JP6325767B2 - プラスチック光ファイバセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック光ファイバセンサ及びその製造方法に関する。

プラスチック光ファイバは、透明樹脂からなる芯繊維の周囲を、該透明樹脂より低屈折率の樹脂からなる鞘層で囲んだ構造を有し、芯と鞘層の境界で光を反射させることにより芯内で光信号を伝送する媒体である。プラスチック光ファイバは石英ガラス光ファイバに比較して柔軟性に優れており、接続時の芯あわせが容易な直径の大きいものを利用できる。

単芯プラスチック光ファイバは、伝送する光量を大きくするために芯繊維の直径を大きくすると、曲げによる光損失の発生が大きくなる。これに対して、多芯プラスチック光ファイバは、個々の芯繊維の直径を小さくして上記光損失の発生を抑制した上で、個々の芯繊維にて伝送された光をあわせることで合計光量を大きくできるという利点を有する。このため、近年、多芯プラスチック光ファイバは種々の用途で採用されるようになってきた。

しかし、芯繊維を鞘層で囲んでなる多芯プラスチック光ファイバ裸線をそのままで使用することは少ない。物理的又は化学的な損傷を防止する観点から、鞘層の外側に保護層又は海部を有する多芯プラスチック光ファイバ素線として使用されることが多い。この光ファイバ裸線及び光ファイバ素線は、通常、複合紡糸法によって一体成形できる。

また、物理的又は化学的な損傷からより確実に保護するために、多芯プラスチック光ファイバ裸線又は多芯プラスチック光ファイバ素線の外側に熱可塑性樹脂からなる被覆層を被覆形成することにより、プラスチック光ファイバケーブルとして使用されることも多い。

例えば、多芯プラスチック光ファイバとしては、芯繊維がポリメチルメタクリレート系樹脂からなり、鞘層がエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体からなるプラスチック光ファイバ素線が提案されている（特許文献１参照）。また、このようなプラスチック光ファイバ素線は、プラスチック光ファイバセンサとして用いられることもある。

特開２０１１−０２２５０４号公報

しかしながら、上述したようなプラスチック光ファイバ素線を用いたプラスチック光ファイバセンサでは、その測定検出の精度に関して未だ改善の余地がある。単芯光ファイバ素線の束は一方の束端と他方の束端で単芯光ファイバ素線の相対位置を一致させるのは煩雑であるため、光の入射強度分布を測定するプラスチック光ファイバセンサには適さない。そして、種々の分野において、測定する光（測定光）の入射強度分布を正確に維持したまま、検出部等まで導光できるプラスチック光ファイバセンサの実現が求められているが、その点についても未だ改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、光の入射強度分布を高い精度で測定できるプラスチック光ファイバセンサを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の構造を有するプラスチック光ファイバセンサとすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔１〕
透明樹脂を含む芯繊維と、
前記透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、前記芯繊維を被覆する鞘層と、
を含む単芯プラスチック光ファイバ素線６本以上を有する、単芯プラスチック光ファイバ素線束と；
前記単芯プラスチック光ファイバ素線束の一方の端部が海樹脂により束ねられた、第１の端部と；
前記単芯プラスチック光ファイバ素線束のもう一方の端部が海樹脂により束ねられた、第２の端部と；
前記第１の端部と前記第２の端部の間において前記単芯プラスチック光ファイバ素線束から分岐した、少なくとも１本の分岐単芯プラスチック光ファイバ素線と；
を備える、プラスチック光ファイバセンサ。
〔２〕
前記分岐単芯プラスチック光ファイバ素線の少なくとも１本は、その端部から照射光が入射する光入射部であり、
前記第１の端部は、測定対象に向けて前記照射光を出射し、かつ、前記測定対象から放射される測定光を受光する受光部であり、
前記第１の端部と前記第２の端部の間の前記単芯プラスチック光ファイバ素線束は、前記測定光を前記第２の端部に導光する導光部であり、
前記第２の端部は、前記導光部から導光された前記測定光を検出する検出部である、〔１〕に記載のプラスチック光ファイバセンサ。
〔３〕
前記分岐単芯プラスチック光ファイバ素線は、１本であり、かつ、断面視した状態において、前記単芯プラスチック光ファイバ素線束の略中心に配置された単芯プラスチック光ファイバ素線から分岐されたものである、〔１〕又は〔２〕に記載のプラスチック光ファイバセンサ。
〔４〕
前記鞘樹脂として、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含む、〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバセンサ。
〔５〕
前記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体が、カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体である、〔４〕に記載のプラスチック光ファイバセンサ。
〔６〕
透明樹脂を含む芯繊維と、
前記透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、前記芯繊維を被覆する鞘層と、
を含む単芯プラスチック光ファイバ素線６本以上と、
前記鞘樹脂を溶解しない特定溶媒に対して溶解する海樹脂を含み、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束を束ねる海部と、
を含む多芯プラスチック光ファイバ素線の両端部以外の前記海部の少なくとも一部を、前記特定溶媒に溶解させて除去することにより、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束を露出させる工程と、
前記露出した前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束の少なくとも１本の単芯プラスチック光ファイバ素線を切断して、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束から分岐した単芯プラスチック光ファイバ素線を少なくとも１本形成する工程と、
を含む、プラスチック光ファイバセンサの製造方法。
〔７〕
前記鞘樹脂として、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含む、〔６〕に記載のプラスチック光ファイバセンサの製造方法。
〔８〕
前記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体が、カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体である、〔７〕に記載のプラスチック光ファイバセンサの製造方法。

