JPS61240205A - プラスチツク光フアイバの製造法 - 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、光フアイバ素線、光フアイバ心線、光フアイ
バコード、あるいは光フアイバケーブルなどとして利用
す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、光伝送用光ファイ）４としては、広い波長にわた
り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、曲げ応力に弱いばかシ
でなく高価であることから合成樹脂を基体とするグラス
チック光ファイバが開発されている。合成樹脂装の光フ
ァイバは屈折率が大きく、かつ光の透過性が良好な重合
体を芯とし、これよシも屈折率が小さくかつ透明な重合
体を鞘として芯−鞘構造を有する繊維を製造するととに
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、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光
ファイバの芯材として工業的に用いられている。

しかし、ポリメタクリル酸メチルを芯としたプラスチッ
ク光伝送性繊維はポリメタクリル酸メチルのガラス転移
温度（Ｔｇ）が１００℃であシ、使用環境条件が１００
℃以上になると全く使用できないものであシ、この耐熱
性の制限がプラスチ。

り光ファイバの用途を限られたものＫしている。

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、例えばポリカーゴネート、ポリアミ
ド、ポ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。

りを用いて３層以上の構造として、光ファイバの機械的
性質や耐熱性を改良することが提案されているが、この
様な材料を用いても、耐熱性が十分ではなく、高温時の
光伝送損失の劣化が起シ、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
一手段としての利用を著しく立遅らせていた。

また、この種の材料を用いて耐熱性を高めようとすれば
、光ファイバに所望される他の性質を損々うことにもな
シ、例えば繰夛返し屈曲による損失増加を招くといった
問題点を生じた。

また、製造上の問題点として、芯−鞘の２層乃至は芯−
鞘一保護層の３層を溶融複合紡糸によシ一体に賦形する
場合、紡糸温度を最適化しないと、ファイバに着色が起
シ、光伝送損失を増大させるといった問題点が生じた。

〔発明の解決すべき問題点〕

本発明は、前述した従来のプラスチック光ファイバに付
随する耐熱性の問題点、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構成材料の選択並び
に製造条件の最適化によ）、耐熱性に優れ、繰返し屈曲
動作に対する耐性に優れ、しかも低光伝送損失であるプ
ラスチック光ファイバを製造することのできる方法を提
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
明のプラスチック光ファイバの製造法は、メタクリル酸
メチルを主成分とする重合体から成る芯材層及び下記一
般式１’ｌ）で示される繰返し単位の少なくとも１つを
成分とする重合体から成る鞘材層を基本構成単位とし、
前記芯材層重合体のメルトフローレート〔■１〕１と鞘
材層重合体のメルトフローレート〔ＭＦＲ〕２とが、 ＣＭＦＲ）、≦〔ＭＦ′Ｒ〕２≦４０Ｐ／１０分の関係
を満足する値をとるプラスチック光ファイバを、２１０
〜２４０℃の紡糸温度で溶融複合紡糸することを特徴と
するものでちる。

〔実施例〕

第１図乃至第４図は、本発明によって製造されるプラス
チック光ファイバの構成例を説明するための横断面図で
ある。

第１図の例は、本発明で使用する芯材層（コア）１及び
鞘材層（クラ、ド）２の基本構成単位のみによシ構成さ
れる光７アイパ素線である。

以下、第１図と同一の要素を同一の符号で表わすと、第
２図の例は、コア１、クラッド２及び有機重合体で構成
される保護層３の３層構造を有する光フアイバ心線であ
る。

第３図の例は、コア１、クラッド２、有機重合体で構成
される保護層３、並びに有機重合体のシャケ、ト材で構
成される被覆層４の４層構造を有する光フアイバケーブ
ルである。

第４図の例は、コア１、クラッド２及び有機重合体で構
成される保護層３の３層構造の光ファイ／？心線５の複
数本を、有機重合体のジャケット材の被覆層４で被覆し
た多心光フアイバコードである。

本発明のグラスチック光ファイバの構成は、第１図乃至
第４図の例に限定されず、少なくとも基本構成単位が、
本発明で使用するコア及びクラッドで構成されていれば
よい。また、例えば光ファイパ中に、鋼製やＦＲＰ製の
テンシ冒ンメンパや金属被膜を組込むといった、ファイ
バ構成を採用することもできるし、被覆を更に所望の層
数重層させた構成としてもよい。

