JPH0152723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は芯−鞘四層構造からなる光伝送性に優
れた光伝送性繊維に関するものである。

従来、光伝送性繊維としては、広い波長にわた
つてすぐれた光伝送性を有する無機ガラス系光学
繊維が知られているが、加工性が悪く、曲げ応力
に弱いばかりでなく高価であることから合成樹脂
を基体とする光伝送性繊維が開発されている。合
成樹脂製の光伝送性繊維は屈折率が大きく、かつ
光の透過性が良好な重合体を芯とし、これよりも
屈折率が小さくかつ透明な重合体を鞘として芯−
鞘構造を有する繊維を製造することによつて得ら
れる。光透過性の高い芯成分として有用な重合体
としては無定形の材料が好ましく、ポリメタクリ
ル酸メチル、あるいはポリスチレンあるいはポリ
カーボネート等が一般に使用されている。

これら芯成分重合体のうち、ポリメタクリル酸
メチルは透明性をはじめとして力学的性質、熱的
性質、耐候性等に優れ、高性能プラスチツク光学
繊維の芯材として工業的に用いられている。

しかしこのポリメタクリル酸メチルの屈折率は
1.48〜1.50と比較的小さく、従つてポリメタクリ
ル酸メチルを芯に用いる場合には鞘成分として特
別に屈折率の小さな重合体を使用する必要があ
る。屈折率の小さな重合体としては例えば特公昭
43−8978号、特公昭56−8321号、特公昭56−8322
号、特公昭56−8323号および特開昭53−60243号
等に記載されているようなメタクリル酸とフツ素
化アルコール類とからなるエステル類を重合させ
たもの、および特公昭53−42260号に記載されて
いるような弗化ビニリデンとテトラフルオロエチ
レンの共重合体からなるもの等が公知である。

又、ポリスチレンあるいはポリカーボネートが
芯材の場合には上記弗素系ポリマー以外にポリメ
タクリル酸メチルも鞘材として使用可能である。

これら合成樹脂製光伝送性繊維を光通信、デー
タリンク、光センサー、光ガイド等の工業的な光
材料として使用する場合には、外的環境の変化か
ら保護するためにジヤケツトで被覆されケーブル
化されるのが一般的である。

即ちジヤケツトにより光信号のリークの防止を
行ない、さらに強度、伸度あるいは屈曲等の力学
的性質を補強し、耐熱性、耐薬品性、耐候性を向
上せしめることによつて初めて工業的に使用可能
となる。

従来、光伝送性繊維のケーブル化は、光伝送性
繊維の製造とは全く切り離された別工程で実施さ
れているため、ケーブル加工費は、光伝送性繊維
そのものの製造コストと同等、場合によつてはそ
れ以上を要することが多く、ケーブルコストを上
昇させる要因となつていた。

更にケーブル加工は、カーボンブラツク入りポ
リエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等の
熱可塑性樹脂を溶融被覆するのが一般的である。
しかし合成樹脂製光伝送性繊維の場合、芯材その
ものが熱可塑性樹脂からなり、熱に弱く、更に鞘
材の厚さも薄いため、ケーブル加工時にダメージ
を非常に受け易いものである。従つてジヤケツト
用樹脂の選択の幅も狭く、特殊な樹脂を使用しな
ければならず、ケーブル加工の温度、速度等の加
工条件の管理を非常に厳しくしなければならず、
これらの要因によつてケーブル加工費は非常に高
いものとなつている。

本発明者は、かかる合成樹脂製光伝送性繊維の
ケーブル加工の現状を鑑み、ケーブル加工の合理
化、省力化、コストダウンを計り、更には光ケー
ブルとしての耐熱性、耐力学的性質、耐薬品性、
耐候性等の性能を向上させることを目的として鋭
意検討の結果、本発明に到達したものである。

すなわち本発明は芯材層１、鞘材層２、保護層
３及び光遮断層４からなる四層構造の光伝送性繊
維であつて、芯材層１は透明な重合体からなり、
鞘材層２は芯材層１の屈折率より１％以上低い屈
折率を有する実質的に透明な重合体からなり、保
護層３は鞘材層２よりも大きな屈折率を有する芯
材層１を構成する重合体と同じ重合体からなり、
かつ、これらは複合紡糸法によつて形成され光遮
断層４は実質的に光を透過しない主として重合体
からなる物質で形成されていることを特徴とする
光伝送性繊維及びその製造法に関するものであ
る。

