(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メチルメタクリレート５０重量％以上と、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸およびスチレンからなる群から選ばれる一種以上の共重合可能な成分との共重合体、またはポリメチルメタクリレートである芯樹脂からなる芯と、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モル％、テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％、ヘキサフロロプロペン成分が８〜２２モル％からなる共重合体であり、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３５〜１．３７、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）の値が３８〜４５、紡糸温度Ｔ℃におけるメルトフローインデックスＭＩ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８，荷重１０ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズルから１０分間に流れる樹脂のｇ数）が、１５＜ＭＩ＜（５／９）×Ｔ−１００なる関係を満足する鞘樹脂からなる鞘層とを複合紡糸した後延伸熱処理してなる芯鞘２層構造のプラスチック裸線の外側に、厚さ２０〜７００μｍのナイロン１２を被覆してなり、上記芯と鞘とが接する境界面に上記芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じり合った相溶相を持たないことを特徴とするプラスチック光ファイバケーブル。
【請求項２】
上記ナイロン１２の被覆層とプラスチック光ファイバ裸線との間の引き抜き強度が７ｋｇ以上である請求項１に記載のプラスチック光ファイバケーブル。
【請求項３】
上記ナイロン１２の被覆層の厚さが１００〜３００μｍである請求項１又は２に記載のプラスチック光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、車載用配線、移動体配線、ＦＡ機器配線、パソコン配線などの光信号伝送や、光電センサーなどに使用される、プラスチック光ファイバケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
芯をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系樹脂で形成してなるプラスチック光ファイバの鞘樹脂としては、従来、屈折率が１．４２〜１．４０前後のフルオロアルキルメタクリレート系共重合体が耐熱的に安定な伝送損失値を維持することから、通信用途やＦＡ用途で使用されてきた。また、ビニリデンフロライド系樹脂として、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる共重合体や、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロアセトンからなる共重合体、或いは特公昭６２−３４０１号公報に記載されているようなビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンやヘキサフロロプロペンからなる共重合体なども提案されている。これらはいずれも屈折率が１．３７以上の樹脂である。
【０００３】
また、ビニリデンフロライド系樹脂からなる鞘とＰＭＭＡ系樹脂からなる芯から構成し、該芯と鞘との境界部に厚さ０．１μｍ〜２μｍ程度にわたり芯樹脂と鞘樹脂が相溶した均質な相を形成することによって伝送損失を低減したプラスチック光ファイバが特許第２５８３５２３号公報に記載されている。
【０００４】
