JPS60211404A - 合成樹脂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】 本発明は合成樹脂の屈折率分布型光伝送体を製造する方
法に関する。

屈折率分布型光伝送体は周知のように光軸と直交する方
向に中心から周辺に向けて屈折率が次第に変化する分布
をもつ透明体から成り、ロンド状のレンズ、光伝送ファ
イバ等として広く使用されている。

上記の自己集束性光伝送体は、中心軸」二の゛屈折率を
Ｎｏ、　Ａを定数として中心軸からＸの距離における屈
折率Ｎが Ｎ−Ｎｏ　（／−／／、！ＡＸ２）　（］）の式で表わ
される分布をもつ。

そして定数Ａが正のとき上記伝送体は凸レンズ作用を有
し、Ａが負の場合には凹レンズ作用を有する。

また中心近傍において（１）式のＡ　＞　０の屈折率分
布を有し、それよりも外周側において次第に外側に向け
て屈折率が増加しているような分布をもつ屈折率分布型
光伝送体も提案されている。このような屈折率分布型の
光伝送体を合成樹脂で製造する代表的な方法として以下
の二つの方法がある。

１つの方法は、三次元網目構造を形成するような単量体
の一部を重合させて透明なゲル状体からなる例えば円柱
状の母材をつくり、この母材の表面から、重合体の屈折
率が上記単量体とは異なる他の単量体を拡散させた後重
合を完結させる方法である。他の方法として、重合体屈
折率と単量体反応性比が互いに異なる複数の単量体の混
合物を透明管に充填し、成形型の外側から光を照射して
成形型内の混合物の外層より徐々に重合反応を進めて単
量体ユニットの分布すなわち屈折率分布を形成させる方
法がある。

後者の方法は光共重合法とよばれており本発明はこの光
共重合法で合成樹脂光伝送体を製造する方法に関するも
のである。

以下光共重合法について詳しく説明する。

まず単量体混合物を光透過性の成形型に充填する。単量
体混合物中の単量体相互の間の反応性比の関係は次の様
になる。

一般に多元共重合反応において下記生長反応・Ｘ −Ｍｌ　＋Ｍコ→〜〜〜ＭＪ＊ の速度定数をに１ｊとすれば、任意の単量体Ｍｉの単量
体Ｍｊに対する反応性比ＲＩＪは Ｒｉｊ　＝Ｋｉｉ／Ｋｉコ　（２） と定義される。同様に単量体Ｍ１に対する単量体ＭＪの
反応性比Ｒｊｉは Ｒｊｉミョにコ］／にコ１　（３） 匙 と定義される。？巽重合にはＸ（Ｘ−／）　個の反応性
比がある。また単量体Ｍ１とＭＪの混合比を（Ｍｉ／Ｍ
ｊ）ｍとすると、このとき生成する共重合体の単量体成
分組成比（Ｍｌ／ＭＪ）ｐは下記（４）式で表わされる
ことが知られている。

ここで と江ぐと、Ｑ〉／であれば常に下記（６）式が成立する
。

すなわち生成する共重合体中のＭ１成分の含有比は単量
体混合物中のＭｌの混合比よりも常に高くなるがＱ≧八
へであることが好ましい。

重合時間とともに残存している単量体混合物中のＭｌの
混合比は次第に減少し、逆にＭＪの混合比は次第に増加
する。したがって重合初期に生成する共重合体中のＭ１
成分の含有比は高いが、重合時間と共にその時点で生成
する共重合体のＭ１成分の含有比は減少する。逆に生成
する共重合体中のＭコ成分の含有比は重合の進行と共に
次第に増加する。

このようにして得られる共重合体は組成の異なる共重合
体の混合物である。

またＱ〈／（好ましくはＱ≦０．９）であれば常にとな
るから、Ｑ〉／の場合とは逆に、共重合体中のＭｉ成分
の含有比は単量体混合物中のＭｌの混合比よりも常に小
さくなる。

Ｑ＝／であれば となり、単量体混合比と等しい組成を持った共重合体が
生成し、共重合体は組成分布を示さない。

従って前記（５）式におけるＱが／以外の数（好ましく
はＱ≧八へまたはＱ≦０．９）であって、この様な単量
体混合物を透明管内に充填して外側から光を照射すると
き、外側から中心軸方向に向けて重合が進行すれば反応
性比の大きいｌｌｉ　１ｉ体はど外側福 へ盛った単量体組成分布が形成される。

