JP2009003379A - プラスチックファイバーオプティックプレート - Google Patents

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Abstract

【課題】画像を読み取ったり、表示したりする場合に黒色の鮮明さが優れたプラスチックファイバーオプティックプレートを提供する。
【解決手段】プラスチックマルチファイバーから構成されるプラスチックファイバーオプティックプレート5であって、複数の島1と海4とからなる海島構造を有し、該島1が高屈折率のポリマーからなるコア2と該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッド3とからなり、該海4が黒色に着色されたポリマー組成物からなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ファックス、コピー機等の画像入力装置やプロジェクションディスプレイシステム等の画像表示装置に使用するプラスチック光ファイバーアレイに関する。より詳細には、プラスチックファイバーオプティックプレートに関する。
光ファイバーアレイは、イメージセンサーの読み取り書き込み用、高品位フロントプロジェクションディスプレイシステムや高品位リアプロジェクションディスプレイシステムの画像表示装置として使用されている。プラスチック光ファイバーアレイの一般的な製造方法は、プラスチックマルチファイバーを用途に応じて数百本並べて、隙間を接着剤で固めて光ファイバーアレイにする方法である(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この方法で製造された光ファイバーアレイにおいては、プラスチックマルチファイバー間に隙間ができ、この隙間部分が光透過のロス部分となり解像度が悪いものとなっていた。
また、プラスチックマルチファイバーを整列して熱溶着することで光ファイバーアレイを得る製造方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、この方法で製造された光ファイバーアレイにおいては、上述の接着剤に関する解像度の問題点は解消されるが、プラスチックマルチファイバーの断面からクラッドに入る迷光の防止という点では不十分なものであった。
迷光を防止した高解像度のプラスチックファイバーアレイとしては、外周囲に金属蒸着層を設けたプラスチックマルチファイバーを数百本並べて熱溶融接着しプレート状にしたもの(以下、「プラスチックファイバーオプティックプレート」ともいう。)が提案されている(特許文献3)。しかしながら、プラスチックマルチファイバーの外側に金属蒸着層を設ける工程が必要であり、また金属蒸着層を設けたとしても該プラスチックマルチファイバーの断面からクラッドに入る迷光を完全に防止することはできず黒色が鮮明にならないことがあるという改良すべき点があった。
特開昭63−80206号公報 特開昭63−202703号公報 特開平6−174949号公報
本発明の目的は、プラスチックファイバーオプティックプレートであって、画像を読み取ったり、表示したりする場合に黒色の鮮明さが優れたものを提供することである。
本発明者が上記課題を検討した結果、特許文献3記載のプラスチックファイバーオプティックプレートにおいて、プラスチックマルチファイバーの海部分を黒色に着色するとともに、島部分を高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドの2層構造とすることで解決でき、しかも該プラスチックマルチファイバーの外周部に金属蒸着層を設ける必要もなくなることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、プラスチックマルチファイバーから構成されるプラスチックファイバーオプティックプレートであって、該プラスチックマルチファイバーの断面が直径5〜550μmの複数の島と海とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなり、該海が黒色に着色されたポリマー組成物からなることを特徴とするプラスチックファイバーオプティックプレートである。
本発明のプラスチックファイバーオプティックプレートは、画像を読み取ったり、表示したりする場合に黒色の鮮明さに優れるという効果を奏する。
本発明は、黒色に着色されたポリマー組成物よりなる海と複数の島とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなるプラスチックマルチファイバーの集合体を熱成形して得られるプラスチックファイバーオプティックプレートである。
本発明においてプラスチックファイバーオプティックプレートとは、0.2〜3φmmの直径のプラスチックマルチファイバーを配列して、それを相互に溶融接着し板状にして両面を研磨した光ファイバアレイであり、厚さ0.4〜50mmで、面積100〜1000000mm2のプレート状のものをさす。
