JP2000356716A - プラスチック光ファイバ製造プロセス及びその装置、及びプラスチック光ファイバ - Google Patents
プラスチック光ファイバ製造プロセス及びその装置、及びプラスチック光ファイバInfo
- Publication number
- JP2000356716A JP2000356716A JP2000151547A JP2000151547A JP2000356716A JP 2000356716 A JP2000356716 A JP 2000356716A JP 2000151547 A JP2000151547 A JP 2000151547A JP 2000151547 A JP2000151547 A JP 2000151547A JP 2000356716 A JP2000356716 A JP 2000356716A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffusion
- dopant
- optical fiber
- plastic optical
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 title claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 247
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 49
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 10
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 37
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 108
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 51
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 229920006240 drawn fiber Polymers 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- IRIAEXORFWYRCZ-UHFFFAOYSA-N Butylbenzyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 IRIAEXORFWYRCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N benzyl benzoate Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoroethylene Chemical group FC(F)=C(F)Cl UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000006355 external stress Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- JWKJOADJHWZCLL-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5,5,6,6,6-nonafluoro-1-(1,2,3,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexa-1,3-dienoxy)hexa-1,3-diene Chemical compound FC(OC(F)=C(F)C(F)=C(F)C(F)(F)C(F)(F)F)=C(F)C(F)=C(F)C(F)(F)C(F)(F)F JWKJOADJHWZCLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSYRISKCBOPJRG-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxole Chemical compound FC1=C(F)OC(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)O1 YSYRISKCBOPJRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical compound C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- ULKGULQGPBMIJU-UHFFFAOYSA-N benzene;hydron;bromide Chemical compound Br.C1=CC=CC=C1 ULKGULQGPBMIJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960002903 benzyl benzoate Drugs 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- DWNAQMUDCDVSLT-UHFFFAOYSA-N diphenyl phthalate Chemical compound C=1C=CC=C(C(=O)OC=2C=CC=CC=2)C=1C(=O)OC1=CC=CC=C1 DWNAQMUDCDVSLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N diphenyl sulfide Chemical compound C=1C=CC=CC=1SC1=CC=CC=C1 LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- -1 perfluoro Chemical group 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229920006352 transparent thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00663—Production of light guides
- B29D11/00682—Production of light guides with a refractive index gradient
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/30—Extrusion nozzles or dies
- B29C48/304—Extrusion nozzles or dies specially adapted for bringing together components, e.g. melts within the die
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
- B29L2011/0075—Light guides, optical cables
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 傾斜型屈折率プラスチック光ファイバを押し
出し成形するためのプロセス及びその装置を提供するこ
とが本発明の課題である。 【解決手段】 本発明に係る押し出し成形プロセスは、
第一のコア用ポリマー材料を第一ノズルに導入する段
階、第二のクラッド用ポリマー材料を第二ノズルに導入
する段階を有しており、少なくとも一方のポリマー材料
が、ポリマー材料の屈折率を変化させる屈折率を有する
ドーパントを有している。ノズルは同心円状に配置され
ており、第一ノズルが第二ノズル内に位置していて、拡
散部２２へ導入されると材料は同時に同心円状に流れ、
ドーパントの拡散が第一材料と第二材料との間で実現さ
れ、その結果として傾斜型屈折率が実現される。第一及
び第二ポリマー材料は拡散部２２を通じて連続的に移動
し、出口側ダイ２６を通して流れ、その後ファイバとし
て引き出される。
出し成形するためのプロセス及びその装置を提供するこ
とが本発明の課題である。 【解決手段】 本発明に係る押し出し成形プロセスは、
第一のコア用ポリマー材料を第一ノズルに導入する段
階、第二のクラッド用ポリマー材料を第二ノズルに導入
する段階を有しており、少なくとも一方のポリマー材料
が、ポリマー材料の屈折率を変化させる屈折率を有する
ドーパントを有している。ノズルは同心円状に配置され
ており、第一ノズルが第二ノズル内に位置していて、拡
散部２２へ導入されると材料は同時に同心円状に流れ、
ドーパントの拡散が第一材料と第二材料との間で実現さ
れ、その結果として傾斜型屈折率が実現される。第一及
び第二ポリマー材料は拡散部２２を通じて連続的に移動
し、出口側ダイ２６を通して流れ、その後ファイバとし
て引き出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は傾斜型屈折率（ｇｒ
ａｄｅｄ ｉｎｄｅｘ）プラスチック光ファイバに関す
る。
ａｄｅｄ ｉｎｄｅｘ）プラスチック光ファイバに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガラス光ファイバは、特に長距離
通信アプリケーションにおいて非常に重要な伝送媒体に
なった。しかしながら、この種の光ファイバは、ローカ
ルエリアネットワークにおける各デスクへの分配ファイ
バなどの短距離アプリケーションにおいては高利用率を
見いだせていない。特に、ガラス光ファイバは、例えば
銅線などと比べてコスト効率が悪く、非常に正確なファ
イバ間接続を必要とする。それゆえ、ガラス光ファイバ
の利点の多くを有し、かつよりコスト効率の良い、プラ
スチック光ファイバ（ＰＯＦ）の研究が興味を引いてい
る。ＰＯＦは、より大きなコア半径を実現でき、そのた
めに接続及びスプライシングがより容易になる。
通信アプリケーションにおいて非常に重要な伝送媒体に
なった。しかしながら、この種の光ファイバは、ローカ
ルエリアネットワークにおける各デスクへの分配ファイ
バなどの短距離アプリケーションにおいては高利用率を
見いだせていない。特に、ガラス光ファイバは、例えば
銅線などと比べてコスト効率が悪く、非常に正確なファ
イバ間接続を必要とする。それゆえ、ガラス光ファイバ
の利点の多くを有し、かつよりコスト効率の良い、プラ
スチック光ファイバ（ＰＯＦ）の研究が興味を引いてい
る。ＰＯＦは、より大きなコア半径を実現でき、そのた
めに接続及びスプライシングがより容易になる。
【０００３】初期段階においては、階段型屈折率を有す
るＰＯＦ（ある屈折率を有するコア及びそれらを相異な
った屈折率を有するクラッドが取り囲むという構造を有
するＰＯＦ）が製造されて用いられた。残念ながら、階
段型屈折率を有するＰＯＦを伝播するモードは望ましく
ないほど高いレベルの分散を有しており、ファイバの性
能が限られていた。この問題に応答して、コア部からク
ラッド層へと変化する屈折率を有する傾斜型屈折率ＰＯ
Ｆ（ＧＩ−ＰＯＦ）が開発された。ＧＩ−ＰＯＦはより
低いモード分散を有しており、それゆえ改善された性質
を有している。しかしながら、ＧＩ−ＰＯＦは、階段型
屈折率ＰＯＦよりも製造がより困難であり、従ってより
高価であった。それゆえ、ＧＩ−ＰＯＦを製造する、よ
り改善された方法が求められている。
るＰＯＦ（ある屈折率を有するコア及びそれらを相異な
った屈折率を有するクラッドが取り囲むという構造を有
するＰＯＦ）が製造されて用いられた。残念ながら、階
段型屈折率を有するＰＯＦを伝播するモードは望ましく
ないほど高いレベルの分散を有しており、ファイバの性
能が限られていた。この問題に応答して、コア部からク
ラッド層へと変化する屈折率を有する傾斜型屈折率ＰＯ
Ｆ（ＧＩ−ＰＯＦ）が開発された。ＧＩ−ＰＯＦはより
低いモード分散を有しており、それゆえ改善された性質
を有している。しかしながら、ＧＩ−ＰＯＦは、階段型
屈折率ＰＯＦよりも製造がより困難であり、従ってより
高価であった。それゆえ、ＧＩ−ＰＯＦを製造する、よ
り改善された方法が求められている。
【０００４】ＧＩ−ＰＯＦを形成する一つの方法におい
ては、ガラス光ファイバが通常引き出し形成されるプレ
フォームと同様のプレフォームがまず用いられる。例え
ば、米国特許第５，６３９，５１２号及び５，６１４，
２５３号を参照。これらにおいては、ＧＩ−ＰＯＦ用の
プレフォームの化学気相堆積法（ＣＶＤ）による生成プ
ロセスが議論されている。そのプロセスに従うと、ポリ
マー及び屈折率変化剤がロッド上に堆積され、その屈折
率変化剤の量が堆積の間に変化させられて所定の屈折率
プロファイルが実現される。この種のプレフォームはＧ
Ｉ−ＰＯＦを生成するために有用であるが、より容易な
プロセスが必要とされている。
ては、ガラス光ファイバが通常引き出し形成されるプレ
フォームと同様のプレフォームがまず用いられる。例え
ば、米国特許第５，６３９，５１２号及び５，６１４，
２５３号を参照。これらにおいては、ＧＩ−ＰＯＦ用の
プレフォームの化学気相堆積法（ＣＶＤ）による生成プ
ロセスが議論されている。そのプロセスに従うと、ポリ
マー及び屈折率変化剤がロッド上に堆積され、その屈折
率変化剤の量が堆積の間に変化させられて所定の屈折率
プロファイルが実現される。この種のプレフォームはＧ
Ｉ−ＰＯＦを生成するために有用であるが、より容易な
プロセスが必要とされている。
【０００５】プレフォーム生成のための一つの代替案
は、プラスチックで種々のアイテムを形成するために一
般的に用いられる押し出し成形である。押し出し成形
は、プレフォームを生成して引っ張ることよりも迅速か
つ安価と期待されたが、傾斜型屈折率プロファイルを生
成するために複雑な工程が必要となる。米国特許第５，
５９３，６２１号（以下、６２１特許と略す）は、ＧＩ
−ＰＯＦに係る押し出し成形プロセスを議論している。
６２１特許に従うと、ＧＩ−ＰＯＦは、例えば同心円ノ
ズルを用いるなどによって、別の材料によってその周囲
を取り囲まれたある材料を押し出し成形することによっ
て製造される。少なくとも一方の材料が、確定した屈折
率を有する拡散可能な材料を含んでいて、結果としてそ
の材料の格差が所望の屈折率差を実現する。６２１特許
の方法は、基本的なプロセスを実現しているが、種々の
欠点を有しているように見える。
は、プラスチックで種々のアイテムを形成するために一
般的に用いられる押し出し成形である。押し出し成形
は、プレフォームを生成して引っ張ることよりも迅速か
つ安価と期待されたが、傾斜型屈折率プロファイルを生
成するために複雑な工程が必要となる。米国特許第５，
５９３，６２１号（以下、６２１特許と略す）は、ＧＩ
−ＰＯＦに係る押し出し成形プロセスを議論している。
６２１特許に従うと、ＧＩ−ＰＯＦは、例えば同心円ノ
ズルを用いるなどによって、別の材料によってその周囲
を取り囲まれたある材料を押し出し成形することによっ
て製造される。少なくとも一方の材料が、確定した屈折
率を有する拡散可能な材料を含んでいて、結果としてそ
の材料の格差が所望の屈折率差を実現する。６２１特許
の方法は、基本的なプロセスを実現しているが、種々の
欠点を有しているように見える。
【０００６】特に、そのプロセスが、拡散可能材料に対
して充分な拡散時間を与えるために、遅延時間（材料の
フローの停止）あるいは非常にゆっくりとした押し出し
成形速度を実現することなしに実行されうるのか否かが
明確ではない。詳細に述べれば、６２１特許に記載され
ている実施例は、同心円状ノズル５の出口（６２１特許
の図１参照）とコアノズル３の出口との間は３ｃｍとい
う小さい距離である。よって、双方の材料は、この装置
から出力されるまでの間にこのわずかな距離の間だけ接
触していることになる。この距離が、間欠停止あるいは
異常に遅い押し出し成形速度のいずれかを必要とするこ
となしに、充分な拡散を可能にするのか否かが不明であ
る。例えば、６２１特許の実施例６はこの接触領域にお
けるおよそ３分間で拡散が実現されたと述べており、実
施例７、８、及び９の全てにおいて、この接触領域にお
けるおよそ１０分間の間に拡散が実現されたと述べてい
るので、停止あるいは超低速のいずれかが用いられたよ
うに思われる。残念ながら、この６２１特許は、押し出
し成形速度について記載しておらず、また、そのプロセ
スが間欠停止されなければならなかったか否かを明らか
にしていない。加えて、結果として得られるファイバに
おける屈折率プロファイルを如何に予測するかに係る情
報は何もなく、適切なプロセスパラメータを見出すため
に試行錯誤が必要とされることは明らかである。
して充分な拡散時間を与えるために、遅延時間（材料の
フローの停止）あるいは非常にゆっくりとした押し出し
成形速度を実現することなしに実行されうるのか否かが
明確ではない。詳細に述べれば、６２１特許に記載され
ている実施例は、同心円状ノズル５の出口（６２１特許
の図１参照）とコアノズル３の出口との間は３ｃｍとい
う小さい距離である。よって、双方の材料は、この装置
から出力されるまでの間にこのわずかな距離の間だけ接
触していることになる。この距離が、間欠停止あるいは
異常に遅い押し出し成形速度のいずれかを必要とするこ
となしに、充分な拡散を可能にするのか否かが不明であ
る。例えば、６２１特許の実施例６はこの接触領域にお
けるおよそ３分間で拡散が実現されたと述べており、実
施例７、８、及び９の全てにおいて、この接触領域にお
けるおよそ１０分間の間に拡散が実現されたと述べてい
るので、停止あるいは超低速のいずれかが用いられたよ
うに思われる。残念ながら、この６２１特許は、押し出
し成形速度について記載しておらず、また、そのプロセ
スが間欠停止されなければならなかったか否かを明らか
にしていない。加えて、結果として得られるファイバに
おける屈折率プロファイルを如何に予測するかに係る情
報は何もなく、適切なプロセスパラメータを見出すため
に試行錯誤が必要とされることは明らかである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】間欠停止あるいは異常
に遅い押し出し成形速度は、いずれも商業的見地からは
魅力的ではない。間欠停止はプロセス速度を低下させて
ファイバの屈折率プロファイルに不連続を形成する。さ
らに、低押し出し成形速度は、プロセスコスト及び必要
となる時間の双方を増大させる。よって、傾斜型屈折率
プラスチック光ファイバを押し出し成形するためのプロ
セスが必要とされている。さらに、このような押し出し
成形プロセスによって生成される屈折率プロファイルを
予測して、負担となる試行錯誤を回避することが可能に
なることが望ましい。
に遅い押し出し成形速度は、いずれも商業的見地からは
魅力的ではない。間欠停止はプロセス速度を低下させて
ファイバの屈折率プロファイルに不連続を形成する。さ
らに、低押し出し成形速度は、プロセスコスト及び必要
となる時間の双方を増大させる。よって、傾斜型屈折率
プラスチック光ファイバを押し出し成形するためのプロ
セスが必要とされている。さらに、このような押し出し
成形プロセスによって生成される屈折率プロファイルを
予測して、負担となる試行錯誤を回避することが可能に
なることが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、商業的見地か
ら受容可能な速度、具体的には２５０μｍ外形のファイ
バに関して少なくとも毎秒１メートルで、傾斜型屈折率
プラスチック光ファイバ（ＧＩ−ＰＯＦ）を製造するこ
とが可能な連続押し出し成形プロセスを提供する。さら
に、本発明に係る押し出し成形プロセスの種々のパラメ
ータに係る数値解析を実行することによって、実際の製
造の前に、ファイバの屈折率プロファイルを予測するこ
とが可能である。この種の予測は、押し出し成形装置に
係る大量の試行錯誤の必要性を回避しつつ、所定の結果
を得るためにプロセスパラメータをチューニングするこ
とを可能にする。
ら受容可能な速度、具体的には２５０μｍ外形のファイ
バに関して少なくとも毎秒１メートルで、傾斜型屈折率
プラスチック光ファイバ（ＧＩ−ＰＯＦ）を製造するこ
とが可能な連続押し出し成形プロセスを提供する。さら
に、本発明に係る押し出し成形プロセスの種々のパラメ
ータに係る数値解析を実行することによって、実際の製
造の前に、ファイバの屈折率プロファイルを予測するこ
とが可能である。この種の予測は、押し出し成形装置に
係る大量の試行錯誤の必要性を回避しつつ、所定の結果
