耐熱性プラスチック光ファイバー
【課題】過酷な高温・高湿環境下でも十分な伝送性能を長期にわたって維持することができる耐熱性プラスチック光ファイバーを提供する。
【解決手段】芯部と鞘部とによって構成される耐熱性プラスチック光ファイバーである。芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成される。鞘部は、芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成される。
【解決手段】芯部と鞘部とによって構成される耐熱性プラスチック光ファイバーである。芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成される。鞘部は、芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐熱性プラスチック光ファイバーに関し、特に、車載用配線、移動体配線、ＦＡ機器配線等の光信号伝送や、光電センサーなどに使用される、耐熱性プラスチック光ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性プラスチック光ファイバーとして、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリシクロオレフィン系樹脂などをコア（芯部）とするプラスチック光ファイバーが良く知られている。ところが、最も過酷な使用環境の一つである車載用配線としての用途に耐えうるコアとしては、ガソリン車のエンジンルーム内で要求される１２５℃程度の温度、さらにはディーゼル車のエンジンルーム内で要求される１５０℃程度の温度に耐えうるものであることが必要があり、ポリカーボネート樹脂では耐熱性が不足する。またポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂は、複屈折が比較的大きいためにそれを原因とする光学的損失があるうえに、分子構造上、加水分解性を有するために、長期間の使用における耐久性に懸念がある。このため、複屈折が小さく吸湿性の低いポリシクロオレフィン系樹脂をコアとする光ファイバーの開発が広く待ち望まれている。
【０００３】
ポリシクロオレフィン系樹脂をコアとする光ファイバーのクラッド（鞘部）の材料としては、元来屈折率の小さいポリシクロオレフィン系樹脂よりもさらに屈折率が小さいフッ素系もしくはシリコン系の樹脂に限られる。このため、α−フロロ−フルオロアルキルアクリレート系の共重合体、ビニリデンフロライド系樹脂とポリメチルメタクリレート樹脂とのブレンド体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンとテトラフロロエチレンとからなる共重合体、シリコン樹脂、などが用いられている。しかし、いずれも耐熱性やコアとの密着性の点で性能が不足しており、クラッド樹脂の変性やコア−クラッド間での剥離等が生じる。よって、車載用配線の用途での長期使用に耐えるものではない。
【０００４】
上記クラッドに関する問題点を改良すべく、例えば特許文献１では、コアとの密着性を向上させるためにクラッドに柔軟な組成物を配し、かつそのクラッドの脆弱な熱的および機械的特性を補うためにクラッドの外層に保護層を設けた光ファイバーが提案されている。しかしながら、層数が増えるごとに生産設備や装置が増えるため、生産コストや品質管理の点で懸念となる。またコストや品質を不問としたとしても、特許文献１に記載された光ファイバーの耐熱性は１４０℃程度であり（段落００２３）、１５０℃超の耐熱性には届かない。
【０００５】
別のポリシクロオレフィン系耐熱光ファイバーとして、特許文献２には、少なくともコアがポリシクロオレフィン系樹脂にて形成された光ファイバーが提案されている。この特許文献２では、モノマーであるシクロオレフィン中に極性基を導入することにより、芯部と鞘部との間、あるいは鞘部とその外周の被覆との間の密着性を改良できることが記載されている。しかし、極性基を導入することで、ポリシクロオレフィン系樹脂を耐熱性光ファイバーとして使用する利点の一つである吸湿性の低さを損ねる。このため、極性基を導入したものは、長期にわたって高湿になり得る自動車エンジンルーム内での長期間の使用に適したものとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７５４４８号公報
【特許文献２】特開平４−３６５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱可塑性の耐熱性透明樹脂としての脂環族ポリオレフィン樹脂を芯部に用いたプラスチック光ファイバーの鞘部の樹脂に望まれる重要な物性としては、耐熱性、耐湿性、透明性、適切な屈折率、芯との密着性などが挙げられる。しかし、これらの物性を全て満足するものは未だ見つかっていない。
【０００８】
本発明の目的は、過酷な高温・高湿環境下でも十分な伝送性能を長期にわたって維持することができる耐熱性プラスチック光ファイバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記本発明の目的は、以下の構成によって達成される。