本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの一例を説明するための概念図である。 本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造方法の一例を説明するための概念図である。 本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線の一態様の断面図である。 本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線の別の態様の断面図である。 本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線の更に別の態様の断面図である。 比較例１のプラスチック光ファイバセンサを説明するための概念図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。さらに、本明細書において、「略」を付した用語は、当業者の技術常識の範囲内でその「略」を除いた用語の意味を示すものであり、「略」を除いた意味自体をも含むものとする。

＜プラスチック光ファイバセンサ＞
図１は、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの一例を説明するための概念図である。
本実施形態のプラスチック光ファイバセンサ１０は、
透明樹脂を含む芯繊維と、
前記透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、前記芯繊維を被覆する鞘層と、
を含む単芯プラスチック光ファイバ素線６本以上を有する、単芯プラスチック光ファイバ素線束１２と；
前記単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の一方の端部が海樹脂により束ねられた、第１の端部１４と；
前記単芯プラスチック光ファイバ素線束のもう一方の端部が海樹脂により束ねられた、第２の端部１６と；
前記第１の端部１４と前記第２の端部１６の間において前記単芯プラスチック光ファイバ素線束１２から分岐した、少なくとも１本の分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８と；
を備える、プラスチック光ファイバセンサ１０である。

プラスチック光ファイバセンサ１０は、例えば、測定対象に光を照射し、測定対象から放射される光を受光し、それを検出するセンサ等として好適に使用できる。例えば、以下の（１）〜（４）の手順で測定対象を光学的に測定することができる。
（１）分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の端部に照射光を入射させる。
（２）入射した照射光を第１の端部１４から測定対象に出射させ、測定対象から放射（例えば、反射等）される光（測定光）を第１の端部１４にて受光する。
（３）受光した測定光を、第１の端部１４から単芯プラスチック光ファイバ素線束１２を経由して、第２の端部１６に導光する。
（４）第２の端部１６において、導光された測定光を検出する。
なお、測定対象は特に限定されず、種々のものを測定できる。例えば、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサ１０は、あらゆるゆらぎ測定に使用することができる。

この場合、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサ１０は、
分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の少なくとも１本は、その端部から照射光が入射する光入射部であり、
第１の端部１４は、測定対象に向けて照射光を出射し、かつ、測定対象から放射される測定光を受光する受光部であり、
第１の端部１４と第２の端部１６の間の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２は、測定光を第２の端部１６に導光する導光部であり、
第２の端部１６は、導光部から導光された測定光を検出する検出部である、
といった構成にすることが好ましい。

上記の場合、第１の端部１４と第２の端部１６との間に位置する単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の一部である、少なくとも１本の単芯プラスチック光ファイバ素線を分岐させ、そこから測定対象に照射する光（照射光）を入射する構成とすることで、測定対象に照射する照射光の光路と測定対象から放射される測定光の光路とが極力同軸上に配置されないようにできる。これにより、照射光の影響を極力受けることなく、測定光を導光することができる。

（１）分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の端部から照射光を入射させることについて説明する。照射光の光源は、特に限定されず、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザダイオード、ハロゲン等が挙げられる。分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の端面に光源から直接光を入射させてもよいし、この端面に他のプラスチック光ファイバを接続し、この他の光ファイバの端面から照射光を単芯プラスチック光ファイバ素線１８に入射させてもよい。さらに、分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８と光源との間には、必要に応じて、反射鏡、集光レンズ、プリズム、光学フィルター等の光学素子を配置することができる。これらの光学素子の種類や形状等は、特に限定されず、公知のものを採用することもできる。

