JP2710959B2 - 合成樹脂光ファイバ - Google Patents

合成樹脂光ファイバ

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JP2710959B2
JP2710959B2 JP63243232A JP24323288A JP2710959B2 JP 2710959 B2 JP2710959 B2 JP 2710959B2 JP 63243232 A JP63243232 A JP 63243232A JP 24323288 A JP24323288 A JP 24323288A JP 2710959 B2 JP2710959 B2 JP 2710959B2
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行雄 嶋崎
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典元 阿部
孝康 浅井
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の対象] 本発明は、合成樹脂光ファイバに関するものである。
[従来の技術] 近年、情報化社会の進歩とともに、情報の大容量化高
速化処理の要求が高まっている。その中で、光ファイバ
を用いた光通信システムが注目され、石英ガラスの高純
度化、低損失化、半導体レーザの高出力化、長寿命化技
術の飛躍的進歩により大容量長距離光通信システムが確
立されている。
一方、合成樹脂光ファイバは現在の光通信の中心を占
める石英系ファイバに比較して(1)伝送損失が大きい
と言う欠点を有してはいるが(2)大口径化が可能であ
り、(3)開口数(NA)が大きくとれる(4)柔軟性が
あり取り扱い性に優れている等の利点を有している。そ
のため、合成樹脂光ファイバは、ディスプレイ等の装飾
分野及びオフィスオートメーション、ファクトリオート
メーション、自動車内通信等の短距離通信への応用が期
待されている。
第4図は従来の合成樹脂光ファイバを示す横断面図で
あり、この光ファイバは、透明性にきわめて優れた樹脂
からなる芯材層1と、それよりも屈折率が低い合成樹脂
からなる鞘材層20から構成されている。しかし、このま
までは鞘材層20が透明なため、外部からの光が芯材層1
まで達して、雑音が増加してしまう。そこで外部からの
光を遮蔽する目的、更に外部側圧等の機械的強度を向上
させるために、鞘材層20の上に顔料等の光吸収物質を含
む保護層3が設けられて使用される場合が多い。この保
護層3は、通常芯、鞘構造を形成された後に、押出成形
等の方法で形成される。
このような保護層3を設けた場合、製造工程が増加
し、よりコスト高となる。又、ファイバがより多くの材
料で、構成されるため、加熱等の際に各構成材料の熱膨
張率や弾性率の差から生じる応力がファイバに生じ光伝
送特性に大きく影響するという問題点があった。
[発明の目的] 本発明の目的は、前記の従来技術の欠点を解消し、よ
り製造工程を簡単にし、加熱等の際に構成材料の熱膨張
率や弾性率の差から生じる応力が光ファイバの光伝送特
性に大きく影響することがなく、更に、外部光を遮断し
て安定した光伝送を行うことができる合成樹脂光ファイ
バを提供することにある。
[発明の構成] 本発明の要旨は、合成樹脂光ファイバにおいて、鞘材
層に顔料などの光吸収物質を含有させつつも、芯材層と
の界面から少なくとも1μmの深さまでには光吸収物質
が殆ど存在しないように予めチューブ状に押出形成した
ものを用い、これに芯材層となるモノマ組成部を圧入し
て重合させて芯材層を形成したことにより、伝送特性を
悪化させずに外部からのもれ光を遮断できる機能を有す
る合成樹脂光ファイバの製造工程を簡単にし、かつ、低
熱ひずみ化されたものである。
[作用] 光ファイバにおいて、光は芯材層内を鞘材層との界面
で鞘材層内に若干にじみ込みながら屈折伝搬して行く。
従って、芯材層の透明性は勿論のこと、鞘材層の透明性
も要求される。
しかし、大口径である合成樹脂光ファイバにおいて
は、芯、鞘界面で光が反射される際に鞘層内ににじみ込
