JPH10133036A - マルチステップインデックス型プラスチック光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

マルチステップインデックス型プラスチック光ファイバ及びその製造方法

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JPH10133036A
JPH10133036A JP8290966A JP29096696A JPH10133036A JP H10133036 A JPH10133036 A JP H10133036A JP 8290966 A JP8290966 A JP 8290966A JP 29096696 A JP29096696 A JP 29096696A JP H10133036 A JPH10133036 A JP H10133036A
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JP
Japan
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optical fiber
refractive index
layers
plastic optical
polymer
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JP8290966A
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Shinichi Toyoshima
真一 豊島
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送帯域が広く、且つ曲げによる光量ロスの
低減されたプラスチック光ファイバを安定して量産する
方法を提供する。 【解決手段】 屈折率の異なる5種類以上のポリメチル
メタクリレート系重合体をそれぞれ連続重合し、中心が
最も屈折率が高くなるように多層複合紡糸ダイに供給
し、成形紡糸して、段階的な屈折率分布を有する多層構
造を形成し、その外側をさらに低い屈折率の鞘樹脂で被
覆してプラスチック光ファイバとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、グレーディッドイ
ンデックス(GI)型プラスチック光ファイバに準ず
る、広帯域を有する多段階段状屈折率分布を有するマル
チステップインデックス型プラスチック光ファイバ及び
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】GI型光ファイバは、ファイバの中心の
屈折率が最も高く、外側にゆくに従って屈折率が二次分
布的に低くなるように形成された光ファイバのことであ
り、伝送帯域の広いことが特長である。このGI型光フ
ァイバとしてプラスチック製のものが昭和40年代から
多数提案されているが、中でも優れたものとしては、慶
応大学の大塚、小池らの開発によるものがある。
【0003】これらのGI型プラスチック光ファイバ
は、主としてプリフォーム方式で製造される。この方式
は、予め屈折率分布を持たせたプリフォームロッドと呼
ばれる棒を重合によって形成し、それを熱で伸ばしてフ
ァイバとするものである。重合体としては主としてポリ
メチルメタクリレート(PMMA)系重合体が用いられ
ている。プリフォームロッドに屈折率分布を持たせるに
は、主としてメチルメタクリレートモノマーと高屈折率
の重合性モノマー或いは非重合性化合物を静置、或いは
回転させ、細心の注意を払いながら長時間かけて重合固
化させて製造している。このプリフォームロッドの出来
具合が、GI型光ファイバの伝送損失や帯域などの重要
な性能を決定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のGI型プラスチ
ック光ファイバの問題点は生産性に劣る点にある。プラ
スチック光ファイバの特長は大口径で扱い易いことであ
るが、この特長が有効な0.5〜1.0mm程度の直径
の光ファイバを上記したプリフォーム方式で製造する
と、ファイバ長の短いものしか得られない。即ち、前記
した通り、プリフォームロッドは重合過程の分子の拡散
状態を利用して屈折率分布を形成したものであるから、
形成し得るロッドの大きさには限界がある。従って、工
業的に安定した品質のものを量産し、しかも経済的に生
産することが困難であった。
【0005】また、従来のGI型プラスチック光ファイ
バは、屈折率分析がせまいために、ファイバを曲げた時
の光量ロスが大きいという問題も有った。
【0006】本発明の目的は、上記プリフォーム方式に
代わり、量産が可能な伝送帯域の広いプラスチック光フ
ァイバ及びその連続製造方法を提供することにある。
【0007】また、本発明の目的は、曲げによる光量ロ
スの小さいプラスチック光ファイバを提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、屈折率
が異なる5種類以上のポリメチルメタクリレート系重合
体層が同心円状に多層構造を形成してなる光ファイバで
あり、内側の層から外側の層に向かって屈折率が二次分
布的に低くなることを特徴とするマルチステップインデ
ックス型プラスチック光ファイバである。
【0009】本発明においては、上記光ファイバの多層
構造の外側にさらに屈折率の低い透明鞘樹脂を被覆して
おり、その屈折率の低下の程度が、内側の二次分布的低
