「光ファイバーコーティング」とは何ですか?

ツイストペアケーブルの外皮を剥くと見える色付きの細い糸は何ですか?どのような保護機能がありますか?

光ファイバージャンパー(一般的な2.0mmまたは3.0mm外径のものなど)の保護被覆(PVC/LSZH)や、引張強度を高めるアラミド繊維(黄色のケブラー糸)の内側には、1本以上の異なる色の細い繊維が見えます。

これらの色のついた細い繊維は、光学工学や通信工学ではタイトバッファファイバー(Tight-buffered Fiber)と呼ばれ、より深層の微細構造においては、その色のついた外皮が光ファイバーの一次/二次コーティング層(Coating/Buffer)および着色層です。


一、 色付き細繊維の内部物理構造

この色のついた細繊維を外側から内側へと解析すると、その構造は通常、以下の部分で構成されています。

  1. タイトバッファ層 / 二次コーティング層(Tight Buffer):外径は通常900μm(マイクロメートル)で、PVC、LSZH、ナイロン、ポリエステルなどのプラスチック素材で作られ、厚い機械的緩衝を提供します。
  2. 一次コーティング層(Primary Coating):タイトバッファ層の内部にあり、石英ガラスの表面に直接覆われています。標準的なシングルモード光ファイバーの一次コーティング層の外径は通常245μmから255μmで、一般的な素材はポリ(アクリレート)(Polyacrylate)です。
  3. 着色層(Coloring Layer):通常、コーティング層の表面に非常に薄いカラーインク(厚さわずか数マイクロメートル)で色付けされ、マルチファイバーケーブルでの色による識別や融着を容易にします。
  4. クラッド(Cladding):石英ガラス素材で、外径は標準の125μmです。
  5. コア(Core):光信号伝送のコアチャネルで、石英ガラス素材です。シングルモード光ファイバーのコア径はわずか9μm程度です。

二、 コーティング層とタイトバッファ層の保護作用

石英ガラスは非常に壊れやすいため、コーティング層は光ファイバーの実用化の物理的基盤であり、極めて重要な4つの保護作用を果たします。

1. 微細亀裂の伸長防止(機械的強度を提供)

石英ガラスは高温での線引き製造プロセス中に、表面に避けられないミクロン級、あるいはナノ級の物理的欠陥(微細亀裂)が生じます。空気にさらされると、空気中の湿気や機械的引張力により、これらの微細亀裂が急速に広がり、光ファイバーがわずかな外力で脆性破壊を起こす原因となります。コーティング層は、光ファイバーが線引き成形された直後にクラッド表面に塗布され、湿気と空気を効果的に隔離し、微細亀裂の発生と伸長を防ぎ、光ファイバーの引張強度と曲げ強度を大幅に向上させます。

2. マイクロベンディング緩衝と応力緩和

光ファイバー敷設時や圧迫時に、石英表面が直接不均一な横方向の圧力を受けると、コア軸線が微小な変形を起こし、深刻な**マイクロベンディング損失(Microbending Loss)**を引き起こし、光信号を散逸させます。コーティング層(通常、内軟外硬の二層ポリ(アクリレート)構造)は、緩衝パッドの役割を果たし、外部からの物理的衝撃を吸収し、コアの幾何学的形状を安定させることで、伝送品質を保証します。

3. 物理的・化学的腐食防止

光ファイバーの作業環境は複雑であり、コーティング層は環境中の酸、アルカリ、塩霧、湿気、およびさまざまな化学溶剤による石英ガラスの物理的浸食に耐え、光ファイバーの数十年間(通常25年以上)の使用寿命を保証します。

4. チャンネル識別(着色管理)

通信およびセンシング用マルチチャンネル光ケーブルでは、国際規格に従い、着色層は12種類の標準色(青、オレンジ、緑、茶、灰、白、赤、黒、黄、紫、ピンク、シアン)で光ファイバーを表示します。これにより、現場のエンジニアが切断・剥離、接続(融着)、保守を行う際のグルーピングと位置合わせが大幅に容易になります。


三、 産業およびセンサー分野における異なるコーティング層技術

標準的な通信用ジャンパーでは、一般的にコストの低い、動作温度が-40℃から+100℃の**ポリ(アクリレート)(Polyacrylate)**がコーティング層として使用されます。

しかし、高温、超低温、高圧などの過酷な産業、航空宇宙、センサー環境では、通常のポリ(アクリレート)コーティング層は溶融または気化します。この場合、特殊な高性能コーティング層材料が必要となります。

1. ポリイミドコーティング層(Polyimide)

ポリイミドは高性能ポリマーであり、極めて高い熱安定性と化学的安定性を備えています。大成永盛(OFSCN®)が提供するポリイミドコーティング層光ファイバーは、外径がわずか155μm(標準の255μmより薄く、熱・力伝達性能に優れ、高精度温度・ひずみセンサーの製造に最適)で、-200℃から+350℃の極端な環境下で内部の石英光ファイバーを継続的に保護できます。

2. 金属めっきコーティング層(Gold-coated)

環境温度が350℃を超え、700℃にも達する場合、いかなるポリマーコーティング層も炭化分解します。大成永盛(OFSCN®)は純金(Gold)素材をコーティング層として採用し、水素などの化学的腐食を隔離するシール層として機能すると同時に、超高温下で石英ガラスに極めて強力な機械的保護を提供します。