(57)【要約】      （修正有）【課題】幅広い風速領域にわたって外径変動が小さく、ファイバ間で外径変動差が生じ難いプラスチック光ファイバの紡糸製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】溶融樹脂をストランド状に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金１と、前記紡糸口金に隣接した保温筒２と、前記保温筒の紡糸口金１と反対側に位置する端部に設けられた遮断板３と、前記端部に近接して設けられた多段構造型の冷却装置４とから構成されるプラスチック光ファイバの紡糸製造装置。１つ以上の紡糸口金１よりストランド状に溶融樹脂が吐出する吐出工程と、前記紡糸口金１に隣接して設けられ、前記紡糸口金と反対側に位置する端部に遮断板３を有する保温筒２を通過させる保温工程と、前記保温筒２の前記端部に近接して設けられた多段構造型の冷却装置４によって溶融樹脂を冷却固化する冷却工程とを有するプラスチック光ファイバの製造装置及び製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂をストランド状に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金と、
前記紡糸口金に隣接して設けられた保温筒と、
前記保温筒の紡糸口金と反対側に位置する端部に設けられた遮断板と、前記保温筒の前記端部に近接して設けられた多段構造型の冷却装置とから構成されることを特徴とするプラスチック光ファイバの紡糸製造装置。
【請求項２】
前記冷却装置が、温風を吹きつける上段部分と、上段部分より低温の風を吹きつける下段部分からなることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光ファイバの紡糸製造装置。
【請求項３】
前記上段部分が複数の段からなり、各段から吹きつける温風が保温筒に近い側ほど高温であることを特徴とする請求項２記載のプラスチック光ファイバの紡糸製造装置。
【請求項４】
前記保温筒部および多段構造型の冷却装置の上段部分の長さがともに５０〜５００ｍｍの範囲にあることを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの紡糸製造装置。
【請求項５】
１つ以上の紡糸口金よりストランド状に溶融樹脂が吐出する吐出工程と、前記紡糸口金に隣接して設けられ、前記紡糸口金と反対側に位置する端部に遮断板を有する保温筒を通過させる保温工程と、前記保温筒の前記端部に近接して設けられた多段構造型の冷却装置によって溶融樹脂を冷却固化する冷却工程とを有するプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記冷却装置の上段部分から前記溶融樹脂に対し、温度２０℃〜７０℃の温風を、風速０．２〜０．８ｍ／secで吹きつけた後に、前記冷却装置の下段部分から前記溶融樹脂に対し、前記上段部分よりも低温で５℃〜２５℃の風を吹きつけることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記冷却装置の上段部分がｎ段からなり、各段から溶融樹脂に吹きつける温風の温度を保温筒に近い側から順にＴ１、Ｔ２、Ｔ３、、、、Ｔｎ（℃）とすると、７０℃≧Ｔ１≧Ｔ２≧Ｔ３≧、、、、Ｔｎ−１≧Ｔｎ≧２０℃であることを特徴とする請求項６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】
本発明はプラスチック光ファイバを溶融紡糸する方法に関し、長さ方向における外径変動の小さいプラスチック光ファイバを得ることができるプラスチック光ファイバの紡糸製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラスチック光ファイバの紡糸方法は、図６に示す紡糸装置により行なわれている。この紡糸装置は溶融樹脂を連続的に吐出する円周、千鳥状或いは一直線状に配置された一つ以上の吐出口を有する紡糸口金１とその直下に設けられた保温筒２と、プラスチック光ファイバを冷却するための冷却装置４からなっている。例えば紡糸口金１から紡出されたプラスチック光ファイバＺは保温筒２の内部を通過後、片側一面からある設定温度の冷却風を吹き出す冷却装置４により冷却される。その後、ガイド５を経てニップロール７により引き取られ延伸工程へと移動される。
【０００３】
このようなプラスチック光ファイバの製造においては紡糸工程で外径が不均一なプラスチック光ファイバが紡糸され、これを延伸工程へと送ると、外径が細い部分には太い部分よりもより大きな引張張力が作用し、外径の細い部分はより細くなり、外径の不均一性はより増幅されてしまう。このため、紡糸工程での外径変動を如何に抑制するかが得られるプラスチック光ファイバの外径変動を抑える点で重要となる。
