DE69119004T2

DE69119004T2 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Teils aus gegossenem thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE69119004T2
Application number: DE69119004T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Chiba; Masaki Nishiguchi; Yoshiaki Ohishi; Michio Yamaguchi
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: EP0475431A3; CA2051349C; EP0475431B1; US5230840A; DE69119004D1; EP0475431A2; CA2051349A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus thermoplatischem Harz geformten optischen Elementen wie zum Beispiel optische Bauteile, Vorformlinge von plastischen optischen Fasern oder Lichtwellenleiter.
Im allgemeinen werden, je nach der Art der Produkte, die geformt werden sollen, jene aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elemente, wie optische Bauteile, plastische optische Fasern oder Lichtwellenleiter-Elemente entweder durch Ausführung eines Strangpreßverfahrens oder eines Spritzgußverfahrens hergestellt Nichtsdestoweniger sind diese herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen immer noch mit einer Anzahl technischer Probleme, die gelöst werden mussen, behaftet.
Konkret sind, wenn geformte optische Elemente durch Anwendung eines Strangpreßverfahrens hergestellt werden, normalerweise eine Anzahl von Vertiefungen in der Harzbahn einer jeden Strangpresse vorhanden, welche verursachen, daß sich Harzmaterial leicht im Innern aufbaut als eine Folge der Bewegung der Schnecke dieser Formgebungsmaschine. Dies wiederum verhindert, daß Harzmaterial, das gleichzeitig der Strangpreßmaschine von einem Trichter zugefuhrt wird, gleichzeitig extrudiert wird, aber ein Teil des Harzmaterials haftet an der Schnecke als eine Folge des Auftretens von Konvektion, die in dem abgelagerten Harzrückstand auftritt.
Andererseits bewirkt dann, wenn hohe Temperaturen in dem Preßverfahren angewendet werden, die erhitzte Schnecke, daß das anhaftende Harz abgebaut wird, welches eine Verfärbung erzeugt. Das farbtragende Harzmaterial wird dann mit frischem Harzmaterial gemischt, das zur Durchführung des folgenden Formgebungsverfahrens zugeführt und dann aus der Formmaschine extrudiert wird. Als ein Ergebnis trägt das geformte Produkt unerwunschte Farbe.
Andererseits wird, wenn Harzmaterial bei Durchführung eines Spritzgußverfahrens zur Herstellung geformter optischer Elemente in der Form erstarrt, eine Deformation in dem geformten Teil erzeugt. Wenn einmal intern die Deformation stattfindet, verursacht sie leicht, daß das geformte Teil Risse bildet. Jegliches geformte Produkt, das interne Deformationen enthält, ist auf gar keinen Fall zur Zusammensetzung optischer Elemente geeignet. Des weiteren ist das Spritzgußverfahren nicht zur Herstellung geformter Harzprodukte geeignet, die eine überlange und schlanke Konfiguration oder eine spezielle Form aufweisen.
In der Japanischen Patentanmeldung JP-A-02141210 ist ein Entformungsmittel beschrieben, das fluorhaltige alicyclische Ringverbindungen und fakultativ ein hitzehärtbares Harz enthält.
Die Französische Patentanmeldung FR-A-2593431 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Vorform, insbesondere einer optischen Faser-Vorform. Das Verfahren umfaßt einen Schritt zur Ausbildung eines Kerns durch Polymerisation und einen Schritt zur Ausbildung eines Mantels, der den Kern umgibt.
In der US Patentanmeldung US-A-3 423 488 ist ein Verfahren zum Gießen von Harzlinsen beschrieben, das die Herstellung einer Replikatform aus einem thermoplastischen Harz, die auf einer Modellform basiert, umfaßt. Ein hitzehärtbares Harz wird dann in die Replikatform gegeben und in einer Atmosphäre, die im wesentlichen sauerstoffrei ist, gehärtet.
Der der vorliegenden Erfindung nächstkommende Stand der Technik wird dargestellt durch die US Patentanmeldung US-A- 3 423 488. Ein Verfahren zum Formen hohlraumfreier Olefinpolymerer wird offenbart. Ein vorgeschriebenes thermoplastisches Harz wird einem Behälter zugeführt, und das Harz wird dann unter einem Druck, der niedriger als Atmosphärendruck ist und bei einer Temperatur, die bewirkt, daß das Harz schmilzt und sich in eine Flüssigkeit umwandelt, verformt. Der Behälter wird dann abgekühlt, während das Material in dem Container mit einem Kolben unter Druck gesetzt wird.
