JPS5893003A - 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】 本発明は芯−鞘四層構造からなる光伝送性に優れた光伝
送性繊維に関するものである。

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（、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
よりも屈折率が小さくかつ一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ｋ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
いはポリスチレンあるいはポリカーボネート等が一般に
使用されている。

これら芯成分重合体のうち、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１．４８
〜１．５０と比較的小さく、従ってポリメタクリル酸メ
チルな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５
６−８３２１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６
−８３２３号および特開昭５３−６０・°２４３勺等に
記載されているようなメタクリル駿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Ｉ
Ｆ＃会昭５３−４２２６０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
なるもの等が公知である。

又、ポリスチレンあるいはポリ、−力′−噛ネートが芯
材の場合には上記弗素系ポリマー以外にポリメタクリル
酸メチルも鞘材として使用可能である。

これら合成樹・脂製光伝送性繊維を光通信、データリン
ク、元センサー、元ガイド等の工業的な光材料として使
用する場合には、外的環境の変化から保護するためにジ
ャケットで被覆されケーブル化されるのが一般的である
。

即ちジャケットにより光信号のリークの防止を行ない、
さらに強度、伸度あるいは屈曲等の力学的性質を補強し
、耐熱性、耐薬品性、耐候性を向上せしめることによっ
て初めて工業的に使用可能となる。　′： 従来、光伝送ｉ繊維のケーブル化は、光伝送性繊維の製
造とは全く切り離された別工程で実施されているため、
ケーブル加工費は、光伝送性繊維そのものの製造コスト
と同等、場合によってはそれ以上を要することが多（、
ケーブルコストを上昇させる要因となっていた。　　　
−更にケーブル加工は、カーボンブラック入り一ポリエ
チレン、ポリエステル、ポリ塩イビービニル等の熱可塑
性樹脂を溶融被覆するのが一般的である。しかし合成樹
脂製光伝送性繊維の場合、芯材そのものが熱可塑性樹脂
からなり、熱に弱（、更に鞘材の厚さも薄いため、ケー
ブル加工時にダメージを非常に受は易いものである。従
ってジャケット用樹脂の選択の幅も狭く、特殊な樹脂を
使用しなければならず、ケーブル加工の温度、速度等の
加工条件の管理を非常に厳しくしなければならず、これ
らの要因によってケーブル加工費は非常に高いものとな
っている。

本発明看は、かかる合底樹脂製元伝送性繊維のケーブル
加工の現状を鑑み、ケーブル加工の合理化、省６カ化、
プストダウンを計り、更には元ケーブルとしての耐熱性
、耐力学的性質、耐薬品性、耐候性等の性能を向上させ
ることな目的として鋭意検討の結果、本発１ｊｌｌ　Ｋ
　１Ａ４したものである。

すなわち本発明は芯材層（１）、鞘材層（２）、保護層
（３）及び光遮断層（４）からなる−四゛貫構論℃、光
伝送性繊維であって、芯材層（１）はｉ明な重合体から
なり、鞘材層（２）は念材層（１）の屈折率よりＩ％以
４上低い屈折率を有する実質的に透明な重合体か、−う
なり、保護層（３）は鞘材層（２）よりも大きな屈折率
を有する重合体からなり、光遮断層（４）は実質的に元
を透過しない主として重合体からなる物質で形成されて
いることを特徴とする光伝送性繊維及びその製造法に関
するものである。

本発明の光伝送性繊維の構造はその横断面図第１図に示
す如（、内部より芯材層（１）、鞘材層（２）、保護層
（３）９元遮断層（４）の四層構造からなっており、芯
材層（１）の中を元が伝送し、鞘材層（２）ビよって光
が全反射され、芯材層（１）中の党は閉じこめられる。

保護層（３）は鞘材層（２）を被覆保護し、最外部の光
遮断層（４）により外部からの光は遮断される。

芯材層（１）として使用可能な重合体は透明性に優れた
ものであることが必要であり、例えばポリメタクリル酸
メチル、ポリスチレンあるいはポリカーボネート等及び
それぞれな主たる成分とする共重合体等の無定形の重合
体が好ましい。

