WO2022009653A1 - プラスチック光ファイバ、医療用照明機器、医療用センサー機器、医療用光線治療機器およびプラスチック光ファイバコード - Google Patents

プラスチック光ファイバ、医療用照明機器、医療用センサー機器、医療用光線治療機器およびプラスチック光ファイバコード Download PDF

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WO2022009653A1
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optical fiber
plastic optical
clad
core
less
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PCT/JP2021/023342
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光野皓紀
松葉聡
平本健二
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東レ株式会社
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C08L33/08Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/03616Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
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    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/00163Optical arrangements
    • A61B1/00165Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics
    • A61B1/0017Details of single optical fibres, e.g. material or cladding
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    • A61B1/07Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a plastic optical fiber, a medical lighting device using the plastic optical fiber, a medical sensor device, a medical phototherapy device, and a plastic optical fiber cord.
  • Plastic optical fiber is superior to glass-based optical fiber in terms of workability, handleability, manufacturing cost, etc., so it is used for short-distance optical signal transmission, light guide, etc.
  • a plastic optical fiber is usually composed of two layers of a core and a clad, and the core generally has excellent transparency as represented by polymethylmethacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA).
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • a polymer having good weather resistance is used.
  • the clad needs to have a lower refractive index than the core in order to confine light inside the core, and a fluorine-containing polymer is widely used.
  • PMMA has high hygroscopicity
  • the plastic optical fiber using PMMA as a core has a problem that the translucency is lowered in the visible long wave region near 800 nm due to moisture absorption.
  • the core is an optical fiber made of a fluorine-substituted styrene / dehydride (meth) acrylate copolymer.
  • styrene is brittle and has low elongation
  • a plastic optical fiber using polystyrene as a core has a problem of insufficient bending resistance.
  • a plastic optical fiber having excellent bending resistance it is an all-plastic optical fiber having a core-sheath-protective layer structure, and is characterized by being composed of a polymer having a breaking elongation of 30% or more as a protective material.
  • Optical fibers have been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • plastic optical fibers for endoscope lighting used in medical applications are required to have flexibility and durability against repeated bending in order to pass through internal organs having a complicated structure. Further, also in the light guide sensor for robots and the photoelectric sensor for industrial equipment, since the bending drive unit is large, excellent flexibility is required. Moisture resistance is also required in an environment where the plastic optical fiber comes into contact with water, such as inside or outdoors.
  • Patent Document 2 Even if the technique described in Patent Document 2 is applied to a plastic optical fiber using polystyrene as a core, there is still a problem that the high bending resistance required in recent years is still insufficient.
  • a main object of the present invention is to provide a plastic optical fiber having excellent moisture resistance and bending resistance.
  • the plastic optical fiber of the present invention has the following configuration. That is, A multi-layered plastic optical fiber having a core and a first clad and a second clad, wherein the core has a water absorption rate of 0.001% or more and 0.29% or less, a total light transmittance of 80% or more, and a plasticizer of 0.
  • the medical lighting device of the present invention has the following configuration. That is, A medical lighting device having the plastic optical fiber.
  • the medical sensor device of the present invention has the following configuration. That is, A medical sensor device having the plastic optical fiber.
  • the medical phototherapy device of the present invention has the following configuration. That is, it is a medical phototherapy device having the plastic optical fiber.
  • the plastic optical fiber cord of the present invention has the following configuration. That is, it is a plastic optical fiber cord having at least one coating layer on the outer layer of the plastic optical fiber.
  • the plastic optical fiber of the present invention preferably satisfies the following formulas (1) and (2).
  • Equation (1) first clad thickness ⁇ 100 / fiber diameter [%] 0.5 ⁇ y equation (2)
  • y second clad thickness ⁇ 100 / fiber diameter [%].
  • the plastic optical fiber of the present invention preferably has a polymer whose core is any one of styrene, cycloolefin, methylpentene, and carbonate as a main component.
  • the plastic optical fiber of the present invention has at least one type in which the first clad is selected from the group consisting of a polymer composed of methyl methacrylate and / or a polymer composed of methyl methacrylate as a main component, methyl acrylate, ethyl acrylic rate, and butyl acrylate. It is preferable that the copolymer contains 0.1% by weight to 12% by weight of the copolymerization component of the above.
  • the water absorption rate of the second clad is 0.001% or more and 0.29% or less, and the elastic modulus of the second clad is 100 MPa or more and 2000 MPa or less.
  • the second clad contains 0.03 wt% or more and 5.0 wt% or less of carbon black.
  • the light transmission loss R (dB / km) at a wavelength of 660 nm and the light transmission loss I (dB / km) at a wavelength of 800 nm satisfy R ⁇ I.
  • the light transmission loss R (dB / km) at a wavelength of 660 nm and the light transmission loss I (dB / km) at a wavelength of 800 nm satisfy 0.2 ⁇ R / I ⁇ 1. Is preferable.
  • the melt flow rate (230 ° C., load 3.8 kg) of the core is preferably 1 g / 10 minutes or more and 200 g / 10 minutes or less.
  • the plastic optical fiber of the present invention preferably has a fiber diameter of 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the plastic optical fiber of the present invention has a core, a first clad, and a second clad in this order.
  • the clad may have three or more layers.
  • the innermost clad in contact with the core is located outside the first clad and the first clad, and the clad in contact with the first clad is referred to as the second clad.
  • the core is preferably a polymer containing any one of styrene, cycloolefin, methylpentene, and carbonate as a main component, and more preferably composed of a polymer containing a styrene residue as a main component. preferable.
  • the permeability is stabilized.
  • the polymerization component (monomer) of such a polymer include styrene; substituted styrene such as methylstyrene and ⁇ -methylstyrene; (meth) acrylic acid ester; (meth) acrylic acid; and N-substituted maleimide.
  • (Meta) acrylic acid ester is a general term for acrylic acid and methacrylic acid, and for example, methyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, Bornyl methacrylate, and adamantyl methacrylate. And so on.
  • Examples of the N-substituted maleimide include N-isopropylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, N-methylmaleimide, N-ethylmaleimide, and NO-methylphenylmaleimide. Two or more of these may be used.
  • the polymer containing a styrene residue as a main component refers to a polymer in which 50 mol% or more of the repeating units constituting the polymer are derived from styrene.
  • the repeating unit constituting the polymer preferably contains 70 mol% or more of styrene residues, and more preferably 90 mol% or more. Moisture resistance can be improved by selecting a polymer containing a styrene residue as a main component.
  • the core contains 0.01 wt% or more and 10 wt% or less of the plasticizer.
  • the plasticizer By containing the plasticizer, the moldability and flexibility of the core can be improved, and the bending resistance can be further improved. If the content of the plasticizer in the core is less than 0.01 wt%, the moldability and flexibility of the core will be poor. On the other hand, if the content of the plasticizer in the core is larger than 10 wt%, the heat resistance deteriorates. It is preferably 0.05 wt% or more and 7 wt% or less, and more preferably 0.1 wt% or more and 7 wt% or less.
