JP2006091413A - Method for manufacturing distributed refractive index type plastic optical fiber preform - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a graded index plastic optical fiber preform.
光伝送体などの光学用途においては、プラスチック系材料と石英系材料とが一般に用いられている。両者を比べてみると、前記プラスチック系材料は、前記石英系材料に比べて、成型加工性,部材の軽量化,低コスト化,可撓性,耐衝撃性などに優れている。例えば、プラスチック光ファイバ(Plastic Optical Fiber;POF)は、石英系光ファイバと比べて、光の伝送損失が大きいために長距離の光伝送には向いていないが、上記のプラスチックの性質により、光ファイバのコア部を数100μm以上とするような大口径化を図ることができる。前記大口径化を図ることにより、光ファイバの分岐や接続に用いる各種周辺部品および機器の光ファイバとの接続精度を上げる必要がなくなる。その結果として、POFは、周辺部品や機器との接続容易性や端末加工容易性の向上が図れ、また、高精度の調芯が不要となるなどの利点がある。また、POFは上記のようなコネクタ部分の低コスト化を実現するとともに、プラスチックの性質により、人体への突き刺し災害などの危険性を低減することができること、高い柔軟性により加工性や敷設性に優れること、さらには、耐振動性に優れること、低価格であるなどの利点もある。したがって、POFは、家庭や車載用途に注目されるだけでなく、高速データ処理装置の内部配線や、DVI(Digital Video Interface)リンクなどにおける極短距離かつ大容量のケーブルとしても注目されている。 In optical applications such as optical transmission bodies, plastic materials and quartz materials are generally used. Comparing the two, the plastic material is superior to the quartz material in molding processability, weight reduction of the member, cost reduction, flexibility, impact resistance, and the like. For example, a plastic optical fiber (POF) is not suitable for long-distance optical transmission because of its large optical transmission loss compared to a silica-based optical fiber. It is possible to increase the diameter so that the core portion of the fiber is several hundred μm or more. By increasing the diameter, it is not necessary to increase the connection accuracy between various peripheral parts used for branching and connection of optical fibers and optical fibers of equipment. As a result, POF has the advantage that it is possible to improve the ease of connection with peripheral parts and devices and the ease of processing a terminal, and the need for highly accurate alignment is eliminated. POF can reduce the cost of the connector part as described above, and can reduce the risk of piercing accidents to the human body due to the nature of plastic, and it is easy to work and install due to its high flexibility. There are also advantages such as excellent vibration resistance and low price. Therefore, the POF is not only attracting attention for home and in-vehicle use, but also as an extremely short distance and large capacity cable in an internal wiring of a high-speed data processing device, a DVI (Digital Video Interface) link, or the like.
POFは、芯部分となるコア部と前記コア部の外殻としてのクラッド部とからなり、前記コア部は前記クラッド部よりも高い屈折率とされる。最近では、高い伝送容量を有する光ファイバとして、中心から外側に向かって屈折率が徐々に低くなるコア部を備えた屈折率分布型POF(例えば、GI型POF)が注目されている。この屈折率分布型POFの製法としては、光ファイバプリフォーム(以下、プリフォームと称する)を作製した後に、前記プリフォームを溶融延伸させてPOFとする方法が、一般に知られている(例えば、特許文献1〜3)。
一般に、POFの母材であるプリフォームのクラッド部およびコア部は、重合体となるモノマーを原料として形成される。例えば、まず、円管状のクラッドパイプを第1のモノマーにより形成させる。その後に、クラッドの中空部に第2のモノマーを注入し、重合させて、クラッドよりも屈折率が高いコアを形成してプリフォームを製造する。以下、第1モノマーと第2モノマーとを総称して原料モノマーと称する。しかし、完成したプリフォーム中には、原料モノマーの一部が重合せずに残存している場合や、重合度が低いままの分子が残存している場合や、あるいは、また、プリフォーム中における密度が均一でない場合がある。以下、重合せずに残存している原料モノマーを残留モノマーと称する。残留モノマーの量が多い場合には、プリフォームを溶融延伸させたときに発泡するなどの問題が生じ、重合度が低いままの分子が存在している場合には、耐熱性や剛性,強度などの低下につながる。また、密度が均一でない場合には、均一なものに比べて光散乱により伝送特性が低下するなどの問題がある。したがって、残留モノマーの低減、重合度の向上および均一化、密度の均一化を目的として、作製されたプリフォームを熱処理(以下、アニール処理と称する)することが一般的となっている。 In general, the clad portion and the core portion of the preform, which is a base material of POF, are formed using a monomer as a polymer as a raw material. For example, first, a cylindrical clad pipe is formed from the first monomer. Thereafter, a second monomer is injected into the hollow portion of the clad and polymerized to form a core having a refractive index higher than that of the clad to produce a preform. Hereinafter, the first monomer and the second monomer are collectively referred to as raw material monomers. However, in the completed preform, when a part of the raw material monomer remains without being polymerized, or when molecules with a low degree of polymerization remain, or in the preform The density may not be uniform. Hereinafter, the raw material monomer remaining without polymerization is referred to as a residual monomer. When the amount of residual monomer is large, problems such as foaming occur when the preform is melt-stretched, and when molecules with a low degree of polymerization are present, heat resistance, rigidity, strength, etc. Leading to a decline. In addition, when the density is not uniform, there is a problem that transmission characteristics are deteriorated due to light scattering as compared with a uniform one. Therefore, it is common to heat-treat (hereinafter referred to as annealing treatment) the preform produced for the purpose of reducing residual monomers, improving and homogenizing the degree of polymerization, and making the density uniform.
一般的なアニール処理方法では、プリフォームは、クラッドまたはコアのガラス転移温度(以下、Tgと称する)以上の温度に加熱された後、所定の冷却速度により冷却させる。しかし、前記アニール処理する場合に、プリフォームを静置した状態でTg以上に昇温すると、プリフォームの自重により変形が生じる。この変形とは、例えば、プリフォームの円筒状コア部の厚みが不均一となることや、中空部の断面円形が真円ではなく楕円になってしまうこと、あるいはプリフォームが曲がってしまうことなどを意味する。この変形が大きい場合には、所望の形状のPOFを得ることができないなどの問題が生じる。したがって、変形することを抑制した屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームのアニール処理方法の確立が課題となっている。 In a general annealing method, the preform is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (hereinafter referred to as Tg) of the clad or core, and then cooled at a predetermined cooling rate. However, when the annealing process is performed, if the temperature is raised to Tg or more in a state where the preform is left still, deformation occurs due to the weight of the preform. This deformation means that, for example, the thickness of the cylindrical core portion of the preform becomes non-uniform, the circular cross section of the hollow portion becomes an ellipse instead of a perfect circle, or the preform is bent. Means. When this deformation is large, there arises a problem that a POF having a desired shape cannot be obtained. Therefore, the establishment of a method for annealing treatment of a gradient index plastic optical fiber preform that is prevented from being deformed has been a problem.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの変形を抑制しながらアニール処理する屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method of manufacturing a gradient index plastic optical fiber preform that is annealed while suppressing deformation of the gradient index plastic optical fiber preform. It is aimed.
本発明の屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの製造方法は、第1重合性化合物と前記第1重合性化合物の重合により得られる重合体よりも屈折率が高い第1屈折率調整剤とを、円筒状である第1部材の中に注入し、前記第1重合性化合物を重合させる重合反応により、前記第1部材よりも高い屈折率を有する第2部材を前記第1部材の内面に生成する屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの形成工程と、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームを前記第1部材の周方向に回転させながら前記第2部材のガラス転移温度以上の温度で加熱するアニール工程とを有することを特徴して構成されている。 The method for producing a gradient index plastic optical fiber preform according to the present invention comprises a first polymerizable compound and a first refractive index adjusting agent having a higher refractive index than a polymer obtained by polymerization of the first polymerizable compound. The second member having a refractive index higher than that of the first member is generated on the inner surface of the first member by a polymerization reaction that is injected into the cylindrical first member and polymerizes the first polymerizable compound. Forming a gradient index plastic optical fiber preform, and heating the gradient index plastic optical fiber preform at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the second member while rotating the gradient index plastic optical fiber preform in the circumferential direction of the first member. And an annealing step to perform.
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの中空部断面円形の非円率が、2%以下となるようにアニール処理を行うとともに、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバを略水平に保持した状態で回転させてアニール処理を行うものとし、前記アニール処理時の屈折率分布型プラスチック光ファイバの回転数を10rpm以上5000rpm以下とすることを特徴とする。 The refractive index distribution type plastic optical fiber preform is annealed so that the non-circularity of the circular cross section of the hollow portion is 2% or less, and the refractive index distribution type plastic optical fiber is held substantially horizontally. The annealing treatment is performed by rotating, and the number of revolutions of the gradient index plastic optical fiber during the annealing treatment is 10 rpm or more and 5000 rpm or less.
本発明により、円管状の第1部材の中空部に前記第1部材よりも高い屈折率である第2部材を有する屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームを、前記第1部材の円管軸を回転中心として回転させながら前記第2部材のガラス転移温度以上の温度で加熱することにより、屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームが変形することを抑制することができる。また、前記プラスチック光ファイバプリフォームの中空部断面円形の非円率が、2%以下となるように前記回転の速度を制御して、前記円管軸を略水平とした状態で前記回転させて作製した屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームを用いてPOFを製造した場合には、非円率が小さいPOFを得ることができる。 According to the present invention, a gradient index plastic optical fiber preform having a second member having a higher refractive index than that of the first member in a hollow portion of the first tubular member is used. It is possible to suppress the refractive index distribution type plastic optical fiber preform from being deformed by heating at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the second member while rotating as the rotation center. Further, the rotation speed is controlled so that the non-circularity of the circular cross section of the hollow portion of the plastic optical fiber preform is 2% or less, and the rotation is performed while the circular tube axis is substantially horizontal. When a POF is manufactured using the produced gradient index plastic optical fiber preform, a POF with a small non-circularity can be obtained.
本発明における実施形態について図を引用しながら説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。図1は、プラスチック光ケーブルの製造工程図である。各工程については、詳細は後述するものとし、ここでは各工程の流れについてのみ説明する。まず、クラッド作製工程11において、第1部材としての円管状のクラッド12を作製する。クラッド12とは、後で作製するプリフォームの外殻部分をなすものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a plastic optical cable. The details of each step will be described later, and only the flow of each step will be described here. First, in the
クラッド12を作製した後、第1注入工程13とアウターコア重合工程14とを実施する。第1注入工程13とは、クラッドの中に重合性化合物としてアウターコア用モノマーを注入する工程であり、アウターコア重合工程14とは、アウターコア用モノマーを重合させて、中央が空洞となる円筒状のアウターコアを形成する工程である。本実施形態においては、2重構造のコアを形成させるものとする。また、本説明では、クラッド12の内面と接して形成される部分(外側)をアウターコアとし、アウターコアの中に形成される部分(内側)をインナーコアとする。
After producing the
第1注入工程13において、アウターコアを形成させるためにアウターコア用モノマーをクラッド12の中に注入する。次に、アウターコア重合工程14において、注入されたアウターコア用モノマーを重合させて、中央が空洞となる円筒状のアウターコアを形成させる。ただし、重合体へ重合性化合物が接触したりしみ込んだりすることにより、重合体が膨潤または溶解して所定の反応が進むような、塊状重合の一種である界面ゲル重合反応が起こる場合においては、前記反応の進行により先に形成された重合体が溶解する。そのため、例えば、後述するインナーコアの生成反応により、ここで形成されたアウターコアがインナーコアと一体化し、アウターコアが認められなくなる場合がある。
In the
前記アウターコアをクラッド12の内部に形成させた後、第2注入工程15とインナーコア重合工程16とを実施し、プリフォーム17を作製する。第2注入工程15とは、インナーコアを形成させるための重合性化合物であるインナーコア用モノマーをアウターコアの中に入れる工程であり、インナーコア重合工程16とは、インナーコア用モノマーを重合させてインナーコアを形成させる工程である。なお、本実施形態では、アウターコアとインナーコアとをそれぞれ形成する重合性化合物は、アウターコア用モノマーおよびインナーコア用モノマーと称して説明するが、本発明において用いることのできる前記重合性化合物は、ともに単量体に限定されるものではなく、2量体や3量体、または、後述するような各種の重合体を形成させるために用いる重合性化合物を含んでいてもよく、特に限定はされない。
