(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明物質の芯材と鞘材とからなる光ファイバであり、光ファイバの全部若しくは漏光すべき所望部分の鞘厚が０．１μｍ以上２μｍ以下であるプラスチック光ファイバの光入射端に、開口数が０．３以下の光源を接続したことを特徴とする照光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光ファイバの側面の全部もしくは所望部分から漏光するプラスチック光ファイバを用いた照光装置に関し、より詳細には、鞘が薄膜化されている照光プラスチック光ファイバに開口数  ０．３以下の光源を結合した照光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
側面から漏光するプラスチック光ファイバは、照明、装飾、意匠、ディスプレイなどの用途に利用されている。
【０００３】
照光プラスチック光ファイバについては、従来から種々のファイバ構造や製造法が提案されている。例えば、漏光性の光ファイバに関するものが特公昭４７−４２５３４号公報に示されている。この発明は、機械的にまたは熱的に光ファイバの全反射部を選択的に破壊して漏光部を形成し、この光ファイバを繊維製品とし、面光源として使用するものである。上記従来技術以外に、光ファイバ内を伝送する光を側面から漏らす漏光化技術としては、光ファイバの材質、構成に特徴のあるものとして、光ファイバ内部に透明小片を分散させるもの（特公昭５１−２９９５１号公報）と、鞘（クラッド）材としてエラストマーを使用し、光ファイバの芯−鞘界面に構造不整を起し漏光するもの（実開昭６０−１１２２０４号公報）と、光ファイバのコア（芯）にガラス粒子などの半透明もしくは不透明な材料または気泡などの拡散中心を線状に分散させ、好ましくは光ファイバ端部から離れるに従ってこの拡散中心密度を高くして均一な照光を得るもの（特開昭６３−２４７７０５号公報）とがある。
【０００４】
また、光ファイバ表面を刃などで切傷を形成するものには、旋回中の光ファイバ側面を刃物で切傷を刻むもの（特開昭５０−８３０４４号公報）と、特定形状の傷を光ファイバ表面に形成するもの（特開昭６３−２５３９０３号公報）と、特定位置に傷を形成するもの（実開平４−１８８０１）とがある。
【０００５】
さらに、光ファイバ表面を熱処理して粗面化し、あるいは歪を形成するものには、光ファイバの回りに合成繊維を螺旋状に巻き付けた状態で合成繊維を熱収縮させ、漏光部を形成するもの（特公昭５２−３２５８２号公報）と、加熱した突起を光ファイバに押しつけて所定間隔の漏光凹部を形成するもの（特開昭６０−１５９７０７号公報）と、加熱した粗面プレートを光ファイバに押しつけて表面に細かい凹凸を形成するもの（特開昭６３−２９３５０５号公報、特開昭６３−３１８５０２号公報、実開平１−３８０３号公報）とがある。
【０００６】
光ファイバを撚るもしくは機械的に押下して歪などを形成するものには、光ファイバを加撚して歪を残留させるもの（特開昭５０−８３０４９号公報）と、微細な突起を有するローラーの間に光ファイバを通して表面に細かい凹凸を形成するもの（特開平１−２７３００７号公報）と、テンションメンバの回りに光ファイバを撚りかけるもの（特開平２−１０８００７号公報、特開平２−１０８００８号公報）と、光ファイバをギヤ間を通して所定間隔の傷・歪を形成するもの（特開平３−１２３３０２号公報、特開平４−６６９０４号公報）とがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
種々の先行技術により漏光光ファイバが実施され、提案されているが、これらのものは、光ファイバ側面から多量に漏光するものの、光伝送損失が大きくて、実用可能なファイバ長が短くなる、もしくは、光伝送損失が小さくて芯材内を光が良好に伝送するが、有効に光ファイバ側面から漏光せず、側面漏光ファイバとしては未だ十分なものではない。そして、光源側の光ファイバ端部から離れるに従って漏光量が減少し、均一な照光が得にくいという難点もある。
【０００８】
本発明は、上述の背景に基づきなされたものであり、その目的とするところは、側面漏光性が良好であるにもかかわらず、光伝送損失が小さく芯材内を光が良好に伝送し、実用可能なファイバ長を長くすることができるとともに、光ファイバの長さ方向に均一で、しかも有効に光ファイバ側面から漏光することができる照光プラスチック光ファイバを提供し、照光効率を向上させる照光装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明のプラスチック光ファイバを用いた照光装置により解決できるものであり、本発明の要旨とするところは、透明物質の芯材と鞘材とからなる光ファイバであり、光ファイバの全部若しくは漏光すべき所望部分の鞘厚が０．１μｍ以上２μｍ以下であるプラスチック光ファイバの光入射端に、開口数が０．３以下の光源を接続したことを特徴とする照光装置にある。
【００１０】
本発明で用いられる光ファイバは、透明度の高いクラッド（鞘）、コア（芯）、あるいはさらに必要により保護層とを有するプラスチック系のものであり、その構造としては、屈折率が段階的に変化するステップインデックス型マルチモード光ファイバである。
【００１１】
