JPS61252507A - プラスチツク光フアイバ - 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〕 本発明は、光フアイバ素線、光フアイバ心線、光フアイ
バコード、あるいは光フアイバケーブルなどとして利用
することのできるプラスチ、り光ファイバに関する。

〔従来の技術〕

従来、光伝送用光ファイバとしては、広い波長にわたっ
てすぐれた光伝送性を有する無機ガラス系光学繊維が知
られているが、加工性が悪く、曲げ応力に弱いばかシで
なく高価であることから合成樹脂を基体とするグラスチ
ック光ファイバが開発されている。合成樹脂製の光ファ
イバは屈折率が大きく、かつ光の透過性が良好な重合体
を芯とし、これよルも屈折率が小さくかつ透明な重合体
を鞘として芯−鞘構造を有する繊維を製造することによ
って得ちれる。光透過性の高い芯成分として有用な重合
体としては無定形の材料が好ましく、ぼりメタクリル酸
メチル、あるいはポリスチレンが一般に使用されている
。

このうちポリメタクリル酸メチルは透明性をはじめとし
て力学的性質、耐候性等に優れ、高性能プラスチック光
ファイバの芯材として工業的に用いられている。

しかし、ポリメタクリル酸メチルを芯としたプラスチ、
り光伝送性繊維はポリメタクリル酸メチルのガラス転移
温度（Ｔｇ）が１００℃であシ、使用環境条件が１００
℃以上になると全く使用できないものであシ、この耐熱
性の制限がグラスチック光ファイバの用途を限られたも
のにしている。

このため、例えば特開昭５８−１８６０８号等において
は、鞘材の周囲に、例えはＩリカーがネート、ポリアミ
ド、ポリアセタール等Ｏ耐熱性を有し且つ高強度でおる
エンジニアリングプラスチックを用いて３層以上の構造
として、光ファイバの機械的性質や耐熱性を改良するこ
とが提案されているが、この様な材料を用いても、耐熱
性が十分ではなく、高温時の光伝送損失の劣化が起シ、
自動車や船舶のエンジンルーム内といった高温部所に設
置する光通信手段や光センサ一手段としての利用を著し
く立遅らせていた。

また、この釉の材料を用いて耐熱性を高めようとすれば
、光ファイバに所望される他の性質を損なうことにもな
シ、例えば繰返し屈曲による損失増加を招くといった問
題点が生じた。

また、製造上の問題点として、芯−鞘一保護層の３層を
溶融複合紡糸によシ一体に賦形する場合、各層構成材料
の流動性を最適化しないと、賦形されるファイバに糸斑
等の構造欠陥を生じ、光伝送特性に悪影養を及ぼしたシ
、ファイバ接続に支障をきたすといった問題点を生じた
。

〔発明の解決すべき問題点〕

本発明は、前述した従来のプラスチック光ファイバに付
随する耐熱性の問題点、機械的時、住方化の問題点、並
びに製造上の問題点等を解決すべく、主としてファイバ
の構成材料の選択、組合せの最適化によシ、構造欠陥が
なく、耐熱性に優れ、繰返し屈曲動作に対する耐性に優
れ、しかも低光伝送損失であるプラスチ、り光ファイバ
を提供するものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

即ち、上記問題点を解決する手段として見出された本発
明のプラスチ、り光ファイバは、メタクリル酸メチルを
主成分とする重合体から成る芯材層、下記一般式〔Ｉ〕
で示される繰返し単位の少なくとも１つを成分とする１
合体から成る鞘材層、及びポリカーゴネートから成る保
護層を基本構成単位とし、試験温度２３０℃、試験荷重
５ゆの条件でそれぞれ測定された前記芯材層重合体のメ
ルトフローシー）　（ＭＦＲＩ、　、鞘材層重合体のメ
ルト７０−レー）　（ＭＦＲＩ２及び保護層ポリカーが
ネートのメルト７０−レー）　〔ＭＦＲ〕１が、〔ＭＦ
Ｒ〕１≦（ＭＦＲ１３２≦〔ＭＦＲ〕１≦４０　ｆＰ／
１０分の関係を満足する値をとることを特徴とするもの
である。

〔実施例〕

第１図乃至第３図は、本発明のプラスチ、り光ファイバ
の構成例を説明するための横断面図である。第１図の例
は、芯材層（コア）１、鞘材層（クラッド）２及び保護
層３０３層構造を有する光フアイバ心線である。

