(57)【要約】      （修正有）【課題】  コア部とクラッド部との界面でのクラックや剥離の可能性を低減すると共に、コア部とクラッド部を分離せずに回収して、再利用できるプラスチック製ホーリーファイバを提供する。【解決手段】  光を伝播するコア部１１と、該コア部１１の周辺に光を反射させるクラッド部１２を有し、該クラッド部１２内にその長手方向に延びる複数の小空孔１３を有するプラスチック製ホーリーファイバ１０であって、前記コア部１１及び前記クラッド部１２を同一の樹脂材料からなることを特徴とするプラスチック製ホーリーファイバ。【選択図】    図１
2006119582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝播するコア部と、該コア部の周辺に光を反射させるクラッド部を有し、該クラッド部内にその長手方向に延びる複数の小空孔を有するプラスチック製ホーリーファイバであって、
前記コア部と前記クラッド部とが同一の樹脂材料からなることを特徴とするプラスチック製ホーリーファイバ。
【請求項２】
前記樹脂材料が、ポリメタクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチル単位と他の1種以上のビニル系単量体単位との共重合体からなることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック製ホーリーファイバ。
【請求項３】
前記樹脂材料がメタクリル酸メチル単位と他の1種以上のビニル系単量体単位との共重合体であり、
メタクリル酸メチル単位と、他のビニル系単量体単位との共重合比率が、前記コア部と前記クラッド部において異なることを特徴とする、請求項２に記載のプラスチック製ホーリーファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用途や照明用途で用いられるプラスチック製ホーリーファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を伝播するコア部及びクラッド部がプラスチックからなるプラスチック光ファイバは、大口径、高開口数（NA）であり、可撓性に優れ、破片が指に突き刺さることもなく安全であり、低コストで、軽量であるなどの特長があり、照明、センサ、ＯＡ、ＦＡ機器間配線、車載用LANケーブルなどに広く使用されている。
【０００３】
ところで、近年、石英系の光ファイバにおいて、高ＮＡ化、ゼロ分散点の制御、高非線形性媒体としてホーリーファイバの研究が活発に行われているが、石英系ホーリーファイバの導波原理をプラスチック光ファイバに適用したものとして、クラッド部に多数の孔を開け、実効的な屈折率を低下させるプラスチック系のホーリーファイバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は、従来のプラスチック製ホーリーファイバの一例を示す断面図である。このプラスチック製ホーリーファイバ３０は、外径が１ｍｍ程度のクラッド部３１の軸心部に直径が０．２ｍｍ程度のコア部３２が、その長手方向に沿って備えられていると共に、そのコア部３２の近傍に、コア部３２を囲繞するように直径３０μｍ程度の空孔３３が複数（図３では、８つ）、その長手方向に沿って形成されている。
また、このコア部３２は、光学特性、特に、透明性に優れた樹脂（プラスチック）であるポリメチルメタクリレートからなると共に、クラッド部３１は、屈折率をこのコア部３２よりも下げるために、フッ素系樹脂で形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２０８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の構成を有するプラスチック製ホーリーファイバは、温度が上昇するとコア部とクラッド部の界面にクラックや剥離が生じ易くなることから耐熱性が劣る。さらに、かかるプラスチック光ファイバを回収して再利用しようとする場合、コア部とクラッド部の樹脂材料を分離する必要があり、再利用の費用が嵩む要因となる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、耐熱性を向上させると共に、コア部とクラッド部を分離せずに回収して、再利用できるプラスチック製ホーリーファイバを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバは、光を伝播するコア部と、該コア部の周辺に光を反射させるクラッド部を有し、該クラッド部内にその長手方向に延びる複数の小空孔を有するプラスチック製ホーリーファイバであって、前記コア部と前記クラッド部とが同一の樹脂材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバは、コア部とクラッド部が同一の樹脂材料からなるため、コア部とクラッド部の熱膨張率が等しく、温度が上昇してもコア部とクラッド部の界面においてクラックや剥離が生じる恐れが少なく、耐熱性が向上する。また、クラッド部は、複数の小空孔を有しており、実効屈折率がコア部より小さいため、コア部からクラッド部へ入射しようとする光を全反射させることができる。本発明のプラスチック製ホーリーファイバは、コア部とクラッド部が同一の樹脂材料からなるため、回収の際、コア部とクラッド部を分離する必要が無く、再利用が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバについて添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、下記に述べる形態は、発明の趣旨をより良く理解するために具体的に説明するものであり、本発明を限定するものではない。
