JP5383984B2 - プラスチックファイバーオプティックプレート - Google Patents

Description

本発明は、ファックス、コピー機等の画像入力装置やプロジェクションディスプレイシステム等の画像表示装置に使用するプラスチック光ファイバーアレイに関する。より詳細には、プラスチックファイバーオプティックプレートに関する。

光ファイバーアレイは、イメージセンサーの読み取り書き込み用、高品位フロントプロジェクションディスプレイシステムや高品位リアプロジェクションディスプレイシステムの画像表示装置として使用されている。プラスチック光ファイバーアレイの一般的な製造方法は、プラスチックマルチファイバーを用途に応じて数百本並べて、隙間を接着剤で固めて光ファイバーアレイにする方法である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法で製造された光ファイバーアレイにおいては、プラスチックマルチファイバー間に隙間ができ、この隙間部分が光透過のロス部分となり解像度が悪いものとなっていた。
また、プラスチックマルチファイバーを整列して熱溶着することで光ファイバーアレイを得る製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この方法で製造された光ファイバーアレイにおいては、上述の接着剤に関する解像度の問題点は解消されるが、プラスチックマルチファイバーの断面からクラッドに入る迷光の防止という点では不十分なものであった。

迷光を防止した高解像度のプラスチックファイバーアレイとしては、外周囲に金属蒸着層を設けたプラスチックマルチファイバーを数百本並べて熱溶融接着しプレート状にしたもの（以下、「プラスチックファイバーオプティックプレート」ともいう。）が提案されている（特許文献３）。しかしながら、プラスチックマルチファイバーの外側に金属蒸着層を設ける工程が必要であり、また金属蒸着層を設けたとしても該プラスチックマルチファイバーの断面からクラッドに入る迷光を完全に防止することはできず黒色が鮮明にならないことがあるという改良すべき点があった。
特開昭６３−８０２０６号公報 特開昭６３−２０２７０３号公報 特開平６−１７４９４９号公報

本発明の目的は、プラスチックファイバーオプティックプレートであって、画像を読み取ったり、表示したりする場合に黒色の鮮明さが優れたものを提供することである。

本発明者が上記課題を検討した結果、特許文献３記載のプラスチックファイバーオプティックプレートにおいて、プラスチックマルチファイバーの海部分を黒色に着色するとともに、島部分を高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドの２層構造とすることで解決でき、しかも該プラスチックマルチファイバーの外周部に金属蒸着層を設ける必要もなくなることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち本発明は、プラスチックマルチファイバーから構成されるプラスチックファイバーオプティックプレートであって、該プラスチックマルチファイバーの断面が直径２０〜５５０μｍの複数の島と海とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなり、該海が黒色に着色されたポリマー組成物からなり、島の数は１９〜３７であり、クラッドの厚さは５〜１０μｍであることを特徴とする画像表示装置用のプラスチックファイバーオプティックプレートである。

本発明のプラスチックファイバーオプティックプレートは、画像を読み取ったり、表示したりする場合に黒色の鮮明さに優れるという効果を奏する。

本発明は、黒色に着色されたポリマー組成物よりなる海と複数の島とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなるプラスチックマルチファイバーの集合体を熱成形して得られるプラスチックファイバーオプティックプレートである。
本発明においてプラスチックファイバーオプティックプレートとは、０．２〜３φｍｍの直径のプラスチックマルチファイバーを配列して、それを相互に溶融接着し板状にして両面を研磨した光ファイバアレイであり、厚さ０．４〜５０ｍｍで、面積１００〜１００００００ｍｍ²のプレート状のものをさす。
本発明において、プラスチックマルチファイバーの断面における島の数は７〜１００００が好ましく、１９〜１０００がより好ましい。また、該島の直径は５〜５５０μｍが好ましく、２０〜２５０μｍがより好ましい。該島を構成するコアの直径は４〜５４９μｍが好ましく、１９〜２４９μｍ がより好ましい。また該島を構成するクラッドの厚さは０．１〜２０μｍが好ましく、０．８〜１０μｍがより好ましい。

