JP2860382B2

JP2860382B2 - プラスチック光伝送体の製造法

Info

Publication number: JP2860382B2
Application number: JP63165847A
Authority: JP
Inventors: 輝彦杉森; 隆山本; 義彦三品; 龍二村田; 吉弘魚津; 正昭小田; 英明羽原
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH0216504A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、表面から内部に連続的な屈折率分布を有
し、光集束性レンズ、光集束性光フアイバー、光IC等に
用いられるプラスチツク光伝送体の製造法に関する。

〔従来の技術〕

表面から内部に連続的な屈折率分布を有する光伝送体
としては、すでに特公昭47−861号公報においてガラス
製のものが提案されている。しかしガラス製の光伝送体
は生産性が低く、高価なものとなり、かつ屈曲性も乏し
いという問題点を有している。このようなガラス製の光
伝送体に対し、プラスチツク製の光伝送体を製造する方
法がいくつか提案されている。これらの表面から内部に
連続的な屈折分布を有するプラスチツク光伝送体を大別
すると、（１）イオン架橋重合体よりなる合成樹脂体の
中心軸よりその表面に向つて金属イオンを連続的に濃度
変化をもたせるようにしたもの（特公昭47−26913号公
報参照）、（２）屈折率の異なる２種以上の透明な重合
体の混合物より製造された合成樹脂体を特定の溶剤で処
理し、前記の合成樹脂体の構成成分の少なくとも１種を
部分的に溶解除去することによつて製造されるもの（特
公昭47−28059号公報参照）、（３）２種の屈折率の異
なるモノマーを、重合方法を工夫して、表面から内部に
わたり連続的に屈折率分布ができるようにして作製した
もの（特公昭54−30301号公報参照）、（４）架橋重合
体の表面から重合体より屈折率の低いモノマーを拡散さ
せて、表面より内部にわたり、該モノマーの含有率が連
続的に変化するよう配置したのち、重合させて屈折率分
布をもたせたもの（特公昭52−5857号、特公昭56−3752
1号各公報参照）、及び（５）反応性を有する重合体の
表面より、重合体よりも低い屈折率を有する低分子化合
物を拡散、反応させて表面より内部にわたり連続的に屈
折率分布をもたせるようにしたもの（特公昭57−29682
号公報参照）等である。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら従来法は、拡散又は抽出などの工程に長時間を
要すること、光伝送体の長さが限定されること、生産工
程が断続的であるため、生産性がきわめて低いこと、製
造条件の選定がきわめて困難であつたり再現性が得られ
ないことなどの問題点を有する。

本発明は、従来の断続的な生産工程による不合理性を
解決し、連続生産を可能とし、かつ透明性の良好な光伝
送体の製造法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重合体と常温で液状の単量体とからなり、
屈折率の異なる３種以上の重合性混合物の紡糸原液を同
心円状複合ノズルに供給し、積層状物として同心円状に
押し出したのち、各層間の単量体を相互に拡散させて屈
折率分布型糸状物とし、次いで単量体を重合硬化させる
ことにより、内部から表面に向かつて順次屈折率の変化
を持たせた光伝送体とすることを特徴とする、プラスチ
ツク光伝送体の製造法である。

さらに本発明は、重合体と常温で液状の単量体とから
なる重合性混合物の紡糸原液を、分配することなく同心
円状複合ノズルの各層に供給して屈折率の異なる２種以
上の重合性混合物の積層状物として同心円状に押し出し
たのち、各層間の単量体を相互に拡散させて屈折率分布
型糸状物とし、次いで単量体を重合硬化させることによ
り、内部から表面に向かつて順次屈折率の変化を持たせ
た光伝送体とすることを特徴とする、プラスチツク光伝
送体の製造法である。

