(57)【要約】【課題】ノズルホールの高い同軸性を有する複合紡糸ノズルを提供する。【解決手段】複数の単層ノズルが、そのノズルホールの中心軸が同軸線上に位置するように積層され組み合わされた複合紡糸ノズルにおいて、互いに接合される２つの単層ノズル間の接合部に、その周囲にわたって、一方の単層ノズルの接合側外周と他方の単層ノズルの接合側外周に設けられた嵌合部を有し、この嵌合部において、接合する二つの単層ノズルを固定治具によって固定する。【選択図】　図２
2004052174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単層ノズルが、そのノズルホールの中心軸が同軸線上に位置するように積層され組み合わされた複合紡糸ノズルであって、
互いに接合される２つの単層ノズル間の接合部には、その周囲にわたって、一方の単層ノズルの接合側外周と他方の単層ノズルの接合側外周に設けられた嵌合部を有し、
前記嵌合部において、接合する二つの単層ノズルが固定治具によって固定されていることを特徴とする複合紡糸ノズル。
【請求項２】
前記嵌合部が、一方の単層ノズルの接合側外周に設けられた段差部と他方の単層ノズルの接合側外周に設けられた段差部とで形成される嵌合用凹部であることを特徴とする請求項１に記載の複合紡糸ノズル。
【請求項３】
前記固定治具は、その内周面の３カ所以上に、前記嵌合用凹部を形成する２つの単層ノズルの両段差部に接触する支持部を有することを特徴とする請求項２に記載の複合紡糸ノズル。
【請求項４】
前記固定治具が筒状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合紡糸ノズル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合紡糸ノズルの製造方法であって、
前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを、一つの原材ブロックを加工して作製することを特徴とする複合紡糸ノズルの製造方法。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の複合紡糸ノズルの製造方法であって、
前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを形成可能なサイズを有する原材ブロックを用意する工程と、
前記原材ブロックを回転させながら、その外周に前記嵌合用凹部に対応する凹部を形成する工程と、
前記原材ブロックを前記凹部において切断し、前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを形成する工程を有する複合紡糸ノズルの製造方法。
【請求項７】
前記切断工程の前に、前記原材ブロックを回転させながら、その回転軸にそってノズルホールとなるホールを開口する工程を有する請求項６に記載の複合紡糸ノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバやロッドレンズ等の光伝送体の製造に用いられる複合紡糸ノズル及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複合紡糸ノズルは、例えば中心部から外周部に向かって屈折率が低下する屈折率分布を有するプラスチック光ファイバやプラスチックロッドレンズ等の光伝送体の製造に用いられている。この複合紡糸ノズルは複数の単層ノズルから構成され、この複合紡糸ノズルを用いることにより、中心部から外周部に向かって硬化後の屈折率が順次小さくなるような配置で複数の溶液または溶融原料（以下「原液」という）を同心円筒状に積層して糸状に賦形（紡糸）することができる。
【０００３】
図１は、複数の単層ノズルから構成される複合紡糸ノズルの構造を示し、各単層ノズルは、ノズルホールの垂直平面におけるノズルホール中心点が同軸線上に位置するように配置され固定されている。図１（ａ）は原液の吐出側開口１１０側から複合紡糸ノズルをみた平面図であり、図１（ｂ）は断面図である。また、第１層単層ノズル１０１は、賦形される糸状体の円筒状積層構造の中心層（第１層）を形成する原液を供給および吐出し、第２層単層ノズル１０２は、第１層の周囲の第２層を形成する原液を供給および吐出する。各単層ノズルの中心部を通り吐出側開口１１０に至る原液の流路がノズルホールである。
