(57)【要約】【課題】低コストで、プラスチッククラッド層の十分な硬化性が得られ、伝送損失が実用に足るレベルの光ファイバが得られるプラスチッククラッド光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】ゲルマニウムを含有するシリカガラスであるコアと、樹脂であるクラッドを有するプラスチッククラッド光ファイバ１８の製造方法であって、前記コアであるシリカガラスファイバ１４にクラッド形成用の紫外線硬化性樹脂組成物を塗布装置１６等により塗布する工程と、前記紫外線硬化性樹脂組成物を塗布した後に、紫外線照射装置１７に挿通し、紫外線にて前記紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させる工程とを有し、下記式で表されるＵＶｄｏｓｅ値が８〜１８となるように各条件を設定する。ＵＶｄｏｓｅ＝Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）[ｍＷ／ｃｍ2]÷挿通線速[ｍ／ｍｉｎ]【選択図】図２
2014222267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニウムを含有するシリカガラスであるコアと、樹脂であるクラッドを有するプラスチッククラッド光ファイバの製造方法であって、
前記コアにクラッド形成用の紫外線硬化性樹脂組成物を塗布する工程と、
前記紫外線硬化性樹脂組成物が塗布された前記コアを紫外線照射装置に挿通し、紫外線にて前記紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させる工程とを有し、
下記式で表されるＵＶｄｏｓｅ値が８〜１８となるように各条件を設定するプラスチッククラッド光ファイバの製造方法。
ＵＶｄｏｓｅ＝Σ（前記紫外線照射装置からの漏れ光）[ｍＷ／ｃｍ2]÷挿通線速[ｍ／ｍｉｎ]
【請求項２】
前記紫外線硬化性樹脂組成物にフッ素を含有させておく請求項１記載のプラスチッククラッド光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記挿通線速を３０〜１００ｍ／ｍｉｎとする請求項１または２記載のプラスチッククラッド光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記挿通線速を４０〜６０ｍ／ｍｉｎとする請求項３記載のプラスチッククラッド光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチッククラッド光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１等には、紫外線硬化性樹脂組成物を塗布したガラスファイバを紫外線照射装置（以下、「ＵＶ炉」とも称す）に挿通して、該紫外線硬化性樹脂組成物を紫外線硬化させることによりプラスチッククラッド光ファイバを製造することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６７４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラスチッククラッド層形成用の紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させるために十分な紫外線を照射するためには、紫外線照射装置の紫外線照射強度を増やすか、紫外線照射装置を複数台直列に並べるなどが考えられる。
しかしながら、紫外線照射装置を複数並べると製造設備投資コストおよびメンテナンスコストが高くなる。設備コストおよびメンテナンスコストを低減するため、紫外線照射装置を少なくしたコンパクトな製造設備とする必要がある。他方、紫外線照射装置の数を少なくして、単純に紫外線照射強度を増やすと、樹脂硬化が進むものの、高強度の紫外線照射によると考えられる光ファイバの信号伝送に用いられる波長帯における短波長側の伝送損失が増加する現象が確認された。以上の事項から、プラスチッククラッド光ファイバの製造において、低コストで、プラスチッククラッド層の十分な硬化性と、製造された光ファイバの実用に足る伝送損失を両立する条件は、これまで見出されなかった。
【０００５】
本発明は、従来のプラスチッククラッド光ファイバの製造における上記課題に鑑みてなされたものであって、低コストで、プラスチッククラッド層の十分な硬化状態が得られ、伝送損失が実用に足るレベルの光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、紫外線照射装置における紫外線照射強度に関するパラメータと紫外線照射装置への挿通速度の関係が重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本願の発明は、
