(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス用のポリマーに、当該ポリマーに対し反応性を有しない低分子物質を添加し、この低分子物質に濃度勾配を形成させることにより連続的な屈折率分布を形成してなるポリマー光ファイバにおいて、前記マトリックス用のポリマーとして、主鎖に環状構造を有するポリオレフィンを用い、前記低分子物質として、ベンゼン環とスルホキシド基を有する低分子物質を用いたことを特徴とするポリマー光ファイバ。
【請求項２】
主鎖に環状構造を有するポリオレフィンにより中空管を作成し、この中空管内に、当該中空管に係るポリオレフィンと同一のポリオレフィンと、濃度勾配によって屈折率分布が形成される、ベンゼン環とスルホキシド基を有する低分子物質とを注入して当該低分子物質を中空管に係るポリオレフィン中に溶融拡散させることによってプリフォームを製造し、当該プリフォームを熱延伸することを特徴とするポリマー光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信用の光ファイバに関し、特に連続的な屈折率分布を有するタイプのポリマー光ファイバおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的な屈折率分布を有するＧＩ型のポリマー光ファイバには、その屈折率分布の形成方法に関して二つのタイプがある。一つは、例えばＷＯ９３／０８４８８号に開示されるようなドーパントタイプで、マトリックス用のポリマーに、当該ポリマーに対し反応性を有しない低分子物質（一般に分子量が２０００以下）を添加し、この低分子物質つまりドーパントに拡散により濃度勾配を形成させることで屈折率分布を得る。他は、例えば特開平５−１７３０２５号や特開平５−１７３０２６号に開示される共重合タイプで、二種類のモノマーを共重合させる際に両モノマーの反応性比の相違を利用して一方のモノマーに濃度勾配を形成させることで屈折率分布を得る。
【０００３】
これらドーパントタイプと共重合タイプを透明性について比較すると、共重合タイプの場合には屈折率分布を形成する際に光学的不均一性を伴い易いということから、一般にドーパントタイプが優れる。そのため、ＧＩ型ポリマー光ファイバとしてはドーパントタイプがより有力である。ただ、ドーパントタイプには耐熱性の問題がある。すなわち一定以上の温度雰囲気下で使用すると、ドーパントの分布に変動を生じ易くなり、その伝送特性を損なう可能性が高くなるという問題である。例えばポリマー光ファイバの耐熱性に関する基準として、Bellcore基準がある。これによると、屋外用であれば８５℃１６８時間をクリアすることが求められる。しかるに、既に知られているドーパントタイプのポリマー光ファイバの多くはこの基準を満足させるのが困難である。
【０００４】
その理由はドーパントによる可塑効果に起因してコアのガラス転移温度が低下することにある。すなわち従来のポリマー光ファイバに用いられている有力なポリマー材料、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のガラス転移温度は１０５℃であるが、ドーパントを添加すると、その可塑効果の程度とその添加量に応じてガラス転移温度が低下し、多くの場合に上記のような温度基準を下回ってしまう。
【０００５】
このようなことから、ドーパントタイプのポリマー光ファイバの実用性をさらに高めるには、その耐熱性を改善する必要がある。ドーパントタイプの耐熱性を改善するには、ガラス転移温度を低下させる程度がより小さいドーパントを見出し、これを用いる方法と、高い透明性があり、しかもガラス転移温度の高いポリマー材料を見出し、これを用いる方法とがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情を背景になされたのが本発明で、ＧＩ型ファイバの性能の改善を目的としており、特に特定のポリマー材料と特定の低分子物質を用いることでドーパントタイプのポリマー光ファイバにおける耐熱性の改善を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、マトリックス用のポリマーとして、主鎖に環状構造を有するポリオレフィンを用いるものとしている。主鎖に環状構造を有するポリオレフィンとしては、例えばポリマーＡ（例えば日本合成ゴム株式会社の製品“ＡＲＴＯＮ”）、ポリマーＢ（例えば日本ゼオン株式会社の製品“ＺＥＯＮＥＸ”）、ポリマーＣ（例えば三菱石油株式会社の製品“ＡＰＥＬ”）などを主要なものとして挙げることができる。これらの分子構造を図１に示す。これらのポリマー材料は、ＰＭＭＡと遜色ない透明性を持ち、主鎖における脂環式の環状構造のために高いガラス転移温度をも持つ。例えばポリマーＡのガラス転移温度は１７１℃、ポリマーＢは１４０℃、ポリマーＣは１２５℃である。
