JPS59210401A - プラスチツク材光フアイバ−及びその製法 - 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】 本発明は、プラスチック材製光ファイバー及びその製法
を対象とする。これらのファイバーは、光伝送に用いら
れ、特に医療、遠距離通信、自動車、海洋学、映像化、
装飾、粒子物理学等の分野で光伝送に用いられる。

一般にこれらの光ファイバーは、ファイバーのコアをな
す第一の材質と該第−の材質を取巻くファイバーのクラ
ッドをなす第二の材質から形成されている。有用な光エ
ネルギーがその内を伝播するコアの材質は良好な光伝送
特性を持たなければならない。コアの材質はクラッドの
材質よシ大きい屈折率を持たなければならない。

このような光ファイバーの中を、光はコアークラッド界
面に於ける全反射によって伝播する。この種の伝播では
、コア材質の屈折率とクラツド材質の屈折率の差が大き
い程、より大きな量の光を伝送することができる。

コアの材質としては、一般にガラス又はシリカが用いら
れる。これらの物質は良好な光伝送特性を持つ。しかし
ながら、これらのファイバーは高価であり、重くて比較
的たわみ性が少ない欠点を持つ。最近には又、光ファイ
バーをプラスチック材で製造する種々の試みが行われて
いる。

今日までに知られたプラスチック材ファイバーは、例え
ばＰＭＭＡ　なる略語で知られているポリメタクリル酸
メチルの如き非晶質型の透明材質でつくられている。こ
の材質は一般にコアの材料として用いられている。

ＰＭＭＡが高度の透明性と良好なたわみ性全持つことは
事実である。しかしながら、その屈折率は比較的低く　
（１，４８−１，５０）、従って小さい屈折率のクラッ
ド材料を用いることが必要となる。ところで、屈折率が
／」・さいポリマーは極端に少ない。

用いうるポリマーは、ポリメタクリル酸２．２．２−ト
リフルオロエチルの如きフッ素化ポリマーである。この
ものは約１．４１の屈折率を持つ。

クラッドの材質はこの材料から成シコアの材質はＰＭＭ
Ａから成る光ファイバー、並びにその・製法は特開昭５
６−８３２１号（１９８１）に記載されている。

コア材料としてＰＭＭＡを用いたとき、クラッドの材料
としている用いうる他のフッ素化化合物は、フランス特
許第２４９３９９７号に記載されている。

不幸にも、二重ダイを通す同時押出成形によるこのファ
イバーの製法は、ｌイの摩耗及び不純物のひっかかりの
欠点を伴い、その結果全反射面が劣化し工業的生産では
品質の劣ったファイバーを得る危険がある。

現在用いられている他のコア材料としてはポリスチレン
を挙げることができる。この材質は高い屈折率（１，５
８１−１，６２）を持つ長所がある。このようなコア材
質（訳注二原文は「クラッド材質」）を用いた光ファイ
バーの一例は、”低損失ポリスチレン・コアの光ファイ
バー”と題する、Ｊ。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙａ　５２　（２）、１９８１年１２
月号、第７０６１−７０６３頁の論文中に説明されてい
る。この実例では用いられたクラッド材は酢酸ビニルと
エチレンのコポリマーである。

不幸にも、これらの光ファイバーは劣った機械的性質を
持つ。

本発明は正にこれらの欠点をよく救うことができるプラ
スチック材光ファイバーを対象とするものである。

本発明によるコアとクラッドを含む光ファイバーは、ク
ラット９が主としてスチレンとメタクリル酸メチルのコ
ポリマーよ構成るものであることを特徴とする。

このコポリマーは、光（４００乃至７００ｎｍの可視ス
ペクトル領域）に対し非常に大きな透明度を持つ。加う
るに、スチレンとメタクリル酸メチルの割合に従って１
．４９乃至１．５９の屈折率を持つ。

好適には、コポリマーは少くとも１０モルチのスチレン
を含む。例えば、スチレンとメタクリル酸メチルの共沸
混合物の共重合によってうろことができる。その場合の
コｙ）Ｊマーは１，５４の屈折率を示す。

