JPH0216504A - プラスチック光伝送体の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面から内部に連続的な屈折率分布を有し、
光集束性レンズ、光集束性光ファイバー、光ＩＣ等に用
いられるプラスチック光伝送体の製造法に関する。

〔従来の技術〕

表面から内部に連続的な屈折率分布を有する光伝送体と
しては、すでに特公昭４７−８１６号公報においてガラ
ス製のものが提案されている。しかしガラス製の光伝送
体は生産性が低（、高価なものとなり、かつ屈曲性も乏
しいという問題点を有している。このようなガラス製の
光伝送体に対し、プラスチック製の光伝送体を製造する
方法がいくつか提案されている。これらの表面から内部
に連続的な屈折分布を有するプラスチック光伝送体を大
別すると、（１）イオン架橋重合体よりなる合成樹脂体
の中心軸よりその表面に向って金属イオンを連続的に濃
度変化をもたせるようにしたもの（％公昭４７−２６９
１６号公報参照）　、（２）屈折率の異なる２種以上の
透明な重合体の混合物より製造された合成樹脂体を特定
の溶剤で処理し、前記の合成樹脂体の構成成分の少な（
とも１種を部分的に溶解除去することによって製造され
るもの（特公昭４７−２８０５９号公報参照）　、（５
）　２種の屈折率の異なるモノマーを、重合方法を工夫
して、表面から内部にわたり連続的に屈折率分布ができ
るようにして作製したもの（持分［５４−５０３０１号
公報参照）　、　（４）架橋重合体の表面から重合体よ
り屈折率の低いモノマーを拡散させて、表面より内部に
わたり、該モノマーの含有率が連続的に変化するよう配
置したのち、重合させて屈折率分布をもたせたもの（特
公昭５２−５８５７号、特公昭５６−５７５２１号各公
報参照）、及び（５）反応性を有する重合体の表面より
、重合体よりも低い屈折率を有する低分子化合物を拡散
、反応させて表面より内部にわたり連続的に屈折率分布
をもたせるようにしたもの（特公昭５７−２９６８２号
公報参照）等である。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら従来法は、拡散又は抽出などの工程に長時間を要
すること、光伝送体の長さが限定されること、生産工程
が断続的であるため、生産性がきわめて低いこと、製造
条件の選定がきわめて困難であったり再現性が得られな
いことなどの問題点を有する。

本発明は、従来の断続的な生産工程による不合理性を解
決し、連続生産を可能とし、かつ透明性の良好な光伝送
体の製造法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、メチルメタクリレートを主とする重合体と常
温で液状の単量体とからの重合性混合物を、屈折率の異
なる２種以上の重合性混合物の積層状物として同心円状
に押し出したのち、重合硬化させることにより、内部か
ら表面に向って順次屈折率の変化をもたせた光伝送体と
することを特徴とする、プラスチック光伝送体の製造法
である。

本発明に用いられる常温で液状の単量体としては例えば
下記の化合物が挙げられる。メチル（メタ）アクリレー
ト、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ
）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、
三級ブチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メ
タ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アク
リレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート
、２−（ｎ−ブトキシ）エチル（メタ）アクリレート、
グリシジル（メタ）アクリレート、２−メチルグリシジ
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）アクリレートなどの単官能の（メ
タ）アクリレート類、２＝２＊２　　）リフルオロエチ
ル（メタ）アクリレート、２，２，３．３−テトラフル
オロプロピル（メタ）アクリレート、２．２．３，３．
３−ペンタフルオロプロピル（メタ）アクリレート、２
，２，３，４，４，４−へキサフルオロブチル（メタ）
アクリレート、２，２．！１．．５，４，４，５，５−
オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート等の弗素
化アルキル（メタ）アクリレート類、アルキレングリコ
ールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパン
ジ又はトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトー
ルジ、トリ又はテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセ
リンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリト
ールヘキサ（メタ）アクリレートなどの他ジエチレング
リコールビスアリルカーポネート、弗素化アルキレング
リコールポリ（メタ）アクリレートなどの多官能（メタ
）アクリレート類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレ
ン、クロルスチレンなど。

