JP2000193834A - 信号伝送用小口径プラスチック光ファイバ素線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小口径の芯の信号伝送用プラスチック光ファ
イバにおいて、低い開口数でも曲げによるロスの少ない
素線を提供する。 【解決手段】 ポリメチルメタクリレート系樹脂からな
る芯１の外側に、該樹脂よりも屈折率の低い樹脂からな
る第１鞘層２、その外側に第１鞘樹脂よりも屈折率の低
い樹脂からなる第２鞘層３、その外側に芯１と同じ樹脂
からなる保持層４、さらにその外側にビニリデンフロラ
イド系樹脂からなる機能層５を同心円状に複合紡糸によ
り形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、パソコンＬＡＮ、工場
の機械装置の制御、等の高速の光通信に使用する、曲げ
による光ロスの少ない小口径のプラスチック光ファイバ
に関する

【０００２】

【従来の技術】信号伝送に使用されるプラスチック光フ
ァイバケーブルは、通常芯の直径が０．４８ｍｍ〜０．
９８ｍｍ程度で鞘層の厚さが５μｍ〜２０μｍ程度から
なる直径が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の裸線の上に熱可塑
性樹脂で外被覆したものである。プラスチック光ファイ
バ裸線としては０．１〜０．２７ｍｍ程度の直径のもの
も生産されているが、それらはバンドルと称して複数本
の裸線を直接束にしてケーブルにして用いる。このよう
な芯径の小さい一本の裸線のケーブルもごく稀に使用さ
れることもあるが伝送損失が大きく、不安定のため、信
頼性もないため、その用途はセンサーなどの数ｍ以下の
用途に限定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高速
光信号伝送の時に使用されるホトダイオードやレーザ光
源などの小口径の光素子との結合効率がよく、信頼性が
高く、曲げによる光ロスの小さい、通信用途に適用でき
る小口径のプラスチック光ファイバ素線を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明なポリメ
チルメタクリレート系樹脂からなる直径が５０μｍ〜４
００μｍの芯と、該芯の外側に芯樹脂よりも屈折率の低
い透明樹脂からなる厚さ１μｍ〜２０μｍの第１鞘層
と、さらにその外側に第１鞘樹脂よりも屈折率の低い透
明樹脂からなる厚さ１μｍ〜１００μｍの第２鞘層と、
その外側に上記芯樹脂と同じ透明樹脂からなる厚さ１２
０μｍ〜４００μｍの保持層とを、同心円状に配置して
なる内部構造を有し、複合紡糸によって製造されたこと
を特徴とする信号伝送用小口径プラスチック光ファイバ
素線である。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のプラスチック光ファイバ
素線は、芯／第１鞘層／第２鞘層／保持層からなる４層
構造素線、或いは芯／第１鞘層／第２鞘層／保持層／機
能層からなる５層構造素線である。図１に本発明のプラ
スチック光ファイバ素線の一実施形態の断面模式図を示
す。当該実施形態は、上記５層構造素線であり、図中の
１が芯、２が第１鞘層、３が第２鞘層、４が保持層、５
が機能層である。

【０００６】本発明において、芯はポリメチルメタクリ
レート（ＰＭＭＡ）系の透明樹脂であり、保持層も同じ
ＰＭＭＡ系樹脂からなり、芯の直径に対し保持層の厚さ
を３０％〜４００％と大きくしているのが特長である。

【０００７】本発明において、芯の直径を５０μｍ〜４
００μｍとするのは下記二つの特性を付与するためであ
る。第１は、プラスチック光ファイバの曲げによる光ロ
スを軽減するためである。これは、プラスチック光ファ
イバの開口数ＮＡが大きい場合には、曲げによるロスは
あまり深刻ではないが、信号伝送の高速化のためＮＡを
低くしていくと著しく深刻になる。勿論、ＮＡが０．５
程度の一般的なプラスチック光ファイバでも、極端に曲
げ半径が小さくなると重大な問題となるのである。その
ため芯の直径を小さくする必要がある。第２は、芯の直
径を小さくすると、当然結合が困難になってくるので、
芯の直径が５０μｍよりも小さいと、結合精度が厳しく
なり受光量も大きくとれないので下限となる。このよう
な理由で芯の直径は５０μｍ〜４００μｍであるが、特
に結合する相手の光ファイバの直径にあわせたり、或い
は結合させる光素子の口径に合わせるのが好適である。

