JP3576224B2

JP3576224B2 - プラスチック光ファイバ

Info

Publication number: JP3576224B2
Application number: JP24159394A
Authority: JP
Inventors: 一己中村; 淳奥村; 吉弘魚津
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JPH08106018A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光情報通信媒体として利用可能なプラスチック光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、実用化されている光の伝送体には素材の分類から石英系とプラスチック系がある。また、伝送モードの分類から単一モード型と多モード型に分けられる。光伝送は大容量でかつ電磁ノイズの影響を全く受けない等の理由で通信幹線に広く用いられている。大規模に市販されている石英系の単一モードファイバは、圧倒的な低損失、広帯域を特長とし、この特長を生かして長距離の大容量通信幹線に用いられている。
【０００３】
また、プラスチック系はステップインデックス（ＳＩ）の多モード型が市販されており、石英系単一モードファイバとはもちろん、石英系グレイテッドインデックス（ＧＩ）ファイバやプラスチッククラッド石英コアファイバに比較しても、大口径、高開口数で光源のアラインメント等が容易であり、かつ、柔軟で取り扱い性がよいため、切りつなぎなどの接続操作が簡単である。しかもこうした作業に高価な装置が不要なので接続コストが安価である。この特長を生かして、データリンクなどの短距離通信やセンサー等への応用が浸透しつつある。また今後、ＦＡ用、ＯＡ用などフロアー内外の機器間ＬＡＮのような施設網や一般家庭への末端配線など、石英系ファイバではコスト高がネックとなって導入が進まない、接続点の多い近距離の情報伝送線として期待されている。さらには、柔軟性に優れているため振動する環境でも破損や劣化しにくく、この点で石英系よりもはるかに優れ、自動車、電車、飛行機などの移動体中のネットワークなど信号伝送線への応用の試みが近年非常に盛んになっている。
【０００４】
このような移動体中では外部環境は一定ではなく、要求特性として温度、湿度などの様々の環境に耐える高耐熱等の信頼性が要求される。また短距離通信用においても、近年、建物内外など使用環境のバリエーションは増えてきており、より一層の耐熱性が望まれている。
【０００５】
一方、通常のプラスチック光ファイバにおいては、コア材として伝送損失が低くかつ機械的特性や耐候性にも問題がないことから、ポリメタクリル酸メチルをコア材として用いたものが主流となっている。しかし、ポリメタクリル酸メチルをコアとする光ファイバの使用上限温度は、耐熱性の被覆などを施した場合でも、高々１０５℃程度と限られており、上記のような移動体中での通信や屋外での使用においては耐熱性が不足である。
【０００６】
プラスチック光ファイバの耐熱性向上の方法としては、従来、コア材のガラス転移温度を上げる方法と耐熱性の被覆を施す方法がある。前者のコア材のガラス転移温度を上げるものとして、▲１▼ポリマー単体で高いガラス転移点を持つポリカーボネートをコア材に用いるもの（特開昭６１−２６２７０６号公報）、▲２▼多環オレフィン系モノマーを含むオレフィン系共重合体をコア材に用いるもの（特開昭６１−２１１３１５）、▲３▼メチルメタクリレートモノマーと他の高ガラス転移点のコモノマーとの共重合体をコア材に用いるものであって、コモノマーとして芳香族マレイミドを用いるもの（特公平５−８２４０５号公報、特公平５−８２４０６号公報）、脂肪族マレイミドを用いるもの（特開昭６３−８０２０５号公報）、脂環式メタクリレートを用いるもの（特開昭６１−２６０２０５号公報）が挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記の▲１▼及び▲２▼のものは、高温下での寸法、機械的特性の安定性については十分であるが、ポリメタクリル酸メチル系の光ファイバと比較すると伝送損失特性が大きく、かつ高温下での経時変化が大きいという欠点がある。これは不純物の除去が困難であり、また副生成物や分解物によって着色が進行するためである。また▲３▼のものは脂肪族マレイミドを用いた系が伝送損失、耐熱性と機械的特性のバランスの点で最も良好な特性を有するが、ポリメチルメタクリレート単体をコア材とするプラスチック光ファイバと比較すると伝送損失が大きく伝送距離が短距離に限られてしまう点が問題である。