メチルメタクリレートを主とする重合体としては、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
トと前記の単量体との共重合体が用いられる。

本発明を実施するに際しては、メチルメタクリレートを
主とする重合体と常温で液状の単量体とからなり、屈折
率の異なる２種以上の重合性混合物を調製する。

屈折率の異なる重合性混合物は、重合体及び／又は単量
体の種類、配合量等を変えることにより調製することが
できる。その際、熱硬化触媒及び／又は光硬化触媒も添
加する。

熱硬化触媒としては普通のパーオキサイド系触媒が用い
られる。光重合触媒としてはペンゾフェノン、ベンゾイ
ンアルキルエーテル、４′−イソプロビル−２−ヒドロ
キシ−２−メチル−プロピオフェノン、１−ヒドロキシ
シクロへキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケター
ル、２．２−ジェ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エチル、４−ジメ
チルアミノ安息香酸イソアミル、Ｎ−メチルジェタノー
ルアミン、トリエチルアミンなどが挙げられる。

重合性混合物は、粘度が１０３〜１０５ボイズで硬化性
のものであることが必要である。粘度が１０３ポイズよ
りも小さいと、紡糸により糸切れが生ずるようになり糸
状物の形成が困難である。

また粘度が１０５ボイズより大きいと、紡糸操作性が不
良となり径斑の少ない糸状物を得ることが困難になる。

次いで屈折率が異なる２種以上の重合性混合物を同心同
状に押し出し、例えば石英ガラス製の誘導管中を通過さ
せる間に、各層間の重合性混合物の単量体を相互に拡散
させ、屈折率分布型糸状物としたのち、硬化処理すると
、屈折率分布型光伝送体が得られる。単量体の相互拡散
部では、必要に応じ糸状物を加温することもできるが、
いずれにせよその間は未硬化の状態に保持させる。

次いで未硬化状の糸状物を硬化させるには、硬化部にお
いて好ましくは紫外線を周囲から作用させて熱硬化触媒
及び／又は光硬化触媒を含有する糸状物を、−熱処理な
いし光照射処理する。

本発明は例えば第１図の糸成形装置を用いて実施するこ
とができる。第１図は糸成形装置を図式的に示す工程図
で、相互拡散部及び硬化処理部だけを縦断面図とするも
のであり、図中の記号１は同心円状複合ノズル、２は押
し出された未硬化状の糸状物、６は糸状物の各層の単量
体を相互に拡散させて屈折率分布を与えるための相互拡
散部、４は未硬化物を硬化させるための硬化処理部、５
は引き取りローラー　６は製造された屈折率分布型プラ
スチック光伝送体、７は巻き取り部、８は不活性ガス導
入口、９は不活性ガス排出口である。糸状物２から遊離
する揮発性物質を相互拡散部６及び硬化処理部４から除
去するため、不活性ガス導入口８から不活性ガス例えば
窒素ガスを導入する。

本発明の屈折率分布型光伝送体には、さらに低屈折率の
被覆層を設けることもできる。被覆層を形成するために
は、トリフルオロアルキルアクリレート、ペンタフルオ
ロアルキルアクリレート、ヘキサフルオロアルキルアク
リレート、フルオロアルキレンジアクリレート、　　１
．Ｌ２，２−テトラヒドロへブタデカフルオロデシルア
クリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペ
ンチルグリコールジアクリレート、ジペンタエリスリト
ールへキサアクリレートなどを適宜混合し、必要に応じ
塗工性及び屈折率を調節するために前記の弗素化アクリ
レート又はメタクリレートの重合体を加え、さらに前記
の光重合開始剤を加えたものを用いることが好ましい。