本発明の有利な実施態様によれば、コアは主゛として次
の構造式を持つ化合物のポリマーでつくら〔この式で、
Ｙは水素又はアルキル基を表わし、この化合物の一部又
は全部の水素原子は重水素原子に代えることができる。

〕 用いられる化合物はスチレンであることが好適である。

これらの物質は高い屈折率を示す。ｌ＋）スチレンでは
屈折率は１．５８乃至１．６２である。この化合物は優
れた透明度を持つ。

クラッドの材質としてスチレンとメタクリル酸メチルの
コポリマーを用い、コアの材質としてポリスチレンを用
いることにより、これらの材質が比較的互いに接近した
屈折率を持つことを考慮すると、多数の用途がある単一
モード型の光ファイバーをうろことができる。

屈折率の跳びのある光ファイバーでは、屈折率の跳びの
小さい程、そのファイバーを通るバンドを大きくなるこ
とができるが、アパーチュアの数値は小さくなることが
知られている。′故に企図する用途に従って、要請に適
合した光７アイノ２−を構成することが問題になる。す
なわち、通過するバンドは伝送すべき光信号の振動数に
適合したものに保ちながら、ファイバーの入口及び出口
の構成部分によりよく適合するように、アパーチュアが
極大になった光ファイバーを構成することである。信号
の振動数は、軸線の光線と全反射面近くの光線の間の光
路差によシ本質的に制限されることが想起される。

本発明による光ファイバーはこのような適合を実現する
ことができる。事実に於いて、用いる材質によって屈折
率の跳びを大きくすることも７４％さくする仁ともでき
、伝送される光のアパーチュア角を±３５°からＯｏま
で変化させることができる。

加うるに、スチレンとメタクリル酸メチルのコポリマー
はコア材質に対する接着性能が良好であり、特にコアが
ポリスチレンであるとき良好である。このことは、良い
品質のコアークラッド界面とうるに、又透明度に於いて
良好なファイバーをうるに非常に重要である。

更に、コア及びクラッドのこれらのポリマーの使用によ
シ優秀な機械的性質を持った光ファイバーを得ることが
できる。このファイバ２−は堅固であり、先行技術のフ
ァイバーの場合より遥かに少ない用心で取扱うことがで
きる。

本発明は更に、プラスチック材特に前記プラスチック材
の光ファイバーの製造方法を対象とするものである。

本発明によれば、固体の状態にあるコアの棒より成る予
備成形体を延伸することにあるこの方法は、次の継起す
る工程段階を含む： 力　少くとも１個の収納穴を持った中実の円筒の形のク
ラッドの製作、及びファイバーのコアをなす少くとも１
個の円筒形棒の製作、該棒は収納穴の直径よシ小さい直
径を持つ、 イ）収納穴中への円筒形棒の導入、棒と円筒の間に限定
された間隙を真空にし、 つ）円筒形を軟化させ外圧の効果で円筒を棒に貼りつげ
るための温度上昇、 工）このようにして得られた予備成形体の延伸。

前記（イ）、（つ）、（ロ）の工程段階は唯１個の操作
として連続的に行うことができる。延伸の経過の間予偏
成形体の二つの要素は真空中に保持される。

加うるシて、先行技術の方法と反対に本発明の方法では
、得られた光ファイバーのクラッドに応力が全く残らな
いようにすることができる。

本発明の方法ではクラッドの厚さを容易に変化させるこ
とができ、従って非常に厚いクララＩ−″を持ち一軸分
子配向されたファイバーをうろことができる。従ってこ
のファイバーは良好な機械的性能を持つ。又単一モード
型ファイバーを製造することができる。

それのみでなく、本発明の方法によｐ、従来技術の製造
方法によって得られたファイバーの界面よりコアークラ
ンド界面がよシ良好なファイバーが得られる（前記フラ
ンス特許参照明細書参照）。

本発明に従って、この界面の品質を最適化することがで
きる。それには、円筒を棒に貼りつけ°る前に棒と円筒
形の相い対する面を磨く。重合又は加工の際に時として
現われる応力を除くために、コアとクラッドから成る棒
を熱処理することができる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の第１乃至３図
を参照しつつ、本発明を制限するもの、ではなく例示す
るものである以下の記載を読むことによシ明らかになる
であろう。添付図面の第１乃至３図は本発明による光フ
ァイバーの製造方法の異った工程段階を略図で説明した
ものである。

