JPS61260205A - 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、耐熱性、可撓性、耐水性および光透過性にす
ぐれた新規なプラスチック光ファイバーに関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来から、プラスチック光ファイバーとしては芯にポリ
メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用い、鞘に芯より
も低屈折率のフッ素原子を含有する重合体を用い同心円
構造としたものが知られている。光透過性においては、
無機系光ファイバーより劣るものの、ファイバーの径を
太くしても可撓性があり破損しにくいこと、および切断
面の処理が容易であり、取り扱い易いこと等の理由から
短距離用の光伝送媒体として応用が考えられている。し
かしながら、該ＰＭＭＡ系光ファイバーは使用上限温度
が８０℃とされており、発熱体の近傍や建物の屋根に近
い所など温度が上がり易い場所には使用できないという
欠点があり、使用される分野も限られたものでめった。

また温度の高い所では、吸湿による光透過性の変動があ
り、信頼性に欠けるという問題もあった。これらの欠点
はＰＭＭＡのガラス転移温度（１）が１０５°℃であり
、ファイバーの収縮といった変形はそれより低い８０℃
前後から開始する。そのためＰＭＭＡ系光ファイバーを
８０℃以上に加熱した場合には、非可逆的で急激な光透
過性の減少がおこり使用できないものとなる。また、Ｐ
ＭＭＡの吸水率は２５℃で０．３〜０．４％であり、吸
湿された水の光吸収が光ファイバーの光透過性を低下さ
せるためである。

プラスチック光ファイバーの耐熱性を向上させるために
、プラスチックスの耐熱性を示す一つの指標であるＴｇ
のより高い素材を芯型合体として使用する提案がなされ
ている。例えば、フェンチルメタクリレート、α−メン
チルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、イソボ
ルニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレートあ
るいはジメチルアダマンチルメタクリレートのような脂
環式炭化水素基を有するメタクリレートを３０〜８０重
量％共重合体成分に持つ重“合体を芯とするプラスチッ
ク光ファイバー（特開昭５９−２００２０２号）、およ
び炭素数１〜１０のアルキル基をエステル残基に持つメ
タクリル酸エステル類とメタクリル酸アリールとの共重
合体（特開昭５８−３４４０４号）、あるいはスチレン
誘導体との共重合体（特開昭５８−６５４０２号）を芯
とするプラスチック光ファイバーが挙げられる。

しかしながら、嵩高いエステル残基を持つメタクリル蒙
エステル類は一般に丁ｑが高くはなるもののプラスチッ
クスとしての利点である可撓性が損なわれるという欠点
を有している。可撓性を有するファイバーとする目的で
他の単量体との共重合を行なう場合には、生成共重合体
のＴｇは共重合成分それぞれの単独重合体のＴｇとの中
間の温度になるものが多く、Ｔ（Ｊすなわち耐熱温度と
可撓性のバランスを考えた場合は必ずしも満足するもの
ではなかった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明者らは、上記欠点のない耐熱性、可撓性および光
透過性に優れたプラスチック光ファイバーについて鋭意
検討した結果、次の発明に到達した。

［問題点を解決するための手段］ 本願発明は前記特許請求の範囲の欄に記載のとおりの構
成を有する。

本願発明の芯型合体は、一般式［Ｉ］ で表わされる構造単位を２５重量％以上含む重合体また
は共重合体であることが必要でおる。一般式［Ｉ］で示
される構造単位が２５重量％未溝の場合は該構造単位の
特徴とするところの耐熱性、耐湿性、可撓性といった効
果が共重合体に得られないため使用できない。最も好ま
しい該構成単位の範囲は３０重量％〜８０＠量％である
。共重合体を構成する伯の構成単位としては、一般式［
ＩＩ］および［Ｉ［Ｉ］式で示されるものが好ましく使
用できる。

