JPH0830777B2 - 光ファイバおよびその製造方法ならびに装置 - Google Patents

光ファイバおよびその製造方法ならびに装置

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JPH0830777B2
JPH0830777B2 JP61203892A JP20389286A JPH0830777B2 JP H0830777 B2 JPH0830777 B2 JP H0830777B2 JP 61203892 A JP61203892 A JP 61203892A JP 20389286 A JP20389286 A JP 20389286A JP H0830777 B2 JPH0830777 B2 JP H0830777B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガラスファイバと、合成ゴムの第一の機械
的クラッド層と、主としてガラスファイバの長手方向に
分子配向した合成樹脂の次の機械的クラッド層とを含ん
でなる合成樹脂の機械的クラッド部分を有する光ファイ
バに関する。
また本発明はかかる光ファイバを製造するための方法
および装置にも関する。
本書において使用する「ガラスファイバ」という用語
は、低屈折率のガラスクラッド部分で囲繞されることの
ある高屈折率のガラスコアよりなる光伝送用線状複合体
を意味するものとし、該ガラスクラッド部分は一つ以上
の個々のガラス層からなることができ、そのガラス層は
化学的にドーピングしたものであってもなくてもよく、
また、ガラスコアはその半径方向にドーパントが濃度分
布を有することによって、囲繞するガラスクラッド層を
不要とすることもできる。
また、本書において使用する「光ファイバ」という用
語は、機械的クラッド部分で囲繞されたガラスファイバ
の意味に使用され、その機械的クラッド部分は、耐久性
材料(例えばゴム、樹脂、プラスティック等)からなる
1個以上の保護層、即ち機械的クラッド層を含んでな
り、内蔵したガラスファイバを破壊、擦過、化学的侵食
等から保護する作用を掌るものである。
光遠距離通信用ガラスファイバは一般に、機械的損傷
を防止するために合成樹脂の機械的クラッド部分を有す
る。マイクロベンドの結果としての光伝送損失を防ぐた
めに、機械的クラッド部分は各種の層から形成されるこ
とが好ましい。例えば、次の方法が用いられる。例えば
プリフォームからの線引きによって、または二重るつぼ
法によってガラスファイバを形成した直後に、弾性率が
1乃至10MPaの合成ゴムからなる第一の軟質緩衝層を施
す。光ファイバのその後の加工の間にこの軟質緩衝層を
保護するため弾性率が100MPaを超える合成樹脂の第二の
硬質トップ層を設ける。このトップ層はまた、ガラスフ
ァイバ形成直後、すなわち、ガラスファイバを滑車上に
案内し、または貯蔵する前に適用される。緩衝層とトッ
プ層とで一緒にガラスファイバの第一次合成樹脂機械的
クラッド部分を構成する。
ケーブル製作中、ケーブル敷設中およびケーブル耐用
期間中に環境の影響から光ファイバを保護するために、
更に、弾性率が1GPaを超える、より厚い第二次合成樹脂
機械的クラッド部分を光ファイバに設ける。この第二次
合成樹脂機械的クラッド部分は必ずしも光ファイバの形
成直後に施さない。
かような第二次合成樹脂機械的クラッド部分には2種
類の形が使用される。1つの形では、第一次合成樹脂機
械的クラッド部分を有する光ファイバは、チューブを形
成する第二次合成樹脂機械的クラッド部分内に自由に位
置する。光ファイバとチューブとの間の空間は通常、揺
変性の液体またはゲル、例えばシリカ充填シリコンオイ
ルで満たされる。他の形では、第二次合成樹脂機械的ク
ラッド部分は第一次合成樹脂機械的クラッド部分と接着
方式により結合する。
合成樹脂機械的クラッド部分の一部の分子に光ファイ
バの長手方向における好ましい配向を与えることによっ
て、大きな温度感受性をもたらすことなしに、横断方向