  • the core plasticizer consists of a compound that imparts flexibility, weather resistance, and processability to the resin.
  • the plasticizer include, but are not limited to, epoxy-based plasticizers, phthalate-based plasticizers, polyester-based plasticizers, hydrocarbons such as paraffin and polyethylene oxide.
  • epoxidized soybean oil ESBO
  • epoxidized flaxseed oil ELSO
  • DOA dioctyl adipate
  • DINA diisononyl adipate
  • TCP tricresyl phosphate
  • ATBC tributyl acetylcitrate
  • TOTM Trimellitic acid trioctyl
  • sebacic acid ester azelaic acid ester
  • solid paraffin solid paraffin
  • light liquid paraffin heavy liquid paraffin
  • bis (2-ethylhexyl) phthalate DEHP
  • butyl benzyl phthalate BBP
  • phthalate examples thereof include, but are not limited to, dibutyl acid (DBP), diisobutyl phthalate, diisodecyl phthalate (DIDP), dioctyl phthalate (DOP), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG) and the like.
  • the core may contain stabilizers such as antioxidants and heat-resistant stability to the extent that it does not affect the translucency.
  • the water absorption rate of the core is 0.001% or more and 0.29% or less. If it is larger than 0.29%, it is easy to absorb water and the permeability changes with time. It is preferably 0.002 or more and 0.20% or less, and more preferably 0.003% or more and 0.1% or less.
  • the total light transmittance of the core is 80% or more. If the total light transmittance is less than 80%, the transmittance is poor, and even if the length of the fiber is short, light does not pass through and the sensor cannot be used. It is preferably 85% or more, and more preferably 87% or more.
  • the relationship between the refractive index (X) of the core and the refractive index (Y) of the first clad is XY> 0.01. If XY ⁇ 0.01, light cannot be confined in the core.
  • the melt flow rate of the core (230 ° C., load 3.8 kg) is preferably 1 g / 10 minutes or more and 200 g / 10 minutes or less. Within this range, spinning, which is a process of forming a core, is stable.
  • a more preferable melt flow rate (230 ° C., load 3.8 kg) is 1 g / 10 minutes or more and 100 g / min or less.
  • the plastic optical fiber of the present invention has at least two layers of cladding.
  • the first clad is at least one selected from the group consisting of a polymer composed of methyl methacrylate and / or a polymer composed of methyl methacrylate as a main component, methyl acrylate, ethyl acrylic rate, and butyl acrylate. It is preferable that the copolymer contains 0.1% by weight or more and 12% by weight or less of the copolymerization component.
  • the polymer containing methyl methacrylate as a main component refers to a polymer in which 50 mol% or more of the repeating units constituting the polymer are derived from methyl methacrylate.
  • the first clad material preferably has a low refractive index with respect to the core and is excellent in interfacial adhesion with the core.
  • Examples of the copolymerization component of the copolymer containing methyl methacrylate as a main component include (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid, styrene, substituted styrene, and N-substituted maleimide.
  • Examples of the (meth) acrylic acid ester, substituted styrene, and N-substituted maleimide include those exemplified as the polymerization component of the core. Two or more of these may be used.
  • the copolymer may contain at least one copolymer component selected from the group consisting of methyl acrylate, ethyl acrylate and butyl acrylate with methyl methacrylate as a main component in an amount of 0.1% by weight or more and 12% by weight or less. preferable.
  • methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate as a copolymer component, heat resistance can be imparted and the melt viscosity can be adjusted. Methyl acrylate is preferred. In this case, the interfacial adhesion with the core can be further improved, and the breaking strength of the plastic optical fiber can be increased.
  • the content of the copolymerization component is more preferably 0.3% by weight or more and 10% by weight or less. Even more preferably, it is 0.8% by weight or more and 6% by weight or less.
  • the plastic optical fiber of the present invention preferably satisfies the following formula (1). 0.01 ⁇ x ⁇ 20 Equation (1)
  • x 0.01% or more
  • the interfacial adhesion between the core / first clad and the first clad / second clad becomes good, and the bending resistance is improved. It is more preferably 0.05% or more, and even more preferably 0.1% or more.
  • x 20% or less, the proportion of the second clad having relatively excellent bending resistance increases, so that the bending resistance is improved. It is more preferably 10% or less, and even more preferably 8% or less.
  • the thickness and fiber diameter of the first clad are cut perpendicular to the stretching direction at five locations randomly selected from the plastic optical fiber so that the core / first clad / second clad interface can be observed.
  • After polishing the cross section it can be measured by magnifying observation using a digital microscope VHX-7000 (manufactured by KEYENCE CORPORATION). The magnification of magnified observation is between 10 and 200 times, and the range in which the entire cross section is within the visual field range and the interface can be observed is selected.
  • the thickness of the thinnest portion of the first clad is measured and used as the thickness of the first clad.
  • the diameter of the optical fiber is measured as the fiber diameter.
  • the shortest diameter of the optical fiber is the fiber diameter.
  • the fiber diameter and the thickness of the first clad are measured for each of the five cross sections, and the average values are taken as the fiber diameter and the thickness of the first clad, respectively.
  • the relationship between the refractive index (Y) of the first clad and the refractive index (Z) of the second clad is YZ> 0.05.
  • YZ ⁇ 0.05 light easily leaks from the second clad.
  • the water absorption rate of the second clad is preferably 0.001% or more and 0.29% or less. Within this range, the absorption of water can be suppressed. It is preferably 0.002% or more and 0.20% or less, and more preferably 0.003% or more and 0.1% or less.
  • the flexural modulus of the second clad is preferably 100 MPa or more and 2,000 MPa or less. When the flexural modulus is 100 MPa or more, the protective effect of the first clad by the second clad becomes good, and the bending resistance is improved. On the other hand, when the flexural modulus is 2,000 MPa or less, the stress on the first clad during bending is relaxed, and the bending resistance is improved.
  • the flexural modulus is measured by ASTM D790 (2010). A test piece of 127 mm ⁇ 13 mm ⁇ 3.1 mm is used, and the measurement unit is kg / cm 2 . The flexural modulus is obtained from the tangent line of the slope with the largest slope at the beginning of the bending load-deflection curve. If it is difficult to collect the clad and directly measure the flexural modulus, if the composition of the clad is known, a clad having the same composition can be prepared and the flexural modulus can be measured.
  • the second clad contains a polymer containing fluorine.
  • the polymerization component of the polymer containing fluorine include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, hexafluoroacetone, perfluoroalkyl methacrylate, hexafluoropropyl methacrylate, and tetrafluoropropyl methacrylate. Examples include pentafluoropropyl methacrylate. Two or more of these may be used.