Deshalb ist die Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen bereitzustellen, mit dem sicher geformte Produkte von Qualität hergestellt werden können, welche frei von interner Deformation und Farbeffekten sind, sogar wenn während des Formvorgangs hohe Temperaturen angewendet werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen bereit, welches die Schritte umfaßt: Zuführen von thermoplastischem Harzmaterial in eine Form, Entschäumen besagten thermoplastischen Harzmaterials im Vakuum bei einer Temperatur, die die Umwandlung des thermoplastischen Harzmaterials in eine Flüssigkeit bewirkt, und Herstellen eines geformten Elements durch Abkühlen der Form in der Aufwärtsrichtung von der Unterseite her, während eine Oberfläche des Materials in besagter Form unter Druck gesetzt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das unter Druck setzen mit Inertgas unter Anwendung eines Drucks in dem Bereich von 0,5 bis 7 Mpa (5 bis 70 kgf/cm²) durchgeführt wird.
Die obige Aufgabe wird des weiteren gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren, das in Anspruch 7 definiert ist.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Anspruchen offenbart.
Die vorliegende Erfindung kann vollständiger verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 die Vorderansicht eines Beispiels der Form bezeichnet, die verfügbar ist zur Ausführung des durch die Erfindung verkörperten Verfahrens;
Fig. 2 den Querschnitt der Form, die in Fig. 1 gezeigt ist, bezeichnet;
Fig. 3 schematisch die Struktur der isothermen Wanne bezeichnet, die zur Verfügung steht zur Ausführung des durch die Erfindung verwirklichten Verfahrens;
Fign. 4, 6 und 10 respektive die Vorderansichten anderer Beispiele der Form bezeichnen, die zur Verfügung stehen zur Ausführung des durch die Erfindung verwirklichten Verfahrens;
Fign. 5, 7 und 11 respektive die Querschnitte der Formen, die in Fign. 4, 6 und 10 gezeigt sind, bezeichnen;
Fig. 8 schematisch ein geformtes optisches Element bezeichnet, das mit der Form, die in Fig. 6 gezeigt ist, hergestellt wurde;
Fig. 9 schematisch einen Lichtwellenleiter bezeichnet, der hergestellt wurde unter Verwendung des geformten optischen Elements, das in Fig. 8 gezeigt ist;
Fig. 12 schematisch ein anderes Beispiel der isothermen Wanne bezeichnet, die zur Verfügung steht zur Ausführung des durch die Erfindung verwirklichten Verfahrens;
Fig. 13 schematisch ein geformtes optisches Element bezeichnet, das mit der Form, die in Fig. 10 gezeigt ist, hergestellt wurde;
Fig. 14 schematisch den Lichtwellenleiter bezeichnet, der hergestellt wurde unter Verwendung des optischen Elements, das in Fig. 13 gezeigt ist; und
Fig. 15 schematisch eine Form bezeichnet, die zur Verfügung steht zur Herstellung eines geformten optischen Elements unter Verwendung eines konventionellen Spritzgußverfahrens.
Charakteristischerweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen jene aufeinanderfolgenden Prozesse durchgeführt, die die folgenden einschließen: Zuerst wird die vorbereitete Form mit einem ausgewählten thermoplastischen Harzmaterial gefüllt, und dann wird die mit Harz beschickte Form in einer isothermen Wanne installiert. Im wesentlichen ist die Form, die zur Ausführung der Erfindung verfügbar ist, aus einem Container zusammengesetzt, der entweder aus Glas, Metall oder Siliciumdioxid gemacht ist. Als nächstes wird das thermoplastische Harzmaterial in der isothermen Wanne thermisch in den flüssigen Zustand überführt. Konkret wird auf das thermoplastische Harzmaterial ein Entschäumungsprozeß angewendet, indem das Harzmaterial erhitzt wird, damit es in einem Vakuum in dem Innern der isothermen Wanne fließt. Als nächstes wird die isotherme Wanne mit einem Inertgas gefüllt, um das Harzmaterial in der Form unter Druck zu setzen. Als nächstes wird das Innere der isothermen Wanne allmählich von der Unterseite her in der Aufwärtsrichtung abgekühlt. Schließlich wird die Form aus der isothermen Wanne genommen unter Erhalt eines aus Harz geformten optischen Elements.
Es können entweder kristalline thermoplastische Harze wie Polymethylpenten, Fluorokunststoffe oder nicht-kristalline thermoplastische Harze wie Polycarbonat, Polyarylat, Polysulfon für das Formverfahren gemäß der Erfindung eingesetzt werden. Insbesondere ist ein solches thermoplastisches Harz, das thermisch geformt werden kann bei einem Minimum vom 200 ºC, für die Erfindung geeignet. Wenn irgendein konventionelles Formverfahren jemals eine Formtemperatur von mehr als 200 ºC anwendet, resultiert hieraus das Auftreten von Oxidation und Abbau des Harzmaterials. Es ist erwünscht, daß das thermoplastische Harz, das für die Erfindung verfügbar ist, frei von flüchtigen Bestandteilen ist, weil das Harzmaterial im Vakuum entgast und zu dem optischen Element geformt wird. Das thermoplastische Harz kann entweder in Kugelform, Pulverform oder Flockenform bei normaler Temperatur in die Form gefüllt werden. Ausgewähltes thermoplastisches Harzmaterial, das bei der Formtemperatur oder unterhalb dieser Temperatur geschmolzen wird, kann direkt in flüssigem Zustand in die Form eingefüllt werden. Es ist erwünscht, daß das flüssige Harzmaterial im Vakuum in die Form gefüllt wird.
