JPS60119509A - プラスチツク光フアイバ−用プリフオ−ムの製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明はプラスチック光フアイバー用プリフォームロッ
ドの新規な製法に関する。

（背景技術） 従来プラスチック光ファイバーの中でグレーディッド・
インデックス（Ｇ工）型光ファイバー用熱延伸用ロッド
（以下プリフォームという）の製造方法としては、屈折
率が外周部より中心に向かって漸次増大するように、す
なわち中心部近傍組成と外周部近傍の組成が異なること
によシ屈折率が異るという空間不均一性をもつよう々フ
ァイバー用プリフォームを形成する部材の外部から部材
内部へ、屈折率の変動に寄与する物質を拡散させる方法
（内部拡散法）や、ファイバー用プリフォーム形成部材
内の屈折率変動用物質を外部へ溶出あるいは揮発させる
方法（外部拡散法）、単量体を重合させるに際し、時間
的・空間的に重合条件を変えることによ多空間的不均一
を達成する方法等がある。最後の方法では具体的には例
えば、屈折率の高い単量体の重合非完結状態のロッドを
作成し、そのロッド周辺に屈折率の低い単量体を配し、
部分置換により屈折率勾配を得るようにしながら、重合
を完結させるという２段共重合法、或は屈折率が異なり
かつ重合速度の異々る２種の重合性単量体を円筒内に注
入し共重合させる光共重合法等が知られている− しかし彦からこれらの方法によっては、製造されたプリ
フォームのロッドの中心軸を頂点とする屈折率分布（プ
ロファイル）を予め設計された形状で得る、ということ
はかなシの困難が伴う。これは単量体を混合して行う共
重合反応では一般に、夫々の単量体の重合速度或いは置
換重合速度が全体的に均一かつ同時には進行せず、むし
ろ局部的に進行するのがその一般的形態であるためによ
る。したがって、一本のロッド内に於ても、ロッドの中
心軸に沿い同一プロファイルが、予め設計された形状で
得られるという保証は得難く、まして異るロッドの間で
同一のプロファイルを得るのは至難とも言える。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の困難を克服して、プリフォーム
ロッド軸の中心よシ同心円状に外周に向い制御された屈
折率勾配を有するプラスチック光フアイバー用プリフォ
ームを製造する新規な方法を提案することにある。

（発明の構成） 本発明者らは上述の目的のために鋭意研究努力の結果、
水平回転軸を遠心成型用円筒の中心軸と一致させ、遠心
成型用重合性材料の重量をｍ、遠心成型機の回転速度を
ｗ１遠心成型用重合性材料が注入成型される時の円筒の
有効半径をｒとした時にｍｒｗ”）　ｍｇｇ　：重力の
強さを満足する状態で遠心力を作用させた状態で、屈折
率の異る重合性材料を加熱等の重合手段によシ順次外側
より中心軸に向い重合させ、均一厚みの円筒状重合層を
積層さることによシ、屈折率勾配（プロファイル）が、
円筒中心軸に漬った任意のどの断面に於ても同一で、予
じめ設計された通りに形成されたプラスチック光フアイ
バー用プリフォームを得る本発明に到達した。

すなわち本発明の要旨は外周部と中心部の間に光学的屈
折率の差を得られるように、重合後の屈折率の異なる２
種以上の重合性材料を、遠心力作用下にて重合成型し、
重合後の屈折率が外周部よシ中心部へと同心円状に変化
するようにすることを特徴とするプラスチック光フアイ
バー用プリフォームの製造方法を提供するところにある
。

以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の方法に用いられる多層遠心成型器の１
例の概略説明図であって、１は重合性材料供給口、２は
重合性材料供給管コック、２′は窒素ガス供給管コック
、２′は減圧用排気管コック、３は遠心成型用円筒、４
は遠心成型周円筒端密閉蓋、５は遠心成型周円筒端開孔
蓋、６は回転駆動力伝達チャック、７は遠心成型用円筒
支持軸受、８は遠心成型用円筒支持軸受固定台、９は減
圧時開孔蓋密閉用ゴム弾性リング、１０は遠心成型用円
筒加熱源を示す。

