JP6859477B1 - 樹脂ファイバー形成用ノズル、樹脂ファイバーの製造装置、及び樹脂ファイバーの製造方法 - Google Patents

樹脂ファイバー形成用ノズル、樹脂ファイバーの製造装置、及び樹脂ファイバーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】溶融紡糸法によって樹脂ファイバーを製造する際に用いられた場合に、得られる樹脂ファイバーの外径変動を従来よりも小さく抑えることが可能な、樹脂ファイバー形成用ノズルを提供する。【解決手段】本発明の樹脂ファイバー形成用ノズル20は、溶融した樹脂材料をファイバー状に吐出するノズルである。ノズル20は、内部流路21と、内部流路21に前記樹脂材料を流入させる流入口22と、内部流路21からノズル20の外に前記樹脂材料を吐出する吐出口23と、を備える。内部流路21は、吐出口23から内部流路21の上流側5mmの位置Aから、吐出口23の位置Bまでの領域において、位置Aから位置Bに向かって内部流路21の直径が連続的に減少する形状を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、樹脂ファイバー形成用ノズルと、それを備えた樹脂ファイバーの製造装置と、樹脂ファイバーの製造方法とに関する。
プラスチック光ファイバー(以下、「POF」と記載する。)などの樹脂ファイバーを製造する方法の一例として、溶融紡糸法が知られている。溶融紡糸法では、例えば、溶融した樹脂材料をノズルに送り、当該ノズルの吐出口から樹脂材料をファイバー状に吐出させる。ファイバー状に吐出させた樹脂材料を冷却して固化させることによって、樹脂ファイバーが作製される。
従来、溶融紡糸法に用いられる上記ノズルでは、目的の外径を有するファイバーを安定して作製するために、吐出口近傍から吐出口まで延びる内部流路の直径を一定とすること、すなわち、吐出口近傍から吐出口まで延びる内部流路の内壁面がノズルの吐出面に対してほぼ垂直となるように、内部流路が直線的に伸びることが望ましいと考えられている。例えば、特許文献1に開示されているように、POFを溶融押出法で製造する際に用いられるノズルの吐出口には、ファイバーの形状を安定化させるために、吐出方向に平行に延びるランドが設けられている。なお、ノズルの吐出口部分に設けられるランドは、ノズルの一部である。ランドを通過する樹脂材料は溶融状態であり、装置内は大気圧以上の圧力となっている為、溶融した樹脂材料はランドの内壁に接した状態でノズルの外に吐出される。したがって、ランドの先端から外部に放出される際に樹脂材料のファイバー形状が決定されることになる。すなわち、ノズルの吐出口部分にランドが設けられている場合は、実質的にランドの先端がノズルの吐出口となる。なお、ランドは、ガイドと呼ばれることもある。
また、例えば特許文献2及び3に開示されている、POFを溶融押出法で製造する際に用いられるノズルは、目的のPOFの断面形状を有する流路が直線的に吐出口まで延びた構成を有している。
特開2000−356716号公報 特開2006−163007号公報 特開2011−253005号公報
目的の外径を安定して得ることができると考えられている従来のノズルを用いて、溶融紡糸法によって樹脂ファイバーを製造した場合であっても、製造される樹脂ファイバーの外径変動を十分に抑制することは困難であった。
そこで、本発明は、溶融紡糸法によって樹脂ファイバーを製造する際に用いられた場合に、得られる樹脂ファイバーの外径変動を従来よりも小さく抑えることが可能な、樹脂ファイバー形成用ノズルを提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような樹脂ファイバー形成用ノズルを用いて、製造される樹脂ファイバーの外径変動を従来よりも小さく抑えることができる樹脂ファイバーの製造装置及び製造方法を提供することも目的とする。
本発明者は、樹脂ファイバーの製造に用いられるノズルについて鋭意検討を行い、従来、目的の外径を安定して得ることができると考えられているノズルの形状に改善の余地があることを見出した。具体的には、本発明者は、ノズルの内部流路において、樹脂材料が吐出される直前に通過する流路形状に改善の余地があることを見出した。従来、樹脂ファイバーの技術分野においては、溶融紡糸法において用いられるノズルの吐出口近傍から吐出口まで延びる内部流路の内壁面について、当該内壁面がノズルの吐出面に垂直となるように形成されることが望ましいと考えられていた。しかし、本発明者は、鋭意検討の結果、樹脂材料が吐出される直前に通過する内部流路の直径が、吐出口に到達するまで縮径されていることが、樹脂ファイバーの外径変動をより小さく抑えるために重要であることを、新たに見出した。
上記のような知見に基づき、本発明者は、以下の本発明のノズルに到達した。
本発明の第1の態様に係る樹脂ファイバー形成用ノズルは、
溶融した樹脂材料をファイバー状に吐出するノズルであって、
内部流路と、
前記内部流路に前記樹脂材料を流入させる流入口と、
前記内部流路から前記ノズルの外に前記樹脂材料を吐出する吐出口と、
を備え、
前記内部流路は、前記吐出口から前記内部流路の上流側5mmの位置Aから、前記吐出口の位置Bまでの領域において、前記位置Aから前記位置Bに向かって前記内部流路の直径が連続的に減少する形状を有する。
本発明の第2の態様に係る樹脂ファイバーの製造装置は、
前記樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を収容する収容部と、溶融した前記樹脂材料を前記収容部から押し出す押出部とを有する押出装置と、
前記押出装置から押し出された溶融した前記樹脂材料を、ファイバー状に吐出するノズルと、
を備え、
前記ノズルが、上記第1の態様に係る樹脂ファイバー形成用ノズルである。
本発明の第3の態様に係る樹脂ファイバーの製造方法は、
溶融した樹脂材料を、上記第1の態様に係る樹脂ファイバー形成用ノズルの前記流入口から前記内部流路に流入させて、前記吐出口から前記樹脂材料をファイバー状に吐出させること、
を含む。
本発明の第4の態様に係る樹脂ファイバーの製造方法は、
上記第2の態様に係る樹脂ファイバーの製造装置の前記押出装置から、前記樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を押し出すことと、
前記押出装置から押し出された前記樹脂材料を前記製造装置の前記ノズルの前記流入口から前記内部流路に流入させて、前記吐出口から前記樹脂材料をファイバー状に吐出させることと、
を含む。
本発明の第1の態様に係る樹脂ファイバー形成用ノズルによれば、溶融紡糸法によって樹脂ファイバーを製造する際に用いられた場合に、得られる樹脂ファイバーの外径変動を従来よりも小さく抑えることができる。また、本発明の第2の態様に係る樹脂ファイバーの製造装置、並びに、本発明の第3及び第4の態様に係る樹脂ファイバーの製造方法によれば、製造される樹脂ファイバーの外径変動を従来よりも小さく抑えることができる。
