JPH075332A

JPH075332A - プラスチック光ファイバ母材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH075332A
Application number: JP5147278A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Hosoya; 俊史細谷; Takeshi Nonaka; 毅野中; Takehito Kobayashi; 勇仁小林; Hiroo Matsuda; 裕男松田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、プラスチック光ファイバ母材及び
その製造方法を提供する。【構成】有機重合体のプラスチック材料を用いてコア
層１０１とクラッド層１０２を構成してなるプラスチッ
ク光ファイバ用の母材であって、クラッド層１０２の外
周部に当該クラッド層１０２を形成する材料と同質であ
り且つその純度が当該クラッド層１０２より低い材料か
らなるジャケット層１０３を形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック光ファイ
バ母材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】コアも
クラッドも共にプラスチックの光ファイバは、光信号の
送受を行う例えば電子装置間において、その伝送損失が
問題とされない近距離の光伝送路として、ガラスファイ
バと比べて使いやすく低価格なために、多用されてお
り、特にＬＡＮ，ＩＳＤＮ等の次世代通信網構想におい
て重要となっている。

【０００３】従来においては、図７に示すようにこのプ
ラスチック光ファイバ０１は、コア０２にＰＭＭＡ（ポ
リメチルメタクリレート樹脂），ＰＣ（ポリカーボネー
ト樹脂）又はこれらの共重合樹脂等を用い、クラッド０
３にフッ素樹脂を用いてなる図７（Ｂ）に示すような屈
折率分布を有する、ステップインデックス（ＳＩ）型光
ファイバが実用化されている。

【０００４】また、このＳＩ型光ファイバに対して時間
当りの情報量を多量に送れる、図７（Ｃ）に示すような
屈折率分布を有する、グレートインデックス（ＧＩ）型
光ファイバは、例えば特公昭５２−５８５７号，特公昭
５４−３０３０１号，特開昭６１−１３０９０４号等の
各公報等に開示されているが、製造上等の観点から種々
の問題があり、未だ所望のものが得られていない。

【０００５】一方、本出願人も円筒内に屈折率差の異な
る二種の材料を注入して遠心力作用下で重合積層させる
ことを繰返して屈折率が連続的に変化するプラスチック
光ファイバ用プリフォームの製造方法について先に提案
したが（特開昭６０−１１９５０９号公報参照）、所望
の設計値通りに屈折率を管理するために手間がかかり、
廉価に製造できないという問題がある。

【０００６】また、通常使用されるプラスチック光ファ
イバは、クラッド層の周囲に更にジャケット層若しくは
シース層と称される被覆部が設けられている（特開昭６
０−２３０１０４号公報第１図参照）。この被覆部の目
的はプラスチック光ファイバ本体を保護するためである
が、例えば特開昭５８−１７８３０２号公報，特開昭６
０−５７８１１号公報に開示されているように、耐熱性
や耐候性を有するシース材を選択することで、耐熱性，
耐候性の良好なファイバを提供している。また、特開平
４−１９０２０４号公報に開示されるように、ジャケッ
ト層に無機充填剤を含有させ、金属めっきを表面に形成
し易くさせる等の用途としても用いられている。

【０００７】しかしながら、これら従来の被覆部の形成
は、光ファイバ母材を線引した後、ダイス塗布又は押出
し等の方法により行っていたので製造に手間がかかり、
生産性が悪く安価に製造できないという問題がある。ま
た、被覆層を設けない代りに光ファイバ本体の外径を太
くしてクラッド層と保護層とを兼ねることも考えられる
が、この場合には、単位長さ当りのプラスチック材料の
使用量が増大してしまうという問題がある。さらに、プ
ラスチック光ファイバに用いるプラスチック材料は、光
学的透明性を高めるために、精製を行った純度の高い高
価なものが使用されるため、単位長さ当りの使用量の増
加は製造費用の増大の要因となり、安価にできないとい
う問題がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、所望の屈折率変
化を有し、且つ製造が簡易で廉価となるジャケット層を
有するプラスチック光ファイバの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係るプラスチック光ファイバ及びその製造方法は、
有機重合体のプラスチック材料を用いてコア層とクラッ
ド層を構成してなるプラスチック光ファイバ用の母材で
あって、クラッド層の外周部に当該クラッド層を形成す
る材料と同質であり且つその純度が当該クラッド層より
低い材料からなるジャケット層を形成してなることを特
徴とする。

