JPH0614125B2 - 合成樹脂光伝送体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は屈折率分布を有する合成樹脂光伝送体を製造す
る方法に関する。

光伝送体として、中心軸からの距離の二乗に比例して減
少する屈折率の分布を有する透明棒状体が知られてい
る。この透明棒状体は凸レンズ作用を有し、またその屈
折率分布は(1)式で近似される。

（式中、ｎ（ｒ）は中心軸からの距離ｒの点における屈
折率、Noは中心軸における屈折率、Ａは正の定数をそれ
ぞれ表わす。） このような透明棒状体中を光束は蛇行して伝播し、その
周期Ｌは(2)式で表わされる。

また、(3)式で近似されるように、中心からの距離の２
乗に比例して増大する屈折率分布を有する場合には、透
明棒状体は凹レンズ作用を有する光伝送体となる。

（式中、ｎ（ｒ）およびNoは前記に同じであり、Ｂは正
の定数である。） このような屈折率分布を有する合成樹脂光伝送体の製造
方法は、特公昭52-5857号公報、特開昭51-16394号公
報、特公昭56-37521号公報、特願昭57-43354号などに記
載されている。

特公昭52-5857号公報および特開昭51-16394号公報に記
載された方法では、まず網状重合体Paを生成する架橋性
単量体Maを液体状態から流動性を失ったゲル状態になる
まで初期重合させて透明なゲル状母材を形成する。次い
で、この母材を単量体Maとは異なる単量体Mbからなる液
相中に浸漬して、母材がその表面から内部に向かって次
第に減少するような単量体Mbの濃度勾配を持つように、
単量体Mbを拡散させる。このとき、単量体Mbとしては、
網状重合体Paの屈折率とは異なる屈折率を有する重合体
Pbを生成する単量体を用いる。単量体Mbは拡散と同時に
および／または拡散後の熱処理工程中に重合し、またこ
の時、単量体Maの重合も完結する。このようにして、特
公昭52-5857号公報及び特開昭51-16394号公報に記載さ
れた方法では、所望の屈折率分布を有する合成樹脂光伝
送体を得るようにしている。

ところが上述した方法では、母材を液状の単量体Mb中に
浸漬させて母材表面と液状の単量体Mbとを直接接触させ
るために、いくつか不利な点があった。例えば、単量体
Mbの拡散と重合とを同時に行うような場合には、浸漬温
度を比較的高温にするため、および母材中に通常含有さ
れている重合開始剤が浸漬時間の経過と共に液相に溶出
するため、液相中でも単量体Mbの重合が徐々に起って粘
稠になる。その結果、拡散を終えて母材を液相中から取
り出す際に、このようにして形成された粘稠層が母材表
面に付着したまま取り出されてしまう。そして重合を完
結させるために行う熱処理工程中に、この粘稠層から単
量体Mbが浸出して母材内に拡散し、得られる光伝送体の
外周部付近における屈折率の好ましくない歪みを増大さ
せる原因となる。しかしながら、一方、液相での単量体
Mbの重合を抑制するために重合禁止剤を加えておくと、
これが単量体Mbの拡散と同時に母材中に拡散して熱処理
工程における重合完結を阻害する。

また、単量体Mbの拡散後に重合させるような場合は比較
的低い浸漬温度ですむが、この場合には拡散した単量体
Mbが熱処理工程中に母材の外周部から蒸発するため、や
はり外周部付近の屈折率分布に好ましくない歪みを増大
させる原因となる。

特開昭54-119939号公報及び特願昭57-43354に記載され
た方法は上述の方法を改良して外周部付近での屈折率分
布の歪みを回避しようとするものである。上記文献記載
方法によれば、単量体Mbの拡散を気相中又は霧化状態で
行っている。すなわち、単量体Mbの蒸気及び霧化雰囲気
中に母材を所定時間配置して単量体Mbを母材中に拡散さ
せ、この拡散と同時に単量体Mbを一部重合させ、最後に
熱処理によって重合を完結させるようにしている。この
方法では、母材は液相の単量体Mbとでなく、気相あるい
は霧化状態の単量体Mbと接触するので次のような利点が
ある。

