JP4406158B2

JP4406158B2 - プラスチック光ファイバの製造方法

Info

Publication number: JP4406158B2
Application number: JP2000228201A
Authority: JP
Inventors: 真一豊島
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002040267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短距離高速通信用のプラスチック光ファイバとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信分野において様々なプラスチック光ファイバの開発が行われ、より高速での伝送が可能で、且つ、曲げによる光ロスが少なく、取り扱いが容易なファイバが求められている。
【０００３】
特開平９−１０１４２３号公報、特開平９−１５９８４４号公報、特開平９−２４３８３６号公報には、芯樹脂と、屈折率の異なる２種類の鞘樹脂とをそれぞれ溶融し、３層複合紡糸ダイに供給して、芯／第１鞘層／第２鞘層からなる３層構造の高速プラスチック光ファイバが開示されている。該ファイバは、第１鞘層の屈折率と芯の屈折率の差を小さくしてファイバの開口数を低くすることによりプラスチック光ファイバの伝送帯域を広げ、且つ、第１鞘層よりも屈折率の低い第２鞘層を設けることで、曲げによる光ロスを低減させたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高速通信が可能で、且つ、曲げによる光ロスが少ないプラスチック光ファイバを、鞘樹脂を１種類だけ用いたより簡易な構成で提供することにある。
【０００５】
【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、該ポリメチルメタクリレート系樹脂と混合した際に透明な組成物を形成し、且つ、ナトリウムＤ線での屈折率が１．３８〜１．４２であるビニリデンフロライド系樹脂からなる鞘とを有し、入射ＮＡ０．６５で測定した、５０ｍ当たりの伝送帯域が１００ＭＨｚ以上であり、芯と鞘との界面に相溶部を有するプラスチック光ファイバの製造方法であって、上記ポリメチルメタクリレート系樹脂とビニリデンフロライド系樹脂とをそれぞれ溶融状態で２層複合紡糸ダイに供給し、該ポリメチルメタクリレート系樹脂と該ビニリデンフロライド系樹脂の合流部下流に上流から下流に向かってノズル径が漸減するよう壁面に５〜８０°の傾斜角度を付けた縮小部を２箇所以上有するノズルを通して複合紡糸することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、芯樹脂と鞘樹脂とを複合紡糸する際に、途中でノズル径が急激に漸減する縮小部を２箇所以上有するノズルを用いることにより、芯と鞘との界面に良好な相溶部を形成し、屈折率分布を有する界面を実現した発明である。
【０００８】
本発明で芯樹脂として用いられるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系樹脂は、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ単独重合体或いは共重合体である。共重合可能な成分としては、アクリル酸及びメタクリル酸とメタノール、エタノールなどのアルコールとのエステル類である。
【０００９】
また、本発明で鞘樹脂として用いられるポリビニリデンフロライド系樹脂は、上記ＰＭＭＡ系樹脂と混合した際に、透明な組成物を形成し、ナトリウムＤ線での屈折率が１．３８〜１．４２である樹脂であって、例えば、特許第２６０２４２号公報や、特許第２５８３５２３号公報に記載されたものである。具体的には、ビニリデンフロライドを５０重量％以上含む単独重合体或いは共重合体、或いは単独重合体を５０重量％以上含む組成物であり、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単独重合体とＰＭＭＡ樹脂のアロイなどが挙げられる。