む厚さは1ミクロン以下と言われており、このにじみ込
み層内に顔料等の光吸収物質粒子が存在しなければ光伝
送特性を悪化させることはないことになる。第1図は本
発明の一実施例である合成樹脂光ファイバを示す横断面
図である。1は芯材層、2は鞘材層であり、鞘材層2に
はカーボンブラック等の光吸収物質が添加されている。
ところで、鞘材チューブをあらかじめ成形した後に芯材
前駆体である単量体を注入後芯材を重合硬化させる方法
(特開昭57−45502号公報)が提案されているが、鞘材
層2を形成する際に顔料等の光吸収物質を0.5wt%含ん
だ樹脂をチューブ状に押出成形する実験を行ったとこ
ろ、押出層の両側の表面付近には樹脂リッチな層が形成
され、芯材との界面付近の光を伝搬するために必要な鞘
材層2としての厚さの範囲内(即ち1μm以内)には顔
料等の光吸収物質を殆ど含まない部分を形成することが
できることを見い出した。これは、空気と接触している
押出層の両側の表面において、樹脂の表面張力や樹脂と
顔料の流れの違いにより発現する現象である。この結
果、顔料等の光吸収物質を含む鞘材層2を予めチューブ
状に押出成形しておき、このチューブに芯材となるモノ
マ組成物を圧入して重合させることにより、鞘材層とし
ての機能と外部からの光を遮断するための機能とを兼ね
備えた層を同時に形成することができることを見い出し
た。
しかし、光吸収物質が多すぎたり或いは少なすぎたり
すると、上記のような効果は得られない。実際に、6−
フッ化プロピレン4−フッ化エチレン共重合体(FEP)
に粒径10〜30nmのカーボンブラックを0〜5wt%の範囲
で添加して内径1.5mm、外径2.2mmに押出成形したチュー
ブ状の鞘材に、メチルメタクリレート100重量部、ラウ
ロイルパーオキサイド0.5重量部からなる芯材層用のモ
ノマ組成物を圧入して重合させた合成樹脂光ファイバを
作成し、伝送損失と外部光の遮断特性を測定した。尚、
伝送損失は、先ず4mの光ファイバに光を入射してその受
光量を測り、更に1mをカットして3mの光ファイバの受光
量を測定する4m−3mカットバック法により測定した。
又、外部光の遮断特性は、第2図にその原理を示してあ
るように、1mの光ファイバ7の両端45cmずつを完全に光
を遮る黒色箱5で覆って光ファイバ7の中央部10cmを露
出させ、この中央部に光源4から20ルクスの白色光を照
射し、鞘材層を透過して入射する光を光パワーメータ
(シリコン半導体センサ)6により検出するようにし
た。
先ず、伝送損失について検討したところ、カーボンブ
ラックの添加量が0wt%の時で約1dBであるが、0.1〜0.5
wt%で約2〜2.5dB、1wt%で約3dB、3wt%で約5dB、5wt
%で約7〜10dBに達っし更にカーボンブラックが5wt%
より多くなると鞘材層表面に樹脂リッチな層を形成する
ことが困難になり、伝送損失が十数dB以上になってしま
うことが確認された。従って、鞘材層に対するカーボン
量は、伝送損失が10dB以下となる5wt%が限定であると
考えられる。好ましくは、伝送損失が3dB以下となる1wt
%以下が望ましい。
次に、上述した第2図の測定法により外部光の遮断特
性を測定したところ、第3図に示すような結果が得られ
た。第3図は鞘材層中のカーボン量と外部光が芯材層中
に達っした光量との関係を示す説明図であり、横軸にカ
ーボン量、縦軸に光パワーメータで測定した受光量をと
っている。
図から明らかなように、外部光の遮断効果が顕著に現
れるのは0.03wt%からであり、0.2wt%になると、外部
光はほぼ完全に遮断される。0.2wt%より多い場合に
は、外部光は完全に遮断される。一般に光伝送における
光源のパワーはμWのレベルであるが、特に受光器側の
高い検出感度が要求される場合の許容雑音レベルは少な
くとも10-2以下のオーダ即ち10nW以下であり、従ってカ
ーボン量は0.03wt%以上、好ましくは0.2wt%以上が必
要である。
よって、上述の伝送損失及び外部光の遮断特性の両面
から検討すると、鞘材層に添加するカーボンの量は0.03
〜5wt%、好ましくは、0.2〜1wt%が適量であることが
確認された。
