JP2007058223A - 屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーおよびその光ファイバーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマー製のコア５２、前記コア５２を囲む、前記コア５２の屈折率よりも低い屈折率のフッ素化ポリマー製の光クラッド５３、ならびに、前記光クラッド５３を囲むポリマー材料の強化層５４を含む屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバー５１に関し、標準ファイバーと比較した場合のコスト高が制限されながら、特に著しく向上した対温度強度よび機械強度を提供すること
【解決手段】本発明は、屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバー５１で、この光ファイバー５１が、強化層５４を囲む光網状化可能樹脂の保護層５５をさらに含み、更に強化層５４のポリマー材料が保護層５５の材料とは異なる材料であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、コアおよびクラッドがフッ素化ポリマー材料により作製される屈折率傾斜型プラスチック光ファイバー、および本発明はそのようなプラスチック光ファイバーの製造方法にも関する。

本発明は、光ファイバーによる通信の分野においてきわめて有利に適用されるが、それに限定されるものではない。

屈折率傾斜型フッ素化プラスチック光ファイバーは、その製造および／または設置および／または通常使用中に過度の温度および／または過大な機械的応力が加えられると、その光学特性が変化することがある。

このような難点を解消するために、構造補強材および断熱材の双方を形成するポリマー材料である中空体の内部にこの種のプラスチック光ファイバーを組み込むことが提起された。

しかしながらそのような解決方法は、必要な追加の材料の原価という理由からも、ユニットの複雑な構造に関連する製造コスト高のため、特に専用の工具類を作製しなければならないという理由からも、きわめて高価になるという欠点がある。

本発明の対象となるものによって解決すべき技術的課題は、フッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマー製のコア、前記コアを囲む、前記コアの屈折率よりも低い屈折率のフッ素化ポリマー製の光クラッド、ならびに、前記光クラッドを囲むポリマー材料の強化層を含む屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーであって、標準ファイバーと比較した場合のコスト高を制限しながら、特に著しく向上した対温度強度よび機械強度を提供することにより、先行技術の問題を回避することができるプラスチック光ファイバーを提供することである。

本発明によれば、提起された技術的課題に対する解決方法は、光ファイバーが、前記強化層を囲む光網状化可能樹脂の保護層をさらに含むこと、および強化層のポリマー材料が保護層の材料とは異なる材料とすることにある。

上記構成の発明は、製造および／または設置および／または使用中に発生する可能性がある高温度または過大な変形力に対する有効な保護を本質的に達成することができるペルフルオロプラスチック光ファイバーを使用することができるという長所がある。

実際、光網状化可能ポリマー製の単純な外層は、先行技術におけるような構造的に独立した高価な断熱補強材に頼ることなく、ファイバーの熱的強度および機械的強度を著しく向上させることができる。

また、屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーに光網状化可能樹脂製の被覆を設けることにより、前記ファイバーの光学的特性を著しく向上させることも可能である。この改良は特に通過帯域の拡大を拡大し、また光学的減衰の軽減も期待される。

このような結果は、ケイ素光ファイバーの分野では見出されなかったので、どちらかというと予期しないものであった。今回の場合、一見したところ、この結果は、光ファイバーがその保護層の塗布プロセス中、熱間線引中に発生した内部張力の解放を促進する軽度の熱処理を受けるという事実によることで説明がつく。論理的に言えば、このような光学的性能の改善が見られたのは内部応力がこのように解放されたことによる。

光網状化可能樹脂層は、ケイ素光ファイバーとは異なり、単に物理的保護の役割を果たすのではなく、主に熱的保護の役割を果たすことに留意すべきである。

この特徴は、たとえば押し出しのような従来の高温被覆方法を用いてポリマー材料の追加層を本発明によるペルフルオロプラスチック光ファイバー上に直接付着させる可能性を提供する。保護層によって形成される熱遮蔽により、通常、ペルフルオロ光ファイバーの光学的特性、より限定的にはその減衰を悪くするおそれのある過度に高い温度を未然に防止することが可能である。

光網状化可能樹脂は着色がきわめて簡単な材料であるため、ペルフルオロプラスチック光ファイバーの外側に保護層が存在することは区別に関しても長所となる。

本発明の１つの特徴によれば、保護層の光網状化可能樹脂はアクリレートウレタンである。

望ましくは、保護層の光網状化可能樹脂は少なくとも１つの非ハロゲン化難燃化合物を含む。

別の有利な特徴によれば、保護層の厚さは０．１ミリメートルから２ミリメートルである。

本発明の別の特徴によれば、強化層のポリマー材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびポリ炭酸とポリエステルの混合物の群の中から選択される。
きわめて望ましいい別の特徴によれば、コアおよび光クラッドのフッ素化ポリマーはサイトップである。

第１の製造方法
本発明は、上で記述したような屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーの第1の製造方法にも関する。

