JP2001519050A - 照明導波管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 断面の最短寸法が少なくとも１mmであるコアと、該コアを囲み、ポリマーを含み、光学的に平滑な内面を有するクラッディングとを備える照明導波管。

Description

【発明の詳細な説明】 照明導波管およびその製造方法 背景技術 本発明は、照明導波管の製造に関する。 照明導波管は、装飾用および機能的な照明器具に使用される。照明導波管は、 光が伝搬するコアを一般に備える。このコアは、最短の断面寸法(たとえば、円 形の断面を有する導波管の場合は直径)が約１mm以上である断面を有する。光源 からの光は結合して照明導波管内に入り、導波管を貫通して伝搬する。この光は 、導波管の端部に伝搬して点光源になるか、または導波管の予め選択された１つ または複数の部分に伝搬して、制御された方法で導波管から再送される。 環状クラッディングはコアを囲み、コアを介して、導波管に沿って予め選択さ れた位置に光を伝搬させ続けるのに役立つ。この特性は、屈折率がコアの屈折率 より低いクラッディングを選択することにより部分的に達成される。しかし、光 は、コア、クラッディングおよびコアとクラッディングとの界面の欠点によりコ アから(およびクラッディングを介して)なお散乱する。たとえば、コアに隣接す るクラッディングの光学的に粗い内面は、導波管からの光の好ましくない不規則 な散乱を生じる場合がある。 発明の開示 本発明は、一態様では、断面の最短寸法が少なくとも１mmのコアと、このコア を囲み、光学的に平滑な内面を有する、ポリマーを含むクラッディングとを備え る照明導波管を特徴とする。「光学的 に平滑」という用語は、散乱のメカニズムによる光損失の一因になる表面の形状 構成が本質的になく、その結果、導波管が370nm〜800nmの波長範囲全体で好まし くは75db/km(0.5％/ft)未満の損失を示すことを意味する。 好適な実施例では、クラッディングの内面の二乗平均粗さは、縦方向および断 面方向の両方で測定して約15nm以下であるが、約10nm以下であれば好ましく、約 ５nm以下であれば最も好ましい。特に好適なクラッディングは、内面の二乗平均 粗さが約２nm以下のクラッディングである。クラッディングは、実質的に導波管 の長さ全体に沿ってコアに直接隣接していることが好ましい。 このコアは、中実であることが好ましい。好適なコアの一例は、ポリマー光フ ァイバである。好適な一実施例では、光ファイバは、モノマーおよび架橋剤の合 計重量に基づいて、(a)メタクリル酸と少なくとも４個の炭素原子を有するアル コールとのエステル化から誘導される約100部〜約80部のメタクリレートモノマ ーと、(b)約０部〜約20部の遊離基重合性エチレン系不飽和架橋剤と、(c)約0.01 部〜約５部の遊離基開始剤との重合生成物を含む。コアの屈折率は、約1.45を超 えることが好ましい。 クラッディングに好適な材料の例としては、熱収縮可能な材料、エラストマー およびフルオロポリマーがある。好適なエラストマーとしては、熱可塑性ポリオ レフィン、ポリアミド、ポリウレタンおよびこれらの組合せがある。好適なフル オロポリマーとしては、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン 、ヘキサフルオロプロペン、弗化ビニリデン、ペルフルオロアルキルビニルエー テル、トリフルオロエチレンおよびこれらの組合せがある。特に好適なフルオロ ポリマーとしては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロペンおよび弗化ビ ニリデンの重合生成物がある。 クラッディングは、単一のポリマー層から形成するか、または複数の同心層を 備えることができる。１つの好適な多層クラッディングは、(a)フルオロポリマ ー、たとえばテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペンおよび弗化ビニ リデンの重合生成物を含む第１層、(b)第１層を囲み、ポリウレタンなどの熱可 塑性ポリマーを含む第２層、および(c)第２層を囲み、ポリオレフィンなどの熱 可塑性ポリマーを含む第３層を含む。 本発明は、第２の態様では、断面の最短寸法が少なくとも１mmの中実のポリマ ーコアを備える照明導波管を特徴とする。コアの外面は、光学的に平滑である。 この外面の二乗平均粗さは、縦方向と断面方向の両方で測定して、約15nm以下で あることが好ましい。 本発明は、第３の態様では、光学的に平滑な内面を有する、ポリマーから成る 中空のプロファイル、たとえば管を特徴とする。中空のプロファイルは、最短寸 法が１mmを超える断面を有する。 好適な実施例では、中空プロファイルの内面の二乗平均粗さは、縦方向と断面 方向の両方で測定して、約15nm以下である。好適な一実施例では、中空プロファ イルは、断面の最短寸法が少なくとも１mmのコアと組み合わせるのに適するクラ ッディングの形態で提供される。 中空プロファイルは単一のポリマー層を備えるか、または複数の同心層を備え ることができる。中空プロファイルに好適な材料としては、フルオロポリマーが ある。