本実施形態のプラスチック光ファイバセンサ１０の構造は、特に限定されず、その形状や目的等を考慮して適宜に選択できる。例えば、分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の分岐数や大きさ等は特に限定されず、センサの使用目的等を考慮して適宜に選択できる。その中でも、分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８は、１本であり、かつ、断面視した状態において、単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の略中心に配置された単芯プラスチック光ファイバ素線から分岐されたものであることが好ましい。略中心に配置された単芯プラスチック光ファイバ素線を分岐させ、そこから照射光を導光することで、単芯プラスチック光ファイバ素線束の略中心に照射光を導光できる。そして、簡素な構成で光源の相互作用を考慮する必要がないため、第２の端部１６において、測定光の光強度分布を高い精度で検出することができる。このように、分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８は、その端部から照射光が入射する光入射部とすることができる。

（２）入射した照射光を第１の端部１４から測定対象に出射させ、測定対象から放射（例えば、反射等）される光（測定光）を第１の端部１４にて受光することについて説明する。分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８の端部から入射された照射光は、第１の端部１４まで導光され、第１の端部１４の端部から測定対象に出射される。例えば、図１では、第１の端部１４から左側に向けて出射させることができる。なお、本実施形態では、測定試料に対して照射光を直接照射してもよいし、必要に応じて、反射鏡、集光レンズ、プリズム、光学フィルター等の光学素子を光路上に配置し、これらを経由させてもよい。

照射光が照射された測定対象からは、測定光が放射される。なお、図示はしないが、本実施形態では、反射鏡、集光レンズ、プリズム、光学フィルター等の光学素子を用いて、測定光を集光及び／又は導光することにより、第１の端部１４に測定光を受光させることができる。本実施形態では、光学系を適宜制御することで、第１の端部１４の端部から照射光を照射し、再び測定光を受光することができる。このように、第１の端部１４は、測定対象から放射された測定光を受光する受光部とすることができる。

（３）受光した測定光を、第１の端部１４から単芯プラスチック光ファイバ素線束１２を経由して、第２の端部１６に導光することについて説明する。この単芯プラスチック光ファイバ素線束１２は、照射光は導光せず、測定光のみを導光するように設計できるので、光分布強度等といった測定光の光学特性を損なうことなく、正確に、第２の端部１６に導光することができる。図１では、測定光は、紙面の右方向に位置する第２の端部１６に向けて導光される。単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の具体的な構成等については、後述する。このように、単芯プラスチック光ファイバ素線束１２は、測定光を第２の端部１６に導光する導光部とすることができる。

（４）第２の端部１６において、導光された測定光を検出することについて説明する。単芯プラスチック光ファイバ素線束１２により導光された測定光は、第２の端部１６において検出される。検出方法は、特に限定されず、例えば、第２の端部１６の端面にて測定光を目視等で直接検出してもよいし、第２の端部１６に別途測定・検出機器を接続し、それらによって検出してもよい。例えば、第２の端部１６の端面にて測定光を目視等で直接検出する場合、図１では、第２の端部１６の右側から視認し、確認することできる。例えば、第２の端部１６に別途測定・検出機器を接続し、それらによって検出する場合、第２の端部１６と測定・検出機器の間に、必要に応じて、反射鏡、集光レンズ、プリズム、光学フィルター等の光学素子を配置することができる。さらに、増幅器等を用いて、検出精度を高めることもできる。このように、第２の端部１６は、導光された測定光を検出する検出部とすることができる。

本実施形態のプラスチック光ファイバセンサ１０の直径は、特に限定されず、２５０〜３０００μｍであることが好ましく、５００〜１５００μｍであることがより好ましい。上記直径とすることで、検出精度に優れるだけでなく、製造容易であり汎用性にも優れる小径のプラスチック光ファイバセンサとすることができる。

＜プラスチック光ファイバセンサの製造方法＞
図２は、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造方法の一例を説明するための概念図である。本実施形態におけるプラスチック光ファイバセンサの好適な製造方法としては、
（ｉ）透明樹脂を含む芯繊維と、前記透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、前記芯繊維を被覆する鞘層と、を含む単芯プラスチック光ファイバ素線６本以上と、前記鞘樹脂を溶解しない特定溶媒に対して溶解する海樹脂を含み、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束を束ねる海部と、を含む多芯プラスチック光ファイバ素線２０の両端部以外の前記海部の少なくとも一部２０２を、前記特定溶媒に溶解させて除去することにより、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２を露出させる工程と、
（ｉｉ）前記露出した前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２の少なくとも１本の単芯プラスチック光ファイバ素線を切断して、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２から分岐した単芯プラスチック光ファイバ素線１８を少なくとも１本形成する工程と、
を含む、プラスチック光ファイバセンサ１０の製造方法が挙げられる。

（ｉ）工程では、多芯プラスチック光ファイバ素線２０の両端部以外の海部の少なくとも一部２０２を、特定溶媒に溶解させて除去する。使用する多芯プラスチック光ファイバ素線２０において、鞘層を構成する樹脂（以下、「鞘樹脂」ともいう。）はこの特定溶媒には溶解せず、海部を構成する樹脂（以下、「海樹脂」ともいう。）はこの特定溶媒に溶解する。よって、両端部以外の海部の少なくとも一部２０２に対して、特定溶媒を用いることで海部を除去し、単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２を露出させることができる。

