JPH0713684B2 - 耐屈曲性に優れたプラスチツク光フアイバ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐屈曲性、可撓性、繊維径の均一性及び寸法安
定性に優れるとともに、優れた透光性を有するプラスチ
ック光ファイバーの製造方法に関する。

［従来の技術］ 通信技術分野の技術革新の中核をなす光学繊維の発展は
ガラス系光学繊維をベースとして著しいものがある。

また、コスト並びに加工性が重要視される短距離伝送分
野においては有機系光学繊維の活用が注目されてきてい
る。有機系光学繊維、すなわちプラスチック光ファイバ
ーは、ガラス系光学繊維に比較して透光性には劣るが、
安価で、取扱性に優れているために、短距離伝送用とし
て広く利用されてきつつある。

このプラスチック光ファイバーは、基本的には、一般的
な合成繊維の製造法である溶融紡糸法を適用して製造さ
れる。しかし、一般的な合成繊維とは異なり、使用する
重合体が結晶性を有さない。しかも、光学繊維特性の上
から使用する重合体には極度に高い純度が要求され、繊
維製造工程での異物や不純物の混入を完全に防止する必
要があり、さらに、複合される芯および鞘両成分間の界
面に不整がないことなど、極めてシビアな製造プロセス
および条件が採用されねばならず、工業的実施に際して
は技術的に難しい点が多い。

例えば、プラスチック光ファイバーの機械的性質、特に
耐屈曲性および可撓性を改良するためには、溶融紡糸さ
れた未延伸繊維を延伸し繊維軸方向に高分子鎖を配向さ
せることが必要であるが、この延伸工程においては、得
られる光ファイバーの透過性低下を招くトラブル、例え
ば、プラスチック光ファイバーを構成する芯成分と鞘成
分との界面不整や界面剥離などを生じさせないことが極
めて重要である。

一般的な合成繊維の延伸において汎用されている加熱ロ
ールや加熱板などに接触加熱しつつ延伸する接触加熱延
伸では、延伸過程中の擦過によって鞘成分の損傷や脱落
が生じ易く、結果として透過性および機械的強度が低下
する。

そこで、プラスチック光ファイバーの延伸では非接触加
熱延伸、例えば加熱された空気や窒素などの存在する加
熱耐域中を走行させ、非接触で繊維を加熱しながら延伸
する手段が採用されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来の非接触加熱延伸では、壁面の加熱板に
よって加熱された加熱雰囲気内を通過させつつ延伸する
という方法がとられていたので、加熱雰囲気内の気体温
度がばらつき易く、特に繊維径が1000μｍを越す太い場
合に光ファイバーの均一加熱が困難となり易く、その延
伸点の最適化が図れないという問題があった。不均一加
熱の状態で延伸による変形を受けると界面不整が生じ、
プラスチック光ファイバーの透光性が低下するし、さら
に延伸が不安定で延伸点が変動すると機械的強度が十分
に改良できないし、繊維直径の変動が大きくなり、品質
の安定した光ファイバーが得られ難いという問題が生じ
る。

本発明の主な目的は、繊維径が1000μｍを越す太い光フ
ァイバを製造する場合でも、耐屈曲性、可撓性、繊維径
の均一性及び寸法安定性に優れるとともに、優れた透光
性を有するプラスチック光ファイバーを製造することの
できる方法を提供することにある。

他の目的は上記プラスチック光ファイバーの製造におけ
る技術上の問題点であった、芯、鞘成分間の界面不整が
生じず均一な延伸が可能となる延伸方法を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ このような本発明の目的は、未延伸プラスチック光ファ
イバーを非接触加熱延伸帯域を走行させつつ非接触加熱
延伸する方法において、非接触加熱延伸が、延伸帯域の
光ファイバー出口付近から延伸帯域内の光ファイバーの
周囲に加熱気流が導入されかつ該加熱気流が光ファイバ
ー走行方向に対し向流の方向に延伸帯域内に流れる非接
触加熱延伸帯域中において行われ、かつ、光ファイバー
の延伸点が前記加熱気流の導入位置から±25cm未満の範
囲内に固定されていることによって達成することができ
る。

本発明の非接触加熱延伸においては、未延伸プラスチッ
ク光ファイバーを非接触加熱延伸する帯域（延伸帯域と
いう）の光ファイバー出口付近から、延伸帯域内の光フ
ァイバーの周囲に加熱気流が導入されるとともに、光フ
ァイバーの走行方向に対して加熱気流が向流の方向に流
れるようにすることが重要である。

