JP3110826B2 - 耐熱性光ファイバケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のエンジンル
ームや、工場などの環境温度の高いところで使用される
信号伝送やセンサーやイルミネーション用に適する、耐
熱性が高く、高温状態下の寸法を一定に保ち得る、特に
信号伝送に適する新規な耐熱性多芯プラスチック光ファ
イバケーブル及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバを用いた光通信
は汎用化してきた。これらのプラスチック光ファイバケ
ーブルは、通常一本の芯とその周りを薄く同心円状に鞘
を被覆した構造からなる、単芯の光ファイバ裸線を熱可
塑性樹脂で被覆したものが使用されるが一般的である。
このようなプラスチック光ファイバでは、芯の直径は通
常０．５〜１．５ｍｍである。その他の光ファイバケー
ブルの構造としては０．１〜０．２ｍｍ程度の細いプラ
スチック光ファイバを数１０本程度束にし、それを熱可
塑性樹脂で被覆したバンドルケーブルも使用されてい
る。

【０００３】さて、このような従来のプラスチック光フ
ァイバケーブルで１００℃程度の耐熱性を付与するに
は、芯の樹脂をポリカーボネート樹脂にしたり、架橋Ｐ
ＭＭＡ樹脂としたり、耐熱性のメタクリレート系の共重
合体で熱変形温度が１００℃以上のものを使用したりす
る必要性があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、耐熱性を
付与したプラスチック光ファイバを得るには、前述の耐
熱樹脂を芯とすることが必要であったが、架橋ＰＭＭＡ
樹脂は生産性に劣ることと、ファイバの可僥性に劣るこ
とが問題であった。一方、ポリカーボネートや耐熱メタ
クリレート共重合体は乾燥状態ではあまり問題はない
が、高温下の高湿度状態に長期間放置すると、加水分解
による劣化が生じ、脆くなったり、伝送損失が大きくな
ったりする。自動車のエンジンルームで使用するよう
な、長期間にわたる信頼性が要求されるような用途に対
しては、さらに一層の信頼性と経済性に優れた、特に信
号伝送用プラスチック光ファイバケーブルが要求され
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者はこれらの課題
を解決するために、種々検討した結果、プラスチック光
ファイバケーブルの構造として、(イ) ＰＭＭＡ系樹脂製
の細径芯島を特定の融点を持つビニリデンフロライド系
樹脂からなる耐熱性鞘樹脂マトリックス（海）中に保持
し、（ロ)多数の芯繊維を個別に仕切って鞘樹脂に取り囲
む一まとめにした海島構造の多芯プラスチック光ファイ
バとすると共に、 ( ハ )特定のＤ硬度のビニリデンフロラ
イド系樹脂で被覆してなる層を有することにより、１０
０℃を越える環境下に耐える耐熱性光ファイバケーブル
を提供できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。即ち、本発明は： ＰＭＭＡ系の樹脂を芯とし、
個々の芯の直径が５０〜３００ミクロンであり、７個以
上の芯繊維が個別に仕切られるように、鞘樹脂として融
点が１３５℃以上のビニリデンフロライド系樹脂を充満
して一まとめにして鞘とした、断面がほぼ円状の多芯プ
ラスチック光ファイバを一旦紡糸し、冷却した後、２３
℃におけるショアＤ硬度６０以上であるビニリデンフロ
ライドを主体とした樹脂組成物で溶融被覆してなる層を
少なくとも１層持つ、耐熱性光ファイバケーブルを提供
する。また、 に記載の多芯光ファイバケーブルを
必要な長さに切断したケーブル全体を、１１５〜１２５
℃の温度で数時間熱処理し、１００℃を超える環境下に
耐える、耐熱性光ファイバケーブルの製造方法を提供す
る。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。 （ｉ）本発明の信号伝送に適する多芯プラスチック光フ
ァイバケーブルの特徴 多芯プラスチック光ファイバはすでに公知ではあるが、
従来の多芯光ファイバの用途はイメージファイバとして
のもので、先端面に結像させた画像や光の強弱パターン
を保持させつつ、他端面に像を送る用途に使用するもの
であり、個々の芯は画素として利用されているものであ
る。これに対し、本発明の多芯光ファイバケーブルの利
用方法は、個々の芯の配置は利用しないで全体の芯を一
まとめにし、光信号や光パワーを伝送するのに、即ち信
号伝送用に使用される点が異なる。しかも、その使用さ
れる環境温度は１００℃以上で、場合によっては１２０
℃にもなり、この温度に耐えうる必要がある。これを可
能にした方法は、芯の樹脂は精々１００℃程度の熱変形
温度しかないものではあるが、それを小さな径の融点が
１３５℃以上のビニリデンフロライド系樹脂からなる耐
熱性の鞘樹脂からなるマトリックスの中に海島構造にな
るように保持する多芯光ファイバ構造とし、更に特定の
Ｄ硬度のビニリデンフロライド系樹脂で溶融被覆してな
る層を有することにより、１００℃を越える環境下に耐
えて高温状態下の寸法を一定に保つようにしたことにあ
る。即ち、本発明の耐熱性光ファイバケーブルの構造
は、基本的に、ＰＭＭＡ系の樹脂を芯とし、個々の芯の
直径が５０〜３００ミクロンであり、７個以上の芯繊維
が個別に仕切られるように、鞘樹脂として融点が１３５
℃以上のビニリデンフロライド系樹脂を充満して一まと
めにして鞘とした、断面がほぼ円状の多芯光ファイバを
一旦紡糸し、冷却した後、２３℃におけるショアＤ硬度
６０以上であるビニリデンフロライドを主体とした樹脂
組成物で溶融被覆してなる層を少なくとも１層持つもの
である。

