JPS60407A - 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】 本発明は芯−さや構造から成る耐熱性と可撓性にすぐれ
た光伝送繊維に関する。

光伝送繊維は、従来グ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、装飾用や画像伝送用と
して広く利用されている。しかし、グラス系材料を基材
とした光伝送繊維は、内径の細い繊維にしないと可撓性
に乏しい欠点があり、又、断線しやすいこと、比重が大
きいこと、コネクタ−を含めて高価であることなどの理
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する場合の大きな特徴は軽量である
こと、内径の太い繊維でも強靭で可−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など操作性にすぐれている点にあ
る。プラスチックでこのような光伝送繊維を製造する一
般的な方法は、屈折率が大きく、かつ、光の透過性が良
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する芯−さ
や構造を有する繊維とするものである。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
の差の大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料である（例えば、特公昭４Ｂ−
８９７８号公報、特公昭５Ｂ−２１６６０号公報）。

しかし、このようなプラスチックの光伝送繊維は温度の
上昇と共に伝送損失の低下があり、その低下値が大きく
、光信号媒体としての信頼に欠ける場合があった。また
耐熱性に欠点があり、移動体、たとえば、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
リスチレンの使用可能な上限温度は約８０℃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、光伝送繊維としての
機能を果さなくなるなどの欠点を有し、又、一旦８０℃
以上の温度条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送繊維の開発がの
ぞまれていた。

本発明者らは、かかる現状にかんがみ、耐熱性にすぐれ
、かつ、光伝送性にすぐれたプラスチック光伝送繊維の
開発を検討した結果、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ル酸エステルからなる
重合体を芯成分とし、該芯成分よりも少なくとも８％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
特徴とする耐熱性にすぐれた光伝送繊維をみいだし、先
に提案した。

しかしながら、耐熱性については満足すべきものであっ
たが可撓性については十分満足されたものではなかった
。

本発明者らは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送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
テル部分にイソボルニル基以外の炭素数８以上の脂環式
炭化水素基を有するメタクリル酸エステル８〜３０重量
％を含有するメタクリル酸メチルを主体とする重合体を
芯成分とし、該芯成分よりも少な（とも８％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送繊維を提供するもの
である。

本発明の光伝送繊維は常温から８０℃附近までの温度範
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送繊維に比べ、温度の上昇
と共に生ずる導光損失の低下の割合が少なく光信号伝送
媒体としての信頼性をいちじるしく高めうるものである
。さらに予期せざることに上述・の従来から提案されて
いる光伝送繊維が全く使用出来ない温度においても導光
損失の低下がほとんどみられず、また、可撓性において
も、実用上、全く問題ない光伝送繊維を提供しうるもの
である。

本発明において芯成分に使用されるエステル部分にイン
ボルニル基以外の炭素数８以上の脂環式炭化水素基を有
するメタクリル酸エステルはメタクリル酸あるいはその
酸塩化物を、式ＲＯＨ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、ｅ−メントール
、フェンチルアルコール、ｐ−メンタ／−ル−２、ｌ−
アダマンタノール、８−メチル−１−アダマンタノール
、８．５−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、これに対応
するメタクリル酸エステルを例示することができる。

これらのメタクリル酸エステルの中で特に好適には、メ
タクリル酸フェンチル、メタクリル酸−４−メンチル、
メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸−１−アダマンチ
ル、メタクリル酸−８，５−ジメチル−１−アダマンチ
ルをあげることができる。

これらのメタクリル酸エステルを８重量％より少なく含
有するメタクリル酸メチルを主体とする芯部分において
は、可撓性はすぐれているが、耐熱性の向上に寄与する
ことが少なく、８０重量％より多く含有する芯成分にお
いては耐熱性にすぐれているが、実用上、可撓性が不十
分であり、好ましくない。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、光伝送繊維において導
光損失が大きく、光信号伝送媒体としての用途に制限が
生じるためである。

炭素数８以上の脂環式炭化水素基のうち、とくに好適に
は炭素数１０以上の脂環式炭化水素基の場合が耐熱性向
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ル酸
エステルを使用する場合は耐熱性が向上しない。又、炭
素数８以上の場合でも直鎖状炭化水素基、たとえば、メ
タクリル酸ｎ−オクチルやメタクリル酸止−ドデシ・ル
などのメタクリル酸エステルは耐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。

本発明のメタクリル酸メチル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クリル酸アルキル
もしくはメタクリル酸アルキル成分を共重合によって含
有させることができる。耐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％以下に設定することが望ましい。

