JPH0416904A - プラスチック光ファイバーの製造方法およびその方法に使用する複合紡糸ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、プラスチック光ファイバーの製造方法およ
びその方法に使用する複合紡糸ノズルに関する。

さらに詳しく言うと、この発明は、電気・電子分野や自
動車分野など、たとえば、自動車のエンジンルーム内に
配設するプラスチック光ファイバーとして好適なプラス
チック光ファイバーを製造する方法およびその方法に使
用する複合紡糸ノズルに関する。

［従来技術および発明か解決しようとする課題］近年、
光伝送用光ファイバーとしては、従来から広く用いられ
てきた無機ガラス系光学繊維に比較して曲げ応力に強く
、接続か容易てあり、取り扱いか容易であるとともに安
価なプラスチック光伝送性繊維の開発か進み実用化され
ている。

このプラスチック光伝送性繊維は、光透過性に優れた重
合体からなる芯材と、この芯材よりも小さな屈折率を有
し、かつ透明性に優れた重合体からなる鞘材層とで構成
されるのか一般的てあり、この両材料を複合紡糸機を用
いて二層構造の繊維にして押し出して製造されることか
多い。

このような製造方法において重要なことのひとつとして
、プラスチック光ファイバーの伝送損失要因のひとっで
ある芯材と鞘材層との界面不整がある。

これを低減することにより、光伝送損失の低いプラスチ
ック光ファイバーを得ることがてきる。

このような工夫を凝らした技術として、特開昭５３−４
２２６１号公報および特開昭５７−４６２０４号公報に
おいては複合紡糸法によりプラスチック光ファイバーを
製造するにあたり、複合紡糸ノズルの側界面を形成する
側の樹脂の流れを９０度にしたものか開示されている。

しかしながら、これらにおいては、いずれも芯材と硝材
の流路か９０度をなすものを使用することにより、得ら
れたプラスチック光ファイバーにおいては、その断面に
おける芯材と鞘材との界面の真円度が劣ったり、と同時
に長手方向においても波打つという欠点があり、その結
果、得られたプラスチック光ファイバーは光伝送損失の
低減か充分てないという問題点がある。

この発明は前記事情に基づいてなされたものである。

本発明の目的は、芯材と鞘材との界面不整を低減するた
めの複合紡糸ノズルを用いることにより、伝送損失の小
さいプラスチック光ファイバーを得ることのてきるプラ
スチック光ファイバーの製造方法およびそのような製造
方法を実施するに好適な複合紡糸ノズルを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための本願第一の発明は、プラスチ
ックからなる芯材と該芯材よりも低い屈折率のプラスチ
ックとからなる鞘材層て構成される光ファイバーを複合
紡糸法により製造するプラスチック光ファイバーの製造
方法において１芯材用樹脂の流れ方向と鞘材層用樹脂の
流れ方向とで形成される両樹脂の界面側の鋭角か６０度
以内である複合紡糸ノズルを用い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てあり、　　第二の
発明は、複合紡糸法に使用される複合紡糸ノズルてあっ
て、芯材用樹脂の流れ方向と鞘材層用樹脂の流れ方向と
で形成される両樹脂の界面側の鋭角か６０度以内になる
ように、芯材用樹脂導入孔に対して傾斜する鞘材層用樹
脂導入孔を備えることを特徴とする複合紡糸ノズルであ
る。

次に本発明の製造方法に用いられる複合紡糸ノズルの構
造を説明するとともに本発明の製造方法を詳細に説明す
る。

一複合紡糸ノズルー 本発明における複合紡糸ノズルは、第１図および第２図
に示すように、芯材用樹脂の導入される芯材用樹脂導入
孔１の中心線Ａに対して２鞘材層用樹脂の流れ方向か、
両樹脂の界面側において６０度以下、好ましくは、４５
度以下になるように傾斜して設けられた鞘材層用樹脂導
入孔２とを有する。

この角度か６０度を超えると芯材３と鞘材層４との界面
不整か大きくなる。

さらに、前記複合紡糸ノズルにおける芯材用樹脂導入孔
と鞘材層用樹脂導入孔の接続部Ｂの内表面の仕上げ精度
（第１図、斜線部）は、表面粗さか０．４−　Ｓ以下、
好ましくは０．１−３以下であることか好ましい。

