JP3727390B2

JP3727390B2 - 高速プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JP3727390B2
Application number: JP27982595A
Authority: JP
Inventors: 真一豊島; 肇宗國
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2015-10-04
Also published as: JPH09101423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速光通信のためのコンピュータ接続配線、交換機まわりの配線、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（以下、ＰＯＦと略称する）裸線及びケーブルに関するものである。
詳しくは、本発明は、特定のフルオロアクリルメタクリレート系共重合体の共重合比が異なる二つの鞘層とし、（実質上屈折率が１．４９２程度の）ＰＭＭＡ系樹脂芯と内側の第１鞘層（屈折率が１．４３〜１，４８５）の屈折率差を小さく且つ外側の第２鞘層の屈折率よりも０．０３〜０，０７高くすると言う両鞘層の屈折率並びに厚みを特定範囲の関係にしたＰＯＦ裸線及びケーブルに関するものであり、このような構成にしたので、該ＰＯＦを曲げた時の伝送損失を小さくできる効果が得られる。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６２−２０４２０９号公報にはＰＯＦの鞘成分として、屈折率の異なる２種類の含フッ素樹脂を使用し、芯成分上に３〜４μｍに含フッ素樹脂からなるなる鞘第１層およびそれよりも屈折率の小さい含フッ素樹脂からなる第２層を順次被覆してなるＰＯＦが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高速通信のためのＰＯＦは芯樹脂と鞘樹脂の屈折率差を小さくし開口数（以下、ＮＡと略称する）を小さくしていく必要がある。ここで開口数ＮＡは芯樹脂の屈折率ｎ_COREと鞘樹脂の屈折率ｎ_CLADから次式で規定される。
ＮＡ＝（ｎ_CORE ²−ｎ_CLAD ²）^0.5
【０００４】
従来使用されているＰＯＦのＮＡは０．４７〜０．５２程度であったが、より高速通信の必要からＮＡを０．４〜０．１程度まで低くする必要が出てきた。ところがＮＡが低くなるにつれて、ＰＯＦを曲げた時の光量ロスは増大していき、このロスを如何に小さくするかが重要な問題となる。
本発明は、特定のフルオロアクリルメタクリレート系共重合体の共重合比が異なる二つの鞘層としたＰＯＦ裸線及びケーブルを曲げた時の伝送損失を小さくすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を種々検討した結果、特定のフルオロアクリルメタクリレート系共重合体の共重合比が異なる二つの鞘層とし、（実質上屈折率が１．４９２程度の）ＰＭＭＡ系樹脂芯と内側の第１鞘層（屈折率が１．４３〜１，４８５）の屈折率差を小さく且つ外側の第２鞘層の屈折率よりも０．０３〜０，０７高くすると言う両鞘層の屈折率並びに厚みを特定範囲の関係にすることにより、そのＰＯＦ裸線及びケーブルを曲げた時の伝送損失を小さくできることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は：
（１）芯をＰＭＭＡ系樹脂とし、
第１鞘層を（イ）式（１）：
【化７】

で示される長鎖フルオロアクリルメタクリレート１−３０重量％と
（ロ）一般式（２）：
【化８】

（式中のＸはＨ又はＦ、ｎは１〜４の整数である）
で示される短鎖フルオロアクリルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを１〜３０重量％と
（ハ）一般式（３）：
【化９】

（式中のＹはＣＨ₃又はＨ、ｍは１〜１０の整数である）
で示されるメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステル（以下、両者をＭＡＥと略称する）の中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを５０〜９８重量％との共重合体からなる樹脂とし、
第２鞘層を（イ）式（１）：
【化１０】

で示される長鎖フルオロアクリルメタクリレート３０〜７５重量％と
（ロ）一般式（２）：
【化１１】

（式中のＸはＨ又はＦ、ｎは１〜４の整数である）
で示される短鎖フルオロアクリルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを２０〜６５重量％と
（ハ）一般式（３）：
【化１２】

