(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、かつ量産性に優れた合成樹脂光ファイバ及びその製造方法を提供する。【解決手段】透明な樹脂からなるコア１と、その外周にコア１よりも屈折率が低い樹脂からなるクラッド２を被覆した構造からなる合成樹脂光ファイバにおいて、前記コア１の前駆体材料が、多官能モノマを含むモノマ群と、透明熱可塑性ポリマとを含む混合物からなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な樹脂からなるコアと、その外周にコアよりも屈折率が低い樹脂からなるクラッドを被覆した構造からなる合成樹脂光ファイバにおいて、コア材料前駆体が、多官能モノマを含むモノマ群と、透明熱可塑性ポリマとを含む混合物からなることを特徴とする耐熱性合成樹脂光ファイバ。
【請求項２】
上記モノマ群は、多官能（メタ）アクリル酸エステルを必須とし、透明熱可塑性ポリマがポリメタクリル酸メチルを含む請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバ。
【請求項３】
上記モノマ群が、多官能（メタ）アクリル酸エステル及び単官能（メタ）アクリル酸エステルからなる請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバ。
【請求項４】
上記コアが混合物を加熱溶融成形により、紐状に成型した後に、紫外線もしくは、電子線を照射して、多官能モノマを含むモノマ群を反応させ、架橋させたものからなる請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバ。
【請求項５】
上記多官能モノマＡと、透明熱可塑性ポリマＢ中での重量比率が、Ａ／Ｂ＝１〜５０／９９〜５０、望ましくはＡ／Ｂ＝５〜４０／９５〜６０である請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバ。
【請求項６】
透明な樹脂からなるコアと、その外周にコアよりも屈折率が低い樹脂からなるクラッドを被覆した構造からなる合成樹脂光ファイバの製造方法において、多官能モノマを含むモノマ群と透明熱可塑性ポリマを含む混合物を押出機で加熱溶融・混練して紐状に成型した後、紫外線もしくは、電子線等を照射して、多官能モノマを含むモノマ群を反応させ、架橋させてコアとし、そのコアの外周にクラッド材を塗布・乾燥或いは押出し被覆してクラッドを形成することを特徴とする耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記混合物を、６０〜１３０℃で、紐状に成型し、紫外線もしくは電子線を照射して多官能モノマを含むモノマ群を架橋させてコアを形成した後、連続してクラッド材を、塗布・乾燥或いは押出被覆してクラッドを形成する請求項６記載の耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法。
【請求項８】
上記コアの外周にエマルジョンタイプのクラッド材を塗布する請求項６又は７記載の耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂光伝送体、特に耐熱性を有する耐熱性合成樹脂光ファイバ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の合成樹脂光ファイバは、特許文献１に提案されているように、透明な熱可塑性ポリマを熱溶融成形することで製造されている。
【０００３】
この合成樹脂光ファイバに用いられるコア材料の代表的な材料は、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンであり、現在多くの分野で実用化されている。しかしながら、合成樹脂光ファイバは、今後、高耐熱化が望まれており、上記の光ファイバでは、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンからなる樹脂の耐熱性上の制約から、使用可能な上限温度が８５℃程度と低い。
【０００４】
他方、合成樹脂光ファイバの耐熱性を付与する方法としては、非特許文献１に記載されるように、ポリカーボネート、ノルボルネン系のポリマなどの耐熱性透明熱可塑性樹脂をコア材料として用いる方法や、特許文献２に記載されているように、耐熱性合成樹脂のプリフォームを溶融線引きしながらコア材とし、この外周にクラッド材を塗布した後乾燥して得られたプラスチック光ファイバに放射線を照射して製造する方法などがある。
【０００５】
また、特許文献３に記載されるような、クラッドチューブを作製した後に、コア材料前駆体である組成物をクラッドチューブ内に注入し硬化させることで、耐熱性を付与した合成樹脂光ファイバを得る方法がある。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５８−１６１６３号公報
【特許文献２】特公平６−１４１２７号公報
【特許文献３】特開昭５７−１０２６０４号公報
【特許文献４】特開２００４−２１２７１２号公報
【非特許文献１】共立出版、ＰＯＦコンソーシアム編、プラスチック光ファイバ、Ｐ７９−１２０（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術の耐熱性透明熱可塑性樹脂をコア材料に用いる方法では、光ファイバの耐熱性がコア材料に用いた耐熱性透明熱可塑性樹脂の特性に依存し、材料的に良いものがないため耐熱性の高い合成樹脂光ファイバを得ることはできない。
