特開 2024-43779 プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、プラスチック光ファイバの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024043779

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、プラスチック光ファイバの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20240326BHJP

【ＦＩ】

G02B6/02 366

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022148961

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】荒田 陽平

(72)【発明者】

【氏名】北山 武史

(72)【発明者】

【氏名】上村 芳美

【テーマコード（参考）】

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H250AA22

2H250AA42

2H250AB33

2H250AB34

2H250AB37

2H250AB43

2H250BA16

2H250BA21

2H250BA34

2H250BB03

2H250BB07

2H250BB08

2H250BB09

2H250BB13

2H250BB18

(57)【要約】

【課題】繰り返し加熱処理を行った後も、得られるＰＯＦの伝送損失の劣化を抑制できる、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、およびこのプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンを用いたプラスチック光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビン１は、プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で加熱処理するためのボビンであって、円筒状の胴部２を備え、胴部の外周面に発泡シートが配置され、発泡シートは、見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３のポリプロピレン樹脂を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で加熱処理するためのボビンであって、
円筒状の胴部を備え、
前記胴部の外周面に発泡シートが配置され、
前記発泡シートは、見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３のポリプロピレン樹脂を含む、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン。

【請求項2】

さらに、前記胴部の長手方向の両端にそれぞれ設けられた鍔部を備える、請求項１に記載のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビン。

【請求項3】

請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンの胴部に、プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で、前記プラスチック光ファイバを加熱処理する、プラスチック光ファイバの製造方法。

【請求項4】

前記プラスチック光ファイバのコア材がポリメチルメタクリレートからなり、
前記プラスチック光ファイバを加熱処理する温度が８０℃以上である、請求項３に記載の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】

【0001】

本発明は、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、およびプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンを用いたプラスチック光ファイバの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラスチック光ファイバ（以下、「ＰＯＦ」ということもある。）は、ガラス製光ファイバに比べて伝送距離は短いものの、安価、軽量、柔軟、大口径化が容易であるなどのメリットを有する。このようなメリットを活かして、ＰＯＦは、照明用途、ＦＡ、ＯＡ、ＬＡＮ等の短距離通信用途、及び各種光学センサ用途等の分野での実用化が進んでいる。そして、近年、ＰＯＦは、車載用途での実用化が進んでいる。

【0003】

車載用途では、ＰＯＦは、エンジンあるいは夏期の日射による高温にさらされる環境で使用されるため、耐熱性、特に高温時の収縮率の低減が要求される。このような要求に応じるため、ＰＯＦの素線を張力存在下で、９０℃以上の温度に加熱する熱処理を行い、ＰＯＦの収縮率を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、ＰＯＦをボビンの円筒状の胴部に巻き付けた状態で、このような熱処理を行なう処理方法が提案されている。

【0004】

しかしながら、このような熱処理では、ＰＯＦ自体の収縮による巻締りや、ボビンの収縮・膨張変形によってＰＯＦに応力が加わる。そのため、所望の収縮特性を得るために、熱処理中に、ボビンの胴部に巻き付けられたＰＯＦの内方側、すなわちボビンの胴部の外周面に近い部位に位置するＰＯＦに大きな応力が加わるという問題が生じる。

【0005】

このような問題に対して、特許文献２では、円筒状の胴部の外周面に、見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３のポリオレフィン樹脂を含む発泡シートを配置することによって、ボビンの内方側に巻き付けられたＰＯＦに、巻き締まり等によって生じる応力を抑制することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２－５５２４３号公報

【特許文献2】特開２００６－２５１２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献２で提案されている発泡シートの中でも、ポリエチレン樹脂を含む発泡シートは、何度も繰り返し熱処理を行った場合、発泡している気泡部分がつぶれ、熱処理後のＰＯＦ（特に、ボビンの外周面に近い部位に位置するＰＯＦ）の伝送損失が増大するという課題があった。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、繰り返し熱処理を行った後も、得られるＰＯＦの伝送損失の劣化を抑制できる、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、およびこのプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンを用いたプラスチック光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者等は、繰り返し加熱処理を行った後に得られるＰＯＦの伝送損失の劣化を抑制できる、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、およびこのプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンを用いたプラスチック光ファイバの製造方法についての解析を進め、対策について鋭意検討した結果、本発明に到達した。

