JP2022117348A - プラスチック光ファイバーおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッドに必要な特性を実現可能であり、かつ溶融紡糸を可能とする材料で構成されたクラッドを有するプラスチック光ファイバーを提供する。【解決手段】本発明のプラスチック光ファイバー１０は、コア１１と、コア１１の外周に配置されたクラッド１２と、を備える。クラッド１２は、下記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有し、かつ非晶質構造を有する含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有する含フッ素樹脂を含む。前記含フッ素樹脂は、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ-1において、６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する。TIFF2022117348000029.tif47170【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック光ファイバーおよびその製造方法に関する。

プラスチック光ファイバーは、光を伝送する部分である中心部のコアと、当該コアの外周を覆うクラッドとを備えている。コアは、高屈折率を有する樹脂材料によって形成されている。クラッドは、光をコア内に留めるために、コアの樹脂材料よりも低い屈折率を有する樹脂材料によって形成されている。

従来、プラスチック光ファイバーについて、例えば透明性等の特性向上および伝送損失の低減等を実現するための様々な構成が検討されている。例えば、特許文献１は、結晶性パーフルオロ樹脂からなる溶融物を成形後に延伸することによって作製されたコアと、コアよりも屈折率が小さいパーフルオロ樹脂層によって形成されたクラッドとを備えたプラスチック光ファイバーを開示している。

特開２００３－３２２７２９号公報

伝送損失の低い優れた性能を有するプラスチック光ファイバーを実現するための手段の一つは、光をコア内に確実に留めることである。したがって、クラッド材料の選択が重要となる。クラッド材料には、透明性等のプラスチック光ファイバーに必要な特性を満たした上で、かつコア材料よりも低い屈折率を有することが求められる。また、ダブルクラッド構造のようにクラッドが複数の層から構成されている場合、より外側の層のクラッドに用いられる材料には、コア材料よりもより一層低い屈折率が求められる。このように、クラッド材料には制約が多い。

また、プラスチック光ファイバーは、例えば溶融紡糸技術を用いて紡糸される。具体的には、コア材料を溶融した状態でファイバー状に押出成形し、そのファイバー状の成形体の表面を被覆するように、クラッド材料を溶融したものを押出成形することによって、プラスチック光ファイバーが紡糸される。このような溶融紡糸法によってプラスチック光ファイバーを紡糸するためには、コア材料およびクラッド材料が、溶融紡糸時の温度条件下において、溶融状態での粘度（溶融粘度）がファイバー状に溶融押出可能な範囲でなければならない。このように、クラッド材料には、製法面からも制約がある。仮に、高い透明性、コア材料よりも十分に低い屈折率、および高い耐熱性等の、クラッド材料として優れた性能を有する材料が見出されたとしても、その材料の溶融粘度が溶融押出可能な粘度の範囲外である場合は、クラッド材料として用いることができない。

そこで、本発明は、クラッドに必要な特性を実現可能であり、かつ溶融紡糸を可能とする材料で構成されたクラッドを有するプラスチック光ファイバーを提供することを目的とする。さらに、本発明は、クラッドに必要な特性を実現可能な材料を用いて、溶融紡糸によってクラッドを作製できるプラスチック光ファイバーの製造方法を提供することも目的とする。

本発明の第１の態様に係るプラスチック光ファイバーは、コアと、前記コアの外周に配置されたクラッドと、を備え、
前記クラッドは、下記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有し、かつ非晶質構造を有する含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有する含フッ素樹脂を含み、
前記含フッ素樹脂は、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において、６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する。

（式（１）中、Ｚは、酸素原子、単結合、又は－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－を表し、Ｒ¹～Ｒ¹²は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。ｓ及びｔはそれぞれ独立に０～５で、かつｓ＋ｔが１～６の整数（ただし、Ｚが－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－の場合、ｓ＋ｔは０であってもよい）を表す。ｕ及びｖはそれぞれ独立に０または１である。）

本発明の第２の態様に係るプラスチック光ファイバーの製造方法は、上記第１の態様に係るプラスチック光ファイバーの製造方法であって、
前記製造方法は、
コア材料を含む第１のプリフォームを溶融させてファイバー状に押出成形して、前記コア材料からなるファイバー状の成形体を作製すること、
クラッド材料含む第２のプリフォームを溶融させて、前記成形体の表面を被覆するように押出成形すること、
を含み、
前記クラッド材料は、前記含フッ素樹脂である。

