JPH03290605A - プラスチック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、光集束性棒状レンズ、光墓束性ファイバー等
に利用される、中心から外周に向かって連続的な屈折率
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」 円柱状成形物の中心から外周に向かって連続的な屈折率
分布を有する光伝送体は、特公昭４７−８１６号におい
てガラス製の物が提案されている。しかしながら、ガラ
ス製の光伝送体は、生産性が低く、高価なものとなり、
かつ屈曲性に乏しく、折損しやすくその取扱い性が不足
するという問題点がある。

このようなガラス製光伝送体に対し、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。従
来開発されてきた屈折率分布型プラスチック光伝送体の
製造方法を大別すると、　（１）イオン架橋重合体より
なる合成樹ＩＩ製棒状成形体の中心軸よりその表面に向
かって金属イオンを連続的に濃度変化をもたせるように
したもの（特公昭４７−２６９１３号）、　（２）屈折
率の異なる２種類以上の透明な重合体の混合物より製造
された合成樹脂体を特定の溶剤で処理し、前記合成樹脂
体の構成成分の少なくとも１つを部分的に溶解除去する
もの（特公昭４７−２８０５９号）、　（３）２種の屈
折率の異なるモノマーを、円筒体重合容器にいれ、重合
方法を工夫して、表面から内部にわたり連続的に屈折率
分布ができるようにするもの（特公昭５４−３０３０１
号）、　（４）架橋重合体よりなる棒状成形物の表面よ
り屈折率の低いモノマーを拡散させて、表面より内部に
わたり、このモノマーの含有率が連続的に変化するよう
に配置した後に重合して屈折率分布をもたせたもの（特
公昭５２−５８５７号、特公昭５６−３７５２１号）、
および（５）反応性基を有する重合体の表面より、該重
合体よりも低い屈折率を有する低分子化合物を拡散、反
応させて、表面より内部にわたり連続的に屈折率分布を
もたせるようにするもの（特公昭５７−２９６８２号）
等である。

「発明が解決しようとする課題」 これら従来法の共通した問題点としては、特定成分をプ
ラスチック成形棒状体中へ拡散あるいは抽出などの処理
工程をとるため、この処理に長時間をようすることや、
該処理に供し得るプラスチック成形体の長さが制限を受
け、その生産工程は断続的であり、換言すればバッチ式
生産方法でしか生産することができず、生産性が極めて
悪いのと同時に、各バッチ間の製造条件の選定が極めて
難しかったり、再現性特性を備えた棒状レンズが得られ
ない等、工業化技術としては、それぞれ問題点を有する
製造方法である。

「課題を解決するための手段」 本発明は、上記従来技術が抱えていた断続的な生産工程
による不合理性を解決し、連続的な生産を可能とするプ
ラスチック製屈折率分布型光伝送体の製造方法を提供す
ることにあり、その要旨とするところは、少なくとも一
種類の重合体（Ａ）と重合した債に重合体（Ａ）よりも
高屈折率重合体となる揮発性の高い単量体（Ｂ）を主体
とする単量体とを混合溶解してなる組成物を賦形し、該
賦形物の表面から光を照射して該賦形物の深部を選択的
に重合した後に、あるいは重合硬化しながら、その外周
部から揮発性の高い単量体（Ｂ）を揮発させることによ
って、該賦形物の深部から外周部にかけて連続的な濃度
分布を与えた後に、あるいは与えながら、未重合単量体
の重合を完結せしめることを特徴とする中心から外周部
に向かって連続的な高精度の屈折率を有するプラスチッ
ク光伝送体の製造方法にある。

本発明を実施するに際して用いる重合体（Ａ）と単量体
（Ｂ）との組合せは該混合物が重合硬化後生酸するプラ
スチック光伝送体が透明となる組合せであり、屈折率の
関係が上記関係を満足するものであれば、どのようなも
のでも用いることができる。

