JPWO2019045046A1 - プラスチック光ファイバ、プラスチック光ファイバケーブル、コネクタ付プラスチック光ファイバケーブル、光通信システム、及びプラスチック光ファイバセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
第1の鞘と、前記第1の鞘の内側に第1の海部を形成する第1の芯と、前記第1の芯の内側に、少なくとも外周が前記第1の海部よりも屈折率が低く形成された第1の島部とを有し、
前記第一の芯がポリメタクリル酸メチル系樹脂を含む、
プラスチック光ファイバ。
[2]
前記第1の島部を複数有する、[1]のプラスチック光ファイバ。
[3]
前記第1の島部が、第2の鞘と、前記第2の鞘の内側に第2の海部を形成する第2の芯とを有する、[1]又は[2]のプラスチック光ファイバ。
[4]
前記第2の芯の内側にさらに第2の島部を有する、[3]のプラスチック光ファイバ。
[5]
前記第2の島部が、内方向に向かって、鞘と芯とがこの順序でそれぞれ1つ以上、交互に形成された構造を有する、[4]のプラスチック光ファイバ。
[6]
複数の芯を有する場合、前記プラスチック光ファイバを構成する各芯が同じ素材で形成されている、[1]〜[5]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[7]
前記光ファイバの断面積全体に占める、前記プラスチック光ファイバを構成する芯の断面積の合計が、50%以上であることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[8]
複数の鞘を有する場合、前記プラスチック光ファイバを構成する各鞘が同じ素材で形成されている、[1]〜[7]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[9]
前記プラスチック光ファイバを構成する鞘の少なくとも一つがフッ素樹脂である、[1]〜[8]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[10]
前記第1の鞘の外側に前記第1の鞘よりも屈折率の低い層を有する、[1]〜[9]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[11]
歪曲配線で用いられる、[1]〜[10]のいずれかのプラスチック光ファイバ。
[12]
多連結配線で用いられる、[1]〜[11]のいずれのプラスチック光ファイバ。
[13]
[1]〜[12]のいずれかのプラスチック光ファイバと、このプラスチック光ファイバを被覆した樹脂とを含む、プラスチック光ファイバケーブル。
[14]
[13]のプラスチック光ファイバケーブルと、このプラスチック光ファイバケーブルの両端に取り付けたコネクタとを含む、コネクタ付プラスチック光ファイバケーブル。
[15]
前記コネクタが溶着した状態で前記プラスチック光ファイバケーブルに取り付けられている、[14]のコネクタ付光ファイバケーブル。
[16]
[1]〜[12]のいずれかのプラスチック光ファイバ、[13]のプラスチック光ファイバケーブル、又は[14]又は[15]のコネクタ付プラスチック光ファイバケーブルを含む、光通信システム。
[17]
プラスチック光ファイバケーブルが複数のコアを有し、それらの芯を通過する光の光源が同一である、[16]の光通信システム。
[18]
[1]〜[12]のいずれかのプラスチック光ファイバを含む、プラスチック光ファイバセンサ。
本実施形態のプラスチック光ファイバ(例えば、ステップインデックス型光ファイバが挙げられる。以下、「プラスチック光ファイバ」を単に「光ファイバ」ということがある。)は、第1の鞘と、第1の鞘の内側に第1の海部を形成する第1の芯と、第1の芯の内側に、少なくとも外周が第1の海部よりも屈折率が低く形成された第1の島部とを有し、第一の芯がポリメタクリル酸メチル系樹脂(PMMA系樹脂)を含む。
本実施形態のプラスチック光ファイバの芯とは、例えば、光を伝送させる部分であり、芯よりも屈折率が低い鞘に周囲を囲まれた光学的に透明な部分である。芯の形態に特に定めはないが、断面が円形状である形態が効率的に光を反射できるので好ましい。芯が、内周と外周とを有する構造の場合、外周のみ鞘に囲まれていればよい。
本実施形態のプラスチック光ファイバの鞘とは、例えば、芯内を伝播する光を反射させるために設けられた、芯よりも屈折率が低い部分である。鞘は、芯を取り囲むように配置されるだけでなく、海部としての芯の内側に島部として存在していてもよい。
光の反射特性を各島でそろえることで、島が複数存在するファイバであっても全体として均質な特性になるので好ましい。
NA=(Ncore 2-Nclad 2)0.5…(1)
Ncore 芯の屈折率
Nclad 鞘の屈折率
本実施形態におけるプラスチック光ファイバは、海部としての芯の内部に島部が存在することを特徴とする。本実施形態の島部は、例えば、海部を形成する芯を伝搬する光を反射する機能を有する。本実施形態の第1の島部は、少なくとも外周において、第1の芯に形成される第1の海部よりも屈折率が低くなるように形成されていればよく、全体に亘って、屈折率が低くなるように形成されていてもよい。
なお、本願明細書中において「屈折率」とは、JIS K7142 2014に基づいて算出された値を意味する。