（１）ゲルマニウムを含有するシリカガラスであるコアと、樹脂であるクラッドを有するプラスチッククラッド光ファイバの製造方法であって、
前記コアにクラッド形成用の紫外線硬化性樹脂組成物を塗布する工程と、
前記紫外線硬化性樹脂組成物が塗布された前記コアを、紫外線照射装置に挿通し、紫外線にて前記紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させる工程と、を有し、
下記式で表されるＵＶｄｏｓｅ値が８〜１８となるように各条件を設定するプラスチッククラッド光ファイバの製造方法である。
ＵＶｄｏｓｅ＝Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）[ｍＷ／ｃｍ2]÷挿通線速[ｍ／ｍｉｎ]
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低コストで、プラスチッククラッド層の十分な硬化性が得られ、伝送損失が実用に足るレベルのプラスチッククラッド光ファイバを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本願発明の一形態であるプラスチッククラッド光ファイバの製造方法の一例を示す概略図である。
【図２】本願発明の一形態であるプラスチッククラッド光ファイバの製造方法の他の一例を示す概略図である。
【図３】本願発明の一形態であるプラスチッククラッド光ファイバの製造方法において、伝送損失とクラッドのゲル分率とＵＶｄｏｓｅとの関係を示すグラフである。
【図４】本願発明の一形態で製造されるプラスチッククラッド光ファイバの一実施形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
本願発明の一形態は、（１）ゲルマニウムを含有するシリカガラスであるコアと、樹脂であるクラッドを有するプラスチッククラッド光ファイバ（以下、単に「光ファイバ」とも称する）の製造方法であって、前記コアにクラッド形成用の紫外線硬化性樹脂組成物（以下、単に「樹脂組成物」とも称する）を塗布する工程と、前記樹脂組成物が塗布された前記コアを紫外線照射装置に挿通し、紫外線にて前記樹脂組成物を硬化させる工程とを有し、下記式で表されるＵＶｄｏｓｅ値が８〜１８となるように各条件を設定する光ファイバの製造方法である。
ＵＶｄｏｓｅ＝Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）[ｍＷ／ｃｍ2]÷挿通線速[ｍ／ｍｉｎ]
【００１１】
本願発明の一形態で製造しようとする光ファイバで求められる、８５０ｎｍの波長の光信号における伝送損失（以下、単に「伝送損失」とも称する）は１０ｄＢ／ｋｍ以下である。これは、典型的なインターコネクト用ケーブルでのファイバのロスバジェットの一例である。
また、本願発明の一形態である方法で製造しようとする光ファイバで求められるクラッドのゲル分率は９５％以上である。ゲル分率が９５％未満の場合、残存樹脂成分が外部材料に移行し、品質を変化させる等の問題がある。
【００１２】
本発明者らは、製造される光ファイバの伝送損失及びクラッドのゲル分率を、上記の如く適切化すべく鋭意検討を行った。その結果を図３のグラフに示す。
図３のグラフにおいて、横軸は上記式で表されるＵＶｄｏｓｅの数値を、左縦軸は製造される光ファイバの伝送損失の数値を、右縦軸は製造される光ファイバのクラッドのゲル分率の数値を、それぞれ示す。そして、図３のグラフにおいて、伝送損失は実線曲線で、クラッドのゲル分率は破線曲線で示した。
図３のグラフより、製造される光ファイバの伝送損失を１０ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、上記ＵＶｄｏｓｅを１８以下とする必要があることがわかる。また、製造される光ファイバのクラッドのゲル分率を９５％以上とするには、上記ＵＶｄｏｓｅを８以上とする必要があることがわかる。
【００１３】
このように、上記式で表されるＵＶｄｏｓｅが８〜１８の範囲にあることが適切であることを見出した。
上記ＵＶｄｏｓｅが８〜１８の範囲であることにより、製造される光ファイバの伝送損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下となり、該光ファイバのクラッドのゲル分率が９５％以上となる。
【００１４】
以上の事項から、紫外線照射装置からの漏れ光と挿通線速の関係を特定の値範囲とすることによって、低コストで、プラスチッククラッド層の十分な硬化性が得られ、伝送損失が実用に足るレベルの光ファイバを製造が可能となる。
【００１５】
なお、プラスチッククラッド層形成時の紫外線照射強度を大きくした場合に、光ファイバの伝送損失が上昇する原因の詳細は不明であるが、コアであるガラスファイバが主要因であると考えられている。特に波長１０００ｎｍ以上の光信号での伝送損失増加が大きく、短波長側の伝送損失測定から、ゲルマニウム添加ガラスにおける酸素欠乏性欠陥由来の可能性が考えられる。