多層中空プロファイルの好適な一実施例は、(a)フルオロポリマー、たと えばテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペンおよび弗化ビニリデンの 重合生成物を含む第１層、(b)第１層を囲み、ポリウレタンなどの熱可塑性ポリ マーを含む第２層、および(c)第２層を囲み、ポリオレフィンなどの熱可塑性ポ リマーを含む第３層を含む。 本発明は、第４の態様では、照明導波管を製造する方法であって、ポリマー組 成物を押し出して、光学的に平滑な内面を有する管などの中空のプロファイルを 形成し、この中空のプロファイルを導波管のコアと結合するステップを含む方法 を特徴とする。導波管のコアは、硬化後に導波管のコアを形成することができる 重合性組成物を中空プロファイルに充填してから、重合性組成物を硬化させて形 成することが好ましい。 この方法は、単一または多層中空プロファイルを製造するために使用すること ができる。後者の場合、この方法は、複数のポリマー組成物を同時に押し出して 、複数の同心層を備え、光学的に平滑な内面を有する中空プロファイルを形成す るステップを含む。多層中空プロファイルの場合に特に有用な一実施例では、こ の方法は、ポリマー組成物をダイから押し出すステップを含み、このダイは、組 成物がダイから出て行く位置に加熱された先端が配置される。この先端は、押出 し時にポリマー組成物の温度より高温に維持される。 本発明は、第５の態様では、管などの中空プロファイルを製造する方法であっ て、ポリマー組成物を押し出して、光学的に平滑な内面を有する中空プロファイ ルを形成するステップを含む方法を特徴とする。この中空プロファイルは、最短 の寸法が１mmを超える断面を有する。 本発明は、コア、または単一もしくは多層ポリマークラッディングで囲まれた コアの形態の、光学的性質が改善された照明導波管を提供する。ポリマー組成物 を押し出して、光学的に平滑な内面を有する管などの中空プロファイルを形成し 、この平滑な壁を備えた中空プロファイルをコアを製造する成形型として使用す ることにより、光学的に平滑な外面を有するコアを製造することができる。中空 プロファイルは、コアのクラッディングとしても機能し、この場合、 光学的に平滑な外面を備えたコアと、光学的に平滑な内面を備えたクラッディン グとを有する照明導波管が形成される。これらの表面は平滑なので、光の散乱は 減少する。その結果、多くの光が導波管を貫通して伝搬して所望の位置に供給さ れる。 本発明が提供する平滑な壁を備えた多層中空プロファイルおよびクラッディン グには、さらに利点がある。たとえば、多層を使用すると、中空プロファイルお よびクラッディングの特性は、導波管を使用する特定の用途の要件に適合するよ うに加減することができる。したがって、本発明は、単一層構成に比べて自由に 設計することができる。 本発明のその他の特徴および利点は、その好適な実施例に関する以下の説明、 および請求の範囲から明白である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による照明導波管の実施例を示す。 図２は、本発明による照明導波管のもう１つの実施例を示す。 図３は、加熱要素を備えた押出しダイおよび先端を示す。 好適な実施例の説明 照明導波管10は、図１に示すようにコア12と、多層管状クラッディング14とを 備える。コア12は、ほぼ円形の断面形状を有するが、導波管10の特定の照明用途 に応じて、矩形または楕円形など、様々な断面の幾何学的形状を有することがで きる。コア12は、光学的に平滑な外面を有して光の散乱が減少し、その結果コア に沿った光の伝達効率が増加することが好ましい。任意に平滑な外面を有するコ アは、照明導波管が導波管の端部からのみ発光するように設計されているか、ま たはコアに隣接する微細構造化表面を使 用して精密に光を抽出する必要がある場合に特に望ましい。コア12の外面の二乗 平均(RMS)粗さは、以下の実施例に記載する記録に基づくWyko干渉計を使って測 定して約15nm以下であることが好ましい。さらに好ましくは、外面のRMS粗さは 約10nm以下であり、約５nm以下であればなお好ましい。特定の好適な実施例では 、外面のRMS粗さは約２nm以下である。 コア12は、光透過に関して比較的高い屈折率を有する材料から製造される。た とえば、約1.45以上の屈折率を有するコア材料を使用することができる。さらに 、コア12のために選択する材料は、クラッディングの材料と相溶性があり、導波 管10が可撓性であるように適度に可撓性である必要がある。また、コア12のため に選択する材料は、所望の温度範囲における安定性および所望のスペクトル範囲 全体における透明性など、様々な動作パラメーターに適合する必要がある。 コア12は、固体、液体またはゲルの形態で良いが、固体材料が好ましい。一実 施例では、コア12は、メタクリル酸と少なくとも４個の炭素原子を有するアルコ ールとのエステル化により誘導された少なくとも１つのメタクリレートモノマー と、エチレン系不飽和遊離基重合可能架橋剤との共重合により形成された固体ポ リマー光ファイバである。 特に有用なメタクリレートモノマーとしては、n-ブチルメタクリレート、n-ヘ キシルメタクレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレ ート、イソオクチルメタクリレート、デシルメタクリレートおよびドデシルメタ クリレート、並びにこれらの組合せがある。 