JP2000338341A - 耐熱プラスチック光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性に優れたプラスチック光ファイバを提
供する。 【解決手段】 透明な芯と、特定の組成からなるビニリ
デンフロライド−テトラフロロエチレン−ヘキサフロロ
プロペンからなり、低硬度で透明な樹脂からなる鞘とを
有するプラスチック光ファイバの鞘に電子線を照射して
鞘樹脂を架橋させる。

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に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチック光ファイバが広く用
いられるようになってきたが、それに伴い、高温環境、
或いは高温高湿度環境での使用にも耐える耐熱性を備え
たプラスチック光ファイバが要求されてきた。

【０００３】従来よく使用されていたビニリデンフロラ
イド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％から
なる共重合体は、それ自体は結晶性が高く透明性が劣る
ものの、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂と
混合すると透明なアロイが形成されるため、該共重合体
からなる鞘をＰＭＭＡ樹脂からなる芯に組み合わせてプ
ラスチック光ファイバを構成することができる。しかし
ながら、このアロイも高温高湿度環境では濁りを生じ、
伝送損失値が大きくなるので、耐熱プラスチック光ファ
イバとしては好ましいものではない。

【０００４】特願平１−４３２５９号公報や特開昭６１
−１３７１１２号公報などには、電子線照射によってプ
ラスチック光ファイバの被覆層の架橋を行う技術が開示
され、特願平１−４３２５９号公報には、該電子線照射
によって耐熱性を向上させることが記載されている。こ
の場合のプラスチック光ファイバの芯樹脂としてはＰＭ
ＭＡ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アモルファスポリオ
レフィン樹脂などが挙げられている。また、鞘樹脂とし
ては、フッ化ビニリデン系共重合体やフッ化メタクリレ
ート系共重合体、シリコン樹脂などが挙げられている。
この文献では電子線照射したプラスチック光ファイバを
熱処理することにより光伝送損失の低いプラスチック光
ファイバが提供できるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、より
耐熱性が高く、より伝送損失の低いプラスチック光ファ
イバを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも、
透明な樹脂からなる芯と、該芯の周りを取り囲む鞘とを
有し、該鞘が、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
る共重合体であって、２３℃におけるショアＤ硬度（Ａ
ＳＴＭ Ｄ２２４０）の値が３５〜４５である透明樹脂
からなるプラスチック光ファイバに電子線を照射するこ
とによって、上記鞘を構成する樹脂を架橋処理してなる
ことを特徴とする耐熱プラスチック光ファイバであり、
特に、芯を構成する芯樹脂がポリメチルメタクリレート
系樹脂であり、該芯樹脂と鞘を構成する鞘樹脂とが芯と
鞘の界面で相溶していない構造のプラスチック光ファイ
バに電子線を照射してなる耐熱プラスチック光ファイバ
である。

【０００７】本発明のプラスチック光ファイバは、上記
構成をとることにより、鞘樹脂そのものを架橋して耐熱
性を向上させ、鞘の融点以上の温度でも使用できるプラ
スチック光ファイバを提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】上記したように、本発明において
は、架橋した鞘樹脂に特徴がある。即ち本発明に用いる
特定の組成のビニリデンフロライド系の透明な樹脂は、
電子線照射によって架橋し、且つそれによって透明性が
損なわれるものではないのが特徴である。従来公知のフ
ルオロアルキルメタクリレート系の鞘樹脂は、電子線照
射で分子が崩壊するタイプであり、本発明の対象とはな
らない。またその他ビニリデンフロライド系の鞘で、ビ
ニリデンフロライド成分の濃度が７０モル％以上のもの
がＰＭＭＡ系樹脂を芯とするプラスチック光ファイバの
鞘として使用されている。このようなビニリデンフロラ
イド系樹脂はその樹脂単体としては、結晶性が高く白濁
しているが、芯と鞘の界面で両者が相溶し、その相溶相
の透明性が高いために鞘として使用し得るのである。し
かしながら、ＰＭＭＡ系樹脂をビニリデンフロライド系
樹脂の相溶アロイは高温高湿度下では水分を吸収し、温
度が下がると水分が分離するというような繰り返しで鞘
が白濁し、伝送損失が不安定であるため、耐熱プラスチ
ック光ファイバには不向きである。さらに、このような
アロイに電子線を照射した場合、ＰＭＭＡ系樹脂は崩壊
樹脂であることなどから電子線照射にも相応しくない。

