JP2004126429A - プラスチック光ファイバ及びプラスチック光ファイバケーブル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コアと、コアの外周に形成された少なくとも1層のクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、コア材として、ポリメタクリル酸メチル、又は1種類以上のビニル系単量体とメタクリル酸メチルとの共重合体を用い、少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する材料として、テトラフルオロエチレン単位30〜75質量%とヘキサフルオロプロピレン単位25.01〜70質量%とを含んでなり、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.300〜1.350の範囲にある共重合体を用いる。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内ホームネットワーク、および自動車や航空機、鉄道などのような移動媒体中での光情報通信などに用いられるプラスチック光ファイバ及びプラスチック光ファイバケーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリメタクリル酸メチル(PMMA)をコア材とするプラスチック光ファイバ(以下適宜「POF」と略する)は、安価で、軽量、大口径であり、端面加工や取り扱いが容易である等の長所があり、ライティングやセンサー等の分野や、FA、OA、LAN等の短・中距離通信用途の配線などの分野で実用化されている。
【0003】
POFの大きな用途である屋内配線や自動車内配線等の短・中距離通信分野では、POFは高温多湿な環境下に屈曲した状態で敷設されることが多く、耐湿熱性や耐曲げ損失特性などが要求される。
【0004】
特に、自動車内通信媒体として用いられる場合には、POFが半径10mm、さらには半径5mmで屈曲されても、光ロス(曲げ光量損失)の少ないこと、さらには、POFが温度85℃、湿度95%の雰囲気下に長時間放置されても、伝送損失の増加が小さいことが要求されている。
【0005】
POFの曲げ光量損失を低減するには、POFのクラッド材の屈折率を小さくして、開口数を大きく(高NA化)する必要がある。最近では、クラッドに低屈折率であるフッ化ビニリデン(ビニリデンフルオライド:VdF)とテトラフルオロエチレン(TFE)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)からなる3元共重合体あるいはTFEとHFPからなる2元共重合体(以下これらの2元或いは3元共重合体を適宜「THV共重合体」と略する)を用い、曲げ特性を向上させる技術が提案されている。
【0006】
例えば、特許文献1(特開平11−101915号公報)には、第1クラッドが第2クラッドより屈折率の高い樹脂からなり、第2クラッドがVdF成分30〜92モル%、TFE成分0〜55モル%、HFP成分8〜25モル%の範囲にあるTHV共重合体からなるPOFが開示されている。また、第1クラッドに最適なものとして(メタ)アクリル酸長鎖フルオロアルキルエステル/(メタ)アクリル酸短鎖フルオロアルキルエステル/(メタ)アクリル酸メチル共重合体が例示されている。
【0007】
一方、特許文献2(特開2002−156533号公報)には、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−ト及びメチルメタクリレートを含有する共重合体、第2クラッドがHFP成分10〜25重量%、TFE成分35〜70重量%、VdF成分15〜45重量%を含有するTHV共重合体からなるPOFが開示されている。
【0008】
また、特許文献3(特開2001−174646号公報)には、クラッドがVdF成分20〜35モル%、TFE成分55〜70モル%、HFP成分10〜16モル%(これは、VdF成分13〜24質量%、TFE成分60〜72質量%、HFP成分15〜23質量%に相当する。)の範囲にあるTHV共重合体からなるPOFが開示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−101915号公報
【特許文献2】
特開2002−156533号公報
【特許文献3】
特開2001−174646号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示される組成範囲にある、第2クラッドを構成する3元共重合体(THV共重合体)の屈折率は1.34程度と比較的低いものである。通常、この程度の屈折率をもつ透明な樹脂を、クラッドの最外層に設けたPOFでは、半径10mmで屈曲された時に第1クラッドを透過した光の一部を反射する効果、すなわち曲げによる曲げ光量損失の低減効果は十分である。
【0011】
しかし、上記公報記載のTHV共重合体は、屈折率が1.35程度又はそれ以下になるようにした場合、TFE単位を高濃度で含有するために、結晶性が高く、常温で白濁している。このため、このような透明性の低いTHV共重合体をクラッドの最外層に設けたPOFでは、曲げ半径10mm以下で屈曲された場合、最外層に位置するクラッド層が低屈折率であるにもかかわらず、曲げ光量損失の低減効果が不十分になる傾向が見られる。