【０００７】（ii）芯樹脂 １）本発明の芯ポリマーはＰＭＭＡ系のポリマーであ
る。そのような樹脂は重量平均分子量８万〜２０万程度
のＭＭＡのホモポリマーまたはコポリマーである。該コ
ポリマーの例を挙げれば、ＭＭＡと５モル％以下のメチ
ルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリ
レート、プチルアクリレート、オクチルアクリレート等
とのコポリマなどを示すことができるが、これらに限定
されるものではない。 ２）すでにＰＭＭＡ系の芯ポリマーとして公知の樹脂の
中から、特に鞘樹脂であるビニリデンフロライド系の樹
脂によく相溶するものと組み合わせて選べばよい。これ
はＭＭＡと鞘が完全に一体的に相溶接着することが本発
明の耐熱ファイバを形成する上で重要な条件だからであ
る。ＰＭＭＡと鞘が相溶接着していることは、電子顕微
鏡で芯と鞘の界面を観察したとき、界面に均一な層がで
きるので分かる。

【０００８】（iii) 鞘樹脂 鞘ポリマーとしては、基本的に、芯樹脂であるＰＭＭＡ
系の樹脂と一体的に相溶接着できる融点が１３５℃以上
のビニリデンフロライド系樹脂を使用することが望まし
い。より好ましくは、芯樹脂との相溶性の関係でビニリ
デンフロライド構成単位を８５モル％以上含む樹脂が好
ましい。鞘ポリマーのメルトフローインデックスはＡＳ
ＴＭ−１２３８、２３０℃で荷重３．８ｋｇの値が１０
ｇ／１０分以上のものが好ましい。このような要件を満
たすビニリデンフロライド系の鞘樹脂は、例えば、ビニ
リデンフロライドとテトラフロロエチレンの共重合体、
ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサ
フロロプロペン共重合体、ビニリデンフロライドとテト
ラフロロエチレンとヘキサフロロアセトン共重合体、ビ
ニリデンフロライドとヘキサフロロアセトン共重合体、
ビニリデンフロライドとトリフロロエチレン共重合体、
ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフ
ロロアセトン共重合体等を挙げることができるが、これ
に限定されない。

【０００９】（iv）耐熱性光ファイバケーブルを構成す
る多芯プラスチック光ファイバの製造法 このような芯を島とし、鞘を海とする多芯のプラスチッ
ク光ファイバは一例を示せば、米国特許第３，５５６，
６３５号に記載されているような複合紡糸ダイで製造す
ることができる。即ち、芯樹脂と鞘樹脂を溶融状態で、
複合紡糸ダイに供給し、まず、芯樹脂をほぼ均等に７ヶ
以上の孔を開けたダイプレートに供給し、引き続き、細
管のガイドで芯樹脂を流下させる。芯の配置は細密充填
配置にするのが好ましいが、芯の数が比較的少ない場合
には、後で行う保護被覆を施す時のストレスが均一化す
るので、最外周に配置する芯は、同一円周上にするのが
好ましい。溶融した鞘樹脂を芯樹脂の流れている全ての
細管の周りに供給し、芯を島とし鞘を海とする構造に被
覆する。その後海島構造体を引きおとし０．５ｍｍ〜
１．５ｍｍ程度のファイバとする。