特開平７−７７６４２号には、ＰＭＭＡからなるプラスチック光ファイバの裸線の周りに含フッ素ポリオレフィン樹脂からなる保護層と、さらにその上にナイロン１２を被覆したプラスチック光ファイバケーブルが提案されている。この文献には、含フッ素ポリオレフィン樹脂はナイロン１２の被覆と比較的強く接着していることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ＰＭＭＡ系樹脂からなる芯とビニリデンフロライド系樹脂からなる鞘とから構成されるプラスチック光ファイバは伝送損失が低減された好ましいファイバであるものの、高温高湿度環境下に放置した場合には、上記芯と鞘との境界部に形成された芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じり合った相溶相が濁りを生じ、その結果、ファイバの開口数が下がるということがわかった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑み、高温高湿度環境下においてもファイバの開口数の低減などの不都合が生じないプラスチック光ファイバを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の構成をとることによって、上記課題を解決したものである。
【０００８】
即ち本発明のプラスチック光ファイバケーブルは、メチルメタクリレート５０重量％以上と、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸およびスチレンからなる群から選ばれる一種以上の共重合可能な成分との共重合体、またはポリメチルメタクリレートである芯樹脂からなる芯と、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モル％、テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％、ヘキサフロロプロペン成分が８〜２２モル％からなる共重合体であり、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３５〜１．３７、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）の値が３８〜４５、紡糸温度Ｔ℃におけるメルトフローインデックスＭＩ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８，荷重１０ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズルから１０分間に流れる樹脂のｇ数）が、１５＜ＭＩ＜（５／９）×Ｔ−１００なる関係を満足する鞘樹脂からなる鞘層とを複合紡糸した後延伸熱処理してなる芯鞘２層構造のプラスチック裸線の外側に、厚さ２０〜７００μｍのナイロン１２を被覆してなり、上記芯と鞘とが接する境界面に上記芯樹脂と鞘樹脂とが相互に混じり合った相溶相を持たないことを特徴とする。
【０００９】
本発明のプラスチック光ファイバケーブルは好ましくは上記ナイロン１２の被覆層とプラスチック光ファイバ裸線との間の引き抜き強度が７ｋｇ以上である。さらに、本発明において、上記ナイロン１２の被覆層を剥がすことなく端末処理する上で、該被覆層の厚さは１００〜３００μｍとすることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック光ファイバケーブルは、芯樹脂としてＰＭＭＡ系樹脂を用いる。本発明に用いられるＰＭＭＡ系樹脂は、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体であり、共重合可能な成分としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エステル類、イソプロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中から一種以上適宜選択して用いる。本発明に用いるＰＭＭＡ系樹脂の分子量は、重量平均分子量として８万〜２０万のものが好ましく、特に１０万〜１２万が好ましい。
【００１１】
本発明に用いられる鞘樹脂は、ビニリデンフロライド成分が４０〜６２モル％、テトラフロロエチレン成分が２８〜４０モル％，ヘキサフロロプロペン成分が８〜２２モル％の範囲からなる共重合体であり、ナトリウムＤ線で２０℃で測定した屈折率が１．３５〜１．３７の範囲にあり、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）の値が３８〜４５の樹脂である。
【００１２】