本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルは、本実施形態のプラスチック光ファイバと、このプラスチック光ファイバを被覆した樹脂とを含む。本実施形態のプラスチック光ファイバケーブでは、本実施形態のプラスチック光ファイバが樹脂で構成された被覆層で被覆されている。
本実施形態において被覆層は、上記したプラスチック光ファイバの外周に被覆形成されるものである。図4に、本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルの一例の概略断面図を示す。図4において、プラスチック光ファイバケーブル17は、図2に示すプラスチック光ファイバ4Aの第1の鞘2の外側に被覆層16が形成された構成をとる。被覆層として使用される樹脂は、特に制限はないが、例えばポリエチレン系樹脂、架橋ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド6、ポリアミド6T、ポリアミド66、ポリアミド11、ポリアミド12等のポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂、フッ化ビニリデン、PFA等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂等が使用される。
本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルは、被覆層を最表面層として使用することも可能であるが、その外周にポリアミド12、ソフトポリアミド、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂からなる外被覆層(「外ジャケット」ともいう。)を施して、より補強したプラスチック光ファイバケーブルとして用いることもできる。
本実施形態のコネクタ付プラスチック光ファイバケーブルは、本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルと、このプラスチック光ファイバケーブルの両端に取り付けたコネクタとを含む。本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルは、単独で使用してもよいが、特に光伝送用途では、適切なコネクタを両端に取り付けることで機器間の接続が容易になる。使用できるコネクタに特に制限はなく公知の物が使用できる。特に、本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルは、被覆層にレーザー溶着でコネクタを取付けることが可能である。この場合、本実施形態のプラスチック光ファイバケーブルは、コネクタが溶着した状態でプラスチック光ファイバケーブルに取り付けられている。このような形態では、コネクタはレーザー溶着することで強固にプラスチック光ファイバケーブルに取り付けられるため特に好ましい。
本実施形態のプラスチック光ファイバ及びプラスチック光ファイバケーブルを製造する場合、例えば、公知の複合紡糸法により得ることができる。より具体的には、本実施形態のプラスチック光ファイバを構成する各構成要素(鞘、芯、及び島部)の材料(例えば、樹脂)を、所定の構造に形成するための複合紡糸ダイに同時に導入して、プラスチック光ファイバ(プラスチック光ファイバ素線)を得る。このプラスチック光ファイバ素線の外周を、クロスヘッドダイにより、熱溶融させた被覆樹脂で被覆させることにより、プラスチック光ファイバケーブルを得ることができる。
なお、上記した断面積比(ポリマーの流量比)の調整方法は、公知の方法を採用することが可能であり、例えば、芯及び鞘樹脂を送る各々の送液ポンプの速度を変え、芯及び鞘樹脂の合計流量に占める芯樹脂の流量の比率(流量比)を調整することができる。
各実施例及び比較例について、90度に半径5mmの円柱に沿わせて曲げた際の光量低下率を測定した。測定値が0.5dB以下であるものを合格とした。
各実施例及び比較例について、光ファイバ2mの両端にF07コネクタを取付け、光パワーメータ(グレイテクノス製 Photom205A)にて光量を測定した。その後、光ファイバの軸方向の中央で2分割し、分割部にF07コネクタを取付けた。端面を粒度30μm、9μm、及び1μmのラッピングフィルムで順次研磨し平坦に仕上げた。その後、中継アダプタで接続し、再度光量を測定した。分割前後での光量差が1.5dB以下である場合、合格とした。
各実施例及び比較例について、光源として入射NA0.15、波長650nmの光を用い、22m−2mのカットバック法にて測定した。伝送損失が300dB/km以下のものを合格とした。
第1の芯及び第2の芯を構成する材料としてポリメチルメタクリレート(屈折率1.491)、第1の鞘及び第2の鞘を構成する材料として、ビニリデンフロライド、テトラフロロエチレン、及びヘキサフロロプロペン(屈折率1.37)の共重合体を、それぞれ、1海19島複合紡糸ダイの芯樹脂分配室と鞘樹脂分配室に流量比が芯/鞘=90/10となるように入れ、直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバ素線を複合紡糸により製造した。製造したプラスチック光ファイバ素線ポリエチレン (旭化成製 サンテック−LD M1920)にて被覆(被覆径2.2mm)し、プラスチック光ファイバケーブルとした。断面をデジタルマイクロスコープ(キーエンス製 VHX−5000)にて観察した所、19の第1の島部全てに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。図5に示すプラスチック光ファイバ30は、第1の海部を形成する第1の芯21と、第1の芯21の周囲を取り囲む第1の鞘22と、第1の芯21の内側に形成された19の第1の島部27とを有し、第1の島部27は、外周側に第2の鞘26と、第2の鞘26の内側に第2の海部を形成する第2の芯25とで構成されている。伝送損失については、154dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については1.0dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