本発明によれば、光ファイバーのクラット９の材質は主
としてスチレンとメタクリル酸メチルのコポリマーよシ
成る。２種のモノマー相対量は企図する用途に従って異
なる。有利には、このコポリマーは少くとも１０モルチ
のスチレンを含む。割合は、例えば重合条件の下に於け
る両モノマーの共沸混合物中の割合であることができる
。加うるに、コアの材質は好適には次の構造式の化合物
のポリマーよシ成る： 〔この式で、Ｙは水素、又は例えばＣＨ３の如きアルキ
ル基を表わす。〕 ファイバー中での光の吸収の一原因であるＣ−Ｈ結合の
共鳴を減少させるために、ポリマーの水素の一部又は全
部を重水素に代えることができる。

このことは、直径の小さい光ファイバーすなわちコアの
直径が１５０μｍよシ小さいファイバーの場合に、特に
工業的観点から格別に興味あることである。

Ｙが水素を表わすとき、例えば５乃至８個の水素を重水
素で置換することができる。これらの化合物はそれぞれ
次の構造式に相当する：これらの光ファイバーはモノコ
ア光ファイバー又はマルチコア光ファイバ２−であるこ
とができ、る。

このマルチコア光ファイバーは、クラッドをなす複数個
の互いに平行な円筒形収納穴を持つ中実円筒形と、コア
をなす複数個の円筒形棒と、より構成されている。各棒
は円筒形の中に設けられた収納穴の一つに位置する。こ
れらのファイバーはマルチ光路ファイバー中なす。

一例として、添付図面の第１乃至３図を参照しつつ、以
下にコアの材質がポリスチレン（Ｙ＝Ｈ）であるモノコ
ア光ファイバーの製造を記載する。

勿論、この方法はコア材質が他のものである、特にポリ
ビニルトルエン（Ｙ　＝　ＣＨ３）　　である場合にも
適用でき、重水素化されたベリマーより成るコア材質に
も適用できる。加うるに、この方法はマルチコア光ファ
イバー−に適用できる。

第一の工程段階は、ポリスチレン製コア２とスチレンと
メタクリル酸メチルのコポリマー製のクラッド４とで形
成された予備成形体１（第２図）をつくるにある。光フ
ァイバーの二つの構成要素であるコアとクラッドは、ポ
リマー材で別々につくられる。この別々の製作によシ、
クラットゞの厚さを変化させることは特に容易になる。

本発明のファイバーのコアは、ポリスチレン製円筒形棒
２から出発して得られる。この棒２は、純粋なスチレン
をガラス製アンゾール中に入れ脱気の後真空下に密封し
て重合させることにより得られる。スチレンの精製は、
不活性気体（窒素又はアルゴン）の存在の下に、低圧下
僅かに加温（約４０℃）して蒸留し、蒸留の初めと終シ
の留分をすてて行うことができる。重合は加熱により塊
状で行われる。特にアンブールを恒温炉中に置き、例え
ば９０℃に２４時間続いて次の２４時間１７０°Ｃにす
るような９０℃乃至１７０℃で４日に及ぶ適当な加熱サ
イクルで処理する。外囲温度に復帰した後アンブールを
破る。

重合の際に現われる応力を除くために、型外しの後に約
８０℃でアニールを行う。アニールに続いて、機械的な
方法又は化学的な方法によって棒の表面を磨く。あるい
は棒２の表面の艶出しを行う、すなわち表面を溶解させ
ることを目的として１６０℃の程度の温度の赤外線加熱
炉中に棒を通す。このことにより表面が殆ど完全なポリ
スチレンの棒２をうることができる。

同じく本発明により、管４すなわちスチレンとメタクリ
ル酸メチルのコポリマー類の収納穴５を持つ中実の円筒
形から出発してファイバーのクラッドをうることができ
る。例えば一端６が閉じられたとの管４は次の方法で得
られる。例えば管の中に純スチレンと純メタクリル酸メ
チル（両者の精製は前記の如く行う）を入れ脱気の後真
空下に密封し、両者を共重合させると円筒形の棒が得ら
れる。この棒に加工して穴を開ける。スチレンとメタク
リル酸メチルの相対量は、得られる光ファイバーの最終
用途に従って異なる。

