JPS6225706A - 樹脂製光学繊維及びその製造方法 - 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、光伝送性に優れた樹脂製光学繊維及びその製
造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

芯体（コア）とその外周におけるクラブト層とより成る
光伝送性の光学繊維を情報伝達手段に利用することは古
くから知られており、現在、ガラスを材質とする光学繊
維並びに樹脂を材質とする光学繊維が実用化されている
。このうち、樹脂製光学繊維は現時点ではガラス製のも
のに比して光伝送性において多少劣る弱点がある反面、
繊維接続方法が比較的簡便であること、軽量であること
、可撓性に優れていること、比較的安価に製造すること
が可能なこと等の実用上有利な特長を有し、このため最
近多方面において利用され始めている。

従来、斯かる樹脂製光学繊維の製造においては、ポリメ
チルメタクリレート、ポリスチレン、ポリシクロへキシ
ルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート等の透
明性が高くかつ非品性の重合体若しくは共重合体を得、
これを押出成形機等により加熱熔融させて成形すること
により繊維体とし、この繊維体を芯体としてその外周を
覆うよう、例えば浸漬法によってクラ、ド層を形成する
方法が知られている。具体的には、例えば透明性、力学
的性質及び耐候性等に優れているポリメチルメタクリレ
ート系の重合体若しくは共重合体を与える単量体を用い
、光伝送性が犠牲とされないように不純物を除去してそ
の純度を上げた単量体を連続塊状重合法により重合させ
て重合体を１１、加熱溶融成形して芯体となる繊維を得
ることが、例えば特公昭５３−４２２６１号公報、特公
昭５３−４２２６０号公報に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題〕

しかしながら、以上の如き従来の製造方法においては、
芯体となる繊維体を熔融成形によって製造するため、そ
の材質である重合体は熔融成形性に優れたものでなけれ
ばならず、このため各種の連鎖移動剤等を重合時に添加
し分子量を小さくして溶融粘度を低下させる等、得られ
る重合体の熔融成形性を向上させる方向に研究が進めら
れていしかしながら、従来の方法においては、芯体の材
質として用いることのできる重合体の種類が大きな制約
を受ける問題点がある。即ら、熔融成形が必須とされる
ので、例えば熔融成形のための高温において不安定なも
の、分子量が大きくて熔融粘度の高いもの等を芯体の材
質として用いることは全く不可化であった。

ところが情報技術の多様化に伴い樹脂製の光学繊維に要
求される性能も多様となってきており、例えば熱変形温
度が高いもの、高温における耐弧性や耐久性が高いもの
等が要求されようになってきているが、従来の方法では
そのような材質で芯体を構成させることができない。

また、重合体を熔融成形する場合には、当該共重合体に
外部から不純物が７昆大したり当該重合体が高温によっ
て劣化変質する可能性があって高い透明性が犠牲となる
おそれがある。そして熔融成形性の向上のために添加剤
を用いるときは、そのような傾向が大きくなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来法によっては得ることのできない
耐熱性の大きい光学繊維を提供することにある。

本発明の他の目的は、芯体の材質の選択範囲が広く、種
々の優れた特性、特に耐熱性に優れた樹脂製の光学繊維
を製造することができる方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための構成及び作用〕本発明におい
ては、少なくとも１重量％以上が架橋性ｉｌｔ体である
重合性単量体より得られる重合体若しくは共重合体より
なる芯体と、この芯体より低い屈折率を有する重合体若
しくは共重合体よりなるクラッド層とにより、樹脂製の
光学繊維を構成させる。

また本発明においては、クラッド層を形成する重合体若
しくは共重合体よりなる中空糸状のクラッド材内に、重
合性単量体を充填し、得られる複合材料を重合条件下に
置くことにより前記重合性単量体を重合せしめて前記ク
ラッド材より屈折率の高い芯体を形成するようにして、
樹脂製光学繊維を製造する。そしてこの場合において、
特に芯体となる重合性４量体の少なくとも１ｌｌｔ％は
架橋性単量体を用いるのが好ましい。

