JP3670386B2 - プラスチック光ファイバ素線及び該素線を用いたプラスチック光ファイバケーブル - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、高速光通信のためのコンピュータ接続配線、交換機周りの配線、工場自動機制御の配線、などに利用できるプラスチック光ファイバ素線に関するものであり、特に曲げによる光ロスの少ないプラスチック光ファイバ素線及びケーブルを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、信号伝送にプラスチック光ファイバケーブルを使用する場合の注意点として、プラスチック光ファイバケーブルは曲げた時の光ロスが大きいため、ケーブルの曲げ半径をできるだけ大きくして光ロスを小さくしなければならないということがある。ステップインデックス型の光ファイバの曲げによる光ロスは、光ファイバの開口数ＮＡとファイバの直径に関係し、開口数が大きい程、そして直径が小さい程、光ロスが小さくなることが理論的に考察されているが、開口数や直径を勝手に変えることはできない。即ち、光ファイバの直径を小さくすることは、受光量を減らし、結合の容易さを損なうことになることなどから好ましくない。開口数についても同様である。ステップインデックス型のプラスチック光ファイバの開口数ＮＡは、芯樹脂の屈折率（ｎX ）と鞘樹脂の屈折率（ｎY ）により、次式で求められる。
【０００３】
ＮＡ＝（ｎX 2−ｎY 2）0.5
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
開口数はプラスチック光ファイバの伝送帯域に関係する。従来のプラスチック光ファイバでは開口数は０．４５〜０．７であったが、より高速の信号伝送を達成する必要から開口数を０．１〜０．４５程度に下げたプラスチック光ファイバでは、曲げによる光ロスがますます深刻になっており、このような低開口数のプラスチック光ファイバの曲げによる光ロス対策の良い解決法は見つかっていない。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決し、高速伝送に対応した開口数の低いプラスチック光ファイバにおいて、曲げによる光ロスを低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系樹脂とし、それを取り巻く第１鞘層の樹脂がビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂の混合物からなり、さらにその上を取り巻く第２鞘層が上記ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体であり、芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の２０℃におけるナトリウムＤ線で測定した屈折率をｎ0、ｎ1、ｎ2とする時の関係が次式を満たし、
０．１＜ＮＡ＝（ｎ0 2−ｎ1 2）0.5＜０．４５ （１）式
０．００５＜ｎ1−ｎ2＜０．０８ （２）式
第１鞘層の厚さが２〜２５μｍ、第２鞘層の厚さが０．５〜３００μｍであることを特徴とするプラスチック光ファイバ素線である。
【０００７】
本発明はさらに、上記プラスチック光ファイバ素線の上にさらに熱可塑性樹脂を被覆してなるプラスチック光ファイバケーブルを提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のプラスチック光ファイバケーブルを示す。図中、１が本発明のプラスチック光ファイバ素線で、芯２、第１鞘層３、第２鞘層４で構成され、さらにその上に熱可塑性樹脂からなる保護被覆層５を形成して光ファイバケーブルを構成している。
【０００９】
本発明において、芯を形成するＰＭＭＡ系樹脂は、プラスチック光ファイバに用いる素材として公知のものであり、メチルメタクリレートを８０重量％以上含有する透明な重合体であり、メチルメタクリレート単一重合体の他に、メチルアクリレートやエチルアクリレートとの共重合体や或いはブチルアクリレートなどを１〜２０重量％程度含む共重合体で、比較的Ｔg が低く、フレキシビリティに富んだものなどが曲げによる光ロスの低減には好適である。
【００１０】
ＰＭＭＡ系樹脂のメルトフローインデックスは２３０℃荷重、３．８Ｋｇ、オリフィス直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件（以下、メルトフローインデックスの測定条件は同じ）で、０．１〜４５ｇ／１０分の範囲のものが、機会的強度と滑らかな成形性から特に好ましい。このようなＰＭＭＡ系樹脂は２０℃のナトリウムＤ線で測定した屈折率（以下、屈折率の測定条件は同じ）が１．４８７〜１．４９５程度の値を示す。
【００１１】
本発明において、芯を取り巻く第１鞘層の樹脂は、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂の混合物からなり、さらにその上を取り巻く第２鞘層の樹脂がビニリデンフロライドを主成分とする樹脂からなり、芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の屈折率をｎ0 、ｎ1 、ｎ2 とした時、次式を満たす。
【００１２】
０．１＜ＮＡ＝（ｎ0 2−ｎ1 2）0.5＜０．４５ （１）式
０．００５＜ｎ 1 −ｎ 2 ＜０．０８ （２）式
【００１３】
