JP2015210336A - 光ファイバの製造方法、光ファイバ、通信機器及び照明 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ファイバ10を、延伸工程の前ローラー20と延伸工程の後ローラー22との間の延伸工程の加熱炉21で加熱延伸し、前ローラー30と後ローラー32との間の加熱炉31で前後のローラーの周速度比(後ローラー周速度/前ローラー周速度)を0.99〜1.01としてアニールする工程Aを行い、前ローラー40と後ローラー42との間の加熱炉41で前後のローラーの周速度比を0.50〜0.985としてアニールする工程Bを行う。
【選択図】図1
Description
プラスチック光ファイバは、石英系光ファイバに対して、大口径で、取り扱い性に優れる等の長所があり、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、ファクトリー・オートメーション(FA)、オフィス・オートメーション(OA)等の分野で使用されている。
プラスチック光ファイバの耐熱性を高めるため、例えば、特許文献1には、鞘層の周囲に保護層を設ける方法が提案されている。また、例えば、特許文献2には、加熱延伸後に前後のローラーの周速度比を1とする定長アニールを行う方法が提案されている。
また、特許文献2で提案されている方法では、定長アニールにより、プラスチック光ファイバの軸方向の高分子鎖の配向が維持され、芯材の熱収縮を抑制するものの、その効果は十分とは言えない。
工程A:前後のローラーの周速度比(後ローラー周速度/前ローラー周速度)を0.99〜1.01としてアニールする工程
工程B:前後のローラーの周速度比を0.50〜0.985としてアニールする工程
また、本発明は、前記光ファイバを含む通信機器に関する。
更に、本発明は、前記光ファイバを含む照明に関する。
また、本発明の光ファイバは、機械特性を維持しつつ、熱収縮の低減効果に優れる。
本発明の製造方法に用いる光ファイバは、光ファイバとしての機能を有するものであれば特に限定されないが、本発明の効果がより顕著に現れることから、プラスチック光ファイバが好ましく、アクリル樹脂を芯材としたプラスチック光ファイバがより好ましい。
多層光ファイバとしては、例えば、芯と芯の外周に1層の鞘を有する多層光ファイバ、芯と芯の外周に2層以上の鞘を有する多層光ファイバ等が挙げられる。
芯を構成する材料(芯材)は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
鞘は、芯の外周に形成される。鞘は、1層でもよく、2層以上でもよい。
鞘が2層以上ある場合、最外層に耐溶剤性や耐衝撃性等の機能を付与することが好ましい。
鞘を構成する材料(鞘材)は、芯材の屈折率より小さければ特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
尚、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートをいう。
特に、鞘が1層の場合、耐薬品性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、機械特性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体がより好ましい。
また、鞘が2層の場合、光ファイバを曲げた際に漏光を抑制できることから、内側の層はフルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、外側の層はVDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体が好ましい。
(式中、mは1又は2、nは5〜13のいずれかの整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
(式中、mは1又は2、nは1〜4のいずれかの整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
芯材と鞘材の屈折率は、芯材の屈折率より鞘材の屈折率が低ければ特に限定されないが、光が伝播できる最大角度に対する開口数を大きくできることから、芯材の屈折率が1.45〜1.55、鞘材の屈折率が1.35〜1.51が好ましく、芯材の屈折率が1.46〜1.53、鞘材の屈折率が1.37〜1.49がより好ましく、芯材の屈折率が1.47〜1.51、鞘材の屈折率が1.39〜1.47が更に好ましい。
尚、本明細書において、屈折率は、25℃でナトリウムD線を用いて測定した値とする。
光ファイバの直径は、光ファイバの取り扱い性に優れ、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、0.1mm〜5mmが好ましく、0.2mm〜4.5mmがより好ましく、0.3mm〜4mmが更に好ましい。
光ファイバの紡糸方法としては、例えば、溶融紡糸法等が挙げられる。これらの光ファイバの紡糸方法の中でも、簡便な工程で成形できることから、溶融紡糸が好ましい。
