JP3652390B2 - プラスチック光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラスチック光ファイバの母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア部及びクラッド部が共にプラスチックから構成されるプラスチック光ファイバは、ガラスファイバに比べ加工や取扱いが容易で低コストであるため、その伝送損失が実質的に問題にされない程度に短距離の光伝送路等として、多用されている。このような特徴を有するプラスチック光ファイバは、ＬＡＮ（local area network）、ＩＳＤＮ（integrated service digital network）等の次世代通信網構想において、その重要性が増大してきている。
【０００３】
プラスチック光ファイバとしては、図１１に模式的に示すように、階段状に変化する屈折率分布を有するステップインデックス型（ＳＩ型）ファイバが既に実用化されている。このＳＩ型ファイバは、極く短距離の伝送用として、電子機器内部の部品同士の伝送用等に用いることができるが、伝送容量が少ないため、通信用としては必ずしも適していない。
【０００４】
上記ＳＩ型ファイバに比較して時間当りの情報量を多量に送ることが可能（伝送容量が多い）で、通信用光伝送路としてより好適な特性を有する光ファイバとして、図１２に模式的に示すように、半径方向に変化するコア部屈折率分布を有するグレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバが提案されている。
【０００５】
従って、本発明は、コア部とクラッド部との屈折率の差が充分大きく且つ滑らかな屈折率分布を有するプラスチック光ファイバ母材を生産性良く容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
ＧＩ型のプラスチック光ファイバを作製するには、あらかじめ屈折率分布を持ったプラスチック光ファイバ母材を作製しこれを線引する方法によれば、曲げ損失の少ないファイバを簡便に製造できる。そして、このような母材を製造する方法としては、特開平２−１６５０４（第１の従来技術）に記載されているように、屈折率の異なる２種以上の重合性混合物の積層状物を同心円状に押し出す方法がある。
【０００７】
また、ポリメタクリル酸メチルから成る円管内に、屈折率を上昇させる添加剤とメタクリル酸メチルモノマーとの混合液を充填して一段階で重合させて円管と一体の構造体を得る方法が特開平４−９７３０２（第２の従来技術）に開示され、この方法では、屈折率分布をもつ重合物が１回の重合反応により作製される。この重合物をコア部とし、円管をクラッド部にすることでプラスチック光ファイバ母材が作製される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第１の従来技術における製造方法は積層押し出し法であるため、屈折率の異なる層は多くとも１０層程度しか形成できない。従って、屈折率分布は階段状を呈することになり、この方法では図１２に示すような、中心部から半径方向外側に向かって降下する滑らかな屈折率分布を有する母材を作製することができない。
【０００９】
また、この方法を利用して、押し出し後にモノマーを各層間で拡散させることにより、連続した滑らかな屈折率分布を得る方法もあるが、この場合には工程数が増加し、その結果、生産性が損なわれる。更に、この場合は、コア部とクラッド部との屈折率の差を充分大きくとれない。
【００１０】
一方、第２の従来技術における製造方法の場合は、コア部形成の重合反応が一段階であるため、コア部の中心部と最外殻部との屈折率の差を充分に大きくすることはできない。
【００１１】
従って、これらの母材製造方法で製造された母材を線引しても、曲げ特性の優れたファイバを得ることはできない。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、より詳しくは、コア部とクラッド部との屈折率の差が充分大きく且つ滑らかな屈折率分布を有するプラスチック光ファイバ母材を生産性良く容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者は、上記問題を解決するプラスチック光ファイバ母材の製造方法を実現するに当たり、クラッド部の内側に屈折率が漸次高くなる多数の層を形成することによりコア部を作製する手法を用いることにより、プラスチック光ファイバを製造することを考えた。そして、実験と試作とを重ねた結果、このような手法において各層の形成にはモノマーを投入して重合させる重合法を採用することが、上記目的を実現するには極めて効果的であることを見出だした。
【００１４】
従って、本発明によるプラスチック光ファイバ母材の製造方法は、（１）中空の略円筒形状の部分を有しポリマーから成る１つのクラッド部に対し、（ａ）屈折率降下剤をモノマーに添加した複数の第１の数ｉの個数のモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ａ≦ｉの数ａに対して（Ｓ（ａ−１）の屈折率）≦（Ｓ（ａ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）を用い、１≦ｘ≦ｉの数ｘに対して、クラッド部の側面内側表面上にモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（ｘ）を投入し、クラッド部を長手軸方向を中心に回転させながらモノマー屈折率降下剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｘに対して１からｉまで順に行い、クラッド部の側面内側表面上に、第１の数ｉ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア外側部を形成する第１のステップと、（２）１つの前記コア外側部に対して、（ｂ）屈折率上昇剤をモノマーに添加した複数の第２の数ｊの個数のモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ｂ≦ｊの数ｂに対して（Ｔ（ｂ−１）の屈折率）≦（Ｔ（ｂ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）を用いて、１≦ｙ≦ｉの数ｙに対して、コア外側部の側面内側表面上にモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（ｙ）を投入し、コア外側部を長手軸方向を中心に回転させながらモノマー屈折率上昇剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｙに対して１からｊまで順に行い、コア外側部の側面内側表面上に、第２の数ｊ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア内側部を形成する第２のステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、クラッド部の内側に屈折率降下剤をモノマーに添加した混合液を重合させ多層に亘って形成することにより、充分に低い屈折率をもつコア最外殻を有し内側に向かって漸次屈折率が増加するコア外側部を形成した後、更にその内側に、屈折率上昇剤をモノマーに添加した混合液を重合させ多層に亘って形成することにより、更に内側に向かって漸次屈折率が増加しコア中心部分で屈折率が充分高くなるコア内側部を形成するため、コアの中心部分とコア最外殻との屈折率の差を充分大きくしたプラスチック光ファイバ母材を製造することが可能となる。また、各層の形成には、作業性が悪くまた反応に時間のかかるＣＶＤや溶液塗布乾燥法を用いず、簡便で反応に要する時間の比較的短い重合法を用いているため、作業性が良好で時間のかからないプラスチック光ファイバ母材の製造法が提供される。更に、回転により生じる遠心力を利用して各層の厚さを均一にしつつ重合する方法を採用しているので、簡便な装置を用いることができる。
【００１６】
尚、本発明ではコア部のうち、屈折率降下剤を添加したポリマーから成る部分をコア外側部、屈折率上昇剤を添加したポリマーから成る部分をコア内側部と称する。また、本発明において長手軸とは、円筒又は円柱を回転体とみたときに、その回転軸のことである。また、円柱形状とは、特に中空部分のない円筒形状のことを指す。
【００１７】
また、本発明によるプラスチックファイバ母材の製造方法は、第１のステップが、コア外側部の形成に先立ち、中空の略円筒形状のクラッド部製造モールドの側面内側表面にモノマーを投入し、クラッド部製造モールドを長手軸方向を中心に回転させながらモノマーを重合させて、略均一な厚さを有する略円管形状のクラッド部を形成するクラッド部製造操作を更に含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
また、本発明によるプラスチックファイバ母材の製造方法は、屈折率降下剤と屈折率上昇剤との少なくとも一方が、ラジカル重合性を有し、且つ第１のステップ、第２のステップ、又は第１のステップ及び第２のステップにおける重合において、屈折率降下剤と屈折率上昇剤との少なくとも一方の、モノマー若しくはモノマーの重合物との反応速度がモノマー単独の重合速度と異なることを特徴としてもよい。
【００１９】
徐々に屈折率の差を付けた多層を形成することに加えて、モノマー重合反応と屈折率降下剤あるいは屈折率上昇剤のモノマーとの共重合反応の速度の差を利用することにより、各層内において層の外側から内側に向かって屈折率が上がるように、各層を形成することが可能となる。例えば、加熱によるラジカル重合において、回転する円筒の外側から加熱して層状のモノマー屈折率上昇剤混合液を重合する場合、層の外側から重合反応が開始するため、屈折率上昇剤をモノマーとの共重合反応速度がモノマーの重合速度よりも低いように選べば、層の外側は比較的モノマーリッチになり、内側に進むにつれて屈折率上昇剤の濃度が高くなるような層を形成することができる。そしてこのような層を、屈折率上昇剤の添加率を変えつつ多層に亘って形成することにより、更に滑らかな屈折率分布をもったコア部を形成することが可能になる。
【００２０】
また、本発明によるプラスチック光ファイバの製造方法は、屈折率降下剤及び屈折率上昇剤の少なくとも一方の分子における飽和及び不飽和の共有結合の数が、モノマーの分子における飽和及び不飽和の共有結合の数よりも多いことを特徴としてもよい。
【００２１】
この場合も、反応速度の差を利用した場合と同様に、例えば、加熱によるラジカル重合において、回転する円筒の外側から加熱して層状のモノマー屈折率上昇剤混合液を重合する場合、層の外側から重合反応が開始するため、屈折率上昇剤をモノマーよりも分子のサイズが大きくなるように選択することにより、層の外側は比較的モノマーリッチになり、内側に進むにつれて屈折率上昇剤の濃度が高くなるような層を形成することができる。そしてこのような層を、屈折率上昇財の添加率を変えつつ多層に亘って形成することにより、更に滑らかな屈折率分布をもったコア部を形成することが可能になる。この場合、分子サイズは、係る分子内の飽和及び不飽和の共有結合の数をもって、定義する。
【００２２】
また、本発明によるプラスチック光ファイバの製造方法は、クラッド部がメタクリル酸メチルを重合させた重合物から成ることを特徴としてもよい。
【００２３】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００２４】
（モノマー又は係るモノマーを重合したポリマー）
公知の透明なポリマーを特に制限なく用いることができるが、例えば、メタクリル酸メチルのホモポリマー（ポリメタクリル酸メチル）、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンとフェニルエステルとのエステル交換反応により生成されるポリカーボネート、並びに、メタクリル酸と、次に挙げる他のモノマーとの透明な共重合体が、好適に使用可能である。この他のモノマーとは、例えば、単官能性の（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸弗化アルキル、多官能性のアクリル酸、メタクリル酸等のアクリル酸類、スチレン、スチレンの塩化物等が使用可能である。更に好適な材料は、ポリメタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）並びに２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンとフェニルステルとのエステル交換反応により生成されるポリカーボネート（屈折率ｎ＝１．５９）である。
