(57)【要約】【課題】逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置及び方法を提供する。【解決手段】プラスチック光ファイバ用母材の製造装置は、１）反応物の流入口を備えた導入部、導入部に連通する流路を遮断壁の中央に備えた反応部、及び導入部と反応部とを連結するための１つ以上の流路を備えた中空防止型回転反応装置と、２）駆動部と、３）固定手段と、４）紫外光遮断壁と、５）加圧部とを含むプラスチック光ファイバ用母材の製造装置において、前記中空防止型回転反応装置の半径方向に対して直角な面内に、かかる面に沿って移動可能な移送装置と、前記移送装置の、前記中空防止型回転反応装置と反対の面の近傍に、紫外光ランプを備える紫外光集束光学系とを含んでなる。【選択図】図４
2006154737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１）反応器全体に反応物を流入させるための反応物流入口を備えた導入部、前記導入部に連通する流路を遮断壁の中央に備えた反応部、及び前記導入部と前記反応部とを連結するための１つ以上の流路を備えた中空防止型回転反応装置と、２）前記中空防止型回転反応装置を回転させる駆動部と、３）前記中空防止型回転反応装置を前記駆動部に固定させるための固定手段と、４）前記中空防止型回転反応装置の前記導入部に紫外光が照射されることを防止するための紫外光遮断壁と、５）前記中空防止型回転反応装置に加圧するための加圧部とを含むプラスチック光ファイバ用母材の製造装置において、
前記中空防止型回転反応装置の半径方向に対して直角な面内に、かかる面に沿って移動可能な移送装置と、前記移送装置の、前記中空防止型回転反応装置と反対の面の近傍に、紫外光ランプを備える紫外光集束光学系とを含むことを特徴とする逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項２】
前記紫外光集束光学系は、前記半径方向上であって紫外光を前記反応部に向けて反射させるパラボリックな反射板、および前記半径方向上であって前記ランプと前記中空防止型回転反応装置との間に設けられた、紫外光を前記反応部に集束させる平凸レンズよりなる群から選ばれた少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項３】
前記プラスチック光ファイバ用母材の製造装置は、前記中空防止型回転反応装置の温度を調節するために、熱線によって加熱された空気を注入する空気注入口、断熱装置、空気排出口、及び反応器内の温度を調節する温度調節器を含む温度調節部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項４】
前記プラスチック光ファイバ用母材の製造装置は、前記中空防止型回転反応装置を重力方向に対して０〜９０°の角度で固定することが可能な角度調節部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項５】
中空防止型回転反応装置、駆動部、固定手段、紫外光遮断壁及び加圧部からなり、前記中空防止型回転反応装置が紫外光集束光学系及びこれを移送する移送装置を含むプラスチック光ファイバ用母材の製造装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材を製造する方法において、
（１）１つ以上のモノマー、光重合開始剤、及び分子量調節剤を含む第１成分で請求項１記載の中空防止型回転反応装置の反応部を充填する段階と、
（２）前記第１成分とは組成の異なる第２成分を前記中空防止型回転反応装置の導入部の一部に投入し、前記導入部の残り空間を不活性気体で加圧して充填する段階と、
（３）前記中空防止型回転反応装置を回転させると同時に、請求項１記載の中空防止型回転反応装置の紫外光集束光学系を反応装置の中心側へ移しながら紫外線重合を起こす段階とを含むことを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項６】
前記（１）段階の第１成分で前記反応部を充填する前に、前記反応部に一定屈折率のクラッドを先に形成させることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項７】
前記（２）段階の導入部に、前記（１）段階で前記反応部を充填した第１成分より屈折率の高い第２成分を投入することにより、中心方向に屈折率が大きくなる勾配を持つようにすることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項８】
前記（３）段階の前記中空防止型回転反応装置を定速回転または変速回転させることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項９】
前記中空防止型回転反応装置の変速回転が、高速回転と低速回転または停止状態を反復する形、三角関数形、または周期、位相及び振幅が変わる特定の関数形の回転速度関数に従うようにすることを特徴とする請求項８記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１０】
前記（３）段階の前記紫外光集束光学系の集束面積及びその移送速度を変化させながら重合反応を行わせることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１１】
前記（１）及び（２）段階で前記反応部と前記導入部に充填される第１成分または第２成分の全部または一部をプリポリマー状態で投入することを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１２】