【０００８】本発明において、芯及び保持層を構成する
ＰＭＭＡ系樹脂としては、メチルメタクリレート単独重
合体や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ
共重合体で、共重合可能な成分として、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチルなどのア
クリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル
酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタク
リル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタク
リル酸、無水マレイン酸、スチレンなどがある。本発明
においては、芯の周りには上記芯樹脂よりも屈折率の低
い第１鞘樹脂からなる第１鞘層を配置する。そして、そ
の第１鞘層の周りには第１鞘樹脂よりも屈折率の低い第
２鞘樹脂からなる第２鞘層を配置する。これらの鞘樹脂
としては、公知のプラスチック光ファイバの鞘樹脂が使
用できるが、その組合せの基準は第２鞘樹脂の屈折率が
第１鞘樹脂より低いものを選ぶ事が必要である。

【０００９】尚、本発明で樹脂の屈折率とは、ナトリウ
ムＤ線で、２０℃で測定した屈折率を指標にしている。

【００１０】本発明において第１鞘樹脂、第２鞘樹脂と
して用いられる樹脂としては、具体的には、ビリデンフ
ロライド系樹脂やフルオロアルキルメタクリレートを含
む樹脂などが挙げられる。ビニリデンフロライド系樹脂
としては、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセト
ンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリ
フロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以
上の共重合体が非常に好ましい。さらに、ビニリデンフ
ロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこ
れらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラ
フロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビ
ニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重
合体、特に、ビニリデンフロライドが８０モル％とテト
ラフロロエチレンが２０モル％からなる共重合体が好ま
しい。その他、ビニリデンフロライドとトリフロロエチ
レンの２元共重合体なども挙げられる。

【００１１】これらのビニリデンフロライド系重合体は
屈折率が１．４０近辺と比較的低いが、より狭い角度で
の出射角を望む場合にはこれらのビニリデンフロライド
系樹脂とメタクリレート系の樹脂を混合したアロイを使
用するとよい。メタクリレート系の樹脂としては、メチ
ルメタクリレートやエチルメタクリレートのホモポリマ
ーや、或いはこれらを主体とする共重合体であり、これ
らに、メチルメタクリレートやブチルアクリレートなど
のアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートなど
を共重合体してもよい。ビニリデンフロライド系樹脂と
メタクリレートを主成分とする樹脂の混合割合は、それ
ぞれの樹脂の屈折率と配合重量割合の重量平均で凡そ求
められる屈折率が所望の値になるように、それぞれの混
合比率を１％程度から９９％程度の範囲で適度に選択す
ればよい。

【００１２】フルオロアルキルメタクリレート系の鞘樹
脂としては、フルオロアルキルメタクリレートの一成分
以上からなる共重合体で、例えばフルオロアルキルメタ
クリレートモノマーとしては、トリフルオロエチルメタ
クリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、
ペンタフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフ
ルオロデシルメタクリレート、オクタフルオロプロペン
チルメタクリレートなどであり、これらの成分と、共重
合可能な他のモノマー、例えばフッ化アクリレートモノ
マーとして、トリフルオロエチルアクリレート、テトラ
フルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペンチ
ルアクリレートなどがある。そしてこれらのフッ素系モ
ノマーの他にメチルメタクリレートやエチルメタクリレ
ートなどのメタクリレートモノマーやメチルアクリレー
トやエチルアクリレートやブチルアクリレートなどのア
クリレートモノマーなどとのいろいろな組合せによる共
重合体が挙げられる。これらの中で特に好ましい鞘樹脂
の組合せとしては、第１鞘樹脂がフルオロアルキルメタ
クリレート系の樹脂であり、第２鞘樹脂がビニリデンフ
ロライド系樹脂の組合せが好ましい。その理由は、フル
オロアルキルメタクリレート系重合体の鞘は透明性が高
く、第１鞘層に配置された場合、内部を光が透過しなが
ら、第２鞘層で全反射をある程度繰り返すことができ、
曲げによる光ロスを抑制できるためである。

【００１３】本発明において、芯の屈折率と第１鞘層の
屈折率の差は０．００５〜０．２程度である。しかし、
特に０．００５〜０．０６０程度低いものが好ましい。
その理由は、屈折率の差が小さいファイバは高速通信が
可能であるものの、ファイバを曲げた時の光ロスが大き
くなるという問題があるが、本発明のように芯の直径を
小さくし、さらに第２鞘層の屈折率を第１鞘層よりもよ
り低くすることにより、光ファイバを曲げた時の光ロス
を驚くほど小さくできるからである。

【００１４】本発明においては、第２鞘層の外側に保持
層が配置される。保持層とは、細い芯線を外部のストレ
スや熱的なダメージから守り、芯／鞘構造をしっかりと
保持する層である。そのため芯の材料と同じ樹脂から構
成されている。そして、芯と同じ条件で紡糸され、延伸
され、熱処理を受けていることを必須とする。つまり、
この保持層はプラスチック光ファイバの紡糸時に同時に
紡糸されていることが必要である。このようにすれば芯
と保持層は同様の熱に対する膨張や収縮挙動をとるの
で、良好な保持能力を発揮する。