を得るためにプロセスパラメータをチューニングするこ
とを可能にする。
【０００９】本発明に係る押し出し成形プロセスは、第
一の、すなわちコア用ポリマー材料を第一ノズルに導入
する段階、第二の、すなわちクラッド用ポリマー材料を
第二ノズルに導入する段階を有しており、少なくとも一
方のポリマー材料が、ポリマー材料の屈折率を変化させ
る屈折率を有するドーパントを有している。図２に示さ
れているように、ノズルは同心円状に配置されており、
第一ノズルが第二ノズル内に位置していて、拡散部２２
へ導入されると材料は同心円状に流れることになる。拡
散部２２を同時に双方の材料が流れることによって、ド
ーパントの拡散が第一材料と第二材料との間で実現さ
れ、その結果として傾斜型屈折率が実現される。第一及
び第二ポリマー材料は拡散部２２を通じて連続的に移動
し、出口側ダイ２６を通して流れ、その後ファイバとし
て引き出される。（連続という語は、拡散部に入った後
にポリマー材料が出口側ダイから流出する前に何ら停止
を経ないことを意味している。）
一の、すなわちコア用ポリマー材料を第一ノズルに導入
する段階、第二の、すなわちクラッド用ポリマー材料を
第二ノズルに導入する段階を有しており、少なくとも一
方のポリマー材料が、ポリマー材料の屈折率を変化させ
る屈折率を有するドーパントを有している。図２に示さ
れているように、ノズルは同心円状に配置されており、
第一ノズルが第二ノズル内に位置していて、拡散部２２
へ導入されると材料は同心円状に流れることになる。拡
散部２２を同時に双方の材料が流れることによって、ド
ーパントの拡散が第一材料と第二材料との間で実現さ
れ、その結果として傾斜型屈折率が実現される。第一及
び第二ポリマー材料は拡散部２２を通じて連続的に移動
し、出口側ダイ２６を通して流れ、その後ファイバとし
て引き出される。（連続という語は、拡散部に入った後
にポリマー材料が出口側ダイから流出する前に何ら停止
を経ないことを意味している。）
【００１０】ポリマー間での実質的な層流を比較的長い
拡散領域長、例えば５０ｃｍ以上、さらには１００ｃｍ
以上にわたって維持することが可能であることが見出さ
れた。この長さは、前記６２１特許のわずか３ｃｍとい
う短拡散部に比べて充分に長いものである。（図２に示
されているように、拡散領域長２４は、同時押し出し成
形ヘッド２０における（ノズル３０の出口での）第一及
び第二ポリマーの第一接触点から開始して出口側ダイ２
６の下端で終了する拡散部２２の一部である。）出口側
ダイからのポリマーのフローレートは通常毎分３ｃｍ3
と高く、２５０μｍ半径のファイバでの少なくとも毎秒
１ｍという製造レートに対応する。しかしながら、以下
に記載されているように、プロセスをより高いフローレ
ートにスケールアップすることも可能である。それゆ
え、６２１特許に従ったプロセスにおいて明らかに必要
とされる間欠停止及び／あるいは異常な低フローレート
を回避することが可能であり、ＧＩ−ＰＯＦファイバを
商業的に利用可能なレートで連続的に押し出し成形する
ことを可能にしている。
拡散領域長、例えば５０ｃｍ以上、さらには１００ｃｍ
以上にわたって維持することが可能であることが見出さ
れた。この長さは、前記６２１特許のわずか３ｃｍとい
う短拡散部に比べて充分に長いものである。（図２に示
されているように、拡散領域長２４は、同時押し出し成
形ヘッド２０における（ノズル３０の出口での）第一及
び第二ポリマーの第一接触点から開始して出口側ダイ２
６の下端で終了する拡散部２２の一部である。）出口側
ダイからのポリマーのフローレートは通常毎分３ｃｍ3
と高く、２５０μｍ半径のファイバでの少なくとも毎秒
１ｍという製造レートに対応する。しかしながら、以下
に記載されているように、プロセスをより高いフローレ
ートにスケールアップすることも可能である。それゆ
え、６２１特許に従ったプロセスにおいて明らかに必要
とされる間欠停止及び／あるいは異常な低フローレート
を回避することが可能であり、ＧＩ−ＰＯＦファイバを
商業的に利用可能なレートで連続的に押し出し成形する
ことを可能にしている。
【００１１】本発明の利点は、押し出し成形プロセスの
パラメータが、予測されたドーパントすなわち屈折率プ
ロファイルに基づいて、実際の製造の前に選択されて材
料の性質が決定される、ということである。関連するプ
ロセス及び材料の特性には、拡散領域長及び半径、コア
及びクラッドポリマー材料のフローレート、及びコア及
びクラッドポリマー材料におけるドーパントの拡散係数
が含まれる。しばしば用いられるその他の特性には、第
一及び第二ポリマー材料の（温度の関数としての）剪断
レート依存粘性係数及び密度、拡散部の温度、及びポリ
マー内のドーパントの質量比などが含まれる。与えられ
た値に基づいて予測されるドーパントプロファイルを決
定する目的で数値解析が用いられる。この解析により、
これらの変化させることが可能なあらゆるパラメータの
影響を決定することが可能になり、本発明を利用しない
場合には不可避の、時間及びコストのかかる試行錯誤が
回避される。
パラメータが、予測されたドーパントすなわち屈折率プ
ロファイルに基づいて、実際の製造の前に選択されて材
料の性質が決定される、ということである。関連するプ
ロセス及び材料の特性には、拡散領域長及び半径、コア
及びクラッドポリマー材料のフローレート、及びコア及
びクラッドポリマー材料におけるドーパントの拡散係数
が含まれる。しばしば用いられるその他の特性には、第
一及び第二ポリマー材料の（温度の関数としての）剪断
レート依存粘性係数及び密度、拡散部の温度、及びポリ
マー内のドーパントの質量比などが含まれる。与えられ
た値に基づいて予測されるドーパントプロファイルを決
定する目的で数値解析が用いられる。この解析により、
これらの変化させることが可能なあらゆるパラメータの
影響を決定することが可能になり、本発明を利用しない
場合には不可避の、時間及びコストのかかる試行錯誤が
回避される。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、本発
明の一実施例に従って、コア及びクラッドポリマーが、
ファイバ押し出し成形装置１０のコア押し出し部１２及
びクラッド押し出し部１４にそれぞれ供給される。コア
及び／あるいはクラッドポリマー（通常はコアポリマ
ー）は、所望の傾斜型屈折率を実現する単一あるいは複
数のドーパントを含んでいる。コアポリマーは、コア押
し出し部１２からコネクタホース１６を通じて同時押し
出し成形ヘッド２０（その細部は図２に示されている）
へ供給され、クラッドポリマーはコネクタパイプ１８を
介して同時押し出し成形ヘッド２０へ供給される。図２
に示されているように、同時押し出し成形ヘッド２０
は、コアポリマーを拡散部２２の中心に導くためのコア
ノズル３０を有しており、一方、コネクタパイプ１８か
らのクラッドポリマーは、拡散部２２でコアポリマーの
周囲に同心円状に配置される。コアポリマー及びクラッ
ドポリマーは、拡散領域２４に同時に流入する。（図２
に示されているように、拡散領域は、同時押し出し成形
ヘッド２０における（ノズル３０の出口での）第一及び
第二ポリマーの第一接触点から開始して出口側ダイ２６
の下端で終了する拡散部２２の一部である。）一般に、
拡散部２２は、溶融したポリマーの流れを維持して拡散
可能なドーパントの拡散を促進する目的で加熱されてお
り、領域２４は所望の量の拡散が実現されることを可能
にするのに充分な長さを有している。その後、ポリマー
は拡散部２２から出口側ダイ２６へ流れて所定の半径が
実現され、射出されたファイバは、ファイバの所望の最
終半径を実現するために必要とされるレートでファイバ
を引き出す目的で、キャプスタン２８によって引っ張ら
れる。その後、ファイバは、通常、スプール３４によっ
て巻き取られる。引き出されたファイバの最終半径をモ
ニターする目的で半径モニター３２が用いられ、必要な
場合には調節がなされる。
明の一実施例に従って、コア及びクラッドポリマーが、
ファイバ押し出し成形装置１０のコア押し出し部１２及
びクラッド押し出し部１４にそれぞれ供給される。コア
及び／あるいはクラッドポリマー（通常はコアポリマ
ー）は、所望の傾斜型屈折率を実現する単一あるいは複
数のドーパントを含んでいる。コアポリマーは、コア押
し出し部１２からコネクタホース１６を通じて同時押し
出し成形ヘッド２０（その細部は図２に示されている）
へ供給され、クラッドポリマーはコネクタパイプ１８を
介して同時押し出し成形ヘッド２０へ供給される。図２
に示されているように、同時押し出し成形ヘッド２０
は、コアポリマーを拡散部２２の中心に導くためのコア
ノズル３０を有しており、一方、コネクタパイプ１８か
らのクラッドポリマーは、拡散部２２でコアポリマーの
周囲に同心円状に配置される。コアポリマー及びクラッ
ドポリマーは、拡散領域２４に同時に流入する。（図２
に示されているように、拡散領域は、同時押し出し成形
ヘッド２０における（ノズル３０の出口での）第一及び
第二ポリマーの第一接触点から開始して出口側ダイ２６
の下端で終了する拡散部２２の一部である。）一般に、
拡散部２２は、溶融したポリマーの流れを維持して拡散
可能なドーパントの拡散を促進する目的で加熱されてお
り、領域２４は所望の量の拡散が実現されることを可能
にするのに充分な長さを有している。その後、ポリマー
は拡散部２２から出口側ダイ２６へ流れて所定の半径が
実現され、射出されたファイバは、ファイバの所望の最
終半径を実現するために必要とされるレートでファイバ
を引き出す目的で、キャプスタン２８によって引っ張ら
れる。その後、ファイバは、通常、スプール３４によっ
て巻き取られる。引き出されたファイバの最終半径をモ
ニターする目的で半径モニター３２が用いられ、必要な
場合には調節がなされる。
【００１３】ポリマーは、通常、固形粒の状態で押し出
し成形機に供給され、そこで溶融される。あるいは、従
来技術に係る装置を用いて、ポリマーが粉末あるいは溶
融された状態で押し出し成形機に供給されることも可能
である。本発明は、有利な屈折率、ガラス転移温度及び
光学的透過特性を有する種々の透明なサーモプラスチッ
クポリマーから傾斜型屈折率光ファイバを製造すること
が可能であり、処理温度においてポリマー内で充分な易
動度を有する、屈折率変化用ドーパントが入手可能であ
る。ガラス転移温度は通常およそ９０℃から２６０℃で
あり、屈折率の範囲は通常およそ１．３からおよそ１．
６であり、伝送損失は通常バルクポリマーに関して１０
から１０００ｄＢ／ｋｍの範囲である。粘性係数は通常
１０から１，０００，０００、より詳細には通常１００
０から１００，０００ポワズの範囲である。適切なポリ
マー例には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレンアクリロナ
イトライドコーポリマー（ＳＡＮ）、ポリペリフルオロ
ブタニルビニルエーテル（ＣＹＴＯＰTM）及びテトラフ
ルオロエチレンと2,2-ビストリフルオロメチル-4,5-ジ
フルオロ-1,3-ジオキソールとのコーポリマー（テフロ
ンＡＦTM）が含まれる。
し成形機に供給され、そこで溶融される。あるいは、従
来技術に係る装置を用いて、ポリマーが粉末あるいは溶
融された状態で押し出し成形機に供給されることも可能
である。本発明は、有利な屈折率、ガラス転移温度及び
光学的透過特性を有する種々の透明なサーモプラスチッ
クポリマーから傾斜型屈折率光ファイバを製造すること
が可能であり、処理温度においてポリマー内で充分な易
動度を有する、屈折率変化用ドーパントが入手可能であ
る。ガラス転移温度は通常およそ９０℃から２６０℃で
あり、屈折率の範囲は通常およそ１．３からおよそ１．
６であり、伝送損失は通常バルクポリマーに関して１０
から１０００ｄＢ／ｋｍの範囲である。粘性係数は通常
１０から１，０００，０００、より詳細には通常１００
０から１００，０００ポワズの範囲である。適切なポリ
マー例には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレンアクリロナ
イトライドコーポリマー（ＳＡＮ）、ポリペリフルオロ
ブタニルビニルエーテル（ＣＹＴＯＰTM）及びテトラフ
ルオロエチレンと2,2-ビストリフルオロメチル-4,5-ジ
フルオロ-1,3-ジオキソールとのコーポリマー（テフロ
ンＡＦTM）が含まれる。
【００１４】ドーパントは、通常、コアポリマーに添加
される、屈折率を上昇させる物質である。（本明細書に
おいては、ドーパントという語は単一あるいは複数個の
拡散可能材料を意味している。）あるいは、ドーパント
は、クラッドポリマーに添加される、屈折率を低下させ
る物質である。有用なドーパントは、比較的低い分子量
を有する化合物であって、１）ＧＩ−ＰＯＦに用いられ
るポリマー内に可溶であって、時間が経過した後におい
てもポリマー内で相分離あるいは結晶化しない；２）ポ
リマーの伝送損失を著しく上昇させることがない；３）
ポリマーのガラス転移温度を受認不能な程度まで低下さ
せることがない；４）プロセス温度において充分に高い
拡散係数、例えば１０-8から１０-5ｃｍ2／ｓｅｃを有
している；低濃度において屈折率の大きな変化、例えば
１５重量％未満でΔｎ＞０．０１５、を実現する；６）
処理温度においてポリマー内で、かつ、動作環境におい
て長期間にわたって化学的に安定である；７）処理温度
において低揮発性を有している；及び、８）動作環境に
おけるガラス化したポリマー内では実質的に移動しな
い；という性質を有することが必要である。適切なドー
パントには、ＰＭＭＡと共に利用されるのに適した臭化
ベンゼン、ベンジルブチルフタレート、ベンジルベンゾ
エート、ジフェニルフタレート、及びジフェニルサルフ
ァイドが含まれ、ＣＹＴＯＰＴＭあるいはテフロンＡＦ
ＴＭと共に利用されるのに適したペルハロゲネートオリ
ゴマー及びペルハロゲネート芳香族化合物（これらはヘ
テロ原子を含む場合がある）が含まれる。拡散領域にお
いては、ドーパントは溶融コア（あるいはクラッド）ポ
リマーから溶融クラッド（あるいはコア）ポリマーへの
分子拡散を経て、屈折率プロファイルが生成される。ダ
イより出力された後、ファイバは室温にまで急冷され、
ドーパントはポリマー内で実質的に移動しなくなる。
される、屈折率を上昇させる物質である。（本明細書に
おいては、ドーパントという語は単一あるいは複数個の
拡散可能材料を意味している。）あるいは、ドーパント
は、クラッドポリマーに添加される、屈折率を低下させ
る物質である。有用なドーパントは、比較的低い分子量
を有する化合物であって、１）ＧＩ−ＰＯＦに用いられ
るポリマー内に可溶であって、時間が経過した後におい
てもポリマー内で相分離あるいは結晶化しない；２）ポ
リマーの伝送損失を著しく上昇させることがない；３）
ポリマーのガラス転移温度を受認不能な程度まで低下さ
せることがない；４）プロセス温度において充分に高い
拡散係数、例えば１０-8から１０-5ｃｍ2／ｓｅｃを有
している；低濃度において屈折率の大きな変化、例えば
１５重量％未満でΔｎ＞０．０１５、を実現する；６）
処理温度においてポリマー内で、かつ、動作環境におい
て長期間にわたって化学的に安定である；７）処理温度
において低揮発性を有している；及び、８）動作環境に
おけるガラス化したポリマー内では実質的に移動しな
い；という性質を有することが必要である。適切なドー
パントには、ＰＭＭＡと共に利用されるのに適した臭化
ベンゼン、ベンジルブチルフタレート、ベンジルベンゾ
エート、ジフェニルフタレート、及びジフェニルサルフ
ァイドが含まれ、ＣＹＴＯＰＴＭあるいはテフロンＡＦ
ＴＭと共に利用されるのに適したペルハロゲネートオリ
ゴマー及びペルハロゲネート芳香族化合物（これらはヘ
テロ原子を含む場合がある）が含まれる。拡散領域にお
いては、ドーパントは溶融コア（あるいはクラッド）ポ
リマーから溶融クラッド（あるいはコア）ポリマーへの
分子拡散を経て、屈折率プロファイルが生成される。ダ
イより出力された後、ファイバは室温にまで急冷され、
ドーパントはポリマー内で実質的に移動しなくなる。
【００１５】図２に示されているように、同時押し出し
成形ヘッドは、コア／クラッド界面を破壊することな
く、中心に位置する溶融コア流の周囲に、環状すなわち
同心円状に溶融クラッド流を滑らかな層流として分布さ
せるように設計されている。拡散部は、滑らかな流れを
維持するために概して実質的に一様な断面を有してお
り、概して管状である。拡散領域における代表的な平均
半径はおよそ０．２５ｃｍからおよそ１．０ｃｍであ
り、およそ０．５０ｃｍであることが望ましい（内径を
表わしている）。拡散領域の温度は、ポリマー流及びド
ーパント拡散の所定のレベルを実現するために、領域全
体にわたって一様になるように制御されていることが望
ましい。（拡散領域温度は、その拡散領域を構成してい
る部材及びその内部のポリマーとが加熱される温度の平
均である。）ある場合には、処理を改善する目的で、拡
散領域の一部の温度を隣接する部分の温度と異なる温度
に制御することが有利なことがある。例えば、ファイバ
引き抜きプロセスを改善する目的で、拡散領域の終端の
温度を相異なった温度に保つことが可能である。これら
の部分は、例えば一連のバンドヒーターや高温のヒート
パイプなどを用いることなどの適切な技法によって加熱
される。拡散領域の温度は通常およそ１５０℃から３０
０℃の範囲である。この拡散領域が互いにねじ込むこと
が可能な管状エレメントから構成されていて、その結
果、拡散領域長の修正が容易になるようにすることは可
能である。拡散領域長は、代表的にはおよそ３３ｃｍか
らおよそ４００ｃｍであって少なくとも５０ｃｍである
ことが望ましく、さらには、少なくとも１００ｃｍであ
ることが望ましい。拡散領域長の範囲は、前述された温
度範囲と共に、代表的な押し出し成形装置の圧力制限の
範囲内で、商業的に利用可能なフローレートで連続した
押し出し成形プロセスを維持しつつ充分な拡散が起こる
ことを可能にする。
成形ヘッドは、コア／クラッド界面を破壊することな
く、中心に位置する溶融コア流の周囲に、環状すなわち
同心円状に溶融クラッド流を滑らかな層流として分布さ
せるように設計されている。拡散部は、滑らかな流れを
維持するために概して実質的に一様な断面を有してお
り、概して管状である。拡散領域における代表的な平均
半径はおよそ０．２５ｃｍからおよそ１．０ｃｍであ
り、およそ０．５０ｃｍであることが望ましい（内径を
表わしている）。拡散領域の温度は、ポリマー流及びド
ーパント拡散の所定のレベルを実現するために、領域全
体にわたって一様になるように制御されていることが望
ましい。（拡散領域温度は、その拡散領域を構成してい
る部材及びその内部のポリマーとが加熱される温度の平
均である。）ある場合には、処理を改善する目的で、拡
散領域の一部の温度を隣接する部分の温度と異なる温度
に制御することが有利なことがある。例えば、ファイバ
引き抜きプロセスを改善する目的で、拡散領域の終端の
温度を相異なった温度に保つことが可能である。これら
の部分は、例えば一連のバンドヒーターや高温のヒート
パイプなどを用いることなどの適切な技法によって加熱
される。拡散領域の温度は通常およそ１５０℃から３０
０℃の範囲である。この拡散領域が互いにねじ込むこと
が可能な管状エレメントから構成されていて、その結
果、拡散領域長の修正が容易になるようにすることは可
能である。拡散領域長は、代表的にはおよそ３３ｃｍか
らおよそ４００ｃｍであって少なくとも５０ｃｍである
ことが望ましく、さらには、少なくとも１００ｃｍであ
ることが望ましい。拡散領域長の範囲は、前述された温
度範囲と共に、代表的な押し出し成形装置の圧力制限の
範囲内で、商業的に利用可能なフローレートで連続した
押し出し成形プロセスを維持しつつ充分な拡散が起こる
ことを可能にする。
【００１６】出口側ダイは、拡散部の終端に位置してい
る。前述されているように、例えば拡散部がねじ切りを
された部材より構成されている場合などには、ダイを拡
散部にねじ込むことによって取り付けることが可能であ
る。さらに、出口側ダイが拡散部に統合された一部分で
あることも可能である。図２に示されているように、ダ
イはテーパー状の入力部を有していて、拡散部の断面か
らダイの終端における直線状のランド部への遷移を実現
する。ランド部は通常およそ０．５ｍｍからおよそ２．
５ｍｍの半径を有している。例えば、およそ２５０μｍ
という最終半径を有するファイバは、ファイバをダイか
ら引き出すキャプスタンと共に用いられる１．０ｍｍの
ランド部で実現することが可能である。必要とする調整
