JP2855672B2 - 光ファイバー分岐カプラー用筺体 - Google Patents

光ファイバー分岐カプラー用筺体

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、射出成形によって成形された光ファイバー
分岐カプラー用筺体に関するものである。詳しくは、本
発明は光ファイバーの分岐カプラーの製造において熱可
塑性樹脂を使用して、射出成形法で安価に且つ、再現性
良く大量に製造しうる筺体に関するものである。
[従来の技術及びその問題点] 周知の如く、光ファイバーの分岐カプラーは光ファイ
バー内を流れる情報を外部に取り出すために必要な部品
であり、2本の光ファイバー芯線の石英ガラス部分をそ
の出力分岐比が50/50になるように調整しながら加熱熔
着せしめ、その熔着部分に歪みがかからないように、筺
体の中に保持、固定された構造となっている。(第1図
にその1例を示す。)熔着した石英ガラス部分に歪みが
かかると、初期に設定した信号の分岐比(50/50)が、
歪みの大きさによって変動してしまい、分岐カプラーと
しての用をたさなくなってしまう。歪みの発生要因とし
ては、例えば熔着した石英ガラスを、基板あるいは筺体
に固着するために使用する接着剤の固化過程における体
積収縮に原因する歪み、又筺体外部に出た光ファイバー
素線に加えられた外力が、熔着部分に伝わって発生する
歪み、あるいは基板、筺体部等の線膨張係数が、石英部
分の線膨張係数と異なることに由来する、熱による寸法
変化の差により発生する歪み、等が考えられる。特にこ
の線膨張係数の差に由来する歪みの発生は、使用する材
料の本質的な物性によるものであり組立て工程における
工夫で除去することは不可能である。この線膨張係数の
差に由来する歪みは環境温度の変化に対して、分岐度も
可逆的に変化するという性質をもっている。
かかる問題点を回避するために、分岐した石英ガラス
を保持、固着する基板あるいは筺体は、石英ガラスと線
膨張係数がほとんど等しいガラスあるいはセラミック等
で製作されてきた。このような材質で作成された分岐カ
プラーは、環境温度の変化に対してもその信号分岐比の
変化は極めて少ないために、現在専ら使用されている。
しかしながら、光ファイバー通信の普及は近年特にめ
ざましく、従って分岐カプラーの需要も加速度的に増大
することが予測されており、その製造コストの低減が切
望されている。
分岐カプラーの製造方法は、現在の技術としては、ガ
ラス、セラミック等で薄葉の基板を作成し、この上に熔
着した光ファイバーをウレタン系あるいはアクリル系あ
るいはシリコン系の硬化型樹脂で接着せしめ、次いでこ
の基板を石英管中にいれ、先に述べた接着剤を使用し基
板の固定、端部の密閉(外部に出ている光ファイバー先
端の固定)等の方法で製造されている。(第1図参照)
かかる方法では、基板あるいは石英管の材料コストが高
いのみならず、その加工費も高く、さらには製品間のバ
ラツキも大きいという問題点を有している。
[問題点を解決するための手段] かかる問題点に対して、本発明者等は、歪みが少な
く、大量生産が可能でありしかも大幅なコストダウンを
達成することが可能である光ファイバー分岐カプラー用
筺体に関して鋭意研究した結果、本発明を完成したもの
である。
即ち、本発明は光ファイバーの長軸方向に測定した線
膨張係数が1.0×10-6cm/cm/℃以下であり、かつ射出成
形しうる材料によって成形された光ファイバー分岐カプ
ラー用筺体であって、該材料が、少なくとも溶融時に光
学異方性を有するポリマーと線膨張係数が1.0×10-6cm/
cm/℃以下である炭素繊維、ウィスカー及び有機高分子
繊維の中から選ばれた繊維状充填剤とよりなる樹脂組成
物であることを特徴とする光ファイバー分岐カプラー用
筺体に関するものである。本発明で使用する材料は、射
出成形しうるものであり、かつ異方性溶融相を形成しう
るポリマー即ち、溶融時に光学異方性を示すポリマーで
ある。かかるポリマーは、溶融状態において剪断変形あ
るいは伸長変形を加えることにより分子鎖がその変形方
向に容易に配列するという性質を有しており、又かかる
配列構造は急速に冷却固化することにより凍結すること
ができる。かかる構造体においては分子鎖の配向方向は
一般的に線膨張係数が極めて小さく10-6cm/cm/℃のオー
ダーあるいはそれ以下の値をとることが可能となる。剪
断あるいは伸長変形の程度をさらに大きくして分子鎖配
向の程度を上げてやれば、線膨張係数は負の値をとる場
合も有り得るのである。かかる性質を利用して射出成形
法によって筺体を形成すれば光ファイバーに使用してい
る石英ガラスの線膨張係数にほとんど一致させることが
でき、環境温度の変動に対する信号分岐比の変化もほと
んど無い分岐カプラーを製造することが可能となるはず
である。本発明で使用することができる、溶融時に光学
異方性を示すポリマーとしては、少なくとも下記構造を
有するセグメントよりなるポリエステルあるいはポリエ
ステルアミドの群より任意に選択することができる。
