JP2008524641A - ポリウレタン導光体 - Google Patents

Abstract

最大数メートルの距離にわたって有意の側方散乱（２）を起こす被覆のない柔軟性ポリウレタン繊維から形成されている導光体（１）。ポリウレタン繊維は、中実繊維またはチューブの形をしていて、光散乱粒子を含むことができる。ポリウレタン繊維は透明な柔軟性ポリウレタンの耐紫外線性外側クラッドを含むことができる。幾つかの実施形態は、照光型靴紐と、電源コード安全表示器と、照光型歯科用吸引チューブと、歯科用硬化チップとを含む。

Description

本発明は、柔軟性の側方照明光ファイバまたは導光体に関する。より詳細には、本発明はポリウレタン製の導光体に関する。

光ファイバは、種々様々な用途に使用されている。これらの用途の大部分は、光ファイバの光透過性のために光ファイバを使用している。レーザ源からのコヒーレントな光放射は、数百キロメートルの距離を適当な光ファイバに沿って送ることができることは周知である。

透過性とは対照的に、光ファイバはその損失特性のためにも使用されてきた。ブリヂストン（Ｂｒｉｄｇｅｓｔｏｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社に譲渡された特許文献１
がその一例である。この特許文献１には、一方の端部に発光手段を備え、他方の端部に受光手段を備える光ファイバから形成された圧力センサが記載されている。光ファイバに圧力が加わると、伝送損失を起こす変形が起こり、この伝送損失は受光手段により検出される。この加えられた圧力は、信号の低減の測定により計算することができる。

光ファイバを使用するもう１つの分野は新規な用途にある。本発明者の同時係属の特許文献２に、装飾照明、広告および照光型衣類を含む範囲で使用される側方散乱導光体が記載されている。この最後の用途は、特に着目されるものであることが分かっているが、現在まで解決されていない多くの問題を含んでいる。より詳細に説明すると、照光型靴紐のような衣類で使用するための導光体は、非常に柔軟なものでなければならないが、最大１メートルの妥当な光透過性を維持するものでなければならない。

適当な導光体は現在まで製造されていない。既存の導光体は、前記用途に使用するには脆すぎるか、または所望の形状に曲げた場合、損失が多すぎる。
米国特許第４，８３０，４６１号明細書 国際公開第ＷＯ０２／０９５２８９号パンフレット

本発明の１つの目的は、側方照明を行う柔軟性導光体を提供することである。
以下の説明を読めば、他の目的も理解することができるであろう。

唯一のものでなくてもよいし、実際に最も広い形でなくてもよいある形状の場合、本発明は、被覆のない柔軟性ポリウレタン繊維から形成されている導光体である。
驚くべきことに、本発明者は、被覆のないポリウレタン導光体が、最大数メートルの距離にわたって有意の側方散乱を起こすことを発見した。

好適には、ポリウレタン繊維は、中実繊維であることが好ましいが、このポリウレタン繊維はチューブであってもよい。
ポリウレタン繊維は、さらに光散乱粒子を含むことができる。

都合の良いことに、この柔軟性ポリウレタン導光体は、導光体内に欠陥を形成するために最適でない条件下で押し出される。
この方法は、従来の押出しパラメータと比較した場合、非常に遅いか、または非常に速い速度で導光体を押し出すステップを含むことができる。

他の形態においては、本発明は、被覆のない柔軟性ポリウレタン押出し繊維と、光を前記繊維内に結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える照光型靴紐である。
さらに他の形態においては、本発明は、被覆のない柔軟性ポリウレタン押出しチューブと、光を前記繊維内に結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える電源コード用の安全表示器である。

さらに他の形態においては、本発明は、被覆のないポリウレタン押出しチューブと、患者の口腔を照明し、チューブを通して患者の口腔から流体を抽出するために、前記チューブ内に光を結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える照光型歯科用吸引チューブである。

好適には、照光型歯科用吸引チューブは柔軟性であることが好ましいが、別の方法としては、半硬質であっても、または硬質であってもよい。
さらに他の形態においては、本発明は、被覆のないポリウレタン押出し中実繊維と、歯内の充填物を硬化させるために、繊維に青い光を結合する１つまたは複数の光源とを備える歯科用硬化チップである。

被覆のないポリウレタン押出し中実繊維は、柔軟性であっても、半硬質であっても、または硬質であってもよい。
さらに他の形態においては、本発明は、透明な柔軟性ポリウレタンの外側クラッドを有する透明な柔軟性ポリウレタン内側繊維から形成されている導光体である。この場合、前記内側繊維は紫外（ＵＶ）線により劣化しやすく、前記外側クラッドは紫外（ＵＶ）線により劣化しにくい。

