(57)【要約】  均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバ（図６参照）、このようなファイバを製造するための方法およびシステム、ならびにこのようなファイバを組み込んだ照明装置が記載されている。
2007517235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアと、
前記プラスチック光ファイバコアの回りのプラスチック光ファイバクラッドとを含み、
前記プラスチック光ファイバが、ほぼ垂直上方方向における連続スクリュー共押出によって形成され、
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有するプラスチック光ファイバ。
【請求項２】
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアと、
前記プラスチック光ファイバコアの回りのプラスチック光ファイバクラッドと、を含むプラスチック光ファイバ。
【請求項３】
前記プラスチック光ファイバが連続スクリュー共押出によって形成される、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項４】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの５．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項５】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの１．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項６】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項７】
前記プラスチック光ファイバが、ほぼ垂直上方方向における共押出によって形成される、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項８】
前記プラスチック光ファイバが、ステップ型（ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ）プラスチック光ファイバである、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項９】
前記プラスチック光ファイバが、グレーデッド型（ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ）プラスチック光ファイバである、請求項２に記載のプラスチック光ファイバ。
【請求項１０】
プラスチック光ファイバを製造するための方法であって、
第１の押出機において第１のポリマー出発材料を溶融することと、
第２の押出機において第２のポリマー出発材料を溶融することと、
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアを形成するように前記第１の溶融ポリマー出発材料を押出すことと、
前記プラスチック光ファイバコアの回りにプラスチック光ファイバクラッドを形成するように前記第２の溶融ポリマー出発材料を共押出しすることと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１の押出機および前記第２の押出機が連続スクリュー押出機である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの５．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの１．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記押出がほぼ垂直上方方向に行なわれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
プラスチック光ファイバを製造するためのシステムであって、
第１のポリマー出発材料を溶融する第１の押出機と、
第２のポリマー出発材料を溶融する第２の押出機と、
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアを形成するように前記第１の溶融ポリマー出発材料を押出し、かつ前記プラスチック光ファイバコアの回りにプラスチック光ファイバクラッドを形成するように前記第２の溶融ポリマー出発材料を共押出しする押出ブロックと、
を含むシステム。
【請求項１７】
前記第１の押出機および前記第２の押出機が連続スクリュー押出機である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの５．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの１．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記押出ブロックがほぼ垂直上方方向へ押出する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
プラスチック光ファイバを製造するためのシステムであって、
第１の押出機において第１のポリマー出発材料を溶融するための手段と、
第２の押出機において第２のポリマー出発材料を溶融するための手段と、
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアを形成するように前記第１の溶融ポリマー出発材料を押出すための手段と、
前記プラスチック光ファイバコアの回りにプラスチック光ファイバクラッドを形成するように前記第２の溶融ポリマー出発材料を共押出しするための手段と、
を含むシステム。
【請求項２３】
光源と、
共押出によって形成されるプラスチック光ファイバであって、
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアと、
前記プラスチック光ファイバコアの回りのプラスチック光ファイバクラッドと、
前記ファイバの長さに沿った１つ以上の位置であって、該位置で光が制御された方法で出現できるように処理された１つ以上の位置と、を含むプラスチック光ファイバとを含み、
前記光源が、前記プラスチック光ファイバと光学的に接続されている照明装置。
【請求項２４】
