説明

プラスチック光ファイバケーブルの製造方法

【課題】被覆内層を均一な厚さで被覆し、光学特性に優れたPOFケーブルを得るための製造方法を提供する。
【解決手段】被覆温度T(190℃≦T≦230℃) における被覆内層を形成する被覆材料Aのせん断粘度をηA(Pa・s)、被覆外層を形成する被覆材料Bのせん断粘度をηB(Pa・s)としたとき、せん断速度が1000/s以上、10000/s以下の領域でのせん断粘度の比ηA/ηB を下記式(1)の範囲とし、かつ被覆内層の厚みをdA、被覆外層の厚みをdBとしたとき、厚みの比dB/dA が下記式(2)の範囲となるように被覆内層および被覆外層を一括被覆するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法。
0.5≦ ηA/ηB ≦ 2・・・・・(1)
1.0≦ dB/dA ≦49・・・・・・(2)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車や航空機、船舶、電車等の移動体内、あるいはFA、家庭内機器、オフィス機器等の短距離通信用配線として用いられるプラスチック光ファイバケーブルの製法に関するもので、特にプラスチック光ファイバ(POF)に複数の被覆層を施す際に被覆状態を均一化するための技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
POFは、短距離のデータ通信用配線や、センサー用途等ですでに実用化されている。その際、被覆材でPOFの外周を保護したPOFケーブルの形態として用いられることが多い。
【0003】
このようなPOFケーブルの構成に関しては、複数の被覆層を有する様々なPOFケーブルが提案されている。例えば、特許文献1には、耐熱性およびPOFと被覆層の密着性を向上させるため、POFの外側にフッ化ビニリデン系樹脂を密着層として設け、その外側にポリアミド樹脂を被覆したPOFケーブルが提案されている。また特許文献2には、機械特性、化学特性等の種々の特性を満足できるように、3層の被覆層を設けたPOFケーブルが提案されている。
【特許文献1】特開2000−275481号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1で開示されているPOFケーブルでは、その製造工程において、密着層を付与する工程、被覆層を付与する工程がそれぞれ別工程となっているため、POFにかかる熱履歴が大きくなり、POFケーブルとしての光学特性が損なわれる傾向にあった。また製造工程が増加し、POFケーブルの製造が煩雑化するという問題点があった。
【0005】
すなわち本発明の目的は、薄膜化された被覆内層を均一な厚さで被覆し、光学特性に優れたPOFケーブルを得るための製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは鋭意検討した結果、POFケーブルの被覆内層に用いる樹脂と、その外側の被覆層に用いる樹脂について、それらの動的粘度の関係が特定の範囲内になるように組み合わせることによって、薄膜化された被覆内層を均一な厚さに被覆でき、さらに被覆工程を簡略化することができ、POFケーブルの光学特性の低下を防ぐことができることを見出した。
【0007】
すなわち本発明は、芯−鞘構造を有するプラスチック光ファイバの外周に被覆内層を、さらにその外周に被覆外層を形成するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法であって、被覆温度T(190℃≦T≦230℃) における被覆内層を形成する被覆材料Aのせん断粘度をηA(Pa・s)、被覆外層を形成する被覆材料Bのせん断粘度をηB(Pa・s)としたとき、せん断速度が1000/s以上10000/s以下の領域でのせん断粘度の比ηA/ηB を下記式(1)の範囲とし、かつ被覆内層の厚みをdA、被覆外層の厚みをdBとしたとき、厚みの比dB/dA が下記式(2)の範囲となるように前記被覆内層および前記被覆外層を一括して被覆するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法、に関する。
0.5≦ ηA/ηB ≦ 2・・・・・(1)
1.0≦ dB/dA ≦49・・・・・・(2)
【発明の効果】
【0008】
本発明の製造方法によれば、光学特性の低下を招くことなく被覆内層を薄膜化できるとともに均一な厚みで被覆することができるプラスチック光ファイバケーブルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下に、図1、図2および表1に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
図1は、本発明の製造方法によって製造されるPOFケーブルの一実施形態を示す断面図である。芯11Aおよびその外周に形成された第1鞘11Bと第1鞘11Bの外周上に形成された第2鞘11CからなるPOF12の外周に、被覆内層A13が形成され、さらにその外側に被覆層外層B14が形成されている。
【0011】
ここで、POF12としては、図1記載の構成以外にも公知のものが使用でき、例えば、中心から外周に向かって連続的に芯11Aの屈折率が低下するGI型POF、中心から外に向かって芯11Aの屈折率が段階的に低下する多層POF、複数の芯11Aを鞘で取り囲んで一纏めにしたマルチコアPOFなどが挙げられる。なかでもPOFを広帯域化して高速信号伝送を行うには、多層POFを用いることが好ましい。なお、GI型POFまたは多層POFの外周にさらに鞘11Bを被覆したものを使用しても良い。
【0012】
芯11Aには、各種の透明性の高い重合体が使用され、特に限定されるものではないが、好ましくはメチルメタクリレート単位を構成単位とする重合体が使用される。さらに好ましくは、メチルメタクリレート単独重合体、およびメチルメタクリレート単位を主構成単位とする重合体、ベンジルメタクリレート単位を主構成単位とする重合体、またはフッ素化アルキルメタクリレート単位を主構成単位とする重合体であり、これらのなかではメチルメタクリレート単独重合体が特に好ましい。
【0013】