【００２５】
（屈折率上昇剤）
本発明では、係るモノマーに添加した混合物を重合させた際、モノマーのみの重合物の屈折率よりも高い屈折率を与える添加剤を、屈折率上昇剤と称する。所望の屈折率分布を与え、且つ上記ポリマーと安定に共存することが可能である限り、屈折率上昇剤の分子量は特に制限されない。また、屈折率上昇剤自体が重合性の官能基（例えば、ビニル基等の不飽和結合を有する官能基等）を有していてもよい。即ち、屈折率上昇剤は、単量体ないしその混合物であってもよく、またオリゴマーないしポリマーであってもよい。メタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）がモノマーとして用いられた場合、コア部には、好適には以下に挙げるような屈折率上昇剤を添加したポリメタクリル酸メチルが用いられる。この屈折率上昇剤には、例えば、フタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率ｎ＝１．５３６）、酢酸２−フェニルエチル（ｎ＝１．５１）、フタル酸ジメチル（ｎ＝１．５１５）、ジフェニルスルフィド（ｎ＝１．６３５）、安息香酸ビニル（ｎ＝１．５７７）、ベンジルメタクリレート（ｎ＝１．５６８）、フタル酸ジアリル（ｎ＝１．５１８）等が好適に使用可能である。尚、上記した中で、安息香酸ビニル、ベンジルメタクリレート、フタル酸ジアリルは、重合性の官能基を有する屈折率上昇剤である。
【００２６】
（屈折率降下剤）
本発明では、係るモノマーに添加した混合物を重合させた際、モノマーのみの重合物の屈折率よりも低い屈折率を与える添加剤を、屈折率降下剤と称する。所望の屈折率分布を与え、且つ上記ポリマーと安定に共存することが可能である限り、屈折率上昇剤の場合と同様に、屈折率降下剤の分子量は特に制限されない。また、屈折率降下剤自体が重合性の官能基（例えば、ビニル基等の不飽和結合を有する官能基等）を有していてもよい。即ち、屈折率降下剤は、単量体ないしその混合物であってもよく、またオリゴマーないしポリマーであってもよい。メタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）がモノマーとして用いられた場合、コア部には、好適には以下に挙げるような屈折率上昇剤を添加したポリメタクリル酸メチルが用いられる。この屈折率降下剤には、例えば、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、（屈折率ｎ＝１．３６１）、酢酸ヘキシル（ｎ＝１．４０８）、フタル酸ビス（３，５，５−トリメチルヘキシル）（ｎ＝１．４７８）、フタル酸ビス（２−メチルヘキシル）（ｎ＝１．４８６）等が好適に使用可能である。尚、上記した中で、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートは重合性の材料である。
【００２７】
（母材の分子量）
本発明においては、光ファイバ母材線引の際の作業性（線引時の断線防止、ないし母材加熱時の硬さ）の点からは、該母材のコア部とクラッド部とを構成する高分子の、ＧＰＣ（gel permeation chromatography ）による重量平均分子量が、１０, ０００以上３００, ０００以下であることが好ましく、更には３０, ０００以上２５０, ０００以下（特に５０, ０００以上２００, ０００以下）であることが好ましい。
【００２８】
光ファイバ母材のコア部とクラッド部とを構成する高分子の重量平均分子量は、例えば、以下のようにして測定することが可能である。
【００２９】
（重量平均分子量の測定方法）
平均分子量を測定すべきプラスチック光ファイバ母材の全体を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解して、濃度が０．１ｍｇ／ｍｌ程度のＴＨＦ溶液とする。
【００３０】
このようにして得たＴＨＦ溶液を、必要に応じてメンブレン・フィルター（例えば、ミリポア社のメンブレン・フィルター）を通過させた後、ＧＰＣ測定系に導入してＧＰＣ分析を行い、該ＧＰＣ分析結果に基づき光ファイバ母材の重量平均分子量を求める。このＧＰＣ分析の際には、例えば、以下の測定条件が好適に用いられる。
【００３１】
本発明に用いることのできる母材の分子量は、特に制限されないが、光ファイバ母材線引の際の作業性（線引時の断線防止、ないし母材加熱時の硬さ）の点からは、コア部を構成する高分子の重量平均分子量（ＭR ）は、１０, ０００以上３００, ０００以下であることが好ましい。また、クラッド部を構成する高分子の重量平均分子量（ＭD ）も、１０, ０００以上３００, ０００以下であることが好ましい。このようなコア部またはクラッド部の重量平均分子量も、上記した母材全体の重量平均分子量と同様に測定することが可能である。
【００３２】
光ファイバ母材線引の際の作業性（線引時の断線防止、ないし母材加熱時の硬さ）の点からは、上記ＭR とＭD との比ＭD ／ＭR は、０．８〜１．２程度、更には０．９〜１．１程度であることが好ましい。
【００３３】
本発明において、上記分子量を得るための方法は特に制限されないが、例えば、コア部および／又はクラッド部の重合を、重合開始剤および／又は重合反応を停止させる連鎖移動剤の存在下に行うことにより、更には、該重合開始剤および／又は連鎖移動剤の量を調整することにより、前記した特定の分子量を得ることができる。
【００３４】
（重合反応）
例えば、モノマーにメタクリル酸メチルを用いた場合、好適には、Ｏ−Ｏ結合を有する過酸化物やアゾ系化合物等を開始剤とするラジカル重合が用いられる。この開始剤には、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の、約４０℃〜約１００℃で有効にラジカルを解離するいわゆる中温開始剤が好適に使用可能である。従って、このような中温開始剤を用いた場合、重合反応の温度条件は、好適には約４０℃〜約１００℃である。重合反応速度は、反応熱や反応自体による膨脹収縮によって重合反応中若しくは反応後ポリマーにクラック等が生じないように、並びに、反応熱によってメタクリル酸メチルモノマーが反応中に沸騰することのないように調節される必要があり、これは重合温度と開始剤添加量との組み合わせにより調節可能である。該開始剤の添加量は、約４０℃〜約１００℃において、モノマーに対して０．００１〜１０重量％程度、更には０．０１〜０．３重量％程度（特に０．０５〜０．１５重量％程度）であればよい。例えば、メタクリル酸メチルに０．１重量％の過酸化ベンゾイルを添加し７０℃で重合反応を行えば、クラック等を生じず且つモノマーの沸騰を起こさずにポリマーを生成することができる。尚、このような熱エネルギーによる塊状重合以外にも、光エネルギーを用いた塊状重合等も使用可能である。また、メタクリル酸メチル以外のモノマーを用いた場合でも、同様に、温度等の入力エネルギー量と濃度との組み合わせにより、重合反応速度を調節することが可能である。
【００３５】
また、クラッド部、コア部の重合の際必要に応じて使用される連鎖移動剤は、上記したプラスチック母材としての重量平均分子量１０, ０００〜３００, ０００を与える限り特に制限されず、公知の連鎖移動剤から適宜選択して使用することが可能である。このような公知の連鎖移動剤としては、例えば、ベンゼン、イソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素；クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化物；ブチルメルカプタン等のメルカプト系化合物（−ＳＨ基を有する化合物）が挙げられる。
【００３６】
（母材製造装置及び回転数）
プラスチック光ファイバ母材及びモールドを一体で回転可能で、且つ温度制御の機能をもつ加熱手段を有する装置であれば、形態を問わず、本発明に好適に使用できる。但し、重合反応には、空気中の酸素に反応の進行が阻害される場合もあるため、母材をモールドに挿入して設置する際、その両端を封止できる必要がある。
【００３７】
上記重合反応の際、母材及びモールドを回転させる場合は、回転数が約１０, ０００ｒｐｍ以下（特に、約１００ｒｐｍ〜約５, ０００ｒｐｍ）であることが好ましい。
【００３８】
（モールド）
クラッド部の製造に用いられるモールドは、中空の円筒形状であればよく、ガラス等様々な材料が使用可能である。第２コア部は、コア中心まで重合を行う必要はなく、途中で重合を終了させコラプスして製造してもよい。
【００３９】
（線引方法）
次に、光ファイバ母材を光ファイバに線引する方法について説明する。
【００４０】
本発明の方法により製造された母材の線引に使用可能な、図１０の模式断面図（縦断面図）を参照しつつ説明する。なお、以下の図面においては、説明の便宜のため、実際とは若干異なる縮尺を用いる場合がある。
【００４１】
図１０に示されるように、この態様のプラスチック光ファイバの線引装置９１０は、線引炉９１２と、外径モニタ９１４と、巻き取り手段９１６とから構成される。
【００４２】
線引炉９１２は、金属製のカバー９２０と、該カバー９２０の上下にそれぞれ配置された上部円筒９２８と下部円筒９３２とからなるハウジングを有する。線引炉９１２は、上記ハウジングと、その内部に配置された円管状の炉芯管９２２と、該炉芯管９２２の外側に配置されたヒータ９２４と含む。
【００４３】
上記構成を有する線引装置９１０を用いて円筒形状のプラスチック光ファイバ母材９２６を線引する場合、該母材９２６は、後述するネックダウン部９２７を与えるべきその先端部分を下にして、上部円筒９２８から下方へ向かうように炉芯管９２２の内側に挿入され、線引炉９１２内に配置される。
【００４４】
線引された母材の一部（すなわち、光ファイバ）が巻き取り手段９１６により巻き取られることにより、図１０に示すように、光ファイバ母材９２６は加熱によって生じたネックダウン部９２７を下にして線引炉９１２内に配置されることとなる。
【００４５】
上記プラスチック光ファイバ母材９２６は、通常はカバー９２０に完全に包囲されず、一部が上部円筒９２８の上方に突き出たまま残った状態となっている。線引炉９１２内の気密性を保つために、上部円筒９２８の上面は、プラスチック光ファイバ母材９２６の外径とほぼ同等の大きさの穴を有するリング９３０により、シールされている。一方、下部円筒９３２の下面には、金属製のシャッター９３４が備えられており、該シャッター９３４の中心付近には、線引されたファイバが通過可能なように、小さな開口が設けられている。
【００４６】
上記した図１０の線引装置を用いた場合、プラスチック光ファイバ母材９２６はヒータ９２４によって加熱され、一方、不活性なガスは、リング９３０を通過して線引炉９１２内へ供給され、矢印９２９に沿って炉芯管９２２内部を流れ母材９２６と接触する。加熱されて溶融した母材９２６は、所定の速度で紡糸されてプラスチック光ファイバ９３８となり、上記シャッター９３４の開口部を通過し、外径モニタ９１４を通過してその外径が測定された後、巻き取り手段９１６に巻き取られる。
【００４７】
以下、実施例、比較例により本発明を更に具体的に説明する。
【００４８】
【実施例】
以下、添付した図面を必要に応じて参照しつつ、実施例により本発明を更に詳細に説明する。尚、添付した図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略した。
【００４９】
図１は、本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材の製造装置の斜視図である。図１によれば、製造装置１００は、台１０２と、重合部収容部１０４とにより構成される。重合部収容部１０４には、２台の重合部組み立て体１０８ａ、ｂが収容され、それぞれモータ１０６ａ、ｂに接続されて回転可能な状態にある。底面部を持たない重合部収容部１０４は、台１０２の上面が無い部分の上に設置される。重合部収容部１０４の下方の台１０２の底面には、ヒータ１１０（点線で図示）が配置される。従って、ヒータ１１０と重合部組み立て体１０８ａ、ｂとの間には遮るものが存在せず、重合部組み立て体１０８ａ、ｂは、ヒータ１１０から直接加熱される。ヒータ１１０は、温度制御の機能を有している。
【００５０】
