JPH04223406A - 耐熱性プラスチック光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光透過性と耐熱性に優れ
たプラスチック光ファイバに関するものであり、特にプ
ラスチックとしてポリイミドを用いた耐熱性プラスチッ
ク光ファイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】情報量の飛躍的な増大と情報の多様化に
対応できる通信技術として、現在光通信方式の研究開発
が活発に行われ、一部が実用化されている。この光通信
の伝送媒体としては極低損失石英光ファイバが、長距離
伝送用として実用化されている。

【０００３】一方、プラスチックを光ファイバのコアと
するプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）も並行して検討
されてきた。ＰＯＦは石英系に比較すると、通信で用い
られる長波長領域（波長１．３μｍ、１．５５μｍ）で
の光損失値が大きい、精密な屈折率制御が難しいためシ
ングルモードファイバの作製が困難であり、また、機械
的強度に劣る、などの欠点のため、長距離の光伝送には
適さず、使用されるまでには至っていない。しかし、接
続が容易である、曲げに強い、低価格、などの長所を有
しているため、光通信端末装置やコンピュータの光リン
クなど極低光損失を必要としない短距離の光伝送への適
用が進みつつある。従来のＰＯＦには、ポリカーボネー
トやポリメチルメタクリレート、ポリスチレンといった
可視領域での透明性に優れた材料が用いられている。ま
たこれらのＰＯＦが持つ欠点を改善する検討として長波
長領域での大きな光損失値を改善する試みがなされ、水
素を重水素に置き換える方法が提案されている。

【０００４】このようにＰＯＦが有する特長を最大限発
揮できる用途に限って従来のＰＯＦの使用が検討されて
いる。ＰＯＦの用途を限定している要因として最も大き
なものは、耐熱性に劣るという欠点である。従来のＰＯ
Ｆのガラス転移温度は１００℃前後であり、実質的な使
用温度は、ガラス転移温度以下に限定されている。その
ため、自動車のエンジン回りなど耐熱性を必要とする領
域への適用は困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で示したよ
うにこれまでのプラスチック光ファイバの耐熱性は低く
、そのため使用が大幅に制限されていた。本発明の目的
は、上記課題を解決するため従来のプラスチック光ファ
イバ用材料に耐熱性を持たせることにより、高温条件で
も使用することができる耐熱性プラスチック光ファイバ
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は耐熱性プラスチック光ファイバに関する発明であ
って、光ファイバのコア又はクラッド、あるいはその両
方にフッ素化ポリイミドを用いることを特徴とする。

【０００７】本発明の耐熱性プラスチック光ファイバに
用いるフッ素化ポリイミドの例としては、下記の一般式
〔Ａ〕： （式中Ｒ１　は４価の有機基を示す）で表される繰返し
単位を有するポリイミド、その共重合体又は混合物があ
る。

【０００８】従来の技術で説明したように、これまでの
プラスチック光ファイバに用いられていたコア、クラッ
ド材料は可視光での透明性に優れているか否かの観点で
材料を選択しているため、耐熱性については考慮されて
おらず、したがって十分な耐熱性を有する材料は用いら
れていなかった。耐熱性が極めて優れている材料として
は、ポリイミドが知られている。このポリイミドは３０
０〜４００℃でも十分使用可能である反面、可視光での
光透過率は低く、目で見て黄土色、又は茶色系統の色が
ついていた。このような材料であるのでプラスチック光
ファイバに使用することは考えられていなかった。本発
明者らは、通信用の光（波長１．３μｍ、１．５５μｍ
）を伝送するプラスチック光ファイバ用材料を根本から
検討し直した結果、ポリイミドもプラスチック光ファイ
バ用材料として使用可能であることを明らかにした。す
なわちポリイミドの着色は、イミド環を中心とした共鳴
構造に起因する電子遷移吸収により引起されるものであ
ることをつきとめた。この吸収は可視光から１．０μｍ
程度までは、光透過率を減少させる大きな原因となるが
、１．３μｍ、１．５５μｍの通信用の光には大きな悪
影響は与えないことが分かった。このような耐熱性プラ
スチック光ファイバによれば、プラスチック光ファイバ
のコア又はクラッド、あるいはその両方にポリイミドを
用いたため、プラスチック光ファイバの耐熱性を格段に
向上させることができる利点がある。

