JP2000266970A

JP2000266970A - プラスチック光ファイバケーブル

Info

Publication number: JP2000266970A
Application number: JP11071264A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Toyoshima; 真一豊島
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP4382900B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開口数が高く、高温環境下においても光学
的、構造的に安定なプラスチック光ファイバを提供す
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と、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレ
ンとヘキサフロロプロペンからなる柔らかい樹脂からな
る鞘２とを２層複合紡糸し、延伸熱処理してなる裸線３
の外側に、ナイロン１２を直接被覆して被覆層５を設
け、ケーブルとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、車載用配線、移動
体配線、ＦＡ機器配線、パソコン配線などの光信号伝送
や、光電センサーなどに使用される、プラスチック光フ
ァイバケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】芯をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）系樹脂で形成してなるプラスチック光ファイバの鞘
樹脂としては、従来、屈折率が１．４２〜１．４０前後
のフルオロアルキルメタクリレート系共重合体が耐熱的
に安定な伝送損失値を維持することから、通信用途やＦ
Ａ用途で使用されてきた。また、ビニリデンフロライド
系樹脂として、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％からなる共重合体や、ビニ
リデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロ
アセトンからなる共重合体、或いは特公昭６２−３４０
１号公報に記載されているようなビニリデンフロライド
とテトラフロロエチレンやヘキサフロロプロペンからな
る共重合体なども提案されている。これらはいずれも屈
折率が１．３７以上の樹脂である。

【０００３】また、ビニリデンフロライド系樹脂からな
る鞘とＰＭＭＡ系樹脂からなる芯から構成し、該芯と鞘
との境界部に厚さ０．１μｍ〜２μｍ程度にわたり芯樹
脂と鞘樹脂が相溶した均質な相を形成することによって
伝送損失を低減したプラスチック光ファイバが特許第２
５８３５２３号公報に記載されている。

【０００４】特開平７−７７６４２号には、ＰＭＭＡか
らなるプラスチック光ファイバの裸線の周りに含フッ素
ポリオレフィン樹脂からなる保護層と、さらにその上に
ナイロン１２を被覆したプラスチック光ファイバケーブ
ルが提案されている。この文献には、含フッ素ポリオレ
フィン樹脂はナイロン１２の被覆と比較的強く接着して
いることが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、ＰＭ
ＭＡ系樹脂からなる芯とビニリデンフロライド系樹脂か
らなる鞘とから構成されるプラスチック光ファイバは伝
送損失が低減された好ましいファイバであるものの、高
温高湿度環境下に放置した場合には、上記芯と鞘との境
界部に形成された芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じり合っ
た相溶相が濁りを生じ、その結果、ファイバの開口数が
下がるということがわかった。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑み、高温高
湿度環境下においてもファイバの開口数の低減などの不
都合が生じないプラスチック光ファイバを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
とることによって、上記課題を解決したものである。

【０００８】即ち本発明のプラスチック光ファイバケー
ブルは、ポリメチルメタクリレート系の芯樹脂からなる
芯と、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モル％、
テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％、ヘキサ
フロロプロペン成分が８〜２２モル％からなる共重合体
であり、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が
１．３５〜１．３７、２３℃におけるショアＤ硬度（Ａ
ＳＴＭＤ２２４０）の値が３８〜４５である鞘樹脂か
らなる鞘層とを複合紡糸した後延伸熱処理してなる芯鞘
２層構造のプラスチック裸線の外側に、厚さ２０〜７０
０μｍのナイロン１２を被覆してなり、上記芯と鞘とが
接する境界面に上記芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じり合
った相溶相を持たないことを特徴とする。