前記反応部または前記導入部に充填される成分に、反応に加わらないが、共重合体との混和性がよくて屈折率が異なる物質を一部添加することを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１３】
前記モノマーが、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、クロロベンジルメタクリレート、１−フェニルエチルメタクリレート、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、ジフェニルメチルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、１−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、スチレン、ＴＦＥＭＡ（２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート）、ＰＦＰＭＡ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート）、ＨＦＩＰＭＡ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート）、及びＨＦＢＭＡ（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチルメタクリレート）よりなる群からそれぞれ選択されることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１４】
前記光重合開始剤は、４−（ｐａｒａ−トリルチオ）ベンゾフェノン、４，４′−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、及び２−メチル−４′−（メチルチオ）−２−モルホリノ−プロピオフェノンよりなる群から選択された１種以上であり、前記分子量調節剤は、Ｎ−ブチル−メルカプタン、ラウリルメルカプタン及びドデシルメルカプタンよりなる群から選択された１種以上であることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１５】
前記プリポリマーが、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、クロロベンジルメタクリレート、１−フェニルエチルメタクリレート、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、ジフェニルメチルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、１−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、スチレン、ＴＦＥＭＡ（２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート）、ＰＦＰＭＡ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート）、ＨＦＩＰＭＡ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート）、及びＨＦＢＭＡ（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチルメタクリレート）よりなる群から選択されて重合されたことを特徴とする請求項１１記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１６】
前記反応に加わらないが、異なる屈折率を有する物質は、リン酸トリフェニル、硫化ジフェニル、ジフェニルスルホキシド、ベンジルベンゾアート及びジフェニレンよりなる群から選択された１種以上であることを特徴とする請求項１２記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１７】
請求項５〜１６のいずれかに記載の方法によって製造されたグレーデッドインデックス型プラスチック光ファイバ用母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置及び方法に係り、特に、逐次紫外光重合を用いたプラスチック光ファイバ用母材の製造装置及びプラスチック光ファイバ用母材の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、１）中空防止型回転反応装置、２）駆動部、３）前記中空防止型回転反応装置を前記駆動部に固定するための固定手段、４）紫外光遮断壁、及び５）加圧部を含むプラスチック光ファイバ用母材の製造装置において、紫外光ランプを備えた紫外光集束光学系が、回転反応装置の半径方向に移動可能な移送装置上に設置されたことを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材の製造装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用光ファイバは、光信号の伝達様式によって、単一モード（ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ）ファイバと多重モード（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ）ファイバに区分される。現在用いられている長距離高速通信用光ファイバの大部分は、石英ガラスを基本物質としたステップインデックス単一モード（ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ）光ファイバであり、前記ガラス光ファイバは、その直径が５〜１０μｍに過ぎない微細太さを有する。