JPH09138313A - 屈折率分布型プラスチック光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈折率分布が半径方向に滑らかな屈折率分布
型プラスチック光ファイバ用プリフォームを連続的に簡
単に製造する。 【解決手段】 プラスチック光ファイバの中心を形成す
るプラスチックロッドの周囲に、重合体と低屈折率化合
物とをモノマーに溶解した溶液を塗布し、モノマーを重
合させてプラスチックコアより屈折率の低い第１の重合
体層を形成し、必要に応じて、同様の手順で、順次屈折
率の低下した第ｎの重合体層まで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、屈折率分布型プラ
スチック光ファイバの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率分布型［ＧＩ（graded index）
型］プラスチック光ファイバ用プラスチックの製造方法
が、特開平７−５３２９号公報および特開平７−５３３
１号公報に記載されている。これらの方法では、屈折率
の分布を形成する為に、屈折率の異なる複数の溶液（塗
布液）を用い、溶液を吹き付けまたは塗布する。溶液
は、流れないために、ある程度の粘度を有する必要があ
るが、粘度の高い溶液を均一に塗布することは困難であ
る。一方、塗布できる粘度では、液ダレが起こる。

【０００３】また、溶液の粘度が形成された層の厚みに
影響するので、粘度を精密に調節する必要があるが、溶
媒などの揮発性成分の蒸発などにより、粘度を絶えず一
定に調節することは困難である。塗布もしくは噴霧条件
を制御しても、長さ方向および／または半径方向におけ
る屈折率分布を均一にすることは非常に困難である。そ
の上、塗布した溶液層から溶媒などを完全に除去するの
も困難である。

【０００４】特開平７−１３０２９号公報には、異なる
配合比、従って異なる屈折率の原料蒸気を支持棒の下端
部に吹き付けて、屈折率分布型プラスチック光ファイバ
用プリフォームを成長させる方法が開示されている。し
かし、この方法では、各層の厚さを正確に制御し、かつ
屈折率の分布を所定通りに形成することは困難であると
考えられる。

【０００５】屈折率分布型プラスチック光ファイバ用プ
リフォームを製造する別の方法が、特開平７−２７９２
８４号公報に記載されている。この方法は、透明な重合
体の成型物の中へ、重合体と相容性を有しかつ屈折率の
異なる透明な非重合性化合物を拡散させることにより、
重合体成型物中に屈折率分布を形成する。しかし、拡散
により屈折率分布を精密に制御することはほとんど不可
能である。部分的に屈折率が低い部分があったり、屈折
率の高い部分と低い部分の境目が存在するようになり、
連続的な屈折率分布が得られなくなる。

【０００６】以上の従来技術はいずれも、光ファイバ用
プリフォームの製造方法であり、従って、最終製品であ
る光ファイバを連続的に製造するという観点からみれ
ば、不十分なものである。屈折率分布型プラスチック光
ファイバを連続的に製造する方法の１つを国際出願公開
ＷＯ９４／０４９４９が開示している。この方法は、２
重円筒状ノズルの外側ポートから透明プラスチック溶融
体を押し出し、内側管から屈折率を調節するための拡散
可能な材料を供給し、拡散可能な材料をプラスチックの
中心から周辺部に向けて拡散させることにより、屈折率
が連続的に変化する領域を形成するものである。

