(57)【要約】【課題】機械的強度を低下させることなく、熱収縮を抑制し、かつ生産性を向上させたプラスチック光ファイバの製造装置、およびプラスチック光ファイバの製造方法を実現する。【解決手段】延伸処理された複数のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）１１に、熱処理を施す熱処理手段１０を有するＰＯＦの製造装置であって、前記熱処理手段１０には、ＰＯＦ１１同士を重なり合わないように配列させる支持部材１２が設けられたことを特徴とするＰＯＦの製造装置、および延伸処理された複数のＰＯＦ１１に、熱処理手段１０にて熱処理を施す熱処理工程を有するＰＯＦの製造方法であって、前記ＰＯＦ１１と接触する支持部材１２により、該ＰＯＦ１１同士を重なり合わないように配列させ、連続的に熱処理することを特徴とするＰＯＦの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
延伸処理された複数のプラスチック光ファイバに、熱処理を施す熱処理手段を有するプラスチック光ファイバの製造装置であって、
前記熱処理手段には、プラスチック光ファイバ同士を重なり合わないように配列させる支持部材が設けられたことを特徴とするプラスチック光ファイバの製造装置。
【請求項２】
前記支持部材がコンベアベルトであることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光ファイバの製造装置。
【請求項３】
前記支持部材の下側に、前記プラスチック光ファイバを吸引する吸引手段が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバの製造装置。
【請求項４】
延伸処理された複数のプラスチック光ファイバに、熱処理手段にて熱処理を施す熱処理工程を有するプラスチック光ファイバの製造方法であって、
前記プラスチック光ファイバと接触する支持部材により、該プラスチック光ファイバ同士を重なり合わないように配列させ、連続的に熱処理することを特徴とするプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記プラスチック光ファイバを前記支持部材上に載置し、該支持部材によりプラスチック光ファイバを連続的に前記熱処理手段に搬送して熱処理を施すことを特徴とする請求項４に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記支持部材を介して下側から前記プラスチック光ファイバを吸引して配列させることを特徴とする請求項４または５に記載のプラスチック光ファイバの製造方法。
【請求項７】
内部加熱方式により、前記プラスチック光ファイバに熱処理を施すことを特徴とする請求項４〜６のいずれか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、例えば車載通信用、家庭内ネットワーク用、オフィス用などに好適に用いられるプラスチック光ファイバの製造装置、および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】
プラスチック光ファイバ（以下、「ＰＯＦ」という。）は、ガラス製の光ファイバに比べて伝送距離は短いが、端面加工や取り扱いが容易であると共に、安価で軽量であり、大口径に設定できる等の利点を有することから、ライティング、センサー、情報通信などの多岐にわたる用途で利用されている。近年、車載用途としての実用化が進んでおり、ＰＯＦの生産量も増加傾向にある。
このようなＰＯＦとしては、単一材料からなるものや、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アモルファスポリオレフィンのような屈折率が大きく、かつ光の透過性に優れるポリマーを芯材とする芯部の外周に、芯材よりも屈折率が小さく、かつ透明なポリマーを鞘材とする鞘部を設けた芯鞘構造のものなどが知られている。特に、芯鞘構造のＰＯＦは広帯域化できるので、高速信号伝送などの用途に好適である。
【０００３】
ＰＯＦの工業的製造プロセスとしては、ＰＯＦの断面形状に合わせた形状を有する複合紡糸ノズル用いて芯材と鞘材を同心円状に配置し、連続的に溶融複合紡糸することでファイバ状に賦形した後、ファイバの機械的強度を向上させるために高温条件下で延伸処理を施すのが一般的である。
なお、複合紡糸ノズルとして、溶融樹脂を複数の吐出口から連続的に吐出することにより、複数本のＰＯＦを同時に紡糸することができる紡糸ヘッドを備えたものが開発されており、大量生産が可能となっている。
【０００４】
上述したように、延伸処理を施すと、ＰＯＦを構成する樹脂の分子鎖が延伸方向に分子配向するためＰＯＦの機械的強度は向上する。しかし、延伸処理後のＰＯＦ内部には、この分子配向とは異なる残留応力、すなわち残留歪みもそのまま凍結される。そのため、このような状態のＰＯＦが芯材のガラス転移温度（Ｔｇｃ）近傍に再度加熱されると、凍結されていた残留歪みが緩和されるためＰＯＦが大きく収縮を起こすことがあった。
【０００５】