ここで、ＮＡは先に示した開口数で、プラスチック光ファイバの伝送帯域の指標となるものである。前記したように、該開口数を下げると、曲げによる光ロスが大きくなるが、本発明では鞘を２段にすることによりこの問題を解決した。
【００１４】
芯に直接被覆する第１層目の鞘の屈折率ｎ1は、プラスチック光ファイバの開口数をほとんど支配するものであり、伝送速度から必要に応じて、芯の屈折率ｎ0とｎ1を決める必要がある。ところで、この上に第２鞘層を配置した場合、この第２鞘樹脂の屈折率ｎ2をｎ1に比べて充分低くした場合、プラスチック光ファイバを曲げて高次モードの光が第１鞘層を透過して損失されても、該第２鞘層によりいくらかの光を全反射させて回収することができることを見出した。しかしこのことは、結果的に開口数を大きくしたのではないかという懸念があったが、本発明においてプラスチック光ファイバの開口数はファイバが長くなると第２鞘層にはほとんど影響されないことがわかった。その理由は、定常的に第２鞘層で反射されるような光は、第１鞘層を繰り返し通過するうちに減衰してしまうからであった。つまり、第１鞘樹脂の透明度が適当である必要がある。
【００１５】
上記（２）式に示したように、第１鞘樹脂と第２鞘樹脂とは屈折率の差が０．００５を超え０．０８未満である必要がある。この屈折率の差が０．００５以下であると第２鞘層を設ける効果が薄く、また、第２鞘樹脂の屈折率は低ければ低い程曲げにより局部漏洩した光の回収が可能になり好ましいものの、ビニリデンフロライド系樹脂を用いることから、０．０８以上は実質困難である。
【００１６】
本発明において、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂のいずれにもビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を選択した理由は、先ず、ビニリデンフロライド系樹脂で鞘を形成した場合に、芯のＰＭＭＡ系樹脂と完全に相溶し、芯と鞘の境界面において連続的に樹脂の組成が変化してくるため、非常に強靭なプラスチック光ファイバが得られる。しかしながら、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体のみでは第１鞘層として屈折率が低過ぎ、好ましくない。そこでメタクリレート樹脂を混合することにより、透明性良く混合して、屈折率を高く調整することができる。
【００１７】
さらに、第２鞘層と第１鞘層にはいずれもビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を用いていることから、これらの境界においても透明に相溶し、伝送損失の低い、曲げによる光ロスの少ないファイバ素線が得られる。
【００１８】
本発明において第１鞘樹脂に用いられる、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体としては、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いは、これら２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体が非常に好ましい。また、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこれら２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体である。
【００１９】
また、上記ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体に混合するメタクリレートを主成分とする樹脂としては、メチルメタクリレートやエチルメタクリレートのホモポリマーや、これらのポリマー成分を主成分とする共重合体が用いられる。ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂との混合割合は、それぞれの樹脂の屈折率と配合重量割合の重量平均で凡そ求められる屈折率が所望の値になるように、それぞれの混合比率を１％から９９％の範囲で適当に選択すれば良い。第１鞘樹脂としての混合物（組成物）のメルトフローインデックスは、好ましくは５ｇ／１０分〜２０ｇ／１０分程度のものである。
【００２０】
本発明において、第２鞘樹脂のビニリデンフロライドを主成分とする共重合体としては、第１鞘樹脂に用いられる、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体を用いることができる。第２鞘樹脂は第１鞘樹脂よりも屈折率を低くするため、第１鞘樹脂のようにメタクリレート樹脂を混合せずに、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体をそのまま用いることができる。第２鞘樹脂として、第１鞘樹脂に用いたビニリデンフロライドを主成分とする共重合体と同じ共重合体を用いると、第１鞘層と第２鞘層の境界が透明に混じりあい好ましい。特に、第１鞘樹脂にビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトン系の２元以上の共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂との混合体を用いた場合、第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂の共重合体と同じものの他、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンをモル比で８０：２０とした共重合体などが特に伝送損失が少なく好ましい。