【００１０】
図１は、本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバ１０の断面を示したものである。このプラスチック製ホーリーファイバ１０は、ファイバ中心部に位置して光を伝播する円筒状のコア部１１と、前記コア部１１の外周部に同心円状に設けられ、内部に長手方向に延びる複数の小空孔１３を備えて光を反射するクラッド部１２とを有する。
【００１１】
一般に、プラスチック光ファイバは、コア部の直径は、小さい方が、伝搬モード数が減るのでコア部に光を閉じ込めやすくなるが、プラスチック光ファイバ端面の接合の容易さといった取り扱い性の良さを保つためには、コア部をある程度大きくすることが好ましい。例えば、上記コア部の直径は０．１ｍｍ以上とするのが好ましいが、ＪＩＳ  Ｃ  ６８３７に規定されているプラスチック光ファイバと互換性を保たせるために、コア部の直径は０．４５ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００１２】
プラスチック製ホーリーファイバ１０は、コア部１１とクラッド部１２は同一の樹脂材料で構成される。この樹脂材料には、非晶質の透明光学樹脂が使用される。そのような透明光学樹脂として、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン等の通常のプラスチック光ファイバに用いることが可能な樹脂を挙げることができるが、その中でも、ポリメタクリル酸メチルまたは、メタクリル酸メチル単位と他の１種類以上のビニル系単量体単位との共重合体が、透明性、機械的特性、耐熱性、コストなどのバランスからみて好ましい。さらに、このような共重合体としては、メタクリル酸メチル単位の含有量が７０質量％未満であると、共重合組成のバラツキにより光散乱が大きくなり、光ファイバの伝送損失が悪化する傾向があるので、透明性を十分に確保する点から、メタクリル酸メチル単位の含有量は７０質量％以上とすることが好ましい。
【００１３】
メタクリル酸メチル単位と共重合可能なビニル系単量体単位としては、ラクトン化合物の単位やフッ素系化合物の単位がある。ラクトン化合物の単位を共重合することは光ファイバの耐熱性を向上させる面から好ましい。このようなラクトン化合物の単位として、α−メチレン−γ−ブチロラクトンの誘導体で、例えば、α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−β−プロピル−γ−ブチロラクトンが挙げられる。一方、フッ素系化合物の単位を共重合することは、光ファイバの屈折率を低下させ、光源との結合光量を向上させる面からは好ましいが、環境負荷が大きく、コストがかかる面からは好ましくない。フッ素系化合物の単位としては、フルオロアルキル（メタ）アクリレートの単位、例えば、（メタ）アクリル酸２，２，２−トリフルオロエチル（３ＦＭＡ）、（メタ）アクリル酸２，２，３，３−テトラフルオロプロピル（４ＦＭＡ）、（メタ）アクリル酸２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピル（５ＦＭＡ）、（メタ）アクリル酸２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル（８ＦＭＡ）、メタクリル酸２−（パーフルオロオクチル）エチル（１７ＦＭＡ）等が挙げられる。
【００１４】
また、コア部の樹脂材料としてメタクリル酸メチル単位と他の1種以上のビニル系単量体単位との共重合体を用いる場合、クラッド部には、コア部との熱膨張率の差が非常に小さい範囲であれば、コア部と同じ樹脂材料でありながら共重合比率が異なる樹脂材料を使用しても良い。例えば、メタクリル酸メチル単位とα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン単位からなる共重合体をプラスチック製ホーリーファイバのコア部およびクラッド部の樹脂材料として用いる場合、メタクリル酸メチル単位とα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン単位の共重合比率として、コア部についてメタクリル酸メチル単位を７０重量％、α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン単量体を３０重量％とし、クラッド部についてメタクリル酸メチル単位を９０重量％、α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン単位を１０重量％とすることができる。このとき、クラッド部の屈折率がコア部の屈折率よりも低くなるような共重合比率を選ぶことによって、共重合比が同様の樹脂を選んだ場合と比較し、複数の小空孔による実効屈折率の低下分よりもさらに低下させることができる。したがって、コア部への光の閉じ込め効率が高まり、より伝送損失の低いプラスチック製ホーリーファイバを作製することが可能になる。
