DE3844604C2

DE3844604C2 - Verfahren zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters

Info

Publication number: DE3844604C2
Application number: DE3844604A
Authority: DE
Inventors: Minoru Ishiharada; Toshio Chikaraishi; Hiroshi Kaneda; Seisuke Tomita
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2008-01-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.

Es ist aus JP 61-259202 (A) ein flexibler optischer Wellenleiter bekannt, der aus einem Kern, bestehend aus einem transparenten, gummi artigen Elastomer, mit einem hohen Brechnungsindex und einem Mantel aus einem gummiartigen Elastomer mit einem niedrigen Brechnungsindex hergestellt ist.

Bei diesem bekannten Verfahren fließen ein flüssiges Polymer zur Ausbildung des Kerns und ein flüssiges Polymer zur Ausbildung des Mantels von konzentrisch angeordneten Düsen zur Ausbildung einer Innenschicht und einer Außenschicht nach unten, wobei diese Polymere gleichzeitig durch Bestrahlung, beispielsweise ultraviolette Bestrahlung, oder durch Erwärmen ausgehärtet werden. Man erhält auf diese Weise eine längliche optische, elastomere Faser, bei der zumindest der Kern gummiartige, elastische Eigenschaften aufweist.

Entsprechend dem bekannten Verfahren werden das flüssige Polymer für den Kern und das flüssige Polymer für den Mantel gleichzeitig aus konzentrischen Düsen extrudiert, so daß diese Polymere während des Nachuntenfließens zusammenlaufen, wodurch keine saubere Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel ausgebildet wird und weiterhin eine genaue Kontrolle des Enddurchmessers praktisch unmöglich ist. Es werden die Fließgeschwindigkeiten beider flüssigen Polymere unter dem Einfluß der auf die Polymere einwirkenden Schwerkraft größer, so daß ein gleich zeitiges schnelles Aushärten dieser Polymere bei einer hohen Temperatur notwendig ist, wobei allerdings im Kern und dem Mantel ein Wärmefluß und dadurch ebenfalls ein ungleichförmiges Aushärten des Kerns aufgrund der großen Temperaturdifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt in radialer Richtung stattfindet, so daß man keine optische Faser mit guter Transparenz erhält.

Wenn die Viskositäten der beiden zusammen extrudierten Polymere zunehmen, ergibt sich eine Ungleichförmigkeit in Umfangsrichtung aufgrund der Oberflächenrauhigkeit der Düse als auch eine Ungleichförmigkeit in Längsrichtung aufgrund der Änderung der Extrusionsgeschwindigkeit in den Grenzflächen zwischen beiden Polymeren. Eine derartige Ungleichförmigkeit führt zu Streuverlusten, wodurch der optische Übertragungsverlust zunimmt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem ein optischer Wellenleiter mit verbesserten Übertragungseigenschaften geschaffen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 6 gelöst.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Wellenleiters geschaffen, bei dem ein Vermischen des Kernmaterials und des Mantelmaterials verhindert wird und der Enddurchmesser besser gesteuert werden kann. Die Transparenz des Kerns wird verbessert und die Grenzfläche zwischen dem Kernmaterial und dem Mantelmaterial optisch verbessert, zudem die Grenzfläche zwischen der Beschichtung des Kerns und dem Mantel genauer ist, um die optischen Übertragungseigenschaften zu verbessern.

Das Beschichtungsmaterial wird gemäß Anspruch 1 auf das transparente Kernmaterial durch ein geeignetes Verfahren, wie z. B. Tauchen, Sprühen oder Bürsten vor dem Aushärten des Kernmaterials aufgebracht, wobei das transparente Kernmaterial und das transparente Beschichtungsmaterial durch Erwärmen ausgehärtet werden. Das Mantelmaterial wird auf das transparente Beschichtungsmaterial durch ein gleiches Verfahren, wie oben erwähnt, aufgebracht. Das Mantelmaterial wird durch Bestrahlen mit ultravioletten Strahlen oder Elektronenstrahlen oder durch Erwärmen ausgehärtet.

Erfindungsgemäß kann das Kernmaterial aus der Düse extrudiert, erwärmt und ausgehärtet werden, bevor das Mantelmaterial aufgebracht wird, so daß sich das Kernmaterial nicht mit dem Mantelmaterial vermischt. Da das Kernmaterial eine hohe Viskosität aufweist und sehr früh ausgehärtet wird, ist die Steuerung des Kern durchmessers leicht durchführbar. Da das hochviskose Kernmaterial sich unter dem Einfluß seines Eigengewichtes nicht wesentlich längt, kann das Aushärten des Kernmaterials langsam bei einer relativ niedrigen Temperatur durchgeführt werden, wodurch eine Verschlechterung des Kerns aufgrund zu hoher Wärmebelastung verhindert wird und weiter ein homogenes Aushärten in radialer Richtung durchgeführt werden kann. Eine derartige Niedrigtemperaturaushärtung kann ebenfalls beim Mantelmaterial mit demselben Vorteil durchgeführt werden.

