JPH09230145A

JPH09230145A - プラスティック光ファイバ母材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09230145A
Application number: JP8033837A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujii; 隆志藤井; Takehito Kobayashi; 勇仁小林; Toshifumi Hosoya; 俊史細谷; Maki Ikechi; 麻紀池知
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】透明度の高いプラスティック光ファイバの製
造方法を提供する。【解決手段】重合後の屈折率が互いに異なる複数の重
合性材料を順次に重合させることにより、管状重合体の
内面上に他の重合体が形成された構造のグレーテッド・
インデックス型のプラスティック光ファイバ母材を製造
する方法であり、重合性材料を重合させた後、得られた
重合体に揮発成分除去処理を施す工程を含むことを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスティック光
ファイバ母材及びその製造方法に関するものであり、特
に、径方向に沿って屈折率が単調に変化するグレーテッ
ド・インデックス型のプラスティック光ファイバ（以
下、必要に応じて「ＧＩ−ＰＯＦ」と略す。）母材及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＧＩ−ＰＯＦは、径方向に沿っ
て単調に変化する屈折率分布を持ったプラスティック光
ファイバ母材を製造し、これを線引することで簡単に作
製することができる。このような母材を構成するプラス
ティックの重合方法としては、共重合反応を利用する方
法（特開昭６１−１３０９０４号、特開昭６０−１１９
５０９号、特開昭５７−１８５００１号、特開平４−９
７３０２号の各公報に記載）や、光学樹脂のマトリック
スの原材料として１種類以上の単量体を用意し、重合反
応には関与しない異屈折率物質を混入し、その物質の拡
散を利用して屈折率分布を形成する方法（特開平５−５
０７６１０号公報に記載）が知られている。

【０００３】このうち、特開昭６１−１３０９０４号公
報には、共重合体を構成すべき二種類の単量体の反応性
比の差を利用して、径方向に滑らかに変化する屈折率分
布を形成する方法が開示されている。また、特開昭６０
−１１９５０９号公報には、重合体を数段階で内付けす
ることによりクラッド及びコアを形成する方法が開示さ
れている。さらに、特開平５−５０７６１０号公報に
は、円筒形の重合管を作製し、その後、重合管の中空部
に数種類の単量体の混合溶液を注入して中心部分を一気
に作製する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６１−１３０９
０４号や、特開平４−９７３０２号、特開昭６０−１１
９５０９号などに記載される製造方法では、重合管の内
面上に他の重合体を重合形成する際に、重合管と重合中
の物質との間で相分離現象が起こりやすく、両者に含ま
れる単量体や重合体が拡散して、重合管から重合中の物
質へ、あるいは重合中の物質から重合管へ浸入しやすい
ようになっている。このため、従来の製造方法では、得
られる母材が白濁しやすく、この母材を線引して得られ
る光ファイバの散乱損失、ひいては伝送損失が大きくな
りやすいという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、透明性の高い光ファイバ母材を製造す
る方法、及び透明性の高い光ファイバ母材を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願に係る第１の光ファイバ母材製造方法は、１
種類の単量体から構成され、又は数種類の単量体を混合
した複数の重合性材料であって重合後の屈折率が互いに
異なるものを順次に重合させることにより、管状重合体
の内面上に他の重合体が形成された構造のグレーテッド
・インデックス型のプラスティック光ファイバ母材を製
造する方法であって、重合性材料を重合させた後、得ら
れた重合体に揮発成分除去処理を施す工程を含むことを
特徴としている。

【０００７】なお、揮発成分除去処理としては、例え
ば、加熱処理や真空乾燥を用いることができる。

【０００８】本願の発明者が、管状の重合体を形成し、
次いで、この管状重合体の内面上に他の重合体を重合し
て光ファイバ母材を製造する実験を繰り返し行ったとこ
ろ、重合体を重合し終えた段階で、得られた重合体中に
揮発成分が多く残っていることがよくあり、そのために
管状重合体の内面上に重合体を重合する際、管状重合体
と重合中の材料との界面近傍で単量体や重合体の拡散、
膨潤が起こりやすく、母材が白濁しやすいことがわかっ
た。

【０００９】この点に鑑み、本願に係る第１の製造方法
は、重合体の重合後に重合体中の揮発成分を除去する工
程を含んでいるので、製造される母材は白濁しにくく、
全光線透過率が８５．０％以上の高い透明度を有する母
材を製造することも可能となる。