【００１０】
本発明においては、上記芯樹脂と鞘樹脂とをそれぞれ溶融状態で２層複合紡糸ダイに供給し、芯・鞘構造体を製造する。本発明の特徴は、２層複合紡糸ダイにおいて、芯と鞘の同心円構造体を形成させながらノズル内を移動させるにあたり、上流より下流に向かってノズル径が急激に漸減する縮小部を２箇所以上備えたノズルを用いることにある。本発明においては、このような特定の構造を有するノズルを用いることによって、芯と鞘の界面に鞘樹脂よりも屈折率が高く、且つ屈折率分布を有する良好な相溶部を形成し、広い伝送帯域を得ることができる。
【００１１】
ここで、相溶部とは、プラスチック光ファイバの断面を透過型顕微鏡で見て、芯樹脂とみなせる均質な境界線と、結晶により均質にまだらな鞘樹脂の層の境界線の間の、芯樹脂と鞘樹脂が混合した中間層である。本発明のプラスチック光ファイバにおいては、該相溶部の厚さは０．６〜３．０μｍであり、好ましくは１．７〜２．５μｍであり、この層の厚さが厚い方が高帯域である。該相溶部は、鞘の種類と複合紡糸ダイのノズルの抵抗構造などを適宜選択することによって形成することができる。
【００１２】
図１に、本発明で用いられる２層複合紡糸ダイの一例の断面形状を模式的に示す。図中、１は芯樹脂導入口、２は鞘樹脂導入口、３は合流部、４は第１縮小部、５は第２縮小部、６はストランド排出口である。
【００１３】
図１の複合紡糸ダイにおいては、上流の芯樹脂導入口１から芯樹脂を導入し、該芯樹脂のストランドを合流部３において鞘樹脂で包み込み、芯と鞘の同心円構造体を形成させつつ、しばらくは同一径の領域でストランドを流し、次いで、第１縮小部４において該ストランドの径を急激に絞った後さらに同一径を保ち、第２縮小部５でさらに該ストランドの径を急激に絞った後しばらく同一径を保ち、ストランド排出口６より放出させる構造である。
【００１４】
この複数の縮小部を有するノズル内を芯・鞘構造のストランドが押し出されてゆく間に、合流点３において単純に芯と鞘から構成された開口数（ＮＡ）に相当するファイバが、第１縮小部４において芯と鞘の界面において芯樹脂と鞘樹脂との混合が生じ、芯と鞘の界面に鞘樹脂よりも屈折率の高い相溶部が形成される。さらに、第２縮小部５において、当該相溶部にさらに芯樹脂が混合し、芯に最接近した部位の屈折率が高くなり、屈折率分布を有する相溶部が形成され、結果的に非常にＮＡの低いプラスチック光ファイバを得ることができる。
【００１５】
本発明にかかるノズルは、ノズル径が急激に漸減する縮小部を２箇所以上有する。図２に、該縮小部の拡大断面図を示す。本発明にかかる縮小部としては、図２のθで示される、ノズル壁面の傾斜角度が好ましくは５〜８０°、より好ましくは３０〜６０°である。
【００１６】
本発明のプラスチック光ファイバは、芯と鞘の境界から２μｍ程度外側の位置では芯樹脂が混合していないため、鞘樹脂本来の低屈折率を示すため、当該ファイバを曲げても、単層の低ＮＡファイバのように大きな光ロスを生じることもなく、ＮＡ０．５程度のファイバ並の光量保持ができる。
【００１７】
上記説明においては、縮小部が２箇所有るノズルを例に挙げたが、３箇所以上設ける構成でも良い。また、各縮小部におけるノズル壁面の傾斜角度（θ）は同じであっても、互いに異なっていても良い。
【００１８】
上記のようにして複合紡糸したストランドは１．３〜４倍程度の延伸を行った後、１００〜３００℃の温度で数秒間の短時間アニール処理を施し、プラスチック光ファイバ裸線とする。通常は、このようにして得られた裸線の外側に保護被覆を施し、ケーブルとして使用する。
【００１９】
本発明のプラスチック光ファイバの伝送帯域は、同じ芯樹脂と鞘樹脂の屈折率から予測される数値よりもはるかに大きく、また、従来の製造方法で得られた、鞘がフッ化メタクリレート系樹脂のファイバや、鞘がビニリデンフロライド系樹脂からなる構造ＮＡが０．５程度のファイバに比べてもはるかに大きい。即ち、本発明によれば、入射ＮＡ０．６５で測定した、５０ｍ当たりの伝送帯域が１００ＭＨｚ以上のファイバが得られる。
