JPS63246704A - バンドルフアイバ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラスチッククラッド光ファイバの複数本が
束ねられてなるバンドルファイバに関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバの応用としてのバンドルファイバは通常光フ
ァイバ素線の複数本を束ねて構成され、伝送する対象を
光としたライトガイドとして、例えば複写機用照明、装
飾用照明などに実用化されている。また、バンドルファ
イバにおいて光フアイバ素線の複数本を整列配置して束
ね入出光画像の位置関係が正確となるように構成したイ
メージファイバは例えば胃カメラ、カテーテル、内視鏡
用ファイバスコープなどの医療用から工業用炉内監視、
ボイラー監視、配管内検査などの工業用に至るまで用途
に応じて幅広く実用に供されている。

バンドルファイバにおける素ｌｌ（心線）は石英系ガラ
ス、ドープト石英、多成分系ガラスをコアとし、その外
周にそれより低屈折率の石英系ガラス、ドープト石英、
多成分系ガラス、プラスチックなどをクラッドとしたコ
アークラッド型光ファイバであるのが一般的である。而
して、バンドルファイバの製造方法は種々の方法が公知
であるが、例えば上記の如き素線を複数本束ねる。ある
いは整列配器して束ねて、その外側な熱収縮プラスチッ
クで被覆する方法、同様にして接着剤で固着する方法、
さらに酸溶解性ガラスからなるスキンパイプ中に素線の
複数本を収容し、両端部以外のスキンパイプを酸によっ
て溶出する方法などがある。また、クラッドがガラス系
である素線の複数本を束ねる、あるいは整列配置して束
ねて低温軟化性の多成分系ガラスからなるスキンパイプ
あるいはジャケット中に収容し、スキンパイプあるいは
ジャケットごと加熱溶融して線引きする方法もある。

バンドルファイバにおいて素線は石英系ガラスからなる
石英系光ファイバであると、ライトガイド、イメージフ
ァイバとして光エネルギーの伝送損失が少なく、しかも
耐熱性、その他の特性が良好であり、長尺化も可能であ
ることから、多成分系ガラスからなる多成分系光ファイ
バに比して広範な用途に使用しつるという有利性がある
。

しかしながら、石英系光ファイバは多成分系光ファイバ
に比して開口数が小さく、それ故に、入射光エネルギー
が有効に利用されないという欠点がある。さらに１石英
系ガラスから石英系光ファイバとしての紡糸、巻取りな
どの製造工程、あるいは複数本を束ねてバンドルファイ
バとする製造工程などにおいて、ファイバには保護層が
設けられていないことから損傷を受は易く、損傷を受け
るとその部分から外部応力によって容易に断線するとい
う欠点もある。また１石英系光ファイバの複数本を束ね
て低軟化性の多成分系ガラスのスキンパイプ中に収容し
て溶融線引きする方法においては、加熱によって多成分
系ガラスは容易に軟化し流動化するのに対し石英系光フ
ァイバは高融点であり、したがって両者の境界部におい
て異常変形や歪が発生しこれがバンドルファイバとして
の機能を低下させたり、高温による線引きに伴ない石英
系光ファイバの相互間は近接され、相互のクラッドの境
界部を介して隣接するファイバ間で伝送光エネルギーの
モード結合を生じ、これかにじみ現象として伝送光エネ
ルギーの低下を招き結果として充分な明るさや、画像が
得られないという欠点もある。

上記の欠点を解消する手段として、例えば石英系光ファ
イバの損傷を防ぐために紡糸直後に保護層をファバの外
周に形成する。モード結合によるにじみをクラッド層を
厚くすることなどで防ぐことができる。一方、石英ガラ
スをコアとし、クラッドをプラスチックとしたプラスチ
ッククラッド光ファイバ（以下、　ＰＣＦという）はク
ラッド層が保護層としての役割を有することから、プラ
スチックとして、例えばシリコーン樹脂をクラッドとし
たＰＣＦを素線として用いたバンドルファイバも考えら
れる。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記の如き欠点の解消手段は、バンドルファイバにおけ
る素線としての石英系光ファイバに対して保護層を設け
る、クラッド層を厚くするなど素線の径を増加させよう
とするものである。

