JPS59137904A - 合成樹脂光伝送体を製造する方法 - 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】 本発明は屈折率が次第に変化するような屈折率分布を有
する光伝送損失の小さい合成ｍｌｌ先光伝送体製造する
方法に関するものである。

屈折率分布が（１）式で示される合成樹脂光伝送体は特
装゛昭５ｉｔ−３ｏ３ｏｉ　（特願昭ｓｏ−／／７．２
．？）　および特開昭６ｔ−／１１９００１１　（特願
昭！；！；−３３９２０）　　に提案されている。

Ｎ　−Ｎｏ　（／　−−Ａ、　ｒ２）　　　　（１）コ ここでＮｏは中心軸の屈折率、Ｎは中心軸からｒの距離
にある点の屈折率で、Ａは屈折率分布の定数、　である
。

前記特許は重合の進行とともに共重合体の組成が変動す
ることを利用し、単量体Ｍ１およびＭ２としてそれが重
合体になったときの屈折率の値が互に異なり、しかも透
明な共重合体を形成するものを選び、所定の形状に保っ
た単量体混合物体の所定の一部分、から共重合が開始し
、ついで生成共重合体を反応系内で連続的に析出させる
ように共重合条件を選ぶことによって、屈折率勾配を有
する光伝送体を製造するものである。

前記特許には、屈折率勾配を有する合成樹脂光伝送体の
製造法として、重合体になったときの屈折率の差がｏ、
ｏｏｓまたはそれよりも大きくなるような２種の単量体
（単量体混合物を含む）　　ＭｌおよびＭ２であって、
かつ単量体Ｍ１およびＭ２のそれらの共重合反応におけ
る単量体反応性比をそれぞれｒｌおよびｒ２とし、単量
体Ｍ１と単量体Ｉ Ｍ２との混合モル比を（Ｔｉ）ｍ　とすれば、の値が／
、１以上であるかまたは一以丁になるよ／、／ うな単量体Ｍ１と単量体Ｍ２との混合物を所定の形状た
とえば円柱状に保持すること、その所定形状の混合物体
に対して場所的に不均一な共重合条件を付与することに
よって最初に前記混合物体のうちの所定の部分たとえば
円柱形状の混合物体の外周部分のみが前記混合比とは異
なるＭ１成分とＭ２成分の比の共重合体を局部的に形成
しついでその部分から他の部分たとえば中心部分に向か
って徐々に共重合が進行するようにして共重合物体の内
部において、前記所定の部分がら他の部分に向か７）で
、Ｍ１成分とＭ２成分との含有比が次第に変化するよう
な濃度勾配を持たせ名ことからなる屈折率勾配を有する
合成樹脂光伝送体を製造する方法が記載されている。

そして単量体Ｍ、とＭ２の組合せの例として、メタクリ
ル階メチルと安息香酸ビニルその他、およびメタクリル
酸アルキルエステルとフェニル酢酸ビール類が挙もられ
ている。しかしながらこｉらに挙げられている？μ量体
の組合せから得られる光伝送体は、その中心軸近くのみ
が（１）式の屈折率分布を持っていて、周辺部にゆくに
つれて屈折率の勾配は非常に綬やが七なってしまう。こ
れは、重合とともに共重合体の屈折率は増加するが、最
初のうちはその上昇番１μやがであるが、重合の後半で
は急上昇するためである。この方法によって棒状凸レン
ズを得るには周辺部を削って除去し、伝送体を得〕べ゛
く鋭意研究の結果、本発明番こＪ−２だ、０すなわち、
下記の条件を満足するようなＸ種類（Ｘはすくなくとも
３）の単量体Ｍｌ　＊　Ｍ２　＋　Ｍ３・・・・・・・
Ｍｘの混合物を上記特許に記載の重合方法によって重合
して光伝送体とする。一般に多元共重合反応では次のよ
うになる。生長反応／ＬＡ＃−ａｌ　＋ＭＪ−→ＭＪの
速度定数・をｋｉｊとすれば反応性比ｒｉｊはｒｉｊ　
ｗ　ｋｉｉ／ｋｉｊ と定義され、Ｘ元共重合にはＸ（Ｘ−／）個の反応性比
がある。