よって、本発明の光ファイバの製造方法では、伝送損失増加の主要因となっていたゲルマニウムを含有するシリカガラスからなるコアを用いたものに、好適に使用され、顕著な効果を奏する。
【００１６】
（２）前記樹脂組成物には、さらにフッ素を含有させておくことが好ましい。製造された光ファイバの樹脂クラッドがフッ素を含有するものとなり、その結果、光ファイバのコアとクラッドの屈折率差を大きくすることができる。
（３）前記挿通線速は３０〜１００ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。３０ｍ／ｍｉｎ以上とすることで一定の生産量を得るための時間を短くして製造コストを低くすることができる。１００ｍ／ｍｉｎ以下とすることで紫外線照射装置の増設のコストを不要とする。
（４）また、前記挿通線速は４０〜６０ｍ／ｍｉｎであることが、さらに好ましい。この条件は線引時の線速変動を考慮した際に、長手方向で均質かつ安定的に製造可能な条件である。
【００１７】
［本願発明の実施形態の詳細］
（製造方法の概要）
以下、本発明の実施形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一形態である光ファイバの製造方法の一例を示す概略図である。
ヒータ１３が設けられている線引炉１２において、送り込まれたガラスファイバ母材１１はヒータ１３により加熱溶融され、線引される。線引されたガラスファイバ１４は、冷却筒１５を通って樹脂組成物塗布装置１６に達し、樹脂組成物が塗布されて一次被覆がなされる。なお、冷却筒１５にはその下端部に、線引直後の高温状態にあるガラスファイバ１４を冷却する冷却用ガスを導入する導入管が配設されている。樹脂組成物が塗布されたガラスファイバは、紫外線照射装置１７において紫外線照射ランプ２１により紫外線が照射され、樹脂組成物が硬化され一体化し、光ファイバ１８となる。この光ファイバ１８は巻取装置１９にて巻き取られる。
紫外線照射装置１７は、ガラスファイバ１４に被覆した樹脂組成物を硬化する樹脂組成物硬化装置であり、その本体内部に、紫外線照射ランプ２１の他にその紫外線をガラスファイバ１４上に集光するためのミラー（図示せず）を備える。
【００１８】
そして、本発明の一形態である光ファイバの製造方法においては、下記式で表されるＵＶｄｏｓｅ値が８〜１８となるように各条件を設定する。
ＵＶｄｏｓｅ＝Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）[mW/cm2]÷挿通線速[m/min]
【００１９】
ここで、上記式における「紫外線照射装置からの漏れ光」とは、紫外線照射装置１７における、ガラスファイバ１４の挿通入口付近または光ファイバ１８の挿通出口付近にて測定される紫外線強度を意味するものである。
図１に示す製造方法例においては、紫外線照射装置１７の挿通出口付近に、光量計等の紫外線強度検知部３１を設けている。
【００２０】
また、「Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）」とは、全ての紫外線照射装置のそれぞれの「漏れ光」の総和を意味するものである。図１に示す製造方法例においては、紫外線照射装置１７の数は１つであるが、別の形態例として紫外線照射装置１７を複数並べて設けることもできる。例えば、図２に紫外線照射装置１７を２つ並べて設けた例を示す。図２に示す製造方法例においては、２つの紫外線照射装置１７のそれぞれの挿通出口付近に、光量計等の紫外線強度検知部３１を設けている。そして、２つの紫外線照射装置１７のそれぞれの「漏れ光」の総和が「Σ（紫外線照射装置からの漏れ光）」となる。
なお、紫外線照射装置１７の設置数としては、設備コストの点から少ない方が好ましい。設置数は、具体的には１つ又は２つである。１つで紫外線強度が不足する場合には設置数を２つにすることが好ましい。
漏れ光の測定は、紫外線照射装置内での光ファイバへの紫外線照射強度が装置の形状等のためにできない場合も、装置内の紫外線照射強度が大きくなると装置からの漏れ光が大きくなり、このことを前提としている。
【００２１】
また、本発明の一形態である光ファイバの製造方法における、製造線速は、「ＵＶｄｏｓｅ」を求める上記式の「挿通線速」と同じである。製造線速（挿通線速）としては、上記式で求められる「ＵＶｄｏｓｅ」値を８〜１８の範囲にできる速度範囲であれば、特に限定されないが、３０〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲であることが好ましい。線速が３０ｍ／ｍｉｎ以上であれば、製造効率が十分であるため製造コストを抑えることができ、好ましい。線速が１００ｍ／ｍｉｎ以下であれば、ＵＶ炉の使用数を２つ以下に抑えられ、結果として設備コストおよびメンテナンスコストを下げることができるため、好ましい。また、線速が４０〜６０ｍ／ｍｉｎであることが、さらに好ましい。線速が４０〜６０ｍ／ｍｉｎであると、線引時の線速変動を考慮した際に、長手方向で均質かつ安定的に製造可能な条件となるため、より好ましい。