前記プラスチック光ファイバが、連続スクリュー共押出によって形成される、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２５】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの５．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２６】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの１．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２７】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２８】
前記プラスチック光ファイバが、ほぼ垂直上方方向における共押出によって形成される、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２９】
照明装置を製造するための方法であって、
均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバの表面を、該ファイバの長さに沿った１つ以上の位置で、前記ファイバの１つ以上の側部から光が制御された方法で出現できるように処理することと、
前記ファイバを光源に光学的に接続することと、
を含む方法。
【請求項３０】
前記プラスチック光ファイバが、連続スクリュー共押出によって形成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの５．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの１．０パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記均一な断面が、厚さにおいて、平均コア断面厚さの０．５パーセント未満の標準偏差を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記プラスチック光ファイバが、ほぼ垂直上方方向における押出によって形成される、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００３年６月１３日出願の米国特許出願第１０／４６１，１２２号の一部継続出願であり、その開示を参照により本明細書に組み込んでいる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、プラスチック光ファイバおよびこのようなファイバを用いる装置に関する。特に、本発明は、ほぼ扁平なプラスチック光ファイバ、このようなファイバを製造するための方法およびシステム、ならびにこのようなファイバを組み込んだ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）は、通信ネットワークおよび照明装置をはじめとする様々な用途のために開発されてきた。
【０００４】
通信ネットワークに関して、ＰＯＦは、短距離高速ネットワークにおける伝送媒体として用いられる。この用途に関して、円形断面を備えたＰＯＦにおける伝送損失を低減するために、相当な労力が傾注されてきた。これらの損失は、内在的および外在的要因の両方によって引き起こされる場合がある。内在的損失要因には、Ｃ−Ｈ振動による吸収およびレイリー散乱が含まれる。外在的損失要因には、遷移金属および有機汚染物質による吸収と同様に、ダストおよび微小空隙による散乱、ＰＯＦコアの断面における変動、配向複屈折およびコア−クラッド境界欠陥が含まれる。
【０００５】
照明装置に関して、ＰＯＦは、「エンドライト」または「サイドライト」用に用いることができる。エンドライトに関して、ＰＯＦの主機能は、光源から遠隔点に光を伝送し、ＰＯＦの端部から光を放射することである。サイドライトに関して、ＰＯＦの主機能は、ＰＯＦの長さに沿った１つ以上の位置においてＰＯＦの１つ以上の側部から外へ、光源からの光を制御された方法で透過させることである。
【０００６】
円形断面を備えたＰＯＦも照明装置にも用いられることが多い。たとえば、円形ＰＯＦを並列に配置し、サイドライト用細片またはパネルを作ることができる。しかしながら、このような細片の製作は比較的厄介であり、高価で、非効率的である。したがって、サイドライト照明装置のために、矩形または他のほぼ扁平な断面を備えたＰＯＦを製造することは、有利になり得る。ほぼ扁平なＰＯＦはまた、いくつかのデータ通信用途にも有用である。
【０００７】
研磨、エッチング、エンボス、ノッチングおよびＰＯＦの鋭い屈曲を始めとして、ＰＯＦの側部から外へ、どこでどれくらいの光を透過させるかを制御するためのいくつかの方法が開発されてきた。いくつかのタイプの制御を用いて、ＰＯＦの側部から現れる光を、文字、数、ロゴまたは他のシンボルなどの特定の形状にパターン化することができる。他のタイプの制御によればＰＯＦの側部から現れる光は、均一な照明をもたらす。
【０００８】
今日まで、サイドライト照明装置における非制御透過損失は、典型的に含まれるＰＯＦの長さが短いために、無視されてきた。しかしながら、エネルギを節約し、かつ明るさを向上させるためには、これらの照明装置をより効率的にするのが望ましい。ＰＯＦの側部から外への光透過が望ましくないＰＯＦの領域では、非制御透過損失は最小限にすべきである。このような領域の非制御損失は、これらの領域におけるＰＯＦコアの厚さ（扁平なＰＯＦの場合）または直径（円形ＰＯＦの場合）がより均一な場合には、低減される。裏を返せば、１つ以上の位置におけるＰＯＦ側部から外への光透過は、これらの位置におけるＰＯＦの厚さまたは直径が、これらの位置を（たとえば研磨、エッチング、ノッチングまたは光漏れ制御を導入する他の処理によって）処理する前に、より均一な場合には、よりよく制御される。したがって、サイドライト用途のほぼ扁平なＰＯＦにおいて、損失要因を低減する必要性がある。また、通信用途のほぼ扁平なＰＯＦにおいても、損失要因を低減する必要性がある。
【０００９】
照明効率は、携帯電子装置（たとえばラップトップコンピュータ、携帯電話および携帯情報端末）用のディスプレイおよびバックライトなどの電池式照明装置において特に重要である。さらに、携帯電子装置におけるスペースおよび重量の制約からしても、薄くてより均一な厚さを備えたほぼ扁平なＰＯＦを製造する必要性がある。
【００１０】