例えば単量体混合物がｑｔ量体Ｍ　１１　Ｍ　２　”　
・ＭＸのＸ種の単量体より成っており、ｌ≦ｌ＜Ｊ≦Ｘ
であるようなｉおよびＪを選んだ時に前記（５）式にお
けるＱが／よりも大きい数であれば共重合体中における
Ｍｉ酸成分量が最大または極大である部分は、ＭＪ酸成
分量が最大または極大である部分よりも先に重合した部
分にある。すなわちこの場合に共重合体の組成分布を外
側から中心方向に向けて調べた場合には、Ｍ工成分がま
ず最大または極大値に達し次にＭ成分、Ｍ成分・・・と
、Ｉ’ｌＬ’ｌに極大値が見２　３ られて、中心においてＭＸ成分が極大値をとることにな
る。

従って単量体Ｍ　、Ｍ・・・Ｍ　の重合体Ｐ工、Ｐ２・
・・Ｐｘ１２　Ｘ の屈折率Ｎ１＋Ｎ２・・・ＮＸが異なっていれば半径方
向に何らかの屈折率分布が得られる。

上記の光共重合法で使用する単量体としては、本発明者
らの先行出願特願昭３０−／／７．２３　、特願昭３３
−！；３９２０　、特願昭５ｇ−／１９に’ｌ　、特願
昭Ｓざ−／１９５乙に列挙した単量体群を使用すること
ができ、これら単量体の使用により凸レンズ作用を有す
る自己集束性光伝送体を製造することができる。また、
特願昭Ｓざ−／／９３；３に記載した単量体を使用する
ことにより、中心から周辺に向けて当初屈折率が減少し
た後再び増大するようなＷ型の屈折率分布をもった光伝
送体が得られる。

しかしながら、透明管内の充填物全長にわたり光照射を
同時に行なうと次のような問題を生じる。

すなわち、充填物の全長にわたり管内周壁側から固形の
重合体が当初生成し、その内側にある未だ液相状態の混
合物は時間経過とともに体積収縮するが、その外周が固
形化（ゲル化）しているため、収縮によって生ずる空隙
が埋められないまま重合が進み、最終的に相当長い部分
にわたって中心に空洞が生成されてしまう。前述した先
行出願に記載されているように光源ランプに遮光板を取
り付る方法でも上記問題を完全には解決できなかった。

本発明の主な目的は、」−記従来の問題点を解決し、中
心に空洞を生じることなく、長さによらず充填物のほぼ
全長にわたり中実で１４つ一様な屈折率分布をもった重
合体を得ることのできる光共重合法による屈折率分布型
光伝送体の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明方法は、重合体屈折率と単
量体反応性比が互いに異なる複数の単量体の混合物を透
明管に充填し、骸骨の側方から光を照射して管内の混合
物の外層より順次内部に向けて重合反応を進めることに
より外周から中心に向けて屈折率の変化する光伝送体を
製造する方法において、前記管長さ方向における光照射
範囲を前記充填混合物の一部のみに限定して一端側から
漸進的に光照射を進め、且つ前記光照射領域を隔壁で囲
んでこの隔室内を一定温度に制御しつつ隔室を前記光照
射移動に合せて相対移動させることを要旨としている。

以下本発明を図面に示した実施例につき詳細に説明する
。

まず所定量の単量体Ｍ１＋Ｍ２・・・Ｍｘを混合しこれ
に本発明で使用可能な単量体としては、 （ｉ−ｏ〜３） ０　０ ０　０ ０Ｈ２−ＯＨ−０−ＯＨ２−Ｘ　０Ｈ２−［Ｈ−ＯＨ２
−Ｘ１ ０Ｈ３００Ｈ３０ ０Ｈ２−０−ＯＨ２−Ｘ ＯＨ３ アクリルニトリル、メタクリルニトリル、塩化ビニル、
Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニル７タルイミド、Ｎ
−ビニルピロリドン、ビニルチオフェン、ビニル７ラン
、ビニルフェニルスルフィドＲ−−ＯｎＨ２ｎ＋１（ｎ
−／−／　０　）−０６Ｈ１ｌ。

