JPS6170506A - 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Ｆａ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ｙｔｍが知られ
ているが、加工性が悪く１曲げ応力が弱いばかりでなく
高価であることから、プラスチックをノ、（材とする光
伝送性Ｈ＆維が開発されている。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。

ところで、無機ガラス系光学Ｈｈ維のうち１例えば、光
通信用石英ガラス系ファイバーの形状は、芯径５０用ｍ
、芯−鞘外径１２５牌ｍと標準化されているが、従来の
プラスチック系光伝送性繊維の場合には、この様なガラ
ス系ファイバーよりも大幅に太くして用いられており、
芯径は大官ｌＯＯ〜３０００μｍの範囲で選択され、と
りわけ、繊維外径が約１１０００ｐのものが実用化され
ていた。従って、従来のプラスチック系光伝送性繊維を
そのまま石英ガラス系ファイバーに換えて用いることが
できず、また、石英ガラス系ファイバーとの接続が煩雑
となるなどの欠点があった。

そこで、プラスチックの芯−鞘の２層構造を石英ガラス
系ファイバーの形状に合せた寸法とする試みもなされて
いるが、この場合、含フツ素ポリマー等比較的高価なポ
リマーで構成される鞘材層の厚みを約３７．５μｍと厚
くする必要があり、コスト高となる。その上、引張り強
度等の機械的強度が不足し、ＮＡｍにコシがなくなり取
扱いが難Ｌ＜＠：６，１ｌｌｉｔ□ｌｒ＜Ｚ＜ｆｘ６、
。５．ヮやオくなる、などの欠点がある。

そこで、本発明者らは、プラスチック系光伝送ｆ１繊雅
について、３層以上の構造をとり、！ｈ維径な小さくし
た場合にも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。

［９，明の目的］ 本発明の目的は、細径にも拘らず十分な機械的強度及び
耐熱性を有し、また無機ガラス系光学繊維との接続が簡
便に行なえるプラスチック系光伝送性繊維を提供するこ
とにある。

上記目的は、芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成ぐ１
位とするプラスチック系光伝送性繊維であって、芯材層
の径〔以下、Ｄ（芯）という〕が１０〜１００μｍであ
り保護層の断面積〔以下。

Ｓ（保）という〕が芯材層及び鞘材層の断面積〔以下、
芯材層の断面積をＳ（芯）、鞘材層の断面積をＳ（鞘）
という〕の合計（Ｓ　（芯）＋Ｓ（鞘）〕の０．２〜８
０倍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：、５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バー（６）、　
あるいはフィルム、紙状物、金属箔等を保護層（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５層構造の光ファイ／ヘ
−１（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）ｌ）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
、 （ｉ）　　Ｄ（芯）かｌ　Ｏ〜ｌ　００　終ｍ　テあり
Ｓ（保）が（Ｓ（芯）＋Ｓ（鞘）〕の ０．２〜８０倍である、 という構造を有していることにある。ここで、上記（ｉ
）の条件に限定した理由を述へると、％÷１丁の上限を
８０としたのは、８０を超えると、主として光伝送特性
に劣化が認められる様になり、とりわけ保護層を厚くす
るために鞘材層を薄くすると光伝送損失の増大が著しい
ものとなる。また、下限を０．２としたのは、０．２末
猫であると、保護層が相対的に薄くなり過ぎて機械的強
度、１ｆＦｔ熱性の点で所要の特性が得難くなる。Ｄ（
芯）が１０〜１００ｇｍであるとき、旺丁肝÷鉄肩丁　
の更に好適な値は、：３２図に示した様にＤ（芯）をｘ
ｉ、Ｆｒ「品畳需Ｔをｙ輛とする座標系において、第２
図中（１０，８０）、（１０，０，２）、（：１００，
０．４）及び（ｔｏｏ、０．２３の４点で囲繞される領
域内の（ｘ　、　ｙ）イ１６で示される。

機械的強度、耐熱性のほかとりわけ無機ガラス系光学繊
維との接続性を考慮したとき１本発明のプラスチック系
光伝送性ｍ維の更に好ましい構造条件は、以下の（ｉ　
ｉ）〜（ｉｖ）によって表わされる。

Ｃｉ　ｉ）　　　Ｄ　（芯）が４５〜５５μｍでありＳ
（保）が（Ｓ（芯）＋Ｓ（鞘）〕の ０．２〜４．５倍である。

ｔｒｉ　ｉ　ｉ）　　芯材層、鞘材層及び保護層を合せ
た径が約１２５μｍである。

（ｉｖ）　　　基本構ｔ＆単位全体の軸芯と芯材層の１
　　　　　　　　軸芯とのずれがｉｏμｍ以下（より好
ましくは５μｍ以下）である。

芯材層として使用される重合体は、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弔独重合体
又は共重合体（出発モノマーの７０重Ｑ）５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
リル酸メチルとノ１ζ屯合＋１［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屯合体、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。