【0010】

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で加熱処理するためのボビンであって、
円筒状の胴部を備え、
前記胴部の外周面に発泡シートが配置され、
前記発泡シートは、見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３のポリプロピレン樹脂を含む、プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン。
［２］さらに、前記胴部の長手方向の両端にそれぞれ設けられた鍔部を備える、［１］に記載のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビン。
［３］［１］または［２］に記載のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンの胴部に、プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で、前記プラスチック光ファイバを加熱処理する、プラスチック光ファイバの製造方法。
［４］前記プラスチック光ファイバのコア材がポリメチルメタクリレートからなり、
前記プラスチック光ファイバを加熱処理する温度が８０℃以上である、［３］に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、加熱処理中に、ＰＯＦに加わる応力を減少させることができるプラスチック光ファイバ熱処理用ボビン、および応力によるＰＯＦの伝送損失の増大を抑制できるプラスチック光ファイバの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るプラスチック光ファイバ熱処理用のボビンの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施の形態の一例であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載内容に限定されるものではない。
以下において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。

【0014】

［プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン］
以下、図面に沿って、本発明の一実施形態に係るＰＯＦ熱処理用ボビンについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＰＯＦ熱処理用ボビンを示す斜視図である。
本実施形態のＰＯＦ熱処理用ボビン１は、ＰＯＦが巻き付けられる円筒状の胴部２と、胴部２と同心状に配置され、胴部２の軸線方向の両端にそれぞれ設けられた円盤状の鍔部４とを備える。

【0015】

胴部２の外周面には、ポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートからなる緩衝層６が配置されている。緩衝層６は、胴部２の外周面を覆い、胴部２の両端の鍔部４の間にかけ渡されるように配置されている。本実施形態のＰＯＦ熱処理用ボビン１は、緩衝層６上にＰＯＦを巻き付けた状態で熱を加えることにより、ＰＯＦの加熱処理が繰り返し行なわれる。緩衝層６を構成するポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートは、加熱処理時に、ＰＯＦ自体の巻締りや、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の変形時にＰＯＦに作用する応力を逃し、ＰＯＦを保護する機能を有する。

【0016】

ＰＯＦ熱処理用ボビン１の胴部２の材料と鍔部４の材料は、ポリスチレン、アクリロニトル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリオレフィン、ポリカーボネートなどの公知の樹脂素材が挙げられる。前記の材料は、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の胴部２および鍔部４の熱変形を抑制するために、ガラス繊維を含有していてもよい。特に、コア材がＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなるＰＯＦの熱処理に際しては、前記の材料は、熱変形温度や、収縮・膨張の挙動がＰＭＭＡに近いポリスチレンやＡＢＳが好ましく、ＡＢＳがより好ましい。特に、車載用途でのＰＯＦの収縮特性の改善を目的として実施される８０℃から１１０℃程度の熱処理においては、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の胴部２と鍔部４を、収縮・膨張がほとんどないガラス繊維を含有したＡＢＳで形成することが好ましい。

【0017】

ＰＯＦ熱処理用ボビン１は、胴部２と鍔部４の中央を貫通して延びるように配置された軸８を備える。軸８は、ＰＯＦをＰＯＦ熱処理用ボビン１に巻き取ったり、ＰＯＦ熱処理用ボビン１からＰＯＦを引き出したりする際に、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の回転軸として用いられる。

【0018】

緩衝層６を構成するポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートには、ＰＯＦの光学特性を劣化させる要因となる可塑剤や添加材を可能な限り少なくすることが求められる。従って、発泡シートの材料としては、ポリプロピレン樹脂を電子線架橋処理して得られたものが好ましい。
ポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートは、耐熱性に優れる。従って、発泡シートの気泡はＰＯＦの加熱処理によって潰れにくく、胴部２に巻き付けられたＰＯＦのうち内方側のＰＯＦに巻き締まり等によって生じる応力を抑制して、ＰＯＦの伝送損失を良好な状態に保つことができる。

