JP2005326500A - プラスチック光ファイバ心線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック光ファイバの伝送損失を悪化させることなく、保護用の樹脂を被覆してプラスチック光ファイバ心線を得る。
【解決手段】 被覆装置の金型２４は、ダイス４０とニップル４１とを備えている。金型２４には熱可塑性樹脂４２が供給される。ダイス４０とニップル４１との空隙は、樹脂４２の液流路４３，４４となる。外径５００μｍのプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）１２をニップル開口部４１ａから搬送する。樹脂４２の温度を１２０℃に調整する。樹脂４２は、ＰＯＦ１２を被覆して厚みＬが２２５μｍの保護層４９を形成して、プラスチック光ファイバ心線を得る。被覆する際の熱量が８．７ｍＪとなっているのでＰＯＦ１２が受ける熱ダメージは小さく、伝送損失の悪化が抑制される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラスチック光ファイバ心線の製造方法に関するものである。

コア及びクラッドが共にプラスチックのプラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと称する）は、素材が全てプラスチックで構成されているため、伝送損失が石英系光ファイバと比較してやや大きいという短所を有するものの、良好な可撓性を有し、軽量で加工性が良いという長所を有する。また、石英系光ファイバと比較して、口径の大きい光ファイバとして製造し易く、さらに低コストで製造可能であるという長所をも有する。そこで、例えば、光通信の送受を行う電子装置間において、その伝送損失が問題にされない近距離の光伝送路として、石英系光ファイバに比べて使いやすく低価格なため多用されており、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（例えば、特許文献１参照。）。

ＰＯＦは、一般的には、重合体をマトリックスとする有機化合物からなる芯（以下、コア部またはコアと称する）と、コア部と屈折率が異なる（一般的には低屈折率の）有機化合物からなる外殻（鞘とも称される。以下、クラッド部またはクラッドと称する）とから構成される。コア部に入射した入射光は、コア部とクラッド部との界面で全反射を繰り返しながら伝送される。このようなＰＯＦは、ステップインデックス（ＳＩ）型と称されている。

近年、中心から外側（半径方向）に向かって屈折率の大きさに分布を有するコア部を備えた屈折率分布型（グレーデッドインデックス型，以下、ＧＩ型と称する）ＰＯＦは、伝送する光信号の帯域を大きくすることが可能なため、高い伝送容量を有する光ファイバとして注目されている（例えば、特許文献２ないし５参照。）。

ＧＩ型ＰＯＦは、ＧＩ型のプラスチック光ファイバ母材（以下、プリフォームと称する）を製造した後に、加熱溶融して線引き（延伸）してファイバ化する。これにより外径の異なる様々なＰＯＦを作製することが可能である。このように線引きされたＰＯＦは、引張応力が高いときは伝送損失の悪化や破断のおそれがある。また、もつれ易く扱い難くなり、ハンドリング性が悪化する場合がある。そこで、ＰＯＦに熱可塑性樹脂などのポリマーを被覆して保護層を形成することで、これら問題を解消している。例えば、融点が１２０℃〜１７０℃のポリエチレンから保護層を形成する方法がある（例えば、特許文献６参照。）。なお、以下の説明において、ＰＯＦに被覆されている樹脂を保護層と称する。

特開昭６１−１３０９０４号公報 特許３３３２９２２号公報 国際公開第９３／０８４８８号パンフレット 国際公開第９４／０４９４９号パンフレット 特開平８−５８４８号公報 特開昭５９−９６０３号公報

ところで、ＧＩ型ＰＯＦのコア部には、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡと称する）が用いられている。ＰＭＭＡは、プラスチック材料の中で抜群の透明性と耐候性を有している。また、複屈折率の起こりにくい等方性材料であり光学材料としての適応性が高い。しかしながら、径が５００μｍ以下のＧＩ型ＰＯＦにポリマーを被覆する際に、融点が１２０℃以上のポリマーを用いると、ＰＭＭＡの変成が生じる場合がある。これは、ＰＭＭＡの軟化点が９０℃〜１０５℃であることに起因する。さらに、この問題は、保護層の厚みが５００μｍを超えるように被覆を行ったときに、ＰＭＭＡに加えられる熱量が多大なものとなり伝送損失が大幅に悪化するといった問題が生じる。さらに、コアの屈折率が分布を有するＧＩ型の場合、屈折率は、中心から半径方向に連続的に変化しているため、加熱による屈折率分布の乱れが生じやすい問題もある。