【０００８】
また、自動車などの移動体内では限られた空間でケーブルをレイアウトしなければならないため、屈曲部分が多くなり伝送損失のマージンを大きめに取る必要がある。しかし、ここに挙げた▲１▼〜▲３▼の例のように耐熱性を向上させたものではいずれの場合も伝送損失をある程度犠牲にしなければならない点が問題である。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決し、ポリメタクリル酸メチルに匹敵する優れた低伝送損失特性を有する耐熱性プラスチック光ファイバを提供することを主たる目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、コア−クラッド構造を有するプラスチック光ファイバであって、コアがＮ−シクロヘキシルマレイミド及び／またはＮ−低級アルキルマレイミド（Ａ）１〜４０重量％とメタクリル酸メチル（Ｂ）９９〜４０重量％とからなる共重合体６０〜９９重量％と、分子量が１００〜１０００の低分子量物４０〜１重量％との均一な混合物からなるプラスチック光ファイバにあり、また、前記共重合体の代わりにＮ−シクロヘキシルマレイミド及び／またはＮ−低級アルキルマレイミド（Ａ）１〜４０重量％と、メタクリル酸メチル（Ｂ）９９〜４０重量％と、芳香族ビニル化合物（Ｃ）３０重量％以下とからなる共重合体を用いたプラスチック光ファイバにある。
【００１１】
耐熱性を付与すべく高ガラス転移点のモノマーを共重合したメタクリル酸メチル系共重合体の伝送損失の要因について考察すると、共重合により増加する伝送損失は高ガラス転移点のモノマーの吸収損失に起因する要因と共重合体のブロック部分によるミクロ相分離に基づくレイリー散乱損失に起因する要因とがある。前者はモノマーを選択した時点で決定される要因であるため、耐熱性との兼ね合いで決定される。そこで本発明者らは後者に起因する光散乱損失を低減する方法について検討し、その結果、該共重合体と親和性のよい低分子のドーパントを散乱低減剤としてコア材中に導入することが効果的であることを見いだし、本発明を完成したものである。即ち、散乱損失としては、共重合体のミクロ相分離やミクロな密度、濃度のゆらぎなどに基づくミクロな屈折率のゆらぎによるもの、及び、ボイドや微小な気泡のようなマクロな屈折率不整によるものがある。これらのゆらぎや不整は、言い換えれば屈折率の不連続な部分であり、低分子ドーパントはこうした不連続部分を連続的につなぐ役割を果たすと考えられる。
【００１２】
本発明のコア材として使用される共重合体を構成するＮ−シクロヘキシルマレイミド及び／またはＮ−低級アルキルマレイミド（Ａ）は主に耐熱性付与成分としての役割を有する。Ｎ−低級アルキルマレイミドとしては、例えばＮ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−ｎプロピルマレイミド、Ｎ−ｔ−ブチルマレイミド、Ｎ−ｎ−ブチルマレイミド等が挙げられる。耐熱性と機械的特性、伝送損失特性、低吸湿性などの物性のバランスを考慮するとＮ−イソプロピルマレイミドとＮ−シクロヘキシルマレイミドが好ましい。
【００１３】
芳香族ビニル化合物（Ｃ）は、成分（Ａ）の共重合性を大きく向上させるのに有効である。このモノマーの導入量は３０重量％を超えると光学特性が不満足なものとなるので共重合体中に占める割合は３０重量％であることが必要である。
【００１４】