を行なう目的で、半径モニターが通常ダイを出たところ
でのファイバの半径を測定するために用いられる。本発
明に従って作成されるファイバの半径はおよそ１２５μ
ｍからおよそ１０００μｍである。ポリマー材料が拡散
領域に留まる時間は代表的にはおよそ１分からおよそ１
２０分であり、ポリマー／ドーパント系の安定性に主と
して依存する。（滞留時間は平均滞留時間を表わす。）
る。前述されているように、例えば拡散部がねじ切りを
された部材より構成されている場合などには、ダイを拡
散部にねじ込むことによって取り付けることが可能であ
る。さらに、出口側ダイが拡散部に統合された一部分で
あることも可能である。図２に示されているように、ダ
イはテーパー状の入力部を有していて、拡散部の断面か
らダイの終端における直線状のランド部への遷移を実現
する。ランド部は通常およそ０．５ｍｍからおよそ２．
５ｍｍの半径を有している。例えば、およそ２５０μｍ
という最終半径を有するファイバは、ファイバをダイか
ら引き出すキャプスタンと共に用いられる１．０ｍｍの
ランド部で実現することが可能である。必要とする調整
を行なう目的で、半径モニターが通常ダイを出たところ
でのファイバの半径を測定するために用いられる。本発
明に従って作成されるファイバの半径はおよそ１２５μ
ｍからおよそ１０００μｍである。ポリマー材料が拡散
領域に留まる時間は代表的にはおよそ１分からおよそ１
２０分であり、ポリマー／ドーパント系の安定性に主と
して依存する。（滞留時間は平均滞留時間を表わす。）
【００１７】これらの技法を用いて、毎分３ｃｍ3のフ
ローレートでＧＩ−ＰＯＦを連続的に押し出し成形する
ことが可能であり、これは２５０μｍ半径のファイバに
おける毎秒１ｍの製造レートに対応する。（一般的に、
フローレートはおよそ毎分１ｃｍ3から１２ｃｍ3の範囲
であり、これは２５０μｍ半径のファイバにおける毎秒
およそ０．３３から４ｍの製造レートに対応する。）
ローレートでＧＩ−ＰＯＦを連続的に押し出し成形する
ことが可能であり、これは２５０μｍ半径のファイバに
おける毎秒１ｍの製造レートに対応する。（一般的に、
フローレートはおよそ毎分１ｃｍ3から１２ｃｍ3の範囲
であり、これは２５０μｍ半径のファイバにおける毎秒
およそ０．３３から４ｍの製造レートに対応する。）
【００１８】前述されているように、特定のポリマー／
ドーパント材料系に関しては、押し出し成形プロセスに
係るパラメータは、ＧＩ−ＰＯＦの予測された屈折率プ
ロファイルに基づいて選択される。詳細に述べれば、拡
散領域温度、拡散領域長、ドーパントの拡散係数、及び
コア及びクラッド材料に係る値を与えることが可能であ
る。これら与えられた値に基づいて予測されるプロファ
イルを決定する目的で数値解析が用いられる。このよう
な解析により、これらのパラメータの一部あるいは全て
を変化させた場合の効果を決定することが可能になる。
よって、所望の結果を実現することが期待されるような
パラメータの組が選択される。解析は、以下のような手
順でなされる。
ドーパント材料系に関しては、押し出し成形プロセスに
係るパラメータは、ＧＩ−ＰＯＦの予測された屈折率プ
ロファイルに基づいて選択される。詳細に述べれば、拡
散領域温度、拡散領域長、ドーパントの拡散係数、及び
コア及びクラッド材料に係る値を与えることが可能であ
る。これら与えられた値に基づいて予測されるプロファ
イルを決定する目的で数値解析が用いられる。このよう
な解析により、これらのパラメータの一部あるいは全て
を変化させた場合の効果を決定することが可能になる。
よって、所望の結果を実現することが期待されるような
パラメータの組が選択される。解析は、以下のような手
順でなされる。
【００１９】Ａ．現象を支配する方程式及び境界条件 １．現象を支配する方程式 本発明に従った押し出し成形に係るフロージオメトリ
は、図１及び図２に示された拡散領域２４に対応してい
る。ドーピングされたポリマーよりなるコア領域及び純
粋なノンドープのポリマーよりなる外部の環状領域が、
円筒状拡散部２２に流入し、軸方向の位置ｚ＝０におい
て拡散領域２４に入る。これらの材料は、円筒状拡散領
域を進み、対流及び拡散の両方を経る。拡散領域は、こ
こでの解析目的のために、温度Ｔoperで等温に保たれて
いるものと仮定する（すなわち、Ｔ operが拡散領域温度
である）。出力側ダイを出射した後にファイバは室温ま
で急速に冷却されるため、この引き出し部分における拡
散は無視しうる。さらに、出口側ダイ２６の長さは拡散
部２２の長さよりも著しく短いため、出口側ダイ部での
拡散は無視できる（出口側ダイ領域における取り扱いに
関しては、Ｂ．を参照）。
は、図１及び図２に示された拡散領域２４に対応してい
る。ドーピングされたポリマーよりなるコア領域及び純
粋なノンドープのポリマーよりなる外部の環状領域が、
円筒状拡散部２２に流入し、軸方向の位置ｚ＝０におい
て拡散領域２４に入る。これらの材料は、円筒状拡散領
域を進み、対流及び拡散の両方を経る。拡散領域は、こ
こでの解析目的のために、温度Ｔoperで等温に保たれて
いるものと仮定する（すなわち、Ｔ operが拡散領域温度
である）。出力側ダイを出射した後にファイバは室温ま
で急速に冷却されるため、この引き出し部分における拡
散は無視しうる。さらに、出口側ダイ２６の長さは拡散
部２２の長さよりも著しく短いため、出口側ダイ部での
拡散は無視できる（出口側ダイ領域における取り扱いに
関しては、Ｂ．を参照）。
【００２０】拡散領域内におけるポリマー内部のドーパ
ントの定常状態での輸送現象を支配する方程式は次のよ
うになる：
ントの定常状態での輸送現象を支配する方程式は次のよ
うになる：
【数１】 ここで、Ｃ（ｒ，ｚ）はドーパントの質量比、（ｒ，
ｚ）は（図２に示された）拡散領域軸に沿った円筒座標
系、 はグラディエントを表わす演算子、Ｄはドーパン
トの拡散係数、νは速度場、ρはドーパント／ポリマー
系の密度、及びＴは温度である（例えば、R.B.Birdらに
よる『輸送現象』という表題の書籍（John Wiley & Son
s、１９６０年）を参照）。
ｚ）は（図２に示された）拡散領域軸に沿った円筒座標
系、 はグラディエントを表わす演算子、Ｄはドーパン
トの拡散係数、νは速度場、ρはドーパント／ポリマー
系の密度、及びＴは温度である（例えば、R.B.Birdらに
よる『輸送現象』という表題の書籍（John Wiley & Son
s、１９６０年）を参照）。
【００２１】その密度が質量比のある範囲に亘ってほぼ
一様なポリマー／ドーパント系、すなわち完全な混和性
を有する（相分離しない）場合には、式１ａは次のよう
に簡略化される： ν・ Ｃ（ｒ，ｚ）＝ ・（Ｄ Ｃ（ｒ，ｚ）） （１ｂ）
一様なポリマー／ドーパント系、すなわち完全な混和性
を有する（相分離しない）場合には、式１ａは次のよう
に簡略化される： ν・ Ｃ（ｒ，ｚ）＝ ・（Ｄ Ｃ（ｒ，ｚ）） （１ｂ）
【００２２】一般に、拡散係数は温度及び質量比に依存
する： Ｄ＝Ｄ（Ｃ，Ｔ） ポリマーのガラス転移温度Ｔｇから５０℃の範囲の温度
では、拡散係数は質量比に強く依存する傾向があるが、
ここでの解析で研究された、Ｔｇよりも１００から１５
０℃ほど高い温度においては、拡散係数は温度だけに依
存するものとして見なしうる、すなわち、Ｄ（Ｃ，Ｔ）
＝Ｄ0（Ｔ）と見なしうる。Ｄ0（Ｔ）の関数形は、
する： Ｄ＝Ｄ（Ｃ，Ｔ） ポリマーのガラス転移温度Ｔｇから５０℃の範囲の温度
では、拡散係数は質量比に強く依存する傾向があるが、
ここでの解析で研究された、Ｔｇよりも１００から１５
０℃ほど高い温度においては、拡散係数は温度だけに依
存するものとして見なしうる、すなわち、Ｄ（Ｃ，Ｔ）
＝Ｄ0（Ｔ）と見なしうる。Ｄ0（Ｔ）の関数形は、
【数３】 と表現される。
【００２３】速度場νは、非圧縮かつ慣性の無い一般化
されたニュートン流体の流れを支配する方程式によって
決定される：
されたニュートン流体の流れを支配する方程式によって
決定される：
【数４】 ここで、式（３）及び（４）は、それぞれ、運動量に関
する保存式及び全体の質量保存に関する式であり、σは
全ストレステンソルである。
する保存式及び全体の質量保存に関する式であり、σは
全ストレステンソルである。
【００２４】全ストレステンソルは、圧力ｐ及び外部ス
トレステンソルτを用いて次のように表わされる： σ＝−ｐＩ−τ 流れの問題の記述を完了するためには、流体のレオロジ
ーを記述する構成式の規定が必要である。ドーパント／
ポリマー系は一般化されたニュートン流体モデルに従う
ものと仮定されているため、外部ストレステンソルは次
のように表わされる：
トレステンソルτを用いて次のように表わされる： σ＝−ｐＩ−τ 流れの問題の記述を完了するためには、流体のレオロジ
ーを記述する構成式の規定が必要である。ドーパント／
ポリマー系は一般化されたニュートン流体モデルに従う
ものと仮定されているため、外部ストレステンソルは次
のように表わされる：
【数５】 ここで、ηは粘性係数、
【数６】 はストレインレートテンソル（歪み速度テンソル）であ
って
って
【数７】 のように表わされ、上付文字ｔは転置行列を表わす。粘
性係数ηは、温度、ドーパントの質量比及び剪断速度
性係数ηは、温度、ドーパントの質量比及び剪断速度
【数８】 に依存すると仮定される：
【数９】 ここで、剪断速度は
【数１０】 のように与えられる。固定された温度及びドーパントの
質量比における実験結果は、粘性係数が修正カロー（Ｃ
ａｒｒｅａｕ）モデルによって良好にフィッティングさ
れることを表わしている：
質量比における実験結果は、粘性係数が修正カロー（Ｃ
ａｒｒｅａｕ）モデルによって良好にフィッティングさ
れることを表わしている：
【数１１】 ここで、η0は参照温度Ｔ0における剪断速度が０の場合
の粘性係数、ｍはカロー指数、及びｋは剪断シンニング
の開始を決定する。パラメータαTは、粘性係数の温度
依存性を表わしている：
の粘性係数、ｍはカロー指数、及びｋは剪断シンニング
の開始を決定する。パラメータαTは、粘性係数の温度
依存性を表わしている：
【数１２】 ここで、Ｅは活性化エネルギー、Ｒｇａｓは気体定数で
ある。
ある。
【００２５】粘性係数の質量比依存性は、一般的には、
質量比依存パラメータを線型内挿することによって取り
込まれるので、最終的な粘性係数は
質量比依存パラメータを線型内挿することによって取り
込まれるので、最終的な粘性係数は
【数１３】 のように表わされる。
【００２６】３．適切な境界条件の設定 対流−拡散問題の記述を完了するためには、適切な境界
条件の既定が必要とされる。ファイバは、拡散部への流
入口 Ｄiにおいては、階段状屈折率プロファイルを有
しているものと仮定される：
条件の既定が必要とされる。ファイバは、拡散部への流
入口 Ｄiにおいては、階段状屈折率プロファイルを有
しているものと仮定される：
【数１４】 ここで、Ｒcoreは流入口におけるコアポリマー半径、す
なわち、コア／クラッド界面の位置である。流入口にお
ける速度場は完全に形成されていて、規定された総体積
流速度
なわち、コア／クラッド界面の位置である。流入口にお
ける速度場は完全に形成されていて、規定された総体積
流速度
【数１５】 を有している。流入口における総フローレート（Ｑ
total）及びコア／クラッド境界（Ｒcore）を規定する
ことにより、流入口でのフロープロファイルが規定され
る。その結果、コア及びクラッドのフローレート（それ
ぞれ、Ｑcore及びＱcl adding）は、
total）及びコア／クラッド境界（Ｒcore）を規定する
ことにより、流入口でのフロープロファイルが規定され
る。その結果、コア及びクラッドのフローレート（それ
ぞれ、Ｑcore及びＱcl adding）は、
【数１６】 及び
【数１７】 によってそれぞれ与えられる。
【００２７】拡散領域壁面 Ｄsにおいては、流体は、
すべらないという境界条件 ν＝０ （７） を満たしているものと仮定され、さらに、ドーパントの
拡散も無いことが仮定される： （ｎ・ Ｃ）＝０ （８） ここで、ｎは表面に対して垂直な単位ベクトルである。
流れの中心線 Ｄcに沿って、流れ場はその垂直成分を
有さないことが仮定される： （ｎ・ν）＝０ （９）
すべらないという境界条件 ν＝０ （７） を満たしているものと仮定され、さらに、ドーパントの
拡散も無いことが仮定される： （ｎ・ Ｃ）＝０ （８） ここで、ｎは表面に対して垂直な単位ベクトルである。
流れの中心線 Ｄcに沿って、流れ場はその垂直成分を
有さないことが仮定される： （ｎ・ν）＝０ （９）
【００２８】拡散領域の出口側 Ｄ0においては、対流
が流れ方向における拡散を支配していることが仮定され
ており、その結果、式（８）が適用される。ここでの解
析において研究された条件に関しては、拡散領域半径に
基づいたペクレ数、ＰｅRはＵＲ0／Ｄに等しい。ここ
で、Ｕは拡散領域内の平均速度であってＱ／πＲ2に等
しく、Ｑは拡散領域内のフローレートである。よって、
ＰｅR＝Ｑ／πＲＤとなる。ここで、フローレートが３
ｃｍ3／分、拡散領域半径が０．２５ｃｍ、及び拡散係
数が１０-6ｃｍ2／秒とすると、ＰｅRはおよそ６０，０
００に等しくなる。このような大きなペクレ数は、拡散
領域端から拡散領域半径に等しい距離だけ離れた軸方向
の位置においては軸方向の拡散の効果は軸方向の対流の
効果に比較して小さく、出口側における無拡散束境界条
件、すなわち式（８）、は、適切な仮定であることを意
味している。出力流境界条件の効果をさらに低減するた
めに、フロードメインが拡散領域の企図された長さより
も１０ｃｍを越えるほどに拡張されている。ここでの計
算の全てにおいて、拡散領域の企図された長さは１００
ｃｍであり、よって、計算されるドメインは１１０ｃｍ
に拡張されていることになる。
が流れ方向における拡散を支配していることが仮定され
ており、その結果、式（８）が適用される。ここでの解
析において研究された条件に関しては、拡散領域半径に
基づいたペクレ数、ＰｅRはＵＲ0／Ｄに等しい。ここ
で、Ｕは拡散領域内の平均速度であってＱ／πＲ2に等
しく、Ｑは拡散領域内のフローレートである。よって、
ＰｅR＝Ｑ／πＲＤとなる。ここで、フローレートが３
ｃｍ3／分、拡散領域半径が０．２５ｃｍ、及び拡散係
数が１０-6ｃｍ2／秒とすると、ＰｅRはおよそ６０，０
００に等しくなる。このような大きなペクレ数は、拡散
領域端から拡散領域半径に等しい距離だけ離れた軸方向
の位置においては軸方向の拡散の効果は軸方向の対流の
効果に比較して小さく、出口側における無拡散束境界条
件、すなわち式（８）、は、適切な仮定であることを意
味している。出力流境界条件の効果をさらに低減するた
めに、フロードメインが拡散領域の企図された長さより
も１０ｃｍを越えるほどに拡張されている。ここでの計
算の全てにおいて、拡散領域の企図された長さは１００
ｃｍであり、よって、計算されるドメインは１１０ｃｍ
に拡張されていることになる。
【００２９】質量比による場は、質量比に対する粘性係
数の依存性を通じて流れの場と結合されているため、拡
散領域の出口側 Ｄ０における流れ場も完全に生成され
ているものと仮定される： （ｎｎ：σ）＝０ （１０） そして、接線方向の速度成分を有さない、すなわち、 （ｔ・ν）＝０ （１１） であることも仮定される。
数の依存性を通じて流れの場と結合されているため、拡
散領域の出口側 Ｄ０における流れ場も完全に生成され
ているものと仮定される： （ｎｎ：σ）＝０ （１０） そして、接線方向の速度成分を有さない、すなわち、 （ｔ・ν）＝０ （１１） であることも仮定される。
【００３０】Ｂ．拡散領域出口におけるプロファイル再
配置 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
トの質量比プロファイルが興味あるパラメータである。
しかしながら、拡散領域内の質量比プロファイルは引き
出されたファイバ内の最終的なプロファイルを表わして
いるものではない。この際の理由は、速度プロファイル
が拡散領域内での半径方向に変化するプロファイル ｖz＝ｖz（ｒ） から、拡散領域外部へ引き出された領域における定速度
プロファイル ｖz＝Ｖ（ｚ） に再配置されるからである。定速度プロファイルＶは、
拡散領域内の軸方向速度プロファイルに対して
配置 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
トの質量比プロファイルが興味あるパラメータである。
しかしながら、拡散領域内の質量比プロファイルは引き
出されたファイバ内の最終的なプロファイルを表わして
いるものではない。この際の理由は、速度プロファイル
が拡散領域内での半径方向に変化するプロファイル ｖz＝ｖz（ｒ） から、拡散領域外部へ引き出された領域における定速度
プロファイル ｖz＝Ｖ（ｚ） に再配置されるからである。定速度プロファイルＶは、
拡散領域内の軸方向速度プロファイルに対して
【数１８】 によって表わされる総質量バランスによって関連付けら
れており、等価的に Ｖ＝Ｑtotal／πＲ1 2 （１２） と表わされる。ここで、Ｒ１（ｚ）は、出口側ダイを出
たところにある引き出し領域を過ぎたところのファイバ
半径である。
れており、等価的に Ｖ＝Ｑtotal／πＲ1 2 （１２） と表わされる。ここで、Ｒ１（ｚ）は、出口側ダイを出
たところにある引き出し領域を過ぎたところのファイバ
半径である。
【００３１】この速度プロファイルの再配置により、ド
ーパントの質量比プロファイルの半径方向の広がりが発
生する。その一つの物理的説明は、拡散領域の中心に位
置する材料からなる円筒形領域が、流れ場の二次関数的
特性（Birdらによる前掲書を参照）のために、拡散領域
内の材料の平均速度よりも速く動くことである。この材
料が出口側ダイから押し出されると、プラグフローに対
応する平均速度にまで相対的に低速化されなければなら
ない。質量保存のために、この材料は半径方向に拡散し
て、より大きな断面積を占めるようになる。同様に、拡
散領域壁の近傍の環状領域に存在する材料は、平均速度
よりもよりゆっくりと移動するため、その速度を平均速
度まで増大させなければならない。質量を保存するため
に、この環状領域はその面積を減少させ、従って、ファ
イバの外側境界へと縮小する。全体としての効果は、拡
散領域内の全ての材料ライン、すなわち流れのライン
が、最終的に押し出し成形されたファイバにおいてはよ
り大きな半径の方向へ移動する、ということである。引
き出されたファイバ内の最終的なドーパント質量比を決
定する解析的な関係式は以下のように与えられる。
ーパントの質量比プロファイルの半径方向の広がりが発
生する。その一つの物理的説明は、拡散領域の中心に位
置する材料からなる円筒形領域が、流れ場の二次関数的
特性（Birdらによる前掲書を参照）のために、拡散領域
内の材料の平均速度よりも速く動くことである。この材
料が出口側ダイから押し出されると、プラグフローに対
応する平均速度にまで相対的に低速化されなければなら
ない。質量保存のために、この材料は半径方向に拡散し
て、より大きな断面積を占めるようになる。同様に、拡
散領域壁の近傍の環状領域に存在する材料は、平均速度
よりもよりゆっくりと移動するため、その速度を平均速
度まで増大させなければならない。質量を保存するため
に、この環状領域はその面積を減少させ、従って、ファ
イバの外側境界へと縮小する。全体としての効果は、拡
散領域内の全ての材料ライン、すなわち流れのライン
が、最終的に押し出し成形されたファイバにおいてはよ
り大きな半径の方向へ移動する、ということである。引
き出されたファイバ内の最終的なドーパント質量比を決
定する解析的な関係式は以下のように与えられる。
【００３２】速度場の再配置によりドーパント質量比の
再配置が起こり、拡散領域内の位置ｒにおける材料点が
出力側ダイの外部では新たな位置
再配置が起こり、拡散領域内の位置ｒにおける材料点が
出力側ダイの外部では新たな位置
【数１９】 にマッピングされる。この新たな位置
【数１９】 は、拡散領域内の領域０≦ξ≦ｒ内の領域を流れる流体
に質量平衡を適用し、これをプラグにおける半径
に質量平衡を適用し、これをプラグにおける半径
【数１９】 を有する円筒内を流れる質量総量のフロー速度Ｖ（ｚ）
と等置することによって得られる：
と等置することによって得られる：
【数２０】 式（１３）の左辺を積分して式（１２）より得られる値
Ｖ（ｚ）を代入することによって、マッピングされた半
径方向の位置
Ｖ（ｚ）を代入することによって、マッピングされた半
径方向の位置
【数１９】 に関して以下の等式が得られる：
【数２１】 最終的に押し出し成形されたファイバにおける規格化さ