図1は、本発明の実施形態による樹脂ファイバー製造装置の一例を示す概略断面図である。 図2は、本発明の実施形態による樹脂ファイバー形成用ノズルの一例を示す概略断面図である。 図3は、本発明の実施形態による樹脂ファイバー形成用ノズルの別の例を示す概略断面図である。 図4は、本発明の実施形態による樹脂ファイバー製造装置の別の例である、POFの製造装置の概略断面図である。 図5は、実施例1による樹脂ファイバー形成用ノズルを用いて製造された樹脂ファイバーについて、外径の測定結果を示すグラフである。 図6は、比較例1及び2で用いられた樹脂ファイバー形成用ノズルを示す概略断面図である。 図7は、比較例1による樹脂ファイバー形成用ノズルを用いて製造された樹脂ファイバーについて、外径の測定結果を示すグラフである。 図8は、比較例2による樹脂ファイバー形成用ノズルを用いて製造された樹脂ファイバーについて、外径の測定結果を示すグラフである。
本発明の樹脂ファイバー形成用ノズル、樹脂ファイバーの製造装置、及び樹脂ファイバーの製造方法の実施形態について説明する。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置は、
樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を収容する収容部と、溶融した樹脂材料を収容部から押し出す押出部とを有する押出装置と、
押出装置から押し出された溶融した樹脂材料を、ファイバー状に吐出するノズルと、
を備える。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置に設けられる上記ノズルは、本実施形態の樹脂ファイバー形成用ノズルである。本実施形態の樹脂ファイバー形成用ノズルは、内部流路と、内部流路に樹脂材料を流入させる流入口と、内部流路からノズルの外に樹脂材料を吐出する吐出口と、を備える。内部流路は、吐出口から内部流路の上流側5mmの位置Aから、吐出口の位置Bまでの領域において、位置Aから位置Bに向かって内部流路の直径が連続的に減少する形状を有する。このような形状のノズルが用いられることにより、製造される樹脂ファイバーの外径変動を小さく抑えることができる。例えば、本実施形態によるノズルが用いられる場合、製造される樹脂ファイバーの外径の平均値(AVE)に対する樹脂ファイバーの外径の標準偏差の3倍値(3σ)の比率3σ/AVEを、例えば3%以下に抑えることが可能である。
図1は、本実施形態による樹脂ファイバー製造装置の一例を示す概略断面図である。
図1に示す樹脂ファイバー製造装置100は、押出装置10およびノズル20を備える。押出装置10は、樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料1を収容する収容部11と、溶融した樹脂材料1を収容部11から押し出す押出部12とを有する。押出装置10から押し出された樹脂材料1は、ノズル20の流入口22から内部流路21に流入し、吐出口23からノズル20の外に吐出される。
ノズル20には、本実施形態による樹脂ファイバー形成用ノズルが用いられる。
図2に、ノズル20として用いられる、本実施形態による樹脂ファイバー形成用ノズルの一例の構成を示す。ノズル20は、内部流路21と、内部流路21に樹脂材料1を流入させる流入口22と、内部流路21からノズル20の外に樹脂材料1をファイバー状に吐出する吐出口23と、を備える。内部流路21は、吐出口23から内部流路21の上流側5mmの位置Aから、吐出口23の位置Bまでの領域において、位置Aから位置Bに向かって内部流路21の直径が連続的に減少する形状を有する。内部流路21は、全体に渡って直径が連続的に減少する形状を有することが好ましい。すなわち、内部流路21は、流入口22から吐出口23に向かって直径が連続的に減少する形状を有することが好ましい。
ここで、ノズル20の吐出口23は、ノズル20の内部流路21から流体をノズル外に出す出口部分である。したがって、ノズル20が、吐出口部分にランドが設けられた構成を有する場合は、ノズル20の吐出口23はランドの先端における開口部となる。
ノズル20の内部流路21は、図2に示されているように、位置Aから位置Bに向かってテーパー形状を有していることが好ましい。この場合、内部流路21は、位置Aから位置Bまでの領域において、以下の式(I):
4≦tanθ1≦100 …(I)
を満たすことがより好ましい。tanθ1は、8以上であることがさらに好ましく、10以上であることが特に好ましい。tanθ1は、90以下であることがさらに好ましく、80以下であることが特に好ましい。
ここで、上記式(I)において、θ1はテーパー角度を示し、tanθ1は以下の式(II)によって求められる。
tanθ1=(位置Aから位置Bまでの距離C1)/0.5(位置Aにおける内部流路21の直径DA1−位置Bにおける内部流路21の直径DB1) …(II)
なお、位置Bにおける内部流路21の直径DB1は、吐出口23の直径に相当する。位置Aから位置Bまでの距離C1は、5mmである。
内部流路21は、その全体がテーパー形状を有することが好ましい。すなわち、内部流路21は、図2に示されているように、流入口22から吐出口23に向かってテーパー形状を有していることが好ましい。この場合、内部流路21は、流入口22から吐出口23までの領域において、以下の式(III):
4≦tanθ2≦100 …(III)
を満たすことがより好ましい。tanθ1は、8以上であることがさらに好ましく、10以上であることが特に好ましい。tanθ1は、90以下であることがさらに好ましく、80以下であることが特に好ましい。
ここで、上記式(III)において、θ2はテーパー角度を示し、tanθ2は以下の式(IV)によって求められる。
tanθ2=(流入口22から吐出口23までの距離C2)/0.5(流入口22の直径DA2−吐出口23の直径DB2) …(IV)
ノズル20の吐出口23の直径は、目的とする樹脂ファイバーの外径に応じて適宜選択すればよく、特には限定されない。例えば、樹脂ファイバーとしてPOFが製造される場合、ノズル20の吐出口23は、例えば0.3〜30mmの直径を有していてもよい。このような小さい直径を有する樹脂ファイバーを製造する場合でも、本実施形態のノズル20を用いることにより、得られる樹脂ファイバーの外径変動を小さく抑えること(例えば、比率3σ/AVEを3%以下に抑えること)ができる。
製造装置100の押出装置1は、収容部11内の樹脂材料1を加熱して溶融させる加熱部(図示せず)をさらに有していてもよい。例えば、樹脂材料1としてロッド状のものが収容部11に供給されて、当該収容部11内で加熱されることによって溶融され、押出部12によって溶融された樹脂材料1が収容部11から押し出されてもよい。
