JPS6367164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は実質的に有機重合体のコアおよびクラ
ツドより成る改良された性能を有する光伝送繊維
に関する。 光伝送繊維がフイラメントの内部に光を閉じ込
め、フイラメントの長さ方向に沿つて内部反射を
繰返しながら光を伝達するように屈折率の高いコ
ア材に比べて低い屈折率を有するクラツド材によ
つて取り囲まれた構造より成ることは公知であ
る。 かかる光伝送繊維を有機重合体で製造する場
合、コア材としてはポリメチルメタクリレート、
ポリスチレンの外、ポリシクロヘキシルメタクリ
レート、ポリフエニルメタクリレート等の如き透
明性が高く且つ非晶性の重合体が提案されてい
る。 これらのうち、ポリメチルメタクリレート系は
透明性に優れる外、力学的性質、熱的性質、耐光
性等にも優れ、工業的素材としては特に重要視さ
れている。 これらコア材を被覆するクラツド材としてはコ
ア材に比べて屈折率の小さいものが選定される。
屈折率が1.59と高い値を有するポリスチレンをコ
ア材とする場合にはクラツド材としては通常非晶
性のポリメチルメタクリレートが用いられる。そ
の他各種の樹脂も用い得るが、コアとクラツドの
界面の接着性に問題がある外、機械的強度、寸法
安定性、耐薬品性、耐候性等に劣る欠点を有す
る。一方ポリメチルメタクリレートをコア材とし
て採用する場合にはポリメチルメタクリレートの
屈折率が1.48〜1.50と比較的小さいため、クラツ
ド材の選定に際してかなり限定される。かかる低
屈折率のクラツド材としては特公昭43−8978号に
開示されている弗素含有アルコールのメタクリレ
ートより成る重合体や特公昭53−21660号に開示
された弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレン
の共重合体が知られている。しかし、弗素含有ア
ルコールのメタクリレートをクラツド材として用
いた場合、非晶性で透明であるメリツトはある反
面、熱変形温度が低く、且つ溶融賦形の際特に
220℃以上での耐熱安定性にやや問題があり、賦
形に際して厳密な温度コントロールを行なわない
限り分解による発泡や分解生成物等に起因する光
の散乱要因を伴い易いこと、コア材との接着性が
悪く、光伝送繊維の賦形および加工等取扱いの過
程において界面剥離を生じ易く伝送性能の安定
性、信頼性に欠ける等の欠点を有する。 一方ポリ弗化ビニリデン又は弗化ビニリデン単
位を主成分とする共重合体をクラツド材として使
用する場合、熱変形温度が高く、且つ高温におけ
る熱安定性、コア材に対する接着性、耐摩性、耐
屈曲性等に優れるメリツトを有する反面、結晶性
であるためコア―クラツド界面における光の散乱
を伴い易く、伝送性能に劣る外、加工の際エポキ
シ系接着剤によつて劣化を伴い、易い等の欠点を
有している。特公昭53−21660号には弗化ビニリ
デン系ポリマーのかかる欠点を改良するため20〜
40モル％のテトラフルオロエチレンを共重合せし
め、結晶性を著しく阻害することによつて伝送性
能の向上を計ることが提案されているが、かかる
共重合を行なつてもなおコア材の光学純度を十分
に生かしうるクラツド材としては必ずしも満足す
べきものではない。 また、これら公知の弗素系クラツド材はいずれ
も高価であることも商業的には大きな欠点となつ
ている。 本発明はかかる従来のクラツド材のもつ欠点と
りわけ弗化ビニリデン系ポリマーのもつ欠点を解
消し、界面での接着性に優れ、安価で且つコア材
の光学性能を十分発揮出来るクラツド材の開発を
目的として鋭意検討の結果本発明を完成せしめた
ものである。 すなわち、本発明の要旨とするところは、実質
的に有機重合体のコアおよびクラツドより成る光
伝送繊維であつて、クラツド成分がポリ弗化ビニ
リデンまたは弗化ビニリデン単位を主成分とする
共重合体95〜20重量％とポリメチルメタクリレー
トまたはメチルメタクリレート単位を主成分とす
る共重合体５〜80重量％とから成る混合物により
構成された光伝送繊維であり、かかる混合物をク
ラツド材として採用することによつて安価である
と共に弗化ビニリデン系ポリマーのもつ結晶性を
抑え、光学性能の大幅な改良を達成したものであ
