JPH10111414A - マルチステップインデックス型プラスチック光ファイバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した品質で経済的に大量生産を可能とす
るマルチステップインデックス型プラスチック光ファイ
バを提供する。 【解決手段】 ＰＭＭＡ系樹脂を第１成分樹脂とし、屈
折率ｎｄ２０℃がＰＭＭＡ系樹脂の値より絶対値におい
て０．０１以上異なるＡＳ系樹脂を第２成分樹脂とし、
これらの単独成分樹脂または混合樹脂を、中心が最も屈
折率が高く、その円周外側に向かって屈折率がほぼ２次
分布状に低下するように、５層以上に同心円状に配置し
たマルチステップインデックス型プラスチック光ファイ
バ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はグレーデッドインデ
ックス型プラスチック光ファイバに準ずる、高帯域を有
する多段階段状屈折率分布を有するマルチステップイン
デックス型プラスチック光ファイバとその連続的製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光
ファイバはファイバの中心の屈折率が高く、外側に行く
に従って屈折率が２次分布的に低くなる光ファイバのこ
とであり伝送帯域の広いのが特長である。

【０００３】プラスチック製のＧＩファイバには昭和４
０年代から多数の提案があるが、なかでも優れたものと
して、慶応大学の大塚，小池らの開発によるものが知ら
れている。

【０００４】これらのＧＩ型ＰＯＦは、予め屈折率分布
を有するＰＭＭＡ系のプリフォームと呼ばれる棒を重合
によってつくり、それを熱で伸ばしてファイバにするも
のである。これらのプリフォームはＰＭＭＡのパイプの
中でうまく屈折率勾配がつくように重合するのがポイン
トであり、主としてＭＭＡモノマーと高屈折率の重合性
モノマーあるいは非重合性化合物を静置、あるいは回転
などの細心の注意を払いながら長時間で重合固化させて
製造するものである。このプリフォームの出来具合が、
ＧＩファイバの伝送損失や伝送帯域などの重要な性能を
決める。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＰＯＦのメリットは大
口径で扱い易いことであるが、従来のプリフォーム方式
によるＧＩ型ＰＯＦは重合過程の分子の拡散状態を利用
した屈折率分布形成を行ったものであるため、プリフォ
ームロッドはあまり大きなものは製造困難であり、ＰＯ
Ｆのメリットを維持するために直径が０．５ｍｍ〜１．
０ｍｍ程度の比較的大口径のファイバに線引きするとす
れば、プリフォームから得られるファイバ長は短いもの
に終わり、生産性に劣る。そして、かかるプリフォーム
ロッドを工業的に安定した品質で量産し、しかも経済的
に生産するのはまだ見通しが立っていないのが実状であ
る。

【０００６】本発明は、従来のプリフォーム方式の欠点
を解消し、安定した品質で経済的に大量生産を可能とす
る新規なＧＩ型ＰＯＦ及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく成
された本発明の構成は、以下の通りである。

【０００８】すなわち、本発明の第一は、メチルメタク
リレートを主体としたＰＭＭＡ系樹脂を第１成分樹脂と
し、該樹脂とミッシブルに混合して透明な樹脂を形成す
ることが出来、屈折率ｎｄ２０℃がＰＭＭＡ系樹脂の値
より絶対値において０．０１以上異なる樹脂を第２成分
樹脂とし、これらの単独成分樹脂または混合樹脂を、中
心が最も屈折率が高く、その円周外側に向かって屈折率
がほぼ２次分布状に低下するように、少なくとも５層以
上に同心円状に配置したことを特徴とするマルチステッ
プインデックス型プラスチック光ファイバにある。

【０００９】さらに、本発明の第二は、上記本発明第一
のマルチステップインデックス型プラスチック光ファイ
バの製造方法であって、溶融状態の第１成分樹脂と第２
成分樹脂を、計量性と、混合性と移送性能を有するギヤ
ポンプを用いて両成分樹脂の混合割合を調節し、屈折率
を調整し、少なくとも５層以上の「超多層複合紡糸ダ
イ」に供給し、中心に最も屈折率が高い混合樹脂を配置
し、その円周外側に向かって、屈折率がほぼ２次分布状
に低下するように多段階、同心円状に配置したマルチス
テップインデックス型プラスチック光ファイバの連続的
製造方法にある。