本発明によれば、芯体の材質が架橋性重合体よりなるも
のであるため、得られる樹脂製光学繊維は耐熱性や耐久
性の大きいものとなる。

また本発明方法によれば、クラッド材中において重合性
単量体を重合させることにより芯体を構成する重合体（
共重合体であってもよい。）が形成されるため、溶融成
形が不可能な重合体をも芯体の材質として用いることが
でき、例えば架橋性単量体を用いることによって耐熱性
の大きい樹脂製光学繊維を容易に得ることができる。ま
た芯体に外部から不純物が混入することが防止されるの
で良好な特性の樹脂製光学繊維が得られる。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明においては、第１図に示すように、光学繊維のク
ラッド層となる中空糸状のクラッド材ｌを製作する。こ
のクラッド材ｌの材質は、特に制望されるものではなく
て公知のものを用いることができるが、後述する芯体よ
り屈折率が低いことが必要であり、好ましくは１％、更
に好ましくは３％以上小さい重合体であることが望まし
い。従って、芯体の材質が、例えば屈折率が１．４８〜
１．５０等と低屈折率のものである場合には、クラッド
材１の材質の選択範囲が狭くなる。なおこのクラッド材
１の材質は、溶融成形可能な熱可塑性樹脂であることが
好ましい。

かかるクラッド材１の材質とされる重合体の例としては
、英国特許１，０３７，４９８萼明細書に記載のもの、
例えば弗化ビニル、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ピレン、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、並びに構造式 ％式％ （但し、式中ＸはＦ、Ｈ１若しくはＣＩを表わし、ｎは
２〜１０の整数、ｍは１〜６の整数、ＹはＣＨ３または
Ｈを表わす。） で表わされるアクリル酸若しくはメタクリル酸の弗素化
エステルの重合体若しくは共重合体、およびこれらとア
クリル酸若しくはメタクリル酸と低級アルコール（例え
ばメタノール、エタノール等）とによるエステルとの共
重合体を挙げることができる。

Ｘ　（ＣＨｚ）、ｌ（ＣＨｚ）−〇Ｃ−Ｃ＝ＣＨ！（但
し、式中Ｘ、Ｙ、ｍおよびｎは上記定義の通りである。

）の化合物と、アクリル酸若しくはメタクリル酸のメチ
ルエステル若しくはエチルエステルとの実質的に無定形
の共重合体も好適に用いることができる。その他、米国
特許２，４６８，６６４号明細書記載のテトラフロロエ
チレンとエチレンとの共重合体等も好適に用いられる。

また芯体の材質の屈折率が大きいものであるときには、
上記の重合体もしくは共重合体の他、エチレン樹脂、プ
ロピレン樹脂、４−メチルペンテン−１樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、塩化ビニリデン樹脂等も使用することが可能で
ある。

以上の如き重合体を、中空部２を有するチューブ状の中
空糸状に成形することにより、クラッド材ｌが得られる
。この成形のための方法としては公知の方法を利用する
ことができ、例えば高温溶融下に押出機等によりチュー
ブ状に連続的に成形して製造することができる。中空部
２の直径ｒは特に限定されるものではなく、最終製品と
しての光学繊維の使用目的に応じた適度の大きさとする
ことができるが、通常は１μ〜５鶴程度である。

この中空部２の直径は、芯体の直径となるが、大きな光
源例えば光放射性ダイオード（ＬＥＤ）からの光を伝送
するための光学繊維の場合には、中空部２の直径は大き
い方が有利である。伝送する光がレーザ光のように小さ
な光源よりの光である場合には、芯体は直径が小さいも
のの方が入射光を捕えるのに適しているので、中空部２
の直径は小さく選定される。そしてこの場合は最小曲げ
半径が小さい利点がある。

クラッド材１は、芯体中を伝播する光を反射するクラッ
ド層となるものであるから、その肉厚ｔは伝送すべき光
の波長の少くとも数倍以上であれば限定はなく、通常５
〜１００μ、好ましくはｌＯ〜５０μ程度とされる。

