JP4290300B2

JP4290300B2 - 光ファイバーの製造方法

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Publication number: JP4290300B2
Application number: JP37495899A
Authority: JP
Inventors: 研二松本; 健吾今村; 慎一入江
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: EP1242232A1; CN1414901A; ATE326333T1; AU780391B2; AU2434001A; EP1242232B1; DE60028081T2; DE60028081D1; JP2001188136A; KR20020070369A; WO2001047696A1; CN1321802C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバーとその製造方法に関し、さらに詳しく述べると、（ａ）所定の長さを有し、加圧により膨張可能なチューブ状のクラッドと、（ｂ）そのクラッド内に充填した充填材料を反応させて形成した固体状コアとを含み、上記クラッドを収縮させて上記コアと密着させた光ファイバーとその製造方法、特に、上記クラッドと上記コアの間の、空隙欠陥の発生を効果的に防止できる、光ファイバーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チューブ状クラッド内に、反応（特に重合反応）後に固体状コアを形成する重合性モノマー等の充填材料を充填し、このモノマーを重合させて光ファイバーを製造する方法が知られている。通常、このような方法で光ファイバーを製造する場合、コアとクラッドとの間（界面）に、泡状空隙や剥離等の空隙欠陥（内部欠陥とも呼ばれる）が、実質的に無いようにすることが重要である。このような空隙欠陥は、光ファイバーの光伝送効率を低下させるので、比較的長尺（たとえば、２０ｍ以上の長さ）の光ファイバーにおいて、一端からコア内に入射した光を、十分な光量で他端まで伝送することができなくなる。
【０００３】
このような空隙欠陥の発生を可及的に抑えることができる、光ファイバーの製造方法としては、モノマーを加圧補填する方法（特開昭57-45502号公報等に開示）、モノマーを、一端から他端に向けて、順次重合させる方法（特開平7-168029号公報等に開示）、クラッドの軸方向に加圧しながらモノマーを重合させる方法（特開平7-168028号公報等に開示）が知られている。また、あらかじめ熱膨張させておいたクラッドにジャケットを被せて、モノマーを重合させた後、ジャケットを除去し、クラッドに熱をかけて収縮させる方法（特開平2-306205号公報等に開示）も知られている。上記の順次重合法では、通常、一端を封止したチューブ状クラッドにモノマーを加圧充填し、そのモノマー充填クラッドを加熱槽内に固定し、加熱してモノマーを重合させる、いわゆるバッチ生産方式が採用されている。この時、上記一端から他端に向けて加熱温度（すなわち、加熱槽内の熱媒の温度）を上昇させて、モノマーを順次重合させる。
【０００４】
上記した一連の方法のうちの前者、すなわち、モノマーの加圧補填、順次重合、そしてクラッドの軸方向加圧を利用した３方法では、重合時に発生したモノマーの体積収縮分を未重合側から補填し、重合により体積収縮したコアと、クラッドとの界面における空隙欠陥の発生を防止しようとするものである。
一方、後者の方法は、クラッドを可逆的に熱膨張させておき、重合後に体積収縮したコアの外径に合わせて、クラッドの内径を縮めて、コアとクラッドとの密着性を高めようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上述の方法のうち、前者の３方法では、重合反応において、モノマーが移動性を保持している未重合部分と、固化して移動性が失われた重合部分の界面領域が比較的狭い（モノマーの体積収縮が未重合側からの圧力の及ぶ範囲でのみ起こる）場合には、重合時に発生したモノマーの体積収縮分を未重合側から補填することが可能である。しかしながら、これらの方法は、たとえば、
（Ｉ）モノマーが充填されたクラッドを、繰り出し手段により、恒温槽等の加熱領域に搬送し、
（II）上記加熱領域においてモノマーの反応を開始し、実施し、完了させ、
（III ）重合反応完了後の光ファイバーを、上記加熱領域を通過させ、上記加熱領域外に配置された巻取り手段にて巻取りながら、製造する場合等、
