JP2023149651A - plastic optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチック光ファイバとその用途に関する。 The present invention relates to plastic optical fibers and their uses.
プラスチック光ファイバは、透明樹脂からなるコアの外周を該透明樹脂より低屈折率の樹脂からなるクラッド層を被覆した構造を有し、コアとクラッド層との境界で光を全反射させることによりコア内で光を伝送する媒体である。通常、プラスチック光ファイバは、物理的損傷あるいは、化学的損傷を防止するためにプラスチック光ファイバの外側に被覆層を設けたプラスチック光ファイバケーブルとして使用されている。このような構成からなるプラスチック光ファイバは、一端から入射した光がコアとクラッドとの界面で全反射を繰り返しながら他端部に効率よく伝達されるため、工業用、自動車用などの通信媒体として広く用いられている。 Plastic optical fibers have a structure in which the outer periphery of a core made of a transparent resin is covered with a cladding layer made of a resin with a lower refractive index than the transparent resin, and the core is completely reflected at the boundary between the core and the cladding layer. It is a medium that transmits light within a device. Generally, plastic optical fibers are used as plastic optical fiber cables with a coating layer provided on the outside of the plastic optical fibers to prevent physical or chemical damage. Plastic optical fibers with such a configuration are used as communication media for industrial and automotive applications because the light incident from one end undergoes total internal reflection at the interface between the core and cladding and is efficiently transmitted to the other end. Widely used.
これらの用途においては、一端から入光した光を途中で漏光させることなく他端に伝達することが重要となってくる。光を側面から漏光させた意匠照明用ファイバとして機能させることができれば、建屋内外の間接的な照明や電光表示等の代替用途などに展開することができる。また、これらを織り込んだ織物として使用することで自動車や電車、航空機などの移動体の車内照明や、その他装飾用途などの意匠照明用途への展開も期待できる。 In these applications, it is important to transmit light that enters from one end to the other end without leaking light along the way. If it can function as a fiber for decorative lighting that leaks light from the side, it can be used for alternative purposes such as indirect lighting inside and outside buildings and electric displays. In addition, by using these as fabrics woven into them, it can be expected to be used in decorative lighting applications such as interior lighting for moving objects such as cars, trains, and airplanes, and other decorative applications.
このような照明用途へはプラスチック光ファイバにサンドブラスト処理やレーザー加工を施して、意図的にクラッドに傷を付けることで光を漏らす方法が提案されている(例えば、特許文献1参照) For such lighting applications, a method has been proposed in which light is leaked by performing sandblasting or laser processing on plastic optical fibers to intentionally damage the cladding (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載のようなプラスチック光ファイバの加工処理は、高度な加工精度が必要とされる。特に任意の場所に精密な加工を施し側面から光を漏光させる際に、プラスチック光ファイバ表面に傷があると、そこから余分な光漏れが発生してしまうことがあり、プラスチック光ファイバ表面に傷がない事が求められている。さらに特許文献1に記載のようなプラスチック光ファイバ、クラッド層の厚み斑があったり、ファイバの撚れや曲がり癖があったりするとクラッド層を削り過ぎてしまい局所的に光が強く漏れ、輝点の原因となることもある。そのため、意匠照明用として、プラスチック光ファイバの表面傷付き耐性が良好で加工性と機械的強度とのバランスに優れたプラスチック光ファイバが求められている。 However, processing of plastic optical fibers as described in Patent Document 1 requires a high degree of processing precision. Particularly when precision processing is applied to an arbitrary location to allow light to leak from the side, if there are scratches on the surface of the plastic optical fiber, excess light may leak from there. It is required that there be no Furthermore, if the plastic optical fiber described in Patent Document 1 has uneven thickness in the cladding layer, or if the fiber has a tendency to twist or bend, the cladding layer will be shaved too much, causing strong local light leakage and bright spots. It may also cause. Therefore, for use in decorative lighting, there is a demand for plastic optical fibers that have good surface scratch resistance and have an excellent balance between workability and mechanical strength.
そこで、本発明の目的は、光学特性、耐熱性及び機械強度及び耐傷付き性に優れるプラスチック光ファイバ(例えば、意匠照明用)を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a plastic optical fiber (for example, for decorative lighting) that has excellent optical properties, heat resistance, mechanical strength, and scratch resistance.
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討したところ、特定の要件を満たすプラスチック光ファイバとすることにより光学特性、耐熱性及び機械強度に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention conducted extensive studies to solve the above problems, and found that a plastic optical fiber that satisfies specific requirements has excellent optical properties, heat resistance, and mechanical strength, and has completed the present invention. .
すなわち、本発明は以下に関する。
[1]
ポリメチルメタクリレート系樹脂を含むコアと、前記コアの周囲を取り囲み、前記コアよりも屈折率が低く、透明フッ素樹脂を含むクラッド層と、前記クラッド層の更に外側に前記クラッド層よりも屈折率が高く、透明樹脂を含む保護層を含み、
前記保護層を形成する樹脂の曲げ弾性率が1000MPa以上4000MPa以下である、プラスチック光ファイバ。
[2]
前記保護層が、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含む、[1]に記載のプラスチック光ファイバ。
[3]
前記保護層が、着色剤を含有し、
前記着色剤の含有量が、保護層を形成する樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下である、[1]又は[2]に記載のプラスチック光ファイバ。
[4]
前記着色剤が黒色顔料又は黒色染料である、[3]に記載のプラスチック光ファイバ。
[5]
前記クラッド層に含まれる透明フッ素樹脂は、ナトリウムD線で20℃で測定した屈折率が1.35以上1.48以下である、[1]~[4]のいずれかに記載のラスチック光ファイバ。
[6]
[1]~[5]のいずれかに記載のプラスチック光ファイバの少なくとも一端が光源に接続された光ファイバ照明。
[7]
[1]~[5]のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを少なくとも一部に有する光ファイバ織物。
[8]
[1]~[5]のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを少なくとも一部に有する光ファイバ編物。
[9]
[1]~[5]のいずれかに記載のプラスチック光ファイバを形成する工程と、前記プラスチック光ファイバにサンドブラスト処理を施す工程と、を含む側面発光プラスチック光ファイバの製造方法。
That is, the present invention relates to the following.
[1]
A core containing a polymethyl methacrylate resin, a cladding layer surrounding the core and having a refractive index lower than that of the core and containing a transparent fluororesin, and further outside the cladding layer a cladding layer having a refractive index lower than that of the cladding layer. Contains a protective layer containing high and transparent resin,
A plastic optical fiber, wherein the resin forming the protective layer has a bending elastic modulus of 1000 MPa or more and 4000 MPa or less.
[2]
The plastic optical fiber according to [1], wherein the protective layer contains at least one selected from the group consisting of acrylic resin, polyolefin resin, polyester resin, and polyamide resin.
[3]
the protective layer contains a colorant,
The plastic optical fiber according to [1] or [2], wherein the content of the colorant is 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resin forming the protective layer.
[4]
The plastic optical fiber according to [3], wherein the colorant is a black pigment or a black dye.
[5]
The plastic optical fiber according to any one of [1] to [4], wherein the transparent fluororesin contained in the cladding layer has a refractive index of 1.35 or more and 1.48 or less when measured at 20° C. with sodium D line. .
[6]
An optical fiber illumination in which at least one end of the plastic optical fiber according to any one of [1] to [5] is connected to a light source.
[7]
An optical fiber fabric having at least a portion of the plastic optical fiber according to any one of [1] to [5].
[8]
An optical fiber knitted fabric having at least a portion of the plastic optical fiber according to any one of [1] to [5].
[9]
A method for manufacturing a side-emitting plastic optical fiber, comprising the steps of forming the plastic optical fiber according to any one of [1] to [5], and sandblasting the plastic optical fiber.
本発明によれば、光学特性、耐熱性及び機械強度及び耐傷付き性に優れるプラスチック光ファイバ(以下、POFと記載する場合がある。)を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plastic optical fiber (hereinafter sometimes referred to as POF) that has excellent optical properties, heat resistance, mechanical strength, and scratch resistance.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中、同一要素について重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as "this embodiment") will be described in detail. The present embodiment below is an illustration for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following content. The present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of its gist. Note that duplicate explanations of the same elements in the drawings will be omitted. In addition, the positional relationships such as top, bottom, left, and right are based on the positional relationships shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
本実施形態のプラスチック光ファイバは、ポリメチルメタクリレート系樹脂を含むコアと、前記コアの周囲を取り囲み、前記コアよりも屈折率が低く、透明フッ素樹脂を含むクラッド層と、前記クラッド層の更に外側に前記クラッド層よりも屈折率が高く、透明樹脂を含む保護層を含み、前記保護層を形成する樹脂の曲げ弾性率が1000MPa以上4000MPa以下である。本実施形態のプラスチック光ファイバは、このような特徴を有することにより、光学特性、耐熱性及び機械強度及び耐傷付き性に優れる。 The plastic optical fiber of this embodiment includes a core containing a polymethyl methacrylate resin, a cladding layer surrounding the core, having a lower refractive index than the core and containing a transparent fluororesin, and further outside the cladding layer. The protective layer has a refractive index higher than that of the cladding layer and includes a transparent resin, and the resin forming the protective layer has a flexural modulus of 1000 MPa or more and 4000 MPa or less. The plastic optical fiber of this embodiment has such characteristics and thus has excellent optical properties, heat resistance, mechanical strength, and scratch resistance.
