JPS6147909A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、中心軸からの距離の２乗に略比例して屈折率
が次第に減少又は増大するような屈折率分布を存する合
成樹脂光伝送体の製造方法に関する。

従来の技術 従来、屈折率が中心軸から距離の２乗に略比例して次第
に減少する屈折率分布を有する透明棒状体が凸レンズと
して作用することが知られている。

このような光伝送体においては、中心軸の屈折率をＮｏ
とすると、中心軸からＸの距離にある点の屈折率Ｎは（
Ａ）式で表される。ここでＡは正の定数（屈折率分布定
数）である。

Ｎ＝Ｎｏ（１−二ＡＸ”）　　（Ａ） 棒状体の一端より入射した光束は、中心軸に沿って蛇行
しながら進行する。蛇行する光路の周期しは（Ｂ）式で
表される。

屈折率分布が（Ｃ）式で表される場合には凹レンズとな
る。ここでＢは正の定数である。

Ｎ＝Ｎｏ（１＋−ＢＸ”）　　　（Ｃ）特願昭５７−４
７９６２号には、架橋性単量体Ｍａを一部重合して得ら
れる網状重合体Ｐａからなる透明ゲル物体に、網状重合
体Ｐａの屈折率Ｎａとは異なる屈折率Ｎｂを有する重合
体Ｐｂを形成する単量体Ｍｂを液相又は気相で接触させ
、前記物体内部において表面から内部に向かって次第に
減少又は増大する勾配を有するように、単量体Ｍｂを前
記物体表面から内部に拡散させた後に、又は拡散と同時
にマイクロ波を照射することにより重合させ、屈折率が
表面から内部に向かって連続的に変化する合成樹脂光伝
送体を製造する方法が述べられている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この方法では次のような欠点がある。

即ち重合させようとする透明ゲル物体の物性（誘導率等
）が時間とともに（重合が進むにつれて）変化すること
や、マイクロ波照射容器内への透明ゲル物体の導入状態
によって、透明ゲル物体がマイクロ波により受けるエネ
ルギーが変化し、同じ条件（マイクロ波出力、処理時間
等）で処理しても、重合度には大きなばらつきが生じ、
充分な重合度が得られない場合や、反対に、透明ゲル物
体の温度が上がりすぎて黄変したり或いはこげてしまう
こともあり、性能の安定した合成樹脂光伝送体を得るこ
とは困難であった。

問題点を解決するための手段 本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたものであ
って、網状重合体（共重合体を含む）　Ｐａ（その屈折
率をＮａとする）を形成する単量体（単量体混合物を含
む）　Ｍａを一部重合させて透明ゲル物体とし、前記Ｎ
ａとは異なる屈折率Ｎｂを有する重合体（共重合体を含
む＞　Ｐｂを形成する単量体（単量体混合物を含む）　
Ｍｂを前記透明ゲル物体の表面に接触させてその内部に
拡散させるとともに、単量体Ｍｂを接触させた後の又は
接触させつつある前記透明ゲル物体にその外側よりマイ
クロ波を照射して、拡散する単量体Ｍｂ及び前記透明ゲ
ル物体の重合を促進するようにした合成樹脂光伝送体の
製造方法において、前記透明ゲル物体の表面温度を測定
し、その測定信号をマイクロ波発信機にフィードバック
して、常に前記透明ゲル物体の表面温度が一定となるよ
うに前記マイクロ波発信機の出力を制御するようにした
ものである。

作用 このような構成によって、性能の安定した合成樹脂光伝
送体を製造することができる。

実施例 以下本発明を実施例につき図面を参照して説明する。

冷却水によって冷却されている押し出し機ｌの中には、
合成樹脂光伝送体の原料として用いられる粘性流体プレ
ポリマー流体が装填されている。

このプレポリマー流体は単量体Ｍａをゲル化する直前ま
で予備重合させて流動性を保持させたものである。プレ
ポリマー流体は押し出し機１から押し出され、加熱成形
具２内の成形管としてのテフロンチューブ３に導入され
る。

この加熱成形具２には、その上部及び下部に、比較的温
度の高い温水及び比較的温度の低い温水が夫々循環され
ていて、この加熱成形具２の下部から上部に向かワて温
度が次第に高くなるような温度勾配が付けられている。