【0019】

緩衝層６を構成するポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートの見かけ密度は、光学特性の劣化程度と相関している。

【0020】

緩衝層６を構成するポリプロピレン樹脂を含有する発泡シートの見かけ密度は、０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３である。発泡シートの見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３未満では、ＰＯＦを巻き付けた際に、緩衝層６を構成する発泡シートが圧縮され、以後の加熱処理における緩衝効果が小さくなる。また、発泡シートの見かけ密度が０．２ｇ／ｃｍ^３を超えると、ＰＯＦを巻き付けた際に、伝送損失が劣化することがある。

【0021】

発泡シートの厚さは、２ｍｍ～６ｍｍが好ましい。発泡シートの厚さが２ｍｍ未満では、緩衝効果が小さくなる。発泡シートの厚さが６ｍｍを超えると、緩衝層６にＰＯＦが食い込みすぎて、ＰＯＦをボビンから引き出しにくくなる。

【0022】

本実施形態のＰＯＦ熱処理用ボビン１は、ＳＩ型、ＧＩ型、マルチコア型等の公知のＰＯＦの熱処理に使用することができる。

【0023】

本実施形態のＰＯＦ熱処理用ボビン１によれば、円筒状の胴部２の外周面に、緩衝層６を構成する発泡シートが配置され、発泡シートは、見かけ密度が０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．２ｇ／ｃｍ^３のポリプロピレン樹脂を含むため、繰り返し加熱処理を行った後も、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の内方側に巻かれたＰＯＦに、巻き締まり等による応力が作用しても、発泡シートの気泡が潰されることなく形状を維持し、前記の応力が発泡シートによってＰＯＦ熱処理用ボビン１側に逃がされる。従って、ＰＯＦ熱処理用ボビン１の内方側のＰＯＦの伝送損失が応力によって低下することを抑制できる。

【0024】

［プラスチック光ファイバの製造方法］
本発明の一実施形態に係るプラスチック光ファイバの製造方法は、上述の実施形態のプラスチック光ファイバ熱処理用ボビンの胴部に、プラスチック光ファイバを巻き付けた状態で、プラスチック光ファイバを加熱処理する。

【0025】

ＰＯＦ熱処理用ボビン１を用いて加熱処理されるＰＯＦの光伝送路となるコア材に用いられる材料としては、透明性の高い重合体が用いられる。重合体としては、メチルメタクリレ－ト系の重合体が好ましく、メチルメタクリレ－ト単独重合体及びメチルメタクリレート単位を主成分とする共重合体がより好ましく、ベンジルメタクリレ－ト単位を主成分とする共重合体、またはフッ素化アルキルメタクリレ－ト系重合体がさらに好ましく、メチルメタクリレート単独重合体が特に好ましい。

【0026】

ＳＩ型ＰＯＦのクラッド材としては、コア材よりも屈折率が低い公知の材料が用いられる。クラッド材としては、フッ素化アルキル（メタ）アクリレート単位とメチルメタクリレート単位との共重合体、α－フルオロアクリル酸エステルからなる重合体、フッ化ビニリデン単位を含む重合体、及び上記各種重合体からなるブレンド物等が好適に用いられる。フッ化ビニリデン単位を含む重合体としては、フッ化ビニリデンの単独重合体やフッ化ビニリデン単位と、テトラフルオロエチレン、６－フッ化プロピレン、６フッ化アセトン、エチレン、もしくはプロピレンの各単量体単位を含む共重合体が好適に用いられる。