本実施形態では、例えば、上記特徴を有する、図1~図3に示すようなPOFとすることができる。具体的には、例えば、コアと、コアよりも屈折率の低い透明なクラッド樹脂及びクラッド樹脂よりも屈折率の高い透明な保護樹脂から形成された3層構造とすることで、図1~図3に示すようなPOFとすることが出来る。 In this embodiment, for example, a POF as shown in FIGS. 1 to 3 having the above characteristics can be used. Specifically, for example, by forming a three-layer structure consisting of a core, a transparent cladding resin with a lower refractive index than the core, and a transparent protective resin with a higher refractive index than the cladding resin, the structure shown in FIGS. A POF as shown in FIG. 3 can be used.
図1は、本実施形態のPOFの一例の概略断面図を表す。
図1に示すように、単芯POF10は、中央にコア12を有し、コア12の外周に被覆形成されたクラッド層14と、クラッド層14の外周に被覆形成された保護層16と、を備えている。そして、コア12とクラッド層14と保護層16とが単芯POF10を構成している。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the POF of this embodiment.
As shown in FIG. 1, the single-core POF 10 has a core 12 at the center, a cladding layer 14 formed around the outer periphery of the core 12, and a protective layer 16 formed around the outer periphery of the cladding layer 14. We are prepared. The core 12, cladding layer 14, and protective layer 16 constitute a single-core POF 10.
図2は、本実施形態のPOFの他の一例の概略断面図である。
図2に示すように、多芯POF20は、7本のコア22が各々個別にクラッド層24によって被覆されており、これらを保護層26によって被覆することで多芯化されている。なお、POF20は、7芯タイプの光ファイバであるが、本実施形態のPOFは、7芯に限定されるものではない。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another example of the POF of this embodiment.
As shown in FIG. 2, the multi-core POF 20 has seven cores 22 each individually covered with a cladding layer 24, and these are covered with a protective layer 26 to make the multi-core POF 20 multi-core. Note that, although the POF 20 is a seven-core type optical fiber, the POF of this embodiment is not limited to seven cores.
図3は、本実施形態のPOFの、他の一例の概略断面図である。
図3に示すように、多芯POF30は、7本のコア32がクラッド層34によって被覆され、多芯化されている。さらにクラッド層34の外周に保護層36が設けられており、プラスチック光ファイバ30を構成している。なお、POF30は、7芯タイプの光ファイバケーブルであるが、本実施形態のPOFは、7芯に限定されるものではない。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another example of the POF of this embodiment.
As shown in FIG. 3, the multicore POF 30 has seven cores 32 covered with a cladding layer 34, making it multicore. Further, a protective layer 36 is provided around the outer periphery of the cladding layer 34 to constitute the plastic optical fiber 30. Note that, although the POF 30 is a seven-core type optical fiber cable, the POF of this embodiment is not limited to seven cores.
以下、本実施形態のPOFを構成する部位や材料等について詳細に説明する。 Hereinafter, the parts, materials, etc. that make up the POF of this embodiment will be explained in detail.
(コア)
本実施形態のPOFにおいて、コアを構成する樹脂(以下、「コア樹脂」ともいう。)は、メタクリル酸メチル単位を有する重合体(ポリメチルメタクリレート系樹脂)を含む。
コアを構成する樹脂は、透明樹脂であることが好ましい。
コア樹脂としては、プラスチック光ファイバのコア樹脂として公知のものも使用できる。
コア樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート系樹脂を含むが、ポリカーボネート系樹脂等を含んでいてもよい。それらの中でも、透明性の観点から、ポリメチルメタクリレート系樹脂が好ましい。
(core)
In the POF of this embodiment, the resin constituting the core (hereinafter also referred to as "core resin") includes a polymer having methyl methacrylate units (polymethyl methacrylate resin).
The resin constituting the core is preferably a transparent resin.
As the core resin, those known as core resins for plastic optical fibers can also be used.
The core resin includes, for example, polymethyl methacrylate resin, but may also include polycarbonate resin or the like. Among them, polymethyl methacrylate resin is preferred from the viewpoint of transparency.
ポリメチルメタクリレート系樹脂(以下「PMMA」とも記す)とは、メチルメタクリレートの単独重合体、あるいはメチルメタクリレート単量体を50質量%以上含む共重合体をいう。すなわち、ポリメチルメタクリレート系樹脂は、メチルメタクリレート単量体と、メチルメタクリレート単量体と共重合可能な他の単量体との共重合体であってもよい。
メチルメタクリレート単量体と共重合可能な他の単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸エステル類;イソプロピルマレイミド等のマレイミド類;アクリル酸、メタクリル酸、スチレン等が挙げられる。共重合可能な他の単量体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Polymethyl methacrylate resin (hereinafter also referred to as "PMMA") refers to a methyl methacrylate homopolymer or a copolymer containing 50% by mass or more of methyl methacrylate monomer. That is, the polymethyl methacrylate resin may be a copolymer of a methyl methacrylate monomer and another monomer copolymerizable with the methyl methacrylate monomer.
Other monomers that can be copolymerized with the methyl methacrylate monomer are not particularly limited, but include, for example, acrylic esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate; ethyl methacrylate, and propyl methacrylate. , methacrylic acid esters such as cyclohexyl methacrylate; maleimides such as isopropylmaleimide; acrylic acid, methacrylic acid, styrene, and the like. The other copolymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.
ポリメチルメタクリレート系樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、成形性の観点から、好ましくは8万以上20万以下であり、より好ましくは10万以上12万以下である。重量平均分子量は、従来公知のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定できる。 The weight average molecular weight of the polymethyl methacrylate resin is not particularly limited, but from the viewpoint of moldability, it is preferably 80,000 or more and 200,000 or less, more preferably 100,000 or more and 120,000 or less. The weight average molecular weight can be measured by a conventionally known GPC (gel permeation chromatography) method.
(クラッド層)
本実施形態のPOFにおいて、クラッド層は、コアの周囲を取り囲み、例えば、コアの外周に被覆形成される。光信号がクラッド層とコアとの界面で反射することで、光ファイバ内を光信号が伝搬される。かかる観点から、クラッド層はコアの表面を直接被覆することが好ましい。
(cladding layer)
In the POF of this embodiment, the cladding layer surrounds the core, and is formed, for example, on the outer periphery of the core. When the optical signal is reflected at the interface between the cladding layer and the core, the optical signal is propagated within the optical fiber. From this point of view, it is preferable that the cladding layer directly covers the surface of the core.
クラッド層を構成する樹脂(以下、「クラッド樹脂」ともいう。)としては、前記コアよりも屈折率が低い透明フッ素系樹脂を含む。それらの中でも特に、可視光の透過率が高いフッ素系樹脂が好ましい。このようなフッ素系樹脂を用いることにより、伝送損失を一層抑制することができる。 The resin constituting the cladding layer (hereinafter also referred to as "cladding resin") includes a transparent fluororesin having a lower refractive index than the core. Among them, fluororesins with high visible light transmittance are particularly preferred. By using such a fluororesin, transmission loss can be further suppressed.
このようなフッ素系樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フッ化メタクリレート系重合体やポリビニリデンフロライド系樹脂、エチレン-テトラフロロエチレン系共重合体等が挙げられる。
フッ化メタクリレート系重合体としては、特に限定されないが、透過率が高く耐熱性や成形性に優れるという観点から、フルオロアルキルメタクリレート、フルオロアルキルアクリレート、α-フロロ-フルオロアルキルアクリレート等のフッ素を含有するアクリレートモノマー又はメタクリレートモノマーが好ましい。また、フッ素を含有する(メタ)アクリレートモノマー由来の単位と、これらと共重合可能な他の成分由来の単位とを含む共重合体であってもよく、メチルメタクリレートなどの共重合可能な炭化水素系のモノマー由来の単位との共重合体が好ましい。フッ素を含有する(メタ)アクリレートモノマー由来の単位と、これと共重合可能な炭化水素系のモノマー由来の単位との共重合体とすることで、屈折率をコントロールすることができるため好ましい。
Such fluororesins include, but are not particularly limited to, fluorinated methacrylate polymers, polyvinylidene fluoride resins, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, and the like.