本発明のプラスチック光ファイバにおいては、芯と鞘の境界面に芯樹脂と鞘樹脂が互いに混じり合った相溶相を全く形成させないことが大きな特徴である。この相溶相は、前記したように、ファイバを高温高湿度条件で放置したとき濁りを生じ、ファイバの開口数を下げてしまう。そのため、本発明では鞘樹脂単独で十分な透明性を有することが必須である。従来の鞘樹脂として用いられているビニリデンフロライド系樹脂からなる鞘は、それ自信はやや濁っているが、ＰＭＭＡ系樹脂からなる芯と相溶して透明な相溶相を形成することにより低い伝送損失を確保していた。これに対し、本発明では鞘樹脂自信が透明であり、芯とは相溶させないことが特徴である。
【００１３】
本発明のファイバにおいては、ＰＭＭＡ系樹脂からなる芯に軟らかで透明な鞘が吸盤のようにしっとり貼り付いている状態にあり、両者は相互に融け合っていない。このような鞘樹脂はある程度軟らかである必要がある。即ち本発明に用いる鞘樹脂は、２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）の値が３８〜４５と、非常に軟らかく設定しなければならない。
【００１４】
また、本発明にかかる鞘樹脂のメルトフローインデックスＭＩを、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８，荷重１０ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍノズルから１０分間に流れる樹脂のｇ数と定義したとき、１５〜２００ｇ／１０分のものが使用できるが、前述のように、芯に貼り付き接着をしていることから、本鞘樹脂としては、ファイバの繰り返し屈曲や引張りなどの時に生じるずれに対する耐力が必要である。従って、比較的メルトフローインデックスが低目の、高分子強度の強いものが好ましい。具体的には、鞘樹脂の紡糸温度Ｔ℃における上記メルトフローインデックスＭＩが、１５＜ＭＩ＜（５／９）×Ｔ−１００なる関係を満足する領域である。このような領域の鞘の紡糸においては、鞘樹脂の流動性が低いので、紡糸速度を通常の速度の半分程度に下げなければならないというハンディが生じるが、それでも得られる効果は大きい。
【００１５】
上記のように柔らかな鞘樹脂を用いたプラスチック光ファイバの裸線は単独で使用するには信頼性に問題がある。しかしながら、本発明においては、この上に強固なナイロン１２の保護被覆を強く接着させることによって、実用に耐える信頼性を確保することができる。
【００１６】
即ち、ＰＭＭＡ系の芯樹脂と前記記載の鞘樹脂を用いて２層複合紡糸により芯鞘構造のストランドを得て、それを１．５〜４倍程度に延伸処理して得たプラスチック光ファイバ裸線にナイロン１２の被覆を施した場合、裸線とナイロン１２被覆層との接着強度が非常に強いことが判明した。従来から、本発明者はビニリデンフロライド系樹脂とナイロン１２被覆は密着力が比較的強いことを明らかにしてきたが、本発明の組み合わせの被覆の引抜強度を従来のものと比較すると、本発明のものは従来に比べて３０％以上も強いことを見出した。
【００１７】
例えば、本発明のケーブルのナイロン被覆を２０ｍｍ程度剥がそうとすれば、ファイバ自体が伸びてしまう程度の十分強い密着強度を有している。よって、本発明のケーブルにおいては、プラスチック光ファイバ裸線とナイロン被覆を一体として、端末のコネクター固定などの端末処理ができることになり、本プラスチック光ファイバケーブルの裸線部分の弱点を保護することができるようになる。ナイロン１２樹脂は十分な剛性と寸法安定性があり、コネクターの固定方法でも、ナイロン１２の被覆層を締め付けて固定する方法が十分可能になる。
【００１８】
本発明者は先に、本発明に近い構成で、本発明と同様の鞘の外側にもう１層ビニリデンフロライド系樹脂の保護層を設けたファイバを提案したが、当該構成に比べ、鞘にナイロン１２樹脂を直接被覆した本発明のプラスチック光ファイバケーブルの方が１１０℃以上の高温に対してはより耐熱性に優れているという事実も判明した。
【００１９】
本発明に用いる鞘樹脂の各成分の含有量は、ＮＭＲにより測定することができる。具体的には、鞘樹脂試料の適量をアセトン−ｄ６とα，α，α−トリフロロトルエンとの混合溶媒に溶解してなる試料溶液を用意し、観測周波数は1Ｈが４００ＭＨｚ、19Ｆが３７６ＭＨｚとし、化学シフトの基準物として、1Ｈ−ＮＭＲはテトラメチルシランを基準に換算し、19Ｆ−ＮＭＲはトリクロロフロロメタンを基準に換算した。スペクトルからの各成分濃度の算出は次式により求めた重量％組成を、モル％換算する。
【００２０】
