JPH1123918A

JPH1123918A - 信号伝送用小口径プラスチック光ファイバ素線及び該素線を用いた信号伝送用小口径プラスチック光ファイバケーブル

Info

Publication number: JPH1123918A
Application number: JP9175529A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Toyoshima; 真一豊島
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】小口径の芯の信号伝送用プラスチック光ファ
イバケーブルにおいて、低開口数でも曲げによる光ロス
の少ないケーブルを提供する。【解決手段】ポリメチルメタクリレート系樹脂からな
る芯１の外側に、該樹脂よりも屈折率の小さい樹脂から
なる鞘層２、その外側に芯１と同じ樹脂からなる保持層
３、さらにその外側にビニリデンフロライド系樹脂から
なる機能層４を同心円状に複合紡糸により形成し、被覆
層６を設けてケーブルとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパソコンＬＡＮ、工
場の機械装置の制御、等の光通信に使用する、信号伝送
用の小口径のプラスチック光ファイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】信号伝送に使用されるプラスチック光フ
ァイバケーブルは、通常芯の直径が４８０〜９８０μｍ
程度で鞘層の厚さが５〜２０μｍ程度からなる５００〜
１０００μｍ程度の裸線の周囲を熱可塑性樹脂で外被覆
したものである。プラスチック光ファイバ裸線としては
１００〜２７０μｍ程度の直径のものも生産されている
が、それらはバンドルと称して複数本の裸線を直接束に
してケーブルにして用いる。このような芯径の小さい一
本の裸線のケーブルもごく稀に使用されることもある
が、伝送損失が大きく、不安定で信頼性もないため、そ
の用途はセンサーなどの数ｍ以下の用途に限定されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小口
径の芯のプラスチック光ファイバケーブルの信頼性の向
上し、開口数が低くても曲げによる光ロスが少なく、高
速伝送に適したプラスチック光ファイバケーブルを提供
することにある。さらに、ＨＰＣＦ（ＨａｒｄＰｏｌｙ
ｍｅｒＣｌａｄＦｉｂｅｒ：ポリマー被覆の石英フ
ァイバ）などの直径の小さいものとの結合を可能にした
ケーブルを提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、直径が
５０〜４００μｍの芯を中心に、厚さ５〜１００μｍの
鞘層、厚さ１２０〜４００μｍの保持層、厚さ５〜１０
０μｍの機能層を同心円状に配してなるプラスチック光
ファイバ素線であり、上記芯及び保持層が透明なポリメ
チルメタクリレート系樹脂からなり、鞘層が該芯及び保
持層を構成する樹脂よりも低い屈折率を有する透明樹脂
からなり、機能層がビニリデンフロライド系樹脂からな
り、複合紡糸によって各層が一体融着して製造され、さ
らに、芯の中心と当該素線の中心との距離を芯の直径で
除した値である偏心率が０．０３以下であり、一種類信
号伝送に用いることを特徴とする信号伝送用小口径プラ
スチック光ファイバ素線である。

【０００５】また、本発明の第二は、上記素線に樹脂被
覆を行なった信号伝送用小口径プラスチック光ファイバ
ケーブルである。

【０００６】本発明においては、上記構成をとることに
より、芯の伝送損失が６５０ｎｍの光に対し、５０ｍと
２ｍのカットバック法で測定し１２０ｄＢ／ｋｍ〜２５
０ｄＢ／ｋｍである小口径のプラスチック光ファイバケ
ーブルが得られる。

【０００７】本発明においては、上記鞘層を構成する樹
脂の屈折率ｎｄ₂₀は芯を構成樹脂の屈折率よりも０．０
０５〜０．０６低いことが好ましく、また、機能層のビ
ニリデンフロライド系樹脂を着色して保持層が導光性を
実質的に持たない形態も好ましく適用される。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に本発明のプラスチック光フ
ァイバケーブルの断面図を示す。図中１は芯、２は鞘
層、３は保持層、４は機能層、６は被覆層であり、本発
明のプラスチック光ファイバケーブルは、芯１／鞘層２
／保持層３／機能層４からなる４層構造の素線５に樹脂
からなる被覆層６を設けた構造である。