【００１０】なお、本願明細書において、「全光線透過
率」とは、「ＪＩＳハンドブックプラスチック１９９
５」の「プラスチックの光学的特性試験方法」（Ｋ７１
０５）の５.５に定義されるものをいい、所定の測定法
Ａによって積分球式測定装置を用いて全光線透過量を測
定することにより求められる。測定法Ａの条件も、同書
のＫ７１０５の５.５に記載されている。

【００１１】次に、本願に係る第２の製造方法は、１種
類の単量体から構成され、又は数種類の単量体を混合し
た複数の重合性材料であって重合後の屈折率が互いに異
なるものを順次に重合させることにより、管状重合体の
内面上に他の重合体が形成された構造のグレーテッド・
インデックス型のプラスティック光ファイバ母材を製造
する方法であって、隣接する二つの重合体を構成すべき
二つの重合性材料間で、各重合性材料に含まれる単量体
の比率の差が、得られる光ファイバ母材の全光線透過率
が８５．０％以上となる程度に小さいことを特徴として
いる。

【００１２】本願発明者の知見によれば、隣接する二つ
の重合体を構成すべき二つの重合性材料の組成が類似し
ているほど、管状重合体の内面上に他の重合体を重合す
る際、単量体や重合体が拡散、膨潤しにくくなる。従っ
て、本願に係る第２の製造方法によれば、製造される母
材は白濁しにくくなり、全光線透過率が８５．０％以上
の高い透明度を有する母材が製造されることになる。

【００１３】実際に、本願発明者は、単量体である２，
２，２−トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）
及びメチルメタクリレート（ＭＭＡ）を材料として光フ
ァイバ母材を製造する実験を行った。具体的には、ま
ず、ガラス管を水平に保持しながら、管内に２，２，２
−トリフルオロエチルメタクリレートを注入し、続い
て、連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタン（ｎ−Ｂ
Ｍ）を０．１２重量％、及び重合開始剤としてベンジル
パーオキサイド（ＢＰＯ）を０．３０重量％加える。次
いで、ガラス管の開口部をシールしてから恒温槽に収容
し、２０℃の大気中で２０時間にわたりガラス管を１３
００ｒｐｍで回転させて熱重合させることにより、外径
１６．８ｍｍ、内径１２．０ｍｍのポリ２，２，２−ト
リフルオロエチルメタクリレートからなる重合管を作製
する。次に、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリ
レートとメチルメタクリレートとを所定のモル比で混合
した溶液を重合管の中空部に注入し、続いて、連鎖移動
剤としてｎ−ブチルメルカプタンを０．１２重量％、及
び重合開始剤としてベンジルパーオキサイド（ＢＰＯ）
を０．３０重量％加える。次いで、重合管の開口部をシ
ールしてから恒温槽に収容し、２０℃の大気中で２０時
間にわたり重合管を１３００ｒｐｍで回転させて熱重合
させることにより、重合管の内表面上に新たな重合管を
形成する。二つの重合管からなる管状体の外径は１６．
８ｍｍであり、内径は１０．０ｍｍである。以上によ
り、中空のプラスティック光ファイバ母材が得られる。

【００１４】内側の重合管を構成する２，２，２−トリ
フルオロエチルメタクリレートとメチルメタクリレート
とのモル混合比を様々に変えて、母材の製造を繰り返し
行い、その母材の全光線透過率を測定したところ、次の
表に示されるような結果を得た。

【００１５】

【表１】上記の実験では、外側の重合管の材料として、連鎖移動
剤及び重合開始剤を除けば２，２，２−トリフルオロエ
チルメタクリレート（３ＦＭ）のみからなる重合性材料
を用い、内側の重合管の材料として２，２，２−トリフ
ルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）を少し減らし
て、その減少分をメチルメタクリレート（ＭＭＡ）で補
った重合性材料を用いているので、これらの重合性材料
間での３ＦＭのモル混合比の差と、ＭＭＡのモル混合比
の差とは当然等しくなる。上記表中の「隣接材料間での
単量体の比率の差」とは、このような混合比の差を表し
ている。

【００１６】表１に示されるように、隣接材料間での単
量体の比率の差が小さいときは、全光線透過率が８５．
０％以上と、透明度の高い母材が得られるが、単量体の
比率の差が２０．７％や３９．５％になると、得られる
母材が見た目にもはっきりと白濁するようになった。な
お、白濁した場合の全光線透過率は測定しなかったが、
８５．０％という高い全光線透過率を有するはずはな
く、４０％以下程度の低い透明度しか有しないと思われ
る。

【００１７】従って、本願に係る第２の製造方法におい
て、上記の重合性材料に、単量体であるメチルメタクリ
レートと２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレー
トとを互いに異なる混合比で混合した数種類の溶液が含
まれる場合には、これらの溶液のうち隣接する二つの重
合体を構成すべき二つの溶液間に含まれる各単量体のモ
ル混合比の差が２０．０％以内、より好ましくは１８．
０％以内になるようにすると良い。