（１）芯部と鞘部とによって構成され、芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有しかつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成され、鞘部は、前記芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、前記鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成されていることを特徴とする耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１０】
（２）非晶質フッ素樹脂がパーフルオロ樹脂であることを特徴とする（１）の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１１】
（３）芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の荷重たわみ温度が１４０℃以上であることを特徴とする（１）または（２）の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１２】
（４）鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低いことを特徴とする（１）から（３）までのいずれかの耐熱性プラスチック光ファイバー。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーは、脂環族ポリオレフィン樹脂を芯部に用い、芯部との密着性を改良するべく鞘部にも芯部と同一の樹脂を用い、屈折率差を形成するために非晶質フッ素樹脂を鞘部の樹脂に含有させることによって、芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の耐熱性、透明性、低吸湿性といった特徴を損なうことなく、十分な伝送性と優れた耐熱性と安定的な生産性とを実現することができる。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、光フアイバーを、ガラス転移温度が１５０℃以上の透明な熱可逆性樹脂により形成する芯部と、芯部と同一の樹脂を主たる組成とし、芯部よりも屈折率が低い樹脂からなる鞘部とで形成したため、従来のプラスチック光ファイバーに比べて、耐熱性が増し、可撓性が高く、しかも量産性を向上することができる。
【００１５】
さらに本発明によれば、十分な伝送性能と耐熱性とを備えたプラスチック光ファイバーが得られ、高温高湿度の環境下においても高い信頼性で長期にわたる使用が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーの芯部を形成する樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、好ましくは１６０℃以上であり、かつ脂環族ポリオレフィン樹脂を含有する。同樹脂の荷重たわみ温度は、１４０℃以上であることが好ましい。この脂環族ポリオレフィン樹脂は、非晶性の樹脂であるが、極性官能基を有さないものであることが好ましい。具体的には、日本ゼオン社製品の「ＺＥＯＮＥＸ」「ＺＥＯＮＯＲ」などを挙げることができる。そのほかに、日本ポリプラスチックス社製品の「ＴＯＰＡＳ」、三井化学社製品の「ＡＰＥＬ」などを挙げることができる。これらの製品は耐熱性、耐湿性、および透明性を有するため、これらの製品を用いることで、このような性能を具備した耐熱性プラスチック光ファイバーを得ることができる。
【００１７】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーの鞘部の組成物は、芯部と同じ樹脂に、屈折率調整剤としての非晶性フッ素樹脂を、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させたものである。詳細には、鞘部の組成物は、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低くなるような量だけ非晶性フッ素樹脂を含有していることが好適であり、かつ非晶性フッ素樹脂が良好かつ均一に分散されたものであることが好適である。
【００１８】
上記のように鞘部の基材樹脂は芯部と同一の樹脂であることが必要であり、鞘部は芯部と同時に溶融成形されることが好ましい。芯部と同一の樹脂で鞘部を形成することにより、鞘部に求められるもう１つの重要な特性である芯鞘界面の接着性を、芯部と鞘部との相溶性により確保することが可能となるためである。
【００１９】
本発明では、鞘部の屈折率を芯部よりも小さくするために添加する屈折率調整剤として、上述のように非晶性フッ素樹脂を用いる。なかでも、非晶性パーフルオロ樹脂が好ましい。フッ素系樹脂は屈折率が低く、なかでも水素原子部分を全てフッ素原子で置換したパーフルオロ樹脂は特に屈折率が低い。
【００２０】