光重合のための光源としては１５０〜６００　ｎｍの波
長の光を発する炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高圧水銀
灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、レ
ーザー光等が用いられる。

〔本発明の効果〕

本発明によれば可撓性良好な屈折率分布型プラスチック
系光伝送体を連続的に効率よく製造することができる。

また屈折率分布型プラスチック光伝送体の各層の成分の
屈折率及び各層の厚さを変えることによって、従来の技
術ではきわめて困難であった屈折率分布の制御を容易に
行うことができる。

下記実施例中のレンズ性能及び屈折率分布の測定は下記
の方法で行った。

■、レンズ性能の測定 評価装置 レンズ性能の測定は第２図に示す評価装置を用いて行っ
た。

試料の調製 実施例により得られた光伝送体を、通過するＨｅ　−Ｎ
ｅレーザー光線のうねりから判定した光線のＦＲ４Ｗ（
２）高４ノ、η噌ハハ目身／ｌ／・＼となるよう切断し
、研磨機を用いて試料の両端面が長軸に垂直な平行平面
となるよう研磨し、評価試料とした。

測定方法 光学ベンチ（１１）の上に配置された試料台（１６）の
上に試作した評価用試料（１８）をセットし、絞り（１
４）を調節して光源（１２）からの光が集光用レンズ（
１３）、絞り（１４）　、正方形格子像を設けたガラス
板（１５）を通り、試料（１８）の端面全面に入射する
ようにしたのち、試料（１８）及びポラロイドカメラ（
ｊ７）の位置をポラロイドフィルム上にピントがあうよ
う調節し、正方形格子像を撮影し、格子のゆがみを観察
した。ガラス板（１５）はフォトマスク用クロムメツキ
ガラスのクロム被膜を０．１　ｍの正方形格子模様に精
密加工したものを用いた。

■、屈折率分布の測定 カールツアイス社製インターフアコ干渉顕微鏡を用いて
公知の方法により測定した。

実施例１ ポリメチルメタクリレート（〔η）＝０．５６、ＭＥＫ
、２５°Ｃ）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
キシシクロへ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１
層（中心部）の原液とした。またポリメチルメタクリレ
ート（〔η）＝０．４１、ＭＥＫ、２５℃）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
クロへキシルフェニルケトンｏ、１ｃｉＬ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２層（
周辺部）の原液とした。この両原液を同心円状の複合ノ
ズルを用い同時に押し出し、糸状物を調製した。押し出
し時の粘度は第１層の原液が４．５’Ｘ１０ポイズ、第
２層の原液が２．０Ｘ１０ボイズであった。また複合ノ
ズルの保温温度は５５℃であった。

次いで第１図の装置を用い、長さ９０ｃｒｎの相互拡散
部を通過させたのち、周囲に長さ１２０副の４０Ｗ蛍光
灯１２本を円状に等間隔に設置した石英管の中心部にフ
ァイバーを導通し、２５Ｃｒｒ１／分の速度で通過させ
て硬化させ、ニップローラーで引き取り、巻取り機に巻
取り、直径１０００μｍのファイバーを得た。

吐出比が第１層：第２層＝１：２の場合、インターフア
コ干渉顕微鏡（東独カールツアイス社製）により測定し
た屈折率分布は、中心部が１、５１５、周辺部がｔ　４
９４であり、中心部から周辺部にかけて屈折率は連続的
に減少していた。

メチルメタクリレート及びベンジルメタクリレートの残
留分の合計量は、０．７重量％であった。またレンズ性
能の測定を行った結果、正方形の格子の像は歪が少なか
った。

また吐出比が第１層：第２層＝１＝１の場合、ファイバ
ーは直径１０５０μｍであり、屈折率分布は中心部が１
．５１９、周辺部が１．４９５であり、中心部から周辺
部にかけて連続的に減少していた。単量体の残留分の合
計量は０．８重量％であった。またレンズ性能の測定を
行った結果、正方形の格子の像は歪が少なかった。この
ように原液の吐出比を変えることによって屈折率分布は
異なったものとなっていた。

