JPH079487B2 - 樹脂製光学繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光伝送性に優れた樹脂製光学繊維の製造方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

芯体（コア）とその外周におけるクラッド層とより成る
光伝送性の光学繊維を情報伝達手段に利用することは古
くから知られており、現在、ガラスを材質とする光学繊
維並びに樹脂を材質とする光学繊維が実用化されてい
る。このうち、樹脂製光学繊維は現時点ではガラス製の
ものに比して光伝送性において多少劣る弱点がある反
面、繊維接続方法が比較的簡便であること、軽量である
こと、可撓性に優れていること、比較的安価に製造する
ことが可能なこと等の実用上有利な特長を有し、このた
め最近多方面において利用され始めている。

従来、斯かる樹脂製光学繊維の製造においては、ポリメ
チルメタクリレート、ポリスチレン、ポリシクロヘキシ
ルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート等の透
明性が高くかつ非晶性の重合体若しくは共重合体を得、
これを押出成形機等により加熱熔融させて成形すること
により繊維体とし、この繊維体を芯体としてその外周を
覆うよう、例えば浸漬法によってクラッド層を形成する
方法が知られている。具体的には、例えば透明性、力学
的性質及び耐候性等に優れているポリメチルメタクリレ
ート系の重合体若しくは共重合体を与える単量体を用
い、光伝送性が犠牲とされないように不純物を除去して
その純度を上げた単量体を連続塊状重合法により重合さ
せて重合体を得、加熱溶融成形して芯体となる繊維を得
ることが、例えば特公昭53−42261号公報、特公昭53−4
2260号公報に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題〕

しかしながら、以上の如き従来の製造方法においては、
芯体となる繊維体を熔融成形によって製造するため、そ
の材質である重合体は熔融成形性に優れたものでなけれ
ばならず、このため各種の連鎖移動剤等を重合時に添加
し分子量を小さくして溶融粘度を低下させる等、得られ
る重合体の熔融成形性を向上させる方向に研究が進めら
れている。

しかしながら、従来の方法においては、芯体の材質とし
て用いることのできる重合体の種類が大きな制約を受け
る問題点がある。即ち、熔融成形が必須とされるので、
例えば熔融成形のための高温において不安定なもの、分
子量が大きくて熔融粘度の高いもの等を芯体の材質とし
て用いることは全く不可能であった。

ところが情報技術の多様化に伴い樹脂製の光学繊維に要
求される性能も多様となってきており、例えば熱変形温
度が高いもの、高温における耐熱性や耐久性が高いもの
等が要求されようになってきているが、従来の方法では
そのような材質で芯体を構成させることができない。

また、重合体を熔融成形する場合には、当該重合体に外
部から不純物が混入したり当該重合体が高温によって劣
化変質する可能性があって高い透明性が犠牲となるおそ
れがある。そして熔融成形性の向上のために添加剤を用
いるときは、そのような傾向が大きくなる。

また、特開昭60−42712号公報には、重合体若しくは共
重合体よりなる中空糸状のクラッド材内に、ポリシロキ
サンの前駆体を充填し、その後当該前駆体を反応させて
架橋されたポリシロキサンよりなる芯体を有する光学繊
維を製造する方法が開示されている。

しかしながら、この方法においては、ポリシロキサンを
付加反応によって架橋されたものとするためには白金化
合物よりなる触媒が必要であり、このため、得られる芯
体中には、白金化合物が不純物として含有されることと
なり、しかも当該芯体がポリシロキサンよりなるもので
あるため、それ自体の特性として、重合体よりなるクラ
ッド層に対する芯体の接着性が低く、更に機械的強度が
低い、という欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、芯体の材質の選択範囲が広く、種々の
優れた特性、特に耐熱性に優れた樹脂製の光学繊維を、
重合反応時の体積収縮による問題を伴うことなく、確実
に製造することができる方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための構成及び作用〕

