JPH06186441A - 屈折率分布型プラスチック光伝送体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ２重同心円状の吐出孔を有する紡出口金の
外側吐出孔１Ａから重合率５０〜９０％の重合体単量体
混合物Ａを粘度１０，０００〜１５０，０００ポイズの
状態で、また、内側吐出孔１Ｂから、非重合性で無色透
明の高屈折率化合物を含有する重合率５０％以下の（重
合体）単量体混合物Ｂを同時に吐出させて、芯鞘状複合
のロッド状体とし、内層混合物内の高屈折率化合物を外
層混合物中へ拡散させること、及び、さらに重合させる
ことにより、屈折率分布型ロッドとし、該ロッドから光
伝送体を作る。 【効果】 連続長を有し安定した品質の屈折率分布型
プラスチック光伝送体を生産性良く製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバやロッドレ
ンズなどに有効に使用される、中心部から外周部の方向
に連続的に低下する屈折率分布を有するプラスチック光
伝送体を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光伝送体は石英ガラス及び／
又はプラスチックから製造されている。石英系光伝送体
は、優れた透光性能を持っているが、加工性や可撓性が
良くないばかりでなく高価であり、さらにファイバとし
て使用する場合、径が非常に細いため接続も高精度を要
求され、高度な技術と高価格の装置が必要である。

【０００３】これに対して、プラスチック系光伝送体
は、透光性能では石英系よりも劣るが、軽くて加工性が
良く、可撓性も良く、安価である等の利点がある。

【０００４】このプラスチック系光伝送体のなかでもロ
ッドレンズや広帯域光ファイバなどに利用される、中心
部から外周部へと連続的に低下する屈折率分布を有する
光伝送体を製造する方法が既にいくつか提案されてい
る。

【０００５】例えば、屈折率が重合体と異なる単量体単
独または重合体単量体混合物を、光伝送体を主に形成す
る重合体の表面又は中空状内面に接触させて重合体内部
に拡散させて濃度分布を持たせた後に重合する方法（特
公昭52-5857 号，特公昭56-37521号，特開平2-33104 ，
特開平3-42604 号公報等）、屈折率および単量体反応性
比が異なる２種類以上の単量体を透明容器内で光重合さ
せることによって屈折率分布を持たせる方法（特公昭54
-30301号，特開昭61-130904 号公報等）、揮発性が高く
重合体と異なる屈折率の単量体を含有した重合体を紡糸
し、表面より単量体を揮発させて濃度分布を持たせた後
に重合する方法（特開昭62-209402 号公報等）、単量体
反応性比はかなり近似するが屈折率は異なる２種類以上
の単量体を、この単量体に溶解される重合体容器内に充
填した後に重合する方法（特開平4-97302 号，特開平4-
97303 号公報）などがある。

【０００６】しかし、これらの方法は全て、屈折率が大
きく異なる（例えば０．０４以上）重合体が生成され、
かつ単量体反応性比が多少なりとも異なる２種類以上の
単量体を反応させ、又は、先に形成されている重合体成
形体内でこの重合体と屈折率が大きく異なる重合体を与
える単量体の単独重合反応などが行われるため、重合が
完結した重合体内に屈折率の異なるミクロな相分離構造
が形成されることを避けることができなかった。このた
め、透光性能に悪影響を与えてしまうという欠点があっ
た。

【０００７】そこで、光伝送体を形成する重合体内に、
この重合体とは屈折率が異なりかつ非重合性の化合物
（例えば、可塑剤としてポリマ中に配合される低分子物
質）を均一に濃度勾配をつけて分散させ、一定方向に連
続的な屈折率分布を持たせる方法が提案されている（平
成４年度高分子学会予稿集，Vol.41，No.3，798, 79
9）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法によ
れば透光性能に優れた屈折率分布型光伝送体を得ること
ができるものの、ここで提案されている方法は、予め作
製した重合体製中空管の中空内に、その中空管の重合体
を溶解し且つ高屈折率非重合性化合物（一般に可塑剤と
いわれる物質）を含有する重合性溶液を充填し、内側混
合物内の高屈折率非重合性化合物の外周部への拡散を促
しながら重合してロッド状のプリフォ−ムを得た後に、
所望の径になるように加熱延伸するというバッチ式生産
の方法であるので、生産性が極めて悪く、工業化技術と
しては大きな問題点を有している。