Fluorinated methacrylate polymers include, but are not particularly limited to, fluorine-containing polymers such as fluoroalkyl methacrylate, fluoroalkyl acrylate, α-fluoro-fluoroalkyl acrylate, etc. from the viewpoint of high transmittance and excellent heat resistance and moldability. Acrylate or methacrylate monomers are preferred. It may also be a copolymer containing units derived from fluorine-containing (meth)acrylate monomers and units derived from other components copolymerizable with these, and copolymerizable hydrocarbons such as methyl methacrylate. Copolymers with units derived from monomers of the system are preferred. A copolymer of a unit derived from a fluorine-containing (meth)acrylate monomer and a unit derived from a hydrocarbon monomer copolymerizable with this is preferred because the refractive index can be controlled.
ポリビニリデンフロライド系樹脂としては、特に限定されないが、耐熱性や成形性に優れるという観点から、ビニリデンフロライドの単独重合体;ビニリデンフロライドと、テトラフロロエチレン、ヘキサフロロプロペン、トリフロロエチレン、ヘキサフロロアセトン、パーフロロアルキルビニルエーテル、クロロトリフロロエチレン、エチレン、及びプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種類のモノマーとの共重合体;これらのビニリデンフロライド成分由来の単位を含む重合体とPMMAとのアロイが好ましい。 Polyvinylidene fluoride resins are not particularly limited, but from the viewpoint of excellent heat resistance and moldability, vinylidene fluoride homopolymers; vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropene, trifluoroethylene, A copolymer with at least one monomer selected from the group consisting of hexafluoroacetone, perfluoroalkyl vinyl ether, chlorotrifluoroethylene, ethylene, and propylene; a polymer containing units derived from these vinylidene fluoride components; Alloys with PMMA are preferred.
さらには、耐熱性や機械的強度の観点から、前記クラッド層を構成するフッ素系樹脂としては、ビニリデンフロライド、ヘキサフロロプロペン及びテトラフロロエチレンを含む共重合体が好ましく、より好ましくはビニリデンフロライド成分が40モル%以上62モル%以下、テトラフロロエチレン成分が28モル%以上40モル%以下、ヘキサフロロプロペン成分が8モル%以上22%モル%以下からなる共重合体が好ましい。
なお、前記ビニリデンフロライド、ヘキサフロロプロペン及びテトラフロロエチレンの共重合体は、前記成分比内であれば、トリフロロエチレン、ヘキサフロロアセトン、パーフロロアルキルビニルエーテル、クロロトリフロロエチレン、エチレン、プロピレン等との共重合体であってもよい。
Furthermore, from the viewpoint of heat resistance and mechanical strength, the fluororesin constituting the cladding layer is preferably a copolymer containing vinylidene fluoride, hexafluoropropene, and tetrafluoroethylene, and more preferably vinylidene fluoride. A copolymer containing 40 mol% or more and 62 mol% or less, a tetrafluoroethylene component 28 mol% or more and 40 mol% or less, and a hexafluoropropene component 8 mol% or more and 22% mol% or less is preferred.
The copolymer of vinylidene fluoride, hexafluoropropene and tetrafluoroethylene can be used with trifluoroethylene, hexafluoroacetone, perfluoroalkyl vinyl ether, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, etc., as long as it is within the above component ratio. It may be a copolymer of
クラッド層に含まれる透明フッ素樹脂はナトリウムD線で20℃で測定した屈折率が1.35以上1.48以下であることが好ましく、より好ましくは1.36以上1.45以下、さらに好ましくは1.37以上1.42以下である。クラッド層に含まれる透明フッ素樹脂の屈折率が1.35以上であれば後述するPOFの開口数が大きくなり十分な量の光を伝搬でき、意匠照明用に加工させた際にも相当量の光量を得ることが出来る。一方、クラッド層に含まれる透明フッ素樹脂の屈折率が1.48以下であればPOFの開口数が小さくなることでPOFを曲げた際に光が漏光しやすくなり発光性に優れる。 The transparent fluororesin contained in the cladding layer preferably has a refractive index of 1.35 or more and 1.48 or less, more preferably 1.36 or more and 1.45 or less, even more preferably It is 1.37 or more and 1.42 or less. If the refractive index of the transparent fluororesin contained in the cladding layer is 1.35 or more, the numerical aperture of the POF (described later) will be large and a sufficient amount of light can be propagated, and even when processed for design lighting, a considerable amount of light can be transmitted. You can get the amount of light. On the other hand, if the refractive index of the transparent fluororesin included in the cladding layer is 1.48 or less, the numerical aperture of the POF becomes small, and light leaks easily when the POF is bent, resulting in excellent luminescence.
ここで開口数(以下「NA」とも記す)とは、コア樹脂とクラッド樹脂の屈折率の関係を表し、下記式(1)で示される。NAは光の反射特性を決定する因子でありNAの値が大きいほどより光源との結合性に優れ、光軸ずれの許容幅が大きくなり効率的に光を伝搬できる指標となる。そのため効率的に光を伝搬するため開口数は0.15以上0.65以下とすることが好ましい。
NA=(Ncore2-Nclad2)0.5・・・(1)
Ncore コア樹脂の屈折率
Nclad クラッド樹脂の屈折率
Here, the numerical aperture (hereinafter also referred to as "NA") represents the relationship between the refractive index of the core resin and the cladding resin, and is expressed by the following formula (1). NA is a factor that determines the reflection characteristics of light, and the larger the NA value, the better the coupling with the light source, the larger the allowable range of optical axis deviation, and the more efficient light propagation becomes an index. Therefore, in order to efficiently propagate light, the numerical aperture is preferably 0.15 or more and 0.65 or less.
NA=(Ncore 2 - Nclad 2 ) 0.5 ...(1)
Ncore Refractive index of core resin
Nclad Refractive index of clad resin
また、図1の単芯POF及び図2の多芯POFに示すような構造のPOFにおいて、ファイバのクラッド層の厚みは、1.0μm以上10.0μm以下であることが好ましく、1.5μm以上9.0μm以下であることがより好ましく、3.0μm以上7.0μm以下であることがさらに好ましい。クラッド層の厚みが1.0μm以上であればPOFに可視光を透過させる際、効果的に全反射させることが出来る。一方クラッド層の厚みが10.0μm以下であれば、クラッド層が十分に厚いため発光させるために後述するようなPOF表面をブラスト処理などで加工する際のクラッド層の切削処理がしやすくなるため好ましい。 In addition, in a POF having a structure as shown in the single-core POF of FIG. 1 and the multi-core POF of FIG. 2, the thickness of the cladding layer of the fiber is preferably 1.0 μm or more and 10.0 μm or less, and 1.5 μm or more. It is more preferably 9.0 μm or less, and even more preferably 3.0 μm or more and 7.0 μm or less. If the thickness of the cladding layer is 1.0 μm or more, visible light can be effectively totally reflected when it is transmitted through the POF. On the other hand, if the thickness of the cladding layer is 10.0 μm or less, the cladding layer is sufficiently thick and it becomes easier to cut the cladding layer when processing the POF surface by blasting or the like, which will be described later, in order to emit light. preferable.
また、図3に示すような多芯構造のPOFの場合は、各コアとコアの間にクラッド樹脂が充足されており、このクラッド樹脂がコアを伝搬する光を反射させる機能を有する。そのため、この場合、クラッドの厚みは本構造においてはコア間距離(コアとコアの隙間の距離)にて定義される。この場合、コア間距離は0.5μm以上5.0μm以下であることが好ましく、1.0μm以上4.0μm以下であることがより好ましく、1.5μm以上3.5μm以下である。コア間距離が0.5μm以上であればPOFに可視光を透過させる際、効果的に全反射させることが出来る。一方、コア間距離が5.0μm以下であれば、クラッド層が厚いためコアから漏れた光が再びコアに入り込むクロストークが抑止され側面発光ファイバとしての機能を発現できる。 Further, in the case of a POF having a multi-core structure as shown in FIG. 3, a cladding resin is filled between each core, and this cladding resin has a function of reflecting light propagating through the cores. Therefore, in this case, the thickness of the cladding is defined by the inter-core distance (the distance between the cores) in this structure. In this case, the distance between the cores is preferably 0.5 μm or more and 5.0 μm or less, more preferably 1.0 μm or more and 4.0 μm or less, and 1.5 μm or more and 3.5 μm or less. If the distance between the cores is 0.5 μm or more, visible light can be effectively totally reflected when it is transmitted through the POF. On the other hand, if the distance between the cores is 5.0 μm or less, the cladding layer is thick, so crosstalk in which light leaking from the core enters the core again is suppressed, and the fiber can function as a side-emitting fiber.
