JPH08106016A

JPH08106016A - プラスチック光ファイバーの製造方法

Info

Publication number: JPH08106016A
Application number: JP6241594A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Uozu; 吉弘魚津; Kazumi Nakamura; 一己中村; Atsushi Okumura; 淳奥村
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】光情報通信媒体として利用可能な屈折率分布
型プラスチック光ファイバーの製造方法を提供する。【構成】それぞれが重合体Ａ６０〜３０重量％と、重
合性単量体Ｂの単独物もしくは混合物１０〜６９重量％
と、分子量１００〜１０００の非重合性化合物Ｃ１〜４
０重量％との３成分からなり、Ａ及びＣとしてはそれぞ
れ共通の種類のものが用いられ単量体Ｂとしては種類と
組成比の少なくとも一方が異なるｎ個の紡糸原液を、中
心から外周に向かって屈折率が順次低くなるように同心
円状の多層複合紡糸ノズルに供給し、紡糸原液粘度を１
０³〜１０⁸ポイズとして紡糸して、得られた多層ストラ
ンドファイバーの隣接層間で単量体Ｂを相互拡散させな
がらまたは相互拡散させた後に、ファイバー中の単量体
Ｂを硬化処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光情報通信媒体として利
用可能な屈折率分布型プラスチック光ファイバーの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】中心から外周に向かって屈折率が連続的
に変化している屈折率分布型光ファイバー（ＧＩファイ
バー）は、従来の屈折率が階段状の分布をした光ファイ
バー（ＳＩファイバー）より情報伝送能力がはるかに優
れているために、ＳＩファイバーでは適用が不可能と考
えられてきた高速情報伝達網への適用が可能と考えら
れ、大きな期待を寄せられている。従来このような屈折
率分布型光ファイバーとしてはガラス製のものが開発さ
れており商品化されてきたが、家庭内屋内配線するには
曲げ特性が悪く敷設の際の取り扱いが困難であるという
大きな問題点を有していた。

【０００３】プラスチック製のＧＩファイバ−について
は、画像伝送体として連続ファイバ−の製法が特開昭６
２−２１５２０４号公報や特開平３−１７４１０５号公
報等に、また、プリフォ−ムロッドによるバッチ方式の
ファイバ−の製法が特開平４ー９７３０２号公報、特開
平４ー９７３０３号公報、特開平５ー２４１０３６号公
報等において開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６２−
２１５２０４号公報等の連続ファイバ−は光伝送体とし
ての光伝送特性があまり良くなく１００ｍ程度の距離で
の使用は不可能であった。一方、特開平４ー９７３０２
号公報等のバッチ方式によって得られるファイバ−は、
光伝送体として１００ｍ程度の距離でも使用可能である
が、製法がバッチ方式であるために工程管理が複雑であ
ってファイバ−性能のバッチ間でのバラツキという問題
を有していた。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、曲げ特性が良好で、１００ｍ程度
の光伝送特性を有し中心から外周に向かって屈折率が連
続的に変化している屈折率分布型光ファイバー（ＧＩフ
ァイバー）の連続的な製造方法の提供を目的とするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、それぞ
れが重合体Ａ６０〜３０重量％と、重合性単量体Ｂの単
独物もしくは混合物１０〜６９重量％と、分子量１００
〜１０００の非重合性化合物Ｃ１〜４０重量％との３成
分からなり、重合体Ａ及び非重合性化合物Ｃとしてはそ
れぞれ共通の種類のものが用いられ重合性単量体Ｂの単
独物もしくは混合物としては種類と組成比の少なくとも
一方が異なるｎ個（ｎ≧２）の紡糸原液を、中心から外
周に向かって屈折率が順次低くなるように同心円状の多
層複合紡糸ノズルに供給し、紡糸時の各層の紡糸原液粘
度を１０³〜１０⁸ポイズとして紡糸して、同心円状に積
層した未硬化状のファイバーに賦形し、このようにして
得られた多層ストランドファイバーの隣接層間で重合性
単量体Ｂを相互拡散させながらまたは相互拡散させた後
に、ストランドファイバー中の重合性単量体Ｂを硬化処
理することを特徴とする屈折率分布型プラスチック光フ
ァイバーの製造方法にある。