【０００９】そこで、本発明の目的は、中心部から外周
部へ連続的に低下する屈折率分布型プラスチック光伝送
体を、生産性良く、しかも、高品質で連続製造すること
が可能で工業的生産に適した製造方法を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、２重同心円状の吐出孔を有する紡出口金
の外側吐出孔から重合率５０〜９０％の重合体単量体混
合物を粘度１０，０００〜１５０，０００ポイズの状態
で吐出させ、同時に、内側吐出孔から、非重合性で無色
透明の高屈折率化合物を含有する単量体混合物或いは重
合率５０％以下の重合体単量体混合物を吐出させて、芯
鞘状複合のロッド状体とした後、内層混合物内の高屈折
率化合物を外層混合物中へ拡散させること、及び、さら
に重合させることにより、中心部から外周部へ連続的に
低下する屈折率分布を有する光伝送体とすることを特徴
とする屈折率分布型プラスチック光伝送体の製造方法か
らなる。

【００１１】本発明に用いられる単量体は、無色透明性
の高いものであれば良く、１種類または２種類以上でも
構わない。例えば、メタクリル酸エステル（そのエステ
ル置換基は例えば、メチル，エチル，イソプロピル，ｔ
−ブチル，シクロヘキシル，脂肪族置換シクロヘキシ
ル，フェニル，ベンジル，ｎ−ボルニル、イソボルニ
ル，アダマンチル，２−ヒドロキシエチル等），メタク
リル酸フッ素化アルキル（そのフッ素化アルキル基は例
えば、2,2,2-トリフルオロエチル，2,2,3,3-テトラフル
オロプロピル，2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロプロピ
ル，2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピル等），α- フ
ルオロアクリル酸アルキル（そのアルキル基は例えば、
メチル，エチル，イソプロピル等），α- フルオロアク
リル酸フッ素化アルキル（そのフッ素化アルキル基は例
えば、2,2,2-トリフルオロエチル，2,2,3,3-テトラフル
オロプロピル，2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロプロピ
ル，2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピル等），Ｎ−置
換マレイミド（その置換基は例えば、メチル，エチル，
イソプロピル，イソブチル，第２ブチル，t-ブチル，2,
2-ジメチルプロピル，シクロヘキシル等），スチレン，
置換スチレン（その置換基は例えば、メチル，ジメチ
ル，ｔ−ブチル，クロロ，ジクロロ，ブロモ，フルオ
ロ，フェニル等）などが挙げられる。

【００１２】また、単量体混合物あるいは予備重合した
重合体単量体混合物は、２重同心円状の吐出孔を有する
紡出口金の外側吐出孔と内側吐出孔とで、非重合性高屈
折率化合物の有無の点以外は同じ組成であっても良い
し、異なる組成としても良い。

【００１３】ただ、２種類以上の単量体を共重合する場
合、および口金の外側部と内側部に導くものが異なる組
成である場合、用いる２種類以上の単量体の組合わせ
は、単独重合体とした場合の屈折率差が０．０４以下の
ように小さい組合せとすることが好ましい。さらに好ま
しくは０．０２以下である。このように屈折率差を小さ
く抑えることは、透光性能の悪化や適正な屈折率分布の
形成困難という問題を回避するために有効である。さら
に、単量体反応性比の差が小さいことが、屈折率差によ
る透光性能の低下を抑えるために好ましい。

【００１４】本発明の屈折率分布形成のために使用され
る非重合性の高屈折率化合物は、光伝送体を構成するベ
ースの重合体よりも高い屈折率、例えば０．０２以上高
い屈折率を有すること、この重合体と相溶性があって該
重合体中に均一分散できること、無色透明であること、
及び、非重合性であって、重合体もベース重合体の単量
体との共重合体も形成しないことが必要である。さら
に、沸点が２００℃以上のような高沸点、及び、前記重
合体を形成する単量体よりも分子量が大きいことが好ま
しい。このような非重合性の高屈折率化合物を用いれ
ば、重合が完結した重合体内に屈折率の異なるミクロな
相分離構造が形成されることがなく、透光性能の低下を
防止することができる。

【００１５】この高屈折率化合物としては、例えば、フ
タル酸ベンジルｎ−ブチル，フタル酸ジメチル，フタル
酸ジアリル，フタル酸ジオクチル，ジプロピレングリコ
−ルジベンゾエ−ト，ジエチレングリコ−ルジベンゾエ
−ト，リン酸トリフェニルなどが挙げられる。

【００１６】本発明の実施方法を、その好ましい実施態
様を模式的に示す図１、図２を例にとって説明する。

【００１７】図１は、本発明の工程の一実施態様を模式
的に示す縦断面概略図である。また、図２(a) 、(b)
は、その吐出口金の一例を模式的に示す縦断面概略図、
その線II−II横断面図である。