  • the fluorine content of the second clad is preferably 50% by weight or more.
  • the fluorine content By setting the fluorine content to 50% by weight or more, the proportion of monomer residues having a low fluorine content such as acrylate and methacrylate is reduced, and the flexural modulus of the second clad is easily adjusted to the above-mentioned preferable range, and the resistance to resistance is reduced. Flexibility can be further improved.
  • ethylene is preferable to further use ethylene as a polymerization component of the polymer containing fluorine of the second clad.
  • ethylene By copolymerizing ethylene, the formability can be improved and the breaking strength of the plastic optical fiber can be increased.
  • the second clad contains 0.03 wt% or more and 5.0 wt% or more of carbon black.
  • it is 0.03 wt% or more, external light can be shielded and the sensor sensitivity is stable. It is more preferably 0.05 wt% or more, and even more preferably 0.1 wt% or more.
  • it is less than 5.0 wt%, the workability of the second clad becomes good. It is more preferably less than 3.0 wt% and even more preferably 1.0 wt% or more.
  • the second clad may contain pigments such as titanium dioxide, zinc oxide and chromium oxide, and other additives in addition to carbon black, as long as the characteristics are not impaired.
  • the copolymer of the second clad has a carbonyl group-containing functional group at the end of the polymer chain or the side chain.
  • a carbonyl group-containing functional group By having a carbonyl group-containing functional group, solvent resistance can be improved.
  • RF and RF' represent a group having fluorine, for example, an alkyl fluoride group, a vinylidene fluoride group, and the like.
  • the plastic optical fiber of the present invention preferably satisfies the following formula (2).
  • y is in the above-mentioned preferable range, the ratio of the second clad to the plastic optical fiber can be secured, so that the deterioration of the bending resistance can be prevented. It is more preferably 1% or more, and even more preferably 5% or more.
  • the thickness and fiber diameter of the second clad are measured in the same manner as the above-mentioned first clad thickness and fiber diameter.
  • the light transmission loss R (dB / km) at a wavelength of 660 nm and the light transmission loss I (dB / km) at a wavelength of 800 nm satisfy R ⁇ I. More preferably, 0.2 ⁇ R / I ⁇ 1.
  • wavelengths of 660 nm and 800 nm are wavelengths that easily pass through a living body and are therefore used as an index of sensor sensitivity.
  • the reflectance of the wavelength of 660 nm changes greatly depending on the oxygen content of hemoglobin
  • the wavelength of 800 nm is the value obtained by dividing R by I, taking advantage of the property that it is hardly affected by the oxygen content.
  • a certain R / I index is often used as sensor sensitivity. When it is larger than 0.2, the transparency due to the wavelength of 660 nm is good, so that the sensor sensitivity is improved. Further, when it is less than 1, the transparency of 800 nm is good, so that the sensor sensitivity is stable.
  • the fiber diameter of the plastic optical fiber of the present invention is preferably 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the fiber diameter of the plastic optical fiber of the present invention is preferably 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • a core material and a clad material are discharged from a composite base for a concentric composite under a heated and melted state to form a core / first clad / second clad three-layer core sheath structure.
  • the composite spinning method for forming the above is preferably used.
  • a stretching treatment of about 1.2 to 3 times is generally performed to obtain a plastic optical fiber.
  • the temperature at the time of spinning is better, preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 240 ° C. or lower.
  • the plastic optical fiber cord according to the embodiment of the present invention has at least one coating layer on the outer layer of the above-mentioned plastic optical fiber.
  • the material forming the coating layer include polyethylene, polypropylene or a copolymer thereof, a blended product, an olefin polymer containing an organic silane group, ethylene-vinyl acetate, polyvinyl chloride, polyfluorinated vinylidene, and nylon 12.
  • examples thereof include polyamide resins such as, polyester resins, nylon elastomers, polyester elastomers, urethane resins, fluororesins, and rubbers such as EPM and EPDM.
  • the coating layer may be one layer or multiple layers, and in the case of multiple layers, a tension member such as "Kevlar” (registered trademark) may be inserted between the coating layers.
  • these coating layers may contain stabilizers such as antioxidants, aging resistant agents, and UV stabilizers.
  • the coating layer can be formed by a known method such as a melt extrusion molding method using a crosshead die.
  • the endoscope lighting device has the above-mentioned plastic optical fiber and can be used in combination with the endoscope.
  • the probe for ophthalmic surgery lighting according to the embodiment of the present invention has the above-mentioned plastic optical fiber as ophthalmic surgery lighting.
  • the vascular catheter according to the embodiment of the present invention has the above-mentioned plastic optical fiber as a catheter illumination or an optical sensor.
  • Core water absorption rate Adopted the value announced by the supplier. When the published value of the supplier was unknown, a sample was prepared based on the information obtained by analyzing the composition of the core in accordance with JIS K7209, and the water absorption rate was calculated.
  • Core composition ratio For the core materials used in each Example and Comparative Example, the amount of styrene residue of the polymer was determined using GC / MS (GC: 7890A, manufactured by Agilent; MS: JMS-Q1050GC, manufactured by JEOL). ..
  • Clad composition ratio For the clad material used in each Example and Comparative Example, a composition ratio (FT-IR manufactured by Bio-Rad Digilab) and solid 19 F-NMR (AVANCE NEO 400 manufactured by Bruker) was used. Weight%) was calculated.
  • a 127 mm ⁇ 13 mm ⁇ 3.1 mm test piece was prepared from the second clad material used in each Example and Comparative Example, and the measurement unit was kg / cm 2 .
  • the flexural modulus was calculated from the tangent line of the slope with the largest slope at the beginning of the bending load-deflection curve.
  • Light loss (moisture resistance) in the flooded state of the plastic optical fiber The light amount of the plastic optical fiber obtained in each Example and Comparative Example was measured using an 820 nm LED (light emitting diode). Further, the plastic optical fibers obtained in each Example and Comparative Example were immersed in water at 23 ° C. for 10 m, and the amount of light was measured in the same manner after 100 hours. The amount of decrease (light loss) obtained by subtracting the initial light amount from the light amount in the flooded state was used as an index of moisture resistance. A negative value of light loss means that the amount of light in the bent state is lower than the initial amount of light. The smaller the absolute value of the light loss, the better the moisture resistance.
  • Light loss (bending resistance) in the bent state of the plastic optical fiber The light amount of the plastic optical fiber obtained in each Example and Comparative Example was measured using an 820 nm LED (light emitting diode). Further, the plastic optical fibers obtained in each Example and Comparative Example were wound around a metal rod having a radius of 5 mm at 360 degrees, and the amount of light was measured in the same manner. The amount of decrease (light loss) obtained by subtracting the initial light amount from the light amount in the bent state was used as an index of bending resistance. A negative value of light loss means that the amount of light in the bent state is lower than the initial amount of light. The smaller the absolute value of the light loss, the better the bending resistance.
