JPH0342603A - プラスチック光伝送体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、光集束性棒状レンズ、光集束性ファイバー等
に利用される中心から外周に向かって連続的な屈折率分
布を有するプラスチック光伝送体の製造方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 柱状物の中心から外周に向かって連続的な屈折率分布を
有する光伝送体は、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。しかしながら
、ガラス製の屈折率分布型の光伝送体は、生産性が低く
、高価なものとなり、かつ屈曲性にも乏しいという問題
点を有している。

また、プラスチック製の屈折率分布型光伝送体を製造す
る方法がいくつか提案されている。

これらの中心から外周に向かって連続的な屈折率分布を
有するプラスチック光伝送体の製造方法を大別すると、
（１）イオン架橋重合体よりなる合成樹脂棒の中心軸よ
りその表面に向か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（特公昭４７−２６９１３号）
　、（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柱状体を特定の溶剤で処理
し、前記合成樹脂棒の構成収骨の少なくとも１つを部分
的に熔解除去することによって製造するもの（特公昭４
７−２８０５９号）、（３）２種の屈折率の異なり、か
つ該モノマーの重合速度が異なるものを混合し重合方法
を子犬して、表面から内部にわたり連続的に屈折率分布
ができるようにするもの（特公昭５４−３０３０１号）
、（４）架橋重合体の表面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、このモノマーの含
有率が連続的に変化するように配置したのちに重合して
屈折率分布をもたせるもの（特公昭５２−５８５７号、
特公昭５６３７５２１号）、および（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するもの（特公
昭５７−２９６８２号）等である。

これら従来法の共通した問題点としては、拡散あるいは
抽出などの工程に長時間を要することや得られる光伝送
体の長さが限定されるなどから、生産工程は断続的であ
り、換言すればハツチ式生産方法であり、生産性が極め
て悪いと同時に製造条件の選定が極めて難しかったり、
再現性が得られない等、工業化技術としては、それぞれ
問題点を有する製造方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記従来技術が抱えていた断続的な生産工程
による不合理性を解決し、ガラスあるいはプラスチック
光ファイバーと同様な連続的な生産を可能とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明の要旨とするところは、ｎｌなる屈折
率を有する重合体（Ａ）と、ｎｌよりも低い屈折率ｎ２
なる重合体を作り得る揮発性の高い単量体（Ｂ）　と、
ｎ２よりも高い屈折率ｎ３なる重合体を作り得る揮発性
の高い単量体（Ｃ）とよりなる混合物を繊維状に賦形し
、該繊維状賦形物の外周より未重合単量体を揮散しなが
ら、又は定量揮散せしめた後、繊維状賦形物中の未重合
重合体を重合せしめることにより繊維状賦形物の中心よ
り外周に向って連続的に変化する屈折率分布を有する光
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
製造方法にある。

本発明を実施するに際して用いる重合体（Ａ）と単量体
（Ｂ）及び単量体（Ｃ）とは、これらを均一に混合した
組成物を重合硬化した硬化物が透明なものとなり得るも
のの組合せは、いずれのものをも用いることができる。