本発明の大きな特徴は、各種の形状及び屈折率分布を目
的に応じて高精度に設定できる点にある。

本発明によると有意義な形状及び屈折率分布は、断面形
状が円の繊維状である場合には屈折率がその中心より周
辺に向かって連続的に小さくなっており、光集束性機能
あるいはレンズ機能を備えた棒状レンズ、光ファイバー
であり、他の形状をとらせたものとしては導波路がある
。

この場合、その最深部から外周辺になるほど重合体（Ａ
）の混合比が大きくなることによって達成される。

特に望ましくは、円柱状物の中心軸に垂直な各断面図で
の屈折率分布Ｎが、中心部の屈折率Ｎ２、中心軸より半
径方向の距離をｒの位置部での屈折率Ｎが、 Ｎ＝Ｎｓ　　（１−ａ　　ｒ　２） に近い分布で与えられる場合である。

本発明の！ｌｉ！遣方法の１例を示すと第１図のように
なる。重合体（Ａ）と重合したのちに重合体（Ａ）より
も高屈折率となる揮発性の高い単量体（Ｂ）を主体とす
る単量体との混合物とをシリンダー（１）に仕込みヒー
ター（３）で加熱しながらピストン（４）で定量的に押
し出し、混線部（２）で均質に混ぜ合わせた後にノズル
（５）より押し出し、ストランドファイバー（６）をう
る。

このストランドファイバー（６）を窒素の満たしである
第−揮発部（７）に導き、揮発性の高い単量体（Ｂ）を
部分的に揮発させた後に第一活性光線照射部（８）に導
き、一定の割合の単量体を重合した後に第二揮発部（９
）に導き、更に、２段目の活性光線照射部（１０）に導
き、単量体混合物を重合固化させて、ニップローラー（
１１）をへて巻取りドラム（１３）に巻取り、目的の光
伝送体（１２）を連続的にうる。このとき、窒素の流瞳
、温度をコントロールすることや、第−第二揮発部の温
度設定や光重合の強さやタイミングを所定の条件を満足
するように設定することによって容易に光伝送体の屈折
率分布をコントロールすることが可能である。

また、第−揮発部と第一活性光線照射部は同一部にて構
成することもできる。即ち、揮発させながら光重合する
ことも可能である。

また、単量体（Ｂ）の揮散部は必要により減圧部とする
こともできる。

本発明を実施するに際して用い得る重合体（Ａ）として
はフッ素化アルキルメタクリレートまたはアクリレート
の単独重合体または共重合体、アルキルメタクリレート
またはアクリレートの単独重合体または共重合体、ポリ
スチレン系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、バーフ
ルオロジメチルジオキゾール系パーフルオロビニルエー
テル系重合体、パーフルオロ環状エーテル系ポリマなど
を挙げることができ、単量体（Ｂ）としてはメチルメタ
クリレート、スチレン、ベンジルメタクリレート、シク
ロへキシルメタクリレート、ナフタレンモノカルボン酸
ビニルエステル、ナフタレンジカルボン酸ジビニルエス
テルなどを挙げることができ、重合体（Ａ）と単量体（
Ｂ）とは前述した屈折率の関係を満足しており、単量体
（Ｂ）と重合体（Ａ）との混合物を重合硬化せしめたも
のの透明性が比較的高いもの、即ち、その光伝送性に支
障のない程度に透明なものであれば、いかなる組合せの
ものでも用いることができる。

上記重合体混合物を重合させる方法としては光による重
合を用いるのがよく、そのためには上記重合体混合物に
光重合開始剤を加えておくのがよい。

また、本発明においては更に重合体組成物の光重合を促
進するための、光重合促進剤、増感剤を溢加併用するこ
とは有効な手段であス また重合体組成物を貯蔵する際の貯蔵安定性を高めるた
めに、該組成物を繊維状に賦形するときの粘度変化、熱
重合を防止するために、従来公知の熱重合禁止剤を用い
るのが好ましい。

