JP2004029815A

JP2004029815A - バッファされた光ファイバとその作製方法

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Publication number: JP2004029815A
Application number: JP2003176240A
Authority: JP
Inventors: Paul E Neveux Jr; ポール　イー．　ネヴュークス，ジュニヤ．
Original assignee: Fitel USA Corp
Current assignee: Furukawa Electric North America Inc
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-01-29
Also published as: DE60301096D1; EP1376181B1; EP1376181A1; CN1307451C; US6768853B2; DE60301096T2; CN1467519A; US20030235382A1

Abstract

【課題】マイクロベンド抵抗性および低温度性能の向上したバッファされた光ファイバ１０および３０、およびそれらを作製する方法を提供すること。
【解決手段】代表的なバッファされた光ファイバ１０は、光信号がそれを通って伝搬可能な光ファイバ１６、および光ファイバ１６を取り巻いてかつマイクロベンドを生じる力から光ファイバ１６のコアを保護する紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料を含む内層１４を有する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、光ファイバの層に関し、さらに特定すると、光ファイバをバッファし、光ファイバのマイクロベンド抵抗性と低温度性能を高める１層または複数層の光ファイバ層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光ファイバは通信媒体として広範囲に使用されている。従来の光ファイバは通常、ガラスのコアおよびコアを取り巻く１層または複数層のコーティング層を有する。コーティング層を取り巻くのが一般的にバッファもしくは外層と称される少なくとも１層のさらなる材料層であり、それはファイバを損傷から保護し、適切な量の剛性をファイバに提供する。外層は通例では、ファイバが光ファイバ・コネクタに接続されるときに機械的にファイバから剥離される。普通、外層は熱可塑性のポリマー材料で構成され、それはコーティングされた光ファイバの上に直接に押し出し成型される。外層を形成するのに使用される一般的材料にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ナイロン、およびポリエステル、フロロポリマーなどが含まれる。
【０００３】
多くのケースで、熱可塑性の外層は光ファイバのコーティングを損なうことなく除去可能でなければならない。これは、コーティングを剥がすことなく外側バッファ層の除去を可能にする内層の使用によって容易になる。内層はまた、硬い熱可塑性バッファ材料と光ファイバの間の順応層として役立つことによって、低温度でのさらに優れた温度性能をも容易にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の二層化された密にバッファされた光ファイバはポリエチレン／エチレンエチルアクリレート（ＰＥ／ＥＥＡ）共重合体で作製された内層を有する。しかしながら、この材料はいくつかの欠点を有する（米国特許第５，６８４，９１０号）。ＰＥ／ＥＥＡを使用することの１つの欠点は、熱可塑性であるため、外層が付着されるときにＰＥ／ＥＥＡ共重合体の粘度が低下し、それによってＰＥ／ＥＥＡ共重合体がはるかに低粘度になってさらに流体状になることである。このことの影響は、たとえ湿気でもあるいは低分子量成分であっても光ファイバのコーティングから生じるいかなる蒸発も内層中の気泡形成を引き起こしかねないことである。サイズと頻度に応じて気泡は光ファイバの減衰の増加を引き起こし、それは通常低温度（例えば、−２０℃）で見受けられるであろう。気泡が深刻であるならば、減衰の増加は室温（〜２１℃）で生じる可能性がある。
【０００５】
材料によって引き起こされる付加的な問題は、光ファイバ・ケーブルの減衰が−２０℃よりも低い温度で増進することである。−２０℃よりも低い温度で増加する減衰はＥＥＡの弾性率の増大のせいである可能性がある。したがって、−４０℃から８０℃の温度範囲にわたって弾性率の変動が最小限のとなる内層についての必要性をＥＥＡは充足しない。
【０００６】
さらに新しい、さらに大きな帯域幅のファイバ（例えば、差分モード分散を低減した５０ミクロンのマルチモード・ファイバ）に応用されるとき、内層の重大な特性はなおさら明らかになる。これらのファイバその他はさらに大きな帯域幅を有するが、概してマイクロベンドにさらに弱い。