Das Verfahren zum Entschäumen des eingefüllten Harzmaterials wird in der isothermen Wanne im Vakuum durchgeführt. Das Entschäumungsverfahren entfernt effektiv Verunreinigungen wie Monomere aus dem Harzmaterial, und das Entschäumungsverfahren verhindert auch, daß externe Verunreinigungen und Fremdsubstanzen sich mit dem eingefüllten Harzmaterial vermischen. Im Fall der Formung optischer Elemente können optische Charakteristika von nachteiligen Effekten befreit werden.
Bei der Durchführung des Formverfahrens gemäß der Erfindung wird die isotherme Wanne mit Inertgas gefüllt, um die Oberfläche des geschmolzenen Harzmaterials in der Form unter Druck zu setzen Es kann entweder Argongas, oder Heliumgas oder Stickstoffgas verwendet werden. Aufgrund der Gegenwart von Inertgas in der isothermen Wanne kann nicht nur ein zufriedenstellender Effekt bei der Formung des eingefüllten Harzmaterials erreicht werden, sondern das Formsystem kann auch das Auftreten von extrem feinem Schaum in dem Formteil und unerwünschten Hohlraum, der durch die Kontraktion des Formteils während des Abkühlungsverfahrens entsteht, verhindern.
Der anzuwendende Druck ist in einem Bereich von 5 bis 70 kgf/cm² definiert. Wenn weniger als 5 kgf/cm² des Drucks angewendet wird, wird unerwünschter Hohlraum in dem Formteil erzeugt. Andererseits wird sich, wenn mehr als 70 kgf/cm² des Drucks angewendet wird, der Inertgasbestandteil mit dem Material mischen, so daß es eine lange Zeit in Anspruch nimmt, um das Gas aus dem Formteil zu entfernen. Der vorgeschlagene Druckbereich ist beträchtlich niedriger als Hunderte kgf/cm², die normalerweise in dem konventionellen Spritzgußverfahren angewendet werden. Mit anderen Worten, die Anwendung des gegenüber der konventionellen Praxis niedrigeren Drucks verhindert effektiv die Ausbildung von Rissen in dem Formprodukt, das aus relativ zerbrechlichem Harzmaterial hergestellt wurde, oder das eine überlange und schlanke Konfiguration aufweist.
Das Formteil in der isothermen Wanne wird allmählich von der Unterseite her in der Aufwärtsrichtung abgekühlt. Das Abkühlungsverfahren setzt Deformationen in dem Formteil von der Unterseite her in der Aufwärtsrichtung frei. Das Kühlverfahren wird ausgeführt, während die Oberfläche des Harzmaterials mit Inertgas unter Druck gesetzt wird, und als ein Ergebnis kann sogar das Formteil geformt werden, ohne daß Hohlräume erzeugt werden.
Als nächstes wird das Formteil einem Streckverfahren unterworfen. Es ist erwünscht, daß das Formteil vor der Durchführung des Streckverfahrens im Vakuum bei einer spezifischen Temperatur unterhalb des Glasübergangspunktes des geformten Harzes selbst getrocknet wird. Wenn Gasbestandteile im Inneren des Formteils gelöst sind, werden diese durch letztere Behandlung vollkommen eliminiert. Diese verhindert die Ausbildung von Blasen, so daß ein Formprodukt von guter Qualität erhalten wird. Das oben erwähnte Streckverfahren ist besonders nützlich, wenn es auf optische Elemente angewendet wird.
Des weiteren ist erwünscht, daß die innere Oberfläche der Form vollständig mit dem Entformungsmittel bedeckt ist, um zu gestatten, daß das abgekühlte Produkt leicht aus der Form befreit werden kann. Im einzelnen kann entweder ein Fluorkunststoff oder ein keramisches Pulver als das Entformungsmittel verwendet werden. Wenn man eine zufriedenstellende Glätte in Betracht zieht, mit anderen Worten, vom Gesichtspunkt der Möglichkeit, die innere Oberfläche der Form gleichmäßig zu bedecken und der Sicherheit, die optischen Charakteristika des Formprodukts nicht nachteilig zu beeinflussen, ist es erwünscht, daß solche Fluorkunststoffe, die in Fluorkohlenstoff-Lösungsmittel löslich sind, wie diejenigen Fluorkunststoffe, die eine aus fluorierter alicyclischer Gruppe oder fluorierter heterocyclischer Gruppe bestehende Hauptkette enthalten, als das Entformungsmittel verwendet werden. Des weiteren ist es erwünscht, daß das Entformungsmittel einen Glasübergangspunkt aufweisen sollte, der höher als der Erweichungspunkt des geformten thermoplastischen Harzmaterials ist. Es ist erwünscht, daß entweder die fluorierte alicyclische Gruppe oder die fluorierte heterocyclische Gruppe aus 5 bis 7-gliedrigen gesättigten Ringen besteht. Diese Fluorkunststoffe werden bezeichnet in Gestalt der allgemeinen Formeln 1 bis 3 und auch in Gestalt von Copolymeren, die aus einem oder mehr als einem der Monomeren gebildet werden, die die allgemeinen Formeln 1 bis 3, wie unten gezeigt, bilden und anderen copolymeren Monomeren, die Fluor enthalten.
Allgemeine Formel 1, wenn l = 0 - 5, m = 0 - 4, n = 0 - 1, l + m + n = 1 - 6, R = F oder CF&sub3; ist.
Allgemeine Formel 2, in der o = 0 - 5, p = 0 - 5, q = 0 - 5, o + p + q = 1 - 6 ist.
Allgemeine Formel 3, in der R&sub1; = F oder CF&sub3;, R&sub2; = F oder CF&sub3; ist.