下よりも大きいマルチステップインデックス型プラスチ
ック光ファイバも提供するものである。
【0010】本発明の第2は、屈折率が異なる5種類以
上のポリメチルメタクリレート系重合体を、それぞれ連
続重合法により重合せしめ、各重合体の揮発成分を除去
した後、溶融状態のまま多層複合紡糸ダイに供給し、内
側の層から外側の層に向かって屈折率が二次分布的に低
くなるように成形紡糸することを特徴とするマルチステ
ップインデックス型プラスチック光ファイバの製造方法
である。
【0011】即ち本発明は、屈折率の異なる樹脂を同心
円状に多層積層することによりファイバ内に階段状の屈
折率勾配を形成してGI型に擬似的なマルチステップイ
ンデックス型のプラスチック光ファイバとすることによ
り、多層複合紡糸ダイによる連続製造を実現したもので
ある。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明においては、屈折率の異な
る樹脂を積層するため、ファイバ内に階段状に屈折率勾
配が形成される。屈折率分布を形成した効果は、該勾配
が5段階、即ち5種類以上の樹脂を積層することにより
得られる。樹脂の種類を無限に増やせば該勾配は滑らか
になり、従来のGI型のファイバと同様の効果が得られ
るが、積層する樹脂の数を増やすと設備費が増加するた
め、必要以上に樹脂数を増やすことは好ましくなく、好
ましくは20層が上限である。
【0013】本発明において用いられるポリメチルメタ
クリレート(PMMA)系重合体とは、メチルメタクリ
レートの単独重合体及びメチルメタクリレートをモノマ
ー主成分とする共重合体であり、メチルメタクリレート
の単独重合体を標準にして、メチルメタクリレートと共
重合体可能なアクリレート又はメタクリレートとの共重
合体を適宜選定することにより、屈折率の異なる重合体
を得ることができる。例えば、屈折率の高い重合体を得
るには、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニール
(メタ)アクリレートのようにフェニール構造のあるも
の、或いはシクロヘキシル(メタ)アクリレートのよう
なコモノマーを用いれば良く、屈折率の低い重合体を得
るには、炭素数1〜8のアルキルアクリレートやフルオ
ロアルキル(メタ)アクリレートのようなコモノマーを
用いれば良い。その他、メチルメタクリレートとスチレ
ン或いはアクリロニトリルなどとの共重合体を用いるこ
ともできる。
【0014】上記重合体は、連続重合法により重合され
ることが必要である。これは、プラスチック光ファイバ
の伝送損失が大きくなる原因である、異物や酸素の混入
による重合体の着色を防止するためである。ここで、連
続重合法とは、連続塊状重合法、連続溶液重合法のこと
を意味し、原料モノマーと重合開始剤と連鎖移動剤の仕
込みから重合反応を連続して行うものである。その後の
工程としては、引き続き未反応モノマーや溶剤などの揮
発成分を連続的に除去する脱揮押出機などの脱揮装置を
経由して重合体のみを分離し、固形化することなく溶融
状態のまま、引き続きギヤポンプなどの定量性のある搬
送装置で多層複合紡糸ダイに供給する。この工程によ
り、重合体は異物の混入を防ぎ、空気に触れさせること
なく、最低の熱履歴のみで光学的に優れた重合体をファ
イバに形成することができる。連続重合法の中でも特に
好ましい工程は、完全混合の重合反応器を1段で行うも
ので、これは、微分的な組成の重合体ができるので透明
性に優れており好ましい。
【0015】上記のようにして重合したPMMA系重合
体の好ましいメルトフローインデックスはオリフィスの
直径2mm、長さ8mmで、230℃、3.8Kgの荷
重にて0.2〜60g/10分の範囲のものであり、特
に好ましくは1.0〜40g/10分のものである。
【0016】本発明に用いられるPMMA系重合体は、
その屈折率が、ファイバの内側の層から外側の層に向か
って屈折率が二次分布的に低くなるように、段階的に異
なる。この屈折率の差の目安は、ファイバの中心部と最
外層において、ナトリウムD線に対する屈折率nd20
℃において、0.01以上である。各重合体層のファイ
バ軸径方向の層厚は均一でも不均一でも構わない。
【0017】具体的に重合体の組み合わせとしては、例
えば、中心部にメチルメタクリレートの単独重合体を用
い、外層にメチルメタクリレートとフルオロアルキルメ
タクリレートの共重合体を用いた組み合わせや、最外層
にメチルメタクリレート単独重合体を用い、中心部にメ
チルメタクリレートとベンジルメタクリレート或いはス
チレンとの共重合体を用いた組み合わせなどが好まし
い。
【0018】本発明においては、各重合体層に応じて設
計された重合体を、所定の層の断面積分に応じて多層複
合紡糸ダイに供給される。図2に9層構造の多層複合紡
糸ダイの縦断面図(a)と横断面図(b)を示す。図2
に示すように、多層複合紡糸ダイは層の数に応じたダイ
プレートがあり、そのプレートに対応する層の樹脂をガ
イドするパイプが同心円状に配置されてあるのが好まし
い。図中H1〜H9は樹脂受入口、10はガイドパイプ
である。多層構造化された樹脂は引き落としを行い、延
伸して直径0.25〜2.0mm程度のファイバに成形
される。
【0019】さらに本発明においては、前記した光ファ
イバの外側に、透明鞘樹脂を被覆することにより、曲げ
による光量ロスを低減することができる。
【0020】本発明において用いられる透明鞘樹脂とし
ては、屈折率が内側の多層構造における二次分布の屈折