光ファイバの形成に有用な架橋剤は、２つ以上の遊離基重合性エチレン系不飽 和反応性部分、たとえばアクリレート基、メタクリレ ート基、アリル基またはスチリル基などを持つエチレン系不飽和遊離基重合性の 化合物である。好適な架橋剤はジメタクリレートおよびジアリル化合物であるが 、最も好ましいのはジメタクリレート化合物である。 有用なジメタクリレート架橋剤としては、ヘキサンジオールジメタクリレート 、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレー ト、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメ タクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパ ンジメタクリレート、およびメタクリレートを末端基とするオリゴマー、たとえ ばポリエチレングリコールジメタクリレート(Sartomer Chemicalsが様々な商標 で市販)およびポリ酸化プロピレンジメタクリレート、並びにこれらの組合せが ある。ジメタクリレート架橋剤は、ジエチレングリコールジメタクリレート、ト リエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリ レート、プロピレングリコールジメタクリレートおよびこれらの組合せから成る グループから選択することが好ましい。 メタクリレートモノマーおよびジメタクリレート架橋剤は、商業上の調達先か ら入手する場合、精製して抑制剤、着色剤および一般に使用されているその他の 添加剤を除去することが好ましい。これらは、サンプルの作製に使用される多く の一般的な手順のどれかで精製することができる。こうした方法としては、真空 蒸留、イオン交換カラムクロマトグラフィおよび液．液抽出などがある。 本発明の光ファイバを製造するのに有用な遊離基開始剤は、先行技術で公知の 多くの熱開始剤のどれか、たとえばアゾ化合物および過酸化物で良い。 適切なアゾ開始剤としては、2,2'-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメ チルバレロニトリル)(VAZO^TM 33)、2,2'-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩化 水素化物(VAZO^TM 50)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(VAZO^TM 52 )、2,2'-アゾビス(イソブチロニトリル)(VAZO^TM 64)、2,2'-アゾビス(2-メチル ブチロニトリル)(VAZO^TM 67)、および1,1'-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニ トリル)(VAZO^TM 88)(これらはすべて、デラウェア州、ウィルミントンのDuPont Chemicalsが市販)、並びに2,2'-アゾビス(メチルイソブチレート)(V-601^TM)(ヴ ァージニア州、リッチモンドのWako Chemicals USA Inc.が市販)がある。 適切な過酸化物開始剤としては、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化 ラウロイル、過酸化デカノイル、ジアセチルペルオキシジカーボネート、ジ(4-t -ブチルシクロヘキシル)ペルオキシジカーボネート(イリノイ州、シカゴのAkzo ，Nobel Chemicals，Inc.が市販のPerkadox^TM 16)、ジ(2-エチルヘキシル)ペル オキシジカーボネート、t-ブチルペルオキシピバレート(ペンシルバニア州、フ ィラデルフィアのElf Atochem North Americaが市販のLupersol^TM 11)、ジイソ プロピルペルオキシジカーボネート(ペンシルバニア州、ピッツバーグのPPG Ind ustries,Inc.、Chemicals Groupが市販)、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキノ エート(Akzo,Nobel Chemicals,Inc.が市販のTrigonox^TM 21-C50)、および過酸化 ジクミルがある。 開始剤は、触媒効果がある量だけ、モノマーの100合計重量部に基づいて一般 に約0.01〜５重量部の範囲で存在するが、約0.025〜約２重量部であればさらに 好ましい。開始剤の混合物を使用する場合、開始剤の混合物の合計量は、単一の 開始剤を使用するものとして考える。ポリマー光ファイバに関するその他の詳細 は、1996年２月23日に提出された米国特許出願第08/605,830に記載されており、 この出願は、引用することにより本明細書に包含する。 その他の材料を使用してもコア12を形成することができ、こうした材料として は、ウレタン、ウレタンアクリレート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン およびポリカーボネートがある。 多層クラッディング14は、コア12を囲む。クラッディング14は、コア12の長さ とほぼ同延であるが、結合または光抽出などのために、選択された位置で遮蔽さ れているかまたは除去されている。