JPS5814802A - 光伝送繊維 - 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】 本発明は実質的に有機重合体のコアおよびクラッドより
成る改良された性能を有する光伝送繊維に関する。

光伝送繊維がフィラメントの内部に光を閉じ込め、フィ
ラメントの長さ方向に沿って内部反射を繰返しながら光
を伝達するように屈折率の高いコア材がコア材に比べて
低い屈折率を有するクラツド材によって取り囲まれた構
造より成ることは公知である。

かかる光伝送繊維を有機重合体で製造する場合、コア材
としてはポリメチルメタクリレート、ポリスチレンの外
、ポリシフ四へキシルメタクリレート、ポリフェニルメ
タクリレート等の如き透明性が高（且つ非品性の重合体
が提案されている。

これらのうち、ポリメチルメタクリレート系は透明性に
優れる外、力学的性質、熱的性質、耐光性等にも優れ、
工業的素材としては特に重要視されている。

これらコア材を被覆するクラツド材としてはコア材に比
べて屈折率の小さいものが選定される。屈折率か１．５
９と高い値を有するポリスチレンをコア材とする場合に
はクラツド材としては通常非晶性のポリメチルメタクリ
レートが用いられる。その他各種の樹脂も用い得るが、
コアとクラッドの界面の接着性に問題がある外、機械的
強度、寸法安定性、耐薬品性、耐候性等に劣る欠点を有
する。一方ポリメチルメタクリレートをコア材として採
用する場合にはポリメチルメタクリレートの屈折率が１
．４８〜１．５０と比較的小さいため、クラツド材の選
定に際してかなり限定される。かかる低屈折率のクラツ
ド材としては時分１＠４３−８９７８号に開示されてい
る弗素含有アルコールのメタクリレートより成る重合体
や特公昭５３−２１６６０号に開示された弗化ビニリデ
ンとテトラフルオロエチレンの共重合体等が知られてい
る。しかし、弗素含有アルコールのメタクリレートをク
ラツド材として用いた場合、非品性で透明であるメリッ
トはある反面、熱変形温度が低く、且つ溶融賦形の際特
に２２０℃以上での耐熱安定性にやや問題があり、賦形
に際して厳密な温度コントロールを行なわない限り分解
による発泡や分解生成物等に起因する光の散乱要因を伴
い易いこと、コア材との接着性が悪く、光伝送繊維の賦
形および加工等取扱いの過程において界面剥離を生じ易
（伝送性能の安定性、信頼性に欠ける等の欠点を有する
。

一方ボリ弗化ビニリデン又は弗化ビニリデン単位を主成
分とする共重合体をクラツド材として使用する場合、熱
変形温度が高（、且つ高温における熱安定性、コア材に
対する接着性、耐摩性、耐屈曲性等に優れるメリットを
有する反面、結晶性であるためコアークラッド界面にお
ける光の散乱を伴い易（、伝送性能に劣る外、加工の際
エポキシ系接着剤によって劣化を伴い易い等の欠点を有
している。特公昭５３−２１６６０号には弗化ビニリデ
ン系ポリマーのかかる欠点を改良するため２０〜４０モ
ルチのテトラフルオロエチレンを共重合せしめ、結晶性
を著しく阻害することによって伝送性能の向上を計るこ
とが提案されているが、かかる共重合を行なってもなお
コア材の光学純度を十分に生かしうるクラツド材として
は必ずしも満足すべきものではない。

筐た、これら公知の弗素系クラツド材はいずれも高価で
あることも商業的には大きな欠点となっている。

本発明はかかる従来のクラツド材のもつ欠点とりわけ弗
化ビニリデン系ポリマーのもつ欠点を解消し、界面での
接着性に優れ、安価で且つコア材の光学性能を十分発揮
出来るクラツド材の開発を目的として鋭意検討の結果本
発明を完成せしめたものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、実（５） 質的に有機重合体のコアおよびクラッドより成る光伝送
繊維であって、クラッド成分がポリ弗化ビニリデンまた
は弗化ビニリデン単位を主成分とする共重合体９５〜２
０重量％とポリメチルメタクリレートまたはメチルメタ
クリレート単位を主成分とする共重合体５〜８０重量％
とから成る混合物により構成された光伝送繊維であり、
かかる混合物をクラツド材として採用することによって
安価であると共に弗化ビニリデン系ポリマーのもつ結晶
性を抑え、光学性能の大幅な改良を達成したものである
。