Das niedrigviskose, transparente Beschichtungsmaterial wird nach dem Extrudieren des Kernmaterials aus der Düse auf den Umfang des hochviskosen, transparenten Kernmaterials aufgebracht, wodurch eine Ungleichförmigkeit des Umfangs des Kernmaterials in Umgangs- und in Längsrichtung verhindert wird und das Kernmaterial vollständig mit dem transparenten Beschichtungsmaterial überdeckt wird. Weiterhin wird das Kernmaterial unmittelbar nach dem Aufbringen des transparenten Beschichtungsmaterials getrennt oder zusammen mit dem Beschichtungsmaterial ausgehärtet, wodurch das Herunterfließen oder Herablaufen des niedrigviskosen, trans parenten Beschichtungsmaterials verhindert wird, so daß man eine glatte äußere Umfangsfläche und gleichzeitig eine starke Adhäsion am Kernmaterial erhält.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Ungleichförmig keiten auf der Umfangsfläche des Kernmaterials vollständig durch das transparente Beschichtungsmaterial abgedeckt. Zugleich haftet das Mantelmaterial an der Oberfläche des Be schichtungsmaterials, wodurch man eine optisch glatte Grenzfläche erhält.

Bei dem mit diesem Verfahren erzeugten flexiblen optischen Wellenleiter ist die Grenzfläche zwischen dem transparenten Beschichtungsmaterial und dem Mantelmaterial ausreichend klar und glatt, so daß keine Streustrahlung auftritt, wodurch die optischen Übertragungseigenschaften verbessert werden.

Mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 6 werden ähnliche Vorteile wie mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 erzielt.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Vor richtung zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters und

Fig. 3a bis 3c teilweise vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung in verschiedenen Zuständen.

Der herzustellende optische Wellenleiter besteht aus einem festen Kern aus einem gummiartigen, elastischen Material mit hoher Licht permeabilität und einem hohen Brechungsindex, und einem Mantel aus einem gumiartigen, elastischen Material mit einem Brechungsindex, der niedriger als der des Kerns ist, und der den Umfang des Kerns umgibt. Der Kern besteht insbesondere aus einem synthetischen Gummi, der aus der Gruppe, bestehend aus Chloroprengummi, Urethangummi, Silikon gummi, Fluoringummi, Acrylgummi, Ethylenpropylengummi, Ethylen propylendienterpolymergummi und Epichlorohydringummi, ausgewählt wird, während das Mantelmaterial aus einem flüssigen, natür lichem oder synthetischem Gummi hergestellt ist, der aus der Gruppe, bestehend aus flüssigem Butadiengummi, flüssigem Silikongummi, flüssigem Fluoringummi und flüssigem Epichlorohydringummi, oder anderen Materialien ausgewählt wird.

Vorzugsweise besteht das Kernmaterial aus Silikongummi, d. h. Polyorganosiloxan mit einer Phenylgruppe, einer Alkylgruppe, wie z. B. einer Ethylgruppe, einer Propylgruppe, einer Butylgruppe, einer Amylgruppe, einer Hexylgruppe, einer Octylgruppe oder einer Decylgruppe, einer Phenethylgruppe, einer Naphthylgruppe, einer Naphthalenethylengruppe oder ähnlichem in seiner Seitenkette. Als Mantelmaterial wird vorzugsweise Polydimethylsiloxan, Polyorganosiloxan enthaltendes Fluorin, wie z. B. Polymethyltrifluoropropylsiloxan oder Polymethyltetrahydroperfluorooctylsiloxan oder Polyorganosiloxan mit einem geringen Gehalt an Phenylgruppen oder Alkylgruppen, wie z. B. Ethylgruppen, verwendet.

Insbesondere wird Methylphenylpolysiloxan oder Dimethyl diphenylpolysiloxan verwendet, das einen Phenylgruppengehalt von 5-40%, vorzugsweise 5-30%, und noch bevorzugter 8-25%, und einen Brechungsindex von 1,42-1,54, bevorzugt 1,425-1,52, und noch bevorzugter 1,44-1,5 als Kernmaterial verwendet, und Dimethylpolysiloxan mit einem Brechungsindex von 1,40 als Mantelmaterial verwendet, da dies leicht erhältlich und preiswert ist.

Wenn der Aushärtmechanismus des Kernmaterials ein Additions reaktionstyp ist, wird der Betrag eines Aushärtkatalysators gering, und es entsteht kein Reaktionsnebenprodukt, so daß man eine ausgezeichnete Lichtpermeabilität erhalten kann.