本発明において、コアを構成する高屈折率のポリマーとしては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びポリカーボネート、並びにこれらを主成分とするコポリマーが好ましく、ポリメチルメタクリレートを主成分とするコポリマー（以下、「ＰＭＭＡ系樹脂」ともいう。）がより好ましい。
該ＰＭＭＡ系樹脂は、モノマー成分としてメタクリル酸メチルを８０重量％以上含有する透明重合体であり、メタクリル酸メチルの単独重合体の他に、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイミドなどの一成分以上とメタクリル酸メチルとの共重合体を用いることができる。本発明で用いるＰＭＭＡ系樹脂としては、メルトフローインデックスが、２３０℃、荷重３．８Ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件で、０．１〜４５ｇ／１０分の範囲のものを好ましく使用することができる。

本発明において、クラッドを構成する低屈折率のポリマーとしては、コアに用いたポリマーよりも屈折率が低い樹脂であって、透明フッ素樹脂、及びポリメチルメタクリレート、並びにこれらを主成分とするコポリマーからなる群から選択される樹脂が好ましく、透明フッ素樹脂がより好ましい。
透明フッ素樹脂として、具体的には、フルオロアルキルメタクリレートやフルオロアルキルアクリレート或いはα位がフッ素に置換されたα−フロロ−フルオロアルキルアクリレートのいずれか１成分以上からなる重合体や、ビニリデンフロライド系の透明樹脂が挙げられる。該ビニリデンフロライド系の透明樹脂としては、例えばビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いはこれら２元成分にさらにトリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンとの共重合体、或いはこれら２元成分にさらにトリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらに、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体などが挙げられる。

また、上記の他に、上記ビニリデンフロライド系の透明樹脂とＰＭＭＡやポリエチルメタクリレートなどの混合物が用いられ、メルトフローインデックスが前記条件下で１〜２００ｇ／１０分程度のものが好ましく使用される。
本発明において、海を構成するポリマー組成物（以下「海樹脂」ともいう。）としては、ビニリデンフロライド構造単位を５０重量％以上含有するビニリデンフロライド系樹脂にカーボンブラックを添加した組成物が好ましい。該組成物において、カーボンブラックの占める割合は、迷光を防止し黒色を鮮明にさせるために ０．１重量％以上が好ましく、１重量％以上がより好ましい。また、プラスチックマルチファイバーの紡糸を滑らかに行なうためには、７重量％以下が好ましく、より好ましくは５重量％以下である。

ビニリデンフロライド構造単位を５０重量％以上含有する樹脂としては、具体的には、フッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンとクロロトリフルオロエチレンとの共重合体などの他に、従来プラスチック光ファイバーの鞘材として使用されている前述したビニリデンフロライド系樹脂で、例えばフッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフロロプロペンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンとの共重合体があげられる。ビニリデンフロライド構造単位が５０重量％以上の樹脂は、前述したような透明フッ素樹脂からなるクラッドによく接着して一体化し、耐薬品性や耐熱性を付与することができる。

上述の樹脂を用いて周知の３層複合紡糸を行うことによって、プラスチックマルチファイバーを製造することができる。マルチファイバーの外形は、押出延伸によって円になり又、延伸比を変化させる事により、マルチファイバーの外径及びマルチファイバー内の各々のコア径は、細くする事ができる。
このマルチファイバーを所定の長さにカットし、金型内に平行に並べて、この金型を熱プレスで、加熱し、若干の圧力を加えたり、又は、マルチファイバーの加熱収縮力を利用して、マルチファイバーの海部分のポリマーを熱溶融接着させ、一体化した後、金型を冷却し金型より取り出す事によって、接着剤層の無い一体化したプラスチックファイバーオプティックプレートを容易に得る事ができる。得られたプラスチックファイバーオプティックプレートの一例の断面の模式図を図１に示す。

加熱条件は１２０〜１５０℃で５〜１５分間の加熱時間が良い。１２０℃より低いと溶融接着せず、又、１５０℃より高い温度ではポリマーの流れが良くなりすぎ、マルチファイバーの構造が崩れるおそれがあることから好ましくない。加圧する場合には１Ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力で充分である。金型の形状に従って得られたプラスチックファイバーオプティックプレートを、更に必要に応じて任意の形状にカットしたり、端面を研磨する事によって種々の用途に応じた形状のプラスチックファイバーオプティックプレートを得ることができる。