ここで、鞘材層に含まれる顔料等の光吸収物質として
は、着色性及び光の遮蔽性を有するものであれば特に限
定されないが、上述のカーボンブラック以外には、例え
ばグラファイト、酸化チタン、酸化コバルト、硫化カド
ミウム等の無機系顔料、シアニン、ペリレン等の有機系
顔料がある。これらについても、添加量は0.03〜5wt
%、好ましくは0.2〜1wt%が適量である。しかし、鞘材
の材料等によって適当なものを選ぶ必要がある。
例えば、鞘材がFEPの場合には、その押出温度が400℃
付近であるため、その温度では分解してしまうシアニン
等の有機系顔料を使用することはできない。
また顔料等の光吸収物質の粒径としても、光の遮蔽性
及び着色性の機能を有する粒径であれば、特に限定され
ないが、芯材との界面に樹脂リッチ層を形成するために
は、数nm〜数μの粒径のものが望ましい。
ここで合成樹脂光ファイバの芯材層の材料としては、
光ファイバとして光伝送特性を有する透明な合成樹脂で
あれば特に限定されない。例えばポリメチルメタクリレ
ートに代表されるアルキルメタクリレート系重合体、ポ
リスチレンに代表されるスチレン系重合体、ポリカーボ
ネート、ポリ(チメチル1ペンテン)等の透明性プラス
チックが考えられる。
又、耐熱性向上等の目的で、三次元架橋構造を有して
いるものでもよく、例えばエポキシ、ポリジメチルシロ
キサンに代表されるシリコーン樹脂及びアルキルメタア
クリレート系単量体に、トリメチロールプロパントリメ
タクリレート等の多官能性モノマを共重合させた樹脂、
スチレン系樹脂にジビニルベンゼン等の多官能性モノマ
を共重合させた樹脂が考えられる。
鞘材層の材料としては、上記芯材層よりも屈折率が低
くかつ、光ファイバ鞘材層として、光伝送性能を有する
だけの透明性を有するものであればよく特に限定されな
い。
例えば、ポリメチルメタクリレート等のメタクリル系
重合体、特公昭43−8978号、特公昭56−8321号、特公昭
56−8322号、特公昭56−8323号及び特開昭53−60243号
等に開示されている様なメタクリル酸とフッ素化アルコ
ール類からなるエステル類を重合させたもの等の使用が
可能である。また、4フッ化エチレン重合体、4フッ化
エチレン6フッ化プロピレン共重合体、エチレン−4フ
ッ化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン重合体、フッ
化ビニリデン−4フッ化エチレン共重合体等の使用も可
能であり、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ(4−メ
チル1−ペンテン)等も考えられる。
次に、本発明の具体的実施例及び参考例について説明
する。
[実施例1] 粒子径10nm〜30nmのカーボンブラックを0.08wt%含有
させた6フッ化プロピレン4フッ化エチレン共重合体を
押出機により外径1.8mm内径1.0mmのチューブ体として押
出した。一方、メチルメタクリレート(MMA)を90重量
部、エチレングリコールジメタクリレート20重量部、重
合開始剤としてラクロイルパーオキサイドを0.5重量部
の組成のモノマ組成物を先に作成したチューブ内に圧入
し、一端を封じた。このチューブのもう一端からモノマ
組成物を圧入しながら封じた片端方向から80℃の加熱温
水槽において、巻取り、合成樹脂光ファイバを得た。こ
の光ファイバは光伝送特性が良好であり、かつ鞘材層に
含まれる、顔料(カーボンブラック)によって外部から
の光を遮蔽していることを確認した。
この光ファイバを80℃の加温状態に置いた場合にも、
光伝送特性に変化は見られなかった。
[実施例2] 粒子径0.1μ〜1μの酸化チタンを1wt%含有させた6
フッ化プロピレン4フッ化エチレン共重合体のチューブ
を実施例1と同様の方法で成形し、実施例1と同組成の
モノマ組成物を用いて実施例1と同様の方法で重合し合
成樹脂光ファイバを得た。この光ファイバは光伝送特性
が良好であり、かつ鞘材層に含まれる顔料(酸化チタ
ン)によって外部からの光を遮蔽していることを確認し
た。この光ファイバを80℃の加温状態に置いた場合に
も、光伝送特性に変化は見られなかった。