本発明において、プラスチックマルチファイバーの断面における島の数は7〜10000が好ましく、19〜1000がより好ましい。また、該島の直径は5〜550μmが好ましく、20〜250μmがより好ましい。該島を構成するコアの直径は4〜549μmが好ましく、19〜249μm がより好ましい。また該島を構成するクラッドの厚さは0.1〜20μmが好ましく、0.8〜10μmがより好ましい。
本発明において、コアを構成する高屈折率のポリマーとしては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、及びポリカーボネート、並びにこれらを主成分とするコポリマーが好ましく、ポリメチルメタクリレートを主成分とするコポリマー(以下、「PMMA系樹脂」ともいう。)がより好ましい。
該PMMA系樹脂は、モノマー成分としてメタクリル酸メチルを80重量%以上含有する透明重合体であり、メタクリル酸メチルの単独重合体の他に、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイミドなどの一成分以上とメタクリル酸メチルとの共重合体を用いることができる。本発明で用いるPMMA系樹脂としては、メルトフローインデックスが、230℃、荷重3.8Kg、オリフィスの直径2mm、長さ8mmの条件で、0.1〜45g/10分の範囲のものを好ましく使用することができる。
本発明において、クラッドを構成する低屈折率のポリマーとしては、コアに用いたポリマーよりも屈折率が低い樹脂であって、透明フッ素樹脂、及びポリメチルメタクリレート、並びにこれらを主成分とするコポリマーからなる群から選択される樹脂が好ましく、透明フッ素樹脂がより好ましい。
透明フッ素樹脂として、具体的には、フルオロアルキルメタクリレートやフルオロアルキルアクリレート或いはα位がフッ素に置換されたα−フロロ−フルオロアルキルアクリレートのいずれか1成分以上からなる重合体や、ビニリデンフロライド系の透明樹脂が挙げられる。該ビニリデンフロライド系の透明樹脂としては、例えばビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いはこれら2元成分にさらにトリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた3元以上の共重合体、さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンとの共重合体、或いはこれら2元成分にさらにトリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた3元以上の共重合体、さらに、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの2元共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの2元共重合体などが挙げられる。
また、上記の他に、上記ビニリデンフロライド系の透明樹脂とPMMAやポリエチルメタクリレートなどの混合物が用いられ、メルトフローインデックスが前記条件下で1〜200g/10分程度のものが好ましく使用される。
本発明において、海を構成するポリマー組成物(以下「海樹脂」ともいう。)としては、ビニリデンフロライド構造単位を50重量%以上含有するビニリデンフロライド系樹脂にカーボンブラックを添加した組成物が好ましい。該組成物において、カーボンブラックの占める割合は、迷光を防止し黒色を鮮明にさせるために 0.1重量%以上が好ましく、1重量%以上がより好ましい。また、プラスチックマルチファイバーの紡糸を滑らかに行なうためには、7重量%以下が好ましく、より好ましくは5重量%以下である。
ビニリデンフロライド構造単位を50重量%以上含有する樹脂としては、具体的には、フッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンとクロロトリフルオロエチレンとの共重合体などの他に、従来プラスチック光ファイバーの鞘材として使用されている前述したビニリデンフロライド系樹脂で、例えばフッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフロロプロペンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンとの共重合体があげられる。ビニリデンフロライド構造単位が50重量%以上の樹脂は、前述したような透明フッ素樹脂からなるクラッドによく接着して一体化し、耐薬品性や耐熱性を付与することができる。
上述の樹脂を用いて周知の3層複合紡糸を行うことによって、プラスチックマルチファイバーを製造することができる。マルチファイバーの外形は、押出延伸によって円になり又、延伸比を変化させる事により、マルチファイバーの外径及びマルチファイバー内の各々のコア径は、細くする事ができる。
このマルチファイバーを所定の長さにカットし、金型内に平行に並べて、この金型を熱プレスで、加熱し、若干の圧力を加えたり、又は、マルチファイバーの加熱収縮力を利用して、マルチファイバーの海部分のポリマーを熱溶融接着させ、一体化した後、金型を冷却し金型より取り出す事によって、接着剤層の無い一体化したプラスチックファイバーオプティックプレートを容易に得る事ができる。得られたプラスチックファイバーオプティックプレートの一例の断面の模式図を図1に示す。