本発明においては、クラッド層を形成する重合体若しく
は共重合体よりなる中空糸状のクラッド材内に、架橋性
単量体を少なくとも３重量％含有するラジカル重合性単
量体を有機化合物のラジカル重合開始剤と共に充填し、
クラッド材の両端部を加熱により封じて得られる複合材
料を加熱重合条件下に置くことにより前記重合性単量体
を重合架橋せしめて前記クラッド材より屈折率の高い芯
体を形成することを特徴とする方法により、樹脂製光学
繊維を製造する。

本発明方法によれば、重合体または共重合体よりなるク
ラッド材中において、３重量％以上の割合で架橋性単量
体を含有するラジカル重合性単量体をラジカル重合開始
剤によって重合させるので、芯体を構成する重合体は、
生成と同時に相当程度以上に高度に架橋されたものとな
る。そのため、溶融成形が不可能な架橋された重合体よ
りなる芯体を有する樹脂製光学繊維を得ることができ、
しかも当該重合性単量体はラジカル重合性であるので芯
体となる材料の選択範囲が広く、また芯体を構成する重
合体は架橋されたものであるため、耐熱性の大きい樹脂
製光学繊維を容易に得ることができる。

特に、芯体を構成する重合体は、３重量％以上という高
い割合で架橋性単量体を含有するラジカル重合性単量体
から得られるものであるため、クラッド材中において重
合されるにもかかわらず、重合反応時の体積収縮によっ
て生ずる芯体における不連続個所の発生、すなわちいわ
ゆる糸切れの発生を確実に防止することができ、このた
め、例えば芯体形成用単量体が充填された長いクラッド
材の両端部を封じて得られる複合材料の全体を加熱して
重合させる方法においても、所期の光学繊維を確実に製
造することができる。

また、重合反応のために用いられる重合開始剤は、有機
化合物であるラジカル重合開始剤であるため、形成され
る芯体に不純物が残留することがなく、しかもクラッド
層に対して良好な接着性を有するものとなり、優れた機
械的強度を有するものとなる。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明においては、第１図に示すように、光学繊維のク
ラッド層となる中空糸状のクラッド材１を製作する。こ
のクラッド材１の材質は、特に制限されるものではなく
て公知のものを用いることができるが、後述する芯体よ
り屈折率が低いことが必要であり、好ましくは１％、更
に好ましくは３％以上小さい重合体であることが望まし
い。従って、芯体の材質が、例えば屈折率が1.48〜1.50
等と低屈折率のものである場合には、クラッド材１の材
質の選択範囲が狭くなる。なおこのクラッド材１の材質
は、溶融成形可能な熱可塑性樹脂であることが好まし
い。

かかるクラッド材１の材質とされる重合体の例として
は、英国特許1,037,498号明細書に記載のもの、例えば
弗化ビニル、弗化ビニリデン、テトラフルオロエチレ
ン、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロメチルト
リフルオロビニルエーテル、パーフルオロプロピルトリ
フルオロビニルエーテル、並びに構造式 （但し、式中ＸはＦ、Ｈ、若しくはClを表わし、ｎは２
〜10の整数、ｍは１〜６の整数、ＹはCH₃またはＨを表
わす。） で表わされるアクリル酸若しくはメタクリル酸の弗素化
エステルの重合体若しくは共重合体、およびこれらとア
クリル酸若しくはメタクリル酸と低級アルコール（例え
ばメタノール、エタノール等）とによるエステルとの共
重合体を挙げることができる。

更に式 （但し、式中Ｘ、Ｙ、ｍおよびｎは上記定義の通りであ
る。）の化合物と、アクリル酸若しくはメタクリル酸の
メチルエステル若しくはエチルエステルとの実質的に無
定形の共重合体も好適に用いることができる。その他、
米国特許2,468,664号明細書記載のテトラフロロエチレ
ンとエチレンとの共重合体等も好適に用いられる。

また芯体の材質の屈折率が大きいものであるときには、
上記の重合体もしくは共重合体の他、エチレン樹脂、プ
ロピレン樹脂、４−メチルペンテン−１樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、塩化ビニリデン樹脂等も使用することが可能で
ある。そして、特にクラッド材として、フッ化ビニリデ
ンの重合体または共重合体よりなるものを用いることに
よって優れた耐熱性および耐候性が得られると共に、屈
折率の点で、芯体の材質として用いられる単量体を広い
範囲から選定することができる。

