(57)【要約】      （修正有）【課題】高温環境下で使用しても共役長変化が起こりにくいロッドレンズを短時間に熱処理が可能なロッドレンズの熱処理装置を提供する。【解決手段】ロッドレンズの熱処理装置は、ケーシング１内部に熱処理部があり、ケーシング１にはロッドレンズを走行させる孔及び熱処理に使用される水蒸気を供給する供給口と、水蒸気を排出する排出口を有し、ケーシングの両側にケーシング内部より高い圧力環境を備えるシール部８，９を配置させる事により、熱処理部からシール部への水蒸気の漏出を防ぎ、シール部内の昇温を防ぐ。これにより、シール部内にたわみ基点を有し、極めて張力が小さい状態での熱処理を可能とし、更には、極めて小さい状態を保持する為の保持機構を有する事により、共役長変化が起こりにくいロッドレンズを短時間に熱処理が可能なロッドレンズ熱処理装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光伝送体を熱処理する熱処理装置であって、
プラスチック光伝送体を熱処理する熱処理部と、前記熱処理部に配設されたシール部を備え、
前記熱処理部には、前記プラスチック光伝送体が熱処理部内を走行可能とする孔部、熱媒体を供給する熱媒体供給部、及び熱媒体を排出する熱媒体排出部を有し、
前記シール部は、熱処理部の孔部を含む両側に配置されていることを特徴とする、
熱処理装置。
【請求項２】
前記熱媒体供給部は、水蒸気の供給部である、請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記シール部は、熱処理部よりも高い圧力となっている、請求項１又は２記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャナ、イメージセンサ、プリンタ等に使用されるプラスチック光伝送体、とりわけプラスチック製ロッドレンズの熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光伝送体の一例として、
プラスチック製ロッドレンズ（以下、「ロッドレンズ」と略す。）は、中心から外側に向かうにつれて屈折率が連続的に減少する屈折率分布を有する円柱状のレンズである。上記ロッドレンズは、下記の（１）〜（３）を含む工程により製造することができる。
未硬化状物を紡糸してロッドレンズ原糸を得る紡糸工程。
前記ロッドレンズ原糸を延伸して延伸原糸を得る延伸工程。
前記延伸原糸を緩和して緩和原糸を得る緩和工程。
得られたロッドレンズは、２本以上を、それらの端面が１次元状又は２次元状の形状を形成するように平行に配置し、接着により一体化して、ロッドレンズアレイの形態にされることがある。ロッドレンズアレイは、ハンドスキャナ等の各種スキャナや、複写機、ファクシミリ等におけるイメージセンサ用の部品として、また発光ダイオード（ＬＥＤ）プリンタの書き込みデバイス等として広く用いられている。
ところで、ロッドレンズにおいては、ロッドレンズアレイ製造時の取り扱い性を向上させるために、機械的強度を高くすることが要求される。その要求に対し、特許文献１には、ロッドレンズを加熱延伸する方法が開示されている。
しかし、加熱延伸されたロッドレンズは高温環境下で使用した際に共役長が変化し、その結果、解像度（ＭＴＦ：モデレーション・トランスファー・ファンクション）が低下する傾向にあった。
特に、ロッドレンズを、６００ドット／インチ（ｄｐｉ）以上の高解像度のイメージセンサやＬＥＤプリンタに使用する場合には、解像度の低下は深刻になる。
【０００３】
そこで、高温環境下で使用しても共役長の変化が起こりにくい耐熱性を有し、解像度に優れるロッドレンズアレイを製造する方法として、ロッドレンズを加熱延伸後、熱処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この方法は熱処理に要する時間が長いという問題を有している。本発明の目的は、高温環境下で使用しても共役長変化が起こりにくいロッドレンズを短時間に熱処理が可能なロッドレンズの熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば
プラスチック光伝送体を熱処理する熱処理装置であって、
プラスチック光伝送体を熱処理する熱処理部と、前記熱処理部に配設されたシール部を備え、
前記熱処理部には、前記プラスチック光伝送体が熱処理部内を走行可能とする孔部、熱媒体を供給する熱媒体供給部、及び熱媒体を排出する熱媒体排出部を有し、
前記シール部は、熱処理部の孔部を含む両側に配置されていることを特徴とする、
