(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融紡糸によって得られた未延伸状態のプラスチック光ファイバが加熱延伸されて得られるプラスチック光ファイバを、０．３５×１０6Ｐａ以上１．５×１０6Ｐａ以下の張力を付与しながら、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を０．５以上１．２以下とし、且つ、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃［Ｔｇｃ：芯材のガラス転移温度、ｘ：熱処理温度（℃）、ｙ：熱処理時間（秒）］を満たす加熱条件で熱処理する工程を有することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項２】
溶融紡糸によって得られるプラスチック光ファイバに０．３５×１０6Ｐａ以上１．５×１０6Ｐａ以下の張力を付与しながら、このプラスチック光ファイバを（芯材のガラス転移温度−５）℃以上（芯材のガラス転移温度＋８０）℃以下の温度で熱処理する工程を有するプラスチック光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、耐熱性に優れたプラスチック光ファイバ、光ファイバケーブル及びプラグ付き光ファイバケーブル、並びにこれらの製造方法に関する。
背景技術
従来、光ファイバとしては、広い波長領域にわたって優れた光伝送を行うことができる無機ガラス系光学繊維が知られており、幹線系を中心として実用化されている。しかしながら、この無機ガラス系光学繊維は、高価であり、加工性が悪く、曲げ応力に弱いという欠点がある。そのため、より安価で、大口径化や端面加工、取り扱いが容易なプラスチック光ファイバが開発され、ライティングや、センサー、通信用としてＯＡやＦＡ機器間の配線等の分野で実用化されるようになってきている。
一般にプラスチック光ファイバ（以下「ＰＯＦ」という。）は、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、或いはアモルファスポリオレフィンのような、屈折率が大きく且つ光の透過性に優れる重合体を芯材とし、これよりも屈折率が小さく且つ透明な重合体を鞘材とした芯−鞘構造を有する繊維からなる。
このようなＰＯＦの工業的製造プロセスとしては、通常、複合紡糸ノズルを用いて芯材ポリマーと鞘材ポリマーを同心円状に配置し、溶融複合紡糸することでファイバ状に賦形し、次いで機械的強度の向上を目的として加熱下での延伸処理が行われている。
ＰＯＦの芯材のうちポリメタクリル酸メチルは、透明性、力学的強度、耐候性に優れるため、高性能ＰＯＦの芯材として工業的規模で用いられている。
しかしながら、ポリメタクリル酸メチルのガラス転移温度（以下「Ｔｇ」という。）は１００〜１１５℃程度と高くないため、耐熱性の面で用途が限られている。
このため、例えば特開昭５８−１８６０８号公報では、鞘層の周囲に更に保護層を設けた３層以上の構造を形成して耐熱性を高めることが提案されている。
また、特開平５−１１１２８号公報には、加熱延伸時や延伸後の熱処理においてＰＯＦの糸径変動を抑制して糸径均一性を高める技術が開示されている。
また、特開平４−１６９０５号公報には、ポリカーボネートを芯材とするＰＯＦにおいて、６０〜１００℃で長時間熱処理することにより伝送損失を改善する方法が開示されている。
しかしながら、特開平４−１６９０５号公報に記載の方法は、熱処理温度が芯材のＴｇよりも５０℃以上も低く熱処理時間も短いためＰＯＦの耐熱性を向上させることはできない。また、特開昭５８−１８６０８号公報に記載の発明では、保護層に用いられる材料の耐熱性を向上させても、使用温度が芯材のＴｇ近傍に達すると、芯材自身が熱収縮を起こしてしまうという問題があった。また、特開平５−１１１２８号公報は熱処理に使用する熱処理炉内の構造に関するものであり、所定熱処理温度でＰＯＦを加熱する場合に適切な熱処理時間や張力が設定されていないため、ＰＯＦの熱収縮の低減効果は十分ではなかった。
また、ＰＯＦの耐熱性等の諸特性の改善を目的として、例えば特開昭６２−１３１２０６号公報、特開昭６３−３０３３０４号公報、特開平２−６８５０３号公報、特開平６−２０１２７０号公報、特開昭６２−２９９９１２号公報等には、延伸工程後にインラインで非接触加熱処理を施すことにより、延伸工程で付与されたＰＯＦ軸方向における高分子鎖の配向をできる限り維持し、高温下での収縮を抑制する方法が提案されている。
しかしながら、この方法では、ＰＯＦの歪みの除去が不十分であるため、耐熱性を十分に向上させることはできなかった。また、歪みの除去のために非接触加熱炉の温度を上げると、高分子鎖の配向を維持することができないためＰＯＦの力学的強度の低下を招いたり、ＰＯＦの径の斑が増加するという問題があった。
これら従来のＰＯＦを、自動車などのエンジンルーム、あるいは真夏の自動車内などの高温環境下で光通信やセンサーに使用した場合、熱収縮が発生し、光伝送特性の低下や、コネクター部等における配線トラブルが発生する。
発明の開示
本発明の目的は、耐熱性に優れたプラスチック光ファイバ、光ファイバケーブル及びプラグ付き光ファイバケーブルを提供すること、並びにこれらの製造方法を提供することである。
上記目的は、以下の本発明によって達成される。
本発明は、熱機械測定により得られる収縮応力発生温度が［（芯材のガラス転移温度）−３５］℃以上であることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、上記本発明のプラスチック光ファイバの外周部に被覆層が形成されてなるプラスチック光ファイバケーブルに関する。
また本発明は、上記本発明のプラスチック光ファイバケーブルの先端にプラグが配置されてなるプラグ付きプラスチック光ファイバケーブルに関する。
また本発明は、溶融紡糸によって得られた未延伸状態のプラスチック光ファイバを、加熱延伸した後、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を０．５以上１．２以下とし、且つ、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃［Ｔｇｃ：芯材のガラス転移温度、ｘ：熱処理温度（℃）、ｙ：熱処理時間（秒）］を満たす加熱条件で熱処理する工程を有することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法に関する。
また本発明は、上記発明の製造方法において、上記加熱条件で、２回以上、熱処理する工程を有することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法に関する。
また本発明は、溶融紡糸によって得られるプラスチック光ファイバに０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下の張力を付与しながら、このプラスチック光ファイバを（芯材のガラス転移温度−５）℃以上（芯材のガラス転移温度＋８０）℃以下の温度で熱処理する工程を有することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法に関する。
また本発明は、上記本発明の方法でプラスチック光ファイバを得る工程と、得られた光ファイバの外周部に被覆層を形成する工程を有するプラスチック光ファイバケーブルの製造方法に関する。
また本発明は、上記本発明の方法でプラスチック光ファイバを得る工程と、得られた光ファイバケーブルの先端にプラグを配置する工程を有するプラグ付きプラスチック光ファイバケーブルの製造方法に関する。
本発明によれば、熱収縮率が小さく耐熱性に優れたプラスチック光ファイバ、光ファイバケーブル及びプラグ付き光ファイバケーブルを提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、ＰＯＦを構成する芯材のガラス転移温度を適宜「Ｔｇｃ」と表記する。
本発明においては、ＰＯＦの収縮応力発生温度を（Ｔｇｃ−３５）℃以上とすることによって、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができる（第１の発明）。
また本発明においては、上記第１の発明のＰＯＦにおいて、特に、芯材をメタクリル酸メチル単独重合体とし、この芯部の複屈折率の絶対値を２．０×１０−４以下とすることにより、ＰＯＦの耐熱性をより向上させることができる。
さらに本発明においては、上記第１の発明のＰＯＦにおいて、芯材をメタクリル酸メチル単独重合体とし、熱機械測定により得られる収縮応力発生温度を［（芯材のガラス転移温度）−２０］℃以上とし、かつ芯部の複屈折率の絶対値を１．５×１０−４以上とすることにより、ＰＯＦの耐熱性をより向上させ、かつ力学的強度の低下を小さくすることができる。