以上の如き重合体を、中空部２を有するチューブ状の中
空糸状に成形することにより、クラッド材１が得られ
る。この成形のための方法としては公知の方法を利用す
ることができ、例えば高温溶融下に押出機等によりチュ
ーブ状に連続的に成形して製造することができる。中空
部２の直径ｒは特に限定されるものではなく、最終製品
としての光学繊維の使用目的に応じた適度の大きさとす
ることができるが、通常は１μ〜5mm程度である。この
中空部２の直径は、芯体の直径となるが、大きな光源例
えば光放射性ダイオード（LED）からの光を伝送するた
めの光学繊維の場合には、中空部２の直径は大きい方が
有利である。伝送する光がレーザ光のように小さな光源
よりの光である場合には、芯体は直径が小さいものの方
が入射光を捕えるのに適しているので、中空部２の直径
は小さく選定される。そしてこの場合は最小曲げ半径が
小さい利点がある。

クラッド材１は、芯体中を伝播する光を反射するクラッ
ド層となるものであるから、その肉厚ｔは伝送すべき光
の波長の少くとも数倍以上であれば限定はなく、通常５
〜100μ、好ましくは10〜50μ程度とされる。

本発明においては、以上の如き中空糸状のクラッド材１
の中空部２内に、架橋性単量体を含有するラジカル重合
性単量体を充填した上、このクラッド材１の両端部を加
熱によって封ずることによって複合材料を得、この複合
材料を当該重合性単量体が重合する加熱重合条件下に置
くことによって当該重合性単量体を重合させて芯体を形
成させる。

ここにラジカル重合性単量体としては、ラジカル重合性
架橋性単量体、またはそのような架橋性単量体を含むラ
ジカル重合性単量体混合物が用いられる。ここに、単量
体もしくは単量体混合物とは、重合性のものを意味する
ものであって必ずしも単量体のみを意味するものではな
い。従って、若干重合させたプレポリマー等であっても
よく、要するにクラッド材１の中空部２内に注入できる
流動性を有する重合可能なものであればよい。本発明に
おいては、溶融成形を伴わないため、上記重合性単量体
として多官能の単量体若しくはそのような単量体の混合
物を使用することができる。用いる単量体のすべてが２
官能性以上の単量体である必要はない。そしてこれによ
って架橋性重合体若しくは共重合体よりなる芯体が形成
され、優れた耐熱性を有する光学繊維が得られ、また芯
体形成のための重合時に収縮による芯体のいわゆる糸切
れが生じにくいという利点が得られる。このような効果
を確実に得るために、架橋性単量体成分の割合は、単量
体混合物中３重量％以上とされ、特に10重量％以上であ
ることが好ましい。勿論、全単量体が２官能性以上の架
橋性単量体であってもよい。

本発明において２官能性以上の架橋性単量体としては、
例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレング
リコールジメタアクリレート、2,2−ビス〔４−アクリ
ロキシエトキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔４−
メタアクリロキシエトキシフェニル〕プロパン、トリメ
チロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプ
ロパントリメタアクリレート等の２価若しくはそれ以上
の多価アルコールのアクリルエステル類若しくはメタア
クリルエステル類、2,2−ビス（４−メタクリロキシエ
トキシ−3,5−ジブロモフェニル）プロパン等のハロゲ
ン原子を含有するアクリルエステル類若しくはメタアク
リルエステル類、ジビニルベンゼン等の芳香族化合物、
ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（例えば
「CR−39」）、ジアリルフタレート、トリアリルイソシ
アネート等で代表されるアリル基を官能基として有する
架橋性単量体等を単独で又は混合して使用することがで
きる。

