JPS6162009A - プラスチツク系光伝送性繊維 - 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】 〔発明の分野〕 本発明はグラスチック系光伝送性繊維に関する。

〔従来技術〕

従来、光伝送性繊維としては、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りでなく高
価であることから合成樹脂を基体とする光伝送性繊維が
開発されている。合成樹脂製の光伝送性繊維は屈折率が
大きく、かつ光の透過性が良好な重合体を芯とし、これ
よシも屈折率が小さくかつ透明な重合体を鞘とし７て芯
−鞘構造を有する繊維を製造することによって得られる
。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ポリメタクリル酸メチル、あるい
はポリカーデネート、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、熱的性質、耐候性等に優れ、高性能プラ
スチック光学繊維の芯材として工業的に用いられている
。

しかし、このポリメタクリル酸メチルの屈折率は１．４
８〜１，５０と比較的小さく、従ってこの重合体を芯に
用いる場合には鞘成分として特別に屈折率の小さな重合
体を使用する必要がある。屈折率の小さな重合体として
は例えば特公昭４３−８９７８号、特公昭５６−８３２
１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３２３
号および特開昭５３−６０２４３号等に記載されている
ようなメタクリル酸とフッ素化アルコール類とからなる
エステル類を重合させたもの、および特公昭５３−４２
２６０号に記載されているような弗化ビニリデンとテト
ラフルオロエチレンの共重合体からなるものが公知であ
る。

これらの弗素含有重合体はいずれも汎用的なものではな
く、特殊で非常に高価なものである。その上、鞘成分重
合体のもつべき特性、芯成分との接着性、均一で平滑な
芯−鞘界面構造確保のための好ましい成形性、摩擦や屈
曲に耐える力学的性能、使用環境、あるいは加工条件に
耐え得る耐熱性、および耐薬品性等については不充分な
ものが多い。それどころかこれらの特性を完全に満たし
得る鞘成分用重合体は未だ知られていないのが現状であ
る。

芯−鞘構造よりなる光伝送性繊維の製造方法としては鞘
成分の被覆方法からみて次の２つの方法を挙げることが
できる。１つは芯−鞘両成分、及び保護層成分を溶融状
態のもとて特殊ノズルによって配合しつつ吐出して芯−
鞘構造を付与する方法であり、所謂複合紡糸方式といわ
れるものである。他の１つはまず芯成分を所定の繊維に
賦形したのち、これに適当な溶剤に溶かした鞘成分を被
覆し、脱溶剤して光伝送性繊維とする所謂コーティング
方式である。

との両者を比較した場合、複合紡糸方式は生産性が高く
、装置の簡略化をもはかることができる省力、省エネル
ギープロセスである。さらに広範囲の太さの光伝送性繊
維を製造することができる、工程の管理が容易である等
の利点をもっており、工業的にきわめて有利な方式であ
り、この方式により低コストの高性能繊維の製造が可能
である。

しかし複合紡糸方式はコーティング方式に比較して技術
的に、より困難であり、芯−鞘界面の均一平滑性の解保
の面でノズルの設計、重合体の選定等に高度の技術を特
徴とする 特に、各層ポリマーの選定と併せて、紡糸条件及び延伸
条件の最適化が肝要であり、実用上必要となる特性、特
に伝送損失の耐熱性耐屈曲性等の機械的特性等を改良す
るため、最適な紡糸条件及び延伸条件を選定することが
極めて重要な技術的課題となっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、糸径斑及び構造不整に由来する伝送損
失の増加を抑制し、芯材層、鞘材層及び保護層の内部応
力歪を緩和し、加熱暴露時の伝送損失の増加を低く抑え
、かつ耐屈曲性等の機械的特性にもすぐれたプラスチッ
ク系光伝送性繊維を提供することにある。

上記目的を達成するものとして見出された本発明のグラ
スチック系光伝送性繊維は、芯材層、鞘材層及び保護層
を基本構成単位とする繊維を延伸することにより賦形さ
れたプラスチック系光伝送性繊維であって、前記保護層
が前記芯材層を構成するポリマーのガラス転移温度より
も高いガラス転移温度を有するポリマーで構成され、か
つ前記延伸が保護層のガラス転移温度近傍を下限、保護
層のガラス転移温度よりも６０℃高い温度を上限とする
温度領域において１．０５〜２００倍率で行なわれ、か
つ延伸部出口で急冷されることを特徴としている。

尚、以下にガラス転移温度Ｔｇという０〔実施態様〕 本発明のグラスチック系光伝送性繊維の構造は、例とし
て横断面図を第１図に示したが、内部よシ芯材層１、鞘
材層２及び保護１！！３を基本構成単位とし、使用目的
に応じて保護層３の周囲に、更に第４層、第５層・・・
・・・の被覆層を設けてもよく、また重合体繊維、金属
線等のテンションメンバー６あるいはフィルム、紙状物
等を保護層よ如外部に介在させてもよい。