したがって、このようなガラス光ファイバは、整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）及び連結（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）が非常に困難であってこれによるコスト損失が大きい。反面、単一モード光ファイバより直径の大きい多重モードガラス光ファイバの場合、近距離通信網（ＬＡＮ：ｌｏｃａｌ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）のような短距離通信用として使用できるが、連結などにかかる費用が高く、さらに割れやすいという欠点などにより、広く使用されるには困難が多かった。このように、ツイステッドペア（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｐａｉｒ）または同軸ケーブル（ｃｏａｘｉａｌ  ｃａｂｌｅ）などの金属線が、ＬＡＮのように２００ｍ内の近距離通信に主に用いられている。ところが金属線は、情報伝達速度（または伝送帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ））が最大約１５０Ｍｂｐｓ程度に止まるので、２０００年代の非動機式伝送モード（ＡＴＭ：Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｅ）基準６２５Ｍｂｐｓに到達することができないため、将来の伝達速度基準を満足させることができなかった。このような理由により、日本と米国などで去る１０余年間にわたって、ＬＡＮなどの短距離通信に使用可能な高分子素材の光ファイバの開発に多くの努力及び投資が行われてきた。高分子光ファイバは、高分子物質の柔軟性のため、その直径がガラス光ファイバより１００倍以上大きい０．５〜１．０ｍｍ程度にすることができるので整列または連結が容易であり、押出成形により製造される高分子素材の中継器（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ）の使用により大きいコストダウンを予想することができる。
【０００３】
一方、高分子光ファイバは、半径方向の屈折率の変化が階段型であるステップインデックス（ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ、ＳＩ）型構造、または屈折率が半径方向に徐々に変わるグレーデッドインデックス（ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ、ＧＩ）型構造を有することができる。ステップインデックス型高分子光ファイバは、モード分散（ｍｏｄａｌ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が大きいため、信号の伝達速度または伝送帯域幅が金属線より速くない反面、グレーデッドインデックス型高分子光ファイバは、モード分散が小さいため、高い帯域幅を持つことができる。したがって、グレーデッドインデックス型高分子光ファイバは、太い直径によるコストダウンの効果と小さいモード分散による高い情報伝達速度により短距離高速通信用媒体として適することが知られている。
【０００４】
従来のグレーデッドインデックス型高分子光ファイバの製造工程としては、慶応大学校のコイケ教授などにより、反応性の差異を利用した光共重合法（ｐｈｏｔｏ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）（非特許文献１参照）とモルの体積による拡散差異を利用した界面ゲル重合法（非特許文献２）などが発表されており、その後、これに関する内容が特許文献１〜７に開示されている。これらの特許に関連した大部分の工程は、次の２種の工程に大別される。
【０００５】
第１の工程は、高分子重合反応中に反応性または拡散の差異により半径方向に屈折率が変わる予備成形品、すなわち母材（ｐｅｒｆｏｒｍ）を作った後、前記母材を加熱延伸してＧＩ高分子光ファイバを製造するバッチ工程（ｂａｔｃｈ  ｐｒｏｃｅｓｓ）であり、
第２の工程は、押出工程により高分子ファイバを製造した後、そのファイバに添加されていた低分子量の物質を半径方向に抽出し、あるいは逆に低分子量の物質を半径方向に投入させてＧＩ高分子光ファイバを製造する工程である。
【０００６】
第１の工程は、前記コイケ教授によって開発された方法で伝達速度２．５ＧｂｐｓのＧＩ高分子光ファイバを製造するのに成功し、第２の工程も、比較的高い伝送帯域幅を有する高分子光ファイバを製造するのに成功したものと知られている。
【０００７】
ところが、これらの方法は、屈折率値と反応性の比に制限があるか或いは屈折率値とモルの体積に制限があり、大径の母材を製造する場合、発熱反応によって母材の均一性と光学特性が低下するという欠点がある。
【０００８】
