JP2002040268A

JP2002040268A - 高開口数プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JP2002040268A
Application number: JP2000219154A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Kobayashi; 久晃小林; Atsuhisa Kaneko; 敦久金子
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-02-06
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP4310899B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開口数が０．６０以上と高く、しかも透光性、
耐熱性、耐屈曲性、耐環境性などバランス良く優れたプ
ラスチック光ファイバを提供する。【解決手段】コアがメチルメタクリレートを主成分とす
る（共）重合体、クラッドが弗化ビニリデン、テトラフ
ルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレン、その
他共重合可能な成分を特定組成比で重合した共重合体か
らなり、理論開口数０．６０〜０．６５である高開口数
プラスチック光ファイバ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開口数が０．６０
以上と高く、しかも透光性、耐熱性、耐屈曲性、耐環境
性などバランス良く優れたプラスチック光ファイバに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦ
と略記する）は加工性、取り扱い性、製造コストなどの
面でガラス系光ファイバに比べて優れているので、短距
離の光信号伝送、ライトガイドなどに使用されている。

【０００３】特にライトガイドの分野では広角な光量あ
るいは絶対的に多くの光量を伝送することが好まれ、開
口数が０．５０程度と高いＰＯＦが使用されており、更
なる高開口数のＰＯＦも求められている。また、通信分
野においても、特に自動車分野など狭い空間をはわせる
必要のある用途においては、曲げ特性に優れた高開口数
ＰＯＦが求められている。

【０００４】なお、理論開口数は次式のようにコア、ク
ラッドの屈折率差にて表わされる。

【０００５】開口数＝（（コアの屈折率）² −（クラッ
ドの屈折率）² ）^1/2 ＰＯＦは、通常コアとクラッドとの２層より構成されて
おり、コアには、ポリメチルメタクリレート（以下、Ｐ
ＭＭＡと略記する）に代表されるように、透明性に優れ
耐候性の良好な重合体が一般に使用される。一方、クラ
ッドには、コア内部に光を閉じ込めておくために、コア
よりも低屈折率であることが必要であり、弗素含有重合
体が広く使用されている。

【０００６】このクラッド用の弗素含有重合体として
は、一般的に下記３種が使用されているが、それぞれ長
所・短所を持っているので、開口数、耐熱性、機械特性
などの観点から使い分けられている。（１）弗化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合
体（特公昭６３−６７１６４号公報）、弗化ビニリデン
／ヘキサフルオロアセトン共重合体（特開昭６１−２２
３０５号公報）などの弗化ビニリデン系共重合体。（２）フルオロアルキルメタクリレートとメチルメタク
リレ−トとの共重合体（特公昭４３−８９７８号公報）
をクラッドに用いたＰＯＦ。（３）長鎖フルオロアルキルメタクリレートとメチルメ
タクリレ−トとの共重合体（特開昭６２−２６５６０６
号、特開平４−２０４９０９号公報）をクラッドに用い
たＰＯＦ。

【０００７】（１）の弗化ビニリデン系共重合体は、Ｐ
ＭＭＡなどメチルメタクリレ−トを主成分とする重合体
との相溶性が良いため、これらをクラッドに用いたＰＯ
Ｆは、コアとの界面密着性が良く機械特性も良好であ
る。しかしながら、これらをクラッドに用いたＰＯＦは
耐熱性が約７０℃と低く用途も限定される。また、それ
ら弗化ビニリデン系共重合体はいずれも結晶性の重合体
であるため、弗化ビニリデン組成が実質的に７０〜８５
モル％と限られた範囲内でしか無色透明性を示さない。
そのため、弗化ビニリデン系共重合体をクラッドに用い
た現行ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口数は０．５０前後であ
り、これ以上の開口数アップは望めない。

【０００８】（２）のフルオロアルキルメタクリレート
系共重合体は、透明性に優れガラス転移温度は高いた
め、これらをクラッドに用いたＰＯＦは、耐熱性は約８
５℃と優れるが脆く、メチルメタクリレ−トを主体とす
る重合体との相溶性が良くないため、これらをクラッド
に用いたＰＯＦは、耐屈曲性などの機械特性に劣ってい
る。しかもフルオロアルキルメタクリレートの組成比が
増大するに伴い機械特性に劣る傾向があるので、フルオ
ロアルキルメタクリレート系共重合体をクラッドに用い
た現行ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口数は０．４７前後であ
り、開口数アップは多くは望めない。