一般に、結晶性樹脂は、結晶化度の斑によって光学的な均一性が損なわれるため、光学材料には不向きである。伝送光のための全反射が光ファイバーの全長にわたって均一に行われるためには、理想的には結晶相や密度揺らぎが存在しない芯部および鞘部によって光ファイバーが形成されている必要がある。本発明は、これを可能な限り高いレベルで達成するために、芯部および鞘部とも非晶性樹脂で形成し、かつ鞘部に添加する屈折率低下剤にまでも非晶性物質を選択したことが特徴である。
【００２１】
上記非晶性フッ素樹脂の含有量は、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３％以上１５％以下の範囲で小さくなる量とすることが好ましい。３％未満の場合は、芯鞘間の屈折率差が小さいため、折り曲げ時の伝送損失が大きくなり、プラスチック光ファイバーの特徴の１つである可撓性が低くなってしまうことがある。また芯部と鞘部との間の屈折率差は、原則として上限は無いが、上記のように１５％を上限とすることが好ましい。なぜなら、芯部に高屈折率化剤を添加することなく、鞘部の屈折率低下剤として非晶性フッ素樹脂を屈折率差が１５％を超えるような量を含有させた場合は、芯部の脂環族ポリオレフィンと非相溶である非晶性フッ素樹脂の分率が過剰となるため、芯鞘間の密着性ばかりでなく、溶融成形性をも失してしまう可能性が高いためである。
【００２２】
芯部と鞘部との間に屈折率差を形成するにあたって、芯部の樹脂に高屈折率化剤を添加することも可能である。その場合には、５％を上限として芯部を高屈折率化させても良い。その場合の高屈折率化剤には、公知の剤を用いればよい。しかし、伝送光が通過する芯部は、伝送損失を低下させないよう、不純物はもちろんのこと、不純物を形成する要因となる物質や、樹脂の密度揺らぎ等を含まないことが好ましい。したがって、芯部の樹脂に高屈折率化剤を添加するよりは、鞘部に屈折率低下剤を含有させることだけで屈折率差を形成することが好ましい。
【００２３】
本発明においては、芯部と鞘部との密着性を、両者がそれぞれ同一の樹脂を主体とすることにもとづく相溶性によって付与するものであるため、相溶性の異なる他剤の添加量は可能な限り少ない方が好ましい。
【００２４】
本発明の光ファイバーは、芯部の外径が、通常２０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは６０μｍ〜５ｍｍであり、鞘部の厚さは、通常５μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜０．５ｍｍである。本発明の光ファイバーは、そのまま使用することが可能であるし、あるいは、その上にさらにポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ナイロン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂の外被覆（ジャケット）を施してケーブルとして使用することも可能である。
【００２５】
本発明の光ファイバーは、公知の方法で製造することができる。例えば、ポリシクロオレフィン樹脂を加熱溶融して引っ張りながらファイバー化することで芯部を形成したのち、鞘部を付着させる方法や、２層複合紡糸ダイを用いて、芯部および鞘部の樹脂を複合紡糸して一度に芯部と鞘部との両方を形成する方法などを挙げることができる。溶融状態で芯部と鞘部とが密着する後者の製法の方が、接着性の点でより好ましい。
【００２６】
非晶性フッ素樹脂の添加方法は、特に限定されない。しかし、非相溶であり、かつ耐熱グレードであるために高粘度である脂環族ポリオレフィン樹脂に良好かつ均一に分散させるために、多軸押出機や高Ｌ/Ｄの押出機で十分に溶融混練することが好ましい。溶融混練したうえでペレタイズしてマスターバッチ化した後に溶融押出成形系に添加しても良いし、押出成形時に直接添加しても良いし、もちろん重合過程で添加しても良い。
【００２７】
本発明の光ファイバーは、情報伝達、光伝送などの目的に使用することができ、ライトガイド、ライトケーブル、ファイバースコープ、ファイバープレート、マイクロチャンネルプレート、光ファイバーケーブル、光ファイバーコード、イメージファイバー、センサーヘッドなどの各種用途に好適に使用できる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
[実施例]
芯部に用いる脂環族ポリオレフィン樹脂として、ノルボルネン系樹脂である日本ゼオン社製「ＺＥＯＮＯＲ １６００」（ガラス転移温度（Ｔｇ）１７１℃、荷重たわみ温度１６１℃、屈折率１．５３）を用いた。鞘部の組成物としては、前記「ＺＥＯＮＯＲ １６００」に、屈折率低下剤として、三井・デュポン フロロケミカル社製の非晶性フッ素樹脂「Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦ１６００」（屈折率１．３１）を２２質量％ドライブレンドで添加したものを用いた。
【００２９】
そして、芯部の樹脂と鞘部の組成物とを個別にそれぞれ単軸押出機、２軸押出機にて溶融させたのち、２層複合紡糸ダイを用いて芯部の外周に鞘部を押出した。さらに、これを水冷により固化させ、巻き取り機にて巻き取ることにより、プラスチック光ファイバーを試作した。光ファイバーの外径は、芯部および鞘部の押出量と、巻き取り機の速度とによって決定することができるが、試作した光ファイバーは、ファイバー径が約１ｍｍで、鞘部の厚さが約２０μｍであった。鞘部の組成物の屈折率は１．４８２であり、芯部の屈折率よりも３．２％低いものであった。