【０００９】本発明に用いられる特定組成の透明なビニ
リデンフロライド系樹脂からなる鞘は、芯がＰＭＭＡ樹
脂であってもポリカ−ボネ−ト樹脂などであっても、公
知の芯樹脂には相溶することなく、芯と鞘が完全に分離
して配置するので、相溶帯の変質を心配する必要は無
い。そして本発明に用いる透明な鞘樹脂は室温で透明で
あれば１４０℃でも透明性を保持する。そして従来のビ
ニリデンフロライド系の鞘では９０℃、９５％といった
高温高湿度では鞘樹脂そのものが白濁したのに対し、本
発明にかかる鞘樹脂は白濁することが無く、透明であ
る。

【００１０】ところで、上記したように本発明に用いら
れる鞘樹脂は公知の芯樹脂に対して、相溶性は無く、従
って芯と鞘は剥離可能である。しかしながら、該鞘樹脂
はその軟らかさ故にしっとりと芯に貼り付くので、実用
上鞘の剥離の問題は起こらない。このような鞘を電子線
照射によって架橋しても、高温、及び高温高湿度下でも
透明性が損なわれない。

【００１１】本発明のプラスチック光ファイバは、従来
のビニリデンフロライド系樹脂の電子線照射による架橋
プラスチック光ファイバに比べ、高温下での樹脂の縮み
などの変形性が改善される点では同じではあるが、高
温、或いは高温高湿度下の伝送損失値の安定性では大い
に改善されている。

【００１２】本発明のプラスチック光ファイバにおいて
は、電子線照射後に延伸等の処理ができないため、予
め、芯・鞘構造の裸線に延伸加工等の処理をしてから電
子線照射を行う。電子線照射は芯と鞘とからなる裸線の
まま、或いは該裸線の周囲を被覆樹脂で被覆したケーブ
ルに行うことができる。

【００１３】本発明に用いられる芯樹脂としては、ＰＭ
ＭＡ系樹脂やポリカーボネート樹脂などの他に、芯とし
て公知の耐熱透明樹脂が使用できる。ＰＭＭＡ系樹脂と
しては、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）の単独重合
体、或いはメチルメタクリレート成分を２０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、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共重合
させたものなどである。

【００１４】ここで、従来のＰＭＭＡ系樹脂としては主
としてメチルメタクリレート成分が大半を占めるものに
主眼があったが、本発明ではアクリレート成分の共重合
割合を増やし、電子線照射による分子崩壊を架橋タイプ
にして、積極的に芯樹脂をも耐熱化させることができ
る。

【００１５】また、芯をポリカーボネート樹脂などの耐
熱樹脂で構成した場合にも、本発明は好適である。従
来、これらの耐熱樹脂で芯を形成して１３０℃を超す温
度の耐熱用プラスチック光ファイバとしたいという希望
はあったが、耐熱性が有って透明性の高い鞘樹脂は見当
たらない。そのため、本発明者は、かつて、鞘としてビ
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％からなり、２３℃における
ショアＤ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０）の値が３５〜４
５の樹脂を用い、鞘の外側に、融点が１５０℃以上のビ
ニリデンフロライド系樹脂又はナイロン１２樹脂で直
接、５〜７００μｍの厚さに被覆した耐熱プラスチック
光ファイバを提案している。この提案においては鞘に電
子線照射を行っていないため、その鞘樹脂の融点が精々
１２０℃程度でしか無いので、そのままでは１３０℃以
上で容易に樹脂が流動してしまうため、鞘層によく接着
し且つ融点が１５０℃以上の耐熱樹脂である、ビニリデ
ンフロライド系樹脂やナイロン１２樹脂で裏貼りをして
耐熱性を付与させる提案を行っていた。本発明ではこの
ような耐熱樹脂による裏貼りが不要である。