熱処理装置、が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のロッドレンズ熱処理装置を用いれば、高温環境下で使用しても共役長変化が起こりにくいロッドレンズを短時間に製造できる。
【０００８】
本発明の熱処理装置で作製したロッドレンズを使用したロッドレンズアレイは、高温環境下で使用しても共役長の変化が起こりにくい耐熱性を有し、解像度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のロッドレンズ熱処理装置の実施態様を示した概略構成図である。
【図２】ロッドレンズの原糸を製造するための装置を示す概略構成図である。
【図３】ロッドレンズの原糸に延伸処理及び緩和処理を施す装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明のロッドレンズアレイの一例を示す鳥瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の熱処理装置は、延伸・緩和工程を経た後の緩和原糸を、水蒸気にて熱処理する際に好適に使用される装置である。
（熱処理装置）
図１は本発明のプラスチック光伝送体の熱処理装置の実施態様を示した概略構成図である。本発明の熱処理装置は、熱処理部（０）が内部に設置されたケーシング（１）と，熱処理部から長手方向への水蒸気流出を防止するためのシール部（８，９）から構成される。シール部（８，９）の内部には、ニップロール機構（１０，１１），センサ（１５，１６）及びセンサからの信号を元にロッドレンズ走行状態を調整する機構（図示せず）を有する。
【００１１】
ケーシング（１）には、水蒸気を供給する管状体（２），水蒸気を排出させる為の水蒸気排出部（７），ロッドレンズが連続走行する為の孔（５），必要に応じて熱処理部内部メンテナンスを行う為の蓋（６）が備えつけられている。ケーシングの形状は、汎用性・コスト性等に優れる円柱の筒状のものが好ましい。ケーシングの材質は、スチール系の金属で構成されており、ケーシング表面の周囲には断熱層を設けることが望ましい。管状体（２）は，水蒸気の供給圧力の調整が可能な圧力調整弁に接続されており、圧力調整弁にて任意の供給温度に調整された水蒸気が供給される。管状体はその先端に水蒸気供給口（３）を備える。水蒸気供給口は熱処理部の水蒸気雰囲気が均一に成る様、複数設けても良い。
【００１２】
水蒸気供給口とロッドレンズの間にはより均一な水蒸気雰囲気を形成する為の多孔板（４）が設けられている事が好ましい。多孔板は通気性を供えている。供給された水蒸気が全て多孔板を通過する際は抵抗が発生し、一部は多孔板を通過せずに、ケーシングと多孔板によって形成された空間内に偏らないよう分散される。この状態にて供給口より水蒸気の供給が続く事により、ケーシングと多孔板によって形成された空間は水蒸気で満たされ、逃げ場が無くなった水蒸気は、多孔板を通してロッドレンズに接触する為、より均一な水蒸気雰囲気が形成される（整流作用）。
【００１３】
管状体を構成する部材は、ステンレス、アルミニウム等の金属が挙げられるが、熱伝導率が比較的小さいステンレスが好ましい。多孔板は焼結金属エレメントが挙げられる。前記焼結金属エレメントは、空隙率３６〜４８％、目開き１２０μｍ、厚さが数ｍｍ（２〜３ｍｍ）程度のものが好ましい。前記エレメントの形状はケーシングにフィットする事が条件で、円柱状のケーシングに用いる場合は角板が好ましい。水蒸気処理を行う場合は、１００℃〜Ｔｇ＋３０℃（Ｔｇはロッドレンズ原糸のガラス転移温度である。）で行われる。
【００１４】
水蒸気排出部（７）は，その排出口数は一つであっても良いし、複数箇所設けられてもよい。水蒸気排出口が複数設けられている場合は、設置位置は等間隔に設けられている事が好ましい。又、水蒸気排出口には、例えばファン等の排気設備が設けられている事が好ましい。
【００１５】
次に、シール部の説明を行う。シール部はケーシングに隣接し、ケーシング両側に設けられている。図１では、上流側第一シール部（８）及び下流側第一シール部（９）並びに上流側第一シール部に隣接する上流側第二シール部（１２）、下流側第一シール部に隣接する下流側第二シール部（１３）で構成されている。
【００１６】
上流側第一シール部及び下流側第一シール部にはロッドレンズを走行させる為の孔がそれぞれ２つずつ設けられている。熱処理部と通じる孔はケーシングの孔（５）と共通である。第二シール部と通じる孔（１４）を有する。
【００１７】
