JP2000098142A - 光ファイバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア材に対するクラッド材の比屈折率差が大
きく、その結果、受光角が大きく、より多くの光を伝送
することができる光ファイバおよびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 コア材の外側に多孔性ポリマーをクラッ
ド材として有する光ファイバ、または、架橋構造を有す
る高分子化合物のゲル状化合物をコア材の外表面に形成
する工程と、形成された前記架橋構造を有する高分子化
合物のゲル状化合物を超臨界乾燥する工程を経て、コア
材の外側に多孔性ポリマーをクラッド材として形成する
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コア材とクラッド
材から形成される光ファイバおよびその製造方法に関す
るものであり、詳しくは、様々な光の伝送（太陽光伝
送、医療用機器照明、顕微鏡照射、マーク読み取り、遠
隔モニター、発光装飾品等）、赤外線ファイバ、または
イメージファイバ等に適用できる伝送効率の高い光ファ
イバ及びこれを得る製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバのコア材としては、石
英系ガラスや多成分系ガラス等のガラス類、メチルメタ
クリレート等のアクリル系やスチレン系のプラスチック
類が用いられている。また、クラッド材としては、コア
材よりも屈折率の低いソーダライム系やホウケイ酸ガラ
ス系等のガラス類、塩化ビニル、アリルジグリコールカ
ーボネートやフッ素を添加して屈折率を低下させたアク
リル系のプラスチック類等が用いられている。

【０００３】光ファイバにおいて、クラッド材の屈折率
はコア材の屈折率よりも低くなるように構成されている
が、それらの屈折率の差の大小により光ファイバの受光
角及びコア材とクラッド材との境界面における光の全反
射角が異なってくる。

【０００４】一般的に光ファイバの受光角θはコア材と
クラッド材の屈折率の差が大きい程大きくなり、すなわ
ち比屈折率差が大きいほど大きくなる。つまり多くの光
を伝送するには、比屈折率差を大きくする必要がある。
このことは、コア材の屈折率を高くし、クラッド材の屈
折率を低くすることで達成され得るものである。

【０００５】例えば、ガラス光ファイバにおいて純粋な
石英ガラスは光損失が小さく、耐熱性、耐薬品性に優れ
ていることからコア材として多用されている。しかしな
がら、石英ガラスの屈折率は１．４６と低いので、これ
よりも屈折率の低いクラッド材を選定する事が必要とな
る。例えばクラッド材にガラスを用いる場合は、純粋な
石英ガラスよりも屈折率を低下させるためＢ₂Ｏ₃や弗素
等の屈折率を低下させる成分を添加する方法等がとられ
る。また、逆にコア材の石英ガラスに屈折率を上昇させ
るドーパントを添加し、屈折率を上昇させる方法がとら
れる。このようなドーパントとしては、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂
Ｏ₅、ＳｎＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ
₃、Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。この場合には、クラッド
材として純粋な石英ガラス、又はより低い屈折率をもた
せるためにドーパントを含む石英ガラスを用いる。

【０００６】又、プラスチック系のファイバも知られて
おり、例えばコア材としてはメチルメタクリレート等の
アクリル系やスチレン系ののプラスチック類が用いられ
てきた。

【０００７】プラスチック系ファイバのクラッド材とし
てはメチルメタクリレート系樹脂、特にメチルメタクリ
レートと、単官能のフッ素化アルキル（メタ）アクリレ
ート類、多官能の（メタ）アクリレート類、アクリル
酸、メタクリル酸、スチレン、クロルスチレン等から選
ばれる単量体との透明な共重合体のような、コア材より
も屈折率の低い弗素を添加し屈折率を低下させたアクリ
ル系のプラスチックや、スチレン系樹脂等が使用されて
おり塩化ビニル、カーボネート系も用いられている。

