JP2007052152A - プラスチック光学材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大口径ながら生産性や取り扱い性に優れる光学材料を製造する。
【解決手段】中空管の中に重合性組成物を注入し重合させる工程を繰り返し行うことにより第１〜第ｎ層が同心円状に積層された重合体を形成する。中空管を除去した円筒状または円柱状のｎ層構造の重合体を芯材１１とする。市販の溶融押出成形により重合性組成物を用いて円筒状の外径調整材１２を形成する。組立工程における芯材１１の長手方向での長さＬ１と、外径調整材１２の長手方向での長さＬ２とがＬ２＞Ｌ１とする。外径調整材１２の中に芯材１１を挿入して前駆体１３とする。そして、この前駆体１３を加熱させて芯材１１と外径調整材１２とを同時に延伸させる延伸工程を行う。本発明により、強靭性に優れ、かつ大口径ながら生産性や取り扱い性に優れる所望の径の光学材料を得ることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プラスチック光学材料の製造方法に関するものであり、特に光ファイバなどの光導波路やレンズに利用することができるプラスチック光学材料の製造方法に関する。

従来より、光学材料として、ガラス（光学ガラス）が使用されている。光学ガラスは、化学的に安定であり、優れた透明性や成形性，硬度などの特性を有することから、光ファイバや光導波路，レンズ，電子部品などに利用されている。ところが、最近では、光学ガラスに代替する光学材料として、プラスチック材料が注目されている。光学用プラスチック材料は、空気中からポリマー中へ入射した光が表面で反射しながらポリマー中を通過する現象を利用したものであり、透明性が高く、光学ガラスと比較して、軽量性，加工性に優れるなどの特色を有していることから、様々な技術へ応用されている。

例えば、光ファイバへ利用したプラスチック光ファイバ素線（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ；ＰＯＦ）が挙げられる。ＰＯＦは、互いに屈折率の異なる重合性組成物から形成された光を伝播する光伝播部と、この光伝播部の外周に配される外殻部とからなり、光伝播部に所定の角度で光を入射させて、屈折率の異なる界面で光を全反射させることにより光を伝播させる光伝送体である。最近では、このＰＯＦの中でも、中心から外側に向かって屈折率に高低分布を設けた屈折率分布型ＰＯＦが注目されている。屈折率分布型ＰＯＦは、その特有の屈折率分布により、中心を通る光と周辺を経由する光とがほぼ同時に伝播される。そのため、入力信号に歪が発生しないので、高い伝送容量を発現させて大幅な高速通信を実現することができる。

一般的に、屈折率分布型ＰＯＦの製造方法としては、ＰＯＦの前駆体となる光ファイバ母材（プリフォーム）を作製した後、このプリフォームを加熱溶融させた状態で延伸させることにより所望の径のＰＯＦとする。この延伸時においては、途中で切断することなくできる限りプリフォームを延伸させることができると、長いＰＯＦを得ることができ、効率が上がる。

また、強靭性を向上させた屈折率分布型ＰＯＦとして、Ｃ−Ｈ結合を有さない含フッ素樹脂からなる内層の外周に所定の引張り弾性率を示す外層を設けたＰＯＦ（例えば、特許文献１参照）や、同じくＣ−Ｈ結合を有さない非結晶性の含フッ素重合体からなる内層の外周に、この内層と親和性を有し、さらに低屈折率である含フッ素重合体からなる外層を設けたＰＯＦ（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開平１１−１０９１４４号公報 特開２００２−０７１９７２号公報

特許文献１では、光の通路となる内層の外周に熱可塑性樹脂からなる外層を設けることにより強靭性を向上させることができる。また、特許文献２では、内層と親和性を有し、さらには内層よりも屈折率の低い外層を外周に設けるようにしたので、強靭性を向上させるだけでなく、耐熱性や耐湿熱性の向上も図ることができる。しかしながら、いずれのＰＯＦも内層を形成させる材料が限定されているため、利用範囲が限られてしまう。また、強靭性向上という機械強度の向上に関する効果が謳われているが、生産性や取り扱い性については言及されていない。くわえて、ＰＯＦを製造する際には、上記のようにプリフォームを構成する光伝播部と外殻部とを同時に延伸させるが、延伸初期においては、急速に所望の細径とすると切断してしまうなどの恐れがあるため、ある程度の延伸時間が必要である。しかし、延伸初期のプリフォームは所望の径ではなく規格外であるため、製品として使用することができない。これは、規格外製品の増加による生産性の低下を招くほか、生産コストの増大という問題を引き起こす。したがって、強靭性に優れるとともに、生産性や取り扱い性に優れるＰＯＦを代表とする光学材料を得ることができる製造方法の提案が望まれている。

本発明は、光学レンズや屈折率分布型ＰＯＦを含む光ファイバとして利用することができる光学材料およびその製造方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のプラスチック光学材料の製造方法は、光を伝播する芯材と芯材の外周に配される外径調整材とからなるプラスチック光学材料の製造方法において、円筒状または円柱状の芯材を、円筒状の外径調整材の中に挿入してプラスチック光学材料の前駆体を形成する組立工程と、前駆体を加熱させて、芯材と外径調整材とを同時に延伸する延伸工程とを有し、この組立工程における芯材の長手方向の長さをＬ１とし、外径調整材の長手方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする。

芯材は、円筒状または円柱状の内芯部と、内芯部の外周に配される円筒状の外芯部とからなることが好ましい。また、芯材は、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高さが連続的に変化する高低分布を有することが好ましい。そして、芯材の外径をＤ１（ｍｍ）とし、外径調整材の内径をＤ２（ｍｍ）とするとき、０．０１＜Ｄ２−Ｄ１＜１．０の条件を満たすことが好ましい。

また、芯材と外径調整材とは樹脂からなることが好ましい。そして、芯材の長手方向の長さＬ１と外径調整材の長手方向の長さＬ２とが、０＜Ｌ２−Ｌ１≦２００であることが好ましい。なお、芯材における内芯部は、径の外側から中心に向かうにしたがい次第に屈折率が高くなることが好ましい。

本発明をＰＯＦの製造に利用すると、強靭性に優れるとともに、生産性や取り扱い性に優れるＰＯＦ（特に、屈折率分布型ＰＯＦ）を得ることができる。なお、このＰＯＦは、透明性に優れた光学特性を有する光学材料として使用することができる。また、本発明の光学材料および製造方法は、プラスチック光導波路やプラスチックレンズとして利用することができる。特にプラスチックレンズに使用する場合には、集光特性に優れたレンズを提供することができる。

本発明の実施形態について図を引用しながら説明する。ただし、本発明は本実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明での光学材料１０の製造工程図である。ここでは工程の流れについてのみする。

本発明の光学材料１０は、芯材１１と外径調整材１２とを別々に作製した後、これらの部材を組立てた前駆体１３を延伸させることにより製造される。したがって、光学材料１０の製造工程は、芯材形成工程１５と外径調整材形成工程１６と、芯材１１と外径調整材１２とを組立てて前駆体１３とする組立工程１７と、前駆体１３を延伸させて光学材料１０とする加熱延伸工程１８とを有する。

次に、各工程の詳細を説明する。芯材形成工程１５は、光を伝播する芯材１１を形成させる。この芯材１１は、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高さが連続的に変化する内芯部２０と、この内芯部２０の外周に配される外芯部２１とを有する。したがって、芯材形成工程１５は、内芯部形成工程２２と外芯部形成工程２３と、内芯部２０と外芯部２１とを組立てて芯材１１とする芯材組立工程２４とを有する。

内芯部形成工程２２では、円柱状または円筒状の内芯部２０を形成させる。内芯部２０は、第１層，第２層，・・・・，第（ｎ−１）層，第ｎ層と、ｎ層の各層が同心円状に積層されたｎ層構造（ｎ≧２）を有する。したがって、内芯部形成工程２２は、第１層形成工程３０と第２層形成工程３１と、・・・・、第（ｎ−１）層形成工程３２と第ｎ層形成工程３３とを有する。なお、中空管２５は、あらかじめ市販の溶融押出成形により作製した管状の重合体を使用すればよく、その製造方法は、特に限定されない。

外芯部形成工程２３では、円筒状の外芯部２１を形成させる。このとき、外芯部２１は、市販の溶融押出成形により所望の重合性組成物を用いて管状の重合体を作製すればよく、その製造方法などは特に限定されない。