以下、構成の同一な左右の重合部組み立て体１０８ａ及びｂのうち、１０８ａに関して説明する。
【００５１】
図２は、製造途中の母材を設置した状態での重合部組み立て体１０８の断面図である。図１及び図２によれば、重合部組み立て体１０８は、両側に１個づつの円柱状のテフロン製チャック１２２、１２３及びカバー１２４、１２５とから成り、内部に円管状の製造途中の母材１２６を包含する。重合部組み立て体１０８は、以下のように重合部収容部に保持される。重合部組み立て体１０８の片方の端のチャック１２２は、モータ１０６の駆動を伝える軸１２８に固定された支持円筒１３２に係合し、他方の端のチャック１２３は、軸受け１３０に挿入された軸１２９に固定された支持円筒１３３に係合する。即ち、重合部組み立て体１０８は、モータ１０６の駆動によって回転可能な状態でその両端で支持され、重合部収容部１０４に保持される。
【００５２】
図２によれば、チャック１２２及び１２３はそれぞれ、一方の底面の中心に母材１２６と同じ直径の円柱状の窪み１３４及び１３５を有し、母材１２６がこれら窪み１３４及び１３５に係合される。
【００５３】
実施例１
図３は、本実施例に係るプラスチック光ファイバの工程図であり、製造の各工程におけるプラスチック光ファイバ母材の側面図である。尚、工程毎の変化をわかり易く表現するため、図３では厚さの尺度を実際より誇張して描いている。本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にジクロロベンゼンを用いて、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、図１に示されるプラスチック光ファイバ母材製造装置は、以後全ての実施例及び比較例において使用される。
【００５４】
本実施例では、以下のようにプラスチック光ファイバ母材を作成した。図１及び図３を参照して、その工程を説明する。まず、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍのメタクリル酸メチルの重合物から成る円管１２６を用意した（図３（ａ）参照）。これを、クラッド部として用いる。
【００５５】
コア外側部の形成は、次のように行った。図１及び図２に示されるように、母材（本明細書の実施例においては、少なくともクラッド部を有するものを総称して母材と称する）１２６を、重合部組み立て体１０８に設置した。このとき、母材１２６の両端をチャック１２２及び１２３に係合させ、カバー１２４、１２５を配して重合部組み立て体１０８を形成した。母材１２６（即ち、この場合は図３においてクラッド部３０２）の内側表面上に、メタクリル酸メチル１００部（重量基準、以下同じ）に酢酸ヘキシル７０部を加えた混合液Ｓ（１）に、混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して注入した。その後、重合部組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約１０００ｒｐｍの回転数で回転させた。重合部組み立て体１０８を回転させることにより、クラッド部の内側に投入された混合液Ｓ（１）は遠心力により、クラッド部の円周方向及び長手方向に均一な厚さで母材１２６（この場合はクラッド部３０２）内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を継続し、クラッド部３０２の内側にコア外側部第１層３０４が形成された（図３（ｂ１）参照）。第１層形成の重合反応が完全に終了した後、先ほどの混合液に少量のメタクリル酸メチルを添加した新たな混合液Ｓ（２）を調整し、これに混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して、コア外側部第１層の内側表面に注入した。そして、第１層形成のときと同じ条件で加熱及び回転を行い、コア外側部第２層を形成した。更に少量のメタクリル酸メチルを添加した新たな混合液Ｓ（３）を用いて、同様の操作をもう１度行いコア外側部第３層を形成して、クラッド部３０２の内側に、３層から成り内側に向かって屈折率が上昇するコア外側部３０５が形成された（図３（ｂｉ）参照、本実施例ではｉ＝３）。
【００５６】
次に、上述したコア外側部の形成方法と同様に、コア内側部を形成した。即ち、図１及び図２によれば、母材１２６は両端でチャック１２２及び１２３と係合して、重合部組み立て体１０８をなした。母材１２６の内側表面上（即ち、図３ではコア外側部３０５の内側表面上）に、メタクリル酸メチルにジクロロベンゼンを加えた混合液Ｔ（１）に、混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して注入した。その後、重合部組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約１０００ｒｐｍの回転数で回転させた。この回転によって生じた遠心力によって、混合液ｔ（１）は、円周方向及び長手方向に均一な厚さをもって、母材１２６（この場合はコア外側部３０５）の内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を継続し、コア外側部３０５の内側にコア外側部第１層３０６が形成された（図３（ｃ１）参照）。第１層形成の重合反応が完全に終了した後、先ほどの混合液に少量のジクロロベンゼンを添加した新たな混合液Ｔ（２）を調整し、これに混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して、コア内側部第１層３０６の内側表面に注入した。そして、第１層形成のときと同じ条件で加熱及び回転を行い、コア外側部第２層を形成した。そして、このメタクリル酸メチルとジクロロベンゼンとの混合液Ｔ（２）にジクロロベンゼンを添加して、順に屈折率が高くなるＴ（３）〜Ｔ（２０）を調製しつつ、これを１つずつ用いて同様の操作を第３層（Ｔ（３））から第２０層（Ｔ（２０））まで行い、２０層から成り内側に向かって屈折率が上昇するコア内側部３０７が形成され、円柱状、即ち中空ではない母材１２６が作成された（図３（ｃｊ）参照）。ここで、プラスチック光ファイバ母材の製造工程は終了した。
【００５７】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を、プリフォームアナライザ法（測定装置名：Ｐ−１０１、ヨーク社製、以下、全ての実施例及び比較例の屈折率分布測定において、この方法及び装置を用いる）調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００５８】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で、まきつけ法により（測定装置名：ＡＱ−６３１５Ｂ 光スペクトラムアナライザ（安藤電気社製）、以下、全ての実施例及び比較例の曲げ損失測定において、この方法及び装置を用いる）曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．５ｄＢであった。
【００５９】
尚、実施例１と同様の操作で、コア外側部及びコア内側部を形成する際の層の数を、コア外側部が２層、コア内側部が３層の、計５層として行った例も、比較のために示しておくと、この場合に作製された母材の屈折率分布は、図５のように階段状であった。
【００６０】
実施例２
図６は、図２に示した重合部組み立て体１０８の断面図であり、本実施例のクラッド部の形成の工程における充填前の様子を示す。本実施例では、図１、図２及び図６に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、クラッド部、コア外側部及びコア内側部の全てを重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、フタル酸ブチルベンジルステルは、メタクリル酸メチルよりも分子サイズが大きく、これを共有結合の数で比べれば、フタル酸ブチルベンジルステルの１分子内の飽和及び不飽和の共有結合が４３個に対して、メタクリル酸メチルのそれは１４個である。
【００６１】
まず、以下のようにしてクラッド部を作製した。図１、図３及び図６によれば、内径５０ｍｍの円管形状のガラス製クラッド部製造モールド１２０の両端をチャック１２２及び１２３に係合させて重合部組み立て体１０８を作製した。このとき、クラッド部製造モールド１２０の内部は円筒状の空洞１４１である。この空洞１４１内に、過酸化ベンゾイルを０．１重量％添加したメタクリル酸メチルを注入した。次いで、注入が終了した後、モールド組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約４０００ｒｐｍで回転させた。この回転によって生じた遠心力によって、混合液は、円周方向及び長手方向に均一な厚さをもって、モールドの内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を続け、外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍの均一な厚さを有する円筒状のクラッド部を形成した（図３（ａ）参照）。
【００６２】
そして、実施例１のコア外側部及びコア内側部の形成方法と全く同様に、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、コア中心部の上にコア内側部及びコア外側部とを重合により形成して、直径５０ｍｍのプラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００６３】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００６４】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．４ｄＢであった。
【００６５】
実施例３
実施例３では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、クラッド部、コア外側部及びコア内側部の全てを重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００６６】
本実施例では、実施例２のクラッド部形成方法と同様に、メタクリル酸メチルに過酸化ベンゾイルを添加してクラッド部製造モールドの内側に注入し、７０℃及び４０００ｒｐｍの条件で重合させてクラッド部を作製した（図３（ａ）参照）。その後、実施例１及び２のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと酢酸ヘキシルとの混合物によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルとフタル酸ブチルベンジルエステルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００６７】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００６８】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．６ｄＢであった。
【００６９】
実施例４
本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、予め用意したメタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、コア外側部及びコア内側部を重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートは、ラジカル重合性を有する屈折率降下剤である。
【００７０】
本実施例では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした（図３（ａ）参照）。そして、実施例１〜３のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートとの混合物によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルとフタル酸ブチルベンジルエステルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００７１】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００７２】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．５ｄＢであった。
