JPH11337780A - 被覆プラスチック光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】柔軟性と高強度を兼ね備えた被覆プラスチック
光ファイバの製造方法の提供。 【解決手段】プラスチック光ファイバ２０の外周に光フ
ァイバクラッド部を構成する樹脂より高い引張り弾性率
を有する樹脂を被覆することにより被覆プラスチック光
ファイバ１５を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、柔軟性と高強度を
兼ね備えた被覆プラスチック光ファイバの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光通信は石英系光ファイバを中心に近年
著しく発達し、現在では長距離の幹線通信や海底ケーブ
ルはほぼ全て光通信を採用している。これらに用いられ
ている石英光ファイバはシングルモード（ＳＭ）と呼ば
れるタイプであり、長距離通信に特に適合する高帯域、
低伝送損失であるという特徴を有している。

【０００３】また、これとは別にマルチモード（ＭＭ）
タイプの石英ファイバもローカルエリアネットワーク
（ＬＡＮ）のバックボーンなどに多く用いられている。

【０００４】ＳＭタイプはコア径（本明細書において
「径」とはすべて直径を表す）が７〜８μｍ、ＭＭタイ
プはコア径が５０μｍと６２．５μｍのものがあるが、
いずれもクラッド径は１２５μｍで同一である。

【０００５】これら石英ファイバは、その外周にバッフ
ァ層と呼ばれる層を被覆した素線、さらにその外周にナ
イロン系の樹脂を被覆した芯線、さらにその外周に補強
材であるケブラー繊維強化塩化ビニル樹脂などで被覆し
たコードなどと呼ばれるものが代表的な構成である。

【０００６】これらコード状のファイバは強度も充分に
有しており、また接合に関しては、ＳＴ、ＳＣ、ＦＣタ
イプなどの各種のコネクタが開発されていることから、
性能の面ではＬＡＮなどのネットワークの通信用ファイ
バとして充分に機能しうる。

【０００７】しかし、これらの石英ファイバは、コア径
が小さいためその接合に用いるコネクタが高精度を要求
されることから高価であり、また結合に熟練者が必要で
工事費も高くなる欠点があり、特に短距離通信で接合箇
所が多いようなケースにおいては設置費用が極めて高く
なる問題がある。また補強されているので「引張り弾性
率」（以下、単に弾性率ということがある）は高いが衝
撃に弱くて折れやすい欠点がある。

【０００８】これらの問題を解決するものとして、プラ
スチック光ファイバが提唱された。代表的なプラスチッ
ク光ファイバとして屈折率段階型（ＳＩ型）のポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）光ファイバが挙げられ
る。ＰＭＭＡ光ファイバは、コア径が約９８０μｍ、ク
ラッド径が１０００μｍでその外周をポリエチレンで被
覆して径を２２００μｍとした構造を有する。コア径が
大きいことから安価な樹脂製のコネクタが使用でき、結
合も簡単で工事費が安く、またファイバ径が大きいこと
から強度も充分である利点があるが、ＰＭＭＡの光吸収
により使用できる光源の波長が限定される、伝送損失が
大きく伝送可能距離が短い、ＳＩ型であることから帯域
が低いなどの欠点がある。これらの性能を改良する方法
として屈折率分布型（ＧＩ）ＰＭＭＡ光ファイバが提唱
されており（ＷＯ９３−０８４８８）、高帯域化は可能
になったが、伝送距離と光源の波長制限の改良は困難で
ある。

【０００９】これらの基本性能を改良する方法として、
フッ素樹脂を材料とするＧＩ型プラスチック光ファイバ
が提唱されている（ＷＯ９５−２８６６０）。このフッ
素樹脂光ファイバは６５０〜１３００ｎｍの広い波長域
で使用でき、伝送損失も小さく高帯域であるという優れ
た基本性能を示している。しかし光ファイバとしての実
用性能面から考えると、高帯域の受光素子はその受光面
積が小さくなることから、受光素子との結合効率を高く
するためにはファイバ径を受光素子に合わせて小さくせ
ざるを得ず、ファイバ強度が低下する問題があった。

【００１０】ファイバ強度を高めるために補強層をその
外周に被覆する方法は一般に用いられる。例えば上述の
ように石英ファイバと同様にケブラーなどの補強繊維を
用いる方法が挙げられるが、この場合はコネクタとの接
合、またはファイバ同士の接着において補強繊維処理が
面倒で工程が煩雑になる欠点がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
ような問題を解決することにあり、低伝送損失、高帯域
の光ファイバであり、実用強度が優れかつ接続が容易で
安価な被覆プラスチック光ファイバの製造方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラスチック
光ファイバの外周に光ファイバクラッド部を構成する樹
脂より高い引張り弾性率を有する樹脂を被覆することに
より被覆プラスチック光ファイバを得ることを特徴とす
る被覆プラスチック光ファイバの製造方法である。