の荷重下の光ファイバのマイクロベンディング損失を減
少せしめ得ることは公知である。この結果、長手方向に
おける合成樹脂の弾性率は増加するが、熱膨脹係数は減
少する。ガラスファイバ熱膨脹係数は好ましくは合成樹
脂のそれと実質的に同等である。
エレクトロニクス・レターズ(Electronics Letter
s)第20巻、841−842頁(1984年)におけるワイ・シュ
トウ(Y.Shuto)等の発表中に、ガラスファイバがシリ
コンゴムの緩衝層でクラッドされたそのような光ファイ
バの製法が記載されている。そこでは液晶状ポリエステ
ル機械的クラッド部分を240℃以上の温度で押出すこと
によってガラスファイバに施し、押出し中の剪断力によ
ってポリエステル分子の配向が得られる。配向は溶融ポ
リエステルを冷却することにより固定され、ポリエステ
ルは固化する。
しかしながら、この公知方法は数多くの難点を示す。
押出し工程中の高温の結果として、緩衝層用に適する物
質の選択が制限される。例えば、ポリウレタンゴムにお
いては、相次ぐ層の押出しの間に熱劣化を生ずることが
ある。更に、高温の結果として、長い冷却路が必要であ
り、冷却後にはじめて、その後の加工または巻上げをす
ることができる。流水で冷却する場合には、当該技術で
慣用されている層の厚さおよびガラスファイバのコーテ
ィング速度に対して、長さ5メートルを超える冷却槽を
必要とする。このことは、ガラスファイバの延伸直后に
第二次機械的クラッド部分を設けることを望む場合に、
特に不利である。他の難点は、溶融合成樹脂の高粘度
(100Pa.sよりも大)によって構成される。ガラスファ
イバのコーティング速度は、押出中に合成樹脂を輸送す
るために適用し得る最高圧力によって制約される。特
に、狭いノズルを通して薄い機械的クラッド部分を適用
する場合は、圧力は制限要因となる。
本発明の目的は、上述の難点を回避して、長手方向に
おける増大した弾性率を有し且つ熱膨張係数がガラスフ
ァイバと実質的に同等な合成樹脂の薄い機械的グラット
層を設けてなる光ファイバを、該合成樹脂の熱劣化を生
ずることなく、提供すること、及び短縮された工程と簡
素化された装置を以て、機械的クラッド層の高い被覆速
度で効率的に上記光ファイバを製造する方法を提供する
にある。
本発明によれば、この目的は、配向した合成樹脂が硬
化可能な合成樹脂組成物から形成されており、該合成樹
脂組成物は1種以上のオリゴマ状化合物を含んでなり、
その化合物の分子は反応性基を含み、分子量は5000より
も小さいことを特徴とする序文に述べた如き光ファイバ
によって達成される。
遠距離通信用ガラスファイバをそのガラスファイバの
形成直後に硬化可能な合成樹脂組成物でクラッドし、次
いでそれを硬化させることは、例えばオランダ国特許出
願NL第8401981号に見られるように、第一次合成樹脂機
械的クラッド部分の製造のために周知であるが、かかる
場合には、ガラスファイバの長手方向に特別な配向を示
さない合成樹脂の層が形成される。
本発明によれば、配向した合成樹脂の機械的クラッド
層の位置に対する種々の選択が可能である。配向した合
成樹脂層は、例えば、第一次合成樹脂機械的クラッド部
分のトップ層であってもよく、または密に嵌着した第二
次合成機械的クラッド部分でもよい。また、第一次合成
樹脂機械的クラッド部分のトップ層と第二次合成樹脂機
械的クラッド部分の両方を配向した合成樹脂から製造す
ることも可能である。
機械的クラッド層中のポリマ分子配向の結果として、
光ファイバの長手方向における合成樹脂の高弾性率と低
膨脹係数とが得られる。硬化可能な合成樹脂組成物の低
粘度の結果として、押出しのために低圧しか必要でなは
く、その結果、高いコーティング速度を達成することが
でき、且つまた薄い層を提供し得る。合成樹脂組成物の
被覆と硬化とは低温、例えば100℃よりも低い温度で行
うことができ、その結果として、第一次合成樹脂機械的
クラッド部分の緩衝層は侵されない。合成樹脂組成物の
被覆と硬化とはこの場合、冷却水の槽なしで行うことが