【００１８】次に、本願に係る第１又は第２の製造方法
では、上記の管状重合体を、その厚さが０．５ｍｍ以上
になるように形成すると良い。このようにすると、管状
重合体の内面上及び外面上の双方に重合体を形成する場
合にも、管状重合体の内側の重合体から管状重合体へ向
けて生じた膨潤が管状重合体の外側の重合体まで波及せ
ず、また逆に、外側の重合体から管状重合体へ向けて生
じた膨潤が内側の重合体まで波及しなくなるので、いっ
そう透明度の高いプラスティック光ファイバ母材を製造
することができる。

【００１９】次に、本願に係るグレーテッド・インデッ
クス型のプラスティック光ファイバ母材は、所定の屈折
率を有する管状の重合体と、この管状重合体の内面上に
形成され、この管状重合体と異なる屈折率を有する他の
重合体とを備えており、全光線透過率が８５．０％以上
であることを特徴としている。

【００２０】本願のプラスティック光ファイバ母材は、
８５．０％以上という極めて高い全光線透過率を有して
おり、透明度が高いので、これを線引すると、伝送損失
の極めて少ないプラスティック光ファイバが得られるこ
とになる。

【００２１】本願のプラスティック光ファイバ母材は、
母材の軸を中心軸にして延びる貫通穴を有していると良
い。このような中空構造の母材は、中実の母材よりも少
ない工程で製造することができるので、量産性に優れて
いる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明に
おいて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明
を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ず
しも一致していない。

【００２３】図１〜図５は、本実施形態に係るプラステ
ィック光ファイバの製造方法を説明するための図であ
る。本実施形態では、まず、円環状の断面を有するガラ
ス管１を水平に保持しながら、単量体である２，２，２
−トリフルオロエチルメタクリレートを管内に注入し、
続いて、連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタンを
０．１２重量％、及び重合開始剤としてベンジルパーオ
キサイド（ＢＰＯ）を０．３０重量％加える。次いで、
ガラス管１の開口部をシールしてから、ガラス管１を恒
温槽に収容し、７０℃の大気中で２０時間にわたり１３
００ｒｐｍで回転させて熱重合を行わせる。これによ
り、ポリ２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレー
トからなる管状の重合体、すなわち重合管１０が得られ
る（図１）。この重合管１０は、円環状の断面を有して
おり、その外径は１６．８ｍｍ、内径は１１．４ｍｍで
ある。

【００２４】こうして得られた重合管１０には揮発成分
１２が多く含まれているため、本実施形態では、ガラス
管１を付けたまま重合管１０を恒温槽に収容し、７０℃
の大気中で２４時間にわたり放置するという加熱処理を
行って、揮発成分１２を除去する（図２）。

【００２５】次に、単量体である２，２，２−トリフル
オロエチルメタクリレートとメチルメタクリレートとを
体積比６：１（モル比８２．１％：１７．９％）で混合
した溶液を重合管１０の中空部に注入し、続いて、連鎖
移動剤としてｎ−ブチルメルカプタンを０．１２重量
％、及び重合開始剤としてベンジルパーオキサイド（Ｂ
ＰＯ）を０．３０重量％加える。なお、二つの単量体の
混合比は、この混合溶液の重合後の屈折率が重合管１０
の屈折率よりも高くなるように決められている。

【００２６】次いで、重合管１０を、そのの開口部をシ
ールしてから恒温槽に収容し、７０℃の大気中で２０時
間にわたり重合管１０を１３００ｒｐｍで回転させて熱
重合を行わせて、重合管１０の内面上に新たな重合管２
０を形成する。重合管２０は、重合管１０と同じく、円
環状の断面を有しており、二つの重合管１０及び２０か
らなる管状体（以下、「複合重合管」と呼ぶ。）２５の
外径は１６．８ｍｍであり、内径は９．４ｍｍである
（図３）。遠心力の作用により、重合管２０内でのメチ
ルメタクリレートの分布は径方向に沿って内側から外側
に単調に減少するものとなるので、その結果、重合管２
０は、径方向に沿って内側から外側に単調に減少する屈
折率分布を有することになる。