(保護層)
本実施形態のプラスチック光ファイバは、クラッド層の更に外側にクラッド層よりも屈折率が高い保護層を含む。具体的には、保護層は、例えば、図1に示すように、コア/クラッド構造のさらに外周に設けられている。このようにクラッド層のさらに外周に適切な機能の保護層を設けることによりPOFに耐熱性や耐候性、耐傷付き性などの機能性を付与したり、機械的強度を付与したりすることが可能となり、プラスチック光ファイバの性能を一層向上させることができる。
(protective layer)
The plastic optical fiber of this embodiment includes a protective layer further outside the cladding layer that has a higher refractive index than the cladding layer. Specifically, the protective layer is provided on the outer periphery of the core/clad structure, for example, as shown in FIG. In this way, by providing a protective layer with an appropriate function on the outer periphery of the cladding layer, it is possible to give POF functionality such as heat resistance, weather resistance, and scratch resistance, as well as mechanical strength. Therefore, the performance of the plastic optical fiber can be further improved.
ここで保護層を構成する樹脂(以下、「保護樹脂」ともいう。)について説明する。
一般に、POFの高機能化のためコア樹脂に熱可塑性樹脂を被覆してPOFを多層化する場合、最外層の樹脂層(本実施形態に用いる保護層に相当する)を形成する樹脂の屈折率は内層を形成する樹脂(本実施形態に用いるクラッド層に相当する)の屈折率より低い材料を用いることが多い。このような構造とすることで保護層に第二のクラッド層としての機能を付与し、クラッドから漏れた光を最外層で反射することができ、光を効果的に伝搬させる効果が期待できる。しかし、本実施形態のPOFは、例えば、意匠照明用のPOFであるため、保護樹脂(例えば、POFの最外層を形成する樹脂)の屈折率は、クラッド樹脂よりも屈折率が高い樹脂を選定することで、POFを曲げた際にクラッド層から漏れた光を意図的に漏光させることが可能となる。
Here, the resin constituting the protective layer (hereinafter also referred to as "protective resin") will be explained.
Generally, in order to improve the functionality of POF, when the core resin is coated with a thermoplastic resin to make the POF multi-layered, the refractive index of the resin forming the outermost resin layer (corresponding to the protective layer used in this embodiment) In many cases, a material having a refractive index lower than that of the resin forming the inner layer (corresponding to the cladding layer used in this embodiment) is used. With such a structure, the protective layer can be given a function as a second cladding layer, and light leaking from the cladding can be reflected at the outermost layer, and an effect of effectively propagating light can be expected. However, since the POF of this embodiment is, for example, a POF for design lighting, the refractive index of the protective resin (for example, the resin forming the outermost layer of the POF) is selected to be higher than that of the cladding resin. By doing so, it becomes possible to intentionally leak light that leaks from the cladding layer when the POF is bent.
特に本実施形態の保護層に用いる樹脂は曲げ弾性率が特定の範囲にある樹脂を使用する。樹脂の曲げ弾性率は樹脂の表面硬度とも関係があり、曲げ弾性率が大きいほど硬度が高くなる。そのためPOFの保護層(例えば、POFの表面)に曲げ弾性率の高い樹脂を設けることで、耐傷付き性を向上させることが可能となる。
ここで樹脂の曲げ弾性率はJIS K7171;2016「プラスチック-曲げ特性の求め方」に準じた方法で測定することが出来る。上記条件で測定した保護樹脂の曲げ弾性率は1000MPa~4000MPaの範囲にあることが好ましく、1500MPa~3750MPaの範囲にあることが更に好ましく、2000MPa~3500MPaの範囲にあることが最も好ましい。保護樹脂の曲げ弾性率が1000MPa以上であれば、POFとした際、保護層として十分な機能を果たし耐傷付き性や耐候性が向上する。また、保護樹脂の曲げ弾性率が4000MPa以下であれば、後述するようなPOFにブラスト加工処理などを施し意匠性を向上させる際に加工性を損なわない。
特に後述するようなPOFをモノフィラメントと織って成形したPOF織物や編物においては成形後の使用環境において高度な耐傷付き性や耐候性が要求される。本実施形態においては保護樹脂の曲げ弾性率が上記の範囲にあることで、これらの外的損傷を抑制することが可能となる。
In particular, the resin used for the protective layer of this embodiment is a resin whose flexural modulus falls within a specific range. The bending elastic modulus of the resin is also related to the surface hardness of the resin, and the larger the bending elastic modulus, the higher the hardness. Therefore, by providing a resin having a high bending elastic modulus on the protective layer of the POF (for example, the surface of the POF), it is possible to improve the scratch resistance.
Here, the bending elastic modulus of the resin can be measured by a method according to JIS K7171; 2016 "Plastics - How to determine bending properties". The flexural modulus of the protective resin measured under the above conditions is preferably in the range of 1,000 MPa to 4,000 MPa, more preferably in the range of 1,500 MPa to 3,750 MPa, and most preferably in the range of 2,000 MPa to 3,500 MPa. If the flexural modulus of the protective resin is 1000 MPa or more, when used as a POF, it will function satisfactorily as a protective layer and improve scratch resistance and weather resistance. Further, if the flexural modulus of the protective resin is 4000 MPa or less, the processability will not be impaired when the POF is subjected to blasting treatment as described below to improve the design.
In particular, POF woven or knitted fabrics formed by weaving POF with monofilament as described below are required to have high scratch resistance and weather resistance in the usage environment after forming. In this embodiment, since the flexural modulus of the protective resin is within the above range, it is possible to suppress these external damages.
このような条件を満足する保護樹脂としては本実施形態においてコア/クラッド構造を形成する材料と一括紡糸することができる熱可塑性樹脂であることが好ましく、具体的には、特に限定されないが、クラッド層との密着性や、成形性の観点から、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、特にアクリル系樹脂やポリオレフィン系樹脂が適度な表面硬度を持ち、透明性に優れることから好ましい。アクリル系樹脂としては本実施形態に用いるコア樹脂の具体例のメチルメタクリレートの単独重合体、あるいはメチルメタクリレート単量体を50質量%以上含む共重合体などのポリメチルメタクリレート系樹脂を好適に用いることが出来る。ポリオレフィン系樹脂としてはエチレンにプロピレンや1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテンなどのα-オレフィン(ハイヤーα-オレフィンもという)を共重合させた非晶性ポリエチレン系樹脂やプロプレンにエチレンやハイヤーα-オレフィンを共重合させた非晶性ポリプロピレン系樹脂、シクロオレフィンなどの環状オレフィンを重合させた環状オレフィン系樹脂や環状オレフィンとα-オレフィンを共重合させた環状オレフィン共重合体が透明性に優れることから好ましい。 In this embodiment, the protective resin that satisfies these conditions is preferably a thermoplastic resin that can be spun together with the material forming the core/clad structure. From the viewpoint of adhesion with the layer and moldability, it is preferable to contain at least one selected from the group consisting of acrylic resin, polyolefin resin, polyester resin, and polyamide resin, particularly acrylic resin and polyolefin resin. This is preferred because the resin has appropriate surface hardness and excellent transparency. As the acrylic resin, a polymethyl methacrylate resin such as a methyl methacrylate homopolymer or a copolymer containing 50% by mass or more of methyl methacrylate monomer, which is a specific example of the core resin used in this embodiment, is preferably used. I can do it. Polyolefin resins include amorphous polyethylene resins made by copolymerizing ethylene with α-olefins (also referred to as higher α-olefins) such as propylene, 1-butene, 1-hexene, and 1-octene, and propene with ethylene and higher α-olefins. Amorphous polypropylene resins made by copolymerizing α-olefins, cyclic olefin resins made by polymerizing cyclic olefins such as cycloolefins, and cyclic olefin copolymers made by copolymerizing cyclic olefins and α-olefins become transparent. It is preferable because it is excellent.
さらに保護層は、着色剤を含有していてもよい。具体的には、保護層に用いる保護樹脂は、クラッド層から漏れた光を効果的に発色させたり、発光量をコントロールしたりするために任意の波長の光を吸収するような染料や顔料等の着色剤を含有して機能化してもよい。着色剤は、黒色顔料又は黒色染料であることが好ましい。例えばPOFに波長380から780nmまでの全波長領域の光を含有す可視光を透過した際に、特定波長の光を吸収する染料を添加すれば、漏光した光の中の特定波長の光を吸収できるようになり漏光する光の色調を任意に調整することが可能となる。また、カーボンブラック等の黒色顔料を保護層に添加すれば、後述するようなプラスチック光ファイバ表面の加工処理により意図的に局所的な光漏れを発生させる際に、保護層が黒色であれば加工部以外の発光を抑制することが可能となり意匠性が良好なプラスチック光ファイバ及びその加工品を得ることが可能となる。 Furthermore, the protective layer may contain a colorant. Specifically, the protective resin used for the protective layer is a dye or pigment that absorbs light of any wavelength in order to effectively color the light leaking from the cladding layer or to control the amount of light emitted. It may be functionalized by containing a coloring agent. Preferably, the colorant is a black pigment or black dye. For example, if a dye is added to POF that absorbs light of a specific wavelength when visible light that includes light in the entire wavelength range from 380 to 780 nm is transmitted, it will absorb light of a specific wavelength from the leaked light. This makes it possible to arbitrarily adjust the color tone of the leaking light. In addition, if a black pigment such as carbon black is added to the protective layer, when processing the surface of a plastic optical fiber to intentionally cause local light leakage, as described below, if the protective layer is black, it can be processed easily. It becomes possible to suppress light emission other than the part, and it becomes possible to obtain a plastic optical fiber with good design and a processed product thereof.