残留歪みを取り除いて熱収縮の発生を防止するためには、延伸処理後のＰＯＦに残留歪みの緩和を目的とした熱処理を施せばよい。延伸処理にて付与された分子配向を維持しつつ、機械的強度を損なわずに残留歪みのみを緩和するには、ＰＯＦの芯材のＴｇｃ近傍でＰＯＦの熱処理を行うのが効果的である。
しかし、Ｔｇｃを超える熱処理温度で熱処理を行うと、残留歪みが緩和されるだけでなく分子配向も緩和されてしまうため、機械的強度が損なわれやすかった。
一方、Ｔｇｃを超える熱処理温度で熱処理を行うと、分子配向の緩和は抑制されるが、熱処理温度が低いほど残留歪みの緩和に要する時間も長くなるため、生産効率が著しく低下しやすかった。
【０００６】
そこで、機械的強度を低下させることなく、熱収縮を抑制し、かつ短時間で熱処理を行うことができるＰＯＦの製造方法が検討されている。
例えば、特許文献１には、加熱媒体として熱伝達率の高い熱水や水蒸気を利用してＰＯＦを加熱し、短時間で均一にＰＯＦを昇温させることで、熱処理の高速化を図り生産性を向上させる方法が開示されている。
また、特許文献２には、ＰＯＦの延伸を目的とした熱処理において、ＰＯＦを支持するニップローラ間に設置した加熱炉内に、ＰＯＦの予熱用として遠赤外線ヒーターと、延伸用として近赤外線ヒーターとを併設し、延伸処理する方法が開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法は、加熱媒体として熱水や水蒸気を使用するため、作業環境が悪化したり、ＰＯＦ表面に付着した加熱媒体を完全に排除するのが困難であったり、ＰＯＦが加熱媒体を吸湿することで品質が低下したりすることがあった。
また、特許文献２記載の方法は、熱媒体として熱水や水蒸気を使用しないので、より短時間でＰＯＦを昇温できるものの、場合によっては加熱炉長を延長する必要があった。そのため、ニップローラ同士の距離が長くなり、加熱炉内でＰＯＦの垂下が増大したり、糸揺れが生じて加熱炉壁へ接触したり、ＰＯＦ同士の絡みつきが発生したりすることがあった。ＰＯＦの垂下などを抑制するには、ＰＯＦの張力を向上させればよいが、残留歪みの緩和を目的とした熱処理では、延伸処理のような高い張力を作用させることが困難であった。従って、特許文献２に記載の方法を熱処理工程に活かすまでには至らなかった。
【０００８】
このような問題を解決する方法として、ＰＯＦを無張力の状態で熱処理する方法が提案されている。
例えば、特許文献３には、ＰＯＦを箱などの中に振り込むことで、ＰＯＦをとぐろ巻きのような状態とし、該箱をそのまま加熱雰囲気中に持ち込み、所定の時間（例えば１５秒以上５時間以下）熱処理する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３０４９４２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８７９０７号公報
【特許文献３】特開２００１−２２８３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載の熱処理方法は、バッチ処理になるため、熱処理工程を含む一連の製造工程を連続して行うことができず、生産性を向上させることは困難であった。
【００１０】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、機械的強度を低下させることなく、熱収縮を抑制し、かつ生産性を向上させたプラスチック光ファイバの製造装置、およびプラスチック光ファイバの製造方法の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプラスチック光ファイバの製造装置は、延伸処理された複数のプラスチック光ファイバに、熱処理を施す熱処理手段を有するプラスチック光ファイバの製造装置であって、前記熱処理手段には、プラスチック光ファイバ同士を重なり合わないように配列させる支持部材が設けられたことを特徴とする。
また、前記支持部材がコンベアベルトであることが好ましい。
さらに、前記支持部材の下側に、前記プラスチック光ファイバを吸引する吸引手段が設けられたことが好ましい。
【００１２】
また、本発明のプラスチック光ファイバの製造方法は、延伸処理された複数のプラスチック光ファイバに、熱処理手段にて熱処理を施す熱処理工程を有するプラスチック光ファイバの製造方法であって、前記プラスチック光ファイバと接触する支持部材により、該プラスチック光ファイバ同士を重なり合わないように配列させ、連続的に熱処理することを特徴とする。
また、前記プラスチック光ファイバを前記支持部材上に載置し、該支持部材によりプラスチック光ファイバを連続的に前記熱処理手段に搬送して熱処理を施すことが好ましい。
さらに、前記支持部材を介して下側から前記プラスチック光ファイバを吸引して配列させることが好ましい。
また、内部加熱方式により、前記プラスチック光ファイバに熱処理を施すことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、機械的強度を低下させることなく、熱収縮を抑制し、かつ生産性を向上させたプラスチック光ファイバの製造装置、およびプラスチック光ファイバの製造方法を実現できる。