れた半径は、
れた半径は、
【数２２】 で与えられる。ここで、Ｒfは最終的なファイバ半径で
あり、拡散領域における規格化された半径は ｒ’＝ｒ／Ｒ0 であるので、
あり、拡散領域における規格化された半径は ｒ’＝ｒ／Ｒ0 であるので、
【数２３】 となる。
【００３３】式（１４）は、速度場の再配置のために生
ずるドーパントプロファイルの再配置の計算を可能にす
る。例えば、拡散領域内の軸方向位置Ｚにおいて与えら
れたプロファイルから、最終的な押し出し成形されて引
き出されるファイバ内のドーパント質量比を決定するた
めに、以下の関係式
ずるドーパントプロファイルの再配置の計算を可能にす
る。例えば、拡散領域内の軸方向位置Ｚにおいて与えら
れたプロファイルから、最終的な押し出し成形されて引
き出されるファイバ内のドーパント質量比を決定するた
めに、以下の関係式
【数２４】 が適用される。ここで、“ｆｉｎａｌ”という上付文字
は、引き出されたファイバのプロファイルへの対応を意
味している。式（１５）は、種々の拡散領域長において
生ずる拡散の度合いを決定するために有用である。
は、引き出されたファイバのプロファイルへの対応を意
味している。式（１５）は、種々の拡散領域長において
生ずる拡散の度合いを決定するために有用である。
【００３４】Ｃ．数値解析法 式（１）、（３）及び（４）によって規定される定常状
態での対流−拡散の問題は、境界条件（５）−（１１）
の下で、式及び境界条件を離散化する混合有限要素法、
及び、コアとクラッド材料との間の拡散境界近傍におけ
る正確な階を計算するための局所メッシュ改良法など
の、過去のアルゴリズムの特徴を組み合わせた有限要素
解析を用いて解かれる。
態での対流−拡散の問題は、境界条件（５）−（１１）
の下で、式及び境界条件を離散化する混合有限要素法、
及び、コアとクラッド材料との間の拡散境界近傍におけ
る正確な階を計算するための局所メッシュ改良法など
の、過去のアルゴリズムの特徴を組み合わせた有限要素
解析を用いて解かれる。
【００３５】有限要素法による定式化は、Rajagopalan
らによる“ニュートン粘性係数と共に構成方程式を用い
る定常粘弾性流計算用の有限要素法”という表題の論文
（11J.Non-Newt. Fluid Mech., 第３６巻１５９頁（１
９９０年））における定式化に基づいている。この方法
は、四辺形等パラメータ有限要素によって離散化された
閉ドメイン内におけるストークス（Stokes）流に係る両
立性条件を満たす速度場及び圧力場に関する混合次数ラ
グランジュ（Lagrange）多項式補間に基づく。速度場及
び圧力場に関する有限要素近似は、（νh，ｐh）と記述
される。ここで、上付文字ｈは、特性メッシュサイズｈ
への近似の依存性を示す。
らによる“ニュートン粘性係数と共に構成方程式を用い
る定常粘弾性流計算用の有限要素法”という表題の論文
（11J.Non-Newt. Fluid Mech., 第３６巻１５９頁（１
９９０年））における定式化に基づいている。この方法
は、四辺形等パラメータ有限要素によって離散化された
閉ドメイン内におけるストークス（Stokes）流に係る両
立性条件を満たす速度場及び圧力場に関する混合次数ラ
グランジュ（Lagrange）多項式補間に基づく。速度場及
び圧力場に関する有限要素近似は、（νh，ｐh）と記述
される。ここで、上付文字ｈは、特性メッシュサイズｈ
への近似の依存性を示す。
【００３６】速度場に係る有限要素近似は、二乗微分可
能な一次導関数を有する関数空間において生成され、拡
散領域壁及び中心線における非浸透条件が自動的に満足
される−この近似空間はＶhとして呼称される。圧力場
は二乗積分可能と仮定され、その近似空間はＰhと書き
表される。運動量及び連続方程式の陰関数形式は、ｖh
Ｖh及びｐh Ｐhに関して
能な一次導関数を有する関数空間において生成され、拡
散領域壁及び中心線における非浸透条件が自動的に満足
される−この近似空間はＶhとして呼称される。圧力場
は二乗積分可能と仮定され、その近似空間はＰhと書き
表される。運動量及び連続方程式の陰関数形式は、ｖh
Ｖh及びｐh Ｐhに関して
【数２５】 と書き表される。ここで、 ｕｈ Ｖｈ及びｑｈ Ｐｈ
であり、式（１６）及び（１７）は、それぞれ運動量及
び連続方程式（３）及び（４）の陰関数表現である。
（・，・）Dという記載法はドメインＤにおけるベクト
ルの内積を表わし、＜・，・＞ Dという記載法は下付
文字によって識別された境界の部分に亘る線積分として
書き表された内積を表わしている。
であり、式（１６）及び（１７）は、それぞれ運動量及
び連続方程式（３）及び（４）の陰関数表現である。
（・，・）Dという記載法はドメインＤにおけるベクト
ルの内積を表わし、＜・，・＞ Dという記載法は下付
文字によって識別された境界の部分に亘る線積分として
書き表された内積を表わしている。
【００３７】速度場の接線方向成分は、流入 Ｄiに沿
った本質的な境界として設定される。垂直方向速度成分
は、流入に沿った非結合一次元流れ問題を解くことによ
って決定され、その解は、式（６）によって表わされた
総フローレート制限を満足する。出力流及び拡散領域壁
に沿った速度の接線方向成分は、本質的な条件として設
定される。フローに関する残りの境界条件は、出力流に
おける垂直方向のストレス条件である。この条件は、垂
直方向のストレスを各々の成分に再度書き表すことによ
って取り込まれる：
った本質的な境界として設定される。垂直方向速度成分
は、流入に沿った非結合一次元流れ問題を解くことによ
って決定され、その解は、式（６）によって表わされた
総フローレート制限を満足する。出力流及び拡散領域壁
に沿った速度の接線方向成分は、本質的な条件として設
定される。フローに関する残りの境界条件は、出力流に
おける垂直方向のストレス条件である。この条件は、垂
直方向のストレスを各々の成分に再度書き表すことによ
って取り込まれる：
【数２６】 出力流境界に沿って、式（１８）は
【数２７】 となる。
【００３８】二乗積分可能一次導関数、Ｗh、を有する
関数空間において、質量比場が生成される。ドーパント
拡散方程式の陰関数形式は、
関数空間において、質量比場が生成される。ドーパント
拡散方程式の陰関数形式は、
【数２８】 と書き表される。ここで、 φh Ｗhである。粗いメッ
シュの場合あるいは流線が著しく再配置されるような流
れの場合には、ドーパント質量比方程式を離散化するた
めには、流線上流ペトロフ（Petrov）−ガラーキン（Ga
lerkin）（ＳＵＰＧ）法などの安定化方法が必要とされ
る場合がある（A.N.Brooks及びT.J.R.HughesによるCom
p.Meth.Appl.Mech.Eng.誌第３２巻１９９頁（１９８２
年）を参照）。質量比場の二次積分可能性要求と無矛盾
に、入力口における階段状質量比プロファイル、式
（５）、は、移管の連続的な近似によって置換される：
シュの場合あるいは流線が著しく再配置されるような流
れの場合には、ドーパント質量比方程式を離散化するた
めには、流線上流ペトロフ（Petrov）−ガラーキン（Ga
lerkin）（ＳＵＰＧ）法などの安定化方法が必要とされ
る場合がある（A.N.Brooks及びT.J.R.HughesによるCom
p.Meth.Appl.Mech.Eng.誌第３２巻１９９頁（１９８２
年）を参照）。質量比場の二次積分可能性要求と無矛盾
に、入力口における階段状質量比プロファイル、式
（５）、は、移管の連続的な近似によって置換される：
【数２９】 係数ｂは、入力口における界面領域の幅をスケーリング
するためのものである。本明細書において与えられてい
るシミュレーション結果に関しては、ｂの値は２×１０
-4ｃｍ、すなわち、円筒状拡散領域半径０．２５ｃｍの
およそ１０００分の１である。入力口における階段状質
量比プロファイルは本質的に規定されるが、拡散領域壁
及び出力流に沿った非束条件は、式（２０）に現れる線
積分によって陰関数規定されるのみである。
するためのものである。本明細書において与えられてい
るシミュレーション結果に関しては、ｂの値は２×１０
-4ｃｍ、すなわち、円筒状拡散領域半径０．２５ｃｍの
およそ１０００分の１である。入力口における階段状質
量比プロファイルは本質的に規定されるが、拡散領域壁
及び出力流に沿った非束条件は、式（２０）に現れる線
積分によって陰関数規定されるのみである。
【００３９】式（１６）−（２０）に係る離散化された
形式は、質量比場及び速度成分を、Ｑ2 h Ｗh及びＱ2 h
Ｖhなるラグランジュ四次多項式Ｑ2 hを用いて展開表
現し、一方、圧力場はＱ1 h Ｐhなる双線形ラグランジ
ュ多項式の展開として記述することによって求められ
る。これらの離散化によって非線型代数方程式の大量の
組が得られ、それらがニュートン法によって解かれる。
ヤコビ（Jacobi）行列の成分は閉形式で計算され、その
結果得られる線型方程式は全面行列法を用いた直接ＬＵ
分解によって解かれる（11 Int. J. Numer. Meth. En
g., 第１０巻３７９頁（１９７６年）を参照）。
形式は、質量比場及び速度成分を、Ｑ2 h Ｗh及びＱ2 h
Ｖhなるラグランジュ四次多項式Ｑ2 hを用いて展開表
現し、一方、圧力場はＱ1 h Ｐhなる双線形ラグランジ
ュ多項式の展開として記述することによって求められ
る。これらの離散化によって非線型代数方程式の大量の
組が得られ、それらがニュートン法によって解かれる。
ヤコビ（Jacobi）行列の成分は閉形式で計算され、その
結果得られる線型方程式は全面行列法を用いた直接ＬＵ
分解によって解かれる（11 Int. J. Numer. Meth. En
g., 第１０巻３７９頁（１９７６年）を参照）。
【００４０】有限要素アルゴリズムは、コアとクラッド
材料との間の拡散フロント近傍での局所的なメッシュリ
ファインを利用する。本明細書に示されている計算例に
おいては、拡散領域シミュレーションに関して、速度
場、圧力場及び質量比場の計算に２９，９９１個の自由
度を有するメッシュが用いられた。
材料との間の拡散フロント近傍での局所的なメッシュリ
ファインを利用する。本明細書に示されている計算例に
おいては、拡散領域シミュレーションに関して、速度
場、圧力場及び質量比場の計算に２９，９９１個の自由
度を有するメッシュが用いられた。
【００４１】本発明は、例示目的の以下の実例によって
より明らかとなる。
より明らかとなる。
【００４２】ＧＩ−ＰＯＦ作成 実験技法 これらの実例においてコア及びクラッドの双方に用いら
れたポリマーはポリ（ペリフルオロブテニルビニルエー
テル）であって、旭硝子株式会社によってＣＹＴＯＰTM
という商標の下に製造された透明なガラス状材料（Ｔg
＝１０８℃）であり、およそ１．３４という屈折率を有
している。ドーパントは、米国特許代５，７８３，６３
０号に記載されている、比較的低分子量（ＭＷ〜８０
０）のクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）オリゴ
マーであって、およそ１．４１の屈折率を有している。
以下の例においては、ドーパントはコアポリマーに対し
て１５重量％のレベルで添加されている。
れたポリマーはポリ（ペリフルオロブテニルビニルエー
テル）であって、旭硝子株式会社によってＣＹＴＯＰTM
という商標の下に製造された透明なガラス状材料（Ｔg
＝１０８℃）であり、およそ１．３４という屈折率を有
している。ドーパントは、米国特許代５，７８３，６３
０号に記載されている、比較的低分子量（ＭＷ〜８０
０）のクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）オリゴ
マーであって、およそ１．４１の屈折率を有している。
以下の例においては、ドーパントはコアポリマーに対し
て１５重量％のレベルで添加されている。
【００４３】ＧＩ−ＰＯＦを製造するために用いられた
装置が図１５に示されている。（流される溶融された材
料と接する全ての表面は、材料が滞留せずにスムーズに
流れるよう、研磨されている。処理される材料の腐食性
のために、全ての部材は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙなどのよ
うな耐腐食性材料によって作られている。）ドープされ
たコアポリマー及びアンドープのクラッドポリマーの固
体粒は、個々に、ホッパーから、１／２インチの、垂直
にマウントされた、Randcastle社のモデルＲＣＰ０５０
０押し出し成形器に供給される。双方の押し出し成形器
は、フルオロポリマーを処理するための耐腐食性のシリ
ンダチューブ及びスクリューを有している。押し出し成
形器は、制御された加熱領域及びスクリューのＲＰＭを
制御するための精密駆動部を有している。それらは、一
様な制御された温度を有する溶融ストリームを、加熱さ
れたコネクタホース（コア材料用）及び円筒形ジョイン
ト（クラッド材料用）を通して二重押し出し成形ヘッド
まで、定フローレート及び低圧力で伝達することが可能
である。
装置が図１５に示されている。（流される溶融された材
料と接する全ての表面は、材料が滞留せずにスムーズに
流れるよう、研磨されている。処理される材料の腐食性
のために、全ての部材は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙなどのよ
うな耐腐食性材料によって作られている。）ドープされ
たコアポリマー及びアンドープのクラッドポリマーの固
体粒は、個々に、ホッパーから、１／２インチの、垂直
にマウントされた、Randcastle社のモデルＲＣＰ０５０
０押し出し成形器に供給される。双方の押し出し成形器
は、フルオロポリマーを処理するための耐腐食性のシリ
ンダチューブ及びスクリューを有している。押し出し成
形器は、制御された加熱領域及びスクリューのＲＰＭを
制御するための精密駆動部を有している。それらは、一
様な制御された温度を有する溶融ストリームを、加熱さ
れたコネクタホース（コア材料用）及び円筒形ジョイン
ト（クラッド材料用）を通して二重押し出し成形ヘッド
まで、定フローレート及び低圧力で伝達することが可能
である。
【００４４】同時押し出し成形ヘッドは、中央の溶融コ
アストリームの周囲に環状に溶融クラッドストリーム
を、そららの間の界面が破壊されることなく滑らかな層
流として分配させるように設計されている。組み合わせ
られたストリームは、内部直径が５ｍｍの環状拡散部を
軸状に同時に流れる。溶融されたコア材料はコアチュー
ブ２を介してクロスヘッドアセンブリの中央に導かれ、
このクロスヘッドアセンブリは緩やかなテーパー（５
°）のついた部分とそれに引き続く定断面積の直線状の
長い部分とを有している。テーパーのついた部分は、溶
融されたコア材料の断面積の遷移を実現し、押し出し成
形器の出力ノズルからコア及びクラッド材料が一緒にさ
れる部分において必要とされるより小さな直径へと流れ
るようにしている。コア及びクラッド材料が組み合わせ
られるコアチューブ２の出力側における内部直径は、そ
の下流のダイホルダー５のチャネル直径のおよそ４０％
にされることが望ましい。この配置によって、コア及び
クラッド材料のストリームの相対的な直径が、個々のス
トリームがクロスヘッドに供給されるレートを変化させ
ることだけで、広い範囲に亘って制御されることを可能
にする。コアチューブ２の出力端の外部表面にもテーパ
ー（１０°）がつけられており、クラッド材料をダイホ
ルダー５内のチャネルに流入させる遷移領域の内部壁を
構成している。ダイホルダー５内のチャネルにおいてク
ラッド材料はコア材料と一緒になる。
アストリームの周囲に環状に溶融クラッドストリーム
を、そららの間の界面が破壊されることなく滑らかな層
流として分配させるように設計されている。組み合わせ
られたストリームは、内部直径が５ｍｍの環状拡散部を
軸状に同時に流れる。溶融されたコア材料はコアチュー
ブ２を介してクロスヘッドアセンブリの中央に導かれ、
このクロスヘッドアセンブリは緩やかなテーパー（５
°）のついた部分とそれに引き続く定断面積の直線状の
長い部分とを有している。テーパーのついた部分は、溶
融されたコア材料の断面積の遷移を実現し、押し出し成
形器の出力ノズルからコア及びクラッド材料が一緒にさ
れる部分において必要とされるより小さな直径へと流れ
るようにしている。コア及びクラッド材料が組み合わせ
られるコアチューブ２の出力側における内部直径は、そ
の下流のダイホルダー５のチャネル直径のおよそ４０％
にされることが望ましい。この配置によって、コア及び
クラッド材料のストリームの相対的な直径が、個々のス
トリームがクロスヘッドに供給されるレートを変化させ
ることだけで、広い範囲に亘って制御されることを可能
にする。コアチューブ２の出力端の外部表面にもテーパ
ー（１０°）がつけられており、クラッド材料をダイホ
ルダー５内のチャネルに流入させる遷移領域の内部壁を
構成している。ダイホルダー５内のチャネルにおいてク
ラッド材料はコア材料と一緒になる。
【００４５】クラッド材料は、クロスヘッドハウジング
８内のチャネルを介してクロスヘッドアセンブリに導入
される。クロスヘッドハウジングからクラッド材料はダ
イホルダー５の側面に形成されたチャネルに流し込まれ
る。材料は上方に流れ、そのチャネルから出力されて、
コアチューブホルダー３の底面に形成された分配チャネ
ルへと流入させられる。分配チャネルは、流れを４つの
ストリームに分配してそれらをがたいに９０°離れたテ
ーパー付きチャネルに導くことによって、コアチューブ
２のテーパー付きの外面の周囲にクラッド材料よりなる
比較的一様な流れを実現することを保証する。この配置
により、溶融コア及びクラッドストリームは滑らかか一
様に合流させられ、それらの間の界面には非常にわずか
の乱れしか存在しない、すなわちコア／クラッド断面の
同心円状形状には非常にわずかの乱れしか存在しない。
８内のチャネルを介してクロスヘッドアセンブリに導入
される。クロスヘッドハウジングからクラッド材料はダ
イホルダー５の側面に形成されたチャネルに流し込まれ
る。材料は上方に流れ、そのチャネルから出力されて、
コアチューブホルダー３の底面に形成された分配チャネ
ルへと流入させられる。分配チャネルは、流れを４つの
ストリームに分配してそれらをがたいに９０°離れたテ
ーパー付きチャネルに導くことによって、コアチューブ
２のテーパー付きの外面の周囲にクラッド材料よりなる
比較的一様な流れを実現することを保証する。この配置
により、溶融コア及びクラッドストリームは滑らかか一
様に合流させられ、それらの間の界面には非常にわずか
の乱れしか存在しない、すなわちコア／クラッド断面の
同心円状形状には非常にわずかの乱れしか存在しない。
【００４６】個々の部材はナット７によって保持される
が、このナットはクロスヘッドハウジング８にねじ込ま
れており、漏れが生じないように個々の組み立てられた
部材をクランプする。
が、このナットはクロスヘッドハウジング８にねじ込ま
れており、漏れが生じないように個々の組み立てられた
部材をクランプする。
【００４７】拡散部４（一方のみ表示）は、ダイホルダ
ー５にねじ込まれている。拡散部４はダイホルダーのそ
れと一致する内部直径を有している。拡散部４はモジュ
ール化されており、互いにねじ込まれることが可能で、
所定の長さの拡散領域を実現する。この部分の温度は、
一連のバンドヒーターあるいは高温のヒートテープのい
ずれかによって制御されており、独立した制御が可能で
ある。拡散領域においては、拡散領域においては、コア
ポリマー内のドーパントが溶融した高温のポリマー内で
充分な移動度を有しており、コア／クラッド界面に存在
する濃度勾配の影響下で半径方向に拡散する。
ー５にねじ込まれている。拡散部４はダイホルダーのそ
れと一致する内部直径を有している。拡散部４はモジュ
ール化されており、互いにねじ込まれることが可能で、
所定の長さの拡散領域を実現する。この部分の温度は、
一連のバンドヒーターあるいは高温のヒートテープのい
ずれかによって制御されており、独立した制御が可能で
ある。拡散領域においては、拡散領域においては、コア
ポリマー内のドーパントが溶融した高温のポリマー内で
充分な移動度を有しており、コア／クラッド界面に存在
する濃度勾配の影響下で半径方向に拡散する。
【００４８】出力側ダイ６は、拡散領域の最終部にねじ
込まれている。ダイはその出口に直径１ｍｍの直線状ラ
ンドを有しており、拡散部の断面からランドの断面への
遷移を実現するテーパー（１０°）付きの入口を有して
いる。このダイから押し出し成形されたＧＩ−ＰＯＦ溶
融ストランドは、ダイの外部においてHeathway社製モデ
