(57)【要約】【課題】大容量の光を伝送することができるとともに、比較的大口径であって、かつ可撓性を有し、座屈しにくい可撓性ライトガイドを提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも一部がフッ素化された有機材料からなる薄膜でその内面が被覆され、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂を含んでなる管状体と、該管状体内部に封入された液体とからなることを特徴とする可撓性ライトガイド。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がフッ素化された有機材料からなる薄膜でその内面が被覆され、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂を含んでなる管状体と、
該管状体内部に封入された液体とからなることを特徴とする可撓性ライトガイド。
【請求項２】
前記管状体の内径が８ｍｍ以上で、かつ、該内径に対して外径が１．２５倍以上１．４倍以下のである請求項１の可撓性ライトガイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性ライトガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、クラッドとなる管状体の内部に、コアとして液状の物質を封入して構成される、光を伝送するライトガイドが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、可撓性管状体の内部に、同管状体より屈折率の高いコア材が充填された光伝送ホースが記載されている。可撓性管状体としてはポリエチレンなどの熱可塑性樹脂が挙げられている。
しかし、ここで用いられている管状体の内径は６mmであり、より大容量の光を伝送するために口径を大きくすると可撓性が損なわれるという課題が生じる。その一方で、口径を大きくして低下した可撓性を、肉厚を薄くして確保すると、その強度が低下し、屈曲によって、座屈するとう課題もある。
また、ポリエチレンの屈折率は１．５３〜１．５４と比較的高い。そのため、それ単層をクラッド層とすると、内部の液体はさらに高い屈折率とする必要がある。屈折率差が小さければ、屈曲させた際に外部へ光が漏れる割合が大きくなるなどの問題が生じるためである。しかし、そのような材料は限られており、材料選択の制約がある。
さらに、ポリエチレンは結晶性樹脂であるために、硬化時に白色を呈しやすく、透明度が低い。そのために、全反射時にクラッドの内部に浸透した光（エバネッセント光）が吸収され、光の伝送効率が低下するという問題もある。
【０００４】
また、光ガイドにおいて、屈折率の低い透明材料としてフッ素化した有機材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献２）。
つまり、円筒管の内壁をテトラフルオロエチレンとフッ素化された環状エーテルとの組合わせをベースとする、アモルファス共重合体の薄層で被覆し、円筒管内に液体コアを含む光ガイド照明装置が記載されている。
このように、一般に高価な材料であるアモルファスフルオロポリマーを、内壁を被覆する薄膜として利用することにより、その必要量を抑えて、製造コストを低減させている。
しかし、この光ガイドでは、有効直径が、例えば、５ｍｍ未満と小さく、大口径とすることは想定されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−８０９１２号公報
【特許文献２】特開平７−２１８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、大容量の光を伝送することができるとともに、比較的大口径であって、かつ可撓性を有し、座屈しにくい可撓性ライトガイド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】
【０００７】
本発明の可撓性ライトガイドは、少なくとも一部がフッ素化された有機材料からなる薄膜でその内面が被覆され、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂を含んでなる管状体と、該管状体内部に封入された液体とからなることを特徴とする。
この可撓性ライトガイドでは、前記管状体の内径が８ｍｍ以上で、かつ、該内径に対して外径が１．２５倍以上１．４倍以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大容量の光を伝送することができるとともに、比較的大口径であって、かつ可撓性を有し、座屈しにくい可撓性ライトガイドを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の可撓性ライトガイドは、管状体とこの管状体内部に封入された液体とから主として構成される。管状体は、ライトガイドのクラッドとして機能し、液体はライトガイドのコアとして機能する。
管状体は、実質的に、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂から形成されている。
熱可塑性樹脂としては、架橋ポリエチレンを含有するものであれば、その他の汎用されている熱可塑性樹脂のいずれが混合されていてもよい。
【００１０】
このような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）、テフロン（登録商標、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ）、 ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、 ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、"変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＰＯ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。
管状体を形成する熱可塑性樹脂における架橋ポリエチレンの含有率は、５０〜１００％程度が好ましく、８０〜１００％程度がより好ましく、実質的に架橋ポリエチレンのみであることがさらに好ましい。
