(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光ファイバーにおいて、芯材は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂からなる溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸されたものであり、クラッドは、芯材よりも屈折率が小さなパーフルオロフッ素樹脂層で構成されたことを特徴とするプラスチック光ファイバー。
【請求項２】
プラスチック光ファイバーの製造方法において、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸して芯材を作製し、該成形品の成形時もしくは延伸の前後において芯材上に芯材よりも屈折率が小さなパーフルオロフッ素樹脂からなるクラッド層を形成することを特徴とするプラスチック光ファイバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック光ファイバーに関するものであり、とくに耐熱性、耐寒性、耐食性、耐摩擦性等の特性が大きく、伝送損失が小さな光ファイバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーには、石英ガラス等からなるガラス系光ファイバーとともにプラスチックからなる光ファイバーが用いられている。
プラスチック光ファイバーは、石英ガラス系のものに比べて伝送損失が大きく、長距離の信号の伝送には適さないが、可撓性に富んでおり、径の大きいものを使用することができるために取り扱いや末端部の処理が容易であるという特徴を有している。
このような特徴を生かして、近距離の信号の伝送、建造物内部、あるいは自動車等の機器内での信号の伝送、照明、光学的な表示装置等の用途において用いられている。
【０００３】
プラスチック光ファイバーとしては、メチルメタクリル酸の重合体等の透明性が大きな樹脂製のコアの周囲にクラッド層を被覆したものが提供されたが、これらのアクリル樹脂系の光ファイバーは、化学構造中にＣ−Ｈ結合を有しているので、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動吸収の高調波吸収による伝送損失の増加を招くとともに、耐熱性、耐湿性、耐薬品性が充分なものではなく、高温下での使用、あるいは光ファイバーの被覆に使用される塩化ビニル樹脂の可塑剤の作用によってアクリル樹脂が劣化する等の問題点があった。更に耐湿性が十分でない場合には、赤外振動吸収による伝送損失の増加を避けることができなかった。
そこで、アクリル樹脂等に代えて非晶質フッ素樹脂製の光ファイバーが提案された。非晶質フッ素樹脂は、透明性が良好なものの結晶性合成樹脂に比べて耐熱性等の点で充分ではないという問題点があった。
【０００４】
一方、部分的に結晶化したフッ素樹脂を延伸することによって、光ファイバーの伝送損失を低下させることが、特表平８−５０７８７６号公報において提案されているが、伝送損失は３０ｄＢ／ｍ以上あり、減衰量が大きく実用的なものではなく、具体例として挙げられているフッ素樹脂であるフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンを含有する共重合体、すなわちＴＨＶと称される熱可塑性フッ素樹脂は融点が低く、耐熱性が充分なものではなく、また共重合体の成分としてフッ化ビニリデンを含有しているためにアクリル樹脂系の光ファイバーと同様に、Ｃ−Ｈ結合を化学構造中に有している。このためＣ−Ｈ結合の赤外振動吸収の高調波吸収による伝送損失の増加の影響を避けることができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、耐湿性、耐熱性をはじめとする特性が良好で、Ｃ−Ｈ結合の赤外振動吸収に起因する伝送損失がないプラスチック光ファイバーを提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、プラスチック光ファイバーにおいて、芯材は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂からなる溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸されたものであり、クラッドは、芯材よりも屈折率が小さなパーフルオロフッ素樹脂層で構成されたプラスチック光ファイバーによって解決することができる。
【０００７】
また、プラスチック光ファイバーの製造方法において、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物を冷却して得られた成形品をガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して延伸して芯材を作製し、該成形品の成形時もしくは延伸の前後において芯材上に芯材よりも屈折率が小さなパーフルオロフッ素樹脂からなるクラッド層を形成するプラスチック光ファイバーの製造方法である。
結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物を成形後に急冷する前記の光ファイバーの製造方法である。
結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物と結晶性パーフルオロ樹脂よりも屈折率が小さな材料とを２層同時に押し出して、結晶性パーフルオロ樹脂上にパーフルオロフッ素樹脂よりも屈折率が小さなクラッド層を形成する前記の光ファイバーの製造方法である。
