JPWO2014178347A1 - プラスチック光ファイバ及びその製造方法、並びにセンサ及びプラスチック光ファイバ巻取用ボビン - Google Patents
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Abstract
処理温度が１５〜５７℃の範囲内及び処理時間が５〜５０００時間の範囲内の条件下で、プラスチック光ファイバに対して相対湿度３５〜１００％ＲＨの湿熱処理又は温水処理を行う処理工程を含む、プラスチック光ファイバの製造方法。
Description
本発明は、プラスチック光ファイバ及びその製造方法、プラスチック光ファイバを含むセンサ、プラスチック光ファイバ巻取用ボビンに関する。
現在、プラスチック光ファイバは、高速光信号伝送用媒体として、例えば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ファクトリー・オートメーション（ＦＡ）、オフィス・オートメーション（ＯＡ）等で用いられている。このような高速光信号伝送用媒体として用いられるプラスチック光ファイバにおいて、メチルメタクリレート単独重合体（ＰＭＭＡ）を芯材とするプラスチック光ファイバの低損失窓は、可視光領域にあり、５２０ｎｍ、５７０ｎｍ、６５０ｎｍ付近において損失が低い。このようなプラスチック光ファイバに対しては、素子の寿命、帯域、受光素子の波長特性、価格、汎用性等のバランスから、赤色の光（６５０ｎｍ）が用いられている。
しかしながら、赤色の光（６５０ｎｍ）では伝送損失が大きいため、長距離の通信には適さない。
そのため、長距離の通信が必要な用途、例えば、空港や倉庫等の進入防止フェンスのセンサ用途、ソーラーパネルや店舗ディスプレイ等の盗難防止センサ用途、セキュリティーカメラ用途等では、赤色の光（６５０ｎｍ）よりも伝送損失が小さい緑色の光（５２５ｎｍ又は５７０ｎｍ付近）が用いられている。
一方、性能改善のためにプラスチック光ファイバを処理する方法として、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、プラスチック光ファイバの鞘材を湿熱処理し結晶化させる方法が提案されている。そして、この様に結晶化されたプラスチック光ファイバでは、芯鞘界面において光の散乱が著しく増大し、その結果、プラスチック光ファイバ側面から漏光することが記載されている。また、特許文献２及び特許文献３には、プラスチック光ファイバを熱処理して加熱収縮を抑制する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、プラスチック光ファイバを６０℃以上の高い温度で湿熱処理を行っているため、鞘材の結晶化による光の散乱や熱劣化により、得られるプラスチック光ファイバの伝送損失が増大する。また、特許文献２及び特許文献３の方法では、加熱収縮は抑制されるものの、プラスチック光ファイバを８０℃以上の高い温度で熱処理を行っているため、熱劣化により、得られるプラスチック光ファイバの伝送損失が増大する。
特に、長距離の通信に用いられる緑色の光（５２５ｎｍ又は５７０ｎｍ付近）の伝送損失が増大すると、通信距離が制約され、使用できる用途が限定されてしまう。
そこで、本発明の目的は、伝送損失を低減させ、より長距離の通信を可能とするプラスチック光ファイバ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、処理温度が１５〜５７℃の範囲内及び処理時間が５〜５０００時間の範囲内の条件下で、プラスチック光ファイバに対して相対湿度３５〜１００％ＲＨの湿熱処理又は温水処理を行う処理工程を含む、プラスチック光ファイバの製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の製造方法で得られるプラスチック光ファイバが提供される。
本発明の他の態様によれば、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１１５ｄＢ／ｋｍ以下である、プラスチック光ファイバが提供される。
本発明の他の態様によれば、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１００ｄＢ／ｋｍ以下である、プラスチック光ファイバが提供される。
本発明の他の態様によれば、上記のいずれかのプラスチック光ファイバを含むセンサが提供される。
本発明の他の態様によれば、胴部又は鍔部に孔を有するプラスチック光ファイバ巻取用ボビンが提供される。
本発明の実施形態によれば、伝送損失が低減され、より長距離の通信を可能とするプラスチック光ファイバ及びその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法は、処理温度が１５〜５７℃の範囲内及び処理時間が５〜５０００時間の範囲内の条件下で、プラスチック光ファイバに対して相対湿度３５〜１００％ＲＨの湿熱処理又は温水処理を行う処理工程を含む。前記処理工程においては前記湿熱処理を行うことが好ましい。また、前記処理工程の後に乾燥処理工程を含むことが好ましい。
本発明の実施形態により製造されるプラスチック光ファイバは、直径が０．６ｍｍ以上であることが好ましい。
本発明の実施形態により製造されるプラスチック光ファイバは、芯と前記芯の外周を取り囲む少なくとも１層からなる鞘とを有し、前記芯の芯材は、アクリル系樹脂からなり、前記鞘の鞘材は、フッ素系樹脂からなることが好ましい。