このように加熱気流を延伸帯域内へ導入し光ファイバー
と向流接触させるためには、例えば、延伸帯域の出口付
近に加熱気流を吹き込み、さらに、吹き込まれた加熱気
流を延伸帯域の入口付近から、例えばエゼクターなどを
用いて積極的に排出することにより、延伸帯域内の加熱
気流の流れを向流方向として安定化することが有効であ
る。このように向流接触させることによって延伸帯域を
走行する光ファイバー表面の伝熱境膜を常時更新するこ
とができ、均一な延伸を助長することができ、光ファイ
バーの延伸点の最適化が可能となるのである。なお、熱
効率を高め、熱エネルギーを再利用する点から、排気加
熱気流は循環使用することが望ましい。

さらに、その延伸点は、加熱気流の導入位置の付近、即
ち、その導入位置から±25cm未満の範囲内、即ち、|L|
＜25（cm）を満足する条件内に固定させることが必要で
ある。さらに|L|＜10（cm）が好ましい。ここで、Ｌは
延伸帯域出口部分の加熱気流導入口から延伸点までの距
離（cm）である。

即ち、このＬ値が−25cm＜Ｌ＜＋25cmの範囲内であると
きに、繊維直径の変動が小さくて、界面不整などに起因
する透光損失が少なく、しかも、耐屈曲性などの機械的
性質に優れたプラスチック光ファイバーを得ることがで
きるのである。

反対に、Ｌ値が−25cmよりも小、つまり延伸帯域の内部
側に離れ過ぎた位置に延伸点がある場合は、耐屈曲性の
良好な光ファイバーは得られないし、Ｌ値が＋25cmより
も大、すなわち延伸帯域出口からかなり離れた位置に延
伸点がある場合は、繊維直径の変動が大きく、透光損失
の大きい光ファイバーしか得られなくなる。

この延伸点は、例えば、延伸中のプラスチック光ファイ
バーを延伸帯域の入口と延伸ロールの直前で同時に把持
しつつ切断し、実質的に引張りや収縮を与えないで延伸
帯域から取除き、２〜5cm間隔でマーキングし、マイク
ロメーターなどでその繊維径変化、つまり細化プロフィ
ールを調べる方法により測定できる。

ここで、延伸点とは、必ずしもポリエステル繊維などで
見られるようなネッキング部分ではなく、次のように定
義される。プラスチック光ファイバーの延伸点を示す側
面図である第２図に示すように、未延伸プラスチック光
ファイバーの設定繊維径（D₁）の90％以下の径（D₂）ま
で細化した時点（P₂）と、延伸プラスチック光ファイバ
ーの設定繊維径（D₄）の110％の径（D₃）まで細化した
時点（P₃）との中点（Pd）が延伸点である。

また、前記したＬ値の正負は、次のように定義される。
該延伸帯域出口部分の加熱気流導入口の位置（第１図の
Ａ）がＬ＝０であり、延伸点が延伸帯域内方向にある場
合は、Ｌの値はマイナス（−）値、延伸点が延伸帯域出
口外方向にある場合はＬの値はプラス（＋）値で表され
る。

この延伸点は、延伸帯域内に導入する加熱気流の加熱温
度や供給量、延伸帯域内を走行する光ファイバーの走行
速度や繊維直径、その延伸帯域の長さ等を変化させるこ
とによって所望の位置に調整することができる。

このように、プラスチック光ファイバーにおいては、耐
屈曲性などの力学特性に優れ、より均一かつ高度に延伸
されていて、芯・鞘両成分間の界面不整や界面剥離がな
く、繊維直径の均一性に優れ、しかも、透光性に優れた
光ファイバーを得るために、非接触加熱延伸における光
ファイバーの延伸点を延伸帯域出口部分の加熱気流導入
口付近の特定範囲内に固定することが重要である。

つまり、このような位置に延伸点を固定すると、光ファ
イバーのプロフィールの変化をできる限り短い領域で完
結せしめ、かつ加熱帯域から冷却帯域に移行する直前で
延伸力と繊維内部力とを均衡させることによって、未延
伸プラスチック光ファイバーを高分子鎖が繊維軸方向に
配向し、同時に安定した繊維構造を有する延伸プラスチ
ック光ファイバーに転換せしめることができるからであ
る。