時には共重合を助けるために、初めの混合物中に、過酸
化ベンゾイル又はアゾビスインブチロニトリルの如き重
合剤、あるいは例えばフタル酸ジズチル、フタル酸ジオ
クチル又はノチルメルカブタンの如き可塑剤を合体させ
ることができる。これらの助剤は、メタクリル酸メチル
の濃度が大きいときすなわち７０％を越えるとき、特に
必要である。

共重合は、管を恒温炉中に置き、例えば９０℃に２４時
間次の２４時間１４０℃にするような９０℃乃至１４０
℃で４日に及ぶ適当な加熱サイクルで、塊状重合させて
行われる。外囲温度に戻った後管を破る。

先の場合と同様に型外しの後、約９０℃でアニールを行
うことができる。このアニール［続いて、殆ど完全なり
ラッドの内表面をうるために、機械的な方法又は化学的
な方法でクラット材質の管４の内部を研磨することがで
きる。

コア２及びクラッド４の粗製品がつくられた後、コア２
の棒がクラッド４の管の中に導入される、より正確には
収納穴５の中に導入される（第１図）。

勿論このことは、棒２の直径が管４の内直径より小さい
場谷にのみ可能である。次いで棒２と管４に限定される
間隙８が真空にされる。このことは、クラット″４の管
の端１２に支えられ従来型式の真空ポンプ１３に通じた
吸着盤１３を用いて実現できる。

間隙８を真空にするこの系の使用により、予備°成形体
を収める真空室は必要でなくなる。

そのだめの口を、スチレン−メタクリル酸メチル・コポ
リマーの円筒形４中に加工された収納穴５に、設ける必
要はない（第１及び２図）。真空にする目的で口を設は
栓をすることもできる。

真空下に置いた後、炉を用いて全体の温度を約１００乃
至１２０℃まで漸次上昇させる。この温度上昇はクラッ
ドの軟化を導き、例えば図の矢１４で示された大気圧の
如き外面からの圧力の効果により、クラッド４の管はコ
ア２の棒に貼付けられ完全に接触することができる（第
２図）。

前記の如く予備成形体１（第２図）をつくったことによ
り、工程の次の操作に際して光ファイバーのコアークラ
ッド界面が保護されることができる。それによシ、界面
の品質が良好な光ファイノミ−をうろことができる。

これに続く工程段階は、このようにして得られた予備成
形体を炉中で加熱しつつ緩やかに延伸するにある。例え
ば、得られた予備成形体を２ｃｍ／分の速さで、二段の
炉１６中へ降下させる。該炉は、第一段をなす予熱塔１
８と、第二段をなす赤外線の放射と熱窒素の掃気による
加熱帯から成る。予熱により２００℃の程度の延伸温度
の近くに達することができる。赤外線は局所的加熱及び
予備成形体の中心にまで至る一様な加熱を行うことがで
きる。

熱窒素は表面の温度を制御する。この種の炉で、大直径
すなわち５６７ＩＩｎ程度の直径の予備成形体が延伸さ
れた。

この延伸工程段階は、クラッドをコア棒に貼付ける工程
段階と殆ど同時にすなわち連続的に行いうることに注意
すべきである。

スチレンとメタクリル酸メチルのコポリマーの粘度は延
伸温度でよシ大きいから、ファイバーの延伸の際にクラ
ッドは一軸性の分子配向を受けて優秀な一機椋的性質を
与えられ、従って系にも優秀な機械的性質が与えられる
。クララｒの分子的構造が分子的規模で唯一つの方向に
引伸ばされる。

この姿勢は冷却経過中もそのまま固定して保たれる。こ
のことはコアにはあてはまらない。コア材質の初めの流
動性とよシ緩慢な冷却は、引伸ばきれていない構造を再
現させる。

純ポリメタクリル酸メチルは、フタル酸ジプチル、フタ
ル酸ジオクチル、又はブチルメルカプタンの如き可塑剤
を合体しなければ引伸ばさ−れることができないことに
注意すべきである。本発明に従ってスチレンとメタクリ
ル酸メチルのコポリマーを用いると、７０モルチより小
さいメタクリル酸メチルの濃度では、延伸によシ光ファ
イバーをうろことができる。このことは助剤がなくても
行うことができる。