【０００８】
このため例えば安息香酸ベンジル（Benzyl benzoate)、フタル酸ベンジルｎ−ブチル(Benzyl n −butyl phthalate)、サリチル酸ベンジル（Benzyl salitilate)、ブロモベンゼン(Bromobenzene)、ベンジルフェニルエーテル（Benzyl phenyl ether)、無水安息香酸(Benzoic anhydride) 、ジベンジルエーテル（Dibenzyl ether) 、フタル酸ジフェニル(Diphenyl phthalate)、ジエチレングリコールジベンゾエート(Diethyleneglicole dibenzoate)、ジフェニル(Diphenyl ) 、ジフェニルメタン(Diphenyl methane)、ジフェニルエーテル(Diphenyl ether)、ジフェニルスルフィド（Diphenyl sulfide) 、ｍ−フェノキシトルエン(m−Phenoxy toluene)、フェニルベンゾエート（Phenyl benzoate)、1,2 −プロパンジオールジベンゾエート(1,2−propandiol dibenzoate)、リン酸トリフェニル（Triphenyl phosphate)、リン酸トリクレシル（Tricresyl phosphate)などの公知のドーパントに用いても上記のような温度基準を十分に満足させることが可能となる。
【０００９】
このように、主鎖に環状構造を有するポリオレフィンをマトリックス用のポリマーに用いることで、ドーパントの種類にかかわりなく必要な耐熱性を実現することが可能となるが、特定のドーパントを用いることで、より優れた耐熱性を得ることもできる。そのようなドーパントとしては、ベンゼン環とスルホキシド基を有する低分子物質がある。ベンゼン環とスルホキシド基を有する物質の代表的な一つとしてジフェニルスルホキシド（Diphenyl sulfoxide) がある。その分子構造は図２に示す通りである。このような構造の分子は、そのスルホキシド基（Ｓ＝Ｏ基）が強い極性を持ち、このためにマトリックス用のポリマー分子と強い二次結合を生じ、可塑効果を小さくする。またこのような構造の分子は、そのベンゼン環が屈折率を高めるのに機能し、高い屈折率を持つ。そのため少ない添加量で十分なΔｎ（屈折率の最も大きい部分と最も小さい部分の差）を確保することを可能とする。したがってジフェニルスルホキシドに代表される、ベンゼン環とスルホキシド基を有する物質をドーパントとすることで、より耐熱性に優れたポリマー光ファイバを得ることができる。
【００１０】
【実施の形態】
本発明によるポリマー光ファイバを得るには、先ずプリフォームを製造し、このプリフォームからファイバを熱延伸するプリフォーム法と、プリフォームを介在させずに連続的にファイバを成形する連続法とが可能である。またこれらの方法は、出発原料としてモノマーを用いる方法と、ポリマーを用いる方法とが可能である。以下ではポリマーを出発原料とするプリフォーム法を例にとって説明する。
【００１１】
ポリマーを出発原料とするプリフォーム法の場合には、先ずポリマーで中空管を作成し、この中空管内にポリマーと屈折率分布用のドーパントを注入してドーパントをポリマー中に溶融拡散させることでプリフォームを製造する。それからこのプリフォームを熱延伸してファイバを得る。以下これらの工程について説明する。
【００１２】
中空管の作成：中空管の作成には、二つの方法が可能である。一つは、予定するプリフォームの外径に対応する内径を持つ十分に剛性の高い中空容器、例えばガラス管を用いてポリマーを回転成形する方法である。他の方法は、ポリマーを溶融成形して得たロッドを加工することで中空管を得る方法である。
【００１３】
