JP3733000B2 - 光ファイバーアレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバーアレイ、特に、光ファイバーリボンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーリボンは、遠隔通信、コンピュータおよびデータ情報を送信するために使用される。光ファイバーリボンの一般的構造、並びに光ファイバーリボンの製造に用いられる材料およびプロセスパラメータは、現場で光ファイバーリボンがどのように動作するかという点で重要な役割を演じることができる。一般に、光ファイバーリボンの構造は二つの大きなカテゴリー、即ち、サブユニットを含まないリボンとサブユニットを含むリボンとに分類することができる。リボン／サブユニット設計は、典型的には、サブユニットマトリックスで囲まれた少なくとも一つの光ファイバーを備えたサブユニットを含んでおり、該サブユニットマトリックスは、少なくとも一つの他のサブユニットをも取囲む共通のマトリックスによって囲まれている。
【０００３】
サブユニットなしの光ファイバーリボンは、加工技能についての問題を提示する可能性がある。例えば、サブユニットを含まない光ファイバーリボンを光ファイバーサブセットに分離するときに、熟練工は高価な高精度器具を使用しなければならない。更に、連結／スプライス法は、光ファイバーの種々のサブセットのために特殊化された、スプライスおよび封入のためのユニット／ツールの在庫を必要とすることがある。熟練工が光ファイバーリボンを手で、または充分な精度のない工具を用いてサブセットに分離することを選ぶ場合は、離れ離れの光ファイバーを生じる可能性がある。離れ離れの光ファイバーは、光学リボンの接続、組織化、帯状化、およびスプライス加工において問題を生じる可能性がある。
【０００４】
光ファイバーリボン1の一例が、図1に示されている。光ファイバーリボン１はサブユニット２を有しており、該サブユニットは、サブユニットマトリックス５の中に配置され且つ共通のマトリックス４に取囲まれた光ファイバー３を含んでいる。サブユニットを有する光ファイバーリボンは、例えば分離を改善し、離れ離れのファイバーの発生を回避するという幾つかの利点を有している。更に、サブユニットを有する光ファイバーリボンは、高いファイバー密度のネットワークを達成できるように、全体のケーブル直径を減少させることができる。しかし、一つの取扱い上の問題として、サブユニットをバンド分離する際に、翼部Ｗが形成される可能性がある（図１）。これは、共通マトリックス４とサブユニットマトリックス５との接着が十分でないことによって起きる可能性がある。翼部Ｗの存在は、例えば、熟練工による光リボンの組織化、連結、帯状化、およびスプライシングの操作に悪影響を及ぼす可能性がある。加えて、翼部Ｗはリボンの識別マーキングに関する。または例えば熱ストリッパー、スプライスチャックおよび融着スプライサー等のリボン取扱い器具とサブユニットとの適合性の問題を生じる可能性がある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の概念は、一緒に構成された複数の光ファイバーアレイ、例えば、略平坦なファイバーリボン２０，４０（図２および図３）を製造するために使用することができる。本発明により製造される光ファーバーリボンの重要な特徴は、複数のサブユニットに対する共通のマトリックスの接着性、および／または、サブユニットおよび共通マトリックスのヤング率特性からなっている。光リボン２０，４０はケーブル加工できるように丈夫であり、またケーブル布線操作後の低い減衰を含んでいる。加えて、光リボン２０，４０は熟練工が取扱えるように丈夫であり、また工具による光ファイバーサブユニットへの確実な分離、および離れ離れのファイバーまたは翼部の回避を含んでいる。
【０００６】
各光ファイバーリボン２０，４０は、夫々の光ファイバー２２を含んでいる。典型的な光ファイバー２２はシリカをベースとするコアを含んでおり、該コアは光を送信するように働き、該コアよりも屈折率の低いシリカをベースとするクラッド層に囲まれている。軟質の一次コーティングがクラッド層を囲んでおり、比較的剛性の二次コーティングが一次コーティングを囲んでいる。光ファイバーは、例えば、コーニングインコーポレーテッド社から商業的に入手可能な、単一モードまたは多重モードの光ファイバーであり得る。
