JPH01265207A - 光伝送体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ぎ
さの程度を表わす屈折率分布定数が大ぎいプラスチック
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、−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
ニル千ツマ−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
ル千ツ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千ツマ−と、低屈折率
ポリマーとなるビニル千ツマ−の反応性比と千ツマー量
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「ＩＬ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、プロセスは簡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。

く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　１ｍ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
も大キ＜、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、図中曲線すは、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
と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
揮発によっても屈折率分布曲線の滑らかさの点で不充分
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−’から０．４５ｍｍ
−’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、 ｎｏ：中心の屈折率、 ｎｒ　：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８１１，８２１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
出側ボートは、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の吐出側ボート数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。

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、透孔および凹部な有する例えば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
円形断面流路の人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。　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６
１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
混合距離が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
の紡糸原液は多層ノズル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、中央に吐出ロア５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ロア５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？［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、吐出ロア５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ロア５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〇の横断面は第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巻取機９
９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冨むよう
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ツ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層程度が好ましい。

また、紫外線照射装置９２の霊囲気は、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る高屈折
率紡糸原液Ａに含有され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１．４
８〜１．６０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（チバガイギー社製光増感剤）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
ル酸メチル４０部、イルガキュア６５１２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７
５℃の窒素気流をファイバーに対して向流で１５℃／　
ｍ　ｉ　ｎ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−
’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
ル酸メタル４０部、イルガキュア６５１２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”’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、 代　理　人　弁理士　石　井　陽　−’−，，’　、、
。 ｊ′、・・。 ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２　　　　　　　　　　ＦＩＧ、３李Ａ蚤ｒ　
　　　　　　　手Ａ）ｒ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。