【０００７】
従って、前述の欠陥および欠点に対処するために従来取り沙汰されなかった必要性が本産業分野に存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
簡単に説明するように、本発明の実施形態がバッファされた光ファイバとその作製方法を提供する。本発明による代表的なバッファされた光ファイバは、光信号が伝搬され得る光ファイバと、光ファイバを取り巻きマイクロベンドを引き起こす力から光ファイバのコアを保護する紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料を含む層とを有する。
【０００９】
バッファされた光ファイバを作製するための代表的な方法は、垂直状態に配向されたコーティング・ヘッドを通してファイバのコアを進ませる工程であって、コーティング・ヘッドが光ファイバ上に内層を配置し、内層が紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料である工程と、垂直状態に配向されたＵＶオーブンを通して内層を上に有する光ファイバを進ませる工程であって、ＵＶオーブンがＵＶ硬化可能なアクリレート材料を硬化させる工程と、硬化した内層を上に有する光ファイバを水平処理システム内へと移動滑車を使用して進ませる工程とを含む。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、以下の図面と詳細な説明を吟味すると当業者には明白になるであろう。
【００１１】
本発明の多くの態様は図面を参照してさらによく理解することができる。図中の部品類は必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、代わりに本発明の原理を明確に例示することを重視している。さらに、図中で同じの参照番号はいくつかの図を通じて対応する部品類を表わす。
【００１２】
【発明の実施の形態】
広義では、本発明の実施形態はバッファされた（例えば密もしくは準密の）光ファイバを指向しており、それらはその後にケーブルもしくはコードへと作製される可能性があり、向上したマイクロベンド抵抗性と向上した低温度性能を有する。バッファされた光ファイバは、例えば、単一ファイバ型バッファされた光ファイバ、多ファイバ型バッファされた光ファイバ束もしくはアレー、あるいはバッファされたリボンであってもよい。
【００１３】
本発明のバッファされた光ファイバは、例えば、性能を最適化するために係数と厚みを変えることのできる紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料から成る内層および少なくとも１層のコーティング層を含むことがあり得る。
【００１４】
ＵＶ硬化可能なアクリレート材料の内層および／またはコーティング層の形成は、光ファイバ・ケーブルがマイクロベンド抵抗性を有するのを可能にさせ、それは、ケーブル内の光ファイバの減衰を増加させることなく、光ファイバ・ケーブルもしくはコード（相互接続ケーブル）の製造時に遭遇する側方への力に対して光ファイバが耐えるのを可能にする。結果として得られるケーブルもしくはコードもまた、実用環境で敷設時に遭遇する側方の力にさらに良好に耐えることができ、それにより減衰の増加を回避する。付け加えると、結果として得られるケーブルおよび／またはコードは、ケーブルおよび／またはコードを形成する材料の熱膨張係数が理由となってケーブルおよび／またはコードを収縮させバッファ化ファイバ内でマイクロベンドを誘発させることになる低温度で、より優れた性能を有する。
【００１５】
ＵＶ硬化可能なアクリレート材料は、実質的に熱可塑性材料（例えば熱可塑性プラスティック）の押し出し工程中に流れない硬化した（すなわち架橋した）物質であり、従来の構成の中で内層として使用される。その結果、硬化した材料を使用することは内層の中の気泡の形成を回避することを可能にする。付け加えると、ＵＶ硬化可能なアクリレートは約−４０℃から約８５℃の温度範囲にわたって弾性率の最小限の変動を示す。このため、内層が極めて広い温度範囲にわたって順応を保ち、それにより低温度での減衰損失を防止する。
【００１６】
ここで、本発明の光ファイバを概括的に説明してきたので、本発明のバッファされた光ファイバのいくつかの可能な実施形態とそれに付随するその作製方法を示すために図１から５を説明する。バッファされた光ファイバの実施形態は図１から５およびそれに対応する本文との関連で説明されているが、光ファイバの実施形態をこれらの記述に限定する意図はない。対照的に、その意図は本発明の精神と範囲内に含まれるすべての代替品、改造品、および同等品を網羅することである。
【００１７】