【００１８】まず、重合装置３に、１種類または２種類
以上の単量体、重合開始剤及び分子量調整剤を混合した
単量体混合物を単量体混合物供給ライン２から供給し、
これを熱重合または光重合する。そして、重合率が５０
〜９０％の重合体単量体混合物となるように、所定の重
合率となった時点で冷却しまたは光照射を止めることに
より重合を中断させ、重合開始剤と分子量調整剤を残し
たままの重合体単量体混合物Ａ（重合率５０〜９０％）
としてギヤポンプ５１及び冷却装置６を介して貯槽７に
移す。この重合体単量体混合物Ａはさらにギヤポンプ５
２で、図２のような２重同心円状の吐出孔を有する紡出
口金１の外側部に導く。

【００１９】この重合体単量体混合物Ａの重合率は５０
〜９０％、好ましくは５５〜９０％とする。５０％未満
と低過ぎる場合には中空糸状の形状を保つことが難し
く、また、分子量の大小による選択的拡散のためのゲル
層が不十分であり不適当である。。逆に、９０％を越え
るように高過ぎる場合には、単量体による重合体の膨潤
（ゲル化）や非重合性化合物の侵入拡散に長時間を要す
るので不適当である。

【００２０】一方、重合装置４に、１種類または２種類
以上の単量体、重合開始剤、分子量調整剤及び非重合性
の高屈折率化合物を混合した単量体混合物を単量体混合
物供給ライン２′から供給し、これを熱重合または光重
合する。そして、重合率が５０％以下の重合体単量体混
合物となるように、所定の重合率となった時点で冷却し
または光照射を止めることにより重合を中断させ、重合
開始剤と分子量調整剤を残したままの重合体単量体混合
物Ｂ（重合率５０％以下）としてギヤポンプ５１′及び
冷却装置６′を介して貯槽８に移す。この重合体単量体
混合物Ｂはさらにギヤポンプ５２′で、２重同心円状の
吐出孔を有する紡出口金１の内側部に導く。

【００２１】紡出口金１の内側部に導く重合体単量体混
合物Ｂとしては、単量体混合物供給ライン２′から供給
される単量体混合物を重合させずにそのまま（重合率０
％）用いることもできる。

【００２２】この（重合体）単量体混合物Ｂの重合率は
５０％以下、好ましくは５〜４５％とする。５０％を越
えるように高過ぎる場合には、非重合性化合物の拡散が
生じ難くなり、また、外層混合物Ａの溶解やゲル化が生
じ難くなり不適当である。

【００２３】これら重合体単量体混合物Ａ、Ｂを調整す
る重合装置３、４は、紡出口金１に連続していない別の
装置であってもよい。また、重合体単量体混合物Ａ、Ｂ
は、所定の重合率となった時点で重合を止め、紡出口金
１に供給する前に更に重合開始剤や分子量調整剤を添加
するという方法によって調整されたものでもよい。

【００２４】その後、この外側の重合体単量体混合物Ａ
と内側の重合体単量体混合物Ｂとを同時にそれぞれ紡出
口金の外側吐出孔１Ａ、内側吐出孔１Ｂから押し出して
芯鞘状複合のロッド状体とする。この紡出口金からの吐
出の時、外側の重合体単量体混合物Ａの粘度は１０，０
００〜１５０，０００ポイズの状態となるようにするこ
とが重要であり、そのためには口金の温度調節を行えば
よい。さらに、この吐出の際には、内側の重合体単量体
混合物Ａの粘度を、外側の重合体単量体混合物Ｂよりも
低くすることが好適である。

【００２５】吐出時における外側の重合体単量体混合物
Ａの粘度は１０，０００〜１５０，０００ポイズ、好ま
しくは５０，０００〜１００，０００ポイズとする。１
０，０００ポイズ未満と低過ぎる場合には、中空糸状の
形状を保つことが困難で、糸切れを生じ易い。逆に１５
０，０００ポイズを越えるように高過ぎる場合には、口
金からの押し出しが困難となる。

【００２６】この様にして口金から押し出した２重構造
のロッド状体は、窒素気流などの不活性ガスの存在する
昇温形式の重合管９内を通して、高屈折率化合物の外周
部への拡散を促しながらさらに熱重合する。

【００２７】また、光重合する場合には、窒素気流など
の不活性ガスの存在する保温管９内を通して、高屈折率
化合物の外周部への拡散を促してから紫外線照射装置１
０に導きさらに重合する。