【０００７】しかしながら、この拡散可能な材料をプラ
スチック溶融体中に拡散させるＷＯ９４／０４９４９の
方法には、さまざまな欠点がある。まず、屈折率の分布
の制御が困難なことである。屈折率の制御は、拡散可能
な材料の拡散により行われるのであるが、プラスチック
溶融体がノズルに達するまでの流れの方向や速度を厳密
に制御しなければ、拡散可能な材料の拡散状態がプラス
チック溶融体の長手方向で変化することになり、均質な
プラスチック光ファイバを得ることができない。次に、
拡散可能な材料が、内側管のノズル周辺で流れずに溜ま
り、拡散可能な材料が拡散されずに押し出されてしまう
ことがある。これでは、屈折率が設計通りに分布した光
ファイバが得られない。以上のように、この従来技術の
方法では、押し出されるプラスチック溶融体の長手方向
で屈折率分布が変化することがあるので、屈折率分布が
一定な光ファイバを連続して安定に製造することが困難
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、屈折率分布
が長手方向で一定であり、半径方向で滑らかである屈折
率分布型プラスチック光ファイバを連続的に製造できる
方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題は、プラスチック光ファイバの中心を形成するプラス
チックロッドの周囲に、重合体と低屈折率化合物とをモ
ノマーに溶解した溶液を塗布し、モノマーを重合させて
プラスチックコアより屈折率の低い第１の重合体層を形
成し、必要に応じて、同様の手順で、順次屈折率の低下
した第ｎの重合体層まで形成することからなる屈折率分
布型プラスチック光ファイバの製造方法により解決する
ことができる。

【００１０】プラスチック光ファイバの中心を形成する
プラスチックは、無色で透明性の高い重合体であるのが
好ましい。そのような重合体を与えるモノマーとして、
以下のようなメタクリル酸エステル、スチレン系化合
物、フッ素化アクリル酸エステル、フッ素化メタクリル
酸エステル等を例示することができる： (a)メタクリル酸エステル メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル
酸イソプロピル、メタクリル酸ｔ-ブチル、メタクリル
酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸シク
ロヘキシル、メタクリル酸ジフェニルメチル等； (b)スチレン系化合物 スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロ
モスチレン、ジクロロスチレン、ジブロモスチレン等； (c)フッ素化アクリル酸エステル ２,２,２−トリフルオロエチルアクリレート等； (d)フッ素化メタクリル酸エチル １,１,２−トリフルオロエチルメタクリレート等。 本発明においては、上記モノマーからいずれか１種また
は２種以上を適宜選択して使用し、屈折率を調製するこ
とができる。

【００１１】このようなモノマーを、好ましくはラジカ
ル重合して、中心を形成する重合体を得、これを溶融押
し出しして、光ファイバの中心を形成する。本発明の製
造方法では、この中心の周囲に、順次屈折率を低下させ
た重合体層を積層して光ファイバを製造する。

【００１２】中心の周囲に積層する重合体の屈折率の調
整は、中心のプラスチックを１種のモノマーから製造し
た時は、そのモノマーから得られる重合体よりも低い屈
折率の化合物を使用し、濃度を適宜調節して行う。ここ
で用いる低屈折率の化合物は、非重合性で、中心の重合
体との屈折率差が０．０２以上であり、モノマーおよび
その重合体との相溶性がよく、沸点が高い、例えば２０
０℃以上であるのが好ましい。中心の重合体としてポリ
メタクリル酸メチルを用いた場合、低屈折率の非重合性
化合物としてセバシン酸アルキルエステル（セバシン酸
ジブチル等）等、飽和二塩基酸アルキルエステルなどを
用いることができる。

【００１３】中心の重合体を２種またはそれ以上のモノ
マーから製造する場合、屈折率が相互に異なり、反応性
比が同程度のものを用いて積層する重合体の屈折率を調
整することもできる。しかし、モノマーを２種以上用い
る共重合による方法では、ミクロな不均一構造に基づく
相分離のため、光伝送損失が増加する（透明性が低下す
る）。従って、１種のモノマーと非重合性の低屈折率化
合物を使用する方が望ましい。

【００１４】積層する重合体の溶液は、重合体と低屈折
率の化合物をモノマーに溶解して調製することができる
が、モノマーと低屈折率の化合物の混合物を、重合条件
に付して、例えば加熱して、溶媒であるモノマーの重合
が５０％から７０％進行した状態で一旦重合を停止し、
得られた溶液を塗布用溶液として用いることもできる。
後者の場合、より高純度の溶液が得られるので、好まし
い。