Die Fluorkunststoffe, die eine cyclische Struktur in der Hauptkette haben, wie in den allgemeinen Formeln 4 bis 9 gezeigt ist, sind als repräsentativ anzusehen. Allgemeine Formel 4 Allgemeine Formel 5 Allgemeine Formel 6 Allgemeine Formel 7 Allgemeine Formel 8
Copolymer bestehend aus Allgemeine Formel 9
und (CF&sub2; - CF&sub2;).
Die Fluorkunststoffe, der aus jenen Ringen und Hauptketten, die oben gezeigt sind, zusammengesetzt sind können als Entformungsmittel verwendet werden. In typischer Weise werden die folgenden, im Handel erhältlichen Fluorkunststoffe vorgeschlagen zur Bildung des Entformungsmittels: TEFLON AF-1600 und AF-2400 (ein eingetragenes Warenzeichen und Produkte von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.) und CYTOP (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von Asahi Glass Co., Ltd.).
Normalerweise ist jeder jener Fluorkunststoffe löslich in Fluorkohlenwasserstoffen (CmFm, CmHpFn), welche konventionell als Fluorkohlenstoffe bezeichnet werden. Der Fluorkunststoff wird, gelöst in einem Lösungsmittel wie z. B. Fluorkohlenstoff, auf die innere Oberfläche der Form aufgetragen. Dann wird die innere Oberfläche der Form mit dem Fluorkunststoff durch Entfernen des Lösungsmittels beschichtet. Da das Entformungsmittel die innere Oberfläche der Form in flüssigem Zustand, anders als das aus feinen Partikeln bestehende Entformungsmittel, vollständig bedeckt, wird die innere Oberfläche der Form perfekt davor geschützt, rauh zu werden.
Als Konsequenz wird, wenn Harzmaterial z. B. zu der Vorformoptischer Fasern geformt wird, der Lichttransmissionsverlust auf ein Minimum reduziert. Des weiteren verbleibt, weil das flüssige Entformungsmittel die innere Oberfläche der Form einheitlich bedeckt, wenn die Form mit einer Spiegel-polierten inneren Oberfläche versehen ist, auch der Film des aufgetragenen Entformungsmittels im Spiegel-polierten Zustand, und als ein Ergebnis ist auch das geformte Stück oberflächlich mit einem Spiegel-polierten Finish ausgestattet. Des weiteren kann, nach der vollständigen Formung des Harzmaterials, der die Oberfläche des geformten Stücks bedeckende Fluorkunststoffleicht entfernt werden nur durch Anwendung eines Fluorkohlenstoffs. Nebenbei bemerkt stellt ein Fluorkunststoff, weil er hitzestabil ist, einen recht befriedigenden Entformungseffekt bereit, selbst wenn er hoher Temperatur ausgesetzt wird, und deshalb ist Fluorkunststoff auch effektiv anwendbar als Entformungsmittel auf solchen Harzmaterialien, die bei hoher Temperatur verformt werden sollten. Des weiteren verhindert die Verwendung des geeigneten Entformungsmittels effektiv, daß auf der Form abgeschiedene Verunreinigungen in das formbare Harzmaterial wandern. Als Konsequenz wird die Qualität des geformten optischen Elements in gar keiner Weise negativ beeinflußt.
Wenn das geformte optische Element die Vorform plastischer optischer Fasern ist, wird die hergestellt Vorform der Streckung unterworfen, indem eine spezifische Temperatur über der Glasübergangstemperatur und unter dem Schmelzpunkt des geformten Harzes angewendet wird. Auf diese Art werden die Kerne optischer Fasern hergestellt. Es ist erwünscht, daß das Streckverfahren bei einer spezifischen Temperatur, die wenigstens 30 ºC höher als der Glasübergangspunkt des geformten Harzes ist, ausgeführt wird. Dieses ist, weil das für die Kerne der optischen Fasern verwendete Harzmaterial weiß wird, wenn das Streckverfahren nicht bei einer spezifischen Temperatur, die wenigstens 30 ºC höher als der Glasübergangspunkt des geformten Harzes ist, durchgeführt wird. Wenn das Streckverfahren an der Vorform durchgeführt wird, ist es erwünscht, daß das geformte Harz bei einer spezifischen Temperatur unterhalb des Glasübergangspunktes des geformten Harzes im Vakuum vor der Ausführung des Streckverfahrens getrocknet wird. Dies ist notwendig, weil das Gas, das in der Vorform gelöst ist, entfernt werden muß. So verhindert das Streckverfahren die Schaumbildung in der Vorform.
Um einen Überzug auf dem hergestellten Kern zu erzeugen, wird zum Beispiel solch ein Verfahren angewendet, bei dem die externe Oberfläche des Kerns mit einem Fluorkunststoff, der in einem fluorhaltigen Lösungsmittel gelöst ist, das den Kern nicht angreift, beschichtet und dann das Lösungsmittel entfernt wird. Es gibt ein Verfahren, bei dem der Kern mit einem hitzehärtbaren Harz unter Verwendung einer Düse beschichtet und dann gehärtet wird. In diesem Verfahren kann solch ein Fluorkunststoff verwendet werden, der mit dem zur Beschichtung der Form identisch ist, die für das Formen der Vorform optischer Fasern zur Verfügung steht, oder es kann auch genausogut irgend ein anderer Typ von Fluorkunststoff verwendet werden.

