JP3431865B2 - 光伝送体の製法及び紡糸口金装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は断面半径方向に屈折
率分布を有するプラスチック光伝送体の製造に好適なプ
ラスチック光伝送体の製法及びそれに好適に用いられる
紡糸口金装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光伝送体の中でも、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。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の方法は、所望の屈折率分布の設定が難しく、製
造工程も煩雑であり、また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。

【０００５】本発明は、光伝送体の従来の製造方法とは
全く異なる新規な方法による簡便な製造を可能とするも
のであり、特に屈折率分布型光伝送体を製造する場合に
おいては、屈折率分布の設定を容易に行うことができ、
かつ製造プロセスを簡便にすることが可能な、光伝送体
の製造方法及びそれに好適に用いられる紡糸口金装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題は下記の発明に
よって達成される。本発明の要旨は、溶融状態の高屈折
率樹脂および低屈折率樹脂を紡糸口金装置に供給して、
前記高屈折率樹脂と低屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路
に分配し、各流路における樹脂の流量を調節することに
より、配合比を調節して混合し、屈折率の異なる複数の
樹脂を調製し、最内層から最外周層に向かって屈折率が
徐々に減少する同軸構造のファイバーとして紡糸口金装
置から吐出させる光伝送体の製法であって、中央から最
内層用樹脂を吐出し、その外周に次層となる外側の層を
構成する樹脂を吐出して順次積層し、同軸多層構造のフ
ァイバーを吐出する吐出口を備えた紡糸多層ノズルを有
し、同紡糸多層ノズルにおける吐出口の径が、その外側
の次層を構成する樹脂が吐出される位置においてより大
きくなっている紡糸口金装置を用いることを特徴とする
光伝送体の製法にある。

【０００７】また、本発明の要旨は、溶融状態の高屈折
率樹脂および低屈折率樹脂を紡糸口金装置に供給して、
前記高屈折率樹脂と低屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路
に分配し、各流路における樹脂の流量を調節することに
より、配合比を調節して混合し、屈折率の異なる複数の
樹脂を調製し、溶融状態の屈折率が異なる複数の樹脂を
最内層から最外周層に向かって屈折率が徐々に減少する
ように同軸状に積層して紡糸口金装置から吐出させる光
伝送体の製法であって、中央から最内層用樹脂を吐出
し、その外周に次層となる外側の層を構成する樹脂を吐
出して順次積層し、同軸多層構造のファイバーを吐出す
る吐出口を備えた紡糸多層ノズルを有し、同紡糸多層ノ
ズルにおける吐出口の径が、その外側の次層を構成する
樹脂が吐出される位置においてより大きくなっている紡
糸口金装置を用いることを特徴とする光伝送体の製法に
ある。更に本発明の要旨は、溶融状態の高屈折率樹脂お
よび低屈折率樹脂を紡糸口金装置に供給して、前記高屈
折率樹脂と低屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に分配
し、各流路における樹脂の流量を調節することにより、
配合比を調節して混合し、屈折率の異なる複数の樹脂を
調製し、中央から最内層用樹脂を吐出し、その外周に次
層となる外側の層を構成する樹脂を吐出して順次積層
し、最内層から最外周層に向かって屈折率が徐々に減少
するように同軸多層構造のファイバーを吐出する吐出口
を備えた紡糸多層ノズルを有する紡糸口金装置であっ
て、前記紡糸多層ノズルにおける吐出口の径が、その外
側の次層を構成する樹脂が吐出される位置においてより
大きくなっていることを特徴とする紡糸口金装置にあ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照してよ
り詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明による光伝送体Ｃの横断面
図である。図２および図３は横断面半径ｒ方向の屈折率
分布を示し、図２は後述する熱処理の前のもの、図３は
熱処理後のものを示す。

