JP4124307B2

JP4124307B2 - プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JP4124307B2
Application number: JP35528399A
Authority: JP
Inventors: 真一豊島
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP2001174646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用配線、移動体配線、ＦＡ機器配線、パーソナルコンピュータ配線などの光信号伝送や、光電センサーなどに使用される、プラスチック光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲げロスが小さい高開口数（ＮＡ）のプラスチック光ファイバとして、特開平１１−９５０４４号公報には、芯をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で形成し、鞘をビニリデンフライド成分が３０〜９２モル％、テトラフロロエチレン成分が０〜５５モル％、ヘキサフロロプロペン成分が８〜２５モル％からなる共重合体で、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３５０〜１．３８０、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）が３０〜５５、メルトフローインデックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍ）が５〜１００ｇ／１０分である樹脂で形成した、理論ＮＡが０．５７以上のプラスチック光ファイバ裸線構造に熱可塑性樹脂を被覆したプラスチック光ファイバケーブルが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、特に車載用途においては、常用温度を８５℃とし、短期間であればそれ以上の温度にも耐えるような耐熱性を備えたプラスチック光ファイバが要求されていたが、最近では、ＬＥＤの発熱問題などから、１１０℃程度の温度にも耐えるプラスチック光ファイバが要求されてきている。
【０００４】
プラスチック光ファイバとしては、上記したように、ＰＭＭＡからなる芯を備えたものが一般的であるが、ＰＭＭＡのガラス転移点（Ｔｇ）は１１０℃程度であるため、上記した高温での耐熱性を満足するべく、ＰＭＭＡの極限的な性能の引き出しが求められている。
【０００５】
本発明の課題は、高開口数で１１０℃での耐熱性と耐薬品性とを備えた、車載用配線に好適なプラスチック光ファイバを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリメチルメタクリレート系樹脂からなる芯と、該芯の周囲に設けた鞘からなり、該鞘が、テトラフロロエチレン成分が５５モル％を超え７０モル％以下、ヘキサフロロプロペン成分が１０〜１６モル％、ビニリデンフロライド成分が２０〜３５モル％からなる共重合体で、融点が１５０〜１９０℃、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３４０〜１．３７０、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）が５０〜５９、メルトフローインデックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍ）が１〜１０ｇ／１０分である樹脂からなることを特徴とするプラスチック光ファイバである。
【０００７】
本発明者は、車載用プラスチック光ファイバとして市場のニーズを先取りし、より優れた性能のファイバを提供すべく検討した結果、上記特定の鞘樹脂を用いることにより、１１０℃程度の耐熱性と、曲げによる光ロスの少ない高開口数とを同時満足したプラスチック光ファイバを構成しうることを見出し、本発明を達成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック光ファイバは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系樹脂からなる芯に、鞘樹脂として、テトラフロロエチレン成分が５５モル％を超え７０モル％以下、ヘキサフロロプロペン成分が１０〜１６モル％、ビニリデンフロライド成分が２０〜３５モル％からなる共重合体で、融点が１５０〜１９０℃、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率（以下、「ｎ_d20」と記す）が１．３４０〜１．３７０、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）が５０〜５９、メルトフローインデックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍ；以下、「ＭＩ」と記す）が１〜１０ｇ／１０分である樹脂を組み合わせたことに特徴を有する。
