(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明プラスチック棒状体の先端部を加熱し、線引きすることによって、該透明プラスチック棒状体と概ね相似する断面形状を持つ透明プラスチック光ファイバを製造する方法において、前記透明プラスチック棒状体が、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂から選ばれる１種を少なくとも含み、前記透明プラスチック棒状体の直径が７０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内であり、透明プラスチック棒状体の加熱に近赤外線源を主として用い、前記透明プラスチック棒状体の加熱に用いられる近赤外線源は色温度が１５００〜４０００Ｋの近赤外放射体であって、近赤外線源と加熱される透明プラスチック棒状体との間に、７００〜８００ｎｍ以下の短波長の光を遮断する短波長遮断フィルタが設けられているプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記透明プラスチック棒状体の直径が７０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内である請求項１記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記近赤外線源がハロゲンランプである請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項４】
透明プラスチック棒状体が、多数のプラスチック光ファイバの束からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透明プラスチック線状体の製造方法、特にプラスチック光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明プラスチックの線状体（モノフィラメント）を製造する方法として、透明プラスチックを溶融し、細いノズルから押し出して行う溶融押出紡糸法が採用されることが多い。溶融押出紡糸法を利用したプラスチック光ファイバの製造方法の一例として、例えば、メチルメタクリレートモノマを塊状重合し、ペレットを経由しないで連続的にファイバを押し出して製造する方法がある。溶融押出紡糸法に用いられる押出機は大型の装置であり、高価格であるが、この方法のように溶融押出紡糸法は大量生産に適している。しかし、押出機の運転を開始してから定常運転に入るまでに長い時間が必要であり、時間や素材のロスが大きい。このため、素材の樹脂の種類を変える、添加剤の種類を変えるなど、素材を変更しようとすると、切替のためのロスが大きく、溶融押出紡糸法は少量多品種生産には必ずしも適当でない。
【０００３】
透明プラスチックのモノフィラメントを製造する他の方法として、透明プラスチックの棒状体を成形後、先端を加熱して細いモノフィラメントに線引する方法がある（以後、この方法を「延伸法」と称する。）。この延伸法は量産には適さないが、円形の断面形状のもののみならず、矩形などの異形のものを製造することが容易であり、また素材の変更なども容易であり、多品種の生産に適している。延伸法によるプラスチック光ファイバの製造方法は、蛍光ファイバ、シンチレーションファイバなどの特殊用途向けのプラスチック光ファイバの製造に利用されることが多い。延伸法では、一般に２００〜３５０℃程度の鋳込ヒーター等により、透明プラスチック棒状体の先端を加熱することが行われている。この加熱方法によれば、ヒータからの熱の一部が空気や不活性ガスを媒体にして棒状体の表面まで伝導することによって棒状体を加熱し、また、ヒータ表面から放射された遠赤外線が棒状体の表面を直接に加熱する。透明プラスチックは遠赤外線の吸収効率が高いことから、ヒーターを用いた場合、空気等を媒体にする加熱によっても、遠赤外線による加熱によっても棒状体の表面のみが加熱される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般にプラスチックの熱伝導率は小さいことから、延伸法においてヒーターや熱風を用いて太い棒状体を加熱しようとすると、表面ばかりが加熱され、棒状体の中心部まで熱が伝わらず中心部の温度が上がらず、延伸をすることができなかった。