本発明は、プラスチック光ファイバの伝送損失を悪化させることなく、前記プラスチック光ファイバに樹脂が被覆されたプラスチック光ファイバ心線を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、樹脂が被覆される際にＰＯＦが受ける熱ダメージについて鋭意検討を行ったところ次のことを見出した。ＰＯＦが受ける熱ダメージは、被覆する樹脂の温度による影響と共に、溶融加熱されている樹脂からＰＯＦに付与される熱量も関係する。例えば、ＰＭＭＡの熱変形温度は１００℃前後であるが、ファイバ形状にすると９５℃程度となっても熱変形する場合がある。すなわち、ファイバのように極細（約５００μｍ以下）にするとバルク状での物性が必ずしも適用できないことを見出した。そこで、本発明者は、ＰＯＦに被覆用樹脂が接触し、ＰＯＦの温度が上昇する際に、１８ｍＪ以下の熱量を受けた場合であれば、ＰＯＦを構成するポリマー（特に、ＰＭＭＡ）に熱変形が生じないことを見出した。その結果、屈折率分布、特にＧＩ型の屈折率分布の変化を抑制できることを見出した。

コアとクラッドとを有するプラスチック光ファイバに溶融樹脂を被覆してプラスチック光ファイバ心線を製造する方法において、前記プラスチック光ファイバに前記溶融樹脂が接触し、前記プラスチック光ファイバの表面が最高表面温度に達するまでに加わる熱量を１８ｍＪ以下とする。前記プラスチック光ファイバ最高表面温度を９５℃以下とすることが好ましい。前記溶融樹脂が前記プラスチック光ファイバを被覆する際の樹脂温度を１５０℃未満とすることが好ましい。前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）と前記被覆樹脂の平均厚みＬ（μｍ）との比（Ｌ／Ｄ）を０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦２．５の範囲とすることが好ましい。

前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）が、５００μｍ以下であることが好ましい。前記プラスチック光ファイバの径に対する前記クラッドの厚みが、１０％以下であることが好ましい。前記被覆樹脂の平均厚みＬ（μｍ）を２００μｍ以上４００μｍ以下とすることが好ましい。前記溶融樹脂の被覆を行う金型がダイスとニップルとを備えるものであって、前記ダイスと前記ニップルとのクリアランスｔ１（μｍ）が５０μｍ以上４００μｍ以下であり、前記ニップルの前記プラスチック光ファイバ通過用の孔の径ｄ（μｍ）が、前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）に対して、（４／３）×Ｄ以上（１０／３）×Ｄ以下であり、前記孔を形成するニップルの厚みｔ２（μｍ）が４００μｍ以下であることが好ましい。前記溶融樹脂が、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。前記クラッドが低屈折率の樹脂からなるものであることが好ましい。本発明において前記クラッドが低屈折率であるということは、前記コアの最大屈折率が前記クラッドの屈折率より０．００１以上大きいことを意味する。前記プラスチック光ファイバの横断面であって、前記コアの中心から半径方向に向かって連続的に屈折率が低下していることが好ましい。

本発明のプラスチック光ファイバ心線の製造方法によれば、コアとクラッドとを有するプラスチック光ファイバに溶融樹脂を被覆してプラスチック光ファイバ心線を製造する方法において、前記プラスチック光ファイバに前記溶融樹脂が接触し、前記プラスチック光ファイバの表面が最高表面温度に達するまでに加わる熱量を１８ｍＪ以下とするから、前記プラスチック光ファイバへの熱ダメージを抑制でき、コアとクラッドとの界面の不整が生じることを抑制できる。この効果は、前記プラスチック光ファイバ最高表面温度を９５℃以下とし、前記樹脂が前記プラスチック光ファイバを被覆する際の前記樹脂温度を１５０℃未満とし、前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）を５００μｍ以下とし、前記被覆樹脂の平均厚みＬ（μｍ）を２００μｍ以上４００μｍ以下とした場合により有効である。また、前記コアの中心から半径方向に向かって連続的に屈折率が低下しているいわゆるＧＩ型構造のコア部を有するプラスチック光ファイバ心線を製造する際に、その屈折率分布に乱れが生じることを抑制できる。

本発明に係るプラスチック光ファイバ心線の製造方法について、ＧＩ型光ファイバ心線の製造方法を例に示し説明する。しかしながら、本発明は、例えばステップインデックス（ＳＩ）型マルチモードプラスチック光ファイバ心線，ＳＩ型シングルモードプラスチック光ファイバ心線，シングルモード（ＳＭ）型プラスチック光ファイバ心線など他の形態のプラスチック光ファイバ心線の製造方法に適用することが可能である。説明は、コア及びクラッド作製用原料，保護層形成用材料，プリフォーム作製方法，ＰＯＦ作製方法そして光ファイバ心線の製造方法の順で行う。