【０００９】本発明において、芯１及び保持層３を構成
する芯樹脂としてはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）系樹脂を用いる。本発明においては、保持層３を芯
樹脂で形成し、芯１の直径に対し保持層３の厚さが３０
％〜４００％と大きくしているのが特長である。本発明
において芯１の直径は５０〜４００μｍであり、その理
由は二つの特性を付与するためである。

【００１０】即ち、第１に、プラスチック光ファイバの
曲げによる光ロスを軽減するためである。これはプラス
チック光ファイバの開口数ＮＡが大きい場合には、曲げ
によるロスはあまり深刻ではないが、信号伝送の高速化
のためＮＡを低くしていくと著しく深刻になる。勿論、
ＮＡが０．５程度の一般的なプラスチック光ファイバで
も、極端に曲げ半径が小さくなると重大な問題となるの
である。このような光ロスを軽減するためには、芯の直
径を小さくする必要がある。第２に、芯の直径を小さく
すると、当然結合が困難になってくるので芯の直径が２
００μｍよりも小さい場合には、光源のＬＥＤやＬＤ光
をレンズで小さなスポットに絞る必要がある。芯の直径
が５０μｍよりも小さい直径では、結合精度が厳しくな
り受光量も大きくとれないのでこれが下限となる。この
ような理由で芯の直径は５０〜４００μｍの範囲で、特
に結合する相手の光ファイバの直径にあわせたり、或い
は結合させる光素子の口径に合わせて設定される。

【００１１】本発明において、芯１及び保持層３を形成
するＰＭＭＡ系樹脂としては、メチルメタクリレート単
独重合体や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含
んだ共重合体で、共重合可能な成分として、アクリル酸
メチル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチルなど
のアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタク
リル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメ
タクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メ
タクリル酸、無水マレイン酸、スチレンなどがある。

【００１２】上記芯１の周囲には上記芯樹脂よりも屈折
率の低い鞘樹脂からなる鞘層２を配置する。鞘樹脂の種
類としては、ビニリデンフロライド系の樹脂やフルオロ
アルキルメタクリレート系樹脂などが好ましく用いられ
る。ビニリデンフロライド系の樹脂としては、ビニリデ
ンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体或い
は、これらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンや
テトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体は非
常に好ましい。さらに、ビニリデンフロライドとヘキサ
フロロプロペンの共重合体、或いはこれらの２元成分に
さらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを
加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライ
ドとテトラフロロエチレンの２元共重合体、特に、ビニ
リデンフロライドが８０モル％とテトラフロロエチレン
が２０モル％の共重合体が好ましい。その他、ビニリデ
ンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体など
が挙げられる。

【００１３】これらビニリデンフロライド系重合体は屈
折率が１．４０近辺と比較的低いが、より狭い角度での
出射角を望む場合にはこれらのビニリデンフロライド系
樹脂とメタクリレート系の樹脂を混合したアロイを使用
するとよい。メタクリレート系の樹脂としては、メチル
メタクリレートやエチルメタクリレートのホモポリマー
や或いはこれらを主体とする共重合体であり、これら
に、メチルメタクリレートやブチルアクリレートなどの
アルキルアクリレートやアルキルメタクリレートなどを
共重合体してもよい。ビニリデンフロライド系樹脂とメ
タクリレートを主成分とする樹脂の混合割合は、それぞ
れの樹脂の屈折率と配合重量割合の重量平均で凡そ求め
られる屈折率が所望の値になるように、それぞれの混合
比率を１％程度から９９％程度の範囲で適度に選択すれ
ばよい。

【００１４】上記フルオロアルキルメタクリレート系樹
脂はフルオロアルキルメタクリレートの一成分以上から
なる重合体で、例えば、フルオロアルキルメタクリレー
トモノマーとしては、トリフルオロエチルメタクリレー
ト、テトラフルオロプロピルメタクリレート、ペンタフ
ルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデ
シルメタクリレート、オクタフルオロプロペンチルメタ
クリレートなどが挙げられ、これらの成分と共重合可能
な他のモノマーとしては、例えば、フッ化アクリレート
モノマーとして、トリフルオロエチルアクリレート、テ
トラフルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペ
ンチルアクリレートなどが挙げられる。そしてこれらの
フッ素系モノマーの他に、メチルメタクリレートやエチ
ルメタクリレートなどのメタクリレートモノマーや、メ
チルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリ
レートなどのアクリレートモノマーなどとのいろいろな
組合せによる共重合体が挙げられる。そしてこれらの共
重合体の具体的な組成は所望とする鞘樹脂の屈折率から
決定することができる。

