JP2002148451A - プラスチック光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】開口数が０．５付近で、しかも透光性、耐熱
性、耐屈曲性、耐曲げ特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、第１クラッドがパーフルオロアルキル
メタクリレート系共重合体、第２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弗素組成重量率が
７０〜７４％になるように重合した共重合体からなり、
理論開口数０．４５〜０．５２であるプラスチック光フ
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、透光性、耐熱性、
耐屈曲性、耐曲げ特性などが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、コア、クラッドの２種の重合体により
構成されている。コアには、ポリメチルメタクリレート
（以下、ＰＭＭＡ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。

【０００３】この弗素含有重合体としては、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）、ヘキサフルオロアセトン／弗化ビ
ニリデン共重合体（特開昭６１−２２３０５号公報）な
どの弗化ビニリデン系共重合体が一般的に使用されてい
る。

【０００４】これらの弗化ビニリデン系共重合体は、メ
チルメタクリレ−ト（以下、ＭＭＡと略記する）を主成
分とする重合体との相溶性が良いため、それをクラッド
に用いたＰＯＦ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、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透明性に劣るた
め、それをクラッドとして用いたＰＯＦは透光性に劣る
という問題がある。さらに本クラッドは、ガラス転移温
度が低く、また高温下、高温湿熱下にさらされると、結
晶成長により白濁化が促進されるため、本クラッドを用
いたＰＯＦは耐熱性が約７０℃と低く用途が限定される
という難点があった。

【０００５】そのため、透明性が高くガラス転移温度が
高い次のａ〜ｄのような弗素含有重合体をクラッドに用
いたＰＯＦが提案されている。 ａ：パーフルオロアルキルメタクリレートとＭＭＡとの
共重合体（特公昭４３−８９７８号公報、特開昭６２−
２６５６０６号公報）、 ｂ：α−フルオロアクリレート共重合体（特開昭５９−
２２７９０８号公報）、 ｃ：上記ａ，ｂなどのイミド化反応物（特開昭６１−１
２１００５号公報、特開昭６１−２４６７０３号公
報）、あるいは酸無水物（特開昭６０−１８４２１１号
公報）、 ｄ：環状弗素重合体（特開昭６３−２６１２０４号公
報、特開昭６３−３０２３０３号公報）。

【０００６】これらの弗素含有重合体は、弗化ビニリデ
ン系共重合体に比べ、透明性に優れ、ガラス転移温度は
高いが、ＭＭＡを主成分とする重合体との相溶性が良く
ない。そのため、これらをクラッドに用いたＰＯＦは、
従来の弗化ビニリデン系共重合体をクラッドに用いたＰ
ＯＦに比べ、耐熱性は優れる反面、コアとの界面密着性
が十分でなく機械特性、特に耐屈曲性に劣ったり、また
ポリ塩化ビニルなどに含有する可塑剤の浸透に対し弱い
という問題があった。

【０００７】そのため、特開平４−５１２０６号公報、
特開平５−２４９３２５号公報などのように、第２クラ
ッドとして、弗化ビニリデン系共重合体を第２クラッド
とすることにより、両者の長所を兼ね備えるＰＯＦを提
案している。

【０００８】しかしながら、現実的には耐熱性、耐湿熱
性が不十分であった。

【０００９】そこで、特開平１１−１０１９１５号公報
においては、弗化ビニリデン組成を減らし、さらに第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”ＴＨＶ２
００”）を第２クラッドに用いたＰＯＦを提案してい
る。しかし、本公報にも示すように、”ＴＨＶ２００”
が柔軟で巻き取り時に粘着するなどの問題があったり、
耐熱性がまだ不十分であったりして実用化が困難である
ため、さらなる保護層（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）
を被せるのが好ましいとしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
透光性、耐熱性、耐屈曲性、耐曲げ特性などバランス良
い特性を有する保護層の必要ない２層クラッドのＰＯＦ
を提供することにある。

