JP2005326501A - Method for manufacturing plastic optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチック光ファイバ心線の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a plastic optical fiber core.
コア及びクラッドが共にプラスチックのプラスチック光ファイバ(以下、POF称する)は、素材が全てプラスチックで構成されているため、伝送損失が石英系光ファイバと比較してやや大きいという短所を有するものの、良好な可撓性を有し、軽量で加工性が良いという長所を有する。また、石英系光ファイバと比較して、口径の大きい光ファイバとして製造し易く、さらに低コストで製造可能であるという長所をも有する。そこで、例えば、光通信の送受を行う電子装置間において、その伝送損失が問題にされない近距離の光伝送路として、石英系光ファイバに比べて使いやすく低価格なため多用されており、特に、LAN,ISDN等の次世代通信網構想において重要となっている(例えば、特許文献1参照。)。 A plastic optical fiber (hereinafter referred to as POF) whose core and clad are both plastic is made of plastic, and therefore has a disadvantage that its transmission loss is slightly larger than that of a silica-based optical fiber. It has the advantages of flexibility, light weight and good workability. In addition, it has an advantage that it can be easily manufactured as an optical fiber having a large diameter and can be manufactured at a lower cost than a quartz optical fiber. Therefore, for example, between electronic devices that transmit and receive optical communications, as a short-distance optical transmission path in which transmission loss is not a problem, it is frequently used because it is easier to use and cheaper than silica-based optical fibers. This is important in next-generation communication network concepts such as LAN and ISDN (for example, see Patent Document 1).
POFは、一般的には、重合体をマトリックスとする有機化合物からなる芯(以下、コア部またはコアと称する)と、コア部と屈折率が異なる(一般的には低屈折率の)有機化合物からなる外殻(鞘とも称される。以下、クラッド部またはクラッドと称する)とから構成される。コア部に入射した入射光は、コア部とクラッド部との界面で全反射を繰り返しながら伝送される。このようなPOFは、ステップインデックス(SI)型と称されている。 POF is generally a core made of an organic compound having a polymer as a matrix (hereinafter referred to as a core or core), and an organic compound having a refractive index different from that of the core (generally having a low refractive index). It is comprised from the outer shell (it is also called a sheath. It is hereafter called a clad part or a clad). Incident light incident on the core part is transmitted while repeating total reflection at the interface between the core part and the clad part. Such a POF is called a step index (SI) type.
近年、中心から外側(半径方向)に向かって屈折率の大きさに分布を有するコア部を備えた屈折率分布型(グレーデッドインデックス型、以下、GI型と称する)POFは、伝送する光信号の帯域を大きくすることが可能なため、高い伝送容量を有する光ファイバとして注目されている(例えば、特許文献2ないし5参照。)。 2. Description of the Related Art In recent years, a refractive index distribution type (graded index type, hereinafter referred to as GI type) POF having a core portion having a distribution of refractive index from the center toward the outside (radial direction) is an optical signal to be transmitted. Therefore, it is attracting attention as an optical fiber having a high transmission capacity (see, for example, Patent Documents 2 to 5).
GI型POFは、GI型のプラスチック光ファイバ母材(以下、プリフォームと称する)を製造した後に、加熱溶融して線引き(延伸)してファイバ化する。これにより外径の異なる様々なPOFを作製することが可能である。このように線引きされたPOFは、引張応力が高いときは伝送損失の悪化や破断のおそれがある。また、もつれ易く扱い難くなり、ハンドリング性が悪化する場合がある。そこで、POFに熱可塑性樹脂などのポリマーを被覆することで、これら問題を解消している。なお、以下の説明において、POFに被覆されている樹脂を保護層と称する。保護層を形成する方法として、融点が120℃〜170℃のポリエチレンを被覆する方法が知られている(例えば、特許文献6参照。)。さらに、120℃以下の押出温度の低い1次ポリ塩化ビニル層に次いで160℃以上の押出温度の高い2次ポリ塩化ビニル層を被覆形成する方法も知られている(例えば、特許文献7参照。)。 The GI-type POF is made into a fiber by producing a GI-type plastic optical fiber base material (hereinafter referred to as a preform) and then heating and melting and drawing (stretching). As a result, various POFs having different outer diameters can be produced. When the POF drawn in this way has a high tensile stress, there is a risk of deterioration in transmission loss or breakage. Moreover, it becomes easy to tangle and becomes difficult to handle, and handling properties may deteriorate. Therefore, these problems are solved by coating POF with a polymer such as a thermoplastic resin. In the following description, the resin coated with POF is referred to as a protective layer. As a method of forming a protective layer, a method of coating polyethylene having a melting point of 120 ° C. to 170 ° C. is known (see, for example, Patent Document 6). Furthermore, a method is also known in which a primary polyvinyl chloride layer having a high extrusion temperature of 160 ° C. or higher is coated on a primary polyvinyl chloride layer having a low extrusion temperature of 120 ° C. or lower (see, for example, Patent Document 7). ).
ところで、GI型POFは、コア部の中心の屈折率に屈折率調整剤を含有させている。これにより、コア部の中心を形成しているポリマーのガラス転移温度が低下している。そこで、120℃〜170℃の融点を有するポリエチレンを被覆しプラスチック光ファイバ心線(以下、光ファイバ心線と称する)を製造する際に、コア部に変成が生じるおそれがある。また、保護層は、POFを外部の環境、例えば高湿度下における吸水を防ぐと共に光ファイバ心線の配線の自由度を向上させる曲げ抵抗性を向上させる目的をも有する。しかしながら、従来の方法では、外部環境から保護することに主眼が置かれているため目的とする光ファイバ心線の保護層の厚みについて特に考慮が払われておらず、光ファイバ心線の配線の自由度の向上が妨げられている。 By the way, the GI-type POF contains a refractive index adjusting agent in the refractive index at the center of the core portion. Thereby, the glass transition temperature of the polymer forming the center of the core portion is lowered. Therefore, when a plastic optical fiber core (hereinafter referred to as an optical fiber core) is manufactured by coating with polyethylene having a melting point of 120 ° C. to 170 ° C., the core portion may be transformed. The protective layer also has the purpose of improving the bending resistance of the POF to prevent water absorption in the external environment, for example, high humidity, and to improve the degree of freedom of wiring of the optical fiber core wire. However, in the conventional method, since the focus is on protecting from the external environment, no particular consideration is given to the thickness of the protective layer of the target optical fiber core, and the wiring of the optical fiber core is not considered. Improves freedom.
