JP4071135B2

JP4071135B2 - Fiber optic and liquid sensors

Info

Publication number: JP4071135B2
Application number: JP2003066032A
Authority: JP
Inventors: 雅弘鈴木
Original assignee: Junkosha Co Ltd
Current assignee: Junkosha Co Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004272145A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、プラスチック光ファイバーに関し、伝送損失が小さく、耐熱性、耐寒性、耐食性、耐摩擦性等の特性に優れると共に、このプラスチックファイバーを保護することができ、とくに液体センサー等として用いた場合には被検知液を選択的に検知できる光ファイバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーには、石英ガラス等からなるガラス系光ファイバーとともにプラスチックからなる光ファイバーが用いられている。プラスチック光ファイバーは、石英ガラス系のものに比べて伝送損失が大きく、長距離の信号の伝送には適さないが、可撓性に富んでおり、径の大きいものを使用することができるために取扱いや末端部の処理が容易であるという特徴を有している。
このような特徴を生かして、近距離の信号の伝送、建造物内部、あるいは自動車等の機器内での信号の伝送、照明、光学的な表示装置、各種センサー類の用途において用いられている。
【０００３】
プラスチック光ファイバーとしては、アクリル樹脂等の透明性が大きな樹脂製のコアの周囲にクラッド層を被覆したものが提供されたが、これらのアクリル樹脂系の光ファイバーは、化学構造中にＣ−Ｈ結合を有しているので、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動吸収の高調波吸収による伝送損失の増加を招くとともに、耐熱性、耐湿性、耐薬品性が充分なものではなく、高温下での使用、あるいは光ファイバーの被覆に使用される塩化ビニル樹脂の可塑剤の作用によってアクリル樹脂が劣化する等の問題があった。更に耐湿性が十分でない場合には、赤外振動吸収による伝送損失の増加を避けることができなかった。
そこで、アクリル樹脂等に代えて非晶質ふっ素樹脂製の光ファイバーが提案された。非晶質ふっ素樹脂は、透明性が良好なものの結晶性合成樹脂に比べて耐熱性等の点で充分ではないという問題点があった。
【０００４】
一方、部分的に結晶化したふっ素樹脂を延伸することによって、光ファイバーの伝送損失を低下させることが提案されているが(例えば、特許文献１参照)、伝送損失は３０ｄＢ／ｍ以上あり、減衰量が大きく実用的なものではなく、具体例として挙げられているふっ素樹脂であるふっ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンを含有する共重合体、すなわちＴＨＶと称される熱可塑性ふっ素樹脂は融点が低く、耐熱性が充分なものではなく、また共重合体の成分としてふっ化ビニリデンを含有しているためにアクリル樹脂系の光ファイバーと同様に、Ｃ−Ｈ結合を化学構造中に有している。このためＣ−Ｈ結合の赤外振動吸収の高調波吸収による伝送損失の増加の影響を避けることができなかった。
【０００５】
また、光ファイバーを用いた各種の液面センサーが知られており、先端部に設けたセンサー部を光ファイバーと結合したものが知られている(例えば、特許文献２、特許文献３参照)。あるいは、クラッドとの屈折率差によっては検出が困難な液体を光の波長帯域を選択することによって検出する液体センサーが提案されている(例えば、特許文献４参照)。また、光ファイバーのクラッド上にクラッドよりも大きな屈折率を有し、液体に対する屈折率差に応じた出力光を出力する樹脂層を設けた液体センサーが提案されている(例えば、特許文献５参照)。
これらは、いずれもコアにクラッドを形成し、クラッドとの屈折率差を利用して検出するものであった。
【０００６】
これらに対し、本願出願人は、耐熱性、耐湿性をはじめとする特性が良好で、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動吸収に起因する伝送損失がないプラスチック光ファイバ、とくにクラッド層を設けることなく周囲の空気層との界面において屈折して導光が行われるプラスチック光ファイバ、およびそれを用いたセンサーを特願２００２−２６１３５２号において提案している。
【０００７】
