JPH0345910A - 光ファイバー分岐カプラーの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶ポリマーを使用して、光ファイバー用分
岐カプラーを安価に、かつ再現性よく大量に製造する方
法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５０１５０になるように調整しながら加熱
溶着せしめ、その溶着部分に歪みがかからないように、
筐体の中に保持、固定された構造となっている。（第１
図にその一例を示す。）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（５０１５０
）が、歪みの大きさによって変動してしまい、分岐カプ
ラーとしての用を足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、基板等に固定
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、また筐体外部に出た光ファイバー素線
に加えられた外力が溶着部分に伝わって発生する歪み、
あるいは基板、蓋部等の線膨張係数が石英ガラスの線膨
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フ
ァイバーを保持、固定する基板あるいは蓋部は、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目覚
ましく、従って分岐カプラーの需要も加速度的に増大す
ることが予想されており、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、セラ藁ツク等で薄葉の基板を作成し、
この上に溶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、本発明者等は光ファイバーの分
岐カプラーの製造方法に関し、大量生産が可能でありし
かも大幅なコストダウンを遠戚することが可能である製
造方法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、本発明は溶融時に光学異方性を示すポリマーと、
線膨張係数が１．　ＯＸ　１０−’ｃｍ／ｃｏ＋／　’
Ｃ以下である繊維状充填剤よりなる樹脂組成物より底形
された基板部分と蓋部分を、超音波融着法によって接着
することを特徴とする光ファイバー分岐カプラーの製造
方法に関するものである０本発明で使用する溶融時に光
学異方性を禾す（異方性溶融相を形成しうる）ポリマー
（液晶ポリマー）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はその変形方向に容
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ｉｏ−”ｃｍ　／　ａｍ　
／　”Ｃ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基板を底形すれば光ファイバ
ーの使用された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　　　　−〇−Ｒ−０−ＣＯ−Ｒ−Ｃ
Ｏ− −０−Ｒ−ＣＯ− ２＝ポリエステルアξド　−０−Ｒ−０−−Ｃ０−Ｒ−
ＣＯ− 一〇−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。

−ＣＨｔ−，−（ＣＨｚ）ｚ　、　（ＣＨｚ）４．−（
ＣＨｚ）ａ−１Ｕ 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。

Ｂｒ −（／！　　　　−ＣＯＯＨ−ＣＯＮＨ２かかる群より
選定された、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基板と蓋用
の金型を試作して射出成形を行った。第２図に本発明方
法により得られた分岐カプラーの二側を示す。しかしな
がら、かかる方法で得られた基板は、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
作してヒートサイクルテスト（８５°Ｃ〜−５５°Ｃ）
を行った結果、分岐比は初期設定値が５０１５０である
にもかかわらす５０１５０〜８０／２０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筐体がスキ
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アイバ一部に歪みを生じる
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
を有する基板部分と蓋部分とからなる筐体において、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．　ＯＸ　１０−’ｃｍ／ａ
ｍ／　’Ｃ以下である筐体であれば環境温度の変化にお
ける信号分岐の変動の極めて小さい筐体を製造しえるこ
とを見だした。かかる筐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１．０Ｘ１０−’（−ｆｆｉ／ｃｉｌ／”Ｃ以下で
ある繊維状充填剤が好ましくは２重量％以上充填されて
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
できない場合がある。一方筐体の線膨張係数が１．０Ｘ
１０−’ａｍ　／　ｃｍ　／　”Ｃ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−’ｃｍ　／　ｃｍ／　
’Ｃ以下である繊維状充填剤としては、炭素繊維、石英
ガラス等よりなるガラス繊維、ウオラストナイト、チタ
ン酸カリ等に代表されるウィスカー、アスベスト等の無
機繊維あるいは繊することができる。好ましくは炭素繊
維、ウィスカーまたは有機高分子繊維である。一方線膨
張係数が１．　ＯＸ　Ｉ　Ｏ−”ｃｒｔｉ／　ｃｍ／　
”Ｃ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、ボリア、ミド、ポリエステルアミ
ド、ポリアミトイ逅ド、ポリイミド、ポリエーテルケト
ンォン、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、又、板状、粒子
状充填剤がそれぞれ混合されて、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ξす、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。

