JP2007210216A - シート状光伝送体の製造ノズルおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状光伝送体をより簡便にかつ連続して製造することが可能な溶融賦形用ノズルおよびシート状光伝送体の製造方法を提供する。
【解決手段】芯材の周囲を１種類以上の鞘材で覆う層構造を賦形するノズル部と、スリット状吐出口に向かって流路の幅方向はテーパ状に徐々に広がり、厚さ方向はテーパ状に徐々に狭く変形して前記芯鞘構造の断面を略矩形断面へと賦形する拡幅部と、前記拡幅部を出た芯鞘構造を整流してシート状光伝送体を賦形するストレート部およびスリット状吐出口を備えた光伝送体賦形ノズル。

Description

本発明は、照明用シート状光伝送体を連続的に製造するための溶融賦形ノズルおよびシート状光伝送体の製造方法に関する。

プラスチック光ファイバは、端面加工や取り扱いが容易であり、安価で軽量、大口径が得られる等の利点を有することから、照明用途やセンサー用途、通信用途として利用されている。特に、照明用途においては、プラスチック光ファイバには電気や熱を通さない特徴があり、装置としては光源装置のみがあればよく施工が容易であるという利点を有することから、プラスチック光ファイバを用いた照明装置が近年よく使用されてきている。

このような照明用途として用いられるプラスチック光ファイバの中でも、特に側面から漏光するタイプの照明光ファイバは、多数本のプラスチック光ファイバを束ねたものや、グルーピング後に撚りあわせたものとして、シート状、束状、紐状などに集合化され、プラスチック光ファイバ端部に光学的に接続した光源から光を入射させて、照明用途、装飾用途、意匠用途、ディスプレイ用途として利用されている。

最近では特に、照明用途において、パソコンのキーボードや液晶のバックライトのような面光源に使用できるシート状のプラスチック光ファイバに対する要求が高まっているが、このようなシート型のプラスチック光ファイバに関しては、従来から、種々のファイバ構造や製造方法が提案されている。

たとえば、特許文献１には、１枚のシート状の導光材料（例えば透明アクリル板）を加工して複数の光ファイバをほぼ平面状に束ねてなるバンドル状のプラスチック光ファイバが提案されている。

特許文献２には、複数本のプラスチック光ファイバを密着並列状態で熱圧着してなるシート状プラスチック光ファイバが提案されている。

特許文献３には、コア部となるアクリル樹脂シートなどに、透明樹脂ビーズを有機溶媒に溶かした塗布液を塗布してクラッド部を形成したシート型光導波路が提案されている。

しかし、特許文献１に記載されているシート状の導光材料は、シートの一端面（入射端面）から入射された光を、シートの反対側の出射端面から出射させるものであるが、導光部はコア部のみからなり、照明ファイバとしての性能は明らかにされていない。

また、特許文献２に記載されているシート状プラスチック光ファイバは、モールド内に並べた複数本のプラスチック光ファイバに、一定時間の間、適当な熱圧力を加えて一体化成形する必要があるため、量産性に劣るという問題があった。

また、特許文献３に記載されているシート型光導波路は、クラッド部となる塗布液に用いている有機溶媒に、コア部となるアクリル樹脂シートが溶解しやすいため、照明用ファイバとして用いた時に光量斑が生じるという問題、さらにクラッド部を塗布し、乾燥、硬化処理するため、工程が多く、量産性に劣るという問題があった。
特開昭６３−２３６０２５号公報 特開平６−３１７７１６号公報 特開２００５−３４０１６０号公報

本発明の目的は、照明用のシート状光伝送体を製造する方法として、プラスチック光ファイバを束ねたり、配列したりする方法、あるいは溶液を塗布、乾燥硬化する方法ではなく、シート状光伝送体をより簡便にかつ連続して製造することが可能な溶融賦形用ノズルおよびシート状光伝送体の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題に鑑みて鋭意検討を行った結果、透明な芯材の周囲を１種類以上の鞘材で覆い層構造に賦形した後、連続的に断面形状を変形させながら、スリット状の吐出口から吐出することにより上記問題点が解決することを見出した。