【００１０】(v) 多芯プラスチック光ファイバの構造 本発明に使用する多芯プラスチック光ファイバはＰＭＭ
Ａ系の芯樹脂からなり、個々の芯の直径が３００ミクロ
ン以下であり、７個以上の芯繊維が個別に仕切られるよ
うに、鞘樹脂を充満して、一まとめにして海島構造とし
た断面がほぼ円状の多芯光ファイバである。 １）光ファイバの直径 多芯光ファイバの断面の直径は０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度
であり、通常は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。

【００１１】２）芯の直径 ここで、芯の直径が３００ミクロンより大きいと、芯材
のＰＭＭＡが高温下で流動してしまう恐れがあり、高温
でＰＭＭＡの延伸配向が緩和されてファイバが破断し易
くなる。本発明による直径が３００ミクロン以下の芯で
は、小さな鞘のマトリックスの中に芯ポリマーが取り囲
まれて、高温下においても芯を保持することができる。
しかし、芯の径が小さすぎると高温下での伝送損失が増
加しやすいので、芯樹脂の高温下での流動化や機械強度
の低下を抑えることのできる、出来るだけ大きな芯径に
する必要がある。この様なことで、１００℃を超える温
度で使用するには、芯の直径は５０ミクロン〜３００ミ
クロンの範囲が必要である。

【００１２】３）芯の数 芯の数は、出来るだけ断面の均一化をはかる必要から芯
の配置が安定する７ケ以上にする。このような構造から
なる多芯光ファイバは多数の芯とそれを取り巻く鞘樹脂
はしっかりと一体化されているし、断面の直径が１ｍｍ
程度のこの多芯光ファイバを小さく折り曲げても光ロス
は極めて少ないという優れた特徴が見出される。

【００１３】４）芯の面積と鞘の面積の比率 本発明の光ファイバケーブルは、あくまでも信号伝送や
光パワー伝送の用途が主であるので、イメージファイバ
としての解像度などは問わないが、鞘が芯をしっかり保
持するためには多芯光ファイバ断面における、芯の面積
と鞘の面積の比率は芯／鞘＝９／１〜４／６程度が好ま
しい。

【００１４】（vi）多芯プラスチック光ファイバケーブ
ル １）補強被覆 本発明の多芯プラスチック光ファイバは、ＰＭＭＡ系樹
脂の芯と硬くて融点の高いＰＶｄＦを主体とした鞘から
なる多芯ファイバ裸線では、そのままで１２０℃程度の
高温下に放置した場合、小さくカール化してスプリング
のようになる特徴がある。これでも機械的な強度は残っ
ており、スプリングを伸縮させてもファイバが断線する
ことはない。しかし、スプリング状で使用する場合は別
として、直線状で使用するのが一般的であるので、カー
ル化させないためには、多芯の裸線ファイバをさらに高
温下でのヤング率の高い樹脂で補強被覆する。そのよう
な樹脂の選択条件として、耐性等の点から２３℃におけ
るショアＤ硬度の値か６０以上である樹脂組成物で溶融
被覆して、かかる層を少なくとも一層持つように被覆す
る必要がある。