【００２２】
また、図１及び図２に示すように紫外線強度検知部３１で得られた検知情報を制御部３２に伝送し、その検知情報を基に巻取装置１９にて巻取速度を制御することにより、製造線速を制御し、上記の「ＵＶｄｏｓｅ」を適切化しても良い。
【００２３】
本発明の一形態である光ファイバの製造方法で用いられるコアとしては、ゲルマニウムを含有するシリカガラスである。
【００２４】
（クラッド層形成用樹脂組成物）
本発明の一形態である光ファイバの製造方法で用いられる、樹脂クラッド形成用の樹脂組成物としては、紫外線照射により硬化するものであれば特に限定されない。具体的には、（Ａ）フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、フッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物、および（メタ）アクリレート化されたフッ素原子含有ビニル重合体から選ばれる少なくともいずれかの化合物（以下、フッ素系紫外線硬化型樹脂とも称する）と、（Ｂ）下記一般式（１）で表わされるアルコキシシランを０．２〜１質量％含有し、クラッド中のフッ素含有量を２０〜６０質量％にできるものが挙げられる。
【００２５】
一般式（１）    Ｚ−Ｒ−Ｓｉ（Ｘ）３
【００２６】
（式中、Ｚは、（メタ）アクリル基、メルカプト基またはエポキシ基を、Ｘは−ＯＣＨ３または−ＯＣ２Ｈ５を、ＲはＣｎＨ２ｎ（ｎ＝１，２，３，４，５）を表す。）
【００２７】
フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物とジイソシアネート化合物を反応させることにより得ることができる。また、ポリエーテルを分子構造中に有するフッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物は、例えば、フッ素原子含有（メタ）アルコール化合物と、フッ素原子含有（メタ）アクリレート化合物またはアクリル酸とを反応させることによって得ることができる。
【００２８】
また、前記樹脂組成物は、上記の化合物以外に、例えばＮ−ビニルカプロラクタムなどの重合性不飽和モノマーや、下記光重合開始剤、あるいは各種添加剤など、光ファイバのクラッドの形成材料として通常用いられるものを使用することができる。
【００２９】
更に、前記樹脂組成物における上記アルコキシシラン以外の成分は、上記アルコキシシランを除く成分を混合した樹脂組成物を硬化させた際の屈折率が１．４０１〜１．４５０となるものを用いることが好ましい（ここでいう「アルコキシシラン以外の成分」とは、クラッドの形成に実質的に関与する、重合性化合物、光重合開始剤、あるいはフッ素系紫外線硬化型樹脂等を意味する（単に溶解させる等のみに添加される揮発性溶媒等は含まない））。この範囲の屈折率の樹脂組成物で優れたファイバ強度と伝送特性を両立することが確認されている（具体的には１．４０１、１．４１３、１．４３０、１．４５０）。屈折率が１．４５０を超えるとコアとの屈折率の差が小さく光信号を伝搬することに適さない。また、アルコキシシランとクラッドを構成する主材料となるフッ素系紫外線硬化型樹脂等の相溶性が低下すると、クラッドを構成する樹脂が白濁してしまい、伝送特性の低下の原因となる。本樹脂組成物においては、アルコキシシラン以外の成分を混合した樹脂組成物の屈折率を上記数値範囲とすることで、クラッドを構成する主材料となるフッ素系紫外線樹脂等と上記アルコキシシランとの相溶性を担保している。
【００３０】
前記樹脂組成物において、上記一般式（１）で表されるアルコキシシランは、樹脂組成物中に０．２〜１質量％含有される。クラッドを形成する樹脂組成物において、一般式（１）で表されるアルコキシシランを上記数値範囲で含有させることにより、樹脂組成物の硬化前の初期１秒間における動的接触角の低下量を大きくできる。即ち、樹脂組成物とコアとが短時間でなじむため、形成されるクラッドとコアとの密着力を格段に向上させることができる。
【００３１】
前記樹脂組成物における光重合開始剤としては公知のどのような光重合開始剤を用いても構わないが、配合した後の貯蔵安定性のよいことが要求される。このような光重合開始剤の具体例としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン等を挙げることができる。
【００３２】
前記樹脂組成物を硬化することにより形成されたクラッドは、フッ素含有量が２０〜６０質量％であることが好ましい。
【００３３】
なお、図３のグラフに示す結果を得た際の検討条件は以下の通りである。
ＵＶ炉：Ｆｕｓｉｏｎ社製Ｉ６００Ｍ／ＶＰＳ６を２台設置した。