【０００８】上記の光ファイバのうち伝送損失が少ない
ことから長距離の電送には石英系の光ファイバがよく使
われているが、プラスチック光ファイバはガラス光ファ
イバに比べ使いやすく低価格であることからあまり伝送
損失が問題とされない近距離の光伝送路として多く使用
されている。

【０００９】例えばクラッド材をポリメチルメタアクリ
レートとした場合、コア材としてはクラッド材より屈折
率を高めるために、安息香酸ビニル、ベンジルメタクリ
レート等を用いる。又、コア材にポリメチルメタクリレ
ート樹脂（屈折率１．４９）を使用する場合にはより低
屈折率のポリ弗化エチレン、弗化ビニリデン等の弗素含
有樹脂等がクラッド材として使われる。しかしながらこ
れらの屈折率は低いもので１．２９〜１．３３程度であ
る。

【００１０】従って、上記プラスチック光ファイバにお
いてはコア材とクラッド材の屈折率の差を考えた場合、
上記従来例のような単にポリマーの種類を選ぶだけでは
限界がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来知
られているクラッド材を用いて光ファイバを製造した場
合よりも、受光角が大きく、多くの光を電送することの
できる光ファイバおよびその製造方法を提供することで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の構成
により解決された。

【００１３】（１）コア材の外側に多孔性ポリマーをク
ラッド材として有することを特徴とする光ファイバ。

【００１４】（２）架橋構造を有する高分子化合物のゲ
ル状化合物をコア材の外表面に形成する工程と、形成さ
れた前記架橋構造を有する高分子化合物のゲル状化合物
を超臨界乾燥する工程を経て、コア材の外側に多孔性ポ
リマーをクラッド材として形成することを特徴とする光
ファイバの製造方法。

【００１５】（３）上記（２）に記載の製造方法で製造
された光ファイバ。

【００１６】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１７】本発明の光ファイバのクラッド材は多孔性
ポリマーである。本発明に用いられる多孔性ポリマー
は、構造上空隙を有する（ポーラスな）ポリマーであれ
ば特に制限はないが、クラッド材として機能するだけの
透明性と反射率を有することが必要である。

【００１８】本発明の光ファイバのクラッド材の製造方
法は、架橋構造を有する高分子化合物のゲル状化合物を
コア材の外側に形成する工程と、このゲル状化合物を超
臨界乾燥する工程を経て、コア材の外側に多孔性ポリマ
ーをクラッド材として形成することを特微とするもので
ある。

【００１９】本発明の架橋構造を有する高分子化合物の
ゲル状化合物をコア材の外側に形成するには、架橋構造
を有する高分子化合物のゾル溶液にコア材を浸漬して引
き上げるディップコーティングの操作を行うことで可能
である。又、特開平１０−９５６２９号公報に記載され
ているような架橋構造を有する高分子化合物のゾル溶液
を、コア材とそのコア材を非接触で覆うチューブとの間
の隙間に前記ポリマーの溶液を注入する方法にて製造す
ることもできる。その他スプレー塗布等通常知られてい
る方法を用いることができる。

【００２０】本発明のコア材の外側に形成された架橋構
造を有する高分子化合物のゲル状化合物を超臨界乾燥す
る工程は、後述する多孔性ポリマーを製造する場合に通
常知られている方法で行われる。臨界乾燥は、乾燥して
とばす成分の臨界温度より上の温度条件で行う乾燥のこ
とである。

【００２１】本発明の光ファイバのコア材としては、紡
糸方法で工業的に製造されている各種のものを特に限定
されることなく用いることができ、例えば、石英ガラス
や多成分ガラス等のガラス類、ポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）等のアクリル系、ポリカーボネート、そ
の他スチレン系などのプラスチック類を用いることがで
きる。