(1)母材の表面に余分の単量体Mbが付着しない。故に、
熱処理工程中に付着した単量体Mbが母材の表面から内部
へ拡散することがない。また、拡散を高温で行うから単
量体Mbは母材内部に拡散しつつ重合して固定化する。そ
こで、熱処理工程中に単量体Mbが母材の外周部から蒸発
することもない。したがつて、外周部での屈折率の歪み
が少くかつ所期の屈折率分布を広い範囲で有する光伝送
体が得られる。

これらの方法で(1)式及び(2)式で近似される屈折率分布
を有する合成樹脂光伝送体を製造する場合、全体に周辺
まで収差の小さい合成樹脂光伝送体を製造するには、種
々の条件、例えば拡散温度拡散時間などを更に気相また
は霧化状態などで単量体Mbを拡散させる場合は、各々気
相濃度、霧化濃度などを細かく制御する必要があり、極
めて難しい。

そこで本発明では、種々の条件を細かく制御するかわり
に単量体Mbを前記単量体Maを一部重合させた透明ゲル状
母材に拡散させた後、屈折率の異なる単量体Mc，Md・・
・Mn前記透明ゲル状母材の転化率が上昇するにつれて拡
散させ、周辺領域での屈折率分布を補正して全体的に収
差の少ない合成樹脂光伝送体を製造するものである。

本発明を詳細に説明すると、周辺まで屈折率分布を精密
制御するために、前記透明ゲル状母材に重合体（共重合
体を含む）Pb（その屈折率をNbとしNa＞Nbである）を形
成する１種又は複数種の単量体Mbを拡散しつつ重合させ
た後、周辺部の屈折率分布を補正する目的で母材の平均
重合転化率がP₁%に達した時点で重合体（共重合体を含
む）Pc（その屈折率をNcとし、Nb≠Ncである）を形成す
る１種又は複数種の単量体Mcを拡散させつつ重合させ
る。更に母材の平均重合転化率がP₂(P₂＞P₁)％達した時
点で重合体（共重合体を含む）Pd（その屈折率をNbとし
Nc≠Ndである）を形成する１種又は複数種の単量体Mdを
拡散しつつ重合させるというようにできるだけ収差の小
さい屈折率分布が形成されるまで何回となく母材の平均
重合転化率Pk(k=1,2,3・・・n)が増大して行くに従って重
合体（共重合体を含む）を形成した時の屈折率が、それ
以前に拡散させつつ重合させたすべての単量体と異なる
た単量体を拡散させつつ重合体させるという方法であ
る。

この場合、上記母材の平均重合転化率Pk(k=1,2,3・・・n)
の範囲は10％＜Pk＜80％とするのが望ましい。すなわち
Pkが10％以下ではゲルロットの形状を安定して保持する
ことが困難になり、またPkが８０％以上では単量体のゲ
ルロッド内への拡散に極めて長時間を要し、実用的でな
くなる。より好ましいPkの範囲は３０%ないし６０％で
ある。またPkとPk＋１の間隔があまり小さいと異種単量
体追加拡散による分布修正効果が薄れるので、上記間隔
は10％以上とることが望ましい。

この発明の方法で、当初には母材ロッドに拡散させる単
量体Mbに続いて拡散させる単量体Mc，Md・・は必らずしも
全て異種の単量体を使用する必要はなく、直前に拡散さ
せた単量体と相違していれば場合によっては先の段階で
使用した単量体を再度拡散させるようにしてもよい。

この発明の方法において、単量体Maとしては重合して透
明で屈折率がNaの網状重合体Paを生成することができる
単量体が使用されるが、この単量体は単一の単量体であ
っても複数種の単量体の混合物であってもよい。このよ
うな単量体Maとしては、アリル基、アクリル酸基、メタ
クリル酸基およびビニル基のような二重結合を含む基を
それぞれ２個以上有するかこれらのうちの２種類以上を
同時に有する単量体が好適である。次に単量体Maの具体
例を挙げる。

(1)、アリル化合物およびその混合物。

フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、テレフタル
酸ジアリル、ジエチレングリコールビスアリルカーボネ
ート等のジアリルエステル；トリメリト酸トリアリル、
リン酸トリアリル、亜リン酸トリアリル等のトリアリル
エステル；メタクリル酸アリル、アクリル酸アリル等の
不飽和酸アリルエステル。