【０００４】
紡糸工程で生じるプラスチック光ファイバの外径変動は、規則的な周期性の外径変動と不規則的で非周期的な外径変動とに分けられる。規則的な周期性の外径変動を引き起こす要因の一つとして定量ポンプの吐出量変動の影響が挙げられる。この影響による外径変動を抑制する手段として、例えば特許文献１には、計量用ギヤポンプの一次樹脂圧力を一定にして外径変動を抑制する方法が提案されている。また、特許文献２には、複数のギヤ式定量ポンプを用いて溶融樹脂を吐出量変動周期の位相が異なる複数の原料流に分配し、これらの複数の原料流を吐出量変動周期の位相を打ち消すように組み合わせて合流させることによって、吐出量変動を抑制する方法が提案されている。
【０００５】
これら従来の方法では規則的な周期性の外径変動を抑制することは可能であっても、不規則的な非周期性の外径変動を抑制することは困難であった。このような不規則で非周期的な外径変動を抑制する方法として、特許文献３には、片側一面から冷却風を吹き出す冷却装置において冷却風上部の風向を斜上向きに変化させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開平２−２４９２３号公報
【特許文献２】特開平５−１１１２７号公報
【特許文献３】特開平４−２２５３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献３記載の方法では外径変動を十分には抑えられず、また吹き出し側の近くを通過したプラスチック光ファイバと吹き出し側から遠い位置を通過したプラスチック光ファイバとの間で外径変動に差が生じるという問題点があった。さらに、この方法では風速の微調整が必要となり、異なる品種のものを製造する際には、その都度煩雑な風速調整を行い、最適な風速にしなければならないという問題点を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、生産性の観点から必要な所定の紡糸速度を維持しながらも、品種の切り替え毎に風速の微調整を必要としない幅広い風速領域にわたって外径変動を小さく紡糸することができ、ファイバ間で外径変動に差が生じ難いプラスチック光ファイバの紡糸製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明は、
プラスチック光ファイバの溶融紡糸を行うに際し、
溶融樹脂をストランド状に連続的に吐出する一つ以上の吐出口を有する紡糸口金と、
前記紡糸口金の直下に設けられた保温筒と、
前記保温筒最下部に設けられた遮断板と、前記遮断板の直下に設けられた多段構造型の冷却装置とから構成されることを特徴とするプラスチック光ファイバの紡糸製造装置に関する。
また、本発明は、１つ以上の紡糸口金よりストランド状に溶融樹脂が吐出する吐出工程と、前記紡糸口金に隣接して設けられ、前記紡糸口金と反対側に位置する端部に遮断板を有する保温筒を通過させる保温工程と、前記保温筒の前記端部に近接して設けられた多段構造型の冷却装置によって溶融樹脂を冷却固化する冷却工程とを有するプラスチック光ファイバの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、保温筒下部に遮断板を取り付けることと、多段型の冷却装置の上段部分の風温を２０℃〜７０℃、風速を０．２〜０．８ｍ/ｓｅｃに設定することにより、外径変動が小さく、かつファイバ間での外径変動差が生じ難いプラスチック光ファイバを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明について詳細に説明する。
図１は本発明のプラスチック光ファイバの紡糸製造装置の一実施形態を示す概略図である。
円周状、千鳥状或いは一直線状に配置された一つ以上の吐出口を持つ紡糸口金１により溶融紡糸されたプラスチック光ファイバは、保温筒２を通過した後、下方からの冷却風が保温筒２の内部へ侵入するのを防止するために設置された遮断板３を経て、風速と温度を個別に変更することが可能な多段構造型の冷却装置、例えば図１に示されるような、上段部分４ａと、下段部分４ｂ、４ｃ等によって構成される冷却装置によって冷却される。ここで冷却装置の上段部分からは、以下に説明されるように、特定の温度範囲に設定された温風が溶融樹脂に向かって吹きつけられる。そして上段部分以下の下段部分から、上段部分から吹きつけられる温風よりも低温の風が、溶融樹脂に対して吹きつけられる。
【００１１】