本実施形態による樹脂形成用ノズルにおける内部流路の形状は、図2に示されたノズル20に限定されない。本実施形態による樹脂形成用ノズルでは、内部流路21が、位置Aから位置Bまでの領域において、位置Aから位置Bに向かって内部流路の直径が連続的に減少する形状を有していればよい。したがって、流入口22から位置Aまでの領域における内部流路21の形状は、特には限定されない。例えば、図3に示された別の例の樹脂ファイバー形成用ノズル20Aのように、流入口22から位置Aまでの領域において、流入口22から位置Aに向かって内部流路21の直径が連続的に減少していなくてもよく、例えば流入口22から位置Aまで内部流路21が同一の直径を有していてもよい。
樹脂ファイバー製造装置100は、冷却管30をさらに備えていることが好ましい。冷却管30は、ノズル20の吐出口23からファイバー状に吐出された樹脂材料1を通過させる内部空間31を有する。冷却管30は、内部空間31を通過するファイバー状の樹脂材料1に対する外気(外部に存在する空気)による外乱を抑制できる。これにより、ノズル20から吐出されたファイバー状の樹脂材料1が、外気の影響を受けることなく冷却され得る。その結果、製造されるファイバーの外径変動をさらに小さく抑えることが可能となる。
冷却管30は、図1に示されるように、例えばノズル20と接続されて設けられる。冷却管30は、内部空間31に連通する上方の第1開口部32及び下方の第2開口部33を有する。冷却管30は、例えば、ノズル20に接続され、かつノズル20から下方に向かって延びている。冷却管30の第1開口部32は、例えば、ノズル20の吐出口23を囲んでいる。ノズル20の吐出口23から吐出された樹脂材料1が冷却管30の内壁35に接触しないように、冷却管30の第1開口部32、内部空間31、及び第2開口部33が設計される。冷却管30の第1開口部32、内部空間31、及び第2開口部33の直径は、ノズル20の吐出口23の直径よりも15mm以上大きいことが好ましい。
冷却管30は、外気から遮断された内部空間31を形成し得る筒状体を有していればよく、その構造は特には限定されない。冷却管30の形状は、例えば、円筒状である。
冷却管30の長さは、100mm以上が好ましく、200mm以上がより好ましく、300mm以上がより好ましい。
冷却管30の外壁34と、冷却管30の内部空間31に面している内壁35との間に、冷媒を収容し得る収容空間(図示せず)がさらに設けられていてもよい。この場合、冷却管30は、冷媒を収容空間に供給するための機構(例えば、冷媒供給経路及び冷媒排出経路等)をさらに備えていてもよい。冷媒としては、例えば、水などの液体を用いることができる。
また、冷却管30は、内部空間31に冷却流体が供給される機構(図示せず)をさらに有していてもよい。冷却流体は、例えば、気体である。気体の冷却流体としては、空気及びヘリウムなどの不活性ガスなどが挙げられ、好ましくは空気である。冷却管30は、冷却流体を整流する筒状のフィルタ(図示せず)をさらに有していてもよい。この筒状のフィルタは、内部空間31に設けられる。フィルタの形状は、例えば、円筒状である。冷却流体は、例えば、冷却管30の内壁35とフィルタとの間の空間に導入される。フィルタは、例えば、不織布、織布、またはメッシュ等の冷却流体が透過可能な材料によって形成されている。フィルタは、例えば、冷却管30と同じ方向に延びている。フィルタの長さは、冷却管30と同じであってもよく、異なっていてもよい。この場合、ファイバー状の樹脂材料1は、フィルタで囲まれた内部空間を通過する。すなわち、フィルタで囲まれた内部空間は、冷却管30の内部空間31の一部とみなすことができる。冷却管30は、フィルタに代えて、冷却流体が透過しない筒状の壁部を有していてもよい。
図1に示す樹脂ファイバー製造装置100は、本実施形態の樹脂ファイバー製造装置の一例である。樹脂ファイバー製造装置100は、1種類の樹脂材料を用いて樹脂ファイバーを製造する装置であるが、樹脂ファイバー製造装置はこれに限定されない。例えば、本実施形態の樹脂ファイバー製造装置は、複数種の樹脂材料が用いられ、それらの樹脂材料が例えば多層溶融押出しによって同心円状に積層されたものをノズル20に流入させて、ノズル20からファイバー状に吐出させる構成を有していてもよい。このように、本実施形態の樹脂ファイバー製造装置は、複数種の樹脂材料を用いて、それらの樹脂材料が多層溶融押出しによって同心円状に積層されたものをノズル20からファイバー状に吐出させて樹脂ファイバーを製造することも可能である。
本実施形態において製造される樹脂ファイバーは、例えばPOFであってもよい。POFは、例えば、コアと、コアの外周に配置されたクラッドとを含む。したがって、本実施形態による樹脂ファイバー製造装置は、POFの製造装置であってもよい。
図4は、本実施形態による樹脂ファイバー製造装置の別の例である、POFの製造装置200の概略断面図を示す。
図4に示された装置200は、コア形成用の第1押出装置10a、クラッド形成用の第2押出装置10b、及びオーバークラッド形成用の第3押出装置10cを備える。装置200は、第1室40及び第2室50をさらに備えている。第1室40及び第2室50は、鉛直方向下方にこの順で並んでいる。なお、ここで説明するPOFの製造装置200は、コア形成用の第1押出装置10a、クラッド形成用の第2押出装置10b、及びオーバークラッド形成用の第3押出装置10cを備えた、3種類の樹脂材料が用いられる装置例である。しかし、本実施形態のPOFの製造装置は、コア形成用の第1押出装置10a及びクラッド形成用の第2押出装置10bを備えた、2種類の樹脂材料が用いられる装置であってもよい。
第1押出装置10aは、POFのコアに適した組成を有する第1樹脂材料1aを収容する第1収容部11aと、第1収容部11aに収容されている第1樹脂材料1aを第1収容部11aから押し出す第1押出部12aとを有する。第1収容部11a及び第1押出部12aは、図1に示された装置100の収容部11及び押出部12とそれぞれ同じ機能を有する。第1押出装置10aには、第1収容部11aで第1樹脂材料1aを溶融させることができるように、さらに溶融された第1樹脂材料1aが成形されるまで溶融状態を保つことができるように、ヒーター等の加熱部(図示せず)がさらに設けられていてもよい。この場合、例えば、ロッド状の樹脂材料(プリフォーム)1aが、第1収容部11aの上方の開口部を通じて第1収容部11a内に挿入されて、第1収容部11a内で加熱されることによって溶融される。
第1押出装置10aにおいては、第1樹脂材料1aは、例えばガス押出によって、第1押出部12aを介して第1収容部11aからコア2を形成するように外に押し出される。第1押出部12aを介してコア12を形成するように押し出された第1樹脂材料1aは、その後鉛直方向下方に移動し、第1室40及び第2室50のそれぞれに、この順で供給される。
