JP4216442B2 - 紡糸口金 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック光ファイバの紡糸に好適に使用される紡糸口金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと略す）は、石英系光ファイバと比較して、大口径、安価、取扱性が良好であるなどの長所を有しており、ライティング、センサー、ＯＡ，ＦＡ機器間配線などの分野で使用されている。
現在実用化されているＰＯＦの大部分は、図４（ａ）に示したように、ポリメタクリル酸メチルを芯成分樹脂とし、この成分樹脂からなる芯部１１の周囲が鞘部（被覆層）１２で被覆されてなる同心円状の芯鞘構造を有する光ファイバである。
ＰＯＦの工業的製造プロセスにおいては、一般的には芯成分樹脂であるポリメタクリル酸メチルに、複合紡糸口金を用いて鞘成分樹脂を同心円状に被覆し、溶融紡糸することによってファイバ状に賦形し（紡糸工程）、引き続いて機械的特性を向上させるために加熱延伸を行ってＰＯＦを得る。
【０００３】
ところで、この紡糸工程において、鞘成分樹脂によって被覆する際に、芯成分樹脂の円周上に流出させる鞘成分樹脂の分布量にばらつきが生じると均一な厚さの鞘部１２が得られない。この厚さ斑はＰＯＦの光伝送特性を低下させる場合があり、また、側面漏光を利用する装飾用のＰＯＦにおいては、ＰＯＦ側面からの漏光斑を生じる原因となる。
【０００４】
図４（ｂ）は特開平４−１６９０４号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示したもので、この紡糸口金は、円筒状の芯成分樹脂流路１３の周囲に、円錐２重管状の鞘成分樹脂流路１４が設けられて構成されている。そして、芯成分樹脂流路１３を鉛直方向に流れる芯成分樹脂に対して、芯成分樹脂流路１３と鞘成分樹脂流路１４とが交わる複合部１５において、この芯成分樹脂の周囲に前記鞘成分樹脂流路１４から鞘成分樹脂を流出させることによって被覆を施し、図４（ａ）に示したような二重構造のＰＯＦを紡糸する。
【０００５】
また、芯部１１の上に鞘部１２が設けられ、さらにその上に保護層１６と光遮断層１７が設けられてなり、芯部１１の上に３層構造の被覆層（鞘部１２、保護層１６、光遮断層１７）を有する図５（ａ）に示すＰＯＦのように、被覆層が３層以上の多層ＰＯＦも提案されている。このような構造のＰＯＦを得るための紡糸口金として、特開昭５８−９３００３号公報には、例えば図５（ｂ）に示したものが開示されている。この紡糸口金においては、芯部１１と保護層１６が同じ樹脂から形成されるようになっている。
【０００６】
この紡糸口金の本体２１は、水平方向に分割され、上方から順に第１ないし第５の部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅから構成されている。これらの第１ないし第５の部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは、それぞれ上下面に平面を備えている。
また、本体２１上方には流路２２、２３、２４が設けられている。流路２４は第１の部材２１ａの途中で第１の流路２４ａと第２の流路２４ｂとに分岐しており、第１の流路２４ａは本体２１の下面まで貫通している。
流路２２は、本体２１の上方から第５の部材２１ｅの上面にかけて設けられており、流路２２の下端は、第５の部材２１ｅの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ａに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ａに通じている。
【０００７】
流路２３は、本体２１の上方から第３の部材２１ｃの上面にかけて設けられており、流路２３の下端は、第３の部材２１ｃの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ｂに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ｂに通じている。
また、第２の流路２４ｂは、本体２１の上方から第４の部材２１ｄの上面にかけて設けられており、第２の流路２４ｂの下端は、第４の部材２１ｄの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ｃに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ｃに通じている。
【０００８】
そして、流路２４に芯部１１と保護層１６を構成する樹脂を供給し、第１の流路２４ａにおいて芯部１１を構成する芯成分樹脂を供給して流下させるとともに、流路２３に供給した鞘部１２を構成する樹脂を溝２５ｂから第１の流路２４ａ内に流出させて前記芯成分樹脂の周囲を被覆し、第２の流路２４ｂに供給した保護層１６を構成する樹脂を溝２５ｃから流出させてさらに被覆し、流路２２に供給した光遮断層１７を構成する樹脂を溝２５ａから流出させてさらに被覆して、４層構造のＰＯＦを得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ｂ）に示した特開平４−１６９０４号公報に開示された紡糸口金においては、紡糸口金の組み付けにおいて、各構成部材の中心を精度良く合わせないと、芯部と鞘部が偏心するといった問題が生じ易かった。
また、鞘成分樹脂流路を斜めの円錐テーパー形に形成する必要があり、紡糸口金の加工が難しく、高精度な紡糸口金が得られなかった。
【００１０】
特開昭５８−９３００３号公報に開示されている紡糸口金においては、被覆層を構成する樹脂を、芯成分樹脂を流下させる流路の周囲に形成された溝から流出させる際に、樹脂の流動状態が溝の加工精度に左右され易かった。そのため、芯成分樹脂の円周において、溝の深さや幅などの寸法にばらつきがある場合は、被覆層の厚さにばらつきが発生する可能性があった。
また、紡糸口金に直接削り込んで溝を加工する場合、溝の内壁を平面状に形成することが困難であり、寸法斑が生じやすかった。しかも、この場合は一度加工を施すと溝の寸法などを変更できないため、極めて精度が高い加工が要求され、その結果、紡糸口金が高価なものとなっていた。
【００１１】
さらに、紡糸口金は、長時間使用すると、紡糸時に作用する樹脂圧力や昇降温時の熱応力などによって、紡糸口金の歪みや変形が生じる場合があるため、初期の加工精度が非常に高い紡糸口金であっても、その精度を長期に渡って維持することが困難な場合があった。
また、生産性の向上やコスト低減の観点から紡糸速度を速くすると、芯成分樹脂と被覆成分樹脂とが接触する複合部において、芯成分樹脂と被覆層成分樹脂との複合速度の増大により、樹脂の流れが不安定となり、被覆層の厚さにばらつきを生じたり、糸径変動が生じるといった問題が発生した。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、芯部の周囲に１層以上の被覆層が設けられてなる同心円状の構造を有する糸状体、特にＰＯＦ用の紡糸口金において、被覆層の厚さのばらつきが生じにくいものを提供することを目的とする。
さらに、本発明はその好ましい態様において以下のいずれかひとつの課題を解決することを目的とする。
すなわち、加工が簡易で安価な紡糸口金を提供する。あるいは、長時間使用しても精度を維持することができる紡糸口金を提供する。あるいは、紡糸速度を早くしても樹脂の乱れが生じにくい紡糸口金を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、以下のような解決手段を提案する。
