JPH08101317A - 広帯域光ファイババンドルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鞘の屈折率が、芯の屈折率より０．０１以上
０．０４以下だけ低い関係にあり、個々の光ファイバの
直径が３００μｍ以下である７本から１００本の光ファ
イバを束ねてバンドルファイバを構成し、その端末部分
の位置関係がほぼ対称になるように固定した広帯域光フ
ァイババンドルユニット。 【効果】 本発明により、ＬＡＮなどにおいて、高速の
情報伝送が光ファイババンドルを用いた場合に、効率良
く光源から光ファイババンドルを経てディテクタまで伝
送できるようになり、応用範囲が広がることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に短〜中距離の高速
光信号伝送用媒体として、ＬＡＮ（ローカルエリアネッ
トワーク）、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）、
ＯＡ（オフィスオートメーション）などに使用される、
広帯域の光ファイババンドルユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバを用いた光通信
は汎用化してきた。これらに使用されるプラスチック光
ファイバケーブルは、通常一本の芯とその周囲を薄く同
心円状に鞘材を被覆した構造からなるプラスチック光フ
ァイバに、さらにポリエチレンなどの熱可塑性樹脂で被
覆を施したものが使用されている。このようなプラスチ
ック光ファイバでは、芯の直径は通常０．５〜１．５ｍ
ｍである。また、その他のプラスチック光ファイバケー
ブルとしては、直径０．１２５〜０．２５ｍｍといった
細いプラスチック光ファイバを数十本程度束にし、それ
を熱可塑性樹脂で被覆したバンドルケーブルも実用化さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来実用化されている
プラスチック光ファイバの鞘材には、特開昭６２−２６
５６０６号公報に記載されているフッ化メタクリレート
系共重合体などが使われている。しかし、これら従来の
鞘材を使用したプラスチック光ファイバの帯域は比較的
小さく、オーディオ、ＦＡなどの低速で、短距離の信号
伝送用途にしか使用できなかった。

【０００４】プラスチック光ファイバの帯域を広げ、高
速の信号伝送を行えるようにするには、芯材と鞘材との
屈折率差を小さくするという方法があるのだが、こうす
ると、光ファイバを曲げたときの光ロスが大きくなると
いう欠点がでてくる。そこで、プラスチック光ファイバ
の口径を小さくすれば、曲げたときの光ロスは小さくな
るが入射光量も少なくなるので、細いファイバでは数本
〜数十本束ねる必要性がででくる。従来からある細い光
ファイバを束ねたファイババンドルでも、曲げたときの
光ロスを小さくすることはできるが、個々の光ファイバ
はフリーであり、固定されていないため、光の入射端面
と出射端面とでは個々の光ファイバの相対位置が変わる
可能性があり、問題である。つまり、光源の光強度分布
は、中心部が強く、周辺部が弱くなっている。一方、高
速なフォトダイオードは、受光部の直径は約０．４ｍｍ
と小さいため、この面積を有効に使用して伝送するため
には強い光をフォトダイオードの中心に集めて受光した
いが、入射面と出射面では光ファイバの相対位置の異な
るファイババンドルでは、出射面で明るい光ファイバが
分散して存在し問題となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＬＡＮの
ような高速で中距離の信号伝送において、光源から受光
した光パワーを効率的にディテクタに伝送することので
きる広帯域光ファイババンドルユニットを開発すべく、
鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発
明は、光ファイババンドルケーブルにおいて、鞘の屈折
率が芯の屈折率より０．０１以上０．０４以下だけ低い
関係にあり、個々の光ファイバの直径が３００μｍ以下
であり、７本から１００本の光ファイバを束ねてバンド
ルケーブルを構成し、その両端の端末部分の光ファイバ
の位置関係がほぼ対称になるように固定した広帯域光フ
ァイババンドルユニットに関するものである。

【０００６】本発明において、両端の端末部分の光ファ
イバの位置関係がほぼ対称になるように固定するという
ことは、つぎの内容である。本発明の光ファイババンド
ルは、信号の伝送に使用するものであり、イメージファ
イバのように完璧な対称性を要求するものではない。ほ
ぼ対称とは、入射面において、光源の光強度分布が中央
部が強いものを、ディテクタ側出射面においても保持し
ていればよいのである。即ち入射面のおける中央部が出
射面における中央部にあり、入射面における周辺部が出
射面における周辺部に位置していればよい。