ポリ塩化ビニルには、弾性を向上させる目的で可塑剤が配合されている。ポリ塩化ビニルを保護層形成用樹脂として用いると、可塑剤がPOFの成分中に移行することによる、POFの光学特性の悪化という問題も生じている。このような問題は、特に径が500μm以下のGI型POFに、融点が120℃以上の樹脂を500μmを超える厚みで被覆を行ったときに、光ファイバ心線の伝送損失が大幅に悪化させる原因となる。 Polyvinyl chloride is mixed with a plasticizer for the purpose of improving elasticity. When polyvinyl chloride is used as the protective layer forming resin, there is a problem that the optical properties of the POF deteriorate due to the plasticizer moving into the POF component. Such a problem is particularly caused when the GI POF having a diameter of 500 μm or less is coated with a resin having a melting point of 120 ° C. or more with a thickness exceeding 500 μm, and the transmission loss of the optical fiber core is greatly deteriorated. It becomes.
本発明は、プラスチック光ファイバの伝送損失を悪化させることなく、前記プラスチック光ファイバに樹脂が被覆されたプラスチック光ファイバ心線の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a plastic optical fiber core in which a resin is coated on the plastic optical fiber without deteriorating the transmission loss of the plastic optical fiber.
本発明のプラスチック光ファイバ心線の製造方法は、コアとクラッドとを有する直径500μm以下のプラスチック光ファイバに溶融樹脂を少なくとも2層被覆してプラスチック光ファイバ心線を製造する方法において、第1の前記溶融樹脂の温度を130℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記プラスチック光ファイバに前記第1溶融樹脂を被覆し、第2の前記溶融樹脂の温度を120℃以上140℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記第1溶融樹脂に前記第2溶融樹脂を被覆する。前記コアが、横断面において中心から半径方向に向かって屈折率が連続的に低下していることが好ましい。 The method for producing a plastic optical fiber core according to the present invention is a method for producing a plastic optical fiber core by coating at least two layers of a molten resin on a plastic optical fiber having a core and a clad and having a diameter of 500 μm or less. The temperature of the molten resin is 130 ° C. or less, the plastic optical fiber is coated with the first molten resin so that the coating thickness is in the range of 100 μm or more and 350 μm or less, and the temperature of the second molten resin is 120 ° C. or more. The second molten resin is coated on the first molten resin so that the temperature is 140 ° C. or lower and the coating thickness is in the range of 100 μm to 350 μm. It is preferable that the refractive index of the core continuously decreases from the center toward the radial direction in the cross section.
前記第1溶融樹脂を用いる被覆と、前記第2溶融樹脂を用いる被覆とを連続して行うことが好ましい。前記プラスチック光ファイバに前記第1溶融樹脂を被覆した後に、前記第2溶融樹脂が、前記第1溶融樹脂上に接触するまでの時間を2秒以上とすることが好ましい。前記クラッドが低屈折率の樹脂からなるものであることが好ましい。本発明において、クラッドが低屈折率であるということは、前記コアの最大屈折率が前記クラッドの屈折率より0.001以上大きいことを意味する。前記第1及び前記第2溶融樹脂が、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。 It is preferable that the coating using the first molten resin and the coating using the second molten resin are continuously performed. It is preferable that the time until the second molten resin comes into contact with the first molten resin after the plastic optical fiber is coated with the first molten resin is preferably 2 seconds or more. The clad is preferably made of a resin having a low refractive index. In the present invention, the fact that the clad has a low refractive index means that the maximum refractive index of the core is greater than the refractive index of the clad by 0.001 or more. It is preferable that the first and second molten resins are polyolefin resins.
本発明のプラスチック光ファイバ心線の製造方法によれば、コアとクラッドとを有する直径500μm以下のプラスチック光ファイバに溶融樹脂を少なくとも2層被覆してプラスチック光ファイバ心線を製造する方法において、第1の前記溶融樹脂の温度を130℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記プラスチック光ファイバに前記第1溶融樹脂を被覆し、第2の前記溶融樹脂の温度を120℃以上140℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記第1溶融樹脂に前記第2溶融樹脂を被覆するから、前記プラスチック光ファイバの伝送損失を悪化させることなく、保護層を形成することができる。 According to the method for manufacturing a plastic optical fiber core of the present invention, in the method for manufacturing a plastic optical fiber core wire, a plastic optical fiber having a core and a cladding having a diameter of 500 μm or less is coated with at least two layers of molten resin. The temperature of the first molten resin is 130 ° C. or less, the plastic optical fiber is coated with the first molten resin so that the coating thickness is in the range of 100 μm to 350 μm, and the temperature of the second molten resin is 120 Since the second molten resin is coated on the first molten resin so that the coating thickness is in the range of 100 μm or more and 350 μm or less, the protection is achieved without deteriorating the transmission loss of the plastic optical fiber. A layer can be formed.