第一シール部（８，９）は、熱処理部の水蒸気が、孔から漏出することを防止する目的で設置される。具体的にはシール部（８，９）の圧力はケーシング内部よりも高い圧力環境を供える事で、ケーシング内部からシール部への水蒸気の漏出を防ぐ。この様な構成により、シール部内の温度上昇は抑制され、高温雰囲気中への設置が困難であったニップロール等の設置が可能となる。シール部内に設けられたニップロールは、熱処理を施す為の弛み基点構築の役割とロッドレンズ運搬の役割とを兼ねる。このように熱処理部に隣接し、温度が上昇しないシール部に弛み基点を有し、熱処理時におけるロッドレンズを弛ませる事が可能になり、極めて張力が小さい状態にて熱処理を行う事で、高温環境下で使用しても共役長変化が起こりにくいロッドレンズを短時間に製造する為の熱処理装置が提供される。第一シール部に供給されるシール媒体の物性としては、媒体は孔を通じて熱処理部に進入することから、熱処理部、ロッドレンズ、ニップロール等に影響を及ぼさず、熱伝導率の低い媒体が好ましい。そのような媒体としては、熱処理の媒体として水蒸気を用いる場合は、化学的安定性に優れ、汎用的で低コストな圧力空気（１７）が適している。
また、装置の安全性を高める観点からシール部（８，９）の両側に，第二のシール部を設置してもよい。第二シールが設置される目的は、第一シール部で使用されたシール媒体が外部に漏出する際の漏出エネルギを緩和させ、装置の安全性を高める事にある。第二シール部は第一シール部よりも低い圧力となるように設置される。例えば、第二シール部にはラビリンスを用いてエネルギを緩和させる。
【００１８】
ロッドレンズは、極めて張力が小さい状態，即ち連続走行するロッドレンズの２点を固定した際、自重で軽度にたわむ状態で、熱処理部内を走行する。図１では、ニップロール機構（１０，１１）が、たわみ基点となっている。具体的にたわみ角度（水平軸とたわみ基点を基点にたるんだロッドレンズが形成する角度）が１度以上、５度未満の状態にて熱処理を施す為の弛み基点構築の役割とロッドレンズ運搬の役割とを兼ねている。
【００１９】
センサ（１５，１６）は，熱処理部内を走行するロッドレンズの弛み状態を監視するために設置される。一般にロッドレンズは、前述のごとく、紡糸工程、延伸工程、緩和工程を経て製造される。緩和工程の後に水蒸気処理を行う場合、例えば、緩和が不十分で残留応力が残っている際は、水蒸気処理時に熱収縮が生じ、最終的には張力が発生する場合がある。よって、適正な弛みを保持しながら熱処理を実施するためにセンサが有効に機能する。図１において、センサは上方、下方の１対、設置される。センサからの信号を基に、ニップロールの回転速度を制御する。具体的にはスピードコントローラはセンサからのフィードバック信号を元に、ニップロールを回転させるドライバに適切な信号を送り、この信号を受けたドライバはニップロールの回転速度を適時調整する。これにより、ロッドレンズ走行状態は適正に保持される。なお、スピードコントローラからドライバへの適切な信号はプログラミングにより設定される。
【００２０】
具体的には、上方位置センサ（１５）にてロッドレンズを検知した際には、張力が大きくなる現象を捉えている事を意味する。上方位置センサにてロッドレンズを検知した際は、検知信号をニップロールのスピードコントローラにフィードバックを行い、ニップロール（１０）の速度をニップロール（１１）の速度よりも所望の熱処理時間が施される範囲内で相対的に早くする。下方位置センサ（１６）にて検知した際は逆の速度調整を行う。センサは、接触式でも非接触式でも良いが、好ましくは、非接触式のレーザー検知器等が好ましい。なお、センサは前述した第二のシール部に設置しても構わない。
【００２１】
次に、本発明の熱処理装置を使用した熱処理方法を説明する。
【００２２】
先ず、熱処理装置が停止状態でニップロールが開いている状態にて、ロッドレンズを上流側シール部、熱処置部、下流側シール部の順に治具を用いて通す。ロッドレンズを通す際は熱処理部の蓋を開ける事により作業が可能となり、ロッドレンズの弛み具合の調整が行える。シール部内部に設けられたニップロールの速度を全て等速に設定された状態で、全てのニップロールを同時閉じ、熱処理装置内のロッドレンズ走行を開始する。
【００２３】
ロッドレンズの弛みの安定確認後、排気ファンを稼動させた後、水蒸気とシール媒体の供給を行う。熱処理部、上流側、下流側シール部には圧力計が取り付けられており、圧力計の値を元に、熱処理部の水蒸気並びにシール部のシール媒体の供給圧力を除々に上昇させ、所望の雰囲気をえる。このとき、上流側・下流側シール部の圧力が熱処理部の圧力に対して高い圧力を備えるよう設定する。熱処理部及びシール部には温度計が備えられており、適正な温度の確認・調整が可能となっている。