この冷却装置の各々はブロア、抵抗体、冷温水コイル、金網、ハニカム等の部品により構成され、ある設定温度の均一な風が吹き出される構造であれば構成部品やその数量および配置位置は特に限定されない。
【００１２】
本発明における一つの実施形態として、冷却装置は例えば図２のような構成部品、数量および配置位置で構成されるが、この冷却装置より以下のようにして均一な風が吹き出される。まず、ブロア８により吹き出された風が抵抗体９により拡散された後に冷温水コイル１０へ送られる。冷温水コイル１０には外部の冷温水循環装置１３から循環水が供給されており、この循環水の温度をフィードバック制御することによって、吹き出し部Ｘにおける風温が所望の設定温度となるように冷却水コイル１０の温度を調整している。冷温水コイル１０を通過後、設定温度に保たれた風は、図２の吹き溜まり部ｄで一旦吹き溜まらされた後に、目の細かい金網１１により整流され、さらにアルミハニカム１２によってより均一にされた後、吹き出し面より吹き出される。
本発明におけるもう一つの実施形態として、冷却装置が例えば図３のようにブロア８の後に（前でも良い）配置された冷水コイル１４等の冷却手段により冷却された風を、電気ヒータ１６等の加熱手段で、ある設定温度の風が吹き出されるような構造であっても良い。
【００１３】
次に、上記の紡糸製造装置を用い、不規則的に発生する外径変動を抑えるためのプラスチック光ファイバの紡糸方法について説明する。
【００１４】
まず、保温筒内部の温度と気流を安定化させるため、保温筒と冷却装置の間に遮断板を設ける。これは特に、冷却風の風速が０．４ｍ／sec以上の場合に効果的である。遮断板がない場合であって、かつ冷却風の風速が０．４ｍ／sec以上の条件下では、冷却装置上部の風Ｘが保温筒２の図６のｅ部へ衝突した後、保温筒２の内部へ風が侵入し保温筒２の内部の気流を乱すために外径変動の悪化につながるが、遮断板を設けることでこれを低減することが可能となる。また、前述の条件下では、特に保温筒２図６のｅ部へ衝突した風が吹き出し側と反対側に位置するプラスチック光ファイバに集中して衝突するため、該プラスチック光ファイバの外径変動が、冷却風の吹き出し側近くに位置するプラスチック光ファイバの外径変動と比べ特に大きくなるという問題も発生するが、この点についても遮断板を設けることによって低減される。
【００１５】
遮断板の構造としては、保温筒内へ冷却装置上部からの風が吹き込まないような図４ａ、ｂ、ｃ、ｄのような構造が好ましい。最も好ましくは、図１の遮断板３のように冷却装置からの風がプラスチック光ファイバに対して垂直に流れるように平らな構造が良い。また、遮断板の開口径は、図５ａ、ｂのようにプラスチック光ファイバが遮断板３に接触しない程度にできるだけ小さくすることが好ましい。最も好ましくは、図５ｃのようにプラスチック光ファイバ１本に対し１つの開口穴を有するような構造をとることである。このような構造とすることで、冷却装置上部の風の保温筒内部への侵入を最小限に抑えることができる。
【００１６】
ただし、遮断板を設けた場合であっても、冷却装置上段部より吹き出される風の風速が０．４ｍ／sec未満で、かつ風温が２０℃未満となるような条件下では、冷却装置上段より吹き出された風による温度の低い流体塊（ｃ部）と、紡糸口金からの輻射熱及びプラスチック光ファイバからの放熱により保温筒内部で発生した温度の高い流体塊（ｂ部）との間に発生する温度差により、保温筒直下の流体塊（図１のａ部）が熱膨張し冷却装置下部の流体塊（図１のｃ部）より軽くなるため、その浮力によって自然対流が生成され、この対流によって生じた風が断続的にファイバの側面に衝突するため外径変動が悪化してしまう。
【００１７】
この問題は、冷却装置上段部分（４ａ）より吹き出される風の温度を２０℃以上７０℃以下の範囲にすることにより解決される。この温度範囲であれば、風速が０．４ｍ／ｓｅｃ未満の場合であっても自然対流の発生が抑えられるため、外径変動の悪化を抑えることができる。また、このような設定とすることで、ａ部の空気密度が２０℃未満の風に比べ小さくなるため、吹き出し側の反対側に位置するプラスチック光ファイバまで風が均一に供給されやすくなり、ファイバ間で発生する外径変動差も抑えられる。
【００１８】
また、プラスチック光ファイバの表面温度の低下を遅らせると、プラスチック光ファイバが表面温度低下前に高い温度でガイドやニップロールに接触することになるためプラスチック光ファイバにキズ等の欠陥を与える原因となる。或いは、冷却不足によるキズ等の欠陥を防止するため、冷却装置を長くし冷却時間を長くする必要性や水冷装置の設備増強等を強いられることになる。このため、冷却装置の下段部分、すなわち、図１において第２、３段目４ｂ、４ｃに相当する部分より吹き出される風の温度は、前記上段部分より吹き出される温風の温度よりも低くする必要があり、具体的には上段部分の風温以下でかつ、５℃以上２５℃以下の範囲とすることが好ましい。また風速は０．３ｍ／ｓｅｃ以上１．５ｍ／ｓｅｃ以下の範囲とすることが好ましい。