この様にして得られた重合体組成物より均質な屈折率分
布を備えた光伝送体をつるには、該重合体組成物を充分
に均質に混練する必要がある。

混線操作には、従来公知の混練装置が使用できる。また
直径が０．５〜５ｍｍ（ｅ程度の繊維状の光伝送体をう
るには、特にこの重合体組成物の押出し温度での粘度が
重要であり、１０００〜１０００００ボイズ好ましくは
、５０００〜５００００ボイズの粘度範囲にするのがよ
い。

本発明に用いることができる活性光源としては、１５０
〜６００ｎｍの波長の光を放出する炭素灯、アーク灯、
超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルラン
プ、キセノンランプ、レーザー光等が使用できる。また
場合によっては、電子線を照射して重合させても差し支
えない。更に重合を完結させるために、あるいは残留モ
ノマーをできるだけ少なくするために、光重合を３段階
にする、あるいは熱重合と併用するのが有効である。

重合に引き続いて残留モノマーを熱風等により乾燥して
もよい。本発明の光伝送体に残留している単量体はでき
るだけ少ない方が好ましく、５％以下、さらには３％以
下、更に好ましくは１．５％以下であり、上述の方法に
より達成することが可能である。

以下本発明を実施例にてより詳細に説明する。

「実施例」 ０評価方法 １、評価装置 レンズ性能の評価は第２図に示すような評価装置を用い
て行った。

２、試料の調整 試作した屈折率分布型レンズを、通過するＨｅ−Ｎｅレ
ーザー光線のうねりから判定した光線の周期（λ）のほ
ぼ１／４の長さ（＋λ）となるように切断し、研磨機を
用いて、試料の両端面が長軸に垂直な平行平面となるよ
うに研磨し、評価資料とした。

３、測定方法 第２図に示すように、光学ベンチ（１０１）の上に配置
された試料台の上に試作した試料（１０８）をセットし
、絞り（１０４）を調節して光ｆｉ（１０２）からの光
が集光用レンズ（１０３）、絞り（１０４）、格子像を
設けたガラス板（１０５）を通り、試料の端面全面に入
射するようにした後、試料（１０８）およびカメラ（１
０７）の位置をフィルム上にピントが合うように調節し
、正方形格子像を撮影し、格子の歪みを観察した。ガラ
ス板（１０５）はフォトマスク用クロムメツキガラスの
クロム皮膜をＱ、１ｍｍの正方形格子模様に精密加工し
たものを用いた。

０屈折率分布の測定 カールツアイス社製インターフアコ干渉顕微鏡を用いて
公知の方法により屈折率分布を測定した。

実施例１ 重合体（Ａ）として塊状重合により製造した２、　　２
．　３．　３−チードラフルオロプロピルメタクリレー
ト重合体（ＮＤ＝１．４２（１）ス’、’Ｃ＝　２．２
６８）　６０重量部、単量体（Ｂ）としてメチルメタク
リレート４０重量部光重合開始剤として１−ヒドロキシ
シクロへキシルフェニルケトン０．　１重量部、ハイド
ロキノン０．１重量部の混合物を第１図の装置のシリン
ダ１１に仕込み、８０°Ｃに加熱し、混線部を通して、
径が２．０ｍｍのノズルより押しだした。この時この混
線組成物の押し出し降の粘度は、Ｉ　Ｘ　１０’ポイズ
であった。

続いて押し出しにより得たストランドファイバを、窒素
ガスが２０１／分の速度で流れる８０°Ｃに加熱した揮
発部に３分間で通過させ２０Ｗケミカルランプを円状に
等間隔で８本備えた活性光線照射部を３分間で通過させ
た復に８０°Ｃに加熱した第二揮発部を５分間で通過さ
せ、その４１４０　Ｗケミカルランプを円状に等間隔に
備えた第二活性光線照射部を６分間で通過させ、２０ｃ
ｍ／分の速度で、ニップローラーで引き取り、光伝送体
を得た。