都合の良いことに、内側繊維および外側クラッドは共押出しされる。
好適には、内側繊維および外側クラッドは同軸であることが好ましい。
都合の良いことに、外側クラッドの厚さは内側繊維の厚さより薄い。

好適には、外側クラッドの厚さは内側繊維の厚さより実質的に薄いことが好ましい。
以下の詳細な説明を読めば、本発明の他の特徴を理解することができるであろう。
本発明を分かりやすくするために、下記の図面を参照しながら、好ましい実施形態について以下に説明するが、図面は単に例示としてのものに過ぎない。

本発明の幾つかの実施形態の説明に際しては、類似の機能を説明するために共通の参照番号を使用している。
図１は、１つの側方散乱ポリウレタン導光体１の簡単な図面である。導光体は柔軟性のもので、矢印２で示すように、全長にわたって光を横方向に散乱する。ポリウレタンは、光ファイバ用の保護コーティングとしておよび他の用途に使用されてきたが、今まで側方照明導光体と見なされたことはない。しかし、本発明者は、適当な押出し条件または鋳造条件の下では、柔軟性ポリウレタン導光体は、光漏洩特性を有し、これが多くの新規な用途に対して有用なものであることを発見した。

導光体１は、通常、周知の押出し技術により押し出されるが、またロッドまたはシートの形に鋳造することもできる。ほとんどの用途の場合、細長い繊維が好ましい。押出し条件は、従来の押出しパラメータと比較した場合、非常に速くか、または非常に遅く設定される。これにより押出しガイドが幾分黄変するが、またガイド内の欠陥により散乱も起こる。さらに、導光体は、光がその全長にわたって導光体から漏洩するように被覆しないで使用される。

導光体の典型的な長さは１メートル以下であり、直径は最大数ミリメートルであり、１００ミクロン程度に細くすることができる。当業者であれば周知のように、ほとんどの用途の場合、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。この分野の当業者であれば理解することができると思うが、他の光源も使用することができるが、これらの光源は大部分の用途には適していない場合がある。

ポリウレタンは、アミン基を含むアクリル樹脂の架橋反応により作られる。モノマーはポリイソシアネートにより触媒作用を受ける。ポリウレタンの特性を制御するために、通常、種々の可塑剤および促進剤がモノマーと混合される。架橋反応を制御することにより光透過性および側部漏洩特性を調整することができる。この制御は反応化学薬品の純度に関連する場合がある。反応化学薬品をきめ細かく制御すれば、繊維のより長い距離にわたって光透過性を維持し、側部漏洩を少なくすることができる。反応条件も繊維の特性に影響を与える。例えば、押出し速度があまり遅すぎたり速すぎたりすると、伝送距離が短くなり、側部漏洩が増大する。

すでに説明したように、ポリウレタン導光体の１つの特殊な用途は、衣類の分野での用途であり、特に履き物の分野での用途である。図２は、図１のような導光体の使用の一例を示す。導光体３は靴４に織り込まれ、靴紐が発光する。照明は靴紐の頂部のところのハウジング５に内蔵されている一対の発光ダイオード（図示せず）により行われる。ハウジングは、また、ダイオードに電源を供給するためのバッテリー（図示せず）を含む。通常、導光体３は、１足の靴のそれぞれの靴内に織り込まれる。

典型的なポリウレタン導光体の性能を実際に示すために、本発明者は、注入光の輝度に対して、典型的なサンプルの側部を通して失われた光の輝度を測定した。図３は導光体の写真であり、図４は実験の設定を示す。図４の場合には、導光体６は、１５０ワットの金属ハロゲン化物の光源７と結合している。光検出器８を含む積分球が繊維の側部から漏洩する光の量を測定する。

ウレタン導光体（ＵＬＧ）の側部漏洩特性を例示するために、サンプル片を本発明者の先の国際出願公開第ＷＯ９９／５９８０４号のプロセスにより作った側部光ファイバ（ＳＬＦ）と比較した。それぞれの場合に、長さ１．５メートル、直径７ｍｍの繊維を光源７からの５つの異なる色（白、青、緑、黄、オレンジ）により照明した。５つの各色に対する各繊維サンプルの端部、１／２の点および１／４の点で側部漏洩光を測定した。下記の表は測定の要約を示す。