【０００７】本発明の製法で得られる屈折率分布型プラ
スチック光ファイバーはファイバーの中心から外周方向
に屈折率が連続的に減少しているものである。屈折率の
分布は種々の形態のものが考えられ、その形態について
は特に限定されるものではないが、情報伝送性能の点か
ら半径をｒ₀としたときに中心軸から０．２５ｒ₀〜０．
７０ｒ₀の範囲の屈折率分布が下記の数式（１）で示さ
れる値を有することが好ましい。

【０００８】

【数１】

【０００９】本発明においてｎ個（ｎ≧２）の紡糸原液
を用いて多層複合紡糸が行われる。複合紡糸の層数が多
いほど屈折率分布の連続性の制御が容易になるが、装置
コスト等を考慮すると紡糸原液の数ｎは２〜５程度で十
分である。

【００１０】本発明で用いられる重合体Ａの例としては
ポリメチルメタクリレート，ポリスチレン，ポリエステ
ル等の単一重合体あるいはこれらの他のモノマーとの共
重合体、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレ
ンースチレン共重合体テトラフルオロエチレンーフッ化
ビニリデン共重合体，テトラフルオロエチレンーフッ化
ビニリデンーヘキサフルオロプロペン共重合体、ポリフ
ッ化アルキル（メタ）アクリレートポリマー等があげら
れる。各層の紡糸原液中における重合体Ａは６０〜３０
重量％であることが必要である。重合体の重量が３０％
未満である場合は紡糸時の安定性が悪く糸切れが起こり
やすくなる。また、６０％を超えると非重合性化合物Ｃ
の拡散が悪くなって目的とする屈折率分布を有するファ
イバ−が得られず、且つ、紡糸原液の粘度が上がりすぎ
てファイバ−の糸径斑が増大する。重合体Ａとしては
各層の紡糸原液において共通のものが用いられる。

【００１１】本発明において重合性単量体Ｂの単独物も
しくは混合物は多層ストランドファイバーの各層の界面
近傍における屈折率の急激な変化を防止する役割を有す
る。即ち、重合性単量体Ｂが多層ストランドファイバー
の隣接層間で相互拡散することによって屈折率分布が適
度に制御される。この重合性単量体Ｂは得られるファイ
バーの光伝送特性の点から重合体Ａ及び非重合性化合物
Ｃと同時に硬化した際に透明であればよく特に限定され
ない。重合性単量体Ｂとしては、メチル（メタ）アクリ
レート、スチレン、クロロスチレン、酢酸ビニル、２，
２，３，３−テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレ
ート，２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレー
ト，２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロ
ペンチル（メタ）アクリレート等のフッ化アルキル（メ
タ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、フェ
ニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレ
ート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート等の比
較的沸点の低いものが挙げられる。これらは単独で或い
は組み合わせて用いられる。

【００１２】また重合性単量体Ｂとしては、前記のもの
とアルキレングリコール（メタ）アクリレート、トリメ
チロールプロパンジ（メタ）アクリレート、トリメチロ
ールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリス
リトールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトー
ルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテ
トラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘ
キサ（メタ）アクリレート等の高沸点の多官能の重合性
単量体を組み合わせて用いることもできる。

【００１３】ｎ個（ｎ≧２）の各紡糸原液において重合
性単量体Ｂの単独物もしくは混合物としては、種類と組
成比の少なくとも一方が異なるように選択される。各層
の紡糸原液における重合性単量体Ｂの含有量は１０〜６
９重量％であることが必要である。１０重量％未満では
非重合性化合物Ｃの相互拡散が十分に起こらず、光ファ
イバーの屈折率を連続的に変化させることが困難にな
る。また、６９重量％を超えると硬化処理後においても
未反応の重合性単量体Ｂが残存することにより光ファイ
バーの伝送特性が低下する。

【００１４】本発明において分子量１００〜１０００の
非重合性化合物Ｃは光ファイバーの半径方向の屈折率分
布の連続性を形成させるための役割を有する。この非重
合性化合物Ｃの一部は、重合性単量体Ｂの相互拡散処理
中または更に硬化処理中に、ファイバ−の外周部から揮
発する。非重合性化合物Ｃとしては上記の重合体Ａに対
し相溶性を有していれば特に限定されない。分子量が１
００未満では揮発速度が速くなり、揮発処理後の安定性
が無くなり、分子量が１０００を超えると紡糸原液中で
の均一分散が難しくなるために光ファイバ−にミクロな
光学的不均一性が生じ光ファイバーの性能が低下する。