ルＨＳＭ０４８キャプスタンによって制御された速度で
引っ張ることにより、所望の直径まで引き出される。モ
デル９１０LaserMike直径モニタが、直径をモニタする
目的で、ダイの近傍でかつ引き出し領域を越えた位置に
配置されている。ファイバはスプールに巻き取られる。
込まれている。ダイはその出口に直径１ｍｍの直線状ラ
ンドを有しており、拡散部の断面からランドの断面への
遷移を実現するテーパー（１０°）付きの入口を有して
いる。このダイから押し出し成形されたＧＩ−ＰＯＦ溶
融ストランドは、ダイの外部においてHeathway社製モデ
ルＨＳＭ０４８キャプスタンによって制御された速度で
引っ張ることにより、所望の直径まで引き出される。モ
デル９１０LaserMike直径モニタが、直径をモニタする
目的で、ダイの近傍でかつ引き出し領域を越えた位置に
配置されている。ファイバはスプールに巻き取られる。
【００４９】押し出し成形条件が変更された場合には、
材料が拡散領域内に留まる平均時間の少なくとも３倍に
等しい時間が、プロファイルの平衡状態を保証する目的
で、評価ファイバサンプルを取り出す前に経過させられ
た。ファイバサンプルの屈折率プロファイルは、横断面
干渉法（D.Marcuseによる“光ファイバ測定の原理”（A
cademic Press、ニューヨーク、１９８１年、第１５０
−１６１頁））によって、Leitz社製干渉顕微鏡を用い
て測定された。質量比９２．２から７．８の水とプロピ
レングリコールとの溶液が、ペリフルオロＧＩ−ＰＯＦ
クラッドの屈折率（１．３４０）とマッチングを取るた
めに用いられた。図３−６において示されている屈折率
プロファイルは、アンドープのＣＹＴＯＰＴＭの屈折率
からの屈折率の増分を、ファイバ半径によって規格化し
た半径方向の位置に関してプロットしたものである。
材料が拡散領域内に留まる平均時間の少なくとも３倍に
等しい時間が、プロファイルの平衡状態を保証する目的
で、評価ファイバサンプルを取り出す前に経過させられ
た。ファイバサンプルの屈折率プロファイルは、横断面
干渉法（D.Marcuseによる“光ファイバ測定の原理”（A
cademic Press、ニューヨーク、１９８１年、第１５０
−１６１頁））によって、Leitz社製干渉顕微鏡を用い
て測定された。質量比９２．２から７．８の水とプロピ
レングリコールとの溶液が、ペリフルオロＧＩ−ＰＯＦ
クラッドの屈折率（１．３４０）とマッチングを取るた
めに用いられた。図３−６において示されている屈折率
プロファイルは、アンドープのＣＹＴＯＰＴＭの屈折率
からの屈折率の増分を、ファイバ半径によって規格化し
た半径方向の位置に関してプロットしたものである。
【００５０】例１ コア／クラッド押し出し成形器のＲ
ＰＭ比 コア及びクラッド押し出し成形器のｒｐｍ比の結果とし
て得られる、ファイバのプロファイルに対する影響を決
定する目的で、総出力、拡散領域長及び拡散領域温度を
一定に保って実験が実行された。コア押し出し成型器
は、同時押しだし成形クロスヘッドへの出力における溶
融温度が１９０℃となるような温度プロファイルで用い
られた。クラッド押し出し成形温度プロファイルは、２
２０℃における溶融を実現するように設定された。クロ
スヘッド温度は２２０℃に設定され、１メートル長の拡
散領域の温度は２５０℃に設定された。押し出し成型器
の組み合わせ（総）出力は毎分およそ６グラム（３ｃｍ
3）であった。直径２５０μｍのファイバに関しては、
この出力は毎秒１メートルの製造レートに対応する。４
種の個別のファイバサンプルが作成された。最初のもの
は、コア押し出し成型器のｒｐｍが２．７でクラッド押
し出し成形器のｒｐｍが２２．５であり、結果として、
コア対クラッドのｒｐｍ比が０．１２であって、毎分
６．２グラムが出力された。第二のファイバは、コア押
し出し成型器のｒｐｍが４．０、クラッド押し出し成形
器のｒｐｍが２２．５であって、結果として０．１８の
ｒｐｍ比が実現されて毎分５．６グラムが出力された。
第三のファイバは、コア押し出し成型器のｒｐｍが５．
０、クラッド押し出し成形器のｒｐｍが２２．５であっ
てｒｐｍ比は０．２２であり、毎分５．６グラムが出力
された。第四のファイバはコア押し出し成型器のｒｐｍ
が６．４、クラッド押し出し成形器のｒｐｍが２２．５
であってｒｐｍ比が０．２８であり、毎分５．９グラム
が出力された。
ＰＭ比 コア及びクラッド押し出し成形器のｒｐｍ比の結果とし
て得られる、ファイバのプロファイルに対する影響を決
定する目的で、総出力、拡散領域長及び拡散領域温度を
一定に保って実験が実行された。コア押し出し成型器
は、同時押しだし成形クロスヘッドへの出力における溶
融温度が１９０℃となるような温度プロファイルで用い
られた。クラッド押し出し成形温度プロファイルは、２
２０℃における溶融を実現するように設定された。クロ
スヘッド温度は２２０℃に設定され、１メートル長の拡
散領域の温度は２５０℃に設定された。押し出し成型器
の組み合わせ（総）出力は毎分およそ６グラム（３ｃｍ
3）であった。直径２５０μｍのファイバに関しては、
この出力は毎秒１メートルの製造レートに対応する。４
種の個別のファイバサンプルが作成された。最初のもの
は、コア押し出し成型器のｒｐｍが２．７でクラッド押
し出し成形器のｒｐｍが２２．５であり、結果として、
コア対クラッドのｒｐｍ比が０．１２であって、毎分
６．２グラムが出力された。第二のファイバは、コア押
し出し成型器のｒｐｍが４．０、クラッド押し出し成形
器のｒｐｍが２２．５であって、結果として０．１８の
ｒｐｍ比が実現されて毎分５．６グラムが出力された。
第三のファイバは、コア押し出し成型器のｒｐｍが５．
０、クラッド押し出し成形器のｒｐｍが２２．５であっ
てｒｐｍ比は０．２２であり、毎分５．６グラムが出力
された。第四のファイバはコア押し出し成型器のｒｐｍ
が６．４、クラッド押し出し成形器のｒｐｍが２２．５
であってｒｐｍ比が０．２８であり、毎分５．９グラム
が出力された。
【００５１】図３に示されているように、結果として得
られたプロファイルの比較により、コア対クラッド押し
出し成型器のスクリューｒｐｍ比が増大するにつれ、コ
アの直径が増大して屈折率プロファイルがコアの中央で
より平坦になる。
られたプロファイルの比較により、コア対クラッド押し
出し成型器のスクリューｒｐｍ比が増大するにつれ、コ
アの直径が増大して屈折率プロファイルがコアの中央で
より平坦になる。
【００５２】例２ 出力レート 屈折率プロファイルに対する出力レートの影響を決定す
る目的で、拡散領域長、拡散領域温度及びコア／クラッ
ド押し出し成型器のｒｐｍ比を一定に保って実験が行な
われた。この実験においては、拡散領域長は１メート
ル、拡散領域温度は２５０℃及びコア／クラッド押し出
し成型器のｒｐｍ比はおよそ０．２である。全ての場合
において、コア押し出し成型器の温度プロファイルは、
同時押し出し成形ヘッドにおいて１９０℃での溶融を実
現するようにセットされ、一方、クラッド押し出し成形
器のプロファイルは材料を２２０℃で供給するようにセ
ットされた。同時押し出し成形クロスヘッドは２２０℃
にセットされた。
る目的で、拡散領域長、拡散領域温度及びコア／クラッ
ド押し出し成型器のｒｐｍ比を一定に保って実験が行な
われた。この実験においては、拡散領域長は１メート
ル、拡散領域温度は２５０℃及びコア／クラッド押し出
し成型器のｒｐｍ比はおよそ０．２である。全ての場合
において、コア押し出し成型器の温度プロファイルは、
同時押し出し成形ヘッドにおいて１９０℃での溶融を実
現するようにセットされ、一方、クラッド押し出し成形
器のプロファイルは材料を２２０℃で供給するようにセ
ットされた。同時押し出し成形クロスヘッドは２２０℃
にセットされた。
【００５３】第一ファイバでは、コア押し出し成型器の
ｒｐｍは０．７５、クラッド押し出し成形器のｒｐｍは
３．７５であって、毎分１．２５グラムが出力された。
第二ファイバでは、コア押し出し成型器のｒｐｍは１．
５、クラッド押し出し成形器のｒｐｍは７．５であっ
て、毎分３．０グラムが出力された。第三ファイバで
は、コア押し出し成型器のｒｐｍは４．０、クラッド押
し出し成形器のｒｐｍは２２．５であって、毎分５．６
グラムが出力された。この出力レートは、直径２５０μ
ｍのファイバでは、毎秒０．９５ｍの製造に対応する。
ｒｐｍは０．７５、クラッド押し出し成形器のｒｐｍは
３．７５であって、毎分１．２５グラムが出力された。
第二ファイバでは、コア押し出し成型器のｒｐｍは１．
５、クラッド押し出し成形器のｒｐｍは７．５であっ
て、毎分３．０グラムが出力された。第三ファイバで
は、コア押し出し成型器のｒｐｍは４．０、クラッド押
し出し成形器のｒｐｍは２２．５であって、毎分５．６
グラムが出力された。この出力レートは、直径２５０μ
ｍのファイバでは、毎秒０．９５ｍの製造に対応する。
【００５４】図４に示されているように、この実験にお
けるファイバプロファイルの比較から、他の全てのプロ
セスパラメータを固定した状態でプロセスの総出力レー
トを増大すると、屈折率プロファイルがコア／クラッド
境界において次第に急峻になり、より大きな直径及びコ
アの中央においてより平坦な領域が大きくなることがわ
かる。
けるファイバプロファイルの比較から、他の全てのプロ
セスパラメータを固定した状態でプロセスの総出力レー
トを増大すると、屈折率プロファイルがコア／クラッド
境界において次第に急峻になり、より大きな直径及びコ
アの中央においてより平坦な領域が大きくなることがわ
かる。
【００５５】例３ 拡散領域長 ＧＩ−ＰＯＦのプロファイルに対する拡散領域長の影響
を決定するための実験が実行された。この実験において
は、同時押し出し成形クロスヘッド温度は２２０℃に設
定され、コア押し出し成型器のｒｐｍは１．５であって
クラッド押し出し成形器のｒｐｍは７．５であった。全
ての拡散長に関して、拡散領域温度は２３０℃に保たれ
た。第一試行では拡散領域長は０．６７メートルであっ
た。ファイバは、出口側ダイを用いずに、拡散部端から
直接引き出された。その後、拡散部の半分が除去され、
拡散領域長は０．３３メートルとなった。第二ファイバ
はこの拡散領域長から引き出された。最後に、拡散部全
体が除去されてファイバが同時押し出し成形クロスヘッ
ドから直接引き出された。
を決定するための実験が実行された。この実験において
は、同時押し出し成形クロスヘッド温度は２２０℃に設
定され、コア押し出し成型器のｒｐｍは１．５であって
クラッド押し出し成形器のｒｐｍは７．５であった。全
ての拡散長に関して、拡散領域温度は２３０℃に保たれ
た。第一試行では拡散領域長は０．６７メートルであっ
た。ファイバは、出口側ダイを用いずに、拡散部端から
直接引き出された。その後、拡散部の半分が除去され、
拡散領域長は０．３３メートルとなった。第二ファイバ
はこの拡散領域長から引き出された。最後に、拡散部全
体が除去されてファイバが同時押し出し成形クロスヘッ
ドから直接引き出された。
【００５６】図５に示されているように、上記三種のプ
ロファイルの比較から、拡散領域長が増大するに連れ
て、拡散領域を通じてコア及びクラッドポリマーが同時
に流れるために生ずる拡散によって、コアとクラッドと
の境界における屈折率の傾きが減少し、より滑らかにな
ることが理解される。
ロファイルの比較から、拡散領域長が増大するに連れ
て、拡散領域を通じてコア及びクラッドポリマーが同時
に流れるために生ずる拡散によって、コアとクラッドと
の境界における屈折率の傾きが減少し、より滑らかにな
ることが理解される。
【００５７】例４ 拡散領域温度 ＧＩ−ＰＯＦのプロファイルに対する拡散領域温度の影
響を決定するための実験が行なわれた。クロスヘッドの
温度は２２０℃に設定された。クロスヘッドに入るとこ
ろでの溶融コアの温度は１９０℃に設定された。クロス
ヘッドに入るところでのクラッド材料の温度は２２０℃
であった。全ての試行において、拡散領域長は１メート
ル、出力レートは毎分およそ６グラムで、コア対クラッ
ド押し出し成形器スクリューｒｐｍは０．３２に保持さ
れた。
響を決定するための実験が行なわれた。クロスヘッドの
温度は２２０℃に設定された。クロスヘッドに入るとこ
ろでの溶融コアの温度は１９０℃に設定された。クロス
ヘッドに入るところでのクラッド材料の温度は２２０℃
であった。全ての試行において、拡散領域長は１メート
ル、出力レートは毎分およそ６グラムで、コア対クラッ
ド押し出し成形器スクリューｒｐｍは０．３２に保持さ
れた。
【００５８】第一の試行においては、拡散領域温度は２
３０℃に設定され、クラッド押し出しは１０．６でコア
押し出し成型器のｒｐｍは３．４であり、結果として毎
分６．２グラムの出力が得られた。第二の試行において
は、拡散領域温度は２７０℃であり、コア及びクラッド
押し出し成形器のそれぞれのｒｐｍは３．２及び１０で
あって比０．３２が保たれ、毎分５．９グラムが出力さ
れた。
３０℃に設定され、クラッド押し出しは１０．６でコア
押し出し成型器のｒｐｍは３．４であり、結果として毎
分６．２グラムの出力が得られた。第二の試行において
は、拡散領域温度は２７０℃であり、コア及びクラッド
押し出し成形器のそれぞれのｒｐｍは３．２及び１０で
あって比０．３２が保たれ、毎分５．９グラムが出力さ
れた。
【００５９】図６に示されているように、低拡散領域温
度（２３０℃）で製造されたファイバのプロファイルで
は、コアの中央に定屈折率領域が存在し、コア−クラッ
ド遷移における比較的急峻な勾配を示している。２７０
℃という拡散領域温度で製造されたファイバでは、コア
の中心におけるプロファイルが丸まり、コア−クラッド
境界におけるより滑らかな屈折率勾配が実現されてい
る。これらの結果は、温度が増大するとドーパントの拡
散が増大する、という予測と無矛盾である。
度（２３０℃）で製造されたファイバのプロファイルで
は、コアの中央に定屈折率領域が存在し、コア−クラッ
ド遷移における比較的急峻な勾配を示している。２７０
℃という拡散領域温度で製造されたファイバでは、コア
の中心におけるプロファイルが丸まり、コア−クラッド
境界におけるより滑らかな屈折率勾配が実現されてい
る。これらの結果は、温度が増大するとドーパントの拡
散が増大する、という予測と無矛盾である。
【００６０】数値解析に基づいた予測されたファイバプ
ロファイル （以下、Ｔoperは拡散領域温度；Ｒ0は拡散部半径；Ｒ
coreは拡散部の入口におけるコアポリマー半径；及び、
Ｑcore及びＱtotalは、それぞれ、拡散部の入口におけ
るコアポリマー及び総ポリマーのフローレートを表わ
す。パラメータ及びその値は、例１から例４で用いられ
たシステムに基づいている。）
ロファイル （以下、Ｔoperは拡散領域温度；Ｒ0は拡散部半径；Ｒ
coreは拡散部の入口におけるコアポリマー半径；及び、
Ｑcore及びＱtotalは、それぞれ、拡散部の入口におけ
るコアポリマー及び総ポリマーのフローレートを表わ
す。パラメータ及びその値は、例１から例４で用いられ
たシステムに基づいている。）
【００６１】例５ 拡散領域長の影響 条件： Ｔoper＝３００℃、Ｒ0＝０．２５ｃｍ、Ｒ
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 この例におけるＱtotalの値は、直径３００μｍのファ
イバを毎秒１ｍの製造速度で、あるいは直径２５０μｍ
のファイバを毎秒１．４ｍの製造速度で製造する場合に
対応する。コア及びクラッド材料が拡散領域を通過する
際、この双方の材料を隔てている拡散フロントが広が
り、クラッド領域へのドーパントの拡散を表わしてい
る。この効果を例示してドーパント拡散の度合における
拡散領域長の役割を明示するために、図７に、拡散領域
内の相異なった軸方向位置ｚにおけるドーパントの質量
比場が規格化された半径の関数として示されている。ド
ーパント材料が拡散領域を移動するに連れ、プロファイ
ルは、入口における階段状屈折率プロファイルからより
なめらかに変化するプロファイルへと拡散する。拡散領
域の入口から１００ｃｍの距離におけるプロファイル
は、入口から５０ｃｍの距離におけるプロファイルより
もより著しい拡散を示している。
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 この例におけるＱtotalの値は、直径３００μｍのファ
イバを毎秒１ｍの製造速度で、あるいは直径２５０μｍ
のファイバを毎秒１．４ｍの製造速度で製造する場合に
対応する。コア及びクラッド材料が拡散領域を通過する
際、この双方の材料を隔てている拡散フロントが広が
り、クラッド領域へのドーパントの拡散を表わしてい
る。この効果を例示してドーパント拡散の度合における
拡散領域長の役割を明示するために、図７に、拡散領域
内の相異なった軸方向位置ｚにおけるドーパントの質量
比場が規格化された半径の関数として示されている。ド
ーパント材料が拡散領域を移動するに連れ、プロファイ
ルは、入口における階段状屈折率プロファイルからより
なめらかに変化するプロファイルへと拡散する。拡散領
域の入口から１００ｃｍの距離におけるプロファイル
は、入口から５０ｃｍの距離におけるプロファイルより
もより著しい拡散を示している。
【００６２】最終的なドーパント質量比プロファイルに
係る拡散領域の出口（すなわち、出口側ダイ）における
フローの再配置の効果を示すために、この再配置を反映
した式（１５）で与えられるマッピングがなされたプロ
ファイルが、規格化された半径の関数として図８に示さ
れている。最終的なドーパントプロファイルに係るフロ
ー再配置の影響は、図７と図８との間の差異より明らか
である。
係る拡散領域の出口（すなわち、出口側ダイ）における
フローの再配置の効果を示すために、この再配置を反映
した式（１５）で与えられるマッピングがなされたプロ
ファイルが、規格化された半径の関数として図８に示さ
れている。最終的なドーパントプロファイルに係るフロ
ー再配置の影響は、図７と図８との間の差異より明らか
である。
【００６３】例６ 製造温度の影響 条件： Ｔoper＝２５０℃、Ｒ0＝０．２５ｃｍ、Ｒ
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 より低い温度における拡散の少なさの影響を例示するた
めに、拡散領域内での相異なった軸方向位置におけるド
ーパント質量比場が図９に規格化された半径の関数とし
て示されている。ドーパント材料が拡散領域を通過する
に連れ、プロファイルは徐々により二次関数的なプロフ
ァイルへと発展する。図７及び図９を比較することによ
り、温度を低下させるとより拡散していない質量比プロ
ファイルが得られることがわかる。これらの結果は、よ
り低い温度においては１００ｃｍよりも長い拡散領域
が、３００℃の場合と同レベルの拡散を実現するために
必要となる、ということを意味している。
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 より低い温度における拡散の少なさの影響を例示するた
めに、拡散領域内での相異なった軸方向位置におけるド
ーパント質量比場が図９に規格化された半径の関数とし
て示されている。ドーパント材料が拡散領域を通過する
に連れ、プロファイルは徐々により二次関数的なプロフ
ァイルへと発展する。図７及び図９を比較することによ
り、温度を低下させるとより拡散していない質量比プロ
ファイルが得られることがわかる。これらの結果は、よ
り低い温度においては１００ｃｍよりも長い拡散領域
が、３００℃の場合と同レベルの拡散を実現するために
必要となる、ということを意味している。
【００６４】出口側ダイにおけるフローの再配置の有す
る最終的なドーパント質量比プロファイルへの影響を例
示する目的で、式（１５）によって与えられるマッピン
グされたプロファイルが規格化された半径の関数として
図１０に示されている。最終的なドーパントプロファイ
ルに係るフロー再配置の重要性は、図９と図１０との間
の比較より明らかである。
る最終的なドーパント質量比プロファイルへの影響を例
示する目的で、式（１５）によって与えられるマッピン
グされたプロファイルが規格化された半径の関数として
図１０に示されている。最終的なドーパントプロファイ
ルに係るフロー再配置の重要性は、図９と図１０との間
の比較より明らかである。
【００６５】例７ 拡散部半径の影響 条件： Ｔoper＝３００℃、Ｌ＝１００ｃｍ、Ｒcore／
Ｒ0＝０．３５（Ｑcor e／Ｑtotal＝０．２７３）、Ｑ
total＝０．０７０７ｃｍ3／秒 ドーパント質量比場が、拡散領域半径Ｒ＝０．１、０．
