）2－Ｉ－Ｘ
が挙げられる。但し、Ｈはヒドロキシエチルアクリレートの残基を示し、Ｉはイソホロンジイソシアネートの残基を示し、Ｘはメタノールを示し、ポリプロピレングリコールA-Cはそれぞれ次のポリプロピレングリコールの残基を示す。すなわち、ポリプロピレングリコールAはＡＣＣＬＡＩＭ　４２００（分子量：４,０００、不飽和度：０.００３ｍｅｑ／ｇ）、ポリプロピレングリコールBはＸＳ－３０２０Ｃ（分子量：３,０００、不飽和度：０.０３ｍｅｑ／ｇ）、ポリプロピレングリコールCはＥＸＣＥＮＯＬ　３０２０（分子量：３,０００、不飽和度：０.０９ｍｅｑ／ｇ）の残基を示す。ウレタンオリゴマーは、Ｈ－（Ｉ－プロピレングリコール）2－Ｉ－Ｈで示される。
　なお、両末端反応性オリゴマーおよび片末端反応性オリゴマーは上記の材料に限られない。上記以外に例えば分子量が１,０００～１３,０００、好ましくは、２,０００～８,０００であり、かつその不飽和度が、０.０１ｍｅｑ／ｇ未満、好ましくは、０.０００１～０.００９ｍｅｑ／ｇであるポリプロピレングリコールまたはポリプロピレングリコール・エチレングリコールの共重合体であってよい。また、必要に応じて、これと少なくとも１種の他のポリオールとの混合物に由来する少なくとも１種の（メタ）アクリレート基を有するウレタン化合物を含有するものであってもよい。
　また、セカンダリ樹脂層２２を構成する樹脂としては、例えば次のものが挙げられる。オリゴマーとしては、ポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、水酸基含有アクリレート化合物を反応させて得られるものが挙げられる。
　ポリオール化合物としては、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、２，４－トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが挙げられる。水酸基含有アクリレート化合物としては、２－ヒドロキシエチルアクリレート、２－ヒドロキシブチルアクリレート、１，６－ヘキサンジオールモノアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートなどが挙げられる。
　モノマーとしては、環状構造を有するＮ－ビニルモノマー、例えば、Ｎ－ビニルカプロラクタムが挙げられる。これらのモノマーを含むと硬化速度が向上するので好ましい。この他、イソボルニルアクリレート、ベンジルアクリレート、２－ヒドロキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレートなどの単官能モノマーや、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレートまたはビスフェノールＡ・エチレンオキサイド付加ジオールジアクリレートなどの多官能モノマーが用いられる。
　本実施形態においては、光ファイバ１の端部におけるプライマリ樹脂層２１とセカンダリ樹脂層２２を含むファイバ被覆層２０の被覆際は、端部側に向かって被覆径が小さくされたテーパＴが形成されている。すなわち、テーパＴは、少なくともプライマリ樹脂層２１とセカンダリ樹脂層２２との境界Ａの箇所を含んで形成されている。そして、保護樹脂３０は、このテーパ形状にされたファイバ被覆層２０の部分と裸のガラスファイバ１０に被さるように成形される。この構成により、ファイバ被覆層２０の被覆際の端面が覆われ、露出することがない。また、ファイバ被覆層２０の被覆際がテーパ形状とされていることから、被覆際の保護樹脂３０がファイバ被覆層２０に被さる重なり部分を厚くできるとともに、この部分での接着面積を増加させ、保護樹脂３０との接着力を高めることができる。また、後述するように、テーパＴの長さを所定の長さ以上とすることによって、保護樹脂３０に作用する内部応力を小さくすることができる。