【００１５】
本発明のホーリーファイバは、上記のように同一の樹脂材料を用いているため、コア部とクラッド部の界面の構造不整が低減され、特に熱収縮率の差によって界面に歪が発生することを防止することができる。また従来のプラスチック光ファイバでは、主としてクラッド部にフッ素系の樹脂を用いていたが、本発明のプラスチック製ホーリーファイバであれば、コア部とクラッド部に同一の樹脂材料を用いることができるためフッ素系樹脂を特に用いる必要がなく、低コストで焼却時のフッ酸の発生を防止でき、環境負荷を低減できる。
【００１６】
本発明のプラスチック製ホーリーファイバのクラッド部１２には、ファイバの長手方向に伸びる複数の小空孔１３が形成されている。
複数の小空孔１３は、クラッド部１２の実効屈折率を低下させてコア部１１からクラッド部１２へ入射した光を全反射する役割と、コア部１１からクラッド部１２へ入射した光を複数の小空孔１３により回折させてコア部１１に閉じ込める役割がある。ただし、後者の役割を果たすためには、小空孔１３は精密に制御された光の波長オーダーの周期構造とする必要がある。例えば、小空孔１３は、コア部１１の中心軸を対称軸として略線対称、かつ個々が互いに等間隔になるように複数本形成されたものが望ましく、小空孔１３の内径は、０．５μｍ以上、２０μｍ以下が望ましい。
【００１７】
クラッド部１２の小空孔１３の密度は、コア部１１への光の閉じ込め効率および、プラスチック光ファイバの開口数（ＮＡ）と関係がある。なお、小空孔１３の密度とは、プラスチック製ホーリーファイバの１０の横断面において、小空孔１３が形成されていない場合のクラッド部１２の全面積に対する小空孔１３の孔面積の総和の比率とする。小空孔１３の密度は、コア部１１よりもクラッド部１２の屈折率を小さくして、プラスチック光ファイバとして光を伝送する機能をもたせるためには、２５％以上とすることが好ましいが、光をコア部１１に十分に閉じ込めるためには５０％以上とすることがより好ましく、クラッド部１２の屈折率をより低下させて十分なＮＡをもたせるためには７０％以上にすることがさらに好ましい。
【００１８】
小空孔１３の形状は限定されないが、作製の容易さから円柱状とするのが好ましい。  なお、後述する製造方法の関係上、小空孔１３には、キャピラリ２２の内側の孔が紡糸後も残存して形成される小空孔１３以外に、キャピラリ２２とキャピラリ２２、キャピラリ２２とロッド２１及びキャピラリ２２とパイプ２３の間に形成される間隙が紡糸後も残存して形成される部分も含むが、このような小空孔も、コア部１１の中心軸を対称軸として略線対称でかつ個々が互いに等間隔になるように形成されることが望ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック製ホーリーファイバにおいては、クラッド部１２の外周に、機械的強度や耐薬品性を向上させるために、保護層や被覆層を設けても良い。例えば、保護層としてフッ素系樹脂等を、被覆層としてポリエチレンやポリアミド等を用いることができる。
【００２０】
次に、本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバの製造方法の一例を説明する。
図２は、本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバのプリフォームの模式図である。
まず、コア部となる太径のプラスチック製ロッドを１本と、クラッド部となる中空の細径プラスチック製キャピラリを複数本と、クラッド部を固定する中空の太径プラスチック製パイプ１本を準備する。
【００２１】
図２に示すように、ロッド２１を囲むように複数のキャピラリ２２を束ね、これをパイプ２３に充填し、プラスチック製ホーリーファイバプリフォーム２０を作製する。このときロッド２１がパイプ２３の中心位置となるようにする。さらに、キャピラリ２２を最密充填となるように俵積みすることによりロッド２１の位置を安定させることができる。このプラスチック製ホーリーファイバプリフォーム２０を線引き機にかけて、溶融、延伸してファイバ化する。このとき、線引き加工温度（延伸炉温度）Ｔｐ（℃）は、ロッド２１のガラス転移温度をＴｇ（℃）とすると、次式で表される。
Ｔｐ＝（５／４）（Ｔｇ＋７０）
例えば、Ｔｇ＝１０５℃のポリメタクリル酸メチルからなるロッド２１およびキャピラリ２２を用いる場合、線引き加工温度は、２２０℃程度とするのが良い。
【００２２】
本発明のプラスチック製ホーリーファイバの別の製造方法として、押出し機を用いて行うこともできる。即ち、コア部とクラッド部用に同一の樹脂材料を用いて、コア部とクラッド部の同心円状の複合押出し成形を行うと共に、クラッド部樹脂の押出しノズルの先端に、小空孔形成用のピンを配置して、押出しと同時にクラッド部に小空孔を連続的に形成することも可能である。
