(57)【要約】【課題】  光伝送損失の小さいプラスチック光ファイバを提供する。【解決手段】  ポリ（メタ）アクリレートを含有するプラスチック光ファイバであって、表面から赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して得られた、ポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ（ポリ（メタ）アクリレートが重水素化されている場合はＣＤ）の横揺れ振動吸収二色比が、１．０５以下であるプラスチック光ファイバである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ（メタ）アクリレートを含有するプラスチック光ファイバであって、赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して得られた、ポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ（ポリ（メタ）アクリレートが重水素化されている場合はＣＤ）の横揺れ振動吸収二色比が、１．０５以下であるプラスチック光ファイバ。
【請求項２】
コア／クラッド構造を有し、少なくともコア部がポリ（メタ）アクリレートを含有する請求項１に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッド部の厚みがｄ（μｍ）であり、連続走査方式干渉計を備えた赤外分光光度計を用い、且つ下記式（１）を満足する干渉計駆動鏡速度Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）で測定した時に、前記二色比が１．０５以下である請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【数１】
2006072128.tif 000007
αｓ：クラッド部の熱拡散率（ｃｍ2／ｓｅｃ）
ｖ：測定赤外波長（ｃｍ-1）
【請求項４】
前記クラッド部の厚みがｄ（μｍ）であり、測定波長の変調周波数ｆ（１／ｓｅｃ）が下記式（２）を満足する条件で得られた二色比が、１．０５以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバ。
【数２】
2006072128.tif 000008
αｓ：クラッド部の熱拡散率（ｃｍ2／ｓｅｃ）
【請求項５】
前記クラッド部の厚みが８μｍ以上である請求項２〜４のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項６】
少なくとも１種のポリマーを含有するプリフォームを延伸してプラスチック光学部材とする工程を含むプラスチック光学部材の製造方法であって、
前記延伸工程を行う前に、前記ポリマーと同一のポリマーを含有する延伸処理を施されたプラスチック光学部材の少なくとも１種に、赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して前記ポリマーの吸収スペクトルを得、少なくとも一つの吸収ピークの二色比に基づいて、延伸条件を最適化して、該最適化された延伸条件で延伸を行うことを特徴とするプラスチック光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック光ファイバ、特にクラッド／コア構造のプラスチック光ファイバ、及びプラスチック光学部材の製造方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー等の有機材料からなる光学部材には、フィルム、ファイバ等の種々の形態があるが、複数の層から構成されているものが多い。例えば、プラスチック光ファイバは、一般的には、コア部と、これを被覆するクラッド部とを有し、溶融樹脂を押し出したり、プリフォームと呼ばれる母材を延伸することによって作製される。プラスチック光ファイバは、一般的には、コア部と、これを被覆するクラッド部とを有し、プリフォームと呼ばれる母材を延伸することによって作製される。この様に、ファイバを製造する際は延伸を行なうことから、ファイバを構成しているポリマーには分子配向が生じていることが予想される。ポリマー材料の分子配向状態、特にコア部の分子配向状態は、機械的強度のみならず、光学特性にも影響を与える場合があるため、分子配向を分析することは、プラスチック光ファイバの開発において重要である。また、プラスチック光ファイバのみならず、光学フィルムなども延伸により作製する場合が多く、その分子配向状態を知り製造条件に反映させることは、同様に、光学フィルムの開発においても重要である。