前記コアが、横断面において中心から半径方向に向かって屈折率が連続的に低下している、いわゆるGI型である場合には、プラスチック光ファイバの伝送損失を悪化させない本発明の効果をより発現させることができる。また、前記第1及び前記第2溶融樹脂にポリオレフィン系樹脂を用いるから、可塑剤の析出によるプラスチック光ファイバの伝送損失の悪化をより抑制できる。 When the core is a so-called GI type whose refractive index continuously decreases from the center toward the radial direction in the cross section, the effect of the present invention that does not deteriorate the transmission loss of the plastic optical fiber is more manifested. Can be made. Moreover, since polyolefin resin is used for the first and second molten resins, it is possible to further suppress the deterioration of the transmission loss of the plastic optical fiber due to the precipitation of the plasticizer.
本発明に係るプラスチック光ファイバ心線の製造方法について、GI型光ファイバ心線の製造方法を例に示し説明する。しかしながら、本発明は、例えばステップインデックス(SI)型マルチモードプラスチック光ファイバ心線,SI型シングルモードプラスチック光ファイバ心線,シングルモード(SM)型プラスチック光ファイバ心線など他の形態のプラスチック光ファイバ心線の製造方法に適用することが可能である。説明は、コア及びクラッド作製用原料,保護層形成用材料,プリフォーム作製方法,POF作製方法そして光ファイバ心線の製造方法の順で行う。 A method for manufacturing a plastic optical fiber core according to the present invention will be described with reference to a method for manufacturing a GI optical fiber core as an example. However, the present invention is applicable to other types of plastic optical fibers such as a step index (SI) type multimode plastic optical fiber core, an SI type single mode plastic optical fiber core, and a single mode (SM) type plastic optical fiber core. It is possible to apply to the manufacturing method of a core wire. The description will be made in the order of the raw material for core and clad production, the material for forming the protective layer, the preform production method, the POF production method, and the optical fiber core wire production method.
コア部の原料は、光伝送の機能を損なわない限りにおいて、特に限定されるものではない。特に用いられる原料モノマーとしては、メチルメタクリレート(MMA)、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどが挙げられる。これら各モノマーからポリマーを重合してコア部として用いる。また、これらモノマーを2種類以上用いて、共重合体(コポリマー)からコア部を形成しても良い。用いられるポリマーとしては、メチルメタクリレートの単独重合体(ポリメチルメタクリレート:PMMA)が挙げられる。また、さらに単官能の(メタ)アクリレート類、フッ素化アルキル(メタ)アクリレート類、多官能(メタ)アクリレート類、アクリル酸、メタクリル酸の単量体とメチルメタクリレートとの透明な共重合体が挙げられる。本発明においては、塊状重合が容易であるMMAを重合して得られるポリメチルメタクリレート(PMMA)にてコア部を形成することが好ましい。 The raw material of the core part is not particularly limited as long as the optical transmission function is not impaired. Particularly used raw material monomers include methyl methacrylate (MMA), deuterated methyl methacrylate, trifluoroethyl methacrylate, hexafluoroisopropyl-2-fluoroacrylate and the like. A polymer is polymerized from each of these monomers and used as a core part. Moreover, you may form a core part from a copolymer (copolymer) using 2 or more types of these monomers. Examples of the polymer used include a homopolymer of methyl methacrylate (polymethyl methacrylate: PMMA). In addition, monofunctional (meth) acrylates, fluorinated alkyl (meth) acrylates, polyfunctional (meth) acrylates, transparent copolymers of acrylic acid and methacrylic acid monomers and methyl methacrylate are listed. It is done. In the present invention, it is preferable to form the core portion with polymethyl methacrylate (PMMA) obtained by polymerizing MMA, which is easily bulk polymerized.
特定の波長領域において、C−H結合に起因する光の伝送損失を低減する目的で、前記モノマー特にMMAが有する水素原子を重水素原子(D)またはハロゲン原子で置換したモノマーを用いて重合されるポリマーを用いることが好ましい。ハロゲン原子には、フッ素原子(F)が好ましく用いられる。このようなポリマーとしては、重水素化ポリメチルメタクリレート(PMMA−d8)などが挙げられる。これにより、伝送損失の生じる波長を長波長化することができ、伝送光の損失を軽減できる。 In a specific wavelength region, the monomer is polymerized using a monomer in which a hydrogen atom of MMA is substituted with a deuterium atom (D) or a halogen atom for the purpose of reducing light transmission loss due to C—H bond. It is preferable to use a polymer. As the halogen atom, a fluorine atom (F) is preferably used. Examples of such a polymer include deuterated polymethyl methacrylate (PMMA-d8). Thereby, the wavelength which a transmission loss produces can be lengthened, and the loss of transmission light can be reduced.
前記モノマーからポリマーを重合する際には、重合開始剤が用いられる。重合開始剤は、用いられるモノマー,重合されるポリマーに応じて適宜選択することができる。例えば、過酸化ベンゾイル(BPO)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート(PBO)、ジ−t−ブチルパーオキシド(PBD)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(PBI)、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バラレート(PHV)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、2種類以上の重合開始剤を併用しても良い。 When the polymer is polymerized from the monomer, a polymerization initiator is used. The polymerization initiator can be appropriately selected according to the monomer used and the polymer to be polymerized. For example, benzoyl peroxide (BPO), t-butyl peroxy-2-ethyl hexanate (PBO), di-t-butyl peroxide (PBD), t-butyl peroxyisopropyl carbonate (PBI), n-butyl- Examples include, but are not limited to, 4,4-bis (t-butylperoxy) valerate (PHV). Two or more kinds of polymerization initiators may be used in combination.