すなわち本発明は、芯材の周囲を１種類以上の鞘材で覆う層構造を賦形するノズル部と、スリット状吐出口に向かって流路の幅方向はテーパ状に徐々に広がり、厚さ方向はテーパ状に徐々に狭く変形して前記芯鞘構造の断面を略矩形断面へと賦形する拡幅部と、前記拡幅部を出た芯鞘構造を整流してシート状光伝送体を賦形するストレート部およびスリット状吐出口を備えた光伝送体賦形ノズルである。

また、本発明は、上述のノズルにおいて、スリット状吐出口の幅をＷ、厚さをｔとしたとき、Ｗ／ｔ＝１０〜１００００の範囲にあるノズルである。

また、本発明は、前述のノズルにおいて、芯材と鞘材が層構造を形成する流路および拡幅部へ流入する流路の断面形状が円形を有するノズルである。

また、本発明は、これらのノズルから吐出したシート状光伝送体を、シート厚さを規制する２本以上の冷却ロールにより所望の厚さに成形して製造する方法である。

さらに本発明は、ノズルから吐出したシート状光伝送体を、ニップロールで引取りながら冷却して製造する方法である。

本発明の製造方法によれば、照明用途などに利用可能なシート状光伝送体を溶融賦形により連続して製造することが可能となり、量産性、品質安定性の面で、その効果は大きい。

以下、図面を使用して本発明を詳細に説明する。

図１は、本実施形態に使用する賦形ノズル部１を示す斜視断面図である。ノズル２およびノズル３において、芯材は流路５を流れ、鞘材は流路６から円周状のスリット７を流れ、合流部８にて芯材と合流し、芯材の周囲を覆い芯鞘構造を形成する。

ここでノズル２の流路断面形状とノズル３の流路断面形状とは合致する形状および寸法となっており、正方形、長方形、あるいは楕円形でもよいが、図１に示す如く、円形断面を用いれば、ノズルの加工が容易で精度も維持しやすいので好適である。

拡幅部４はノズル３の下流に配置され、流入部９の流路断面形状からスリット状吐出口１０の矩形形状に向かって、幅方向はテーパ状に徐々に広がり、厚さ方向はテーパ状に徐々に狭く変形する構造となっている。各々のテーパ角度、すなわち流入部９からスリット状吐出口１０までの長さは、使用する材料の粘度や流量によって決めるとよい。低粘度（流動性が良い）材料を小流量で使用する場合は鈍角でもよいが、高粘度材料を大流量で使用する場合は、テーパ角度を小さく設定することにより良い結果を得ることができる。

また、吐出口の直前に後述するスリット状吐出口１０と同じ断面形状を有するストレート部１１を設けることにより、吐出方向における整流効果を高め、吐出後の変形を抑制することができる。ストレート部１１の長さは使用する材料の粘度、流量により決めるとよく、低粘度材料を小流量で使用する場合は長く設定することにより整流効果を高められ、また高粘度材料を大流量で使用する場合は短く設定することでノズル内部の圧力損失を抑えながら均一に吐出することができる。

スリット状吐出口１０は、所定のシート状物を吐出するため、幅（Ｗ）、厚さ（ｔ）の矩形形状を有しており、屈曲性を有するシート状光伝送体を製造するには、厚さ（ｔ）は、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲が適している。さらに幅（Ｗ）と厚さ（ｔ）の比率Ｗ／ｔは１０〜１００００の範囲が適している。

また、図２に示す如く、スリット状吐出口１０の角部形状は、直角形状（ａ）、Ｒ形状（ｂ）、半円形状（ｃ）、あるいは内側にＲが付与された形状（ｄ）など、様々な形状をとることが出来る。

なお、本実施形態では拡幅部４上流で形成された層構造を変形して吐出する方法であるため、３層構造以上の多層構造においても、その作用は変わらず、同様に多層構造のシート状光伝送体を形成することが可能である。

図３は、本実施形態の製造工程の一例を示す模式図である。

溶融押出し機１３によって溶融された芯材および鞘材の溶融樹脂は定量ギヤポンプ１４により所定の流量でノズル部１に流入し、ノズル内部で層構造形成後、スリット状吐出口１０より所定のシート状光伝送体１１として吐出される。その後、引取りロール群１５にて一定の速度で引き取られ、図示しない保護フィルムラミネート装置、および巻取り装置により製品となる。引取りロールに公知のポリッシングロールを用いれば、シート状光伝送体の厚さの規定および表面の鏡面化が可能となる。