光学特性測定に用いた光源は、６６０ｎｍに発光波長をもつＬＥＤ（スタンレー社製：ＦＨ５１１）で、光ファイバーからの出力光はパワーメーター（安藤電気社製：ＡＱ−１１３５）にて測定した。評価した環境は、１４０℃の乾燥状態とした。
【００３０】
その結果、初期の伝送損失が９００ｄＢ／ｋｍにであったのに対し、上記１４０℃の高温環境に２０００時間放置した後の値は９１０ｄＢ／ｋｍで、ほとんど劣化が見られなかった。さらに、８５℃で９５％の高温高湿度環境下に１０００時間、及び２０００時間放置した時には、それぞれ、９５０ｄＢ／ｋｍ、１１５０ｄＢ／ｋｍと、十分安定な値を示した。可撓性は、曲げ半径５ｍｍでの曲げ損失値で評価したところ、同損失値は約０．３ｄＢであった。
【００３１】
［比較例１］
芯部に実施例と同様のノルボルネン系樹脂を用い、鞘部の樹脂にはポリ弗化ビニリデン（呉羽化学工業社製、商品名「ＫＦ＃８５０」、屈折率１．４２）を用いて、実施例と同様の方法で光ファイバーを試作した。芯部と鞘部との屈折率差は０．０９（６．９％）であった。
【００３２】
この光ファイバーについて、実施例と同様の測定を行った結果、初期の伝送損失は１１７０ｄＢ／ｋｍ、１４０℃で２０００時間放置した後の値は１２００ｄＢ／ｋｍ、温度８５℃、湿度９５％の環境下に１０００時間、及び２０００時間放置した時には、それぞれ、１２５０ｄＢ／ｋｍ、１５００ｄＢ／ｋｍであり、比較的安定な値ではあったが実施例と比べると劣るものであった。曲げ半径５ｍｍでの損失値は３．２ｄＢであり、芯鞘界面の一部に剥離が生じていた。
【００３３】
［比較例２］
芯部に、実施例と同様のノルボルネン系樹脂を用いた。鞘部の樹脂には、ポリ弗化ビニリデン（比較例１と同じ）と、ポリメタクリル酸メチル（住友化学工業社製、商品名「スミペックＬＯ」）との組成によりなる固溶体で、後者に対する前者の質量分率を７０／３０とした材料を用いた。そして、実施例と同様の方法で光ファイバーを試作した。鞘部の組成物の屈折率は１．４４であり、芯部との屈折率差は０．０７（５．３％）であった。
【００３４】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は１．４４ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約１．３ｄＢで、恒温槽で１６０分放置した後の出力光の伝送損失は約０．４ｄＢであった。
【００３５】
［比較例３］
既製の富士通化成社製の光ファイバーを用いて、諸特性の測定を行った。この光ファイバーは、芯部にポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、商品名「パンライト」、屈折率１．５８）を用い、鞘部にはポリ弗化ビニリデンとポリメタクリル酸メチルとの組成によりなる固溶体（比較例２と同じ）を用いたものであった。芯部と鞘部との屈折率差は０．１４（８．９％）であった。
【００３６】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は１．４０ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約０．４ｄＢであった。
【００３７】
［比較例４］
既製の三菱レイヨン社製光ファイバー（商品名「エスカエクストラ、ＥＨ４００１」）を用いて諸特性の測定を行った。この光ファイバーは、芯部ポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４９）を用い、鞘部には弗素化アクリレート（屈折率１．４２）を用いたものであった。屈折率差は０．０７（４．７％）であった。
【００３８】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は０．３ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約３．２ｄＢであった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐熱性プラスチック光ファイバーに関し、特に、車載用配線、移動体配線、ＦＡ機器配線等の光信号伝送や、光電センサーなどに使用される、耐熱性プラスチック光ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性プラスチック光ファイバーとして、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリシクロオレフィン系樹脂などをコア（芯部）とするプラスチック光ファイバーが良く知られている。ところが、最も過酷な使用環境の一つである車載用配線としての用途に耐えうるコアとしては、ガソリン車のエンジンルーム内で要求される１２５℃程度の温度、さらにはディーゼル車のエンジンルーム内で要求される１５０℃程度の温度に耐えうるものであることが必要があり、ポリカーボネート樹脂では耐熱性が不足する。またポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂は、複屈折が比較的大きいためにそれを原因とする光学的損失があるうえに、分子構造上、加水分解性を有するために、長期間の使用における耐久性に懸念がある。このため、複屈折が小さく吸湿性の低いポリシクロオレフィン系樹脂をコアとする光ファイバーの開発が広く待ち望まれている。
