JP2762416B2 - 光伝送体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は光伝送用プラスチックファイバー、またはフ
ァイバーレンズ等の光伝送体の製造方法に関し、特にフ
ァイバーまたはファイバーレンズの断面内の屈折率の大
きさの程度を表わす屈折率分布定数が大きいプラスチッ
ク光伝送体の製造方法に関するものである。

＜従来の技術＞ 断面内の半径方向に屈折率分布を有する屈折率分布型
（グレーデッド・インデックス型）光伝送体は、周波数
帯域が広く、一本のファイバーでイメージ伝送が可能で
あり、プラスチック光伝送体の高度利用の点からも実用
化の要求が強い。

プラスチックに屈折率分布を与えるには半径方向に樹
脂の組成を連続的に変化させる必要がある。このための
方法として、 ロッド状のポリメタクリル酸メチルやポリスチレンを
希釈剤を用いて膨潤させる「希釈剤膨潤法」 ロッド状あるいはファイバー状のポリマーに適当なビ
ニルモノマーを含浸させて、紫外線やγ線を照射して重
合させ屈折率分布を付与する「グラフト共重合法」 高屈折率をポリマーを与えるジビニルモノマーを一部
重合して得られるゲルを、低屈折率ポリマーを与えるビ
ニルモノマー中に浸漬して共重合させる「乳白色光拡散
性支持体二段階共重合法」 高屈折率ポリマーとなるビニルモノマーと、低屈折率
ポリマーとなるビニルモノマーの反応性比とモノマー量
比を選択コントロールして、その混合物を光重合させ所
定の屈折率分布を得る「光共重合法」、さらにこれを熱
延伸してファイバーを得る「光共重合−熱延伸法」な
ど、種々の作成法が提案されている。

しかしながら、これらの方法は、製造工程が煩雑で、
連続したファイバー化が困難であることなどから、いま
だ研究段階にあり、実用化されるには至っていない。

これに対し、重合体と、これより屈折率の大きいビニ
ル単量体との混合物を紡糸して、ビニル単量体の一部を
揮発させ、しかる後、窒素等の不活性雰囲気下で紫外線
を照射する「単量体揮発法」も提案されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ この単量体揮発法は、プロセスは関便であるという利
点を有する。

しかしながら、屈折率分布定数の大きさの点からは未
だ不充分である。

これは、屈折率分布定数を大きくするために揮発時間
を長くすると、ファイバー周辺部のみでなく、中央部の
屈折率も下ってしまうためである。

本発明の目的は、従来の単量体揮発法を改良し、製造
プロセスが簡便であるばかりでなく、大きい屈折率分布
定数を有し、その大きさの設定も容易で、また屈折率分
布のプロフィールを極めて滑らかにすることのできる光
伝送体の製造方法を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ このような目的は、下記の本発明によって達成され
る。

すなわち、本発明は、それぞれ重合体とビニル単量体
と光増感剤とを含み、互いに屈折率差を有する２種類の
紡糸原液を紡糸口金装置に供給し、この紡糸口金装置内
でそれぞれの紡糸原液を複数の流路に分配し、次いで各
流路ごとに所定の流量に調節した後、対応する高屈折率
の紡糸原液と低屈折率の紡糸原液をそれぞれ集合して混
合攪拌し、前記紡糸口金装置から最内層の屈折率が最も
大きく、周辺部の屈折率が徐々に減少するようにして同
軸状の多層のファイバーを吐出し、この紡出したファイ
バーよりビニル単量体の一部を揮発させ、活性光線をフ
ァイバーに照射して屈折率分布型光伝送体を製造するこ
とを特徴とする光伝送体の製造方法である。

以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明する。

第１図は、得られるファイバーの半径ｒ方向の屈折率
ｎの分布を示すものであり、図中曲線ｂは、従来の単量
体揮発法による光伝送体のものであり、曲線ａは本発明
による光伝送体のものである。