【０００９】更にポリイミドの長波長領域の光透過性の
向上について鋭意検討した結果、ポリイミドの化学構造
中の炭素−水素結合を炭素−フッ素結合に置き換えたフ
ッ素化ポリイミドは、長波長領域の光における光透過性
が向上するという事実を見出した。ポリイミドの長波長
領域での光の吸収は、主に炭素−水素結合の伸縮振動の
高調波吸収とポリイミドに溶存している不純物の水に起
因する吸収が原因であることを突き止め、ポリイミドを
フッ素化ポリイミドに置き換えることにより、炭素−水
素結合の数を減らし、また吸水性を低減できたため長波
長領域での光透過性を向上できたものである。このよう
な本発明の耐熱性プラスチック光ファイバによれば、プ
ラスチック光ファイバのコア又はクラッド、あるいはそ
の両方にフッ素化ポリイミドを用いたため、プラスチッ
ク光ファイバの耐熱性を格段に向上させることができ、
かつこれまでのポリイミドに比較して長波長領域での光
透過性を向上させることができる利点がある。

【００１０】更にフッ素化ポリイミドの化学構造と光透
過性の関係を鋭意検討した結果、フッ素化ポリイミドの
化学構造を前記の一般式〔Ａ〕で表される繰返し単位を
有するポリイミド、その共重合体又は混合物を用いるこ
とにより、更に可視光から長波長領域までの広い範囲で
光透過性を向上させ得る事実を見出した。すなわち上記
のフッ素化ポリイミドは、２つのトリフルオロメチル基
の導入により、ポリイミドの共鳴構造が弱まり、紫外領
域の電子遷移吸収が低減して、可視領域での透明性が発
現した。このことにより可視領域での光透過率の向上は
もちろん長波長領域でも電子遷移吸収の影響が少なくな
り光透過率は向上した。このような本発明の耐熱性プラ
スチック光ファイバによれば、プラスチック光ファイバ
のコア又はクラッド、あるいはその両方に上記のフッ素
化ポリイミドを用いたため、プラスチック光ファイバの
耐熱性を格段に向上させることができ、かつこれまでの
ポリイミドに比較し可視から長波長領域までの光透過性
を向上させることができる利点がある。

【００１１】本発明において用いるポリイミドは、ジア
ミン成分とテトラカルボン酸成分との反応で得る。ジア
ミン成分としては例えば、１，４−ジアミノベンゼン、
１，３−ジアミノベンゼン、４，４′−ジアミノジフェ
ニルエーテル、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル
、４，４′−ジアミノジフェニルチオエーテル、３，３
′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノベン
ゾフェノン、３，３′−ジアミノジフェニルメタン、４
，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジアミ
ノジフェニルプロパン、４，４′−ジアミノジフェニル
プロパン、３，３′−ジアミノジフェニルスルフィド、
４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３′−
ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフ
ェニルスルホン、ベンジジン、３，３′−ジメチルベン
ジジン、などがある。またフッ素化ジアミンとしては、
２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジ
アミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチ
ル）−４，４′−ジアミノビフェニル、２，３，５，６
−テトラフルオロフェニレンジアミン、２，４，５，６
−テトラフルオロフェニレンジアミン、ビス（２，３，
５，６−テトラフルオロ−４−アミノフェニル）スルフ
ィド、４，４′−ジアミノオクタフルオロビフェニル、
ビス（２，３，５，６−テトラフルオロ−４−アミノフ
ェニル）エーテル、ジアミノベンゾトリフルオリド、ビ
ス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミ
ノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（
ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，２′−ビス（ト
リフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエ
ーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオ
ロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、
３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジ
アミノベンゾフェノン、ビス（アミノフェノキシ）ジ（
トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキ
シ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス
｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ベンゼン
、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビ
フェニル、２，２−ビス（アミノフェニル）ヘキサフル
オロプロパン、２，２−ビス｛（アミノフェノキシ）フ
ェニル｝ヘキサフルオロプロパン、などである。これら
を単独、あるいは混合物として使用できる。