特願２００２−２６１３５２号において提案されているプラスチック光ファイバ、およびそれを用いたセンサーは、これまでのプラスチック光ファイバに見られない優れた効果を示している。しかし、この提案されているプラスチック光ファイバ、およびそれを用いたセンサーでは、クラッド層を備えていないので、使用環境によっては、プラスチック光ファイバとしてのコアに空気中のゴミ、ほこり等が付着するという問題が生じたり、あるいはコアに不用な外力が加わった場合にコア表面に損傷を生じるおそれがあり、その場合には、光透過性に問題が生じ、センサーとして用いている場合には誤検知を生じることがある。
【０００８】
また、このプラスチック光ファイバを用いたセンサーで、例えば水以外の所望の被検知液体を検知しようとする場合において、水の結露などによりコア表面に水が付着すると、それを検知する意図がなくても、水のコア表面への付着により光透過に変化が起こり、その結果、水を被検知液体と誤検知することがある。
【特許文献１】
特表平８−５０７８７６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６５７５１号公報
【特許文献３】
特開平８−２１０８９７号公報
【特許文献４】
特開２０００−９７８５０号公報
【特許文献５】
特開２００１−９１４５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、耐湿性、耐熱性をはじめとする特性が良好で、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動吸収に起因する伝送損失がなく、しかも不用な外力からコアを保護することができるプラスチック光ファイバーを提供することを課題とするものであり、とくにクラッド層を設けることなく周囲の空気層との界面において屈折して導光が行われる光ファイバー、およびそれを用いたセンサーを提供することを課題とするものである。
さらに、本発明は、水以外の被検知液体を選択的に検知することができるセンサーを提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、プラスチック光ファイバーにおいて、結晶性パーフルオロ樹脂からなる溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸されたものをコアとし、このコアの周囲に撥水性多孔質層を設けたプラスチック光ファイバーによって解決することができる。
結晶性パーフルオロふっ素樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体から選ばれるふっ素樹脂である前記のプラスチック光ファイバーの製造方法である。
【００１１】
また、液体センサーにおいて、結晶性パーフルオロ樹脂からなる溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸されたものをコアとし、このコアの周囲に撥水性多孔質層を設けたプラスチック光ファイバーの一端に発光手段を設け、他端には光量変化検出機能を有する受光手段を設けた、該光ファイバー表面の液体を検出する液体検出センサーによって解決することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来、光ファイバーのクラッドあるいは保護被覆材料等として用いられることはあっても、光ファイバーの導光材料、すなわちコアとして用いられることはなかった半透明なテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物から作製した成形体を延伸して軸方向に配向性を付与することによって光透過性を高めることができることを見出したものである。そして、光透過性を高めた部材は、導光用材料として利用可能であって、結晶性パーフルオロ樹脂が備えた大きな耐熱性、耐寒性、耐湿性、耐薬品性、耐溶剤性、低摩擦性、耐燃性、耐候性、非吸水性、非吸湿性、耐発煙性等を備えた光ファイバーを提供することが可能であることを見出したものである。
【００１３】
本発明による、コアの外周に撥水性多孔質層を設けた光ファイバーを使用した液体センサーは、光ファイバーのコア表面への液体の付着を検出することが可能であると共に、撥水性多孔質層によって塵埃やキズがコアに直接付着することを防止する。
コアの外周に撥水性多孔質層を設けた光ファイバーを使用した液体センサーは、撥水性多孔質層によって、例えば結露や結氷といった現象や水あるいは水溶液の付着を防いで誤検知を防止し、撥水性多孔質層を透過する被検出液のみを選択して検出する選択検知機能をもたせることが可能である。とくに、本発明の光ファイバーは耐薬品性に優れた結晶性パーフルオロふっ素樹脂を原料としたものであるので、炭化水素系のプラスチックを侵す有機溶剤に対しても耐食性が優れた液体センサーを提供することができる。また、本発明の液体センサーは、プラスチック光ファイバーのコアと光ファイバーのコアの表面に付着した液体との屈折率の差によって、検出をするものであり、以下に本発明のプラスチック光ファイバーの製造方法について説明する。
【００１４】
