JP5047816B2

JP5047816B2 - プラスチック光ファイバテープ

Info

Publication number: JP5047816B2
Application number: JP2008005317A
Authority: JP
Inventors: 誠司佐生
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: JP2009168974A

Description

本発明は、装置内、または装置間を光により高速に伝送する光インターコネクションに利用されるプラスチック光ファイバテープに関するものである。

プラスチック光ファイバテープとは、プラスチック光ファイバを並列に複数本並べてテープ状に結合したもので、プラスチック光ファイバシートまたはプラスチック光ファイバリボンと呼ばれることもある。プラスチック光ファイバテープの製造方法としては、成形時にまだ固まっていない複数本のプラスチック光ファイバ同士を軟らかい鞘材ポリマで融着させて結合する方法、或いは成形後のプラスチック光ファイバを接着剤で結合する方法等がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
上記プラスチック光ファイバテープは、内視鏡や光センサとしての医療分野、あるいは監視カメラや光センサとしての計測分野で使用されるイメージ光ファイバや先端部に超小型カメラを取り付けたケーブル或いはセンシング用光ファイバ等の線状物の先端部の先方を照明するライトガイドなどとして使用されている。

近年、装置内、装置間の電気的配線の情報処理能力が配線遅延やノイズ等の問題により十分ではなくなる伝送領域では、プラスチック光ファイバテープにより高速に伝送する光インターコネクション技術が開発され利用されつつある。たとえば、プラスチック光ファイバテープを使用することによって、スーパーコンピュータのバックプレーンの膨大な回線容量を満たすことができたということが報告されている（非特許文献１参照）。
殊に摺動を伴う部位で使用される場合では、プラスチック光ファイバテープにおいても、銅箔をエッチングした回路を、絶縁特性や耐熱性に優れた樹脂でサンドイッチした構造の、繰り返し屈曲のあるいわゆるフレキシブルプリント配線板のような使われ方が要求される。

しかしながら、従来からライトガイドとして利用されてきたプラスチック光ファイバテープにおいては、繰り返し屈曲に強く、しかも遮光性が十分であるものは提案されていなかった。
例えば、前記特許文献１においては、鞘成分がポリ弗化ビニリデン系共重合体からなり該鞘が相互に融着されていることを特徴とするプラスチック光ファイバシートが提案されており、表１にフィラメント間融着幅が大きいほど引張強力にすぐれ小さいほど耐屈曲性にすぐれることが開示されているが、耐屈曲性の判断基準に関する記載は無く繰り返し屈曲に対する耐性についての記載もない。また、本発明者が、特許文献１記載の構造のプラスチック光ファイバシート（芯はポリメチルメタクリレートで直径２３０μｍ、鞘層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％の共重合体で厚み１０μｍの１６芯構造）を作成し、後述する実施例記載の方法で屈曲試験を行ったところ１万回で０．５ｄＢｍの減衰を示し改良すべき点があった。

また、前記特許文献２においては、線状物の外側に光ファイバテープを螺旋状に巻き付けたことにより複数本の光ファイバを配置し線状物の中心軸と任意の光ファイバの中心軸とが捻じれの位置にあることを特徴とするライトガイド構造体が提案されており、線状物を曲げて使用するのに適することが開示されているが、繰り返し屈曲に対する耐性についての記載はない。
一方、プラスチック光ファイバケーブルにおいて、ビニリデンフロライド構造単位を５０重量％以上含有するビニリデンフロライド系樹脂にカーボンブラックを添加した被複樹脂組成物を鞘層の外側に３μｍ〜３００μｍの厚さで密着被覆してなる光遮蔽層を有するプラスチック光ファイバが提案されている（特許文献３参照）。
特開平１−１１４８０５号公報特開平５−２７１２０号公報特開平１０−３０７２１８号公報 Bernd Offenbeck, Olaf Ziemann, Michael Fortsch, Robert Swoboda, Horst Zimmermann, ‘MASSIVELY PARALLEL TRANSMISSION OVER POLYMER OPTICAL FIBER FOR BACKPLANE APPLICATION AND INTERCONNECTS’,16th International Conference on Plastic Optical Fibers,pp.100-102.