【０００７】具体例として一例を挙げれば、実際に使用
するＬＤやＬＥＤなどの光源を使用条件で入射して、出
射面において、明るい光ファイバが分散しているのを観
察して、明るい光ファイバを選別してピンセットなどで
中央に集めてやる方法などがある。そのように、ほぼ対
称となるようにした状態は、接着剤、熱溶着、またはか
しめによるなど適正な方法で固定しておく。

【０００８】本発明において、芯の例としては、メチル
メタクリレートを主成分とする公知の樹脂が使用でき
る。たとえば、メチルメタクリレート単独重合体や、メ
チルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体
で、共重合可能な成分として、アクリル酸メチル、アク
リル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチルなどのアクリル酸
エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピ
ル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エ
ステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、
無水マレイン酸、スチレンなどがあり、このなかから一
種類以上適宜選択して共重合させることができる。

【０００９】また、プラスチック光ファイバの帯域幅を
広くするためには、鞘として、屈折率が芯の屈折率に近
いものを使用しなければならない。鞘の例としては、フ
ッ化メタクリレートやフッ化アクリレート、メチルメタ
クリレートを主原料モノマーとした共重合体や、フッ化
ビニリデン系共重合体、フッ化ビニリデン系共重合体と
メチルメタクリレート系樹脂とのブレンドなどで、その
うち屈折率が芯材の屈折率よりも０．０１から０．０４
だけ低く調節できる樹脂があげられる。例えば、フッ化
メタクリレートモノマーとしては、トリフルオロエチル
メタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレー
ト、ペンタフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデ
カフルオロデシルメタクリレート、オクタフルオロプロ
ペンチルメタクリレートなどがあり、フッ化アクリレー
トモノマーとしては、トリフルオロエチルアクリレー
ト、テトラフルオロプロピルアクリレート、オクタフル
オロペンチルアクリレートなどがある。さらに、所望に
応じ、この共重合体組成１００重量部あたり、５重量部
を越えない範囲で、メタクリル酸、ｏ−メチルフェニル
マレイミド、マレイミド、無水マレイン酸、スチレン、
メチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸六員環
化物などの成分を導入することもできる。

【００１０】具体的には、例えば、ヘプタデカフルオロ
デシルメタクリレートとメチルメタクリレートとの共重
合体、テトラフルオロプロピルメタクリレートとメチル
メタクリレートとの共重合体、トリフルオロエチルメタ
クリレートとメチルメタクリレートとの共重合体、ペン
タフルオロプロピルメタクリレートとメチルメタクリレ
ートとの共重合体、ヘプタデカフルオロデシルメタクリ
レートとテトラフルオロプロピルメタクリレートとメチ
ルメタクリレートとの共重合体、ヘプタデカフルオロデ
シルメタクリレートとトリフルオロエチルメタクリレー
トとメチルメタクリレートとの共重合体、ヘプタデカフ
ルオロデシルメタクリレートとトリフルオロエチルメタ
クリレートとテトラフルオロプロピルメタクリレートと
メチルメタクリレートとの共重合体などがあげられる。
各モノマーの組成比率などは、屈折率が芯材の屈折率よ
りも０．０１から０．０４だけ低くなるように適宜調整
して決めればよい。このなかでも、耐熱性、透明性、機
械的特性などのバランスから考えて、ヘプタデカフルオ
ロデシルメタクリレートとトリフルオロエチルメタクリ
レートとテトラフルオロプロピルメタクリレートとメチ
ルメタクリレートとの共重合体を使用するのが好まし
い。

【００１１】だたし、鞘の屈折率は、芯材の屈折率より
も０．０１以上０．０４以下だけ低い必要がある。芯材
との屈折率差が０．０１未満であると、芯材の屈折率と
近すぎるため、プラスチック光ファイバの中に取り込む
光の量が小さくなりすぎてしまい、光検出器で検出でき
なくなる。逆に屈折率差が０．０４よりも大きいと、帯
域幅は通常のプラスチック光ファイバとなんら変わらな
くなる。屈折率は、アッベ屈折計を用い、２３℃の恒温
室内で、ナトリウムＤ線を光源として測定したときの値
を用いる。

【００１２】また、鞘材のメルトインデックスは、５ｇ
／１０分以上６０ｇ／１０分以下である必要がある。こ
のメルトインデックスは、ＡＳＴＭ−１２３８に従い、
試験温度２３０℃、荷重３．８ｋｇ、ダイスの内径２．
０９５５ｍｍの条件で測定したものである。メルトイン
デックスが小さすぎると、ダイス壁面との大きな摩擦抵
抗のため、線径変動が極めて大きく、ファイバ状に成型
できない。逆に大きすぎると、鞘だけ先に流れてしま
い、これも線径一定のファイバ状に成型できない。より
好ましいメルトインッデックスの範囲は、２０ｇ／１０
分以上、４０ｇ／１０分以下である。

