JPH0760204B2 - 耐熱性を有する樹脂製光学繊維およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱性に優れた樹脂製光学繊維及びその製造
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

芯体（コア）とその外周におけるクラッド層とより成る
光伝送性の光学繊維を情報伝達手段に利用することは古
くから知られており、現在、ガラスを材質とする光学繊
維並びに樹脂を材質とする光学繊維が実用化されてい
る。このうち、樹脂製光学繊維は現時点ではガラス製の
ものに比して光伝送性において多少劣る弱点がある反
面、繊維接続方法が比較的簡便であること、軽量である
こと、可撓性に優れていること、比較的安価に製造する
ことが可能なこと等の実用上有利な特長を有し、このた
め最近多方面において利用され始めている。

従来、斯かる樹脂製光学繊維の製造方法としては、ポリ
メチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリシクロヘキ
シルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート等の
透明性が高くかつ非晶性の重合体若しくは共重合体を
得、これを押出し成形機等により加熱熔融させて成形す
ることにより繊維体とし、この繊維体を芯体としてその
外周を覆うよう、例えば浸漬法によってクラッド層を形
成する方法が知られている。具体的には、例えば透明
性、力学的性質及び耐候性等に優れているポリメチルメ
タクリレート系の重合体若しくは共重合体を与える単量
体を用い、光伝送性が犠牲とされないように不純物を除
去してその純度を上げた単量体を連続塊状重合法により
重合させて重合体を得、加熱溶融成形して芯体となる繊
維を得ることが、例えば特公昭53−42261号公報、特公
昭53−42260号公報に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上の如き従来の製造方法においては、
芯体となる繊維体を熔融成形によって製造するため、そ
の材質である重合体は熔融成形性に優れたものでなけれ
ばならず、このため、重合時に各種の連鎖移動剤等を添
加すること等の手段により最終的に得られる重合体の分
子量を小さくしてその熔融粘度の低いものとする等、得
られる重合体の熔融成形性を向上させる方向に研究が進
められている。

しかしながらこのような従来技術によれば、熔融成形が
不可能な樹脂材料、例えば熔融成形時における高温に不
安定なもの、分子量が大きくて熔融粘度が高いもの、熔
融させることが困難な架橋重合体等を、芯体成分として
用いることは全く不可能である。ところが情報産業の多
様化に伴って樹脂製光学繊維の利用が大きく進んでいる
現在においては、光学繊維に要求される性能も多様化し
てきており、例えば高温における耐熱性が充分に得られ
るよう高い熱変形温度を有する樹脂製光学繊維、あるい
は高温下においても十分な可撓性を有する樹脂製光学繊
維等、優れた耐熱性を有する樹脂製光学繊維が要求され
るに到っている。

しかしながら、従来の技術によっては、耐熱性の高い材
料によっては芯体を形成することができないため、優れ
た耐熱性を有する樹脂製光学繊維を得ることができな
い。

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたものであっ
て、熔融成形によらずに樹脂製光学繊維の芯体を形成す
ることができる、優れた耐熱性を有する樹脂製光学繊維
およびその製造方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための構成及び作用〕

本発明の樹脂製光学繊維は、硬化した熱硬化性樹脂より
なる芯体と、この芯体より１％以上低い屈折率を有する
重合体若しくは共重合体よりなるクラッド層とにより構
成され、前記芯体を形成する熱硬化性樹脂がエポキシ樹
脂またはフェノール樹脂であることを特徴とする。

また、本発明の樹脂製光学繊維の製造方法は、クラッド
層を形成する重合体もしくは共重合体よりなる中空糸状
のクラッド材内に、エポキシ樹脂若しくはフェノール樹
脂よりなる熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂モノマー若しく
はフェノール樹脂モノマーよりなる重合性モノマーおよ
びそれらの組成物の少なくとも一者よりなる流動性芯体
材料を充填し、得られる複合材料に加熱工程を含む処理
を施すことにより、前記芯体材料を硬化したエポキシ樹
脂またはフェノール樹脂に変換して芯体を形成し、当該
芯体より前記クラッド材の屈折率が１％以上低いことを
特徴とする。