また、本発明によれば、製造設備の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）の製造装置は、原料となる芯材と鞘材を所定の温度に加熱し、連続的に溶融複合紡糸する紡糸手段と、該紡糸手段により紡糸されたＰＯＦに延伸処理を施すための延伸手段と、ＰＯＦを巻き取るための巻取り手段とを有して構成されている。さらに、前記延伸手段により延伸処理されたＰＯＦに熱処理を施す熱処理手段が設けられている。
【００１５】
紡糸手段は、基本的にはＰＯＦを紡糸する複合ノズルから構成されるが、必要に応じて例えば、紡糸手段内に供給された溶融樹脂を複合ノズルまで供給する配管や、複合ノズル内に供給された溶融樹脂が固化することを防止するために複合ノズル内部を加熱する加熱手段や、複合ノズルに流入する溶融樹脂の流速を制御する手段等を具備する。
なお、複合ノズルとして、例えば複数の吐出口を具備したノズルを用いることで、複数のＰＯＦを同時に紡糸することができ、大量生産が可能となる。
【００１６】
延伸手段としては、ＰＯＦに延伸処理を施すことができるものであれば、特に制限されないが、例えば、加熱型の延伸炉などを用いるのが好ましい。延伸炉では、炉内に供給される加熱気体または蒸気（スチーム）などによって、ＰＯＦを加熱しながら延伸する。ＰＯＦに延伸処理を施すことにより、ＰＯＦの機械的強度を向上させたり、ＰＯＦの口径を一定に調整したりできる。
【００１７】
巻取り手段としては、延伸処理されたＰＯＦをボビンなどに巻取れるものであれば、特に制限されない。
【００１８】
本発明のＰＯＦの製造装置には、延伸処理された複数のＰＯＦに熱処理を施す熱処理手段が設けられている。
ここで、図１に基づいて、本発明に用いられる熱処理手段について説明する。図１は、熱処理手段１０の一例を示す概略図である。
【００１９】
この例の熱処理手段１０は主に、延伸処理された複数のＰＯＦ１１を支持する支持部材１２と、ＰＯＦ１１を加熱する加熱炉１３とを有して構成されている。
加熱炉１３には、該加熱炉１３内に加熱気体を送り込むためのエアーノズルマニホールド１４と、ＰＯＦ１１に赤外線を照射するための赤外線放射体１５が配置されている。
また、熱処理手段１０は、ＰＯＦ１１を加熱炉１３に送るための供給機（図示略）と、ＰＯＦ１１を加熱炉１３から引き出すための引き出し機（図示略）を具備している。
【００２０】
エアーノズルマニホールド１４には、１個以上の加熱気体供給ノズル（図示略）が設けられており、該加熱気体供給ノズルから加熱炉１３内へ加熱気体を噴出することで、加熱炉１３内に温調された雰囲気を形成できる。なお、加熱気体供給ノズルのノズル形状は、丸穴でもよく、その他の形状でもよい。
加熱気体供給ノズルからの加熱気体の噴出パターンは、加熱炉１３内の雰囲気が均一に温調できれば特に限定しない。
加熱気体の種類は特に限定しないが、例えば、空気等の酸素含有の活性気体や、窒素やアルゴン等の不活性気体が挙げられる。なお、加熱気体は、ＰＯＦ１１表面への異物の付着防止や、加熱炉１３内を清浄に保つため、エアーフィルターでろ過した後に、加熱炉１３内へ供給されるのが好ましい。
【００２１】
赤外線放射体１５は、ＰＯＦ１１に赤外線を照射して加熱するものである。赤外線としては、０．８３〜１０００μｍの近〜遠赤外線が具体的に挙げられる。特に波長領域１〜３０μｍの赤外線は、物質を構成する分子の熱運動を直接励起できるため好ましい。一般に分子の振動スペクトルは赤外線波長領域に現れるため、赤外線を照射された物質は分子レベルで加熱される。したがって、赤外線の照射によるＰＯＦの残留応力緩和処理は、熱風による加熱に比べて、ＰＯＦを短時間かつ内部まで均一に昇温できる。
【００２２】
赤外線放射体１５の材質は特に限定しないが、例えば、セラミックス体や、表面にセラミックスをコーティングしたアルミニウム等の金属体を挙げることができる。これらの材質を有していれば、加熱炉１３内の高温の雰囲気で加熱されることにより赤外線を照射できるため好ましい。
赤外線放射体１５の構造は特に限定しないが、例えば、内部に電熱線を有する構造や、内部に気体や液体の熱媒体を循環させる経路を有する構造が挙げられる。赤外線放射体１５の表面温度を所望する温度に設定できるものであれば特に好ましい。これらの構造を有していれば、赤外線をより広範囲の面積に、より均一に照射できるため好ましい。
赤外線放射体１５の形状は特に限定はしないが、例えば、プレート状や、パイプ状が挙げられる。中でもプレート状は、パイプ状に比べて放射面積が広いので、広範囲にわたって均一に赤外線を照射できるため好ましい。
【００２３】
なお、ＰＯＦを加熱する手段としては、上記の赤外線放射体１５以外にも、温調風やスチームなどによる対流加熱方式を用いてもよいが、短時間でＰＯＦを昇温でき、かつ均一にＰＯＦを加熱できる観点から赤外線を照射する内部加熱方式を用いるのが好ましい。また、対流加熱方式と内部加熱方式を併用してもよく、より効果的にＰＯＦを加熱することができる。
【００２４】
エアーノズルマニホールド１４および赤外線放射体１５の配置数は特に制限せず、加熱炉長等の諸条件により適宜変更される。また、エアーノズルマニホールド１４と赤外線放射体１５の配置順序は特に制限しないが、交互に配置されていることが好ましい。
【００２５】
