JP6895572B1 - ファイバーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外径変動を抑制することに適したファイバーの製造方法を提供する。【解決手段】製造方法は、ノズルから、軟化した線状体を吐出させることと、線状体を、冷却流体が供給される冷却部を通過するように巻き取って、ファイバーを得ることと、を含む。本実施形態の製造方法では、下記式（Ｉ）により定められる指標Ｍが１．６以下である。但し、式（I）において、Ｑaは、前記冷却部に供給される前記冷却流体の流量（ｍ3／ｓ）であり、Ｌは、前記冷却部内における前記線状体の移動距離（ｍ）であり、Ｔwは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の温度（℃）であり、Ｔaは、前記冷却流体の温度（℃）であり、Ｄfは、前記ファイバーの外径（ｍ）であり、Ｄnは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の外径（ｍ）であり、Ｕは、前記線状体の巻き取り速度（ｍ／ｓ）であり、Ｋは、１．０×１０8（℃・ｓ2／ｍ3）である。【選択図】なし

Description

本発明は、ファイバー、例えばプラスチック光ファイバー、の製造方法に関する。

プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）などのファイバーを製造する方法の一例として、溶融紡糸法が知られている。溶融紡糸法では、例えば、加熱された樹脂組成物をノズルに送り、当該ノズルから、軟化した線状体を吐出させる。この線状体を冷却して固化させることによってファイバーを作製する。

溶融紡糸法において、線状体の冷却は、例えば、線状体を冷却流体に接触させることによって行われる。冷却流体としては、例えば、冷却風や水が用いられる（特許文献１及び２）。線状体を冷却流体に接触させつつ巻き取ることによって、線状体は、例えば、延伸されながら固化する。これにより、目的の外径を有するファイバーを得ることができる。

特開２００９−１８６７７２号公報 特開２００６−１６３００７号公報

溶融紡糸法では、形成されるファイバーの外径変動を抑制することが求められている。そこで本発明は、外径変動を抑制することに適したファイバーの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、線状体を冷却するときに生じる線状体と冷却流体との間での熱移動がファイバーの外径変動に影響を与えることを新たに見出した。本発明者らは、この知見に基づいて検討を進め、熱移動の指標であるヌセルト数から、計測可能なパラメータのみで構成された新たな指標Ｍを導出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、
ノズルから、軟化した線状体を吐出させることと、
前記線状体を、冷却流体が供給される冷却部を通過するように巻き取って、ファイバーを得ることと、
を含み、
下記式（I）により定められる指標Ｍが１．６以下である、ファイバーの製造方法を提供する。

前記式（I）において、Ｑ_aは、前記冷却部に供給される前記冷却流体の流量（ｍ³／ｓ）であり、
Ｌは、前記冷却部内における前記線状体の移動距離（ｍ）であり、
Ｔ_wは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の温度（℃）であり、
Ｔ_aは、前記冷却流体の温度（℃）であり、
Ｄ_fは、前記ファイバーの外径（ｍ）であり、
Ｄ_nは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の外径（ｍ）であり、
Ｕは、前記線状体の巻き取り速度（ｍ／ｓ）であり、
Ｋは、１．０×１０⁸（℃・ｓ²／ｍ³）である。

本発明によれば、外径変動を抑制することに適したファイバーの製造方法を提供できる。

本発明の製造方法を実施するための紡糸装置の一例を説明するための図である。 紡糸装置が備えるノズル及び冷却部の一例を説明するための図である。 製造例１〜１５における指標Ｍと、ファイバーの外径の平均値に対するファイバーの外径の標準偏差の３倍値の比率（３σ／Ａｖｅ．）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。

図１及び２に示すように、本実施形態の製造方法は、ノズル１０から、軟化した線状体１を吐出させることと、当該線状体１を、冷却流体５０が供給される冷却部２０を通過するように巻き取って、ファイバー５を得ることと、を含む。さらに、本実施形態の製造方法において、下記式（I）により定められる指標Ｍが１．６以下である。

