(57)【要約】【課題】  押し出し成形直後の空孔の変形を回避することにより、規則的な空孔を有するプラスチックホーリーファイバを連続して安定的に製造することができるホーリーファイバ製造用ノズル等を提供すること。【解決手段】  本発明のホーリーファイバ製造用ノズル１０は、コア材を押し出すコア用ノズルヘッド部１４と、押し出されたコア材の外方にクラッド材を押し出して積層させるクラッド用ノズルヘッド部１６と、クラッド用ノズルヘッドから押し出されるクラッド材内でクラッド材の押し出し方向に沿って延びるようにクラッド用ノズルヘッド内に配置された空孔形成用のピン３０とを備え、ピンが先端から気体を噴出させるように構成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材とクラッド材とを用いてプラスチック光ファイバのコアとクラッドを複合押し出し成形してホーリーファイバを製造するホーリーファイバ製造用ノズルであって、
前記コア材を押し出すコア用ノズルヘッド部と、
押し出されたコア材の外方にクラッド材を押し出して積層させるクラッド用ノズルヘッド部と、
該クラッド用ノズルヘッドから押し出されるクラッド材内で該クラッド材の押し出し方向に沿って延びるように前記クラッド用ノズルヘッド内に配置された空孔形成用のピンと、を備え、
前記ピンが、先端から気体を噴出させるように構成されている、
ことを特徴とするホーリーファイバ製造用ノズル。
【請求項２】
前記ピンが、長手方向に貫通するエア通路を備えており、該エア通路の先端から前記気体が噴出させられる、
請求項１に記載のホーリーファイバ製造用ノズル。
【請求項３】
前記ピンの先端が、前記クラッド材用ノズルヘッドから外方に突出している、
請求項１または２に記載のホーリーファイバ製造用ノズル。
【請求項４】
コア材を押し出すコア用ノズルヘッド部と、押し出されたコア材の外方にクラッド材を押し出して積層させるクラッド用ノズルヘッド部と、該クラッド用ノズルヘッドから押し出されるクラッド材内で該クラッド材の押し出し方向に沿って延びるように前記クラッド用ノズルヘッド内に配置され且つ先端から気体を噴出させるように構成されているホーリーファイバ製造用ノズルを用いてホーリーファイバを製造するホーリーファイバ製造方法であって、
前記ピンの先端から気体を噴出させながら、前記コア材の外方に前記クラッド材を積層させ、クラッド材にピンに対応する空孔を形成するステップを備えている、
ことを特徴とするホーリーファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホーリーファイバ製造用ノズルおよびホーリーファイバ製造方法等に関し、詳細には、クラッドに軸線方向に延びる空孔を備えたホーリーファイバを製造するためのノズルおよびこのようなホーリーファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッド部に軸線方向に延びる空孔を設けることによりクラッド部の実効屈折率を低下させ、大容量の情報伝達を可能としたホーリーファイバが知られている。このようなホーリーファイバの一種として、製造コストが低く、可撓性に優れるとともに加工が容易で、均質な性能が容易に得られるプラスチック製ホーリーファイバが知られている。
【０００３】
このようなプラスチック製のホーリーファイバの製造方法として、コア用樹脂を押出すためのコア用押出しノズルと、クラッド用樹脂を押出すためのクラッド用押出しノズルを一体化させ、コア用押し出しノズルから押し出されたコア用樹脂の周囲で押出し方向に延びる複数本のピンを設けることによってクラッド用樹脂内に空孔が形成する複合押し出し装置を用いた方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した方法では、一体化させられたコア用樹脂及びクラッド用樹脂がノズルから押出した直後に、空孔が潰れて変形あるいは消滅し易く、規則的な空孔を安定して形成することが困難であり、このように空孔が不規則に形成されたホーリーファイバは外径寸法に著しい斑が発生したり、あるいは伝送損失が著しく大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、押し出し成形直後の空孔の変形を回避することにより、規則的な空孔を有するプラスチックホーリーファイバを連続して安定的に製造することができるホーリーファイバ製造用ノズルおよびホーリーファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、コア材とクラッド材とを用いてプラスチック光ファイバのコアとクラッドを複合押し出し成形してホーリーファイバを製造するホーリーファイバ製造用ノズルであって、前記コア材を押し出すコア用ノズルヘッド部と、押し出されたコア材の外方にクラッド材を押し出して積層させるクラッド用ノズルヘッド部と、該クラッド用ノズルヘッドから押し出されるクラッド材内で該クラッド材の押し出し方向に沿って延びるように前記クラッド用ノズルヘッド内に配置された空孔形成用のピンと、を備え、前記ピンが、先端から気体を噴出させるように構成されている、ことを特徴とするホーリーファイバ製造用ノズルが提供される。
【０００８】
