JP3559295B2 - プラスチック光ファイバ及びその製法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光ファイバの伝送損失の低減化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その端面加工の容易さ、耐曲げ特性および耐振動特性の良さから、最近、種々の用途でその需要が伸びている。オールプラスチック光ファイバは屈折率が大きく、かつ、光の透過性が良好なポリメタクリル酸メチル（以下ＰＭＭＡという）やポリカーボネート（以下ＰＣという）等の重合体にて芯層を構成し、芯形成用ポリマの屈折率よりも屈折率が小さく、透明な含フッ素ポリマ等の重合体を鞘材層として、芯材層の外周に設けた芯−鞘構造をその基本構成単位としている。
【０００３】
オールプラスチック光ファイバはその特性から短距離通信用ファイバとして、あるいは、センサー用光ファイバとしての適性を有しており、その加工性の良好さから、とくに自動車内光通信に代表される移動体内での光通信媒体として使用するのに適している。また、オールプラスチック光ファイバはその繰返し曲げ特性が良好なことから、ロボットアームのセンサーなど繰返し屈曲操作を行うことが多く、かつ、振動部位で使用する光ファイバの需要が大きく伸びている。
【０００４】
また、装飾用、照明用光ファイバとしては、プラスチック光ファイバは折れないこと、端面加工の容易さなどの特徴を有することから有用に用いられている。従来開発されてきたプラスチック光ファイバは、鞘材としてはフッ化ビニリデンを主成分とする共重合体、あるいは、フッ素化メタクリレート共重合体が一般的に用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フッ素化メタクリレート共重合体は透明性に優れているものの、柔軟性に劣り、破断伸びが少なく、さらに高価であり、該重合体を鞘とする光ファイバは、その取扱い性に劣るという難点がある。また、フッ化ビリニデンを主成分とする重合体は柔軟性に優れ、破断伸びが大きく、フッ化メタクリレート系重合体に比べ安価であるが、該重合体は結晶性を有し、透明性に劣るため、該重合体を鞘とする光ファイバは、その伝送特性が必ずしも良好とはいえず、通信用等のとくに低伝送損失を要求される分野で使用する光ファイバとしては、その特性は満足すべきものではない。
【０００６】
そこで、従来は低伝送損失の光ファイバであることが要求される分野で用いられる光ファイバは、鞘材としてフッ素化メタクリレート共重合体を用いたものが、耐屈曲を要求される分野、とくに工業用途に用いられる光ファイバは、鞘材としてフッ化ビニリデンを主成分とする重合体を用いたものが用いられるというごとく、要求性能に応じて何種類かの光ファイバを使いわけることが一般的である。すなわち、低伝送損失を備え、かつ、繰返し屈曲性に優れたプラスチック光ファイバは、未だ得られておらず、両特性に優れたプラスチック光ファイバの開発が強く望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決し得たプラスチック光ファイバの開発を目的に検討した結果、本発明を完成したものであり、その要旨とするところは、実質的透明な重合体を芯材とし、芯材より低屈折率なフッ化ビニリデンを主成分とする重合体を鞘材とするプラスチック光ファイバであり、鞘材の結晶化度が５〜５０％の範囲であることを特徴とするプラスチック光ファイバ及びその製法にあり、とくに、鞘材がフッ化ビニリデンの共重合量が６０〜９５モル％、テトラフルオロエチレンの共重合量が５〜４０モル％なる共重合体にて構成されたプラスチック光ファイバ及びその製法にある。
【０００８】
フッ化ビニリデンを主成分とする重合体は、前述のごとく、結晶構造を有するため、この重合体を鞘材とした際には、光ファイバの芯−鞘界面において光の散乱が生じ、伝送損失の増大をまねく。本発明者等は、フッ化ビニリデンを主成分とする重合体の結晶生成、構造等の挙動について詳細に検討し、特定の条件にてその結晶化度を低減化し得ることを見いだし、この重合体を鞘材とした光ファイバは低伝送損失特性を備えたプラスチック光ファイバが得られることを見いだした。
【０００９】
フッ化ビニリデンを主成分とする重合体は、一般的には結晶化度７０％以上の高結晶性ポリマである。しかし、該フッ化ビニリデン系ポリマを鞘材とした芯−鞘構造の光ファイバを得た後、該光ファイバをフッ化ビニリデン系重合体の融点以上の温度に加熱し、その後室温以下、とくに０°以下に急冷することにより、鞘を構成するフッ化ビニリデン系重合体の結晶化を抑制することが可能なことを見いだした。鞘を構成するフッ化ビニリデン系重合体の結晶化度が５％未満となると該重合体はゴム質となり、光ファイバの芯−鞘界面で構造不整が生じやすくなり、光伝送特性の良好なものとすることが難しく、一方、鞘材の結晶化度が５０％を超えて大きい光ファイバは鞘での光の散乱が増加し、低損失なプラスチック光ファイバが得られない。
【００１０】