After the outer core is formed inside the
プリフォーム17は作製された後、延伸に供されるまでの間においては、所定の保管条件下で保管される。本実施形態では、コアの含水率が所定の値となるように乾燥しながら保管した。この保管工程については、除湿保管工程として図1の中で符号19を付している。
The
コアが所定の含水率とされたプリフォーム17は、延伸工程22において加熱溶融されて延伸されることにより、POF25となる。延伸工程22では、円柱状のプリフォーム17が所定の手段により加熱されて、長手方向に延伸される。なお、プリフォーム17は、この状態のままでも光伝送体としての機能を有することから、その用途は、POF25として利用されることに、限定されるものではない。プリフォーム17は所定の条件でアニール処理されるアニール処理工程18の後に、所定の乾燥手段により乾燥されて保管される除湿保管工程19を経て、延伸工程22に供されてPOF25が作製される。ただし、アニール処理工程18と除湿保管工程19との実施順序は特に限定されず、プリフォーム17を作製後、除湿保管工程19を経て、延伸前にアニール処理工程18を実施してもよい。POF25は、その外周を被覆材により被覆される被覆工程26を経て、プラスチック光ケーブル27となる。なお、被覆工程26とは、通常、一次被覆が実施され、さらにその後に二次被覆が実施される工程であり、被覆工程26を経たPOF25は、プラスチック光ファイバ心線またはプラスチック光ファイバコード(ともに、Plastic Optical Code)と称される。被覆工程26に関する詳細は後述する。本実施形態においては、このファイバ心線が1本のままであり、必要に応じてさらに被覆を施されたものをシングルファイバケーブルと称し、ファイバ心線がテンションメンバなどとともに複数本組み合わされてさらなる被覆材が被されたものをマルチファイバケーブルと称する。また、プラスチック光ケーブル27(Plastic Optical Cable)とは、これらのシングルファイバケーブルとマルチファイバケーブルとの両方を含んだものの総称とする。
The
次に、本実施形態におけるプリフォーム17とPOF25とその製造方法とについて説明する。図2は、本発明により製造されたプリフォーム17の一例の断面図であり、図3はプリフォーム17の断面円形の径方向における屈折率を示す図である。図2に示すプリフォーム17は、外殻部であるクラッド12と内殻部であるコア31とにより構成されており、コア31は、クラッド12の内面に接するアウターコア32とアウターコア32の内部のインナーコア33とからなる。そして、インナーコア33の内側(中央部)は空洞部34となっている。クラッド12は、外径および内径が長手方向に一定であるとともに、厚みが均一の管形状となっている。また、ポリマーの中でも屈折率が低い。本実施形態において例示するものは、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと称する)を溶融押出し成型により成型したものである。ただし、クラッド12は、例えば回転重合により得られるPMMAであってもよいし、後述するような材料でもよく、特に限定はされない。
Next, the
アウターコア32は、クラッド12と同様に、外径および内径が長手方向に一定であり、厚みが均一の管形状となっている。アウターコア32の材料は、クラッドまたはインナーコアの少なくとも一方との関係を考慮して選択される。本実施形態において例示したアウターコア用モノマーは、メチルメタクリレート(MMA)または全重水素化メチルメタクリレート(MMA−d8)であり、これらによって形成されたアウターコア32は、PMMAまたは全重水素化ポリメチルメタクリレート(PMMA−d8)となる。なお、図2に示したプリフォーム17の中央部には空洞部34が形成されているが、前記空洞部34の断面円形の径とこの径のプリフォームの外径に対する比率とは、図2に示す様態に限定されるものではなく、製造条件に応じて変動するものである。
As with the clad 12, the
図3において、横軸はプリフォーム17の断面径方向を示し、縦軸は屈折率を示す。また、屈折率は、縦軸の上方向に向けて高い値であることを意味している。横軸の符号(A)で示される範囲は、図2におけるクラッド12の屈折率であり、符号(B)で示される範囲は、図2におけるアウターコア32の屈折率であり、符号(C)で示される範囲は、図2におけるインナーコア33の屈折率である。ただし、符号(D)で示される範囲は、図2における空洞部34に対応する範囲であることから、値がないものとして示している。
In FIG. 3, the horizontal axis indicates the cross-sectional radial direction of the
インナーコア33は、図3に示されるように、アウターコア32との境界から空洞部34に向けて屈折率が連続的に高くなる。クラッド12は、アウターコア32よりも屈折率が低く、アウターコア32は、インナーコア33よりも屈折率が低い。本実施形態として例示するものにおいては、製造されたプリフォーム17のインナーコア33の屈折率が、図3に示すように、断面円形の径の外側から空洞部34に向けて連続的に屈折率が高くなるようにしたものであり、インナーコア33の形成方法として後述の回転ゲル重合法を適用している。なお、断面円形の径方向において、屈折率の最大値と最小値との差が0.001以上0.3以下であることが好ましい。本実施形態として例示するインナーコア用モノマーは、MMAまたは全重水素化メチルメタクリレート(MMA−d8)であり、重合後のアウターコア32とインナーコア33とは、主成分がPMMAまたは全重水素化ポリメチルメタクリレート(PMMA−d8)となる。したがって、図2において両者の境界は、説明の便宜上示されてはいるが、得られたプリフォーム17においては、例えば界面ゲル重合反応などが生起進行する場合には、明確でない場合や上記のように界面が消失する場合がある。
As shown in FIG. 3, the refractive index of the
プリフォーム17およびPOF25の屈折率分布係数は、下記の式(I)におけるgの値として知られている。下記の式(I)において、Rはプリフォーム17またはPOF25の外径であり、rは断面円形の中心から測定位置までの距離であり、n1は断面径方向における屈折率の最大値であり、n2は断面径方向における屈折率の最小値であり、Δは(n1−n2)/n1で表される値である。
(I): n(r)=n1{1−(r/R)g ×Δ}1/2
=n1(1−Δ)
The refractive index distribution coefficient of the
(I): n (r) = n1 {1- (r / R) g × Δ} 1/2
= N1 (1-Δ)
本実施形態において例示されるプリフォーム17ならびにPOF25の屈折率分布係数は、0.5以上4.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.5以上3.0以下であり、理想的には2.0である。
The refractive index distribution coefficient of the
次に、POF25について説明する。図4は、プリフォーム17を加熱延伸することにより得られるPOF25の断面図であり、図5は、POFの断面径方向における屈折率を示す概略図である。図4に示すように、POF25は、クラッド112とクラッド112の内側に接するようにしてコア131とを有しており、さらに、コア131は、アウターコア132とインナーコア133とにより構成されている。また、POF25は、プリフォーム17を加熱溶融して長手方向に延伸されることにより作製されるため、中心の空洞部がなくなっている。
Next, the
図5の縦軸および横軸は、図3と同様であることから説明を略す。図5においては、横軸の符号(E)で示される範囲は、図4におけるクラッド112の屈折率であり、符号(F)で示される範囲は、図4におけるアウターコア132の屈折率であり、符号(G)で示される範囲は、図4におけるインナーコア133の屈折率である。このように、POF25の断面径方向における屈折率は、プリフォーム17と同様にして、クラッド112が最も低く、アウターコア132,インナーコア133の順に高くなっているとともに、インナーコア133の屈折率は、POF25の中心に向かうほど連続的に高くなっている。また、このようにして得られるPOF25の屈折率分布係数は、プリフォーム17とほぼ同じ値を示す。POF25の屈折率分布については、先に述べた通りである。
The vertical and horizontal axes in FIG. 5 are the same as those in FIG. In FIG. 5, the range indicated by the symbol (E) on the horizontal axis is the refractive index of the cladding 112 in FIG. 4, and the range indicated by the symbol (F) is the refractive index of the
次に、プリフォーム17の製造方法について図6〜図8を参照しながら詳細に説明する。図6はクラッドが収容された状態の重合容器の断面図であり、図7は回転装置の概略斜視図であり、図8は重合装置による重合反応についての説明図である。ただし、本発明においては、図6〜図8に示す装置および容器に限定されるものではなく、また、本実施形態は、本発明の一様態としての例示である。本実施形態においては、クラッド12(図2参照)は、上記のようにPVDFを主成分としていることから、溶融押出により作製している。溶融押出は、市販の溶融押出成型機により実施しており、溶融押出の方法に関しては、公知のいずれの方法も用いることができ、特に限定はされない。
Next, the manufacturing method of the
所定の材料からなる栓37によりクラッド12の一方の片端部を塞ぐ。栓37はコア31を形成する重合性化合物に溶解することがない素材からなり、可塑剤などを溶出させるような化合物を含まないものとする。このような素材としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが例示される。クラッド12の一端部を栓37で塞いだ後に、アウターコア形成用モノマーをクラッド12の中に注入し、さらに、クラッドの他方の端部も栓37で塞いだ後に、回転重合によりアウターコア32(図2参照)を形成させる。ただし、アウターコア形成時においては、クラッド12は、図6に示されるような重合容器38の中に入れられる。重合容器38は、容器本体38aと蓋38bとを有し、本実施形態においてはステンレス製とされている。重合容器38は、図6に示すように、その内径がクラッド12の外径よりもわずかに大きいものが好ましく、後述するような重合容器の回転に連動して、クラッド12が回転するように構成されている。なお、上記のように、クラッド12が重合容器38の回転に応じることができるように、重合容器38の内面などには、クラッド12を支持する支持部材などを設けることが好ましい。
One end of the clad 12 is closed with a
図7に示すように、回転装置41は、装置本体42の中に複数の支持回転部材43を有しており、装置本体42の外側には支持回転部材43を回転駆動させる駆動部46を備えるとともに、装置本体42の内部の温度を検知して、その検知結果に応じて内部温度を制御する温度コントローラ47を有している。
As shown in FIG. 7, the rotation device 41 includes a plurality of support rotation members 43 in the device
支持回転部材43は、円柱形状であり、2本の周面で少なくともひとつの重合容器38を支持することができるように、長手方向が互いにおおむね平行かつ略水平となっている。各支持回転部材43は、その一端が装置本体42の側面に回動自在に取り付けられており、駆動部46によりそれぞれ独立した条件で回転駆動される。駆動部46には、モータ,減圧機,コントローラ(図示しない)などが備えられており、前記コントローラにより、駆動部46の駆動が制御される。そして、所定の重合反応時においては、図8に示すように、隣り合う支持回転部材43の周面により形成される谷部に重合容器38が載せられ、支持回転部材43の回転に応じて回転する。本実施形態においては、重合容器38の回転はサーフェスドライブ式としているが、重合容器38の回転方式については、特に限定されるものではない。
The support rotation member 43 has a cylindrical shape, and the longitudinal directions thereof are generally parallel to each other and substantially horizontal so that at least one polymerization vessel 38 can be supported by two peripheral surfaces. One end of each support rotation member 43 is rotatably attached to the side surface of the apparatus
なお、本実施形態においては、図8に示すように、重合容器38の両端の蓋38bには磁石38cがそれぞれ備えられているとともに、隣り合う2本の支持回転部材43の間において、その下方にも磁石45が備えられている。これにより、回転時において重合容器38が支持回転部材43から浮くことを防止している。重合容器38の支持回転部材43からの浮きを防止する方法としては、磁石を用いる上記方法にくわえて、または代えて、支持回転部材43と同様な回転手段を、セットされた重合容器38の上部に接するように設けて、同様に回転させることにより、重合容器38の浮きを防止することもある。また、本方法のほかには、例えば、重合容器38の上方に押さえ手段などを設けて、重合容器38に所定の荷重をかける方法などもあるが、本発明は浮き防止方法に依存するものではなく、また浮き防止方法に関しては、特に限定はされない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
続いて、アウターコアについて説明する。アウターコア用モノマーをはじめとするアウターコアの各種原料については後に詳細に述べる。前記アウターコアは、クラッドとインナーコアとの間に存在し、インナーコア用モノマーの重合反応にも関与する。ただし、アウターコアは、インナーコアの形成条件によっては、不要である場合もあるし、前述のようにインナーコアの生成過程においてインナーコアと一体化して消失する場合もある。使用するモノマーなどの原料は、濾過や蒸留などにより、重合禁止剤や水分や不純物などを、あらかじめ十分に除去してから用いる。さらに、モノマーや重合開始剤を混合して混合物を調製した後で、超音波処理により前記混合物に含まれる溶存気体や揮発成分を除去することが好ましい。 Next, the outer core will be described. Various raw materials for the outer core, including the outer core monomer, will be described in detail later. The outer core exists between the clad and the inner core, and is also involved in the polymerization reaction of the inner core monomer. However, the outer core may be unnecessary depending on the formation conditions of the inner core, or may be lost as an integral part of the inner core in the process of generating the inner core as described above. A raw material such as a monomer to be used is used after sufficiently removing a polymerization inhibitor, moisture, impurities and the like by filtration or distillation. Furthermore, after preparing a mixture by mixing a monomer and a polymerization initiator, it is preferable to remove dissolved gas and volatile components contained in the mixture by ultrasonic treatment.
アウターコアは前述したように、クラッドの端部を栓で塞いだ後に、アウターコア形成用モノマーをクラッドの中に注入し、さらに、クラッドの他方の端部も栓で塞いだ後に、回転重合によりアウターコアを形成させる。この注入工程の前後においては、必要に応じて、公知の減圧装置により、クラッドや注入物を減圧処理してもよい。その後、クラッドを装填した重合容器を、その長手方向を略水平状態にして回転(水平回転)させながら重合を生起進行させるとアウターコアが生成する。このように、アウターコアは、クラッドの円管軸を回転中心にしながら重合する回転重合により生成されるが、回転重合の前には、クラッドを立てた状態で予備重合をしてもよく、この予備重合の際には必要に応じて所定の回転機構により、クラッドの円管軸を回転中心として回転させてもよい。このような回転重合においては、クラッドの長手方向をおおむね水平に保ちながら回転させるために、クラッドの内面全体にアウターコアが形成されやすくなる。なお、本発明では、アウターコアの重合時においては、クラッドの長手方向を水平とすることが、クラッドの内面全体にアウターコアを形成する上で最も好ましいが、略水平であれば好適であり、回転軸の許容される角度は水平に対しておおむね5°以内であることが、特に好ましい。 As described above, after closing the end of the clad with a plug, the outer core is injected with the monomer for forming the outer core into the clad, and after the other end of the clad is also plugged with the plug, by rotation polymerization An outer core is formed. Before and after this injection step, the clad and the injected material may be subjected to a reduced pressure treatment by a known decompression device, if necessary. Thereafter, when the polymerization vessel is loaded while the polymerization is caused to proceed while rotating (horizontal rotation) with the polymerization vessel filled with the clad having a substantially horizontal direction in the longitudinal direction, an outer core is formed. Thus, the outer core is produced by rotational polymerization in which the circular tube axis of the cladding is used as the center of rotation, but prior to rotational polymerization, pre-polymerization may be performed with the cladding standing. In the prepolymerization, the clad circular tube axis may be rotated about the rotation center by a predetermined rotation mechanism as required. In such rotation polymerization, the outer core is easily formed on the entire inner surface of the cladding because the rotation is performed while keeping the longitudinal direction of the cladding generally horizontal. In the present invention, at the time of polymerization of the outer core, it is most preferable to make the longitudinal direction of the cladding horizontal to form the outer core on the entire inner surface of the cladding, but it is preferable if it is substantially horizontal, It is particularly preferable that the allowable angle of the rotation axis is approximately within 5 ° with respect to the horizontal.
アウターコアの原料について説明する。本発明におけるアウターコアの原料としては、アウターコア用モノマーと所定の重合開始剤(反応開始剤)とを用いる。なお、アウターコア用モノマーとしては、ラジカル重合性化合物とアニオン重合性化合物とを用いることができ、重合開始剤は、所定の触媒に代えることができる。また、連鎖移動剤(分子量調整剤)をアウターコアの原料中に添加してもよい。 The raw material for the outer core will be described. As the raw material for the outer core in the present invention, an outer core monomer and a predetermined polymerization initiator (reaction initiator) are used. In addition, as a monomer for outer cores, a radically polymerizable compound and an anion polymerizable compound can be used, and a polymerization initiator can be replaced with a predetermined catalyst. Moreover, you may add a chain transfer agent (molecular weight regulator) in the raw material of an outer core.