本発明のプラスチック光ファイバーの製造方法は、結晶性パーフルオロふっ素樹脂の溶融物の押出等によるモノフィラメントの成形工程、延伸用材料の延伸工程等から形成されている。
本発明の光ファイバーは、結晶性パーフルオロふっ素樹脂の溶融物を押出等によってモノフィラメントを形成した後に速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸倍率から決定される延伸用材料を作製した後に、延伸用材料にガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して所望の芯材を作製し、芯材を加熱して熱固定することによって製造することができる。
また、本発明の光ファイバーの延伸は、送り速度と引張り速度との比を調整し、一度の操作で所定の線径まで延伸しても、数回に分けて延伸を行っても良い。
【００１５】
本発明のコアの外周に撥水性多孔質層を設けてなるプラスチック光ファイバーの製造方法は、例えば前記プラスチック光ファイバーのコアに直接、撥水多孔質テープ（例えばゴアテックス®テープ；Ｗ．Ｌゴア社製）を巻回することによって製造することができる。このテープを巻回する場合、テープの幅方向端部が重なるように巻回されることが望ましい。
なお、撥水性多孔質層を設ける製造方法において、上記巻回方法は一例であってこれに限定されるものではなく、シガレット巻等その他の製造方法を用いても構わない。
【００１６】
プラスチック光ファイバーの製造方法は、一般に雰囲気中の汚染物質の濃度が少ない環境において製造することが要求されている。特に芯材の形成工程において、雰囲気の塵埃の数が多い場合には、芯材中、芯材の表面に塵埃が混入する結果、光学的特性が大きく低下するので、塵埃の量が制限された清浄な環境において製造することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光ファイバーのコアに使用することができる結晶性パーフルオロ樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）を挙げることができ、この中でも加熱溶融した後に押出成形等の方法によってモノフィラメントを作製することが可能な熱可塑性パーフルオロ樹脂であることが好ましく、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）が好ましい。
これらの樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂と同様の溶融成形法によって成形することができ、樹脂を溶融させてダイから押出して、気体、液体等によって冷却してモノフィラメントを製造することができる。また、モノフィラメントの外径は、その後の延伸倍率を考慮して決定される。
溶融物の成形においては冷却時に徐冷すると結晶が成長して透明性が低下するので、冷却は速やかに行うことが好ましく、溶融押出後、直ちに水、その他の冷却媒体中に浸漬することが好ましい。
【００１８】
作製されたモノフィラメントは、それぞれの樹脂のガラス転移温度以上であって融点以下に加熱した状態で張力を与えて延伸する。延伸によって長さ方向の分子の配向度が大きくなり、光透過性が上昇するので、延伸倍率は大きくすることが好ましく、モノフィラメントが切断せずマイクロボイドなどのような欠陥が生じない範囲で可能な限り大きくすることが好ましい。
【００１９】
また、結晶性パーフルオロ樹脂は、その重合方法によっても光透過性等の特性が変化するので、光透過性の良好なふっ素樹脂を使用することが好ましい。また、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、具体的には半導体製造工程等の各種の機器用に用いられている不純物の含有量が少なく透明性に優れたものが好ましく、具体的にはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体としては、透明性が良好なＡＰ−２３１ＳＨ(ダイキン工業製)、４５１ＨＰ−Ｊ(三井デュポン・フロロケミカル製)、９５０ＨＰ−ｐｌｕｓ(デュポン製)、Ｐ−８０２ＵＰ(旭硝子製)等を挙げることができる。また、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、ＮＰ−４０(ダイキン工業製)等を挙げることができる。
以上の説明では、円柱状の部材について説明したが、板状の部材であっても良い。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を示し本発明を説明する。
実施例１
結晶性パーフルオロ樹脂として、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）（三井デュポン・フロロケミカル製４５０ＨＰ−Ｊ）を押出成形機からダイ温度４００℃で、横方向へ押出し後、４０℃において水冷を行い直径２．１ｍｍのモノフィラメントを作製した。