表面粗さか０．４−　Ｓよりも粗の場合、芯材と鞘材層
との界面不整か大きくなることかある。

また、前記複合紡糸ノズルのＬ／Ｄは０．１〜ｌＯの範
囲内か好ましい。（たたし、Ｌは鞘材層用樹脂導入孔の
芯材用樹脂導入孔との接続部からノズル出口迄の長さて
あり、Ｄはノズル出口の口径である。） また、後述する鞘材層に用いられる樹脂の内てもフッ素
含有ポリマーを用いてプラスチック光ファイバーを製造
する場合、前記複合紡糸ノズルの材質はＮｉか主てこれ
にＭ　ｏ　ＪＰＣｒなどを含有する合金とすることか望
ましい。Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系の合金にすることによりフ
ッ素の腐食性に対する耐食性か増大する。

上述した構造の複合紡糸ノズルを用いた複合紡糸法によ
り、従来から公知の芯材用樹脂、鞘材用樹脂を用いて光
伝送損失の小さいプラスチック光ファイバーを製造する
ことかてきる。

−プラスチック光ファイバーの製造方法−本発明の方法
の好適な一態様は、前記構造の複合紡糸ノズルを使用し
、芯材用樹脂とこの芯材用樹脂よりも低い屈折率を有す
る鞘材層用樹脂とを複合防糸することをその内容とする
。

本発明の方法により製造されるプラスチック光ファイバ
ーは、光透過性に優れたプラスチック（芯材用樹脂）か
らなる芯材と、この芯材よりも小さい屈折率を有し、か
つ透明性に優れたプラスチック（鞘材層用樹脂）からな
る鞘材層とで構成される。

１Ｍ 前記芯材として使用されるプラスチックとしては、その
屈折率か鞘材層の屈折率よりも０．０１以上大きく、か
つ透明性に優れたポリマーであれば良い。芯材用のその
ようなプラスチックの具体例として、メタクリル系ポリ
マー、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン−メ
タクリル酸エステル系コポリマー、ポリオレフィンある
いはこれらのポリマーの水素原子の全部あるいは一部か
重水素原子で置換された重水素化ポリマー等の透明な非
品性熱可塑性樹脂を挙げることがてきる。さらにまた、
芯材用のプラスチックとして、前記各種のポリマーのブ
レンド物あるいは前記以外の非晶性ポリマーも使用する
ことかてきる。

芯材用のプラスチックとして、メタクリル系樹脂および
ポリカーボネート系４＃脂が好ましく、特にポリカーボ
ネート系樹脂か好ましい。

■ポリカーボネート系樹脂 前記ポリカーボネート系樹脂としては、公知のものなど
各種のものの中から一種、あるいは必要に応じて二種以
上を選択して使用することができる。

前記ポリカーボネート系樹脂の具体例としては、各種の
ものかあるが、好ましくは次の一般式 て表され、前記一般式中のＲか て表される脂環族ポリカーボネートや、て表わされる芳
香族ポリカーボネート等を挙げることかできる。

さらにまた、これらと４，４′−ジヒドロキシジフェニ
ルエーテル、エチレングリコール、Ｐ−フェニレングリ
コール、１．６−ヘキサンジオール等のジヒドロキシ化
合物との共重合体も使用することができる。前記ポリカ
ーボネート樹脂は、一部で分岐する構造を有していても
良い。

本発明におけるポリカーボネート系樹脂の製造法につい
ても特に制限かあるわけではなく、たとえば、二価フェ
ノール類とホスゲンとの反応によるホスゲン法、二価フ
ェノール類とジフェニルカーボネート等の炭酸エステル
類との反応によるエステル交換法、あるいは二価フェノ
ール類とクロロホルメート等のへロホルメートとの反応
による方法等を好適に採用することができる。

前記二価フェノール類としては、ハイドロキノン、４．
４′−ジヒドロキシビフェニル、ビス（ヒドロキシフェ
ニル）アルカン、ビス（ヒドロキシフェニル）シクロア
ルカン、ビス（ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（
ヒドロキシフェニル）スルフィド、ビス（ヒドロキシフ
ェニル）スルホン、および、これらの低級アルキル、ハ
ロゲン等のＮ検体を挙げることかてきる。

これらの二価フェノール類の中ても、たとえば、２．２
−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン［以下、ビ
スフェノールＡと言うことかある。］、ｌ、ｌ−ビス（
４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−
ヒドロキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパンなどが
好ましい。

また、これらの二価フェノール類は、単体、あるいは混
合したものであってもよい。

前記芯材に使用するポリカーボネート系樹脂は、前記の
中ても適当な分子量範囲にあるものか好ましく、一般的
にはたとえば、粘度平均分子量が２０，０００〜２８，
０００の範囲内にあるものか好ましく、特に、２０．５
０［１〜２７，０００の範囲内にあるものか好ましい。