第１図（ａ）は３層構造の光ファイバー、（ｂ）は４層
構造の光ファイバー、（Ｃ）は５層構造の光ファイバー
、（ｄ）は３層構造の光ファイノ！−の外周にテンショ
ンメンバー６を介して第４層の被覆層が設けられてなる
光フアイバーケーブル、（ｅ）は３層構造の光ファイバ
ーを複数本束ねて被覆してなる光フアイバーケーブルで
ある。

芯利層１の成分として使用される非晶性ポリマーとして
は、メタクリル系重合体、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共重合体、あ
るいは、これらポリマー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ポリマー等の透明な
非品性熱可塑性樹脂が使用可能であり、もちろん、その
他の透明な非晶性ポリマー、ブレンド物も使用可能であ
る。本発明においてとりわけ好適に使用される非晶性ポ
リマーとしては、メタクリル系重合体及びポリカーボネ
ートを挙げることができる。

このうち、メタクリル系重合体は、例えばメタクリル酸
メチルの単独重合体又は共重合体（出発モノマーの７０
重−ｍ１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モノマーである
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、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。）、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
酸フェ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及び共重合体が好適で
ある。

また、ポリカ−ボネートとして好適なものは、一般式　
ｆＯ−Ｔ？−０−Ｃ−３ｎで表わされるもの、で表され
る芳香族ポリカーボネート等が挙げられる。

また、これらと４．４′−ジオキシジフェニルニーチル
、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ＡＳＴＭＴ）　−６４８、荷重４
．６に＆／ｃｔｎ”における測定値をいう。

鞘材層２としては、芯成分の屈折率より０．０１以以上
式い屈折率を有する実質的に透明な重合体が使用される
が、通常は芯成分との屈折率の差が０．０１〜０．１５
の範囲にあるものから選択するのがよい。鞘材層を構成
する重合体の種類に特に制限はなく、従来公知のもので
よい。

具体例としては次の如きものが挙げられる。

ポリメチルメタクリレート（ｎ＝１．４９）、スチレン
／メチルメタクリレ−トコプリマー（ｎ＝１．５０〜１
．５８）、４−メチルペンテン１（ｎ＝１．４６）、エ
チレン−酢ピコポリマー（ｎ＝１．４６〜１．５０）、
ポリカーボネート（ｎ＝１．５０〜１．５７）。

含弗素？リメテルメタクリレート（ｎ　−１，３８〜１
．４５）、弗化ビニリデン系？リマー（ｎ＝１．３８〜
１．４２）、弗化ビニリデン／ヘキサフルオログロビレ
ンコポリ−ｒ　−（ｎ　＝　１．３８〜１．４２）ｌメ
チルメタクリレート／スチレン、ビニルトルエン又はα
−メチルスチレン／無水マレイン酸三元コポリマー又は
四元コポリマー（ｎ＝１．５０〜１．５８）など。これ
らポリマーは基本構成単位における層間剥離強度を向上
させるため、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸な
どの不飽和カルがン酸類。

グリシジルアクリレートＯｒメタクリレート、β−メチ
ルグリシジルアクリレート又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
アミド及びその誘導体、ヒドロキシアルキルアクリレー
ト又はメタクリレートなどの親水性モノマーを共重合し
てもよい。

これらのポリマーのうち、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、及
び、例えば、特公昭４３−８９７８号、特公昭５６−８
３２１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３
２３号及び特開昭５３−６０２４３号等に開示されてな
る様なメタクリル酸とフッ素化アルコール類とからなる
エステル類を重合させたものなどが使用可能である。こ
のエステル類の具体例としては、例えばメタクリル酸２
．２．２−　）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、メタクリル酸２，
２．３，３．３−ペンタフルオロゾロぎル等ヲ挙げるこ
とができる。また、これらの含フツ素メタクリル酸エス
テルの１種又は２種以上を用いて、例えば特開昭５９−
７３１１号、特願昭５７−２３０４３６号明細書等に記
載されている如き、含フツ素メタクリル酸エステル、こ
のエステルと共重合可能なビニル単量体及び親水性単独
重合物を形成しうるビニル単量体からなる共重合体を用
いてもよい。

本発明に使用する鞘材層の厚みは、特に制限されないが
、層間の密着性並びに繊維の耐屈曲性を更に良好なもの
とするためには、２〜５０μｍの範囲とするのが望まし
い。

保護層３に使用されるポリマーは、芯材層ポリマーのＴ
ｇよりも高いＴｇをもつポリマーであり、例えば、ポリ
カーボネート、ポリスルホン、耐熱メタクリル酸メチル
共重合体、ポリエーテルスルホン、ポリエステルカーボ
ネート等が挙げられる。