また、ロール表面に凹凸形状などを形成したエンボスロールを用いるか、あるいは、図示しない凹凸形状を有するフィルムなどをラミネート加工することにより、シート状光伝送体の両面、あるいは片面を粗面化することも可能である。

また、図４は本実施形態の製造工程の別例を示す模式図である。

引取り装置にニップロール１７を用い、吐出後に空冷式冷却装置１６によりシート状光伝送体１２を冷却する構成となっている。シート幅および厚さについては、引取り速度およびロール間隙を変更することによって、変更、調節が可能となっている。なお、ニップロール１７に引き込まれるまでに、自然冷却により圧延、加飾に適した温度が得られる場合は、冷却装置１６は不要である。

本発明のシート状光伝送体に用いられる材料について以下説明する。

芯材としては、公知の材料が使用可能であり、例えば、メタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）又は共重合体を主成分として構成することができる。中でも、透光性・耐久性に優れると共に安価なことから、ＰＭＭＡを主成分として構成することが好ましい。なお、メタクリル酸メチルの共重合体を用いる場合、メタクリル酸メチル単位の含有量は５０質量％以上とすることが好ましい。また、共重合可能な単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、スチレン等を例示できる。また、ポリカーボネート系樹脂を用いた場合、ＰＭＭＡより高屈折率であり、開口数が大きくなり、受光量を増やすことが可能であり、シートを屈曲した際、光の漏れを低く抑えることができる。さらに、耐熱性が要求される場合などには、上述のポリカーボネート系樹脂や、脂環式ポリオレフィン系樹脂を用いることもできる。

鞘材としては、公知の材料が使用可能であり、例えば、含フッ素オレフィン系樹脂を主成分とする樹脂組成物により構成することができる。

含フッ素オレフィン系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン系共重合体を挙げることができ、具体的には、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロアセトンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの３元共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロアセトンとの３元共重合体、エチレンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの３元共重合体、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの２元共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンと（フルオロ）アルキルビニルエーテルとの３元共重合体等を例示できる。

これらの中でも、芯材との密着性に優れ、かつ機械的特性が良好な光ファイバ素線が得られることから、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの２元共重合体が好適である。特に、フッ化ビニリデン単位６０〜８５質量％とテトラフルオロエチレン単位１５〜４０質量％とからなる２元共重合体は、安価に入手可能であると共に、熱変形温度が高く、耐薬品性、成形加工性に優れることから、好適である。

本発明を以下の実施例により具体的に説明する。

〔実施例１〕
図１および図３に示す構成の製造装置を用い、シート状光伝送体を製造した。ノズルは、芯材と鞘材を合流して２層構造を形成するノズルの下流にスリット状吐出口１０の幅（Ｗ）４００ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５ｍｍの拡幅部を有するノズルを用いた。冷却ロールにはポリッシングロールを使用し、ロール間隙は吐出口厚さ（ｔ）より僅かに薄い０．４ｍｍに設定した。

芯材にＰＭＭＡ（三菱レイヨン（株）製、アクリペット）を、鞘材にフッ化ビニリデン系樹脂としてＶＰ−１００（ダイキン工業（株）製）を用いた。押出し機の運転条件は各々の樹脂の標準条件とした。ノズル温度は２３０℃とし、冷却ロールの温度は１００〜１８０℃とした。

芯材ギヤポンプの吐出量を１５０ｃｃ／ｍｉｎ、鞘材ギヤポンプの吐出量を８ｃｃ／ｍｉｎ、冷却ロールの速度を１ｍ／ｍｉｎとして、シート状物を製造した。得られたシート状物は、幅４００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで、断面を観察したところ、芯材の周りを鞘材が均一に覆う２層構造であり、一端面から光を入射すると、他端面より出射するシート状光伝送体であった。

〔実施例２〕
芯材にポリカーボネート（三菱エンジニアプラスチックス製、ユーピロン）を用いた。ノズル温度を２６０℃とした以外は実施例１と同じ装置、鞘材、条件としてシート状物を製造した。得られたシート状物は、幅４００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで、断面を観察したところ、芯材の周りを鞘材が均一に覆う２層構造であり、一端面から光を入射すると、他端面より出射するシート状光伝送体であった。