1:ポリエステル −O−R−O −CO−R−CO− −O−R−CO− 2:ポリエステルアミド −O−R−O− −CO−R−CO− −O−R−CO− −NH−R−CO− −NH−R−NH− 本構造式におけるRはそれぞれ下記の群より任意に選
択することができる。
−CH2−,−(CH2−,−(CH2−,−(CH2
−, 又、各々の芳香環、脂肪族基、脂環族基等には、以下の
群より選択される各種置換基によって置換されていても
よい。
かかる群より選択された、溶融時に光学異方性を示す
ポリマー(液晶ポリマー)を使用して実際に分岐カプラ
ーの筺体用の金型を試作して射出成形を行った。第2図
に本発明の筺体の一例を示す。しかしながら、かかる方
法で得られた筺体は、長手方向の線膨張係数は非常に小
さく好ましい値を与えるものの、熔着したガラスファイ
バーを実際に装着して分岐カプラーを製作し、ヒートサ
イクルテスト(85℃〜−55℃)を行った結果、分岐比は
初期設定値が50/50であるにもかかわらず50/50〜80/20
まで分散してしまい、良好な性能を発現する可能性を有
しているものの、成形条件等の微妙な変動要因が分岐比
のバラツキを大きくしているものとの結果を得た。この
分岐比のバラツキの原因としては、射出成形により製造
した筺体がスキン−コア構造を有しており、全体として
の線膨張係数は小さいものの、スキン部とコア部の膨張
係数の差によるいわゆるバイメタル効果によるソリ、ネ
ジレ等を無視することができず結果的に光ファイバー部
に歪みを生じることになり、更には成形条件の微妙な差
が表裏のスキン部の厚さに変化を及ぼしているためと考
えられる。
かかる問題点に対し、射出成形法で得た第2図のごと
き形状を有する筺体において、熔着した光ファイバーが
保持、固定される部分の長軸方向に測定した線膨張係数
が1.0×10-6cm/cm/℃以下である筺体であれば環境温度
の変化における信号分岐比の変動の極めて小さい筺体を
製造しえることを見いだした。かかる筺体を得るための
材料としては、上記群より選定された液晶ポリマーに対
して、線膨張係数が1.0×10-6cm/cm/℃以下である後述
する特定の種類から選ばれる繊維状充填剤が、好ましく
は2重量%以上充填されたものが用いられる。2重量%
より少ないとスキン−コア構造に由来するソリ、ネジレ
の影響を取り除くことが十分にできない場合がある。一
方筺体の線膨張係数が1.0×10-6cm/cm/℃より大きくな
らない限り、かかる繊維状充填剤はいくらでも充填する
ことができるが、好ましくは30重量%以下である。但し
かかる繊維状充填剤は、射出成形時に樹脂の流れを乱す
効果が非常に大きく、従って液晶ポリマーの特徴である
分子鎖の配向が乱され、マトリックス樹脂の流動方向に
対する線膨張係数も大幅に増大するので注意する必要が
ある。
かかる線膨張係数が1×10-6cm/cm/℃以下である繊維
状充填剤は、炭素繊維、チタン酸カリ等に代表されるウ
ィスカー及び有機高分子繊維の中から選ばれる。一方線
膨張係数が1.0×10-6cm/cm/℃を越えないかぎりにおい
て、液晶ポリマー成分に対して他種構造を有する上記群
よりなる液晶ポリマーあるいはポリエステル、ポリアミ
ド、ポリエステルアミド、ポリアミドイミド、ポリイミ
ド、ポリエーテルサルフォン、ポリスルフォン、ポリエ
ーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド等に代
表される通常の熱可塑性樹脂等がブレンドされていても
よく、また上記繊維状充填剤に加えて、板状、粒子状充
填剤がそれぞれ混合されていてもよい。板状あるいは粒
子状充填剤としては、マイカ、ガラスフレーク、カオリ
ナイト、タルク、グラファイト、アルミナ、シリカ、炭
酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、
硫酸バリウム、酸化チタン等がある。
なお、本発明における線膨張係数とは、−55℃におけ
る寸法をLcm、−55℃と+85℃の間の寸法の差をΔLcmと
して、ΔL/L/140の計算式で示される。
[実施例] 以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明は実施例にのみ限定されるものではない。ま
た、第1図、第2図に従来及び本発明の光ファイバー分
岐カプラー用筺体の一例を示すが、本発明はこれらによ
り何ら限定されるものではない。
実施例−1 三菱化成(株)より上市されているNOVACCURATE
脂(商品名)は、主としてエチレングリコール残基、テ
レフタル酸残基、パラヒドロキシ安息香酸残基よりな
る、液晶性ポリエステル樹脂であるが、このペレットに
長さ6mmの炭素繊維チョップドストライド(東邦ベスロ
ン(株)、)を重量で20%添加し、タンブラで充分に混
合し、2軸押出機を使用して、275℃で押し出してペレ
ットとした。使用した炭素繊維の線膨張係数は0.3×10
-6cm/cm/℃であった。(測定装置:デュポン製943型TM
A) 第2図に示す形状の成形品を得ることができる金型を
用いて上記組成物を、樹脂温度275℃、射出圧力75MPa、
金型温度80℃、冷却時間20秒で光ファイバー分岐カプラ