結晶性パーフルオロフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体から選ばれるフッ素樹脂である前記のプラスチック光ファイバーの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来、光ファイバーのクラッドあるいは保護被覆材料等として用いられることはあっても、光ファイバーの導光用材料、すなわちコアとして用いられることはなかった、半透明なテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の結晶性パーフルオロ樹脂の溶融物から作製した成形体を延伸して軸方向に配向性を付与することによって光透過性を高めるができ、導光用材料として利用可能であって、結晶性パーフルオロ樹脂が備えた大きな耐熱性、耐寒性、耐湿性、耐薬品性、耐溶剤性、低摩擦性、耐燃性、耐候性、非吸水性、非吸湿性、耐発煙性等を備えた光ファイバーを提供することが可能であることを見いだしたものである。
【０００９】
以下に本発明のプラスチック光ファイバーの製造方法について説明する。
本発明のプラスチック光ファイバーの製造工程は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物の押出等によるモノフィラメントの成形工程、延伸用材料の延伸工程等から形成されている。
【００１０】
第一の製造方法は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物を押出等によってモノフィラメントを成形した後に速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸倍率から決定される延伸用材料を作製した後に、延伸用材料にガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を印加して所望の芯材を作製し、芯材を加熱して熱固定した後に芯材の表面にフッ素樹脂組成物のクラッド層および保護層を形成してパーフルオロ樹脂からなるプラスチック光ファイバーを得る方法である。
【００１１】
第二の製造方法は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物を押出等によって成形し速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸倍率から決定される延伸用材料を作製した後に、表面にフッ素樹脂組成物のクラッド層を形成し、ガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を加えて所望の延伸率で延伸を行い、さらに熱処理を行って延伸状態を固定した後に表面に保護層を形成してプラスチック光ファイバーを得る方法である。この方法では、クラッド層も延伸によって膜厚が薄くなるので、クラッド層の形成工程においては、延伸率を考慮してクラッド層の膜厚が設定される。
【００１２】
第三の製造方法は、結晶性パーフルオロフッ素樹脂の溶融物を押出等によって成形する際にクラッド材料も同時に積層して成形する方法である。同時に成形した後に速やかに冷却し、最終的な製品の径と延伸倍率から決定される延伸用材料を作製した後に、ガラス転移点以上、融点以下の温度において張力を加えて所望の延伸率で延伸を行い、さらに表面に保護層を形成してプラスチック光ファイバーを得る方法である。この方法では、クラッド層も延伸によって膜厚が薄くなるので、クラッド層の形成工程においては、延伸率を考慮してクラッド層の膜厚が設定される。
【００１３】
また、本発明の光ファイバーの延伸は、送り速度と引張り速度との比を調整し、一度で所定の線径まで延伸しても、数回に分けて延伸を行っても良い。
プラスチック光ファイバーの製造工程は、一般に雰囲気中の汚染物質の濃度が少ない環境において製造することが要求されている。特に芯材の形成工程、クラッド層の形成工程において、雰囲気の塵埃の数が多い場合には、芯材中、芯材の表面、クラッド層等に塵埃が混入する結果、光学的特性が大きく低下する。したがって、プラスチック光ファイバーの製造工程のうち、少なくとも芯材の形成工程、およびクラッド層の形成工程は、高度に塵埃の存在量が管理された環境で製造する必要があるので、クラッド層の形成までの工程が短い、第二の製造方法、あるいは第三の製造方法が好ましい。
【００１４】
また、本発明の光ファイバーに使用することができる結晶性パーフルオロ樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）を挙げることができ、この中でも加熱溶融した後に押出成形等の方法によってモノフィラメントを作製することが可能な熱可塑性パーフルオロ樹脂であることが好ましく、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）が好ましい。
【００１５】
これらの樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂と同様の溶融成形法によって成形することができ、樹脂を溶融させてダイから押し出して、気体、液体等によって冷却してモノフィラメントを製造することができる。また、モノフィラメントの外径は、その後の延伸率を考慮して決定される。
溶融物の成形においては冷却時に徐冷すると結晶が成長して透明性が低下するので、冷却は速やかに行うことが好ましく、溶融押出後、直ちに水、その他の冷却媒体中に浸漬することが好ましい。
【００１６】
作製されたモノフィラメントは、それぞれの樹脂のガラス転移温度以上であって融点以下に加熱した状態で張力を与えて延伸する。延伸によって長さ方向の分子の配向度が大きくなり、光透過性が上昇するので、延伸倍率は大きくすることが好ましく、モノフィラメントが切断しない範囲で可能な限り大きくすることが好ましい。
【００１７】
また、結晶性パーフルオロ樹脂は、その重合方法によっても光透過性等の特性が変化するので、光透過性等の特性が大きなフッ素樹脂を使用することが好ましい。また、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、具体的には半導体製造工程等の各種の機器用に用いられている不純物の含有量が少なく透明性に優れたものが好ましく、具体的にはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体としては、透明性が良好なＡＰ−２３１ＳＨ（ダイキン製）、４５１ＨＰ−Ｊ（三井デュポンフロロケミカル製）、Ｐ−８０２ＵＰ（旭硝子製）等を挙げることができる。また、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、ＮＰ−４０（ダイキン製）を挙げることができる。