【００１３】本発明の光ファイババンドルは個々の光フ
ァイバの直径が３００μｍ以下であり、７本〜１００本
で構成したものである。その断面の直径は、０．１ｍｍ
から３ｍｍ程度であり、通常は、０．５ｍｍから１．０
ｍｍ程度である。ここで個々の光ファイバの直径が大き
いと、光ファイバの曲げによる光ロスが非常に大きくな
ってしまう。逆に小さすぎると、伝送損失が大きくなっ
てしまう。

【００１４】光ファイバの配置は細密充填構造にするの
が好ましいが、芯の数が比較的少ない場合には、後で行
う被覆を施すときの影響を均一化させるため、最外周に
配置する芯は同一円周上にするのが好ましい。例えば、
１本の芯線の周りを６本の芯線で均等に円状に囲んだ７
本の光ファイババンドル、さらにその外側を１２本の光
ファイバで円状に囲んだ１９本の光ファイババンドルな
どが好ましい。

【００１５】このようにして製造した光ファイババンド
ルの外側に被覆用の樹脂組成物を被覆して、耐熱性や機
械的特性をさらに向上させて、光ファイババンドルケー
ブルとして、実際に使用される。被覆用の樹脂組成物と
しては、公知の樹脂組成物が使用できる。例えば、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコー
ル共重合体、ゴム、各種の熱可塑性エラストマー、ポリ
塩化ビニル、架橋ポリオレフィン、架橋ポリ塩化ビニ
ル、塩素化ポリエチレンコンパウンド、ポリアミド樹
脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹
脂、シリコーン樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂
などや、これらの樹脂の混合物などである。また、補強
繊維として、アラミド繊維、ポリアセタール繊維、超高
分子量ポリエチレン繊維、金属繊維などを介在させても
良い。被覆層の厚みは、実際に使用する状況に合わせ
て、適宜決定すればよい。また、何層か被覆層を重ねる
ことも可能である。

【００１６】これらの被覆用樹脂組成物を光ファイババ
ンドルに被覆する方法としては、複数の光ファイバをバ
ンドル状にして、その外側に熱溶融させた被覆材を被覆
させるという方法をとるのが好ましい。被覆の仕方は、
光ファイババンドルを、電線被覆を行うようにクロスヘ
ッドダイを使用して溶融樹脂を被覆する。

【００１７】

〔測定方法〕

・メルトインデックス−東洋精機製メルトインデクサー
を使用し、ＡＳＴＭ−１２３８に準じ、試験温度２３０
℃、荷重３．８ｋｇ、ダイス内径２．０９５５ｍｍの条
件で測定した。 ・屈折率−アタゴアッベ屈折計１型を使用し、２３℃の
恒温室内で測定した。 ・帯域−パルス法に従い、伝達関数が−３ｄＢを示した
ときの周波数を帯域幅とした。光源として東芝製 赤色
半導体レーザ ＴＯＬＤ９４２１（Ｓ）を用い、励振開
口数０．２５の条件で測定した。

【００１８】

【実施例１】ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート
１５重量部、トリフルオロエチルメタクリレート５重量
部、テトラフルオロプロピルメタクリレート５重量部、
メチルメタクリレート７５重量部からなるモノマー混合
物に、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾビ
スイソブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱揮
したのち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１５
時間行った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合後
の樹脂を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用した。
この樹脂の屈折率は、１．４６８８で、メルトインデッ
クスは、３５ｇ／１０分であった。

【００１９】芯材用押出機で芯材であるポリメチルメタ
クリレートを溶融し、鞘が上記樹脂である個々の光ファ
イバを複合紡糸により生産した。個々の光ファイバの直
径は１８０μｍであった。さらにこの光ファイバ１９本
をバンドルにして低密度ポリエチレンの被覆を施し、外
径２．２ｍｍの光ファイババンドルケーブルを得た。

【００２０】この光ファイババンドルケーブルの一端に
コネクタを取付け、接着剤で固定し、研磨した。このコ
ネクタを中心波長６５７ｎｍのＬＥＤ光源に接続し、他
端を観察しながら、明るく光っている７本の光ファイバ
を中央部に配置し、暗い１２本を周辺部に配置した状態
でコネクタに接着剤で固定して研磨した。出来上がった
光ファイババンドルユニットは出射端の中央部７本の光
ファイバから光が出ていた。比較としてこのような調整
をしないで成行でコネクタ付けした光ファイババンドル
ユニットを準備したが、このユニットでは中央部７本の
うち３本のみから光が出ていた。受光部の直径０．４ｍ
ｍのフォトダイオードとの結合効率は今回の発明の光フ
ァイババンドルユニットの方が比較の光ファイババンド
ルユニットより約３ｄＢ改善されていた。