本発明による光伝送体は、従来の単量体揮発法による
ものと異り、屈折率の高い重合体と屈折率の低い重合体
を層ごとに所定の量比で混合し、屈折率の最も高い最内
層を屈折率が徐々に減少していく複数の被覆層とを同軸
状、特に同心円状に紡出し、その後紡糸原液中のビニル
単量体を揮発させるため屈折率分布定数を第１図曲線ａ
に示されるように高く設定することができるものであ
る。

本発明において、紡糸原液中にビニル単量体を含まな
い場合は、第２図に示されるように、層ごとの屈折率差
に対応して屈折率分布曲線は階段状となる。また、ビニ
ル単量体を含む場合であっても層数が３層程度と少い場
合は第３図に示されるように、紡糸後のビニル単量体の
揮発によって屈折率分布曲線の滑らさの点で不充分なも
のである。

従って層数を多くし、かつ紡糸原液中に層間を移動す
るキャリヤーとなるべきビニル単量体を含むときのみ、
第１図曲線ａのように高い屈折率分布定数を有し、かつ
滑らかな屈折率分布形状を得ることができる。

本発明者らの検討によれば層数としては、下式で示さ
れる屈折率分布定数ｇが0.2mm^-1から0.45mm^-1の範囲の
ものを得るには、５層以上が好適である。

r:ファイバー半径、 n_o:中心の屈折率、 n_r:中心から距離ｒの屈折率 最内層および被覆層の屈折率の設定は、屈折率分布が
おおむね放物線状となるように各層ごとの高屈折率の重
合体と低屈折率の重合体の配合比を設定し、ビニル単量
体が揮発したのちに正確な放物線状となるように調節す
ることにより得られる。

第４図、第５図、第６図および第７図は、本発明の製
造方法を説明するためのものであり、このうち第４図
は、ファイバー賦形装置の概略的な正面図、第５図およ
び第７図は、それぞれ紡糸口金装置１の組立図の一例を
示す断面図、第６図は、紡糸口金装置内の紡糸原液の流
れを示す系統図である。

第４図、第５図および第６図において、屈折率が高い
紡糸原液Ａはホッパー815から、また屈折率が低い紡糸
原液Ｂはホッパー825から供給されて、それぞれ押出機8
11,821により混練押出され、定量ギアポンプ11,12に至
る。

これら第１および第２の定量ギヤポンプ11、12の吐出
側ポートは、それぞれ多数の流路に分岐され、かつ各流
路の流量は規制されるこの第１および第２の定量ギヤポ
ンプ11、12の吐出側ポート数ｎは、第５図および第６図
に示されるように、通常２〜６流路の多連型が有効であ
るが、層数によっては第７図に示されるように、単連型
にしても可能である。

定量ギヤポンプ11、12で分岐、定量された前記高屈折
率の紡糸原液Ａと低屈折率の紡糸原液Ｂとは、それぞ
れ、多連または単連の流路21、25を経て紡糸ヘッド３内
に流入する。

紡糸ヘッド３は、分配ノズル41、42と、定量ノズル５
と、ミキシングノズル６と、多層ノズル７とが設置され
ている。そして、これら分配ノズル41、42、定量ノズル
５、ミキシングノスル６、多層ノズル７は、通常それぞ
れブロック体から構成され、紡糸ヘッド３内にて、この
順序で上方から一体化積層されている。

第５図および第６図に示される例では、流路21、21、
…に送入される高屈折率の紡糸原液Ａは、分配ノズル41
により、また流路25、25…に送入された低屈折率の紡糸
原液Ｂは、その後段に設けられた分配ノズル42により、
それぞれさらに例えば２〜20の多数（ｍ）の流路に分配
され、次いで分配ノズル41、42の後段に配置された定量
ノズル５に至る。

分配ノズル41、42は、より詳細には、例えば第７図に
示されるように、透孔および凹部を有する例えば４枚の
ブロックを一体化して構成することができる。

定量ノズル５において、それぞれnxmの流路数の高屈
折率の紡糸原液Ａおよび低屈折率の紡糸原液Ｂは、紡糸
後のファイバーにおいて各層が所定の屈折率をもつ樹脂
組成になるように、各流路の流量つまり吐出配合比が調
節される。

