JP4975588B2 - 樹脂中空管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂中空管の製造方法に関する。

熱可塑性樹脂から形成される樹脂中空管は、例えば医療用チューブ、光ファイバのクラッド材やコア材形成用の中空管として用いられている。
従来より、光ファイバのコア形成用の中空管、光ファイバのクラッド中空管、医療用チューブ等の中空管は、管の寸法精度として、高い真円度のほか、管内壁の平滑性が要求されている。

これらの中空管は、一般に溶融押出法で製造されており、マンドレル（芯線）を用いる方法と用いない方法とが知られている。
溶融押出法で製造する方法は、マンドレル（芯線）を用いるか否かに関わらず、管状の口金部を有するダイから溶融した樹脂を押出すことにより製造するため、押出機内部での樹脂の滞留時間が長いほど、熱分解生成物やゲル化物などの滞留劣化物が生成し易いといった問題がある。

また、マンドレル（芯線）を用いずに押出機により中空管を製造する場合には中空管内壁は管状の口金と接触した状態から押出されるため、連続押出でのロングランの際に、口金部に滞留劣化物や異物が堆積し易くなる。その結果中空管内壁に汚染物が付着したり、流れ方向に筋が発生し易くなり、中空管内壁表面の平滑性を損ない易いといった問題がある。

さらに、中空管の肉厚を薄くする場合には、中空管の肉厚に対応する口金の開口部の幅を狭くして、溶融樹脂の温度を上げて粘度を下げれば押出可能となるが、樹脂が熱劣化し易くなり、かつ冷却時間が長くなる。特に結晶性樹脂の場合、冷却時間が長いと、冷却中に結晶化が進み、中空管の平滑性の悪化を招くといった問題がある。

一方、マンドレルを用いる押出成形法は、例えば、マンドレルを押出成形機に供給してポリマーを被覆し、所定の長さに切断して、両端の口出し後、マンドレルを引き抜いて、中空管を得る方法である。しかしながら、マンドレルから中空管を引き抜くため、長尺の中空管の製造は困難である。またマンドレルから中空管を引き抜く際に中空管が変形して残留歪みを生じたり、中空管内壁が傷ついたりする問題がある。さらに中空管内壁にマンドレル表面から脱離した金属や潤滑剤の一部が移行し、汚染物となるといった問題があった。

上記製造方法によって得られる樹脂中空管は、特に光ファイバや医療用チューブ等の用途での中空管の品質信頼性、安全性を確保する上では問題があった。
これらの問題を解決するための様々な方法が従来提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

上記特許文献１に記載の方法は、押出成形の際の冷却温度をコントロールすることにより、樹脂の球晶を制御する方法であった。また、特許文献２に記載の方法は、原料の樹脂として結晶性ポリマーと、非晶性ポリマーとを混合して用いる方法であった。

しかしながらこれらの方法は共に樹脂の結晶化を制御するための方法であり、これらの方法では、上述の押出成形法自体に由来する問題（例えば滞留劣化物の生成し易いといっ
た問題、マンドルを用いない場合には中空管内壁に汚染物が付着したり、流れ方向に筋が発生し易くなり、中空管内壁表面の平滑性を損ない易い問題、マンドルを用いる場合には、マンドレルから中空管を引き抜く際に中空管が変形して残留歪みを生じたり、中空管内壁が傷ついたりする問題や、中空管内壁にマンドレル表面から脱離した金属や潤滑剤の一部が移行し、汚染物となるといった問題）を解決するための手段としては、不充分であり、いまだ改善の余地があった。
特開２００４−２４９６０６号公報 特開２００５−２５８２９７号公報

本発明は、上記押出成形法自体に由来する様々な問題を生じない樹脂中空管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討を行った結果、押出成形法によらない樹脂中空管の製造方法を見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明の樹脂中空管の製造方法は、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、
熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Ｙを有する。

前記工程Ｙにおいて、ストランドの延伸方向の中心部の温度が、外周部の温度よりも高くなるように加熱しながら延伸することが好ましい。
本発明の樹脂中空管の製造方法は、熱可塑性樹脂からなるストランドを、流動延伸状態となるように加熱しながら延伸する工程Ｘと、
前記工程Ｘの加熱および／または延伸条件を変化させることにより、該ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させることにより行われる前記工程Ｙとを有することが好ましい。

前記工程Ｙにおいて、前記赤外線が単色光であって、該単色光における前記熱可塑性樹脂の吸収係数Ｋ（ｍ^-1）と、加熱前の前記ストランドの直径Ｄ（ｍ）とが、下記式（１）の関係を満たし、かつ直径Ｄが０．５×１０^-3ｍ以上であることが好ましい。

０．１＜Ｋ・Ｄ＜２．６ ・・・（１）
前記工程Ｘにおけるストランド供給速度をＶｆ１、集光強度をＩ１、引取速度をＶｔ１としたとき、
工程Ｙにおけるストランド供給速度がＶｆ１、集光強度がＩ１であり、引取速度がＶｔ１より速いＶｔ２であることが好ましい。