【０００４】
なお、図１では、第１層単層ノズル１０１及び第２層単層ノズル１０２しか図示していないが、さらに第２層単層ノズル１０２上に第３層以降の単層ノズルが配置される場合もある。また、図１では、原液を図面の下側から上側へ向かって吐出させながら糸状体を賦形する配置になっているが、複合紡糸ノズル全体を図１とは異なる方向に向けて使用する場合もある。
【０００５】
このような複合紡糸ノズルを用いて形成された糸状体を硬化処理した後、必要により延伸処理や加熱処理することにより、光伝送体を得ることができる。上記の複合紡糸ノズルは、それらを構成する各単層ノズルのノズルホール長手方向に対して垂直な平面におけるノズルホールの中心点（以下「ノズルホール中心点」という）ができるだけ同軸線上に位置すること、すなわちノズルホールの同軸性が高いことが求められている。ノズルホールの同軸性が低いと、得られる光伝送体の断面方向の組成分布や形状が変動したり偏心が生じたりして、光伝送体の光学特性を損なう場合がある。
【０００６】
一例として、複写機やファクシミリ、スキャナのセンサー部品や、ＬＥＤプリンターの書き込みデバイス等に利用されるプラスチックロッドレンズの場合について説明する。このプラスチックロッドレンズの製造においては、複合紡糸ノズルを用いて複数の原液を中心部から外周部に向かって硬化後の屈折率が順次小さくなるように配置して賦形し、複数の原液が同心円筒状に積層配置された構造を有する糸状体（プラスチックロッドレンズの前駆体）を形成し、さらに各層成分を隣接層に相互拡散させることによって、断面方向の中心部から外周部にかけて屈折率が連続的に低下する屈折率分布構造を形成している。このような屈折率分布構造を有するロッドレンズは、一方の端面から入射させた光を正弦曲線を描きながら他方の端面に伝播させ、その先の結像面に正確に像を結ばせることが可能であり、高い光学性能を発現できる。
【０００７】
このようなプラスチックロッドレンズを製造する際においては、複合紡糸ノズルのノズルホールの同軸性が、最終的に得られるロッドレンズの断面方向の屈折率分布の中心軸精度、すなわち光軸精度に影響しやすく、屈折率分布の精密な制御が必要なプラスチックロッドレンズの光学性能を大きく左右する。そのため、糸状体の賦形に用いられる複合紡糸ノズルには高いノズルホール同軸性が求められる。
【０００８】
従来の複合紡糸ノズルとしては、各単層ノズル間をピンやボルト類で固定するものが用いられていた。例えば図１においては、各単層ノズルがノックピン１０３を備えており、このノックピン１０３を他の単層ノズルのはめ込み部１０４にはめ込むことで各単層ノズル間を固定することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複合紡糸ノズルにおいては、各単層ノズルの加工に用いる工作機械そのものの加工精度の限界や加工者の人的誤差などによって、各単層ノズルの固定位置基準となる構造部の位置精度に、その設計値とのいくらかのズレを生じることは避けられなかった。特に、図１に示すような単層ノズルの固定構造においては、各単層ノズルの固定位置基準となる構造部（ノックピン１０３やノックピンのはめ込み部１０４の中心点など）の位置とその設計値との間にズレが生じていると、単層ノズル１層分あたりはわずかな（例えば数μｍ程度）ズレであっても、それらを複合紡糸ノズルに組み立てた場合、無視できない大きさ（例えば数十μｍ）のズレの累計値となり、それがそのまま複合紡糸ノズルとしてのノズルホールの同軸性に反映されてしまう。このような同軸性のズレの問題は、複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルの数が多ければ多いほど、ズレの累計値が大きくなり、より一層深刻なものとなる。
【００１０】
このように、従来の複合紡糸ノズルは、各単層ノズルのノズルホール中心点が、同軸線上に位置するように設計されたものであっても、実際には、その同軸線上から各中心点が数十μｍ以上も逸脱していることも稀ではなかった。
