JPH07239420A

JPH07239420A - 広帯域プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JPH07239420A
Application number: JP6031502A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamaga; 正山賀; Shigeki Katsuta; 成樹勝田
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【構成】長鎖フルオロアルキルメタクリレート１重量
％〜３０重量％、短鎖フルオロアルキルメタクリレート
の中から選ばれた少なくとも１種の１重量％〜２０重量
％、及びメチルメタクリレート５０重量％〜９８重量％
との共重合体からなり、かつ、メルトインデックスが５
ｇ／１０分〜６０ｇ／１０分で、芯材の屈折率よりも
０．０１以上、０．０４以下だけ低い屈折率をもつ鞘
と、メチルメタクリレートを主成分とする芯とからなる
ことを特徴とするプラスチック光ファイバ。【効果】本発明により、ＬＡＮなどの、１００ＭＨｚ
以上の高速で、距離も数１０ｍ〜２００ｍといった中距
離での情報伝送までも、プラスチック光ファイバが使用
できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、短〜中距離の光伝送媒
体として、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、Ｆ
Ａ（ファクトリーオートメーション）、ＯＡ（オフィス
オートメーション）などに使用される、広帯域で低損失
のプラスチック光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバは、石英系ファ
イバに比べ、可撓性に富み、かつ大口径・高開口数であ
ること、端面処理や接続が容易であることなどから短距
離の光信号伝送やセンサ、ライドガイドといった分野へ
の応用が始まっている。従来実用化されているプラスチ
ック光ファイバには、芯材にメタクリル酸メチルを主体
とした樹脂やポリカーボネート樹脂を用い、鞘材にフッ
化ビニリデン系共重合体やフッ化メタクリレート系共重
合体を用いたものがある。また、鞘の外側に低密度ポリ
エチレンやポリ塩化ビニルを被覆したプラスチック光フ
ァイバケーブルとしても使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来実用化されている
プラスチック光ファイバの鞘材には、特開昭６２−２６
５６０６号公報に記載されているフッ化メタクリレート
系共重合体などが使われている。しかし、これら従来の
鞘材を使用したプラスチック光ファイバの帯域は比較的
小さく、オーディオ、ＦＡなどの低速で、短距離の信号
伝送用途にしか使用できなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＬＡＮの
ような高速で中距離の信号伝送にも使用できるようなプ
ラスチック光ファイバを開発すべく鋭意研究した結果、
本発明に到達した。すなわち、本願発明は、下記化学式
１で表される長鎖フルオロアルキルメタクリレート１重
量％〜３０重量％、下記化学式２で表される短鎖フルオ
ロアルキルメタクリレートの中から選ばれた少なくとも
１種の１重量％〜２０重量％、及びメチルメタクリレー
ト５０重量％〜９８重量％との共重合体からなり、か
つ、メルトインデックスが５ｇ／１０分〜６０ｇ／１０
分で、芯材の屈折率よりも０．０１以上、０．０４以下
だけ低い屈折率をもつ鞘と、ポリメチルメタクリレート
を主成分とする芯とからなることを特徴とする光伝送低
損失プラスチック光ファイバに関する。

【０００５】

【化３】

【０００６】

【化４】

【０００７】以下、本発明の広帯域プラスチック光ファ
イバについて、詳しく説明する。本発明において、ポリ
メチルメタクリレートを主成分とする芯としては、公知
の樹脂が使用できる。たとえば、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、ｎ−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、マレイミド類、アクリル酸、
メタクリル酸、無水マレイン酸、スチレンなどがあり、
このなかから一種類以上適宜選択して共重合させること
ができる。

【０００８】また、プラスチック光ファイバの帯域幅を
広くするためには、優れた機械的特性や耐熱性、透明性
を保持したまま、鞘の屈折率を芯の屈折率に近づけなけ
ればならない。そこで本発明では、鞘を構成する樹脂と
して、該長鎖フルオロアルキルメタクリレート１重量％
〜３０重量％、該短鎖フルオロアルキルメタクリレート
の中から選ばれた少なくとも１種の１重量％〜２０重量
％、及びメチルメタクリレート５０重量％〜９８重量％
との共重合体を使用した。