【００１２】またテトラカルボン酸成分としては、テト
ラカルボン酸、及びその酸無水物、塩、エステル等を挙
げることができるが、特に酸二無水物が好ましい。テト
ラカルボン酸としては、例えばピロメリット酸、３，３
′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，
３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３
′，３，４′−ビフェニルテトラカルボン酸、２，２−
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン、ビス（３，
４−ジカルボキシフェニル）エーテル、ビス（３，４−
ジカルボキシフェニル）チオエーテル、ビス（３，４−
ジカルボキシフェニル）スルホン、等が挙げられる。ま
たフッ素化テトラカルボン酸としては、例えば、２，２
−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフル
オロプロパン二無水物、トリフルオロメチルピロメリッ
ト酸二無水物、１，４−ジ（トリフルオロメチル）ピロ
メリット酸二無水物、１，４−ジ（ペンタフルオロエチ
ル）ピロメリット酸二無水物、ヘプタフルオロプロピル
ピロメリット酸二無水物、５，５′−ビス（トリフルオ
ロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビ
フェニル、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフル
オロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシ
ビフェニル、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−
３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエー
テル、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３
′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン、ビス
｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベ
ンゼン、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフ
ェノキシ｝ビフェニル、ビス｛（トリフルオロメチル）
ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）
ビフェニル、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキ
シフェノキシ｝ジフェニルエーテル、ビス（ジカルボキ
シフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス
（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル
）ベンゼン、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキ
ス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（ジカルボキ
シフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル
、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフ
ルオロメチル）ビフェニル、１，４−ジフルオロピロメ
リット酸、等が挙げられる。これらを単独、あるいは混
合物として使用できる。

【００１３】本発明においては、前記ジアミン成分及び
テトラカルボン酸成分の少なくとも一方にフッ素を含有
する成分を使用する。ただし、ポリイミド共重合体又は
混合物の場合には、少なくとも１成分がフッ素化ポリイ
ミドであればよい。

【００１４】本発明に使用するフッ素化ポリイミド、そ
の共重合体又は混合物の前駆体であるポリアミド酸の製
造方法は、通常のポリアミド酸の製造条件と同じでよく
、一般的にはＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドな
どの極性有機溶媒中で反応させる。本発明においてはジ
アミンまたテトラカルボン酸二無水物とも単一化合物で
用いるばかりではなく、複数のジアミン、テトラカルボ
ン酸二無水物を混合して用いる場合がある。その場合は
、複数又は単一のジアミンのモル数の合計と複数又は単
一のテトラカルボン酸二無水物のモル数の合計が等しい
かほぼ等しくなるようにする。

【００１５】本発明の耐熱性プラスチック光ファイバを
作製するためのドープ液としては、ポリアミド酸の溶液
でも、またフッ素化ポリイミドが溶媒に可溶な場合はフ
ッ素化ポリイミド溶液でもよい。このドープの濃度は５
〜４０重量％、好ましくは１０〜２５重量％であること
が好ましく、また前記ポリマー溶液の回転粘度（２５℃
）は、５０〜５０００ポアズであることが好適である。

【００１６】ドープ液からファイバの製造は通常の湿式
紡糸法などを用いることができる。すなわちノズルから
吐出してファイバ状とされたドープ液は、一旦空気層を
通過した後凝固浴に導かれ、その後乾燥硬化させて、光
ファイバを得る。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるも
のではない。

【００１８】実施例１ セパラブルフラスコに２，２−ビス（３，４−ジカルボ
キシフェニル）−ヘキサフルオロプロパン二無水物８８
．８ｇ（　０．２ｍｏｌ）と２，２′−ビス（トリフル
オロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル６４．０
ｇ（０．２ｍｏｌ）、及びｍ−クレゾール１０００ｇを
加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温でかくはんし
溶解した後１８０℃で５時間反応させた。次いで反応液
をメタノール中に投入し、生成した固形物をミキサーで
粉砕した。この固形物をメタノールで十分洗浄した後真
空下１００℃で一昼夜乾燥し、ポリイミド粉末を得た。 このポリイミドをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶か
し、１０ｗｔ％のドープ液を得た。この溶液の粘度は約
８０ポアズであった。このドープ液を湿式紡糸装置のノ
ズルホルダーに仕込み、３ｋｇ／ｃｍ　２の窒素圧力で
ノズルよりフィラメント状に押出した。次に空気層、メ
タノール凝固層を通過させた後窒素雰囲気下で７０℃で
２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分加熱キュ
アし、コア層のみのファイバを得た。このファイバの直
径は約５０μｍ、熱分解温度は５６９℃、波長１．３μ
ｍでの光損失は０．１ｄＢ／ｃｍ　２であった。