(2)、R₁-R₂-R₃で表わされる化合物およびその混合物。

R₁およびR₃がいずれもビニル基、アクリル酸基、ビニル
エステル基、またはメタクリル酸基である化合物；R₁お
よびＲ_３のいずれか一方がビニル基、アクリル酸基、メ
タクリル酸基およびビニルエステル基の４つの基のうち
のいずれかであり、他方が残りの３つの基のうちいずれ
かである化合物。

ここでR₂は以下に示される２価の基のうちから選択でき
る。

(3)、上記(1)と(2)の単量体の混合物、またはモノビニ
ル化合物、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類お
よびメタクリル酸エステル類の５種のうちの少なくとも
１種と上記(1)または(2)の単量体（またはその混合物）
との混合物。

この発明において、単量体Mb，Mc，Md・・・Mnとしてはそ
れが重合した時に、上記屈折率Naよりも大きいかまたは
小さい屈折率Nb，Nc，Nd・・・Nnを有する透明な重合体P
b，Pc，Pd・・・Pnを形成するものが選ばれる。この単量体
Mb,Mc,Md・・・Mnは単一の単量体であっても、複数種の単
量体の混合物であってもよい。重合体Pb，Pc，Pd・・Pnは
網状重合体および線形重合体のいずれであってもよい。
屈折率Nbが屈折率Naよりも小さい場合、得られる光伝送
体は上記(1)式で表わされるような屈折率分布が形成さ
れた凸レンズ作用を有するものとなる。逆に、屈折率Nb
が屈折率Naよりも大きい場合には、上記(3)式で表わさ
れる屈折率分布で凹レンズ作用を有する光伝送体が得ら
れる。これらの屈折率の差（|Na−Nb|）は0.00以上であ
るのが好ましく、この差が小さすぎると所望の屈折率勾
配が得られない。また、単量体Mb，Nc，Nd・・・Nnは、特
に気相拡散させる場合、比較的高い蒸気圧を有するもの
であるのが好ましく、例えば拡散温度において５mmＨｇ
よりも高い飽和蒸気圧を有するのが好ましい。このよう
な単量体Mb，Nc，Nd・・・Nnの例としては、スチレン、メ
タクリル酸エステル、アクリル酸エステル、酢酸ビニ
ル、塩化ビニル、アクリロニトリル、ブタジエンおよび
これらの混合物が挙げられる。

特に、低色収差の合成樹脂光伝送体を製造するに適した
単量体Maと単量体Mb，Nc，Nd・・・Nnとの組合せとして
は、次のようなものが例示できる。

(a)、Maとしてジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート、またはこれとフタル酸ジアリル、イソフタル酸
ジアリル、安息香酸ビニルもしくはスチレンとの混合物
（ただし、この混合物中のジエチレングリコールビスア
リルカーボネートの量は５０重量％以上であるのが好ま
しく、より好ましくは７０重量％以上である）。Mb，N
c，Nd・・・Nnとして、化合物(A)： 〔式中、Ｘは水素原子またはメチル基、Ｙはフエニル
基、メチルフエニル基、ビニル基、i-プロピル基、ｉ−
ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、 および からなる群から選ばれた基を表わす。〕 で表わされる化合物またはその混合物。

(b)、Maとしてジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート、またはこれとアクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、メタクリル酸ｎ−ブチルもしくはメタクリル酸ｔ
−ブチルとの混合物（ただし、この混合物中のジエチレ
ングリコールビスアリルカーボネートの量は１０重量％
以上であるのが好ましい）。Mb，Nc，Nd・・・Nnとして、
化合物(B) 〔式中、Ｘは水素原子またはメチル基であり、Ｙは−(C
F₂)_iF(i＝1〜6)、−CH₂(CF₂)iH(j＝1〜8)、−CH₂CH₂OCH
₂CF₃ −(CH₂CH₂O)_kCF₂CF₂H(k＝1〜4)、−(CH₂CH₂OCH₂(CF₂)lF
(l＝1〜6)、 −(CH₂(CF₂)_mO(CF₂)_nF(m＝1〜2、n＝1〜4)から成る群よ
り選ばれた基を表わす。〕 で表わされるメタクリル酸またはアクリル酸の含フツ素
アルコールエステルや、上記一般式(B)においてＹが−S
i(OC₂H₅)_３である化合物(C)。