本発明は、このような方法により、熔融成形することが
不可能な、優れた耐熱性を有する硬化した熱硬化性樹脂
であるエポキシ樹脂またはフェノール樹脂よりなる芯体
を有する樹脂製光学繊維の実現を可能にしたものであ
る。また従来の技術では芯体を成形する際に不純物が混
入するおそれが大きいのに対し、本発明の製造方法によ
れば、芯体材料の精製を充分に行つておけば、原理的に
不純物が混入するおそれがなく、従って本質的に光伝達
性に優れた樹脂製光学繊維を得ることができる利点があ
る。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明においては、第１図に示すように、光学繊維のク
ラッド層となる中空糸状のクラッド材１を製造する。こ
のクラッド材１の材質は特に制限されるものではなく、
公知のものをそのまま用いることができる。しかし後述
する芯体より屈折率が１％以上低いものであることが必
要であり、好ましくは３％以上低いことが望ましい。従
って芯体の材質として屈折率が比較的低いものを選定す
る場合には、クラッド材１の材質の選択範囲が狭くな
る。このクラッド材１の材質は、溶融成形可能な熱可塑
性樹脂であることが好ましい。

このようなクラッド材の材質の例としては、英国特許1,
037,498号明細書に記載のもの、例えばフッ化ビニル、
フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフ
ルオロプロピレン、トリフルオロメチルトリフルオロビ
ニルエーテル、パーフルオロプロピルトリフルオロビニ
ルエーテル、並びに構造式 （但し、式中ＸはＦ、Ｈ、若しくはC1を表わし、ｎは２
〜10の整数、ｍは１〜６の整数、ＹはCH₃またはＨを表
わす。） で表わされるアクリル酸若しくはメタクリル酸のフッ素
化エステルの重合体若しくは共重合体、およびこれらと
アクリル酸若しくはメタクリル酸と低級アルコール（例
えばメタノール、エタノール等）とによるエステルとの
共重合体を挙げることができる。

更に構造式 （但し、式中Ｘ、Ｙ、ｍ、ｎは上記定義の通りであ
る。）の化合物と、アクリル酸若しくはメタクリル酸の
メチルエステル若しくはエチルエステルとによる実質的
に無定形の共重合体も好適に用いることができる。その
他、米国特許2,468,664号明細書記載のテトラフルオロ
エチレンとエチレンとの共重合体等も好適に用いられ
る。

一方、芯体の材質として選定された熱硬化性樹脂がきわ
めて高い屈折率を有するものである場合には、クラッド
材の材質としては、上記重合体若しくは共重合体のほ
か、エチレン樹脂、プロピレン樹脂、４−メチルペンテ
ン−１樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂等を
も使用することが可能である。

以上の如き重合体を、中空部２を有するチューブ状の中
空糸状に成形することにより、クラッド材１が得られ
る。この成形のための方法としては公知の方法を利用す
ることができ、例えば高温溶融下に押出し機等によりチ
ューブ状に連続的に成形して製造することができる。中
空部２の直径ｒの大きさは特に限定されるものではな
く、最終製品としての光学繊維の使用目的に応じた適度
の大きさとすることができるが、通常は１μ〜1cm程度
とされる。この中空部２の直径は、芯体の直径となる
が、大きな光源例えば光放射性ダイオード（LED）から
の光を伝送するための光学繊維として使用する場合に
は、中空部２の直径は大きい方が有利である。伝送する
光がレーザ光のように小さな光源よりの光である場合に
は、芯体は直径が小さいものの方が入射光を捕えるのに
適しているので、中空部２の直径は小さく選定される。
そしてこの場合は最小曲げ半径が小さい利点がある。

クラッド材１は、芯体中を伝播する光を反射するクラッ
ド層となるものであるから、その肉厚ｔは伝送すべき光
の波長の少くとも数倍以上であれば限定はなく、通常５
〜100μ、好ましくは10〜50μ程度とされる。

本発明においては、以上の如きチューブ状の中空糸状の
クラッド材１の中空部２内に、加熱工程を含む処理によ
って硬化した熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂またはフ
ェノール樹脂を形成する流動性芯体材料を充填し、得ら
れる複合材料を加熱することによって芯体材料を硬化さ
せてエポキシ樹脂またはフェノール樹脂よりなる芯体を
形成させる。

