JPH10274716A - 高開口数プラスチック光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口数が０．５２以上と高く、しかも、耐
熱性、耐屈曲性、耐環境性などがバランス良く優れてい
るプラスチック光ファイバを提供する。 【解決手段】 コア、第１クラッドおよび該第１クラ
ッドとは組成が異なる第２クラッドからなるプラスチッ
ク光ファイバにおいて、コアがメチルメタクリレートを
主成分とする（共）重合体からなり、第１クラッドが弗
化ビニリデン単位およびヘキサフルオロプロピレン単位
を含む共重合体からなり、第２クラッドが弗化ビニリデ
ン単位を主成分とする（共）重合体からなり、かつ、開
口数≧０．５２と高開口数のプラスチック光ファイバと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開口数が０．５２
以上と高く、しかも耐熱性、耐屈曲性、耐環境性などが
バランス良く優れた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（以下ＰＯＦと
略記する）は加工性、取り扱い性、製造コストなどの面
でガラス系光ファイバに比べて優れているので、短距離
の光信号伝送、ライトガイドなどに使用されている。

【０００３】特にライトガイドの分野では広角な光量あ
るいは絶対的に多くの光量を伝送することが望まれ、開
口数が０．５０程度と高いＰＯＦが使用されており、更
なる高開口数のＰＯＦも求められている。なお、開口数
は次式のようにコア、クラッドの屈折率差にて表わされ
る。 開口数＝［（コアの屈折率）² −（クラッドの屈折率）
² ］^1/2

【０００４】このＰＯＦは、コアとクラッドとの２種の
重合体により構成されている。コアには、ポリメチルメ
タクリレート（以下ＰＭＭＡと略記する）に代表される
ように、透明性に優れ耐候性の良好な重合体が一般に使
用される。一方、クラッドには、コア内部に光を閉じ込
めておくために、コアよりも低屈折率であることが必要
であり、弗素含有重合体が広く使用されている。

【０００５】このクラッド用の弗素含有重合体として
は、一般的に下記３種が使用されており、それぞれ長所
・短所を持っているので、開口数、耐熱性、機械特性な
どの観点から使い分けられている。

【０００６】（１）弗化ビニリデン／テトラフルオロエ
チレン共重合体（特公昭６３−６７１６４号公報）、弗
化ビニリデン／ヘキサフルオロアセトン共重合体（特開
昭６１−２２３０５号公報）などの弗化ビニリデン系共
重合体。 （２）フルオロアルキルメタクリレートとメチルメタク
リレートとの共重合体（特公昭４３−８９７８号公
報）。 （３）長鎖フルオロアルキルメタクリレートとメチルメ
タクリレートとの共重合体（特開昭６２−２６５６０６
号、特開平４−２０４９０９号公報）。

【０００７】（１）の弗化ビニリデン系共重合体は、Ｐ
ＭＭＡなどのメチルメタクリレートを主成分とする重合
体との相溶性が良いため、これらをクラッドに用いたＰ
ＯＦは、コアとの界面密着性が良く機械特性も良好であ
る。しかしながら、これらをクラッドに用いたＰＯＦは
耐熱性が約７０℃と低いので用途も限定される。また、
それら弗化ビニリデン系共重合体はいずれも結晶性の重
合体であるため、弗化ビニリデン組成が実質的に７０〜
８５モル％と限られた範囲内でしか無色透明性を示さな
い。そのため、この場合の従来ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口
数は０．５０前後であり、これ以上の開口数アップは望
めない。

【０００８】（２）のフルオロアルキルメタクリレート
系共重合体は、透明性に優れガラス転移温度が高い。従
って、これらをクラッドに用いたＰＯＦは、耐熱性は約
８５℃と優れるが、脆くメチルメタクリレートを主体と
する重合体との相溶性が良くないため、耐屈曲性などの
機械特性に劣っている。しかもフルオロアルキルメタク
リレートの組成比が増大するに伴い機械特性が劣る傾向
にあるので、この場合の従来ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口数
は０．４７前後であり、これ以上の開口数アップは望め
ない。

【０００９】一方、（３）の長鎖フルオロアルキルメタ
クリレート系共重合体は、（２）よりも機械特性が改善
され、弗素含有が高く屈折率を低くできる可能性がある
が、その共重合組成を高くすると白濁したり熱安定性が
劣って発泡して透光性を悪化する問題が生じるため、こ
の場合の従来ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口数は０．４９前後
であり、これ以上の開口数アップは望めない。