すなわち、第１の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、前記供給部及び前記分配部は、前記導入部から前記被覆層成分樹脂を前記分配部に導入したとき、前記供給部の流路で発生する圧力損失が前記分配部の流路で発生する圧力損失よりも大きくなるような構造を有することを特徴とする紡糸口金である。第２の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、当該紡糸口金が分割された第１の部材と第２の部材とからなり、前記分配部が、該第１の部材及び該第２の部材の少なくとも一方に形成された溝から構成され、前記供給部が、前記分配部よりも外側の該第１の部材と該第２の部材との間に挿入されたシムによって形成された隙間であることを特徴とする紡糸口金である。
第３の発明は、前記シムがエッチング加工によって形成されていることを特徴とする第２の発明の紡糸口金である。
第４の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、芯成分樹脂流路には、前記供給部を挟む芯成分樹脂流路の軸方向両側から該供給部に向かって、当該芯成分樹脂流路の直径が拡大した拡径部が設けられていることを特徴とする紡糸口金である。
第５の発明は、第４の発明の紡糸口金において、拡径部が、芯成分樹脂流路の直径がテーパ状に拡大したテーパ部からなり、芯成分樹脂流路の中心軸を含む平面においてテーパ部の内壁がなす傾斜角度が６０〜１５０度であることを特徴とする紡糸口金である。
第６の発明は、第４または第５の発明の紡糸口金において、
当該紡糸口金が分割された第１の部材と第２の部材とからなり、前記分配部が、該第１の部材と該第２の部材の少なくとも一方に形成された溝から構成され、前記供給部が、前記分配部よりも外側の該第１の部材と該第２の部材との間に挿入されたシムによって形成された隙間であることを特徴とする紡糸口金である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を具体的に説明する。なお、以下の説明においては、紡糸口金の各部材を、芯成分樹脂流路の軸方向が鉛直方向と一致するように配置した状態を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明の紡糸口金の好適な用途であるＰＯＦ用途に紡糸口金を適用する場合を例にとって説明するが、本発明の紡糸口金は他の同心円状構造を有する糸状体の製造にも適用可能である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明のＰＯＦ用紡糸口金の第１の実施形態を示したもので、図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は上方部材１（第１の部材）及び下方部材２（第２の部材）の互いに対向する面を示した平面図、図１（ｃ）はシム７を示した平面図である。
この紡糸口金は、上下に分割された上方部材１と下方部材２とから構成されている。また、紡糸口金の中心には上方部材１と下方部材２を上下に貫通する円筒状の芯成分樹脂流路３が設けられている。一方、被覆層成分樹脂流路４は芯成分樹脂流路３と平行な円筒状の導入部４ａと、この導入部４ａの下端が接続され、かつ芯成分樹脂流路３の周囲に芯成分樹脂流路３と間隔をあけて略ドーナッツ状に設けられた分配部４ｂと、芯成分樹脂流路３の周囲に配置され分配部４ｂと芯成分樹脂流路３との間をつなぐスリット構造の供給部４ｃとから構成されている。
【００１５】
前記分配部４ｂは上方部材１の下面（対向面）１ａに設けられた溝５ａと、下方部材２の上面（対向面）２ａに設けられた、前記溝５ａと相似形の溝５ｂとからなる中空部５から構成されている。また、溝５ａ，５ｂの外縁から一部Ｕ字状に突出する突出部５ｃが設けられ、この突出部５ｃに導入部４ａの下端が接続されている。
前記供給部４ｃは、上方部材１と下方部材２との間の隙間（スリット）６から形成されているスリット構造となっている。
分配部４ｂの水平方向の幅（以下、単に分配部４ｂの横幅という）は導入部４ａの直径よりも大きく、分配部４ｂの鉛直方向（芯成分樹脂流路３の軸方向）の幅（以下、単に分配部４ｂの縦幅という）は、供給部４ｃ（隙間６）の鉛直方向の幅（以下、単に供給部４ｃの幅という）よりも大きく設計されている。
本実施形態の紡糸口金はこのような構造を有しているため、導入部４ａから被覆層成分樹脂を分配部４ｂに導入したとき、供給部４ｃの流路で発生する圧力損失が分配部４ｂの流路で発生する圧力損失よりも大きくなるようになっている。
【００１６】
この隙間６は、分配部４ｂの外側の上方部材１と下方部材２との間に、図１（ｃ）に示したように、分配部４ｂの外縁の形状に対応した略円形の孔７ａが形成された金属平板（シム７）が挿入されることによって形成されている。即ちこの紡糸口金においては分配部４ｂの外縁のすぐ外側に金属平板７が配置される。
よって、上方部材１と下方部材２には溝５ａ，５ｂのみが形成されており、これら溝５ａ，５ｂの内側と外側において、上方部材１の下面１ａの高さは等しくなっている。下方部材２の上面２ａにおいても同様である。
そして、上方部材１の下面１ａと下方部材２の上面２ａとを対向させて、これらが一体化される際に、これらの間にシム７が配置され、このシム７の厚みによって下面１ａと上面２ａとの間に隙間が形成されることによって供給部４ｃが構成されている。
【００１７】
この例において、芯成分樹脂流路３の直径は４〜３０ｍｍ、導入部４ａの直径は３〜１５ｍｍ、分配部４ｂの横幅は５〜１０ｍｍ、縦幅は１〜１０ｍｍ 、供給部４ｃ（隙間６）の幅、すなわちシム７の厚さσは好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍとされる。
【００１８】
ＰＯＦの紡糸時においては、図中矢印で示したように、芯成分樹脂流路３から溶融状態の芯成分樹脂を流下させるとともに、被覆層成分樹脂流路４の導入部４ａに溶融状態の鞘成分樹脂（被覆層成分樹脂）を流下させると、この鞘成分樹脂は芯成分樹脂流路３の周囲の分配部４ｂに充填される。このときシム７は、鞘成分樹脂が紡糸口金の外部に漏れないようにする防波堤（パッキン）の役割を果たす。その後、鞘成分樹脂は供給部４ｃを通過することによって芯成分樹脂流路３内の芯成分樹脂の周囲に供給され、これが被覆される。そして、下端の吐出口から図４（ａ）に示したような芯部１１と鞘部１２とからなる２層構造のＰＯＦが得られる。
【００１９】
また、供給部４ｃは隙間６から形成された幅の狭いスリット構造であるため、供給部４ｃの圧力損失は導入部４ａおよび分配部４ｂにおける圧力損失よりも大きい。
よって、導入部４ａを流下してきた鞘成分樹脂は、分配部４ｂを芯成分樹脂流路３の円周方向に移動する方が、導入部４ａの下端から直線状に芯成分樹脂流路３の中心に向かって供給部４ｃを通過するよりも圧力損失が少ない。そのため、鞘成分樹脂は導入部４ａから分配部４ｂに至った後、まず、この分配部４ｂに充填される。その結果、分配部４ｂ内の圧力が供給部４ｃで生じる圧力損失よりも大きくなり、芯成分樹脂流路３の円周方向全体から同時に供給部４ｃを通過し、この円周方向から均一に供給される。なお、供給部４ｃを通過するための圧力損失は、芯成分樹脂流路３の円周方向において均一である。
【００２０】
また、供給部４ｃがスリット構造であるため、供給部４ｃの内部において樹脂に印加される圧力と、芯成分樹脂流路３に解放されたときに樹脂にかかる圧力の差は、供給部４ｃの幅δの３乗に反比例する。よって、分配部４ｂの容積が比較的小さくても、供給部４ｃの隙間６の幅を分配部４ｂの縦幅よりも小さくすることにより、分配部４ｂにおいて大きな圧力損失を発生させることができる。したがって、コンパクトな構造を実現することができる。
【００２１】
さらに、均一な被覆層を形成するには、供給部４ｃの幅が芯成分樹脂流路３の円周方向においてできるだけ均一であると好ましい。
この紡糸用口金においては、供給部４ｃが上方部材１と下方部材２との間に、略均一な厚さのシム７を挟み込むことによって形成されている。よって、精密な加工なしに、芯成分樹脂流路３の円周方向において、均一な幅の供給部４ｃを容易に形成することができ、低コストである。
