(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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℃が該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、該第２成分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％の共重合体であり、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。
【請求項２】
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。
【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４０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、ＰＯＦ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℃が該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、該第２成分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％の共重合体であり、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ＰＭＭＡ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、ＰＭＭＡ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、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。
【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６５０ｎｍ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】
0003762489.tif 000002
【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。
【図１】
0003762489.tif 000003
【図２】
0003762489.tif 000004
【図３】
0003762489.tif 000005