この第1の製造方法は、
より高い屈折率のフッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマー製コア、フッ素化ポリマー製の光クラッド、ならびにポリマー材料の強化層を含む標準ペルフルオロプラスチック光ファイバーに、保護層を構成する光網状化可能樹脂を塗布する段階と、
紫外線照射により保護層の光網状化可能樹脂を網目化する段階と
を含むことを特徴とする。

上記発明は、製造および／または設置および／または使用中に発生する可能性がある高温度または過大な変形力に対する有効な保護を本質的に達成することができるペルフルオロプラスチック光ファイバーを提供することができる。

また、光網状化可能ポリマー製の単純な外層は、先行技術におけるような構造的に独立した高価な断熱補強材に頼ることなく、光ファイバーの熱的強度および機械的強度を著しく向上させることができる効果がある。

図１は本発明によるこの第1の製造方法の実施を可能にする装置１００を示す図である。

当該製造装置１００は、標準のペルフルオロプラスチック光ファイバー１０１、すなわちここでは、通常、ドープされたサイトップのコアから成り、非ドープサイトップの光クラッドの内部で伸び、全体がＰＭＭＡ強化層で被覆されているファイバーを基本的に使用する。

この実施例においては、標準のペルフルオロプラスチック光ファイバー１０１は、展開装置１１０上に設置されたスプール１１１の周囲にて保管される。

標準ファイバー１０１は、いったん展開されると、本来の意味での被覆の実施にあずかる一連の機器１３０、１４０、１８０、１３１に対するアラインメントを確保する役目を有する案内プーリーの周囲を通過する。

まず、標準光ファイバー１０１が被覆処理を受ける前にその光ファイバーの直径を連続的に記録する第1測定機器１３０がある。

塗布ヘッド１４０は、タンク１５０内に保管されているウレタンアクリレート型の光網状化樹脂を基材とする塗料１５１を標準ファイバー１０１の周囲に塗布する。塗布圧力は、管路１６１を経由してチッ素ガスが供給される圧力制御装置１６０により制御されることがわかる。ただし、塗布ヘッド１４０は、塗料タンク１５０を介して低温サーモスタット１７１と塗布ヘッド１４０との間で水を循環させる冷却回路１７０を介して温度的に制御されることについても留意されたい。

次に紫外線照射ランプ１８０により、管路１８１からのチッ素ガスで構成される不活性大気下で、直前に塗布された塗料が網状化される。

その直後に、こんどは処理後すなわち塗布および網状化後のファイバーの直径を連続的に記録するために第２測定機器１３１が配置される。その測定値を第１測定機器１３０の測定値と比較することにより、保護層の厚さの変化を求めることができ、その結果、保護層の品質を検査することができる。

被覆されたファイバーは製造装置１００の下部において、塗布工程の間常に前記ファイバーに対し連続的なトラクションを与える役目をもつウインチ１２１で引っ張られる。

最後に、被覆済みのファイバーは巻き取り装置１９０に取り付けられた収納スプール１９１の周囲に巻き取られる。巻き取り速度は通常３０ｍ／分から５００ｍ／分の間で変化するが、フローティングアーム１９２により巻き取り速度を制御することが可能である。

第２の製造方法
本発明は、上で記述したような屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーの第２の製造方法にも関する。

この第２の製造方法は、より高い屈折率のフッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマーから成るコアを構成するようになっている内側部分と、フッ素化ポリマーから成り光クラッドを構成するようになっている中間部分と、ポリマー材料から成る強化層を構成するようになっている外側部分とを含む標準ペルフルオロプラスチック光ファイバーを熱間線引する段階と、
予め線引した通常のファイバーに、保護層を構成するようになっている光網状化可能樹脂を塗布する段階と
紫外線照射により保護層の光網状化可能樹脂を網目化する段階と
を含むことを特徴とする。

図２は本発明によるこの第２の製造方法の実施を可能にする装置２００を示す図である。

当該製造装置２００は、屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーの標準管状プリフォーム２０１を基本的に使用する。

この実施例においては、このプリフォーム２０１は、内部が、コアを形成するようになっているドープサイトップで構成され、中間部が、光クラッドを作製するようになっている非ドープサイトップで構成され、外部が、強化層を形成するようになっているＰＭＭＡで構成される。

図２においてわかるように、標準プリフォーム２０１は線引炉２１０の中に投入される。伝達される熱によりプリフォーム２０１の端部が溶け、その結果、プリフォームは延びて一次ファイバーの形態になる。