本発明においては、詔上の如き中空糸状のクランド材１
の中空部２内に重合性単量体を充填し、得られた複合物
を当該重合性単量体が重合する条件下に置くことによっ
て当該重合性単量体を重合させて芯体を形成させる。

ここに重合性単量体としては、架橋性単量体もしくは架
橋性単量体を含む単量体混合物を用いるのが好ましＧζ
、ここに、単量体もしくは単量体混合物とは、重合性の
ものを意味するものであって必ずしも単量体のみを意味
するものでない、従って、若干重合させたプレポリマー
等であってもよく、要するにクラッド材１の中空部２内
に注入できる流動性を有する重合可能なものであればよ
い。

本発明においては、溶融成形を伴わないため、上記重合
性単量体として多官能の単量体若しくはそのような単量
体の混合物を使用することができる。

用いる単量体のすべてが２官能性以上の単量体である必
要はない。そしてこれによって架橋性重合体若しくは共
重合体よりなる芯体が形成され、優れた耐熱性を有する
光学繊維が得られ、また芯体形成のための重合時に収縮
による芯体のいわゆる糸切れが生しにくいという利点が
得られる。このような効果を得るためには、架橋性単量
体成分は単量体混合物中１重量％以上、好ましくは３重
量％以上含有されるのが好ましい、勿論全単量体が２官
能性以上の単量体であってもよい。

本発明において２官能性以上の架橋性単量体としては、
例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレング
リコールジメタアクリレート、２１２−ビス〔４−アク
リロキシエトキシフェニル〕プロパン、２．２−ビス〔
４−メタアクリロキシエトキシフェニル〕プロパン、ト
リメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロー
ルプロパントリメタアクリレート等の２価若しくはそれ
以上の多価アルコールのアクリルエステル類若しくはメ
タアクリルエステル類、２．２−ビス（４−メタクリロ
キシエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン等
のハロゲン原子を含有するアクリルエステル類若しくは
メタアクリルエステル類、ジビニルヘンゼン等の芳香族
化合物、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート
（例えばｒＣＲ−３９Ｊ　）、ジアリルフタレート、ト
リアリルイソシアネート等で代表されるアリル基を官能
基として有する架橋性単量体等を単独で又は混合して使
用することができる。

これらの架橋性単量体と併用して共重合させることので
きる共単量体としては、これらと共重合可能な単量体で
あれば特に制限されるものではなく、例えばメチルアク
リレート、メチルメタアクリレート、ｎ−ブチルアクリ
レート、ｎ−ブチルメタアクリレート、２〜エチルへキ
シルアクリレート、２−エチルへキシルメタアクリレー
ト、イソブチルアクリレート、イソブチルメタアクリレ
ート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒ　ｔ−ブ
チルメタアクリレート、フェニルアクリレート、フェニ
ルメタアクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジル
メタアクリレート、シクロへキシルアクリレート、シク
ロへキシルメタアクリレート、２−ヒドロキシエヂルア
クリレート、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、
トリブロモフェニルアクリレート、トリブロモフェニル
メタアクリレート、アクリロキシジェトキシトリブロモ
ベンゼン、メタアクリロキシジエトキシトリプロモヘン
ゼン等のアクリルエステル若しくはメタアクリルエステ
ル、スチレン、α−メチルスチレン、モノクロルスチレ
ン等の芳香族ビニル化合物が好ましく使用される。既述
の重合性単量体もしくは単量体混合物は、重合開始剤、
重合助剤、分子ｆｆｉ調節のための連鎖移動剤等をも含
有させることができる。