先行技術において認識も制御もされなかった１つの処理変数は、ＰＯＦコアが押出される方向である。本発明者らの知る限りでは、全ての先行するＰＯＦ処理方法は、ＰＯＦコアを垂直下方に（つまり重力を用いて）かまたは水平にのどちらかに押出してきた（すなわち、開口部を通して押出することによって形成または成形される）。驚いたことに、本発明者らは、ＰＯＦを垂直上方に（つまり重力に逆らって）押出することによって、コア断面の変動がずっと少ないＰＯＦを製造することが可能になることを発見した。
【００１１】
ＰＯＦのコア断面の均一性におけるこの改良は、織物用途の「繊維集束体」を製造するために「上方紡糸」を用いる米国特許第４，３９９，０８４号明細書を考慮すると、さらに一層驚くべきである。第１６段２０〜２４行目で言及されているように、この特許は、不均一で不規則な紡織繊維を作り出すために、垂直上方押出を用いることを説明している。すなわち、
「本発明のさらなる特徴は、フィラメントが、その長手方向に沿って不規則な間隔で大きさが不規則に変化する非円形断面を有し、これにより、その断面の形状もまた変化するということである。」
【００１２】
したがって、不規則な織物繊維を製造するための、垂直上方押出の先行する利用は、均一なＰＯＦコアを製造するために垂直上方押出を用いることを、開示も示唆もしていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明の概要
本発明は、均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦ、このようなファイバを製造するための方法およびシステム、ならびにこのようなファイバを組み込んだ照明装置を提供することによって、先行技術の限界および不都合を克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様には、均一な断面のほぼ扁平なコアを備えたＰＯＦが含まれる。ＰＯＦはまた、コアの回りにクラッドを有する。
【００１５】
本発明の別の態様には、第１のポリマー出発材料が第１の押出機において溶融され、かつ第２のポリマー出発材料が第２の押出機において溶融されるＰＯＦの製造方法が含まれる。均一な断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦコアを形成するように第１の溶融ポリマー出発材料を押出す。ＰＯＦコアの回りにＰＯＦクラッドを形成するように第２の溶融ポリマー出発材料を共押出しする。
【００１６】
本発明の別の態様には、２つの押出機と、１つの押出ブロックとを含むシステムが含まれる。一方の押出機は第１のポリマー出発材料を溶融し、他方の押出機は第２のポリマー出発材料を溶融する。押出ブロックは、均一な断面を備えたほぼ扁平なプラスチック光ファイバコアを形成するように第１の溶融ポリマー出発材料を押出し、プラスチック光ファイバコアの回りにプラスチック光ファイバクラッドを形成するように第２の溶融ポリマー出発材料を共押出しする。
【００１７】
本発明の別の態様には、ＰＯＦに光学的に接続された光源を備えた照明装置が含まれる。ＰＯＦは、均一な断面を備えたほぼ扁平なコアを有する。ＰＯＦはまた、コアの回りにクラッドを有する。ＰＯＦの長さに沿った１つ以上の位置が、光が制御された方法でこれらの位置で出現できるように処理された。
【００１８】
本発明の別の態様には、ほぼ扁平なＰＯＦの表面を処理しかつ光源をＰＯＦに光学的に接続することによって、照明装置を製造するための方法が含まれる。表面処理によって、光は、制御された方法で、ＰＯＦの長さに沿った１つ以上の位置で、ＰＯＦの１つ以上の側部から出現することが可能になる。処理に先立って、ＰＯＦは、均一な断面を備えたほぼ扁平なコアを有する。ＰＯＦはまた、コアの回りにクラッドを有する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、ＰＯＦは、連続スクリュー共押出によって形成される。
【００２０】
いくつかの実施形態において、均一な断面は、コア断面厚さにおける標準偏差が、平均ＰＯＦコア断面厚さの５．０パーセント未満であるようなものである。いくつかの実施形態において、均一な断面は、コア断面厚さにおける標準偏差が、平均ＰＯＦコア断面厚さの１．０パーセント未満であるようなものである。いくつかの実施形態において、均一な断面は、コア断面厚さにおける標準偏差が、平均ＰＯＦコア断面厚さの０．５パーセント未満であるようなものである。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ＰＯＦコアは、ほぼ垂直上方方向における押出によって形成される。
【００２２】
ＰＯＦをほぼ扁平にするために、均一なコアは、限定するわけではないが、矩形断面、角を丸めた矩形断面、または２つの対向する平坦な側部および２つの対向する丸めた側部を備えたレーストラック状長円形とすることができる。
【００２３】
前述の事項ならびに本発明の他の実施形態および態様は、添付の特許請求の範囲および付随する図面と共に書かれた本発明の以下の詳細な説明を考慮することによって、当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
詳細な説明
この部では、均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦ、このようなファイバを製造するための方法およびシステム、ならびにこのようなファイバを組み込んだ照明装置について説明する。以下の説明では、本発明についての完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細について述べている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細なしに実施可能であることは、当業者には明らかであろう。
【００２５】