【００１５】具体的にはフタル酸ベンジルｎ−ブチル，
フタル酸ジｎ−ブチル，フタル酸ジオクチル等のフタル
酸エステル、１ーメトキシフェニルー１ーフェニルエタ
ン、安息香酸ベンジル、ブロモベンゼン、Ｏ−ジクロロ
ベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、１，２−ジブロモエ
タン、３ーフェニルー１ープロパノール等が挙げられ
る。これらの化合物は単独で用いることも可能である
が、複数組み合わせて用いることもできる。また、分子
量１００未満の化合物と組み合わせて用いることもでき
る。

【００１６】この非重合性化合物Ｃの各層の紡糸原液中
における含有量は１重量％未満であると屈折率分布の連
続性を形成することが困難であり、４０重量％より多く
存在するとファイバー中の残存量が増加してファイバー
の曲げ特性が低下することから、１〜４０重量％である
ことが必要である。

【００１７】紡糸原液の粘度が１０³ポイズよりも低い
場合は紡糸時の糸切れが生じやすくなること、また、１
０⁸ポイズよりも高い場合には賦形性が低下し糸斑が増
大することから、紡糸時の各層の紡糸原液の粘度は１０
³〜１０⁸ポイズであることが必要である。

【００１８】本発明の光ファイバーは、たとえば図１の
屈折率分布型光ファイバー成形装置を用いて製造するこ
とができる。図１において紡糸ノズル１から押し出され
たストランドファイバー２はファイバー中の重合性単量
体Ｂを各層間で相互拡散させるための相互拡散処理部３
次いで硬化処理部４を経由して、引き取りローラー５と
巻き取りロ−ラ−７で引き取られる。ストランドファイ
バーから放出される揮発成分と重合を阻害する酸素を除
去するために不活性ガス導入口８から窒素ガス等の不活
性ガスが導入される。

【００１９】本発明においてはファイバー中の未硬化の
重合性単量体Ｂを硬化させるために紡糸原液中に熱硬化
触媒及びあるいは光硬化触媒を添加し、熱処理ないし光
照射処理により硬化させることが好ましい。熱硬化触媒
としてはパーオキサイド系触媒及びアゾ系触媒が用い
れ、また光硬化触媒としてはベンゾフェノン、ベンゾイ
ンアルキルエーテル、４’−イソプロピル−２−ヒドロ
キシ−２−メチルプロピオフェノン、１−ヒドロキシシ
クロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケター
ル、２，２−ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキ
サントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系
化合物、４−ジメチルアミノ安息香酸、Ｎ−メチルジエ
タノールアミン、トリエチルアミン等が用いられる。

【００２０】光重合の光源としては１５０〜６００ｎｍ
の波長の光を発する炭素アーク灯、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
を用いることができる。

【００２１】

【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
する。実施例１ポリメチルメタクリレート４５重量部、ベンジルメタク
リレート３０重量部、メチルメタクリレート１０重量
部、安息香酸ベンジル１５重量部、１−ヒドロキシシク
ロヘキシルフェニルケトン０．２重量部及びハイドロキ
ノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第一層形成用
原液とした。ポリメチルメタクリレート４０重量部、メ
チルメタクリレート４０重量部、安息香酸ベンジル２０
重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
０．２重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃
に加熱混練して第二層形成用原液とした。また、ポリメ
チルメタクリレート３８重量部、２、２、３、３、４、
４、５、５−オクタフルオロメタクリレート３０重量
部、メチルメタクリレート１７重量部、安息香酸ベンジ
ル１５重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニル
ケトン０．２重量部及びハイドロキノン０．１重量部を
７０℃に加熱混練したものを第三層形成用原液とした。

【００２２】この３種類の原液を３層複合紡糸ノズルに
より、紡糸原液の屈折率が中心から外周に向かって順次
低くなるように配列し、同時に押し出すことによりスト
ランドファイバーとした。押し出し時の粘度は第一層の
成分が２．５×１０⁴ポイズ、第二層の成分が１．５×
１０⁴ポイズ、第三層の成分が１．４×１０⁴ポイズであ
った。また複合紡糸ノズルの温度は５５℃であった。