このような構成によれば、空孔を形成するピンの先端から噴出した気体が、ピンによってクラッド材に形成された空孔内に流れ込み、空孔を内方から加圧するので、形成された空孔のつぶれ、変形が抑制され、外径寸法斑が少なく、伝送損失の小さい優れたホーリーファイバを提供できる。
【０００９】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ピンが、長手方向に貫通するエア通路を備えており、該エア通路の先端から前記気体が噴出させられる。
【００１０】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ピンの先端が、前記クラッド材用ノズルヘッドから外方に突出している。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、コア材を押し出すコア用ノズルヘッド部と、押し出されたコア材の外方にクラッド材を押し出して積層させるクラッド用ノズルヘッド部と、該クラッド用ノズルヘッドから押し出されるクラッド材内で該クラッド材の押し出し方向に沿って延びるように前記クラッド用ノズルヘッド内に配置され且つ先端から気体を噴出させるように構成されているホーリーファイバ製造用ノズルを用いてホーリーファイバを製造するホーリーファイバ製造方法であって、前記ピンの先端から気体を噴出させながら、前記コア材の外方に前記クラッド材を積層させ、クラッド材にピンに対応する空孔を形成するステップを備えていることを特徴とするホーリーファイバ製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、押し出し成形直後の空孔の変形を回避することにより、規則的な空孔を有し、外形寸法斑が少なく、伝送損失の小さい優れたプラスチックホーリーファイバを連続して安定的に製造することができるホーリーファイバの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に沿って、本発明の好ましい実施形態のホーリーファイバ製造用ノズルを説明する。まず、本発明の好ましい実施形態のホーリーファイバ製造用ノズルで製造されるプラスチック製のホーリーファイバ１の構成を説明する。図１は、ホーリーファイバ１の横断面図である。
ホーリーファイバ１は、コア２と、コア２の周囲に配置されたクラッド４とを備えている。クラッド４には、ホーリーファイバ１の長手方向に延びる複数の空孔６が形成されている。
【００１４】
一般に、ホーリーファイバ１は、コア２の直径が小さいほど伝搬モード数が減るのでコア２に光を閉じ込めやすくなるが、ホーリーファイバ１端面の接合の容易さといった取り扱い性の良さを保つためには、コア２の直径をある程度大きくすることが好ましい。
例えば、コア２の直径は、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とするのが好ましく、ＪＩＳ  Ｃ  ６８３７に規定されているプラスチック光ファイバと接続させる場合の互換性を保たせるためには、０．４５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１５】
コア２を構成する材料（コア材）としては、プラスチック光ファイバに通常、使用される透明性に優れた公知の樹脂が使用される。例えば、ポリメタクリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカ−ボネート系樹脂、非晶質ポリオレフィン系樹脂などが例示されるが、特に透明性に優れることから、ポリメタクリレート系樹脂が好ましい。
【００１６】
コア材として用いるポリメタクリレート系樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル、又は１種類以上のビニル系単量体とメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）との共重合体が好ましいが、メタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）が、透明性と機械的強度のバランスに優れていることから特に好ましい。
【００１７】
また、コア材として、２種類以上のビニル系単量体とＭＭＡ単位との共重合体を用いる場合には、透明性を十分に確保する点から、ＭＭＡ単位の含有量は５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上がさらに好ましい。
【００１８】