また本発明においては、溶融紡糸により得られた未延伸状態のＰＯＦを、加熱延伸した後、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を０．５以上１．２以下とし、且つ、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃［Ｔｇｃ：芯材のガラス転移温度、ｘ：熱処理温度（℃）、ｙ：熱処理時間（秒）］を満たす加熱条件で熱処理しているため、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができる（第２の発明）。
さらに、本発明においては、上記第２の発明のＰＯＦの製造方法において、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用い、前記の加熱延伸を芯部の複屈折率の絶対値が３×１０−４以上になるように行い、前記の熱処理を、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を１以下とし、ｘ≦（Ｔｇｃ＋２０）℃［Ｔｇｃ：芯材のガラス転移温度、ｘ：熱処理温度（℃）］を満たす条件で行うことにより、耐熱性および力学的強度により優れたＰＯＦを得ることができる。
さらに本発明においては、上記の加熱条件で、２回以上、熱処理することによって、得られるＰＯＦの耐熱性をより向上させることができる（第３の発明）。  また本発明においては、溶融紡糸によって得られるＰＯＦを、好ましくは加熱延伸した後、ＰＯＦに０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下の張力を付与しながら、（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋８０）℃以下の温度で熱処理することによって、得られるＰＯＦの耐熱性を向上させることができる（第４の発明）。
本発明のＰＯＦの芯材としては、非晶性の透明重合体が好適であり、中でもメタクリル酸メチルの単独重合体またはメタクリル酸メチル単位と他の単量体単位を有する共重合体（以下、これらを適宜「ＭＭＡ系重合体」という。）を用いることが好ましい。その他の芯材として、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル等のメタクリル酸エステル等の単量体の単位とこれらの単量体と共重合可能な単量体の単位を有する共重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン−メタクリル酸エステル系共重合体、あるいはこれらのポリマーの水素原子の全部あるいは一部が重水素原子で置換された重水素化重合体等が使用可能であり、もちろん、その他の透明重合体、透明ブレンド物も使用可能である。
ＭＭＡ系重合体、特にメタクリル酸メチル単独重合体は、他の非晶性透明材料、特にポリカーボネートと比較してゴム状態を保てる温度範囲が広く、ある温度以下で硬くなりほとんど延伸できなくなったり、逆にある温度を超えると一気に伸びてしまったりすることがないため、延伸処理や熱処理を良好に行うことができる。また、特にポリカーボネートと比較して、配向が緩和しにくいため、熱により張力が低くなりにくく、低い張力で処理を行う場合であっても、安定して熱処理を行うことが可能であり糸径斑が増大しにくい。また、配向が緩和しにくいため、配向が緩和しないように熱処理温度を過度に低温にする必要がないため、適度な粘弾性状態で処理できる。結果、ＰＯＦの糸径斑等の他の特性を悪化させることなく、所望の熱処理効果を充分に得ることができ、特に本願第４の発明のように低張力で熱処理を行う場合にＭＭＡ系重合体を芯材に用いたＰＯＦは好適である。
メタクリル酸メチル単位と他の単量体単位を有する共重合体としては、全単量体単位を１００質量％としたとき、７０質量％以上のメタクリル酸メチル単位と３０質量％以下の他の単量体単位からなる共重合体であることが好ましい。メタクリル酸メチルと共重合可能な単量体としては、例えば、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸−２，２，２−トリフルオロエチル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル類、耐熱性向上を目的としてＮ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド等のマレイミド化合物等の単量体が挙げられる。
芯材の製造法は、特に制限は無く、公知の重合方法が採用されるが、異物の混入防止等の面から連続塊状重合もしくは連続溶液重合法を採用するのが好ましい。
本発明のＰＯＦの鞘材は、伝送特性の点から好適な材料として、フッ素系メタクリレートの単独重合体、フッ素系メタクリレート単位とメタクリル酸エステル系単量体単位を有する共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ化ビニリデン単位を主成分とする共重合体、α−フルオロメタクリレート系重合体、及びそれらの混合物を挙げることができる。
本発明のＰＯＦの構造としては、公知のものを使用することができ、例えば、芯−鞘の２層構造を有するＰＯＦ、芯部が屈折率分布を有するようなグレーデットインデックス型ＰＯＦ、海成分中に芯部と鞘部からなる島成分を複数配置させた海島構造を有する多芯型ＰＯＦ、複数の芯部を鞘部によりひとまとめにした構造を有する多芯型ＰＯＦ、芯部あるいは鞘部が多層構造を有し、中心から外周に向かって屈折率が段階的に変化する多層ＰＯＦ等が挙げられる。
これらＰＯＦの外周に耐溶剤性や耐熱性等の機能を有する保護層を被覆することも可能である。保護層の材料（保護材）としては、力学的強度に優れた材料が好ましく用いられ、特にフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体が好ましく用いられる。フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体は、鞘材として用いられるフッ素系メタクリレート単位またはフッ化ビニリデン単位を含む重合体や、特に耐熱性が要求される用途において被覆層に好適に用いられるナイロン１２との密着性が高い。そのため、芯−鞘構造を有し、鞘材がフッ素系メタクリレート単位またはフッ化ビニリデン単位を含む重合体からなる本発明のＰＯＦの外周にフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体からなる保護層が形成され、その外周にナイロン１２からなる被覆層が形成されているＰＯＦケーブルは、本発明のＰＯＦの高熱環境下における収縮が小さいという特性と相まって、ＰＯＦケーブルの高熱環境下におけるピストニング現象を著しく低減することができる。
上記のような材料を用いて溶融紡糸されたＰＯＦは、その力学的強度を高めるために加熱延伸することが好ましい。延伸装置は、例えば前後の２つのローラー間に加熱炉を配置して構成されるものを用いることができる。延伸の際の加熱温度（延伸温度）は、芯材の物性により適宜設定されるが、（Ｔｇｃ＋５）℃〜（Ｔｇｃ＋６５）℃が好ましく、（Ｔｇｃ＋１０）℃〜（Ｔｇｃ＋６０）℃がより好ましい。延伸温度がこのような温度範囲を外れた場合、すなわち（Ｔｇｃ＋５）℃未満の場合にはＰＯＦの延伸が困難になる虞があり、（Ｔｇｃ＋６５）℃を超えて大きい場合には、延伸による力学的強度の付与が不十分になる虞がある。芯材がＰＭＭＡの場合は、延伸温度は１１５℃以上が好ましく１２０℃以上がより好ましく１２５℃以上がさらに好ましく、また１８５℃以下が好ましく１８０℃以下がより好ましく１７５℃以下がさらに好ましい。
また加熱延伸における延伸倍率は、１．１倍〜３．５倍（前後のローラーの周速度の比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）が１．１〜３．５）が好ましく、１．５倍〜３．３倍がより好ましく、１．５倍〜３．０倍がさらに好ましい。このような延伸倍率を外れた場合、すなわち１．１倍未満では延伸による力学的強度の付与が不十分となる虞があり、３．５倍を超えて大きい場合は均一な延伸が困難になる虞がある。
このように、ＰＯＦの製造においては、力学的強度を向上させるため、延伸操作を行うのが一般的である。しかしながら、ＰＯＦの延伸により分子は配向するが、一方で配向とは異なる応力（歪み）が残留し凍結される。そのため、ＰＯＦがＴｇｃ近傍の温度付近に加熱されるに従い、凍結された残留応力（歪み）が開放されてＰＯＦが大きく収縮してしまう。
このようなＰＯＦに残留する応力（歪み）の程度は熱機械測定により知ることができる。すなわち、一定の速度で昇温しながらＰＯＦの熱機械測定を行うと、ある温度から凍結された残留応力が解放することにより収縮応力が発生する。ここで、残留応力が少ないＰＯＦほど収縮応力発生温度が高温側へシフトするので、収縮応力発生温度が高いＰＯＦは熱収縮率が小さく耐熱性に優れるＰＯＦである。
本発明においては、例えばＰＯＦを所定条件で熱処理することによりＰＯＦから残留応力を除去することにより、ＰＯＦの熱収縮を低下させ耐熱性を向上させている。