【０００３】
ポリシクロオレフィン系樹脂をコアとする光ファイバーのクラッド（鞘部）の材料としては、元来屈折率の小さいポリシクロオレフィン系樹脂よりもさらに屈折率が小さいフッ素系もしくはシリコン系の樹脂に限られる。このため、α−フロロ−フルオロアルキルアクリレート系の共重合体、ビニリデンフロライド系樹脂とポリメチルメタクリレート樹脂とのブレンド体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンとテトラフロロエチレンとからなる共重合体、シリコン樹脂、などが用いられている。しかし、いずれも耐熱性やコアとの密着性の点で性能が不足しており、クラッド樹脂の変性やコア−クラッド間での剥離等が生じる。よって、車載用配線の用途での長期使用に耐えるものではない。
【０００４】
上記クラッドに関する問題点を改良すべく、例えば特許文献１では、コアとの密着性を向上させるためにクラッドに柔軟な組成物を配し、かつそのクラッドの脆弱な熱的および機械的特性を補うためにクラッドの外層に保護層を設けた光ファイバーが提案されている。しかしながら、層数が増えるごとに生産設備や装置が増えるため、生産コストや品質管理の点で懸念となる。またコストや品質を不問としたとしても、特許文献１に記載された光ファイバーの耐熱性は１４０℃程度であり（段落００２３）、１５０℃超の耐熱性には届かない。
【０００５】
別のポリシクロオレフィン系耐熱光ファイバーとして、特許文献２には、少なくともコアがポリシクロオレフィン系樹脂にて形成された光ファイバーが提案されている。この特許文献２では、モノマーであるシクロオレフィン中に極性基を導入することにより、芯部と鞘部との間、あるいは鞘部とその外周の被覆との間の密着性を改良できることが記載されている。しかし、極性基を導入することで、ポリシクロオレフィン系樹脂を耐熱性光ファイバーとして使用する利点の一つである吸湿性の低さを損ねる。このため、極性基を導入したものは、長期にわたって高湿になり得る自動車エンジンルーム内での長期間の使用に適したものとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７５４４８号公報
【特許文献２】特開平４−３６５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱可塑性の耐熱性透明樹脂としての脂環族ポリオレフィン樹脂を芯部に用いたプラスチック光ファイバーの鞘部の樹脂に望まれる重要な物性としては、耐熱性、耐湿性、透明性、適切な屈折率、芯との密着性などが挙げられる。しかし、これらの物性を全て満足するものは未だ見つかっていない。
【０００８】
本発明の目的は、過酷な高温・高湿環境下でも十分な伝送性能を長期にわたって維持することができる耐熱性プラスチック光ファイバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記本発明の目的は、以下の構成によって達成される。
（１）芯部と鞘部とによって構成され、芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有しかつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成され、鞘部は、前記芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、前記鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成されていることを特徴とする耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１０】
（２）非晶質フッ素樹脂がパーフルオロ樹脂であることを特徴とする（１）の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１１】
（３）芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の荷重たわみ温度が１４０℃以上であることを特徴とする（１）または（２）の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【００１２】
（４）鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低いことを特徴とする（１）から（３）までのいずれかの耐熱性プラスチック光ファイバー。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーは、脂環族ポリオレフィン樹脂を芯部に用い、芯部との密着性を改良するべく鞘部にも芯部と同一の樹脂を用い、屈折率差を形成するために非晶質フッ素樹脂を鞘部の樹脂に含有させることによって、芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の耐熱性、透明性、低吸湿性といった特徴を損なうことなく、十分な伝送性と優れた耐熱性と安定的な生産性とを実現することができる。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、光フアイバーを、ガラス転移温度が１５０℃以上の透明な熱可逆性樹脂により形成する芯部と、芯部と同一の樹脂を主たる組成とし、芯部よりも屈折率が低い樹脂からなる鞘部とで形成したため、従来のプラスチック光ファイバーに比べて、耐熱性が増し、可撓性が高く、しかも量産性を向上することができる。