太い棒状体の中心部まで温度を上げるために、ヒーターや熱風の温度を上げると棒状体の表面温度のみが過剰に上昇することになって、棒状体表面に発泡や加熱劣化が起こってしまう。このような棒状体から光ファイバを製造すると、光ファイバに欠陥や線径むらが生じ、導光損失に劣る光ファイバしか得られなかった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、延伸法による透明プラスチック線状体の製造において表面の発泡や加熱劣化を抑え、高い生産速度で高品質の透明プラスチック線状体を製造する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】
【０００６】
上記の課題を解決する透明プラスチック光ファイバの製造方法に関する本件の発明は、透明プラスチック棒状体の先端部を加熱し、線引きすることによって、該透明プラスチック棒状体と概ね相似する断面形状を持つ透明プラスチック線状体を製造する方法において、前記透明プラスチック棒状体が、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂から選ばれる１種を少なくとも含み、前記透明プラスチック棒状体の直径が７０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内、好ましくは７０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であり、透明プラスチック棒状体の加熱に近赤外線源を主として用い、前記透明プラスチック棒状体の加熱に用いられる近赤外線源は色温度が１５００〜４０００Ｋの近赤外放射体であって、近赤外線源と加熱される透明プラスチック棒状体との間に、７００〜８００ｎｍ以下の短波長の光を遮断する短波長遮断フィルタが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この透明プラスチック線状体の製造方法の発明において、透明プラスチック棒状体の加熱に用いられる近赤外線源が、０．７〜３μｍのピーク波長を持つ、色温度が１０００〜４０００Ｋの近赤外放射体であることが、棒状体の内部まで均一に加熱できしかも加熱効率を損なわないことから好ましい。また、近赤外線源と加熱される透明プラスチック棒状体との間に、可視波長もしくは紫外波長以下の短波長以下の短波長の光を遮断する短波長遮断フィルタを設けることにより、可視光や紫外光による棒状体の材料劣化を防止することができる。
【０００８】
透明プラスチック棒状体として、多数のプラスチック光ファイバの束からなるものを用いることができ、また、プラスチック棒状体が、蛍光剤を含有しても良い。棒状体としては円柱形状に限定されず、棒状体を例えば矩形や三角形などの異形に成形しておくことによって、異形断面線状体を製造することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、延伸法による透明プラスチック光ファイバの製造において表面の発泡や加熱劣化および光劣化を抑え、高品質の透明プラスチック光ファイバを製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本件発明に用いられる近赤外線加熱炉および延伸装置の一例を示す概略図である。
【図２】ハロゲンランプの放射エネルギー分布を示す図である。
【図３】アクリル樹脂の吸光係数を示す図である。
【図４】近赤外線を用いた加熱実験の方法および結果を示す図である。
【図５】ハロゲンランプと組み合わして用いることが適当な短波長遮断フィルタの波長特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本件の発明に用いられる近赤外線加熱炉および延伸装置を図１に示す。近赤外線加熱炉は、近赤外線源２を備え、近赤外線源２から発せられた近赤外線が炉心管４を通って透明プラスチック棒状体６に照射される。近赤外線源２は炉心管４を内側にして透明プラスチック棒状体６の外周に等間隔で配置される。近赤外線源２を等間隔で配置しておかないと、透明プラスチック棒状体が真円であっても、延伸後の透明プラスチック線状体が楕円になったり、異形になったりすることがある。真円の透明プラスチック線状体を得るために、近赤外線源２を多数（例えば、８個以上、好ましくは１０個以上）配置することが良い。必要に応じて、近赤外線源２は上下に２段以上の多段に配置しても良い。