【００２２】本発明のクラッド材を構成する多孔性ポリ
マーとしては、米国特許第５，２５２，６２０号公報、
同第５，１１６，８８３号公報、同第４，９９７，８０
４号公報等で開示されているようなアクリル系、エポキ
シ系等の架橋重合反応によって得られるゲル化合物を二
酸化炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒の超
臨界点以上の超臨界状態で乾燥する事により得られる多
孔質ポリマーを利用することができる。或いは米国特許
第５，６２９，３５３号公報のような縮合反応によって
得られるゲル化合物を用いて、同様に超臨界乾燥するこ
とで本発明実施に必要な多孔性ポリマーを得る事ができ
る。その他、多官能性アクリル系オリゴマーと光触媒を
組み合わせた、光による架橋形成性化合物を利用し架橋
反応させ、その後同様に超臨界乾燥する事で多孔性ポリ
マーを得ることもできる。こうして得られた多孔性ポリ
マーは高い空隙率をもち、しかも個々のポアサイズが小
さい時（０．０５ミクロン以下）には透明度の高いモノ
リシックな性質をもち、且つ、屈折率が低くクラッド材
として好ましい性質を示す。

【００２３】上記の多孔性ポリマーの屈折率は、原料配
合比とポアサイズによって自由に変化させることが可能
である。コア材との屈折率の差を大きく設定し、また多
孔性ポリマーの透明性の性能を確保するためには、ポア
サイズを上記のように０．０５ミクロン以下と小さく設
定し、１．００８〜１．２０の範囲に屈折率を調整する
のが好ましい。屈折率がこのように非常に小さく、多孔
性ポリマーをクラッド材として用いることによって、種
々のコア材に対して比屈折率差を飛躍的に大きくした光
ファイバを得ることができるものであり、受光角を大き
くすることができるものである。このため、広い受光角
θで集光してより多くの光を伝送することができ、出射
端における光の出射角も大きくすることができるもので
ある。

【００２４】図１（ａ）は本発明の光ファイバの長さ方
向の断面図である。コア材２の外表面が多孔性ポリマー
のクラッド材１で被覆されたものであり、受光角がθで
あることを示している。

【００２５】図１（ｂ）は本発明の光ファイバの横断面
図である。同様にコア材２の外表面が多孔性ポリマーの
クラッド材１で被覆されている。

【００２６】図２は本発明の製造方法において、架橋構
造を有する高分子化合物のゲル状化合物をコア材の外表
面に形成する工程の一例を示した概念図である。架橋構
造を有する高分子化合物のゾル溶液３を満たした溶液槽
４に、線状のコア材２を浸しながら一定速度で引き上げ
るディップコーティングの操作で、コア材２の外表面に
ゾル溶液３を付着させるようにしてある。コア材２の外
表面に付着したこのゾル溶液３は反応の進行に伴って次
第に三次元的なネットワークを生成していき、最終的に
はゲル状化合物の膜となるものである。最終的に得られ
るゲル状化合物の膜厚は、ゾル溶液３からのコア材２の
引き上げ速度や、ゾル溶液３の粘度等に依存するが、光
ファイバのクラッド材１として機能できる厚み、すなわ
ち数μｍ以上あればよく、特に限定されるものではな
い。この方法では、コア材２をゾル溶液３中に通過させ
て引き上げるという操作で、連続してコア材２の外表面
にゲル状化合物を形成することができるものであり、高
い生産性を実現することができる。

【００２７】図３は本発明の光ファイバにおいて、クラ
ッド材１を保持するための被覆材５を設けた一例であ
る。このような被覆材５としては、例えば、ポリエチレ
ン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィ
ンエラストマー等の樹脂や、ステンレス等の金属類など
を用いることができる。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の実施例を掲げるが、本発明は
これに限定されるものではない。 （実施例１）コア材として直径１ｍｍ長さ１ｍのポリメ
チルメタクリレート（屈折率１．４９）を用意した。ま
た架橋構造を有する高分子化合物のゾル溶液として、メ
チルメタクリレート１０ｇ、エチレンビスメチルメタク
リレート１０ｇ、トルエン２０ｍｌを混合溶解させた中
にＢＰＯ（ベンゾイルパーオキサイド）０．０２ｇをよ
く撹拌しつつ混合し５０℃に加温しゾル溶液を形成させ
た。そしてコア材を２ｃｍ／ｍｉｎの速度でゾル溶液槽
に通して引き上げ、ディップコーティングを行い、コア
材表面に厚み３０μｍのゲル状化合物を被覆したサンプ
ルを得た。