前記赤外線が、炭酸ガスレーザーから照射される赤外線であり、
前記熱可塑性樹脂からなるストランドの材質がポリエチレンであることが好ましい。

本発明の樹脂中空管の製造方法は、従来の押出成形法と異なり、熱可塑性樹脂のストランドを特定の条件で延伸することにより、中空化の際、中空部を非接触状態で形成することができるため、押出成形法で中空管を製造した場合の様々な欠点を解消することがでる。

次に本発明について具体的に説明する。
本発明の樹脂中空管の製造方法は、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Ｙを有することを特徴とする。

前記工程Ｙは、ストランドを加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成するが、中空部を形成するためには、ストランドの延伸方向の中空部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することが必要である。

すなわち、赤外線をストランドに向けて複数方向から集光し加熱したとしても、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも高くなるような場合、樹脂中空管を得ることは困難である。

なお、本発明において特に断りがない限り、単に「製造方法」と記す場合には、「本発明の樹脂中空管の製造方法」を示し、「ストランド」と記す場合には「熱可塑性樹脂からなるストランド」を示す。

また、本発明における流動延伸状態とは、ストランドの外周部温度が、熱可塑性樹脂の溶融温度以上の状態で延伸されていることを意味する。流動延伸状態においては、通常は、延伸速度を増加しても、それに追従した延伸応力の増加はほとんど認められず、ストランドが赤外線集光領域でネック状にならずに細化することで確認できる。赤外線集光領域を通過直後のストランド外周部温度は赤外線放射温度計を用いて計測することができる。

本発明の製造方法には、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置を用いる。
本発明に用いる加熱延伸装置の概略図の一例を図１に示し、以下本発明の製造方法を図１と共に示す。

ストランド供給部（Ａ）としては、本発明に用いる熱可塑性樹脂組成物からなるストランドを、赤外線集光加熱部に向かって供給することができればよい。ストランド供給部（Ａ）としては、例えば予め準備した熱可塑性樹脂からなるストランドを送り出すための送出ローラー、熱可塑性樹脂からなるストランドを押出成形法によって製造するための押出成形装置、および紡糸装置等が挙げられる。なお、本発明において、送出ローラーによって、ストランドを送り出す速度（送出速度）や、ストランドを製造して送り出す際の速度を、総称してストランド供給速度という。

引取り部（３）としては、上記ストランド供給部（Ａ）から供給され、赤外線集光加熱部で加熱された熱可塑性樹脂からなるストランドを引き取ることができれば良く、例えば引取ローラー等が挙げられる。また、加熱延伸手段を有する装置の別の態様としては引取ローラーに変えて、熱可塑性樹脂からなるストランドを把持し延伸する態様が挙げられる。なお、本発明において、引取ローラー等の引取り部（３）によってストランドを引き取る速度を引取速度という。

なお、本発明における引取張力は、巻取部と引取り部の間にあるストランドに作用する
張力を意味する。引取張力は、引取り部にテンションコントローラーを設けること等により調整することができる。

図１に示す加熱延伸装置等においては、上記引取速度と供給速度の比（引取速度／供給速度）が延伸倍率となり、供給速度や、引取速度を調整することにより、延伸倍率や引取張力を変化させることができる。なお、安定した樹脂中空管の製造のためには、供給速度を一定とし、引取速度を変化させることにより延伸倍率や引取張力を変えることが好ましい。

赤外線集光加熱部（２）としては、複数方向すなわち二方向以上からストランドに向けて赤外線を集光させることができれば特に限定はない。赤外線集光加熱部（２）としては、通常は、赤外線を発生する光源と、光源から照射される赤外線を、二方向以上からストランドに向けて集光させるための光学系とを有する。この光源の波長は０．８〜１２μｍが好ましい。

赤外線を発生する光源としては、例えば、レーザー、発光ダイオード、赤外輻射ヒーター（以下、赤外ヒーターと略称する）を用いることができる。とくにレーザーは単色光源として好適に用いることができる。

光源がレーザーである場合、レーザーの種類としては、固体レーザー、半導体レーザー、ファイバレーザー、ディスクレーザー、気体レーザー、色素レーザー、及び化学レーザーのいずれを用いてもよい。

例えば、固体レーザーとしては、光源波長が０．９４〜１．４μｍの範囲にあるＮｄ（ネオジウム）がドープされたＹＡＧレーザー（以下、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーと称する）、光源波長が１．８〜３．０μｍの範囲にあるＨｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、及びＥｒ（エルビウム）をドープしたＹＡＧレーザー、ＥｒとＣｒ（クロム）がドープされたＹ（イットリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｇａｒｎｅｔ（ガーネット）結晶を用いたＥｒ,Ｃｒ:ＹＳＧＧレーザー（光源波長２．７８〜２．７９μｍ）、Ｃｒ、Ｈｏ、ＴｍがドープされたＹ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｇａｒｎｅｔ結晶を用いたＣｒ，Ｈｏ，Ｔｍ:ＹＳＧＧレーザー（光源波長２．０９μｍ）が挙げられる。