【０００９】長鎖フルオロアルキルメタクリレートと短
鎖フルオロアルキルメタクリレートとメチルメタクリレ
ートとの３成分以上の系としたことで、透明性が良好
で、しかも耐熱性や機械的特性も、充分実用に耐えるレ
ベルの鞘材ができた。ただし、長鎖フルオロアルキルメ
タクリレートは、共重合成分全体に対し、１重量％以
上、３０重量％未満の範囲内で用いる必要がある。１重
量％未満だと、共重合させる効果が現れないし、３０重
量％以上だと、屈折率が低くなりすぎて、帯域は従来の
プラスチック光ファイバと変わらなくなる。また、短鎖
フルオロアルキルメタクリレートの例としては、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
トなどがあげられる。これらは、それぞれ単独で用いて
もよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。ただ
し、短鎖フルオロアルキルメタクリレートは、共重合成
分全体に対し、１重量％以上２０重量％未満の範囲内で
用いる必要がある。１重量％未満だと、透明性が悪くな
るなど共重合させる効果が現れないし、２０重量％以上
だと、屈折率が低くなりすぎて、帯域は従来のプラスチ
ック光ファイバと変わらなくなる。また、短鎖フルオロ
アルキルメタクリレートとして、少なくともテトラフル
オロプロピルメタクリレートを用いるのが好ましい。テ
トラフルオロプロピルメタクリレートが含まれると、芯
に対する鞘の接着性が向上する。次に、メチルメタクリ
レートは、機械的特性と耐熱性の優れた共重合体を形成
させるための成分であって、共重合成分全体に対し５０
重量％以上、９８重量％未満の範囲内で用いる必要があ
る。５０重量％未満だと、他のフルオロアルキルメタク
リレート成分の割合が多くなりすぎて屈折率が下がり、
従来のプラスチック光ファイバと変わらなくなるし、９
８重量％以上だと、逆に芯材の屈折率と近すぎて、プラ
スチック光ファイバの中に取り込む光の量が小さくなり
すぎてしまい、光検出器で検出できなくなる。より好ま
しい範囲は、６０重量％以上、９０重量％以下である。
さらに、本発明に使用する鞘材には、前記の３成分に加
えて、所望に応じ、この共重合体組成１００重量部あた
り、５重量部を越えない範囲で、メタクリル酸、ｏ−メ
チルフェニルマレイミド、マレイミド、無水マレイン
酸、スチレン、メチルアクリレート、アクリル酸、メタ
クリル酸六員環化物などの成分を導入することができ
る。

【００１０】ただし、鞘材の屈折率は、芯材の屈折率よ
りも０．０１以上、０．０４以下だけ低い必要がある。
芯材との屈折率差が０．０１未満であると、芯材の屈折
率と近すぎるため、プラスチック光ファイバの中に取り
込む光の量が小さくなりすぎてしまい、光検出器で検出
できなくなる。逆に屈折率差が０．０４よりも大きい
と、帯域幅は通常のプラスチック光ファイバとなんら変
わらなくなる。屈折率は、アッベ屈折計を用い、２３℃
の恒温室内で、ナトリウムＤ線を光源として測定したと
きの値を用いる。

【００１１】また、鞘材のメルトインデックスは、５ｇ
／１０分以上、６０ｇ／１０分以下である必要がある。
このメルトインデックスは、ＡＳＴＭ−１２３８に従
い、試験温度２３０℃、荷重３．８ｋｇ、ダイスの内径
２．０９５５ｍｍの条件で測定したものである。メルト
インデックスが小さすぎると、ダイス壁面との大きな摩
擦抵抗のため、線径変動が極めて大きく、ファイバ状に
成型できない。逆に大きすぎると、鞘だけ先に流れてし
まい、これも線径一定のファイバ状に成型できない。よ
り好ましいメルトインッデックスの範囲は、２０ｇ／１
０分以上、４０ｇ／１０分以下である。