第2押出装置10bは、例えば、POFのクラッドに適した組成を有する第2樹脂材料1bを収容する第2収容部11bと、第2収容部11bに収容されている第2樹脂材料1bを第2収容部11bから押し出す第2押出部12bとを有する。第2押出装置10bは、溶融した第2樹脂材料1bを、第1押出装置10aから押し出された第1樹脂材料1aで形成されたコア2の外周を被覆するように押し出す。具体的には、第2押出装置10bから押し出された第2樹脂材料1bは、第1室40に供給される。第1室40内において、第1樹脂材料1aで形成されるコア2を第2樹脂材料1bで被覆することによって、コア2の外周を覆うクラッド3を形成することができる。コア2と、コア2の外周を被覆するクラッド3とで形成された積層体は、第1室40から第2室50に移動する。
第3押出装置10cは、例えば、POFのオーバークラッド(被覆層)に適した組成を有する第3樹脂材料1cを収容する第3収容部11c、第3収容部11c内に配置されたスクリュー13、及び、第3収容部11cに接続されたホッパー14を備えている。第3押出装置10cでは、例えばペレット状の第3樹脂材料1cが、ホッパー14を通じて、第3収容部11cに供給される。第3収容部11cに供給された第3樹脂材料1cは、例えば、加熱されながらスクリュー13によって混錬されることによって、軟化して流動可能となる。軟化した第3樹脂材料1cは、スクリュー13によって第3収容部11cから押し出される。
第3押出装置10cから押し出された第3樹脂材料1cは、第2室50に供給される。第2室50内において、コア2及びクラッド3で形成された積層体の表面を第3樹脂材料1cで被覆することによって、クラッド3の外周を覆うオーバークラッド4を形成することができる。
コア2、クラッド3、及びオーバークラッド4が同心円状に積層された積層体5は、第2室50から、第2室50の鉛直方向下方に配置された拡散管60に移動する。拡散管60には、例えば、この積層体5を加熱するためのヒーター(図示せず)が配置されていてもよい。拡散管60において、例えば、内部を通過する積層体5の温度及び粘度が適切に調整される。拡散管60は、拡散管60の内部を通過する積層体5に含まれる屈折率調整剤等のドーパントを、積層体5において拡散させることができる。
拡散管60は、ノズル20の内部流路21に連結している。すなわち、拡散管60の下方の開口部は、ノズル20の流入口22と連結しており、拡散管60を通過した積層体5が、ノズル20の流入口22を介して内部流路21に流入する。積層体5は、内部流路21を通過する際に縮径されて、吐出口23からファイバー状に吐出される。ノズル20の内部流路21の形状は、上述のとおりである。本実施形態によるノズル20が用いられることにより、吐出口23から吐出されるファイバー状の積層体5の外径変動を小さく抑えることができる。これにより、目的の外径を有するPOFを安定して製造することができる。
ノズル20の吐出口23からファイバー状に吐出された積層体5は、例えば、冷却管30の第1開口部32から内部空間31内に流入し、内部空間31内を通過しながら冷却されて、第2開口部33から冷却管30の外へ放出される。冷却管30から放出された積層体5は、例えば、ニップロール70が有する2つのロール71及び72の間を通過し、さらにガイドロール73〜75を経由して、POF6として巻き取りロール76に巻き取られる。巻き取りロール76の近傍、例えばガイドロール75と巻き取りロール76との間、においてPOF6の外径を測定する変位計80をさらに備えていてもよい。
第1樹脂材料1aは、POF6のコア2に適した組成を有することが好ましい。第1樹脂材料1aは、例えば、含フッ素重合体(重合体(P))を含む。重合体(P)は、C−H結合の伸縮エネルギーによる光吸収を抑制する観点から、実質的に水素原子を含んでいないことが好ましく、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることが特に好ましい。本明細書において、重合体(P)が実質的に水素原子を含んでいないとは、重合体(P)における水素原子の含有率が1モル%以下であることを意味する。
重合体(P)は、含フッ素脂肪族環構造を有することが好ましい。含フッ素脂肪族環構造は、重合体(P)の主鎖に含まれていてもよく、重合体(P)の側鎖に含まれていてもよい。重合体(P)は、例えば、下記式(1)で表される構成単位(A)を有する。
Figure 0006859477
式(1)中、Rff 1〜Rff 4は各々独立に、フッ素原子、炭素数1〜7のパーフルオロアルキル基、又は炭素数1〜7のパーフルオロアルキルエーテル基を表す。Rff 1及びRff 2は、連結して環を形成してもよい。「パーフルオロ」は、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることを意味する。式(1)において、パーフルオロアルキル基の炭素数は、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1であることがさらに好ましい。パーフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基などが挙げられる。
式(1)において、パーフルオロアルキルエーテル基の炭素数は、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。パーフルオロアルキルエーテル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキルエーテル基としては、パーフルオロメトキシメチル基などが挙げられる。
ff 1及びRff 2が連結して環を形成している場合、当該環は、5員環であってもよく、6員環であってもよい。この環としては、パーフルオロテトラヒドロフラン環、パーフルオロシクロペンタン環、パーフルオロシクロヘキサン環などが挙げられる。
構成単位(A)の具体例としては、例えば、下記式(A1)〜(A8)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 0006859477
構成単位(A)は、上記式(A1)〜(A8)で表される構成単位のうち、構成単位(A2)、すなわち下記式(2)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 0006859477
重合体(P)は、構成単位(A)を1種又は2種以上含んでいてもよい。重合体(P)において、構成単位(A)の含有量は、全構成単位の合計に対し、20モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましい。構成単位(A)が20モル%以上含まれることにより、重合体(P)は、より高い耐熱性を有する傾向がある。構成単位(A)が40モル%以上含まれる場合、重合体(P)は、高い耐熱性に加えて、より高い透明性及び高い機械的強度も有する傾向がある。重合体(P)において、構成単位(A)の含有量は、全構成単位の合計に対し、95モル%以下であることが好ましく、70モル%以下であることがより好ましい。