芯の外周に形成される鞘は、1層から形成されていても、2層以上の複数層から形成されても良い。鞘を形成する樹脂としては、フッ素化メタクリレート系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、テトラフルオロエチレン系重合体等プラスチック光ファイバの鞘材として公知の材料を適宜選択することができる。
【0014】
POFケーブルの機械特性、耐熱性および耐衝撃性を十分に確保するためには、鞘を2層以上の複数層から形成し、最外層に位置する鞘層には、テトラフルオロエチレン(TFE)単位を少なくとも構成単位として有し、結晶融解熱が59mJ/mg以下の含フッ素オレフィン系樹脂を用いることが好ましい。TFE単位を含む含フッ素オレフィン系樹脂としては、TFE単位と、フッ化ビニリデン(VdF)単位、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)単位、パーフルオロ(フルオロ)アルキルビニルエーテル(FVE)単位のうち少なくとも1種を共重合して得られる共重合体、VdF単位とTFE単位とヘキサフルオロアセトン単位との共重合体、TFE単位とHFP単位とエチレン単位との共重合体等が挙げられるが、こられに限定されるものではない。TFE単位との共重合成分としては、低コストであり、透明性が高く、かつ耐熱性に優れる点から、VdF単位、HFP単位、FVE単位が特に好ましい。
【0015】
内層の鞘層として好ましい樹脂としては、フッ素化メタクリレート系重合体、フッ化ビニリデン系重合体等POFの鞘材として公知の材料を挙げることができる。特にフッ素化メタクリレート系重合体は、屈折率の調整が容易で、良好な透明性および耐熱性を有しながら屈曲性、加工性に優れる重合体であるため好ましい。
【0016】
このようなPOF12は、溶融紡糸法などの公知の方法で製造できる。また、POF12を70〜105℃程度の高温環境下や、温度差の激しい環境で用いる場合には、ピストニングを抑制するため、連続もしくはバッチ処理によってアニール処理を施しても良い。
【0017】
本発明の製造方法によって得られるPOFケーブルは、POFの外側に接する被覆内層と、その外周上に位置する被覆外層とを少なくとも備えている。
【0018】
被覆内層に用いられる被覆材料Aには、POF外周と被覆外層に用いられる被覆材料Bとの密着性を向上させる機能や、被覆材料Bの中に存在する低分子量物、着色顔料、可塑剤等がPOF内部へ移行することを防止する機能等が要求される。このような被覆材料Aとしては、POFケーブルの被覆材料として公知の樹脂が使用可能であるが、高い耐熱性を有するPOFケーブルを得るには、(メタ)アクリル酸メチル単位を主構成単位とする樹脂、スチレン単位を主構成単位とする樹脂、ポリカーボネートを主成分とする樹脂、プロピレン単位を主構成単位とする樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体を主成分とする樹脂、ポリブチレンテレフタレートを主成分とする樹脂、ポリフッ化ビニリデンを主成分とする樹脂のうちの少なくとも一種類を被覆内層として用いることが好ましい。
【0019】
被覆外層として用いられる被覆材料Bには、耐薬品性を向上させる機能、外光の入射を防止する機能、機械的強度を向上させる機能、さらに耐熱性を向上させる機能等を備えていることが要求される。このような被覆材料Bとしては、ポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、またはこれらの樹脂の2種以上を用いて得られた混合物などを挙げることができる。なかでもPOFケーブルを車載用配線として用いる際には、耐薬品性、機械的強度、耐熱性向上などの機能を兼ね備えた材料として、ポリアミド系樹脂を用いることが好ましい。
【0020】
ポリアミド系樹脂としてより具体的には、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6−12などの単独重合体や、これら重合体の単量体単位の組み合わせからなるナイロン共重合体、これら重合体に柔軟なセグメントを導入したナイロン系エラストマー、あるいはナイロン系エラストマーと他のポリアミド系樹脂を含む混合物などが好ましい。
【0021】
また、これら被覆材料Bには、POF内部への外光の入射を防止する機能を付与するためにカーボンブラックなどの遮光材を含有させてもよい。
【0022】
さらにPOFケーブルとしては、上記被覆外層のさらに外周に被覆層が形成されても良い。
【0023】
このような構成のPOFケーブルを製造する際、POFに被覆層を付与する被覆工程においては、クロスヘッドダイを備えた押出被覆装置を用いてPOFを被覆するが、本発明は、被覆内層および被覆外層を形成する被覆材料Aおよび被覆材料Bを一括して被覆することを特徴としている。
【0024】
POFに被覆層を施す際の被覆温度T(℃)は、190≦T≦230 とすることが好ましい。190℃より低いと、被覆する樹脂が十分に溶融されず、塊となって被覆層の厚み変動が大きくなったり、被覆樹脂の被覆装置配管中の流れが悪くなり、樹脂吐出不足を起こし、所望の厚み制御が困難になる。また被覆温度Tが230℃より高くなると、POFが溶融しやすくなり、被覆工程の被覆樹脂供給圧力で外径変動を起こしたり、熱劣化による伝送損失の増加等を招く恐れがある。被覆層の厚みをより薄く均一に制御し、且つPOFの光学特性を維持する為には、被覆温度Tを200≦T≦220の範囲とすることがより好ましい。
【0025】
本発明においては、2層の被覆層の厚みをより均一に制御するために、被覆温度T℃(190≦T≦230)における、被覆材料Aおよび被覆材料Bのせん断粘度ηの関係を一定の範囲に制御することが重要である。
【0026】
より具体的には、上述の被覆温度T℃(190≦T≦230) において、被覆内層に用いる被覆材料Aの被覆温度Tにおけるせん断粘度ηA(Pa・s)、および被覆内層の外側に存する被覆外層に用いる被覆材料Bの温度Tにおけるせん断粘度ηB(Pa・s)について、せん断速度の範囲が1000/s以上100000/s以下の領域において、ηAおよびηBの比ηA/ηB(せん断粘度比)を下記式(2)の範囲とする必要がある。