  • Breaking strength of plastic optical fiber The plastic optical fiber obtained in each example and comparative example was subjected to a tensile test under the condition of tensile speed: 100 mm / min in accordance with JIS C 6637 (2015), and the plastic optical fiber. The strength at the time of breaking (breaking strength) was measured. Each of the three samples was measured and the average value was adopted.
  • Translucency loss of plastic optical fiber For the plastic optical fiber obtained in each example and comparative example, wavelengths of 660 nm and 800 nm were selected from the light source of the halogen lamp, and the translucency loss (translucency loss) with a cutback of 5 m-2 m. dB / km) was measured.
  • the first clad material the methyl methacrylate / methyl acrylate copolymer having the composition ratios shown in Table 1 was supplied to the composite spinning machine, and as the second clad material, the vinylidene fluoride polymer was supplied to the composite spinning machine.
  • polystyrene having a styrene residue content of 100 mol% produced by continuous soul polymerization was supplied as a core material to 95% by weight and liquid paraffin to 5% by weight, and the core was supplied at 220 ° C.
  • the clad was subjected to core-sheath composite melt spinning to obtain a plastic optical fiber having a fiber diameter of 300 ⁇ m (core diameter 228 ⁇ m, first clad thickness 6 ⁇ m, second clad thickness 30 ⁇ m).
  • Example 2 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad material of the first clad was changed to the polymer having the composition shown in Table 1. Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 3 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad thickness of the second clad was changed so that y had the values shown in Table 1. Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 4 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad material of the second clad was changed to the copolymer having the composition ratio shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 5 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of polystyrene and liquid paraffin of the core material was changed to the values shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 6 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad material of the second clad was changed to the copolymer having the composition ratio shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Examples 7 to 9 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad material of the first clad was changed to the polymer having the composition shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 10 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 7 except that liquid paraffin was not used as the core material.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Examples 11 and 12 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad material of the first clad was changed to the polymer shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Examples 13 and 14 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thicknesses of the first clad and the second clad were changed to the values shown in Table 1.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Examples 15 to 17 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that liquid paraffin or PEO was used as the core material and carbon black was used for the second clad.
  • Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 18 to 20 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the core material was as shown in Table 1. Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Example 21 As a core material, a plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 10 except that the spinning temperature was 250 ° C. Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for the obtained plastic optical fiber.
  • Comparative Examples 1 to 4 A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the core material and the clad material were changed to the copolymers having the composition ratios shown in Table 3. Table 4 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for these plastic optical fibers.
  • LP liquid paraffin
  • St polystyrene
  • PEO polyethylene oxide
  • TPX polymethylpentene
  • PC polycarbonate
  • PC polycarbonate
  • COP polycycloolefin
  • MMA methylmethacrylate
  • MA methylacrylate