本発明のＰＯＦは、熱機械（ＴＭＡ）測定による収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上である（第１の発明）。このようなＰＯＦは熱収縮率が低く、結果として優れた耐熱性を示す。収縮応力発生温度は高いほどよいが、通常Ｔｇｃ以下である。ＰＯＦは、自動車の室内配線等の用途に適用する場合、少なくとも９０℃における耐熱性が要求されるが、本発明のようにＰＯＦの収縮応力発生温度を（Ｔｇｃ−３５）℃以上とすることにより、９０℃、６５時間の耐熱性試験で熱収縮率２％以下という優れた耐熱性を備えたＰＯＦを得ることができる。
なお、収縮応力発生温度は、図１に示す収縮応力曲線から後述のようにして求められる。また、ＴＭＡ測定は測定条件により微妙に変化するので、本発明では昇温速度５℃／分、２．２×１０５Ｐａの一定荷重で測定するものとする。
本発明のＰＯＦの耐熱性の指標である熱収縮率は、ＰＯＦの長手方向の収縮率であり、この熱収縮率が小さいほど耐熱性に優れたＰＯＦである。この熱収縮率の測定は次のようにして行う。予めＰＯＦに５０ｃｍ（Ｌ０）間隔で目印を付け、このＰＯＦを、９０℃に設定した乾熱乾燥器内に、乾燥器内壁面や棚等に触れないように吊し、６５時間後、このＰＯＦを取り出して、室温（２０℃）まで放冷して目印の間隔（Ｌ１）を測定し、Ｌ０及びＬ１から下記式を用いて熱収縮率を算出する。
熱収縮率（％）＝［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００
また本発明においては、ＰＯＦの芯材をメタクリル酸メチル単独重合体とし、芯部の複屈折率の絶対値を２．０×１０−４以下とすることにより、ＰＯＦの熱収縮率を低下させ、結果として優れた耐熱性を示すＰＯＦを得ることができる。
前述のように、ＰＯＦに力学的強度を付与するためには加熱延伸が行われる。ＰＯＦの延伸による芯部の分子配向の指標として芯部の複屈折率が挙げられ、材料により正の場合と負の場合があるが、その絶対値が大きいほど分子が配向していることになり、ＰＯＦの力学的強度が高くなる。しかしながら、複屈折率の絶対値が大きくなるに従って、ＰＯＦの耐熱性を低下させるＰＯＦ中に凍結された残留応力（歪み）も増加する。本発明においては、ＰＯＦの芯部の複屈折率を調整することにより、このＰＯＦ内に残留した歪みを緩和させ、ＰＯＦの耐熱性を向上させることができる。芯材をメタクリル酸メチル単独重合体とするＰＯＦでは、複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下になると、熱収縮率が小さくなり、耐熱性が向上する。したがって、ＰＯＦの耐熱性を重視する場合、芯材をメタクリル酸メチル単独重合体とする本発明のＰＯＦは、芯材の複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下であることが好ましく、０．５×１０−４以上２．０×１０−４以下であることがより好ましい。芯材の複屈折率の絶対値が０．５×１０−４未満になると、力学的強度が低下するおそれがある。
芯材がメタクリル酸メチル単独重合体からなり、芯部の複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下のＰＯＦは、用いるメタクリル酸メチル単独重合体の物性にもよるが、例えば、ＰＯＦに後述の熱処理を施すことにより得ることができる。なお、複屈折率は、後述のようにして測定する。
上記のように、ＰＯＦは、延伸によってＰＯＦに分子配向を付与して芯部の複屈折率の絶対値を高めることにより力学的強度を向上させることができる一方で熱収縮が大きくなる。本発明においては、また、芯部の複屈折率およびＰＯＦの熱収縮応力発生温度を所定の範囲とすることにより、熱収縮を小さくすることができ、かつ力学的強度の低下を少なくすることができる。例えば、芯部がメタクリル酸メチル単独重合体からなるＰＯＦにおいては、複屈折率の絶対値を１．５×１０−４以上とし、かつＴＭＡ測定による収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−２０）℃以上とすることが、十分な力学的強度と熱収縮特性をＰＯＦに付与することができるので好ましい。複屈折率の絶対値は２．３×１０−４以上、収縮応力発生温度は（Ｔｇｃ−１５）℃以上とすることがより好ましい。複屈折率の絶対値が高すぎると、ＴＭＡ測定による収縮応力発生温度を（Ｔｇｃ−２０）℃以上とするのが困難になるため、複屈折率の絶対値は５×１０−４以下とするのが好ましい。このようなＰＯＦは、９０℃、６５時間の耐熱性試験での熱収縮率を０．５％以下とすることができ、また、ＰＯＦの外周部にポリエチレンから構成される被覆層を配置して外径２．２ｍｍ（被覆層の厚さ０．６ｍｍ）のＰＯＦケーブルとして測定した耐繰り返し屈曲回数を１００００回以上とすることができる。また、ＰＯＦの外周部にナイロン１２から構成される被覆層を配置して外径２．２ｍｍ（被覆層の厚さ０．６ｍｍ）のＰＯＦケーブルとして測定した耐繰り返し屈曲回数を、２００００回以上とすることができる。ナイロン１２から構成される被覆層は、必要に応じて多層被覆することも可能である。なお、この耐繰り返し屈曲回数は、後述する方法により測定され、耐繰り返し屈曲回数が大きいほど、力学的強度に優れたＰＯＦである。
本発明のＰＯＦの製造方法（第２の発明）では、延伸されたＰＯＦを、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を０．５以上１．２以下とし、且つ、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃を満たす加熱条件で熱処理を行う。これにより、ＰＯＦ内で凍結され残留した内部応力（歪み）の一部が緩和され、このような熱処理を行っていないＰＯＦと比較して熱収縮率が小さい耐熱性に優れるＰＯＦを得ることができる。本発明の製造方法により、収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上のＰＯＦを得ることができ、さらに、９０℃、６５時間の耐熱性試験で熱収縮率２％以下のＰＯＦを得ることができる。また、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いて製造する場合は、さらに芯部の複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下の耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができる。また、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いて製造する場合は、芯部の複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上であり、ＴＭＡ測定による収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−２０）℃以上の耐熱性および力学的強度に優れたＰＯＦを得ることができる。この場合の芯部の複屈折率の絶対値は２．３×１０−４以上であることが好ましく、ＴＭＡ測定による収縮応力発生温度は（Ｔｇｃ−１５）℃以上とすることが好ましい。
ここで、周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）が１未満で小さいということはＰＯＦを収縮させることになる。収縮を大きくしすぎると、延伸によって付与した分子配向が低下し、ＰＯＦの力学的強度が低下する虞があること、収縮を大きくするには長時間を要し、生産性が低下する虞があること、この長時間の間（Ｔｇｃ−５）℃以上の高温で加熱されるためにさらに力学的強度が低下する虞があること等の点から周速度比は０．５以上とされる。一方、周速度比が１．２を超える場合は本発明による耐熱性の向上効果が十分に発現しない。
また本発明において、熱処理は、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃を満たす加熱条件で行う。熱処理温度ｘがこのような温度範囲を外れた場合、（Ｔｇｃ−５）℃未満のときは温度が低くなるほど熱処理による耐熱性の向上効果が十分ではなくなり、一方（Ｔｇｃ＋１１０）℃を超えて大きいときは、延伸によって付与された力学的強度が低下してしまう虞がある。熱処理温度ｘは、（Ｔｇｃ＋９０）℃以下であることが好ましく、（Ｔｇｃ＋７５）℃以下であることがより好ましい。また、熱処理温度ｘは、Ｔｇｃ以上であることが好ましく、（Ｔｇｃ＋１５）℃以上であることがより好ましい。芯材がポリメタクリル酸メチルの場合には、熱処理温度ｘは、１１０℃以上が好ましく１１５℃以上がより好ましい。また２００℃以下が好ましく１９０℃以下がより好ましい。一方、熱処理時間ｙが、４秒未満であると熱処理による耐熱性の向上効果が不十分となり、（−１．５ｘ＋３３０）秒を超えて大きい場合は延伸によって付与された力学的強度が低下してしまう。なお、本発明において熱処理時間は、下記式により算出される。
