(57)【要約】【課題】  ハンダ耐熱性を有し、細繊維径の、近赤外光のプラスチック光ファイバを経済的コストで製造する方法を提供する。【解決手段】  コアは、コア径が２５０μｍ以下の芳香族ポリエステルで、クラッドはコア材よりも低屈折率の樹脂で、クラッド径が３００μｍ以下であるハンダ耐熱性１７０℃〜１９０℃を有する高集積可能な細繊維径のプラスチック光ファイバを製造する方法であって、  還元粘度が０．２５〜０．９０、好ましくは、０．４０〜０．８５となるような分子量の芳香族ポリエステルを、２６０℃〜３００℃、好ましくは、２７０℃〜２８５℃の温度で非酸素環境下において溶融紡糸し、その周囲からクラッド材料用樹脂を同時且つ連続的に複合紡糸することを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアは、コア径が２５０μｍ以下でビスフェノールＡとイソフタル酸及びテレフタル酸からなる芳香族ポリエステルで、クラッドは屈折率が芳香族ポリエステルよりも低屈折率の樹脂で、クラッド径が３００μｍ以下のハンダ耐熱性１７０℃〜１９０℃を有する高集積可能な細繊維径のプラスチック光ファイバを製造する方法であって、
還元粘度（フェノールとテトラクロロエチレンの等重量混合溶液中、濃度０．２５ｇ／２５ｍｌ、２５℃にて測定）が０．２５〜０．９０、好ましくは、０．４０〜０．８５となるような分子量の芳香族ポリエステルを、２６０℃〜３００℃、好ましくは、２７０℃〜２８５℃の温度で非酸素環境下において溶融紡糸し、その周囲からクラッド材料用樹脂を同時且つ連続的に複合紡糸することを特徴とするプラスチック光ファイバ製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラスチック光ファイバ製造方法において、前記芳香族ポリエステルの分子量の調節は、プラスチック光ファイバを製造する際の前記芳香族ポリエステルの含水量を調節することによって行うことを特徴とするプラスチック光ファイバ製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のプラスチック光ファイバ製造方法において、前記芳香族ポリエステルに含まれるイソフタル酸及びテレフタル酸とのモル比（Ｉ／Ｔ組成）は、９／１〜４／６、好ましくは、７／３〜４／６であり、それにより、非晶性のコア材を得て光伝送損失を低く抑えることを特徴とするプラスチック光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック光伝送用ファイバに係り、特に、近赤外域で使用可能な３００μｍ以下の細径の光・電気混載実装が可能な１７０℃〜１９０℃の耐熱性プラスチック光ファイバ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性ＬＳＩチップ間の配線ボトルネックを解消する方法として、信号伝達を光で行う光インターコネクション技術が注目され、光三次元実装の高密度化とその経済性（製作容易化）が急務となっている。ボード及びバックプレーンの三次元実装構成技術の開発が進んでいるが、ハイブリッド型光プリント板用のフレキシブルな光ファイバボード（以下、「Ｆ−ＯＦＢ」と称する）に用いられるプラスチック光ファイバは耐熱性を特に必要としない。システムＬＳＩと光電気変換部を一体化した構造の光インターコネクション技術（エレクトロニクス実装学会誌、ＶＯＬ.７、２７〜３０（２００４））の進化した技術として、ファイバ端の４５°加工面をＶＣＳＥＬ又はＰＤへの光入出力に利用するリジッドな光ファイバボード（以下、「Ｒ−ＯＦＢ」と称する）が開発されている。（第１６回ＯＰＴ公開研究会資料、光回路実装技術委員会、２００３年１月２１日、（社）エレクトロニクス実装学会、東京都杉並区西荻窪北）。Ｒ−ＯＦＢには、石英系のマルチモードファイバが適用されているが、ガラスファイバの場合は光入出力端のファイバ端の４５°加工時に破損し易いことから、端面加工性の優れたプラスチック光ファイバが要望されている。これに用いるプラスチック光ファイバは、光電気混載実装時のハンダ耐熱性が不可欠である。
【０００３】
プラスチック光ファイバの耐熱性は、ＰＭＭＡやＰＳ系の全フッ素化物の場合は約８０℃であり、ポリカーボネート系プラスチック光ファイバでも１２０〜１３０℃が使用温度限界といわれている。これでは、例えば、１４５℃以上の耐熱性が要求される自動車エンジンルーム内配線用プラスチック光ファイバとしても不十分である。
耐熱性１４５℃をクリアーするプラスチック光ファイバとして、変性ＰＣや熱硬化性樹脂やＡＲＴＯＮ樹脂があり、その他に耐熱性１７０℃の架橋ＰＭＭＡ系や１８０℃のシリコーン系が提案されている。架橋ＰＭＭＡ系は、ＦＥＰ中空糸の中にＰＭＭＡと多官能性モノマー、オリゴマー溶液を加えて重合架橋する方法によって製造するが、操作性が著しく悪く、細径ファイバ用としては向かない。また、基本的にアリファチックなポリマーであり、長期使用における耐熱性が低いため使用できない。
【０００４】
かかる状況下、耐熱性プラスチック光ファイバの提案が種々なされている。コア材料としてガラス転移温度の高い非晶性ポリマーを用いた提案がある。例えば、ポリアリレート系化合物（特開昭６１−２９２１０５号、特開昭５９−１７１９０４号）、ポリエーテルスルホン（特開平１−３００２０６号）、ポリスルホン（特開昭６３−１０９４０３号、特開昭６１−２９２１０５号）、パーフルオロポリエーテルのポリトリアジン（特開平４−２６４５０４号）、フッ素化ポリイミド（特開平４−２２３４０６号、特開平４−３２８５０３号）等がある。