コア（芯）材を構成する素材としては、ポリメチルメタクリレート（以下ＰＭＭＡという、本明細書においてはメタクリル酸メチルの単独重合体および共重合体を含む）、重水素化ＰＭＭＡ、ポリスチレン系重合体、ポリ−４−メチルペンテン−１、シリコン系重合体、ポリカーボネートなどを用いることができる。
【００１２】
クラッド（鞘）材としては、コア材より屈折率が小さいものであり、本発明のプラスチック光ファイバ鞘材として好ましく用いうる材料は、一般式（１）、一般式（２）および一般式（３）またはそれらと共重合しうるビニルモノマとの共重合体が挙げられる。
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【００１３】
本発明で用いる鞘材を作るのに用いられる、一般式（１）で示される長鎖フルオロアルキルメタクリレートの具体例としては、１，１，２，２−テトラハイドロパーフルオロオクチルメタクリレート、１，１，２，２−テトラハイドロパーフルオロデシルメタクリレート、１，１，２，２−テトラハイドロパーフルオロドデシルメタクリレート、１，１，２，２−テトラハイドロパーフルオロテトラデシルメタクリレート等が挙げられる。これらの化合物は単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。
【００１４】
一般式（２）で示される短鎖フルオロアルキルメタクリレートの具体例としては、トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート等を代表例として挙げられる。これらの化合物は単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。
【００１５】
一般式（３）で表される単量体の具体例としては、例えば、１−トリフルオロメチル−２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、１−トリフルオロ−２，２−ジフルオロ、−３，３−ジフルオロ、−４，４，４−トリフルオロブチルメタクリレート等を代表例として示すことができる。これらの化合物は単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。
【００１６】
他の共重合可能なモノマとしては、鎖状アルキル（メタ）アクリレート、環式炭化水素基を有するメタクリル酸エステル、親水性重合体を形成しうるビニル単量体が用いられる。鎖状アルキル（メタ）アクリレートとしては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸−ｎ−プロピル、（メタ）アクリル酸イソプロピル、（メタ）アクリル酸−ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸二級ブチル等が挙げられるが、メタクリル酸メチルが好ましい。環式炭化水素基を有するメタクリル酸エステルとしては、フェニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、（イソ）ボルニルメタクリレート、メタクリル酸トリシクロ［５．２．１．０２．６］−デカ−８−イル等が用いられる。
【００１７】
親水性重合体を形成しうるビニル単量体としては、（メタ）アクリル酸、グリシジルメタクリレート、メチルグリシジルメタクリレート、アクリルアミド、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等が挙げられるが、メタクリル酸が好ましい。
【００１８】
本発明の照光用光ファイバを構成する鞘は、一般式（１）で示される化合物を３０〜５０重量％と、一般式（２）、一般式（３）から選ばれた化合物２０〜５０重量％、親水性基を有する化合物、とくに、メタクリル酸１０重量％以下、その他の共重合可能な化合物、とくに、メチルメタクリレート５〜５０重量％よりなる共重合体で構成するのがよい。この共重合体は透明性が高く、屈折率が低いという特徴を有し、また、均一延伸特性に優れており、本発明の特徴である  ０．１〜２μｍという極薄膜の鞘層形成を、他の共重合体を鞘材として用いて光ファイバを形成する場合に比べ、容易に作り得るという特徴を有している。
【００１９】
本発明に用いられる光ファイバの鞘厚は  ０．１〜２μｍとすることにより、その漏光特性を改善しており、鞘厚を薄膜化させる箇所は、光ファイバの全部もしくは漏光すべき所望部分であり、任意の箇所に施すことができる。
【００２０】
保護材としては、クラッド材の屈折率以上の屈折率を有する重合体にて構成することが好ましく、本発明のプラスチック光ファイバ保護材として好ましく用いうる材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ナイロン、ポリエステルなどが挙げられるが、これらの重合体のみに限定されるものではない。
【００２１】
