(57)【要約】      （修正有）【課題】一段階でクラッド径、コア径のばらつきの少ないコア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造方法。【解決手段】保護チューブ用樹脂、クラッド用樹脂及びコア用樹脂を同時押出する。金型は第１の円環状開口と第２の円環状開口と第３の開口を有する。保護チューブ用樹脂を第１の円環状開口から押出し、第１の円環状開口の内側に突設した第１のガイドパイプの外周に沿わせて成形用液中で押出し固化させて保護チューブ層を形成し、クラッド用樹脂を第２の円環状開口から押し出し第２の円環状開口の内側に突設した第２のガイドパイプの外周に沿わせて固化させてクラッド層を形成し、コア用樹脂を第３の開口から第２のガイドパイプを通り第２のガイドパイプの先端からクラッド層内に圧出し固化させる。コア用樹脂の圧出圧力と保護チューブ層及びクラッド層を介した成形用液の圧力とを均衡させた状態で成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造方法において、コア用樹脂、クラッド用樹脂及び保護チューブ用樹脂を一の金型から同時押出する方法であって、前記金型は第１の円環状開口と同金型の内部に第２の円環状開口、及び第２の円環状開口内に第３の開口を有し、保護チューブ用樹脂を第１の円環状開口から押出し、第１の円環状開口の内側に突設した第１のガイドパイプの外周に沿わせて成形用液中で押出し固化させて保護チューブ層を形成し、クラッド用樹脂を第２の円環状開口から押し出し第２の円環状開口の内側に突設した第２のガイドパイプの外周に沿わせて固化させてクラッド層を形成し、コア用樹脂を前記第３の開口から前記第２のガイドパイプを通り第２のガイドパイプの先端から前記クラッド層内に圧出し固化させるに当たり、コア用樹脂の前記圧出圧力と保護チューブ層及びクラッド層を介した前記成形用液の圧力とを均衡させた状態で成形することを特徴とするプラスチック光ファイバーの製造方法。
【請求項２】
同時押出する方向が上向きであ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ーの製造方法。
【請求項３】
コア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造装置であって、
一面に保護チューブ用樹脂用の第１の円環状開口と、その内側のクラッド用樹脂用第２の円環状開口と、第２の円環状開口の内側のコア用樹脂用開口を有し、第１の円環状開口と連通する保護チューブ用樹脂供給用開口と、第２の円環状開口と連通するクラッド用樹脂供給用開口と、ダイの開口と連通するコア用硬化性樹脂供給用開口とを有する金型と、
第１の円環状開口と第２の円環状開口との隔壁上に突設された第１のガイドパイプと、
第２の円環状開口と第３の開口との隔壁上に突設された第２のガイドパイプと、
保護チューブ用樹脂を流動状態で前記金型に供給する保護チューブ用樹脂供給手段と、
クラッド用樹脂を流動状態で前記金型に供給するクラッド用樹脂供給手段と、
コア用硬化性樹脂を前記金型に加圧下供給するコア用樹脂供給手段と、
前記金型から吐出される保護チューブ用樹脂を固化・成形させるための成形用液を入れる加圧容器と、
前記成形用液を加圧する手段と、
を有することを特徴とするプラスチック光ファイバーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア、クラッド、保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光ファイバーは近距離用の光通信等に用いられており、コアがポリメチルメタクリレート（以下「ＰＭＭＡ」と略す）等の高光透過性樹脂で作られその外側に、コアより屈折率の小さい例えばポリビニリデンフルオライド等によるクラッドを設けた光伝送損失を防ぐ構成とされている。本構造によればコアよりしみ出た光はクラッドにてもどされるため光ファイバー外への漏出がなく伝送効率がよい。
【０００３】
このようなプラスチック光ファイバーの製造方法としては成形したコア繊維上にクラッドを浸漬、塗布等の方法により被覆し必要に応じて硬化させることや複合紡糸法により製造されていたが、均一な外径を有する繊維を紡糸することが難しく均一な厚みをもつクラッドを成形することが困難であった。
【０００４】
更に熱可塑性樹脂でコアとクラッドを同時押出する方法もあるが、熱可塑性樹脂を高温で低粘度化させて成形加工するものであるため、成形時に樹脂の焼けによる変色等、更には金型中の滞留によりゲル化物や炭化物等を生じ、特にコア中の光行路中に存在すれば、伝送損失が本来の材料の持つものよりも大きくなり、伝送効率が十分上がらないという問題がある。
【０００５】