【００１０】また、上記構成において、上記ジャケット
層が酸化防止剤，光吸収剤又は光散乱剤等の機能性材料
を少なくとも一種以上含むようにしてもよい。

【００１１】また、上記構成において、クラッド層の厚
みがコア層のコア径の１０％以上４０％以下であり、且
つ当該ジャケット層の厚みがクラッド層の厚みより大で
あるようにしてもよい。

【００１２】また、上記構成において、光ファイバ母材
の中心から外径方向に向ってその屈折率を漸次降下する
屈折率分布を形成するようにしてもよい。

【００１３】また、この製造方法は、有機重合体のコア
層とクラッド層とを形成してなるロッドの周囲に、ジャ
ケット層を構成する有機重合体からなる塗布液を均一に
塗布し、乾燥させることにより当該ジャケット層を形成
することを特徴とする。

【００１４】以下、本発明の内容を説明する。

【００１５】本発明のプラスチック光ファイバ母材用母
材は、コア層及びクラッド層からなるロッドの外周に当
該コア層及びクラッド層を形成する有機重合体と実質的
に同質であり且つその純度がそれよりも低い材料からな
るジャケット層を形成してなるものである。そして、母
材形成後線引きして樹脂層を被覆して図１に示すような
コア層１０１の外周に高純度の重合体のクラッド層１０
２とその外周に低純度の重合体のジャケット層１０３か
らなる光ファイバを形成する。このように、母材状態で
クラッド層外周にジャケット層１０２を形成しておく
と、母材を溶融線引する際に、一度にジャケット層まで
形成するために、後工程でジャケット層を塗布する必要
が無く、生産性が大きく向上する。なお、識別等の目的
で、ジャケット層の周囲に、更に最外層の樹脂層１０４
を設ける場合もあるがこの場合は、樹脂層に保護層的な
機能を持たせる必要が無いため、従来よりも安価な樹脂
を用いることができ、樹脂層の厚みも、薄くできるとい
う利点がある。

【００１６】また、接続のためにコネクタを付ける時
は、通常プラスチック光ファイバから樹脂層を除去する
必要があるが、本発明のようにプラスチック光ファイバ
自体がジャケット層を有していると、樹脂層除去後も充
分な強度を有しているので、コネクタ部でも高い強度を
維持できるという利点がある。また、一般にコネクタ等
の接続具は規格化されているものが多く、規格に適合す
るために伝送に寄与しないファイバの外周近傍まで高純
度のものとせず、低純度のジャケット層とすることで廉
価なものとなる。

【００１７】本発明の方法は、プラスチック光ファイバ
が特にＧＩ型プラスチック光ファイバの場合に有用であ
る。すなわち、ＳＩ型プラスチック光ファイバの場合は
溶融させて液状になっているコア材を引き落としてファ
イバを作製する事が多いのに対し、ＧＩ型プラスチック
光ファイバは特公昭５２−５８５７号公報に示すごと
く、まず屈折率分布を持った母材を作製し、その母材を
線引してファイバとする事が多いので、ＧＩ型の母材形
成時に連続してジャケット付けの工程を入れれば、容易
にジャケット付きの母材を作製する事ができるからであ
る。

【００１８】本発明でコア層とクラッド層を形成するロ
ッドの主成分である重合体（以下「重合体Ａ」という）
とは、メチルメタクリレートの単独重合体（ポリメチル
メタクリレート：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）、及び例えば単官能の（メタ）アクリレート類，弗
素化アルキル（メタ）アクリレート類，多官能（メタ）
アクリレート類，多官能（メタ）アクリレート類，アク
リル酸，メタクリル酸，スチレン，クロルスチレン等の
単量体とメチルメタクリレートとの透明な共重合体をい
う。

【００１９】本発明でジャケット層を形成する材料と
は、上記クラッド層を形成する材料である重合体Ａと同
質であり且つその純度がそれよりも低い重合体Ａ′をい
う。具体的にはコア層及びクラッド層を構成する高純度
の重合体Ａは光伝送に寄与するためのものであるので、
重合体Ａの純度が９９％以上の高いものをいい、一方の
ジャケット層を構成する重合体Ａ′は光伝送には直接寄
与しないので、重合体の純度が９９％以下のものをい
い、少くとも純度が８０％程度であればよい。但し、こ
こでいう純度とは、重合禁止剤等の光伝送に何ら寄与し
ない不純物に対して用いるものであり、屈折率を変化さ
せるために添加している材料は不純物とは当然見なさな
い。このように、純度の低い材料をジャケット層に使用
することによって、市販の安価な重合体を利用できるの
で、外径を太くしても、非常に安価でかつ伝送特性の良
好なプラスチック光ファイバを作製することができる。
ここでジャケット層を構成する材料にコア層及びクラッ
ド層と同質のものを用いるのは、同様な目的で他の材質
のもので形成された場合と比べ、作業現場でのハンドリ
ングの向上及び樹脂層を剥す場合に該ジャケット層をも
共に剥離することを防止するためである。また、異なる
融点のものを用いると、線引の母材溶融の際に、クラッ
ド層とジャケット層が別個に溶融してしまうので、その
点からも同種の材料を使用することが望ましい。