而して、バンドルファイバの特性を評価する重要な因子
としてコア占有率が挙げられる。コア占有率はバンドル
ファイバの端面、即ち断面におけるバンドルファイバ面
積に対するコア面積の比で表わされ、その比が大である
ほどコア占有率は大きくなり光エネルギーの伝送量が増
大する。

したかって、前記の手段はバンドルファイバの素線とし
ては好ましいものではない。

一方、ＰＣＦにおいて使用されるクラッドとしてのプラ
スチックはコアが石英ガラスからなるとすると、コアの
屈折率より低屈折率であるほど開口数が大きくなること
、さらにコアとの接着性が良好であることなどを要件と
することから特定のプラスチックに限定される。現在、
好ましいプラスチックとしてシリコーン樹脂が知られて
いるが、シリコーン樹脂は硬度が小さいことからコネク
タへの固着が難しく、しかもりラッドとしてのシリコー
ン樹脂は温度変化などによって変形し、ファイバ端、即
ちコネクタ部分で突き出てきたり、ファイバにベンディ
ングを生じさせるという欠点がある。さらに、クラッド
として好適なプラスチックであるとしてもクラッド層と
しての強度を確保するには適度な厚さ、例えば２０ｇｍ
以上を必要とし、これより薄くなると伝送損失の増大、
ファイバの強度の低下を招く、シたがってバンドルファ
イバの素線として求められる要件を満足しないという問
題点がある。

又、バンドルファイバは素線を数本〜数千水の複数本束
ねて、接着性樹脂でコネクタに固着し、コネクタ端面を
、光透過性を良くするために研磨をするが、この研磨の
際に、ファイバの長子方向に応力がかかる。

さらにバンドルファイバの使用時にバンドルファイバを
曲げたり、伸ばしたりすると、ファイバの長子方向に引
っ張り応力、圧縮応力がかかり、その応力はコネクタの
ファイバ固着部分に集中してかかる。ファイバと接着性
樹脂の接着性が悪いと、コネクタ端面よりファイバが数
本ないしは全部コネクタ端面より突き出すかあるいは引
込みが生じ、バンドルファイバとして使用不可能になる
。シリコーン樹脂をクラッドに用いたＰＣＦバンドルは
、シリコーン樹脂が軟らかく、しかも厚みが厚く、さら
には接着性樹脂との接着力がないため、突き出しあるい
は引っ込みが生じるという問題点があった。

本発明は上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり
、バンドルファイバにおける素線として、紡糸工程、加
工工程などにおいて損傷を受は難く、伝送損失の少ない
石英ガラスまたは光学ガラスをコアとし、プラスチック
をクラッドとしたＰＣＦを用い、該ＰＣＦを束ねてなる
バンドルファイバは特性上酸も重要な因子であるコア占
有率が極めて大きくコネクタと接着性樹脂で容易に固着
し得て、端面での異常発生がないという特徴を有するバ
ンドルファイバの提供を目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明はコアが石英ガラスまたは光学ガラスより
なり、クラッドが含フッ素重合体よりなるプラスチック
クラッド光ファイバの複数本が束ねられてなり、かつ前
記含フッ素重合体よりなるクラッドは厚さ２０μｍ以下
であることを特徴とするバンドルファイバを提供するも
のである。

本発明において、バンドルファイバの素線は、石英ガラ
スまたは光学ガラスよりなり、クラッドが含フッ素重合
体よりなるプラスチッククラッド光ファイバて構成され
てなり、クラッドは厚さ２０ＩＬｍ以下である。

而して、本発明において使用されるＰＣＦのクラッドと
しての含フッ素重合体はフルオロオレフィン単位に基づ
くフッ素含有量１０重量２以上、かつ硬化部位を有する
溶剤可溶性のフルオロオレフィン重合体であるのが好適
であり、クラッドの厚さを極めて薄くすることができる
。