一次ファイバーは、いったん線引されると、本来の意味での被覆の実施にあずかる一連の機器２３０、２４０、２８０、２３１を通過するよう導かれる。

まず、一次ファイバーが被覆処理を受ける前にその一次ファイバーの直径を連続的に記録する第1測定機器２３０がある。

塗布ヘッド２４０は、タンク２５０内に保管されているウレタンアクリレート型の光網状化樹脂を基材とする塗料２５１を一次ファイバーの周囲に塗布する。前記の場合と同様、塗布圧力は、管路２６１を経由してチッ素ガスが供給される圧力制御装置２６０により制御されることがわかる。ただし、塗布ヘッド２４０は、塗料タンク２５０を介して低温サーモスタット２７１と塗布ヘッド２４０との間で水を循環させる冷却回路２７０を介して熱的に制御されることについても留意されたい。

次に紫外線照射ランプ２８０により、管路２８１からもたらされるチッ素ガスで構成される不活性大気下で、直前に塗布された塗料が網状化される。

直後に、被覆されたファイバーの直径を連続的に記録するために第２測定機器２３１が配置される。測定値を第１測定機器２３０の測定値と比較することにより、保護層の厚さの変化が求められ、その結果、保護層の品質を確認することができる。

被覆されたファイバーは製造装置２００の下部において、塗布工程の間常に前記ファイバーに対し連続的なトラクション（引っ張り）を与える役目をもつウインチ２２１で引っ張られる。

最後に、被覆済みのファイバーは巻き取り装置２９０に取り付けられた収納スプール２９１の周囲に巻き取られる。巻き取り速度は通常２０ｍ／分から１００ｍ／分の間で変化するが、フローティングアーム２９２により巻き取り速度を制御することが可能である。

図３は、本発明によるペルフルオロプラスチック光ファイバー５１の典型的な例を示す横方向断面図である。

このファイバー５１の強化層はＰＭＭＡで作製され、保護層５５の外径は２２００μｍに達する。

図３でわかるように、各タイプのファイバー５１において、種々の層５２、５３、５４、５５が完全に同心円状に作製されている。

本発明の他の特徴および長所は、専ら非限定的例として示した以下の例の記述において明らかになろう。

これらの例の目的は、本発明によるペルフルオロプラスチック光ファイバーの特性と、そのような光ファイバーの元となる基準のペルフルオロプラスチック光ファイバーの特性との比較を行うことである。

したがって、基準要素として、標準タイプのペルフルオロプラスチック光ファイバーを使用する。ここでは、ドープされたサイトップのコアから成り、非ドープサイトップの光クラッドの内部で伸び、全体がＰＭＭＡ強化層で被覆されているファイバーを使用する。

この基準ファイバーから、上で記述した第１の製造方法を実施することにより本発明による被覆ファイバーを調製する。採用するパラメーターは、２５ｍ／分から３５ｍ／分の間の処理速度および３Ｗ／ｃｍから１５ｗ／ｃｍの間の紫外線照射ランプの出力である。保護層を構成するために選択される光網状化樹脂はアクリレートウレタンである。

光減衰
連続する６つの標準ファイバー試供体、すなわち保護層がない６つの試供体にて反射計により第１回目の減衰の測定を行う。次に、連続する６つの被覆ファイバーにて第２回目の減衰の測定を行う。各試供体の長さは３００ｍであることに留意すべきである。

図４はこれらの測定の種々の結果を示す図である。平均減衰が４．８ｄＢ／Ｋｍ程度向上していることが明確にわかるが、これは約１５％の減少に相当する。

通過帯域
次に２種類のペルフルオロファイバーでの通過帯域の測定を行う。表１は実施した測定の平均値をまとめたものである。

ここで注目すべきは、ファイバーが本発明による保護層を具備すると通過帯域が著しく拡大することである。また、この効果は光減衰の場合よりも顕著であるが、特に完全な再現性を有していることに留意されたい。

熱的強度
ペルフルオロプラスチック光ファイバーの熱的強度に対する保護層の影響を評価するために、規格ＩＥＣ６０７９３−１−５２に従いサイクル試験を実施した。各タイプのファイバーについて、３つの供試体上で試験を実施し、平均値のみを採用する。

その結果、−２０℃から＋７０℃の間で行った１０回の温度サイクルの後は、被覆ファイバーが有する追加的減衰量は標準ファイバーの追加的減衰量よりもはるかに少ないことがわかった。実際、追加的減衰量の平均値は被覆ファイバーの場合には＋４．７ｄＢ／Ｋｍであるのに対し、基準ファイバーの場合には＋１５．７ｄＢ／Ｋｍに達した。

したがって本発明によるペルフルオロプラスチック光ファイバーは、基準ファイバーよりも温度変化に対する感度が低い。これは別の言い方をすれば、保護層が、万一熱過多になった場合、その状態からファイバーを保護することが可能な熱遮蔽の役割を果たすことができることを意味する。

温度および湿度に対する強度
次に、６５℃、相対湿度９５％、処理期間１９日の老化試験を行う。ここでの目的は、基準ファイバーと本発明による被覆ファイバーの双方の温度および湿度に対する強度を評価し比較することである。

