JP4190975B2 - 光ファイバ素線、この光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン及びこれら光ファイバ素線又は光ファイバリボンを用いた光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本発明は、疲労特性に優れた光ファイバ素線、該光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線または光ファイバリボンを使用して形成した洞道内や架空等に敷設される光ファイバケーブルに関するものである。

近年、大容量データ伝送の需要の増大やインターネットに代表される個人の通信回線利用量の飛躍的な増大等により、ＦＴＴＨ(Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ)化の需要が急激に高まってきており、ますます光ファイバケーブルネットワークの構築が急がれている。

光ファイバケーブルネットワークを構築するために使用される一般的な光ファイバケーブルとして、例えばスロット型光ファイバケーブルが知られている。
このケーブルは、複数本の光ファイバ素線を平面状に並行に並べ、これらをテープ状に一本化した光ファイバリボンを複数本、これらを積層した状態で、その表面にらせん状、あるいは適宜間隔でらせん方向が反転する溝が設けられた、通称スロットを称されるものの溝内に収納した構造のものである。

図１はこのような光ファイバケーブルに用いられる通常の光ファイバ素線の横断面の模式図である。
図１に示すように、この光ファイバ素線１は、石英ガラスや多成分ガラスからなる、例えばコアと該コアの外側に設けられたクラッドとを有するガラス光ファイバ２（以下単に光ファイバ２と称す）の外側に、例えば紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層３を被覆し、さらにその外側に、同じく紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層４を形成したものである。

ところで、前述した光ファイバケーブルは、通常洞道内や架空等に敷設される。敷設された光ファイバケーブルには、その敷設状況によっては常時張力が加わったままの状態もあり得る。そのような場合、この張力の一部が光ファイバケーブルを構成する光ファイバ素線１にも長期間持続的に作用し続けることがある。
このように張力が長期間持続して加えられていると、ある時間経過後突然光ファイバ素線が破断したり、あるいはちょっと大き目の張力がさらに加わっただけで破断したりする、いわゆる疲労破壊を起こすことがある。
これは光ファイバを形成しているガラス表面の欠陥が水分により加水分解し、前述のように張力が負荷した状態、いわゆる応力負荷状況下で腐食が成長するためと推定されている。

このような疲労破壊を避けるためには、光ファイバ素線１の疲労特性を向上させる必要がある。ところで光ファイバ素線１の疲労特性は、前記図１に示す光ファイバ２の表面に被覆した被覆層、図１に示す例では一次被覆層３及び二次被覆層４の被覆材料の性質に大きく影響されることが知られている。
そしてこの疲労特性を向上させるべく具体的には既に、一次被覆層３の被覆材料にシランカップリング剤を配合してガラスとの密着性を上げたり、二次被覆層４の被覆材料の透湿性を低くすることによって水分によるガラスの加水分解を減速させる、といったことが試みられている。

しかしながら、かかる方法では透湿速度をある程度遅らせることはできても、光ファイバケーブルが高湿度下に敷設されているような場合には、これだけでは不十分で、光ファイバケーブルの寿命を延ばすほどの効果はこれまでのところ得られていない。

そこで図１に示す光ファイバ２の外側に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を施した光ファイバ素線１において、前記被覆層の光ファイバ２に接する部分のｐＨを４．５以下にする提案がなされている（特許文献１）。
具体的には図１における一次被覆層３の被覆材料として、ｐＨが４．５以下の紫外線硬化型樹脂を使用する、というものである。
前記特許文献１によれば、このように光ファイバ２の表面に接する紫外線硬化型樹脂製の一次被覆層３のｐＨを４．５以下にすると、具体的には光ファイバ素線１の動疲労係数ｎ値が１８以上となる、優れた疲労特性の光ファイバ素線１が得られる、というものである。

特開２００３−４９９３号公報

ところで前記特許文献１に開示されている提案により紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層３の光ファイバ素線１を製造し、実際に疲労特性を評価すると、確かに製造直後の動疲労係数ｎ値は、前記一次被覆層３を形成する被覆材料のｐＨを４．５以下にすると、高い値、具体的には１８以上の値が得られる。
しかしながらこの光ファイバ素線１を高温、高湿度中に長期間放置しておくと、紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層４を形成する被覆材料のｐＨの値が高いものにあっては、動疲労係数ｎ値が低くなっているものがあった。

このことから前記特許文献１のように、単に光ファイバ２に接する、すなわち一次被覆層３を形成する被覆材料のｐＨを４．５以下にするだけでは、長期間にわたって所望する疲労特性に優れた光ファイバ素線１が必ずしも得られない、という問題があった。