構成単位(A)は、例えば、下記式(3)で表される化合物に由来する。式(3)において、Rff 1〜Rff 4は、式(1)と同じである。なお、式(3)で表される化合物は、例えば特表2007−504125号公報に開示された製造方法をはじめ、すでに公知である製造方法によって得ることができる。
Figure 0006859477
上記式(3)で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式(M1)〜(M8)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006859477
重合体(P)は、構成単位(A)以外に、他の構成単位をさらに含んでいてもよい。他の構成単位としては、以下の構成単位(B)〜(D)が挙げられる。
構成単位(B)は、下記式(4)で表される。
Figure 0006859477
式(4)中、R1〜R3は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数1〜7のパーフルオロアルキル基を表す。R4は、炭素数1〜7のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。
重合体(P)は、構成単位(B)を1種又は2種以上含んでいてもよい。重合体(P)において、構成単位(B)の含有量は、全構成単位の合計に対し、5〜10モル%が好ましい。構成単位(B)の含有量は、9モル%以下であってもよく、8モル%以下であってもよい。
構成単位(B)は、例えば、下記式(5)で表される化合物に由来する。式(5)において、R1〜R4は、式(4)と同じである。式(5)で表される化合物は、パーフルオロビニルエーテル等の含フッ素ビニルエーテルである。
Figure 0006859477
構成単位(C)は、下記式(6)で表される。
Figure 0006859477
式(6)中、R5〜R8は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数1〜7のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。
重合体(P)は、構成単位(C)を1種又は2種以上含んでいてもよい。重合体(P)において、構成単位(C)の含有量は、全構成単位の合計に対し、5〜10モル%が好ましい。構成単位(C)の含有量は、9モル%以下であってもよく、8モル%以下であってもよい。
構成単位(C)は、例えば、下記式(7)で表される化合物に由来する。式(7)において、R5〜R8は、式(6)と同じである。式(7)で表される化合物は、テトラフルオロエチレン及びクロロトリフルオロエチレン等の含フッ素オレフィンである。
Figure 0006859477
構成単位(D)は、下記式(8)で表される。
Figure 0006859477
式(8)中、Zは、酸素原子、単結合、又は−OC(R1920)O−を表し、R9〜R20は各々独立に、フッ素原子、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基、又は炭素数1〜5のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。s及びtはそれぞれ独立に0〜5でかつs+tが1〜6の整数(ただし、Zが−OC(R1920)O−の場合、s+tは0であってもよい)を表す。
構成単位(D)は、好ましくは下記式(9)で表される。なお、下記式(9)で表される構成単位は、上記式(8)においてZが酸素原子、sが0、かつtが2の場合である。
Figure 0006859477
式(9)中、R141、R142、R151、及びR152は各々独立に、フッ素原子、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基、又は炭素数1〜5のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。
重合体(P)は、構成単位(D)を1種又は2種以上含んでいてもよい。重合体(P)において、構成単位(D)の含有量は、全構成単位の合計に対し、30〜67モル%が好ましい。構成単位(D)の含有量は、例えば35モル%以上であり、60モル%以下であってもよく、55モル%以下であってもよい。
構成単位(D)は、例えば、下記式(10)で表される化合物に由来する。式(10)において、Z、R9〜R18、s及びtは、式(8)と同じである。式(10)で表される化合物は、2個以上の重合性二重結合を有し、かつ環化重合し得る含フッ素化合物である。
Figure 0006859477
構成単位(D)は、好ましくは下記式(11)で表される化合物に由来する。式(11)において、R141、R142、R151、及びR152は、式(9)と同じである。
Figure 0006859477
式(10)又は式(11)で表される化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF=CF2
CF2=CFOCF(CF3)CF=CF2
CF2=CFOCF2CF2CF=CF2
CF2=CFOCF2CF(CF3)CF=CF2
CF2=CFOCF(CF3)CF2CF=CF2
CF2=CFOCFClCF2CF=CF2
CF2=CFOCCl2CF2CF=CF2
CF2=CFOCF2OCF=CF2
CF2=CFOC(CF32OCF=CF2
CF2=CFOCF2CF(OCF3)CF=CF2
CF2=CFCF2CF=CF2
CF2=CFCF2CF2CF=CF2
CF2=CFCF2OCF2CF=CF2
CF2=CFOCF2CFClCF=CF2
CF2=CFOCF2CF2CCl=CF2
CF2=CFOCF2CF2CF=CFCl
CF2=CFOCF2CF(CF3)CCl=CF2
CF2=CFOCF2OCF=CF2
CF2=CFOCCl2OCF=CF2
CF2=CClOCF2OCCl=CF2
重合体(P)は、構成単位(A)〜(D)以外の他の構成単位をさらに含んでいてもよいが、実質的に構成単位(A)〜(D)以外の他の構成単位を含まないことが好ましい。なお、重合体(P)が実質的に構成単位(A)〜(D)以外の他の構成単位を含まないとは、重合体(P)における全構成単位の合計に対し、構成単位(A)〜(D)の合計が95モル%以上、好ましくは98モル%以上であることを意味する。
重合体(P)の重合方法は、特に限定されず、例えば、ラジカル重合などの一般的な重合方法を利用できる。重合体(P)を重合するための重合開始剤は、全フッ素化された化合物であってもよい。
重合体(P)のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されず、例えば100℃〜140℃であり、105℃以上であってもよく、120℃以上であってもよい。本明細書において、Tgは、JIS K7121:1987の規定に準拠して求められる中間点ガラス転移温度 (Tmg)を意味する。