【０００９】一方、（３）の長鎖フルオロアルキルメタ
クリレート系共重合体は、（２）よりも機械特性が改善
され、弗素含有率が高く、屈折率を低くできる可能性が
あるが、その共重合組成比を高くすると白濁したり熱安
定性が劣って発泡して透光性を悪化する問題が生ずるた
め、長鎖フルオロアルキルメタクリレート系共重合体を
クラッドに用いた現行ＰＭＭＡ系ＰＯＦの開口数は０．
５０前後であり、開口数アップは多くは望めない。

【００１０】以上のことより、開口数の高いＰＯＦとす
るためには、さらに屈折率の低い弗素含有率の高いモノ
マーを共重合する必要があり、そのひとつとして、弗化
ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体の透明性
を向上すべく、特許第２８５７４１１号に示すように第
３成分としてヘキサフルオロプロピレンを共重合して結
晶性を抑えた重合体（Ｄｙｎｅｏｎ社の商品名”ＴＨＶ
２００”）をクラッドに用いたＰＯＦを提案している。
これは開口数が高く透光性に優れるが、クラッド材が柔
軟で巻き取り時に粘着するなどの問題があったり、耐熱
性が劣ったりして実用化が困難であった。

【００１１】その改良として、特開平１１−９５０４４
号公報、あるいは特開平１０−２７４７１６号公報に示
すように、”ＴＨＶ２００”をクラッド材に使用して上
記（１）で示した弗化ビニリデン系共重合体あるいは弗
化ビニリデンホモポリマー、ナイロン１２などをさらに
被せて保護層として保護して、二層クラッド構造とした
ＰＯＦを提案している。しかしながら、二層クラッドは
特殊な口金を必要とするため一層クラッドに比して生産
能力が低くコスト高になったり、薄層のクラッドを２分
割することになるため、密着性が劣ったり機械特性が劣
ったりする等の問題がある。

【００１２】一方、Ｄｙｎｅｏｎ社の商品で、同じ共重
合成分を有する組成物で組成比を変えた三元共重合体と
して、弗化ビニリデン組成が少ない”ＴＨＶ４００””
ＴＨＶ５００”などがある。しかしながら、これらのポ
リマーは、”ＴＨＶ２００”のような粘着性の問題はな
いが、透明性に劣り、光ファイバ用途には適さなかっ
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明のおもな目的
は、開口数が高く、しかも、透光性、耐熱性、耐屈曲
性、耐環境性などバランス良い特性を有する保護層のな
いクラッド１層となるＰＯＦを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は主として次の構成を有する。

【００１５】すなわち、本発明は、「メチルメタクリレ
−トを主成分とする（共）重合体からなるコアと、ヘキサフルオロプロピレン１０〜３０重量％テトラフルオロエチレン４５〜７５重量％弗化ビニリデン１０〜３５重量％他の共重合可能な成分１〜１０重量％を共重合成分とし、かつ弗素組成重量率が７０〜７４％
である共重合体からなるクラッドからなり、理論開口数
がＮＡ＝０．６０〜０．６５であることを特徴とする高
開口数プラスチック光ファイバ」である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のコアをなすメチルメタク
リレートを主成分とする（共）重合体としては、ＰＭＭ
Ａ、メチルメタクリレート主体の共重合体（例えば（メ
タ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、置換ス
チレン、Ｎ−置換マレイミドなどを共重合）、あるいは
それらを高分子反応したグルタル酸無水物、グルタルイ
ミドなどの変性重合体などが挙げられる。なお、（メ
タ）アクリル酸エステルとしては、メチルアクリレー
ト、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレ−ト、ｔ
−ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレー
ト、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレー
ト、ボルニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレ
ートなどが、置換スチレンとしては、スチレン、メチル
スチレン、α−メチルスチレンなどが、Ｎ−置換マレイ
ミドとしては、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シク
ロヘキシルマレイミド、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エ
チルマレイミド、Ｎ−ｏ−メチルフェニルマレイミドな
どが挙げられる。これら共重合成分は、複数で用いても
良く、これら以外の成分を少量使用してもよい。また、
耐酸化防止剤などの安定剤が透光性に悪影響しない量だ
け含まれていても構わない。これらの重合体の中で、実
質的にＰＭＭＡであることが、生産性、透光性、耐環境
性などの点から最も好ましい。

【００１７】本発明のクラッドは、ヘキサフルオロプロピレン１０〜３０重量％テトラフルオロエチレン４５〜７５重量％弗化ビニリデン１０〜３５重量％他の共重合可能な成分１〜１０重量％からなる共重合体からなり、かつ弗素組成重量率が７０
〜７４％であることが必要でである。この範囲外の組成
では、低屈折率化、低結晶化（無色透明化）が達成でき
なかったり、コアのメチルメタクリレ−ト主体の（共）
重合体への密着性が劣ったり、耐屈曲性などの機械特性
が大幅に低下したり、また粘着性がある、耐熱性が不十
分であったりなどの問題を有する。その結果、高開口数
を維持しバランス良いＰＯＦ特性とするためには、理論
開口数はＮＡ＝０．６０〜０．６５であることが必要で
ある。

