JPS59172603A - 光伝導繊維 - 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】 にすぐれた光伝導繊維に関する。

光伝導繊維は、従来ガラス系材料を基体として製造され
、光信号伝送媒体として機器間や機器内の計測制御用、
データ伝送用あるいは医療用、装飾ｍや画像伝送用とし
て広く利用されている。しかし、ガラス系材料を基祠と
した光伝導繊維は、内径の細い繊維にしないと可撓性に
乏しいという欠屯があり、又、断線しやすいこと、比重
が大きいこと、およびコネクターを含めて高価であるこ
トナトの理由から、最近これをプラスチックで作る試み
が種々提案されている。

プラスチックを使用した場合の大きな特徴は條量である
こと、内径の太い繊維でも強靭で可撓性に富むこと、従
って、高開口度、大口径が可能であり、受発光素子との
結合が容易であることγＳど操作性にすぐれている点に
ある。プラスチックを用いたこのような光伝導繊維を製
造する一般的な方法は、屈折率が大きく、かつ尤の透過
性が良好なプラスチックを芯成分とし、これよりも屈折
率が小さく、かつ、透明なプラスチックをさや成分とし
た芯−さや構造を有する繊維を形成するものである。こ
の方法は、芯−さや界面で光を反射させることにより、
光を伝送するものであり、芯とさやを構成するプラスチ
ックの屈折率の差の太きいものほど光伝送性にすぐれて
いる。

光透過性の高いプラスチックとしては無定形の材料が好
ましく、工業的にはポリメタクリル酸メチルや、ポリス
チレンが注目される材ン斗である（例えば、特公昭４３
−８９７８号公報、特公昭５３−２１６６０号公報）。

しかし、このようなプラスチックの光伝導繊維は温度の
上昇と共に、導光損失が大きく、光信号媒体としての信
頼に欠ける場合があった。また面１熱性に欠点があり、
移動体、たとえは、自動車、船舶、航空機またはロボッ
トなどへ適用する場合には用途や適用個所に制限が生ず
る。ポリメタクリル酸メチルやポリエチレンの使用可能
な上限温度は約８０°Ｃであり、それ以上の温度では熱
収縮が大きくなったり、変形したり、ミクロ構造上のゆ
らぎが生じて、光伝導繊維としての機能を果さなくなる
などの欠点を有し、又、一旦８０°Ｃ以上の温度粂件下
で使用されると常温にもどしても光伝送損失が大きくな
り、再び使用することが出来なくなるなど狭い温度領域
でしか使用出来ないという欠点を有し、耐熱性にすぐれ
たプラスチック光伝導繊維の開発が望まれていた。

本発明者らは、かかる現状に鑑み、耐熱性と可撓性にす
ぐれ、かつ、光伝送性にすぐれたプラスチック光伝導性
繊維の開発を鋭意検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、エステル部分に炭素数８以上の脂
環式炭化水素基を有するメタクリレート０〜４０重量％
と一分子中に２個以上の重合性の二重結合を有するアク
リレートまたはメタクリレ′−ト０．００１〜１．０重
量係を含有するメチルメタクリレートを主体とする重合
体を芯成分とし、該芯成分よりも少なくとも３％小さい
屈折率を有する透明重合体をさや成分とすることを特徴
とする面ｊ熱性と可撓性にすぐれた光伝導繊維を提供す
るものである。

本発明の光伝導繊維は常温から８０°Ｃ附近まての温度
範囲において芯成分にポリメタクリル酸メチルを使用し
た従来から提案されている光伝導繊維に比べ、温度の上
昇と共に生ずる導光損失の増加割合が少なく光信号伝送
媒体としての信頼四をいちじるしく高めうるものである
。さらに予期せさることに上述の従来から提案されてい
る光伝導繊維か全く使用出来ない温度においても導光損
失の増大がほとんどみられず、また可撓性においても、
実用上、全く問題ない光伝導繊維を提供しつるものであ
る。

本発明において芯成分の重合体に使用されるエステル部
分が炭素数８以上の脂環式炭化水素基を有するメタクリ
レートは、メタクリル酸あるいはその酸塩化物を、弐Ｒ
ＯＨの脂環式炭化水素・モノオールでエステル化するこ
とによってつくられる。