本発明において用いられるコア材は透明な非晶性ポリマ
ーであり、具体例としてはポリメチルメタクリレート、
ポリスチレンおよびこれらを主成分とする共重合体の外
、ポリベンジルメタクリレート、ポリシクロへキシルメ
タクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリ−１
−ブチルメタクリレート等のメタクリレート類、ポリカ
ーボネート等が挙げられる。これらのうち光伝送性、耐
候性、耐薬品性、機械的性質等（６） に優れ、最も好適に用いられるコア材はポリメチルメタ
クリレートである。

また、本発明においてクラツド材の一成分として用いら
れる弗化ビニリデン系のポリマーとしてはポリ弗化ビニ
リデンまたは弗化ビニリデン単位を主成分とする共重合
体が用いられる。

かかる弗化ビ＝　ＩＪデン単位を主成分とする共重合体
としては、弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレン、
ヘキサフルオロプロピレン、弗化ビニル、クロロトリフ
ルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル
等の弗素含有ビニル化合物の外、メチルメタクリレート
、ブチ＃　メｆｉ　りＩＪレート等のメタクリル酸エス
テル類、酢酸ビニル等との共重合体があげられる。

かかる共重合体のうち、耐熱性、機械的特性、加工性、
コア材との接着性、屈折率バランス等実用的性能におい
て最も優れるものはテトラフルオロエチル／との共重合
体である。この場合弗化ビニリデンの含有量は少な（と
も６０モルチであることが好ましい。

しかし、かかる実用性能バランスにおいて優れる弗化ビ
ニリデン系ポリマーもなお結晶性を有するが故にコアと
クラッドの界面における光の反射損失を伴い易（、また
エポキシ系接着剤による損傷等のためコア材の光学的性
能を十分発揮せしめるには必ずしも満足すべきものでは
な（、さらに改良が望まれていた。本発明はかかる弗化
ビニリデン系クラツド材の欠点をカバーし、さらに優れ
たプラスチック系光伝送繊維を得ることを目的とするも
のであって、ポリメチルメタクリレート系ポリマーが弗
化ビニリデン系ポリマーに対して著しい相溶性を有する
事実に着目し、弗化ビニリデン系ポリマーに適肖量のポ
リメチルメタクリレート又はこれを主成分とする共重合
体を混合することによって弗化ビニリデン系ポリマーの
結晶化を抑制し、加えて耐接着剤性の向上とクラツド材
コストの低減を計らんとするものである。

本発明でもう一つのクラツド材成分として用いられるポ
リメチルメタクリレート及びこれを主成分とする共重合
体はかかる背景から選定されるものであり、共重合成分
としてはメタクリル酸エチル、メタクリル酸グロビル、
メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メ
タクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メ
タクリル酸ぺ／ジル、メタクリル酸β−ヒ）”ロー！ｌ
−ジエチル、メタクリル酸りリシシル等の如きメタクリ
レート類、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸
エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチルの如き
アクリレート類、スチレン、α−メチルスチレン等との
共重合体があげられるが、これらに限定されるものでは
なく、さらに少量のアクリロニトリル、無水マレイン酸
等他種成分を含む共重合体であってもさしつかえない。

本発明におけるクラツド材としてはこれらポリメチルメ
タクリレート系ポリマーとポリ弗化ビニリデン系ポリマ
ーとを適当な割合で混合して使用される。その混合割合
はポリ弗化ビニリデン系ポリマーが９５〜２０重量％、
ポリメチ（９） ルメタクリレート系ポリマーが５〜８０重量係の範囲に
あることが望ましい。ポリ弗化ビニリデン系ポリマーの
混合割合が９５重重量上越えるとポリメチルメタクリレ
ート系ポリマーの混合による光学性能の改良効果はほと
んど認め難（なる。また、ポリ弗化ビニリデン系ポリマ
ーの混合割合が２０重量％以下となる場合はコア材との
屈折率差が小さくなり過ぎ、伝送光量が大幅に低下する
ため好ましくない。コア材とクラツド材の屈折率差は好
ましくはコア材の屈折率の１チ以上であることが好まし
い。