【０００７】
光ファイバーリボン２０，４０は夫々のサブユニット２６，４６を含んでおり、各サブユニットは夫々のサブユニットマトリックス層２３，４３を有し、その中に複数の光ファーバー２２が配設されている。共通マトリックス２４は各サブユニット２６を囲んでおり（図２）、また共通マトリックス４４は隣接するサブユニット４６の向い合う側部の間に介装されている（図３）。以下で更に説明するように、夫々のサブユニットマトリックスと共通マトリックスとの間２３，２４および４３，４４には、接着ゾーン２８，４８が夫々形成されている（図２Ａ，３Ａに模式的に示してある）。
【０００８】
一般に、光ファイバー２２を略平行に配置し、その回りにＵＶ硬化性のサブユニットマトリックス材を押出して、これをＵＶ照射源で硬化させることによってサブユニット２６，４６を作ることができる。次に、サブユニット２６の周囲にＵＶ硬化性の共通マトリックス２４を押出し、光ファーバーリボン２０を形成する。ＵＶ硬化性の共通マトリックス４４を、サブユニット４６の対面する側部につけることにより、光ファーバーリボン４０を形成することができる。何れにしても、共通マトリックス２４，４４は、ＵＶ照射源で硬化させることができる。ＵＶ照射源は、Ｈバルブ（Hbulb）またはＤバルブ（Dbulb）がよい。Ｈバルブは、硬化勾配およびより良好な剥離性を確立するために好ましく、Ｄバルブは最小の硬化勾配が望まれる場合に好ましい。好ましい実施例において、共通マトリックス２４，４４の夫々の配合は、光開始剤を含有するＵＶ硬化性アクリレート材を含んでいるのが良い。或いは、共通マトリックス２４，４４は、比較的長い波長のＵＶスペクトルの中に光活性ピーク吸収を有する光硬化剤を含んでもよい。例えば、共通マトリックス層２４，４４は、アルファヒドロキシケトン材料およびフェニルホスフィンオキシド誘導体を有する一以上の光開始剤（例えば、チバ社から商業的に入手可能なDAROCURE 4265 (HMPP/TPO) ）または他の適切な光開始材を含むことができる。更に、光ファイバー２２に対するサブユニットマトリックス２３，４３の皮むき性(strippability)／剥離性を向上させるために、光ファイバーリボン２０，４０は、光ファイバー２２と夫々のサブユニットマトリックス２３，４３との間に夫々の離型層（図示せず）を含んでもよく、その例として、その全体を本明細書の一部として本願に援用するUS-A-4900126に開示されているものが挙げられる。
【０００９】
本発明によれば、サブユニットマトリックスに対する共通マトリックスの接着性を増大し、またサブユニットマトリックスに比較して共通マトリックスの凝集強度を低下させるために、共通マトリックス２４，４４の夫々の厚さは最小限とする。厚さが約2μm〜約75μm以上のサブユニットを覆って配置されるとき、共通マトリックス２４の厚さｔ（図２）は約25μm以下であり、好ましい範囲は約5μm〜10μmである。
【００１０】
本発明に従って製造された光ファイバーリボンは、制御されたサブユニット／共通マトリックスモジュラス比を有することになる。このサブユニット／共通マトリックスモジュラス比は、望ましいモジュラス特性が得られるように、適切なＵＶ硬化性材料を選択し、且つ硬化プロセスにおいて該材料が露出されるＵＶ照射を制御することによって達成される。硬化した夫々のマトリックスのモジュラス特性は等しくないのが好ましい。即ち、共通マトリックス２４，４４は、各サブユニットマトリックス２３，４３よりも剛性が小さい。より詳しく言えば、ＵＶ硬化性材料、照射源およびプロセスパラメータは、サブユニットマトリックス／共通マトリックスモジュラス比が約1.5：１〜約60：１の範囲になるように選択される。このサブユニットマトリックス／共通マトリックスモジュラス比は、共通マトリックスのモジュラスに対するサブユニットマトリックスのモジュラスの比として定義することができる。更に好ましくは、サブユニット／共通マトリックスモジュラス比は、約2.3：１〜約25：１の範囲である。最も好ましくは、サブユニット／共通マトリックスモジュラス比は約18：１、即ち、約900 MPa：50 Mpaである。上記の範囲は、共通マトリックス２４，４４と夫々のサブユニットマトリックス２３，４３との間の凝集強度が、サブユニットの分離作業の際に、サブユニットマトリックスが破断する前に共通マトリックスが切れるべきものであることを保証する。