(C)、単量体Maとしてジエチレングルコールビスアリル
カーボネートと上記化合物(B)または(C)との混合物（た
だし、この混合物中のジエチレングリコールビスアリル
コーボネートの量は１０重量％以上であるのか好まし
い）。単量体Mb，Nc，Nd・・・Nnとして上記化合物(A)。

以下本発明方法を第１図に示す合成樹脂光伝送体の製造
装置に適用した一実施例につき図面を参照しながら説明
する。

第１図に示すように、拡散処理装置(31)は、拡散手段と
しての拡散管(32)と単量体ガス発生手段としての一対の
単量体ガス発生気(33A),(33B)から成っている。単量体M
aを一部重合させてロッド状に形成した透明ゲル物体(3
4)は、上記拡散管(32)を拡散室(43)内にロッド支持部材
(10)により垂直姿勢で支持されている。また、拡散管(3
2)の下部には導出口(39)が設けてあり、この導出口(39)
に取り付けられている排気管(40)の他端には真空ポンプ
(41)が設けられている。なお上記排気管(40)の途中には
コールドトラップ(42)が取り付けられている。そして拡
散室(43)は上記真空ポンプ(41)によって、上記排気管(4
0)及び間隔(44)を通して排気されるようになっている。
また拡散室(43)の外周部は、入り口(45)から入って出口
(46)から出る温水(47)によって温められていて、この拡
散室(43)を所定温度に維持し得るようになっている。

さらに、拡散室(32)の上部には導管(48)(49)がそれぞれ
取り付けられている。この導管(48)の途中にはバルブ(5
0)が設けられていて、このバルブ(50)を開けた状態で導
管(48)の一端から供給される窒素ガスを、上記導管(48)
呼び間隙(51)を通して拡散室(43)内に導入し得るように
なっている。また導管(49)の途中にはバルブ(53)が設け
られていて、このバルブ(53)を開けた状態で導管(49)の
他端に連結されている単量体ガス発生器(33A)から供給
される単量体ガスを、導管(49)、導入口(54)及び間隙(5
5)を通して拡散室(43)内に導入し得るようになってい
る。なお拡散管(32)の上部及び下部には温度計(76)(77)
(78)がそれぞれ取り付けられていて、各部の温度を測定
し得るようになっている。

一方、単量体ガス発生器(33A)の上部には、拡散させる
べき単量体Mbを供給するための供給管(56)が取り付けら
れていて、この供給管(56)と途中に設けられているバル
ブ(57)を開けた状態で、供給管(56)の上端の供給口(56
a)から貯留室(58)内に単量体Mbを供給し得るようになっ
ている。なお貯留室(58)の外周には冷却管(59)が設けら
れていてこの冷却管(59)の中を流されてい冷却水によっ
てこの貯留室(58)を、例えば１０〔℃〕程度に冷却し得
るようになっている。また貯留室(58)の底部には管(60)
が取り付けられていて、この管(60)の途中に設けられて
いるバルブ(61)を開けた状態で貯留室(58)内の単量体Mb
を、管(60)の先端(60a)から第一の容器として貯留器(6
2)内に供給し得るようになっている。この貯留容器(62)
は、外周に設けられている冷却管(63)の中を流されてい
る冷却水によって、例えば１０〔℃〕程度に維持される
ようになっている。

さらにこの貯留容器(62)は導管(64)(65)(66)によって、
第２の容器としての貯留容器(67)と連結されている。導
管(65)の途中にはポンプ(68)が設けられていて、このポ
ンプ(68)によっては例えば貯留容器(67)内の量体Mbの液
を貯留容器(62)内に移送し得るようになっている。また
貯留容器(67)は、外周に設けられているヒータ(69)に通
電することによって30〜100℃程度に加熱し得るように
もなっている。なお単量体Mbとしは例えばポリフルオル
エチレメタクリレート（3FMA）を用いる場合には、上記
貯留容器(67)を70〜80℃に加熱すればよい。さらにこの
貯留容器(67)内には、その先端が単量体Mb(70)中に位置
している不活性ガス供給手段としてのバルブ発生器(71)
が設けられていて、このバルブ発生器(71)にバルブ(72)
を介して接続されている管(73)の一端(73a)から供給さ
れる窒素ガスをバルブ発生器(71)に設けられている多数
の細孔から単量体Mb(70)中に導入し得るようになってい
る。また貯留容器(67)内で発生した単量体Mbのガスは、
導出口(74)から導管(49)を通って、拡散管(32)の拡散室
(43)に供給されるようにもなっている。なお貯留容器(6
7)に隣接した部分の導管(49)には、流量計(75)が取り付
けられていて、この導管(49)中を流れるガスの流量を測
定し得るようになっている。