次いで、冷却領域を経由したプラスチック光ファイバー
はこの冷却領域で十分に冷却され、可撓性を有する延伸
ファイバーになっているから、以後の工程では通常の合
成繊維と同様に取扱うことが可能である。

以下に、本発明の非接触加熱延伸方法の一例を図面に基
づいて具体的に説明する。

第１図は、本発明に使用する光ファイバーの延伸装置の
一例を示す断面図であり、図において１は光ファイバ
ー、２は駆動ロール、３は中空ヒーターを装備する延伸
帯域、４は延伸帯域出口部分にある加熱気流導入口、５
は加熱気流循環用ファン、６は気流加熱用ヒーター、７
は巻取り部を示す。

第１図において、加熱気流は、延伸帯域３の出口部分か
ら延伸帯域３内に導入され、延伸帯域３内を図の左方向
に流れ、その入口部分から吸引排出され、循環用ファン
５及びヒーター６によって再循環される。そして、未延
伸光ファイバー１は予備張力を付与された後、ネルソン
方式駆動ロール２に捲回されて延伸帯域に導かれ、加熱
気流と向流接触し、延伸帯域から出るが、この際、後方
の速度の異なる駆動ロール２′の索引力によって所定倍
率に延伸される。

このように延伸帯域の中空部、すなわち糸通路内を向流
方向に加熱気流を循環させた場合は、糸通路内の温度が
均一になり、上述したとおり光ファイバー表面の伝熱境
膜を常時更新することができるから、熱伝達が良好であ
り、そのためにヒーター長の短尺化を図ることも可能に
なる。これに対し、ブロックヒーター加熱だけで加熱気
流を循環しない場合では温度が不均一になり、上記効果
を期待できない。

第３図は、ブロックヒーター内部の糸通路内における温
度分布を例示したものであり、目的に応じてＡ〜Ｄまで
の温度分布をとることができる。

第４図は、本発明の製造方法を採用した場合の光ファイ
バーの延伸変形による細化プロフィールを示したもの
で、やのように−25cm＜Ｌ＜＋25cmの範囲内に延伸
点がある場合は、均一に変形が行われ、透光性や耐屈曲
性等が良好となる。

しかし、本発明の製造法によらない場合、例えば、の
ように延伸点が中空ヒーターの内部側へ大きく離れた位
置にある場合は、不安定で機械的性質の劣ったものにな
る。また、のように延伸点がブロックヒーターの外側
へ大きく離れた位置にある場合は、不均一延伸になり、
冷却域における光ファイバーのプロフィールが乱れて線
径変動が増大し、目的とする透光性能や耐屈曲性などの
機械的性質を得ることが困難となる。

本発明の非接触加熱延伸を行うことによって得られた延
伸光ファイバーは、一般に、収縮率がかなりの程度まで
減少していて、寸法安定性は向上している。

しかし、光ファイバーの繊維直径が相当に大きい場合や
機械的強度をさらに向上させるために高倍率延伸を施す
場合などでは、非接触加熱延伸条件の選択だけでは延伸
光ファイバーの収縮率を十分な水準まで減少させ、良好
な寸法安定性とすることが困難な場合もある。このよう
な場合でも、寸法安定化処理として、次に、非接触熱処
理を施すことにより、寸法安定性が十分に向上した光フ
ァイバーとすることができる。

この非接触熱処理は、延伸完了後のファイバーを非接触
熱処理装置９中を走行させ、延伸帯域の延伸温度と同等
以上の高温の条件下で熱処理すること、特に定長熱処理
することにより行えばよい。

非結晶性の重合体からなる光ファイバーの熱処理は、通
常の合成繊維のような結晶性重合体からなる繊維の熱処
理における熱固定とは異なり、延伸工程で与えられた繊
維軸方向における高分子鎖の配向をできる限り維持し
て、繊維内部の歪みを均一化し、寸法安定性を付与する
ことを意図して施される。

この寸法安定性付与のための熱処理に際しても、非接触
加熱が好ましい。このような非接触熱処理の手段として
は、ブロックヒーターなどを用いることができる。より
好ましくは前記の非接触加熱延伸手段と同様に、加熱気
流が循環する加熱帯域内を光ファイバーを走行させて定
長下で熱処理し、目的とする光ファイバーの最高使用温
度の乾熱下で24時間の熱処理した後の光ファイバーの収
縮率が２％以下、好ましくは１％以下となるようにすれ
ばよい。