以上のように調製された重合性単量体をクラッド材１の
中空部２内に充填するための方法は特に制限されず、例
えばクラッド材の一端を、容器内の重合性単量体中に入
れ、他端に減圧を作用させて吸引により充填する方法、
クラッド材の一端から加圧下に重合性単量体を注入充填
する方法等を利用することができる。クラッド材内に重
合性単量体を充填した後クラッド材の両端を封じて得ら
れる複合材料を、例えば加熱する°手段等によってクラ
ッド材内の重合性単量体を重合させる。このとき複合材
料の全体を窒素ガス等による不活性雰囲気下に置くこと
もでき、これによって重合を円滑に進行させることがで
きる場合がある。重合開始剤の種類、重合の温度その他
の条件は、用いる重合性単量体の種類等により適当な条
件を選択することができる。通常はラジカル重合開始剤
、例えばラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパー
オキシジカーボネート、メチルエチルケトンパーオキサ
イド等の開始剤を用いればよ＜、血合温度も室温から１
５０℃まで位とされる。また場合によっては光重合開始
剤の存在下で光重合させることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、芯体を形成するために重合体を
熔融成形する手段を用いず、クラッド材の中空部内に重
合性単量体を充填して成る複合材料を重合処理すること
により重合性単量体を重合しこれによって重合体よりな
る芯体を形成するため、重合性単量体として用いる単量
体の選択範囲が広く、重合性単量体の一部または全部と
して架橋性の２官能以上の多官能性単量体を用いること
により、従来法では原理的に得ることができない架橋性
重合体若しくは共重合体を材質とする芯体による光学繊
維を得ることができる。このような光学繊維は優れた耐
熱性を有するものであり、種々の用途に適用することが
できる。また重合性単量体が架橋性単量体を含有すると
、重合時にクラッド材内において体積収縮による糸切れ
が防止される。更に熔融成形時に生じ易い不純物の混入
の機会が少なく、本質的に光伝送性に有利な芯体を形成
することができる。　− 〔実施例〕 実施例１ フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）　（呉羽化学■製品
「にＦ＃１０００Ｊ　）を用いて２４０℃の出口温度で
押出し成形を行い、内径０．８鶴、肉厚０．０２８０の
中空のフッ化ビニリデン樹脂より成るクラッド材を得た
。この樹脂の屈折率はｎ％’＝１．４２であった。

一方充分に精製したメチルメタクリレート８８重量部と
２官能性単量体である２、２−ビス（４−メククリロキ
シーエトキシフェニル）プロパン１２１１部との混合物
にラウロイルパーオキサイド０．０６重量部を添加して
なる重合性単量体液をよく洗浄された容器に入れた。前
記クラッド材の一端をこの容器内の単量体液中に入れ、
他端を真空ポンプで吸引することにより、単量体液をク
ラッド材内に充填した。その後クラッド材の両端部を加
熱圧着により封じ、得られた複合材料を恒温庫に入れて
恒温庫全体を窒素置換し、庫内温度を６０℃にして重合
性単量体の重合を開始させた。１６時間後に庫内を次第
に昇温しで５時間経過後には１１０℃まで昇温させ、更
にこの温度で２時間放置し、以って芯体を形成して光学
繊維を得た。

この光学繊維の芯体の共重合体の屈折率は、ｎ　ｖ＝　
１．５０であった。従ってクラッド層と芯体の屈折率の
差は、 １．５０−１．４２ １．５０ この光学繊維について光伝送損失を測定したところ、温
度２５℃において約４２０　ｄＢ／ｋｍであり、また温
度１２０℃においても充分な光伝送能力を有し、大きな
耐熱性を有するものであった。

尚光伝送損失（α）は次式により計算して求めた値であ
る。

ｚ　　　　　ｒ。　　　（ｄＢ／ｋｍ）ｌ：光学繊維の
長さく　ｋｍ　） Ｉｏ：標準長さ１０の時の出射端面の光量■、：長さｌ
の時の出射端面の光量 ｚａ＝１０ｍを標準とし、繊維両端面を繊維軸に直角に
切断し平滑面を作成した。そしてハロゲンランプを光源
として用い、平行光線を透過主波長が６５０　ｎｏ＋の
フィルターで単色化して光学繊維の一端に入射させ、出
射端面の光量を大面積のフォトダイオードで検出した。