【００２０】
【実施例】
（実施例）
芯樹脂として、２０℃におけるナトリウムＤ線での屈折率が１．４９２、重量平均分子量が１０万のＰＭＭＡ樹脂を用い、鞘樹脂として、ビニリデンフロライド／トリフロロエチレン／ヘキサフロロアセトンの８０／１４／６（モル比）からなる共重合体であって、２０℃におけるナトリウムＤ線での屈折率が１．３９５、２３０℃、３．８ｋｇ荷重で測定したメルトフローインデックスが２０ｇ／１０分の樹脂を用いた。
【００２１】
上記二つの樹脂をそれぞれ押出機とギヤポンプを介して芯樹脂／鞘樹脂の容積比率が９６／４になるように、２層複合紡糸ダイに供給した。複合紡糸ダイの温度は２４０℃とし、図１に示すように、２つの縮小部を有し、ストランド排出口の直径が３０００μｍのノズルを用いた。
【００２２】
複合紡糸ダイのストランド排出口から押し出されたストランドに延伸とアニール処理を施し、芯の直径が９８０μｍ、鞘の外径が１０００μｍのプラスチック光ファイバ裸線を得た。この裸線の断面を透過型顕微鏡で２００００倍で撮影した写真において測定した相溶部の厚さは１．９μｍであった。さらに、該裸線にポリエチレンを外径が２．２ｍｍになるように被覆し、ケーブルとした。
【００２３】
得られたプラスチック光ファイバケーブルの伝送損失を、該ケーブルを５０ｍ用い、ＬＮＡ０．１５、６５０ｎｍの光源を用いて測定したところ、１３０ｄＢ／ｋｍと低損失であった。また、当該ケーブル５０ｍの伝送帯域をＬＮＡ０．６５、６５０ｎｍの光源を用い、パルス法により測定したところ、１５０ＭＨｚであった。
【００２４】
さらに、該ケーブルを２ｍとり、ＬＮＡ０．６のＬＥＤに接続し、半径１０ｍｍの棒に１回巻き付けた場合の損失は０．７ｄＢであった。
【００２５】
（比較例）
縮小部を一つだけ有するノズルを用いた以外は実施例と同様にしてプラスチック光ファイバケーブルを製造した。得られたケーブルの５０ｍ当たりの伝送帯域を実施例と同様に測定したところ、７０ＭＨｚ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、１種類の鞘樹脂を用いた芯・鞘構造において、広い伝送帯域と低伝送損失を実現し、さらに曲げによる光ロスの小さいファイバが得られ、短距離での高速通信に適した優れたプラスチック光ファイバが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に用いられる２層複合紡糸ダイの一例の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明に用いられるノズルの縮小部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１芯樹脂導入口
２鞘樹脂導入口
３合流部
４第１縮小部
５第２縮小部
６ストランド排出口

Claims

ポリメチルメタクリレート系樹脂からなる芯と、該ポリメチルメタクリレート系樹脂と混合した際に透明な組成物を形成し、且つ、ナトリウムＤ線での屈折率が１．３８〜１．４２であるビニリデンフロライド系樹脂からなる鞘とを有し、入射ＮＡ０．６５で測定した、５０ｍ当たりの伝送帯域が１００ＭＨｚ以上であり、芯と鞘との界面に相溶部を有するプラスチック光ファイバの製造方法であって、上記ポリメチルメタクリレート系樹脂とビニリデンフロライド系樹脂とをそれぞれ溶融状態で２層複合紡糸ダイに供給し、該ポリメチルメタクリレート系樹脂と該ビニリデンフロライド系樹脂の合流部下流に上流から下流に向かってノズル径が漸減するよう壁面に５〜８０°の傾斜角度を付けた縮小部を２箇所以上有するノズルを通して複合紡糸することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。