【００１２】この共重合体は、例えば、完全混合反応槽
を用いて一段で行う、連続塊状重合または連続溶液重合
によって製造するのが好ましいが、回分式塊状重合で製
造することもできる。これらの鞘材を芯の直径の２／１
０００〜３００／１０００の厚さに被覆して、プラスチ
ック光ファイバとする。プラスチック光ファイバの外径
は、通常は０．１２５ｍｍ〜３．０ｍｍであるが、目的
に応じ、適宜選択すればよい。可撓性、機械的強度など
の使いやすさの面からいえば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
のものが好ましい。製造方法は、ごみ、ほこりのほとん
どない清浄な環境下で、特殊ノズルと二台の押出機を使
用して、溶融状態にある芯材と鞘材とを、芯−鞘の二層
構造を持つ光ファイバに成形する複合紡糸方式で行うの
が好ましい。そして、１．３倍〜３．０倍に延伸をかけ
て分子を配向させ、機械的特性を向上させて、プラスチ
ック光ファイバを得る。

【００１３】このようにして製造したプラスチック光フ
ァイバの外側に被覆用の樹脂組成物を被覆して、耐熱性
や機械的特性をさらに向上させて、プラスチック光ファ
イバケーブルとしても、実際に使用される。被覆用の樹
脂組成物としては、公知の樹脂組成物が使用できる。例
えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニ
ルアルコール共重合体、ゴム、熱可塑性エラストマー、
ポリ塩化ビニル、架橋ポリオレフィン、架橋ポリ塩化ビ
ニル、塩素化ポリエチレンコンパウンド、ポリアミド樹
脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹
脂、シリコーン樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂
等や、これらの樹脂の混合物などである。また、補強繊
維として、アラミド繊維、ポリアセタール繊維、超高分
子量ポリエチレン繊維、金属繊維などを介在させても良
い。被覆層の厚みは、実際に使用する状況に合わせて、
適宜決定すればよい。また、何層か被覆層を重ねること
も可能である。その他、２本以上のプラスチック光ファ
イバを束ねたのち、被覆を施したバンドルファイバの形
でも使用できるし、芯と鞘とが海−島構造をとったマル
チコアファイバとしても使用できる。

【００１４】これらの被覆用樹脂組成物をプラスチック
光ファイバに被覆する方法としては、プラスチック光フ
ァイバを複合紡糸法で作製した後、その外側に熱溶融さ
せた被覆材を被覆させるという方法をとるのが好まし
い。被覆の仕方は、プラスチック光ファイバを、電線被
覆を行うようにクロスヘッドダイを使用して溶融樹脂を
被覆する。

【００１５】

〔測定方法〕

・メルトインデックス：東洋精機製メルトインデクサ
ーを使用し、ＡＳＴＭ−１２３８に準じ、試験温度２３
０℃、荷重３．８ｋｇ、ダイス内径２．０９５５ｍｍの
条件で測定した。・屈折率：アダゴアッベ屈折計１型を使用し、２３℃
の恒温室内で測定した。・引張破断強度：ＡＳＴＭＤ６３８の方法に準じて
行う。温度２３℃、引張速度：１００ｍｍ／分。・伝送損失：５２ｍ−２ｍのカットバック法で測定。
光源に波長６５０ｎｍの単色光を使用。入射開き角０．
１５ラジアン。・帯域：パルス法に従い、伝達関数が−３ｄＢを示し
たときの周波数を帯域幅とした。光源として東芝製赤
色半導体レーザＴＯＬＤ９４２１（Ｓ）を用い、入射
ＮＡ＝０．２５の条件で測定した。