コア部の原料は、光伝送の機能を損なわない限りにおいて、特に限定されるものではない。特に好ましく用いられる原料モノマーとしては、メチルメタクリレート（メタクリル酸メチル、ＭＭＡとも称される）、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−２−フルオロアクリレートなどが挙げられる。これら各モノマーからポリマーを重合してコア部として用いる。また、これらモノマーを２種類以上用いて、共重合体（コポリマー）からコア部を形成しても良い。用いられるポリマーとしては、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）が挙げられる。さらに、単官能の（メタ）アクリレート類、フッ素化アルキル（メタ）アクリレート類、多官能（メタ）アクリレート類、アクリル酸、メタクリル酸の単量体とメチルメタクリレート（ＭＭＡ）との透明な共重合体などが挙げられる。本発明においては、塊状重合が容易であるＭＭＡを重合して得られるＰＭＭＡにてコア部を形成することが好ましい。

特定の波長領域において、Ｃ−Ｈ結合に起因する光の伝送損失を低減する目的で、前記モノマー特にＭＭＡが有する水素原子を重水素原子（Ｄ）またはハロゲン原子で置換したモノマーを用いて重合されたポリマーを用いることもできる。ハロゲン原子には、フッ素原子（Ｆ）が好ましく用いられる。このようなポリマーとしては、重水素化ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ−ｄ８）などが挙げられる。これにより、伝送損失の生じる波長域を長波長化することができ、光伝送の損失を軽減できる。

前記モノマーからポリマーを重合する際には、重合開始剤が用いられる。重合開始剤は、用いられるモノマー、重合されるポリマーに応じて適宜選択される。例えば、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ），ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサネート（ＰＢＯ），ジ−ｔ−ブチルパーオキシド（ＰＢＤ），ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート（ＰＢＩ），ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バラレート（ＰＨＶ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、２種類以上の重合開始剤を併用しても良い。

ポリマーの分子量や分子量分布を制御する目的で、連鎖移動剤（重合調整剤とも称される）を用いることができる。連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類（例えば、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ペンチルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンなど）、チオフェノール類（例えば、チオフェノール、ｍ−ブロモチオフェノール、ｐ−ブロモチオフェノール、ｍ−トルエンチオール、ｐ−トルエンチオールなど）などを用いることが好ましい。特に、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンなどのアルキルメルカプタンを用いることが好ましい。なお、連鎖移動剤は勿論これらに限定されるものではない。また、２種類以上の連鎖移動剤を併用しても良い。

コア部の屈折率を高めるために屈折率調整剤（以下、ドーパントと称する）を添加することもできる。ドーパントは、これを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して屈折率が高くなる性質を有するものである。この性質を有しポリマーと安定して共存可能で、且つ重合条件（加熱および加圧など）下において安定であるものを用いる。例えば、安息香酸ベンジル（ＢＥＮ）、硫化ジフェニル（ＤＰＳ）、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル（ＢＢＰ）、フタル酸ジフェニル（ＤＰＰ）、ビフェニル（ＤＰ）、ジフェニルメタン（ＤＰＭ）、リン酸トリクレジル（tricresyl phosphate ：ＴＣＰ）、ジフェニルスルホキシド（ＤＰＳＯ）などが挙げられ、特にＢＥＮ、ＤＰＳ、ＴＰＰ、ＤＰＳＯを用いることが好ましい。

コア部を伝送する光は、クラッド部とコア部との界面で全反射する。そこで、クラッド部には、その屈折率がコア部の屈折率より低い化合物を用いる。さらに、コア部との密着性が良く、タフネスに優れ耐熱性にも優れているものが好ましく用いられる。例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、重水素化メチルメタクリレート，トリフルオロエチルメタクリレート，ヘキサフルオロイソプロピル−２−フルオロアクリレートなどから重合されるアクリル樹脂が挙げられる。また、パーフルオロアルキルメタクリレート系重合体，メタクリル酸エステル共重合体なども挙げられる。

前記モノマーからクラッド部のポリマーを重合する際にも、コア部の形成に用いられる前記重合開始剤，連鎖移動剤を用いることもできる。

また、クラッドにはフッ素樹脂を用いることもできる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：融点１６０℃〜１８０℃）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ：融点２０６℃）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：融点３３０℃）、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（ＦＥＰ：融点２５０℃〜２８０℃）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ：融点３００℃〜３１０℃）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ：融点２６０℃〜２７０℃）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ：融点２１０℃）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ：融点２９０℃〜３００℃）などが挙げられる。

さらに、フッ化ビニリデン系重合体を用いることもできる。これは共重合体を含み、例えば、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体（フッ化ビニリデンを５０重量％以上含むものが好ましく、より好ましくは７０重量％以上９０重量％以下含有するものである）、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体及びフッ化ビニリデンの３元以上の共重合体などが挙げられる。