【００１１】
そこで本発明の目的は、断面方向の中心から外周部にかけて屈折率分布を有する光伝送体の製造に好適な、複数の単層ノズルから構成される複合紡糸ノズルであって、ノズルホールの高い同軸性を有する複合紡糸ノズルを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述の問題に鑑み、また従来技術では単層ノズルごとに個別の原材ブロックを加工していることに着目し、鋭意検討した結果、本願発明を完成した。
【００１３】
すなわち本発明は、複数の単層ノズルが、そのノズルホールの中心軸が同軸線上に位置するように積層され組み合わされた複合紡糸ノズルであって、
互いに接合される２つの各単層ノズル間の接合部には、その周囲にわたって、一方の単層ノズルの接合側外周と他方の単層ノズルの接合側外周に設けられた嵌合部を有し、
前記嵌合部において、接合する二つの単層ノズルが固定治具によって固定されていることを特徴とする複合紡糸ノズルに関する。
【００１４】
また本発明は、前記嵌合部が、一方の単層ノズルの接合側外周に設けられた段差部と他方の単層ノズルの接合側外周に設けられた段差部とで形成される嵌合用凹部であることを特徴とする上記の複合紡糸ノズルに関する。
【００１５】
また本発明は、前記固定治具が、その内周面の３カ所以上に、前記嵌合用凹部を形成する２つの単層ノズルの両段差部に接触する支持部を有することを特徴とする上記の複合紡糸ノズルに関する。
【００１６】
また本発明は、前記固定治具が筒状であることを特徴とする上記のいずれかの複合紡糸ノズルに関する。
【００１７】
また本発明は、上記の複合紡糸ノズルの製造方法であって、
前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを、一つの原材ブロックを加工して作製することを特徴とする複合紡糸ノズルの製造方法に関する。
【００１８】
また本発明は、上記の複合紡糸ノズルの製造方法であって、
前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを形成可能なサイズを有する原材ブロックを用意する工程と、
前記原材ブロックを回転させながら、その外周に前記嵌合用凹部に対応する凹部を形成する工程と、
前記原材ブロックを前記凹部において切断し、前記複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルのうち少なくとも２つを形成する工程を有する複合紡糸ノズルの製造方法に関する。
【００１９】
また本発明は、前記切断工程の前に、前記原材ブロックを回転させながら、その回転軸にそってノズルホールとなるホールを開口する工程を有する上記の複合紡糸ノズルの製造方法に関する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２１】
本発明の複合紡糸ノズルの一実施形態の構造の概略を図２に示す。図２（ａ）は原液の吐出側開口２０側からみた平面図であり、図２（ｂ）は断面図である。
【００２２】
図２で示される本実施形態は、単孔５層型の複合紡糸ノズル（５つの単層ノズルから構成され、５種類の原液を複合して１本の糸状体を賦形できる複合紡糸ノズル）の例を示したものである。
【００２３】
符号１は賦形される糸状体の円筒状積層構造の中心層（第１層）を形成する原液を供給および吐出する第１層単層ノズルであり、符号２は第１層の周囲に第２層を形成する原液を供給および吐出する第２層単層ノズルであり、符号３は第２層の周囲の第３層を形成する原液を供給および吐出する第３層単層ノズルであり、符号４は第３層の周囲に第４層を形成する原液を供給および吐出する第４層単層ノズルであり、符号５は第４層の周囲に第５層を形成する原液を供給および吐出する第５層単層ノズルである。各単層ノズルの中心を通り吐出側開口２０に至る原液の流路がノズルホールである。
【００２４】
なお、図２では、原液を図の下側から上側へ向かって吐出させながら糸状体を賦形する配置になっているが、使用時の複合紡糸ノズルの方向に特に制限はない。
【００２５】