ＭＭＡ単位以外の共重合成分としては、メタクリル酸エステル及びアクリル酸エステル等の通常のプラスチック光ファイバ用コア材として、これまで提案されている材料を適宜選択する事ができる。具体的には、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチルメタ）アクリル酸ヘキサフルオロネオペンチル等の（メタ）アクリル酸アルキルエステル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸メチルシクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ボルニル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、（メタ）アクリル酸アダマンチル等の（メタ）アクリル酸シクロアルキルエステル、（メタ）アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル酸トリシクロデカニル、（メタ）アクリル酸（１−メチルトリシクロヘプチル）、（メタ）アクリル酸（１−メチルヘキサシクロドデシル）等の脂環式基を側鎖に有する（メタ）アクリル酸脂環式エステルや、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−プロピルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド等のＮ−置換マレイミドや、α−メチレン−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−γ−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−γ,γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−γ−エチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−γ−シクロヘキシル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン等を、ホーリーファイバ１に要求される性能に応じて、所望の物性を損なわない範囲で適宜選択できる。
【００１９】
クラッド４を構成する材料（クラッド材）は、屈折率がコア材と等しいか、コア材より低い、公知の材料が使用される。例えばポリメタクリレート系樹脂（コア材と同一の材料を用いても良い。）などが例示される。
クラッド４の厚みは、コア２中を伝播する光の波長の３倍以上であれば特に限定されるものではないが、従来のプラスチック光ファイバとの接続の互換性を保たせるため、０．１ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍなどに設定するのが好ましい。
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施形態のホーリーファイバ製造用ノズル１０に組み込んだノズルヘッド１２の構造を説明する。図２は、ノズルヘッド１２の概略的な断面図であり、図３はノズルヘッド１２の先端部の拡大断面図である。ノズルヘッド１２は、コア材、クラッド材の供給を受け、コア材の周囲にクラッド材を配置して積層構造とし、図２および図３の下端から押し出すものである。
【００２１】
ノズルヘッド１２は、ホーリーファイバ１のコア材を押し出すコア用ノズルヘッド部１４と、コア用ノズルヘッド部１４から押し出されたコア材の周囲にクラッド材を押し出すクラッド用ノズルヘッド部１６とを備えている。
【００２２】
コア用ノズルヘッド部１４は、金属製の円柱状の部材であり、中央部を軸線方向に貫通して延びる第１コア材流路１８を備えている。第１コア材流路１８の上端（上流端）は、図示しないコア材供給装置に接続されている。
【００２３】
クラッド用ノズルヘッド部１６は、コア用ノズルヘッド部１４の先端に接続された金属製の円柱状の部材であり、中央部を軸線方向に延びる第２コア材流路２０と、第２コア材流路２０の径方向外方に配置された環状のクラッド材流路２２と、第２コア材流路２０とクラッド材流路２２の下流側に配置された共通流路２４とを備えている。
【００２４】
第２コア材流路２０は、第１コア材流路１８の下流側部分と略同一径を有し、上流端が第１コア材流路１８の下流端に接続されている。クラッド材流路２２は、上部が環状形状を有し、下部が縮径且つテーパしながら下方向（押し出し方向）に延びる環状形状を有している。
【００２５】
クラッド材流路２２は、上部が、径方向に延びるクラッド材供給路２６に接続されている。クラッド材供給路２６は、上流側が、図示しないクラッド材供給装置に接続され、このクラッド材供給装置から供給されてくるクラッド材を、クラッド材流路２２に送るように構成されている。
【００２６】
第２コア材流路２０とクラッド材流路２２は、環状の壁体２８によって仕切られているが、下流端でクラッド材流路２２が第２コア材流路２０の外方から合流し、共通流路２４に連通している。共通流路２４は、第２コア材流路２０とクラッド材流路２２とが合流した部分の径と略同一の径を有する円柱形状を有している。
【００２７】
図２および図３に示されているように、クラッド用ノズルヘッド部１６には、クラッド４に空孔６を形成する複数本のピン３０が取付けられている。ピン３０は、基端が第２コア材流路２０とクラッド材流路２２を仕切る環状の壁体２８の下端面に接続され、共通流路２４の軸線（クラッド材の押し出し方向）と平行に延びている。本実施形態では、ピン３０は、ノズルヘッドの一部分の底面図である図４に示されているように、ホーリーファイバ１に形成される空孔６に対応する位置に配置されている。また、ピン３０の先端は共通流路２４から外方に突出している。このように外方に突出することによってクラッド材は外周部より冷却が開始され、空孔を形成させるピン付近の流動性が低下、早期に固化し、所望する空孔形状により精度よく成形することができる。