Wenn ein Additionsreaktionstyp Silikongummi als Kernmaterial verwendet wird und ein Silikongummi als Mantelmaterial verwendet wird, wird angestrebt, daß der Betrag des Platins als Aushärtkatalysator für das Silikongummi des Kerns 0,005×10^-4 - 0,1×10^-4 Gewichtsteile, und bevorzugter 0,01×10^-4 - 0,05×10^-4 Gewichtsteile, auf der Grundlage von 100 Gewichtsteilen Basispolymer für das Silikon gummi beträgt. Die Abnahme der Kerntransparenz im Laufe der Zeit und bei hoher Temperatur wird damit wirksam verhindert, wodurch man eine ausgezeichnete Transparenz über eine lange Zeitdauer erhalten kann.

Wenn der Kern und der Mantel aus Silikongummi bestehen, kann die Haftung zwischen beiden Materialien wirksam verbessert werden, und die optischen und mechanischen Eigenschaften des optischen Wellenleiters können über einen Temperaturbereich von etwa -50°C bis etwa 200°C stabilisiert werden.

Der Wellenleiter weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, er kann jedoch ebenfalls viereckig, wie z. B. dreieckig, rechteckig oder ähnlich, oder nicht kreisförmig gekrümmt, wie z. B. ellipsenförmig, ausgebildet sein. Der Kern kann weiter aus einem Bündel von mehreren linearen Körpern statt aus einem einzigen festen Körper bestehen.

Bei dem optischen Wellenleiter wird das vom Kern in den Mantel aufgrund einer plastischen Verformung, wie z. B. Verbiegen, Drücken oder ähnlichem, eintretende Licht wirksam absorbiert, so daß ein Zurückstrahlen zum Kern verhindert wird, wobei es von Vorteil ist, daß der Außenumfang des Mantels mit einer lichtabsorbierenden Schicht bedeckt ist, die aus einem lichtabsorbierenden Material, wie z. B. schwarzer Kohle, einem schwarzen Pigment, einem organischen oder an organischen Farbstoff, und einem Naturgummi oder einem syn thetischen Gummi, wie z. B. Silikongummi, Fluoringummi oder Butylgummi, besteht, oder daß das lichtabsorbierende Material im Mantelmaterial selbst dispergiert und mit ihm vermischt ist.

Um weiter die Wasserbeständigkeit, die Ölbeständigkeit, die Wetterbeständigkeit und die mechanische Festigkeit des optischen Wellenleiters zu verbessern, dient die lichtabsorbierende Schicht vorzugsweise zur luftdichten Ab deckung des Leiters oder des Leiters und der Schicht, wobei die Schicht aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, wie z. B. Butylgummi, Butadiengummi, Urethangummi oder ähnlichem, oder aus einem Kunststoff, wie z. B. einem Vinylchloridharz, besteht.

Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters gemäß der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters gemäß der Erfindung, wobei die Vorrichtung einen Extruder 100 zum Extrudieren eines transparenten Kernmaterials 102 nach unten durch eine Düse 103 durch die Drehung einer Schnecke 101 umfaßt.

Das von der Düse 103 extrudierte, transparente Kernmaterial 102 hat eine hohe Viskosität bis zu einem Grad, der nach dem Austreten aus der Düse keine Fluidisierung, Verformung oder ähnliches bis zum Aushärten bewirkt, damit das Kernmaterial 102 die ihm gegebene Größe und Form beibehält. Zu diesem Zweck hat das Kernmaterial bevorzugt eine Williamsplastizität von 50-1000, wenn die Viskosität in eine Plastizität übergeht.

Als transparentes Kernmaterial 102 kann synthetisches Gummi, wie z. B. Chloroprengummi, Urethangummi, Silikongummi, Acrylgummi, Fluoringummi, Ethylenpropylengummi, Ethylenpropylendienter polymergummi oder Epichlorohydringummi, verwendet werden.

Das von der Düse 103 extrudierte, transparente Kernmaterial 102 gelangt vorbei an einem ersten Beschichtungstank 104, wo ein niedrigviskoses, transparentes, flüssiges Beschichtungsmaterial 105 aus dem Tank 104 auf das transparente Kernmaterial 102 aufgebracht wird. Dann gelangt das beschichtete Kernmaterial durch einen ersten Wärmeofen 106, wo das trans parente Kernmaterial 102 und das transparente Beschichtungs material 105 ausreichend und gleichförmig in einer radialen Richtung bei einer relativ niedrigen Temperatur aushärten.

Auf diese Weise werden durch die Düse verursachte Ungleichförmig keiten auf der Umfangsfläche des transparenten Kernmaterials 102 vollständig durch das Beschichtungsmaterial 105 ausgeglichen, wobei durch das schnelle Aushärten ebenfalls die Außenfläche des Beschichtungsmaterials 105 optisch ausreichend glatt ausgebildet werden kann.