従来より、　ＰＣＦにおいて、クラツド材の含フッ素樹
脂としてテトラフルオーエチレン−へキサフルオロプロ
ピレン共重合体を用いたＰＣＦ（特公昭４８−２５８８
号公報参照）、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリ
デン共重合体を用いたＰＣＦ　　（特開昭５１−５２８
４９号公報参照）、あるいはエラストマー性架橋ポリフ
ルオロシロキサンを用いたＰＣＦ　　（特開昭５８”８
２２０８号公報参照）などが開示されている。しかしな
がら、コアとして石英ガラスあるいは光学ガラスとの接
着性が劣る。これは、一般的にフッ素樹脂は溶剤に溶解
し難しいことから溶液型のコーティングに代って、コア
に対してフッ素樹脂を押出成形によってコーティングす
ることによるものであって、これが接着不良の原因とな
るものである。

またフッ素樹脂は特定の溶剤に溶解するとしても、僅か
に１０〜２０重量％が溶解するにとどまり、溶液の粘度
、沸点等の調整は容易でなく、溶液型としてのコーティ
ングとなし得ない、したがって、クラッドの厚さを調整
することは困難であり、自ずとクラッドは厚いものとな
って、バンドルファイバの素線としてはコア占有率を低
いものとする。

本発明に使用される素線としてのＰＣＦクラッド材にお
ける硬化部位を有する溶剤可溶性のフルオロオレフィン
ｕｒ体は、フルオロオレフィン単位に基づくフッ素原子
を１０重量％以上含有し、硬化剤および通常使用される
溶剤と良好な相溶性または溶解性を有するフルオロオレ
フィン重合体であることが重要である。而してフッ素含
有量が余りに小さすぎるとクラッドとしての利点が減少
する。また、フッ素原子を１０重量％以上含有するフッ
素重合体であっても各種溶剤に不溶性のものでは適当で
ない０通常は本発明における特定のフルオロオレフィン
重合体のフッ素含有量は１０〜７０重量％、好ましくは
１５〜５０重量％程度の範囲から選定される。

フルオロオレフィン重合体としては、付加重合体系のも
の、および縮重合体系のものが使用可能である。付加重
合体系のものとしては、含有フッ素不飽和化合物の付加
重合体あるいは付加共重合体であって、水酸基、エポキ
シ基、カルボキシル基、酸アミド基、不飽和結合、活性
水素、ハロゲン等の硬化部位を含有するもの。

また縮重合体系のものとしては、含フッ素二官能性基を
有するエポキシ樹脂あるいはフッ素を含有するジオール
、二塩基酸、二塩基酸無水物、ジインシアナート等の縮
合物でエステル結合、ウレタン結合、尿素結合等を形成
するもの等が例示される。

さらに、これらのフルオロオレフィン重合体としては、
コアである石英ガラスとの接着性、クラッドとしての強
度、硬度、入手の容易性等の面からフルオロオレフィン
とビニルエーテル類−との共重合体の如き付加重合体系
のものが好適である。かかるフルオロオレフィン−ビニ
ルエーテル系共重合体としては、フルオロオレフィンお
よびビニルエーテルに基づく単位をそれぞれ３０〜７０
モル％および７０〜３０モル％含有し、未硬化状態でテ
トラヒドロフラン中で３０℃で測定される固有粘度［η
］は０．０Ｂ〜２．０ｄｌ／ｇ程度のものが好ましい、
また、水酸基含有ビニルエーテルあるいはグリシジルビ
ニルエーテルに基づく単位を３０モル％以下の割合で含
有するものが望ましい。

上記、フルオロオレフィン成分としては、テトラフルオ
ロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、およびこれ
らを混合したものが適しており、ビニルエーテル成分と
しては炭素数２〜８程度の直鎖状、分岐状もしくは環状
のアルキル基を有するアルキルビニルエーテルが適して
いて、例えば、シクロヘキシルビニルエーテル、エチル
ビニルエーテル、ｎ−ブチルビニルエーテル等が例示さ
れる。また、屈曲率を低くする目的で含フッ素ビニルエ
ーテルも好適なものとして例示し得る。