【０００８】
また、後者のクラッドチューブを作製した後に、コア材料前駆体である組成物をクラッドチューブに注入し硬化させる方法では、コアポリマに三次元架橋構造を導入することが可能であり、耐熱性の高い光ファイバを得ることが可能である。
【０００９】
反面、クラッドチューブにコアの前駆体を注入・硬化させる製造プロセス上の制約から、ファイバ製造単位がクラッドチューブの製造単位となることから、コアの前駆体を注入し硬化させる処理がバッチ処理となってしまい、生産性が悪く、コストが高くなるという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記、従来技術の問題点を解決し、耐熱性に優れ、かつ量産性に優れた耐熱性合成樹脂光ファイバ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１の発明は、透明な樹脂からなるコアと、その外周にコアよりも屈折率が低い樹脂からなるクラッドを被覆した構造からなる合成樹脂光ファイバにおいて、コア材料前駆体が、多官能モノマを含むモノマ群と、透明熱可塑性ポリマとを含む混合物からなることを特徴とする耐熱性合成樹脂光ファイバである。
【００１２】
請求項２の発明は、上記モノマ群は、多官能（メタ）アクリル酸エステルを必須とし、透明熱可塑性ポリマがポリメタクリル酸メチルを含む請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバである。
【００１３】
請求項３の発明は、上記モノマ群が、多官能（メタ）アクリル酸エステル及び単官能（メタ）アクリル酸エステルからなる請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバである。
【００１４】
請求項４の発明は、上記コアが混合物を加熱溶融成形により、紐状に成型した後に、紫外線もしくは、電子線を照射して、多官能モノマを含むモノマ群を反応させ、架橋させたものからなる請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバである。
【００１５】
請求項５の発明は、上記多官能モノマＡと、透明熱可塑性ポリマＢ中での重量比率が、Ａ／Ｂ＝１〜５０／９９〜５０、望ましくはＡ／Ｂ＝５〜４０／９５〜６０である請求項１記載の耐熱性合成樹脂光ファイバである。
【００１６】
請求項６の発明は、透明な樹脂からなるコアと、その外周にコアよりも屈折率が低い樹脂からなるクラッドを被覆した構造からなる合成樹脂光ファイバの製造方法において、多官能モノマを含むモノマ群と透明熱可塑性ポリマを含む混合物を押出機で加熱溶融・混練して紐状に成型した後、紫外線もしくは、電子線等を照射して、多官能モノマを含むモノマ群を反応させ、架橋させてコアとし、そのコアの外周にクラッド材を塗布・乾燥或いは押出し被覆してクラッドを形成することを特徴とする耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法である。
【００１７】
請求項７の発明は、前記混合物を、６０〜１３０℃で、紐状に成型し、紫外線もしくは電子線を照射して多官能モノマを含むモノマ群を架橋させてコアを形成した後、連続してクラッド材を、塗布・乾燥或いは押出被覆してクラッドを形成する請求項６記載の耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法である。
【００１８】
請求項８の発明は、上記コアの外周にエマルジョンタイプのクラッド材を塗布する請求項６又は７記載の耐熱性合成樹脂光ファイバの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ量産性に優れた耐熱性合成樹脂光ファイバを得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
先ず、図１は、本発明の耐熱性合成樹脂光ファイバ１の斜視図を示したもので、外径約１．０ｍｍの透明な樹脂からなるコア２の外周に、コア２よりも屈折率の低い樹脂からなる厚さ０．１ｍｍのクラッド３を被覆して耐熱性合成光ファイバ１としたものである。
【００２２】
このコア２は、架橋構造を形成する多官能モノマに増粘材となる熱可塑性ポリマを加熱溶融・混練してコア材料前駆体とし、これを押出等によりコア状に成型して紫外線、電子線等を照射して多官能モノマを架橋させて形成される。
【００２３】
このコアの製造ラインに、コア２の外周にクラッド材を塗布・乾燥或いは押出にてクラッド３が形成されて耐熱性合成樹脂光ファイバ１が製造される。
【００２４】
この本発明の耐熱性合成樹脂光ファイバの製造プロセスをさらに説明する。
【００２５】
（１）多官能モノマを含むモノマ群と透明熱可塑性ポリマを、混練機や押出機のシリンダ内に設けられたスクリューによって混練する。このときの温度は、多官能モノマの配合量に合わせて８０〜１５０℃の範囲で適宜設定する。例えば、多官能モノマの配合量が少ない場合は、混合時の粘度が高いので、混練機の温度を高温に設定する。一方、多官能モノマの配合量が多い場合は、粘度が低いことから混練機の温度を低温に設定すればよい。
【００２６】
（２）（１）で得られた混合樹脂を加熱溶融押出して光ファイバのコアを得る。このときの押出し条件については、押出し後のコアの表面平滑性や形状保持を考慮し、押出し温度（６０〜１３０℃）や押出し速度を適宜設定する。
【００２７】