【００２８】この際、高屈折率化合物の外周部への拡散
と重合とは同時並行で進行することが多いが、高屈折率
化合物の外周部への拡散の後に重合を進めてもよい。

【００２９】高屈折率化合物は非重合性であるので、外
周部への拡散により、外周部において周辺に向って連続
的に減少する高屈折率化合物濃度分布が形成される。さ
らに、内層における重合は、外側から中心に向けて徐々
に進行していくので、非重合性の高屈折率化合物は、中
心にいくほど高濃度で分散含有されることとなり、この
結果、高屈折率化合物は中心部から外周部へ連続的に減
少する濃度分布で分散されて、中心部から外周部へ連続
的に低下する屈折率分布が形成される。

【００３０】重合固化して得られたロッド状体１２はロ
−ラ１３を介した後に巻取ドラム１１で巻取られる。

【００３１】光ファイバとする場合には、所望の線径と
なるように巻取り前のローラ１３間で、あるいは、巻取
った後の別工程で、延伸すればよい。また、ロッドレン
ズを作製する場合には、巻取らずに所定の長さに切断し
てロッドレンズとすればよい。

【００３２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。

【００３３】実施例中の光ファイバの透光性能の評価は
次の方法によった。

【００３４】タングステンランプの光を回折格子で分波
し、レンズで集光した後、両端を研磨した１０〜３０ｍ
の光ファイバ（ファイバ長：Ｌs ｍ）の一端から入射
し、他の一端より出射した光をフォトダイオードで光電
力として検出した（Ｐs dBm ）。次に入射端を固定した
まま入射端より約２ｍのところで切断したリファレンス
ファイバ（ファイバ長：Ｌr ｍ）について、同様に測定
を繰り返す、いわゆるカットバック法を用いて測定した
（Ｐr dBm ）。そして次式に従って光ファイバの透光損
失値を算出した。

【００３５】透光損失値（dB／km）＝（Ｐs −Ｐr ）／
（Ｌs −Ｌr ）・1000 ここで、Ｌs 、Ｌr は、それぞれ、サンプル光ファイ
バ、リファレンスファイバのファイバ長（ｍ）であり、
また、、Ｐs 、Ｐr は、それぞれ、サンプル光ファイ
バ、リファレンスファイバの光電力値（dBm ）である。

【００３６】［実施例１］２重同心円状の吐出孔を有す
る紡出口金の外側部に、メタクリル酸メチル１００重量
部，アゾビスイソブチロニトリル０．０１５重量部，ｎ
−ブチルメルカプタン０．０１０重量部を有する混合物
を重合して重合率７０％で重合を止めた重合体単量体混
合物Ａを導き、さらに、同じ口金の内側部に、メタクリ
ル酸メチル８０重量部，アゾビスイソブチロニトリル
０．０１５重量部，ｎ−ブチルメルカプタン０．０１０
重量部，フタル酸ベンジルｎ−ブチル２０重量部からな
る混合物を重合して重合率２０％で重合を止めた重合体
単量体混合物Ｂを導いて、口金から同時に押し出して直
径２mmのロッド状物とした。この吐出の際の重合体単量
体混合物Ａの粘度は９０，０００ポイズであった。

【００３７】そして。このロッド状物を窒素気流雰囲気
下の５０℃の恒温槽内を５分間かけて通過させ、さら
に、７０℃を３分間、１００℃を５分間通過させて、重
合を完結させた。この後、延伸しながら巻取り、直径１
mmの光ファイバを得た。

【００３８】得られた光ファイバの屈折率分布をインタ
−ファコ干渉顕微鏡で測定したところ、中心から外周に
かけて屈折率が連続的に減少していた。中心部の屈折率
は１．５１０であり、外周部の屈折率は１．４９４であ
った。この光ファイバの２５℃における透光損失値は、
６５０nmで１２４dB／kmと良好であった。

【００３９】このようにして得られた光ファイバは連続
長を有するもので、繊維長手方向における品質も安定し
ていて、その収率も良好であった。

【００４０】［比較例１］メタクリル酸メチルを蒸留し
て、アゾビスイソブチロニトリル及びｎ−ブチルメルカ
プタンを混合して単量体混合物を調製した後、０．０５
μｍ孔のテフロン製フィルターで濾過してから水平に保
持したガラス管に入れた。そして両端をシールした後に
回転させながら常法に従い熱重合して重合体製中空管を
得た。そして、この中空管の内部にメタクリル酸メチル
８０重量部、アゾビスイソブチロニトリル０．０１５重
量部、ｎ−ブチルメルカプタン０．０１０重量部、フタ
ル酸ベンジルｎ−ブチル２０重量部からなる混合物を充
填した後、常温で４時間放置後、５０℃で１６時間重合
した後、徐々に温度を上げて最終的に９０℃に１０時間
保って重合し、直径２０mmの無色透明なロッドを得た。
ガラス管は壊して取り去った。