Beispiel 1

Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden nun die Ausführungsformen der Erfindung unten beschrieben.
Zuerst beschichteten die Erfinder gleichmäßig die innere Oberfläche einer zylindrischen Form 10, bei der ein Ende verschlossen ist, wie in den Fign. 1 und 2 gezeigt ist, mit einem Entformungsmittel und trockneten dann bei gewöhnlicher Temperatur und in der isothermen Wanne bei 120 ºC. Auf diese Weise wird die Oberfläche gleichmäßig mit dem Entformungsmittel beschichtet. Im einzelnen verwendeten die Erfinder die Lösung eines Entformungsmittels, die 0,5 Gew.% von TEFLON AF-200 (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.) enthielt, gelöst in FLUORINART (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von Sumitomo 3M Co., Ltd.), welches als Lösungsmittel diente.
Als nächstes füllten die Erfinder die zylindrische Form 10 mit Polycarbonatharz PANLITE AD-5503 (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von Teijin Chemical Co., Ltd.) und brachten dann die mit Harz gefüllte Form 10 in eine isotherme Wanne 11 ein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dieses Harzmaterial wurde vorausgehend im Vakuum getrocknet bei 120 ºC während 120 aufeinanderfolgenden Stunden.
Die isotherme Wanne 11 ist zusammengesetzt aus einem Rohrkörper 12, einer Formkammer 13 innerhalb des Rohrkörpers 12, einer externen Abdeckeinheit 14, die die Formkammer 13 luftdicht abschließt und einem Heiz/Kühlabschnitt, welcher in fünf Zonen 15a bis ise unterteilt ist und respektive mit Heizvorrichtungen H1 bis H5 und Ventilatoren F1 bis F5 ausgestattet ist. Zulieferrohre sind via Abdeckeinheit 14 mit eine Vakuumquelle (nicht gezeigt) verbunden und eine Inertgas-Zulieferquelle (nicht gezeigt) mittels einer Verbindungsleitung via eines schaltbaren Ventils B mit der Formkammer 13. Die Referenzzeichen M, C und L, die in Fig. 3 gezeigt sind, bezeichnen respektive einen Druckmesser, einen Kaltwasserzulieferungs-Rohrsatz zu den Seitenwänden der isothermen Wanne 11 und ein Strömungsventil
Als nächstes aktivierten die Erfinder elektrisch jene Heizvorrichtungen H1 bis H5, die die isotherme Wanne 11 umgeben und heizten dann kontinuierlich die isotherme Wanne 11 bei 250 ºC. Als nächstes drehten die Erfinder, während der Heizzustand auf 250 ºC gehalten wurde, das schaltbare Ventil B zu der Vakuumquelle und evakuierten dann vollständig das Innere der isothermen Wanne 11. Als ein Ergebnis wurde das eingefüllte Harzmaterial in dem Vakuumzustand, der eine Stunde lang anhielt, von Schaum befreit.
Als nächstes drehten die Erfinder das schaltbare Ventil B zu der Inertgas-Zulieferquelle und förderten dann Argongas in das Innere der isothermen Wanne 11. Dann setzten die Erfinder unter Anwendung von 10 kgf/cm² als pneumatischer Kraft die Oberfläche des geschmolzenen Harzmaterials in der Form 10 in der isothermen Wanne 11 etwa 10 Minuten lang unter Druck.
Als nächstes schalteten die Erfinder die Energie von der Bodenheizvorrichtung H1 ab und aktivierten gleichzeitig den Bodenventilator F1. Nachdem 10 Minuten vergangen waren, schalteten die Erfinder die Energie von der Heizvorrichtung H2 gerade oberhalb der Bodenheizvorrichtung H1 ab und aktivierten gleichzeitig den zweiten Ventilator F2. Auf diesem Weg unterbrachen die Erfinder aufeinanderfolgend die Energie zu den verbleibenden Heizvorrichtungen und aktivierten die entsprechenden Ventilatoren, um die Form 10 in der Aufwärtsrichtung aufeinanderfolgend abzukühlen.
Nachdem 90 Minuten vergangen waren, setzten die Erfinder das Strömungsventil L frei, um die interne Formkammer 13 der isothermen Wanne 11 auf Atmosphärendruck zu bringen. Dann entnahmen die Erfinder die Form 10 der isothermen Wanne 11 und befreiten dann das geformte optische Element aus der Form 10.
Schließlich werteten die Erfinder die optische Charakteristik des geformten optischen Elements aus. Die Erfinder schnitten das geformte Teil zu 10 cm Länge, bearbeiteten beide Enden mit einer heißen Platte und prüften dann die Lichtdurchlässigkeit Die vollständige Probe zeigte 86 % Lichtdurchlässigkeit bei 660 nm Wellenlänge, was sich als sehr zufriedenstellendes Ergebnis erweist.