式（I）において、Ｑ_aは、冷却部２０に供給される冷却流体５０の流量（ｍ³／ｓ）である。Ｌは、冷却部２０内における線状体１の移動距離（ｍ）である。Ｔ_wは、ノズル１０から吐出された直後の線状体１の温度（℃）である。Ｔ_aは、冷却流体５０の温度（℃）である。Ｄ_fは、ファイバー５の外径（ｍ）である。Ｄ_nは、ノズル１０から吐出された直後の線状体１の外径（ｍ）である。Ｕは、線状体１の巻き取り速度（ｍ／ｓ）である。Ｋは、ヌセルト数から指標Ｍを導出するための、温度に関する比例定数であり、１．０×１０⁸（℃・ｓ²／ｍ³）である。

本実施形態の製造方法において、指標Ｍは、好ましくは１．２以下であり、より好ましくは１．０以下であり、さらに好ましくは０．８以下であり、特に好ましくは０．５以下である。指標Ｍは、０以上であり、０より大きくてもよく、例えば０．０１以上である。

上述のとおり、指標Ｍは、熱移動の指標であるヌセルト数から導出されたものである。本発明者の検討によれば、指標Ｍが１．６以下になるように製造条件を調整することによって、ファイバー５の外径変動を抑制できる傾向がある。ファイバー５の外径変動は、ファイバー５の外径の平均値（Ａｖｅ．）に対するファイバー５の外径の標準偏差の３倍値（３σ）の比率（３σ／Ａｖｅ．）によって評価することができる。本実施形態の製造方法によって得られたファイバー５について、比率３σ／Ａｖｅ．は、特に限定されず、例えば２．０％以下であり、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは１．０％以下であり、さらに好ましくは０．８％以下である。比率３σ／Ａｖｅ．の下限値は、特に限定されず、例えば０．２％である。なお、ファイバー５の外径は、市販の変位計を用いて測定することができる。ファイバー５の外径の平均値及び標準偏差は、少なくとも５０箇所でのファイバー５の外径の測定値から算出された値である。

さらに、指標Ｍ及び３σ／Ａｖｅ．は、下記式（II）及び（III）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満たしていてもよい。
３σ／Ａｖｅ．≧Ｍ−０．５ （II）
３σ／Ａｖｅ．≦Ｍ＋１ （III）

指標Ｍが１．６以下である限り、冷却部２０に供給される冷却流体５０の流量Ｑ_aは、特に限定されず、例えば０ｍ³／ｓ〜１．０×１０^-2ｍ³／ｓであり、好ましくは０ｍ³／ｓ超１．０×１０^-2ｍ³／ｓ以下であり、より好ましくは０．５×１０^-4ｍ³／ｓ〜１．０×１０^-3ｍ³／ｓである。

同様に、冷却部２０内における線状体１の移動距離Ｌは、特に限定されず、例えば０．１ｍ〜２．０ｍである。

ノズル１０から吐出された直後の線状体１の温度Ｔ_wは、特に限定されず、例えば１００℃以上であり、好ましくは１５０℃〜３００℃である。冷却流体５０の温度Ｔ_aは、特に限定されず、例えば５０℃以下であり、好ましくは５℃〜４０℃である。

ファイバー５の外径Ｄ_fは、特に限定されず、例えば１．０×１０^-5ｍ〜１．０×１０^-3ｍである。ファイバー５の外径Ｄ_fは、詳細には、少なくとも５０箇所でのファイバー５の外径の測定値から算出された平均値を意味する。ノズル１０から吐出された直後の線状体１の外径Ｄ_nは、特に限定されず、例えば１．０×１０^-4ｍ〜１．０×１０^-2ｍであり、好ましくは１．０×１０^-3ｍ〜１．０×１０^-2ｍである。

線状体１の巻き取り速度Ｕは、特に限定されず、例えば０．０５ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓであり、好ましくは０．１ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓである。

次に、図１及び２を参照して、本実施形態の製造方法を実施するための紡糸装置１００の一例を説明する。なお、図２では、説明のため、線状体１のハッチングが省略されている。

ノズル１０及び冷却部２０は、紡糸装置１００が備える部材である。ノズル１０は、例えば、上方の第１開口部１１と下方の第２開口部１２とにおいてその内部空間が外部と連通している筒状の部材である。第１開口部１１及び第２開口部１２のそれぞれは、典型的には、平面視で円の形状を有する。第２開口部１２の直径は、第１開口部１１の直径と同じであってもよく、第１開口部１１の直径より小さくてもよく、第１開口部１１の直径より大きくてもよい。第２開口部１２は、線状体１を吐出するためのノズル１０の開口に相当する。第２開口部１２の直径が第１開口部１１の直径以下である形態において、上記の式（I）の外径Ｄ_nは、例えば、第２開口部１２の直径と同じである。