熱処理時間（分）＝２ｓ／（ｖ１＋ｖ２）
ここで、ｓは加熱炉の炉長（ｍ）、ｖ１は前ローラーの周速度（ｍ／分）、ｖ２は後ローラ周速度（ｍ／分）である。
熱処理を行う際の加熱炉は、ＰＯＦの損傷を防ぐためには、非接触加熱炉が好ましく用いられ、加熱媒体として熱風を用いた加熱炉や、加圧水蒸気などを用いた湿熱加熱炉を用いることができる。
また、本発明の製造方法（第２の発明）においては、芯材としてメタクリル酸メチル単独重合体を用い、ＰＯＦの加熱延伸を芯部の複屈折率の絶対値が３×１０−４以上になるように行い、その後に行う熱処理において、前後のローラーの周速度比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を１以下とし、熱処理温度を（Ｔｇｃ＋２０）℃以下とすることが好ましい。加熱延伸は、その後に行う熱処理への負荷の点から、芯部の複屈折率の絶対値が６×１０−４以下となるように行うことが好ましい。加熱延伸されたＰＯＦの芯部の複屈折率の絶対値を３×１０−４以上とすることにより、加熱延伸による分子配向を十分に付与することができ、その後に行う熱処理時の前後のローラーの周速度比を１以下とすることにより収縮応力発生温度を高め熱収縮を小さくすることができ、熱処理温度を（Ｔｇｃ＋２０）℃以下と比較的低く設定することにより熱処理による分子配向の低下を極力小さくすることができる。すなわち、このような条件で加熱延伸および熱処理を行うことにより、十分な力学的強度と熱収縮特性をＰＯＦに付与することができ、熱機械測定により得られる収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−２０）℃以上であり、かつ芯部の複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上のＰＯＦを得ることができる。さらに、上記条件でＰＯＦを製造することにより、前述のようにＰＯＦの熱収縮率を０．５％以下とし、ＰＯＦの外周部にポリエチレンから構成される被覆層を配置して測定した耐繰り返し屈曲回数を１００００回以上とし、ナイロン１２から構成される被覆層を配置して測定した耐繰り返し屈曲回数を２００００回以上とすることができる。なお被覆層は、必要に応じて多層被覆することも可能である。
本発明においては、ＰＯＦに０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下、好ましくは０．３５×１０６Ｐａ以上１．３５×１０６Ｐａ以下の張力を付与しながらＰＯＦを熱処理することが好ましい。張力が０．３５×１０６Ｐａより小さい場合、熱処理時にＰＯＦが熱処理装置に接触するなど熱処理が安定に行えなくなるおそれがあり、１．５×１０６Ｐａより大きい場合には、熱処理による耐熱性の改善効果が不十分となるおそれがある。熱処理時の張力は、熱処理温度、熱処理に用いる熱媒体の流速、熱処理時の加熱炉の前後のローラーの周速度の比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）などを適切な値に設定することにより調整することが可能である。
また、本発明の製造方法（第２の発明）において、上記のように張力を付与しながら熱処理をする場合、張力は１．３５×１０６Ｐａ以下とすることが好ましく、熱処理温度は（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋１５）℃以下が好ましく、熱処理時間は、１０≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、［ｘ：熱処理温度（℃）、ｙ：熱処理時間（秒）］を満たすことが好ましい。このような条件で熱処理を行うことにより複屈折率の絶対値が２．３×１０−４以上であり、収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−１５）℃以上のＰＯＦを得ることができる。
上述の製造方法は、延伸工程と熱処理工程とを連続プロセスで行ってもよい。また、延伸されたＰＯＦを一旦ボビンなどに巻き取った後、別途熱処理してもよい。
また本発明のＰＯＦの製造方法では、上記の製造方法（第２の発明）の前記加熱条件で、２回以上、熱処理を行うことにより、耐熱性を向上させることができる（第３の発明）。これにより、ＰＯＦ内で凍結され残留した歪み（内部応力）の一部が緩和され、このような熱処理を行っていないＰＯＦ、又は一度だけ熱処理したＰＯＦと比較して、熱収縮率が小さい耐熱性に優れるＰＯＦを得ることができる。この場合の熱処理温度ｘは、Ｔｇｃ℃以上であることが好ましい。本発明の方法（第３の発明）により製造されたＰＯＦは、収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上になるように製造した場合、９０℃、６５時間の耐熱性試験で熱収縮率２％以下、さらには１．５％以下を達成できる。また、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いて製造する場合は、芯部の複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下のＰＯＦを得ることができる。
上述の加熱条件を満たす熱処理は、好ましくは２回以上６回以下行う。熱処理を２回以上とすることにより、加熱炉長を長くすることなく十分に加熱を行うことができる。熱処理回数を６回以下とすることにより、装置の構成が比較的簡易なものとなる。この熱処理は、同じ条件を繰り返してもよいし、異なる条件で行ってもよい。熱処理の際に用いられる加熱炉や熱処理の際の加熱条件は、前記製造方法（第２の発明）と同様であり、熱処理の回数等に応じて適宜設定される。  本発明の製造方法においては、延伸工程と熱処理を連続プロセスで行ってもよいし、延伸工程と１回目の熱処理を連続プロセスで行い、２回目以降の熱処理は、ＰＯＦを一旦ボビンなどに巻き取った後、別途熱処理してもよいし、または、延伸されたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後に１回目以後の熱処理を行ってもよい。あるいは、延伸されたＰＯＦを同じ熱処理装置の中を複数回往復する方法も可能である。
本発明（第４の発明）では、溶融紡糸によって得られるＰＯＦに０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下、好ましくは０．３５×１０６Ｐａ以上１．３５×１０６Ｐａ以下の張力を付与しながらＰＯＦを（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋８０）℃以下の温度で熱処理することによって、ＰＯＦ内部に凍結される歪みを除去し、耐熱性に優れるＰＯＦを得ることができる。この方法によれば、前述の第１の発明のＰＯＦ、すなわちＴＭＡ測定による収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上のＰＯＦを得ることができ、さらに、９０℃、６５時間の耐熱性試験で熱収縮率２％以下のＰＯＦを得ることができる。また、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いて製造する場合は、さらに芯部の複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下のＰＯＦを得ることができる。また、芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いて製造する場合は、芯部の複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上であり、ＴＭＡ測定による収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−２０）℃以上のＰＯＦを得ることができる。
上記熱処理は、溶融紡糸によって得られる未延伸状態のＰＯＦに前述の加熱延伸処理を行い、その後にこの熱処理を行うことが好ましい。
上記熱処理において、張力が０．３５×１０６Ｐａより小さい場合、熱処理時にＰＯＦが熱処理装置に接触するなど熱処理が不安定になるおそれがあり、１．５×１０６Ｐａより大きい場合には、熱処理による耐熱性の改善効果が不十分となる。熱処理時の張力は、熱処理温度、熱処理に用いる熱媒体の流速、熱処理時の加熱炉の前後のローラーの周速度の比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）などを適切な値に設定することにより調整することが可能である。