【００１６】但し、本発明においても保護層等の被覆層
をつけたまま電子線照射をすることは非常に好ましい。
電子線照射は芯・鞘構造の裸線に直接行うこともできる
が、好ましくは熱可塑性樹脂からなる被覆層の上から照
射する方が良い。その理由は、電子線は被覆層の外側か
ら芯の中心に向かって透過していくが、通常プラスチッ
ク光ファイバの芯は、電子線によって分子が切断される
崩壊型のものからなっているので、芯には電子線を強く
照射しないほうが良い。一方、鞘は芯の外側にあるた
め、鞘に直接電子線を照射するよりも、鞘の外側に所定
の厚さを持った被覆層を設けた上で電子線を照射した方
が、鞘に照射する電子線を制御し易い。

【００１７】本発明にかかる電子線照射は電子線の加速
電圧と被爆線量のパラメータで調整できる。加速電圧は
電子線の透過する深さに関係し、０．６ｍｍ〜１．０ｍ
ｍの厚さの樹脂の被覆であれば２００〜５００ｅＶ程度
が好適である。また、被爆線量はその処理の強さに関係
し、１ＭＲＡＤ〜１５ＭＲＡＤ程度が好ましい。被爆線
量が大き過ぎるとファイバが発熱し、ファイバの劣化を
来すので適当な量を試行錯誤で決める。

【００１８】芯の部分は電子線を照射しない方が分子の
崩壊が無く好ましいが、現実的には、芯に影響を与えな
いで鞘だけ架橋させるということは困難であり、芯は多
少被爆している。その結果、電子線照射を行ったプラス
チック光ファイバはファイバが真紅になっている。これ
は電子線照射により、芯樹脂のなかにラジカルが閉じ込
められており、Ｔｇ以下では数ケ月も生き続けるためで
ある。

【００１９】電子線照射によって赤く着色したプラスチ
ック光ファイバの伝送損失は数千〜数万ｄＢ／ｋｍにも
達するが、このプラスチック光ファイバを１００℃以上
の温度で数時間程度熱処理すれば、ラジカルが消滅し、
もとの伝送損失値に近いものとなる。しかしながら、芯
樹脂の崩壊によって分子量が大きく低下しているような
光ファイバは耐久性がないので、芯樹脂の分子量が電子
線照射によってどの程度低下しているかは、ＧＰＣなど
で把握しておく必要がある。例えばＰＭＭＡ系樹脂から
なるプラスチック光ファイバであれば、重量平均分子量
が８万以上は保持されていることが好ましい。そのため
電子線照射する崩壊型の芯樹脂は、分子量を通常の分子
量よりも高くしておくことが好ましい。具体的には、例
えばＰＭＭＡ樹脂であれば、重量平均分子量が１１万〜
２０万程度のものが好適に使用できる。

【００２０】本発明は、芯と特定の鞘からなるプラスチ
ック光ファイバに電子線照射をして、鞘の架橋を行うと
いうものであるが、このようなプラスチック光ファイバ
としては、芯と鞘の上に、更にビニリデンフロライド系
の保護層を配置したり、ナイロン１２の保護層を配置し
たものなども好適に適用できることは既に述べたが、さ
らに、外被覆として、ポリエチレン樹脂や塩化ビニル樹
脂、エバール樹脂などを被覆したケーブルに電子線照射
を施すことも有益である。