これらの架橋性単量体と併用して共重合させることので
きる共単量体としては、これらと共重合可能なラジカル
重合性単量体であれば特に制限されるものではなく、例
えばメチルアクリレート、メチルメタアクリレート、ｎ
−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタアクリレート、
２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシル
メタアクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチ
ルメタアクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert
−ブチルメタアクリレート、フェニルアクリレート、フ
ェニルメタアクリレート、ベンジルアクリレート、ベン
ジルメタアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、
シクロヘキシルメタアクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタアクリレー
ト、トリブロモフェニルアクリレート、トリブロモフェ
ニルメタアクリレート、アクリロキシジエトキシトリブ
ロモベンゼン、メタアクリロキシジエトキシトリブロモ
ベンゼン等のアクリルエステル若しくはメタアクリルエ
ステル、スチレン、α−メチルスチレン、モノクロルス
チレン等の芳香族ビニル化合物が好ましく使用される。
既述の重合性単量体もしくは単量体混合物は、重合開始
剤、重合助剤、分子量調節のための連鎖移動剤等をも含
有させることができる。

以上のように調製された重合性単量体をクラッド材１の
中空部２内に充填するための方法は特に制限されず、例
えばクラッド材の一端を、容器内の重合性単量体中に入
れ、他端に減圧を作用させて吸引により充填する方法、
クラッド材の一端から加圧下に重合性単量体を注入充填
する方法等を利用することができる。クラッド材内に重
合性単量体を充填した後、当該クラッド材の両端部を加
熱することによって封じて得られる複合材料を加熱する
ことによって、クラッド材内の重合性単量体を重合させ
ると共に架橋させる。このとき複合材料の全体を窒素ガ
ス等による不活性雰囲気下に置くこともでき、これによ
って重合を円滑に進行させることができる場合がある。
重合開始剤の種類、重合のための加熱温度その他の条件
は、用いる重合性単量体の種類等により適当な条件を選
択することができる。ラジカル重合開始剤としては、例
えばラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキ
シジカーボネート、メチルエチルケトンパーオキサイド
等を用いればよく、加熱温度は約150℃以下とされる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、芯体を形成するために重合体を
熔融成形する手段を用いず、重合体または共重合体より
なるクラッド材の中空部内にラジカル重合性単量体を充
填して成る複合材料を重合処理することにより重合性単
量体を重合しこれによって重合体よりなる芯体を形成す
るため、重合性単量体として用いる単量体の選択範囲が
広く、重合性単量体の一部または全部として架橋性の２
官能以上の多官能性単量体を用いることにより、容易に
架橋された重合体を材質とする芯体による光学繊維を得
ることができる。このような光学繊維は優れた耐熱性を
有するものであり、種々の用途に適用することができ
る。

また、重合性単量体が架橋性単量体を３重量％以上の高
い割合で含有することにより、クラッド材内において重
合反応時の体積収縮による糸切れの発生が確実に防止さ
れる。

更に、熔融成形時に生じ易い不純物の混入の機会が少な
く、芯体に残留する不純物がなく、クラッド層に対して
良好な接着性を有すると共に機械的強度が大きくて本質
的に光伝送性に有利な芯体を形成することができる。

〔実施例〕

実施例１ フッ化ビニリデン樹脂（PVDF）〔呉羽化学（株）製品
「KF＃1000」〕を用いて240℃の出口温度で押出し成形
を行い、内径0.8mm、肉厚0.028mmの中空のフッ化ビニリ
デン樹脂より成るクラッド材を得た。この樹脂の屈折率
は▲ｎ²⁵ _D▼＝1.42であった。

一方充分に精製したメチルメタクリレート88重量部と２
官能性単量体である2,2−ビス（４−メタクリロキシ−
エトキシフェニル）プロパン12重量部との混合物にラウ
ロイルパーオキサイド0.06重量部を添加してなる重合性
単量体液をよく洗浄された容器に入れた。前記クラッド
材の一端をこの容器内の単量体液中に入れ、他端を真空
ポンプで吸引することにより、単量体液をクラッド材内
に充填した。その後クラッド材の両端部を加熱圧着によ
り封じ、得られた複合材料を恒温庫に入れて恒温庫全体
を窒素置換し、庫内温度を60℃にして重合性単量体の重
合を開始させた。16時間後に庫内を次第に昇温して５時
間経過後には110℃まで昇温させ、更にこの温度で２時
間放置し、以って芯体を形成して光学繊維を得た。

