(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に芯と平行な中空部を少なくとも１本有する中空繊維構造体であり、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる複数本の芯と隣接する芯間を埋めるように各芯を取り囲む芯樹脂よりも屈折率の低い透明な鞘樹脂からなる鞘層とを同時に溶融複合成型してなるマルチコアホローファイバの信号伝送方法であって、発光素子及び受光素子の少なくとも一方と該ファイバとの結合部において、素子側に設けた位置決めピンを該ファイバの中空部に挿入し、該中空部の直径を一定に保つと同時に該ファイバの中心の位置合わせを行うことを特徴とするマルチコアホローファイバの信号伝送方法。
【請求項２】
上記マルチコアホローファイバの芯の本数が７本以上である請求項１記載のマルチコアホローファイバの信号伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチコアホローファイバを用いた光信号伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
狭いスペースで多数の光チャンネルを実現する方法としては、石英光ファイバを数１０本、１２５μｍピッチで配置したファイバテープが用いられ、まとめて多数の端末結合を可能にしている。プラスチック光ファイバにおいても類似のテープはあるが、伸び縮みなどによる、寸法精度が乏しく実用は困難であった。
【０００３】
プラスチック光ファイバを用いて小さな空間にコンパクトに多数の光ファイバのチャンネルを実現しようとするときの思い付きとしては、直径が１００μｍ〜２６０μｍ程度のごく細いプラスチック光ファイバをシート状に並べてテープとし、各々のファイバに信号を送ることが考えられるが、プラスチック光ファイバの寸法精度を克服するための端末処理が大変困難である。
【０００４】
また、およそ１．０ｍｍ程度の直径の中に整然と数個〜数千個の微細な芯が入ったマルチコアプラスチック光ファイバを用いると、該ファイバ１本で複数の信号伝送路を形成することが出来る。
【０００５】
しかしながら、この場合でも紡糸によって得られたプラスチック光ファイバの直径の変動が±３％程度生じる。仮に１．０ｍｍのプラスチック光ファイバとすれば９７０μｍ〜１０３０μｍのばらつきが生じ、さらに、ファイバをコネクターのフェルールに装着する際にフェルールの内径が１０６０μｍ〜１１００μｍ程度にばらつくため、マルチコアプラスチック光ファイバの個々の芯を用いて複数の信号伝送路を形成しようとすると、そのマルチコアプラスチック光ファイバの位置合わせが非常に大変になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記問題を解決し、プラスチック光ファイバ製で小さな空間にコンパクトに多数の光ファイバのチャンネルを実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に芯と平行な中空部を少なくとも１本有する中空繊維構造体であり、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる複数本の芯と隣接する芯間を埋めるように各芯を取り囲む芯樹脂よりも屈折率の低い透明な鞘樹脂からなる鞘層とを同時に溶融複合成型してなるマルチコアホローファイバの信号伝送方法であって、発光素子及び受光素子の少なくとも一方と該ファイバとの結合部において、素子側に設けた位置決めピンを該ファイバの中空部に挿入し、該中空部の直径を一定に保つと同時に該ファイバの中心の位置合わせを行うことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴はマルチコアホローファイバを用いたことにある。マルチコアホローファイバ自体は、米国特許５４７１５５３号や特開平６−１８６４４５号公報に開示されており、公知である。これらの先行文献に記載されたマルチコアホローファイバは、ライトガイドとして使用し、内視鏡や光センサーとして医療分野、計測分野で使用するものが中心であった。
【０００９】
マルチコアホローファイバの構造は、上記文献に記載されているように、マルチコアプラスチック光ファイバの中に芯と平行な中空部を１本以上配置したものである。本発明者はこの中空部をマルチコアホローファイバの位置決めに用いるものであり、その結果、従来の円柱状のコネクターフェルールでは出来なかった高い精度の位置決めが容易にできるようになった。
【００１０】
例えば、マルチコアホローファイバの構造上一番単純なものは、断面がドーナツ状で中空部がファイバの中央部に１本あるものであり、この中空部の直径よりもやや小さめの先端部とやや太目の根元部を有するような位置決めピン１２を配置し、それにマルチコアホローファイバを押し込み装着することにより、該ファイバを支持すると同時にファイバの偏心を防ぐことができる。このようなファイバの断面構造を図１に示す。図中、１は芯であり、細かい升目で模式的に示す。鞘層は隣接する芯間を埋めるように配置されている。また、２は中空部、３は受光素子或いは発光素子の直径に相当する領域である。