連続的に光ファイバーを製造する場合には有効ではない。すなわち、重合反応速度を上げ、生産性を高めるような場合、未重合部分と重合部分（重合完了部分）との界面領域が、ある程度の幅を持った境界部分を形成し、モノマーの体積収縮が、未重合側からの圧力が及ばない部分でも発生するようになると、十分なモノマー補填効果が得られなくなるからである。したがって、連続生産を行った場合、空隙欠陥が実質的に無い（たとえば、１０ｍ長さ当たりで計数された、上記クラッドと上記コアの間の空隙欠陥が、３個以下である）光ファイバーを、安定的に製造することは困難である。
【０００６】
また、このような方法でファイバ−のバッチ生産を行った場合、コアの外径の収縮をコアの長さ方向の収縮で補うことになり、比較的長尺（たとえば、２０ｍ以上の長さ）の光ファイバーを製造することが困難である。
一方、あらかじめ熱膨張しておいたクラッドにジャケットを被せておき、モノマーの重合を完了させた後ジャケットを除去し、重合に伴い発生したコア−クラッド間の空隙を、クラッドの加熱収縮により除去する方法では、連続生産を行おうとすると、製造プロセスが複雑になる。そればかりか、比較的長尺のファイバーを連続処理しようとして、すでに生じた空隙を取り除こうとする場合、空隙部分からの気体がファイバー他端部より逃げ切れずにファイバーの途中でトラップされて、欠陥として残るおそれが大である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、コアとクラッドの間に空隙欠陥が実質的に無く、光伝送性能がすぐれた、長尺（たとえば２０ｍ以上の長さ）の光ファイバーを提供することにある。
本発明の目的は、また、そのような光ファイバーを安定かつ容易に製造できる光ファイバーの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、本発明によると、（ａ）所定の長さを有するチューブ状クラッドと、（ｂ）そのクラッド内に充填した充填材料を反応させて形成した固体状コアとを含み、
上記クラッドと上記コアとが上記クラッドの収縮により密着した、光ファイバーにおいて、
上記クラッドは、加圧により膨張可能なものであり、
上記クラッドの収縮は、上記充填材料の反応が完了する前に開始され、かつ上記充填材料の反応に伴う上記コアの体積収縮に合わせて行われたものであり、そして
１０ｍ長さ当たりで計数された、上記クラッドと上記コアの間の空隙欠陥が３個以下であること
を特徴とする、光ファイバーによって解決することができる。
【０００９】
また、本発明によると、（ａ）所定の長さを有するチューブ状クラッドと、（ｂ）そのクラッド内に充填した充填材料を反応させて形成した固体状コアとを含み、
上記クラッドと上記コアとが上記クラッドの収縮により密着した、光ファイバを製造する方法において、
上記クラッドを、加圧により膨張可能に形成し、
上記充填材料を上記クラッド内に充填し、上記クラッド内で加圧しながら反応させ、
上記充填材料の反応が完了する前に、上記クラッドの収縮操作を開始し、そして
上記クラッドを、上記充填材料の反応に伴う上記コアの体積収縮に合わせて収縮させ、それにより、上記クラッドと上記コアの間の、空隙欠陥の発生を抑えること
を特徴とする、光ファイバーの製造方法も提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバーは、
チューブ状のクラッドが、加圧により膨張可能なものからなること、
クラッドの収縮が、充填材料の反応が完了する前に開始され、かつ充填材料の反応に伴うコアの体積収縮に合わせて行われたものであること、そして
クラッドとコアの間の空隙欠陥が、１０ｍ長さ当たりで計数した時に、３個以下であること、
を特徴としている。このような特徴は、以下の説明から容易に理解されるように、特に本発明による光ファイバーの製造方法に由来している。
【００１１】
本発明の光ファイバーの製造方法では、チューブ状クラッド内のモノマー等の充填材料を、加圧しながら重合して固体状コアを形成する工程において、コア（モノマー）の反応が完了する前に、クラッドの収縮操作を開始し、クラッドを、上記充填材料の反応に伴う上記コアの体積収縮に合わせて収縮させ、それにより、上記クラッドと上記コアの間の、空隙欠陥の発生を抑えるている。すなわち、本発明方法によると、モノマー等の充填材料、及びそれを重合して形成したコアと、クラッドとは常に密着した状態で光ファイバーを製造するので、上記クラッドと上記コアの間の空隙欠陥が実質的に無い光ファイバーを、連続生産を行う場合でも、安定かつ容易に製造することができる。
【００１２】