重合後の屈折率の差を制御された状態で得る、すなわち
、プリフォームの外周に相当する部分から、熱延伸中心
軸に向かい、予め設定された光学的屈折率の勾配（屈折
率分布）を得るために、重合後の屈折率に所望の値ｎｌ
　を与える重合性材料例えば単量体等を選び、要すれば
予め精製し、重合触媒と連鎖移動剤を添加した後、該重
合性材量の一定量を遠心成型機の成型用円筒３に注入す
る。続いて該円筒３を回転させる仁とにより遠心力を発
生させ、外部より加熱或は放射（電子）線照射等通常の
重合手段をとって、重合反応を開始、進行させ、該重合
物が殆んど流動しない状態になった時点で遠心成型機の
回転を停止する。次に上記によシ成型用円筒３内に形成
された最初の重合体層（すなわちプリフォームの外周部
となシ屈折率ｎ１　をもつ層）の表面上（すなわち円筒
のよ）内側）に、予め設定された屈折率勾配に沿うよう
な重合後の屈折率ｎ２　を有する、重合前状態或は予備
的に部分重合された状態にある重合性材料を選び、要す
れば予め精製し、重合触媒と助剤（促進剤）を添加した
後に、その一定量を注入して以下最初の層についてと同
様に操作して屈折率ｎ２　を持つ次の層を形成する。

このように重合性材料注入−遠心成型（重合）−「重合
性材料注入−遠心成型（重合）−」の「」内工程をｎｌ
−２回繰り返すことにより、屈折率ｎ１　＋　ｎｌ　・
・・ｎｌ−１なる異なる屈折率重合性材料が同心円状に
重合堆積した中空円筒重合体が得られる。

この中空円筒重合体の中心孔部分には、遠心成型機の成
型用円筒部よシ該中空円筒重合体を取り外した後に、既
に注入重合された重合性材料の屈折率ｎ１〜ｎ１−１　
よシも高い屈折率ｎ□　を重合後に有する重合性材料を
充填し重合させることにより、屈折率ｎ１〜ｎ１を持つ
充実されたプリフォームを得ることができる。ただし熱
延伸時に熱的に中空孔を融着させることにょシ、外径を
収縮させる場合には上記の中心充填工程は不要である。

第２図は上記の方法で得られた屈折率ｎ１〜ｎ１を有す
るプリフォームの説明図であって、屈折率はｎｌ（ｎｆ
ｉ　（・・・＜　ｎｌ−１＜　ｎｌの関係にある。

第３図は本発明の方法による、屈折率勾配設計に基く、
重合後に異なる屈折率ｎ１＋ｎ２・・・ｎｌを持つ重合
性材料の重合堆積層の屈折率分布の概念を示す図である
。

しかし、上記工程中で屈折率の異なる重合体界面は、繰
シ返される重合の開始時において、追加重合性材料の注
入による縦１合体表面の溶解或いは膨潤した表面への滲
透といった相互拡散を行うため、実際には第４図に実線
にて示すような屈折率分布の連続化（スムース化）が起
こり、最終的には外周部よシ（回転）中心部に向かって
制御された連続的な屈折率勾配を持つプリフォームが得
られる。（第４図中点線は、拡散のない場合に重合性材
料の投入配合量から予想される屈折率分布である。） また、各々の層の重合を十分に行った後にその内側の層
のだめの重合性材料を注入するようにしてゆくと、各層
の間で相互の滲透膨潤が殆んど起らない屈折率不連続型
（ｓＩ型）のプリフォームを得ることもできる。

さらに、この各層の重合程度を、完全重合の場合と相互
拡散重合の場合とに一本のプリフォーム作製の過程で使
い分けることによって、屈折率の不連続部分と連続部分
を予め設計した通シに制御したプリフォームを得ること
ができる。

本発明の方法に用いられる重合性材料としては、重合後
の屈折率の異なる重合性不飽和結合を有する単量体（例
えばビニル系、アクリル系、メタアクリル系及びスチレ
ン系単量体等）、開環重合性化合物単量体（例えばエポ
キシ系単量体等）、及び上記の各単量体に珪素、弗素、
窒素及び硫黄のいずれかの原子をもつ基を有する単量体
よりなる群より、比重差要すればさらに重合速度差も加
えて考慮の上選ばれた、２種以上の単量体が用いられる
。さらに上記単量体を初期重合状態とした流動性のある
状態の重合性材料も用いられる。

上記重合性材料に加える重合触媒及び助剤（促進剤）は
、夫々の重合性材料に応じ一般的に使用されているもの
のうちから、適宜選んでよいが、重合開始剤としては、
例えば過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、アゾビスイ
ソブチロニトリル、クメンハイドロパーオキサイド、ｔ
−ブチルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイ
ド等が用いられ、また連鎖移動剤としては例えばｎブチ
ルメルカプタン、ｎオクチルメルカプタン、ラウリルメ
ルカプタン等メルカプタン系連鎖移動剤が用いられる。

遠心成型機の回転数も限定されるものではないが、５０
０〜５．０００　ｒ、ｐ、ｍ程度のいずれでもよく、本
発明者らの実験では１０００〜２０００　ｒ、ｐ、ｍ程
度が適当であった。成型円筒の径が小さい程、回転数を
高くする必要がある。