る。 本発明において用いられるコア材は透明な非晶
性ポリマーであり、具体例としてはポリメチルメ
タクリレート、ポリスチレンおよびこれらを主成
分とする共重合体の外、ポリベンジルメタクリレ
ート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリ
フエニルメタクリレート、ポリ―ｔ―ブチルメタ
クリレート等のメタクリレート類、ポリカーポネ
ート等が挙げられる。これらのうち光伝送性、耐
候性、耐薬品性、機械的性質等に優れ、最も好適
に用いられるコア材はポリメチルメタクリレート
である。 また、本発明においてクラツド材の一成分とし
て用いられる弗化ビニリデン系のポリマーとして
はポリ弗化ビニリデンまたは弗化ビニリデン単位
を主成分とする共重合体が用いられる。かかる弗
化ビニリデン単位を主成分とする共重合体として
は、弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレン、
ヘキサフルオロプロピレン、弗化ビニル、クロロ
トリフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビ
ニルエーテル等の弗素含有ビニル化合物の外、メ
チルメタクリレート、ブチルメタクリレート等の
メタクリル酸エステル類、酢酸ビニル等との共重
合体があげられる。 かかる共重合体のうち、耐熱性、機械的特性、
加工性、コア材との接着性、屈折率バランス等実
用的性能において最も優れるものはテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体である。この場合弗化ビ
ニリデンの含有量は少なくとも60モル％であるこ
とが好ましい。 しかし、かかる実用性能バランスにおいて優れ
る弗化ビニリデン系ポリマーもなお結晶性を有す
るが故にコアとクラツドの界面における光の反射
損失を伴い易く、またエポキシ系接着剤による損
傷等のためコア材の光学的性能を十分発揮せしめ
るには必ずしも満足すべきものではなく、さらに
改良が望まれていた。本発明はかかる弗化ビニリ
デン系クラツド材の欠点をカバーし、さらに優れ
たプラスチツク系光伝送繊維を得ることを目的と
するものであつて、ポリメチルメタクリレート系
ポリマーが弗化ビニリデン系ポリマーに対して著
しい相溶性を有する事実に着目し、弗化ビニリデ
ン系ポリマーに適当量のポリメチルメタクリレー
ト又はこれを主成分とする共重合体を混合するこ
とによつて弗化ビニリデン系ポリマーの結晶化を
抑制し、加えて耐接着剤性の向上とクラツド材コ
ストの低減を計らんとするものである。 本発明でもう一つのクラツド材成分として用い
られるポリメチルメタクリレート及びこれを主成
分とする共重合体はかかる背景から選定されるも
のであり、共重合成分としてはメタクリル酸エチ
ル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ｎ―ブ
チル、メタクリル酸ｔ―ブチル、メタクリル酸シ
クロヘキシル、メタクリル酸フエニル、メタクリ
ル酸ベンジル、メタクリル酸β―ヒドロキシエチ
ル、メタクリル酸グリシジル等の如きメタクリレ
ート類、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブ
チルの如きアクリレート類、スチレン、α―メチ
ルスチレン等との共重合体があげられるが、これ
らに限定されるものではなく、さらに少量のアク
リロニトリル、無水マレイン酸等他種成分を含む
共重合体であつてもさしつかえない。 本発明におけるクラツド材としてはこれらポリ
メチルメタクリレート系ポリマーとポリ弗化ビニ
リデン系ポリマーとを適当な割合で混合して使用
される。その混合割合はポリ弗化ビニリデン系ポ
リマーが95〜20重量％、ポリメチルメタクリレー
ト系ポリマーが５〜80重量％の範囲にあることが
望ましい。ポリ弗化ビニリデン系ポリマーの混合
割合が95重量％を越えるとポリメチルメタクリレ
ート系ポリマーの混合による光学性能の改良効果
はほとんど認め難くなる。また、ポリ弗化ビニリ
デン系ポリマーの混合割合が20重量％以下となる
場合はコア材との屈折率差が小さくなり過ぎ、伝
送光量が大幅に低下するため好ましくない。コア