脂環式炭化水素・モノオールとしては、２，６−シメチ
ルシクロヘキサノール、ボルネオール、イソボルネオー
ル、ｌ−メントール、フェンチルアルコール、Ｐ−メン
タン−２−オール、１−アタマンタノール、３−メチル
−１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダ
マンタノール等の脂環式炭化水素・モノオールをあげる
ことができ、メタクリレートとしては、これに対応する
メタクリレートを例示することができる。これらのメタ
クリレートの中で特に好適には、゛ボルニルメタクリレ
ー１・、インボルニルメタクリレート、フェンチルメタ
クリレート、ｒ〜メンチルメタクリレート、アダマンチ
ルメタクリレート、ジメチルアタマンチルメタクリレー
トをあけることかできる。

脂環式炭化水素基に限定する理由は芳香族炭化水素基の
場合、光伝導繊維において導光損失か太すく、光信号伝
送媒体としての用途に制限が化するためである。

炭素数８以」二の脂環式炭化水素基のうち、炭素数１０
以上の脂環式炭化水素基がとくに好適に用いられ、この
場合、耐熱性向上の寄与率が高い。

炭素数７以下の脂環式炭化水素基を有するメタクリレー
トを使用する場合は耐熱性の向上が見られない。又、炭
素数８以上の場合でも直鎖状炭化水素基、たとえば、１
１−オクチルメタクリレートやｎ−ドデシルメタクリレ
ートなどは１は熱性向上に寄与しない。炭素数が約２０
までの脂環式炭化水素がのぞましくそれ以上になると重
合体の機械的強度がいちじるしく低下する傾向にある。

本発明において芯成分の重合体に使用される炭素数８以
上の脂環式炭化水素基を有するメタクリレート成分の割
合は、重合体中０〜４０重Ｆｍ％、好ましくは、１〜３
０重量％である。４０重量係をこえると耐熱性は向上す
るが可撓性が向上しない。

また、本発明において芯成分に使用される一分子中に２
個以上の重合性の二重結合を有するアクリレートまたは
メタクリレートとしては、エチレンジ”　ｌ）コールジ
アクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、
トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレン
グリコール−＄６００ジアクリレート、１，６−ヘキサ
ンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパント
リアクリレートおよびこれらに対応するジメタクリレー
トをあけることかできる。

これら、−分子中に２個以上の重合性二重結合を有する
アクリレートまたはメタクリレート成分の割合は、０．
００１〜１．０重Ｍ％である。０．００１重８％より少
なけれは耐熱性が向上せず、１０重量％をこえると繊維
の加工性が低下する。

さらに、本発明の芯成分として使用されるメチルメタク
リレートを主体とする重合体には、炭素数１〜４のアル
キル基を有するアルキルアクリレートもしくはアルキル
メタクリレート成分を共重合によって含有させることが
てきる。面］熱性を保持するためにはこれらの共重合成
分は必要な最少量とし、好ましくは、１０重量係以下に
設定することか望ましい。

本発明のメチルメタクリレートを主体とした重合体は、
高い屈折率を示すので、光伝導繊維として好ましい特徴
を有する。

一方、本発明を構成する他の重要な要素であるさや成分
としては、芯成分よりも少なくとも３チ小さい屈折率を
有する透明重合体が用いられる６、屈折率の差か３％よ
り小さい場合、さや成分による光の反射割合が小さくな
り導光損失が大きくなる。具体的な屈折率としては１．
４２以下であるのか好ましく、結晶性でなく無定形に近
い重合体でかつ、前記芯成分との接Ｈ性か良好なものが
望ましい。好ましい透明重合体としては例えは、フン化
ヒニル、フン化ビニリチン、トリフルオロエチレン、テ
トラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、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
オロプロビルトリフルオロビニルエーテル、パーフルオ
ロ−Ｌｅｒ【−フチルノＣタクリレートをあけることか
できる。また、以−ドにのべる熱可塑性フッ素ゴムおよ
びフッ素ゴムなどの含フツ素重合体もさや成分としてあ
けることができる。