  • 2F vinylidene fluoride
  • 4F Tetrafluoroethylene
  • 6F Hexafluoropropylene
  • FVE Heptafluorovinyl ether
  • 4FM Tetrafluoropropyl methacrylate
  • 5FM Pentafluoropropyl methacrylate.
  • the plastic optical fiber and the plastic optical fiber cord of the present invention are wiring in a moving body such as an automobile, an aircraft, a ship, and a train, wiring for short-distance communication such as AV equipment, home equipment, and office equipment, and medical endoscope lighting.
  • Ophthalmic surgery lighting, laparoscopic surgery lighting, catheter lighting, microscope lighting, light guide sensor for robots, photoelectric sensor for industrial equipment, automobile collision sensor, wall decoration lighting, interior lighting, etc. Can be done.
  • it is suitable for lighting of medical equipment and industrial sensor applications because it has a high aperture ratio, moderate flexibility, and a property that it is difficult to reduce transmission loss even when bending, and more specifically.

Abstract

コアと第1クラッドおよび第2クラッドを有する多層構造のプラスチック光ファイバであって、前記コアが吸水率0.001%以上0.29%未満、全光線透過率80%以上、可塑剤を0.01wt%以上10wt%以下含有する有機高分子材料であり、前記コアの屈折率(X)と前記第1クラッドの屈折率(Y)の関係がX-Y>0.01であり、前記第1クラッドの屈折率(Y)と前記第2クラッドの屈折率(Z)の関係がY-Z>0.05であることを特徴とするプラスチック光ファイバ。 耐湿性および耐屈曲性に優れたプラスチック光ファイバを提供する。

Description

プラスチック光ファイバ、医療用照明機器、医療用センサー機器、医療用光線治療機器およびプラスチック光ファイバコード
 本発明は、プラスチック光ファイバ、それを用いた医療用照明機器、医療用センサー機器、医療用光線治療機器およびプラスチック光ファイバコードに関するものである。
 プラスチック光ファイバは、加工性、取り扱い性、製造コストなどの面でガラス系光ファイバに比べて優れているので、短距離の光信号伝送、ライトガイドなどに使用されている。
 プラスチック光ファイバは、通常、コアとクラッドとの2層より構成されており、コアには、一般的に、ポリメチルメタクリレート(以下、PMMAと略す)に代表されるように、透明性に優れ、耐候性の良好な重合体が使用される。一方、クラッドは、コア内部に光を閉じ込めておくために、コアよりも低屈折率であることが必要であり、弗素含有重合体が広く使用されている。しかしながら、PMMAは吸湿性が高いことから、PMMAをコアに用いたプラスチック光ファイバは、吸湿により、800nm付近の可視長波領域において、透光性が低下する課題があった。
 コアの吸湿性を低減したプラスチック光ファイバとして、合成高分子から成る芯とさやを有するプラスチック光ファイバにおいて、芯が弗素置換重水素化スチレン/重水素化(メタ)アクリレート共重合体からなる光ファイバが提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、ポリスチレンは脆く、伸度が低いことから、ポリスチレンをコアに用いたプラスチック光ファイバは、耐屈曲性が不十分である課題があった。
 そこで、耐屈曲性に優れるプラスチック光ファイバとして、芯-鞘-保護層構造のオールプラスチック光ファイバであって保護材料として破断伸度が30%以上の重合体にて構成したことを特徴とするプラスチック光ファイバが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
 特に、医療用途で使用される内視鏡照明用プラスチック光ファイバには、複雑な構造を持つ体内器官を通過させるために、可とう性や繰り返し屈曲に対する耐久性が要求される。また、ロボット用導光センサーや、工業機器用光電センサーにおいても、曲げ駆動部が大きいので、優れた屈曲性が要求される。また、体内や屋外等、プラスチック光ファイバが水に接する環境においては、耐湿性も合わせて要求される。
特開昭61-223806号公報 特開平4-66907号公報
 ポリスチレンをコアに用いたプラスチック光ファイバに対して、特許文献2に記載の技術を適用しても、近年求められる高い耐屈曲性に対しては、なお不十分である課題があった。
 本発明の主な目的は、耐湿性および耐屈曲性に優れたプラスチック光ファイバを提供することにある。
 上記課題解決するため本発明のプラスチック光ファイバは次の構成を有する。すなわち、
コアと第1クラッドおよび第2クラッドを有する多層構造のプラスチック光ファイバであって、前記コアが吸水率0.001%以上0.29%以下、全光線透過率80%以上、可塑剤を0.01wt%以上10wt%以下含有する有機高分子材料であり、前記コアの屈折率(X)と前記第1クラッドの屈折率(Y)の関係がX-Y>0.01であり、前記第1クラッドの屈折率(Y)と前記第2クラッドの屈折率(Z)の関係がY-Z>0.05であることを特徴とするプラスチック光ファイバ、である。
 本発明の医療用照明機器は次の構成を有する。すなわち、
前記プラスチック光ファイバを有する医療用照明機器、である。
 本発明の医療用センサー機器は次の構成を有する。すなわち、
前記プラスチック光ファイバを有する医療用センサー機器、である。
 本発明の医療用光線治療機器は次の構成を有する。すなわち
前記プラスチック光ファイバを有する医療用光線治療機器、である。
 本発明のプラスチック光ファイバコードは次の構成を有する。すなわち
前記プラスチック光ファイバの外層に、少なくとも1層の被覆層を有するプラスチック光ファイバコード、である。
 本発明のプラスチック光ファイバは、次の式(1)および式(2)を満たすことが好ましい。
 0.01≦x≦20    式(1)
 ここで、x:第1クラッド厚み×100/ファイバ径[%]
 0.5≦y    式(2)
 ここで、y:第2クラッド厚み×100/ファイバ径[%]。
 本発明のプラスチック光ファイバは、前記コアがスチレン、シクロオレフィン、メチルペンテン、カーボネートのいずれかを主成分とする重合体であることが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、前記第1クラッドが、メチルメタクリレートからなる重合体、および/または、メチルメタクリレートを主成分としメチルアクルレート、エチルアクリルレート、ブチルアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも1種類の共重合成分を0.1重量%から12重量%含有する共重合体であることが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、前記第2クラッドの吸水率が0.001%以上0.29%以下であり、前記第2クラッドの弾性率が100MPa以上2000MPa以下であることが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、前記第2クラッドがカーボンブラック0.03wt%以上5.0wt%以下含有することが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、660nmの波長における透光損失R(dB/km)と800nmの波長における透光損失I(dB/km)が、R<Iを満たすことが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、660nmの波長における透光損失R(dB/km)と、800nmの波長における透光損失I(dB/km)が、0.2<R/I<1を満たすことが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、前記コアのメルトフローレート(230℃、荷重3.8kg)が、1g/10分以上200g/10分以下であることが好ましい。
 本発明のプラスチック光ファイバは、ファイバ径が100μm以上500μm以下であることが好ましい。
 本発明によれば、耐湿性および耐屈曲性に優れたプラスチック光ファイバを提供することができる。
 以下、本発明に係るプラスチック光ファイバおよびそれを含むプラスチック光ファイバコードの好適な実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
 本発明のプラスチック光ファイバは、コアと、第1クラッドと、第2クラッドとをこの順に有する。クラッドを3層以上有してもよく、この場合、コアに接する最内層のクラッドを第1クラッド、第1クラッドの外側に位置し、第1クラッドに接するクラッドを第2クラッドとする。
