JPH11337746A

JPH11337746A - プラスチック光ファイバ用プリフォームの製造方法

Info

Publication number: JPH11337746A
Application number: JP10143960A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakamura; 哲也中村
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】特別な加熱装置または加圧装置を用いずに、
コア部に気泡やボイド含まないプラスチック光ファイバ
用プリフォームの製造方法を提供する。【解決手段】クラッドとなる重合体の円筒体の中空部
に、コア部形成用モノマーを充填し、コア部形成用モノ
マーを重合させてコア部を形成することにより、プラス
チック光ファイバ用プリフォームを製造する方法におい
て、コア部形成用モノマーの重合温度が重合反応熱によ
り一旦上昇した後低下し始めた時点で、該コア部形成用
モノマーの温度を、得られる重合体のガラス転移温度よ
り高い温度まで加熱して重合を行うことにより、気泡や
ボイドの発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光フ
ァイバ用プリフォームの製造方法に関し、さらに詳しく
は、コア部に気泡やボイドが含まれていないプラスチッ
ク光ファイバ用プリフォームの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック光ファイバ用プリフォーム
の製造方法として、特開昭６１−１３０９０４号公報
は、それ自体がクラッドとなるポリマー円筒管を作製
し、その中でコア部となるモノマー溶液を重合固化して
プラスチック光ファイバ用プリフォームを製造する方法
を開示している。この方法の特徴は、コアの形成に用い
る溶液として、例えばメチルメタクリレート（ＭＭＡ）
モノマーを主成分とする場合、ＭＭＡモノマーとＭＭＡ
モノマーより反応性比が低く屈折率がポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）より高いモノマーの混合溶液を用
いる点にある。

【０００３】特開平５−１７３０２６号公報は、それ自
体がクラッドとなるポリマー円筒管を作製し、その中で
コア部となるモノマー溶液を重合固化してプラスチック
光ファイバ用プリフォームを製造する方法を開示してい
る。重合が中空管内表面から中心に向かって進行し、連
続的に変化する屈折率分布を形成する点は上記特開昭６
１−１３０９０４号公報の方法と同じであるが、屈折率
分布を形成するための第２成分として、第１成分モノマ
ーよりも分子サイズの大きい重合性化合物を用いる点に
特徴がある。

【０００４】ＷＯ９３／０８４８８も、重合体からなる
円筒状容器の内壁からモノマーの重合を進行させ、屈折
率分布を形成する方法を開示している。具体的には、円
筒状容器としてＰＭＭＡ管を用い、ＰＭＭＡ管の中空部
にコアを作製する。このＰＭＭＡ管は、ＭＭＡモノマー
溶液の入ったガラス管を回転させながら該モノマーを加
熱重合することで作製され、コアは、非重合性化合物を
含むＭＭＡモノマー溶液をＰＭＭＡ管に注入し、回転さ
せながら加熱重合することにより形成され、これにより
屈折率分布を有するプリフォームが作製できる。得られ
たプリフォームを加熱溶融により線引して、所定の径の
光ファイバを得る。

【０００５】ＷＯ９３／０８４８８に開示の方法は、そ
れ自体がクラッドとなる重合体管の内側に、屈折率が連
続的に変化するコアを作製する方法である点は上記２つ
の公開公報の方法と共通するが、コア中に屈折率分布を
形成するために、非重合性化合物を用いる点で異なって
いる。円筒重合体管にコアの原料であるモノマー溶液を
注入すると、該原料モノマーは、重合体管の内壁表面を
一部溶かす。重合はゲル効果により、粘度が高くなった
内壁表面から円筒の中心に向かって進行するので、中心
に向かうほど屈折率の大きい非重合性化合物の濃度が高
くなる。したがって、連続的な屈折率分布が形成され
る。ここで、クラッドとなる円筒管を形成する重合体
は、コアとなる重合体の一部または大部分と同一のモノ
マーから重合した重合体で、コアの原料であるモノマー
溶液に溶けることが条件である。