熱処理温度は、（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋８０）℃以下であり、（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋６０）℃以下が好ましく、（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋３０）℃以下がより好ましく、Ｔｇｃ℃以上（Ｔｇｃ＋１５）℃以下が特に好ましい。このような温度範囲を外れた場合、すなわち熱処理温度が（Ｔｇｃ−５）℃未満の場合は熱処理の改善効果が不十分であり、（Ｔｇｃ＋８０）℃を超える場合は延伸により付与された配向が緩和してしまい、力学的特性が低下するおそれがある。
熱処理において、力学的強度を低下させずに耐熱性を大きく向上させるためには、ＰＯＦの芯材としてメタクリル酸メチル単位を７０質量％以上含有する重合体を用いることが好ましい。特に、ＰＯＦの芯材にメタクリル酸メチル単独重合体を用いた場合は、熱処理を、０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下、好ましくは１．３５×１０６Ｐａ以下の張力をＰＯＦに付与しながら（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋３０）℃以下、好ましくは（Ｔｇｃ＋１５）℃以下で行うことによって、芯部の複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上、好ましくは２．３×１０−４以上であり、かつ熱機械測定により得られる収縮応力発生温度が［Ｔｇｃ−２０］℃以上、好ましくは［Ｔｇｃ−１５］℃以上である、力学的強度と耐熱性を兼ね備えたＰＯＦを得ることができる。さらに、上記条件でＰＯＦを製造することにより、前述のようにＰＯＦの熱収縮率を０．５％以下とし、ＰＯＦの外周部にポリエチレンから構成される被覆層を配置して測定した耐繰り返し屈曲回数を１００００回以上とし、ナイロン１２から構成される被覆層を配置して測定した耐繰り返し屈曲回数を２００００回以上とすることができる。なお被覆層は、必要に応じて多層被覆することも可能である。
ＰＯＦの熱処理には、熱風式、湿熱加熱式、熱水式など、公知の方法を用いることができる。熱処理に熱風を用いる場合、加熱効率の観点から、熱風の風速は速いほど好ましいが、通常２〜１０ｍ／ｓの範囲に設定される。風速が２ｍ／ｓ未満の場合、加熱効率が不十分となり、ＰＯＦの耐熱性を十分向上させることができないおそれがある。また、風速が１０ｍ／ｓを超えて大きい場合、加熱炉内でＰＯＦの糸揺れが生じ、ＰＯＦの品質が低下するおそれがあるが、この場合は、熱風の進行方向をＰＯＦの進行方向と同じにすることにより加熱炉内でのＰＯＦの糸揺れを効果的に防止することができる。
熱処理時にＰＯＦに付与される張力は、熱処理時のＰＯＦの温度によっても変化する。このＰＯＦの温度は、熱処理温度や熱媒体の流速などにより決定される。熱処理時のＰＯＦの温度を高くすると、ＰＯＦが収縮するため、張力が上がる傾向があるが、温度が高すぎると配向の緩和が進みかえって張力が下がる場合もある。
この熱処理は、定長処理（ローラー周速度比がほぼ１）または緩和処理（ローラー周速度比が１未満）などで行うことができるが、張力を０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下で行うためには緩和処理とすることが好ましい。緩和処理は、前後のローラーの周速度の比（後ローラー周速度／前ローラー周速度）を０．５以上０．９８以下として行うことが好ましく、０．７以上０．９５以下として行うことがより好ましく、０．８以上０．９５以下として行うことが特に好ましい。ローラーの周速度比がこのような範囲を外れ、小さすぎる場合は、ＰＯＦの力学的性質が低下するおそれがあり、ローラー周速度比が大きすぎる場合はＰＯＦに付与される張力を０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下の範囲とすることが困難となる。
また、本発明において、水平方向にＰＯＦを導入する加熱炉を用いて熱処理を行うこともできるが、０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下の張力で熱処理すると、場合によってはＰＯＦが自重によって炉内で垂れ下がりＰＯＦが加熱炉に接触することが生じるおそれがあり、これを防止するためには、熱処理するＰＯＦを熱処理帯域に水平面に対して実質的に垂直に導入して熱処理を行うことが好ましい。このように熱処理を行うためには、例えば熱処理装置を地面に対して垂直に配置すればよい。
また、実質的に水平に配置した加熱炉を用いて、０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下の張力でＰＯＦを熱処理する場合、ＰＯＦが加熱炉と接触するのを防ぐために、熱処理するＰＯＦを加熱媒体により浮力を与えて支持しながら熱処理することも可能である。例えば、孔の空いた金属板や耐熱性プラスチック、あるいは焼結金属板などの多孔板を加熱炉内に配置し、孔から熱風や加圧水蒸気等の加熱媒体を吹き出させる構造とすることによってＰＯＦを支持し、かつ熱処理を行う。その際、熱処理するＰＯＦに糸揺れが生じない様にするために、多孔板に楔型や凹型などのＰＯＦ通り道を配置し、このＰＯＦの通り道からも加熱媒体を吹き出させる構成としてもよい。多孔板の孔の形状としては、円形や四角形のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。孔が円形の場合、その直径は、熱処理条件やＰＯＦの大きさ等により適宜設定されるが０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。孔の直径が小さすぎると、加熱媒体による熱処理の効果やＰＯＦを支持する効果が不十分になるおそれがあり、孔の直径が大きすぎると、加熱媒体の流速が不十分となりＰＯＦを支持するのが困難になる場合がある。
張力を０．３５×１０６Ｐａ以上１．５×１０６Ｐａ以下とし、かつ（Ｔｇｃ−５）℃以上（Ｔｇｃ＋８０）℃以下の温度として熱処理することにより得られたＰＯＦは、９０℃、６５時間加熱後の熱収縮率が０．５％以下を達成でき、またこのようなＰＯＦが得られるように適宜諸条件を設定することが望ましい。
なお本発明において、張力の測定は加熱炉出口付近で行う。例えば、図５に示す製造装置の場合はローラー１６と加熱炉１８の間、すなわち２０で示す箇所にて測定を行い、図６に示す製造装置の場合は、ローラー２２と加熱炉２３の間、すなわち２５で示す箇所にて測定を行い、また図７に示す製造装置の場合は、出口側のガイド２９と加熱炉２８の間、すなわち３１の箇所にて測定を行うものとするが、装置の構成はこれらに限定されるものではない。
以上に説明したＰＯＦの製造方法（第２、第３及び第４の発明）により得られたＰＯＦを、さらに（Ｔｇｃ＋８℃）以下の温度で熱処理、好ましくはバッチ式の定長熱処理を実施することにより、更なる耐熱性の向上が可能である。
この場合の熱処理は、乾熱熱風式、真空加熱式、湿熱加熱式など、公知の方法を用いることができる。熱処理温度は、熱処理するＰＯＦの材料に応じて適宜設定され、（Ｔｇｃ−３０）以上が好ましく（Ｔｇｃ−２５）℃以上がより好ましく（Ｔｇｃ−１５）℃以上がさらに好ましく、また（Ｔｇｃ＋８）℃以下が好ましく（Ｔｇｃ＋５）℃以下がより好ましく（Ｔｇｃ＋３）℃以下がさらに好ましい。特に、芯材がメタクリル酸メチル単独重合体の場合は、８５℃以上が好ましく９０℃以上が好ましく１００℃以上がさらに好ましく、また１２３℃以下が好ましく１２０℃以下がより好ましく１１８℃以下がさらに好ましい。熱処理温度が高すぎると、例えばＴｇよりも１０℃以上高い温度で数時間以上の熱処理をおこなうと、温度が高くなるにつれて、また時間が長くなるにつれて、延伸により付与された力学的強度が低下してしまう虞があり、熱処理温度が低すぎると耐熱性の向上効果が不十分となる虞がある。
熱処理の時間は適宜選択されるが、熱処理温度が低い場合は、熱処理の効果が得られるまでに、非常に長い時間、例えば２〜３日を要する場合もある。熱処理温度がガラス転移温度近傍のときは、半日でも効果が現れる。
以上に説明した本発明のＰＯＦ（第１の発明）、並びに本発明のＰＯＦの製造方法（第２、第３及び第４の発明）により製造されたＰＯＦは、その外周に被覆層を配置してＰＯＦケーブルとして使用することができる。被覆層を構成する材料としては、従来使用されているナイロン１２等のナイロン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリエチレン、ポリウレタン、ペルプレン等を用いることができる。
また、ＰＯＦケーブルの先端にプラグを配置して、プラグ付きＰＯＦケーブルとして使用することができる。プラグとしては公知のものが使用可能であり、公知の方法で配置することができる。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例中で用いた評価方法および製造装置は以下の通りである。図１の横軸および縦軸においては矢印の先端方向がより大きな値を示す。
