JPS63287908A - プラスチッククラッド光ファイバ - 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、伝送損失が少なく、耐低温性に優れるなど特
性の改良されたプラスチッククラッド光ファイバに関す
るものである。

［従来の技術］ 従来より、コアを石英ガラスあるいは光学ガラス、クラ
ッドをプラスチックとしたプラスデッククラツド光ファ
イバ（以下、ＰＣＦという）は公知であり、特に開口数
（ＮＡ）が大きく、低伝送損失であることから光通信用
、画像伝送用、ライトガイド用など広範な分野での用途
が期待されている。

Ｐ　ＣＦはクラッドに用いるプラスチックの柿類を変化
させることによってプラスデックの屈折率も変化するこ
とから、種々の開口数のＰＣＦを得ることが可能である
。而して、コアが特に高純度石英ガラスよりなる場合、
屈折率が１．４５８と小さく、このためクラツド材とし
てのプラスチックは、これより低い屈折率を有するもの
から選定しなければならず、しかもクラツド材としての
特性は（ａｌ無色透明、（ｂ）コアとの接着性、（ｃｌ
　クラッド形成性等に優れているという条件を満足する
ことが必要である。

したがって、選択の範囲は極めて狭くなる。

上記のような条件を満足するクラツド材として、ジメチ
ルシリコーン、フッ素樹脂等があり、ジメチルシリコー
ンを用いたＰＣＦが公知であり、かかるＰＣＦが広く実
用に供されている。また、クラツド材としてのフッ素樹
脂において、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン共重合体を用いたＰＣＦ　（特公昭４８−２
５６６号参照）、あるいはテトラフルオロエチレン−フ
ッ化ビニリデン共ｉｎ合体を用いたＰＣＦ　（特開昭５
１−５２８４９号公報参照）、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５６−６
２２０６号公報参照）、さらにフルオロアクリレートを
主成分とする組成物を用いたＰＣＦ（米国↑、Ｙ許第４
５１１２０９号明細書参照）などが提案されている。

［発明の解決しようとする問題点］ 前記のように、クラツド材としてジメチルシリコーンを
用いたシリコーンＰＣＦは光学的特性において満足し得
るとしても、シリコーンの強度が弱＜、シかも硬度も低
く、例えばシリコーンの強度は３〜４０ｋｇ／ｃｍ”、
硬度は　ＪＩＳ　Ａ２０〜８０であることから、コネク
ターとの接続が難かしいという欠点がある。特にコネク
ターとの接続に接着剤を用いた場合、−２０℃〜＋８０
℃のヒートサイクル試験において、コアの石英ガラスと
クラツド材との膨張係数の相違から、その界面に応力が
作用して、素線先端が突き出すという問題点がある。更
にシリコーン樹脂の特有の性質として、透湿係数が比較
的大きく、シリコーンＰＣＦは高温多湿環境下では、湿
分がシリコーンを透して、コアとクラッドとの界面に容
易に侵入してしまい、コア表面の傷の成長を促進して、
ファイバーの強度を低下させるという欠点もある。

一方、クラツド材としてフッ素樹脂を用いたフッ素樹脂
ＰＣＦは強度が高く、コネクターからの突き出し現象も
生じ難いが、光学的特性としての伝送特性の優れたもの
は得られていない。これは、コアとしての石英ガラスと
フッ素樹脂との接着性が劣ることによるものである。

即ち、一般的にはフッ素樹脂は溶剤に溶解し難いことか
ら溶液型のコーティングに代って、コアに対してフッ素
樹脂は押出成形によってコーティングされていて、これ
が接着不良の原因となり、伝送損失を大きくさせている
。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％が溶解するこにとどまり、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
ングは困難であるという問題点があった。また、これら
は、クラッド層の厚さを薄くすることは困難であった。