【００１２】
近赤外線源としては、いわゆるプランクの黒体放射に類する放射伝熱源が用いられる。タングステンフィラメントを放射源とする照明用の白熱電球やハロゲンランプなどが放射伝熱源として好適に用いられる。図２は、放射源の温度（色温度）とプランクの黒体放射エネルギーの波長分布を示したものであり、放射エネルギーの最大値を与える波長λmaxと絶対温度Ｔとの関係は下記の式（１）で、全放射エネルギーＥは下記の式（２）でそれぞれ示される。式（２）はステファン・ボルツマンの法則と呼ばれる。
λmax・Ｔ＝２８８４（μｍ・Ｋ）      （１）
Ｅ＝σＴ4  （σ：定数）              （２）
図２、式（１）および式（２）より、温度が高いほど放射ピーク波長が短くなり、しかも放射エネルギーが急激に増加していくことが示されている。例えば、ハロゲンランプの色温度が３０００Ｋの場合、図２および式（１）から、ハロゲンランプの放射ピークは１μｍ付近にある。ここで、透明棒状体の素材の一例であるアクリル樹脂について、吸光係数を図３に示す（出典：Toshikuni  KAINO,  et  al.,  Review  of  the  Electrical  Communication  Laboratories  Vol.32  No.3  (1984)  P478-488）。アクリル樹脂は波長が０．７μｍ以下では透明であり吸収が少ないが、０．７μｍの可視波長から波長３μｍまで徐々に吸収が大きくなり、３μｍを越える遠赤外波長では、１ｃｍ当たりの吸光度が１０以上（すなわち、１ｃｍ通過で９９％吸収）となり、ほとんど不透明になることが図３から分かる。すなわち、数ｃｍ〜１０ｃｍの深さまで内部加熱するためには、波長が１μｍ前後で、アクリル樹脂に対して半透明であり、半分程度が吸収される近赤外線で加熱することが好ましい。これに対し、放射ピークが３μｍを超える遠赤外線を加熱に用いると、吸光係数が大きいために、遠赤外線がアクリル樹脂透明体の表面でほとんど吸収されて熱になり、表面の発泡や加熱劣化を起こし易い。一方、放射ピークが０．７μｍに満たない可視光線を加熱に用いると、吸光係数が小さいために、可視光線が透過してしまい、アクリル樹脂透明体が加熱されないばかりか、被加熱体の光劣化を起こす恐れも高い。
【００１３】
図３にはアクリル樹脂の吸光係数を示したが、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂などの一般的な透明プラスチックであれば同様に赤外波長領域で光が吸収される特性を持つことから、本発明において好適に用いることができる。本件の発明により、透明プラスチック棒状体の加熱に近赤外線を用いることにより、棒状体を内部から加熱することができ、従来の鋳込みヒーター等の伝導伝熱加熱源を用いた場合のように、透明プラスチック棒状体の表面温度が必要以上に上昇することが避けられ、発泡や加熱劣化を抑えることがきる。また、近赤外線源による内部加熱によれば、伝導伝熱加熱源を用いた場合よりも短時間で棒状体の内部を加熱することが可能であり、透明プラスチック線状体の延伸速度を従来よりも速めること、従来よりも大きな直径の透明プラスチック棒状体を延伸することが可能となる。
【００１４】
透明プラスチック棒状体の加熱に用いられる近赤外線源としては、０．７〜３μｍのピーク波長を持つ、色温度が１０００〜４０００Ｋの黒体放射体であればどのような加熱源でもよいが、ピーク波長が０．８〜２μｍ（色温度１５００〜３５００Ｋ）のものがより好ましい。例えば輻射効率の高いハロゲンランプが好適に用いることができる。
【００１５】