図１の実施例に示すように、クラッディング 14は、コア12を囲む第１の内側層18を有する。内側層18の屈折率はコア12の屈折 率より低い。たとえば、層18の屈折率は、コア12の屈折率より少なくとも約0.1 低くて良い。 層18は、コア12の外面16に隣接する内面20を有する。表面16および20は、コア とクラッディングとの界面を形成する。表面16、20は、図１に示すように互いに 同一平面に位置するか、または表面16と20との間に小さい隙間が存在しても良い 。クラッディングによって生じる光の散乱をなくさないまでも減少させるため、 表面20は光学的に平滑である。表面20の二乗平均(RMS)粗さは、以下の実施例に 記載する記録に従ってWyko干渉計で測定して約15nm以下であることが好ましい。 表面20のRMS粗さは約10nm以下であればさらに好ましく、約５nm以下であればな お好ましい。特に好適な実施例では、表面20のRMS粗さは約２nm以下である。 内側層18は、フルオロポリマーから形成することが好ましい。適切なフルオロ ポリマーとしては、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘ キサフルオロプロペン、弗化ビニリデン、ペルフルオロプロピルビニルエーテル などのペルフルオロアルキルビニルエーテル、トリフルオロエチレン、およびこ れらの組合せから成るグループから選択されるモノマーの重合生成物がある。特 定の例としては、ポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE)、ポリ(テ トラフルオロエチレン-co-ヘキサフルオロプロペン-co-弗化ビニリデン)、弗素 化エチレンポリマー(FEP)、エチレン-co-テトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリ( 弗化ビニリデン)(PVdF)、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)(PCTFE)、およびエ チレン-co-クロロトリフルオロエチレン(ECTFE)がある。好適なフルオロポリマ ーは、ポリ(テトラフルオロエチレン-co-ヘキサフルオロプロペン-co-弗化ビニ リデン)である。こうしたフルオロポリマーは、ミネソタ州、セントポールのDyn eon LLCから「THV^TM」フルオロポリマーとして市販されている。 クラッディング14の層18も、熱収縮性である。熱収縮性材料は、コア12とクラ ッディング14との間のいかなる隙間も密閉し、したがって光透過がより均一にな るという利点を提供する。 層18を形成するのに必要なフルオロポリマーまたはその他の材料の量を最小限 にして、導波管10の全体的なコストを削減するため、層18の厚さを最小限にする とともに、クラッディングの所望の光学的特性を維持することが好ましい。一般 に、層18の平均最小厚さは、クラッディング14を形成するときに使用する特定の 工程および工具類に応じて約50μである。 第２層22は、図１に示すように第１層18を囲む。第２層22は、クラッディング 14の外側の露出層を形成するか、または追加の層(図示しない)を層22の周囲に配 置することができる。第２層22は、熱可塑性ポリマー、熱可塑性エラストマー、 熱硬化性エラストマー、またはこれらの組合せから形成することが好ましい。特 に、第２層22は、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、上記と フルオロポリマー、そのブロックコポリマーおよびグラフトコポリマーとの配合 物、並びにこれらの組合せなどのポリマーから形成することが好ましい。 もう１つの実施例では、第２層22は、図２に示すように内側層18と第３層24と の間に接着層または結合層を形成する。たとえば、層24に必要な特性(安定性、 可撓性など)を得るには、内側層18に適切に付着しない材料、たとえばフルオロ ポリマーが必要である。一実施例では、第２層22は接着剤から形成される。もう １つの実施例では、第２層22は、ポリ(弗化ビニリデン)(PVdF)またはその他の材 料から形成される第３層24に付着するのに適するPVdFとポリメチルメタクリレー トとの配合物から形成される。 照明導波管のクラッディングは、管押出工程を使って製造することが好ましい 。管が製造される熱可塑性材料の小球体は、ホッパから押出機内に供給する。小 球体は、押出機バレルの数個の加熱領域内に導入され、融解および混合されて、 適切な形状(管状、方形、多角形など)を形成するように構成されたダイに供給さ れる。押出物は、ダイからサイジングシステムに入る。このシステムは、管材料 の形状を維持した状態で冷却するのに役立つ。一般に、サイジングシステムは、 押出ダイのすぐ下流に位置するサイジングダイまたはオリフィスを含む水槽を備 える。管材料は、サイジングシステムを出た後、冷却水槽に入る。冷却されると 、サイジングされた管材料は、一般にスプール上に巻かれてさらに加工される。 多くのタイプの適切な押出機が公知であり、同時回転および逆回転二軸スクリ ュー押出機、または多くのスクリュー構造の１つを備えた一軸スクリュー押出機 がある。好適な押出機構成としては、１つのチューブ押出ダイに供給する２つの 一軸スクリュー押出機がある。