このためクラッドを熱可塑性樹脂製の予め成形されたパイプを加熱下引っ張ることにより８００μｍのパイプに形成しこの中空部に硬化性の液状材料を滴下する等にて充填しコアを硬化させてプラスチック光ファイバーを得る方法が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
又クラッドを形成するための液状ポリマーを外層とし、コアを形成するための液状ポリマーを内層として流下させ、流下中に液状ポリマーを架橋させることが提案されている（
特許文献２）。
【０００７】
さらに光損失を小さくするためにコアを硬化性の有機シロキサンポリマーとしクラッドを熱可塑性樹脂とした組み合わせにて同時押出し、コアを硬化させる方法が提案されており（特許文献３）、実施例には通常のチューブ押出機を、空気注入口に有機シロキサンポリマーが供給される様に改造してクラッドを形成する熱可塑性樹脂と同時に有機シロキサンポリマーを上向きに同時押し出している。しかしながら本方法では有機シロキサンポリマーを注入するためその圧力で外径が大きくなり制御が困難となる問題が生じ易い。
【０００８】
以上の如く、上記プラスチック光ファイバーの製造方法では二段階生産のものは生産性が悪く、一段階生産のものは外径、内径制御が困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開昭５７−１０２６０４
【特許文献２】特開昭６１−２５９２０２
【特許文献３】特開昭６３−１６９６０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のような事情に鑑みて、本発明は、一段階で外径、内径の制御が容易な保護チューブ付プラスチック光ファイバー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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載のプラスチック光ファイバーの製造方法は、コア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造方法において、コア用樹脂、クラッド用樹脂及び保護チューブ用樹脂を一の金型から同時押出する方法であって、前記金型は第１の円環状開口と同金型の内部に第２の円環状開口、及び第２の円環状開口内に第３の開口を有し、保護チューブ用樹脂を第１の円環状開口から押出し、第１の円環状開口の内側に突設した第１のガイドパイプの外周に沿わせて成形用液中で押出し固化させて保護チューブ層を形成し、クラッド用樹脂を第２の円環状開口から押し出し第２の円環状開口の内側に突設した第２のガイドパイプの外周に沿わせて固化させてクラッド層を形成し、コア用樹脂を前記第３の開口から前記第２のガイドパイプを通り第２のガイドパイプの先端から前記クラッド層内に圧出し固化させるに当たり、コア用樹脂の前記圧出圧力と保護チューブ層及びクラッド層を介した前記成形用液の圧力とを均衡させた状態で成形することを特徴とするプラスチック光ファイバーの製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載のプラスチック光ファイバーの製造方法は請求項１記載の製造方法において同時押出する方向が上向きであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の光ファイバーの製造装置は、
コア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーの製造装置であって、
一面に保護チューブ用樹脂用の第１の円環状開口と、その内側のクラッド用樹脂用第２の円環状開口と、第２の円環状開口の内側のコア用樹脂用開口を有し、第１の円環状開口と連通する保護チューブ用樹脂供給用開口と、第２の円環状開口と連通するクラッド用樹脂供給用開口と、ダイの開口と連通するコア用硬化性樹脂供給用開口とを有する金型と、
第１の円環状開口と第２の円環状開口との隔壁上に突設された第１のガイドパイプと、
第２の円環状開口と第３の開口との隔壁上に突設された第２のガイドパイプと、
保護チューブ用樹脂を流動状態で前記金型に供給する保護チューブ用樹脂供給手段と、
クラッド用樹脂を流動状態で前記金型に供給するクラッド用樹脂供給手段と、
コア用硬化性樹脂を前記金型に加圧下供給するコア用樹脂供給手段と、
前記金型から吐出される保護チューブ用樹脂を固化・成形させるための成形用液を入れる加圧容器と、
前記成形用液を加圧する手段と、
を有することを特徴とするプラスチック光ファイバーの製造装置である。
【００１３】
以下詳細に説明する。
保護チューブ用の樹脂としては物理的、化学的等の保護作用を有するものであれば特に限定されないが、熱可塑性樹脂が成形が容易なため好ましい。塩化ビニル、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、高分子量ポリエチレンその他の樹脂を上げることができ、単独あるいは混合してもちい用いることができる。流動性を上げるには、易成形化材料として可塑剤、炭酸ガス等の超臨界ガス、亜臨界ガス等を使用することができる。  