[実施例3] 粒子径0.1〜1μの硫化カドミウムを0.5wt%を含むエ
チレン−4フッ化エチレン共重合体のチューブを実施例
1と同様の方法で成形し、実施例1と同様の方法で同様
のモノマ組成物を芯材料とする合成樹脂光ファイバを得
た。この光ファイバは、光伝送特性が良好であり、かつ
外部からの光を顔料により遮蔽していることを確認し
た。
この光ファイバを80℃の加温状態に置いた場合にも、
光伝送特性に変化は見られなかった。
[参考例1] 4−フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体を
実施例1の方法でチューブに成形し、透明な鞘材チュー
ブを得た。このチューブに実施例1と同じ組成のモノマ
組成物を注目し、実施例1と同様の方法で重合を行い、
合成樹脂光ファイバを得た。得られた合成樹脂光ファイ
バの光伝送特性は良好であるが、光ファイバ外部からの
光も導光することが確認された。
[参考例2] 参考例1で得られた合成樹脂光ファイバに粒径10nm〜
30nmのカーボンブラックを0.1wt%含有させたエチレン
−4フッ化エチレン共重合体を0.3mmの厚さで被覆し合
成樹脂光ファイバを得た。得られたファイバは光伝送特
性が良好であり、光ファイバ外部からの光も遮蔽してい
るが、80℃の加温状態に置いた場合に、被覆層が収縮し
光伝送特性能が悪化することが確認された。
[発明の効果] 本発明によって、従来多かった製造工程が簡略にな
り、著しく生産コストを低減でき、かつ格別の保護層が
不要なため、加温状態においても、光伝送特性の悪化し
ない信頼性の高い合成樹脂光ファイバを得ることができ
る。
又、伝送特性を悪化させずに外部光を遮断でき、光伝
送を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の合成樹脂光ファイバの横断面図、第2
図は外部光の遮断特性を測定するための装置の説明図、
第3図は第2図の装置により測定された鞘材中のカーボ
ン量と外部光が芯材層に達っした光量の関係を示す説明
図、第4図は従来の合成樹脂光ファイバの横断面図であ
る。 1:芯材層、 2:鞘材層、 4:光源、 5:黒色箱、 6:光パワーメータ、 7:光ファイバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 孝信 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 (72)発明者 阿部 典元 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 浅井 孝康 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 竹谷 則明 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−1240(JP,A) 特開 昭50−32953(JP,A) 特開 昭55−70802(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】芯材層の外周に、該芯材層よりも屈折率の
    低い透明材料からなる鞘材層を設けた合成樹脂光ファイ
    バにおいて、前記鞘材層は顔料等の光吸収物質を0.03〜
    5wt%の範囲内で添加して予めチューブ状に押出成形し
    前記芯材層と接する界面から少なくとも1μmの深さま
    でには前記光吸収物質が殆ど存在しない樹脂リッチ層が
    形成されたものであり、 前記芯材層はそのモノマ組成物を前記チューブ状の鞘材
    層内に圧入して重合させることにより形成されたもので
    あり、伝送損失が10dB/m以下、外部光による雑音レベル
    が10nW/m以下の合成樹脂光ファイバ。
JP63243232A 1987-10-15 1988-09-28 合成樹脂光ファイバ Expired - Lifetime JP2710959B2 (ja)

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