１つの押出機は、内側クラッディング層、たとえ ばフルオロポリマーを溶融処理し、第２の押出機は、内側層を囲む外側層を形成 するポリマー溶融液を供給する。これらの押出機は、ポリマーが押出機バレルか ら搬送されるときにポリマーを溶融させる加熱領 域を有する。スクリューは、溶融ポリマーを供給、混合および溶融させて、ダイ に搬送する。温度プロファイル、スクリュー速度およびその他の一般的な動作条 件は、ダイに対するポリマーの供給が最適になるように選択する。 チューブ押出ダイは、多くの構造を取ることができる。壁の厚さおよび層間の 付着は、たとえば、ポリマーがダイを出る位置までのダイ内において、ポリマー が互いに接触する位置で調節することができる。層間の付着を最適にするには、 ダイ(「共通ランド」型ダイを指す)は、様々な溶融ポリマーが早期に接触するよ うに設計される。「共通ランド」型同時押出し法では、溶融ポリマー層はダイ内 で形成されてから出て行く。壁の厚さの調節を改善するには、ダイ内におけるポ リマー層間の接触は、「複数隙間」型ダイを使って最小限にすることが好ましい 。「複数隙間」型ダイの場合、ダイ構成部品は、ダイ自体内に層を形成し、層が ダイから出て行くまで接触するのを防ぐようになっている。 上記のとおり、クラッディング14の内面層およびコア12の外面は光学的に平滑 であることが好ましい。表面の粗さの主な要因は、押出し時の工具類とポリマー との界面におけるポリマーの溶融破壊であり、工具類の平滑さなどの機械的要素 、およびポリマーの汚れ／純度も、より少ない程度だが同様に影響する。溶融破 壊は、高度の剪断応力でダイとポリマーとの間の界面においてポリマーの流れが 不安定になり、その結果「鮫肌」つまり斑な外観が生じることに起因する。溶融 破壊の欠点は、クラッディング内の光抽出点として作用するので好ましくない。 多層の壁が薄い生成物を高速度で製造するように設計された同時押出し工程では 特に、溶融破壊の欠点を有する管材料が製造される傾向がある。 ３つ以上の層を有する多層構造の一番内側の層(たとえばフルオ ロポリマー層)の溶融破壊を最小限にするかまたはなくし、光学的に平滑な内面 を形成するには、図3Aおよび図3Bに示すように、より高温の押出物が周囲を流れ る加熱中心ピンを備えたダイを使って、個々の層を同時に押し出して一体結合し た多層管を形成することが好ましい。図3Aは「複数隙間」型ダイを示し、図3Bは 「共通ランド」型ダイを示す。 図3Aを参照すると、ダイ30は、加熱ピン36を囲む個々の同心オリフィス32、34 および38から成るオリフィス39を有する。溶融フルオロポリマー18は、押し出さ れる管がダイを出るときに、加熱ピン36に最も近い部分を流れる。ピン36は、フ ルオロポリマー18の融点より高い温度まで加熱されるので、ポリマーとピンとの 界面における剪断応力が減少する。同時に、中間の結合層を形成するポリマー22 、および外側の被覆つまり外皮層を形成する融点がより低いポリマー24は、それ ぞれダイを貫通して流れ、オリフィス34および38から出て行く。３つの層はすべ て、ダイ外側の共通点で会合して、「複数隙間」ダイを構成する。 図3Bを参照すると、ダイ300は、中心の加熱ピン360を囲むオリフィス390を有 する。溶融フルオロポリマー18は、押し出される管がダイを出て行くときに、加 熱されたピン36に最も近い部分を流れる。同時に、中間の結合層を形成するポリ マー22、および外側の被覆つまり外皮層を形成する融点がより低いポリマー24は 、ダイを貫通して流れ、ダイ内側の領域370で互いに接触してさらに溶融し、「 共通ランド」ダイを構成する。 加熱ピンダイを使って管材料を製造するためのフルオロポリマー押出しは、た とえばE.I．DuPont Co.の「Extrusion Guide for Melt Processible Fluoropoly mers」に記載されている。加熱ピンを備えるダイは、ロードアイランド州、ウェ ストワーウィックのGuill Tool and Engineering Co.およびフロリダ州、クリアウォーターのGencaなどから市販 されている。 多層クラッディングは、押出ダイにより形成される。多層クラッディングの寸 法を維持するには、管材料を冷却しながらサイジングダイを使用する。サイジン グダイは、外径を調節するとともに、冷却液を管材料上に流すことを可能にする 。一般に、水を冷却液として水を使用する。次に、冷却した管材料を乾燥させて 即座に使用するか、またはコイル状に巻いて保管する。 照明導波管を製造するのに好適な方法では、クラッディング14の管状部分をた とえば約100ftの長さだけ測定して切断し、コア12の成形型として使用する。こ の方法では、任意に平滑な外面を有するコアと、任意に平滑な内面を有するクラ ッディングとを製造することができる。コアを形成するために使用するモノマー 、架橋剤および開始剤を混合して、わずかに真空を加えてクラッディング部分内 に導入する。クラッディング部分はＵ形に成形され、次にたとえば約250psiの窒 素で加圧した反応器内に配置する。この混合物を反応器内に配置した後、常温窒 素を使って常温の非反応性領域を形成し、加熱水を使って、重合反応を誘発する のに十分に暖かい領域を形成し、同時に反応の過度な熱を除去して、管の長さを １時間当たり約0.75〜1.5ｍの速度で徐々に加熱することにより、混合物は、ク ラッディング部分の一方の端部から他方の端部まで徐々に重合する。