本発明に用いられる常温で液状の単量体としては例え
ば下記の化合物が挙げられる。メチル（メタ）アクリレ
ート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メ
タ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレー
ト、三級ブチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル
（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）
アクリレート、２−フエノキシエチル（メタ）アクリレ
ート、２−（ｎ−ブトキシ）エチル（メタ）アクリレー
ト、グリシジル（メタ）アクリレート、２−メチルグリ
シジル（メタ）アクリレート、フエニル（メタ）アクリ
レート、ベンジル（メタ）アクリレートなどの単官能の
（メタ）アクリレート類、2,2,2−トリフルオロエチル
（メタ）アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロ
ピル（メタ）アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオ
ロプロピル（メタ）アクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキ
サフルオロブチル（メタ）アクリレート、2,2,3,3,4,4
5,5−オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート等
の弗素化アルキル（メタ）アクリレート類、アルキレン
グリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプ
ロパンジ又はトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリス
リトールジ、トリ又はテトラ（メタ）アクリレート、ジ
グリセリンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリ
スリトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの他ジエチ
レングリコールビスアリルカーボネート、弗素化アルキ
レングリコールポリ（メタ）アクリレートなどの多官能
（メタ）アクリレート類、アクリル酸、メタクリル酸、
スチレン、クロルスチレンなど。

重合体としてはメチルメタクリレートを主とする重合
体が例示され、例えば、メチルメタクリレートの単独重
合体及びメチルメタクリレートと前記の単量体との共重
合体が用いられる。

本発明を実施するに際しては、メチルメタクリレート
を主とする重合体と常温で液状の単量体とからなり、屈
折率の異なる２種以上の重合性混合物の紡糸原液を調製
する。

屈折率の異なる重合性混合物の紡糸原液は、重合体及
び／又は単量体の種類、配合量等を変えることにより調
製することができる。その際、熱硬化触媒及び／又は光
硬化触媒も添加する。

熱硬化触媒としては普通のパーオキサイド系触媒が用
いられる。光重合触媒としてはベンゾフエノン、ベンゾ
インアルキルエーテル、４′−イソプロピル−２−ヒド
ロキシ−２−メチル−プロピオフエノン、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフエニルケトン、ベンジルメチルケタ
ール、2,2−ジエトキシアセトフエノン、クロロチオキ
サントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフエノン系
化合物、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメ
チルアミノ安息香酸イソアミル、Ｎ−メチルジエタノー
ルアミン、トリエチルアミンなどが挙げられる。

重合性混合物は、粘度が10³〜10⁵ポイズで硬化性のも
のであることが必要である。粘度が10³ポイズよりも小
さいと、紡糸により糸切れが生ずるようになり糸状物の
形成が困難である。また粘度が10⁵ポイズより大きい
と、紡糸操作性が不良となり径斑の少ない糸状物を得る
ことが困難になる。

次いで屈折率が異なる２種以上の重合性混合物を同心
円状に押し出し、例えば石英ガラス製の誘導管中を通過
させる間に、各層間の重合性混合物の単量体を相互に拡
散させ、屈折率分布型糸状物としたのち、硬化処理する
と、屈折率分布型光伝送体が得られる。単量体の相互拡
散部では、必要に応じ糸状物を加温することもできる
が、いずれにせよその間は未硬化の状態に保持させる。

次いで未硬化状の糸状物を硬化させるには、硬化部に
おいて好ましくは紫外線を周囲から作用させて熱硬化触
媒及び／又は光硬化触媒を含有する糸状物を、熱処理な
いし光照射処理する。

本発明は例えば第１図の糸成形装置を用いて実施する
ことができる。第１図は糸成形装置を図式的に示す工程
図で、相互拡散部及び硬化処理部だけを縦断面図とする
ものであり、図中の記号１は同心円状複合ノズル、２は
押し出された未硬化状の糸状物、３は糸状物の各層の単
量体を相互に拡散させて屈折率分布を与えるための相互
拡散部、４は未硬化物を硬化させるための硬化処理部、
５は引き取りローラー、６は製造された屈折率分布型プ
ラスチツク光伝送体、７は巻き取り部、８は不活性ガス
導入口、９は不活生ガス排出口である。糸状物２から遊
離する揮発性物質を相互拡散部３及び硬化処理部４から
除去するため、不活生ガス導入口８から不活性ガス例え
ば窒素ガスを導入する。

本発明の屈折率分布型光伝送体には、さらに低屈折率
の被覆層を設けることもできる。被覆層を形成するため
には、トリフルオロアルキルアクリレート、ペンタフル
オロアルキルアクリレート、ヘキサフルオロアルキルア
クリレート、フルオロアルキレンジアクリレート、1,1,
2,2−テトラヒドロヘプタデカフルオロデシルアクリレ
ート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチル
グリコールジアクリレート、ジペンタエリストールヘキ
サアクリレートなどを適宜混合し、必要に応じ塗工性及
び屈折率を調節するために前記の弗素化アクリレート又
はメタクリレートの重合体を加え、さらに前記の光重合
開始剤を加えたものを用いることが好ましい。