＜熱機械測定（ＴＭＡ）＞
測定装置としてセイコーインスツルメンツ（株）製ＴＭＡ−ＳＳ１００を使用した。測定条件は、昇温速度を５℃／分に設定し、２．２×１０５Ｐａの一定荷重での収縮応力を測定した。収縮応力発生温度は、図１に示すように、応力が減少から増加に転じる位置における傾き０の接線と、応力が増加に転じた後傾きが最大になる点で引いた接線との交点とした。
＜ガラス転移温度の測定＞
セイコーインスツルメンツ（株）製ＤＳＣ−２２０を使用した。サンプルを昇温速度：１０℃／分で２００℃まで昇温し１０分間保持して溶融させた後２０℃まで急冷し、再び昇温速度：１０℃／分で昇温し、この時の発熱および吸熱挙動を示すＤＳＣ曲線から図２のように、ガラス転移の階段状の変化部分よりも低温側のベースラインを高温側に延長して得られる直線と、ガラス転移の階段状変化部分のＤＳＣ曲線の勾配が最大となる点におけるＤＳＣ曲線の接線の交点をガラス転移温度とした（日本熱測定学会編「新熱分析の基礎と応用」（１９８９年）、（株）リアライズ社発行、第５４頁などを参照）。
＜複屈折率の測定＞
ＰＯＦをジメチルスルフォキシド等の溶剤中に浸積して鞘層や保護層を除去して芯部を露出させ、室温で偏光顕微鏡（ニコン製、偏光顕微鏡ＯＰＴＩＰＨＯＴＩ−ＰＯＬ）にてセナルモン型コンペンセーターを用いて、芯部の複屈折率を測定した。鞘層や保護層にフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体を使用している場合は、ＰＯＦをジメチルスルフォキシドに室温（２０℃）で約１０秒間浸積することにより容易に鞘や保護層を除去することができる。
＜製造装置１＞
本発明で用いられる製造装置の一例を図３に示す。同図において、１、２、３、４はそれぞれニップローラーであり、７で示されるＰＯＦを一定速度で送り出したり、引き取る機能を有する。５、６は、それぞれ加熱炉であり、熱風を用いて炉内のＰＯＦが加熱される。溶融紡糸された未延伸ＰＯＦは、ローラー１とローラー２の周速度を調整して所定の周速度比に設定して延伸され、次いで、ローラー３とローラー４のローラー間で熱処理が行われる。この製造装置は、前段の延伸装置と後段の熱処理装置が直列に設置されてなるが、延伸装置と熱処理装置は別々に設置してもよい。また、２回以上熱処理をする場合は、さらにこの装置の後段に熱処理装置を配列してもよい。２０は張力測定個所を示す。
＜耐繰り返し屈曲回数の測定＞
耐繰り返し屈曲回数は図４に示す繰り返し屈曲試験装置にて測定した。２．３ｍｍの隙間で隔てられた半径１５ｍｍの２つのロール９の間に、直径２．２ｍｍのＰＯＦケーブル８を垂らし、一端に質量０．５ｋｇの重り１０を取り付け、他端を保持金具１３によって、図４中の点Ｏを中心とし、２つのロール９の上部に形成される仮想半円に沿って保持金具１３を移動させるアームに取り付ける。ここで、点Ｏは２つのロールの上部を結ぶ直線と２つのロールの対称軸との交点となる位置にある点である。つまり、アームは、点Ｏを中央にして垂直位置から一方のロール９側に９０度倒れ、次に垂直位置に戻り、他方のロール９側に９０度倒れ垂直な位置に戻るという動作を繰り返す。この往復動作を１回として数え、１分当たり３０回ＰＯＦケーブルを繰り返し屈曲させる。このＰＯＦケーブル８の一端には光源が配置され、他端には光検出器が配置される。光源には波長６６０ｎｍのＬＥＤ１１を用い、光検出器には光パワーメータ１２を用いる。ＰＯＦケーブル８は、光パワーメータ１２からロール９までの長さが１．５ｍ、ロール９からＬＥＤ１１までの長さが３．５ｍとなるように配置する。この試験における耐繰り返し屈曲回数は、光パワーメータにより検出される光量値が初期値より１ｄＢダウンした際のＰＯＦケーブルの屈曲回数とする。実施例においては、それぞれ試験数５本の平均値を耐繰り返し屈曲回数として示した。
＜製造装置２＞
本発明で用いられる製造装置の一例を図５に示す。同図において、１４、１５、１６はそれぞれニップローラーであり、１９で示されるＰＯＦを一定速度で送り出したり、引き取る機能を有する。１７、１８は、それぞれ加熱炉であり、熱風を用いて炉内のＰＯＦが加熱される。溶融紡糸された未延伸ＰＯＦは、ローラー１４とローラー１５の周速度を調整して所定の周速度比に設定して延伸され、次いで、ローラー１５とローラー１６のローラー間で熱処理が行われる。この製造装置は、前段の延伸装置と後段の熱処理装置が直列に設置されてなるが、延伸装置と熱処理装置は別々に設置してもよい。また、２回以上熱処理をする場合は、さらにこの装置の後段に熱処理装置を配列してもよい。
＜製造装置３＞
本発明で用いられる製造装置の一例を図６に示す。同図において、２１、２２はそれぞれニップローラーであり、２４で示されるＰＯＦを一定速度で送り出したり引き取る機能を有する。２３は加熱炉であり、この加熱炉内で熱風によりＰＯＦが加熱される。本製造装置では、加熱炉の中央から熱風が吹き込まれ、吹き込まれた熱風は加熱炉の両端から熱風発生器へ戻るように構成されている。ローラー２１とローラー２２の周速度を調整してＰＯＦの延伸処理あるいは熱処理が行われる。２５は、張力測定箇所を示す。
＜製造装置４＞
本発明で用いられる熱処理装置を縦型に配置した製造装置の一例を図７に示す。同図において、２６、２７はそれぞれニップローラーであり、３０で示されるＰＯＦを一定速度で送り出したり引き取る機能を有する。２８は加熱炉であり、この加熱炉内で熱風によりＰＯＦが加熱される。本製造装置では、加熱炉の下端（ＰＯＦ出口）側から熱風が吹き込まれ、吹き込まれた熱風は加熱炉の上端（ＰＯＦの入口）側から熱風発生器へ戻るように構成されている。２９はガイドである。ローラー２６とローラー２７の周速度比を調整してＰＯＦの熱処理が行われる。３１は、張力測定箇所を示す。
＜張力の測定＞
熱処理時の張力は、日本電産シンポ社製ＤＴＭＢ−２．５Ｂ張力計を用い、製造装置２の場合はローラー１６と加熱炉１８の間の２０で示す箇所で、製造装置３の場合はローラー２２と加熱炉２３の間の２５で示す箇所で、製造装置４の場合はガイド２９と加熱炉２８の間の３１で示す箇所で測定した。
（比較例１）
芯材には、連続塊状重合により得られたポリメタクリル酸メチルを用いた。芯材のＴｇは１１２℃（ＤＳＣ法、昇温速度：１０℃／分）であった。鞘材には、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン＝８０／２０（モル％）の共重合体を用いた。
これらの重合体を用いて、溶融紡糸法にて、芯−鞘からなる未延伸ＰＯＦを作製した。得られた未延伸ＰＯＦを、１５０℃に設定した炉長３ｍの非接触加熱炉５およびローラー１とローラー２からなる延伸装置（図３における前段の装置のみ使用）で、ローラー周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）＝２．０に設定してＰＯＦを延伸し、ファイバー径７５０μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。
このＰＯＦについてＴＭＡ測定を行って収縮応力発生温度を決定した。得られたＰＯＦの熱収縮率および収縮応力発生温度を表１に示す。
（実施例１〜７、比較例２〜５）
図３に示す装置を用いて、比較例１と同様にして前段の延伸装置により延伸されたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、炉長３ｍの非接触加熱炉６およびローラー３とローラー４からなる熱処理装置（図３における後段の装置）で、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）＝１．０に設定し、表１に示す温度および時間の条件で熱処理した。ファイバー径７５０μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの熱収縮率および収縮応力発生温度を表１に示す。
なお表１において、熱処理条件が、４≦ｙ≦−１．５ｘ＋３３０、（Ｔｇｃ−５）℃≦ｘ≦（Ｔｇｃ＋１１０）℃（Ｔｇｃ：芯材のガラス転移温度、ｘ：熱処理温度（℃）、ｙ：熱処理時間（秒））を満たす場合は○、満たさない場合は×とした。
本発明の方法（第２の発明）により得られたＰＯＦ、すなわち上記熱処理条件を満たすＰＯＦは、収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上、すなわち７７℃以上であり、熱収縮率の値が２％以下と比較例のＰＯＦよりも小さく、耐熱性に優れていた。
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（比較例６）
ローラーの周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）＝３．０に設定した点を除いて比較例１と同様にＰＯＦを製造し、ファイバー径１０００μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの熱収縮率を表２に示す。