芯材組立工程２４では、内芯部２０を外芯部２１に挿入して芯材１１を組立てる。本実施形態では、内芯部形成工程２２で形成させた部材のうちで、中空管２５を取り除いたｎ層構造のみを内芯部２０とし、これを外芯部２１の中に挿入して芯材１１とする。ただし、中空管２５の有無は前駆体１３ならびに光学材料１０の光学特性には影響しないため、ｎ層構造の外周に中空管２５を残したものを内芯部２０として使用してもよい。

外径調整材形成工程１６では、円筒状の外径調整材１６を形成させる。なお、外径調整材１６を形成させる際には、市販の溶融押出成形を用いればよい。続いて、組立工程１７において、芯材１１を外径調整材１２の中に挿入して光学材料１０の前進である前駆体１３を形成させる。そして、加熱延伸工程１８において、前駆体１３を加熱し溶融させた状態で、その長手方向に張力を付与することにより延伸させる。これにより、前駆体１３から所望の径の光学材料１０を得ることができる。

また、芯材１１と外径調整材１２とは、所望の樹脂を用いて重合させることにより形成させる。なお、外径調整材１２を形成させる樹脂としては、メタクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂を使用することが好ましい。これにより、強靭性に優れる前駆体１３を得ることができるので、加熱延伸工程１８において途中で切断することなく好ましい長さの光学材料１０を得ることができる。その他にも、上記の樹脂は、透明性に優れるため、強靭性にくわえて優れた透明性を光学材料１０に付与することができる。

図２は、内芯部形成工程２２の流れを示す工程図である。内芯部形成工程２２では、中空管２５の中に所定の重合性組成物を注入した後、これを重合させて層を形成させる工程を所望の層数が得られるまで繰り返し行うことにより、ｎ層構造を形成させる。

まず、第１層形成工程３０を行って、中空管２５の中に第１層３０ａを形成させる。予め作製しておいた中空管２５の中に、第１注入工程３０ｂとして第１の重合性組成物を注入する。そして、第１重合工程３０ｃを行うことにより、第１の重合性組成物を重合させて第１層３０ａを形成させる。

続いて、第２層形成工程３１として、この第１層３０ａの内側に第２層３１ａを形成させる。まず、第２注入工程３１ｂとして第１層３０ａの内側に第２の重合性組成物を注入する。そして、第２重合工程３１ｃとして、この第２の重合性組成物を重合させる。さらに、第（ｎ−１）層注入工程３２ｂと第（ｎ−１）層重合工程３２ｂｃとからなる第（ｎ−１）層形成工程３２を行い、第（ｎ−１）層３２ａを形成させる。最後に、第ｎ層注入工程３３ｂと第ｎ層重合工程３３ｂｃとからなる第ｎ層形成工程３３を行うことにより、第ｎ層３３ａを形成させる。なお、各重合工程では、中空管２５を回転させることにより重合性組成物を重合させる回転重合法を用いる。回転重合法の詳細については後述する。

以上により、中空管２５の内側に、第１層３０ａを最外層とし、径の中心に向かうにしたがい第２層３１ａ，・・・・，第（ｎ−１）層３２ａ，第ｎ層３３ａとが積層された内芯部２０を形成させる。なお、内芯部形成工程２２では、重合性組成物の注入量を内側の層に向かうにしたがい連続的に減らすと、各層の厚みを略一定に調整することができるので好ましい。ただし、この注入量は、特に限定されるものではなく、層の厚みが所望の値となるように適宜調整すればよい。

次に、前駆体１３および、これを延伸させて得られる光学材料１０について説明する。図３は、本発明の前駆体１３の径方向での断面図である。前駆体１３は、芯材１１と外径調整材１２とを有する。また、芯材１１は、第１層〜第ｎ層３０ａ〜３３ａからなる内芯部２０と外芯部２１と空洞部３５とを含む。このとき、芯材１１と外径調整材１２とは、外径および内径が長手方向に一定で、厚みが均一の管状となっている。なお、各層の境界を示しているが、製造条件などにより境界の明確さは異なり、必ずしも確認できるものでなくてもよい。また、空洞部３５は、製造条件などにより消失する場合があるが、その有無は光学特性に影響を与えるものではなく、特に限定されない。

芯材１１と外径調整材１２との間、および内芯部２０と外芯部２１との間には、それぞれ隙間３６が形成されている。このとき、各部材の径は、各部材を組立てても互いに接触することが無いように任意に調整されている。例えば、芯材１１の外径をＤ１（ｍｍ）とし、外径調整材１２の内径をＤ２（ｍｍ）とすると、０．０１＜Ｄ２−Ｄ１＜１．０の条件を満たすようにする。これにより、各部材は隙間３６を形成させながら組合せることができるので、外気温による膨張などの影響を受けることなく簡易に組合せることができる。そのため作業性に優れる。また、各部材が互いに接触することなく、各部材を傷つけずに組合せることができるので、光学特性に優れた前駆体１０を得ることができる。ただし、各部材の径の大きさが上記条件外の場合には、延伸後の外径非円率の悪化や、延伸後の各部材間での剥離の発生、さらには、組合せ工程１８において各部材を組合せる際に、各部材が接触することにより欠損が生じてしまうことにより光学特性の劣化を招くため好ましくない。

図４に、長手方向を断面とする前駆体１３の断面図を示す。なお、図３に示すように、芯材１１はｎ層構造の内芯部２０と外芯部２１とを有するが、図面の煩雑さを避けるために記載を省略する。

本発明の前駆体１３は、組立工程１７における芯材１１の長手方向の長さをＬ１とし、外径調整材１２の長手方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１となるようにそれぞれ調整された芯材１１と外径調整材１２とから構成されている。このような前駆体１３を延伸させると、外径調整材１２のみを延伸させた後に芯材１１と外径調整材１２とを延伸させることができる。これにより、延伸初期において所望の径とすることができずに規格外製品となる光学材料１０の大半を外径調整材１２のみから構成させることができるため、規格外製品中に占める芯材１１の割合を低下させる。したがって、外径調整材１２に比べて生産コストが高い芯材１１を無駄なく延伸させることができるので、結果として生産コストの上昇を抑制することができるなどの効果が得られる。

また、本発明では、光を伝播する内芯部２０を有する芯材１１の外周に外径調整材１２を配し、この外径調整材１２の径を調整することにより光学材料１０の径を決定する。これにより、芯材１１の体積が小さい場合にも、外径調整材１２の径を大きくすることにより、大口径の光学材料１０を得ることができる。さらには、外径調整材１２により優れた強靭性を有する前駆体１３を得ることができるので、優れた取り扱い性や生産性を示す光学材料１０を製造することができる。

なお、図４に示すように、前駆体１３を構成する芯材１１と外径調整材１２とのどちらか一方の片端を揃えると、前駆体１３を延伸させやすくすることができる。さらに、外径調整剤１２の内部に前駆体１３を挿入させ、前駆体１３の両端とも外径調整材の両端より内部に位置するように固定することで、延伸後期の前駆体１３の引き残りのロスを低減することができる。そのため、芯材１１をより無駄なく延伸させることができる。また、芯材１１の片端部を接着剤などの固定手段により留めておくと、延伸時において各部材の位置がずれることなく前駆体１３を延伸させることができるので好ましい。この接着剤としては、市販されている接着剤を使用することができ、特に限定はされないが、芯材１１や外径調整材１２を形成する際に用いる材料の材質や親和性などを考慮して選択すると、互いの部材をより固定することができるので好ましい。

図５に、本発明での光学材料１０の一例の断面図を示す。光学材料１０は、芯材１１１と外径調整材１１２とを有する。また、芯材１１１は、第１〜第ｎ層１３０ａ〜１３３ａからなる内芯部１２０と外芯部１２１とを含む。

光学材料１０は、前駆体１３を長手方向に延伸させることにより形成される。このとき、前駆体１３に比べて光学材料１０は細径となるため、芯材１１１と外径調整材１１２、および内芯部１２０と外芯部１２１とは密着される。これにより、前駆体１３に存在していた空洞部３５や隙間３６は消失する。そして、前駆体１３の延伸の割合を制御することにより、所望の径の光学材料１０を得ることができる。なお、延伸時において空洞部３５を減圧しながら加熱延伸させると、前駆体１３の内部に気泡が発生することを抑制することができ、結果として気泡などの欠陥の少ない光学材料１０を得ることができるので好ましい。

本発明で得られる光学材料１０は、屈折率の異なる複層で形成された内芯部１２０を含む芯材１１１を有するため、低伝送損失である。また、光を伝播する芯材１１１の外周に樹脂で形成された外径調整材１１２が配されているので、強靭性および透明性に優れる光学材料１０を得ることができる。したがって、前駆体１３を延伸させる際には、途中で切断することなく長手方向の長さを確保しながら光学材料１０を製造することができるので、生産性や取り扱い性を向上させて作業を行うことができるなどの効果が得られる。