【００１８】
本発明の結晶性パーフルオロ樹脂の芯材の表面には、フッ素樹脂からなるクラッド層が形成される。クラッド層としては１μｍないし３０μｍの厚さとすることが好ましく、具体的には、パーフルオロ（２，２―ジメチル―１，３―ジオキゾール）−テトラフルオロエチレン（デュポン社製  テフロンＡＦ）、あるいはこれに他のフッ素化合物、例えば、パーフルオロポリエーテル（デュポン  クライトックスＧＰＬ１０７）等を混合したものを用いることができる。
また、加熱下で延伸したモノフィラメントは、その後の加熱によって著しく収縮するので、張力を加えて一定の温度下で保持することによって、熱収縮による寸法の変化が生じないようにする熱固定処理を行うことが好ましい。
すなわち、本発明の結晶性パーフルオロ樹脂の場合には、結晶が析出しない温度である結晶化温度以下で所定の時間保持することによって熱固定処理を行うことができる。
以上の説明では、円柱状の部材について説明したが、板状の部材であっても良い。
【００１９】
【実施例】
以下に、実施例を示し本発明を説明する。
実施例１
テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）（ダイキン製  ＡＰ−２３１ＳＨ）を押出成形機からダイ温度３７５℃で、横方向に押し出し後、４０℃において水冷を行い直径１．０ｍｍのモノフィラメントを作製した。
次いで、空気中２９０℃において、延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで張力を加えて当初の長さの４倍に延伸し、直径０．５ｍｍの延伸素材を得た。
延伸素材の表面に、パーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）／テトラフルオロエチレン共重合体（デュポン社製  テフロンＡＦ）溶液を塗布し、厚さ１０μｍのクラッドを形成して光ファイバを作製した。
次いで、張力を加えた状態で空気中２３０℃で３０分間保持して熱固定を行った後に、表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体からなる保護被覆を形成して光ファイバーとした。
得られた光ファイバーについて、測定光の波長を、１．３μｍ、０．８５μｍ、および白色光に変えて伝送損失を測定した。その結果を表１に示す。
伝送損失は、カットバック法によって、安定化光源（アンリツ製  ＭＧ９００１Ａ）からの光をＧＩ型ガラス製光ファイバーを介して試料の光ファイバーに入射し、出射光を光パワーメータ（安藤電気製  ＡＱ−１１３５Ｅ）によって測定して、単位長さ当たりの伝送損失を求めた。
【００２０】
【表１】
0003871261.tif 000002
【００２１】
実施例２
パーフルオロ樹脂としてテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）（ダイキン製  ＡＰ−２３１ＳＨ、４５１ＨＰ−Ｊ）を、押出成形機からダイ温度３７５℃で、横方向に押し出し後、４０℃において水冷を行い直径１．０ｍｍのモノフィラメントを作製した。
次いで、空気中２９０℃において、延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで張力を加えて表２に記載の延伸倍率で延伸し、直径０．５ｍｍの延伸素材を得た。
延伸素材の表面に、パーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）／テトラフルオロエチレン共重合体（デュポン社製  テフロンＡＦ）溶液を塗布し、厚さ１０μｍのクラッドを形成して光ファイバを作製した。
次いで、張力を加えた状態で空気中２３０℃で３０分間保持して熱固定を行った後に、表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体からなる保護被覆を形成して光ファイバーとした。
得られた光ファイバーについて、測定光の波長０．８５μｍにおいて実施例１と同様に伝送損失を測定し、その結果を表２に示す。
【００２２】
実施例３
パーフルオロ樹脂としてテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）（ダイキン製  ＮＰ−４０）を、押出成形機からダイ温度３５０℃で、横方向に押し出し後、４０℃において水冷を行い直径１．０ｍｍのモノフィラメントを作製した。
次いで、空気中２５０℃において、延伸速度０．８ｍ／ｍｉｎで張力を加えて表２に記載の延伸倍率で延伸し、直径０．５ｍｍの延伸素材を得た。
延伸素材の表面に、パーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）／テトラフルオロエチレン共重合体（デュポン社製  テフロンＡＦ）溶液を塗布し、厚さ１０μｍのクラッドを形成して光ファイバを作製した。
次いで、張力を加えた状態で空気中２００℃で３０分間保持して熱固定を行った後に、表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体からなる保護被覆を形成して光ファイバーとした。
得られた光ファイバーについて、測定光の波長０．８５μｍにおいて実施例１と同様に伝送損失を測定し、その結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
0003871261.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、耐熱性、耐湿性、耐薬品性等の特性に優れたパーフルオロ樹脂からなる伝送損失が小さなプラスチック光ファイバーを提供することを可能としたものであり、従来、耐熱性、耐寒性、耐湿性、耐薬品性、耐屈曲性あるいは伝送損失等の問題でプラスチック光ファイバーの使用が困難な分野でのプラスチック光ファイバーの使用を可能とするとともに、長期にわたり安定した性能を発揮するプラスチック光ファイバーを提供することができる。