アウターコア用モノマーとしては、本実施形態においては、メチルメタクリレート(MMA)または全重水素化メチルメタクリレート(MMA−d8)を用いた形態を例示したが、これらは、ラジカル重合とアニオン重合とにより、反応することができる化合物である。しかし、本発明においては、これら以外のラジカル重合性化合物とアニオン重合性化合物とをアウターコア用モノマーとして用いることができる。好ましいものとしては、インナーコア用のモノマーが例示されるが、詳細は後述する。 As the outer core monomer, in the present embodiment, a form using methyl methacrylate (MMA) or all-deuterated methyl methacrylate (MMA-d8) is exemplified, but these are obtained by radical polymerization and anionic polymerization. It is a compound that can react. However, in the present invention, radically polymerizable compounds and anionic polymerizable compounds other than these can be used as the outer core monomer. Preferable examples include inner core monomers, which will be described later in detail.
アウターコアを形成させるための重合開始剤または触媒は、アウターコア用モノマーに対する添加率が0.001モル%以上5モル%以下となることが好ましく、0.005モル%以上0.1モル%以下とすることがより好ましい。重合開始剤または触媒の添加率を5モル%よりも多くした場合には、注入したアウターコア用原料が沸騰したり気泡が発生したり、また、発生した気泡が抜けにくくなるなどの問題が生じる。一方、0.001モル%未満とした場合には、十分な反応開始効果が得られないという問題を引き起こす。 The polymerization initiator or catalyst for forming the outer core preferably has an addition rate of 0.001 mol% to 5 mol% with respect to the outer core monomer, and is 0.005 mol% to 0.1 mol%. More preferably. When the addition rate of the polymerization initiator or catalyst is more than 5 mol%, the injected outer core raw material boils or bubbles are generated, and the generated bubbles are difficult to escape. . On the other hand, when it is less than 0.001 mol%, a problem that a sufficient reaction initiation effect cannot be obtained is caused.
本実施形態としては、重合開始剤としてジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(V−601)を用いている形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、使用するアウターコア用モノマーの種類に応じて、適宜重合開始剤または触媒を決定することができる。特に好ましい重合開始剤は、重合開始剤として市販されているもののうち、中低温用重合開始剤として分類されているものである。前記中低温用重合開始剤とは、一般に、10時間半減期温度が40℃以上90℃以下であるような重合開始剤である。このような重合開始剤を用いることにより、例えば、高温用重合開始剤を用いた時の反応最適温度が100℃以上130℃以下であった反応を、おおむね50℃以上90℃以下で実施することができるとともに、所定時間における転化率を好適に制御して所定の重合反応速度とすることができることから、従来法に比べて、アウターコアの形成時間を短縮することができる。また、反応温度を低くするとともに反応時間を短縮することができることから、クラッドの劣化を防止することができる。なお、重合開始剤または触媒の具体的例示については、インナーコア重合工程における重合開始剤または触媒とともにまとめて後述する。 As this embodiment, although the form which uses dimethyl 2,2'- azobis (2-methylpropionate) (V-601) as a polymerization initiator is illustrated, this invention is limited to this. The polymerization initiator or the catalyst can be appropriately determined depending on the type of the outer core monomer to be used. Particularly preferred polymerization initiators are those classified as medium-low temperature polymerization initiators among those commercially available as polymerization initiators. The medium / low temperature polymerization initiator is generally a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. By using such a polymerization initiator, for example, the reaction at which the optimum reaction temperature when using a high temperature polymerization initiator is 100 ° C. or higher and 130 ° C. or lower is generally performed at 50 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. In addition, since the conversion rate in a predetermined time can be suitably controlled to obtain a predetermined polymerization reaction rate, the outer core formation time can be shortened as compared with the conventional method. In addition, since the reaction temperature can be lowered and the reaction time can be shortened, the cladding can be prevented from being deteriorated. Specific examples of the polymerization initiator or catalyst will be described later together with the polymerization initiator or catalyst in the inner core polymerization step.
また、前記連鎖移動剤は、アウターコア用モノマーに対して0.05モル%以上0.8モル%以下となるように用いることが好ましく、0.05モル%以上0.4モル%以下とすることがより好ましい。 The chain transfer agent is preferably used in an amount of 0.05 mol% to 0.8 mol% with respect to the outer core monomer, and is 0.05 mol% to 0.4 mol%. It is more preferable.
前記連鎖移動剤は、特に限定されるものではなく、用いるアウターコア用モノマーの種類に応じて決定される。具体的例示については、インナーコア重合工程における連鎖移動剤とともにまとめて後述する。 The chain transfer agent is not particularly limited, and is determined according to the type of outer core monomer used. Specific examples will be described later together with the chain transfer agent in the inner core polymerization step.
本発明におけるクラッドとアウターコアとの作製方法については、上記の実施形態に限定されるものではなく、用いる材料に応じて適宜公知の方法を用いて作製することができる。例えば、クラッドとアウターコアとを同時一体押出により成型することもできる。また、ほかの方法としては、クラッドの代わりに所定の内径を有するガラス製などの管状部材を用いて、この中空部にアウターコア用モノマーを注入した後に重合させてから、前記ガラス製円管状部材をはずして、前記アウターコアに対して別途作製された円管状のクラッドを取り付けたり、あるいはこのアウターコアの外周面に所定の方法によりクラッドを生成させたりしてもよい。 The production method of the clad and the outer core in the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be produced by appropriately using a known method depending on the material to be used. For example, the clad and the outer core can be molded by simultaneous integral extrusion. Further, as another method, a glass-made tubular member having a predetermined inner diameter is used instead of the clad, and after the outer core monomer is injected into the hollow portion and polymerized, the glass-shaped tubular member is made. May be removed and a separately formed tubular clad may be attached to the outer core, or the outer peripheral surface of the outer core may be formed by a predetermined method.
以上のようにして、アウターコアが形成されたクラッドを、回転装置35から取り出した後、本実施形態では、所定温度に設定された恒温槽などの加熱手段により所定時間の加アニール処理を施す。 As described above, after the clad on which the outer core is formed is taken out from the rotating device 35, in this embodiment, an annealing treatment for a predetermined time is performed by a heating means such as a thermostat set to a predetermined temperature.
次に、インナーコア用モノマーをはじめとするインナーコア用原料をアウターコアの中に注入した後に、所定の条件により重合させて、インナーコアを形成させる。前記重合とは、アウターコア重合工程において用いた回転装置41(図7参照)を用い、アウターコア重合時と同様にクラッドの長手方向が略水平で回転する状態となるように重合容器38を回転させることにより実施する。インナーコア用モノマーの注入の前後においては、必要に応じて、公知の減圧装置によりアウターコアが形成されたクラッドや注入物を減圧処理してもよい。 Next, after the inner core raw material including the inner core monomer is injected into the outer core, it is polymerized under predetermined conditions to form the inner core. In the polymerization, the rotation device 41 (see FIG. 7) used in the outer core polymerization process is used, and the polymerization vessel 38 is rotated so that the longitudinal direction of the clad is rotated substantially horizontally as in the outer core polymerization. To implement. Before and after the injection of the inner core monomer, the clad or the injection material on which the outer core is formed may be subjected to a reduced pressure treatment by a known decompression device, if necessary.
その後、注入口に栓をして塞ぎ、アウターコアが形成されたクラッドの長手方向を水平状態となるように回転装置41にセットして、クラッドの断面円形の中心が回転軸となるように回転させながら反応を開始して重合を進め、インナーコアを形成させる。 Thereafter, the inlet is plugged and closed, and the longitudinal direction of the clad formed with the outer core is set in the rotating device 41 so as to be in a horizontal state, and rotated so that the center of the circular cross section of the clad becomes the rotation axis. Then, the reaction is started and polymerization proceeds to form an inner core.
インナーコア用モノマーが重合を開始すると、アウターコアの内壁がインナーコア用モノマーにより膨潤し、重合初期段階においては膨潤層が形成される。前記膨潤層は、ゲル状態であることから、重合速度が加速(ゲル効果と称する)する。このような現象から、本発明においては、あらかじめ作製された管状部材を回転させながら、前記管状部材と注入された重合性化合物との反応により膨潤層を形成させて前記重合性化合物を重合する反応を、回転ゲル重合法を称するものとする。前記重合反応は、本実施形態のように、管状部材の長手方向が水平とされることが好ましい。また、前記重合は、アウターコアの内面から開始し、クラッド12の断面円形の中心に向かって進行する。このとき、膨潤層の内部へは、分子体積の小さい化合物ほど優先的に入り込むため、重合の進行とともに共存するほかの化合物と比べて分子体積の大きなドーパントが膨潤層から前記中心方向へと押し出される。この結果、形成されたインナーコアの中心部は、高屈折率のドーパントの濃度が高くなり、図3に示したように、断面円形の径方向における中心に向かって屈折率が徐々に高くなったプリフォーム17を得ることができる。
When the inner core monomer starts polymerization, the inner wall of the outer core is swollen by the inner core monomer, and a swelling layer is formed in the initial stage of polymerization. Since the swelling layer is in a gel state, the polymerization rate is accelerated (referred to as gel effect). From such a phenomenon, in the present invention, a reaction of polymerizing the polymerizable compound by forming a swelling layer by the reaction between the tubular member and the injected polymerizable compound while rotating the previously prepared tubular member. Is referred to as a rotational gel polymerization method. In the polymerization reaction, the longitudinal direction of the tubular member is preferably horizontal as in this embodiment. The polymerization starts from the inner surface of the outer core and proceeds toward the center of the clad 12 having a circular cross section. At this time, since a compound having a smaller molecular volume enters into the inside of the swelling layer preferentially, a dopant having a larger molecular volume is pushed out from the swelling layer toward the center as compared with other compounds that coexist with the progress of polymerization. . As a result, the concentration of the dopant having a high refractive index is increased in the central portion of the formed inner core, and the refractive index is gradually increased toward the center in the radial direction of the circular cross section as shown in FIG. A
上記膨潤層の形成は、本実施形態においては、クラッドとアウターコアとの界面およびその周辺でも確認されている。したがって、例えばPVDFのクラッドとMMAのコアとを有するプリフォーム17を製造するときには、アウターコアとインナーコアとを段階的に形成させるような上記実施形態の製造方法でなくてもよく、例えば、クラッドの中に屈折率調整剤を混合させたコア用モノマーを注入した後に、水平回転させながら重合して、一度にコアを形成させる方法でもよい。
In the present embodiment, the formation of the swelling layer has also been confirmed at the interface between the clad and the outer core and its periphery. Therefore, when manufacturing the
なお、本実施形態においては、アウターコアとインナーコアとが膨潤層を形成しながらプリフォームを作製することから、前記アウターコアと前記インナーコアとの間には、明確な境界が存在しない。したがって、図2においては、説明の便宜上クラッドとコアとの境界を示しているが、実際においては、前記アウターコアと前記インナーコアとの材料における互いの親和性、または膨潤層形成の有無などの製造条件に応じて、得られたプリフォームにおける前記アウターコアと前記インナーコアとの境界の明確度は異なったものとなる。また、本発明の回転ゲル重合法においては、ゲル層の形成により上記のようにアウターコアが消失する場合のほか、アウターコアがインナーコアの形成前よりも小さな厚みとなる場合もある。 In the present embodiment, since the preform is produced while the outer core and the inner core form a swollen layer, there is no clear boundary between the outer core and the inner core. Therefore, in FIG. 2, the boundary between the clad and the core is shown for convenience of explanation. However, in actuality, the affinity between the materials of the outer core and the inner core, the presence or absence of the formation of a swelling layer, and the like Depending on the manufacturing conditions, the clarity of the boundary between the outer core and the inner core in the obtained preform differs. Further, in the rotating gel polymerization method of the present invention, the outer core may be thinner than before the inner core is formed, in addition to the case where the outer core disappears as described above due to the formation of the gel layer.
また、アウターコアの中空部でインナーコア用モノマーが重合しない状態としたまま、回転または水平回転させてもよい。この場合には、アウターコアの内壁が膨潤して、インナーコア用モノマーに溶解することから、アウターコアの内面に存在する微細な凹凸部が積極的に削られ、この内面の平滑性が向上し、よりよいインナーコア領域を形成させることができる。 Alternatively, the inner core monomer may be rotated or horizontally rotated while the inner core monomer is not polymerized in the hollow portion of the outer core. In this case, since the inner wall of the outer core swells and dissolves in the inner core monomer, the fine irregularities present on the inner surface of the outer core are actively scraped, improving the smoothness of the inner surface. A better inner core region can be formed.
以上のように、本発明では回転ゲル重合法を実施することにより、従来の製造方法、例えば、重合性化合物などの組成物の注入と重合とを繰り返し実施し、外側から順次円筒状に重合物を生成させる方法において発生していたような、アウターコアとインナーコアとの界面やインナーコアの内部における気泡の発生を抑制することができる。また、本発明では、クラッドの長手方向を水平にして回転させながら、アウターコアおよびインナーコアの重合生成を実施するために、各モノマーの重合生成における体積収縮に影響を抑制してクラッドの内面全体にコアを生成することができ、その結果、クラッド全体をPOFプリフォームとして利用することが可能になる。さらに、前記回転ゲル重合法においては、加圧が不要であることから、反応操作が容易であるなどの利点を有する。なお、本発明においては、インナーコアの重合時において、クラッドの長手方向が水平となることがアウターコアの内面全体にインナーコアを形成する上で最も好ましいが、略水平であればよく、回転軸の許容される角度は水平に対しておおむね5°以内であることが好ましい。 As described above, in the present invention, by performing the rotating gel polymerization method, the conventional production method, for example, injection and polymerization of a composition such as a polymerizable compound is repeatedly performed, and the polymer is sequentially formed into a cylindrical shape from the outside. The generation of bubbles at the interface between the outer core and the inner core and the inside of the inner core, which has been generated in the method of generating the gas, can be suppressed. Further, in the present invention, in order to carry out polymerization of the outer core and the inner core while rotating with the longitudinal direction of the clad being horizontal, the influence of the volume shrinkage in the polymerization production of each monomer is suppressed, and the entire inner surface of the clad is controlled. As a result, the entire cladding can be used as a POF preform. Further, the rotating gel polymerization method has an advantage that the reaction operation is easy because no pressurization is required. In the present invention, during the polymerization of the inner core, it is most preferable that the longitudinal direction of the clad is horizontal in order to form the inner core on the entire inner surface of the outer core. The allowable angle is preferably within 5 ° with respect to the horizontal.