図１は、ほぼ扁平なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための例示的なシステムを示す。図１のシステムには、ＰＯＦのコアを連続的に押出するために用いられる「Ａ」構成要素、およびＰＯＦのクラッドを連続的に押出するために用いられる「Ｂ」構成要素の両方が含まれる。ＡおよびＢの機械的な構成要素は、構成においてほとんど同じであり、主な差異は、モータ／押出機組み合わせの大きさである。この例示的なシステムには、次のものが含まれる。すなわち、それらは、押出機駆動アセンブリ１００Ａおよび１００Ｂ、供給ホッパー／ドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂ、押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００Ａおよび３００Ｂ、バレルヒータバンドは３１０Ａおよび３１０Ｂ、多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂ、移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂ、移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂ用のバンドヒータ４１０Ａおよび４１０Ｂ、ポンプ／駆動アセンブリ５００Ａおよび５００Ｂ、ポンプヒータバンド５１０Ａおよび５１０Ｂ、プラネタリギヤポンプ５２０Ａおよび５２０Ｂ、フロー分配器６００Ａおよび６００Ｂ、ならびにフロー分配器６００Ａおよび６００Ｂ用のバンドヒータ６１０Ａおよび６１０Ｂである。
【００２６】
図２には、ＰＯＦの均一性を測定し、制御された方法でＰＯＦを冷却し、かつＰＯＦをスプールに巻き付けるための追加構成要素を備えた図１のシステムを示す。追加構成要素には次のものが含まれる。すなわち、それらは、アイドラロール１３００、個別製造物ガイド１３５０、セグメントアイドラロール１４００、第１段階急冷ユニット１１００、第２段階急冷ユニット１１５０、第３段階急冷ユニット１０００、セグメント駆動ロール１２００（駆動ロール１２００における各セグメント用の独立制御するモータ１２５０Ｘを備えた）、レーザマイクロメータ１９００、および巻取ユニット２０００である。巻取ユニット２０００には、電動高精度延伸ロール２１００、アキュムレータシステム２２００、およびＰＯＦスプール２４００用の横送り機構２３００が含まれる。
【００２７】
いくつかの実施形態において、第３段階急冷ユニット１０００は除かれ、第１段階急冷ユニット１１００および第２段階急冷ユニット１１５０は、紡糸口金フェースプレート７００のより近くに降ろされる。図２に示すように、いくつかの実施形態において、急冷ユニット１０００、１１００および１１５０を同じ向きに互いの上に積み重ねて、空気が、各急冷ユニットにおいて、同じ方向に（たとえば、図２では右から左へ）流れるようにする。他の実施形態（図示せず）において、急冷ユニットを互い違いの配列に積み重ねて、空気流が隣接する急冷ユニットにおいて反対方向になるようにする。たとえば、第１段階急冷ユニット１１００の空気流は右から左であり、第２段階急冷ユニットの空気流は左から右である（第３段階急冷ユニット１０００は除かれている）。対向する空気流は、ＰＯＦを扁平に維持するのに役立つ。
【００２８】
いくつかの実施形態において、各ＰＯＦフィラメントはそれ自身の巻取ユニット２０００を有し、巻取ユニットが、フィラメント速度における個別の調節を可能にする。（明瞭にするために、図２には、ただ１つの巻取ユニット２０００だけが示されている）。多数の巻取ユニット２０００および多数の紡糸口金インサート８００によって、フィラメント流のそれぞれから別個のＰＯＦの形成が可能になる。したがって、所望の場合には、紡糸口金インサート８００および／または巻取機２０００の設定を変えることによって、異なる形状および／または大きさを備えた様々なＰＯＦが、押出システムにおいて同時に走行することが可能になる。巻取ユニットアキュムレータシステム２２００によって、ＰＯＦの集積によりスプールが変化している間であっても、巻取機の連続動作が提供される。横送り機構２３００は、スプール２４００の動作を制御し、かつ巻取速度を調節するように電子的に一体化されて、スプール２４００に集積されたＰＯＦの直径が増加したときもＰＯＦ１６００をスプールに均一に巻き付ける。横送り機構２３００は、スプール２４００上へのＰＯＦ１６００の取り込み中に、ＰＯＦスプール２４００を内側および外側へ移動させる。紡糸口金インサート８００の交換、たとえば、紡糸口金の大きさおよび／または幾何学的形状を変えることを介して、製造されるＰＯＦ流のそれぞれに対して追加的な調節が提供される。
【００２９】
追加のフロー分配チャネルを追加押出機と接続して、多層ＰＯＦコアおよび／または多層ＰＯＦクラッドを製造することが可能であることは、当業者には理解されるであろう。たとえば、グレーデッド型ＰＯＦを製造するために、紡糸パックアセンブリ９５０における追加チャネルを追加押出機３００と接続し、放射状に変わる特性（たとえば屈折率）を備えた多層ＰＯＦコアを製造することが可能である。
【００３０】
図３は、典型的には多数のサブブロックで構成される例示的な押出ブロックである紡糸パックアセンブリ９５０を示す。紡糸パックアセンブリ９５０には次のものが含まれる。すなわち、それらは、多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂ、移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂ、フィルタブロック５３５、フロー分配器６００Ａおよび６００Ｂ、フロー分配器６００Ａおよび６００Ｂ用のバンドヒータ６１０Ａおよび６１０Ｂ、紡糸口金フェースプレート７００、紡糸口金インサート８００、紡糸面ヒータバンド８２５、および濾過／ポリマー一体化サブアセンブリ８５０である。フィルタブロック５３５には、ポリマーフィルタ５２５が含まれる。ポリマーフィルタ５２５は、全ての存在するポリマーゲルを除去し、また、押出システムから、あらゆる炭化された可能性のあるポリマーも除去する。例示的なフィルタカップは、モットフィルタカンパニー（Ｍｏｔｔ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（０６０３２  コネチカット州ファーミントン、スプリングレーン８４（８４  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｌａｎｅ，Ｆａｒｍｉｎｇｔｏｎ，ＣＴ．０６０３２））から入手可能であり、典型的には大きさが１０〜１００ミクロンの範囲にわたる粒子を除去することができる。紡糸口金インサート８００によって、紡糸口金形状および紡糸口金の大きさにおける迅速な交換および切り替えが提供される。当該技術分野では周知のように、ポリマー一体化サブアセンブリ８５０は、（コア＋クラッド）ファイバ構造体を製造できるように、ちょうど共押出の前に溶融コアおよびクラッド材料を組み合わせる（たとえば、米国特許第５，５３３，８８３号明細書を参照されたい。この特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれている）。