水平軸を中心として回転するので、垂直軸を中心とする
場合に比べ重力の影響が少なく均一な層を得られ、さら
に重合固化中に発生する気泡の脱泡にも効果がある。

重合条件については、重合触媒量及び促進剤の量により
影響を受けるが、加熱温度（もしくは照射強度）が高け
れば、回転状態保持時間（すなわち重合時間）は少くて
すむが、内部歪を最小にするためには１００℃程度が適
当である。又減圧にしてＮ２　置換することによシ、重
合速度を早め、又、減圧時に溶は込んでいる空気、溶剤
、低沸点物質を除去する利点がある。

すなわち、プリフォーム中の泡発生を抑制できる。

プリフォーム作製後は通常の線引き方法、例えばプリフ
ォームを垂直状態に保持し、末端部分のみを加熱して垂
直方向に引き出す等の方法によりプラスチックファイバ
ーとする。

（実施例） １、Ｇ工（グレーディッド・インデックス）型プリフォ
ーム 重合後屈折率の低い成分としてはへキサフロロプロピル
メタアクリレート（ＨＦＰＭＡ　）とパーフロロ−１−
ブチルメタアクリレ−）　（ＰＰＢＭＡ　）の等景況合
物（共重合後の屈折率１．３７　）を、重合後の屈折率
の中程度の成分としてはメチルメタアクリレ−）　（Ｍ
ＭＡ　：重合後屈折率１．４９）を、重合後の屈折率の
高い成分としてはスチレン（ＳＴ　：重合後屈折率ｔ　
ｓ　ｑ　）を選定した。

第１図に示した遠心成型機の成型用円筒の内壁から円筒
の中心軸に向い、下表に示す混合比（容積比）に混合し
更に夫々について重合触媒少量、更に必要によっては連
鎖移動剤極少量を添加した混合物を、下表の順位に従っ
て注入し重合成型した。

すなわち遠心成型用注入順位１のＨＦＰＭＡ　／ＰＦＢ
ＭＡ等量混合物（１８ｃｃ／　１　Ｂｃｃ）　３６ＣＣ
を、予め部分重合状態とした後に、内径４０ｍ５＋、長
さ２００■の成型用円筒に注入し、減圧した後Ｎ２　置
換してＮ２　ガス（常圧）を流入させながら、１００℃
加熱雰囲気中２時間高速回転（２０００ｒ、ｐ、ｍ）に
保持し、重合成型した。

次いで順位２の混合物２８ＣＣについても予め部分重合
した状態で、成型円筒内に注入し、減圧Ｎ、置換後、順
位１についてと同じく、１００℃加熱雰囲気中２時間高
速回転（２０００ｒ、ｐ。

ｍ）に保持して順位１で成型された内側に積層した。こ
の時、重合成型体の内側表面は軟質ではあるが、流動は
しない状態であった。

次いで順位乙の混合物２０ＣＨについては、予めスチレ
ン１０ＣＣのみを予め部分重合させた後に、メチルメタ
アクリレート単量体１０ｃｃと混合して、この混合物を
成型円筒内に注入し、減圧Ｎ２　置換後、前段階と同条
件にて内側に積層した。この時重合成型体の内側表面は
軟質ではあるが、流動はしない状態であった。

さらに順位４の混合物１２ＣＣについても、スチレン８
ＣＣのみを予め部分重合させ粘度を増加させた後に、メ
チルメタアクリレートと混合して、この混合物を成型円
筒内に注入し、減圧、Ｎ２　置換し、順位１〜３と同じ
条件に保持し、内側に積層した。この時の重合成型体内
側表面は軟質ではあるが、回転遠心力を除いても変形し
々い程度にまで重合固化を行った。

最後に成型円筒を取り外し、下端を密閉し、スチレンの
みの予備的に部分重合させた状態のもの（粘稠液体）を
中心軸部分に残った中空（孔）部に充填した状態で減圧
脱気を行った後、徐々に加熱して１００℃に到達した状
態で４時間保持し、重合固化を完了させた。その後更に
１２０℃にて１．５時間放置し重合を完結させ、透明な
円柱棒状のＧＩ型プリフォームを得た。

このプリフォームの両端を研摩し一端よシ光を入射する
とプリフォーム内を連続的に屈曲しながら進むことが確
かめられた。又、このプリフォームを端部より熱雰囲気
中で熱軟化曳糸し直径１ｍのプラスチック多層構造ファ
イバーを得た。上記ファイバーの任意の部分数ケ所よシ
１ｍ長さを採り、その端面よジノ（シス状レーザー光を
入射させると、いずれの場合も光は位相速度のずれを起
すことなくファイ・（−内を進行することが認められた
。