【００１５】
さらに本発明によれば、十分な伝送性能と耐熱性とを備えたプラスチック光ファイバーが得られ、高温高湿度の環境下においても高い信頼性で長期にわたる使用が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーの芯部を形成する樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、好ましくは１６０℃以上であり、かつ脂環族ポリオレフィン樹脂を含有する。同樹脂の荷重たわみ温度は、１４０℃以上であることが好ましい。この脂環族ポリオレフィン樹脂は、非晶性の樹脂であるが、極性官能基を有さないものであることが好ましい。具体的には、日本ゼオン社製品の「ＺＥＯＮＥＸ」「ＺＥＯＮＯＲ」などを挙げることができる。そのほかに、日本ポリプラスチックス社製品の「ＴＯＰＡＳ」、三井化学社製品の「ＡＰＥＬ」などを挙げることができる。これらの製品は耐熱性、耐湿性、および透明性を有するため、これらの製品を用いることで、このような性能を具備した耐熱性プラスチック光ファイバーを得ることができる。
【００１７】
本発明の耐熱性プラスチック光ファイバーの鞘部の組成物は、芯部と同じ樹脂に、屈折率調整剤としての非晶性フッ素樹脂を、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させたものである。詳細には、鞘部の組成物は、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低くなるような量だけ非晶性フッ素樹脂を含有していることが好適であり、かつ非晶性フッ素樹脂が良好かつ均一に分散されたものであることが好適である。
【００１８】
上記のように鞘部の基材樹脂は芯部と同一の樹脂であることが必要であり、鞘部は芯部と同時に溶融成形されることが好ましい。芯部と同一の樹脂で鞘部を形成することにより、鞘部に求められるもう１つの重要な特性である芯鞘界面の接着性を、芯部と鞘部との相溶性により確保することが可能となるためである。
【００１９】
本発明では、鞘部の屈折率を芯部よりも小さくするために添加する屈折率調整剤として、上述のように非晶性フッ素樹脂を用いる。なかでも、非晶性パーフルオロ樹脂が好ましい。フッ素系樹脂は屈折率が低く、なかでも水素原子部分を全てフッ素原子で置換したパーフルオロ樹脂は特に屈折率が低い。
【００２０】
一般に、結晶性樹脂は、結晶化度の斑によって光学的な均一性が損なわれるため、光学材料には不向きである。伝送光のための全反射が光ファイバーの全長にわたって均一に行われるためには、理想的には結晶相や密度揺らぎが存在しない芯部および鞘部によって光ファイバーが形成されている必要がある。本発明は、これを可能な限り高いレベルで達成するために、芯部および鞘部とも非晶性樹脂で形成し、かつ鞘部に添加する屈折率低下剤にまでも非晶性物質を選択したことが特徴である。
【００２１】
上記非晶性フッ素樹脂の含有量は、鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３％以上１５％以下の範囲で小さくなる量とすることが好ましい。３％未満の場合は、芯鞘間の屈折率差が小さいため、折り曲げ時の伝送損失が大きくなり、プラスチック光ファイバーの特徴の１つである可撓性が低くなってしまうことがある。また芯部と鞘部との間の屈折率差は、原則として上限は無いが、上記のように１５％を上限とすることが好ましい。なぜなら、芯部に高屈折率化剤を添加することなく、鞘部の屈折率低下剤として非晶性フッ素樹脂を屈折率差が１５％を超えるような量を含有させた場合は、芯部の脂環族ポリオレフィンと非相溶である非晶性フッ素樹脂の分率が過剰となるため、芯鞘間の密着性ばかりでなく、溶融成形性をも失してしまう可能性が高いためである。
【００２２】
芯部と鞘部との間に屈折率差を形成するにあたって、芯部の樹脂に高屈折率化剤を添加することも可能である。その場合には、５％を上限として芯部を高屈折率化させても良い。その場合の高屈折率化剤には、公知の剤を用いればよい。しかし、伝送光が通過する芯部は、伝送損失を低下させないよう、不純物はもちろんのこと、不純物を形成する要因となる物質や、樹脂の密度揺らぎ等を含まないことが好ましい。したがって、芯部の樹脂に高屈折率化剤を添加するよりは、鞘部に屈折率低下剤を含有させることだけで屈折率差を形成することが好ましい。
【００２３】
本発明においては、芯部と鞘部との密着性を、両者がそれぞれ同一の樹脂を主体とすることにもとづく相溶性によって付与するものであるため、相溶性の異なる他剤の添加量は可能な限り少ない方が好ましい。
【００２４】