【００２７】本実施形態では、上述の加熱処理により、
重合管１０中の揮発成分が除去されているので、重合管
２０の重合中に、２，２，２−トリフルオロエチルメタ
クリレートやメチルメタクリレートやポリ２，２，２−
トリフルオロエチルメタクリレートの拡散、膨潤は生じ
にくくなっている。また、重合管１０を得るための重合
性材料と重合管２０を得るための重合性材料との間で、
２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートのモル
比の差は、１７．９％であり、メチルメタクリレートの
モル比の差も同じであることから、隣接する重合管１０
及び２０の重合性材料間で各単量体のモル比の差が２０
％以内に抑えられており、この点からも、メチルメタク
リレート等の拡散、膨潤が生じにくくなっている。

【００２８】次いで、ガラス管１の付いた複合重合管２
５を恒温槽に収容し、７０℃の環境下で２４時間にわた
り放置することにより、複合重合管２５に含まれる揮発
成分を除去する。

【００２９】続いて、２，２，２−トリフルオロエチル
メタクリレートとメチルメタクリレートを体積比３：１
（モル比６９．６％：３０．４％）で混合した溶液を複
合重合管２５の中空部に注入し、続いて、連鎖移動剤と
してｎ−ブチルメルカプタンを０．１２重量％、及び重
合開始剤としてベンジルパーオキサイド（ＢＰＯ）を
０．３０重量％加える。

【００３０】次いで、ガラス管１の付いた複合重合管２
５を、その開口部をシールしてから恒温槽に収容し、７
０℃の大気中で２０時間にわたり３０ｒｐｍで回転させ
て熱重合を行わせる。これにより、複合重合管２５の内
面上に円柱状の重合体３０が新たに形成され、円柱状の
複合重合体（外径１６．８ｍｍ）３５が得られる（図
４）。遠心力の作用により、重合体３０内でのメチルメ
タクリレートの分布は径方向に沿って内側から外側に単
調に減少するものとなるので、その結果、重合体３０
は、径方向に沿って内側から外側に単調に減少する屈折
率分布を有することになる。

【００３１】上述の加熱処理により複合重合管２５中の
揮発成分が除去されているので、円柱状重合体３０の重
合中に、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレー
トやメチルメタクリレートやポリ２，２，２−トリフル
オロエチルメタクリレートの拡散、膨潤は生じにくくな
っている。また、重合管２０を得るための重合性材料と
円柱状重合体３０を得るための重合性材料との間で、
２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートのモル
比の差は、１２．５％であり、メチルメタクリレートの
モル比の差も同じであることから、隣接する重合管２０
及び重合体３０の重合性材料間で各単量体のモル比の差
が２０％以内に抑えられており、この点からも、メチル
メタクリレート等の拡散、膨潤が生じにくくなってい
る。

【００３２】さらに、重合管２０は、２ｍｍという十分
な厚さを有しているので、重合体３０の重合時にメチル
メタクリレート等の膨潤が生じたとしても、それが重合
管２０の外側にある重合管１０にまで及ぶことはない。

【００３３】この後、ガラス管１付きの複合重合体３５
を恒温槽に収容し、７０℃の大気中で２４時間にわたり
放置することにより、複合重合体３５に含まれる揮発成
分を除去し、続いて、ガラス管１の付いた複合重合体３
５を恒温槽から取り出し、徐冷してからガラス管１を取
り外せば、円柱状のプラスティック光ファイバ母材１０
０が得られる（図５）。

【００３４】この光ファイバ母材１００において、最も
外側に位置する重合管１０はクラッドであり、重合管１
０の内側にある重合管２０と円柱状重合体３０とはコア
を形成している。重合管２０は、コアの外層部を構成し
ていることから外層コアと呼び、重合管２０の内側に位
置する重合体３０は、外層コアに対する意味で内層コア
と呼ぶことにする。

【００３５】なお、母材を構成する各重合体の重量平均
分子量（Ｍ_w）が１０万未満であると気泡が発生しやす
く、１００万を超えると硬くなりすぎて線引が困難とな
るので、この重量平均分量は、１０万以上１００万以下
であるのが好ましい。また、各重合体のＭ_w／Ｍ_n（Ｍ_n
は、数平均分子量をさす）の値が１０よりも小さい場
合、より望むらくは２〜３程度の値の場合、膨潤層の厚
さが薄くなり、白濁が一層生じにくくなる。

【００３６】本発明者らが、干渉顕微鏡を用いて、この
光ファイバ母材の径方向の屈折率分布を測定したとこ
ろ、図６に示すような結果が得られた。この図に示され
るように、本実施形態の方法により製造されるプラステ
ィック光ファイバ母材は、屈折率が外径から中心に向か
って単調に上昇するグレーテッド・インデックス型の光
ファイバ（ＧＩ−ＰＯＦ）母材である。