【0012】
また、上記のPOFが80℃以上の湿熱雰囲気下に長期間保持された場合、クラッド材の結晶化により、透明性がさらに低下する傾向があり、POFの伝送損失が著しく低下する傾向があった。
【0013】
さらに、上記のTHV共重合体は、屈折率が1.35程度又はそれ以下になる組成にした場合、結晶性が高くなるため、融点が190℃以上になる上、THV共重合体の分子量を調整しても溶融粘度を十分に調整できない。そのため、POFを紡糸する際、ノズル周辺部の温度を250℃以上の高温とする必要があり、コア材のメチルメタクリレート(MMA)単位を主構成単位とする(共)重合体の熱分解が原因となって、初期伝送損失や、特に長期の高温高湿下における伝送損失が増加する傾向があった。
【0014】
また、コアの外周部にこのような透明性の低いTHV共重合体を直接被覆して、コア−クラッドの2層構造のPOFを得た場合には、伝送損失が大きくなる傾向があった。
【0015】
本発明の目的は、コア材にMMA単位を主構成単位とする樹脂を用い、最外層に位置するクラッド層のクラッド材として、透明性に優れ、低屈折率(屈折率1.35以下)であり、POFの紡糸温度付近での溶融成形が可能な樹脂を用いることによって、光学特性や、耐曲げ光量損失、耐湿熱性に優れたプラスチック光ファイバ及び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。
【0016】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、コアと、該コアの外周に形成された少なくとも1層のクラッドを有するプラスチック光ファイバであって、
前記コアは、ポリメタクリル酸メチル、又は1種類以上のビニル系単量体とメタクリル酸メチルとの共重合体からなり、
前記クラッドのうち最外層に位置するクラッド層は、テトラフルオロエチレン単位30〜74.99質量%とヘキサフルオロプロピレン単位25.01〜70質量%とを含んでなり、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.3〜1.35の範囲にある共重合体からなるプラスチック光ファイバに関する。
【0017】
また本発明は、前記最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体が、さらにフッ化ビニリデン単位20質量%以下を含んでいる、上記のプラスチック光ファイバに関する。
【0018】
また本発明は、前記クラッドは、前記コアの外周に第1クラッド、第2クラッドの順で同心円状に積層された2層構造を有し、
ナトリウムD線による25℃での、コアの屈折率n1、第1クラッドの屈折率n2、第2クラッドの屈折率n3が、下記の関係式(1)
n1>n2>n3 (1)
を満足する、上記のプラスチック光ファイバに関する。
【0019】
また本発明は、前記第1クラッドが、下記一般式(I)
CH2=CX−COO(CH2)m(CF2)nY (I)
(式中、Xは水素原子またはメチル基、Yは水素原子またはフッ素原子を示し、mは1又は2、nは1〜12の整数を示す。)
で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの単位(A)15〜90質量%と、他の共重合可能な単量体の単位(B)10〜85質量%との共重合体からなる共重合体であって、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.39〜1.475の範囲にある上記のプラスチック光ファイバに関する。
【0020】
また本発明は、上記の何れかのプラスチック光ファイバの外周に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を有するプラスチック光ファイバケーブルに関する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0022】
本発明のPOFは、コアとその外周に形成されたクラッドを有する。コアとクラッドからなるPOFの外周に少なくとも1層の被覆層を設けることでPOFケーブルを形成することができる。POFと被覆層との間には密着層を設けていてもよい。
【0023】
コアを構成する材料(コア材)としては、POFとして特に透光性に優れることから、ポリメタクリル酸メチル、又は1種類以上のビニル系単量体とメタクリル酸メチルとの共重合体が用いられる。このような共重合体としては、透明性を十分に確保する点から、メタクリル酸メチル単位の含有量は50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。
【0024】
本発明のPOFにおけるクラッドは、1層で形成されていても、2層以上の複数層から形成されても良いが、少なくとも最外層に位置するクラッド層は、後述の特定のクラッド材からなることが必要である。
【0025】
クラッドが複数層からなる場合、製造コストを低減する観点から、第1クラッドの外周に、第2クラッドを同心円上に設けた2層クラッド構造を有することが好ましい。
