JPS6235648B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス又はシリカの心と屈折率の小さ
いさやとを有する少くとも１本の光学的フイラメ
ント材料を含む光学繊維ケーブルに関する。

光学的フイラメント材料が、フイラメントの長
さに沿つて、何回も光を内部反射させることによ
つて光を伝達するのは、当業界では周知である。
フイラメントの長さに沿う光の損失を最小にする
のに大きな注意が払われている。換言すれば、光
学的フイラメントの材料の一端に当てられた光が
反対側の端へと効率的に伝達されるように、でき
るだけ全反射を起すように内部反射が行なわれな
ければならない。光学的フイラメント材料の光伝
達部分、即ち心を屈折率の低いさやで取巻き、こ
のさやが、フイラメントの長さに沿う光の逃散又
は吸収を最小にする。このさやは、不透明なさや
が光を吸収し易いことから、通常透明である。こ
のさやはガラスか重合体材料でつくられるが、靭
性を増加するので、従来、重合体でつくられてい
る。

光学的フイラメント材料は光学的に透明な心材
料の種類に依り２種に大別される。第１の種類の
心材料は性質が熱可塑性のものであり、第二の種
類はガラス又はシリカでつくられたものである。
第１の種類は一般に靭性及び接続し易さに優れ、
第２の種類のものは光の伝達に優れている。

ガラス又はシリカの心を有する光学的フイラメ
ント材料の場合の一つの欠点は脆さが原因で心が
壊れ易いことである。補強材料及び保護層を含有
するケーブル内部にフイラメントを包み込む方法
は、部分的にしか、心の脆さを克服するのに成功
していない。脆い心材料の破断に対し、強化した
耐性を提供する光学的繊維ケーブルが求められる
所以である。

本発明によれば、 補強された光伝達用ケーブルの製造法において、 光学的に透明なガラス又はシリカから成る実質
的に充実した円柱形のまたは中空円柱形の心と、
屈折率が該心の屈折率よりも少くとも0.1％小さ
い透明なさやとから成る光学繊維(a)の周囲に、複
数の重合体フイラメント(b)を、次の条件即ち、該
フイラメント(b)が実質的に加撚されておらず、張
力をかけられており、該光学繊維(a)の長手軸に沿
つて実質的に平行であり、且つ実質的に撚り０で
配置されるという条件のもとに供給し、 一方、該光学繊維(a)と該フイラメント(b)の外側
を、ジヤケツト(c)用の溶融された重合体で被覆
し、 そして該溶融重合体が冷却して該フイラメント
を該ケーブル中に固定するまで該張力を維持す
る、ことを特徴とする補強された光伝達用ケーブ
ルの製造法が提供される。

更に、本発明によれば、補強された光伝達用ケ
ーブルの製造法において、 光学的に透明なガラス又はシリカから成る実質
的に充実した円柱形のまたは中空円柱形の心と、
屈折率が該心の屈折率よりも少くとも0.1％小さ
い透明なさやとから成る光学繊維(a)の周囲を、保
護層用の溶融された重合体で被覆し、 該被覆された光学繊維（a′）の周囲に、複数の
重合体フイラメント(b)を、次の条件即ち、該フイ
ラメント(b)が実質的に加撚されておらず、張力を
かけられており、該被覆された光学繊維（a′）の
長手軸に沿つて実質的に平行であり、且つ実質的
に撚り０で配置されるという条件のもとに供給
し、 一方、該被覆された光学繊維（a′）と該フイラ
メント(b)の外側を、ジヤケツト(c)用の溶融された
重合体で被覆し、 そして該溶融重合体が冷却して該フイラメント
を該ケーブル中に固定するまで該張力を維持する
ことを特徴とする補強された光伝達用ケーブルの
製造法が提供される。

光を伝達するための光学的に透明な円柱形の心
は光学的に透明なガラス又はシリカでつくられ
る。シリカの心は純粋なシリカ（ドーピングしな
いもの）でも、適当な成分、例えば、ゲルマニウ
ム又は硼素でドーピングしたものでもよい。本明
細書で用いられる「光学的に透明な」という言葉
は550〜1100nmの光スペクトル領域において30cm
当り少くとも50％の光透過性を意味する。この透
過度は全スペクトルに及ぶ必要はない。心材料の
適切な記載の例は、米国特許第3480458号び第
3508589号に見られるが、例えば後者の特許はバ
リウム、フリント及び硼ケイ酸ガラスでつくられ
た適当な心材料を挙げ、ガラスは密度が高ければ
高い程よいとされている。