でき、また今や非常に高速で実施し得るので、ガラスフ
ァイバのクラッド形成は、第二次合成樹脂コーティング
を硬化可能合成樹脂組成物から形成するならば、この第
二次コーティングをも含めて1工程段階で遂行すること
ができる。
本発明による光ファイバと製法の格別な利点は、第一
次合成樹脂機械的クラッド部分のトップ層は最早や必要
ではなく、従って第二次合成樹脂機械的クラッド部分を
ガラスファイバ形成直後に、配向した合成樹脂層の形で
設けるならば、トップ層を省いてもよいことである。
配向した合成樹脂の異方性の結果として、合成樹脂機
械的クラッド部分の水分吸収は、主にガラスファイバの
径方向において容積増加をもたらす。この結果、この光
ファイバは等方性の合成樹脂機械的クラッド部分を有す
る光ファイバよりも水分吸収の結果としての光減衰に対
して敏感ではない。
本発明により使用される硬化可能な合成樹脂組成物
は、規則的構造を有する反応性オリゴマ状分子を含んで
なり、その結果、液晶材料類似の性質が得られる。オリ
ゴマ状化合物の分子量は5000よりも小さく、配向するた
めの十分な可動性を分子に与える。
本発明の光ファイバにおいて、オリゴマ状化合物はポ
リエステルウレタンアクリレートおよびポリエーテルウ
レタンアクリレートよりなる群から選ばれる。これらの
化合物は非常に規則的構造を具えているので、非硬化状
態では室温で結晶性である。硬化可能な合成樹脂組成物
は更に、例えば、オランダ国特許出願NL第8401981/1106
8号に記載されているような反応性モノマとその他慣用
の添加剤とを含んでもよい。
本発明によれば、光ファイバの製造法を提供すること
の目的は、分子が反応性基を含み、分子量が5000よりも
小さい1種以上のオリゴマ状化合物を含んでなる硬化可
能な合成樹脂組成物を、合成ゴムよりなる少なくとも1
個の機械的クラッド層を有するガラスファイバ上に設
け、ガラスファイバへ層を施す間に硬化可能な合成樹脂
組成物の分子を配向させ、その後、硬化可能な合成樹脂
組成物を硬化させると共に分子が主に光ファイバの長手
方向に配向した合成樹脂を形成する方法によって充足さ
れる。
オリゴマ状化合物の分子は、ガラスファイバのコーテ
ィング中またはコーティング後に、例えば液体中の剪断
力によって配向させることができる。特に効果的な配向
は、硬化可能な合成樹脂組成物の分子をガラスファイバ
に施与中に延伸流動によって配向させる本発明方法によ
って達成される。液体の延伸は、ファイバ線引き速度
と、例えば圧力によって調節し得る硬化可能合成樹脂組
成物の流出速度とによって決定する。
合成樹脂機械的クラッド部分中への空気の包蔵を防ぐ
ために、ガラスファイバと施した硬化可能な合成樹脂組
成物との間の空間に大気圧以下の圧を使用することが好
ましい。
硬化可能な合成樹脂組成物中の分子の配向を架橋反応
によって固定するためには、硬化可能な合成樹脂組成物
を、分子の緩和時間よりも短い時間内に硬化させなけれ
ばならない。分子の緩和時間は分子の大きさと、分子間
引力によって定まる。良好な結果は、上述のオリゴマ状
化合物の場合、および反応性低分子液晶化合物の場合に
得られる。
硬化可能な合成樹脂組成物の硬化は例えば温度を上げ
ることによって行われるが、しかし乍らこの場合には、
配向した分子の緩和時間はより短くなる。
本発明方法の好ましい態様においては、硬化可能な合
成樹脂組成物は化学線照射により硬化させられる。化学
線照射とは、例えば、紫外光、電子線、X線、ガンマ線
あるいは高エネルギー粒子で照射する意と解すべきであ
る。紫外光線に曝露すると、0.1秒よりも短い硬化時間
が得られた。特に短い硬化時間は、窒素雰囲気中で硬化
することにより得ることができる。照射装置をファイバ
クラッド形成装置からできるだけ最短距離に置くこと
は、配向した分子の配向損失を抑制するのに有効であ
る。放射線硬化可能な合成樹脂組成物を使用することの
既知の利点は、硬化中または硬化の結果として形成され
た層から除去しなければならない溶媒およびその他の物
質が存在しないことである。本発明方法においてこのこ