（３）次に、得られたコアに紫外線、電子線、γ線、熱線などを照射することにより、（２）で得られたコアに含まれる反応性モノマを反応させて、コア樹脂中に３次元架橋結合を構築する。
【００２８】
（４）その後、上記コアの外周にエマルジョンタイプからなるクラッド材を塗布、或いは押出し被覆するなどの方法によりクラッドを形成し、乾燥させて光ファイバが完成する。
【００２９】
上記（１）〜（４）の製造プロセスは、同一のオンライン上にて連続して行うことが望ましい。
【００３０】
本発明は、増粘材の役割を担う透明熱可塑性ポリマに混合した多数の反応点を有する多官能モノマが、紫外線や電子線などを照射することにより、架橋構造が形成されるため、従来よりも耐熱性の高いコアを有する光ファイバを得ることができる。
【００３１】
また、本発明の耐熱性の高い光ファイバは、バッチ処理などの工程を必要とせず加熱溶融押出にて形成することができ、かつ同一のオンライン上にて製造が可能であるため、低コストで量産性に優れた光ファイバを提供することができる。
【００３２】
なお、上記の製造プロセスにおいて、（３）のコア樹脂中のモノマを反応させる工程は、（４）のクラッド形成の後でも良い。
【００３３】
また、透明熱可塑性ポリマとしては、透明性であり、熱可塑性であれば特に限定しないが、（メタ）アクリル酸メチルとそれ以外の（メタ）アクリル酸エステルからなる共重合体であるポリメタクリル酸メチル系樹脂が望ましい。例えば、メタアクリル酸メチルとアクリル酸ブチルからなるポリマ等がある。
【００３４】
また、透明熱可塑性ポリマにブレンドして用いる多官能モノマとしては、透明熱可塑性ポリマ中で反応した際にコアポリマが透明であれば特に限定をしないが、上記の透明熱可塑性ポリマにポリメタクリル酸メチル系のものを用いる場合は、少なくとも多官能（メタ）アクリル酸エステルを用いることが望ましい。このとき、多官能（メタ）アクリル酸エステルを含む多官能モノマに、必要に応じて単官能（メタ）アクリル酸エステルを配合することも可能である。
【００３５】
本発明に適用可能な多官能（メタ）アクリル酸エステルとしては、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール＃２００ジメタクリレート、ポリエチレングリコール＃４００ジメタクリレート、ポリエチレングリコール＃６００ジメタクリレート、ポリエチレングリコール＃１０００ジメタクリレート、１．３−ブチレングリコールジメタクリレート、１．６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコール＃４００ジメタクリレート、２−ビドロキシ１．３ジメタクリロキシプロパン、２．２−ビス〔４−（メタクリロキシエトキシ）フェニル〕プロパン、２．２−ビス〔４−（メタクリロキシ・ジェトキシ）フェニル〕プロパン、２．２−ビス〔４−（メタクリロキシ・ポリエトキシ）フェニル〕プロパン、ポリエチレングリコール＃２００ジアクリレート、ポリエチレングリコール＃４００ジアクリレート、ポリエチレングリコール＃６００ジアクリレート、１．６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコール＃４００ジアクリレート、ポリプロピレングリコール＃７００ジアクリレート、２．２−ビス〔４−（アクリロキシ・ジエトキシ）フェニル〕プロパン、２−ヒドロキシ１−アクリロキシ，３−メタクリロキシプロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールトリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレートがあげられる。
【００３６】
また、本発明に適用可能な単官能（メタ）アクリル酸エステルとしては、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃２３０メタクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃４００メタクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃１０００メタクリレート、β−メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、β−メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３−クロロ−２−ビドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃４００アクリレート、β−アクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレートがあげられる。
【００３７】
また、多官能モノマの配合量Ａと、透明熱可塑性ポリマの配合量Ｂとの比率Ａ／Ｂは、１〜５０重量部／９９〜５０重量部が望ましく、更には、５〜４０重量部／９５〜６０重量部がより望ましい。Ａ／Ｂが１重量部／９９重量部以下の場合、透明熱可塑性ポリマの架橋密度が低いため、電子線などを照射したとしても耐熱性の高いコアを得ることができない。また、Ａ／Ｂが５０重量部／５０重量部以上の場合、電子線を照射して多官能モノマを反応させた後に得られるコアポリマが白濁してしまうため、光透過性の良好な光ファイバを得ることが難しい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例を比較例と併せて説明する。
【００３９】
