JPS60254005A - プラスチツク系光伝送性繊維 - 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】 ［発明の分野］ 本発明はプラスチック系光伝送性繊維に関する。

［従来技術］ 従来、光伝送性繊維としては、広い波長にわたってすぐ
れた光伝送性を有する無機ガラス系光学繊維が知られて
いるが、加工性が悪く、曲げ応力が弱いばかりでなく高
価であることから、プラスチックを基材とする光伝送性
Ｈｈａが開発されている。プラスチック系光伝送性繊維
は屈折率が大きく、かつ光の透過性が良好な重合体を芯
材とし、これよりも屈折率が小さくかつ透明な重合体を
鞘材として芯−鞘構造を有する繊維を製造することによ
って得られる。光透過性の高い芯成分として有用な重合
体としては、無定形の材料が好ましく、ポリメタクリル
酸メチル、ポリカーボネート、あるいはポリスチレンが
一般に使用されている。このうちポリメタクリル酸メチ
ルは透明性をはじめとして力学的性質、耐候性等に優れ
、高性能プラスチック系光伝送性繊維の芯材として工業
的規模で用いられている。しかし、ポリメタクリル酸メ
チルはガラス転移温度（Ｔｇ）が１００　’Ｃアあり、
耐熱性の面で用途が限られるものとなっていた。

さらに、ポリカーボネートを芯材としたプラスチック系
光伝送性ｔａ維も種々提案されているが、ポリカーボネ
ートの熱伝送損失がきいこと、また耐熱性に優れた鞘材
が開発されていないため実用化には至っていない。

このため、例えば特開昭５８−１８６０８号等において
は、鞘材、の周囲に更に保護層等を設けた３層以上の構
造として耐熱性を高めることが提案されている。

しかるに、この様な構造上の改良にも拘らず、従来のプ
ラスチック系光伝送性繊維に共通の欠点として、熱収縮
の量が大きいことが挙げられ、この点についての改良が
十分になされていないのが現状である。このため、例え
ば自動車や船舶のエンジンルーム内といった高温部所に
設置する光通信手段や光センサー手段として使用すると
、熱収縮による光伝送特性の低下が著しく、利用の面で
制約を受るという欠点があった。

また、前述の様に、光伝送性繊維を３層構造とした場合
に、芯材層の径を抑え保護層を相対的に厚くすることに
より、熱収縮抑制作用を高めることが可能であるが、こ
の場合、例えば１０．０μｍ以下という極めて細い芯径
にする必要があり、繊維同志の接続が困難となり、また
発光ダイオード（ＬＥＤ）と結合させた場合、入射効率
が下るという問題があった。

そこで木発明者らは、３層構造の光伝送性Ｍ＆維につい
て、構成層の太さ又は厚みの比を最適化することにより
、前述の従来の問題点が解消できることを見いだし、本
発明に到達した。

［発明の目的］ 本発明の目的は、芯材層の熱収縮の量が抑えられること
により、高温においても良好な光伝送特性を発揮するこ
とのできるプラスチック系光伝送性繊維を提供すること
にある。

」二記目的は、芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成単
位とし、保護層の断面積が芯材層及び鞘材層の断面積の
合計の０．７８倍以上であるプラスチック系光伝送性繊
維によって達成される。

［実施態様］ 本発明のプラスチック系光伝送性繊維の構造は、例とし
て横断面図を第１図に示したが、内部より芯材層（１）
、鞘材層（２）及び保護層（３）を基本構成単位とし、
使用目的に応じて保護層（３）の周囲に、更に第４層、
第５層・・・・・・の被覆層を設けてもよく、また重合
体繊維、金属線等のテンションメンノ＜−（６）、　あ
るいはフィルム、紙状物等を保護層（３）より外部に介
在させてもよい。

第１図（ａ）は３層構造の光ファイバー、（ｂ）は４層
構造の光ファイバー、（Ｃ）は５Ｍ構造の光ファイバー
、（ｄ）は３層構造の光ファイバーの外周にテンション
メンバー（６）を介して第４層の被覆層が設けられてな
る光フアイバーケーブル、（ｅ）は３層構造の光ファイ
バーを複数本束ねて被覆してなる光フアイバーケーブル
である。

本発明の特徴は、第１図（ａ）〜（ｅ）に示した例の如
く、芯材層（１）、鞘材層（２）及び保護層（３）を基
本構成単位とするプラスチック系光伝送性繊維において
、保護層（３）の断面積を、芯材層及び鞘材層の断面積
の合計の０．７８倍以」二とすることにより、芯材層（
１）の径を極端に下げることなしに、光伝送性繊維の熱
収縮の量を低　く抑えることができ、高温においても良
好な光伝送特性を発揮できる様にしたことにある。保護
層の断面積が芯材層及び鞘材層の断面積の合計の０．７
８倍未満であると、保護層による耐収縮性の付与がなさ
れず、高温における良好な光伝送特性が得られない。