本発明の単量体の組合せ９（満足すべき条件へ示す。い
ま、二つの整数ｉ、ｊは／≦ｉ、ｊ≦Ｘ　、　ｉ）ｊな
る関係があるとき （１）反応性比に関して ここで（Ｘｊ／Ｍｊ）ｍは単量体Ｍｉと単量体ｘｊの混
合モル比である。

（２）屈折率に関して ｎｉ　（１４ｉホモポリマーの屈折率）＞ｎｊ（Ｍｊホ
モポリマーの屈折率） である必要がある。

Ｘ−３の場合について具体的に説明する。三元共重合で
は次の９種類の生長反応が競合しておこる。

※ −ｗＭｌ＋Ｍよ−　ＳＭｌ※　（速度定数に１１）ヘー
Ｍ１※十Ｍ２→　ｈＷＭ　２※　（〃ｋ１２）※ へＭｌ※＋Ｍ３−”／％”Ｍ３　　（ｔｔ　　ｋ１３）
Ａ−ｖ、Ｍ２　　＋Ｍ１→　−ｖｓｗＭｌ　（ｕ　　　
ｋ２１）〜Ｍ２※＋Ｍ２→智Ｍ２※（ｕ　　ｋ２２）〜
−Ｍ２※＋Ｍ３→岸Ｍ３※（ｕ　　ｋ２３）※ ダヘＭ３　　＋Ｍ１−＋　　ｗ−Ｊ（ｔｔ　　　ｋ３１
）〜”Ｍ３　　＋Ｍ２−＋　　７ＶＩＡＩＭ２　　（〃
に３２）−＋Ｍ３　＋Ｍ３→−Ｍ３　　（ｕ　　ｋ３３
）単量体反応性比は（３）式によって定義される。

ｒ　１２　’！　ｋｌｘ／ｋ１２ ｒ２１　＝　ｋ２２　／に２１ ｒ１３−に１１／に１３ （３） ｒ３１＝　ｋ３３／に３ｘ 本発明の単量体Ｍ　１　ｒ　Ｍ　２１　Ｍ　３の組合せ
が満たすべき条件は （１）反応性比に関して ここで（Ｍｉ／Ｍｊ）ｍは単量体Ｍｉと単量体Ｍｊの混
合モル比である。

（２）屈折率に関して ｎｌ（Ｂ（１ホモポリマーの屈折率）　＜ｎ２（Ｍ２ホ
モポリマーの屈折率）＜１３（［３ホモポリなくともｏ
、ｏｏｓであることが好ましい。

条件（１）は三元′共重合の進行とともに最初単量体Ｍ
１が急速に重合し、次いで単量体Ｍ２が重合し、単量体
Ｍ３が最も遅れて重合することを示している。言い換え
れば重合初期に生成する共重合体は７　　ラ＼ つれてＭｌの含有量は急速に低下し、加わって単量体Ｍ
２の含有量が増加する。更に重合が進行すればＭ２の含
有量も低ドし、単量体Ｍ３の含有量が増加することとな
る。ここで条件（，２）が満足されておけば、重合の進
行とともに生成する共重合体の屈折率が増すが、単量体
の種類、単量体の仕込比を調節することにより、共重合
体の屈折率を重合転化率とともに広い転化率の範囲にわ
たってなだらかに増加させることができ、屈折率の急上
昇を避けることができる。

本発明に用いられる三元系の単量体の組合せの例を牙１
表に挙げる。

単量体の混合割合は、単量体の種類、光伝送体の直径、
屈折率分布２重合条件などによって異なるが、通常Ｇ；
ｉ　Ｍｌ　、２０〜９０　、　［２ｊ　〜ｌｌＯ，Ｍ３
　！；　〜６０各重量％の範囲内から選ばれる。