溶融紡糸法による光ファイバの紡糸方法は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸を行う方法が挙げられる。
通常、光ファイバの紡糸は、加熱延伸前に行う。
本発明の光ファイバの製造方法は、後述する工程A及び工程Bの前に、加熱延伸を行う。
光ファイバを加熱延伸することで、光ファイバの構成成分の分子鎖が延伸方向に分子配向するため、光ファイバの機械特性を向上させることができる。加熱延伸直後の光ファイバは、残留応力歪みを有するため、光ファイバがガラス転移温度以上の温度に加熱されると、残留応力歪みが解放され、光ファイバが大きく収縮を起こし、機械特性の低下に繋がる。
加熱延伸の装置としては、例えば、前後の2個のローラーの間に加熱炉を配置した装置等が挙げられる。
加熱延伸の加熱温度が[芯材のTg+5℃]以上であると、加熱延伸中に光ファイバが切れることを抑制できる。また、加熱延伸の加熱温度が[芯材のTg+65℃]以下であると、光ファイバへの機械特性の付与を十分に行うことができる。
尚、本明細書において、「ガラス転移温度」を「Tg」と略す場合がある。また、本明細書において、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定で得られた温度とする。
加熱延伸の延伸倍率は、前後のローラーの周速度比(後ローラー周速度/前ローラー周速度)を調整することで設定することができる。例えば、加熱延伸倍の延伸倍率を2.0倍としたい場合には、前後のローラーの周速度比を2.0に設定すればよい。
尚、本明細書において、「前後のローラーの周速度比」は、「後ローラー周速度/前ローラー周速度」とする。
本発明の光ファイバの製造方法は、以下の工程A及び工程Bを含む。
工程A:前後のローラーの周速度比(後ローラー周速度/前ローラー周速度)を0.99〜1.01としてアニールする工程
工程B:前後のローラーの周速度比を0.50〜0.985としてアニールする工程
アニールとは、歪みの除去を目的として加熱処理を行うことである。
光ファイバをアニールすることで、加熱延伸後に光ファイバに生じた残留応力歪みが緩和され、光ファイバを高温の環境下で用いる場合にピストニングを抑制できる。ピストニングとは、光ファイバに被覆層を設けて光ファイバケーブルとした際に、光ファイバと被覆層との熱収縮の差から、被覆層に対して光ファイバが膨張して突出したり、収縮して引っ込んだりする現象のことである。
工程A及び工程Bは、いずれも加熱延伸した後に行う。
アニールの装置としては、例えば、前後の2個のローラーの間に加熱炉を配置した装置等が挙げられる。
アニールの加熱方式としては、例えば、乾熱熱風式、真空加熱式、湿熱加熱式等が挙げられる。これらのアニールの加熱方式は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアニールの加熱方式の中でも、光ファイバの損傷を抑制できることから、乾熱熱風式が好ましい。
工程A及び工程Bをバッチで行う場合、例えば、加熱延伸後の光ファイバをボビンに巻き取った後に工程Aを行い、工程A後の光ファイバをボビンに巻き取った後に工程Bを行えばよい。
工程Aは、前後のローラーの周速度比を0.99〜1.01としてアニールする工程(いわゆる定長アニール)である。
工程Aを行うことで、光ファイバの残留応力歪みが緩和されるという効果を有する。工程Aは、工程Bと比較して、加熱延伸で付与した配向の維持に優れる。
工程Bは、前後のローラーの周速度比を0.50〜0.985としてアニールする工程(いわゆる緩和アニール)である。
工程Bを行うことで、光ファイバの残留応力歪みが緩和されるという効果を有する。工程Bは、工程Aと比較して、熱収縮率の低減効果に優れる。
工程A及び工程Bは、それぞれ1回でもよく、一方が1回で他方が複数回でもよく、それぞれ複数回でもよい。
工程A及び工程Bの順序は、どちらが先でも、どちらが後でもよいが、延伸工程で付与された機械特性の低下を抑制できることから、工程Aの後に工程Bを行うことが好ましい。
図1に示す装置は、光ファイバ10を、延伸工程の前ローラー20と延伸工程の後ローラー22との間の延伸工程の加熱炉21で加熱延伸し、工程Aの前ローラー30と工程Aの後ローラー32との間の工程Aの加熱炉31で工程Aを行い、工程Bの前ローラー40と工程Bの後ローラー42との間の工程Bの加熱炉41で工程Bを行うものである。
本発明の光ファイバの製造方法で得られる光ファイバは、必要に応じて、外周に被覆層を設け、光ファイバケーブルとして用いてもよい。
本発明の光ファイバの製造方法により得られる光ファイバは、例えば、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、ファクトリー・オートメーション(FA)、オフィス・オートメーション(OA)等の通信機器;照明;工業用センサ等に用いることができ、特に、通信機器、照明に好適である。
実施例・比較例で得られた光ファイバに約100cmの間隔で印を付与し、この印の間隔を正確に測り、加熱前長さとした。その後、光ファイバを90℃の乾燥器内に24時間入れ、取り出した光ファイバの印の間隔を正確に測り、加熱後長さとした。
