JP7425544B2 - プラスチック光ファイバおよびその製造方法、ならびに該プラスチック光ファイバを用いたプラスチック光ファイバコード - Google Patents
プラスチック光ファイバおよびその製造方法、ならびに該プラスチック光ファイバを用いたプラスチック光ファイバコード Download PDFInfo
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Description
1つの実施形態においては、上記オーバークラッド部はポリカーボネート系樹脂を含む。
1つの実施形態においては、上記プラスチック光ファイバは、曲率半径20mmで屈曲させ、かつ、ポリエチレングリコールまたは長鎖脂肪族炭化水素に接触させた状態で、1週間置いた後にクラックが発生しない。
本発明の別の局面によれば、上記のプラスチック光ファイバの製造方法が提供される。この製造方法は、プリフォームを形成すること、および、該プリフォームを延伸することを含み、該延伸の延伸倍率が1.2倍以下であり、延伸温度が上記オーバークラッド部のガラス転移温度未満である。
本発明のさらに別の局面によれば、プラスチック光ファイバコードが提供される。このプラスチック光ファイバコードは、上記のプラスチック光ファイバを含む。
A-1.プラスチック光ファイバの概要
図1は、本発明の1つの実施形態によるプラスチック光ファイバの長手方向に直交する面の概略断面図である。図示例のプラスチック光ファイバ(POF)10は、コア部12と、コア部12の外周に配置されたクラッド部14と、クラッド部14の外周に配置されたオーバークラッド部16と、を有する。代表的には、クラッド部14はコア部12の外周全体を覆い、オーバークラッド部16はクラッド部14の外周全体を覆っている。POFは、ステップインデックス(Step Index)型(SI型)であってもよく、屈折率分布(Graded Index)型(GI型)であってもよい。また、POFは、マルチモードであってもよくシングルモードであってもよい。
コア部12は、任意の適切な材料で構成され得る。コア部は、代表的にはアクリル系樹脂で構成される。コア部は、1つの実施形態においては、モノマー成分の主成分としてトリクロロエチルメタクリレート(以下、TCEMAと称する場合がある)を含むアクリル系樹脂で構成される。この場合、アクリル系樹脂は、TCEMAと、共重合成分としてメチルメタクリレート(以下、MMAと称する場合がある)、メチルアクリレート(以下、MAと称する場合がある)、Nシクロヘキシルマレイミド(以下、N-cHMIと称する場合がある)、シクロヘキシルアクリレート(以下、cHAと称する場合がある)、トリクロロエチルアクリレート(以下、TCEAと称する場合がある)、イソボルニルアクリレート(以下、iBoAと称する場合がある)および/またはシクロヘキシルメタクリレート(以下、cHMAと称する場合がある)と、を含むモノマー成分を重合して得られ得る。ここで、「主成分」とは、モノマー成分において最も多重量の成分を意味する。TCEMAは、モノマー成分において、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%~100重量%の割合で含有され得る。TCEMAは、モノマー成分において、80重量%~95重量%の割合で含有されてもよい。TCEMAをモノマー成分において70重量%以上の割合で用いることにより、透明性に優れ、通信距離を増大させ得るコア部を形成することができる。
クラッド部14は、任意の適切な材料で構成され得る。クラッド部は、代表的にはアクリル系樹脂で構成される。クラッド部は、1つの実施形態においては、モノマー成分としてMMAを含むアクリル系樹脂で構成される。この場合、アクリル系樹脂は、MMAと、共重合成分としてTCEMA、MA、N-cHMI、cHA、TCEA、iBoAおよび/またはcHMAと、を含むモノマー成分を重合して得られ得る。MMAは、モノマー成分において、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%~100重量%の割合で含有され得る。MMAは、モノマー成分において、30重量%~95重量%の割合で含有されてもよい。MMAをモノマー成分において20重量%以上の割合で用いることにより、可撓性に優れ、コア部よりも屈折率が適度に小さいクラッド部を形成することができる。その結果、POFの曲げ損失を抑え、かつ、通信速度を向上させることができる。
光伝送を行う際、コアからクラッドの外側へ抜ける光を低減させることができるという利点がある。