さらに、厚さの異なるシム７に取り替えることによって、供給部４ｃの幅を変更することができ、種々の製造条件に容易に対応することができる。よって、数種類のシム７を用意することによって、従来の紡糸口金を数種類製造するのと同様の効果が得られ、経済的である。
また、長期間の使用によって供給部４ｃの幅が大きくなってきた場合には、シム７を交換することにより、紡糸口金製造当初の精度を容易に維持することができる。
【００２２】
この紡糸口金において、上方部材１と下方部材２はステンレスなどの金属からなり、機械加工などの常法によって加工して形成することができ、特に精密な加工を必要としない。すなわち、後述するように供給部４ｃ（隙間６）の幅を芯成分樹脂流路３の円周方向に略均一にすることができれば、導入部４ａおよび分配部４ｂのサイズは多少のばらつきがあっても被覆層の均一性への影響は少ない。
【００２３】
シム７の厚さはできるだけ均一であることが好ましい。また、シム７としては、例えば一般にスペーサーなどに用いられるステンレス製などの金属平板を用いることができる。このようなステンレス製などの金属平板は、板厚の変動幅が小さいもの（例えば±３μｍ程度）が容易に入手可能で、低コストである。
【００２４】
具体的には、後述するようにエッチング加工が可能な金属板が好ましい。また、紡糸口金と同じ材質を用いると、紡糸時の加熱によって、上方部材１および下方部材２との熱膨張差を生じにくいため、好適である。
また、シム７の厚さは、具体的には０．０５〜０．５ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍとされる。０．０５ｍｍ未満の場合はハンドリングが困難となり、シム７の厚さのばらつきによって芯成分樹脂流路３の円周方向において、鞘成分樹脂の流出量にばらつきを生じる場合がある。また、０．５ｍｍをこえると後述するようにエッチング加工が困難となり、また、供給部４ｃにおいて大きな圧力損失を生じさせるためには、分配部４ｂの体積を大きくする必要があり、コンパクトな設計が困難となる場合がある。
【００２５】
シム７に孔７ａを形成する際などの加工方法はエッチング加工が好ましい。エッチング加工においては、加工しない部分をマスキングし、マスキングされていない部分を金属腐食によって取り除く。すると、加工応力の作用やバリの発生がないため、均一な厚さのものが容易に製造できる。また、複雑な形状であっても、高精度で安価に大量生産することができる。
この他、切削、放電加工などの加工方法を例示できるが、これらの方法においては、加工応力の作用などによって加工した端面にそりやバリが発生し易い。このようなそりやバリが発生すると、鞘成分樹脂の流路に隙間や障害が形成され、樹脂の流動斑が発生したり、樹脂の溜りが生じて樹脂の熱劣化物が生じるおそれがある。よって、これらの方法を適用する場合は、そりやバリを除去する為の二次加工を行うことが好ましい。
【００２６】
また、供給部４ｃで発生させる圧力損失を他の樹脂流路よりも大きく設定する程、他の部分での圧力損失のばらつきの影響を低減し、均一な鞘成分樹脂の供給が可能となる。よって、供給部４ｃで発生させる圧力損失が、分配部４ｂあるいは芯成分樹脂流路３内の供給部４ｃの開口部付近で生じている圧力損失の１０倍以上になるように紡糸口金を設計することが好ましい。１０倍未満であると、分配部４ｂにおける圧力損失のばらつきの影響を十分に打ち消すことができず、均一な鞘成分樹脂の供給が困難となる場合がある。
一方供給部４ｃにおける圧力損失が大きすぎると紡糸口金全体の圧力損失が大きくなり、紡糸口金の構成部材どうしや紡糸口金と他の部材との接続部などから樹脂の漏洩などが発生するおそれがある。よって、導入部４ａの入り口における樹脂圧力は１０ＭＰａ以下、さらに好ましくは５ＭＰａ以下となるように紡糸口金を設計することが好ましい。
【００２７】
また、この例においては１層の被覆層を有するＰＯＦの製造について説明したが、被覆層成分樹脂流路４を複数設けることによって、２層以上の被覆層を有するＰＯＦを製造可能な紡糸口金を構成することもできる。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態を示した側断面図である。
この第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と異なるところは、供給部４ｃを構成する隙間６が、上方部材１の下面１ａと下方部材２の上面２ａにおいて芯成分樹脂流路３の外縁に接する部分に形成された溝６ａ，６ｂによって構成されている点と、芯成分樹脂流路３の直径が、供給部４ｃの上下からこの供給部４ｃに向かってテーパ状に拡大しているテーパ部８が形成されている点である。
【００２９】
すなわち、ＰＯＦの紡糸時においては、上述の第１の実施形態と同様に、鞘成分樹脂が分配部４ｂに充填された後、供給部４ｃを通過することによって芯成分樹脂流路３内の芯成分樹脂の周囲に供給される。このとき、テーパ部８の上部が逆漏斗状になっているため、芯成分樹脂の供給速度が遅くなる。また、鞘成分樹脂は、供給部４ｃからテーパ部８の下部の漏斗状の壁面にそってゆっくりと流下する。その結果、芯成分樹脂流路３の円周方向における鞘成分樹脂の分布を均一にすることができ、また、テーパ部８の下部において芯成分樹脂と鞘成分樹脂とが複合する複合部での速度が遅くなり、この複合部において、樹脂の流動状態が乱れず、低剪断応力下で被覆を行うことができる。
よって、従来と同じ紡糸速度の場合は、より均一な被覆層を形成することができる。また、紡糸速度を大きくしても、均一な被覆層を形成することができるため、製造効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、図中符号θは芯成分樹脂流路３の中心軸を含む平面において、テーパ部８の内壁がなす傾斜角度を示したもので、このθは６０〜１５０度とすることが好ましい。６０度未満であると、後述するように、芯成分樹脂流路３の直径を必要な大きさに拡大するために、テーパ部８の長さが長くなり、１５０度をこえると急激に芯成分樹脂流路３の直径が拡大及び縮小されるため、樹脂の流れが乱れ、被覆状態、糸径変動に悪影響を及ぼす場合がある。
コンパクトな紡糸口金を構成し、かつテーパ部８における樹脂の流れを安定させる観点からは、９０〜１２０度に設定することがより好ましい。
【００３１】
テーパ部８のサイズは、この傾斜角度の他、その最大直径によって規定される。テーパ部８以外の部分の芯成分樹脂流路３の直径に対して、この最大直径の拡大率が大きいほど樹脂速度を遅くすることができるが、必要以上に拡大すると樹脂の滞留時間が長くなり、樹脂の熱劣化などの問題が発生する。よって、この拡大率は樹脂流の乱れを発生させない範囲で、必要最低限に設定すると好ましい。通常は、テーパー部８の最大直径は、テーパ部８以外の部分の芯成分樹脂流路３の直径の２〜４倍に設定される。２倍未満の場合は樹脂速度を十分に遅くすることができず、４倍をこえると上述のように滞留時間が必要以上に増加するおそれがある。
目安としては、例えば、紡糸速度を２倍に増速させ、複合部の流路直径を２倍に拡大すると、芯成分樹脂の平均流速は増速前の１／２となり、一方、鞘成分樹脂の流速は、供給部４ｃのサイズが同じであれば、増速前と等しくなる。
また、テーパ部８の上下方向の長さは、これら傾斜角度と最大直径とによって決定されるが、この例においては、例えば１０〜５０ｍｍ程度とされる。
【００３２】
図３は本発明の第３の実施形態例を示した側断面図である。
この第３の実施形態例は、上述の第１の実施形態例と第２の実施形態例とを組み合わせたもので、供給部４ｃが、上方部材１と下方部材２との間にシム７が挟み込まれることによって構成され、かつ、芯成分樹脂流路３の直径が、供給部４ｃの上下からこの供給部４ｃに向かってテーパ状に拡大したテーパ部８が形成されている。