【０００６】ＷＯ９３／０８４８８に開示の方法が上記
２つの公開公報に記載の方法より優れている点は、最終
的に得られる光ファイバーの伝送損失が小さい点であ
る。上記２つの公開公報の方法では、コアをコポリマー
から形成する為、二成分の連鎖分布に応じてミクロ相分
離が発生し、伝送損失を大きくする。特に特開昭６１−
１３０９０４号公報に記載の方法では、反応性比の小さ
いモノマーがコアの中心に多く存在し、低反応性のゆえ
に未反応のまま残留してしまう。一方、ＷＯ９３／０８
４８８に開示の方法では、コアを形成するポリマーは非
重合性化合物を含んだ単独重合体であるので、連鎖分布
に起因するミクロ相分離は起こらず、従って伝送損失を
小さくすることができる。

【０００７】しかし、上記従来技術の方法のいずれにお
いても、コア部形成用モノマーを重合している時に、気
泡やボイドが発生することがある。一般にモノマーは、
重合すると体積が減少するので、内部の圧力が低下し、
気泡やボイドが発生しやすくなるのである。体積の減少
率は、モノマーの種類に依存するが、一般に５〜２５％
程度である。プラスチック光ファイバによく用いられる
メタクリル酸メチルの体積減少率は、２４％にもなる。
プリフォーム製造中に発生した気泡やボイドは、プリフ
ォームを線引きして光ファイバにしても消えることはな
いので、気泡やボイドを含むプリフォームは使用できな
い。光ファイバに入射した光は、気泡やボイドとコアポ
リマーとの界面で強く散乱され、伝送損失が著しく増大
するからである。

【０００８】そこで、伝送損失の低い円筒状光伝送体
（光ファイバ）を製造することを目的として、コア部形
成用モノマーの重合中に気泡やボイドが発生するのを防
止するための発明が、以下のような先行技術に記載され
ている。

【０００９】特開平１０−３０１０号公報は、細長い重
合容器を垂直又は斜めに固定し、重合容器の下端から上
端に向けて高温領域を順次移動させることにより、気泡
やボイドの発生を防止しつつ、プラスチック光伝送体を
製造する方法および装置が開示している。この発明で
は、加熱領域より上の部分では重合が起こっていないの
で、加熱領域において重合による体積収縮が起こって
も、未重合モノマーが流動して体積収縮によるボイドの
発生が防止される。

【００１０】特開平９−２６９４２４号公報は、直管を
必須部品とする加圧可能な容器内で、まずクラッドパイ
プを製造し、その内部でコア液を、不活性ガスによる加
圧下で重合させることにより、プラスチック光伝送体を
製造する方法を開示し、特開平９−３０４６３３号公報
は、直管を必須部品とする加圧可能な容器内で、まずク
ラッドパイプを製造し、その内部でコア液を、ピストン
による加圧下で重合させることにより、プラスチック光
伝送体を製造する方法を開示している。いずれの方法
も、加圧によって気泡の発生を防止している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−３０１０号公報、特開平９−２６９４２４号公報
および特開平９−３０４６３３号公報に開示された発明
は、いずれも特別な加熱装置や加圧装置を必要としてお
り、製造装置および工程が複雑になる。本発明は、この
ような特別な加熱装置または加圧装置を用いずに、コア
部に気泡やボイド含まないプラスチック光ファイバ用プ
リフォームの製造方法を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、クラッドとなる重合体の円筒体の中空部
に、コア部形成用モノマーを充填し、コア部形成用モノ
マーを重合させてコア部を形成することを含んでなるプ
ラスチック光ファイバ用プリフォームの製造方法におい
て、コア部形成用モノマーの重合温度が重合反応熱によ
り一旦上昇した後低下し始めた時点で、該コア部形成用
モノマーの温度を、得られる重合体のガラス転移温度よ
り高い温度まで加熱して重合を行うことを特徴とする製
造方法を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、最初に、
円筒状のクラッド部を用意する。このクラッド部の形成
方法は特に限定されないが、通常は、モノマーを円筒状
重合容器に入れ、該重合容器を水平に保持して回転しな
がら、モノマーを重合させて形成する。重合容器は、通
常ガラス製であるが、他の材料、例えば金属から作られ
ていてもよい。重合容器のサイズは、製造するプリフォ
ームの大きさに合わせて適宜選択すればよい。円筒状ク
ラッド部は、円柱状に形成したクラッド用重合体の塊を
くりぬいて製造することもできる。また、重合体を押出
成形して円筒状に製造することもできる。