以下、第１図と同一の要素を同一の符号で表わすと、 第２図の例は、コア１、クラッド２、有機重合体で構成
される保護層３、並びに有機重合体のジャケット材で構
成される被覆層４０４層構造を有する光フアイバケーブ
ルである。

第３図の例は、コア１、クラ、ド２及び有機重合体で構
成される保護層３の３層構造の光フアイバ心線５の複数
本を、有機重合体のジャケット材の被覆層４で被覆した
多心光フアイバコードである。

本発明のプラスチック光ファイバの構成は、第１図乃至
第４図の例に限定されず、少なくとも基本構成単位が、
本発明で使用するコア及びクラ。

ドで構成されていればよい。また、例えば光フアイバ中
に、鋼製・やＦＲＰ製のテンションメンバや金属被膜を
組込むといった、ファイバ構成を採用することもできる
し、被覆を更に所望の層数重層させた構成としてもよい
。

本発明において前記メルトフローシー）［ＭＦＲ］。

及び（ＭＦＲ）２は、例えば日本工業規格ＪＩＳ　Ｋ７
２１０−１９７６、米国材料試験規格Ａ８ＴＭ　Ｄ１２
３８−８２、国際規格ＩＳＯ１１３３に準拠して測定す
ることのできるメルトフローレートでｓｂ、例えばＪＩ
Ｓ　Ｋ　７２１０−１９７６を準拠する場合、Ａ法（手
動切取υ法）を用い、試験温度２３０℃、試験荷重５ｋ
ｇで測定されるものである。また、このほかの試験条件
として、ダイの長さはｓ、ｏｏｏ±０．０２５囮、内径
は２．０９５±０．００５冨冨と決められる。

試料光てん量は５？、Ａ法の場合試料採取時間約３０秒
で測定される。

また、ＡＳＴＭ　Ｄ　１２３８−８２　、　ＩＳＯ１１
３３に準拠して測定する場合も、これらの試験条件、測
定条件を採用して測定される。更に、測定に使用される
装置及び用具、測定手順についても、それぞれの規格に
ある範囲で決めることができる。

コア１，１′の基材としては、非品性の透明重合体が好
適であシ、例えばメタクリル酸メチルの単独重合体又は
共重合体が挙げられ、このうち出発モノマーの７０〜１
００重量％がメタクリル酸メチル、３０〜０重量％がメ
タクリル酸メチルと共重合可能なモノマーであることが
好ましい。メタクリル酸メチルとの共重合が可能なモノ
マーとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル等のビニルモノマーが挙げられる。

また、これらメタクリル酸メチルを主成分とする重合体
の水素原子の全部あるいは一部が重水素原子で置換され
た重水素化重合体等も使用可能である。

本発明で使用する鞘材層重合体を構成する前記一般式（
１）の繰返し単位において、Ｒで表わされる炭素数１〜
５のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、
ｎ−ｆロピル基、１易Ｏ−プロピル基、ｎ−エチル基、
ｌ−メチル基、Ｉ＠Ｃ−ブチル基、ｔａｒｔ−ブチル基
等がある。Ｒで表わされる炭素数１〜５のフッ素化アル
キル基としては、−Ｃ（ＣＦ、）、　、　−ＣＨ，ＣＨ
，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ、　。

−ＣＨ２ＣＦ、ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ、−ＣＭ２ＣＦ２
ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ、等がある。Ｒで表わされる炭素数３
〜６のシクロアルキル基としては、例えばシクロアルキ
ル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキ
シル基等がある。これらのアルキル基、フッ素化アルキ
ル基及びシクロアルキル基を構成する水素原子の１つ又
は２つ以上が、例えばハロダン原子、１価の有機基等で
置換されていてもよい。

一般式（１）の繰返し単位において、Ｒのよシ好ましく
は、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜３のフッ
素化アルキル基である。

また、鞘材層重合体の構成は、前記一般式（１）の繰返
し単位の１種又は２種以上のみによシ構成されてもよい
し、あるいは前記一般式〔Ｉ〕の繰返し単位の１種又は
２種以上に加えて、以下に製造法として述べるところに
ある様に、他の繰返し単位や官能基が導入されていても
よく、この場合、前記一般式ＣＩ）の繰返し単位の１種
又は２種以上を１０モルチ以上含有していることが望ま
しい。

更に、前記一般式〔Ｉ〕の繰返し単位のＲの異なる２種
以上を用いる場合、これら繰返し単位は任意の割合で用
いることができる。例えばＲが炭素数１〜３のアルキル
基である繰返し単位とＲが炭素数１〜３のフッ素化アル
キル基である繰返し単位とを任意の配合比率で組合せて
いることができる。