この定量ノズル５における流量調節の方法としては、
第７図に示されるように、定量ノズル５内に設けた導入
孔部51内に、円形断面流路を有する抵抗管55を装着する
ことによって行うことが好ましい。すなわち、この円形
断面流路の入口から出口に至る圧力降下を各流路におい
て一定にして、所定流量を与える円形断面流路の孔径と
流路流とを各流路ごとに差をつけることにより定量を行
うものである。このようにして定量ノズル５により定量
されたそれぞれnxmの流路の高屈折率および低屈折率の
紡糸原液Ａ、Ｂは、ミキシングノズル６にて混合され
る。

ミキシングノズル６では流量調節された、対応する流
路の高屈折率の紡糸原液Ａと低屈折率紡糸原液Ｂとが集
合して混合、攪拌される。この撹拌操作はミキシングノ
ズル６に設けた導入孔部61内に、ねじれ構造を有する静
止型撹拌部材63を装着して、静止型混合器を構成し、こ
の部分に前記紡糸原液を通過させることにより行う。

静止型混合器は紡糸用口金において公知であり、例え
ば特開昭60−39405号公報、同60−199907号公報等に記
載のものはいずれも使用可能である。

なお、ミキシングノズル６は、第７図に示されるよう
に、ブロック内を混合器が１回以上折り返し、所定以上
の混合距離を確保されるように構成することが好まし
い。

また、ミキシングノズル６は、nxmの流路をもつもの
であるが、そのうち中央に存在する流路65は高屈折率の
紡糸原液Ａ用のものであり、これをそのまま後段の多層
ノズル７にて芯材最内層として吐出するものである。そ
して、他のnxm−１の流路が静止型混合器の流路として
構成されるものである。なお、nxmの流路のすべてを混
合器としても、あるいは複数の最内層側の流路を高屈折
率の紡糸原液Ａ用の単なる流路として構成することもで
きる。

こうして均一にブレンドされた、配合比の異なる各流
路の紡糸源液は多層ノズル７に送られ、最内層の屈折率
が最も大きく、周辺部の屈折率が徐々に減少するように
して、同心円状の多層のファイバーとして吐出される。

この場合、多層ノズル７は、通常、中央に吐出口75用
の孔部を有し、流路用の透孔と凹部を有するブロックを
複数積層一体化して構成される。

多層ノズルの吐出の形態は種々のものであってよく、
第５図に示されるように吐出口75をストレート管形状と
し、その中央から最内層用紡糸原液Ａが吐出され、順次
nxm−１の混合紡糸原液Ａ＋Ｂが吐出されるように構成
してもよい。

あるいは、第７図に示されるように、吐出口75の中央
から最内層用紡糸原液Ａが吐出され、順次nxm−１の混
合紡糸原液Ａ＋Ｂが吐出されるごとに吐出口75の径が拡
径されるように構成してもよい。

このようにして得られたファイバーＣの横断面は第１
図および第２図に示されるように、屈折率の最も高い最
内層Coと、それから屈折率が徐々に減少していく被覆層
Ciとからなる同軸状の多層構造をとる。

なお、口金装置から吐出されるファイバーＣの径は0.
2〜5mm程度とすればよい。

ミキシングノズル６で均一混合された原液は、紡糸ノ
ズル７から吐出され、揮発筒91にてビニル単量体の一部
を揮発させ、次いで紫外線照射装置92によりこれを重合
させることにより、第１図に曲線ａとして示されるよう
な屈折率分布を有するファイバーに賦形された巻取機99
により巻取られる。

屈折率分布定数の変更は、高屈折率原液および低屈折
率原液の抵抗管55の流路孔径と流路長を層の内側と外側
で変えることにより行う。

具体的には、屈折率分布定数を大きくするときは、外
側の層に比較して内側の層がより高屈折率原液が富むよ
うに内側の層の高屈折率原液の流路にある抵抗管55の流
路孔径を大きくし、流路長を短かくすることにより可能
となる。