このような着色剤の含有量は、保護層を形成する樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上7質量部以下がより好ましく、着色剤の分散性の観点から0.7質量部以上5質量部以下が更に好ましい。着色剤を0.1質量部以上添加すれば曲げた際、又は後述するPOFにブラスト処理等の表面加工を施した際の余計な光漏れを抑制できる。また着色剤を10質量部以下添加することでPOFとした際の外観を損なわない。 The content of such a coloring agent is preferably 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, and 0.5 parts by mass or more and 7 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the resin forming the protective layer. The amount is more preferably 0.7 parts by mass or more and 5 parts by mass or less from the viewpoint of dispersibility of the colorant. If 0.1 part by mass or more of the colorant is added, unnecessary light leakage can be suppressed when the POF is bent or when the POF is subjected to surface treatment such as blasting, which will be described later. Furthermore, by adding 10 parts by mass or less of a coloring agent, the appearance of the POF is not impaired.
更に本実施形態で用いる保護樹脂については上記着色剤と併用して、耐候性や耐傷付き性を一層向上させる目的で各種改質剤を加えてもよい。
耐候性を向上させる添加剤としては紫外線を吸収するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤やトリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤など市販の改質剤を用いることが出来る。
また、耐傷付き性を向上させる添加剤としてはポリオレフィン系ワックスやシリコーン系表面調整剤やポリシロキサン系表面調整剤など市販の改質剤を用いることが出来る。
Furthermore, various modifiers may be added to the protective resin used in this embodiment for the purpose of further improving weather resistance and scratch resistance in combination with the above-mentioned colorant.
Additives that improve weather resistance include commercially available modifiers such as benzotriazole UV absorbers, triazine UV absorbers, benzophenone UV absorbers, benzoate UV absorbers, and hindered amine light stabilizers that absorb UV rays. It can be used.
Furthermore, as additives for improving scratch resistance, commercially available modifiers such as polyolefin waxes, silicone surface conditioners, and polysiloxane surface conditioners can be used.
このような改質剤の含有量は、保護層を形成する樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.05質量部以上3質量部以下がより好ましく、改質剤の分散性の観点から0.1質量部以上1質量部以下が更に好ましい。改質剤を0.01質量部以上添加すればPOFの表面に十分な改質効果を発現できる。また、改質剤を5質量部以下添加することでPOFとした際の外観を損なわない。 The content of such a modifier is preferably 0.01 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, and 0.05 parts by mass or more and 3 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the resin forming the protective layer. is more preferred, and from the viewpoint of dispersibility of the modifier, 0.1 part by mass or more and 1 part by mass or less is even more preferred. If 0.01 parts by mass or more of the modifier is added, a sufficient modification effect can be exerted on the surface of POF. Further, by adding 5 parts by mass or less of the modifier, the appearance of the POF is not impaired.
このような保護層に添加する着色剤や改質剤などの添加剤としては、特に限定されないが、例えば、溶融混練する際に分解しない程度の耐熱性と保護樹脂への分散性とを考慮すれば任意のものを使用できる。また保護樹脂と上記の添加剤を混合する方法としては、特に限定されないが、例えば、公知の二軸押出機等の装置を用いて着色剤を直接溶融混練する方法や、あらかじめ高濃度の添加剤を基材樹脂に練り込んだマスターバッチを作製し、これを保護樹脂と単軸押出機等で溶融混練する方法等が挙げられる。 Additives such as colorants and modifiers to be added to such a protective layer are not particularly limited, but for example, heat resistance to the extent that they do not decompose during melt-kneading and dispersibility in the protective resin should be taken into consideration. You can use any one you like. The method of mixing the protective resin and the above additives is not particularly limited, but examples include a method of directly melt-kneading the colorant using a device such as a known twin-screw extruder, and a method of directly melt-kneading the colorant using a device such as a known twin screw extruder, Examples include a method in which a masterbatch is prepared by kneading the material into a base resin, and this is melt-kneaded with the protective resin using a single-screw extruder or the like.
保護層の厚みについては、例えば、プラスチック光ファイバの光量を低下させない範囲で1.0μm以上10.0μm以下が好ましく、さらには1.5μm以上9.5μm以下が好ましく、2.0μm以上9.0μm以下がより好ましい。保護層の厚みが1.0μm以上であればPOFを傷や化学薬品等の影響等から、確実に保護することができる。一方、保護層の厚みが10.0μm以下であれば、POFとした際の可撓性を損なわない。 The thickness of the protective layer is, for example, preferably 1.0 μm or more and 10.0 μm or less, more preferably 1.5 μm or more and 9.5 μm or less, and 2.0 μm or more and 9.0 μm or less, for example, within a range that does not reduce the light intensity of the plastic optical fiber. The following are more preferred. If the thickness of the protective layer is 1.0 μm or more, the POF can be reliably protected from scratches and the effects of chemicals and the like. On the other hand, if the thickness of the protective layer is 10.0 μm or less, the flexibility when used as a POF is not impaired.
次に、本実施形態に係る側面発光プラスチック光ファイバの製造方法の例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the side-emitting plastic optical fiber according to this embodiment will be described.
本実施形態の側面発光プラスチック光ファイバの製造方法は、上述のプラスチック光ファイバを形成する工程と、前記プラスチック光ファイバにサンドブラスト処理を施す工程と、を含む。
本実施形態の造方法において、側面発光プラスチック光ファイバの元となるプラスチック光ファイバ(POF)は、例えば、コア/クラッド層/保護層を形成する複数の樹脂を一括して紡糸可能な複合ノズルを用いて製造することができる。この複合紡糸方法によればコアにクラッドと保護が均一な厚みで被覆された状態で連続的に製造することができる。
The method for manufacturing a side-emitting plastic optical fiber of this embodiment includes the steps of forming the above-mentioned plastic optical fiber, and performing sandblasting on the plastic optical fiber.
In the manufacturing method of this embodiment, the plastic optical fiber (POF) that is the source of the side-emitting plastic optical fiber is manufactured using a composite nozzle that can spin multiple resins forming the core, cladding layer, and protective layer all at once. It can be manufactured using According to this composite spinning method, it is possible to continuously manufacture a core coated with a cladding and a protection coated with a uniform thickness.
次いでPOFを1.5~2.5倍に加熱及び延伸処理を行うことでPOFに機械特性や熱収耐性を付与することができる。延伸倍率が1.5倍以上であると、POFの延伸配向が良好となり、機械的強度が向上する。一方、延伸倍率が2.5倍以下であると、高温環境下においてPOFの熱収縮を抑制できる。
本実施形態に用いるPOFの外径は、好ましくは0.1mm~3.0mmであり、目的に応じて適宜選択すればよいが、後述するブラスト処理などの加工性の点から、0.2mm~1.5mmであることがより好ましい。
Next, by heating and stretching the POF to 1.5 to 2.5 times, mechanical properties and resistance to heat loss can be imparted to the POF. When the stretching ratio is 1.5 times or more, the stretching orientation of POF is good and the mechanical strength is improved. On the other hand, when the stretching ratio is 2.5 times or less, thermal shrinkage of POF can be suppressed in a high-temperature environment.
The outer diameter of the POF used in this embodiment is preferably 0.1 mm to 3.0 mm, and may be selected as appropriate depending on the purpose, but from the viewpoint of workability such as blasting treatment, which will be described later, the outer diameter of the POF is preferably 0.1 mm to 3.0 mm. More preferably, it is 1.5 mm.