【００１５】塗布した溶液中のモノマーの重合は、モノ
マーの種類に応じて、加熱、放射線照射（例えば、紫外
線照射）などにより進行させることができる。加熱によ
る場合、重合体を溶融するような高温にする必要はな
く、モノマーが揮発しない程度の比較的低温で重合させ
ることができる。

【００１６】次に、第１の重合体層よりも屈折率が低く
なるように調節した重合体と低屈折率の化合物とをモノ
マーに溶解した溶液を用いて、上記と同様の方法で第２
の重合体層を形成する。このように、順次屈折率の低下
した重合体層を積層することにより、所望の屈折率分布
型プラスチック光ファイバを得る。積層する重合体層の
数と各層の厚さは、屈折率分布と光ファイバの直径とか
ら適宜設定することができる。通常、塗布層の数は、２
〜１０、好ましくは３〜６であり、各層の厚さは、０．
０５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．０８〜０．２ｍｍで
あるが、この範囲よりも上下に幾分はずれてもよい。な
お、中心の直径は、通常０．０３〜０．２ｍｍ、好まし
くは０．０５〜０．１５ｍｍであるが、この範囲よりも
上下に幾分はずれてもよい。

【００１７】

【実施の態様】本発明を図面を参照して説明する。図１
に、本発明の製造方法に使用する好ましい装置の一例を
示す。この装置は、重合体を含む溶液を塗布するための
塗布ノズル１１〜１５と、塗布された溶液中のモノマー
を重合するための反射板を有する紫外線照射領域２１〜
２５と、紫外線光源３１〜３５を有する。本発明の製造
方法では、まず、ファイバの中心となる重合体を繊維状
に溶融押し出し、モノマーを溶媒とした溶液またはゲル
を、塗布ノズル１１により繊維状の重合体１０の表面に
塗布する。紫外線照射領域２１を通過する溶液が塗布さ
れた重合体１０に、紫外線光源１１から紫外線を照射し
てモノマーを重合し固化する。この操作を、塗布ノズル
１２〜１５、紫外線光源２２〜２５および紫外線照射領
域３２〜３５により順次繰り返し、５つの塗布層を形成
して、屈折率分布型プラスチック光ファイバを製造す
る。

【００１８】次の工程で塗布された溶液により湿潤され
た１つ前の重合体層の表面では、モノマーが浸透して膨
潤するため、低屈折率の化合物が中心に向かって移動し
やすくなる。このため、各層の境界での屈折率の段差が
小さくなり、あるいはなくなり、滑らかな屈折率分布を
形成することができる。

【００１９】

【実施例】実施例１ 光ファイバの中心を形成する重合体として、ポリメタク
リル酸メチルを用いた。ポリメタクリル酸メチルは、次
のようにして得た。重合容器中、メタクリル酸メチル
に、過酸化ベンゾイル（重合開始剤）０．３wt％とｎ−
ブチルメルカプタン（連鎖移動剤）０．２wt％を添加
し、容器内を窒素ガスにより置換した後、６０℃で２０
時間加熱して重合させた。その後、重合を完結するため
に、９０℃で１０時間、更に１１０℃で４時間熱処理し
てロッド状重合体を得た。

【００２０】ロッド状重合体を溶融温度１９０℃にて押
し出し、直径０．６mmの繊維状に成形した。この繊維状
重合体１０を、第１溶液を塗布するノズル１１に導き、
表面に溶液を塗布した。塗布する溶液は、粘度が低すぎ
ると液だれや不均一さを生み、逆に粘度が高すぎると表
面への塗布が困難となるので、粘度を５,０００〜１０
０,０００ポイズに調製した溶液を用いる。本実施例で
は、第１〜第４溶液として、メタクリル酸メチルとセバ
シン酸ジブチルの６０％重合体を用いた。粘度は６０,
０００ポイズであった。

【００２１】第１層を形成するための第１溶液は、メタ
クリル酸メチルに対しセバシン酸ジブチルを８vol％混
合し、この混合物に、開始剤として過酸化ベンゾイル
０．５wt％を、連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタ
ン０．２wt％を加え、これを窒素ガスで満たした反応容
器内で６０℃にて重合し、重合が６０％の時に加熱を止
めて調製した。第２、第３および第４溶液は、セバシン
酸ジブチルの濃度がそれぞれ１２、１６および２５vol
％となるように調製した。