又は含フツ素脂肪族基 又はフルフリル基（ただしｉ＝０〜３）Ｙ−含ａｔ脂肪
族基、含Ｂｒ脂肪族基 Ｈａ−ハロゲン などを挙げることができる。

第１図に示すように得られた単量体混合＠ｉｔを光透過
性材料からなる円筒状の成形管ｌ内に充填する。

上記の成形管ｌとしてはＳｉＯ，２１０，１重量％。

Ａｊ２０３＋ＦＪ２０３　ｊ、２％　ｒ　Ｂ２Ｏ３／コ
％ｔＮａ２０　４’、ｊ％ＯａＯ＋ＭｇＯ＋ＡＳ２０３
０．１％の組成を有する肉厚ｏ、ｚｍｍ　の透明ガラス
管あるいは透明アクリル樹脂管などが使用できる。

成形管ｌは遮光性材料の壁面で囲まれた隔室λを−り下
方向に貫いて設けられ、成形管駆動機構３によって自転
しつつ上下方向に一定速度で移動する。すなわち、隔室
！の上方にラック歯を設けたガイドｔが立設してあり、
このガイトゲのラック歯にかみ合うビニＡン歯車および
この歯車の回転駆動モータをイｊする昇降体Ｓの保持部
に」―記成形管／の一端側が固定されている。

また図には示してないが−Ｉ−記の成形管保持部は成形
管の軸心まわりに回転駆動され、これにより成形管／は
自転しつつ隔室２を貫通ずる」ユニ方向に移動する。

隔室２の天井壁および底壁の中央に貫通孔乙がそれぞれ
設けてあり、これらぼ通孔≦−乙に、内径を成形管／の
外径とほぼ一致させたガイドチューブ７・７がそねぞれ
イ・ジ結合等により着脱自在に嵌装されており、このガ
イドチ一−ブ７・７内を成形管／が摺動移動するように
なっている。このガイドチューブ７・７は遮光性相打で
成形されており、成形管／の直径方向の動きを規制する
機能と同時に、このチューブの隔室内への突出長さを調
整することにより成形管ｌに対する光の照射範囲を成形
管長さ方向一定長ｌＫ精密に限定する役目を果たす。隔
室２の内部は透光窓ざを有する隔壁によって、恒温室２
Ａと光源収容室２Ｂとに仕切られており、恒温室２Ａを
貫通移動する成形管／に対し、光源収容室内の光源ラン
プ１０からの光束が透光窓ざを通して照射されるように
なっている。

恒温室２人はガイドチューブ７・７部分を除いて全体に
気密構造になっており、ガイドチューブの内周面と成形
管ｌの外周面との間を可及的に小さなりリアランスに抑
えてこの空隙を通した恒温室内外の通気を極力防止して
いる。また、恒温室、２Ａの一方の側壁にはエアコン装
置／３が送気管／４’と吸気管ｌｊとを介して接続され
ており、恒温室２Ａ内から吸気管１５で回収された後エ
アコン装置／３で一定温度に制御された気体が送気管／
ｌを通じて恒温室２Ａ内に送り込まれ、これにより光照
射範囲において成形管／を取り囲む雰囲気が常時一定温
度に保持される。

上記装置において光源ランプ１０による照射を行ないつ
つ成形管を上方から一定速度で下降させると、成形管／
内の重合体は光照射を受けた部分で管／の内壁に！初に
析出し、順次中心部へと向ってその厚みを増していく。

この過程で析出重合体の内側に残っている液相混合物は
１１■縮するが、恒温室外にある成形管内の液体混合物
が上記収縮分を埋めるように順次流下し、外周部におい
ても管軸方向に漸進的に重合が進行する。したがって成
形管内混合物の外周部が全長にわたり先に固化してしま
って内部に空洞が残るといったこともなく、はぼ全長に
わたり中実の屈折率分布重合体を得ることができる。

本発明において光照射部の雰１７１ｆ気濡度を一定に保
持することは、重合が進行している単量体−重合体混合
物の温度を一定に保つ上で重要なことである。すなわち
、上記混合物の湿度が低い場合には開始剤の光分解によ
って活性点が生ずるから活性点の濃度は成形管内外周部
において高くなっている。温度が高くなるにつれ活性点
は光分解ばかりでなく開始剤の熱分解によって成形管全
域にも生ずるようになる。湿度によって活性点の分布状
態が異なり重合の様子が変化することになる。