鞘材層を構成する重合体は、前記一般式［”ｌ］で表わ
される繰返し単位のもととなるモノマーであるα−フル
オロアクリル酸アルキルエステル、α−フルオロアクリ
ル酸フッ素化アルキルエステル及ヒα−フルオロアクリ
ル酸シクロアルキルニスチールから選ばれる１種又は２
種以上の七ツマ−１並びに必要に応じて他の共重合可能
なモノマーの１種又は２種以上〔この共重合可能な七ツ
マ−としては、例えばメタクリル酸、メタクリル酸メチ
ル等のメタクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸２
，２，３，３．３−　ヘンタフルオロプロビル等のメタ
クリル酸フッ素化アルキルエステル、フッ化ビニリデン
等が挙げられる。〕を用い、従来公知の重合法に従い重
合させることによシ、得ることができる。

鞘材層重合体の（ＭＦＲ）２は、 〔ＭＦＲ〕１≦［：ＭＦＲ］２≦［：ＭＦＲ］、≦４０
ｐ７１０分である必要がある。（ＭＦＲＩ２が〔ＭＦＲ
〕１の値未満であると、ノズル内でのポリマーの流れが
乱れ易くなシ、芯と鞘の界面不斉、即ち構造不整による
光伝送損失が増加するので好ましくない。

（ＭＦＲＩ２が４０　）／１０分を超えると、鞘の被覆
斑が大きくなシ、又鞘材の重合度が低くな多すぎ、光フ
ァイバの屈曲特性が悪くなるので好ましくない。

［ＭＦＲ］２のよシ好ましい範囲は、 〔ＭＦＲ〕１≦［ＭＦＲ］２２３３０７７１０分更によ
り好ましい範囲は、 ５ｐ７１０分≦（ＭＦＲ，ｌ、≦２０　ｐ７１０分であ
る。

保護層３を構成する好適なポリカーざネートとしては、
一般式（−０−Ｒ，−０−Ｃ＋　で表わされるも＋１　
” の、ここでＲ１が で表される脂環族ポリカーがネート、 で表される芳香族ポリカーゴネート等が挙げられるＯ また、これらと４，４′−ジオキシジフェニルエーテル
、エチレングリコール、ｐ−キシリレングリコール、１
．６−ヘキサンジオール等のジオキシ化合物との共重合
体も使用することができるが、耐熱性の観点から熱変形
温度が１２０℃以上のものが好ましい。

ここで熱変形温度とは米国材料試験標準規格ムＳＴＭＤ
−６４８、荷重４．６　ｋ５Ｆ／−における測定値をい
う。

特に、本発明のプラスチック光ファイバにおいては、保
護層ポリカーがネートのメルトフローレ−）　［ＭＦＲ
］、が、（ＭＦＲ）２と同じかあるいはよシ大きいこと
が必要である。即ち［：ＭＦＲ）２＞　［：ＭＦＲ３ｇ
であると、ノズル内のポリマーの流れが乱れ、糸斑に著
しく悪影響を与えるので好ましくない。

なお、更に保護層ポリカーブネートの溶融状態における
流動性を考慮して、極限粘度（塩化メチレン中、２０℃
）が０．６　ｄｌ／ｙ−以下であることが望ましい。極
限粘度のよシ好ましくは０．３〜０．５ｄｌ／Ｐの範囲
であり、０．３　ｄｊ／ｐ未満であると、糸径斑のコン
トロールが極めて困難となる。

保護層の厚みは、特に制限されないが、光ファイバの熱
収縮特性、歪抑制、更には、熱覆歴を受けた場合の光伝
送損失の諸点を考慮すれば、１０〜２５０μｍの範囲が
好ましく、更には１０〜１００μｍ、なお更には３０〜
５０μｍとすることが好ましい。

更に、保設層中には、ファイバの安定性を高めるために
、例えば紫外線による劣化を防ぐために紫外線吸収剤、
耐熱性及び機械的強度を向上させるためカーデンプラ、
り、ガラス繊維等の充填剤、難燃性を高めるために抗酸
化剤等を含有させておくことができる。

本発明のプラスチ、り光ファイバにおいて、被覆層４を
構成する有機重合体は、本発明によシ改善することを目
的としている特性のほか、プラスチック光ファイバの緒
特性を改善することを企図して、所望によシ任意に選択
することができる。