本発明によれば、クラッドに必要な特性を実現可能であり、かつ溶融紡糸を可能とする材料で構成されたクラッドを備えた、プラスチック光ファイバーおよびその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明のプラスチック光ファイバーの断面構造の一例を示す模式図である。 図２は、本発明のプラスチック光ファイバーの断面構造の別の例を示す模式図である。 図３は、本発明のプラスチック光ファイバーの断面構造のさらに別の例を示す模式図である。

本発明のプラスチック光ファイバー（以下、「ＰＯＦ」と記載する）の実施形態について説明する。本実施形態のＰＯＦは、コアと、前記コアの外周に配置されたクラッドとを備える。本実施形態のＰＯＦは、例えば、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型のＰＯＦである。

図１は、本実施形態のＰＯＦの断面構造の一例を示す。

図１に示されたＰＯＦ１０は、コア１１と、コア１１の外周に配置されたクラッド１２と、を備えている。

本実施形態のＰＯＦ１０において、クラッド１２は、含フッ素樹脂を含む。この含フッ素樹脂は、下記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有し、かつ非晶質構造を有する含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有する。この含フッ素樹脂は、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において、６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する。以下、クラッド１２に含まれる含フッ素樹脂を第１含フッ素樹脂と記載し、第１含フッ素樹脂に含まれる含フッ素重合体を第１含フッ素重合体と記載する。

（式（１）中、Ｚは、酸素原子、単結合、又は－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－を表し、Ｒ¹～Ｒ¹²は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～５のパーフルオロアルコキシ基を表す。「パーフルオロ」は、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることを意味する。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。ｓ及びｔはそれぞれ独立に０～５で、かつｓ＋ｔが１～６の整数（ただし、Ｚが－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－の場合、ｓ＋ｔは０であってもよい）を表す。ｕ及びｖはそれぞれ独立に０または１である。）

上記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有する第１含フッ素重合体は、非晶質構造を有するため高い透明性を実現でき、さらに低い屈折率も実現し得る。第１含フッ素樹脂は、第１含フッ素重合体に含フッ素可塑剤を混合することによって、このような第１含フッ素重合体の優れた特性をほぼ維持しつつ、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有している。したがって、第１含フッ素樹脂は、クラッドに必要な特性を実現可能であり、かつ溶融紡糸を可能とする材料である。第１含フッ素樹脂は、例えば、ＧＩ型ＰＯＦのクラッドの材料として優れている。これにより、本実施形態のＰＯＦ１０は、優れた特性を有するクラッド１２を備え、かつ溶融紡糸によって製造され得る。第１含フッ素樹脂の２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における粘度は、溶融紡糸によって均一な細さのＰＯＦ１０を形成するために、５０００Ｐａ・ｓ以下が好ましく、２０００Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。第１含フッ素樹脂の２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における粘度は、溶融紡糸が可能であればよいためその下限値は特には限定されないが、例えば５０Ｐａ・ｓ以上である。ここで、第１含フッ素樹脂の２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における粘度は、回転式の粘度測定方法によって測定される値であり、回転式レオメータを用いて測定される。

以下に、本実施形態のＰＯＦ１０の各構成について、より詳しく説明する。

（コア１１）
コア１１は、光を伝送する領域である。コア１１は、クラッド１２よりも高い屈折率を有している。この構成により、コア１１内に入射した光は、クラッド１２によってコア１１内部に閉じ込められて、ＰＯＦ１０内を伝搬する。

コア１１の材料は、高い透明性を有する樹脂であればよく、特には限定されない。樹脂としては、例えば、含フッ素樹脂、メチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、及びカーボネート系樹脂等が挙げられる。これらの中でも、広い波長領域で低い伝送損失を実現可能であることから、含フッ素樹脂が好適に用いられる。

コア１１の材料は、含フッ素重合体を含む含フッ素樹脂であることが好ましい。以下、コア１１に含まれる含フッ素樹脂を第２含フッ素樹脂と記載し、第２含フッ素樹脂に含まれる含フッ素重合体を第２含フッ素重合体と記載する。

第２含フッ素樹脂に含まれる含フッ素重合体は、Ｃ－Ｈ結合の伸縮エネルギーによる光吸収を抑制する観点から、実質的に水素原子を含んでいないことが好ましく、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることが特に好ましい。すなわち、第２含フッ素樹脂に含まれる第２含フッ素重合体は、実質的に水素原子を含まず、かつ全フッ素化されていることが好ましい。本明細書において、含フッ素重合体が実質的に水素原子を含んでいないとは、含フッ素重合体における水素原子の含有率が１モル％以下であることを意味する。