【００１１】
モジュラス特性に加えて、共通マトリックス２４，４４は良好な摩擦特性を示す。適切なＵＶ硬化性材料は、工具でのサブユニット分離により引き起こされる応力誘導減衰を低減させるために、共通マトリックスの静的ＣＯＦ（μstatic）を最小限にする。最適なμstaticの範囲は約1.0以下である。更に、リボンマトリックス２３，４３は、ＣＯＦを低減するための添加剤を含むことができ、この添加剤としては、本願と共通の譲受人に譲渡された米国特許第5561730号に開示されているものであり、該特許の全体を本明細書の一部として本願に援用する。米国特許第5561730号はまた、μstaticの値を決定するための適切な方法を開示している。
【００１２】
本発明による幾つかの方法を、図２、図３中の２Ａ、３Ａに概略的に示されている、サブユニットマトリックス２３，４３と夫々の共通マトリックス２４，４４との間の接着ゾーン２８，４８を形成するために使用することができる。例えば、分子レベルにおいて、サブユニットマトリックス２３，４３の外表面を酸化し、その後に共通マトリックス２４，４４を塗布し、硬化させることによって接着ゾーン２８，４８を形成することができる。或いは、接着ゾーン２８，４８は、結合処理剤を塗布した後に、共通マトリックス２４，４４を塗布および硬化させることによって形成してもよい。接着ゾーン２８，４８の機能は、サブユニットを分離する際に、望ましくない偶然の分離および翼部の形成を阻止するために充分に丈夫な制御された接着を、共通マトリックスとサブユニットマトリックスとの間に確立することである。他方、制御された接着は、サブユニットを分離する際の如何なるサブユニットマトリックスの破壊をも回避し、それによって迷いファイバーの形成を回避するように設定される。
【００１３】
コロナ放電処理を、サブユニット２６，４６の表面に適用することができる。本発明は、接着ゾーン２８，４８を形成するために、従来のコロナ処理装置を使用することを想定している。このコロナ処理は、ＵＶ照射による硬化の後に、サブユニット２６，４６を、接地された導電体上に通すプロセスを含むことができる。この導電体上に高電圧電極が配置され、サブユニットと電極との間に小さなエアギャップが残るように離間される。コロナ放電はマトリックス材料を酸化し、サブユニットマトリックス材料に極性基／反応部位を形成する。共通マトリックス２４，４４は、その塗布およびＵＶ硬化の際に該反応部位と結合する。接着ゾーン２８，４８は、共通マトリックス２４，４４上の夫々の反応部位に対するサブユニット２６，４６の酸化外表面層の結合層を備えている。
【００１４】
接着ゾーン２８，４８はまた、溶媒で希釈し、または溶液にした光開始材および／またはモノマーを含む結合処理剤を備えていてもよい。この結合処理剤は、非常に薄い均一に分布した層としてサブユニット２６，４６に塗布される。この結合処理剤は、光開始剤と組合わされたＵＶアクリレート材であるのがよい。この光開始剤は、Ｈバルブでの高エネルギー活性化のために、略250 nmでの高い定格吸収を有するものが好ましく、その例としては、α-ヒドロキシケトン、例えばチバ社から商業的に入手可能なDAROCURE 1173 (HMPP)、ベンゾフェノン誘導体を伴うIRGACURE 184 (HCPK)、またはIGRACURE 500 (HCPK/BP)が挙げられる。光開始剤が活性化されると、これは夫々のサブユニットマトリックス２３，４３の未反応部位と結合し、該部位を反応性にする。次いで、その上に共通マトリックス２４，４４がそれぞれ塗布され、ＵＶ光源で照射される。
【００１５】
変形例として、結合処理剤は、溶媒（例えばアセトンまたは不粘性溶媒）で溶液にしたモノマー、例えばジペンタエリスリトールを含む２−（エトキシエトキシ）エチルアクリレートを備えていてもよい。このモノマーべスの結合処理剤は、サブユニットマトリックス材料に浸透して、その中に良好な分子グリップを獲得することができる。また、このモノマーベースの結合処理剤は、共通マトリックス材料２４，４４と反応する部位を提供する。加えて、この結合処理剤は、共通の溶剤に入った光開始剤およびモノマー混合物であっても良い。
【００１６】