更にこれらの共重合体は硬化部位を与える共単量体成分
を含有していることが好ましい、このような硬化部位を
与える共単量体としては、例えば、ω−ヒドロキシブチ
ルビニルエーテル、ヒドロキシプロピルビニルエーテル
等の水酸基含有アルキルビニルエーテル、また、例えば
グリシジルビニルエールのような官能基含有ビニルエー
テルが適している。

また、必要により、上記共重合成分と共重合し得る他の
ビニル系単量体１例えばアクリル酸エステル、メタクリ
ル酸エステル、アルキルビニルエステル、スチレン、ま
たはこれらのフッ素置換体等を含む共重合体であっても
よい。

上記の如き共重合体は、所定の割合の単量体混合物に重
合媒体の共存下あるいは非共存下に重合開始剤あるいは
電離性放射線等の重合開始源、を作用せしめて共重合反
応を行なわしめることにより製造される。

このようにして製造される硬化部位を有するフルオロオ
レフィン重合体は、溶剤可溶性であり、溶剤に溶解して
塗料状のクラウド用組成物に調製し、コアの石英ガラス
に塗布した後、架橋硬化させてクラッドとしての硬化体
とされる。ここて使用される溶剤は、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル
、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、キシレン等の
芳香族化合物類、オクタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水
素化合物類等を例示し得る。これらは適宜組合せて使用
することが望ましい。

フルオロオレフィン重合体を溶剤て溶解して塗料状のク
ラッド用組成物を調製する際に、フルオロオレフィン重
合体の硬化部位と反応性を有する多官能性化合物の硬化
剤を、この含フッ素重合体１００重量部に対して０．１
〜１００重量部、好ましくは０．５〜５０重量部の割合
で配合する。勿論硬化剤を配合しなくてもよいことは前
述の通りである。また必要に応じて硬化助剤もしくは硬
化触媒を適宜配合することもできる。

而して、硬化部位が水酸基である含フッ素重合体を用い
て常温硬化型のクラッド用組成物を調製する場合には、
硬化剤としてポリイソシアナート類あるいは金属アルコ
キシド類を使用することができる。また、このクラッド
用組成物を加熱硬化型とする場合には、硬化剤として通
常の熱硬化アクリル塗料に用いられているようなメラミ
ン硬化剤、尿素樹脂硬化剤、多塩基酸硬化剤等を使用す
ることができる。

上記メラミン硬化剤としては、ブチル化メラミン、メチ
ル化メラミン、エポキシ変性メラミン等が例示され、用
途に応じて０〜６の各種変性度のものが使用可能であり
、自己縮合度も適宜選ぶことができる。また上記尿素樹
脂硬化剤としては、メチル化尿素、ブチル化尿素等を使
用することができる。更に上記多塩基酸硬化剤としては
、長鎖脂肪族ジカルボン酸類、芳香族多価カルボン酸類
あるいはその無水物、ブロック多価イソシアナート類等
を使用することがてきる。これらのメラミン硬化剤ある
いは尿素系硬化剤の使用にあたっては、酸性触媒の添加
によって硬化を促進することもできる。

硬化部位がエポキシ基であるフルオロオレフィン重合体
を用いてクラッド用組成物を調製する場合には、硬化剤
としてアミン類、カルボン酸類、フェノール類、アルコ
ール類等を使用することができ、この場合硬化助剤とし
て多ヒドロキシ化合物、特に非芳香族ジオールな使用す
ることができる。

上記の含フッ素重合体よりなるクラツド材は直接コアの
石英ガラスあるいは光学ガラスにクラッド層として形成
することができる。而してＰＣＦにおいてクラッド層は
コア内の光エネルギーを光学的に封じ込めるという役割
の他に、ファイバの保護層としての役割を有せしめると
いう点において、溶液状の含フッ素重合体をコアに対し
て接着性を改良する目的から、他の添加剤を含有させて
もよい。