【００１６】

【実施例１】長鎖フルオロアルキルメタクリレート１４
重量部、トリフルオロエチルメタクリレート６重量部、
テトラフルオロプロピルメタクリレート６重量部、メチ
ルメタクリレート７４重量部からなるモノマー混合物
に、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾビス
イソブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱揮し
たのち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１５時
間行った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合後の
樹脂を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用した。こ
の樹脂の屈折率は、１．４６８５で、メルトインデック
スは、３１ｇ／１０分であった。

【００１７】芯がポリメチルメタクリレートであり、鞘
が上記の樹脂である、外径１．０ｍｍのプラスチック光
ファイバを紡糸した。この光ファイバの伝送損失は、波
長６５０ｎｍにおいて１２５ｄＢ／ｋｍであった。さら
にこのプラスチック光ファイバに低密度ポリエチレンの
被覆を施し、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバ
ケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブル
の引張試験を行ったところ、破断荷重１７ｋｇ、破断伸
度８０％と、充分な機械的特性を示した。また、このプ
ラスチック光ファイバケーブルの帯域をパルス法で測定
した。ファイバ長１００ｍで２１０ＭＨｚと、広い帯域
を示した。

【００１８】このプラスチック光ファイバケーブルに、
乾熱８５℃の耐熱性試験を行ったところ、２０００時間
経過後も、伝送損失や帯域幅の低下はみられなかった。

【００１９】

【実施例２】長鎖フルオロアルキルメタクリレート６重
量部、トリフルオロエチルメタクリレート２重量部、テ
トラフルオロプロピルメタクリレート３重量部、メチル
メタクリレート８９重量部からなるモノマー混合物に、
ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾビスイソ
ブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱揮したの
ち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１５時間行
った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合後の樹脂
を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用した。この樹
脂の屈折率は、１．４８０で、メルトインデックスは、
２６ｇ／１０分であった。

【００２０】芯がポリメチルメタクリレートであり、鞘
が上記の樹脂である、外径０．５ｍｍのプラスチック光
ファイバを紡糸した。この光ファイバの伝送損失は、波
長６５０ｎｍにおいて１３５ｄＢ／ｋｍであった。さら
にこのプラスチック光ファイバに低密度ポリエチレンの
被覆を施し、外径１．５ｍｍのプラスチック光ファイバ
ケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブル
の引張試験を行ったところ、破断荷重４ｋｇ、破断伸度
８０％と、充分な機械的特性を示した。また、このプラ
スチック光ファイバケーブルの帯域をパルス法で測定し
た。ファイバ長１００ｍで２８０ＭＨｚと、広い帯域を
示した。

【００２１】このプラスチック光ファイバケーブルに、
乾熱８５℃の耐熱性試験を行ったところ、２０００時間
経過後も、伝送損失や帯域幅の低下はみられなかった。

【００２２】

【実施例３】長鎖フルオロアルキルメタクリレート１４
重量部、トリフルオロエチルメタクリレート６重量部、
テトラフルオロプロピルメタクリレート６重量部、メチ
ルメタクリレート７４重量部からなるモノマー混合物
に、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾビス
イソブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱揮し
たのち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１５時
間行った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合後の
樹脂を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用した。こ
の樹脂の屈折率は、１．４６８５で、メルトインデック
スは、３１ｇ／１０分であった。

【００２３】芯がポリメチルメタクリレートであり、鞘
が上記の樹脂である、外径０．２５ｍｍのプラスチック
光ファイバを紡糸した。この光ファイバの伝送損失は、
波長６５０ｎｍにおいて１８０ｄＢ／ｋｍであった。さ
らにこのプラスチック光ファイバを１６本束ねてその回
りに低密度ポリエチレンの被覆を施し、外径２．２ｍｍ
のプラスチック光ファイバケーブルを得た。このプラス
チック光ファイバケーブルの引張試験を行ったところ、
破断荷重１３ｋｇ、破断伸度７０％と、充分な機械的特
性を示した。