本発明の光ファイバーは、芯部の外径が、通常２０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは６０μｍ〜５ｍｍであり、鞘部の厚さは、通常５μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜０．５ｍｍである。本発明の光ファイバーは、そのまま使用することが可能であるし、あるいは、その上にさらにポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ナイロン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂の外被覆（ジャケット）を施してケーブルとして使用することも可能である。
【００２５】
本発明の光ファイバーは、公知の方法で製造することができる。例えば、ポリシクロオレフィン樹脂を加熱溶融して引っ張りながらファイバー化することで芯部を形成したのち、鞘部を付着させる方法や、２層複合紡糸ダイを用いて、芯部および鞘部の樹脂を複合紡糸して一度に芯部と鞘部との両方を形成する方法などを挙げることができる。溶融状態で芯部と鞘部とが密着する後者の製法の方が、接着性の点でより好ましい。
【００２６】
非晶性フッ素樹脂の添加方法は、特に限定されない。しかし、非相溶であり、かつ耐熱グレードであるために高粘度である脂環族ポリオレフィン樹脂に良好かつ均一に分散させるために、多軸押出機や高Ｌ/Ｄの押出機で十分に溶融混練することが好ましい。溶融混練したうえでペレタイズしてマスターバッチ化した後に溶融押出成形系に添加しても良いし、押出成形時に直接添加しても良いし、もちろん重合過程で添加しても良い。
【００２７】
本発明の光ファイバーは、情報伝達、光伝送などの目的に使用することができ、ライトガイド、ライトケーブル、ファイバースコープ、ファイバープレート、マイクロチャンネルプレート、光ファイバーケーブル、光ファイバーコード、イメージファイバー、センサーヘッドなどの各種用途に好適に使用できる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
[実施例]
芯部に用いる脂環族ポリオレフィン樹脂として、ノルボルネン系樹脂である日本ゼオン社製「ＺＥＯＮＯＲ １６００」（ガラス転移温度（Ｔｇ）１７１℃、荷重たわみ温度１６１℃、屈折率１．５３）を用いた。鞘部の組成物としては、前記「ＺＥＯＮＯＲ １６００」に、屈折率低下剤として、三井・デュポン フロロケミカル社製の非晶性フッ素樹脂「Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦ１６００」（屈折率１．３１）を２２質量％ドライブレンドで添加したものを用いた。
【００２９】
そして、芯部の樹脂と鞘部の組成物とを個別にそれぞれ単軸押出機、２軸押出機にて溶融させたのち、２層複合紡糸ダイを用いて芯部の外周に鞘部を押出した。さらに、これを水冷により固化させ、巻き取り機にて巻き取ることにより、プラスチック光ファイバーを試作した。光ファイバーの外径は、芯部および鞘部の押出量と、巻き取り機の速度とによって決定することができるが、試作した光ファイバーは、ファイバー径が約１ｍｍで、鞘部の厚さが約２０μｍであった。鞘部の組成物の屈折率は１．４８２であり、芯部の屈折率よりも３．２％低いものであった。
光学特性測定に用いた光源は、６６０ｎｍに発光波長をもつＬＥＤ（スタンレー社製：ＦＨ５１１）で、光ファイバーからの出力光はパワーメーター（安藤電気社製：ＡＱ−１１３５）にて測定した。評価した環境は、１４０℃の乾燥状態とした。
【００３０】
その結果、初期の伝送損失が９００ｄＢ／ｋｍにであったのに対し、上記１４０℃の高温環境に２０００時間放置した後の値は９１０ｄＢ／ｋｍで、ほとんど劣化が見られなかった。さらに、８５℃で９５％の高温高湿度環境下に１０００時間、及び２０００時間放置した時には、それぞれ、９５０ｄＢ／ｋｍ、１１５０ｄＢ／ｋｍと、十分安定な値を示した。可撓性は、曲げ半径５ｍｍでの曲げ損失値で評価したところ、同損失値は約０．３ｄＢであった。
【００３１】
［比較例１］
芯部に実施例と同様のノルボルネン系樹脂を用い、鞘部の樹脂にはポリ弗化ビニリデン（呉羽化学工業社製、商品名「ＫＦ＃８５０」、屈折率１．４２）を用いて、実施例と同様の方法で光ファイバーを試作した。芯部と鞘部との屈折率差は０．０９（６．９％）であった。
【００３２】
この光ファイバーについて、実施例と同様の測定を行った結果、初期の伝送損失は１１７０ｄＢ／ｋｍ、１４０℃で２０００時間放置した後の値は１２００ｄＢ／ｋｍ、温度８５℃、湿度９５％の環境下に１０００時間、及び２０００時間放置した時には、それぞれ、１２５０ｄＢ／ｋｍ、１５００ｄＢ／ｋｍであり、比較的安定な値ではあったが実施例と比べると劣るものであった。曲げ半径５ｍｍでの損失値は３．２ｄＢであり、芯鞘界面の一部に剥離が生じていた。
【００３３】
［比較例２］
芯部に、実施例と同様のノルボルネン系樹脂を用いた。鞘部の樹脂には、ポリ弗化ビニリデン（比較例１と同じ）と、ポリメタクリル酸メチル（住友化学工業社製、商品名「スミペックＬＯ」）との組成によりなる固溶体で、後者に対する前者の質量分率を７０／３０とした材料を用いた。そして、実施例と同様の方法で光ファイバーを試作した。鞘部の組成物の屈折率は１．４４であり、芯部との屈折率差は０．０７（５．３％）であった。