このような加熱成形具２を通過する間にプレポリマー流
体の重合が進んでゲル化し、透明ゲル物体となる。

加熱成形具２の上方には拡散装置４が設けられている。

そして、加熱成形具２を出た透明ゲル物体は、ここで単
量体Ｍｂに接触され、その表面から内部に単量体Ｍｂが
拡散される。単量体Ｍｂは、液相、気相或いは霧滴状等
で透明ゲル物体に接触させることができる。この接触に
より透明ゲル物体の接触界面を通してこの物体内部に向
かって単量体Ｍｂが拡散移動し、これにより単量体篩の
物体内部における接触表面から内部に向かって次第に減
少する勾配を有するようになる。単量体Ｍｂと透明ゲル
物体との接触において、単量体Ｍｂが物体内部で拡散し
得る温度及び時間は、各接触法により異なるが、透明ゲ
ル物体並びに単量体重の重合が急速に進まない温度、例
えば５℃〜９０℃で、５分〜３時間の間で行われる。

単量体重の拡散された透明ゲル物体は、この単量体重の
拡散によって得られる屈折率勾配を固定させて溶剤不溶
成分にし、耐候性を向上させるために、拡散装置４の上
方に設けられた熱処理用のマイクロ波照射容器５に導入
される。尚参照符号６及び７は光伝送体である透明ゲル
物体８を引き上げるローラーである。

マイクロ波照射容器５にはガス導入管９及びガス排出管
１０が夫々設けられており、これらの導管９及び１０を
通じて窒素ガス若しくは他の不活性ガス、例えばヘリウ
ム、アルゴン等が容器５丙に導入又は容器５から排出さ
れる。

マイクロ波照射容器５には温度測定用窓１１が設けられ
ており、この１度測定用窓１１に近接して放射温度計１
２が配されている。マイクロ波照射容器５には又マイク
ロ波導波管１３が設けられており、このマイクロ波導波
管１３は整合器１４を介してマイクロ波発信機１５に接
続されている。

マイクロ波発信機１５は制御部１６によって制御される
ようになっており、この制御部１６に放射温度計１２か
らの測定信号及び温度設定部１７からの設定温度信号が
夫々入力されるようになっている。

拡散装置４において単量体重を拡散された透明ゲル物体
は、このマイクロ波照射容器５を通過する間にその重合
が完結され、単量体Ｍｂの拡散によって得られる屈折率
勾配が固定される。その際、本例においては、熱処理さ
れる透明ゲル物体８の表面温度を測定用窓１１を通して
放射温度計１２で測定し、この放射温度計１２からの測
定信号と温度設定部１７からの設定温度信号とを比較し
て、常に透明ゲル物体８の温度が一定となるように制御
部１６によってマイクロ波発信機１５を制御している。

透明ゲル物体８の内部の単量体Ｍｂ及びこのゲル物体の
網状重合体Ｐａの重合反応を促進させる方法として、電
熱、熱風等により外部から加熱する方法や外側よりマイ
クロ波（例えば２４５０ＭＨｚ）を照射するマイクロ波
による加熱方法が従来知られているが、重合させようと
する透明ゲル物体の中心部と外周部との重合度の均一性
や、重合に要する時間等を考慮すると、本例のようなマ
イクロ波の照射による方法がより好ましい。しかしマイ
クロ波を用いた従来の方法では次のような欠点があった
。