このプラスチック光ファイバは、前記鞘が２層以上からなり、前記芯の外周を取り囲む最内層の鞘材が、フルオロアルキル（メタ）アクリレート単位を含むフッ素系樹脂からなり、前記最内層の外周を取り囲む外側の層の鞘材が、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素系樹脂からなることがより好ましい。
本発明の実施形態による製造方法において、湿熱処理又は温水処理を行う前記処理工程を、ボビンにプラスチック光ファイバを巻きつけた状態で行うことが好ましい。このボビンは、胴部又は鍔部に孔を有することが好ましい。このようなボビンに巻き付けた状態で処理することで、より効果的に伝送損失の低減を行うことができる。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、上記製造方法により得られるプラスチック光ファイバであり、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、湿熱処理又は温水処理を行う前記処理工程の前後で５％以上低減したものであることがより好ましい。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１１５ｄＢ／ｋｍ以下である、プラスチック光ファイバであり、さらに伝送損失が１００ｄＢ／ｋｍ以下であるプラスチック光ファイバである。
本発明の実施形態によるこれらのプラスチック光ファイバは、伝送損失が低減され、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失が低減され、より長距離の通信を可能にできる。
本発明の実施形態によるセンサは、上記のいずれかのプラスチック光ファイバを含み、浸入防止フェンスのセンサとして、また盗難防止センサとして好適である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いながら説明するが、本発明はこれらの図面に示される構造に限定されるものではない。
（プラスチック光ファイバ）
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、プラスチック光ファイバの種類として種々の形態をとることができる。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、プラスチック光ファイバの種類として種々の形態をとることができる。
プラスチック光ファイバの種類としては、例えば、中心から外周に向かって連続的に屈折率が低下するグレーデッドインデックス型プラスチック光ファイバ（ＧＩ型プラスチック光ファイバ）、中心から外周に向かって屈折率が段階的に低下する多層プラスチック光ファイバ（ＳＩ型プラスチック光ファイバ）、複数の芯を鞘で取り囲んで一纏めにしたマルチコアプラスチック光ファイバ等が挙げられる。これらのプラスチック光ファイバの種類の中でも、構造が単純で安価であり、生産性に優れ、伝送損失を低減させることができることから、多層プラスチック光ファイバが好ましい。
多層プラスチック光ファイバは、芯と芯の外周を取り囲む少なくとも１層からなる鞘を有する。このような多層プラスチック光ファイバは、芯と鞘との界面で光を全反射させ、芯内で光を伝播させることができる。
図１に、多層プラスチック光ファイバの一例の断面構造を示す。図１（ａ）は、鞘が１層からなる場合を示し、芯１１の外周を鞘１２が取り囲んでいる。図１（ｂ）は、鞘が２層からなる場合を示し、芯１１の外周を１層目の鞘層１２ａ（最内層）が取り囲み、この鞘１２ａの外周を２層目の鞘層１２ｂ（外側の層）が取り囲んでいる。
（芯）
芯の材料（芯材）は、透明性の高い樹脂であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯の材料（芯材）は、透明性の高い樹脂であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
透明性の高い樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、カーボネート系樹脂等が挙げられる。これらの透明性の高い樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの透明性の高い重合体の中でも、伝送損失を低減させることができることから、アクリル系樹脂が好ましい。
アクリル系樹脂としては、例えば、メチルメタクリレート単独重合体（ＰＭＭＡ）、メチルメタクリレート単位を５０質量％以上含む共重合体等が挙げられる。これらのアクリル系樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのアクリル系樹脂の中でも、光学性能、機械強度、耐熱性、透明性に優れることから、メチルメタクリレート単独重合体、メチルメタクリレート単位を５０質量％以上含む共重合体（メチルメタクリレート系共重合体）が好ましい。メチルメタクリレート系共重合体は、光学性能、機械強度、耐熱性、透明性に優れることから、メチルメタクリレート単位を６０質量％以上含む共重合体が好ましく、メチルメタクリレート単位を７０質量％以上含む共重合体が更に好ましい。メチルメタクリレート単独重合体が芯材として特に好ましい。
尚、本明細書において、（メタ）アクリレートとは、アクリレート、メタクリレート又はその両方をいう。