コア：最大屈折率差１．１％のゲルマニウムが添加されたシリカ製のグレーテッドインデックス（ＧＩ）コアプリフォームを外径８０μｍに線引きした。
クラッド：下記組成の樹脂組成物を使用して、２２．５μｍの厚さに形成した。
【００３４】
〔クラッド層形成用樹脂組成物〕
フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物                ３０      質量％
３−アクリロキシプロピルメチルトリメトキシシラン                  ０．３６質量％
光重合開始剤  LucirinTPO（ＢＡＳＦ社製）                          ２      質量％
アクリル酸                                                        ３．６  質量％
多官能アクリル系モノマー（ペンタエリスリトールテトラメタクリレート）
４０      質量％
フッ素系モノマー（ビスコート１７Ｆ；２−パーフルオロオクチルエチル（メタ）アクリレート，大阪有機化学工業社製）                                  ２５      質量％
【００３５】
使用するＵＶ炉、コア、クラッドを上記の通りとし、ＵＶ炉の照射紫外線強度と線速とを変更してＵＶｄｏｓｅを変えて数種のプラスチッククラッド光ファイバを作成した。得られた数種のプラスチッククラッド光ファイバの伝送損失とクラッドのゲル分率を測定した。そしてＵＶｄｏｓｅ、伝送損失、ゲル分率の関係を図３のグラフに示した。
【００３６】
（本発明の実施形態で製造される光ファイバ）
本発明の実施形態で製造される光ファイバの一実施形態を図４に示す。光ファイバ１８は、例えば、純シリカなどにゲルマニアが添加された石英系ガラスからなるコア２の外周にクラッド３を有する。
例えば、コア２の外径は５０〜１００μｍ、クラッド３の厚さは１２〜３８μｍ（クラッド３の外径１２５μｍ）とすることができる。特に家庭用光複合ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルに用いる場合は、最小許容曲げ半径を小さくして取扱易くするために、コア２の外径を５０〜９０μｍ、クラッド３の厚さを１７〜３８μｍ（クラッド３の外径１２５μｍ）として、比較的、細径にすることが好ましい。なお、最小許容曲げ半径については、後に詳述する。
【００３７】
ここで、曲げ応力などにより光ファイバ１８に歪みが生じたときの破断の可能性を把握するためのパラメータとして、ｎ値を用いることができる。ｎ値は、大きいほど歪みに対して疲労しにくくなることを示す。例えば、コア２との界面の密着力が弱く、クラッド３が剥離して空孔ができるとｎ値が小さくなるため、破断する可能性が高くなる。
本発明の実施形態で製造される光ファイバ１８において要求されるｎ値は、その用途により異なるが、例えば、２３〜３６とすることができる。
【００３８】
最小許容曲げ半径とは、使用可能な最小の曲げ半径のことをいい、例えば、従来から汎用的に使用されているコア２の外径が２００μｍ、クラッド３の外径が２５０μｍ（クラッド層の厚さが２５μｍ）のプラスチッククラッド光ファイバ１については、その最小許容曲げ半径は９ｍｍ前後である。
一方、家庭用光複合ＵＳＢケーブルなどでは、折り畳んだ形態で使用されることもあるため、ケーブルが１８０度折り曲げられた状態でも使用可能であることが求められるが、そのときの最小許容曲げ半径を２．５ｍｍ以下とすることができる。このとき、プラスチ０７−００７５８６００ッククラッド光ファイバ１８を細径（コア２外径：５０〜１００μｍ、クラッド３の厚さ：１２〜３８μｍ（クラッド３外径：１１０〜１３０μｍ））にすると、比較的簡単に曲げ半径を小さくできるため、より好ましい。
【００３９】
なお、このような細径の光ファイバ１８の場合は、実際の使用形態に近づけるために、上記ｎ値は１８０度折り曲げ試験により求めることもできる。
最小許容曲げ半径を小さくした細径の光ファイバ１８では、このようにより大きな値のｎ値が要求される場合もあるので、コア２とクラッド３との界面の密着力を１．５ｇ／ｍｍ〜４．０ｇ／ｍｍとすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
２  コア
３  クラッド
１１  ガラスファイバ母材
１２  線引炉
１３  カーボンヒータ
１４  ガラスファイバ
１５  冷却筒
１６  樹脂組成物塗布装置
１７  紫外線照射装置
１８  光ファイバ
１９  巻取装置
２１  紫外線照射ランプ
３１  紫外線強度検知部
３２  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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