【００１０】従来のグレーデッドインデックス型のプラ
スチック光ファイバの確立された製造方法はプリフォー
ムと呼ばれるロッドの重合時にモノマーの拡散により屈
折率勾配を付けたものであるが、本発明のマルチステッ
プインデックス型のプラスチック光ファイバは、屈折率
の異なる樹脂を多層に成形したものであり量産性のある
ものである。しかし、ファイバの屈折率の勾配は階段状
になる。これは必ずしも好ましいことではないが、コス
トパフォーマンス的に見て妥協を許すものである。階段
の数が無限になれば、屈折率勾配は滑らかになるが、５
層段以上とすることにより、プラスチック光ファイバと
しての伝送帯域に向上が現れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１成分樹脂として
はメチルメタクリレートのホモポリマー或はメチルメタ
クリレートが５０重量％以上のアクリル酸エステル、メ
タクリル酸エステル、あるいはその他共重合可能な成分
との共重合体などであり、これらのＰＭＭＡ系樹脂の好
ましいメルトフローインデックスは、オリフィスの直径
２ｍｍ、長さ８ｍｍで、２３０℃、３．８Ｋｇ荷重にて
０．２〜６０ｇ／１０分の範囲のものが使用でき、特に
好ましくは１．０〜４０ｇ／１０分のものが好ましい。
その他、これらのＰＭＭＡ系樹脂の中に含まれる異物を
極力排除し、かつ、熱による着色を抑えるための配慮と
して、連続溶液重合法または連続塊状重合法により樹脂
の製造を行い、後述の樹脂混合から紡糸工程を一貫した
連続工程に組み込んで行うのが好ましい。

【００１２】一方、第２成分樹脂としては、前記ＰＭＭ
Ａ系樹脂とはよく相溶し、分子状に混合し得るミッシブ
ルな樹脂を選ぶ必要がある。この理由は、後述する、樹
脂を混合して、屈折率を変えた層樹脂を次々に製造して
いくことの他に、各層の樹脂が接する面での樹脂の相溶
性がよく滑らかな屈折率分布が付与できる点で重要であ
る。しかも、溶融状態で混合したり、複合紡糸成形した
りすることから、精々２５０℃以下でミッシブルとなる
樹脂を選ばなければならない。しかも、これらの樹脂の
もう一つの重要な性質として、ＰＭＭＡ系樹脂に比べて
屈折率が異なっている必要がある。その屈折率の差の絶
対値の程度は、目安としてナトリウムＤ線に対する屈折
率ｎｄ２０℃において、０．０１以上ある必要がある。

【００１３】上記の第２成分樹脂としては、例えばアク
リロニトリルとスチレンの共重合体であるＡＳ樹脂があ
る。中でもスチレン構造単位が７８〜８５重量％、アク
リルニトリル構造単位が２２〜１５重量％の共重合体で
あるものは、ＡＳ樹脂をＰＭＭＡ系樹脂と２５０℃以下
で混合するなどの処理を行っても、完全にミッシブルに
混合できるので好ましい。その他、有効な樹脂としては
メチルメタクリレートとメタクリル酸又はアクリル酸の
ような不飽和カルボン酸とスチレン又はαメチルスチレ
ンのような芳香族ビニル化合物を共重合し、加熱脱水反
応により六員環環化物を含んだ共重合体も相溶性に優れ
る樹脂であり好ましい。さらにその他、メチルメタクリ
レートとスチレンと無水マレイン酸の共重合体も、ＰＭ
ＭＡ系樹脂とよく相溶して透明となる樹脂であり好まし
い。

【００１４】以上に述べた第２成分樹脂はいずれも、連
続溶液重合または連続塊状重合法により製造することの
できる樹脂であり、第１成分樹脂と第２成分樹脂を連続
重合法により製造し、樹脂の重合段階から脱揮を一貫し
て行い、かつ樹脂を溶融状態のまま引き続き、混合や紡
糸までの工程を一貫した連続工程で行うことができ、汚
染と熱履歴の少ない光学的に優れた樹脂組成物が処理さ
れる点で好ましい。

【００１５】その他の第２成分樹脂としては、ビニリデ
ンフロライド系の樹脂、例えばビニリデンフロライドと
ヘキサフロロアセトンの共重合体あるいは、これらの２
元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエ
チレンを加えた３元以上の共重合体は非常に好ましい。
さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプペンの
共重合体、あるいはこれらの２元成分にさらに、トリフ
ロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上
の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロ
ロエチレンの２元共重合体、ビニリデンフロライドとト
リフロロエチレンの２元共重合体などは、連続重合によ
る一貫工程で紡糸をすることは出来ない樹脂ではある
が、第２成分樹脂として用いることができる。

【００１６】以下、特に第２成分樹脂をＡＳ樹脂とし
て、詳細に説明する。

【００１７】ＡＳ樹脂はアクリロニトリル成分の量によ
り、屈折率が異なり、アクリロニトリル成分が２０重量
％のＡＳ樹脂では屈折率ｎｄ２０℃が１．５７４７、ア
クリロニトリル成分が２５重量％だと屈折率ｎｄ２０℃
が１．５６９５である。