第1の鞘及び第2の鞘としてフッ化メタクリレート系重合体を使用した以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を実施例1と同様に観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、第1の島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については148dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については0.9dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
第1の鞘及び第2の鞘としてエチレン、テトラフロロエチレン、ヘキサフロロプロペンの共重合体を使用した以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については161dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については1.1dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
第1の鞘及び第2の鞘として反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体樹脂を使用した以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については159dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については0.9dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
流量比を芯/鞘=85/15とした以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については162dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.4dBで合格であった。接続損失については1.2dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
流量比を芯/鞘=80/20とした以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については160dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.4dBで合格であった。接続損失については1.3dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
流量比を芯/鞘=50/50とした以外は実施例1と同様に直径1mmの1海19島プラスチック光ファイバケーブルを製造した。断面を観察した所、19の第1の島部すべてに第2の鞘が形成されており、海部である第1の芯、島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については160dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.4dBで合格であった。接続損失については1.4dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
使用する複合ダイスを2種9層複合ダイスとし、芯と鞘が交互に3層ずつ同心円状に構成されたダイスを用いるほかは実施例1と同様にプラスチック光ファイバを紡糸し、図3に示すような断面を有するプラスチック光ファイバを製造した。伝送損失については、152dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.4dBで合格であった。接続損失については1.0dBで合格であった。なお、鞘の屈折率は、芯の屈折率よりも低かった。
芯樹脂としてポリメチルメタクリレート(屈折率1.491)、鞘樹脂として、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体(屈折率1.37)、をそれぞれ、19島複合紡糸ダイの芯樹脂分配室と鞘樹脂分配室に入れ、直径1mmの19島プラスチック光ファイバ素線を複合紡糸により製造した。製造した光ファイバ素線を実施例1と同様にプラスチック光ファイバケーブルとした。断面を観察した所、19の島部すべて導光していることを確認し、図6の概略断面図に示す構造であった。図6に示す光ファイバ31は、鞘29と、鞘29の内側に形成された19の芯28とで構成されている。伝送損失については161dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については1.8dBで不合格であった。なお、流量比は芯/鞘=90/10であった。