使用する多芯プラスチック光ファイバ素線２０の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することもできる。例えば、複合紡糸法等による紡糸が挙げられる。多芯プラスチック光ファイバ素線２０の構成等については、後述する。

特定溶媒にて除去する海部は、両端部以外の海部の少なくとも一部２０２であればよく、所望の箇所を選択することができる。例えば、多芯プラスチック光ファイバ素線２０の一部を特定溶媒に浸漬することにより該当箇所の海部を溶解除去することができる。このとき、単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２から、分岐させる単芯プラスチック光ファイバ素線がある程度互いに離れ離れになればよいので、本実施形態では、必ずしも海部を完全に溶解除去しなくてもよい。

このような特定溶媒を用いて海部を除去することで、より細径の単芯プラスチック光ファイバ素線であっても傷つけることなく容易に露出させることができる。例えば、引っ張ると切れてしまう程度の細径の単芯プラスチック光ファイバ素線であっても、傷つけることなく容易に露出させることができる。

ここで、特定溶媒に対し溶解する性質とは、少なくとも当該溶媒を用いることで当該樹脂を溶媒中に溶解できればよい。具体的には、該当する箇所の海部を多芯プラスチック光ファイバ素線２０から取り除くことができればよく、その溶媒の使用量は限定されない。

後述のように、海樹脂を溶解除去してプラスチック光ファイバセンサを製造するために、本実施形態の多芯プラスチック光ファイバ素線を使用する場合、特定溶媒として、フッ化水素、塩酸、硫酸、硝酸、過酸化水素、水酸化アンモニウム等の無機系薬品、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、トリエチルアミン、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、トルエン、イソオクタン等の有機系薬品を用い、海樹脂としてビニリデンフロライド系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。

多芯プラスチック光ファイバ素線２０は、特定溶媒に対する鞘樹脂と海樹脂の溶解度の差を利用して、海樹脂を除去できる。特に、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含む鞘層は、種々の溶媒に対する耐性が高いので、幅広い種類の海樹脂と組み合わせて使用できるため好ましい。反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の好適な具体例としては、カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体等が挙げられる。

さらに、例えば、複数層の鞘層を有する多芯プラスチック光ファイバ素線を用いる場合、全ての鞘層が反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含むことが好ましいが、少なくとも１つの鞘層が反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含むものであってもよい。この場合、海樹脂と鞘樹脂と（特に最外層の鞘樹脂）の組みあわせを適宜に選択することで、所望の効果を得ることも可能である。

（ｉｉ）工程では、露出した単芯プラスチック光ファイバ素線の束１２の少なくとも１本を切断する（図２の符号Ｙ参照）。これにより、分岐した単芯プラスチック光ファイバ素線（分岐単芯プラスチック光ファイバ素線）１８を形成することができる。なお、図２では、切断箇所Ｙとして、単芯プラスチック光ファイバ素線の露出した端部を選択しているが、必ずしもこれに限定するものではない。

＜多芯プラスチック光ファイバ素線＞
多芯プラスチック光ファイバ素線２０の構成等について説明する。図３は、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線の一態様の断面図である。なお、以下で説明する多芯プラスチック光ファイバ素線２０の構成は、図１や図２のプラスチック光ファイバセンサ１０を断面視した状態における、第１の端部１４及び第２の端部１６の各構成と対応する（図２の矢印参照）。多芯プラスチック光ファイバ素線２０は、透明樹脂を含む芯繊維２２２と、透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、芯繊維２２２を被覆する鞘層２２４と、を含む単芯プラスチック光ファイバ素線２２を７本と、鞘樹脂を溶解しない特定溶媒に対して溶解する海樹脂を含み、単芯プラスチック光ファイバ素線２２の束を束ねる海部２４と、を含む。

多芯プラスチック光ファイバ素線２０の直径は、特に限定されないが、２５０〜３０００μｍが好ましく、５００〜１５００μｍがより好ましい。多芯プラスチック光ファイバ素線２０の直径が２５０μｍ以上であれば、それから得られるプラスチック光ファイバセンサは十分な光量を確保できる。また、多芯プラスチック光ファイバ素線２０の直径が３０００μｍ以下であれば、それから得られるプラスチック光ファイバセンサの曲げに対する柔軟性を優れたものにできる。