即ち、一般にマイクロ波エネルギーが、照射された物体
内で熱に変わる電力は式（Ｄ）で表される。

ここでＰは熱に変わる電力、ｆはマイクロ波の周波数、
■はマイクロ波の電界、εは物質の誘電率、ｔａｎ　δ
は物質の誘電体損失角を夫々表す、従って、マイクロ波
の出力が一定でも、物質のεやｔａｎ　δが変化した場
合、物質の加熱効率は変化することになる。このため透
明ゲル物体の重合を促進させようとする場合、透明ゲル
物体の重合度が変化していく過程で８、ｔａｎ　δも変
化するので、常に効率よく重合を促進させることは困難
である。又、マイクロ波照射容器内の場所によりマイク
ロ波電界の強度が均一ではないので、透明ゲル物体を容
器内のどこにおくかによっても、重合の促進度はばらつ
く、更に、効率よくマイクロ波を負荷に吸収させるには
、負荷とのインピーダンスの整合をとることが重要で、
整合が悪いとマイクロ波が吸収されず、反射波として電
源に帰っていくことになる０通常、負荷との整合をとる
ために整合器（例えばスリースタブ）が用いられるが、
常に負を調整しなければならない、従って、マイクロ波
出力を常に一定としても、整合器を透明ゲル物体の物性
（抵抗、静電容量等）に合わせて調整しない限り、透明
ゲル物体の重合促進度はばらつくことになるのである。

しかしながら、本例においては、重合させようとする透
明ゲル物体８の表面温度を放射温度計１２を用いて測定
し、その測定信号をマイクロ波発信機１５にフィードバ
ックさせて透明ゲル物体８の表面温度が常に一定となる
ようにマイクロ波出力を制御することにより、透明ゲル
物体８の物性（ε、ｔａｎ　δ、抵抗、静電容量等）が
変化しても、若しくは、マイクロ波照射容器５内の物体
８を置く場所のばらつきに関係なく、常に安定した電力
（エネルギー）を透明ゲル物体８に供給することができ
る。この結果、常に重合度が必要且つ充分で、しかもば
らつきのない安定した性能の合成樹脂光伝送体を製造す
ることが可能になるのである。

透明ゲル物体８の好ましい表面温度は、単量体Ｍａ、　
Ｍｂの種類等で異なるが、通常は６０℃〜１５０℃の適
当な温度で制御し、処理時間は、通常５分〜５時間の範
囲で行われるのが良い。

又、本発明による方法は、上記実施例のような連続式の
光伝送体製造方法に限られず、従来周知のバッチ式の方
法にも適用できることは当然である。

本発明において、単量体Ｍｂと接触させるべき網状重合
体Ｐａの透明固体物体は、重合反応がある程度進んでい
るけれども重合反応がまだ終わってはおらず、従って溶
剤、例えばアセトンに可溶な成分を１０〜９５重量％含
有している必要がある。

このような溶剤可溶成分が存在すると単量体Ｍｂの拡散
が促進される。この溶剤可溶成分含有量が１０！１％よ
りも小さいときには単量体Ｍｂの拡散速度が小となって
必要な接触時間が大となり、屈折率の勾配が殆ど得られ
ないので好ましくない。

又溶剤可溶成分含有量が９５重風景を越えると重合体が
固体の形状を保ち難くなるので好ましくない。

本発明に用いられる単量体Ｍａとしては、アリル基、ア
クリル酸基、メタクリル酸基又はビニル基を２個以上存
するか、アリル基、アクリル酸基、メタクリル酸基又は
ビニル基のうちから２種類以上の基を有する単量体Ｍａ
を用いることができる。

本発明に適した単量体Ｍａとしては例えば（１）アリル
化合物 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；トリメリド酸トリ７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−Ｒ１−Ｒ３で表される化合物Ｒ１及びＲ
１かいずれもビニル基、アクリル基、ビニルエステル基
又はメタクリル基である化合物；Ｒ１及びＲ３のいずれ
か一方がビニル基、アクリル基、メタクリル基及びビニ
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つの基のうちのいずれかである化合物、ここ
でＲｚは以下に示す２価の基のうちから選択できる。

（ｐ−又はｍ−異性体） （ｐ−又はｍ−異性体） （以上は２Ａグループ） 又は ＣＨ。

（　ＣＨｚＣＨｇＯ）　−　　　ＣＨｔＣＨよー（ｍ−
θ〜２０） （Ｃ１（ｚ）ｐ　　　　　　　（Ｐ　＝　３〜１５ン（
ＣＨｚ）ｔ　　Ｈ 若しくは　　　　　　　　　　Ｈ □Ｃ１ｈ−ＣＩＩＯトＧＨｚ　　Ｃ− Ｉ ＣＨ３ＣＨｓ （ｋ宿０〜２０） （以上２Ｂグループ） （３）上記（１）と（２）の単量体の混合物、又はモノ
ビニル化合物、ビニルエステル類、アクリル酸エステル
類及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）又は（２）の単量体（又は混合物）
との混合物。