次いで、空気中２９０℃において、延伸速度１．０ｍ／ｍｉｎで張力を加えて当初の長さの５倍に延伸し、直径１．０ｍｍの延伸材料を得た。
次いで、張力を加えた状態で空気中２３０℃で１０分間保持して熱固定を行い光ファイバーとした。
次いで、比重０．６、空孔率７０％、厚さ０．０８ｍｍの多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）テープを、上記光ファイバーの周囲に、テープ幅が約２／３重なり合うようにラッピングし、直径１．４，１．８，２．１，２．４，２．６ｍｍの光ファイバとした。
【００２１】
得られた光ファイバの伝送損失を測定光の波長を１．３μｍ，０．８５μｍ、および白色光に変えて測定した。その結果を表１に示す。
なお、伝送損失は、カットバック法によって、安定化光源（アンリツ製ＭＧ９００１Ａ）からの光をＧＩ型ガラス製光ファイバーを介して試料の光ファイバーに入射し、出射光を光パワーメータ（安藤電気製ＡＱ−１１３５Ｅ）によって測定して、単位長さ当たりの伝送損失を求めた。
【００２２】
【表１】

【００２３】
実施例２
結晶性パーフルオロ樹脂をテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）（デュポン社製９５０ＨＰ−ｐｌｕｓ）に変えるとともに、延伸倍率を変えた点を除き、実施例１と同様にして光ファイバーを作製した。得られた光ファイバーについて、測定光０．８５μｍにおいて実施例１と同様に伝送損失を測定し、その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
パーフルオロ樹脂ＰＦＡ（９５０ＨＰ−ｐｌｕｓ）、測定波長０．８５μｍ

【００２５】
実施例３
実施例１で製造した光ファイバー（屈折率ｎ＝１．３２８）と、押出成形のみで延伸しなかった部材の、それぞれの長さ１ｍを試料としてループ状にし、図１に示すように、光ファイバーの一端を、波長６５０ｎｍの光源２、他端を光検出センサー３（オムロン製Ｅ３Ｘ−ＤＡ２１−Ｎ）に取り付け、中央部Ａの２０ｍｍを、屈折率が異なる、メタノール、エタノール、アセトンを入れた浸漬槽４へそれぞれ浸漬した場合に、液体中への浸漬によって光量が５０％以上変化したものについて検出可能として表３に示す。
このように本発明の光ファイバーをセンサーとして用いた場合には、周囲に撥水性多孔質層が設けられているが、これらの液体は、この撥水性多孔質層を透過でき、しかもこの光ファイバのコアの屈折率より大きい液体の付着によって光ファイバーの周囲から光が漏洩し、検出器によって光量の変化を検出することが可能となった。なお、作製した試料は多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のラッピング厚さに関係なく、どれも液体に浸漬してから２秒以内で光量の変化を検出することができた。
なお、白灯油のような油は撥水性多孔質層を透過できるので、この撥水性多孔質層を透過できるものの検知にも適用できる。
【００２６】
【表３】

【００２７】
【発明の効果】
本発明は、耐熱性、耐湿性、耐薬品性等の特性に優れたパーフルオロ樹脂からなる伝送損失が小さく、不用な外力から保護することができるプラスチック光ファイバーを提供することを可能としたものであり、とくに、この光ファイバーをセンサーとして用いた場合には、撥水性多孔質層を透過する被検知液体としての各種有機溶剤や油の光ファイバコア表面への付着によって伝送される光量の変化を生じ、その結果、これらの有機溶剤や油の付着を検知することができると共に、液体中へ直接浸漬することができる液体センサーを製造することができる。また、本発明のプラスチック光ファイバーを用いたセンサーは、従来のアクリル樹脂系のプラスチック光ファイバーに比べて、屈折率が低いので、たとえ被検出液体の屈折率が低くても被検出液体の付着、あるいは被検出液体の液面を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１…光ファイバー、２…光源、３…光検出センサー、４…浸漬槽[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a plastic optical fiber, has a small transmission loss, excellent properties such as heat resistance, cold resistance, corrosion resistance, and friction resistance, and can protect the plastic fiber, particularly when used as a liquid sensor or the like. Relates to an optical fiber capable of selectively detecting a liquid to be detected.