実施例２ 実施例１で用いた原液を第１層及び第２層に用い、さら
に第６層にポリメチルメタクリレート（〔η］＝０．３
４、ＭＥＫ、２５℃）４５重量部、２．２，３，３，４
，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート
３５重量部、メチルメタクリレート２０重量部、１−ヒ
ドロキシシクロへ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℃で加熱混練した
ものを用い、第１層、第２層及び第６層の原液を同心円
状の複合ノズルを用い同時に押し出し、糸状物を調製し
た。押し出し時の粘度は第１層の原液が４゜５Ｘ１０’
ボイズ、第２層の原液が２．　ＯＸ　１０’ボイズ、第
３層の原液が２．２　Ｘ　１０’ポイズであった。複合
ノズルの保温温度は６０℃であった。

次いで第１図の装置を用い、実施例１と同様にして直径
１０００μｍのファイバーを得た（相互拡散部４５ｃｒ
１１）。

吐出比が第１層：第２層：第３層＝１：ｉ：１の場合、
インターフアコ干渉顕微鏡により測定した屈折率分布は
中心部が１．５１２、周辺部が１．４７０であり１．中
心部から周辺部にかけて屈折率は連続的に減少していた
。メチルメタクリレート、２．２，５．３，４．４，５
．５−オクタフルオロペンチルメタクリレート及びベン
ジルメタクリレートの単量体残留分は１．２重量％であ
った。またレンズ性能の測定を行った結果、正方形の格
子像は歪が少なかった。この場合も吐出比を変えること
によって、様々な形の屈折率分布を有する光伝送体が得
られた。

実施例６ 実施例１で用いた第１層の原液を第１層に、ポリメチル
メタクリレート（〔η）＝０．４０、ＭＥＫ　。

２５°Ｃ）５０重量部、メチルメタクリレート２０重量
部、ベンジルメタクリレート３０重量部、１−ヒドロキ
シシクロへ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６５℃に加熱混練し第２層の
原液とした。また実施例１で用いた第２層の原液を第６
層の原液として用い、ポリメチルメタクリレート（〔η
〕＝０．４０、ＭＥＫ、２５°Ｃ）５０重量部、メチル
メタクリレート３０重量部、２，２．３．３−テトラフ
ルオロプロビルメタクリレート２０重量部、１−ヒドロ
キシシクロへキシルフェニルケトン０．２重量部及びハ
イドロキノン０６１重量部を加熱混練して第４層の原液
とした。前記の４種の原液を同心円状複合ノズルを用い
同時に押し出し、糸状物を調製した。押し出し時の粘度
は第１層の原液が４．５　Ｘ　１０’ポイズ、第２層の
原液が４．０×１０ボイズ、第３層の原液が２．０ＸＩ
Ｇ　ボイズ、第４層の原液が２．２Ｘ１０ポイズであっ
た。

複合ノズルの保温温度は６０℃であった。

次いで第１図の装置を用い、実施例１と同様にして、直
径１０５０μｍのファイバーを得た（相互拡散部３０ｃ
ｒＩＴ）。

吐出比が第１層：第２層：第３層：第４層＝２：１　：
１　：１の場合、インターフアコ干渉顕微鏡により測定
した屈折率分布は中心部が１．５１１、周辺部が１．４
７９であり、中心部ｐ）ら周辺部にかけて連続的に減少
していた。単量体の残留分は１．１重量％であった。こ
のとき２．２．５．３−テトラフルオロプロピルメタク
リレートが僅かに揮発するために、屈折率分布が周辺部
で僅かに上がっていた。このためレンズ性能の測定を行
った結果、正方形の格子像は周辺部で歪を生じていた。