本発明におい【最も優れた効果の得られるポリ弗化ビニ
リデン系ポリマーの混合割合は８０〜４０重量％である
。

本発明においてクラツド材として用いる弗化ビニリデン
系ポリマーとポリメチルメタクリレート系ポリマーの混
合方法については従来公知の手法が使用可能である。す
なわち、チップ形態又は粉末状で混合した後、押出機あ
るいは加熱ローラーでの混線等の如き固体又は溶融状態
（１０） での混合や弗化ビニリゾｙ系ポリマーとポリメチルメタ
クリレート系ポリマーとを溶媒に溶解し均一溶液となす
か、またはこの溶液から湿式または乾式で溶媒を除去す
る如き溶液状態での混合等があげられる。

しかし、本発明の目的とする効果を十分に達成するため
には両クラッド成分が極力均一に分散混合することが望
ましく、そのため溶液法に比して均一分散効率の上りに
くい溶融状態での混合に際しては例えばスタティックミ
キサーの使用等十分セン断がかかるよう留意が必要であ
る。これに対し、溶液状態での混合に際しては両クラッ
ド成分の均一分散混合は比較的容易であり、溶媒の選定
によっては分子分散に近いところまでの均一混合するこ
とができる。かかる溶媒としては例えば酢酸エチル、メ
チルエチルケトン、アセトン、ジメチルホルムアはド等
の如き極性溶媒があげられる。得られたクラツド材の混
合溶液はこのままコーティング法でコア繊維に被覆使用
しても良く、また一度溶媒を除去し固形分として取り出
した後使用しても良い。

かくして得られた弗化ビニリデン系ポリマーとメチルメ
タクリレート系ポリマーの混合物は極め【優れた均一性
を有し、全く結晶性を示さないか、もしくは極めてわず
かな結晶性を有するのみで原料弗化ビニリデン系クラッ
ド成分に対して大幅な結晶阻害が認められ非常に優れた
透明性を有するフィルムを形成することができる。また
、このフィルムの有する屈折率は両クラッド成分の混合
割合に応じた屈折率の加成性が成立つ値にほぼ等しいレ
ベルで一定である。

これらのことは本発明におゆる弗化ビニリデン系ポリマ
ーとメチルメタクリレート系ポリマーの混合物より成る
クラツド材は著しい相溶性のためほぼ分子分散を達成し
ているものと考えられ、これが屈折率のかなり異なる両
クラッド成分の混合にもかかわらず、かなり広い混合割
合の範囲においても、あたかも光学的に均一なポリマー
の如き挙動を示すものと推定され、本発明の太ぎた特徴
を成している。

また、このクラツド材は、目的によって混合割合を変更
することにより屈折率を任意に変更設定出来る自由度！
有する多目的素材としての性格をもつと共に高価な弗化
ビニリデン系ポリマーを安価なメチルメタクリレート系
ポリマーで稀釈した組成構成を有することから比較的安
価である。また、このクラツド材がポリマーブレンドに
よって構成されていることから、構成成分である弗化ビ
ニリデン系ポリマー及びメチルメタクリレート系ポリマ
ーのもつ利点を良く保持しており、高い熱変形温度と溶
融賦形温度に対応する２００〜２５０℃の高温領域にお
ける耐熱分解性、コア材との界面における接着性、可撓
性、耐摩性等に優れた性能を発揮する。さらに本発明者
らにとって予想外の効果は本クラツド材を用いて光伝送
繊維を構成した場合、エポキシ系接着剤に対する耐性の
大幅な向上とクラツド材の構成比が弗化ビニリデン系ポ
リマーの高含有領域においても透明で高い伝送特性を与
えるクラツド材として機能する事実である。

（１３） これらは弗化ビニリゾ／系ポリマーが塩基性成分を含有
するエポキシ系接着剤に対して損傷を受は易（、このた
め伝送性能の低下を来たし易いこと、および弗化ビニリ
デン系ポリマーとメタクリレート系ポリマーの混合にお
いては通常弗化ビ＝ｌＪデン系ポリマー含有量が４０〜
６０重量係を越える場合にはメチルメタクリレート系ポ
リマーの混合によっても弗化ビニリデン系ポリマーの持
つ結晶性を大きく阻害し得ないこと（Ｐｏｌｙｍ＠ｒ　
Ｊｏｕｒｎａｌ　、　Ｖｏｌ、　１Ｂ、　Ｎ［１３，２
７３〜２８１（１９８１）等の従来の知見からすれば極
めて特異な挙動であり、意外な結果と言える。