【００２１】
本発明において、第１鞘層の厚さは２〜２５μｍである。この厚さが２μｍ未満であると伝送損失が大きく、２５μｍより厚いと第１鞘層で回収光がロスされるため好ましくない。また、第２鞘層の厚さは０．５〜３００μｍの広範囲の厚さが選択できる。この厚さが０．５μｍより薄いと光の反射回収が充分でなく、また、光の反射は第１鞘層と第２鞘層の境界で行なわれるため、第２鞘層としてはあまり厚くする必要はなく、５〜２５μｍで良いが、厚くすることにより単に曲げによる光ロスの改善という目的だけでなく、保護被覆層を兼ねて、第２鞘層のみで機会的な保護層としての役割を付与することもできる。
【００２２】
本発明において、芯に第１鞘層、第２鞘層を被覆する方法は大きく３通りある。第１は、芯樹脂と第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を同時に溶融し、３層を一度に複合紡糸ダイで紡糸する方法であり、このような複合紡糸法は特開昭５０−２５５２号公報に記載されている。また、当該方法は第２鞘層を比較的薄く形成するのに好適である。
【００２３】
第２の方法は、芯樹脂と第１鞘樹脂とを同時に溶融し、二層を複合紡糸ダイで紡糸してファイバ裸線を形成し、該裸線を押出機に接続したクロスヘッドダイに導入し、溶融したビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を被覆する方法である。この方法は、第２鞘層を比較的厚く形成するのに好適である。
【００２４】
第３の方法は、芯に第１鞘層を被覆した裸線に第２鞘樹脂をフッ素系溶剤や一般溶剤に溶解した溶液として塗布する方法であり、この方法では第２鞘層を非常に薄く形成することができる。
【００２５】
このようにして得られたプラスチック光ファイバ素線は、必要に応じてその上に熱可塑性樹脂からなる保護被覆を形成してケーブルにして使用される。該熱可塑性樹脂としては、プラスチック光ファイバの被覆材として公知のポリエチレンや塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィンエラストマー樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂が用いられる。また、これらの樹脂に水酸化マグネシウムやリン化合物、ハロゲン化合物などの難燃剤処方を施したものも好適に使用される。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］
芯としてメチルメタクリレート９９．５重量％とメチルアクリレート０．５重量％からなる重量平均分子量１０万のＰＭＭＡ樹脂を用いた。この樹脂の屈折率ｎ0 は１．４９２であった。
【００２７】
第１鞘樹脂としてビニリデンフロライド８０モル％、ヘキサフロロアセトン６モル％、トリフロロエチレン１４モル％からなる屈折率が１．３９５でメルトフローインデックスが２５ｇ／１０分の共重合体と、メチルメタクリレート９０重量％とメチルアクリレート１０重量％から成る共重合体とを、重量比４：６で溶融混合し、透明樹脂を得た。この樹脂の屈折率ｎ1は１．４５２であり、メルトフローインデックスは２０ｇ／１０分であった。また、第２鞘樹脂としては、上記第１鞘樹脂に用いたものと同じビニリデンフロライド系共重合体（即ちｎ2＝１．３９５）を用いた。本実施例における開口数ＮＡは０．３４である。
【００２８】
上記芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を溶融し、３層を同時に複合紡糸した。芯径は直径９７０μｍ、第１鞘層の厚さを１０μｍ、第２鞘層の厚さを５μｍとし、外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。このプラスチック光ファイバ素線に、ポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失は、入射ＮＡ０．１５の単色光を用いて測定し、６５０ｎｍにて１２７ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて７９ｄＢ／ｋｍであった。また、このケーブルの曲げによる光保持率を測定したところ、入射ＮＡ０．７のＬＥＤ光源を用いて曲げ半径１０ｍｍの棒に１回巻き付けた時の光保持率が７０％であった。
【００２９】
［実施例２］
第１鞘樹脂に用いるメタクリレート樹脂をエチルメタクリレート単独重合体とした他は実施例１と同様にしてプラスチック光ファイバケーブルを得た。第１鞘樹脂の屈折率ｎ1 は１．４４９、メルトフローインデックスは２５ｇ／１０分、ＮＡは０．３５であった。
【００３０】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失は、入射ＮＡ０．１５の単色光を用いて測定し、６５０ｎｍにて１３０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８０ｄＢ／ｋｍであった。また、このケーブルの曲げによる光保持率を実施例１と同様にして測定したところ、７２％であった。
【００３１】
［実施例３］