結合処理剤は、ダイで塗布され、その上に薄くのばされ、霧状に供給され、または他の何れかの適切な方法により、サブユニット２６，４６上に塗布されるのがよい。この結合処理剤は、共通マトリックスをつける前に、ＵＶ光源を用いて部分的または完全に硬化させることができる。好ましくは、該結合処理剤は約５μm以下の厚さに形成する。結合処理剤は、共通マトリックス材料の塗布と共にインラインで塗布することができる。しかし、オフラインプロセスで結合処理剤を塗布することもできる。
【００１７】
共通マトリックス２４，４４、サブユニットマトリックス２３，４３、および／または結合処理剤の吸収性を高めるために、その配合に少なくとも一種類の従来のＵＶ吸収剤を含めてもよい。ＵＶ吸収剤は入射光を吸収し、これを熱エネルギーに変換することによって作用する。しかし、ＵＶ吸収剤の使用は、当該配合の硬化速度を低下させるので、これに対抗するために、配合に光開始剤を添加し、またはその濃度を高めるのが適切である。適切なＵＶ吸収剤は、本明細書の一部として本願に援用されるUS-A-4482224に開示されている。もう一つの適切なＵＶ吸収剤は、TINUVINの商品名で販売されており、チバ社から商業的に入手可能である。
【００１８】
上記を考慮して、光ファイバーアレイの製造方法は、概略的には、
（ａ）夫々のサブユニットマトリックスに囲まれた少なくとも一つの光ファイバーを含む少なくとも一つのサブユニットを供給する工程と；
（ｂ）少なくとも一つのサブユニットに隣接する共通マトリックスを作製し、該共通マトリックスの共通マトリックスモジュラスが前記サブユニットマトリックスのサブユニットマトリックスモジュラスよりも低くなるように、前記共通マトリックスを硬化させる工程と；
（ｃ）前記共通マトリックスを形成する前およびその形成の際に、前記共通マトリックスと前記サブユニットマトリックスとの間に、サブユニットの意図しない分離を阻止するために充分に丈夫であるが、サブユニットの分離の際にサブユニットの破壊を最小限にするために充分に弱い接着ゾーンを形成する工程とを具備することができる。
【００１９】
接着ゾーンを形成する工程は、前記サブユニットマトリックス外表面の酸化を含んでもよい。この酸化は、サブユニットマトリックスのコロナ処理によって達成することができる。接着ゾーンを形成する工程は、共通マトリックスを、少なくとも一つのサブユニット外表面の酸化により形成された極性基と反応させることを含むことができる。加えて、接着ゾーンを形成する工程は、結合処理剤を塗布および硬化させ、続いて共通マトリックスを塗布および硬化させることを含むことができる。接着ゾーンを形成する工程は、サブユニット外表面を酸化する工程と、結合処理剤を適用する工程との組合せを含むことができる。
【００２０】
本発明は上記実施例を参照して説明してきたが、これらの実施例は本発明の概念を限定することを意図したものではなく、これを例示することを意図したものである。当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく、上記実施例の変形および改変が可能であることを承認するであろう。例えば、本発明の概念は比平面的な光ファイバーアレイ、例えば、ブローンファイバーサブユニットのような、円筒状の低モジュラスマトリックスを包含することができる。加えて、当該光ファイバーアレーは、例えば、サブユニットマトリックスにより連結され、且つ本発明による共通マトリックスで囲まれた光ファイバーの束であってもよい。もう一つの想定される変形例において、ＵＶ硬化性アクリレートは、例えばＰＶＣ、ＰＥ、ＳＥＢＳ、および／またはＰＰを含む熱可塑性樹脂により置換することができる。本発明の概念は、積み重ねた二以上の光ファイバーリボンが低モジュラスのマトリックス材料を用いて一緒に結合されるように、リボンスタックの形成に使用することができる。加えて、本発明の概念は、多重コアの光ファイバーにも適用可能である。
【００２１】