【００２０】また、上記ジャケット層には、例えば酸化
防止剤、光吸収剤又は光散乱剤等の各種機能を有する機
能性材料を含有させ、それらの該機能を発揮するように
してもよい。これらは単独でも混合して添加してもよ
い。

【００２１】例えば、ヒンダードフェノール，ヒンダー
ドアミン，アリルアミン，ホスファイト，チオエーテル
等に代表される酸化防止剤を当該ジャケット層に含有さ
せることで、不透明化防止及び着色防止機能を発揮する
ようにしてもよい。

【００２２】また、図２に示すように、コア層及びクラ
ッド層１０２の外周に設ける当該ジャケット層１０３
に、ベンゾトリアゾール，ベンゾフェノン，ベンゾエー
ト，シアノアクリレート等に代表される光吸収剤１０５
を含有させることで、従来において、伝搬光Ｌを入射し
た場合にクラッド層１０２を伝搬する迷光Ｌ_x（図３参
照）を、効率よく吸収することができる。尚、ＴｉＯ₂
粉末等の光散乱剤を用いた場合にもその光散乱機能を発
揮させることができる。

【００２３】また、図４に示すように、本発明で得られ
プラスチック光ファイバ母材のクラッド層の厚みＤ
₁は、コア層のコア径Ｄ₂の１０％以上で４０％以下で
あり、且つジャケット層の厚みＤ₃がクラッド層の厚み
Ｄ₁より大であることが好ましい。これはＤ₁がＤ₂の
１０％未満の場合には、通信光の一部が透明性の低いジ
ャケット層をも伝搬するため、伝送特性が悪化するから
である。通信光は大部分がコア層内を伝搬していくが、
一部はコアの外側に広がって伝搬するので、クラッドは
コアに比べてある程度以上の厚みがなければならない。
また４０％を超えた場合には、完全に通信光の伝搬に寄
与しない領域にも高価なクラッド用材料を使用すること
になるので、製造費の削減には寄与しないからである。

【００２４】このジャケット層を設けた光ファイバ母材
は図４（Ｂ）に示すように、光ファイバ母材中心から外
径方向に向ってその屈折率を漸次降下させたＧＩ型の屈
折率分布を形成している。

【００２５】この、ＧＩ型の屈折率分布を形成するため
には、ロッドを形成する重合体Ａの屈折率と異なる屈折
率を有する材料Ｂを用いて順次塗布液の屈折率を漸次降
下させ塗布すればよい。

【００２６】ここで、上記重合体Ａの屈折率（Ｎａ）と
異なる屈折率を有する材料（以下、「材料Ｂ」という）
とは、重合体Ａの屈折率（Ｎａ）よりも低い屈折率（Ｎ
ｂ）を有する材料（以下、「材料Ｂ」という）であって
も、高い屈折率（Ｎｃ）を有する材料（以下、「材料
Ｃ」という）であってもよく、単量体に限定されること
はない。また、重合体Ａをポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）（Ｎａ：ｎ＝1.４９）とした場合における
材料の具体例としては、低屈折率の材料Ｂとしては、例
えば酢酸ヘキシル（Ｎｂ：ｎ＝1.４０８）を、一方の高
屈折率の材料Ｃとしては、例えばフタル酸ブチルベンジ
ルエステル（Ｎｂ：ｎ＝1.５３６）を、例示することが
できる。