ここで、「空隙欠陥が実質的に無い状態」とは、たとえば、１０ｍ長さ当たりで計数された、上記クラッドと上記コアの間に存在する空隙欠陥の数が、通常３個以下であることを意味する。空隙欠陥の数は、好適には２個以下、特に好適には１個以下である。上記空隙欠陥は、ファイバー（コア）に光を入射（入光）した際に肉眼で識別できる欠陥であり、その大きさは、通常、最大寸法が５ｍｍ以上のものである。「最大寸法」とは、たとえば、略多角形形状の欠陥の場合は、その多角形の対角線、略楕円形の形状の場合、その長軸である。その様な欠陥を計測する方法は、光ファイバーの一端から入光した時に、肉眼でファイバー側面上の暗点として認識できるものを数える方法が好適である。
【００１３】
本発明の光ファイバーで使用されるクラッドは、所定の長さを有し、加圧により膨張可能なチューブ状のものである。したがって、充填材料の反応に伴うコアの体積収縮に合わせて、容易に収縮させることができる。このようなクラッドは、所定の温度（たとえば、充填材料の反応開始温度）にて、加圧により塑性変形または弾性変形して膨張可能であり、充填材料を反応させる加熱温度において、塑性変形または弾性変形して熱収縮可能なものが好適である。
【００１４】
上記のようなクラッドの選択は、クラッド内の充填材料を加圧する圧力及び、充填材料を反応させる温度（重合槽の温度等）にしたがって、主な物性値、すなわち、クラッドの肉厚、クラッドの内径及びクラッド材料の弾性係数を、適宜決定して行うのが好適である。
換言すれば、上記したような条件を制御することにより、クラッドの膨張及び、反応に伴うコアの体積収縮に合わせた収縮を確実かつ安定的に（すなわち、ムラ無く）行うことができるので、コアとクラッドの間に空隙欠陥が実質的に無く、光伝送性能がすぐれた、長尺の光ファイバーを、安定かつ容易に製造することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、長尺の光ファイバーの連続生産を効率的に行うことができる。連続生産に適した１つの方法は、次の様な方法である。すなわち、上記クラッドは、繰り出し及び巻取り可能なように、長さ方向に連続しており、
（Ａ）充填材料（重合性モノマー等）が充填された前記クラッドを、それを巻き取った繰出し手段から巻取り手段により送り出すことにより、クラッド内に充填された充填材料を加熱領域に搬送し、
（Ｂ）上記加熱領域において前記充填材料の反応を開始し、実施し、完了させるとともに、
（Ｃ）上記加熱領域において前記クラッドの収縮操作を開始し、
（Ｄ）前記クラッドの収縮操作が実質的に完了した後の光ファイバーを、上記加熱領域外に配置された巻取り手段にて巻取りながら、
光ファイバーを連続的に製造する方法である。
【００１６】
この方法では、上記加熱領域として、水等の熱媒が入った、所定の長さを有する重合槽を用いる点では、通常のバッチ法と実質的に同じである。しかしながら、上記製造方法では、上記重合槽の長さ方向に沿って、モノマー充填クラッドを連続的に加熱領域を通過させることにより、モノマーの重合反応操作及びクラッドの収縮操作を、平行して効果的に行うことができる。したがって、空隙欠陥が実質的に無く、光伝送性能がすぐれた、長尺の光ファイバーを、安定かつ容易に連続生産することができる。この方法では、クラッドの長さを、たとえば１００ｍ以上にして製造することも可能であるので、生産性を高めることが容易である。このような観点からは、充填材料をクラッド内に連続的に加圧充填しながら、充填材料が充填されたクラッドを加熱領域に搬送し、連続的に反応させるのが好適である。
【００１７】
本発明方法で製造された光ファイバーでは、上記クラッドが、上記充填材料の反応に伴う上記コアの体積収縮に合わせて収縮することにより、１０ｍ長さ当たりで測定された、上記クラッドと上記コアの間の空隙欠陥を、３個以下にすることが極めて容易である。
光ファイバーを、一端から他端に向けて光を伝送する場合、空隙欠陥が３個（１０ｍ当たり）以下であれば、実用上十分な光伝送性能を有することができる。また、ファイバー側面から漏光する光を利用し、装飾等に用いる場合、空隙欠陥の数は好適には１個（１０ｍ当たり）以下である。本発明による光ファイバーは、２０ｍ以上、たとえば、２０〜１００ｍ連続したコアを有する製品においても、実用上十分な光伝送性能を有することが可能である。
【００１８】
引き続いて、本発明による光ファイバーとその好適な製造方法及び製造条件をさらに具体的に説明する。
〔光ファイバーの製造方法〕
本発明による光ファイバーの好適な製造方法について、ここで各段階ごとに説明する。
【００１９】
まず、チューブ状クラッド（クラッドチューブ）を用意する。通常、クラッドは、押出し成型法にて、所定の肉厚、内径、長さ等の寸法を有するように形成する。クラッドの材料、寸法等の詳細については後述する。