第1樹脂材料1aは、重合体(P)を主成分として含んでいてもよく、実質的に重合体(P)のみからなることが好ましい。第1樹脂材料1aは、屈折率調整剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。第1樹脂材料1aは、例えば、常温(25℃)で固体である。
第2樹脂材料1bは、POF6のクラッド3に適した組成を有することが好ましい。クラッド3を形成する第2樹脂材料1bの屈折率は、コア2を形成する第1樹脂材料1aの屈折率よりも低いことが好ましい。第2樹脂材料1bに含まれる樹脂材料としては、例えば、含フッ素樹脂、メチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、カーボネート系樹脂等が挙げられる。
POF6のオーバークラッド4を形成する第3樹脂材料1cに含まれる樹脂材料としては、例えば、ポリエ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、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、各種エンジニアリングプラスチック、シクロオレフィンポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、変性PTFE、及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)等が挙げられる。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造方法の第1例として、ノズル20のような本実施形態の樹脂ファイバー形成用ノズルを用いる方法が挙げられる。この第1例の方法は、
溶融した樹脂材料を、ノズル20のような本実施形態の樹脂ファイバー形成用ノズルの流入口から内部流路に流入させて、吐出口から樹脂材料をファイバー状に吐出させること、
を含む。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造方法の第2例として、上述の製造装置100及び200のような本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置を用いる方法が挙げられる。この第2例の方法は、
製造装置100及び200のような本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置の押出装置から、樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を押し出すことと、
押出装置から押し出された樹脂材料をノズルの流入口から内部流路に流入させて、吐出口から樹脂材料をファイバー状に吐出させることと、
を含む。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造方法の第3例として、上述のPOFの製造装置200のような本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置を用いる方法が挙げられる。この第3例の方法は、
POFの製造装置200のような本実施形態の樹脂ファイバーの製造装置の第1押出装置の第1収容部に収容されている第1樹脂材料を、コアを形成するように第1押出部によって前記第1収容部から押し出すことと、
樹脂ファイバーの製造装置の第2押出装置の第2収容部に収容されている第2樹脂材料を、第1押出装置から押し出された第1樹脂材料によって形成されたコアの外周を被覆するように第2押出部によって第2収容部から押し出して、クラッドを形成することと、
第2押出装置から押し出されたコア及びクラッドを含む積層体を、ノズルの流入口から内部流路に流入させて、吐出口からファイバー状に吐出させることと、
を含む。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造方法の第4例として、上記第1例〜第3例のいずれかの方法において、
ノズルの吐出口からファイバー状に吐出された樹脂材料を、冷却管に通過させて冷却すること、
をさらに含む方法が挙げられる。
本実施形態の樹脂ファイバーの製造方法によれば、製造される樹脂ファイバーの外径変動を小さく抑えることができる。
以下に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1では、図4に示されたPOFの製造装置200を用いて、POFが製造された。樹脂ファイバー形成用ノズルとして、図2に示されたノズル20が用いられた。すなわち、流入口から吐出口に向かってテーパー形状を有する内部流路が設けられたノズルが、樹脂ファイバー形成用ノズルとして用いられた。実施例1のノズルは、テーパー角度θ2(θ1)が84.6°、流入口の直径DA2が12.5mm、吐出口の直径DB2が3mm、流入口から吐出口までの距離C2が50mm、tanθ2(tanθ1)が10.53、であった。実施例1のノズルはハステロイで形成されていた。
コア形成用の第1樹脂材料として、非晶性の全フッ素樹脂が用いられた。クラッド形成用の第2樹脂材料として、非晶性の全フッ素樹脂が用いられた。オーバークラッド形成用の第3樹脂材料として、ポリカーボネートが用いられた。
第1樹脂材料、第2樹脂材料、及び第3樹脂材料を用い、製造装置200を用いて多層溶融押出しによって、コア、クラッド、及びオーバークラッドが同心円状に積層された積層体を作製し、この積層体をノズルの流入口からノズルの内部流路に流入させた。ノズルの吐出口から吐出されたファイバー状の積層体を冷却管に流入させて冷却し、その後、得られたファイバーを巻き取りロールで巻き取ってPOFを得た。溶融押出時の各樹脂材料の加熱温度及び流量は、以下のとおりであった。
第1樹脂材料(コア):温度250℃、流量3.6×10-93/s
第2樹脂材料(クラッド):温度260℃、流量3.5×10-93/s
第3樹脂材料(オーバークラッド):温度250℃、流量9.0×10-83/s
得られたPOFのコアの直径は50μm、クラッドの外径は70μm、オーバークラッドの外径は260μmであった。
変位計(キーエンス社製のLS−9006M)を用いて、巻き取りロールの近傍においてファイバーの外径を測定し、得られた測定値をPOFの外径とみなした。外径の測定周期は0.1秒であり、測定箇所は4096点であった。外径の測定結果が、図5のグラフに示されている。また、得られた結果に基づいて比率3σ/AVEを算出した。実施例1で得られたPOFの比率3σ/AVEは0.6%であった。
(比較例1)