近赤外線を加熱に用いることによって効果的にプラスチック透明体の内部が加熱されることを図４（ａ）に概略を示す試験方法により確認した。ここでは、縦寸法が７０ｍｍ、横寸法が９０ｍｍで、厚さが１０ｍｍのアクリル樹脂板（透明および黒色の２種類）の表面及び裏面の中心部にそれぞれ熱電体を取り付け、このアクリル樹脂板から７ｃｍ離れたところからハロゲンランプ（１００Ｖ５００Ｗ、色温度２９５０Ｋ）を用いて近赤外線を照射し、温度変化を測定した（測定結果を図４（ｂ）に示す。）。図４（ｂ）に基づいて考察すると、透明アクリル樹脂板の場合、照射開始３分後の表面の温度は８０℃、裏面の温度は２８℃であり、加熱効率は高くないが表裏の温度差は５２℃と小さい。これは内部の加熱が進んでいることを示している。これに対し、黒色アクリル樹脂板を用いた試験の結果を比較のために図４に示したが、これは伝導伝熱や遠赤外線加熱の模擬として示したものである。黒色アクリル樹脂板の場合では照射開始３分後の表面の温度は１４３℃、裏面の温度は２６℃であり、表裏の温度差は１１７℃と大きく、加熱効率は高いが表面の加熱が過度に進んでいることを示している。また、黒色アクリル樹脂板の場合、照射開始１分程度は裏面の温度上昇がないのに対し、透明アクリル樹脂板の場合、照射開始と同時に裏面の温度上昇が始まっている。このことも、熱伝導ではなく、近赤外線により直接に内部が加熱されていることを示している。
【００１６】
ハロゲンランプからは、場合によっては有害な可視光線及び紫外線も発生することから、ハロゲンランプと透明プラスチック棒状体との間に、透明プラスチック棒状体の加熱に不要な可視光線及び紫外線を除去するため、７００〜８００ｎｍ以下の短波長を遮断する短波長遮断フィルタ１を配置すれば良い（図１参照）。ハロゲンランプと組み合わせて用いることが適当な短波長遮断フィルタの波長特性の一例を図５に示す。本件の発明によりプラスチックシンチレーションファイバを製造する場合には、短波長遮断フィルタを配置することが特に好ましい。加熱延伸時に棒状体に紫外線が照射されたことによって蛍光剤が劣化退色したり、蛍光剤のために樹脂が着色することがあるからである。
【００１７】
図１に示す本件の発明に用いられる近赤外線加熱炉および延伸装置において、加熱炉内の電線や短波長遮断フィルタを保護するとともに、近赤外線加熱の効果を高めるために炉心管を含め周辺部材の温度を過度に上昇させないため、近赤外線加熱炉には冷却ファン３が取り付けられている。炉心管４によって、透明プラスチック棒状体６に近赤外線加熱炉の冷却ファン３からの冷却風が当たって延伸径が変動することを防ぐことができる。
【００１８】
透明プラスチック棒状体６は定速昇降装置５によって一定の速度で下げられる。近赤外線加熱炉の下部には引き取り機９が設けられており、透明プラスチック棒状体６と概ね相似する形状に延伸された線状体が引き取り機９を通って、切断機、巻き取り機等に送られる。透明プラスチック線状体の外径は外径測定器検知部７で測定され、その結果は外径測定器表示部８で表示されるとともに、所定の外径（目標値）と差に応じて引き取り機９での引き取り速度が制御される。
【００１９】
このような近赤外線加熱炉および延伸装置を用いた本件の透明プラスチック線状体の製造方法の発明は、プラスチック光ファイバの製造に利用することができる。その他、細径や太径のモノフィラメントの製造にも利用することができる。プラスチック光ファイバを製造する場合には、その製造に用いられる透明プラスチック棒状体として、例えば、コア材／クラッド材がスチレン樹脂／アクリル樹脂、アクリル樹脂／フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂／アクリル樹脂からなるものが挙げられる。また、透明プラスチック棒状体は多数のプラスチック光ファイバの束からなるものでも良く、透明プラスチック棒状体に蛍光剤を添加しておけば、蛍光ファイバやシンチレーションファイバを好適に製造することもできる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
図１に示す近赤外線加熱炉および延伸装置において、近赤外線源２として、半径１２０ｍｍの円周上に１２個のハロゲンランプ（１００Ｖ供給時の色温度が２７５０Ｋ。ランプ供給電圧７５Ｖ、電流１９．５Ａ）を等間隔に２段（計２４個）配置した。ハロゲンランプの内側には、図５に示す透過性をもつ赤外線透過フィルタ（シグマ光機製ＩＴＦ−５０Ｓ−８０ＩＲ）を取り付けた。この紡糸装置にポリスチレン樹脂（コア材）およびアクリル樹脂（クラッド材）から構成される直径が７０ｍｍのプラスチック光ファイバ用棒状体をセットして、１．６５ｍｍ／ｍｉｎの速度で棒状体の先端をハロゲン加熱炉に導入し、加熱され軟化して垂れ下がった樹脂を外径測定器検知部を通して引き取り機に導くことにより（引き取り速度７．２ｍ／ｍｉｎ）、直径１ｍｍの発泡のないプラスチック光ファイバに延伸することができた。このプラスチック光ファイバの導光損失は波長６７０ｎｍにおいて１９５ｄＢ／ｋｍで良好であった。