図６に、本発明での光学材料１０の屈折率分布の一例を示す。図６の縦軸は、屈折率の高さであり、上に行くほど高い値を示す。また、横軸は、光学材料１０の半径方向を示す。なお、横軸の（Ａ）で表される領域は、図５の外径調整材１１２に等しく、横軸の（Ｂ）は芯材１１１に等しい。

第１〜第ｎ層１３０ａ〜１３３ａで構成される内芯部１２０は、各層が異なる屈折率となるように形成されている。これにより、芯材１１１は、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高さが連続的に変化する高低分布を有する。なお、図６では、内芯部１２０の第１層１３０ａと外芯部１２１との屈折率、および外芯部１５４と外径調整材１４２との屈折率をいずれも略同等としたが、所望の屈折率の高低分布を発現させるように異なる値としてもよい。

また、本実施形態では、芯材１１１での屈折率分布として径の外側から中心に向かって屈折率が次第に高くなる形態を示したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。図７に、図６とは異なる光学材料１０の屈折率分布の一例を示す。本発明は、図７に示すように、径の外側から中心に向かって屈折率が次第に低くなる形態にも適用することができる。そして、このような屈折率の高低分布を示す光学材料１０は、凹レンズの機能を発揮する。なお、図７における横軸、縦軸、および符号は、図６と等しいため、同符号を付すとともに、説明を省略する。

上記のように、特定の屈折率の高低分布を有する光学材料１０を作製する方法としては、所望の屈折率分布を有する前駆体１３を作製後、この前駆体１３を延伸させて光学材料１０とする。前駆体１３に屈折率の高低分布を発現させる方法は、所望の屈折率の高低分布を発現させることができる方法であれば、特に限定されない。例えば、互いに屈折率の異なる重合性組成物を少なくとも２種類用いて層を形成させ、同じ複数種の重合性組成物を用いながら各重合性組成物の配合を変更することにより、各層の屈折率を変化させる方法が挙げられる。このように、異なる屈折率を示す重合性組成物を異なる配合比で共重合させると、各層の屈折率に差を発現させることができ、本実施形態ではこの方法を採用している。

したがって、本実施形態では、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高い重合性組成物の配合を高くしながら各層を形成させることにより内芯部２１を形成させる。そして、このような内芯部２１を有する前駆体１３を延伸させることにより、図６に示す屈折率の高低分布を有する内芯部１２１を形成させる。また、各層は同じ重合性組成物を用いて形成されるので、隣接する層で形成される界面での親和性を向上させることができ、結果として、界面における散乱を低減させることができる。一方、各層を異なる重合組成物を用いて形成させると、隣接する層で形成される界面の親和性を向上させることが困難であり、散乱損失を増加させてしまうため好ましくない。なお、図７に示す屈折率分布を発現させるためには、屈折率の異なる複数種の重合性組成物を用いて各層を形成させる際に、径の中心に向かうにしたがい屈折率が低い重合性組成物の配合を高くすればよい。

また、本発明の芯材は、屈折率の異なる複数の層により構成された複層構造を有するため、高屈折率化が可能となり、ロッドレンズなどをはじめとする光学レンズとして好ましく用いることができる。くわえて、同じ種類の樹脂により層を形成させることにより、隣接する界面での整合性を向上させることができるので、優れた伝送帯域を発現させることができる。このような光学材料は、光ファイバとして利用することができ、特に、屈折率分布型ＰＯＦとして好ましく用いることができる。なお、径方向での屈折率の高低分布の違いに関わらず、複層構造の屈折率の変化の仕方は、段階的であってもよいし、連続的であってもよい。

また、各層を形成させる際には、隣接する層界面の親和性やポリマーの調整、および製造におけるハンドリング性の観点から、上記のように屈折率の異なる２種類のモノマーの配合比を調整して製造することが好ましいが、最終製品の光学的および/または機械的性能向上や製造適性を考慮して、３種類以上の重合性組成物を用いてもよい。なお、その際には、層ごとに成分や配合比が変化していてもよい。

なお、特定の屈折率の高低分布を有する光学材料１０を作製する方法としては、上記の他に、例えば、前駆体１３を形成させる際に、内芯部２０を構成する各層に用いる重合性組成物に添加量を調整しながら屈折率調整剤を添加することにより、所望の屈折率分布を付与する方法が挙げられる。このとき、径の中心に向かうにしたがい次第に屈折率が高くなるようにするには、径の中心に向かう層ほど屈折率調整剤の添加量を高くして形成させればよい。屈折率調整剤の詳細に関しては、後で説明する。

本発明の光学材料およびその作り方を利用して製造することができる一例として、ＰＯＦを製造する例を挙げる。

図８は、ＰＯＦの製造工程の流れを示す製造工程図である。ＰＯＦ４０は、芯材４１と外径調整材４２とを組立てたプリフォーム４３を延伸させることにより得ることができる。したがって、ＰＯＦ４０の製造工程は、芯材形成工程４５と外径調整材形成工程４６と芯材４１を外径調整材４２の中に挿入してプリフォーム４３とする組立工程４７と、プリフォーム４３を加熱延伸させてプラスチック光ファイバ素線（ＰＯＦ）４０とする加熱延伸工程４８とを有する。

芯材形成工程４５は、ＰＯＦ４０において光の伝播部となる芯材４１を形成させる。芯材形成工程４５は、内芯部形成工程５１と外芯部形成工程５３とを有する。本実施形態では、パイプ５０の内側に重合性組成物を注入し重合させる工程を繰り返し行うことによりｎ層構造を形成させた後、パイプ５０を除去したｎ層構造の重合体を内芯部５２として形成させる。パイプ５０は、市販の溶融押出成形により作製させた管状の重合体であり、その製造方法は特に限定はされない。なお、内芯部形成工程５１は、図２に示す工程と同じであるため、説明は省略する。

ただし、内芯部形成工程５１では、屈折率の異なる少なくとも２種類以上の重合性組成物を配合し、径の中心に向かう層ほど屈折率の高い重合性組成物の配合を高くする。これにより、径の外側から中心に向かうにしたがい次第に屈折率が高くなるｎ層構造を形成させることができる。また、外芯部形成工程５３では、円筒状の外芯部５４を作製する。このとき、外芯部５４は、市販の溶融押出成形により形成させればよい。そして、芯材組立工程５５では、管状の外芯部５４の中に内芯部５２を挿入して芯材４１を作製する。

外径調整材形成工程４６では、円筒状の外径調整材４２を作製させる。このとき、外径調整材４２は、市販の溶融押出成形により管状の重合体を形成させればよく、その製造方法は限定されない。

組立工程４７では、管状の外径調整材４２の中に芯材４１を挿入してプリフォーム４３を作製させる。続いて、加熱延伸工程４８において、このプリフォーム４３を加熱し溶融させた状態で長手方向に張力を付与することにより延伸させて、所望の径のＰＯＦ４０が製造される。

また、ＰＯＦ４０の外周を被覆工程５６において被覆材により被覆すると、プラスチック光ファイバコード５７を得ることができる。被覆工程５６では、一次被覆を実施した後に二次被覆を実施する方法が一般的である。ただし、被覆層の数については１層または２層に限定されるものではない。被覆工程５６を経たＰＯＦ４０は、プラスチック光ファイバ心線またはプラスチック光ファイバコード５７（ともに、Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ）と称される。

そして、複芯化工程５８において、複数のプラスチック光ファイバコード５７を１本に束ねて、この外周を被覆することによりプラスチック光ファイバケーブル５９（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ）とする。本発明においては、このファイバコード５７が１本のままであって必要に応じてさらに被覆を施されたものをシングルファイバケーブルと称する。また、ファイバコード５７がテンションメンバなどとともに複数本組合されてさらなる被覆材が被されたものをマルチファイバケーブルと称する。なお、プラスチック光ファイバケーブル５９は、これらのシングルファイバケーブルとマルチファイバケーブルとの両方を含む。

次に、本発明により得られるプリフォーム４３およびＰＯＦ４０について説明する。図９は、本発明により製造されるプリフォーム４３の一例の断面図である。ただし、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。

プリフォーム４３は、芯材４１と、芯材４１の外周に配された外径調整材４２とを有する。また、芯材４１は、複層構造を示す内芯部５２と、内芯部５２の外周に配される外芯部５４とを含む。