本実施形態に用いるPOFは、ファイバの表面にサンドブラスト処理を施し、POFの表面を意図的に傷つけることでさらに側面発光性が良好となる。サンドブラスト処理は、具体的には、特に限定されないが、例えば、粒子径10~500μm溶融アルミナ、炭化珪素等の微粒子をプラスチック光ファイバ表面の所望の個所に吹き付け、POFを形成する保護層やクラッド層を一定の深さになるように削る。このような表面処理加工を施すことでPOFの一端から入射した光を側面から効果的に漏光させることが可能となる。 In the POF used in this embodiment, the surface of the fiber is subjected to a sandblasting treatment to intentionally damage the surface of the POF, thereby improving the side light emitting property. The sandblasting process is not particularly limited, but for example, fine particles of fused alumina, silicon carbide, etc. with a particle size of 10 to 500 μm are sprayed onto a desired location on the surface of a plastic optical fiber to form a protective layer or cladding layer that forms a POF. Cut to a certain depth. By performing such surface treatment, it becomes possible to effectively leak light incident from one end of the POF from the side surface.
このようにサンドブラスト処理を施したPOFをポリエステルやポリアミド、アクリルなどの合成繊維やレーヨン等の半合成繊維、綿や羊毛などの天然繊維等に織り込んだPOF織物や、POF編物を得ることが出来る。
本実施形態の光ファイバ織物は、上述のプラスチック光ファイバを少なくとも一部に有する。また、本実施形態の光ファイバ編物は、上述のプラスチック光ファイバを少なくとも一部に有する。
POF織物は、特に限定されないが、例えば、公知の織物を製造する方法を用いてPOFを経糸とし、その他の繊維を緯糸として両者を交差させながら織り上げることで得られる。またPOF編物の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、編物を製造する公知の方法を採用することが出来る。具体的には、特に限定されないが、例えばループ状にしたPOFにさらに次のPOFを引っ掛けて編み上げていくことで得られる。POF織物はPOF編物に比べ繊維密度が高く耐久性に優れる。そのため車両内照明、特にドアトリムやルーフトリムなどの車両内装材の表皮など、耐久性が要求される用途に好適に用いることが出来る。
一方、POF編物は軽量で伸縮性に優れ、軽量である利点を活かし医療用ブランケット、特に新生児黄疸等の光線治療用途に好適に使用することが出来る。
In this way, POF fabrics or knitted fabrics can be obtained by weaving the sandblasted POF into synthetic fibers such as polyester, polyamide, and acrylic, semi-synthetic fibers such as rayon, natural fibers such as cotton and wool, etc.
The optical fiber fabric of this embodiment has at least a portion of the above-mentioned plastic optical fiber. Moreover, the optical fiber knitted fabric of this embodiment has the above-mentioned plastic optical fiber at least in part.
POF woven fabrics are not particularly limited, but can be obtained, for example, by weaving POF as warp threads and other fibers as weft threads while intersecting them using a known woven fabric manufacturing method. Further, the method for producing the POF knitted fabric is not particularly limited, but, for example, a known method for producing knitted fabrics can be employed. Specifically, there is no particular limitation, but it can be obtained, for example, by hooking the next POF onto a looped POF and knitting it. POF woven fabrics have a higher fiber density and are more durable than POF knitted fabrics. Therefore, it can be suitably used for applications that require durability, such as vehicle interior lighting, especially the skin of vehicle interior materials such as door trims and roof trims.
On the other hand, POF knitted fabrics are lightweight and have excellent elasticity, and by taking advantage of their light weight, they can be suitably used for medical blankets, particularly for phototherapy applications such as neonatal jaundice.
なお、上記のブラスト処理は本実施形態で得られたPOFをポリエステルやポリアミドなどの化学繊維とあらかじめ織合わせて製造したPOF織物としたのちに行ってもよい。POF織物を製造した後にブラスト処理を行うことで、任意の図柄等の模様を精度良く付与することが可能となる。 Note that the above-mentioned blasting treatment may be performed after the POF obtained in this embodiment is woven in advance with chemical fibers such as polyester or polyamide to produce a POF fabric. By performing a blasting process after manufacturing the POF fabric, it becomes possible to impart patterns such as arbitrary designs with high precision.
(光ファイバ照明)
本実施形態に係る光ファイバ照明は上述のプラスチック光ファイバ(POF)の少なくとも一端(例えば、端面)が光源に接続している。光源としては、公知のであれば特に限定されず、例えば、水銀灯、蛍光灯などの放電発光体及び有機/無機EL、LEDなど電界発光体などを使用することが出来る。特にELやLEDは発熱量が少なく、熱くなりにくいことからPOF照明に好適な光源として使用することが出来る。LEDは使用する半導体材料の違いで紫外、可視、赤外域のさまざまな波長の光を発光させることができるため、任意の波長の光を選択することで照明の自由度が高くデザイン照明や医療用途への展開が可能となる。
(Optical fiber lighting)
In the optical fiber illumination according to this embodiment, at least one end (for example, an end face) of the above-mentioned plastic optical fiber (POF) is connected to a light source. The light source is not particularly limited as long as it is publicly known, and for example, discharge luminescent bodies such as mercury lamps and fluorescent lamps, and electroluminescent bodies such as organic/inorganic EL and LED can be used. In particular, EL and LED can be used as light sources suitable for POF lighting because they generate less heat and do not get hot easily. LEDs can emit light at various wavelengths in the ultraviolet, visible, and infrared regions depending on the semiconductor material used, so by selecting any wavelength of light, there is a high degree of flexibility in illumination, making it suitable for design lighting and medical applications. It becomes possible to expand to
以下、本実施形態について具体的な実施例及び比較例を挙げて説明するが、本実施形態は、後述する実施例に限定されない。
まず、実施例及び比較例における評価方法について説明する。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to specific examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to the examples described below.
First, evaluation methods in Examples and Comparative Examples will be explained.
(伝送損失)
後述する実施例及び比較例で製造したPOFケーブルを用いて、測定波長650nm、励振NA=0.15の条件で、22m-2mのカットバック法により、伝送損失を測定した。
(transmission loss)
Using POF cables manufactured in Examples and Comparative Examples described later, transmission loss was measured by a 22 m-2 m cutback method under conditions of a measurement wavelength of 650 nm and an excitation NA of 0.15.
(1000時間後の伝送損失)
後述する実施例及び比較例で製造したPOFケーブル22mを、カセ巻きの状態で、85℃の乾熱環境下及び85℃85%RHの湿熱環境下にそれぞれ静置し、1000時間後の伝送損失を測定した。
測定条件は、測定波長650nm、励振NA=0.15とし、22m-2mのカットバック法により伝送損失を測定した。
(Transmission loss after 1000 hours)
A 22 m POF cable manufactured in the Examples and Comparative Examples described later was left in a skein-wound state under a dry heat environment of 85°C and a moist heat environment of 85°C and 85% RH, respectively, and the transmission loss after 1000 hours was measured. was measured.
The measurement conditions were a measurement wavelength of 650 nm and an excitation NA of 0.15, and the transmission loss was measured using a 22 m-2 m cutback method.
(曲げ弾性率)
後述する実施例及び比較例で用いた保護樹脂を長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmの短冊状の試験片に成形し、両端を下から水平に支え、中央部より試験速度2mm/minで荷重を加えたときの最大荷重を断面積で割った値を曲げ弾性率として算出した。
(bending modulus)
The protective resin used in the Examples and Comparative Examples described later was formed into a strip-shaped test piece with a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm. Both ends were supported horizontally from below, and the test piece was tested from the center at a test speed of 2 mm/min. The value obtained by dividing the maximum load when a load was applied by the cross-sectional area was calculated as the bending elastic modulus.
(POFの耐傷付き性評価)
後述する実施例及び比較例で製造したPOF表面の傷の有無を確認するため、同一条件で製造したPOF500mをボビンに巻いた状態で暗室にて一端からハロゲンランプの光を投光し、ファイバ表面の傷の有無を目視で確認した。表面に傷がなく局所的な光漏れがないものを〇、傷があり側面から光が輝点や線状に漏れているものを×と表記した。
(Evaluation of scratch resistance of POF)
In order to confirm the presence or absence of scratches on the surface of POFs manufactured in Examples and Comparative Examples described later, a 500m POF manufactured under the same conditions was wound around a bobbin, and light from a halogen lamp was emitted from one end in a dark room to examine the surface of the fiber. The presence or absence of scratches was visually confirmed. Items with no scratches on the surface and no local light leakage were marked as ○, and items with scratches and light leaking from the sides in the form of bright spots or lines were marked as ×.
(屈折率)
後述する実施例及び比較例で用いたコア樹脂、クラッド樹脂、保護樹脂を用いて、溶融プレスにより厚さ200μmのフィルム状試験片を作製した。アッベの屈折計を用い、20℃におけるナトリウムD線の屈折率(nD20)を測定した。なお、着色した保護樹脂の屈折率については着色する前の基材樹脂の屈折率を測定した。
また、コア樹脂及びクラッド層樹脂の屈折率から、下記式(1)より開口数(NA)を算出した。
NA=(Ncore2-Nclad2)0.5・・・(1)
Ncore コア樹脂の屈折率
Nclad クラッド樹脂の屈折率
なお、NAは光の反射特性を決定する因子でありNAの値が大きいほどより光源との結合性に優れ、光軸ずれの許容幅が大きくなり効率的に光を伝搬できる指標となる。
(Refractive index)
A film-like test piece with a thickness of 200 μm was produced by melt pressing using the core resin, clad resin, and protective resin used in Examples and Comparative Examples described later. Using an Abbe refractometer, the refractive index (nD20) of the sodium D line at 20°C was measured. In addition, regarding the refractive index of the colored protective resin, the refractive index of the base resin before being colored was measured.