本実施形態ではインナーコア用モノマーの重合反応とともに、アウターコアとインナーコア用モノマーとを反応させており、これらの反応はいずれも塊状重合反応とみなされる。なお、上記に示した実施形態では、クラッドとアウターコアとの反応及びアウターコアの重合も塊状重合反応とみなされる。これにより、コアでは、気泡の発生が抑制される。 In the present embodiment, the outer core and the inner core monomer are reacted together with the polymerization reaction of the inner core monomer, and these reactions are regarded as bulk polymerization reactions. In the embodiment described above, the reaction between the clad and the outer core and the polymerization of the outer core are also regarded as a bulk polymerization reaction. Thereby, generation | occurrence | production of a bubble is suppressed in a core.
上記のような回転ゲル重合法において、反応温度は用いる重合性化合物の沸点以下とすることが好ましい。本実施形態のように、重合性化合物としてMMAまたはMMA−d8を用いた場合には、反応温度は、30℃以上100℃以下とすることが好ましく、40℃以上90℃以下とすることがより好ましい。また、反応時間は、0.5時間以上30時間以下とすることが好ましく、1.5時間以上25時間以下とすることがより好ましい。 In the above rotating gel polymerization method, the reaction temperature is preferably not higher than the boiling point of the polymerizable compound used. When MMA or MMA-d8 is used as the polymerizable compound as in this embodiment, the reaction temperature is preferably 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. preferable. The reaction time is preferably 0.5 hours or more and 30 hours or less, and more preferably 1.5 hours or more and 25 hours or less.
モータ46による支持回転部材43の回転速度は、500rpm以上4000rpm以下とすることが好ましく、1500rpm以上3500rpm以下とすることがより好ましい。 The rotation speed of the support rotation member 43 by the motor 46 is preferably 500 rpm or more and 4000 rpm or less, and more preferably 1500 rpm or more and 3500 rpm or less.
インナーコアの原料について説明する。本発明においては、インナーコア用モノマーと所定の重合開始剤(反応開始剤)と屈折率調整剤(ドーパント)とをインナーコアの原料として用いている。前記インナーコア用モノマーとしては、ラジカル重合性化合物とアニオン重合性化合物とを用いることができる。また、前記重合開始剤は、所定の触媒に代えることができる。なお、連鎖移動剤(分子量調整剤)を、必要に応じてはインナーコア用原料の中に添加することもできる。 The raw material for the inner core will be described. In the present invention, an inner core monomer, a predetermined polymerization initiator (reaction initiator), and a refractive index adjusting agent (dopant) are used as raw materials for the inner core. As the inner core monomer, a radical polymerizable compound and an anion polymerizable compound can be used. The polymerization initiator can be replaced with a predetermined catalyst. In addition, a chain transfer agent (molecular weight adjusting agent) can be added to the raw material for the inner core as necessary.
インナーコア用モノマーとしては、上記に例示された実施形態ではメチルメタクリレート(MMA)または全重水素化メチルメタクリレート(MMA−d8)を用いており、これらはラジカル重合とアニオン重合とにより反応する化合物である。しかし、本発明においては、これら以外のラジカル重合性化合物とアニオン重合性化合物とをインナーコア用モノマーとして用いることができる。具体的例示については、アウターコア用モノマーとともにまとめて後述する。 As the inner core monomer, methyl methacrylate (MMA) or fully deuterated methyl methacrylate (MMA-d8) is used in the embodiment exemplified above, and these are compounds that react by radical polymerization and anionic polymerization. is there. However, in the present invention, radically polymerizable compounds and anionic polymerizable compounds other than these can be used as the inner core monomer. Specific examples will be described later together with the outer core monomer.
インナーコアを生成するための重合開始剤または触媒は、インナーコア用モノマーに対する添加率が0.001モル%以上5モル%以下であることが好ましく、より好ましくは、0.010モル%以上0.1モル%以下とすることである。重合開始剤または触媒の添加率を5モル%よりも多くした場合には、沸騰や気泡が発生したり、溶存気体の除去などが困難となったりするなどの問題が生じる。また、重合開始剤または触媒の添加率を0.001モル%未満とした場合には、反応温度を上昇させたり反応時間が長くなったりするなどの問題が生じる。 The polymerization initiator or catalyst for producing the inner core preferably has an addition rate of 0.001 mol% or more and 5 mol% or less, more preferably 0.010 mol% or more and 0.0. 1 mol% or less. When the addition rate of the polymerization initiator or the catalyst is more than 5 mol%, problems such as boiling and bubbles are generated and it is difficult to remove dissolved gas. Moreover, when the addition rate of a polymerization initiator or a catalyst is less than 0.001 mol%, problems such as an increase in reaction temperature and a longer reaction time occur.
本実施形態においては、重合開始剤として、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(V−601)を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、用いるアウターコア用モノマーの種類に応じて、適宜重合開始剤または触媒を決定することができる。特に好ましい重合開始剤としては、重合開始剤として市販されているもののうち、アウターコア重合方法において説明した中低温用重合開始剤である。前記重合開始剤を用いることにより、例えば高温用重合開始剤を用いた時の反応最適温度をおおむね低下させることができるとともに、好適反応進行範囲を満たすように反応速度と転化率とを制御することが容易となるので、従来法に比べてインナーコアの生成時間を短縮することができる。また、反応温度を低くしても反応時間を延長する必要がないために、クラッドの劣化を防止することができる。なお、好ましい重合開始剤または触媒としては、アウターコア重合工程における重合開始剤または触媒とともに、まとめて後述する。 In this embodiment, dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) (V-601) is used as the polymerization initiator, but the present invention is not limited to this and is used. A polymerization initiator or a catalyst can be appropriately determined according to the type of the outer core monomer. As a particularly preferable polymerization initiator, among those commercially available as a polymerization initiator, the polymerization initiator for medium and low temperatures described in the outer core polymerization method is used. By using the polymerization initiator, for example, the optimum reaction temperature when using a high-temperature polymerization initiator can be generally reduced, and the reaction rate and the conversion rate are controlled so as to satisfy the preferred reaction progress range. Therefore, the inner core generation time can be reduced as compared with the conventional method. Moreover, since it is not necessary to extend the reaction time even if the reaction temperature is lowered, it is possible to prevent the cladding from being deteriorated. A preferable polymerization initiator or catalyst will be described later together with the polymerization initiator or catalyst in the outer core polymerization step.
反応時間を短くすることを目的として、ラジカル重合開始剤などを用いることが好ましい。前記ラジカル重合開始剤の10時間半減期温度は70℃以下のものを用いるのが、特に好ましい。 For the purpose of shortening the reaction time, it is preferable to use a radical polymerization initiator or the like. It is particularly preferable to use a radical polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of 70 ° C. or lower.
また、連鎖移動剤は、インナーコア用モノマーに対する添加率が0.05モル%以上0.80モル%以下となるようにすることが好ましく、より好ましくは0.15モル%以上0.4モル%以下とすることである。前記連鎖移動剤は、特に限定されるものではなく、用いるインナーコア用モノマーの種類に応じて決定される。具体的例示については、アウターコア重合工程における連鎖移動剤とともにまとめて後述する。 The chain transfer agent is preferably added in an amount of 0.05 mol% to 0.80 mol%, more preferably 0.15 mol% to 0.4 mol%, relative to the inner core monomer. It is as follows. The chain transfer agent is not particularly limited, and is determined according to the type of the inner core monomer to be used. Specific examples will be described later together with the chain transfer agent in the outer core polymerization step.
ドーパントの添加率は、インナーコア用モノマーに対して、0.01重量%以上25重量%以下とすることが好ましく、より好ましくは、1重量%以上20重量%以下とすることである。 The addition rate of the dopant is preferably 0.01% by weight to 25% by weight and more preferably 1% by weight to 20% by weight with respect to the inner core monomer.
上記に例示した実施形態においては、ドーパントとして、高屈折率で分子体積が大きく、さらには、重合に関与しない低分子化合物である硫化ジフェニルを用いた。前記硫化ジフェニルを添加することにより、コアの径方向における屈折率を変化させている。なお、必ずしもドーパントを用いる必要はなく、インナーコア用モノマーを2種類以上用いるなどの方法によっても、コア31(図2参照)の断面の径方向における屈折率を変化させることができる。このような方法としては、例えば、共重合性である第1および第2の化合物を用いるとともに、第2の化合物が第1の化合物よりも大きな屈折率を有するものであるとし、第1化合物間の反応性と第1と第2との化合物間の反応性との両者の違いを利用することにより重合させる方法が例示される。なお、ドーパントの具体的例示については、重合開始剤や連鎖移動剤とともに、まとめて後述する。 In the embodiment exemplified above, diphenyl sulfide, which is a low molecular compound that has a high refractive index and a large molecular volume and does not participate in polymerization, was used as a dopant. The refractive index in the radial direction of the core is changed by adding the diphenyl sulfide. It is not always necessary to use a dopant, and the refractive index in the radial direction of the cross section of the core 31 (see FIG. 2) can also be changed by a method such as using two or more types of inner core monomers. As such a method, for example, the first and second compounds that are copolymerizable are used, and the second compound has a higher refractive index than the first compound. A method of polymerizing by utilizing the difference between the reactivity of the first compound and the reactivity between the first and second compounds is exemplified. Specific examples of the dopant will be described later together with the polymerization initiator and the chain transfer agent.
以上の方法により、コア31(図2参照)とクラッド12とがプラスチックからなり、かつ前記コアが、アウターコアとインナーコアとの2重構造を示す円柱状の光伝送体であるプリフォームを作製することができる。 By the above method, a preform is produced in which the core 31 (see FIG. 2) and the clad 12 are made of plastic, and the core is a cylindrical optical transmission body having a double structure of an outer core and an inner core. can do.
本実施形態では、上記のような条件下で重合反応させた後に、さらに、所定条件によりアニール処理をする。プリフォーム17をアニール処理した場合には、プリフォーム中の残留モノマーを低減することができる。前記アニール処理とは、プリフォームのコア(図2参照)を形成するモノマーのガラス転移温度(以下、Tgと称する)以上にプリフォームを加熱する処理方法である。アニール処理する際の温度(以下、アニール処理温度と称する)は、モノマーにより異なる。したがって、用いるモノマーに応じて適宜温度を設定する。ただし、アニール処理温度は、ドーパントの移動を抑制するためにも低いほど好ましい。すなわち、プリフォームのコアでのTgを越えてコアの融点(流動開始温度)未満であることが好ましく、より好ましくは、プリフォームのコアでの(Tg+5)以上コアの(融点−5)以下である。ただし、2種類以上のモノマーを混合してプリフォームを作製する場合やドーパントを混合する場合には、重合体のTgは、混合比および配合量,または重合度などによって異なる値を示す。したがって、2種類以上のモノマーを混合する場合などには、コアの中で、もっともTgの値が高い値を、重合体のTgとする。例えば、コアがPMMAである場合には、アニール処理温度は、110℃以上155℃以下であることが好ましく、より好ましくは、115℃以上150℃以下である。アニール処理時間は、本実施形態では24時間であるが、10時間以上48時間以下の範囲で行うことが好ましい。
In the present embodiment, after the polymerization reaction is performed under the above conditions, an annealing process is further performed under predetermined conditions. When the
前記アニール処理する場合には、図7に示す回転装置41を用いる。本発明におけるアニール処理は、プリフォーム17を重合容器38に挿入した状態で回転させながら実施することを特徴としており、これにより、プリフォーム17の自重による変形を抑制することができる。回転装置41による回転の操作方法に関しては、アウターコア重合工程14と同じであるため、説明は省略する。このように、プリフォームを回転させながらアニール処理する場合には、プリフォームに均一に熱が浸透する効果があるため、点在する重合の不均一さを効果的に均一化することができる。
When the annealing process is performed, a rotating device 41 shown in FIG. 7 is used. The annealing treatment in the present invention is characterized in that the
また、回転させながらアニール処理した後のプリフォーム17の中空部断面円形の非円率が、2%以下となるように条件を設定することが好ましい。より好ましくは、1.5%以下であり、特に好ましくは1.3%以下である。中空部断面円形の非円率とは、プリフォーム17の変形度合を示すものであり、プリフォーム中空層断面の長辺をx1とし、短辺をx2としたとき、下記の式(II)で表される値である。非円率が2%より大きいプリフォーム17を用いてPOF25を作製した場合には、POFの断面形状の非円率が高くなるという問題が生じることが多い。したがって、非円率は小さければ小さいほどよい。
(II): 中空部断面円形の非円率〔%〕=(直径差/最大直径)×100
=[(x1−x2)/x1]×100
以上のように中空部断面円形の非円率を制御するために、プリフォーム17を回転させるときの回転速度は、10rpm以上5000rpm以下であることが好ましく、より好ましくは50rpm以上3000rpm以下であり、特に好ましくは100rpm以上1000rpm以下である。
Moreover, it is preferable to set conditions so that the non-circularity of the circular cross-section of the hollow portion of the
(II): Non-circularity [%] of circular cross section of hollow portion = (Diameter difference / Maximum diameter) × 100
= [(X1-x2) / x1] × 100
In order to control the non-circularity of the circular cross section of the hollow portion as described above, the rotation speed when rotating the
アニール処理後、プリフォーム17は所定の冷却速度で冷却するが、冷却速度に関しては、特に限定はされない。アニール処理されたプリフォーム17は、延伸工程22に供され、所定の手段により延伸される場合には、プラスチック光ファイバとすることができる。なお、作製された前記プリフォームは、断面円形の中央部に中空部を有するものも存在するが、延伸工程において延伸されることにより、前記中空部はなくなり、優れた伝送損失を示すPOFが形成される。
After the annealing process, the
プリフォームの延伸方法としては、例えば、特開平07−234322号公報に記載される各種延伸方法を適用することができ、これにより、所望の直径、例えば200μm以上1000μm以下のPOFを得ることができる。 As a preform stretching method, for example, various stretching methods described in JP-A-07-234322 can be applied, whereby a POF having a desired diameter, for example, 200 μm or more and 1000 μm or less can be obtained. .