符号１１、１２、１３及び１４は、それぞれ上記の各単層ノズル間を固定して複合紡糸ノズルに組み立てるために用いる筒状の固定治具（以下「筒状治具」という）である。符号１１は第１層単層ノズルと第２層単層ノズルを固定するための筒状治具であり、符号１２は第２層単層ノズルと第３層単層ノズルを固定するための筒状治具であり、符号１３は第３層単層ノズルと第４層単層ノズルを固定するための筒状治具であり、符号１４は第４層単層ノズルと第５層単層ノズルを固定するための筒状治具である。
【００２６】
図３には、図２（ｂ）に示す構造から全ての筒状治具１１〜１４を取り外した状態の複合紡糸ノズルの断面図を示す。
【００２７】
符号２１、２２、２３及び２４は、それぞれ上記筒状治具１１〜１４を取り付けるための凹状の嵌合部（以下「嵌合用凹部」という）である。
【００２８】
また、符号２１Ａは第１層単層ノズルが有する段差部であり、符号２１Ｂは第２層単層ノズルが有する段差部であり、段差部２１Ａと２１Ｂとで嵌合用凹部２１が形成されている。符号２２Ａは第２層単層ノズルが有する段差部であり、符号２２Ｂは第３層単層ノズルが有する段差部であり、段差部２２Ａと２２Ｂとで嵌合用凹部２２が形成されている。符号２３Ａは第３層単層ノズルが有する段差部であり、符号２３Ｂは第４層単層ノズルが有する段差部であり、段差部２３Ａと２３Ｂとで嵌合用凹部２３が形成されている。符号２４Ａは第４層単層ノズルが有する段差部であり、符号２４Ｂは第５層単層ノズルが有する段差部であり、構造部２４Ａと２４Ｂとで嵌合用凹部２４が形成されている。
【００２９】
図２及び図３に示されるように、上記の各筒状治具は、上層側の単層ノズルの段差部と下層側の単層ノズルの段差部とで形成される嵌合用凹部にはめ込まれ、すなわち上層側の単層ノズルと下層側の単層ノズルに挟まれる形で取り付けられ、上層側と下層側の二つの単層ノズルを固定することができる。
【００３０】
このように本発明の複合紡糸ノズルは、従来技術のピンやボルト等の固定位置基準となる構造部に代わって、上記のような筒状治具を用いて各単層ノズル間を固定する。本発明における固定構造（筒状治具および嵌合用凹部）は、後述の製造方法を採用することが可能であるため、従来技術における固定構造（ピンやボルト等）にくらべてノズルホール同軸性を高めることができる。
【００３１】
なお、本発明において、嵌合部は凹状に限定されず、例えば凸状とすることも可能であるが、後述する複合紡糸ノズルの製造方法を用いる場合に容易にノズルホールの同軸性が高い複合紡糸ノズルを製造できるため、凹状とすることが好ましい。嵌合部を凸状とする場合、固定治具としては、例えば嵌合部に嵌合可能な凹部を有するものを用いることができる。また、本発明において固定治具は筒状のものに限定されないが、ノズルホールの同軸性を保ちながら強固に単層ノズルを固定することができ、また製造が容易であるため、筒状のものが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態においては、複合紡糸ノズルを構成する単層ノズル全てを嵌合用凹部に筒状治具を嵌め込んで固定する構造としたが、このような固定構造を一部の単層ノズル間の固定に用い、他の単層ノズル間の固定に他の方法を採用することも可能である。
【００３３】
以下に図４を用いて、本発明の複合紡糸ノズルの製造方法を説明する。
【００３４】
まず、本発明の複合紡糸ノズルを構成する全ての単層ノズルを加工可能なサイズを有する一つの円柱状原材ブロックを用意する（図４（ａ））。
【００３５】
次に、この原材ブロックの外周に、前記の筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部となる凹部３１、３２、３３及び３４を旋盤等の切削用工作機械を用いて切削加工する（図４（ｂ））。この凹部は、作製しようとする単層ノズルの数に応じた数（単層ノズルの数より一つ小さい数）だけ形成する。
【００３６】
