JPH0329907A - 被覆光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は良好な伝送特性を有する通信用被覆光ファイバ
に関するものである。

〔従来の技術〕

光ファイバは線引きされたままの状態では機械的強度、
伝送特性の保持等の点で問題があるので、その外周に被
覆を設ける。被覆光ファイバは、般に２層または１層の
被覆層を有している。

前者の構造は第５図に示すようなものが一般的で、ガラ
ス光ファイバ１の外周に内層としての柔らかい緩衝層２
が、さらにその外周に固い保護層３が被覆されている。

第１図は後者の被覆層が一層の保護層３のみの被覆光フ
ァイバを示すもので、このような構造の被覆光ファイバ
としては、高強度が要求される海底ケーブル用等として
紫外線硬化型樹脂を保護層３に用いたものが広く使用さ
れていたが、近年光ファイバの高強度化、耐熱化技術の
開発が盛んになるにつれて、ラダー型シリコーン樹脂，
ポリイミド樹脂等のよりヤング率の高い耐熱性樹脂も保
護被覆層として使用され始めている。

ところで、一般に樹脂を光ファイバに被覆したときは、
紫外線硬化型樹脂でもラダー型シリコーンのような熱硬
化型の樹脂でも、被覆後の樹脂の硬化に伴い被覆層の体
積収縮が生じる。この体積収縮は加熱・照射によって樹
脂が液状から固体状に変化する瞬間に、つまり樹脂の硬
化開始と殆ど同時に生じ、かつ終了すると考えられる。

この体積収縮によって樹脂が径方向にガラスファイハを
締めつけ又は引張ろうとする力が大きいと、ガラスに歪
みが生じ、常温における光ファイバの伝送損失が増大す
ることが知られている。この伝送損失の増大は、第１図
に示すような保護層３を直接ガラスファイバに被覆して
いる場合や、高ヤング率の保護層を使用した場合に特に
顕著となるため、被覆光ファイバの高強度化を進める際
に解決すへき大きな問題点の一つとなっている。

この損失増大を防ぐために、光硬化型の樹脂については
、従来よりいくつかの対策がとられてきていた。例えば
特開昭６２−５４２０６号公報では、光吸収係数の大き
い樹脂を使用して表面硬化性を高め、樹脂の径方向の収
縮を抑える方法が提案されており、また特開昭６２−９
５５１０号公報では、硬化収縮率がＯである樹脂を被覆
に使用した被覆光ファイバが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上述した対策は全て、樹脂の設計を特殊
なものにすることによって締めイ；１け力や引張り力を
０にすることを目指しているため、このような樹脂設計
では、本来の光ファイバ用被覆材として要求される物性
、特に高速硬化性を満たずことができないという問題点
があった。

例えば特開昭６２−９５５１０号公報に提案される手法
では、例示されている非収縮性樹脂はすべて開環重合反
応を主体とする硬化型樹脂であるが、これらの樹脂は、
現在広く使用されている末端ビニル基を持ったラシカル
重合性樹脂と比較して、格段に硬化速度が遅いという欠
点がある。

また例えば特開昭６２−５４２４０号公報に提案される
手法では、照射光の大半が樹脂に吸収されるために樹脂
の硬化不良が起こりやすく、特に被覆径の大きい光ファ
イバの場合には生産性を上げることが困難である。さら
にこの手法による対策は光硬化性樹脂に限定されており
、熱硬化型樹脂には適用することができなかった。

本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、
樹脂設計に大きな変更を加えることは要せずに、しかも
締め付け力又は引張り力による伝＝　３ 送損失の増大を起こさないような、新規な被覆光ファイ
バの構造を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は上記の目的を達成するために、従来定性的
にしか説明されていなかった光ファイバ外周に被覆され
た保護層による径方向の締め付け力の物理的な意味を解
明することに努力し、その結果締め付け力の大きさと光
ファイバの伝送損失増大の間の定量的な関係を見出すこ
とに成功し、これにより本発明の新規な被覆光ファイバ
に到達できたのである。本発明の被覆光ファイバは樹脂
設計の大きな変更は要せずに、径方向の締め付け力によ
る伝送損失の増大を防止できる優れた品質のものである
。

すなわち、本発明は光ファイバの外周に直接に硬質の保
護層が被覆されてなる被覆光ファイバにおいて、上記保
護層の締めつけ力Ｆを Ｆ一（保護層の断面積）×（保護層のヤング率）×（保
護層の内径収縮率） ４ と定義するとき、一０．　０５ｋｇ≦Ｆ≦＋０．　０５
ｋｇであることを特徴とする被覆被覆ファイバである。