【００３１】
図４は、多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂ、ならびに移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂの断面図をより詳細に示す。多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂには、破裂栓３５３Ａおよび３５３Ｂ（圧力安全弁）、温度プローブ３５２Ａおよび３５２Ｂ、ならびに圧力変換器３５１Ａおよび３５１Ｂが含まれる。ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂならびに４００Ａおよび４００Ｂの設計によって、ポリマーフローに対する抵抗が最小限にされ、処理パラメータ（たとえば温度および圧力）についてのフィードバックが提供される。ブロック４００Ａおよび４００Ｂは、クリーニングをより容易にするために２つの半部に分割できる。移送ブロック４００Ａおよび４００Ｂにはまた、溶融ポリマーの混合を改善するために、ブレーカープレート３６０Ａおよび３６０Ｂが含まれる。図４には、コアおよびクラッド両方のためのシステム構成要素が示され、各々は、それぞれＡまたはＢによって指示されている。上記のように、紡糸パックアセンブリ９５０を追加押出機と接続して、多層ＰＯＦコアおよび／または多層ＰＯＦクラッドを製造することが可能なことは、当業者には理解されるであろう。たとえば、グレーデッド型ＰＯＦを製造するために、システムを追加押出機と接続して、放射状に変化する特性（たとえば屈折率）を備えた多層ＰＯＦコアを製造することができる。さらに、紡糸パックアセンブリ９５０を追加押出機と接続して、ＰＯＦクラッドを囲む１つ以上のジャケット層を備えたＰＯＦを製造することが可能である。ジャケット層として、限定するわけではないが、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ナイロン、ポリエチレン＋ナイロン、ポリエチレン＋フルオロポリマー、ポリエチレン＋ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、またはポリエチレンをはじめとする種々様々な材料を用いることができる。
【００３２】
本明細書で説明する方法は、実際上全てのＰＯＦコアおよびクラッド材料に適用することができる。
【００３３】
１つの例示的なＰＯＦコア材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。アトフィナ・ケミカルズ・インク（ＡＴＯＦＩＮＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）（１９４０６  ペンシルベニア州キング・オブ・プラシャ、ファーストアベニュー９００（９００  Ｆｉｒｓｔ  Ａｖｅｎｕｅ，Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡ  １９４０６））は、「Ｖ８２５ＮＡ」に呼ばれるＰＭＭＡ樹脂を製造しており、これは、高屈折率（１．４９）を有しかつ可視光領域で示す伝送損が小さいので、好ましいコア出発材料である。アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂ＶＬＤ−１００などのより高いメルトフローレートを備えた樹脂もまた用いてもよい。
【００３４】
他の例示的なＰＯＦコア材料には、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステルおよびポリカーボネートの共重合体、ならびに他の非晶質ポリマーが含まれる。さらに、環状オレフィン共重合体、高分子量ポリプロピレンおよび高密度高分子量ポリエチレンなどの半結晶性ポリオレフィンを用いることができる。
【００３５】
例示的なＰＯＦクラッド材料には、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオエチレンヘキサフルオロプロピレンビニリデンフルオライドなどのフッ素化ポリマー、および他のフルオロアルキルメタクリレートモノマーをベースにした樹脂が含まれる。クラッド材料は、コアポリマーの屈折率よりも低い屈折率を有しなければならない。ダイニオンＬＬＣ（Ｄｙｎｅｏｎ  ＬＬＣ）（５５１２８  ミネソタ州オークデール、３３番ストリートノース６７４４（６７４４  ３３ｔｈ  Ｓｔｒｅｅｔ  Ｎｏｒｔｈ，Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ  ５５１２８））のフルオロ熱可塑性物質ＴＨＶ２２０Ｇ、ＴＨＶ２２０Ａ、ＴＨＶ６１０ＧおよびＴＨＶ８１５Ｇ、ならびにアトフィナ・カイナー・スーパーフレックス２５００（ＡＴＯＦＩＮＡ  ＫＹＮＡＲ  Ｓｕｐｅｒｆｌｅｘ  ２５００）（登録商標）は、１．３５〜１．４１の間の屈折率を有し、これは、アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂Ｖ８２５ＮＡの屈折率より小さい。
【００３６】
図５は、均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦを連続的に製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。上記のように、コアおよびクラッド押出機は、それらの大きさは異なるかも知れないが、類似した方法で動作する。
【００３７】