芯樹脂としてメチルメタクリレート９９．５重量％とメチルアクリレート０．５重量％からなる重量平均分子量１０万で屈折率ｎ0 が１．４９２のＰＭＭＡ樹脂を用いた。
【００３２】
第１鞘樹脂としては、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなり屈折率が１．４０３、メルトフローインデックスが２０ｇ／１０分の共重合体と、メチルメタクリレート９０重量％とメチルアクリレート１０重量％からなる共重合体とを、重量比４：６で溶融混合して透明樹脂を得た。この樹脂の屈折率ｎ1 は１．４５５であり、メルトフローインデックスは１８ｇ／１０分であった。また第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂に用いたビニリデンフロライド系共重合体（ｎ2 ＝１．４０３）を用いた。ＮＡは０．３３である。
【００３３】
上記芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を用い、実施例１と同様に紡糸して、実施例１と同様の外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。この素線に、実施例１と同様にポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３４】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失及び光保持率を実施例１、２同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１６０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて９５ｄＢ／ｋｍ、光保持率は７０％であった。
【００３５】
［実施例４］
芯樹脂、第１鞘樹脂は実施例１と同じものを用い、第２鞘樹脂としては実施例３と同じものを用いた。
【００３６】
芯樹脂、第１鞘樹脂を溶融し、２層を同時に複合紡糸した。芯径を直径９３０μｍ、第１鞘層の厚さを１０μｍとし、直径９５０μｍの第１鞘層のみを被覆した裸線を得た。該裸線をクロスヘッドダイに導入し、溶融した第２鞘樹脂を被覆した。第２鞘層の厚さは２５μｍとし、外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。このプラスチック光ファイバ素線にポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３７】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失及び光保持率を実施例１〜３と同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１３５ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８５ｄＢ／ｋｍ、光保持率は７０％であった。
【００３８】
［比較例１］
実施例４で得た第１鞘層のみ被覆した裸線にポリエチレン被覆を行ない、外径が２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失と光保持率を実施例１〜４と同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１３０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８２ｄＢ／ｋｍ、光保持率は４０％であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、開口数ＮＡが小さいものの、曲げによる光ロスが大幅に低減されたプラスチック光ファイバ素線及びケーブルが得られ、光ファイバによるより高速の信号伝送が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック光ファイバケーブルの断面図である。
【符号の説明】
１ プラスチック光ファイバ素線
２ 芯
３ 第１鞘層
４ 第２鞘層
５ 保護被覆層
【発明が属する技術分野】
本発明は、高速光通信のためのコンピュータ接続配線、交換機周りの配線、工場自動機制御の配線、などに利用できるプラスチック光ファイバ素線に関するものであり、特に曲げによる光ロスの少ないプラスチック光ファイバ素線及びケーブルを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、信号伝送にプラスチック光ファイバケーブルを使用する場合の注意点として、プラスチック光ファイバケーブルは曲げた時の光ロスが大きいため、ケーブルの曲げ半径をできるだけ大きくして光ロスを小さくしなければならないということがある。ステップインデックス型の光ファイバの曲げによる光ロスは、光ファイバの開口数ＮＡとファイバの直径に関係し、開口数が大きい程、そして直径が小さい程、光ロスが小さくなることが理論的に考察されているが、開口数や直径を勝手に変えることはできない。即ち、光ファイバの直径を小さくすることは、受光量を減らし、結合の容易さを損なうことになることなどから好ましくない。開口数についても同様である。ステップインデックス型のプラスチック光ファイバの開口数ＮＡは、芯樹脂の屈折率（ｎX ）と鞘樹脂の屈折率（ｎY ）により、次式で求められる。
【０００３】
ＮＡ＝（ｎX 2−ｎY 2）0.5