プリフォームの製造：上記で得られる中空管にポリマーと高屈折率のドーパントを注入し、ドーパントを中空管内のポリマーから中空管のポリマー中へ溶融拡散させる。
【００１４】
ファイバの製造：上記のようにして得られたプリフォームを一般的に用いられている線引き装置により線引きしてファイバを製造する。
【００１５】
【実施例１】
中空管の作成：内径１８ｍｍのガラス管にポリマーＡを３２ｇ充填し、真空下で封管した後、オーブン中で２３０℃にて６時間溶融成形し、長さ１０ｃｍのポリマーロッドを得た。このポリマーロッドの中心にドリルで５ｍｍ径の中空部を形成して中空管を得た。
【００１６】
プリフォームの製造：上記で得られた中空管に、屈折率分布用のドーパントとしてリン酸トリクレシル１ｇを添加したポリマーＡを２ｇ充填し、真空下でガラス封管した後、温度２００℃の条件で３時間静置して、ドーパントを溶融拡散させた。尚、このとき得られたプリフォームは、屈折率が半径方向で徐々に減少するような光伝送体になっている。
【００１７】
ファイバの製造：上記のようにして得られたプリフォームを線引き装置により、２５０℃で線引きし、外形0.6 ｍｍのポリマー光ファイバを得た。
【００１８】
耐熱試験：上記のようにして得られたポリマー光ファイバをBellcore基準以上である９０℃の温度雰囲気下に１６８時間放置した後、屈折率分布の状態を測定した。その結果、屈折率分布に変化は見られなかった。
【００１９】
【実施例２】
中空管の作成：内径１８ｍｍのガラス管にポリマーＡ３２ｇと屈折率低下用剤であるアジピン酸ジエチル3.2 ｇを充填し、真空下で封管した後、オーブン中で２３０℃にて６時間溶融成形し、長さ１０ｃｍのポリマーロッドを得た。このポリマーロッドの中心にドリルで５ｍｍ径の中空部を形成して中空管を得た。
【００２０】
プリフォームの製造：上記で得られた中空管に、屈折率分布用のドーパントとしてリン酸トリクレシル１ｇを添加したポリマーＡを２ｇ充填し、真空下でガラス封管した後、温度２００℃の条件で３時間静置して、ドーパントを溶融拡散させた。
【００２１】
ファイバの製造：上記のようにして得られたプリフォームを線引き装置により、２５０℃で線引きし、外形0.6 ｍｍのポリマー光ファイバを得た。
【００２２】
耐熱試験：上記のようにして得られたポリマー光ファイバを９０℃の温度雰囲気下に１６８時間放置した後、屈折率分布の状態を測定した。その結果、屈折率分布に変化は見られなかった。
【００２３】
【実施例３】
中空管の作成：中空容器として内径２０ｍｍ、長さ４０ｃｍのガラス管を用い、このガラス管にポリマーＡを８５ｇ充填し、真空下で封管した後、回転装置にセットし、回転数１０００ｒｐｍ、温度２３０℃の条件で６時間回転成形することで、外形２０ｍｍ、内径約１２ｍｍの中空管を得た。
【００２４】
プリフォームの製造：上記で得られた中空管に、屈折率分布用のドーパントとしてリン酸トリクレシル１０ｇを添加したポリマーＡを５０ｇ充填し、真空下で封管した後、回転装置にセットし、回転数１０ｒｐｍ、温度２００℃の条件で３時間回転させることで、ドーパントを溶融拡散させた。
【００２５】
ファイバの製造：上記のようにして得られたプリフォームを線引き装置により、２５０℃で線引きし、外形0.6 ｍｍのポリマー光ファイバを得た。
【００２６】
耐熱試験：上記のようにして得られたポリマー光ファイバを１００℃の温度雰囲気下に１６８時間放置した後、屈折率分布の状態を測定した。その結果、屈折率分布に変化は見られなかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきた如く、本発明によると、透明性に優れるドーパントタイプのＧＩファイバにおける耐熱性を有意に高めることができ、ポリマー光ファイバの利用範囲の拡大に大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】主鎖に環状構造を有するポリオレフィンの代表的分子構造図。
【図２】ジフェニルスルホキシドの分子構造図。
【図１】
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【図２】
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