５０１０において、不純物がなく精製されたＰＯＦコアおよびクラッドポリマー樹脂（典型的には、商用樹脂製造業者によって供給されるポリマー出発材料）のペレットが、供給ホッパー／ドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂにそれぞれ供給される。ドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂは、圧縮空気および加熱システムを用いて、ポリマー樹脂を連続的に乾燥させる。ドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂで用いられる温度は、典型的には８０〜１００℃の間であり、９０℃が好ましい。水分は、−４０℃の露点でドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂを動作させることによって、樹脂から除去される。また、ドライヤシステム２００Ａおよび２００Ｂの両方とも２つの直列に合体しているフィルタを有し、大きさが０．０１ミクロンまでの液体水および油の液滴粒を除去する。例示的なドライヤシステム２００は、ノバテックｔｍ・コンプレスト・エア・ドライヤ（Ｎｏｖａｔｅｃｔｍ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ａｉｒ  Ｄｒｙｅｒ）（ノバテック・インク、２１２２５  メリーランド州ボルチモア、トーマスアベニュー２２２Ｅ．（Ｎｏｖａｔｅｃ，Ｉｎｃ．２２２Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ  Ａｖｅ．，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，Ｍｄ．２１２２５）（ｗｗｗ．ｎｏｖａｔｅｃ．ｃｏｍ））である。
【００３８】
５０２０において、押出機駆動アセンブリ１００Ａおよび１００Ｂは、乾燥ポリマーを押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００Ａおよび３００Ｂにそれぞれ供給し、ここで乾燥ポリマーが溶融される。押出機駆動アセンブリ１００Ａおよび１００Ｂは、連続押出プロセス中に安定した圧力を提供するために、一貫した動作ＲＰＭを維持する専用の駆動システムである。
【００３９】
押出機駆動アセンブリ１００Ａおよび１００Ｂにおけるプーリのギヤ比は、駆動アセンブリモータが、定格モータ速度の９０〜１００％の好ましい速度で作動できるように、変更可能である。安定したモータ速度が安定したスクリュー速度をもたらし、今度はこれが、一貫した押出材圧力をもたらす。測定された圧力変動は、様々な作動圧での動作中に２％未満である。したがって、押出機駆動アセンブリ１００Ａおよび１００Ｂにおける正確な駆動によって、より優れた押出機制御および押出材供給の均一性が可能になる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００Ａおよび３００Ｂに排出口を付けて、溶融樹脂から揮発性の汚染物質を除去してもよい。いくつかの実施形態において、押出機アセンブリにおけるポリマーを窒素（または不活性ガス）で覆うか、または真空に曝して、樹脂汚染をさらに低減し、かつ溶融物の均一性を改善するようにしてもよい。
【００４１】
５０３０において、押出機スクリュー／バレルアセンブリ３００Ａおよび３００Ｂにおける供給スクリューは、連続的で均一な方法で、多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂならびに移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂを通してプラネタリギヤポンプ５２０Ａおよび５２０Ｂへ、それぞれ、溶融コアおよびクラッドポリマーを移動させる。プラネタリギヤポンプ５２０Ａおよび５２０Ｂは、それぞれ、専用の駆動アセンブリ５００Ａおよび５００Ｂによって駆動される。ポンプ５２０Ａおよび５２０Ｂは、複数の出口を備えた単一入口ポンプである。いくつかの実施形態において、ＰＯＦのコアおよびクラッドポリマー用の温度は、独立して制御され、ＰＯＦが形成されるときにだけ一緒になり、それによって、異なる温度でコアおよびクラッドポリマーを同時に押出することが可能になる。
【００４２】
５０４０において、溶融コアおよびクラッドポリマーは、連続的で均一な方法で、それぞれの移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂへ戻る。ポンプ５２０Ａおよび５２０Ｂは、それらが移送ブロック４００Ａおよび４００Ｂの独立した分配チャネルにフローを分割し分配するときに、溶融ポリマーを加圧する。明瞭にするために、図４は、移送／加熱ブロック４００Ａ内に位置する独立チャネルのうちの１つだけ（すなわちチャネル４５０Ａ）を示す。同様に、図４は、移送／加熱ブロック４００Ｂ内に位置する独立チャネルのうちの１つだけ（すなわちチャネル４５０Ｂ）を示す。
【００４３】
ブロック４００Ａおよび４００Ｂのチャネル４５０Ａおよび４５０Ｂによって、それぞれ、低い制限で高いポリマーフローレートが可能となり、それによって、ポリマー溶融物における剪断加熱（および同時発生の温度むら）が低減される。紡糸パックアセンブリ９５０におけるポリマーフローの方向は、９０°の増分で変更できる。したがって、紡糸パックアセンブリ９５０を介した押出は、垂直上方か、垂直下方か、または水平になり得る。加熱バンド６１０Ａおよび６１０Ｂは、溶融ポリマーが紡糸パックアセンブリ９５０を通過している間に、その温度制御（したがって粘度制御も）を容易にする。
【００４４】
５０５０において、溶融クラッド材料は、溶融コアおよびクラッドが紡糸口金フェースプレート７００にまさに入る前に、ポリマー一体化サブアセンブリ８５０において、溶融ＰＯＦコア材料の回りに均一に流れる。紡糸口金フェースプレート７００は、紡糸口金インサート８００を装備している。紡糸口金インサート８００によって、紡糸口金の孔径、形状およびピン長さ対直径比の迅速な切り替えが可能になる。紡糸面ヒータ８２５は、コアおよびクラッド押出材が紡糸口金インサート８００を出るときに、それらの温度均一性を制御し、ＰＯＦ１６００を形成する。アトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）樹脂Ｖ８２５ＮＡコアおよびダイニオンＬＬＣ（Ｄｙｎｅｏｎ  ＬＬＣ）フルオロ熱可塑性物質ＴＨＶ２２０Ｇクラッドに関して、紡糸口金フェースプレート７００の温度は、典型的には２５０〜２７０℃の間であり、２６２℃の温度が好ましい。
【００４５】