　本実施形態では、プライマリ樹脂層２１にヤング率が０．５ＭＰａ以下の柔らかい樹脂を使用しているため、内周側のプライマリ樹脂層２１に達するまでテーパを形成することは難しい。このため、光ファイバ端部のファイバ被覆層２０を除去する前に、除去する部分のファイバ被覆層２０に紫外線を照射してプライマリ樹脂層２１のヤング率を増加させた後に、ファイバ被覆層２０の被覆際をテーパの形状に加工することが望ましい。ガラスファイバ１０の周囲のファイバ被覆層２０は、光ファイバ１の製造時に、ガラスファイバの周囲に塗布され紫外線の照射によって硬化するが、融着接続前に、除去する部分のファイバ被覆層２０にさらに紫外線を照射することによって、プライマリ樹脂層２１のヤング率を増すことができる。
　また、ファイバ被覆層２０を除去する部分の硬度を増すために、除去する部分の光ファイバ１を冷却することによってプライマリ樹脂層２１のヤング率を増加させた後、ファイバ被覆層２０の被覆際をテーパの形状としてもよい。この場合、光ファイバ１の冷却は、例えばマイナス１０°Ｃ前後で行うことが望ましい。ファイバ被覆層２０を除去してテーパＴを形成するためには、砥石や剃刀などの工具を用いることができる。なお、光ファイバ１を冷却することによって、プライマリ樹脂層２１のヤング率を増加させた場合は、砥石によってファイバ被覆層２０を除去する際に発熱するため、剃刀を使用することが望ましい。
　次に、ファイバ被覆層２０に形成するテーパＴの長さと角度θを変化させた場合に、保護樹脂３０に作用する内部応力の最大値のシミュレーション結果について説明する。
　図３は、本開示の光ファイバの接続部に係るシミュレーションの実施例として用いた光ファイバの諸元を示す図表である。図４Ａ、図４Ｂは、図３の諸元で示す光ファイバを用いて、テーパの角度とテーパの長さをそれぞれ変えた際の、保護樹脂に作用する最大応力の大きさを示す図である。
　シミュレーションでは、実施例１、２の２種類の光ファイバを対象とした。実施例１、２の光ファイバは、プライマリ樹脂層とセカンダリ樹脂層のヤング率が異なるだけで、他の諸元は同じである。具体的には、両者とも、ガラスファイバの外径を１２５μｍ、プライマリ樹脂層の外径を２００μｍ、セカンダリ樹脂層の外径を２４５μｍ、接続部に設けた保護樹脂の外径を２６０μｍとし、ガラスファイバのヤング率を７４５００ＭＰａとした。そして、実施例１の光ファイバでは、プライマリ樹脂層のヤング率を０．１５ＭＰａ、実施例２の光ファイバでは、プライマリ樹脂層のヤング率を０．４５ＭＰａとした。
　シミュレーションでは、実施例１、２の光ファイバについて、図２で示すテーパＴの角度θと、テーパＴの光ファイバの軸方向長さＬを変化させた際の、保護樹脂３０の内部応力の最大値の変化について調べた。ここで、テーパＴの光ファイバの軸方向長さＬは、セカンダリ樹脂層２２のテーパＴの起点からプライマリ樹脂層２１のテーパＴの終点までの長さを光ファイバの軸方向に投影した長さである。また、テーパＴの角度θについては、実際の作業性を考慮して、５～１０度のテーパが用いられるため、シミュレーションにおいてはテーパＴの角度θは５度と１０度とした。
　図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ実施例１および実施例２の光ファイバについての結果を示す図であり、横軸にテーパの軸方向長さＬを、縦軸に保護樹脂の内部応力の最大値をプロットしたものであり、テーパの角度θが１０度の場合を丸印、５度の場合を四角印でプロットしている。
　実施例１および実施例２の光ファイバにおいて、テーパの角度θが１０度の場合も５度の場合も、テーパの軸方向長さＬが長くなるほど、内部応力の最大値は減少する傾向があり、テーパ角度が小さい５度の場合の方がテーパの軸方向長さＬの変化に対する内部応力の最大値の変化が大きくなっている。また、プライマリ樹脂層２１に実施例２より柔らかい樹脂を用いた実施例１の場合の方が、内部応力の最大値が大きくなることが分かった。
　次に、保護樹脂に作用する内部応力の最大値の大きさとクラックＸの発生の関係を求めるために、実際の光ファイバを用いて実験を行った結果、保護樹脂に作用する内部応力の最大値が１５ＭＰａを超えるとクラックが発生することが分かった。
　したがって、内部応力の最大値が、１５ＭＰａの閾値以下となるテーパＴの形状の特徴を、シミュレーション結果から求めると、通常用いられるテーパ角度において、テーパの軸方向長さＬが２８０μｍ以上あれば、内部応力の最大値が、１５ＭＰａの閾値以下となることが確認できた。なお、テーパの軸方向長さＬが２８０μｍ以上のテーパを形成した場合は、いずれの場合においても、テーパＴはプライマリ樹脂層２１とセカンダリ樹脂層２２との境界Ａを含んで形成される。また、テーパＴはガラスファイバ１０まで達していなくてもよい。