以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
［実施例１］
コアを構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、クラッドを構成する透明樹脂としてテトラフロロエチレン３５質量％とヘキサフロロプロピレン１９質量％とビニリデンフロライド４６質量％のコポリマー（ショアＤ硬度４５）、海樹脂としてビニリデンフロライド７２質量％とテトラフロロエチレン２８質量％の共重合体１００質量部に対してカーボンブラック５質量部を添加した組成物を準備した。これらを３層同時に複合紡糸する３７芯のダイで２４０℃で紡糸し、２．０倍に延伸熱処理して、外径（海径）１０００μｍ（コアの直径１３０μｍ、クラッドの厚み５μｍ）のプラスチックマルチファイバーを得た。

次いで、上記プラスチックマルチファイバーを長さ５０ｍｍにカットし、下金型内に５０本ずつ、２段に並べ、上金型をセットし、プレス成形した。条件は、１３０℃で１０分間加熱し、そのまま全体を冷却させ、金型内より取り出し、プラスチックファイバーオプティックプレートを作成した。この時のプラスチックマルチファイバーの断面形状は、５角形が向き合う断面を有していた。また、該プラスチックファイバーオプティックプレートのサイズは、厚み１．６ｍｍ、長さ５０ｍｍ、巾５０ｍｍであったが、これを必要長さ（５ｍｍ）に分割カットし、更にカットした端面を研磨仕上げする事により、実施例1のプラスチックファイバーオプティックプレートが得られた。
実施例１のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅０．５ｍｍの黒色の直線を描いた画像を見たところ、白色の背景に黒色が連続した直線として観測された。

［比較例１］
コアを構成する透明樹脂としてポリメチルメタクリレート、クラッドを構成する樹脂としてビニリデンフロライド７２質量％とテトラフロロエチレン２８質量％の共重合体１００質量部に対してカーボンブラック５質量部を添加した組成物を準備した。これらを２層同時に複合紡糸する３７芯のダイで２４０℃で紡糸し、２．０倍に延伸熱処理して、外径（海径）１０００μｍ（コアの直径１４０μｍ）のプラスチックマルチファイバーを得た。
次いで、上記プラスチックマルチファイバーを長さ５０ｍｍにカットし、下金型内に５０本ずつ、２段に並べ、上金型をセットし、プレス成形した。条件は、１２０℃で２０分間加熱し、そのまま全体を冷却させ、金型内より取り出し、プラスチックファイバーオプティックプレートを作成した。この時のプラスチックマルチファイバーの断面形状は、５角形が向き合う断面を有していた。できたプラスチックファイバーオプティックプレートのサイズは、厚み１．６ｍｍ、長さ５０ｍｍ、巾５０ｍｍであったが、これを必要長さ（５ｍｍ）に分割カットし、更にカットした端面を研磨仕上げする事により、比較例１のプラスチックファイバーオプティックプレートが得られた。
比較例１のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅０．５ｍｍの黒色の直線を描いた画像を見たところ、灰色の背景に黒色が連続した直線として観測された。

［比較例２］
実施例１において海樹脂にカーボンブラックを添加しないこと以外は同条件で、比較例２のプラスチックファイバーオプティックプレートを得た。
比較例２のプラスチックファイバーオプティックプレートを用いて、白色の背景に幅０．５ｍｍの黒色の直線を描いた画像を見たところ、白色の背景に黒色の点が集合した直線として観測された。

本発明は、ファックス、コピー機等の画像入力装置やプロジェクションディスプレイシステム等の画像表示装置用のファイバーオプティックプレートとして好適に使用できる。

本発明のプラスチックファイバーオプティックプレートの一例の断面の模式図である。

符号の説明

１ 島
２ コア
３ クラッド
４ 海
５ プラスチックファイバーオプティックプレート

Claims (1)

1. プラスチックマルチファイバーから構成されるプラスチックファイバーオプティックプレートであって、該プラスチックマルチファイバーの断面が直径２０〜５５０μｍの複数の島と海とからなる海島構造を有し、該島が高屈折率のポリマーからなるコアと該コアを取り囲む低屈折率のポリマーからなるクラッドとからなり、該海が黒色に着色されたポリマー組成物からなり、
   前記島の数は１９〜３７であり、前記クラッドの厚さは５〜１０μｍであることを特徴とする画像表示装置用のプラスチックファイバーオプティックプレート。

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