上記のようにして形成したクラッド１は、図１に示されるように、通常、繰出し手段である繰出し装置１１にセットされる。図示の繰出し装置１１は、回転可能に配置された巻心（図示せず）を備え、その巻心にクラッド１を巻き取ってセットする。繰出し装置の巻心にセットされたクラッド１は、図示されるように、通常、巻取り手段である巻取り装置１２が駆動することによって巻き取られる。図示の巻取り装置１２は、図示しないが、回転可能に配置された巻心と、巻心を回転させる駆動手段（モーター等）とを備えている。
【００２０】
図示のような繰出し装置１１と巻取り装置１２とを組合わせて使用し、長さ方向に連続したクラッド１を、所定の搬送速度で、繰出し装置１１と巻取り装置１２との間に配置した、加熱槽（図示の例では重合水槽）１３に搬送し、その槽内を通過させる。
ここで、加熱槽１３は、通常、水、油、空気等の熱媒を充填可能な容器と、その熱媒を加熱する加熱手段（ヒーター等）と、熱媒の温度を制御する温度制御装置（サーモスタット等）とを備える。クラッド及びモノマーの加熱は、遠赤外線やマイクロ波で加熱することもできる。
【００２１】
図示の加熱槽（重合水槽）１３の容器は、クラッド１がその内部を貫通可能なように２つの開口部を備えている。すなわち、図示されるように、１つの開口部はクラッド搬入端（繰出し装置側）にあり、もう１つの開口部はクラッド搬出端（巻取り装置側）にある。また、図示のような容器に代えて、容器の長さ方向一端にのみ開口部を有するものを用いることもできる。この場合、容器を略鉛直方向に沿って配置し、容器の１つの開口部が鉛直方向上方に向くようにする。開口部からクラッドの封止端を中に入れ、容器の底（鉛直方向下の部分）に近いところで方向を反転させ、封止端が再び開口部から外に出てくるように、クラッドを搬送する。このようにしてモノマー充填クラッドを熱媒に浸し、コアの形成およびクラッドの収縮が完了した後、開口部から光ファイバーを取り出す。これにより、長尺の光ファイバーを連続的に生産することも可能である。
【００２２】
また、図示のように、反応性充填材料（ここでは重合性モノマー）を入れたモノマー補填タンク１４を用意し、内容物である重合性モノマーを窒素（Ｎ₂）ガスの加圧下にクラッド１の内部に充填する。
長さ方向に連続したクラッドを、繰り出し・巻取りながら光ファイバーを連続生産する場合、図示の例のようにモノマーを加圧しながら連続的に充填するのが有利である。また、このようにクラッド内にモノマーを加圧充填する場合、通常、クラッドの長さ方向の一端を封止しておき、クラッドの他端からモノマーを加圧充填する。クラッドの封止は、ガラス、硬質プラスチック、金属製（たとえばステンレス製）の栓やバルブを、クラッド一端の開口部に嵌めて行うことができる。
【００２３】
一方で、クラッドの他端の開口部からモノマーを充填する。このモノマーの充填は、通常、図示のように、クラッド１の他端の開口部をモノマータンク１４内のモノマー（通常液状）と接触させ、モノマータンク１４の内部を陽圧に保つことにより、連続的にモノマーをクラッド内に加圧充填する。すなわち、液状モノマー内にクラッドの他端を浸しつつ、モノマーの液面に窒素等の不活性ガスを加圧接触させることにより、このような連続的な加圧充填を容易に行うことができる。
【００２４】
続いて、繰出し装置１２からクラッド１を送り出し、これにより、クラッド１内に充填されたモノマーを重合水槽１３内の加熱領域に搬送する。この時、重合水槽１３の水の温度が均一で、その重合水槽が、モノマーの重合とクラッドの収縮に適した温度に制御された恒温槽である場合、水槽全体が加熱領域となる。
モノマー充填クラッド１を、重合水槽１３内を通過させるには、たとえば、クラッドの封止端に、ワイヤー、ロープ、チューブ等の先導部材の長さ方向一端を接続しておき、先導部材の他端を巻取り装置１２の巻心にセットし、巻取り装置１２を駆動させることにより行う。または、クラッド１の封止端から反対側の一端に向かう所定の長さ部分をウェイスト部分とするようにし、その、ウェイスト部分を先導部材の代わりにすることもできる。
【００２５】
図示の例では、加熱領域内に搬送されたクラッド内でモノマーの反応（熱重合）を開始し、加熱領域内で重合を完了させる。一方、加熱領域内に搬送されたクラッドは、モノマーを介して加えられる圧力によって膨張する。また、このような加圧膨張可能なクラッドを用いているので、モノマーの反応が完了する前に加熱領域内で加熱されることにより、クラッドを、モノマー反応に伴う体積収縮に合わせて均一に収縮させることができる。
【００２６】
図示の例では、モノマーの重合（コアの熱重合）が、重合水槽（加熱領域）の途中で完了するように、クラッドの搬送速度や加熱温度が決定されている。これにより、モノマーの反応が完了した後も、クラッドの反応（重合）完了部分は水槽内に位置し、加熱可能である。このような加熱操作により、クラッドを均一かつコアに密着した状態で収縮させることができる。
