JPS61189509A - プラスチツク光フアイバ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラスチック光ファイバに係り、更に詳しくは
、光フアイバコード、光フアイバケーブルなどに用いる
ことのできるプラスチック光ファイバに関する。

〔従来の技術〕

従来、光ファイバとしては、広い波長に亘って優れた光
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シでなく、製品も高
価であることから、プラスチックを基材とする光ファイ
バが開発され、実用化てれている。

このグラスチック光ファイバは、屈折率が大きく、かつ
光の透過性が良好なポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ
）、ポリカーボネート（ｐｃ）及びＩリスチレン（ｐｓ
）等の重合体を基材とする芯材層（コア）と、これより
も屈折率が小さくかつ透明な含フツ素ポリマー等の重合
体を基材とする鞘材層（クララド）とを基本構成単位と
している。これらコア・クラッド型の光ファイバ（光フ
アイバ素線）の製品形態としては、この光フアイバ素線
や光フアイバ素線を機能性保護層で被覆した光フアイバ
心線等のパルクファイノ４、光フアイバ素線を被覆材（
ジャケット材）で被覆した光フアイバコード、及びバル
クファイバやバルクファイバの集合体である集合ファイ
バとテンシロンメンバー等トヲ組合せた光フアイバケー
ブルなどがある。

従来前記光フアイバ心線の保護層基材乃至光フアイバコ
ードの被覆材としては、ポリカーボネート、ポリアミド
、Ｉリアセタール等の耐熱性を有し且つ高強度であるエ
ンジニアリングプラスチックを用いることが提案されて
いるが、これらの耐熱性基材を用いて被覆を行なうと、
ファイバ賦形の段階でコア、クラッド等に心線歪が生じ
て、光伝送損失を増大させたシ、あるいはファイバ同志
の接続に不都合を生じ−るという欠点があった。

また、これとは逆に、被覆材としてエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体等の比較約款い樹脂を用いることも提案され
ているが、この場合、耐熱性が悪く、シかもファイバの
強度が低下し、ファイバに損傷を生じたシ、あるいは取
扱いが離しいといった不都合を生ずる。

〔発明の解決すべき問題点〕

本発明は、前述した従来のグラスチック光ファイバに付
随する構造不整の問題点、耐熱性、光伝送特性の低下及
び機械的特性劣化の問題点等を解決すべく、主としてフ
ァイバの層構成、層厚み並びにファイバ被覆材料の選択
によシ、構造不整がなく、耐熱性、機械的特性に優れ、
しかも低光伝送損失であるプラスチック光ファイバを提
供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、上記問題点を解決する手段として見出された本発
明のグラスチック光ファイバは、断面積Ａ０（ｃｍ２）
、曲げ弾性率ｃｏ　（ｋｇ／ｃｍ２）の光伝送用のバル
クファイバ上に、曲げ弾性率εｓ　（ｋｌｌ／ｃｍ２）
、断面積Ａ　１　（ｍ２）の材料から成る１次被覆及び
曲げ弾性率ｔ　ｚ　（ｋｌｉ’／ｃＷ２）、断面積Ａ　
ｚ　（ｚ２）の材料から成る２次被覆を設けており、こ
れら１次被覆及び２次被覆の材料が、εＩ　Ａｌ≦ｔ２
　Ａｌを満足する有機重合体であり、且つ、Ａｌが、 を満足する値をとることを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下に実施例を挙げて、本発明の詳細な説明する。

第１図乃至第７図は、本発明のグラスチック光ファイバ
の構成例を説明するための光ファイバの横断面図である
。

第１図は、芯材層（コア）１及び鞘材層（クラッド）２
を構成分とするコア・クラッド型光ファイバ（光ファイ
・々素線）３が、本発明に係る１次被覆層４及び２次被
覆層５で被覆されて成る光コアイノぐであり、この様な
構成でそのまま光フチイノ４心線あるいは光フアイバコ
ードとして利用することができる。

第１図の例と同一の要素を同一の符号で表わすと、第２
図及び第３図の例は、第１図の構成のファイバにテンシ
冒ンメンパ６，６・・・を組合せた光コアイノぐであり
、テンシ璽ンメンパ６，６・・・ハ第２図の例の様に１
次被覆層中に配置したり、あるいは第３図の例の様に１
次被覆層の外周面に近接させて配置させるなどしてテン
シ璽ンメンパの形状、配置場所、数等を適宜任意に選択
して配置される。

第１図と同一の要素を同一の符号で表わすと、第４図及
び第５図の例は、第１図の構成のファイバに防湿のため
の金属被覆層を組合せた光ファイバであり、第４図の例
では、１次被覆層４の外周面に沿って金属薄板（箔）に
よるラッピングあるいは金属めりき等による被覆層７を
設けておシ、また第５図の例では２次被覆層５の外周面
に沿りて金属管等による被覆層８を設けている。金属被
覆に用いる金属としては、アルミニウム、ステンレス、
銅、亜鉛、鉛等が挙げられる。