0.5≦ηA/ηB≦2 ・・・・・(2)

ここで、1000/s以上100000/s以下に設定したせん断速度の範囲は、被覆の際の被覆装置に用いるクロスヘッドダイ、およびダイス、ニップルにより形成される樹脂流路中に存在する、被覆樹脂材料のせん断速度に基づいて設定されたものである。
【0027】
せん断粘度比ηA/ηBの値が2より大きくなる、すなわち被覆材料Aの被覆材料Bに対する相対粘度が大きくなると、樹脂材料Bが樹脂材料Aの外側に均一に回りこむのを妨げてしまい、被覆内層の厚みが花弁状のような不均一なものとなってしまう。また、ηA/ηBの値が0.5より小さくなる、すなわち被覆材料Aの被覆材料Bに対する相対粘度が小さくなると、樹脂材料Bの内側に樹脂材料Aの均一な層を作ることができず、層の厚み斑が大きくなってしまう。
【0028】
被覆内層の厚みをより薄くかつ均一に制御する為には、せん断粘度比は下記式(3)の範囲であることが好ましい。

0.7≦ηA/ηB≦1.5・・・・・(3)

また、上記被覆材料AおよびBの双方の有する機能を有効に発現させる為には、被覆内層および外層の厚みの関係は、被覆内層の厚みをdA、被覆外層の厚みをdBとして、下記式(1)の範囲とする必要がある。

1.1≦dB/dA≦49・・・・・・(1)

