JPS63101803A - 低損失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］ 本発明は可視光波長領域において、優れた透光性能を有
する低損失プラスチック光ファイバに関する。更に詳し
くは、６６０ｎｍに発光帯域を有するＧａＡｆｌＡｓ系
赤色ＬＥＤに対して極めて良好な透光性能を有する低損
失プラスチック光ファイバに関する。

［従来の技術］ プラスチック光ファイバは、石英系光ファイバに比べ可
撓性があり、大口径・大開口数であること、及び端面処
理や接続等の工事性が容易であるといった利点を有して
いる。このため従来の装飾用途から移動体、工作機械、
オフィスオートメーションなどにおける情報伝送媒体へ
と用途が拡大している。このようなプラスチック光ファ
イバの実用例としては、芯がポリメタクリル酸メチルか
らなり、鞘がフッ素化オレフィン系又はフッ素化メタク
リレート系からなるもの、もしくは芯がポリスチレンか
らなり、鞘がポリメタクリル酸メチルからなるものなど
が知られている。しかし、これらのプラスチック光ファ
イバも未だに充分なものではない。つまり芯がポリメタ
クリル酸メチル系であるプラスチック光ファイバは透光
性、機械特性、耐光性に優れているが、光ファイバの有
する最低損失波長域と発光素子の有する最高出力波長と
が一致せず、透光性能の劣った波長を使わなければなら
ないという欠点を有している。具体的にはポリメタクリ
ル酸メチル系プラスチック光ファイバは、波長５６８ｎ
ｍ、６５０ｎｍにそれぞれ損失の窓を有するのに対し、
高輝度発光素子の波長は６６０　ｎｍ以上であり、発光
素子の発光波長をポリメタクリル酸メチル系プラスチッ
ク光ファイバの損失の窓に合せて製造することは技術上
極めて困難である。

更にプラスチック光フアイバ用として使用されるＧａＡ
ｆＵＳ系赤色ＬＥＤは、発光波長に分布を有すると共に
雰囲気温度等の環境により、中心発光光波長が１０ｍｍ
程度移動することもある。そのため６６０ｍｍの発光素
子を使用する際は、好適なプラスチック光ファイバとし
ては６５０〜６７Ｑｎｍの波長領域において透光損失の
変動の少ないものが望ましい。

しかるにポリメタクリル酸メチル系プラスチック光ファ
イバは６５０ｍｍから６６０ｍｍに透光波長が移動する
だけで約５０ｄＢ／にｍの損失増大が認められ、更に６
７０ｍｍに移動すると１２０ｄＢ／Ｋｍ以上の損失増大
となる。これはプラスチック光ファイバの許容損失が約
−３ＱｄＢｍであることを考えれば、本来６５００ｍで
の損失ならば２００ｍ伝送できるのに対して、６７００
ｍでの損失を考慮しなくてはならないことから、実際は
１１０ｍしか伝送できないこととなり、極めて大きな欠
点となる。

更に該プラスチック光ファイバにおいて芯のポリメタク
リル酸メチルの屈折率は１．４９２と低く、これに適合
する鞘としては高価なフッ素化合物を使わなければなら
ないという欠点も有している。

一方、ポリスチレンを芯とするプラスチック光ファイバ
は屈折率が高い故に鞘の選択幅が広いといった長所を有
するものの、プラスチック光フアイバ自身の損失の窓が
６７２１ｍにあり、ポリメタクリル酸メチル系プラスチ
ック光フアイバ同様にＧａＡＱＡＳ系の発光素子の波長
と一致しないという欠点を有しており、更に礪械的強度
と耐候性の点で難点があり、信頼性に乏しいという欠点
を有している。

又、メタクリル酸メチルとスチレンの共重合体も良く知
られており、プラスチック光ファイバへの適用も提案さ
れている（特開昭６０−１１７２０３＞が未だ十分でな
い。つまり特開昭６０−１１７２０３で提案されている
光ファイバではスチレン単量体成分が少なすぎて、共重
合体の散乱損失が大きく、かつ高輝度発光素子の波長を
十分活用できないといった欠点を有している。更にその
製造方法においても重合温度やラジカル開始剤濃度に関
して、使用する温度やラジカル開始剤濃度によっては光
学特性上好ましくない副生成物を含有し得るといった欠
点を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかる従来法の欠点を解決し、６５０〜６７
０ｍｍに透光損失の窓を有し、かつ安価で機械特性、耐
光性の優れた低損失プラスチック光ファイバを提供する
にある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、スチレン単量体成分４０〜８０モル％、メタ
クリル酸メチル２０〜６０モル％からなる共重合体を芯
とし、屈折率が該芯より３％以上小さい重合体を鞘とす
る芯鞘複合構造であって、破断伸度が１０％以上である
ことを特徴とする低損失プラスチック光ファイバである
。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明においてスチレン単量体／メタクリル酸メチル単
量体の成分比は４０／６０〜８０／２０モル％が好まし
い。スチレン単量体とメタクリル酸メチル単量体との成
分比を変更させて散乱損失及び６６０止付近における最
低損失波長を調べたところ、図１の通りとなった。つま
りスチレン単量体／メタクリル酸メチル単量体の成分比
が４０／６０モル％を下用ると、散乱損失が増大すると
ともに、透光損失の窓を与える波長も６６０ｍｍ以下と
なり、更に屈折率も小さくなり、鞘の選択範囲が小さく
なるので好ましくない。逆に８０／２０モル％を上層る
と透光損失の窓を与える波長は６６０ｍｍ以上となり、
屈折率も増大する反面、散乱損失が増大し、かつ機械特
性や耐光性に難点があるため好ましくない。よってスチ
レン単量体／メタクリル酸メチル単量体の成分比は４０
／６０〜８０／２０モル％が好適である。