第６図の例は、軸芯を合せてコア１′、クラッド２′及
び本発明に係る１次被覆層４′を賦形した光ファイバの
複数本を本発明に係る２次被覆層５′で被覆して一体化
した光ファイバであり、光ファイバコア径等として使用
される。

第７図の例は、第１図の例と同一構成の光ファイバ９，
９・・・を複数本束ね、テンシ冒ンメン／？１０等と組
合せて構成される光フアイバケーブルを例示したもので
ある。

コア１，１′の基材としては、非品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（出発モノマーの７０重量％以上がメタクリル
酸メチル、３０重量％以下が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
ル酸メチル、アクリル酸エチル等のビニルモノマーが挙
ケられる。）、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリ
ル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸イソボルニル、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
酸フエ巨ル、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モノマーとの共重合体、
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、透明窓重合体、透明ブレンド物も使用可能
である。

クラッド２，２′の基材としては、コア１の基材の屈折
率よ、９０．Ｏｉ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、通常はコアとの屈折率の差
が０．０１〜０．１５の範囲にあるものから選択するの
がよい、クラッド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コアとした場合に
は、特公昭４３−８９７８号、特公昭５６−８３２１号
、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３２３号及
び特開昭５３−６０２４３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をコア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クラッドとして
使用できる。

また、クラッドの他の具体例としては、例えば特公昭４
３−８９７８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−へキサフルオロプ
ロピレン系共重合体、前記ポリメチルメタクリレート以
外のメタクリル酸エステル系重合体、メチルペンテン系
重合体もクラッドとして使用することができる。

１次被覆層４，４′は、２次被覆層５によるバルクファ
イバー３への歪を防止する緩衝作用を有するものであり
、本発明においては、基材として曲げ弾性率ｔ　ｔ　（
ｋｇ／ｃＩｎ２）が、コアの曲げ弾性率εＧ（ｋｙ／ｃ
ｍ２　）に等しいか、より小さいことが望ましく、かつ Ｉ　Ｘ　１０２≦εｌ 好ましくは ５　Ｘ　１０２≦ε１≦２　Ｘ　１０４より好ましくは
５　Ｘ　１０２≦Ｃ１≦５　Ｘ　１０３の有機重合体を
選択使用できる。又この１次被覆層の断面積Ａ　＠　（
ｍ２）はファイバコア径によって異なるが例えばコア径
が７５０μｍの場合、ｌＸｌ０−１〜Ｉ　Ｘ　１０−５
ａｎ２、好ましくはＩ　Ｘ　１０−２〜Ｉ　Ｘ　１０−
’ｃｍ２が適している。

２次被覆層５，５′は、光ファイバの強度を保持し、外
力によるノ々ルクファイノ々の歪、変形等を防止する作
用を有するものであり本発明においては、基材として曲
げ弾性率ε２　（ｋｇ／ｃｙｎ２）が、Ｉ　Ｘ　１０２
≦ε２≦５　Ｘ　１０４好ましくは Ｉ　Ｘ　１０５≦ε２≦３　Ｘ　１０４の有機重合体を
選択使用できる。又この２次被覆層の断面積Ａ　２　（
−）は、ファイバコア径によって異なるが、例えばコア
径が７５０μｍの場合、Ｉ　Ｘ　１０−３〜ｌ　ｃＩｎ
２好ましくは１×１０″″”　Ｉ　Ｘ　１　ｏ−一より
好ましくはＩ　Ｘ　１　ｃｒ”　Ｉ　Ｘ　１　「’ｃｍ
２が適２している。

これら、１次及び２次被覆層に使用できる有機重合体と
しては、例えば、ウレタン樹脂、シリコ−ン樹脂、ポリ
エチレン〔線形低密度ポリエチレ７　（Ｌ　−ＬＤＰＥ
）等を包含する。〕、ポリプロピレン、エチレン−酢酸
ビニル共重合体樹脂、ポリエステルエラストマー、アク
リルエステル共重合体樹脂〔例えばエチレン−アクリル
酸エチル共重合体樹脂（ＥＥＡ）〕、アイオノマーナイ
ロンニジストマー等の弾性に富む合成樹脂の他？リアミ
ド、ポリエステル、ポリカーボネート、プリー４−メチ
ルペンテン−１、ポリフッ化ビニリデン、ポリアセター
ル等を組み合せることができる。