【００１１】
図７は後述する実施例におけるマルチコアホローファイバの通常の断面を描いたものであるが、この中空部２に円形の位置決めピンを装着した時の断面図が図８である。これらの図を比較すると、図７の場合は、中空部２の断面がやややつぶれた円形であるが、図８では真円になっていることが理解できる。この様にマルチコアホローファイバの両端末を処理することにより、両端の端面の芯の配置と形状は左右ぴつたり重なりあうものとすることができる。
【００１２】
これは、特にマルチコアホローファイバが、米国特許５４７１５５３号明細書に開示された複合紡糸によって製造されたときにのみ、両端末の内径を同一にすることによって実現するのである。
【００１３】
図２〜図５は他のマルチコアホローファイバの構造例であり、図中の符号は図１と同じである。
【００１４】
図６に、本発明の一実施形態として、中央部に中空部を有するマルチコアホローファイバを用い、複数の（図６の場合、６本の）信号チャンネルを形成した場合の端末部の概念図を示す。図中、１１は発光素子、１２は位置決めピン、１０はマルチコアホローファイバで、２はその中央部に形成された中空部、３は発光素子１１の直径に相当する領域、即ち信号チャンネルを示す。尚、ファイバの芯はファイバ断面の升目で模式的に示した。本発明においては、マルチコアホローファイバの捩じれに対応した配置を行うことが必要で、この点が満たされておれば、端末から端末の結合を正確に行うことができる。この捩じれ対応処理が繁雑な場合には、マルチコアホローファイバとして、位置決め用の中空部の他にもう一ケ所以上の中空部を設けたものを用いたり、或いは、ファイバの外側にマークを付しても良い。
【００１５】
本発明に用いられるマルチコアホローファイバのミクロ構造は、透明な芯樹脂からなる複数本の芯と、該芯間を埋めるように各芯を取り囲む芯樹脂よりも屈折率の低い透明な鞘樹脂からなる１つの鞘層からなる場合と、上記各芯の周りに芯樹脂よりも屈折率の低い透明な第１の鞘樹脂からなる第１の鞘層を該芯と同心円状に設け、さらに該第１の鞘層の周りを屈折率のより低い第２の鞘樹脂からなる第２の鞘層で取り囲んだ場合、が基本的である。後者の場合、第１の鞘層が当該ファイバの開口数を規定し、第２の鞘層は曲げによる光ロスを改善するのに寄与する目的で使用される。また、この第２の鞘層に変わって、必ずしも透明で無く、必ずしも屈折率に関係なく、保護層又は光遮蔽層を配置することもできる。光遮蔽層は、カーボンブラック等を含む樹脂で被覆される。この層を設けると、芯間の光のクロストークが防止できるので高密度の伝送路を形成するときは有益である。マルチコアホローファイバの芯の数は７本以上で円周を形成するが、好ましくは２０〜５０００本である。芯の数が多いと芯の直径が小さくなる。通常この芯の直径は１０μｍ以上である。
【００１６】
マルチコアホローファイバの端末で結合される受発光素子などの直径は通常５０〜２００μｍであるので、芯の直径としてはこの結合素子の大きさを考慮してうまく結合出来るようにするのがよい。そのため芯の直径は１０μｍ〜３０μｍの小さいものから３０μｍ〜１００μｍのもの、１００μｍ〜２００μｍの大きなものなどを適宜選択すれば良い。
【００１７】
マルチコアホローファイバの外径は通常０．５〜３．０ｍｍである。そしてマルチコアホローファイバの中空部の直径は外径の１％〜９０％程度である。特に中空部の直径を小さくすると、ファイバを曲げたりしたときの挫屈が起こりにくいので好都合である。また中空部の直径が大きく挫屈の心配があるときは、中空部の中に、適当な繊維を挿入しておくことによって挫屈を防ぐ事ができる。
【００１８】
本発明に用いるマルチコアホローファイバの芯樹脂としては、従来プラスチック光ファイバの芯樹脂として公知の樹脂が使用できる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＭＭＡ）系の公知の樹脂が使用できる。例えばメチルメタクリレート単独重合体や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体で、共重合可能な成分として、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エステル類、イソプロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中から一種以上適宜選択して共重合させることができる。その他好ましい樹脂として、スチレン系樹脂が使用できる。例えばスチレン単独重合体やスチレン−メチルメタクリレート共重合体などである。その他好ましい樹脂として、ポリカーボネート系樹脂が使用できる。ポリカーボネート系樹脂は耐熱性が高いこと、及び吸湿性が低いという特徴を有する。そのほかプラスチック光ファイバの芯樹脂として提案されている、旭硝子社製ＣＹＴＯＰ樹脂やデユポン社製ＴＥＦＬＯＮＡＦ樹脂、ＪＳＲ社製アートン樹脂なども芯樹脂としても使用することができる。
【００１９】