加熱条件は120〜150℃で5〜15分間の加熱時間が良い。120℃より低いと溶融接着せず、又、150℃より高い温度ではポリマーの流れが良くなりすぎ、マルチファイバーの構造が崩れるおそれがあることから好ましくない。加圧する場合には1Kg/cm2程度の圧力で充分である。金型の形状に従って得られたプラスチックファイバーオプティックプレートを、更に必要に応じて任意の形状にカットしたり、端面を研磨する事によって種々の用途に応じた形状のプラスチックファイバーオプティックプレートを得ることができる。
以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
[実施例1]
コアを構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、クラッドを構成する透明樹脂としてテトラフロロエチレン35質量%とヘキサフロロプロピレン19質量%とビニリデンフロライド46質量%のコポリマー(ショアD硬度45)、海樹脂としてビニリデンフロライド72質量%とテトラフロロエチレン28質量%の共重合体100質量部に対してカーボンブラック5質量部を添加した組成物を準備した。これらを3層同時に複合紡糸する37芯のダイで240℃で紡糸し、2.0倍に延伸熱処理して、外径(海径)1000μm(コアの直径130μm、クラッドの厚み5μm)のプラスチックマルチファイバーを得た。
次いで、上記プラスチックマルチファイバーを長さ50mmにカットし、下金型内に50本ずつ、2段に並べ、上金型をセットし、プレス成形した。条件は、130℃で10分間加熱し、そのまま全体を冷却させ、金型内より取り出し、プラスチックファイバーオプティックプレートを作成した。この時のプラスチックマルチファイバーの断面形状は、5角形が向き合う断面を有していた。また、該プラスチックファイバーオプティックプレートのサイズは、厚み1.6mm、長さ50mm、巾50mmであったが、これを必要長さ(5mm)に分割カットし、更にカットした端面を研磨仕上げする事により、実施例1のプラスチックファイバーオプティックプレートが得られた。
実施例1のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅0.5mmの黒色の直線を描いた画像を見たところ、白色の背景に黒色が連続した直線として観測された。
[比較例1]
コアを構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、クラッドを構成する樹脂としてビニリデンフロライド72質量%とテトラフロロエチレン28質量%の共重合体100質量部に対してカーボンブラック5質量部を添加した組成物を準備した。これらを2層同時に複合紡糸する37芯のダイで240℃で紡糸し、2.0倍に延伸熱処理して、外径(海径)1000μm(コアの直径140μm)のプラスチックマルチファイバーを得た。
次いで、上記プラスチックマルチファイバーを長さ50mmにカットし、下金型内に50本ずつ、2段に並べ、上金型をセットし、プレス成形した。条件は、120℃で20分間加熱し、そのまま全体を冷却させ、金型内より取り出し、プラスチックファイバーオプティックプレートを作成した。この時のプラスチックマルチファイバーの断面形状は、5角形が向き合う断面を有していた。できたプラスチックファイバーオプティックプレートのサイズは、厚み1.6mm、長さ50mm、巾50mmであったが、これを必要長さ(5mm)に分割カットし、更にカットした端面を研磨仕上げする事により、比較例1のプラスチックファイバーオプティックプレートが得られた。
比較例1のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅0.5mmの黒色の直線を描いた画像を見たところ、灰色の背景に黒色が連続した直線として観測された。
[比較例2]
実施例1において海樹脂にカーボンブラックを添加しないこと以外は同条件で、比較例2のプラスチックファイバーオプティックプレートを得た。
比較例2のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅0.5mmの黒色の直線を描いた画像を見たところ、白色の背景に黒色の点が集合した直線として観測された。
本発明は、ファックス、コピー機等の画像入力装置やプロジェクションディスプレイシステム等の画像表示装置用のファイバーオプティックプレートとして好適に使用できる。
本発明のプラスチックファイバーオプティックプレートの一例の断面の模式図である。
符号の説明
1 島
2 コア
3 クラッド
4 海
5 プラスチックファイバーオプティックプレート

Claims (1)

  1. プラスチックマルチファイバーから構成されるプラスチックファイバーオプティックプレートであって、該プラスチックマルチファイバーの断面が直径5〜550μmの複数の島と海とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなり、該海が黒色に着色されたポリマー組成物からなることを特徴とするプラスチックファイバーオプティックプレート。
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