〔実施例３〕
図１および図４に示す装置構成において、シート状物を製造した。ノズルとしては、芯材と鞘材を合流して２層構造を形成するノズルの下流にスリット状吐出口の幅（Ｗ）が３３ｍｍ、厚さ（ｔ）が０．６ｍｍで、さらに流入部（９）の断面直径が５ｍｍで、流入部（９）からストレート部（１１）までの距離が６０ｍｍの拡幅部、ストレート部（１１）の長さが１０ｍｍであるノズルを用いた。用いた樹脂、押出し機の運転条件およびノズル温度は実施例１と同様にした。芯材ギヤポンプの吐出量を１９ｃｃ／ｍｉｎ、鞘材ギヤポンプの吐出量を０．７ｃｃ／ｍｉｎ、ニップロールの速度を１ｍ／ｍｉｎとして、シート状物を製造した。断面を観察したところ、シート幅が３３ｍｍ、厚さが０．６ｍｍで、芯材周りを鞘材が均一に覆う２層構造であり、一端面から光を入射すると、他端面より出射するシート状光伝送体であった。

〔実施例４〕
図１および図４に示す装置構成において、シート状物を製造した。ノズルは、芯材と鞘材を合流して２層構造を形成するノズルの下流にスリット状吐出口の幅（Ｗ）３３ｍｍ、厚さ（ｔ）３ｍｍの拡幅部を有するノズルを用いた。用いた樹脂、押出し機の運転条件およびノズル温度は実施例１と同様にした。芯材ギヤポンプの吐出量を９ｃｃ／ｍｉｎ、鞘材ギヤポンプの吐出量を０．７ｃｃ／ｍｉｎ、ニップロールの速度を１ｍ／ｍｉｎとして、シート状物を製造した。断面を観察したところ、シート幅が１０ｍｍ、厚さが１ｍｍで、芯材周りを鞘材が均一に覆う２層構造であり、一端面から光を入射すると、他端面より出射するシート状光伝送体であった。

本実施形態に使用する賦形ノズル部を示す斜視断面図である。 本実施形態に使用する賦形ノズルのスリット状吐出口の端部を示す図である。 本実施形態の製造工程の一例を示す模式図である。 本実施形態の製造工程の別例を示す模式図である。

符号の説明

１・・・・・・ノズル部
２・・・・・・ノズル
３・・・・・・ノズル
４・・・・・・拡幅部
５・・・・・・芯材流路
６・・・・・・鞘材流路
７・・・・・・鞘材流出スリット
８・・・・・・合流部
９・・・・・・流入部
１０・・・・・スリット状吐出口
１１・・・・・ストレート部
１２・・・・・シート状光伝送体
１３・・・・・溶融押出し機
１４・・・・・定量ギヤポンプ
１５・・・・・引取りロール群
１６・・・・・冷却装置
１７・・・・・ニップロール

Claims (5)

1. 芯材の周囲を１種類以上の鞘材で覆う層構造を賦形するノズル部と、スリット状吐出口に向かって流路の幅方向はテーパ状に徐々に広がり、厚さ方向はテーパ状に徐々に狭く変形して前記芯鞘構造の断面を略矩形断面へと賦形する拡幅部と、前記拡幅部を出た芯鞘構造を整流してシート状光伝送体を賦形するストレート部およびスリット状吐出口を備えた光伝送体賦形ノズル。
2. スリット状吐出口の幅をＷ、厚さをｔとしたとき、Ｗ／ｔ＝１０〜１００００の範囲にある請求項１に記載のノズル。
3. 芯材と鞘材が層構造を形成する流路の断面形状が円形である、請求項１に記載のノズル。
4. 請求項１乃至請求項３に記載のノズルからシート状物を吐出後、シート厚さを規制する２本以上の冷却ロールにより所望の厚さに成形してシート状光伝送体を製造する方法。
5. 請求項１乃至請求項３に記載のノズルからシート状物を吐出し、ニップロールで引取りながら冷却してシート状光伝送体を製造する方法。

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