（ココテ、Ｒ１はＨ，ＣＨｓ、Ｆ、（４ＳＣＦ３を示し
、Ｒ２はＣ１〜８のアルキル基、Ｃ１〜８のフルオロア
ルキル基あるいはＣ８〜Ｃ２０のシクロ・′アルキル基
を示す。） し、ｐおよびｑはＯ〜５までの整数であってｐ十〇＝５
を満足するものである。） 前記一般式［Ｉ］で示される構成単位は、トリシクロ（
５，２，１，０２・６）デカニルメタクリレート（ＴＣ
ＤＭＡ＞のビニル重合により形成することができ、一般
式［ｎ］および［Ｉ］で示される第２構成単位は、対応
する（メタ）アクリレートおよびスチレン誘導体のビニ
ル重合より形成することができる。

鞘重合体としては、芯型合体より低屈折率の重合体を使
用できるが、屈折率で２％以上低い重合体が好ましい。

ＴＣＤＭＡ単独重合体の屈折率は１．５２　（５８９ｎ
ｍ、２５℃）であるが、共重合体により屈折率は変化す
る。一般式［ｎ］で示される第２構成単位を持つ共重合
体では、屈折率は１．５２〜１．４３となり、鞘重合体
としては、フルオロオレフィン重合体、フルオロアルキ
ルメタクリレート／アクリレートを主体とする重合体等
が使用できる。一般式［１１１］で示されるフッ素原子
を含むスチレン誘導体以外の第２構成単位を持つ共重合
体では屈折率は１．５２より大きくなり、ざらに多くの
重合体が鞘材として使用できる。

例えば、炭素数が１〜８のアルキルメタクリレート／ア
クリレート単独重合体および、ボルニルメタクリレート
／アクリレート、アダマンチルメタクリレート／アクリ
レート、トリシクロデカニルメタクリレート／アクリレ
ートといったシクロアルキルメタクリレート／アクリレ
ート類との共重合体が使用でき、ざらに４−メチルペン
テン重合体などのポリオレフィン類等も好ましく使用で
きる。

本願発明の芯型合体の分子量は、浸透圧法により数平均
分子量を測定して、２万〜５０万の範囲が好ましく使用
できる。数平均分子量で２万以下であると、得られたフ
ァイバーの機械強度が十分でなく、実用的な光ファイバ
ーは得られない。数平均分子量が５０万以上であると重
合体の溶融粘度が高くなり過ぎるため、分解を伴わずに
紡糸することが難しくなる。トリシクロ［５，２，１゜
０２・６］デカニルメタクリレートの単独重合体は、２
９０℃より熱分解が顕著になるため、２９０℃以下の温
度で紡糸することが好ましい。

芯型合体の製造は、塊状重合法によって行なうことがで
きる。重合開始剤としては、アゾビスｔｅｒ【−オクタ
ン、アゾビスｔｅｒｔ−ブタン、アゾビス−イソプロパ
ン、アゾビスシクロヘキサン等のアルキルアゾ化合物、
アゾビスイソブチロニトリル・アゾビスシクロヘキサン
カルボニトリルなどアルキルアゾニトリル類、ジーｔｅ
ｒｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド
、クメンヒドロキシパーオキサイド、アセチルパーオキ
サイド等の有機透間化物を使用することができる。分子
量調節剤には、ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプ
タン、ドデシルメルカプタンのようなアルキルメルカプ
タン類、メルカプトエチルアセテートのようなアシル基
を含むメルカプタン類等を使用することができる。

本願発明の特徴とするところは、Ｃ１０のトリシクロ（
５，２，１．０２・６〕−デカニルエステル残基を含む
メタクリレートを構成単位とする共重合体を芯に用いる
ことでおる。該構成単位を含むプラスチック光ファイバ
ーは特開昭５９−２００２０２号公報に記載されている
Ｃ８〜Ｃ２０のシクロアルキルメタクリレートを共重合
してなる重合体を芯としたプラスチック光ファイバの可
撓性からは容易に類推し得ないはど可撓性に優れたちの
であった。また延伸することにより、容易にＰＭＭＡ系
光ファイバと同程度の可撓性を示すようになり、配向に
ともなう透光性の低下も少ない。このような意外な特性
は、トリシクロ（５．２，１。