内芯部５２は、第１層６５を最外層とし、その内側に第２層６６，・・・・，第（ｎ−１）層６７，第ｎ層６８とが同心円状に積層されたｎ層構造を有する。さらに、第ｎ層６８の内側には空洞部６０が形成されている。ただし、空洞部６０は、製造条件により消失している場合があるが、その有無は、光学特性などに影響しないため特に限定はされない。また、プリフォーム４３の断面円形の径とプリフォーム４３の外径との比率も、製造条件に応じて変動するものであり、本形態に限定されるものではない。なお、説明の便宜上、内芯部５２を構成する第１〜第ｎ層６５〜６８の各層間の境界を示しているが、製造条件などにより境界の明確さは異なり、必ずしも確認できるものでなくてもよい。例えば、第１層６５と第２層６６とを形成する重合性組成物同士が接触すると、互いにしみ込むなどして界面が認められない場合がある。

芯材４１および外径調整材４２の延伸方向での長さは、互いに所定の条件を満たすように形成されている（図３参照）。そして、組立工程４７での芯材４１の長手方向の長さをＬ１とし、外径調整材１２の長手方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１となるようにそれぞれ調整されている。このようなプリフォーム４３を延伸させると、芯材４１を無駄なく延伸させることができるので好ましい。なお、プリフォーム４３を加熱溶融後長手方向に延伸させることにより所望の径のＰＯＦ４０とするが、延伸されずに、このプリフォーム４３のままでも光伝送体としての機能を発現する。

また、芯材４１の外径と外径調整材４２の内径とは、互いに所定の条件を満たすように形成されている（図４参照）。すなわち、芯材４１の外径をＤ１（ｍｍ）とし、外径調整材４２の内径をＤ２（ｍｍ）とすると、０．０１＜Ｄ２−Ｄ１＜１．０の条件を満たすようにする。これにより、隙間６１が形成され、各部材を傷つけることなく組立てることができるので、低伝送損失であるなどの優れた光学特性を有するプリフォーム４３ならびにＰＯＦ４０を得ることができる。

また、本発明では、芯材４１の外周に外径調整材４２を配し、この外径調整材１２の径を調整することによりＰＯＦ４０の径を決定する。そのため、芯材４１の体積が小さい場合にも、外径調整材４２の径を大きくすることにより、大口径のＰＯＦ４０を得ることができる。さらに、外径調整材４２により優れた強靭性を有するプリフォーム４３を得ることができるので、取り扱い性や生産性に優れるＰＯＦ４０を製造することができる。

また、芯材４１と外径調整材４２とは、ともに樹脂から形成させる。さらに、本実施形態では、プリフォーム４３を構成する各部材を同一種の重合性組成物を用いて形成させる。これにより、隣接する層界面での親和性を向上させることができるので、伝送帯域や密着性に優れるＰＯＦ４０を得ることができる。

図１０に、プリフォーム４３より得られるＰＯＦ４０の断面図を示す。ＰＯＦ４０は、第１〜第ｎ層１６５〜１６８で構成された内芯部１５２と外芯部１５４とを含む芯材１４１と、外径調整材１４２とを有する。

ＰＯＦ４０は、プリフォーム４３を加熱溶融させた状態で長手方向に張力が付与されることにより延伸させられて細径となる。そのため、プリフォーム４３に存在していた空洞部６０や隙間６１は消失する。なお、空洞部６０を減圧しながらプリフォーム４３を加熱延伸させると、気泡の発生を抑制しながらＰＯＦ４０を製造することができるので好ましい。

また、ＰＯＦ４０は、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高さが連続的に変化する高低分布を有するように形成される。本実施形態では、図６に示す屈折率の高低分布を有するように、内芯部１５２の屈折率が外芯部１５４の屈折率よりも高く、径の外側から中心に向かうにしたがい次第に屈折率が高くなる芯材１４１を有するＰＯＦ４０を製造する。

上記のような屈折率の高低分布を発現させるために、本実施形態では、プリフォーム４３を作製する際に、異なる屈折率を示す重合性組成物を少なくとも２種類用いて内芯部５２を構成する第１〜第ｎ層６５〜６８を形成させる。また、各層の重合性組成物の配合比が異なるように適宜調整する。これにより、径の外側から中心に向かうにしたがい次第に屈折率が変化する内芯部５２を形成させる。

本実施形態では、異なる屈折率を示す重合性組成物として、重合体の屈折率が１．４１である重水素置換した２，２，２トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭｄ７）と、重合体の屈折率が１．４９である重水素置換したペンタフルオロフェニルメタクリレート（ＰＦＰＭＡｄ５）とをそれぞれ用いて、第１〜第ｎ層６５〜６８での配合比を調整し、これらを重合させることにより内芯部５２を形成させる。また、径の中心に向かうにしたがい屈折率が高いＰＦＰＭＡｄ５の配合量を多くしている。これにより、第１層６５の屈折率が最も低く、第２層６６，・・・・，第（ｎ−１）層６７，第ｎ層６８の順に次第に屈折率が高くなるように制御される。

そして、このようなプリフォーム４３からは、第１層１６５の屈折率がもっとも低く、第２層１６６，・・・，第（ｎ−１）層１６７，第ｎ層１６８の順に、次第に屈折率が高くなる内芯部１５２を有するＰＯＦ４０を得ることができる。なお、本実施形態のように、各層を形成させる際に、水素原子が一部重水素原子とされた３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とを使用すると、伝送損失を低下させることができるので好ましい。なお、各層に所望の屈折率の高低分布を付与する方法としては、上記以外に、屈折率調整剤を用いて、その添加量または添加の有無を調整することにより、所望の屈折率を発現させてもよい。また、屈折率の大きさの変化は、段階的であっても連続的であってもよく、特に限定はされない。

径方向での屈折率の高低分布として、本実施形態では、芯材４１と外径調整材４２との屈折率が異なる形態を示しているが、径方向に屈折率の高さが連続的に変化する所望の高低分布が得られるように調整すればよく、特に限定されるものではない。なお、各層または部材の屈折率が異なるように調整する方法としては、本実施形態のように、各層または部材を形成させる重合性組成物の種類または配合量を調整することもできるし、各重合性組成物に屈折率調整剤を添加し、その添加量を調整してもよい。屈折率調整剤に関しては、後で説明する。

なお、プリフォーム４３を加熱延伸し、完全に空洞部６１を消失させてＰＯＦ４０とする前に、プリフォーム４３を加熱延伸させて所望の径とした後、平板状などに切断しても空洞部６１を消去させることができる。これにより、径の中心から外側に向かうにしたがい次第に屈折率の高さが連続的に変化するＧＲＩＮレンズを製造することができる。

次に、芯材４１および外径調整材４２を形成させる材料について説明する。

芯材４１、特に内芯部５２を形成させる重合性組成物は、光散乱が生じないように非晶質のポリマーとし、互いに密着性に優れることが好ましい。より好ましくは、機械的特性や耐湿熱性に優れているポリマーとすることである。

第１層用モノマーは、ポリマーの中でも屈折率が低いものであることが好ましい。また、第１層〜第ｎ層用モノマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸エステル類（フッ素不含（メタ）アクリル酸エステル（ａ），含フッ素（メタ）アクリル酸エステル（ｂ）），スチレン系化合物（ｃ），ビニルエステル類（ｄ）、主鎖環状含フッ素ポリマー形成モノマー類（ｅ）、非晶質フッ素樹脂（例えば、テフロン（登録商標）ＡＦ）、ＡＶＡ樹脂、ノルボルネン系樹脂（例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標：日本ゼオン（株）製））、ファンクショナルノルボルネン系樹脂（例えば、ＡＲＴＯＮ（登録商標：ＪＳＲ製）など）ポリカーボネート類の原料であるビスフェノールＡなどを重合性組成物として用いて重合させたものとすることができる。なお、各層用モノマーを選択する際には、少なくとも一方の屈折率や親和性などの関係を考慮することが好ましい。

上記の（ａ）フッ素不含メタクリル酸エステルおよびフッ素不含アクリル酸エステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ジフェニルメチル、アダマンチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、ノルボニルメタクリレートなどが挙げられ、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸フェニルなどが挙げられる。

（ｂ）含フッ素アクリル酸エステルおよび含フッ素メタクリル酸エステルとしては、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、１−トリフルオロメチル−２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレートなどが挙げられる。