【００１３】本発明におけるプラスチック光ファイバと
は、「少なくとも光透過部分がプラスチックからなる光
ファイバ素線」（以下、単に光ファイバとも略す）を意
味する。

【００１４】ここで光透過部分とは、コアとクラッドか
らなるＳＩ型光ファイバにおいてはコアの部分を、ＧＩ
型光ファイバにおいてはファイバから出射したファイバ
径方向の光の強度分布における最大強度の５％以上が占
める部分を指す。なお、以下の説明においては、ＧＩ型
光ファイバから出射したファイバ径方向の光の強度分布
における最大強度の５％未満が占めるＧＩ型光ファイバ
部分をクラッドと呼ぶ。

【００１５】一般に光源と光ファイバとの結合効率、さ
らには光ファイバ同士の結合効率を高めて接合を容易に
するためには、光ファイバのコア径は大きい方が好まし
く、安価な樹脂製のコネクタを使用するという観点から
は少なくとも１００μｍ以上のコア径が好ましい。

【００１６】一方、受光素子との結合を考えるとコア径
は小さいほど好ましく、特に１Ｇｂｐｓ以上の高帯域で
の伝送を目的とする場合には高帯域の光信号を受光可能
な受光素子の直径は４０〜１００μｍ程度であり、ボー
ルレンズによる集光手段を考えたとしても光ファイバの
コア径としては２５０μｍ以下が好ましい。１００〜２
５０μｍのコア径に対しクラッド厚みとしては１０〜２
０μｍ程度であれば光ファイバとして充分に機能を発揮
することができるが、この場合は光ファイバの引張り強
度が不足する。

【００１７】強度を高くするためにはクラッドを厚く、
言い換えると光ファイバ径を大きくすればよいが、この
場合はファイバの曲げ損失が大きくなる。光ファイバ材
料はクラッドといえども光学的に優れたものである必要
があるために高度な精製を行っており、汎用樹脂と較べ
て高価なことから安価な光ファイバを提供するという観
点からも問題がある。

【００１８】そこで、高強度な光ファイバを効率よく安
価に製造する方法を種々検討し、光ファイバの外周部に
少なくとも１層からなる光ファイバクラッド部を構成す
る樹脂より高い弾性率を有する樹脂を、溶融押出しなど
で被覆する被覆プラスチック光ファイバの製造方法を見
い出した。

【００１９】さらに、本発明の製造法においては、高弾
性率の樹脂被覆層（以下、補強層という）のさらに外周
部に保護層を溶融押出しなどで被覆形成してもよい。こ
の保護層は、光ファイバと補強層を外的環境より保護
し、光ファイバ性能の低下を防止する効果がある。

【００２０】図１に本発明により得られた被覆光ファイ
バの実施形態の例を示す。図１−（ａ）、（ｂ）中の１
は光ファイバ、２は補強層、図１−ｂ中の３は保護層で
ある。

【００２１】本発明における光ファイバクラッド部を構
成する樹脂としては各種の樹脂が使用でき、補強層を形
成するための樹脂との関係において弾性率が１４０ｋｇ
／ｍｍ² 以下の樹脂が好ましく、弾性率が５０〜１４０
ｋｇ／ｍｍ² の樹脂がより好ましい。

【００２２】例えば、テトラフルオロエチレン／ペルフ
ルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体、ポリペル
フルオロ（ブテニルビニルエーテル）、ポリペルフルオ
ロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）、テト
ラフルオロエチレン／ペルフルオロ（２，２−ジメチル
−１，３−ジオキソール）共重合体などの実質的にＣ−
Ｈ結合を有しないフッ素系樹脂、分子中の一部の水素原
子をフッ素原子に置き換えた「ポリメチルメタクリレー
ト、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リスチレン」やポリフッ化ビニリデンなどの部分フッ素
化樹脂、分子中の水素原子を重水素原子に置き換えた
「ポリメチルメタアクリレート、ポリカーボネート、ポ
リスチレン」などの部分重水素化樹脂、ポリメチルメタ
クリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリ
スチレン、ポリフェニルメタクリレート、エチレン／酢
酸ビニル共重合体、ポリアセタール、ポリカーボネー
ト、ポリ酢酸ビニルなどから選ばれる１種以上の樹脂が
使用できる。

【００２３】コア径が比較的大きいために接続が容易で
安価プラスチックコネクタが使用できること、伝送損失
が少ないこと、使用できる波長域が広いことなどの理由
で、光ファイバは上記フッ素系樹脂や部分フッ素化樹脂
を光ファイバクラッド部およびコア部に用いたフッ素系
プラスチック光ファイバが好ましい。より好ましくは実
質的にＣ−Ｈ結合を有しないフッ素系樹脂を光ファイバ
クラッド部およびコア部に用いたフッ素系プラスチック
光ファイバである。