次に本発明について詳細を説明する。

まず、所定量の単量体Ｍ’ｌ　１Ｍ　２　ｒ　Ｍ　３を
混合し、これに所定量の光重合開始剤（例えば過酸化ベ
ンゾイル（ＢＰＯ）、ベンゾインメチルエーテルなト）
単量体Ｍ１を多量に含んでいるが、重合の進行にオ１表 を溶解し、これを所定の内径（たとえば約、；）、９ｍ
ｍ）を有し、一端を閉じたガラス管を満たし第１図に示
す装置によって光共重合する。管状の紫外線ランプｌが
装置中心にあり、ランプｌの上部と下部には円筒状の遮
光板−が取り付けてあって、管の中心部の部分から放出
される紫外線のみによってガラス管ｑ内の混合物が照射
されるようにしである。

なお／ｌは、ランプｌからの光が遮光板コの間隔（たと
えば７（７ｍｍ）だけに放出するように設けたつば状の
遮光補助板である。紫外線強度はシリコンフォトセル３
でモニターされている。紫外線ランプ／から所定距離た
とえば／（７０ｍの距離に上記単量体混合物を満たした
複数本のガラス管ダを支持部材Ｓに装着し、モーター６
でたとえば毎分ｑＯ回転で回転させておく。最初紫外線
ランプ／をガラス管ダのＦ端より低い位置に置き、ラン
フ’／をは一定温度の空気を人口ざからファン９で送り
込み排出［’３１０より排出しているが、ランプｌの発
熱のために温度は上昇するが、送入空気温度より成る程
度高い湿度で一定となる。光共重合はガラス管ｌの底部
よりおこる。

重合によって体積が収縮するが、ガラス管の上部にある
重合しぞいない部分から単量体混合物が常に供給される
ので重合体内部に空隙が生じることはない。ランプｌの
移動とともに重合する部分は次第に上部に移動し、遂に
ガラス管ダ内の単量体混合物がすべて固化する。照射開
始してから所定時間たとえば約７０時間後に照射終了後
ガラス管グを装置より取り外したとえばｇｏｏｃにｊ４
（時間加熱して残存単量体をできるだけ重合させておく
。

ついでガラス管ｑを破砕し、共重合体ロッドを取り出す
。ロッドは両端の部分を除き、ロッド全体に亘って屈折
率分布定数Ａは一定値を示す。

得られた光伝送体を加熱延伸して、光集束性の繊維を得
ることができる。ロッドの加熱延伸に先立ち、ロッドに
微量含まれている揮発性物質を除去ｔ　ルｔ、＝　メニ
１０−３〜１０−４　ｍｍＨｇの減圧下にｓｏ”ｃ３〜
ダ日問おく。

次に第２図に原理を示した熱延伸装置によって延伸する
。すなわち上記の合成樹脂ロッドをプリフォーム２１と
して支持部材−一に装着し速度■１（ｍｍ／５ｅｃ）で
降下させ、一定温度Ｔ’ｄの定温加熱器２３の間を通過
させ、Ｆ方のドライブ、ロール２１により速度■２　ｍ
　ｍ　／　Ｓ　ｅ　Ｃで引張り、延伸する。

Ｖ２／Ｖｌが延伸率となる。得られた合成樹脂光学繊維
２ｊを切断研磨して長さ／−Ｊｍｍのロッドレンズに仕
上げ、そのレンズ作用から（１）式の屈折率分布定数Ａ
を求める。また、合成樹脂光学繊維をドラムに巻きつけ
、一端より６３コざＡのレーザー光を入射させ、他端よ
り射出する光の強度を測定する。繊維の長さと射出光の
強度の関係から伝送損失を求める。

実施例を次に示す。

実施例１〜ｌ 単量体Ｍ１として屈折率が／、１ｌＬ２のメタクリル酸
メチル（ＨＭＡ）を、Ｍ２として屈折率が／、ｔ、２　
　　。

のアクリロニトリル（ＡＭ）を、そしてＭ３として三元
系で図面に示した装置を用いて、第２表に示す条件によ
りレンズを製造し、表に示す結果を得た。

なお、（３）式における単量体反応性比はｒ１２−／、
３１゜ｒ１３−ｔｒ、ｓコ、ｒ２１−ｏ、ｉコ、　ｒ２
３−　ｊ　、Ｏｓ　ｒ３１−（７，０７。

ｒ３２−０．０３であり、実施例１についての（す、　
（３）　。

（≦）式の左辺の値はそれぞれ／、＃　、　Ｊ、ｊコお
よびｊ、４Ｊであっていずれも　（す、　Ｃ３＞　、　
（４）式を満足していた。実施例−〜ダについても同時
に（り）〜（６）式を満足した。