【数１】
0004382900.tif 000002
【００２１】
尚、上記式中、
Ａ：試料溶液中のトリフロロトルエンｍｍｏｌ数
Ｂ：1Ｈ−ＮＭＲで２．２〜２．７ｐｐｍと３．０〜３．８ｐｐｍの積分値合計
Ｃ：1Ｈ−ＮＭＲで７．０〜８．５ｐｐｍの積分値
Ｄ：試料溶液中の試料ｍｇ数
Ｅ：19Ｆ−ＮＭＲで−６７〜−７８ｐｐｍの積分値
Ｆ：19Ｆ−ＮＭＲで−６２〜−６６ｐｐｍの積分値
【００２２】
本発明のプラスチック光ファイバ裸線の直径は凡そ９００μｍ〜１１００μｍ程度であり、そのうち芯の直径はプラスチック光ファイバの直径の９０．０〜９９．４％であり、鞘の厚さはプラスチック光ファイバの直径の０．３％〜５．０％である。このようなプラスチック光ファイバ裸線に対し、ナイロン１２の被覆層の厚さは２０μｍ〜７００μｍ程度が必要である。２０μｍ未満では被覆が困難であり、７００μｍを超えるとケーブルが剛直になりすぎるからである。より好ましい厚さは１００μｍ〜３００μｍであり、このようなケーブルはプラスチック光ファイバとナイロン１２被覆が一体となった光ファイバとして端末処理が容易に行える。
【００２３】
端末処理としては、ナイロン１２の被覆が比較的強固に裸線に密着しているため、ファイバ端面は切断したまま、或いは研磨して用いることができる。この場合、コネクターとの固定は、フェルールとナイロン１２被覆の間に接着剤で固定したり、フェルールを圧着したり、或いはナイロン１２被覆層に止め歯を打ち込んだりして行うことができる。さらに好ましくは、特許第２８３４８１１号公報にあるように、先端部を熱板処理し皿状に膨大化する方法等を組み合わせれば、ピストニングによる、問題も完全に防止できるというメリットがある。
【００２４】
本発明のプラスチック光ファイバケーブルはそのまま使用されることもあるし、その上にさらにポリエチレンやポリ塩化ビニルやポリウレタン、ナイロン、ポリプロピレン、フッ素樹脂どなどの熱可塑性樹脂の外ジャケットを施してより補強したケーブルとして用いることもできる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
芯樹脂として屈折率ｎd20が１．４９２で重量平均分子量が１０万のポリメチルメタクリレート樹脂を用いた。鞘樹脂としては、ビニリデンフロライド５７モル％、テトロフロロエチレン３２％、ヘキサフロロプロペン１１％からなる共重合体で、２４０℃、１０Ｋｇ荷重におけるメルトフローインデックスが２７ｇ／１０分、屈折率が１．３６４で２３℃におけるショアＤ硬度（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）の値が４１の樹脂を用いた。
【００２６】
上記芯樹脂、鞘樹脂を２層複合紡糸ダイに導入し、ダイの温度を２４０℃として、紡糸速度８ｍ／分とかなり遅い速度で紡糸した。ダイから吐出されたストランドを２倍に延伸し熱処理して、芯径９８０μｍ、鞘外径１０００μｍのプラスチック光ファイバ裸線を得た。
【００２７】
このプラスチック光ファイバ裸線の芯と鞘の境界部を透過型電子顕微鏡で２万倍の倍率で観察したところ、芯と鞘の界面ははっきり２つに分かれており、両者の間に中間的な相溶相は観察されなかった。
【００２８】
このプラスチック光ファイバ裸線の伝送損失を測定した。６５０ｎｍの単色光で、入射ＮＡ０．１５で５０ｍの長さで測定した伝送損失値は１５０ｄＢ／ｋｍであった。
【００２９】
さらに上記裸線に、電線被覆方式でクロスヘッドダイによりナイロン１２の被覆を行った。被覆層の厚さは２００μｍとし、直径が１．４ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３０】
本プラスチック光ファイバケーブルの裸線とナイロン１２被覆の間の引き抜き強度を測定した。まず５０ｍｍの長さのプラスチック光ファイバケーブルをとり、片端から５ｍｍずつ注意深く被覆をはぎとり、全部で長さ２０ｍｍの被覆をはぎとり、３０ｍｍについては被覆を残した。被覆を取り除いたプラスチック光ファイバ裸線部を１．１ｍｍの孔を明けた５ｍｍのアクリル板に貫通させ、その裸線を引きながら、ナイロン被覆とプラスチック光ファイバ裸線が引き抜かれる強度を測定した。その結果、裸線が伸び始める７ｋｇ以上の強度を有していた。
【００３１】
次にこの直径が１．４ｍｍケーブルを用いて、クロスヘッドダイ経由で更にナイロン１２を外被覆し、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