熱収縮率(%)は、加熱前長さと加熱後長さとから、以下の数式(1)から算出した。
熱収縮率(%)={(加熱前長さ)−(加熱後長さ)}/(加熱前長さ)×100 (1)
光ファイバの熱収縮率が低いと、耐熱性やピストニング抑制に優れることを意味する。
実施例・比較例で得られた光ファイバの直径を測り、加熱前直径とした。その後、光ファイバを150℃で20分間加熱し、光ファイバの直径を測り、加熱後直径とした。
延伸倍率(倍)は、加熱前直径と加熱後直径とから、以下の数式(2)から算出した。
延伸倍率(倍)={(加熱後直径)2}/{(加熱前直径)2}
光ファイバの延伸倍率が高いと、屈曲性等の機械特性に優れることを意味する。
アッベ屈折計(機種名機種名「NAR−3T」、(株)アタゴ製)を用い、25℃、ナトリウムD線を用いて、屈折率を測定した。
示差走査熱量計(機種名「DSC−200」、セイコーインスツル(株)製)を用い、測定用パンに測定サンプルを10mg入れ、昇温温度50℃/分で200℃まで昇温させ、5分間保持して溶融させた後、測定用パンをドライアイス上で急冷固化させ、昇温温度10℃/分で25℃から200℃まで昇温させ、得られたグラフのショルダー値をガラス転移温度(℃)とした。
芯材としてポリメチルメタクリレート(屈折率1.492、ガラス転移温度105℃)、1層目(内側の層)の鞘材として2,2,2−トリフルオロメチルメタクリレート51質量部と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30質量部とメチルメタクリレート18質量部とメタクリル酸1質量部との共重合体(屈折率1.417)、2層目(外側の層)の鞘材としてフッ化ビニリデン80モル%とテトラフルオロエチレン20モル%との共重合体(屈折率1.402)を用いた。
これらの重合体を溶融して225℃の紡糸ヘッドへ供給し、3層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて溶融紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、1層目の鞘の厚さが5μm、2層目の鞘の厚さが10μmの直径1mmの、加熱延伸したプラスチック光ファイバを得た。
参考例で得られた光ファイバを、前後のローラーの周速度比を1.00、乾熱熱風式の熱風加熱炉により加熱温度120℃、加熱時間20秒の条件でアニールを行った。次いで、前後のローラーの周速度比を0.97、乾熱熱風式の熱風加熱炉により加熱温度110℃、加熱時間60秒の条件でアニールを行い、光ファイバを得た。
得られた光ファイバの熱収縮率と延伸倍率を、表1に示す。
アニールの条件を表1のように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバを得た。
得られた光ファイバの熱収縮率と延伸倍率を、表1に示す。
アニールの条件を表1のように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバを得た。
得られた光ファイバの熱収縮率と延伸倍率を、表1に示す。
一方、比較例1〜4で得られた光ファイバは、工程Bがないため、熱収縮率が高く、耐熱性に劣った。また、比較例5〜6で得られた光ファイバは、工程Aがないため、延伸倍率が低く、機械特性に劣った。
20 延伸工程の前ローラー
21 延伸工程の加熱炉
22 延伸工程の後ローラー
30 工程Aの前ローラー
31 工程Aの加熱炉
32 工程Aの後ローラー
40 工程Bの前ローラー
41 工程Bの加熱炉
42 工程Bの後ローラー
Claims (9)
- 加熱延伸した後に、以下の工程A及び工程Bを含む、光ファイバの製造方法。
工程A:前後のローラーの周速度比(後ローラー周速度/前ローラー周速度)を0.99〜1.01としてアニールする工程
工程B:前後のローラーの周速度比を0.50〜0.985としてアニールする工程 - 工程Aの後に工程Bを行う、請求項1に記載の光ファイバの製造方法。
- 光ファイバが、芯と芯の外周に形成される鞘とを有する、請求項1又は2に記載の光ファイバの製造方法。
- 工程Bにおける加熱温度が、[芯を構成する材料のガラス転移温度−5℃]〜[芯を構成する材料のガラス転移温度+30℃]である、請求項3に記載の光ファイバの製造方法。
- 芯の材料が、メチルメタクリレート単位を50質量%以上含む重合体である、請求項3又は4に記載の光ファイバの製造方法。
- 工程Aにおける加熱温度よりも工程Bにおける加熱温度の方が、5℃以上低い、請求項1〜5のいずれかに記載の光ファイバの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバの製造方法により得られる光ファイバ。
- 請求項7に記載の光ファイバを含む通信機器。
- 請求項7に記載の光ファイバを含む照明。
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