而して、一般的にクラツド材の弾性率が大きいほど、ま
たクラッド層の厚さが増すほど、クラッド層のひずみが
増大し、それがコアに応力として作用することによって
ＰＣＦにマイクロベンディングを発生させ、その結果と
して、伝送損失を招き、特に−４０〜−５０℃の低温環
境において損失が著しく増大する。また、ファイバはそ
の外周に被覆層が形成されるが、被覆層からの応力も同
様にＰＣＦの損失増大の一因をもなすという問題点を有
している。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は０１１記の問題点の認識に鑑みてなされたもの
であって、特にクラッド層を薄くすることが可能であり
、このため欠点としてのマイクロベンディングを減少さ
せ得る特定のクラツド材を見い出し、しかもクラッド層
の外表面に応力ｗＩ衝層を設けることによって被覆層が
形成されても低温環境においてファイバに対する応力を
緩和し得て、したがって伝送損失を招くことがないとい
う、優れた特性を有するプラスチッククラッド光ファイ
バを提供するものである。

即ち、本発明は、コアが石英ガラスあるいは光学ガラス
よりなり、クラッドがプラスチックよりなるプラスチッ
ククラッド光ファイバにおいて、該クラッドは硬化部位
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
体によって厚さ２０μｍ以下に形成され、且つ、クラッ
ド層の外表面に応力緩衝層の設けられてなることを特徴
とするプラスチッククラッド光ファイバである。

本発明に使用される硬化部品を有する溶剤可溶性のフル
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。而して、フ
ルオロオレフィン単位に基づくフッ素原子を１０重Ｍ％
以上含有し、硬化剤及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を
使用することが重要である。フッ素含有量が余りに少な
すぎるとクラッドとしての利点がなくなる。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。通常は本発
明におけるフルオロオレフィン重合体のフッ素含有ｍは
１０〜７０重量％、好ましくは１５〜５０重量％程度の
範囲から限定される。

ここで、付加重合体系のものとしては、含フツ素不飽和
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、エス
テル基、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
ツ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、ジイソ
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”Ｃで測定される固有粘度［η
］は０．０６〜２．０ｄＱ７ｇ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、屈折率を低くする目的で含フツ素ビニルエ
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蹟体成分
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１例えば
グリシジルビニルエーテルのような官能基金イ■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、例えばアクリル酸ニスデル、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ＪＡｉｒ１換体等を含む共重合体であ
ってもよい。

−１−記の如き共重合体は、所定の割合の単量体混合物
にｍ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、？８削に溶解し
て塗料状のクラッ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。ここで使用される溶剤は、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で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、この含フツ素重合体　１００重量部に対して０１
〜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ツ素重合体を用い
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れう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。

」１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Ｏ〜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できる。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を使用す
ることができる。

ところで、クラッド用組成物において、溶液状のフルオ
ロオレフィン重合体のコアガラスに対する濡れ性が劣る
場合、コアの表面に存在する微小な傷や欠陥部分にはク
ラッド用組成物が密着あるいは充填され難＜、この結果
として、かかる部分からファイバの破断が発生し、機械
的強度の低下を招くこととなる。したがって、機械的強
度の向上には溶液状のクラッド用組成物のコアガラスに
対する濡れ性、密行性が大きく寄与するので、かかる特
性の向上が望ましい。これにはクラッド用組成物におい
て、溶液状のフルオロオレフィン重合体とともに界面活
性剤および／またはシランカップリング剤が含有される
のが好ましい。

上記にしたがって含有される界面活性剤あるいはシラン
カップリング剤はクラッド用組成物のコアガラスに対す
る濡れ性、密性性などを向上させ得るものであれば特に
限定されないが、低屈折率であって無色透明であるもの
が好ましい。また、所要量は界面活性剤において組成物
中に０．０１〜１重量％、シランカップリング剤は０．
１〜１０重量％で充分効果が発現される。

