JP2004029548A - プラスチック光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐環境性に優れたプラスチック光ファイバケーブルを提供することである。
【解決手段】導光路がプラスチックからなる光ファイバであって、該導光路の外周に、式Ｐ≦１（ここで、Ｐは４０℃、９０％ＲＨにおける被覆材の透湿度（ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ））である。）を満たすような被覆材からなる被覆層を有することを特徴とするプラスチック光ファイバ、好ましくは被覆層の外周に、さらに金属水酸化物を含む被覆層を有するプラスチック光ファイバ。
【選択図】　　　　　図１

Description

【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およびその製造方法に関し、さらに詳しくは耐湿性に優れたアクリル樹脂系のプラスチック光ファイバおよびその製造方法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は、石英系光ファイバと較べると、光の伝送損失が大きいものの、大口径化による接続容易性、端末加工容易性、これに伴う高精度調芯機構が不要になるメリット、人体への突き刺し災害による危険性の低さ、高い柔軟性による易加工性、耐振動性、低コストなどの観点から、伝送損失の大きさが問題とならない程度の短距離用の光通信媒体として種々検討されており、近年、オフィス内や家庭内の通信機器配線、産業用ロボットと制御コンピュータとの接続などに供せられてきた。特に家庭や車載用途で注目されてきている。
【０００３】
こうした通信用途でのアクリル樹脂系プラスチック光ファイバは、その１本または複数本が種々の集合形態で集合されて光ケーブルとされ、その際、導光路を外部からの衝撃などから守る目的で種々の被覆がなされる。しかし、プラスチック光ファイバは、石英系の光ファイバに比べ伝送性能が環境変化によって影響を受けやすいといった問題が指摘されており、耐環境性の向上が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、耐環境性に優れたプラスチック光ファイバケーブルを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討行なった結果、以下に示す被覆に用いる素線を被覆用ダイスまで、乾燥除塵雰囲気下に保つ方法及びその製造装置により上記課題を解決し、本発明を完成するに至った。
（１）導光路がプラスチックからなる光ファイバであって、該導光路の外周に、下記式を満たすような被覆材からなる被覆層を有することを特徴とするプラスチック光ファイバ。
Ｐ≦１
ここで、Ｐは４０℃、９０％ＲＨにおける被覆材の透湿度（ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ））である。
（２）導光路の飽和吸水率が１．０％以上である（１）に記載のプラスチック光ファイバ。
（３）導光路がアクリル系樹脂である（１）または（２）に記載のプラスチック光ファイバ。
（４）被覆層の外周に、さらに金属水酸化物を含む被覆層を有する（１）〜（３）いずれか１つに記載のプラスチック光ファイバ。
（５）導光路が屈折率分布を有する（１）〜（４）いずれか１つに記載のプラスチック光ファイバ。
（６）導光路の外周に、該導光路より屈折率の低い樹脂層を有する（１）〜（５）いずれか１つに記載のプラスチック光ファイバ。
（７）被覆層が密着型である（１）〜（６）いずれか１つに記載のプラスチック光ファイバ。
（８）以下の条件を満たす流動開始温度（Ｔｆ）を有する被覆材で導光路を被覆する工程を含むことを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。
６０≦Ｔｆ≦（Ｔｇ＋７０℃）
ここで、Ｔｆは被覆材の流動開始温度（℃）、Ｔｇは導光路を形成するコアまたはインナークラッドのガラス転移温度のいずれか低いほうの温度（℃）である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（プラスチック光ファイバ素線）
本発明において用いられる素線の種類、材質などは特に限定されない。石英光ファイバ素線、プラスチック光ファイバ素線等を用いることが可能であるが、本発明においてはプラスチック光ファイバ素線を用いることが好ましい。なお、以降の記述は外周のクラッド部からコア部中心に向って連続的に屈折率が変化する屈折率分布型プラスチック光ファイバ素線について記述しているが、屈折率分布を有しないステップインデックス型プラスチック光ファイバ素線については屈折率分布の付与を除くことで、材料や製法が同様に適用できる。
図１は、本発明のプラスチック光ファイバの一例を示す断面図である。２１はプラスチック光ファイバのコア、２２はコアと同じもしくはコアより低い屈折率を有するインナークラッドであり、光はこのコアとインナークラッド部により導かれ、コアおよびインナークラッドにより導光路が形成される。２３はアウタークラッドであり、これはコアおよびインナークラッドよりもさらに低い屈折率を有する層である。２１〜２３からなるプラスチック光ファイバ素線は、２４の被覆層にて全周を被覆される。
なお、本発明においては、コア層は中心方向に向かって屈折率が上昇する分布を有する、いわゆるＧＩ型が好ましいが、均一屈折率を有するいわゆるＳＩ型であってもよい。