好適な心材料はドーピングしてもしなくともよ
いシリカでつくられる。シリカを高温で延伸して
心材料にする。少くとも2000℃の延伸温度を用い
ることができるが、2040゜〜2120℃の温度範囲が
好適である。延伸温度が低下するにつれて、延伸
シリカ心材料の脆さが増加するのが分つた。温度
の上限を限定する因子はカリパーのコントロール
の困難さである。延伸温度が最高になるとカリパ
ーをコントロールする能力が限界点に達する。

円柱形の光学的に透明な心の直径は比較的肉薄
のものから比較的肉厚の心構造まで色々ある。適
当な直径範囲は10〜400μｍである。肉厚の心は
光源が大きい場合、例えば、LED（光放射ダイ
オード）からのような場合、入射光の大部分を捕
捉できる点で有利であるが、曲げ半径が大きいこ
とが不利である。光源が小さい場合には、例え
ば、レーザーのような場合には、比較的内薄の心
が入射光を捕捉するのに適している。

光学的に透明な心に当てるさやは透明であり、
屈折率は少くとも0.1％小さく、ガラス、シリカ
又は実質的に無定形の光学的に透明な熱可塑性重
合体材料であつてよい。純粋なシリカは大部分の
公知ガラスよりも低い屈折率を有し、シリカを心
とさやの両方に用いる時には、シリカの心をドー
ピングして屈折率をさやよりも少くとも0.1％上
の求められた水準に引上げる。

さやの構成材料として好適なものは実質的に無
定形の透明な熱可塑性重合体である。というの
は、このような重合体はガラス又はシリカに特有
の脆さをもたないからである。

適当なさや材料の例には英国特許第1037498号
明細書記載のもの、例えば、弗化ビニル、弗化ビ
ニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフル
オロプロピレン、トリフルオロメチルトリフルオ
ロビニルエーテル、パーフルオロプロピルトリフ
ルオロビニルエーテル及び式 但し式中ＸはＦ、Ｈ、又はClから成る群から
選ばれ、ｎは２〜10の整数、ｍは１〜６の整数、
ＹはCH₃又はＨである、 の構造をもつアクリル酸又はメタクリル酸の弗素
化エステルの重合体及び共重合体が含まれる。

さや材料は心を通る光を反射するから、さやの
厚みは一般的には重要ではない。このさや材の適
当な肉厚範囲は２〜500μである。過度のさや材
の肉厚は最終ケーブルの可撓性を減少させるが、
これは望ましくない。

さや材料の適用には周知の技術が適する。ガラ
ス又はシリカは二重ルツボ延伸法で被覆するか、
一方、重合体は心の上に押出し被覆する。

本発明においては、光学的フイラメント材料と
保護ジヤケツトの間に補強材を挿入することが必
要である。この補強材は弾性モジユラスが少くと
も10000000psiの重合体フイラメントから成るこ
とが好ましい。この基準に合致するフイラメント
（以下繊維と云うこともある）に用いるのに適す
る重合体はポリ（ｐ−フエニレンテレフタルアミ
ド）であり、米国特許第3869430号に開示されて
いる。此の特許の開示は本発明書に参照として加
えられている。

少くとも２本の繊維を用い、ジヤケツト材料に
より張力下にケーブル中に保持する。個々の繊維
よりは、むしろ繊維の束、即ち糸（ヤーン）を用
いる方が好ましい。２本の繊維又は糸（ヤーン）
が適当ではあるが、更に好ましくは、少くとも４
本の繊維又は糸、最も好ましくは、６本以上の繊
維又は糸を用いる。これらの繊維は長手軸に沿つ
て心に対し実質的に平行になるように配置され
る。心の長手軸に関し繊維は撚りが実質的に０で
ある。「撚り０」という言葉は繊維がそのような
材料の長さとは無関係に心材料を取巻かないこと
を意味する。

心の長手軸に実質的に平行に且つ実質的に撚り
を０にして繊維を配置する目的は、補強材用の繊
維が光学繊維ケーブル中で張力下に保持されるの
を確実にするためである。補強材用の繊維が心材
料を取囲むと、この補強材の弛緩が容易に起るで
あろう。補強材用繊維の張力の程度は重要ではな
いが、それにも拘らず繊維をケーブル中で張力下
に保持することは欠かせないことである。この張
力は最終ケーブル中において容易に示すことがで
きる。ケーブルを断面方向で切ると、ガラス又は
シリカの心とさやからなる光学的フイラメント材
料はケーブルの切断端から僅かに突出しているの
が物理的に感知される。