この第３の実施形態例においては、第１の実施形態例と第２の実施形態例の両方の作用効果を実現することができ、より均一な被覆層の形成が可能となる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
図１に示した構造の紡糸口金を作製した。シムは、平面度：±３μｍ、材質：ＳＵＳ３１６の金属板をエッチング加工して作製した。上方部材と下方部材もシムと同様の材質から形成し、また、芯成分樹脂流路の直径は一定で、６ｍｍとした。
この紡糸口金を用いて以下の条件でＰＯＦを紡糸した。
すなわち、芯成分樹脂はポリメチルメタクリレート、鞘成分樹脂はフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマーを用いた。そして、紡糸速度１５ｍ／ｍｉｎで、直径１．４１ｍｍになるように紡糸し、ついで、１４０℃の熱風雰囲気下で２倍の熱延伸処理を施し、直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを得た。
このＰＯＦの外周を１６分割した点で鞘厚をそれぞれ計測し、その標準偏差を求めた。そして、この標準偏差を鞘厚の平均値で除して、鞘厚の変動率を示すＣＶ値を算出したところ、０．１２であった。
【００３４】
（実施例２）
図２に示した構造のＳＵＳ３１６製の紡糸口金を作製した。
この紡糸口金において、供給部は機械加工によって形成した。また、芯成分樹脂流路の吐出部口径（テーパ部以外の部分の直径）は６ｍｍ、テーパ部の最大直径は１５ｍｍ、傾斜角度θは９０度とした。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．１５であった。
【００３５】
（実施例３）
図３に示した構造のＳＵＳ３１６製の紡糸口金を作製した。シムは実施例１と同様のものを用い、芯成分樹脂流路の吐出部口径（テーパ部以外の部分の直径）、テーパ部の最大直径、傾斜角度θは実施例２と同様とした。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．０８であった。
【００３６】
（実施例４）
シムを用いずに、上方部材の下面と下方部材の上面を切削加工して溝を形成することによって、スリット構造の供給部を構成した以外は、実施例１と同様にして紡糸口金を作製した。
そして、芯成分樹脂流路の円周上において、供給部を１６分割し、これらの点において、それぞれ供給部の水平方向の中心の加工深さを測定し、標準偏差を求めた。この標準偏差を加工深さの平均値で除して、加工深さの変動率を示すＣＶ値を算出したところ、０．２３であった。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．１９であった。
【００３７】
上述の実施例１〜４の結果より、本発明に係る実施例１〜４においては、鞘厚のばらつきが少なく、均一な被覆層を形成することができることがわかった。特に実施例３のように、シムを用いて供給部を形成する構成と、テーパ部を設けて複合部の樹脂の流速を調整する構成とを組み合わせると、最も高い効果が得られることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の発明においては、供給部及び前記分配部を、前記導入部から前記被覆層成分樹脂を前記分配部に導入したとき、前記供給部の流路で発生する圧力損失が前記分配部の流路で発生する圧力損失よりも大きくなるように構成しているため、芯成分樹脂流路中に均一な圧力で被覆層成分樹脂を供給することができ、被覆層の厚さのばらつきを小さくすることができる。また、本発明の第２の発明においては、供給部をシムによって形成することにより、精密な加工なしに、芯成分樹脂流路の円周方向において、均一な幅の供給部を容易に形成することができ、低コストである。また、厚さの異なるシムに取り替えることによって、供給部の隙間のサイズを変更することができ、種々の製造条件に容易に対応することができる。よって、数種類のシムを用意することによって、従来の紡糸口金を数種類製造するのと同様の効果が得られ、経済的である。また、長期間の使用によって供給部４ｃの幅が大きくなってきた場合には、シム７を交換することにより、紡糸口金製造当初の精度を容易に維持することができる。
第３の発明においては、シムをエッチングによって加工して形成することにより、加工応力の作用やバリの発生がなく、また、複雑な形状であっても、高精度で安価に大量生産することができる。
第４の発明においては、テーパ部を形成することにより、芯成分樹脂と被覆層成分樹脂とが複合する複合部における樹脂流動状態が乱れず、低剪断応力下での被覆を行うことができる。よって、従来と同じ紡糸速度の場合はより均一な厚さの被覆層を形成することができる。また、紡糸速度を大きくしても、均一な厚さの被覆層を形成することができるため、製造効率の向上を図ることができる。
第５の発明においては、テーパ部の内壁の傾斜角度を６０〜１５０度とすることにより、テーパ部が長くなりすぎず、かつ、樹脂の流れを安定させることができる。
第６の発明においては、シムを用いて供給部を形成する構成と、テーパ部を設けて複合部の樹脂の流速を調整する構成とを組み合わせることにより、両者の作用効果を複合させて、高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明のＰＯＦ用紡糸口金の第１の実施形態を示したもので、図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は上方部材１あるいは下方部材２の対向面を示した平面図、図１（ｃ）はシム７を示した平面図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態を示した側断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態を示した側断面図である。
【図４】 図４（ａ）はＰＯＦの一例を示した断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したＰＯＦを紡糸する際に用いる特開平４−１６９０４号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示した断面図である。
【図５】 図５（ａ）はＰＯＦの一例を示した断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したＰＯＦを紡糸する際に用いる特開昭５９−９３００３号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
１…上方部材、１ａ…下面、２…下方部材、
２ａ…上面、３…芯成分樹脂流路、
４…被覆層成分樹脂流路、４ａ…導入部、４ｂ…分配部、４ｃ…供給部、
５ａ，５ｂ…溝、６…隙間（スリット）７…シム（金属平板）、８…テーパ部。
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック光ファイバの紡糸に好適に使用される紡糸口金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと略す）は、石英系光ファイバと比較して、大口径、安価、取扱性が良好であるなどの長所を有しており、ライティング、センサー、ＯＡ，ＦＡ機器間配線などの分野で使用されている。
現在実用化されているＰＯＦの大部分は、図４（ａ）に示したように、ポリメタクリル酸メチルを芯成分樹脂とし、この成分樹脂からなる芯部１１の周囲が鞘部（被覆層）１２で被覆されてなる同心円状の芯鞘構造を有する光ファイバである。