【００１１】

【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。

【００１２】すなわち、本発明は、「ＭＭＡを主成分と
する（共）重合体からなるコアと、式（１）で示される
パーフルオロアルキルメタクリレ−ト

【化２】 （ただし、Ｒはフッ素原子または水素原子、ｍは１また
は２、ｎは１から１０の整数を表わす。）、ＭＭＡを含
有する共重合体である第１クラッドと、 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第２クラッドからなり、理論開
口数がＮＡ＝０．４５〜０．５２であることを特徴とす
るＰＯＦ。」である。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、本発明のＰＯＦの各構成に
ついて説明する。

【００１４】本発明のコアをなすＭＭＡを主成分とする
（共）重合体としては、ＰＭＭＡ、ＭＭＡ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、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。

【００１５】本発明の第１クラッドは、式（１）で示す
パーフルオロアルキルメタアクリレ−ト、

【化３】 （ただし、Ｒはフッ素原子または水素原子、ｍは１また
は２、ｎは１から１０の整数を表わす。）、ＭＭＡを含
有する共重合体であることが必要である。さらには、上
記パーフルオロアルキルメタクリレートが６０〜９５重
量％、及び、ＭＭＡが５〜４０重量％を共重合成分とし
て含有する共重合体であることが好ましい。一般的に入
手が容易なパーフルオロアルキルメタクリレートとして
は、ｎ＝８程度の長鎖エステル系と、ｎ＝１〜４程度の
短鎖エステル系と大きく２分されるが、いずれか単独で
用いても、混合して用いても、あるいは短鎖同士を混合
して用いても構わない。パーフルオロアルキルメタクリ
レートが本構造以外の場合は、共重合体が白濁、黄変し
たり、機械特性が著しく劣ったりして、ＰＯＦとすると
透光性、耐熱性、耐屈曲性などが劣ったりする。なお、
さらにＭＭＡ以外の（メタ）アクリル酸エステル類、脂
環式炭化水素をエステルに有するメタクリル酸、（メ
タ）アクリル酸、（置換）スチレン、（Ｎ−置換）マレ
イミドなどを１０重量％程度以内で共重合しても構わな
い。

【００１６】本発明における第１クラッドを構成する共
重合体の好ましい物性としては、ガラス転移温度が８０
℃以上であり、メルトフローインデックス（２３５℃／
５ｋｇ）が３〜５０ｇ／１０分の範囲である。ガラス転
移温度を８０℃以上とすれば、８５℃耐熱性を有するこ
とができるので好ましい。

【００１７】本第１クラッドを使用したＰＯＦの理論開
口数はＮＡ＝０．４５〜０．５２が必要である。なお、
理論開口数は次式のようにコア、第１クラッドの屈折率
差にて表わされる。 開口数＝（（コアの屈折率）² −（第１クラッドの屈折
率）² ）^1/2 開口数を０．４５〜０．５２とすることにより、従来１
層で用いていた物性バランスのとれたクラッドをそのま
ま本発明の第１クラッドとして使用することが可能であ
る。

【００１８】本発明の第２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ある。この範囲外の組成で
は、低結晶化（無色透明化）が達成できなかったり、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。

【００１９】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％ 他の共重合可能な弗素元素を含有する成分 ２〜７重量％ からなる共重合体からなり、弗素組成重量率が７１〜７
４％であることが好ましい。第２クラッドが第１クラッ
ドより低屈折率となれば、上記に挙げた公知例のよう
に、ＰＯＦが曲げられたり、第１クラッドの不整部分か
ら漏れだした光を反射して回収する働きをする。そのた
め、本組成及び弗素組成重量率であれば、曲げ時の漏光
をかなり少なくできるばかりでなく、透明性、耐熱性、
耐屈曲性も良好で、また柔軟で巻き取り時に粘着するな
どの問題もない。

【００２０】他の共重合可能な成分としては、上記好ま
しい弗素含有率とするために、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（登録商標）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。

【００２１】本発明の第２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（ＡＳＴＭ Ｄ
２２４０）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。

【００２２】また、第１クラッド、第２クラッドの厚み
は、それぞれ２〜１０μｍであることが好ましい。

【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、コアと第１クラッ
ド、第２クラッド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／第１クラッド／第２ク
ラッドの３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。