芳香族ビニル化合物（Ｃ）としては、スチレン、アルキルスチレン、例えばｏ−、ｍ−、ｐ−メチルスチレン、１，３−ジメチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、エチルスチレン、ｐ−第３級ブチルスチレン等、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、α−メチル−ｐ−メチルスチレン、ビニルナフタレンなどのモノビニリデン芳香族炭化水素、ｏ−、ｍ−及びｐ−クロロスチレン、２，４−ジブロモスチレン、２−メチル−４−クロロスチレンなどが挙げられる。
【００１５】
α−メチルスチレンはより耐熱性を向上させたい場合に用い、スチレン及びビニルトルエンは生産性を向上させる場合に用いることが工業生産上有用である。
【００１６】
本発明に用いられる分子量が１００〜１０００の低分子量物としては、フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル、１−メトキシフェニル−１−フェニルエタン、安息香酸ベンジル、ブロモベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、１、２−ジブロモエタン、３−フェニル−１−プロパノールなどが挙げられる。
【００１７】
低分子量物の分子量が低すぎると、拡散速度が大きく熱により揮発しやすくなるため、ファイバ性能が熱に対して不安定となる。また、分子量が高すぎると重合体中への分散性が低下して光散乱損失が増加する。
【００１８】
低分子量物の含有量としては、光学特性や機械的特性を考慮して定められるが目安として１〜４０重量％が適正な範囲である。多すぎると芯材の可塑化効果により耐熱性や機械的特性に悪影響を与える。少なすぎると低損失化の効果が損なわれる。含有量は１０〜３０重量％であることがより好ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック光ファイバのクラッド材としては、フッ素化メタクリレート系ポリマーおよびコポリマー、フッ素化メタクリレートとメタクリル酸エステル系樹脂の共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、α−フルオロメタクリレート系樹脂、およびそれらの混合物を挙げることができる。耐熱性向上の点では高ガラス転移点のα−フルオロメタクリレート系樹脂が好ましい。
【００２０】
本発明の光ファイバは、▲１▼連続塊状重合直接紡糸プロセスにおいて原料モノマーに低分子量物をあらかじめ混合しておき重合後紡糸ノズルに供給しコア材に導入する方法、▲２▼連続塊状重合直接紡糸プロセスにおいて重合、脱気押し出し工程後に低分子量物の混合工程をもうけコア材に導入する方法、▲３▼スクリュー型押し出し機を用いる方法においてコア材原料にあらかじめ低分子量物を分散混合した状態で押し出す方法、▲４▼あらかじめコア−クラッド構造のファイバを賦形後、適宜、低分子量物の単体またはそれらの混合物あるいは溶液にファイバを浸漬させ、必要に応じて適宜加熱して、低分子量物を浸透させる方法等の方法によって製造することができる。
【００２１】
これらの方法のうち伝送損失を十分下げるには連続塊状重合直接紡糸法を用いるのが好ましい。また、後処理により低分子量物を浸透させる方法は、従来の方法でファイバを賦形した後に後処理することが可能なので大がかりな設備が不要であり生産性の点で好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下に、この発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実施例１
フタル酸ベンジル−ｎ−ブチルの存在下にメタクリル酸メチル／イソプロピルマレイミドの単量体混合物を塊状重合法によって共重合させ、メタクリル酸メチル／イソプロピルマレイミド＝７４／２６（重量％）の共重合体９０重量％とフタル酸ベンジル−ｎ−ブチル１０重量％との混合物を得、これをコア材として用いた。また、クラッド材としてトリフルオロエチルα−フルオロアクリレート／メチルα−フルオロアクリレート＝８５／１５（モル比）の共重合体を用いた。これらのコア材とクラッド材をスクリュー型押出機に供給し、複合紡糸して、ファイバ直径；１０００μｍ、コア直径；９８０μｍのコア−クラッド構造のプラスチック光ファイバを得た。