【００１５】本発明にかかる保持層の厚さは、芯を保持
するために最低１２０μｍが必要であり、上限は、全体
の素線の直径がデータリンクのコネクターに合致するこ
と及びプラスチック光ファイバとして十分な機械的強度
を保持できる太さから４００μｍ程度となる。より好ま
しくは、１５０μｍ〜２５０μｍ程度である。

【００１６】本発明の素線の基本構造は、保持層までの
４層構造である。この場合、ＰＭＭＡ系樹脂からなる保
持層で仕上がっているので、該ＰＭＭＡ系樹脂の皮の表
面にかすかな傷が付くだけで簡単に切断してしまう。そ
のため、このような問題を防ぐために、４層構造素線の
場合は、素線を紡糸した後に、素線の外側にビニリデン
フロライド系樹脂などの密着性の良い樹脂を被覆して使
用するのが好都合である。この場合、後付け被覆は延伸
されないので、延伸しなくても屈曲による破断の無い樹
脂を選ぶ事が必要である。

【００１７】一方、本発明においては、好ましくは、保
持層の外側にＰＭＭＡ系樹脂によく密着するビニリデン
フロライド系樹脂からなる機能層を設けた５層構造素線
として複合紡糸で成形する。該機能層を構成するビニリ
デンフロライド系樹脂としては、ビニリデンフロライド
８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる
共重合体が特に好ましい。しかしながら、これに限らず
ビニリデンフロライド系の鞘材として前述した樹脂はＰ
ＭＭＡ系樹脂との相溶性もあり、保持層と機能層が相互
に融け合い非常に曲げ強度を強くするので好ましく用い
られる。ここで、保持層の樹脂や機能層の樹脂は透明で
あっても良いし、不透明であってもよい。

【００１８】本発明の小口径芯のプラスチック光ファイ
バ素線と光素子或いは光ファイバ同志を結合させること
を考慮すると、素線における芯の偏心率を小さくして、
真ん中に芯を配置することが望ましい。ここで、偏芯率
とは、芯の中心と素線（４層構造素線の場合は保持層の
外側の円、５層構造の場合は機能層の外側の円）の中心
との距離を芯の直径で除した値である。偏心率が０．０
３以下でないと結合による光ロスが非常に大きくなり、
好ましくない。このような高度の低偏芯率を確保するた
めや、素線の強度を強くするために延伸処理を行うに
も、素線の製造方法としては芯／鞘層／保持層／機能層
を一段で、複合紡糸する必要がある。

【００１９】図２に本発明の素線を複合紡糸する際に用
いる複合紡糸ダイの一例の断面模式図を示す。図中、１
１は芯樹脂、１２は第１鞘樹脂、１３は第２鞘樹脂であ
る。芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の３種類の樹脂が
用いられているが、芯樹脂は保持層樹脂と共用され、第
２鞘樹脂は機能層樹脂と共用されている例である。芯樹
脂がダイに供給され、芯樹脂は途中で保持層樹脂と分流
させる。この分流は本発明でも特に重要な点で、芯樹脂
だけの少量の取り扱いでは、滞留時間が長くなったり、
流れの定量性に問題があるが、保持層樹脂と共用するこ
とにより、それらの問題が解消される。各樹脂は、定量
性のポンプでダイに供給され、ダイの出口からは一体と
なった素線の元糸が排出されるが、これに、１．５〜２
倍程度の延伸とその後の熱処理を行い、プラスチック光
ファイバ素線を得る。

【００２０】本発明のプラスチック光ファイバ素線の芯
の伝送損失は、入射ＮＡが０．１５の光に対し、５０ｍ
と２ｍのカットバック法で測定し１２０ｄＢ／ｋｍ〜２
５０ｄＢ／ｋｍを達成することができる。

【００２１】本発明のプラスチック光ファイバ素線は、
通信に使用する場合には、樹脂で外被覆し、ケーブルと
して使用する。外被覆にはポリエチレン、ポリプロピレ
ン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ゴム、各種
の熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル、架橋ポリオ
レフィン、架橋ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレンコ
ンパウンド、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステ
ル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性
樹脂、紫外線硬化性樹脂などの樹脂で被覆して本発明の
信号伝送用小口径プラスチック光ファイバケーブルを得
る。このような被覆を行っても、本発明の素線の伝送損
失は殆ど増加しない。