（ｃ）スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレンなどが挙げられ、（ｄ）ビニルエステル類としては、ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニルフェニルアセテート、ビニルクロロアセテートなど、（ｅ）主鎖環状含フッ素ポリマー形成モノマー類としては、モノマーとして環状構造を有するまたもしくは環化重合することによって非晶質の主鎖に環状構造を有する含フッ素重合体を形成するポリマーを形成するものであり、サイトップ（登録商標）として知られるポリパーフルオロブタニルビニルエーテルや特開平８−３３４６３４などに例示される主鎖に脂肪環もしくは複素環を有するようなポリマーを形成するモノマー、および特願２００４−１８６１９９号に例示されるものなどが挙げられる。もちろん、これらに限定されるものではなく、重合性組成物の単独あるいは共重合体からなるポリマーの屈折率が、光伝送体に成形されたときに所定の屈折率分布を成形体の中で有するように、種類や組成比を決定することが好ましい。

また、第１層用モノマーとしては、上記の各種化合物の他に以下のものが挙げられる。例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）とトリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）やヘキサフルオロイソプロピルメタクリレートなどのフッ化（メタ）アクリレートとの共重合体がある。また、ＭＭＡと，ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレートなどの分岐を有する（メタ）アクリレート、イソボルニルメタクリレート、ノルボルニルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレートなどの脂環式（メタ）アクリレートなどとの共重合体がある。さらには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノルボルネン系樹脂（例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標：日本ゼオン（株）製））、ファンクショナルノルボルネン系樹脂（例えば、ＡＲＴＯＮ（登録商標：ＪＳＲ製）など）、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）を用いることもできる。また、フッ素樹脂の共重合体（例えば、ＰＶＤＦ系共重合体）やテトラフルオロエチレンパーフルオロ（アルキルビニルエーテル（ＰＦＡ））ランダム共重合体、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）共重合体などを用いることもできる。

また、ＰＯＦ４０を近赤外光用途に用いるためには、ポリマーを構成するＣ−Ｈ結合に起因した吸収損失が起こるために、特許３３３２９２２号公報や特開２００３−１９２７０８号公報などに記載されているような、Ｃ−Ｈ結合の水素原子を重水素原子やフッ素などで置換したポリマーを用いることで、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。このようなポリマーとしては、例えば、重水素化ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ−ｄ８）、ポリトリフルオロエチルメタクリレート（Ｐ３ＦＭＡ）、ポリヘキサフルオロイソプロピル２−フルオロアクリレート（ＨＦＩＰ ２−ＦＡ）などを例示することができる。なお、原料となる化合物は、重合後の透明性を損なわないためにも、不純物や散乱源となる異物は重合前に十分に除去されることが望ましい。

本発明においては、重合性組成物を重合させてコポリマーとする際において、重合開始剤を使用する。重合開始剤としては、例えば、ラジカルを生成するものが各種ある。例えばラジカルを生成するものとして、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサネート（ＰＢＯ）、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド（ＰＢＤ）、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート（ＰＢＩ）、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）バラレート（ＰＨＶ）などのパーオキサイド系化合物が挙げられる。また、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルプロパン）、２，２’−アゾビス（２−メチルブタン）、２，２’−アゾビス（２−メチルペンタン）、２，２’−アゾビス（２，３−ジメチルブタン）、２，２’−アゾビス（２−メチルヘキサン）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルペンタン）、２，２’−アゾビス（２，３，３−トリメチルブタン）、２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−メチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−メチルヘキサン）、３，３’−アゾビス（３，４−ジメチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−エチルペンタン）、ジメチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ジエチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）などのアゾ系化合物が挙げられる。なお、重合開始剤は、これらに限定されるものではない。また、２種類以上を併用してもよい。

コポリマーとしたときの機械特性や熱物性などの各種物性値を全体にわたって均一に保つために、重合度の調整を行うことが好ましい。重合度の調整のためには、連鎖移動剤を使うことができる。連鎖移動剤については、併用する重合性モノマーの種類に応じて、適宜、種類および添加量を選択できる。各モノマーに対する連鎖移動剤の連鎖移動定数は、例えば、ポリマーハンドブック第３版（Ｊ．ＢＲＡＮＤＲＵＰおよびＥ．Ｈ．ＩＭＭＥＲＧＵＴ編、ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ＆ＳＯＮ発行）を参照することができる。また、該連鎖移動定数は大津隆行、木下雅悦共著「高分子合成の実験法」化学同人、昭和４７年刊を参考にして、実験によっても求めることができる。

連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類（例えば、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ペンチルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンなど）、チオフェノール類（チオフェノール、ｍ−ブロモチオフェノール、ｐ−ブロモチオフェノール、ｍ−トルエンチオール、ｐ−トルエンチオールなど）などを用いることが好ましい。特に、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンのアルキルメルカプタンを用いるのが好ましい。また、Ｃ−Ｈ結合の水素原子が重水素原子やフッ素原子で置換された連鎖移動剤を用いることもできる。なお、連鎖移動剤は勿論これらに限定されるものではなく、これら連鎖移動剤は２種類以上を併用してもよい。

その他にも、内芯部５２を構成する第１〜第ｎ層６５〜６８の一部に、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を添加することができる。例えば、第１〜第ｎ層６５〜６８もしくはその一部に耐候性や耐久性などを向上させる目的で、安定剤を添加することができる。

また、光伝送性能の向上を目的として、光信号増幅用の誘導放出機能化合物を添加することもできる。該化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することができ、伝送距離が向上するので、例えば、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として用いることができる。これらの添加剤も、前記原料となる各種重合性組成物に添加した後、重合することによって、第１〜第ｎ層６５〜６８もしくはそれらの一部に含有させることができる。

所望の屈折率分布を付与する方法として、各層を形成させる主成分に屈折率調整剤を添加する場合には、屈折率調整剤として、非重合性の化合物を用いることが好ましい。芯材４１を形成させる際に屈折率調整剤を添加する場合には、第１〜第ｎ層６５〜６８を形成する主成分に対してその添加率が０．０１〜２５重量％とすることが好ましい。より好ましくは、添加率が１〜２０重量％である。これにより、断面円形の径方向における屈折率分布係数を上記のような好ましい範囲により制御しやすくなる。

屈折率調整剤としては高屈折率で分子体積が大きく、重合に関与せず、溶融状態のポリマー中で所定の拡散速度を有する低分子化合物を用いることが好ましい。なお、屈折率調整剤は、モノマーに限定されず、オリゴマー（ダイマー，トリマーなどを含む）であってもよい。

また、屈折率調整剤としては、例えば、安息香酸ベンジル（ＢＥＮ），硫化ジフェニル（ＤＰＳ），リン酸トリフェニル（ＴＰＰ），フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル（ＢＢＰ），フタル酸ジフェニル（ＤＰＰ），ジフェニル（ＤＰ），ジフェニルメタン（ＤＰＭ），リン酸トリクレジル（ＴＣＰ），ジフェニルスルホキシド（ＤＰＳＯ）などの非重合性低分子化合物を用いてもよく、中でも、ＢＥＮ，ＤＰＳ，ＴＰＰ，ＤＰＳＯを使用することが好ましい。このような屈折率調整剤を、芯材４１や外径調整材４２を形成させるホモポリマーに添加し、さらに、屈折率調整剤の濃度分布を調整することにより各部材の屈折率を所望の値に制御する。

前述した重合開始剤や連鎖移動剤や屈折率調整剤の各添加量は、使用する第１層〜第ｎ層用モノマーである重合性組成物の種類などに応じて、好ましい範囲を適宜決定することができる。本実施形態においては、重合開始剤は、第１〜第ｎ層６５〜６８の重合性組成物に対して、０．００５〜０．０５０質量％となるように添加しているが、この添加率を０．０１０〜０．０２０質量％とすることがより好ましい。また、前記連鎖移動剤は、第１〜第ｎ層６５〜６８の重合性組成物に対して、０．１０〜０．４０質量％となるように添加しているが、この添加率を０．１５〜０．３０質量％とすることがより好ましい。

また、本実施形態においては、断面円形の径の外側から中心に向けて屈折率が連続的に高くなるように、第１〜第ｎ層６５〜６８の生成方法として、後述のような回転ゲル重合法を適用している。また、第１〜第ｎ層用モノマーは、３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とをそれぞれ用いている。

プリフォーム４３の製造方法について説明する。ただし、本実施形態は、本発明の一様態としての例示であり、限定されるものではない。図１１に、プリフォーム４３を作製する際に使用する重合容器の断面図を示す。重合容器８０は、円筒管状の容器本体８０ａとこの容器本体８０ａの両端をそれぞれ塞ぐ蓋８０ｂとを有し、本実施形態においてはＳＵＳ製とされる。また、重合容器８０は、その内径が中に収容されるパイプ５０の外径よりもわずかに大きいものであり、重合容器８０の回転に伴ってパイプ５０が回転することができるようにされている。

