(57)【要約】【課題】優れた耐熱性を発揮することで高温環境下でも所定の伝送性能と可撓性とを維持できるプラスチック光ファイバーを提供すること。【解決手段】非晶質ポリアリレート樹脂からなるコアと、非晶質フッ素樹脂を含有する非晶質ポリアリレート樹脂からなるクラッドとから構成され、コアの屈折率がクラッドの屈折率より３〜１５％高いプラスチック光ファイバー。本発明の光ファイバーは、耐熱性に優れるものであり、これにより、高温環境下でも所定の伝送性能と可撓性とを維持できるので、各種用途に適用することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質ポリアリレート樹脂からなるコアと、非晶質フッ素樹脂を含有する非晶質ポリアリレート樹脂からなるクラッドとから構成され、コアの屈折率がクラッドの屈折率より３〜１５％高いことを特徴とするプラスチック光ファイバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性に優れるプラスチック光ファイバーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンパクト化の進む各種電子機器の内部配線には、集積部品の発熱に耐えうるだけの耐熱性と、密度の込んだ複雑な配線を組めるだけの可撓性とが求められ、同じく各種電子機器において光伝送手段として用いられる光ファイバーにも同様のことが求められてきた。
【０００３】
このような状況下、生産コストの削減、並びに軽量化を図る目的で、石英ガラス光ファイバーに代わりプラスチック光ファイバーが多用される傾向が強くなり、特に、この傾向は、金属部材に代えてプラスチック部材を使用することが多くなりつつある自動車関連部材において顕著である。
【０００４】
プラスチック光ファイバーには、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ノルボルネン系樹脂又はポリアリレート樹脂などをコアとするものが一般に知られている。中でもポリアリレート樹脂は、耐熱性、透明性、寸法安定性を備えており、特に非晶質のものは屈折率が高いため、高開口数の光ファイバーを得ることが期待できる点で有用である。
【０００５】
一例として、特許文献１に、非晶質ポリアリレート樹脂をコアとするプラスチック光ファイバーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６３−６７１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラスチック光ファイバーは、中心部をなすコアの周囲にクラッドを配する二層構造をなし、クラッドには、コアより低屈折率の樹脂組成物が一般に適用される。
【０００８】
例えば、上記特許文献記載の光ファイバーの場合、クラッドには、フッ素樹脂が適用されている。フッ素樹脂は、強度、耐薬品性などに優れていると共に、ポリアリレート樹脂より屈折率が低いため、クラッドに適用する樹脂組成物としては、一応好適である。
【０００９】
しかし、フッ素樹脂は、ポリアリレート樹脂との接着性に乏しく、さらに、耐熱性に優れるといわれているものの、１００℃付近での使用がほぼ限界であることから、耐熱性の点では、１７０℃以上の雰囲気下でも使用可能なポリアリレート樹脂とは大きな開きがある。このため、ハイテク化の進んだ電子機器には適用し難くなってきているなどの問題点が指摘されている。
【００１０】
この点、前者については、フッ素樹脂中に接着性を付与できる添加剤を含有させることにより解決できると、上記特許文献には記載されている。しかし、かかる添加剤が樹脂組成物の屈折率や耐薬品性にいかなる影響を及ぼすか検討されておらず、添加剤によっては悪影響を及ぼすものも存すると解される。一方、後者については、フッ素樹脂の連続使用温度が一般に１２０℃程度にある点が要因としてあげられるところ、耐熱剤などを多く使用することにより、この点を克服する手段が考えられる。しかし、耐熱剤を多く使用することは、樹脂が持つその他の特性を低減することになりかねない。しかるに、これに代わる有用な手段が望まれるところであるが、そのような手段は未だ創出されていない。
【００１１】
以上から、接着性や屈折率などに特段の問題がなく、しかもポリアリレート樹脂の持つ１７０℃以上の耐熱性を十分に活かせる態様の光ファイバーは、未だ提案されていないのが実情である。