【０００３】
ポリマーの分子配向を分析する一般的な方法としては、赤外分光法と二色比法を組み合わせた方法がある。この分析方法では、通常、透過法又はＡＴＲ法が利用される。しかし、従来の方法を利用して、プラスチック光ファイバの分子配向を分析しても、例えば、透過法を利用した分析法では、吸収が飽和してしまい検出できないという問題があり、また、ＡＴＲ法を利用した分析法では、測定深さに限界があるので、プラスチック光ファイバのコア部までは測定ができないという問題がある。最近、光熱変換分光法であるＰＡＳ法（光音響法）と、赤外分光法と、二色比法とを組み合わせることにより、プラスチック光ファイバの分子配向を分析する方法が提案されている（非特許文献１）。しかし、非特許文献１には、この分析方法によって得られるデータとプラスチック光ファイバの光学特性との関連性については記載がない。
【非特許文献１】Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．２０５  １０５（２００４），Ｋｌａｕｓ−Ｊｏｃｈｅｎ  Ｅｉｃｈｈｏｒｎ，Ｇｕｄｒｕｍ  Ａｄａｍｓ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光伝送損失の小さいプラスチック光ファイバを提供することを課題とする。また、本発明は、良好な性能を有するプラスチック光学部材を安定的に製造可能な製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[１]  ポリ（メタ）アクリレートを含有するプラスチック光ファイバであって、赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して得られた、ポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ（ポリ（メタ）アクリレートが重水素化されている場合はＣＤ）の横揺れ振動吸収二色比が、１．０５以下であるプラスチック光ファイバ。
[２]  コア／クラッド構造を有し、少なくともコア部がポリ（メタ）アクリレートを含有する［１］のプラスチック光ファイバ。
［３］  前記クラッド部の厚みがｄ（μｍ）であり、連続走査方式干渉計を備えた赤外分光光度計を用い、且つ下記式（１）を満足する干渉計駆動鏡速度Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）で測定した時に、前記二色比が１．０５以下である［２］のプラスチック光ファイバ。
【０００６】
【数１】
2006072128.tif 000002
αｓ：クラッド部の熱拡散率（ｃｍ2／ｓｅｃ）
ｖ：測定赤外波長（ｃｍ-1）
【０００７】
［４］  前記クラッド部の厚みがｄ（μｍ）であり、測定波長の変調周波数ｆ（１／ｓｅｃ）が下記式（２）を満足する条件で得られた二色比が、１．０５以下である［１］〜［３］のいずれかのプラスチック光ファイバ。
【０００８】
【数２】
2006072128.tif 000003
αｓ：クラッド部の熱拡散率（ｃｍ2／ｓｅｃ）
【０００９】
［５］  前記クラッド部の厚みが８μｍ以上である［２］〜［４］のいずれかのプラスチック光ファイバ。
［６］  少なくとも１種のポリマーを含有するプリフォームを延伸してプラスチック光学部材とする工程を含むプラスチック光学部材の製造方法であって、
前記延伸工程を行う前に、前記ポリマーと同一のポリマーを含有する延伸処理を施されたプラスチック光学部材の少なくとも１種に、赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して前記ポリマーの吸収スペクトルを得、少なくとも一つの吸収ピークの二色比に基づいて、延伸条件を最適化して、該最適化された延伸条件で延伸を行うことを特徴とするプラスチック光学部材の製造方法。
［７］  ポリ（メタ）アクリレートを含有するプリフォームを延伸してプラスチック光学部材を製造する方法であって、少なくともポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ（ポリ（メタ）アクリレートが重水素化されている場合はＣＤ）の横揺れ振動吸収のピークの二色比に基づいて最適化された延伸条件で延伸を行う、［６］のプラスチック光学部材の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光伝送損失の小さいプラスチック光ファイバを提供することができる。また、本発明によれば、良好な性能を有するプラスチック光学部材を安定的に製造することができる。