多芯プラスチック光ファイバ素線２０に束ねられる単芯プラスチック光ファイバ素線２２の数は、６本以上であればよく、６〜１００００本であることが好ましく、１８〜１０００本であることがより好ましい。単芯プラスチック光ファイバ素線の本数の下限値を上記範囲とすることで、曲げた時の光量損失を抑制できる。また、単芯プラスチック光ファイバ素線２２の本数の上限値を上記範囲とすることで、鞘層の断面積に対する芯繊維の断面積の割合を高く保つことができ、通過する光量を大きくすることができる。

図４は、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線３０の別の一態様の断面図である。図４に示すように、多芯プラスチック光ファイバ素線３０の略中心に中空部３６を設けてもよい。多芯プラスチック光ファイバ素線３０は、透明樹脂を含む芯繊維３２２と、透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、芯繊維３２２を被覆する鞘層３２４と、を含む単芯プラスチック光ファイバ素線３２を６本と、海部３４と、を含み、断面視した略中心に中空部３６が形成された構造である。かかる構造とすることで、光ファイバ等の線状物を中空部３６から挿入することができる。多芯プラスチック光ファイバ素線３０やそれから得られるプラスチック光ファイバセンサの長手方向に、線状物を通すことができる。

図５は、本実施形態のプラスチック光ファイバセンサの製造に使用できる多芯プラスチック光ファイバ素線４０の一態様の断面図である。図５に示すように、鞘層が複数層の鞘層４２４、４２６から構成されるものとすることもできる。多芯プラスチック光ファイバ素線４０は、透明樹脂を含む芯繊維４２２と、芯繊維４２２を被覆する、透明樹脂よりも屈折率が低い第１の鞘層４２４と、第１の鞘層４２４を被覆する、透明樹脂よりも屈折率が低い第２の鞘層４２６と、を含む単芯プラスチック光ファイバ素線４２を７本と、海部４４と、を含む。鞘層が複数層である場合、２層に限定されず、３層以上であってもよい。

外側の鞘層である第２の鞘層４２６の屈折率は、内側の鞘層である第１の鞘層４２４の屈折率よりも低いことが好ましい。かかる屈折率とすることで、多芯プラスチック光ファイバ素線４０やそれから得られるプラスチック光ファイバセンサの曲げによる光損失を低減できる。同様に、鞘層が３層以上である場合、外側の鞘層の屈折率が、内側の鞘層の屈折率よりも低いことが好ましい。

図５のように複数層の鞘層により芯繊維４２２を被覆する場合、少なくともいずれかの鞘層が上記の反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含むものであることが好ましい。多芯プラスチック光ファイバ素線４０を用いてプラスチック光ファイバセンサを製造する際、上記した特定溶媒に対して優れた耐性を有するという観点から、少なくとも最外層の鞘層（即ち、海部と接する鞘層）が上記の反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含むことが好ましい。

以下、各部材について更に説明する。

＜芯繊維＞
芯繊維を構成する透明樹脂（以下、「芯樹脂」ともいう。）としては、プラスチック光ファイバ素線の芯樹脂として公知のものを使用でき、例えば、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。これらの中でも、透明性の観点から、ポリメチルメタクリレート系樹脂が好ましい。

ポリメチルメタクリレート系樹脂としては、特に限定されないが、メチルメタクリレートの単独重合体；メチルメタクリレートを５０質量％以上と、メチルメタクリレートと共重合可能な成分との含む共重合体が好ましい。メチルメタクリレートと共重合可能な成分としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等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等のメタクリル酸エステル類；イソプロピルマレイミド等のマレイミド類；アクリル酸、メタクリル酸、スチレン等が挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

ポリメチルメタクリレート系樹脂の分子量は、特に限定されないが、メルトフロー（成形しやすさ）の観点から、重量平均分子量として８万〜２０万であることが好ましく、１０万〜１２万であることがより好ましい。

芯繊維の直径は、特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましく、１０〜２５０μｍであることがより好ましい。芯繊維の直径が５μｍ以上であれば、通過する光量を大きくすることができる。また、芯の直径が５００μｍ以下であれば、曲げによる透過光量の低下を少なくできる。

＜鞘層＞
鞘層を構成する樹脂（鞘樹脂）としては、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含むことが好ましい。ここで、「反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体」とは、エチレンとテトラフルオロエチレンと共重合可能な単量体との共重合体であって、主鎖あるいは側鎖に反応性官能基を導入して変性させたものをいう。反応性官能基を導入することで、芯繊維及び海部との接着性を向上させることができ、かつ上記した特定溶媒に対する耐性を高いレベルで維持できる。

反応性官能基としては、特に限定されないが、例えば、カーボネート基（カルボニルジオキシ基）、エステル基、ハロホルミル基、カルボキシル基等が挙げられる。これらの中でも、カーボネート基（カルボニルジオキシ基）が好ましい。カーボネート基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体（カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体）は、その重合時に重合開始剤としてパーオキシカーボネートを用いることで、カーボネート基を容易に導入できることや、幅広い樹脂と優れた接着性を有し、かつ上記した特定溶媒に対する耐性を高いレベルで維持できるといった利点を有する。

カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体としては、市販品を用いることもできる。例えば、ダイキン工業社製の「ネオフロンＥＦＥＰ ＲＰ５０００」及び「ネオフロンＥＦＥＰ ＲＰ４０２０」等が挙げられる。

反応性官能基の導入は、公知の方法によって行うことができるが、重合開始剤として共重合体に導入することが好ましい。得られる共重合体１００質量部に対して、重合開始剤０．０５〜２０質量部であることが好ましい。

エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体における、エチレン／テトラフルオロエチレンのモル比は、特に限定されないが、成形性と耐薬品性のバランスの観点から、７０／３０〜３０／７０であることが好ましい。

さらに、テトラフルオロエチレン及びエチレン以外に、これらと共重合可能な他の単量体を共重合させた多元共重合体であってもよい。共重合可能な他の単量体としては、特に限定されず、例えば、ヘキサフルオロプロピレン、ヘキサフルオロイソブテン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）等のオレフィン等が挙げられる。エチレン／テトラフルオロエチレン／共重合可能な他の単量体のモル比は、特に限定されないが、成形性と耐薬品性のバランスの観点から、（１０〜８０）／（２０〜８０）／（０〜４０）であることが好ましい。

より好ましい反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体としては、テトラフルオロエチレン６２〜８０モル％、エチレン２０〜３８モル％、及びこれらと共重合可能な単量体０〜１０モル％からなる単量体成分から得られるポリマー鎖を有するカルボニルジオキシ基含有共重合体；テトラフルオロエチレン２０〜８０モル％、エチレン１０〜８０モル％、ヘキサフルオロプロピレン０〜３０モル％、及びこれらと共重合可能な単量体０〜１０モル％からなる単量体成分から得られるポリマー鎖を有するカルボニルジオキシ基含有共重合体が挙げられる。これらの反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体は、耐熱性、耐薬品性に優れるために好ましい。

反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の融点は、特に限定されないが、１５０〜２００℃の範囲にあることが好ましい。融点がかかる温度範囲であることにより、芯樹脂として好ましく用いられるポリメチルメタクリレート系樹脂の熱分解が許容できる３００℃以下の温度で紡糸できるため好ましい。融点の測定は、示差走査熱量測定によって行うことができる。例えば、セイコーインスツルメンツ社製の示差走査熱量計「ＥＸＳＴＡＲ ＤＳＣ６２００」を用いて、サンプルを昇温速度２０℃／分で昇温させることで、測定できる。

反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の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の条件）は、５ｇ／１０分〜１００ｇ／１０分の範囲にあることが好ましく、５ｇ／１０分〜４０ｇ／１０分の範囲にあることがより好ましい。メルトフローインデックスを５ｇ／１０分以上とすることで、多芯プラスチック光ファイバ素線の各芯繊維を万遍なく被覆できる。また、メルトフローインデックスを１００ｇ／１０分以下とすることで鞘層に高い強度を付与できるため、芯繊維を強固に支持できる。

反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の屈折率は、特に限定されないが、ナトリウムＤ線により２０℃で測定した屈折率１．３７〜１．４１の範囲であることが好ましい。通常、芯樹脂と鞘樹脂の屈折率の差が小さい程、より高周波数の信号を伝搬させることができるが、光ファイバ素線の曲げに対して脆弱となる傾向がある。一方、屈折率の差が大きい程、光ファイバ素線の曲げに対して強くすることができるが、高周波数の信号を伝搬させ難くなる傾向がある。かかる観点から、鞘樹脂の屈折率を上記範囲とすることが好ましい。

上記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０）は、６０〜８０の範囲にあることが好ましい。ショアＤ硬度を上記範囲とすることで、裸線の表面がべとつかないため取り扱い易い。ショアＤ硬度６０〜８０の硬さでも、鞘樹脂である反応性官能基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体に反応性官能基を導入することで芯繊維との接着性が生じているため、その結果、上記ショア硬度である硬い鞘層であっても、芯繊維から容易に剥離し難く、かつ芯繊維が鞘層から飛び出したりすることを防止できる。

本実施形態の効果の範囲内であれば、鞘樹脂は、上記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体以外に、他の樹脂や通常用いられる添加剤等を含んでいてもよい。鞘樹脂における上記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体の含有量は、５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、１００質量％であることがさらに好ましい。かかる含有量とすることにより、本実施形態の効果をより優れたものにできる。