【０００９】本発明において好ましくは、上記鞘樹脂の
紡糸温度Ｔ℃におけるメルトフローインデックスＭＩ
（ＡＳＴＭＤ１２３８，荷重１０ｋｇオリフィスの直
径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズルから１０分間に流れる樹脂
のｇ数）が、１５＜ＭＩ＜（５／９）×Ｔ−１００なる
関係を満足する樹脂を用いる。また、本発明のプラスチ
ック光ファイバケーブルは好ましくは引き抜き強度が７
ｋｇ以上である。さらに、本発明において、上記ナイロ
ン１２の被覆層を剥がすことなく端末処理する上で、該
被覆層の厚さは１００〜３００μｍとすることが好まし
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のプラスチック光ファイバ
ケーブルは、芯樹脂としてＰＭＭＡ系樹脂を用いる。本
発明に用いられるＰＭＭＡ系樹脂は、メチルメタクリレ
ートを５０重量％以上含んだ共重合体であり、共重合可
能な成分としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、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、イソ
プロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル
酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中か
ら一種以上適宜選択して用いる。本発明に用いるＰＭＭ
Ａ系樹脂の分子量は、重量平均分子量として８万〜２０
万のものが好ましく、特に１０万〜１２万が好ましい。

【００１１】本発明に用いられる鞘樹脂は、ビニリデン
フロライド成分が４０〜６２モル％、テトラフロロエチ
レン成分が２８〜４０モル％，ヘキサフロロプロペン成
分が８〜２２モル％の範囲からなる共重合体であり、ナ
トリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３５〜
１．３７の範囲にあり、２３℃におけるショアＤ硬度
（ＡＳＴＭＤ２２４０）の値が３８〜４５の樹脂であ
る。

【００１２】本発明のプラスチック光ファイバにおいて
は、芯と鞘の境界面に芯樹脂と鞘樹脂が互いに混じり合
った相溶相を全く形成させないことが大きな特徴であ
る。この相溶相は、前記したように、ファイバを高温高
湿度条件で放置したとき濁りを生じ、ファイバの開口数
を下げてしまう。そのため、本発明では鞘樹脂単独で十
分な透明性を有することが必須である。従来の鞘樹脂と
して用いられているビニリデンフロライド系樹脂からな
る鞘は、それ自信はやや濁っているが、ＰＭＭＡ系樹脂
からなる芯と相溶して透明な相溶相を形成することによ
り低い伝送損失を確保していた。これに対し、本発明で
は鞘樹脂自信が透明であり、芯とは相溶させないことが
特徴である。

【００１３】本発明のファイバにおいては、ＰＭＭＡ系
樹脂からなる芯に軟らかで透明な鞘が吸盤のようにしっ
とり貼り付いている状態にあり、両者は相互に融け合っ
ていない。このような鞘樹脂はある程度軟らかである必
要がある。即ち本発明に用いる鞘樹脂は、２３℃におけ
るショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）の値が３８〜
４５と、非常に軟らかく設定しなければならない。

【００１４】また、本発明にかかる鞘樹脂のメルトフロ
ーインデックスＭＩを、ＡＳＴＭＤ１２３８，荷重１０
ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズルから
１０分間に流れる樹脂のｇ数と定義したとき、１５〜２
００ｇ／１０分のものが使用できるが、前述のように、
芯に貼り付き接着をしていることから、本鞘樹脂として
は、ファイバの繰り返し屈曲や引張りなどの時に生じる
ずれに対する耐力が必要である。従って、比較的メルト
フローインデックスが低目の、高分子強度の強いものが
好ましい。具体的には、鞘樹脂の紡糸温度Ｔ℃における
上記メルトフローインデックスＭＩが、１５＜ＭＩ＜
（５／９）×Ｔ−１００なる関係を満足する領域であ
る。このような領域の鞘の紡糸においては、鞘樹脂の流
動性が低いので、紡糸速度を通常の速度の半分程度に下
げなければならないというハンディが生じるが、それで
も得られる効果は大きい。

【００１５】上記のように柔らかな鞘樹脂を用いたプラ
スチック光ファイバの裸線は単独で使用するには信頼性
に問題がある。しかしながら、本発明においては、この
上に強固なナイロン１２の保護被覆を強く接着させるこ
とによって、実用に耐える信頼性を確保することができ
る。

【００１６】即ち、ＰＭＭＡ系の芯樹脂と前記記載の鞘
樹脂を用いて２層複合紡糸により芯鞘構造のストランド
を得て、それを１．５〜４倍程度に延伸処理して得たプ
ラスチック光ファイバ裸線にナイロン１２の被覆を施し
た場合、裸線とナイロン１２被覆層との接着強度が非常
に強いことが判明した。従来から、本発明者はビニリデ
ンフロライド系樹脂とナイロン１２被覆は密着力が比較
的強いことを明らかにしてきたが、本発明の組み合わせ
の被覆の引抜強度を従来のものと比較すると、本発明の
ものは従来に比べて３０％以上も強いことを見出した。