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の欠点を解消するものであり、優れた耐熱性を発揮することで高温環境下でも所定の伝送性能と可撓性とを維持できるプラスチック光ファイバーを提供することを技術的な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、非晶質ポリアリレート樹脂の耐熱性を十分に活かした光ファイバーが得られない原因を検討した結果、クラッドに配する樹脂組成物の組成を検討すべきとの考えに至り、ポリアリレート樹脂と共に、フッ素樹脂の中の特に非晶質フッ素樹脂を使用したところ、コアと同程度の耐熱性及び可撓性は勿論、適切な屈折率、接着性などクラッドに必要とされる諸物性までも得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、非晶質ポリアリレート樹脂からなるコアと、非晶質フッ素樹脂を含有する非晶質ポリアリレート樹脂からなるクラッドとから構成され、コアの屈折率がクラッドの屈折率より３〜１５％高いことを特徴とするプラスチック光ファイバーを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバーは、耐熱性に優れるものであり、これにより、高温環境下でも所定の伝送性能と可撓性とを維持できるので、各種電子機器は勿論、自動車のエンジンルーム内に適用することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、所望の耐熱性及び伝送性能の実現と、コア、クラッド間の接着性向上のため、コア、クラッド双方に非晶質ポリアリレート樹脂を用いる。そして、コア、クラッド間に所定の屈折率差を設けるため、低屈折率の非晶質フッ素樹脂をクラッド中に含有させる。非晶質フッ素樹脂は、クラッドの耐熱性に悪影響をほとんど及ぼさないため、耐熱性と共に伝送性能に優れるプラスチック光ファイバーが得られる。
【００１７】
本発明に用いられる非晶質ポリアリレート樹脂としては、基本的にはどのようなものでも使用できるが、好ましくは、荷重たわみ温度が１７０℃以上の透明非晶質ポリアリレート樹脂を使用する。具体的には、ユニチカ（株）製「Ｕ−１００（商品名）」、「Ｐ−１００１（商品名）」などが好適である。
【００１８】
また、本発明における非晶質フッ素樹脂としては、屈折率が小さく屈折率調整剤として機能するものであれば、基本的にどのようなものでも使用できるが、好ましくはガラス転移温度が１６０℃以上のものを使用する。ガラス転移温度が１６０℃未満の場合、クラッドの溶融成形時における樹脂の加工・分散性については、特段問題ないものの、光ファイバーが高温雰囲気下に曝されたとき、稀に非晶質フッ素樹脂の熱膨張によりクラッドの屈折率が大きく変化することがある。加えて、クラッドの寸法安定性やコアとの接着性に問題をきたすこともあり、好ましくない。一方、当該ガラス転移温度の上限については、特に限定されないが、２２０℃を超えると、クラッドを溶融成型する際、非晶質フッ素樹脂をアリレート樹脂中に均一かつ細かく分散させることが難しくなることが稀にある。この点から、本発明における非晶質フッ素樹脂のガラス転移温度としては、１７０〜２２０℃がより好ましいといえる。
【００１９】
このような点を考慮すると、本発明では、非晶質フッ素樹脂としてパーフルオロ系のものが推奨される。なお、パーフルオロ系のものは、屈折率が小さいという点でも好ましい。
【００２０】
本発明では、このようにポリアリレート樹脂、フッ素樹脂共に非結晶性のものを用いることを要し、これにより、光ファイバーが光学的均一性を具備し、伝送光の全反射がファイバー全長に渡って均一化する。樹脂が結晶性である場合、結晶化度や結晶存在比などに斑が生じ、光学的な均一性が損なわれることがある。しかるに、本発明では、コア及びクラッド中に、結晶相や密度に揺らぎを極力生じさせないために、双方の樹脂に非結晶性のものを適用するのである。
【００２１】
クラッド中に占める非晶質フッ素樹脂の含有量としては、可能な限り少量であることが好ましい。これは、コア、クラッド間の接着性を、同一種の樹脂により奏される相溶性によって具現しようとすることにある。つまり、非晶質フッ素樹脂に限らず、添加剤と呼ばれるものは、一般に非晶質ポリアリレート樹脂との相溶性に乏しく、過度に含有させることは、コア、クラッド間の接着性維持の点から好ましくない。したがって、本発明では、屈折率のより小さい非晶質フッ素樹脂を用いた上で、これをより少量使用することが好ましい。
【００２２】
具体的には、非晶質フッ素樹脂を、コアの屈折率がクラッドの屈折率より３〜１５％高くなるようクラッド中に含有させる。両者の差が３％未満であると、コア、クラッド間の屈折率差が小さくなり過ぎる結果、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たる可撓性を低下させてしまう。一方、１５％を超える場合、光ファイバーに必要とされるコア、クラッド間の屈折率差は一応確保できるものの、非晶質ポリアリレート樹脂との相溶性に乏しい非晶質フッ素樹脂分率が、クラッド中に過剰に含有される結果、コアとクラッドとが剥離することがあり、同時に溶融成型性も低下することにもなりかねない。
【００２３】
非晶質フッ素樹脂をアリレート樹脂の中に含有させる方法としては、特に限定されるものでない。ただ、アリレート樹脂のペレットと非晶質フッ素樹脂とを単にエクストルーダーに投入しても、両者は非常に混ざり難い。これは、両者が相溶性に乏しいだけでなく、非晶質フッ素樹脂が一般にペレットでなく粉末状であるため、両者の樹脂径が異なるからである。このような点を踏まえると、多軸押出機や高Ｌ／Ｄの押出機を用いて両者を溶融混練することが好ましい。これにより、耐熱グレードであり、高粘度でもあるアリレート樹脂中に良好かつ均一に非晶質フッ素樹脂を含有させることができる。この他、アリレート樹脂をベースとして、非晶質フッ素樹脂のマスターチップを作製する、アリレート樹脂の重合時に非晶質フッ素樹脂を分散させるなどの方法も有効である。