鞘層の厚さは、特に限定されないが、１〜１５μｍが好ましい。厚さが１μｍ以上であれば、機械強度や耐薬品性に優れる。また、厚さが１５μｍ以下であれば、芯繊維の断面積を広く確保できる。

＜海部＞
海部を構成する樹脂（海樹脂）としては、鞘樹脂を溶解しない特定溶媒に対して溶解する樹脂であればよく、その種類は特に限定されない。また、海樹脂としては、例えば、芯樹脂と鞘樹脂とともに溶融させて複合紡糸することが可能な熱可塑性樹脂等が挙げられる。この観点から、例えば、芯樹脂がポリメチルメタクリレート系樹脂である場合、複合紡糸温度の上限である２５０℃以下で複合紡糸できればよいので、多芯プラスチック光ファイバ素線や得られるプラスチック光ファイバセンサの機械強度等を考慮して、種々の材料から選択できる。

多芯プラスチック光ファイバ素線の製造は、特に限定されず、公知の方法によって行うことができる。例えば、公知の複合紡糸ダイにより紡糸する方法が挙げられる。複合紡糸ダイ出口のストランドを、機械強度を付与するため、通常、１１０〜１５０℃程度の温度で１．３〜５倍に延伸させる。その後、歪みをとるため同様の温度で熱処理して、多芯プラスチック光ファイバ素線とする。

この多芯プラスチック光ファイバ素線を、クロスヘッドダイにより熱溶融させた熱可塑性樹脂で被覆することによって被覆層を形成してプラスチック光ファイバケーブルとしてもよい。被覆層を形成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ナイロン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリプロペン等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性の観点から、ナイロン系樹脂が好ましく、ナイロン１２及びナイロン１１がより好ましい。

上述した鞘樹脂として、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体以外の樹脂、例えば、エチレン性フッ素樹脂を使用することも可能である。ここでエチレン性フッ素樹脂とは、全部または一部の水素原子がフッ素原子で置換されたエチレン性モノマー（塩素等のフッ素以外のハロゲン原子を含んでいてもよい。以下、「含フッ素モノマー」ともいう。）の重合体、または該含フッ素モノマーと共重合可能な単量体との共重合体をいい、主鎖あるいは側鎖に反応性官能基、例えばカーボネート基（カルボニルジオキシ基）、エステル基、ハロホルミル基、カルボキシル基などを導入して、変性したものであってもよい。鞘樹脂として該エチレン性フッ素樹脂を使用する場合は、使用可能な海樹脂の種類はより限定されるが、海樹脂としてより耐溶剤性の低いポリメチルメタクリレート系樹脂やポリカーボネート系樹脂等を用いることで、同様の効果を得ることができる。

本実施形態のプラスチック光ファイバセンサは、各種測定用、各種撮像用、医療用等を始めとする、あらゆる分野の用途に使用することが期待される。

以下、本発明を実施例及び比較例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図２に示した方法に準拠して、図１に示した構造を有するプラスチック光ファイバセンサを作製し、その特性を評価した。
芯樹脂として、ナトリウムＤ線により２０℃で測定した屈折率が１．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂であって、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、１．５ｇ／１０分であるものを用いた。

鞘樹脂として、屈折率が１．３８５、メルトフローインデックスが７．５ｇ／１０分、融点が１９５℃のカーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体樹脂（ダイキン工業社製、商品名「ネオフロンＥＦＥＰ ＲＰ５０００」）を用いた。

海樹脂として、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％からなる共重合体であって、２３０℃、荷重３．８ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件で、メルトフローインデックスが４０ｇ／１０分、屈折率が１．４０の樹脂を用いた。

これらの芯樹脂、鞘樹脂及び海樹脂を用いて、複合紡糸により、１本のファイバ中の芯数が３７である多芯プラスチック光ファイバ素線２０（芯繊維の直径１３６μｍ、鞘層の厚さ３μｍ、素線の直径１０００μｍ）を得た。

得られた多芯プラスチック光ファイバ素線２０を剃刀でカットして２ｍの長さとした。そして、６５０ｎｍのＬＥＤ光付の光パワーメータ（ハクトロニクス社製、オプティカルパワーメーター「ＰＨＯＴＯＭ２０５」）で、光パワーをモニタしながら、両端部を含まない中間部（図２の符号２０２参照）５０ｃｍを、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に１時間浸漬した。浸漬中も、光パワーは変化せずに、浸漬された海樹脂は溶解した。そして、第１の端部１４と第２の端部１６の間に位置する、３７本の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の素線は離れ離れの状態となった。さらに、ＤＭＦを除去して浸漬箇所を乾燥させた後、露出した３７本の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２の中から、束の略中心に配置されていた１本を選び、その露出端部（長さ５０ｃｍ；図２の符号Ｙ参照）を切断して分岐させることで、分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８とした（図２参照）。このようにして得られたプラスチック光ファイバセンサ１０は、３７芯の素線の略中心に配置された１芯が分岐した分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８を有するプラスチック光ファイバセンサ１０である。