【００１８】一方、ＰＭＭＡ系樹脂の屈折率ｎｄ２０℃
は１．４９２程度であり、両者の樹脂を混合すると透明
な樹脂組成物となり、屈折率は配合に比例して調節がで
きる。

【００１９】これらの樹脂の混合と、複合紡糸ダイへの
混合樹脂の供給はギヤポンプのような混合機能があり定
量性のある供給装置が好都合である。より好ましい方法
としては、ＰＭＭＡ系樹脂及びＡＳ系樹脂は夫々連続重
合法により製造し、連続した工程の中で未反応モノマー
や溶剤等の揮発成分を脱揮し、溶融状態のまま計量装置
を用いてＰＭＭＡ系樹脂とＡＳ系樹脂の混合割合を多段
階に調節して屈折率の勾配が多段階になるように混合
し、ギヤポンプなどの混合供給装置を介して複合紡糸ダ
イに供給し、中心に最もＡＳ濃度が高く屈折率が高い混
合樹脂を配置し、その周りを段階的に屈折率がほぼ２次
分布状に低下するように多段階・同心円状に配置したプ
ラスチック光ファイバを連続的に製造する。この時、フ
ァイバ軸径方向の層幅は均等に取ってもよいし、均等で
なくてもよいが、必要なことは、軸径方向の屈折率の分
布が、中心が最も高く、外側に行くにつれて位置とその
場所の屈折率の関係が２次分布状に減少する構造となれ
ばよい。

【００２０】ＡＳ樹脂の好ましいメルトフローインデッ
クスは、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍで、２３
０℃、３．８Ｋｇ荷重にて０．２〜６０ｇ／１０分の範
囲のものが使用でき、特に好ましくは１．０〜４０ｇ／
１０分のものが好ましい。

【００２１】次に、ＰＭＭＡ系樹脂とＡＳ系樹脂の混合
から紡糸に至る工程の一具体例を説明する。先ず、樹脂
層の層数に応じた数のギヤポンプを準備し、夫々のギヤ
ポンプの回転数を予め計算された値に設定して、溶融さ
れたＰＭＭＡ樹脂を計量する。一方、溶融されたＡＳ樹
脂は、前述のＰＭＭＡ系樹脂の各ギヤポンプの吐出ライ
ンと接続する各混合ギヤポンプにより、予め計量された
ＰＭＭＡ樹脂と混合する。この混合ギヤポンプの回転数
は、各層の断面積に比例して制御するようにする。

【００２２】ところで、ＰＭＭＡ樹脂のギヤポンプの回
転数の設定方法は、混合ギヤポンプで供給される混合樹
脂の屈折率と量から算出される。即ち、ファイバの中心
が最もＡＳ濃度が高く、屈折率が高い混合樹脂を配置
し、その円周外側に向かって、屈折率がほぼ２次分布状
に低下するように屈折率分布をつけるべく、ＡＳ樹脂と
ＰＭＭＡ樹脂の割合を求め、それらの混合樹脂の全量か
らＰＭＭＡ樹脂の数量が求められる。もちろん、実際の
操作に於いては微調整が伴うことはある。ここでＡＳ樹
脂の数量もギヤポンプを用いて計量することは可能であ
るが、どちらかと言えば、ＡＳ樹脂はゲル化や着色し易
いため、それを避けた方が好ましい。

【００２３】このようにして各層に応じて設計された屈
折率勾配のついた樹脂が、設計された断面積分だけ「超
多層複合紡糸ダイ」に供給される。ここで「超多層複合
紡糸ダイ」とは少なくとも中心層を含め５層以上あるダ
イのことである。超多層複合紡糸ダイの構造は、図２の
ように層の数に応じたダイプレートがあり、そのダイプ
レートには、対応する層の樹脂をガイドするパイプが取
り付けてあるのが好ましい。ダイの層の数は多ければ多
いほど、屈折率勾配がなめらかになるので好ましいが、
設備費がかさむのと、１層あたりの樹脂の量が少なくな
るため、樹脂の劣化が起こり易くなるという欠点も出て
くるので、層の数としては５層から２０層程度が好まし
い。このようにして、「超多層複合紡糸ダイ」に供給さ
れ、多層構造化された樹脂は、引落しを行い延伸して、
直径０．２５〜２．０ｍｍ程度のファイバにする。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。