[0002]
[Prior art]
As the optical fiber, an optical fiber made of plastic is used together with a glass-based optical fiber made of quartz glass or the like. Plastic optical fiber has a larger transmission loss than quartz glass, and is not suitable for long-distance signal transmission. However, it is flexible and can handle large diameters. And the end portion is easy to process.
Taking advantage of such characteristics, it is used in applications such as short-distance signal transmission, signal transmission in buildings or devices such as automobiles, lighting, optical display devices, and various sensors.
[0003]
As plastic optical fibers, there have been provided those in which a clad layer is coated around a highly transparent resin core such as acrylic resin. These acrylic optical fibers have a C—H bond in the chemical structure. Because it has an increase in transmission loss due to harmonic absorption of infrared vibration absorption of C—H bond, heat resistance, moisture resistance, chemical resistance is not sufficient, use under high temperature, Or there existed a problem that an acrylic resin deteriorated by the effect | action of the plasticizer of the vinyl chloride resin used for the coating | cover of an optical fiber. Further, when the moisture resistance is not sufficient, an increase in transmission loss due to infrared vibration absorption cannot be avoided.
Therefore, an optical fiber made of amorphous fluorine resin has been proposed instead of acrylic resin or the like. Amorphous fluororesins have a problem that they are not sufficient in terms of heat resistance and the like as compared with crystalline synthetic resins although they have good transparency.
[0004]
On the other hand, it has been proposed to reduce the transmission loss of an optical fiber by stretching a partially crystallized fluororesin (see, for example, Patent Document 1), but the transmission loss is 30 dB / m or more, and the attenuation amount is The copolymer containing vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene, which are the fluororesins mentioned as specific examples, that is, a thermoplastic fluororesin called THV has a melting point Is low, heat resistance is not sufficient, and since vinylidene fluoride is contained as a component of the copolymer, it has a C—H bond in the chemical structure like an acrylic resin optical fiber. Yes. For this reason, the influence of the increase in the transmission loss due to the harmonic absorption of the infrared vibration absorption of the C—H bond cannot be avoided.
[0005]
Various liquid level sensors using an optical fiber are known, and a sensor unit provided at the tip is coupled to an optical fiber (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). Alternatively, a liquid sensor that detects a liquid that is difficult to detect depending on the refractive index difference from the clad by selecting a wavelength band of light has been proposed (see, for example, Patent Document 4). Further, a liquid sensor has been proposed in which a resin layer having a refractive index larger than that of the clad on the optical fiber clad and outputting an output light corresponding to the refractive index difference with respect to the liquid is provided (see, for example, Patent Document 5). .
These were all detected by forming a clad in the core and utilizing the difference in refractive index from the clad.
[0006]
On the other hand, the applicant of the present application has good characteristics such as heat resistance and moisture resistance, and has no transmission loss due to infrared vibration absorption of C—H bond, particularly without providing a cladding layer. Japanese Patent Application No. 2002-261352 proposes a plastic optical fiber that is refracted and guided at the interface with the surrounding air layer, and a sensor using the same.
[0007]
The plastic optical fiber proposed in Japanese Patent Application No. 2002-261352 and a sensor using the same show excellent effects not seen in conventional plastic optical fibers. However, since the proposed plastic optical fiber and the sensor using the plastic optical fiber do not have a cladding layer, dust, dust, etc. in the air adhere to the core as the plastic optical fiber depending on the use environment. If a problem occurs or an unnecessary external force is applied to the core, the core surface may be damaged. In this case, a problem occurs in the light transmission, and false detection is detected when the sensor is used. May occur.
