JP2003322729A - 光ファイバー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性、耐湿性、耐薬品性が大きく伝送損失
が小さな光ファイバーを提供する。 【解決手段】 プラスチック光ファイバーの製造方法に
おいて、結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物を成形後に延
伸して芯材とするとともに、成形時もしくは延伸の前後
において芯材上に芯材よりも屈折率が小さなパーフルオ
ロフッ素樹脂からなるクラッド層を形成するプラスチッ
ク光ファイバーの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光フ
ァイバーに関するものであり、とくに耐熱性、耐寒性、
耐食性、耐摩擦性等の特性が大きく、伝送損失が小さな
光ファイバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーには、石英ガラス等からな
るガラス系光ファイバーとともにプラスチックからなる
光ファイバーが用いられている。プラスチック光ファイ
バーは、石英ガラス系のものに比べて伝送損失が大き
く、長距離の信号の伝送には適さないが、可撓性に富ん
でおり、径の大きいものを使用することができるために
取り扱いや末端部の処理が容易であるという特徴を有し
ている。このような特徴を生かして、近距離の信号の伝
送、建造物内部、あるいは自動車等の機器内での信号の
伝送、照明、光学的な表示装置等の用途において用いら
れている。

【０００３】プラスチック光ファイバーとしては、メチ
ルメタクリル酸の重合体等の透明性が大きな樹脂製のコ
アの周囲にクラッド層を被覆したものが提供されたが、
これらのアクリル樹脂系の光ファイバーは、化学構造中
にＣ−Ｈ結合を有しているので、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動
吸収の高調波吸収による伝送損失の増加を招くととも
に、耐熱性、耐湿性、耐薬品性が充分なものではなく、
高温下での使用、あるいは光ファイバーの被覆に使用さ
れる塩化ビニル樹脂の可塑剤の作用によってアクリル樹
脂が劣化する等の問題点があった。更に耐湿性が十分で
ない場合には、赤外振動吸収による伝送損失の増加を避
けることができなかった。そこで、アクリル樹脂等に代
えて非晶質フッ素樹脂製の光ファイバーが提案された。
非晶質フッ素樹脂は、透明性が良好なものの結晶性合成
樹脂に比べて耐熱性等の点で充分ではないという問題点
があった。

【０００４】一方、部分的に結晶化したフッ素樹脂を延
伸することによって、光ファイバーの伝送損失を低下さ
せることが、特表平８−５０７８７６号公報において提
案されているが、伝送損失は３０ｄＢ／ｍ以上あり、減
衰量が大きく実用的なものではなく、具体例として挙げ
られているフッ素樹脂であるフッ化ビニリデン、テトラ
フルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンを含有す
る共重合体、すなわちＴＨＶと称される熱可塑性フッ素
樹脂は融点が低く、耐熱性が充分なものではなく、また
共重合体の成分としてフッ化ビニリデンを含有している
ためにアクリル樹脂系の光ファイバーと同様に、Ｃ−Ｈ
結合を化学構造中に有している。このためＣ−Ｈ結合の
赤外振動吸収の高調波吸収による伝送損失の増加の影響
を避けることができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、耐湿
性、耐熱性をはじめとする特性が良好で、Ｃ−Ｈ結合の
赤外振動吸収に起因する伝送損失がないプラスチック光
ファイバーを提供することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、プラス
チック光ファイバーにおいて、芯材が結晶性パーフルオ
ロ樹脂からなる溶融物の成形後に延伸されたものであ
り、クラッドには芯材よりも屈折率が小さなパーフルオ
ロ樹脂層が形成されたプラスチック光ファイバーによっ
て解決することができる。