【００２８】
ピン３０の断面図である図５に示されているように、ピン３０に、長手方向に貫通するエア通路３２が形成された中空構造を有している。さらに、ピン３０のエア通路３２は、図３に示されているように、基端が壁体２８内に形成されたエア導入路３４を介して、図示しない加圧空気源等のエア供給装置に接続されている。このように空孔形成用ピン３０の先端から気体を噴出させる構造とすることによって、一体化されたコア材とクラッド材がノズル１０から押し出された直後の空孔の潰れをなくし、外径寸法斑が少なく、伝送損失の小さい、優れたホーリーファイバ１を製造することができる。エア供給装置とピン３０のエア通路３２間には、異物を除去するフィルタ（図示せず）を配置してもよい。
ピン３２は、先端部をテーパ加工したものでもよい。
【００２９】
ピンの外径は、延伸後の空孔の径が、空孔の径が、０．５μｍ〜１００μｍ、好ましくは２０μｍ以下になるように設定されるのが好ましいので、延伸倍率ｎを考慮し、例えば以下の式に基づいて、選定される。
ｎ＝（ｒ）2  ／（ｒ'）2
ｎ：延伸倍率
ｒ：ピン外径（延伸前の空孔外径）
ｒ'：製品時の空孔外径（延伸後の空孔外径）
【００３０】
例えば、ピン３０の外径が３０μｍのノズルを用いる場合は、延伸倍率を２．２倍に設定すると製品時の空孔外径が２０μｍになる。延伸倍率を３倍に設定すると１７μｍになる。
延伸倍率を低倍率にしたい場合は、ピン３０の外径を細くすればよい。例えば、ピン３０の外径２５μｍのノズルを用いる場合は、延伸倍率を１．５倍に設定すると空孔外径が２０μｍになる。
【００３１】
次に、ノズル１０を用いたホーリーファイバ１の製造工程を説明する。
図示しないコア材供給源からコア材を、コア用ノズルヘッド部１４の第１コア材流路１８に供給する。コア用ノズルヘッド部１４の第１コア材流路１８に供給されたコア材は、クラッド用ノズルヘッド部１６の第２コア材流路２０に送られ、第２コア材流路２０の下流端から共通流路２４に押し出される。
【００３２】
コア材と同時に、図示しないクラッド材供給源からクラッド材を、クラッド材供給通路２６を介して、クラッド材流路２２に供給する。クラッド材流路２２に供給されたクラッド材は、第２コア材流路２０の下流端から共通流路２４に押し出されたコア材の径方向外方に環状に配置されコア材との積層構造を形成する。
【００３３】
第２コア材流路２０の下流端からクラッド材が押し出される共通流路２４の外周部分には、複数本のピン３０が配置されているので、ピン３０が配置されている部分にはクラッド材が配置されず、ピン３０に対応して空孔６が形成されていく。ピン３０のエア通路３２には、エア供給装置から加圧気体が常時、導入されている。従って、ピン３０の先端から噴出する加圧気体が、ピン３０によって成形されていく空孔６内に流れ込み、空孔６を内部から加圧することになる。
【００３４】
ピン３０のエア通路３２に導入する気体としては、クラッド材を浸食する気体でなければどのような気体でもよいが、通常は、空気又は不活性気体が使用される。特に、窒素やアルゴンなどの不活性気体が、浸食を防止できるので好ましい。ホーリーファイバ１内に形成された空孔６内に水分が残留すると、ホーリーファイバ１内を伝播する光が吸収され、伝送損失を上昇させるので、導入する気体の水分率は低い方が良い。気体の水分率は１ｍｇ／Ｌ以下に設定することが好ましい。水分率を低下させるため、エアードライヤなどを用いることができる。
【００３５】
導入気体の温度は、気体がピン３０から噴出したときの温度が、ノズルヘッド１２の温度と同じ又はこれ以下となるように設定されている。
また、導入気体の圧力は、空孔６の形状あるいはホーリーファイバ１の糸径斑を少なくするため、変動が例えば±１％以内に保たれることが好ましい。
【００３６】
さらに、導入気体の噴出速度は、コア材、クラッド材の押し出し速度である紡糸速度の±５％以内であることが好ましい。この範囲の速度で導入空気を噴出させると、導入気体の空孔６への流入速度とクラッド材の押し出し速度の差が小さいため、クラッド４内でひずみが生じにくく、また空孔６の形状を連続して一定の形状に保つことができる。
【００３７】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好ましい実施形態のホーリーファイバ製造用ノズルで製造されるプラスチック製のホーリーファイバの横断面図である。
【図２】ノズルヘッドの概略的な断面図である。
【図３】ノズルヘッドの先端部の拡大断面図である。
【図４】ノズルヘッドの一部分の底面図である。
【図５】ピンの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：ホーリーファイバ製造用ノズル
１２：ノズルヘッド
１４：コア用ノズルヘッド部
１６：クラッド用ノズルヘッド部
１８：第１コア材流路
２０：第２コア材流路
２２：クラッド材流路
２４：共通流路
２６：クラッド材供給路
２８：壁体
３０：ピン
３２：エア通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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