前記芯材に使用するポリカーボネート系樹脂として、粘
度平均分子量か、たとえば２０，０００〜２８．０００
の範囲内というように適当な範囲にあるものを使用する
ことにより、プラスチック光ファイバーの充分な強度お
よび良好な成形性を容易に確保することかてき、また、
プラスチック光ファイバーの透明性、屈折率、光伝送損
失などの光学的性質の向上も容易に確保することかてき
る。

ポリカーボネート系樹脂の粘度平均分子量の調整は、ポ
リカーボネート系樹脂の製造の際の前記重合反応におい
て、たとえばＰ　　ｔｅｒｔ−ブチルフェノールなどの
末端停止剤の添加量を調整することによって容易に行う
ことかてきる。

また、芯材に使用する前記ポリカーボネート系樹脂は、
その分子量分布特性に係わる重量平均分子量（Ｍ　ｗ　
）と数平均分子量（Ｍ　ｎ　）の比［Ｍ　ｗ　／　Ｍ　
ｎ　　（ＧＰＣ法）］が、通常２．０〜２．６の範囲内
にあるものか好ましく、特に、２．０〜２．４の範囲内
にあるものか好ましい。また、前記ポリカーボネート系
樹脂は、製造時に得られたポリマーをたとえばアセトン
などの溶媒で処理し、低分子量成分［Ｍ　ｗ　；　３，
０００以下］を除去しであるのが好ましい。

さらに、前記ポリカーボネート系樹脂は、ハロゲン化炭
化水素の含有量の少ないものか好ましく、特に１５ｐｐ
ｍ以下であるものか好ましい。

本発明における芯材を構成するポリカーボネート系樹脂
は、その異物強度か１　ｘ１０５ｇｍ２／ｇ以下である
のか好ましく、特に、　５ｘｌ［ｌ’　ｐ、ｍ２７ｇ以
下であるのか光伝送損失を一層小さくすることかできて
好ましい。

さらに、前記ポリカーボネート系樹脂から芯材を形成す
ることによって、その屈折率を、光ファイバーの芯材と
して十分に高いレベルにすることかてきる。この屈折率
は、使用するポリカーボネート系樹脂の種類等によって
異なるか、ヒスフェノールＡ系ポリカーボネートの場合
、通常１．５８６前後の値となる。

一方、耐熱性と言う観点からすると、熱変形湿度か１２
０℃以上であるポリカーボネート系樹脂を使用すること
か好ましい。ここて、熱変形温度とは、ＡＳＴＭ　　Ｄ
−６４８に準拠し、荷重４．６ｋｇ／　ｃ■２における
測定値を言う。

上述したように１本発明において使用するポリカーボネ
ート系樹脂としては、ビスフェノールＡから誘導された
樹脂を使用するのか有利であり、さらに説明すると、従
来公知の重合法であるビスフェノールＡとホスゲンとか
ら溶剤存在下て５０℃以下の温度で界面重縮合を行うこ
とによって製造されたポリカーボネートを用いるのが最
も望ましい。

■メタクリル系樹脂 メタクリル系樹脂としては、たとえばメタクリル酸メチ
ルのホモポリマーまたはコポリマー（出発子ツマ−の７
０重量％以上がメタクリル酸メチル、３０重量％以下が
メタクリル酸メチルと共重合可能な他の千ツマ−）であ
ることが好ましい。メタクリル酸メチルと共重合可能な
七ツマ−としては、たとえばアクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル等のビニル千ツマー等を挙げることができる
。

このほか、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸
ｔ−ブチル、メタクリル酸イソボルニル。

メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ベンジル、メ
タクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル等のメタク
リル酸エステルとこれらと共重合可能なモノマーとの共
重合体等が挙げられる。このうち、メタクリル酸メチル
の単独重合体および共重合体が好ましい。