上記芯体材料は、熱によって硬化し得る状態にあるエポ
キシ樹脂若しくはフェノール樹脂よりなる熱硬化性樹
脂、または重合することによってエポキシ樹脂若しくは
フェノール樹脂を形成し更にそれが熱によって硬化され
得るエポキシ樹脂モノマー若しくはフェノール樹脂モノ
マーよりなる重合性モノマー、またはこれら熱硬化性樹
脂若しくは重合性モノマーを樹脂成分とし他の成分を含
有する組成物よりなるものである。ここに重合性モノマ
ーとは、未重合の熱硬化性樹脂モノマーあるいは熱硬化
性樹脂前駆体あるいはある程度重合の進行した熱硬化性
樹脂プレポリマー等を指し、組成物とされる場合におけ
る他の成分としては、硬化剤、可塑剤、その他がある。
そしてこの芯体材料は流動性を有するものであることが
必要である。

要するに本発明において用いる芯体材料は、クラッド材
１の中空部２内に注入することができる流動性を有し、
かつ加熱により硬化される熱硬化性樹脂であるエポキシ
樹脂若しくはフェノール樹脂、またはそのような熱硬化
性樹脂を与えるものであればよい。従って例えばエポキ
シ樹脂若しくはフェノール樹脂よりなる熱硬化性樹脂、
またはエポキシ樹脂若しくはフェノール樹脂を与えるが
そのままでは固体状のエポキシ樹脂モノマーまたはフェ
ノール樹脂モノマーよりなる重合性モノマーを比較的低
沸点の有機溶媒に溶解して流動性溶液を得、これ芯体材
料としてクラッド材の中空部内に注入し、この注入と同
時に若しくは注入後に減圧下または加熱下に溶媒を飛散
させ、クラッド材の中空部内に残留する樹脂成分等を硬
化させるようにしてもよい。

従って本発明において用いられる芯体材料の樹脂成分
は、一般に常温で液体であるものが好ましいが、必ずし
もそれ自体が液体である必要はなく、適宜の手段によっ
て常温で中空糸内に注入し得る液体状となし得るもので
あればよい。

本発明によれば、以上のように、エポキシ樹脂またはフ
ェノール樹脂よりなる芯体を熔融成形によらずに形成す
ることができる。

本発明において、芯体がエポキシ樹脂またはフェノール
樹脂のみよりなのもるである必要はない。例えば、芯体
を形成する熱硬化性樹脂と均一に相溶し得る可塑剤的物
質を含有させることが可能である。そしてこのように可
塑剤的物質を含む場合には、形成される芯体が大きな可
撓性を有するものとなるので、大きな曲げ強度が得られ
る利点が得られる。

既述のように、本発明の樹脂製光学繊維の芯体の材質の
材質としては、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂が用
いられる。

エポキシ樹脂としては工業的に多方面において使用され
ているものを用いることができ、主としてビスフェノー
ル系のものが多用される。しかし勿論これに限られるも
のではなく、脂環系、脂肪族系などのビスエポキシド
等、更にはこれらの混合系樹脂も芯体の材質として用い
ることが可能である。

エポキシ樹脂のための硬化剤は芯体材料に配合される。
斯かる硬化剤の主なものとしては、ジアミンあるいは酸
無水物が一般的であるが、その他使用するエポキシドの
種類に応じて、各種の有機酸、ポリアミド、アミド、第
３級アミンの脂肪酸塩、三フッ化ホウ素のアミン複合
体、その他のものを使用することができる。またビスラ
クトンとビスエポキシドの混合系等も場合によっては採
用することができる。

フエノール樹脂としてはノボラック樹脂、レゾール樹脂
を使用することができ、これらは硬化剤を共存させた状
態で加熱することにより硬化して芯体を形成する。一般
にフェノール樹脂を得るために各種のフェノール類また
はフェノール誘導体をホルムアルデヒドと反応させる場
合において、触媒として酸またはアルカリを用いると、
それぞれノボラック型の樹脂またはレゾール型の樹脂が
初期反応生成物として生成するので、本発明において
は、斯かるプレポリマーを芯体材料の樹脂成分として使
用することもできる。

例えば粘稠な液体状若しくは固体状のノボラック型樹脂
を用いる場合には、これにヘキサメチレンテトラミン等
の通常のアミン硬化剤を加えて流動性のある液状芯体材
料を得、これをクラッド材の中空部内に充填し、加熱硬
化させて芯体を形成させることができ、またレゾール型
樹脂を用いる場合には酸触媒を用いて加熱硬化させるこ
とができる。