また他の導管(49)を通じて上述と同じ構造の他の単量体
ガス発生器(33B)が接続されており、この発生器(33B)に
は単量体Ma，Mbとは異なる単量体Mcが貯留される。

次に上述のように構成された拡散処理装置(31)を用い
て、棒状の透明ゲル物体(34)に単量体を拡散させる方法
につき説明する。

第１図において、まずバルブ(57)を開けた状態で供給管
(56)の上端(56a)から液状の単量体Mbを所定量注入した
後、このバルブ(57)を閉める。この時点ではバルブ(61)
は閉めておき、注入された単量体Mbの液を貯留室(58)内
に貯めておく。この貯留室(58)内で上記単量体Mbの液を
１０〔℃〕程度に冷却した後に、バルブ(61)を開けて管
(60)の先端(60a)から貯留容器(62)内に上記単量体Mbの
液を導入する。この貯留容器(62)内には次第に上記単量
体Mbの液が貯まり、液面の高さが導管(64)と同程度にな
ると、この導管(64)を通つて貯留容器(62)内に上記単量
体Mbの液が流れ込み始め、しばらくすると貯留容器(62)
(67)内の単量体Mbの液の液面の高さがほぼ同一になる。
この時点でバルブ(61)を少し閉めて、管(60)の先端(60
a)から単量体Mbの液が少しずつ滴下する状態にする。な
お予め貯留容器(62)は１０〔℃〕程度に、また貯留容器
(67)は８０〔℃〕程度に保っておくようにしておく。

次にポンプ(68)を始動させることによって、貯留容器(6
7)内の単量体Mbの液を導管(65)を介して貯留容器(62)内
に移送し始める。ポンプ(68)を始動させた時点では、貯
留容器(67)内の単量体Mbの液の液面の高さが低くなると
共に、貯留容器(62)内の単量体Mbの液の液面の高さが高
くなるが、貯留容器(62)内の単量体Mbの液の一部は導管
(64)を通って貯留容器(67)内に再び流れ込むので、貯留
容器(62)(67)内の単量体Mbの液の液面の高さの差はあま
り生じない。定常状態においては、管(60)の先端(60a)
から単量体Mbの液を滴下させつつある状態で、貯留容器
(62)(67)内の単量体Mbの液の液面の高さをほぼ同一に保
つたまま、これらの貯留容器(62)(67)の間で単量体Mbの
液を循環させることができる。なお貯留容器(62)(67)の
上部を導管(66)によって互いに連結するようにしたた
め、これらの貯留容器(62)(67)の単量体Mbの液で満たさ
れていない空間(62a)(67a)の間の圧力差によって、貯留
容器(62)(67)の単量体Mbの液の液面の高さに差が生じて
しまうのが防止される。このように貯留容器(62)(67)の
間で単量体Mbの液を循環させることによって、８０
〔℃〕程度の高温に維持されている貯留容器(67)内にお
いて単量体Mbの液が重合してしまうのが防止される。な
お管(60)の先端(60a)から滴下される単量体Mbの量は、
貯留容器(67)内において気化することによって消耗され
る単量体Mbを補うように選択するが、実際には次のよう
にして行われる。即ち、管(60)の径を適当に細く選べ
ば、貯留容器(62)内の単量体Mbの液の液面が下がって管
(60)の先端(60a)から離れそうになると、この先端(60a)
から管(60)内に空気が入り込むので、管(60)から貯留容
器(62)内に単量体Mbの液が自動的に供給される。