０２・６〕デカニルの構造が大きく寄与しているといえ
る。

本願発明によるプラスチック光ファイバーは、予想以上
に優れた耐熱性、可撓性および耐湿性を有し、しかも透
光性に優れたものであった。

［実施例］ 以下の実施例によって本発明をざらに詳細に説明する。

実施例中の透光性の評価は次のようにして行なった。タ
ングステンランプの光を回折格子で分波し、レンズで集
光したのち２０〜３０ｍの光ファイバーの一端より入射
する。他の一端より出射した光をフォトダイオードで光
電力として検出する。次に入射端を固定したまま入射端
より約２ｍの所で切断し、同様に測定を繰り返す、いわ
ゆるカットバック法を用いて測定し次式に従って光ファ
イバーの損失値を求めた。

損失値（ｄＢ／Ｋｍ）＝ １／Ｌｓ−Ｌｒ　　（Ｐｓ−Ｐｒ　）−１０３［■］Ｌ
：ファイバー長（ｍ） Ｐ：光電力値（ｄＢｍ＞ Ｓ：サンプルファイバー ｒ：カットバックしたリファレンスファイバー 光ファイバーの耐熱性の評価は次のように行なった。プ
ラスチック光ファイバー１５ｍのうち、１３ｍをオーブ
ン中に入れ、両端１ｍずつをオーブンより出し、一端よ
り赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）より出た光を入射し
、他端はフォトダイオードで入射光を検知する。オーブ
ンを１℃／分で昇温しながら透過光量の変化を追跡した
。

実施例１ 構造式［Ｖ］で示されるトリシクロ［５，２゜１．０２
・６］デ力ニルメタクリレート５０ｗｔ％、ＭＭＡ５０
ｗｔ％、アゾビスｔｅｒｔ−ブタン（０，００１（ｍｏ
ｌ　／ｍｏｌ）　、およびｎ−ブチルメルカプタン（０
，０２５ｍｏｌ／ｍｏｌ　）をツレツレ減圧蒸溜ニヨリ
、充分洗浄されている重合槽の中に仕込み、混合した。

次いで単量体混合物を一４０℃以下に冷却したのち減圧
排気し、重合槽を密閉した。重合槽温度を１３０℃に加
熱し、１６時間その温度を保持し重合を進行させた。重
合槽温度を２３０℃まで２０℃／時間で昇温し、重合槽
をベントロ付エクストルーダーのポリマ供給口に接続し
、重合槽の芯ポリマをＨｅガスの圧力を利用してエクス
トルーダーに供給した。エクストルーダーの温度は、２
５０℃に保ち、２２０℃に加熱された複合口金に芯ポリ
マーを送り、鞘ポリマーと同時に押出し、芯直径６０５
μ、鞘厚み１５μの光ファイバーを得た。鞘ポリマーに
は、テトラフルオロブチルメタクリレート／ＭＭＡ共重
合体を用いた。

芯型合体の数平均分子量は７９，０００であった。

芯型合体のトリシクロ［５，２，１，０２°′］デ力ニ
ルメタクリレート単位は、Ｃ１Ｃ１３Ｎを用いて測定し
た結果５２ｗｔ％含まれていた。得られたファイバーは
、直径４ｍｍまで曲げることができた。

さらに得られたファイバーを１．５倍に加熱下で延伸し
たところ、直径２ｍｍ以下まで曲げることができ、実用
上問題のない優れた可撓性を示した。

以上のように、可撓性に優れ耐熱性に優れたプラスチッ
ク光ファイバーであった。

また上記プラスチック光ファイバー２５ｍを２３℃の水
中に４８ｈｒ浸漬して透光性を測定したところ、乾燥フ
ァイバーに対して６６０ｎｍで１２６Ｂ／にｍの損失増
が認められた。吸水率は０．１２％であった。

実施例２ トリシクロ［５，２，１，０２・６］デ力ニルメタクリ
レート９５ｗｔ％、エチルアクリレート５ｗｔ％、アゾ
ビスｔｅｒｔ−ブタン（０，００１ｍｏｌ　／ｍｏｌ）
、およびｎ−ブチルメルカプタン（０，００２０ｍ。

Ｉ／ｍｏｌ　）を実施例１と同様にして重合し、エクス
トルーダーに供給した。エクストルーダーの温度を２５
０℃に保ち、２２５℃に加熱された複合口金に送り、鞘
ポリマーと同時に押出し、芯直径６１６μ、鞘厚み１７
μの光ファイバーを得た。鞘ポリマーには、テトラフル
オロブチルメタクリレ−ト／ＭＭＡ共重合体を用いた。