一方、最近、オランダのＶａｎ  ＤｕｉｊｎｈｏｖｅｎとＢａｓｔｉａａｎｓｅｎによって開発されて特許文献８に開示され、特許文献９に登録された方法は、回転を用いるが、２０，０００ｒｐｍ程度の最も強力な回転を用いる方法である。この方法は、前記特許で言及したその他の従来の技術（非特許文献３、特許文献１０〜１２）と差別化し、最も強力な遠心力場の下で、お互い異なる密度及び屈折率を有するモノマーと高分子の混合物を重合すると、密度の勾配に応じて濃度の勾配が発生し、これにより屈折率の勾配が発生するという超高速遠心分離の原理を利用している。ところが、これらの方法は、高密度の高分子が低密度のモノマーより小さい屈折率を持たなければならないので、使用モノマーの選択に制約がある。さらに、前記発明者等は、高分子重合で常時発生する体積収縮の問題については全く言及していない。すなわち、モノマーが重合して高分子になるときに、体積収縮（ｖｏｌｕｍｅ  ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）が起こり、遠心力によって製造されるプラスチック光ファイバ用母材は、中央部分に空いた管状の中空が生じる。このような中空を充填するためには、追加のモノマー投入過程が必要なので、実質的にはその他の異なる回転を用いた母材製造方法に比べて製造時間において進歩があるとはいい難い。また、体積が収縮した母材の中空を充填しながら母材を作り、これを用いてファイバを製造する場合、屈折率の分布において不連続な面が発生する。これは、急激な伝送量及び光量の減少をもたらすので、実際利用するには制約がある。また、追加投入過程中に微細な粉塵または空気または水分との接触により生ずる外部的要因による光特性の低下を引き起こすおそれもあり、これを防止するためには追加の装備とコストが必要である。また、かかる従来技術の問題点は、２つのモノマーのモル体積、反応比、屈折率の差異などの特殊な条件下でのみグレーデッドインデックス型プラスチック光ファイバ用母材の製造が可能であるという欠点がある。
【０００９】
これに対し、特許文献１３〜１７にはそれぞれ、図１に示した従来の中空防止型回転反応装置では、反応器に充填されるモノマーの組成比を調節し或いは重合物の重合度に応じて回転反応器の回転速度を調節するなどの方法により、半径方向及び長手方向への屈折率の勾配を調節したプラスチック光ファイバ用母材の製造方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５，２５３，３２３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３８２，４４８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５９３，６２１号明細書
【特許文献４】国際特許公開ＷＯ９２／０３７５０パンフレット
【特許文献５】国際特許公開ＷＯ９２／０３７５１パンフレット
【特許文献６】特開平３−７８７０６号公報
【特許文献７】特開平４−８６６０３号公報
【特許文献８】国際特許公開ＷＯ９７／２９９０３パンフレット
【特許文献９】米国特許第６，１６６，１０７号明細書
【特許文献１０】国際特許公開ＷＯ９２／１０３５７パンフレット
【特許文献１１】ＤＥ−Ｃ１−４２  １４  ２５９明細書
【特許文献１２】国際特許公開ＷＯ８７／０１０７１パンフレット
【特許文献１３】大韓民国登録特許０４３０３８９号明細書
【特許文献１４】特開２００３−１１４３４２号公報
【特許文献１５】中国特許公開第１３９７４１８号明細書
【特許文献１６】ＥＰ１２７７５５５号明細書
【特許文献１７】米国特許公開第２００３−３０１５９号明細書
【非特許文献１】Ｙ．  Ｏｈｔｓｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  ｖｏｌ．  ２３，  １７７９（１９８４）
【非特許文献２】Ｋｏｉｋｅ，  Ｙ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  ｖｏｌ．  ２７，  ４８６（１９８８）
【非特許文献３】Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｒｅｓ”，  Ｅｍｓｌｉｅ，  Ｃ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２３（１９８８），  ｐａｇｅｓ  ２２８１−２２９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、かかる従来の技術をより改良するためのもので、その目的は、従来の中空防止型回転反応装置に、移送可能な紫外光集束光学系を装着し、反応部の外郭部分から中心方向に狭い領域にのみ順次紫外光を照射することにより、逐次紫外光重合を可能とした、プラスチック光ファイバ用母材の製造装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、１）反応物流入口を備えた導入部、前記導入部に連通する流路を遮断壁の中央に備えた反応部、及び前記導入部と前記反応部を連結するための１つ以上の流路を備えた中空防止型回転反応装置と、２）駆動部と、３）固定手段と、４）紫外光遮断壁と、５）加圧部とを含むプラスチック光ファイバ用母材の製造装置において、前記中空防止型回転反応装置の半径方向に対して直角な面内に、かかる面に沿って移動可能な移送装置と、前記移送装置の、前記中空防止型回転反応装置と反対の面の近傍に、紫外光ランプを備える紫外光集束光学系とを含んでなる、プラスチック光ファイバ用母材の製造装置が提供される。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の観点によれば、前記製造装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材を製造する方法が提供される。
【００１３】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の別の観点によれば、前記製造方法で製造されたプラスチック光ファイバ用母材が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材を製造すれば、回転の下で体積収縮を伴う化学反応または物理的現象が行われる場合、反応器の中心に発生する中空を充填するための反応装置の停止及び反応物の投入など一連の追加投入過程を省略し或いは回数を最小とすることができるので、より容易にプラスチック光ファイバ用母材を製造することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００１６】