【発明の実施の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、表面から赤外領域の偏光波を断続的に照射して、光音響効果に基づく音波を発生させ、該音波を検出して得られた、ポリ（メタ）アクリルレートの主鎖ＣＨ（ポリ（メタ）アクリレートが重水素化されている場合はＣＤ）の横揺れ振動吸収二色比が一定の範囲で得られるプラスチック光ファイバに関する。まず、前記二色比の求め方について説明する。図１に、前記二色比を求めるための測定方法の一例に示す。光源１から発生する赤外領域の光を偏光子２によって互いに直交する偏光波３、Ｐ波およびＳ波に分割し、いずれか一方のみをプラスチック光ファイバ４に、断続的に照射する。プラスチック光ファイバ４は、ポリ（メタ）アクリレートをクラッド部４ｂ及び／又はコア部４ａを有する。プラスチック光ファイバ４によって吸収された光は熱に変換されて、内部から外周に向かって熱拡散をおこし、試料と接触する気体を振動させることによって音波５を発生する。即ち、光音響効果に基づいて音波５を発生する。この音波５をディテクタ６によって検出し、検出された値から吸収スペクトル７を得る。他方の偏光波についても同様にして吸収スペクトル７を得る。得られる吸収スペクトル７には、ポリ（メタ）アクリレートの、種々のセグメントの伸縮振動準位の遷移に帰属される吸収ピークが現われる。ポリマーが無配向の状態では、Ｓ波及びＰ波を照射して得られるそれぞれの吸収スペクトルは、理論的には同一であり、各ピークの強度も同一である。一方、分子配向している場合は、Ｓ波及びＰ波を照射して得られるそれぞれの吸収スペクトルは異なり、特定のセグメントの振動準位の遷移に帰属される吸収ピークの強度が異なる。この吸収ピークの強度Ｉの比（Ｉ‖（ファイバ延伸方向に対する平行波の照射によって得られた強度）／Ｉ⊥（ファイバ延伸方向に対する垂直波（⊥波）の照射によって得られた強度）が二色比である。二色比は、分子結合ベクトルの方向、即ち分子の配向の指標となる。
【００１２】
吸収ピークの二色比によって、分子配向状態を知る具体的な解析方法については、例えば、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．２０５  １０５（２００４），Ｋｌａｕｓ−Ｊｏｃｈｅｎ  Ｅｉｃｈｈｏｒｎ，Ｇｕｄｒｕｍ  Ａｄａｍｓに詳細が記載されていて、これを参考にすることができる。
【００１３】
本発明のプラスチック光ファイバは、ポリ（メタ）アクリレートを含有するプラスチック光ファイバであって、前記方法によって求められたポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨの横揺れ振動吸収二色比が、１．０５以下である。また、ポリ（メタ）アクリレートは、重水素化されていてもよく、かかる場合はポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＤの横揺れ振動吸収二色比が、１．０５以下である。前記二色比は、１．０５〜０．９５であるのがより好ましく、１．０〜０．９５であるのがさらに好ましい。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の主鎖ＣＨ横揺れ振動の遷移に帰属される吸収ピークは約７５２ｃｍ-1に、重水素化されたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ−ｄ８）の主鎖ＣＤ横揺れ振動の遷移に帰属される吸収ピークは約６８０ｃｍ-1に現われる。従って、本発明のプラスチック光ファイバが、ＰＭＭＡ又はＰＭＭＡ−ｄ８を含有する態様では、約７５２ｃｍ-1又は約６８０ｃｍ-1の吸収ピークの二色比が１．０５以下になる。
【００１４】
コア／クラッド構造のプラスチック光ファイバでは、コア部を構成しているポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ（又はＣＤ）横揺れ振動の吸収ピークの二色比が、１．０５以上であるのが好ましい。クラッド部に被覆されたコア部について、前記二色比を求めるためには、前記分析法における測定深さ（「熱拡散長」という場合もある）を、クラッド部の厚みｄ（μｍ）以上にする必要がある。測定深さは、入射光のＯＮ・ＯＦＦの周期によよってコントロールすることができる。例えば、連続走査方式干渉計を備えた赤外分光光度計を用いた場合は、干渉計駆動鏡速度Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）によって調整することができる。本発明者が鋭意検討した結果、クラッド部の厚みがｄ（μｍ）である場合、干渉計駆動鏡速度Ｖを以下の式（１）を満足する範囲に設定すると、コア部のポリマーによる吸収スペクトルを得ることができる。