【００１０】本発明では、例えば、図１および図２に示
されるような、屈折率ｎが最も高い最内層Ｃｏと屈折率
ｎが段階的に徐々に減少していく被覆層Ｃｉとからなる
同軸多層構造のファイバー等の同軸構造のファイバーを
形成する。以下の説明においては、説明の便宜上、同軸
構造のファイバーとして図１及び図２に示されるような
同軸多層構造のファイバーを形成し、屈折率分布型の光
伝送体を製造する場合について説明する。形成された同
軸多層構造のファイバーは必要に応じて熱処理される。
熱処理することにより、各層のポリマー間での相互マイ
グレーションが起こり、階段状の屈折率分布は図３に示
されるような曲線状の屈折率分布となる。被覆層Ｃｉの
層数は多い程屈折率分布曲線は滑らかで精度の良好なも
のとなる。

【００１１】屈折率の設定に際しては、図３に示される
ように屈折率分布を放物線状になるようにするのが望ま
しく本発明においては高屈折率樹脂と低屈折率樹脂の配
合比等により容易に設定できる。

【００１２】図４、図５および図６は本発明の製造方法
を示す実施態様例であり、図４は、溶融法ファイバー賦
形装置の概略的な正面図、図６は紡糸口金装置１の組立
図の一例を示す断面図、図５は、紡糸口金装置内の樹脂
の流れを示す系統図である。

【００１３】図４および図５において高屈折率樹脂Ａは
ホッパー８１５から、また低屈折率樹脂Ｂは、ホッパー
８２５から供給されて、それぞれ押出器８１１，８２１
により溶融押出しされ、それぞれ第１および第２の定量
ギヤポンプ１１，１２に至る。即ち、溶融状態の高屈折
率樹脂および低屈折率樹脂が紡糸口金装置に供給され
る。

【００１４】これら第１および第２の定量ギヤポンプ１
１，１２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、図５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、層数によっては図６に示されるように、
単連型にても可能である。

【００１５】定量ギヤポンプ１１，１２で分岐、定量さ
れた前記溶融状態高屈折率樹脂Ａと低屈折率樹脂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。

【００１６】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、本実施形
態において紡糸ノズルとして使用される多層ノズル７と
が設置されている。そして、これら分配ノズル４１，４
２、定量ノズル５、ミキシングノズル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。

【００１７】図５に示される例では、流路２１，２１…
に送入される高屈折率樹脂Ａは、分配ノズル４１によ
り、又流路２５，２５…に送入された低屈折率樹脂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。

【００１８】分配ノズル４１，４２は、より詳細には、
例えば図６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。

【００１９】定量ノズル５において、それぞれｎ×ｍの
流路数の高屈折率樹脂Ａおよび低屈折率樹脂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、各流路の流量が調節される。従って
本実施形態においては吐出配合比が調節される。これに
よって溶融状態の屈折率が異なる多数の樹脂が調製され
る。

【００２０】この定量ノズル５における流量調節の方法
としては、図６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５
５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
流路の孔径と流路長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。

【００２１】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ｎ×ｍの流路の高屈折率および低屈折率樹
脂Ａ，Ｂは、ミキシングノズル６にて混合される。

【００２２】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樹脂Ａと低屈折率樹脂Ｂとが集
合して混合、撹拌される。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、この部分に前記樹脂流体を通過させることにより行
う。

【００２３】静止型混合器は溶融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、特開
昭６０−１９９９０７号公報等に記載のものはいずれも
使用可能である。

【００２４】なお、ミキシングノズル６は、図６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が確保されるように構成することが
好ましい。

【００２５】また、ミキシングノズル６は、ｎ×ｍ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６
５は高屈折率樹脂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ｎ×ｍ−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、ｎ×ｍ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
流路を高屈折率樹脂Ａ用の単なる流路として構成するこ
ともできる。

【００２６】こうして均一にブレンドされた、配合比の
異なる各流路の溶融樹脂は多層ノズル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。即ち、溶融状態の屈折率が異なる複数の樹
脂、本実施形態においては多数の樹脂が、最内層から最
外周層に向かって屈折率が徐々に減少するように同軸状
に積層されて紡糸口金装置から吐出される。

【００２７】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。

【００２８】多層ノズル７の吐出の形態は、図６に示さ
れるように、吐出口７５の中央から最内層用樹脂Ａが吐
出され、順次ｎ×ｍ−１の混合樹脂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される。
即ち、本実施形態において、紡糸ノズルとして使用され
ている多層ノズルは、中央から最内層用樹脂を吐出し、
その外周に順次より外側の層を構成する樹脂を吐出して
積層し、同軸構造のファイバーを吐出する吐出口を備え
ており、その吐出口の径は、より外側の層を構成する樹
脂が吐出される位置においてより大きくなっている