本発明に係るプラスチック光ファイバ用母材の製造装置は、従来の光ファイバ用母材の製造原理に基づいて、順次紫外光重合反応を行うことが可能な紫外光集束光学系を追加することをその基本構成としている。
【００１７】
本発明では、このようなプラスチック光ファイバ用母材の製造に用いるための手段として、（１）反応器全体に反応物を流入させるための反応物流入口を備えた導入部と、（２）前記導入部との間に遮断壁を挟んで位置し、前記導入部に連通する流路を前記遮断壁の中央に備えた反応部と、（３）前記反応部の流路と前記導入部の反応物流入口との間に設置され、前記導入部と前記反応部を連結するための一つ以上の流路を備えた回転反応装置において、（４）前記回転反応装置の上方に位置する紫外光ランプ、前記ランプの上方に位置するパラボリックな反射板、及び前記紫外光ランプの下方に位置し紫外光を反応部に集束する平凸レンズ（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ  ｌｅｎｓ）からなる紫外光集束光学系と、（５）前記紫外光集束光学系を中空防止型回転反応装置の半径方向に移送する移送装置とを含んでなる中空防止型回転反応装置を提案することにより、各成分の紫外線による重合をより容易にしている。
【００１８】
また、前記中空防止型回転反応装置の半径方向に対して直角な面内に、かかる面に沿って移動可能な移送装置と、前記移送装置の、前記中空防止型回転反応装置と反対の面の近傍に、紫外光ランプを備える紫外光集束光学系とを含んでいるといえる。ここで、近傍とは、紫外光ランプの光を利用して反応装置内の重合を行うことができればその距離は特に制限されることなく、反応装置の大きさ、ランプの強度などにより変動する。前記紫外光集束光学系は、前記半径方向上であって紫外光を前記反応部に向けて反射させるパラボリックな反射板、および前記半径方向上であって前記ランプと前記中空防止型回転反応装置との間に設けられた、紫外光を前記反応部に集束させる平凸レンズよりなる群から選ばれた少なくとも1種をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
すなわち、本発明のプラスチック光ファイバ用母材の製造装置は、前記中空防止型回転反応装置と、前記中空防止型回転反応装置を回転させるモータ及び分当たり回転数（ｒｐｍ）調節器を含む駆動部と、前記回転反応装置を駆動部に固定させるための固定手段と、前記導入部に紫外光が照射されることを防止するための紫外光遮断壁と、前記中空防止型回転反応装置に加圧するための弁、ゲージ及びチュービングを有する加圧部とを含むことを、その構成としている。
【００２０】
図１は本発明で利用する中空防止型回転反応装置の一例を示す図である。図１を参照すると、反応器の全体の断面は、円形であり、導入部１０と反応部２０に区分されている。前記導入部１０は、反応物を反応器に流入させるための反応物流入口１１を備えており、前記反応部２０は、反応物を導入部から反応部２０へ流入させるための流路２１を備えている。前記導入部１０の反応物流入口１１と反応部２０の流路２１との間には、導入部と反応部を区分する遮断壁３２と中空遮断構造物３０が設置され、反応器の回転時に、反応物流入口１１の空間に発生する中空が反応部２０まで連続しないようにする。前記中空遮断構造物３０には、中空遮断構造物上の反応物が中空遮断構造物３０を経て反応部２０へ流れるように流路３１が設置され、中空が導入部から反応部まで連続しない。
【００２１】
図２は本発明に係る紫外光集束光学系を含む中空防止型回転反応装置の概略斜視図である。図２において、中空防止型回転反応装置４４は反応器の全体が入っている回転反応装置を示すものであり、その中で中空防止型反応器が回転可能である。より具体的に説明すると、図２において、上述したように、中空防止型回転反応装置４４の上方に紫外光集束光学系４１が設置されており、前記紫外光集束光学系は、移送装置４３に装着され、回転反応装置４４の上方で半径方向に自由な動作ができるようになっている。すなわち、該光学系は、中空防止型回転反応装置４４の側面に存在する。選択的に温度を調節するために、熱線によって加熱された空気を注入する空気注入口４２ａ、断熱装置、空気排出口４２ｂ及び反応器内の温度を調節する温度調節器４２を含む温度調節部が設置できる。
【００２２】
図３ａ〜図３ｃは、本発明の中空防止型回転反応装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材が製造されるときに、本発明の装置が作動する具体的な原理を示す図である。紫外光集束光学系は、図３ａに示すように、必須的に紫外光ランプ５１を含んでおり、選択的に紫外光ランプの上方にパラボリックな反射板５２を備えるか、或いは選択的に紫外光ランプの下方に、紫外光を反応部へ集束させる平凸レンズ５３を備えることができる。また、紫外光集束光学系自体が、中空防止型回転反応装置の半径方向に移動可能な移送装置５４上に設置されているので、移送装置の動きに応じて紫外光を反応部に照射させることができる。なお、移送装置５４は、紫外光が反応器の全体を照らさないで一定部分（６３）にだけ照射されるようにするための装置である。
【００２３】
本発明のプラスチック光ファイバ用母材の製造の際、中空防止型回転反応装置の回転が始まると、導入部の反応物が充填されていない空間から中空が発生する。ところが、発生した中空は、中空遮断構造物によって遮断され、反応部まで連続しない。反応器の回転を維持すると反応部の重合が進むにつれて体積は収縮するが、このような体積収縮分だけ導入部から反応部へ反応物が自動的に流れ込むことにより、導入部の中空が大きくなり、反応部には中空が形成されない。