[0008]
In addition, when a sensor using this plastic optical fiber is used to detect a desired liquid to be detected other than water, for example, if water adheres to the core surface due to water condensation, there is no intention to detect it. However, a change in light transmission occurs due to adhesion of water to the core surface, and as a result, water may be erroneously detected as a liquid to be detected.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 8-507876 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-165751 [Patent Document 3]
JP-A-8-210897 [Patent Document 4]
JP 2000-97850 A [Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-91459
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to have good characteristics such as moisture resistance and heat resistance, no transmission loss due to infrared vibration absorption of C—H bond, and to protect the core from unnecessary external force. It is an object of the present invention to provide a plastic optical fiber that can be used, and in particular to provide an optical fiber that is refracted and guided at the interface with the surrounding air layer without providing a cladding layer, and a sensor using the same. Is an issue.
Furthermore, this invention makes it a subject to provide the sensor which can selectively detect to-be-detected liquids other than water.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a core obtained by stretching a molded product obtained by cooling a melt made of a crystalline perfluoro resin in a plastic optical fiber by applying a tension at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point. This can be solved by a plastic optical fiber in which a water repellent porous layer is provided around the core.
In the method for producing a plastic optical fiber as described above, the crystalline perfluorofluororesin is a fluororesin selected from a tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer and a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer.
[0011]
Further, in a liquid sensor, a core obtained by stretching a molded product obtained by cooling a melt made of crystalline perfluororesin at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point is used as a core. Solved by a liquid detection sensor that detects the liquid on the surface of the optical fiber, provided with a light emitting means at one end of a plastic optical fiber with a water-repellent porous layer around it and a light receiving means with a light quantity change detection function at the other end can do.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is a translucent tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer that has not been used as a light guide material of an optical fiber, that is, a core, although it is conventionally used as an optical fiber cladding or protective coating material. Light transmittance can be improved by stretching a molded body made from a melt of a crystalline perfluoro resin such as a polymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and imparting orientation in the axial direction. Is found. The light-transmitting member can be used as a light guide material, and has a large heat resistance, cold resistance, moisture resistance, chemical resistance, solvent resistance, low friction, and the like that the crystalline perfluoro resin has. It has been found that it is possible to provide an optical fiber having a property, a flame resistance, a weather resistance, a non-water absorption property, a non-hygroscopic property, a smoke resistance, and the like.
[0013]
The liquid sensor using the optical fiber in which the water-repellent porous layer is provided on the outer periphery of the core according to the present invention can detect the adhesion of the liquid to the core surface of the optical fiber, and the water-repellent porous layer can detect dust. Prevents and scratches from adhering directly to the core.
A liquid sensor using an optical fiber with a water-repellent porous layer on the outer periphery of the core prevents the false detection by preventing the phenomenon such as condensation and icing and adhesion of water or aqueous solution by using the water-repellent porous layer. It is possible to provide a selective detection function that selects and detects only the liquid to be detected that passes through the porous layer. In particular, since the optical fiber of the present invention is made from a crystalline perfluorofluororesin having excellent chemical resistance, it provides a liquid sensor with excellent corrosion resistance against organic solvents that attack hydrocarbon plastics. be able to. Further, the liquid sensor of the present invention performs detection based on the difference in refractive index between the core of the plastic optical fiber and the liquid attached to the surface of the core of the optical fiber, and the method for producing the plastic optical fiber of the present invention will be described below. To do.
[0014]
The method for producing a plastic optical fiber according to the present invention includes a monofilament molding step by extrusion of a melt of crystalline perfluorofluororesin, a drawing step of a drawing material, and the like.
The optical fiber of the present invention, after forming a monofilament by extrusion or the like from a melt of crystalline perfluorofluororesin, rapidly cooled, and after producing a drawing material determined from the final product diameter and draw ratio, It can be manufactured by applying a tension to the drawing material at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point to produce a desired core material, and heat-fixing the core material by heating.