光重合のための光源としては150〜600nmの波長の光を
発する炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧
水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、レーザー光
等が用いられる。

〔本発明の効果〕

本発明によれば可撓性良好な屈折率分布型プラスチツ
ク系光伝送体を連続的に効率良く製造することができ
る。また屈折率分布型プラスチツク光伝送体の各層の成
分の屈折率及び各層の厚さを変えることによつて、従来
の技術ではきわめて困難であつた屈折率分布の制御を容
易に行うことができる。

下記実施例中のレンズ性能及び屈折率分布の測定は下
記の方法で行つた。

I.レンズ性能の測定評価装置レンズ性能の測定は第２図に示す評価装置を用いて行
つた。

試料の調製実施例により得られた光伝送体を、通過するHe−Neレ
ーザー光線のうねりから判定した光線の周期（λ）のほ
ぼ1/4の長さ（λ/4）となるよう切断し、研磨機を用い
て試料の両端面が長軸に垂直な平行平面となるよう研磨
し、評価試料とした。

測定方法光学ベンチ（11）の上に配置された試料台（16）の上
に試作した評価用試料（18）をセツトし、絞り（14）を
調節して光源（12）からの光が集光用レンズ（13）、絞
り（14）、正方形格子像を設けたガラス板（15）を通
り、試料（18）の端面全面に入射するようにしたのち、
試料（18）及びポラロイドカメラ（17）の位置をポラロ
イドフイルム上にピントがあうよう調節し、正方形格子
像を撮影し、格子のゆがみを観察した。ガラス板（15）
はフオトマスク用クロムメツキガラスのクロム被膜を0.
1mmの正方形格子模様に精密加工したものを用いた。

II.屈折率分布の測定カールツアイス社製インターフアコ干渉顕微鏡を用い
て公知の方法により測定した。

実施例１ポリメチルメタクリレート（〔η〕＝0.56、MEK、25
℃）46重量部、ベンジルメタクリレート44重量部、メチ
ルメタクリレート10重量部、１−ヒドロキシシクロヘキ
シルフエニルケトン0.2重量部及びハイドロキノン0.1重
量部を70℃に加熱混練して第１層（中心部）の原液とし
た。またポリメチルメタクリレート（〔η〕＝0.41、ME
K、25℃）50重量部、メチルメタクリレート50重量部、
１−ヒドロキシシクロヘキシルフエニルケトン0.2重量
部及びハイドロキノン0.1重量部を70℃に加熱混練して
第２層（周辺部）の原液とした。この両原液を同心円状
の複合ノズルを用い同時に押し出し、糸状物を調製し
た。押し出し時の粘度は第１層の原液が4.5×10⁴ポイ
ズ、第２層の原液が2.0×10⁴ポイズであつた。また複合
ノズルの保温温度は55℃であつた。

次いで第１図の装置を用い、長さ90cmの相互拡散部を
通過させたのち、周囲に長さ120cmの40Wの蛍光灯12本を
円状に等間隔に設置した石英管の中心部にフアイバーを
導通し、25cm/分の速度で通過させて硬化させ、ニツプ
ローラーで引き取り、巻取り機に巻取り、直径1000μｍ
のフアイバーを得た。

吐出比が第１層：第２層＝1:2の場合、インターフア
コ干渉顕微鏡（東独カールツアイス社製）により測定し
た屈折率分布は、中心部が1.513、周辺部が1.494であ
り、中心部から周辺部にかけて屈折率は連続的に減少し
ていた。

メチルメタクリレート及びベンジルメタクリレートの
残留分の合計量は、0.7重量％であつた。またレンズ性
能の測定を行つた結果、正方形の格子の像は歪みが少な
かつた。

また吐出比が第１層：第２層＝1:1の場合、フアイバ
ーは直径1050μｍであり、屈折率分布は中心部が1.51
9、周辺部が1.493であり、中心部から周辺部にかけて屈
折率は連続的に減少していた。単量体の残留分の合計量
は0.8重量％であつた。またレンズ性能の測定を行つた
結果、正方形の格子の像は歪みが少なかつた。このよう
に原液の吐出比を変えることによつて屈折率分布は異な
つたものとなつていた。

