JP2929678B2 - 屈折率分布型光伝送体の製造法 - Google Patents

屈折率分布型光伝送体の製造法

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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向かって連続的な屈折率分布
を有する屈折率分布型光伝送体の製造法に関するもので
ある。
[従来の技術] 屈折率分布型光伝送体は周知のように、光軸と直交す
る方向に中心から周辺に向けて屈折率が次第に変化する
分布をもつ透明体から成り、ロッド状のレンズ、光伝送
ファイバ等として広く使用されている。
上記の光伝送体は、中心軸上の屈折率をn0、Aを定数
として中心軸からrの距離における屈折率nが、 n=n0(1−1/2Ar2) の式で表わされる分布をもつ。ここで、定数Aが正のと
き、上記伝送体は凸レンズ作用を有し、Aが負の場合に
は凹レンズ作用を有する。
このような内部から表面に向かって連続的な屈折率分
布を有する光伝送体は、すでに、特公昭47−816号公報
などにおいてガラス製のものが提案されており、ロッド
状のレンズ、光伝送ファイバーなどに広く使用されてい
る。しかしながら、上記ガラス製の光伝送体はバッチ式
で生産されており、また、長時間を要するため、生産性
が低く、高価なものであった。また、ガラス製であるた
め、屈曲性が乏しいという欠点があった。
上記欠点を解決する目的でプラスチック製の光伝送体
を製造する方法がいくつか提案されている。例えば、特
公昭47−26913号公報にはイオン架橋重合体よりなる合
成樹脂体をイオン交換することにより該樹脂体の中心軸
から表面に向かって金属イオン濃度を連続的に変化させ
たもの、特公昭47−28059号公報には屈折率の異なる2
種以上の透明重合体を混合し成形した後、特定の溶剤で
抽出することにより樹脂体の中心軸から表面に向かって
濃度分布を形成したもの、特公昭54−30301号公報およ
び特公昭58−17924号公報には2種の屈折率の異なるモ
ノマーを用い、重合方法を工夫することにより表面から
内部にわたって連続的な屈折率分布をつけたもの、特公
昭52−5857号公報および特公昭56−37521号公報には不
完全に重合した架橋重合体の表面から屈折率の異なるモ
ノマーを連続的な濃度分布をもたせるべく含浸させた
後、共重合したもの、および、特公昭57−29682号公報
には反応性を有する重合体の表面から屈折率の異なる低
分子化合物を拡散、反応させて連続的な屈折率分布を形
成したものなどが開示されている。
しかしながら、これらの従来法では、屈折率分布を形
成するのに拡散あるいは抽出する工程を経なければなら
ないため、工程に長時間を要し、生産性が極めて悪く、
工業化するには多くの問題点を有していた。
これらの問題点を解決するため、特公昭57−20601号
公報には重合速度が異なる2種類以上の単量体を混合し
て予備重合し、表面から未重合単量体を揮発させて濃度
分布を形成した後、重合を完結させる方法が開示されて
いる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、特公昭57−20601号公報では重合性官
能基が異なる単量体の組合せを用いているため、重合体
とした時に相分離を起こしやすく、透明性の良好な屈折
率分布型光伝送体を得ることは極めて困難であった。
本発明の目的は上記従来の問題点を解消せんとするも
のであり、透明性に優れた屈折率分布型光伝送体の製造
を可能にしようとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、下記の構成を有する。
「重合性官能基が同一で、760mmHgでの沸点に20℃以上
の差があり、かつ重合した場合に屈折率の異なる透明性
重合体を与える少なくとも2種類の単量体を混合し、予
備重合させて繊維状に賦形し、次に該成形体表面から未
重合単量体を選択的に揮発せしめながら、全未重合単量
体を重合せしめることを特徴とする屈折率分布型光伝送
体の製造法。」 以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に従った方法では、まず屈折率の異なる2種類
以上の単量体と重合開始剤および各種重合調整剤を混合