この理由は必ずしも定かではないが、弗化ビニリデン系
ポリマーとメチルメタクリレート系ポリマーの混合物を
クラツド材として用いて光学繊維を形成せしめた場合、
該クラツド材単味の成形物に比べて１０〜２０μ前後の
薄層なコア材の表層部に形成した光学繊維形態ではクラ
ツド材の最表層部及びコア材との接着界面にお（１４） げるクラツド材構成組成分布に何らかの変化が起ってい
るものと推定され、これが耐接着性の大幅な向上と、コ
アークラッド界面におけるクラッド成分の結晶化を阻害
し、大幅な伝送性能の向上、さらには界面における接着
性の向上に寄与しているものと推定される。

本発明において弗化ビニリデン系ポリマーとメタクリレ
ート系ポリマーの混合物より成るクラツド材をコア材に
被覆する手段としては特に制限はなく、たとえばコア繊
維を予め成型せしめた後、これに前記クラツド材の溶液
をコーディング法により被覆する方法、コア材とクラツ
ド材を芯−鞘構造を有する複合紡糸用ノズルを用いて溶
融紡糸により成型する方法等従来公知の方法のいずれを
採用しても差支えない。

本発明の光伝送繊維による利点は次の如（であり、本発
明の実用的意義は極めて大きい。

１）伝送性能の大幅な向上が達成出来る。

２）従来の弗素系クラツド材の使用に比して安価である
。

３）クラツド材成分の混合割合の変更により用途に応じ
て光学繊維の開口角を任意の値に設定出来るデザインの
自由度を有する。

４）コア材との接着性に優れ、界面における光の反射損
失が少ない。

５）熱変形温度、耐熱分解性等熱的性質に優れる。

６）接着剤に対する耐性に優れる。

７）可撓性、耐摩性等機械的特性に優れる。

以下本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが実施
例中に示された光伝送損失値は次の方法によって測定し
た値である。

※　光伝送損失の評価 光伝送繊維の伝送損失は第１図に示す装置によって測定
した。

安定化電源（１０１）によって駆動されるハロゲンラン
プ（１０２）から出た光はレンズ（１０３）によって平
行光線にされた後、干渉フィルター（１０４）によって
単色化され、光伝送繊維（１００）と等しい開口数を持
つレンズ（１０５）の焦点に集められる。

この焦点に光伝送繊維の入射端面（１０６）が位置する
よう調節して光伝送繊維（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
のフォトダイオード（１０８）によって電流に変換され
、電流−電圧変換型の増幅器（１０９）によって増幅さ
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。

まず光伝送繊維（１００）をＩｏ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１．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Ｊの点（１１１）（１７） で光伝送繊維（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な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Ｉ、とする。

光伝送損失（α）は次式により計算する。

ここで　！：光学繊維の長さくｋｍ） １１、Ｉ！：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。

干渉フィルター（主波長）　：　６４６　ｎｍＴｏ（光
学繊維の全長さ）　　：ｘ５ｍ！（〃　　　の切断長さ
）：ｌＱｍ 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（１８） ために使用し、入射端面（１０６）と出射端面（１０７
）間の距離が１ｍ程度になるようにして残余の光学繊維
をボビン（図示せず）に巻いておく。

実施例１ 連続塊状重合法で得たポリメチルメタクリレートを口径
３闘φの円型ノズルを用い、ポリマー吐出量５７７ｍ１
ｎＨｏｌｅ、紡糸温度２４０℃、紡糸速度６　ｍ／ｍｉ
ｎ、　　クエンチ風速０゜５ｍ／ｓｅｃで紡糸しコア繊
維を得た。

一方、クラツド材として、弗化ビニリデン８０モルチと
デトラフルオロエチレン２０モルチヨり成る共重合体５
５重量部とポリメチルメタクリレート４５重量部より成
る混合物を酢酸エチルに加熱溶解し、３０俤の透明な混
合溶液を調整した。