第２含フッ素重合体は、含フッ素脂肪族環構造を有することが好ましい。含フッ素脂肪族環構造は、含フッ素重合体の主鎖に含まれていてもよく、第２含フッ素重合体の側鎖に含まれていてもよい。第２含フッ素重合体は、例えば、下記構造式（７）で表される構成単位（Ｇ）を有する。

式（７）中、Ｒ_ff ¹～Ｒ_ff ⁴は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～７のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキルエーテル基を表す。Ｒ_ff ¹及びＲ_ff ²は、連結して環を形成してもよい。「パーフルオロ」は、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることを意味する。式（７）において、パーフルオロアルキル基の炭素数は、１～５が好ましく、１～３がより好ましく、１であることがさらに好ましい。パーフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基などが挙げられる。

式（７）において、パーフルオロアルキルエーテル基の炭素数は、１～５が好ましく、１～３がより好ましい。パーフルオロアルキルエーテル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキルエーテル基としては、パーフルオロメトキシメチル基などが挙げられる。

Ｒ_ff ¹及びＲ_ff ²が連結して環を形成している場合、当該環は、５員環であってもよく、６員環であってもよい。この環としては、パーフルオロテトラヒドロフラン環、パーフルオロシクロペンタン環、パーフルオロシクロヘキサン環などが挙げられる。

構成単位（Ｇ）の具体例としては、例えば、下記式（Ｇ１）～（Ｇ８）で表される構成単位が挙げられる。

構成単位（Ｇ）は、上記式（Ｇ１）～（Ｇ８）で表される構成単位のうち、構成単位（Ｇ２）、すなわち下記式（８）で表される構成単位であることが好ましい。

第２含フッ素重合体は、構成単位（Ｇ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。含フッ素重合体において、構成単位（Ｇ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、２０モル％以上であることが好ましく、４０モル％以上であることがより好ましい。構成単位（Ｇ）が２０モル％以上含まれることにより、第２含フッ素重合体は、より高い耐熱性を有する傾向がある。構成単位（Ｇ）が４０モル％以上含まれる場合、第２含フッ素重合体は、高い耐熱性に加えて、より高い透明性及び高い機械的強度も有する傾向がある。第２含フッ素重合体において、構成単位（Ｇ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、９５モル％以下であることが好ましく、７０モル％以下であることがより好ましい。

構成単位（Ｇ）は、例えば、下記式（９）で表される化合物に由来する。式（９）において、Ｒ_ff ¹～Ｒ_ff ⁴は、式（７）と同じである。なお、式（９）で表される化合物は、例えば特表２００７－５０４１２５号公報に開示された製造方法をはじめ、すでに公知である製造方法によって得ることができる。

上記式（９）で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式（Ｋ１）～（Ｋ８）で表される化合物が挙げられる。

含フッ素重合体は、構成単位（Ｇ）以外に、他の構成単位をさらに含んでいてもよい。他の構成単位としては、以下の構成単位（Ｈ）～（Ｊ）が挙げられる。

構成単位（Ｈ）は、下記式（１０）で表される。

式（１０）中、Ｒ²¹～Ｒ²³は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。Ｒ²⁴は、炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

含フッ素重合体は、構成単位（Ｈ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。含フッ素重合体において、構成単位（Ｈ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、５～１０モル％が好ましい。構成単位（Ｈ）の含有量は、９モル％以下であってもよく、８モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｈ）は、例えば、下記式（１１）で表される化合物に由来する。式（１１）において、Ｒ²¹～Ｒ²³は、式（１０）と同じである。式（１１）で表される化合物は、パーフルオロビニルエーテル等の含フッ素ビニルエーテルである。

構成単位（Ｉ）は、下記式（１２）で表される。

式（１２）中、Ｒ²⁵～Ｒ²⁸は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

含フッ素重合体は、構成単位（Ｉ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。含フッ素重合体において、構成単位（Ｉ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、５～１０モル％が好ましい。構成単位（Ｉ）の含有量は、９モル％以下であってもよく、８モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｉ）は、例えば、下記式（１３）で表される化合物に由来する。式（１３）において、Ｒ²⁵～Ｒ²⁸は、式（１２）と同じである。式（１３）で表される化合物は、テトラフルオロエチレン及びクロロトリフルオロエチレン等の含フッ素オレフィンである。