支持部材１２は、ＰＯＦ１１同士が重なり合わないようにＰＯＦ１１を配列させて、加熱炉１３内に搬送するものであり、ＰＯＦ１１との接触面がＰＯＦ１１の走行方向に動くように回転駆動される。支持部材１２によりＰＯＦ１１は、加熱炉１３内で重なり合うことなく、かつ無張力の状態で連続的に熱処理される。
【００２６】
支持部材１２は、ＰＯＦ１１を連続的に、かつＰＯＦ１１の円周方向に対してＰＯＦ１１が均一に加熱されるように搬送できるものであれば、特に制限されない。このような支持部材１２としては、例えば図２に示すようなシート状のコンベアベルトを用いるのが好ましい。なお、図２は、シート状のコンベアベルト（支持部材１２）に載置した複数のＰＯＦ１１が重なり合わないように配置されている様子を表した平面図である。この例では、コンベアベルト上にＰＯＦが５本載置されているが、支持部材１２上に載置されるＰＯＦの本数には特に限定されず、支持部材の幅に応じて適宜変更すればよい。
【００２７】
コンベアベルトなどの支持部材１２を連続的に搬送させるには、コンベアベルトを搬送させる搬送ロールや、コンベアベルトの張力を調整するためのテンションロールを設置すればよい。また、これらのロールには、コンベアベルトの蛇行を防止するための蛇行防止機能を付与させるのが好ましい。
なお、コンベアベルトとしてはエンドレス状に加工されたものを用いるが、エンドレスに加工する際のコンベアベルトの接続部は、表面が平滑であることが好ましく、例えば突合せ継ぎ法や編み込み継ぎ法などで接続したり、筒状の基材を用いるシームレス法で加工したりするのが好ましい。
【００２８】
コンベアベルトの材質は、ＰＯＦの表面を損傷させないものであれば特に限定されないが、加熱炉１３内での加熱温度を考慮すると、耐熱性の高い材料が好ましく、例えば、ポリアミド系樹脂などの樹脂材料、ガラス材料、金属材料などを挙げることができる。また、これらの材料の表面にフッ素樹脂などのコーティング材料や、該コーティング材料中に帯電防止用のカーボン粉を混入させたコーティング材料等をコーティングしたものを用いてもよい。
【００２９】
また、ＰＯＦを載置するコンベアベルトの表面は、加熱された状態のＰＯＦ表面が傷つくことを防止するため、異物等が除去されたクリーンな状態に維持されるのが特に好ましい。コンベアベルト面の異物を除去する方法としては、例えば、圧搾エアーなどにより吹き飛ばし排除する方法、粘着ロールをコンベアベルト面と接触させ異物を取り除く方法、異物を吸引する吸引ノズルを備えたブラシを設置し、コンベアベルト上の異物を吸引する方法等が挙げられる。
【００３０】
さらに、コンベアベルトの種類としては、加熱炉１３内でＰＯＦが均一に加熱されるように搬送できるものであれば特に限定されず、例えば図２に示すようなシート状のコンベアベルトの他、シート状のコンベアベルトに孔加工が施されている形態、繊維を束ねた形態、繊維に撚りを加えネット状に加工が施されている形態などのコンベアベルトも用いてもよい。このような加工が施されている形態や繊維を束ねた形態のコンベアベルトは、該コンベアベルトの下方からも熱処理に必要な熱をＰＯＦに与えることができ、温調風やスチームなどを利用した対流加熱方式、赤外線などの放射エネルギーを利用した放射熱方式（内部加熱方式）、またはこれらを組み合わせた加熱方式でＰＯＦを加熱させる場合に特に好適である。
【００３１】
一般的に、加熱手段として内部加熱方式を用いる場合、ＰＯＦ同士が重なり合うことで生じる重なり部では、放射エネルギーが吸収しにくくなるため、重なり部と該重なり部以外とで熱処理斑が発生する場合がある。また、加熱手段として対流加熱方式を用いる場合は、ＰＯＦ同士が重なり合うことで吸収する熱量が低減することもある。従って、ＰＯＦ同士が重なり合うと熱処理状態が不均一となり、熱処理する全てのＰＯＦが所定の時間内で所望する熱緩和状態に至らない場合がある。
しかし、本発明によれば、支持部材１２にてＰＯＦ同士を重なり合わないように配列させ加熱炉１３内に搬送し、熱処理を施すことができるので、内部加熱方式での熱処理斑が発生しにくくなる。また、対流加熱方式での吸収する熱量低減を抑制できる。従って、所定の時間内で所望の熱緩和状態とすることができ、熱処理時間を短縮することが可能となるので、生産性が向上する。
【００３２】
支持部材１２上でＰＯＦ１１同士が重なり合わないように配列させる方法としては、特に限定されないが、例えば図３に示すように、支持部材１２の下側に、ＰＯＦを吸引する吸引手段１６を設けることで、ＰＯＦ１１同士の重なり合いを抑制して配列させることが可能となる。
【００３３】
図３に示す熱処理手段２０には、図１に示す熱処理手段１０と同様に、延伸処理された複数のＰＯＦ１１を支持する支持部材１２と、ＰＯＦ１１を加熱する加熱炉１３とを有して構成されている。なお、加熱炉１３内に備わるエアーノズルマニホールド１４と、赤外線放射体１５は図示を省略している。
支持部材１２の下側には、ＰＯＦを吸引する吸引手段１６が設けられている。該吸引手段１６は、吸引部材１７と吸引機１８とを有して構成されている。また、図４、５に示すように吸引部材１７には吸引口１９が設けられている。なお、吸引部材１７と吸引機１８とは、例えばサクション用の工業用ホースなどで接続するのが好ましい。