【００２４】ＳＩ型フッ素系プラスチック光ファイバと
しては、特開平４−１８９８６２などで知られているも
のが挙げられる。ＧＩ型フッ素系プラスチック光ファイ
バとしては、特開平８−５８４８などで知られているも
のが挙げられる。

【００２５】ＧＩ型光ファイバとしては、屈折率差を有
する重合体と拡散物質からなり、重合体中に拡散物質が
特定の方向に沿って濃度勾配を有して分布しているもの
が好ましい。広範囲の伝送領域帯で低い伝送損失と高い
伝送帯域を有することから、重合体がフッ素系重合体で
拡散物質が低分子量フッ素系化合物であるＧＩ型のフッ
素系プラスチック光ファイバがより好ましい（特開平８
−５８４８など参照）。

【００２６】この場合、フッ素系重合体の数平均分子量
は、１万〜５百万が好ましく、５万〜１百万がより好ま
しい。低分子量フッ素系化合物の数平均分子量は、３０
０〜１０，０００未満が好ましく、３００〜５，０００
がより好ましい。

【００２７】補強層を形成するための樹脂としては、光
ファイバクラッド部を構成する樹脂より高弾性率であれ
ばよいが、そのなかでも弾性率が１４０ｋｇ／ｍｍ² 超
の樹脂が好ましく、１６０ｋｇ／ｍｍ² 以上の樹脂が補
強効果が高いという理由により特に好ましい。また、補
強層の厚さは５０〜１０００μｍであることが好まし
く、１００〜６００μｍであることがより好ましい。

【００２８】このような樹脂としては、ポリメチルメタ
クリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリシクロヘ
キシルメタクリレート、ポリスチレン、スチレン／アク
リロニトリル共重合体、ポリアセタール、ポリカーボネ
ート、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリ塩化
ビニルなどが具体的に例示されるが、これらに限定され
るものではない。

【００２９】さらに本発明においては、上記補強層の外
側に保護層を形成するための樹脂、例えばポリエチレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エチレン／テトラ
フルオロエチレン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン
／テトラフルオロエチレン共重合体などをさらに被覆し
てもよい。保護層の厚さは１００〜２０００μｍである
ことが好ましく、３００〜１５００μｍであることがよ
り好ましい。

【００３０】本発明において光ファイバの外周に補強層
を形成するための樹脂を被覆する方法としては、補強層
を形成するための樹脂および光ファイバを同時に押出し
機より溶融押し出し一体成形することによる方法が好ま
しい。

【００３１】本発明における光ファイバは、光ファイバ
のクラッド材と光ファイバのコア材を同時に押出し機よ
り押出し一体成形する方法により得られる光ファイバで
もよく、光ファイバ前駆体を溶融紡糸する方法により得
られる光ファイバでもよい。これらの方法により光ファ
イバを得て、得られた光ファイバを一旦巻き取り機で巻
き取ることなく、引き続き本発明における光ファイバと
して使用してもよい。

【００３２】本発明において光ファイバのクラッド材と
は、ＳＩ型光ファイバにおいてはクラッドを形成するた
めの材料を意味し、ＧＩ型光ファイバにおいてはクラッ
ドまたはクラッドに近い光の強度分布を有するコアを形
成するための材料を意味する。また光ファイバのコア材
とは、ＳＩ型光ファイバにおいてもＧＩ型光ファイバに
おいても、コアを形成するための材料を意味する。

【００３３】本発明において光ファイバ前駆体とは溶融
紡糸すれば光ファイバとなる中空状または中実状の樹脂
成形体を意味する。例えば、屈折率差を有する重合体と
拡散物質からなり、重合体中に拡散物質が特定の方向に
沿って濃度勾配を有して分布しているＧＩ型光ファイバ
の前駆体は、回転成形法により重合体からなる中空管を
成形し、この中空管を回転させながら中空管内壁面から
拡散物質を重合体中に拡散させることにより得ることが
できる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明による被覆光ファイバの製造法
を実施例に従って説明する。図１−（ａ）、（ｂ）に被
覆光ファイバの断面の例を示す。光ファイバ１は、補強
層２で被覆、あるいは補強層２と保護層３により被覆さ
れている 例１（実施例） 弾性率１４０ｋｇ／ｍｍ² であるポリペルフルオロ（ブ
テニルビニルエーテル）［ＰＢＶＥ］からなるクラッド
材およびＰＢＶＥにクロロトリフルオロエチレン［ＣＴ
ＦＥ］オリゴマを１５重量％を添加したコア材を用い、
図２に示すように、コア材は押出機１１を用いてダイス
１８の中心部より押し出され、次いでクラッド材は押出
機１０を用いてダイス１８内でコア材の外周部にコアを
取り囲む形で押し出されてこれと一体となった。さらに
コア／クラッドが溶融状態で接触していることからコア
内のＣＴＦＥオリゴマが外周のクラッド部に拡散するこ
とにより、コア中心部からクラッド部にかけて屈折率が
徐々に減少してゆく屈折率分布が形成され、その後ダイ
ス１８出口より押し出された後、水槽１９で冷却される
ことにより光ファイバ２０が得られた。