【００２７】
上述のように、図示の実施形態の製造方法では、重合水槽内で、クラッドの膨張、モノマーの重合開始及び完了（固体状コアの形成）、及びクラッドの収縮を連続かつ円滑に行うことができる。すなわち、重合水槽１３内において、クラッドの熱膨張は帯域Ａで進行し、コアの熱重合は帯域Ｂで進行し、そしてクラッドの熱収縮は帯域Ｃで進行する。
【００２８】
モノマーの重合に伴うクラッドの収縮の機構及び効果については、次のように説明できる。
１．重合性モノマーを加圧充填したクラッドは、重合水槽内で加圧膨張する。クラッドの膨張操作は、加熱により容易かつ均一に行うことができる。
２．膨張したクラッド内の重合性モノマーは、加熱により重合を開始する。重合初期の段階で発生した重合中のモノマーの体積収縮は、モノマ−の未重合部分にかかる圧力により、未重合部分から移動するモノマーで補うことができる。
【００２９】
３．モノマーの重合が進み、モノマーの流動性（移動性）が失われると、流動性を失ったモノマーが圧力に対する壁を形成する。この壁より先の部分（水槽の搬出口側）では、未重合部分側からの圧力に影響されない領域となる。
４．重合が完了するまで、重合反応に伴うコアの体積収縮は続く。この段階では、上記壁によって遮られ、未重合部分側からモノマーが補填されないので、コアの直径方向に体積収縮する。この段階で、加圧膨張したクラッドは、コアの体積収縮に合わせて収縮し、コアに密着する。この時、水槽内でクラッドを加熱することは、クラッドの収縮操作を均一かつ円滑にする。したがって、空隙欠陥の発生を効果的に防止できる。
【００３０】
以上のようにして、固体状コアの形成、そしてクラッド収縮を行った後、得られたファイバー１０を、通常は図示のように、加熱領域（重合水槽）１３の外に配置された巻取り装置１２に送り、そこで巻き取る。重合水槽１３と巻取り装置１２との間を搬送される光ファイバー１０は、通常、製造室内の空気により自然に徐冷される。
【００３１】
また、重合水槽内の加熱温度が比較的高い（たとえば、７５℃以上）場合、所定温度に設定された徐冷領域を通過させた後、巻取り装置に巻き取られるようにするのが好適である。これは、水槽内の加熱温度が比較的高い場合、重合完了後の固体状コアの熱膨張が無視できなくなり、重合水槽を出た後、コアの冷却に伴う収縮に合わせてクラッドが収縮できるようにするためである。クラッドの徐冷領域としては、水槽と巻取り装置との間を長くとり、室内気温（通常、約２５℃）の領域を用いたり、水槽と巻取り装置との間に配置したオーブン等を採用することができる。オーブンの温度は、通常、上記加熱温度と室内気温との間に設定される。
【００３２】
重合水槽内のクラッドは、好適には略直線状に保持される。すなわち、水槽容器のクラッド搬入端と搬出端とを結ぶ線は、略直線である。これにより、クラッドの収縮を、モノマーの反応に伴う、モノマーの重合体からなるコアの体積収縮に合わせて、均一に収縮させることがさらに容易になる。また、このような方法で製造された光ファイバーでは、クラッドとコアの間の空隙欠陥が実質的に無いようにすることができる。
【００３３】
本発明の製造方法によれば、反応したモノマー（重合したコア）の、体積収縮補填のための特別な操作や工程を用いることなく、泡状空隙や剥離等の空隙欠陥の実質的に無い、長尺の光ファイバーを効率的に製造することができる。
〔光ファイバーの製造条件〕
前述のように、本発明の製造方法では、モノマーを加圧膨張可能なクラッド内で重合させる工程において、主要な製造条件、すなわち、クラッドの肉厚、クラッドの内径、クラッド材料の弾性係数等のクラッド物性と、重合中におけるクラッド内圧力（モノマー等の充填材料を加圧する圧力）と、加熱槽（重合水槽）の温度、とを制御することにより、クラッドを重合反応時に変形（塑性変形、あるいは弾性変形）させ、膨張したクラッド内でモノマーの重合反応を行わせる。また、上記の製造条件の制御により、充填材料の反応に伴うコアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させ、コアとクラッドとの密着性を高めることができる。
【００３４】
製造条件は、次のように決定するのが好適である。
ａ）加熱槽のクラッド搬入口付近の温度、クラッド物性及びクラッド内圧力をそれぞれ適宜決定することにより、クラッドの膨張量を制御する。クラッド膨張量は、モノマーの重合反応に伴う体積収縮量以上で、クラッドの破裂限界以内に決める。
【００３５】
ｂ）また、クラッド内圧力は、モノマーの初期の重合によって生じる体積収縮分を、未重合側モノマーで補填できる範囲に設定する。