図9に、延伸方法の一例として、プリフォームを延伸してPOFとするためのPOF製造設備50の概略図を示し、本実施形態におけるプリフォーム17の延伸方法について説明する。
As an example of the stretching method, FIG. 9 shows a schematic diagram of a POF manufacturing facility 50 for stretching a preform to form POF, and the stretching method of the
POF製造設備50には、プリフォーム17を加熱して溶融するための加熱装置51と、溶融されたプリフォーム17を延伸するときの張力を測定するための線引張力測定装置52と、この線引張力測定装置42の検知結果に基づいて延伸における張力を制御するための張力を調整するダンサーローラ53とを備え、さらに、延伸速度を制御するための線引ローラ対56と、延伸されて生成したPOF25の外径を測定するための外径測定装置57と、POFを巻き取るための巻取装置60と、巻取りにおいてPOF25に付与されている張力(以下、巻取張力と称する。)を測定するための巻取張力測定装置61とを備える。
The POF manufacturing facility 50 includes a
また、加熱装置51の上流側には、プリフォーム17を保持するための保持部材65と、保持部材65によるプリフォーム17の保持または解除と、保持部材65の変位とを制御するためのシフト装置67と、このシフト装置67を駆動させるためのモータ68とが備えられている。ただし、プリフォーム17を保持する方法として、本実施形態においては、保持部材65による保持方法を示したが、プリフォーム17を上流側から下流側へ吊り下げた形態でもよく、プリフォーム17を保持することができる方法であれば、特に限定はされない。保持部材65は剛性が高く非円率の低い中空部材を用いる事が好ましく、さらにその内径は第1部材の外径にほぼ等しいことが好ましい。
Further, on the upstream side of the
加熱装置51には、円筒状の加熱炉70が備えられており、この加熱炉70は、プリフォーム17の延伸方向に沿って温度を変化させることができる。また、線引ローラ対56は、駆動ローラ71と加圧ローラ72とがPOF25を挟みこむように対向して配置されたものである。駆動ローラ71にはモータ73が接続しており、このモータ73の回転速度を調整することにより駆動ローラ71の回転速度が調整される。さらに、ダンサーローラ53には、変位するためのシフト機構(図示しない)が備えられており、この変位により、延伸における張力が制御される。延伸による張力については、プリフォーム17が下降する速度や、駆動ローラ71の回転速度や加熱炉70における加熱温度によっても調整することができる。
The
プリフォーム17は、保持部材65により上部を保持された状態で延伸される。プリフォーム17の上部を保持する保持部材65は、モータ68に接続された第1シフト機構67に接続されている。モータ68および第1シフト機構67により保持部材65の延伸速度は制御され、この延伸速度に応じて保持部材65が下方に変位することにより、プリフォーム17は、加熱炉70の内部に案内されて延伸される。このとき、延伸速度に応じた速度でプリフォーム17は下降を続ける。なお、第1シフト機構67には、調芯手段(図示しない)が備えられており、延伸中にはこの調芯手段により、プリフォーム17の断面円形の中心位置を精緻に調整することができる。これによりPOF25の線形と断面の真円度とを良好に維持することができる。
The
加熱溶融によるプリフォーム17の劣化を防ぐためには、加熱装置51の内部を不活性雰囲気とすることを目的として、不活性ガスを供給する供給装置(図示しない)が取り付けられていることが好ましい。不活性ガスは、特に限定されるものではないが、窒素ガス,ヘリウムガス,ネオンガス及びアルゴンガスなどが挙げられる。コストの点からは、窒素ガスを用いることが好ましく、熱伝導効率の点からはヘリウムガスを用いることが好ましい。また、ヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスのような複数種類のガスが混合している混合ガスを用いることもできる。
In order to prevent the
プリフォーム17は、加熱炉70の内部でその先端から少しずつ溶融され、延伸されることによりPOF25となる。加熱時の温度は、プリフォーム17の材質などに応じて適宜決定することができるが、一般的には、180℃〜250℃が好ましい。延伸温度等の延伸条件は、プリフォーム17の径や、所望とするPOF25の径、プリフォーム17の材料などを考慮して、適宜決定することができる。特に、GI型POFにおいては、その断面円形の中心から円周に向け屈折率が変化するため、この屈折率変化を破壊しないように、加熱と延伸とを均一に行う必要がある。したがって、プリフォーム17の加熱には、プリフォーム17を断面でみたときに同心円状に均一加熱することができるような円筒形状の加熱炉等を用いることが好ましい。
The
また、加熱炉70では、プリフォーム17の長手方向に沿って温度の高低分布がつけられることが好ましい。これは、プリフォーム17が溶融している時間をできるだけ短くできること、長手方向における溶融範囲をできるだけ短くすることを意味している。長手方向における溶融範囲が長いと、プリフォーム17が溶融している時間が長くなりプリフォーム17の構成分子の流動化が起きて、断面円形の径方向における屈折率変化が乱れてしまうことがあるため、長手方向における溶融範囲が短くすることにより、図3に示したような径方向における屈折率分布曲線の形状が歪みにくくして収率を上げることができる。したがって、加熱炉では、溶融領域となるプリフォーム長手方向における長さができるだけ短くなるように、溶融領域の上流が予熱領域、下流側が冷却領域となるように温度条件を設定できこることが好ましい。なお、この冷却領域における冷却は、自然冷却による徐冷でもよい。さらに、溶融領域に用いる熱源としては、例えばレーザ等のように、狭い範囲に対して高出力のエネルギーを供給できるものを使用することができる。
Further, in the
POF25は、線引張力測定装置52により延伸した際の張力(以下、線引張力と称する。)が測定される。そして、外径測定装置57により外径が測定される。線引速度は、線引ローラ対56により所望の値(例えば、2m/分〜50m/分)に設定され、この制御は、駆動ローラ71の回転速度がモータ73により調整されることでなされる。そして、POF25の外径が所定の値となるように、保持部材65の下降速度や加熱炉70での加熱温度、線引ローラ対56による引取り速度などを制御する。
The
線引張力は、特開平7−234322号公報に記載されているように、溶融したポリマーを配向させるために0.098N以上とすることが好ましい。また、特開平7−234324号公報に記載されているように、溶融延伸後に分子配向の歪みを残さないようにするために0.98N以下とすることが好ましい。ただし、この線引張力は、目的とするPOFの直径やその材料の種類に応じて最適な値が変わるために、適宜調整することが必要である。また、本発明では、特開平8−106015号公報に記載されているように、溶融の前に予備加熱を行うこともできる。 As described in JP-A-7-234322, the drawing tension is preferably 0.098 N or more in order to orient the molten polymer. Further, as described in JP-A-7-234324, it is preferably 0.98 N or less in order not to leave molecular orientation distortion after melt drawing. However, since the optimum value of the drawing tension varies depending on the diameter of the target POF and the type of the material, it is necessary to adjust it appropriately. Further, in the present invention, as described in JP-A-8-106015, preheating can be performed before melting.
POF25は、張力を調整するダンサ−ローラ53に巻き掛けられて搬送される。ダンサ−ローラ53には、駆動装置(図示しない)が取り付けられており、この駆動装置によりダンサ−ローラ53の位置を変化させる。POF25は、ローラ62で巻取張力測定装置61に搬送され、張力(巻取張力)が測定される。そして、POF25は回転制御手段(図示しない)により回転する巻取装置60にロール状に巻き取られる。巻取張力の調整は、巻取張力測定装置61で測定される巻取張力の測定値に基づき行われる。なお、この巻取張力の制御は巻取装置60の回転速度によっても制御されている。なお、プリフォーム17の外径D1とPOF25の外径とを前記範囲とした場合に、巻取張力は、0.098N以上1.96N以下とすることが好ましく、より好ましくは0.29N以上0.98N以下の範囲とすることである。
The
本発明により得られるPOF25については、破断伸びや硬度について特開平7−244220号公報に記載されるように規定することにより、POFとしての曲げや側圧特性を改善することができる。また、本発明により得られるPOFに対して特開平8−54521号のように低屈折率層をクラッドの外周に設けてこれを反射層として機能させることにより、伝送性能をさらに向上させることができる。以上のような各種延伸条件を適宜制御することにより、POFを構成するポリマーの配向を制御することができ、POFの曲げ性能等の機械特性や熱収縮などを制御することができる。
Regarding the
プリフォーム17およびPOF25を構成するクラッドおよびコアの材料として用いられる、光透過性が高い有機材料の例としては、(メタ)アクリル酸エステル類(フッ素不含(メタ)アクリル酸エステル(a),含フッ素(メタ)アクリル酸エステル(b)),スチレン系化合物(c),ビニルエステル類(d)、ポリカーボネート類の原料であるビスフェノールAなどを重合性化合物として用いて重合させたものが例示される。また、クラッド形成ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)も好ましく用いることができる。これらを原料として、各々を重合させたホモポリマー、あるいはこれらのうち2種類以上を組み合わせて重合させた共重合体、および前記ホモポリマーや前記共重合体の各種組み合わせにより得られる混合物も、例として挙げることができる。前記混合物を用いる場合には、前記混合物の沸点Tbは、混合物を構成する複数の原料化合物における沸点の中で最も低い温度とし、さらに、共沸混合物を成すことにより沸点が下がるときには、沸点下降後の温度として定義される。また、前記混合物を原料として得られた共重合体およびブレンドポリマーの場合には、各共重合体またはブレンドポリマーのガラス転移点を沸点Tgとして定義する。これらのうち、(メタ)アクリル酸エステル類または含フッ素ポリマーを成分として含むものが光伝送体を構成する上でより好ましい。
Examples of the organic material having high light transmittance used as the material of the clad and core constituting the
前記(a)フッ素不含メタクリル酸エステルおよびフッ素不含アクリル酸エステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−tert−ブチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ジフェニルメチル、トリシクロ[5・2・1・02,6 ]デカニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、ノルボニルメタクリレート等が挙げられ、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−tert−ブチル、アクリル酸フェニルなどが例示される。 Examples of (a) fluorine-free methacrylic acid ester and fluorine-free acrylic acid ester include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate. , Diphenylmethyl methacrylate, tricyclo [5.2,1.02,6] decanyl methacrylate, adamantyl methacrylate, isobornyl methacrylate, norbornyl methacrylate, and the like, methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic acid-tert. -Butyl, phenyl acrylate and the like are exemplified.
前記(b)含フッ素アクリル酸エステルおよび含フッ素メタクリル酸エステルとしては、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、1 −トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルメタクリレート、2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレートなどが例示される。 Examples of the (b) fluorine-containing acrylic ester and fluorine-containing methacrylate ester include 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 2,2,3,3, 3-pentafluoropropyl methacrylate, 1-trifluoromethyl-2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate, 2,2,3 , 3,4,4-hexafluorobutyl methacrylate and the like.
前記(c)スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレンなどが例示される。さらに、前記(d)ビニルエステル類としては、ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニルフェニルアセテート、ビニルクロロアセテートなどが例示される。ただし、これらに限定されるものではない。また、重合性化合物の単独あるいは共重合体からなるポリマーの屈折率が、光伝送体に成型されたとき、前記成型体の中において所定の屈折率分布を有するように、種類や組成比を決定することが好ましい。 Examples of the (c) styrene compound include styrene, α-methylstyrene, chlorostyrene, and bromostyrene. Furthermore, examples of the (d) vinyl esters include vinyl acetate, vinyl benzoate, vinyl phenyl acetate, and vinyl chloroacetate. However, it is not limited to these. In addition, when the refractive index of a polymer composed of a polymerizable compound alone or a copolymer is molded into an optical transmission body, the type and composition ratio are determined so as to have a predetermined refractive index distribution in the molded body. It is preferable to do.
また、クラッド12を形成する好ましいポリマーとしては、コアよりも低い屈折率を示すポリマーであることが好ましく、特に限定はされない。例えば、メチルメタクリレート(MMA)とトリフルオロエチルメタクリレート(FMA)やヘキサフルオロイソプロピルメタクリレートなどのフッ化(メタ)アクリレートとの共重合体が挙げられる。また、MMAとtert−ブチルメタクリレートなどの分岐を有する(メタ)アクリレート、イソボルニルメタクリレート、ノルボルニルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレートなどの脂環式(メタ)アクリレートなどとの共重合体も例示される。さらには、ポリカーボネート(PC)、ノルボルネン系樹脂(例えば、ZEONEX(登録商標:日本ゼオン(株)製))、ファンクショナルノルボルネン系樹脂(例えば、ARTON(登録商標:JSR製)など)、フッ素樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など)を用いることもできるとともに、フッ素樹脂の共重合体(例えば、PVDF系共重合体)や、テトラフルオロエチレンパーフルオロ(アルキルビニルエーテル(PFA)ランダム共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)共重合体などを用いることもできる。また、これらのポリマーの水素原子(H)を重水素原子(D)に置換して伝送損失の低減を図ることもできる。 Moreover, as a preferable polymer which forms the clad 12, it is preferable that it is a polymer which shows a refractive index lower than a core, and it does not specifically limit. For example, a copolymer of methyl methacrylate (MMA) and a fluorinated (meth) acrylate such as trifluoroethyl methacrylate (FMA) or hexafluoroisopropyl methacrylate can be used. Examples of copolymers of MMA and alicyclic (meth) acrylates such as (meth) acrylate having a branch such as tert-butyl methacrylate, isobornyl methacrylate, norbornyl methacrylate, tricyclodecanyl methacrylate, etc. Is done. Furthermore, polycarbonate (PC), norbornene resin (for example, ZEONEX (registered trademark: manufactured by ZEON CORPORATION)), functional norbornene resin (for example, ARTON (registered trademark: manufactured by JSR)), fluorine resin ( For example, it is possible to use polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc., as well as copolymers of fluororesins (for example, PVDF copolymers), tetrafluoroethylene perfluoro (alkyl vinyl ether) (PFA) random copolymer, chlorotrifluoroethylene (CTFE) copolymer, etc. can also be used, and the hydrogen atom (H) of these polymers is replaced with deuterium atom (D) to reduce transmission loss. Reduction can also be achieved.
光学部材を近赤外光用途に用いる場合には、光が通るコアを構成するC−H結合に起因したで伝送損失(吸収損失)が起こる。この現象を回避することを目的として、特許第3332922号公報や特開2003−192708号公報などに記載されているような、C−H結合の水素原子を重水素原子やフッ素などで置換したポリマーを用いることができる。前記ポリマーを用いた場合には、前記伝送損失を生じる波長域を長波長化することができることから、伝送信号光の損失を軽減することができる。前記ポリマーとしては、重水素化ポリメチルメタクリレート(PMMA−d8)、ポリトリフルオロエチルメタクリレート(P3FMA)、ポリヘキサフルオロイソプロピル2−フルオロアクリレート(HFIP2−FA)などが例示される。なお、前記ポリマーの原料となる化合物は、重合後の透明性を損なわないためにも、不純物や散乱源となる異物は重合前に十分に除去されることが望ましい。 When the optical member is used for near-infrared light, a transmission loss (absorption loss) occurs due to the C—H bond constituting the core through which light passes. For the purpose of avoiding this phenomenon, a polymer in which a hydrogen atom of a C—H bond is substituted with a deuterium atom or fluorine as described in Japanese Patent No. 3332922 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-192708 Can be used. When the polymer is used, the wavelength range that causes the transmission loss can be increased, so that the loss of transmission signal light can be reduced. Examples of the polymer include deuterated polymethyl methacrylate (PMMA-d8), polytrifluoroethyl methacrylate (P3FMA), polyhexafluoroisopropyl 2-fluoroacrylate (HFIP2-FA), and the like. In addition, in order that the compound used as the raw material of the polymer does not impair the transparency after polymerization, it is desirable that impurities and foreign substances serving as a scattering source are sufficiently removed before polymerization.