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例においての評価、測定は以下の方法により実施した。
（伝送損失）
伝送損失（ｄＢ／ｍ）は、波長が６５０ｎｍ、入射光のＮＡが０．６５の光を用いて、１０ｍ−２ｍカットバック法により測定する。伝送損失は、初期の伝送損失と、温度１０５℃の乾燥オーブンに１０００時間放置した後の伝送損失を測定する。なお、測定に際して、クラッドモード（光ファイバの周囲の空気で反射する光の成分）を除去するために、光ファイバ全体を紙やすりで傷付けさらにカーボンブラックをプラスチック製ホーリーファイバ表面に塗り込む。
【実施例１】
【００２４】
表１に示すように、ロッド、キャピラリ、パイプの材質は、全てポリメタクリル酸メチル（屈折率１．４９２）とした。これらを用いて、上述した方法により、プラスチック製ホーリーファイバプリフォームを作製し、これを線引きしてプラスチック製ホーリーファイバを得た。得られたプラスチック製ホーリーファイバは、表２に示すように、コア部の直径が５００μｍ、クラッド部の直径（ファイバ径）が１ｍｍ、小空孔数が２５０個、小空孔密度が７０％であった。本プラスチック製ホーリーファイバについて、先ず、室温で伝送損失（初期の伝送損失）を測定後、温度１０５℃の乾燥オーブンで１０００時間加熱した後、室温に冷却してから伝送損失（耐熱試験後の伝送損失）を測定した。測定結果を表３に示す。得られた光ファイバは、耐熱試験を施しても伝送損失が増加せず、良好な伝送性能を示した。
【実施例２】
【００２５】
表１に示すように構造パラメータを変化させた以外は、実施例１と同様にしてプラスチック製ホーリーファイバを作製し、初期の伝送損失と耐熱試験後の伝送損失を測定した。構造パラメータを表２に、伝送損失の測定結果を表３に示す。得られた光ファイバは、耐熱試験後も伝送損失が増加せず、良好な伝送性能を示した。
【実施例３】
【００２６】
表１に示すように、樹脂材料を変更した以外は、実施例２と同様にして、プラスチック製ホーリーファイバを作製し、初期の伝送損失と耐熱試験後の伝送損失を測定した。構造パラメータを表２に、伝送損失の測定結果を表３に示す。得られたプラスチック製ホーリーファイバは、耐熱試験後でも伝送損失が増加せず、良好な伝送性能を示した。
【実施例４】
【００２７】
表１に示すように、ロッド、キャピラリ、パイプの材質は、全てメタクリル酸メチル単位とα―メチレン―β―メチル―γ―ブチロラクトン単位との共重合体とした。
メタクリル酸メチル単位とα―メチレン―β―メチル―γ―ブチロラクトン単位の共重合比率（重量比）は、ロッド、キャピラリ及びパイプそれぞれ、７０：３０（屈折率１．５０）、９５：５（屈折率１．４９）、９５：５（屈折率１．４９）とした。
これらを用いて、上述した方法により、プラスチック製ホーリーファイバプリフォームを作製し、これを線引きしてプラスチック製ホーリーファイバを得た。得られたプラスチック製ホーリーファイバの初期の伝送損失と耐熱試験後の伝送損失を測定した。構造パラメータを表２に、伝送損失の測定結果を表３に示す。得られた光ファイバは、初期の伝送損失が低く、耐熱試験後も伝送損失が増加せず、良好な伝送性能を示した。
【００２８】
（比較例１）
表１に示すように、ロッドとパイプの材質をポリメタクリル酸メチル（屈折率１．４９２）とし、キャピラリの材質をフッ化ビニリデン単量体とテトラフルオロエチレン単量体をそれぞれ８０重量％、２０重量％含有する共重合体（屈折率１．４０２）とした以外は実施例１と同じ構造パラメータにしてプラスチック製ホーリーファイバを作製した。得られたプラスチック製ホーリーファイバについて、初期の伝送損失と耐熱試験後の伝送損失を測定した。構造パラメータを表２に、伝送損失の測定結果を表３に示す。得られたプラスチック製ホーリーファイバは、初期の伝送性能は良好であったが、耐熱試験後の伝送損失が急激に増加した。
【００２９】
（比較例２）
従来のプラスチック光ファイバであるＳＫ４０（三菱レイヨン製）を用いて、耐熱試験前後の伝送損失を測定した。構造パラメータを表２に、伝送損失の測定結果を表３に示す。初期の伝送性能は非常に良好であったが、耐熱試験後、伝送損失が急激に増加した。
【００３０】
【表１】
2006119582.tif 000003
【００３１】
【表２】
2006119582.tif 000004
【００３２】
【表３】
2006119582.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るプラスチック製ホーリーファイバの断面図である。
【図２】本発明係るプラスチック製ホーリーファイバのプリフォーム作製工程の説明図である。
【図３】従来のプラスチック製ホーリーファイバの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  プラスチック製ホーリーファイバ
１１  コア部
１２  クラッド部
１３  小空孔
２０  プラスチック製ホーリーファイバプリフォーム
２１  ロッド
２２  キャピラリ
２３  パイプ
【図１】
2006119582.tif 000006
【図２】
2006119582.tif 000007
【図３】
2006119582.tif 000008