本発明において前記メルト７０−レー）　〔ＭＦＲ）。

及び〔ＭＦ′Ｒ〕２は、例えば日本工業規格ＪＩＳ　Ｋ
　７２１０−１９７６、米国材料試験規格ＡＳＴＭ　Ｄ
　１２３８−８２、国際規格ｌ５Ｏ１１３３に準拠して
測定することのできるメルトフローレートであシ、例え
ばＪＩＳ　Ｋ　７２１０−１９７６　　を準拠する場合
、Ａ法（手動切取シ法）を用い、試験温度２３０℃、試
験荷重５ｋｇで測定されるものである。また、このほか
の試験条件として、ダイの長さはｓ、ｏｏｏ±０．０２
５ｍ＋、内径は２．０９５±０．００５ｍと決められる
。試料光てん量は５ｊ！ＳＡ法の場合試料採取時間約３
０秒で測定される。

Ｉ　　　また、ＡＳＴＭ　Ｄ　１２３８−８２、ＩＳＯ
１１３３に準拠して測定する場合も、これらの試験条件
、測定条件を採用して測定される。更に、測定に使用さ
れる装置及び用具、測定手順についても、それぞれの規
格にある範囲で決めることができる。

コア１．１′の基材としては、非品性の透明重合体が好
適であシ、例えばメタクリル酸メチルの単独重合体又は
共重合体が挙げられ、このうち出発モノマーの７０〜１
００重量％がメタクリル酸メチル、３Ｏ−０３ｉ量チが
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の共重合が可能な七
ツマ−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げられる。また、これら
メタクリル酸メチルを主成分とする重合体の水素原子の
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
合体等も使用可能である。

本発明で使用する鞘材層重合体を構成する前記一般式〔
Ｉ〕の繰返し単位において、Ｒで表わされる炭素数１〜
５のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、
ｎ−プロピル基、１ｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、
ｉ−ブチル基、５ｅａ−ブチル基、ｔａｒｔ−ブチル基
等がある。Ｒで表わされる炭素数１〜５のフッ素化アル
キル基としては、例えば−ＣＨ２Ｆ、　−ＣＨ２０Ｆ、
、−ＣＨ２ＣＦ２０Ｆ、、−ＣＨ２ＣＦ２０Ｆ２Ｈ。

−ＣＨ２ＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、−ＣＨ２ＣＦ２Ｃ
Ｆ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ。

−ＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３　　等がある。Ｒで
表わされる炭素数３〜６のシクロアルキル基としては、
例えばシフｏ　７’ロピル基、シクロブチル基、シクロ
ペンチル基、シクロヘキシル基等がある。これらのアル
キル基、フッ素化アルキル基及びシクロアルキル基を構
成する水素原子の１つ又は２つ以上が、例えばハロダン
原子、１価の有機基等で置換されていてもよい。

一般式［１）の繰返し単位において、Ｒのよシ好ましく
は、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜３のフッ
素化アルキル基である。

また、鞘材層重合体の構成は、前記一般式〔Ｉ〕の繰返
し単位の１種又は２種以上のみによ多構成されてもよい
し、あるいは前記一般式ＣＩ）の繰返し単位の１種又は
２種以上に加えて、以下に製造法として述べるところに
ある様に、他の繰返し単位や官能基が導入されていても
よく、この場合、前記一般式〔Ｉ〕の繰返し単位の１種
又は２種以上を１０モルチ以上含有していることが望ま
しい。

更に、前記一般式（１）の繰返し単位のＲの異なる２種
以上を用いる場合、これら繰返し単位は任意の割合で用
いることができる。例えばＲが炭素数１〜３のアルキル
基である繰返し単位とＲが炭素数１〜３のフッ素化アル
キル基である繰返し単位とを任意の配合比率で組合せて
いることができる。

鞘材層を構成する重合体は、前記一般式〔ｌ〕で表わさ
れる繰返し単位のもととなるモノマーであるα−フルオ
ロアクリル酸、アルキルエステル、α−フルオロアクリ
ル酸フッ素化アルキルエステル及びα−フルオロアクリ
ル酸シクロアルキルニスチールから選ばれる１種又は２
種以上のモノマー並びに必要に応じて他の共重合可能な
七ツマ−の１種又は２種以上〔この共重合可能なモノマ
ーとしては、例えばメタクリル酸、メタクリル酸メチル
等のメタクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸２，
２，３．３．３−　ヘンタフルオログロビル等のメタク
リル酸７．素化アルキルエステル、７ツ化ビニリデン等
が挙げられる。〕を用い、従来公知の重合法に従い重合
させることによシ、得るととができる。

鞘材層重合体の〔ＭＦＲ〕２は、 （ＭＦＲ：）　、≦〔ＭＦＲ〕２≦４０　ｐ／１０分で
ある必要がある。〔ＭＦＲ〕２がＣＭＦＲｌ）の値未満
であると、ノズル内でのポリマーの流れが乱れ易くなシ
、芯と鞘の界面不整、即ち構造不整による光伝送損失が
増加するので好ましくない。