【００１８】さらに、ヘキサフルオロプロピレン１４〜２５重量％テトラフルオロエチレン４９〜７０重量％弗化ビニリデン１４〜３０重量％他の共重合可能な成分２〜７重量％からなる共重合体であることが好ましく、またクラッド
の弗素組成重量率が７１〜７４％であり、プラスチック
光ファイバの理論開口数がＮＡ＝０．６１〜０．６５で
あることが好ましい。

【００１９】他の共重合可能な成分としては、高開口数
を維持するためには、弗素を含有することが好ましく、
例えば、ヘキサフルオロアセトン、パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル類、弗化ビニル、トリフルオロエチレ
ン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルキ
ル（メタ）アクリレート類、αフルオロパーフルオロア
ルキルアクリレート類、その他、”サイトップ””テフ
ロンＡＦ”などで使用されているモノマーなどが挙げら
れる。さらには、上記のうち水素を含まない全弗素置換
モノマーであるヘキサフルオロアセトン、パーフルオロ
アルキルビニルエーテル類、”サイトップ”、”テフロ
ン（登録商標）ＡＦ”などで使用されているモノマーが
最も好ましく使用できる。

【００２０】本発明のクラッドを構成する共重合体の好
ましい物性としては、ショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２
４０）は３５〜５５の範囲にあり、メルトフローインデ
ックス（２６５℃／５ｋｇ）が５〜８０ｇ／１０分の範
囲である。

【００２１】また、クラッドの厚みは２〜２０μｍであ
ることが好ましい。

【００２２】なお、さらに保護層として、弗化ビニリデ
ン／テトラフルオロエチレン共重合体、弗化ビニリデン
／ヘキサフルオロアセトン共重合体、弗化ビニリデンホ
モポリマーなどの弗化ビニリデン系（共）重合体、ある
いはコアと同様なメチルメタクリレ−ト主体の（共）重
合体、ナイロン１２などの重合体を２〜１００μｍ程度
被せた構造としても構わない。この保護層は例えばカー
ボンブラックなどの顔料を入れて着色することも可能で
ある。

【００２３】本発明のＰＯＦは一般的な製造法と同様に
して製造することができる。例えば、コア材とクラッド
材とを加熱溶融状態下で、同心円状複合用の複合口金か
ら吐出してコア／クラッドの２層芯鞘構造を形成させる
複合紡糸法が好ましく用いられる。続いて、機械特性を
向上させる目的で１．２〜３倍程度の延伸処理が一般的
に行なわれＰＯＦとなる。このＰＯＦの外径は通常０．
１〜３ｍｍ程度であり、目的に応じて適宜選択すればよ
いが、取扱性などの面から０．５〜１．５ｍｍのものが
好ましい。また、保護層に設ける場合にも公知の方法に
よって製造することができるが、３層同時の複合紡糸法
が好ましく用いられる。

【００２４】本発明のＰＯＦには、更に、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンあるいはそれらの共重合体、ブレン
ド品、有機シラン基を含有するオレフィン系ポリマー、
エチレン−酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ弗化ビニ
リデン、ナイロン１２などのポリアミド樹脂、ポリエス
テル樹脂、ナイロンエラストマー、ポリエステルエラス
トマーあるいはウレタン樹脂、弗素樹脂といった樹脂を
被覆し、コードとすることができる。被覆層は１層でも
多層でも良く、多層の場合は間にケブラーなどのテンシ
ョンメンバーを入れても良い。これらの被覆材には、難
燃剤の他、耐酸化防止剤、耐老化剤、ＵＶ安定剤などの
安定剤などを含んでも良い。なお、被覆層はクロスヘッ
ダダイを使用した溶融押し出し成形法等の公知の方法に
よって形成することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例により、更に詳細に説
明する。なお、作製したＰＯＦの評価は以下の方法で行
った。

【００２６】透光性：ハロゲン平行光（波長６５０nm）
を使用して３０／２ｍカットバック法により測定した。

【００２７】フッ素含有率：元素分析にて求めた。

【００２８】屈折率：測定装置としてアッベ屈折率計を
使用して、室温２５℃雰囲気にて測定した。

【００２９】連続屈曲破断回数：ファイバの一端に５０
０ｇの荷重をかけ、直径３０ｍｍφのマンドレルで支持
し、その支持点を中心にファイバの他端を角度９０°で
連続的に屈曲させて、ファイバが切断するまでの回数を
測定した（ｎ＝５の平均値）。