本発明の光伝送性繊維の構造はその横断面図第
１図に示す如く、内部より芯材層１、鞘材層２、
保護層３、光遮断層４の四層構造からなつてお
り、芯材層１の中を光が伝送し、鞘材層２によつ
て光が全反射され、芯材層１中の光は閉じこめら
れる。保護層３は鞘材層２を被覆保護し、最外部
の光遮断層４により外部からの光は遮断される。

芯材層１として使用可能な重合体は透明性に優
れたものであることが必要であり、例えばポリメ
タクリル酸メチル、ポリスチレンあるいはポリカ
ーボネート等及びそれぞれを主たる成分とする共
重合体等の無定形の重合体が好ましい。

芯材層１としてメタクリル系重合体を使用する
場合、メタクリル系重合体としては単量体重量％
に換算して少なくとも70％がメタクリル酸メチル
からなる重合体が好ましい。30重量％を超えない
範囲で他のビニル単量体を共重合することができ
るが、メタクリル酸メチルと共重合可能な単量体
として好適なものとしては、例えばアクリル酸メ
チル、アクリル酸エチル等を挙げることができ
る。これらの共重合単量体はメタクリル系重合体
の加工性、耐熱性を良くするものであるが、大量
の添加は光伝送性能を低下させる傾向にあるので
前述の範囲、さらに好ましくは10重量％以下の範
囲で共重合させるのが好ましい。

鞘材層２としては、芯成分の屈折率より１％以
上小さい屈折率を有する実質的に透明な重合体が
使用されるが、好ましくは芯成分の屈折率より２
％以上小さい屈折率を有するものがよい。

例えば芯材層１にメタクリル系重合体を使用す
る場合には、鞘材層２としては、例えば特公昭43
−8978号、特公昭56−8321号、特公昭56−8322
号、特公昭56−8323号および特開昭53−60243号
等に開示されているようなメタクリル酸とフツ素
化アルコール類とからなるエステル類を重合させ
たものも、賦形条件に合うように適当な重合度、
共重合組成を選べば使用可能である。

これらの鞘材は一般的にガラス転移温度が80℃
以下、ものによつて室温近くと極めて低く、また
脆くて柔軟性に欠け、従来の芯−鞘二層構造の光
伝送性繊維としては実用上の耐熱性、加工性、取
扱性に問題があるものであつた。しかし本発明に
よる四層構造の光伝送性繊維としてこれらの鞘材
を使用すれば弱い鞘材層２が強い保護層３に保護
され、耐熱性が向上し、少々乱暴な取扱いをして
も光伝送性に影響を与えることはなくなる。ま
た、例えば特公昭43−8978号あるいは特公昭53−
42260号に記載されているような弗化ビニリデン
系重合体も鞘材層２として使用することができ
る。

一般に弗化ビニリデン系ポリマーはアミン物質
と反応して黒変することが知られているが、弗化
ビニリデン系ポリマーを従来の芯−鞘二層構造の
鞘材として使用した場合には、例えばイメージガ
イド、センサー等の加工するに際しエポキシ系接
着剤を使用する場合にはこの点を充分留意する必
要がある。本発明の四層構造とすることにより耐
薬品性は改善され、エポキシ系接着剤を使用して
も何ら変質しない光伝送性繊維が得られる。また
弗化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共
重合体は実験室的には光伝送性繊維の鞘材として
製造することは可能であるがゴム弾性体であり、
繊維とした場合貼り付き、実用上不可能なもので
あつた。この点も本発明の四層構造をとることに
より、実用的にもすぐれた光伝送性繊維とするこ
とができる。

又、芯材層１にポリスチレン系重合体、メタク
リル酸メチルとスチレンの共重合体、ポリカーボ
ネート系重合体等を使用する場合には、鞘材層２
としては当然前記の含フツ素重合体を使用するこ
とが可能であるが、工業的にはメタクリル系重合
体を鞘材層２として使用するのがコスト的には有
利である。