【００７３】
実施例５
本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いて、図３に示される工程により、予め用意したメタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、コア外側部及びコア内側部を重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、安息香酸ビニルは、ラジカル重合性を有する屈折率上昇剤である。
【００７４】
本実施例では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした（図３（ａ）参照）。そして、実施例１〜４のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと酢酸ヘキシルとの混合液によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルと安息香酸ビニルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００７５】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００７６】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．７ｄＢであった。
【００７７】
比較例１〜４
以上のように説明した実施例１〜５によるプラスチック光ファイバ母材の製造方法との比較のため、以下の比較例１〜４を示す。重合により多層を形成することによりコア部を形成する方法であるが、本発明の製造方法によらず、屈折率上昇剤又は屈折率降下剤のいずれかのみを用いてコア部を形成する方法によって、プラスチック光ファイバ母材を作成した例を３例、並びにクラッド部の内側にコア部を１段階で形成した例を１例挙げておく。
【００７８】
図７は、比較例１〜３における工程図であり、製造の各工程におけるプラスチック光ファイバ母材７００の側面図である。比較例１〜３では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図７に示される工程により、モノマーに屈折率上昇剤を比率を変えて加えた多数の混合液によりコア部の層７０１を多数形成し、多数の層から成り屈折率が中心に向かって増加するコア部７０２をクラッド部７０４の内側に形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００７９】
比較例４では、クラッド部の内側の空洞部にモノマーと屈折率上昇剤を加えた混合液を１度に充填して重合することにより、プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００８０】
比較例１では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした。そして、実施例１のコア内側部の形成方法と同様の条件で、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルにフタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８１】
比較例２では、実施例２のクラッド部の形成方法と同様に、内径５０ｍｍのガラス製クラッド部製造モールド内部にメタクリル酸メチルを投入して４０００ｒｐｍで回転しながら重合し、クラッド部を形成した。そして、実施例１のコア内側部の形成方法と同様の条件で、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルにフタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８２】
比較例３では、実施例５と同じ条件で、メタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルに安息香酸ビニル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８３】
比較例４では、メタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側空洞に、メタクリル酸メチルに安息香酸ビニル（屈折率上昇剤）を加えた混合液を１度に充填し、これを１度に重合させてコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８４】
このようにして比較例１〜３において作製された３本のプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布のグラフを図８に、比較例４における屈折率分布のグラフを図９に表した。図８によれば、コア部形成において、屈折率上昇剤のみを用いて徐々に屈折率が変化する多層を形成して作製された母材は、屈折率降下剤を用いる多層形成と屈折率上昇剤を用いる多層形成との２つのステップによる方法による母材と比べれば、屈折率差のあまり大きくないＧＩ型の分布をもつことが明らかになった。また、図９から明らかなように、コア部を１層で形成した比較例４では、ＧＩ型の分布は得られず、即ちＳＩ型の母材が作製された。
【００８５】
また、これらを実施例１〜５と同じ条件で線引した直径６５０μｍの光ファイバについて、それぞれ直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このときの波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、比較例１及び比較例２では２．０ｄＢ、比較例３及び比較例４では２．５ｄＢであった。
【００８６】
線引した光ファイバの曲げ損失に関して、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いた実施例２、３及び４と、同じく屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いた比較例１及び２とを比較するため、これらの結果を表１に纏めて示す。表１によれば、屈折率上昇剤を用いたコア部を形成するステップのみの比較例１及び２による光ファイバの曲げ損失が２．０ｄＢであったのに対し、コア部形成において、屈折率降下剤を用いてコア外側部を形成するステップと屈折率上昇剤を用いてコア内側部を形成するステップとの２つのステップから成る本発明の実施例２、３及び４による光ファイバの曲げ損失は、０．４〜０．６ｄＢと、顕著に向上している。
【００８７】
【表１】
【００８８】
同様に、屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いた実施例５と、同じく屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いた比較例３とを比較するため、これらの結果を表２に示す。表２によれば、屈折率上昇剤を用いたコア部を形成するステップのみの比較例３では、曲げ損失が２．５ｄＢであったのに対し、コア部形成において、屈折率降下剤を用いてコア外側部を形成するステップと屈折率上昇剤を用いてコア内側部を形成するステップとの２つのステップから成る本発明の実施例５では、曲げ損失が０．７ｄＢと、顕著に向上している。
【００８９】
【表２】
【００９０】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、コア部の形成に対して、屈折率降下剤を用いたコア外側部形成のステップと、屈折率上昇剤を用いたコア内側部形成のステップとを含む本発明のプラスチック光ファイバ母材の製造法によれば、滑らかな屈折率をもち且つ屈折率差の大きなプラスチック光ファイバ母材を、生産性良く容易に製造することが可能となる。
【００９１】
従って、この母材を線引することにより、曲げ損失の低いＧＩ型のプラスチック光ファイバを容易に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の斜視図である。
【図２】本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の重合部組み立て体の縦断面図であり、母材を内部に包含している状態を表す。
【図３】実施例１〜５の工程図である。
【図４】実施例１〜５により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図５】実施例１により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図６】本発明におけるクラッド部製造操作に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の重合部組み立て体の縦断面図である。
【図７】比較例１〜３の工程図であり、各工程毎のプラスチック光ファイバ母材の状態を表す。
【図８】比較例１〜３により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図９】比較例４により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図１０】本発明で作製された母材の線引に使用可能な線引装置の縦断面図である。
【図１１】ステップインデックス（ＳＩ）型ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
【図１２】グレーデッドインデックス（ＧＩ）型ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…製造装置、１０２…台、１０４…重合部収容部、１０６ａ、ｂ…モータ、１０８ａ、ｂ…重合部組み立て体、１１０…ヒータ、１２０…モールド、１２２ａ、ｂ、１２３…チャック、１２４ａ、ｂ、１２５…カバー、１２６ａ、ｂ…母材、１２８ａ、ｂ、１２９ａ、ｂ…軸、１３０ａ、ｂ…軸受け、１３２ａ、ｂ、１３３…支持円筒、１３４、１３５…窪み、１４１…空洞、３０２…クラッド部、３０４…コア外側部第１層、３０５…コア外側部、３０６…コア内側部第１層、３０７…コア内側部、７００…母材、７０１…コア部第１層、７０２…コア部、７０４…クラッド部、９１０…線引装置、９１２…線引炉、９１４…外径モニタ、９１６…巻取手段、９２０…カバー、９２２…炉芯間、９２４…ヒータ、９２６…母材、９２７…ネックダウン部、９２８…上部円筒、９２９…矢印、９３０…リング、９３２…下部円筒、９３４…シャッター、９３８…プラスチック光ファイバ。
【産業上の利用分野】
本発明は、プラスチック光ファイバの母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア部及びクラッド部が共にプラスチックから構成されるプラスチック光ファイバは、ガラスファイバに比べ加工や取扱いが容易で低コストであるため、その伝送損失が実質的に問題にされない程度に短距離の光伝送路等として、多用されている。このような特徴を有するプラスチック光ファイバは、ＬＡＮ（local area network）、ＩＳＤＮ（integrated service digital network）等の次世代通信網構想において、その重要性が増大してきている。
【０００３】
プラスチック光ファイバとしては、図１１に模式的に示すように、階段状に変化する屈折率分布を有するステップインデックス型（ＳＩ型）ファイバが既に実用化されている。このＳＩ型ファイバは、極く短距離の伝送用として、電子機器内部の部品同士の伝送用等に用いることができるが、伝送容量が少ないため、通信用としては必ずしも適していない。
【０００４】
上記ＳＩ型ファイバに比較して時間当りの情報量を多量に送ることが可能（伝送容量が多い）で、通信用光伝送路としてより好適な特性を有する光ファイバとして、図１２に模式的に示すように、半径方向に変化するコア部屈折率分布を有するグレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバが提案されている。
【０００５】
従って、本発明は、コア部とクラッド部との屈折率の差が充分大きく且つ滑らかな屈折率分布を有するプラスチック光ファイバ母材を生産性良く容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