例えば、光ファイバの耐熱性、耐熱収縮性、機械的特性
を改善する目的で、被覆層４を、熱変形温度１００℃以
上の有機重合体で構成することができる。熱変形温度１
００℃以上の有機重合体としては、例えば、ポリエステ
ル、？リアミド、ポリ４−メチルペンテン−１、／リッ
ツ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリスルホン、？リ
エチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリオキシ
メチレン、ポリブテン、ポリテトラメチレンチレフタレ
−）、ＡＢＳ、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーが
ネート等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが使
用可能である。

また、例えゆ、光ファイバの耐熱性、熱収縮特性、光伝
送特性等を改善する目的で、水架橋ポリオレフィンを選
択使用することができる。

本発明においてグラスチック光ファイバを賦形する方法
として、溶融複合紡糸を用いる。

例えば３層構造の光ファイバを溶融複合紡糸によシ製造
する場合、芯材層成分溶融押出様、鞘材層成分溶融押出
機、及び保護層成分溶融押出機からなる複合紡糸機を用
いる。芯成分は溶融押出様によって溶融され、計量ポン
プで定量紡糸ヘッドに供給され、構成０分及び保護層成
分も同様にしてそれぞれ紡糸ヘッドに供給される。紡糸
ヘッド内の紡糸口金で３層構造に賦形され吐出され、冷
却固化の後、巻取られ、場合によっては延伸あるいはア
ニール処理される。第２図で（４）から芯材層成分、（
Ｂ）から鞘材層成分、（Ｑから保護層成分がそれぞれ供
給され、（ロ）から吐出される。なお、芯−鞘２層栴造
のファイバを賦形する場合も、紡糸口金の形状を変える
のみで、あとは３層構造の場合と同様に賦形される。ま
た、第３図に示した様な４層以上の構造の場合、例えば
３層目までを溶融複合紡糸で賦形し、４層目を押出、コ
ーティング等の被覆加工によシ賦形する方法が採られる
。

本発明において、基本構成単位である芯−鞘一保護層を
溶融複合紡糸によシ賦形する場合、紡糸温度を２１５〜
２４５℃とするのが好ましい。というのは、紡糸温度が
２１５℃未満であると、溶融粘度が高くなシすぎ、糸径
斑が極めて大きくなる。２４５℃を超えると、鞘材がノ
ズル内で熱分解し、加熱帯色及び発泡のために損失不良
となるためである。更に好ましい紡糸温度は２２０〜２
３０℃の範囲である。

以下、実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ スパイラルリメ７型攪拌機をそなえた反応槽と２軸スク
リユ一ベント型押出機からなる揮発物分離装置を使用し
て連続塊状重合法によジメタクリル酸メチル１００部、
ｔ−ブチルメルカプタン０．４０部、ジーｔ−プチルノ
９−オキサイド０．００１７部からなる単量体混合物を
重合温度１５５℃、平均滞在時間４．０時間で反応させ
、次いでペント押出機の温度をペント部２４０℃、押出
部２３０ｔｌ：、ベント部真空度４　ｉｍＨｇとして揮
発部を分離し、芯成分重合体を得た。

この芯成分重合体（ＰＭＭＡ）　１００部に、アセトン
溶液にして０．１μテフロンフイルターで濾過精製した
３　−（３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル
）プロピオネ−）　（商ｍ名ＩＲＧＡＮＯＸ１０７６）
及びジラウリルチオジグロピオネートをそれぞれ０．２
部、０．１部を混練した後、２２５℃に保たれたギャデ
ング部を経て２２５℃の芯−鞘２成分複合紡糸ヘッドに
供給した。

一方、α−フルオロアクリル酸メチルとα−フルオロア
クリル酸２，２，３，３．３−ペンタフルオロプロピル
とを当モル量で混合した七ツマー混合物よシ得られる共
重合体を鞘成分重合体として芯−鞘２成分複合紡糸ヘッ
ドに供給した。

また、保訛層成分重合体として、市販のテリカ−がネー
ト（三菱瓦斯化学■製、商品名Ｈ−４０００）を溶融し
、芯−鞘一保護層３成分複合紡糸ヘッドに供給した。

同時に供給された溶融ポリマーは、紡糸口金を用い、２
２５℃で吐出され、冷却固化の後、巻取シ、芯材層径９
２０μｍ、鞘材部厚み４μｍ、保護層厚み３６μｍのプ
ラスチック光ファイバを得た。