比較例1では、樹脂ファイバー形成用ノズルとして、図6に示されているようなノズル90が用いられた。ノズル90は、内部流路91と、内部流路91に樹脂材料を流入させる流入口92と、内部流路91からノズル90の外に樹脂材料をファイバー状に吐出する吐出口93と、を備えていた。内部流路91には、吐出口93近傍に、吐出方向に直線状に延びるランド94が設けられたていた。内部流路91のランド94以外の領域は、実施例1で用いられたノズルと同様に、全体がテーパー形状を有していた。比較例1のノズルは、流入口の直径DA2が12.5mm、吐出口の直径DB2が3mm、流入口から吐出口(すなわち、流入口からランドの先端)までの距離C2が60mm、ランド長Lが10mm、であった。テーパー形状部分のテーパー角度は、実施例1のノズルと同様、84.6°であった。比較例1のノズルは、実施例1のノズルと同様の材料で形成されていた。
比較例1のノズル90を用いた点以外は、実施例1と同様の方法でPOFを作製し、POFの外径を測定した。外径の測定結果が、図7のグラフに示されている。また、比較例1で得られたPOFの比率3σ/AVEは9.5%であった。
(比較例2)
比較例2では、ランド長Lと距離C2が異なる点を除き、比較例1と同様の形状を有するノズル90が用いられた。比較例2のノズル90では、流入口から吐出口(すなわち、流入口からランドの先端)までの距離C2が53mm、ランド長Lが3mmであった。
比較例2のノズル90を用いた点以外は、実施例1と同様の方法でPOFを作製し、POFの外径を測定した。外径の測定結果が、図8のグラフに示されている。また、比較例2で得られたPOFの比率3σ/AVEは5.5%であった。
(比較例3)
比較例3では、実施例1、比較例1、及び比較例2で用いられたPOFの製造装置から冷却管を除いた装置が用いられた。すなわち、比較例3では、ノズルの吐出口から吐出されたファイバー状の積層体を冷却管に流入させずに冷却し、その後、得られたファイバーを巻き取りロールで巻き取ってPOFを得た。比較例3では、冷却管が設けられていない装置を用いた点以外は、比較例2と同様の方法でPOFを作製した。すなわち、用いられたノズルは比較例2で用いられたノズル90と同じであり、流入口から吐出口(すなわち、流入口からランドの先端)までの距離C2が53mm、ノズル90のランド長Lが3mmであった。
実施例1と同様の方法で、POFの外径を測定した。比較例3で得られたPOFの比率3σ/AVEは約12%であった。
実施例1及び比較例1〜3の結果を比較すると、内部流路において吐出口近傍から吐出口に到達するまでの領域で内部流路の直径が縮径されている本発明のノズルを用いることにより、吐出口近傍から吐出口に到達するまでの領域で内部流路が縮径されていない従来のノズルを用いるよりも、得られるPOFの外径変動を小さく抑えることができるという結果が得られた。
(実施例2〜8)
実施例2〜8では、図2に示されたノズル20が用いられた。各実施例で用いられたノズルについて、流入口の直径DA2、吐出口の直径DB2、流入口から吐出口までの距離C2、tanθ2(tanθ1)、及びテーパー角度θ2(θ1)、が、表1に示されている。実施例2〜8のノズルも、実施例1のノズルと同様の材料で形成されていた。実施例2〜8のノズルを用いた点以外は、実施例1と同様の方法で、POFを作製した。
Figure 0006859477
実施例2〜8のノズルを用いた場合でも、実施例1と同様に、外径変動が小さく抑えられたPOFが製造された。
実施例1〜8の樹脂ファイバーを比較すると、内部経路が4≦tanθ2≦100を満たすテーパー形状を有するノズルを用いることにより、外径変動が小さく抑えられ、かつより高い強度を有する樹脂ファイバーを製造できることがわかった。tanθ2が4以上であるノズルを用いて作製された実施例1、4〜8のPOFは、tanθ2が4未満であるノズルを用いて作製された実施例2及び3のPOFよりも切れにくく、十分に高い強度を有していた。tanθ2が100を超えるノズルを用いて作製された実施例8のPOFは、実施例1〜7のPOFと比較すると、外径変動がやや大きかった。これは、実施例8で用いられたノズルはテーパー角度が89.7deg.と高いため、高精度に機械加工することが難しく、実際に加工された際にテーパー角度が90deg.に近くなってしまったためと考えられる。
本実施形態の樹脂ファイバー形成用ノズル及び樹脂ファイバーの製造装置は、POFの製造に適している。
1 樹脂材料
1a 第1樹脂材料
1b 第2樹脂材料
2 コア
3 クラッド
4 オーバークラッド
5 積層体
6 POF
10 押出装置
10a 第1押出装置
10b 第2押出装置
20 樹脂ファイバー形成用ノズル
21 内部流路
22 流入口
23 吐出口
30 冷却管
31 内部空間
32 第1開口部
33 第2開口部
34 外壁
35 内壁
100 樹脂ファイバーの製造装置
200 POFの製造装置

Claims (16)

  1. 溶融した樹脂材料をファイバー状に吐出するノズルであって、
    内部流路と、
    前記内部流路に前記樹脂材料を流入させる流入口と、
    前記内部流路から前記ノズルの外に前記樹脂材料を吐出する吐出口と、
    を備え、
    前記内部流路は、前記吐出口から前記内部流路の上流側5mmの位置Aから、前記吐出口の位置Bまでの領域において、前記位置Aから前記位置Bに向かって前記内部流路の直径が連続的に減少する形状を有する、
    樹脂ファイバー形成用ノズル。
  2. 前記内部流路は、前記位置Aから前記位置Bに向かってテーパー形状を有する、
    請求項1に記載のノズル。
  3. 前記内部流路は、前記位置Aから前記位置Bまでの前記領域において、以下の式(I):
    4≦tanθ1≦100 …(I)
    を満たす、請求項2に記載のノズル。
    ここで、前記式(I)において、θ1はテーパー角度を示し、tanθ1は以下の式(II)によって求められる。
    tanθ1=(位置Aから位置Bまでの距離C1)/0.5(位置Aにおける内部流路の直径DA1−位置Bにおける内部流路の直径DB1) …(II)
  4. 前記内部流路は、前記流入口から前記吐出口に向かってテーパー形状を有する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のノズル。
  5. 前記内部流路は、前記流入口から前記吐出口までの領域において、以下の式(III):
    4≦tanθ2≦100 …(III)
    を満たす、請求項4に記載のノズル。
    ここで、前記式(III)において、θ2はテーパー角度を示し、tanθ2は以下の式(IV)によって求められる。
    tanθ2=(流入口から吐出口までの距離C2)/0.5(流入口の直径DA2−吐出口の直径DB2) …(IV)
  6. 前記吐出口は、0.3〜30mmの直径を有する、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載のノズル。
  7. 樹脂ファイバーの製造装置であって、
    前記樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を収容する収容部と、溶融した前記樹脂材料を前記収容部から押し出す押出部とを有する押出装置と、