実施例２実施例１で用いた原液を第１層及び第２層に用い、さ
らに第３層にポリメチルメタクリレート（〔η〕＝0.3
4、MEK、25℃）45重量部、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35重量部、メチルメタク
リレート20重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフエ
ニルケトン0.2重量部及びハイドロキノン0.1重量部を70
℃で加熱混練したものを用い、第１層、第２層及び第３
層の原液を同心円状の複合ノズルを用い同時に押し出
し、糸状物を調製した。押し出し時の粘度は第１層の原
液が4.5×10⁴ポイズ、第２層の原液が2.0×10⁴ポイズ、
第３層の原液が2.2×10⁴ポイズであつた。複合ノズルの
保温温度は60℃であつた。

次いで第１図の装置を用い、実施例１と同様にして直
径1000μｍのフアイバーを得た（相互拡散部45cm）。

吐出比が第１層：第２層：第３層＝1:1:1の場合、イ
ンターフアコ干渉顕微鏡により測定した屈折率分布は中
心部が中心部が1.512、周辺部が1.470であり、中心部か
ら周辺部にかけて屈折率は連続的に減少していた。メチ
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及びベンジルメタクリレートの
単量体残留分は1.2重量％であつた。またレンズ性能の
測定を行つた結果、正方形の格子像は歪みが少なかつ
た。この場合も吐出比を変えることによつて、様々な形
の屈折率分布を有する光伝送体が得られた。

実施例３実施例１で用いた第１層の原液を第１層に、ポリメチ
ルメタクリレート（〔η〕＝0.40、MEK、25℃）50重量
部、メチルメタクリレート20重量部、ベンジルメタクリ
レート30重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフエニ
ルケトン0.2重量部及びハイドロキノン0.1重量部を65℃
に加熱混練し第２層の原液とした。また実施例１で用い
た第２層の原液を第３層の原液として用い、ポリメチル
メタクリレート（〔η〕＝0.40、MEK、25℃）50重量
部、メチルメタクリレート30重量部、2,2,3,3−テトラ
フルオロプロピルメタクリレート20重量部、１−ヒドロ
キシシクロヘキシルフエニルケトン0.2重量部及びハイ
ドロキノン0.1重量部を加熱混練して第４層の原液とし
た。前記の４種の原液を同心円状複合ノズルを用い同時
に押し出し、糸状物を調製した。押し出し時の粘度は第
１層の原液が4.5×10⁴ポイズ、第２層の原液が4.0×10⁴
ポイズ、第３層の原液が2.0×10⁴ポイズ、第４層の原液
が2.2×10⁴ポイズであつた。複合ノズルの保温温度は60
℃であつた。

次いで第１図の装置を用い、実施例１と同様にして直
径1050μｍのフアイバーを得た（相互拡散部30cm）。

吐出比が第１層：第２層：第３層：第４層＝2:1:1:1
の場合、インターフアコ干渉顕微鏡により測定した屈折
率分布は中心部が中心部が1.511、周辺部が1.479であ
り、中心部から周辺部にかけて連続的に減少していた。
単量体の残留分は1.1重量％であつた。このとき2,2,3,3
−テトラフルオロプロピルメタクリレートが僅かに揮発
するために、屈折率分布が周辺部で僅かに上がってい
た。このためレンズ性能の測定を行つた結果、正方形の
格子像は周辺部で歪を生じていた。

実施例４実施例３で用いた第１層から第４層までの原液を用
い、さらに第５層目に実施例２の第３層で用いた原液を
用い、第１層から第５層までの原液を同心円状の複合ノ
ズルを用い同時に押し出して糸状物を調製し、以下実施
例１と同様にしてフアイバーを得た（相互拡散部20c
m）。

吐出比が第１層：第２層：第３層：第４層：第５層＝
3:1:1:1:2の場合、インターフアコ干渉顕微鏡により測
定した屈折率分布は中心部が1.512、周辺部が1.471であ
り、中心部から周辺部にかけて連続的に減少していた。
単量体の残留分は1.0重量％であつた。