【００１４】クラッド部を形成するポリマーとしては、
従来からプラスチック光ファイバに用いられている無色
で透明度の高いプラスチックを用いることができる。こ
のようなプラスチックを与えるモノマーとしては、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およびア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；アクリ
ル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｔ−ブチ
ル、アクリル酸フェニル等； (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。

【００１５】このようなモノマーに、重合開始剤及び所
望の添加剤（たとえば、連鎖移動剤）を加え、適当量を
重合容器に入れる。重合容器をモータで回転しながら、
加熱装置により加熱して重合容器の内壁上でモノマーを
重合させて、クラッド部を形成する。クラッド部の屈折
率を調節する為に、コア部に添加するような屈折率の高
い非重合性化合物を添加してもよい。モノマーの量は、
重合容器の大きさとクラッド部の厚さから決定すればよ
い。また、過剰量のモノマーを入れ、所望の厚さのクラ
ッド部が形成された時点で重合を止め、不要なモノマー
を重合容器から排出してもよい。

【００１６】次ぎに、クラッド部の内部にコア部を形成
する。コア部を形成するポリマーの原料となる溶液は、
モノマー（通常クラッド部を形成するのに用いたのと同
じモノマー）に、屈折率の高い非重合性化合物を混合し
て調製する。このような非重合性化合物としては、室温
またはそれ以上の温度において液体であり、コアに用い
る重合体と相溶性があり、沸点が高く、無色透明の化合
物を用いる。そのような化合物として、以下の化合物が
例示できる：安息香酸ベンジルなどの安息香酸エステ
ル、セバシン酸ジブチルなどのセバシン酸エステルやそ
の他アルキル二塩基酸エステル、フタル酸ジメチル、フ
タル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル、ブロモベン
ゼンなどのハロゲン化化合物、ジフェニルスルフィドの
ような硫黄化合物。

【００１７】コア部を形成するには、上記のようなモノ
マーと非重合性化合物の混合物に、重合開始剤や連鎖移
動剤などを加え、クラッド部を形成した重合容器に入
れ、加熱して、重合させる。重合の開始時点では、モノ
マーの温度は、重合容器周囲の加熱温度より低いが、重
合の進行と共に重合熱により、上昇して、加熱温度より
も高くなる。一定時間が経過すると、重合熱は一定にな
り、モノマーの温度は加熱温度とほぼ同じになる。

【００１８】本発明者らが実験により確認したところ、
モノマー温度が一旦上昇した後低下し始める時点以後、
すなわちモノマー温度がピークに達した時点以後、気泡
が発生し始める。これは、温度の低下により重合体の体
積が収縮し、内部圧力が低下すること、およびモノマー
温度が低下することにより、液の粘度が高くなり、モノ
マー中に溶解していた揮発性物質が拡散しにくくなって
気泡が成長すること、などが原因と考えられる。

【００１９】本発明では、このモノマー温度が一旦上昇
した後低下し始める時点から、加熱温度を上昇させ、モ
ノマー温度を、得られるポリマーのガラス転移温度を越
える温度、好ましくはガラス転移温度よりも５℃以上、
より好ましくは１０℃以上高い温度に上昇させ、重合を
継続する。このように重合温度を制御することにより、
気泡やボイドを含まないコア部が形成される。昇温後の
重合温度の上限は、特に制限されないが、高温になりす
ぎるとポリマーの解重合、分解、劣化、変形などが起こ
るので、ガラス転移温度より３０℃高い温度までの温度
が好ましい。

【００２０】重合開始時点の温度は、特に制限されない
が、急激な重合による発熱や発泡を防止するために、通
常１００℃以下が好ましい。しかし、温度が低すぎると
重合に時間がかかるので、４０〜１００℃、特に７０〜
１００℃の範囲の温度が好ましい。