【０００７】
（コア部）
コア部の原料としては、その重合体が伝送される光に対して光透過性である限り特に制約はないが、伝送される光信号の伝送損失が少ない材料を用いるのが好ましく、特に透明性が高く、塊状重合で容易に形成できるアクリル系樹脂が好適に用いることができる。これら原料のモノマーとしては例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、イソプロピルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレートなどのアルキルメタクリレートのホモポリマー、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−２−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら各モノマーからポリマーを重合してコア部として用いる。また、これらモノマーを２種以上用いて、共重合体（コポリマー）からコア部を形成してもよい。しかしながら、塊状重合が容易であるＭＭＡを選択し、ストレートポリマー（ホモポリマー）であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にてコア部を形成するのが好ましい。また、これらのモノマーが有する水素原子を重水素原子（Ｄ）またはハロゲン原子（Ｘ）で置換したモノマーを用いて、ポリマーを重合することもできる。特定の波長領域において、Ｃ−Ｈ結合に起因する光伝送損失が生じるが、ＨをＤまたはＸで置換することにより、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。
【０００８】
前記モノマーからポリマーを重合する際に、重合開始剤および重合調整剤を添加することができる。重合開始剤としては、重合されるポリマーに応じて適宜選択することができるが、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサネート（ＰＢＯ）、ジ−ｔ−ブチルパーオキシド（ＰＢＤ）、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート（ＰＢＩ）、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）パラレート（ＰＨＶ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。重合調整剤は、主に重合体（ポリマー）の分子量の調整のために用いられ、ポリマーの重合度に応じて適宜選択することができるが、１−ブタンチオール、ドデシルメルカプタンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、２種類以上の重合調整剤を併用してもよい。
【０００９】
コア部が、中心から外側に向かって屈折率の分布を有している伝送体を用いると伝送帯域が向上するので好ましい。特に屈折率分布の変化が連続的であるＧＩ型であるとより好ましい。
この屈折率分布形状の状態を以下に示す、半径ｒのべき乗則により近似した値である屈折率分布係数ｇという指数で表すことができる。この値を最適化することで伝送帯域の向上をはかることが可能である。

ｎ１＝コア部の屈折率（屈折率分布型の場合、コア部中心の最大屈折率）
ｎ２＝クラッド部の屈折率
ａ　＝コア部半径
Δ　＝比屈折率差
ｒ　＝半径
この屈折率分布係数ｇの最適値は伝送に用いる波長帯によって異なるが、ｇは１．５〜４、特に２〜３．５の値を取ることが好ましい。
【００１０】
また、コア部の開口数を上げることで光が入射しやすくなる。開口数（ＮＡ）は以下の式で表すことができる。

この開口数の最適値は屈折率分布型の場合、０．２〜０．５の値を取ることが好ましい。
【００１１】
屈折率分布の形成は、例えば国際公開ＷＯ９３／０８４８８号公報に記載されているように、コアを形成するモノマーが（インナー）クラッド内壁面を溶解してゲル層を形成し、重合をコア外周から進めることによって、屈折率調整剤の濃度分布をコア中心方向に向かって高く形成せしめる方法がある。また、重合体としたときに屈折率の異なる２種類以上のモノマーを用い、コア外周部より半径方向に共重合組成を変化させて屈折率分布を形成する、いわゆる界面ゲル重合法によって得ることができる。
前者の屈折率分布付与方法で用いる屈折率調整剤は、これを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して、屈折率が高くなる性質を有するものをいう。この性質を有し、ポリマーと安定して共存可能で、且つ前述の原料であるモノマーの重合条件（加熱および加圧等の重合条件）下において安定であるものであればいずれの屈折率調整剤をも用いることができる。例えば、安息香酸ベンジル（ＢＥＮ）、硫化ジフェニル（ＤＰＳ）、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル（ＢＢＰ）、フタル酸ジフェニル（ＤＰＰ）、ビフェニル（ＤＰ）、ジフェニルメタン（ＤＰＭ）、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、ジフェニルスルホキシド（ＤＰＳＯ）などが挙げられ、中でも、ＢＥＮ、ＤＰＳ、ＴＰＰ、ＤＰＳＯが好ましい。
【００１２】