構成単位（Ｊ）は、下記式（１４）で表される。

式（１４）中、Ｚは、酸素原子、単結合、又は－ＯＣ（Ｒ³⁹Ｒ⁴⁰）Ｏ－を表し、Ｒ²⁹～Ｒ⁴⁰は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。ｓ及びｔはそれぞれ独立に０～５でかつｓ＋ｔが１～６の整数（ただし、Ｚが－ＯＣ（Ｒ³⁹Ｒ⁴⁰）Ｏ－の場合、ｓ＋ｔは０であってもよい）を表す。

構成単位（Ｊ）は、好ましくは下記式（１５）で表される。なお、下記式（１５）で表される構成単位は、上記式（１４）においてＺが酸素原子、ｓが０、かつｔが２の場合である。

式（１５）中、Ｒ³⁴¹、Ｒ³⁴²、Ｒ³⁵¹、及びＲ³⁵²は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

含フッ素重合体は、構成単位（Ｊ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。含フッ素重合体において、構成単位（Ｊ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、３０～６７モル％が好ましい。構成単位（Ｊ）の含有量は、例えば３５モル％以上であり、６０モル％以下であってもよく、５５モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｊ）は、例えば、下記式（１６）で表される化合物に由来する。式（１６）において、Ｚ、Ｒ²⁹～Ｒ³⁸、ｓ及びｔは、式（１４）と同じである。式（１６）で表される化合物は、２個以上の重合性二重結合を有し、かつ環化重合し得る含フッ素化合物である。

構成単位（Ｊ）は、好ましくは下記式（１７）で表される化合物に由来する。式（１７）において、Ｒ³⁴¹、Ｒ³⁴²、Ｒ³⁵¹、及びＲ³⁵²は、式（１５）と同じである。

式（１６）又は式（１７）で表される化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦＣｌＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＣｌ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣ（ＣＦ₃）₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＯＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＯＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦＣｌＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＣｌ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦＣｌ
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）ＣＣｌ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＣｌ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＣｌＯＣＦ₂ＯＣＣｌ＝ＣＦ₂

第２含フッ素重合体は、構成単位（Ｇ）～（Ｊ）以外の他の構成単位をさらに含んでいてもよいが、実質的に構成単位（Ｇ）～（Ｊ）以外の他の構成単位を含まないことが好ましい。なお、含フッ素重合体が実質的に構成単位（Ｇ）～（Ｊ）以外の他の構成単位を含まないとは、含フッ素重合体における全構成単位の合計に対し、構成単位（Ｇ）～（Ｊ）の合計が９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上であることを意味する。

含フッ素重合体の重合方法は、特に限定されず、例えば、ラジカル重合などの一般的な重合方法を利用できる。含フッ素重合体を重合するための重合開始剤は、全フッ素化された化合物であってもよい。

含フッ素重合体のＴｇは、特に限定されず、例えば１００℃～１４０℃であり、１０５℃以上であってもよく、１２０℃以上であってもよい。

コア１１の材料は、第２含フッ素重合体を主成分として含んでいてもよく、実質的に第１含フッ素重合体のみからなることが好ましい。

コア１１の材料は、第２含フッ素重合体の他に、添加物をさらに含んでいてもよい。添加物は、例えば屈折率調整剤である。屈折率調整剤として、例えば、ＰＯＦ１０のコア１１の材料に用いられる公知の屈折率調整剤が用いられ得る。コア１１の材料は、屈折率調整剤以外の他の添加物を含んでいてもよい。

本実施形態のＰＯＦ１０が例えば屈折率分布型である場合、コア１１は、径方向に対して屈折率が変化する屈折率分布を有する。このような屈折率分布は、例えば、第２含フッ素樹脂に屈折率調整剤を添加し、屈折率調整剤を第２含フッ素樹脂中で拡散（例えば、熱拡散）させることによって、形成され得る。

コア１１の屈折率は、クラッド１２の屈折率よりも高ければよいため、特には限定されない。ＰＯＦ１０において高い開口数を実現するためには、使用される光の波長について、コア１１の屈折率とクラッド１２の屈折率との差がより大きいことが好ましい。例えば、使用される光の波長（例えば、波長８４８ｎｍ）について、コア１１の屈折率は、１．３４０以上とすることができ、１．３６０以上とすることもできる。コアの屈折率の上限は、特には限定されないが、例えば１．４０００以下である。