得られた光伝送体の直径は９７５μｍでありインターフ
アコ干渉顕微鏡により測定した屈折率ＮＤの分布は中心
部が１．４４４．　　周辺部が１．４３１であり、中心
部から円周部に向かって連続的に減少していた。なお、
得られた光伝送体のＮＭＲによる組成分析の結果は、中
心部には２．　２．　３．　３−テトラフルオロプロピ
ルメタクリレート重合体が６８重量％、周辺部には８６
重量％含まれていた。

メチルメタクリレート単量体の残留分は、全体として０
．９重量％であった。また、レンズ性能の測定を行った
結果、正方形格子の像はほとんど歪みがなかった。

実施例２ 実施例１と同様にしてストランドファイバを作成し窒素
ガスが２０１／分の速度で流れる２５°Ｃの第−揮発部
を３分間で通過させ、２０Ｗケミカルランプを円状に等
間隔に８本有する第一活性光線照射部を３分で通過させ
た後に８０°Ｃに加熱した第二揮発部を５分間で通過さ
せ、その後、４０Ｗケミカルランプを円状に等間隔で配
置した第二活性光線照射部を６分間で通過させ、２０ｃ
＋＊／分の速度でニップローラーで引き取り、光伝送体
を得た。

得られた光伝送体の直径は９８０μｍでありインターフ
アコ干渉顕微鏡により測定した屈折率ＮＤの分布はその
中心部が１．４４６゜周辺部が１．４３１であり中心部
から周辺部へ向かって連続的に減少していた。なお、こ
の光伝送体のＮＭＲによる組成分析の結果は中心部には
２．　２．　３．　３−テトラフルオロプロピルメタク
リレート重合体が６５重量％、周辺部には８６重量％含
まれていた。メチルメタクリレート単量体の残留分は全
体として１、　１重量％であった。また、レンズ性能の
測定を行った結果、正方形の格子の像は歪みがなかった
。

実施例３ 重合体（Ａ）として２．　２．　２．　３−テトラフル
オロプロピルメタクリレート７０重量％と、メチルメタ
クリレート３０重量％とからなる共重合体（Ｎｏ＝１．
４３１）５０重量部と単量体（Ｂ）としてメチルメタク
リレート単量体５０重量部、１−ヒドロキシシクロへキ
シルフェニルケトン０．　１重量部、ハイドロキノン０
．１重量部よりなる組成物を実施例１で用いた組成物と
して用いる以外は、実施例１と同様にして光伝送体を得
、この光伝送体を評価した結果、その中心部の屈折率は
Ｎｏ１．４５９であり、ＮＭＲにより測定した２、　　
２．　３．　３−テトラフルオロプロピルメタクリレー
ト単位の量は中心部が５４重量％、周辺部は７２重量％
であり、中心部から周辺部に向かって屈折率Ｎｏが連続
的に減少していた。

レンズ性能の測定を行った結果、格子偉の歪みはなく、
また、実施例１により得られた光伝送体の明るさよりも
明るい光伝送体であることを確かめた。

「発明の効果」 本発明の製造方法により、従来技術が抱えていた断続的
な生産工程による不合理性を解決し、連続的に高精度の
屈折率分布を有する光伝送体の生産が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラスチック光伝送体の製造方法を実
施するための装置の１例を示す模式図であり、第２図は
本発明のプラスチック光伝送体のレンズ性能を評価する
ための装置の概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一種類の重合体（Ａ）と重合した後に重合体
   （Ａ）よりも高屈折率重合体となる揮発性の高い単量体
   （Ｂ）を主とする単量体とを混合溶解した組成物を賦形
   し、該成形物外表面から光を照射しその成形物の深部を
   選択的に重合硬化した後に、あるいは重合硬化しながら
   、その外周部から揮発性の高い単量体（Ｂ）を揮発させ
   ることによって、成形物の深部から外周部にかけて連続
   的な濃度分布を与えた後に、あるいは与えながら、未重
   合単量体の重合を完結せしめることを特徴とする中心か
   ら外周に向かつて連続的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