該熱可塑性フッ素ゴムは分子内にフッ素ゴム相からなる
ソフトセグメントとフッ素樹脂相からなるハードセグメ
ントを有し、常温においてフッ素樹脂相て物理的な架橋
がおこなわれてゴム弾性を有し、融点以上の高温では熱
可塑性プラスチックと同様な挙動を有するものである。

ソフトセグメントをなすフッ素ゴム相としては、ビニリ
デンフルオライド／ヘキサフルオロプロピレンまたはペ
ンタフルオロプロピレン／テトラフルオロエチレン（モ
ル比４５〜９０：５〜５ｏ：Ｏ〜３５）ポリマーおよび
パーフルオロ（アルキルヒニルエーテル）／テトラフル
オロエチレン／ビニリデンフルオライド（モル比１５〜
７５：。

〜８５：０〜８５）ポリマーから選択された分子量３０
，０００〜１，２００，０００のフッ素ゴム１０〜９５
部とハードセグメントをなすフッ素樹脂相としてはビニ
リデンフルオライド／テトラフルオロエチレンＣモル比
Ｏ〜１００：０〜１００）ポリマーおよびエチレン／テ
トラフルオロエチレン（モル比４０〜６０：６０〜４０
）のポリマーｊＪ）ら選択され５・二分〕−二ｊ、１０
．０００〜４００，０００のフッ素樹脂５〜９０部が結
合した熱可塑性フッ素コムをあげることができる。

好ましいフッ素ゴムとしては、ビニリデンフルオライド
−へキサフルオロプロペン共重合体、ビニリデンフルオ
ライド−ペンタフルオロプロペン共重合体、ビニリデン
フルオライド−クロロトリフルオロエチレン共重合体、
などをあげることができる。ことに好適にはビニリデン
フルオライド−へキサフルオロプロペン共重合体である
。

また、これらのフッ素ゴムに加硫剤をあらかじめ添加し
た系をもちいることにより、思料に被覆したのちに、加
熱処理もしくは光照射によってフッ素ゴムが架橋し光伝
導繊維の耐熱性がいちじるしく向上する。加硫剤として
は、アミン、ポリオール、有機過酸化物等をあげること
ができる。

これらの含フツ素共重合体の中で特に好適には、フッ化
ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、トリフ
ルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、フッ化ビ
ニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロペン共重合体、バーフルオロ−Ｌｅｒｔ　−ブチルメ
タクリレート重合体ダ・ｆエルサーモプラスチック（ダ
イキン工業（株〕社製）およびビニリデンフルオライド
−へキサフルオロプロペン共重合体ゴムを用いることが
できる。

これら、さや成分重合体の製造法は、従来の公知の方法
で行なうことができる。さや成分重合体の場合は、芯成
分重合体の場合はど製造法による光伝送性への影響は認
められないが、許過法などによりゴミを除去し、異物が
混入しないようにして、さや成分重合体の製造をおこな
うのかよい。

一方、本発明の芯成分重合体は、懸濁重合法および塊状
重合法など従来の公知の方法で製造することができる。

懸濁重合法においては、多量の水を使用するため、その
中に含まれる異物が重合体中に混入しやすく、又、その
脱水工程においても異物が混入する可能性かあるので濾
過により異物を除去することが必要である。さらに望ま
しい方法としては、芯成分の重合体を高温度下で連続塊
状重合工程およびそれにつづ（残存未反応≠量体を主体
とする揮発分の連続分離工程の２工程で製造し、かつ芯
成分の重合体の癲造段階と光伝導ｊ截維の製造段階とを
連続した工程で行なう方法がある。また、芯成分を塊状
重合し、ついで得られた重合体からの芯成分の形成及び
さや成分形成を共に二重押出し法によりおこなう製造法
も望ましい方法である。芯成分の直径は通常０．２〜３
、Ｏｍｍである。また、さや成分と芯成分の配合比５：
９５〜２０：８０（重量比）の割合で被覆する。