ＰＯＦの工業的製造プロセスにおいては、一般的には芯成分樹脂であるポリメタクリル酸メチルに、複合紡糸口金を用いて鞘成分樹脂を同心円状に被覆し、溶融紡糸することによってファイバ状に賦形し（紡糸工程）、引き続いて機械的特性を向上させるために加熱延伸を行ってＰＯＦを得る。
【０００３】
ところで、この紡糸工程において、鞘成分樹脂によって被覆する際に、芯成分樹脂の円周上に流出させる鞘成分樹脂の分布量にばらつきが生じると均一な厚さの鞘部１２が得られない。この厚さ斑はＰＯＦの光伝送特性を低下させる場合があり、また、側面漏光を利用する装飾用のＰＯＦにおいては、ＰＯＦ側面からの漏光斑を生じる原因となる。
【０００４】
図４（ｂ）は特開平４−１６９０４号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示したもので、この紡糸口金は、円筒状の芯成分樹脂流路１３の周囲に、円錐２重管状の鞘成分樹脂流路１４が設けられて構成されている。そして、芯成分樹脂流路１３を鉛直方向に流れる芯成分樹脂に対して、芯成分樹脂流路１３と鞘成分樹脂流路１４とが交わる複合部１５において、この芯成分樹脂の周囲に前記鞘成分樹脂流路１４から鞘成分樹脂を流出させることによって被覆を施し、図４（ａ）に示したような二重構造のＰＯＦを紡糸する。
【０００５】
また、芯部１１の上に鞘部１２が設けられ、さらにその上に保護層１６と光遮断層１７が設けられてなり、芯部１１の上に３層構造の被覆層（鞘部１２、保護層１６、光遮断層１７）を有する図５（ａ）に示すＰＯＦのように、被覆層が３層以上の多層ＰＯＦも提案されている。このような構造のＰＯＦを得るための紡糸口金として、特開昭５８−９３００３号公報には、例えば図５（ｂ）に示したものが開示されている。この紡糸口金においては、芯部１１と保護層１６が同じ樹脂から形成されるようになっている。
【０００６】
この紡糸口金の本体２１は、水平方向に分割され、上方から順に第１ないし第５の部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅから構成されている。これらの第１ないし第５の部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは、それぞれ上下面に平面を備えている。
また、本体２１上方には流路２２、２３、２４が設けられている。流路２４は第１の部材２１ａの途中で第１の流路２４ａと第２の流路２４ｂとに分岐しており、第１の流路２４ａは本体２１の下面まで貫通している。
流路２２は、本体２１の上方から第５の部材２１ｅの上面にかけて設けられており、流路２２の下端は、第５の部材２１ｅの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ａに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ａに通じている。
【０００７】
流路２３は、本体２１の上方から第３の部材２１ｃの上面にかけて設けられており、流路２３の下端は、第３の部材２１ｃの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ｂに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ｂに通じている。
また、第２の流路２４ｂは、本体２１の上方から第４の部材２１ｄの上面にかけて設けられており、第２の流路２４ｂの下端は、第４の部材２１ｄの上面において、第１の流路２４ａの周囲に略ドーナッツ状に設けられた溝２５ｃに通じている。そして、第１の流路２４ａも、その途中でこの溝２５ｃに通じている。
【０００８】
そして、流路２４に芯部１１と保護層１６を構成する樹脂を供給し、第１の流路２４ａにおいて芯部１１を構成する芯成分樹脂を供給して流下させるとともに、流路２３に供給した鞘部１２を構成する樹脂を溝２５ｂから第１の流路２４ａ内に流出させて前記芯成分樹脂の周囲を被覆し、第２の流路２４ｂに供給した保護層１６を構成する樹脂を溝２５ｃから流出させてさらに被覆し、流路２２に供給した光遮断層１７を構成する樹脂を溝２５ａから流出させてさらに被覆して、４層構造のＰＯＦを得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ｂ）に示した特開平４−１６９０４号公報に開示された紡糸口金においては、紡糸口金の組み付けにおいて、各構成部材の中心を精度良く合わせないと、芯部と鞘部が偏心するといった問題が生じ易かった。
また、鞘成分樹脂流路を斜めの円錐テーパー形に形成する必要があり、紡糸口金の加工が難しく、高精度な紡糸口金が得られなかった。
【００１０】
特開昭５８−９３００３号公報に開示されている紡糸口金においては、被覆層を構成する樹脂を、芯成分樹脂を流下させる流路の周囲に形成された溝から流出させる際に、樹脂の流動状態が溝の加工精度に左右され易かった。そのため、芯成分樹脂の円周において、溝の深さや幅などの寸法にばらつきがある場合は、被覆層の厚さにばらつきが発生する可能性があった。
また、紡糸口金に直接削り込んで溝を加工する場合、溝の内壁を平面状に形成することが困難であり、寸法斑が生じやすかった。しかも、この場合は一度加工を施すと溝の寸法などを変更できないため、極めて精度が高い加工が要求され、その結果、紡糸口金が高価なものとなっていた。
【００１１】
さらに、紡糸口金は、長時間使用すると、紡糸時に作用する樹脂圧力や昇降温時の熱応力などによって、紡糸口金の歪みや変形が生じる場合があるため、初期の加工精度が非常に高い紡糸口金であっても、その精度を長期に渡って維持することが困難な場合があった。
また、生産性の向上やコスト低減の観点から紡糸速度を速くすると、芯成分樹脂と被覆成分樹脂とが接触する複合部において、芯成分樹脂と被覆層成分樹脂との複合速度の増大により、樹脂の流れが不安定となり、被覆層の厚さにばらつきを生じたり、糸径変動が生じるといった問題が発生した。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、芯部の周囲に１層以上の被覆層が設けられてなる同心円状の構造を有する糸状体、特にＰＯＦ用の紡糸口金において、被覆層の厚さのばらつきが生じにくいものを提供することを目的とする。
さらに、本発明はその好ましい態様において以下のいずれかひとつの課題を解決することを目的とする。
すなわち、加工が簡易で安価な紡糸口金を提供する。あるいは、長時間使用しても精度を維持することができる紡糸口金を提供する。あるいは、紡糸速度を早くしても樹脂の乱れが生じにくい紡糸口金を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、以下のような解決手段を提案する。
すなわち、第１の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、前記供給部及び前記分配部は、前記導入部から前記被覆層成分樹脂を前記分配部に導入したとき、前記供給部の流路で発生する圧力損失が前記分配部の流路で発生する圧力損失よりも大きくなるような構造を有することを特徴とする紡糸口金である。第２の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、当該紡糸口金が分割された第１の部材と第２の部材とからなり、前記分配部が、該第１の部材及び該第２の部材の少なくとも一方に形成された溝から構成され、前記供給部が、前記分配部よりも外側の該第１の部材と該第２の部材との間に挿入されたシムによって形成された隙間であることを特徴とする紡糸口金である。
第３の発明は、前記シムがエッチング加工によって形成されていることを特徴とする第２の発明の紡糸口金である。
第４の発明は、芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、前記芯成分樹脂流路の周囲に配置され、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、芯成分樹脂流路には、前記供給部を挟む芯成分樹脂流路の軸方向両側から該供給部に向かって、当該芯成分樹脂流路の直径が拡大した拡径部が設けられていることを特徴とする紡糸口金である。