【００２３】
このプラスチック光ファイバの伝送損失は２００ｄＢ／ｋｍ（測定法；５０ｍ−５ｍカットバック法、波長；６５０ｎｍ、入射ＮＡ＝０．１）であった。この光ファイバを１２５℃で１０００時間熱処理したところ、伝送損失は２０９ｄＢ／ｋｍ以下を維持し良好な耐熱性を示した。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様にして連続的に紡糸した光ファイバを得た。この光ファイバを５０ｍ単位で５０本分にカットし、その５０本についてカットバック法により波長６５０ｎｍにおける伝送損失を測定した。測定値の平均値は２１０ｄＢ／ｋｍであった。全測定値のうち２８０ｄＢ／ｋｍ以上の値を示した割合は２％であった。
【００２５】
実施例３
フタル酸ベンジル−ｎ−ブチルの存在下にメタクリル酸メチル／イソプロピルマレイミド／スチレンの単量体混合物を塊状重合法によって共重合させ、メタクリル酸メチル／イソプロピルマレイミド／スチレン＝７５／１７／８（重量％）の共重合体９０重量％とフタル酸ベンジル−ｎ−ブチル１０重量％との混合物を得、これをコア材として用いた。また、クラッド材としてトリフルオロエチルα−フルオロアクリレート／メチルα−フルオロアクリレート＝８５／１５（モル比）の共重合体を用いた。これらのコア材とクラッド材をスクリュー型押出機に供給し、複合紡糸して、ファイバ直径；１０００μｍ、コア直径；９８０μｍのコア−クラッド構造のプラスチック光ファイバを得た。
【００２６】
このプラスチック光ファイバの伝送損失は２３５ｄＢ／ｋｍ（測定法；５０ｍ−５ｍカットバック法、波長；６５０ｎｍ、入射ＮＡ＝０．１）であった。この光ファイバを１２５℃で１０００時間熱処理したところ、伝送損失は２３７ｄＢ／ｋｍ以下を維持し良好な耐熱性を示した。
【００２７】
比較例１
低分子量物としてのフタル酸ベンジル−ｎ−ブチルを混合しない点を除き、実施例１と同様にしてプラスチック光ファイバーを得た。このプラスチック光ファイバの伝送損失は２４５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２８】
比較例２
低分子量物としてのフタル酸ベンジル−ｎ−ブチルを混合しない点を除き、実施例２と同様にしてプラスチック光ファイバーを得、伝送損失を測定したところ平均値は２５０ｄＢ／ｋｍであった。また、全測定値のうち２８０ｄＢ／ｋｍ以上の値を示した割合は６％であった。
【００２９】
比較例３
低分子量物としてのフタル酸ベンジル−ｎ−ブチルを混合しない点を除き、実施例３と同様にしてプラスチック光ファイバーを得た。このプラスチック光ファイバの伝送損失は２５５ｄＢ／ｋｍであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のプラスチック光ファイバは耐熱性と共にポリメタクリル酸メチルに匹敵する優れた低伝送損失特性を有する。

Claims

コア−クラッド構造を有するプラスチック光ファイバであって、コアがＮ−シクロヘキシルマレイミド及び／またはＮ−低級アルキルマレイミド（Ａ）１〜４０重量％とメタクリル酸メチル（Ｂ）９９〜４０重量％とからなる共重合体６０〜９９重量％と、分子量が１００〜１０００の低分子量物４０〜１重量％との均一な混合物からなるプラスチック光ファイバ。
コア−クラッド構造を有するプラスチック光ファイバであって、コアがＮ−シクロヘキシルマレイミド及び／またはＮ−低級アルキルマレイミド（Ａ）１〜４０重量％と、メタクリル酸メチル（Ｂ）９９〜４０重量％と、芳香族ビニル化合物（Ｃ）３０重量％以下とからなる共重合体６０〜９９重量％と、分子量が１００〜１０００の低分子量物４０〜１重量％との均一な混合物からなるプラスチック光ファイバ。