【００１０】以上のことより、開口数の高いＰＯＦとす
るためには、さらに屈折率の低い弗素含有率の高いモノ
マーを共重合する必要があり、その一つとして、弗化ビ
ニリデン系共重合体の透明性を向上すべく、第３成分と
してヘキサフルオロプロピレンを共重合させて非結晶性
とした重合体をクラッドに用いたＰＯＦが特公昭６２−
３４０１号で提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このＰＯＦは開口数が
高く透光性に優れるが、その共重合により耐屈曲性が悪
化し、またガラス転移温度が使用温度範囲内にあり耐環
境性が劣るという問題があるため実用化が困難であっ
た。そこで、本発明の主な目的は、開口数が０．５２以
上と高く、しかも、耐熱性、耐屈曲性、耐環境性などが
バランス良く優れているＰＯＦを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目標を達成するため
には、クラッドを２層とし、かつ、そのクラッド用ポリ
マの組合せを特定することが有効であって、上記課題を
総合的に解決することができる。

【００１３】すなわち、本発明の高開口数ＰＯＦは、コ
ア、第１クラッドおよび該第１クラッドとは組成が異な
る第２クラッドからなるプラスチック光ファイバにおい
て、コアがメチルメタクリレートを主成分とする（共）
重合体からなり、第１クラッドが弗化ビニリデン単位お
よびヘキサフルオロプロピレン単位を含む共重合体から
なり、第２クラッドが弗化ビニリデン単位を主成分とす
る（共）重合体からなり、かつ、開口数≧０．５２であ
ることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のコアをなすメチルメタク
リレートを主成分とする（共）重合体は、ＰＭＭＡ、メ
チルメタクリレート主体の共重合体（例えば（メタ）ア
クリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、置換スチレ
ン、Ｎ−置換マレイミドなどを共重合）、あるいはそれ
らを高分子反応したグルタル酸無水物、グルタルイミド
などの変性重合体などが挙げられる。なお、（メタ）ア
クリル酸エステルとしては、メチルアクリレート、エチ
ルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ｔ−ブチル
メタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベン
ジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ボルニ
ルメタクリレート、アダマンチルメタクリレートなど
が、置換スチレンとしては、スチレン、メチルスチレ
ン、α−メチルスチレンなどが、Ｎ−置換マレイミドと
しては、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シクロヘキ
シルマレイミド、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマ
レイミド、Ｎ−ｏ−メチルフェニルマレイミドなどが挙
げられる。これら共重合成分は、複数で用いてもよく、
これら以外の成分を少量使用してもよい。また、耐酸化
防止剤などの安定剤が透光性に悪影響しない量だけ含ま
れていても構わない。これらの重合体の中で、実質的に
ＰＭＭＡであることが、生産性、透光性、耐環境性など
の点から最も好ましい。

【００１５】本発明の第１クラッドは弗化ビニリデンお
よびヘキサフルオロプロピレンを必須単位とする共重合
体、第２クラッドは弗化ビニリデン単位を主成分とする
（共）重合体からなり、開口数≧０．５２であることが
必要である。なお、第２クラッドとは、第１クラッドと
は異なる無色透明な組成物を第１クラッドの周辺に密接
して被せたものであり、第１・第２クラッドの２層によ
りその径を通常のクラッド径としたものである。

【００１６】本発明の第１クラッドおよび第２クラッド
いずれも弗化ビニリデン単位を必須とするのは、クラッ
ドを薄層の２層とすることによる耐屈曲性などの機械特
性を低下させないためである。

【００１７】さらに第１クラッドには、屈折率を下げ開
口数≧０．５２とすべくヘキサフルオロプロピレンを共
重合することが必要である。さらに、その他の共重合成
分として、弗化ビニルエーテル、弗化ポリエーテル、テ
トラフルオロエチレン、ヘキサフルオロアセトン、トリ
フルオロエチレン、弗化ビニル、エチレンなどを共重合
させてもよい。