（式中のＹはＣＨ₃又はＨ、ｍは１〜１０の整数である）
で示されるメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステルの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを５〜５０重量％の重合体からなる樹脂とし、
かつ、第１鞘層の樹脂の屈折率がナトリウムＤ線による２０℃の値が１．４３〜１．４８５で、開口数ＮＡが０．４〜０．１の範囲で、第２鞘層の樹脂の屈折率よりも０．０３〜０．０７高く、第１鞘層の厚さを３〜２５μｍとし、第２鞘層の厚さを３〜２５μｍとするＰＯＦ裸線を提供する。また、
（２）（１）記載のＰＯＦ裸線の上にさらに熱可塑性樹脂で被覆したＰＯＦケーブルをも提供する。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＰＯＦ裸線は、芯材として重量平均分子量が７万〜２０万程度のＰＭＭＡ系樹脂、特にＭＭＡの単独重合体の使用が望ましい。
該ＰＭＭＡ系樹脂としては、非晶性の透明な重合体であって、ＭＭＡモノマーを少なくとも７０モル％以上で３０％以下がＭＭＡと共重合可能なモノマーである。
該共重合可能なモノマーとしては、アクリル酸やメタクリル酸の炭素数が１〜１０程度のアルキルエステル等が好ましい。
【０００７】
本明細書に述べる屈折率とは便宜的にナトリウムＤ線による２０℃での屈折率を指す。
本発明において、まず第一層鞘樹脂としては屈折率が１．４３〜１．４８５とし、ＰＭＭＡ系樹脂芯材の屈折率を１．４９２程度とするので、この組合せからなるＰＯＦのＮＡは０．４〜０．１程度の低いものである。
【０００８】
第２の鞘層は屈折率が１．３９〜１．４４程度の樹脂であり、第１層鞘樹脂と同様に透明性と機械強度や耐熱性を兼ね備えた樹脂であることが必要である。
この第２の鞘層は、ＰＯＦに入射した光のうち、第１鞘で漏れ出た高次モードの光を全反射させる役割を有している。
これに対して、第１層鞘樹脂はどうしても芯材樹脂並みの透明性を持たないので、数ｍのファイバ長を経るうちに、そのような高次モードの光は減衰してしまい、１０ｍ以上の長さのＰＯＦとなると実質的には芯と第１鞘から構成されたＮＡのＰＯＦと見做せる。
【０００９】
しかし、本発明の特長は、ＰＯＦを局部的に曲げたりした場合に生じる、曲げ歪みによる局部的な光の漏出に対しては、あたかもより高いＮＡのＰＯＦであるかのように働き、本来なら漏れ出すはずの光の一部を受け止める作用をする事である。
そのため、第１層の鞘の屈折率は第２層の鞘の屈折率に比べてより大きい方が望ましく、０．０３〜０．０７である。
【００１０】
本発明の鞘材としては、基本的に長鎖フルオロアクリルメタクリレート（以下、ＦＭＡと略称する）と短鎖ＦＭＡとメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルを必須成分とする共重合体が適している。
その理由は、長鎖ＦＭＡは機械的強度が強い低屈折率成分であるが、そのポリマーは白濁するので、これに短鎖ＦＭＡを共重合することによって透明な樹脂が得られる。
更に、メタクリル酸メチルのようなメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル成分を共重合することにより、鞘材の屈折率の調整と耐熱性を高く保つことができる。
【００１１】
本発明の鞘材である特定のＦＭＡ系共重合体を構成する各モノマーのモル比範囲は、上記の物性を与えると共に、第１鞘層と第２鞘層との間に下記に述べた特定範囲の屈折率比となるような範囲に選択されることになる。
すなわち、（Ａ）第１鞘層は、長鎖ＦＭＡ（イ）が１〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％、短鎖ＦＭＡ（ロ）が１〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％、ＭＭＡ（ハ）が５０〜９０重量％、好ましくは６０〜８５重量％の共重合体であり、
（Ｂ）第２鞘層は、長鎖ＦＭＡ（イ）が３０〜７５重量％、好ましくは３５〜６０重量％、短鎖ＦＭＡ（ロ）が２０〜６５重量％、好ましくは２５〜６０重量％、ＭＭＡ（ハ）が５〜５０重量％、好ましくは７〜４０重量％の共重合体であることが必要である。
【００１２】
この場合に、第１〜２鞘層を構成する長鎖ＦＭＡ（イ）が下限値未満であると、十分な機械的強度が得られないし、上限値を越えると屈折率は小さくなるが軟化温度が低くなりすぎるため、耐熱性が不十分になる。
また、短鎖ＦＭＡ（ロ）が下限値未満であると、白濁現象を十分に改善できないし、また、上限値を越えると長鎖ＦＭＡ（イ）に基づく機械的強度が失われる。
更に、ＭＭＡ（ハ）が下限値未満であると、軟化温度が低すぎて機械的強度が低下すると共に芯材に対する接着力が低下するし、上限値を越えると屈折率が十分に低い共重合体が得られない。
【００１３】
本発明の第１層鞘樹脂と第２層鞘樹脂の組合せであると、第１層と第２層の界面は明解に境界を保ちつつ滑らかに界面を形成し、界面の密着も良く界面が剥離してファイバが折れ易くなるということも無い。
これらの鞘の好ましいメルトフローインデックス（以下、ＭＩと略称する）はオリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍで、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重にて５〜６０ｇ／１０分であるものが好ましい。