また、管状体は、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂の中間部に、アルミニウム、銅等の金属箔等を挟むサンドイッチ構造とすることにより、例えば、曲げた後の形状を記憶させるものであってもよい。つまり、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂／アルミニウム／架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂の構造であってもよい。
また、架橋ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂／アルミニウム／高密度ポリエチレンの構成のように、必ずしもすべての樹脂層で架橋ポリエチレンが含まれていなくてもよい。
【００１１】
架橋ポリエチレンとするために使用するポリエチレン系樹脂としては、エチレン単独重合体（高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）及び低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）等）、エチレンと炭素数３以上のα−オレフィンとのポリエチレン共重合体、例えば１−ブテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン等、塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルとの共重合体等が挙げられる。
【００１２】
架橋ポリエチレンとしては、ポリエチレン分子間で１以上架橋されているものであればどのようなものでもよく、公知の製造方法によって得られたもの、市販品等、種々のものが挙げられる。例えば、電離性放射線による照射架橋法、過酸化物によってラジカルを発生させて架橋する過酸化物架橋法、シラノール縮合による架橋法（シラン架橋法）等によって架橋されたポリエチレン等が挙げられる。
なお、ポリエチレンの架橋反応は、管状体を成形した後に行ってもよいし、さらに、後述する管状体の内面に薄膜を被覆した後に行ってもよい。なかでも、架橋反応時に、少なくとも一部がフッ素化された有機材料による薄膜とポリエチレンとの親和性が向上するために薄膜を形成した後に架橋反応させることが好ましい。
【００１３】
電離性放射線による照射架橋法としては、例えば、γ線、電子線等の放射線を照射する方法が挙げられ、例えば、電子線は、加速電圧が５００ＫｅＶ〜１０ＭｅＶ以下、電流値が１ｍＡ〜３０ｍＡ程度の比較的高加速電圧、高電流値の照射装置を用いて行うことができる。
過酸化物架橋法で使用する過酸化物としては、例えば、ベンゾイルペルオキシド、ジクロルベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ペルオキシベンゾエート）ヘキシン−３、１，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、ラウロイルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルアセテート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルベンゾエート、ｔｅｒｔ−ブチルペルフェニルアセテート、ｔｅｒｔ−ブチルペルイソブチレート、ｔｅｒｔ−ブチルペル−ｓｅｃ−オクトエート、クミルペルピバレートおよびｔｅｒｔ−ブチルペルジェチルアセテートなどが挙げられる。
【００１４】
ラジカル発生剤としては、有機過酸化物やアゾ化合物が挙げられ、ジクミルパーオキサイド、ジブチルパーオキサイド、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等の有機過酸化物が好ましく用いられる。
シラノール縮合による架橋法では、通常、不飽和シラン化合物が用いられる。不飽和シラン化合物としては、ラジカルでグラフト又は共重合できるビニル基と、加水分解及び脱水縮合を起こすアルコキシ基を有するものが用いられる。具体的には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（βメトキシエトキシ）シラン、ビニルトリクロルシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
また、通常、シラノール縮合触媒が用いられる。このような触媒としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、酢酸第一スズ、オクタン酸第一スズ、ナフテン酸鉛、カプリン酸亜鉛、２−エチルヘキサン鉄、ナフテン酸コバルトのようなカルボン酸塩；チタン酸テトラブチルエステル、チタン酸テトラノニルエステル、ビス（アセチルアセトニトリル）ジイソプロピルチタネートのようなチタン酸エステルなどが挙げられる。
【００１５】
架橋ポリエチレンは、例えば、ゲル分率で表される架橋度が、５０〜８５％程度であることが好ましく、６５〜７５％程度がより好ましい。ゲル分率をこの範囲とすることにより、ポリエチレンの架橋反応が充分に行われ、充分な柔軟性と靭性とを発揮させることができるとともに、ポリエチレンの結晶化を阻害することなく、強度を確保することができる。
架橋度は、例えば、サンプル約０．１ｇ（Ｗ１）をあらかじめ質量を測定した４００メッシュのステンレス金網（Ｗ２）で包み、キシレン１００ｍｌ中で１２０℃２４時間抽出する。その後ステンレス金網を取り出し、８０℃１６時間真空乾燥して質量（Ｗ３）を測定し、以下の計算式で算出することができる。
ゲル分率（％）＝｛（Ｗ３−Ｗ２）／Ｗ１｝×１００
【００１６】
管状体は、管状体を構成する熱可塑性樹脂の他に、種々の添加剤、例えば、酸化防止剤、難燃剤、充填剤、帯電防止剤、安定剤、滑剤等を所望の目的を達成し得る範囲内で添加してもよい。
【００１７】
上述したように、管状体において架橋ポリエチレンを用いることにより、ポリエチレン自体の結晶化度を上げることなく、ポリエチレンの非晶域が有する柔軟性と靭性とを発揮させ、強度を増大させることができる。また、耐薬品性が向上するために、薄膜が傷ついた際にも後述する、コアとなる液体により管状体が浸食されることを防止することができる。
【００１８】
管状体は、通常円筒形状であり、内径が８ｍｍ以上と、比較的大口径のものが挙げられる。なかでも、１０ｍｍ程度以上、１２ｍｍ程度以上のものがより大容量の光伝送に利用することができるため、好ましい。