ファイバーは、加熱延伸により強度を付与することも
できる。またこれを切断してチョップドストランドとす
ることによりファイバーレンズとすることもできる。

なお、揮発筒91には第４図に示されるように、空気、
窒素等の気流を送入し、気流下にてビニル単量体の揮発
を行うことが好ましい。揮発筒の温度は30〜100℃程度
が好ましい。

また、紫外線照射装置92の雰囲気は、図示のように窒
素ガス気流を導入した不活性雰囲気とすることが好まし
い。紫外線光源としては、高圧水銀ランプ、紫外線蛍光
ランプ等が使用可能である。

ファイバーＣの層数nxmは、前述のように、多い方が
理想的な屈折率分布に近い光伝送体が得られるが、層の
数は使用目的によって任意に選ぶことが出来る。単に導
光を目的とする場合は５〜10層のもので十分であり、ま
たほぼ連続的な屈折率分布を有する光伝送体としては10
〜20層のもので実用に供し得る。光通信や解像度を問題
にする場合は40〜100層とさらに多層化する必要があ
る。

本発明では前記層数は分配ノズル41、42の流路数を変
えることにより容易に設定することができる。

本発明により光伝送体を製造する際に用いられ高屈折
率紡糸原液Ａに含有させる高屈折率の重合体としてはポ
リカーボネート、ポリスチレンやポリメタクリル酸メチ
ル、ポリアクリル酸メチルなどのポリメタクリル酸エス
テルないしポリアクリル酸エステル等の屈折率が1.48〜
1.60程度のものが挙げられる。

また、低屈折率紡糸原液Ｂに含有される低屈折率の重
合体としてはポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸
メチルなどのポリメタクリル酸エステルないしポリアク
リル酸エステル、エチレン−テトラフロオロエチレン共
重合体、ポリ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニル、ポリフ
ルオロアルキルメタクリレート、ポリフルオロアルキル
アクリレート等の屈折率が1.35〜1.50程度のものが有効
である。

本発明では、これらの屈折率の高い重合体と屈折率の
低い重合体としては互いに相溶するものを選択すること
である。

ビニル単量体としては、酢酸ビニル、スチレン、（メ
タ）アクリル酸メチル等のアルキル（メタ）アクリレー
ト等を用いることができる。

そして、高屈折率および低屈折率の紡糸原液には、通
常、同一のビニル単量体が含有される。

高屈折率および低屈折率の紡糸原液中のビニル単量体
は、それぞれ重合体に対して20〜100重量％程度とす
る。

また、高屈折率および低屈折率の紡糸原液中には、光
増感剤が含有される。

光増感剤としては、ベンゾフェノン、ミセラーズケト
ン、ベンジルジメチルケタール、ジエチルアミノベンゾ
フェノン等が使用可能である。

光増感剤は、ビニル単量体に対して、１〜40重量％程
度含有されればよい。

本発明における高屈折率および低屈折率の紡糸原液
は、ビニル単量体として液体のものを用いれば、これが
溶媒として機能するので、常温にて紡糸することができ
る。

あるいは溶剤を含有させてもよく、この場合に用いる
溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトン、シクロ
ヘキサン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエ
ステル類、ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族炭
化水素類、メタノール、エタノール、イソプロピルアル
コール等のアルコール類、およびこれらの混合溶剤を挙
げることができる。

＜発明の作用効果＞ 以上詳述したように、本発明は屈折率分布型光伝送体
を製造する有用な手段を提供するものであり、屈折率分
布定数が大きく、しかも滑らかな屈折率分布プロフィー
ルに設定でき、かつ屈折率分布を任意に設定でき、かつ
連続したグレーデッドインデックス型ファイバーやファ
イバーレンズで極めて簡便なプロセスにより効率よく製
造できる利点を有する。