（クラッド１２）
上述したとおり、本実施形態のＰＯＦ１０において、クラッド１１は、上記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有する第１含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有する第１含フッ素樹脂を含む。上述したとおり、第１含フッ素重合体は、高い透明性を実現でき、さらに低い屈折率も実現し得る。第１含フッ素樹脂は、このような優れた特性を有する第１含フッ素重合体と含フッ素可塑剤とを含有し、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する。したがって、第１含フッ素樹脂は、クラッドに必要な特性を実現可能であり、かつ溶融紡糸を可能とする。

第１含フッ素重合体は、下記式（２）で表される構成単位（Ｂ）をさらに含有してもよい。

（式（２）中、Ｒ¹³～Ｒ¹⁶は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。）

第１含フッ素重合体が上記の共重合体である場合、構成単位（Ａ）と構成単位（Ｂ）との比率は任意であり、特に限定されない。

第１含フッ素重合体が、上記式（１）で表される構成単位（Ａ）および上記式（２）で表される構成単位（Ｂ）を含有する共重合体であることにより、さらなる低屈折率を実現できる。したがって、このような共重合体を用いることにより、クラッド１２の屈折率をさらに低下させることが可能となり、その結果、コア１１の屈折率とクラッド１２の屈折率との差をより大きくすることができる。その結果、クラッド１２によるコア１１内への光の閉じ込め効果が向上し、ＰＯＦ１０の低い伝送損失を実現しやすくなる。

第１含フッ素重合体は、例えば、以下に示す含フッ素重合体Ａおよび含フッ素重合体Ｂからなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。

含フッ素重合体Ａは、下記式（３）で表される構成単位（Ｃ）および下記式（４）で表される構成単位（Ｄ）を含有する。なお、下記式（３）において、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ¹¹、およびＲ¹²は、上記式（１）と同じである。

（式（４）中、Ｒ¹⁷～Ｒ²⁰は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。）

含フッ素重合体Ｂは、下記式（５）で表される構成単位（Ｅ）を含有する。なお、下記式（５）において、Ｒ¹～Ｒ⁴、Ｒ⁷～Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、およびＲ¹²は、上記式（１）と同じである。

上記含フッ素重合体Ａおよび含フッ素重合体Ｂは、非常に高い透明性を有し、さらにコア１１の材料に用いられる第２含フッ素樹脂の一般的な屈折率と比較して、非常に低い屈折率を有することができる。したがって、含フッ素重合体Ａおよび含フッ素重合体Ｂからなる群より選択される少なくとも１つを第１含フッ素重合体として含有する第１含フッ素樹脂は、クラッド１２の高い透明性を維持しつつ、屈折率をさらに低下させることが可能となる。その結果、コア１１の屈折率とクラッド１２の屈折率との差をより一層大きくすることができるので、クラッド１２によるコア１１内への光の閉じ込め効果がさらに向上し、ＰＯＦ１０の低い伝送損失を実現しやすくなる。

第１含フッ素重合体は、下記式（６）で表される構成単位（Ｆ）を含有することが好ましい。

（式（６）中、ｍおよびｎは任意の整数）

第１含フッ素重合体が構成単位（Ｆ）を含有する重合体である場合、第１含フッ素重合体は、非常に高い透明性を有し、さらにコア１１の材料に用いられる第２含フッ素樹脂の一般的な屈折率と比較して、非常に低い屈折率を有することができる。したがって、第１含フッ素重合体が構成単位（Ｆ）を含有する重合体である場合、第１含フッ素樹脂は、クラッド１２の高い透明性を維持しつつ、屈折率をさらに低下させることが可能となる。その結果、コア１１の屈折率とクラッド１２の屈折率との差をより一層大きくすることができるので、クラッド１２によるコア１１内への光の閉じ込め効果がさらに向上し、ＰＯＦ１０の低い伝送損失を実現しやすくなる。

含フッ素可塑剤は、含フッ素ポリエーテルであることが好ましく、パーフルオロポリエーテルであることがより好ましい。

パーフルオロポリエーテルの具体例として、下記式（１９）または（２０）で表される有機化合物が挙げられる。下記式（１９）および（２０）において、ｐ１、ｑ１、ｐ２、およびｑ２は、それぞれ任意の整数である。
ＣＦ₃－［（Ｏ（ＣＦ₃）ＣＦＣＦ₂）_p1－（ＯＣＦ₂）_q1］ＯＣＦ₃ （１９）
ＣＦ₃－［（ＯＣＦ₂ＣＦ₂）_p2－（ＯＣＦ₂）_q2］ＯＣＦ₃ （２０）