第５の発明は、第４の発明の紡糸口金において、拡径部が、芯成分樹脂流路の直径がテーパ状に拡大したテーパ部からなり、芯成分樹脂流路の中心軸を含む平面においてテーパ部の内壁がなす傾斜角度が６０〜１５０度であることを特徴とする紡糸口金である。
第６の発明は、第４または第５の発明の紡糸口金において、
当該紡糸口金が分割された第１の部材と第２の部材とからなり、前記分配部が、該第１の部材と該第２の部材の少なくとも一方に形成された溝から構成され、前記供給部が、前記分配部よりも外側の該第１の部材と該第２の部材との間に挿入されたシムによって形成された隙間であることを特徴とする紡糸口金である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を具体的に説明する。なお、以下の説明においては、紡糸口金の各部材を、芯成分樹脂流路の軸方向が鉛直方向と一致するように配置した状態を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明の紡糸口金の好適な用途であるＰＯＦ用途に紡糸口金を適用する場合を例にとって説明するが、本発明の紡糸口金は他の同心円状構造を有する糸状体の製造にも適用可能である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明のＰＯＦ用紡糸口金の第１の実施形態を示したもので、図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は上方部材１（第１の部材）及び下方部材２（第２の部材）の互いに対向する面を示した平面図、図１（ｃ）はシム７を示した平面図である。
この紡糸口金は、上下に分割された上方部材１と下方部材２とから構成されている。また、紡糸口金の中心には上方部材１と下方部材２を上下に貫通する円筒状の芯成分樹脂流路３が設けられている。一方、被覆層成分樹脂流路４は芯成分樹脂流路３と平行な円筒状の導入部４ａと、この導入部４ａの下端が接続され、かつ芯成分樹脂流路３の周囲に芯成分樹脂流路３と間隔をあけて略ドーナッツ状に設けられた分配部４ｂと、芯成分樹脂流路３の周囲に配置され分配部４ｂと芯成分樹脂流路３との間をつなぐスリット構造の供給部４ｃとから構成されている。
【００１５】
前記分配部４ｂは上方部材１の下面（対向面）１ａに設けられた溝５ａと、下方部材２の上面（対向面）２ａに設けられた、前記溝５ａと相似形の溝５ｂとからなる中空部５から構成されている。また、溝５ａ，５ｂの外縁から一部Ｕ字状に突出する突出部５ｃが設けられ、この突出部５ｃに導入部４ａの下端が接続されている。
前記供給部４ｃは、上方部材１と下方部材２との間の隙間（スリット）６から形成されているスリット構造となっている。
分配部４ｂの水平方向の幅（以下、単に分配部４ｂの横幅という）は導入部４ａの直径よりも大きく、分配部４ｂの鉛直方向（芯成分樹脂流路３の軸方向）の幅（以下、単に分配部４ｂの縦幅という）は、供給部４ｃ（隙間６）の鉛直方向の幅（以下、単に供給部４ｃの幅という）よりも大きく設計されている。
本実施形態の紡糸口金はこのような構造を有しているため、導入部４ａから被覆層成分樹脂を分配部４ｂに導入したとき、供給部４ｃの流路で発生する圧力損失が分配部４ｂの流路で発生する圧力損失よりも大きくなるようになっている。
【００１６】
この隙間６は、分配部４ｂの外側の上方部材１と下方部材２との間に、図１（ｃ）に示したように、分配部４ｂの外縁の形状に対応した略円形の孔７ａが形成された金属平板（シム７）が挿入されることによって形成されている。即ちこの紡糸口金においては分配部４ｂの外縁のすぐ外側に金属平板７が配置される。
よって、上方部材１と下方部材２には溝５ａ，５ｂのみが形成されており、これら溝５ａ，５ｂの内側と外側において、上方部材１の下面１ａの高さは等しくなっている。下方部材２の上面２ａにおいても同様である。
そして、上方部材１の下面１ａと下方部材２の上面２ａとを対向させて、これらが一体化される際に、これらの間にシム７が配置され、このシム７の厚みによって下面１ａと上面２ａとの間に隙間が形成されることによって供給部４ｃが構成されている。
【００１７】
この例において、芯成分樹脂流路３の直径は４〜３０ｍｍ、導入部４ａの直径は３〜１５ｍｍ、分配部４ｂの横幅は５〜１０ｍｍ、縦幅は１〜１０ｍｍ 、供給部４ｃ（隙間６）の幅、すなわちシム７の厚さσは好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍとされる。
【００１８】
ＰＯＦの紡糸時においては、図中矢印で示したように、芯成分樹脂流路３から溶融状態の芯成分樹脂を流下させるとともに、被覆層成分樹脂流路４の導入部４ａに溶融状態の鞘成分樹脂（被覆層成分樹脂）を流下させると、この鞘成分樹脂は芯成分樹脂流路３の周囲の分配部４ｂに充填される。このときシム７は、鞘成分樹脂が紡糸口金の外部に漏れないようにする防波堤（パッキン）の役割を果たす。その後、鞘成分樹脂は供給部４ｃを通過することによって芯成分樹脂流路３内の芯成分樹脂の周囲に供給され、これが被覆される。そして、下端の吐出口から図４（ａ）に示したような芯部１１と鞘部１２とからなる２層構造のＰＯＦが得られる。
【００１９】
また、供給部４ｃは隙間６から形成された幅の狭いスリット構造であるため、供給部４ｃの圧力損失は導入部４ａおよび分配部４ｂにおける圧力損失よりも大きい。
よって、導入部４ａを流下してきた鞘成分樹脂は、分配部４ｂを芯成分樹脂流路３の円周方向に移動する方が、導入部４ａの下端から直線状に芯成分樹脂流路３の中心に向かって供給部４ｃを通過するよりも圧力損失が少ない。そのため、鞘成分樹脂は導入部４ａから分配部４ｂに至った後、まず、この分配部４ｂに充填される。その結果、分配部４ｂ内の圧力が供給部４ｃで生じる圧力損失よりも大きくなり、芯成分樹脂流路３の円周方向全体から同時に供給部４ｃを通過し、この円周方向から均一に供給される。なお、供給部４ｃを通過するための圧力損失は、芯成分樹脂流路３の円周方向において均一である。
【００２０】
また、供給部４ｃがスリット構造であるため、供給部４ｃの内部において樹脂に印加される圧力と、芯成分樹脂流路３に解放されたときに樹脂にかかる圧力の差は、供給部４ｃの幅δの３乗に反比例する。よって、分配部４ｂの容積が比較的小さくても、供給部４ｃの隙間６の幅を分配部４ｂの縦幅よりも小さくすることにより、分配部４ｂにおいて大きな圧力損失を発生させることができる。したがって、コンパクトな構造を実現することができる。
【００２１】
さらに、均一な被覆層を形成するには、供給部４ｃの幅が芯成分樹脂流路３の円周方向においてできるだけ均一であると好ましい。
この紡糸用口金においては、供給部４ｃが上方部材１と下方部材２との間に、略均一な厚さのシム７を挟み込むことによって形成されている。よって、精密な加工なしに、芯成分樹脂流路３の円周方向において、均一な幅の供給部４ｃを容易に形成することができ、低コストである。
さらに、厚さの異なるシム７に取り替えることによって、供給部４ｃの幅を変更することができ、種々の製造条件に容易に対応することができる。よって、数種類のシム７を用意することによって、従来の紡糸口金を数種類製造するのと同様の効果が得られ、経済的である。
また、長期間の使用によって供給部４ｃの幅が大きくなってきた場合には、シム７を交換することにより、紡糸口金製造当初の精度を容易に維持することができる。
【００２２】
この紡糸口金において、上方部材１と下方部材２はステンレスなどの金属からなり、機械加工などの常法によって加工して形成することができ、特に精密な加工を必要としない。すなわち、後述するように供給部４ｃ（隙間６）の幅を芯成分樹脂流路３の円周方向に略均一にすることができれば、導入部４ａおよび分配部４ｂのサイズは多少のばらつきがあっても被覆層の均一性への影響は少ない。