【0026】
クラッドがこのような2層構造を有する場合、コアの屈折率n1、第1クラッドの屈折率n2、第2クラッドの屈折率n3が、下記の関係式(1)
n1>n2>n3 (1)
を満たすことが好ましい。なお、本発明において、屈折率は、ナトリウムD線による25℃における屈折率をいう。
【0027】
上記の関係式(1)を満たすことにより、POFが屈曲されて第1クラッドから光が漏れても、その漏れた光を第2クラッドで反射させることができ、POFを曲げたときの伝送損失を低減することができる。
【0028】
また、本発明のPOFは下記の関係式(2)
(n1 2−n3 2)1/2 (2)
で示される開口数が0.63以上であることが、POFを屈曲させた時の曲げ損失光量を充分に低減することができる点で好ましい。
【0029】
本発明のPOF、特にPMMAをコアとするPOFにおいて、開口数を0.63以上とするためには、第2クラッドの屈折率n2は、1.35以下が好ましく、1.34以下がより好ましく、1.33以下がさらに好ましい。
【0030】
このようにクラッドが2層構造を有するPOFにおいては、第2クラッドの樹脂が低屈折率であるためPOFが高開口数(高NA化)になり、伝送帯域が低下するおそれがある場合でも、上記関係式(1)を満たすように、第1クラッドに高屈折率のアクリル系樹脂を用いて低NA化することで、伝送帯域を十分に広げることができるとともに、曲げ光量損失の少ないPOFを得ることが可能となる。また、第1クラッドを耐熱性あるいは耐湿熱性の良好なアクリル系樹脂で構成することで、POFの耐熱性あるいは耐湿熱性をより一層向上させることができる。
【0031】
本発明においては、少なくとも最外層に位置するクラッド層に用いられる材料としては、TFE単位とHFP単位を含む共重合体が用いられ、その共重合比は、TFE単位30〜74.99質量%、HFP単位25.01〜70質量%である。このような共重合体は、屈折率が十分に低く、良好な透明性を有し、なおかつ屈曲性および加工性に優れる。さらに、透明性および成形安定性等の点から、TFE単位は35〜73質量%、HFP単位は27〜65質量%であることがより好ましく、TFE単位は35〜68質量%、HFP単位は32〜65質量%であることがさらに好ましい。さらに、このような共重合体には、VdF単位を20質量%以下の範囲で含有させることもできる。VdF単位を含有させることによって、POFケーブルとしてポリアミド系樹脂を被覆材として用いた場合に、POFと被覆材との密着性を向上させることができる。この場合には、VdF単位を5質量%以上含有させることが好ましい。また、透明性および成形安定性等の点から、VdF単位を含む場合はその含有量が15質量%以下であることがより好ましい。
【0032】
また、少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する上記共重合体は、その屈折率が1.3〜1.35の範囲にあることが必要であり、1.303〜1.34の範囲にあることがより好ましい。この屈折率を1.35以下の範囲とすることにより十分に曲げ光量損失を低減することができる。一方、この屈折率を1.3以上の範囲とすることによって、HFP単位の含有率を低くしエラストマー性が高くなるのを抑えることができ、溶融紡糸によるPOFの製造を容易に行うことができる。
【0033】
少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する上記共重合体は、所望の特性が得られる範囲内で他の単量体を共重合成分として含有していてもよく、他の単量体単位の含有率は、この共重合体の全構成単位を100質量%としたとき、10質量%以下が好ましく、5重量%以下がより好ましい。他の単量体としては、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、ペンタフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、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等を挙げることができる。
【0034】
上記のような少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体として、そのHFP単位の含有量が25.01質量%以上であるようなものを使用することが本発明の1つの特徴点である。
【0035】
従来、POFのクラッドに用いられるTHV共重合体は、HFPが公知の重合法では反応性に劣り、HFP単位を共重合体中に多量に導入することが困難であることから、そのHFP単位の含有量が25質量%以下のものに限られていた。HFP単位の含有量が25質量%以下であるTHV共重合体の屈折率を1.35程度あるいはそれ以下にするには、TFE単位を60質量%以上含有させる必要がある。しかし、このような組成のTHV共重合体は、HFP単位の含有率が比較的低い上に、結晶性の高いTFE単位を多量に含有するため、結晶性が高く、常温で白濁する傾向がある。しかも、本発明者らの検討によれば、このような共重合体をクラッドに用いたPOFは、曲げ半径10mm以下で屈曲されたときの曲げ光量損失が十分に低減されない傾向が見られた。すなわち、クラッドの屈折率が十分に低くても、その透明性が低いと、POFの曲げ光量損失を十分に低減することは困難であると考えられる。また、コアの外周にこのような透明性の低いTHV共重合体を直接被覆して、コア−クラッドの2層構造のPOFを得た場合には、伝送損失が低下する傾向があった。