【００１４】
クラッド用樹脂としては使用波長域において透明な樹脂であれば特に限られないが、通信に用いる光の領域例えば可視光、近赤外において透明度が高く屈折率にムラが少なく、十分な機械強度性を有し、耐熱性、耐候性、耐化学性、耐油性等を有し、硬化が容易で、収縮が小さければ、何でもよい。
【００１５】
クラッド用樹脂が硬化性樹脂であれば、硬化方法は熱、光、電子線等の電磁放射線によるもの等を適宜選択することができ、硬化方法に対応した硬化剤は予めあるいは押出直前に混合しておくことができる。コアに対しクラッドは相対的に屈折率が小さくなければならないため屈折率を考慮して組み合わせが決められる。フッ素樹脂、シリコーン系樹脂等が好適に用いられる。特にシリコーン系熱硬化樹脂が好ましい。
【００１６】
上記シリコーン系熱硬化樹脂の中でも室温または加温により硬化する１液または２液タイプのものが好ましく、例えば旭化成株式会社製  ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０１、ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０４が高い透明性及び高い流動性を有するため好ましい。
【００１７】
クラッド用熱可塑性樹脂としてはＰＭＭＡ、ＰＳｔ、ＰＣ、ノルボルネン樹脂、アクリル共重合体等が好適に用いられる。
【００１８】
コア用樹脂としては使用波長域において透明な樹脂であれば特に限られないが、通信に用いる光の領域例えば可視光、近赤外において透明度が高く屈折率にムラが少なく、十分な機械強度性を有し、耐熱性、耐候性、耐化学性、耐油性等を有し、硬化が容易で、硬化収縮が小さければ、熱可塑性樹脂でも、硬化性樹脂でもよい。
特にクラッド層に注入するためクラッドとの親和性が高い方が硬化後剥離しないため好ましい。クラッドに比し屈折率が高いものが組み合わせて用いられる。又製造上、未硬化状態あるいは熱流動状態において粘度が低いものが好ましい。
【００１９】
コア用樹脂としてもシリコーン系樹脂等が好適に用いられる。特にシリコーン系熱硬化樹脂が好ましい。上記シリコーン系熱硬化樹脂の中でも室温または加温により硬化する１液または２液タイプのものが好ましく、例えば旭化成株式会社製  ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０１、ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０４が高い透明性及び高い流動性を有するため好ましい。
【００２０】
コア用樹脂とクラッド用樹脂は屈折率の差を適切にする組み合わせにて選択される。
【００２１】
本発明において同時押し出し金型を用いる。成形後のコアは円柱状でありクラッドはコアを取り巻く円筒（パイプ）状であり、保護チューブはクラッドを取り巻く円筒（パイプ）状であるので、対応する金型の開口も対応して中心を一とする第３の開口、円状が好ましい、とその外側に二重の円環（ドーナツ）状の第１の円環状開口と第２の円環状開口を有する。第３の開口はコア用硬化性樹脂の金型への供給口と、第１の円環状開口は保護チューブ用樹脂クラッド用樹脂の供給口と、第２の円環状開口はクラッド用樹脂の供給口と連通している。但し開口の形状は樹脂が通過する限り一部ブリッジ等の実質状の障害とならないものが円環状開口部又は他の開口部の開口部及びその近傍に形成されていてもよい。
【００２２】
上記金型の第１の円環状開口と第２の円環状開口の隔壁上に流出方向に突設した細長い円柱状の第１のガイドパイプが付設されており、第１の円環状開口から保護チューブ用樹脂が押し出され、第１のガイドパイプの外側面に沿って、成形液中で側面から圧力を受けて固化され、円筒状の保護チューブ層を形成する。
【００２３】
上記金型の第２の円環状開口と第３の開口の隔壁上に流出方向に突設した細長い円柱状の第２のガイドパイプが付設されており、第２の円環状開口からクラッド用樹脂が押し出され、第２のガイドパイプの外側面に沿って、固化され、円筒状の保護チューブ層を形成する。
【００２４】
第３の開口から押し出されたコア用樹脂は第２のガイドパイプ中に圧出され、ガイドパイプの先端からクラッド層中に圧出し、クラッド層中で固化される。このときクラッド層中に第２のガイドパイプから圧出されるコア用樹脂の圧出圧力と保護チューブ層、クラッド層を介して与えられる成形用液の圧力を均衡させた状態にて行う。
【００２５】
本発明においてクラッド層中に第２のガイドパイプから圧出されるコア用樹脂の圧出圧力と保護チューブ層、クラッドを介して与えられる成形用液の圧力を均衡させた状態にするのは、コア用樹脂の圧出圧力が大き過ぎればコア径が大きくなり、コア用の圧力が小さければ注入が不十分になり、コア径が小さくなるからである。このことによりクラッド内で過不足なく一定の径のコアが形状制御性よく形成される。又コア、クラッド、保護チューブ間の密着がよくなる。