【００１８】その好ましい組成物としては、弗化ビニリ
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３元共重合体、弗化ビニリデン／ヘキサフルオロア
セトン／ヘキサフルオロプロピレン３元共重合体などが
挙げられるが、前記した如き他の共重合成分を微量（５
モル％程度以下）含んでもよい。特に好ましい組成とし
ては、 ヘキサフルオロプロピレン ５〜２５モル％ テトラフルオロエチレン １５〜４５モル％ 弗化ビニリデン ５０〜７５モル％ が挙げられる。この範囲外の組成では、低屈折率化、低
結晶化（低透光損失）が達成できなかったり、コアのメ
チルメタクリレート主体の（共）重合体への密着性が劣
ったり、耐屈曲性などの機械特性が大幅に低下したりす
る。

【００１９】なお、本発明の第１クラッドの屈折率は、
コアがＰＭＭＡの場合開口数≧０．５２とするために
は、屈折率＜１．４０であることが好ましい。

【００２０】また、本発明の第２クラッドは、耐屈曲性
などの機械特性を高くするためには、弗化ビニリデン／
テトラフルオロエチレン共重合体、弗化ビニリデン／ヘ
キサフルオロアセトン共重合体のように、ヘキサフルオ
ロプロピレンも前記第１クラッド成分において重合可能
成分として挙げたその他の成分も実質的に含まない（５
モル％程度未満）弗化ビニリデン系共重合体、およびこ
れらのＰＭＭＡとのブレンドなどが好ましく挙げられ
る。さらに耐屈曲性など機械特性を良くするためにはテ
トラフルオロエチレン１５〜３０モル％、弗化ビニリデ
ン７０〜８５モル％からなる実質的に２元共重合体であ
ることが好ましい。

【００２１】本発明のＰＯＦは一般的な製造法と同様に
して製造すればよい。例えば、コア材と第１、第２クラ
ッド材とを加熱溶融状態下で、同心円状複合用の複合口
金から吐出してコア／第１クラッド／第２クラッドの３
層芯鞘構造を形成させる複合紡糸法が好ましく用いられ
る。続いて、機械特性を向上させる目的で１．２〜３倍
程度の延伸処理が一般的に行なわれＰＯＦとなる。この
ＰＯＦの外径は通常０．１〜３ｍｍ程度であり、目的に
応じて適宜選択すればよいが、取扱性などの面から０．
５〜１．５ｍｍのものが好ましい。

【００２２】本発明のＰＯＦには、更に、ポリエチレ
ン，ポリプロピレンあるいはそれらの共重合体，ブレン
ド品，有機シラン基を含有するオレフィン系ポリマー，
エチレン−酢酸ビニル，ポリ塩化ビニル，ポリ弗化ビニ
リデン，ナイロン樹脂，ポリエステル樹脂，ナイロンエ
ラストマー，ポリエステルエラストマーあるいはウレタ
ン樹脂、弗素樹脂といった樹脂を被覆し、コードとする
ことができる。これらの被覆材には、難燃剤の他、耐酸
化防止剤、耐老化剤、ＵＶ安定剤などの安定剤などを含
んでもよい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により、更に詳細に説
明する。

【００２４】屈折率： 測定装置としてアッベ屈折率計
を使用して室温２５℃雰囲気にて測定した。

【００２５】透光性： ハロゲン平行光（波長６５０n
m）を使用して３０／２ｍカットバック法により測定し
た。

【００２６】連続屈曲破断回数： ファイバの一端に５
００ｇの荷重をかけ、直径３０ｍｍφのマンドレルで支
持し、その支持点を中心にファイバの他端を角度９０°
で連続的に回転させて、ファイバが切断するまでの回数
を測定した（ｎ＝５の平均値）。

【００２７】耐熱性： 高温オーブン（タバイエスペッ
ク社製ＰＨＨ−２００）内に試長２８ｍのファイバ（両
末端各１ｍはオーブン外）を８５℃、５００時間投入
し、試験前後の光量を測定してその変化量を指標とした
（ｎ＝３の平均値。マイナスは光量ダウンを示す）。

【００２８】ヒートショック：複合環境試験機内に試長
２８ｍのファイバ（両末端各１ｍはオーブン外）を投入
し、−４０℃と８５℃（５分で昇温あるいは降温、２４
０分保持）の変化５０サイクル前後の光量を測定してそ
の変化量を指標とした（ｎ＝３の平均値。マイナスは光
量ダウンを示す）。