本発明の目的は、繰り返し屈曲に強く、遮光効果を有するプラスチック光ファイバテープ、及びその製造方法、並びに該プラスチック光ファイバテープを用いた光伝送装置を提供することである。

本発明者が上記課題を検討した結果、芯と１層以上の鞘層と該鞘層を取り囲む光遮蔽樹脂層からなる単芯プラスチックファイバにおいて、芯の直径及び該芯を構成する樹脂、光遮蔽樹脂層の厚み及び該光遮蔽樹脂層を構成する樹脂、並びに該単芯プラスチック光ファイバの断面積に占める該芯の断面積の割合が特定の範囲にあるプラスチック光ファイバを並列に複数本並べてテープ状に該光遮蔽樹脂層同士で結合することで解決できることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明の一は、単芯プラスチック光ファイバを並列に複数本並べてテープ状に結合させたプラスチック光ファイバテープであって、該単芯プラスチック光ファイバがポリメチルメタクリレート系樹脂からなる直径４０μｍ以上１２０μｍ以下の芯と該芯を取り囲み該芯を構成するポリメチルメタクリレート系樹脂よりも屈折率の低い透明樹脂からなる少なくとも１層以上の鞘層と該鞘層を取り囲み、黒色色素を１００〜５００００ｐｐｍ含むビニリデンフロライド系樹脂組成物からなる厚みが３０μｍ以上１３０ μｍ以下の光遮蔽樹脂層とからなり、該単芯プラスチック光ファイバの断面積に占める該芯の断面積の割合が、２％〜２５％であり、該光遮蔽樹脂層同士で結合したことを特徴とするプラスチック光ファイバテープである。

本発明の二は、本発明の一のプラスチック光ファイバテープを一段の複合紡糸により製造する方法である。
本発明の三は、本発明の一のプラスチック光ファイバテープを通信媒体とし、発光ダイオードアレイ又はレーザアレイを発光素子として、フォトダイオードアレイを受光素子とした光伝送装置である。

本発明のプラスチック光ファイバテープは、繰り返し屈曲に強く、遮光効果を有する。

図１に本発明のプラスチック光ファイバテープの断面を模式的に示す。図中、１は芯、２は鞘層、３は光遮蔽樹脂層であり、これらからなるプラスチック光ファイバを並列に複数本並べてテープ状に結合したのが４のプラスチック光ファイバテープである。
上記プラスチック光ファイバにおいて、芯はポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」ともいう。）系樹脂が好ましい。本発明でいうところのポリメチルメタクリレート系樹脂とは、モノマー成分としてメタクリル酸メチルを８０質量％以上含有する透明な重合体であり、メタクリル酸メチルの単独重合体の他に、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、及びマレイミドからなる群から選択されるー成分以上とメタクリル酸メチルとの共重合体を意味する。

本発明で用いるポリメチルメタクリレート系樹脂としては、メルトフローインデックス
が、２３０℃、荷重３．８Ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件で、０．１
〜４５ｇ／１０分の範囲のものを好ましく使用することができる。
上記プラスチック光ファイバは、芯を取り囲み該芯を構成するポリメチルメタクリレート系樹脂よりも屈折率の低い透明樹脂からなる少なくとも１層以上の鞘層を有する。
鞘層を構成する透明樹脂としては、ビニリデンフロライド系樹脂、例えば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や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テトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体などが好ましく用いられる。そのほか、フルオロアルキルメタクリレ−ト系樹脂も鞘樹脂として好ましい。フルオロアルキルメタクリレートとしては下記一般式（１）で示される化合物であり、当該一般式で示されるフルオロアルキルメタクリレートモノマーの１種類以上と、他の共重合可能なフルオロアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートやアルキルアクリレートなどとの共重合体である。中でも、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モル％、テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％、ヘキサフロロプロペン成分が８〜２２モル％からなる共重合体は曲げ弾性率が小さく好ましい。

上記プラスチック光ファイバは、鞘層を取り囲み色素を１００〜５００００ｐｐｍ含む樹脂組成物からなる光遮蔽樹脂層を有する。ここでいう色素とは、上記プラスチック光ファイバによって伝送される波長の光を吸収する化合物をいい、黒色色素が好ましく、カーボンブラックが特に好ましい。
該樹脂組成物として特に好ましいものは、ビニリデンフロライド系樹脂の中にカーボンブラックを均一に添加した樹脂であり、ビニリデンフロライド系樹脂としてはショアＤ硬度が５５以上の樹脂がよい。ここで、ショアＤ硬度は、ＡＳＴＭＤ２２４０を用いて測定される値である。

具体的なビニリデンフロライド系樹脂としては、例えば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、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、またはビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体などである。中でも、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％からなる共重合体が好ましい。これらビニリデンフロライド系樹脂にはカーボンブラックを１００〜５００００ｐｐｍ混練して用いるが、光遮蔽効果を得るという点から、１００ｐｐｍ以上であることが好ましく、また、均質なカーボンブラックの添加を行うという点から、５００００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より好ましい添加量は、１０００〜１５０００ｐｐｍである。