特許文献１として挙げた特開昭５９−１７１９０４号においては、コア材料として芳香族ジカルボン酸と二価フェノールからなる非昌質のポリアリレート樹脂を用いた耐熱性樹脂が提案されている。この発明の実施例１、２には、イソフタル酸とビスフェノール縮合体（実際には、ユニチカＵ１００を使用）コア／ＰＶＤＦクラッドからなるプラスチック光ファイバ（コア径０．５ｍｍ、ファイバ径０．９ｍｍ、ＮＡ＝０．７６、６００ｄＢ／ｋｍ（６６０ｎｍ））が記載されている。実施例３には、Ｕ１００単独紡糸ファイバにＰＶＤＦクラッドを塗布したプラスチック光ファイバの製造例が記載されている。又、実施例４には、Ｕ１００ファイバの紡糸時に、ポリメタクリル酸トリフルオロエチルを溶融状態で被覆したプラスチック光ファイバが記載されている。
【０００５】
他方、特許文献２として挙げた特開昭６１−２９２１０５号の実施例２においては、コア材料として、本発明と同じ材料であるビスフェノールＡとイソフタル酸からなるポリアリレート（Ｔｇ＝１６０℃、ｎ＝１.６１）、クラッド材料としてＴＦＥ−ＶＤＦ共重合体（ｎ＝１．４０）を複合溶融紡糸したプラスチック光ファイバが記載されている。この実施例のプラスチック光ファイバは、６６０ｎｍにおける光伝送損失が７５０ｄＢ／ｋｍで、１００℃における耐熱性評価が優れていることが示されている。
他方、特許文献３として挙げた特開平５−１１２６３５号においては、全フッ化全芳香族ポリエステルを用いて８５０ｎｍ以上の近赤外領域において適用可能な光ファイバを提案している。
さらに、特許文献４として挙げた特開平８−３３７７２３号においては、含フッ素化芳香族ポリエステル、含フッ素芳香族ポリカーボネート、含フッ素芳香族ポリイミド等をコア材料にした屈折率分布型光学材料が提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−１７１９０４号、実施例１〜４
【特許文献２】特開昭６１−２９２１０５号、実施例２
【特許文献３】特開平５−１１２６３５号、請求項４
【特許文献４】特開平８−３３７７２３号、請求項１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の従来技術では、より細径のプラスチック光ファイバを作る場合の教示や示唆は含まれておらず、当然、その場合の還元粘度とコア材料の分子量との関係、あるいは、熱酸化劣化を抑制する温度条件や溶融紡糸時の環境の記載も存在しない。
また、上記特許文献２の従来技術では、実施例は言うに及ばず明細書のどこにも、細径のプラスチック光ファイバの記述はなくそれを作る場合の方法の教示や示唆は含まれていない。当然のこととして、その場合の還元粘度とコア材料の分子量との関係、あるいは、熱酸化劣化を抑制する温度条件や溶融紡糸時の環境の記載も存在しない。
さらに、上記特許文献３及び４の従来技術でも、コア径が０．５ｍｍ程度の中径の光ファイバを前提に実施例の記述がなされており、本発明のようなコア径が２５０μｍ以下、クラッド外径が３００μｍ以下のものの記述はなく、従って、より細径のプラスチック光ファイバを作る場合における還元粘度とコア材料の分子量との関係、あるいは、熱酸化劣化を抑制する温度条件や溶融紡糸時の環境の記載も存在しない。
【０００７】
そこで、耐熱性ＬＳＩチップ間の信号伝達を光で行う光インターコネクション技術、特に、光三次元実装の高密度化とその経済性を満たす近赤外域で使用可能な３００μｍ以下の細径の光・電気混載実装が可能な１７０℃〜１９０℃の耐熱性プラスチック光ファイバ製造方法の提供が要望されていた。
よって、本発明の目的は、ハンダ耐熱性を有し、高集積可能な細繊維径の、近赤外光の短距離通信用の芳香族ポリエステルをコア材料とするプラスチック光ファイバを経済的コストで製造することができるプラスチック光ファイバ製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、コアは、コア径が２５０μｍ以下でビスフェノールＡとイソフタル酸及びテレフタル酸からなる芳香族ポリエステルで、クラッドは屈折率が芳香族ポリエステルよりも低屈折率の樹脂で、クラッド径が３００μｍ以下のハンダ耐熱性１７０℃〜１９０℃を有する高集積可能な細繊維径のプラスチック光ファイバを製造する方法であって、還元粘度（フェノールとテトラクロロエチレンの等重量混合溶液中、濃度０．２５ｇ／２５ｍｌ、２５℃にて測定）が０．２５〜０．９０、好ましくは、０．４０〜０．８５となるような分子量の芳香族ポリエステルを、２６０℃〜３００℃、好ましくは、２７０℃〜２８５℃の温度で非酸素環境下において溶融紡糸し、その周囲からクラッド材料用樹脂を同時且つ連続的に複合紡糸することを特徴とするプラスチック光ファイバ製造方法を提供する。
【０００９】
芳香族ポリエステルの典型的製品であるＵ１００（ユニチカ製）をコアとしたプラスチック光ファイバの製造実験から、溶融紡糸時の熱酸化劣化生成物の吸収によると考えられる光伝送損失効果が大きいことが判明した。そこで、本発明では、熱酸化劣化を防ぐため、溶融紡糸を非酸素環境下において行うこととした。