例えば、半導体レーザーとしては、光源波長が０．８〜１．０μｍの範囲にある半導体レーザーが挙げられる。
ファイバレーザーとしては、例えば、Ｙｂ(イッテルビウム)ファイバーレーザー、Ｔｍファイバーレーザー、Ｈｏファイバーレーザー、Ｅｒファイバーレーザーなどが挙げられる。また、例えば気体レーザーとしては、一酸化炭素レーザー（ＣＯレーザー、光源波長５〜６μｍ）、炭酸ガスレーザー（ＣＯ₂レーザー、光源波長９〜１１μｍ）が挙げられ
る。

また、その他のレーザーとしては量子カスケードレーザー（光源波長４．７μｍ、５．７μｍ）、光パラメトリック共振器からなるレーザーを用いてもよい。
熱可塑性樹脂組成物からなるストランドの材質が、非フッ素系熱可塑性樹脂からなる場合には、発振波長が１．８〜３．０μｍの範囲にあるＨｏ、Ｔｍ、及びＥｒ等をドープしたＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レーザー、ファイバーレーザー等を好適に用いることができる
。

中でも、熱可塑性樹脂組成物からなるストランドの材質がポリエチレンである場合、ＣＯ₂レーザーを用いることが好ましい。
また、ストランド材質がフッ素系熱可塑性樹脂からなる場合には、ＣＯレーザー、Ｅｒ
,Ｃｒ:ＹＳＧＧレーザーを用いることができる。

一方、光源が赤外ヒーターである場合、キセノンヒーター、ハロゲンヒーター、カーボンワイヤーを石英チューブ内に封止したカーボンヒーター等を用いることができる。
これらの光源から照射される赤外線を、ミラー、ハーフミラー、分光器、楕円ミラー、レンズ、プリズム、マスク、光ファイバー、波長フィルター等から構成される光学系を用いて、ストランドに向けて２以上の複数の方向から集光させることにより、前記工程Ｙにおいて、熱可塑性樹脂からなるストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することができる。この集光は、集光領域（赤外線集光加熱部）を通過するストランドの横断面内の温度分布が中心軸対称に近くなるように加熱することが好ましい。

ストランドの横断面の温度分布が中心軸対称となるようにするためは、ストランド中心軸廻りに対して、複数の赤外線のビーム形状、空間強度分布を互いに等しくした上で、ストランド中心軸に向けて赤外線ビームを集光させることが好ましい。例えば、光学系の簡素化を考慮すると、互いのビーム形状、空間強度分布、及び互いのビームのなす角が等しい赤外線ビームを三方向からストランドに向けて集光させることにより、ストランド中心軸廻りに対し高い対照性を有する温度分布を形成することができる。

また、赤外線ビームの光軸は、ストランドの中心軸に対して垂直でなく傾いていてもよいが、中心軸に対して垂直、すなわち、ストランドの横断面内にあることが好ましい。
本発明において、赤外線光源がレーザーであり、互いのビーム形状、空間強度分布、及び互いのビームのなす角が等しい赤外線ビームをストランドの中心軸に向けて三方向から集光させた際の一態様を図２に示す。

図２においては、レーザー（Ｂ）から照射されたレーザー光を、三つのハーフミラー（４ａ〜ｃ）を用いて、同一強度の４つのレーザー光に分けられており、そのうちの一つがパワーメーター（Ｃ）に照射され、レーザー光の強度をモニターすることができる。また、残りの三つのレーザー光が、ミラー（５ａ〜ｆ）を用いてストランド（１）の中心軸に対して垂直な面の３方向から集光されている。また、熱可塑性樹脂からなるストランド（１）を通過したレーザー光をビームストッパーを用いて吸収している。図２において、レーザー光（１０）がストランド（１）の延伸方向の中心軸を通過しており、３方向から集光されるレーザー光（１０）の交点がストランドの延伸方向の中心軸に相当する。

本発明に用いる熱可塑性樹脂からなるストランドの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ−４メチル−１−ペンテン、エチレン−環状オレフィン共重合体などのポリオレフィン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレンポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１２、ＭＸＤナイロン等のポリアミド、ポリメチルメタアクリレート、ポリアクリル酸などのアクリル系ポリマー、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロペン共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体などのポリフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオロポリマーなどの含ハロゲンポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン等の合成ゴム、及びその水素添加物、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体等の熱可塑性エラストマーとその水素添加物、液晶ポリマー、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドなどが挙げられる。

また、熱可塑性樹脂には、公知の様々な添加剤が含まれていてもよい。熱可塑性樹脂に含まれていてもよい添加剤としては、例えば、赤外線吸収剤が挙げられ、具体的にはカーボンブラックなどの顔料や、フタロシアニンなどの近赤外線吸収色素等が挙げられる。また、溶融粘度が高い熱可塑性樹脂に対しては、溶融可塑化を容易にする目的で可塑剤が添加されていても良い。