ＧＩ型のプラスチック光ファイバを作製するには、あらかじめ屈折率分布を持ったプラスチック光ファイバ母材を作製しこれを線引する方法によれば、曲げ損失の少ないファイバを簡便に製造できる。そして、このような母材を製造する方法としては、特開平２−１６５０４（第１の従来技術）に記載されているように、屈折率の異なる２種以上の重合性混合物の積層状物を同心円状に押し出す方法がある。
【０００７】
また、ポリメタクリル酸メチルから成る円管内に、屈折率を上昇させる添加剤とメタクリル酸メチルモノマーとの混合液を充填して一段階で重合させて円管と一体の構造体を得る方法が特開平４−９７３０２（第２の従来技術）に開示され、この方法では、屈折率分布をもつ重合物が１回の重合反応により作製される。この重合物をコア部とし、円管をクラッド部にすることでプラスチック光ファイバ母材が作製される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第１の従来技術における製造方法は積層押し出し法であるため、屈折率の異なる層は多くとも１０層程度しか形成できない。従って、屈折率分布は階段状を呈することになり、この方法では図１２に示すような、中心部から半径方向外側に向かって降下する滑らかな屈折率分布を有する母材を作製することができない。
【０００９】
また、この方法を利用して、押し出し後にモノマーを各層間で拡散させることにより、連続した滑らかな屈折率分布を得る方法もあるが、この場合には工程数が増加し、その結果、生産性が損なわれる。更に、この場合は、コア部とクラッド部との屈折率の差を充分大きくとれない。
【００１０】
一方、第２の従来技術における製造方法の場合は、コア部形成の重合反応が一段階であるため、コア部の中心部と最外殻部との屈折率の差を充分に大きくすることはできない。
【００１１】
従って、これらの母材製造方法で製造された母材を線引しても、曲げ特性の優れたファイバを得ることはできない。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、より詳しくは、コア部とクラッド部との屈折率の差が充分大きく且つ滑らかな屈折率分布を有するプラスチック光ファイバ母材を生産性良く容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者は、上記問題を解決するプラスチック光ファイバ母材の製造方法を実現するに当たり、クラッド部の内側に屈折率が漸次高くなる多数の層を形成することによりコア部を作製する手法を用いることにより、プラスチック光ファイバを製造することを考えた。そして、実験と試作とを重ねた結果、このような手法において各層の形成にはモノマーを投入して重合させる重合法を採用することが、上記目的を実現するには極めて効果的であることを見出だした。
【００１４】
従って、本発明によるプラスチック光ファイバ母材の製造方法は、（１）中空の略円筒形状の部分を有しポリマーから成る１つのクラッド部に対し、（ａ）屈折率降下剤をモノマーに添加した複数の第１の数ｉの個数のモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ａ≦ｉの数ａに対して（Ｓ（ａ−１）の屈折率）≦（Ｓ（ａ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）を用い、１≦ｘ≦ｉの数ｘに対して、クラッド部の側面内側表面上にモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（ｘ）を投入し、クラッド部を長手軸方向を中心に回転させながらモノマー屈折率降下剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｘに対して１からｉまで順に行い、クラッド部の側面内側表面上に、第１の数ｉ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア外側部を形成する第１のステップと、（２）１つの前記コア外側部に対して、（ｂ）屈折率上昇剤をモノマーに添加した複数の第２の数ｊの個数のモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ｂ≦ｊの数ｂに対して（Ｔ（ｂ−１）の屈折率）≦（Ｔ（ｂ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）を用いて、１≦ｙ≦ｉの数ｙに対して、コア外側部の側面内側表面上にモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（ｙ）を投入し、コア外側部を長手軸方向を中心に回転させながらモノマー屈折率上昇剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｙに対して１からｊまで順に行い、コア外側部の側面内側表面上に、第２の数ｊ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア内側部を形成する第２のステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、クラッド部の内側に屈折率降下剤をモノマーに添加した混合液を重合させ多層に亘って形成することにより、充分に低い屈折率をもつコア最外殻を有し内側に向かって漸次屈折率が増加するコア外側部を形成した後、更にその内側に、屈折率上昇剤をモノマーに添加した混合液を重合させ多層に亘って形成することにより、更に内側に向かって漸次屈折率が増加しコア中心部分で屈折率が充分高くなるコア内側部を形成するため、コアの中心部分とコア最外殻との屈折率の差を充分大きくしたプラスチック光ファイバ母材を製造することが可能となる。また、各層の形成には、作業性が悪くまた反応に時間のかかるＣＶＤや溶液塗布乾燥法を用いず、簡便で反応に要する時間の比較的短い重合法を用いているため、作業性が良好で時間のかからないプラスチック光ファイバ母材の製造法が提供される。更に、回転により生じる遠心力を利用して各層の厚さを均一にしつつ重合する方法を採用しているので、簡便な装置を用いることができる。
【００１６】
尚、本発明ではコア部のうち、屈折率降下剤を添加したポリマーから成る部分をコア外側部、屈折率上昇剤を添加したポリマーから成る部分をコア内側部と称する。また、本発明において長手軸とは、円筒又は円柱を回転体とみたときに、その回転軸のことである。また、円柱形状とは、特に中空部分のない円筒形状のことを指す。
【００１７】
また、本発明によるプラスチックファイバ母材の製造方法は、第１のステップが、コア外側部の形成に先立ち、中空の略円筒形状のクラッド部製造モールドの側面内側表面にモノマーを投入し、クラッド部製造モールドを長手軸方向を中心に回転させながらモノマーを重合させて、略均一な厚さを有する略円管形状のクラッド部を形成するクラッド部製造操作を更に含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
また、本発明によるプラスチックファイバ母材の製造方法は、屈折率降下剤と屈折率上昇剤との少なくとも一方が、ラジカル重合性を有し、且つ第１のステップ、第２のステップ、又は第１のステップ及び第２のステップにおける重合において、屈折率降下剤と屈折率上昇剤との少なくとも一方の、モノマー若しくはモノマーの重合物との反応速度がモノマー単独の重合速度と異なることを特徴としてもよい。
【００１９】
徐々に屈折率の差を付けた多層を形成することに加えて、モノマー重合反応と屈折率降下剤あるいは屈折率上昇剤のモノマーとの共重合反応の速度の差を利用することにより、各層内において層の外側から内側に向かって屈折率が上がるように、各層を形成することが可能となる。例えば、加熱によるラジカル重合において、回転する円筒の外側から加熱して層状のモノマー屈折率上昇剤混合液を重合する場合、層の外側から重合反応が開始するため、屈折率上昇剤をモノマーとの共重合反応速度がモノマーの重合速度よりも低いように選べば、層の外側は比較的モノマーリッチになり、内側に進むにつれて屈折率上昇剤の濃度が高くなるような層を形成することができる。そしてこのような層を、屈折率上昇剤の添加率を変えつつ多層に亘って形成することにより、更に滑らかな屈折率分布をもったコア部を形成することが可能になる。
【００２０】
また、本発明によるプラスチック光ファイバの製造方法は、屈折率降下剤及び屈折率上昇剤の少なくとも一方の分子における飽和及び不飽和の共有結合の数が、モノマーの分子における飽和及び不飽和の共有結合の数よりも多いことを特徴としてもよい。
【００２１】
この場合も、反応速度の差を利用した場合と同様に、例えば、加熱によるラジカル重合において、回転する円筒の外側から加熱して層状のモノマー屈折率上昇剤混合液を重合する場合、層の外側から重合反応が開始するため、屈折率上昇剤をモノマーよりも分子のサイズが大きくなるように選択することにより、層の外側は比較的モノマーリッチになり、内側に進むにつれて屈折率上昇剤の濃度が高くなるような層を形成することができる。そしてこのような層を、屈折率上昇財の添加率を変えつつ多層に亘って形成することにより、更に滑らかな屈折率分布をもったコア部を形成することが可能になる。この場合、分子サイズは、係る分子内の飽和及び不飽和の共有結合の数をもって、定義する。
【００２２】
また、本発明によるプラスチック光ファイバの製造方法は、クラッド部がメタクリル酸メチルを重合させた重合物から成ることを特徴としてもよい。
【００２３】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００２４】
（モノマー又は係るモノマーを重合したポリマー）
公知の透明なポリマーを特に制限なく用いることができるが、例えば、メタクリル酸メチルのホモポリマー（ポリメタクリル酸メチル）、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンとフェニルエステルとのエステル交換反応により生成されるポリカーボネート、並びに、メタクリル酸と、次に挙げる他のモノマーとの透明な共重合体が、好適に使用可能である。この他のモノマーとは、例えば、単官能性の（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸弗化アルキル、多官能性のアクリル酸、メタクリル酸等のアクリル酸類、スチレン、スチレンの塩化物等が使用可能である。更に好適な材料は、ポリメタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）並びに２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンとフェニルステルとのエステル交換反応により生成されるポリカーボネート（屈折率ｎ＝１．５９）である。
【００２５】
（屈折率上昇剤）
本発明では、係るモノマーに添加した混合物を重合させた際、モノマーのみの重合物の屈折率よりも高い屈折率を与える添加剤を、屈折率上昇剤と称する。所望の屈折率分布を与え、且つ上記ポリマーと安定に共存することが可能である限り、屈折率上昇剤の分子量は特に制限されない。また、屈折率上昇剤自体が重合性の官能基（例えば、ビニル基等の不飽和結合を有する官能基等）を有していてもよい。即ち、屈折率上昇剤は、単量体ないしその混合物であってもよく、またオリゴマーないしポリマーであってもよい。メタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）がモノマーとして用いられた場合、コア部には、好適には以下に挙げるような屈折率上昇剤を添加したポリメタクリル酸メチルが用いられる。この屈折率上昇剤には、例えば、フタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率ｎ＝１．５３６）、酢酸２−フェニルエチル（ｎ＝１．５１）、フタル酸ジメチル（ｎ＝１．５１５）、ジフェニルスルフィド（ｎ＝１．６３５）、安息香酸ビニル（ｎ＝１．５７７）、ベンジルメタクリレート（ｎ＝１．５６８）、フタル酸ジアリル（ｎ＝１．５１８）等が好適に使用可能である。尚、上記した中で、安息香酸ビニル、ベンジルメタクリレート、フタル酸ジアリルは、重合性の官能基を有する屈折率上昇剤である。
【００２６】
（屈折率降下剤）