本発明のプラスチック光ファイバテープを構成する単芯プラスチック光ファイバにおいて、繰り返し屈曲に強くするという点から芯直径は１２０μｍ以下が好ましく、接続を容易にするという点から４０μｍ以上が好ましい。また、本発明において鞘層は光学的な機能を果たすのに必要な厚さがあれば十分であり、１〜２０μｍが好ましい。また、光遮蔽樹脂層の厚みは繰り返し屈曲に強くするという点から３０μｍ以上が好ましく接続密度を向上させるという点から１３０ μｍ以下が好ましい。特に３０μｍ以上７０μｍ以下が好ましい。なお、光遮蔽樹脂層の厚みは、隣接する光遮蔽樹脂層との結合箇所から最も離れた箇所の厚みで定義するものとする。また、該単芯プラスチック光ファイバの断面積に占める該芯の断面積の割合は、繰り返し屈曲に強くするという点から２５％以下が好ましく、伝送損失を減らし十分な光量を確保するという点から２％以上が好ましい。特に１０％以上２０％以下がより好ましい。

プラスチック光ファイバテープは、種々の製造方法で作られたものが提案されている。例えば、プラスチック光ファイバを一列にドラムに巻き取り固着した光ファイバシートや、給糸クリールから多数本の光ファイバを筬等のガイドを多数使用して整経、接着した光ファイバシートのような接着タイプの光ファイバシートがある。
これらの製造方法の中でも、プラスチック光ファイバテープを一段の複合紡糸により製造する方法が好ましく、特許文献１記載のように、複合紡糸ダイで複数本のプラスチック光ファイバを同時に紡糸し、Ｕ字状のリングからなる集合ガイドに集合させテープ状に融着させ、その後、延伸熱処理して製造する方法があげられる。

なお、特許文献１においては、複数本のプラスチック光ファイバが直線状に並べた複合紡糸用口金が開示されているが、複数本のプラスチック光ファイバの配置は円周状に並んでいる紡糸用口金を使用することがより好ましい。紡糸用口金を円周状に並べることにより、直線状に並べた場合に比較して各プラスチック光ファイバに与える熱履歴をより均一にすることができるので、プラスチック光ファイバテープとした時の耐久性をより向上させることが可能となる。
本発明のプラスチック光ファイバテープは、繰り返し屈曲性や遮光性が必要とされる装置内、装置間の光インターコネクション媒体として好ましく利用することができる。

［実施例１］
芯を構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、鞘層を構成する透明樹脂としてテトラフロロエチレン３２モル％とヘキサフロロプロピレン１１モル％とビニリデンフロライド５７モル％の共重合体（ショアＤ硬度４１）、光遮蔽樹脂組成物としてとして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％の共重合体（ショアＤ硬度６０）に、５０００ｐｐｍのカーボンブラックを添加した樹脂組成物を使用し、円周状に並んだ紡糸用口金を有する複合紡糸ダイで９本のプラスチック光ファイバを３層同時に２３５℃で紡糸し、Ｕ字状のリングに集合させて融着させることでテープ状に結合させ、その後、２．０倍に延伸熱処理して、芯直径１００μｍ、鞘層厚１０μｍ、光遮蔽樹脂層厚６５μｍのプラスチック光ファイバ（断面積に占める芯の断面積の割合が１６％）９本を、光遮蔽樹脂層の融着によりテープ状に結合したプラスチック光ファイバテープを製造した。

上記プラスチック光ファイバテープについて、屈曲試験と遮光測定を実施した。
まず、該プラスチック光ファイバテープの長さを２ｍとって、屈曲箇所を中間点にした。プラスチック光ファイバテープの光入射側端部において、テープを構成するプラスチック光ファイバ９本の両端を束ねて円周状にした状態で６５７ｎｍの赤色ＬＥＤ光源を入射し、同様に束ねた光出射側端部から出射された光パワーをＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社製ｐｈｏｔｏｍ２０５でモニターしながら、該光ファイバテープを信越エンジニアリング社製FPC屈曲試験機ＳＥＫ−３１Ｃ４Ｓを使用し、屈曲半径２ｍｍ、ストローク１５ｍｍ、サイクルタイム１２０回／分で屈曲試験を実施した。その結果、屈曲回数１０万回後の出射光量に変化はなかった。

次に該プラスチック光ファイバテープを１ｍとり、光入射側端部の５ｃｍと光出射側端部の５ｃｍとを３本単位で外側の６本と内側の３本に３分割した。次に、蛍光灯下の室内で光入射側端部の外側の６本に白色光源を入光させ、光出射側端部の外側の６本からの出力パワーが−３ｄＢｍとなるようにＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５を用いて調整した。次に光入射側端部はそのままで、光出射側端部の内側の３本の光パワーをＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５を用いて遮光測定を実施した。その結果、内側の３本から出射された光パワーは−６８ｄＢｍであり、十分な遮光性能があった。