ガラス又はシリカの心と低屈折率のさやとから
成る光学的フイラメント材料は保護ジヤケツトの
中に置かれる。ジヤケツトは補強材を張力下に保
つ役目をし、此の役目を果しさえすれば、ジヤケ
ツト材料は重要ではない。ジヤケツトは従来通り
の押出しにより被覆された熱可塑性重合体であ
る。適当な構造材料はポリアミド、ポリエーテル
エステル共重合体、ポリウレタン、ポリオレフイ
ン（単独重合体及びイオノマーを含む共重合
体）、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレ
ン、及び溶融押出可能な弗化炭素、例えばテトラ
フルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共
重合体、及び溶融押出可能な含塩素重合体、例え
ばポリ塩化ビニルである。

ジヤケツト用材料の選択を左右する要因は強
度、伸び、燃焼速度及び剥離し易さである。例え
ば、１本のケーブルを他のケーブルに連結した
り、ケーブルを光源又は検出器へ連結するのには
良好な剥離性が必要である。

本発明の光学的繊維ケーブルは光伝達部分の破
断に高度な耐性を示すガラス又はシリカの心を有
するケーブルを提供する。ガラス又はシリカの心
と低屈折率のさやからなる光学的フイラメント材
料を含むケーブルは従来法において公知である。
本発明のケーブルにおいては、そのガラス又はシ
リカの心を保護する補強の様式により、従来の同
じ心とさやの材料からなる光伝達用ケーブルに比
べ、心材料の耐破断能力が優れたものになる。

本発明のケーブルは高曲げ強度、高引張強さ、
及び高衝撃強さを兼備している。この諸性質の兼
備は張力下に保持された補強繊維をもたない脆い
心を有するケーブルによつては達成できなかつた
ものである。

本発明の光学的繊維のケーブルの構造の場合に
は傷つけないでケーブルを鋭く曲げられる構造物
を得ることができる。少くとも約６mm、好ましく
は少くとも約４mmの最低曲げ直径を得ることがき
る。実施例２に示すように、本発明のケーブルを
例えば、ケーブルを普通の様式での光伝達能力を
失うことなく曲げ得る最小曲げ直径少くとも約４
mmを有する固い一つ結びに結ぶことができる。

本明細書の開示は光学的フイラメント材料のさ
やとジヤケツトとの間に張力下に保持された補強
材を介在させることに向けられているが、補強材
はさやに接触する必要はないものとする。保護層
によつて補強材からさやを離すことができる。こ
のような場合でも、補強用の繊維を張力下に保つ
ことが重要である。

光学的フイラメント材料が、本明細書記載の様
式で、少くとも２本の補強繊維を有する限り、ケ
ーブル中に１本より多くの光学的フイラメント材
料を用いることも亦本発明の範囲内である。

下記実施例により本発明をさらに例示する。

実施例 １ 第一部 窒素で保護されたタングステンの加熱
要素を有する炉を用い、９mmの棒から
2050℃においてドーピングしていないシ
リカ繊維を紡糸する。炉に対する棒の供
結速度と炉からの繊維の取出速度は毎分
約10mで200μｍの繊維が得られるよう
に設定する。紡糸中糸の切断は1000m当
り１回より少なかつた。メチルメタクリ
レートとメタクリル酸の弗素化エステル
から成る低屈折率の実質的に無定形の透
明な重合体（二次転移点50℃、屈折率は
心よりも６％低い）のさやを、ジフルオ
ロテトラクロロエタンの溶媒に溶解した
溶液を用いて、繊維に溶液被覆し、外径
約600μｍの光学的繊維をつくつた。

この光学繊維は655.3nmにおいて１Km
当り38dbの減衰を示した。

第二部 第一部の光学的繊維を42テツクス
（380デニール）のポリ（ｐ−フエニレン
テレフタルアミド）の６本のストランド
で補強し、ポリエーテルエステル共重合
体（米国特許第３，651，014号実施例１
に開示）で被覆した。

ポリ（ｐ−フエニレンテレフタルアミ
ド）の６本のストランド、すなわち６つ
の実質的に加撚されていない重合体フイ
ラメントの束、を最初張力付加用保持
器、内径1550μｍ、外径2050μｍの注射
針である繊維案内及び1875μｍの孔をも
つクロスヘツド・ダイスに通す。糸の張
力を1.16×10^-3ニユートン／テツクス
（0.013ｇ／デニール）に設定し、205℃
に加熱したポリエーテルエステル共重合
体をダイスの孔から押出した。押出速度
と糸の速度を、1750μｍの外径をもつ押
出物を生じるように調節した。ブランク
用の外径550μｍのナイロン・フイラメ
ントを６本のストランドからなる糸束の
中に供給し、直径1875μｍの押出物を生
じるように速度を再調節した。ナイロ
ン・フイラメントと糸束が中心に位置す
るようにダイスを調節した。ナイロン・
フイラメントを取除き、第一部の被覆し
た光学的繊維で置換え、ポリエーテルエ
ステル共重合体で被覆して光学繊維ケー
ブルをつくつた。