In addition, the optical fiber of the present invention may be stretched by adjusting the ratio between the feeding speed and the pulling speed so as to be stretched to a predetermined wire diameter by a single operation, or may be stretched in several times.
[0015]
The method for producing a plastic optical fiber in which a water-repellent porous layer is provided on the outer periphery of the core of the present invention includes, for example, a water-repellent porous tape (for example, Gore-Tex &Reg;Tape; WL Gore) directly on the plastic optical fiber core. It can be manufactured by winding). When winding this tape, it is desirable to wind the tape so that the widthwise ends of the tape overlap.
In addition, in the manufacturing method which provides a water-repellent porous layer, the said winding method is an example and is not limited to this, You may use other manufacturing methods, such as a cigarette winding.
[0016]
In general, a plastic optical fiber manufacturing method is required to be manufactured in an environment where the concentration of contaminants in the atmosphere is low. In particular, in the core material forming process, when the number of dusts in the atmosphere is large, the amount of dust is limited because the optical characteristics are greatly deteriorated as a result of the dust being mixed into the core material and the surface of the core material. It is preferable to manufacture in a clean environment.
[0017]
The crystalline perfluoro resin that can be used for the core of the optical fiber of the present invention is polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoro. A propylene copolymer (FEP) can be mentioned. Among them, a thermoplastic perfluoro resin capable of producing a monofilament by a method such as extrusion molding after being heated and melted is preferable, and tetrafluoroethylene-perfluoro is preferable. An alkoxyethylene copolymer (PFA) and a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) are preferred.
These resins can be molded by the same melt molding method as general thermoplastic resins, and the resin can be melted, extruded from a die, and cooled by gas, liquid, etc. to produce a monofilament. The outer diameter of the monofilament is determined in consideration of the subsequent draw ratio.
In the molding of the melt, when it is slowly cooled at the time of cooling, crystals grow and the transparency is lowered. Therefore, cooling is preferably performed quickly, and it is preferable to immediately immerse in water or other cooling medium after melt extrusion. .
[0018]
The produced monofilament is stretched by applying tension in a state where the monofilament is heated to a temperature not lower than the glass transition temperature and not higher than the melting point of each resin. Stretching increases the degree of molecular orientation in the longitudinal direction and increases light transmission. Therefore, it is preferable to increase the stretching ratio, and it is possible as long as the monofilament is not cut and defects such as microvoids do not occur. It is preferable to make it as large as possible.
[0019]
In addition, since crystalline perfluororesin changes in properties such as light transmittance depending on the polymerization method, it is preferable to use a fluororesin having good light transmittance. Further, as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, specifically, the content of impurities used for various devices such as a semiconductor manufacturing process, etc. Those having little transparency and preferable are preferable. Specifically, as the tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer, AP-231SH (manufactured by Daikin Industries) and 451HP-J (Mitsui DuPont Fluoro) having good transparency are preferable. Chemical), 950HP-plus (DuPont), P-802UP (Asahi Glass) and the like. Examples of the tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer include NP-40 (manufactured by Daikin Industries).
In the above description, the columnar member has been described, but a plate-like member may be used.
[0020]
【Example】
The following examples illustrate the invention.
Example 1
As a crystalline perfluoro resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA) (450HP-J, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemicals) was extruded from an extruder at a die temperature of 400 ° C. in the transverse direction. A monofilament having a diameter of 2.1 mm was produced by cooling with water at ° C.
Next, at 290 ° C. in the air, tension was applied at a stretching speed of 1.0 m / min to stretch the original length to 5 times to obtain a stretched material having a diameter of 1.0 mm.
Next, with the tension applied, it was held in air at 230 ° C. for 10 minutes for heat setting to obtain an optical fiber.