【0036】
本発明者らは、圧力40〜700MPa程度、温度200〜400℃程度の高圧高温下で行われるフリーラジカル重合法によれば、共重合体中にHFP単位を多量に導入することが容易になることを見出し、POFのクラッド材として、共重合体中のHFP単位を25.01質量%以上にすることにより、低屈折率で、透明性に優れ、しかもPOFの紡糸温度付近での溶融粘度を適宜調整することが可能な共重合体が得られることを見出した。
【0037】
前述のとおり、HFP単位の含有量が25質量%以下の従来のTHV共重合体は、その屈折率が1.35以下になる組成では、結晶性が高くなるため透明性が低く、また融点が190℃以上になるためPOFの紡糸温度付近(210〜240℃)での流動性が低くなる。しかし、本発明におけるTFE単位30〜74.9質量%とHFP単位25.01〜70質量%とVdF単位0〜20質量%を含む共重合体は、屈折率が1.3〜1.35という低屈折率の範囲にありながら、非晶質ポリマーであるため常温でも透明性が高く、しかも、重合時に分子量を調整することによって、POFの紡糸温度付近での流動性を適宜調整できる。また、この共重合体は、HFP成分を多く含有するものの、市販品のエラストマー組成物として公知であるTHV共重合体(例えば、DuPont社のVitonシリーズ(商品名)や、ダイキン工業社のダイエルシリーズ(商品名)等)に比べて、常温での粘調性、あるいは材料表面の「べとつき」の観点からもみても良好な特性を有し、熱可塑性樹脂として溶融成形性が優れる。さらに、この共重合体をPOFのクラッドとしてコアの外周に直接被覆して、コア−クラッドの2層構造を有する場合であっても、伝送損失の小さいPOFが得られる。
【0038】
このような少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体は、VdF単位を含有しないため、或いはVdF単位の含有量が20質量%以下と比較的少ないため、VdF単位をより多く含有する共重合体に比べて、メタクリル酸メチル単位を主成分とする共重合体からなるコア材や、後述するフッ化(メタ)アクリレート系共重合からなる第1クラッドとの相溶性が低くなる傾向がある。
【0039】
そのため、本発明のPOFにおけるクラッドの少なくとも最外層を形成する共重合体は、コア或いは第1クラッドとの界面において相溶層を形成しにくく、また適度なエラストマー性を有するため、コア或いは第1クラッドに、あたかもラッピング用透明フィルムがガラス板にしっとりと張り付くように物理接着した状態で積層することが可能である。
【0040】
一般に、POFのコア−クラッド界面、あるいは第1クラッド−第2クラッド界面に相溶層が比較的厚く形成される場合、相溶層の相分離(濁り)が原因となって初期の伝送損失が増大したり、あるいは、POFが高温高湿条件下に長時間(例えば温度85℃、湿度95%の環境下に3000時間)置かれた場合、伝送損失がさらに増大する場合がある。また、このような界面での構造不整による伝送損失への影響は、特に全モード光による励起条件でのPOFの伝送損失に特に影響する。
【0041】
しかし、本発明のPOFでは、上述の相溶層の形成が抑えられ、その濁りによる影響が少ないため、初期の伝送損失が抑制されるばかりでなく、共重合体そのものが有する耐湿熱特性と相まって、POFの耐湿熱性を向上することが可能となる。
【0042】
また、前述の通り、本発明における少なくとも最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体とコア或いは第1クラッドとの相溶性は低い傾向があるが、これらは物理接着により互いに密着し、またその共重合体が適度な柔軟性を有しているため、これらの界面における剥離が抑制される。さらに、この共重合体は強度的にも優れるため、コア或いは第1クラッドを効果的に保護してコア或いは第1クラッドの割れを抑制することができる。すなわち、POFが繰り返し屈曲された場合の伝送損失の増大を抑制することが可能となる。
【0043】
このように本発明のPOFにおいては、上記のような特定組成の共重合体を少なくとも最外層に位置するクラッド層に用いているため、POFの伝送損失を低減させ、この共重合体そのものが有する特徴と相まって、POFの耐湿熱性や、耐繰り返し屈曲性などの機械的特性も向上させることができる。
【0044】
また、この特定組成の共重合体は、230℃、荷重5kgf(49N)で測定したメルトフローインデックスが、2〜100g/10分の範囲、より好ましくは10〜50g/10分の範囲にあることが、POFの紡糸安定性の点から好ましい。メルトフローインデックスは、共重合体の重合時に分子量を調整したり、低分子量のフッ素系樹脂を適当量添加することで、適宜調整できる。
【0045】