【００２３】
シム７の厚さはできるだけ均一であることが好ましい。また、シム７としては、例えば一般にスペーサーなどに用いられるステンレス製などの金属平板を用いることができる。このようなステンレス製などの金属平板は、板厚の変動幅が小さいもの（例えば±３μｍ程度）が容易に入手可能で、低コストである。
【００２４】
具体的には、後述するようにエッチング加工が可能な金属板が好ましい。また、紡糸口金と同じ材質を用いると、紡糸時の加熱によって、上方部材１および下方部材２との熱膨張差を生じにくいため、好適である。
また、シム７の厚さは、具体的には０．０５〜０．５ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍとされる。０．０５ｍｍ未満の場合はハンドリングが困難となり、シム７の厚さのばらつきによって芯成分樹脂流路３の円周方向において、鞘成分樹脂の流出量にばらつきを生じる場合がある。また、０．５ｍｍをこえると後述するようにエッチング加工が困難となり、また、供給部４ｃにおいて大きな圧力損失を生じさせるためには、分配部４ｂの体積を大きくする必要があり、コンパクトな設計が困難となる場合がある。
【００２５】
シム７に孔７ａを形成する際などの加工方法はエッチング加工が好ましい。エッチング加工においては、加工しない部分をマスキングし、マスキングされていない部分を金属腐食によって取り除く。すると、加工応力の作用やバリの発生がないため、均一な厚さのものが容易に製造できる。また、複雑な形状であっても、高精度で安価に大量生産することができる。
この他、切削、放電加工などの加工方法を例示できるが、これらの方法においては、加工応力の作用などによって加工した端面にそりやバリが発生し易い。このようなそりやバリが発生すると、鞘成分樹脂の流路に隙間や障害が形成され、樹脂の流動斑が発生したり、樹脂の溜りが生じて樹脂の熱劣化物が生じるおそれがある。よって、これらの方法を適用する場合は、そりやバリを除去する為の二次加工を行うことが好ましい。
【００２６】
また、供給部４ｃで発生させる圧力損失を他の樹脂流路よりも大きく設定する程、他の部分での圧力損失のばらつきの影響を低減し、均一な鞘成分樹脂の供給が可能となる。よって、供給部４ｃで発生させる圧力損失が、分配部４ｂあるいは芯成分樹脂流路３内の供給部４ｃの開口部付近で生じている圧力損失の１０倍以上になるように紡糸口金を設計することが好ましい。１０倍未満であると、分配部４ｂにおける圧力損失のばらつきの影響を十分に打ち消すことができず、均一な鞘成分樹脂の供給が困難となる場合がある。
一方供給部４ｃにおける圧力損失が大きすぎると紡糸口金全体の圧力損失が大きくなり、紡糸口金の構成部材どうしや紡糸口金と他の部材との接続部などから樹脂の漏洩などが発生するおそれがある。よって、導入部４ａの入り口における樹脂圧力は１０ＭＰａ以下、さらに好ましくは５ＭＰａ以下となるように紡糸口金を設計することが好ましい。
【００２７】
また、この例においては１層の被覆層を有するＰＯＦの製造について説明したが、被覆層成分樹脂流路４を複数設けることによって、２層以上の被覆層を有するＰＯＦを製造可能な紡糸口金を構成することもできる。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態を示した側断面図である。
この第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と異なるところは、供給部４ｃを構成する隙間６が、上方部材１の下面１ａと下方部材２の上面２ａにおいて芯成分樹脂流路３の外縁に接する部分に形成された溝６ａ，６ｂによって構成されている点と、芯成分樹脂流路３の直径が、供給部４ｃの上下からこの供給部４ｃに向かってテーパ状に拡大しているテーパ部８が形成されている点である。
【００２９】
すなわち、ＰＯＦの紡糸時においては、上述の第１の実施形態と同様に、鞘成分樹脂が分配部４ｂに充填された後、供給部４ｃを通過することによって芯成分樹脂流路３内の芯成分樹脂の周囲に供給される。このとき、テーパ部８の上部が逆漏斗状になっているため、芯成分樹脂の供給速度が遅くなる。また、鞘成分樹脂は、供給部４ｃからテーパ部８の下部の漏斗状の壁面にそってゆっくりと流下する。その結果、芯成分樹脂流路３の円周方向における鞘成分樹脂の分布を均一にすることができ、また、テーパ部８の下部において芯成分樹脂と鞘成分樹脂とが複合する複合部での速度が遅くなり、この複合部において、樹脂の流動状態が乱れず、低剪断応力下で被覆を行うことができる。
よって、従来と同じ紡糸速度の場合は、より均一な被覆層を形成することができる。また、紡糸速度を大きくしても、均一な被覆層を形成することができるため、製造効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、図中符号θは芯成分樹脂流路３の中心軸を含む平面において、テーパ部８の内壁がなす傾斜角度を示したもので、このθは６０〜１５０度とすることが好ましい。６０度未満であると、後述するように、芯成分樹脂流路３の直径を必要な大きさに拡大するために、テーパ部８の長さが長くなり、１５０度をこえると急激に芯成分樹脂流路３の直径が拡大及び縮小されるため、樹脂の流れが乱れ、被覆状態、糸径変動に悪影響を及ぼす場合がある。
コンパクトな紡糸口金を構成し、かつテーパ部８における樹脂の流れを安定させる観点からは、９０〜１２０度に設定することがより好ましい。
【００３１】
テーパ部８のサイズは、この傾斜角度の他、その最大直径によって規定される。テーパ部８以外の部分の芯成分樹脂流路３の直径に対して、この最大直径の拡大率が大きいほど樹脂速度を遅くすることができるが、必要以上に拡大すると樹脂の滞留時間が長くなり、樹脂の熱劣化などの問題が発生する。よって、この拡大率は樹脂流の乱れを発生させない範囲で、必要最低限に設定すると好ましい。通常は、テーパー部８の最大直径は、テーパ部８以外の部分の芯成分樹脂流路３の直径の２〜４倍に設定される。２倍未満の場合は樹脂速度を十分に遅くすることができず、４倍をこえると上述のように滞留時間が必要以上に増加するおそれがある。
目安としては、例えば、紡糸速度を２倍に増速させ、複合部の流路直径を２倍に拡大すると、芯成分樹脂の平均流速は増速前の１／２となり、一方、鞘成分樹脂の流速は、供給部４ｃのサイズが同じであれば、増速前と等しくなる。
また、テーパ部８の上下方向の長さは、これら傾斜角度と最大直径とによって決定されるが、この例においては、例えば１０〜５０ｍｍ程度とされる。
【００３２】
図３は本発明の第３の実施形態例を示した側断面図である。
この第３の実施形態例は、上述の第１の実施形態例と第２の実施形態例とを組み合わせたもので、供給部４ｃが、上方部材１と下方部材２との間にシム７が挟み込まれることによって構成され、かつ、芯成分樹脂流路３の直径が、供給部４ｃの上下からこの供給部４ｃに向かってテーパ状に拡大したテーパ部８が形成されている。
この第３の実施形態例においては、第１の実施形態例と第２の実施形態例の両方の作用効果を実現することができ、より均一な被覆層の形成が可能となる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
図１に示した構造の紡糸口金を作製した。シムは、平面度：±３μｍ、材質：ＳＵＳ３１６の金属板をエッチング加工して作製した。上方部材と下方部材もシムと同様の材質から形成し、また、芯成分樹脂流路の直径は一定で、６ｍｍとした。
この紡糸口金を用いて以下の条件でＰＯＦを紡糸した。