次に貯留容器(62)(67)の単量体Mbの液の液面の高さ及び
液温が安定したら、バルブ(72)を開けた状態で管(73)の
一端(73a)から窒素ガスを導入して、バルス発生器(71)
からこの窒素ガスを単量体Mb(70)中に送り込む。その結
果単量体Mbが気化し、貯留容器(67)は単量体Mbのガスと
窒素ガスとの混合ガスで満たされた状態になる。この混
合ガスは導出口(74)から導管(49)を通して拡散管(32)に
向かって送られ、導入口(54)及び間隙(55)を通して拡散
室(43)内に供給される。このようにして拡散室(43)内に
供給された混合ガスは下方に向かつて流れ、導出口(39)
及び排気管(40)を通して真空ポンプ(41)によって排気さ
れる。上記混合ガスが上記空間(43b)を下方に向かって
流れる間に、この混合ガスに含まれている単量体Mbのガ
スが、透明ゲル物体(34)の表面に接触することによっ
て、単量体Mbがその透明ゲル物体(34)の内部に拡散す
る。なお拡散室(43)は、温水(47)によって、貯留容器(6
7)の加熱温度と同程度またはそれ以上の温度に維持され
ている。この温度は、単量体Mbとして例えば既知の３FM
Aを用いた場合には80℃程度とすればよい。また拡散時
においては既述のように導管(48)の一端(48a)から窒素
ガスを供給して、この導管(48)を通して上部室(52)内に
窒素ガスを導入するが、この窒素ガスの流量は導管(49)
を流れる上記混合ガスの流量の約１０倍に保つようにし
ている。

以上のようにして透明ゲル物体(34)への単量体Mbの拡散
および重合が進行したある段階、例えば透明ゲル物体(3
4)の転化率がおよそ60%になった時点で一方の単量体ガ
ス発生器(33A)側のバルブ(53)を閉じ、拡散室(47)内に
窒素ガスのみを流入させて拡散室(47)内に残留している
単量体Mbをパージする。窒素ガス流入停止の後、他方の
単量体ガス発生器(33B)のバルブを開いて単量体Mcと窒
素との混合ガスを拡散室(47)内に導入して透明ゲル物体
(34)中へ単量体MCを拡散させつつ重合させる。所定の拡
散処理が終了したらロッド(34)を拡散室から取り出して
加熱処理を施し、重合を完結させる。次に連続的に屈折
率分布型レンズ母材を成形する装置の好適例を第２図に
示す。

単量体Maを予備重合してゲル化直前まで流動性を保持し
ているプレポリマー(22)を加圧される押し出し器１に入
れ、この押し出し器１に連通し弗素樹脂等の非接着性性
質でつくられている成形チューブ３中を上記プレポリマ
ーを圧送することにより連続するゲル状ロッド11に成形
し、上方の引き上げ装置９によって引張り上げる。

成形チューブ３が加熱ジャケット２中を貫通しており、
このジャケット２には上部および下部にそれぞれ独立し
ている高温導管16および低温導管17が設けられており、
導管16に高温水一例として80℃の温水を通し、また導管
17に相対的に低温度の温水一例として64℃の温水を通
し、これにより成形チューブ３内を進行するプレポリマ
ーに進行方向に次第に上昇する温度勾配が与えられれて
いる。成形チューブ３を出た母材ロッド11に次に気相拡
散装置４の第１拡散室５に入る。拡散室５の外周は熱媒
体の流路となる環状のジャケット部18で囲まれており、
このジャケット部18には一定温度の温水等の熱媒体が流
入口２１Aを経て導入され、流出口21Ｂから出ていく。
母材ロッド11内に拡散させるべき第１の単量体Mbは蒸気
発生器14Ａで気化されて導入口19を通して第１拡散室５
内に導入され、ロッド11と接触した後拡散に寄与しない
分は導出口20を通してポンプ15により回収され、トラッ
プで液化させて再使用される。

第１拡散室５を出た母材ロッド11はさらに上昇し、第２
拡散室６に入る。この第２拡散室６は第１拡散室５と同
様に、外周は熱媒体の流路となる環状のジャケット部18
で囲まれている。また、蒸気発生器14Ｂで気化された単
量体Mcが導入口19を通して第２拡散室６内に導入され
る。このようにして第１拡散室５で単量体Mbが拡散され
た母材ロッド11には第２拡散室６において別種の単量体
Mcが拡散される。第２拡散室を出た母材ロッド11は上方
に配置された加熱処理室７内に入り、ここで重合が完結
し、さらに図外の切断装置で所定の長さに切断される。