ハンダ耐熱性は、プラスチック光ファイバ材料のガラス転移温度Ｔｇによって決まり、Ｔｇが高い程ハンダ耐熱性が良い。一方、ポリマーは一般に分子量が高い程Ｔｇが高くなるため、本発明のコア材料である芳香族ポリエステルも分子量は大きい程良い。ファイバの機械的特性も分子量に依存し、ある程度以上の分子量が必要となる。
ところが、ポリマーが高分子量を有すると溶融紡糸できるだけの低い粘度とならないため、紡糸温度を高くせざるを得ないが、そうすると、たとえ非酸素環境下で紡糸をしても熱酸化分解が起こり光伝送損失が増大する。
そこで、芳香族ポリエステルの分子量を、所望の機械的特性とガラス転移温度Ｔｇを確保し且つその温度以下でポリマーの還元粘度が０．２５〜０．９０、好ましくは、０．４０〜０．８５となるように選択し、これを非酸素環境下において溶融紡糸することした。
他方、クラッドとして用いる屈折率が芳香族ポリエステルよりも低屈折率の樹脂の具体例としては、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−四フッ化エチレン共重合体などがある。
【００１０】
上記課題を解決する請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック光ファイバ製造方法において、芳香族ポリエステルの分子の調節は、プラスチック光ファイバを製造する際の芳香族ポリエステルの含水量を調節することによって行うことを特徴とする。
上記課題を解決する請求項３に記載の発明は、含水量が多くなると、芳香族ポリエステルの分子量は小さくなり、ガラス転移温度Ｔｇは低くなる。
上記課題を解決する請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ製造方法において、芳香族ポリエステルに含まれるイソフタル酸及びテレフタル酸とのモル比（Ｉ／Ｔ組成）は、９／１〜４／６、好ましくは、７／３〜４／６であることを特徴とする。
こうすることより、非結晶性のコア材を得ることができ、光伝送損失を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハンダ耐熱性を有し、高集積可能な細繊維径の、近赤外光の短距離通信用の芳香族ポリエステルをコア材料とするプラスチック光ファイバを経済的コストで製造することができるプラスチック光ファイバ製造方法を提供できる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るに関して、実施の形態に基づいて、更に詳しく説明する。
実施例１
ビスフェノールＡに、イソフタル酸ジクロリドとテレフタル酸ジクロリドのモル比が５：５となるように調節して重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．０でガラス転移温度は１９０℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２７０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は７．４ｄＢ／ｍであった。また、このプラスチック光ファイバのコア部分の還元粘度とガラス転移温度を測定したところ、還元粘度は０．５５、ガラス転移温度は１７６℃であった。さらに、このプラスチック光ファイバのハンダ耐熱性は１７０℃、２０秒に耐えられるものであった。
【００１３】
実施例２
実施例１と同様の芳香族ポリエステルに水０．０５重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下で紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は2８０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は７．２ｄＢ／ｍであった。また、このプラスチック光ファイバのコア部分の還元粘度とガラス転移温度を測定したところ、還元粘度は０．７５、ガラス転移温度は１７９℃であった。さらに、このプラスチック光ファイバのハンダ耐熱性は１７０℃、２０秒に耐えられるものであった。
【００１４】
実施例３
実施例１と同様の芳香族ポリエステルに水０．０２５重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下で紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２８５℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は８．０ｄＢ／ｍであった。また、このプラスチック光ファイバのコア部分の還元粘度とガラス転移温度を測定したところ、還元粘度は０．８３、ガラス転移温度は１８７℃であった。さらに、このプラスチック光ファイバのハンダ耐熱性は１７０℃、２０秒に耐えられるものであった。
【００１５】
比較例１