【００２３】次いで長さ９０ｃｍの各層間の相互拡散処
理部を通過させ、その後長さ１２０ｃｍ、ケミカルラン
プ１２本を円状に等間隔に配置した硬化処理部の中心に
ストランドファイバーを通過させ５０ｃｍ/分の速度で
ニップローラーにより巻き取った。得られた光ファイバ
ーの直径は直径１ｍｍであり、インターファコ干渉顕微
鏡にて断面の屈折率分布を測定したところ屈折率は中心
部が１．５２４４で外周部が１．４７４２であり、中心
部から外周部にかけて連続的に変化していることが確認
された。またこの光ファイバーの伝送損失は５９０ｎｍ
において１５３ｄＢ/ｋｍ、６５０ｎｍにおいて１７６
ｄＢ/ｋｍであり、伝送距離１００ｍでの信号伝送を確
認したところ信号が検出された。

【００２４】比較例１ポリメチルメタクリレート４６重量部、ベンジルメタク
リレート４４重量部、メチルメタクリレート１０重量
部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．
２重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加
熱混練して第一層形成用原液とした。ポリメチルメタク
リレート５０重量部、メチルメタクリレート５０重量
部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．
２重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加
熱混練して第二層形成用原液とした。また、ポリメチル
メタクリレート４５重量部、２、２、３、３、４、４、
５、５−オクタフルオロメタクリレート３５重量部、メ
チルメタクリレート２０重量部、１−ヒドロキシシクロ
ヘキシルフェニルケトン０．２重量部及びハイドロキノ
ン０．１重量部を７０℃に加熱混練したものを第三層形
成用原液とした。

【００２５】この３種類の原液を実施例１と同様に３層
複合紡糸ノズルにより、紡糸原液の屈折率が中心から外
周に向かって順次低くなるように配列し、同時に押し出
すことによりストランドファイバーとした。押し出し時
の粘度は第一層の成分が４．１×１０⁴ポイズ、第二層
の成分が１．９×１０⁴ポイズ、第三層の成分が２．１
×１０⁴ポイズであった。また複合紡糸ノズルの温度は
５５℃であった。

【００２６】次いで実施例１と同様に長さ９０ｃｍの各
層間の相互拡散処理部を通過させ、その後長さ１２０ｃ
ｍ、ケミカルランプ１２本を円状に等間隔に配置した光
照射部の中心にストランドファイバーを通過させ５０ｃ
ｍ/分の速度でニップローラーにより巻き取った。

【００２７】得られた光ファイバーの直径は直径１ｍｍ
であり、屈折率は中心部が１．５２０１で外周部が１．
４５３４７であり、中心部から外周部にかけて連続的に
変化していることが確認された。しかしながらこの光フ
ァイバーの伝送損失は５９０ｎｍにおいて５３２ｄＢ/
ｋｍ、６５０ｎｍにおいて５８６ｄＢ/ｋｍであり、伝
送距離１００ｍでの信号伝送を確認したところ信号は検
出されなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると曲げ特性が良好で１００
ｍ程度の光伝送特性を有する屈折率分布型光ファイバー
を連続的に効率良く製造することが可能であり、その工
業的な意義は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の屈折率分布型光ファイバーの製造方法
において用いられる装置の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１紡糸ノズル２ストランドファイバー３相互拡散処理部４硬化処理部５引き取りローラー６屈折率分布型光ファイバ− ７巻き取りロ−ラ− ８不活性ガス導入口９不活性ガス排気口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ０８Ｊ 5/04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが重合体Ａ６０〜３０重量％
と、重合性単量体Ｂの単独物もしくは混合物１０〜６９
重量％と、分子量１００〜１０００の非重合性化合物Ｃ
１〜４０重量％との３成分からなり、重合体Ａ及び非重
合性化合物Ｃとしてはそれぞれ共通の種類のものが用い
られ重合性単量体Ｂの単独物もしくは混合物としては種
類と組成比の少なくとも一方が異なるｎ個（ｎ≧２）の
紡糸原液を、中心から外周に向かって屈折率が順次低く
なるように同心円状の多層複合紡糸ノズルに供給し、紡
糸時の各層の紡糸原液粘度を１０³〜１０⁸ポイズとして
紡糸して、同心円状に積層した未硬化状のファイバーに
賦形し、このようにして得られた多層ストランドファイ
バーの隣接層間で重合性単量体Ｂを相互拡散させながら
または相互拡散させた後に、ストランドファイバー中の
重合性単量体Ｂを硬化処理することを特徴とする屈折率
分布型プラスチック光ファイバーの製造方法。