【００２７】次に、プラスチック光ファイバ用母材を製
造する一例を図４を参照して説明する。

【００２８】図４は本発明の方法に用いられる塗布装置
の概略図であり、同図中、符号１１は出発ロッド、１２
は塗布手段、１３は供給タンク、１４は屈折率調整タン
ク、１５は乾燥器を各々図示する。重合体Ａは該重合体
Ａを溶解し得る溶剤と共に塗布原料とし供給タンク１３
内に注入されており、一方の材料Ｂは屈折率調整タンク
１４内に貯溜されており、塗布を重ねるごとに、あらか
じめ設定された光学的屈折率の勾配（屈折率分布）を得
るために、供給タンク１３内に屈折率調整タンク１４か
ら材料Ｂを導入することにより、供給タンク１３内の屈
折率を徐々に変化させている。

【００２９】そして、図４に示すように出発ロッド１１
を回転させながら、塗布手段１２としてのスプレーを、
軸方向に往復動させ、噴霧すると共に、乾燥器１５によ
る乾燥を行って、漸次屈折率が変化した噴射原料を噴霧
塗布し、母材の中心から外径方向に向って屈折率が漸次
降下してなるクラッド層を形成する。

【００３０】このクラッド層を形成した後、供給タンク
を低純度の塗布原料Ａ′に代えて、塗布し乾燥させ、こ
れらの操作を繰り返すことによりジャケット層を形成す
る。この際上述した機能性材料をその目的により適宜添
加すればよい。

【００３１】尚、出発ロッド１１に屈折率が徐々に変化
してなる供給原料を塗布する手段としては、公知の方向
を用いることができ、上述したスプレー式の塗布の他
に、刷毛を用いた刷毛塗りによっても同様に行うことが
できる。また、乾燥は、塗布と同時でも、又は塗布と乾
燥とを交互に行うようにしてもいずれであってもよい。

【００３２】上述したようにして得られた光ファイバ母
材は、通常の線引き操作、例えば当該光ファイバ母材を
鉛直状態に保持して加熱溶融し、所望のプラスチック光
ファイバを得る。

【００３３】図６は、スプレー方式又は刷毛塗り方式と
は別の塗布方法の一例を示すものであり、「キャスト方
式」の概略を示す。同図中、符号２１は出発ロッド、２
２は塗布タンク、２３は乾燥器及び２４は塗布液供給パ
イプを各々図示する。

【００３４】上記構成において、出発ロッド２１を塗布
タンク２２内に浸漬して引上げた後（図６（ａ），
（ｂ））、乾燥器２３を用いて乾燥する（図６
（ｃ））。そして、この工程を一工程として各工程毎
に、塗布タンク２２内の屈折率濃度を塗布液供給パイプ
２４からの屈折率調整用の原料を添加して順次変更さ
せ、繰り返しキャスティングを行い、クラッド層を形成
し、次いで原料を低純度のものに交替してジャケット層
を形成することで、母材の中心から外径方向に向って屈
折率が漸次減少してなる、図４に示すＧＩ型の分布のジ
ャケット層を有するプラスチック光ファイバ用母材１６
を形成する。

【００３５】（試験例）図４に示すクラッド層（Ｄ₁）
とジャケット層（Ｄ₂）とを下記「表１」のように設定
し、実施例と同様に操作し、コア径（Ｄ₃）２０mm，外
径４０mmの母材を作製し、各々溶融線引して外径１mmの
ＧＩ型プラスチック光ファイバを得た。この得られたプ
ラスチック光ファイバを用い、0.６５８μｍの波長の光
を用いて伝送特性の損失を測定した。この結果を下記
「表１」に示す。また、ファイバの材料費の差を母材１
ｋｇ当りの材料費の差として下記「表１」に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表よりわかるように、本発明に基づいて作
製したプラスチック光ファイバは安価で良好な伝送特性
を得られることがわかる。また、ジャケット層に酸化防
止剤を添加しなかったこと以外は試験例１と全く同じ手
法でプラスチック光ファイバを作製した。ファイバを屋
外に１ケ月放置した所、比較例２，３は表面が若干黄変
し、伝送特性も１２０dB/km まで劣化したのに対し、試
験例１のファイバは色も変色せず、伝送特性も変化がな
かった。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明する。

【００３９】前述した図５を参照して実施例１を説明す
る。透明な重合体Ａとしては、メチルメタクリレート
（１級ＭＭＡ（純度９９％）を蒸留して精製し、重合さ
せて高純度（純度９９.9％）のポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）を得た。このＰＭＭＡ（屈折率（Ｎａ）
＝1.４９２）を用い、この重合体Ａを主成分として出発
ロッド１１を形成した。供給タンク１３内には、重合体
Ａ（ＰＭＭＡ）を溶剤（テトロヒドロフラン：ＴＨＦ）
に所定割合で溶解したものを注入する。材料Ｂとして
は、重合体Ａより低い屈折率を有する酢酸ヘキシル（屈
折率（Ｎｂ）＝１．４０８）をＴＨＦに溶解し、屈折率
調整タンク１４に貯溜した。上記得られた出発ロッド１
１を図示しない回転装置に設置し、供給タンク１３から
の原料をスプレー１２を用いて軸方向に亙って均一に塗
布した。