実施例１と同様の芳香族ポリエステルに水０．２４重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下で紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２６５℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は７．２ｄＢ／ｍであった。また、このプラスチック光ファイバのコア部分の還元粘度とガラス転移温度を測定したところ、還元粘度は０．２２、ガラス転移温度は１７１℃であった。さらに、このプラスチック光ファイバのハンダ耐熱性は１７０℃、２０秒に耐えられるものであった。しかし、このプラスチック光ファイバは機械的強度が不十分であった。
【００１６】
比較例２
実施例１と同様の芳香族ポリエステルに水０．００５重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下で紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２９０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は２３ｄＢ／ｍであった。また、このプラスチック光ファイバのコア部分の還元粘度とガラス転移温度を測定したところ、還元粘度は０．９６、ガラス転移温度は１８９℃であった。さらに、このプラスチック光ファイバのハンダ耐熱性は１７０℃、２０秒に耐えられるものであった。
実施例１〜３では伝送損失、ハンダ耐熱性、機械的強度のすべてが良好であったが、比較例１では分子量が低くなりすぎたために機械的強度が不足した。また、実施例２ではガラス転移温度が高くなったために紡糸温度も高くなり、熱酸化により伝送損失が増大した。
実施例１〜３および、比較例１，２の結果を第１表に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
実施例４
ビスフェノールＡに、イソフタル酸ジクロリドとテレフタル酸ジクロリドのモル比が９：１となるように調節して重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．２でガラス転移温度は２０４℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２８０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は８．０ｄＢ／ｍであった。
【００１９】
実施例５
ビスフェノールＡに、イソフタル酸ジクロリドとテレフタル酸ジクロリドのモル比が７：３となるように調節して重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．１でガラス転移温度は１９５℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２７５℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は７．７ｄＢ／ｍであった。
【００２０】
実施例６
ビスフェノールＡに、イソフタル酸ジクロリドとテレフタル酸ジクロリドのモル比が４：６となるように調節して重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．０でガラス転移温度は１９２℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２７５℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は８．２ｄＢ／ｍであった。
【００２１】
比較例３
ビスフェノールＡと、イソフタル酸ジクロリドを重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．２でガラス転移温度は２０７℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２９０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は１１．３ｄＢ／ｍであった。
【００２２】
比較例４
ビスフェノールＡに、イソフタル酸ジクロリドとテレフタル酸ジクロリドのモル比が３：７となるように調節して重合した芳香族ポリエステルの還元粘度は１．０でガラス転移温度は１９８℃であった。この芳香族ポリエステルに水０．１２重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて窒素雰囲気下において紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は２７５℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は１２．０Ｂ／ｍであった。
実施例４〜６および、比較例３，４の結果を第２表に示す。
【００２３】
【表２】
2005292529.tif 000003
【００２４】
比較例５
実施例１と同様の芳香族ポリエステルに水０．０５重量％含有せしめたものをコア材とし、クラッド材にＦＥＰを用いて、複合溶融紡糸機にて空気中で紡糸を行い、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍのプラスチック光ファイバを作製した。この時の紡糸温度は2８０℃とした。このプラスチック光ファイバの波長８５０nmでの伝送損失は１５．３ｄＢ／ｍと、熱酸化分解により伝送損失が悪くなっている。空気中の酸素の存在により、熱酸化分解が促進された結果と推測される。