使用する手 順および装置は、米国特許第5,122,580号、第5,298,327号および第5,225,166号 に詳しく記載されており、この特許は、引用することにより本明細書に包含する 。 重合温度は、使用する特定のモノマーに基づいて選択する。一般に、重合が開 始する温度は約０℃〜約50℃であるが、約20℃〜約50℃であれば好ましく、約30 ℃〜約45℃であればさらに好ましい。 重合過程の間、クラッディング部分の一方の端部を被覆し、開放端部に圧力を 加える。材料は、重合するにつれて、クラッディングの内面から収縮し、隙間が 形成される。コア材料上に加わる圧力は、硬化する材料がクラッディングの主軸 方向に収縮し、クラッディング部分の内面と同一平面になるのに十分な圧力であ る。したがって、コアとクラッディングとの間の隙間はなくなるかまたは減少し て、コアの外面は、クラッディングの平滑な内面により光学的に平滑になる。 本発明について、以下の実施例によりさらに説明する。 実施例 粗さの測定 粗さの測定は、WYKO RST粗さ／ステップテスタ(アリゾナ州、タクソンのWYKO Corp.)を使って行った。側面が約５mmの方形部分をサンプルから切断して、WYKO 計器の顕微鏡の台に配置した。サンプルの一様性は、10倍の倍率で初期走査によ り検査した。欠点または異常な構造は走査して記録したが、粗さの計算には含ま なかった。 サンプルが比較的平滑であり、たとえば表面の形状構成が、初期走査により深 さ約75nm未満である場合、測定は、40倍の倍率で633nmの波長の光を使って「PSI モード」で行った。サンプルを２つから４つの領域で走査し、WYKOプログラムソ フトウェアが報告したR_a(平均粗さ)値およびR_q(RMS粗さ)値を記録して平均した 。 サンプルの形状構成が75nmを超える場合、10倍の倍率で「VSIモード」で２回 から４回走査を行い、R_a値およびR_q値を記録した。次に、より深い表面の形状構 成間の平滑な領域を選び、PSIモードで40倍の倍率で走査した。 管材料の押出し 同時押出ポリエチレン外皮を備えたTHV 200^TMおよびTHV 500^TM管材料を以下の とおりに製造した。 THV(どちらの調合物もミネソタ州、セントポールのDyneon LLCが市販)は、直 径3.175cm(1¹/₄in)の24L/D押出機を使って押し出した。この押出機には、20.3cm ×1.3〜1.9cm(8in×¹/₂in〜³/₄in)の非絶縁頚部管でダイを取り付けるDavis標準 設計バリアスクリューを装備した。 ポリエチレン(PE)は、汎用スクリューを装備した直径6.35cm(2¹/₂in)の24L/D 押出機を使って押し出した。この押出機は、6〜8cm×1.9cm(2〜3in׳/₄in)の非 絶縁頚部管でダイに取り付けた。 基部にねじが付いている中心ピンを有する複数の多岐管(2つのダイ隙間)ダイ は、上記のようにTHVとポリエチレン押出機の両方に接続した。中心ピンは、押 し出される管の内側に空気を供給して、管を所望の直径に拡大した。押し出され て拡大した管は、約18℃に維持した水槽から巻取リール上に引っ張った。 実施例１ 上記の機器および方法では、ポリエチレンで囲まれたTHV 200^TMを備える多層 管を製造した。THV押出機の各領域を前部から後部に246℃−235℃−204℃に設定 し、ダイアダプタ領域を254℃に設定し、溶融温度は260℃だった。ポリエチレン (オハイオ州、シンシナティ、Quantum Chemical Co.のPetrothene^TM)押出機の各 領域を前部から後部に171℃−166℃−160℃に設定し、ダイアダプタ領域を177℃ に設定し、ダイ本体を204℃に設定した。これらの押出機は、20rpmで作動させた 。このダイは、THVについては1.3cmのランド、直径0.87cmの内側ピンおよび0.18 cmの環状隙間、 並びにPEについては1.35cmのピン、2.13cmの外壁および0.42cmの環状隙間で構成 した。約165m(500ft)の管材料が得られた。内面の粗さRaは１nm、Rqは２nmだっ た。 実施例２ 光ファイバコアを有する照明導波管は、米国特許第5,225,166号(引用すること により本明細書に包含する)に記載されている手順に従い、実施例１で成形型と して製造した管材料を使って製造した。光ファイバのコアを成形するため、50重 量％のn-ブチルメタクリレートおよび50重量％の2-エチルヘキシルメタクリレー トを含む(ひいては0.05重量％のヘキサンジオールジメタクリレートおよび0.2重 量％のPerkadox 16^TM光開始剤を含む)光重合性の調合物を管材料に充填した。重 合の後、管を細断して管材料を光ファイバコアから剥離した。光ファイバコアお よび管材料の粗さの測定値は以下のとおりだった。 管材料Ra＝２nm；クラッディングRq＝３nm コアRa＝５nm；コアRq＝６nm 実施例３ フルオロポリマーのコア、中間結合層および外側のポリアミド(ナィロン12)層 を備える多層管をTHV 500^TMフルオロポリマー(ミネソタ州、セントポールのDyne on LLC)、Vestamid L2140^TMナイロ Inc.)から製造し、結合層の組成物は、Vestamid L2140ナイロン12と1.0重量％の 1,12-ドデシルジアミン(Aldrich)との混合物から構成した。