本発明のプラスチック光ファイバの芯材料として好ましく用いうる材料は、例えば、メタクリル酸メチルの単独重合体または共重合体、とくに、共重合体中の７０重量％以上がメタクリル酸メチル単位、３０重量％以下がメタクリル酸メチルと共重合可能なモノマ単位で構成されていることが好ましい。メタクリル酸メチルと共重合可能なモノマとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のビニルモノマが挙げられる。この他、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル等のメタクリル酸エステルと、これらと共重合可能なモノマとの共重合体、あるいは、これらポリマの水素原子の全部あるいは一部が重水素原子で置換された重水素化重合体、ポリカーボネート等を例示することができる。
【００１１】
鞘材としては、フッ化ビニリデンを主成分とした重合体であり、とくに、フッ化ビニリデンを主成分とする重合体とは５０モル％以上のフッ化ビニリデンを共重合したもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フツ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロアセトンとの共重合体、または上記単量体の三元共重合体、四元共重合体などが挙げられるが、これら重合体のみに限定されるものではないが、フッ化ビニリデンの共重合量が６０モル％以上、９５モル％以下、テトラフルオロエチレンの共重合量が５モル％以上、４０モル％以下の共重合体がＰＭＭＡを芯材とした光ファイバの鞘材としてとくに好ましい。フッ化ビニリデンの共重合量が６０モル％未満の共重合体は、実質的に非結晶性のゴム質となり、このような重合体より形成した鞘材は、光ファイバの使用温度において粘着性を示し、光ファイバ鞘材としての形を保つことが難しい。一方、フッ化ビニリデンの共重合量が９５モル％を越えた共重合体は、いかなる処理を施してもその結晶化度を５０％以下とすることが困難となるので、鞘材としての適性がない。
【００１２】
以下、実施例に従い、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の例に限定されるものではない。
【００１３】
【実施例１】
芯材としてＰＭＭＡ、鞘材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（共重合比、７５／２５モル％）の共重合体を用いた外径 １，０００μｍ、鞘厚１０μｍのプラスチック光ファイバＡを溶融紡糸法にて得た。得られた光ファイバＡを鞘材の融点以上の温度である １５０℃に加熱処理し、１秒以内に０℃の冷水中に導入して急冷し、光ファイバＢを得た。得られた光ファイバＡ、Ｂの光伝送損失を測定したところ、光ファイバＡは １４６ｄＢ／ｋｍ、光ファイバＢは １３１ｄＢ／ｋｍであった。また、光ファイバＡ、Ｂそれぞれの鞘材の結晶化度は光ファイバＡが５６％、光ファイバＢが２１％であった。
【００１４】
【実施例２】
実施例１において鞘材としてフッ化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレン（共重合比、８５／１５モル％）の共重合体を用いる以外は実施例１と同様の手法にて光ファイバＣを得、この光ファイバＣを １５０℃で加熱処理し、１秒以内に０℃の冷水中に導入して急冷し、光ファイバＤを得た。光ファイバＣ、Ｄそれぞれの光伝送損失は １５７ｄＢ／ｋｍ、 １３６ｄＢ／ｋｍであり、鞘材の結晶化度は、それぞれ６９％、４１％であった。
【００１５】
【比較例１】
実施例１において鞘材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（共重合比、５５／４５モル％）なる共重合体を用いる以外は実施例１と同様にして、外径 １，０００μｍの光ファイバを得ようとしたが、鞘材の低い粘性のため、芯材との複合溶融紡糸が不可能となった。また、鞘材をアセトンに溶解し、ＰＭＭＡ芯材にソルベントコーティングによる鞘被覆層の形成を試みたが、鞘に粘着性があり、被覆不可能であった。

Claims (4)

1. 実質的に透明な重合体を芯材とし、芯材より屈折率の低いフッ化ビニリデンを主成分とする重合体を鞘材とするプラスチック光ファイバであり、鞘材の結晶化度が５〜５０％であることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
2. 鞘材がフッ化ビニリデン６０〜９５モル％、テトラフルオロエチレン５〜４０モル％の共重合体で構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光ファイバ。
3. 芯材としてメタクリル酸メチルを用い、鞘材としてフッ化ビニリデンを主成分とする共重合体を用い、複合紡糸法にて、芯−鞘構造の光ファイバを作り、さらに該光ファイバを鞘を形成するフッ化ビニリデン系重合体の融点以上の温度に加熱した後、急冷し、鞘を構成する重合体の結晶化度を５〜５０％とすることを特徴とするプラスチック光ファイバの製法。
4. 鞘材としてフッ化ビニリデンの共重合量が６０〜９５モル％の共重合体を用いることを特徴とする請求項３記載のプラスチック光ファイバの製法。