本発明において、光源から出射される赤外線の波長は、熱可塑性樹脂の材質に応じて適宜決めることができる。本発明においては、赤外線照射によって加熱を行うため、用いる熱可塑性樹脂としては、光源から出射された赤外線を吸収する必要がある。すなわち光源から出射される赤外線は、熱可塑性樹脂に吸収される赤外線の波長を有している必要がある。

また、集光される赤外線の波長に対する、熱可塑性樹脂の吸収係数が大きすぎると、ストランドの表面に赤外線の大半が吸収され、ストランドの横断面中央付近が充分に加熱されないため、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くならず、樹脂中空管の製造を好適に行えない場合がある。

前記工程Ｙにおいて、赤外線照射を行う光源がレーザーであり、集光される赤外線が単色光である場合には、レーザーの発振波長（単色光）における熱可塑性樹脂の吸収係数Ｋ（ｍ^-1）と、ストランドの直径Ｄ（ｍ）とが、下記式（１）の関係を満たし、かつ直径Ｄは０．５×１０^-3ｍ以上であることが好ましい。

０．１＜Ｋ・Ｄ＜２．６ ・・・（１）
また、ストランドの直径Ｄは、１×１０^-3ｍ以上であることがより好ましく、その上限としては１０×１０^-3ｍ以下であることが好ましい。

上記範囲では、好適に樹脂中空管の製造を行うことができる。
Ｋ・Ｄ値が上記上限を超えると、ストランド外周部の粘度（表面粘度）がストランドの延伸方向の中心部の粘度より高くなる傾向がある。このため、中空化が困難になり、延伸切れを生じる場合がある。また、Ｋ・Ｄ値が上記下限範囲を下回ると、ストランドの延伸方向の中心部の粘度がストランド外周部の粘度（表面粘度）より高くなり過ぎ、延伸切れを生じる場合がある。

Ｋ・Ｄ値が上記範囲内では、ストランドの延伸方向の中心部の粘度がストランド外周部の粘度（表面粘度）より高くなり、中空化可能な粘度条件が得られる。
また前記工程Ｙにおいて、光源として、レーザー光以外の光源を用いた場合であっても波長フィルター等を用いて、赤外線として単色光を照射した場合には、上記式（１）を満たし、かつ直径Ｄは０．５×１０^-3ｍ以上が好ましく、１×１０^-3ｍ以上であることがより好ましい。Ｄの上限としては１０×１０^-3ｍ以下であることが好ましい。

さらに前記工程Ｙにおいて、ストランドの延伸方向の中心部の温度が、外周部の温度よりも高くなるように加熱しながら延伸することが好ましい。
上記温度条件を満たさない場合、すなわち、ストランド外周部の温度（表面温度）がストランドの延伸方向の中心部の温度より高い場合には、中空化が困難になり、ストランド表層で熱分解などの熱劣化、延伸切れを生じる場合がある。

なお、本発明において、ストランドは、ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱される必要があるが、ストランドの延伸方向の中心部の粘度が外周部の粘度よりも低くなる加熱条件であるか否かは、次のような予備試験で確かめることができる。また工程Ｙにおいてストランドの延伸方向の中心部の温度が、外周
部の温度よりも高くなるように加熱されていることも、同じ予備試験で確認できる。

すなわち、ストランドを加熱延伸手段を有する装置内にセットし、無延伸の状態でストランドに向けて、複数の方向から赤外線を集光した場合、ストランドの赤外吸収に伴う発熱によりストランドに熱影響部が生じる。熱影響部の有無は、赤外線照射前後で複屈折変化を生じているかどうかを確かめることで判定できる。そこで、赤外線照射により、ストランド外周部の複屈折が変化する前に、ストランド中心部の複屈折変化が認められるかどうかを調べることで、ストランドの延伸方向の中心部の粘度が外周部の粘度よりも低くなる加熱特性を有するかどうかを判定することができる。

具体的には、１：ストランドに向けて赤外線を照射する過程で、ストランド外周部が溶融し始める赤外線強度と赤外線照射時間をあらかじめ確認する。２：次いで、同様の赤外線強度でそれより短い赤外線照射時間で、赤外線照射前後の外周部と中心部の複屈折の変化を確認する。ここで、ストランド外周部と中心部の複屈折変化を調べる手段としては、ストランドに向けて赤外線照射を停止して冷却したあと、ストランドの赤外線照射部からストランド中心軸に対し垂直な断面切片試料をミクロトームなどを用いて一様な厚さで切り出し、位相差顕微鏡を用いて、赤外線照射前後の断面切片試料の複屈折分布を調べることが一例として挙げられる。３：前記赤外線強度でストランドの中空化が可能な場合、すなわち、ストランドの延伸方向の中心部の粘度が外周部の粘度よりも低くなる条件である場合には、予備試験では、通常、赤外線照射前と比べて、赤外線照射後のストランド断面切片試料の中心部の複屈折が低下し、外周部の複屈折は変化しないような赤外線照射時間を見出すことができる。これとは逆に、ストランドの中空化が困難な場合、このような予備試験では、赤外線照射前と比べて、赤外線照射後のストランド断面切片試料の外周部の複屈折の方が中心部の複屈折より先に変化するかたちで観察される。