した単量体混合物を重合し、単量体が残っている予備重
合体を形成する。この際、屈折率差は少なくとも0.005
以上であることが好ましい。また、単量体としては重合
性官能基が同一であることが重合体とした時の相溶性の
点で必須である。重合性官能基が異なると、透明性の良
好なものが得られ難い。ここで言う重合性官能基とは、
ラジカル反応するものであれば特に制限なく、好ましい
例として、ビニル基、(メタ)アクリル基、アリル基な
どが挙げられる。
また、この時1種類の単量体と他の単量体との沸点の
差が760mmHgで20℃以上あることが必須である。この差
が20℃未満の組合せでは、次の工程で望ましい屈折率分
布が得られ難い。重合はいずれの方法でも良いが、加熱
あるいは紫外線、電子線などの活性光線の照射が好まし
く用いられる。またその雰囲気としては空気中でも良い
が、酸素の影響による重合抑制あるいは酸化による着色
を防止するために窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下
で行うことが望ましい。
本発明の予備重合体を繊維状に賦形する方法は特に限
定はないが、単量体をガラスあるいはプラスチック製の
チューブ中で重合して、チューブから取り出す方法や押
出機などを用いて、重合しながら繊維状に賦形する方法
などがある。
次に、未反応単量体を有する前記予備重合体表面から
未反応単量体を揮発させ、前記沸点差を利用して混合物
中に成分の連続分布を与える。すなわち、混合物の中央
部では、単量体仕込比に近い成分割合であるが、表面部
では沸点の低い単量体の割合が低いものとなる。この
際、予備重合体を単に大気中に放置するだけでも目的は
達成されるが、減圧下などに放置して強制的に揮発する
ことが生産性の点で好ましい。
最後に、このようにして得られた濃度分布を固定化す
るために全ての未重合単量体を重合させる。この重合は
熱あるいは活性光線などの外部エネルギーを加えること
によって達成され、その雰囲気としては不活性ガス中で
行うことが好ましい。
本発明に用いる単量体としては、メチルメタクリレー
ト、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、
ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、2
−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレ
ート、ドデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレ
ート、シクロヘキシルメタクリレート、ジメチルアミノ
エチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリ
レート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシ
ジルメタクリレート、メタクリル酸、メチルアクリレー
ト、エチルアクリレート、アリルメタクリレート、ベン
ジルメタクリレート、α−o−クロロフェニルエチルメ
タクリレート、ベンヅヒドリルメタクリレート、o−ク
ロロベンヅヒドリルメタクリレート、p−シクロヘキシ
ルフェニルメタクリレート、α−p−ジフェニルエチル
メタクリレート、メンチルメタクリレート、m−ニトロ
ベンゾイルメタクリレート、2−ニトロ−2−メチル−
プロピルメタクリレート、α−フェニル−アリルメタク
リレート、α−フェニル−n−アミルメタクリレート、
α−フェニルエチルメタクリレート、β−フェニルエチ
ルメタクリレート、テトラハイドロフルフリルメタクリ
レート、ビニルメタクリレート、フェニルセルソルブメ
タクリレート、p−メトキシベンゾイルメタクリレー
ト、エチレンクロロヒドリンメタクリレート、ペンタク
ロロフェニルメタクリレート、フェニルメタクリレー
ト、オイゲノイルメタクリレート、m−クレジルメタク
リレート、ジアセチレンメタクリレート、エチレングリ
コールベンゾエートメタクリレート、エチレングリコレ
ートメタクリレート、ボルニルメタクリレート、トリエ
チルカルビルメタクリレート、ブチルメルカブチルメタ
クリレート、o−クロロベンジルメタクリレート、Tert
−ブチルメタクリレート、α−メタリルメタクリレー