２５及び０．５ｃｍの場合に、拡散領域長１００ｃｍで
の規格化された半径の関数として図１１に示されてい
る。全てのプロファイルが重ね書きされており、それら
がプロファイル全体に亘って互いに区別できないことに
留意されたい。この結果は、最終的なドーパントプロフ
ァイルの形状が拡散部の半径の大きさに実質的に鈍感で
あることを示している。
Ｒ0＝０．３５（Ｑcor e／Ｑtotal＝０．２７３）、Ｑ
total＝０．０７０７ｃｍ3／秒 ドーパント質量比場が、拡散領域半径Ｒ＝０．１、０．
２５及び０．５ｃｍの場合に、拡散領域長１００ｃｍで
の規格化された半径の関数として図１１に示されてい
る。全てのプロファイルが重ね書きされており、それら
がプロファイル全体に亘って互いに区別できないことに
留意されたい。この結果は、最終的なドーパントプロフ
ァイルの形状が拡散部の半径の大きさに実質的に鈍感で
あることを示している。
【００６６】例８ コア／クラッドフローレートの影響 条件： Ｔoper＝３００℃、Ｌ＝１００ｃｍ、Ｒ0＝
０．２５ｃｍ、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
ト質量比場が、コア／クラッド界面位置の相異なった場
合、すなわち、Ｒcore／Ｒ0＝０．２８、０．３５及び
０．４２の場合に、拡散領域長１００ｃｍでの規格化さ
れた半径の関数として図１２に示されている。これらの
三つの値は、それぞれコア対総フローレートの値Ｑcore
／Ｑtotal＝０．１３４、０．２７３及び０．３９５に
対応している。この図より、コア材料の比率を増大させ
ると、ファイバ中央における質量比プロファイルが平坦
になり、クラッド領域へのより急峻な遷移を示すより広
いコア領域が生成される、ということが明らかである。
コア材料の比率を低減することは反対の効果を有してお
り、ファイバ中央におけるより丸まった質量比プロファ
イルを実現し、コア領域の幅を狭め、クラッド領域への
より緩やかな遷移を実現する。これらの結果は、コア及
びクラッドのフローレートの比を調節留ことによって、
ドーパント質量比の制御が可能であることを例示してい
る。
０．２５ｃｍ、Ｑtotal＝０．０７０７ｃｍ3／秒 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
ト質量比場が、コア／クラッド界面位置の相異なった場
合、すなわち、Ｒcore／Ｒ0＝０．２８、０．３５及び
０．４２の場合に、拡散領域長１００ｃｍでの規格化さ
れた半径の関数として図１２に示されている。これらの
三つの値は、それぞれコア対総フローレートの値Ｑcore
／Ｑtotal＝０．１３４、０．２７３及び０．３９５に
対応している。この図より、コア材料の比率を増大させ
ると、ファイバ中央における質量比プロファイルが平坦
になり、クラッド領域へのより急峻な遷移を示すより広
いコア領域が生成される、ということが明らかである。
コア材料の比率を低減することは反対の効果を有してお
り、ファイバ中央におけるより丸まった質量比プロファ
イルを実現し、コア領域の幅を狭め、クラッド領域への
より緩やかな遷移を実現する。これらの結果は、コア及
びクラッドのフローレートの比を調節留ことによって、
ドーパント質量比の制御が可能であることを例示してい
る。
【００６７】例９ 総フローレートの影響 条件： Ｔoper＝３００℃、Ｌ＝１００ｃｍ、Ｒ０＝
０．２５ｃｍ、Ｒcore／Ｒ0＝０．３５（Ｑcore／Ｑ
total＝０．２７３） 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
ト質量比場が、相異なった総フローレートの場合、すな
わち、Ｑtotal＝０．０３５３、０．０７０７及び０．
１０７の場合に、拡散領域長１００ｃｍでの規格化され
た半径の関数として図１３に示されている。これらの値
は、それぞれ、直径３００μｍのファイバを毎秒０．５
ｍ、１ｍ及び１．５ｍ製造するレートに対応している。
これらの条件の組は、コア対総フローレートＱcore／Ｑ
total＝０．２７３の場合に対応する。この図から、総
フローレートを低減することによって拡散領域に滞在す
る時間が増大し、従ってドーパントの拡散により長い時
間が当てられることが明らかである。逆に、総フローレ
ートを増大させることは拡散領域内の滞在時間を短く
し、ドーパントの拡散がより少なくなる。これらの結果
は、総フローレートが、押し出し成形されたファイバに
おける最終的なドーパントプロファイルに影響を与える
ことを意味している。
０．２５ｃｍ、Ｒcore／Ｒ0＝０．３５（Ｑcore／Ｑ
total＝０．２７３） 最終的に押し出し成形されたファイバにおけるドーパン
ト質量比場が、相異なった総フローレートの場合、すな
わち、Ｑtotal＝０．０３５３、０．０７０７及び０．
１０７の場合に、拡散領域長１００ｃｍでの規格化され
た半径の関数として図１３に示されている。これらの値
は、それぞれ、直径３００μｍのファイバを毎秒０．５
ｍ、１ｍ及び１．５ｍ製造するレートに対応している。
これらの条件の組は、コア対総フローレートＱcore／Ｑ
total＝０．２７３の場合に対応する。この図から、総
フローレートを低減することによって拡散領域に滞在す
る時間が増大し、従ってドーパントの拡散により長い時
間が当てられることが明らかである。逆に、総フローレ
ートを増大させることは拡散領域内の滞在時間を短く
し、ドーパントの拡散がより少なくなる。これらの結果
は、総フローレートが、押し出し成形されたファイバに
おける最終的なドーパントプロファイルに影響を与える
ことを意味している。
【００６８】例１０ 製造条件の圧力降下に対する影響 条件： Ｒcore／Ｒ0＝０．３５（Ｑcore／Ｑtotal＝
０．２７３） 表２には、製造温度及び製造速度の拡散領域における相
異なった半径での総圧力降下に係る影響を調べた感度解
析の結果が示されている。拡散係数の大きさは、拡散領
域長が１及び４ｍが仮定された場合に、それぞれＴoper
が３００及び２５０℃で毎秒１ｍという製造速度で充分
に拡散したプロファイルを有する外径３００μｍのファ
イバを製造するのに適するようにされた。より速い製造
速度すなわち毎秒２及び４ｍにおける結果は、同一製造
温度及び拡散領域半径における毎秒１ｍの製造速度の結
果から、以下のスケーリングを用いて算出された： フ
ローレートを倍にすると総圧力降下はファクタ２2＝４
だけ増大する。ここで、ファクタ２は、拡散領域の固定
された断面における圧力降下がフローレートに線型に比
例するためであり、さらなるファクタ２は、拡散領域内
でのドーパントの滞在時間を同一に保つために拡散領域
長を倍にする必要からきたものである。全体としての結
果は、総圧力降下は、固定された拡散領域半径及び製造
温度の場合には、総フローレートの２乗に比例して増大
するというものである。
０．２７３） 表２には、製造温度及び製造速度の拡散領域における相
異なった半径での総圧力降下に係る影響を調べた感度解
析の結果が示されている。拡散係数の大きさは、拡散領
域長が１及び４ｍが仮定された場合に、それぞれＴoper
が３００及び２５０℃で毎秒１ｍという製造速度で充分
に拡散したプロファイルを有する外径３００μｍのファ
イバを製造するのに適するようにされた。より速い製造
速度すなわち毎秒２及び４ｍにおける結果は、同一製造
温度及び拡散領域半径における毎秒１ｍの製造速度の結
果から、以下のスケーリングを用いて算出された： フ
ローレートを倍にすると総圧力降下はファクタ２2＝４
だけ増大する。ここで、ファクタ２は、拡散領域の固定
された断面における圧力降下がフローレートに線型に比
例するためであり、さらなるファクタ２は、拡散領域内
でのドーパントの滞在時間を同一に保つために拡散領域
長を倍にする必要からきたものである。全体としての結
果は、総圧力降下は、固定された拡散領域半径及び製造
温度の場合には、総フローレートの２乗に比例して増大
するというものである。
【表２】
【００６９】表２に示された結果は、製造温度を３００
℃から２５０℃に低下させることにより、考慮された全
ての場合において、およそ４０倍の圧力降下の増大が生
ずることを示している。このうち、ファクタ１０は粘性
係数の増大によるものであり、ファクタ４は低い製造温
度で必要とされる拡散領域長の増大によるものである。
拡散部の半径を低減することは、総圧力降下に著しい影
響を及ぼす−３００℃においては半径０．１ｃｍの場合
の総圧力降下は、半径０．５ｃｍの拡散領域の場合より
およそ６００倍大きい。これは、管内のポアゾイユ（Po
iseuille）流では圧力降下がＲ0 -4でスケーリングされ
るためである（R.B.Birdらによる前掲の参考文献を参
照）。よって、半径を０．５ｃｍから０．１ｃｍへとフ
ァクタ５だけ低減することは圧力降下を５4＝６２５だ
け増大させることになる、ということが期待され、これ
は測定された変化とほぼ対応している。最後に、押し出
し成形器及びそれらに関連する機材において保持しうる
最大圧力降下は１０，０００ｐｓｉのオーダーである。
℃から２５０℃に低下させることにより、考慮された全
ての場合において、およそ４０倍の圧力降下の増大が生
ずることを示している。このうち、ファクタ１０は粘性
係数の増大によるものであり、ファクタ４は低い製造温
度で必要とされる拡散領域長の増大によるものである。
拡散部の半径を低減することは、総圧力降下に著しい影
響を及ぼす−３００℃においては半径０．１ｃｍの場合
の総圧力降下は、半径０．５ｃｍの拡散領域の場合より
およそ６００倍大きい。これは、管内のポアゾイユ（Po
iseuille）流では圧力降下がＲ0 -4でスケーリングされ
るためである（R.B.Birdらによる前掲の参考文献を参
照）。よって、半径を０．５ｃｍから０．１ｃｍへとフ
ァクタ５だけ低減することは圧力降下を５4＝６２５だ
け増大させることになる、ということが期待され、これ
は測定された変化とほぼ対応している。最後に、押し出
し成形器及びそれらに関連する機材において保持しうる
最大圧力降下は１０，０００ｐｓｉのオーダーである。
【００７０】例１１ 製造条件の滞在時間に対する影響 ＧＩ−ＰＯＦにおける考えられる不純物源は、高温に長
時間曝されることによるドーパント及び／あるいはポリ
マーの劣化である。拡散領域内の平均滞在時間は、以下
の式より決定される：
時間曝されることによるドーパント及び／あるいはポリ
マーの劣化である。拡散領域内の平均滞在時間は、以下
の式より決定される：
【数３０】 ここで、平均滞在時間が拡散部半径の２乗に比例してス
ケーリングすることに留意すると、拡散部半径を２倍に
することによって平均滞在時間がファクタ４だけ増大す
ることになる。よって、高温に曝される時間を低減する
には、拡散部半径を可能な限り小さい値に低減すること
が必要となる。既に示された例より、拡散領域に亘る大
きな圧力勾配が生成されるために、許容される最小半径
には制限があることに留意されたい。
ケーリングすることに留意すると、拡散部半径を２倍に
することによって平均滞在時間がファクタ４だけ増大す
ることになる。よって、高温に曝される時間を低減する
には、拡散部半径を可能な限り小さい値に低減すること
が必要となる。既に示された例より、拡散領域に亘る大
きな圧力勾配が生成されるために、許容される最小半径
には制限があることに留意されたい。
【００７１】上記式（２１）の意味する別のものは、平
均滞在時間が比Ｌ／Ｑtotalに比例するということであ
る（Ｌは拡散領域長）。物理的な考察により、この量は
与えられたドーパントプロファイルに関して一定値を保
つべきであることがわかる。すなわち、フローレートを
２倍にすると同一のドーパントプロファイルを実現する
ために拡散領域長を２倍にする必要が生ずる。
均滞在時間が比Ｌ／Ｑtotalに比例するということであ
る（Ｌは拡散領域長）。物理的な考察により、この量は
与えられたドーパントプロファイルに関して一定値を保
つべきであることがわかる。すなわち、フローレートを
２倍にすると同一のドーパントプロファイルを実現する
ために拡散領域長を２倍にする必要が生ずる。
【００７２】表３には、拡散領域内の平均滞在時間が、
ｚ＝１００ｃｍにおける図８に示されたプロファイルに
係る拡散領域半径及び製造温度の関数として示されてい
る。２５０℃というより低い製造温度でのこれらの結果
の全てにおいて、平均滞在時間が同一拡散部半径を有す
る３００℃の場合よりもファクタ４倍大きいことに留意
されたい。さらに、０．５ｃｍという半径の拡散領域の
場合では、平均滞在時間が４，４４４秒になっている。
ｚ＝１００ｃｍにおける図８に示されたプロファイルに
係る拡散領域半径及び製造温度の関数として示されてい
る。２５０℃というより低い製造温度でのこれらの結果
の全てにおいて、平均滞在時間が同一拡散部半径を有す
る３００℃の場合よりもファクタ４倍大きいことに留意
されたい。さらに、０．５ｃｍという半径の拡散領域の
場合では、平均滞在時間が４，４４４秒になっている。
【表３】
【００７３】例１０に示された結果は、より大きな拡散
部半径が拡散領域に亘る総圧力降下を低減するために有
利であることを示しているが、この例１１に示されてい
るように、半径の２乗に比例して滞在時間が増大するた
め、高温に対して曝される時間を低減するためにはでき
る限り小さい拡散部半径で製造するべきである、という
ことが示唆される。Ｒ0＝０．２５ｃｍという拡散領域
半径が、これら二つの相反する基準間での適切な妥協の
ように思われる。
部半径が拡散領域に亘る総圧力降下を低減するために有
利であることを示しているが、この例１１に示されてい
るように、半径の２乗に比例して滞在時間が増大するた
め、高温に対して曝される時間を低減するためにはでき
る限り小さい拡散部半径で製造するべきである、という
ことが示唆される。Ｒ0＝０．２５ｃｍという拡散領域
半径が、これら二つの相反する基準間での適切な妥協の
ように思われる。
【００７４】例１２ 実験結果の比較 条件： Ｔoper＝２５０℃、Ｒ0＝０．２５ｃｍ、Ｒ
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０４９１ｃｍ3／秒 例１から例４に示された装置及び技法を用いて、製造さ
れたファイバと、本発明に係る有限要素法解析によって
予測されたプロファイルとの比較がなされた。製造条件
は、外径２５０μｍのファイバを毎秒１ｍ製造するのに
対応し、拡散領域長は１００ｃｍであった。図１４に
は、押し出し成形された最終的なファイバにおけるシミ
ュレート及び実測されたドーパント質量比場が、二つの
相異なったドーパント拡散係数の場合に、拡散領域長１
００ｃｍでの規格化された半径の関数としてプロットさ
れている。これらは実測されたプロファイルと第一の予
測されたプロファイルとの間の良い一致を示している
が、実測されたプロファイルはシミュレートされたプロ
ファイルよりもわずかにより拡散している。ドーパント
の拡散係数をファクタ５０％増大することによって第二
の予測されたプロファイルが得られるが、これは実測さ
れたプロファイルとより良い一致を示している。この振
る舞いは、（ｉ）高温でのドーパントの拡散係数の過少
見積もり、あるいは（ｉｉ）拡散領域の下流の引き出し
部で発生したさらなる拡散、によるものと思われる。こ
れらの双方とも、より拡散した実測プロファイルを説明
するものである。拡散係数を高めた場合のシミュレーシ
ョンとの良い一致は、高温での拡散係数が実験データを
数値計算にフィッティングすることによって決定されう
ることを示唆している。
core／Ｒ0＝０．３５（Ｑ core／Ｑtotal＝０．２７
３）、Ｑtotal＝０．０４９１ｃｍ3／秒 例１から例４に示された装置及び技法を用いて、製造さ
れたファイバと、本発明に係る有限要素法解析によって
予測されたプロファイルとの比較がなされた。製造条件
は、外径２５０μｍのファイバを毎秒１ｍ製造するのに
対応し、拡散領域長は１００ｃｍであった。図１４に
は、押し出し成形された最終的なファイバにおけるシミ
ュレート及び実測されたドーパント質量比場が、二つの
相異なったドーパント拡散係数の場合に、拡散領域長１
００ｃｍでの規格化された半径の関数としてプロットさ
れている。これらは実測されたプロファイルと第一の予
測されたプロファイルとの間の良い一致を示している
が、実測されたプロファイルはシミュレートされたプロ
ファイルよりもわずかにより拡散している。ドーパント
の拡散係数をファクタ５０％増大することによって第二
の予測されたプロファイルが得られるが、これは実測さ
れたプロファイルとより良い一致を示している。この振
る舞いは、（ｉ）高温でのドーパントの拡散係数の過少
見積もり、あるいは（ｉｉ）拡散領域の下流の引き出し
部で発生したさらなる拡散、によるものと思われる。こ
れらの双方とも、より拡散した実測プロファイルを説明
するものである。拡散係数を高めた場合のシミュレーシ
ョンとの良い一致は、高温での拡散係数が実験データを
数値計算にフィッティングすることによって決定されう
ることを示唆している。
【００７５】例１３ 高いレートでＧＩ−ＰＯＦを製造
するための拡散部の設計 製造プロセスの高製造レートへのスケーラビリティが望
ましい。要求されるファイバ製造レートは少なくとも毎
秒１ｍのオーダーであり、さらにこの数倍の速度へのス
ケーリングの指針が存在することが望ましい。このよう
なより速い製造レートでＧＩ−ＰＯＦを製造する装置の
大きさを設計する技法が本発明に従って可能となり、以
下に記述される。
するための拡散部の設計 製造プロセスの高製造レートへのスケーラビリティが望
ましい。要求されるファイバ製造レートは少なくとも毎
秒１ｍのオーダーであり、さらにこの数倍の速度へのス
ケーリングの指針が存在することが望ましい。このよう
なより速い製造レートでＧＩ−ＰＯＦを製造する装置の
大きさを設計する技法が本発明に従って可能となり、以
下に記述される。
【００７６】既に式（２１）において述べられているよ
うに、押し出し成形プロセスの間におけるポリマーの拡
散領域での平均滞在時間は τres＝πＲ0 2Ｌ／Ｑtotal で与えられる。
うに、押し出し成形プロセスの間におけるポリマーの拡
散領域での平均滞在時間は τres＝πＲ0 2Ｌ／Ｑtotal で与えられる。
【００７７】フィック（Fickian）拡散の初期段階にお
ける解析（J.Crank、“拡散の数学”、第２版、Oxford
University Press、ニューヨーク、１９７５年、を参
照）より、以下のスケーリング関係式が拡散領域におけ
る所望のプロファイルを実現するために必要とされる総
拡散時間τdifに関して書き表される： τdif＝ｃＲ0 2／Ｄ （２２） ここで、ｃは拡散領域における拡散の程度をスケーリン
グする定数である。プロセスにおいて所望のプロファイ
ルを実現するためには、 τres＝τdif （２３） が必要である。式（２１）−（２３）を組み合わせるこ
とによって Ｌ＝Ｑtotal／πＰｅLＤ （２４） が得られる。ここで、 ＰｅL＝１／ｃ＝Ｑtotal／πＬＤ （２５） であり、ＰｅLはペクレ数であって、与えられた長さ
Ｌ、拡散係数Ｄ、及びフローレートＱtotalに対して拡
散領域で起こる半径方向の拡散の度合を表わしている。
（相異なった長さ及び温度を有する複数個の領域が存在
する場合などに、積ＬＤを、相異なった長さ及び拡散係
数の総和と見なすことも可能である。）例５から例１２
において用いられたような有限要素法解析を用いた数値
シミュレーションが、 ＰｅL min＜ＰｅL＜ＰｅL max （２６） の範囲にあるＰｅLが所望のドーパントプロファイルを
実現するために望ましいことを示すために用いられる。
ＰｅL minより小さい場合にはドーパントプロファイルは
拡散しすぎであり、ＰｅL maxより大きい場合にはドーパ
ントプロファイルはあまりにも階段状になる。通常、Ｐ
ｅL minはおよそ１０であり、ＰｅL maxはおよそ５００で
ある。例えば、相異なったＰｅ値に係る（規格化された
半径に対する）予測されたドーパント質量比プロファイ
ルを示した図１６を参照。よって、Ｐｅによって規定さ
れる拡散の度合に関しては、拡散部の必要な長さは、Ｐ
ｅL、Ｑtotal（必要とされるファイバ製造レートに比
例）及びＤの値を式（２４）に代入することによって決
定されうる。
ける解析（J.Crank、“拡散の数学”、第２版、Oxford
University Press、ニューヨーク、１９７５年、を参
照）より、以下のスケーリング関係式が拡散領域におけ
る所望のプロファイルを実現するために必要とされる総