【００２６】
保護チューブ用樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、成形用液は冷却作用を果たす必要がありそのように温度制御される。
成形用液の圧力、温度は圧力ポンプ、温調循環媒体等の通常の手段により精妙に制御される。
【００２７】
コア用硬化性樹脂が熱硬化性の場合はクラッド中で固化するよう硬化速度を触媒の種類・添加量を適宜選択することにより調整され、又成形用液の温度も保護チューブ、クラッドのみならずコアの形成にも配慮して適宜設定される。
【００２８】
クラッド用硬化性樹脂又、コア用硬化性樹脂又は保護チューブ用樹脂は硬化用ヒーター、光、電子線等の放射装置等により本製造工程中で後硬化してもよいが、硬化を急速にすることにより光学歪みが生じる場合には別装置で熱、光、電磁放射等により完全効果させても良い。
【００２９】
本発明における成形用液は保護チューブの冷却固化又は硬化させる作用及び圧入されるコア用樹脂の圧力を均衡させるために用いられる。
成形用液の圧力、温度は圧力ポンプ、温調循環媒体等の通常の手段により精妙に制御される。コア用樹脂の圧力が大き過ぎれば外径が大きくなり、コア用樹脂の圧力が小さければ注入が不十分になるからである。
【００３０】
同時押出する方向は特定しないが上向きであることが好ましい。液位及び液深さにより圧力、温度が制御し易く、製造装置が簡便になるためである。尚下向きの場合には鉛直方向に重力が作用するため延伸効果として働くが強ければ分子の配向を生じるため好ましくなく、成形用液からの浮力にて重力が相殺されるという利点もある。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば製造される光ファイバーの外径が大きくならず、又コア用樹脂の圧力が不足することもなく長尺の保護チューブ付光ファイバーを一段で製造することができる。
ガイドパイプを用いるのでクラッドの内径制御がしやすく、ガイドパイプに沿ってクラッドが形成されるため製造時における制御が容易で立ち上げが早くなり効率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明を、その実施の形態を表す図面を参照しつつ詳しく説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明に係る光ファイバー製造方法を実施するための装置全体図であり、図２は押出金型内外の樹脂の流動等を表す図である。
【００３４】
押出金型Ｄは一面に保護チューブ用樹脂用の第１の円環状開口と、その内側のクラッド用樹脂用第２の円環状開口と、第２の円環状開口の内側のコア用樹脂用開口を有し、第１の円環状開口と連通する保護チューブ用樹脂供給用開口と、第２の円環状開口と連通するクラッド用樹脂供給用開口と、コア用樹脂用開口と連通するコア用硬化性樹脂供給用開口とを有する。
【００３５】
押出金型Ｄの第１の円環状開口と第２の円環状開口の隔壁上に流出方向に突設した細長い円筒状の第１のガイドパイプ２３が付設されており、第１の円環状開口から保護チューブ用樹脂が押し出され、第１のガイドパイプの外側面に沿って、成形用液中で側面から圧力を受けて固化され、円筒状の保護チューブ層を形成するようになっている。保護チューブ用樹脂が熱可塑性樹脂の場合には成形用液は冷却作用を果たす必要があり成形用液は冷却作用を果たす必要がありそのように温度制御される。保護チューブ用樹脂が熱硬化性である場合には成形用液は加熱作用を果たす必要がありそのように温度制御される。
【００３６】
押出金型Ｄの第２の円環状開口と第３の開口の隔壁上に流出方向に突設した細長い円筒状の第２のガイドパイプ６が付設されており、第２の円環状開口からクラッド用樹脂が押し出され、第２のガイドパイプの外側面に沿って、固化され、円筒状のクラッド層にてなるチューブ５を形成するようになっている。
【００３７】
押出金型Ｄの第１の円環状開口と連通する保護チューブ用樹脂供給用開口に取り付けた単軸押出機（図示せず）に保護チューブ用樹脂として乾燥させた熱可塑性ポリエステルエラストマー（東レ・デュポン株式会社製  ハイトレル７２７７）を供給し押出機内で溶融混練し押出金型Ｄの第１の円環状開口から保護チューブ用樹脂を上方向に押出し第１のガイドパイプ２３の外側面に沿って、成形用液８１で側面から圧力を受けながら冷却されて固化し、円筒状の保護チューブ層を形成する。
【００３８】
押出金型Ｄの第２の円環状開口と連通するクラッド用樹脂供給用開口に取り付けた単軸押出機４のホッパー３にクラッド材形成材料として熱可塑性フッ素樹脂（三井・デュポンフロロケミカル社製  ＦＥＰ５１００−Ｊ）を供給し押出機４内で溶融混練し押出金型Ｄの第２の円環状開口からクラッド材形成材料を上方向に押出し第１のガイドパイプ２３の内側面に沿って固化されクラッド層にてなるチューブ５を形成する。このためクラッド層の厚み精度、形状精度が向上する。
