JPS6259911A - 光フアイバおよびその製造方法ならびに装置 - 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、ガラスファイバと、合成ゴムの’＜−のクラ
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クラッド層とを含んでなる合成樹
脂クラッド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。

光速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クラッドを有する。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、クラッ
ド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［封脂の第二の硬質トップ
層を設ける。このトップ留；よまた、ガラスファイバ形
成直後、すなわち、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−次合成侍（脂クラッドを構成する
。

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Ｉ　ＧＰａを超える、より厚い第二次合成
樹脂クラッドを光ファイバに設ける。この第二次合成樹
脂クラッドは必ずしも光ファイバの形成直後に適用しな
い。

かような第二次合成樹脂クラッドには２種類の形が使用
される。１つの形では、第一次合成樹脂クラッドを有す
る光ファイバは、チューブを形成する第二次合成樹脂ク
ラッド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、第二次合成樹脂クラッドは第一次
合成樹脂クラッドと接着方式により結合する。

合成樹脂クラッド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、嘆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、熱膨張係数は減少する。ガラスファイバ熱膨張係
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ｏ＝クスーレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２０巻、８４１−８４２頁（１９８
４年）におけるワイ・シュトウ（Ｙ、　５ｈｕｔｏ）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クラッドを２４０℃以上の
温度で押出すことによってファイバに施し、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、援衝閤用に適する物質
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、ト目次ぐ層の押出しの間に熱分割を生ずることが
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
クラッド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（ＬＯＯＰａ、　ｓ
よりも大）によって構成される。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
して薄いクラッドを適用する場合は、圧力は制限要因と
なる。

本発明の目的は、序文に述べたような光ファイバとその
製造法とを、上述の難点を回避して提供することにある
。

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
樹脂クラッド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。

本発明の範囲内では、配向した合成樹脂のクラッド層の
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［封脂クラ
ッドのトップ層であってもよく、または密に嵌着した第
二炊合成りラッドでもよい。また、第一次合成値１脂ク
ラツドのトップ層と第二次合成樹脂クラッドの両方を配
向した合成樹脂から製造することも可能である。

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張係数
とが得られる。硬化可能な合成（せ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。合成樹脂組成物の施与と
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、第一次合成樹脂クラッドの
緩衝層は侵されない。合成樹脂組成物の施与と硬化とは
この場合、冷却水の槽なしで行うことがてき、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、第二次合成用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、この第二次コーチイン
クをも含めて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（せ脂クラッドのトップ留は最早や必要ではなく、
従って第二次合成附脂クラッドを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ｌ！を脂の異方性の結果として、合成（聞
（脂クラットの水分吸収は、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クラッド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５０［）０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１ヒ可能な合成（針脂組成
物は更に、例えば、オランダ国特許出願ｆｌｌＬ第８４
０１９８１／１１０６８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個の被包層を有するガラスファイバ上に設け、ガラス
ファイバへの層の施与中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ｉ封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チイ
ンク中またはコーテイング後に、例えば液体中の剪断ツ
ノ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（ヒ可能な合成（徂脂組成物の
分子をカラスファイバ！こ舟与中；こ延伸流動によって
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。

合成樹脂クラッド中への空気の包蔵を防ぐために、ガラ
スファイバと施与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１ヒ合物の場合、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１ｍ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降：こおいては、硬化可能な合
成値（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。持に短い硬化時間は、窒素雲囲気中で
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
［封脂組成物でクラッドするための装置を提供すること
てあり、その装置：まガラスファイバ゛のコーティング
の際！こ、硬化可能な合成樹脂組成物中の分子に配向を
与えるのｊこ適する。

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、囮を施したガラスファイバの直径
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
形成するっガラスファイバはカラスまたは石英ガラスの
繊維であると解すべきである。ファイバは屈折率が１目
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ファイバを用いて
もよい。プリフォームから線引きするフ：、−イハの代
わり′こ、二重るつぼ法によって（ｊＪ＋告したファイ
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
えて任意のその池形状、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８４０１
９８１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重景
％）を含んでなる。

Ｈ３ＣＣＨ＋ 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重童％）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（２ｆｆｉ１％）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−およびジー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クラッ
ドの緩衝層に１吏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４００
ｎｍ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ファイバをク
ラッドすることにより、第二の合ｔ　ｐｔｔ脂層３を厚
さ３０μｍでファイバ上に設け（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
脂クラッドのトップ層）のための好適な市販の合成樹脂
組成物はデソト社（ＤｅＳｏｔ。

Ｉｎｃ、）　　のデソライト０４２（ＤｅＳｏｌｉｔｅ
　０４２　Ｒ）であり、このものはポリウレタンアクリ
レートと感光申開始剤とを含んでなる。

次いで第二次合成樹脂クラッド４を厚さ３００μｍて設
ける。この目的のために、下記式（Ｉ［）に示すポリウ
レタンアクリレート９８重層％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。

（ＩＩ） この合成樹脂組成物を第一次合成樹脂クラッドを有する
ガラスファイバに温度８０℃で施与する。合成樹脂組成
物の８０℃における粘度は６．７Ｐａ、　ｓである。施
与の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５法で得られた配列
を硬化中の架橋反応によっ開穿する。硬化可能な合成樹
脂組成物は、合成樹組成物上で測定して０．２７Ｗ／　
ｃｍ　２の強度を以っフュージョン−’ｙステムズ社（
Ｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）の無電極水銀燈に曝露
することによって硬化される。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。

形成された合成樹脂層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。

第　　１　　表 異方性材料の特徴は、低膨張係数（線熱膨張係数）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７００℃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
、第一次合成樹脂クラッドのトップ層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、ファイバが自
由に中で動き得るように被包してもよい。この結果、特
に温度不感応性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（責（脂クラッドを
有する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、施与時の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　　２　　表 第１表と対比して、等方性材料の性質は異方性（オ科の
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。光フアイバ用
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１
１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、すてに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１封脂組成物は、下方部分１１の人口透孔１５を
通って適用し、空間１４および環状ノズル１６を経てガ
ラスファイバ１３に施与することができる。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と施与された合成
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　　・第一次クランドのトノ１層４・第二次クラ
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・・・人口
透孔１６・・・環状ノズル　　　１８・・・導管２０・
・・出口透孔　　　　２１・・透孔第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラスファイバと、合成ゴムの第一のクラッド層と
   、主としてガラスファイバの長手方向に分子配向した合
   成樹脂の次のクラッド層とを含んでなる合成樹脂クラッ
   ドを有する光ファイバにおいて、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、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、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、合成ゴムよりなる少なくとも１
   個の被包層を有するガラスファイバ上に設け、硬化可能
   な合成樹脂組成物の分子を該組成物のガラスファイバへ
   の施与中に配向させ、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光ファイバの長手方向に実
   質的に配向した合成樹脂を形成することを特徴とする光
   ファイバの製造方法。 ４、硬化可能な合成樹脂組成物の分子を該組成物のガラ
   スファイバへの施与中に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、ガラスファイバと施与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、硬化可能な合成樹脂組成物を化学線照射によって硬
   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、環状ノズルを含んでなり、その環帯の直径を、施与
   した層をすべて加えたガラスファイバの直径よりも大と
   なるように選ぶことを特徴とするガラスファイバを硬化
   可能な合成樹脂組成物を以って被包する装置。