（評価解像度（平均ＭＴＦ）及び評価共役長）
空間周波数１２ラインペア／ｍｍ（すなわち６００ｄｐｉ）を有する格子パターンを用いて測定した。具体的には、光軸に垂直な両端面を研磨したロッドレンズアレイに光源からの光（波長５２５ｎｍ）を、格子パターンを通して入射させ、結像面に設置したＣＣＤラインセンサにより格子画像を読み取り、その測定光量の最大値（ｉｍａｘ）と最小値（ｉｍｉｎ）を測定し、下記式（２）によりＭＴＦ（モデレーション・トランスファー・ファンクション）を求めた。
【００２４】
ＭＴＦ（％）＝｛（ｉｍａｘ−ｉｍｉｎ）／（ｉｍａｘ＋ｉｍｉｎ）｝×１００  （２）
その際、格子パターンとロッドレンズアレイの入射端との距離と、ロッドレンズアレイの出射端とＣＣＤラインセンサとの距離を等しくした。そして、格子パターンとＣＣＤラインセンサをロッドレンズアレイに対し対称的に動かしてＭＴＦを測定し、ＭＴＦが最良になるときの、格子パターンとＣＣＤラインセンサとの距離を共役長とした。
【００２５】
格子パターンとＣＣＤラインセンサとの距離を共役長で固定して、ロッドレンズアレイ全幅について走査してＭＴＦを５０点測定し、これらを平均して平均ＭＴＦを求めた。平均ＭＴＦの値は解像度の指標になり、平均ＭＴＦの値が大きい程、解像度が優れる。
【００２６】
ここで、空間周波数とは、白ラインと黒ラインとの組み合わせを１ラインとした際に、このラインの組み合わせが１ｍｍの幅の中に形成される数である。
【実施例】
【００２７】
＜実施例１＞
未硬化物としてポリメチルメタクリレート４６重量部、トリシクロ［５・２・１・０２，６  ］デカニルメタクリレート３０重量部、メチルメタクリレート２４重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第１層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート４５重量部、トリシクロ［５・２・１・０２，６  ］デカニルメタクリレート１６．４重量部、メチルメタクリレート２８．６重量部、ベンジルメタクリレート５重量部、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５重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第２層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート４８重量部、メチルメタクリレート３５．２重量部、ベンジルメタクリレート６．８重量部、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１０重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第３層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート４４．８重量部、メチルメタクリレート１２．９重量部、ベンジルメタクリレート１３．１重量部、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２９．２重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第４層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート４０．３重量部、メチルメタクリレート２．４重量部、ベンジルメタクリレート１６．９重量部、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４０．４重量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練して第４層形成用原液とした。なお、クロストーク光やフレア光を抑制する目的で、加熱混練前の第４層及び第５層用の各原液中に原液全体に対して染料Ｂｌｕｅ  ＡＣＲ（日本化薬（株）製）、染料Ｂｌｕｅ  ４Ｇ（三菱化学製）、染料ＭＳ  Ｙｅｌｌｏｗ  ＨＤ−１８０（三井東圧染料（株）製）、染料ＭＳ  Ｍａｇｅｎｔａ  ＨＭ−１４５０（三井東圧染料（株）製）、染料ＫＡＹＡＳＯＲＢ  ＣＹ−１０（日本化薬（株）製）を添加した。
【００２８】