芯型合体中の数平均分量は、６５，０００であった。重
合体中のトリシクロ［５，２，１，０２”６１デ力ニル
メタクリレート単位は、Ｃ１Ｃ１３Ｎを用いて測定した
結果９６ｗｔ％含まれていた。

得られたファイバーは直径５ｍｍまで曲げることができ
た。さらに得られたファイバーを１．７倍に加熱下で延
伸したところ、直径２ｍｍまで曲げることができ、実用
上問題のない優れた可撓性を示した。

以上のように、可撓性に優れた耐熱性に優れたプラスチ
ック光ファイバーであった。

また上記プラスチック光ファイバー２５ｍを２３℃の水
中に４８ｈｒ浸漬して透光性を測定したところ、乾燥フ
ァイバーに対して６６０ｎｍで３ｄＢ／にｍの損失増が
認められた。そのときのプラスチック光ファイバーの吸
水率は０．６％であった。実施例３ トリシクロ［５，２，１，Ｏ］デカニルメタクリレート
３０ｗｔ％、ＭＭＡ７０ｗｔ％、アゾビスｔｅｒｔ−ブ
タン（０，００１（ｍｏｌ　／ｍｏｌ）　、およびｎ−
ブチルメルカプタン（０，００２５ｍｏｌ／ｍｏｌ　）
を実施例１と同様にして重合し、エクストルーダーに供
給した。エクストルーダーの温度を２４０℃に保ち、２
２０℃に加熱された複合口金に送り、鞘ポリマーと同時
に押出し、芯直径５９５μ、鞘厚み１８μの光ファイバ
ーを得た。鞘ポリマーには、テトラフ゛ルオロプチルメ
タクリレート／ＭＭＡ共重合体を用いた。

芯型合体中の数平均分量は、６２，５００であった。重
合体中のトリシクロ［５，２，１，０２・６］デ力ニル
メタクリレート単位は、Ｃ１Ｃ１３Ｎで測定して３３ｗ
ｔ％含まれていた。得られたファイバーは直径３ｍｍ以
下に曲げることができた。

さらに得られたファイバーを１．５倍に加熱下で延伸し
たところ、直径１ｍｍ以下まで曲げることができ、実用
上全く問題のない優れた可撓性を示した。

以下に得られた光ファイバーの特性を示す。

優れたプラスチック光ファイバーであった。

また上記プラスチック光ファイバー２５ｍを２３℃の水
中に４８ｈｒ浸漬して透光性を測定したところ、乾燥フ
ァイバーに対してｅｅｏｎｍで２１　ｄＢ／ｈ＋の損失
増が認められた。そのときの光ファイバーの吸水率は１
．４％であった。

実施例４ トリシクロ［５，２，１，０２・６］デ力ニルメタクリ
レート９Ｑｗｔ％、トリシクロ［５，２，１゜０２・６
］デ力ニルアクリレート’＋ｏｗｔ％、アゾビスｔｅｒ
ｔ−ブタン（０，００１ｍｏｌ　／ｍｏｌ）　、および
ｎ−ブチルメルカプタン（０，００２０ｍｏｌ／ｍｏｌ
　）を実施例１と同様にして重合し、エクストルーダー
に供給した。エクストルーダーの温度を２５０℃に保ち
、２２５℃に加熱された複合口金に送り、鞘ポリマーと
同時に押出し、芯直径６２０μ、鞘厚み１８μの光ファ
イバーを得た。鞘ポリマーには、テトラフルオロブチル
メタクリレート／ＭＭＡ共重合体を用いた。

芯型合体中の数平均分量は、７０，５００でめった。重
合体中のトリシクロデカニルメタクリレート単位は、Ｃ
１Ｃ１３Ｎで測定して３９ｗｔ％含まれていた。得られ
たファイバーは直径５ｍｍまで曲げることができた。さ
らに得られた光ファイバーを１．７倍に加熱下で延伸し
たところ、直径２ｍｍまで曲げることができ、実用上問
題のない優れた可撓性を示した。