【００２４】
本発明の光ファイバーでは、このように、クラッド中に低屈折率の非晶質フッ素樹脂を含有させることにより、コア、クラッド間に所定の屈折率差を設けるが、この屈折率差をより大きくしたい場合、コア中に所定の屈折率調整剤を含有させてもよい。ただし、コアでは伝送光が通過するため、伝送損失を低下させないためにも、不純物は勿論、不純物を形成しうる組成物や、コアに密度の揺らぎを生じさせるような組成物を含む屈折率調整剤は、選択されないことが好ましい。このことからも、クラッド中に非晶質フッ素樹脂を含有させて所定の屈折率差を得ることの利点がうかがえる。コア中に屈折率調整剤を含有させる場合、コアに占める屈折率調整剤の含有割合としては、５質量％以下とするのが好ましい。
【００２５】
以上のように、本発明では、コア、クラッド双方に非晶質ポリアリレート樹脂を適用し、同一種の樹脂により奏される相溶性によって、所望の接着性を具現する。この点を鑑みると、光ファイバーを製造するときは、コア及びクラッドを同時に成型することが好ましいといえる。非晶質ポリアリレート樹脂は、耐熱性、寸法安定性に優れており、これらの特性が本発明の光ファイバーにそのまま反映されることになる。
【００２６】
コア及びクラッドを成型する手段としては、例えば、非晶質ポリアリレート樹脂を加熱溶融しながら引張り、ファイバー化してコアを形成し、その後、クラッドとなる樹脂をその周囲に配置させる方法、２層複合紡糸ダイを用いて、コア及びクラッドとなる樹脂を複合紡糸し、コアとクラッドとを同時に形成する方法などがあげられる。本発明では、特に接着性の観点から、溶融状態でコアとクラッドとを接着させる後者の手段が好ましく採用される。
【００２７】
ここで、実施例として、本発明の光ファイバーを得るための方法を具体的に記載する。
【００２８】
まず、非晶質ポリアリレート樹脂として、ユニチカ（株）製「Ｕ−１００（商品名）」（荷重たわみ温度：１７５℃、屈折率：１．６１）を、非晶質フッ素樹脂として、三井・デュポンフロロケミカル（株）製「Ｔｅｆｌｏｎ  ＡＦ１６００（商品名）」（屈折率：１．３１）をそれぞれ用意する。そして、非晶質ポリアリレート樹脂の一部と非晶質フッ素樹脂樹脂とを溶融混練してクラッド形成用樹脂とし、残りの非晶質ポリアリレート樹脂をコア形成用樹脂とする。
【００２９】
次に、それぞれの樹脂を個別に単軸押出機及び２軸押出機にて溶融させ、その後、両者を２層複合紡糸ダイに導入し、紡出、水冷して樹脂を固化し、巻き取ることにより光ファイバーを得る。
【００３０】
本発明の光ファイバーは、コアの外径が、好ましくは２０μｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは６０μｍ〜５ｍｍであり、クラッドの厚さとしては、好ましくは５μｍ〜１ｍｍ、より好ましくは１０μｍ〜０．５ｍｍである。本発明の光ファイバーは、そのままの状態で使用されることもあるし、クラッドの周囲にポリエチレン、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をさらに被覆し、光ケーブルとして使用されることもある。
【００３１】
得られた光ファイバーの光学特性を測定する際は、光源として、６６０ｎｍに発光波長を持つＬＥＤ（スタンレー社製「ＦＨ５１１（商品名）」）を使用した上で、パワーメーター（安藤電気社製「ＡＱ−１１３５（商品名）」）を用いて、光ファイバーからの出力光を測定する。
【００３２】
可撓性の評価としては、所定の曲率半径を有する円柱に光ファイバーを半周巻き付け、この状態での出力光のパワーが、直線状態のときの出力光のパワーに対しどれだけ減衰しているかを測定し、評価する。
【００３３】
そして、耐熱性の評価としては、恒温槽に光ファイバーを導入し、室温から１５０℃まで１０℃刻みにて各５分間ずつ昇温し、このとき光ファイバーから発せられる各段階での出力光のパワーを測定し、その変化量を算出することで評価する。
【００３４】
このようにして測定された光ファイバーの特性を例示すると、光学特性の評価たる伝送損失は、大方５７０ｄＢ／ｍ付近である。可撓性の評価たる曲げ損失は、曲げ半径を１０ｍｍとした場合、大方６０ｄＢ付近である。そして、耐熱性の評価たる、恒温槽１６０分放置後の出力光の伝送損失は、大方１５０ｄＢ付近である。
【００３５】
以上のような構成を有する本発明の光ファイバーは、各種電子機器に好ましく適用することができる。一例をあげると、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に適用することができる。
【００３６】
また、本発明の光ファイバーは、耐熱性に優れているから、稼動時１５０℃を超えるようなディーゼル自動車のエンジンルーム内にも適用できるものである。