材とクラツド材の屈折率差は好ましくはコア材の
屈折率の１％以上であることが好ましい。 本発明において最も優れた効果の得られるポリ
弗化ビニリデン系ポリマーの混合割合は80〜40重
量％である。 本発明においてクラツド材として用いる弗化ビ
ニリデン系ポリマーとポリメチルメタクリレート
系ポリマーの混合方法については従来公知の手法
が使用可能である。すなわち、チツプ形態又は粉
末状で混合した後、押出機あるいは加熱ローラー
での混練等の如き固体又は溶融状態での混合や弗
化ビニリデン系ポリマーとポリメチルメタクリレ
ート系ポリマーとを溶媒に溶解し均一溶液となす
か、またはこの溶液から湿式または乾式で溶媒を
除去する如き溶液状態での混合等があげられる。 しかし、本発明の目的とする効果を十分に達成
するためには両クラツド成分が極力均一に分散混
合することが望ましく、そのため溶液法に比して
均一分散効率の上りにくい溶融状態での混合に際
しては例えばスタテイツクミキサーの使用等十分
セン断がかかるよう留意が必要である。これに対
し、溶液状態での混合に際しては両クラツド成分
の均一分散混合は比較的容易であり、溶媒の選定
によつては分子分散に近いところまでの均一混合
することができる。かかる溶媒としては例えば酢
酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン、ジメ
チルホルムアミド等の如き極性溶媒があげられ
る。得られたクラツド材の混合溶液はこのままコ
ーテイング法でコア繊維に被覆使用しても良い、
また一度溶媒を除去し固形分として取り出した後
使用しても良い。 かくして得られた弗化ビニリデン系ポリマーと
メチルメタクリレート系ポリマーの混合物は極め
て優れた均一性を有し、全く結晶性を示さない
か、もしくは極めてわずかな結晶性を有するのみ
で原料弗化ビニリデン系クラツド成分に対して大
幅な結晶阻害が認められ非常に優れた透明性を有
するフイルムを形成することができる。また、こ
のフイルムの有する屈折率は両クラツド成分の混
合割合に応じた屈折率の加成性が成立つ値にほぼ
等しいレベルで一定である。これらのことは本発
明における弗化ビニリデン系ポリマーとメチルメ
タクリレート系ポリマーの混合物より成るクラツ
ド材は著しい相溶性のためほぼ分子分散を達成し
ているものと考えられ、これが屈折率のかなり異
なる両クラツド成分の混合にもかかわらず、かな
り広い混合割合の範囲においても、あたかも光学
的に均一なポリマーの如き挙動を示すものと推定
され、本発明の大きな特徴を成している。 また、このクラツド材は、目的によつて混合割
合を変更することにより屈折率を任意に変更設定
出来る自由度を有する多目的素材としての性格を
もつと共に高価な弗化ビニリデン系ポリマーを安
価なメチルメタクリレート系ポリマーで稀釈した
組成構成を有することから比較的安価である。ま
た、このクラツド材がポリマーブレンドによつて
構成されていることから、構成成分である弗化ビ
ニリデン系ポリマー及びメチルメタクリレート系
ポリマーのもつ利点を良く保持しており、高い熱
変形温度と溶融賦形温度に対応する200〜250℃の
高温領域における耐熱分解性、コア材との界面に
おける接着性、可撓性、耐摩性等に優れた性能を
発揮する。さらに本発明者らにとつて予想外の効
果は本クラツド材を用いて光伝送繊維を構成した
場合、エポキシ系接着剤に対する耐性の大幅な向
上とクラツド材の構成比が弗化ビニリデン系ポリ
マーの高含有領域においても透明で高い伝送特性
を与えるクラツド材として機能する事実である。
これらは弗化ビニリデン系ポリマーが塩基性成分
を含有するエポキシ系接着剤に対して損傷を受け
易く、このため伝送性能の低下を来たし易いこ
と、および弗化ビニリデン系ポリマーとメチルメ
タクリレート系ポリマーの混合においては通常弗
化ビニリデン系ポリマー含有量が40〜60重量％を
越える場合にはメチルメタクリレート系ポリマー
の混合によつても弗化ビニリデン系ポリマーの持
つ結晶性を大きく阻害し得ないこと（Polymer
Journal，Vol.13，No.３，273〜281（1981）等の従
来の知見からすれば極めて特異な挙動であり、意
外な結果と言える。 この理由は必ずしも定かではないが、弗化ビニ