Das niedrigviskose, transparente, flüssige Beschichtungs material 105 hat vorzugsweise einen derartigen Brechungsindex, daß die Differenz des Brechungsindex zwischen den Materialien 102 und 105 nicht größer als 0,01 ist. Insbe sondere ist das Beschichtungsmaterial 105 bevorzugt das gleiche wie das Kernmaterial 102, hat aber einen Polymerisationsgrad, der niedriger als der des Kernmaterials 102 ist.

Als Beschichtungsmaterial 105 kann flüssiger, synthetischer Gummi mit einer Viskosität von 1-200 P, wie z. B. Chloroprengummi, Butadiengummi, Isoprengummi, Urethangummi, Silikongummi, Acrylgummi, Ethylenpropylengummi, Ethylenpropylendienter polymergummi, Epichlorohydringummi usw. dienen.

Wenn beispielsweise Silikongummi mit einem Phenylgruppengehalt von 3-35% und einer Williamsplastizität von 50-1000, wie z. B. Dimethyldiphenylpolysiloxan oder Phenylmethyl polysiloxan, als das hochviskose, transparente Kernmaterial 102 verwendet wird, wird als niedrigviskoses, transparentes Beschichtungsmaterial105 ein Material aus flüssigem Silikongummi aus Dimethyldiphenylpolysiloxan und Phenylmethylpolysiloxan ausgewählt, das eine Viskosität von 1-200 P und einen Phenylgruppengehalt aufweist, der gleich dem des Kernmaterials 102 ist, wodurch ein aus gehärteter Körper 107 ausgebildet wird, der aus dem Kernmaterial 102 und dem Beschichtungsmaterial 105 mit dem gleichen Brechungsindex besteht, und der eine ausgezeichnete Transparenz und Wärmewiderstandsfähigkeit aufweist.

In diesem Fall kann die Menge des Aushärtkatalysators gering gehalten werden, wenn der Aushärtmechanismus des Silikongummis als Kernmaterial 102 vom Additionstyp ist, so daß die Menge des Reaktionsnebenprodukts gering ist, so daß die Transparenz des Körpers 107 beträchtlich verbessert wird.

Die Aufbringung des Beschichtungsmaterials 105 auf das Kernmaterial 102 wird vor dem Aushärten des Kernmaterials 102 durchgeführt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, um die Haftfestigkeit zwischen dem Kernmaterial und dem Beschichtungsmaterial zu verbessern. Weiter kann als Wärmeofen ein elektrischer Ofen, ein Heißluftofen, ein Heißdampfofen oder ein heißes Flüssig keitsbad und mit einer Strahlungseinrichtung ultraviolette Strahlen oder Elektronenstrahlen zum Aushärten verwendet werden.

Der ausgehärtete Körper 107 aus dem Kernmaterial 102 und das Beschichtungsmaterial 105 gelangen durch einen zweiten Beschichtungstank 109, in dem sich ein Mantelmaterial 108 befindet, so daß das Mantelmaterial 108 auf die Umfangsfläche des Kerns und hier insbesondere auf das Beschich tungsmaterial 105, aufgebracht wird, woraufhin dann der so gebildete Strang durch einen zweiten Wärmeofen 110 geleitet wird, um das Aushärten des Mantelmaterials 108 durchzuführen, wodurch man einen transparenten, gummiartigen, elastomeren Körper erhält, der einen hohen Brechungsindex aufweist, d. h. man erhält einen flexiblen optischen Wellenleiter 111, der aus dem ausgehärteten Körper 107 als Kern und einem gummi artigen Elastomer mit einem niedrigen Brechungsindex als Mantel besteht.

Der so hergestellte flexible optische Wellenleiter 111 wird über Führungswalzen 112 auf eine Aufnahmetrommel 113 aufgewickelt.

Auf diese Weise wird das Mantelmaterial 108 auf die optisch ausreichend glatte, äußere Fläche des Beschichtungs materials 105 in einem Zustand aufgebracht, der genau dieser äußeren Oberfläche entspricht, und dann ausgehärtet, so daß der optische Übertragungsverlust aufgrund der Unebenheit der Grenzfläche zwischen dem ausgehärteten Kern 107 und dem Mantel 108 wirksam bei der sich ergebenden optischen Wellenführung verhindert werden kann.

Als Mantelmaterial 108 kann ein flüssiger Gummi verwendet werden, das einen Brechungsindex aufweist, der niedriger als der des ausgehärteten Kerns 107 ist, und aus einer Gruppe, umfassend flüssigen Silikongummi, flüssigen Fluoringummi, flüssigen Butadiengummi und flüssigen Epichlorhydringummi ausgewählt wird. Dabei kann, wenn man ein Dimethylpolysiloxan vom Additionsreaktionstyp oder ein Di methylsiloxan, das mit ultravioletten Strahlen ausgehärtet wird, verwendet, die Aushärtzeit zur Steigerung der Aus härtgeschwindigkeit verkürzt werden. Dabei wird, wenn der ausgehärtete Körper, insbesondere das transparente Be schichtungsmaterial 105, aus Silikongummi besteht, die Adhäsionskraft zwischen dem Kern 107 und dem Mantel 108 verbessert, wodurch man eine optische Wellenführung mit einer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit erhält.