保護層３は、芯材層１と鞘材層２で構成される
光伝送部分特に非常に薄い鞘材層２及び芯と鞘の
界面を保護するためにあり、その材質は非晶性の
芯材層１と同じ組成の重合体がよく、特にこの場
合本発明の高性能の光伝送性繊維を、鞘ポリマー
の欠点を補いつつ、工業的に安価に提供すること
が、後述する第３図に示すようなノズル口金を使
用することにより容易に実現できる。

光遮断層４は外部からの光を遮へいすることが
第１の目的としてあるが、それだけでなく、中の
光伝送性繊維を機械的にも、熱的にも、化学的に
も保護する役割がある。光遮断層４として使用可
能な重合体は、例えばポリエチレン、エチレン−
酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリアミ
ド、ポリ弗化ビニリデン等の低軟化点弗素樹脂、
ポリエステルエラストマー、ポリ塩化ビニール、
ポリ塩化ビニリデン等の熱可塑性重合体が適して
いる。

光遮断層４の重合体は、光を遮るためにカーボ
ンブラツク、タルク酸価亜鉛、酸化チタン、シリ
カゲル等の無機物、顔料、光吸収材等が混練され
る。

本発明の四層構造の光伝送性繊維は、まず三層
構造の光伝送性繊維を製造し、その三層構造光伝
送性繊維を通常のケーブル加工と同等の方法にて
光遮断層４を第四層として被覆することにより得
ることができる。この場合、三層構造の光伝送性
繊維は一対の芯成分溶融押出機と鞘成分溶融押出
機からなる複合紡糸機によつて製造することもで
きる。芯成分は溶融押出機で溶融され、計量ポン
プで一定量紡糸ヘツドに供給され、鞘成分も同様
にして紡糸ヘツドに供給される。紡糸ヘツド内の
例えば第３図の様な構造の紡糸口金で三層構造に
賦形され吐出され、冷却固化の後、巻取られ、場
合によつては延伸される。第３図でＡから鞘材が
Ｂから芯材が入りＣから吐出される。

この三層構造の光伝送性繊維は薄くて弱い鞘材
であつても保護層を持つため、ケーブル加工時の
芯鞘界面への悪影響は非常に少なくなり、品質が
安定するばかりでなく、加工速度も上昇すること
ができるので、加工費を減らすことが可能であ
る。

又、本発明の四層構造の光伝送性繊維は３台の
芯成分溶融押出機と鞘成分溶融押出機及び光遮断
成分溶融押出機からなる複合紡糸機によつて製造
することもできる。芯成分は溶融押出機で溶融さ
れ、計量ポンプで一定量紡糸ヘツドに供給され、
鞘成分も同様にして紡糸ヘツドに供給され、更に
光遮断成分も同様にして紡糸ヘツドに供給され
る。紡糸ヘツド内の例えば第２図の様な構造の紡
糸口金で四層構造に賦形され、吐出され、冷却固
化の後、巻取られ、場合によつては延伸される。
第２図でＡから鞘材が、Ｂから芯材が入り、Ｄか
ら光遮断材が入り、Ｃから吐出される。

この製造法は、比較的簡単な装置構成の紡糸機
で１つの工程でケーブル被覆された光伝送性繊維
が生産性高く製造できる点で、工業的メリツトは
非常に大きい。

又、本発明の四層構造の光伝送性繊維は、従来
の溶融被覆加工あるいは溶液コーテイングによる
被覆加工を重ねて実施することによつても得るこ
とができる。

本発明の四層構造光伝送性繊維の芯材層１、鞘
材層２、保護層３および光遮断層４の構成比厚さ
及び太さは光伝送性繊維の使用目的に応じて自由
に設定される。例えば第３図の紡糸口金では芯材
層１と保護層３の割合は分配器のオリフイスの管
径、管長を変えることによりコントロールするこ
とができる。

現在工業的に製造されているメチルメタクリレ
ート系重合体を芯材としたプラスチツク光学繊維
の鞘材の厚さは10μｍ前後と、鞘材ポリマーが非
常に高価であるがために、力学的性質、耐熱性、
加工性を多少犠牲にしても薄くせざるを得ないも
のとなつている。

従つて現行の芯鞘二層構造の光伝送性繊維のケ
ーブル加工においては、ジヤケツト用ポリマーは
特殊な低軟化点のポリエチレンなどだけに限ら
れ、その上に加工条件のワーキングレンジが狭く
歩留りも悪いものである。