【００１５】ここで、本発明において樹脂の屈折率（ｎ
ｄ₂₀）とは、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率
を言う。現在最も汎用的に使用されている鞘樹脂は、屈
折率が芯の屈折率より０．０９程度低いものを使用して
いる。本発明の対象としている屈折率の差の範囲は０．
００５〜０．２程度であるが、特に０．００５〜０．０
６０程度だけ低いものが好ましい。芯樹脂と鞘樹脂との
屈折率の差が小さいファイバは高速通信が可能となるも
ののファイバを曲げた時の光ロスが大きくなるという問
題があるが、本発明のように芯の直径を小さくしたファ
イバでは当該問題を低減することができるため、良好に
高速通信を実現することができる。

【００１６】鞘層２の外側は保持層３が配置される。本
発明において保持層３は、細い芯線を外部のストレスや
熱的なダメージから守り、芯／鞘構造をしっかりと保持
する層である。そのため芯の材料と同じ樹脂から構成さ
れている。また、芯と同じ条件で紡糸され、延伸され、
熱処理を受けていることを必須とする。つまり、この保
持層３はプラスチック光ファイバの紡糸時に同時に紡糸
されていることが必要である。このようにすれば芯１と
保持層３は同様の熱に対する膨張や収縮挙動をとるの
で、良好な保持能力を発揮する。

【００１７】本発明にかかる保持層３の厚さは、芯１を
保持するために最低１２０μｍが必要であり、上限は、
素線５の直径がデータリンクのコネクターに合致するこ
と及びプラスチック光ファイバとして十分な機械的強度
を保持できることから４００μｍ程度となる。より好ま
しくは１５０μｍ〜２５０μｍ程度である。

【００１８】本発明においては、保持層３の外側にさら
に機能層４を設ける。ＰＭＭＡ系樹脂からなる保持層の
ままでは、該保持層表面にかすかな傷が付くだけで簡単
に切断してしまうため、折れに対する補強が必要であ
り、当該補強作用を機能層４によって付与するのであ
る。

【００１９】本発明にかかる機能層４はビニリデンフロ
ライド系樹脂で形成される。ビニリデンフロライド系樹
脂は破断伸び率が高く、ＰＭＭＡ系樹脂層に良く密着
し、その機能を果たすことができる。機能層４を他の樹
脂、例えば鞘樹脂として使用されるフッ化メタクリレー
ト樹脂のような樹脂で形成した場合には、曲げることに
より簡単に剥離してしまう。

【００２０】上記ビニリデンフロライド系樹脂として好
ましくは、例えばビニリデンフロライド８０モル％とテ
トラフロロエチレン２０モル％との共重合体が挙げられ
る。また、その他にも、前記鞘樹脂の説明において挙げ
たビニリデンフロライド系樹脂がＰＭＭＡ系樹脂との相
溶性もあり、保持層３と機能層４が相互に融け合い非常
に曲げ強度を強くするので好ましく用いられる。

【００２１】本発明では、保持層３の導光性に関し二通
りの対応がある。先ずその一は、保持層３のＰＭＭＡ系
樹脂と機能層４のビニリデンフロライド系樹脂の双方と
も透明性のあるものを用いることにより、保持層３にも
導光性を持たせる場合である。このファイバの利用方法
としては、主に芯１で大方の光を伝送し、保持層３は芯
からはみ出した光を拾うといった程度の役割を期待す
る。例えばＬＥＤからスポット径の小さい光を本発明の
ファイバで受光した場合でも光は芯１だけでなく保持層
３にも光が入射されるが、芯１の中の光は曲げに対して
もロスが少ない。保持層３は曲げに対する光ロスは大き
いが、全体として見た場合、保持層３の外径までの芯を
有する単芯のファイバよりも曲げを加えた後の光量が多
いで、補助的な役割としては有効である。このような伝
送方法は芯１と保持層３の二つの層を使って一種類の信
号伝送するという用途であり比較的低速度の信号伝送に
可能である。