率よりも低い屈折率を有するものである。このような光
ファイバは、前記した多層複合紡糸ダイさらに1層を追
加して、内側の多層構造と同時に一気に製造しても良い
し、また、内側の多層構造のみを前記の多層複合紡糸ダ
イにて製造した後、クロスヘッドダイやコーティング法
などにより鞘樹脂を被覆しても良い。
【0021】本発明にかかる透明鞘樹脂としては、ステ
ップインデックスのNAが0.4〜0.6程度の現在商
品化されているプラスチック光ファイバに使用されてい
る鞘樹脂で、屈折率が1.3〜1.44程度のものが使
用でき、例えばビニリデンフロライドとテトラフロロエ
チレン共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロ
プロペン共重合体、フルオロアルキルメタクリレート共
重合体などが挙げられるがこれに限定されるものではな
い。また、鞘樹脂層の厚さは3μm以上あれば良く、通
常5〜50μmである。
【0022】
【実施例】
[実施例1]図2に示した多層複合紡糸ダイを用いて9
層構造のマルチステップインデックス型プラスチック光
ファイバを製造した。
【0023】精製された原料モノマーとして、メチルメ
タクリレート、ベンジルメタクリレートを用い、アゾビ
ス−tert−オクタン、ブチルメルカプタンを用いて
重合体を得た。重合装置は9系列からなる1段の完全混
合重合反応器と引き続き脱揮押出機とギヤポンプからな
る。それぞれの重合体供給系列からメチルメタクリレー
トとベンジルメタクリレートの共重合比率を調節した重
合体を得て、多層複合紡糸ダイの供給口に供給した。各
重合体の組成と屈折率、及び供給量は表1に示す通りで
ある。また、屈折率分布を図1に示す。重合体のメルト
フローインデックスは230℃で2〜5g/10分の範
囲であった。工程中の重合体の温度は220℃に保ち、
多層複合紡糸ダイの出口から排出されたストランドを引
き伸ばし、延伸処理を行い、直径1.0mmのプラスチ
ック光ファイバを得た。
【0024】上記プラスチック光ファイバに黒色ポリエ
チレンを被覆し、ケーブルを得、伝送損失を測定したと
ころ、650nmにて200dB/kmであり、また、
伝送帯域は1GHz・50m以上が認められた。
【0025】
【表1】
【0026】[実施例2]実施例1で製造したマルチス
テップインデックス型プラスチック光ファイバの外側
に、クロスヘッドダイを介して鞘樹脂を被覆した。該鞘
樹脂としては、屈折率が1.403のビニリデンフロラ
イド80モル%とテトラフロロエチレン20モル%の共
重合体を用いた。本実施例の光ファイバの屈折率分布を
図3に示す。
【0027】上記鞘樹脂の被覆層の厚みは20μmで、
最終的な光ファイバの直径は1.04mmであった。こ
の光ファイバに黒色ポリエチレンで被覆を行い、ケーブ
ルを得、伝送損失を測定したところ、650nmにて2
00dB/kmであった。このケーブルの曲げによる光
量ロスは半径20mmの棒に1回巻きつけた時に0.5
dBと十分小さいことが確認された。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ファイバ内に屈折率分布を有し、伝送帯域の広いプラス
チック光ファイバを連続的に製造することが可能なた
め、該ファイバの経済的な量産が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で製造したファイバ内の屈折率分布を
示す図である。
【図2】本発明で用い得る多層複合紡糸ダイの断面図で
ある。
【図3】実施例2で製造したファイバ内の屈折率分布を
示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈折率が異なる5種類以上のポリメチル
    メタクリレート系重合体が同心円状に多層構造を形成し
    てなる光ファイバであり、内側の層から外側の層に向か
    って屈折率が二次分布的に低くなることを特徴とするマ
    ルチステップインデックス型プラスチック光ファイバ。
  2. 【請求項2】 上記多層構造の外側にさらに屈折率の低
    い透明鞘樹脂を被覆しており、その屈折率の低下の程度
    が、内側の二次分布的低下よりも大きいことを特徴とす
    る請求項1記載のマルチステップインデックス型プラス
    チック光ファイバ。
  3. 【請求項3】 屈折率が異なる5種類以上のポリメチル
    メタクリレート系重合体を、それぞれ連続重合法により
    重合せしめ、各重合体の揮発成分を除去した後、溶融状
    態のまま多層複合紡糸ダイに供給し、内側の層から外側
    の層に向かって屈折率が二次分布的に低くなるように成
    形紡糸することを特徴とするマルチステップインデック
    ス型プラスチック光ファイバの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ポリメチルメタクリレート系重合体
    に加えてさらに屈折率の低い透明鞘樹脂を重合せしめ、
    該透明鞘樹脂層が最外層になるように成形紡糸すること
    を特徴とする請求項3記載のマルチステップインデック
    ス型プラスチック光ファイバの製造方法。
JP8290966A 1996-11-01 1996-11-01 マルチステップインデックス型プラスチック光ファイバ及びその製造方法 Withdrawn JPH10133036A (ja)

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