芯材の製造は、公知の重合方法で行うことができる。芯材を製造するための重合方法としては、例えば、塊状重合法、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法等が挙げられる。これらの重合方法の中でも、異物の混入を抑制できることから、塊状重合法、溶液重合法が好ましい。
（鞘）
鞘は、芯の外周に少なくとも１層形成される。鞘は、図１（ａ）に示すように１層で形成されていてもよく、図１（ｂ）に示すように２層以上で形成されていてもよい。
鞘は、芯の外周に少なくとも１層形成される。鞘は、図１（ａ）に示すように１層で形成されていてもよく、図１（ｂ）に示すように２層以上で形成されていてもよい。
鞘の材料（鞘材）は、芯材より屈折率の低い材料であれば特に限定されず、芯材の組成や使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としてアクリル系樹脂を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。特に、芯材としてメチルメタクリレート単独重合体やメチルメタクリレート単位を５０質量％以上含む共重合体を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
フッ素系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）単独重合体、ＶＤＦ／テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ／（パーフルオロ）アルキルビニルエーテル共重合体、ＶＤＦ／ヘキサフルオロアセトン共重合体、ＶＤＦ／ＨＦＰ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ヘキサフルオロアセトン共重合体、エチレン／ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、ＶＤＦ／トリフルオロエチレン共重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート／アルキル（メタ）アクリレート共重合体等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのフッ素系樹脂の中でも、柔軟性、耐衝撃性、透明性、耐薬品性に優れ、低価格であることから、ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート／アルキル（メタ）アクリレート共重合体が好ましい。
特に、鞘が１層からなる場合、その鞘材としては、ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート／アルキル（メタ）アクリレート共重合体が好ましく、耐溶剤性に優れることから、ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体がより好ましい。
鞘が２層以上からなる場合、前記芯の外周を取り囲む最内層（１層目の鞘層、図１（ｂ）においては内側の鞘層１２ａが相当する）の鞘材は、フルオロアルキル（メタ）アクリレート重合体、フルオロアルキル（メタ）アクリレート／アルキル（メタ）アクリレート共重合体等のフルオロアルキル（メタ）アクリレート単位を含むフッ素系樹脂が好ましい。前記最内層の外周を取り囲む外側の層（２層目以降の外側の鞘層、図１（ｂ）においては外側の層１２ｂが相当する）の鞘材は、ＶＤＦ単位を含むフッ素系樹脂が好ましく、ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体、エチレン／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体がより好ましく、ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体、ＶＤＦ／ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体が更に好ましい。
フルオロアルキル（メタ）アクリレートとしては、例えば、２−（パーフルオロヘキシル）エチルメタクリレート（１３ＦＭ）、２−（パーフルオロオクチル）エチルメタクリレート（１７ＦＭ）等の下記式（１）に示す長鎖フルオロアルキル（メタ）アクリレート；２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）等の下記式（２）に示す短鎖フルオロアルキル（メタ）アクリレート等が挙げられる。
（式中、Ｒは、水素原子又はメチル基であり、Ｘは、水素原子又はフッ素原子であり、ｍは、１又は２であり、ｎは、５〜１３の整数である。）
（式中、Ｒは、水素原子又はメチル基であり、Ｘは、水素原子又はフッ素原子であり、ｎは、１〜４の整数である。）
フルオロアルキル（メタ）アクリレート重合体やフルオロアルキル（メタ）アクリレート／アルキル（メタ）アクリレート共重合体は、伝送損失を低減させることができることから、下記式（３）に示す長鎖フルオロアルキル（メタ）アクリレート単位１０〜５０質量％、下記式（４）に示す短鎖フルオロアルキル（メタ）アクリレート単位２０〜９０質量％及び他の共重合可能な単量体単位０〜５０質量％からなる共重合体が好ましい。具体的には、前記組成比の１７ＦＭ／３ＦＭ／メチルメタクリレート（ＭＭＡ）／メタクリル酸（ＭＡＡ）共重合体、１３ＦＭ／３ＦＭ／メチルメタクリレート（ＭＭＡ）／メタクリル酸（ＭＡＡ）共重合体が好ましい。