【００２２】

【実施例】（実施例１）芯樹脂として、２３０℃、３．
８ｋｇ荷重条件でメルトフローインデックスが２．０ｇ
／１０分のメチルメタクリレート（ＭＭＡ）の単独重合
体を用いた。屈折率は１．４９２であった。第１鞘樹脂
としては、ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート
（１７ＦＭＡ）１４重量％、テトラフルオロプロピルメ
タクリレート（４ＦＭ）６重量％、取フルオロエチルメ
タクリレート（３ＦＭＡ）６重量％、ＭＭＡ７４重量％
を重合してなり、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重におけるメ
ルトフローインデックスが４０ｇ／１０分、屈折率が
１．４７０の樹脂を用いた。第２鞘樹脂及び機能層樹脂
としては、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフ
ロロエチレン２０モル％からなる共重合体で、メルトフ
ローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折率が１．４０
３の樹脂を用いた。これらの樹脂を図２に示すような複
合紡糸ダイに導入し、プラスチック光ファイバ素線を製
造した。ダイから排出された素線の元糸を１．９倍に延
伸し、その後で熱処理して得られた素線の構造は、芯の
直径が２２０μｍ、第１鞘層の外径が２３０μｍ、第２
鞘層の外径が２６０μｍ、保持層の外径が７００μｍ、
機能層の外径が７５０μｍであった。

【００２３】本プラスチック光ファイバ素線の偏心率を
求めた。該素線の芯の中心と機能層の外側の円の中心と
の距離を芯の直径で除した値である偏心率は０．００５
であった。次に本プラスチック光ファイバ素線を黒色ポ
リエチレンで２．２ｍｍの外径に被覆し、プラスチック
光ファイバケーブルを得た。

【００２４】本プラスチック光ファイバケーブルを５０
ｍの長さで伝送損失を測定した。入射ＮＡ０．１５で６
５０ｎｍの単色光で５０ｍの長さと２ｍの長さのカット
バック法により測定したところ、１４０ｄＢ／ｋｍであ
った。また、このケーブルを８０℃のオーブンに１００
０時間放置した後でも、、伝送損失は１４５ｄＢ／ｋｍ
と変わらなかった。

【００２５】また、このケーブルを半径５ｍｍの棒に１
回巻き付けた時の光保持率は入射ＮＡ０．１５の６５０
ｎｍの光に対し、９８％であり、十分なものであった。
（比較例１）実施例１の芯樹脂と第１鞘樹脂を用い
て、芯の直径が２２０μｍで鞘層の外径が２６０μｍの
プラスチック光ファイバを形成した。

【００２６】このプラスチック光ファイバに黒色ポリエ
チレンで被覆し２．２ｍｍの外径のケーブルを得た。し
かしながら、被覆時にかかる種々の負荷によりプラスチ
ック光ファイバの伝送損失は５００ｄＢ／ｋｍ以上に悪
化していた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小口径の芯のプラスチック光ファイバにおいて、その信
頼性を向上し、低開口数でも曲げロスが少なく高速通信
用途への適用が可能となった。また、直径の小さい光素
子とも効率よく結合することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチック光ファイバ素線の一実施
形態の断面模式図である。

【図２】本発明のプラスチック光ファイバ素線の製造に
用いる複合紡糸ダイの一例の断面模式図である。

【符号の説明】 １ 芯 ２ 第１鞘層 ３ 第２鞘層 ４ 保持層 ５ 機能層 １１ 芯樹脂 １２ 第１鞘樹脂 １３ 第２鞘樹脂

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明なポリメチルメタクリレート系樹脂
   からなる直径が５０μｍ〜４００μｍの芯と、該芯の外
   側に芯樹脂よりも屈折率の低い透明樹脂からなる厚さ１
   μｍ〜２０μｍの第１鞘層と、さらにその外側に第１鞘
   樹脂よりも屈折率の低い透明樹脂からなる厚さ１μｍ〜
   １００μｍの第２鞘層と、その外側に上記芯樹脂と同じ
   透明樹脂からなる厚さ１２０μｍ〜４００μｍの保持層
   とを、同心円状に配置してなる内部構造を有し、複合紡
   糸によって製造されたことを特徴とする信号伝送用小口
   径プラスチック光ファイバ素線。
2. 【請求項２】 上記保持層の外側にさらに、ビニリデン
   フロライド系樹脂からなる厚さ５μｍ〜５０μｍの機能
   層を同心円状に配置してなる内部構造を有し、複合紡糸
   によって製造された請求項１記載の信号伝送用小口径プ
   ラスチック光ファイバ素線。
3. 【請求項３】 上記芯の中心と上記素線の中心との距離
   を芯の直径で除した値である偏心率が０．０３以下であ
   る請求項１又は２に記載の信号伝送用小口径プラスチッ
   ク光ファイバ素線。