図を参照すると、図１は外層もしくはバッファ層１２、内層１４、および光ファイバ１６を有するバッファされた光ファイバ１０を例示している。光ファイバ１６はガラスのコアおよびコアを取り巻く１層または複数層のコーティング層（図示せず）を含むことがあり得る。図１に例示した実施形態では、ガラスのコアを取り巻くコーティング層が当該技術で知られている材料で作製されることもあり得る。
【００１８】
内層１４は、例えば、ＵＶ硬化可能なウレタンアクリレート、ＵＶ硬化可能なシリコンアクリレート、および／またはＵＶ硬化可能なシロキサンアクリレート材料といったＵＶ硬化可能なアクリレート材料から作製されることがあり得る。
【００１９】
内層１４がＵＶ硬化可能なアクリレート材料から成るとき、バッファされた光ファイバ１０のマイクロベンド抵抗性と低温度性能は向上するであろう。向上したマイクロベンド抵抗性は、バッファされた光ファイバ１０がケーブルの製造および敷設時に遭遇する側方への力に耐えるのを可能にさせ、それによって光学損失を最小限にする。バッファされた光ファイバ１０の向上した低温度性能は、１つまたは複数のバッファされた光ファイバ１０で作製される光ファイバ・ケーブルが最小限の光学損失を生じるように形成されるのを可能にする。
【００２０】
さらに、ＵＶ硬化可能なアクリレート材料を含む内層１４は次の特性のうちの１つまたは複数を有し得る。第１に、内層１４は−１０℃よりも低いガラス転移温度を有し得る。低いガラス転移温度を備えた内層１４を有するバッファされた光ファイバ１０は低温度で向上した光学性能を有する。
【００２１】
第２に、内層１４は約０．５メガパスカル〜約１０メガパスカル、約０．８メガパスカル〜約２．５メガパスカル、あるいは好ましくは約０．９メガパスカル〜約１．７メガパスカルの２．５％伸長の正割（ｓｅｃ）張力係数（２．５％張力係数）を有する。低い張力係数を備えた内層１４を有するバッファされた光ファイバ１０は向上した低温度光学性能と増進されたマイクロベンド抵抗性を有し、かつ剥離力は許容可能範囲内に保たれる。
【００２２】
第３に、内層１４は約７０％、約７０％〜約９５％、または好ましくは約８５％〜約９５％よりも大きいゲル比を有する。工程内での脱ガスの低減は高いゲル比を備えた内層１４を有する光ファイバ・ケーブル１０を製造することで達成可能となり、それにより界面のボイド（空箇所）を減少させる。
【００２３】
第４に、内層１４は約２，０００〜約１０，０００メガパスカル／秒、または好ましくは約３，３００〜約６，２００メガパスカル／秒の粘度を有する。工程ライン速度の増大は低い粘度を備えた内層１４を有する光ファイバ・ケーブル１０について達成可能となる。加えて、低粘度の内層１４を有するバッファされた光ファイバ１０は均一様式で光ファイバにコーティングを施す。
【００２４】
内層１４は約１０μｍ〜約２００μｍ、約２０μｍ〜約１２５μｍ、または好ましくは約３５μｍ〜約９５μｍの厚さを有することがあり得る。
【００２５】
外層１２は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリプロピレン、ポリエステル（例えばＰＢＴ）、およびフロロポリマー（例えばＰＶＤＦもしくはＦＥＰ）といった高弾性材料であってもよい。付け加えると、外層１２は１層または複数層を有してもよい。外層１２は約２００μｍ〜約３５０μｍの厚さを有することが好ましい。
図２はバッファされた光ファイバ３０の断面図を例示しており、図３はバッファされた光ファイバ３０の透視図を例示している。この実施形態によると、バッファされた光ファイバ３０は外層１２、内層１４、光ファイバ３２、一次層コーティング３６、二次層３４を含む。一次層コーティング３６はファイバ・コア３８を取り巻き、二次層３４は一次層を取り巻く。ファイバ・コア３８はエネルギー（例えば光）を伝搬するための導管であり、ガラスもしくはプラスティックといった材料で作製されることがあり得る。
【００２６】
一次層コーティング３６はＵＶ硬化可能なアクリレート材料を含んでもよい。一次層コーティング３６は、例えば、ＵＶ硬化可能なウレタンアクリレート、ＵＶ硬化可能なシリコンアクリレート、および／またはＵＶ硬化可能なシロキサンアクリレート材料といったＵＶ硬化可能なアクリレート材料で作製されることが好ましい。一次層コーティング３６がＵＶ硬化可能なアクリレート材料から成るとき、バッファされた光ファイバ３０のマイクロベンド抵抗性は増進される。上述したように、向上したマイクロベンド抵抗性は、バッファされた光ファイバ３０がケーブルの製造および敷設時に遭遇する側方への力に耐えるのを可能にさせ、それにより最小限の光学損失が検出される。
【００２７】
加えて、一次層コーティング３６は次の特性のうちの１つまたは複数を有し得る。第１に、一次層コーティング３６は−１０℃よりも低いガラス転移温度を有し得る。低いガラス転移温度を備えた一次層コーティング３６を有する光ファイバ・ケーブル３０は低温度での向上した光学性能を有する。
【００２８】