とはまた、環境の保護に加えて、硬化時間と、分子配向
の維持とに好都合である。
本発明の別の目的は、ガラスファイバを硬化可能な合
成樹脂組成物でクラッドするための装置を提供すること
であり、その装置はガラスファイバのコーティングの際
に、硬化可能な合成樹脂組成物中の分子に配向を与える
のに適する。
本発明によれば、この目的は、環状ノズルを含んでな
り、その環帯の直径が、層を施したガラスファイバ(光
ファイバ)の直径よりも大となるように選ばれた装置に
よって達成される。公知のガラスファイバクラッド形成
装置においては、クラッドされるガラスファイバは、ガ
ラスファイバを通すための狭い開口を有する容器内の液
体を通して線引きされる。
本発明を以下、実施例と比較例とに基づき、また添付
図面を参照して更に詳述する。
実施例1 本発明の光ファイバおよびその製造法の実施例 ガラスファイバをプリフォームからの線引きにより公
知の方法で形成する。ガラスファイバの材料はガラスま
たは石英ガラスであってよく、本実施例では材料は石英
ガラスである。ガラスファイバは屈折率が相違するコア
ガラスとクラッドガラスとを含んでなる(第1a図および
第1b図には示していない)。その代わりに、屈折率が中
心から外側に変化するガラスファイバを用いてもよい。
プリフォームから線引きするガラスファイバの代わり
に、二重るつぼ法によって製造したガラスファイバを用
いてもよい。第1図に示したガラスファイバ1は円形の
横断面(直径125μm)を有するが、それに代えて任意
のその他形状、例えば楕円形でもよい。
ガラスファイバ1の形成直後に、硬化可能な合成樹脂
組成物の層をその上に設け、次いでそれを硬化して、厚
さが30μmの合成ゴムの緩衝層2を形成する。硬化可能
な合成樹脂組成物は、オランダ特許出願NL第8401981号
に記載されている如く、主成分として次式(I)に示す
ポリエーテルウレタンアクリレート(76重量%)を含ん
でなる。
硬化可能な合成樹脂組成物は更に、反応性モノマ、2
−フェノキシ−エチルアクリレート(14重量%)とヘキ
サンジオール−ジアクリレート(2重量%)、並びに感
光性開始剤、2,2−ジメトキシ−2−フェニル−アセト
フェノン(2重量%)、2,2,−ジメチル−2−ヒドロキ
シ−アセトフェノン(2重量%)および2−オキシ−ベ
ンゾフェノン−2−エトキシ−エチルアセトフェノン
(2重量%)を含む。硬化可能な合成樹脂組成物は最後
に、モノ−およびジ−2−アクリロキシエチルフォスフ
ェートのモル比1:1の混合物を2重量%含む。その他の
硬化可能な合成樹脂組成物、例えばポリシロキサンもま
た本発明ガラスファイバの合成樹脂機械的クラッド部分
の緩衝層に使用するのに好適である。硬化可能な合成樹
脂組成物は、合成樹脂層上で高々0.5秒間測定した強度
が0.27W/cm2で、波長200乃至400nmの紫外光を発生する
高圧水銀燈からの照射によって硬化される。硬化可能な
合成樹脂組成物は異なった方法、例えば電子線曝露によ
っても硬化可能であり、その場合には、硬化可能な合成
樹脂組成物は感光性開始剤を含有するを要しない。
次いで例えば硬化可能な合成樹脂組成物でガラスファ
イバをクラッドすることにより、第二の合成樹脂層3を
厚さ30μmでガラスファイバ上に設け(第1a図参照)、
次に紫外光曝露により硬化させる。第二の層(第一次合
成樹脂機械的クラッド部分のトップ層)のための好適な
市販の合成樹脂組成物はデソト社(DeSoto Inc.)のデ
ソライト042(DeSolite 042 )であり、このものはポ
リウレタンアクリレートと感光性開始剤とを含んでな
る。
次いで第二次合成樹脂機械的クラッド部分4を厚さ30
0μmで設ける。この目的のために、下記式(II)に示
すポリウレタンアクリレート98重量%を含んでなり、更
に感光性開始剤1−ヒドロキシ−1−メチル−エチルフ
ェニルケトン、2重量%を含む硬化可能な合成樹脂組成
物を使用する。
この合成樹脂組成物を第一次合成樹脂機械的クラッド