芯材層（１）としてメタクリル系重合体を使用する場合
、メタクリル系重合体としては単量体重量ｓに換算して
少なくとも７０％がメタクリル酸メチルからなる重合体
か好ましい。３０重量−を超えない範囲で他のビニル単
量体を共重合することができるが、メタクリル酸メチル
と共重合可能な単量体とし【好適なものとしては、例え
ばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル等を挙げること
かできる。これらの共重合単量体はメタグリル系重合体
の加工性、耐熱性を良（するものであるが、大量の添加
は光伝送性能を低下させる傾向にあるので前述の範囲、
さらに好ましくは１０重量畳以下の範囲で共重合させる
のが好ましい。

鞘材層（２）としては、芯成分の屈折率より１チ以上小
さい屈折＊ｔ’有する実質的に透明な重合体か使用され
るが、好ましくは芯成分の屈折率より２チ以上小さい屈
折率を有するものがよい。

例えば芯材層（１１Ｋメタクリル系重合体を使用する場
合には、鞘材層（２）としては、例支ば特公昭４３−８
９７８号、特公昭５６−８３２１号、特公昭５６−８３
２２号、特公昭５６−８３２３号および特開昭・５３−
６０２４３号等に開示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
たものも゛、賦形条件に合うように適当な重合度、共重
合組成を選べば使用可能である。

これらの鞘材は一般的にガラス転移温度が８０℃以下、
ものＫよって室温近くと極めて低く、また脆くて柔軟性
に欠け、従来の芯−鞘二層構造の光伝送性繊維としては
実用上の耐熱性、加工性、取扱性に問題ｂ【）あるもの
であった。しかし本発明による四層構造の光伝送性繊維
としてこれらの鞘材を使用すれば弱い鞘材層（２）が強
い保護層（３）に保護され、耐熱性が向上し、少々乱暴
な熾扱いをしても光伝送性に影響を与えることはなくな
る。また１例えば４Ｉ会＠４３−８９７８号あるいはｑ
＃会８５３−４２２６０号に記載されているような弗化
ビ＝ｙデン系重合体も鞘材層（匂として使用することが
できる。゛−一般に弗化ビニリデン系ポリマーはアミン
物質と反応して黒変することが知られているが、弗化ビ
ニリデン系ポリマーを従来の芯−鞘二層構造の鞘材とし
て使用した場合には、例えばイメージガイド、センサー
等に加工するに際しエポキシ系接着剤を使用する場合に
はこの点を充分留意する必要がある。本発明の四層構造
とすることにより耐薬品性は改善され、エポキシ系接着
、剤を使用しても何ら変質しない光伝送性繊維が得られ
る。また弗化ビニリデンとへキサフルオロプロピレンの
共重合体は実験室的には光伝送性繊維の鞘材として製造
することは可能であるがゴム弾性体であり、繊維とした
場合貼り付き、実用上不可能なものであった。この点も
本発明の四層構造をとることにより、実用的忙もすぐれ
た光伝送性繊維とすることができる。

又、芯材層（１）Ｋポリスチレン系重合体、メタクリル
酸メチルとスチレンの共重合体、ポリカーボネート系重
合体等を使用する。場合には、鞘材層（２）としては娼
然前記の含フツ素重合体を使用することが可能であるが
、工業的にはメタクリル系重合体を鞘材層（２）として
使用するのがコスト的には有利′である・ 保護層（３）は、芯材層（１）と鞘材層（２）で構成さ
れる光伝送部分％に非常忙薄い鞘材層（２）及び芯と鞘
の界面を保護するためにあり、その材質は非品性、結晶
性を問わず熱可塑性重合体であればよい。例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリ
アミド、ポリエステル、塩化ビニル樹脂等のいわゆる汎
用樹脂が使用可能である。

保護層（３）は芯材層（１）と同じ組成の重合体でも−
よく、特忙この場合本発明の高性能の光伝送性繊維を、
鞘ポリマーの欠点を補いつつ、工業的に安価に提供する
ことが、後、述する第３図に示すようなノズル口金を使
用することにより容易に実現できる。

光遮断層（４）は外部からの光を遮へいすることが第１
の目的としであるが、それだけでなく、中の光伝送性繊
維を機械的にも、熱的に”も、化学的にも保護する役割
２がある。光遮断層（４）として使用可能な重合体は、
例えばポリエチレン。

エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン。

ポリアンド、ポリ弗化ビニリゾ７等の低軟化点弗素樹脂
、ポリエステルエラストマー、ポリ塩化ビニール、ポリ
塩化ビニリデン等の熱可塑性重合体が適している。

光遮断層（４）の重合体は、光を遮るためにカーボンブ
ラック、メルク、シリカゲル等の無機物１顔料９元吸収
材等が混練される。

本発明の四層構造の光伝送性繊維は、まず三層構造の光
伝送性繊維を製造）し、その三層構造光伝送性繊維を通
常のケーブル加工と同等の方法にて光遮断層（４）を第
四層として被覆することにより得ることかできる。この
場合、三層構造の光伝送性繊維は一対の芯成分溶融押出
機と鞘成分溶融押出機からなる複合紡糸機によって製造
することもできる。芯成分は溶融押出機で溶融され、計
量ポンプで一定量紡糸ヘッドに供給され、鞘成分も同様
にして紡糸ヘッドに供給される。紡糸ヘッド内の例えば
第３図９様な構造の紡糸口金で三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
される。第３図で（Ａｌから鞘材が（Ｂ）から芯材が入
り（Ｃ）から吐出される。

この三層構造の光伝送性繊維は薄（て弱い鞘材であって
も保護層を持つため、ケーブル加工時の芯鞘界面への悪
影響は非常に少な（なり、品質が安定するばかりでなく
、加工速度も上昇することができるので、加工費を減ら
すことが可能である。

又、本発明の四層構造の光伝送性繊維は３台の芯成分溶
融押出機と鞘成分溶融押出機及び光遮断成分溶融押出機
からなる複合紡糸機によって製造することもできる。芯
成分は溶融押出様で溶融され、計量ポンプで一定量紡糸
ヘッドに供給され、鞘成分も同様にして紡糸ヘッドに供
給され、更に光遮断成分も同様にして紡糸ヘッドに供給
される。紡糸ヘッド内の例えば第２図の様な構造の紡糸
口金で四層構造に賦形され、吐出され、冷却固化の後、
巻取られ、場合によっては延伸される。第２図で体）か
ら鞘材が、（Ｂ）から芯材が入り、■）から光遮断材が
入り、（Ｃ）から吐出される。

この製造法は、比較的簡単な装置構成の紡糸機で１つの
工程でケーブル被覆された光伝送性繊維が生産性高く製
造できる点で、工業的メリットは非常に大きい。

又、本発明の四層構造の光伝送性繊維は、従来の溶融被
覆加工あるいは溶液コーティングによる被覆加工を重ね
て実施することＫよっても得ることかできる。

本発明の四層構造光伝送性繊維の芯材層（１）。

鞘材層は）、保護層（３）＃よび光遮断層（４）の構成
比・厚さ及び太さは光伝送性繊維の使用目的に応じて自
由に設定される。例えば第３図の紡糸口金では芯材層（
１）と保護層（３）の割合は分配器のオリアイスの管径
、管長を変えることによりコントロールすることができ
る。

現在工業的に製造されているメチルメタクリレート系重
合体を芯材としたプラスチック光学繊維の鞘材の厚さは
１０μｍ前後と、鞘材ポリマーが非常圧扁０価であるが
ために、力学的性質。

耐熱性、加工性を多少犠牲にしても薄くせざるな得ない
ものとなっている。

従って現行の芯鞘二層構造の光伝送性繊維のケーブル加
工においては、ジャケット用ポリマーは特殊な低軟化点
のポリエチレンなどだけに限られ、その上に加工条件の
ワーキングレンジが狭く歩留りも悪いものである。

本発明の四層構造の光伝送性繊維は、光伝送部が保護層
でプロテクトされているために、最外の光遮断するため
のジャケット用・ポリマーは従来のものとは異なって用
途に応じて、更に耐熱性のあるもの、あるいは耐風品性
のあるもの、あるいは離燃性のもの、あるいは強いもの
郷、種々のポリマーから自由に選択することが可能とな
ったもので、工業的意義は極めて大きい。

更に本発明の製造法によると、従来側工程でなされて”
いたケーブル加工が、紡糸と同時に行なうことが可能で
あり、プロセスの簡略化、省エネルギー、省力化、コス
トダウンの観点からも極めてその価値は大きい。