【００２１】
（実施例２）
実施例１で用いた装置に、プラスチックシンチレータ用蛍光剤を含有するポリスチレン樹脂（コア材）およびアクリル樹脂（クラッド材）から構成された直径が７０ｍｍのプラスチックシンチレーションファイバ用棒状体を導入して、実施例１と同じ棒状体の引き下げ速度、および加熱条件で加熱延伸することにより、発泡のない直径が１ｍｍのプラスチックシンチレーションファイバを製造することができた。ポリスチレン樹脂に含有された蛍光剤は２−（４−ｔブチルフェニル）−５−（４−ビフェニル）１，３，４オキサジアゾール１％（チバガイギー製）、４−４’ビス（２，５ジメチルスチリル）ジフェニル０．０２％である。実施例２において、引き取り機での引き取り速度は７．５ｍ／ｍｉｎであった。このプラスチックシンチレーションファイバの発光量は問題なく良好であり、シンチレーションファイバの透明性の指標である減衰長は３８０ｃｍと良好であった。
【００２２】
（実施例３）
実施例１で用いた装置に、ポリスチレン樹脂（コア材）およびポリメタクリル樹脂（クラッド材）から構成された直径が１００ｍｍの太径のプラスチック光ファイバ用棒状体を導入して、加熱延伸することにより、発泡のない直径が１ｍｍのプラスチック光ファイバを製造することができた。実施例３において、ハロゲンランプのランプ供給電圧は８５Ｖ、電流は２２．５Ａである。棒状体の引き下げ速度は２．０ｍｍ／ｍｉｎであり、引き取り機での引き取り速度は１９．５ｍ／ｍｉｎであった。このプラスチック光ファイバの導光損失を測定したところ、波長６７０ｎｍで１８５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２３】
（比較例１）
図１に示すものと同様の構造を有し、加熱源としてハロゲンランプに替えて内径が１５０ｍｍの真鍮鋳込みヒーターを組み込んだ延伸装置（ヒーター温度３２０℃）を用いた。実施例１と同様に、ポリスチレン樹脂（コア材）およびポリメタクリル樹脂（クラッド材）から構成された直径が７０ｍｍのプラスチック光ファイバ用棒状体を延伸装置に導入して、加熱延伸することにより、直径が１ｍｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。このときの棒状体の引き下げ速度は１．１ｍｍ／ｍｉｎであり、引き取り機での引き取り速度は４．８ｍ／ｍｉｎであった。次に、延伸速度を早めるため棒状体の引き下げ速度を１．６５ｍ／分（実施例１と同じ延伸速度）に変更したところ、棒状体の内部加熱が十分に加熱されなかったため延伸ができなかった。そこで、真鍮鋳込みヒーターの温度を３４０℃に上げたところ、棒状体表面の加熱部分に発泡が起こり、線径むらが小さく欠陥のない良好な光ファイバが得られなかった。このプラスチック光ファイバの導光損失を測定したところ、導光損失は４５０ｄＢ／ｋｍで低いものであった。
【００２４】
（比較例２）
比較例１で用いた装置に、実施例３と同じ直径が１００ｍｍの太径の光ファイバ用棒状体を導入して、加熱延伸することにより、プラスチック光ファイバの製造を試みた。真鍮鋳込みヒーターの温度を３４０℃、棒状体の引き下げ速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとしたが、棒状体の内部加熱が十分に加熱されなかったため延伸ができなかった。そこで、ヒーターの温度を３６０℃に温度を上昇させたところ、棒状体の表面部分が発泡し、線径むらが小さく欠陥のない良好な光ファイバが得られなかった。
【符号の説明】
【００２５】
１：短波長遮断フィルタ
２：近赤外線源
４：炉心管
５：定速昇降装置
６：透明プラスチック棒状体
７：外径測定器検知部
８：外径測定器表示部
９：引き取り機
【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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