このようにして得られた光ファイバーは、次いで機械的
に保護を行うクラッドで被覆することができる。

このような製造方法で直径０２乃至１ｍｎの円筒形で一
様なモノコアの光ファイバーが得られた。該直径の値は
本発明を制限するものではない。この光ファイバーは、
先行技術のプラスチック材光ファイバーの光伝送値に匹
敵する又はよシ優秀な値を示す。更に、本発明の光ファ
イバーは優秀な機械的性質を持ち同時に通過しうるバン
ドは広い。

またこの方法でマルチ光路すなわちマルチコアのファイ
バーを製造することができる。１００μｍの三つの光路
を持った直径３００μｍの光コアイノシー、又は２０μ
ｍの三つの光路を持った直径６０μｍの光ファイバーを
うろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１乃至３図は本発明による光ファイバーの製造方法の
異った工程段階を略図で例示したものである。 １・・・予備成形体　２・・・コア　４・・・クラッド
５・・・収納穴　６・・・端　８・・・間隙　１２・−
・端　１３・・・真空ポンプ　１４・・・大気圧　１６
・・・炉手続補正書（方却 昭和５９年６　月　７４１日 特許庁長官殿 （特許庁″４査宮　　　　　　　　　　　　殿）１、事
件の表示 昭和５９年持許願第０８７９５０列 ２８発明の名称 プラスチック材光ファイバー及びその製法３　補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 名　称　　コミツザレ・ア・レナジイ・アトミック霞が
関ヒル内郵便局　私書箱第４９刊 昭和　　年　　月　　口（発送日　昭和　　年　　月　
　日）６　補正により増加する発明の数　０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）クラッド（４）がスチレンとメタクリル酸メチルの
   コポリマーよｐ主としてなることを特徴とする、コアと
   クランドを含むノラぞチック材光ファイバー。 ２）コポリマーが少くとも１０モル係のスチレンを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイ
   バー。 ３）コア（２）が構造式 〔この式で、Ｙは水素又はアルキル基を表わし、あるい
   は水素原子の全部又は一部が重水素原子で置換されてい
   る。〕 の化合物のポリマーより主として成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ４）前記化合物
   がスチレンであることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の光ファイバー。 ５ν（１少くとも１個の円筒形収納穴（５）ヲ持つ中実
   の円筒形（４）のクララｒと、ファイバーのコアをなす
   該収納穴（５）の直径より小さい直径を持つ円筒形棒（
   ２）の少くとも１個をつく）、 （（）該円筒形棒（２）を該収縮穴（５）中に導入して
   、棒（２）と円筒形（４）の間につくられた間隙（８）
   を真空にし、 （つ）温度を上昇させて円筒形（４）ヲ軟化させ、該円
   筒形を外方からの圧力（１４）の効果により棒（２）に
   貼付け、 に）　このようにして得られた予備成形体（１）を延伸
   する、 前記諸工程段階が継起的に行われることを特徴とする、
   プラスチック材光ファイノ２−の製造方法。 ６）間隙（８）を真空にすることが、円筒形（４）の端
   α２）によって支えられ真空ポンプＱ３１に連続された
   吸着盤００）を用いて、行われることを特徴とする特許
   請求第５項記載の製造方法。 ７）工程段階（イ）の前に、円筒形を棒に貼付ける前の
   棒（２）と円筒形（４）の対面するそれぞれの面を磨く
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の製造方法
   。 ８）クラット（４）をスチレンとメタクリル酸メチルの
   共重合によってつくることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の製造方法。 ９）重合剤又は可塑剤の存在の下に、共重合を行わせる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の製造方法
   。 １０）構造式 〔この式で、Ｙは水素又はアルキル基を表わし、あるい
   は水素原子の全部又は一部が重水素原子で置換されてい
   る。〕 の化合物の重合によってコア（２）をつくることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の製造方法。 １１）前記化合物がスチレンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１０項記載の製造方法。 １２）重合に続いて熱処理が行われることＥ特徴とする
   、特許請求の範囲第１０項記載の製造方法。