この５種類の原液を紡糸する装置を図２に示す。同心円状５層複合ノズル（２１）を用い中心から順次未硬化物の屈折率が低くなるように配列し同時に押し出した。複合紡糸ノズルの温度は５０℃であった。各層の吐出比は、ロッドレンズ原糸の半径方向の各層の厚さ（１層目においては半径）の比に換算して、１層目／２層目／３層目／４層目／５層目＝２４／３１／３９．２／２．８／３とした。ついで長さ３０ｃｍの相互拡散処理部を通し、その後長さ１２０ｃｍ、４０Ｗのケミカルランプ１８本を円状に等間隔に配設され光を照射する第１硬化処理部（２６）の中心に糸状体を通過させ、更に２．０ＫＷ高圧水銀灯３本を中心軸の周囲に等間隔に配設された第２硬化処理部（２５）の中心上に糸状体を通過させて完全硬化させた。この硬化をおえたロッドレンズ原糸を２００ｃｍ／ｍｉｎで引取りローラー（２７）で引き取った。相互拡散処理部における窒素流量は８０Ｌ／ｍｉｎであった。得られたロッドレンズの原糸の半径は０．４７ｍｍ、Ｔｇは１１０℃であった。
【００２９】
このロッドレンズ原糸を図３に示す装置を用いて、第一加熱炉（３４）にて１４５℃の雰囲気下で５．５倍に延伸し（第１ニップローラ（３１）の速度２００ｃｍ／ｍｉｎ、第二ニップローラ（３２）の速度１０９１ｃｍ／ｍｉｎ）、第二加熱炉（３５）にて１２３℃の雰囲気下で緩和率が４５％なるように緩和処理（第三ニップローラ（３３）の速度６００ｃｍ／ｍｉｎ）を行った。
上記製造方法により得られたロッドレンズは、中心から外側に向かうにつれて屈折率が連続的に減少する屈折率分布を有する円柱状のレンズである。
【００３０】
本発明の熱処理装置によって水蒸気処理を施した。ロッドレンズ走行速度（ニップロール速度）６００ｃｍ／ｍｉｎ、ケーシング長（ロッドレンズ走行方向の長さ）３０ｃｍ、たわみ角度１度〜５度にて、１２５℃の水蒸気（水蒸気圧力は約０．２５ＭＰａ）を用いて、３秒の水蒸気処理を施した。ロッドレンズの走行状態を監視するセンサは非接触式のレーザー検知器を用いた。センサがロッドレンズを検知した際は、センサの信号をニップロールのスピードコントローラにフィードバックを行い、たわみ角３度の位置にロッドレンズの走行状態を保持する様、設定を行った。本発明の熱処理装置によって水蒸気処理されたロッドレンズを使用したロッドレンズアレイの製作を行い、後述する評価基準を元に総合評価を行った。
＜初期性能（耐熱試験前）＞
平均ＭＴＦ［％］が６５％以上のものを合格、それ以下のものを不合格とした。
＜耐熱試験＞
６０℃に設定した恒温恒湿機中（相対湿度９０％）にロッドレンズアレイを１０００時間放置した。耐熱試験後での共役長、平均ＭＴＦを求めた。
【００３１】
試験後の共役長［ｍｍ］  の変化が±０．１ｍｍ以内のものを合格、それ以外は不合格とした。また、試験後の平均ＭＴＦ［％］が６０％以上のものを合格、６０％未満のものを不合格とした。
＜総合評価＞
いずれの評価において一つでも不合格が存在する場合、条件適用不可として総合評価を不合格とする。
【００３２】
結果
初期性能における平均ＭＴＦ  ・・・７５％                ：合格
耐熱試験後の共役長変化    ・・・        ±０．１ｍｍ以内             ：合格
耐熱試験後の平均ＭＴＦ    ・・・        ６２％               ：合格
総合評価：合格
【符号の説明】
【００３３】
０     熱処理部
１     ケーシング
２     管状体
３     水蒸気供給口
４     多孔板
５     孔
６     蓋
７     水蒸気排出部
８     第一シール部
９     第一シール部
１０   弛み基点並びに運搬機構（ニップロール）
１１   弛み基点並びに運搬機構（ニップロール）
１２   第二シール部（ラビリンス）
１３   第二シール部（ラビリンス）
１４   孔
１５   上方位置センサ
１６   下方位置センサ
１７   圧力空気
２０    ロッドレンズ原糸の製造装置
２１    同心円状複合紡糸ノズル
２２    収容体
２３    不活性ガス導入管
２４    不活性ガス排出管
２５    第１硬化処理部
２６    第２硬化処理部
２７    引取りローラ
３０    延伸・緩和処理装置
３１    第１ニップローラ
３２    第２ニップローラ
３３    第３ニップローラ
３４    第１加熱炉
３５    第２加熱炉
４０    ロッドレンズアレイ
４１    ロッドレンズ
４２    基板
４３    接着剤
【図１】
2011215487.tif 000003
【図２】
2011215487.tif 000004
【図３】
2011215487.tif 000005
【図４】
2011215487.tif 000006