図４（ｂ）において、凹部３１は、第１層単層ノズルと第２層単層ノズルを固定するための嵌合用凹部２１（段差部２１Ａおよび２１Ｂ）に相当し、凹部３２は、第２層単層ノズルと第３層単層ノズルを固定するための嵌合用凹部２２（段差部２２Ａおよび２２Ｂ）に相当し、凹部３３は、第３層単層ノズルと第４層単層ノズルを固定するための嵌合用凹部２３（段差部２３Ａおよび２３Ｂ）に相当し、凹部３４は第４層単層ノズルと第５層単層ノズルを固定するための嵌合用凹部２４（段差部２４Ａおよび２４Ｂ）に相当する。
【００３７】
本発明の製造方法においては、上記原材ブロック自体を、その中心軸を回転軸Ｚとして回転させながら（図４（ｂ）の方向ｇまたはその逆の方向）、凹部３１、３２、３３、３４を加工形成することが好ましい。これによって、最終的に得られる各単層ノズルにおける、筒状治具による固定の位置基準となる段差部の外形中心点（回転軸Ｚに垂直なＸＹ平面における段差部の外形の中心点）を、全て、加工時の回転軸上Ｚに厳密に合わせることができる。
【００３８】
さらに、単孔型複合紡糸ノズルであれば、原材ブロックを回転させながら、ノズルホールとなるホール３０を同時に開通させておくことが望ましい。これにより、筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部を形成する各単層ノズルの段差部の外形中心とノズルホールの中心軸を上記の加工時の回転軸Ｚ上に容易にそろえることができる。
【００３９】
最後に、図４（ｃ）に示すように、上記の加工を施した原材ブロックをワイヤーカッター等の切断用工作機械を用いて、各凹部３１〜３４で分割し、細部の加工や仕上げなどを施し、各単層ノズル１〜５を完成させる。
【００４０】
図４（ｃ）の部材１は図２（ｂ）の第１層単層ノズル１に相当し、図４（ｃ）部材２は図２（ｂ）の第２層単層ノズル２に相当し、図４（ｃ）の部材３は図２（ｂ）の第３層単層ノズル３に相当し、図４（ｃ）の部材４は図２（ｂ）の第４層単層ノズル４に相当し、図４（ｃ）の部材５は図２（ｂ）の第５層単層ノズル５に相当する。
【００４１】
従来技術による各単層ノズルは、単層ノズルごとに個別の原材ブロックを加工して作製されるのに対して、本発明の製造方法では、一つの原材ブロックを分割加工して単層ノズルの全てを作製し、その際、筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部を形成する各単層ノズルの段差部の全てを原材ブロックの段階（分割加工前）に形成している。そのため、最終的に得られる各単層ノズルの固定位置基準（段差部）のズレを抑制でき、ノズルホールの同軸性を高めることができる。
【００４２】
上記の原材ブロックの材質は特に限定されないが、強度、耐食性、加工性、コストなどを総合的に考慮すると、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）を用いることが好ましい。
【００４３】
なお、本実施形態においては、完成した各単層ノズルの筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部に相当する段差部は、原材ブロックを回転させながら加工して形成するため、前記図４の回転軸方向Ｚに垂直な断面形状が円形となるが、それ以外の部分は、その断面形状が円形に制限されることはなく、三角形や四角形またはそれ以上の多角形等、任意の形状とすることができる。また、段差部を他の方法を用いて形成する場合、段差部を他の形状とすることも可能である。また、嵌合部を例えば凸状のものとする場合は、原材ブロックを回転させながら嵌合部以外の部分を切削することにより嵌合部を形成することができる。
【００４４】
また、上記は単孔型複合紡糸ノズルを例示して本発明を説明したが、本発明は多孔型複合紡糸ノズル（１層分の単層ノズルが複数のノズルホールを有し、１組で複数本の糸状体を賦形できる複合紡糸ノズル）及びその製造方法にも適用できる。複数のノズルホールを形成する場合は、例えば原材ブロックを分割する前の段階において、嵌合用凹部に相当する凹部を加工する前か後に原材ブロックを回転させない状態で別途加工すればよい。
【００４５】
さらに、一つの複合紡糸ノズルを構成する単層ノズルの数にも特に制限はない。
【００４６】
以上のようにして作製した各単層ノズルを複合紡糸ノズルとして組み立てるには、図５に示すような筒状治具を用いることができる。図５（ａ）は当該筒状治具の平面図であり、図５（ｂ）は側面図である。