（実施例８〜１３）
炉長３ｍの非接触加熱炉６の温度を１６５℃、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）＝１．０、熱処理時間が１０秒になるようにローラー周速度を設定して、比較例６で得られたＰＯＦの熱処理を行い、ボビンに巻き取った（実施例８）。さらに実施例８で得られたＰＯＦを実施例８と同じ条件で熱処理を行い（図３における後段の装置のみを使用）、得られたＰＯＦをボビンに巻き取った（実施例９）。このように実施例８と同じ条件で表２に示す回数の熱処理を繰り返して、さらに熱処理回数の異なるＰＯＦを得た（実施例１０〜１３）。
得られたＰＯＦの熱収縮率を表２に示す。表２から明らかなように、熱処理を２回以上繰り返すことにより、より熱収縮率の小さい、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。
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（実施例１４、１５、１６）
実施例８で得られたＰＯＦを、同様に市販の乾熱乾燥器を用いて、９０℃で２０時間のバッチ式の定長熱処理を行った（実施例１４）。同様に、実施例１０、１３によって得られたＰＯＦについて、それぞれバッチ式の定長熱処理を行った（実施例１５、１６）。結果を表３に示す。このバッチ式の定長熱処理によってさらに熱収縮率の小さい、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。
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以上から、本発明の方法（第２の発明）により得られたＰＯＦ、すなわち上記熱処理条件を満たすＰＯＦは、収縮応力発生温度が（Ｔｇｃ−３５）℃以上、すなわち７７℃以上であり、比較例のＰＯＦよりも収縮率が小さく、その収縮率の値も２％以下と小さく、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。また、さらに定長熱処理を行うことにより、より熱収縮率の小さい耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができることがわかる。
（実施例１７、１８）
芯材には、連続塊状重合により得られたポリメタクリル酸メチルを用いた。芯材のＴｇは１１２℃（ＤＳＣ法、昇温速度：１０℃／分）であった。鞘材には、２，２，２−トリフルオロメチルメタクリレート５１質量部と１，１，２，２―テトラヒドロパーフルオロデシルメタクリレート３０質量部とメチルメタクリレート１８質量部とメタクリル酸１質量部との共重合体を用いた。保護層の材料としては、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン＝８０／２０（モル％）の共重合体を用いた。
これらの重合体を用いて、溶融紡糸法にて、芯−鞘−保護層からなる未延伸ＰＯＦを作製した。得られた未延伸ＰＯＦを、１６０℃に設定した炉長２．５ｍの非接触加熱炉５およびローラー１とローラー２からなる延伸装置（図３における前段の装置のみを使用）で、ローラー周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）＝２．７に設定してＰＯＦを延伸し、ファイバー径１０００μｍの芯−鞘−保護層から成るＰＯＦを得た。
得られたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、図３に示す後段の装置を用いて、炉長２．５ｍの非接触加熱炉６およびローラー３とローラー４からなる熱処理装置により、熱処理温度、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）および熱処理時間をそれぞれ表４に示すとおりとして熱処理を行い、ファイバー径１０００μｍの芯−鞘−保護層から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの収縮応力発生温度、複屈折率の絶対値および熱収縮率を表４に示す。
表４から明らかなように、複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下であり、耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。
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（比較例７）
非接触加熱炉を１３５℃に設定し、ローラー周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）＝２．５に設定して延伸した以外は比較例１と同様にしてファイバー径１０００μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの複屈折率および熱収縮率を表５に示す。
（実施例１９〜２１）
図３に示す装置を用いて、その前段の延伸装置により比較例７と同様にして延伸されたＰＯＦを、炉長３ｍの非接触加熱炉６およびローラー３とローラー４からなる熱処理装置により、処理温度、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）および熱処理時間をそれぞれ表５に示すとおりとして熱処理を行い、ファイバー径１０００μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの収縮応力発生温度、複屈折率の絶対値および熱収縮率を表５に示す。
表５から明らかなように、複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下であり、収縮率が小さく耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。
（実施例２２、２３）
比較例７と同様に延伸して得られたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、図３に示す炉長３ｍの非接触加熱炉６およびローラー３とローラー４からなる熱処理装置を用いて、熱処理温度、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）および熱処理時間をそれぞれ表５に示すとおりとして熱処理を行い、ファイバー径１０００μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの収縮応力発生温度、複屈折率の絶対値および熱収縮率を表５に示す。
表５から明らかなように、複屈折率の絶対値が２．０×１０−４以下であり、収縮率が小さく耐熱性に優れたＰＯＦを得ることができた。
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（比較例８）
非接触加熱炉５を１３５℃に設定し、ローラー周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）＝２．７に設定してＰＯＦを延伸した以外は比較例１と同様にしてファイバー径１０００μｍの芯−鞘から成るＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの熱収縮率を表６に示す。
（実施例２４、２５）
図３に示す装置を用いて、その前段の延伸装置により比較例８と同様にして延伸されたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、炉長３ｍの非接触加熱炉６およびローラー３とローラー４からなる熱処理装置により、熱処理温度、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）および熱処理時間をそれぞれ表６に示すとおりとして熱処理を行った。得られたＰＯＦの熱収縮率を表６に示す。
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（実施例２６〜２８）
芯材、鞘材、保護層には実施例１７と同じ重合体を用い、溶融紡糸法にて芯−鞘−保護層からなる未延伸ＰＯＦを作製した。
得られた未延伸ＰＯＦを、図３に示す製造装置１を用い、前段の非接触加熱炉５の温度を１３５℃、ローラーの周速度比（ローラー２周速度／ローラー１周速度）を２．７に設定してＰＯＦを延伸し、複屈折率の絶対値が５．９１２×１０−４であるＰＯＦを得た。このＰＯＦを図３の製造装置１の後段に示す熱処理装置の非接触加熱炉６に連続的に供給し、炉長３ｍの非接触加熱炉６を１３０℃、ローラーの周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）＝０．７、ローラー３周速度３．５ｍ／分に設定して熱処理を行い、芯−鞘−保護層からなるＰＯＦを得た（実施例２６）。