【００４０】この塗布に際し、供給タンク１３内に屈折
率調整タンク１４から材料Ｂを徐々に供給して、材料Ｂ
の配合割合を各塗布毎に上げて塗布液の屈折率を降下さ
せ、母材の中心から外周方向に向って屈折率が漸次降下
していく、ＧＩ型屈折率分布を有するコア層及びクラッ
ド層を得た。

【００４１】次にこのクラッド層の外周に供給タンク１
３内に重合体Ａよりも純度の低い重合体Ａ′として、市
販のＰＭＭＡ（純度９０％）を注入し、同様にして塗布
・乾燥し、ジャケット層を形成した。

【００４２】本実施例においては機能性材料であるチオ
エーテル系酸化防止剤（「スミライザーＷＸ」：商品名
住友化学社製）を低純度の重合体Ａ′に添加し、不透明
化防止，着色防止を図ったプラスチック光ファイバ母材
を得た。

【００４３】

【発明の効果】以上、実施例と共に述べたように本発明
によれば、以下の効果を奏する。従来プラスチック材料からなるファイバ母材を全て
同材質で高純度のものを用いて、作製すると、製造コス
トが高くなっていたが、光伝送に寄与しないクラッド層
の外周近傍を低純度のジャケット層とすることで、例え
ば同一規格の光ファイバ母材を製造する場合、一部低純
度の材料を用いて製造できるので廉価に製造できる。また、ジャケット層に酸化防止剤、光吸収剤又は光
散乱剤等の機能性材料を添加することで、かかる種々の
機能を有するプラスチック光ファイバを容易に得ること
ができる。屈折率調整剤を同様にして添加すればジャケット層
作製と同一工程でＧＩ型のプラスチック光ファイバ母材
を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ジャケット層を有する光ファイバの概略図であ
る。

【図２】ジャケット層を有する光ファイバの概略断面図
とその光伝送の概略図である。

【図３】従来の光ファイバの概略断面図とその光伝送の
概略図である。

【図４】プラスチック母材とその屈折率分布図である。

【図５】スプレー方式の塗布方法の概略図である。

【図６】キャスト方式の塗布方法の概略図である。

【図７】（Ａ）はプラスチック母材の概略図であり、
（Ｂ）はＳＩ型の屈折率分布図、（Ｃ）はＧＩ型の屈折
率分布図である。

【符号の説明】

１１，２１出発ロッド１２塗布手段１３供給タンク１４屈折率調整タンク１５，２３乾燥器１６プラスチック光ファイバ母材２２塗布タンク２４供給パイプ１０１コア層１０２クラッド層１０３ジャケット層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田裕男神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機重合体のプラスチック材料を用いて
コア層とクラッド層を構成してなるプラスチック光ファ
イバ用の母材であって、クラッド層の外周部に当該クラ
ッド層を形成する材料と同質であり且つその純度が当該
クラッド層より低い材料からなるジャケット層を形成し
てなることを特徴とするプラスチック光ファイバ母材。
【請求項２】請求項１において、上記ジャケット層が
酸化防止剤，光吸収剤又は光散乱剤等の機能性材料を少
なくとも一種以上含んでなることを特徴とするプラスチ
ック光ファイバ母材。
【請求項３】請求項１又は２において、クラッド層の
厚みがコア層のコア径の１０％以上４０％以下であり、
且つ当該ジャケット層の厚みがクラッド層の厚みより大
であることを特徴とするプラスチック光ファイバ母材。
【請求項４】請求項１，２又は３において、光ファイ
バ母材の中心から外径方向に向ってその屈折率を漸次降
下する屈折率分布を形成してなることを特徴とするプラ
スチック光ファイバ母材。
【請求項５】有機重合体のコア層とクラッド層とを形
成してなるロッドの周囲に、ジャケット層を構成する有
機重合体からなる塗布液を均一に塗布し、乾燥させるこ
とにより当該ジャケット層を積層させ形成することを特
徴とするプラスチック光ファイバ母材の製造方法。