【0027】

さらに、各種特性の向上を図るためにクラッド材の外側に配置される保護層の材料としては、クラッド材と同様に公知の材料が用いられる。保護層の材料としては、例えば、通常の高開口角を有する光ファイバで用いられている短鎖フッ素化アルキル基を有する（メタ）アクリレートと長鎖フッ素化アルキル基を有する（メタ）アクリレートとメチルメタクリレートの各単量体単位を含む共重合体、フッ化ビニリデン系重合体等が挙げられる。

【0028】

また、保護層の材料としては、柔軟性や耐溶剤性の観点から、フッ化ビニリデン系重合体を使用することが好ましい。フッ化ビニリデン系重合体としては、フッ化ビニリデンの単独重合体やフッ化ビニリデン単位と、テトラフルオロエチレン、６－フッ化プロピレン、６フッ化アセトン、エチレン、もしくはプロピレンの各単量体単位を含む共重合体が好ましい。フッ化ビニリデン単位とテトラフルオロエチレン単位を含む共重合体を用いる場合、透明性に優れる観点から、フッ化ビニリデン単位を７０モル％～９０モル％含むものが好ましい。

【0029】

本実施形態のＰＯＦの製造方法においては、耐環境特性改善を目的として、最外側層として、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑製被覆層を形成したＰＯＦを適用することも可能である。

【0030】

ＰＯＦ熱処理用ボビン１を用いたＰＯＦの加熱処理においても、従来のＰＯＦの加熱処理と同様に、ＰＯＦを所定の張力をかけた状態でＰＯＦ熱処理用ボビン１に巻き付けて、ＰＯＦの加熱処理を行なう。

【0031】

本実施形態のＰＯＦの製造方法では、機械特性の向上を目的としてＰＯＦの製造過程で施される延伸配向を低下させることなく、ＰＯＦの収縮特性の改善が可能となる。
加熱処理の方法は、特に限定されないが、例えば、内部循環式の恒温槽等にて一定温度、一定時間、加熱処理する方法が挙げられる。

【0032】

ＰＯＦを加熱処理する温度は、特に限定されず、コア材の材質に応じて、適宜調整される。コア材がＰＭＭＡからなるＰＯＦを加熱処理する場合、所望の収縮特性の改善に必要な処理時間を短縮化させるために、加熱処理する温度は８０℃以上であることが好ましい。

【0033】

ＰＯＦ熱処理用ボビン１にＰＯＦを巻き付ける際の巻取張力を大きくすると、収縮改善効果は大きくなるが、胴部２に巻き付けられたＰＯＦのうち内方側（内方すなわちＰＯＦ熱処理用ボビン１側）に位置するＰＯＦにかかる応力が大きくなり、光学特性が低下することがある。一方、ＰＯＦ熱処理用ボビン１にＰＯＦを巻き付ける際の巻取張力を小さくすると、所望の収縮改善効果を得るために要する時間が長くなる。

【0034】

従って、加熱処理条件を勘案したうえで、適切な巻き付け張力を設定する必要がある。例えば、直径ＡμｍのＰＭＭＡをコア材としたＰＯＦを熱処理する際には、巻き付け張力を、Ａ×１／５ｇｆ～Ａ×１／２ｇｆの範囲とすることで、ＰＯＦの光学特性を低下させることなく、所望の収縮改善効果を得ることができる。

【0035】

本実施形態のプラスチック光ファイバの製造方法によれば、応力によるＰＯＦの伝送損失の増大を抑制できる。

【実施例0036】

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0037】

［ＰＯＦの製造例］
実施例および比較例で用いたＰＯＦについて説明する。
ＰＯＦは、コア材として屈折率１．４９０のメチルメタクリレート単独重合体を用い、クラッド材として屈折率１．４１７の３ＦＭ／１３ＦＭ／ＭＭＡ／ＭＡＡ＝４１ｗｔ％／３９ｗｔ％／１８ｗｔ％／２ｗｔ％からなる共重合体を用い、保護層の材料として屈折率１．３７４の２Ｆ／４Ｆ／６Ｆ＝６０．５ｍｏｌ％／３４．５ｍｏｌ％／５．０ｍｏｌ％からなる共重合体を用いた。
なお、３ＦＭは（メタ）アクリル酸－２，２，２－トリフルオロエチル、１３ＦＭは（メタ）アクリル酸－２－（パーフルオロヘキシル）エチル、ＭＭＡはメタクリル酸メチル、ＭＡＡはメタクリル酸、２Ｆはフッ化ビニリデン、４Ｆはテトラフルオロエチレン、６Ｆはヘキサフルオロプロピレンである。