クラッド部には、光伝送性能を低下させない範囲で、添加剤を添加しても良い。添加剤は、原料モノマーに添加した後に、モノマーからポリマーを重合させることで容易にポリマー中に含有させることができる。添加剤としては、耐候性や耐久性を向上させる安定剤、光伝送性能を向上させる光信号増幅用の誘導放出機能化合物などが挙げられる。誘導放出機能化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することが可能となる。これにより伝送距離が向上するので、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として使用することもできる。なお、これら添加剤は、コア部の形成時にモノマーに添加させることで、コア部に含有させることもできる。

保護層形成用の樹脂は、耐薬品性，柔軟性が良好なことよりポリオレフィン系樹脂が好適に用いられるが、それに限定されるものではない。ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン、プロピレン又はα−オレフィンなどの重合体が挙げられる。α−オレフィンとしては、例えば、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−ペプテン、１−オクテンなどが挙げられる。これらの重合体としては、例えば、ポリエチレン、エチレンとプロピレンの共重合体、エチレンとα−オレフィンの共重合体、ポリプロピレン、プロピレンとα−オレフィンの共重合体、ポリブテン、ポリイソプレンなどが挙げられる。またポリオレフィン系樹脂は、得られる物性を考慮した上で、適当な組合せにてブレンドされているものを用いても良い。

ポリオレフィン系樹脂の分子量及び分子量分布は特に制限されない。しかしながら、重量平均分子量は、通常５０００〜５００００００、好ましくは２００００〜３０００００であり、分子量分布（重量平均分子量Ｍｗ／数平均分子量Ｍｎ）が２〜８０、好ましくは３〜４０とされる。

保護層形成用樹脂は、融点が１２０℃未満であり、ＭＦＲ(Melt Flow Rate)が１０以上９５以下の範囲であることが好ましく、１５以上８０以下の範囲であることがより好ましい。なお、ＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ ７２１０−１９７６（熱可塑性プラスチックの流れ試験方法）に従い測定される値を用いる。融点が１２０℃以上であるとＰＯＦ特にコア部に加えられる熱量が大きくなり、コア部の光学特性や形状の変化が生じやすくなるために好ましくない。この不良は、軟化点が９０℃〜１０５℃のＰＭＭＡを主成分としたコア部の場合に顕著に現れる。また、ＭＦＲが１０未満のときは、樹脂温度を上げなければ押出機の負荷が大きくなるといった問題が生じる場合がある。また、ＭＦＲ９５を超えるとＰＯＦに均一の厚みで樹脂を被覆することができないため、コア断面の熱量が不均一になりやすいという問題が生じる場合がある。ゆえに融点１２０℃未満であり、ＭＦＲが１０以上９５以下が好ましく、融点１２０℃未満であり、ＭＦＲが１５以上８０以下がさらに好ましい。

ＳＩ型ＰＯＦは、コア部にＰＭＭＡを用いた場合には、クラッド部にフッ素樹脂を用いることが好ましい。これは、コア部のＰＭＭＡとクラッド部のフッ素樹脂との屈折率の差が、光ファイバとして好ましい範囲であり、またフッ素樹脂の強度が高いためである。ＳＩ型ＰＯＦの製造方法は、溶融紡糸法により行うことが好ましい。溶融紡糸法では、複合紡糸ノズルからコア部となるＰＭＭＡとクラッド部となるフッ素樹脂とをそれぞれのホールごとに吐出する。その後にノズルでＰＭＭＡの周りにフッ素樹脂を被覆し複合化することでプリフォームを得る。その後多数の引取ローラを用いて搬送しながら線引きを行いＰＯＦを得ることができる。

ＧＩ型ＰＯＦの製造方法を説明する。始めにＰＭＭＡからなる中空円筒管を用意する。なお、この中空円筒管はクラッド部となる。中空円筒管は、公知の回転重合法により製造しても良いし、市販のパイプを用いても良い。また、中空円筒管は、重合容器として用いるため底付けを行うことが好ましい。そして、その中空円筒管内にＭＭＡとドーパント（例えば、ベンジルメタクリレート）を入れ、界面ゲル重合を行う。中空円筒管内にポリマー（ＰＭＭＡ）を主成分とするコア部が形成されプリフォームを得ることができる。

図１に示すようにプリフォーム１０を加熱炉１１内に配置する。加熱炉１１で加熱するとプリフォーム１０の一部は溶融する。なお、溶融温度は特に限定されるものではないが、１６０℃〜２７０℃の範囲であることが好ましい。溶融した箇所の先端部１０ａを始点として線引き（延伸）を行いＰＯＦ１２を得る。そして、線径モニタ１３を通した後に巻取装置（図示しない）の芯材１４に巻き取りプラスチック光ファイバロール（以下、ＰＯＦロールと称する）１５を得る。線引きしている際には、線径モニタ１３でＰＯＦ１２の外径をモニタリングし加熱炉１１内のプリフォーム１０の位置や加熱炉１１の温度、巻取装置の巻取速度などを適宜調整する。