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。

実施例において光伝送性能の評価は次の方法で行なった
。

真　光伝送損失の評価 得られた光伝送性繊維の伝送損失は第４図に示す装置に
よって測定した。

安定化電源（１０１）によって駆動されるハロゲンラン
プ（１０２）から出た光は°レンズ（１０３）Ｋよって
平行光１ｓ忙された後、干渉フィルター（１０４）Ｋよ
って単色化され、光伝送性繊維（１００）と等しい開口
数を持つレンズ（１０５）の焦点に集められる。

この焦点に光伝送性繊維の入射端面（１０６）が位置す
るよう調節して光伝送性繊維（１００）に党を入射させ
る。入射端面（、ｊ０６）から入射した光は減衰して出
射端面（１ｏ７）から出射する。この出射光は十分に広
い面積のフォトダイオード（１０８）によって電流に変
換され、電・流−電圧変換型の増幅器（１０９）によっ
て増幅された後、電圧計（１１０）により、電圧値とし
て読み取られる。

伝送損失の測定は次の手順忙より行なう。

まず光伝送性繊維（１００）をｌｏの長さＫなるように
、両端面を繊維軸に直角に切断し平滑な面に仕上げ、前
記の装置に入射端面（１０６）および出射端面（１０７
）が測定中動かないように装着する。暗室圧して電圧計
の指示値を読取る。１″この電圧値ヲ■、とする。

次Ｋ、室内灯を点灯し、出射端面（１０７）を装置から
はずし、この端面から長さ！の点（１１１）で光伝送性
繊維（１００）を切り散る。そして、装置に装着されて
いる方の光学繊維の端面な最初と同じように繊維軸に直
角な面に仕上げ、これを新しい出射端面として装置に装
着する。これらの作業中、入射光量を一定に保つため、
入射端面（１０６）は動かないように注意する。再び暗
室にして、電圧計の指示値を読み取り、これをｌ、とす
る。

光伝送損失（α）は次式により計算する。

ここで　Ｊ二光学繊維の長さくｋｍ） ＩｓｅＩｍ：光量（電圧計読取値）′ なお、本発明での測定条件は次の通りである。

干渉フィルター（主波長）　：　６４６　ｎｍ１ｏ（光
学繊維の全長さ）　　：　　ｘｓｍＪ＜　　　−め切断
長さ）：　　ｌｏｍＤ（ボビンの直径）　　　　：１９
０ｍここでボビンは装置をコンパクトにするた、ヤに使
用し、入射端面（１０６）と出射端面（１０７）間の距
離か１ｍ程度になるようにして、残余の光学繊維なボビ
ン（図示せず）忙巻いておく。

実施例１ スパイラルリボン型攪拌機を七なえた１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−ｔ−ブチ
ルパーオキサイド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
せ次いでベント押出機の温度なベント部２４０℃、押出
部２３０℃、ベント部真空度４ｗＨ７として揮発部を分
離後２３０℃に保たれたギヤポンプ部を経て２３０℃の
芯鞘複合紡糸頭に芯材用兼保護層用として供給した。

一方メタクリル酸クロライドと２．２．２−トリフ　／
ｌ／　オロｘ　タンールとから製造したメタクリル酸２
，２．２−　）　Ｖフルオ四エチルをアゾビスイソブチ
ロニトリルを触媒として少量のｎ−オクチルメルカプタ
ンの存在下で重合し、屈折率１，４１３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℃の芯鞘複
合紡糸頭に供給した。

同時に供給された芯と鞘の溶融ポリマーは第３図に示し
た紡糸口金（ノズル口径３ｍ１１φ）を用い、２３０℃
で吐出され、冷却固化の後、３ｔａ／ｌ１ｌｎの速度で
引き敗り、さらに連続して非接触式の熱風廻伸炉にて１
６０°で１．８倍に延伸して巻取り、芯材部径８８４μ
ｍ１、鞘材部厚さ８声ｍ、保護層厚さ５０μｍからなる
外径約１諺の三層構造の光伝送性繊維を得た。顕微鏡に
よる観察では芯材層、鞘材層、保護層は同心円に配置し
た真円であり、気泡や異物の存在は認められなかった。

二〇党伝送性繊維の光伝送損失は１９９　ｄＢ／ｋｍと
極めて優れたものであった。

この三層構造光伝送性繊維をクロスヘッド型ケーブル加
工機を用いカーボンブラック入りポリエチレンを溶融被
覆加工した。被覆ポリエチレンの吐出温度が１３５℃で
加工速度’５０　ｎ７ｍ１ｎで伝送損失の劣化は認めら
れなかった。　更Ｋ１５５℃で加工速度が３００　ｍ／
ｍｉｎに上昇しても、安定な工程通過性を示し、仮送債
矢、も全く変化しなかった。