芯材層（１）、鞘材層（２）及び保護層（３）のそれぞ
れの太さ又は厚みは、前記断面積の比が得られる範囲内
で任意に選択することができるが、やはり、芯材層の太
さは、余り小さくすると前述の様に繊維の接続及びＬＥ
Ｄの入射効率の点で好ましくないため、１００〜７５０
ｇｍ、更には２５０〜７５０ｇｍであることが好ましい
。また、この様な芯材層（１）の太さの範囲においては
、保護層（３）の断面積が、芯材層（１）及び鞘材層（
２）の断面積の合計の０．７８〜１００倍の範囲とする
ことが好ましい。

また、本発明の光伝送性繊維を構成する前記基本構成単
位の実用七最も好ましい外径は１０００ＪＬ１０００Ｊ
Ｌ前後であるが、この場合芯材層（１）及び鞘材層（，
２）を合せた外径が約５００ｇｍ、即ち、保護層の断面
積が芯材層及び鞘材層の断面積の合計の約３倍となる様
に構成することが最も好ましい。

芯材層として使用される重合体は、非晶性の透明重合体
が好適であり、例えばメタクリル酸メチルの単独重合体
又は共重合体（出発子ツマ−の７０重量％以」−がメタ
クリル酸メチル、３０重量％以下かメタクリル酸メチル
と共重合可能なモノマーであることが好ましい。メタク
リル酸メチルと共重合可能なモノマーとしては、例えば
アクリル酎メチル、アクリル酸エチル等のビニルモノマ
ーが挙げられる。）、メタクリル酸シクロヘキシル、メ
タクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸ノルボルニル、メ
タクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ベンジル、メタ
クリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル等のメタクリ
ル酸エステルとこれらと共重合可能な七ツマ−との共重
合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン−メ
タクリル酸エステル系共重合体、あるいはこれらポリマ
ーの水素原子の全部あるいは一部が重水素原子で置換さ
れた重水素化重合体等が使用可能であり、もちろん、そ
の他の透明重合体、透明芯型合体、透明ブレンド物も使
用可能である。

鞘材層（２）としては、芯成分の屈折率より０．０１以
上小さい屈折率を有する実質的に透明な重合体が使用さ
れるが、通常は芯成分との屈折率の差が０．０１〜０．
１５の範囲にあるものから選択するのがよい。鞘材層を
構成する重合体の種類に特に制限はなく、従来公知のも
のでよいが、例えば、メタクリル酸メチルの単独重合体
又は共重合体を芯材とした場合には、特公昭４３−８９
７８号、特公昭５６−８３２１号、特公昭５６−８３２
２号、特公昭５６−８３２３号及び特開昭５３−６０２
４３号等に開示されている様なメタクリル酸とフッ素化
アルコール類とからなるエステル類を重合させたものな
どが使用可能である。また、ポリカーボネートやポリス
チレンな芯材として用いた場合には、例えばポリメチル
メタクリレートが鞘材として使用できる。また、鞘材の
他の具体例としては、例えば特公昭４３−８９７８号あ
るいは特公昭５３−４２２６０号に記載されている様な
フッ化ビニリデン系重合体を挙げることができ、その他
フッ化ビニリデンーヘキサフルオロプロピレン系共重合
体、前記ポリメチルメタクリレ−Ｉ・以外のメタクリル
酸エステル系重合体、メチルペンテン系重合体も鞘材と
して使用することができる。

から、耐収縮性に優れたものがよく、このため、ポリカ
ーボネート、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリフッ化
ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂
、ポリオキシメチレン、ポリブテン、ポリスルホン、ポ
リアミド等所謂エンジニアリングプラスチックの範ちゅ
うに属する重合体が好ましい。

また、保護層（３）に使用される重合体に、カーボンブ
ラック、タルク、カラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、
炭素繊維等の無機物あるいは有機物のフィラーを充填す
ることも可能である。

本発明のプラスチング系光伝送性繊維の製造方法として
は、芯材層（１）に対する鞘材層（２）及び保護層（３
）の被覆方法からみて、次の３つの方法を挙げることが
できる。１つは、芯材層（１）、鞘材層（２）及び保護
層（３）をそれぞれ構成する成分を溶融状態のもとで特
殊ノズルによって配合しつつ吐出して賦形する、所謂複
合紡糸方式といわれるものである。もう１つは、芯材層
（１）及び鞘材層（２）のみを前述の複合紡糸方式で賦
形した後、これに適宜の溶剤に溶かした保護層（３）の
成分を被覆し、脱溶剤して光伝送性繊維とする複合紡糸
方式とコーティング方式とを折衷した方式、他の１つは
、まず芯材層（１）の成分を所定の繊維に賦形した後、
これに適宜の溶剤に溶かした芯材層（２）の成分を被覆
して脱溶剤し、次いで適宜の溶剤に溶かした保護層（３
）の成分を被覆し脱溶剤するコーティング方式である。