ラジカルを生成する重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル(BPO)、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート(PBO)、ジ−tert−ブチルパーオキシド(PBD)、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(PBI)、n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バラレート(PHV)などのパーオキサイド系化合物が例示される。また、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、2,2’−アゾビス(2−メチルブタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2,3−ジメチルブタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルヘキサン)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2,3,3−トリメチルブタン)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−メチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−メチルヘキサン)、3,3’−アゾビス(3,4−ジメチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−エチルペンタン)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジエチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジ−tert−ブチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などのアゾ系化合物が例示される。なお、重合開始剤は、これらに限定されるものではない。また、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよく、特に限定はされない。 Polymerization initiators that generate radicals include benzoyl peroxide (BPO), tert-butylperoxy-2-ethylhexanate (PBO), di-tert-butyl peroxide (PBD), and tert-butylperoxyisopropyl carbonate. Examples thereof include peroxide compounds such as (PBI) and n-butyl-4,4-bis (tert-butylperoxy) valerate (PHV). 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis (2-methylpropane), 2,2′-azobis (2-methylbutane), 2,2′-azobis (2-methylpentane), 2,2′-azobis (2,3-dimethylbutane), 2,2 '-Azobis (2-methylhexane), 2,2'-azobis (2,4-dimethylpentane), 2,2'-azobis (2,3,3-trimethylbutane), 2,2'-azobis (2 , 4,4-trimethylpentane), 3,3′-azobis (3-methylpentane), 3,3′-azobis (3-methylhexane), 3,3′-azobis (3,4-dimethylpentane), 3,3'-azobis 3-ethylpentane), dimethyl-2,2′-azobis (2-methylpropionate), diethyl-2,2′-azobis (2-methylpropionate), di-tert-butyl-2,2 ′ -Azo compounds such as azobis (2-methylpropionate) are exemplified. The polymerization initiator is not limited to these. Moreover, one type may be used independently and two or more types may be used together, and it does not specifically limit.
ポリマーとしたときの機械特性や熱物性などの各種物性値を、全体にわたって均一に保つことを目的として、重合度の調整を行うことが好ましい。重合度の調整を実施する手段としては、連鎖移動剤を用いればよい。前記連鎖移動剤については、併用する重合性モノマーの種類に応じて、種類および添加量を適宜選択することができる。各モノマーに対する前記連鎖移動剤の連鎖移動定数は、例えば、ポリマーハンドブック第3版(J.BRANDRUPおよびE.H.IMMERGUT編、JOHN WILEY&SON発行)を参照することができる。また、前記連鎖移動定数は、大津隆行、木下雅悦共著「高分子合成の実験法」化学同人、昭和47年刊を参考にして、実験により求めることができる。 It is preferable to adjust the degree of polymerization in order to keep various physical property values such as mechanical properties and thermophysical properties as a polymer uniform throughout. A chain transfer agent may be used as a means for adjusting the degree of polymerization. About the said chain transfer agent, according to the kind of polymerizable monomer used together, a kind and addition amount can be selected suitably. For the chain transfer constant of the chain transfer agent for each monomer, reference can be made to, for example, Polymer Handbook 3rd edition (edited by J. BRANDRUP and EH IMMERGUT, published by JOHN WILEY & SON). In addition, the chain transfer constant can be obtained by an experiment with reference to Takayuki Otsu and Masaaki Kinoshita "Experimental Method for Polymer Synthesis", Kagaku Dojin, published in 1972.
前記連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類(例えば、n−ブチルメルカプタン、n−ペンチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタンなど)、チオフェノール類(チオフェノール、m−ブロモチオフェノール、p−ブロモチオフェノール、m−トルエンチオール、p−トルエンチオールなど)などを用いることが好ましく、特に、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタンのアルキルメルカプタンを用いることが好ましい。また、C−H結合の水素原子が重水素原子やフッ素原子で置換された連鎖移動剤を用いることもできる。なお、前記連鎖移動剤は、これらに限定されるものではなく、さらには、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 Examples of the chain transfer agent include alkyl mercaptans (eg, n-butyl mercaptan, n-pentyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-lauryl mercaptan, tert-dodecyl mercaptan), thiophenols (thiophenol, m-bromo). Thiophenol, p-bromothiophenol, m-toluenethiol, p-toluenethiol, etc.) are preferably used, and in particular, an alkyl mercaptan of n-octyl mercaptan, n-lauryl mercaptan, tert-dodecyl mercaptan is preferably used. preferable. A chain transfer agent in which a hydrogen atom of a C—H bond is substituted with a deuterium atom or a fluorine atom can also be used. In addition, the said chain transfer agent is not limited to these, Furthermore, 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
GI型POFは、伝送性能に優れているため、ほかの型のPOFよりも広帯域の光通信を実施することができることから、高性能通信用途に好ましく用いることができる。屈折率の分布を付与する方法としては、コアとなるポリマーに、複数の重合単位を組み入れる方法や、それらのポリマーをさらに組み合わせた共重合体を用いる方法や、ドーパントを添加する方法などがある。なお、本実施形態においては、GI型POFを示したが、本発明は、GI型POF以外のすべてのPOFにも有効である。 Since the GI-type POF is excellent in transmission performance and can perform broadband optical communication as compared with other types of POF, it can be preferably used for high-performance communication applications. Examples of a method for imparting a refractive index distribution include a method of incorporating a plurality of polymer units into a core polymer, a method of using a copolymer further combining these polymers, and a method of adding a dopant. In the present embodiment, the GI POF is shown, but the present invention is also effective for all POFs other than the GI POF.
ドーパントとは、上記のような重合性化合物とは異なる屈折率を有する化合物である。前記ドーパントと前記重合性化合物との屈折率差は0.005以上であることが好ましい。前記ドーパントを含有するポリマーは、前記ドーパントを添加していないポリマーと比較して、屈折率が高くなる性質を有する。前記ドーパントにおいては、特許第3332922号公報や特開平5−173026号公報に記載されているように、モノマーの合成によって形成されるポリマーとの比較において、溶解性パラメータとの差が7(cal/cm3)1/2以内であるとともに、屈折率の差が0.001以上である。また、前記ドーパントを含有するポリマーが無添加のポリマーと比較して、屈折率が変化する性質を有しており、ポリマーと安定して共存することが可能であり、かつ前述の原料である重合性モノマーの重合条件(加熱および加圧などの重合条件)下において安定であるものであれば、特に限定はされず、いずれの化合物も前記ドーパントとして用いることができる。 The dopant is a compound having a refractive index different from that of the polymerizable compound as described above. The difference in refractive index between the dopant and the polymerizable compound is preferably 0.005 or more. The polymer containing the dopant has a property that the refractive index is higher than that of the polymer to which the dopant is not added. In the dopant, as described in Japanese Patent No. 3332922 and JP-A-5-173026, the difference from the solubility parameter in comparison with the polymer formed by monomer synthesis is 7 (cal / cm 3 ) 1/2 or less, and the difference in refractive index is 0.001 or more. In addition, the polymer containing the dopant has a property of changing the refractive index as compared with the additive-free polymer, can stably coexist with the polymer, and is a polymerization that is the aforementioned raw material. The compound is not particularly limited as long as it is stable under the polymerization conditions (polymerization conditions such as heating and pressurization) of the functional monomer, and any compound can be used as the dopant.
本実施形態においては、インナーコア用モノマーあるいはコア用モノマーに前記ドーパントを含有させて、その重合工程において、界面ゲル重合法により重合の進行方向を制御し、屈折率調整剤の濃度に傾斜を持たせ、コアに屈折率調整剤の濃度分布に基づく屈折率分布構造を形成する方法を用いた。ただし、それ以外にもプリフォーム形成後に屈折率調整剤を拡散させる方法も知られており好ましく用いることができる(以下、屈折率の分布を有するコアを「屈折率分布型コア」と称する)。前記屈折率分布型コアを形成することにより得られる光学部材は、広い伝送帯域を有する屈折率分布型プラスチック光学部材となる。 In the present embodiment, the dopant is contained in the inner core monomer or the core monomer, and in the polymerization step, the progress direction of the polymerization is controlled by the interfacial gel polymerization method, and the concentration of the refractive index adjusting agent is inclined. And a method of forming a refractive index distribution structure based on the concentration distribution of the refractive index adjusting agent on the core was used. However, other than that, a method of diffusing a refractive index adjusting agent after forming a preform is also known and can be preferably used (hereinafter, a core having a refractive index distribution is referred to as a “refractive index distribution type core”). The optical member obtained by forming the gradient index core is a gradient index plastic optical member having a wide transmission band.
前記ドーパントとしては、安息香酸ベンジル(BEN)、硫化ジフェニル(DPS)、リン酸トリフェニル(TPP)、フタル酸ベンジル−n−ブチル(BBP)、フタル酸ジフェニル(DPP)、ビフェニル(DP)、ジフェニルメタン(DPM)、リン酸トリクレジル(TCP)、ジフェニルスルホキシド(DPSO)などが例示され、中でも、BEN、DPS、TPP、DPSOを用いることが好ましい。また、前記ドーパントは、例えばトリブロモフェニルメタクリレートのように重合性化合物でもよい。その場合には、ポリマーマトリックスを形成する際において、重合性モノマーと重合性ドーパントとを共重合させることにより、種々の特性(特に光学特性)の制御がより困難となる。しかしながら、耐熱性の面では有利となる可能性が生じる。また、前記ドーパントの、コア部における濃度および分布を調整することによって、プラスチック光ファイバの屈折率を所望の値に変化させることができる。 Examples of the dopant include benzyl benzoate (BEN), diphenyl sulfide (DPS), triphenyl phosphate (TPP), benzyl-n-butyl phthalate (BBP), diphenyl phthalate (DPP), biphenyl (DP), and diphenylmethane. (DPM), tricresyl phosphate (TCP), diphenyl sulfoxide (DPSO) and the like are exemplified, and among them, BEN, DPS, TPP, DPSO are preferably used. The dopant may be a polymerizable compound such as tribromophenyl methacrylate. In that case, when forming the polymer matrix, it is more difficult to control various properties (particularly optical properties) by copolymerizing the polymerizable monomer and the polymerizable dopant. However, it may be advantageous in terms of heat resistance. Further, the refractive index of the plastic optical fiber can be changed to a desired value by adjusting the concentration and distribution of the dopant in the core portion.
コアやクラッドもしくはそれらの一部に対しては、光伝送性能を低下させない範囲であれば、その他の添加剤を添加することができる。例えば、コアもしくはその一部に耐候性や耐久性などを向上させる目的により、安定剤を添加することができる。また、光伝送性能の向上を目的として、光信号増幅用の誘導放出機能化合物を添加することもできる。これらの化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することができることにより、伝送距離が向上するために、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として用いることができる場合がある。また、前記添加剤においては、前記原料となる各種重合性化合物に添加した後に重合することにより、コアやクラッドもしくはそれらの一部に含有させることができる。 Other additives can be added to the core, the cladding, or a part thereof as long as the optical transmission performance is not deteriorated. For example, a stabilizer can be added to the core or a part thereof for the purpose of improving weather resistance and durability. Further, for the purpose of improving optical transmission performance, a stimulated emission functional compound for optical signal amplification can be added. By adding these compounds, it is possible to amplify the attenuated signal light with the pumping light, thereby improving the transmission distance, so that it may be used as a fiber amplifier in a part of the optical transmission link. In addition, the additive can be contained in the core, the clad, or a part thereof by polymerizing after being added to the various polymerizable compounds as the raw material.
GI型POFのプリフォームの製造方法としては、特許第3332922号公報に記載されているように、クラッドとなる樹脂の中空管を作製し、その管内にコアを形成する樹脂組成物を注入して、塊状重合法の一種である界面ゲル重合法によりポリマーを重合させることによりコアを形成させる方法を例示することができる。この場合、重合温度や重合時間などの重合条件は用いるモノマーや重合開始剤により異なるが、好ましくは、重合温度が60℃以上であり、かつ生成するポリマーのガラス転移点以下であることであり、一般的には、60℃以上150℃以下であることが好ましい。また、重合時間は、5時間以上72時間以下であることが好ましく、5時間以上48時間以下であることがより好ましい。さらには、不活性ガス雰囲気中において重合反応を行うことが好ましく、必要に応じて、加圧や減圧を実施してもよい。この他にも、国際公開第03/19252号パンフレット記載の重合条件を適用することにより、密度のばらつきがないコアを形成することができる。その他としては、重合後の屈折率が異なる重合性組成物を逐次添加するコアの形成方法も知られており、本方法も本発明に用いることができる。樹脂組成物に関しては前述のように、単一の屈折率を持つ樹脂組成物に屈折率調整剤を添加するものや、屈折率の異なる樹脂を混合するもの、または共重合などが用いられる。 As described in Japanese Patent No. 3332922, as a method for producing a GI POF preform, a resin hollow tube serving as a cladding is produced, and a resin composition for forming a core is injected into the tube. An example is a method of forming a core by polymerizing a polymer by an interfacial gel polymerization method, which is a kind of bulk polymerization method. In this case, the polymerization conditions such as the polymerization temperature and the polymerization time vary depending on the monomers and polymerization initiators used, but preferably the polymerization temperature is 60 ° C. or higher and is not higher than the glass transition point of the polymer to be produced. In general, the temperature is preferably 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The polymerization time is preferably 5 hours or more and 72 hours or less, and more preferably 5 hours or more and 48 hours or less. Furthermore, it is preferable to perform the polymerization reaction in an inert gas atmosphere, and pressurization or decompression may be performed as necessary. In addition, by applying the polymerization conditions described in International Publication No. 03/19252 pamphlet, a core having no variation in density can be formed. In addition, a method for forming a core in which polymerizable compositions having different refractive indexes after polymerization are sequentially added is also known, and this method can also be used in the present invention. Regarding the resin composition, as described above, a resin composition having a single refractive index to which a refractive index adjusting agent is added, a resin having a different refractive index, or a copolymer is used.