かかる樹脂組成物を使用して第２図に示されるような基
板及び蓋部を成形し、溶着した石英ガラスの光ファイバ
ーをＬＪＶ硬化樹脂で基板に固定し、次いで蓋部と基板
部を室温硬化型シリコン系樹脂を使用して密着せしめ、
その後両端部をＵｖ硬化樹脂を使用して密封せしめるこ
とにより、環境温度の変化に対して信号分岐比の変動の
殆どないカプラーを製造することができるのである。

しかしながら実際に製造する場合、基板部分と蓋部分の
接着に対してＵＶを照射することができないのでＵＶ硬
化型樹脂を使用することができない。このような場合通
常は熱硬化型樹脂が使用されるが、硬化するのに必要な
温度条件では基板、あるいは蓋はその熱で非常に微小で
あるが変形することが避けられない。かかる変形によっ
て初期に設定された信号分岐比（５０１５０）が変化し
てしまう。また、変形を少なくするために硬化温度を低
くすれば、実用に耐える接着強度に到達するのに極めて
長い時間を必要とし、従って、生産効率が大幅に低下し
てしまう、かかる問題点に対しては、超音波融着法によ
れば振動変位が非常に微小であること、発生する熱は接
着部近傍のみであること等の理由から、信号分岐比の変
動も殆どなく、きわめて短時間に接着することが可能で
ある。

しかしながらかかる超音波融着法に対しては樹脂の軟化
温度が高いと溶着性が不十分であり、少しの負荷で接着
部が剥れてしまう０本発明においては、上記群よりなる
液晶ポリマーの中でも特に、ＡＳＴＭ法（荷重４．６ｋ
ｇ／ｃｊ）で測定した熱変形温度が３２０℃以下である
溶融時に光学異方性を有する液晶ポリマーを選定した場
合、超音波融着性が特に良好であり、基板部分と蓋部分
を超音波融着して本発明の光ファイバー用分岐カプラー
の製造に特に適している。熱変形温度が３２０℃より高
い液晶性ポリマーを選定した場合、超音波融着の際大荷
重をかける必要があり、その時筐体部分に歪みがかかっ
てしまい信号の分岐比が変化してしまうので好ましくな
い。かかる熱変形温度を満足するポリマーは、前記群の
中でも特に、例えば脂肪族基あるいは脂環族残基で一部
置換された全芳香族ポリエステル共重合体、あるいは３
元ないし４元の構成セグメントよりなる全芳香族共重合
ポリマー、あるいは６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸残
基を含む共重合ポリエステルあるいは共重合ポリエステ
ルアミドが好ましい。

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として、−５５”Ｃと＋８５℃の寸法
差をΔＬｃｍとして、ΔＬ／Ｌ／１４０の計算式で定義
される。

〔実施例１ 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方法により得られ
る光ファイバー分岐カプラーの一例を示すが本発明はこ
れらにより何ら制限されるものではない。

実施例−１ 三菱化成■より上市されている商品名Ｎ○ＶＡＣＣＵＲ
ＡＴＥ＠樹脂（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、バ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６ＩＩｌ１１の炭素繊維チョツプドストラ
ンド（東邦ベスロン■、を重量で２０％を添加し、タン
ブラで充分に混合し、２軸押出機を使用して、２７５°
Ｃで押し出してベレットとした。使用した炭素繊維の線
膨張係数は０．３　Ｘ　１０−ｈｃｍ／ｃｍ／　’Ｃで
あった。（測定装置：デュポン製　９４３型ＴＭＡ） 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　’Ｃ５射出圧カフ
５ＭＰａ、金型８０°Ｃ２冷却時間２０秒で光ファイバ
ー分岐カプラー用基板と蓋部を得た。