【００１７】例えば、本発明のケーブルのナイロン被覆
を２０ｍｍ程度剥がそうとすれば、ファイバ自体が伸び
てしまう程度の十分強い密着強度を有している。よっ
て、本発明のケーブルにおいては、プラスチック光ファ
イバ裸線とナイロン被覆を一体として、端末のコネクタ
ー固定などの端末処理ができることになり、本プラスチ
ック光ファイバケーブルの裸線部分の弱点を保護するこ
とができるようになる。ナイロン１２樹脂は十分な剛性
と寸法安定性があり、コネクターの固定方法でも、ナイ
ロン１２の被覆層を締め付けて固定する方法が十分可能
になる。

【００１８】本発明者は先に、本発明に近い構成で、本
発明と同様の鞘の外側にもう１層ビニリデンフロライド
系樹脂の保護層を設けたファイバを提案したが、当該構
成に比べ、鞘にナイロン１２樹脂を直接被覆した本発明
のプラスチック光ファイバケーブルの方が１１０℃以上
の高温に対してはより耐熱性に優れているという事実も
判明した。

【００１９】本発明に用いる鞘樹脂の各成分の含有量
は、ＮＭＲにより測定することができる。具体的には、
鞘樹脂試料の適量をアセトン−ｄ６とα，α，α−トリ
フロロトルエンとの混合溶媒に溶解してなる試料溶液を
用意し、観測周波数は¹Ｈが４００ＭＨｚ、¹⁹Ｆが３７
６ＭＨｚとし、化学シフトの基準物として、¹Ｈ−ＮＭ
Ｒはテトラメチルシランを基準に換算し、¹⁹Ｆ−ＮＭＲ
はトリクロロフロロメタンを基準に換算した。スペクト
ルからの各成分濃度の算出は次式により求めた重量％組
成を、モル％換算する。

【００２０】

【数１】

【００２１】尚、上記式中、Ａ：試料溶液中のトリフロロトルエンｍｍｏｌ数Ｂ：¹Ｈ−ＮＭＲで２．２〜２．７ｐｐｍと３．０〜
３．８ｐｐｍの積分値合計Ｃ：¹Ｈ−ＮＭＲで７．０〜８．５ｐｐｍの積分値Ｄ：試料溶液中の試料ｍｇ数Ｅ：¹⁹Ｆ−ＮＭＲで−６７〜−７８ｐｐｍの積分値Ｆ：¹⁹Ｆ−ＮＭＲで−６２〜−６６ｐｐｍの積分値

【００２２】本発明のプラスチック光ファイバ裸線の直
径は凡そ９００μｍ〜１１００μｍ程度であり、そのう
ち芯の直径はプラスチック光ファイバの直径の９０．０
〜９９．４％であり、鞘の厚さはプラスチック光ファイ
バの直径の０．３％〜５．０％である。このようなプラ
スチック光ファイバ裸線に対し、ナイロン１２の被覆層
の厚さは２０μｍ〜７００μｍ程度が必要である。２０
μｍ未満では被覆が困難であり、７００μｍを超えると
ケーブルが剛直になりすぎるからである。より好ましい
厚さは１００μｍ〜３００μｍであり、このようなケー
ブルはプラスチック光ファイバとナイロン１２被覆が一
体となった光ファイバとして端末処理が容易に行える。

【００２３】端末処理としては、ナイロン１２の被覆が
比較的強固に裸線に密着しているため、ファイバ端面は
切断したまま、或いは研磨して用いることができる。こ
の場合、コネクターとの固定は、フェルールとナイロン
１２被覆の間に接着剤で固定したり、フェルールを圧着
したり、或いはナイロン１２被覆層に止め歯を打ち込ん
だりして行うことができる。さらに好ましくは、特許第
２８３４８１１号公報にあるように、先端部を熱板処理
し皿状に膨大化する方法等を組み合わせれば、ピストニ
ングによる、問題も完全に防止できるというメリットが
ある。