【００２４】また、このプラスチック光ファイバケーブ
ルの帯域をパルス法で測定した。ファイバ長１００ｍで
２００ＭＨｚと、広い帯域を示した。このプラスチック
光ファイバケーブルに、乾熱８５℃の耐熱性試験を行っ
たところ、２０００時間経過後も、伝送損失や帯域幅の
低下はみられなかった。

【００２５】

【比較例１】長鎖フルオロアルキルメタクリレート７０
重量部、トリフルオロエチルメタクリレート１２重量
部、テトラフルオロプロピルメタクリレート１２重量
部、メチルメタクリレート６重量部からなるモノマー混
合物に、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１重量部、アゾ
ビスイソブチロニトリル０．１重量部を混合し、減圧脱
揮したのち、塊状重合を行った。重合反応は８０℃で１
５時間行った後、さらに１１０℃で３時間行った。重合
後の樹脂を１３０℃で乾燥した後、鞘材として使用し
た。この樹脂の屈折率は、１．４１０で、メルトインデ
ックスは、３８ｇ／１０分であった。

【００２６】芯がポリメチルメタクリレートであり、鞘
が上記の樹脂である、外径１．０ｍｍのプラスチック光
ファイバを紡糸した。この光ファイバの伝送損失は、波
長６５０ｎｍにおいて１２８ｄＢ／ｋｍであった。さら
にこのプラスチック光ファイバに低密度ポリエチレンの
被覆を施し、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバ
ケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブル
の帯域をパルス法で測定した。ファイバ長１００ｍで８
５ＭＨｚと、帯域は比較的狭かった。

【００２７】

【比較例２】市販のプラスチック光ファイバケーブル、
ルミナス（商標）ＴＣ１０００（旭化成工業（株）製）
の帯域をパルス法で測定した。（ルミナス：芯がポリメ
チルメタクリレートで、鞘がフッ化メタクリレート共重
合体）ファイバ長１００ｍで９０ＭＨｚと、帯域は比較
的狭かった。

【００２８】

【比較例３】鞘材として、ポリメチルメタクリレート８
０重量部とポリフッ化ビニリデン２０重量部とをブレン
ドして得られた、屈折率１．４７０の樹脂組成物を使用
し、芯がポリメチルメタクリレートである外径１．０ｍ
ｍのプラスチック光ファイバを紡糸した。この光ファイ
バの伝送損失は、６５０ｎｍにおいて２１５ｄＢ／ｋｍ
であり、非常に悪かった。

【００２９】さらにこのプラスチック光ファイバに低密
度ポリエチレンの被覆を施し、外径２．２ｍｍのプラス
チック光ファイバケーブルを得た。このプラスチック光
ファイバケーブルに、乾熱８５℃の耐熱性試験を行った
ところ、１０００時間経過後の伝送損失は、４６０ｄＢ
／ｋｍと大幅に増加していた。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、ＬＡＮやコンピュータ・
ネットワークといった、１００ＭＨｚ以上の高速で、距
離も数１０ｍから２００ｍといった中距離での情報伝送
までも、プラスチック光ファイバが使用できるようにな
り、応用範囲が広がることになる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記化学式１で表される長鎖フルオロア
ルキルメタクリレート１重量％〜３０重量％、下記化学
式２で表される短鎖フルオロアルキルメタクリレートの
中から選ばれた少なくとも１種の１重量％〜２０重量
％、及びメチルメタクリレート５０重量％〜９８重量％
の共重合体からなり、かつ、メルトインデックスが５ｇ
／１０分〜６０ｇ／１０分で、芯材の屈折率よりも０．
０１以上、０．０４以下だけ低い屈折率をもつ鞘と、ポ
リメチルメタクリレートを主成分とする芯とからなるこ
とを特徴とするプラスチック光ファイバ。【化１】【化２】