又単量体Ｍｂとしては、 （４）Ｘ ＣＨｔ＝ＣＣ００Ｙ　　で示される化 合物 但し、Ｘは水素又はメチル基、 （Ｃ１ｌｚ）ｚ　Ｈ（７−１〜８） ｉ−プロピル基、ｉ−ブチル基、Ｓ−ブチル基、ｔ−ブ
チル基、 （ｋ−０〜２） 若しくは （ＣＨｚ　ＣＨｔ　Ｏ）ｐ　　ＣＨｔ　ＣＨ３（ｐ−１
〜６） （以上４Ａグループ） 又は （ＣＦｉ　）−Ｆ　　　（ａ＝１〜６）ＣＨｚ（ＣＦｔ
　）ｂ　Ｈ（ｂ’＝１〜８）−ＣＨｔＣＨオ０・ＣＨｚ
ＣＦｚ （ＣＨｔ　ＣＨｚ　Ｏ）　ｃＣＦｚ　ＣＦｚ　Ｈ（ｃ−
１〜４） −ＣＨｔ　ＣＨｔ　０−ＣＨｚ　（ＣＦｚ　）−Ｆ（ａ
−１〜６） ＣＨｚ　（ＣＦｚ　）　ａ　（ＣＦｚ　）、ｇ　　Ｆ（
ｄ　−１〜２．　１−１〜４） 若しくは Ｓｉ　（ＯＣｔ　Ｈｓ　）　ｓ （以上４Ｂグループ） （５）　ＣＬ　＝Ｃ１ｌＯＣＲａで表される化合物但し
、 Ｒ＃：　　　（ＣＨ２）ｒ　　　ＣＦ３　　（ｆ＝０〜
２）（以上５Ａグループ） 又は −（ｃＨｚ　）＊　Ｈ（ｇ−１〜３） （ｋ−０〜２） （以上５Ｂグループ） （６）上記（４）項及び（５）項に記載の、＠量体の混
合物 単量体Ｍａとして上記（１）〜（３）、単量体篩として
（４）〜（６）のいずれも組み合わせ石、゛とができる
が、特に単量体Ｍａとして上記２Ｂグループの単量体を
用い、単量体篩として４Ｂグループ又は５Ａグループの
単量体を用いると色収差の極めて小さい耐久性の優れた
光伝送体が得られる。

又透明ゲル物体のゲル化状態を調節するには、上記（３
）項に挙げたように架橋性単量体Ｍａに不、飽和基を一
個有する単量体を添加する方法及びＣＢ　ｒ４．　　Ｃ
Ｃ１＊、メルカプタン類等の連鎖移動剤を添加する方法
、又はその両者を併用する方法が有効である。

次に本発明を具体的な実験例について説明する。

叉慧五 ３．０重量％の過酸化ベンゾイル（Ｂ　Ｐ　Ｏ）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（
ＣＲ−３９）を７５℃で６５分間加温して予備重合させ
ることによりプレポリマー流体を作り、このプレポリマ
ー流体を押し出し機１に入れ、成形具２を貫通している
内径４顛、長さ２００鶴のテフロンチューブ３中に６．
３　ｘｘｏ−”　ｔａｇ　／分の一定流量で連続的に送
り込んだ、成形具２の上部には７８℃の温水が、又下部
には５８℃の温水が夫々流されていて、成形具２の下部
から上部に向かって次第に温度が高くなる温度勾配が付
けられていた。テフロンチューブ３中を約３０分間かけ
て通過する間に上記プレポリマー流体は直径４顛の透明
ゲル物体に成形された。この透明ゲル物から成っていた
。

この透明ゲル物体を引き上げ用ローラー６．７によって
０．５２ｃｍ／分の一定速度で引き上げ、拡散管４中で
単量体？ｌｂを透明ゲル物体の表面から拡散させた後、
内径２３０鶴、長さ１ｍのマイクロ波照射容器５内に導
いた。