【００２２】もう一つの対応は、本発明においてより重
要である。即ち、保持層３の導光性を無くした場合であ
る。特に超高速伝送を行なう場合には、信号伝送に際し
てトランシーバーＬＥＤから入射した光は、芯１には比
較的狭い入射角で入射するが、保持層３には大きな入射
角で光が入射するため、芯１と保持層３にそれぞれ同時
に入射しても保持層３を通った光は高次モードの光とな
り遅れが生じる。ここでレシーバ側で芯１の光のみを捕
らえるようにしたり、トランシーバ側で芯１だけにスポ
ットを絞って光を入射させられれば問題はないが、それ
を完全に実施するのは非常に高価な装置が必要となる。
そこで、保持層３の導光性を実質的になくすことによ
り、上記光の遅延による影響を解消することができる。

【００２３】保持層３の導光性をなくす方法としては、
機能層４のビニリデンフロライド系樹脂を染料や顔料や
不純物で着色せしめ光透過性を落として使用する方法が
容易である。即ち、光ファイバにおいては鞘層への光の
しみ出しがあり、鞘が著しく光を吸収したりする場合に
は、そのファイバは導光性を失うという原理を利用した
ものである。

【００２４】その他に保持層３の導光性を無くする方法
としては、保持層３を構成するＰＭＭＡ系樹脂に光吸収
性又は光散乱性の異物を混入させるなどの方法もある。

【００２５】本発明の素線の構造についてさらに重要な
点は、小口径芯のプラスチック光ファイバにおいてファ
イバ同士を結合させる工程を考慮すると、素線５におけ
る芯１の偏心率を小さくして、丁度中心に芯１を配置し
なければならないということである。ここで偏心率と
は、芯１の中心と素線５（即ち機能層４の外周の円）の
中心との距離を芯１の直径で除した値である。偏心率が
０．０３以下でないと結合による光ロスが非常に大きく
なる。このような高度の低偏心率を確保するためと、素
線の強度を強くするために延伸処理を行うため、本発明
のプラスチック光ファイバ素線は芯／鞘層／保持層／機
能層を一段で、複合紡糸する。

【００２６】図２に複合紡糸に用いるダイの一例を断面
図で示す。芯樹脂１１、鞘樹脂１２、機能層樹脂１４が
ダイに供給され、芯樹脂１１は途中で芯樹脂と保持層樹
脂とに分流させる。この分流は本発明でも特に重要な点
で、芯樹脂だけの少量の取り扱いでは、滞留時間が長く
なったり、流れの定量性に問題があるが、保持層樹脂と
共用することにより、それらの問題が解消される。各樹
脂は、定量性のポンプでダイに供給され、ダイの出口か
らは一体となった素線の元糸が排出される。これを、
１．５〜２倍程度に延伸して熱処理を施すことにより、
プラスチック光ファイバ素線が得られる。

【００２７】プラスチック光ファイバ素線は、通信に使
用する場合には、通常樹脂で被覆層６を形成し、ケーブ
ルとして使用する。被覆層６を形成する樹脂としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアル
コール共重合体、ゴム、各種の熱可塑性エラストマー、
ポリ塩化ビニル、架橋ポリオレフィン、架橋ポリ塩化ビ
ニル、塩素化ポリエチレンコンパウンド、ポリアミド樹
脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹
脂、シリコーン樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂
などが用いられる。

【００２８】本発明のプラスチック光ファイバケーブル
は、芯の伝送損失が６５０ｎｍの光に対し、５０ｍと２
ｍのカットバック法で測定して１２０ｄＢ／ｋｍ〜２５
０ｄＢ／ｋｍにすることができる。

【００２９】

【実施例】

［実施例１］芯樹脂として、２３０℃、３．８ｋｇ荷重
条件でメルトフローインデックスが２．０ｇ／１０分の
ＰＭＭＡ単独重合体を用いた。屈折率は１．４９２であ
った。鞘樹脂としては、１７ＦＭＡ（ヘプタデカフルオ
ロデシルメタクリレート）１４重量％、４ＦＭ（テトラ
フルオロプロピルメタクリレート）６重量％、３ＦＭＡ
（トリフルオロエチルメタクリレート）６重量％、ＭＭ
Ａ（メチルメタクリレート）７４重量％からなる、２３
０℃、３．８Ｋｇ荷重におけるメルトフローインデック
スが４０ｇ／１０分、屈折率が１．４７の共重合体を用
いた。また、機能層樹脂としては、ビニリデンフロライ
ド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からな
り、メルトフローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折
率が１．４０３の共重合体に、粒子径が１５ｎｍ以下の
カーボンブラックを５０ｐｐｍ加え、よく混練した樹脂
組成物を用いた。