【００４７】
図５の筒状治具は、図２（ｂ）における符号１１〜１４が示す部材に相当する。
【００４８】
各筒状治具は、その内周面に、二つの単層ノズルを固定するための支持部４１、４２、４３を有する。これらの支持部は、この筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部を形成する単層ノズルの段差部（２１Ａと２１Ｂ、２２Ａと２２Ｂ、２３Ａと２３Ｂ、又は２４Ａと２４Ｂ）と接触して各単層ノズル間を固定する。
【００４９】
図５に例示した筒状治具は、外周側および内周側ともに円形状であるが、各単層ノズルの段差部と接触して固定するための支持部を有するものであれば円形状に限定されることはなく、外周側および内周側ともに三角形や四角形またはそれ以上の多角形あるいは任意の形状であってもよく、外周側と内周側の形状が異なっていてもよい。
【００５０】
本発明の筒状治具がその内周面に有する、各単層ノズル間を固定するための支持部は、安定に固定する点から３箇所以上が好ましく、その数に上限はないが、ノズルの中心４０方向に均等な力を与え、各単層ノズルの中心軸をより同軸上に配置しやすくするためには、当該支持部と各単層ノズルとの接触点の数は少ない方がよい。また、支持部はノズルの中心４０からみた方向が等角度間隔に配置されていることが好ましい。図５に示す例では、筒状治具の内周面に中心角１２０°の等間隔で３箇所に支持部が形成されている。
【００５１】
なお、上記の筒状治具の材質は特に限定されないが、強度、耐食性、加工性、コストなどを総合的に考慮すると、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）を用いるのが好ましい。
【００５２】
なお、本実施形態においては、全ての単層ノズルを一つの原材ブロックを加工して製造したが、このような方法で製造した複数の単層ノズルと、他の方法で製造した単層ノズルを組み合わせて複合紡糸ノズルを製造することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズルホールの高い同軸性を有する複合紡糸ノズルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の複合紡糸ノズルの概略図である。
【図２】本発明の複合紡糸ノズルの概略図である。
【図３】本発明の複合紡糸ノズルに筒状治具を取り付けていない状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の複合紡糸ノズルの製造方法を説明するための概略図である。
【図５】本発明の複合紡糸ノズルを構成する筒状治具を示す概略図である。
【符号の説明】
１０１：第１層単層ノズル
１０２：第２層単層ノズル
１０３：ノックピン
１０４：ノックピンはめ込み部
１１０：ノズルホール吐出側開口
１：第１層単層ノズル
２：第２層単層ノズル
３：第３層単層ノズル
４：第４層単層ノズル
５：第５層単層ノズル
１１：第１層単層ノズルと第２層単層ノズルとを固定する筒状治具
１２：第２層単層ノズルと第３層単層ノズルとを固定する筒状治具
１３：第３層単層ノズルと第４層単層ノズルとを固定する筒状治具
１４：第４層単層ノズルと第５層単層ノズルとを固定する筒状治具
２０：ノズルホール吐出側開口
２１、２２、２３、２４：筒状治具を取り付けるための嵌合用凹部
２１Ａ、２１Ｂ：嵌合用凹部２１を形成する段差部
２２Ａ、２２Ｂ：嵌合用凹部２２を形成する段差部
２３Ａ、２３Ｂ：嵌合用凹部２３を形成する段差部
２４Ａ、２４Ｂ：嵌合用凹部２４を形成する段差部
３０：分割前の原材ブロックに設けられたホール
３１、３２、３３、３４：分割前の原材ブロックに設けられた凹部
４０：ノズルホールの中心
４１、４２、４３：筒状治具の内周面に設けられた支持部
【図１】
2004052174.tif 000003
【図２】
2004052174.tif 000004
【図３】
2004052174.tif 000005
【図４】
2004052174.tif 000006
【図５】
2004052174.tif 000007