以上のようにして成形される単量体Maの母材中に２種以
上の単量体Mb，Mc・・・が拡散してパラボリックな屈折率
分布を形成した母材ロッドは、所定長さに切断し両端を
平行平面に研磨してレンズとして使用するか、または上
記ロッドをさらに加熱延伸して細径にした後切断研磨し
てレンズとする。

以上実施例に基づいて説明した本発明方法は次のような
利点がある。

すなわち、従来方法では単一種の単量体Mbの母材中への
拡散速度と母材転化率とのかねあいで屈折率分布の形状
が結まり、分布の制御自由度が小さいため母材の中心か
ら外周付近まで全断面にわたり高精度に理想屈折率分布
に近づけることはほとんど不可能であったが、本発明方
法によれば、母材の転化率の異る複数段階で異種の単量
体MbMc・・・をそれぞれ拡散させるから分布の制御自由度
が高く、屈折率分布と外周付近まで高精度で制御するこ
とが容易となり、収差の非常に小さい合成樹脂レンズが
得られるようになった。

以下に数値実施例を述べる。

実施例１ 重合開始剤として3.0ωt%のＢＰＯを溶解させたジエチ
レングリコールビスアリールカーボネート（ＣＲ−３９
（商標名））３mmφのポリテトラフルオロエチレン製チ
ューブ中で75℃75分間加熱して予備重合し、ゲルロッド
を得た。このゲルロッドをN₂ガスによりポリテトラフル
オロエチレン製チューブから押出し、第１図の拡散装置
(32)内に設置した。単量体ガス発生器(33A)において75
℃窒素バルブ量300cc／分で予め調整されたメタフリル
酸-n−ブチル（n−BMA）（重合体としての屈折率ｎｐ＝
１．４８３１）の蒸気を窒素をキャリヤーガスとして拡
散装置(32)内に送り込んだ。

ここで拡散装置(32)の外側を循環してる温水の温度は75
℃であり、この温度により２０分間、n-ＢＭＡがゲルロ
ッド中に拡散しつつ重合した。母材の転化率が約60％に
達した時点で拡散管に窒素を流入させて、ｎ−BMAの蒸
気をパージした後、今度は他方の単量体ガス発生器(33
B)において70℃窒素バルブ量300ＣＣ／分で予め調整さ
れたメタクリル酸-2・2・2-トリフルオロエチル （3FMA）（nP＝1.4210）の蒸気を窒素をキャリヤーガス
として拡散装置(32)に送り込んだ。その後、再び拡散管
内を窒素置換して約90℃約２０時間熱処理を施し、合成
樹脂光伝送体を製造した。製造した合成樹脂光伝送体は
周辺まで(1)式にほぼ相当する屈折率分布を有してお
り、Ａ＝０．０３００mm^-2開口数ＮＡ＝0.38であった。

球面収差を測定すると、中心領域で35μｍ以内、周辺領
域で150μｍ以内となっており、従来方法による単一拡
散の場合の値より、中心領域で約３倍、周辺領域で約４
倍優れたものが得られた。

実施例２ 重合開始剤として3.0ωｔ％のＢＰＯを溶解させたジエ
チレングリコールビスアリルカーボネートを75℃で65分
間加熱しても予備重合し、ゲル化直前で流動性を保持し
ているプロポリマーを得た。このプロポリマーの粘度は
20℃で1015ＣＰＳであり、Ｄ＝Ｋσ^ｎ（オストワルドの
べき指数法則、Ｄ：ずり速度（１／sec），σ：ずり応
力（dyn／Cm²））の式におけるＫ及びｎの値は各々2.28
×10^-2 （Cm²／dynsec）及び1.20であった。このプレポリマー
(22)を第２図に示す装置の押出し器(1)に入れ加熱ジャ
ケット(2)を貫通しているポリテトラフルオロエチレン
製の成形チューブ(3)（直径３mm長さ200mm）の中へ 6.3×10^-2ml／分の一定流量で連続的に送り込んだ。加
熱ジャケット(2)には上部導管(16)に80℃の温水(16)、
下部導管(17)に64℃の温水を各々流すことによって温度
勾配を形成させた。