【００２９】このようにして溶融状態の高屈折率樹脂お
よび低屈折率樹脂を紡糸口金装置に供給して、最内層か
ら最外周層に向かって屈折率が徐々に減少する同軸構造
のファイバーとして紡糸口金装置から吐出させることに
よって得られたファイバーＣの横断面は、本実施形態に
おいては、図１および図２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。

【００３０】なお、溶融温度は、１，０００〜１００，
０００ｐｏｉｓｅの粘度が得られる温度とされる。ま
た、口金装置から吐出されるファイバーＣの径は０．２
〜５ｍｍ程度とされる。

【００３１】ミキシングノズル６内で均一混合された溶
融樹脂は多層ノズル７から吐出され、クエンチ筒９１、
冷却水層９２を経て所定の外径をもち、図１に示される
ような断面の多層ファイバーに賦形され、巻取器９５に
より巻取られる。

【００３２】次にこのようにして、得られた階段状屈折
率分布を有するファイバー母材としての多層ファイバー
Ｃは、図７に示されるように加熱炉９９内で熱処理され
ることが好ましい。これにより層界面を相溶、拡散さ
せ、滑らかな屈折率分布曲線を有するグレーデッドイン
デックス型光伝送体となる。

【００３３】この場合の加熱温度は樹脂組成にもよる
が、ファイバー母材のガラス転移温度（Ｔｇ）以上であ
り、好ましくはＴｇより５〜８０℃高くする。

【００３４】さらに熱処理中にファイバー母材を延伸細
化したり、熱処理前および／または熱処理後に延伸細化
することにより、より滑らかな屈折率曲線と強度を有す
る光伝送体とすることができる。この場合の延伸倍率は
１．０〜５．０程度とする。

【００３５】またこれらを切断してチョップストランド
とすることによりファイバーレンズの製造も可能であ
る。

【００３６】前記熱処理延伸の工程はファイバー母材の
製造工程と連続させることも可能である。

【００３７】ファイバーＣの層数ｎ×ｍは多い方が理想
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こと
が好ましい。

【００３８】この実施態様例において層数は分配ノズル
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。

【００３９】本発明により光伝送体を製造する際に用い
られる高屈折率樹脂としてはポリカーボネート、ポリス
チレン、ポリメタクリル酸メチル等の屈折率が１．４８
〜１．６０程度のものが挙げられる。また、低屈折率樹
脂としてはポリアクリル酸メチル、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
化ビニル等の屈折率が１．３５〜１．５０程度のものが
有効である。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の製造方法を実施して、図４に
示されるような方法で光伝送体を製造する例について説
明する。

【００４１】実施例中、屈折率分布定数は以下のように
定義される。 屈折率分布定数＝√２（１−ｎ／ｎｏ）・１／ｒ 式中ｎｏ：ファイバー中心軸上の屈折率 ｎ ：中心からｒの距離における屈折率 ｒ ：半径方向の距離 実施例１ 高屈折率樹脂としてポリメタクリル酸メチル（屈折率
１．４９）と、低屈折率樹脂としてポリ弗化ビニリデン
−テトラフルオロエチレン共重合体（屈折率１．４０）
を用いて、図４に示される装置により、層数４０層の多
層ファイバーを形成し、次いで赤外線加熱装置（炉長１
ｍ）を用いて巻取装置１０ｍ／ｍｉｎ、加熱炉内温度１
５０℃の条件下で加熱すると同時に延伸を行い（延伸倍
率１．５）、直径１ｍｍφのファイバーを製造した。こ
れにより屈折率分布定数が０．４０ｍｍ^-1のグレーデッ
ドインデックス型光伝送体を得た。

【００４２】

【００４３】

【発明の効果】本発明の光伝送体の製法及びそれに好適
に用いられる紡糸口金装置によれば、光伝送体、特に最
内層から最外周層に向かって屈折率が徐々に減少する屈
折率分布型光伝送体を簡便なプロセスで連続的に効率良
く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光伝送体の横断面図である。