なお、曳糸前のプリフォームの中心軸方向の中央及び両
端部の屈折率分布（プロファイル）は、すべて外周部１
．３７から連続的に変化して予め設計された屈折率（表
に示す）に従い中ノヒ部で１．５９を示し、中央部と両
端部において屈折率分布に殆んど差は々かった。

表 第５図に、本実施例のプリフォームの、各単量体の投入
量と配合比より計算される屈折率分布（点線）と、実際
に得られた、重合終了後の各層間の相互拡散重合によシ
層界面がスムース化された屈折率分布（実線）を示す。

２．８工（ステップ・インデックス）型プリツメチルメ
タアクリレート（ＭＭＡ　）及びスチレン（ＳＴ）の各
々に重合開始剤と連鎖移動剤の少量を添加し、それぞれ
を部分重合させて、粘稠な液状になったところで、まず
部分重合したＭＭＡ　６０　ＣＣを遠心成型機の内径４
０＋ｍ、長さ２００セの回転円筒部に注入した後、一度
域圧とした後に常圧のＮ２　ガスを注入し、Ｎ２　ガス
雰囲気下温度１００℃にて、１．００　Ｏｒ、ｐ、ｍ、
の回転を与えながら１時間保持し、回転円筒内側に肉厚
の重合成型体を得た。

次に該回転円筒部を取シ外し、垂直に保持した状態で、
中央空孔部に部分重合したＳＴ４０ｍを注入した後、温
度１００℃にて３時間保持して重合を完結させ、ＳＩ型
プリフォームを得た。

このプリフォームを熱延伸することによりＳＩ型光伝送
用プラスチックファイノ（−を得た。

なお、上記した実施例１では５層に積層すゐ簡単な場合
を述べたが、重合性材料の投入回数を増す（積層数を増
す）はど、得られたプリフォームの屈折率プロファイル
は、２次曲線に近付けることができる。

（発明の効果） 以上詳述した本発明のプリフォーム製造方法の効果は、
次のとおシである。

■　従来の二段階共重合法、光共重合拡散法では管理さ
れた屈折率プリフォームを得ることが困難であったのに
比べ、本発明の方法では、屈折率プロファイルが、プリ
フォームの長さ方向のいずれの点においても同じものを
管理された状態で得られるので、光伝送時の散乱による
内部損失を減少させることができる。

■　本発明方法の遠心成型は、遠心成型用円筒を水平軸
のまわりに回転させるので、重力の影響は、重合層の各
部分において均一となり、プリフォーム両端における積
層厚みはどの積層についても中央部と等しいものが得ら
れるため、重力の影響によシ上下端で厚みが異ってしま
う垂直な回転軸による方法より、はるかに優れる。

■　屈折率の異なる各層の境界を、必要に応じ所望の設
計値に、かつ管理された状態で、連続あるいけ不連続化
できる。

■　外側層内面にそって次に注入された重合性材料は、
回転による遠心力によって、上記外層内面に押しつけら
れながら、重合が進行するので、各層間の重合による収
縮歪み等による層間密着不良等の発生を抑制できる。

■　そして上記■〜■の効果が同時に発生することによ
って、均質で所望の屈折率プロファイルを有した優れた
プラスチックプリフォームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法に用いられる多層遠心成型品の
１例を概略説明する図、第２図は、本発明方法により作
成されるプラスチックプリフォームの全体を説明する図
、第３図は本発明の方法による重合堆積層の屈折率分布
の概念を示す図、第４図は屈折率分布のスムース化を説
明する図、そして第５図は本発明の実施例１における予
想される屈折率分布と、実際に得られた界面がスムース
化された屈折率分布を示す。 代理人　内　１）　明 代理人　萩　原　亮　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周部と中心部の間に光学的屈折率の差を得られ
   るように、重合後の屈折率の異なる２種以上の重合性材
   料を、遠心力作用下にて重合成型し、重合後の屈折率が
   外周部より中心部へと同心円状に変化するようにすると
   とを特徴とするプラスチック光フアイバー用プリフォー
   ムの製造方法。
2. （２）重合後の屈折率の異々る２種以上の重合性材料の
   うち、まずその１を選び、遠心成型用円筒内で遠心力作
   用下にて重合させ最外層部を形成した後、順次重合後の
   屈折率の異なる上記重合性物質を上記遠心成形用円筒内
   に追加注入して遠心力作用下で重合積層させることを繰
   返し、外周部よシ中心部へと屈折率が連続的又は非連続
   的に多層同心円状に変化する、中空円筒形重合体を形成
   し、該中空円筒形重合体の中心孔に、重合後に屈折率の
   異なる重合性材料を充填し、重合もしくは加熱により該
   中心孔を融着せしめて円柱状重合体を特徴する特許請求
   の範囲第（１）項に記載されるプラスチック光伝送体の
   製造方法。