【００２４】本発明のプラスチック光ファイバケーブル
はそのまま使用されることもあるし、その上にさらにポ
リエチレンやポリ塩化ビニルやポリウレタン、ナイロ
ン、ポリプロピレン、フッ素樹脂どなどの熱可塑性樹脂
の外ジャケットを施してより補強したケーブルとして用
いることもできる。

【００２５】

【実施例】（実施例１）芯樹脂として屈折率ｎ_d20が
１．４９２で重量平均分子量が１０万のポリメチルメタ
クリレート樹脂を用いた。鞘樹脂としては、ビニリデン
フロライド５７モル％、テトロフロロエチレン３２％、
ヘキサフロロプロペン１１％からなる共重合体で、２４
０℃、１０Ｋｇ荷重におけるメルトフローインデックス
が２７ｇ／１０分、屈折率が１．３６４で２３℃におけ
るショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）の値が４１の
樹脂を用いた。

【００２６】上記芯樹脂、鞘樹脂を２層複合紡糸ダイに
導入し、ダイの温度を２４０℃として、紡糸速度８ｍ／
分とかなり遅い速度で紡糸した。ダイから吐出されたス
トランドを２倍に延伸し熱処理して、芯径９８０μｍ、
鞘外径１０００μｍのプラスチック光ファイバ裸線を得
た。

【００２７】このプラスチック光ファイバ裸線の芯と鞘
の境界部を透過型電子顕微鏡で２万倍の倍率で観察した
ところ、芯と鞘の界面ははっきり２つに分かれており、
両者の間に中間的な相溶相は観察されなかった。

【００２８】このプラスチック光ファイバ裸線の伝送損
失を測定した。６５０ｎｍの単色光で、入射ＮＡ０．１
５で５０ｍの長さで測定した伝送損失値は１５０ｄＢ／
ｋｍであった。

【００２９】さらに上記裸線に、電線被覆方式でクロス
ヘッドダイによりナイロン１２の被覆を行った。被覆層
の厚さは２００μｍとし、直径が１．４ｍｍのプラスチ
ック光ファイバケーブルを得た。

【００３０】本プラスチック光ファイバケーブルの裸線
とナイロン１２被覆の間の引抜き強度を測定した。まず
５０ｍｍの長さのプラスチック光ファイバケーブルをと
り、片端から５ｍｍずつ注意深く被覆をはぎとり、全部
で長さ２０ｍｍの被覆をはぎり、３０ｍｍについては被
覆を残した。被覆を取り除いたプラスチック光ファイバ
裸線部を１．１ｍｍの孔を明けた５ｍｍのアクリル板に
貫通させ、その裸線を引きながら、ナイロン被覆とプラ
スチック光ファイバ裸線が引き抜かれる強度を測定し
た。その結果、裸線が伸び始める７ｋｇ以上の強度を有
していた。

【００３１】次にこの直径が１．４ｍｍケーブルを用い
て、クロスヘッドダイ経由で更にナイロン１２を外被覆
し、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブル
を得た。その直径方向の断面構造を図１に模式的に示
す。図中、１は芯、２は鞘、３は裸線、４がナイロン１
２被覆層、５がナイロン１２の外被覆層である。

【００３２】このケーブルを用いて耐熱性を評価した。
伝送特性は６５０ｎｍＬＥＤを用いて、ファイバの長さ
１０ｍの光量の経時変化を測定した。ＬＥＤの出力は、
標準ファイバを保管し、測定毎にそのファイバの出力が
一定となるようにＬＥＤの出力を調整して行った。

【００３３】先ずこのケーブルの端末のナイロン外被覆
を剥がし、残りの直径が１．４ｍｍのケーブルを内径が
１．４５ｍｍのフェルールに挿入し、先端を１８０℃の
熱板に押しつけて先端部がＴ型になるように処理して用
いた。得られた先端部の長さ方向の断面を図２に模式的
に示す。図中、図１と同じ部位には同じ符号を付した。
また、６はフェルール、７はかしめ部、８は熱板処理部
である。

【００３４】図２に示されるように、ナイロン１２の被
覆層４がプラスチック光ファイバの芯１と鞘２を皿状に
支えており、ピストニングによる引っ込みも完璧に防止
できる。