【図２】熱処理前の光伝送体の断面内径ｒ方向の屈折率
ｎの分布を示す。

【図３】熱処理後のものである。

【図４】本発明の製造プロセスの一例を示す正面図であ
る。

【図５】紡糸口金装置内の樹脂流体の流れを示す系統図
である。

【図６】本発明による紡糸口金装置の組立図の一例を示
す断面図である。

【図７】本発明に用いる加熱処理装置を示す正面図であ
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 ８１１，８２１ 押出器 ８１５，８２５ ホッパー ９１ クエンチ筒 ９２ 冷却水槽 ９５，９７ 巻取機 ９９ 加熱処理装置 Ａ 高屈折率の樹脂流体 Ｂ 低屈折率の樹脂流体 Ｃ ファイバー

フロントページの続き (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 ヨン株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−265208（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−81602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−75105（ＪＰ，Ａ) 特公 昭42−22579（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融状態の高屈折率樹脂および低屈折率
   樹脂を紡糸口金装置に供給して、前記高屈折率樹脂と低
   屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に分配し、各流路にお
   ける樹脂の流量を調節することにより、配合比を調節し
   て混合し、屈折率の異なる複数の樹脂を調製し、最内層
   から最外周層に向かって屈折率が徐々に減少する同軸構
   造のファイバーとして紡糸口金装置から吐出させる光伝
   送体の製法であって、中央から最内層用樹脂を吐出し、
   その外周に次層となる外側の層を構成する樹脂を吐出し
   て順次積層し、同軸多層構造のファイバーを吐出する吐
   出口を備えた紡糸多層ノズルを有し、同紡糸多層ノズル
   における吐出口の径が、その外側の次層を構成する樹脂
   が吐出される位置においてより大きくなっている紡糸口
   金装置を用いることを特徴とする光伝送体の製法。
2. 【請求項２】 紡糸口金装置から吐出される同軸構造の
   ファイバーが、同軸多層構造のファイバーであることを
   特徴とする請求項１に記載の光伝送体の製法。
3. 【請求項３】 溶融状態の高屈折率樹脂および低屈折率
   樹脂を紡糸口金装置に供給して、前記高屈折率樹脂と低
   屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に分配し、各流路にお
   ける樹脂の流量を調節することにより、配合比を調節し
   て混合し、屈折率の異なる複数の樹脂を調製し、溶融状
   態の屈折率が異なる複数の樹脂を最内層から最外周層に
   向かって屈折率が徐々に減少するように同軸状に積層し
   て紡糸口金装置から吐出させる光伝送体の製法であっ
   て、中央から最内層用樹脂を吐出し、その外周に次層と
   なる外側の層を構成する樹脂を吐出して順次積層し、同
   軸多層構造のファイバーを吐出する吐出口を備えた紡糸
   多層ノズルを有し、同紡糸多層ノズルにおける吐出口の
   径が、その外側の次層を構成する樹脂が吐出される位置
   においてより大きくなっている紡糸口金装置を用いるこ
   とを特徴とする光伝送体の製法。
4. 【請求項４】 屈折率が異なる複数の樹脂が、屈折率が
   異なる多数の樹脂であることを特徴とする請求項３に記
   載の光伝送体の製法。
5. 【請求項５】 溶融状態の高屈折率樹脂および低屈折率
   樹脂を紡糸口金装置に供給して、前記高屈折率樹脂と低
   屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に分配し、 各流路にお
   ける樹脂の流量を調節することにより、配合比を調節し
   て混合し、屈折率の異なる複数の樹脂を調製し、中央か
   ら最内層用樹脂を吐出し、その外周に次層となる外側の
   層を構成する樹脂を吐出して順次積層し、最内層から最
   外周層に向かって屈折率が徐々に減少するように同軸多
   層構造のファイバーを吐出する吐出口を備えた紡糸多層
   ノズルを有する紡糸口金装置であって、前記紡糸多層ノ
   ズルにおける吐出口の径が、その外側の次層を構成する
   樹脂が吐出される位置においてより大きくなっているこ
   とを特徴とする紡糸口金装置。