ＰＯＦロール１５を図２に示す被覆ライン２０の送出機２１に取り付ける。送出機２１を用いてＰＯＦ１２を被覆ライン２０に送り出す。ＰＯＦ１２は、テンション制御機２２でテンションが調整されつつ被覆装置２３に搬送される。なお、被覆時の張力（テンション）は、ＰＯＦ１２に変形を与えないため小さいほど好ましい。７００Ｎ／ｃｍ² 以下であることが好ましいが、それに限定されるものではない。被覆装置２３は、金型２４を備え樹脂供給装置２５が取り付けられている。樹脂供給装置２５から供給される樹脂は、被覆装置２３の押出機（図示しない）により金型２４からＰＯＦ１２を被覆して押し出される。以下の説明において樹脂が被覆されたＰＯＦ１２を光ファイバ心線２６と称する。なお、この被覆については、後に詳細に説明する。光ファイバ心線２６は、樹脂を硬化させるために水槽２７に搬送される。なお、水槽２７に搬送される前にサイジングダイス２８を通すことにより保護層の厚みを均一にできるために好ましい。

光ファイバ心線２６は、水槽２７を通り樹脂が硬化し保護層が形成される。そして、引取機２９の複数の引取ローラ３０，３１に掛け渡されながら搬送される。保護層は、引取ローラ３０，３１により延伸されることで、ポリマー分子の再配列が生じて強靭性が向上する。光ファイバ心線２６は、巻取テンション制御機３２で芯材３３に巻き取られる際のテンションが調整される。芯材３３には巻取機３４が接続している。芯材３３に光ファイバ心線２６は巻き取られ、光ファイバ心線ロール３５が得られる。

図３に被覆装置２３の要部を示す。金型２４は、ダイス４０とニップル４１とから構成されている。ダイス４０とニップル４１との隙間が、熱可塑性樹脂４２の液流路４３，４４となるようにダイス４０内にニップル４１が嵌め込められている。ダイス４０及びニップル４１には、熱可塑性樹脂４２に流動性を持たせるために温調機４５，４６が取り付けられている。ＰＯＦ１２は、ニップル４１の空隙を通過して開口部４１ａから送り出される。ＰＯＦ１２の形態は、特に限定されるものではないが、その直径Ｄ（μｍ）が５００μｍ以下のものを用いることが好ましい。ＰＯＦ１２は、光が伝送するコア１２ａとその光を全反射するクラッド１２ｂとから構成されている。なお、ＰＯＦ１２の径については、後に詳細に説明する。

所望の温度に調整され流動性を有する熱可塑性樹脂４２は、樹脂供給装置２５から樹脂供給口４７，４８を通り液流路４３，４４に送り込まれる。熱可塑性樹脂４２は、液流路４３，４４を流れ、ダイス先端４０ａとニップル先端４１ｂとの空隙から送り出される。なお、この空隙をクリアランスｔ１（μｍ）とする。このクリアランスｔ１の好ましい態様は後に説明する。熱可塑性樹脂４２は、ＰＯＦ１２の外周面を被覆して保護層４９となる。保護層４９が形成されたＰＯＦ１２は、光ファイバ心線２６として冷却される（図２参照）。

また、溶融樹脂が被覆されるＰＯＦ１２の表面温度，被覆樹脂溶融温度，被覆（保護層）の厚みや冷却速度などを測定し、有限要素法などの数値計算手法を用いてＰＯＦ１２に与えられる熱量（ｍＪ）を算出できる。

ダイス先端４０ａとニップル先端４１ｂとのクリアランスｔ１（μｍ）は、
５０μｍ≦ｔ１（μｍ）≦４００μｍ
の範囲であることが好ましく、より好ましくは
１００μｍ≦ｔ１（μｍ）≦２００μｍ
の範囲である。クリアランスｔ１が、５０μｍ未満であると、熱可塑性樹脂４２が液流路４３，４４を通過する際に高圧になり押出機に負荷がかかると共に、ＰＯＦ１２と接触する際に過大な応力がかかるおそれがある。この場合には、ＰＯＦ１２の素材の屈折率が変化し光学特性、例えば伝送損失の悪化が生じるおそれがある。また、ＰＯＦ１２の変形に伴うマイクロベンディングの発生による伝送損失の悪化が生じるおそれもある。クリアランスｔ１が４００μｍを超えると、形成される保護層４９の厚みＬが厚くなり過ぎ、液ダレなどの外観悪化が生じるおそれがある。また、保護層４９の厚みＬが厚すぎると熱可塑性樹脂４２の冷却が進行しない箇所が生じて、コブなどの外観不良の発生の原因となる。