【００２４】
一方、前記導入部１０の組成６１を反応部２０の組成６２とは異にし、導入部の屈折率が反応部より高くなるようにすると、移送装置に乗っている紫外光集束光学系によって紫外光が照射される部分６３だけで重合が進行し、導入部の組成差によって屈折率が高くなる方向に徐々に変化する。この場合、導入部は、紫外光遮断構造物６４によって紫外光が照射されることなく、反応部でのみ重合反応が起こる。図３ｂ及び図３ｃに示すように、重合が進むにつれて、紫外光集束光学系を反応部の中心方向に順次移動させながら重合すると、結果として中心方向に向かって屈折率が徐々に変わる。紫外光集束光学系から照射された紫外光によって反応が起こる部分は、母材の長手方向に限定されるので、本発明の方法によって製造された母材は長手方向の均一性に優れる。
【００２５】
本発明では、原理的に反応部において体積収縮による中空は形成されないが、ラジアル反応の特性上、発熱によるモノマーの気化現象が一部あり、このような現象が反応部で起こると、モノマーの気化した気泡が回転によって中空になる場合がある。前述したように、導入部を加圧しながら回転を変速にすると、気泡が導入部側に抜け出て中空形成のない母材を製造するのに有利になる。好ましくは前記中空防止型回転反応装置を重力方向に対して所望の角度、好ましくは０〜９０°の角度で横にし或いは立てて固定することが可能な角度調節部をさらに含んで、様々な回転運動を誘発することもできる。
【００２６】
また、図２に示すように、空気注入口と空気排出口が設置された加熱部をさらに設置すると、発熱反応を最小限に抑制し、反応速度の調節がより容易であるため、大径のプラスチック光ファイバ用母材を製造する、より向上した方法を提供することができる。
【００２７】
以下、前記製造装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材を効率よく製造する方法について詳細に説明する。
【００２８】
本発明の製造装置を用いてプラスチック光ファイバ用母材を製造する方法は、（１）１以上のモノマー、光重合開始剤、及び分子量調節剤を含む第１成分で前記中空防止型回転反応装置の反応部を充填する段階と、（２）前記第１成分とは組成の異なる第２成分を前記中空防止型回転反応装置の導入部の一部に投入し、導入部の残り空間を不活性気体で加圧して充填する段階と、（３）前記中空防止型回転反応装置を回転させながら、前記中空防止型回転反応装置の紫外光集束反応系を反応装置の中心側へ移動させながら紫外線重合反応を起こす段階とを含む。
【００２９】
必要によっては、前記（１）段階で反応部を第１成分で充填する前に、反応部に一定の屈折率を有するクラッドをまず形成させることもできる。
【００３０】
また、前記（２）段階の導入部に、前記（１）段階で反応部を充填した第１成分より屈折率の高い混合物を投入することにより、中心方向に屈折率が大きくなる勾配を有する高分子物体を製造することもできる。特に、この方法は、グレーデッドインデックス屈折率の分布を有する高分子光ファイバ用母材の製造に有用に適用できる。
【００３１】
前記（３）段階において、回転反応装置は、定速でも回転できるが、変速回転も可能である。すなわち、必要によっては、高速回転と低速回転または停止状態を反復する形、三角関数形、または周期、位相及び振幅が変わる特定の関数形の回転速度関数に応じて速度を調節することにより、様々な屈折率の勾配を有する高分子物体を製造することもできる。また、前記（３）段階で紫外光集束光学系の集束面積及びその移送速度を調整することにより、高分子物体の屈折率の勾配を多様化することができる。
【００３２】
一方、工程によっては、前記（１）及び（２）段階で反応部及び導入部に充填される第１成分及び第２成分のうち一つ以上をプリポリマー状態に予め重合して一部または全部を使用することもでき、第１成分及び第２成分の反応に直接加わらないが、形成される共重合体との混和性がよくて屈折率が異なる物質を一部添加するなど所望の高分子物体を得るための範囲で前記方法の変形が可能である。前記プリポリマーとしては、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、クロロベンジルメタクリレート、１−フェニルエチルメタクリレート、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、ジフェニルメチルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、１−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、スチレン、ＴＦＥＭＡ（２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート）、ＰＦＰＭＡ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート）、ＨＦＩＰＭＡ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート）、およびＨＦＢＭＡ（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチルメタクリレート）よりなる群から選ばれた少なくとも１種を重合してえられたものが例示される。また、前記反応に参加（加わる）しないが、屈折率の異なる物質としては、リン酸トリフェニル（Ｔｒｉｐｈｅｎｙｌ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、硫化ジフェニル（Ｄｉｐｈｅｎｙｌ  ｓｕｌｆｉｄｅ）、ジフェニルスルホキシド（Ｄｉｐｈｅｎｙｌ  ｓｕｌｆｏｉｘｄｅ）、ベンジルベンゾアート（Ｂｅｎｚｙｌ  ｂｅｎｚｏａｔｅ）、ジフェニレン（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）よりなる群から選択された材料が例示される。