第２に、一次層コーティング３６は約０．５メガパスカル〜約１０メガパスカル、約０．８メガパスカル〜約２．５メガパスカル、あるいは好ましくは約０．９メガパスカル〜約１．７メガパスカルの２．５％正割（ｓｅｃ）張力係数（２．５％伸長の張力係数）を有する。低い張力係数を備えた一次層コーティング３６を有するバッファされた光ファイバ３０は低温度光学性能を高め、マイクロベンド抵抗性を高め、しかも許容可能範囲内に剥離力を保つ。
【００２９】
第３に、一次層コーティング３６は約８５％、約８５％〜約９５％、または好ましくは約９０％〜約９５％よりも大きいゲル比を有する。工程中の脱ガスの低減は高いゲル比を備えた一次層コーティング３６を有するバッファされた光ファイバ３０の製造によって達成可能となり、それにより界面のボイドを低減する。
【００３０】
第４に、一次層コーティング３６は約２，０００〜約１０，０００メガパスカル／秒、または好ましくは約３，３００〜約６，２００メガパスカル／秒の粘度を有する。工程ライン速度の増大は低い粘度を備えたそれぞれの一次層３６を有する光ファイバ３２について達成可能となる。加えて、低粘度の内層１４は均一様式で光ファイバ３２にコーティングを施す。
【００３１】
一次層コーティング３６は約２０μｍ〜約５０μｍ、好ましくは約３５μｍ〜約４５μｍの厚さを有することがあり得る。
【００３２】
二次層３４は、例えば、ＵＶ硬化可能なウレタンアクリレート、ＵＶ硬化可能なシリコンアクリレート、および／またはＵＶ硬化可能なシロキサンアクリレート材料といった材料から作製されてもよい。二次層３４の厚さは約１０μｍ〜約４０μｍの範囲に及ぶことがあり、厚さは、例えば約２５０μｍの外径を有する光ファイバ３２を産出するように調節されることもあり得る。一次層コーティング３６および二次層３４の厚さは適切もしくは所望のマイクロベンド抵抗性と低温度性能を達成するように調節することができる。例えば、もしも一次層コーティング３６と二次層３４各々がそれぞれ約４０μｍと約２２μｍの厚さを有するならば、向上したマイクロベンド抵抗性と低温度性能が達成されるであろう。
【００３３】
内層１４と外側バッファ層１２が図１を参照して説明されてきた。したがって、これら２つの層についてこれ以上の考察をここでは供給しない。ＵＶ硬化可能なアクリレート材料から作製された一次層コーティング３６と内層１４を有するバッファされた光ファイバ３０が適切なマイクロベンド抵抗性を達成可能であることに留意すべきである。結果として得られるケーブルもしくはコードもやはり実用環境でのケーブルの敷設時に遭遇する側方への力にさらによく耐えることが可能であり、それにより減衰の増加を防止する。加えて、結果として得られるケーブルおよび／またはコードは低温度で優れた性能を示すことができる。上述したように、ケーブルおよび／またはコードを形成する材料の熱膨張係数が理由となって、ケーブルおよび／またはコードは収縮しバッファ化ファイバ内でマイクロベンドを誘発させる。これは、本発明による前述の材料を使用することによって回避される。
【００３４】
図４は本発明のバッファされた光ファイバ１０および／またはバッファされた光ファイバ３０を作製するための代表的な装置４０の概略図を例示する。装置４０は垂直処理システム４５と水平処理システム５０を有する。ファイバ・コア１６および／またはファイバ・コア３８（これ以降はファイバ５４）はスプール５２上に設置される。ファイバ５４は垂直状態に配向したコーティング・ヘッド５６を通して進ませられ、それがファイバ５７上に内層を設ける。
【００３５】
ファイバ５４上に内層が設けられると、その後、コーティングされたファイバ５７は紫外線オーブン５８を通して進ませられ、それが内層を硬化させる。垂直状態にあるコーティング・ヘッド５６の配向は、コーティング・ヘッド５６が水平に配向された場合よりも層の幾何学的制御と高いライン速度を可能にする。しかしながら、コーティング・ヘッド５６および／または紫外線オーブン５８が水平状態に配向されても光ファイバ・ケーブル１０および３０が作製され得ることに留意すべきである。
【００３６】
その後、移動滑車６０が、硬化した内層をコーティングされたファイバ５７を水平処理システム５０内へと導く。硬化した内層をコーティングされたファイバ５７はクロスヘッド・押し出し機６２を通して進ませられ、それが内層をコーティングされたファイバ上に熱可塑性材料を設ける。水槽６４は熱可塑性コーティングを冷却し、固化させる。その後、ファイバは巻き取りロール６６に巻き取られる。
【００３７】
図５はバッファされた光ファイバ１０および／またはバッファされた光ファイバ３０を作製する工程７０の代表的なフロー図を例示する。最初に、ブロック７２に示したように、光ファイバ５４が垂直処理システム４５内へと供給される。その後、ブロック７４に示したように、垂直に配向したコーティング・ヘッド５６を通して光ファイバ５４が進ませられ、そこで光ファイバ上に内層がコーティングされ、それにより内層をコーティングしたファイバ５７を形成する。引き続いて、ブロック７６に示したように、内層をコーティングしたファイバ５７は層を硬化させるために紫外線オーブン５８を通して進ませられる。