使用したＮ０ＶＡＣＣＵＲＡＴＥ＠樹脂組成物のＡＳＴ
Ｍ法（４，６ｋｇ／ｃｆｆｌ）による熱変形温度は２５
０°Ｃであった。この基板部に信号分岐比が５０１５０
になるように熔着した光ファイバー素線を） ＵＶ硬化シリコン樹脂を使用して接着せしめ、次いで基
板部分と蓋部分を加圧力２．５ｋｇ／ｄ、発振時間１．
０秒の条件で超音波融着せしめた。この工程に要した時
間は１分以内であった。さらに両端部をＵＶ硬化シリコ
ン樹脂を使用して光ファイバーを固定すると共に、筐体
内部を密閉して分岐カプラーを製造した。このようにし
て得られた分岐カプラーに対して、＋８５°Ｃ（２時間
）、＋８５”Ｃ−−５５°Ｃ（２時間）、−５５°Ｃ（
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
号分岐比変動は４９．５　／　５０．２〜５１．０／４
９内であり、きわめて良好であった。又１２サイクルテ
スト終了後の分岐比は４９．１　／　５０．９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。

比較例−１ 実施例−１の超音波融着の代わりに、（１）室温硬化型
シリコン系接着剤および（２）熱硬化タイプエポキシ樹
脂を使用して、実施例−１と同様に基板部と蓋部を接着
した。（１）の室温硬化型シリコン系接着剤を使用して
製造したカプラーはヒートサイクルテストが１サイクル
テスト、１２サイクルテスト共に良好な値を示し、十分
実用に供することができると考えられるが、蓋部と基板
部の十分な接着強度を有するまでにかかった時間は１８
時間を要し、大量生産上問題がある。熱硬化タイプのエ
ポキシ樹脂を使用して同様に蓋部と基板部を接着した場
合、硬化条件を１００°Ｃ３０分を要した。接着後の信
号分岐比を測定したところ、６０／４０と大幅に変化し
てしまった。硬化温度を更に下げれば、信号分岐比の変
化は小さくすることができるが、硬化時間が更に長くな
り好ましくない。

比較例−２ 日本石油化学工業■より販売されている、ＸＹＤＡＲ樹
脂Ｃ３ＲＴ−３００：無充填ブレニード）を使用して、
実施例−１と同様な方法で炭素繊維を２０重量％充填し
た樹脂Ｕ酸物を得た。この組成物のＡＳＴＭ法（４，６
ｋｇ／ポ）で測定した熱変形温度は３３０°Ｃ以上であ
った。かかる！Ｉ！戒物を使用して、射出成形法によっ
て基板、蓋を得、実施例−１と同様な方法で基板に光フ
ァイバーを固定し、蓋部を超音波融着せしめた。この時
、加圧力４．０ｋｇ／ｃ１１１以上、超音波発振時間５
秒かけても十分な接着強度が得られず、手で簡単に剥が
れてしまい事実上超音波融着は不可能であった。

〔発明の効果］ 本発明の製造法によれば、特定の樹脂組成物を使用して
、かつ超音波融着法を用いることにより、再現性よくし
かも高い生産速度で光ファイバー分岐カプラーを製造す
ることが可能である。

【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ＬＪＶ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
部分であり、＜ｂ＞は蓋部分である。＜ｃ＞は＜ａ＞と
＜ｂ＞を組合せて得られた本発明の光ファイバー分岐カ
プラーを示すものである。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、７は超音波融着部を示
す。 出　願　人　日本電信電話株式会社 （ほか１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   繊維状充填剤よりなる樹脂組成物より成形された基板部
   分と蓋部分を超音波融着法によって接着することを特徴
   とする光ファイバー分岐カプラーの製造方法。
2. （２）溶融時に光学異方性を示すポリマーの熱変形温度
   がＡＳＴＭ法で測定して３２０℃より低いことを特徴と
   する特許請求範囲第１項記載の光ファイバー分岐カプラ
   ーの製造方法。
3. （３）繊維状充填剤が炭素繊維、ウィスカー、及び有機
   高分子繊維の中から選ばれたものであることを特徴とす
   る特許請求範囲第１項記載の光ファイバー分岐カプラー
   の製造方法。