そこで本発明の目的は、長期間にわたって高い疲労特性を有する光ファイバ素線、そしてこのような光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線や光ファイバリボンを用いて形成した長期的に疲労特性に優れた光ファイバケーブルを提供することにある。

前記目的を達成すべく請求項１記載の本発明の光ファイバ素線は、コア及びクラッドを有するガラス光ファイバと該ガラス光ファイバの外側に施されてなるウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる少なくとも２層の被覆層とを有する光ファイバ素線であって、前記ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤として、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成する光開始剤を用いることにより、前記光ファイバ素線のｐＨを５．５以下としたことを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項１記載の光ファイバ素線によれば、長期にわたって所望する高い疲労特性を維持できる光ファイバ素線を提供することができる。

また本願請求項２記載の光ファイバ素線は、前記光ファイバ素線のｐＨを５．０以下としたことを特徴とするものである。
このように光ファイバ素線のｐＨを５．０以下にすれば、より確実に長期にわたって所望する高い疲労特性を維持できる光ファイバ素線を提供することができる。

また本願請求項３記載の光ファイバリボンは、前記請求項１または請求項２記載の光ファイバ素線または該光ファイバ素線に着色層を施したものを複数本、平面状に並行に並べこれを一体化したことを特徴とするものである。
このように光ファイバ素線を用いて光ファイバリボンを形成すれば、長期にわたって優れた疲労特性を維持できる光ファイバリボンを得ることができる。

また本願請求項４記載の光ファイバケーブルは、前記請求項１または請求項２記載の光ファイバ素線または請求項３記載の光ファイバリボンの少なくとも一つを用いて形成したことを特徴とするものである。
このように本願発明の光ファイバ素線やこれを用いて形成した光ファイバリボンを使って光ファイバケーブルを形成すれば、長期間にわたって高い疲労特性を維持できる光ファイバケーブルを提供することができる。

以上のように本発明によれば、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤として、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成する光開始剤を用いることにより、光ファイバ素線のｐＨが５．５以下、好ましくは５．０以下になるように構成されているため、ガラス表面のｐＨを長期にわたって低く保つことができ、長期間にわたって疲労特性を高く維持することができる。従って、長期間にわたって高い疲労特性を有する光ファイバ素線、そしてこのような光ファイバ素線を用いた光ファイバリボン、さらにはこれら光ファイバ素線や光ファイバリボンを用いて形成した長期的に疲労特性に優れた光ファイバケーブルを提供することができる。

以下図１、図２及び図３を用いて本発明の光ファイバ素線の実施例を詳細に説明する。

図１は本発明に係わる典型的な光ファイバ素線の横断面を示す模式図である。
図１に示すように、コアと、該コアの外側に設けられたクラッドとを有する石英ガラス製の光ファイバ２の外側に、紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層３と、該一次被覆層３の外側に同じく紫外線硬化型樹脂からなる二次被覆層４とを被覆して光ファイバ素線１を得た。
具体的には、一次被覆層３としてはウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂にアミン系添加剤を添加したものとしないもの、及び２種類の光開始剤Ａ、Ｂのいずれかを添加してｐＨを３．９〜５．４に変化せしめた被覆材料を、汎用の方法で光ファイバ２上に塗布し、これに紫外線を照射して硬化し、被覆せしめた。

また、二次被覆層４にはウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂にアミン系光開始剤及びアミン系酸化防止剤を添加したものとしないものを種々組み合わせて各被覆材料のｐＨが４．５〜６．１になるように調整し、これらを前記一次被覆層３上に、一次被覆層３と同様の方法で被覆した。
具体的に使用した光開始剤等を下記に示す。
光開始剤Ａ 2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド
（ＢＡＳＦ社製 Ｌｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ）
光開始剤Ｂ 1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製
Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）
アミン系添加剤 ジエチルアミン
アミン系光開始剤 2-メチル1-[4-メチルチオ]フェニル-2-モルフォリノプロパン1-オン
（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製
Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７）
アミン系酸化防止剤 ヒンダードアミン（ＨＡＬＳ）

このようにして得られた光ファイバ素線１の光ファイバ２、一次被覆層３及び二次被覆層４の各寸法は以下の通りである。
光ファイバ２は、石英ガラスからなる外径１２５μｍのシングルモード光ファイバで、該光ファイバ２の外側に厚さ３５μｍの一次被覆層３を被せ、該一次被覆層３上にさらに厚さ２５μｍの二次被覆層４を施した。被覆後の光ファイバ素線１の外径は２４５μｍである。
以上のようにして図２に示す実施例１〜実施例８の８種類の光ファイバ素線１を得た。