【００２９】温度を５０℃に保ってサンプル表面のゲル
状化合物の架橋重合が十分に進んだところで室温に戻
し、サンプルをトルエン中に浸漬した。次いで、トルエ
ンでゲル状化合物が膨潤したサンプルを高圧反応器に入
れ、液体二酸化炭素を注いで高圧反応器中の空気を置換
した。１８℃、５０気圧に反応器を保ち、ゲル状化合物
内のトルエンを二酸化炭素に置換する操作を行なった。
これを三度繰り返し、ポリマー細孔内のトルエンを完全
に二酸化炭素に置換した。その後更に高圧反応器内に液
体二酸化炭素を充填し、反応器内を二酸化炭素の超臨界
条件である４０℃、８０気圧にして３０分間超臨界乾燥
を行いポリメチルメタクリル酸系の多孔性ポリマーのク
ラッド材を形成した。この多孔性ポリマーの屈折率は
１．０６であった。

【００３０】（実施例２）不織布で形成した内径１．２
ｍｍ、外径１．４ｍｍ、長さ１ｍのチューブを用い、こ
のチューブ内にコア材を挿入し、コア材とチューブとの
隙間にゾル溶液を流し込んで、コア材表面にゲル状化合
物を形成するようにし、また、チューブと一体のまま超
臨界乾燥を行なうようにした他は、実施例１と同様にし
て光ファイバを作製した。多孔性ポリマーの屈折率は
１．０８であった。

【００３１】（比較例１）コア材として実施例１と同じ
コア材を用い（屈折率１．４９）、このコア材の外表面
にフッ素樹脂（屈折率１．４０）を２０μｍの厚みでコ
ーティングしてクラッド材を形成して、光ファイバを作
製した。上記の実施例１、２及び比較例１で作製した光
ファイバの一端にＨｅ−Ｎｅレーザ（波長５４３．５ｎ
ｍ）を照射し、受光角θを測定した。また光源として１
０Ｗタングステンランプを用い、光ファイバの一方の端
部から光を入射すると共に他方の端部からの出射光の照
度を照度計で測定して伝送光量を求めた。

【００３２】これらの結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１の結果、本発明の実施例１および実施
例２の光ファイバは、クラッド材として本発明の多孔性
ポリマーからなるクラッド材を用いない比較例１に比べ
て、受光角θ及び伝送光量が大きくなることがわかる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の屈折率が小さい多孔性ポリマー
のクラッド材によつて、コア材に対する比屈折率差を大
きくすることが出来、その結果、受光角が大きく、より
多くの光を伝送することができる光ファイバを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバの断面図である。

【図２】本発明の光ファイバの製造方法における架橋構
造を有する高分子化合物のゲル状化合物をコア材の外表
面に形成する工程の一例を表した概念図である。

【図３】本発明の光ファイバにおいて、被覆材を有する
例を示した図である。

【符号の説明】

１ クラッド材 ２ コア材 ３ ゾル溶液 ４ 溶液槽 ５ 被覆材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア材の外側に多孔性ポリマーをクラッ
   ド材として有することを特徴とする光ファイバ。
2. 【請求項２】 架橋構造を有する高分子化合物のゲル状
   化合物をコア材の外表面に形成する工程と、形成された
   前記架橋構造を有する高分子化合物のゲル状化合物を超
   臨界乾燥する工程を経て、コア材の外側に多孔性ポリマ
   ーをクラッド材として形成することを特徴とする光ファ
   イバの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の製造方法で製造された
   光ファイバ。