Beispiel 2

Bis auf die Einführung einer zylindrischen Form 17, die einen stabähnlichen länglichen Bereich 16 in dem Zentrum und ein geschlossenes Ende enthielt, wie in Fign. 4 und 5 gezeigt ist, stellten die Erfinder ein zylindrisches optisches Element her durch Ausführung der aufeinanderfolgenden Verfahren, die mit denjenigen, die in Beispiel 1 durchgeführt wurden, identisch sind.
Das zylindrische geformte optische Element kann direkt als Lichtwellenleiter verwendet werden. Bei der Herstellung ummantelter optischer Fasern mit dem zylindrischen geformten optischen Element wird zuerst dieses zylindrische Element zu röhrenförmiger Form gestreckt. In diesem Fall können optische Fasern hergestellt werden, indem anfänglich hitzehärtbares Harzmaterial, welches einen hohen Brechungsindex aufweist, in die Röhre gegossen wird und das Harz gehärtet wird. Diejenigen optischen Fasern, die mit diesen Verfahren hergestellt werden, besitzen eine extrem reine innere Oberfläche und einen minimalen Transmissionsverlustfaktor. Insbesondere, wenn anstelle von Polycarbonatharz Polymethylpenten oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer und Tetrafluorethylen als Harzmaterial verwendet wird, wird das hitzehärtbare Harz, das für das Kernmaterial zur Verfügung steht, leicht unter dem Gesichtspunkt des Brechungsindexes ausgewählt.

Beispiel 3

Bis auf die Einführung einer quadratischen Prismenform 19, die vier stabähnliche Elemente 18 mit jeweils quadratischem Querschnitt umfaßt, wie in Fign. 6 und 7 gezeigt ist, stellten die Erfinder auf gleichem Wege wie in Beispiel 1 ein quadratische Prismenform aufweisendes optisches Element 20, das vier quadratische Löcher aufweist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, her. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann das quadratische Prismenform aufweisende optische Element 20 leicht in einen Lichtwellenleiter 21 umgewandelt werden, indem anfänglich beide Enden abgeschnitten und dann die beschnittenen Enden optisch poliert werden.

Beispiel 4

Bis auf die Einführung von POLYARYLATE P-5001 (ein eingetragenes Warenzeichen und Produkt von Unitika Co., Ltd.) anstelle von Polycarbonatharz und das Anheben der inneren Temperatur der isothermen Wanne 11 auf 310 ºC stellten die Erfinder auf gleichem Wege wie in Beispiel 1 ein geformtes optisches Element her.
Nach der Messung der Lichtdurchlässigkeit des geformten optischen Elements, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde, bestätigten die Erfinder, daß das geformte optische Element 70 % der Lichtdurchlässigkeit bei 660 nm Wellenlänge zeigte, was sich als zufriedenstellendes Ergebnis erweist.