ＰＯＦ１２が通過するニップル４１の内径ｄ（μｍ）とＰＯＦ１２の径Ｄ（μｍ）との比を（４／３）×Ｄ≦ｄ（μｍ）≦（１０／３）×Ｄ
の範囲とすることが好ましい。
ニップル内径ｄが、（４／３）×Ｄより狭いと、ニップル４１からの熱放射によりＰＯＦ１２に熱ダメージが生じるおそれがある。また、ＰＯＦ１２を搬送する際に、微小なブレが生じるとＰＯＦ１２がニップル４１に接触して熱ダメージを受けたり、搬送不良が生じる場合がある。（１０／３）×Ｄより広いと空気を巻き込み、ＰＯＦ１２と熱可塑性樹脂４２との密着が悪化する場合もある。

ニップル先端部４１ｂの厚みｔ２（μｍ）は、
ｔ２（μｍ）≦４００μｍ
であることが好ましく、より好ましくは
１００μｍ≦ｔ２（μｍ）≦４００μｍの範囲である。
厚みｔ２（μｍ）が４００μｍを超えると、熱可塑性樹脂４２がＰＯＦ１２に接触する接触線４３ａ，４４ａがニップル先端部４１ｂから遠くなり、熱可塑性樹脂４２のＰＯＦ１２への接触位置が不安定になり、コブなどの発生の原因となる。このときに、空気の巻き込むが生じて密着性の悪化が生じる場合もある。厚みｔ２（μｍ）の下限値は、特に限定されないが、ニップル４１の作製コスト及び強度などを考慮すると１００μｍ以上であることが好ましい。

図４に本発明に係るプラスチック光ファイバ心線２６の断面図を示す。ＰＯＦ１２の径Ｄ（μｍ）は、５００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。２００μｍ未満であると線引きが不安定になり切断などのおそれが生じる。また、ＰＯＦ１２に熱可塑性樹脂４２を被覆する際に、ＰＯＦ１２に付加される熱量が大きくなるため、ＰＯＦ１２の熱ダメージが大きくなり伝送損失の悪化が生じる場合がある。また、５００μｍを超える径を有するＰＯＦ１２に熱可塑性樹脂を被覆しても均一な厚みの保護層４９が形成されない場合がある。

保護層４９の平均厚み（以下、保護層厚みと称する）Ｌ（μｍ）は、２００μｍ以上４００μｍ以下であることが好ましい。保護層厚みＬが４００μｍを超えるように被覆を行うと、熱可塑性樹脂４２からＰＯＦ１２へ与えられる熱が多くなる。この場合に、コア部のＧＩ型の構造が乱れやすくなるおそれがある。また、コアとクラッドとの界面に不整が生じて、伝送損失が悪化するおそれがある。このとき、コアとクラッドとの材質の物性値にもよるが、クラッドが薄い場合はコア／クラッド界面に熱が早く到達するため、コア／クラッド界面への熱ダメージの影響が大きくなるので好ましくない。そこで、クラッド厚みはＰＯＦの径Ｄに対して、５％以上が好ましく、より好ましくは１０％以上である。

前記プラスチック光ファイバ心線２６を製造するための金型２４の具体例を示すが、本発明はその形態に限定されるものではない。ダイス先端４０ａとニップル先端４１ｂとのクリアランスｔ１（μｍ）は、５０μｍ≦ｔ１（μｍ）≦４００μｍとし、ニップル４１の内径ｄ（μｍ）とＰＯＦ１２の径Ｄ（μｍ）とを（４／３）×Ｄ≦ｄ（μｍ）≦（１０／３）×Ｄの関係とし、ニップル先端部４１ｂの厚みｔ２（μｍ）は、ｔ２（μｍ）≦４００μｍとする例が挙げられる。

ＰＯＦ１２へ熱可塑性樹脂４２を被覆する場合に、被覆樹脂物性にもよるが、被覆厚みを大きくすると熱容量の観点で熱ダメージを与え易いのでＰＯＦ１２の径Ｄ（μｍ）と保護層厚みＬ（μｍ）との比（Ｌ／Ｄ）を
０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦２．５の範囲とすることが好ましく、
０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦１．５の範囲とすることがより好ましく、
最も好ましくは、０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦１．０の範囲とすることである。

このようにＰＯＦ１２の径Ｄ（μｍ）が５００μｍ以下のときに、保護層厚みＬを５００μｍ以下で且つ熱可塑性樹脂４２の温度を１５０℃未満とすることで、コアに付加される熱量を１８ｍＪ以下とすることが可能となる。熱量を１８ｍＪ以下とすることで、ＰＯＦ１２が熱ダメージを受けることが抑制される。ＧＩ型構造の乱れ、またコアとクラッドとの界面の不整が発生することを防止でき、伝送損失の悪化を抑制できる。また、ＰＯＦ１２がＰＭＭＡを主成分として形成されている場合には、熱可塑性樹脂４２をＰＯＦ１２に接触させた後、ＰＯＦ１２の最高到達温度を９５℃以下とすることが好ましい。これにより、ＰＭＭＡをファイバ化した際に軟化点温度の低下（例えば、８５℃）が生じても、ＰＭＭＡの熱変形を抑制することができ、伝送損失の悪化を抑制できる。