リデン系ポリマーとメチルメタクリレート系ポリ
マーの混合物はクラツド材として用いて光学繊維
を形成せしめた場合、該クラツド材単味の成形物
に比べて10〜20μ前後の薄層をコア材の表層部に
形成した光学繊維形態ではクラツド材の最表層部
及びコア材との接着界面におけるクラツド材構成
組成分布に何らかの変化が起つているものと推定
され、これが耐接着性の大幅な向上と、コア―ク
ラツド界面におけるクラツド成分の結晶化を阻害
し、大幅な伝送性能の向上、さらには界面におけ
る接着性の向上に寄与しているものと推定され
る。 本発明において弗化ビニリデン系ポリマーとメ
タクリレート系ポリマーの混合物より成るクラツ
ド材をコア材に被覆する手段としては特に制限は
なく、たとえばコア繊維を予め成型せしめた後、
これに前記クラツド材の溶液をコーテイング法に
より被覆する方法、コア材とクラツド材を芯―鞘
構造を有する複合紡糸用ノズルを用いて溶融紡糸
により成型する方法等従来公知の方法のいずれを
採用しても差支えない。 本発明の光伝送繊維による利点は次の如くであ
り、本発明の実用的意義は極めて大きい。 １ 伝送性能の大幅な向上が達成出来る。 ２ 従来の弗素系クラツド材の使用に比して安価
である。 ３ クラツド成分の混合割合の変更により用途に
応じて光学繊維の開口角を任意の値に設定出来
るデザインの自由度を有する。 ４ コア材との接着性に優れ、界面における光の
反射損失が少ない。 ５ 熱変形温度、耐熱分解性等熱的性質に優れ
る。 ６ 接着剤に対する耐性に優れる。 ７ 可撓性、耐摩性等機械的特性に優れる。 以下本発明を実施例によりさらに詳しく説明す
るが実施例中に示された光伝送損失値は次の方法
によつて測定した値である。 ※ 光伝送損失の評価 光伝送繊維の伝送損失は第１図に示す装置によ
つて測定した。 安定化電源１０１によつて駆動されるハロゲン
ランプ１０２から出た光はレンズ１０３によつて
平行光線にされた後、干渉フイルター１０４によ
つて単色化され、光伝送繊維１００と等しい開口
数を持つレンズ１０５の焦点に集められる。この
焦点に光伝送繊維の入射端面１０６が位置するよ
う調節して光伝送繊維１００に光を入射させる。
入射端面１０６から入射した光は減衰して出射端
面１０７から出射する。この出射光は十分に広い
面積のフオトダイオード１０８によつて電流に変
換され、電流―電圧変換型の増幅器１０９によつ
て増幅された後、電圧計１１０により、電圧値と
して読み取られる。 伝送損失の測定は次の手順により行なう。まず
光伝送繊維１００をI₀の長さになるように、両端
面を繊維軸に直角に切断し、平滑な面に仕上げ、
前記の装置に入射端面１０６および出射端面１０
７が測定中動かないように装着する。暗室にして
電圧計の指示値を読取る。この電圧値をI₁とす
る。次に、室内灯を点灯し、出射端面１０７を装
置からはずし、この端面から長さｌの点１１１で
光伝送繊維１００を切り取る。そして装置に装着
されている方の光学繊維の端面を最初と同じよう
に繊維軸に直角な面に仕上げ、これを新しい出射
端面として装置に装着する。これらの作業中、入
射光量を一定に保つため入射端面１０６は動かな
いように注意する。再び暗室にして、電圧計の指
示値を読み取り、これをI₂とする。 光伝送損失（α）は次式により計算する。 α＝10／ｌlog（I₂／I₁）（dB／Km） ここでｌ：光学繊維の長さ（Km） I₁、I₂：光量（電圧計読取値） なお、本発明での測定条件は次の通りである。 干渉フイルター（主波長） ：646nｍ I₀（光学繊維の全長さ） ：15ｍ ｌ（光学繊維の切断長さ） ：10ｍ Ｄ（ボビンの直径） ：190mm ここでボビンは装置をコンパクトにするために
使用し、入射端面１０６と出射端面１０７間の距
離が１ｍ程度になるようにして残余の光学繊維を
ボビン（図示せず）に巻いておく。 実施例 １ 連続塊状重合法で得たポリメチルメタクリレー
トを口径３mmφの円型ノズルを用い、ポリマー吐
出量５ｇ／minHole、紡糸温度240℃、紡糸速度
６ｍ／min、クエンチ風速0.5ｍ／secで紡糸しコ
ア繊維を得た。 一方、クラツド材として、弗化ビニリデン80モ
ル％とテトラフルオロエチレン20モル％より成る
共重合体55重量部とポリメチルメタクリレート45