本発明の四層構造の光伝送性繊維は、光伝送部
が保護層でプロテクトされているために、最外の
光遮断するためのジヤケツト用ポリマーは従来の
ものとは異なつて用途に応じて、更に耐熱性のあ
るもの、あるいは耐薬品性のあるもの、あるいは
難燃性のもの、あるいは強いもの等、種々のポリ
マーから自由に選択することが可能となつたもの
で、工業的意義は極めて大きい。

更に本発明の製造法によると、従来別工程でな
されていたケーブル加工が、紡糸と同時に行なう
ことが可能であり、プロセスの簡略化、省エネル
ギー、省力化、コストダウンの観点からも極めて
その価値は大きい。

以下実施例により、本発明を詳細に説明する。

なお実施例中の部は重量部を示す。

実施例において光伝送性能の評価は次の方法で
行なつた。

※ 光伝送損失の評価 得られた光伝送性繊維の伝送損失は第４図
に示す装置によつて測定した。

安定化電源１０１によつて駆動されるハロ
ゲンランプ１０２から出た光はレンズ１０３
によつて平行光線にされた後、干渉フイルタ
ー１０４によつて単色化され、光伝送性繊維
１００と等しい開口数を持つレンズ１０５の
焦点に集められる。この焦点に光伝送性繊維
の入射端面１０６が位置するよう調節して光
伝送性繊維１００に光を入射させる。入射端
面１０６から入射した光は減衰して出射端面
１０７から出射する。この出射光は十分に広
い面積のフオトダイオード１０８によつて電
流に変換され、電流−電圧変換型の増幅器１
０９によつて増幅された後、電圧計１１０に
より、電圧値として読み取られる。

伝送損失の測定は次の手順により行なう。
まず光伝送性繊維１００をloの長さになるよ
うに、両端面を繊維軸に直角に切断し平滑な
面に仕上げ、前記の装置に入射端面１０６お
よび出射端面１０７が測定中動かないように
装着する。暗室にして電圧計の指示値を読取
る。この電圧値をI₁とする。次に、室内灯を
点灯し、出射端面１０７を装置からはずし、
この端面から長さｌの点１１１で光伝送性繊
維１００を切り取る。そして、装置に装着さ
れている方の光学繊維の端面を最初と同じよ
うに繊維軸に直角な面に仕上げ、これを新し
い出射端面として装置に装着する。これらの
作業中、入射光量を一定に保つため、入射端
面１０６は動かないように注意する。再び暗
室にして、電圧計の指示値を読み取り、これ
をI₂とする。光伝送損失αは次式により計算
する。

α＝10／ｌlog（I₂／I₁）（dB／Km） ここでｌ：光学繊維の長さ（Km） I₁，I₂：光量（電圧計読取値） なお、本発明での測定条件は次の通りであ
る。

干渉フイルター（主波長）：646nｍ lo（光学繊維の全長さ）：15ｍ ｌ（ 〃 の切断長さ）：10ｍ Ｄ（ボビンの直径）：190mm ここでボビンは装置をコンパクトにするた
めに使用し、入射端面１０６と出射端面１０
７間の距離が１ｍ程度になるように、残余の
光学繊維をボビン（図示せず）に巻いてお
く。

実施例 １ スパイラルリボン型撹拌機をそなえた反応槽と
２軸スクリユーベント型押出機からなる揮発物分
離装置を使用して連続塊状重合法によりメタクリ
ル酸メチル100部、ｔ−ブチルメルカプタン0.40
部、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド0.0017部から
なる単量体混合物を重合温度155℃、平均滞在時
間4.0時間で反応させ次いでベント押出機の温度
をベント部240℃、押出部230℃、ベント部真空度
４mmHgとして揮発部を分離後230℃に保たれたギ
ヤポンプ部を経て230℃の芯鞘複合紡糸類に芯材
用兼保護層用として供給した。

一方メタクリル酸クロライドと２，２，２−ト
リフルオロエタノールとから製造したメタクリル
酸２，２，２−トリフルオロエチルをアゾビスイ
ソブチロニトリルを触媒として少量のｎ−オクチ
ルメルカプタンの存在下で重合し、屈折率1.413
の鞘成分重合体を得た。この鞘成分重合体を200
℃に設定されたスクリユー溶融押出機でギヤポン
プを経て230℃の芯鞘複合紡糸頭に供給した。