POFは、曲げ,耐候性の向上,吸湿による性能低下抑制,引張強度の向上,耐踏付け性付与,難燃性付与,薬品による損傷からの保護,外部光線によるノイズ防止,着色などによる商品価値の向上などを目的として、通常、その表面に1層以上の保護層を被覆して用いられる。 POF has improved product value by bending, improving weather resistance, suppressing performance degradation due to moisture absorption, improving tensile strength, imparting stepping resistance, imparting flame resistance, protecting against chemical damage, preventing noise from external light, and coloring. For the purpose of improvement or the like, the surface is usually coated with one or more protective layers.
光ファイバ心線(光ファイバコード)を被覆することにより、プラスチック光ケーブル(以下、光ケーブルと称する)が作製されるが、POFをそのまま束ねて被覆したものを光ケーブルとして称する場合もある。したがって、被覆の形態としては、被覆材とPOFとの界面が全周にわたって接している状態において被覆されている密着型被服と、被覆材とPOFとの界面に空隙を有するルース型被覆とがある。ルース型被覆において、例えば、コネクタとの接続部において被覆層を剥離した場合には、その端面の空隙から水分が浸入して長手方向に拡散されるおそれがあるため、密着型被覆とルース型被覆とを比較した場合には、通常は、密着型被覆であることが好ましい。 A plastic optical cable (hereinafter referred to as an optical cable) is manufactured by coating an optical fiber core (optical fiber cord). However, a POF bundled and coated as it is may be referred to as an optical cable. Therefore, as a form of coating, there are a contact-type garment coated in a state where the interface between the coating material and the POF is in contact with the entire circumference, and a loose type coating having a gap at the interface between the coating material and the POF. . In loose type coating, for example, when the coating layer is peeled off at the connection with the connector, moisture may enter from the gaps at the end face and diffuse in the longitudinal direction. In general, it is preferably a close-contact type coating.
しかし、ルース型被覆の場合には、被覆材とPOFとが密着していないので、光ケーブルにかかる応力や、熱をはじめとするダメージの多くを被覆層で緩和させることができる。そのため、POFにかかるダメージを軽減させることができることから、用途によっては好ましく用いることができる。水分の伝播については、空隙部に流動性を有するゲル状の半固体や粉粒体を充填させることにより、端面からの水分伝播を防止できる。また、これらの半固体や粉粒体に対して、耐熱や機械的機能の向上などの水分伝播防止と異なる機能を付与することにより、より高い性能の被覆を形成することができる。なお、ルース型被覆を作製するには、クロスヘッドダイの押出し口ニップルの位置を調整して、さらに減圧装置を加減することにより空隙層を作ることができる。前記空隙層の厚みは、前記ニップル厚みと前記空隙層を加圧/減圧することにより調整することが可能である。 However, in the case of loose type coating, since the coating material and the POF are not in close contact with each other, most of the stress applied to the optical cable and damage such as heat can be alleviated by the coating layer. For this reason, damage to the POF can be reduced, so that it can be preferably used depending on the application. As for the propagation of moisture, moisture propagation from the end face can be prevented by filling the gap with a gel-like semi-solid or powder having fluidity. Moreover, a coating with higher performance can be formed by imparting functions different from the prevention of moisture propagation, such as heat resistance and improvement of mechanical functions, to these semi-solids and granular materials. In order to produce a loose-type coating, the gap layer can be formed by adjusting the position of the extrusion nipple of the crosshead die and further adjusting the pressure reducing device. The thickness of the gap layer can be adjusted by pressurizing / depressurizing the nipple thickness and the gap layer.
被覆に用いられる被覆用素材としては、熱可塑性樹脂素材がある。前記熱可塑性樹脂素材としては、ポリエチレン(PE)ポリプロピレン(PP)、塩化ビニル(PVC)、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、ポリエステル、ナイロンなどが例示される。また、前記熱可塑性樹脂素材以外には、各種エラストマーを用いることもできる。前記エラストマーは高弾性を有していることから、曲げなどの機械的な特性付与の観点でも効果がある。前記エラストマーとしては、イソプレン系ゴム,ブタジエン系ゴム,ジエン系特殊ゴムなどの各種ゴムや、室温においては流動性を示すが、加熱によりその流動性が消失して硬化するポリジエン系やポリオレフィン系などの液状ゴム、または、室温ではゴム弾性を示すが、高温においては可塑化されて成形が容易となる物質群である各種熱可塑性エラストマー(TPE)などが例示される。また、ポリマー前駆体と反応剤などとを混合した液を熱硬化させるものも用いることができる。例えば、国際公開第95/26374号パンフレットに記載されているNCO基含有ウレタンプレポリマーと20μm以下の固形アミンとからなる1液型熱硬化性ウレタン組成物なども用いることもできる。 As a covering material used for covering, there is a thermoplastic resin material. Examples of the thermoplastic resin material include polyethylene (PE) polypropylene (PP), vinyl chloride (PVC), ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), polyester, nylon, and the like. Illustrated. In addition to the thermoplastic resin material, various elastomers can be used. Since the elastomer has high elasticity, it is also effective from the viewpoint of imparting mechanical properties such as bending. Examples of the elastomer include various rubbers such as isoprene-based rubber, butadiene-based rubber, and diene-based special rubber, and fluidity at room temperature, but the fluidity disappears when heated, such as polydiene-based and polyolefin-based Examples include liquid rubber or various thermoplastic elastomers (TPE) which are a group of substances that exhibit rubber elasticity at room temperature but are plasticized at high temperatures and can be easily molded. Moreover, what hardens the liquid which mixed the polymer precursor, the reactive agent, etc. can also be used. For example, a one-component thermosetting urethane composition comprising an NCO group-containing urethane prepolymer described in International Publication No. 95/26374 pamphlet and a solid amine of 20 μm or less can also be used.
前述した被覆用素材は、POFに用いられているポリマーのガラス転移温度Tg以下において成形することが可能なものであれば、特に限定されず、各材料間もしくは上記以外の共重合体や混合ポリマーとして組み合わせて用いることもできる。その他には、性能を改善する目的で難燃剤,酸化防止剤,ラジカル捕獲剤,滑剤などの添加剤や、無機化合物または有機化合物からなる各種フィラを用いることもできる。 The above-described coating material is not particularly limited as long as it can be molded at a glass transition temperature Tg or lower of the polymer used for POF, and is a copolymer or mixed polymer between materials or other than the above. Can also be used in combination. In addition, for the purpose of improving performance, additives such as flame retardants, antioxidants, radical scavengers, lubricants, and various fillers made of inorganic compounds or organic compounds can be used.
本発明によるPOFは、必要に応じて上記の保護層を1次被覆層とし、外周にさらに2次(または多層)被覆層を設けてもよい。前記1次被覆層が十分な厚みを有している場合には、前記1次被覆層の存在により熱ダメージを低減することができることから、2次被覆層の素材における硬化温度の制限は、前記1次被覆層を被覆する場合に比べて、緩和することができる。前記2次被覆層には被覆用素材において説明したように、難燃剤,紫外線吸収剤,酸化防止剤,ラジカル捕獲剤,滑剤などの添加剤を導入してもよい。 In the POF according to the present invention, if necessary, the protective layer may be a primary coating layer, and a secondary (or multilayer) coating layer may be further provided on the outer periphery. When the primary coating layer has a sufficient thickness, thermal damage can be reduced by the presence of the primary coating layer, so the limitation on the curing temperature in the material of the secondary coating layer is Compared with the case where the primary coating layer is coated, it can be relaxed. As described in the coating material, additives such as a flame retardant, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a radical scavenger, and a lubricant may be introduced into the secondary coating layer.
前記難燃剤については、臭素をはじめとするハロゲン含有の樹脂や添加剤や燐含有のものが例示されるが、燃焼時における毒性ガス低減などの安全性の観点から、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物を好ましく用いることもできる。前記金属水酸化物はその内部に結晶水として水分を有しており、また、その製造過程における付着水が完全に除去できないことにより、低吸湿性の素線や低次被覆層ではない場合には、前記金属水酸化物による難燃性被覆は、1次被覆層の外層に耐湿性被覆を設け、その外層に対してさらに被覆層として設けることが望ましい。難燃性の規格としては、UL(Underwriters Labolatory)ではいくつかの試験方法を決めており、それぞれ難燃性能の低い順から、CMX(燃焼試験は一般にVW−1試験と言われている)、CM(垂直トレイ燃焼試験),CMR(ライザー試験),CMP(プレナム試験)などのグレードが設定されている。プラスチック光ファイバにおける被覆の場合には、芯材であるプラスチック光ファイバは可燃性素材によりできていることから、火災時に延焼を防ぐことをもくてきとして、VW−1の規格を有したコードまたはケーブルであることが好ましい。 Examples of the flame retardant include halogen-containing resins such as bromine, additives, and phosphorus-containing materials. From the viewpoint of safety such as reduction of toxic gases during combustion, aluminum hydroxide and magnesium hydroxide A metal hydroxide such as can also be preferably used. The metal hydroxide has moisture as crystallization water inside, and the adhering water in the production process cannot be completely removed, so that the metal hydroxide is not a low hygroscopic wire or a lower coating layer. In the flame retardant coating with the metal hydroxide, it is desirable to provide a moisture-resistant coating on the outer layer of the primary coating layer, and further provide a coating layer on the outer layer. As flame retardancy standards, UL (Underwriters Laboratory) has determined several test methods, and CMX (combustion test is generally referred to as VW-1 test) from the order of low flame retardancy, Grades such as CM (vertical tray combustion test), CMR (riser test), and CMP (plenum test) are set. In the case of a coating on a plastic optical fiber, since the plastic optical fiber as a core material is made of a flammable material, it is intended to prevent the spread of fire in the event of a fire. A cable is preferred.
また、被覆層に複数の機能を付与させるために、さらに様々な機能を有する被覆を積層させてもよい。前述の難燃化以外に、例えば、吸湿を抑制するためのバリア層や水分を除去するための吸湿材料として吸湿テープや吸湿ジェルを被覆層の内部や被覆層の間に有することができるとともに、可撓時の応力緩和を目的として柔軟性素材層や発泡層などの緩衝材、または、剛性を向上させることを目的として強化層など、用途に応じて選択し、設けることができる。樹脂以外の構造材として、高い弾性率を有する繊維(抗張力繊維)または剛性の高い金属線などの線材を熱可塑性樹脂に含有させた材料を用いた場合には、前記材料により作製されるケーブルの力学的強度を補強することができることから、用いることが好ましい。前記抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維,ポリエステル繊維,ポリアミド繊維などが例示され、前記金属線としては、ステンレス線,亜鉛合金線,銅線などが例示される。前記抗張力繊維および前記金属線ともに、前述した材料に限定されるものではない。また、保護することを目的とした金属管の外装や架空用の支持線や配線時の作業性を向上させることを目的とした機構を組み込むこともできる。 Moreover, in order to give a several function to a coating layer, you may laminate | stack the coating | cover which has various functions further. In addition to the above-mentioned flame retardant, for example, it can have a moisture absorbing tape or moisture absorbing gel as a barrier layer for suppressing moisture absorption or a moisture absorbing material for removing moisture, between the inside of the coating layer or between the coating layers, A cushioning material such as a flexible material layer or a foamed layer for the purpose of stress relaxation at the time of flexibility, or a reinforcing layer for the purpose of improving rigidity can be selected and provided depending on the application. In the case of using a material in which a thermoplastic resin contains a wire material such as a fiber having a high elastic modulus (tensile strength fiber) or a highly rigid metal wire as a structural material other than resin, a cable made of the material is used. It is preferable to use it because the mechanical strength can be reinforced. Examples of the tensile strength fibers include aramid fibers, polyester fibers, and polyamide fibers. Examples of the metal wires include stainless steel wires, zinc alloy wires, and copper wires. Both the tensile strength fiber and the metal wire are not limited to the materials described above. It is also possible to incorporate a mechanism intended to improve the workability at the time of the exterior of the metal tube for the purpose of protection, an aerial support line or wiring.
プラスチック光ケーブルの形状は用途に応じて、POFまたはプラスチック光ファイバ心線を同心円上にまとめた集合型のものや、一列に並べたテープ型のもの、さらには、それらを押え巻やラップシースなどによりまとめたものなどを選択することができる。 Depending on the application, the shape of the plastic optical cable can be POF or plastic optical fiber cores assembled in a concentric circle, tape-types arranged in a row, or press-wound or wrap sheath. You can select a summary.
本発明により得られるPOFを用いた光デバイスは、端部に接続用光コネクタを用いて、接続部を確実に固定することが好ましい。前記接続用光コネクタとしては、一般に知られている、PN型,SMA型,SMI型,F05型,MU型,FC型,SC型などの市販のものを利用することができる。また、本発明により得られたPOFには、種々の発光素子や受光素子,光スイッチ,光アイソレータ,光集積回路,光送受信モジュールなどの光部品を含む光信号処理装置などが組み合わされる。必要に応じては、他の光ファイバなどと組み合わせてもよい。前記組み合わせに関連する技術としては、公知のいずれの技術も適用することができる。例えば、プラスティックオプティカルファイバの基礎と実際(エヌ・ティー・エス社発行)、日経エレクトロニクス2001.12.3号110頁〜127頁「プリント配線基板に光部品が載る,今度こそ」を参考にすることができる。前記文献に記載されている種々の技術とPOFとを組み合わせることによって、コンピュータや各種デジタル機器内の装置内配線、車両や船舶などの内部配線、光端末とデジタル機器、デジタル機器同士の光リンクや一般家庭や集合住宅・工場・オフィス・病院・学校などの屋内や域内の光LANなどをはじめとする、高速大容量のデータ通信や電磁波の影響を受けない制御用途などの短距離に適した光伝送システムに好ましく用いることができる。 In the optical device using the POF obtained by the present invention, it is preferable to securely fix the connecting portion by using an optical connector for connection at the end portion. As the optical connector for connection, commercially available products such as PN type, SMA type, SMI type, F05 type, MU type, FC type, and SC type can be used. Further, the POF obtained by the present invention is combined with an optical signal processing device including optical components such as various light emitting elements, light receiving elements, optical switches, optical isolators, optical integrated circuits, and optical transceiver modules. You may combine with another optical fiber etc. as needed. Any known technique can be applied as the technique related to the combination. For example, refer to the basics and actuality of plastic optical fiber (issued by NTS), Nikkei Electronics 2001.1.2.3, pages 110-127 “Optical components are mounted on printed circuit boards. Can do. By combining POF with various technologies described in the above documents, internal wiring in computers and various digital devices, internal wiring of vehicles and ships, optical terminals and digital devices, optical links between digital devices, Light suitable for short distances such as high-speed, large-capacity data communication and control applications that are not affected by electromagnetic waves, including indoor and regional optical LANs in general homes, apartment houses, factories, offices, hospitals, schools, etc. It can be preferably used in a transmission system.