本発明では、係るモノマーに添加した混合物を重合させた際、モノマーのみの重合物の屈折率よりも低い屈折率を与える添加剤を、屈折率降下剤と称する。所望の屈折率分布を与え、且つ上記ポリマーと安定に共存することが可能である限り、屈折率上昇剤の場合と同様に、屈折率降下剤の分子量は特に制限されない。また、屈折率降下剤自体が重合性の官能基（例えば、ビニル基等の不飽和結合を有する官能基等）を有していてもよい。即ち、屈折率降下剤は、単量体ないしその混合物であってもよく、またオリゴマーないしポリマーであってもよい。メタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９０）がモノマーとして用いられた場合、コア部には、好適には以下に挙げるような屈折率上昇剤を添加したポリメタクリル酸メチルが用いられる。この屈折率降下剤には、例えば、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、（屈折率ｎ＝１．３６１）、酢酸ヘキシル（ｎ＝１．４０８）、フタル酸ビス（３，５，５−トリメチルヘキシル）（ｎ＝１．４７８）、フタル酸ビス（２−メチルヘキシル）（ｎ＝１．４８６）等が好適に使用可能である。尚、上記した中で、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートは重合性の材料である。
【００２７】
（母材の分子量）
本発明においては、光ファイバ母材線引の際の作業性（線引時の断線防止、ないし母材加熱時の硬さ）の点からは、該母材のコア部とクラッド部とを構成する高分子の、ＧＰＣ（gel permeation chromatography ）による重量平均分子量が、１０, ０００以上３００, ０００以下であることが好ましく、更には３０, ０００以上２５０, ０００以下（特に５０, ０００以上２００, ０００以下）であることが好ましい。
【００２８】
光ファイバ母材のコア部とクラッド部とを構成する高分子の重量平均分子量は、例えば、以下のようにして測定することが可能である。
【００２９】
（重量平均分子量の測定方法）
平均分子量を測定すべきプラスチック光ファイバ母材の全体を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解して、濃度が０．１ｍｇ／ｍｌ程度のＴＨＦ溶液とする。
【００３０】
このようにして得たＴＨＦ溶液を、必要に応じてメンブレン・フィルター（例えば、ミリポア社のメンブレン・フィルター）を通過させた後、ＧＰＣ測定系に導入してＧＰＣ分析を行い、該ＧＰＣ分析結果に基づき光ファイバ母材の重量平均分子量を求める。このＧＰＣ分析の際には、例えば、以下の測定条件が好適に用いられる。
【００３１】
【００３２】
光ファイバ母材線引の際の作業性（線引時の断線防止、ないし母材加熱時の硬さ）の点からは、上記ＭR とＭD との比ＭD ／ＭR は、０．８〜１．２程度、更には０．９〜１．１程度であることが好ましい。
【００３３】
本発明において、上記分子量を得るための方法は特に制限されないが、例えば、コア部および／又はクラッド部の重合を、重合開始剤および／又は重合反応を停止させる連鎖移動剤の存在下に行うことにより、更には、該重合開始剤および／又は連鎖移動剤の量を調整することにより、前記した特定の分子量を得ることができる。
【００３４】
（重合反応）
例えば、モノマーにメタクリル酸メチルを用いた場合、好適には、Ｏ−Ｏ結合を有する過酸化物やアゾ系化合物等を開始剤とするラジカル重合が用いられる。この開始剤には、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の、約４０℃〜約１００℃で有効にラジカルを解離するいわゆる中温開始剤が好適に使用可能である。従って、このような中温開始剤を用いた場合、重合反応の温度条件は、好適には約４０℃〜約１００℃である。重合反応速度は、反応熱や反応自体による膨脹収縮によって重合反応中若しくは反応後ポリマーにクラック等が生じないように、並びに、反応熱によってメタクリル酸メチルモノマーが反応中に沸騰することのないように調節される必要があり、これは重合温度と開始剤添加量との組み合わせにより調節可能である。該開始剤の添加量は、約４０℃〜約１００℃において、モノマーに対して０．００１〜１０重量％程度、更には０．０１〜０．３重量％程度（特に０．０５〜０．１５重量％程度）であればよい。例えば、メタクリル酸メチルに０．１重量％の過酸化ベンゾイルを添加し７０℃で重合反応を行えば、クラック等を生じず且つモノマーの沸騰を起こさずにポリマーを生成することができる。尚、このような熱エネルギーによる塊状重合以外にも、光エネルギーを用いた塊状重合等も使用可能である。また、メタクリル酸メチル以外のモノマーを用いた場合でも、同様に、温度等の入力エネルギー量と濃度との組み合わせにより、重合反応速度を調節することが可能である。
【００３５】
また、クラッド部、コア部の重合の際必要に応じて使用される連鎖移動剤は、上記したプラスチック母材としての重量平均分子量１０, ０００〜３００, ０００を与える限り特に制限されず、公知の連鎖移動剤から適宜選択して使用することが可能である。このような公知の連鎖移動剤としては、例えば、ベンゼン、イソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素；クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化物；ブチルメルカプタン等のメルカプト系化合物（−ＳＨ基を有する化合物）が挙げられる。
【００３６】
（母材製造装置及び回転数）
プラスチック光ファイバ母材及びモールドを一体で回転可能で、且つ温度制御の機能をもつ加熱手段を有する装置であれば、形態を問わず、本発明に好適に使用できる。但し、重合反応には、空気中の酸素に反応の進行が阻害される場合もあるため、母材をモールドに挿入して設置する際、その両端を封止できる必要がある。
【００３７】
上記重合反応の際、母材及びモールドを回転させる場合は、回転数が約１０, ０００ｒｐｍ以下（特に、約１００ｒｐｍ〜約５, ０００ｒｐｍ）であることが好ましい。
【００３８】
（モールド）
クラッド部の製造に用いられるモールドは、中空の円筒形状であればよく、ガラス等様々な材料が使用可能である。第２コア部は、コア中心まで重合を行う必要はなく、途中で重合を終了させコラプスして製造してもよい。
【００３９】
（線引方法）
次に、光ファイバ母材を光ファイバに線引する方法について説明する。
【００４０】
本発明の方法により製造された母材の線引に使用可能な、図１０の模式断面図（縦断面図）を参照しつつ説明する。なお、以下の図面においては、説明の便宜のため、実際とは若干異なる縮尺を用いる場合がある。
【００４１】
図１０に示されるように、この態様のプラスチック光ファイバの線引装置９１０は、線引炉９１２と、外径モニタ９１４と、巻き取り手段９１６とから構成される。
【００４２】
線引炉９１２は、金属製のカバー９２０と、該カバー９２０の上下にそれぞれ配置された上部円筒９２８と下部円筒９３２とからなるハウジングを有する。線引炉９１２は、上記ハウジングと、その内部に配置された円管状の炉芯管９２２と、該炉芯管９２２の外側に配置されたヒータ９２４と含む。
【００４３】
上記構成を有する線引装置９１０を用いて円筒形状のプラスチック光ファイバ母材９２６を線引する場合、該母材９２６は、後述するネックダウン部９２７を与えるべきその先端部分を下にして、上部円筒９２８から下方へ向かうように炉芯管９２２の内側に挿入され、線引炉９１２内に配置される。
【００４４】
線引された母材の一部（すなわち、光ファイバ）が巻き取り手段９１６により巻き取られることにより、図１０に示すように、光ファイバ母材９２６は加熱によって生じたネックダウン部９２７を下にして線引炉９１２内に配置されることとなる。
【００４５】
上記プラスチック光ファイバ母材９２６は、通常はカバー９２０に完全に包囲されず、一部が上部円筒９２８の上方に突き出たまま残った状態となっている。線引炉９１２内の気密性を保つために、上部円筒９２８の上面は、プラスチック光ファイバ母材９２６の外径とほぼ同等の大きさの穴を有するリング９３０により、シールされている。一方、下部円筒９３２の下面には、金属製のシャッター９３４が備えられており、該シャッター９３４の中心付近には、線引されたファイバが通過可能なように、小さな開口が設けられている。
【００４６】
上記した図１０の線引装置を用いた場合、プラスチック光ファイバ母材９２６はヒータ９２４によって加熱され、一方、不活性なガスは、リング９３０を通過して線引炉９１２内へ供給され、矢印９２９に沿って炉芯管９２２内部を流れ母材９２６と接触する。加熱されて溶融した母材９２６は、所定の速度で紡糸されてプラスチック光ファイバ９３８となり、上記シャッター９３４の開口部を通過し、外径モニタ９１４を通過してその外径が測定された後、巻き取り手段９１６に巻き取られる。
【００４７】
以下、実施例、比較例により本発明を更に具体的に説明する。
【００４８】
【実施例】
以下、添付した図面を必要に応じて参照しつつ、実施例により本発明を更に詳細に説明する。尚、添付した図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略した。
【００４９】
図１は、本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材の製造装置の斜視図である。図１によれば、製造装置１００は、台１０２と、重合部収容部１０４とにより構成される。重合部収容部１０４には、２台の重合部組み立て体１０８ａ、ｂが収容され、それぞれモータ１０６ａ、ｂに接続されて回転可能な状態にある。底面部を持たない重合部収容部１０４は、台１０２の上面が無い部分の上に設置される。重合部収容部１０４の下方の台１０２の底面には、ヒータ１１０（点線で図示）が配置される。従って、ヒータ１１０と重合部組み立て体１０８ａ、ｂとの間には遮るものが存在せず、重合部組み立て体１０８ａ、ｂは、ヒータ１１０から直接加熱される。ヒータ１１０は、温度制御の機能を有している。
【００５０】
以下、構成の同一な左右の重合部組み立て体１０８ａ及びｂのうち、１０８ａに関して説明する。
【００５１】
図２は、製造途中の母材を設置した状態での重合部組み立て体１０８の断面図である。図１及び図２によれば、重合部組み立て体１０８は、両側に１個づつの円柱状のテフロン製チャック１２２、１２３及びカバー１２４、１２５とから成り、内部に円管状の製造途中の母材１２６を包含する。重合部組み立て体１０８は、以下のように重合部収容部に保持される。重合部組み立て体１０８の片方の端のチャック１２２は、モータ１０６の駆動を伝える軸１２８に固定された支持円筒１３２に係合し、他方の端のチャック１２３は、軸受け１３０に挿入された軸１２９に固定された支持円筒１３３に係合する。即ち、重合部組み立て体１０８は、モータ１０６の駆動によって回転可能な状態でその両端で支持され、重合部収容部１０４に保持される。
【００５２】
図２によれば、チャック１２２及び１２３はそれぞれ、一方の底面の中心に母材１２６と同じ直径の円柱状の窪み１３４及び１３５を有し、母材１２６がこれら窪み１３４及び１３５に係合される。
【００５３】
実施例１
図３は、本実施例に係るプラスチック光ファイバの工程図であり、製造の各工程におけるプラスチック光ファイバ母材の側面図である。尚、工程毎の変化をわかり易く表現するため、図３では厚さの尺度を実際より誇張して描いている。本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にジクロロベンゼンを用いて、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、図１に示されるプラスチック光ファイバ母材製造装置は、以後全ての実施例及び比較例において使用される。
【００５４】
本実施例では、以下のようにプラスチック光ファイバ母材を作成した。図１及び図３を参照して、その工程を説明する。まず、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍのメタクリル酸メチルの重合物から成る円管１２６を用意した（図３（ａ）参照）。これを、クラッド部として用いる。
【００５５】