一鞘材層一 鞘材層として使用されるポリマーとしては。

芯材成分のポリマーより屈折率の０．Ｏ１以上小さい、
かつ透明なポリマーであれば特に制限かない。

たとえば、ポリメチルメタクリレート、ポリ−４−メチ
ルペンテン−１、ボリアリレート、シリコーン樹脂、フ
ッ素樹脂などを挙げることがてきる。

鞘材層用のそのようなポリマーの具体的な例としては、
ポリメチルメタクリレート、スチレン−メチルメタアク
リレートコポリマー、ポリ−４−メチルペンテン−１、
エチレン−酢酸ビニルコポリマー、シリコーンアクリレ
ート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、含フツ素ポリメ
チルメタクリレート、ポリカーボネート、フッ化ビニリ
デン−へキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビ
ニリデンーテトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプ
ロピレンコボリマー、メチルメタアクリレート−スチレ
ン、ビニルトルエンまたはα−メチルスチレン／無水マ
レイン酸三元コポリマーまたは四元コポリマーなどが挙
げられる。また、芯材として、ポリカーボネート系樹脂
を用いる場合には、鞘材層として、フッ化ビニリデンと
テトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレ
ンとの三元共重合体や、メタクリル酸メチルの共重合体
、あるいは、次式 て表わされる構造を有するポリカーボネートは、光の伝
送損失の小さい点で特に好ましい。

なかでも、フッ化ポリカーボネート系ポリマーは、耐熱
性、芯材ポリマーとの相溶性かよく、好ましい。

ただし、前記式中のａ、ｂはポリマー中の繰り返し単位
それぞれのモル量を表わす。

鞘材層として好適な前記式（１，）および（ＩＩ）で表
わされるポリカーボネートは、前記式（Ｉ）および（Ｉ
Ｉ）の二種の繰返し単位のブロック共重合体てあっても
、またランダム共重合体てあっても良い、好ましいのは
ランダム共重合体である。

また、前記式（１）および（ＩＩ）において。

（ａ／ａ＋ｂ）ｘｌｏｏの値を２０以上にするのか望ま
しい、この値が２０未満であると、光伝送損失が大きく
なることがある。なお、ｂは０であっても良い、また、
前記式（’Ｉ）で表わされるポリカーボネートのガラス
転移温度（Ｔｇ）は１通常、　１５７℃以上てあり、屈
折率は１．５７以下である。

この様に、鞘材層にフッ素含有ポリマーを使用する場合
、前記複合ノズルの材質を上述したようにＮ１合金とす
ることか望ましい。

これらの重合体は、居間剥離強度を向上させるために、
アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等の不飽和カル
ボン酸類、ジグリシジルアクリレートまたはメタクリレ
ート、β−メチルグリシジルアクリレートまたはメタク
リレートなどの不飽和グリシジルモノマー、アクリルア
ミド、メタクリルアミド、およびその誘導体、ヒドロキ
シアルキルアクリレート、またはメタクリレート等の親
水性子ツマ−を共重合しても良い。

汎用性の高いものとしては、ポリメチルメタクリレート
等のメタクリル系重合体、メタクリル酸とフッ素化アル
コール類等とからなるエステル類を重合させた重合体等
を挙げることかできる。

前記エステル類の具体例としては、メタクリル酸２，２
．２−トリフルオロエチル、メタクリル酸２，２，３．
３−テトラフルオロプロピル、メタクリル＄２．２，３
，３．３−ペンタフルオロプロピル等を挙げることかて
きる。

これらの含フツ素メタクリル酸エステルの一種または二
種以上を使用して、これと共重合可能なビニル単量体お
よび親水性単独重合体を形成しえるビニル単量体からな
る共重合体を使用することもてきる。

一製造方法一 本発明のプラスチック光ファイバーは、上述したように
芯材用樹脂と芯材用樹脂よりも低い屈折率の鞘材層用樹
脂とを前記構成の複合紡糸ノズルて複合紡糸することに
より製造することかてきる。

この発明の方法においては、複合紡糸ノズルの温度を２
３５〜２８０℃、特に２４０〜２７０℃の範囲内にして
複合紡糸するのか好ましい。

さらに、前記構造の複合紡糸ノズルから吐出される溶融
したプラスチック光ファイバーの引取り速度は、８〜２
０ｍ　／　ｓｉｎ、の範囲か好ましい。溶融樹脂の押出
し速度と引取り速度とを調和させることにより界面不整
のないプラスチック光ファイバーを製造することかでき
る。

また、この発明の方法においては、エアーギャップを７
００〜１，３００ｍｍにして冷却しなから複合紡糸する
のか好ましい。

複合紡糸ノズルの温度を２３５〜２８０℃の範囲内にし
て押し出すとともに、エアーギャップを７００〜１．：
１００　ａｍにすることにより、真円度の変動および外
径変動か小さくて光伝送損失の小さなプラスチックス光
ファイバーを、常に安定して容易に製造することかでき
る。

エアーギャップによる冷却は、室温ての自然冷却てもよ
く、強制冷却てもよい。また、複合紡糸においては、複
合紡糸ノズルから引取機まての間の一部に紡糸筒を設け
てもよい。