また、温度が高すぎる場合、重合熱も加わって系内に対
流が生じ、単量体−重合体混合物が攪拌されて未照射部
と混合して単量体組成が変化してしまうおそれがあり、
この様なことが起これば長手方向に均一な屈折率分布を
形成する事は不可能となる。このようにして重合温度を
調節することによって、光重合と熱重合を調節すること
ができ、これによって屈折率分布を精密に制御すること
ができる。

ρ 以＼本発明を図示例について説明したが本発明は図示例
に限定されることなく種々の変更が可能である。

例えば成形管を移動させるかわりに隔室２を移動させる
ようにしてもよい。

また、恒温室２Ａを環状に形成し、中心に照射光源を配
置して、この環状恒温室の円周に沿い一定間隔をおいた
箇所でそれぞれ成形管を自転させつつ貫通移動させるよ
うにすることもできる。

さらに、光源が発熱しないタイプのものであればこの光
源を成形管が貫通移動する恒温室内に設けてもよい。

実施例 メタクリル酸メチル７００部、フェニル酢酸ビニル２０
部の混合物に過酸化ベンゾイルＯ１乙部を溶解し、これ
を内径２．ｔ３ｍｍ　、肉厚／ｍｍの透明アクリル樹脂
の成形管内のおよそｓｏｃｍ位の長さに満たし、第１図
の装置を用いて重合させた。

成形管の下降速度は毎分０．３ｍｍ　とし光照射範囲長
ｌを約１００ｍとした。重合温度３０°Ｃ，３０″Ｃお
よび乙０°Ｃとして重合路Ｔ後７０°Ｃで２１時間熱処
理して重合を完結させた。いずれも中心に空洞のない中
実円柱状の高透明な屈折率分布型光伝送体が得られた。

インター７アコ干渉顕微鏡によって測定した屈折率分布
を第２図に示す。図中ＮＯは中心屈折率。

Ｎは中心からＸの距離の点における屈折率、Ｒｐはロン
ドの半径である。前述（］）式に従う部分は各曲線の直
線部分であるが、重合温度乙０°Ｃの場合には中心から
周辺まで広い範囲にわたって（］）式の分布に従ってい
ることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は本
発明の方法で製造される光伝送体の屈折率分布の例を示
すグラフである。 ／　透明管　２　隔室　２Ａ　恒温室 、２Ｂ　光源＋１５ｊ容室　３　成形管駆動機構ダ　ガ
イド　Ｓ　昇降体　乙　貫通孔 ７　ガイトチコープ　ざ　透光窓　１０　光源ランプ　
／３　エアコン装置　／ｌｌ送気Ｗ／Ｓ　吸気管　／６
　単量体混合物 特許出願人　日本板硝子株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１重合体屈折率と単量体反応性比が互いに異なる複
   数の単量体の混合物を透明管に充填し、肢管の側方から
   光を照射して管内の混合物の外層より順次内部に向けて
   重合反応を進めることにより外周から中心に向けて屈折
   率の変化する光伝送体を製造する方法において、前記管
   長さ方向の光照射範囲を一部のみに限定して一端側から
   漸進的に光照射を進め、且つ前記光照射領域を隔壁で囲
   んでこの隔室内を一定温度に制御しつつ隔室を前記光照
   射移動に合せて相対移動させることを特徴とする合成樹
   脂光伝送体の製造方法。 （２、特許請求の範囲第１項において、光照射処理の間
   混合物充填管を管軸周りに回転させる合成樹脂光伝送体
   の製造方法。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記隔室内を透
   明窓を有する隔壁により、照射光源収容室と恒温室とに
   分離し、この恒温室を貫通して混合物充填管を相対移動
   させるようにした合成樹脂光伝送体の製造方法。 （４）特許請求の範囲第３項において光照射処理の間外
   部から前記恒温室内に一定温度に制御した気体を送給す
   るようにした合成樹脂光伝送体の製造方法。 （５）特許請求の範囲第３項において、恒温室壁に混合
   物充填管を摺動ガイドするガイドチューブを着脱自在に
   取り付け、該ガイドチューブを遮光材料で形成し、該チ
   ューブの前記恒温室内突出長さを調整することにより前
   記充填管に対する光照射範囲を規制する合成樹脂光伝送
   体の製造方法。