５０６０において、溶融ポリマーコアおよびクラッドは、紡糸口金フェースプレート７００を通して共押出しされる。紡糸口金インサート８００における矩形または他の類似形状の開口部を通して溶融ポリマーコアを押出することによって、ほぼ扁平な断面を備えたＰＯＦコアが形成される。図６は、（ａ）矩形、（ｂ）角を丸めた矩形、および（ｃ）レーストラック状長円形をはじめとする、ほぼ扁平なＰＯＦコア用の例示的なコア断面を示す。紡糸口金インサート８００の開口部を通して、溶融コア材料の回りを流れた溶融ポリマークラッドを共押出することによって、ほぼ扁平なＰＯＦコアの回りにクラッド層を形成する。異なる大きさおよび／または形状のＰＯＦの同時製造を可能にするために紡糸口金インサート８００を変更し、それによって、製造システムに融通性を加えてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態において、紡糸口金フェースプレート７００および紡糸口金インサート８００は、均一な厚さの幅広いシート状コア材料を押出することを可能にする長くて狭いスリットを備えたフェースプレートで取り替えてもよい。いくつかの実施形態において、シート状コア材料は、次に、（たとえばレーザまたは他の切断ツールによって）細片に切断することができる。そして今度は、細片をクラッド材料で被覆して、ほぼ扁平なＰＯＦを製造することができる。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ＰＯＦコア断面の均一性を向上させるために、ステップ５０６０の押出は、重力に反してほぼ垂直上方方向に行なわれる。
【００４８】
垂直上方押出を用いる場合には、押出プロセスの開始時に、金属ロッドまたは他の不活性表面が、紡糸口金インサート８００を出るＰＯＦ１６００と接触し、個別製造物ガイド１３５０を通してから次にアイドラロール１３００および駆動ロール１２００へ、ＰＯＦ１６００を持ち上げる。その後、ＰＯＦ１６００は、水平または垂直下方押出プロセス用に通常なされるのと同じ方法で、セグメント化されたアイドラロール１４００上およびシステムの残りを通して進む。異なる寸法のＰＯＦ流が同時に押し出されている場合には、アイドラロール１４００の各セグメントは、異なる速度で回転できる。あるいは、同じ寸法のＰＯＦ流が同時に押し出されている場合には、アイドラロール１４００の各セグメントは、同じ速度で回転できる。
【００４９】
５０７０において、ＰＯＦ１６００は、制御された方法で冷却される。いくつかの実施形態において、ＰＯＦ１６００は、２または３段階冷却領域システムで冷却される。
【００５０】
第３段階急冷ユニット１０００が除かれた２段階冷却において、第１段階急冷ユニット１１００は、紡糸口金フェース７００に隣接して位置し、紡糸口金インサート８００を出るＰＯＦ１６００から典型的には３．５インチ離れている。第１段階急冷ユニット１１００は、ファイバ上に空気を吹きつけることによって、ＰＯＦ１６００を徐々に冷却する。第１段階急冷ユニット１１００は、典型的には０〜３０℃の間で動作し、２０℃が好ましい。第１段階急冷ユニット１１００のファンは、典型的には０〜１７５０ＲＰＭ（０〜４９３フィート／分の測定された空気速度に対応する）の間で動作し、６５０ＲＰＭ（９６フィート／分）が好ましい。第２段階急冷ユニット１１５０は、典型的には、第１段階急冷ユニット１１００より低い温度であって、０〜３０℃の間の温度で動作し、１５℃の温度が好ましい。第２段階急冷ユニット１１５０のファンは、典型的には０〜１７５０ＲＰＭ（０〜５７３フィート／分の測定された空気速度に対応する）の間で動作し、６５０ＲＰＭ（１３４フィート／分）が好ましい。第２段階急冷ユニット１１５０は、第１段階急冷ユニット１１００と互い違いの配列に積み重ねられ、急冷ユニット１１００および１１５０の空気流が反対方向になるようにされる。第２段階急冷ユニット１１００は、典型的にはＰＯＦ１６００の中心線から２インチ離れて配置される。互い違いの配列によって、ＰＯＦ１６００へ冷たい空気をより均一に印加することが可能になり、それによって、扁平なＰＯＦのより均一な冷却がもたらされて、そのカーリングが防止される。いくつかの実施形態において、冷却システムは、各ＰＯＦフィラメント流の回りの別個のチャンバにセグメント化され、各個別ＰＯＦフィラメント流の回りの空気温度および空気速度の個別制御を可能にする。
【００５１】
いくつかの実施形態において、第１段階１１００、第２段階１１５０および第３段階１０００急冷ユニットは、互いの上に直接積み重ねられる。この実施形態は、「カーリング」の影響がそれほど支配的ではない円形ファイバ用に好ましい。本実施形態はまた、各ＰＯＦ用の空気温度および空気流速度の個別制御を可能にするために、セグメント化することができる。表１および表２が、ほぼ扁平なＰＯＦ１６００を製造するコア／クラッドの共押出のための例示的なプロセス条件を提示する。
【００５２】
【表１】
2007517235.tif 000003
【００５３】
【表２】
2007517235.tif 000004
【００５４】
５０８０において、ＰＯＦ断面の均一性が測定される。ＰＯＦコア断面の均一性を測定するために、ＰＯＦコアだけを押出して測定することができる（すなわち、クラッドは、これらの測定のために、ＰＯＦコアの回りに押し出されない）。しかしながら、表３に示すように、ＰＯＦコア断面の均一性は、全体的なＰＯＦ（コア＋クラッド）断面の均一性と本質的には同じである。なぜなら、クラッド厚さ（典型的に１０〜３０ミクロン）は、コア厚さよりはるかに薄いからである。いくつかの実施形態において、測定は、レーザマイクロメータ１９００を用いて行なわれる。例示的なレーザマイクロメータ１９００は、ベータレーザーマイク（Ｂｅｔａ  ＬａｓｅｒＭｉｋｅ）（ベータレーザーマイク、４５４２４  オハイオ州デートン、テクノロジーブルバード  ８００１（８００１  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂｌｖｄ．，Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ４５４２４、ｗｗｗ．ｂｅｔａｌａｓｅｒｍｉｋｅ．ｃｏｍ））の直径ゲージである。いくつかの実施形態において、ＰＯＦ断面の均一性を向上させるために、レーザマイクロメータ１９００は、オンライン自動フィードバック制御システムの一部とすることができる。レーザマイクロメータ１９００と一体化された自動フィードバックシステムは、各ＰＯＦフィラメント用のサーボモータシステムを制御するために用いられる情報を送信することができ、それによって、各ＰＯＦフィラメントの大きさおよび動作を独立に制御する。
【００５５】
図２に示すように、５０９０において、ＰＯＦ１６００は、巻取ユニット２０００におけるＳラップシステム２１００に送られ、ＰＯＦスプール２４００に巻き付けられる。
【００５６】
上記のステップに加えて、押出の後、ＰＯＦ１６００は、限定するわけではないが、（１）紡糸延伸、（２）紡糸延伸と固相延伸、および（３）連続増分延伸をはじめとする様々に異なる方法で、延伸（すなわち、引き伸ばし）させることができる。
【００５７】