重合体（Ａ）の具体例としてはポリメチルメタクリレー
ト（ｎ＝１．４８９）およびメチルメタクリレートを主
成分とするコポリマー（ｎ＝１．４７〜１．５０　）　
、ポリスチレン（ｎ＝１．５８）およびスチレンを主成
分とするコポリマー（ｎ＝１．５０〜１．５８Ｌスチレ
ンアクリロニトリルコポリマー（ｎ＝１．５６）、ポリ
４−メチルペンテン（ｎ＝１．４６）、エチレン／酢ビ
コポリマー（ｎ−１，４６〜１．５０）、ポリカーボネ
ーＩ□　（ｎ　＝　１．５０〜１．５７　）　、ポリク
ロロスチレン（ｎ＝　１．６１．　）、ポリ塩化ビニリ
デン（ｎ＝１．６３）、ポリ酢酸ビーニル（ｎ−１，４
７）　、メチルメタクリレート／スチレン、ビニルトル
エン又はα−メチルスチレン／無水マレイン酸三元コポ
リマー又は四元コポリマー（ｎ＝１．５０〜１．５８　
）　、ポリジメチルシロキサン（ｎ＝１．４０）、ポリ
アセタール（ｎ＝１、４８　）　、ポリテトラフルオロ
エチレン（ｎ＝１、３５　）　、ポリフッ化ビニリデン
（ｎ＝１．４２）、ポリトリフルオロエチレン（ｎ＝１
．４０）、パーフルオロプロピレン（ｎ＝１．３４）、
およびこれらフッ化エチレンの二元系又は三元系コポリ
マー（ｎ−１，３５〜１．４０　＞　、ポリフッ化ビニ
デン／ボリメヂルメタクリレート・ブレンドポリマ（ｎ
＝１．４２〜１．４６）、一般式ＣＨｚ＝Ｃ（ＣＨ３）
ＣＯＯＲｆで表わされるフッ化メタクリレートを主成分
とするポリマー、但しＲｆ　：　（Ｃ１ｈ）−（ＣＦｚ
）、Ｆ　（ｎ−１，３７〜１．４０　）　、一般弐〇ｌ
ｌ□−ＣＦ−ＣＯＯＲ″ｆで表わされる２−フルオロア
クリレートを主成分とするポリマーおよびコポリマー（
ｎ＝１．３７〜１．４２）、但しＲ”ｆ　：　ＣＨ３、
（ＣＨ２）ｌ、１（ＣＦ２）−Ｆ、（ＣＨ２）□（ＣＦ
２）ゎ１１、ＣＩｌ□ＣＦｚＣＨＦＣＦ３、Ｃ（ＣＦ３
）ｚなど、含フツ素アルキルフマル酸エステルポリマー
（ｎ−１，３０〜１．４２）などを挙げることができる
。

また、単量体（Ｂ）及び単量体（Ｃ）の具体例どしては
重合体（Ａ）の製造用原料として用いた液状の重合性単
量体ならば、いずれのものをも用いることができるが、
それらの屈折率及び揮発性の前述した如き組合せとする
ことが必要である。

この組合せを誤ると本発明の目的とする屈折率分布型プ
ラスチック光伝送体とすることができない。これら単量
体（Ｂ）及び単量体（Ｃ）は、１種以上組合せて用いて
もよい。

これらの単量体（Ｂ）及び単量体（Ｃ）の重合はラジカ
ル重合触媒による熱重合法や、光重合触媒による光重合
によって行なうのがよい。

本発明の大きな特徴は、各種の形状及び屈折率分布を目
的に応して設定できる点にある。

本発明でより有意義な形状及び屈折率分布は、断面形状
が円の繊維状であり屈折率がその中心より周辺に向かっ
て連続的に小さくなっており、光集束性機能あるいは凸
レンズ機能、光フアイバー機能があるものである。

これは、中心から周辺になるほど重合体（Ａ）の混合比
が大きくなることによって達成される。

特に望ましくは、中心軸に垂直な各断面での屈折率分布
Ｎが、中心部の屈折率Ｎ。、中心軸より半径方向の距離
をｒとしたとき Ｎ＝Ｎｏ　（１−ａｒ２） に近い分布で与えられる場合である。

本発明の製造方法の１例を示すと第１図のようになる。

重合体（Ａ）と重合したのち重合体（Ａ）よりも低屈折
率となる揮発性の低い単量体（Ｂ）と重合した後に重合
体（Ａ）よりも高屈折率となる揮発性の高い単量体（Ｃ
）とからなる混合物とをシリンダー（１１）に仕込みヒ
ーター（１３）で加熱しながらピストン（１４）を定量
的に押し出し、混練部（１２）で均質に混ぜ合わせた後
にノズルより押し出し、ストランドファイバーを得る。

このストランドファイバーを揮発塔（１７）を通し一定
条件のもとに、単量体（Ｃ）を選択的にストランドファ
イバー（１６）の外周部より揮発させて単量体（Ｃ）及
び単量体（Ｂ）の連続的な分布を付けたのちに、ついで
活性光線照射部（１８）に導き、単量体混合物を重合固
化させて、ニップローラー（２０）を経て巻取りドラム
（２１）に巻取り、目的の光伝送体（２２）を連続的に
得る。このとき、揮発塔（１７）の温度コントロールを
容易にすることや活性光線による重合を容易にする目的
で、ガス導入孔（１９）より窒素、アルゴンガス等の気
体を導入することが望ましい。