【0038】

これら３種の材料を２３０℃で溶融複合紡糸し、複合化されたストランドを５０℃まで冷却した後、１４０℃に加熱して、ファイバの繊維軸方向に２倍の延伸操作を行い、直径が１０００μｍ、クラッドの厚みが１０μｍ、保護層の厚みが１０μｍであるＰＯＦを作製した。

【0039】

得られたＰＯＦの波長６５０ｎｍ、励振ＮＡ＝０．１の条件での伝送損失を２５－５ｍのカットバック法で測定した結果、１３４ｄＢ／ｋｍであった。また、このＰＯＦを９０℃で２４時間、加熱処理し、加熱前後の長さの変化から求めた収縮率は０．９％であった。

【0040】

［実施例１］
ＪＩＳ Ｋ ６７６７法による見かけ密度が０．０６７ｇ／ｃｍ^３、ＡＳＴＭ Ｄ１５６７法による厚みが５ｍｍのポリプロピレン発泡シート（商品名：ＰＰ耐熱ぺフ、月産業社製）を用意した。
また、胴部と、胴部の軸線方向の両端にそれぞれ設けられた円盤状の鍔部とを備え、ガラス繊維を含有するＡＢＳ樹脂製のボビンを用意した。胴部の直径は１９０ｍｍ、胴部の長さ（２つの鍔部の間の長さ）は１８０ｍｍ、鍔部の直径は３００ｍｍであった。
ボビンの胴部の外周面に、ポリプロピレン発泡シートを貼り付けた。
ボビンの胴部に、ポリプロピレン発泡シートを介して、上記のＰＯＦを巻付張力２５０ｇｆで５０００ｍ巻き付けた。

【0041】

ＰＯＦを巻き付けたボビンを熱風循環式の恒温装置の中に入れて、８５℃で１４０時間の加熱処理を行なった。その後、ボビンに巻き付けたＰＯＦの全量を引き出して、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失を測定した。
また、加熱処理用のＰＯＦを巻き付けたボビンを恒温装置に入れず、１００時間室温（２５℃）で保管した後、再度、ボビンからＰＯＦ全量を引き出して、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失を測定し、巻き付けに操作によるＰＯＦの伝送損失を測定した。
加熱処理工程後、室温（２５℃）で保管する一連の工程を３回繰り返し、それぞれにおける、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失を測定した。結果を表１に示す。
表１に示すように、加熱処理３回後も、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失の劣化は抑制されていた。これは、ボビンの胴部の外周面に、ポリプロピレン発泡シートを配置したことによって、ＰＯＦの巻き締まり等による応力が抑制されたことによる効果である。また、加熱処理後のボビンの外観は、加熱処理前から変化なかった。

【0042】

［比較例１］
ポリプロピレン発泡シートをポリエチレン発泡シートに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、加熱処理を３回行い、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失を評価した。結果を表１に示す。
表１に示すように、加熱処理３回後も、ボビンの最内層に巻かれていたＰＯＦの伝送損失が１９０ｄＢ／ｋｍと劣化していることが観察された。ボビンの胴部の外周面に、ポリエチレン発泡シートを配置し、複数回に渡る加熱処理によりポリエチレン発泡シートの気泡が潰れたことで、ＰＯＦの伝送損失の極度な劣化に繋がったと考えられる。
また、加熱処理後のボビンの外観は、加熱処理前から変化していなかった。

【0043】

【表1】

【符号の説明】

【0044】

１ プラスチック光ファイバ熱処理用ボビン（ＰＯＦ熱処理用ボビン）
２ 胴部
４ 鍔部
６ 緩衝層
８ 軸

【図1】