結合層組成物は、19 94年８月19日に提出されて、本出願と同じ譲受人に譲渡されたFukushiの米国特 許出願第 08/516,165号「Multi-layer Compositions Having a Fluoropolymer Layer」(引 用することにより本明細書に包含する)の実施例１に記載されている手順に従っ て製造した。 この管の各成分は、別個の押出機内で処理し、その産出物は、加熱中心ピンを 装備したGenca Mini Tri-Die^TMモデル１の３層チューブ押出ダイ(フロリダ州、 クリアウォータのGenca)に供給した。 この押出機は、表３に記載するように構成した。 表３では、領域温度１、２および３は、それぞれダイヘッドに徐々に近くなる 領域の温度を意味する。ナイロン12には、加熱クランプ、アダプタ、およびダイ に至るノズルを装備した。結合層押出機 は、「ヘッド」と呼ばれるダイ本体に対する熱を制御するアダプタでのみ加熱し た。THV 500押出機は、アダプタおよびノズル加熱器のみを備えていた。加熱ピ ンの温度は199〜232℃だった。目視検査により、管の平滑な内側のTHV 500の表 面には、溶融破壊の欠点が本質的にないことが分かった。 実施例４ 実施例３で製造した管材料を使って照明導波管を製造し、コアファイバを形成 した。n-ブチルメタクリレートの重合性調合物は、0.05重量％のヘキサンジオー ルジメタクリレートおよび0.2重量％のPerkadox 16^TM光開始剤を含んでいた。管 材料の15.2cmの部分は、一方の端部で巻縮し、重合性混合物を充填してから、70 ℃の温水槽で２時間加熱した。中実かつ透明で、多層管で囲まれたポリマー光フ ァイバが得られた。 実施例５ 上記の機器および方法では、ポリエチレンで囲まれたTHV 500^TM管材料を特徴 とする多層管を製造した。THV押出機の各領域は、前部から後部に285℃−277℃ −249℃に設定し、ダイアダプタ領域を293℃に設定して、溶融温度を294℃にし た。押出機の速度は18rmp、ヘッドの圧力は20.0Mpa(2900psi)だった。ポリエチ レン(オハイオ州、シンシナテイ、Quantum Chemical Co.のPetrothene^TM)押出機 の各領域は、前部から後部に171℃−166℃−157℃、ダイの前部領域は224℃に設 定し、溶融温度は152℃、ダイの後部領域は177℃に設定した。押出機の速度は17 rpm、ヘッドの圧力は7.79Mpa(1130psi)だった。ダイは、THVについては1.3cmの ランド、直径6,86mmの内側ピン、1.8mmの環状隙間、並びにPEについ ては17.5mmのピン、26.8mmの外壁、および4.2mmの環状隙間で構成した。THV管の 内部の空気圧は1.38Kpa(0.20psi)、真空は水槽上で6.2Kpa(25inの水)だった。約 610m(2000ft)の管材料が得られた。内部の表面粗さRaは５nm、Rqは６nmだった。 実施例６ 光ファイバコアを有する照明導波管は、米国特許第5,225,166号(引用すること により本明細書に包含する)に記載されている手順に従い、実施例５で成形型と して製造した管材料を使って用意した。光ファイバコアを成形するため、50重量 ％のn-ブチルメタクリレートおよび50重量％の2.エチルヘキシルメタクリレート を含む(ひいては0.05重量％のヘキサンジオールジメタクリレートおよび0.2重量 ％のPerkadox 16^TM光開始剤)を含む光重合性の調合物を管材料に充填した。重合 の後、管材料は、管を細断して光ファイバコアから剥離した。光ファイバコアお よび管材料の粗さの測定値は、同じ管材料サンプルから製造した２本のファイバ で２回測定して以下のとおりだった。 管材料Ra＝３nm；クラッディングRq＝４nm コアRa＝９nm：コアRq＝12nm 実施例７ ２層管材料(THVフルオロポリマーおよびポリエチレン)を２ステップ手順で製 造し、THVフルオロポリマー管材料を押し出して収集し、別のステップでポリエ チレン層で被覆した。 THV 500^TM管 外径約13mmの管材料を製造した。直径63.5mmの押出機を使 用し、温度領域は249℃−260℃−288℃、ダイ温度は288℃に設定した。スクリュ ーの速度は11rpm、管内部の空気圧は0.897Kpaだった。ダイ開口部(外径)は27.43 mm、ピンの直径は16.3mmだった。真空校正は、14.6mmに設定した。外径13.46mm 、厚さ0.56mmの約824mの管材料がライン速度6.4m/minで製造され、この管材料は 標準の巻取スプール上に収集した。 ポリエチレン被覆コーティング THV管材料は、スクリューを取り外した63.5mm径の押出機のバレルからクロス ヘッドコーティングダイ内に供給し、コーティング後に水冷槽内に出た。ポリエ チレン(オハイオ州、シンシナティ、Quantum Chemical Co.のPetrothene^TM)には 、バレルの直径が31.75mmの押出機を使用した。加熱領域は127℃−121℃−116℃ 、アダプタは132℃、ダイは143℃に設定した。スクリュー速度を90rpmにして、8 24mのTHV管材料に約２m/minの出力速度で2.8mm厚のポリエチレンコーティングを 塗布した。 照明導波管 ２層THV／ポリエチレン管材料を使用し、実施例２に記載の手順に従って照明 導波管を製造した。