 (コア)
 本発明のプラスチック光ファイバにおいて、コアはスチレン、シクロオレフィン、メチルペンテン、カーボネートのいずれかを主成分とする重合体であることが好ましく、スチレン残基を主成分とする重合体からなることがより好ましい。これら好ましい重合体をコアに用いることで、透過性が安定する。かかる重合体の重合成分(モノマー)としては、例えば、スチレン;メチルスチレン、α-メチルスチレンなどの置換スチレン;(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸;N-置換マレイミドなどが挙げられる。(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸とメタクリル酸の総称であり、例えば、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレートなどが挙げられる。N-置換マレイミドとしては、例えば、N-イソプロピルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-o-メチルフェニルマレイミドなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。本発明において、スチレン残基を主成分とする重合体とは、重合体を構成する繰り返し単位の50モル%以上がスチレンに由来する重合体を指す。重合体を構成する繰り返し単位中、スチレン残基を70モル%以上含有することが好ましく、90モル%以上含有することがより好ましい。スチレン残基を主成分とする重合体を選択することにより、耐湿性を向上させることができる。
 本発明のプラスチック光ファイバにおいて、コアは、可塑剤を0.01wt%以上10wt%以下含有する。可塑剤を含有することにより、コアの成形性および可とう性を向上させ、耐屈曲性をより向上させることができる。コア中における可塑剤の含有量が、0.01wt%に満たないとコアの成形性および可とう性に乏しくなる。一方、コア中における可塑剤の含有量が、10wt%より大きいと耐熱性が悪化する。好ましくは0.05wt%以上7wt%以下であり、より好ましくは0.1wt%以上7wt%以下である。
 コアの可塑剤は、樹脂に柔軟性や耐候性、加工性を付与する化合物からなる。可塑剤としては、エポキシ系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤や、炭化水素であるパラフィン、ポリエチレンオキシド等が挙がられるが、これらに限定されない。
 具体的には、エポキシ化大豆油(ESBO),エポキシ化亜麻仁油(ELSO)、アジピン酸ジオクチル(DOA)、アジピン酸ジイソノニル(DINA)、リン酸トリクレシル(TCP)、アセチルクエン酸トリブチル(ATBC)、トリメリット酸トリオクチル(TOTM)、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステルや、固形パラフィン、軽質流動パラフィン、重質流動パラフィン、フタル酸ビス(2-エチルヘキシル)(DEHP)、フタル酸ブチルベンジル(BBP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジイソデシル(DIDP)、フタル酸ジオクチル(DOP)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)等が挙げられるが、これらに限定されない。
 コアには、酸化防止剤、耐熱安定性などの安定剤を、透光性に影響しない程度に含有してもよい。
 コアの吸水率は0.001%以上0.29%以下である。0.29%より大きいと、水分を吸収しやすく、経時変化で透過性が変化する。好ましくは0.002以上0.20%以下であり、より好ましくは、0.003%以上0.1%以下である。
 コアの全光線透過率は80%以上である。全光線透過率が80%未満であると、透過性が悪く、ファイバの長さが短くても光が通らずセンサー用途に用いることができなくなる。好ましくは85%以上であり、より好ましくは87%以上である。
 コアの屈折率(X)と第1クラッドの屈折率(Y)の関係はX-Y>0.01である。X-Y≦0.01であると、コアに光を閉じ込めることができなくなる。
 コアのメルトフローレート(230℃、荷重3.8kg)は、1g/10分以上200g/10分以下であることが好ましい。この範囲であるとコアを形成する工程である紡糸が安定する。より好ましいメルトフローレート(230℃、荷重3.8kg)は1g/10分以上100g/分以下である。
 (クラッド)
 本発明のプラスチック光ファイバは、少なくとも2層のクラッドを有する。
 本発明のプラスチック光ファイバにおいて、第1クラッドは、メチルメタクリレートからなる重合体、および/または、メチルメタクリレートを主成分としメチルアクルレート、エチルアクリルレート、ブチルアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも1種類の共重合成分を0.1重量%以上12重量%以下含有する共重合体であることが好ましい。本発明において、メチルメタクリレートを主成分とする重合体とは、重合体を構成する繰り返し単位の50モル%以上がメチルメタクリレートに由来する重合体を指す。第1クラッド材は、コアに対し屈折率が低く、コアとの界面密着性に優れるものが好ましい。第1クラッドとしてメチルメタクリレートからなる重合体、および/または、上記のメチルメタクリレートを主成分とする共重合体を選択することにより、コアとの界面密着性、耐屈曲性をともに向上させることができる。
 メチルメタクリレートを主成分とする共重合体の共重合成分としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、置換スチレン、N-置換マレイミドなどが挙げられる。(メタ)アクリル酸エステル、置換スチレン、N-置換マレイミドとしては、コアの重合成分として例示したものが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
 また、メチルメタクリレートを主成分として、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも1種類の共重合成分を0.1重量%以上12重量%以下含有する共重合体であることが好ましい。メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートを共重合体成分として配合することで、耐熱性の付与や溶融粘度を調整することができる。好ましくはメチルアクリレートである。この場合、コアとの界面密着性をより向上させ、プラスチック光ファイバの破断強度を大きくすることができる。共重合成分の含有率は、より好ましくは、0.3重量%以上10重量%以下である。さらにより好ましくは、0.8重量%以上6重量%以下である。
 本発明のプラスチック光ファイバは、次式(1)を満たすことが好ましい。
0.01≦x≦20   式(1)
ここで、xは、ファイバ径に対する第1クラッドの厚みの100分率を表し、x=第1クラッド厚み×100/ファイバ径[%]で表される。xが0.01%以上の場合、コア/第1クラッド間および第1クラッド/第2クラッド間の界面密着性が良好となり、耐屈曲性が向上する。より好ましくは0.05%以上であり、さらにより好ましくは0.1%以上である。一方、xが20%以下の場合、相対的に耐屈曲性に優れる第2クラッドの割合が増加するため、耐屈曲性が向上する。より好ましくは10%以下であり、さらにより好ましくは8%以下である。
 ここで、第1クラッドの厚みおよびファイバ径は、プラスチック光ファイバから無作為に選択した5箇所について、延伸方向に対し垂直に切断し、コア/第1クラッド/第2クラッドの界面が観察できるように断面を研磨した後、デジタルマイクロスコープ VHX-7000((株)キーエンス製)を用いて拡大観察することにより測定することができる。拡大観察の倍率は、10~200倍の間で、断面が全て視野範囲に入り、界面が観察できる範囲を選択する。断面において、第1クラッドの最も薄い部分の厚みを測定し、第1クラッドの厚みとする。光ファイバの直径をファイバ径として測定する。断面形状が円形でない場合は、光ファイバの最短径をファイバ径とする。5つの断面についてそれぞれファイバ径と第1クラッドの厚みを測定し、それぞれの平均値をファイバ径、第1クラッドの厚みとする。
 本発明のプラスチック光ファイバは、第1クラッドの屈折率(Y)と第2クラッドの屈折率(Z)の関係がY-Z>0.05である。Y-Z≦0.05であると、第2クラッドから光が漏れやすくなる。
 本発明のプラスチック光ファイバにおいて、第2クラッドの吸水率は0.001%以上0.29%以下が好ましい。この範囲であると、水分の吸収を抑制することができる。好ましくは0.002%以上0.20%以下であり、より好ましくは、0.003%以上0.1%以下である。第2クラッドの曲げ弾性率は、100MPa以上2,000MPa以下が好ましい。曲げ弾性率が100MPa以上の場合、第2クラッドによる第1クラッドの保護効果が良好となり、耐屈曲性が向上する。一方、曲げ弾性率が2,000MPa以下の場合、屈曲における第1クラッドへの応力が緩和され、耐屈曲性が向上する。より好ましくは1,500MPa以下である。なお、曲げ弾性率は、ASTM D790(2010年度)により測定する。127mm×13mm×3.1mmの試験片を使用し、測定単位はkg/cmとする。曲げ弾性率は、曲げ荷重-たわみ曲線の初期のもっとも傾斜の大きい傾きの接線から求める。なお、クラッドを採取して直接曲げ弾性率を測定することが困難な場合、クラッドの組成が既知であれば、同組成のクラッドを作製して曲げ弾性率を測定することができる。
 第2クラッドの曲げ弾性率をかかる範囲にする手段としては、例えば、後述する弗素を含有する重合体を用いることなどが挙げられる。