すなわち、芯成分樹脂はポリメチルメタクリレート、鞘成分樹脂はフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマーを用いた。そして、紡糸速度１５ｍ／ｍｉｎで、直径１．４１ｍｍになるように紡糸し、ついで、１４０℃の熱風雰囲気下で２倍の熱延伸処理を施し、直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを得た。
このＰＯＦの外周を１６分割した点で鞘厚をそれぞれ計測し、その標準偏差を求めた。そして、この標準偏差を鞘厚の平均値で除して、鞘厚の変動率を示すＣＶ値を算出したところ、０．１２であった。
【００３４】
（実施例２）
図２に示した構造のＳＵＳ３１６製の紡糸口金を作製した。
この紡糸口金において、供給部は機械加工によって形成した。また、芯成分樹脂流路の吐出部口径（テーパ部以外の部分の直径）は６ｍｍ、テーパ部の最大直径は１５ｍｍ、傾斜角度θは９０度とした。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．１５であった。
【００３５】
（実施例３）
図３に示した構造のＳＵＳ３１６製の紡糸口金を作製した。シムは実施例１と同様のものを用い、芯成分樹脂流路の吐出部口径（テーパ部以外の部分の直径）、テーパ部の最大直径、傾斜角度θは実施例２と同様とした。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．０８であった。
【００３６】
（実施例４）
シムを用いずに、上方部材の下面と下方部材の上面を切削加工して溝を形成することによって、スリット構造の供給部を構成した以外は、実施例１と同様にして紡糸口金を作製した。
そして、芯成分樹脂流路の円周上において、供給部を１６分割し、これらの点において、それぞれ供給部の水平方向の中心の加工深さを測定し、標準偏差を求めた。この標準偏差を加工深さの平均値で除して、加工深さの変動率を示すＣＶ値を算出したところ、０．２３であった。
この紡糸口金を用い、実施例１と同様にして直径１．００ｍｍ、鞘厚０．０８ｍｍのＰＯＦを紡糸し、鞘厚のＣＶ値を求めたところ、０．１９であった。
【００３７】
上述の実施例１〜４の結果より、本発明に係る実施例１〜４においては、鞘厚のばらつきが少なく、均一な被覆層を形成することができることがわかった。特に実施例３のように、シムを用いて供給部を形成する構成と、テーパ部を設けて複合部の樹脂の流速を調整する構成とを組み合わせると、最も高い効果が得られることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の発明においては、供給部及び前記分配部を、前記導入部から前記被覆層成分樹脂を前記分配部に導入したとき、前記供給部の流路で発生する圧力損失が前記分配部の流路で発生する圧力損失よりも大きくなるように構成しているため、芯成分樹脂流路中に均一な圧力で被覆層成分樹脂を供給することができ、被覆層の厚さのばらつきを小さくすることができる。また、本発明の第２の発明においては、供給部をシムによって形成することにより、精密な加工なしに、芯成分樹脂流路の円周方向において、均一な幅の供給部を容易に形成することができ、低コストである。また、厚さの異なるシムに取り替えることによって、供給部の隙間のサイズを変更することができ、種々の製造条件に容易に対応することができる。よって、数種類のシムを用意することによって、従来の紡糸口金を数種類製造するのと同様の効果が得られ、経済的である。また、長期間の使用によって供給部４ｃの幅が大きくなってきた場合には、シム７を交換することにより、紡糸口金製造当初の精度を容易に維持することができる。
第３の発明においては、シムをエッチングによって加工して形成することにより、加工応力の作用やバリの発生がなく、また、複雑な形状であっても、高精度で安価に大量生産することができる。
第４の発明においては、テーパ部を形成することにより、芯成分樹脂と被覆層成分樹脂とが複合する複合部における樹脂流動状態が乱れず、低剪断応力下での被覆を行うことができる。よって、従来と同じ紡糸速度の場合はより均一な厚さの被覆層を形成することができる。また、紡糸速度を大きくしても、均一な厚さの被覆層を形成することができるため、製造効率の向上を図ることができる。
第５の発明においては、テーパ部の内壁の傾斜角度を６０〜１５０度とすることにより、テーパ部が長くなりすぎず、かつ、樹脂の流れを安定させることができる。
第６の発明においては、シムを用いて供給部を形成する構成と、テーパ部を設けて複合部の樹脂の流速を調整する構成とを組み合わせることにより、両者の作用効果を複合させて、高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明のＰＯＦ用紡糸口金の第１の実施形態を示したもので、図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は上方部材１あるいは下方部材２の対向面を示した平面図、図１（ｃ）はシム７を示した平面図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態を示した側断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態を示した側断面図である。
【図４】 図４（ａ）はＰＯＦの一例を示した断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したＰＯＦを紡糸する際に用いる特開平４−１６９０４号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示した断面図である。
【図５】 図５（ａ）はＰＯＦの一例を示した断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したＰＯＦを紡糸する際に用いる特開昭５９−９３００３号公報に開示されている従来の紡糸口金の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
１…上方部材、１ａ…下面、２…下方部材、
２ａ…上面、３…芯成分樹脂流路、
４…被覆層成分樹脂流路、４ａ…導入部、４ｂ…分配部、４ｃ…供給部、
５ａ，５ｂ…溝、６…隙間（スリット）７…シム（金属平板）、８…テーパ部。
Claims (3)
- 芯成分樹脂が流れる芯成分樹脂流路と、この芯成分樹脂流路の外周から前記芯成分樹脂の周囲に被覆層成分樹脂を流出させる被覆層成分樹脂流路とを有し、該被覆層成分樹脂流路が、被覆層成分樹脂を導入する導入部と、該導入部の下端に接続し、前記芯成分樹脂流路の周囲に該芯成分樹脂流路と間隔をあけて略環状に形成された中空部であり、前記導入部から導入された被覆層成分樹脂を前記芯成分樹脂流路の周囲に分配する分配部と、前記芯成分樹脂流路と前記分配部との間に配置され、被覆層成分樹脂を前記分配部から前記芯成分樹脂流路に導くスリット状構造の供給部とからなる紡糸口金であって、
芯成分樹脂流路には、前記供給部を挟む芯成分樹脂流路の軸方向両側から該供給部に向かって、当該芯成分樹脂流路の直径が拡大した拡径部が設けられていることを特徴とする紡糸口金。 - 請求項１に記載の紡糸口金において、拡径部が、芯成分樹脂流路の直径がテーパ状に拡大したテーパ部からなり、芯成分樹脂流路の中心軸を含む平面においてテーパ部の内壁がなす傾斜角度が６０〜１５０度であることを特徴とする紡糸口金。
- 請求項１または２に記載の紡糸口金において、
当該紡糸口金が分割された第１の部材と第２の部材とからなり、前記分配部が、該第１の部材の第２の部材に対向する下面と、該第２の部材の第１の部材に対向する上面との少なくとも一方に形成された溝からなる中空部で構成され、前記供給部が、前記分配部よりも外側の該第１の部材と該第２の部材との間に挿入されたシムによって形成された隙間であることを特徴とする紡糸口金。
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