部分を有するガラスファイバに温度80℃で施す。合成樹
脂組成物の80℃における粘度は6.7Pa.sである。施す間
に硬化可能な合成樹脂組成物は延伸流動に付されその結
果として分子が配向する。この方法で得られた配列を硬
化中の架橋反応によって固定する。硬化可能な合成樹脂
組成物は、合成樹脂組成物上で測定して0.27W/cm2の強
度を以ってフュージョン・システムズ社(Fusion Syste
ms Inc.)の無電極水銀燈に曝露することによって硬化
する。窒素雰囲気中で硬化することにより、また80℃の
温度の結果として、硬化時間は0.03秒よりも短い。
形成した合成樹脂層4中の配向は、偏光顕微鏡により
観察可能となし得る。異方性材料について、若干の測定
した性質を第1表に示す。
異方性材料の特徴は、低膨脹係数(線熱膨脹係数)と
高い軸方向弾性率並びに破断強度である。この材料は配
向結晶を示す。本実施例において、結晶の溶融温度は70
0℃であり、そのことは80℃にける低弾性率を物語る。
本発明により、結晶の溶融温度が更に高い材料を用いる
ことが可能である。
本発明光ファイバの別の具体例(第1b図)において
は、第一次合成樹脂機械的クラッド部分のトップ層5は
配向した合成樹脂から上述の方法で作られ、例えば厚さ
40μmである。更に保護するために、光ファイバを熱可
塑性合成樹脂、例えばナイロンのチューブ6の中に、ガ
ラスファイバが自由に中で動き得るように包被してもよ
い。この結果、特に温度不感応性ガラスファイバが得ら
れる。
比較例 上記実施例に記載した方法で、合成樹脂機械的クラッ
ド部分を有する石英ガラスファイバを製造するが、この
場合、層4(第1a図)または層5(第1b図)の形成用の
硬化可能な合成樹脂組成物を施す間、延伸流動に付さな
い。硬化可能な合成樹脂組成物は、硬化可能な合成樹脂
組成物を含む容器中を通してガラスファイバを線引きす
ることによる従来法で設けられる。硬化後に得られた等
方性材料の性質を第2表に記す。
第1表と対比して、等方性材料の性質は異方性材料の
径方向における性質と匹敵するが、異方性材料の軸方向
の性質より著しく不適であることが判る。光ファイバ用
のクラッド材料として使用する場合にこれら後者の材料
の性質はまさに重要である。
実施例2 本発明装置の実施例 第2図は、本発明のガラスファイバクラッド形成装置
の垂直断面概要図であり、この装置は上方部分10と下方
部分11とを含んでなり、それらの部分は例えば螺嵌によ
り一体に結合している。上方部分10は供給導管12を有
し、その中に、すでに機械的クラッド層を任意に具えて
いるガラスファイバ13を通すことができる。上方部分10
を下方部分11との間には空間14が形成される。硬化可能
な合成樹脂組成物は、下方部分11の入口透孔15を通り、
空間14および環状ノズル16を経てガラスファイバ13に施
すことができる。環状ノズル16の直径は、すべての層を
合わせたガラスファイバの直径よりも大である。ガラス
ファイバ13の下方への移送速度を大きく選定するので、
液状の硬化可能な合成樹脂組成物は図中矢印17で表示す
る帯域において、延伸流動に付される。下方部分11に
は、入口透孔19と出口透孔20とを有する導管18が存在
し、稼動中にはその中に加熱用液体、例えば水を80℃の
温度で通すことができる。上方部分10には透孔21が設け
られ、それは、ガラスファイバ13と施された合成樹脂組
成物との間の空間22に大気圧以下の圧力を形成するため
の真空ポンプ(図示しない)に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
第1a図および第1b図は本発明の光ファイバのそれぞれ異
なった具体例の断面図(一定の比率に応じて描かれてい