【００３４】
支持部材１２の下側に吸引手段１６を設けることにより、ＰＯＦ１１の配列を吸引規制できるので、支持部材１２上でのＰＯＦ１１同士の重なり合いを抑制しながら配列させることができる。
吸引手段１６は、加熱炉１３の入口１３ａの前後に設置するのが好ましい。入口１３ａの前方に設置した吸引手段（外部吸収手段）１６ａにて、ＰＯＦ１１が加熱炉１３内に搬送される前にＰＯＦの配列を規制し、入口１３ａの後方に設置した吸引手段（内部吸収手段）１６ｂにて、加熱炉１３内でのＰＯＦ１１の配列を規制することができる。
【００３５】
吸引部材１７としては、ＰＯＦ１１を吸引することが可能な構造であれば、特に限定されないが、例えば配管や各パイプなどの中空管が好ましい。
また、吸引部材１７は、図４に示すようにＰＯＦの搬送方向と吸引部材１７の長さ方向とが水平かつ交差するように配置されてもよく、図５に示すようにＰＯＦの搬送方向に対して吸引部材１７の長さ方向が平行になるように配置されてもよい。
また、１つの吸引手段１６に備わる吸引部材１７の個数についても特に限定されないが、例えば外部吸収手段１６ａの場合は１〜５個の吸引部材１７を設けるのが好ましい。一方、内部吸収手段１６ｂの場合は１〜１５個の吸引部材１７を設けるのが好ましい。
【００３６】
吸引部材１７に備わる吸引口１９の形状としては、特に限定されず、例えば図４、５に示すような丸穴状や、図６、７に示すような長穴状などが挙げられる。
また、吸引口１９の径（ただし、吸引口が長穴状の場合は、吸引口の長さ方向と直交する径）は、ＰＯＦの直径と同じ程度の大きさであることが好ましい。
さらに、１つの吸引部材１７に備わる吸引口１９の個数については、特に限定されない。
【００３７】
吸引機１８としては、吸引機能を有するものであればとくに限定されないが、吸引量を考慮し、市販の真空発生機やファンなどを用いることができる。
【００３８】
なお、本発明においては、熱処理手段は必ずしも巻取り手段の前に設ける必要はなく、単独で設けてもよい。すなわち、未熱処理の状態で製造したＰＯＦや、未熱処理の状態で販売されているＰＯＦなどを、熱処理手段を用いて熱処理してもよい。このような場合であっても、上述したような熱処理手段を用いれば、ＰＯＦ同士の重なり合いを抑制しながら連続してＰＯＦに熱処理を施すことが可能であるため、生産性を向上できる。
【００３９】
次に、図１の熱処理手段１０を用いて、本発明のＰＯＦの製造方法を説明する。
本発明のＰＯＦの製造方法は、原料となる芯材と鞘材を所定の温度に加熱し、紡糸手段にて溶融複合紡糸する紡糸工程と、延伸手段にて紡糸されたＰＯＦに延伸処理を施す延伸工程と、熱処理手段にて延伸されたＰＯＦに熱処理を施す熱処理手段と、熱処理されたＰＯＦを巻取り手段にて巻取る巻取り工程とを有する。
【００４０】
前記紡糸工程は、後述する芯材と鞘材を溶融紡糸する工程である。紡糸速度は、１〜３５ｍ／分であることが好ましく、より好ましくは５〜２５ｍ／分である。
【００４１】
前記延伸工程は、紡糸されたＰＯＦに延伸処理を施す工程である。延伸処理を施すことにより、ＰＯＦに機械的強度を付与させたり、ＰＯＦの口径を一定に調整したりできる。
延伸処理の方法としては、特に制限されないが、例えば加熱型の延伸炉を用いて加熱しながら延伸させる方法が好ましい。
ＰＯＦを加熱する時の温度は、１２０〜１６０℃が好ましい。また、この範囲の温度に加熱された加熱気体や蒸気を用い、これらを吹きつけながら延伸させてもよい。
また、ＰＯＦの口径が２５０〜３０００μｍとなるように延伸するのが好ましい。
【００４２】
熱処理工程は、延伸処理されたＰＯＦの残留歪みを緩和するために、ＰＯＦに熱処理を施す工程である。熱処理を施すことにより、ＰＯＦの熱収縮を低減できる。
ＰＯＦ１１を搬送する支持部材１２の移動速度（ＰＯＦの搬送速度）の最大値は、加熱炉１３内でＰＯＦ１１に張力が発生しないようにするため、延伸工程後のライン速度以下に設定することが必要である。移動速度の最小値は、加熱炉長に応じて、所望する熱収縮特性が得られるのに十分な熱処理を実施できる範囲の速度以上に設定すればよい。具体的には、延伸工程以降のライン速度に対して９０〜９９％の速度が好ましく、９５〜９８％の速度がより好ましい。
【００４３】
加熱炉１３内の雰囲気の風速は、加熱炉１３内の雰囲気が均一な温度になるようであれば特に限定されない。雰囲気の風速が速いほど、加熱炉１３内の雰囲気が均一な温度になりやすいが、ＰＯＦ１１の近傍においては２５ｍ／秒以下であることが、後述するＰＯＦ１１の揺動を抑制する点で好ましい。
雰囲気の温度は、ＰＯＦ１１の芯材のＴｇｃ未満が好ましい。雰囲気の温度がＰＯＦ１１の芯材のＴｇｃ未満であれば、加熱延伸処理でＰＯＦに付与された分子配向が、雰囲気の温度によって解除されることを防ぐことができる。具体的には、Ｔｇｃ−２０〜Ｔｇｃ−１℃が好ましく、Ｔｇｃ−１０〜Ｔｇｃ−２℃がより好ましい。なお、赤外線放射体１５の表面温度は、１００〜１８０℃に設定するのが好ましく、より好ましくは１２０〜１６０℃である。
雰囲気の温度をより均一にする方法としては、例えば、加熱炉１３の内壁に保温材Ａを配置する（図１、３）、攪拌ペラを加熱炉１３内へ配置して雰囲気を攪拌する、加熱炉１３の出入口に配置したエアーカーテンから出入口の鉛直方向に向けて温調したエアーを吹き付ける方法が挙げられる。これらの方法は、単独で実施してもよく、併用してもよい。