実施例４ 実施例６で用いた第１層から第４層までの原液を用い、
さらに第５層目に実施例２の第３層で用いた原液を用い
、第１層から第５層までの原液を同心円状の複合ノズル
を用い同時に押し出して糸状物を調製し、以下実施例い
と同様にしてファイバーを得た（相互拡散部２０ｃｒｎ
）。

吐出比が第１層：第２層：第６層：第４層：第５層＝４
：１　：１　：１　：２の場合、インターフアコ干渉顕
微鏡により測定した屈折率分布は単量体の残留分は１．
０重量％であった。

レンズ性能の測定を行った結果、正方形の格子像は歪が
少なかった。この場合も原液の吐出比を変えることによ
って屈折率分布は異なったものとなってきた。

実施例５ 下記衣に示す成分に１−ヒドロキシシクロへキシルフェ
ニルケトン０．２重量部及びハイドロキノン０．１重量
部を加え、７０°Ｃに加熱混練して第１〜１０層の原液
を調製した。この１０種の原液を同心円状複合ノズルを
用いて同時に押し出し、糸状物を調製した。押し出し時
の各原液の粘度は表中に示すとおりであった。また複合
ノズルの保温温度は６０℃であった。次いで糸状物を相
互拡散処理せずＫ、直ちに実施例１と同様に硬化処理し
てファイバーを得た。

表中の吐出比とした場合、インターフアコ干渉顕微鏡に
より測定した屈折率分布は中心部が１、５１２、周辺部
が１．４７２であり、中心部から周辺部にかけて連続的
に減少していた。またレンズ性能の測定を行った結果、
正方形の歪がきわめて少なかった。なお吐出比を変える
ことによって様々な形の屈折率分布を有する光伝送体が
得られた。

実施例６ メチルメタクリレート６５重量％及びフェニルメタクリ
レート６５重量％からなる重合体（ｎＤ＝１．５１７、
〔η］＝１．５０、ＭＥＫ、２５６ｃ）４７重量部、フ
ェニルメタクリレート５６重量部、１−ヒドロキシシク
ロへ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６５℃に加熱混練して第１層の原
液とした。また同じ重合体５０重置部、メチルメタクリ
レート５０ｆｒｉ部、１−ヒドロキシシクロへキシルフ
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６５℃に加熱混練して第２層の原液とした。これ
らの原液を実施例１と同様に処理してファイバーを得た
（相互拡散部９０ＣｒｒＩ）。

吐出時の粘度は第１層の原液が４．　ＯＸ　１０’ボイ
ズ、第２層の原液が２．ｌＸ１０ボイズであった。また
複合ノズルの保温温度は６０℃であった。

吐出比が第１層：第２層＝１＝１の場合、得られたファ
イバーは直径１０ｏＯμｍであり、屈折率分布は中心部
が１．５４０、周辺部が１．５１１であり、中心部から
周辺部にかけて連続的に減少していた。単量体の残留分
は１．０重量％であった。またレンズ性能の測定を行っ
た結果、正方形の格子の像は歪が少なかった。この場合
も原液の吐出比を変えることによって、屈折率分布は異
なったものとなってきた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いられる糸成形装置を図式的
に示す工程図で、相互拡散部及び硬化処理部だけを縦断
面図とするものであり、第２図は本発明の光伝送体の評
価に用いられるレンズ性能測定装置を図式的に示す一部
縦断側面図であって、図中の記号１は同心円状複合ノズ
ル、２は糸状物、３は相互拡散部、４は硬化処理部、６
は光伝送体、１２は光源、１６はレンズ、１４は絞り、
１５はガラス板、１７はカメラ、１８は試料を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. メチルメタクリレートを主とする重合体と常温で液状の
   単量体とからの重合性混合物を、屈折率の異なる２種以
   上の重合性混合物の積層状物として同心円状に押し出し
   たのち、重合硬化させることにより、内部から表面に向
   つて順次屈折率の変化をもたせた光伝送体とすることを
   特徴とする、プラスチック光伝送体の製造法。