第１鞘層の厚さは３〜２５μｍであるが、３μｍより薄いと第２層被覆の外乱が出るので好ましくない。２５μｍを越えた厚さになると、特別なメリットが無いので非経済的である。
第２鞘層の厚さも上記と同様の理由で３〜２５μｍであることが必要である。
【００１４】
第１層の鞘層と第２層の鞘層を３〜２５μｍの厚さに被覆する方法は通常の電線被覆と同様にして、裸線をクロスヘッドダイに通して溶融樹脂を被覆する方法や、特開昭５０−２５５２号公報に記載されている芯樹脂と鞘樹脂と被覆樹脂を溶融し３層同時に紡糸する方法のいずれでも良い。
このようにして得たＰＯＦ裸線は、必要に応じて熱可塑性樹脂樹脂からなる保護被覆層を施してケーブルにして使用しても良い。
【００１５】
ＰＯＦの直接被覆材としてエチレン−ビニルアルコール共重合体を施してＰＯＦ素線を曲げた時の光量の損失を極力抑えても良い。この場合エチレン含量が４０〜７０モル％、好ましくは４０〜５０モル％であり、且つＭＩが１９０℃、２．１ｋｇ荷重下で４〜２０ｇ／１０分、好ましくは５〜１５ｇ／１０分である比較的流動性の高いものが望ましい。
【００１６】
上記該熱可塑性樹脂としては公知のポリエチレン、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂やフッ素樹脂、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を挙げることができる。
これらの熱可塑性樹脂外被材に水酸化マグネシウムやリン化合物やハロゲン化物などの難燃剤や各種の添加剤を加えても良い。
もちろん、本発明の鞘材に必要に応じて種々の添加剤を加えても良い。
【００１７】
【実施例】
本発明は下記の実施例及び比較例により具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。
（実施例１）
芯として重量平均分子量１０万、屈折率１．４９２のＰＭＭＡを用いた。
第１鞘層として長鎖ＦＭＡ；２−（ペルフルオロオクチル）エチルメタクリレート（１７ＦＭＡ）１４％、短鎖ＦＭＡ；２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート（４ＦＭＡ）６％、短鎖ＦＭＡ；２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭＡ）６％、ＭＭＡ７４％からなるモノマーをキャスト重合して、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重におけるＭＩが３１ｇ／１０分、屈折率が１．４７の共重合体を用いた。
第２鞘層として１７ＦＭＡ４０％、４ＦＭＡ２５％、３ＦＭＡ２５％、ＭＭＡ１０％からなるモノマーをキャスト重合して、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重におけるＭＩが４５ｇ／１０分、屈折率が１．４１の共重合体を用いた。
【００１８】
これらの３種類の樹脂をそれぞれ押出機を介して溶融した樹脂を芯／第１鞘層／第２鞘層の３層同時に紡糸できる複合紡糸ダイに供給した。ダイスの温度２４０℃で、芯９７０μｍ、第１鞘層１０μｍ、第２鞘層を５μｍの厚さに被覆して外径１．０ｍｍのＰＯＦ裸線を得た。伝送損失は６５０ｎｍ単色光にて１２５ｄＢ／ｋｍであった。
このＰＯＦ裸線の上に水酸化マグネシウムと赤燐を難燃剤とする黒色の難燃ポリエチレン樹脂を、被覆して外径２．２ｍｍのＰＯＦケーブルを得た。このケーブルの伝送損失は６５０ｎｍにて１２７ｄＢ／ｋｍであった。
【００１９】
これらのＰＯＦ裸線とＰＯＦケーブルについて曲げによる光ロスをロスを計った。
測定は５０ｍのケーブルを用い、励起ＮＡ０．６０ラジアンの光源を用いてケーブルの２５ｍの地点で曲げ半径１０ｍｍの棒に１回巻き付けた時の光保持率を求めたところ、ＰＯＦ裸線では７４％の保持率であり、ＰＯＦケーブルでは６８％の保持率を示した。
【００２０】
（比較例１）
芯樹脂として実施例１に記載のもの及び鞘樹脂として実施例１の第１鞘材に記載のものを用いた。
これらの２種類の樹脂を押出機で芯／鞘層２層同時に紡糸できる複合紡糸ダイを用いて芯径９８０μｍ、鞘１０μｍの厚さに被覆して外径１．０ｍｍのＰＯＦ裸線を得た。伝送損失は６５０ｎｍ単色光にて１２５ｄＢ／ｋｍであった。
このＰＯＦ裸線と、さらに裸線の上に実施例１と同様に難燃ポリエチレンを被覆して得た外径２．２ｍｍのＰＯＦケーブルについて曲げロスを計った。測定は励起ＮＡ０．６０ラジアンの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を求めたところ、ＰＯＦ裸線では４１％の保持率を示し、ＰＯＦケーブルでは２０％の保持率しか示さなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明は特定のフルオロアクリルメタクリレート系共重合体の共重合比が異なる二つの鞘層とし、（実質上屈折率が１．４９２程度の）ＰＭＭＡ系樹脂芯と内側の第１鞘層（屈折率が１．４３〜１，４８５）の屈折率差を小さく且つ外側の第２鞘層の屈折率よりも０．０３〜０，０７高くすると言う両鞘層の屈折率並びに厚みを特定範囲の関係にすることにより、そのＰＯＦ裸線及びケーブルを曲げた時の伝送損失を小さくできる効果が得られる。
【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裸線の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１芯材
２第一鞘層
３第二鞘層
４保護被覆層