また、保護層３に使用される高Ｔｇポリマーに、カー？
ンブラック、タルク、ガラス繊維、芳香族、ｔ？））ア
ミド繊維、炭素繊維等の無機物あるいは有機物のフィラ
ーを充填することも可能である。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維の未延伸糸は、複
合紡糸方式あるいにコーティング方式。

ケーブル被覆方式等によって製造される。例えば複合紡
糸方式では、芯材周成分溶融押出機、鞘材層成分溶融押
出機、及び保誰層成分溶融押出機からなる複合紡糸機に
よって製造される。芯成分は溶融押出機によって溶融さ
れ、計量ポンプで一定量紡糸ヘッドに供給され、鞘成分
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。

紡糸ヘッド内の例えば第２図の様な構造の紡糸口金で３
層構造に賦形され吐出される。第２図で（Ａ）から基材
層成分、（Ｂ）から鞘材層成分、（Ｃ）から保護層成分
がそれぞれ供給され、（Ｄ）から吐出さく１３） れる。

かく１−で吐出される３層構造の押出物は、放冷ないし
、冷媒、気体吹付等適宜の冷却手段を用いた強制冷却に
より冷却される。冷却された糸条はさらに引取機を介し
て連続して延伸され巻き取られるかちるいは、−已未延
伸糸として巻取った後別工程にて延伸されてもよい。

本発明に於いては、この延伸の条件を保護層ポリマーの
Ｔｇ近傍を下限、保護層ポリマーのＴｇより６０℃高い
温度を上限とする温度領域において、１．０５〜２０の
延伸倍率で制御し、さらに延伸部出口において糸条を急
冷することが特徴となっている。延伸装置には空気ある
いは不活性ガスによる熱風循環式の加熱面、熱板加熱面
、赤外線加熱面、誘導加熱面、熱媒加熱面等の種々の延
伸方式が利用でき、延伸温度はこれら加熱雰囲気の温度
設定により糸条温度を任意にコントロールして設定され
る。又延伸倍率はフィードロー２とテークアツプローラ
の速度比で任意に設定される。

本発明において、保護層ポリマーのＴｇより低い温度で
延伸を行うと、糸径後が増大するばか９でなく、構造不
整に基づく伝送損失の増加する。又保護層ポリマーのＴ
ｇより６０℃以上高い温度で延伸を行うと、得られた光
伝送性繊維の屈曲性が低下する。更に本発明において延
伸倍率は１．０５〜２０の範囲、より好ましくは１．２
〜１０の範囲でコントロールすることが必要であり、延
伸倍率が１．０５より小さいと、本発明の目的である光
伝送性繊維の耐屈曲性向上が達成されない。又延伸倍率
が２０を越えると、糸径後が極めて大きくなり場合によ
っては糸条が切断するトラブルが発生する。

本発明において、加熱され延伸された糸条は延伸部出口
において急冷された後、引き取られ光伝送性繊維となる
。急冷して得られた光伝送性繊維は、芯材層ポリマーの
Ｔｇ以上の温度に加熱しても伝送損失の増加が認められ
ないが、一方、急冷せずに自然放冷して得られた光伝送
性繊維は、芯材層ポリマーのＴｇ以上に加熱すると、鞘
材層にディトが発生し、伝送損失が極めて大きく増加す
る。

この原因については、明確でないが、延伸冷却時の繊維
内部の歪が大きく影響していると考えられる。

延伸部出口における糸条の冷却を行う笑用的かつ好適な
手段として、空気、仝素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス
等の気体吹付を用いるあるいは水。

氷水、不凍液、液体窒素等の液体中を通過させるあるい
は氷、ドライアイス等の固体に接触させる等が挙げられ
る。これら冷却媒体の温度は室温以下が好ましく、冷却
部から出た糸条は少なくとも芯材層ポリマーのＴｇより
低く、好ましくは室温程度以下に冷却されているのがよ
い。冷却部はできるだけ延伸部出口近くに設定されるの
がよく、１゜ｃｒＩ１以内更に好ましくは数ｍ以内であ
る。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維における芯材層１
、鞘材層２及び保護層３の厚さ及び太さは光伝送性繊維
の使用目的に応じて適宜設定される。例えば第２図の紡
糸口金において各供給口におけるオリフィスの管径及び
管長を変えることにより厚さ及び太さがコントロールさ
れる。