オーバークラッド部16は、その複屈折Δnが上記のとおり0.002以上であり、好ましくは0.003以上であり、より好ましくは0.004以上であり、さらに好ましくは0.005以上である。オーバークラッド部16の複屈折Δnの上限は、例えば0.020であり得る。オーバークラッド部の複屈折をこのような範囲とすることにより、上記のとおり、優れた耐ソルベントクラック性を実現することができる。さらに、複屈折の上限を上記の範囲に設定することにより、コア部およびクラッド部の破断を良好に抑制することができる。このような複屈折は、オーバークラッド部(を構成する材料)のファイバ長手方向の分子の配向状態を高めることにより実現され得る。具体的には、このようなオーバークラッド部は、後述のB項に記載のような特定の延伸処理を行うことにより形成され得る。
上記A項に記載のPOFは、例えば、あらかじめプリフォームを形成し、当該プリフォームを延伸することにより作製され得る。本明細書において「プリフォーム」は、コア部とクラッド部とオーバークラッド部とを有する、未延伸のPOFである。プリフォームは、任意の適切な方法により得られ得る。プリフォームの作製方法の代表例としては、溶融押出法、溶融紡糸法、溶融押出ドーパント拡散法、ロッドインチューブ法が挙げられる。これらの方法においては、業界で周知の手順が採用され得る。例えば、溶融押出法によれば、コア部を構成する材料、クラッド部を構成する材料およびオーバークラッド部を構成する材料をそれぞれ、同心円状の3層金型に供給し、所定の温度で溶融押出することにより、図1のような断面構造を有するプリフォームが作製され得る。また例えば、別の溶融押出法によれば、コア部を構成する材料およびクラッド部を構成する材料をそれぞれ、同心円状の2層金型に供給し、所定の温度で溶融押出を行い、さらに、別の2層金型を用いて、コア部およびクラッド部の溶融物の流路の外側に別途溶融押出したオーバークラッド部を構成する材料を合流させることにより、図1のような断面構造を有するプリフォームが作製され得る。溶融紡糸法は、金型の代わりに紡糸ノズル(代表的には、3層ノズル)を用いればよい。
上記A項およびB項に記載のPOFは、プラスチック光ファイバコードに用いられ得る。したがって、本発明の実施形態は、プラスチック光ファイバコードも包含する。図2は、本発明の1つの実施形態によるプラスチック光ファイバコード(以下、POFコードと称する場合がある)の長手方向に直交する面の概略断面図である。図示例のPOFコード100は、1つまたは複数(図示例では2つ)のPOF10と、POF10の外周を囲むようにして配置された繊維抗張力体20と、繊維抗張力体20を被覆する被覆部30と、を有する。POFは、上記A項およびB項に記載のPOFである。
実施例および比較例で得られたPOFを2枚のスライドガラスの間に挟み、隙間をオーバークラッド部と同じ屈折率のマッチングオイルで満たしたものを試験サンプルとした。一対の検光子を用意し、検光子/試験サンプル/検光子となるように配置した。その際、一対の検光子がクロスニコル状態となるよう、かつ、検光子の光軸がPOFの長手方向に対して45°となるようにして配置した。この状態で、試験サンプルの上方から顕微分光光度計(Craic Technologies社製、製品名「308PV」)を用いて、オーバークラッド部のPOF中心部に近い部分の分光透過率を測定した。分光スペクトルのピークとバレーの波長からオーバークラッド部の面内位相差値Δndを導出した(ピークバレー法)。得られた面内位相差値Δndをオーバークラッド部の厚みDOCで除して、オーバークラッド部の複屈折Δnを算出した。
(2)耐ソルベントクラック性
実施例および比較例で得られたPOFを曲率半径20mmで屈曲させた状態で両端を固定した。屈曲部にフタル酸ジイソニル(DINP)を滴下し、屈曲部にDINPが存在する状態を維持しながら、クラックが発生するまでの時間を調べた。
精製したTCEMAとドーパントとしてのDPSとを重量比でTCEMA:DPS=100:4の割合で混合した。さらに、全重量中の濃度がそれぞれ0.03重量%および0.2重量%となるように、重合開始剤としてジt-ブチルパーオキサイドおよび連鎖移動剤としてn-ラウリルメルカプタンを添加した。その後、細孔径0.2μmのメンブレンフィルタにより濾過を行った。この混合液を、超音波を与えながら減圧脱気した後、重合容器に入れ、重合容器の温度を120℃に維持しながら、40時間かけてモノマーを重合し、コア部ロッド(外径30mm)を得た。
一方、精製したTCEMAおよびMMAを重量比でTCEMA:MMA=20:80の割合で混合した。さらに、全重量中の濃度がそれぞれ0.5重量%および0.3重量%となるように、重合開始剤として過酸化ベンゾイルおよび連鎖移動剤としてn-ブチルメルカプタンを添加した。その後、細孔径0.2μmのメンブレンフィルタにより濾過を行った。この混合液を、超音波を与えながら減圧脱気した後、重合容器に入れ、重合容器の温度を120℃に維持しながら、40時間かけてモノマーを重合し、クラッド部ロッド(外径30mm)を得た。