保護層を５００μｍより厚く形成する際には、ＰＯＦ１２の熱ダメージを回避するために複数回被覆する方法が適用できる。例えば、７００μｍの厚みの保護層を形成する場合には、１回目の被覆で３００μｍの厚みの保護層を形成する。その後に、４００μｍの厚みの保護層を形成することで、所望の厚みの保護層が形成されている光ファイバ心線を得ることができる。この場合に、１回目の保護層の厚みよりも２回目の保護層の厚みを厚くすることが好ましい。すなわち、１回目の被覆を行う際には、樹脂を直接ＰＯＦに被覆するためＰＯＦが受ける熱ダメージが大きい。しかしながら、２回目の被覆では、１回目の被覆で形成されている保護層が一種の断熱層となるため樹脂が有している熱がＰＯＦに与えるダメージを軽減できる。

また、本発明においてプリフォーム１０から線引きしてＰＯＦ１２を作製し、被覆を行う一連の工程は、一度ＰＯＦロール１５として巻き取る形態に限定されるものではない。例えば、プリフォーム１０を製造後、加熱炉１１を用いて線引き延伸を行いＰＯＦ１２を作製し、そのＰＯＦ１２を被覆ラインに搬送して被覆装置を用いて樹脂を被覆して保護層を形成する形態でも良い。

図５（ａ）にＧＩ型ＰＯＦ，（ｂ）にＳＩ型ＰＯＦの半径方向と屈折率との関係を説明するグラフを示す。ＧＩ型ＰＯＦでは、コア１２ａの最大屈折率ｎco _maxとクラッド１２ｂの屈折率ｎclとの差が０．００１以上であることが好ましい。また、ＳＩ型ＰＯＦでは、コア６０の屈折率ｎcoとクラッド６１の屈折率ｎclとの差は、０．００１以上であることが好ましい。それぞれの屈折率差の上限は特に限定されるものではなく、伝送性能と製造適性から任意に設定することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料の種類，それらの割合，操作などは、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。なお、説明は本発明に係る実験１で詳細に行い、本発明に係る実験２ないし６及び比較例である実験７ないし１０については、実験１と同じ条件の個所の説明は省略する。また、後に、実験条件と実験結果とをまとめて表１に示す。

実験１では、ＰＭＭＡからなるクラッド部を公知の回転重合法で製造し、中空円筒状の管を得た。次に界面ゲル重合法によりＭＭＡ（メチルメタクリレート）を主原料にコア部を作製した。ドーパントとしてジフェニルスルフィド（ＤＰＳ）を用いて、ＭＭＡに対して７．０質量％加えた。その後に１００℃で４８時間界面ゲル重合を行った。そして、直径２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのプリフォーム１０を得た。このプリフォーム１０の屈折率は、コア部の中心が最大屈折率１．５０１であり、クラッド部は１．４９２であった。プリフォーム１０を２４０℃で加熱し線引き（延伸）を行った。そして、外径Ｄが、３２０μｍ、コア径が３００μｍのＧＩ型ＰＯＦ１２を得た。このＰＯＦ１２の波長６５０ｎｍにおける伝送損失は、１５０ｄＢ／ｋｍであった。

保護層形成用の熱可塑性樹脂には、ポリエチレン系樹脂である低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ：融点１００℃，ＭＦＲ７０）を用いた。ＰＯＦ１２の搬送速度を１６ｍ／ｍｉｎ、樹脂温度１２０℃とした。また，保護層厚みＬが２２５μｍとなるように被覆を行った。また、被覆張力は、７００Ｎ／ｃｍ² とした。このときのＰＯＦ１２の表面の最高到達温度は８０℃であり、熱量は、８．７ｍＪと算出された。得られた光ファイバ心線２６の伝送損失を６５０ｎｍで測定したところ、１８０ｄＢ／ｋｍであった。

実験２では、保護層厚みＬを３００μｍとした以外は実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１３．２ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、２００ｄＢ／ｋｍであった。

実験３では、樹脂温度を１１０℃とした以外は実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、７．０ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、１７０ｄＢ／ｋｍであった。

実験４では、樹脂温度を１１０℃とし、保護層厚みＬを３５０μｍとした以外は実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１３．５ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、２００ｄＢ／ｋｍであった。