比較例１ 実施例Ｉにおいてノズル口金を通常の芯鞘二層型の口金
を使・用する以外は実施例１と全く同様にして芯−鞘二
層型元伝送性繊維を得た。芯材部径９８６μｍ、鞘材厚
さ７μｍであり、光伝送損失は２５０　ｄＢ／ｋｍであ
った。

この芯鞘二層型光伝送性繊維を実施例１と全（同じ装置
でケーブル被覆加工を実施した。

この場合、１３５℃で加工速度５０　ｍ／ｍｌｎの加工
条件では伝送損失の劣化は認められなかった。

：：：。

しかし加工温度を１４５℃にすると伝送損失は３５０　
ｄＢ／ｋｍに低下し、１５５℃では全く党は透過しなく
なった。

実施例２ 第５図に示すような３台の溶融押出機をそなえた複合紡
糸機を用い、実施例１で得られた芯ポリマーを第１の溶
融押出機（５）な経て複合紡糸１Ｉ（８１に供給し、又
実施例１で得られた１ポリマーを第２の溶融押出機（６
）を経て複合紡糸頭（８）Ｋ供給し、更にカーボンブラ
ック入りのポリエステルエラストマー（ハイトレル、テ
ュポン社の商標）を第３の溶融押出機（７１を経て複合
紡糸頭（８）に供給した。　　　　− 同時に供給された３種の溶融ポリマーはギヤポンプ（９
）Ｋより定量的に第２図に示した紡糸口金に送られ、２
３０℃で吐出され、冷却固化の後５　ｍ／ｍｉｎの速度
で巻敗り、芯材部径５００μｍ。

鞘材部厚さ７μ雷、保護層厚さ５５μｍ、光遮断層厚さ
６００　ｓｍからなる四層構造の光伝送性繊維（ｌＯ）
を得た。顕微鏡による観察では芯材層、鞘材層、保護層
、光遮断層は同心円に配置した真円であり、この光伝送
性繊維の光伝送損失は２０１　ｄＢ／ｋｍと極め【優れ
たものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の四層構造からなる光伝送性繊維の横断
面図、第２図は四層構造光伝送性繊維製造用紡糸口金の
構造の一例′を示ｊ’−ｆｒ藺図、第３図は三層構造光
伝送性繊維製造用紡糸口金の構造の一例を示す断面図、
第４図は光伝送性繊維の伝送損失を測定する装置の概略
図、第５図は四層構造光、伝送性繊維を製造する溶融紡
糸機の構成の説明図である。 図において　、１：芯材層 ◆：鞘材層 ３：保護層 ４：光遮断層 ５：芯材溶融押出様 ６：鞘材溶融押出様 ７：光速断材溶融押出機 ８：複合紡糸頭 ９：定量ポンプ １０：四層構造光伝送性繊維 である。 襄ｌ　図 本４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、芯材層（１）　　Ｉｌｌ材層（２）、保護層（３）
   及び光遮断層（４）からなる四層構蓬の光伝送性繊維で
   あって、芯材層（１）は透明な重合体からなり、鞘材層
   （２）　Ｇ−！芯材層（１）の屈折率より１−以上低い
   屈折率を有する実質的に透明な重合体からなり、保護層
   （３）は鞘材層（２）よりも大きな屈折率を有する重合
   体からなり、光遮断層（−）は実質的に党を透過しない
   主として重合体からなる物質で形成されていることを特
   徴とする光伝送性繊維。 ２、芯材層（１）と保護層（３）が同一組成の重合体で
   ある特許請求の範Ｈ第１項記載の光伝送性繊維。 ３．３台の溶融押出機をそなえた複合紡糸機を用い、第
   １の押出機で溶融された第１．の□重合体を芯材層（１
   ）と保護層（３）Ｋ分配して供給し、第２の押出機で溶
   融された第２の重合体を鞘材層（２）に供給し、第３の
   押出機で溶融された第３の主として重合体からなる一物
   質１９元遮断層（４）Ｋ供給して複合紡糸し、四層構造
   を形成せしめることを特徴とする光伝送性繊維の製造法
   。