これら３者を比較した場合、複合紡糸方式は生産性が高
く、装置の簡略化もはかることができる省力、省エネル
ギープロセスである。さらに、広範囲の太さの光伝送性
繊維を製造することができる、上程の管理が容易である
などの利点があり、工業的にきわめて有利な方式であり
、この方式により低コストの高性能Ｓ維の製造が可能で
ある。

複合紡糸方式による場合、芯材層成分溶融押出機、鞘材
層成分溶融押出機及び保護層成分溶融押出機からなる複
合紡糸機によって製造される。芯成分は溶融押出機によ
って溶融され、計量ポンプで一定量紡糸ヘンドに供給さ
れ、鞘成分及び保護層成分も同様にしてそれぞれ紡糸ヘ
ッドに供給される。紡糸ヘッド内の例えば第２図の様な
構造の紡糸口金で３層構造に賦形され吐出され、冷却固
化の後、巻取られ、場合によっては延伸あるいはアニー
ル処理される。第２図で（Ａ）から基材層成分、（Ｂ、
）から鞘材層成分、（Ｃ）から保護層成分かそれぞれ供
給され、（Ｄ）から吐出される。また、例えば基材層成
分と保護層成分とが同じ場合には、これら成分を紡糸ヘ
ッドまで同じ径路で供給し、例えば第３図に示した紡糸
口金を用い、分配使用するといったこともできる。第３
図では、（Ｅ）から基材層成分と保護層成分が供給され
に１金内で分配されて（Ｂ）からの鞘材層成分と共に３
層構造に賦形され、（Ｄ）から吐出される。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維における光伝送特
性を更に良好なものとするため、かかる複合紡糸方式に
おいて、溶融押出を高温で行なう方法が極めて有効であ
る。この溶融押出温度は、芯材層を構成する重合体の種
類によって異なるが、例えば基材層成分がメタクリル酸
メチルの単独重合体の場合、従来２２０〜２４０°Ｃで
溶融押出を行なっていたのを、２４０〜２７０℃まで高
めるのが好ましい。また、ポリカーボネート及びポリス
チレンの場合、溶融押出温度をそれぞれ２５０〜２９０
°Ｃ及び２４０〜２７０°Ｃまで高めるのが好ましい。

かかる高温の溶融押出を行なうことにより、熱収縮特性
が改良されるばかりでなく、光伝送性繊維をケーブル化
する際に、−２００°Ｃ近い熱履歴を受ることが可能と
なるため、より高い耐熱性を有する被覆材を選択使用す
ることができ、被覆材の選定幅が広くなるという別異の
効果も奏される。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維における芯材層（
１）、鞘材層（２）及び保護層（３）の太さ及び厚みは
光伝送性繊維の使用目的に応じて適宜設定される。例え
ば第２図あるいは第３図の紡糸口金において各供給口に
おけるオリフィスの管径及び管長を変えることにより太
さ及び厚みがコントロールされる。

以下、実施例により、本発明の詳細な説明する。なお、
実施例中の部は重量部を示す。

光伝送性能の評価は次の方法で行なった。

※　光伝送損失の評価 得られた光伝送性繊維の伝送損失は第４図に示す装置に
よって測定した。

安定比重８（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、干渉フッイルター（１０４）によっ
て単色化され、光伝送性繊＃ｎ、（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
焦点に光伝送性繊維の入射端面（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（Ｉ
Ｃ＋９）によって増幅された後、電圧計（１１０）によ
り、電圧値として読みとられる。

伝送損失の測定は次の手順により行なう。

まず、光伝送性繊維（ｉｏｏ）を！。の長さになる様に
１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（１０
７）が測定中動かないように装着する。暗室にして電圧
計をＩ、とする。次に、室内灯を点灯し、出射端面（１
０７）を装置からはずし、この端面から長さｌの点（１
１１）で光伝送性繊維（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を最初と同じ
様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）は動かない様に注意
する。再び暗室にして、電圧計の指示値を読み取り、こ
れを工２とする。光伝送損失（α）は次式により計算す
る。

ここで　Ｊ！：光学繊維の長さく　Ｋ　ｍ　）Ｉ、、Ｉ
２：光量（電圧計読取 イ直） 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）：６５０〜７７０ｎｍ１、（
光学繊維の全長さ）：　５〜５０ｍノ　（／ｌ　の切断
長さ）＝４〜２０ｍＤ（ボビンの直径）　：　１９０ｍ
ｍ ここで、ボビンは装置をコンパクトにするために使用し
、入射端面（１０６）と出射端面（１０７）間の距離が
１部程度になる様にして、残余の光学繊維をボビン（図
示せず）に巻いておく。