プラスチック光ファイバセンサ１０の第１の端部１４の出射口に反射鏡を配置して、導光及び検出試験を行った。まず、照射光としての緑色のＬＥＤ光を分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８に入射させた。そして、第１の端部１４から反射鏡に向けて照射光を出射させ、反射鏡で反射した測定光を第１の端部１４で受光した。第１の端部１４で受光した測定光は、３６本の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２を経て第２の端部１６に導光され、第２の端部１６の端面を写真に撮像するとともに目視でも確認し、その導光状態を検査した。その結果、３６芯の内、断面視した略中心に位置する素線程、光強度が強くなっていたことが確認されるとともに、周辺に位置する素線程、光強度が弱くなっていたことが確認された。

＜比較例１＞
図６に示した構造を有するプラスチック光ファイバセンサを作製し、その特性を評価した。このプラスチック光ファイバセンサ１００は、３７本の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２０の中から、１本の単芯プラスチック光ファイバ素線１８０を分岐させたものであり、この分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８０から照射光を入射させた。まず、旭化成イーマテリアルズ社製の単芯プラスチック光ファイバ素線「ＤＢ−１７５」を３７本用意して一束にし、長さ２ｍに切断して単芯プラスチック光ファイバ素線束１２０としを得た。単芯プラスチック光ファイバ素線束１２０の一端は３７本の束にして端面を揃え、略中央部にある単芯プラスチック光ファイバ素線１８０を分岐させて分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８０として用いた。他端は３６本の束にして端面を揃えた。

実施例１と同様に、プラスチック光ファイバセンサ１００の出射側の端部１４０の出射口に反射鏡を配置して、導光及び検出試験を行った。まず分岐単芯プラスチック光ファイバ素線１８０から緑色のＬＥＤ光を入射させ、端部１４０から反射鏡に向けて照射光を出射させ、反射鏡で反射した測定光を端部１４０で受光した。端部１４０で受光した測定光は、３６本の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２０の束を経てその端面まで導光され、この端面を写真に撮像するとともに目視でも確認し、その導光状態を検査した。その結果、３６芯の単芯プラスチック光ファイバ素線束１２０の光強度はランダムであった。

以上より、本実施例のプラスチック光ファイバセンサは、良好な導光状態を維持できるものであり、光の入射強度分布を高い精度で測定できることが確認された。

本発明のプラスチック光ファイバセンサは、光の入射強度分布のセンシング等に好適に使用でき、幅広い分野でセンサとして利用することができる。

１０…プラスチック光ファイバセンサ、１２…単芯プラスチック光ファイバ素線束、１４…第１の端部、１６…第２の端部、１８…分岐単芯プラスチック光ファイバ素線、２０、３０、４０…多芯プラスチック光ファイバ素線、２２、３２、４２…単芯プラスチック光ファイバ素線、２４、３４、４４…海部、３６…中空部、１００…プラスチック光ファイバセンサ、１２０…単芯プラスチック光ファイバ素線束、１４０…（出射側の）端部、１８０…分岐単芯プラスチック光ファイバ素線、２０２…両端部以外の海部の少なくとも一部、２２２、３２２、４２２…芯繊維、２２４、３２４…鞘層、４２４…第１の鞘層、４２６…第２の鞘層、Ｙ…切断箇所

Claims (3)

1. 透明樹脂を含む芯繊維と、
   前記透明樹脂よりも屈折率が低い鞘樹脂を含み、前記芯繊維を被覆する鞘層と、
   を含む単芯プラスチック光ファイバ素線１８本以上と、
   前記鞘樹脂を溶解しない特定溶媒に対して溶解する海樹脂を含み、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束を束ねる海部と、を含む多芯プラスチック光ファイバ素線を複合紡糸法で一体成形することにより得る工程と、
   前記得られた多芯プラスチック光ファイバ素線の両端部以外の前記海部の少なくとも一部を、前記特定溶媒に溶解させて除去することにより、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束を露出させる工程と、
   前記露出した前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束の少なくとも１本の単芯プラスチック光ファイバ素線を切断して、前記単芯プラスチック光ファイバ素線の束から分岐した単芯プラスチック光ファイバ素線を少なくとも１本形成する工程と、
   を含む、プラスチック光ファイバセンサの製造方法。
2. 前記鞘樹脂として、反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体を含む、請求項１に記載のプラスチック光ファイバセンサの製造方法。
3. 前記反応性官能基末端を有するエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体が、カーボネート変性エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体である、請求項２に記載のプラスチック光ファイバセンサの製造方法。

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