（式中、Ｒは、水素原子又はメチル基であり、Ｘは、水素原子又はフッ素原子であり、ｍは、１又は２であり、ｎは、５〜１３の整数である。）
（式中、Ｒは、水素原子又はメチル基であり、Ｘは、水素原子又はフッ素原子であり、ｎは、１〜４の整数である。）
プラスチック光ファイバの成形は、公知の成形方法で行うことができ、例えば、溶融紡糸法で行うことができる。
溶融紡糸法によるプラスチック光ファイバの成形は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸することにより行うことができる。
プラスチック光ファイバの直径は、プラスチック光ファイバの伝送損失を低減でき、プラスチック光ファイバの取り扱い性に優れることから、０．１〜５ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．２〜４．５ｍｍの範囲にあることがより好ましく、０．３〜４ｍｍの範囲にあることが更に好ましく、０．６〜４ｍｍの範囲にあることが特に好ましい。
プラスチック光ファイバにおける芯の直径は、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、プラスチック光ファイバの直径に対して８５〜９９．９％の範囲にあることが好ましく、９０〜９９．８％の範囲にあることがより好ましく、９５〜９９．７％の範囲にあることが更に好ましい。
プラスチック光ファイバにおける鞘の厚さは、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、プラスチック光ファイバの直径に対して０．１〜１５％の範囲にあることが好ましく、０．２〜１０％の範囲にあることがより好ましく、０．３〜５％の範囲にあることが更に好ましい。
鞘が２層以上からなる場合、前記芯の外周を取り囲む最内層（１層目の鞘層、図１（ｂ）においては内側の鞘層１２ａが相当する）と前記最内層の外周を取り囲む外側の層（２層目以降の外側の鞘層、図１（ｂ）においては外側の鞘層１２ｂが相当する）とで、厚さの範囲を適宜設定することができる。
鞘が２層（又は２層以上）からなる場合、１層目の鞘層（最内層）と２層目の鞘層（又は２層目以降の外側の鞘層）の厚さの比は、伝送損失低減の観点から、１層目の鞘層（最内層）の厚みに対する２層目の鞘層（又は２層目以降の外側の鞘層）の厚みの比率が０．５〜５の範囲にあることが好ましく、１〜４の範囲にあることがより好ましく、１．２〜３の範囲にあることが更に好ましい。
芯材と鞘材の屈折率は、芯材の屈折率より鞘材の屈折率が低ければ特に限定されないが、伝送損失低減の観点から、芯材の屈折率が１．４５〜１．５５の範囲にあり且つ鞘材の屈折率が１．３５〜１．４５の範囲にあることが好ましく、芯材の屈折率が１．４６〜１．５３の範囲にあり且つ鞘材の屈折率が１．３７〜１．４４の範囲にあることがより好ましく、芯材の屈折率が１．４７〜１．５１の範囲にあり且つ鞘材の屈折率が１．３９〜１．４３の範囲にあることが更に好ましい。
尚、本明細書において、屈折率は、２５℃でナトリウムＤ線を用いて測定した値とする。
（プラスチック光ファイバの処理方法）
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法は、以下の条件下で湿熱処理又は温水処理を行う工程を含む。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法は、以下の条件下で湿熱処理又は温水処理を行う工程を含む。
（処理温度と処理時間）
湿熱処理又は温水処理は、温度１５〜５７℃の条件下で５〜５０００時間行う。
湿熱処理又は温水処理は、温度１５〜５７℃の条件下で５〜５０００時間行う。
処理温度は、１５〜５７℃の範囲にあり、３０〜５６℃の範囲にあることが好ましく、４０〜５５℃の範囲にあることがより好ましい。処理温度が１５℃以上であると、伝送損失を低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができる。また、処理温度が５７℃以下であると、熱劣化によりプラスチック光ファイバの伝送損失が増大することを抑制することができる。処理時間の間、処理温度はできるだけ一定に保つことが好ましく、±５℃以内に保つことが好ましく、±３℃以内に保つことがより好ましく、±１℃以内に保つことが更に好ましい。
湿熱処理の相対湿度は、３５〜１００％ＲＨの範囲にあり、３６〜１００％ＲＨの範囲にあることが好ましく、３８〜１００％ＲＨの範囲にあることがより好ましい。湿熱処理の相対湿度が３５％ＲＨ以上であると、伝送損失を低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができる。
処理時間は、５〜５０００時間の範囲にあり、７〜３０００時間の範囲にあることが好ましく、１０〜１０００時間の範囲にあることがより好ましい。処理時間が５時間以上であると、伝送損失を低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができる。また、処理時間が５０００時間以下であると、プラスチック光ファイバの生産性に優れる。
湿熱処理を行う方法としては、温度、相対湿度、時間の条件が上記の通り調整されていれば特に限定されないが、例えば、プラスチック光ファイバの製造ライン中にオーブン等を設置して処理する方法、ボビンにプラスチック光ファイバを巻付けて張力を与えた状態でオーブン等の中に入れて処理する方法等が挙げられる。