被覆材料Bの中に存在する低分子量物や、着色顔料、可塑剤等がPOF内部への移行を十分に防止するためには、被覆内層の厚みはできる限り厚くした方が良いが、dB/dAの値が1.1より小さくなると、被覆外層の耐薬品性や機械強度が大きく低下するため好ましくない。一方で、POFと被覆層の密着性を向上させるためには被覆内層の厚みはできる限り薄くしたほうが良いが、dB/dAの値が49より大きくなると、被覆内層の移行防止効果は大きく低下してしまう。
【0029】
このような理由から、dB/dAが上記の範囲を満たすことが必要であるが、dB/dAの値はより好ましくは、1.5≦dB/dA≦25であり、さらに好ましくは、5≦dB/dA≦12.5である。
【0030】
次に、本発明のPOFケーブルの製造に用いられるクロスヘッド被覆装置について説明する。図2は、クロスヘッド先端に取り付けられたダイス部を表す。中心軸25がPOFの通路であり、第一流路23を被覆内層を形成する被覆材料Aが、第二流路24を被覆外層を形成する被覆材料Bが通過し、第三流路26にて両者が合流する。その後、第三流路26は角度θで中心軸25に合流し、被覆材料AおよびBがPOFに被覆され、POFケーブルが製造される。
【0031】
ここで第3流路26とPOFの中心線25とのなす角度θ(°)は10度以上60度以下の範囲であることが好ましい。すなわち、POFと被覆材料Aおよび被覆材料Bとが10度から60度で接触することが好ましい。θが10度未満では、被覆材料Aおよび被覆材料BをPOFに均一な厚みで被覆することが難しくなる傾向にあり、一方、60度を超えると、高温に加熱された材料がPOFに与える熱や応力が大きくなり、POFの光学特性が劣化する場合がある。被覆内層をより薄く均一に形成するためには、θを20度以上45度以下の範囲に設定することがより好ましい。
【0032】
なお、本発明の外側に更に被覆層を設ける場合についても、被覆温度やPOFとの接触角度は上記範囲であることが好ましい。
【実施例】
【0033】
以下、本発明を実施例に挙げて説明するが、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例における各評価方法は次の通りである。
【0034】
(MFR)
テクノセブン社製メルトインデクサ(L217−1531)を用い、JIS K 7210A法に基づき測定温度210度、荷重5kgfの条件下にて測定した。
【0035】
(せん断粘度η)
ロザンド社製ツインキャピラリーレオメーター(RH7-2)を用い、ダイ直径1mm、ダイ全長16mm、測定温度210度、条件化で、せん断速度1000〜100000(/s)の時のせん断粘度を測定した。
【0036】
(被覆状態の断面形態判断)
プラスチック光ファイバケーブルの単面を、#8000番の研磨紙にて研磨した後、顕微鏡観察によって、断面状態を目視で観察した。被覆内層及び被覆外層が均一な厚みで被覆されている場合を優良(表中◎で表す。)、若干外形に変形が見られるが、大きな厚み変動の無いものを良(表中○で表す。)、厚みが不均一で大きな変動が見られるものを不良(表中×で表す。)と判断した。
【0037】
〔実施例1〕
芯材として、メチルメタクリレート(MMA)の単独重合体(PMMA)、鞘材として、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(3FM)/1,1,2,2−パーフルオロデシルメタクリレート(17FM)/MMA/メタクリル酸(MAA)=31/50/18/1(重量%)の共重合体を用い、保護層として、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=70/20/10(mol%)の共重合体を用い、これらを溶融して同心円状に中心から順次積層して複合紡糸し、芯径970μm、鞘厚5μm、保護層厚10μmのPOF12を得た。
【0038】
ついで、被覆材料Aとしてエチレン−ビニルアルコール共重合体(エバールF104B クラレ社性:MFR25、ηA=70)、被覆材料Bとしてナイロン12(ダイアミド12 L1640、ダイセルヒュルス社製:MFR113、ηB=50)を用い、これらを断面が図2で示されるコンプレッション式の2層一括被覆用クロスヘッド型被覆装置に供給して、POF12の外周に被覆材料AおよびBを一括被覆して、外径1.5mmのPOFケーブルを得た。その際の被覆層Aの厚みdAは30μm、被覆材料Bの厚みdBは220μm、すなわちdB/dAは7.3とし、被覆時の樹脂温度Tを210℃、ダイス21については、厚みは3mm、ダイス21の孔径1.5mmとし第3流路26とPOF中心軸線25のなす角度θが、35°、45°の2種類のものを用いた。このようにして得られたPOFケーブルの被覆状態の断面形態は、いずれも優良であった。
【0039】
(実施例2〜実施例8)
被覆材料Aを、表1に示した材料にかえた以外は実施例1と同様にして被覆を行い、断面形状観察を行った。その結果を表1に示す。
【0040】
(比較例1および2)
被覆材料Aをポリスチレン(MFR34、ηA=24)もしくはポリカーボネート(MFR20、ηA=101)とした以外は実施例1と同様に被覆を行い、断面形状観察を行った。結果、その断面は厚みの斑が大きく、不良であった。
【0041】
【表1】