その直径方向の断面構造を図１に模式的に示す。図中、１は芯、２は鞘、３は裸線、４がナイロン１２被覆層、５がナイロン１２の外被覆層である。
【００３２】
このケーブルを用いて耐熱性を評価した。伝送特性は６５０ｎｍＬＥＤを用いて、ファイバの長さ１０ｍの光量の経時変化を測定した。ＬＥＤの出力は、標準ファイバを保管し、測定毎にそのファイバの出力が一定となるようにＬＥＤの出力を調整して行った。
【００３３】
先ずこのケーブルの端末のナイロン外被覆を剥がし、残りの直径が１．４ｍｍのケーブルを内径が１．４５ｍｍのフェルールに挿入し、先端を１８０℃の熱板に押しつけて先端部がＴ型になるように処理して用いた。得られた先端部の長さ方向の断面を図２に模式的に示す。図中、図１と同じ部位には同じ符号を付した。また、６はフェルール、７はかしめ部、８は熱板処理部である。
【００３４】
図２に示されるように、ナイロン１２の被覆層４がプラスチック光ファイバの芯１と鞘２を皿状に支えており、ピストニングによる引っ込みも完璧に防止できる。
【００３５】
その結果、室内保管品では１０ｍの光パワーが−１６．５ｄＢｍであるのに対し、８５℃９５％湿度条件で１０００時間放置したものは−１６．８ｄＢｍ、１００℃で１０００時間放置したものは−１６．６ｄＢｍであった。さらに１１５℃で１０００時間放置したものは、−１７．５ｄＢｍであった。
【００３６】
尚、１２０℃に１００時間おいたものは−２３．０ｄＢｍであり、劣化はみられるものの、まだ、光伝送能力を残していることが判った。
【００３７】
（比較例１）
実施例１で用いた芯樹脂と鞘樹脂の他に、保護層としてビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる樹脂を用いた。これらの芯、鞘、保護層樹脂を３層複合紡糸ダイに導入して、芯の直径が９７０μｍ、鞘の外径が９８５μｍ、保護層の外径が１０００μｍのプラスチック光ファイバを得た。紡糸速度は２０ｍ／分であり、伝送損失値は、６５０ｎｍの単色光で、入射ＮＡ０．１５で５０ｍの長さで測定した伝送損失値は１２６ｄＢ／ｋｍであった。
【００３８】
このプラスチック光ファイバにクロスヘッドダイを用いて、ナイロン１２を２００μｍの厚さに被覆し、直径が１．４ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３９】
本例のプラスチック光ファイバケーブルについても実施例１と同様の評価を行った。まず引抜き強度を測定したところ、４．５〜５．５ｋｇであった。
【００４０】
次に上記直径が１．４ｍｍケーブルに、クロスヘッドダイ経由で更にナイロン１２を外被覆し、外径２．２ｍｍのプラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００４１】
上記ケーブルについて実施例１と同様に耐熱性を評価したところ、室内保管品では１０ｍの光パワーが−１６．３ｄＢｍであるのに対し、８５℃９５％湿度条件で１０００時間放置したものは−１６．６ｄＢｍ、１００℃で１０００時間放置したものは−１６．５ｄＢｍであった。さらに１１５℃で１０００時間放置したものは、−２１．５ｄＢｍであった。
【００４２】
尚、１２０℃に１００時間おいたものは−３６ｄＢｍであり光は通らなかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラスチック光ファイバケーブルは引き抜き強度に優れ、ナイロン１２被覆を剥がさずにそのまま端末処理を行うことができるため、取扱が容易である。また、高温高湿度環境に耐え得るため、特に車載用配線などとして好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のプラスチック光ファイバケーブルの直径方向の断面模式図である。
【図２】本発明の実施例のプラスチック光ファイバケーブルをフェルールに取り付けた状態での端末部の長さ方向の断面模式図である。
【符号の説明】
１  芯
２  鞘
３  裸線
４  ナイロン１２被覆層
５  ナイロン１２外被覆層
６  フェルール
７  かしめ部
８  熱板処理部
【図１】
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【図２】
0004382900.tif 000004