また、本発明における芯鞘複合構造の光ファイバの破断
伸度は１０％以上であることが好ましい。

プラスチック光ファイバを一定の張力のもとに１８００
もしくは３６００に湾曲させた時の透光損失は、大きな
曲げ半径では一定であり、ある曲率以上に大きくなると
徐々に増大する。この時の曲げ半径を最小曲げ半径とす
ると、これはプラスチック光ファイバの破断伸度と対応
することが判明した。つまり破断伸度が１０％を下用る
と、最小曲率半径は’ｌ□ｍｍ以上のプラスチッククラ
ッド石英光ファイバと同様となり、プラスチック光ファ
イバの有する取扱いの有意性が保たれなくなる。

このため破断伸度は１０％以上であることが好ましい。

　ところが、一般にメタクリル酸メチル単量体とスチレ
ン単量体との共重合体から得られるプラスチック光ファ
イバの破断伸度は高々８％程度であり、スチレン単量体
成分を増大させるに従って破断伸度も４％程度まで低下
し、プラスチック光ファイバに必要とされる最小曲率半
径を１０ｍｍ以下にすることは困難であるとされていた
。

しかしながら、本発明者らの検討の結果では、本発明に
おけるスチレン単】体とメタクリル酸メチル単量体の成
分比範囲内であれば、鞘材を適切に選択した上に特殊な
延伸を施すことにより、ざほど透光損失を増大させるこ
となく、破断伸度を１０％以上にすることが可能である
。

ここで特殊な延伸とは、熱ピンや熱板、加熱ロール等の
加熱体に接触擦過させることなく、走行糸条に対して、
向流もしくは並流でコアまたはクラッドのガラス転移点
以上に加熱された流動気体中で延伸するに際して、細化
変形領域を該加熱帯域の出口近傍に存在させる条件下で
行なう延伸のことをいうがこれに限定されるものではな
い。

なおスチレン単量体成分を８０ｍｏｌｘ以上とした際に
は得られるプラスチック光ファイバの破断伸度を透光損
失の増大なしに１０％以上にすることは極めて困難であ
る。かかる点からもスチレン単量体とメタクリル酸メチ
ル単量体との成分比は８０／２０ｍｏ１％以下が好まし
い。

本発明における８共重合体には機械特性・溶融ポリマ流
動特性向上のために５モル％未満において、アクリル酸
エステル、メタクリル酸メチル以外のメタクリル酸エス
テル及びビニルトルエンを共重合することができる。更
に腰芯の耐光性を向上させるために、紫外線吸収剤を含
有させることができる。その添加旧は１〜５０００１）
ｐｍが良く、更に好ましくは５〜５０００　ｐｐｍが好
適である。

又、紫外線吸収剤としてはフェニルサリチレート、２−
（２’　ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリ
アゾールなどを例示することができる。又、本発明で採
用される該８共重合体の製造法としては、塵埃の混入抑
制の点から一段完全混合反応槽を用いた連続塊状重合法
が好ましい。

又、重合温度は１７０℃以下が好ましい。重合温度が１
７０℃を上用ると光学特性に好ましくないオリゴマの生
成が多くなる。このオリゴマは通常の未反応単量体を主
成分とする揮発物の除去分離では完全に分離しにくく、
重合体に残存して密度ゆるぎの原因となる。また揮発物
の分離工程で受ける熱により加熱着色物に変成する原因
ともなり得る。

更に本発明で採用されるラジカル開始剤の濃度は下記式
を満足する範囲から選択されることが好ましい。

＜ｌｎＡ≦９９７１／Ｂ−３３，４４ 但し、Ａ：ラジカル開始剤濃度（モル／フィート・単量
体モル） Ｂ：重合温度（ＯＫ） ラジカル開始剤の濃度がこの範囲を上用ると反応域での
均一攪拌混合性が阻害されるので、操業安定性が好まし
くない上に、光学特性上好ましくないオリゴマの生成が
多くなり、更には得られた共重合体も熱安定性に欠は物
性上も好ましくない。

なお本発明で用いられるラジカル開始剤には特に限定は
ないが、重合温度及びラジカル開始剤濃度の規制された
範囲で有効な開始能力を有し、反応制御しやすい点から
７ゾビスアルカン類が好ましい。また、分子量調節の役
割を果たす連鎖移動剤についても適宜選択することがで
きる。