本発明のメタクリル酸メチルを主体とした重合体は、高
い屈折率を示すので、光伝送繊維として好ましい特性を
有する。

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８％小さい屈折率を有する透
明重合体である。８％より小さい屈折率を有する場合、
さや成分による光の反射する割合が小さくなり導光損失
が大きくなる。好ましい透明重合体としては例えば、弗
化ビニル、弗化ビニリデン、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、メタクリル
酸パーフルオロ−１−ブチル、熱５′Ｎ塑性弗素ゴムな
どの含弗素重合体やポリメタクリル酸メチル、ポリメタ
クリル酸エチルやその共重合体をあげることができる。

これらの含弗素重合体の中で特に好適には、弗化ビニリ
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−弗化ビニリデン共重合体、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ヘン共重
合体、メタクリル酸パーフルオロ−ｔ−ブチル重合体お
よび熱可塑性弗素ゴムをあげることができる。具体的な
屈折率としては１．４２以下で結晶性でな（無定形に近
い重合体でかつ、前記芯成分のメタクリル酸エステルと
の接着性が良好なものが望ましい。これらさや成分重合
体の製造法は従来の公知の方法でセこなうことができる
。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ので、特に
ゴミなどの異物が混入しないようにして、さや成分重合
体の製造をおこなえばよい。

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。ただし懸
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がある。

従って望ましい方法としては、芯成分の重合体の製造段
階と光伝送繊維の製造段階とを連続した工程でおこない
、かつ、芯成分の重合体を高温度下で連続塊状重合工程
およびそれにつづく残存未反応単量体を主体とする揮発
物の連続分離工程の２工程で製造する方法があげられる
。又は、芯成分を塊状重合し、ついで、得られた重合体
からの８成５分の形成及びさや成分形成と共に二重押出
し法によりおこなう製造法も望ましい方法である。それ
らの重合法におけるラジカル重合開始剤として例えば、
２．２’　−アゾ−ビス（イソブチロニトリル）、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−ジメチルヴアレロニトリ
ル）、アゾビスイソブタノールジアセテート、アゾ−ｔ
ｅｒｔ−ブタン等のアゾ化合物ならびにジーｔｅｒｔ−
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ｔｅｒｔ−ブチル
パーフタレート、ジー　ｔｅｒｔ−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ｔｅｒ古チルチル−ブチル、ｎ−オクチル、及びｎ
−ドデシルメルカプタン等を単量体モノマーに対し約１
モル％以下添加する。

本発明は上述のごとく、芯−さや構造を有する光伝送繊
維において、芯成分およびさや成分に特定の重合体を使
用することにより従来のプラスチック光伝送膿維の適用
温度範囲を大巾に拡大することができる耐熱性にすぐれ
、また、実用上可撓性にすぐれた光伝送繊維を提供する
ものでありその工業的価値はきわめて高いものである。

常用温度を１１０℃以上とすることができることからた
とえば自動車、船舶、航空機、またはロボット等への適
用を可能とするものである。また、構内、ビル内通信に
おいても温度条件の緩和により適用範囲を拡大するもの
である。

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

なお、実施例中の導光損失の測定はハロゲンタングステ
ンランプを光源として回折格子分光器を用い６５　Ｑ　
ｎｍの波長における被測定光伝送繊維と基準光伝送鷹維
の出方強度をシリコンフォトダイオードで読みとり、次
式により繊維長Ｌ（Ｋｍ）の異なる光伝沸繊維の入口お
よび出口での光の強さをそれぞれＩＯ０■として測定し
、導光損失αをめた。

この式よりα値が小さいほど光伝送性はすぐれているこ
とを示す。

また、耐熱性試験は得られた光伝送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を用意
しておき、それに光伝送ｔａ維を巻きつけて折れはじめ
る半径（ｒ）をめた。