ポリマーの分子量や分子量分布を制御する目的で、連鎖移動剤(重合調整剤とも称される)を用いることが好ましい。連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類(例えば、n−ブチルメルカプタン、n−ペンチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタンなど)、チオフェノール類(例えば、チオフェノール、m−ブロモチオフェノール、p−ブロモチオフェノール、m−トルエンチオール、p−トルエンチオールなど)などを用いることが好ましい。特に、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタンなどのアルキルメルカプタンを用いることが好ましい。なお、連鎖移動剤は勿論これらに限定されるものではない。また、2種類以上の連鎖移動剤を併用しても良い。 For the purpose of controlling the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer, it is preferable to use a chain transfer agent (also referred to as a polymerization regulator). Examples of the chain transfer agent include alkyl mercaptans (eg, n-butyl mercaptan, n-pentyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-lauryl mercaptan, tert-dodecyl mercaptan), thiophenols (eg, thiophenol, m- Bromothiophenol, p-bromothiophenol, m-toluenethiol, p-toluenethiol, etc.) are preferably used. In particular, alkyl mercaptans such as n-octyl mercaptan, n-lauryl mercaptan, and tert-dodecyl mercaptan are preferably used. Of course, the chain transfer agent is not limited to these. Two or more chain transfer agents may be used in combination.
GI型プリフォームを作製する際には、コア部に屈折率調整剤(以下、ドーパントと称する)を添加する。ドーパントは、これを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して屈折率が高くなる性質を有するものである。この性質を有しポリマーと安定して共存可能で、且つ重合条件(加熱及び加圧など)下において安定であるものを用いる。例えば、安息香酸ベンジル(BEN)、硫化ジフェニル(DPS)、リン酸トリフェニル(TPP)、フタル酸ベンジル−n−ブチル(BBP)、フタル酸ジフェニル(DPP)、ビフェニル(DP)、ジフェニルメタン(DPM)、リン酸トリクレジル(tricresyl phosphate :TCP)、ジフェニルスルホキシド(DPSO)などが挙げられ、特にBEN、DPS、TPP、DPSOを用いることが好ましい。 When producing a GI-type preform, a refractive index adjusting agent (hereinafter referred to as a dopant) is added to the core portion. The dopant has the property that the polymer containing it has a higher refractive index than the additive-free polymer. A material that has this property and can stably coexist with a polymer and is stable under polymerization conditions (such as heating and pressurization) is used. For example, benzyl benzoate (BEN), diphenyl sulfide (DPS), triphenyl phosphate (TPP), benzyl-n-butyl phthalate (BBP), diphenyl phthalate (DPP), biphenyl (DP), diphenylmethane (DPM) , Tricresyl phosphate (TCP), diphenyl sulfoxide (DPSO) and the like, and BEN, DPS, TPP, and DPSO are particularly preferable.
コア部を伝送する光は、クラッド部とコア部との界面で全反射する。そこで、クラッド部には、その屈折率がコア部の屈折率より低い化合物を用いる。さらに、コア部との密着性が良く、タフネスに優れ耐熱性にも優れているものが好ましく用いられる。例えば、メチルメタクリレート、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−2−フルオロアクリレートなどから重合されるアクリル樹脂が挙げられる。また、パーフルオロアルキルメタクリレート系重合体、メタクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。 The light transmitted through the core part is totally reflected at the interface between the clad part and the core part. Therefore, a compound whose refractive index is lower than that of the core is used for the cladding. Further, those having good adhesion to the core part, excellent toughness and excellent heat resistance are preferably used. Examples thereof include acrylic resins that are polymerized from methyl methacrylate, deuterated methyl methacrylate, trifluoroethyl methacrylate, hexafluoroisopropyl-2-fluoroacrylate, and the like. Moreover, a perfluoroalkyl methacrylate type | system | group polymer, a methacrylic acid ester copolymer, etc. are mentioned.
前記モノマーからクラッド部のポリマーを重合する際にも、コア部の形成に用いられる前記重合開始剤,連鎖移動剤を用いることもできる。 The polymerization initiator and chain transfer agent used to form the core part can also be used when polymerizing the polymer in the clad part from the monomer.
また、クラッドにはフッ素系樹脂を用いることもできる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF:融点160℃〜180℃)、ポリビニルフルオライド(PVF:融点206℃)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE:融点330℃)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP:融点250℃〜280℃)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA:融点300℃〜310℃)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE:融点260℃〜270℃)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE:融点210℃)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(EPE:融点290℃〜300℃)などが挙げられる。 Moreover, a fluorine resin can also be used for the clad. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF: melting point 160 ° C. to 180 ° C.), polyvinyl fluoride (PVF: melting point 206 ° C.), polytetrafluoroethylene (PTFE: melting point 330 ° C.), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer ( FEP: melting point 250 ° C. to 280 ° C.), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA: melting point 300 ° C. to 310 ° C.), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE: melting point 260 ° C. to 270 ° C.) , Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE: melting point 210 ° C.), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE: melting point 290 ° C. to 300 ° C.) and the like.
さらに、フッ化ビニリデン系重合体を用いることもできる。これは共重合体も含み、例えばフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体(フッ化ビニリデンを50重量%以上含むものが好ましく、より好ましくは70重量%以上90重量%以下含有するものである)、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体及びフッ化ビニリデンの3元以上の共重合体などが挙げられる。 Furthermore, a vinylidene fluoride polymer can also be used. This also includes a copolymer, such as a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer (preferably containing 50% by weight or more of vinylidene fluoride, more preferably containing 70% by weight or more and 90% by weight or less). , Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, and a ternary or more copolymer of vinylidene fluoride. .