【０００７】また、プラスチック光ファイバーの製造方
法において、結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物を成形後
に延伸して芯材とするとともに、成形時もしくは延伸の
前後において芯材上に芯材よりも屈折率が小さなパーフ
ルオロフッ素樹脂からなるクラッド層を形成するプラス
チック光ファイバーの製造方法である。結晶性パーフル
オロ樹脂の溶融物を成形後に急冷する前記の光ファイバ
ーの製造方法である。結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物
と結晶性パーフルオロ樹脂よりも屈折率が小さな材料と
を２層同時に押し出して、結晶性パーフルオロ樹脂上に
パーフルオロフッ素樹脂よりも屈折率が小さなクラッド
層を形成する前記の光ファイバーの製造方法である。結
晶性パーフルオロフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレ
ン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラ
フルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体
から選ばれるフッ素樹脂である前記のプラスチック光フ
ァイバーの製造方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、従来、光ファイバーの
クラッドあるいは保護被覆材料等として用いられること
はあっても、光ファイバーの導光用材料、すなわちコア
として用いられることはなかった、半透明なテトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合
体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体等の結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物から作
製した成形体を延伸して軸方向に配向性を付与すること
によって光透過性を高めるができ、導光用材料として利
用可能であって、結晶性パーフルオロ樹脂が備えた大き
な耐熱性、耐寒性、耐湿性、耐薬品性、耐溶剤性、低摩
擦性、耐燃性、耐候性、非吸水性、非吸湿性、耐発煙性
等を備えた光ファイバーを提供することが可能であるこ
とを見いだしたものである。

【０００９】以下に本発明のプラスチック光ファイバー
の製造方法について説明する。本発明のプラスチック光
ファイバーの製造工程は、結晶性パーフルオロフッ素樹
脂の溶融物の押出等によるモノフィラメントの成形工
程、延伸用材料の延伸工程等から形成されている。

【００１０】第一の製造方法は、結晶性パーフルオロフ
ッ素樹脂の溶融物を押出等によってモノフィラメントを
成形した後に速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸
倍率から決定される延伸用材料を作製した後に、延伸用
材料にガラス転移点以上、融点以下の温度において張力
を印加して所望の芯材を作製し、芯材を加熱して熱固定
した後に芯材の表面にフッ素樹脂組成物のクラッド層お
よび保護層を形成してパーフルオロ樹脂からなるプラス
チック光ファイバーを得る方法である。

【００１１】第二の製造方法は、結晶性パーフルオロフ
ッ素樹脂の溶融物を押出等によって成形し速やかに冷却
し、最終的な製品の径と延伸倍率から決定される延伸用
材料を作製した後に、表面にフッ素樹脂組成物のクラッ
ド層を形成し、ガラス転移点以上、融点以下の温度にお
いて張力を加えて所望の延伸率で延伸を行い、さらに熱
処理を行って延伸状態を固定した後に表面に保護層を形
成してプラスチック光ファイバーを得る方法である。こ
の方法では、クラッド層も延伸によって膜厚が薄くなる
ので、クラッド層の形成工程においては、延伸率を考慮
してクラッド層の膜厚が設定される。

【００１２】第三の製造方法は、結晶性パーフルオロフ
ッ素樹脂の溶融物を押出等によって成形する際にクラッ
ド材料も同時に積層して成形する方法である。同時に成
形した後に速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸倍
率から決定される延伸用材料を作製した後に、ガラス転
移点以上、融点以下の温度において張力を加えて所望の
延伸率で延伸を行い、さらに表面に保護層を形成してプ
ラスチック光ファイバーを得る方法である。この方法で
は、クラッド層も延伸によって膜厚が薄くなるので、ク
ラッド層の形成工程においては、延伸率を考慮してクラ
ッド層の膜厚が設定される。

【００１３】また、本発明の光ファイバーの延伸は、送
り速度と引張り速度との比を調整し、一度で所定の線径
まで延伸しても、数回に分けて延伸を行っても良い。プ
ラスチック光ファイバーの製造工程は、一般に雰囲気中
の汚染物質の濃度が少ない環境において製造することが
要求されている。特に芯材の形成工程、クラッド層の形
成工程において、雰囲気の塵埃の数が多い場合には、芯
材中、芯材の表面、クラッド層等に塵埃が混入する結
果、光学的特性が大きく低下する。したがって、プラス
チック光ファイバーの製造工程のうち、少なくとも芯材
の形成工程、およびクラッド層の形成工程は、高度に塵
埃の存在量が管理された環境で製造する必要があるの
で、クラッド層の形成までの工程が短い、第二の製造方
法、あるいは第三の製造方法が好ましい。