【００３７】このＧＩ−ＰＯＦ母材を、２５０℃の円筒
形加熱筒内で間接加熱しながら熱延伸し、直径０．７５
ｍｍのＧＩ−ＰＯＦを作製し、この光ファイバの伝送損
失を白色光源とスペクトルアナライザを用いて測定した
ところ、波長５７５ｎｍにおける伝送損失は１４０ｄＢ
／ｋｍと少なく、このプラスティック光ファイバが高い
光学特性を持っていることがわかった。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本願に係る
第１の母材製造方法では、重合体の重合後に重合体中の
揮発成分を除去する工程を含んでいるので、製造される
母材は白濁しにくくなり、全光線透過率が８５．０％以
上の高い透明度を有する母材を製造することも可能とな
る。

【００３９】本願に係る第２の母材製造方法では、隣接
する二つの重合体を構成すべき二つの重合性材料間で、
各重合性材料に含まれる単量体の比率の差を十分に小さ
くしていることから、隣接する重合性材料間で組成が類
似しており、単量体や重合体が拡散、膨潤しにくくなる
ので、製造される母材は白濁しにくく、全光線透過率が
８５．０％以上という高い透明度を有する母材が製造さ
れる。

【００４０】次に、本願のプラスティック光ファイバ母
材は、８５．０％以上という極めて高い全光線透過率を
有しており、透明度が高いので、これを線引すること
で、伝送損失の少ないプラスティック光ファイバを容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の母材製造方法を説明する第１の図で
あり、製造途中に得られる重合管１０の構造を示す破砕
斜視図である。

【図２】実施形態の母材製造方法を説明する第２の図で
あり、揮発成分除去処理を施した後の重合管１０を示す
破砕斜視図である。

【図３】実施形態の母材製造方法を説明する第３の図で
あり、製造途中に得られる複合重合管２５の構造を示す
斜視図である。

【図４】実施形態の母材製造方法を説明する第４の図で
あり、製造途中に得られる複合重合体３５の構造を示す
斜視図である。

【図５】実施形態の母材製造方法を説明する第５の図で
あり、本実施形態の方法により製造されたプラスティッ
ク光ファイバ母材１００の構造を示す斜視図である。

【図６】本実施形態で製造された光ファイバ母材１００
の径方向屈折率分布を示す図である。

【符号の説明】

１…ガラス管、１０及び２０…重合管、１２…揮発成
分、２５…複合重合管、３０…円柱状重合体、３５…複
合重合体、１００…プラスティック光ファイバ母材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池知麻紀神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１種類の単量体から構成され、又は数種
類の単量体を混合した複数の重合性材料であって重合後
の屈折率が互いに異なるものを順次に重合させることに
より、管状重合体の内面上に他の重合体が形成された構
造のグレーテッド・インデックス型のプラスティック光
ファイバ母材を製造する方法において、前記重合性材料を重合させた後、得られた重合体に揮発
成分除去処理を施す工程を含むことを特徴とするプラス
ティック光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】１種類の単量体から構成され、又は数種
類の単量体を混合した複数の重合性材料であって重合後
の屈折率が互いに異なるものを順次に重合させることに
より、管状重合体の内面上に他の重合体が形成された構
造のグレーテッド・インデックス型のプラスティック光
ファイバ母材を製造する方法において、隣接する二つの重合体を構成すべき二つの前記重合性材
料間で、各重合性材料に含まれる単量体の比率の差が、
得られる光ファイバ母材の全光線透過率が８５．０％以
上となる程度に小さいことを特徴とするプラスティック
光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】前記複数の重合性材料には、単量体であ
るメチルメタクリレートと２，２，２−トリフルオロエ
チルメタクリレートとを互いに異なる混合比で混合した
数種類の溶液が含まれており、これらの溶液のうち隣接
する二つの重合体を構成すべき二つの溶液間に含まれる
前記各単量体のモル混合比の差が２０％以内であること
を特徴とする請求項２記載のプラスティック光ファイバ
母材の製造方法。
【請求項４】前記管状重合体を、その厚さが０．５ｍ
ｍ以上になるように形成することを特徴とする請求項１
又は２記載のプラスティック光ファイバ母材の製造方
法。
【請求項５】所定の屈折率を有する管状の重合体と、
この管状重合体の内面上に形成され、この管状重合体と
異なる屈折率を有する他の重合体とを備え、全光線透過率が８５．０％以上であることを特徴とする
グレーテッド・インデックス型のプラスティック光ファ
イバ母材。
【請求項６】母材の軸を中心軸にして延びる貫通穴を
有することを特徴とする請求項５記載のプラスティック
光ファイバ母材。