本発明の最も重要な点は、１次被覆及び２次被覆の材料
が、 εＩＡＩ≦ε意Ａ。

の関係を満足しなければならないことである。この関係
を満足しないと、第１次被覆層の緩衝作用が薄くなシ本
発明の目的を達しえないものとなる。

更に本発明においては１次被覆及び２次被覆の基材を選
定するにあたーシ、ファイバの光伝送特性の改良、特に
例えば１００℃以上といった高温部所で光ファイバを使
用するときの光伝送損失な抑制するため、熱収縮率の低
いものを選定することが望ましい。この熱収縮率の目安
としては、１００℃で１０％以下、好ましくは１１５℃
で１０％以下、さらに好ましくは１２５℃で１０−以下
である。

この様な熱収縮率を満足する有機重合体は、前記例示し
た有機重合体のなかから、適宜選択することができる。

例えば、シリコーン樹脂、高密度７ｊｅ　リエチレン（
ＨＤＰＥ）、ポリアミド、ポリエステル、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
デン等のフッ素ポリｆｆ−、ポリアセタール等のなかか
ら選択することができ、る。

この場合、１次被覆層２次被覆層が共に熱収縮率が低い
ものを選定するのが好ましいが、場合によっては１次被
覆層あるいは２次被覆層のどちらか一つに熱収縮率の低
い有機重合体を使用してもその効果は充分に発揮される
。

更に、１次被覆層４，４′、あるいは２次被覆層５．５
′には遮光、ファイバ強度向上、ファイバ熱収縮の抑制
といった目的でカーボンブラック、タルク、ガラス繊維
、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。

本発明のグラスチック光ファイバの特徴の１つは、２次
被覆層５，５′の断面積Ａｓ（備２）かを満足する値を
とることにある。即ち、Ａ：が匹１Δ１ｊノ　未満であ
ると、光ファイバの心線歪ε２ といった構造不整は抑制されるが、熱収縮率が高まシ、
特に１００℃以上といった高温における光伝送損失が高
まり、好ましくない、また、Ａ、が４ＯＡ、εＯを超え
ると、熱収縮率は低くなるもｅ！ のの、２次被覆層基材の結晶化が進み、心線歪等の構造
不整が増大し、好ましくない。従ってＡ２を式（ｉ）の
範囲の値に規定することにより、光ファイバの熱収縮率
と心線歪等の構造不整とが共に低レベルに抑制されると
込う効果が奏される。

本発明のプラスチック光ファイバを゛製造する方法とし
ては、バルクファイバ及び被覆層の賦形方法からみて、
次の２つの方法が代表的である。

その１つの方法は、所謂複合紡糸方式による方法であり
、例えば第１図の光ファイバの場合、コア１、クラッド
２．１次被覆層乃至は２次被覆層のそれぞれの基材であ
る重合体を溶融状態で特殊ノズルによって配合して吐出
する方法でアシ、もう１つの方法は、紡糸あるいは複合
紡糸と被覆加工を組合せた方法で６９、例えば第１図の
光ファイ・ぐの場合、コア１、クラッド２及び１次被覆
層４のうちの１層乃至３層を紡糸あるいは複合紡糸によ
シ賦形し、次いで２次被覆層５を含めた残りの構成層を
押出、コーティング等の被覆加工によシ順次賦形する方
法である。尚、テンシ四ンメンパなファイバ中に配置す
るには、常法によシ紡糸あるいは被覆加工の際に介在さ
せて層形成を行う方法が一般的に用いられ、また金属め
っき層を形成するには、化学めっき、真空蒸着等の常法
により樹脂表面上に所望厚みの金属めっき層を形成する
ことができる。

本発明のプラスチック光ファイバの各構成層の径乃至厚
みは、前記Ａ　Ｏ＋　Ａ　２等の条件を考慮して、使用
目的に応じて適宜法めることができるが、例えば第１図
に示したファイバの場合、コア径１０〜３０００μｍ、
クラッド厚み１〜３００　ｔｔｍ　、　１次被覆層厚み
３〜５００μｍ２次被覆層厚み１００〜５０００μｍ程
度とされる。特にコア及びクラッドを合せたバルクファ
イバの径が２５０〜１５００μｍの場合、ファイバの外
径を５００〜３０００μｍ程度とするのが好ましい。

以下に具体的実施例を挙げるが１本発明の実施の態様は
これらに限定されない。

実施例１ スｔ４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
、ｔ−ブチルメルカプタン０．４０部、ジーｔ−ツチふ
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１５５℃、平均滞留時間４．０時間で反応さ
せ、次いでペント押出機の温度をペンド部２６０℃、押
出部２５０℃、ペント部真空度４ｍＨｇとして挿発部を
分離し、芯成分重合体（ｐｍ）として２５０℃に保たれ
たギヤポンプ部を径て２５０℃の芯−鞘−１次被覆層３
成分複合紡糸ヘッドに供給した（芯成分の曲げ弾性率＝
　３　Ｘ　１０’に９部ｃｍ２）。