なお、屈折率分布を有するファイバを作成する場合、コアとインナークラッドとの界面状態を適正にするため、インナークラッドに対する親和性の高いモノマーをコア外周近傍に偏在させつつ重合を進めることが好ましく、後者の屈折率分布付与方法では特に好ましい。
【００１３】
コア部を以上のように屈折率分布を有するように製造する場合は、その構成要素として多数の素材を必要とするため、素材の組合せによっては、基本的な伝送性能と水分などの湿度への耐性が排他の関係になる場合がある。湿度への耐性とは、湿度がコア部に浸透し、浸透した水分子の分子運動に起因する吸収や、屈折率調整剤とコアのマトリックスポリマーと水との親和性の差による散乱が伝送光に影響を与えるため性能劣化への耐性であり、この様な場合において本発明は極めて有用である。
本発明の被覆材との併用で好ましく用いることのできるファイバ素線を構成する導光路の飽和吸水率は１．０％以上であり、好ましくは１．３％以上である。この吸水率はＡＳＴＭ　Ｄ−５１０の方法で測定される樹脂の飽和吸水率である。
【００１４】
（クラッド部）
クラッド部は、１層以上からなってもよく、複層からなってもよい。本発明では複層からなる場合のクラッド部最内面層をインナークラッド、クラッド部最外面層をアウタークラッドと称する。
インナークラッドは、コア部を伝送する光がそれらの界面で全反射するために、コア部の屈折率より低い屈折率を有し、非晶性であり、コア部との密着性が良く、タフネスに優れ、耐熱性に優れているものが好ましく用いられる。クラッド部の原料であるモノマーとしてはコア部と同種の素材が好ましく、同様にアクリル系樹脂が好適に用いることができる。具体的には、メチルメタクリレート、重水素化メチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル−２−フルオロアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのモノマーを２種以上用いて、共重合体からなるインナークラッド部を作製してもよい。
コア部およびインナークラッド部のポリマーは必ずしも同一である必要はないが、共通のモノマーを使用することが、コア部とインナークラッド部の界面の透明性を保持できる点で好ましい。
【００１５】
前記モノマーからクラッド部のポリマーを重合する際にも、コア部の形成に用いた前述した重合開始剤および重合調整剤（例えば、連鎖移動剤等）を添加することができる。
【００１６】
その他、クラッド部には、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を添加することができる。添加剤は、前記原料モノマーに添加し、その後モノマーを重合することによってクラッド部に含有させることができる。前記添加剤としては、耐候性や耐久性などを向上させる安定剤、光伝送性能を向上させる光信号増幅用の誘導放出機能化合物等が挙げられる。誘導放出機能化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することが可能となり、伝送距離が向上するので、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として使用することができる。なお、これらの添加剤は、コア部の形成時にモノマーに添加させて、コア部に含有させることもできる。
【００１７】
本発明においては、導光路内の光を外部に漏洩させないためにアウタークラッド部にコアおよびインナークラッドよりも屈折率の低い層を設けることが好ましい。光の漏洩は、特に、プラスチック光ファイバを湾曲させたときに顕著であり、伝送損失の悪化の原因となる。この現象（曲げ損失という）を防ぐという点でインナークラッドとアウタークラッド部の屈折率の差は大きいほど好ましく、曲げ損失の実用的な抑制には屈折率の差は０．０１以上あることが好ましい。
また、アウタークラッド層は導光路であるコアおよびインナークラッドを保護するという点で、柔軟性が高く、かつアウタークラッドとインナークラッドとの界面で散乱による損失を最小限に抑えるという点から、インナークラッドとの親和性に優れていることが必要となる。
【００１８】
かかる特性を満たす樹脂としてはフッ素原子を有するポリマーが好ましく、例えば、フルオロオレフィン系モノマー、アクリル酸もしくはメタクリル酸などのフッ化アルキルエステル系モノマー、パーフルオロ環状エーテル系モノマーなどの単独重合体または共重合体が挙げられる。より具体的には、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、メタクリル酸−２，２，３，３−トリフルオロエチル、パーフルオロ（ブテニルビニルエーテル）などが挙げられる。
【００１９】
本発明においては、このアウタークラッド部の形成方法に特に制限はなく、導光路となるプリフォームにアウタークラッドとなるポリマー溶液を塗設する方法、ポリマーを溶融して噴霧または塗設する方法、などが挙げられる。また、延伸して得られたコアおよびインナークラッドからなる素線に、塗布や被覆によってアウタークラッド層を設けてもよい。
【００２０】
（素線の作製）
以上の素材もちいて、クラッド部とコア部からなるプラスチック光ファイバ素線を作成する。
素線の製法に関しては特に制限はなく、既知の方法を適用することができる。例えば、コア部とクラッド部をそれぞれ形成する方法として、コア部作成後のクラッド部の積層付与による方法、クラッド部となる中空管を作成した後に内部にコア部を作成する方法、コア部とクラッド部の同時多層押出し方法等が挙げられる。