本発明における素線としてのＰＣＦはコアが石英ガラス
よりなる場合、クラッドの屈折率は１．４５以下である
ことが必要であり、好ましくは！、４４以下である。

而して、クラッドの屈折率を任意に変化させることによ
り、任意の開口数のＰＣＦが得られるが、フルオロオレ
フィン重合体を適宜選択して、フッ素含有量を変化させ
ることができることから、開口数の異なる種々のＰＣＦ
を製造することができる。したがって、これらを素線と
して使用することにより、バンドルファイバとしても任
意の開口数のものを得ることができる。

本発明において素線のＰＣＦは、コアとしての石英ガラ
スまたは光学ガラスを紡糸直後に塗料のクラツド材を塗
布あるいは浸漬させて、加熱等によって硬化せしめて硬
化体とされる。形成されるクラッドの厚さは通常５〜３
０μｍである。一般にクラッドの厚みを厚くするとクラ
ッドの歪みによりコアに応力を与えると、ベンディング
が発生し損失の増加を招く、特に、バンドルファイバに
おいてはコア占有率を低下させる。そこで、クラッドの
厚さは１５ｐｍ以下とするのが望ましい。

溶剤可溶性のフルオロオレフィン重合体は、重合体の固
形分量と溶剤の比率を変化させることによりクラッドの
厚さを変えることが可能であり、固形分量を１０〜３０
％にすることで容易にクラッド厚さを例えば５〜１０ｐ
ｍにすることができる、クラッド厚さについて、石英ガ
ラスをコアとし、クラッドを上記重合体とシリコーン樹
脂とした素線としてのＰＣＦの引張強度を求め図示する
と第１図のようになる。また、同様に素線の伝送損失を
求めて図示すると第２図のようになる。第１図および第
２図より、本発明において使用される素線のＰＣＦは、
クラッドが薄くても実用上全く問題ないことが明らかで
ある。

本発明におけるバンドルファイバは上記の如くしてなる
素線を例えば、複数本束ねて接着性樹脂により固着する
ことによりライトガイドとして得られる。また、素線と
してのＰＣＦを例えば複数本整列配置して束ねて接着性
樹脂により固着することによりイメージファイバとして
得られる０本発明の素線は、接着性樹脂との接着性に優
れ、多数本束ねてコネクタに固着すると十分な接着強度
が得られる。このバンドルファイバはコネクタ端面の研
磨工程において、さらには、バンドルファイバの曲げに
対してもファイバの突き出し、引っ込みは全くみとめら
れなかった。

本発明におけるＰＣＦを用いてなるバンドルファイバの
構成あるいは製造方法は上記の如き例示に限定されるこ
となく、公知の構成あるいは製造方法を採用することが
できる。

［実施例］ 実施例１ テトラフルオロエチレン、エチルビニルエーテル、ヒド
ロキシブチルビニルエーテルの三元共重合体であって、
テトラフルオロエチレン／エチルビニルエーテル／ヒド
ロキシブチルビニルエーテルの含有重量比が８０．８／
２９．５／Ｌ７であり、テトラヒドロフラン中３０℃に
おける固有粘度が０．２０　ｄＩＬ／ｇである含フッ素
重合体１００重量部をメチルエチルケトン１８０重量部
に溶解せしめてなる溶液にメチル化メラミン（“サイメ
ル３０３”：三井東圧社製品）を７重量部、触媒として
パラトルエンスルホン酸０．５重量部を添加し、均一な
塗料状のクラツド材組成物を調製した。この組成物の屈
折率は１．４０である。

次に、この組成物を、石英ガラス母材から直径２０Ｇｐ
ｍφに紡糸したファイバーの紡糸直後にＯ，：１ｍｍφ
のノズル径のダイスで塗布し、温度約３００℃の加熱炉
内を１秒間で通過させて焼成し含フッ素重合体の硬化体
からなるクラッドの形成された素線を得た。この硬化体
からなるクラッドの厚さは６ｇｍであつた。また、この
素線の伝送損失（８′５０ｎｍ）は６ｄＢ／ｋ１１　、
引張強度は５００にｇ／■１２、コア径／クラッド径の
比は０．９４３であった。

この素線の５５本を細密に充填して束ね、接着性樹脂で
固着し、外形１．９ｗｍφのバンドルファイバとした。

このバンドルファイバのコア含有率は６８％であり、光
エネルギーを大量に伝送することが可能であり、ライト
ガイドとして極めて優れていて、しかも良好な可撓性を
有していた。