〔ＭＦＲ〕２が４０　Ｐ／１０分を超えると、鞘の被覆
斑、糸径斑゛が大きくなるばかシでなく鞘材自体の強度
が小さくなり、得られた光ファイバの屈曲光量保持率が
小さくなるので好ましくない。

〔ＭＦ′Ｒ〕２のよシ好ましい範囲は、〔ＭＦＲ〕　１
≦〔ＭＦ′Ｒ〕２≦３０　ｐ／ｌ　Ｏ公吏により好まし
い範囲は、 ５５１／１０分≦〔ＭＦ′Ｒ〕２≦２０ｐ／１０分本発
明のプラスチック光分子発明の前記第１図乃至第４図の
構成例において、保護層３及び被覆層４等を構成する有
機重合体は、本発明によシ改善することを目的としてい
る特性のほか、グラスチック光７アイノ４の諸特性を改
善することを企図して、所望によシ任意に選択すること
ができる。

例えば、光ファイバの耐熱性、耐熱収縮性、機緘的特性
を改善する目的で保護層３を、熱変形温度１００℃以上
の有機重合体で構成することができる。熱変形温度１０
０℃以上の有機重合体としては、例えばポリエステル、
ポリアミド、Ｉす４−メチルペンテン−１、Ｉす７ツ化
ビニリデン、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリテト
ラメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレー
ト、−リプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリブチン
、ＡＢＳＳ／リフェニレンオキサイド、ポリカーゲネー
ト等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが使用可
能である。

また、被覆層４を構成するジャケット材としては、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂等
をはじめとする前記保護層３で使用することのできる有
機重合体などから適宜選択して使用することができる。

また例えば、光ファイバの耐熱性、熱収縮特性、光伝送
特性等を改善する目的で、水架橋／　リオレフインを選
択使用することができる。

本発明においてプラスチック光ファイバを賦形する方法
として、溶融複合紡糸を用いる。

例えば３層構造の光ファイバを溶融複合紡糸により製造
する場合、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を用
いる。芯成分は溶融押出機によって溶融され、計量ポン
プで定量紡糸ヘッドに供給され、鞘成分及び保護層成分
も同様にしてそれぞれ紡糸へ、ドに供給される。紡糸ヘ
ッド内の紡糸口金で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　図で（４）から芯材層成分、（Ｂ
）から鞘材層成分、（Ｃ）から保護層成分がそれぞれ供
給され、ＣＤ）から吐出される。なお、芯−鞘２層構造
のファイバを賦形する場合も、紡糸口金の形状を変える
のみで、あとは３層構造の場合と同様に賦形される。ま
た、第３図に示した様な４層以上の構造の場合、例えば
３層目までを溶融複合紡糸で賦形し、４層目を押出、コ
ーティング等の被覆加工によシ賦形する方法が採られる
。

本発明において、溶融複合紡糸の紡糸温度を２１０〜２
４０℃の範囲としたのは、２１０℃未満では、本発明で
使用する材質の組合せでは、十分な紡糸が行えず、２４
０℃を超えると、主として鞘材層重合体の着色が起フ、
光ファイバの伝送損失が増大するためである。

以下、実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ スパイラルＩＪ　、ｙン型攪拌機をそなえた反応槽と２
軸スクリ工−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ょ）メタクリル酸メチル１０
０部、ｔ−ブチルメルカプタン０．４０部、ジーｔ−プ
チルノ臂−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、次いでベント押出機の温度をペント部２４０℃
、押出部２３０℃ペント部真空部４■Ｈｇとして揮発部
を分離し、芯成分重合体を得た。

この芯成分重合体（ＰＭＭＡ）　ｉ　ｏ　ｏ部に、アセ
トン溶液にして０．１μテア０ンフイルターで一過精製
した３　−（３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）ｆロピオネート（商標名ＩＲＧＡＮＯＸ　１０７
６）及びジラウリルチオジグロピオネートをそれぞれ０
、２部、０．１部を混練した後、２５０℃に保たれたギ
ヤポンプ部を経て２５０℃の芯−鞘２成分複合紡糸へ、
ドに供給した。

一方、α−フルオロアクリル酸メチルとα−フルオロア
クリル酸２，２，３，３．３−　ヘンタフルオロプロビ
ルとを当モル量で混合したモノマー混合物よシ得られる
共重合体を鞘成分重合体として芯−鞘２成分複合紡糸へ
、ドに供給した。