本発明において芯体の材質として用いられるエポキシ樹
脂またはフェノール樹脂は、比較的精製が容易であり、
しかもこれから得られる芯体は良好な耐熱性を有するも
のとなる。

また芯体を形成するエポキシ樹脂またはフェノール樹脂
に混在させることのできる可塑剤的物質としては、例え
ば液状若しくはワックス状のポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール等、芯体を形成する樹脂と比
較的相溶性の高い重合体を用いることができる。斯かる
可塑剤的物質を添加することは、クラッド材の中空部内
へ注入することを容易にする上で、あるいは硬化後の芯
体に可撓性を与える上で、有効な方法である。

本発明において、以上のような流動性芯体材料をクラッ
ド材１の中空部２内に充填するための方法は特に制限さ
れるものではなく、例えばクラッド材の一端を容器内の
芯体材料中に入れ、他端に減圧を作用させて吸引により
充填する方法、クラッド材の一端から加圧下に芯体材料
を注入充填する方法等を利用することができる。

硬化処理は、芯体材料に使用されている熱硬化性樹脂成
分の種類に応じて、クラッド材内に芯体材料が充填され
た後の複合材料を適当な温度に加熱することにより行え
ばよい。芯体材料の樹脂成分が熱硬化性樹脂の重合性モ
ノマーであるときには、複合材料に対して予め重合処理
が成された上でこの硬化処理を行ってもよいが、特に当
該重合性モノマーが熱によって重合するものである場合
には、硬化が重合と同時に達成されるようにすることも
可能である。

この硬化のための加熱の際には、複合材料の全体を窒素
ガス等による不活性雰囲気に置くこともできる。そし
て、例えば芯体を形成する樹脂の種類に応じて、オーブ
ン等による高温加熱室内に複合材料全体を置いて行って
もよいし、あるいは複合材料をその一端から順に高温ゾ
ーンを通過させるように移動させることにより行っても
よい。この後者の方法によれば、特に芯体材料の樹脂成
分が硬化するときに大きな重合収縮を伴うものである場
合にも、クラッド材内において当該芯体材料がその収縮
に従って移動するようになるため、クラッド材による真
円形態が最終的に得られる光学繊維においても十分に保
持されたものとなる利点がある。

〔本発明の効果〕

以上のように、本発明の製造方法によれば、熔融成形が
不可能な熱硬化性樹脂である、優れた耐熱性を有するエ
ポキシ樹脂またはフェノール樹脂よりなる芯体をクラッ
ド層内に形成することができ、従って本発明によれば、
耐熱性を要求される条件下においても充分に実用に供し
得る樹脂製光学繊維を得ることができ、またそのような
樹脂製光学繊維を容易に製造することができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明するが、これらによっ
て本発明が限定されるものではない。

実施例１ ポリフッ化ビニリデン「KF^♯1000」（呉羽化学工業
（株）製）を用いて240℃の出口温度で押出し成形を行
い、内径1.0mm、肉厚0.028mmの中空のポリフッ化ビニリ
デンより成る中空糸状のクラッド材を得た。このクラッ
ド材のポリマーの屈折率は温度25℃で約1.42であった。

一方、濾過，精製したビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
モノマー「エポテック−301」（米国エポキシ・テクノ
ロジー社製、温度25℃における粘度1000cps）を芯体材
料として密閉容器に準備し、前記クラッド材の一端をこ
の密閉容器内の芯体材料中に入れ、他端を真空ポンプで
吸引することにより、クラッド材内に芯体材料を充填し
て複合材料を得た。この複合材料を温度を65℃のオーブ
ン中に入れて２時間放置し、これによってエポキシ樹脂
モノマーを硬化させて芯体を形成し、以て本発明光学繊
維を製造した。

この光学繊維のエポキシ樹脂よりなる芯体の温度25℃に
おける屈折率は約1.580であった。

この光学繊維について、光伝送損失（α）を求めたとこ
ろ、温度25℃において約1600dB/kmであり、また温度120
℃の高温下においても光伝送能力を有し、大きな耐熱性
を有するものであることが認められた。