ここで、Ｆが正の値のときは保護層が光ファイバを内側
に締めつけることにより、またＦが負の値のときは光フ
ァイバを外側に引っ張ることにより、光ファイバにそれ
ぞれ歪みが加わる。両者は加わる力の方向は反対である
が、ガラスに与える歪みとしては質的に同一であるので
、本発明においては力の方向にかかわらず、力Ｆを「締
めつけ力」と総称する。

〔作用〕 保護層の締め付け力が大きい程、伝送損失が増大ずると
いう予測は従来からもなされていたが、実際に締め付け
力の大きさが測定された例はなかった。本発明者等は保
護層の締め付け力の大きさを求める手段を種々試みた結
果、第１図に示すような通常の１層被覆光ファイバの状
態からその内部のガラスファイバを抜き取った時に、保
護層の内径がどちらの方向にどの程度の大きさで変動ず
るかを調べることによって、締め付け力の絶対値が測定
できることを見出した。

第２図を参照して本発明の締め付け力の３４算方法を説
明する。最初にガラスファイバ１が入っていた時の保護
層３の内径は、当然ながらガラスファイバ１の外径ｄに
等しい〔第２図のｆａｔ部分〕。

ここでガラスファイバｌを引き抜くと、保護層３は内側
または外側に向かって収縮力が働いているために内径が
変化し、内径ｄ′の保護層３′となる〔第２図のｔｂ＋
部分〕。

この時、Ｄ＝　（ｄ−ｄ’　）／ｄを保護層の内径収縮
率Ｄと定義する。従って、ガラスファイバ１を抜いた後
で保護層３が内側に収縮したときにはＤは正の値となり
、外側に収縮したときはＤは負の値となる。

ガラスファイバを抜いた後で被覆中の歪みが完全に開放
され、かつ収縮が一様に生じたと仮定すると、単位長さ
あたりの開放された歪み大きさは近似的に、 内径収縮率（変位率）×（被覆ヤング率）×（被覆断面
積）に等しいと考えられる。最初に被覆中に存在する歪
みは、全てガラスに加わっているとみなせるので、この
歪み大きさは締め付け力の値に等しいと考えて差し支え
ない。

加熱硬化型樹脂の場合は、Ｄは必ず正の値となるが、光
硬化型樹脂の場合は表面硬化によって樹脂が外側に収縮
する場合があるので、負の値も取り得る。Ｄの値は、通
常の加熱硬化型では０．５〜３．０％程度、光硬化型樹
脂では−１．０〜４．０％程度である。

以上の計算によって求めた締め付け力の値と、実際の光
ファイバの伝送損失との関係を調査した結果、第３図の
図表に示すような関係が明らかになった。第３図の実線
及び破線で示される曲線は、各々ガラス径１２５／７ｗ
ｌのＳＭ型及びＧＩ型光ファイバ上に、ヤング率１〜２
　５　０　ｋｇ／ｍｍ２の範囲の樹脂を被覆径１３０〜
４００／７ｆｆｌの範囲で被覆し、各々について内径収
縮率を求めることにより、Ｆの値を求め、伝送損失増加
との関係をプロットしたものである。伝送損失の測定は
全て束状にした３　０　０　０ｍ長の被覆光ファイバに
ついて、ＤＴＤ７　一 Ｒ法（後方散乱光測定法）で行った。測定波長はＳＭ型
光ファイバが１．３７７１１１，Ｇｌ型光ファイバが０
．　８５＃ｍである。同図において実線はＳＭファイバ
の波長λ−１．３７ｎｎにおける伝送損失増加率（２．
２　ｄＢ／ｋｍを１００％とする）、破線はＧｌファイ
バの波長λ＝　０．　８５−における伝送損失増加率（
２．２ｄＢ／ｋｍを１００％とする）を示す。

第３図より、ＳＭ型光ファイバ、Ｇｌ型光ファイバとも
に、締め付け力を−０．０５〜０．　０５ｋｇの範囲に
とれば、伝送損失の増加は、締め付けノＪの影響の小さ
い２層被覆光ファイバの標準的な値を基準として、＋３
０％以内に抑えることができることがわかる。この値は
、現在の光ファイバの通常の品質規格を考えた場合、十
分実用に耐えうる値である。

また、より厳しい品質規格として伝送損失の増加を＋１
０％以内に抑えたい場合は、締め付け力の大きさを、−
　０．　０２〜０．　０２ｋｇの範囲にとれば達成でき
ることが分かる。