第１含フッ素樹脂は、高い透明性を有する。

第１含フッ素樹脂の屈折率は、コア１１の材料の屈折率に応じて設計されればよいため、特には限定されない。本実施形態におけるコア１１の屈折率が、例えば、使用される光の波長（例えば、波長８４８ｎｍ）について１．３４６以上である場合、第１含フッ素樹脂は、波長８４８ｎｍにおいて１．３４５以下の屈折率を有することが好ましく、１．３２５以下の屈折率を有することがより好ましい。第１含フッ素樹脂が１．３２５以下の屈折率を有する場合、コア１１との屈折率差の大きいクラッド１２を実現できるので、クラッド１２によるコア１１内への光の閉じ込め効果が向上し、ＰＯＦ１０の低い伝送損失を実現しやすくなる。

図２は、本実施形態のＰＯＦの変形例を示す。図２に示された変形例のＰＯＦ２０は、図１に示されたＰＯＦ１０において、クラッド１２が複数の層を有するクラッド２２に変更された構成を有する。なお、ＰＯＦ２０では、クラッド２２が、コア１１に接して配置されている第１のクラッド層２２１と、第１のクラッド層２２１よりも外周側に配置されている第２のクラッド層２２２とからなる２層構造、すなわちダブルクラッド構造を有している。この構成の場合、例えば第２のクラッド層２２２が、第１含フッ素樹脂を含むことが好ましい。第２のクラッド層２２２は、第１クラッド層２２１よりも低い屈折率を有することが求められる。上述のように、第１含フッ素樹脂は、コア１１の材料に対して非常に低い屈折率を実現することが可能である。したがって、第１含フッ素樹脂は、ＰＯＦ２０の第２のクラッド層２２２にも用いることができる。なお、図２では、クラッド２２が２層構造である例が示されているが、クラッド２２に含まれる層数はこれに限定されず、３層以上が含まれていてもよい。クラッドが複数の層によって構成されている場合、例えば、コアに入射した光がコアとクラッドとの界面で全反射せずにクラッド側へ漏れ出た場合であっても、より外周側に位置するクラッド層で全反射させることが可能となるので、光損失を低減できる。

第１含フッ素重合体および第１含フッ素可塑剤の合計に対する、第１含フッ素可塑剤の含有割合は、目的とする屈折率および溶融粘度等に応じて適宜決定することができる。例えば、第１含フッ素重合体が有する透明性および屈折率を維持しつつ、第１含フッ素樹脂の溶融粘度を溶融紡糸が可能な範囲に低下させるために、第１含フッ素重合体および第１含フッ素可塑剤の合計に対する、第１含フッ素可塑剤の含有割合は、３質量％以上６０質量％以下とすることが好ましく、５質量％以上５０質量％以下とすることがより好ましい。また、第１含フッ素重合体および第１含フッ素可塑剤の合計に対する、第１含フッ素可塑剤の含有割合は、１０質量％以上がさらに好ましく、２０質量％以上が特に好ましい。また、第１含フッ素重合体および第１含フッ素可塑剤の合計に対する、第１含フッ素可塑剤の含有割合は、４０質量％以下がさらに好ましく、３０質量％以下が特に好ましい。

図３には、本実施形態のＰＯＦのさらに別の変形例が示されている。図３に示すＰＯＦ３０は、ＰＯＦ２０に対して、クラッド２２の外周に配置された被覆層３１がさらに設けられた構成を有する。被覆層３１は、ＰＯＦ３０の機械的強度を向上させるために設けられる。被覆層３１は、ＰＯＦの機械的強度を向上させるために設けられている。被覆層３１には、例えば、公知のＰＯＦにおいて被覆層として用いられている材料（例えば、ポリカーボネート等）、各種エンジニアリングプラスチック、シクロオレフィンポリマー、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、ＰＦＡ及び構成が適用されうる。なお、被覆層３１は、図１に示されたＰＯＦ１０のクラッド１２の外周に設けられてもよい。

（ＰＯＦの製造方法）
本実施形態のＰＯＦは、溶融紡糸法を用いて製造され得る。すなわち、本実施形態のＰＯＦの製造方法は、
コア材料を含む第１のプリフォームを溶融させてファイバー状に押出成形して、前記コア材料からなるファイバー状の成形体を作製すること、
クラッド材料含む第２のプリフォームを溶融させて、前記成形体の表面を被覆するように押出成形すること、
を含む。上記クラッド材料は、上記第１含フッ素樹脂である。