このバンドルファイバをくり返し曲げ試験機てくり返し
曲げを行った（曲げ半径４０１９曲げ角度±９０°、曲
げ速度４秒ハ回１曲げ回＃１１０万回）ところ、ファイ
バの断線、コネクタ端面てのファイバの突き出しは全く
認められなかった。

次にバンドルの片端を固定し、他端に１０ｋｇの荷重を
かけ約２４時間放置する。引張試験において、このバン
ドルは断線、突き出し、引込みは同様に認められなかっ
た。

実施例２ クロロトリフルオロエチレン、エチルビニルエーテルお
よびヒドロキシブチルビニルエーテルの三元共重合体で
あって、クロロトリフルオロエチレン／エチルビニルエ
ーテル／ヒドロキシブチルビニルエーテルの含有重量比
が６１．３／２８．４／１０．３であり、テトラヒドロ
フラン中３０℃における固有粘度が０．１０　ｄ！Ｌ／
ｇである含フッ素重合体を用いて、実施例１と同様に塗
料状のクラツド材組成物を調製した。この組成物の屈折
率は１．４２である。

次に、この組成物を実施例１と同様に石英ガラスよりな
るファイバーに塗布、焼成して硬化体となし、ＩＱＢｍ
のクラッドの形成された素線を得た。この素線の伝送損
失（８５０ｎｍ）は７ｄＢｌｋ腸、引張強度は８００ｋ
ｇ／腸、２、コア径／クラツド径の比は０．３１であっ
た。

この素線の４２０本を細密に整列配置して束ね、接着剤
で固着し、外径５ＩＩＩＩφのバンドルファイバとした
。このバンドルファイバのコア含有率は６７％であり、
光映像を大量に伝送しうるイメージファイバとして極め
て優れていて、しかも良好な可撓性を有していた。

また、実施例１と同様に、くり返し曲げ試験、引っ張り
曲げ試験を行なったところ断線、突き田し、引込みは認
められなかった。

［発明の効果］ 本発明のバンドルファイバは、その素線が特定の含フッ
素重合体をクラッドとして厚さが極めて薄いことから、
コア径／クラツド径の比は０．８以上となり、従来全く
得られなかった極めて高いコア含有率を有するバンドル
ファイバであることに特徴がある。しかも素線の製造工
程における紡糸、巻取りなど、およびバンドルファイバ
としての製造工程における結束工程などにおいて、クラ
ッドが保護層の役割を有することから取り扱いが容易で
あるという効果を有する。また、従来コネクタ部分で保
護層を除去する特殊な工程を必要とし、この保護層の除
去は強度の低下を招いていたが、本発明のバンドルファ
イバはこのような工程は全くなく、したがって強度の低
下を生じないという効果も認められるものである。また
、シリコーンＰＣＦを用いた時のコネクタ端面でのファ
イバの突き出し、引込みなどの問題を解決しうるちので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はバンドルファイバの素線としての石英ガラスを
コア（２００ｇｍ）とするＰＣＦにおけるクラッド厚さ
と引張強度との関係を求めて図示したものであり、第２
図は同様にクラッド厚さと伝送損失を求めて図示したも
のである。 ｌ・・・本願発明の含フッ素重合体をクラッドとしたも
の、 ２・・・シリコーン樹脂をクラッドとしたもの。 ヤ１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コアが石英ガラスまたは光学ガラスよりなり、クラ
   ッドが含フッ素重合体よりなるプラスチッククラッド光
   ファイバの複数本が束ねられてなり、かつ前記含フッ素
   重合体よりなるクラッドは厚さ２０μｍ以下であること
   を特徴とするバンドルファイバ。 ２、クラッドの含フッ素重合体がフルオロオレフィン単
   位に基づくフッ素含有量１０重量％以上、かつ硬化部位
   を有する溶剤可溶性のフルオロオレフィン重合体の硬化
   体よりなる特許請求の範囲第１項記載のバンドルファイ
   バ。