【００１５】
【数３】
2006072128.tif 000004
なお、式中、αｓはクラッド部の熱拡散率（ｃｍ2／ｓｅｃ）である。また、式中、νは測定赤外波長（ｃｍ-1）であり、通常、４０００〜４００ｃｍ-1である。
【００１６】
勿論、干渉計駆動鏡速度Ｖ以外で入射光のＯＮ・ＯＦＦの周期、即ち、測定波数の変調周波数ｆ（１／ｓｅｃ）、をコントロールしてもよい。いずれで制御する場合も、クラッド部の厚みがｄ（μｍ）の場合は、測定波長の変調周波数ｆが下記式（２）を満足していれば、コア部のポリマーによる吸収スペクトルを得ることができる。
【００１７】
【数４】
2006072128.tif 000005
式中、αｓは前述した通りである。
【００１８】
クラッド部の厚みｄ（μｍ）は、８μｍ以上であるのが好ましく、８〜１６μｍであるのがより好ましい。また、コア部の径については特に制限はないが、一般的には１００〜１０００μｍであるのが好ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック光ファイバの製造方法については特に制限されないが、コア部に相当する領域とクラッド部に相当する領域を有する円筒状のプリフォームをファイバ径まで延伸することによって作製することができる。延伸時の条件を調整することによって、前記二色比が１．０５以上であるプラスチック光ファイバを作製することができる。二色比の値に影響を与える延伸条件としては、延伸張力及び延伸温度が挙げられる。また、延伸後に加熱処理もしくは冷却処理を実施して、かかる処理時の温度条件等によって前記二色比を調整してもよい。
【００２０】
図２に本発明のプラスチック光ファイバの製造方法の一実施形態の模式図を示す。円筒状のプリフォーム４’は、アーム（不図示）によって支持され、アームは、モーター（不図示）によって、所定の速度でプリフォーム４’を下流（図２中下方向）に速度ｖ1で押出し可能に構成されている。プリフォーム４’は、多段式の加熱炉１０中で所定の温度Ｔに加熱され、一部が溶融する。溶融したプリフォーム４’は、下流に位置する一対のロール９のニップ部に速度ｖ2で引き込まれ、ファイバ径まで線引きされる。この時、延伸温度は加熱炉１０の温度Ｔにより決定され、延伸張力はｖ2−ｖ1によって決定される。本実施形態では、前記方法により得られたファイバ４の二色比を測定する。具体的には、図１に示した様に、光源１から発生する赤外領域の光は、偏光子２によって互いに直交する偏光波３、Ｐ波およびＳ波に分割され、延伸後のファイバ４に、それぞれ断続的に照射される。ファイバ４によって吸収された光は熱に変換されて、内部から外周に向かって熱拡散をおこし、接触する気体を振動させることによって音波５を発生する。各偏光波を照射した際に検出された音波５をディテクタ６によって検出し、例えば、コンピュータ等で解析することにより、ポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨの横揺れ振動吸収二色比が求まる。この二色比が、所望の範囲でない場合、例えば、１．０５を超える場合は、加熱炉１０の温度Ｔを制御して延伸温度を最適化してもよいし、又は一対のロール９による引取り速度ｖ2を制御して延伸張力を最適化してもよい。この様に、前記二色比に基づいて延伸条件を最適化することにより、安定的に本発明のプラスチック光ファイバを作製することができる。
【００２１】
例えば、ポリ（メタ）アクリレートの主鎖ＣＨ又はＣＤの横揺れ振動吸収は、７５２ｃｍ-1又は約６８０ｃｍ-1であるので、光源から照射する光の波長を７５２ｃｍ-1又は約６８０ｃｍ-1に設定することができる。また、かつ干渉計駆動鏡速度Ｖの値を前記式（１）を満たす値に設定して測定を行えば、コア部のポリマー材料の分子配向を反映した二色比を測定することができる。該二色比が１．０５以下になるように延伸条件を制御することによって、より信頼性高く良好な性能のプラスチック光ファイバを作製することができる。
なお、プリフォーム４’の製造方法については特に制限されない。例えば、特許３３３２９２２号公報に記載の界面ゲル重合を利用した方法、特開２００１−２１５３４５号公報に記載の回転重合を利用した方法等、既知のいずれの方法で作製してもよい。
【００２２】
本発明のプラスチック光ファイバの屈折率分布のプロファイルについては特に制限はなく、シングルステップインデックス型、マルチステップインデクス型、及びグレーテッドインデクス型のいずれであってもよい。