Claims

芯をＰＭＭＡ系樹脂とし、
第１鞘層を（イ）式（１）：

で示される長鎖フルオロアクリルメタクリレート１〜３０重量％と
（ロ）一般式（２）：

（式中のＸはＨ又はＦ、ｎは１〜４の整数である）
で示される短鎖フルオロアクリルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを１〜３０重量％と
（ハ）一般式（３）：

（式中のＹはＣＨ₃又はＨ、ｍは１〜１０の整数である）
で示されるメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステルの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを５０〜９８重量％との共重合体からなる樹脂とし、
第２鞘層を（イ）式（１）：

で示される長鎖フルオロアクリルメタクリレート３０〜７５重量％と
（ロ）一般式（２）：

（式中のＸはＨ又はＦ、ｎは１〜４の整数である）
で示される短鎖フルオロアクリルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを２０〜６５重量％と
（ハ）一般式（３）：

（式中のＹはＣＨ₃又はＨ、ｍは１〜１０の整数である）
で示されるメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステルの中から選ばれる少なくとも１種のモノマーを５〜５０重量％の重合体からなる樹脂とし、
かつ、第１鞘層の樹脂の屈折率がナトリウムＤ線による２０℃の値が１．４３〜１．４８５で、開口数ＮＡが０．４〜０．１の範囲で、第２鞘層の樹脂の屈折率よりも０．０３〜０．０７高く、第１鞘層の厚さを３〜２５μｍとし、第２鞘層の厚さを３〜２５μｍとすることを特徴とするプラチック光ファイバ裸線。
請求項１記載のプラスチック光ファイバ裸線の上にさらに熱可塑性樹脂で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。