紡糸延伸において、ＰＯＦ１６００は、共押出の直後に延伸されて、スプールに巻き付けられる。この延伸方法によって、典型的には、クラッドとＰＯＦコアとの間の相分離を伴わずに、優れたクラッド均一性が提供される。この延伸方法によって、典型的には、低分子配向および適度な強度を備えたＰＯＦが製造される。
【００５８】
紡糸延伸と固相延伸において、ＰＯＦ１６００は、共押出の直後に延伸され、スプールに巻き付けられる。次に、ＰＯＦ１６００は、第２のプロセスにおいてスプールから解かれ、大きな延伸比率で固相において延伸される。この延伸方法によって、典型的には、高い強度および優れたクラッド均一性を備えた高配向性のＰＯＦが製造される。しかしながら、固相延伸ステップ中のコアとクラッドとの間の相分離が、ＰＯＦ１６００に欠陥を生じる可能性がある。
【００５９】
連続増分延伸において、共押出されたＰＯＦ１６００は、ＰＯＦ１６００が通る各ロールの線速度を増加させることによって、連続的に延伸される。たとえば、第２のロールの線速度は、第１のロールの線速度よりも大きく、それによって、第２のロールと第１のロールとの間でＰＯＦを延伸させる。この増分延伸プロセスは、追加ロールの間で異なる延伸温度の下で繰り返すことができる。この延伸手順は、別個の固相延伸ステップなしに、大きな延伸比率および高分子配向を結果としてもたらす。この延伸方法は、典型的には、優れた物理的および環境的安定性ならびに優れた断面均一性を備え、ＰＯＦ１６００のクラッドとコアとの間の相分離のない高強度のＰＯＦをもたらす。
【００６０】
多様な幅および厚さを備えたほぼ扁平なＰＯＦ１６００を製造することができる。表３は、２つの公称厚さ−幅組み合わせ、すなわち０．５ｍｍ厚×６．５ｍｍ幅および０．９ｍｍ厚×４０ｍｍ幅に対する、クラッドがある場合とない場合のほぼ扁平なＰＯＦの例示的な寸法データを提示する。ＰＯＦコア断面厚さにおける標準偏差（StdDev）は、平均ＰＯＦコア断面厚さの１．０パーセント未満である。いくつかの場合には、ＰＯＦコア断面厚さにおける標準偏差は、平均ＰＯＦコア断面厚さの０．５パーセント未満である。上記のように、ＰＯＦコア断面の均一性は、全体的なＰＯＦ（コア＋クラッド）断面の均一性と本質的に同じである。なぜなら、クラッド厚さが、コア厚さよりはるかに薄いからである。表３におけるデータは、コア用にアトフィナ（ＡＴＯＦＩＮＡ）Ｖ８２５ＮＡ樹脂を、クラッド用にダイニオン（Ｄｙｎｅｏｎ）ＴＨＶ２２０Ｇを用いて、上方方向に連続的に押出したサンプルに由来する。
【００６１】
【表３】
2007517235.tif 000005
【００６２】
図７は、均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦを含む照明装置を製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【００６３】
７０１０において、ＰＯＦ１６００の側部から外へ、どこでどれくらいの光が透過されるかを制御するために、ＰＯＦ１６００の表面が、ＰＯＦ１６００の長さに沿った１つ以上の位置で処理される。例示的な表面処理には、研磨、エッチング、エンボス、ノッチングおよびＰＯＦの鋭い屈曲が含まれる。これらの方法の例が、米国特許第４，７５６，７０１号明細書、同第５，１３６，４８０号明細書、同第５，１８７，７６５号明細書、同第５，１９５，１６２号明細書、同第５，３１２，５７０号明細書、同第５，４９９，９１２号明細書、同第６，０７９，８３８号明細書、同第６，２８９，１５０号明細書、同第６，３６１，１８０号明細書および同第６，４１６，３９０号明細書ならびに米国特許出願第２００１／００５０６６７  Ａ１号明細書に説明されており、これらの開示は、参照することによって本明細書に組み込んでいる。
【００６４】
７０２０において、照明装置を製造するために、光源［たとえば発光ダイオード、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または白熱灯］がＰＯＦ１６００に光学的に接続される。このような接続方法の例が、米国特許第４，７５６，７０１号明細書、同第５，１３６，４８０号明細書、同第５，１８７，７６５号明細書、同第５，１９５，１６２号明細書、同第６，０７９，８３８号明細書、同第６，３６１，１８０号明細書および同第６，４１６，３９０号明細書ならびに米国特許出願第２００１／００５０６６７  Ａ１号明細書に説明されている。
【００６５】
上記の様々な実施形態は、あくまでも本発明の例証と考えるべきである。それらは、網羅的であるようにも、本発明を開示された形態に限定するようにも意図されていない。当業者は、本明細書に述べる本発明の全体的な趣旨から逸脱することなく、さらに他の変更および修正を実施し得ることを容易に理解されるであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲によって定義されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
図面の説明
【図１】ほぼ扁平なコア断面を備えたＰＯＦを連続的に製造するための例示的なシステムを示す概略図である。
【図２】ＰＯＦの均一性を測定し、制御された方法でＰＯＦを冷却し、かつＰＯＦをスプールに巻き付けるための追加構成要素を備えた図１のシステムを示す概略図である。
【図３】紡糸パックアセンブリをより詳細に示す概略図である。
【図４】多目的ブロック３５０Ａおよび３５０Ｂ、ならびに移送／加熱ブロック４００Ａおよび４００Ｂの断面図をより詳細に示す概略図である。
【図５】均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦを連続的に製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図６】（ａ）矩形、（ｂ）角を丸めた矩形、および（ｃ）２つの対向する平坦な側部および２つの対向する丸めた側部を備えたレーストラック状長円形をはじめとする、ほぼ扁平なＰＯＦ用の例示的なコア断面を示す概略図である。
【図７】均一なコア断面を備えたほぼ扁平なＰＯＦ含む照明装置を製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図１】
2007517235.tif 000006
【図２】
2007517235.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2007517235.tif 000013