【００３０】耐熱性：高温オーブン（タバイエスペック
社製ＰＨＨ−２００）内に試長２８ｍのファイバ（両末
端各１ｍはオーブン外）を８５℃、５００時間投入し、
試験前後の光量を測定してその変化量を指標とした（ｎ
＝３の平均値。マイナスは光量ダウンを示す）。

【００３１】ヒートショック：複合環境試験機内に試長
２８ｍのファイバ（両末端各１ｍはオーブン外）を投入
し、−４０℃と８５℃（５分で昇温あるいは降温、それ
ぞれ２４０分保持）の変化５０サイクル前後の光量を測
定してその変化量を指標とした（ｎ＝３の平均値。マイ
ナスは光量ダウンを示す）。

【００３２】［実施例１］クラッド材として表１の共重
合比の弗化ビニリデン（２Ｆ）／テトラフルオロエチレ
ン（４Ｆ）／ヘキサフルオロプロピレン（６Ｆ）／ヘプ
タフルオロプロピルビニルエーテル共重合体（屈折率
１．３６０、フッ素含有率７１．７％）を複合紡糸機に
供給した。さらに、連続魂状重合によって製造したＰＭ
ＭＡ（（屈折率１．４９２）をコア材として複合紡糸機
に供給して、２３５℃にてコア、クラッドを芯鞘複合溶
融紡糸し、ファイバ径１０００μｍ（コア径９８０μ
ｍ、クラッド厚１０．０μｍ）のベアファイバを得た。
さらに、ポリエチレンを被覆して外径２．２ｍｍのコー
ドとした。

【００３３】こうして得られたＰＯＦを前記の評価方法
により評価し、その結果を表１に示した。表１からわか
るように、透光性、繰り返し屈曲性、耐熱性、耐湿熱が
良好であり、高開口数ＰＯＦとして好適なものであっ
た。

【００３４】［実施例２〜４および比較例１〜４］クラ
ッド材を表１のとおりに変更した以外は実施例１と同様
にしてＰＯＦを得た。これらのＰＯＦを使用して実施例
１と同じ評価を行い、その結果を表１に示した。

【００３５】本発明の実施例２〜４は透光性、繰り返し
屈曲性、耐熱性、耐ヒートショック性がいずれも優れて
いた。

【００３６】すなわち、第４成分を有さない比較例１
（Ｄｙｎｅｏｎ社”ＴＨＶ２００”）、比較例２（Ｄｙ
ｎｅｏｎ社”ＴＨＶ５００”）および比較例３（Ｄｙｎ
ｅｏｎ社”ＴＨＶ４００”）に比べて、実施例２〜４は
耐熱性、耐ヒートショック、透光性に優れる。また、第
４成分の共重合組成比が１０重量％を超える比較例４で
は耐屈曲性その他の物性バランスが悪かった。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明は、弗化ビニリデン、テトラフル
オロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンに更に共
重合可能な成分を共重合したクラッドを使用することに
より開口数が０．６０以上と高いながらも、透光性、耐
熱性、耐屈曲性、耐環境性などバランス良く優れたＰＯ
Ｆをクラッド１層において提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メチルメタクリレ−トを主成分とする
（共）重合体からなるコアと、ヘキサフルオロプロピレン１０〜３０重量％テトラフルオロエチレン４５〜７５重量％弗化ビニリデン１０〜３５重量％他の共重合可能な成分１〜１０重量％を共重合成分とし、かつ弗素組成重量率が７０〜７４％
である共重合体からなるクラッドからなり、理論開口数
がＮＡ＝０．６０〜０．６５であることを特徴とする高
開口数プラスチック光ファイバ。
【請求項２】クラッドが、他の共重合可能な成分が弗素
元素を含有し、弗素組成重量率が７１〜７４％の共重合
体からなり、理論開口数がＮＡ＝０．６１〜０．６５で
あることを特徴とする請求項１記載の高開口数プラスチ
ック光ファイバ。
【請求項３】クラッドがヘキサフルオロプロピレン１４〜２５重量％テトラフルオロエチレン４９〜７０重量％弗化ビニリデン１４〜３０重量％他の共重合可能な成分２〜７重量％を共重合成分とする共重合体からなることを特徴とする
請求項１または２いずれかに記載の高開口数プラスチッ
ク光ファイバ。