また、本発明において光重合を促進するため、従来公知
の光重合開始剤あるいは促進剤、増感剤を添加併用する
ことは有効な手段である。

更に重合体（Ａ）、単量体（Ｂ）及び単量体（Ｃ）より
主として槽底される前駆組成物の貯蔵安定性を高めるた
めに及び組成物を繊維状に賦形するときの粘度変化、熱
重合を防止するために、従来公知の熱重合禁止剤を用い
ることが好ましい。

この様にして得られた前駆組成物は１００　”Ｃ程度の
温度では熱重合反応を起さないが、均質な光伝送体を得
るには、前駆組成物に充分に均質に混連する必要がある
。

混連操作には、従来公知の混練装置が使用できる。また
直径が０．５〜５［ｌｌｌ１１φ程度の繊維状の光伝送
体を得るには、特にこの前駆体組成物の押出し温度での
粘度が重要であり、１０００〜１０００００ポイズ好ま
しくは、５０００〜５００００ポイズの粘、度範囲にあ
るのがよい。

本発明に用いることができる活性光源としては、１５０
〜６０Ｑｎｍの波長の光を放出する炭素、アーク灯、超
高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ
、キセノンランプ、レーザー光等が使用できる。また場
合によっては、電子線を照射して重合させても差し支え
ない。更に重合を完結させるためにあるいは残留モノマ
ーをできるだけ少なくするために、光重合を２段階にす
るか、あるいは熱重合と併用するのが有効である。重合
に引き続いて残留モノマーを熱風により乾燥してもよい
。

本発明の光伝送体に残留している単量体はできるだけ少
ない方が好ましく５％以下、さらには３％以下、更に好
ましくは１．５％以下であり、０ 上述の方法により達成することが可能である。

以下本発明を実施例にてより詳細に説明する。

［実施例］ 評価方法 １、評価装置 レンズ性能の評価は第２図に示すような評価装置を用い
て行った。

２、試料の調整 試作した屈折率分布型レンズ長を、通過するｌ１ｅ−Ｎ
ｅレーザー光線のうねりから判定した光線の周期（λ）
のほぼ×の長さ（λ）となるように切断し研磨機を用い
て、試料の両端面が長袖に垂直な平行平面となるように
研磨し、評価資料とした。

評価方法 第２図中に示した光学ベンチ（１０１）の上に配置され
た試料台（１０６）の上に試作した試料（１０８）をセ
ットし、絞り（１０４）を調節して光源（１０２）から
の光の集光用レンズ（１０３）、絞り（１０４）　、ガ
ラス板（１０５）を通り試料（１０８）の端めん全面に
入射するようにした後、試料（１０８）およびポラロイ
ドカメラ（１０７）の位置をポラロイドフィルム」二に
ピントが合うように調節し、正方形格子像を撮影し、格
子の歪みを観察した。ガラス板（１０５）はフォトマス
ク用クロムメツキガラスのクロム皮膜に０．１ｍｍ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
測定した。

実施例１ ポリ−（２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタ
クリレート）　　（ｎｏ：　１．４２０、（７７）　２
．２８５（ＭＥＫ溶媒、２５°Ｃで測定）５０重量部、
メチルメタクリレート３５重量部、ｔｅｒ　ｔ−ブチル
メタクリレート１５重量部（ポリマーの屈折率ｎ、：１
、４６４　）、１−ヒドロキシシクロへキシルフェニル
ケトン０．１重量部、ハイドロキノン０．１重量部を第
１図のシリンダー（１１）に仕込み、８０°Ｃに加熱し
、混練部を通して、径が２．０　ｍｍノズルより押し出
した。このときこの前駆体組威物の押し出し時の粘度は
ｌＸｌ０’ボイズであった。続いてこの押し出したファ
イバーを８０“Ｃに加熱された　窒素ガスが１　Ｏｆ！
、／ｍｉｎの速度で流れる揮発部を１３分で通過させて
、６本の円状に等間隔に設置された５００Ｗの超高圧水
銀灯の中心にファイバーを通過させ０．５分間光を照射
し、２０ｃｍ／ｍｉｎの速度でニップローラーで引き取
った。得られたファイバーの直径は１、ＯＯｎｒｍであ
り、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、中心が１．４５０、周辺部が１．４３４であり中
心部から周辺部に向かって連続的に減少していた。