また、上記特定組成の共重合体は、示差走査熱熱量測定(DSC)を用いて10℃/分の加熱速度で測定した融解熱が1J/g未満であることが好ましい。融解熱が1J/g未満である共重合体は、常温で透明性が高く、さらにはこの共重合体が溶融状態から室温付近まで冷却される場合、その冷却速度に関わらず常に透明性が保たれるため、POFのクラッド材として好適である。
【0046】
このように上記特定組成の共重合体は、十分に低い屈折率を有しながら、透明性、成形安定性に優れており、POFのクラッド材(特に、最外層に位置するクラッド層のクラッド材)として用いることにより、極めて優れたPOF及びPOFケーブル提供することができる。
【0047】
本発明のPOFのクラッドが2層構造、すなわち第1クラッドの外周に第2クラッドを設けた2層クラッド構造を有する場合、第1クラッドに用いられる重合体としては、例えば、良好な透明性および耐熱性を有しながら、屈曲性および加工性に優れる下記の重合体:
一般式(I)
CH2=CX−COO(CH2)m(CF2)nY (I)
(式中、Xは水素原子またはメチル基、Yは水素原子またはフッ素原子を示し、mは1又は2、nは1〜12の整数を示す。)
で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの単位(A)15〜90質量%と、他の共重合可能な単量体の単位(B)10〜85質量%からなり、屈折率が1.39〜1.475の範囲にある共重合体を用いることができる。
【0048】
POFに対して特に高帯域が要求される場合には、第1クラッド材として、下記一般式(II)
CH2=C(CH3)COO−(CH2)m(CF2)nCF3 (II)
(式中、mは1又は2、nは5〜12の整数を示す。)
で表わされる長鎖フルオロアルキルメタクリレートの単位(C)0〜50質量%と、下記一般式(III)
CH2=C(CH3)COO−CH2(CF2)mX (III)
(式中、Xは水素原子またはフッ素原子、mは1〜4の整数を示す。)
で表わされる短鎖フルオロアルキルメタクリレートの単位(D)0〜50重量%と、他の共重合可能な単量体の単位(E)50〜80質量%からなる共重合体であって、屈折率が1.45〜1.48の範囲にある共重合体を用いることができる。
【0049】
また、POFに対して特に低曲げ損失が要求される場合には、第1クラッド材として、長鎖フルオロアルキルメタクリレート単位(C)0〜80質量%と短鎖フルオロアルキルメタクリレート単位(D)10〜90質量%と、他の共重合可能な単量体単位(E)10〜50質量%とからなる共重合体であって、屈折率が1.39〜1.435の範囲にある共重合体を用いることができる。
【0050】
また、POFに対して耐熱性が要求される場合には、下記一般式(IV)
CH2=C(F)COO−CH2(CF2)mX (IV)
(式中、Xは水素原子またはフッ素原子、mは1〜4の整数を示す。)
で表わさるαーフルオロアクリル酸エステルの単位(F)からなる構造単位を有する共重合体であって、屈折率が1.38〜1.435の範囲にあり、ガラス転移温度が100℃以上である共重合体を用いることができる。
【0051】
このようなα−フルオロアクリル酸エステルの単位としては、α−フルオロアクリル酸メチル、α−フルオロアクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、α−フルオロアクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル等の単位が挙げられる。
【0052】
以上に説明したように、本発明においては、第2クラッドとして前述の少なくともTFE単位とHFP単位を有する特定組成の共重合体を用い、第1クラッドとして、関係式(1)の条件をみたす材料を用いることで、半径10mm以下での曲げ損失光量を低減することができ、耐湿熱安定性の優れたPOF及びPOFケーブルを得ることが可能となる。
【0053】
本発明のPOF及びPOFケーブルは、耐屈曲性および耐湿熱性を向上させるために、クラッドの外周に保護層を被覆することができる。この保護層としては、フッ素原子の割合が59質量%以上であるフッ素系樹脂を用いることができる。フッ素原子の割合が59質量%以上であれば、より十分な耐屈曲性、耐湿熱性、及び耐薬品性を達成することができる。
【0054】
保護層の材料としては、例えば、VdFとTFEとの共重合体、VdFとヘキサフルオロアセトンとの共重合体、VdFとトリフルオロエチレンとの共重合体、VdFとHFP共重合体、VdFとTFEとHFPとの共重合体、VdFとTFEとヘキサフルオロアセトンとの共重合、エチレンとTFEとHFPとの共重合体等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0055】
本発明のPOFケーブルは、耐屈曲性および耐湿熱性を向上させるためにクラッドの外周あるいは保護層の外周に被覆層を密着配設してPOFケーブルとすることができる。この被覆層は、コアと直接接しないので、結晶化により透明性が低下しても特に問題は生じない。
【0056】
被覆層の材料としては、塩化ビニル系樹脂、塩素化ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ウレタン系樹脂、およびフッ素系樹脂からなる群から選ばれる1種又は2種以上の混合物を用いることができ、通常被覆材として用いられている公知の材料から適宜選択することができる。