また、それらを素線に加工する方法として、直接紡糸する方法やプリフォームと呼ばれる予備加工品を延伸する方法などを好ましく用いることができる。
【００２１】
以上の製造方法のうち、屈折率分布型のプラスチック光ファイバ素線の製造方法としては、国際公開ＷＯ９３／０８４８８に記載されているように、クラッド部となる樹脂の中空管を作成し、その管内にコア部を形成する樹脂組成物を入れ、界面ゲル重合法によりモノマーを重合することによりコア部を形成する方法が好ましい。
樹脂組成物は前述のように、単一の屈折率を持つ樹脂組成物に屈折率調整剤を添加したものや、屈折率の異なる樹脂を混合したものを用いることが可能であり、これにより屈折率を分布させることができる。なお、本発明に用いられる素線の直径は０．２〜１．５ｍｍの範囲であることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。また、その素線におけるコア部の直径は、０．１〜１．０ｍｍが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。
【００２２】
（被覆材）
このようにして得られたプラスチック光ファイバは、そのままでも通信用途などに使用することができるが、耐湿性に乏しく高湿度の環境において伝送損失の著しい悪化が見られる。
これらは前述のように水分がコア部に浸透し、浸透した水分子の分子運動に起因する光の吸収が伝送光に影響を与えるためである。本発明においては、プラスチック光ファイバの素線を、下記式を満たすような被覆材で被覆することで耐湿度性能を向上させることができる。
Ｐ≦１
ここで、Ｐは４０℃、９０％ＲＨにおける被覆材の透湿度（ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ））である。本発明でいう透湿度Ｐとは、温度４０℃、相対湿度９０％で測定される１ｍ^２、２４時間あたりに透過する水の質量で表され、ＪＩＳ−Ｚ０２０８に準拠した方法にて測定される。
【００２３】
この透湿度は、同じ被覆材であっても被覆層の厚みによって変わり、厚い被覆ほど透湿度は小さくなる。図２に被覆材の透湿度と厚みの関係を示す。本発明においては、プラスチック光ファイバの用途やケーブルの形態に応じて上記式を満たす範囲内で適宜選択される。
透湿度が１ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ）より大きい被覆層の場合、十分な防湿効果を得ることができず、高湿環境下においてプラスチック光ファイバの伝送損失は大幅に悪化する。
好ましい透湿度の範囲は０．７ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ）以下であり、さらに好ましくは０．５ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ）以下である。
【００２４】
さらに被覆材は、被覆時のプラスチック光ファイバ素線の熱的ダメージによる伝送損失の低下を防ぐため、その流動開始温度Ｔｆが以下の式の範囲内であることが好ましい。
６０≦Ｔｆ≦（Ｔｇ＋７０℃）
ここで、Ｔｆは被覆材の流動開始温度（℃）、Ｔｇはプラスチック光ファイバ素線を形成するコアまたはインナークラッドのガラス転移温度のいずれか低いほうの温度（℃）である。
【００２５】
被覆樹脂の流動開始温度とは、樹脂を細穴の空いた加熱可能のシリンダ上の容器に入れ、樹脂にピストン上の加圧具で一定荷重を加えつつ容器を加熱し、流動するに従って変化するピストンの移動量を計測することで測定される。流動開始温度が上記式の範囲よりも高いと、前述の如くプラスチック光ファイバ素線が熱によって局部的、もしくは広域にわたってダメージを受け、導光路の構造が不整化して伝送損失が悪化する。
一方、流動開始温度が６０℃未満であると被覆樹脂が粘着性を示し耐熱性に乏しくなる。被覆樹脂の好ましい流動開始温度の下限は７０℃、より好ましくは８０℃である。
流動開始温度の上限は素線に加わる熱ダメージへの耐性によって変わるが、素線の（Ｔｇ＋６０℃）以下、より好ましくは（Ｔｇ＋４５℃）以下である。
【００２６】
本発明で使用する被覆用樹脂組成物は上記の条件を満たしていれば特に限定されないが、前述した被覆材である被覆用樹脂組成物を選択する際には、製造時および製造後に素線へダメージを与えないものが重要である。
溶融押出法で被覆を行う場合、樹脂溶融によって被覆材に加えられた熱が、被覆工程で、素線へ伝播して素線に悪影響を与えてしまうため、組成物を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度が一定の範囲内に収まることが好ましい。
なお、後述のルース型の構造に被覆する場合には、素線と被覆の間の空隙層によって熱の伝播が緩和されるため、密着型の場合に比較して流動開始温度をより高く設定することが可能である。
また、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂のような活性エネルギー線硬化型の樹脂を塗布して活性エネルギー線で硬化させる場合、クラッド部を溶解させたりしない樹脂を選択することが好ましい。
【００２７】