上記重合において用いられるラジカル重合開始剤として
は、例えば、２１２′−アゾビス（インブチロニトリル
）、１．１’〜アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリ
ル）、２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニ
トリル）、アゾビスイソブタノールジアセテートアゾ−
ｔｅｒｔ　−ブタン等のアゾ化合物ならびにジーｔｅｒ
ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、
メチルエチルケトンパーオキサイド、ジーｔｅｒＬ　−
ブチルパーフタレート、ジーＬｅｒＬ−ブチルパーアセ
テート、ジーｔｅｒｔ　−アミルパーオキサイド等の有
機過酸化物があげられる。

又、重合系中には分子量を制御するために連鎖移動剤と
してｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ブチ／Ｌ／、　ｎ−オクチ
ル、及びｎ−ドデシルメルカプタン等が単量体モノマー
に対し約１モル係以下添加される。

本発明は上述のごとく、芯−さや構造を有する光伝導繊
維において、芯成分およびさや成分（こ特定の重合体を
使用したことにより、従来のプラスチック光伝導繊維の
適用温度範囲を大巾に拡大し得るとともに耐熱性および
実用上の可撓性にすぐれた光伝導繊維を提供するもので
あり、その工業的価値はきわめて高いものである。本発
明の光伝導繊維は、常用温度を１１０°Ｃ以上とするこ
とができることから、たとえは、自動車、船舶、航空機
、またはロホット等への適用を可能とするものである。

また、構内、ビル内通信においても温度限定条件の緩和
により適用範囲を拡太し得るものである。

次に本発明を実施例により更に詳細に説明するか本発明
はこれによってなんら限定されるへきものではない。

なお、実施例中の導光損失の測定には）＼ロゲンタンク
ステンランプを光源とする回折格子分光器を用い、６５
０　ｎｍの波長における被測定光伝導繊維と基準光伝導
繊維の出力強度をシリコンフォトダイオードで読みとっ
た。繊維長Ｌ（ｋｍ）の異なる光伝導繊維の入口および
出口での尤の強さをそれぞれｌｏ、Ｉとし、次式により
導光損失αを求めた。

０ α（ｄＢ　／ｋｒｎ　）　＝ｉ、　ｌ”ｉ　（Ｉｏ　’
この式においてα値が小さいほど光伝送性はすぐれてい
ることを示している。

また、耐熱性試験は得られた光伝導繊維を所定時間加熱
したのち、初期と加熱後の導光損失を測定し比較するこ
とによりおこなった。

また、可撓性の測定は、外径のことなる数種の棒に光伝
導繊維を巻きつけて、折れはじめる半径（ｒ）を求めた
。したがって、このｒの値が小さい程町撓性か太である
ことを示す。

実施例１ 減圧蒸留によって精製したボルニルメタクリレート１９
．９８重量楚、メチルメタクリレート７７重ｔｒ％、■
、６−ヘキサンジオールジアクリレート００２重量重量
子メチルアクリレ−１３重量％番し１１−ドデシルメル
カプタン０．０５　重量％、２，２′−アゾビス（２，
４−ジメチルバレロニトリル）０゜１０重量％からなる
単量体混合物を酸素不存在下で調合し、１５０°Ｃに維
持された反応槽に送り滞溜時間８時間で予備重合し、次
いて２００°Ｇに維持されたスクリューコンベア中）こ
送り滞溜時間２時間で重合を光了し、２５°Ｃ１クロロ
ボルム溶液で求めた極限粘度〔η］；０．９０、屈折率
１４９０の重合体を得た。更にこの重合体を２５５６Ｃ
に加熱したベントつき押出機に供給し、２３５°Ｃに維
持された二重押出しノズルの中心より直径］、　ｍｍの
ストランド状の該重合体を芯成分として吐出しながら、
フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体（
フッ化ビニリチン７０％、屈折率１．４０５、溶融流動
指数１４０（２３０°Ｃ））をさや成分として溶融被覆
し、芯−さや構造のスト　゛ランドを得た。芯−さや重
合体の配合比は９０：１０に設定した。ついて、力学的
強靭性を伺与するため、このストランドを１８倍に延伸
して直径約０．７５ｍｍの光伝導繊維をえた。２５°Ｇ
と７０°Ｃにおける導光損失を測定したところ、５５　
Ｑ　ｎ＋ｎの波長において、いずれも３５　Ｑ　ｄＢ／
ｋｍ　　であった。この光伝導繊維を１３５°Ｃ１８時
間熱処理したのち導光損失を再測定した結果、３６０　
ｄＢ／ｋｍでありすぐれた側熱曲を示した。また、可撓
性を、Ｍ１１定したところ、９ｍｍまで曲けることがで
きた。