上述のとおり、本実施形態の第１含フッ素樹脂は、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において、６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する。本実施形態において、コア材料およびクラッド材料の溶融紡糸は、例えば２００～３２０℃の温度範囲で実施される。本実施形態の第１含フッ素樹脂は、上記の溶融粘度を有するので、上記温度範囲における溶融紡糸が可能である。

（実施例１）
［第１含フッ素樹脂の作製］
第１含フッ素重合体として、テフロン（登録商標）ＡＦ１６００（三井・ケマーズフロロプロダクツ株式会社製）を用いた。テフロン（登録商標）ＡＦ１６００は、上記式（６）で表される構成単位（Ｆ）を含有する含フッ素重合体である。含フッ素可塑剤として、フォンブリン（ＹＲグレード、ＳＯＬＶＡＹ社製）を用いた。用いたフォンブリンは、上記式（１９）で表される構成を有する。テフロン（登録商標）ＡＦ１６００とフォンブリンとを、フォンブリンが５質量％となる割合で混合した。得られた混合物について、以下に説明する方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。

［溶融粘度の測定］
上記のように作製された第１含フッ素樹脂の２７０℃における溶融粘度を測定した。測定装置として、回転型レオメータ「ＨＡＡＫＥ ＭＡＲＳ III」（サーモフィッシャーサイエンティフック株式会社製）が用いられた。装置の測定条件は、以下のとおりであった。

装置の測定条件：
・ジオメトリー：コーンプレート径は２０ｍｍφ（傾斜角：４°）、Ｔｉ製プレートを使用。
・せん断速度：せん断速度を０．０１［１／ｓ］から５［１／ｓ］まで連続的に変化させて０．０５［１／ｓ］の点での溶融粘度を読み取った。予備回転は最大２ｍｉｎで０．０１［１／ｓ］、測定時間は１０ｍｉｎ。
・プレート間距離：０．１４０ｍｍ、容積：０．１５０ｃｍ³

試料は、測定前に、１００℃で１０ｈ以上乾燥させた。乾燥終了後１５分以内に、試料の溶融粘度の測定を開始した。試料の安定化のため、２７０℃に加熱したステージに試料を乗せて１０分程度待ってから測定を開始した。結果は、表１に示されている。

［屈折率の測定］
第１含フッ素樹脂の屈折率を以下の方法で測定した。試料を２１０℃でプレスし、厚さ１５０μｍのシートを得た。得られたシートについて、プリズムカプラにて、波長８４８ｎｍの光に対する屈折率を測定した。結果は表１に示されている。

［透明性の評価］
屈折率の測定に使用したシートについて、目視で白濁の有無を確認した。

（実施例２）
［第１含フッ素樹脂の作製］
フォンブリンが１０質量％となる割合で、フォンブリンとテフロン（登録商標）ＡＦ１６００とを混合した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例２の第１含フッ素樹脂を作製した。実施例２の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例３）
［第１含フッ素樹脂の作製］
フォンブリンが２０質量％となる割合で、フォンブリンとテフロン（登録商標）ＡＦ１６００とを混合した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例３の第１含フッ素樹脂を作製した。実施例３の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例４）
［第１含フッ素樹脂の作製］
フォンブリンが３０質量％となる割合で、フォンブリンとテフロン（登録商標）ＡＦ１６００とを混合した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例４の第１含フッ素樹脂を作製した。実施例４の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例５）
［第１含フッ素樹脂の作製］
フォンブリンが５０質量％となる割合で、フォンブリンとテフロン（登録商標）ＡＦ１６００とを混合した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例５の第１含フッ素樹脂を作製した。実施例５の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例６）
［第１含フッ素樹脂の作製］
含フッ素可塑剤として、フォンブリン（Ｍ６０グレード、ＳＯＬＶＡＹ社製）を用いた点以外は、実施例１と同様の方法で実施例６の第１含フッ素樹脂を作製した。用いたフォンブリンは、上記式（２０）で表される構成を有する。実施例６の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例１）
［第１含フッ素樹脂の作製］
フォンブリンを添加しなかった点以外は、実施例１と同様の方法で比較例１の第１含フッ素樹脂を作製した。すなわち比較例１の第１含フッ素樹脂は、テフロン（登録商標）ＡＦ１６００のみから構成されていた。比較例１の第１含フッ素樹脂について、実施例１と同様の方法で、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度、波長８４８ｎｍの光についての屈折率、および透明性の評価を行った。結果を表１に示す。

