(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯鞘構造のプラスチック光ファイバにおいて、芯がメタクリル酸エステル系樹脂９９〜６０重量％と、分子量１００〜１０００の低分子量物１０〜４０重量％との均一な混合物からなることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光情報通信媒体として利用可能なプラスチック光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、実用化されている光の伝送体には素材の分類から石英系とプラスチック系がある。また、伝送モードの分類から単一モード型と多モード型に分けられる。光伝送は大容量でかつ電磁ノイズの影響を全く受けない等の理由で通信幹線に広く用いられている。大規模に市販されている石英系の単一モードファイバは、圧倒的な低損失、広帯域を特長とし、この特長を生かして長距離の大容量通信幹線に用いられている。
【０００３】
また、プラスチック系はステップインデックス（ＳＩ）の多モード型が市販されており、石英系単一モードファイバとはもちろん、石英系グレイテッドインデックス（ＧＩ）ファイバやプラスチッククラッド石英コアファイバに比較しても、大口径、高開口数で光源のアラインメント等が容易であり、かつ、柔軟で取り扱い性がよいため、切りつなぎなどの接続操作が簡単である。しかもこうした作業に高価な装置が不要なので接続コストが安価である。この特長を生かして、データリンクなどの短距離通信やセンサー等への応用が浸透しつつある。また今後、ＦＡ用、ＯＡ用などフロアー内外の機器間ＬＡＮのような施設網や一般家庭への末端配線など、石英系ファイバではコスト高がネックとなって導入が進まない、接続点の多い近距離の情報伝送線として期待されている。さらには、柔軟性に優れているため振動する環境でも破損や劣化しにくく、この点で石英系よりもはるかに優れ、自動車、電車、飛行機などの移動体中のネットワークなど信号伝送線への応用の試みが近年非常に盛んになっている。
【０００４】
一方、通常のプラスチック光ファイバにおいては芯材として伝送損失が低くかつ機械的特性や耐候性にも問題がないことから、ポリメタクリル酸メチルを芯材として用いるのが主流となっている。しかし、たとえ短距離の通信用とはいえ、周辺回路設計やケーブル敷設、あるいはネットワークのトポロジーの自由度を高めたり、より長距離で使用するため低損失化への期待はいぜんとして強い。
【０００５】
ポリメタクリル酸メチル系プラスチック光ファイバの低損失化の方法としては、従来、製造プロセスにおいて原料からファイバー化まで完全なクローズドシステムを用いたり、原料や、重合後の樹脂をフィルターなどによりクリーン化するなどして散乱や吸収の原因となるダストを低減させる方法や、芯材に本質的に吸収損失の小さいモノマーを用いるなどの方法が取られている。このような方法としては、▲１▼連続塊状重合直接紡糸法、▲２▼芯材に重水素化メチルメタクリレートを用いるもの、▲３▼芯材にフッ素系の材料を用いるもの等が例示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼の方法は徹底したクリーン化が可能となるプロセスであり、直径０．１μｍ以上のマクロな異物はほとんど除去が可能である。しかしながらこの方法ではミクロな密度ゆらぎに基づくミクロな屈折率のゆらぎの除去は不可能である。また賦形時にボイドや微小な気泡が発生して構造不整が生じこれが散乱損失の原因となる。また、▲２▼の方法は特に近赤外部でかなりの低損失化が見込めるが、非常に高価となる点が問題である。▲３▼についても近赤外部で効果が見込めるが、やや高価であると同時に機械的特性があまりよくないという欠点がある。
【０００７】
本発明は芯材中のミクロな密度ゆらぎに基づくミクロな屈折率のゆらぎ、及び、賦形時に発生するボイドや微小な気泡に基づくマクロな構造不整に起因する散乱損失が少なくて且つ安価なプラスチック光ファイバを提供することを主目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、芯鞘構造のプラスチック光ファイバにおいて、芯がメタクリル酸エステル系樹脂９９〜６０重量％と、分子量１００〜１０００の低分子量物１０〜４０重量％との均一な混合物からなることを特徴とするプラスチック光ファイバにある。
【０００９】
メタクリル酸メチル系重合体を芯材に用いたプラスチック光ファイバの伝送損失の要因について考察すると、素材が本来持つ吸収損失とファイバの構造に起因する構造不整損失とレイリー散乱損失に起因する要因とがある。これらの損失要因のうち素材が本来持つ吸収損失については素材を適宜選択する以外に低減の方法はない。
【００１０】
本発明者らは芯材中のミクロな密度ゆらぎに基づくミクロな屈折率のゆらぎ、及び、賦形時に発生するボイドや微小な気泡に基づくマクロな構造不整に起因する散乱損失を低減する方法について鋭意検討した結果、芯材と相溶性を有する低分子量物を散乱低減材として芯材中に導入することが効果的であることを見いだし本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、散乱損失は、重合体のミクロな密度のゆらぎなどに基づくミクロな屈折率のゆらぎによるものや、ボイドや微小な気泡のようなマクロな屈折率不整によるものがある。これらのゆらぎや不整とは言い換えれば屈折率の不連続な部分であり、低分子量物はこうした不連続部分を連続的につなぐ役割を果たすと考えられる。