【0042】
なお、表中の略号は下記の内容を示す。
EVALA :エチレン−ビニルアルコール共重合体(クラレ社製 EVAL F104B)
EVALB :エチレン−ビニルアルコール共重合体(クラレ社製 EVAL F101B)
PBT A :ポリブチレンテレフタレート(東レ・デュポン社製 ハイトレル4047)
PBT B :ポリブチレンテレフタレート(東レ・デュポン社製 ハイトレル4767)
PBT C :ポリブチレンテレフタレート(東レ・デュポン社製 ハイトレル2474)
AcrylA:17FM/MMA/MAAの共重合体(組成比:30/68/2質量%)
AcrylB:17FM/MMA/MAAの共重合体(組成比:14/84/2質量%)
AcrylC:BA/MMA/MAAの共重合体(組成比:10/88/2質量%)
3FM :トリフルオロエチルエタクリレート
17FM :1,1,2,2−パーフルオロデカニルメタクリレート
MMA : メチルメタクリレート
MAA : メタクリル酸
PS :ポリスチレン(PS ジャパン社製 HIPS433)
PC :ポリカーボネート(GEプラスチックス社製 OQ1020)
PA12 :ポリアミド12(ダイセル・デグッサ社製 L1640)
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明のPOFケーブルの製造方法により得られるPOFケーブルの一例を示す断面図である。
【図2】本発明のPOFケーブルの製造方法に使用される被覆装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【0044】
10 ・・・POFケーブル
11A・・・コア
11B・・・第1鞘
11C・・・第2鞘
12 ・・・POF
13 ・・・被覆内層
14 ・・・被覆外層
21 ・・・ダイ
22 ・・・ニップル
23 ・・・第1流路
24 ・・・第2流路
25 ・・・POF12の中心軸線
26 ・・・第3流路
θ ・・・ダイ・ニップルのテーパー角

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯−鞘構造を有するプラスチック光ファイバの外周に被覆内層を、さらにその外周に被覆外層を形成するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法であって、被覆温度T(190℃≦T≦230℃) における被覆内層を形成する被覆材料Aのせん断粘度をηA(Pa・s)、被覆外層を形成する被覆材料Bのせん断粘度をηB(Pa・s)としたとき、せん断速度が1000/s以上10000/s以下の領域でのせん断粘度の比ηA/ηB を下記式(1)の範囲とし、かつ被覆内層の厚みをdA、被覆外層の厚みをdBとしたとき、厚みの比dB/dAが下記式(2)の範囲となるように前記被覆内層および前記被覆外層を一括して被覆するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法。
0.5≦ ηA/ηB ≦ 2・・・・・(1)
1.0≦ dB/dA ≦49・・・・・・(2)
【請求項2】
ダイス内部において、被覆材料Aおよび被覆材料Bがプラスチック光ファイバに対して10度以上60度以下の角度で導入されることを特徴とした請求項1に記載のプラスチック光ファイバケーブルの製造方法。
【請求項3】
被覆材料Aが(メタ)アクリル酸メチル単位を主構成単位とする樹脂、スチレン単位を主構成単位とする樹脂、ポリカーボネートを主成分とする樹脂、プロピレン単位を主構成単位とする樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体を主成分とする樹脂、ポリブチレンテレフタレートを主成分とする樹脂、ポリフッ化ビニリデンを主成分とする樹脂のうちの少なくとも一種類を用いて形成されることを特徴とした請求項1または請求項2に記載のプラスチック光ファイバケーブルの製造方法。
【請求項4】
被覆材料Bがポリアミド系樹脂からなることを特徴とした請求項1ないし請求項3に記載のプラスチック光ファイバケーブルの製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2007−316368(P2007−316368A)
【公開日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−146299(P2006−146299)
【出願日】平成18年5月26日(2006.5.26)
【出願人】(000006035)三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Fターム(参考)】