クラッド部には、光伝送性能を低下させない範囲で、添加剤を添加しても良い。添加剤は、原料モノマーに添加した後に、モノマーからポリマーを重合させることで容易にポリマー中に含有させることができる。添加剤としては、耐候性や耐久性を向上させる安定剤、光伝送性能を向上させる光信号増幅用の誘導放出機能化合物などが挙げられる。誘導放出機能化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することが可能となる。これにより伝送距離が向上するので、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として使用することもできる。なお、これら添加剤は、コア部の形成時にモノマーに添加することで、コア部に含有させることもできる。 Additives may be added to the cladding part within a range that does not deteriorate the optical transmission performance. The additive can be easily contained in the polymer by polymerizing the polymer from the monomer after being added to the raw material monomer. Examples of the additive include a stabilizer that improves weather resistance and durability, and a stimulated emission functional compound for optical signal amplification that improves optical transmission performance. By adding the stimulated emission functional compound, the attenuated signal light can be amplified by the excitation light. This improves the transmission distance, so that it can be used as a fiber amplifier in a part of the optical transmission link. In addition, these additives can also be contained in a core part by adding to a monomer at the time of formation of a core part.
保護層形成用の樹脂は、耐薬品性、柔軟性が良好なことよりポリオレフィン系樹脂が好適に用いられるが、それに限定されるものではない。ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン、プロピレン又はα−オレフィンの重合体が挙げられる。α−オレフィンとしては、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ペプテン、1−オクテンなどが挙げられる。これらの重合体としては、例えば、ポリエチレン、エチレンとプロピレンの共重合体、エチレンとα−オレフィンの共重合体、ポリプロピレン、プロピレンとα−オレフィンの共重合体、ポリブテン、ポリイソプレンなどが挙げられる。また、ポリオレフィン径樹脂は、得られる物性を考慮した上で、適当な組み合わせにてブレンドされているものを用いても良い。 The resin for forming the protective layer is preferably a polyolefin-based resin because it has good chemical resistance and flexibility, but is not limited thereto. Examples of the polyolefin-based resin include ethylene, propylene, and α-olefin polymers. Examples of the α-olefin include 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-peptene, 1-octene and the like. Examples of these polymers include polyethylene, a copolymer of ethylene and propylene, a copolymer of ethylene and α-olefin, polypropylene, a copolymer of propylene and α-olefin, polybutene, and polyisoprene. Further, the polyolefin diameter resin may be blended in an appropriate combination in consideration of the physical properties to be obtained.
ポリオレフィン系樹脂の分子量及び分子量分布は特に制限されない。しかしながら、重量平均分子量は、通常5000〜5000000、好ましくは20000〜300000であり、分子量分布(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が2〜80、好ましくは3〜40とされる。 The molecular weight and molecular weight distribution of the polyolefin resin are not particularly limited. However, the weight average molecular weight is usually 5000 to 5000000, preferably 20000 to 300000, and the molecular weight distribution (weight average molecular weight Mw / number average molecular weight Mn) is 2 to 80, preferably 3 to 40.
ポリオレフィン系樹脂は、融点120℃未満、MFRが10以上95以下であることが好ましい。融点が120℃を超えると、被覆成形時の温度を高くする必要があり、POFに熱ダメージを与えるおそれがある。また、MFRが10未満のときは、被覆樹脂温度を上げなければ押出機の負荷が大きくなるといった不具合を生じる。MFR95以上のときは、POFに均一肉厚で被覆することができないためコア断面の熱量が不均一になりやすいという不具合を生じる。そこで、本発明に用いられるポリオレフィン系樹脂は、融点120℃未満、MFRが10以上95以下が好ましく、融点120℃未満,MFRが15以上80以下がさらに好ましい。このような性質を有するポリオレフィン系樹脂を用いることで、樹脂温度が140℃以下でも樹脂に流動性が生じて被覆を行うことができる。 The polyolefin resin preferably has a melting point of less than 120 ° C. and an MFR of 10 or more and 95 or less. When the melting point exceeds 120 ° C., it is necessary to increase the temperature at the time of coating molding, which may cause thermal damage to the POF. Further, when the MFR is less than 10, there is a problem that the load on the extruder increases unless the coating resin temperature is raised. When the MFR is 95 or more, the POF cannot be coated with a uniform thickness, which causes a problem that the heat amount of the core cross section tends to be uneven. Therefore, the polyolefin resin used in the present invention preferably has a melting point of less than 120 ° C. and an MFR of 10 to 95, more preferably a melting point of less than 120 ° C. and an MFR of 15 to 80. By using a polyolefin-based resin having such properties, even if the resin temperature is 140 ° C. or less, the resin is fluid and can be coated.
SI型POFは、コア部にPMMAを用いた場合には、クラッド部にフッ素樹脂を用いることが好ましい。これは、コア部のPMMAとクラッド部のフッ素樹脂との屈折率の差が、光ファイバとして好ましい範囲であり、またフッ素樹脂の強度が高いためである。SI型POFの製造方法は、溶融紡糸法により行うことが好ましい。溶融紡糸法では、複合紡糸ノズルからコア部となるPMMAとクラッド部となるフッ素樹脂とをそれぞれのホールごとに吐出する。その後にノズルでPMMAの周りにフッ素樹脂を被覆し複合化することでプリフォームを得る。その後多数の引取ローラを用いて搬送しながら線引きを行いPOFを得ることができる。 In the SI type POF, when PMMA is used for the core part, it is preferable to use a fluororesin for the clad part. This is because the difference in refractive index between the PMMA at the core and the fluororesin at the cladding is within a preferable range for an optical fiber, and the strength of the fluororesin is high. The production method of SI-type POF is preferably carried out by melt spinning. In the melt spinning method, PMMA serving as a core portion and fluororesin serving as a cladding portion are discharged from the composite spinning nozzle for each hole. Thereafter, a fluororesin is coated around the PMMA with a nozzle and combined to obtain a preform. Thereafter, a POF can be obtained by performing a drawing while transporting using a number of take-up rollers.