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
開口数はプラスチック光ファイバの伝送帯域に関係する。従来のプラスチック光ファイバでは開口数は０．４５〜０．７であったが、より高速の信号伝送を達成する必要から開口数を０．１〜０．４５程度に下げたプラスチック光ファイバでは、曲げによる光ロスがますます深刻になっており、このような低開口数のプラスチック光ファイバの曲げによる光ロス対策の良い解決法は見つかっていない。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決し、高速伝送に対応した開口数の低いプラスチック光ファイバにおいて、曲げによる光ロスを低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系樹脂とし、それを取り巻く第１鞘層の樹脂がビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂の混合物からなり、さらにその上を取り巻く第２鞘層が上記ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体であり、芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の２０℃におけるナトリウムＤ線で測定した屈折率をｎ0、ｎ1、ｎ2とする時の関係が次式を満たし、
０．１＜ＮＡ＝（ｎ0 2−ｎ1 2）0.5＜０．４５ （１）式
０．００５＜ｎ1−ｎ2＜０．０８ （２）式
第１鞘層の厚さが２〜２５μｍ、第２鞘層の厚さが０．５〜３００μｍであることを特徴とするプラスチック光ファイバ素線である。
【０００７】
本発明はさらに、上記プラスチック光ファイバ素線の上にさらに熱可塑性樹脂を被覆してなるプラスチック光ファイバケーブルを提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のプラスチック光ファイバケーブルを示す。図中、１が本発明のプラスチック光ファイバ素線で、芯２、第１鞘層３、第２鞘層４で構成され、さらにその上に熱可塑性樹脂からなる保護被覆層５を形成して光ファイバケーブルを構成している。
【０００９】
本発明において、芯を形成するＰＭＭＡ系樹脂は、プラスチック光ファイバに用いる素材として公知のものであり、メチルメタクリレートを８０重量％以上含有する透明な重合体であり、メチルメタクリレート単一重合体の他に、メチルアクリレートやエチルアクリレートとの共重合体や或いはブチルアクリレートなどを１〜２０重量％程度含む共重合体で、比較的Ｔg が低く、フレキシビリティに富んだものなどが曲げによる光ロスの低減には好適である。
【００１０】
ＰＭＭＡ系樹脂のメルトフローインデックスは２３０℃荷重、３．８Ｋｇ、オリフィス直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件（以下、メルトフローインデックスの測定条件は同じ）で、０．１〜４５ｇ／１０分の範囲のものが、機会的強度と滑らかな成形性から特に好ましい。このようなＰＭＭＡ系樹脂は２０℃のナトリウムＤ線で測定した屈折率（以下、屈折率の測定条件は同じ）が１．４８７〜１．４９５程度の値を示す。
【００１１】
本発明において、芯を取り巻く第１鞘層の樹脂は、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂の混合物からなり、さらにその上を取り巻く第２鞘層の樹脂がビニリデンフロライドを主成分とする樹脂からなり、芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の屈折率をｎ0 、ｎ1 、ｎ2 とした時、次式を満たす。
【００１２】
０．１＜ＮＡ＝（ｎ0 2−ｎ1 2）0.5＜０．４５ （１）式
０．００５＜ｎ 1 −ｎ 2 ＜０．０８ （２）式
【００１３】
ここで、ＮＡは先に示した開口数で、プラスチック光ファイバの伝送帯域の指標となるものである。前記したように、該開口数を下げると、曲げによる光ロスが大きくなるが、本発明では鞘を２段にすることによりこの問題を解決した。
【００１４】
芯に直接被覆する第１層目の鞘の屈折率ｎ1は、プラスチック光ファイバの開口数をほとんど支配するものであり、伝送速度から必要に応じて、芯の屈折率ｎ0とｎ1を決める必要がある。ところで、この上に第２鞘層を配置した場合、この第２鞘樹脂の屈折率ｎ2をｎ1に比べて充分低くした場合、プラスチック光ファイバを曲げて高次モードの光が第１鞘層を透過して損失されても、該第２鞘層によりいくらかの光を全反射させて回収することができることを見出した。しかしこのことは、結果的に開口数を大きくしたのではないかという懸念があったが、本発明においてプラスチック光ファイバの開口数はファイバが長くなると第２鞘層にはほとんど影響されないことがわかった。その理由は、定常的に第２鞘層で反射されるような光は、第１鞘層を繰り返し通過するうちに減衰してしまうからであった。つまり、第１鞘樹脂の透明度が適当である必要がある。
【００１５】
上記（２）式に示したように、第１鞘樹脂と第２鞘樹脂とは屈折率の差が０．００５を超え０．０８未満である必要がある。この屈折率の差が０．００５以下であると第２鞘層を設ける効果が薄く、また、第２鞘樹脂の屈折率は低ければ低い程曲げにより局部漏洩した光の回収が可能になり好ましいものの、ビニリデンフロライド系樹脂を用いることから、０．０８以上は実質困難である。