拡散時間τdifに関して書き表される： τdif＝ｃＲ0 2／Ｄ （２２） ここで、ｃは拡散領域における拡散の程度をスケーリン
グする定数である。プロセスにおいて所望のプロファイ
ルを実現するためには、 τres＝τdif （２３） が必要である。式（２１）−（２３）を組み合わせるこ
とによって Ｌ＝Ｑtotal／πＰｅLＤ （２４） が得られる。ここで、 ＰｅL＝１／ｃ＝Ｑtotal／πＬＤ （２５） であり、ＰｅLはペクレ数であって、与えられた長さ
Ｌ、拡散係数Ｄ、及びフローレートＱtotalに対して拡
散領域で起こる半径方向の拡散の度合を表わしている。
（相異なった長さ及び温度を有する複数個の領域が存在
する場合などに、積ＬＤを、相異なった長さ及び拡散係
数の総和と見なすことも可能である。）例５から例１２
において用いられたような有限要素法解析を用いた数値
シミュレーションが、 ＰｅL min＜ＰｅL＜ＰｅL max （２６） の範囲にあるＰｅLが所望のドーパントプロファイルを
実現するために望ましいことを示すために用いられる。
ＰｅL minより小さい場合にはドーパントプロファイルは
拡散しすぎであり、ＰｅL maxより大きい場合にはドーパ
ントプロファイルはあまりにも階段状になる。通常、Ｐ
ｅL minはおよそ１０であり、ＰｅL maxはおよそ５００で
ある。例えば、相異なったＰｅ値に係る（規格化された
半径に対する）予測されたドーパント質量比プロファイ
ルを示した図１６を参照。よって、Ｐｅによって規定さ
れる拡散の度合に関しては、拡散部の必要な長さは、Ｐ
ｅL、Ｑtotal（必要とされるファイバ製造レートに比
例）及びＤの値を式（２４）に代入することによって決
定されうる。
【００７８】規定を必要とする第二のパラメータは拡散
部の半径Ｒ0である。このパラメータに対する最小値
は、拡散部における最大許容圧力降下ΔＰmaxを規定す
ることによって決定されうる。拡散部における圧力降下
の妥当な表現は ΔＰ＝ηcladＬＱtotal／Ｒ0 4 （２７） によって与えられる。ここで、ηcladはクラッドポリマ
ーの粘性係数である。それゆえ、拡散部の最小許容半径
Ｒ0 minは、
部の半径Ｒ0である。このパラメータに対する最小値
は、拡散部における最大許容圧力降下ΔＰmaxを規定す
ることによって決定されうる。拡散部における圧力降下
の妥当な表現は ΔＰ＝ηcladＬＱtotal／Ｒ0 4 （２７） によって与えられる。ここで、ηcladはクラッドポリマ
ーの粘性係数である。それゆえ、拡散部の最小許容半径
Ｒ0 minは、
【数３１】 で与えられる。
【００７９】拡散部長Ｌ及び総フローレートＱtotalと
共に最小半径Ｒ0 minを用いると、式（２１）からポリマ
ーの拡散部における最小滞在時間を計算することが可能
である。さらに、ポリマー及びドーパントの熱安定性に
基づいて、この滞在時間が許容されうるか否かに係る決
定をなすことも可能である。最大ファイバ製造レート
は、処理温度において許容される最大滞在時間によって
決定されうる。
共に最小半径Ｒ0 minを用いると、式（２１）からポリマ
ーの拡散部における最小滞在時間を計算することが可能
である。さらに、ポリマー及びドーパントの熱安定性に
基づいて、この滞在時間が許容されうるか否かに係る決
定をなすことも可能である。最大ファイバ製造レート
は、処理温度において許容される最大滞在時間によって
決定されうる。
【００８０】よって、式（２４）及び（２８）は、与え
られたファイバ製造レート、拡散の度合及び材料の性質
であるηclad及びＤの値に関して、拡散領域長及び最小
拡散部半径の規定を可能にする。本発明に従ったこの方
式は、より高い製造レートを有する押し出し成形プロセ
スへのスケーリングの道筋も提供する。
られたファイバ製造レート、拡散の度合及び材料の性質
であるηclad及びＤの値に関して、拡散領域長及び最小
拡散部半径の規定を可能にする。本発明に従ったこの方
式は、より高い製造レートを有する押し出し成形プロセ
スへのスケーリングの道筋も提供する。
【００８１】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００８２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、傾
斜型屈折率プラスチック光ファイバを押し出し成形する
ためのプロセス及びその装置が提供される。
斜型屈折率プラスチック光ファイバを押し出し成形する
ためのプロセス及びその装置が提供される。
【図１】 本発明に用いられるのに適した押し出し成形
装置を模式的に示す図。
装置を模式的に示す図。
【図２】 本発明に用いられるのに適した押し出し成形
装置を模式的に示す図。
装置を模式的に示す図。
【図３】 本発明に従って製造されたファイバの屈折率
プロファイルを示す図。
プロファイルを示す図。
【図４】 本発明に従って製造されたファイバの屈折率
プロファイルを示す図。
プロファイルを示す図。
【図５】 本発明に従って製造されたファイバの屈折率
プロファイルを示す図。
プロファイルを示す図。
【図６】 本発明に従って製造されたファイバの屈折率
プロファイルを示す図。
プロファイルを示す図。
【図７】 本発明のプロセスに従って予測されたドーパ
ントの質量比プロファイルを示す図。
ントの質量比プロファイルを示す図。
【図８】 本発明のプロセスに従って予測されたドーパ
ントの質量比プロファイルを示す図。
ントの質量比プロファイルを示す図。
【図９】 本発明のプロセスに従って予測されたドーパ
ントの質量比プロファイルを示す図。
ントの質量比プロファイルを示す図。
【図１０】 本発明のプロセスに従って予測されたドー
パントの質量比プロファイルを示す図。
パントの質量比プロファイルを示す図。
【図１１】 本発明のプロセスに従って予測されたドー
パントの質量比プロファイルを示す図。
パントの質量比プロファイルを示す図。
【図１２】 本発明のプロセスに従って予測されたドー
パントの質量比プロファイルを示す図。
パントの質量比プロファイルを示す図。
【図１３】 本発明のプロセスに従って予測されたドー
パントの質量比プロファイルを示す図。
パントの質量比プロファイルを示す図。
【図１４】 予測されたドーパントの質量比プロファイ
ルと製造されたファイバのドーパントの質量比プロファ
イルとの比較を示す図。
ルと製造されたファイバのドーパントの質量比プロファ
イルとの比較を示す図。
【図１５】 本発明に従ったファイバ製造に用いられる
押し出し成形装置を示す図。
押し出し成形装置を示す図。
【図１６】 本発明のプロセスに従って予測されたドー
パントの質量比プロファイルをペクレ（Ｐｅｃｌｅｔ）
数の関数として示す図。
パントの質量比プロファイルをペクレ（Ｐｅｃｌｅｔ）
数の関数として示す図。
２ コアチューブ ３ コアチューブホルダー ４ 拡散部 ５ ダイホルダー ６ 出口側ダイ ７ ナット ８ クロスヘッドハウジング １０ ファイバ押し出し成形装置 １２ コア押し出し部 １４ クラッド押し出し部 １６ コネクタホース １８ コネクタパイプ ２０ 同時押し出し成形ヘッド ２２ 拡散部 ２４ 拡散領域 ２６ 出口側ダイ ２８ キャプスタン ３０ ノズル ３２ 半径モニター ３４ スプール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 リー エル．ブライラー ジュニア アメリカ合衆国、07920 ニュージャージ ー、バスキング リッジ、ケンシントン ロード 55 (72)発明者 アーサー クリフォード ハート ジュニ ア アメリカ合衆国、07930 ニュージャージ ー、チェスター、ノース ロード 396 (72)発明者 トッド アール．サラモン アメリカ合衆国、07928 ニュージャージ ー、チャサム、センター ストリート ５ (72)発明者 モントリ ビリヤユサコーン アメリカ合衆国、30071 ジョージア、ノ アクロス、ウィンツリー コート 5255
Claims (34)
- 【請求項１】 傾斜型屈折率（ｇｒａｄｅｄ ｉｎｄｅ
ｘ）プラスチック光ファイバを製造するプロセスにおい
て、当該プロセスが、第一ポリマー材料を第一ノズルに
導入する段階；第二ポリマー材料を前記第一ノズルの周
囲に同心円状に配置された第二ノズルに導入する段階；
ここで、前記第一ポリマー材料と前記第二ポリマー材料
のうちの少なくとも一方は少なくとも一種類の屈折率を
変化させる拡散可能なドーパントを含んでいる；前記第
一ノズル及び第二ノズルから前記第一及び第二ポリマー
材料を同心円状に拡散部に導き前記ドーパントの拡散が
前記第一及び第二材料との間のみで可能であるようにす
る段階；ここで、前記材料は少なくとも３３ｃｍの長さ
を有する拡散領域を通過して流れ、前記拡散領域の温度
は前記第一ポリマー材料のガラス転移温度及び前記第二
ポリマー材料のガラス転移温度よりも少なくとも５０℃
高い；前記第一及び第二ポリマー材料を前記拡散部から
出口側ダイを通じて少なくとも毎分０．５ｃｍ3のフロ
ーレートで押し出し成形する段階；及び、前記出口側ダ
イから前記材料を引き出して前記光ファイバを形成する
段階；を有することを特徴とするプラスチック光ファイ
バ製造プロセス。 - 【請求項２】 前記拡散領域長が少なくとも５０ｃｍで
あることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光
ファイバ製造プロセス。 - 【請求項３】 前記拡散領域長がおよそ５０ｃｍから４
００ｃｍであることを特徴とする請求項２に記載のプラ
スチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項４】 前記拡散部が管状であり、前記拡散部の
平均直径がおよそ０．２５ｃｍからおよそ２ｃｍである
ことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光ファ
イバ製造プロセス。 - 【請求項５】 前記拡散部がおよそ０．５０ｃｍの平均
直径を有していることを特徴とする請求項４に記載のプ
ラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項６】 前記第一ポリマー及び第二ポリマー材料
の前記拡散領域における滞在時間がおよそ１分から１２
０分であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチ
ック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項７】 前記結果として製造されるファイバがお
よそ１２５μｍからおよそ１０００μｍの外径を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光ファ
イバ製造プロセス。 - 【請求項８】 前記ファイバ製造レートが少なくとも毎
秒０．５メートルであることを特徴とする請求項７に記
載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項９】 前記ファイバ製造レートが少なくとも毎
秒１メートルであることを特徴とする請求項８に記載の
プラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１０】 前記第一及び第二ポリマー材料が同一
であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック
光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１１】 前記第一ポリマー材料が前記ドーパン
トを有しており、前記ドーパントが前記第一及び第二ポ
リマー材料よりも高い屈折率を有していることを特徴と
する請求項１０に記載のプラスチック光ファイバ製造プ
ロセス。 - 【請求項１２】 前記第一及び第二ポリマー材料のうち
の少なくとも一方が少なくとも二種類の屈折率を変化さ
せる拡散可能なドーパントを含んでいることを特徴とす
る請求項１に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセ
ス。 - 【請求項１３】 前記プロセスにおいて、前記拡散領域
長に亘って明確な温度領域が実現されていることを特徴
とする請求項１に記載のプラスチック光ファイバ製造プ
ロセス。 - 【請求項１４】 前記第二ポリマー材料が少なくとも一
種類のドーパントを含んでいることを特徴とする請求項
１に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１５】 前記プロセスにおいて、ペクレ数Ｐｅ
Lが１０から５００の間であることを特徴とする請求項
１に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１６】 請求項１に記載のプロセスによって製
造された光ファイバ。 - 【請求項１７】 傾斜型屈折率プラスチック光ファイバ
を製造するプロセスにおいて、当該プロセスが、第一ポ
リマー材料を第一ノズルに導入する段階；第二ポリマー
材料を前記第一ノズルの周囲に同心円状に配置された第
二ノズルに導入する段階；ここで、前記第一ポリマー材
料と前記第二ポリマー材料のうちの少なくとも一方は少
なくとも一種類の屈折率を変化させる拡散可能なドーパ
ントを含んでいる；前記第一ノズル及び第二ノズルから
前記第一及び第二ポリマー材料を同心円状に拡散部に導
き前記ドーパントの拡散が前記第一及び第二材料との間
のみで可能であるようにする段階；前記第一及び第二ポ
リマー材料を前記拡散部から出口側ダイを通じて押し出
し成形する段階；及び、前記出口側ダイから前記材料を
引き出して前記光ファイバを形成する段階；を有してお
り、前記プロセスのパラメータが、（ａ）拡散領域長、
拡散領域半径、前記第一及び第二ポリマー材料における
ドーパントの拡散係数、及び前記第一及び第二ポリマー
材料のフローレートを含む、プロセス及び材料特性に係
る値を与える段階；（ｂ）予測されたドーパントすなわ
ち屈折率プロファイルを計算する目的で前記値を用いた
数値解析を実行する段階；及び、（ｃ）場合によっては
段階（ａ）及び（ｂ）を反復する段階；によって得られ
た予測されたドーパントすなわち屈折率プロファイルに
基づいて選択されていることを特徴とするプラスチック
光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１８】 前記プロセス及び材料特性が、さら
に、前記ドーパント／ポリマー系の密度の少なくとも一
つ、前記ドーパント／ポリマー系の粘性係数、及び前記
拡散部の温度を含んでいることを特徴とする請求項１７
に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項１９】 前記数値解析が、方程式及び境界条件
を離散化する混合有限要素法及び前記第一及び第二ポリ
マー材料の間の拡散フロント近傍の階を計算する目的で
の局所メッシュ改善を含むことを特徴とする請求項１７
に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項２０】 前記拡散領域長に関して与えられた値
がおよそ３３ｃｍからおよそ４００ｃｍであり、前記拡
散領域半径に関して与えられた値がおよそ０．２５ｃｍ
からおよそ２ｃｍであり、前記拡散係数に関して与えら
れた値がおよそ１×１０-8からおよそ１×１０-5ｃｍ2
／秒であり、及び、前記フローレートに関して与えられ
た値がおよそ０．５から１５ｃｍ3／分であることを特
徴とする請求項１７に記載のプラスチック光ファイバ製
造プロセス。 - 【請求項２１】 前記粘性係数の値がおよそ１０００か
らおよそ１００，０００ポワズであることを特徴とする
請求項１８に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセ
ス。 - 【請求項２２】 前記拡散部が管状であることを特徴と
する請求項１７に記載のプラスチック光ファイバ製造プ
ロセス。 - 【請求項２３】 前記第一及び第二ポリマー材料の前記
拡散領域における前記滞在時間がおよそ１分からおよそ
１２０分であることを特徴とする請求項１７に記載のプ
ラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項２４】 前記最終的に得られるファイバがおよ
そ１２５μｍからおよそ１０００μｍの外径を有してい
ることを特徴とする請求項１７に記載のプラスチック光
ファイバ製造プロセス。 - 【請求項２５】 前記ファイバ製造レートが少なくとも
毎秒１メートルであることを特徴とする請求項２４に記
載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項２６】 前記第一及び第二ポリマー材料が同一
であることを特徴とする請求項１７に記載のプラスチッ
ク光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項２７】 前記第一ポリマー材料が前記ドーパン
トを含んでおり、前記ドーパントが前記第一及び第二ポ
リマー材料よりも大きい屈折率を有していることを特徴
とする請求項２６に記載のプラスチック光ファイバ製造
プロセス。 - 【請求項２８】 前記第一及び第二ポリマー材料が少な
くとも二種類の屈折率を変化させる材料を有しているこ
とを特徴とする請求項１７に記載のプラスチック光ファ
イバ製造プロセス。 - 【請求項２９】 前記拡散領域長に亘って明確な温度領
域が実現されていることを特徴とする請求項１７に記載
のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項３０】 前記第二ポリマー材料が少なくとも一
種類のドーパントを含んでいることを特徴とする請求項
１７に記載のプラスチック光ファイバ製造プロセス。 - 【請求項３１】 前記ＰｅLが１０と５００との間であ
ることを特徴とする請求項１７に記載のプラスチック光
ファイバ製造プロセス。 - 【請求項３２】 請求項１７に係る前記プロセスによっ
て製造されたプラスチック光ファイバ。 - 【請求項３３】 傾斜型屈折率プラスチック光ファイバ
を製造する装置において、当該装置が、第一ノズル；前
記第一ノズルの周囲に同心円状に配置された第二ノズ
ル；前記第一及び第二ノズルの下流に配置された拡散
部；及び、前記拡散部の端部に取り付けられた出口側ダ
イ；を有しており、前記プロセスのパラメータが、
（ａ）拡散領域長、拡散領域半径、前記第一及び第二ポ
リマー材料におけるドーパントの拡散係数、及び前記第
一及び第二ポリマー材料のフローレートを含む、プロセ
ス及び材料特性に係る値を与える段階；（ｂ）予測され
たドーパントすなわち屈折率プロファイルを計算する目
的で前記値を用いた数値解析を実行する段階；及び、
（ｃ）場合によっては段階（ａ）及び（ｂ）を反復する
段階；によって得られた予測されたドーパントすなわち
屈折率プロファイルに基づいて選択されていることを特
徴とする傾斜型プラスチック光ファイバ製造装置。 - 【請求項３４】 前記プロセス及び材料特性が、さら
に、前記ドーパント／ポリマー系の密度の少なくとも一
つ、前記ドーパント／ポリマー系の粘性係数、及び前記
拡散部の温度を含んでいることを特徴とする請求項３３
に記載の傾斜型プラスチック光ファイバ製造装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/321,050 US6254808B1 (en) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Process for fabricating plastic optical fiber |
| US09/321050 | 1999-05-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356716A true JP2000356716A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=23248970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000151547A Abandoned JP2000356716A (ja) | 1999-05-27 | 2000-05-23 | プラスチック光ファイバ製造プロセス及びその装置、及びプラスチック光ファイバ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6254808B1 (ja) |