【０００９】
本発明で用いる上記鞘樹脂は、耐熱性能に優れ、また屈折率が非常に低いが、従来、このような高融点でＭＩが小さい鞘樹脂をＰＭＭＡ系樹脂と同時に紡糸することは不可能であった。その理由は、複合紡糸に際しては、通常ダイスの温度は高温成型を要する鞘樹脂の成型温度に設定されるため、上記のような鞘樹脂に対応して高温に設定したダイスで複合紡糸を行うと、ＰＭＭＡ系樹脂の熱分解が生じてしまうからである。即ち、ＰＭＭＡ系樹脂は２２０℃以上になると熱分解が始まり、温度上昇と共に該熱分解が激しさを増し、発泡によりファイバ成型ができなくなる。そのため、従来のプラスチック光ファイバの製造においては２５０℃程度が複合紡糸温度の上限であり、上記本発明で用いる鞘樹脂が成型温度として２７０〜２８０℃が必要であることから、ＰＭＭＡ系樹脂と組み合わせる鞘樹脂としては全く検討されていなかった。
【００１０】
本発明者は、複合紡糸ダイ、芯樹脂及び鞘樹脂の温度を制御することによって、ＰＭＭＡ系樹脂の熱分解を防止しながら、上記鞘樹脂と芯樹脂とを複合紡糸することが可能であることを見出し、本発明を達成した。
【００１１】
本発明で芯樹脂として用いるＰＭＭＡ系樹脂としては、メチルメタクリレート単独重合体（ＰＭＭＡ樹脂）や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体で、共重合可能な成分としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エステル類、イソプロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中から一種以上を適宜選択して用いることができる。
【００１２】
本発明のプラスチック光ファイバは、上記したＰＭＭＡ系樹脂と、前記特定の３元共重合体からなる鞘樹脂とを複合紡糸して成型するが、この時、ＰＭＭＡ系樹脂を複合紡糸ダイに導入する直前の温度を２００〜２３０℃に、鞘樹脂は２６０〜２９０℃に設定し、複合紡糸ダイの温度は２５５〜２７０℃として紡糸する。本発明で用いる鞘樹脂は融点が高いため、２６０〜２９０℃に加熱しても熱分解が起こらず、重大な劣化が起こらない。そこで、鞘樹脂を予め高温に昇温し、その分、複合紡糸ダイの温度を低く設定することができる。また、複合紡糸に際しては、複合紡糸ダイの中でのＰＭＭＡ系樹脂の滞留時間が短くなるように滞留量を可能な限り少なくし、ＰＭＭＡ系樹脂がダイスの中で昇温状態で通過するように制御して熱分解を防止する。
【００１３】
また、本発明のプラスチック光ファイバの製造においては、延伸処理にも工夫が必要である。通常、ＰＭＭＡ系のプラスチック光ファイバには延伸処理を施してファイバの強度を向上させるが、従来のＰＭＭＡ系プラスチック光ファイバでは、ＰＭＭＡと従来の鞘樹脂の熱処理温度が近かったため、特に延伸処理に問題はなかった。しかしながら、本発明のプラスチック光ファイバは、鞘の延伸温度が芯の延伸温度よりも高く、従来のＰＭＭＡ系プラスチック光ファイバと同様の温度条件では鞘の延伸ひずみをとるためのアニール温度が低く、ファイバがカールしてしまう。これを防ぐためにアニール温度を高くすると、ファイバが脆くなるという問題が発生する。
【００１４】
プラスチック光ファイバの延伸処理においては、高温の延伸塔の中にファイバを通して、該ファイバを加熱して１．３〜３倍程度に引き延ばし、その後、アニール処理を施して配向歪みをとる。延伸塔の温度条件は、ファイバが塔を通過する速度が速いほど、また、延伸塔の長さが短いほど高くする必要がある。そこで、本発明者は、ファイバの通過速度や延伸塔の長さ、延伸塔の温度条件を検討することにより、延伸塔の中でのファイバの断面方向の温度分布を、最も外側の鞘の温度が最も高く、芯の中央部が最も低くなるように温度分布をつけることができる最適条件を見出し、本発明にかかるＰＭＭＡ系樹脂と鞘樹脂の延伸処理を可能にした。
【００１５】
その結果、本発明のプラスチック光ファイバの伝送損失は６５０ｎｍで１３０ｄＢ／ｋｍと従来のプラスチック光ファイバに比べて遜色がなく、機械的強度や加熱による収縮などにおいても、遜色のないものである。
【００１６】
本発明のプラスチック光ファイバには、種々の樹脂の被覆層を組み合わせることにより、より実用性に富んだプラスチック光ファイバ素線或いはケーブルを提供することができる。
【００１７】
例えば、本発明のプラスチック光ファイバの裸線構造の上に、１２０℃以上の融点を有し、且つ、ビカット軟化温度（ＡＳＴＭ１５２５）が１１０℃以上であるビニリデンフロライド系樹脂からなる保護層を２〜３００μｍの厚さに密着して被覆したプラスチック光ファイバ素線、ナイロン１２または１１樹脂からなる保護層を２〜３００μｍの厚さに密着して被覆したプラスチック光ファイバ素線、或いは上記保護層が黒色の光遮蔽樹脂であるプラスチック光ファイバ素線、もしくはこれら裸線或いは素線の上に、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系エラストマー樹脂などの熱可塑性樹脂で被覆したプラスチック光ファイバケーブルなどが挙げられる。