Bei der Aufbringung des Mantelmaterials 108 besteht die Gefahr, wenn der beschichtete Kern 107 vollständig ausgehärtet ist, daß der Kern und der Mantel beim Aushärten nicht ausreichend miteinander in Verbindung treten, da es im allgemeinen schwierig ist, ausgehärteten Gummi mit nichtausgehärtetem Gummi zu verbinden. Wenn andererseits ein Klebstoff dazwischen aufgebracht wird, vermindert die Klebstoffschicht die optischen Eigenschaften der optischen Wellenführung. Es wird daher bevorzugt, die Länge und die Temperatur des ersten Wärmeofens 106 und die Extrusionsgeschwindigkeit des Kern materials 102 so zu bestimmen, daß der Kern 107 in einem halbausgeärteten Zustand verbleibt, und daß dann das Mantelmaterial 108 auf den halbausgehärteten Körper aufgebracht wird.

Weiter ist es möglich, die äußere Oberfläche des Mantels 108 mit einem primären Beschichtungsmaterial, einem Pufferbeschichtungsmaterial, einem Deckmaterial oder ähnlichem zu beschichten, um einen Schutz und einen Puffer gegen mechanische Stoßbelastung und zur Entfernung von Streulicht und ähnlichem zu schaffen.

Im folgenden wird ein Lichtdurchgangstest für die flexible optische Wellenführung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, beschrieben.

Als Kernmaterial wurde ein grünes Phenylmethylsilikongummi vom Additionsreaktionstyp (Phenylgruppengehalt: 25%, Poly merisationsgrad: etwa 5000) durch eine Düse mit einem Durchmesser von 1,8 mm mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min. extrudiert, auf welches dann als Beschichtungsmaterial ein Phenylmethylsilikongummi vom Additionsreaktionstyp (Phenyl gruppengehalt: 25%, Viskosität: 30 P) aufgebracht wurde, und dann der Strang in einem Wärmeofen von 10 m Länge (Temperatur: 200°C) ausgehärtet wurde, um einen ausgehärteten Körper, bestehend aus dem Kernmaterial und dem Beschichtungs material, auszubilden. Dann wurde eine Beschichtung aus Dimethylsilikongummi vom Additionsreaktionstyp (Viskosität: 30 P) auf den ausgehärteten Körper aufgebracht, der dann in einem Wärmeofen von 1,2 m Länge bei einer Temperatur von 200°C ausgehärtet wurde, um einen flexiblen optischen Wellenleiter herzustellen.

Der so erhaltene optische Wellenleiter hat einen Durchmesser von 2,2 mm und eine Tageslichtpermeabilität von 90% pro 1m.

Alternativ kann der verwendete flexible optische Wellenleiter hergestellt werden, indem man zuerst ein Mantelrohr herstellt, das aus einem flexiblen, hohlen, rohrförmigen Körper und einer auf der Innenfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers ausgebildeten Zwischenschicht besteht, und man dann ein flüssiges Kernmaterial mit einem Brechungsindex, der größer als der der Zwischenschicht ist, in den rohr förmigen Körper eingießt, und dann diesen Strang mittels Wärme oder ultraviolette Strahlen aushärtet.

Das Mantelrohr wird vorzugsweise hergestellt, indem man eine Beschichtungsflüssigkeit in das Innere des hohlen, rohr förmigen Körpers von mindestens einem Ende eingießt, um darin einen Flüssigkeitsstand des Beschichtungsmaterials auszubilden, und man dann das andere Ende des hohlen, rohr förmigen Körpers nach oben zieht, wobei man den Flüssigkeitsstand des Beschichtungsmaterials hält, um die Beschichtungsflüssigkeit auf die Innenfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers aufzubringen, und man dann schnell die an der inneren Umfangsfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers haftende Beschichtungsflüssigkeit aushärtet, um die Zwischenschicht auszubilden.

Bei diesem Verfahren wird entweder ein Endabschnitt des hohlen, rohrförmigen Körpers nach oben gezogen und auf einer Aufwickeltrommel aufgewickelt, während man den Flüssig keitsstand der Beschichtungsflüssigkeit beibehält, wodurch die Beschichtungsflüssigkeit gleichförmig und einheitlich auf die innere Umfangsfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers aufgebracht wird, und zwar aufgrund der Relativbewegung zwischen dem hohlen, rohrförmigen Körper und dem Flüssigkeitsstand. Dies kann so lange durchgeführt werden, wie der Flüssigkeitsstand sich im Inneren des rohr förmigen Körpers befindet, so daß die Beschichtungsflüssigkeit ausreichend gleichförmig und kontinuierlich auf die innere Umfangsfläche des länglichen, hohlen, rohrförmigen Körpers mit gleichförmiger Dicke aufgebracht wird, ohne daß Oberflächenunebenheiten auftreten.