Further, the numerical aperture (NA) was calculated from the refractive index of the core resin and the cladding layer resin using the following formula (1).
NA=(Ncore 2 - Nclad 2 ) 0.5 ...(1)
Ncore Refractive index of core resin
Nclad Refractive index of clad resin
Note that NA is a factor that determines the reflection characteristics of light, and the larger the value of NA, the better the coupling with the light source, the larger the allowable range of optical axis deviation, and the more efficient light propagation becomes an index.
(クラッド層厚み、保護層厚み)
後述する実施例及び比較例で製造したPOFを工業用カミソリで両端が平坦になるように薄くスライスし、断面をキーエンス製マイクロスコープVHX-8000にて室温25℃雰囲気にて測定した。
(Clad layer thickness, protective layer thickness)
POFs produced in Examples and Comparative Examples described below were sliced thinly using an industrial razor so that both ends were flat, and the cross section was measured using a Keyence Microscope VHX-8000 at room temperature and 25°C atmosphere.
(曲げ光量)
後述する実施例及び比較例で製造したPOFについて、曲げ半径1mmRの治具に90度に沿わせて曲げた際の光量低下率を測定した。
光量低下率(%)=曲げ後の光量/曲げ前の光量×100
90度曲げ光量保持率が小さいほど、曲げた際の光量ロスが大きい事を意味し、側面からの発光量が多いことを示す。
(bending light amount)
Regarding POFs manufactured in Examples and Comparative Examples to be described later, the light intensity reduction rate was measured when the POFs were bent along 90 degrees using a jig with a bending radius of 1 mmR.
Light intensity reduction rate (%) = Light intensity after bending / Light intensity before bending x 100
The smaller the 90-degree bending light intensity retention rate, the greater the light intensity loss during bending, which indicates that the amount of light emitted from the side is larger.
(機械強度)
後述する実施例及び比較例で製造したPOFについて、温度23℃、引張速度100mm/分にてASTMD1708の方法に準じてPOFが変形する際の降伏点強度と破断する際の最大破断強度度(引張破断強度)とを測定した。降伏点強度及び引張破断強度が高いほどPOFの機械物性が良好なことを示す。
(mechanical strength)
Regarding POFs manufactured in Examples and Comparative Examples described below, the yield point strength when POFs are deformed and the maximum breaking strength at rupture (tensile The breaking strength) was measured. The higher the yield point strength and tensile strength at break, the better the mechanical properties of the POF.
(加熱収縮率)
室温条件下(23℃)で、後述する実施例及び比較例で製造したPOFを工業用カミソリで両端が平坦になるように1mにカットした後、105℃にて1時間加熱し、室温に冷却してからケーブル長を測定し、下記式により収縮率を求めた。加熱収縮率が4%以下のPOFを十分な耐熱性を有するとして合格とした。
加熱収縮率(%)=(1m-試験後のケーブル長)/1m×100
(heat shrinkage rate)
At room temperature (23°C), POFs produced in the Examples and Comparative Examples described below were cut into 1 m lengths with an industrial razor so that both ends were flat, heated at 105°C for 1 hour, and then cooled to room temperature. After that, the cable length was measured, and the shrinkage rate was determined using the following formula. POF with a heat shrinkage rate of 4% or less was considered to have sufficient heat resistance and was passed.
Heating shrinkage rate (%) = (1m - cable length after test) / 1m x 100
実施例及び比較例に用いたコア樹脂、クラッド樹脂、保護樹脂は表1及び表3の下部に記載した。 The core resin, clad resin, and protective resin used in Examples and Comparative Examples are listed at the bottom of Tables 1 and 3.
〔実施例1〕(着色なし)
コア樹脂として、屈折率が1.49、MFRが1.5g/10分である、ポリメチルメタクリレート系樹脂(PMMA)を用い、コアと接するクラッド樹脂として、パーフロロアルキルビニルエーテルとビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンとの4元共重合体(屈折率1.35)を用いた。また保護層を構成する樹脂(保護樹脂)として、メチルメタクリルレートとメチルアクリレートの共重合体(屈折率1.49、曲げ弾性率3300MPa)を用いた。
これらの重合体を溶融して、230℃の紡糸ヘッドに供給し、同心円状複合ノズルを用いて溶融複合紡糸した後、150℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、クラッド層の厚みが5.0μm、保護層の厚みが5.0μmからなる直径0.5mmのプラスチック光ファイバ(POF)を得た。
[Example 1] (No coloring)
Polymethyl methacrylate resin (PMMA) with a refractive index of 1.49 and an MFR of 1.5 g/10 minutes is used as the core resin, and perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, and tetrafluoride are used as the clad resin in contact with the core. A quaternary copolymer (refractive index: 1.35) of fluoroethylene and hexafluoropropene was used. Further, as a resin constituting the protective layer (protective resin), a copolymer of methyl methacrylate and methyl acrylate (refractive index 1.49, flexural modulus 3300 MPa) was used.
These polymers are melted, supplied to a spinning head at 230°C, and subjected to melt composite spinning using a concentric composite nozzle, and then stretched to double in the fiber axis direction in a hot air heating furnace at 150°C to form a cladding. A plastic optical fiber (POF) having a diameter of 0.5 mm and having a layer thickness of 5.0 μm and a protective layer thickness of 5.0 μm was obtained.
このようにして得られたPOFを前記の評価方法により評価し、その結果を表2に示した。 The POF thus obtained was evaluated by the evaluation method described above, and the results are shown in Table 2.
〔実施例2、比較例1~3〕(着色なし)
クラッド層及び保護層に用いた樹脂を表1に示した材料に変更した以外は実施例1と同様にして直径0.5mmのPOFを得た。
これらのプラスチック光ファイバを(POF)使用して実施例1と同じ評価を行い、その結果を表2に示した。なお、比較例1に示したPOFは保護層を設けていないものとした。また比較例2及び比較例3は保護樹脂の曲げ弾性率が1000MPaよりも低い樹脂構成で製造されたPOFとした。
[Example 2, Comparative Examples 1 to 3] (No coloring)
A POF with a diameter of 0.5 mm was obtained in the same manner as in Example 1, except that the resins used for the cladding layer and the protective layer were changed to the materials shown in Table 1.
The same evaluation as in Example 1 was performed using these plastic optical fibers (POF), and the results are shown in Table 2. Note that the POF shown in Comparative Example 1 was not provided with a protective layer. Comparative Examples 2 and 3 were POFs manufactured with a resin composition in which the protective resin had a bending elastic modulus lower than 1000 MPa.
フッ素系樹脂2:ビニリデンフロライド/テトラフルオロエチレン共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂3:ビニリデンフロライド/テトラフロロエチレン/ヘキサフロロプロペン3元共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂4:フルオロアルキルメタクリレート共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂5:フルオロアルキルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体(透明樹脂)
アクリル系樹脂:メチルメタクリレート/メチルアクリレート重合体(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂1:環状オレフィン系樹脂:(エチレン/ノルボルネン共重合体)(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂2:低密度ポリエチレン樹脂(透明樹脂)
Fluorine resin 2: Vinylidene fluoride/tetrafluoroethylene copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 3: vinylidene fluoride/tetrafluoroethylene/hexafluoropropene ternary copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 4: Fluoroalkyl methacrylate copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 5: Fluoroalkyl methacrylate/methyl methacrylate copolymer (transparent resin)
Acrylic resin: Methyl methacrylate/methyl acrylate polymer (transparent resin)
Polyolefin resin 1: Cyclic olefin resin: (ethylene/norbornene copolymer) (transparent resin)
Polyolefin resin 2: Low density polyethylene resin (transparent resin)
表2の結果より、実施例1及び2で得られた適切な曲げ弾性率を有する保護層を設けたPOFは、曲げ光量試験において90度曲げ時の光量保持率90%以下であり、側面発光POFとして十分な漏れ光量を有していることが分かった。また、実施例1及び2で得られたPOFは、耐傷付き性についても製造時の傷がつきにくい事が立証された。また、実施例1及び2で得られたPOFは、その他物性においても破断強度や耐熱性が良好であった。一方、保護層を設けなかった比較例1においては漏れ光量については実施例と同等であったが、耐傷付き性や耐熱性において不十分であった。また、比較例2においては曲げ光量試験において90度曲げ時の光量保持率94%であり、側面発光POFとして漏れ光量が不十分であった。また、比較例2及び比較例3は、保護樹脂の曲げ弾性率が1000MPaよりも低く、耐傷付き特性に劣った。 From the results in Table 2, it can be seen that the POF provided with the protective layer having an appropriate bending elastic modulus obtained in Examples 1 and 2 had a light intensity retention rate of 90% or less when bent at 90 degrees in the bending light intensity test, and the side emission It was found that the amount of leaked light was sufficient for a POF. Furthermore, the POFs obtained in Examples 1 and 2 were proven to be resistant to scratches during manufacturing. In addition, the POFs obtained in Examples 1 and 2 had good breaking strength and heat resistance in other physical properties as well. On the other hand, in Comparative Example 1 in which no protective layer was provided, the amount of leaked light was equivalent to that of the example, but the scratch resistance and heat resistance were insufficient. Furthermore, in Comparative Example 2, the light intensity retention rate when bent by 90 degrees was 94% in the bending light intensity test, and the amount of leaked light was insufficient as a side-emitting POF. Further, in Comparative Examples 2 and 3, the flexural modulus of the protective resin was lower than 1000 MPa, and the scratch resistance was poor.