コア外側部の形成は、次のように行った。図１及び図２に示されるように、母材（本明細書の実施例においては、少なくともクラッド部を有するものを総称して母材と称する）１２６を、重合部組み立て体１０８に設置した。このとき、母材１２６の両端をチャック１２２及び１２３に係合させ、カバー１２４、１２５を配して重合部組み立て体１０８を形成した。母材１２６（即ち、この場合は図３においてクラッド部３０２）の内側表面上に、メタクリル酸メチル１００部（重量基準、以下同じ）に酢酸ヘキシル７０部を加えた混合液Ｓ（１）に、混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して注入した。その後、重合部組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約１０００ｒｐｍの回転数で回転させた。重合部組み立て体１０８を回転させることにより、クラッド部の内側に投入された混合液Ｓ（１）は遠心力により、クラッド部の円周方向及び長手方向に均一な厚さで母材１２６（この場合はクラッド部３０２）内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を継続し、クラッド部３０２の内側にコア外側部第１層３０４が形成された（図３（ｂ１）参照）。第１層形成の重合反応が完全に終了した後、先ほどの混合液に少量のメタクリル酸メチルを添加した新たな混合液Ｓ（２）を調整し、これに混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して、コア外側部第１層の内側表面に注入した。そして、第１層形成のときと同じ条件で加熱及び回転を行い、コア外側部第２層を形成した。更に少量のメタクリル酸メチルを添加した新たな混合液Ｓ（３）を用いて、同様の操作をもう１度行いコア外側部第３層を形成して、クラッド部３０２の内側に、３層から成り内側に向かって屈折率が上昇するコア外側部３０５が形成された（図３（ｂｉ）参照、本実施例ではｉ＝３）。
【００５６】
次に、上述したコア外側部の形成方法と同様に、コア内側部を形成した。即ち、図１及び図２によれば、母材１２６は両端でチャック１２２及び１２３と係合して、重合部組み立て体１０８をなした。母材１２６の内側表面上（即ち、図３ではコア外側部３０５の内側表面上）に、メタクリル酸メチルにジクロロベンゼンを加えた混合液Ｔ（１）に、混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して注入した。その後、重合部組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約１０００ｒｐｍの回転数で回転させた。この回転によって生じた遠心力によって、混合液ｔ（１）は、円周方向及び長手方向に均一な厚さをもって、母材１２６（この場合はコア外側部３０５）の内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を継続し、コア外側部３０５の内側にコア外側部第１層３０６が形成された（図３（ｃ１）参照）。第１層形成の重合反応が完全に終了した後、先ほどの混合液に少量のジクロロベンゼンを添加した新たな混合液Ｔ（２）を調整し、これに混合液中のメタクリル酸メチルに対して重量比で０．１％の過酸化ベンゾイルを混合して、コア内側部第１層３０６の内側表面に注入した。そして、第１層形成のときと同じ条件で加熱及び回転を行い、コア外側部第２層を形成した。そして、このメタクリル酸メチルとジクロロベンゼンとの混合液Ｔ（２）にジクロロベンゼンを添加して、順に屈折率が高くなるＴ（３）〜Ｔ（２０）を調製しつつ、これを１つずつ用いて同様の操作を第３層（Ｔ（３））から第２０層（Ｔ（２０））まで行い、２０層から成り内側に向かって屈折率が上昇するコア内側部３０７が形成され、円柱状、即ち中空ではない母材１２６が作成された（図３（ｃｊ）参照）。ここで、プラスチック光ファイバ母材の製造工程は終了した。
【００５７】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を、プリフォームアナライザ法（測定装置名：Ｐ−１０１、ヨーク社製、以下、全ての実施例及び比較例の屈折率分布測定において、この方法及び装置を用いる）調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００５８】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で、まきつけ法により（測定装置名：ＡＱ−６３１５Ｂ 光スペクトラムアナライザ（安藤電気社製）、以下、全ての実施例及び比較例の曲げ損失測定において、この方法及び装置を用いる）曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．５ｄＢであった。
【００５９】
尚、実施例１と同様の操作で、コア外側部及びコア内側部を形成する際の層の数を、コア外側部が２層、コア内側部が３層の、計５層として行った例も、比較のために示しておくと、この場合に作製された母材の屈折率分布は、図５のように階段状であった。
【００６０】
実施例２
図６は、図２に示した重合部組み立て体１０８の断面図であり、本実施例のクラッド部の形成の工程における充填前の様子を示す。本実施例では、図１、図２及び図６に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、クラッド部、コア外側部及びコア内側部の全てを重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、フタル酸ブチルベンジルステルは、メタクリル酸メチルよりも分子サイズが大きく、これを共有結合の数で比べれば、フタル酸ブチルベンジルステルの１分子内の飽和及び不飽和の共有結合が４３個に対して、メタクリル酸メチルのそれは１４個である。
【００６１】
まず、以下のようにしてクラッド部を作製した。図１、図３及び図６によれば、内径５０ｍｍの円管形状のガラス製クラッド部製造モールド１２０の両端をチャック１２２及び１２３に係合させて重合部組み立て体１０８を作製した。このとき、クラッド部製造モールド１２０の内部は円筒状の空洞１４１である。この空洞１４１内に、過酸化ベンゾイルを０．１重量％添加したメタクリル酸メチルを注入した。次いで、注入が終了した後、モールド組み立て体１０８を製造装置１００に設置し、ヒータ１１０を７０℃の温度に設定して作動させ、同時にモータ１０６を作動させて重合部組み立て体１０８を約４０００ｒｐｍで回転させた。この回転によって生じた遠心力によって、混合液は、円周方向及び長手方向に均一な厚さをもって、モールドの内側表面上に存在する。この状態で加熱及び回転を続け、外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍの均一な厚さを有する円筒状のクラッド部を形成した（図３（ａ）参照）。
【００６２】
そして、実施例１のコア外側部及びコア内側部の形成方法と全く同様に、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、コア中心部の上にコア内側部及びコア外側部とを重合により形成して、直径５０ｍｍのプラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００６３】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００６４】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．４ｄＢであった。
【００６５】
実施例３
実施例３では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、クラッド部、コア外側部及びコア内側部の全てを重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００６６】
本実施例では、実施例２のクラッド部形成方法と同様に、メタクリル酸メチルに過酸化ベンゾイルを添加してクラッド部製造モールドの内側に注入し、７０℃及び４０００ｒｐｍの条件で重合させてクラッド部を作製した（図３（ａ）参照）。その後、実施例１及び２のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと酢酸ヘキシルとの混合物によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルとフタル酸ブチルベンジルエステルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００６７】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００６８】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．６ｄＢであった。
【００６９】
実施例４
本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図３に示される工程により、予め用意したメタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、コア外側部及びコア内側部を重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートは、ラジカル重合性を有する屈折率降下剤である。
【００７０】
本実施例では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした（図３（ａ）参照）。そして、実施例１〜３のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートとの混合物によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルとフタル酸ブチルベンジルエステルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００７１】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００７２】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．５ｄＢであった。
【００７３】
実施例５
本実施例では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率降下剤に酢酸ヘキシル、屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いて、図３に示される工程により、予め用意したメタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、コア外側部及びコア内側部を重合により形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。尚、安息香酸ビニルは、ラジカル重合性を有する屈折率上昇剤である。
【００７４】
本実施例では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした（図３（ａ）参照）。そして、実施例１〜４のコア部形成方法と同じ層の数及び温度、回転数等の重合条件で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルと酢酸ヘキシルとの混合液によりコア外側部を形成し、メタクリル酸メチルと安息香酸ビニルとの混合液によりコア内側部を形成して母材を作製した。
【００７５】
以上のように形成されたプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布を調べたところ、図４のような滑らかな屈折率分布を有することが明らかになった。
【００７６】
そして、このプラスチック光ファイバ母材を、図１０に示される線引装置を用いて線引し、直径６５０μｍのプラスチック光ファイバを作製した。このプラスチック光ファイバを、直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このとき波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、０．７ｄＢであった。
【００７７】
比較例１〜４
以上のように説明した実施例１〜５によるプラスチック光ファイバ母材の製造方法との比較のため、以下の比較例１〜４を示す。重合により多層を形成することによりコア部を形成する方法であるが、本発明の製造方法によらず、屈折率上昇剤又は屈折率降下剤のいずれかのみを用いてコア部を形成する方法によって、プラスチック光ファイバ母材を作成した例を３例、並びにクラッド部の内側にコア部を１段階で形成した例を１例挙げておく。