本発明の低損失プラスチック光ファイバに使用できる鞘
材の選択は、芯材重合体の屈折率が高いので比較的容易
に行なうことができる。好ましい鞘材としては、トリフ
ルオロエチルメタクリレート重合体などのフッ素化メタ
クリレート重合体、テトラフルオロエチレン／ビニリデ
ンフルオライド共重合体などのフッ素化オレフィン重合
体、メタクリル酸メチル重合体及びこれらの共重合体、
混合物を例示することができる。安価な低損失プラスチ
ック光ファイバを提供する点ではメタクリル酸メチル単
量体を５０重山％以上含有する共重合体で屈折率が該８
共重合体より３％以上小さいものが好ましい。

［実施例コ 実施例１ あらかじめ蒸溜により精製されたスチレン単量体５３ｍ
０Ｉ％、メタクリル酸メチル４２ｍｏｌ／％、アゾビス
オクタン１　、５　Ｘ　１０’ｍｏｌ／単量体フィード
モル、ノルマルブチルメルカプタン ０’ｍｏｌ／単量体フィードモルの混合物に２（２°ヒ
ドロキシ５゛メチルフエニニル）ベンゾトリアゾールを
１０００ｐｐｍ溶解させ、０．１μポアサイズのテフロ
ンメンブレンフィルターで一過しながら重合槽に連続供
給した．、重合槽での反応温度は１３５℃に保ち、滞留
時間を４．８時間として連続的に排出させ、重合率５０
重量％の反応混合液を得た。この反応混合物を引続き脱
モノマ式押出機に供給して揮発物成分を除去した。揮発
物除去後の残存単量体分率は０．１重量％であり、スチ
レン単量体とメタクリル酸メチル単量体との成分比は５
３／４７ｍｏ１％であった。得られた共重合体は引続き
複合紡糸頭へ導かれ、テトラフルオロエチレン／フッ素
化ビニリデン共重合体とポリメタクリル酸メチルとの混
合体からなる鞘材と複合紡糸し、引き続き非接触型延伸
装置にて１４０℃の加熱空気下で１．５倍延伸を付与し
て芯鞘構造を有するプラスチック光ファイバとした。得
られたプラスチック光ファイバの透光損失は５８０ｎｍ
、６５０ｎｍ、６６０ｎｍ、６７０ｎｍの各波長におい
てそれぞれ１　４　４　ｄＢ／Ｋｍ　、１　８　０ｄＢ
／にｍ　、　１　７　７ｄＢ／Ｋｍ　。

１　８　２　ｄ１３／Ｋｍと極めて透光性に優れ、損失
の窓も６６０ｎｍにあり、かつ６５０ｎｍから６７Ｏｒ
１ｍにかけて損失の変動の小さいものであった。又、得
られたプラスチック光ファイバの破断伸度は１２％であ
り、１８００曲げによる１００％光量保持の最小曲率半
径は７ｍｍと極めて機械特性の優れたものであった。更
に得られたプラスチック光ファイバの室温上白色光透過
時の１００％光量保持は５００時間以上と耐候性も良好
なものであった。

比較例１ スチレン単量体とメタクリル酸メチル単量体との仕込み
混合比を１０／９０モル％とした他は全て実施例１と同
様に重合した。得られた共重合体のスチレン単量体とメ
タクリル酸メチルとの成分比は８／９２モル％であり、
５８０ｎｍ，６５０ｎｍ、６６０止、６７０ｎｍの各波
長における損失はそれぞれ４１　２ｄＢ／Ｋｍ　、　３
９０ｄＢ／Ｋｍ　、　４４０ｄＢ／にｍ１５１０ｄＢ／
にｍと透光損失が大きく、かつ損失の窓が６５０１ｍに
存在し、その窓も非常に鋭いものであった。又、得られ
たファイバの破断伸度７％、最小曲率半径１０ＩＩＩｌ
ＩＩと機械特性の劣ったものであった。

［発明の効果］ 本発明に係る低損失プラスチック光ファイバの効果をま
とめると次の通りである。

■　６６０１ｍに発光波長を有する発光素子に対して、
透光性能が優れてかつ安定している。つまり発光素子の
発光波長域が多少ずれても透光損失に変化がない。

■　屈折率が大きいため、安価なりラッド材を使用でき
ると共に開口数を大きく取れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスチレン単量体とメタクリル酸メチル単量体の
成分比を変更した共重合体を芯としたプラスチック光フ
ァイバにおける散乱損失と最低損失波長の関係図である
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スチレン単量体成分４０〜８０モル％、メタクリ
   ル酸メチル２０〜６０モル％からなる共重合体を芯とし
   、屈折率が該芯より３％以上小さい重合体を鞘とする芯
   鞘複合構造であって、破断伸度が１０％以上であること
   を特徴とする低損失プラスチック光ファイバ。
2. （２）鞘成分がメタクリル酸メチル単量体成分が５０モ
   ル％以上の重合体である特許請求の範囲第（１）項に記
   載の低損失プラスチック光ファイバ。