得られたコア部ロッドとクラッド部ロッドとを、別々の押出成形機とそれらに連結された2層金型とを用いて、コア部とクラッド部との積層複層状を形成し、さらに加熱流路に一定時間通すことで、コア部に含有されるドーパントをクラッド部へ拡散させた。さらに、もう一台の押出成形機によりオーバークラッド材であるXYLEX X7300CL[製品名、SABIC Innovative Plastics社製、ポリエステル変性ポリカーボネート](以下、単にPCと称する場合がある)を溶融し、2層金型を用いて、上記のコア部およびクラッド部溶融物の流路と合流させることにより最外周にオーバークラッド部を形成した。金型から吐出された溶融樹脂を引き取り、コア部の直径が200μm、クラッド部の直径が280μmおよび外径が750μmである未延伸のGI型POF(プリフォーム)を得た。
得られたプリフォームを放冷した後、80℃(上記PCのTg-40℃)のオーブン中、延伸速度0.1m/分で1.12倍に延伸し、本実施例のPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.015であった。得られたPOFを上記(2)の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸倍率を1.12倍から1.10倍に変更したこと以外は実施例1と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.007であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から110℃(上記PCのTg-10℃)に変更したこと以外は実施例2と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.006であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から70℃(上記PCのTg-50℃)に変更したこと以外は実施例2と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.005であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から130℃(上記PCのTg+10℃)に変更したこと以外は実施例2と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.0025であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から170℃(上記PCのTg+50℃)に変更したこと以外は実施例2と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.0008であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
実施例1のプリフォームをそのままPOFとして用いた(すなわち、延伸しなかった)。このPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.0007であった。このPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から140℃(上記PCのTg+20℃)に変更したこと以外は実施例2と同様にしてPOFを得た。得られたPOFのオーバークラッド部の複屈折Δnは0.0015であった。得られたPOFを実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
延伸温度を80℃から70℃(上記PCのTg-50℃)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてPOFの作製を試みたが、プリフォームが破断してしまいPOFは得られなかった。
実施例および比較例の結果から明らかなように、本発明の実施例のPOFは、比較例に比べて耐ソルベントクラック性が劇的に改善されていることがわかる。すなわち、本発明の実施例のPOFは、屈曲した(外力がかかった)状態で、かつ、炭化水素系溶媒と接触した状態で長期間使用してもクラックが発生しない。
12 コア部
14 クラッド部
16 オーバークラッド部
Claims (1)
- プラスチック光ファイバの製造方法であって、
該プラスチック光ファイバは、コア部と、該コア部の外周に配置されたクラッド部と、該クラッド部の外周に配置されたオーバークラッド部と、を有し、該オーバークラッド部の複屈折Δnが0.002以上0.020以下であり、
該製造方法は、
プリフォームを形成すること、および、該プリフォームを延伸すること、を含み、
該延伸の延伸倍率が1.2倍以下であり、延伸温度が前記オーバークラッド部のガラス転移温度未満である、
製造方法。
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