上記構成を有する本発明で用いる照光プラスチック光ファイバでは、以下のように作用効果を発揮する。光が光ファイバの芯（屈折率ｎ１）から鞘（屈折率ｎ２）に入射するとき、屈折角が９０°になるような入射角θｃ  （臨界角）、すなわち、ｓｉｎθｃ  ＝ｎ２／ｎ１（ただし、ｎ１＞ｎ２）を越える入射角の光に対しては、屈折光は存在せず、入射した光のエネルギーは  １００％反射（全反射）して光ファイバの芯内を伝送する。その際、入射光は一度鞘に侵入し、境界に沿ってわずかに進んでから再び芯に逆戻りする。入射光が鞘にしみ込む深さＺｄ（芯−鞘界面から電界が１／ｅになる深さ）は、Ｚｄ＝λ／［２πｎ１｛ｓｉｎ２θ１  −（ｎ２／ｎ１）２  ｝１／２  ］（ただし、λは入射光波長、θ１  は入射角）で与えられる。しみ込みの深さＺｄ  は臨界角θｃ  に近づくほど大きくなる。λ＝０．５８μｍ、θ１  ＝７０°、ｎ１＝１．４９５  、ｎ２＝１．４０２  の場合、Ｚｄ＝１μｍとなる。
【００２２】
芯材、鞘材、および保護材とからなるプラスチック光ファイバの全部もしくは所望部分の鞘厚を  ０．１〜２μｍと薄膜化することにより、屈折率の関係上全反射する光でも鞘を越えて光がしみ出し、光ファイバ側面からの漏光を生じる。
【００２３】
さらに鞘材以上の屈折率の保護材が被覆されると、鞘層を越えて保護層に達した光は全反射することなく保護層内に侵入し、保護材そのものの光の散乱、あるいは保護表層の粗面などにより、透明度が高くないため散乱され、効率良く光ファイバの側面から漏光する。
【００２４】
この時、本発明による照光プラスチック光ファイバから光ファイバ長さ方向に均一に漏光させるためには、光源から光ファイバ端部への入射光の開口数を  ０．３以下にすることが必要である。これにより、光ファイバ中の芯から鞘への入射角θ１  も９０°付近になり、光ファイバ側面からの漏光成分は抑えられるため、長距離にわたって漏光させることができる。さらに光ファイバ中を伝送する光は、芯−鞘界面の不整や光ファイバの曲げにより、入射角θ１  も９０°以下の角度、すなわち、臨界角θｃ  に近づくようになり、光源から離れた部分でも漏光成分が増えるようになり、均一漏光性を備えた照光装置とすることができる。ここで光ファイバ中を伝送する光は、芯材、鞘材による吸収などが生じ、伝送光量は減衰するため、漏光量としては光ファイバの長さ方向に均一性が向上する。
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の例に限定されるものではない。
【００２６】
【実施例１】
芯材としてポリメチルメタクリレート（屈折率ｎＤ＝１．４９５）、鞘材として１，１，２，２−テトラハイドロパーフルオロオクチルメタクリレート５０重量部、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート３０重量部、メタクリル酸メチル１５重量部、メタクリル酸５重量部との共重合体（屈折率ｎＤ＝１．４０２）を用い、鞘厚５μｍのプラスチック光ファイバを得た。この光ファイバを鞘厚  ０．５μｍまで熱延伸し、照光プラスチック光ファイバとした。得られたプラスチック光ファイバの片端面に開口数  ０．３の白色光源を接続し、光を入射したところ、光ファイバの長さ方向に均一で全体にわたって明るく側面漏光した。
【００２７】
【実施例２】
芯材、鞘材は実施例１と同様のものを用い、さらに保護材としてポリエチレン（屈折率ｎＤ＝１．５１０）を被覆し、鞘厚５μｍのプラスチック光ファイバを得た。これを鞘厚  ０．５μｍまで熱延伸し、照光プラスチック光ファイバとした。得られたプラスチック光ファイバの片端面に開口数  ０．３の白色光源を接続し、光を入射したところ、光ファイバの長さ方向に均一で全体にわたって斑なく明るく側面漏光した。
【００２８】
【実施例３】
芯材、鞘材、および保護材として実施例２で用いたものと同じものを用い、最も薄い鞘厚が  ０．５μｍの偏心プラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバの片端面に開口数  ０．３の白色光源を接続し、光を入射したところ、光ファイバに筋を描くように長さ方向に均一で明るく側面漏光した。
【００２９】
【比較例１】
実施例１と同様にして得られた照光プラスチック光ファイバの片端面に開口数０．５の白色光源を接続し、光を入射したところ、白色光入射側で漏光量が多くなり、長さ方向に不均一な側面漏光を示した。
【００３０】
【比較例２】
実施例２と同様にして得られた照光プラスチック光ファイバの片端面に開口数０．５の白色光源を接続し、光を入射したところ、白色光入射側で漏光量が多くなり、長さ方向に不均一な側面漏光を示した。
【００３１】
【比較例３】
実施例１で用いたものと同じ材料を用い、実施例１と同様にして鞘厚５μｍのプラスチック光ファイバを得た。これを鞘厚３μｍまで熱延伸し、照光プラスチック光ファイバとした。得られたプラスチック光ファイバの片端面に開口数  ０．３の白色光源を接続し、光を入射したところ、側面漏光量が不十分であった。
【００３２】
【比較例４】
実施例２と同様にして鞘厚５μｍのプラスチック光ファイバを得、これを鞘厚３μｍまで熱延伸し、照光プラスチック光ファイバとした。得られたプラスチック光ファイバの片端面に開口数  ０．３の白色光源を接続し、光を入射したところ、側面漏光量が不十分であった。
【００３３】
【発明の効果】
上記実施例から実証されるように、本発明による照光装置では、伝送損失が小さく芯材内を光が良好に伝送し、側面漏光型照光装置として実用可能なファイバ長を長くすることができるとともに、均一で有効に光ファイバ側面から漏光することができる。