更に、サブユニットの中にどのような本数の光ファイバー（例えば１〜３６本以上の光ファイバー）を有する光ファイバーリボンでも製造することができる。その中に、サブユニットマトリックスモジュラスを有する夫々の第一のマトリックスで囲まれた少なくとも２本の光ファイバーを含む少なくとも一つの光ファイバーリボンと；少なくとも一つのサブユニットに隣接して配置された、マトリックスモジュラスを有する第二のマトリックスとを有し、前記サブユニットマトリックスモジュラスは、前記第二のマトリックスモジュラスに等しくなく、それにより前記第二のマトリックスは前記第一のマトリックスよりも剛性が低い光ファイバーアレイ（図示せず）を製造することができる。更に、前記サブユニットの外表面の酸化は、炎処理またはＵＶ照射に露すことによって達成することができる。更にまた、接着ゾーン２８，４８は、サブユニット表面の酸化および結合処理剤塗布の組合せによって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の背景技術に従う光ファイバーリボンの断面図である。
【図２】図２は、本発明による光ファイバーリボンの断面図である。
【図３】図３は、本発明による光ファイバーリボンの断面図である。
【符号の説明】
２０，４０…ファイバーリボン
２２…光ファイバー
２６，４６…サブユニット
２３，４３…サブユニットマトリックス層
２４，４４…共通マトリックス
２８，４８…接着ゾーン

Claims (8)

1. サブユニットマトリックスモジュラスを有する夫々のサブユニットマトリックスで囲まれた少なくとも１本の光ファイバーを中に含む、少なくとも一つのサブユニットと、
   少なくとも一つの前記サブユニットに隣接して配置された、共通マトリックスモジュラスを有する共通マトリックスとを備え、
   サブユニット／共通マトリックスモジュラス比は、前記共通マトリックスモジュラスに対する前記サブユニットマトリックスモジュラスの比として定義され、
   前記サブユニット／共通マトリックスモジュラスの比が、約１．５：１以上であり、
   前記共通マトリックスは、約１．０以下の静止摩擦係数（μstatic）を有し、
   前記共通マトリックスと前記サブユニットマトリックスとの境界に、接着性を制御することができるように接着ゾーンが形成され、該接着ゾーンはサブユニットマトリクスを酸化することによって形成されている、
   ことを特徴とする光ファイバーアレイ。
2. 前記サブユニットマトリックスの厚さが約２μｍ〜約７５μｍ以上である、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
3. 前記共通マトリックスの厚さが約５μｍ〜約２５μｍ以上である、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
4. 前記サブユニット／共通マトリックスモジュラス比が、約２．３：１〜約２５：１である、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
5. 前記共通マトリックスが、約１．０以下の摩擦係数（μstatic）を有する、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
6. 前記光ファイバーアレイは、ほぼ平坦な構造を備えている、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
7. 前記サブユニット／共通マトリックスモジュラス比は約６０：１以下である、
   請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
8. 光ファイバーアレイを製造する方法であって、
   （ａ）夫々のサブユニットマトリックスに囲まれた少なくとも一つの光ファイバーを含む少なくとも一つのサブユニットを供給する工程と、
   （ｂ）少なくとも一つのサブユニットに隣接し、且つ、約１．０以下の静止摩擦係数（μstatic）を有する共通マトリックスを作製し、該共通マトリックスの共通マトリックスモジュラスが前記サブユニットマトリックスのサブユニットマトリックスモジュラスよりも低くなるように、前記共通マトリックスを硬化させる工程と、
   （ｃ）前記共通マトリックスを形成する前およびその形成の際に、前記共通マトリックスと前記サブユニットマトリックスとの境界に接着性を制御することができるように接着ゾーンを形成する工程とを備え、該接着ゾーンはサブユニットマトリクスを酸化することによって形成されている、
   ことを特徴とする方法。

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