 本発明のプラスチック光ファイバにおいて、第2クラッドには、弗素を含有する重合体を含有することが好ましい。弗素を含有する重合体の重合成分としては、例えば、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、ヘキサフルオロアセトン、パーフルオロアルキルメタクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、ペンタフルオロプロピルメタクリレートなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。第2クラッドの弗素含有率は、50重量%以上であることが好ましい。弗素含有率を50重量%以上とすることにより、アクリレートやメタクリレートなどの弗素含有率の低いモノマー残基の割合が減り、第2クラッドの曲げ弾性率を前述の好ましい範囲に容易に調整し、耐屈曲性をより向上させることができる。
 第2クラッドの弗素を含有する重合体の重合成分として、さらにエチレンを用いることが好ましい。エチレンを共重合することにより、成形加工性を向上させ、また、プラスチック光ファイバの破断強度を大きくすることができる。
 第2クラッドには、カーボンブラック0.03wt%以上5.0wt%以上含有することが好ましい。0.03wt%以上の場合、外光を遮蔽することができ、センサー感度が安定する。より好ましくは0.05wt%以上であり、さらにより好ましくは0.1wt%以上である。5.0wt%未満の場合、第2クラッドの加工性が良好になる。より好ましくは3.0wt%未満であり、さらにより好ましくは1.0wt%以上である。
 第2クラッドには、その特性を損なわない範囲で、カーボンブラック以外にも、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化クロムなどの顔料や、その他添加材を含有してもよい。
 また、第2クラッドの共重合体が、ポリマー鎖末端または側鎖にカルボニル基含有官能基を有することが好ましい。カルボニル基含有官能基を有することにより、耐溶剤性を向上させることができる。
 カルボニル基含有官能基としては、例えば、-OC(=O)O-の結合を有するカーボネート基、-COY[Yはハロゲン元素]の構造を有するカルボン酸ハライド基などが挙げられる。これらがフッ素を有することがさらに好ましく、含フッ素カーボネート基(-RF-O-C(=O)-RF’-)、カルボン酸フルオライド基(-C(=O)F)が好ましい。ここで、RFやRF’はフッ素を有する基、例えばフッ化アルキル基やフッ化ビニリデン基などを表している。
 本発明のプラスチック光ファイバは、次式(2)を満たすことが好ましい。
 0.5≦y   式(2)
 ここで、yは、ファイバ径に対する第2クラッドの厚みの100分率を表し、y=第2クラッド厚み×100/ファイバ径[%]で表される。yが上記好ましい範囲の場合、プラスチック光ファイバに占める第2クラッドの割合を確保できることから、耐屈曲性の低下を防ぐことができる。より好ましくは1%以上であり、さらにより好ましくは5%以上である。
 ここで、第2クラッドの厚みおよびファイバ径は、前述の第1クラッド厚みおよびファイバ径と同様に測定する。
 本発明のプラスチック光ファイバは、660nmの波長における透光損失R(dB/km)と800nmの波長における透光損失I(dB/km)が、R<Iを満たすことが好ましい。さらに好ましくは、0.2<R/I<1である。一般に660nmや800nmの波長は、生体を通過しやすい波長であるため、センサー感度の指標として用いられる。特に660nmの波長は、ヘモグロビンの酸素含有量によって、反射率が大きく変わり、一方で、800nmの波長は酸素含有量に対し殆ど影響を受けない特性を利用して、RをIで割った値である、R/Iの指標がセンサー感度として良く用いられる。0.2より大きい場合、660nmの波長による透過性が良いため、センサー感度が良くなる。また、1未満の場合、800nmの透過性が良いため、センサー感度が安定する。
 本発明のプラスチック光ファイバのファイバ径は、100μm以上500μm以下であることが好ましい。ファイバ径を100μm以上とすることにより、照射に必要な光量を確保することができる。一方、ファイバ径を500μm以下とすることにより、耐屈曲性をより向上させることができる。
 プラスチック光ファイバの製造方法としては、例えば、コア材とクラッド材とを加熱溶融状態下で、同心円状複合用の複合口金から吐出してコア/第1クラッド/第2クラッドの3層芯鞘構造を形成する複合紡糸法が好ましく用いられる。続いて、破断強度などの機械特性を向上させる目的で、1.2~3倍程度の延伸処理が一般的に行なわれ、プラスチック光ファイバとなる。
 紡糸する際の温度は低い方が良く、好ましくは250℃以下であり、さらに好ましくは240℃以下である。
 本発明の実施の形態に係るプラスチック光ファイバコードは、前述のプラスチック光ファイバの外層に、少なくとも1層の被覆層を有する。被覆層を形成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンあるいはそれらの共重合体、ブレンド品、有機シラン基を含有するオレフィン系ポリマー、エチレン-酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ナイロン12などのポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ウレタン樹脂、弗素樹脂、EPM、EPDMなどのゴムなどが挙げられる。被覆層は1層でも多層でもよく、多層の場合は、被覆層間に“ケブラー”(登録商標)などのテンションメンバーを入れてもよい。これらの被覆層には、難燃剤の他、酸化防止剤、耐老化剤、UV安定剤などの安定剤などを含んでもよい。なお、被覆層は、クロスヘッドダイを使用した溶融押し出し成形法等の公知の方法によって形成することができる。
 本発明の実施の形態に係る内視鏡照明用機器は、前述のプラスチック光ファイバを有し、内視鏡と組み合わせて用いることができる。本発明の実施の形態に係る眼科手術照明用プローブは、前述のプラスチック光ファイバを眼科手術用照明として有する。本発明の実施の形態に係る血管用カテーテルは、前述のプラスチック光ファイバをカテーテル用照明または光センサーとして有する。
 以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。なお、各実施例および比較例における評価は以下の方法により行った。
 コアの吸水率:サプライヤーの公表値を採用した。サプライヤーの公表値が不明な場合は、JIS K 7209に準拠し、コアの組成を分析して得られた情報を元にサンプルを作製し吸水率を求めた。
 コア組成比:各実施例および比較例に用いたコア材について、GC/MS(GC:7890A、Agilent製;MS:JMS-Q1050GC、JEOL製)を用いて重合体のスチレン残基量を求めた。
 クラッド組成比:各実施例および比較例に用いたクラッド材について、固体19F-NMR(Bruker社製AVANCE NEO 400)とFT-IR(Bio-Rad Digilab製FT-IR)を用いて組成比(重量%)を求めた。
 クラッドの曲げ弾性率:ASTM D790(2010年度)により測定した。
 各実施例および比較例に用いた第2クラッド材から127mm×13mm×3.1mmの試験片を作製し、測定単位はkg/cmとした。曲げ荷重-たわみ曲線の初期のもっとも傾斜の大きい傾きの接線から曲げ弾性率を求めた。
 プラスチック光ファイバの浸水状態の光量損失(耐湿性):各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバについて、820nmLED(発光ダイオード)を使用して光量を測定した。また、各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバを23℃で水中に10m浸漬し、100時間後に同様に光量を測定した。浸水状態の光量から初期の光量を差し引いた減少量(光量損失)を耐湿性の指標とした。光量損失の数値がマイナスであることは、初期の光量に対して曲げ状態の光量が低下したことを意味する。光量損失の絶対値が小さいほど、耐湿性に優れる。
 プラスチック光ファイバの破断屈曲回数(耐久性):各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバの一端に175gの荷重をかけ、直径10mmφのマンドレルで支持し、その支持点を中心にファイバの他端を角度180°で連続的に屈曲させて、プラスチック光ファイバが切断するまでの回数を測定した(n=5の平均値)。回数が多いほど、耐久性に優れる。
 プラスチック光ファイバの曲げ状態の光量損失(耐屈曲性):各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバについて、820nmLED(発光ダイオード)を使用して光量を測定した。また、各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバを金属製半径5mmの棒に360度巻きつけ、同様に光量を測定した。曲げ状態の光量から初期の光量を差し引いた減少量(光量損失)を耐屈曲性の指標とした。光量損失の数値がマイナスであることは、初期の光量に対して曲げ状態の光量が低下したことを意味する。光量損失の絶対値が小さいほど、耐屈曲性に優れる。
 プラスチック光ファイバの破断強度:各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバについて、JIS C 6837(2015年度)に準拠し、引張速度:100mm/分の条件で引張試験を行い、プラスチック光ファイバが破断したときの強度(破断強度)を測定した。各3つのサンプルについて測定し、その平均値を採用した。