実施例１～６の第１含フッ素樹脂は、式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有する含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有し、さらに２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度が６０００Ｐａ・ｓ以下を満たしていた。さらに、実施例１～６の第１含フッ素樹脂は、低い屈折率および高い透明性も有していた。したがって、実施例１～６の第１含フッ素樹脂は、溶融紡糸によって製造されるＰＯＦのクラッドの材料として適している。これに対し、比較例１の含フッ素可塑剤が添加されなかった第１含フッ素樹脂は、低い屈折率を有し、さらに透明性にも優れたものの、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1における溶融粘度が高く、溶融紡糸によって製造されるＰＯＦのクラッドの材料には使用不可であった。

本発明のＰＯＦは低い伝送損失を実現でき、高速通信の用途に適している。

１０，２０，３０ ＰＯＦ
１１ コア
１２，２２ クラッド
２２１ 第１のクラッド層
２２２ 第２のクラッド層
３１ 被覆層

Claims (11)

1. コアと、前記コアの外周に配置されたクラッドと、を備えたプラスチック光ファイバーであって、
   前記クラッドは、下記式（１）で表される構成単位（Ａ）を含有し、かつ非晶質構造を有する含フッ素重合体と、含フッ素可塑剤とを含有する含フッ素樹脂を含み、
   前記含フッ素樹脂は、２７０℃およびせん断速度０．０５ｓ^-1において、６０００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する、
   プラスチック光ファイバー。
   

   

   （式（１）中、Ｚは、酸素原子、単結合、又は－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－を表し、Ｒ¹～Ｒ¹²は各々独立に、フッ素原子、炭素数１～５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１～５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。ｓ及びｔはそれぞれ独立に０～５で、かつｓ＋ｔが１～６の整数（ただし、Ｚが－ＯＣ（Ｒ¹¹Ｒ¹²）Ｏ－の場合、ｓ＋ｔは０であってもよい）を表す。ｕ及びｖはそれぞれ独立に０または１である。）
2. 前記含フッ素重合体は、下記式（２）で表される構成単位（Ｂ）をさらに含有する、
   請求項１に記載のプラスチック光ファイバー。
   

   

   （式（２）中、Ｒ¹³～Ｒ¹⁶は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。）
3. 前記含フッ素重合体は、含フッ素重合体Ａおよび含フッ素重合体Ｂからなる群より選択される少なくとも１つであり、
   前記含フッ素重合体Ａは、下記式（３）で表される構成単位（Ｃ）および下記式（４）で表される構成単位（Ｄ）を含有し、
   前記含フッ素重合体Ｂは、下記式（５）で表される構成単位（Ｅ）を含有する、
   請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバー。
   

   

   

   （式（４）中、Ｒ¹⁷～Ｒ²⁰は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１～７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。）
   

   
4. 前記含フッ素重合体は、下記式（６）で表される構成単位（Ｆ）を含有する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバー。
   

   

   （式（６）中、ｍおよびｎは任意の整数）
5. 前記含フッ素可塑剤は、含フッ素ポリエーテルである、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバー。
6. 前記含フッ素ポリエーテルは、パーフルオロポリエーテルである、
   請求項５に記載のプラスチック光ファイバー。
7. 前記含フッ素樹脂は、波長８４８ｎｍにおいて１．３４５以下の屈折率を有する、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバー。
8. 前記含フッ素樹脂は、波長８４８ｎｍにおいて１．３２５以下の屈折率を有する、
   請求項７に記載のプラスチック光ファイバー。
9. 前記含フッ素重合体および前記含フッ素可塑剤の合計に対する、前記含フッ素可塑剤の含有割合が、５質量％以上５０質量％以下である、
   請求項１～８のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバー。
10. 前記クラッドは、第１のクラッド層及び第２のクラッド層を含み、
    前記第１のクラッド層は、前記コアに接して配置されており、
    前記第２のクラッド層は、前記第１のクラッド層よりも外周側に配置され、かつ前記含フッ素樹脂で構成されている、
    請求項１～９のいずれか1項に記載のプラスチック光ファイバー。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバーの製造方法であって、
    前記製造方法は、
    コア材料を含む第１のプリフォームを溶融させてファイバー状に押出成形して、前記コア材料からなるファイバー状の成形体を作製すること、
    クラッド材料含む第２のプリフォームを溶融させて、前記成形体の表面を被覆するように押出成形すること、
    を含み、
    前記クラッド材料は、前記含フッ素樹脂である、
    プラスチック光ファイバーの製造方法。

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