鞘樹脂として具体的に例を挙げれば、芯樹脂がＭＭＡ系樹脂の場合であれば、フルオロアルキルメタクリレートを含む樹脂やビニリデンフロライド系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイなどである。特に通信用途ではフルオロアルキルメタクリレート樹脂が結晶性がなく、高温でロスの変化もなく好ましい。フルオロアルキルメタクリレートとしては次式の化合物であり、これらで示されるフルオロアルキルメタクリレートモノマーの１種類以上と、他の共重合可能なフルオロアルキルメタクリレートやアルキルメタクリレートやアルキルアクリレートなどとの共重合体である。
【００２０】
【化１】
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【００２１】
さらに具体的に例をあげれば、フルオロアルキルメタクリレートとしては、トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、ペンタフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート、オクタフルオロプロペンチルメタクリレートなどがあり、フッ化アクリレートモノマーとしては、トリフルオロエチルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレートなどがある。そしてこれらのフッ素系モノマーの他に、高屈折率成分として、メチルメタクリレートやエチルメタクリレートなどのメタクリレートモノマーやメチルアクリレートやエチルアクリレート、ブチルアクリレートなどのアクリレートモノマー、メタクリル酸やアクリル酸などとのいろいろな組み合わせによる共重合体が挙げられる。
【００２２】
ビニリデンフロライド系樹脂として例を挙げれば、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体、特に、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる共重合体が好ましい。その他、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体などがある。そしてさらにこれらのビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイを使用することもできる。
【００２３】
【実施例】
芯樹脂がポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂であり、鞘樹脂が屈折率が１．４０３のビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの共重合体であり、外径が１．０ｍｍ、中央部に設けた中空部の直径が０．６ｍｍ、芯径が３０μｍ芯数が５００本のマルチコアホローファイバを用いた。このマルチコアホローファイバの端面を剃刀で切断したときの断面図を図７に示す。このマルチコアホローファイバに直径０．６１ｍｍの位置決めピンを差し込んだ端面の断面図を図８に示す。図７及び図８共に顕微鏡写真に基づいて描いた図面である。
【００２４】
図７及び図８に示したように、マルチコアホローファイバの中空部２の直径は、長径と単径の比率が図７では１．０６であったのに対し、位置決めピンを挿入した図８では１．０１と真円に近く修正された。この端面から５ｍ下流のファイバ断面について同様の端末処理した断面写真を重ね合わせても１５μｍ以下の高精度で一致することが判明した。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではマルチコアホローファイバの中空部に位置決めピンを挿入して結合素子と結合させるため、煩雑な端末処理が不要で且つ高精度の位置合わせを容易に行うことができ、プラスチック光ファイバを用いた狭いスペースでの複数チャンネルの信号伝送が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるマルチコアホローファイバの一例の断面模式図である。
【図２】本発明に用いるマルチコアホローファイバの他の例の断面模式図である。
【図３】本発明に用いるマルチコアホローファイバの他の例の断面模式図である。
【図４】本発明に用いるマルチコアホローファイバの他の例の断面模式図である。
【図５】本発明に用いるマルチコアホローファイバの他の例の断面模式図である。
【図６】本発明の一実施形態における、マルチコアホローファイバに複数の信号チャンネルを形成した場合の端末の概念図である。
【図７】本発明の実施例において用いたマルチコアホローファイバの断面図である。
【図８】本発明の実施例において、中空部に位置決めピンを差し込んだマルチコアホローファイバの端面の断面図である。
【符号の説明】
１  芯
２  中空部
３  発光素子或いは受光素子の直径相当領域（信号チャンネル）
１０  マルチコアホローファイバ
１１  発光素子
１２  位置決めピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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