温水処理を行う方法としては、温度、時間の条件が上記の通り調整されていれば特に限定されないが、例えば、プラスチック光ファイバの製造ライン中に水槽等を設置して処理する方法、ボビンにプラスチック光ファイバを巻付けて張力を与えた状態で水槽等の中に入れて処理する方法等が挙げられる。温水処理においては、プラスチック光ファイバを前記の温度範囲に制御された水に直接接触させることが好ましい。
尚、本明細書において、温水とは、前記の温度範囲（１５〜５７℃）内に温度が制御された水を意味する。
（乾燥処理）
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法においては、湿熱処理又は温水処理を行った後に乾燥処理を行ってもよい。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法においては、湿熱処理又は温水処理を行った後に乾燥処理を行ってもよい。
乾燥処理の温度は、２０〜８０℃の範囲にあることが好ましく、２５〜５７℃の範囲にあることがより好ましく、３０〜５５℃の範囲にあることが更に好ましい。乾燥処理の温度が２０℃以上であると、より効率的に乾燥でき、また、伝送損失の低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失の低減の観点から効果的である。また、乾燥処理の温度が８０℃以下であると、熱劣化によりプラスチック光ファイバの伝送損失が増大することを抑制することができる。乾燥時間は、１〜５０００時間の範囲にあることが好ましく、１〜１０００時間の範囲にあることがより好ましく、１〜２００時間の範囲にあることが更に好ましい。乾燥時間が１時間以上であると、より十分な乾燥ができ、乾燥時間が５０００時間以下であると、エネルギーコスト及び生産性の観点から有利である。乾燥処理の相対湿度は、３４％ＲＨ以下（すなわち０〜３４％ＲＨの範囲）が好ましく、２５％ＲＨ以下（すなわち０〜２５％ＲＨの範囲）がより好ましく、１５％ＲＨ以下（すなわち０〜１５％ＲＨの範囲）が更に好ましい。乾燥処理の相対湿度が３４％ＲＨ以下であると、より効率的な乾燥が可能になる。
（プラスチック光ファイバの回収方法）
プラスチック光ファイバは、一般的に、保存や出荷を行うため、製造後ボビン等に巻取る。
プラスチック光ファイバは、一般的に、保存や出荷を行うため、製造後ボビン等に巻取る。
ボビンの形状としては、例えば、円筒状の胴部と胴部の円筒の直径よりも大きな直径の円状の鍔部を胴部の両側に有するボビン等が挙げられる。具体的には、図２〜図４に示すボビン等が挙げられる。図２に示すボビンは、胴部に円形の孔を有する。図３に示すボビンは、胴部に四角形の孔を有する。図４に示すボビンは、鍔部に扇形の孔を有する。
胴部に設けられる孔は、円形に限られず、正方形や長方形等の矩形や多角形、不定形であってもよい。これらの孔は、ボビンの使用において変形しない強度を保てる範囲で複数設けることができ、また孔の開口サイズを適宜設定できる。複数の孔は、巻き取られたプラスチック光ファイバを均一に処理する観点から、胴部の全体にわたって一定間隔で分布したり、胴部外周方向に沿って周期的に分布したり、複数の孔からなる分布パターンを一定の間隔又は周期的に配置したりすることができる。例えば、図２（ａ）に示すように、複数の孔からなる分布パターン（孔同士が等間隔に配置された孔の群）を胴部外周方向に沿って一定間隔で配置することができる。また、図３（ａ）に示すように、一方の鍔部側から他方の鍔部側へ延在する長尺の孔を、胴部の外周方向に沿って等間隔で配置することができる。
鍔部に設けられる孔は、扇形に限られず、正方形や長方形等の矩形や多角形、円形、不定形であってもよい。これらの孔は、ボビンの使用において変形しない強度を保てる範囲で複数設けることができ、また孔の開口サイズを適宜設定できる。複数の孔は、巻き取られたプラスチック光ファイバを均一に処理する観点から、鍔部の外周方向に沿って、一定の間隔で分布したり（例えば、図４（ａ）、（ｃ））、又は周期的に分布したりすることができる。
ボビンの胴部の直径は、所望のプラスチック光ファイバの長さを巻取ることができれば特に限定されないが、８０〜４００ｍｍの範囲にあることが好ましく、１００〜３５０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、１２０〜３００ｍｍの範囲にあることが更に好ましい。
ボビンの鍔部の直径は、所望のプラスチック光ファイバの長さを巻取ることができれば特に限定されないが、１５０〜６００ｍｍの範囲にあることが好ましく、１７０〜５００ｍｍの範囲にあることがより好ましく、２００〜４００ｍｍの範囲にあることが更に好ましい。
ボビンの胴部の長さ（鍔部と鍔部との間の長さ）は、２０〜５４０ｍｍの範囲にあることが好ましく、４５〜４５０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、７０〜３６０ｍｍの範囲にあることが更に好ましい。
プラスチック光ファイバを湿熱処理又は温水処理する際にボビンに巻付けて行う場合、ボビンは、湿熱処理又は温水処理の際の伝送損失低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失低減の観点から、上記のような孔を有するものが好ましい。