【００２２】第１〜第４溶液は塗布ノズル１１〜１４に
それぞれ直結した反応容器内にて重合し、６０％重合が
進行した状態で貯留タンクに送り、ノズルに供給した。
一旦貯留タンクにて貯留される間、反応容器では随時重
合を実施した。この溶液を、湿潤厚さが０．１mmとなる
ように調節した塗布ノズルから重合体表面に塗布した。
厚さ０．１mmに塗布した溶液は重合収縮により厚さが薄
くなり、最終的に第５層が形成された後のファイバの直
径は１mmとした。

【００２３】各溶液の塗布後、繊維状重合体を赤外線ラ
ンプ３１〜３４が並ぶ反応装置に導き、モノマーを重合
し、塗布溶液層を固化した。なお、塗布ノズルと紫外線
ランプが並ぶ反応装置は、（図示されていないが）外界
との接触がないように完全に密閉されており、その中は
窒素ガス雰囲気下にある。さらに紫外線が均一に照射さ
れるように反応容器内壁には、ファイバを取り巻くよう
に円筒状の反射板が取り付けられている。モノマーを完
全に重合させるために、各ステップでは４時間紫外線を
照射した。

【００２４】第４層を形成した後、第５層としてクラッ
ド層を形成した。第５層を形成する溶液として、１,２,
２−トリフルオロエチルメタクリレートの重合率６０〜
７０％の溶液を用いた。これを第４層の表面に塗布し、
クラッド層とした。最後に、第１〜第５層を形成した繊
維状重合体は、巻き取りローラ４０に、延伸しながら巻
き取った。

【００２５】このように作製した屈折率分布型光ファイ
バの透光性能を評価するため、カットバック法にて伝送
損失を測定した。その結果、伝送損失は１６５dＢ／km
であった。屈折率の分布状態を、干渉顕微鏡により測定
したところ、図２のような屈折率分布を有することが分
かった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、得られる光
ファイバの長さがプリフォームの大きさに依存せず、光
ファイバを連続的に製造できる。また、溶媒としてモノ
マー自体を用いているので、モノマー以外の溶媒を用い
る方法に見られる「溶媒除去」の問題が生じない。更
に、屈折率分布を低屈折率の化合物を拡散させて形成す
るのではなく、屈折率のことなる層を複数回重ねて塗布
することにより形成するので、屈折率分布を精密に制御
できる。本発明の製造方法によれば、高速伝送に適した
屈折率分布を持ったプラスチック光ファイバを連続的に
製造することができ、光ファイバの透光性能もＳＩ型の
プラスチック光ファイバに比較して遜色のないものが得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造方法で使用する重合装置の１例
の模式図。

【図２】 実施例１で得たプラスチック光ファイバ用プ
リフォームの屈折率分布を示す図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック光ファイバの中心を形成す
   るプラスチックロッドの周囲に、重合体と低屈折率化合
   物とをモノマーに溶解した溶液を塗布し、モノマーを重
   合させてプラスチックコアより屈折率の低い第１の重合
   体層を形成し、必要に応じて、同様の手順で、順次屈折
   率の低下した第ｎの重合体層まで形成することからなる
   屈折率分布型プラスチック光ファイバの製造方法。
2. 【請求項２】 モノマーが照射線重合性モノマーであ
   り、放射線を照射してモノマーを重合する請求項１に記
   載の製造方法。
3. 【請求項３】 モノマーが紫外線重合性モノマーであ
   り、紫外線を照射してモノマーを重合する請求項２に記
   載の製造方法。
4. 【請求項４】 重合体と低屈折率化合物とを溶解したモ
   ノマーが、低屈折率化合物をモノマーに溶解した溶液の
   モノマーの一部を予め重合して調製したものである請求
   項１〜３のいずれかに記載の製造方法。