【００１２】
本発明に用いられる分子量が１００〜１０００の低分子量物としては、フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル、１−メトキシフェニル−１−フェニルエタン、安息香酸ベンジル、ブロモベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、１、２−ジブロモエタン、３−フェニル−１−プロパノールなどが挙げられる。
【００１３】
低分子量物の分子量が低すぎると、拡散速度が大きく熱により揮発しやすくなるため、ファイバ性能が熱に対して不安定となる。また、分子量が高すぎると重合体中への分散性が低下して光散乱損失が増加する。
【００１４】
低分子量物の含有量としては、光学特性や機械的特性を考慮して定められるが目安として１〜４０重量％が適正な範囲である。多すぎると芯材の可塑化効果により耐熱性や機械的特性に悪影響を与える。少なすぎると低損失化の効果が損なわれる。含有量は１０〜３０重量％であることがより好ましい。
【００１５】
本発明におけるプラスチック光ファイバの芯材としては光学的性能、機械的強度、高信頼性などの観点からメタクリル酸エステル系樹脂が用いられる。メタクリル酸エステル系樹脂とは、メタクリル酸メチルのホモポリマー、またはメタクリル酸メチルと共重合可能な単量体との共重合体をいう。共重合可能な単量体としては、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチルの他アクリル酸エステル類、また耐熱性向上に寄与するマレイミド類、５員環ラクトン類が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００１６】
本発明のプラスチック光ファイバの鞘材としては、フッ素系メタクリレート樹脂およびそれらとメタクリル酸エステル系樹脂の共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、α−フルオロメタクリレート系樹脂、およびそれらの混合物を挙げることができる。
【００１７】
本発明の光ファイバは、▲１▼連続塊状重合直接紡糸プロセスにおいて重合、脱気押し出し工程後に低分子量物の混合工程をもうけコア材に導入する方法、▲２▼スクリュー型押し出し機を用いる方法においてコア材原料にあらかじめ低分子量物を分散混合した状態で押し出す方法、▲３▼あらかじめコア−クラッド構造のファイバを賦形後、適宜、低分子量物の単体またはそれらの混合物あるいは溶液にファイバを浸漬させ、必要に応じて適宜加熱して、低分子量物を浸透させる方法等の方法によって製造することができる。
【００１８】
これらの方法のうち伝送損失を十分下げるには連続塊状重合直接紡糸法を用いるのが好ましい。また、後処理により低分子量物を浸透させる方法は、従来の方法でファイバを賦形した後に後処理することが可能なので大がかりな設備が不要であり生産性の点で好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に、この発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実施例１
連続塊状重合法により重合しペレット化したポリメタクリル酸メチル樹脂９０重量部に対して、ドーパントとしてフタル酸ベンジル−ｎ−ブチル１０重量部の割合で分散混合し、これを芯材として用いた。また、鞘材としてフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体を用いた。これらのコア材とクラッド材をスクリュー型押出機に供給し、複合紡糸して、ファイバ直径；１０００μｍ、コア直径；９８０μｍのコア−クラッド構造のプラスチック光ファイバを得た。
【００２０】
このプラスチック光ファイバの伝送損失は１９５Ｂ／ｋｍ（測定法；５０ｍ−５ｍカットバック法、波長；６５０ｎｍ、入射ＮＡ＝０．１）であった。
【００２１】
実施例２
実施例１と同様にして連続的に紡糸した光ファイバを得た。この光ファイバを５０ｍ単位で５０本分にカットし、その５０本についてカットバック法により波長６５０ｎｍにおける伝送損失を測定した。測定値の平均値は１９５ｄＢ／ｋｍであった。全測定値のうち２８０ｄＢ／ｋｍ以上の値を示した割合は２％であった。
【００２２】
比較例１
低分子量物としてのフタル酸ベンジル−ｎ−ブチルを混合しない点を除き、実施例１と同様にしてプラスチック光ファイバーを得た。このプラスチック光ファイバの伝送損失は２３５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２３】
比較例２
低分子量物としてのフタル酸ベンジル−ｎ−ブチルを混合しない点を除き、実施例２と同様にしてプラスチック光ファイバーを得、伝送損失を測定したところ平均値は２２０ｄＢ／ｋｍであった。また、全測定値のうち２８０ｄＢ／ｋｍ以上の値を示した割合は８％であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のプラスチック光ファイバは、従来の芯材がメタクリル酸エステル系樹脂で構成される芯鞘構造のプラスチック光ファイバと比較すると光伝送損失が格段と改良されたものであり安価で提供可能なものである。