【００１９】
このとき、冷却装置の上段部分４ａの温度が７０℃より高い場合、冷却装置の下段部分４ｂ、４ｃとの温度差が大きくなりすぎるため、冷却装置の下段部分４ｂ、４ｃから吹き出された冷却風が浮力の影響で上昇気流を起こし、冷却部上部（ａ部）の風が乱れ外径変動が悪化する傾向にある。このため、上段部分の冷却装置の温度は７０℃以下とすることが好ましい。
【００２０】
このように、冷却装置の上段部分４ａの風速を０．２〜０．８ｍ/sec、風温を２０℃〜７０℃の範囲に設定することで、品種ごとに風速の調整を必要とせず、幅広い風速領域にわたり外径変動が小さく、さらに冷却装置の吹き出し側と反対側とのプラスチック光ファイバ間で外径変動の差が生じ難いプラスチック光ファイバを紡糸することが可能となる。
【００２１】
なお、幅広い風速領域で外径変動が安定するとは、たとえば０．２ｍ／ｓｅｃの風速でプラスチック光ファイバに吹き付けても０．８ｍ／ｓｅｃの風速で吹き付けても外径変動が小さく維持されるということであって、風速が０．５ｍ／ｓｅｃで風速斑が±０．３ｍ／ｓｅｃあって良いと言う意味ではない。冷却装置内の風速斑は、冷却装置の各段から吹き出される各々の風速が平均風速から±０．１ｍ／ｓｅｃの範囲内とすることが好ましい。また、温度斑についても、冷却装置の各段から吹き出される各々の風の温度が、平均温度から±１℃の範囲内に収まることが好ましい。
【００２２】
なお、本実施形態では冷却装置を３段構造型としたが、３段以上の多段構造型でも良く、冷却装置の上段部分４ａをさらに多段に分割し、プラスチック光ファイバへの吹き付け温度が２０℃から７０℃の間であって、かつ保温筒側の冷却装置から光ファイバの進行方向に向かって、高い温度から低い温度に移行するような階段状の温度分布となる設定をとってもよい。
また、保温筒の長さｆおよび冷却装置の上段部分４ａの長さｇはプラスチック光ファイバＺが冷却固化されるまでにかかる時間および紡糸速度によって適宜設定されるが、ともに５０〜５００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２３】
次に本発明の実施形態を以下の実施例により具体的に説明する。
尚、実施例及び比較例中の外径変動の評価方法は次の通りである。
（１）外径変動率
紡糸工程後のプラスチック光ファイバの外径をキーエンス（株）製のレーザ外径測定器６によりサンプル間隔０．１sec、サンプル時間３００secで測定し、この外径測定データから標準偏差を求めた。次に、この標準偏差の３倍値（３σ）を外径変動とし、この値を用いて外径変動率を求めた。尚、外径変動率とは次式で算出されるものである。
外径変動率（％）＝（（３σ）／（平均外径））＊１００
（２）外径変動差
冷却装置に近い吹き出し側のプラスチック光ファイバの外径変動率（ＡＡ）とその反対のプラスチック光ファイバの外径変動率（ＢＢ）とを用いて外径変動差を求めた。尚、外径変動差とは次式で算出されるものである。
外径変動差（％）＝｜（ＡＡ）−（ＢＢ）｜
※  ｜｜：絶対値
【００２４】
（実施例１）
芯材としてポリメチルメタクリレート、鞘材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（８０／２０ｍｏｌ％）の共重合体を用いて、図１、２に示した装置構成で、特に紡糸口金は円周状に配置された４つの吐出口を有しており、保温筒の長さｆは２２０ｍｍ、第１段目の冷却装置の長さｇは４００ｍｍ、遮断板の構造（図５ａ参照）は紡糸口金から紡出されたプラスチック光ファイバから１０ｍｍ離れ、開口径７５ｍｍの開口部を有した平らな構造をしている。このとき、この装置を用いて外径が１０７０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。この実施例において、ニップロールの引取速度は８ｍ／ｍｉｎ、紡糸温度は２３０℃、冷却装置の第１段目の温度は３５℃、第２、３段目の風速は０．６ｍ／ｓｅｃ、温度は１５℃と一定とし、第１段目の冷却装置の風速をそれぞれ０．１５ｍ／ｓｅｃ、０．２５ｍ／ｓｅｃ、０．４ｍ／ｓｅｃ、０．５ｍ／ｓｅｃ、０．６５ｍ／ｓｅｃ、０．８ｍ／ｓｅｃ、１．０ｍ／ｓｅｃで変化させ紡糸した。このとき図７に示すように第１段目の冷却装置の風速を０．１５ｍ／ｓｅｃから０．８ｍ／ｓｅｃの間に変化させても外径変動の変化がなく±０．３６％以下であった。また、冷却装置の吹き出し側とその反対側のプラスチック光ファイバとの外径変動差も０．０５％以下と小さかった。
【００２５】
（実施例２）