Die so aufgebrachte Beschichtungsflüssigkeit wird schnell mittels einer Aushärteeinrichtung, die vorzugsweise an einer Stelle gerade oberhalb der Aufbringung angeordnet ist, ausgehärtet, um die Zwischenschicht auszubilden, so daß keine Gefahr des Herunterfließens oder der Tropfenbildung durch die Beschichtungsflüssigkeit in der Zeit von der Auf bringung der Beschichtungsflüssigkeit bis zum Aushärten besteht.

Die Zwischenschicht mit der glatten inneren Oberfläche kann in dem optischen Wellenleiter mit gleichförmiger Dicke um fangsmäßig und in Längsrichtung ausgebildet werden, wodurch die Übertragungseigenschaften des optischen Wellenleiters beträchtlich verbessert werden können.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, die einen Aufwickelmotor 121, eine von dem Motor 121 angetriebene Auf nahmetrommel 122, einen Wärmeofen oder eine Bestrahlungs einrichtung 125 für eine Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen oder anderen Strahlen umfaßt. Insbesondere dient der in der dargestellten Ausführungsform verwendete Wärmeofen 125 zum Vernetzen und Aushärten einer auf eine innere Umfangsfläche eines hohlen, rohrförmigen Körpers 123 auf gebrachten Beschichtungsflüssigkeit 124, wobei ein Flüssig keitsstandfühler 126 zur Erfassung des Flüssigkeitsstandes der Beschichtungsflüssigkeit 124 im Innern des hohlen, rohr förmigen Körpers 123 und eine Steuerung 127 zur Steuerung des Betriebes des Motors 121 auf der Grundlage eines von dem Flüssigkeitsstandfühler 126 ausgegebenen Signals vorgesehen sind. Wenn notwendig, kann die Vorrichtung weiter eine mit dem Ende des hohlen, rohrförmigen Körpers 123 verbundene Vakuumpumpe 128 aufweisen.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die Beschichtungsflüssigkeit 124 in das Innere des rohrförmigen Körpers 123 mindestens von einem Ende eingebracht, um einen Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit 124 im hohlen, rohrförmigen Körper 123 auszubilden, während das andere Ende des hohlen, rohrförmigen Körpers 123 oder eine damit verbundene Schleife auf die Aufnahmetrommel 122 durch den Wärmeofen 125 auf gewickelt wird.

Der hier verwendete Ausdruck "Flüssigkeitsstand" bedeutet, daß sich die Beschichtungsflüssigkeit 124 örtlich im mittleren Teil des hohlen, rohrförmigen Körpers 123 befindet, und daß ein Bereich von dem mittleren Abschnitt des hohlen, rohr förmigen Körpers 123 bis zu seinem der Aufnahmetrommel gegen überliegenden Ende vollständig mit Beschichtungsflüssigkeit gefüllt ist.

Der flexible, hohle, rohrförmige Körper kann aus einem Kunstharz, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Vinylchloridharz oder Nylonharz, einem Gumimaterial, wie z. B. natürlichem Gummi, Butadiengummi, Isoprengummi, Styrolbutadiengummi, Butylgummi, Silikongummi oder Fluringummi, und einer Mischung davon bestehen. Wenn man dabei ein Gummimaterial verwendet, erhält man einen optischen Wellenleiter mit ausgezeichneter Flexibilität und Dehnbarkeit, zusammen mit dem unten erwähnten Kernmaterial.

Als Beschichtungsflüssigkeit 124 wird vorzugsweise flüssiger Dimethylsilikongummi, flüssiger Fluoringummi und Fluorin enthaltender flüssiger Silikongummi, wie z. B. flüssiges Polymethyltrifluor propylsiloxan, flüssiges Polymethyltetrahydroperfluoroctylsiloxan oder ähnliches, verwendet. Der Aushärtmechanismus dieses flüssigen Gummis kann ein Peroxidaushärten, ein Aushärten durch eine Additionsreaktion oder eine Kondensationsreaktion oder ein Aushärten mittels Bestrahlung, z. B. mittels Elektronenstrahl oder einem ultravioletten Strahl, umfassen. Insbesondere, wenn man Silikongummi vom Additions reaktionstyp verwendet, wird kaum ein Reaktionsnebenprodukt erzeugt, so daß man eine Zwischenschicht mit ausgezeichneten Eigenschaften erhält.

Der Betrag der in den hohlen, rohrförmigen Körper 123 gegossenen Beschichtungsflüssigkeit 124 wird vorzugsweise durch die Länge und den inneren Durchmesser des hohlen, rohrförmigen Körpers 123, die Viskosität der Beschichtungs flüssigkeit und die Beschichtungsgeschwindigkeit bestimmt.