また、図３に示す製造装置１を用い、その前段の延伸装置により実施例２６と同じ条件でＰＯＦを延伸し、一旦ボビンに巻き取った。このＰＯＦを図３の製造装置１の後段に示す熱処理装置を用い、炉長３ｍの非接触加熱炉６を１２５℃、ローラーの周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）＝０．７、ローラー３周速度を３．５ｍ／分に設定して熱処理を行い、芯−鞘−保護層からなるＰＯＦを得た（実施例２７）。
さらに、図３に示す製造装置１を用い、前段の非接触加熱炉５の温度を１４０℃、ローラーの周速度比を３．３にして加熱延伸した後ボビンに巻き取り、複屈折率の絶対値が５．８３３×１０−４のＰＯＦを得た。得られたＰＯＦを図３の後段に示す熱処理装置の炉長３ｍの非接触加熱炉６の熱処理温度を１１５℃、ローラー周速度比（ローラー４周速度／ローラー３周速度）＝０．９、ローラー３周速度３．５ｍ／分に設定して熱処理を行い、芯−鞘−保護層からなるＰＯＦを得た（実施例２８）。
これらのＰＯＦについて、ＴＭＡ測定、複屈折率測定、熱収縮率測定を行い、また、ケーブル化装置を用いて、溶融したポリエチレンをこのＰＯＦの外周部に連続的に被覆してＰＯＦケーブルを製造し、耐繰り返し屈曲回数を測定した。これらの結果を、表７に示す。これらのＰＯＦは、複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上であり、かつ収縮応力発生温度が（Ｔｇ−２０）℃以上であるため、力学的特性及び熱収縮特性に優れていた。
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（実施例２９、３０）
芯材、鞘材、保護層には実施例１７と同じ重合体を用い、溶融紡糸法にて芯−鞘−保護層からなる未延伸ＰＯＦを作製した。
得られた未延伸ＰＯＦを、図５に示す製造装置２を用い、前段の非接触加熱炉１７の温度を１４０℃、ローラーの周速度比（ローラー１５周速度／ローラー１４周速度）を２．７に設定して加熱延伸し、複屈折率の絶対値が４．３６×１０−４であるＰＯＦを得た。このＰＯＦを図５の後段に示す熱処理装置に連続的に供給し、炉長２ｍの非接触加熱炉１８を１３０℃、熱風の風速を７ｍ／秒、ローラーの周速度比（ローラー１６周速度／ローラー１５周速度）＝０．８３、ローラー１５の周速度を６．８ｍ／分に設定して熱処理を行った点を除いて実施例１７と同様にして芯−鞘−保護層からなるＰＯＦを得た（実施例２９）。
さらに、図５に示す前段の製造装置を用いて実施例２９と同様に延伸して得られたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、図５の後段に示す炉長２．５ｍの非接触加熱炉１８とローラー１５とローラー１９とからなる熱処理装置を用いて、熱処理温度を１１５℃、熱風の風速を４ｍ／秒、ローラー周速度比（ローラー１６周速度／ローラー１５周速度）＝０．９５、ローラー１５の周速度を２．０ｍ／分に設定して加熱延伸されたＰＯＦの熱処理を行った点を除いて実施例１７と同様にして、芯−鞘−保護層からなるＰＯＦを得た（実施例３０）。
これらのＰＯＦについて、ＴＭＡ測定、複屈折率測定、熱収縮率測定を行い、また、ケーブル化装置を用いて、溶融したナイロン１２をこのＰＯＦの外周部に連続的に２層被覆してＰＯＦケーブルを製造し、耐繰り返し屈曲回数を測定した。これらの結果と熱処理時の張力を、表８に示す。これらのＰＯＦは、芯部の複屈折率の絶対値が１．５×１０−４以上であり、かつ収縮応力発生温度が（Ｔｇ−２０）℃以上であるため、力学的特性及び熱収縮特性に優れていた。
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（比較例９）
芯材および鞘材としては、比較例１と同様のものを用いた。
これらの重合体を２３０℃の複合紡糸ノズルに供給し、溶融紡糸法にて未延伸ＰＯＦを作製した。得られた未延伸ＰＯＦを、図６に示すローラー２１、ローラー２２および非接触加熱炉２３からなる延伸装置を用いて延伸した。その際、非接触加熱炉の炉長を３ｍとし、熱風の風速を６ｍ／秒とし、熱風の温度（熱処理温度）を１３５℃に設定し、またローラー周速度比（ローラー２２周速度／ローラー２１周速度）を２．７に設定して延伸を行った。直径１０００μｍの芯−鞘からなるＰＯＦが得られた。ＰＯＦの芯材のＴｇは、１１２℃（ＤＳＣ法、昇温速度：１０℃／分）であった。得られたＰＯＦの熱収縮率を表９に示す。
（比較例１０）
延伸時の熱風の風速を９ｍ／秒とした以外は、比較例９と同様にして、直径１０００μｍの芯−鞘からなるＰＯＦを得た。得られたＰＯＦの熱収縮率を表９に示す。
（実施例３１）
比較例９で得られたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、図７に示す炉長２ｍの製造装置４を用いて熱処理を行った。その際、熱風の風速を６ｍ／秒、ローラー２６の周速度を３．４ｍ／分とし、加熱炉温度とローラー周速度比（ローラー２７周速度／ローラー２６周速度）をそれぞれ表９のように設定して熱処理を行った。熱処理時の張力と、得られたＰＯＦの熱収縮率、収縮応力発生温度、及び熱処理前後の複屈折率の絶対値を表９及び表１０に示す。
（実施例３２）
比較例１０で得られたＰＯＦを一旦ボビンに巻き取った後、図６に示す炉長３ｍの製造装置３を用いて熱処理を行った。その際、熱風発生器の風速を９ｍ／ｓ、ローラー２１の周速度を３．４ｍ／分とし、加熱炉温度とローラー周速度比（ローラー２２周速度／ローラー２１周速度）を表９のように設定して熱処理を行った。熱処理時の張力と、得られたＰＯＦの熱収縮率、収縮応力発生温度、及び熱処理前後の複屈折率の絶対値を表９及び表１０に示す。
（比較例１１）
芯材には、連続塊状重合により得られたポリメタクリル酸メチルを用いた。鞘材には、２，２，２−トリフルオロメチルメタクリレート５１質量部と１，１，２，２―テトラヒドロパーフルオロデシルメタクリレート３０質量部とメチルメタクリレート１８質量部とメタクリル酸１質量部との共重合体を用いた。保護層の材料としては、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン＝８０／２０（モル％）の共重合体を用いた。
これらの重合体を２３０℃の複合紡糸ノズルに供給し、溶融紡糸法にて未延伸ＰＯＦを作製した。得られた未延伸ＰＯＦを、図６に示すローラー２１、ローラー２２および非接触加熱炉２３からなる製造装置３を用いて延伸した。その際、非接触加熱炉の炉長を２．５ｍとし、熱風の風速を６ｍ／秒とし、熱風の温度（熱処理温度）を１４０℃に設定し、またローラー周速度比（ローラー２２周速度／ローラー２１周速度）を２．７に設定して延伸を行った。直径１０００μｍの芯−鞘−保護層からなるＰＯＦが得られた。ＰＯＦの芯材のＴｇは、１１２℃（ＤＳＣ法、昇温速度：１０℃／分）であった。得られたＰＯＦの熱収縮率を表９に示す。
（実施例３３）
図８に示すように、全面に直径０．５ｍｍの孔を有し、かつ楔型のＰＯＦの通り道を施したステンレス製の多孔板３３を、図６に示す炉長２ｍの製造装置３に図９に示すように配置した熱処理装置を作製した。図８及び図９における矢印は熱風の方向を示す。また、図８（ａ）は、楔型の通り道に沿ってＰＯＦ２４が位置した状態の多孔板３３の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＰＯＦの長手方向に沿った断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＰＯＦの長手方向と垂直な方向に沿った断面図である。この熱処理装置を用いて、一旦ボビンに巻き取られた比較例１１のＰＯＦを、熱風発生器の風速を６ｍ／秒、ローラー２１の周速度を２ｍ／分とし、熱風温度とローラー周速度比（ローラー２２周速度／ローラー２１周速度）をそれぞれ表９のように設定して熱処理を行った。熱処理時の張力と、得られたＰＯＦの熱収縮率、収縮応力発生温度、及び熱処理前後の複屈折率の絶対値を表９及び表１０に示す。
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【図面の簡単な説明】
図１は、プラスチック光ファイバの収縮応力発生温度を決定する方法の説明図であり、熱機械測定により得られた、温度に対する応力の変化を示すグラフである。
図２は、芯材のＴｇ付近のＤＳＣ曲線の一例を示す図である。
図３は、本発明で用いられる製造装置１の概略構成図である。
図４は、繰り返し屈曲試験装置の概略構成図である。
図５は、本発明で用いられる製造装置２の概略構成図である。
図６は、本発明で用いられる製造装置３の概略構成図である。
図７は、本発明で用いられる製造装置４の概略構成図である。
図８は、本発明で用いられる製造装置における多孔板の概略構成図である。
図９は、本発明で用いられる多孔板を配置した製造装置の概略構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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