本発明において、コアの石英ガラスあるいは光学ガラス
に形成するクラッド層の厚さは２０μｍ以下である。一
般的にクラッド層の厚さを増加するとクラッド層のひず
みによりコアにかかる応力も増大する。このためファイ
バにマイクロベンディングが発生し、伝送損失の増加を
引き起こす。特に−４０〜−５０℃の低温環境において
著しく増加する。それ故に、クラッド層の厚さは２０μ
ｍ以下、特に１５μｍ以下とするのが望ましい。そこで
、ＰＣＦとしての最適な構造は、クラッド層の厚みを１
５μｍ以下とし、さらにクラッド層の外表面に応力緩和
のための緩衝層を設ける構造である。而して、クラッド
層の厚さはクラッドとして有用な最低の厚さは必要であ
り、それは５μｍ程度を限度とする。クラッド用組成物
としては、重合体固形分量と溶剤の比率を変化させるこ
とにより、クラッド層の厚さを変化させることが可能で
あり、固形分量を１０〜３０％にすることで容易にクラ
ッド層厚さを　５〜１０μｍに調整することができる。

本発明において、クラッド層の外表面に応力緩和のため
の緩衝層が設けられる。緩衝層としての材料は柔軟性１
弾性を有するゴム状のもので、ショア硬度へが８０以下
である例えば、シリコーン樹脂、ポリウレタンなどが好
ましい。緩衝層の厚さは、特に限定されないが２０〜２
００μｍで充分である。さらに、該緩衝層の外表面に保
護層を設けてもよく、この保護層の材料は特に限定され
ないが、通常使用される例えばナイロン、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などのフ
ッ素樹脂、液晶ポリマーなどが用いられる０層の厚さは
ＰＣＦとしての所望の厚さ、例えば１００〜５００μｍ
の範囲とされる。

本発明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１．４４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ＲＣＦ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■を変化させることができる故に、開口数の
異なる種々のＰＣＦを得ることができる。

［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６０．８／
　２９．５／　９．７であり、テトラヒドロフラン中３
０℃における固有粘度が０．２０ｄＱ／ｇであるフルオ
ロオレフィン重合体を　１００部（重量部、以下同じ）
をメチルエチルケトン　１２０部とメチルイソブチルケ
トン３０部よりなる溶液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部、触媒としてパラトルエンスルホン酸０．５部、
界面活性剤（“ＦＣ４３０°：住人スリーエム社！３）
０．１部、さらにシランカップリング剤としてβ−エポ
キシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン（“Ａ　
　Ｉ８６”：ユニオンカーバイト社製）２部を添加して
クラツド材としての組成物を調製した 次に、この組成物を１石英ガラス母材から直径２００μ
鋼φに紡糸したファイバの紡糸直後に塗布し、温度約３
００℃の加熱炉内を１秒間で通過させて焼成し、その硬
化体からなる厚さ１０μｍのクラッド層を形成させて、
ファークラッド構造の素線を得た。クラッドの屈折率は
　１．４０７である。さらに、この素線にシリコーン樹
脂（”ＯＦ＋０６”：信越化学社製、屈折率１．４１、
硬度ショアＡ２５）を塗布し、上記と同様にして硬化さ
せ厚さ９０μｍの緩衝層を形成させ、続いて緩衝層の外
表面にナイロン（“Ｎ　　＋９４０”：ダイセル社！Ｉ
Ｊ）を溶融押出しすることによって被覆層を形成し、外
径０．９ｎｍφのＰＣＦを得た。

このＰＣＦについて、光学特性を測定した結果２伝送損
失（８５０ｒ＋ｍ）は５ｄＢ／ｋｍであり。

−４０℃においては７ｄＢ／ｋｍであって、損失増加は
　２ｄＢ／ｋｍにとどまった。さらに外径５ｆｆＩＩＩ
Ｉφの円柱に巻きつけ、曲げ損失の増加を測定したとこ
ろ　０．８ｄＢであった。また、このＰＣＦとコネクタ
との結合において、突き出しなどの異常現象の発生は認
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ｆｆ
１ｆｆｉ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０．１Ｏ
ｄＱ／ｇであるフルオロオレフィン重合体１００部をメ
チルエチルケトン８０部に溶解せしめてなる溶液をクラ
ツド材の組成物として調製した。