【００３３】
前記プラスチック光ファイバ用母材の製造には、屈折率の異なる２つ以上のモノマーが第１成分及び第２成分としてそれぞれ使用できる。具体的には、屈折率の異なる２種のモノマーは、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、クロロベンジルメタクリレート、１−フェニルエチルメタクリレート、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、ジフェニルメチルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、１−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、スチレン、ＴＦＥＭＡ（２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート）、ＰＦＰＭＡ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート）、ＨＦＩＰＭＡ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソメタクリレート）及びＨＦＢＭＡ（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチルメタクリレート）よりなる群からそれぞれ選択できるが、これに限定されない。
【００３４】
前記本発明の方法において必要に応じてクラッドを先に形成させる場合、モノマーを重合させるために投入される熱重合開始剤としては、具体的に、２，２′−アゾービス（イソブチロニトリル）（２，２’−ａｚｏ−ｂｉｓ（ｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ））、１′−アゾ−ビス（シクロヘキサンカルボニトリル）（１，１’−ａｚｏ−ｂｉｓ（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ））、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド（ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ  ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ラウロイルペルオキシド（ｌａｕｒｏｙｌｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ベンゾイルペルオキシド（ｂｅｎｚｏｌｙｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｉｄｅ）、アゾ−ｔｅｒｔ−ブタン（ａｚｏ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔａｎｅ）、アゾ−ビス−イソプロピル（ａｚｏ−ｂｉｓ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ）、アゾ−ｎ−ブタン（ａｚｏ−ｎ−ｂｕｔａｎｅ）、及びジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド（ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｐｅｒｏｘｉｄｅ）よりなる群から選択された１種以上の物質を使用することができるが、これに限定されない。
【００３５】
また、前記本発明の方法においてモノマーを重合させるために投入される光重合開始剤としては、具体的に、４−（ｐ−トリルチオ）ベンゾフェノン（４−（ｐ−ｔｏｌｙｌｔｈｉｏ）ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ）、４，４′−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン（４，４’−ｂｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ）、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（１−ｈｙｄｒｏｘｙ−ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ−ｐｈｅｎｙｌ−ｋｅｔｏｎｅ）、及び２−メチル−４′−（メチルチオ）−２−モルホリノ−プロピオフェノン（２−ｍｅｔｈｙｌ−４’−（ｍｅｔｈｙｌｔｈｉｏ）−２−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏ−ｐｒｏｐｉｏｐｈｅｎｏｎｅ）よりなる群から選択された１種以上の物質を、モノマー混合物に添加される分子量調節剤としては、ｎ−ブチル−メルカプタン、ラウリルメルカプタン、及びドデシルメルカプタンよりなる群から選択された１種以上の物質をそれぞれ使用できるが、これに限定されない。
【００３６】
前記プラスチック光ファイバ用母材の製造方法は、必要に応じて熱延伸（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｒａｗｉｎｇ）の過程を追加して所望の直径の屈折率分布型プラスチック光ファイバに変換させることができ、直径が比較的大きい棒（ｓｔｒａｎｄ）状に作って屈折率分布型レンズ及び画像伝達用イメージガイドとしても適用することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例によってより具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を例示するためのもので、本発明を制限するものではない。