重量部より成る混合物を酢酸エチルに加熱溶解
し、30％の透明な混合溶液を調整した。 これを1.2mmφの孔を有するコーテイング用ポ
ツトに充填し、先に得たコア繊維をポツト中を通
過せしめることによつてコア繊維の表層をクラツ
ド材で被覆した後160℃の熱風雰囲気に保持され
た乾燥筒において酢酸エチルを除去し、次いで該
繊維を160℃で2.0倍に延伸することにより外径
760μｍの光伝送繊維を得た。 この光伝送繊維の光伝送損失は240dB／Kmであ
つて非常に優れた伝送特性を示した。 実施例２〜６および比較例１ 実施例１においてクラツド材として弗化ビニリ
デンとテトラフルオロエチレンの共重合体とポリ
メチルメタクリレートの混合割合を第１表に示す
通りに変えた以外はすべて実施例１と同様な条件
下で操作し外径760μｍの光伝送繊維を得た。そ
れぞれの光伝送繊維の伝送損失を測定した結果を
第１表に示した。

【表】 第１表から明らかな如く、弗化ビニリデン系ポ
リマーとポリメチルメタクリレートの均一混合物
のクラツド材としての性能は非常に優れており、
弗化ビニリデン系ポリマー単独のクラツド材に比
して大幅な性能向上が認められる。 実施例 ７ スパイラルリボン型撹拌機を有する反応槽と２
軸スクリユーペ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チルメタ
クリレート100部、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℃、平均滞在時
間4.0時間で反応させ、次いでペント押出機の温
度をペント部240℃、押出機230℃、ペント部真空
度４mmHgとして揮発物を分離後230℃に保持され
たギヤーポンプを経て230℃に保持された芯―鞘
複合紡糸頭へコア成分として供給される。一方、
ASTM―Ｄ―1238―73で測定したメルトインデ
ツクス値が100のポリ弗化ビニリデン60部とメル
トインデツクス値32のポリメチルメタクリレート
40部をジメチルホルムアミドに同時に均一加熱溶
解した後、前述と同一タイプの２軸スクリユーペ
ント型押出し機を用いてジメチルホルムアミドを
除去し、ポリ弗化ビニリデンとポリメチルメタク
リレートの均一混合チツプを得た。この混合チツ
プをクラツド材として200℃に設定されたスクリ
ユー溶融押出機で押し出し、ギヤーポンプを経て
230℃に加熱された前述の芯―鞘複合紡糸頭にク
ラツド成分として連続供給し、コア成分と共に紡
糸口金より230℃で吐出後冷却固化して３ｍ／
minで連続的に引き取つた。得られた未延伸の光
伝送繊維はさらに160℃で1.8倍に延伸して外径
1000μの光伝送繊維を得た。この光伝送繊維は光
伝送損失205dB／Kmの非常に優れた性能を有する
ものであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において光伝送性能の測定に用
いた装置の概略図である。 図において、１００：光伝送繊維、１０２：ハ
ロゲンランプ、１０４：干渉フイルター、１０
８：フオトダイオード、１０９：増幅器、１１
０：電圧計、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に有機重合体のコアおよびクラツドよ
   り成る光伝送繊維であつて、クラツド成分がポリ
   弗化ビニリデンまたは弗化ビニリデン単位を主成
   分とする共重合体95〜20重量％とポリメチルメタ
   クリレートまたはメチルメタクリレート単位を主
   成分とする共重合体５〜80重量％とから成る混合
   物により構成された光伝送繊維。 ２ クラツド成分の弗化ビニリデン単位を主成分
   とする共重合体が弗化ビニリデンとテトラフルオ
   ロエチレンより成る共重合体である特許請求の範
   囲第１項記載の光伝送繊維。 ３ クラツド成分がポリ弗化ビニリデンまたは弗
   化ビニリデン単位を主成分とする共重合体80〜40
   重量％とポリメチルメタクリレートまたはメチル
   メタクリレート単位を主成分とする共重合体20〜
   60重量％とから成る混合物により構成されたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の光伝送繊維。