まず、この重合容器８０に、あらかじめ、市販の溶融押出成形により成型したパイプ５０を収容する。次に、栓８１でパイプ５０の片端部を塞ぐ。この栓８１は第１〜第ｎ層用モノマーに溶解しない素材からなり、可塑剤などを溶出させるような化合物も含まないものとする。このような素材としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。

片端部を栓８１で塞いだ後、第１層６５を形成させる第１層用モノマー６５ａをパイプ５０の中に注入する。そして、他方の端部を栓８１で塞いでから、重合容器８０を回転させることにより第１層用モノマー６５ａを重合させて第１層６５を形成させる。なお、パイプ５０が重合容器８０の回転に応じることができるように、重合容器８０の内面などにパイプ５０を支持する支持部材を設けてもよい。

上記のように重合容器８０を回転させる際には、回転重合装置を利用する。図１２に、回転重合装置９１の概略図を示す。回転重合装置９１は、装置本体９２の中に設けられた複数の回転部材９３と駆動部９６と装置本体９２内の温度を検知してその検知結果に応じて内部温度を制御するための温度コントローラ９７とを有している。

回転部材９３は、円柱形状であり、２本の周面で少なくともひとつの重合容器８０を支持することができるように、長手方向が互いに概ね平行かつ略水平となっている。各回転部材９３は、その一端が装置本体９２の側面に回動自在に取り付けられており、駆動部９６によりそれぞれ独立した条件で回転駆動される。なお、駆動部９６には、駆動部９６の駆動を制御するためにコントローラ（図示しない）が備えられている。

図１３に、重合容器の回転方法についての説明図を示す。重合反応時においては、隣り合う回転部材９３の周面により形成される谷部に重合容器８０がセットされた後、回転部材９３の回転に応じて重合容器８０は回転させられる。図１３では、回転部材９３の回転軸を符号９３ａで示している。このように、回転重合装置９１に重合容器８０をセットさせて回転させることにより、第１層用モノマー６５ａを重合させることができる。なお、本実施形態では、重合容器８０の回転をサーフェスドライブ式としているが、重合容器８０の回転方式は、特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、図１３に示すように、重合容器８０の両端の蓋８０ｂに磁石８０ｃを備えるとともに、隣り合う２本の回転部材９３の間の下方に磁石９５を備えている。これにより、回転時において重合容器８０が回転部材９３から浮くことを防止することができる。ただし、重合容器８０の回転部材９３からの浮きを防止する方法としては、本形態に限定されるものではない。例えば、回転部材９３と同様な回転手段を、セットされた重合容器８０の上部に接するように設けて、同様に回転させることにより重合容器８０の浮きを防止する方法や重合容器８０の上方に押さえ手段を設けて、重合容器８０に所定の荷重をかけることにより浮きを防止する方法などが挙げられる。なお、本発明は浮き防止方法に依存するものではなく、いずれの方法も適用することができる。

また、回転重合の前に、パイプ５０を立てた状態で第１層６５を予備重合させてもよい。予備重合を行う際には、必要に応じて所定の回転機構によりパイプ５０の円管軸を回転中心として回転させる。このようにパイプ５０の長手方向を概ね水平に保ちながら回転させると、パイプ５０の内面全体に第１層６５が生成しやすくなるため好ましい。なお、本発明では、第１層６５の重合時において、パイプ５０の長手方向を水平とすることが、パイプ５０の内面全体に第１層６５を形成する上でもっとも好ましい。ただし、略水平であればよく、回転軸の許容される角度は水平に対して概ね５°以内である。

なお、第１〜第ｎ層用モノマーを濾過や蒸留などを行うことにより、重合禁止剤や水分および不純物などをあらかじめ除去してから用いることが好ましい。なお、モノマーや重合開始剤を混合した後に、この混合物を超音波処理して溶存気体や揮発成分を除去することが好ましい。さらに、必要に応じて、第１層形成工程の前後において、公知の減圧装置によりパイプ５０や第１層用モノマー６５ａを減圧処理してもよい。

以上のようにして、第１層６５が形成されたパイプ５０を、回転重合装置９１から取り出した後、本実施形態では、所定温度に設定された恒温槽などの加熱手段により所定時間の加熱処理をしている。

次に、第２〜第ｎ層６６〜６８を形成させる。図１４に、第２〜第ｎ層６６〜６８の生成開始時における重合容器８０の断面図を示す。この重合容器８０は、第１層６５を生成させた際に用いたものと同じであるため同一の符号を用いる。まず、第２層用モノマー６６ａを第１層６５の中空部に注入する。そして、栓８１により注入口を塞ぎ、第１層６５が形成されたパイプ５０の長手方向を略水平状態とし、パイプ５０の断面円形の中心が回転軸となるように回転させながら反応を開始する。このように回転させながら重合を進めることにより第２層６６を形成させる。第２〜第ｎ層用モノマーを重合させる際には、第１層６５を作製する際に使用した回転重合装置９１（図１２参照）を用いる。なお、必要に応じては、第２層用モノマー６６ａをはじめとする第２〜第ｎ層用モノマーを注入する前後において、公知の減圧装置によりパイプ５０や注入物を減圧処理してもよい。

このとき、第２層用モノマー６６ａが重合を開始すると、第１層６５の内壁が第２層用モノマー６６ａにより膨潤し、重合初期段階において膨潤層を形成する。この膨潤層は、ゲル状態となっているため、重合速度が加速（ゲル効果と称する）する。このような現象から、本発明では、あらかじめ作製された管状部材を回転させながら、この管状部材と注入された重合性組成物との反応により膨潤層を形成させて重合性組成物を重合させる反応方法を回転ゲル重合法と称する。なお、この重合反応は、本実施形態のように、管状部材の長手方向が水平とされることがより好ましい。

なお、各重合反応の反応速度は、適宜調整されることが好ましい。例えば、各重合性組成物の反応度合いを表す転化率が、１時間あたり５〜９０％となるように反応速度を調整することが好ましい。より好ましくは、１時間あたりの転化率が１０〜８５％となるように調整することであり、さらに好ましくは２０〜８０％である。この反応速度の制御は、重合開始剤の種類や重合温度の調整などにより制御することができる。なお、重合性組成物の転化率の求め方は周知の方法を用いればよく特に限定はされない。例えば、ガスクロマトグラフィによる残留モノマーの定量分析と目視評価とを実施して両者の関係をあらかじめ求めておき、この関係をもとに目視観察にて評価すればよい。なお、上記のような回転ゲル重合法においては、その反応温度を用いる重合性組成物の沸点以下とすることが好ましい。また、回転速度を適宜調整することにより、第１〜第ｎ層６５〜６８の転化率などを制御する。

以上の方法により、所定の材料により第１〜第ｎ層６５〜６８の複層構造をパイプ５０の内側に形成させ、このパイプ５０を取り除いたｎ層構造を内芯部５２とする。また、あらかじめ市販の溶融押出成形により円筒状の外芯部５４を作製する。そして、外芯部５４の中に内芯部５２を挿入して芯材４１を作製する。

次に、組立工程４７において、別途形成しておいた円筒状の外径調整材４２の中に芯材４１を挿入してプリフォーム４３とする。このとき、芯材４１と外径調整材４２との延伸方向の長さおよび径の大きさは、所定の条件を満たすように調整しておく。

そして、加熱延伸工程４８において、プリフォーム４３を加熱しながら溶融延伸させることにより所望の直径（例えば、２００〜１０００μｍ）を有するＰＯＦ４０を得ることができる。なお、プリフォーム４３の延伸方法は、特開平０７−２３４３２２号公報などに記載される各種延伸方法を適用することができる。

ＰＯＦ４０は、曲げ、耐候性の向上，吸湿による性能低下抑制，引張強度の向上，耐踏付け性付与，難燃性付与，薬品による損傷からの保護，外部光線によるノイズ防止，着色などによる商品価値の向上などを目的として、通常、その表面に１層以上の保護層を被覆して使用される。

なお、本発明により得られるＰＯＦ４０は、被覆工程５６として第１の被覆工程を経て光ファイバコード５７となり、複芯化工程５８において１本の心線または複数本の心線を束ねた形態で第２の被覆工程により被覆をされてプラスチック光ファイバケーブル５９となる。ただし、光ケーブルの中でもシングルファイバケーブルとする場合には、第２の被覆工程を経ることなく、第１被覆工程における被覆層を外表としたままで光ケーブルとして用いることもある。光ケーブルとされるときの被覆の形態としては、一本の前記心線と被覆材との界面、あるいは複数本束ねた状態の光ファイバ心線の外周と被覆材との界面が、すべて接するように被覆されている密着型の被覆と、被覆材と光ファイバ心線との界面に空隙を有するルース型被覆とがある。ルース型被覆では、たとえばコネクタとの接続部において被覆層を剥離した場合、その端面の空隙から水分が浸入して長手方向に拡散されるおそれがあるため、通常は密着型が好ましい。