【００４４】
ところで、ＰＯＦ同士の重なり合いが発生する原因としては、加熱開始初期にＰＯＦ内部に残る残留歪みが緩和される時に生じる揺動が挙げられる。上述したように、延伸処理されたＰＯＦは芯材のガラス転移温度（Ｔｇｃ）近傍の温度付近に加熱されると、凍結された残留歪みが緩和され、ＰＯＦの収縮が起きる。加熱炉内のＰＯＦは支持部材上に載置しており、無張力の状態であるため、収縮すると激しくかつ不規則に揺動する。
【００４５】
しかし、本発明によれば、支持部材上にてＰＯＦ同士が重なり合わないように複数のＰＯＦを配列させ、加熱炉へ搬送できるので、ＰＯＦの揺動を低減していることが示唆される。
ＰＯＦ同士の重なり合いを抑制する方法としては、例えば図３〜５に示すように、支持部材１２の下側に設置した吸引手段１６にて、ＰＯＦを吸引する方法が挙げられる。ＰＯＦを吸引手段にて吸引することにより、ＰＯＦの揺動が低減するので、結果、ＰＯＦ同士が重なり合うことを抑制できる。
【００４６】
特に、図３に示すように、加熱炉１３の入口１３ａの手前に外部吸収手段１６ａを設ければ、ＰＯＦ１１が加熱炉１３内に搬送される前にＰＯＦの揺動を規制することができる。また、入口１３ａの後方に内部吸収手段１６ｂを設ければ、加熱炉１３内でのＰＯＦ１１の揺動を規制できる。
なお、吸引部材１７の個数は、上述したように特に限定されないが、特に内部吸収手段１６ｂの場合は、加熱炉１３内にてＰＯＦの揺動が収まると、ＰＯＦは支持部材１２上で安定するので、内部吸収手段１６ｂに備わる吸引手段１７は、ＰＯＦの揺動が収まる位置まで設ければよい。
【００４７】
ＰＯＦの吸引条件としては、０．３〜０．７ＭＰａの空気圧で圧搾空気を吸引機１８へ供給するのが好ましく、より好ましくは０．５〜０．６ＭＰａである。空気圧が０．３ＭＰａ未満であると、ＰＯＦの吸引が不十分となり、ＰＯＦの揺動が低減しにくくなる。一方、空気圧が０．７ＭＰａを超えると、吸引力の強さからＰＯＦの表面にコンベアベルトとの接触痕が付く原因となる。
【００４８】
前記巻取り工程は、延伸されたＰＯＦを巻取る工程である。巻取りの対象物としては、特に制限されないが、ボビンなどが挙げられる。
【００４９】
なお、本発明においては、熱処理工程は必ずしも巻取り工程の前に設ける必要はなく、単独工程として設けてもよい。すなわち、未熱処理の状態で製造したＰＯＦや、未熱処理の状態で販売されているＰＯＦなどに、熱処理工程を実施してもよい。このような場合であっても、本発明に用いられる熱処理手段を使用すれば、ＰＯＦ同士の重なり合いを抑制しながら連続してＰＯＦに熱処理を施すことが可能であるため、生産性を向上できる。
ただし、より一層の生産性を求めるには、熱処理工程を単独で設けるのではなく、一連の製造工程を連続して実施するのがよい。
【００５０】
このようなＰＯＦの製造方法は、芯部と、該芯部の外周に同心円状に形成された鞘部とを有する芯鞘構造のＰＯＦを製造する場合に特に好適である。
芯部を形成する芯材としては、非晶性の透明重合体が好適であり、例えばメタクリル酸メチルの単独重合体や、メタクリル酸メチルと他の単量体との共重合体（メタクリル酸メチル共重合体）が好ましい。また、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸イソブルニル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル等のメタクリル酸エステルとこれら単量体と共重合可能な他の単量体との共重合体；ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン−メタクリル酸エステル系共重合体、あるいはこれらポリマーの水素原子の全部または一部が重水素原子で置換された重水素化重合体なども用いることができる。さらに、その他の透明重合体、透明ブレンド物も使用可能である。これらの中でも、メタクリル酸メチルの単独重合体や、メタクリル酸メチルと他の単量体との共重合体（メタクリル酸メチル共重合体）が特に好ましい。
【００５１】
メタクリル酸メチル共重合体としては、原料の全単量体の質量を１００質量％とした場合、メタクリル酸メチル７０質量％以上と、メタクリル酸メチルと共重合可能な他の単量体３０質量％以下とを重合してなる共重合体であることが好ましい。メタクリル酸メチルと共重合可能な他の単量体としては、例えばメタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸−２，２，２−トリフルオロエチル等のメタクリル酸エステル類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル類；耐熱性の向上を目的としてＮ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド等のマレイミド化合物などの単量体が挙げられる。
【００５２】
これら芯材の製造方法としては特に限定されず、公知の重合方法により製造することができるが、異物の混入等の面から連続塊状重合また連続溶液重合法を用いるのが好ましい。