【００１４】また、本発明の光ファイバーに使用するこ
とができる結晶性パーフルオロ樹脂は、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−
パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体（ＦＥＰ）を挙げることができ、この中でも加熱
溶融した後に押出成形等の方法によってモノフィラメン
トを作製することが可能な熱可塑性パーフルオロ樹脂で
あることが好ましく、テトラフルオロエチレン−パーフ
ルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラ
フルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体
（ＦＥＰ）が好ましい。

【００１５】これらの樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂と
同様の溶融成形法によって成形することができ、樹脂を
溶融させてダイから押し出して、気体、液体等によって
冷却してモノフィラメントを製造することができる。ま
た、モノフィラメントの外径は、その後の延伸率を考慮
して決定される。溶融物の成形においては冷却時に徐冷
すると結晶が成長して透明性が低下するので、冷却は速
やかに行うことが好ましく、溶融押出後、直ちに水、そ
の他の冷却媒体中に浸漬することが好ましい。

【００１６】作製されたモノフィラメントは、それぞれ
の樹脂のガラス転移温度以上であって融点以下に加熱し
た状態で張力を与えて延伸する。延伸によって長さ方向
の分子の配向度が大きくなり、光透過性が上昇するの
で、延伸倍率は大きくすることが好ましく、モノフィラ
メントが切断しない範囲で可能な限り大きくすることが
好ましい。

【００１７】また、結晶性パーフルオロ樹脂は、その重
合方法によっても光透過性等の特性が変化するので、光
透過性等の特性が大きなフッ素樹脂を使用することが好
ましい。また、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、具体的
には半導体製造工程等の各種の機器用に用いられている
不純物の含有量が少なく透明性に優れたものが好まし
く、具体的にはテトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルコキシエチレン共重合体としては、透明性が良好な
ＡＰ−２３１ＳＨ（ダイキン製）、４５１ＨＰ−Ｊ（三
井デュポンフロロケミカル製）、Ｐ−８０２ＵＰ（旭硝
子製）等を挙げることができる。また、テトラフルオロ
エチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体として
は、ＮＰ−４０（ダイキン製）を挙げることができる。

【００１８】本発明の結晶性パーフルオロ樹脂の芯材の
表面には、フッ素樹脂からなるクラッド層が形成され
る。クラッド層としては１μｍないし３０μｍの厚さと
することが好ましく、具体的には、パーフルオロ（２，
２―ジメチル―１，３―ジオキゾール）−テトラフルオ
ロエチレン（デュポン社製 テフロンＡＦ）、あるいは
これに他のフッ素化合物、例えば、パーフルオロポリエ
ーテル（デュポン クライトックスＧＰＬ１０７）等を
混合したものを用いることができる。また、加熱下で延
伸したモノフィラメントは、その後の加熱によって著し
く収縮するので、張力を加えて一定の温度下で保持する
ことによって、熱収縮による寸法の変化が生じないよう
にする熱固定処理を行うことが好ましい。すなわち、本
発明の結晶性パーフルオロ樹脂の場合には、結晶が析出
しない温度である結晶化温度以下で所定の時間保持する
ことによって熱固定処理を行うことができる。以上の説
明では、円柱状の部材について説明したが、板状の部材
であっても良い。