Wie in Fig. 3a dargestellt, wird, wenn der Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit 124 an einer Stelle höher als die Stelle des Flüssigkeitsstandfühlers 126 liegt, der hohle, rohrförmige Körper 123 durch den Antriebsmotor 121 auf die Aufnahmetrommel 122 aufgewickelt, wodurch die Auf bringung der Beschichtungsflüssigkeit 124 auf die innere Umfangsfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers beginnt.

In diesem Fall fällt der Stand der Beschichtungsflüssigkeit 124 relativ zum hohlen, rohrförmigen Körper 123 infolge seines Eigengewichts oder durch die Wirkung einer von dem Antrieb der Vakuumpumpe 128 bewirkten Saugkraft nach unten, so daß sich der absolute Flüssigkeitsstand allmählich bis zu einem Anfangszustand der Aufbringung absenkt, bei dem eine relativ geringe Aufbringgeschwindigkeit vorliegt, und schließlich an einer Stelle unterhalb des Flüssigkeitsstandfühlers 126 ankommt, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist.

Wenn der Zustand von Fig. 3b durch den Flüssigkeitsstand fühler 126 erfaßt wird, wird ein Erfassungssignal von dem Fühler 126 zu einem Regler 127 ausgegeben, wodurch die Um drehungsgeschwindigkeit des Aufwickelmotors 121 so gesteuert wird, daß der hohle, rohrförmige Körper 123 mit einer vor bestimmten konstanten Geschwindigkeit aufgewickelt wird. Auf diese Weise kann das Streuen beim Beginn des Aufbringens ausgeglichen werden. Das Aufwickeln des hohlen, rohrförmigen Körpers wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durchgeführt, so daß der Flüssigkeitsstand keine Lage einnimmt, die höher als eine vorbestimmte Höhe und höher als der Flüssigkeitsstandfühler 126 bei einer derartig vorbestimmten Geschwindigkeit ist, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist.

Der hier verwendete Flüssigkeitsstandfühler 126 ist ein optischer Fühler, wenn der hohle, rohrförmige Körper 123 transparent ist, oder ein ultraschall- oder dielektrischer Fühler, wenn er nicht durchscheinend ist.

Die aufgebrachte Beschichtungsflüssigkeit 124 wird schnell zu einer Zwischenschicht 129 ausgehärtet, wenn der hohle, rohrförmige Körper 123 durch den Wärmeofen 125 geführt wird, der unmittelbar oberhalb des Flüssigkeitsstandfühlers 126 angeordnet ist.

Die Zwischenschicht 129 wird somit kontinuierlich und sehr wirksam in dem längslichen, hohlen, rohrförmigen Körper 123 ausgebildet. Andererseits kommt der Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit 124 gleichförmig mit der inneren Umfangsfläche des hohlen, rohrförmigen Körpers 123 sowohl in Umfangs- als auch in Längsrichtung in Berührung, so daß die Beschichtungsflüssigkeit mit gleichförmiger Dicke ohne Oberflächen-Ungleichförmigkeiten in beiden Richtungen aufgebracht werden kann.

Die aufgebrachte Beschichtungsflüssigkeit wird weiter un mittelbar vor dem Auftreten eines Fließens oder einer Sackbildung ausgehärtet, so daß die sich ergebende Zwischenschicht 129 insgesamt eine gleichförmige Dicke aufweist, und wobei ihre innere Oberfläche ausreichend glatt ist.

In das Innere des so erhaltenen Mantelrohres wird ein flüssiges Kernmaterial mit einem Brechungsindex, der größer als der der Beschichtungsflüssigkeit ist, eingegossen und dann durch Erwärmen oder durch Strahlung, beispielsweise ultra violette Strahlen, ausgehärtet, wodurch man einen flexiblen optischen Wellenleiter erhält.

Als Kernmaterial, das in das Mantelrohr eingegossen wird, kann man flüssige Gummiarten, wie z. B. flüssiges Polyurethan, flüssiges Acrylgummi, flüssiges Ethylenpropylendienterpolymer, flüssiges Epichlorohydringummi oder flüssiges Silikongummi verwenden. Insbesondere, wenn man Methylalkylpolysiloxan mit einer Alkylgruppe, z. B. einer Phenylgruppe, einer Naphthylgruppe, einer Ethylgruppe, einer Propylgruppe, einer Amylgruppe, einer Butylgruppe, einer Hexylgruppe, einer Octylgruppe, einer Decylgruppe oder einer Naphthalen ethylgruppe, verwendet, kann der Brechungsindex frei gesteuert werden, und ebenfalls kann die Transparenz auf einfache Weise verbessert werden. Wenn weiter der Aus härtmechanismus eines derartigen Silikongummis vom Additions reaktionstyp ist, wird die Menge des benötigten Aushärtkatalysators gering, und es wird kaum ein Reaktionsnebenprodukt erzeugt, so daß die Transparenz des Kernmaterials weiter verbessert werden kann.