【００５３】
一方、鞘部を形成する鞘材としては、公知の材料を使用することが可能であるが、熱処理時のＰＯＦの取り扱い性を向上させ、ＰＯＦの径斑を低減する点で、芯材のガラス転移温度（Ｔｇｃ）＋１０℃以下の温度で溶融状態とならないものが好ましい。また、良好な伝送特性を有するＰＯＦが得られる点で、フッ素系メタクリレートの単独重合体、フッ素系メタクリレートとメタクリル酸エステル系単量体との共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ化ビニリデン単位を主成分とする共重合体；α−フルオロメタクリレート系樹脂、及びそれらの混合物などを用いることが好ましい。
【００５４】
本発明の製造方法において製造されるＰＯＦの構造については特に限定されず、公知のものが挙げられる。例えば、芯−鞘の２層構造を有するＰＯＦ、芯部が屈折率分布を有するようなグレーデットインデックス型ＰＯＦ、芯部、または芯部及び鞘部が複数種の重合体を多層状に配置した構造を有するＰＯＦ、一本のファイバ中に複数の芯鞘構造を有する多芯状のＰＯＦ等が挙げられる。また、これらのＰＯＦの外周に耐溶剤性や耐熱性等の機能を有する保護層を被覆した構造のものであってもよい。該保護層についても、公知の材料が使用可能であるが、力学的強度に優れたフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体が好ましく用いられる。
【００５５】
以上のように、本発明によれば、複数のＰＯＦを重なり合わないように配列させることで、内部加熱方式での熱処理斑が生じなくなったり、対流加熱方式での熱量低減を抑制したりするため、熱処理状態が均一になり、熱処理する全てのＰＯＦが所定の時間内で所望する熱緩和状態にすることが可能となる。従って、熱処理時間を短縮できるので、生産性を向上できる。
また、複数のＰＯＦを連続して熱処理できるので、ＰＯＦの生産性を向上できる。
さらに、熱処理に用いる加熱炉の規模を縮小できる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
熱収縮率の測定方法、および熱処理手段の構成は以下の通りである。なお、実施例、比較例では、市販のＰＯＦを用い熱処理を実施した。使用したＰＯＦを以下に示す。
（熱収縮率の測定）
実施例、比較例で熱処理したＰＯＦに、１ｍ（Ｌ０）間隔で目印を付け、９０℃に設定した乾熱乾燥機内に、乾燥機内壁に触れないようにして静置した。２４時間後、ＰＯＦを取り出し、室温（約２０℃）まで放冷した後、目印の間隔（Ｌ１）を再度測定し、Ｌ０およびＬ１から下記式（１）にて熱収縮率を算出した。
熱収縮率（％）＝［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００  ・・・（１）
【００５７】
（ＰＯＦ）
熱処理を施すＰＯＦには、三菱レイヨン（株）製のプラスチック光ファイバ（「ＧＫ４０Ｂ」、帯域：４０ＭＨｚ、伝送損失：１５０ｄＢ以下／ｋｍ）を３０ｍ用いた。なお、該プラスチック光ファイバには、１４４℃、延伸倍率２００％にて加熱延伸処理を予め施した。
【００５８】
（熱処理手段の構成）
熱処理手段として、図１に示すような装置を用いた。該装置は加熱炉長１ｍの加熱炉１３と、支持部材１２に該当するコンベアベルト（基材：ガラス繊維、表面処理：ＰＴＦＥ）を主な構成物とした。
加熱炉１３の内壁には保温材Ａ（厚みｄ：７５ｍｍ）を設置し、加熱炉１３内には、複数個のエアーノズルマニホールド１４と、複数個の赤外線放射体１５を配置した。なお、赤外線放射体１５にはプレート状のセラミックスヒーター（（株）ノリタケカンパニーリミテド製、「遠赤外線セラミックプレートヒーター、型式：ＰＬＣ−３２２」、２００Ｗ電熱線内蔵）を使用した。
エアーノズルマニホールド１４と赤外線放射体１５は、ＰＯＦを搬送する支持部材１２面に対し、法線方向の上下両面に配置した。上面に配置した赤外線放射体１５と支持部材１２との距離は約９０ｍｍ、下面に配置した赤外線放射体１５と支持部材１２との距離は約８０ｍｍとした。なお、エアーノズルマニホールド１４と赤外線放射体１５は、交互に配置した。エアーノズルマニホールド１４には、複数個の加熱気体供給ノズル（φ１）を設けた。また、エアーノズルマニホールド１４の長手方向が、支持部材１２の走行方向に対して直角になるよう配置した。
加熱気体の製造および加熱炉１３への加熱気体の供給には、熱風発生機（（株）竹綱製作所製、「電気式熱風発生機、型式：ＴＳＫ−６１」）を用いた。なお、該熱風発生機から加熱炉１３内への加熱気体の供給量は約１５ｍ３／分であった。
また、エアーノズルマニホールド１４に具備する加熱気体供給ノズル付近の風速を４ｍ／秒とした。風速は日本カノマックス（株）製の風速計（型式：６５１１）を用いて測定した。なお、図示していないが、加熱炉１３内の雰囲気温度を均一化させるために、雰囲気撹拌用ノズル（φ４．５）を加熱炉１３内の適所に複数個配置した。なお、該雰囲気撹拌用ノズル付近の風速は１８ｍ／秒であった。
さらに、赤外線放射体１５の表面温度を１５５℃に設定し、加熱炉３１内の雰囲気温度を１０７±２℃になるように加熱気体を炉内に供給した。