本発明者は、被覆のないポリウレタン導光体からの光の漏洩の程度は、多くの用途に適していることを発見した。表２を見れば分かるように、光の大部分は１メートル以下のところで繊維から漏洩している。また、色はオレンジの方向にはっきりとシフトしている。もっと大きな輝度の側方照明が必要な場合には、散乱粒子を内蔵することにより、前記の本発明者の同時係属出願のプロセスにより達成することができる。

一般に、ポリウレタン導光体は、連続して押し出される中実ロッドとして形成される。しかし、また、導光体は、類似の光分配特性を有するチューブの形で押し出すこともできる。チューブとして押し出した場合の１つの特殊な用途は、図５に示すように、電源コード９の安全カバーである。この用途の場合には、電源コードのプラグ１０内の発光ダイオード（図示せず）が、電源コード９の周囲にジャケットとして形成されるチューブ１１により運ばれるポリウレタン・チューブ１１を照明する。電源コードが電源コンセントに差し込まれると、発光ダイオードに電源が供給され、コードの全長に沿って視覚表示を行うためにポリウレタン・ジャケット１２が光る。

また、導光体をキャスト・シートとして形成することもできるし、楕円形、星形、またはトラック内に容易にスライドする複雑形状のような異なる連続的な形状に押し出すこともできる。

チューブの形で押し出した場合の本発明の導光体のもう１つの用途は、図６に示すような照光型歯科用吸引チューブ１５としての用途である。この用途の場合には、１つまたは複数の発光ダイオード１６が、患者の口腔１７内にポリウレタン・チューブ１５により運ばれる照明を提供する。光透過性（図６のチューブ１５の端部のところの小さな縦方向の矢印で示す）と、導光体の側方散乱特性（図６の小さな横方向の矢印で示す）とにより、吸引チューブ１５は、口腔全体ならびに患者の口腔１７から流体が抽出される導光体の端部を照明する。流体は、従来の方法で、中空チューブ１５（図６の大きな縦方向の矢印で示す）を通して、口腔から容器（図示せず）に抽出される。被覆のないポリウレタン・チューブ１５は、柔軟性であっても、半硬質であっても、または硬質であってもよい。

それ故、歯科医の助手／看護婦は、照光型吸引チューブ１５により支援される。何故なら、光の透過性により流体が抽出される位置が照明されるからである。さらに、歯科医は照光型吸引チューブ１５により支援される。何故なら、従来のオーバーヘッド・タイプの歯科用光源につきものの口腔内の影の問題を解決するための助けになる側方散乱により、口腔の大部分が局所的に照明されるからである。

口腔の内部に届き、流体抽出のために容器に接続するのには十分な長さであるが、長すぎて使いにくく、扱いにくいほど長くならないように、吸引チューブ１５の長さは通常１５０ｍｍ程度である。もちろん、他の長さのチューブも使用することができる。吸引チューブ１５は、使い捨てタイプのものであってもよいし、再使用のためにオートクレーブすることもできる。

本発明者は、歯科用吸引チューブ１５の他の実施形態を、所望の長さにチューブの形で押し出したり、射出成形することができるポリカーボネートのような他の光透過性の材料から形成することができることも分かっている。

また歯科の分野での本発明の導光体のもう１つの用途は、被覆のないポリウレタン押出し中実繊維、および歯内の詰め物を硬化するために青い光を繊維内に結合する１つまたは複数の光源を備える歯科用硬化チップでの用途である。好適には、被覆のないポリウレタン押出し中実繊維は、柔軟性であることが好ましいが、半硬質であっても、硬質であってもよい。

図７を参照すると、他の実施形態によれば、導光体１は、透明な柔軟性ポリウレタンの外側クラッド２１を有する透明な柔軟性ポリウレタン内側繊維２０から形成される。内側繊維は紫外（ＵＶ）線により劣化しやすく、前記外側クラッド２１は紫外（ＵＶ）線により劣化しにくい。

架橋反応がきめ細かく制御される前記製造プロセスの場合には、所望の透過性および側部漏洩特性を達成するためにＵＶ抑制剤が除去される。したがって、結果として得られる導光体は、特に戸外で使用する場合、紫外線に曝されると劣化を起こしやすい。

導光体の透過性および側部漏洩特性を維持しながら、耐紫外線性導光体を達成するために、本発明者は、透明な柔軟性ポリウレタンの外側クラッド２１が、ＵＶ抑制剤を含み、内側繊維を紫外線から保護するために透明な柔軟性ポリウレタン内側繊維２０をカバーしている前記導光体１を発明した。