＜実施例＞ 以下、本発明の製造方法を実施して、第４図あるいは
第８図に示されるような処方で光伝送体を製造する例に
ついて説明する。

実施例 高屈折率の紡糸原液としてポリメタクリル酸メチル
（屈折率1.49）60部、メタクリル酸メチル40部、イルガ
キュア651（チバガイギー者製光増感剤）２部、また低
屈折率の紡糸原液としてポリテトラフルオロプロピルメ
タクリレート（屈折率1.42）60部、メタクリル酸メチル
40部、イルガキュア651 ２部を調製した。

これらの原液Ａ、Ｂを用い第４図に示される賦形装置
に第７図に示される紡糸口金装置を組み込んで光伝送フ
ァイバーを製造した。

ファイバー径は1mmφ、層数は10層とし、定量ノズル
により内層側程、低屈折率原液に対して高屈折率原液を
多くした。

紡糸口金の温度は70℃に加熱し、また揮発筒内には75
℃の窒素気流をファイバーに対して向流で15/min流し
た。また、紫外線照射装置としては、タングステンのケ
ミカルランプ（東芝社製）を６本ファイバーの囲りに設
置して石英管を介して窒素雰囲気下のファイバーに光を
照射した。

得られたファイバーの屈折率分布定数は0.40mm^-1であ
った。

比較例 紡糸原液としてポリメタクリル酸メチル30部、ポリテ
トラフルオロプロピルメタクリレート30部、メタクリル
酸メチル40部、イルガキュア651 ２部を第４図の賦形
装置を用い、単一層のファイバーとして防止した以外は
実施例１と同様の方法で光伝送用ファイバーを得た。こ
のときの屈折率分布定数は0.15mm^-1で小さいものであっ
た。

また、層数を３層とし、定量ノズルにより内層側程低
屈折率原液に対して高屈折率原液を多くする以外は実施
例１と同様の方法で光伝送用ファイバーを得た。このフ
ァイバーは放物線の分布形状が凹凸状であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明および従来の方法による光伝送体の横
断面内半径ｒ方向の屈折率ｎの分布を示す図である。 第２図は、本発明においてビニル単量体を含まない場合
の半径ｒ方向の屈折率ｎの分布を示す図であり、第３図
は本発明において層数が３層である場合の半径ｒ方向ｏ
屈折率ｎの分布を示す図である。 第４図は、本発明の装置を用いた製造プロセスの概略を
示す正面図である。 第５図および第７図は、それぞれ本発明による紡糸口金
装置の組立図の一例を示す断面図、第６図は紡糸口金装
置内の樹脂流体の流れを示す系統図である。 符号の説明 １……紡糸口金装置、 11、12……ギヤポンプ、 ３……紡糸ヘッド、 41、42……分配ノズル、 ５……定量ノズル、 55……抵抗管、 ６……ミキシングノズル、 63……静止型撹拌部材、 ７……多層ノズル、 81、82……供給装置、 811、821……押出機、 815、825……ホッパー、 91……揮発筒、 92……紫外線照射装置、 99……巻取機、 Ａ……高屈折率の紡糸原液、 Ｂ……低屈折率の紡糸原液、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−81602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−215204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−160053（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ重合体とビニル単量体と光増感剤
   とを含み、互いに屈折率差を有する２種類の紡糸原液を
   紡糸口金装置に供給し、この紡糸口金装置内でそれぞれ
   の紡糸原液を複数の流路に分配し、次いで各流路ごとに
   所定の流量に調節した後、対応する高屈折率の紡糸原液
   と低屈折率の紡糸原液をそれぞれ集合して混合攪拌し、
   前記紡糸口金装置から最内層の屈折率が最も大きく、周
   辺部の屈折率が徐々に減少するようにして同軸状の多層
   のファイバーを吐出し、この紡出したファイバーよりビ
   ニル単量体の一部を揮発させ、活性光線をファイバーに
   照射して屈折率分布型光伝送体を製造することを特徴と
   する光伝送体の製造方法。