以下に得られた光ファイバーの特性を示す。

以上のように、可撓性に優れ、しかも耐熱性に優れたプ
ラスチック光ファイバーであった。

また上記プラスチック光ファイバー２５ｍを２３℃の水
中に４８ｈｒ浸漬して透光性を測定したところ、乾燥フ
ァイバーに対して６６０ｍｍで３　ｄＢ／Ｋｍの損失増
が認められた。そのときのプラスチッＭＭＡ１アゾビス
ｔｅｒｔ−ブタン（０，００１ｍ。

１　／ｍｏｌ）　、およびｎ−ブチルメルカプタン（０
，００２５ｍｏｌ／ｍｏｌ　）を実施例１と同様にして
重合し、２４０℃に保たれたエクストルーダーに供給し
た。

複合口金温度を２１０℃に保ち、鞘ポリマーと同時に押
出し、芯直径６１０μ、鞘厚み１５μの光ファイバーを
得た。鞘ポリマーには、テトラフルオロブチルメタクリ
レート／ＭＭＡ共重合体を用いた。

芯型合体中の数平均分量は、４５，０００であった。得
られたファイバーは直径２ｍｍ以下まで曲げることがで
きた。ざらに得られた光ファイバーを１．５倍に加熱下
で延伸した。

以下に得られた光ファイバーの特性を示す。

可撓性には優れるが、耐熱性に欠けるプラスチック光フ
ァイバーであった。

また上記プラスチック光ファイバー２５ｍを２３℃の水
中に４８ｈ「浸漬して透光性を測定したところ、乾燥フ
ァイバーに対して６６０ｍｍで４５ｄＢ／Ｋｍの損失増
が認められた。このときのプラスチック光ファイバーの
吸水率は１．６％であった。

このことから、実施例１，２．３および４で得られたプ
ラスチック光フィバ−は、耐熱性および耐光性に優れて
いることがわかる。

比較例２ イソボルニルメタクリレート４０ｗｔ％、ＭＭＡ５Ｑｗ
ｔ％、アゾビスｔｅｒｔ−ブタン（０，００１ｍ。

ｌ　／ｍｏ　Ｉ　）およびｎ−ブチルメルカプタン（０
，００２６ｍｏｌ／ｍｏｌ）を実施例１と同様にして重
合し、エクストルーダーに供給した。２２５℃に加熱さ
れた複合口金に送り、鞘ポリマーと同時に押出し、芯直
径６００μ、鞘厚み２０μの光ファイバを得た。

鞘重合体には、テトラフルオロブチルメタクリレート／
ＭＭＡ共重合体を用いた。

芯型合体中の数平均分子量は、７２，５００であった。

重合体中のイソボルニルメタクリレート単位は、０１３
Ｍ　Ｍ　Ｒで測定して３５ｗｔ％含まれていた。得られ
たファイバは直径１５ｍｒｎ以下には曲げることができ
なかった。さらに得られたファイバを１．５倍に加熱下
で延伸したところ、最高５ｍｍまで曲げることができた
が、使用に耐えないものであった。また延伸により透光
性が著しく悪化このことから実施例１，２．３および４
で得られたプラスチック光ファイバは、炭素数１０の嵩
高ソミクロアルキルエステル残基を含むメタクリレート
を構成単位に持つにもかかわらず、意外にも耐熱性およ
び可撓性の両方を満足する優れたものであることがわか
る。

［発明の効果コ 本願発明は、次のような効果が認められた。

（１）耐熱性および可撓性の優れたプラスチック光ファ
イバーが得られる。

（２）　　耐水性および耐湿性の優れたプラスチック光
ファイバーが得られる。

（３）共重合組成比を大きく変えても、優れた透光性を
有するプラスチック光ファイバーが得られる。特に（メ
タ）アクリレート系単量体との共重合において顕著であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 芯・鞘構造を有するプラスチック光ファイバーにおいて
   一般式［ I ］ ▲数式、化学式、表等があります▼［ I ］ で表わされる構造単位を２５重量％以上含む重合体また
   は共重合体を芯となすことを特徴とするプラスチック光
   ファイバー。