しかし、被覆材と光ファイバ心線とが密着していないので、光ケーブルにかかる応力や熱などのダメージの多くを、被覆層により緩和させることができるという利点を有する。そのため、ルース型の被覆は、使用目的によっては好ましく用いることができる。ルース型被覆の場合のコネクタ接続部からの水分の伝播については、光ファイバ心線と被覆材との界面の空隙部に流動性を有するゲル状の半固体や粉粒体を充填することにより、防止することができる。さらに、これらの半固体や粉粒体に対して耐熱や機械的機能の向上などの他の異なる機能を付与させることにより、多機能な被覆層を形成した光ファイバケーブルを製造することができる。また、ルース型の被覆とするには、クロスヘッドダイの押出し口ニップルの位置を調整し減圧装置による減圧度を加減することにより、前記空隙を有する層を形成することができる。この空隙層の厚みは前述のニップル厚みと空隙層とを加圧／減圧することにより調整することができる。なお、第１、第２の被覆工程で設けられる被覆材には、難燃剤や紫外線吸収剤，酸化防止剤，昇光剤，滑材などを光伝送特性に影響を及ぼさない条件範囲で添加してもよい。

難燃剤としては、臭素を始めとするハロゲン含有の樹脂や添加剤、リン含有のものがあるが、燃焼時における毒性ガス低減などの安全性の観点では、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物が主流となりつつある。ただし、このような金属水酸化物は、その内部に水分を結晶水として有している。この水分は、これら金属水酸化物の製法過程における付着水に起因するものであり完全除去は不可能とされる。したがって、金属水酸化物による難燃性付与は、ＰＯＦ４０に接する被覆層には含有させず、ケーブルとしての外表となる被覆層に対してのみ行うことが望ましい。

また、プラスチック光ファイバケーブル５９に複数の機能を付与させるために、さらに、適宜機能性層となる被覆層を積層させてもよい。前記難燃化層以外の機能層としては、例えば、ＰＯＦ４０の吸湿を抑制するためのバリア層や、ＰＯＦ４０に含有された水分を除去するための吸湿材料層などが挙げられる。なお、この吸湿材料層の付与方法としては、例えば、吸湿テープや吸湿ジェルを所定の被覆層内や被覆層間に設ける方法がある。

さらに、その他の機能性層としては、可撓時の応力緩和のための柔軟性素材層や外部からの応力を緩衝するための緩衝材として機能する発泡材料層、剛性を向上させるための強化層などが挙げられる。また、プラスチック光ファイバケーブル５９の構造材（被覆材）としては、樹脂以外にも、例えば、高い弾性率を有する繊維（いわゆる抗張力繊維）および／または剛性の高い金属線などの線材を熱可塑性樹脂に含有させたものが挙げられる。このような材料を用いると、プラスチック光ファイバケーブル５９の力学的強度を補強することができるために好ましい。

なお、抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維，ポリエステル繊維，ポリアミド繊維が挙げられる。そして、金属線としては、ステンレス線，亜鉛合金線，銅線などが挙げられる。ただし、本発明に適用することができる抗張力繊維および金属線は、これらに限定されるものではない。また、その他にも、プラスチック光ファイバケーブル５９を保護するための金属管の外装や架空用の支持線、配線時の作業性を向上させるための機構などをプラスチック光ファイバケーブル５９の外周部に組み込むこともできる。

プラスチック光ファイバケーブル５９の形状は使用形態によって、プラスチック光ファイバコード５７を同心円上にまとめた集合型のものや一列に並べたテープ型のもの、さらに、それらを押え巻やラップシースなどでまとめたものなどが挙げられる。なお、これらの使用形態は、用途に応じて適宜選択すればよい。

本発明のプリフォーム４３から得られたプラスチック光ファイバケーブル５９は、従来品と比べて軸ずれに対する許容度が高いために、突き合せにより接合しても用いることができる。ただし、より好ましくは、光ケーブルの端部に接続用光コネクタを備えて、互いの接続部を確実に固定することである。また、コネクタは、一般に知られているＰＮ型，ＳＭＡ型，ＳＭＩ型などの市販の各種コネクタを利用することが可能である。そのため、本発明のプラスチック光ファイバケーブル５９は、種々の発光素子や受光素子や光スイッチ，光アイソレータ，光集積回路，光送受信モジュールなどの光部品を含む光信号処理装置などが組み合わされて好適に用いられる。この際、必要に応じて他の光ファイバなどと組合せてもよい。それらに関連する技術としてはいかなる公知の技術も適用することができる。例えば、プラスティックオプティカルファイバの基礎と実際（エヌ・ティー・エス社発行）、日経エレクトロニクス２００１．１２．３号１１０頁〜１２７頁「プリント配線基板に光部品が載る，今度こそ」などを参考にすることができる。

また、これらの文献に記載の種々の技術と組み合わせることによって、コンピュータや各種デジタル機器内の装置内配線，車両や船舶などの内部配線，光端末とデジタル機器，デジタル機器同士の光リンクや一般家庭や集合住宅・工場・オフィス・病院・学校などの屋内や域内の光ＬＡＮなどをはじめとする高速大容量のデータ通信や電磁波の影響を受けない制御用途などの短距離に適した光伝送システムに好適に用いることができる。

さらに、ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ． ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，ＶＯＬ．Ｅ８４−Ｃ，Ｎｏ．３，ＭＡＲＣＨ ２００１，ｐ．３３９−３４４ 「Ｈｉｇｈ−Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｓｔａｒ Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」，エレクトロニクス実装学会誌 Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．６，２０００ ４７６頁〜４８０頁「光シートバス技術によるインタコネクション」の記載されているものや、特開２００３−１５２２８４号公報に記載の導波路面に対する発光素子の配置；特開平１０−１２３３５０号、特開２００２−９０５７１号、特開２００１−２９００５５号などの各公報に記載の光バス；特開２００１−７４９７１号、特開２０００−３２９９６２号、特開２００１−７４９６６号、特開２００１−７４９６８号、特開２００１−３１８２６３号、特開２００１−３１１８４０号などの各公報に記載の光分岐結合装置；特開２０００−２４１６５５号などの公報に記載の光スターカプラ；特開２００２−６２４５７号、特開２００２−１０１０４４号、特開２００１−３０５３９５号などの各公報に記載の光信号伝達装置や光データバスシステム；特開２００２−２３０１１号などに記載の光信号処理装置；特開２００１−８６５３７号などに記載の光信号クロスコネクトシステム；特開２００２−２６８１５号などに記載の光伝送システム；特開２００１−３３９５５４号、特開２００１−３３９５５５号などの各公報に記載のマルチファンクションシステム；や各種の光導波路、光分岐器、光結合器、光合波器、光分波器などと組み合わせることで、多重化した送受信などを使用したより高度な光伝送システムを構築することができる。以上の光伝送用途以外にも、照明（導光）やエネルギー伝送，イルミネーション、レンズ、センサ分野にも用いることができる。なお、レンズとしては、例えば、径の中心から外側に向かって次第に屈折率が低くなる凸レンズや、逆に、径の中心から外側に向かって次第に屈折率が高くなる凹レンズにも本発明を適用させることができる。

以下、実施例を示し、本発明の効果を具体的に説明する。ただし、本発明に関する実施例は、ここに示す形態に限定されるものではない。また、プリフォーム４３やＰＯＦ４０の製造条件および製造方法などに関しては、実施例１において詳細に説明し、実施例２において、実施例１と同じ場合には説明を省略する。なお、実施例２は実施例１の比較例である。

図８に示すＰＯＦ製造工程にしたがいＰＯＦ４０を作製した。まず、溶融押出成形により作製した内径１９．５ｍｍ、長さ２７ｃｍの中空状のＰＶＤＦ管をパイプ５０とし、この中に第１層用モノマー６５ａを、孔径が０．２μｍのＰＴＦＥメンブランフィルターを用いて濾過しながら注入した。第１層用モノマー７５ａとしては、重合性組成物として３ＦＭｄ７（以下、ａと称する）を２１．７３ｍｌおよび重合性組成物としてＰＦＰＭＡｄ５（以下、ｂと称する）を４．５６ｍｌ混合してから、重合開始剤として２，２ジメチルアゾビスイソブチレートを０．１ｍｏｌ％とドデシルメルカプタンを０．０５ｍｏｌ％とを添加したものを調製した。