【００１５】２）被覆樹脂 このような樹脂組成物としてはビニリデンフロライドを
主体とした樹脂が、裸線の鞘樹脂と良く密着させるため
に必要である。ビニリデンフロライド系樹脂の場合は、
その樹脂の引張破断伸度（ＡＳＴＭＤ１７０８ 引張速
度１００ｍｍ／分）が２００％以上であることか好まし
い。この値が２００％より小さいと引張り、曲げ、ねじ
れによって、ケーブルが折れ易くなってしまう。そのよ
うなビニリデンフロライド系樹脂としては、例えば、ビ
ニリデンフロライドとクロロトリフロロエチレン共重合
体、ビニリデンフロライドとクロロトリフロロエチレン
のランダム共重合体にビニリデンフロライドをグラフト
重合させた樹脂、およびこれらの樹脂とポリビニリデン
フロライドの混合物、ビニリデンフロライドとテトラフ
ロロエチレン共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサ
フロロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライドとト
リフロロエチレン共重合体、ビニリデンフロライドとエ
チレン共重合体、ビニリデンフロライドとプロピレン共
重合体、熱可塑性フッ素ゴム（例えばセントラル硝子社
製品セフラルソフト）、ＳＢ系熱可塑性エラストマー
（例えば旭化成工業製品タフテック）とポリビニリデン
フロライドとの混合体などか挙げられる。

【００１６】３）樹脂被覆法 樹脂組成物の多芯裸線への被覆は、多芯の裸線を一旦紡
糸し冷却したのち、その裸線に電線被覆を施すように、
熱溶融樹脂をあとで被覆、即ち溶融被覆するのがよい。
保護被覆は１ｍｍの多芯裸線の場合であれば０．０５ｍ
ｍ〜０．３ｍｍ程度被覆すれば十分であるが、必要に応
じて、さらに厚くしたり、あるいは別の樹脂をその上に
被覆してもよい。

【００１７】４）耐熱処理 本発明の耐熱光ファイバケーブルは１００℃以下で使用
する際には特別な処理を必要としない。１００℃以下で
あれば湿熱条件下でも全く問題はない。しかし、１００
℃を超えて使用する場合には、予めケーブルを必要な長
さに切断しておき、１１５〜１２５℃の温度で数時間程
度の熱処理を施すと、ケーブルの先端部がやや膨大化し
て、多芯ファイバが被覆層にきっちり固定されるので、
以降の使用に際しては十分小さなピストニングに抑える
ことができる。 ５）本発明のケーブルは第１層目の保護被覆は剥がさな
いで多芯光ファイバと一体的に使用する。そのため、こ
のケーブルの外に第二の被覆を施し、それをかしめて固
定することはより好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例、比較例によって詳細
に説明するが、これらの実施例に限定されるものではな
い。 （実施例１） 芯を重量平均分子量１０万のＰＭＭＡ樹脂、鞘をビニリ
デンフロライドとテトラフロロエチレンの９０対１０モ
ルの共重合体を用いた。この共重合体の融点は１５２℃
で、メルトフローインデックスはＡＳＴＭ−１２３８、
２３０℃で荷重３．８ｋｇの値が３０ｇ／１０分であっ
た。芯ポリマー押出機で溶融し１９個の孔を開けたダイ
プレートに供給した。この孔の配置は図１に示すように
中心に１ケ、その周りに正６角形に６ヶ配置し、さらに
その周りに正１２角形の位置の円周上に１２ヶの孔を配
置した。ついで、幹ポリマーか芯ポリマーの周りに充満
されるように、１９個の孔を開けたダイプレートに供給
して、全部のファイバが充満密着するように絞り込んだ
キャップをつけて、収束し、一本のほば円状断面をした
裸線を得た。この裸線の芯の平均的な直径は１７０μｍ
であり、裸線の断面の直径は１．０ｍｍであった。この
裸線は一旦室温まで冷却した後、その外側を熱溶融した
ビニリデンフロライドとクロロトリフロロエチレンの重
合体で、２３℃におけるＳＨＯＲＥ Ｄ硬度が７０でそ
の樹脂の引張破断伸度（ＡＳＴＭＤ１７０８ 引張速度
１００ｍｍ／分）が３００％のもので１．３ｍｍの外径
に溶融被覆した。このケーブルの伝送損失は６５７ｎｍ
のＬＥＤで５ｍ−１ｍのカットバック法による測定で
０．４５ｄＢ／ｍであった。