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
チレンを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５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利合
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鞘材とし
て使用することができる。

保護層（３）に使用される重合体は、透明であっても不
透明であってもよいが、本発明の目的から、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、ガラスＨ＆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。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維の製造方法として
は、芯材層（【）に対する鞘材層（２）及び保護層（３
）の被覆方法からみて１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１　　イ
□７．あ３、□。、イ５，１よ。、！　＝　＜　ｂ＜　
ｒ　＆　６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
、［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
高性能繊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様からなる複
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、計量ポンプで一定礒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ヘ
ッドに供給される。紡糸ヘッド内の例えば第３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１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３図で（Ａ）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、（Ｄ）から吐出される。また、例えば芯材層成分
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４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４図
では、（Ｅ）から芯材層成分と保護層成分が供給され口
金内で分配されて（Ｂ）からの鞘材Ｍ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、例えば芯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℃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℃
及び２４０〜２７０℃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Ｈｈ！ａをケーブル化す
る際に、２００°Ｃ近い８履歴を受ることが可能となる
ため、より高い＃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
、例えば第３図あるいは第４図の紡糸［１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
により適宜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Ｊ−：部を示す。

光伝送性情の評価は特開昭５８−７６０２号公＋Ｖ第４
図に示す装置によって測定することにより行なわれた。

実施例　１ 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酩メチル１ｏｏ？Ｂ
、ｔ−ブチルメルカプタン０．４０部、ジ−ｔ−ブチル
パーオキサイド０．００１７部からなる単量体混合物を
重合温度１５５℃、乎均滞留時間４．０時間で反応させ
、次いでベント押出機の温度をベント部２６０℃、押出
部２５０℃、ベント部真空度４　ｍ　ｍ　Ｈｇとして揮
発部を分離し、芯成分重合体として２５０℃に保たれた
ギヤポンプ部を経て２５０℃の芯−鞘−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μｍ１部を７ゾビスイソブチロニトリルを
触媒として少量のｎ−オクチルメル力ブタンの存在下で
重合し、屈折率１．４１７の鞘成分重合体を得た。この
鞘成分壬５合体を２２０℃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℃の複合紡糸ベントに
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
ンブラック３．０％を溶融混練したポリマーを２’５０
℃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℃の複合紡糸へンドに供給した。

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、６ｍｍ／ｍｉｎの速度
で引き取り、巻とり、芯材部径５０μｍ、鞘材部厚み７
終ｍ、保護層厚み３０．５ｇｍからなる外径約１２５牌
ｍの３層構造の光伝送性繊維を得た。なお、旺丁升÷妊
１丁は下記表に示す値となる。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立国−あり
、気泡や異物の存在は認められなかった。基本構成ｒｐ
位の軸芯と芯材層の軸芯とのずれをδＩｌｌ定したとこ
ろ、約２ｇｍであった。

この光伝送性繊維の光伝送損失（６５０部ｍ。

ｄＢ／Ｋｍ）及び降伏点強さＣｇ／ｆ　ｉ　ｌ）を測定
した。結果を表に示した。

実施例２〜４、比較例１〜３ 光伝送性繊維の寸法を表に示した通りとした以外は実施
例１と同様にして光伝送性繊維を製造した。光伝送損失
（６５０ｎｍ、ｄＢ／Ｋｍ）及び降伏点強さくｇ／ｆ　
ｉ　ｌ）を測定し、結果を表に小した・ 表から、Ｓ　、’４：　’　＋　Ｓｔ　、１丁　　が大
きくなる程降伏点強さが増すが、Ｄ（芯）が５０７部ｍ
の場合、４．５を超えると、光伝送損失の著しい増大が
みられる。また０、２未満であると機械強度が所要のも
のとならない。

４１Ａ＋（ｔｉの簡り１な説明 第１１；Ａ（ａ）〜（ｅ）は本発明の光伝送性ｒａｍの
横断１６１図、第２図は本発明の光伝送性繊維構造のｋ
ｆ適条件を示した図、第３図及び第４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１（＜す断面
図である。

ｌ：芯材層、２．鞘材層、３：保護層、Ｂ：鞘材層成分
Ｕ（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。

（Ｇ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）（ｅ） ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　１０　　　　　　
　　５０　　　　　　　　　１００Ｄ（に・）（アｍ） 第３図 第４１ズＩ Ｄ　　　　　　　Ｄ

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 つて、芯材層の径が１０〜１００μｍ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０．２〜８０倍であることを 特徴とするプラスチック系光伝送性繊維。 （２）芯材層の径が４５〜５５μｍ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０．２〜４．５倍である特許請求の 範囲第（１）項記載のプラスチック系光伝 送性繊。 （３）芯材層、鞘材層及び保護層を合せた径が約１２５
   μｍ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）基本構成単位全体の軸芯と芯材層の軸芯とのずれ
   が１０μｍ以下である特許請求の 範囲第（１）項乃至第（３）項のうちの１ に記載のプラスチック系光伝送性繊維。