GI型POFの製造方法を説明する。始めにPMMAからなる中空円筒管を用意する。なお、この中空円筒管は、クラッド部となる。中空円筒管は、公知の回転重合法により製造しても良いし、市販のパイプを用いても良い。また、中空円筒管は、重合容器として用いるため底付けを行うことが好ましい。そして、その中空円筒管内にMMAとドーパント(例えば、ベンジルメタクリレート)を入れ、界面ゲル重合法を行う。中空円筒管内にポリマー(PMMA)を主成分とするコア部が形成されプリフォームを得ることができる。 A method for manufacturing the GI POF will be described. First, a hollow cylindrical tube made of PMMA is prepared. In addition, this hollow cylindrical tube becomes a clad part. The hollow cylindrical tube may be manufactured by a known rotational polymerization method, or a commercially available pipe may be used. The hollow cylindrical tube is preferably bottomed because it is used as a polymerization vessel. Then, MMA and a dopant (for example, benzyl methacrylate) are put into the hollow cylindrical tube, and an interfacial gel polymerization method is performed. A core portion mainly composed of a polymer (PMMA) is formed in the hollow cylindrical tube, and a preform can be obtained.
図1に示すようにプリフォーム10を加熱炉11内に配置する。加熱炉11で加熱するとプリフォーム10の一部は溶融する。なお、溶融温度は、特に限定されるものではないが160℃〜270℃の範囲であることが好ましい。溶融した箇所の先端部10aを始点として線引き(延伸)を行いPOF12とし、線径モニタ13を通した後に巻取装置(図示しない)の芯材14に巻き取りプラスチック光ファイバロール(以下、POFロールと称する)15を得る。線引きしている際には、線径モニタ13でPOF12の外径をモニタリングし加熱炉11内のプリフォーム10の位置や加熱炉11の加熱、巻取装置の巻取速度を適宜調整する。
As shown in FIG. 1, the preform 10 is placed in a
POFロール15を図2に示す被覆ライン20の送出機21に取り付ける。送出機21を用いてPOF12を被覆ライン20に送り出す。POF12は、テンション制御機22でテンションが調整されつつ被覆装置23に搬送される。なお、被覆時のテンションは、POF12に変形を与えないように小さいほど好ましい。例えば、700N/cm2 以下であることが好ましく、より好ましくは500N/cm2 以下に調整することである。被覆装置23は金型24を備え樹脂供給装置25が取り付けられている。樹脂供給装置25から供給される樹脂は、被覆装置23の押出機(図示しない)により金型24からPOF12を被覆して押し出される。これによりPOF12には、第1保護層が形成される。以下の説明において、これを第1保護層形成光ファイバ心線26aと称する。第1保護層形成光ファイバ心線26aは、樹脂を硬化させるために水槽27に搬送される。なお、水槽27に搬送される前に、サイジングダイス28を通すことにより被覆樹脂から形成される第1保護層の厚みを均一にすることができるために好ましい。
The
第1保護層を形成する際の樹脂の温度が130℃を超えるときは、被覆された樹脂の熱伝導によりPOF12の温度が上昇し、軟化点を超える場合が生じる。これにより、GI型の構造が乱れやすく、また界面の不整や、塑性変形によるマイクロベンディングが発生しやすくなる。そこで、本発明において第1保護層を形成する際の樹脂温度は、130℃以下とする。また、第1保護層の厚みが350μmを超えると、樹脂温度が130℃以下であっても、被覆樹脂中心部の冷却が悪くPOF温度が上がり、GI型の構造乱れなどの不具合が生じる。また、100μm未満の被覆はPOFとの密着力が低下し施工上問題となる。そこで、第1保護層の厚みは、100μm以上350μm以下であることが好ましい。
When the temperature of the resin when forming the first protective layer exceeds 130 ° C., the temperature of the
第1保護層形成光ファイバ心線26aは、2台目の被覆装置29に送られる。被覆装置29も金型30を備え樹脂供給装置31が取り付けられている。被覆装置29により第1保護層の上に、さらに樹脂を被覆して第2保護層を形成して光ファイバ心線26を得る。その後に、水槽32に光ファイバ心線26を搬送して樹脂を硬化させる。また、第2保護層を形成するための樹脂の被覆は、第1保護層の樹脂を被覆した後、2秒以上経過後に行うことが好ましい。特に好ましくは第1保護層形成用樹脂を被覆した後に、冷却を行うことである。これは、第2保護層被覆前のPOF温度、特にコア部の温度を低くしておくことで、第2保護層形成時にPOF特にコアの温度上昇を抑制し、GI型の構造の乱れを抑制するためである。2秒未満で第2保護層形成用樹脂を被覆すると、第1保護層の樹脂の蓄熱と第2保護層の樹脂の熱が加算されてPOF温度が上昇し、GI型の構造乱れなどの不良の発生原因となる場合が生じる。
The first protective layer-forming optical
第2保護層形成時に、樹脂温度を120℃未満とすると樹脂粘度が上昇して押出機の負荷が高くなる問題がある。また、未溶融樹脂の吐出により被覆厚みが変動するといった不具合も生じる。また、樹脂温度が140℃を超えるとPOF温度、特にコア部の温度が流動点を超える場合もあり、GI型の構造が乱れるなどの不具合が生じる場合がある。そこで、第2保護層形成用の樹脂温度は、120℃以上140℃以下の範囲であることが好ましい。 When the second protective layer is formed, if the resin temperature is less than 120 ° C., there is a problem that the resin viscosity increases and the load on the extruder increases. In addition, there is a problem that the coating thickness varies due to the discharge of the unmelted resin. In addition, when the resin temperature exceeds 140 ° C., the POF temperature, particularly the temperature of the core part may exceed the pour point, which may cause problems such as disturbance of the GI structure. Therefore, the resin temperature for forming the second protective layer is preferably in the range of 120 ° C. or higher and 140 ° C. or lower.