ない)であり、 第2図は本発明装置の垂直断面概要図である。 1……ガラスファイバ 2……緩衝層 3,5……第一次機械的クラッド部分のトップ層 4……第二次機械的クラッド層 6……チューブ 10……上方部分 11……下方部分 12……供給導管 13……ガラスファイバ 14,22……空間 15,19……入口透孔 16……環状ノズル 18……導管 20……出口透孔 21……透孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーネリス・マリヌス・ヘリット・ヨヘム オランダ国5621 ベーアー アインドーフ ェン フルーネヴァウツウェッハ1

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a.ガラスファイバと、 b.該ガラスファイバを包囲する合成ゴムの第一の機械的
    クラッド層と、 c.該第一の機械的クラッド層を包囲する合成樹脂の次の
    機械的クラッド層と を含んでなり、該合成樹脂の分子が上記ガラスファイバ
    の主として長手方向に配向した光ファイバにおいて、上
    記配向した合成樹脂が硬化可能な合成樹脂組成物から形
    成され、該合成樹脂組成物は1種以上のオリゴマ状化合
    物を含んでなり、該化合物の分子は反応性基を含み且つ
    分子量が5000よりも小さいことを特徴とする光ファイ
    バ。
  2. 【請求項2】前記オリゴマ状化合物がポリエステルウレ
    タンアクリレートおよびポリエーテルウレタンアクリレ
    ートよりなる群から選ばれる特許請求の範囲第1項記載
    の光ファイバ。
  3. 【請求項3】a.ガラスファイバと、 b.該ガラスファイバを包囲する合成ゴムの第一の機械的
    クラッド層と、 c.該第一の機械的クラッド層を包囲する合成樹脂の次の
    機械的クラッド層と を含んでなり、該合成樹脂の分子が上記ガラスファイバ
    の主として長手方向に配向した光ファイバを製造する方
    法において、上記合成樹脂として、分子が反応性基を含
    み且つ分子量が5000よりも小さい1種以上のオリゴマ状
    化合物を含んでなる硬化可能な合成樹脂組成物を用い、
    該合成樹脂組成物をガラスファイバの外側の合成ゴムの
    機械的クラッド層に施し、該合成樹脂組成物を施してい
    る間にその分子を光ファイバの実質的に長手方向に配向
    させ、それに引き続き、該合成樹脂組成物を硬化させる
    ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
  4. 【請求項4】硬化可能な合成樹脂組成物をガラスファイ
    バに施す間に、該組成物の分子を延伸流動により配向さ
    せる特許請求の範囲第3項記載の光ファイバの製造方
    法。
  5. 【請求項5】ゴムをクラッドしたガラスファイバと前記
    の施した硬化可能な合成樹脂組成物との間の空間に大気
    圧以下の圧力を適用する特許請求の範囲第4項記載の光
    ファイバの製造方法。
  6. 【請求項6】硬化可能な合成樹脂組成物を紫外光、電子
    線、X線、ガンマ線およびその他の高エネルギー粒子か
    ら選ばれた化学線の照射によって硬化せしめる特許請求
    の範囲第3項乃至第5項の何れかに記載の光ファイバの
    製造方法。
  7. 【請求項7】合成ゴムの機械的クラッド層で包囲された
    ガラスファイバを垂直下方に案内する供給導管とその下
    方に空室を隔てて同心状に設けられ且つ上記機械的クラ
    ッド層を設けたガラスファイバの直径よりも大きい直径
    を有する環状ノズルとよりなり、分子が反応性基を含み
    且つ分子量が5000よりも小さい1種以上のオリゴマ状化
    合物を含んでなる硬化可能な合成樹脂組成物を上記環状
    ノズルから押し出す手段と、上記供給導管出口と環状ノ
    ズルの間の上記空室を大気圧以下に減圧する手段とを備
    え、ガラスファイバを包囲する合成ゴムの機械的クラッ
    ド層の外側に上記硬化可能な合成樹脂組成物を付与する
    ことを特徴とする光ファイバの製造装置。
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