被覆材を形成する具体的な樹脂としては、たとえば溶融押出法の場合では、（低密度）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンなどのビニル系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、変性ポリフッ化ビニリデン共重合体、変性ポリカーボネート、変性ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、ナイロン（ナイロン−６、ナイロン−６６、ナイロン−１１など）、エチレンアクリル酸エチル共重合体、ポリエステル化合物などの熱可塑性樹脂を挙げることができ、その中でも好ましくはポリエチレン、ポリプロピレンである。
これらの樹脂はポリマーの分子量や分子量分布、各成分の組合わせ、枝分かれ度、架橋度、末端の修飾や置換基の導入、可塑剤などの添加剤の種類や量などにより、流動開始温度制御の他に種々の設計が可能である。
【００２８】
さらに、必要に応じて前記被覆層（１次被覆層）の外周にさらに被覆層（２次被覆層）を設けても良い。２次被覆層に難燃剤や紫外線吸収剤、酸化防止剤、ラジカル捕獲剤、昇光剤、滑剤などを導入してもよく、耐透湿性能を満足する限りにおいては、１次被覆層にも導入は可能である。
なお、難燃剤については臭素を始めとするハロゲン含有の樹脂や添加剤や燐含有のものがあるが、毒性ガス低減などの安全性の観点で難燃剤として金属水酸化物を加える主流となりつつある。金属水酸化物はその内部に結晶水として水分を有しており、またその製法過程での付着水が完全に除去できないため、金属水酸化物による難燃性被覆は本発明の対透湿性被覆（１次被覆層）の外層被覆（２次被覆層）として設けることが望ましい。
【００２９】
（被覆の構造）
ケーブル製造の際にその被覆の形態として、被覆材とプラスチック光ファイバ素線の界面が全周にわたって接して被覆されている密着型の被覆と、被覆材とプラスチック光ファイバ素線の界面に空隙を有するルース型被覆がある。ルース型被覆では、たとえばコネクターとの接続部などにおいて被覆層を剥離した場合、その端面の空隙から水分が浸入して長手方向に拡散されるおそれがあるため、通常は密着型が好ましい。
しかし、ルース型の被覆の場合、被覆と素線が密着していないので、ケーブルにかかる応力や熱とはじめとするダメージの多くを被覆材層で緩和させることができ、素線にかかるダメージを軽減させることができるため、使用目的によっては好ましく用いることができる。水分の伝播については、空隙部に流動性を有するゲル状の半固体や粉粒体を充填することで、端面からの水分伝播を防止でき、かつ、これらの半固体や粉粒体に耐熱や機械的機能の向上などの水分伝播防止と異なる機能をあわせ持つようにすることでより高い性能の被覆を形成できる。
【００３０】
ルース型の被覆を製造するには、クロスヘッドダイの押出し口ニップルの位置を調整し減圧装置を加減することで空隙層を作ることができる。空隙層の厚みは前述のニップル厚みと空隙層を加圧／減圧することで調整が可能である。
【００３１】
図３及び図４は、本発明の光ファイバケーブルの実施態様を示す断面図である。図３又は図４において、Ａは密着型の１次被覆３を有する光ファイバケーブルであり、ａはルース型の１次被覆３を有する光ファイバケーブルである。Ｂ及びｂに示すように、被覆は１次被覆３、２次被覆６等、複数層を設けることも可能である。また、空隙２が素線１と１次被覆３の間ではなく、素線１と１次被覆３が密着し一体となっており、１次被覆３の外側に空隙２のある形態も好ましく使用される。
【００３２】
また、複数の機能を付与させるために、様々な機能を有する被覆を積層させてもよい。例えば、本発明のような難燃化以外に、素線の吸湿を抑制するためのバリア層や水分を除去するための吸湿材料、例えば吸湿テープや吸湿ジェルを被覆層内や被覆層間に有することができ、また可撓時の応力緩和のための柔軟性素材層や発泡層等の緩衝材７、剛性を挙げるための強化層など、用途に応じて選択して設けることができる。樹脂以外にも構造材として、高い弾性率を有する繊維（以下、抗張力繊維４と称す）および／または剛性の高い金属線等の線材５を熱可塑性樹脂に含有すると、得られるケーブルの力学的強度を補強することができることから好ましい。
抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維が挙げられる。また、金属線としてはステンレス線、亜鉛合金線、銅線などが挙げられる。いずれのものも前述したものに限定されるものではない。その他に保護のための金属管の外装、架空用の支持線や、配線時の作業性を向上させるための機構を組み込むことができる。
【００３３】
また、ケーブルの形状は使用形態によって、図３Ｈ及び図４ｏに示す素線を同心円上にまとめた集合ケーブルや、図３Ｃ〜Ｇ及び図４ｄ〜ｎに示す一列に並べたテープ心線と言われる態様、さらにそれらを押え巻８やラップシース９などでまとめた集合ケーブルなど用途に応じて選ぶことができる。
【００３４】
（プラスチック光ファイバの製造方法）
本発明の光ファイバの製造に用いられる被覆ラインは、従来から知られている電気ケーブル等と同様な被覆ラインを使用することができる。
なお、被覆方法としては溶融押出し方法、活性エネルギー線硬化型樹脂を用いて、塗布・硬化させて被覆層を得る方法等を用いることができる。本発明においては、溶融押出し方法を用いることが好ましい。
本発明の製造方法は、前述した以下の条件を満たす流動開始温度（Ｔｆ）を有する被覆材で導光路を被覆する工程を含む。
６０≦Ｔｆ≦（Ｔｇ＋７０℃）
ここで、Ｔｆは被覆材の流動開始温度（℃）、Ｔｇは導光路を形成するコアまたはインナークラッドのガラス転移温度のいずれか低いほうの温度（℃）である。
【００３５】
（プラスチック光ファイバの製造装置）