このような予備試験に用いることができる位相差顕微鏡の例としては、偏光顕微鏡、微小面積複屈折計(王子計測機器（株）製、ＫＯＢＲＡ ＣＣＤ)を挙げることができる。
さらに、赤外線をストランドに集光する際に、ストランド中心部の粘度を外周部の粘度より高く保つための補助手段として、赤外線集光により加熱を行う際に、ストランド表面に強制的にストランドの外周部温度より低い冷却空気などの冷却風を吹き付けても良い。また、赤外線を集光する前にストランド供給部と赤外線集光加熱部との間で、一旦、熱風炉や熱板炉などの加熱炉にストランドを通し、ストランドを中心部まで十分に加熱した後、連続して水槽や冷風槽などの冷媒槽に通すなどして、予め、ストランドを固相状態で外周部より中心温度を高く保持した上で、赤外線集光加熱部に通すようにしても良い。

本発明の製造方法において、ストランド供給部から供給される熱可塑性樹脂からなるストランドとしては、通常は、ストランドの延伸方向の中心軸に対して垂直な面で規定される断面が円形であることが好ましいが、異形断面であってもよい。また、ストランドは供給部と引取り部の間で延伸する際、延伸方向に沿って中心軸が蛇行せず直線状になることが好ましい。なお、ストランドの中心軸とは、ストランドの延伸方向に沿う中心軸を意味する。
さらに、前記断面の直径は、ポリエチレンの場合は０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１．０〜３．０ｍｍである。前記範囲内では、好適に樹脂中空管を製造することができる。

また本発明においては、前記工程Ｙの前に、熱可塑性樹脂からなるストランドを、流動延伸状態となるように加熱しながら延伸する工程Ｘを設け、前記工程Ｘの加熱および／または延伸条件を変化させることにより、該ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させることにより行われる前記工程Ｙへと変化させることが好ましい。前記工程Ｙの前に、前記工程Ｘを設けることにより、ストランドの延伸切れや延伸ムラを抑制し、安定した延伸状態を形成することができるため好ましい。

また本発明においては、前記工程Ｘにおけるストランド供給速度をＶｆ１、集光強度をＩ１、引取速度をＶｔ１としたとき、工程Ｙにおけるストランド供給速度がＶｆ１、集光強度がＩ１であり、引取速度がＶｔ１より速い引取速度Ｖｔ２であることが好ましい。

本発明の製造方法において、工程Ｘから工程Ｙに変化させる際には、加熱条件を変えることにより集光強度を変化させる方法や、供給速度や引取速度を調節し、延伸条件を変え、延伸速度を変化させる方法、あるいは加熱条件と延伸条件とを変える方法があるが、上述のように工程Ｘと工程Ｙとで、ストランド供給速度Ｖｆ１と、集光強度Ｉ１を一定とし、引取速度を工程ＸのＶｔ１から、工程ＹのＶｔ２へ変化させることが好ましい（ただし、Ｖｔ１よりＶｔ２の方が速い）。このようにストランド供給速度Ｖｆ１と、集光強度Ｉ１を変化させることなく、引取速度（Ｖｔ１、Ｖｔ２）を調整した場合には、加熱延伸装置の運転条件の管理が容易であり、好ましい。

さらに、本発明の製造方法においては、前記工程Ｘの前に、工程Ｘよりも集光強度が弱い工程Ｗを経ることが好ましい。すなわち工程Ｗを行い、工程Ｗの集光強度を増加させて、工程Ｘを行い、さらに前記工程Ｘの加熱および／または延伸条件を変化させて工程Ｙを行うことが好ましい。

工程Ｘの前に、工程Ｗを経ることで、工程Ｘの状態を形成する過程で、延伸切れや延伸ムラなどの不安定な延伸状態を抑制し、安定した延伸状態をつくることができる。
工程Ｘのストランド供給速度をＶｆ１、集光強度をＩ１、引取速度をＶｔ１としたとき、工程Ｗの供給速度は、通常、Ｖｆ１、引取速度Ｖｔ１で、集光強度は、Ｉ１よりも弱いＩ０である。本発明の製造方法において、前述の工程Ｗ、工程Ｘおよび工程Ｙを有する態様としては、例えば、熱可塑性樹脂からなるストランドに対し、該熱可塑性樹脂の吸収波長を含む赤外線を、該ストランドに向けて複数方向から、集光強度Ｉ０で集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなる条件で加熱しながら、供給速度Ｖｆ１、引取速度Ｖｔ１で延伸し（工程Ｗ）、赤外線を集光強度Ｉ０よりも大きい集光強度Ｉ１で集光することにより、流動延伸状態を形成させ（工程Ｘ）、次いで、引取速度をＶｔ１よりも速いＶｔ２へ変化させることにより、ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成すること（工程Ｙ）により樹脂中空管を製造することが好ましい。