【００２１】次に、この光ファイババンドルユニットの
曲げ特性を測定した。中心波長６５３ｎｍのレーザーダ
イオードを光源として使用した。この光ファイババンド
ルケーブルを３ｍの長さに切り、中央部を半径５ｍｍの
円柱に一回り巻き付けたときの透過光量を測定したとこ
ろ、曲げないときの９０％を保持していた。また、この
光ファイババンドルユニットの帯域をパルス法で測定し
た。ファイバ長２０ｍで約６００ＭＨｚと、広い帯域を
示した。

【００２２】

【実施例２】実施例１と同じ鞘材および芯材を用いて、
直径は１２５μｍの光ファイバを生産した。さらに、こ
の光ファイバ３７本をバンドルにして低密度ポリエチレ
ンの被覆を施し、外径２．２ｍｍの光ファイババンドル
ケーブルを得た。この光ファイババンドルケーブルの一
端にコネクタを取付け、接着剤で固定し、研磨した。こ
のコネクタを中心波長６５７ｎｍのＬＥＤ光源に接続
し、他端を観察しながら、明るく光っている１９本の光
ファイバを中央部に配置し、暗い１８本を周辺部に配置
した状態でコネクタに接着剤で固定して研磨した。出来
上がった光ファイバケーブルユニットは出射端の中央部
１９本の光ファイバからから光が出ていた。比較として
このような調整をしないで成行でコネクタ付けした光フ
ァイババンドルユニットを準備したが、このユニットで
は中央部１９本のうち８本のみから光が出ていた。受光
部の直径０．４ｍｍのフォトダイオードとの結合効率は
今回の発明の光ファイババンドルユニットの方が比較の
光ファイババンドルユニットより約３ｄＢ改善されてい
た。

【００２３】次に、この光ファイババンドルユニットの
曲げ特性を測定した。中心波長６５３ｎｍのレーザーダ
イオードを光源として使用した。この光ファイババンド
ルケーブルを３ｍの長さに切り、中央部を半径５ｍｍの
円柱に一回り巻き付けたときの透過光量を測定したとこ
ろ、曲げないときの９５％を保持していた。また、この
光ファイババンドルユニットの帯域をパルス法で測定し
た。ファイバ長２０ｍで約６００ＭＨｚと、広い帯域を
示した。

【００２４】

【比較例１】ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート
７０重量部、トリフルオロエチルメタクリレート１２重
量部、テトラフルオロプロピルメタクリレート１２重量
部、メチルメタクリレート６重量部からなるモノマー混
合物に、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾ
ビスイソブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱
揮したのち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１
５時間行った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合
後の樹脂を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用し
た。この樹脂の屈折率は、１．４１０で、メルトインデ
ックスは、３８ｇ／１０分であった。

【００２５】芯材用押出機で芯材であるポリメチルメタ
クリレートを溶融し、鞘が上記樹脂である個々の光ファ
イバを複合紡糸により生産した。個々の光ファイバの直
径は１８０μｍであった。さらにこの光ファイバ１９本
をバンドルにして低密度ポリエチレンの被覆を施し、外
径２．２ｍｍの光ファイババンドルケーブルを得た。

【００２６】次に、この光ファイババンドルケーブルの
帯域をパルス法で測定した。ファイバ長２０ｍで２５０
ＭＨｚと、帯域は比較的狭かった。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、ＬＡＮやコンピュータ・
ネットワークにおいて、高速の情報伝送が光ファイババ
ンドルを用いた場合に、効率良く光源から光ファイババ
ンドルを経てディテクタまで伝送できるようになり、応
用範囲が広がることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイババンドルユニットを光が伝
送する状況図

【図２】従来の光ファイババンドルユニットを光が伝送
する状況図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイババンドルケーブルにおいて、
   鞘の屈折率が芯の屈折率より０．０１以上０．０４以下
   だけ低い関係にあり、個々の光ファイバの直径が３００
   μｍ以下であり、７本から１００本の光ファイバを束ね
   てバンドルケーブルを構成し、その両端の端末部分の光
   ファイバの位置関係がほぼ対称になるように固定した広
   帯域光ファイババンドルユニット。