この光学的繊維ケーブルは（第一部の
光学繊維の１Km当り38dbに比し）
655.3nmにおいて１Km当り40dbの減衰を
示した。荷重をかけてケーブルを試験
し、30Kgで破断した。このケーブルは叩
いても光を伝達する能力を失なわなかつ
た。このケーブルを直径６mmのマンドレ
ルに巻付けても心が破壊されたり光を伝
達する能力を失つたりすることはなかつ
たが、心を破壊することなくかたい結び
目をつくることはできなかつた。

実施例 ２ 実施例１の第一部及び第二部の方法を繰返した
が、実施例１の第一部の光学的繊維を管クロスヘ
ツド・ダイスによりポリエーテルエステル共重合
体（米国特許第3651014号実施例１記載）で直接
被覆し、しかる後実施例１−第二部の方法により
補強材及びジヤケツト用のポリエーテルエステル
共重合体を取付けた。この光学的繊維の外径は
1225μｍであつた。補強を行なう実施例１−第二
部の方法においては、ポリ（フエニレンテレフタ
ルアミド）繊維を用い、42テツクス（380デニー
ル）の３本の糸と168テツクス（1420デニール）
の３本の糸を使用した。繊維の張力は1.8×10^-3
ニユートン／テツクス（0.02ｇ／デニール）であ
つた。

最終的な光学繊維ケーブルは外径が2375μｍ、
655.3mmにおける１Kmの減衰は40dbであり、破断
強度は85Kgであつた。このケーブルは直径４mmの
マンドレルに捲くことができ、また破壊又は光伝
達の喪失を起すことなく、かたいかがり結びに結
ぶことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補強された光伝達用ケーブルの製造法におい
   て、 光学的に透明なガラス又はシリカから成る実質
   的に充実した円柱形のまた中空円柱形の心と、屈
   折率が該心の屈折率よりも少くとも0.1％小さい
   透明なさやとから成る光学繊維(a)の周囲に、複数
   の重合体フイラメント(b)を、次の条件即ち、該フ
   イラメント(b)が実質的に加撚されておらず、張力
   をかけられており、該光学繊維(a)の長手軸に沿つ
   て実質的に平行であり、且つ実質的に撚り０で配
   置されるという条件のもとに供給し、 一方、該光学繊維(a)と該フイラメント(b)の外側
   を、ジヤケツト(c)用の溶融された重合体で被覆
   し、そして該溶融重合体が冷却して該フイラメン
   トを該ケーブル中に固定するまで該張力を維持す
   る、ことを特徴とする補強された光伝達用ケーブ
   ルの製造法。 ２ 該重合体フイラメントがポリ（ｐ−フエニレ
   ンテレフタルアミド）のフイラメントである特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 補強された光伝達用ケーブルの製造法におい
   て、 光学的に透明なガラス又はシリカから成る実質
   的に充実した円柱形のまたは中空円柱形の心と、
   屈折率が該心の屈折率よりも少くとも0.1％小さ
   い透明なさやとから成る光学繊維(a)の周囲を、保
   護層用の溶融された重合体で被覆し、 該被覆された光学繊維（a′）の周囲に、複数の
   重合体フイラメント(b)を、次の条件即ち、該フイ
   ラメント(b)が実質的に加撚されておらず、張力を
   かけられており、該被覆された光学繊維（a′）の
   長手軸に沿つて実質的に平行であり、且つ実質的
   に撚り０で配置されるという条件のもとに供給
   し、 一方、該被覆された光学繊維（a′）と該フイラ
   メント(b)の外側を、ジヤケツト(c)用の溶融された
   重合体で被覆し、 そして該溶融重合体が冷却して該フイラメント
   を該ケーブル中に固定するまで該張力を維持す
   る、ことを特徴とする補強された光伝達用ケーブ
   ルの製造法。 ４ 該重合体フイラメントがポリ（ｐ−フエニレ
   ンテレフタルアミド）のフイラメントである特許
   請求の範囲第３項記載の方法。