【００２９】［実施例１］第１クラッド材として表１の
２Ｆ／４Ｆ／６Ｆ共重合体（屈折率１．３７８）、第２
クラッド材として表１の２Ｆ／４Ｆ共重合体（屈折率
１．４０２）をそれぞれ複合紡糸機に供給した。さら
に、連続魂状重合によって製造したＰＭＭＡ（（屈折率
１．４９２）をコア材として複合紡糸機に供給して、コ
ア、第１クラッドおよび第２クラッドを３層芯鞘複合溶
融紡糸し、ファイバ径１０００μｍ（コア径９８０μ
ｍ、第１／第２クラッド厚５．０／５．０μｍ）のベア
ファイバを得た。さらに、ポリエチレンを被覆して２．
２μのコードとした。

【００３０】こうして得られたＰＯＦを前記の評価方法
により評価し、その結果を表１に示した。表１からわか
るように、透光性、繰り返し屈曲性、耐熱性、耐ヒート
ショック性が良好であり、高開口数ＰＯＦとして好適な
ものであった。

【００３１】［実施例２〜４および比較例１〜４］第１
クラッド材および第２クラッド材の共重合体を表１のと
おりに変更した以外は実施例１と同様にしてＰＯＦを得
た。また、第２クラッドを設けないＰＯＦも同様にして
得た（比較例１、２）。これらのＰＯＦを使用して実施
例１と同じ評価を行い、その結果を表１に示した。

【００３２】本発明の実施例２〜４は透光性、繰り返し
屈曲性、耐熱性、耐ヒートショック性がいずれも優れて
いた。これに対し、比較例１のように第２クラッドのな
いものは耐屈曲性および耐環境性に劣り、また、比較例
２のように開口数≧０．５２となる２Ｆ／４Ｆ共重合体
では透光性、耐熱性、耐ヒートショック性に劣った。

【００３３】また、比較例３のように第２クラッドにフ
ルオロメタクリレート共重合体を用いた場合は、耐屈曲
性が極めて劣り、比較例４のように第１クラッドに長鎖
フルオロメタクリレート共重合体を用いた場合は、透光
性、耐屈曲性が劣った。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明は、特定のクラッド材用ポリマを
組合せて２層のクラッドとすることにより、開口数が
０．５２以上と高く、しかも、耐熱性、耐屈曲性、耐環
境性などがバランス良く優れたＰＯＦとすることができ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア、第１クラッドおよび該第１クラ
   ッドとは組成が異なる第２クラッドからなるプラスチッ
   ク光ファイバにおいて、コアがメチルメタクリレートを
   主成分とする（共）重合体からなり、第１クラッドが弗
   化ビニリデン単位およびヘキサフルオロプロピレン単位
   を含む共重合体からなり、第２クラッドが弗化ビニリデ
   ン単位を主成分とする（共）重合体からなり、かつ、開
   口数≧０．５２であることを特徴とする高開口数プラス
   チック光ファイバ。
2. 【請求項２】 コアが実質的にポリメチルメタクリレ
   ートのみからなり、第１クラッドが屈折率＜１．４０で
   実質的に弗化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘ
   キサフルオロプロピレン３元共重合体又は弗化ビニリデ
   ン／ヘキサフルオロアセトン／ヘキサフルオロプロピレ
   ン３元共重合体のみからなり、第２クラッドが実質的に
   弗化ビニリデン／テトラフルオロエチレン２元共重合体
   又は弗化ビニリデン／ヘキサフルオロアセトン２元共重
   合体のみからなることを特徴とする請求項１記載の高開
   口数プラスチック光ファイバ。
3. 【請求項３】 第１クラッドが、ヘキサフルオロプロ
   ピレン５〜２５モル％、テトラフルオロエチレン１５〜
   ４５モル％及び弗化ビニリデン５０〜７５モル％からな
   る３元共重合体であることを特徴とする請求項２記載の
   高開口数プラスチック光ファイバ。
4. 【請求項４】 第２クラッドが、テトラフルオロエチ
   レン１５〜３０モル％及び弗化ビニリデン７０〜８５モ
   ル％からなる２元共重合体であることを特徴とする請求
   項２記載の高開口数プラスチック光ファイバ。