一方、メタクリル酸クロライドと２．２，３，３゜３−
−ｅンタフルオログロ・４ノールとから製造したメタク
リル酸２，２．Ｌ３，３−−４ンタフルオログロビル１
００部とメタクリル酸１部をアゾビスイソブチロニトリ
ルを解媒として少量の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（５ＦＭ
）を得た。この鞘成分重合体を２２０℃に設定でれたス
クリュー溶融押出機でギヤ４ノブを経て２５０℃の複合
紡糸ヘッドに供給した。

また１次被覆層用重合体として、アイオノマー（ｔ　ｔ
　＝　２．５　Ｘ　１０’に９部ｃｍつを溶融混練した
ポリマーを２５０℃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３■φ）を用い、２５０℃
で吐出され、冷却固化の後、３ｍｍ／ｆｎｌｎの速度で
引き取９、巻とり、芯材部組７４０μｍ１鞘材部厚み５
μｍ、１次被覆層２０を被覆したファイバを賦形した。

次いでこのファイバ上にクロスへッドダイケーブル加工
方法により２次被覆材として６・１２ナイロン（ａ　２
　＝　１．８　Ｘ　１０’に９／ｃｆＲ２）を被覆し、
光ファイバを得た。

かくして得られた光ファイバの熱収縮率、繰り返し屈曲
性、及び光伝送損失を下記評価方法によシ評価した。

結果を第１表に示した。

〔評価方法〕

（１）熱収縮率： 特願昭５９−１０３６６４号に示された方法。

（２）繰返し屈曲性： 光ファイバをファイバ径の５倍の径のマンドレルに１８
０℃屈曲させ、光量保持率が５０係になる屈曲回数を読
み取った。

（３）光伝送損失： 特開昭５８−７６０２号（示された方法。測定波長は６
５０℃ｍである。光フアイバ入射光には開口数０．６の
光を用いた。

実施例２〜１３　比較例１〜５ １次及び２次被覆層基材として、第１表に示した基材を
用い之以外は実施例１と同一の光ファイバを得た。

かくして得られた光ファイバの夫々について、熱収縮率
、繰シ返し屈曲性及び光伝送損失及び耐熱性を実施例１
と同一の評価方法により評価し、結果をｗＥ１表に示し
た。

これらの結果よシ、ＡＩが０．１ｇ０ＡＯ−よ＃）４小
ｌ さいときは繰返し屈曲性が弱く、熱収縮率が高くなシ好
ましくない。

またｉｔが、４０に＋し３まを越えると、熱収縮率ε３ は低くなるものの、高温下におい【心線歪が大きく、構
造不整が増大し、伝送損失が増加するので好ましくない
。

〔発明の効果〕

本発明のプラスチ、り光ファイバによれば、従来のプラ
スチック光ファイバに付随する構造不整の問題点、耐熱
性、光伝送特性の低下及び機械的特性劣化の問題点等が
解決でれて、構造不整がなく、耐熱性に優れ、機械的特
性と）わけ繰シ返し屈曲性に卓抜し、しかも常温乃至は
高温下においても著しく低い光伝送損失を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は、本発明のグラスチック光ファイバ
の構成例を説明するための光ファイバの横断面図である
。 １．１′・・・コア、２，２′・・・クラッド、４，４
′・・・１次被覆層、５．５′・・・２次被覆層。 代理人　　弁理士　山　下　穣　平 第１図　　　第２図 第３図　　　第４図 第５図　　　第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）断面積Ａ＿０（ｃｍ＾２）、曲げ弾性率ε＿０（
   ｋｇ／ｃｍ＾２）の光伝送用のバルクファイバ上に、曲
   げ弾性率ε＿１（ｋｇ／ｃｍ＾２）、断面積Ａ＿１（ｃ
   ｍ＾２）の材料から成る１次被覆及び曲げ弾性率ε＿２
   （ｋｇ／ｃｍ＾２）、断面積Ａ＿２（ｃｍ＾２）の材料
   から成る２次被覆を設けており、これら１次被覆及び２
   次被覆の材料が、ε＿１Ａ＿１≦ε＿２Ａ＿２を満足す
   る有機重合体であり、且つ、Ａ＿２が、（０．１Ａ＿０
   ε＿０）／ε＿２≦Ａ＿２≦（４０Ａ＿０ε＿０）／ε
   ＿２を満足する値をとることを特徴とするプラスチック
   光ファイバ。
2. （２）２次被覆材の熱収縮率が、１００℃において１０
   ％以下である特許請求の範囲第（１）項記載のプラスチ
   ック光ファイバ。
3. （３）１次被覆材の熱収縮率が、１００℃において１０
   ％以下である特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
   記載のプラスチック光ファイバ。