遮断板の構造（図５ｃ参照）を紡糸口金から紡出されたプラスチック光ファイバの１本に対し１つの開口径１５ｍｍを有した平らな構造にした以外は、上記実施例１と同様にして外径１０７０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。このとき図８に示すように第１段目の冷却装置の風速を０．１５ｍ／ｓｅｃから１ｍ／ｓｅｃの間に変化させても外径変動の変化がなく±０．３６％以下であった。また、冷却装置の吹き出し側とその反対側のプラスチック光ファイバの外径変動差も０．０５％以下と小さかった。
【００２６】
（比較例１）
冷却装置の第１段目の温度を１５℃に設定した以外は、上記実施例１と同様にして外径１０７０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。このとき図９に示すように、風速０．４ｍ／ｓｅｃ以下において、特に０．１５ｍ／ｓｅｃのとき外径変動率が１．２％と大きかった。
【００２７】
（比較例２）
図１に示した装置の遮断板３を取り除いた以外は、上記実施例１と同様にして外径１０７０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。このとき図１０に示すように、風速０．４ｍ／ｓｅｃ以上において、特に０．８ｍ／ｓｅｃのとき外径変動率が１．２％と大きかった。
【００２８】
（比較例３）
図１に示した装置の遮断板３を取り除き、また、冷却装置の第１段目の温度を１５℃に設定した以外は、上記実施例１と同様にして外径１０７０μｍのプラスチック光ファイバの製造を試みた。このとき図１１に示すように、風速０．４ｍ／ｓｅｃを境にして左右の外径変動が大きくなった。また、冷却側とその反対側のプラスチック光ファイバの外径変動差は、最も良い場合の風速０．４ｍ／ｓｅｃのときでも０．４％と大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のプラスチック光ファイバ製造装置および製造方法を用いることによって、外径変動が小さく抑えられ、品質安定性に優れたプラスチック光ファイバを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のプラスチック光ファイバの製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の製造装置を更に詳しく表した冷却装置４ａ、ｂ、ｃの第一実施形態を示す概略図である。
【図３】図１の製造装置を更に詳しく表した冷却装置４ａ、ｂ、ｃの第２実施形態を示す概略図である。
【図４】図１の製造装置の遮断板構造を示す概略図である。
【図５】図１の製造装置の遮断板を下方から見上げた時の開口径を示す概略図である。
【図６】従来のプラスチック光ファイバの製造装置を示す概略図である。
【図７】遮断板取り付け及び第１段目冷却温度３５℃の場合の冷却側とその反対側のプラスチック光ファイバの外径変動率と第１段目の風速の関係を示した図である。
【図８】プラスチック光ファイバの１本に対し１つの開口径を有した平らな構造の遮断板取り付け及び第１段目冷却温度３５℃の場合の冷却側とその反対側のプラスチック光ファイバの外径変動率と第１段目の風速の関係を示した図である。
【図９】遮断板取り付け及び第１段目冷却温度１５℃の場合の冷却側のプラスチック光ファイバの外径変動率と第１段目の風速の関係を示した図である。
【図１０】遮断板取り付けが無く、第１段目冷却温度３５℃の場合の冷却側のプラスチック光ファイバの外径変動率と第１段目の風速の関係を示した図である。
【図１１】遮断板取り付けが無く、第１段目冷却温度１５℃の場合の冷却側とその反対側のプラスチック光ファイバの外径変動率と第１段目の風速の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…紡糸口金、２…保温筒、３…遮断板、４…冷却装置、４ａ…第１段目の冷却装置、４ｂ…第ニ段目の冷却装置、４ｃ…第３段目の冷却装置、５…ガイド、６…外径測定器、７…ニップロール、８…ブロア、９…抵抗体、１０…冷温水コイル、１１…金網、１２…アルミハニカム、１３…冷温水循環装置、１４…冷水コイル、１５…冷水循環装置、１６…電気ヒータ、ａ・・・保温筒直下の流体塊、ｂ…保温筒内部の流体塊、ｃ…冷却装置上部の流体塊、ｄ…吹き溜まり部、ｅ…冷却風衝突部、ｆ…保温筒の長さ、ｇ…第１段目の冷却装置の長さ、Ｘ…冷却装置上部の風、Ｙ…冷却装置下部の風、Ｚ…複数本のプラスチック光ファイバ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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