同時に供給された芯と鞘の溶融ポリマーは第３
図に示した紡糸口金（ノズル口径３mmφ）を用
い、230℃で吐出され、冷却固化の後、３ｍ／
minの速度で引き取り、さらに連続して非接触式
の熱風延伸炉にて160℃で1.8倍に延伸して巻取
り、芯材部径884μｍ、鞘材部厚さ8μｍ、保護層
厚さ50μｍからなる外径約１mmの三層構造の光伝
送性繊維を得た。顕微鏡による観察では芯材層、
鞘材層、保護層は同心円に配置した真円であり、
気泡や異物の存在は認められなかつた。

この光伝送性繊維の光伝送損失は199dB／Kmと
極めて優れたものであつた。

この三層構造光伝送性繊維をクロスヘツド型ケ
ーブル加工機を用いカーボンブラツク入りポリエ
チレンを溶融被覆加工した。被覆ポリエチレンの
吐出温度が135℃で加工速度50ｍ／minで伝送損
失の劣化は認められなかつた。更に155℃で加工
速度が300ｍ／minに上昇しても、安定な工程通
過性を示し、伝送損失も全く変化しなかつた。

比較例 １ 実施例１においてノズル口金を通常の芯鞘二層
型の口金を使用する以外は実施例１と全く同様に
して芯−鞘二層型光伝送性繊維を得た。芯材部径
986μｍ、鞘材厚さ7μｍであり、光伝送損失は
250dB／Kmであつた。

この芯鞘二層型光伝送性繊維を実施例１と全く
同じ装置でケーブル被覆加工を実施した。

この場合、135℃で加工速度50ｍ／minの加工
条件では伝送損失の劣化は認められなかつた。

しかし加工温度を145℃にすると伝送損失は
350dB／Kmに低下し、155℃では全く光は透過し
なくなつた。

実施例 ２ 第５図に示すような３台の溶融押出機をそなえ
た複合紡糸機を用い、実施例１で得られた芯ポリ
マーを第１の溶融押出機５を経て複合紡糸頭８に
供給し、又実施例１で得られた鞘ポリマーを第２
の溶融押出機６を経て複合紡糸頭８に供給し、更
にカーボンブラツク入りのポリエステルエラスト
マー（ハイトレル、デユポン社の商標）を第３の
溶融押出機７を経て複合紡糸頭８に供給した。

同時に供給された３種の溶融ポリマーはギヤポ
ンプ９により定量的に第２図に示した紡糸口金に
送られ、230℃で吐出され、冷却固化の後５ｍ／
minの速度で巻取り、芯材部径500μｍ、鞘材部厚
さ7μｍ、保護層厚さ55μｍ、光遮断層厚さ600μｍ
からなる四層構造の光伝送性繊維１０を得た。顕
微鏡による観察では芯材層、鞘材層、保護層、光
遮断層は同心円に配置した真円であり、この光伝
送性繊維の光伝送損失は201dB／Kmと極めて優れ
たものであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の四層構造からなる光伝送性繊
維の横断面図、第２図は四層構造光伝送性繊維製
造用紡糸口金の構造の一例を示す断面図、第３図
は三層構造光伝送性繊維製造用紡糸口金の構造の
一例を示す断面図、第４図は光伝送性繊維の伝送
損失を測定する装置の概略図、第５図は四層構造
光伝送性繊維を製造する溶融紡糸機の構成の説明
図である。 図において、１：芯材層、２：鞘材層、３：保
護層、４：光遮断層、５：芯材溶融押出機、６：
鞘材溶融押出機、７：光遮断材溶融押出機、８：
複合紡糸頭、９：定量ポンプ、１０：四層構造光
伝送性繊維である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 芯材層１、鞘材層２、保護層３及び光遮断層
   ４からなる四層構造のプラスチツク系光伝送性繊
   維であつて、芯材層１は透明な重合体からなり、
   鞘材層２は芯材層１の屈折率より１％以上低い屈
   折率を有する実質的に透明な重合体からなり、保
   護層３は鞘材層２よりも大きな屈折率を有する芯
   材層１を構成する重合体(1)と同じ重合体からな
   り、かつ、これらは複合紡糸法にて形成され、光
   遮断層４は実質的に光を透過しない主として重合
   体からなる物質で形成されていることを特徴とす
   る光伝送性繊維。