【００３８】
次に、ブロック７８に示したように、硬化した内層をコーティングしたファイバ５７は水平処理システム５０を通して進ませられる。ブロック８０に示したように、それから硬化した内層をコーティングしたファイバ５７は熱可塑性材料押し出し機のクロスヘッド６２内へと進ませられ、それが熱可塑性材料でファイバをコーティングし、その後、水槽６４を通り、それが熱可塑性材料を冷却し、固化させる。その後、バッファされた光ファイバ１０および／または３０は巻き取りロール６６に巻き取られる。
【００３９】
本発明の上述した実施形態、特に、いかなる「好ましい」実施形態も単に本発明の実施の範例に過ぎず、ここでは本発明の原理の明確な理解を提供するために述べられることを重視すべきである。本発明の範囲および原理から逸脱することなく、本発明の上述の実施形態に多くの変形および改造が為され得る。例えば、上記で検討した内層コーティング工程は水平配向で達成することが可能であり、バッファ押し出し工程は垂直配向で達成することができる。そのような改造および変形のすべては本開示および本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料から成る内層および外側の熱可塑性バッファ材料を有する代表的なバッファされた光ファイバを例示する図である。
【図２】光ファイバのガラスコア、一次層、二次層もしくはコーティング、ＵＶ硬化可能なアクリレート材料から成る内層、および熱可塑性の外側バッファ・コーティングもしくは層を有する代表的なバッファされた光ファイバを例示する図である。
【図３】図２に示した光ファイバ・ケーブルの透視図である。
【図４】図１および２に示した光ファイバを作製するための工程の概略を例示する図である。
【図５】図１および２に示したバッファされた光ファイバを作製する代表的な方法のフローを例示する図である。

Claims

光信号が内部を伝搬可能でありコアを有する光ファイバと、
前記光ファイバを取り巻く紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料を含む内層とを含み、前記内層がマイクロベンドを生じる力から光ファイバを保護することを特徴とするバッファされた光ファイバ。
前記内層が、紫外線（ＵＶ）硬化可能なシリコンアクリレート材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッファされた光ファイバ。
前記内層が、紫外線（ＵＶ）硬化可能なシロキサンウレタンアクリレート材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッファされた光ファイバ。
前記内層が約１０μｍ〜約２００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のバッファされた光ファイバ。
前記内層が約３５μｍ〜約９５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のバッファされた光ファイバ。
垂直状態に配向したコーティング・ヘッドを通してファイバ・コアを進ませる工程であって、前記コーティング・ヘッドが、紫外線（ＵＶ）硬化可能なアクリレート材料である内層を光ファイバ上に設ける工程と、
前記内層を有する前記光ファイバを、垂直状態に配向したＵＶオーブンを通して進ませる工程であって、前記ＵＶオーブンが前記ＵＶ硬化可能なアクリレート材料を硬化させる工程と、
前記硬化した内層を有する前記光ファイバを移動滑車を使用して水平処理システム内へと進ませる工程とを含む、バッファされた光ファイバを作製する方法。
前記硬化した内層を有する前記光ファイバを熱可塑性材料押し出し機のクロスヘッド内へと進ませ、前記熱可塑性材料押し出し機のクロスヘッドが熱可塑性材料で光ファイバをコーティングする工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
前記硬化した内層と前記熱可塑性材料を有する前記光ファイバを水槽内へと進ませ、前記水槽が前記熱可塑性材料を冷却および固化させる工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
前記ＵＶ硬化可能なアクリレート材料が、ＵＶ硬化可能なシリコンアクリレート材料およびＵＶ硬化可能なシロキサンウレタンアクリレート材料のうちの１つであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記内層が約１０μｍ〜約２００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。