このようにして得た実施例１〜８の各光ファイバ素線１を約１０ｍｍ長に切って試料を作成した。
そして各試料を光ファイバ２の重量に相当する石英ガラスの重量を除いて３ｇになるように秤量した後、これを０．１Ｎ塩酸及び０．１Ｎ水酸化ナトリウム溶液でｐＨ７．０に調整したイオン交換水３０ｍｌが入ったフラスコ中に入れ、かつこのフラスコを８０°Ｃに保持した恒温槽中に１８時間放置した後、これを室温に戻し、撹拌した。
そしてその後フラスコ内の溶液のみをビーカーに移して、この溶液のｐＨをｐＨ計（例えばメトラートレド社製ＭＰ２２０）を用いて測定した。このとき測定されたｐＨを光ファイバ素線１のｐＨ、すなわち一次被覆層３と二次被覆層４の両被覆層が被覆された状態での光ファイバ素線１のｐＨとした。測定結果を図２のｐＨの欄に記してある。

一方、実施例１〜８の各光ファイバ素線１を２つに切り分け、一方を常温常湿中に放置し、他方を温度８５°Ｃ、相対湿度８５％の恒温恒湿雰囲気中に３０日間放置した。３０日経過後恒温恒湿雰囲気中から取り出した光ファイバ素線１（以下エージング後の光ファイバ素線１という）と常温常湿中に放置しておいた光ファイバ素線１（以下単に常温放置品と称す）とを各々ＩＥＣ６０７９３−１−３３の方法に従い、各々の動疲労係数ｎ値を測定した。その結果を図２と図３に示す。

ところで図３は、常温放置品及びエージング後の各光ファイバ素線１のｐＨと動疲労係数ｎ値との関係を示すグラフである。図３から光ファイバ素線１のｐＨと動疲労係数ｎ値との間には相関が見られ、光ファイバ素線１のｐＨが５．５以下では動疲労係数ｎ値が１８以上の高い疲労特性が得られていることがわかる。
因みに光ファイバ素線１のｐＨを５．０以下にすれば、エージング後の動疲労係数ｎ値も含めて動疲労係数ｎ値を２０以上という高い値にすることができ好ましい。
ところで図２中の一次被覆層、二次被覆層の欄に記したｐＨ値は、光ファイバ２に被覆した前述の一次被覆層３用及び二次被覆層４用の各ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂と同じ被覆材料を、各々ガラスプレート上に流延し、これに２００ｍＪ／ｃｍ²の量の紫外線を照射して硬化させ厚さ２００μｍのシートを形成し、これを前述した光ファイバ素線１のｐＨ測定と同じようにして測定した値である。

図２における一次被覆層３のｐＨ値と動疲労係数ｎ値とが示すように、一次被覆層３のｐＨだけ小さくしても、所望する高い疲労特性は得られないことがわかる。換言すると、一次被覆層３のｐＨだけでなく一次被覆層３と二次被覆層４の両被覆層のｐＨを考慮して光ファイバ２への被覆材を選定する必要があることがわかる。
そして一次被覆層３及び二次被覆層４が施されている光ファイバ、すなわち光ファイバ素線１のｐＨが５．５以下になるように被覆材料を選定すると、図２、図３に示すようにエージング後にあっても動疲労係数ｎ値が１８以上という優れた疲労特性を有する光ファイバ素線１が得られることがわかる。

ところで本発明において、一次被覆層３、二次被覆層４とを一緒にした被覆層全体のｐＨではなく、これら一次被覆層３、二次被覆層４に加え光ファイバ２を含む光ファイバ素線１のｐＨで発明の範囲を規定しているのは、光ファイバ２から一次被覆層３及び二次被覆層４を完全に剥ぎ取るのが極めて困難であり、光ファイバ２と被覆層とを分離するやり方ではｐＨの測定が不正確になる可能性が大きいからである。

尚、本発明に適用し得る光ファイバ素線１の形態は、特に図１に示すものに限定されるものではない。例えば被覆層として二次被覆層４上にさらにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる別の被覆層、具体的には三次被覆層等を設けた二層以上のウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を設けたものであってもよい。この場合、本発明でいう光ファイバ素線１のｐＨとは、一次被覆層３、二次被覆層４及び三次被覆層を光ファイバ２上に被覆した状態のまま前述した方法で光ファイバ素線１のｐＨを測定した値を意味するものとする。