ー用筺体を得た。(基板部と蓋部より構成されてい
る。)かかる筺体の光ファイバーの長軸方向の線膨張係
数は、0.8×10-6cm/cm/℃であった。一方、光信号の分
岐比が50/50になるように熔着した光ファイバー素線をU
V硬化シリコン樹脂を使用して接着せしめ、又筺体の両
端部を、UV硬化シリコン系樹脂で封止した。このように
して得られたカプラーに対して、+85℃(2時間)、+
85℃−55℃(2時間)、−55℃(2時間)を1サイク
ルとする、ヒートサイクルテストを12サイクル行った。
1サイクルのテスト中における信号分岐比の変動は49/5
1〜51/49内であり、極めて良好であった。又12サイクル
テスト終了後の分岐比は48.8/51.2と良好であり、環境
温度変化に対する信頼性は良好であると言える。
実施例−2 実施例−1と同様な方法で炭素繊維2.5重量%、炭酸
カルシウム粒子5重量%配合してなるペレットを得た。
又実施例−1と同様な方法で射出成形し光ファイバー分
岐カプラーを得た。この時得られた筺体の線膨張係数
は、0.7×10-6cm/cm/℃であった。更に、実施例−1と
同様な方法でヒートサイクルテストを行い信号分岐比を
測定したところ1サイクルテスト中における信号分岐比
の変動は49/51〜50/50以内であり極めて良好であった。
又12サイクルのテストを行った後の分岐比の変化は49.3
/50.7であり極めて良好な結果を得た。環境温度変化に
対する信頼性は極めて良好であると言える。
比較例−1 線膨張係数が3.7×10-6cm/cm/℃である、長さ3.0mmの
ガラス繊維チョップドストランド(日本電気ガラス
(株))を、実施例−1と同様な方法で10重量%配合し
てなるペレットを得、同様に筺体を成形した。この筺体
の線膨張係数は1.1×10-6cm/cm/℃であった。更にヒー
トサイクルテストを行ったところ、−55℃+85℃、の
昇降温度過程において、信号分岐比が20/80まで大きく
変動してしまうことを認めた。環境温度の上下によって
分岐比がこのように変動しては、実用に供することはで
きない。
参考例 第1図で示されるように石英ガラスで作成した基板
(線膨張係数0.16×10-6cm/cm/℃)上に熔着した光ファ
イバーを固着し、石英ガラス管の中に封入して、分岐カ
プラーを製作した。実施例−1と同様な方法でヒートサ
イクルテストを行い、信号分岐比較の変化を測定したと
ころ、1サイクルテスト中における変動は48/52〜51/49
以内であり極めて良好であった。又12サイクルのヒート
サイクルテスト後の値は49/51であり、極めて良好であ
った。このカプラーは現在市販されているものとほとん
ど同じである。
[発明の効果] 本発明の光ファイバー分岐カプラー用筺体は、環境温
度の変動に対して信号分岐比の変化の極めて小さいもの
であり、しかも再現性よくしかも生産性の高い射出成形
法で製造することができるので、工業的に極めて有利で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の石英ガラス製の光ファイバー分岐カプ
ラーの一例である。図中1は熔着された光ファイバー素
線、2は石英ガラス管、3はUV硬化シリコン樹脂、4は
石英ガラス基板、5はUV硬化シリコン樹脂による封止部
分を示す。 第2図は、本発明の筐体を用いた光ファイバー分岐カプ
ラーの一例である。図中、<a>は光ファイバー素線を
熔着した基板であり、<b>は蓋部である。<c>は<
a>と<b>と組合せて得られた本発明の筺体を示すも
のである。図中1は、熔着された光ファイバー素線、2
は基板、3はUV硬化シリコン樹脂、4は線膨張係数の測
定方向、5は光ファイバー、6はUV硬化シリコン樹脂に
よる封止部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 山室 時生 神奈川県茅ケ崎市円蔵370番地 三菱化 成株式会社茅ヶ崎事業所内 (72)発明者 古賀 徳道 神奈川県茅ケ崎市円蔵370番地 三菱化 成株式会社茅ヶ崎事業所内 (56)参考文献 特開 平1−182810(JP,A) 実開 昭64−24308(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12 G02B 6/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバーの長軸方向に測定した線膨張
    係数が1.0×10-6cm/cm/℃以下であり、かつ射出成形し
    うる材料によって成形された光ファイバー分岐カプラー
    用筺体であって、該材料が、少なくとも溶融時に光学異
    方性を有するポリマーと線膨張係数が1.0×10-6cm/cm/
    ℃以下である炭素繊維、ウィスカー及び有機高分子繊維
    の中から選ばれた繊維状充填剤とよりなる樹脂組成物で
    あることを特徴とする光ファイバー分岐カプラー用筺
    体。
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