Beispiel 5

Bis auf die Einführung von POLYETHERSULFON (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von Mitsui To-atsu Chemical Co., Ltd.) anstelle von Polycarbonatharz und das Anheben der internen Temperatur der isothermen Wanne 11 auf 330 ºC stellten die Erfinder auf gleichem Wege wie in Beispiel 1 ein geformtes optisches Element her. Das geformte optische Element hat eine ganz zufriedenstellende Form und zeigt optische Charakteristik.

Beispiel 6

Zuerst stellten die Erfinder eine zylindrische Form 23 her, die ein stabähnliches Element 22 im Zentrum enthält, wie in Fign. 10 und 11 gezeigt ist und beschichteten dann die innere Oberfläche mit dem ausgewählten Entformungsmittel, das mit dem für Beispiel 1 zur Verfügung stehenden identisch ist und trockneten dann vollständig die beschichtete innere Oberfläche der zylindrischen Form 23. Als nächstes führten die Erfinder die zylindrische Form 23 in eine isotherme Wanne 25 ein, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Fig. 12 stellt schematisch die isotherme Wanne 25 dar. Diejenigen Komponenten, die identisch mit den in Fig. 3 gezeigten sind, werden respektive mit den gleichen Referenzzahlen und Buchstaben bezeichnet, und deshalb wird die Beschreibung derselben hier weggelassen.
Die isotherme Wanne 25 enthält einen Trichter 26, der mit der oberen Öffnung 23a der Form 23 verbunden ist, und eine Heizvorrichtung 27 ist installiert, welche die äußere Oberfläche der isothermen Wanne 25 umgibt.
Die Erfinder füllten die zylindrische Form 23 mit dem vorher in Flockenform gebrachten Polycarbonatharz PANLITE L-1225 (ein eingetragenes Warenzeichen und ein Produkt von Teijin Chemical Co., Ltd.) durch den Trichter 26. Als nächstes heizten die Erfinder das Innere der isothermen Wanne 25 auf 260 ºC durch Aktivierung der Heizvorrichtung 27 und drehten dann das schaltbare Ventil B zu der Vakuumquelle und hielten dann die Vakuumbedingung 3 Stunden lang aufrecht, um das vorher bei 120 ºC 120 Stunden lang getrocknete Harzmaterial zu entschäumen. Nach der vollständigen Entschäumung des eingefüllten Harznmaterials drehten die Erfinder das schaltbare Ventil B zu der Inertgas-Zulieferquelle und leiteten dann Argongas in die isotherme Wanne 25 ein. Als nächstes setzten die Erfinder die Oberfläche des geschmolzenen Harzmaterials in der Form 23 innerhalb der isothermen Wanne 25 etwa 10 Minuten lang unter Druck unter Anwendung von 10 kgf/cm² Druck. Als nächstes entfernten die Erfinder die Heizvorrichtung 27 und kühlten dann nacheinander die respektiven Bereiche, die durch die Heizvorrichtung 27 bedeckt waren, in der Aufwärtsrichtung von der Unterseite her, indem die Bereiche mit Wasser in Kontakt gebracht wurden.
Als nächstes setzten die Erfinder das Strömungsventil L frei, um das Innere der isothermen Wanne 25 auf Atmosphärendruck zu bringen, und nahmen dann die zylindrische Form 23 aus der isothermen Wanne 25. Als ein Ergebnis wurde ein geformtes optisches Element 28, das in Fig. 13 gezeigt ist, aus der zylindrischen Form 23 erhalten. Als nächstes schnitten die Erfinder ein Ende des geformten optischen Elements 28 ab, wie in Fig. 14 gezeigt ist und polierten dann beide Enden optisch. Als Konsequenz stellten die Erfinder ganz zufriedenstellend Lichtwellenleiter 29 her.
Die Erfinder trockneten dann das geformte optische Element 28 unter Vakuumbedingungen, während das geformte Element 28 auf einer Temperatur unterhalb des Glasübergangspunktes gehalten wurde und streckten es dann, während es auf 260 ºC gehalten wurde. Schließlich produzierten die Erfinder einen Überzug, der für optische Fasern zur Verfügung steht. Die Erfinder bestätigten, daß die optischen Fasern, die den neuen Überzug verwendeten, eine ganz zufriedenstellende optische Charakteristik zeigten.

Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung von Polycarbonatharz PANLITE AD-5503 (ein Produkt von Teijin Chemical Co., Ltd.), führten die Erfinder ein Probeformverfahren aus, bei dem Harzmaterial in eine Form 31, die einen Hohlraum 30 enthielt, wie in Fig. 15 gezeigt ist, unter Verwendung einer Spritzgußmaschine mit einem inneren Durchmesser von 65 mm gespritzt wurde. Die Erfinder beschichteten vorher die innere Oberfläche der Form 31 mit einem Silikonöl, welches als Entformungsmittel diente und erhitzten dann die Form 31 auf 250 ºC. Nach Vollendung des Formverfahrens kühlten die Erfinder die Form 31 ab und entnahmen dann ein geformtes optisches Element.
Nach Messung der Lichtdurchlässigkeit des geformten optischen Elements in der gleichen Weise, wie es für Beispiel 1 durchgeführt wurde, bestätigten die Erfinder, daß das geformte optische Element nur eine 58 %ige Lichtdurchlässigkeit bei 660 nm Wellenlänge aufwies, und daß dazu noch eines der vier geformten optischen Elemente zerriß.

Vergleichsbeispiel 2

Bis auf die Einführung von keramischem Pulver als ein Entformungsmittel anstelle des Silikonöls und 260 ºC als Formtemperatur formten die Erfinder in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 fünf Einheiten eines optischen Elements.
Nach Auswertung der Lichtdurchlässigkeit dieser geformten optischen Elemente, die in der gleichen Weise wie für Beispiel 1 durchgeführt wurde, bestätigten die Erfinder, obwohl eine Lichtdurchlässigkeit von 63 % bei 660 nm Wellenlänge gemessen wurde, daß vier von fünf geformten optischen Elementen zerrissen. Die Oberfläche der geformten optischen Teile kann den optischen Zustand nicht einhalten.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß, weil in dem Verfahren, das durch die Erfindung verwirklicht wird, flüssiges thermoplastisches Harzmaterial, das in die Form eingefüllt wurde, effektiv entschäumt wird, kein Raum in dem Harzmaterial verbleiben kann, und auch, weil das flüssige thermoplastische Harzmaterial mittels unter Druck gesetztem Inertgas geformt wird, nicht das geringste nadelförmige Loch in dem geformten Element erzeugt werden kann. Des weiteren kann, weil eine Deformation effektiv freigesetzt wird, durch die nacheinander folgende Abkühlung der erhitzten Form in der Aufwärtsrichtung von der Unterseite her, das Formverfahren, das durch die Erfindung verwirklicht wird, sicher und beständig optische Elemente von Qualität hervorbringen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen, welches die Schritte umfaßt:

Zuführen von thermoplastischem Harzmaterial in eine Form;

Entschäumen besagten thermoplastischen Harzmaterials im Vakuum bei einer Temperatur, die die Umwandlung des thermoplastischen Harzmaterials in eine Flüssigkeit bewirkt; und

Herstellen eines geformten Elements durch Abkühlen besagter Form in der Aufwärtsrichtung von der Unterseite her, während eine Oberfläche des Materials in besagter Form unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck setzen mit einem Inertgas unter Anwendung eines Drucks in dem Bereich von 0,5 bis 7 Mpa (5 bis 70 kgf/cm²) durchgeführt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen nach Anspruch 1, das weiter einen Schritt der vorausgehenden Beschichtung der inneren Oberfläche besagter Form mit einem Fluorkunststoff, der entweder fluorierte alicyclische Gruppe oder fluorierte heterocyclische Gruppe in der Hauptkette enthält, umfaßt.

3. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluorkunststoff einen spezifischen Glasübergangspunkt umfasst, der höher als der Erweichungspunkt besagten thermoplastischen Harzmaterials ist.

4. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche besagter Form mit besagtem Fluorkunststoff, gelöst in einem Lösungsmittel, in der Form einer Lösung beschichtet und dann getrocknet wird.

5. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Lösungsmittel eine Verbindung umfaßt, die gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CmFm+2, in der m = 5 - 8 ist, C&sub9;F&sub1;&sub6;H&sub4;, C&sub1;&sub0;F&sub1;&sub6;H&sub6; und Mischungen derselben.

6. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes geformtes optisches Element als eine Vorform zum Zusammensetzen optischer Fasern bereitgestellt wird.

7. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Harz geformten optischen Elementen, welches die Schritte umfaßt:

Zuführen von thermoplastischem Harzmaterial in eine Form;

Herstellen einer Vorform zum Zusammensetzen optischer Fasern durch Kühlen besagter Form in der Aufwärtsrichtung von der Unterseite her, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kühlens ein Druck in dem Bereich von 0,5 bis 7 Mpa (5 bis 70 kgf/cm²) auf die Oberfläche des Materials in besagter Form mit Inertgas angewendet wird; und

Ausführen einer Streckung besagter Vorform.

8. Verfahren zur Herstellung von aus thermoplastischem Material geformten optischen Elementen nach Anspruch 7, das weiter einen Schritt der Trocknung besagter Vorform im Vakuum bei einer spezifischen Temperatur unter dem Glasübergangspunkt besagten thermoplastischen Harzes vor Ausführung besagter Streckung umfaßt.