【００３０】上記３種の樹脂を図１に示すような複合紡
糸ダイに導入し、ダイから排出された素線の元糸を１．
９倍に延伸し、その後熱処理して、芯直径２２０μｍ、
鞘層外径２６０μｍ、保持層外径７００μｍ、機能層外
径７５０μｍのプラスチック光ファイバ素線を得た。

【００３１】上記プラスチック光ファイバ素線の偏心率
は、０．００５であった。

【００３２】次に上記プラスチック光ファイバ素線を黒
色ポリエチレンで２．２ｍｍの外径に被覆し、プラスチ
ック光ファイバケーブルを得た。

【００３３】上記プラスチック光ファイバケーブルを５
０ｍの長さで端面を蛍光燈に照らして観察したところ、
保持層は光は透過しておらず、芯のみがきらきら輝いて
いた。

【００３４】また、上記ケーブルについて伝送損失を、
入射ＮＡ０．１５で６５０ｎｍの単色光で５０ｍの長さ
と２ｍの長さのカットバック法により測定したところ、
１３５ｄＢ／ｋｍであった。

【００３５】このケーブルを８０℃のオーブンに１００
０時間放置したときにも、伝送損失は１３８ｄＢ／ｋｍ
と変わらなかった。

【００３６】このケーブルを半径１０ｍｍの棒に１回巻
き付けた時の光保持率は入射ＮＡ０．１５の６５０ｎｍ
の光に対し、９５％であり、十分なものであった。

【００３７】［比較例１］実施例１と同じ芯樹脂と鞘樹
脂で芯直径２２０μｍで鞘外径が２６０μｍのプラスチ
ック光ファイバを得た。

【００３８】このプラスチック光ファイバに黒色ポリエ
チレンで被覆し２．２ｍｍの外径のケーブルを造った。
しかし、被覆時にかかる種々の負荷によりプラスチック
光ファイバの伝送損失は５００ｄＢ／ｋｍ以上に悪化し
ていた。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、小口径の芯のプラスチック光ファイバケーブルにお
いてその信頼性を向上し、低開口数でも曲げロスが少な
く高速通信用途への適用が可能となった。また、ＨＰＣ
Ｆなどの直径の小さいものとの結合も可能なプラスチッ
ク光ファイバケーブルが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチック光ファイバケーブルの断
面図である。

【図２】本発明のプラスチック光ファイバ素線の製造に
用いる複合紡糸ダイの断面図である。

【符号の説明】

１芯２鞘層３保持層４機能層５プラスチック光ファイバ素線６被覆層１１芯樹脂１２鞘樹脂１４機能層樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径が５０〜４００μｍの芯を中心に、
厚さ５〜１００μｍの鞘層、厚さ１２０〜４００μｍの
保持層、厚さ５〜１００μｍの機能層を同心円状に配し
てなるプラスチック光ファイバ素線であり、上記芯及び
保持層が透明なポリメチルメタクリレート系樹脂からな
り、鞘層が該芯及び保持層を構成する樹脂よりも低い屈
折率を有する透明樹脂からなり、機能層がビニリデンフ
ロライド系樹脂からなり、複合紡糸によって各層が一体
融着して製造され、さらに、芯の中心と当該素線の中心
との距離を芯の直径で除した値である偏心率が０．０３
以下であり、一種類信号伝送に用いることを特徴とする
信号伝送用小口径プラスチック光ファイバ素線。
【請求項２】鞘層を構成する樹脂の屈折率ｎｄ₂₀が芯
を構成する樹脂の屈折率よりも０．００５〜０．０６低
い請求項１記載の信号伝送用小口径プラスチック光ファ
イバ素線。
【請求項３】機能層が着色されたビニリデンフロライ
ド系樹脂からなり、保持層が実質的に導光性を持たない
請求項１または２記載の信号伝送用小口径プラスチック
光ファイバ素線。
【請求項４】請求項１〜３いずれかに記載の信号伝送
用小口径プラスチック光ファイバ素線のさらに外側を樹
脂で被覆してなる信号伝送用小口径プラスチック光ファ
イバケーブル。