【００１９】実施例２ 三角フラスコにピロメリット酸二無水物４３．６ｇ（　
０．２ｍｏｌ）と２，２′−ビス（トリフルオロメチル
）−４，４′−ジアミノビフェニル６４．０ｇ（０．２
ｍｏｌ）、及びＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ
）１０００ｇを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室
温で３日間かくはんし、ポリアミック酸のＤＭＡ溶液を
得た。この溶液の粘度は約９０ポアズであった。このド
ープ液を湿式紡糸装置のノズルホルダーに仕込み、３ｋ
ｇ／ｃｍ２　の窒素圧力のノズルよりフィラメント状に
押出した。次に空気層、メタノール凝固層を通過させた
後窒素雰囲気下で７０℃で２時間、１６０℃で１時間、
２５０℃で３０分、更に３５０℃で１時間加熱キュアし
、コア層のみのファイバを得た。このファイバの直径は
約１００μｍ、熱分解温度は６１０℃、波長１．３μｍ
での光損失は０．１５ｄＢ／ｃｍであった。

【００２０】実施例３ 実施例２のピロメリット酸二無水物０．２ｍｏｌ　の代
わりにピロメリット酸二無水物０．１ｍｏｌ　と２，２
−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフル
オロプロパン二無水物０．１ｍｏｌ　を使用し、同様の
方法でコア層のみのファイバを作製した。このファイバ
の直径は約１００μｍ、熱分解温度は５４１℃、波長１
．３μｍでの光損失は０．１２ｄＢ／ｃｍであった。

【００２１】実施例４ 実施例２で作製したファイバをコア層としてその外側に
実施例３で作製したポリアミド酸溶液を用いてクラッド
層を形成し、コア層、クラッド層ともポリイミドの光フ
ァイバを作製した。コア層の直径は１００μｍ、クラッ
ド層を含めたファイバ全体の直径は７００μｍであった
。また波長１．３μｍでの光損失は０．１０ｄＢ／ｃｍ
、コア層とクラッド層の屈折率差は０．４４％であった
。

【００２２】実施例５ 実施例３で作製したファイバをコア層としてその外側に
実施例１で作製したポリイミド溶液を用いてクラッド層
を形成し、コア層、クラッド層ともポリイミドの光ファ
イバを作製した。コア層の直径は１００μｍ、クラッド
層を含めたファイバ全体の直径は７００μｍであった。 また波長１．３μｍでの光損失は０．０８ｄＢ／ｃｍ、
コア層とクラッド層の屈折率差は１．７％であった。

【００２３】実施例６ 実施例４のコア層とクラッド層を用いて、コア層の直径
が５０μｍ、クラッド層を含めたファイバ全体の直径が
０．５ｍｍの光ファイバを作製した。波長１．３μｍで
の光波長は０．０９ｄＢ／ｃｍであった。

【００２４】実施例７ 実施例６においてコア層の直径が０．５ｍｍ、クラッド
層を含めたファイバ全体の直径が１．０ｍｍの光ファイ
バを作製した。波長１．３μｍでの光損失は０．１０ｄ
Ｂ／ｃｍであった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の耐熱性プラ
スチック光ファイバは長波長での光損失が小さくかつ耐
熱性に優れているため、従来プラスチック光ファイバで
使用できなかった高温状況下でも長波長領域の通信に使
用できるという利点がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光ファイバのコア又はクラッド、ある
   いはその両方にフッ素化ポリイミドを用いることを特徴
   とする耐熱性プラスチック光ファイバ。
2. 【請求項２】　　該フッ素化ポリイミドが、下記一般式
   〔Ａ〕： （式中Ｒ１　は４価の有機基を示す）で表される繰返し
   単位を有するポリイミド、その共重合体又は混合物であ
   る請求項１に記載の耐熱性プラスチック光ファイバ。