【００５９】
熱処理手段の支持部材１２の下側には、図２に示すような吸引手段１６を設けた。なお、吸引部材１７は、図４に示すようにＰＯＦの搬送方向と吸引部材１７の長さ方向とが水平かつ交差するように配置した。
吸引手段１６の設置場所としては、加熱炉１３の入口１３ａの約１２０ｍｍ手前から入口１３ａまでに、外部吸収手段１６ａを、加熱炉１３の入口１３ａから加熱炉１３の内部に向かって約３００ｍｍまでに、内部吸収手段１６ｂを設置した。外部吸収手段１６ａの吸引部材１７は５０ｍｍの間隔で３本設置した。一方、内部吸収手段１６ｂの吸引部材１７は、加熱炉１３の内壁に厚みｄが７５ｍｍの保温材Ａが設置されているため、入口１３ａから約９０ｍｍの場所から２５ｍｍの間隔で９本設置した。
吸引部材１７は、表面を研磨した薄肉ステンレスパイプ（φ８）を使用し、吸引口１９を１０個設けた。吸引口１９は、形状を丸穴、穴径を２ｍｍ、丸穴の設置間隔を１０ｍｍ（ＰＯＦの配列ピッチに相当）とした。
吸引機１８は、バキュームコンベア（シュマルツ（株）「型式：ＳＥＣ２０」）を使用した。なお、吸引部材１７と吸引機１８との接続にはサンクション用の工業用ホースを用いた。
【００６０】
＜実施例＞
実施例は、赤外線放射体１５の表面温度を１５５℃に設定し、加熱炉１３内の雰囲気温度を１０７±２℃になるように加熱気体を炉内に供給した。また、各吸引手段１６の吸引機１８へ空気圧０．４ＭＰａで圧搾空気を供給し、支持部材１２を走行させながら表１に示す熱処理時間にて１０本のＰＯＦを同時に熱処理し、残留歪みを緩和した。熱処理後のＰＯＦの熱収縮率を測定した。結果を表１に示す。
【００６１】
また、熱処理の実施中に加熱炉１３内のＰＯＦの状態を目視にて観察したところ、１０本全てのＰＯＦは配列された状態で、互いに接触することなく、熱処理が行われているのを確認した。
【００６２】
＜比較例＞
比較例は、各吸引手段１６の吸引機１８を作動しなかったことを除き、実施例と同様の条件で熱処理を実施し、残留歪みを緩和した後、熱収縮率を測定した。結果を表１に示す。
また、熱処理の実施中に加熱炉１３内のＰＯＦの状態を目視にて観察したところ、一部のＰＯＦは加熱炉１３へ供給される前にＰＯＦ同士が接触している状況にあり、さらに加熱炉１３内へ進入したＰＯＦは揺動してＰＯＦ同士が重なり合っていることを確認した。
【００６３】
【表１】
2009042522.tif 000003
【００６４】
表１から明らかなように、実施例では、同じ熱処理時間においての熱収縮率が、比較例より低い値を示した。熱収縮率が低いほど、ＰＯＦの残留歪みがより緩和されていることを示している。よって、実施例は、機械的強度の低下が比較例より少ないことが確認できた。
【００６５】
図８に、熱処理時間と熱収縮率の関係をグラフ化したものを示す。０．２５％の熱収縮率に到達する時間は、比較例では約５７秒であったのに対して、実施例では約５１秒で到達できると読み取れる。つまり、本発明によれば、ＰＯＦの残留歪みを緩和するための熱処理に掛かる時間が短縮できるため、加熱炉長の短縮が可能であることを示唆している。
例として、ＰＯＦの熱収縮率が０．２５％に達するのに必要な加熱炉長を、ＰＯＦの走行速度を２０ｍ／分とした場合で求めたところ、実施例で１７ｍ（Ｌ２）、比較例で１９ｍ（Ｌ３）となった。したがって、加熱炉長の短縮長さは２ｍ（Ｌ３−Ｌ２）と算出され、加熱炉の短縮効果は約１１％［（Ｌ３−Ｌ２）／Ｌ３×１００］であると求められた。よって、設備の占有面積を大幅に縮小することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によるプラスチック光ファイバの製造装置および製造方法によれば、ＰＯＦの機械的強度を低下させることなくＰＯＦの熱処理工程の通過速度を高速化できるため、ＰＯＦの生産性が向上する。また、加熱炉長を短縮できることで、熱処理工程設備の省スペース化を図ることができ、設備費の節減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る残留歪み緩和用の熱処理手段の一例を示す概略図である。
【図２】支持部材上のＰＯＦの配列の様子を示す平面図である。
【図３】本発明に係る残留歪み緩和用の熱処理手段と吸引手段の一例を示す概略図である。
【図４】吸引部材の長手方向とＰＯＦの搬送方向の関係の一例を示す部分拡大図である。
【図５】吸引部材の長手方向とＰＯＦの搬送方向の関係の他の例を示す部分拡大図である。
【図６】吸引口の一例を示す平面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】実施例と比較例の熱処理時間と熱収縮率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０：熱処理手段
１１：ＰＯＦ
１２：支持部材
１３：加熱炉
１４：エアーノズルマニホールド
１５：赤外線放射体
１６：吸引手段
１７：吸引部材
１８：吸引機
１９：吸引口
【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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