本発明において好ましく用いられる光ファイバの製造装置の一実施態様を図５に示す。素線１１は、送出機１２より送り出され、冷却装置１３により５〜３５℃の温度まで冷却することが、被覆する際に素線１１へのダメージを抑制するために好ましいが、この冷却装置１３は省略することも可能である。その後に、被覆装置（被覆ダイス）１４により素線１１に被覆材を被覆してケーブル１５が得られる。ケーブル１５は、冷却槽１６で冷水により冷却された後に、水分除去装置１７によりその表面の水分が除去される。なお、ケーブル１５の冷却は、水槽に限定されず、他の装置を用いてもよい。そして、ローラ１８により搬送されて巻取機１９に巻き取られる。
また、本発明において用いられる製造装置は、被覆用ダイスに至る走行路を調湿する調湿ユニット（図示せず）、及び帯電した光ファイバから電荷を除去する帯電除去ユニット（図示せず）を有していても良い。以下、製造装置について詳細に説明する。
【００３６】
（被覆用ダイス）
被覆用ダイス１４は原理的には銅線などのいわゆる電線被覆に用いるダイスと同じタイプが使用できる。ダイスの入口側には素線とわずかに離れているかあるいは軽く接するシール膜が内属された減圧機構がありポンプ等で引いた際にダイス内部の圧力を効率的に下げることができる。これによりダイスから出た被覆樹脂を引き落としながら素線に密着させることができる。
被覆時の溶融樹脂の温度はプラスチック光ファイバ素線の伝送損失の悪化を防ぐ観点から低いことが好ましい。しかしながら被覆温度が低すぎると樹脂の溶融不良が生じ、被覆の際に樹脂切れを起こしやすいため安定的に被覆を行うことができない。また、得られた被覆は引張り強度や曲げ強度が均一ではなく、かつ充分溶融して得られた被覆線に比べて低いものとなる。好ましい樹脂の被覆温度は（Ｔｆ＋３）〜（Ｔｆ＋３０）℃であり、さらに好ましくは（Ｔｆ＋５）〜（Ｔｆ＋２０）℃である。この被覆温度とはダイスから溶融押出しされた直後の被覆樹脂の温度をいい、具体的にはダイス口のごく近傍に熱電対温度計などを当てて測定することができる。
【００３７】
素線に塵埃が付着しているとこのシール部分を通過する際に圧力変動を発生させたりシール部分に引っかかって大きく成長し、それが一気に抜けることにより目視でも容易に確認できるような塵埃の固りとなって被覆外形に凸部を作ったり素線を押しつけたりすることになり、光ファイバの性能を損うこととなる。また、塵埃がシール部分で圧縮されて大きな固りになると走行する光ファイバの抵抗となり、最悪の場合光ファイバを切ってしまうことがある。
【００３８】
冷却槽１６と被覆用ダイス１４は接触させると熱が相互に移動しダイスの温度低下トラブルなどが発生するため注意が必要である。防塵の観点からはオーバラップするカバーを取付けるのが効果的である。
【００３９】
（冷却槽）
冷却槽１６は通常チラーによって１０℃以下に冷却された清浄な冷却水を循環しその水中を被覆された光ファイバを走らせる。被覆速度が速くなると相対的に被覆の冷却がおそくなるため被覆が充分早く固化し、内部の素線も充分早く冷却されるように冷却水温を調整する必要がある。
【００４０】
（線径測定器他）
冷却された光ファイバは水分除去装置１７で表面に付着した水分を充分切ったのち線径測定器（図示せず）でＸ，Ｙ２方向断面の線径が測定される。これとその後に設置された非接触式コブ検出器（図示せず）との組合せで光ファイバの線径異状（被覆異状）を検知することができる。
これらのデータは工程管理用コンピュータ（図示せず）に取り込み、光ファイバ走行長カウンタ（図示せず）との組み合わせで光ファイバのどの位置に異状があったか特定させオンラインでマーキングをすることもできる。
【００４１】
被覆ラインの基本となる要素について説明したが、被覆装置はこれに限定されるものではない生産設備においては素線の供給を安定させるためにリールシャフトにサーボモータを取付けて一定テンションを保つようにしたり、生産の効率化の為ダンサーローラやアキュムレータを備えてリールの変換が行えるようにすることもできる。
【００４２】
本発明の光ファイバケーブルを用いて光信号を伝送するシステムには、種々の発光素子、受光素子、他の光ファイバ、光バス、光スターカプラ、光信号処理装置、接続用光コネクター等で構成される。それらに関する技術としてはいかなる公知の技術も適用でき、例えば、プラスティックオプティカルファイバの基礎と実際（エヌ・ティー・エス社発行）等の他、特開平１０−１２３３５０、特開２００２−９０５７１、特開２００１−２９００５５等の光バス、特開２００１−７４９７１、特開２０００−３２９９６、特開２００１−７４９６６、特開２００１−７４９６８、特開２００１−３１８２６３、特開２００１−３１１８４０等の光分岐結合装置、特開２０００−２４１６５５等の光スターカプラ、特開２００２−６２４５７、特開２００２−１０１０４４、特開２００１−３０５３９５等の光信号伝達装置や光データバスシステム、特開２００２−２３０１１等の光信号処理装置、特開２００１−８６５３７等の光信号クロスコネクトシステム、特開２００２−２６８１５等の光伝送システム、特開２００１−３３９５５４、特開２００１−３３９５５５等のマルチファンクションシステムなどを参考にすることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。また、本発明における特性値は、以下の方法によって測定した。
【００４４】
（透湿度）