孔は、胴部のみに有してもよく、鍔部のみに有してもよく、胴部と鍔部の両方に有してもよい。孔の形状としては、例えば、円形、楕円形、扇形、多角形、不定形等が挙げられる。
プラスチック光ファイバを湿熱処理又は温水処理する際にボビンに巻付けて行う場合、ボビンの材料は、湿熱処理又は温水処理で変形しない材質であれば限定されないが、例えば、木材、金属、プラスチックが挙げられる。これらのボビンの材料の中でも、取り扱い性に優れることから、プラスチックが好ましい。
このプラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン等のオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル／スチレン共重合体樹脂、メタクリレート／ブタジエン／スチレン共重合体樹脂等のスチレン系樹脂；アクリル系樹脂；カーボネート系樹脂；塩化ビニル系樹脂；酢酸ビニル系樹脂；ポリアミド、ポリアミドイミド等のアミド系樹脂；ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。
プラスチック光ファイバをボビン等に巻取る長さ（巻長）は、１００〜１０００００ｍの範囲にあることが好ましく、２００〜８００００ｍの範囲にあることがより好ましく、３００〜５００００ｍの範囲にあることが更に好ましい。巻長が１００ｍ以上であると、ケーブル等に用いる際に十分な長さとすることができる。また、巻長が１０００００ｍ以下であると、プラスチック光ファイバを湿熱処理又は温水処理する際にボビンに巻付けて行う際の湿熱処理又は温水処理が十分行き届き、より効果的に伝送損失を低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができる。
ボビンにプラスチック光ファイバを巻取る際のプラスチック光ファイバにかける張力は、２０〜１５００ｇｆ（０．１９６〜１４．７Ｎ）の範囲にあることが好ましく、３０〜１４００ｇｆ（０．２９４〜１３．７Ｎ）の範囲にあることがより好ましく、４０〜１２００ｇｆ（０．３９２〜１１．８Ｎ）の範囲にあることが更に好ましい。この張力が２０ｇｆ（０．１９６Ｎ）以上であると、ボビンに巻いたプラスチック光ファイバが輸送中等に緩んで絡まることやケーブルにする際のコブや切断等の不良を抑制することができる。また、この張力が１５００ｇｆ（１４．７Ｎ）以下であると、ボビンに巻いたプラスチック光ファイバにおいて下側のプラスチック光ファイバと交差し跨ぐように巻かれた上側のプラスチック光ファイバの交差部での屈曲に起因する伝送損失が増大することを抑制することができる。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、湿熱処理前後又は温水処理前後で５％以上低減したものであることが好ましく、１０％以上低減したものであることがより好ましく、１５％以上低減したものであることがさらに好ましい。
尚、本明細書において、２５ｍ−１ｍのカットバック法の測定は、日本工業規格の「ＪＩＳ Ｃ ６８２３：２０１０」に準拠して行う。具体的には、２５ｍのプラスチック光ファイバを測定装置にセットし、出力パワーＰ２を測定した後、プラスチック光ファイバをカットバック長（入射端から１ｍ）に切断し、出力パワーＰ１を測定し、下記数式（１）を用いて光の伝送損失を算出する。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、湿熱処理前後又は温水処理前後で波長５２５ｎｍの伝送損失が５％以上低減したものが好ましいが、より効率的にその効果を得ることができることから、本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法により得たものであることが好ましい。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１１５ｄＢ／ｋｍ以下であるものが好ましく、１００ｄＢ／ｋｍ以下であるものがより好ましいが、より効率的にその効果を得ることができることから、本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバの製造方法により得たものであることが好ましい。
本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、長距離の通信に多く用いられる波長５２５ｎｍの光の伝送損失が低減され、より長距離の通信を可能とする。そのため、本発明の実施形態によるプラスチック光ファイバは、例えば、空港や倉庫等の進入防止フェンスのセンサ用途、ソーラーパネルや店舗ディスプレイ等の盗難防止センサ用途、セキュリティーカメラ用途等の長距離（１００ｍ以上）の通信が必要な用途に好適である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（伝送損失の測定）
波長５２５ｎｍと６５０ｎｍの光を用い、励振ＮＡ＝０．１、０．４５、０．６５の３条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した。
波長５２５ｎｍと６５０ｎｍの光を用い、励振ＮＡ＝０．１、０．４５、０．６５の３条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した。