【００１９】このケーブルを１ｍにカミソリで切断した
ものを２本準備し、一本は標準サンプルとし、もう一本
を以下の処理を行った。１２０℃のオーブン中で４８時
間熱処理した。その時のケーブル長さは０．９８５ｍで
あり、多芯の裸線が外側の被覆層から０．５ｍｍ引っ込
んでいた。このケーブルの両端を、丁度、裸線の端面の
位置に合わせて、外被覆をカミソリで切断し６５７ｎｍ
のＬＥＤの光パワーを、標準サンプルの光パワーに対す
る保持率で求めたところ、７０％であった。このケーブ
ルを以降は１１５℃で２００時間放置したのち寸法と光
パワー保持率を求めた。ケーブルの寸法は０．９８２ｍ
であり、裸線は保護被覆層から０．１ｍｍ以下の引っ込
み状態にすぎなかった。光パワー保持率は標準ケーブル
に対して、６８％であり、熱処理以降の変化は小さいこ
とがわかった。

【００２０】（実施例２） 実施例１と同様な鞘及び芯ポリマーからなる島の平均直
径１４μｍの３５００ケの島からなる、裸線の断面の直
径が１．０ｍｍの裸線について、実施例と同様の保護被
覆層を１．３ｍｍの外径になるように被覆した。このケ
ーブルの初期の伝送損失は６５７ｎｍのＬＥＤに対して
５ｍ−１ｍのカットバック法で測定し、０．８ｄＢ／ｍ
であった。このケーブルを１ｍにカミソリで切断したも
のを２本準備し、一本は標準サンプルとし、もう一本を
以下の処理を行った。１００℃のオーブン中で４８時間
熱処理した。その時のケーブル長さは０．９９５ｍであ
り、多芯の裸線が外側の被覆層から０．１ｍｍ引っ込ん
でいた。このケーブルの両端を、丁度、裸線の端面の位
置に合わせて、外被覆をカミソリで切断し６５７ｎｍの
ＬＥＤの光パワーを、標準サンプルの光パワーに対する
保持率で求めたところ９０％であった。以降８５℃、湿
度９５％の雰囲気に２００時間放置したが、寸法、及び
光パワーの保持率は変化なかった。

【００２１】（比較例１） 実施例２のケーブルを１ｍにカミソリで切断したものを
２本準備し、一本は標準サンプルとし、もう一本につい
て以下の処理を行った。１２０℃のオーブン中で４８時
間熱処理した。その時のケーブル長さは０．９８５ｍで
あり、多芯の裸線が外側の被覆層から０．５ｍｍ引っ込
んでいた。このケーブルの両端を、丁度、裸線の端面の
位置に合わせて、外被覆をカミソリで切断し６５７ｎｍ
のＬＥＤの光パワーを、標準サンプルの光パワーに対す
る保持率で求めたところ、３０％であった。特に、外側
の画素が導光しなくなっていた。（高温下、芯の直径が
好ましい範囲の下限、５０μｍより小さい場合）

【００２２】

【発明の効果】以上の通り、耐熱性樹脂からなる鞘の海
の中に、適度の太さのＰＭＭＡ樹脂からなる芯を仕切ら
れるように配置した海島構造の多芯プラスチック光ファ
イバとし、さらにその光ファイバを耐熱性の高い樹脂で
保護被覆した多芯プラスチック光ファイバケーブルであ
るので、耐熱性が高く、高温状態下の寸法を一定に保ち
得る効果があり、信号伝送用の多芯プラスチック光ファ
イバ及びそのケーブルとして特に有用である。また、上
記多芯プラスチック光ファイバケーブルに熱処理するこ
とにより、１００℃を超える環境下に耐える耐熱性光フ
ァイバケーブルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多芯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。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＭＭＡ系の樹脂を芯とし、個々の芯の
   直径が５０〜３００ミクロンであり、７個以上の芯繊維
   が個別に仕切られるように、鞘樹脂として融点が１３５
   ℃以上のビニリデンフロライド系樹脂を充満して一まと
   めにして鞘とした、断面がほぼ円状の多芯プラスチック
   光ファイバを一旦紡糸し、冷却した後、２３℃における
   ショアＤ硬度６０以上であるビニリデンフロライドを主
   体とした樹脂組成物で溶融被覆してなる層を少なくとも
   １層持つことを特徴とする、耐熱性光ファイバケーブ
   ル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の多芯光ファイバケーブ
   ルを必要な長さに切断したケーブル全体を、１１５〜１
   ２５℃の温度で数時間熱処理し、１００℃を超える環境
   下に耐えることを特徴とする、耐熱性光ファイバケーブ
   ルの製造方法。