【0057】
中でも、ポリアミド系樹脂は、耐熱性、耐屈曲性、耐溶剤特性に優れることから、耐熱性および耐環境特性を要求される用途向けのPOFの被覆材として好適である。また、加工性が良く、適度な融点を有しているため、POFの伝送性能を低下させることなく、容易にPOFを被覆することができる。
【0058】
ポリアミド系樹脂としては、ナイロン10、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6、ナイロン66などの各単量体単位からなる単独重合体や、これら単量体単位の組合せからなる共重合体、柔軟なセグメントを導入したナイロン単量体単位を含むナイロン系エラストマーなどが挙げられる。これらは単独で使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよく、また、必要に応じて、ポリアミド系樹脂以外の重合体や化合物を混合して使用してもよい。他の重合体や化合物などを混合する場合には、被覆材中のポリアミド系樹脂の含有量が50質量%以上となる範囲で混合することが好ましい。
【0059】
ポリアミド系樹の中では、特に、ナイロン11またはナイロン12の単独重合体あるいはこれらの共重合体が好ましい。これらを被覆材に使用すると、被覆工程における成形性が良好で、POFに熱的および機械的なダメージを与えにくいだけではなく、寸法安定性にも優れるPOFケーブルを得ることができる。
【0060】
また、本発明のPOFケーブルでは、POFへの外光の入射を防止するために、POFケーブルの識別性、意匠性を高めるために、被覆層にカーボンブラック等の着色剤を含有させることもできる。
【0061】
また、本発明のPOFケーブルでは、難燃性を付与あるいは向上するために、被覆層に難燃剤を含有させてもよい。難燃剤としては、金属水酸化物、燐化合物、トリアジン系化合物などの公知の難燃剤を用いることができる。特に、ポリアミド系樹脂を被覆層の主成分として用いる場合は、シアヌル酸メラミンを好適に用いることができる。
【0062】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。なお、実施例における評価、測定は以下の方法により実施した。
【0063】
(メルトフローインデックス)
メルトフローインデックス(MFR)は、日本工業規格JIS K7210に準じて測定した。230℃、荷重5kgf(49N)の条件下で直径2mm、長さ8mmのノズルから10分間に吐出される重合体量を測定した。
【0064】
(屈折率)
溶融プレスにより厚さ200μmのフィルム状の試験片を形成し、アッベの屈折計を用い、室温25℃におけるナトリウムD線の屈折率(nD 25)を測定した。
【0065】
(ガラス転移温度(Tg))
示差走査熱量計(DSC)(セイコーインスツルメンツ社製、DSC−220)を使用した。サンプルを、昇温速度10℃/分で180℃まで昇温し10分間保持して溶融させた後、10℃/分で0℃まで急冷し、再度昇温速度10℃/分で昇温を行い、このときの発熱および吸熱挙動からガラス転移温度を求めた。
【0066】
(伝送損失)
25m−5mカットバック法により伝送損失(dB/km)を測定した。測定波長が650nm、入射光のNA(開口数)が、0.1、0.65の光を用いた。
【0067】
(耐湿熱試験)
POFを、温度85℃、湿度(RH)95%のオーブンに3000時間放置した時の伝送損失(dB/km)を、25m−5mカットバック法により測定した。測定波長が650nm、入射光のNA(開口数)が、0.1、0.65の光を用いた。
【0068】
(曲げ損失)
長さ11mのPOFケーブルの一端から光を入射させ、その状態で、POFケーブルを、1m間隔の10箇所において、半径10mm(R10mm)で90度づつ屈曲させ、他端から出射される光量を測定した。このように屈曲させたPOFケーブルから出射される光量と、直線状の同POFケーブルについて同様に測定した出射光量とから曲げ損失を算出した。
【0069】
〔VdF/TFE/HFP共重合体の調製〕
貯蔵容器内へ、43質量部のVdFと、100質量部のTFEと、200質量部のHFPとを導入し、100MPaに加圧して混合した。この混合物を230℃、90MPaに加熱加圧した反応槽(振とう式オートクレーブ)に一定流量で供給し、さらに大気圧に調整された生成物収拾容器に、一定流量で6時間にわたって供給した。得られた生成物を高真空下で乾燥し、さらに150℃で4時間乾燥を行うことで、透明な共重合体130質量部を得た。
【0070】
得られた共重合体の組成(質量比)は、1H−NMR及び19F−NMRの測定結果から、VdF/TFE/HFP=15/35/50であった。なお、これらのNMR測定では、1,4−ジクロロ−2−トリフルオロメチルベンゼンを内部標準として添加したヘキサフルオロベンゼンに、得られた共重合体を充分に溶解して、測定用サンプルを調製した。また、得られた重合体の屈折率は1.326、メルトフローインデックスは30、ガラス転移温度は10℃であった。
【0071】
〔実施例1〕