ｃ）加熱槽のクラッド搬出口付近の温度は、膨張したクラッドが、直径方向に発生するコアの体積収縮に合わせて、均一かつ円滑に収縮できるように決める。また、クラッド物性も、このようなクラッド収縮が行える範囲に設定する。
【００３６】
具体的な製造条件の一例について、次に説明する。
クラッド材料の弾性係数は、通常１０〜７００ＭＰａ、好適には２０〜６００ＭＰａ、特に好適には３０〜５００ＭＰａである。弾性係数が小さすぎる場合、クラッド内圧力を十分に高めようとすると、製造工程中でクラッドが破裂するおそれがあり、クラッド内圧力を高めることが困難になる。クラッド内圧力が十分に高められないと、クラッドの膨張量を、モノマーの重合反応に伴うコアの体積収縮量以上にすることが困難になり、重合反応に伴うコアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させることができないおそれがある。反対に、弾性係数が高すぎると、クラッドの加圧膨張量を十分に大きくすることができず、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせてクラッドを収縮できないおそれがある。なお、本明細書において、クラッド材料の弾性係数は、加圧膨張操作の時の加熱温度における値であると定義する。
【００３７】
クラッドの肉厚は、通常０．０１〜２ｍｍ、好適には０．０５〜１．５ｍｍ、特に好適には０．１〜１ｍｍである。肉厚が小さすぎる場合、クラッド内圧力を十分に高めようとするとクラッドが破裂し、クラッド内圧力を高めることが困難になるおそれがある。反対に、肉厚が大きすぎると、クラッドの加圧膨張が困難になり、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせてクラッドを収縮できないおそれがある。
【００３８】
クラッドの内半径は、通常１〜１５ｍｍ、好適には１．５〜１３ｍｍ、特に好適には２〜１２ｍｍである。内半径が小さすぎると、クラッドの加圧膨張が困難になり、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせてクラッドを収縮できないおそれがある。反対に、内半径が大きすぎると、クラッド内圧力を高めることが困難になり、モノマーの重合初期の段階における空隙欠陥の発生を効果的に防止できないおそれがある。
【００３９】
クラッドの材料は、上記のような弾性係数を有する材料であれば特に限定されない。通常、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、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、トリフルオロエチレン−ビニリデンフルオライト共重合体、ポリメチルペンテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体等のポリマーである。
【００４０】
クラッド内圧力の上限値は、クラッド物性によっても異なるが、通常５ＭＰａ、好適には３ＭＰａ、特に好適には２ＭＰａである。クラッド内圧力が高すぎると、製造工程中でクラッドが破裂するおそれがある。
一方、クラッド内圧力の下限値Ｐ_Lは、通常、次式（１）に従うように決定する。すなわち、
Ｐ_L＝Ｅ×ｔ／ｒ …（１）
である。ここで、Ｅはクラッド材料の弾性係数、ｔはクラッドの肉厚、ｒはクラッドの内半径である。クラッド内圧力が、式（１）により決定される下限値Ｐ_Lより小さいと、クラッドの加圧膨張量が小さすぎて、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせてクラッドを収縮させることができないおそれがある。また、クラッド内圧力が小さすぎると、モノマーの初期の重合によって生じる体積収縮分を、未重合モノマーで補填できず、空隙欠陥の発生を効果的に防止できないおそれがある。したがって、式（１）を満たすことに加えて、クラッド内圧力は、通常０．０５ＭＰａ以上、好適には０．０７ＭＰａ以上、特に好適には０．１ＭＰａ以上に決定する。
【００４１】
加熱槽（重合水槽）の温度は、モノマーの反応性、クラッド物性、モノマー充填クラッドの搬送速度（すなわち、加熱槽内での滞留時間）などによっても異なるが、通常３５〜９０℃、好適には４０〜８５℃である。温度が低すぎるとクラッドの膨張、収縮を均一かつ円滑に行うことができず、コアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させることができないおそれがある。反対に温度が高すぎると、重合完了後のコアの熱膨張が無視できなくなり、加熱槽を出た後、コアの冷却に伴う収縮に合わせてクラッドを収縮させるのが困難になるおそれがある。このような場合、前述のように、クラッドの徐冷領域を特別に設けることで、クラッドの収縮操作を効果的に行うこともできる。しかしながら、製造工程及び操作を簡略化し、生産効率を高めるには、このような徐冷領域を特別に設けない方が好適である。このような観点からは、加熱槽の温度は、４５〜６５℃の範囲が好適である。