［実施例２］
芯を構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、鞘層を構成する透明樹脂としてテトラフロロエチレン３２モル％とヘキサフロロプロピレン１１モル％とビニリデンフロライド５７モル％の共重合体（ショアＤ硬度４１）、光遮蔽樹脂組成物としてとして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％の共重合体（ショアＤ硬度６０）に１１０００ｐｐｍのカーボンブラックを添加した樹脂組成物を使用し、円周状に並んだ紡糸用口金を有する複合紡糸ダイで９本のプラスチック光ファイバを３層同時に２３５℃で紡糸し、Ｕ字状のリングに集合させて融着させることでテープ状に結合させ、その後、２．０倍に延伸熱処理して、芯直径５０μｍ、鞘層厚５μｍ、光遮蔽樹脂層厚３３μｍのプラスチック光ファイバ（断面積に占める芯の断面積の割合が１６％）９本を、光遮蔽樹脂層の融着によりでテープ状に結合したプラスチック光ファイバテープを製造した。
上記プラスチック光ファイバテープについて、屈曲試験と遮光測定を実施した。
実施例１と同じ条件で、屈曲試験を実施した結果、屈曲回数１２万回後の出射光量に変化はなかった。次に、実施例１と同じ条件で、遮光測定を実施した。その結果、内側の３本から出射された光パワーは−６５ｄＢｍであり、十分な遮光性能があった。

［比較例１］
実施例１において、光遮蔽樹脂組成物にカーボンブラックを添加しない以外は同条件でプラスチック光ファイバテープを製造した。
上記プラスチック光ファイバテープについて、屈曲試験と遮光測定を実施した。

実施例１と同じ条件で、屈曲試験を実施した結果、屈曲回数１０万回後の出射光量に変化はなかった。次に、実施例１と同じ条件で、遮光測定を実施した。その結果、内側の３本から出射された光パワーは−４０ｄＢｍであり、テープ外部および外側の６本から内側の３本への光の漏出が認められた。

［比較例２］
芯を構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、鞘層を構成する透明樹脂としてテトラフロロエチレン３２モル％とヘキサフロロプロピレン１１モル％とビニリデンフロライド５７モル％の共重合体（ショアＤ硬度４１）、光遮蔽樹脂組成物としてとして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％の共重合体（ショアＤ硬度６０）に１１０００ｐｐｍのカーボンブラックを添加した樹脂組成物を使用し、円周状に並んだ紡糸用口金を有する複合紡糸ダイで９本のプラスチック光ファイバを３層同時に２３５℃で紡糸し、Ｕ字状のリングに集合させて融着させることでテープ状に結合させ、その後、２．０倍に延伸熱処理して、芯直径２４０μｍ、鞘層厚５μｍ、光遮蔽樹脂層厚５μｍのプラスチック光ファイバ（断面積に占める芯の断面積の割合が８５％）９本を、光遮蔽樹脂層の融着によりでテープ状に結合したプラスチック光ファイバテープを製造した。
上記プラスチック光ファイバテープについて、屈曲試験と遮光測定を実施した。
実施例１と同じ条件で、屈曲試験を実施した結果、屈曲回数１万回後の出射光量は０．５ｄBm減衰した。次に、実施例１と同じ条件で、遮光測定を実施した。その結果、内側の３本から出射された光パワーは−６４ｄＢｍであり、十分な遮光性能があった。

本発明のプラスチック光ファイバテープは、繰り返し屈曲性や遮光性が要求される短距離の光伝送装置に好適に使用できる。

本発明のプラスチック光ファイバテープの一例の断面の模式図である。

符号の説明

１芯
２鞘層
３光遮蔽樹脂層
４プラスチック光ファイバテープ

Claims

単芯プラスチック光ファイバを並列に複数本並べてテープ状に結合させたプラスチック光ファイバテープであって、該単芯プラスチック光ファイバがポリメチルメタクリレート系樹脂からなる直径４０μｍ以上１２０μｍ以下の芯と該芯を取り囲み該芯を構成するポリメチルメタクリレート系樹脂よりも屈折率の低い透明樹脂からなる少なくとも１層以上の鞘層と該鞘層を取り囲み、黒色色素を１００〜５００００ｐｐｍ含むビニリデンフロライド系樹脂組成物からなる厚みが３０μｍ以上１３０ μｍ以下の光遮蔽樹脂層とからなり、該単芯プラスチック光ファイバの断面積に占める該芯の断面積の割合が、２％〜２５％であり、該光遮蔽樹脂層同士で結合したことを特徴とするプラスチック光ファイバテープ。
請求項１に記載したプラスチック光ファイバテープを一段の複合紡糸により製造する方法。
請求項１に記載したプラスチック光ファイバテープを通信媒体とし、発光ダイオードアレイ又はレーザアレイを発光素子として、フォトダイオードアレイを受光素子とした光伝送装置。