具体的には、反射計を使用して各タイプのファイバーについて老化前に光減衰測定を実施し、次に、老化中に一定間隔で一連の測定を実施する。表２は種々の測定を基にして算出した平均値をまとめたものである。

被覆ファイバーの場合、老化による減衰の悪化は１２．４ｄＢ／Ｋｍであるが、標準ファイバーの場合、その悪化は３８ｄＢ／Ｋｍであることが明らかにわかる。したがって、ペルフルオロプラスチック光ファイバーが光網状化可能樹脂による外部被覆を具備すると、温度および湿度強度の向上がきわめて著しい。

上記構成の発明は、製造および／または設置および／または使用中に発生する可能性がある高温度または過大な変形力に対する有効な保護を本質的に達成することができるペルフルオロプラスチック光ファイバーを提供できる。
また、光網状化可能ポリマー製の単純な外層は、先行技術におけるような構造的に独立した高価な断熱補強材に頼ることなく、ファイバーの熱的強度および機械的強度を著しく向上させることができる。
更に、屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバーに光網状化可能樹脂製の被覆を設けることにより、ファイバーの光学的特性を著しく向上させることも可能である。この改良は特に通過帯域の拡大を拡大し、また光学的減衰の軽減も期待される。

本発明によるこの第1の製造方法を実施する装置１００を示す図 本発明によるこの第２の製造方法の実施を可能にする装置２００を示す図 本発明によるペルフルオロプラスチック光ファイバー５１の典型的な例を示す 横方向断面図 本発明の光ファイバ特性の種々の測定結果を示す図

符号の説明

１、５１ プラスチック光ファイバ
５２ コア
５３ 光クラッド
４、５４ ポリマー材料の強化層
５５ 保護層
１００ 第１の製造装置
１３０ 第１測定器
１３１ 第２測定器
１４０ 塗布ヘッド
１５０ 塗料タンク
１７０ 冷却回路
１８０ 紫外線照射ランプ
２００ 第２の製造装置
２３０ 第１測定器
２３１ 第２測定器
２４０ 塗布ヘッド
２７０ 冷却回路
２７１ 低温サーモスタット
２８０ 紫外線照射ランプ
２８１ 管路
２９０ ファイバ巻取り装置

Claims (8)

1. フッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマー製のコア（５２）と、
   前記コア（５２）を囲む、前記コア（５２）の屈折率よりも低い屈折率を有するフッ素化ポリマー製の光クラッド（５３）、
   ならびに、前記光クラッド（５３）を囲むポリマー材料の強化層（５４）を含む光ファイバー（５１）であって、
   前記強化層（５４）を囲む光網状化可能樹脂の保護層（５５）をさらに有し、および
   前記強化層（５４）のポリマー材料が保護層（５５）の材料とは異なる材料であること
   を特徴とする屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバー（５１）。
2. 前記保護層（５５）の光網状化可能樹脂がアクリレートウレタンであることを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック光ファイバー（５１）。
3. 前記保護層（５５）の光網状化可能樹脂が少なくとも１つの非ハロゲン化難燃化合物を含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバー（５１）。
4. 前記保護層（５５）の厚さが０．１ミリメートルから２ミリメートルであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバー（５１）。
5. 前記強化層（４、５４）のポリマー材料が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびポリ炭酸とポリエステルの混合物の群の中から選択されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバー（１、５１）。
6. 前記コア（５２）および前記光クラッド（５３）のフッ素化ポリマーがサイトップ（cytop）であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバー（５１）。
7. より高い屈折率の,フッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマー製コア（５２）、フッ素化ポリマー製の光クラッド（５３）、ならびにポリマー材料の強化層（５４）を含む標準ペルフルオロプラスチック光ファイバーに、保護層（５５）を構成するようになっている光網状化可能樹脂を塗布する段階と、
   紫外線照射により前記保護層（５５）の光網状化可能樹脂を網目化する段階と、
   を含むことを特徴とする、前記請求項１から６のいずれか一項に記載の屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバー（５１）の製造方法。
8. より高い屈折率の、フッ素化化合物でドープされたフッ素化ポリマーから成り前記コア（５２）を構成するようになっている内側部分と、フッ素化ポリマーから成り前記光クラッド（５３）を構成するようになっている中間部分と、ポリマー材料から成り前記強化層（５４）を構成するようになっている外側部分とを含む標準ペルフルオロプラスチック光ファイバーを熱間線引する段階と、
   予め線引した通常のファイバーに、前記保護層（５５）を構成する光網状化可能樹脂を塗布する段階と、
   紫外線照射により前記保護層（５５）の光網状化可能樹脂を網目化する段階と、
   を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の屈折率傾斜型ペルフルオロプラスチック光ファイバー（５１）の製造方法。