次に、第１層用モノマー６５ａが注入されたパイプ５０を、回転重合装置９１の重合器本体８０ａに長手方向が水平となるようにセットし、２０００ｒｐｍで回転させながら９０℃の雰囲気下で２時間の加熱重合を行った。重合容器８０はＳＵＳ製のものを使用した。このとき、回転する重合容器８０の近傍、具体的には１〜２ｃｍ離れた位置に非接地型熱電対を設けて、温度を測定し、この測定温度を重合反応による温度としてみなした。また、この方法により測定された重合反応の発熱における温度ピーク（発熱ピーク）を求めた。実施例１では、重合開始から約１時間２０分経過したときに６７℃の発熱ピークが認められた。以上により、パイプ５０の内面に第１層６５を形成させた。なお、得られた重合体の転化率は９０％であった。

次に、重合容器８０から第１層６５が形成されたパイプ５０を取り出し、その中空部に第２層用モノマー６６ａを注入し、回転重合させることにより第２層６６を形成させた。このとき、第１層６５を形成したときと同じ条件，方法を用いた。第２層用モノマー６６ａとしては、ａを７．５７ｍｌおよびｂを１．９９ｍｌ混合してから、重合開始剤として２，２ジメチルアゾビスイソブチレートを０．１ｍｏｌ％とドデシルメルカプタンを０．０５ｍｏｌ％とを添加した混合溶液を用いた。そして、第２層６６を形成した後、表１に示すように配合比としてｂ／ａが異なるように調製した第３〜第１１混合溶液を用いて、径の中心に向かうにしたがい各層用モノマーの注入量を表１のように減らしながら、上記と同じ工程を繰り返し行うことにより、パイプ５０の内側に１１層の複層構造を形成させた。第１１混合溶液を重合させた後、９０℃に加熱させた状態で６時間保持し残存している重合性組成物を反応させた。その後、パイプ５０を除去してｎ層構造の重合体を内芯部５２とした。

そして、芯材組立工程５５として、あらかじめ溶融押出成形により市販のＤｙｎｅｏｎ（登録商標；住友スリーエム(株)製）ペレットを用いて作製した内径が２０ｍｍ，外径Ｄ１が２１．０ｍｍであり、屈折率が１．３６の外芯部５４の中空部に、内芯部５２を挿入して芯材４１を作製した。このとき、芯材４１の長手方向の長さＬ１は２７0ｍｍであり、外径Ｄ１は２１．５ｍｍであった。

次に、あらかじめ市販の溶融押出成形により市販のＰＭＭＡペレット（アクリペット（登録商標）；三菱レイヨン(株)製）を用いて作製した内径Ｄ２が２１．５ｍｍ，外径が４８ｍｍ、長手方向での長さＬ２が３７０ｍｍであり、屈折率が１．４９の外径調整材４２の中に、芯材４１を挿入してプリフォーム４３とした。

プリフォーム４３は、外径調整材４２の両端から５０ｍｍ内側（図３において、Ｘ＝Ｙ＝５０）に位置するように芯材４１を配し、芯材４１と外径調整材４２との片端を接着剤により固定して、延伸時において各部材の位置がずれないようにした。また、プリフォーム４３の空洞部６０を減圧させながら、２００℃に加熱溶融させた状態で長手方向に延伸させた。これにより、空洞部６０および隙間６１を消失させた。そして、芯材４１が全て所望の延伸率に延伸された時点で延伸を終了させた。その結果、外径が７５０μｍ、芯材４１の外径が２５０μｍであり、長さが１５００ｍのＰＯＦ４０を得た。このとき、ＰＯＦ４０の外径の変動は±１５μｍであった。

実施例２では、外径調整材４２の長さが２７０ｍｍであること以外は全て実施例１と同様にしてプリフォーム４３を作製した。そして、このプリフォーム４３を延伸させてＰＯＦ４０を製造した。その結果、外径が７５０μｍ、芯材４１の外径が２５０μｍであり、長さが１０００ｍのＰＯＦ４０を得た。なお、ＰＯＦ４０の外径の変動は±１５μｍであった。

実施例１，２で使用した混合溶液の配合比を表１に示す。

実施例１，２では、同一主成分ながら配合比を変更した複数種類の混合溶液を使用して第１〜第１１層のｎ層構造を有する内芯部５２を形成するとともに、同一のポリマーを用いて管状の外芯部５４および外径調整材４２を形成した。そして、外芯部５４の中に内芯部５２を挿入して芯材４１とした後、この芯材４１を外径調整材４２の中に挿入してプリフォーム４３とし、このプリフォーム４３を延伸させてＰＯＦ４０とした。ただし、実施例１では、芯材４１の長さよりも外径調整材４２の方が１００ｍｍ大きくなるようにした一方で、実施例２では、芯材４１と外径調整材４２との長さを同じにした。

その結果、実施例１では、外径が７５０μｍと大口径ながら、延伸の途中で切断することなく、かつ芯材４１の全てを延伸させることができ、結果として１５００ｍのＰＯＦ４０を得ることができた。これに対して、実施例２では、加熱延伸工程４８を行う際に、プリフォーム４３の径の安定しない延伸初期と延伸後期において内芯部５２と外芯部５４がうまく延伸されずに外径調整材４２の中に残存してしまい、結果として外径７５０μｍと大口径ながら、規格内製品となったＰＯＦ４０は１０００ｍしか得ることができなかった。実施例２で得られたＰＯＦ４０は、実施例１に対して６６．７％の長さしか得ることができなかったことから、生産性が低下したといえる。したがって、プリフォームを作製する際に、芯材と外径調整材との長手方向の長さが所定の条件を満たすように作製した後、各部材を組立てると、芯材の体積が小さくても大口径のＰＯＦを、優れた生産性および取り扱い性を発現させながら製造することができることが分かった。

本発明での光学材料の製造工程図である。 内芯部形成工程の流れを示す工程図である。 本発明の前駆体の径方向での断面図である。 図３に示す前駆体の長手方向での断面図である。 本発明の光学材料の径方向での断面図である。 本発明での光学材料の一例の屈折率分布である。 図６とは異なる本発明での光学材料の一例の屈折率分布である。 ＰＯＦの製造工程の流れを示す製造工程図である。 本発明により製造されるプリフォームの一例の断面図である。 図９のプリフォームより得られるＰＯＦの断面図である。 重合容器の断面図である。 回転重合装置の概略図である。 重合容器の回転方法についての説明図である。 第１層を形成させた後の重合容器の断面図である。

符号の説明

１０ 光学材料
１１，４１ 芯材
１２，４２ 外径調整材
１３ 前駆体
１７，４７ 組立工程
１８，４８ 加熱延伸工程
２０ 内芯部
２１ 外芯部
４０ プラスチック光ファイバ素線（ＰＯＦ）
４３ プリフォーム

Claims (7)

1. 光を伝播する芯材と前記芯材の外周に配される外径調整材とからなるプラスチック光学材料の製造方法において、
   円筒状または円柱状の前記芯材を、円筒状の前記外径調整材の中に挿入してプラスチック光学材料の前駆体を形成する組立工程と、
   前記前駆体を加熱させて、前記芯材と前記外径調整材とを同時に延伸する延伸工程とを有し、
   前記組立工程における前記芯材の長手方向の長さをＬ１（ｍｍ）とし、前記外径調整材の長手方向の長さをＬ２（ｍｍ）とするとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とするプラスチック光学材料の製造方法。
2. 前記芯材は、円筒状または円柱状の内芯部と前記内芯部の外周に配される円筒状の外芯部とからなることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光学材料の製造方法。
3. 前記芯材は、径の中心に向かうにしたがい屈折率の高さが連続的に変化する高低分布を有することを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光学材料の製造方法。
4. 前記芯材の外径をＤ１（ｍｍ）とし、前記外径調整材の内径をＤ２（ｍｍ）とするとき、０．０１＜Ｄ２−Ｄ１＜１．０の条件を満たすことを特徴とする請求項１ないし３いずれかひとつ記載のプラスチック光学材料の製造方法。
5. 前記芯材と前記外径調整材とは、樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし４いずれかひとつ記載のプラスチック光学材料の製造方法。
6. 前記芯材の長手方向の長さＬ１と前記外径調整材の長手方向の長さＬ２とが、０＜Ｌ２−Ｌ１≦２００であることを特徴とする請求項１ないし５いずれかひとつ記載のプラスチック光学材料の製造方法。
7. 前記芯材における前記内芯部は、径の外側から中心に向かうにしたがい次第に屈折率が高くなることを特徴とする請求項１ないし６いずれかひとつ記載のプラスチック光学材料の製造方法。
   

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