これｔ２（１，２Ｉｌｌφの孔を有するコーティング用
ポットに充填し、先に得たコア繊維をポット中を通過せ
１．めることによってコア繊維の表層をクラツド材で被
覆した後１６０℃の熱風雰囲気に保持された乾燥筒にお
いて酢酸エチルを除去し、次いで該繊維を１６０℃で２
．０倍に延伸することにより外径７６０μｍの光伝送繊
維を得た。

この光伝送繊維の光伝送損失は２４０　ｄＢ／ｋｍであ
って非常に優れた伝送特性を示した。

実施例２〜６および比較例１ 実施例１においてクラツド材として弗化ビニリデンとテ
トラフルオロエチレンの共重合体とポリメチルメタクリ
レートの混合割合を第１表に示す通りに変えた以外はす
べて実施例１と同様な条件下で操作し外径７６０μｍの
光伝送繊維を得た。それぞれの光伝送繊維の伝送損失を
測定した結果を第１表に示した。

第　　１　　表 第１表から明らかな如（、弗化ビニリデン系ポリマーと
ポリメチルメタクリレートの均一混合物のクラツド材と
しての性能は非常に優れており、弗化ビニリデン系ポリ
マー単独のクラツド材に比して大幅な性能向上が認めら
れる。

実施例７ スパイラルリボン凰攪拌機を有する反応槽と（２１） ２軸スクリユ一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チルメタクリレート
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、次いでべ／ト押出機の温度をベント部２４０
℃、押出様２３０℃、ベント部真空度４　ｍＨＰ　　と
して揮発物を分離後２３０℃に保持されたギヤーポンプ
を経て２３０℃に保持された芯−鞘複合紡糸頭へコア成
分として供給される。　一方。

Ａ８ＴＭ−Ｄ−１２３８−７３で測定したメルトインデ
ックス値が１００のポリ弗化ビニリデン６０部とメルト
インデックス値３２のポリメチルメタクリレート４０部
をジメチルホルムアミドに同時に均一加熱溶解した後、
前述と同一タイプの２軸スクリューベント型押出し機を
用いてジメチルホルムアミドを除去し、ポリ弗化ビニリ
デンとポリメチルメタクリレートの均一混合チップを得
た。この混合チップをクラツド材（２２） として２００℃に設定されたスクリュー溶融押出機で押
し出し、ギヤーポンプを経て２３０°Ｃに加熱された前
述の芯−鞘複合紡糸頭にクラッド成分として連続供給し
、コア成分と共に紡糸口金より２３０℃で吐出後冷却固
化して３ｍ／ｍ１ｎで連続的に引き取った。得られた未
延伸の光伝送繊維はさらに１６０℃で１．８倍に延伸し
て外径１０００μの光伝送繊維を得た。この光伝送繊維
は光伝送損失２０５　ｄＢ／ｋｍ　　の非常に優れた性
能を有するものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において光伝送性能の測定に１００：光
伝送繊維　　　１０２：ハロゲンランプ１０４　：干渉
フィルター　　１０８　：フォトダイオード１０９：増
幅器　　　　１１０：電圧計である。 （２３）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に有機重合体のコアおよびクラッドより成る
   光伝送繊維であって、クラッド成分がポリ弗化ビニリデ
   ンまたは弗化ビニリゾ７単位を主成分とする共重合体９
   ５〜２０重量％とポリメチルメタクリレートまたはメチ
   ルメタクリレート単位を主成分とする共重合体５〜８０
   重量係とから成る混合物により構成された光伝送繊維。 ２、　クラッド成分の弗化ビニリデン単位を主成分とす
   る共重合体が弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレン
   より成る共重合体である特許請求の範囲第１項記載の光
   伝送繊維。 ３、　クラッド成分がポリ弗化ビニリデンまたは弗化ビ
   ニリデン単位を主成分とする共重合体８０〜４０重量俤
   とポリメチルメタクリレートｆたはメチルメタクリレー
   ト単位を主成分とする共重合体２０〜６０重量係とから
   成る混合物により構成されたものである特許請求の範囲
   第１項記載の光伝送繊維。