被覆層に用いる樹脂を、Ｔ−ダイを取り付けた押し出し機を用い、被覆時と同じ温度でシート状に溶融押し出しし、１０℃の水で冷却されたステンレス製回転ドラム上で冷却してシート状サンプルとした。押し出し量と回転ドラムの回転数を調整し、種々の厚みのシートを得た。これらのシートを水蒸気透過度計（ＬＹＳＳＹ　ＡＧ　ＺＯＬＬＩＫＯＮ社製Ｌ８０−５０００型）を用いて４０℃、相対湿度９０％の条件にて透湿度を測定した。
【００４５】
（耐湿性）
白色光源（安藤電気製ＡＱ−４３０３Ｂ）を長さ３ｍのプラスチック光ファイバの一端に接続し、もう一端にスペクトラムアナライザ（安藤電気製ＡＱ−６３１５Ａ）を接続した。プラスチック光ファイバを真空乾燥機に入れて槽内を減圧せしめ、８５０ｎｍの出力値をモニターしながら出力が一定になるまでプラスチック光ファイバを減圧乾燥した。次いでプラスチック光ファイバを２０℃、相対湿度９５％の恒温恒湿槽に移し、２４時間後の８５０ｎｍ位置の出力値の変化量を求めた。
【００４６】
（飽和吸水率）
ＡＳＴＭ　Ｄ−５１０の方法にて測定した。
【００４７】
（流動開始温度）
島津製作所（株）製フローテスタＣＦＴ−５００Ｄ型を用いシリンダ圧力４．９ＭＰａ、ダイ穴径０．５ｍｍダイ長さ１．０ｍｍ室温から５℃／分の昇温速度で測定した。
【００４８】
（プラスチック光ファイバ素線の作製）
モレキュラーシーブスおよび蒸留によって重合禁止剤を除去し、並びに水分を１００ｐｐｍ以下に除去したメチルメタクリレート（ＭＭＡ：飽和吸水率は水１．１５ｇ／ＭＭＡ１００ｇ（２０℃））３５０ｇ、重合開始剤として脱水精製した過酸化ベンゾイルをＭＭＡに対して０．５質量％、さらに連鎖移動剤としてドデシルメルカプタンをＭＭＡに対して０．６２質量％を計量し、目開き０．２μｍの四フッ化エチレンのメンブレンフィルターで濾過しながら、内径２５ｍｍ、長さ１０００ｍｍの内壁をポリテトラフルオロエチレンライニング処理した円筒状試験管に注入した。この試験管をシリコン栓で密封し、７０℃の水槽中で振とうしながら２時間反応させた。次いで、７０℃の熱風恒温槽内で円筒状試験管を水平状態に保持しつつ、長手方向を中心軸に３０００ｒｐｍで回転させ、反応液を遠心力で試験管内壁に保持した状態で３時間反応せしめた。さらに槽内温度を９０℃に上げ、２４時間静置してＰＭＭＡインナークラッド（屈折率：１．４９２）を得た。
【００４９】
試験管から円筒状のＰＭＭＡインナークラッドを取り出し、９０℃の恒温槽にて予熱せしめた。
一方、先ほどと同様の方法で精製したＭＭＡ１５０ｇ、重合開始剤として過酸化−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルをＭＭＡに対して０．０１３質量％、連鎖移動剤としてドデシルメルカプタンをＭＭＡに対して０．０１６質量％、さらに屈折率調整剤として硫化ジフェニルをＭＭＡに対して１２．５４質量％計量して混合後、目開き０．２μｍの四フッ化エチレンのメンブレンフィルターで濾過しながら、予め９０℃に予熱しておいたインナークラッド内に注入した。
このインナークラッドを内径２７ｍｍのステンレス管に挿入し、加圧重合容器に垂直に静置させ密閉した。加圧重合容器内の空気を窒素で十分置換して窒素雰囲気とした後、０．０５ＭＰａまで窒素で加圧した。この加圧重合容器を１００℃に昇温し、この状態のまま４８時間反応せしめ、次いで１２０℃に昇温して２４時間反応を行ってプリフォームを完成した。その後、加圧重合容器から得られたプリフォームを取り出した。
【００５０】
このプリフォームを、フッ素樹脂（変性ポリフッ化ビニリデン（アトフィナ社製ＫＹＮＡＲ９３０１））の２５％アセトン溶液中に浸漬し、ゆっくり引き上げつつ乾燥させる操作を５回行い、プリフォーム表層に厚み３５μｍのフッ素樹脂層を塗設せしめ、アウタークラッド層（屈折率：１．４２）を形成せしめた。
【００５１】
次いで、フッ素樹脂層を塗設したプリフォームを２４０℃の熱延伸により線引きし、直径７５０μｍのアクリル樹脂光ファイバ素線を得た。このファイバ素線の屈折率分布係数は３、開口率は０．４であった。
【００５２】
（実施例１）
アクリル樹脂光ファイバ素線を、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）（日本ポリオレフィン社製Ｊ−ＲＥＸ０７Ａ；流動開始温度１０６℃）を用い、図５に示すクロスヘッドダイを備えた被覆装置にて１２０℃で被覆して、被覆層が芯線に密着した外径１．８ｍｍ（被覆厚み０．５２５ｍｍ）のアクリル樹脂光ファイバを得た。このプラスチック光ファイバの伝送損失は１７１ｄＢ／ｋｍであり、温度２０℃、相対湿度９５％の雰囲気で２４時間静置させた後の伝送損失は１７９ｄＢ／ｋｍであり、よってその上昇量は８ｄＢ／ｋｍであった。
【００５３】
（実施例２）
変性ポリフッ化ビニリデン（変性ＰＶＤＦ）（アトフィナ社製ＫＹＮＡＲ９３０１；流動開始温度８０℃）を、予め１２０℃でストランド状に溶融押し出しし、これを１０℃の水槽で冷却してチップ化した。こうして得られたペレットを用いて実施例１と同じ方法で１１０℃で被覆を行い、外径４．０ｍｍ（被覆厚み１．６２５ｍｍ）のプラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの特性を表１に記した。
【００５４】
（実施例３）
（１次被覆プラスチック光ファイバケーブルの作成）