実施例２ 実施例１におけると同じポリフッ化ビニデン樹脂のクラ
ッド材中に、精製したメチルメタクリレートと０．０６
重量％のラウロイルパーオキサイドの混合物よりなる重
合性単量体液を注入し、実施例１と同じ条件で重合を行
って光学繊維を得た。

なお、得られた光学繊維の一部には、僅かに芯体に不連
続部分があるものも認められた。

実施例３ フッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとを重量で８
０７２０の割合で共重合させて得られるた共重合体（Ｐ
（ＶＤＦ−ＴＦＥ））を材料として押出し成形を行い、
内径０．９５龍、肉Ｊ￥０．０４５■ｌのクラッド材を
得た。このクラッド材のボＩｆマーのｍｌ折率は、ｎ□
＝　１．４０６であった。

一方充分に精製した２官能性単量体である２、２−ビス
（４−メタクリロキシ−エトキシ−３，５−ジブロモフ
ェニル）プロパン５０重量部と、ｌ−メタクリロキシ−
ジェトキシ−２，４，６−１−リプロモベンゼン５０重
量部との混合物に重合開始剤としてラウロイルパーオキ
サイド０．０２重量部を含有させてなる重合性単量体液
を温度６０℃でクラッド材中に注入し、初期重合開始温
度を４０℃としたことの他は実施例１と同様の重合条件
で重合を行い、光学繊維を得た。この光学繊維の芯体の
共重合体の屈折率は、ｎ　’、、５＝　１．５８２であ
り、屈折率の差は約１１％であった。この繊維の伝送…
失は約８１０　ｄＢ／に−であった。しかしながらこの
繊維は１４０℃においても光伝送性能を有する耐熱性に
優れたものであった。

実施例４ 実施例３において用いたポリ　（フッ化ビニリデン−テ
トラフロロエチレン）樹脂のクラッド材の中に、ジエチ
レングリコールビスアリルカーボネ−トｒＣＲ−３９Ｊ
　　１００重量部および重合開始剤としてイソプロピル
パーオキシジカーボネート１．０重量部よりなる重合性
単量体液を注入した。この工程においては、当該単量体
液およびクラフト剤の中空部を窒素ガスで繰り返し置換
することにより全て酸素ガスが含まれないようにした。

そして複合材料を、窒素置換したオープンの中で温度３
０℃から６０℃へ７時間をかけて次第に昇温し、６０℃
で３時間放置した後直ちに８０℃に昇温し、その温度に
３時間保った。その後１２０℃で１時間放置し、重合を
完結させて芯体を形成し、光学繊維を得た。

この光学繊維の屈折率はｎ□−１゜４９２であり、屈折
率の差は５．８％であった。

この光学繊維の光伝送）員失を測定したところ、７１０
　ｄＢ／　ｋ＋ａであった。そしてこの光学繊維も耐熱
性に優れており、１３０℃でも伝送能力を有していた。

実施例５〜８ 実施例１〜４に準する方法により、次の光学繊維を作成
した。結果を第１表に示す。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明樹脂製光学繊維の製造において用いられ
るクラッド材を模式的に示す説明用斜視図である。 １・・・・・・クランド材。 ２・・・・・・中空部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１重量％以上が架橋性単量体である重合
   性単量体より得られる重合体若しくは共重合体よりなる
   芯体と、この芯体より低い屈折率を有する重合体若しく
   は共重合体よりなるクラッド層とにより構成されること
   を特徴とする樹脂製光学繊維。 ２）クラッド層を形成する重合体若しくは共重合体より
   なる中空糸状のクラッド材内に、重合性単量体を充填し
   、得られる複合材料を重合条件下に置くことにより前記
   重合性単量体を重合せしめて前記クラッド材より屈折率
   の高い芯体を形成することを特徴とする樹脂製光学繊維
   の製造方法。 ３）芯体となる重合性単量体の少なくとも１重量％が架
   橋性単量体である特許請求の範囲第２項記載の樹脂製光
   学繊維の製造方法。