第2保護層の厚みが、350μmを超えると140℃以下の樹脂温度であっても、被覆樹脂中心部の冷却が悪く、POF特にコア部の温度も上昇してGI型の構造などに不具合が生じるおそれがある。また、100μm未満の被覆は、低流量のため安定に押出すことが困難となり径ブレの原因となる場合がある。そこで、第2保護層の厚みは、100μm以上350μm以下の範囲であることが好ましい。 When the thickness of the second protective layer exceeds 350 μm, even if the resin temperature is 140 ° C. or lower, the cooling of the central portion of the coating resin is poor, and the temperature of the POF, particularly the core portion, rises, resulting in problems with the GI type structure. May occur. In addition, a coating of less than 100 μm may be difficult to extrude stably due to a low flow rate, and may cause diameter blurring. Therefore, the thickness of the second protective layer is preferably in the range of 100 μm to 350 μm.
光ファイバ心線26は、水槽32を通り樹脂が硬化し第2保護層が形成される。そして、引取機34の複数の引取ローラ35,36に掛け渡されながら搬送される。光ファイバ心線26は、巻取テンション制御機37で芯材38に巻き取られる際のテンションが調整される。芯材38には巻取機39が接続している。芯材38に光ファイバ心線26は巻き取られ、光ファイバ心線ロール40が得られる。
The
なお、水槽27,32の冷却水温度を15℃より高くすると、冷却能力が悪くなりPOF温度、特にコア部の温度が下がりにくくなり熱ダメージを受けやすくなる。また、5℃未満とすると冷媒冷却能力が非常に大きい装置が必要となる。また、被覆樹脂が急冷されるためにひび割れなどの成形不良が生じるおそれもある。そこで、冷却水温度は、5℃以上15℃以下の範囲であることが好ましい。
When the cooling water temperature of the
図3に本発明に係るプラスチック光ファイバ心線26の断面図を示す。POF12の径D(μm)は、特に限定されるものではないが、500μm以下であることが好ましい。なお、コア12aの径は特に限定されないが、200μm以上500μm以下の範囲であることが好ましい。クラッド12bの厚みも特に限定されないが、10μm以上100μm以下の範囲であることが好ましい。第1保護層41の厚みL1(μm)は、100μm以上350μm以下の範囲であることが好ましい。第2保護層42の厚みL2(μm)は、100μm以上350μm以下の範囲であることが好ましい。これにより、POF12に形成される保護層の厚みを200μm以上700μm以下の範囲で適宜選択して形成することが可能となる。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the plastic optical
図4に示されている被覆ライン60のように1台の樹脂供給装置61を用いても良い。樹脂供給装置61から2台の被覆装置23,29に樹脂を供給してそれぞれの被覆装置23,29が備えている押出機(図示しない)により金型24,30を用いて第1または第2保護層形成用の樹脂を押し出してそれぞれの保護層を形成することができる。
One
図5に示されている被覆ライン70のように反転機71を用いて、POF12などの搬送方向を反転させることもできる。反転機71を用いることで、被覆ライン70を設置する箇所の全長が短くてよく、被覆ライン70を設置する場所の自由度が向上する。なお、被覆ライン60,70で被覆ライン20と同じ箇所については、同一符号を付して説明は省略する。また、図2,図4及び図5に示されているように2層以上の保護層を形成するための樹脂の被覆は、連続工程で行うことが各層間の密着性を向上させることが可能であるためにより好ましい。
It is also possible to reverse the transport direction of the
また、本発明においてプリフォーム10から線引きしてPOF12を作製し、被覆を行う一連の工程は、一度POFロール15として巻き取る形態に限定されるものではない。例えば、プリフォーム10を製造後、加熱炉11を用いて線引き延伸を行いPOF12を作製し、そのPOF12を被覆ラインに搬送して被覆装置を用いて樹脂を被覆して保護層を形成する形態でも良い。
Further, in the present invention, the series of steps for drawing
図6(a)にGI型POF,(b)にSI型POFの半径方向と屈折率との関係を説明するグラフを示す。GI型POFでは、コア12aの最大屈折率ncomax とクラッド12bの屈折率nclとの差が0.001以上であることが好ましい。また、SI型POFでは、コア80の屈折率ncoとクラッド81の屈折率nclとの差は、0.001以上であることが好ましい。それぞれの屈折率差の上限は特に限定されるものではなく、伝送性能と製造適性から任意に設定することができる。
FIG. 6A shows a graph explaining the relationship between the radial direction and the refractive index of the GI POF, and FIG. 6B shows the SI POF. In the GI POF, the difference between the maximum refractive index nco max of the
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料の種類,それらの割合,操作などは、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。なお、説明は本発明に係る実験1で詳細に行い、比較例である実験2ないし4については、実験1と同じ条件の箇所の説明は省略する。なお、各実験の実験条件と結果は後にまとめて表1に示す。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The types of materials, ratios thereof, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. The description will be made in detail in Experiment 1 according to the present invention, and for Experiments 2 to 4, which are comparative examples, descriptions of the same conditions as in Experiment 1 are omitted. The experimental conditions and results of each experiment are summarized in Table 1 later.