 プラスチック光ファイバの透光損失:各実施例および比較例により得られたプラスチック光ファイバについて、ハロゲンランプの光源から、660nmと800nmの波長を選択し、5m-2mのカットバックにて透光損失(dB/km)を測定した。
[実施例1]
 第1クラッド材として、表1の組成比のメチルメタクリレート/メチルアクリレート共重合体を、第2のクラッド材としてフッ化ビニリデン重合体を複合紡糸機に供給した。さらに、連続魂状重合によって製造した、スチレン残基含有量100モル%のポリスチレンを95重量%、流動パラフィンを5重量%となるようコア材として複合紡糸機に供給して、220℃にてコア、クラッドを芯鞘複合溶融紡糸し、ファイバ径300μm(コア径228μm、第1クラッドの厚み6μm、第2クラッドの厚み30μm)のプラスチック光ファイバを得た。
 こうして得られたプラスチック光ファイバを前記の評価方法により評価し、その結果を表2に示した。
[実施例2]
 第1クラッドのクラッド材を表1の組成の重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例3]
 第2クラッドのクラッド厚みに関し、yが表1の値となるように変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例4]
 第2クラッドのクラッド材を表1の組成比の共重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例5]
 コア材のポリスチレンと流動パラフィンの比率を表1の値となるように変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例6]
 第2クラッドのクラッド材を表1の組成比の共重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例7~9]
 第1クラッドのクラッド材を表1の組成の重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例10]
 コア材として、流動パラフィンを用いなかった以外は実施例7と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例11、12]
 第1クラッドのクラッド材を表1の重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例13、14]
 第1クラッドと第2クラッドの厚みに関し、表1の数値に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例15~17]
 コア材に流動パラフィンやPEOを用いて、第2クラッドにカーボンブラックを用いた以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例18~20]
 コア材を表1のようにした以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[実施例21]
 コア材として、紡糸温度を250℃で実施した以外は実施例10と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表2に示した。
[比較例1~4]
 コア材およびクラッド材を表3の組成比の共重合体に変更した以外は実施例1と同様にしてプラスチック光ファイバを得た。これらのプラスチック光ファイバについて実施例1と同じ評価を行った結果を表4に示した。
[比較例5~6]
 クラッド厚みに関し、xおよびyが表3の値となるように変更した以外は実施例1と同様にしてプラスチック光ファイバを得た。これらのプラスチック光ファイバについて実施例1と同じ評価を行った結果を表4に示した。
[比較例7~8]
 クラッドを1層構造となるように変更した以外は実施例1と同様にしてプラスチック光ファイバを得た。これらのプラスチック光ファイバについて実施例1と同じ評価を行った結果を表4に示した。
[比較例9]
 コアとクラッドを表3の組成比の共重合体に変更した以外は実施例1と同様にして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について実施例1と同じ評価を行った結果を表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1中の略号の意味を次に示す。なお、後記する表3の略号の意味も同様である。
 LP:流動パラフィン、St:ポリスチレン、PEO:ポリエチレンオキシド、TPX:ポリメチルペンテン、PC:ポリカーボネート、PC:ポリカーボネート、COP:ポリシクロオレフィン、MMA:メチルメタクリレート、MA:メチルアクリレート、2F:フッ化ビニリデン、4F:テトラフルオロエチレン、6F:ヘキサフルオロプロピレン、FVE:ヘプタフルオロビニルエーテル、4FM:テトラフルオロプロピルメタクリレート、5FM:ペンタフルオロプロピルメタクリレート。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 本発明のプラスチック光ファイバおよびプラスチック光ファイバコードは、自動車や航空機、船舶、電車等の移動体内の配線、AV機器、家庭内機器、オフィス機器等の短距離通信用配線、医療用内視鏡照明、眼科手術用照明、腹腔鏡手術用照明、カテーテル用照明、顕微鏡照明、ロボット用導光センサー、工業機器用光電センサー、自動車衝突センサー、壁面装飾用照明、室内照明等の用途に好適に用いることができる。特に、高い開口率と適度な柔軟性、また、屈曲に対しても伝送損失を減じ難いという性質を有していることから、医療機器の照明や工業用センサー用途に好適であり、より具体的には、内視鏡照明用途、眼科手術用途、カテーテルの用途に好適である。

Claims (14)

  1.  コアと第1クラッドおよび第2クラッドを有する多層構造のプラスチック光ファイバであって、前記コアが吸水率0.001%以上0.29%以下、全光線透過率80%以上、可塑剤を0.01wt%以上10wt%以下含有する有機高分子材料であり、前記コアの屈折率(X)と前記第1クラッドの屈折率(Y)の関係がX-Y>0.01であり、前記第1クラッドの屈折率(Y)と前記第2クラッドの屈折率(Z)の関係がY-Z>0.05であることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
  2.  次の式(1)および式(2)を満たす請求項1に記載のプラスチック光ファイバ。
     0.01≦x≦20    式(1)
     ここで、x:第1クラッド厚み×100/ファイバ径[%]
     0.5≦y    式(2)
     ここで、y:第2クラッド厚み×100/ファイバ径[%]
  3.  前記コアがスチレン、シクロオレフィン、メチルペンテン、カーボネートのいずれかを主成分とする重合体であることを特徴とする請求項1または2に記載のプラスチック光ファイバ。
  4.  前記第1クラッドがメチルメタクリレートからなる重合体、および/または、メチルメタクリレートを主成分としメチルアクルレート、エチルアクリルレート、ブチルアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも1種類の共重合成分を0.1重量%から12重量%含有する共重合体であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  5.  前記第2クラッドの吸水率が0.001%以上0.29%以下であり、前記第2クラッドの弾性率が100MPa以上2,000MPa以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  6.  前記第2クラッドがカーボンブラックを0.03wt%以上5.0wt%以下含有することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  7.  660nmの波長における透光損失R(dB/km)と800nmの波長における透光損失I(dB/km)が、R<Iを満たす請求項1~6のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  8.  660nmの波長における透光損失R(dB/km)と、800nmの波長における透光損失I(dB/km)が、0.2<R/I<1を満たす請求項1~7のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  9.  前記コアのメルトフローレート(230℃、荷重3.8kg)が、1g/10分以上~200g/10分以下である請求項1~8のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  10.  ファイバ径が100μm以上500μm以下である請求項1~9のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ。
  11.  請求項1~10のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを有する医療用照明機器。
  12.  請求項1~10のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを有する医療用センサー機器。
  13.  請求項1~10のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを有する医療用光線治療機器。
  14.  請求項1~10のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの外層に、少なくとも1層の被覆層を有するプラスチック光ファイバコード。
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