【００２３】
また、本発明は、プラスチック光学部材の製造方法にも関する。延伸工程を経て作製される光ファイバ、光学フィルム等のプラスチック光学部材は、延伸条件によって分子配向状態が変化し、機械的特性のみならず、光学特性の優劣を作用する場合がある。本発明の製造方法は、延伸工程を実施する前に、同一材料からなるサンプルについて本発明の分析方法を実施して、少なくとも一つの吸収ピークの二色比を求め、この二色比と該サンプルの機械的特性又は光学特性との関係から、延伸条件を最適化し、この最適化された延伸条件によって延伸を実施するものである。上記した様に、本発明の分析方法によって得られる二色比は、分子配向状態の指標になり、延伸条件との相関性が高い。従って、特定のポリマー材料からなる光学部材について、所望の光学特性や機械的特性を示す場合の二色比を事前に求めておけば、この二色比が得られる様に延伸条件、例えば、延伸時の張力、温度など、を最適化することは容易である。その結果、信頼性高く、安定的に良好な性能のプラスチック光学部材を作製することができる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００２５】
［実施例１］
図３に示すコア（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））／クラッド（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））構造のプラスチック光ファイバを、表１に示す様に、延伸張力を種々変えて作製した。作製した試料について、赤外領域の偏光波を断続的に照射し、発生した音波に基づいて、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の主鎖ＣＨ横揺れ振動の遷移に帰属される吸収ピーク（波数７５２ｃｍ-1）の二色比を求めた。結果を表１に示す。
なお、分析には以下の機器を用いた。分光器としては、連続走査方式干渉計を用いた下記の赤外分光器を用い、測定波数７５２ｃｍ-1の干渉計駆動鏡速度Ｖを０．０２５６ｃｍ／ｓｅｃ  （ｆ＝３８／ｓｅｃ）に設定して測定した。
分光器：ＦＴＳ６０Ａ／８９６  （デジラボ製）
偏光子：ＫＲＳ５基板にアルミをワイヤーグリッド蒸着  ＰＬ８１（日本分光製）
ＰＡＳ検出器：Ｍｏｄｅｌ２００  （ＭＴＥＣ製）
なお、ＰＡＳ検出器試料フォルダーの下段に、過塩素酸マグネシウムを乾燥剤として設置し、上段に試料１本（１ｃｍ）設置した後、Ｈｅガス（流量５ｍｌ／ｓｅｃ）で５分間パージし、密閉した後に測定を開始した。
【００２６】
さらに得られた各ファイバについて、波長６５０ｎｍの光伝送損失を測定した。結果を表１に合わせて示す。
【００２７】
【表１】
2006072128.tif 000006
【００２８】
表１に示す結果から、ＰＭＭＡ主鎖のＣＨ横揺れ振動の遷移に帰属される７５２ｃｍ-1の吸収ピークの二色比が、１．０５以下のプラスチック光ファイバ（実施例１〜４）は、前記二色比が１．０５をプラスチック光ファイバ（比較例１及び２）と比較して、光伝送損失値が小さく、優れた伝送性能を示すことがわかった。
【００２９】
なお、実施例１のプラスチック光ファイバについて、駆動鏡速度Ｖを０．６４ｃｍ／ｓｅｃ（ｆ＝９６２／ｓｅｃ（ａｔ  ７５２ｃｍ-1））又は０．００６４ｃｍ／ｓｅｃ（ｆ＝９．６／ｓｅｃ（ａｔ  ７５２ｃｍ-1））に設定して測定したところ、測定深さが浅すぎる又は深すぎるために、コア部のＰＭＭＡの吸収ピークが得られないため、７５２ｃｍ-1の二色比を求めることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】プラスチック光ファイバの二色比を求めるための分析方法の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施形態の模式図である。
【図３】実施例で作製した光ファイバの概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      光源
２      偏光子
３      偏光波
４      光ファイバ
４’    光ファイバのプリフォーム
５      音波
６      ディテクタ
７      吸収スペクトル
９      引取りロール
１０      加熱炉
【図１】
2006072128.tif 000009
【図２】
2006072128.tif 000010
【図３】
2006072128.tif 000011