前記集光強度Ｉ０と集光強度Ｉ１との強度比（集光強度Ｉ０：集光強度Ｉ１）は１：１．２〜１：３であることが好ましく、１：１．５〜１：２．５であることがより好ましい。

また、集光強度Ｉ０から集光強度Ｉ１へ変化させる際の変化率は通常は、０．５〜１．５％／ｓであり、好ましくは０．６〜０．８％／ｓである。なお、変化率とは（（集光強度Ｉ１−集光強度Ｉ０）/集光強度Ｉ０/(集光強度変化に要した時間［ｓ］)×１００％）と定義され、例えば、集光強度を０．８Ｗから１．５Ｗまで１４０秒で変化させた場合には、（１．５Ｗ−０．８Ｗ）／０．８Ｗ／１４０ｓ×１００％＝０．６％/ｓとなる。

さらに、工程Ｙにおいて、延伸倍率（Ｖｔ／Ｖｆ）の範囲として１を超え３０未満を満たす条件、より好ましくは５を超え２５未満の条件で延伸することが好ましい。
本発明の樹脂中空管の製造方法によって、樹脂中空管が得られる理由は、明らかではないが、本発明者らは以下のように推定した。

すなわち、本発明においては、複数方向からストランドに向かって赤外線を集光させる
が、その集光領域を熱可塑性樹脂からなるストランドが通過することにより、集光領域内にあるストランドの中心軸付近（中心部）の粘度は、外表面付近（外周部）よりも低くなる。この状態で延伸を行うことにより、粘度が低い中心軸付近の樹脂は、粘度が高い外表面側に引っ張られ、ストランド表面に裂け目が生じると同時にストランドの中心軸付近に穴が開く。その後直ちに、ストランド表面の裂け目は閉じ、中心軸付近から連続した空洞部が形成される。以上のような理由によって、本発明の製造方法によって、連続した中空部を有する樹脂中空管が得られると本発明者らは推定した。

また、本発明の製造方法において、工程Ｘを設けることが好ましい理由を、本発明者らは以下のように推定した。
上記集光領域を熱可塑性樹脂からなるストランドが通過することにより、集領域内にあるストランドの中心軸付近の粘度が外表面よりも低くなる。まず供給速度Ｖｆ１、引取速度Ｖｔ１、集光強度Ｉ１で流動延伸状態とし、その後、加熱および／または延伸条件を変化させることにより、ストランドへの赤外線入熱量を低下させるとともに、引取張力を増加させるが、この際好適に、粘度が低い中心軸付近の樹脂は、粘度が高い外表面側に引っ張られ、ストランド表面に裂け目が生じると同時にストランドの中心軸付近に穴が開く。その後直ちに、ストランド表面の裂け目は閉じ、中心軸付近から連続した空洞部が形成される。以上のような理由によって、本発明の製造方法によって、連続した中空部を有する樹脂中空管が得られると本発明者らは推定した。

上記本発明の製造方法は、中空化の際、押出成形法によらないため、従来の押出成形法で樹脂中空管を製造した場合の様々な欠点を解消することができる。
また上記製造方法で得られる、樹脂中空管は、通常樹脂中空管の内壁の表面平滑性に優れる。

前記樹脂中空管は、内壁の表面平滑性に優れるため例えば医療用チューブ、光ファイバのクラッド材やコア材形成用の樹脂中空管のほか、中空糸として用いることができる。
〔実施例〕
次に本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

（熱可塑性樹脂からなるストランドの作製）
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン（重量平均分子量１５０，０００、ＪＩＳ Ｋ
７２１０に準拠して測定した１９０℃、荷重２．１６ｋｇｆのメルトフローレート０．３３ｇ／１０分、融点１３４℃、炭酸ガスレーザー発振波長１０．６μｍにおける吸収係数６．５×１０²ｍ^-1）を用い、該ポリエチレンを溶融押出法によって、ノズル（内径２
ｍｍ、ランド長１０ｍｍ）から押出温度１５５℃で溶融押出を行い、直径２．５ｍｍの未延伸のストランドを得た。

（レーザー加熱延伸装置）
樹脂中空管の製造に用いたレーザー加熱延伸装置は、図１に示す構成を有しており、その赤外線集光加熱部は図２に示す構成を有している。

なお、実施例においては、図１のＡは、上記直径２．５ｍｍの未延伸のストランドの供給速度Ｖｆを制御することが可能な送出ローラーである。
実施例に用いた赤外線集光加熱部は、光源がレーザー発振器［鬼塚硝子社製 炭酸ガスレーザーＰＩＮ‐３０Ｓ（レーザー波長（発振波長）１０．６μｍ、定格出力３０Ｗ、照射スポット径６ｍｍ）］であり、レーザービームを三方向から照射するための図２に示す光学系を有している。なお、レーザーの照射パワー密度は、光軸について対称なガウシア
ン分布を成しており、照射スポット径は、照射パワー密度がレーザー光軸のｅ^-2になる位置を半径としている。なお、ｅは自然対数の底である。