表１に実施例１〜８、比較例１〜２のコアモノマ成分比を示した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１において、各成分の詳細は以下の通りである。
【００４２】
アクリルポリマ：アクリル樹脂微粒子・ＬＧ６Ａ（住友化学工業株式会社製）
・  ＰＥＧＤＡ：ポリエチレングリコールジアクリレート〔ＮＫエステル  Ａ−２００（新中村化学工業株式会社製）〕
・  ＥＧＤＭ：エチレングリコールジメタクリレート（新中村化学工業株式会社製）
・  ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８４：光重合開始剤（チバ・スペシャルテイ・ケミカルズ株式会社製）
・  ＢＡ：アクリル酸ｎ−ブチル（新中村化学工業株式会社製）
・  ＭＭＡ：メタクリル酸メチル（新中村化学工業株式会社製）
上記各成分、すなわち、ＰＥＧＤＡ、ＥＧＤＭ等の多官能モノマ及びＢＡ、ＭＭＡ等のアクリル（メタ）系モノマを混合溶解し、これに所定量の光重合開始剤（ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８４）を添加し、撹拌溶解して液状のモノマ溶液を作製した。
【００４３】
アクリル樹脂微粒子・ＬＧ６Ａ（住友化学工業株式会社製）に、モノマ成分を加え８０〜１５０℃にて均一に成るまで混合して、コア材原料を作製した。
【００４４】
またクラッド材料は以下の方法で作製した。
【００４５】
先ず、表２に示す成分でクラッド用エマルジョン作製の水溶液を調整する。
【００４６】
表２；クラッド材用エマルジョン作製の水溶液
品名                                                配合量（重量比）
・  純水                                                        ２００
・  エマール  ０（ラウリル酸ナトリウム／花王工業株式会社製）    ２．２
・  Ｋ2Ｓ2Ｏ8 （過硫酸カリウム／和光純薬株式会社製）            ０．５
・  Ｎａ2ＳＯ3（亜硫酸ナトリウム／和光純薬株式会社製）        ０．０５
次に表３に示すクラッド材用モノマを調整する。
【００４７】
表３；クラッド材用モノマ組成比
材      料                                          配合量（重量比）
・  Ｍ−１１１０（含フッ素モノマ）                              ５７
（株式会社ダイキンファインケミカル研究所製）      
・  ＢＡ（アクリル酸ｎ−ブチル）                                ３３
（新中村化学工業株式会社製）                                
・  アクリル酸（和光純薬工業株式会社製）                          ５
但し、Ｍ−１１１０は、２，２、２−ｔｒｉｆｌｕｏｏｅｔｙｌ  ｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅである。
（１）エマルジョン重合
撹拌機、温度計、窒素ガス導入管を備えた３口フラスコに、表２に示した、純水２００．００ｇを仕込み、これにエマール  ０（乳化剤）、Ｋ2Ｓ2Ｏ8 、Ｎａ2ＳＯ3 を添加し、撹拌して純水に溶解する。
【００４８】
次に、表３に示したモノマ成分を仕込み、５分間以上撹拌して全体を乳化させ、８０℃に昇温し、８０℃に保温して重合反応を行った。
（２）エマルジョンのアンモニウム化
上記（１）で重合反応を行ったエマルジョンを室温まで冷却し、エマルジョン中のアクリル酸含有量と等量のアンモニア水を加えて、十分に撹拌しアンモニウム化を行い、エマルジョンタイプのクラッド材を作製した。
【００４９】
光ファイバの製造は、上記表１に示したコア材原料を押出し機にてファイバ状に押出し、ＵＶを照射してコア中のモノマ成分の架橋反応を行い、引き続いて前述のエマルジョンタイプのクラッド材にコアを浸漬してクラッドをコーティングし加熱乾燥することにより、クラッド付の架橋型プラスチック光ファイバを作製した。
【００５０】
ここで、実施例ｌ〜８で、コア径１．０ｍｍ、クラッド厚さ０．１ｍｍ光ファイバが得られた。得られた光ファイバの片端から、６６０ｎｍの波長のＬＥＤ光を入射し、別の片端からは光が出射していることを確認した。
【００５１】
表中の短時間耐熱温度とは、光ファイバ２ｍ中の中心部を恒温槽に入れ、片端から６６０ｎｍの波長のＬＥＤ光を入射し、恒温槽を１℃／分で昇温しながら、別の片端から光パワーメータで受光した時に、室温３０℃の光パワーが昇温が７０％以下になる時の温度である。
【００５２】
この結果、実施例１〜８は、いずれも、短時間耐熱温度が１５０℃以上であり、耐熱性に優れていることが確認された。
【００５３】
これに対して、比較例１は、紫外線硬化後のコアポリマ組成物は白濁しており、光透過性能がないことを確認した。また、比較例２は、コアが無色透明であるが１１０℃で耐熱性がなくなる
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の耐熱性合成樹脂光ファイバを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  耐熱性合成樹脂光ファイバ
２  コア
３  クラッド
【図１】
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