【００２５】図１にＰＭＭＡ樹脂とＡＳ樹脂の混合供給
工程図を示し、図２に複合紡糸ダイの図を示す。

【００２６】酸素不在下に連続溶液重合したメチルメタ
クリレート９８重量％とアクリル酸メチル２重量％の共
重合体で、ｎｄ２０℃が１．４９２、メルトフローイン
デックスが９ｇ／１０分のＰＭＭＡ樹脂を、２１０℃で
脱揮押出機からギヤポンプＰ１〜Ｐ９に供給した。ギヤ
ポンプＰ１〜Ｐ９の吐出配管は、それぞれ混合ギヤポン
プＰ１１〜Ｐ１９の供給側に接続されており、ギヤポン
プＰ１〜Ｐ９で計量されたＰＭＭＡ樹脂は混合ギヤポン
プＰ１１〜Ｐ１９に供給される。このギヤポンプＰ１〜
Ｐ９の吐出量はそれぞれ表１の通りとした。

【００２７】一方、酸素不在下に連続溶液重合したスチ
レン８０重量％とアクリロニトリル２０重量％の共重合
体で、ｎｄ２０℃が１．５７５、メルトフローインデッ
クスが１０ｇ／１０分の樹脂を、２１０℃で脱揮押出機
から直接混合ギヤポンプＰ１１〜Ｐ１９に供給した。そ
して、Ｐ１１〜Ｐ１９の吐出量、すなわち混合樹脂量は
表１の通り設定した。

【００２８】混合ギアポンプＰ１１〜Ｐ１９の吐出配管
は、夫々図２に示される「超多層複合紡糸ダイ」の受入
口Ｈ１〜Ｈ９に接続した。これらの工程中、樹脂温度は
２１０℃に保った。「超多層複合紡糸ダイ」の出口から
排出されたストランドを引き伸ばし、延伸処理を行い、
９層構造を有する直径１．０ｍｍのプラスチック光ファ
イバを得た。そして、本プラスチック光ファイバに黒色
ポリエチレンで被覆を行い、ケーブルを得た。

【００２９】本プラスチック光ファイバを構成する各層
の屈折率ｎｄは表１に示す通りであり、これを図示する
と図３のようになる。すなわち、本プラスチック光ファ
イバは、中心が最も屈折率が高く、その円周外側に向か
って屈折率がほぼ２次分布状に低下しているものであ
る。

【００３０】本プラスチック光ファイバの伝送損失は６
５０ｎｍにて３００ｄＢ／ｋｍであった。また、本プラ
スチック光ファイバの伝送帯域は１ＧＨｚ／５０ｍ以上
が認められた。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
グレーデッドインデックス型プラスチック光ファイバに
準ずるマルチステップインデックス型プラスチック光フ
ァイバを、安定した品質で経済的に大量生産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るＰＭＭＡ樹脂とＡＳ樹脂
の混合供給工程を説明するための図である。

【図２】本発明の実施例に係る「超多層複合紡糸ダイ」
を概略的に示した断面図である。

【図３】本発明の実施例に係るプラスチック光ファイバ
を構成する各層の屈折率を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メチルメタクリレートを主体としたＰＭ
   ＭＡ系樹脂を第１成分樹脂とし、該樹脂とミッシブルに
   混合して透明な樹脂を形成することが出来、屈折率ｎｄ
   ２０℃がＰＭＭＡ系樹脂の値より絶対値において０．０
   １以上異なる樹脂を第２成分樹脂とし、これらの単独成
   分樹脂または混合樹脂を、中心が最も屈折率が高く、そ
   の円周外側に向かって屈折率がほぼ２次分布状に低下す
   るように、少なくとも５層以上に同心円状に配置したこ
   とを特徴とするマルチステップインデックス型プラスチ
   ック光ファイバ。
2. 【請求項２】 第２成分樹脂がスチレンとアクリルニト
   リルを主体とするＡＳ系樹脂であることを特徴とする請
   求項１に記載のマルチステップインデックス型プラスチ
   ック光ファイバ。
3. 【請求項３】 スチレンとアクリルニトリルを主体とす
   るＡＳ系樹脂が、スチレン構造単位が７８〜８５重量
   ％、アクリルニトリル構造単位が２２〜１５重量％の共
   重合体であることを特徴とする請求項２に記載のマルチ
   ステップインデックス型プラスチック光ファイバ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のマルチ
   ステップインデックス型プラスチック光ファイバの製造
   方法であって、 溶融状態の第１成分樹脂と第２成分樹脂を、計量性と、
   混合性と移送性能を有するギヤポンプを用いて両成分樹
   脂の混合割合を調節し、屈折率を調整し、少なくとも５
   層以上の「超多層複合紡糸ダイ」に供給し、中心に最も
   屈折率が高い混合樹脂を配置し、その円周外側に向かっ
   て、屈折率がほぼ２次分布状に低下するように多段階、
   同心円状に配置したマルチステップインデックス型プラ
   スチック光ファイバの連続的製造方法。