実験５では、樹脂温度を１３０℃とした以外は実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１０．４ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、２２０ｄＢ／ｋｍであった。

実験６では、直径２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのプリフォーム１０を製造した。このプリフォーム１０を２４０℃で線引きして外径Ｄが５００μｍのＧＩ型ＰＯＦ１２を得た。このＰＯＦ１２を用いて、樹脂温度１２０℃，保護層厚みＬが３５０μｍとなるように被覆を行った。なお、前述した条件以外は、実験１と同じ実験条件で行った。このときの熱量は、１０．５ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、１８０ｄＢ／ｋｍであった。

実験７では、保護層厚みＬを３５０μｍとした以外は実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１６．６ｍＪと算出された。光ファイバ心線２６の伝送損失を測定したところ、２１０ｄＢ／ｋｍであった。

実験８では、樹脂温度を１１０℃とし、保護層厚みＬを４５０μｍとした以外は、実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１９．９ｍＪと算出された。作製された光ファイバ心線の伝送損失を測定したところ、８００ｄＢ／ｋｍであった。

実験９では、樹脂温度を１３０℃とし、保護層厚みＬを３５０μｍとした以外は、実験１と同じ条件で行った。このときの熱量は、１９．６ｍＪと算出された。光ファイバ心線の伝送損失を測定したところ、８５０ｄＢ／ｋｍであった。

実験１０では、樹脂温度を１７０℃とした以外は実験１と同じ条件で実験を行った。このときのＰＯＦ表面の最高到達温度は１００℃となり、熱量は、１６．７ｍＪと算出された。光ファイバ心線の伝送損失を測定したところ、８５０ｄＢ／ｋｍであった。

表１から、ＰＯＦ外径Ｄが５００μｍ以下のものに樹脂を被覆するときは、保護層厚みＬを５００μｍ以下とし、樹脂温度を１５０℃未満とすることで、ＰＯＦに付与される熱量が１８ｍＪ以下となるため伝送損失の悪化が抑制される。特にＧＩ型構造のコア部を有する本実施例で、その効果は有効である。さらに熱量を１０ｍＪ以下とすることで伝送損失の悪化を極めて抑制することが可能となる。また、ＰＯＦ表面の最高到達温度を１００℃未満とすることで伝送損失の悪化を抑制できる。

本発明に係るプラスチック光ファイバ心線の製造方法を説明するための図である。 本発明に係るプラスチック光ファイバ心線の製造方法に用いられる被覆ラインの概略図である。 図２の被覆ラインの要部拡大図である。 本発明に係るプラスチック光ファイバ心線の断面図である。 プラスチック光ファイバの屈折率分布を説明するためのグラフである。

符号の説明

１２ プラスチック光ファイバ
２６ 光ファイバ心線
４２ 熱可塑性樹脂
４９ 保護層
Ｄ プラスチック光ファイバ径
Ｌ 保護層厚み

Claims (11)

1. コアとクラッドとを有するプラスチック光ファイバに溶融樹脂を被覆してプラスチック光ファイバ心線を製造する方法において、
   前記プラスチック光ファイバに前記溶融樹脂が接触し、前記プラスチック光ファイバの表面が最高表面温度に達するまでに加わる熱量を１８ｍＪ以下とすることを特徴とするプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
2. 前記プラスチック光ファイバ最高表面温度を９５℃以下とすることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
3. 前記溶融樹脂が前記プラスチック光ファイバを被覆する際の樹脂温度を１５０℃未満とすることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
4. 前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）と前記被覆樹脂の平均厚みＬ（μｍ）との比（Ｌ／Ｄ）を
   ０．２≦（Ｌ／Ｄ）≦２．５の範囲とすることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
5. 前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）が、５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
6. 前記プラスチック光ファイバの径に対する前記クラッドの厚みが、１０％以下であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
7. 前記被覆樹脂の平均厚みＬ（μｍ）を２００μｍ以上４００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
8. 前記溶融樹脂の被覆を行う金型がダイスとニップルとを備えるものであって、
   前記ダイスと前記ニップルとのクリアランスｔ１（μｍ）が５０μｍ以上４００μｍ以下であり、
   前記ニップルの前記プラスチック光ファイバ通過用の孔の径ｄ（μｍ）が、前記プラスチック光ファイバの径Ｄ（μｍ）に対して、
   （４／３）×Ｄ以上（１０／３）×Ｄ以下であり、
   前記孔を形成するニップルの厚みｔ２（μｍ）が４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
9. 前記溶融樹脂が、ポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
10. 前記クラッドが低屈折率の樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。
11. 前記プラスチック光ファイバの横断面であって、前記コアの中心から半径方向に向かって連続的に屈折率が低下していることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１つ記載のプラスチック光ファイバ心線の製造方法。

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