かくして得られた光フアイバ素線の耐熱性、光伝送損失
、繰返し屈曲性並びに賦形されたファイバの糸斑を下記
評価方法によシ評価し、結果を第゛　　１表に示した。

〔ファイバ特性評価方法〕

（１）　　光伝送損失 特開昭５８−７６０２号公報に示された方法によシ測定
した。測定光波長は６５０ｎｍ、ファイバ入射光の開口
数が０．６の光を用いた。単位はｄＢ／−０（２）繰返
し屈曲性 ファイバをファイバ径の５倍の径のマンドレルに１８０
°繰シ返し屈曲させ、光量保持率が５０チによる屈曲回
数を読み取りた。

（３）耐熱性 ファイバを１−１５℃、３０ｏＯ時間加熱した後の光伝
送損失の増加量（ｄＢ／ｌａ）。

（４）糸斑 レーデ線径測定機によシ、長さ５００ｗｔにわたシ糸斑
を測定した。

実施例２〜４．比較例１〜３ 紡糸温度又は鞘成分の組成を第１表に示したとおシに変
えた以外は、実施例１と同じプラスチ。

り光ファイバを得た。これらのファイバの特性を実施例
１と同じ方法で評価し、結果を第１表に示した。

注）Ａ重合体：α−フルオロアクリル酸メチルとα−フ
ルオロアクリル酸２，２，３，３゜３−−ｅンタフルオ
ロプロビルの（資）２５０モル比の共重合体。

Ｂ重合体：α−フルオロアクリル酸メチルの単独重合体
。

ＰＣはポリカーがネー）、ＰＥはポリエチレン、３ＦＭ
は、ポリメタクリル酸２，２．２−　）リフルオロエチ
ルヲ示ス。

実施例９〜１１．比較例１２〜１３ 紡糸温度を、２３０℃、２４０℃、２１０℃。

２５０℃とした以外は、実施例１と同一の光ファイバを
得た。同様に、糸斑、（損失）を評価し、結果を第２表
に示した。

第　　２　　表 実施例１２ 実施例１によシ保護層まで賦形した光ファイバに、更に
、市販の水架橋ポリエチレン（商品名リンクロンＭＰ−
７０ＯＮ、密度０．９４５　Ｐ／ａ（、三菱油化■製〕
を被覆し、径２．２ｍのプラスチック光フアイバケーブ
ルを得九。

かくして得られたケーブルは、更に耐熱性、熱収縮特性
、光伝送特性等に優れたものであった。

〔発明の効果〕

本発明によシ製造されるプラスチック光ファイバは、光
伝送用のファイバとしてあらゆる用途に使用することが
でき、特に自動車や船舶のエンジンルームといった過酷
な条件においても使用し得る様な優れた耐熱性を有し、
また、繰返し屈曲動作に対する耐性が良好で、構造欠陥
がなくしかも低光伝送損失である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明のグラスチック光ファイバの
構成例を説明するための横断面図であシ。 更に詳しくは、 第１図は、光ファイバ心線の構成例、 第２図は、光７アイパケーブルの構成例、巣３図は、多
心光フアイバコードの構成例なそれぞれ説明するための
横断面図である。 棺４図は本発明のプラスチック光ファイバを賦形するた
めの紡糸口金の断面図である。 １・・・芯材層（コア）、２・・・鞘材層（クラッド）
３・・・保護層、４・・・被覆層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタクリル酸メチルを主成分とする重合体から成
   る芯材層、下記一般式〔 I 〕で示される繰返し単位の
   少なくとも１つを成分とする重合体から成る鞘材層、及
   びポリカーボネートから成る保護層を基本構成単位とし
   、試験温度２３０℃、試験荷重５ｋｇの条件でそれぞれ
   測定された前記芯材層重合体のメルトフローレート〔Ｍ
   ＦＲ〕＿１、鞘材層重合体のメルトフローレート〔ＭＦ
   Ｒ〕＿２及び保護層ポリカーボネートのメルトフローレ
   ート〔ＭＦＲ〕＿３が〔ＭＦＲ〕＿１≦〔ＭＦＲ〕＿２
   ≦〔ＭＦＲ〕＿３≦４０ｇ／１０分の関係を満足する値
   をとることを特徴とするプラスチック光ファイバ。 〔記〕 一般式〔 I 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中Ｒは炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５の
   フッ素化アルキル基、又は炭素数３〜６のシクロアルキ
   ル基を表わす。）
2. （２）保護層厚みが１０〜２５０μｍである特許請求の
   範囲第（１）項記載のプラスチック光ファイバ。
3. （３）紡糸温度が２１５〜２４５℃である特許請求の範
   囲第（１）項又は第（２）項記載のプラスチック光ファ
   イバ。