| EP (1) | EP1057617A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000356716A (ja) |
| KR (1) | KR20010066805A (ja) |
| CN (1) | CN1275479A (ja) |
| AU (1) | AU3535900A (ja) |
| BR (1) | BR0002427A (ja) |
| CA (1) | CA2308661A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014042023A1 (ja) | 2012-09-11 | 2014-03-20 | 旭硝子株式会社 | プラスチック光ファイバおよびその製造方法 |
| WO2021241760A1 (ja) | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 日東電工株式会社 | 光学用樹脂成形体の製造方法、樹脂製ファイバーの製造方法、及び樹脂製ファイバーの製造装置 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030009434A (ko) * | 2000-04-12 | 2003-01-29 | 나놉틱스, 인코포레이티드 | 플라스틱 광전송 매체를 제조하기 위한 방법 및 장치 |
| US7045010B2 (en) * | 2001-09-06 | 2006-05-16 | Alcatel | Applicator for high-speed gel buffering of flextube optical fiber bundles |
| EP1472073A1 (en) * | 2001-12-31 | 2004-11-03 | General Components Inc. | Optical fiber production system and crosshead die therefor |
| AU2003223170A1 (en) * | 2002-02-07 | 2003-09-02 | Photon-X, Inc. | Nanoporous random glassy polymers |
| US6859600B2 (en) * | 2002-05-30 | 2005-02-22 | Alcatel | Coated optical fiber and optical fiber ribbon and method for the fabrication thereof |
| US6861148B2 (en) * | 2002-11-22 | 2005-03-01 | Chromis Fiberoptics, Llc | Plastic optical fiber preform |
| US20050157999A1 (en) * | 2002-12-27 | 2005-07-21 | Zhen Zhen | Graded index polymer optical fiber and a method of making the same |
| DE602004003342T2 (de) * | 2003-02-10 | 2007-06-14 | Nanoptics Inc., Gainesville | Methode und apparat zur herstellung optischer übertragungsmedien |
| US20040251567A1 (en) * | 2003-06-13 | 2004-12-16 | Pierluigi Cappellini | Method and system for producing plastic optical fiber |
| US20040264899A1 (en) * | 2003-06-13 | 2004-12-30 | Peterson James F. | Flat plastic optical fiber and illumination apparatus using such fiber |
| US20050056952A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Walker James K. | Method of manufacturing multi-polymer optical fiber cable |
| KR20050050801A (ko) * | 2003-11-26 | 2005-06-01 | 삼성전자주식회사 | 플라스틱 광섬유 제조장치 및 그 제조방법 |
| US20070222093A1 (en) * | 2004-04-22 | 2007-09-27 | Takeshi Furuta | Production Method for Graded Index Type Optical Transmission Element |
| JP2006208551A (ja) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | プラスチック光ファイバ素線の製造方法およびその製造設備 |
| CN105291396B (zh) * | 2014-04-03 | 2017-08-11 | 江苏长飞中利光纤光缆有限公司 | 用于生产光纤保护空管的气体处理装置及模具组件 |
| CN107234790A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-10-10 | 江苏亨通光电股份有限公司 | 紧套光纤挤压生产工艺中免拆模穿纤的方法及免拆工装 |
| US11009662B2 (en) * | 2017-09-05 | 2021-05-18 | Facebook Technologies, Llc | Manufacturing a graded index profile for waveguide display applications |
| DE102018124175A1 (de) * | 2018-10-01 | 2020-04-02 | Sikora Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Produktionsanlage für plattenförmige oder strangförmige Körper |
| CN116408952B (zh) * | 2023-04-20 | 2025-09-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 大尺寸梯度折射率型塑料光纤预制棒的制备方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2960800D1 (en) * | 1978-03-14 | 1981-12-03 | Post Office | Method and apparatus for drawing optical fibres by means of a double crucible |
| US5235660A (en) * | 1992-07-10 | 1993-08-10 | Peachtree Fiberoptics, Inc. | Graded polymer optical fibers and process for the manufacture thereof |
| US5593621A (en) | 1992-08-17 | 1997-01-14 | Koike; Yasuhiro | Method of manufacturing plastic optical transmission medium |
| US5496913A (en) | 1992-11-02 | 1996-03-05 | Furukawa Electric Co., Ltd | Aromatic polycarbonate, a method for producing the same, and a plastic optical waveguide using the same |
| EP0664463A4 (en) | 1993-06-16 | 1997-08-20 | Sumitomo Electric Industries | BASE MATERIAL FOR PLASTIC OPTICAL FIBER, ITS PRODUCTION, AND METHOD AND APPARATUS FOR ITS PRODUCTION. |
| WO1995000868A1 (en) | 1993-06-18 | 1995-01-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Production method and apparatus for plastic optical fiber base material |
| JPH07276434A (ja) * | 1994-04-08 | 1995-10-24 | Sekisui Chem Co Ltd | 射出成形装置 |
| US5760139A (en) | 1994-04-18 | 1998-06-02 | Yasuhiro Koike | Graded-refractive-index optical plastic material and method for its production |
| CN1049050C (zh) | 1994-04-18 | 2000-02-02 | 小池康博 | 折射率梯度型光导树脂材料及其制造方法 |
| US5555525A (en) * | 1994-09-07 | 1996-09-10 | Industrial Technology Research Institute | Method of making graded refractive index polymeric optical fibers and optical fibers made by the method |
| US6106745A (en) * | 1995-11-30 | 2000-08-22 | Akzo Nobel Nv | Method of making graded index polymeric optical fibers |
| EP0942301B1 (en) * | 1996-03-28 | 2008-02-20 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Graded refractive index optical fiber and method of manufacturing the same |
| US5729645A (en) | 1996-08-13 | 1998-03-17 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Graded index optical fibers |
-
1999
- 1999-05-27 US US09/321,050 patent/US6254808B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-05-15 EP EP00304068A patent/EP1057617A3/en not_active Withdrawn
- 2000-05-17 CA CA002308661A patent/CA2308661A1/en not_active Abandoned
- 2000-05-17 AU AU35359/00A patent/AU3535900A/en not_active Abandoned
- 2000-05-18 BR BR0002427-9A patent/BR0002427A/pt not_active IP Right Cessation
- 2000-05-23 JP JP2000151547A patent/JP2000356716A/ja not_active Abandoned
- 2000-05-25 CN CN00117903A patent/CN1275479A/zh active Pending
- 2000-05-27 KR KR1020000028829A patent/KR20010066805A/ko not_active Ceased
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014042023A1 (ja) | 2012-09-11 | 2014-03-20 | 旭硝子株式会社 | プラスチック光ファイバおよびその製造方法 |
| US9304251B2 (en) | 2012-09-11 | 2016-04-05 | Asahi Glass Company, Limited | Plastic optical fiber and method for its production |
| WO2021241760A1 (ja) | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 日東電工株式会社 | 光学用樹脂成形体の製造方法、樹脂製ファイバーの製造方法、及び樹脂製ファイバーの製造装置 |
| JPWO2021241760A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | ||
| KR20230017767A (ko) | 2020-05-29 | 2023-02-06 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | 광학용 수지 성형체의 제조 방법, 수지제 파이버의 제조 방법, 및 수지제 파이버의 제조 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1057617A2 (en) | 2000-12-06 |
| EP1057617A3 (en) | 2003-01-29 |
| KR20010066805A (ko) | 2001-07-11 |
| BR0002427A (pt) | 2001-01-02 |
| AU3535900A (en) | 2000-11-30 |
| US6254808B1 (en) | 2001-07-03 |
| CN1275479A (zh) | 2000-12-06 |
| CA2308661A1 (en) | 2000-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000356716A (ja) | プラスチック光ファイバ製造プロセス及びその装置、及びプラスチック光ファイバ | |
| Ebendorff-Heidepriem et al. | Analysis of glass flow during extrusion of optical fiber preforms | |
| Beckers et al. | An overview on fabrication methods for polymer optical fibers | |
| US20010037663A1 (en) | Methods for producing optical fiber by focusing high viscosity liquid | |
| Evertz et al. | Dip coating of thin polymer optical fibers | |
| CN109362229B (zh) | 光纤素线的制造方法 | |
| Pone et al. | Drawing of the hollow all-polymer Bragg fibers | |
| JPWO1994004949A1 (ja) | プラスチック光伝送体の製造方法 | |
| US10370280B2 (en) | Method of making optical fibers with multiple openings | |
| US7135133B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing plastic optical transmission medium | |
| Gallichi‐Nottiani et al. | Toward the fabrication of extruded microstructured bioresorbable phosphate glass optical fibers | |
| US6527986B2 (en) | Extrusion process for fabricating plastic optical fiber | |
| US12493147B2 (en) | Continuously formed optical fiber with different core profile zones | |
| Samir et al. | Stack-and-draw manufacture process of a seven-core optical fiber for fluorescence measurements | |
| WO2021173429A1 (en) | Polymer optical fiber with tunable, hydrolytically stable overcladding | |
| Sohn et al. | Diffusion-assisted coextrusion process for the fabrication of graded-index plastic optical fibers | |
| Asai et al. | High-bandwidth graded-index plastic optical fiber by the dopant diffusion coextrusion process | |
| Yu et al. | Process analysis of COC terahertz fiber fabrication by one-step extrusion | |
| Hirose et al. | Graded-index plastic optical fiber prepared by the coextrusion process | |
| WO2018067445A2 (en) | Method to make optical fibers with multiple openings | |
| Jaluria | Manufacture of optical fibers: drawing and coating processes | |
| CN116330609A (zh) | 用于制作聚合物光纤的分层共挤模具及生产设备 | |
| EP4063923A1 (en) | Optical fiber with sequential varying core profile zones | |
| CN116330610B (zh) | 聚合物光纤及聚合物光缆的制备方法 | |
| Elistratova et al. | Simulation of gas flow and its effect on the optical properties of nested antiresonant nodeless hollow-core fibres |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050223 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050223 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050223 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20050523 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050608 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20050527 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20050823 |