【００１９】

【実施例】以下に、実施例を示し本発明を説明する。 実施例１ テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチ
レン共重合体（ＰＦＡ）（ダイキン製 ＡＰ−２３１Ｓ
Ｈ）を押出成形機からダイ温度３７５℃で、横方向に押
し出し後、４０℃において水冷を行い直径１．０ｍｍの
モノフィラメントを作製した。次いで、空気中２９０℃
において、延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで張力を加えて当
初の長さの４倍に延伸し、直径０．５ｍｍの延伸素材を
得た。延伸素材の表面に、パーフルオロ（２，２−ジメ
チル−１，３−ジオキソール）／テトラフルオロエチレ
ン共重合体（デュポン社製 テフロンＡＦ）溶液を塗布
し、厚さ１０μｍのクラッドを形成して光ファイバを作
製した。次いで、張力を加えた状態で空気中２３０℃で
３０分間保持して熱固定を行った後に、表面にテトラフ
ルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重
合体からなる保護被覆を形成して光ファイバーとした。
得られた光ファイバーについて、測定光の波長を、１．
３μｍ、０．８５μｍ、および白色光に変えて伝送損失
を測定した。その結果を表１に示す。伝送損失は、カッ
トバック法によって、安定化光源（アンリツ製 ＭＧ９
００１Ａ）からの光をＧＩ型ガラス製光ファイバーを介
して試料の光ファイバーに入射し、出射光を光パワーメ
ータ（安藤電気製 ＡＱ−１１３５Ｅ）によって測定し
て、単位長さ当たりの伝送損失を求めた。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例２ パーフルオロ樹脂としてテトラフルオロエチレン−パー
フルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）（ダイ
キン製 ＡＰ−２３１ＳＨ、４５１ＨＰ−Ｊ）を、押出
成形機からダイ温度３７５℃で、横方向に押し出し後、
４０℃において水冷を行い直径１．０ｍｍのモノフィラ
メントを作製した。次いで、空気中２９０℃において、
延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで張力を加えて表２に記載の
延伸倍率で延伸し、直径０．５ｍｍの延伸素材を得た。
延伸素材の表面に、パーフルオロ（２，２−ジメチル−
１，３−ジオキソール）／テトラフルオロエチレン共重
合体（デュポン社製 テフロンＡＦ）溶液を塗布し、厚
さ１０μｍのクラッドを形成して光ファイバを作製し
た。次いで、張力を加えた状態で空気中２３０℃で３０
分間保持して熱固定を行った後に、表面にテトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体
からなる保護被覆を形成して光ファイバーとした。得ら
れた光ファイバーについて、測定光の波長０．８５μｍ
において実施例１と同様に伝送損失を測定し、その結果
を表２に示す。

【００２２】実施例３ パーフルオロ樹脂としてテトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）（ダイキン製
ＮＰ−４０）を、押出成形機からダイ温度３５０℃
で、横方向に押し出し後、４０℃において水冷を行い直
径１．０ｍｍのモノフィラメントを作製した。次いで、
空気中２５０℃において、延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで
張力を加えて表２に記載の延伸倍率で延伸し、直径０．
５ｍｍの延伸素材を得た。延伸素材の表面に、パーフル
オロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）／テ
トラフルオロエチレン共重合体（デュポン社製 テフロ
ンＡＦ）溶液を塗布し、厚さ１０μｍのクラッドを形成
して光ファイバを作製した。次いで、張力を加えた状態
で空気中２００℃で３０分間保持して熱固定を行った後
に、表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアル
コキシエチレン共重合体からなる保護被覆を形成して光
ファイバーとした。得られた光ファイバーについて、測
定光の波長０．８５μｍにおいて実施例１と同様に伝送
損失を測定し、その結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】 伝送損失（ｄＢ／ｍ）測定波長０．８５μｍ 延伸倍率 パーフルオロ樹脂 １ １．５ ３．０ ３．２ ５．４ ＰＦＡ（AP-231SH） ５０ ４０ ４．０ − − ＰＦＡ（451HP-J） ５５ ４５ − ４．４ − ＦＥＰ（NP-40） ７０ ６０ − − １３

【００２４】

【発明の効果】本発明は、耐熱性、耐湿性、耐薬品性等
の特性に優れたパーフルオロ樹脂からなる伝送損失が小
さなプラスチック光ファイバーを提供することを可能と
したものであり、従来、耐熱性、耐寒性、耐湿性、耐薬
品性、耐屈曲性あるいは伝送損失等の問題でプラスチッ
ク光ファイバーの使用が困難な分野でのプラスチック光
ファイバーの使用を可能とするとともに、長期にわたり
安定した性能を発揮するプラスチック光ファイバーを提
供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック光ファイバーにおいて、芯
   材が結晶性パーフルオロ樹脂からなる溶融物の成形後に
   延伸されたものであり、クラッドには芯材よりも屈折率
   が小さなパーフルオロ樹脂層が形成されたことを特徴と
   するプラスチック光ファイバー。
2. 【請求項２】 プラスチック光ファイバーの製造方法に
   おいて、結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物を成形後に延
   伸して芯材とするとともに、成形時もしくは延伸の前後
   において芯材上に芯材よりも屈折率が小さなパーフルオ
   ロフッ素樹脂からなるクラッド層を形成することを特徴
   とするプラスチック光ファイバーの製造方法。