このようにして製造されるプラスチック光ファイバーは
、一般に外径４００〜１．ＯＱＯｇｍ程度、鞘材層の厚
み１〜５０終ｍである。

また、さらに前記鞘材層に保護層を被覆して。

保護層を有するプラスチック光ファイバーを製造するこ
ともできる。

この発明て製造されるプラスチック光ファイバーは、ａ
ｌ械的強度、耐熱性に優れ、光伝送損失か小さいのて、
これまてのプラスチック光ファイバーてはその使用か不
可能てあった分野、たとえば電気、電子分野、自動車分
野などのセンサー手段や光通信手段としても好適に利用
することかできる。

［実施例］ 次に、この発明の実施例を示し、この発明についてさら
に具体的に説明する。

（実施例１） 芯材用ポリマーとしてビスフェノールＡから誘導される
繰り返し単位を含有するボリカーホネートを、鞘材用ポ
リマーとしてメタクリル酸メチル８０重量％とイソボル
ニルメタクリレート２０重量％からなる共重合体を、２
７０℃および２３０℃に設定したスクリュー溶融押出機
から、積層点ての角度３０度、仕上げ精度０．１−５、
材質５ＵＳ３０４の複合紡糸ノズルに供給し、芯／鞘構
造を形成した。

次いで、ノズルより押出し、冷却して固化させた後、毎
分２０ｍ／■ｉｎの速度で引き取り、光ファイバーな得
た。

このようにして得られた光ファイバーの界面不整を測定
した。

界面不整評価法：得られた光ファイバーを繊維軸と直角
方向に切断し、断面を光学顕 微鏡にて観察し、芯部の径を２６おき に測定した。芯部の径の変動を界面不 整と定義し、ＣＶ値で表した。ファイ バーは楕円になっていないため、Ｃｖ 値の大きなものが界面不整が大きいこ とを示す。

（ただし、ＣＶ値＝σ／Ｘ ［σ：標準偏差、Ｘ：平均値］） また、６６００■の波長の光源を用いて光伝送損失を測
定した。

結果を第１表に示す。

（比較例１） 実施例１において、積層点ての角度を９０°にした以外
は実施例１と同様に行った。

結果を第１表に示す。

（実施例２） 芯材用ポリマーとして５モル％のアクリル酸メチルを含
むメタクリル酸メチルを主体とする重合体を、鞘材用ポ
リマーとしてフッ化ビニリデン７０モル％を含むテトラ
フルオロエチレンとの共重合体を、　２３０℃および２
４０℃に設定したスクリュー溶融押出機から、積層点で
の角度４５°、仕上げ精度０．１−　Ｓ、材質へステロ
イＣの複合紡糸ノズルに供給し、芯／鞘構造を形成した
。

次いで、ノズルより押出し、冷却して固化させた後、毎
分２０ｍ／ｓｉｎの速度で引き取り、未延伸糸を得た。

さらに、この未延伸糸を１４０℃て１．５倍に延伸し、
光ファイバーを得た。

この様にルて得られた光ファイバーの界面不整、光伝送
損失を実施例１と同様に測定した。

結果を第１表に示す。

（比較例２） 実施例２において、積層点ての角度を９０’にした以外
は実施例２と同様に行った。

結果を第１表に示す。

（以下、余白） ［発明の効果コ 本発明の製造方法によると、得られるプラスチック光フ
ァイバーにおいては芯材と鞘材との間の界面不整か低減
することから、光伝送損失の小さいプラスチック光ファ
イバーを提供することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に用いられる複合紡糸ノズル
の断面図、第２図は第１図における端面図である。 １・・・芯材用樹脂導入孔、２・・・鞘材層用樹脂導入
孔、３・・・芯材、４・・・鞘材層。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラスチックからなる芯材と該芯材よりも低い屈
   折率のプラスチックとからなる鞘材層で構成される光フ
   ァイバーを複合紡糸法により製造するプラスチック光フ
   ァイバーの製造方法において、芯材用樹脂の流れ方向と
   鞘材層用樹脂の流れ方向とで形成される両樹脂の界面側
   の鋭角が６０度以内である複合紡糸ノズルを用いること
   を特徴とするプラスチック光ファイバーの製造方法。
2. （２）複合紡糸法に使用される複合紡糸ノズルであって
   、芯材用樹脂の流れ方向と鞘材層用樹脂の流れ方向とで
   形成される両樹脂の界面側の鋭角が６０度以内になるよ
   うに、芯材用樹脂導入孔に対して傾斜する鞘材層用樹脂
   導入孔を備えることを特徴とする複合紡糸ノズル。