なお得られたファイバーのＮＭＲによる組成分析の結果
は、中心部にはポリ（２，２，３，３−テトラフルオロ
プロピルメタクリレート）が６０重量％、周辺部には８
０重量％存在していた。またポリメチルメタクリレート
は中心部に３０重量％、周辺部には５重量％含まれてい
た。

３ 単量体の残留分は全体として１．２％であった。

また、レンズ性能の測定を行った結果、正方形格子の像
は歪が少ないものであった。

実施例２ 塊状重合により製造した２、２，３．３−テトラフルオ
ロプロピルメタクリレート９０重量％とメチルメタクリ
レート１０重量％とからなる共重合体（ｎ−１，４２３
）５３重量部、メチルメタクリレート（ポリマーのｎｏ
ｌ、４８９）３２重量部、２．２．３．３．４．４．６
．６−オクタペンチルメタクリレート（ポリマーのｎｎ
１．４００）１５重量部、１−ヒドロキシシクロへキシ
ルフェニルケトン０．１重量部、ハイドロキノン０．１
重量部とを第１図の装置に仕込み実施例１と同様にして
ファイバーを得た。評価した結果、中心部はｒ＋ｎ１．
４３６、周辺部はｒ＋ｎ１．４２３であり中心から周辺
部に向かってｎＤが連続的に減少していた。また２、２
，３．３−テトラフルオロプロピルメタクリレート共重
合体組成比は中心部で４９重量％周辺部で８０重量％で
あり、ポリメチルメ４ タフリレート組成化は中心部で２８重量％周辺部で５重
量％であった。

レンズ性能の測定を行った結果、像は歪が少なくまた明
るくなった。

実施例３ ポリ−（２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタ
クリレート）　　（ｎｏ　１．４２０、（７７）　２．
２８５（ＭＥＫ、２５°Ｃにて測定）４５重量部、メチ
ルメタクリレート３０重量部、エヂルメタクリレート（
ポリマーのｎＤ　１．４８５）１０重量部、ラウリルメ
タクリレート（ポリマーのｎｏｌ、４７４）１５ｆｆｉ
！部、１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン０
．１重量部、ハイドロキノン０．１重量部とを第１図の
装置に仕込み実施例１と同様にしてファイバーを得た。

評価した結果、中心部はｎｎ１．４４９、周辺部はｎｐ
ｌ、４３８であり中心から周辺部に向かってｎ、が連続
的に減少していた。またポリ−（２，２，３，３−テト
ラフルオロプロピルメタクリレート）の組成比は中心部
で４９重量％周辺部で８０重量％であり、ボ５ リメチルメタクリレート組成比は中心部で２４重量％周
辺部で３重量％であり、ラウリルメタクリレートの組成
比は中心部で１５重量部周辺部で３０重量部であった。

レンズ性能の測定を行った結果実施例１．２のものより
は若干悪いものの歪は少なかった。

［発明の効果コ 本発明の製造方法により、従来技術が抱えていた断続的
な生産工程による不合理性を解決し、連続的に光伝送体
の生産が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラスチック光伝送体の製造に便利に
利用できる装置の１例を示す模式図である。 第２図は本発明のプラスチック光伝送体のレンズ性能を
評価するための装置の概念図である。 １１　シリンダー、１２　混練部、１３　ヒーター、１
４　ピストン、１５　ノズル、１６ストランドフアイバ
ー、１７　揮発基、１８活性光線照射部、１９　ガス導
入孔、２０　ニ６ ツブローラー、２１　巻取りドラム、２２　光伝送体、
１０１光学ベンチ、１０２光源、１０３集光用レンズ、
１０４絞り、１０５フオトマスク用クロムメツキガラス
のクロム被覆を０．１　ｍｍの正方形格子模様に精密加
工したガラス板、１０６試料台、１０７カメラ、１０８
評価用試料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ＿１なる屈折率を有する重合体（Ａ）と、ｎ＿１より
   も低い屈折率ｎ＿２なる重合体を作り得る揮発性の高い
   単量体（Ｂ）と、ｎ＿２よりも高い屈折率ｎ＿３なる重
   合体を作り得る揮発性の高い単量体（Ｃ）とよりなる混
   合物を繊維状に賦形し、該繊維状賦形物の外周より未重
   合単量体を揮散しながら、又は定量揮散せしめた後、繊
   維状賦形物中の未重合重合体を重合せしめることにより
   繊維状賦形物の中心より外周に向って連続的に変化する
   屈折率分布を有する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方法。