オコ表 実施例番号 ｌ　　　　コ　　　３’Ｉ ＭＭＡ　（部）　　　　　　　　　４ｕ　　ｔ７．Ｏｔ
ふ０１ム７）　　　　　　ＡＮ　　（部）　　　　　　
　　　９．Ｊ　　ｌｒ、２　　　ｚ９　　１ＪＶＢ　　
（部）　　　　　　　　ＪＩＡｊ　　Ｊ４！、＃　　Ｊ
ｕ　　２３．０ＢＰＯ（部）　　　　　　　　　Ｑｌ　
　Ｏ，ま　　ｉ、ｏ　　　ｏ、ｓランプ移動速度Ｖ　（
ｍｍ／ｍ１ｎ）　　０．７　０．Ａ　　ｔｏ　　　０．
１屈折率分布庫数Ａ　（１０−３ｍｍ−２）　　　よ４
１　　’Ａ６３　３．／３　　、？、、ｇ７０ッド半径
Ｒｐ　（ＩＩ　ｍｌ）　　　　／、１１３　　’／、１
１３　　／、ｌｊ　　／、４１！牙３表 実施例ｑの屈折率分布を第３図に示す。

なお、比較のためＡＮを使用せずにＭＭＡ７ｊ部および
ＶＢ　２！；部を用いて実施例ダと同一寸法の光伝送体
を製造した場合の屈折率分布を牙３図の点線に示す。

＄損失／、２（ＩＢｌｍの光ファイバーを得た。

実施例５〜ＩＯ ＭＭＡ−ＡＮ−ＶＢ以外の三元系を用いて製造した光伝
送体の製造条件、結果を第３表に示す。

【図面の簡単な説明】

第７図は本発明を説明するための製造装置の一例をＩす
１部所面の側面図、第２図は第１図の装置に続いて本発
明を実施する装置の一例を示す何気１図 １９− 第２因

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）単量体Ｘｉが重合体になったとき゛の屈折率をｎ
   ｉとすると、ｎｉが互に異なるすくなくとも３種の単量
   体（単量体混合物を１含む）　’　Ｍ　１＋　Ｍ２　！
   　Ｍ　３・・・・・・・・−の混合物を所定の形状に保
   持するこ？ぐその所定形状の混合物体に対して場所的に
   不均一な共愈合条件を付与することによって最初に前記
   混合物体のうちの所定の部分のみが前記混合比とは異な
   る単量体成分の比の共重合体を局部的に形成しついでそ
   の部分から他の部分に向かって徐々に共重合−が進行す
   るようにしｔ１共重合物体の内部におい量体成分が火弟
   に変化するような濃度勾配を持たせる屈折率勾配を有す
   る各成樹脂光ｉ送体を製造する方法において、単量体Ｍ
   ｉとして、ｎｉが低い単量体Ｍｉ、はど共重合し易いよ
   うな単量体の組合せを選ぶことにより光伝送体全体に亘
   って屈折率が中心軸からの距離の二乗に比例して減少し
   て　　・いる合成樹脂光伝送体を製造する方法。
2. （２）前記のすくなくとも３種の単量体６混合物は単量
   体Ｍ１　＋　Ｍ２およびＭｊかうなるものであり、Ｍｉ
   に対するＭｊの単量体反応性比（ｉ＋ｊ　−ｉ、ｒ、３
   ）をｒｉｊで表わし、ＭｉとＭｊとの混合モル比を。 （ｒ２３（Ｈ）ｍ＋／）　／　（、（七）ｍ＋ｒ３２）
   ＞／−’／の式のすべにを満足するものである特許請求
   の範囲オノ項記載の谷成樹脂光伝送体を製造する方法。