ト、β−メタリルメタクリレート、α−ナフチルメタク
リレート、シンナミルメタクリレート、o−クレジルメ
タクリレート、フルフリルメタクリレート、β−アミノ
エチルメタクリレート、メチル−α−ブロモアクリレー
ト、リードメタクリレート、2−クロロシクロヘキシル
メタクリレート、1−フェニルシクロヘキシルメタクリ
レート、トリエトキシシリコルメタクリレート、p−ブ
ロモフェニルメタクリレート、2,3−ジブロモプロピル
メタクリレート、1−メチルシクロヘキシルメタクリレ
ート、n−ヘキシルメタクリレート、β−ブロモエチル
メタクリレート、メチル−α−クロロアクリレート、β
−ナフチルメタクリレート、N−n−ブチルメタクリル
アミド、メタクリルメチルサリシレート、エチレングリ
コールモノメタクリレート、N−ベンジルメタクリルア
ミド、β−フェニルスルフォンエチルメタクリレート、
N−メチルメタクリルアミド、N−アリルメタクリルア
ミド、メタクリルフェニルサリシレート、N−α−メト
キシエチルメタクリルアミド、N−β−メトキシエチル
メタクリルアミド、シクロヘキシル−α−エトキシアク
リレート、1,3−ジクロロプロピル−2−メタクリレー
ト、2−メチルシクロヘキシルメタクリレート、3−メ
チルシクロヘキシルメタクリレート、4−メチルシクロ
ヘキシルメタクリレート、トリメチル−3,3,5−シクロ
ヘキシルメタクリレート、フルオレニルメタクリレー
ト、α−ナフチルカルビニルメタクリレート、エチレン
グリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジ
メタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレ
ート、ポリエチレングリコール#200ジメタクリレー
ト、ヘキサメチレングリコールジメタクリレート、デカ
メチレングリコールジメタクリレート、エチルスルフィ
ドジメタクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジ
メタクリレート、エチリデンジメタクリレート、ペンタ
エリスリトールテトラメタクリレート、1,1,3−トリヒ
ドロペルフルオロプロピルメタクリレート、1,1,5−ト
リヒドロペルフルオロペンチルメタクリレート、トリフ
ルオロエチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメ
タクリレート、などのメタクリレート類、スチレン、o
−クロロスチレン、ビニルナフタレン、o−メチル−p
−メトキシスチレン、o−メトキシスチレン、o−メチ
ルスチレン、p−イソプロピルスチレン、p−メトキシ
スチレン、2,6−ジクロロスチレン、ジビニルベンゼン
などのスチレン類、ジアリルフタレート、イソジアリル
フタレート、アリルアセテート、ジエチレングリコール
ビスアリルカルボナートなどのアリル類などが好ましく
用いられる。
上記のような単量体の中で、重合性官能基、屈折率、
沸点における本発明の要件を満たす2種類以上の単量体
の組み合わせを選択して、予備重合体を得る。
また、重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイ
ド、ラウロイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキ
サイド類、ケトンパーオキサイド類、パーオキシケター
ル類、ハイドロパーオキサイド類、ジアルキルパーオキ
サイド類、パーオキシジカーボネート類、パーオキシエ
ステル類など通常のラジカル開始剤や従来公知の光重合
開始剤を用いることができる。これら重合開始剤に加え
て、促進剤、増感剤を併用することは有効な手段であ
る。
さらに、重合調整剤としては、t−ドデシルメルカプ
タン、n−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン
類、四塩化炭素などの連鎖移動剤を用いることができ
る。
本発明の屈折率分布型光伝送体は、光ファイバー、光
結合用素子、複写機用レンズアレイ、ファクシリミリ用
レンズアレイ、プリンター用レンズ、コンタクトレンズ
などとして好適に用いることができる。また本発明の屈
折率分布型光伝送体は、さらに延伸して、上記目的の部
品として使用することもできる。