したが１てこのｒの値が小さい程町撓性が大であること
を示す。

また、実施例中の部は緻罎部を示す。

実施例１ 減圧蒸留によって精製したメタクリル酸フェンチル２５
部、メタクリル酸メチル７５部、アクリル酸メチル３部
、ｎ−ドデシルメルカプタン０．０５部、２，２／−ア
ゾビス（２，４−ジメチルヴアレロニトリル）０．１部
部からなる単屋体混合物を酸素不存在下で調合し、１５
０℃に維持された反応槽に送り滞留時間８時間予備重合
し、次いで２００℃に維持されたスクリューコンベア中
に送り滞留時間２時間で重合を完了し、２５℃、クロロ
ホルム溶液でめた極限粘度〔η）０．７０、屈折率１．
４９０の重合体養えた。更にこの重合体を２５５℃に加
熱したベントつき押出機に供給し、２３５℃に維持され
た二重押出しノズルの中心より直径１＋ｗ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、弗化ビニリ
デン−テトラフルオロエチレン共重合体（弗化ビニリデ
ン７０％、屈折率１．４０５、溶融流動指数１４０（２
８０℃））をさや成分として溶融被覆し、芯−さや構造
のストランドをえた。芯−さや重合体の配合比は９０：
ｉｏｉこ設定した。ついで、力学的強靭性を付与するた
めこのストランドを１．８倍に廷伸して直径約０．７５
　ｗｚの光伝送繊維をえた。２５℃と７０℃における導
光損失を測定したところ、６５０　ｎｍの波長において
、それぞれ３４０ｄＢ／Ｋｍ、８７０ｄＢ／Ｋｍであっ
た。この光伝送繊維を１２０’ｃ、６時間熱処理したの
ち、導光損失を再測定した結果、８８０　ｄＢ／／Ｋ［
［＋でありすぐれた耐熱性を示シタ。また、可撓性を測
定したところ、５龍まで曲げることが出来た。

実施例２〜６ 実施例１と同様な操作により、芯成分重合体およびさや
成分重合体をかえて、光伝送繊維（０，８５〜０．７５
＋ｕｙ）をえたのち、耐熱性を調べた。いずれもすぐれ
た耐熱性及び可撓性を示す光伝送繊維であった（表Ｉ　
）。

比較例１ 比較のために実施例１と同様な操作により芯成分として
メタクリル酸ボルニル２部、メタクリル酸メチル９８部
、アクリル酸メチル３部を用い、さや成分に弗化ビニリ
デン−テトラフルオロエチレン共重合体を用いた芯−さ
や構造を有する直径約０．８５ｍの光伝送繊維をえた。

可撓性を測定したところ５ｕまで曲げることが出来た。

６５０℃ｍの波長における２５℃と７０℃における導光
損失を測定したところ、それぞれ１５０　ｄＢ／Ｋｍ　
、　５００　ｄＢ／Ｋｍであった。このものを１０５℃
で７時間、１１０℃で３時間、１２０℃で８時間および
１５０℃で８時間加熱処理したところ、いずれも１００
０ｄＢＡ以上の伝送損失を示し可撓性は良好であるが耐
熱性はおと９でぃた。

また芯成分としてメタクリル酸ベンジルおよびメタクリ
ル酸−ｎ−オクチルからなる重合体を用いてえた光伝送
繊維もｌｏ。

℃、２時間熱処理後はいずれもｌ　００　ＱｄＢ／Ｋｍ
以上の伝送損失を示した。

比較例２ 実施例１と同様な操作により芯成分としてメタクリル酸
−ｅ−メンチル４０部、メタクリル酸メチル６０部、ア
クリル酸メチル３部を用いて、さや成分として比較例１
と同様な含弗素共重合体を用いて芯−さや構造を有する
直径０．４５．の光伝送繊維をえた。＝Ｔ撓性を測定し
たところ１００ｕ＋まで曲げることが出来ずきわめて１
危いものであった。６５０℃ｍの波長における２５’Ｃ
での導光損失を測定したところ４００　ｄＢＡＩであっ
た。このものを１８０１２で１２時間加熱処理したとこ
ろ４２０　ｄＢ／Ｋｍの伝送損失を示し、耐熱性はすぐ
れていた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１エステル部分にインボルニル基以外の炭素数８以
   上の脂環式炭化水素基を有するメタクリル酸エステル８
   〜３０重量％を含有するメタクリル酸メチルを主体とす
   る重合体を芯成分とし、該芯部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送＃ｉ雑。 （２）エステル部分に炭素数８以上の脂環式炭化水素基
   を有するメタクリル酸エステルがメタクリル酸フェンチ
   ル、メタクリル酸−ｅ−メンチル、メタクリル酸ボルニ
   ル、メタクリル酸アダマンチルまたはメタクリル酸ジメ
   チルアダマンチルである特許請求の範囲第１項に記載の
   光伝送繊維。 （３）芯成分よりも少なくとも３％小さい屈折率を有す
   る透明重合体が弗化ビニリデン−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−弗化ビニリデン共
   重合体、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘ
   キサフルオロプロペン共重合体、メタクリル酸パーフル
   オロ−ｔ−ブチル重合体または熱可塑性弗素ゴムである
   特許請求の範囲第１項に記載の光伝送繊維。