【００３９】
成形用液８１は１５及び１６の液出入口より温調器（図示せず）で定温化されたものが循環される。加圧容器８中の液位にて押出金型Ｄ周辺の圧力を調節することができるが、更に加圧容器８内の気相の圧力をポンプ等（図示せず）で調整することもできる。１４は圧力バルブであり４３は排気用ベント口である。
【００４０】
押出金型Ｄのコア用樹脂供給用開口には、コア材供給タンク９中のコア材形成用樹脂としてのシリコーン系熱硬化性樹脂（旭化成株式会社製  ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０１）と触媒あるいは副剤１０を混合機１１にて混合し、粘度を下げて流動性を増すための加温部（図示せず）にて硬化性組成物を熱硬化開始温度以下の温度に加温し、ポンプ１２にて圧力を付加したものが連続的に注入されるようになっている。副剤として硬化促進剤には旭化成ワッカーシリコーン社製のキャタリシスＥＰを、硬化遅延剤には旭化成ワッカーシリコーン社製のインキビターＰＴ８８を用いた。それぞれ、必要に応じ使い分け、ＥＬＡＳＴＯＳＯＬ  ＲＴ６０１  １００重量部に対し０．０１〜０１部程度混合し用いた。
【００４１】
コア材形成用樹脂は押出金型Ｄの第３の開口を通って第２のガイドパイプ６中を通り抜け第２のガイドパイプ６の先端の開口７から流出しクラッド層にてなるチューブ５中に流入する。
【００４２】
本発明においてクラッド層中に第２のガイドパイプ６から圧出されるコア用樹脂の圧出圧力と保護チューブ、クラッド層を介して与えられる成形用液の圧力とを均衡させた状態で成形する。コア用樹脂の圧力が大き過ぎればコア径が大きくなり、コア用樹脂の圧力が小さければ注入が不十分になりコア径が小さくなるからである。このことによりクラッド内で過不足なく一定の径のコアが寸法安定性よく形成される。又コア用樹脂が圧力下でクラッド層に注入されるためコアとクラッドとの密着がよくなり更にクラッドと保護チューブとの密着もよくなる。
【００４３】
チューブ５の内部にコア用硬化性組成物が圧入され赤外線発生器１９から発生する赤外線によりコア用硬化性樹脂が硬化され、コア材とクラッド材が積層されてなるプラスチック光ファイバー１１が得られた。ピンチローラー１７で引き取られ巻き芯２０上に巻き取り光ファイバー巻き１８が得られた。
光ファイバー巻き１８を装置から取り出し後硬化炉中で別途完全硬化させた。
【００４４】
得られた光ファイバーは保護チューブ径、クラッド径、コア径共に寸法安定性に優れていた。又各々の間の密着性も優れていた。  
【００４５】
（比較例１）
成形用液８１を入れない以外は実施例１と同様にして光ファイバーを成形した。
得られた光ファイバーはクラッド径、コア径共に寸法安定性が不良であった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の製造方法によるプラスチック光ファイバーの製造方法によれば、コア、クラッド及び保護チューブが積層されてなるプラスチック光ファイバーが一段で成形されるためコストが安く、コア、クラッドの寸法安定性がよく真円性に優れるため伝送距離の長い用途にも用いることのできる性能の優れた光ファイバーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るプラスチック光ファイバーの製造方法に用いる装置の１例を模式的に表す図である。
【図２】本発明に係るプラスチック光ファイバーの製造方法に用いる装置中の押出金型近傍を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００４８】
３          ホッパー
４          一軸押出機
４３        ガス排出口
Ｄ          押出金型
５          クラッド層となるチューブ
６          第２のガイドパイプ
７          第２のガイドパイプの開口端
８          加圧容器
９          コア材用硬化性樹脂供給タンク
１０        コア材用硬化性樹脂用硬化剤供給タンク
１１        コア材用硬化性樹脂と硬化剤の混合器
１２        コア材用硬化性組成物圧入用ポンプ
１３        コア材用硬化性組成物圧力メーター
１４        加圧容器の圧力調整弁
１５、１６  成形用液８１の流出入口  
１７        引き取りピンチ
１８        光ファイバー巻き
１９        硬化用赤外線発生器
２０        光ファイバー巻き取り用芯
２３        第１のガイドパイプ
２４        第１のガイドパイプの開口端
【図１】
2006259201.tif 000003
【図２】
2006259201.tif 000004