実施例、■ スパイラルリボン型攪拌機をそなえた反応槽と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タクリル酸メチル１００部、
Ｌ−ブチルメルカプタン０．４０部、ジ−ｔ−ブチルパ
ーオキサイド０．０００１７部からなる単量体混合物を
重合温度１．５５°Ｃ１平均滞留時間４．０時間で反応
させ１次いでベント押出機の温度をベンド部２６０°Ｃ
１押出部２５０°Ｃ、ペント部真空度４．ｍｍＨｇとし
て揮発部を分離し、芯成分重合体として２５０°Ｃに保
たれたギヤポンプ部を経て２５０″Ｃの芯−鞘一保護層
３成分複合紡糸ヘッドに供給した。

一方、メタクリル酸クロライドと２．２，３゜３．３−
ペンタフルオロプロパツールとから製造したメタクリル
酸２，２，３，３．３−ペンタフルオロプロピル１００
部とメタクリル酸１部をアゾビスイソブチロニトリルを
触媒として少量のｎ−オクチルメルカプタンの存在下で
重合し、屈折率１．４１７の鞘成分重合体を得た。この
鞘成分重合体を２２０　’Ｏに設定されたスクリュー溶
融押出機でギヤポンプを経て２５０　’Ｏの複合紡糸へ
、２トに供給した。

また保護層用重合体として、ポリカーボネートにカーボ
ンブラ、り３．０％を溶融混練したポリマーを２５０°
Ｃに設定されたスクリュー溶融押出機でギヤポンプを経
て２５０℃の複合紡糸ヘッドに供給した。

同時に供給された芯材層、鞘材層及び保護層の溶融ポリ
マーは紡糸口金（ノズル口径３ｍｍφ）を用い、２５０
　’Ｃ！で吐出され、冷却固化の後、３ｍｍ／ｍｉｎの
速度で引き取り、さらに連続して非接触式の熱風延伸炉
にて１６０’Ｃで１．５倍に延伸して巻とり、芯材部径
４７０ＩＬ、ｍ、鞘材部厚みｌ　５　ｇｍ、保護層厚み
２５０部ｍからなる外径約０．７３５ｍｍの３層構造の
光伝送性繊維を得た。顕微鏡による観察では芯材層、鞘
材層及び保護層は同心円に配置した真円であり、気泡や
異物の存在は認められなかった。

この光伝送性繊維の弗酸縮率（１３０°０Ｘ２４時間の
熱処理による収縮率）及び光伝送損失（常温及び１３０
℃）を測定した。結果を表に示した。

実施例２〜８、比較例１〜２ 光伝送性繊維の各層の寸法を表に示した通りとする以外
は実施例１と同様にして光伝送性繊維を得た。熱収縮率
及び光伝送損失測定の結果をあわせて表に示す。

表から、芯材径が細くなるほど常温測定での光伝送損失
は悪くなる傾向を示すが、特に比較例１では光伝送損失
が著しく劣った。また比較例１の光伝送性繊維の断面形
状は芯材部の位置が光伝送性繊維の中心部より２０ｐｍ
扁心しておりファイバ結合損失が極めて大きいものであ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の光伝送性ｍ維の横断面
図、第２図及び第３図は三層構造光伝送性繊維製造用の
紡糸口金の構造の一例を示す断面図、第４図は光伝送性
ｍ維の伝送損失を測定する装置の概略図である。 １：芯材層、２：鞘材層、′３：保護層、Ｂ：鞘材層成
分供給口、Ａ、Ｅ：芯材層成分供給口、Ｃ，Ｅ：保護層
成分供給口。 Ｄ：吐出口。 箪　１　図 （ａ　）　（ｂ　）−（ｃ　） （ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （、１）　芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成単位と
   するプラスチック系光伝送性繊維であって、保護層の断
   面積が芯材層及び鞘材層の断面積の合計の０．７８倍以
   上であることを特徴とするプラスチック系光伝送性繊維
   。 （２）　芯材層及び鞘材層の直径の合計が１００〜７５
   ０ｇｍである特許請求の範囲第 （１）項記載のプラスチック系光伝送性繊維。 （３）　保護層の断面積が芯材層及び鞘材層の断面積の
   合計の０，７８〜１００倍である特許請求の範囲第（２
   ）項記載のプラスチック系光伝送性繊維。 （４）　芯材層、鞘材層及び保護層を合せた外径が約１
   ０００ｇｍであり、芯材層及び鞘材層を合せた外径が約
   ５００　ｇｍであり、保護層の断面積が・芯材層及び鞘
   材層の断面積の合計の約３倍である特許請求の範囲第（
   ３）項記載のプラスチ、り系光伝送性繊維。