コア材としてPMMA(屈折率1.492)、第1クラッド材として、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(3FM)/2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート(17FM)/メタクリル酸メチル(MMA)/メタクリル酸(MAA)=51/31/17/1(質量部)の共重合体(屈折率1.416)、第2クラッド材として、前記のVdF/TFE/HFP共重合体を用いた。これらの重合体を溶融して、220℃の紡糸ヘッドに供給し、同心円状複合ノズルを用いて複合紡糸した後、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、第1クラッド厚み10μm、第2クラッドの厚み10μm、直径1mmのPOFを得た。
【0072】
こうして得られたPOFを前記の方法により評価した。このPOFの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ130dB/km、165dB/kmであり、良好な伝送特性を示した。
【0073】
〔実施例2〕
実施例1で得られたPOFに、T型ダイを用いてナイロン12(ダイセル・デグッサ社製、ダイアミド−L1640(商品名):PA12)を被覆して第1被覆層を形成して、直径1.5mmのPOFケーブルを得た。さらに、このPOFケーブルの外周にナイロン6−12共重合体(ダイセル・デグッサ社製、ダイアミド−N1901(商品名):PA6−12)を被覆して二次被覆層を形成し、直径2.2mmのPOFケーブルを得た。
【0074】
このPOFケーブルを前記の方法により評価した。このPOFケーブルの伝送損失は入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ135dB/km、225dB/kmであり、POFをケーブル化しても伝送損失は良好であった。また、曲げ損失は0.12dBであった。また、湿熱試験後のPOFケーブルの伝送損失は、NA=0.10、0.65においてそれぞれ160dB/km、240dB/kmであった。
【0075】
〔実施例3、4〕
POFの構成において、第1クラッドを設けなかった以外は、実施例1及び2と同様にしてPOF(実施例3)およびPOFケーブル(実施例4)を作製した。
【0076】
このPOFの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ130dB/km、165dB/kmであり良好な伝送特性を示した。
【0077】
また、このPOFケーブルの伝送損失は入射NA0.10、0.65においてそれぞれ140dB/km、240dB/kmであり、POFをケーブル化しても伝送損失は良好であった。また、このPOFケーブルの曲げ損失は0.09dBであった。また、湿熱試験後のPOFケーブルの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ165dB/km、270dB/kmであった。
【0078】
〔実施例5、6〕
前記実施例1及び2の第2クラッド材に用いた共重合体の調製法に従ってVdF/TFE/HFP共重合体(6/47/47質量%、屈折率1.316、メルトフローインデックス20、ガラス転移温度30℃)を調製した。
【0079】
得られた共重合体を第2クラッド材に用い、紡糸ヘッドの温度を250℃にした以外は、実施例1及び2と同様にしてPOF(実施例5)及びPOFケーブル(実施例6)を作製した。
【0080】
このPOFの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ128dB/km、170dB/kmであった。
【0081】
また、このPOFケーブルの伝送損失は入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ140dB/km、230dB/kmであった。また、このPOFケーブルの曲げ損失は0.06dBであった。また、湿熱試験後のPOFケーブルの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ160dB/km、250dB/kmであった。
【0082】
〔実施例7〜9〕
第2クラッドをそれぞれ表1に示したTFE/HFP共重合体(実施例7、8)、VdF/TFE/HFP共重合体(実施例9)とした以外は、実施例1及び2と同様にしてPOFケーブルを作製した。得られたPOFケーブルについて、伝送損失および曲げ損失の評価を行い、その結果を表2に示した。
【0083】
〔比較例1、2〕
第2クラッドとして、VdF/TFE/HFP共重合体(10/70/20質量%、屈折率1.343、メルトフローインデックス3、融点198℃、ガラス転移温度:検出不可)を用い、紡糸ヘッドの温度を250℃にした以外は、実施例1及び2と同様にしてPOF(比較例1)及びPOFケーブル(比較例2)を作製した。なお、第2クラッドに使用したVdF/TFE/HFP共重合体は、常温で白濁していた。
【0084】
このPOFの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ145dB/km、190dB/kmであり、伝送特性が劣っていた。