【００４２】
モノマー充填クラッドを、加熱槽内に滞留させる時間（滞留時間）は特に限定されないが、通常１０分〜５時間、好適には１５分〜３時間である。また、製造に用いられるクラッドの長さは、通常１０〜３，０００ｍ、好適には２０〜２，０００ｍである。
〔光ファイバー〕
本発明による光ファイバーは、前述のようにして形成されたクラッドと、そのクラッドで被覆されたコアとを有する。
【００４３】
コアは、通常、クラッドの長さ方向に延在する。コアの周面は、前述のクラッドが密着して被覆しているが、両端面露出している。そのコアの露出した一端または両端から、光源の光をコア内部に、損失無く導入することができる。コアは、一方の端から内部に入射した光を他方の端に向けて伝送可能なレベルの光透過性を有する。
【００４４】
コアは、通常、可撓性プラスチックからなる中実コアである。可撓性プラスチックとして、好ましくは、アクリル系ポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体等の、光透過性及び可撓性を有するポリマーを、単独で、さもなければ、２種類もしくはそれ以上のポリマーを混合して、使用することができる。コアを構成するプラスチックの屈折率は、通常１．４〜１．７、全光線透過率は通常８０％以上である。また、コア自体の十分な耐熱性を保証するために、ポリマーを架橋させることができる。
【００４５】
コアの原料となる充填材料としては、たとえば、アクリル系モノマーを使用することができる。アクリル系モノマーの具体例としては、ｎ−ブチルメタクリレート、トリエチレングルコールジメタクリレート、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、フェニルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、エチルアクリレート、トリデシルメタクリレート、ドデシルメタクリレートなどを挙げることができる。
【００４６】
コアの材料を架橋する架橋剤としては、たとえば、ジアリルフタレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート等の多官能性モノマーが使用できる。
光ファイバーにおけるコアの長さは、通常クラッドの長さと同じであり、通常５０〜１００ｍである。また、コアの直径方向の断面は、通常は略円形または略楕円形であるが、本発明の効果を損なわない限り、その他の形状であってもよい。
本発明による光ファイバーは、光ファイバーが従来から持つ特徴（柔軟性や耐久性など）を十分に生かしつつ、光伝送効率を高めることができる。したがって、たとえば、光源から離れた場所での照明装置、イルミネーション、広告看板、可変表示体、道路標識等に有用に使用できる発光装置などの構成部品として使用できる。すなわち、本発明による光ファイバーは、コアの一端から内部に導入した光を、他端から出射する末端発光モードや、コアの側面（または周面）から出射（漏光）させる側面発光モードにおいて、有効に使用できる。
【００４７】
光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、フラッシュランプ等の高輝度ランプを有利に使用できる。ランプの消費電力は、通常１０〜５００Ｗである。また、太陽光を集束してコアの一端から内部に導入しても良い。
【００４８】
【実施例】
引き続いて、本発明をその実施例及び比較例を参照して説明する。
実施例１〜５
下記の第１表に記載の製造条件を適用して、下記のような製造手順に従い各例の光ファイバーを製造した。また、各例で使用した製造装置は、先に図１を参照して説明したものに同様であり、水平に置かれた重合水槽（水平方向長さ＝４．２ｍ）を装備していた。なお、重合水槽の温度を８０℃まで上げた実施例５では、クラッドの徐冷操作を行ってから巻取り装置に巻き取った。
〔製造手順〕
クラッド材料として、三井デュポン社製の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、（品番）ＦＥＰ１００Ｊ、を使用した。このクラッド材料を直径（φ）＝５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２６の押出し機で成形し、長尺のクラッドチューブを得た。
【００４９】