[実施例] 以下本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
なお、実施例中の物性は次のようにして測定した。
A.屈折率分布の状態 屈折率分布を形成したロッドを厚さ1mmに切断し、両
面を研磨した後、干渉顕微鏡(インターファコ カール
ツァイス社製)を用いて、差分干渉法にて屈折率分布を
測定し、周辺部と中心部の屈折率差Δnを求めた。
実施例1 ジエチレングリコールジメタクリレート(nD=1.455
b.p.130℃/4mmHg(290℃/760mmHg相当))50g、ベンジ
ルメタクリレート(nD=1.514b.p.233℃/760mmHg)50
g、t−ドデシルメルカプタン1.0g、およびラウリルパ
ーオキサイド0.5gを混合し、内径3mm、長さ300mmのテフ
ロンチューブに入れ、50℃の恒温水槽に20分間浸漬して
重合した。次に、テフロンチューブから不完全重合体を
取り出し、60℃、5mmHgの減圧に10分放置し、続いて、
窒素ガスを導入して大気圧にした後、100℃で1時間重
合させた。硬い透明重合体が得られた。干渉顕微鏡によ
り、中心部から周辺部に向かって連続的に屈折率が変化
していることが確認でき、その屈折率差Δnは0.032で
あった。
実施例2 実施例1でジエチレングリコールジメタクリレートの
かわりにポリエチレングリコール#200ジメタクリレー
ト(nD=1.460b.p.200℃/1mmHg(420℃/760mmHg相
当))を、ベンジルメタクリレートのかわりにフェニル
メタクリレート(nD=1.516b.p.67℃/1mmHg(235℃/760
mmHg相当))を用いた他は実施例1とまったく同様の操
作をして透明棒状の重合体を得た。Δn=0.022であっ
た。
実施例3 ステアリルメタクリレート(nD=1.451b.p.205℃/5mm
Hg(380℃/760mmHg相当))40g、ポリエチレングリコー
ル#200ジメタクリレート10g、およびベンジルメタクリ
レート50gを用い、実施例1と全く同様にして、透明重
合体を得た。Δn=0.025であった。
実施例4 ジエチレングリコールビスアリルカルボナート(nD
1.452b.p.140℃/0.03mmHg(420℃/760mmHg相当))50
g、ジアリルフタレート(nD=1.519b.p.165℃/5mmHg(3
25℃/760mmHg相当))50g、および過酸化ベンゾイル3g
を混合し、内径3mm、長さ300mmのテフロンチューブに入
れ、80℃の恒温水槽に30分間浸漬した。次に、テフロン
チューブから不完全重合体を取り出し、80℃、0.5mmHg
の減圧下に30分間放置し、続いて、窒素ガスを導入して
大気圧にした後、120℃で3時間重合させた。硬い透明
重合体が得られた。Δn=0.018であった。
比較例1 実施例1でエチレングリコールジメタクリレートのか
わりに2−エチルヘキシルメタクリレート(nD=1.438
b.p.229℃/760mmHg)を用いた他は実施例1とまったく
同様の操作をして透明棒状の重合体を得た。その中心部
と周辺部との屈折率差はほとんどなかった。
比較例2 実施例1でベンジルメタクリレートの代わりにスチレ
ン(nD=1.543b.p.146℃/760mmHg)を用いた他は実施例
1とまったく同様の操作をした。得られた棒状体は不透
明で白濁していた。
[発明の効果] 本発明の屈折率分布型光伝送体の製造法は、次の効果
を奏する。
(1)重合体が相分離しにくく、透明性が優れた屈折率
分布型光伝送体が得られる。
(2)屈折率分布が短時間に形成できる。
(3)単量体の選択の幅が広い。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重合性官能基が同一で、760mmHgでの沸点
    に20℃以上の差があり、かつ重合した場合に屈折率の異
    なる透明性重合体を与える少なくとも2種類の単量体を
    混合し、予備重合させて繊維状に賦形し、次に該成形体
    表面から未重合単量体を選択的に揮発せしめながら、全
    未重合単量体を重合せしめることを特徴とする屈折率分
    布型光伝送体の製造法。
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