【００４１】このロッドを円筒型加熱器によって２３０
℃で溶融引伸しして直径１mmの光ファイバを得た。得ら
れた光ファイバの屈折率分布及び透光損失値は、実施例
１の場合と同程度であったが、長くても４００ｍ程度の
長さのものしか得られなかった。また、繊維長手方向に
おける品質のばらつき、光ファイバ１本毎の品質ばらつ
きの点において、実施例１の場合に比し劣っていた。

【００４２】［実施例２］２重同心円状の口金の外側部
に、Ｎ−イソプロピルマレイミド３０重量部，メタクリ
ル酸メチル７０重量部，アゾビスイソブチロニトリル
０．０１５重量部，ｎ−ブチルメルカプタン０．０１０
重量部を有する混合物を重合して重合率７０％で重合を
止めた重合体単量体混合物を導き、さらに、同じ口金の
内側部に、Ｎ−イソプロピルマレイミド２４重量部，メ
タクリル酸メチル５６重量部，アゾビスイソブチロニト
リル０．０１５重量部，ｎ−ブチルメルカプタン０．０
１０重量部，フタル酸ベンジルｎ−ブチル２０重量部有
する混合物を重合して重合率２０％で重合を止めた重合
体単量体混合物を導いて、口金から同時に押し出して直
径２mmのロッド状物とした。この吐出の際の重合体単量
体混合物Ａの粘度は９０，０００ポイズであった。

【００４３】得られたロット状物を、窒素気流雰囲気下
の５０℃の恒温槽内を５分間かけて通過させ、さらに、
７０℃を３分間、１００℃を５分間通過させて、重合を
完結させた。この後、溶融、引伸しながら巻取り、直径
１mmの光ファイバを得た。

【００４４】得られた光ファイバの屈折率分布は、中心
から外周にかけて屈折率が連続的に減少していた。中心
部の屈折率は１．５１９であり、外周部の屈折率は１．
５０７であった。この光ファイバの25℃における透光損
失値は、６５０nmで１４３dB／kmであった。

【００４５】このようにして得られた光ファイバは、実
施例１と同様、連続長を有するもので、繊維長手方向に
おける品質も安定していて、その収率も良好であった。

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、中心から外周方
向に連続的に低下する屈折率分布を有するプラスチック
光伝送体を、連続した光伝送体として、生産性良く連続
製造することができる。また、得られた屈折率分布型プ
ラスチック光伝送体は、透光性能に優れ、一定長の屈折
率分布型ロッド状物を１本ずつ生産していくバッチ生産
方法によるものに比べて屈折率分布の一定のものが再現
性良く得ることができ、高収率で安定した品質の製品が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する工程の一実施態様を模式的
に示す縦断面概略図である。

【図２】本発明法を実施するために用いる紡出口金１の
一例を模式的に示すものであり、(a) 、(b) は、それぞ
れ、縦断面概略図、線II−IIでの横断面図である。

【符号の説明】

１：紡出口金、 １Ａ：その外側吐出孔、 １Ｂ：その
内側吐出孔、 ３：重合体単量体混合物Ａ用の重合装
置、 ４：重合体単量体混合物Ｂ用の重合装置、９：昇
温式重合管又は保温管、 １０：紫外線照射装置、 １
１：巻取ドラム、 １２：ロッド状体、 Ａ：外側吐出
孔から吐出させる重合体単量体混合物、Ｂ：内側吐出孔
から吐出させる（重合体）単量体混合物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２重同心円状の吐出孔を有する紡出口
   金の外側吐出孔から重合率５０〜９０％の重合体単量体
   混合物を粘度１０，０００〜１５０，０００ポイズの状
   態で吐出させ、同時に、内側吐出孔から、非重合性で無
   色透明の高屈折率化合物を含有する単量体混合物或いは
   重合率５０％以下の重合体単量体混合物を吐出させて、
   芯鞘状複合のロッド状体とした後、内層混合物内の高屈
   折率化合物を外層混合物中へ拡散させること、及び、さ
   らに重合させることにより、中心部から外周部へ連続的
   に低下する屈折率分布を有する光伝送体とすることを特
   徴とする屈折率分布型プラスチック光伝送体の製造方
   法。