【００１８】
上記熱可塑性樹脂として特に、ナイロン１２を直接本発明のプラスチック光ファイバに被覆した場合には、本発明にかかる鞘樹脂とナイロン１２が強く密着し、一体的に扱うことができる。そのため、ナイロン１２の被覆層と裸線を一体的にコネクタ処理することが好ましく、ナイロン１２の被覆層の厚さが１００μｍ程度あれば、ファイバが瞬時的に１１５〜１２０℃程度の温度になったとしても、ファイバの配向緩和による膨張を抑えるべくナイロン被覆層がしっかりと形状を保持し、結果的にファイバ形状の維持と機械強度の保持を行うことができる。よって、当該構成をとることにより、１１０℃の長期耐熱性を有し、且つ、被覆層と裸線との使用環境下における突出引っ込みを０．０５ｍｍ以下にまで抑えた自動車内配線用に特に優れたプラスチック光ファイバケーブルを提供することができる。
【００１９】
【実施例】
ｎ_d20が１．４９２、ＭＩが２．５ｇ／１０分のＰＭＭＡ樹脂を芯樹脂として用いた。また、ビニリデンフロライド３０モル％、テトラフロロエチレン５７モル％、ヘキサフロロプロペン１３モル％からなり、ＭＩが６ｇ／１０分、ｎ_d20が１．３５９で、２３℃におけるショアＤ硬度が５４の共重合体を鞘樹脂として用いた。
【００２０】
ＰＭＭＡ樹脂は押出機からダイ供給口までの樹脂温度を２１０℃と低めに設定し、上記鞘樹脂は押出機から複合紡糸ダイに供給する前に２７５℃に昇温した。複合紡糸ダイの温度は２６５℃とし、ＰＭＭＡ樹脂の滞留時間を１分として複合紡糸を行った。得られた１．４１ｍｍストランドを線引き速度１５ｍ／ｍで、温度３００℃の延伸塔で２倍に延伸し、さらに３００℃のアニール塔で熱処理を施し、直径１．０ｍｍのプラスチック光ファイバ裸線を得た。
【００２１】
上記プラスチック光ファイバ裸線に、黒色ナイロン１２樹脂を外径が１．５ｍｍになるように被覆して素線とし、該素線に、オレンジ色のナイロン１２樹脂を外径が２．２ｍｍになるように被覆して、プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００２２】
得られたプラスチック光ファイバケーブルの１１０℃における伝送損失を測定した。端末処理は、裸線と１．５ｍｍ径のナイロン被覆のままコネクタにかしめ固定した。ケーブルのサンプルを５０ｍとり、入射ＮＡを０．１５として、６５０ｎｍの光の伝送損失値は初期値が１３５ｄＢ／ｋｍであり、１０００時間後の値が１５５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２３】
また、本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの加熱による収縮を測定した。該ケーブルを１ｍ、両端をかみそりで切断してとり、１１０℃のオーブンに２４時間放置した。放置後のケーブルの長さは０．９９ｍで、９９％の保持率を示した。また、両端面での裸線とナイロン保護層との突出引っ込みは、ナイロンと鞘樹脂が強く接着して一体となっており、中央部のＰＭＭＡ樹脂の芯が０．０２ｍｍ凹んで変形している程度であった。
【００２４】
さらに、上記熱履歴のあるケーブルを−２０℃において曲げ半径５ｍｍで繰り返し屈曲試験を行った所、１５００回と十分な強度を示した。
【００２５】
さらに、本実施例のプラスチック光ファイバケーブルの耐薬品性を調べるため、先端部が直接油に触れないようにして、１ｍの長さに亘り２３℃にて軽油及びガソリンに５００時間浸漬したが、光量の変化は０．１ｄＢ以下で安定していた。このように、本実施例のケーブルは車載用ケーブルとして好ましいものであった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高開口数で、且つ１１０℃での耐熱性を備え、耐薬品性にも優れた、車載用配線として好ましいプラスチック光ファイバが提供される。

Claims

ポリメチルメタクリレート系樹脂からなる芯と、該芯の周囲に設けた鞘からなり、該鞘が、テトラフロロエチレン成分が５５モル％を超え７０モル％以下、ヘキサフロロプロペン成分が１０〜１６モル％、ビニリデンフロライド成分が２０〜３５モル％からなる共重合体で、融点が１５０〜１９０℃、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３４０〜１．３７０、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０）が５０〜５９、メルトフローインデックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍ）が１〜１０ｇ／１０分である樹脂からなることを特徴とするプラスチック光ファイバ。