〔実施例3〕(着色品)
コア樹脂として、屈折率が1.49、MFRが1.5g/10分である、ポリメチルメタクリレート系樹脂(PMMA)を用い、コアと接するクラッド樹脂として、パーフロロアルキルビニルエーテルとビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンとの4元共重合体(屈折率1.35)を用いた。また、保護層を構成する樹脂(保護樹脂)として、メチルメタクリルレートとメチルアクリレートの共重合体(屈折率1.49、曲げ弾性率3300MPa)を用いた。なお、保護樹脂は、該樹脂100質量部に対して、着色剤としてカーボンブラックを5質量部添加した樹脂を230℃で溶融混練し、樹脂組成物として得たものを使用した。
これらの重合体を溶融して、230℃の紡糸ヘッドに供給し、同心円状複合ノズルを用いて溶融複合紡糸した後、150℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、クラッド層の厚みが5μm、保護層の厚みが5μmからなる直径0.5mmのプラスチック光ファイバ(POF)を得た。
[Example 3] (Colored product)
Polymethyl methacrylate resin (PMMA) with a refractive index of 1.49 and an MFR of 1.5 g/10 minutes is used as the core resin, and perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, and tetrafluoride are used as the clad resin in contact with the core. A quaternary copolymer (refractive index: 1.35) of fluoroethylene and hexafluoropropene was used. Further, as a resin constituting the protective layer (protective resin), a copolymer of methyl methacrylate and methyl acrylate (refractive index 1.49, flexural modulus 3300 MPa) was used. The protective resin used was a resin composition obtained by melt-kneading a resin in which 5 parts by mass of carbon black as a coloring agent was added to 100 parts by mass of the resin at 230°C.
These polymers are melted, supplied to a spinning head at 230°C, and subjected to melt composite spinning using a concentric composite nozzle, and then stretched to double in the fiber axis direction in a hot air heating furnace at 150°C to form a cladding. A plastic optical fiber (POF) having a diameter of 0.5 mm and having a layer thickness of 5 μm and a protective layer thickness of 5 μm was obtained.
このようにして得られたPOFを前記の評価方法により評価し、その結果を表4に示した。また、保護樹脂に着色剤及び添加剤を配合した各処方については表5に示した。 The POF thus obtained was evaluated using the evaluation method described above, and the results are shown in Table 4. In addition, Table 5 shows each formulation in which the protective resin was blended with a colorant and an additive.
〔実施例4、比較例4~5〕(着色)
クラッド層及び保護層に用いた樹脂を表3に示した材料に変更した以外は実施例1と同様にして直径0.5mmのPOFを得た。なお、保護樹脂として表5に示した添加剤(着色剤及び改質剤)を所定量添加し、実施例3と同様に二軸押出機で溶融混練したものを使用した。
これらのプラスチック光ファイバを使用して実施例3と同じ評価を行い、その結果を表4に示した。
[Example 4, Comparative Examples 4-5] (Coloring)
A POF with a diameter of 0.5 mm was obtained in the same manner as in Example 1, except that the resins used for the cladding layer and the protective layer were changed to the materials shown in Table 3. In addition, the additives (colorant and modifier) shown in Table 5 were added in predetermined amounts as the protective resin, and the resin was melt-kneaded using a twin-screw extruder in the same manner as in Example 3.
The same evaluation as in Example 3 was performed using these plastic optical fibers, and the results are shown in Table 4.
フッ素系樹脂2:ビニリデンフロライド/テトラフルオロエチレン共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂3:ビニリデンフロライド/テトラフロロエチレン/ヘキサフロロプロペン3元共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂4:フルオロアルキルメタクリレート共重合体(透明樹脂)
フッ素系樹脂5:フルオロアルキルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体(透明樹脂)
アクリル系樹脂:メチルメタクリレート/メチルアクリレート重合体(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂1:環状オレフィン系樹脂:(エチレン/ノルボルネン共重合体)(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂2:低密度ポリエチレン樹脂(透明樹脂)
Fluorine resin 2: Vinylidene fluoride/tetrafluoroethylene copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 3: vinylidene fluoride/tetrafluoroethylene/hexafluoropropene ternary copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 4: Fluoroalkyl methacrylate copolymer (transparent resin)
Fluorine resin 5: Fluoroalkyl methacrylate/methyl methacrylate copolymer (transparent resin)
Acrylic resin: Methyl methacrylate/methyl acrylate polymer (transparent resin)
Polyolefin resin 1: Cyclic olefin resin: (ethylene/norbornene copolymer) (transparent resin)
Polyolefin resin 2: Low density polyethylene resin (transparent resin)
アクリル系樹脂:メチルメタクリレート/メチルアクリレート重合体(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂1:環状オレフィン系樹脂:(エチレン/ノルボルネン共重合体)(透明樹脂)
ポリオレフィン系樹脂2:低密度ポリエチレン樹脂(透明樹脂)
染料1:ニグロシン系黒色染料
Acrylic resin: Methyl methacrylate/methyl acrylate polymer (transparent resin)
Polyolefin resin 1: Cyclic olefin resin: (ethylene/norbornene copolymer) (transparent resin)
Polyolefin resin 2: Low density polyethylene resin (transparent resin)
Dye 1: Nigrosine black dye
表2の結果より、実施例3及び4で得られた適切な曲げ弾性率を有する保護層を設けたPOFは、投光試験において輝点等の光漏れがなく良好な傷付き耐性を有していることが分かった。また、実施例3及び4で得られたPOFは、その他物性においても破断強度や耐熱性が良好であった。一方、保護樹脂に曲げ弾性率が低い樹脂を使用した比較例4及び5においては着色保護層を用いても傷による光漏れが散見された。 From the results in Table 2, it can be seen that the POFs provided with the protective layer having appropriate flexural modulus obtained in Examples 3 and 4 had good scratch resistance without any light leakage such as bright spots in the light projection test. I found out that In addition, the POFs obtained in Examples 3 and 4 had good breaking strength and heat resistance in other physical properties as well. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5 in which a resin with a low flexural modulus was used as the protective resin, light leakage due to scratches was observed here and there even when a colored protective layer was used.
10:単芯POF、12:コア、14:クラッド層、16:保護層、20:多芯POF、22:コア、24:クラッド層、26:保護層、30:多芯POF、32:コア、34:クラッド層、36:保護層。
10: single core POF, 12: core, 14: cladding layer, 16: protective layer, 20: multicore POF, 22: core, 24: cladding layer, 26: protective layer, 30: multicore POF, 32: core, 34: cladding layer, 36: protective layer.
Claims (9)
前記保護層を形成する樹脂の曲げ弾性率が1000MPa以上4000MPa以下である、プラスチック光ファイバ。 A core containing a polymethyl methacrylate resin, a cladding layer surrounding the core and having a refractive index lower than that of the core and containing a transparent fluororesin, and further outside the cladding layer a cladding layer having a refractive index lower than that of the cladding layer. Contains a protective layer containing high and transparent resin,
A plastic optical fiber, wherein the resin forming the protective layer has a bending elastic modulus of 1000 MPa or more and 4000 MPa or less.
前記着色剤の含有量が、保護層を形成する樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下である、請求項1又は2に記載のプラスチック光ファイバ。 the protective layer contains a colorant,
The plastic optical fiber according to claim 1 or 2, wherein the content of the colorant is 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resin forming the protective layer.
A method for manufacturing a side-emitting plastic optical fiber, comprising the steps of forming the plastic optical fiber according to any one of claims 1 to 5, and sandblasting the plastic optical fiber.
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