実施例２〜７ 第１表の芯成分重合体およびさや成分重合体を用い、実
施例１と同様の操作により、光伝導繊維（０８５〜０７
５朋φ〕をえた。得られた光伝導繊維の導光損失、耐熱
性および可撓性を実施例１と同様にして測定した結果を
第１表に示す。第１表に示すごとく、いずれも優れた物
性を有する光伝導繊維であった。

比較例１ 実施例１と同様な操作により芯成分としてポリメチルメ
タクリレートを用い、さやｊ成分にフッ化ビニリデン−
テトラフルオロエチレン共重合体を用いた芯−さや構造
を有する光伝導繊維をえた。６５　Ｑ　ｎｍの波長に対
して２５°Ｃと７０°Ｃにおける導光損失を測定したと
ころ、それぞれ３５０ｄｔｓ／ｋｍ、　５　Ｑ’　Ｑ　
ｄＢ／ｋｍ　てあった。これを１０５°Ｃで７時間、１
１０°Ｃで３時間、１２０°Ｃで３時間および１５０°
Ｃで３時間加熱処理したところ、いずれも１０００ｄＢ
／ｋｍ以上の導光損失をボし耐熱！生はおとっていた。

比較例２ 芯成分としてメタクリル酸ベンジルを用いた以外は、比
較例１と同様にして光伝導繊維をえた。

これを１００°Ｃで２時間熱処理したところ、１０００
ｄ１３／ｋｍ　　以上の導光損失を示し耐熱性はおとっ
ていた。

比較例３ 芯成分としてｎ−オクチルメタクリレートを用いた以外
は、比較例１と同様にして光伝導繊維を得た。これを１
００°Ｃで２時間処理したところ、ｌ　Ｑ　Ｑ　Ｑ　ｄ
Ｂ／ｋｍ以上の導光損失を示し耐熱性はおとっていた。

特許出願人　住友化学工業株式会社 代理人　弁理士青白　葆ほか２名

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　エステル部分に炭素数８以上の脂環式炭化水
   素基を有するメタクリレ−１０〜４０重％４と、−分子
   中に２個以上の重合性の二重結合を有するアクリレート
   またはメタクリレート０００１〜１．０重量係とを含有
   するメチルメタクリレートを主体とする重合体を芯成分
   とし、該芯成分よりも少なくとも３％小さい屈折率を有
   する透明重合体をさや成分とすることを特徴とする耐熱
   性と可撓性にすぐれた光伝導繊維。
2. （２）エステル部分に炭素数８以上の脂環式炭化水素基
   を有するメタクリレートがホルニルメタクリレート、イ
   ンホルニルメタクリレート、フエンチルメククリレート
   、ｅ−メンチルメタクリレート、アダマンチルメタクリ
   レート、またはジメチルアタマンチルメタクリレ−１・
   である前記第１項に記載の光伝導繊維。
3. （３）　　−分子中に２個以上の重合性二重結合を有す
   るアクリレートまたはメタクリレートがエチレングリコ
   ールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレ
   ート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエ
   チレンクリコール弁６００ジアクリレート、１，６−ヘ
   キサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパ
   ントリアクリレートまたはこれらに対応するジメタクリ
   レートである前記第１項に記載の光伝導繊維っ
4. （４）　　芯成分よりも少なくとも３％小さい屈折率を
   有する透明重合体がフッ化ビニリデンーテトラフルオロ
   エチレン共重合体、トリフルオロエチレン−フッ化ビニ
   リデン共重合体、フッ化ビニリチン−テトラフルオロエ
   チレン−へキサフルオロプロペン共重合体、メタクリル
   酸パーフルオロ−ＬｅｒＬ−ブチル重合体、熱可塑性フ
   ッ素ゴムまたはフッ素ゴムである前記第１項に記載の光
   伝導繊維。