【００２１】加熱は、好ましくはオイルバスを用いて行
うが、他の加熱手段を用いてもよい。温度の制御は、重
合容器に温度センサを取り付け、温度を監視しながら、
オイルバスの温度を調節して行う。温度調節は、温度セ
ンサからの信号により加熱手段の温度を自動的に制御し
て行うこともできる。

【００２２】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
する。実施例１温度センサを取り付けた円筒状重合容器（長さ６００ｍ
ｍ、内径２２ｍｍ）の内壁上で、あらかじめメタクリル
酸メチル（ＭＭＡ）を重合させて、厚さ４ｍｍのポリメ
タクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の円筒管を形成した。こ
のＰＭＭＡ円筒管の中空部に、以下のコア部形成用モノ
マー溶液を注入した。このモノマー溶液は、ＭＭＡモノ
マーに、開始剤としてジ−ｔ−ブチルパーオキシド０．
３重量％、連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタン
０．２重量％、およびＰＭＭＡよりも屈折率が高い非重
合性化合物として安息香酸ベンジル１５重量％を配合し
て調製した。モノマー溶液は、溶液中に含まれる不純物
を除去するために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）製限外濾過膜を通した後、ＰＭＭＡ円筒管に注入
した。

【００２３】モノマー溶液を注入した重合容器の両端
を、加圧することなく密閉し、容器全体をオイルバス
に、立てた状態で浸漬した。オイルバスの温度は９０℃
であった。浸漬から３時間経過後、モノマー温度は低下
し始めたので、オイルバスの温度を１１０℃に上昇させ
た。その温度で２０時間重合を行った。

【００２４】オイルバスから重合容器を取り出し、容器
からプリフォームを抜き出した。プリフォームは、長さ
が重合収縮のために重合容器より短くなって４００ｍｍ
であったが、気泡は含んでいなかった。プリフォームの
外径は２２ｍｍであり、大きなヒケ、へこみ、偏平はな
かった。

【００２５】得られたプリフォームを線引きして直径７
５０μｍの光ファイバを製造した。この光ファイバの伝
送損失を、５ｍから１ｍカットするカットバック法によ
り測定しところ、伝送損失は、波長６５０nmにおいて１
５４ｄＢ／ｋｍであった。

【００２６】実施例２〜４モノマーの温度が低下し始めた後に加熱する温度を１１
５℃（実施例２）、１２０℃（実施例３）または１３０
℃（実施例４）とする以外は、実施例１と同じ条件でプ
リフォームを製造した。実施例１の場合と同様に気泡を
含まないプリフォームが得られた。各プリフォームから
実施例１と同様に光ファイバを製造し、その伝送損失
を、実施例１と同じ方法で測定したところ、６５０ｎｍ
で１５２ｄＢ／ｋｍ（実施例２）、１６０ｄＢ／ｋｍ
（実施例３）または１６５ｄＢ／ｋｍ（実施例４）であ
った。

【００２７】比較例１モノマーの温度が低下し始めた後も９０℃で重合を続け
た以外は、実施例１と同じ条件でプリフォームを製造し
た。得られたプリフォームには目視で観察できる大きさ
（約１ｍｍ以上）の気泡が多数含まれていた。このプリ
フォームからは、線引きしても長尺の光ファイバは得ら
れず、伝送損失は測定できなかった。

【００２８】比較例２モノマーの温度が低下し始めた後に加熱する温度を１０
５℃とする以外は、実施例１と同じ条件でプリフォーム
を製造した。得られたプリフォームには目視で観察でき
る大きさ（約１ｍｍ以上）の気泡が数個含まれていた。
このプリフォームからは、線引きしても長尺の光ファイ
バは得られず、伝送損失は測定できなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クラッドとなる重合体の円筒体の中空部
に、コア部形成用モノマーを充填し、コア部形成用モノ
マーを重合させてコア部を形成することを含んでなるプ
ラスチック光ファイバ用プリフォームの製造方法におい
て、コア部形成用モノマーの重合温度が重合反応熱によ
り一旦上昇した後低下し始めた時点で、該コア部形成用
モノマーの温度を、得られる重合体のガラス転移温度よ
り高い温度まで加熱して重合を行うことを特徴とする製
造方法。