この光学繊維の芯体の共重合体の屈折率は、▲ｎ²⁵ _D▼
＝1.50であった。従ってクラッド層と芯体の屈折率の差
は、 となる。

この光学繊維について光伝送損失を測定したところ、温
度25℃において約420dB/kmであり、また温度120℃にお
いても充分な光伝送能力を有し、大きな耐熱性を有する
ものであった。

尚光伝送損失（α）は次式により計算して求めた値であ
る。

l:光学繊維の長さ（km） I₀:標準長さl₀の時の出射端面の光量 I₁:長さｌの時の出射端面の光量 l₀:10mを標準とし、繊維両端面を繊維軸に直角に切断し
平滑面を作成した。そしてハロゲンランプを光源として
用い、平行光線を透過主波長が650nmのフイルターで単
色化して光学繊維の一端に入射させ、出射端面の光量を
大面積のフォトダイオードで検出した。

実施例２ フッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとを重量で8
0:20の割合で共重合させて得られた共重合体（Ｐ（VDF
−TFE））を材料として押出し成形を行い、内径0.95m
m、肉厚0.045mmのクラッド材を得た。このクラッド材の
ポリマー屈折率は、▲ｎ²⁵ _D▼＝1.406であった。

一方充分に精製した２官能性単量体である2,2−ビス
（４−メタクリロキシ−エトキシ−3,5−ジブロモフェ
ニル）プロパン50重量部と、１−メタクリロキシ−ジエ
トキシ−2,4,6−トリブロモベンゼン50重量部との混合
物に重合開始剤としてラウロイルパーオキサイド0.02重
量部を含有させてなる重合性単量体液を温度60℃でクラ
ッド材中に注入し、初期重合開始温度を40℃としたこと
の他は実施例１と同様の重合条件で重合を行い、光学繊
維を得た。この光学繊維の芯体の共重合体の屈折率は、
▲ｎ²⁵ _D▼＝1.582であり、屈折率の差は約11％であっ
た。この繊維の伝送損失は約810dB/kmであった。しかし
ながらこの繊維は140℃においても光伝送性能を有する
耐熱性に優れたものであった。

実施例３ 実施例２において用いたポリ（フッ化ビニリデン−テト
ラフロロエチレン）樹脂のクラッド材の中に、ジエチレ
ングリコールビスアリルカーボネート「CR−39」100重
量部および重合開始剤としてイソプロピルパーオキシジ
カーボネート1.0重量部よりなる重合性単量体液を注入
した。この工程においては、当該単量体液およびクラッ
ド剤の中空部を窒素ガスで繰り返し置換することにより
全て酸素ガスが含まれないようにした。そして、実施例
１に準じて得られた複合材料を、窒素置換したオーブン
の中で温度30℃から60℃へ７時間をかけて次第に昇温
し、60℃で３時間放置した後直ちに80℃に昇温し、その
温度に３時間保った。その後120℃で１時間放置し、重
合を完結させて芯体を形成し、光学繊維を得た。

この光学繊維の屈折率は▲ｎ²⁵ _D▼＝1.492であり、屈折
率の差は5.8％であった。

この光学繊維の光伝送損失を測定したところ、710dB/km
であった。そしてこの光学繊維も耐熱性に優れており、
130℃でも伝送能力を有していた。

実施例４〜７ 実施例１〜３に準ずる方法により、次の光学繊維を作成
した。結果を第１表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明樹脂製光学繊維の製造において用いられ
るクラッド材を模式的に示す説明用斜視図である。 １……クラッド材 ２……中空部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クラッド層を形成する重合体若しくは共重
   合体よりなる中空糸状のクラッド材内に、架橋性単量体
   を少なくとも３重量％含有するラジカル重合性単量体を
   有機化合物のラジカル重合開始剤と共に充填し、クラッ
   ド剤の両端部を加熱により封じて得られる複合材料を加
   熱重合条件下に置くことにより前記重合性単量体を重合
   架橋せしめて前記クラッド材より屈折率の高い芯体を形
   成することを特徴とする樹脂製光学繊維の製造方法。