    前記押出装置から押し出された溶融した前記樹脂材料を、ファイバー状に吐出するノズルと、
    を備え、
    前記ノズルが、請求項1〜6のいずれか1項に記載のノズルである、
    樹脂ファイバーの製造装置。
  8. 前記押出装置は、前記収容部内の前記樹脂材料を加熱して溶融させる加熱部をさらに有する、
    請求項7に記載の樹脂ファイバーの製造装置。
  9. 前記樹脂ファイバーが、コアおよび前記コアの外周に配置されたクラッドを含むプラスチック光ファイバーであり、
    前記押出装置は、第1押出装置及び第2押出装置を含み、
    前記第1押出装置は、前記コアを形成するための第1樹脂材料を収容する第1収容部と、溶融した前記第1樹脂材料を、前記コアを形成するように前記第1収容部から押し出す第1押出部とを有し、
    前記第2押出装置は、前記クラッドを形成するための第2樹脂材料を収容する第2収容部と、溶融した前記第2樹脂材料を、前記第1押出装置から押し出された前記第1樹脂材料によって形成された前記コアの外周を被覆するように押し出す第2押出部とを有し、
    前記ノズルは、前記第2押出装置から押し出された前記コア及び前記クラッドを含む積層体を、ファイバー状に吐出する、
    請求項7又は8に記載の樹脂ファイバーの製造装置。
  10. 前記押出装置と前記ノズルとの間に設けられた拡散管をさらに備え、
    前記拡散管は、当該拡散管の内部を通過する前記積層体に含まれるドーパントを、前記積層体において拡散させる、
    請求項9に記載の樹脂ファイバーの製造装置。
  11. 前記ノズルからファイバー状に吐出された前記樹脂材料を通過させる内部空間を有する冷却管をさらに備える、
    請求項7〜10のいずれか一項に記載の樹脂ファイバーの製造装置。
  12. 前記冷却管は前記ノズルと接続されている、
    請求項11に記載の樹脂ファイバーの製造装置。
  13. 溶融した樹脂材料を、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂ファイバー形成用ノズルの前記流入口から前記内部流路に流入させて、前記吐出口から前記樹脂材料をファイバー状に吐出させること、
    を含む、
    樹脂ファイバーの製造方法。
  14. 請求項7〜12のいずれか1項に記載の樹脂ファイバーの製造装置の前記押出装置から、前記樹脂ファイバーの原料となる樹脂材料を押し出すことと、
    前記押出装置から押し出された前記樹脂材料を前記製造装置の前記ノズルの前記流入口から前記内部流路に流入させて、前記吐出口から前記樹脂材料をファイバー状に吐出させることと、
    を含む、
    樹脂ファイバーの製造方法。
  15. 前記製造装置が、請求項9又は10に記載の製造装置であり、
    前記製造装置の前記第1押出装置の前記第1収容部に収容されている前記第1樹脂材料を、前記コアを形成するように前記第1押出部によって前記第1収容部から押し出すことと、
    前記製造装置の前記第2押出装置の前記第2収容部に収容されている前記第2樹脂材料を、前記第1押出装置から押し出された前記第1樹脂材料によって形成された前記コアの外周を被覆するように前記第2押出部によって前記第2収容部から押し出して、クラッドを形成することと、
    前記第2押出装置から押し出された前記コア及び前記クラッドを含む積層体を、前記ノズルの前記流入口から前記内部流路に流入させて、前記吐出口からファイバー状に吐出させることと、
    を含む、
    請求項14に記載の樹脂ファイバーの製造方法。
  16. 前記ノズルの前記吐出口からファイバー状に吐出された前記樹脂材料を、冷却管に通過させて冷却すること、
    をさらに含む、
    請求項13〜15のいずれか1項に記載の樹脂ファイバーの製造方法。

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51147329A (en) * 1975-06-13 1976-12-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Production method of optical fibre with pipe cover
JPH0293602A (ja) * 1988-09-30 1990-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外用光ファイバ製造方法
JP2006163031A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 Fuji Photo Film Co Ltd プラスチック光学部材の製造方法及び製造装置
JP2010155361A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 Asahi Glass Co Ltd ポリテトラフルオロエチレン樹脂製チューブの製造装置及びその製造方法並びにポリテトラフルオロエチレン樹脂製チューブ
JP2013050656A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Asahi Kasei E-Materials Corp 多芯光ファイバ及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51147329A (en) * 1975-06-13 1976-12-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Production method of optical fibre with pipe cover
JPH0293602A (ja) * 1988-09-30 1990-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外用光ファイバ製造方法
JP2006163031A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 Fuji Photo Film Co Ltd プラスチック光学部材の製造方法及び製造装置
JP2010155361A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 Asahi Glass Co Ltd ポリテトラフルオロエチレン樹脂製チューブの製造装置及びその製造方法並びにポリテトラフルオロエチレン樹脂製チューブ
JP2013050656A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Asahi Kasei E-Materials Corp 多芯光ファイバ及びその製造方法

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