【００２１】

【実施例】（実施例）芯樹脂として屈折率ｎ_d20＝１．
４９２で重量平均分子量が１３万のポリメチルメタクリ
レート樹脂を用いた。また、鞘樹脂としては、ビニリデ
ンフロライド５９モル％、テトロフロロエチレン３０モ
ル％、ヘキサフロロプロペン１１モル％からなる共重合
体であって、２４０℃、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１．３６
４で、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ２２
４０）の値が４１の鞘樹脂を用いた。さらに、保護層樹
脂として、ビニリデンフロライド７２重量％とテトラフ
ロロエチレン２８重量％からなる共重合体で、２４０
℃、１０Ｋｇ荷重におけるメルトフローインデックスが
９０ｇ／１０分であり、融点が１２７℃、ビカット軟化
温度が１１９℃のビニリデンフロライド系樹脂を用い
た。

【００２２】上記芯樹脂、鞘樹脂、保護層樹脂を３層複
合紡糸ダイに導入し、芯径９７０μｍ、鞘外径９８５μ
ｍ、保護層外径１０００μｍのプラスチック光ファイバ
素線を紡糸した。次いで、本プラスチック光ファイバ素
線にナイロン１２の被覆を施し、外径１．４ｍｍのケー
ブルとし、さらにその外側にナイロン１２の外被覆を行
って直径２．２ｍｍのケーブルとした。

【００２３】得られたプラスチック光ファイバの伝送損
失は６５０ｎｍの波長で、入射ＮＡ０．１５で測定し、
１６０ｄＢ／ｋｍであった。

【００２４】上記プラスチック光ファイバケーブルに電
子線照射を行った。照射条件は、加速電圧３００ｅＶ、
被爆線量３ＭＲＡＤで行った。得られたプラスチック光
ファイバの伝送損失は、６５０ｎｍにて２５００ｄＢ／
Ｋｍであった。次いでこのケーブルを１００℃で２０時
間熱処理したところ、伝送損失は２００ｄＢ／Ｋｍに回
復した。このケーブルを１０ｍとり、最も外側の被覆層
を剥がし、直径が１．４ｍｍのケーブルをコネクターに
固定し、入射ＮＡが０．５以上の６５０ｎｍの発光波長
を持つＬＥＤで伝送損失の経時変化を調べた。その結果
１２０℃の乾燥状態に１０００時間放置した場合、 初期
の光パワーが−１６．９ｄＢｍであるのに対し、１００
０時間放置後の値は−１８．９ｄＢｍであり、十分な耐
熱性が確認された。

【００２５】同様に９０℃、９５％のオーブンに１００
０時間放置した後の伝送特性を、同じＬＥＤで測定する
と、１０ｍの出射光量は−１７．２ｄＢｍで全く安定し
ていることが確認された。

【００２６】（比較例）実施例１で用いたプラスチック
光ファイバケーブルで電子線照射していないものを用い
た。その結果、室内保管品では１０ｍの光パワーは−１
６．５ｄＢｍであるのに対して、２０℃に１００時間お
いたものは−３６．０ｄＢｍであり光は通らなかった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐熱性に優れ、高温度環境及び高温高湿度環境において
も伝送損失の低く、車載用等に好適なプラスチック光フ
ァイバが提供される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、透明な樹脂からなる芯と、
   該芯の周りを取り囲む鞘とを有し、該鞘が、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って、２３℃
   におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０）の値が
   ３５〜４５である透明樹脂からなるプラスチック光ファ
   イバに電子線を照射することによって、上記鞘を構成す
   る樹脂を架橋処理してなることを特徴とする耐熱プラス
   チック光ファイバ。
2. 【請求項２】 芯を構成する芯樹脂がポリメチルメタク
   リレート系樹脂であり、該芯樹脂と鞘を構成する鞘樹脂
   とが芯と鞘の界面で相溶していない構造のプラスチック
   光ファイバに電子線を照射してなる請求項１記載の耐熱
   プラスチック光ファイバ。