以下、実施例により、本発明の詳細な説明する。

なお実施例中の部は重量部を示す。

光伝送性能の評価は、得られた光伝送性繊維の光伝送損
失を、特開昭５８−７６０２号第４図に示された装置に
よって測定することにより行われた。

実施例１ 概略第３図に示した装置を用いて、本発明のグラスチッ
ク系光伝送性繊維を得た。スパイラルリーン型攪拌機を
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りメタ
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！−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り４０℃、押出部２３０℃、ペン
ト部真空度４■Ｈｇとして揮発部を分離し、芯成分重合
体（Ｔｇ＝ｘｏｓ℃）として２３０℃に保たれたギヤポ
ンプ部を経て２３０℃の芯鞘保護層三成分複合紡糸ヘッ
ドに供給した。

一方メタクリル酸クロライドと２．２，３．３゜３−ペ
ンタフルオロプロパノールとから製造したメタクリル酸
２．２，３．３．３−ペンタフルオロプロピル１００部
及びメタクリル酸１部をアゾビスイソブチロニトリルを
触媒として少量のｎ−オクチルメルカゾタンの存在下で
重合し、屈折率１．４１７の鞘成分重合体を得た。この
鞘成分重合体を２００℃に設定されたスクリュー溶融押
出機でギヤポンプを経て２３０℃の複合紡糸ヘッドに供
給した。

又一方保護層用重合体として、ポリカーがネート（Ｔｇ
＝１４５℃）にカーデフブラック３．０チを溶融混練し
たポリマーを２３０℃に設定されたスクリュー溶融押出
機でギヤポンプを経て２５０℃の複合紡糸頭に供給した
。

同時に供給された芯材層と鞘材層及び保護層の溶融ポリ
マーは・紡糸口金（ノズル口径３咽φ）２０１を用い、
２３０℃で吐出した。

ノズル２０１から吐出された糸条２０２は２５℃０．２
　ｍ　／　ａｅｅの空気流を用いたクエンチ装置２０３
の中で冷却され３．０　ｍ／１ｎｉｎの速度で第１ニツ
プローラ２０４に引き取られ引き続いて、１６５℃に加
熱された２ｍ長の熱風循環炉２０６の中で加熱。

延伸され、熱風循環炉２０６出口から２ｃｔｎのところ
に設置された１０℃の冷水槽（長さ２０口）２０７中の
ガイド２０８を通過し、６．　Ｑ　ｍ／ｍ＋ｎの速度で
第２ニツノローラ２０５に引き取られ巻取機２０９に巻
取られた。

得られた三層構造の光伝送性繊維は芯材部径３００μｍ
、鞘材部厚さ１０μｍ、保護層厚さ９０μｍ。

外径約５００μｍであり、顕微鏡による観察では芯材層
、鞘材層、保護層は同心円に泥面した真円であり、気泡
や異物の存在は認められなかった。かくして得られた光
伝送性繊維の糸径斑、伝送損失。

加熱後の伝送損失１１０１１１ｎｌ中のマンドレルに１
０回巻き付けた時の巻付光量保持率の評価を行ない、結
果を表１に示した。

実施例２〜１１ 比較例１〜６ 延伸温度、延伸倍率、急冷条件を表１及び２に示す様に
変えた以外は、実施例１と同様にして光伝送性繊維を得
た。

実施例１と同じ特性評価を行ない結果を表１及び２に示
した。

巻付光量保持率 ファイバの一端に６５０　ｎｍ平行光を入射し、固定し を測定する。

実施例１２〜１３ 芯材層及び保護層成分であるポリマーを表１に示すもの
に変えた以外は実施例１と同様にして、光伝送性繊維を
得た。実施例１と同じ特性評価を行ない、結果を表１に
示した。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）〜（、）は本発明の光伝送性繊維の横断面
図、第２図は三層構造光伝送性繊維製造用の紡糸口金の
構造の一例を示す断面図、第３図は本発明の光伝送性繊
維を製造するプロセスの一例を示す装置の概略図である
。 １：芯材層、２：鞘材層、３：被覆層、Ａ、Ｅ：芯材層
成分出口、Ｂ：鞘材層成分出口、Ｃ，Ｅ：保護層成分出
口、Ｄ：吐出口、２０１：紡糸ノズル、２０２：光伝送
性繊維、２０３：紡糸クエンチ装置、２０４：第１ニツ
ゾローラ、２０５：第２ニツプローラ、２０６：熱風循
環延伸装置、２０７：急冷水槽、２０８ニガイド、２０
９：巻取機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成単位とする
   繊維を延伸することにより賦形されたプラスチック系光
   伝送性繊維であって、前記保護層が前記芯材層を構成す
   るポリマーのガラス転移温度よりも高いガラス転移温度
   を有するポリマーで構成され、かつ前記延伸が、保護層
   のガラス転移温度近傍を下限、保護層のガラス転移温度
   よりも６０℃高い温度を上限とする温度領域において１
   ．０５〜２０の倍率で行なわれ、かつ延伸部出口で急冷
   されることを特徴とするプラスチック系光伝送性繊維。