また、外径は、内径の１．２５〜１．４倍程度であることが好ましく、１．２５〜１．３５程度であることがより好ましい。このような外径とすることにより、屈曲時に座屈することなく、座屈に起因するクラッドからの光漏れを防止することができる。また、充分な可撓性を確保することができる。
【００１９】
管状体の内面は、少なくとも一部がフッ素化された有機材料からなる薄膜で、通常全部が被覆されている。
ここでの少なくとも一部がフッ素化された有機材料としては、上述した熱可塑性樹脂に含まれる水素原子の１以上がフッ素原子に置換されたものが挙げられる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン・バーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アモルファスフッ素樹脂又はこれらを２種以上組み合わせたものなどが挙げられる。また、この有機材料には、フッ素原子が置換されていない上述した熱可塑性樹脂を組み合わせてもよいが、フッ素原子が置換された熱可塑性樹脂のみを用いることが好ましい。特に、アモルファスフッ素樹脂は、透明度が高く好適である。
【００２０】
薄膜の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、０．１μｍ〜１mm程度が挙げられ、１μm〜５μm程度が好ましい。
【００２１】
管状体の内面をフッ素化された有機材料の薄膜で被覆することにより、後述するコアとして機能する液体に対して屈折率差を充分確保することができ、さらには透明度を高くすることが可能となる。
【００２２】
管状体内部に封入されるコアとなる液体としては、特に限定されないが、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ2等の塩化物水溶液；ＫＦ、ＣｓＦ等のフッ化物水溶液；ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどのグリコール類；フッ素油；エポキシ樹脂；シリコーン油；ポリシロキサン変性ポリエーテル；ポリエステルエーテルなどが挙げられる。なかでも、フッ素油が透明性や耐熱性に優れ、化学的に安定なために好適である。
【００２３】
本発明のライトガイドを製造する方法としては、当該分野で公知の方法を利用することができる。例えば、共押出成形などにより内壁をフッ素樹脂架橋、外壁をポリエチレン含有熱可塑性樹脂とした管状体を所定の長さに成形し、片方の端部を石英ガラスなどで閉塞した後、コアとなる液体を内部に充填し、もう片方の端部を閉塞することで液体を封止すればよい。また、管状体を形成する際に、管状体を形成した後に薄膜を形成してもよい。具体的には、中空状の管状体を作製し、内壁に薄膜を形成し（例えば、特開平７−２１８７４１号に記載されているような公知の方法などによって）、このクラッドの中空に液体のコアを封入する方法が挙げられる。
【００２４】
本発明の可撓性ライトガイドは、そのままの形態で適用することができる。また、その外周を１つ又は複数の樹脂層、繊維層、金属等の被覆材で被覆することにより及び／又は複数のライトガイドを束ねることにより光ファイバーケーブル等の種々の用途に適用することができる。
ライトガイドを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、ライトガイド等に必要な、強度、難燃性、柔軟性、耐薬品性、耐熱性等を満足するものを選択することが好ましい。例えば、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体等を主成分とするものなどが挙げられる。
繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維などが挙げられる。
金属としては、ステンレス線、亜鉛合金線、銅線、アルミニウムのフレキシブル構造体などが挙げられる。
【００２５】
ライトガイドの外周に樹脂を被覆する方法としては、特に限定されず、ライトガイド成形後に表層に被覆押出する方法等が挙げられる。
【００２６】
以下、本発明の可撓性ライトガイドの実施態様を詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【００２７】
＜ライトガイドの作製＞
実施例
シラン架橋性エチレン系重合体樹脂ペレット（三菱化学社製「リンクロン ＸＨＥ７４０Ｎ」）に触媒マスターバッチ（三菱化学社製 HZ082）を５重量％添加して押出機に投入し、金型を通して賦形することで、表１に示す内外径、長さ１mの管状体を得た。
次いで、アモルファスフッ素樹脂（三井・デュポンフロロケミカル社製「テフロンAF1600」屈折率１．３５）をパーフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）で５％濃度に希釈し、管内に４０ｃｃ入れた後、両端をキャップした。水平に保ったまま管を周方向に回転させることにより内面に希釈溶媒を塗工し、乾燥させることで薄膜を形成した。薄膜の厚みは、１μm程度であった。
その後、得られた管状体を８０℃の熱水中に２４時間浸漬して、ポリエチレンの架橋を完了させた。
コア材料としてはフッ素油（ダイキン工業社製「ダイフロイル♯1」）を用い、先の管状体に充填し、石英ガラス窓のついた栓で封止した。
【００２８】
比較例
四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（三井・デュポンフロロケミカル社製「テフロン440HP-J」を押出機に投入し、金型を通して賦形することで、以下の表１に示す内外径、長さ１mの管状体を得た。コア材料としてはフッ素油（ダイキン工業社製「ダイフロイル♯1」）を用い、先の管状体に充填し、石英ガラス窓のついた栓で封止した。
【００２９】
＜評価＞
表１に示す各内外径の管状体を用いて、得られたライトガイドについて、４５℃に屈曲させた時、座屈せずに曲げることのできる最小曲げ半径を測定した。
【００３０】
【表１】
2013088461.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の可撓性ライトガイドは、可視光線や赤外線など各種波長の光伝送に使用することができるライトガイドであり、特に、大容量の光伝送に好適に利用することができる。例えば、住宅、マンションなどの採光システム、照明用の光伝送システムとして利用できる。