本発明の光ファイバーを構成する芯成分重合体は、特に
限定されるものではなく、各種の優れた光透過性を有す
る重合体、例えば、メチルメタクリレートを主成分とす
る単独重合体または共重合体、ポリカーボネート系やボ
ルニル系単独重合体または共重合体、スチレンを主成分
とする単独重合体または共重合体などを挙げることがで
きるが、特にポリメチルスタクリレートが好ましい。

鞘成分を構成する重合体としては、含弗素メタクリレー
ト系重合体、弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレン
との共重合体、含弗素オレフィン系共重合体などが例示
される。

また、これらの芯、鞘両重合体成分の組合せの例として
は、両者に適正な屈折率差があることは当然であるが、
複合紡糸を行う点から両重合体成分の融点はできるだけ
近いことが望ましい。具体的な組合せの例として、ポリ
メチルメタクリレートと含弗素メタクリレート系重合体
との組合せを挙げることができるが、これに限定される
ものではない。

［実施例］ 以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明す
る。

なお、実施例において、透光性は、タングステン−ハロ
ゲンランプを光源として使用し、回折格子分光器を用い
て波長特性を求めることによって測定した。

（実施例１および比較例１〜２） 市販のメチルメタクリレートを十分に精製した後、重合
槽に送液し、連続塊状ラジカル重合を行い、脱モノマ工
程に導き、重量平均分子量85,000、残存モノマ含有率0.
12重量％のポリメチルメタクリレートを作成し、溶融複
合紡糸部の芯側へ供給した。

他方、市販の含弗素メタクリレート系共重合体（テトラ
フルオロプロピルメタクリレート／メチメタクリレート
＝90/10重量比）を前記溶融複合紡糸部の鞘側に供給
し、紡糸温度225℃、冷却風速0.5m/秒、引取り速度8m/
分の条件で、芯・鞘重合比88/12、繊維径1414μｍの未
延伸光ファイバーを得、次いで、第１図に示した延伸装
置と非接触熱処理装置とを使用して延伸、定長熱処理を
行った。この際、第１表に示すように加熱気流の流速や
延伸条件を変更することによって延伸点を調整した。ま
た、定長熱処理温度は延伸温度と同じとした。

なお、延伸点は、延伸帯域中の光ファイバーを延伸帯域
の入口位置と出口より50cm外側の位置とで把持すると同
時に両方で切断し、実質的に引張りや収縮を与えないで
延伸帯域からすばやく取除き、延伸帯域における繊維径
の変化をマイクロメーターで測定する方法により求め
た。

本発明で特定した条件内で延伸するとプラスチック光フ
ァイバーの延伸による透光損失の増加はなく、極めて優
れた透光性となり、かつ可撓性および耐屈曲性にも優れ
ていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラスチック光ファイバーの製造法に
使用する延伸装置の一例を示す断面図、第２図は本発明
の延伸点の定義を説明するための繊維の断面図、第３図
は延伸装置の中空ヒーター内部の糸通路内における温度
分布を例示する図、第４図は光ファイバーの延伸変形に
よる細化プロフィルを例示する図である。 第１図において、１は光ファイバー、２は駆動ロール、
３は中空ヒーターを装備する延伸帯域、４は延伸帯域出
口部分における加熱気流導入口、５は加熱気流循環用フ
ァン、６は気流加熱用ヒーター、７は巻取部、８は延伸
装置、９は非接触熱処理装置である。 第２図において、D₁は未延伸光ファイバーの設定繊維
径、D₂はその90％繊維径、D₄は延伸光ファイバーの設定
繊維径、D₃はその110％の繊維径、Pdは延伸点である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未延伸プラスチック光ファイバーを非接触
   加熱延伸帯域を走行させつつ非接触加熱延伸する方法に
   おいて、非接触加熱延伸が、延伸帯域の光ファイバー出
   口付近から延伸帯域内の光ファイバーの周囲に加熱気流
   が導入されかつ該加熱気流が光ファイバー走行方向に対
   し向流の方向に延伸帯域内を流れる非接触加熱延伸帯域
   中において行われ、かつ、光ファイバーの延伸点が前記
   加熱気流の導入位置から±25cm未満の範囲内に固定され
   ていることを特徴とする耐屈曲性に優れたプラスチック
   光ファイバーの製造方法。