【0085】
また、このPOFケーブルの伝送損失は入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ160dB/km、280dB/kmであった。また、このPOFケーブルの曲げ損失は1.0dBであった。また、湿熱試験後のPOFケーブルの伝送損失は、入射NA=0.10、0.65においてそれぞれ200dB/km、350dB/kmであった。
【0086】
〔比較例3〕
第1クラッドを設けなかった以外は、比較例1及び2と同様にしてPOFケーブルを作製した。得られたPOFケーブルについて、伝送損失および曲げ損失の評価を行い、その結果を表2に示した。
【0087】
【表1】
【0088】
【表2】
【0089】
【発明の効果】
以上説明から明らかなように本発明によれば、透光性能が良好で、耐曲げ損失、耐湿熱安定性に優れたPOF及びPOFケーブルを提供することができる。
Claims (12)
- コアと、該コアの外周に形成された少なくとも1層のクラッドを有するプラスチック光ファイバであって、
前記コアは、ポリメタクリル酸メチル、又は1種類以上のビニル系単量体とメタクリル酸メチルとの共重合体からなり、
前記クラッドのうち最外層に位置するクラッド層は、テトラフルオロエチレン単位30〜74.99質量%とヘキサフルオロプロピレン単位25.01〜70質量%とを含んでなり、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.3〜1.35の範囲にある共重合体からなるプラスチック光ファイバ。 - 前記最外層に位置するクラッド層は、テトラフルオロエチレン単位35〜68質量%とヘキサフルオロプロピレン単位32〜65質量%とを含んでなる共重合体からなる、請求項1に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体は、さらにフッ化ビニリデン単位20質量%以下を含んでいる、請求項1又は2に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体は、さらにフッ化ビニリデン単位15質量%以下を含んでいる、請求項3に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記最外層に位置するクラッド層を構成する共重合体は、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.303〜1.34の範囲にある、請求項1〜4の何れか一項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 前記クラッドは、前記コアの外周に第1クラッド、第2クラッドの順で同心円状に積層された2層構造を有し、
ナトリウムD線による25℃での、コアの屈折率n1、第1クラッドの屈折率n2、第2クラッドの屈折率n3が、下記の関係式(1)
n1>n2>n3 (1)
を満足する、請求項1〜5の何れか一項に記載のプラスチック光ファイバ。 - 前記第1クラッドが、下記一般式(I)
CH2=CX−COO(CH2)m(CF2)nY (I)
(式中、Xは水素原子またはメチル基、Yは水素原子またはフッ素原子を示し、mは1又は2、nは1〜12の整数を示す。)
で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの単位(A)15〜90質量%と、他の共重合可能な単量体の単位(B)10〜85質量%との共重合体からなる共重合体であって、ナトリウムD線による25℃での屈折率が1.39〜1.475の範囲にある、請求項6に記載のプラスチック光ファイバ。 - 前記クラッドの外周部に、フッ素原子の割合が59質量%以上であるフッ素系樹脂からなる保護層を有する、請求項1〜7の何れか一項に記載のプラスチック光ファイバ。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載のプラスチック光ファイバの外周に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を有するプラスチック光ファイバケーブル。
- 前記被覆層が、塩化ビニル系樹脂、塩素化ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ウレタン系樹脂およびフッ素系樹脂よりなる群から選ばれる1種又は2種以上の混合物からなる請求項9に記載のプラスチック光ファイバケーブル。
- 前記被覆層が、ポリアミド系樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項9に記載のプラスチック光ファイバケーブル。
- 前記被覆層が、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66及びこれらの共重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とする樹脂からなる請求項9に記載のプラスチック光ファイバケーブル。
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