レンズ性能の測定を行つた結果、正方形の格子像は歪
が少なかつた。この場合も原液の吐出比を変えることに
よつて屈折率分布は異なつたものとなつてきた。

実施例５下記表に示す成分に１−ヒドロキシシクロヘキシルフ
エニルケトン0.2重量部及びハイドロキノン0.1重量部を
加え、70℃に加熱混練して第１〜10層の原液を調製し
た。この10種の原液を同心円状複合ノズルを用いて同時
に押し出し、糸状物を調製した。押し出し時の各原液の
粘度は表中に示すとおりであつた。また複合ノズルの保
温温度は60℃であつた。次いで糸状物を相互拡散処理せ
ずに、直ちに実施例１と同様に硬化処理してフアイバー
を得た。

表中の吐出比とした場合、インターフアコ干渉顕微鏡
により測定した屈折率分布は中心部が1.512、周辺部1.4
72であり、中心部から周辺部にかけて連続的に減少して
いた。またレンズ性能の測定を行つた結果、正方形の歪
がきわめて少なかつた。なお吐出比をかえることによつ
て様々な形の屈折率分布を有する光伝送体が得られた。

実施例６メチルメタクリレート65重量％及びフエニルメタクリ
レート35重量％からなる重合体（n_D＝1.517、〔η〕＝
1.50、MEK、25℃）47重量部、フエニルメタクリレート5
3重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフエニルケト
ン0.2重量部及びハイドロキノン0.1重量部を65℃に加熱
混練して第１層の原液とした。また同じ重合体50重量
部、メチルメタクリレート50重量部、１−ヒドロキシシ
クロヘキシルフエニルケトン0.2重量部及びハイドロキ
ノン0.1重量部を65℃に加熱混練して第２層の原液とし
た。これらの原液を実施例１と同様に処理してフアイバ
ーを得た（相互拡散部90cm）。吐出時の粘度は第１層の
原液が4.0×10⁴ポイズ、第２層の原液が2.1×10⁴ポイズ
であつた。また複合ノズルの保温温度は60℃であつた。

吐出比が第１層：第２層＝1:1の場合、得られたフア
イバーは直径1000μｍであり、屈折率分布は中心部が1.
540、周辺部1.511であり、中心部から周辺部にかけて連
続的に減少していた。単量体の残留分は1.0重量％であ
つた。またレンズ性能の測定を行つた結果、正方形の格
子の像は歪が少なかつた。この場合も原液の吐出比を変
えることによつて、屈折率分布は異なつたものとなつて
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いられる糸成形装置を図式的
に示す工程図で、相互拡散部及び硬化処理部だけを縦断
面図とするものであり、第２図は本発明の光伝送体の評
価に用いられるレンズ性能測定装置を図式的に示す一部
縦断側面図であつて、図中の記号１は同心円状複合ノズ
ル、２は糸状物、３は相互拡散部、４は硬化処理部、６
は光伝送体、12は光源、13はレンズ、14は絞り、15はガ
ラス板、17はカメラ、18は試料を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田龍二広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社内 (72)発明者魚津吉弘広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社内 (72)発明者小田正昭広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社内 (72)発明者羽原英明広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社内 (56)参考文献特開昭62−215204（ＪＰ，Ａ) 特開平１−265207（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/00,6/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重合体と常温で液状の単量体とからなり、
屈折率の異なる３種以上の重合性混合物の紡糸原液を同
心円状複合ノズルに供給し、積層状物として同心円状に
押し出したのち、各層間の単量体を相互に拡散させて屈
折率分布型糸状物とし、次いで単量体を重合硬化させる
ことにより、内部から表面に向かつて順次屈折率の変化
を持たせた光伝送体とすることを特徴とする、プラスチ
ツク光伝送体の製造法。
【請求項２】重合体と常温で液状の単量体とからなる重
合性混合物の紡糸原液を、分配することなく同心円状複
合ノズルの各層に供給して屈折率の異なる２種以上の重
合性混合物の積層状物として同心円状に押し出したの
ち、各層間の単量体を相互に拡散させて屈折率分布型糸
状物とし、次いで単量体を重合硬化させることにより、
内部から表面に向かつて順次屈折率の変化を持たせた光
伝送体とすることを特徴とする、プラスチツク光伝送体
の製造法。