実験1では、PMMAからなるクラッド部を公知の回転重合法で製造し、中空円筒状の管を得た。次に、界面ゲル重合法によりMMA(メチルメタクリレート)を主原料にコア部を作製した。ドーパントとしてジフェニルスルフィド(DPS)を用いて、MMAに対して7.0質量%加えた。その後に100℃で48時間界面ゲル重合を行った。そして、直径20mm,長さ1000mmのプリフォーム10を得た。このプリフォーム10の屈折率は、コア部の中心が最大屈折率1.501であり、クラッド部は、1.492であった。プリフォーム10を240℃で加熱し線引き(延伸)を行った。そして、外径Dが300μmのPOF12を得た。このPOF12の波長650nmにおける伝送損失は、150dB/kmであった。
In Experiment 1, a clad portion made of PMMA was manufactured by a known rotational polymerization method to obtain a hollow cylindrical tube. Next, the core part was produced with MMA (methyl methacrylate) as the main raw material by the interfacial gel polymerization method. Using diphenyl sulfide (DPS) as a dopant, 7.0 mass% was added to MMA. Thereafter, interfacial gel polymerization was carried out at 100 ° C. for 48 hours. A preform 10 having a diameter of 20 mm and a length of 1000 mm was obtained. The refractive index of the preform 10 was such that the center of the core portion had a maximum refractive index of 1.501 and the cladding portion had 1.492. The preform 10 was heated at 240 ° C. and drawn (stretched). And POF12 whose outer diameter D is 300 micrometers was obtained. The transmission loss of this
第1保護層形成用樹脂には、融点100℃,MFR70のポリエチレン系樹脂を用いた。第1保護層の形成は、線速16m/min,樹脂温度120℃で第1保護層厚みL1が225μmとなるように被覆成形を行った。被覆後に15℃の冷却水が入っている水槽27で40秒間冷却してポリエチレンを硬化した。ポリエチレンが硬化して3秒後に、樹脂温度120℃で第2保護層厚みL2が225μmとなるように被覆成形を行った。被覆後に15℃の冷却水が入っている水槽32で40秒間冷却してポリエチレンを硬化した。なお、被覆を行った際の張力はいずれも700N/cm2 とした。光ファイバ心線26の外径は、1200μmとなった。光ファイバ心線26の波長650nmにおける伝送損失を測定したところ、180dB/kmであった。
As the first protective layer forming resin, a polyethylene resin having a melting point of 100 ° C. and MFR70 was used. The first protective layer was formed by coating so that the first protective layer thickness L1 was 225 μm at a linear velocity of 16 m / min and a resin temperature of 120 ° C. After coating, the polyethylene was cured by cooling in a
比較例である実験2では、第1保護層の厚みL1を450μm,樹脂温度110℃とした以外は実験1と同じ条件で行った。光ファイバ心線26の外径は1650μmとなった。光ファイバ心線26の伝送損失を測定したところ、800dB/kmであった。
Experiment 2, which is a comparative example, was performed under the same conditions as Experiment 1, except that the thickness L1 of the first protective layer was 450 μm and the resin temperature was 110 ° C. The outer diameter of the
比較例である実験3では、第2保護層形成用樹脂の温度を160℃とした以外は、実験1と同じ条件で行った。光ファイバ心線26の伝送損失を測定したところ、850dB/kmであった。
Experiment 3 as a comparative example was performed under the same conditions as Experiment 1 except that the temperature of the second protective layer forming resin was 160 ° C. The transmission loss of the
比較例である実験4では、可塑剤であるフタル酸エステルを60質量%含んでいるポリ塩化ビニルを被覆用の樹脂として用いた。それ以外は実験1と同じ条件で行った。光ファイバ心線の伝送損失を測定したところ、800dB/kmであった。 In Experiment 4 as a comparative example, polyvinyl chloride containing 60% by mass of a phthalate ester as a plasticizer was used as a coating resin. The other conditions were the same as in Experiment 1. The transmission loss of the optical fiber was measured and found to be 800 dB / km.
表1の実験2から保護層の厚みが、350μmを超えるとPOFが熱ダメージを受けることが分かる。これにより、GI構造が乱れ、界面の不整や塑性変形によるマイクロベンディングが発生し伝送損失が悪化している。また、実験3から樹脂温度を140℃より高くすると、POFに同様の熱ダメージが与えられると考えられる。さらに、実験4から添加剤を60質量%含有しているポリ塩化ビニルを保護層形成用樹脂に用いると可塑剤の析出に伴うPOFの劣化が生じている。 From Experiment 2 in Table 1, it can be seen that POF suffers thermal damage when the thickness of the protective layer exceeds 350 μm. As a result, the GI structure is disturbed, microbending occurs due to interface irregularities and plastic deformation, and transmission loss deteriorates. Further, from Experiment 3, it is considered that when the resin temperature is higher than 140 ° C., the same thermal damage is given to the POF. Furthermore, when Polyvinyl chloride containing 60% by mass of additive is used as a protective layer-forming resin from Experiment 4, POF is deteriorated due to precipitation of the plasticizer.
12 POF
20 被覆ライン
23,30 被覆装置
26 光ファイバ心線
29 被覆装置
41 第1保護層
42 第2保護層
D POF径
L1 第1保護層厚み
L2 第2保護層厚み
12 POF
20
Claims (6)
第1の前記溶融樹脂の温度を130℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記プラスチック光ファイバに前記第1溶融樹脂を被覆し、
第2の前記溶融樹脂の温度を120℃以上140℃以下とし、被覆厚みが100μm以上350μm以下の範囲となるように前記第1溶融樹脂に前記第2溶融樹脂を被覆することを特徴とするプラスチック光ファイバ心線の製造方法。 In a method of manufacturing a plastic optical fiber core by coating a plastic optical fiber having a core and a clad with a diameter of 500 μm or less with at least two layers of molten resin,
The temperature of the first molten resin is 130 ° C. or less, and the plastic optical fiber is coated with the first molten resin so that the coating thickness is in the range of 100 μm to 350 μm,
A plastic characterized in that the temperature of the second molten resin is 120 ° C. or higher and 140 ° C. or lower, and the second molten resin is coated on the first molten resin so that the coating thickness is in the range of 100 μm or more and 350 μm or less. Manufacturing method of optical fiber core wire.
前記第2溶融樹脂が、前記第1溶融樹脂上に接触するまでの時間を2秒以上とすることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。 After coating the first molten resin on the plastic optical fiber,
The method for producing a plastic optical fiber core wire according to any one of claims 1 to 3, wherein a time until the second molten resin comes into contact with the first molten resin is 2 seconds or more.
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