【００７８】
図７は、比較例１〜３における工程図であり、製造の各工程におけるプラスチック光ファイバ母材７００の側面図である。比較例１〜３では、図１及び図２に示すプラスチック光ファイバ母材製造装置を用い、モノマーにメタクリル酸メチル、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いて、図７に示される工程により、モノマーに屈折率上昇剤を比率を変えて加えた多数の混合液によりコア部の層７０１を多数形成し、多数の層から成り屈折率が中心に向かって増加するコア部７０２をクラッド部７０４の内側に形成して、ＧＩ型プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００７９】
比較例４では、クラッド部の内側の空洞部にモノマーと屈折率上昇剤を加えた混合液を１度に充填して重合することにより、プラスチック光ファイバ母材を作製した。
【００８０】
比較例１では、メタクリル酸メチルの重合物から成る外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍのロッドを用意し、これをクラッド部とした。そして、実施例１のコア内側部の形成方法と同様の条件で、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルにフタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８１】
比較例２では、実施例２のクラッド部の形成方法と同様に、内径５０ｍｍのガラス製クラッド部製造モールド内部にメタクリル酸メチルを投入して４０００ｒｐｍで回転しながら重合し、クラッド部を形成した。そして、実施例１のコア内側部の形成方法と同様の条件で、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルにフタル酸ブチルベンジルエステル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８２】
比較例３では、実施例５と同じ条件で、メタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側に、図７（ｂ）に示される工程を行い、メタクリル酸メチルに安息香酸ビニル（屈折率上昇剤）を濃度が徐々に高くなるように添加した多数の混合液を重合させることにより多数の層から成るコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８３】
比較例４では、メタクリル酸メチルの重合物から成るクラッド部の内側空洞に、メタクリル酸メチルに安息香酸ビニル（屈折率上昇剤）を加えた混合液を１度に充填し、これを１度に重合させてコア部を形成して、直径５０ｍｍの母材を作製した。
【００８４】
このようにして比較例１〜３において作製された３本のプラスチック光ファイバ母材の屈折率分布のグラフを図８に、比較例４における屈折率分布のグラフを図９に表した。図８によれば、コア部形成において、屈折率上昇剤のみを用いて徐々に屈折率が変化する多層を形成して作製された母材は、屈折率降下剤を用いる多層形成と屈折率上昇剤を用いる多層形成との２つのステップによる方法による母材と比べれば、屈折率差のあまり大きくないＧＩ型の分布をもつことが明らかになった。また、図９から明らかなように、コア部を１層で形成した比較例４では、ＧＩ型の分布は得られず、即ちＳＩ型の母材が作製された。
【００８５】
また、これらを実施例１〜５と同じ条件で線引した直径６５０μｍの光ファイバについて、それぞれ直径１０ｍｍのマンドレルに巻き付けた状態で曲げ損失を測定した。このときの波長６５０ｎｍでの曲げ損失の値は、比較例１及び比較例２では２．０ｄＢ、比較例３及び比較例４では２．５ｄＢであった。
【００８６】
線引した光ファイバの曲げ損失に関して、屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いた実施例２、３及び４と、同じく屈折率上昇剤にフタル酸ブチルベンジルエステルを用いた比較例１及び２とを比較するため、これらの結果を表１に纏めて示す。表１によれば、屈折率上昇剤を用いたコア部を形成するステップのみの比較例１及び２による光ファイバの曲げ損失が２．０ｄＢであったのに対し、コア部形成において、屈折率降下剤を用いてコア外側部を形成するステップと屈折率上昇剤を用いてコア内側部を形成するステップとの２つのステップから成る本発明の実施例２、３及び４による光ファイバの曲げ損失は、０．４〜０．６ｄＢと、顕著に向上している。
【００８７】
【表１】
同様に、屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いた実施例５と、同じく屈折率上昇剤に安息香酸ビニルを用いた比較例３とを比較するため、これらの結果を表２に示す。表２によれば、屈折率上昇剤を用いたコア部を形成するステップのみの比較例３では、曲げ損失が２．５ｄＢであったのに対し、コア部形成において、屈折率降下剤を用いてコア外側部を形成するステップと屈折率上昇剤を用いてコア内側部を形成するステップとの２つのステップから成る本発明の実施例５では、曲げ損失が０．７ｄＢと、顕著に向上している。
【００８９】
【表２】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、コア部の形成に対して、屈折率降下剤を用いたコア外側部形成のステップと、屈折率上昇剤を用いたコア内側部形成のステップとを含む本発明のプラスチック光ファイバ母材の製造法によれば、滑らかな屈折率をもち且つ屈折率差の大きなプラスチック光ファイバ母材を、生産性良く容易に製造することが可能となる。
【００９１】
従って、この母材を線引することにより、曲げ損失の低いＧＩ型のプラスチック光ファイバを容易に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の斜視図である。
【図２】本発明に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の重合部組み立て体の縦断面図であり、母材を内部に包含している状態を表す。
【図３】実施例１〜５の工程図である。
【図４】実施例１〜５により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図５】実施例１により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図６】本発明におけるクラッド部製造操作に好適に使用されるプラスチック光ファイバ母材製造装置の重合部組み立て体の縦断面図である。
【図７】比較例１〜３の工程図であり、各工程毎のプラスチック光ファイバ母材の状態を表す。
【図８】比較例１〜３により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図９】比較例４により作製されたプラスチック光ファイバ母材の半径方向屈折率分布を表すグラフである。
【図１０】本発明で作製された母材の線引に使用可能な線引装置の縦断面図である。
【図１１】ステップインデックス（ＳＩ）型ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
【図１２】グレーデッドインデックス（ＧＩ）型ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…製造装置、１０２…台、１０４…重合部収容部、１０６ａ、ｂ…モータ、１０８ａ、ｂ…重合部組み立て体、１１０…ヒータ、１２０…モールド、１２２ａ、ｂ、１２３…チャック、１２４ａ、ｂ、１２５…カバー、１２６ａ、ｂ…母材、１２８ａ、ｂ、１２９ａ、ｂ…軸、１３０ａ、ｂ…軸受け、１３２ａ、ｂ、１３３…支持円筒、１３４、１３５…窪み、１４１…空洞、３０２…クラッド部、３０４…コア外側部第１層、３０５…コア外側部、３０６…コア内側部第１層、３０７…コア内側部、７００…母材、７０１…コア部第１層、７０２…コア部、７０４…クラッド部、９１０…線引装置、９１２…線引炉、９１４…外径モニタ、９１６…巻取手段、９２０…カバー、９２２…炉芯間、９２４…ヒータ、９２６…母材、９２７…ネックダウン部、９２８…上部円筒、９２９…矢印、９３０…リング、９３２…下部円筒、９３４…シャッター、９３８…プラスチック光ファイバ。
Claims (5)
- 略円柱形状の部分をもちコア外側部とコア内側部とから成るコア部を有するプラスチック光ファイバの母材を製造する方法であって、
（１）中空の略円筒形状の部分を有しポリマーから成る１つのクラッド部に対し、
（ａ）屈折率降下剤をモノマーに添加した複数の第１の数ｉの個数のモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ａ≦ｉの数ａに対して（Ｓ（ａ−１）の屈折率）≦（Ｓ（ａ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（１）〜Ｓ（ｉ）を用い、１≦ｘ≦ｉの数ｘに対して、前記クラッド部の側面内側表面上に前記モノマー屈折率降下剤混合液Ｓ（ｘ）を投入し、前記クラッド部を長手軸方向を中心に回転させながら前記モノマー屈折率降下剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｘに対して１からｉまで順に行い、前記クラッド部の側面内側表面上に、前記第１の数ｉ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア外側部を形成する第１のステップと、
（２）１つの前記コア外側部に対して、
（ｂ）屈折率上昇剤をモノマーに添加した複数の第２の数ｊの個数のモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）であって、重合した際の屈折率に関して、１＜ｂ≦ｊの数ｂに対して（Ｔ（ｂ−１）の屈折率）≦（Ｔ（ｂ）の屈折率）の関係をもつモノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（１）〜Ｔ（ｊ）を用いて、１≦ｙ≦ｉの数ｙに対して、前記コア外側部の側面内側表面上に前記モノマー屈折率上昇剤混合液Ｔ（ｙ）を投入し、前記コア外側部を長手軸方向を中心に回転させながら前記モノマー屈折率上昇剤混合液を重合させて略均一な厚さの層を形成する操作を、数ｙに対して１からｊまで順に行い、前記コア外側部の側面内側表面上に、前記第２の数ｊ層から成り且つ半径方向内側に向かって屈折率が上昇する屈折率分布を有するコア内側部を形成する第２のステップと、を含むことを特徴とするプラスチック光ファイバ母材の製造方法。 - 前記第１のステップが、前記コア外側部の形成に先立ち、中空の略円筒形状のクラッド部製造モールドの側面内側表面にモノマーを投入し、前記クラッド部製造モールドを長手軸方向を中心に回転させながら前記モノマーを重合させて、略均一な厚さを有する略円筒形状のクラッド部を形成するクラッド部製造操作を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光ファイバ母材の製造方法。
- 前記屈折率降下剤と前記屈折率上昇剤との少なくとも一方が、ラジカル重合性を有し、且つ前記第１のステップ、前記第２のステップ、又は前記第１のステップ及び前記第２のステップにおける前記重合において、前記屈折率降下剤と前記屈折率上昇剤との少なくとも一方の、前記モノマー若しくは前記モノマーの重合物との反応速度が前記モノマー単独の重合速度と異なることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ母材の製造方法。
- 前記屈折率降下剤と前記屈折率上昇剤との少なくとも一方の分子における飽和及び不飽和の共有結合の数が、前記モノマーの分子における飽和及び不飽和の共有結合の数よりも多いことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ母材の製造方法。
- 前記クラッド部がメタクリル酸メチルを重合させた重合物から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック光ファイバ母材の製造方法。
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