ポリテトラフルオロエチレン製チューブ中を４０分間で
通過する間に、プレポリマー(22)はゲル化し３mmφのゲ
ルロッド(11)に成形された。このゲルロッド(11)の平均
重合転化率は約30％であった。次いで、ゲルロットは引
上げ装置によって0.52Cm/minの一定速度で気相拡散室
(4)中の第１拡散室(5)に送り込み、この拡散室(5)に充
満させたメタクリル酸-2,2,2-トリフルオロエチレン（3
FMA）の蒸気を含む雰囲気に約４０分滞留させた。この
第１拡散室(5)の外側には75℃の温水を流して、この部
分を75℃の温度に保持した。３FMA蒸気は単量体蒸気発
生器(14A)において75℃窒素バルブ量300ＣＣ／分で予め
調整され、窒素ガスをキャリヤーガスとして導入口(19)
を通して第１拡散室(5)に導入された。また３FMA蒸気を
ポンプ(15)によって排出口(20)から回収し、トラップで
液化させたところ、 ３FMAは重合していなく繰返し使用することができた。
第１拡散室(5)を経たゲルロッド(11)は続いて第２拡散
室(6)に送り込まれ、メタクリル酸 1,1,5-トリハイドロパーフルオロペンチル（8FMA）の蒸
気を含む雰囲気中に約４０分間滞留させた。この第２拡
散室(6)の外側には80℃の温水が流れており、この部分
の温度は80℃に保持されている。ここで８FMAはゲルロ
ッド中に拡散しつつ重合して行く。８FMA蒸気は第２の
単量体蒸気発生器(14B)において80℃窒素バブル量 300ＣＣ／分で予め調整され、窒素ガスをキャリヤーガ
スとして導入口(19)を通して第２拡散室(6)に導入され
た。また８FMA蒸気ポンプ(15)によって排出口(20)から
回収しトラップで液化させたところ、８FMAは重合して
いなく、繰返し使用することができた。

拡散装置を経たゲルロッドは更に窒素置換したマイクロ
波キャビティーからなる加熱処理室(7)内に送り込まれ
た。マイクロ波の出力は２４５０ＭＨｚ，管内波長は14
7.4ｍｍであり、キャビティーは薄波管型のキャビティ
ーを使用した。キャビティー内の温度分布を赤外線放射
温度計により測定すると最高120℃、最低70℃であっ
た。このキャビティー内でゲルロッドを約５時間熱処理
を施し、重合を完結させた。

このようにして、連続的に製造した合成樹脂光伝送体
は、均一に周辺までほぼ(1)式に相当する屈折率分布を
有しており、屈折率分布定数 Ａ＝0.0322ｍｍ^-2，開口数ＮＡ＝0.40であった。

球面収差を測定すると、中心領域で25μｍ以内周辺領域
で120μｍ以内となっており、以前の単一拡散の場合の
値より中心領域で約４倍、周辺領域で約５倍優れたもの
が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に好適な装置の一例示す断面
図、第２図は他の装置の例を示す断面図である。 １……押し出し器、２……加熱ジャケット ３……成形チューブ、４……気相拡散装置 ５……第１拡散室、６……第２拡散室 ７……加熱処理室、11……母材ロッド 14A,14B……単量体蒸気発生器、22……プレポリマー 31……拡散処理装置、32……拡散管 33A,33B……単量体ガス発生器、34……ゲルロッド 62,67……単量体貯留容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 康博 東京都目黒区中根２−15―24 シヤンボー ル 第２都立大411号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】屈折率Naの網状重合体Paを生成する１種又
   は複数種の単量体Maを不完全に重合させて自己保形性を
   有する透明ゲル状母材を形成する工程、前記透明ゲル状
   母材に重合体（共重合体を含む）Pb（その屈折率をNbと
   し、Na≠Nbである）を形成する１種又は複数種の単量体
   Mbを拡散させつつ重合させる工程、及び前記Mbの拡散
   後、母材の重合転化が進行する過程で間隔をおいて、そ
   の直前に拡散させた単量体とは異なる１種または複数種
   の単量体を拡散させつつ重合させる、少なくとも１つの
   工程を含む合成樹脂光伝送体を製造する方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、単量体拡
   散を母材の平均重合転化率Pk（ｋ＝１，２，３・・・
   ｎ）が１０％＜Pk＜８０％の範囲内で行なう合成樹脂光
   伝送体の製造方法。