JPH01265208A

JPH01265208A - 光伝送体の製造方法

Info

Publication number: JPH01265208A
Application number: JP63094229A
Authority: JP
Inventors: Michisuke Edamatsu; 枝松　通介; Atsushi Nakajima; 敦中嶋; Hideaki Habara; 英明羽原
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-23
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2762417B2

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、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半径方向に光伝送に必要
な屈折率分布を有する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、−木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。

〈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では所望の屈折率分
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
階段にあり、実用化されるには至っていない。

本発明は、屈折率分布型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製造を可能とするものであ
り、屈折率分布の設定が容易で、かつ製造プロセスの簡
便な光伝送体の製造方法を提供することを目的とする。

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、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、この紡糸口金装置内で、前記高
屈折率樹脂および低屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に
分配し、次いで各流路ごとに所定の流量に調節した後、
対応する流路の高屈折率樹脂と低屈折率樹脂をそれぞれ
集合して混合、撹拌し、これを前記紡糸口金装置から吐
出して、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同軸状の多層のファイバーを形
成し、しかる後に、前記ファイバーを加熱処理すること
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、本発明による光伝送体Ｃの横断面図である。

　第２図および第３図は横断面半径ｒ方向の屈折率分布
を示し、第２図は後述する熱処理の前のもの、第３図は
熱処理後のものを示す。

本発明では、第１図および第２図に示されるように、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
ァイバーを熱処理する。　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
状の屈折率分布は第３図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。

屈折率の段車に際しては、第３図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により
容易に設定できる。

第４図、第５図、第６図および第７図は本発明の製造方
法を示す実施態様であり、第４図は、溶融法ファイバー
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、紡糸口金装置内の樹脂の流れを示す系統図である
。

第４図、第５図および第６図において高屈折率樹脂Ａは
ホッパー８１５から、また低圧”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８１１．８２
１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。

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。

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樹脂Ａは、分配ノズル４
１により、また流路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。

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てぎる。

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樹脂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
の高屈折率樹脂Ａと低屈折率樹脂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。

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、同６０−１９９９
０７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
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
屈折率樹脂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。

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−法化して構成される。

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樹脂Ａが吐出され、順次ｎｘ
ｍ−１の混合樹脂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
から最内層用樹脂Ａが吐出され、順次ｎｘｍ−１の混合
樹脂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、溶融温度としては、１，０００〜１００，０００
ｐｏｉｓｅの粘度が得られる温度とすればよい。

また、口金装置から吐出されるファイバー〇の径は０．
２〜５ｍｍ程度とすればよい。

ミキシングノズル６で均一混合された溶融樹脂は紡糸ノ
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、第１図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。

以上では溶融法について述べてきたが多層ファイバー〇
の形成は高屈折率樹脂の溶液と低屈折率樹脂の溶液を用
いて行なう溶液法にても可能である。

この場合は、第８図に示される溶液法ファイバー賦形装
置を用い、高屈折率樹脂の溶液は供給装置８１から、ま
たは低屈折率樹脂の溶液は供給装置８２から紡糸口金装
置１に供給され、それぞれ定量ギヤポンプ１１．１２に
至る。　そして紡糸口金装置１から吐出された樹脂溶液
は、加熱乾燥装置９４によって溶剤を除去されて、多層
ファイバーＣとなる。

この場合、加熱乾燥温度は３０〜１００’Ｃ程度とする
。

次にこのようにして、得られた階段状屈折率分布を有る
ファイバー母材としての多層ファイバー〇は、第９図に
示されるように加熱炉９９ないで熱処理される。　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
。

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。

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。。

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。

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

ファイバーＣの層数ｎｘｍ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。　車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かできる。

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
。

溶液法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、紡糸口金装
置内で高屈折率樹脂と低屈折率樹脂をまず分配し、続い
て定量し、次にミキシングし、次いで多層紡糸し、その
後加熱処理することにより、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を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理で光伝送体を製造する例につ
いて説明する。

実施例中、屈折率分布定数は以下の用に定義される。

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く屈折率１．４０）を
用いて、第４図にしめされる装置により、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
１ｍ）を用いて巻取装置１０ｍ／ｕ＋ｉｎ、加熱炉内温
度１５０℃の条件下で加熱すると同時に延伸を行ない（
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０６４０ｍｍ−’の
グレーデッドインデックス型光伝送体を得た。

実施例２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テトラフロオロプ
ロビルメタクリレート（屈折率１．４２）を用いて、そ
れぞれの樹脂濃度が４０％になるように、トルエン５ｏ
、メチルエチルケトン５０の混合溶剤で溶解させて溶液
を調整し、第８図に示す装置により、直径１ｍｍφ、層
数６０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ｆｍ）を用いて巻取装置１５ｍ／ｍｉｎ、加
熱炉内温度１７０℃の条件下で加熱処理を行なった。　
この結果、屈折率分布定数が０．３５ｍｍ−’のグレー
デッドインデックス型光伝送体を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光伝送体の横断面図である。第２図および第３図は、断面内径ｒ方向の屈折率ｎの分
布を示し、第２図は熱処理前のもの、第３図は熱処理後
のものである。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。第４図および第８図は、それぞれ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９図は、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ｌ・・・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・・・クエンチ筒、９２・・・冷却水槽、９４・・・加熱乾燥装置、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・・・ファイバー特許出願人　三菱レイヨン株式会社ＩＧ　　ＩＦＩＧ、２　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、３Ｆ　Ｉ　
Ｇ、　４ＦＩＧ、５ＦＩＧ、６ＦＩＧ、７Ｆｌ（３，９９９づ６９７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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、この紡糸口金装置内で、前記高屈折率樹脂お
よび低屈折率樹脂をそれぞれ多数の流路に分配し、次い
で各流路ごとに所定の流量に調節した後、対応する流路
の高屈折率樹脂と低屈折率樹脂をそれぞれ集合して混合
、撹拌し、これを前記紡糸口金装置から吐出して、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
するように同軸状の多層のファイバーを形成し、しかる
後に、前記ファイバーを加熱処理することを特徴とする
光伝送体の製造方法。