また、実施例に用いたレーザー加熱延伸装置は、ストランドの引取速度Ｖｔ、引取張力Ｔを制御するための引取ローラーを有している。
本発明に用いるレーザー加熱延伸装置は、送出ローラーから直径２．５ｍｍの未延伸のストランドを送り出し、引取ローラーにて引取り、その間にレーザービームが三方向からストランドの中心軸に向けて集光される赤外線集光加熱部を有している。

（樹脂中空管の製造）
前記レーザー加熱延伸装置の送出ローラーから前記熱可塑性樹脂からなるストランドを供給速度Ｖｆ１（０．０６ｍ／分）で送出し、引取ローラーで引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）で引取り、延伸倍率（Ｖｔ１／Ｖｆ１）２．８倍で延伸状態を形成した。なお、このときのレーザー出力は一方向あたり０．８Ｗ（合計Ｉ０＝０．８×３＝２．４Ｗ）であった。

次いで、前記延伸状態を保ったまま、レーザー出力を変化率０．６％／ｓで大きくし、一方向あたり１．５Ｗ（合計Ｉ１＝１．５×３＝４．５Ｗ）へ変化させて流動延伸状態を形成させた。なお、レーザー出力の変化に要した時間は１４０秒であった。また、このときの引取張力Ｔ１は（５Ｎ）であった。

次いで、供給速度ＶｆをＶｆ１（＝Ｖｆ２）、及びレーザー出力合計ＩをＩ１（＝Ｉ２）に保ったまま、引取速度Ｖｔを引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（１．０２ｍ／分）に上げて、引取張力Ｔを引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１２Ｎ）まで上げることにより、ストランドの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させた。

これに伴い、熱可塑性樹脂からなるストランドのレーザー照射部（赤外線集光加熱部）の引取ロール側の近傍で、一時的に裂け目が生じた後、速やかに裂け目が閉じ、外周面が閉じ、中空管が連続して安定的に形成された。

（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が１．２ｍｍであり、内径が０．９８ｍｍであった。
得られた樹脂中空管を斜めに切り出し、中空管内壁にオスミウムコートを施した後、走査電子顕微鏡（日立製作所：Ｓ‐４７００）を用いて、加速電圧５ｋＶ、倍率２５０倍、および１０，０００倍にて樹脂中空管内壁を観察した。結果を図３および４に示す。本発明の樹脂中空管は流れ方向の筋は観察されず、滑らかな表面を有していた。

（樹脂中空管の製造）
実施例１と同様の熱可塑性樹脂からなるストランドと、レーザー加熱延伸装置とを用いて行った。

実施例１において引取速度Ｖｔは、引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（１．０２ｍ／分）、かつ引取張力Ｔは、引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１２Ｎ）へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸したが、実施例２では引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（１．２５ｍ／分）、かつ引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１４Ｎ）へ変化させることにより、流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸した。

それ以外はすべて実施例１と同様に行い、樹脂中空管を製造した。
（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が１．１ｍｍであり、内径が０．９３ｍｍであった。

（樹脂中空管の製造）
実施例１と同様の熱可塑性樹脂からなるストランドと、レーザー加熱延伸装置とを用いて行った。

実施例１において引取速度Ｖｔは、引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（１．０２ｍ／分）、かつ引取張力Ｔは、引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１２Ｎ）へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させ延伸したが、実施例３では引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）、から引取速度Ｖｔ２（１．５３ｍ／分）、かつ引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１５Ｎ）へ変化させることにより、流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸した。

それ以外はすべて実施例１と同様に行い、樹脂中空管を製造した。
（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が１．１ｍｍであり、内径が０．９０ｍｍであった。

（熱可塑性樹脂からなるストランドの作製）
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン（重量平均分子量１５０，０００、ＪＩＳ Ｋ
７２１０に準拠して測定した１９０℃、荷重２．１６ｋｇｆのメルトフローレート０．３３ｇ／１０分、融点１３４℃、炭酸ガスレーザー発振波長１０．６μｍにおける吸収係数６．５×１０²ｍ^-1）を用い、該ポリエチレンを溶融押出法によって、ノズル（内径２
ｍｍ、ランド長１０ｍｍ）から押出温度１５５℃で溶融押出を行い、直径１．５ｍｍの未延伸のストランドを得た。