２５ｍ−１ｍのカットバック法の測定は、日本工業規格の「ＪＩＳ Ｃ ６８２３：２０１０」に準拠して行った。具体的には、２５ｍのプラスチック光ファイバを測定装置にセットし、出力パワーＰ２を測定した後、プラスチック光ファイバをカットバック長（入射端から１ｍ）に切断し、出力パワーＰ１を測定し、前記の数式（１）を用いて光の伝送損失を算出する。
湿熱処理においては、表１に示す張力及び巻長でボビンに巻取ったプラスチック光ファイバにおける最も外側に巻き取られていたプラスチック光ファイバを含む部分を湿熱処理前の試料として伝送損失を測定した。その後、前記ボビンを恒温恒湿器（機種名「ＰＲ−２ＫＰＨ」、エスペック（株）製）に入れ、表２に示す温度、湿度、時間で湿熱処理を行い、次いで、前記ボビンを恒温乾燥器（機種名「ＤＫＮ６１２」、ヤマト科学（株）製）に入れ、表２に示す温度、時間で乾燥処理を行い、最も外側に巻き取られていたプラスチック光ファイバを含む部分を湿熱処理後の試料として伝送損失を測定した。
温水処理においては、表１に示す張力及び巻長でボビンに巻取ったプラスチック光ファイバにおける最も外側に巻き取られていたプラスチック光ファイバを含む部分を温水処理前の試料として伝送損失を測定した。その後、前記ボビンを水浴に入れ、表２に示す温度、時間で温水処理を行い、次いで、前記ボビンを恒温乾燥器（機種名「ＤＫＮ６１２」、ヤマト科学（株）製）に入れ、表２に示す温度、時間で乾燥処理を行い、最も外側に巻き取られていたプラスチック光ファイバを含む部分を温水処理後の試料として伝送損失を測定した。
（プラスチック光ファイバの材料）
樹脂Ａ：ＰＭＭＡ（屈折率１．４９２）
樹脂Ｂ：１７ＦＭ／３ＦＭ／ＭＭＡ／ＭＡＡ共重合体（質量比３０／５１／１８／１、屈折率１．４１７）
樹脂Ｃ：１３ＦＭ／３ＦＭ／ＭＭＡ／ＭＡＡ共重合体（質量比３９／４１／１８／２、屈折率１．４１７）
樹脂Ｄ：ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体（モル比８０／２０、屈折率１．４０５）。
樹脂Ａ：ＰＭＭＡ（屈折率１．４９２）
樹脂Ｂ：１７ＦＭ／３ＦＭ／ＭＭＡ／ＭＡＡ共重合体（質量比３０／５１／１８／１、屈折率１．４１７）
樹脂Ｃ：１３ＦＭ／３ＦＭ／ＭＭＡ／ＭＡＡ共重合体（質量比３９／４１／１８／２、屈折率１．４１７）
樹脂Ｄ：ＶＤＦ／ＴＦＥ共重合体（モル比８０／２０、屈折率１．４０５）。
［実施例１］
溶融させた樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｄをそれぞれ２２０℃の紡糸ヘッドへ供給し、芯材として樹脂Ａ、１層目の層（内側の層）の鞘材として樹脂Ｂ、２層目の層（外側の層）の鞘材として樹脂Ｄを、３層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、１４０℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に２倍に延伸し、１層目の鞘の厚さが５μｍ、２層目の鞘の厚さが１０μｍの直径３ｍｍのプラスチック光ファイバを形成し、これを張力１２００ｇｆ（１１．８Ｎ）でボビンに４００ｍ巻取り、ボビンに巻取ったプラスチック光ファイバを得た。使用したボビンの胴部の直径は１９０ｍｍ、胴部の長さ（鍔部と鍔部との間の長さ）は１８０ｍｍ、鍔部の直径は３００ｍｍである。また、このボビンの胴部又は鍔部には孔は設けられていない。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
溶融させた樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｄをそれぞれ２２０℃の紡糸ヘッドへ供給し、芯材として樹脂Ａ、１層目の層（内側の層）の鞘材として樹脂Ｂ、２層目の層（外側の層）の鞘材として樹脂Ｄを、３層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、１４０℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に２倍に延伸し、１層目の鞘の厚さが５μｍ、２層目の鞘の厚さが１０μｍの直径３ｍｍのプラスチック光ファイバを形成し、これを張力１２００ｇｆ（１１．８Ｎ）でボビンに４００ｍ巻取り、ボビンに巻取ったプラスチック光ファイバを得た。使用したボビンの胴部の直径は１９０ｍｍ、胴部の長さ（鍔部と鍔部との間の長さ）は１８０ｍｍ、鍔部の直径は３００ｍｍである。また、このボビンの胴部又は鍔部には孔は設けられていない。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［実施例２〜１６］
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［実施例１７］
ボビンを図２に示す胴部に円形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
ボビンを図２に示す胴部に円形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［実施例１８］
ボビンを図３に示す胴部に四角形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
ボビンを図３に示す胴部に四角形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［実施例１９］
ボビンを図４に示す鍔部に扇形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