次に、この組成物を実施例１と同様に石英ガラスよりな
るファイバに塗布、焼成して硬化体となし、厚さ１５μ
ｍのクラッド層の形成されたコアークラッド構造の素線
を得た。クラッドの屈折率は１．４１３である。さらに
、この素線に実施例１と同様に厚さ９０μｍの緩衝層を
形成させ、続いて緩衝層の外表面にエチレン−テトラフ
ルオロエチレン共重合体（“アフロンＣＯＰ”　：旭硝
子社製）を溶融押出しにより被覆し被覆層を形成し、外
径０．９ｍｍφのＰＣＦを得た。

このＰＣＦの伝送損失（８５０部ｍ）は２５℃において
６　ｄＢ／　ｋｎ、　−４０℃において８ｄＢ／ｋｍで
あった。また、実施例１と同様にして測定した曲げ損失
の増加は１．　ＯｄＢであり、コネクタとの結合におい
て異常現象の発生は認められなかった。

比較例】 実施例１における、クラツド材としての組成物の硬化体
からなるクラッド層を厚さ５０μｍとなるよう形成させ
て、コアークラッド構成の素線な得た。

さらに、この素線に実施例１における緩衝層を形成させ
ることなく、直接にナイロンを溶融押出しによって被覆
層を形成し、外径０．９ｍｎφのＰ　ＣＦを得た。

このＰＣＦの伝送損失（８５０部ｍ）は２５℃において
９　ｄＢ／　ｋｍ、　−４０℃において１４ｄＢ／ｋｍ
であった。また、実施例】と同様にして測定した曲げ損
失の増加は　１．８ｄＢであった。

比較例２ 実施例１におけるクラツド材としての組成物をシリコー
ン樹脂（’ＯＦ　　１０６”　：信越化学社製）に代え
、クラッド層を厚さを５０μｌとし、さらに緩衝層を形
成しない他は実施例１と同様にしてナイロンの被ＦｒＩ
居の掲載された外径０６９ｍｌ１φのＰＣＦを得た。

このＰＣＦの伝送損失（８５０部ｍ）は２５℃において
５ｄＢ／ｋｎ＋、−４０℃において１ＩｄＢ／ｋｍであ
った。さらに実施例１と同様にして測定した曲げ損失の
増加は　１．５ｄＢであり、コネクタとの結合により、
突き出しが認められた。

［発明の効果］ 本発明のプラスチッククラッド光ファイバは、クラッド
が特定のフルオロオレフィン重合体よりなることからク
ラッド層としての厚さが極めて薄く形成され、しかも該
クラッド層の外表面に緩衝層が設けられてなることから
、従来問題点となっていた低温環境における伝送損失の
増加は極めて小さい。しかも可撓性をイｉすることから
、曲げに対しても、それに伴なう損失の増加がほとんど
認められないという特徴をも有している。特に、コネク
タとの接合においてファイバの突き出しなど異常現象の
発生が全く認められないという効果も認められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コアが石英ガラスあるいは光学ガラスよりなり、ク
   ラッドがプラスチックよりなるプラスチッククラッド光
   ファイバにおいて、該クラッドは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によって厚
   さ２０μｍ以下に形成され、且つクラッド層の外表面に
   応力緩衝層の設けられてなることを特徴とするプラスチ
   ッククラッド光ファイバ。 ２、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％以上である特許請求の範囲第１項記載のプ
   ラスチッククラッド光ファイバ。 ３、硬化部位を有する溶剤可溶性のフルオロオレフィン
   重合体が、水酸基、エポキシ基、カルボキシル基、酸ア
   ミド基、エステル基、不飽和結合、活性水素およびハロ
   ゲンから選ばれる少なくとも１種の硬化部位を有する特
   許請求の範囲第１項記載のプラスチッククラッド光ファ
   イバ。 ４、硬化部位を有する溶剤可溶性のフルオロオレフィン
   重合体が、フルオロオレフィンとビニルエーテルとの共
   重合体であって、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７
   ０〜３０モル％含有し、かつヒドロキシアルキルビニル
   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特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれか１項に記載のプラスチッククラ
   ッド光ファイバ。 ５、緩衝層がシリコーン樹脂またはポリウレタンである
   特許請求の範囲第１項記載のプラスチッククラッド光フ
   ァイバ。