【００３４】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は１．４４ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約１．３ｄＢで、恒温槽で１６０分放置した後の出力光の伝送損失は約０．４ｄＢであった。
【００３５】
［比較例３］
既製の富士通化成社製の光ファイバーを用いて、諸特性の測定を行った。この光ファイバーは、芯部にポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、商品名「パンライト」、屈折率１．５８）を用い、鞘部にはポリ弗化ビニリデンとポリメタクリル酸メチルとの組成によりなる固溶体（比較例２と同じ）を用いたものであった。芯部と鞘部との屈折率差は０．１４（８．９％）であった。
【００３６】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は１．４０ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約０．４ｄＢであった。
【００３７】
［比較例４］
既製の三菱レイヨン社製光ファイバー（商品名「エスカエクストラ、ＥＨ４００１」）を用いて諸特性の測定を行った。この光ファイバーは、芯部ポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４９）を用い、鞘部には弗素化アクリレート（屈折率１．４２）を用いたものであった。屈折率差は０．０７（４．７％）であった。
【００３８】
実施例と同様の測定を行った結果、この光ファイバーの伝送損失は０．３ｄＢ／ｍであった。曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合に約３．２ｄＢであった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯部と鞘部とによって構成され、芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有しかつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成され、鞘部は、前記芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、前記鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成されていることを特徴とする耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項２】
非晶質フッ素樹脂がパーフルオロ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項３】
芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の荷重たわみ温度が１４０℃以上であることを特徴とする請求項１または２記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項４】
鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低いことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項１】
芯部と鞘部とによって構成され、芯部は、脂環族ポリオレフィン樹脂を含有しかつガラス転移温度が１５０℃以上である樹脂にて形成され、鞘部は、前記芯部を形成する樹脂に、屈折率調整剤としての非晶質フッ素樹脂を、前記鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも低くなるような量で含有させた組成物にて形成されていることを特徴とする耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項２】
非晶質フッ素樹脂がパーフルオロ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項３】
芯部の脂環族ポリオレフィン樹脂の荷重たわみ温度が１４０℃以上であることを特徴とする請求項１または２記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【請求項４】
鞘部の屈折率が芯部の屈折率よりも３〜１５％低いことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の耐熱性プラスチック光ファイバー。
【公開番号】特開２０１１−７５７５１（Ｐ２０１１−７５７５１Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２６０９６（Ｐ２００９−２２６０９６）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
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