また光ファイバ２の材質も石英ガラスに限らず多成分ガラスであってもよいし、その外径も前述した１２５μｍのものになんら限定されるものではない。

ところで被覆層を形成するウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂製の各被覆材料のｐＨを低くするには、一次被覆層３の被覆材料だけでなく、二次被覆層４の被覆材料のｐＨをも低くする必要がある。
具体的には、図２に示すように、仮に二次被覆層４のｐＨが一次被覆層３のそれより極端に高いものであると、二次被覆層４側の成分が時間の経過とともに一次被覆層３側に移行して、光ファイバ２のガラス界面のｐＨを上げて疲労特性を低下させてしまう、と推測される。従って、一次被覆層３及び二次被覆層４を含めた光ファイバ素線１全体のｐＨを５．５以下、より好ましくは５．０以下に抑える必要がある。

因みにこの種のｐＨの低い樹脂として前述したようにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂が一般的である。そしてウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤としては、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成するアセトフェノン型等のカルボニル基を含むタイプが好ましい。
具体的に光開始剤の例としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンやアシルホスフィンオキサイド等を用いることができる。しかし、モルホリノ等のアミノ基を有する光開始剤は紫外線照射により硬化された後、ｐＨを上げてしまうので好ましくない。

また、シランカップリング剤等の安定化剤や酸化防止剤として硬化後も移動しやすいアミノ基を有する塩基性添加剤等を用いることも好ましくない。
また、硬化後のｐＨを下げる手段として光酸生成剤を用いることも可能である。そのような光酸生成剤としてはチバスペシャリティケミカル社のＣＧＩシリーズ等がある。
しかし、繰り返すが、本発明は個々の被覆材料のｐＨを限定するものではなく、構造体である光ファイバ素線１のｐＨを５．５以下、好ましくはｐＨを５．０以下とするようにウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂製の被覆材料を選定することである。このようにすれば、長期間にわたって十分な疲労特性が得られる光ファイバ素線１を得ることができる。

前述した本発明の光ファイバ素線１に、例えば必要により着色層を施したり、さらに必要なら機械的強度を高めるべく保護層を施した後、これを各種汎用の方法で複数本を集合せしめて光ファイバケーブルを製造すれば、長期にわたって安定して使用可能な、すなわち疲労特性に優れた光ファイバケーブルを得ることができる。

さらにはこの発明の光ファイバ素線１またはこの光ファイバ素線１に着色層等を施し、これら光ファイバ素線１あるいは着色層付光ファイバ素線１を複数本、平面状に並行に並べ、例えばこれに一括被覆層を施す等、汎用の方法で一体化して光ファイバリボンにすれば、長期間疲労特性に優れた光ファイバリボンを提供することができる。

さらにまた前記光ファイバリボンを複数本、積層した状態で、その表面にらせん状、あるいは適宜間隔でそのらせん方向が反転する溝が設けられた、通称スロットを称される該スロットの溝内に、前記積層状態の光ファイバリボンを収納してスロット型光ファイバケーブルと称される光ファイバケーブルにすることもできる。この種の光ファイバケーブルはＦＴＴＨ(Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ)化のための光ファイバケーブルネットワークの構築に極めて有効である。
このように本発明の光ファイバ素線１を使用すれば、長期間安定した疲労特性を維持できる光ファイバリボンや光ファイバケーブルを得ることもできる。

本発明に係わる光ファイバ素線の横断面を示す模式図である。 本発明の各実施例の各光ファイバ素線の被覆材料、ｐＨ及び動疲労係数ｎ値等を示す表である。 本発明の各実施例の各光ファイバ素線におけるｐＨと動疲労係数ｎ値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光ファイバ素線
２ 光ファイバ
３ 一次被覆層
４ 二次被覆層

Claims (4)

1. コア及びクラッドを有するガラス光ファイバと該ガラス光ファイバの外側に施されてなるウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる少なくとも２層の被覆層とを有する光ファイバ素線であって、前記ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂に用いる光開始剤として、開裂後、含有している酸素や水分と反応して酸を形成する光開始剤を用いることにより、前記光ファイバ素線のｐＨを５．５以下としたことを特徴とする光ファイバ素線。
2. 前記光ファイバ素線のｐＨを５．０以下としたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ素線。
3. 請求項１または請求項２記載の光ファイバ素線または該光ファイバ素線に着色層を施したものを複数本、平面状に並行に並べこれを一体化したことを特徴とする光ファイバリボン。
4. 請求項１または請求項２記載の光ファイバ素線または請求項３記載の光ファイバリボンの少なくとも一つを用いて形成したことを特徴とする光ファイバケーブル。
   

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