【００３５】光ファイバ２０は、冷却後連続してダイス
２２内に導入された。一方、補強層である弾性率１７０
ｋｇ／ｍｍ² のポリカーボネート樹脂は、押し出し機１
３よりダイス２２に供給され、ダイス２２出口にて光フ
ァイバ２０出口に同心円上に配置された吐出口から押し
出されることで光ファイバ２０外周部に被覆されて一体
となった。その後冷却水槽２３で冷却された被覆光ファ
イバ１５は、引き取り機１６を経て巻取機１７に１５ｍ
／分の速度で巻き取られた。

【００３６】このようにして得られた被覆光ファイバの
コア外径は１４０μｍ、クラッド外径は２５０μｍ、補
強層外径は８５０μｍであった。光ファイバの性能を測
定したところ、伝送損失は波長１３００ｎｍにて５０ｄ
Ｂ／ｋｍと優れた値を示した。また光ファイバ強度は
４．９ｋｇであった。

【００３７】例２（実施例） ＣＴＦＥオリゴマ濃度をを１２重量％にする以外は例１
と同様にして図３に示すように光ファイバ２０を作成し
た。光ファイバ２０は連続した工程にて次のダイス２１
に導入され、ダイス出口にてその外周部に弾性率３１０
ｋｇ／ｍｍ² のポロメチルメタアクリレート樹脂、さら
にその外周にポリエチレン樹脂をそれぞれ押し出し機１
３と押し出し機２６より押し出す方法によって連続的に
補強層と保護層を被覆した。その後水槽２３で冷却され
て、１５ｍ／分の速度で巻き取り機１７に巻き取られ
た。

【００３８】このようにして得られた保護層を有する被
覆光ファイバのコア外径は１１０μｍ、クラッド外径は
２８０μｍ、補強層外径は７５０μｍ、保護層径は２２
００μｍであった。光ファイバの性能を測定したとこ
ろ、伝送損失は波長１３００ｎｍにて８０ｄＢ／ｋｍと
優れた値を示した。またファイバ引張り強度は６．６ｋ
ｇであった。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、光ファイバの外周部に高弾性
率被覆層からなる補強層を溶融押し出しなどで一体成形
する方法であり、生産効率が極めて高い。また、高弾性
率被覆層に安価な汎用樹脂を用いることができることか
ら、安価な光ファイバの製造が可能である。

【００４０】またコア材およびクラッド材としてフッ素
系樹脂を使用した場合には、吸収ロスを低減でき、低伝
送損失で使用可能波長の広い光ファイバを高帯域の光フ
ァイバを製造できる。また、ＧＩ型光ファイバの場合に
は高帯域の光ファイバ製造可能となる。またコア径が比
較的大きいため、接続が容易で安価プラスチックコネク
タの使用も可能となり、接続に要するコスト低減効果も
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造した被覆光ファイバおよび保
護層を有する被覆光ファイバを模式的に示した断面図。

【図２】被覆光ファイバの製造方法の一例を説明するた
めの概略図。

【図３】保護層を有する被覆光ファイバの製造方法の一
例を説明するための概略図。

【符号の説明】

１：光ファイバ ２：補強層 ３：保護層 １０：クラッド材溶融押し出し機 １１：コア材溶融押し出し機 １３：補強層用樹脂押し出し機 １５：被覆光ファイバ １６：引き取り機 １７：巻き取り機 １９：水槽 ２０：光ファイバ ２１：補強層／保護層溶融押し出しダイス ２２：補強層被覆用溶融押し出しダイス ２３：水槽

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラスチック光ファイバの外周に光ファイ
   バクラッド部を構成する樹脂より高い引張り弾性率を有
   する樹脂を被覆することにより被覆プラスチック光ファ
   イバを得ることを特徴とする被覆プラスチック光ファイ
   バの製造方法。
2. 【請求項２】光ファイバクラッド部を構成する樹脂の引
   張り弾性率が１４０ｋｇ／ｍｍ² 以下である請求項１記
   載の被覆プラスチック光ファイバの製造方法。
3. 【請求項３】プラスチック光ファイバがフッ素系プラス
   チック光ファイバである請求項１または２記載の被覆プ
   ラスチック光ファイバの製造方法。
4. 【請求項４】プラスチック光ファイバが屈折率分布型プ
   ラスチック光ファイバである請求項１、２または３記載
   の被覆プラスチック光ファイバの製造方法。