一実施形態の場合には、内側繊維２０および外側クラッド２１は、共押出しされ、内側繊維および外側クラッドは同軸である。所望の透過性および側部漏洩特性を維持するために、外側クラッド２１の厚さは、内側繊維の厚さよりも薄い。透過性および側部漏洩特性に対する外側クラッド２１の影響を最小限度に低減するために、好ましい実施形態の場合には、図７に示すように、外側クラッド２１の厚さは内側繊維２０の厚さより実質的に薄い。

本発明者は、耐紫外線性の、透明な柔軟性ポリウレタンの外側クラッドを、同様に、少なくとも幾つかの形の場合、紫外線に曝された場合に劣化しやすいポリカーボネートのような他の光透過性の材料と一緒に使用することができることが分かっている。外側クラッドをポリカーボネートの中心コアと共押出しすることができるが、幾つかの用途の場合に十分薄い層を形成する際に問題が起こる恐れがある。したがって、一実施形態の場合には、耐紫外線性ポリウレタンの外側クラッドを薄いコーティングとして塗布することができる。

本発明は、発光し、または側方照明を行う柔軟性導光体を必要とする新規な用途の多くの分野で使用することができる。このような用途は、衣類用の布地に織り込まれた靴紐を含む履き物；電源コードの照明；ネックレス、ハンドバッグのような装飾品；バイク・ヘルメットおよび硬質ハットのような安全用アパレル；および玩具を含むが、これらに限定されない。また、本発明は、すでに説明したように、歯科用吸引チューブ、および戸外での用途のようなもっと実用的な用途にも使用される。

本明細書全体を通して、その目的は、本発明を代わりの機能の任意の特定の組合せに限定しないで本発明を説明することであり、当業者であれば、それでも本発明の範囲内に入る前記機能を種々に変更することができる。

本発明の第１の実施形態による側方散乱ポリウレタン導光体。 一足の靴内へ織り込んだ図１の導光体。 １つの導光体の写真。 図３の導光体から散乱した光の量を測定するための装置。 電源コードに適用したウレタン導光体。 歯科用吸引チューブの形をしている導光体。 本発明の第２の実施形態による側方散乱ポリウレタン導光体。

Claims (17)

1. 被覆のない柔軟性ポリウレタン繊維から形成されている導光体であって、前記導光体が、最大数メートルの距離にわたって有意の側方散乱を起こす導光体。
2. 前記ポリウレタン繊維が中実繊維である請求項１に記載の導光体。
3. 前記ポリウレタン繊維がチューブである請求項１に記載の導光体。
4. 前記ポリウレタン繊維が、光散乱粒子をさらに含む請求項１に記載の導光体。
5. 請求項１に記載の前記被覆のない柔軟性ポリウレタン押出し繊維と、光を前記繊維内に結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える照光型靴紐。
6. 被覆のない柔軟性ポリウレタン押出しチューブと、光を前記繊維内に結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える電源コード用の安全表示器。
7. 被覆のないポリウレタン押出しチューブと、光を、患者の口腔を照明するための、また前記チューブを通して患者の口腔から流体を抽出するための前記チューブに結合する１つまたは複数の発光ダイオードとを備える照光型歯科用吸引チューブ。
8. 前記被覆のないポリウレタン押出しチューブが、柔軟性、半硬質、または硬質である請求項７に記載の照光型歯科用吸引チューブ。
9. 被覆のないポリウレタン押出し中実繊維と、青い光を歯内の充填物を硬化するために前記繊維内に結合する１つまたは複数の光源とを備える歯科用硬化チップ。
10. 前記被覆のないポリウレタン押出し中実繊維が、柔軟性、半硬質、または硬質である請求項９に記載の歯科用硬化チップ。
11. 透明な柔軟性ポリウレタンの外側クラッドを有する透明な柔軟性ポリウレタン内側繊維から形成されている導光体であって、前記内側繊維が紫外（ＵＶ）線により劣化しやすく、前記外側クラッドが紫外（ＵＶ）線により劣化しにくい導光体。
12. 前記内側繊維および外側クラッドが共押出しされる請求項１１に記載の導光体。
13. 前記内側繊維および外側クラッドが同軸である請求項１１に記載の導光体。
14. 前記外側クラッドの厚さが、前記内側繊維の厚さより薄い請求項１１に記載の導光体。
15. 前記外側クラッドの厚さが、前記内側繊維の厚さより実質的に薄い請求項１１に記載の導光体。
16. 前記導光体が、前記導光体内に欠陥を形成するために最適でない条件下で押し出される請求項１に記載の導光体の製造方法。
17. 従来の押出しパラメータと比較して、非常に遅いかまたは非常に速い速度で前記導光体を押し出すことを含む請求項１６に記載の方法。

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