なお光伝送損失（α）は次式により計算して求めた値で
ある。

l :光学繊維の長さ（km） I₀：標準長さl₀の時の出射端面の光量 I₁：長さｌの時の出射端面の光量 またI₀およびI₁の測定は、l₀＝1mを標準とし、繊維両端
面を繊維軸に直角に切断し平滑面を作成した試料を用
い、発光波長が660nmの光放射ダイオードを備えてなる
光源装置「MG927A」（安立電気（株）製）よりの光線を
試料の光学繊維の一端に入射させ、出射端面の光量を光
ハンディパワーメーターよりなる受光装置（安立電気
（株）製）により検出することによって行った。

実施例２ 実施例１におけると同じポリフッ化ビニリデンのクラッ
ド材中に、実施例１において用いたエポキシ樹脂モノマ
ー「エポテック−301」100重量部と、充分に精製したポ
リエチレングリコール（分子量約1000）５重量部との混
合物を、実施例１と同様の方法で充填して複合材料を
得、この複合材料を実施例１と同じ条件で加熱処理して
本発明光学繊維を得た。

この光学繊維の芯体の温度25℃における屈折率は約1.52
2であった。

またこの光学繊維の光伝送損失を実施例１と同様にして
求めたところ、温度25℃において約1800dB/kmであっ
た。しかもこの光学繊維は非常に可撓性に優れており、
長さ5cmの部分を180度に折り曲げた状態においても破断
されず、また温度120℃の高温下においても光伝送能力
を有し、大きな耐熱性を有するものであることが認めら
れた。

実施例３ フッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとを重量で8
0:20の割合で共重合させて得られた共重合体を材料とし
て押出し成形を行い、内径1mm、肉厚0.045mmの中空糸状
のクラッド材を得た。このクラッド材のポリマーの屈折
率は、温度25℃で1.406であった。

このクラッド材から長さ3mのテストピースを切り出し、
その中空部内に、濾過，精製したフェノール樹脂モノマ
ー「プライオーフェン TD447」（大日本インキ工業
（株）製）を樹脂濃度40％に濃縮した液を、実施例１に
準ずる方法により充填し、その後当該クラッド材の一端
を封じた。そしてこのクラッド材をその開口する他端が
上端となるよう垂直に保持して温度50℃でフェノール樹
脂モノマーの揮発性溶媒を揮散させ、その後同一の温度
で上端の開口部に減圧を作用させることにより溶媒の蒸
散が認められなくなるまで脱気処理を行い、斯くして得
られた複合材料を温度120℃のオーブン中に入れて８時
間放置してフェノール樹脂モノマーを重合硬化させて芯
体を形成し、以て本発明光学繊維を製造した。

この光学繊維のフェノール樹脂よりなる芯体の温度25℃
における屈折率は約1.670であった。

またこの光学繊維の光伝送損失を実施例１と同様にして
求めたところ、温度25℃において約3000dB/kmを上回る
ものであった。また温度150℃の高温下においても光伝
送能力を有し、大きな耐熱性を有するものであることが
認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明樹脂製光学繊維の製造において用いられ
るクラッド材を模式的に示す説明用斜視図である。 １…クラッド材、２…中空部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬化した熱硬化性樹脂よりなる芯体と、こ
   の芯体より１％以上低い屈折率を有する重合体若しくは
   共重合体よりなるクラッド層とにより構成され、 前記芯体を形成する熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂または
   フェノール樹脂であることを特徴とする耐熱性を有する
   樹脂製光学繊維。
2. 【請求項２】クラッド層を形成する重合体もしくは共重
   合体よりなる中空糸状のクラッド材内に、エポキシ樹脂
   若しくはフェノール樹脂よりなる熱硬化性樹脂、エポキ
   シ樹脂モノマー若しくはフェノール樹脂モノマーよりな
   る重合性モノマーおよびそれらの組成物の少なくとも一
   者よりなる流動性芯体材料を充填し、得られる複合材料
   に加熱工程を含む処理を施すことにより、前記芯体材料
   を硬化したエポキシ樹脂またはフェノール樹脂に変換し
   て芯体を形成し、当該芯体より前記クラッド材の屈折率
   が１％以上低いことを特徴とする耐熱性を有する樹脂製
   光学繊維の製造方法。