【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−酢酸ビニル共重合体、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、酸化防止剤、耐老化剤、ＵＶ安定剤
などの安定剤、着色のためのカーボンブラック、顔料、
染料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６５０ｎ
ｍ）を使用して３０／２ｍカットバック法により測定し
た。 弗素含有率：元素分析にて求めた。 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。

【００２７】連続屈曲回数：ファイバの一端に５００ｇ
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）。 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）。

【００２８】耐湿熱性：同様にして温度８５℃、湿度８
５％にて評価した。 曲げ損失：６６０ｎｍＬＥＤを使用し、金属製半径１０
ｍｍの棒に３６０度巻き付けた時の光量を測定してその
前後での減少量を指標とした（ｎ＝３の平均値）。

【００２９】［実施例１］表１に挙げる第１クラッド
（１，１，２，２−テトラヒドロパーフルオロデシルメ
タクリレート（１７ＦＭ）／２，２，２−トリフルオロ
エチルメタクリレート（３ＦＭ）／ＭＭＡ／メタクリル
酸共重合体（屈折率１．４０９、理論開口数０．４
９）、第２クラッド（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１．３５１、弗素含有率７２．８％）、さ
らに、連続塊状重合によって製造したＰＭＭＡ（屈折率
１．４９２）をコアとして、それぞれ複合紡糸機に供給
して、２３５℃にてコア、第１クラッド、第２クラッド
を芯鞘複合溶融紡糸し、ファイバ径１０００μｍ（コア
径９８０μｍ、第１／第２クラッド厚各５．０μｍ）の
ベアファイバを得た。さらに、カーボンブラック入りポ
リエチレンを被覆して外径２．２ｍｍのコードとした。

【００３０】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２からわか
るように、透光性、耐屈曲性、耐熱性、耐湿熱性、耐曲
げ特性が良好であり、ＰＯＦとして好適なものであっ
た。

【００３１】［実施例２〜５および比較例１〜６］第１
クラッド／第２クラッドを表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２
に示した。

【００３２】本発明の実施例２〜５は透光性、耐屈曲
性、耐熱性、耐湿熱性、耐曲げ特性がいずれも優れてい
た。

【００３３】すなわち、第２クラッドを有しない比較例
１、第２クラッドに第４成分を有さない比較例２（Ｄｙ
ｎｅｏｎ社”ＴＨＶ２００”）及び比較例３（Ｄｙｎｅ
ｏｎ社”ＴＨＶ５００”）、第２クラッドが従来からの
弗化ビニリデン主体の共重合体）である比較例４に比べ
て、実施例２〜５は透光性、耐屈曲性、耐熱性、耐湿熱
性、耐曲げ特性に優れる。また、第２クラッドの第４成
分の共重合組成比が１０重量％を超える比較例５では耐
屈曲性その他の物性バランスが悪かった。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【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第２クラッドを使用するこ
とにより、従来の開口数が０．５付近のＰＯＦにおい
て、透光性、耐熱性、耐屈曲性、耐曲げ特性などバラン
ス良く優れたＰＯＦを提供できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、式（１）で示されるパー
   フルオロアルキルメタクリレ−ト 【化１】 （ただし、Ｒはフッ素原子または水素原子、ｍは１また
   は２、ｎは１から１０の整数を表わす。）、メチルメタ
   クリレートを含有する共重合体である第１クラッドと、 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第２クラッドからなり、理論開
   口数がＮＡ＝０．４５〜０．５２であることを特徴とす
   るプラスチック光ファイバ。
2. 【請求項２】第２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％ 他の共重合可能な弗素元素を含有する成分 ２〜７重量％ を共重合成分とし、かつ弗素組成重量率が７１〜７４％
   である共重合体からなることを特徴とする請求項１に記
   載のプラスチック光ファイバ。
3. 【請求項３】第１クラッドが、パーフルオロアルキルメ
   タクリレート６０〜９５重量％、及びメチルメタクリレ
   ート５〜４０重量％を共重合成分として含有する共重合
   体からなり、さらにガラス転移温度が８０℃以上である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチッ
   ク光ファイバ。