温度設定部１７で透明ゲル物体８の表面温度が１１０℃
になるように設定し、放射温度計１２でその表面温度を
測定して、その測定信号をマイクロ波発信機１５にフィ
ードバックし、透明ゲル物体８の表面温度が１１０℃に
なるようにそのマイクロ波出力を制御した。この時マイ
クロ波出力は１１０Ｗ〜２３０Ｗの間で変化した。透明
ゲル物体８がマイクロ波照射容器５内を通過する時間、
即ち処理時間は約１９２分であった。この方法で直径４
１議、長さ３ｍの連続した棒状体が製造され、（Ａ）式
の屈折率分布定数Ａ””０．０６４　ｔｍ−”の棒状凸
レンズが得られた。アセトンに不溶な成分は平均９６．
４重量％で、棒状凸レンズの長手方向の重合度のばらつ
きは１％以内であった。又充分な耐候性も備えていた。

ル笠叉慧■ 上記実験例と同様にして作成した透明ゲル物体を同じス
ピードで引き上げながら同じマイクロ波照射容器５内に
導き、マイクロ波出力を１７０Ｗで一定にして処理した
。処理時間も上記実験例と同じ約１９２分とした。こう
して得られた直径４龍、長さ３ｍの棒状体は（Ａ）式の
屈折率分布定数Ａ”０．０６４　ｍ−”の棒状凸レンズ
であったが、アセトン不溶成分は、先端の１ｍの部分で
は、８９．６重量％から９３．５重量％の間でばらつき
、中間の１ｍの部分では９３．８重量％から９６．８重
量％でばらつき、後端の１ｍの部分では９０．１重量％
から９４．０重量％でばらついていた。中間の１ｍの部
分には黄変している箇所もあった。又アセトン不溶成分
が９２重量％以下の部分は、耐候性が著しく劣り、経時
変化で屈折率分布が変化して性能上問題があった・ 発明の詳細 な説明したように、本発明においては、単量体Ｍｂを拡
散させた透明ゲル物体を熱処理してその重合を完結させ
る際に、透明ゲル物体の表面温度を測定し、その測定信
号をマイクロ波発信機にフィードバックして、常に透明
ゲル物体の表面温度が一定となるようにマイクロ波発信
機の出力を制御する。

従って、透明ゲル物体の物性が変化したり、マイクロ波
照射容器内での位置のばらつき等に関係なく、常に安定
したエネルギーを透明ゲル物体に供給することかでさる
。この結果、重合度が常に必要且つ充分で、しかもばら
つきのない安定した性能の合成樹脂光伝送体を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例による光伝送体製造装置の概略
断面図である。 なお図面に用いた符号において、 ２−−−−−−−・−・−・−・−加熱成形具４−・・
・・−・−・−・・拡散装置 ５−・−・・−−−−−・・・−一−−−−・−マイク
ロ波照射容器８・−・−−−−−・−・・・・透明ゲル
物体１２−・−・・・−・−・・・・放射温度計１５・
−・・−・−・−・−・−−−−−マイクロ波発信機１
６−・・・−・・−・−・・・・制御部１７・−−−−
−一・・−・・−・−温度設定部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、網状重合体Ｐａ（その屈折率をＮａとする）を形成
   する単量体Ｍａを一部重合させて透明ゲル物体とし、前
   記Ｎａとは異なる屈折率Ｎｂを有する重合体Ｐｂを形成
   する単量体Ｍｂを前記透明ゲル物体の表面に接触させて
   その内部に拡散させるとともに、単量体Ｍｂを接触させ
   た後の又は接触させつつある前記透明ゲル物体にその外
   側よりマイクロ波を照射して、拡散する単量体Ｍｂ及び
   前記透明ゲル物体の重合を促進するようにした合成樹脂
   光伝送体の製造方法において、前記透明ゲル物体の表面
   温度を測定し、その測定信号をマイクロ波発信機にフィ
   ードバックして、常に前記透明ゲル物体の表面温度が一
   定となるように前記マイクロ波発信機の出力を制御する
   ようにしたことを特徴とする方法。 ２、透明ゲル物体の表面温度を６０℃〜１５０℃の範囲
   内で制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ３、透明ゲル物体の表面温度を測定した測定信号と予め
   設定した設定温度信号とを比較し、この比較に基づいて
   マイクロ波発信機を制御することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の方法。