Next, a porous polytetrafluoroethylene (PTFE) tape having a specific gravity of 0.6, a porosity of 70%, and a thickness of 0.08 mm is wrapped around the optical fiber so that the tape width overlaps by about 2/3. Optical fibers with diameters of 1.4, 1.8, 2.1, 2.4, and 2.6 mm were used.
[0021]
The transmission loss of the obtained optical fiber was measured by changing the wavelength of the measurement light to 1.3 μm, 0.85 μm, and white light. The results are shown in Table 1.
The transmission loss is determined by the cut-back method in which light from a stabilized light source (MG9001A manufactured by Anritsu) is incident on the optical fiber of the sample via a GI glass optical fiber, and the output light is converted into an optical power meter (AQ-manufactured by Ando Electric). 1135E) to determine the transmission loss per unit length.
[0022]
[Table 1]

[0023]
Example 2
The crystalline perfluororesin was changed to tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA) (950HP-plus manufactured by DuPont), and the optical fiber was prepared in the same manner as in Example 1 except that the draw ratio was changed. Produced. For the obtained optical fiber, the transmission loss was measured in the same manner as in Example 1 with the measurement light of 0.85 μm, and the results are shown in Table 2.
[0024]
[Table 2]
Perfluoro resin PFA (950HP-plus), measuring wavelength 0.85 μm

[0025]
Example 3
Each of the optical fibers manufactured in Example 1 (refractive index n = 1.328) and a member that was not stretched only by extrusion molding was formed into a loop with a length of 1 m as shown in FIG. One end is attached to a light source 2 having a wavelength of 650 nm, the other end is attached to a light detection sensor 3 (E3X-DA21-N manufactured by OMRON), and 20 mm in the central portion A is immersed in methanol, ethanol, and acetone having different refractive indexes. Table 3 shows that the amount of light changed by 50% or more by immersion in the liquid when it was immersed in the liquid was detectable.
As described above, when the optical fiber of the present invention is used as a sensor, a water-repellent porous layer is provided around it, but these liquids can pass through the water-repellent porous layer, Light leaked from the periphery of the optical fiber due to the adhesion of a liquid having a refractive index higher than that of the core, and the change in the amount of light could be detected by the detector. Regardless of the wrapping thickness of the porous polytetrafluoroethylene (PTFE), all the prepared samples were able to detect a change in the light amount within 2 seconds after being immersed in the liquid.
Since oil such as white kerosene can pass through the water-repellent porous layer, it can be applied to detection of what can pass through the water-repellent porous layer.
[0026]
[Table 3]

[0027]
【The invention's effect】
The present invention makes it possible to provide a plastic optical fiber that has a small transmission loss made of a perfluoro resin excellent in characteristics such as heat resistance, moisture resistance, and chemical resistance and can be protected from unnecessary external force. In particular, when this optical fiber is used as a sensor, the amount of light transmitted changes due to the adhesion of various organic solvents and oils as the liquid to be detected that penetrates the water-repellent porous layer to the optical fiber core surface. As a result, adhesion of these organic solvents and oil can be detected, and a liquid sensor that can be directly immersed in the liquid can be manufactured. In addition, the sensor using the plastic optical fiber of the present invention has a lower refractive index than that of a conventional acrylic resin-based plastic optical fiber. Therefore, even if the refractive index of the liquid to be detected is low, The liquid level of the detection liquid can be easily detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber, 2 ... Light source, 3 ... Light detection sensor, 4 ... Immersion tank

Claims

In a plastic optical fiber, a molded product obtained by cooling a melt made of crystalline perfluororesin is stretched by applying a tension at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point, and the core is surrounded by the core. A plastic optical fiber characterized in that a water repellent porous layer is provided.

In a liquid sensor, a molded product obtained by cooling a melt made of crystalline perfluororesin is stretched by applying tension at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point, and the core is surrounded by the core. A liquid sensor characterized in that a light emitting means is provided at one end of a plastic optical fiber provided with a water-repellent porous layer and a light receiving means having a light quantity change detecting function is provided at the other end to detect the liquid on the surface of the optical fiber. .