芯樹脂としてポリメチルメタクリレート(屈折率1.491)、鞘樹脂として、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体(屈折率1.37)、を、それぞれ、単芯複合紡糸ダイの芯樹脂分配室と鞘樹脂分配室に入れ、直径1mmの単芯プラスチック光ファイバ素線を複合紡糸により製造した。製造したプラスチック光ファイバ素線を実施例1と同様にプラスチック光ファイバケーブルとした。断面を観察した所、海部である第1の芯が導光していることを確認し、図7の概略断面図に示す構造であった。図7に示すプラスチック光ファイバ34は、鞘33と、鞘33の内側に形成された芯32とで構成されている。伝送損失については139dB/kmで合格であった。曲げ損失については0.7dBで不合格であった。接続損失については0.6dBで合格であった。なお、流量比は芯/鞘=90/10であった。
芯樹脂として、ポリカーボネートを用いる他は実施例1と同様にプラスチック光ファイバケーブルを製造した。海部である第1の芯、第1の島部の内部に存在する第2の芯ともに導光していることを確認し、図5の概略断面図に示す構造であった。伝送損失については1100dB/kmであり、不合格であった。曲げ損失については0.3dBで合格であった。接続損失については1.2dBで合格であった。
2、22…第1の鞘、
3、7、8、27、31、34…第1の島部、
4、4A、4B、30…プラスチック光ファイバ、
5、10、25…第2の芯、
6、9、26…第2の鞘、
11…第2の島部、
12…第3の鞘、
13…第3の芯、
14…第4の鞘、
15…第4の芯、
16…被覆層、
17…プラスチック光ファイバケーブル、
28、32…芯、
29、33…鞘。
Claims (18)
- 第1の鞘と、前記第1の鞘の内側に第1の海部を形成する第1の芯と、前記第1の芯の内側に、少なくとも外周が前記第1の海部よりも屈折率が低く形成された第1の島部とを有し、
前記第一の芯がポリメタクリル酸メチル系樹脂を含む、
プラスチック光ファイバ。 - 前記第1の島部を複数有する、請求項1記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記第1の島部が、第2の鞘と、前記第2の鞘の内側に第2の海部を形成する第2の芯とを有する、請求項1又は2に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記第2の芯の内側にさらに第2の島部を有する、請求項3記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記第2の島部が、内方向に向かって、鞘と芯とがこの順序でそれぞれ1つ以上、交互に形成された構造を有する、請求項4記載のプラスチック光ファイバ。
- 複数の芯を有する場合、前記光ファイバを構成する各芯が同じ素材で形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記光ファイバの断面積全体に占める、前記光ファイバを構成する芯の断面積の合計が、50%以上であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 複数の鞘を有する場合、前記光ファイバを構成する各鞘が同じ素材で形成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記光ファイバを構成する鞘の少なくとも一つがフッ素樹脂である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記第1の鞘の外側に前記第1の鞘よりも屈折率の低い層を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 歪曲配線で用いられる、請求項1〜10のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 多連結配線で用いられる、請求項1〜11のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバと、このプラスチック光ファイバを被覆した樹脂とを含む、プラスチック光ファイバケーブル。
- 請求項13に記載のプラスチック光ファイバケーブルと、このプラスチック光ファイバケーブルの両端に取り付けたコネクタとを含む、コネクタ付プラスチック光ファイバケーブル。
- 前記コネクタが溶着した状態で前記プラスチック光ファイバケーブルに取り付けられている、請求項14記載のコネクタ付プラスチック光ファイバケーブル。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバ、請求項13記載のプラスチック光ファイバケーブル、請求項14又は15記載のコネクタ付プラスチック光ファイバケーブルを含む、光通信システム。
- プラスチック光ファイバケーブルが複数のコアを有し、それらの芯を通過する光の光源が同一である、請求項16記載の光通信システム。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバを含む、プラスチック光ファイバセンサ。
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