【００３５】その結果、室内保管品では１０ｍの光パワ
ーが−１６．５ｄＢｍであるのに対し、８５℃９５％湿
度条件で１０００時間放置したものは−１６．８ｄＢ
ｍ、１００℃で１０００時間放置したものは−１６．６
ｄＢｍであった。さらに１１５℃で１０００時間放置し
たものは、−１７．５ｄＢｍであった。

【００３６】尚、１２０℃に１００時間おいたものは−
２３．０ｄＢｍであり、劣化はみられるものの、まだ、
光伝送能力を残していることが判った。

【００３７】（比較例１）実施例１で用いた芯樹脂と鞘
樹脂の他に、保護層として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％からなる樹脂を
用いた。これらの芯、鞘、保護層樹脂を３層複合紡糸ダ
イに導入して、芯の直径が９７０μｍ、鞘の外径が９８
５μｍ、保護層の外径が１０００μｍのプラスチック光
ファイバを得た。紡糸速度は２０ｍ／分であり、伝送損
失値は、６５０ｎｍの単色光で、入射ＮＡ０．１５で５
０ｍの長さで測定した伝送損失値は１２６ｄＢ／ｋｍで
あった。

【００３８】このプラスチック光ファイバにクロスヘッ
ドダイを用いて、ナイロン１２を２００μｍの厚さに被
覆し、直径が１．４ｍｍのプラスチック光ファイバケー
ブルを得た。

【００３９】本例のプラスチック光ファイバケーブルに
ついても実施例１と同様の評価を行った。まず引抜き強
度を測定したところ、４．５〜５．５ｋｇであった。

【００４０】次に上記直径が１．４ｍｍケーブルに、ク
ロスヘッドダイ経由で更にナイロン１２を外被覆し、外
径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得
た。

【００４１】上記ケーブルについて実施例１と同様に耐
熱性を評価したところ、室内保管品では１０ｍの光パワ
ーが−１６．３ｄＢｍであるのに対し、８５℃９５％湿
度条件で１０００時間放置したものは−１６．６ｄＢ
ｍ、１００℃で１０００時間放置したものは−１６．５
ｄＢｍであった。さらに１１５℃で１０００時間放置し
たものは、−２１．５ｄＢｍであった。

【００４２】尚、１２０℃に１００時間おいたものは−
３６ｄＢｍであり光は通らなかった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラスチ
ック光ファイバケーブルは引き抜き強度に優れ、ナイロ
ン１２被覆を剥がさずにそのまま端末処理を行うことが
できるため、取扱が容易である。また、高温高湿度環境
に耐え得るため、特に車載用配線などとして好ましく用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のプラスチック光ファイバケー
ブルの直径方向の断面模式図である。

【図２】本発明の実施例のプラスチック光ファイバケー
ブルをフェルールに取り付けた状態での端末部の長さ方
向の断面模式図である。

【符号の説明】

１芯２鞘３裸線４ナイロン１２被覆層５ナイロン１２外被覆層６フェルール７かしめ部８熱板処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリメチルメタクリレート系の芯樹脂か
らなる芯と、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モ
ル％、テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％、
ヘキサフロロプロペン成分が８〜２２モル％からなる共
重合体であり、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折
率が１．３５〜１．３７、２３℃におけるショアＤ硬度
（ＡＳＴＭＤ２２４０）の値が３８〜４５である鞘樹
脂からなる鞘層とを複合紡糸した後延伸熱処理してなる
芯鞘２層構造のプラスチック裸線の外側に、厚さ２０〜
７００μｍのナイロン１２を被覆してなり、上記芯と鞘
とが接する境界面に上記芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じ
り合った相溶相を持たないことを特徴とするプラスチッ
ク光ファイバケーブル。
【請求項２】上記鞘樹脂の紡糸温度Ｔ℃におけるメル
トフローインデックスＭＩ（ＡＳＴＭＤ１２３８，荷
重１０ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズ
ルから１０分間に流れる樹脂のｇ数）が、１５＜ＭＩ＜
（５／９）×Ｔ−１００なる関係を満足する請求項１の
プラスチック光ファイバケーブル。
【請求項３】引き抜き強度が７ｋｇ以上である請求項
１又は２記載のプラスチック光ファイバケーブル。
【請求項４】上記ナイロン１２の被覆層の厚さが１０
０〜３００μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の
プラスチック光ファイバケーブル。