コアファイバを製造する前、THV管材料の内面の粗さは、Ra ＝２nmおよびRq＝３nmだった。管内に製造された光ファイバコアの粗さはRa＝５ nmおよびRq＝５nmであり、光ファイバコアを製造した後のTHV管の内面の粗さは 、Ra＝２nmおよびRq＝３nmだった。 その他の実施例は、以下の請求の範囲内である。 たとえば、コアを囲むクラッディングは、単層クラッディングで良い。同様に 、コアの製造に使用する管も単層管で良い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホフ，クレイグ アール. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者 タックナー，ポール エフ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．断面の最短寸法が少なくとも１ｍｍである中実コアと、 該コアを囲み、ポリマーを含み、光学的に平滑な内面を有する、クラッディン グと、を備える照明導波管。 ２．前記内面の二乗平均粗さが約15nm以下である、請求項１記載の照明導波管 。 ３．前記内面の二乗平均粗さが約10nm以下である、請求項１記載の照明導波管 。 ４．前記内面の二乗平均粗さが約５nm以下である、請求項１記載の照明導波管 。 ５．前記内面の二乗平均粗さが約２nm以下である、請求項１記載の照明導波管 。 ６．前記コアがポリマー光ファイバを含む、請求項１記載の照明導波管。 ７．前記ポリマー光ファイバが、 (a)メタクリル酸と少なくとも４個の炭素原子を有するアルコールとのエステ ル化から誘導される約100部〜約80部のメタクリレートモノマーと、 (b)約０部〜約20部の遊離基重合性エチレン系不飽和架橋剤と、 (c)モノマーおよび架橋剤の合計重量に基づいて約0.01部〜約５部の遊離基開 始剤と、の重合生成物を含む、請求項６記載の照明導波管。 ８．前記コアの屈折率が約1.45を超える、請求項１記載の照明導波管。 ９．前記クラッディングが複数の同心層を含む、請求項１記載の照明導波管。 10．前記クラッディングが熱収縮性材料を含む、請求項１記載の照明導波管。 11．前記クラッディングがフルオロポリマーを含む、請求項１記載の照明導波 管。 12．前記フルオロポリマーが、テトラフルオロエチレン、クロロフルオロエチ レン、ヘキサフルオロプロペン、弗化ビニリデン、ペルフルオロアルキルビニル エーテルまたはトリフルオロエチレンの重合生成物を含む、請求項11記載の照明 導波管。 13．前記フルオロポリマーが、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロ ペンおよび弗化ビニリデンの重合生成物を含む、請求項11記載の照明導波管。 14．前記クラッディングがエラストマーを含む、請求項１記載の照明導波管。 15．前記エラストマーが、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミドまたはポリウ レタンを含む、請求項14記載の照明導波管。 16．前記クラッディングが、(a)フルオロポリマーを含む第１層と、(b)前記第 １層を囲み、熱可塑性ポリマーを含む第２層と、(c)前記第２層を囲み、熱可塑 性ポリマーを含む第３層とを含む、請求項９記載の照明導波管。 17．前記クラッディングが、(a)テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプ ロペンおよび弗化ビニリデンの重合生成物を含む第１層と、(b)前記第１層を囲 み、熱可塑性ポリマーを含む第２層と、(c)前記第２層を囲み、熱可塑性ポリマ ーを含む第３層とを含む、請求項９記載の照明導波管。 18．前記クラッディングが、前記コアに直接隣接する、請求項１記載の照明導 波管。 19．前記クラッディングが、前記導波管の実質的に長さ全体に 沿って前記コアに直接隣接する、請求項１記載の照明導波管。 20．断面の最短寸法が少なくとも１mmである中実のポリマーコアを含む照明導 波管であって、 前記コアが光学的に平滑な外面を有する照明導波管。 21．前記外面の二乗平均粗さが約15nm以下である、請求項20記載の照明導波管 。 22．照明導波管を製造する方法であって、 ポリマー組成物を押し出して、光学的に平滑な内面を有する中空のプロファイ ルを形成するステップと、 前記中空のプロファイルと、前記中空のプロファイルで囲まれた中実の導波管 コアを含む照明導波管を成形するステップと、を含む方法。 23．硬化後に中実導波管コアを形成することができる重合性組成物を前記中空 プロファイルに充填するステップと、前記重合性組成物を硬化させて中実の導波 管コアを形成するステップとを含む、請求項22記載の方法。 24．前記ポリマー組成物をダイから押し出すステップであって、前記ダイが、 前記組成物が前記ダイから出て行く位置に配置された加熱先端を備えるステップ を含み、 前記先端が、押出し時に前記ポリマー組成物の温度より高温に維持される、請 求項22記載の方法。 25．複数のポリマー組成物を同時に押し出して、複数の同心層から成り、光学 的に平滑な内面を有する中空プロファイルを形成するステップを含む、請求項22 記載の方法。 26．前記中空プロファイルの前記内面の二乗平均粗さが約15nm以下であるよう に前記ポリマー組成物を押し出すステップを含む、請求項22記載の方法。