【００３８】
（実施例１）
メチルメタクリレート（ＭＭＡ）１００ｍｏｌ％（単独）に熱重合開始剤として２，２′−アゾ−ビス（イソブチロニトリル）と分子量調節剤としてｎ−ブチル−メルカプタンを含む反応液を、中空防止型回転反応装置の反応部２０に投入し、２０００ｒｐｍで回転させながら７５℃で２４時間重合を行ってポリメタクリレート（ＰＭＭＡ）クラッドを形成した。その後、反応部にメチルメタクリレート／ベンジルメタクリレート（ＭＭＡ／ＢｚＭＡ＝９５／５ｍｏｌ／ｍｏｌ％）、紫外光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４）及びｎ−ブチル−メルカプタンからなる反応液を反応部に仕込み、メチルメタクリレート／ベンジルメタクリレート（ＭＭＡ／ＢｚＭＡ＝８０／２０ｍｏｌ／ｍｏｌ％）の混合液を導入部１０に仕込んだ後、窒素気体の下で３ｂａｒにて加圧し、７５℃に温度を保ちながら回転反応装置を２０００ｒｐｍで回転させると同時に、０．５ｍｍ／３０ｍｉｎの速度で紫外光集束光学系をクラッド部分から中心側に移しながら重合反応させ、傾斜型屈折率を有する母材を製造した。
【００３９】
後方切断法（ｃｕｔ  ｂａｃｋ）で測定された光損失は、図４に示すように、約１８０ｄＢ／ｋｍであり、長手方向に均一な光損失値を示すことが分かる。
【００４０】
なお、ＢｚＭＡの屈折率はＭＭＡよりも大きい。すなわち、ＢｚＭＡの屈折率は１．５１２で、ＭＭＡは１．４１４であるのに対し、ポリ（ＢｚＭＡ）の屈折率は１．５６８で、ＰＭＭＡでは１．４９２であった。
【００４１】
（実施例２）
メチルメタクリレート／トリフルオロメタクリレート（ＭＭＡ／ＴＦＰＭＡ＝８０／２０ｍｏｌ／ｍｏｌ％）、２，２′−アゾ−ビス（イソブチルニトリル）及びｎ−ブチル−メルカプタンを含む反応液を、反応部２０に投入し、２０００ｒｐｍで回転させながら７５℃で２４時間重合を行ってポリメチルメタクリレート／トリフルオロプロピルメタクリレートクラッドを形成した。その後、反応部にメチルメタクリレート／トリフルオロプロピルメタクリレート（ＭＭＡ／ＴＦＰＭＡ＝８０／２０ｍｏｌ／ｍｏｌ％）、紫外光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４）及びｎ−ブチル−メルカプタンを含んだ反応液を反応部に仕込み、メチルメタクリレート／トリフルオロプロピルメタクリレート（ＭＭＡ／ＴＦＰＭＡ＝９５／５ｍｏｌ／ｍｏｌ％）の混合液を導入部１０に仕込んだ後、窒素気体の下で３ｂａｒにて加圧し、７５℃に温度を保ちながら２０００ｒｐｍで回転させると同時に、０．５ｍｍ／３０ｍｉｎの速度で紫外光集束光学系をクラッド部分から中心側に移しながら重合反応させ、傾斜型屈折率を有する母材を製造した。
【００４２】
後方切断法で測定された光損失は、図４に示すように、約１７０ｄＢ／ｋｍであり、長手方向に均一な光損失値を示すことが分かる。また、このＧＩ−ＰＯＦの伝送速度は、図５のパルス広帯域化（ｐｕｌｓｅ  ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ）実験で示したように、３．１Ｇｂｐｓ＠５０ｍと測定された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の中空防止型回転反応装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の紫外光集束光学系が設置された回転反応装置の概略斜視図である。
【図３ａ】本発明のプラスチック光ファイバ用母材の製造原理に基づいて中空防止型回転反応装置内で半径方向に屈折率の勾配が順次形成される段階別状態を示す概略図である。
【図３ｂ】本発明のプラスチック光ファイバ用母材の製造原理に基づいて中空防止型回転反応装置内で半径方向に屈折率の勾配が順次形成される段階別状態を示す別の概略図である。
【図３ｃ】本発明のプラスチック光ファイバ用母材の製造原理に基づいて中空防止型回転反応装置内で半径方向に屈折率の勾配が順次形成される段階別状態を示すその他の概略図である。
【図４】本発明の実施例１と実施例２で製造されたＧＩ−ＰＯＦの光損失を母材の長さ部分に沿って測定したデータを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２で製造されたグレーデッドインデックス型プラスチック光ファイバ用母材のパルス広帯域化（ｐｕｌｓｅ  ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ）データによって測定された伝送速度測定データを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０    導入部
１１    流入口
２０    反応部
２１    流路
３０    中空遮断構造物
３１    流路
３２    遮断壁
４１    集束光学系
４２    温度調節器
４３    移送装置
４４    回転反応装置
５１    紫外光ランプ
５２    反射板
５３    平凸レンズ
５４    移送装置
６４    紫外光遮断構造物
６５    紫外光
Ｒｐ    母材半径。
【図１】
2006154737.tif 000003
【図２】
2006154737.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2006154737.tif 000007
【図４】
2006154737.tif 000008
【図５】
2006154737.tif 000009