アクリル樹脂光ファイバ素線に対して、１次被覆として高圧法により重合した、メルトフローレート（ＪＩＳ　Ｋ　６９２２−２）が８０ｇ／１０ｍｉｎであり、密度が０．９１６ｇ／ｃｍ^３の低密度ポリエチレン（以下、ＰＥと称する）を、クロスダイヘッド付の被覆押し出し機（ダイス直径３．７ｍｍ、ニップル直径２．７ｍｍ）を用いた被覆ライン（図５参照）により、素線の搬送速度を５０ｍ／ｍｉｎとして被覆を行い、厚みが０．５ｍｍの１次被覆層を有する密着型の被覆ケーブルを得た。
【００５５】
（難燃性被覆用組成物の調整）
スクリューパターンを、長さ１Ｄの逆送りニーディングディスク（ＲＤ）、ニュートラルニーディングディスク（ＮＤ）、正送りニーディングディスク（ＦＤ）の３種が押出し方向にＦＤ／ＦＤ／ＮＤ／ＮＤ／ＲＤとなるように５個組合せたセットをスクリューユニット間に４セット配置した、ベルストルフ社製２軸押出機（スクリュー径４０ｍｍ、スクリューＬ／Ｄ＝４０）に、流動開始温度が１０３℃、メルトフローレート（ＪＩＳ　Ｋ　６９２２−２）が８０ｇ／１０ｍｉｎ、密度が０．９１６ｇ／ｃｍ^３のＰＥと、平均粒径２μｍ、９９％粒径５μｍの水酸化マグネシウムが組成異物中の含有量が５０質量％となるようにし、別々の定量フィーダにて押出機へ８ｋｇ／ｈｒの量を供給した。
スクリュー回転数１００ｒｐｍ、ベント圧力０．８５気圧、押出機出口温度７０℃でφ５ｍｍ×１０穴のノズルから押出した樹脂ストランドを冷却切断して、径が２ｍｍ、長さが２〜３ｍｍの樹脂ペレットを得た。
【００５６】
（難燃性樹脂組成物の被覆）
この樹脂組成物を、被覆ラインのクロスダイヘッドを変えた被覆押し出し機（ダイス直径６．７ｍｍ、ニップル直径４．５ｍｍ）を用いた被覆ラインにより、１次被覆ケーブルの搬送速度を２０ｍ／ｍｉｎとして被覆を行い、厚みが１．０ｍｍの難燃性の２次被覆層を有する被覆ケーブルを得た。
こうして得られた光ファイバケーブルの特性を表１に記した。
【００５７】
また、燃焼性はケーブルを１５０ｍｍ切り取り、鉛直に吊下げて、ブタンガスライターの炎の高さを１５ｃｍに調節し、そのうち上から５ｃｍの部分の炎が吊下げたケーブルに触れるようにし、炎をケーブルに１０秒間当てケーブルがどの程度燃えるかを確認したところ、接炎直後にゆっくりと燃え始め、炎を離して９０秒後に４０ｍｍだけ延焼して止まった。
【００５８】
（比較例１）
アクリル樹脂系光ファイバ素線を被覆せずに温度２０℃、相対湿度９５％の雰囲気で２４時間静置させた。特性を表１に記した。
【００５９】
（比較例２）
軟質ポリ塩化ビニル（昭和化成工業社製ＫＶＣ２２０３）４５重量部とトリメリット酸５５重量部とを、１７０℃の同方向回転式２軸押し出し機で混練し、ストランド状に溶融押し出しして１０℃の水槽で冷却した後ペレット化し、流動開始温度１１８℃のポリ塩化ビニルペレットを作製した。このペレット（ＰＶＣ）を用い、実施例１と同じ方法で、１３０℃で被覆を行って外径１．８ｍｍ（被覆厚み０．５２５ｍｍ）のアクリル樹脂光ファイバを得た。得られたアクリル樹脂光ファイバの特性を表１に記した。
【００６０】
【表１】

【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、耐環境性に優れたプラスチック光ファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック光ファイバの一例を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施例で使用した被覆樹脂の透過度と厚みの関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施態様としての密着型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施態様としてのルース型の被覆を有するプラスチック光ファイバケーブルの断面を示す模式図である。
【図５】本発明において用いられるプラスチック光ファイバケーブルの製造装置の一実施態様を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　　　　素線
２　　　　　空隙
３　　　　　１次被覆
４　　　　　抗張力繊維
５　　　　　線材（テンションメンバ）
６　　　　　２次被覆
７　　　　　緩衝材
８　　　　　押え巻
９　　　　　ラップシース
１０　　　　３次被覆
１１　　　　素線
１２　　　　送出機
１３　　　　冷却装置
１４　　　　被覆装置
１５　　　　ケーブル
１６　　　　水槽
１７　　　　水分除去装置
１８　　　　ローラ
１９　　　　巻取機
２１　　　　コア
２２　　　　インナークラッド
２３　　　　アウタークラッド
２４　　　　被覆層

Claims (3)

1. 導光路がプラスチックからなる光ファイバであって、該導光路の外周に、下記式を満たすような被覆材からなる被覆層を有することを特徴とするプラスチック光ファイバ。
   Ｐ≦１
   ここで、Ｐは４０℃、９０％ＲＨにおける被覆材の透湿度（ｇ／（ｍ^２・２４ｈｒ））である。
2. 被覆層の外周に、さらに金属水酸化物を含む被覆層を有する請求項１に記載のプラスチック光ファイバ。
3. 以下の条件を満たす流動開始温度（Ｔｆ）を有する被覆材で導光路を被覆する工程を含むことを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。
   ６０≦Ｔｆ≦（Ｔｇ＋７０℃）
   ここで、Ｔｆは被覆材の流動開始温度（℃）、Ｔｇは導光路を形成するコアまたはインナークラッドのガラス転移温度のいずれか低いほうの温度（℃）である。

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