（樹脂中空管の製造）
実施例１と同様のレーザー加熱延伸装置を用いて行った。
実施例１においてストランド直径は２．５ｍｍ、初期レーザー出力は一方向あたり０．８Ｗ（合計Ｉ０＝０．８×３＝２．４Ｗ）で延伸状態を保ったまま、レーザー出力を大きくし、一方向あたり１．５Ｗ（合計Ｉ１＝１．５×３＝４．５Ｗ）へ変化させ流動延伸状態を形成させた。その後、供給速度ＶｆはＶｆ１＝Ｖｆ２（０．０６ｍ／分）、引取速度Ｖｔは、引取速度Ｖｔ１（０．１７ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（１．０２ｍ／分）、かつ引取張力Ｔは、引取張力Ｔ１（５Ｎ）から引取張力Ｔ２（１２Ｎ）へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸したが、実施例４では、上記熱可塑性樹脂からなるストランドを用いて、初期レーザー出力は一方向あたり０．８Ｗ（合計Ｉ０＝０．８×３＝２．４Ｗ）で延伸状態を保ったまま、レーザー出力を大きくし、一方向あたり１．３Ｗ（合計Ｉ１＝１．３×３＝３．９Ｗ）へ変化させて流動延伸状態を形成させた。その後、供給速度ＶｆはＶｆ１＝Ｖｆ２（０．１２ｍ／分）、引取速度Ｖｔは、引取速度Ｖｔ１（０．３６ｍ／分）から引取速度Ｖｔ２（２．２６ｍ／分）、かつ引取張力Ｔは、引取張力Ｔ１（３Ｎ）から引取張力Ｔ２（１２Ｎ）へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸した。それ以外はすべて実施例１と同様に行い、樹脂中空管を製造した。

（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が０．７ｍｍであり、内径が０．４ｍｍであった。
〔比較例１〕
（樹脂中空管の製造）
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン（重量平均分子量１５０，０００、ＪＩＳ Ｋ
７２１０に準拠して測定した１９０℃、荷重２．１６ｋｇｆのメルトフローレート０．３３ｇ／１０分、融点１３４℃）を用い、中空ダイを備えた押出機を用いて、溶融押出法による樹脂中空管を作製した。中空ダイの溶融樹脂の出口に相当する環状部サイズは外形４ｍｍ、内径３ｍｍのものを用いた。

押出温度１５５℃、押出流量１．５７ｃｍ³／分、中空管の引取速度３．０ｍ／分で行
った。
（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が１．２ｍｍであり、内径が０．９２ｍｍであった。

実施例１と同様な方法で樹脂中空管内壁を観察した。結果を図５および６に示す。倍率２５０倍では流れ方向の筋が多数認められた。また、倍率１０，０００倍でも表面が荒れていた。

〔比較例２〕
（樹脂中空管の製造）
押出温度１７０℃、引取速度３．６ｍ／分とした以外は比較例１と同様に行い樹脂中空管を作製した。

（樹脂中空管の性状）
得られた樹脂中空管は、外径が１．１ｍｍであり、内径が０．８４ｍｍであった。
実施例１と同様な方法で樹脂中空管内壁を観察した。結果を図７および８に示す。倍率２５０倍では流れ方向の筋が多数認められた。また、倍率１０，０００倍でも表面が荒れていた。

実施例の製造条件、得られた樹脂中空管の寸法を表１に示す。

本発明の樹脂中空管の製造方法は、上述のように従来の押出成形法に由来する欠点を有
していない。また得られる樹脂中空管は通常、中空管内壁の表面平滑性に優れており、例えば医療用チューブ、光ファイバのクラッド材やコア材形成用の樹脂中空管として用いることができる。

本発明の樹脂中空管を製造する方法の一実施態様を示す概略図である。 本発明に用いるレーザー加熱延伸装置の赤外線集光加熱部の一構成態様を示す概略図である。 実施例１で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率２５０倍の結果を示す写真である。 実施例１で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率１０，０００倍の結果を示す写真である。 比較例１で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率２５０倍の結果を示す写真である。 比較例１で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率１０，０００倍の結果を示す写真である。 比較例２で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率２５０倍の結果を示す写真である。 比較例２で得られた樹脂中空管の内壁を観察した際の倍率１０，０００倍の結果を示す写真である。

符号の説明

１・・・熱可塑性樹脂からなるストランド
２・・・赤外線集光加熱部
３・・・引取り部
４ａ・・・ハーフミラー
４ｂ・・・ハーフミラー
４ｃ・・・ハーフミラー
５ａ・・・ミラー
５ｂ・・・ミラー
５ｃ・・・ミラー
５ｄ・・・ミラー
５ｅ・・・ミラー
５ｆ・・・ミラー
６ａ・・・ビームストッパー
６ｂ・・・ビームストッパー
６ｃ・・・ビームストッパー
１０・・・レーザー光
Ａ・・・ストランド供給部
Ｂ・・・レーザー発振器
Ｃ・・・パワーメーター

Claims (3)

1. ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、
   熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、
   該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Ｙを有する樹脂中空管の製造方法。
2. 前記工程Ｙにおいて、ストランドの延伸方向の中心部の温度が、外周部の温度よりも高くなるように加熱しながら延伸することを特徴とする請求項１に記載の樹脂中空管の製造方法。
3. 前記赤外線が、炭酸ガスレーザーから出射される赤外線であり、
   前記熱可塑性樹脂からなるストランドの材質がポリエチレンであることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂中空管の製造方法。