同時に供給された溶融−リマーは、紡糸口金を用い、２
１０℃で吐出され、冷却固化の後、巻取シ、芯材１径７
００μ常、鞘材部厚み６μ倶、のプラスチック光フアイ
バ素線を得た。

かくして得られた光フアイバ素線の光伝送損失及び繰返
し屈曲性を下記評価方法によシ評３価し、結果を第１表
に示した。

また、前記コア成分、クラ、ド成分に加え、保護成分と
してポリ弗化ビニリデン（ペンウォルト社製、商品名カ
イナー、メルト７０−レート２０　ｐ／１０分）を用い
、同様に３成分複合紡糸して、芯材層径７００＃７７Ｌ
、鞘材層径６μｍ、保護層厚み１４４μｍのプラスチッ
ク光フアイバ心線を得た。

かくして得られた光フアイバ心線の耐熱性を下記評価方
法によシ評価し、結果を第１表に示した。

〔ファイバ特性評価方法〕

（１）光伝送損失 特開昭５８−７６０２号公報に示された方法によシ測定
した。測定光波長は５００ｎｍ、７アイパ入射光の開口
数が０．６の光を用いた。単位はｄＢ／ｋｍ　。

（２）繰返し屈曲性 ファイバをファイバ径の５倍の径のマンドレルに１８０
０繰シ返し屈曲させ、光量保持率が５０１による屈曲回
数を読み取った。

（３）耐熱性 弗化ビニリデン（メルトフローレート２０　ｆ）Ａ紛）
をコア・クラッドに被覆したコアイノぐを１１５℃、５
００時間加熱した後の光伝送損失の増加量（ｄＢ／ｋｍ
）。

実施例２〜４、比較例１〜３ 紡糸温度又は鞘成分の組成を第１表に示したとおりに変
えた以外は、実施例１と同じプラスチック光ファイバを
得た。これらのファイ／４の特性を実施例１と同じ方法
で評価し、結果を第１表に示した。

実施例５〜８、比較例４．５ 鞘材層重合体として用いた共重合体のメルトフローレー
トを第２表に示したとおシに変えた以外は実施例２（紡
糸温度２２０℃）と同じグラスチック光ファイバを得た
。これらの７アイ／Ｊの特性を実施例２と同じ方法で評
価し、結果を第２表に示した。

第２表 実施例９ 実施例１によシ保護層まで賦形した光ファイバに、更に
、市販の水架橋ポリエチレン（商品名リンクロンＭＦ−
７０ＯＮ、　　密度０．９４５　ｐ／ｃｍ？、三菱油化
（株）製）を被覆し、径２．２　ｍのプラスチック光７
アイパケープルを得た。

かくして得られたケーブルは、更に耐熱性、熱収縮特性
、光伝送特性等に優れたものであった。

〔発明の効果〕

本発明により製造されるプラスチック光ファイバは、光
伝送用のファイバとしてあらゆる用途に使用することが
でき、特に自動車や船舶のエンジンルームといった過酷
な条件においても使用し得る様な優れた耐熱性を有し、
また、繰返し屈曲動作に対する耐性が良好で、しかもポ
リカーゴネートの芯であシながら低光伝送損失である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明によシ製造されるグラスチッ
ク光ファイバの構成例を説明するための横断面図であり
、更に詳しくは、 第１図は、光７アイノ４素線の構成例、第２図は、光フ
アイバ心線の構成例、 第３図は、光フアイバケーブルの構成例、第４図は、多
心光フアイバコードの構成例をそれぞれ説明するための
横断面図である。 １・・・芯材層（コア）、２・・・鞘材層（クラ、ド）
、３・・・保護層、４・・・被覆層。 代理人　　弁理士　山　下　積　子 弟３図　　　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 メタクリル酸メチルを主成分とする重合体から成る芯材
   層及び下記一般式〔 I 〕で示される繰返し単位の少な
   くとも１つを成分とする重合体から成る鞘材層を基本構
   成単位とし、前記芯材層重合体のメルトフローレート〔
   ＭＦＲ〕＿１と鞘材層重合体のメルトフローレート〔Ｍ
   ＦＲ〕＿２とが、 〔ＭＦＲ〕１≦〔ＭＦＲ〕＿２≦４０ｇ／１０分の関係
   を満足する値をとるプラスチック光ファイバを、２１０
   〜２４０℃の紡糸温度で溶融複合紡糸することを特徴と
   するプラスチック光ファイバの製造法。 〔記〕 一般式〔 I 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中Ｒは炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５の
   フッ素化アルキル基、又は炭素数３〜６のシクロアルキ
   ル基を表わす。）