ちなみに、締め付け力の影響が無い場合の光フ８ ァイバの標準的な伝送損失は、ＳＭファイバで０．３　
ｄＢ／ｋｍ（λ＝０．８５７７１１１）である。

保護層の締め付け力を決定するパラメーターのうち、被
覆の断面積は塗布時の実着量を制御することによって、
また被覆の内径収縮率は樹脂の硬化収縮率を変えること
によって、そしてヤング率は樹脂の架橋密度を変えるこ
とによって、それぞれ制御することができる。　従って
、これら３つのパラメーターを交互に変化させて保護層
の締め付け力を一定範囲内に納めることにより、硬い保
護層を直接ガラス上に被覆した一層被覆光ファイバでも
、容易に低伝送損失を達成することができる。

なお、保護層を直接ガラスの外周に被覆した１層被覆光
ファイバは、しばしば第４図に示すように、側圧特性を
向上させるために、その外側に更に緩衝層４と保護層５
を被覆する場合があるが、当然そのような構造の光ファ
イバについても本発明を適用して１層被覆光ファイバの
場合と同様に有効である。

本発明の保護層を形戒する樹脂としては、光照射もし《
は加熱により硬化する樹脂ならば、何れであっても特に
限定されるところなく使用できて、上記した本発明の作
用効果が得られる。特にヤング率がｌ　ｋｇ／　ｍｍ２
以上の硬質の樹脂を保護層とした場合に、本発明の効果
が大きい。このような樹脂としては、例えば紫外線硬化
型ウレタンアクリレート樹脂、紫外線硬化型エボキシア
クリレ−１・樹脂、紫外線硬化型シリコンアクリレート
樹脂、紫外線硬化型シリコン樹脂、紫外線硬化型ポリイ
ミド樹脂、熱硬化型シリコン樹脂、熱硬化型ラダー型シ
リコン樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂等を挙げることが
できる。

本発明の更なる詳細については、以下の実施例において
説明する。

〔実施例〕

実施例１〜７、比較例ｌ〜５ 表１に示すように、樹脂構造・ヤング率・内径収縮率が
異なる４種の樹脂について、それぞれ被覆径を変えるこ
とによって、締め付け力の大きさを変化させ、１２５ｐ
φのＳＭ型及びＧＩ型光ファイバに１層被覆して被覆光
ファイバを作威し、常温での伝送損失を測定した。

樹脂Ａ及び樹脂Ｂはウレタンアクリレート系オリゴマー
に３官能性モノマーと光開始剤を添加した紫外線硬化型
ウレタンアクリレート系樹脂であり、樹脂Ａと樹脂Ｂは
それぞれ表面硬化性の異なる光開始剤を用いることによ
り、内径収縮率を変化させた。

樹脂Ｃは樹脂Ａのオリゴマーを剛直性の高いエボキシア
クリレート系オリゴマーに変更して製造することにより
ヤング率を上げたもの、樹脂Ｄはポリシルセスキオキサ
ンを主威分とし、末端の脱水縮合反応によって硬化する
熱硬化型ラダー型シリコン樹脂である。　被覆方法は、
樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃがダイス塗布の後紫外線ランプ
照射による紫外線硬化、樹脂Ｄがダイス塗布の後赤外炉
による加熱硬化である。

なお、伝送損失増は、各々ＳＭファイバがλ＝１．３７
７１１１、Ｇｌファイバがλ一ｐ．８５−　における値
である。

１１ １２ 表１に示すように、締め付け力の大きさを０。０５〜＋
０．　０５ｋｇの間に調節することにより、良好な伝送
損失特性を持つ被覆光ファイバが作製できることは明ら
かである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は保護層を直接ガラスファ
イバ上に被覆した通信用光ファイバの伝“送損失増加を
低減するのに有効であり、被覆樹脂設肝に大きな変更を
要しないため、被覆層の保護機能を損なうこともない点
でも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る１層被覆光ファイバの断面図、第
２図は本発明における締め付け力Ｆの計算のちととする
内径収縮率の考え方を説明する断面図、、第３図は保護
層の締め付け力Ｆ　（ｋ＋ｒ）と光ファイバの伝送損失
増加（ｄＢ／ｋｍ）の関係を示す図表で実線はＳＭファ
イバ、破線はＧｌファイバの場合を示す、第４図は１層
被覆光ファイバの外周に更に緩衝層、保護層を被覆した
本発明に係る被覆光ファイバの断面図、第５図は緩衝層
と保護層を各１層ずつ有する２層被覆ファイバの断面図
である。 図中、■はガラスファイバ、２は緩衝層、３は保護層、
４は緩衝層、５は保護層を表す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの外周に直接に硬質の保護層が被覆さ
   れてなる被覆光ファイバにおいて、上記保護層の締めつ
   け力Ｆを Ｆ＝（保護層の断面積）×（保護層のヤング率）×（保
   護層の内径収縮率） と定義するとき、−０．０５ｋｇ≦Ｆ≦＋０．０５ｋｇ
   であることを特徴とする被覆光ファイバ。