　プライマリ樹脂層のヤング率が大きいほど保護樹脂の内部応力の最大値は小さくなるため、クラックの発生を防止することができる。しかし、プライマリ樹脂層のヤング率を大きくすると、先述したように、ボビン巻時の損失が大きくなってしまう。このため、ボビン巻時の損失を考慮した場合、プライマリ樹脂層のヤング率は０．５ＭＰａ以下が望ましい。そして、実施例２では、プライマリ樹脂層のヤング率が０．４５ＭＰａの場合を示したが、ヤング率が０．５ＭＰａ以下であっても、テーパの軸方向長さＬを２８０μｍとすることによって、保護樹脂の内部応力の最大値を１５ＭＰａの閾値以下とすることができる。また、セカンダリ樹脂層のヤング率は８００ＭＰａ以上であれば、保護樹脂の内部応力の最大値への影響は少なく、テーパの軸方向長さＬを２８０μｍとすることによって、保護樹脂の内部応力の最大値を１５ＭＰａの閾値以下とすることができる。
１…光ファイバ、２…融着接続部、１０…ガラスファイバ、１１…コア、１２…クラッド、２０…ファイバ被覆層、２１…プライマリ樹脂層、２２…セカンダリ樹脂層、３０…保護樹脂。

Claims (5)

  1. 　一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層を除去してガラスファイバを露出する工程、
    　該ガラスファイバの端面同士を融着接続する工程、
    　前記ガラスファイバの露出部分の周囲に保護樹脂を再被覆する工程を有する、光ファイバの製造方法であって、
    　前記ファイバ被覆層はヤング率０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層とヤング率８００ＭＰａ以上の外周側のセカンダリ樹脂層からなり、
    　前記露出する工程は、前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層を含む前記ファイバ被覆層の被覆際の形状を前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とする工程であり、
    　前記再被覆する工程は、前記被覆際を含むように前記保護樹脂を被覆する工程である、光ファイバの製造方法。
  2. 　前記露出する工程の前に、除去する部分の前記ファイバ被覆層に紫外線を照射して前記プライマリ樹脂層のヤング率を増加させる工程を有し、
    　前記露出する工程が、前記ファイバ被覆層の前記被覆際をテーパの形状とする工程である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
  3. 　前記露出する工程の前に、除去する部分の前記光ファイバを冷却して前記プライマリ樹脂層のヤング率を増加させる工程を有し、
    　前記露出する工程が、前記ファイバ被覆層の前記被覆際をテーパの形状とする工程である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
  4. 　一対の光ファイバの接続する側の端部のファイバ被覆層が除去され、ガラスファイバの端面同士が融着接続され、前記ガラスファイバの融着部分の周囲に保護樹脂を設けた光ファイバであって、
    　前記ファイバ被覆層は外周側のセカンダリ樹脂層と、ヤング率０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の内周側のプライマリ樹脂層からなり、
    　前記光ファイバの端部の前記プライマリ樹脂層と前記セカンダリ樹脂層の被覆際の形状が前記端部側に向けて細くなるテーパの形状とされ、
    　前記被覆際を含むように前記保護樹脂が設けられ、
    　前記テーパの前記光ファイバの軸方向の長さが２８０μｍ以上である、光ファイバ。
  5. 　前記被覆際の前記テーパの角度が１０度以下である、請求項４に記載の光ファイバ。
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