【００１６】
本発明において、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂のいずれにもビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を選択した理由は、先ず、ビニリデンフロライド系樹脂で鞘を形成した場合に、芯のＰＭＭＡ系樹脂と完全に相溶し、芯と鞘の境界面において連続的に樹脂の組成が変化してくるため、非常に強靭なプラスチック光ファイバが得られる。しかしながら、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体のみでは第１鞘層として屈折率が低過ぎ、好ましくない。そこでメタクリレート樹脂を混合することにより、透明性良く混合して、屈折率を高く調整することができる。
【００１７】
さらに、第２鞘層と第１鞘層にはいずれもビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を用いていることから、これらの境界においても透明に相溶し、伝送損失の低い、曲げによる光ロスの少ないファイバ素線が得られる。
【００１８】
本発明において第１鞘樹脂に用いられる、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体としては、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いは、これら２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体が非常に好ましい。また、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこれら２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体である。
【００１９】
また、上記ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体に混合するメタクリレートを主成分とする樹脂としては、メチルメタクリレートやエチルメタクリレートのホモポリマーや、これらのポリマー成分を主成分とする共重合体が用いられる。ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂との混合割合は、それぞれの樹脂の屈折率と配合重量割合の重量平均で凡そ求められる屈折率が所望の値になるように、それぞれの混合比率を１％から９９％の範囲で適当に選択すれば良い。第１鞘樹脂としての混合物（組成物）のメルトフローインデックスは、好ましくは５ｇ／１０分〜２０ｇ／１０分程度のものである。
【００２０】
本発明において、第２鞘樹脂のビニリデンフロライドを主成分とする共重合体としては、第１鞘樹脂に用いられる、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体を用いることができる。第２鞘樹脂は第１鞘樹脂よりも屈折率を低くするため、第１鞘樹脂のようにメタクリレート樹脂を混合せずに、ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体をそのまま用いることができる。第２鞘樹脂として、第１鞘樹脂に用いたビニリデンフロライドを主成分とする共重合体と同じ共重合体を用いると、第１鞘層と第２鞘層の境界が透明に混じりあい好ましい。特に、第１鞘樹脂にビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトン系の２元以上の共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂との混合体を用いた場合、第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂の共重合体と同じものの他、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンをモル比で８０：２０とした共重合体などが特に伝送損失が少なく好ましい。
【００２１】
本発明において、第１鞘層の厚さは２〜２５μｍである。この厚さが２μｍ未満であると伝送損失が大きく、２５μｍより厚いと第１鞘層で回収光がロスされるため好ましくない。また、第２鞘層の厚さは０．５〜３００μｍの広範囲の厚さが選択できる。この厚さが０．５μｍより薄いと光の反射回収が充分でなく、また、光の反射は第１鞘層と第２鞘層の境界で行なわれるため、第２鞘層としてはあまり厚くする必要はなく、５〜２５μｍで良いが、厚くすることにより単に曲げによる光ロスの改善という目的だけでなく、保護被覆層を兼ねて、第２鞘層のみで機会的な保護層としての役割を付与することもできる。
【００２２】
本発明において、芯に第１鞘層、第２鞘層を被覆する方法は大きく３通りある。第１は、芯樹脂と第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を同時に溶融し、３層を一度に複合紡糸ダイで紡糸する方法であり、このような複合紡糸法は特開昭５０−２５５２号公報に記載されている。また、当該方法は第２鞘層を比較的薄く形成するのに好適である。
【００２３】
第２の方法は、芯樹脂と第１鞘樹脂とを同時に溶融し、二層を複合紡糸ダイで紡糸してファイバ裸線を形成し、該裸線を押出機に接続したクロスヘッドダイに導入し、溶融したビニリデンフロライドを主成分とする樹脂を被覆する方法である。この方法は、第２鞘層を比較的厚く形成するのに好適である。