ボビンを図４に示す鍔部に扇形の孔を有するボビンとし、製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［実施例２０〜２３］
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
［比較例１〜６］
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
製造条件及び処理条件を表１と表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行い、プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの伝送損失の測定結果を表３と表４に示す。
本発明の実施形態による製造方法により得られた実施例１〜２３のプラスチック光ファイバは、伝送損失を低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができた。一方、湿熱処理条件や温水処理条件が本発明の製造方法から外れる比較例４〜６のプラスチック光ファイバは、５２５ｎｍ付近の伝送損失を低減させることができなかった。比較例４は湿熱処理の温度が６０℃と高く、比較例５は湿熱処理の湿度が３０％ＲＨと低く、比較例６は温水処理の温度が６０℃と高い。
本発明の実施形態によれば、伝送損失が低減、特に、５２５ｎｍ付近の伝送損失が低減されたプラスチック光ファイバを提供できることから、例えば、空港や倉庫等の進入防止フェンスのセンサ用途、ソーラーパネルや店舗ディスプレイ等の盗難防止センサ用途、セキュリティーカメラ用途等の長距離（１００ｍ以上）の通信が必要な用途に好適なプラスチック光ファイバを提供できる。
１１ 芯
１２ 鞘
１２ａ １層目の鞘層（最内層）
１２ｂ ２層目の鞘層（外側の層）
６１ 胴部
６２ 鍔部
６３ 孔
６３ａ 孔（胴部の孔）
６３ｂ 孔（鍔部の孔）
１２ 鞘
１２ａ １層目の鞘層（最内層）
１２ｂ ２層目の鞘層（外側の層）
６１ 胴部
６２ 鍔部
６３ 孔
６３ａ 孔（胴部の孔）
６３ｂ 孔（鍔部の孔）
Claims (16)
- 処理温度が１５〜５７℃の範囲内及び処理時間が５〜５０００時間の範囲内の条件下で、プラスチック光ファイバに対して相対湿度３５〜１００％ＲＨの湿熱処理又は温水処理を行う処理工程を含む、プラスチック光ファイバの製造方法。
- 前記処理工程において前記湿熱処理を行う、請求項１に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
- 前記処理工程の後に乾燥処理工程を含む、請求項１又は２に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
- プラスチック光ファイバの直径が０．６ｍｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
- プラスチック光ファイバが、芯と前記芯の外周を取り囲む少なくとも１層からなる鞘とを有し、
前記芯の芯材は、アクリル系樹脂からなり、
前記鞘の鞘材は、フッ素系樹脂からなる、請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの製造方法。 - 前記鞘が２層以上からなり、
前記芯の外周を取り囲む最内層の鞘材が、フルオロアルキル（メタ）アクリレート単位を含むフッ素系樹脂からなり、
前記最内層の外周を取り囲む外側の層の鞘材が、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素系樹脂からなる、請求項５に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。 - 湿熱処理又は温水処理を行う前記処理工程を、ボビンにプラスチック光ファイバを巻きつけた状態で行う、請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
- 前記ボビンは、胴部又は鍔部に孔を有する、請求項７に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法で得られるプラスチック光ファイバ。
- 波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、湿熱処理又は温水処理を行う前記処理工程の前後で５％以上低減した、請求項９に記載のプラスチック光ファイバ。
- 波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１１５ｄＢ／ｋｍ以下である、プラスチック光ファイバ。
- 波長５２５ｎｍ、励振ＮＡ＝０．４５の条件で、２５ｍ−１ｍのカットバック法により測定した伝送損失が、１００ｄＢ／ｋｍ以下である、プラスチック光ファイバ。
- 胴部又は鍔部に孔を有するボビンに巻き取られた、請求項９〜１２のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
- 請求項９又は１０に記載のプラスチック光ファイバを含む、センサ。
- 請求項１１又は１２に記載のプラスチック光ファイバを含む、センサ。
- 胴部又は鍔部に孔を有するプラスチック光ファイバ巻取用ボビン。
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