さらに、IEICE TRANS. ELECTRON.,VOL.E84−C,No.3,MARCH 2001,p.339−344 「High−Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission」,エレクトロニクス実装学会誌 Vol.3,No.6,2000 476頁〜480頁「光シートバス技術によるインタコネクション」の記載されているものや、特開2003−152284号公報に記載の導波路面に対する発光素子の配置;特開平10−123350号、特開2002−90571号、特開2001−290055号などの各公報に記載されている光バス;特開2001−74971号、特開2000−329962号、特開2001−74966号、特開2001−74968号、特開2001−318263号、特開2001−311840号などの各公報に記載の光分岐結合装置;特開2000−241655号などの公報に記載の光スターカプラ;特開2002−62457号、特開2002−101044号、特開2001−305395号などの各公報に記載の光信号伝達装置や光データバスシステム;特開2002−23011号などに記載の光信号処理装置;特開2001−86537号等に記載の光信号クロスコネクトシステム;特開2002−26815号などに記載の光伝送システム;特開2001−339554号、特開2001−339555号などの各公報に記載のマルチファンクションシステム;や各種の光導波路,光分岐器,光結合器,光合波器,光分波器などと組み合わせることにより、多重化した送受信などを用いたより高度な光伝送システムを構築することができる。これらの光伝送用途以外においても、照明(導光),エネルギー伝送,イルミネーション,センサ分野などに用いることができる。 Further, IEICE TRANS. ELECTRON. , VOL. E84-C, No. 3, MARCH 2001, p. 339-344 “High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission”, Journal of Japan Institute of Electronics Packaging, Vol. 3, No. 6,2000, pages 476 to 480, which are described in “Interconnection by Optical Sheet Bus Technology”, and the arrangement of light emitting elements on the waveguide surface described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-152284; , Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-90571, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-290055, etc .; Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-74971, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-329962, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-74966, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-2001 -74968, JP-A-2001-318263, JP-A-2001-31840, etc .; optical branch couplers described in JP-A-2000-241655; optical star couplers described in JP-A-2000-241655; No., JP-A No. 2002-101044, JP-A No. 2001-305395, etc. Optical signal transmission device and optical data bus system; optical signal processing device described in JP-A No. 2002-23011; optical signal cross-connect system described in JP-A No. 2001-86537 etc .; described in JP-A No. 2002-26815 Optical transmission systems; multi-function systems described in JP 2001-339554 A, JP 2001-339555 A, etc .; various optical waveguides, optical splitters, optical couplers, optical multiplexers, optical demultiplexers By combining with an optical device, a more advanced optical transmission system using multiplexed transmission / reception can be constructed. In addition to these optical transmission applications, it can be used in the fields of illumination (light guide), energy transmission, illumination, and sensors.
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
溶融押出成形により作製した内径18.7mm、長さ90cmのPVDFの中空管をクラッド12とし、この中空部に、アウターコア用の原料を注入した。アウターコア用の原料は、蒸留によって水分を400ppm以下に除去したラジカル重合性化合物として全重水素化メタクリル酸メチル(MMA―d8)(全重水素化ポリメタクリル酸メチル(PMMA−d8)としてTg;80℃〜115℃)を204.1gと、重合開始剤として、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(商品名;V−601、和光純薬(株)製)(70℃での半減期時間;5時間)と、連鎖移動剤として、n−ラウリルメルカプタンとの混合物であり、この混合物を、所定温度に調整してから注入した。ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)とn−ラウリルメルカプタンとのMMA―d8に対する添加率は、それぞれ0.012モル%と0.2モル%とした。アウターコア用の原料を注入されたクラッド12を、重合容器38に収容して、この重合容器38を長手方向が水平となるように回転装置41にセットし、500rpmで回転させながら60℃の雰囲気下で2時間、その後3000rpmとして回転させながら60℃の雰囲気下で16時間、さらに3000rpmで回転させながら90℃の雰囲気下で4時間加熱重合を行った。このとき、回転する重合容器38の近傍、具体的には1〜2cm離れたところに非接地型熱電対を設け、この熱電対による測定温度を、重合反応による温度としてみなした。そしてこの方法により測定された重合反応の発熱における温度ピーク(以降、発熱ピークと称する。)を求めた。本実施例1においては、重合開始から約15時間経過したときに60.8℃の発熱ピークが認められた。そして、これによりクラッド12の内面にPMMAからなる層を形成してこの層をアウターコア32とした。
A PVDF hollow tube having an inner diameter of 18.7 mm and a length of 90 cm produced by melt extrusion molding was used as a clad 12, and a raw material for an outer core was injected into this hollow portion. The raw material for the outer core is a fully deuterated methyl methacrylate (MMA-d8) as a radically polymerizable compound with water removed to 400 ppm or less by distillation (Tg as a fully deuterated polymethyl methacrylate (PMMA-d8)); 204.1 g of 80 ° C. to 115 ° C.) and dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) (trade name; V-601, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (70 A half-life time at 5 ° C .; 5 hours) and n-lauryl mercaptan as a chain transfer agent. The mixture was injected after adjusting to a predetermined temperature. The addition rates of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) and n-lauryl mercaptan with respect to MMA-d8 were 0.012 mol% and 0.2 mol%, respectively. The clad 12 into which the raw material for the outer core is injected is accommodated in a polymerization vessel 38, the polymerization vessel 38 is set on a rotating device 41 so that the longitudinal direction is horizontal, and the atmosphere at 60 ° C. is rotated at 500 rpm. Heat polymerization was performed for 2 hours under the following conditions, followed by rotation at 3000 rpm for 16 hours in an atmosphere at 60 ° C. and further for 4 hours in an atmosphere at 90 ° C. while rotating at 3000 rpm. At this time, an ungrounded thermocouple was provided in the vicinity of the rotating polymerization vessel 38, specifically at a distance of 1 to 2 cm, and the temperature measured by this thermocouple was regarded as the temperature due to the polymerization reaction. And the temperature peak (henceforth an exothermic peak) in the exotherm of the polymerization reaction measured by this method was calculated | required. In Example 1, an exothermic peak of 60.8 ° C. was observed when about 15 hours passed from the start of polymerization. Then, a layer made of PMMA was formed on the inner surface of the clad 12, and this layer was used as the
アウターコア32の中空部に、インナーコア用の原料を常温常圧下で注入した。インナーコア用の原料は、水分を400ppm以下に除去したMMA―d8を81.7gと、重合開始剤としてジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(V−601)と、連鎖移動剤としてn−ラウリルメルカプタンと、ドーパントとしてジフェニルスルフィド(DPS)とを混合させた混合物を用いた。なお、DPSは非重合性化合物である。2,4−ジメチルバレロニトリルとn−ラウリルメルカプタンとDPSとのMMAに対する添加率は、それぞれ0.04モル%,0.2モル%,7重量%とした。次に、クラッド12を、長手方向が水平となるように、回転装置41にセットして、回転速度を2000rpmとして回転させながら70℃の雰囲気下で5時間、その後回転速度を500rpmとして回転させながら90℃の雰囲気下で5時間加熱重合し、GI型POF用母材としてプリフォーム17を得た。
The raw material for the inner core was injected into the hollow part of the
プリフォーム17を重合容器に挿入したまま、回転装置41により、120℃,回転速度を500rpmとして、24時間、アニール処理した。アニール処理したプリフォーム17をデシケータにより保管後、さらに、延伸工程22により溶融延伸させてPOF25を製造した。
While the
実施例1と同じ製造条件(方法含む)および材料を用いて作製したプリフォーム17をアニール処理した後に保管し、さらに、延伸工程22により延伸させてPOF25を製造した。ただし、プリフォーム17に対するアニール処理条件は実施例1と同じながら、回転装置41において、プリフォーム17を重合容器38に載せて支持しながら回転させずに静置した状態でアニール処理した。
A
実施例1と同じ製造条件(方法含む)および材料を用いてプリフォーム17を作製後、アニール処理せずに保管し、さらに、そのプリフォーム17を延伸工程22により延伸させて、POF25を製造した。
After producing the
実施例1と同じ製造条件(方法含む)および材料を用いてプリフォーム17を作製後、実施例1と同じ加熱温度および加熱時間ながら、恒温槽を用いてプリフォーム17を立てた状態で静置して、回転させずにアニール処理した。さらに、そのプリフォーム17を延伸工程22により延伸させて、POF25を製造した。
After producing the
実施例1と同じ製造条件(方法含む)および材料を用いて作製したプリフォーム17をアニール処理した後に保管し、さらに、延伸工程22により延伸させてPOF25を製造した。ただし、プリフォーム17に対するアニール処理条件150℃で24時間とし、回転装置41において、プリフォーム17を重合容器38に載せて支持しながら回転させずに静置した状態でアニール処理した。
A
〔評価方法〕
各実施例においてアニール処理後のプリフォーム17のコア層における変形を求めて、アニール処理がプリフォーム17に与える影響について評価した。コア層における変形としては、偏肉と中空部断面円形の非円率とを求めた。偏肉とは、同一平面状における測定厚さの最大と最小との差の割合(表面形状の凹凸の割合)であり、本実施例においては、目視にてプリフォーム17における偏肉の割合を観察し、目視にて偏肉が確認されない場合を○、目視にて偏肉を確認することができる場合には×とした。非円率においては、アニール処理前後のプリフォーム17における中空部断面直径の長辺x1と短辺x2とを測り取り、前述の式(II)により、アニール処理前の非円率をP1,アニール処理後の非円率をP2として、それぞれ求めた。
〔Evaluation methods〕
In each Example, the deformation in the core layer of the
各実施例における評価結果および実施条件を表1に示す。 The evaluation results and execution conditions in each example are shown in Table 1.
実施例1においては、コア層の偏肉を確認することはできなかった(○)。また、P1は0.36%、P2は0.37%であり、両者の間の差は小さく、非円率は悪化しなかった。実施例2においては、コア層の偏肉を確認した(×)。また、P1は0.78%、P2は2.14%であり、非円率が悪化した。実施例3においてはコア層の偏肉および非円率の変化は確認することができなかったが、アニール処理を実施しなかったため、溶融延伸時に発泡するという問題が発生した。実施例4においては、コア層の偏肉を確認した(×)とともに、非円率も大きい値が得られた。実施例5においても、コア層の偏肉を確認した(×)とともに、非円率も大きい値が得られた。 In Example 1, it was not possible to confirm the uneven thickness of the core layer (◯). Moreover, P1 was 0.36% and P2 was 0.37%, the difference between the two was small, and the non-circularity did not deteriorate. In Example 2, the uneven thickness of the core layer was confirmed (x). Moreover, P1 was 0.78% and P2 was 2.14%, and the non-circularity rate deteriorated. In Example 3, it was not possible to confirm the uneven thickness of the core layer and changes in the non-circularity. However, since annealing was not performed, there was a problem of foaming during melt stretching. In Example 4, an uneven thickness of the core layer was confirmed (x), and a large non-circularity value was obtained. Also in Example 5, the uneven thickness of the core layer was confirmed (x), and a large non-circularity value was obtained.
実施例1のように、プリフォーム17を回転させながらアニール処理した場合には、アニール処理したにも関わらず、偏肉および非円率の悪化を確認することはできなかった。一方で、実施例2にように、回転させずにアニール処理した場合には、偏肉および非円率の悪化が生じた。また、実施例3のように、アニール処理せずに製造したPOF25は、溶融延伸させる際において、発泡が生じることにより、延伸させることができないなどの問題が生じた。実施例4では、重合容器38の円柱軸方向に支持することなく、くわえて、円管軸を中心にして回転させることなくアニール処理したが、この場合には、偏肉,非円率ともに不適な値が得られた。また実施例5では、アニール時の温度を150℃に上昇させ、回転させずにアニール処理した。このときはさらに非円率が悪化した。したがって、偏肉が少なく、非円率が小さいPOFを得るためには、重合容器38の円柱軸を略水平とし、この軸を回転中心として、支持しながらプリフォームを回転させてアニール処理することが、非常に効果的であることが分かった。
When annealing was performed while rotating the
16 インナーコア重合工程
31 プリフォームのコア
38 重合容器
41 回転装置
43 支持回転部材
131 POFのコア
132 POFのアウターコア
133 POFのインナーコア
16 Inner
Claims (7)
前記プラスチック光ファイバプリフォームを前記第1部材の周方向に回転させながら前記第2部材のガラス転移温度以上の温度で加熱してアニール処理を行なうアニール工程とを有することを特徴とする屈折率分布型プラスチック光ファイバプリフォームの製造方法。 A refractive index distribution type in which a polymerizable compound is injected into a hollow first member to form a second member serving as a light guide in the first member by a polymerization reaction in which the polymerizable compound is polymerized. In the manufacturing method of plastic optical fiber preform,
A refractive index profile comprising: an annealing process in which the plastic optical fiber preform is heated at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the second member while rotating in the circumferential direction of the first member. Method for manufacturing a plastic optical fiber preform.
A gradient index plastic optical fiber obtained by stretching a gradient index plastic optical fiber preform obtained by the manufacturing method according to claim 6.
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JP2004276539A JP2006091413A (en) | 2004-09-24 | 2004-09-24 | Method for manufacturing distributed refractive index type plastic optical fiber preform |
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WO2007119861A1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-25 | Scalar Corporation | Resin-made optical product and process for producing rod lens |
CN114349328A (en) * | 2022-01-18 | 2022-04-15 | 江苏亨通光导新材料有限公司 | Simple section structure polarization maintaining parent metal and efficient preparation method thereof |
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2004
- 2004-09-24 JP JP2004276539A patent/JP2006091413A/en active Pending
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