【００２４】
第３の方法は、芯に第１鞘層を被覆した裸線に第２鞘樹脂をフッ素系溶剤や一般溶剤に溶解した溶液として塗布する方法であり、この方法では第２鞘層を非常に薄く形成することができる。
【００２５】
このようにして得られたプラスチック光ファイバ素線は、必要に応じてその上に熱可塑性樹脂からなる保護被覆を形成してケーブルにして使用される。該熱可塑性樹脂としては、プラスチック光ファイバの被覆材として公知のポリエチレンや塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィンエラストマー樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂が用いられる。また、これらの樹脂に水酸化マグネシウムやリン化合物、ハロゲン化合物などの難燃剤処方を施したものも好適に使用される。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］
芯としてメチルメタクリレート９９．５重量％とメチルアクリレート０．５重量％からなる重量平均分子量１０万のＰＭＭＡ樹脂を用いた。この樹脂の屈折率ｎ0 は１．４９２であった。
【００２７】
第１鞘樹脂としてビニリデンフロライド８０モル％、ヘキサフロロアセトン６モル％、トリフロロエチレン１４モル％からなる屈折率が１．３９５でメルトフローインデックスが２５ｇ／１０分の共重合体と、メチルメタクリレート９０重量％とメチルアクリレート１０重量％から成る共重合体とを、重量比４：６で溶融混合し、透明樹脂を得た。この樹脂の屈折率ｎ1は１．４５２であり、メルトフローインデックスは２０ｇ／１０分であった。また、第２鞘樹脂としては、上記第１鞘樹脂に用いたものと同じビニリデンフロライド系共重合体（即ちｎ2＝１．３９５）を用いた。本実施例における開口数ＮＡは０．３４である。
【００２８】
上記芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を溶融し、３層を同時に複合紡糸した。芯径は直径９７０μｍ、第１鞘層の厚さを１０μｍ、第２鞘層の厚さを５μｍとし、外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。このプラスチック光ファイバ素線に、ポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失は、入射ＮＡ０．１５の単色光を用いて測定し、６５０ｎｍにて１２７ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて７９ｄＢ／ｋｍであった。また、このケーブルの曲げによる光保持率を測定したところ、入射ＮＡ０．７のＬＥＤ光源を用いて曲げ半径１０ｍｍの棒に１回巻き付けた時の光保持率が７０％であった。
【００２９】
［実施例２］
第１鞘樹脂に用いるメタクリレート樹脂をエチルメタクリレート単独重合体とした他は実施例１と同様にしてプラスチック光ファイバケーブルを得た。第１鞘樹脂の屈折率ｎ1 は１．４４９、メルトフローインデックスは２５ｇ／１０分、ＮＡは０．３５であった。
【００３０】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失は、入射ＮＡ０．１５の単色光を用いて測定し、６５０ｎｍにて１３０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８０ｄＢ／ｋｍであった。また、このケーブルの曲げによる光保持率を実施例１と同様にして測定したところ、７２％であった。
【００３１】
［実施例３］
芯樹脂としてメチルメタクリレート９９．５重量％とメチルアクリレート０．５重量％からなる重量平均分子量１０万で屈折率ｎ0 が１．４９２のＰＭＭＡ樹脂を用いた。
【００３２】
第１鞘樹脂としては、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなり屈折率が１．４０３、メルトフローインデックスが２０ｇ／１０分の共重合体と、メチルメタクリレート９０重量％とメチルアクリレート１０重量％からなる共重合体とを、重量比４：６で溶融混合して透明樹脂を得た。この樹脂の屈折率ｎ1 は１．４５５であり、メルトフローインデックスは１８ｇ／１０分であった。また第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂に用いたビニリデンフロライド系共重合体（ｎ2 ＝１．４０３）を用いた。ＮＡは０．３３である。
【００３３】
上記芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂を用い、実施例１と同様に紡糸して、実施例１と同様の外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。この素線に、実施例１と同様にポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３４】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失及び光保持率を実施例１、２同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１６０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて９５ｄＢ／ｋｍ、光保持率は７０％であった。