得られたクラッドを長さ３０ｍにカットし、そのクラッドの内部にコア形成材料を加圧充填した。ここで使用したコア形成材料は、重合性モノマー（重量比で１００：１の、ｎ−ブチルメタクリレートとトリエチレングリコールジメタクリレートとの混合液）に、重合開始剤としてビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネートを加えたものである。クラッド内のモノマーを下記の第１表に記載のような条件下で重合させた。その際、クラッド内でモノマーを連続重合し、クラッドを収縮してクラッドとコアを密着させて、目的とする光ファイバーを製造した。
〔製造された光ファイバー〕
実施例１〜５のそれぞれにおいて、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせてクラッドを収縮させることができ、したがって、全長にわたって、コアとクラッドとの間に空隙欠陥がまったく見られない（すなわち、前述の定義による空隙欠陥の数がゼロである）光ファイバーが得られた。
比較例１
比較例１は前記実施例１と同じクラッドを用い、クラッド内圧力を下げた以外は、実施例１と同様にして光ファイバーを製造した。製造条件は、下記の第１表に記載する通りである。
【００５０】
本例では、クラッドの膨張量が、モノマーの体積収縮率に比べて十分でなかったので、クラッドが、モノマーの重合反応に伴う体積収縮に合わせて収縮できなかった。その結果、前述の方法で計数した空隙欠陥が、１０ｍ当たり約１０個見つかった。
比較例２
比較例２は、前記実施例３と同じクラッドを用い、重合水槽での滞留時間を半分にした以外は、実施例１と同様にして光ファイバーを製造した。製造条件は、下記の第１表に記載する通りである。
【００５１】
本例では、重合水槽中でモノマーの重合が完了せず、水槽を出てからも重合の進行に伴ってコアの体積収縮が発生した。水槽を出た後のクラッドは寸法的には収縮可能であったが、水槽外の室温（約２５℃）では、コアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させることができなかった。その結果、前述の方法で計数した空隙欠陥が、１０ｍ当たり約１０個見つかった。なお、比較例２の条件において、水槽を出た後でさらに加熱することにより、コアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させ、空隙欠陥の無い光ファイバーを形成することが可能である。
【００５２】
【表１】

【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、加圧膨張したクラッド中で充填材料を反応させ、その充填材料の反応に伴うコアの体積収縮に合わせてクラッドを収縮させたので、コア（モノマー）の反応中、クラッド中の充填材料の重合部分と未重合部分との境界部分が比較的広い幅を持って形成され、重合したコアの体積収縮が、未重合部分側からの圧力が及ばない領域で発生する場合でも、コア−クラッド界面の空隙欠陥を実質的に無くすことができる。したがって、本発明に従うと、長尺の光ファイバーを連続的に安定かつ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光ファイバーの製造ラインの好ましい１実施形態を示した模式図である。
【符号の説明】
１…クラッド
１０…光ファイバー
１１…繰出し装置
１２…巻取り装置
１３…加熱槽
１４…モノマー補填タンク

Claims

（ａ）所定の長さを有するチューブ状クラッドと、（ｂ）そのクラッド内に充填した充填材料を反応させて形成した固体状コアとを含み、
上記クラッドと上記コアとが上記クラッドの収縮により密着した、光ファイバを製造する方法において、
上記クラッドを、加圧により膨張可能に形成し、
上記充填材料を上記クラッド内に充填し、上記クラッド内で加圧しながら反応させ、
上記充填材料の反応が完了する前に、上記クラッドの収縮操作を開始し、そして
上記クラッドを、上記充填材料の反応に伴う上記コアの体積収縮に合わせて収縮させ、それにより、上記クラッドと上記コアの間の、空隙欠陥の発生を抑えること
を特徴とする、光ファイバーの製造方法。
（Ａ）前記クラッドを、それを巻き取った繰出し手段から、巻取り手段により送り出すことにより、前記クラッド内に充填された前記充填材料を加熱領域に搬送し、
（Ｂ）上記加熱領域において前記充填材料の反応を開始し、実施し、かつ完了させるとともに、
（Ｃ）上記加熱領域において前記クラッドの収縮操作を開始し、
（Ｄ）前記クラッドの収縮操作が実質的に完了した後の光ファイバーを、上記加熱領域外に配置された巻取り手段にて巻取りながら、
光ファイバーを連続的に製造すること
を特徴とする、請求項１に記載の光ファイバーの製造方法。