Das Hochziehen des hohlen, rohrförmigen Körpers kann so durchgeführt werden, daß man zwei Flüssigkeitsstandfühler anordnet und die Drehung des Aufwickelmotors so steuert, daß der Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit sich in der mittleren Stellung zwischen diesen Flüssigkeitsstandfühlern befindet. Weiter kann, solange der Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit beibehalten wird, nachdem der Flüssigkeitsstand eine gegebene untere Stellung erreicht, der hohle, rohrförmige Körper absatzweise auf die Trommel aufgewickelt werden.

Wenn der Flüssigkeitsstand der Beschichtungsflüssigkeit im hohlen, rohrförmigen Körper ausgebildet wird, kann die Be schichtungsflüssigkeit in den hohlen, rohrförmigen Körper durch Eintauchen der gesamten Länge oder nur des Endabschnitts des hohlen, rohrförmigen Körpers in die Beschichtungsflüssigkeit und durch Einführen von Luft durch den hohlen, rohrförmigen Körper aufgebracht werden. Der Ausdruck "Einbringen der Beschichtungsflüssigkeit" bedeutet daher, daß der Fall des Einbringens der Beschichtungsflüssigkeit zusätzlich zum Eingießen der Beschichtungsflüssigkeit mit umfaßt wird.

Der gemäß den vorgenannten Verfahren hergestellte optische Wellenleiter kann einer sehr flexiblen und großen elastischen Verformung in allen Richtungen unterworfen werden, ohne daß ein Bruch oder eine pla stische Verformung des optischen Wellenleiters und ein Lösen von einer lichtaussendenden und lichtempfangenden Einrichtung von der optischen Wellenführung bewirkt wird, wenn der Leiter bei einem druckempfindlichen Fühler verwendet wird. Das Vor handensein und die Größe einer von außen einwirkenden Kraft kann dabei mit einer sehr hohen Empfindlichkeit erfaßt werden kann, und die Hitzebeständigkeit, die Wetterbeständigkeit und die Stoßbeständigkeit kann entscheidend verbessert werden.

Da der optische Wellenleiter aus einem gummiartigen Elastomer besteht, kann weiter nicht nur eine frühzeitige Ermüdung vermindert werden, sondern ebenfalls werden die Schwierigkeiten, die elektromagnetische Wellen bereiten, wirksam überwunden, so daß sich eine Explosionssicherheit, eine Gewichtsverminderung und eine Miniaturisierung des Gerätes erzielen läßt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines flexiblen, optischen Wellenleiters, bestehend aus einem Kern aus transparentem, gummiartigen Elastomer mit einem höheren Brechungsindex und einem Mantel aus gummiartigem Elastomer mit einem niedrigeren Brechungsindex, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das den Kern bildende Elastomer (102) hochviskos ist und aus einer Düse (103) extrudiert wird,
b) daß auf das hochviskose Kernmaterial ein den Kern konzentrisch umgebendes, transparentes, niedrigviskoses Beschichtungsmaterial (105) aufgebracht wird, dessen Brechungsindex um nicht mehr als 0,01 von dem des Kernmaterials abweicht,
c) daß danach das Kernmaterial und das Beschichtungsmaterial (105) ausgehärtet werden und
d) daß danach ein flüssiges Mantelmaterial (108) auf das Beschichtungsmaterial (105) aufgebracht und dort ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kern bildende Elastomer (102) eine Williamsplastizität von 50-1000 aufweist und ein synthetischer Gummi ist, der aus der Gruppe, bestehend aus Chloroprengummi, Urethangummi, Silikongummi, Acrylgummi, Fluoringummi, Ethylenpropylengummi, Ethylenpropylendienterpolymergummi und Epichlorohydringummi ausgewählt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten durch Erwärmen in einem elektrischen Ofen, in einem Heißluftofen, einem Heißdampfofen oder einem heißen Flüssigkeitsbad durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen oder einem Elektronenstrahl durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial (108) ein flüssiger Gummi ist, der aus der Gruppe, bestehend aus flüssigem Silikongummi, flüssigem Fluoringummi, flüssigem Butadiengummi und flüssigem Epichlorohydringummi ausgewählt wird.

6. Verfahren zum Herstellen eines flexiblen optischen Wellenleiters, bestehend aus einem Kern aus transparentem, gummiartigen Elastomer mit einem höheren Brechungsindex und einem Mantel aus gummiartigem Elastomer mit einem niedrigeren Brechungsindex, dadurch gekennzeichnet,

a) daß ein flexibles Rohr (123) hergestellt wird,
b) daß auf die Innenseite des Rohres (123) ein flüssiges Beschichtungsmaterial (124) aufgebracht und anschließend ausgehärtet wird, und
c) daß daran anschließend das mit dem Beschichtungsmaterial (124) ausgekleidete Rohr (123) mit einem flüssigen Kernmaterial gefüllt wird, das anschließend ausgehärtet wird.