【００３５】
［実施例４］
芯樹脂、第１鞘樹脂は実施例１と同じものを用い、第２鞘樹脂としては実施例３と同じものを用いた。
【００３６】
芯樹脂、第１鞘樹脂を溶融し、２層を同時に複合紡糸した。芯径を直径９３０μｍ、第１鞘層の厚さを１０μｍとし、直径９５０μｍの第１鞘層のみを被覆した裸線を得た。該裸線をクロスヘッドダイに導入し、溶融した第２鞘樹脂を被覆した。第２鞘層の厚さは２５μｍとし、外径１．００ｍｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。このプラスチック光ファイバ素線にポリエチレン被覆を行ない、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３７】
本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失及び光保持率を実施例１〜３と同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１３５ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８５ｄＢ／ｋｍ、光保持率は７０％であった。
【００３８】
［比較例１］
実施例４で得た第１鞘層のみ被覆した裸線にポリエチレン被覆を行ない、外径が２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。このプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失と光保持率を実施例１〜４と同様に測定したところ、伝送損失は６５０ｎｍにて１３０ｄＢ／ｋｍ、５７０ｎｍにて８２ｄＢ／ｋｍ、光保持率は４０％であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、開口数ＮＡが小さいものの、曲げによる光ロスが大幅に低減されたプラスチック光ファイバ素線及びケーブルが得られ、光ファイバによるより高速の信号伝送が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック光ファイバケーブルの断面図である。
【符号の説明】
１ プラスチック光ファイバ素線
２ 芯
３ 第１鞘層
４ 第２鞘層
５ 保護被覆層
Claims (4)
- 芯をポリメチルメタクリレート系樹脂とし、それを取り巻く第１鞘層の樹脂がビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンとトリフロロエチレンの共重合体、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ヘキサフロロアセトンとトリフロロエチレン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ヘキサフロロプロペンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンとトリフロロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペン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ヘキサフロロプロペンとトリフロロエチレン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の共重合体、及びビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの共重合体からなる群から選択されるビニリデンフロライドを主成分とする共重合体とメタクリレートを主成分とする樹脂の混合物からなり、さらにその上を取り巻く第２鞘層が上記ビニリデンフロライドを主成分とする共重合体であり、芯樹脂、第１鞘樹脂、第２鞘樹脂の２０℃におけるナトリウムＤ線で測定した屈折率をｎ0、ｎ1、ｎ2とする時の関係が次式を満たし、
０．１＜ＮＡ＝（ｎ0 2−ｎ1 2）0.5＜０．４５ （１）式
０．００５＜ｎ1−ｎ2＜０．０８ （２）式
第１鞘層の厚さが２〜２５μｍ、第２鞘層の厚さが０．５〜３００μｍであることを特徴とするプラスチック光ファイバ素線。 - 第１鞘樹脂が、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンを必須とする２元以上の共重合体と、メチルメタクリレート或いはエチルメタクリレートを主成分とする重合体との混合物である請求項１記載のプラスチック光ファイバ素線。
- 第１鞘樹脂が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と、メチルメタクリレート或いはエチルメタクリレートを主成分とする重合体との混合物であり、第２鞘樹脂が、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である請求項１記載のプラスチック光ファイバ素線。
- 請求項１〜３いずれかに記載のプラスチック光ファイバ素線の上にさらに熱可塑性樹脂を被覆したことを特徴とするプラスチック光ファイバケーブル。
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