ノズル１０は、例えば、縮径部１３及び筒状部１４を有する。筒状部１４は、縮径部１３の下方において、縮径部１３と接続している。ノズル１０において、例えば、第１開口部１１が縮径部１３の端部に形成され、第２開口部１２が筒状部１４の端部に形成されている。縮径部１３は、例えば、第１開口部１１から筒状部１４に向かって縮径する円錐台の形状を有する。筒状部１４の形状は、例えば、円筒状である。

ノズル１０の材料は、特に限定されず、金属、樹脂などが挙げられる。

本実施形態の製造方法では、例えば、軟化した線状体１がノズル１０の第１開口部１１に供給される。線状体１は、縮径部１３及び筒状部１４を通過して、第２開口部１２から吐出される。本明細書では、第１開口部１１に供給される線状体を「線状体１ａ」と呼び、第２開口部１２から吐出される線状体を「線状体１ｂ」と呼ぶことがある。ただし、第１開口部１１には、線状体１ａではなく、溶融樹脂や粘性液体が供給されてもよい。この場合であっても、溶融樹脂や粘性液体がノズル１０によってファイバー状に成形されるため、第２開口部１２からは線状体１ｂが吐出される。

第１開口部１１に供給された線状体１ａは、例えば、縮径部１３を通過することによって、その外径が減少する。すなわち、ノズル１０に供給される前の線状体１ａに比べて、ノズル１０から吐出された線状体１ｂの外径が小さい。第２開口部１２から吐出された直後の線状体１ｂの外径は、通常、第２開口部１２の直径と等しい。なお、線状体１は、典型的には、第２開口部１２の周縁に接触しながらノズル１０から吐出される。そのため、第２開口部１２付近のノズル１０の温度を上記の式（I）の温度Ｔ_wとみなしてもよい。

冷却部２０は、例えば、筒状の冷却管３０を有する。冷却管３０の形状は、例えば、円筒状である。冷却管３０は、上方の第１開口部３４ａと下方の第２開口部３４ｂとにおいてその内部空間３５（特に、内部空間３５の一部に相当する、後述のフィルタ４０の内部空間４５）が外部と連通している。冷却管３０は、例えば、ノズル１０に接続され、かつノズル１０から下方に向かって延びている。冷却管３０の第１開口部３４ａは、例えば、ノズル１０の第２開口部１２を囲んでいる。

冷却管３０は、例えば、本体部３１及び筒状部３７を有する。本体部３１は、内壁３２、外壁３３、及び、内壁３２と外壁３３との間に形成された収容空間３６を含む。内壁３２及び外壁３３のそれぞれの形状は、筒状であり、好ましくは円筒状である。内壁３２及び外壁３３のそれぞれの形状は、円筒状である必要は必ずしもなく、例えば、角筒状であってもよい。内壁３２及び外壁３３のそれぞれは、第１開口部３４ａから第２開口部３４ｂまで延びている。内壁３２に囲まれた空間が冷却管３０の内部空間３５に相当する。

収容空間３６には、例えば、冷却管３０の内部空間３５に供給された冷却流体５０を冷却するための冷媒５１が導入されている。詳細には、外壁３３には、例えば、冷却管３０の第２開口部３４ｂの近傍において、第１開口部３８ａが形成されている。第１開口部３８ａは、例えば、冷媒５１を収容空間３６に供給するための冷媒供給経路５６に接続されており、冷媒入口として機能する。第１開口部３８ａを通じて、収容空間３６に冷媒５１を導入することができる。さらに、外壁３３には、冷却管３０の第１開口部３４ａの近傍において、第２開口部３８ｂが形成されていてもよい。第２開口部３８ｂは、例えば、冷媒５１を収容空間３６から排出するための冷媒排出経路５７に接続されており、冷媒出口として機能する。本実施形態では、冷媒排出経路５７が冷媒供給経路５６に接続されており、冷媒５１が、冷媒供給経路５６、収容空間３６及び冷媒排出経路５７を循環するように構成されていてもよい。なお、図２では、冷媒５１が、収容空間３６において、下方から上方に移動する様子を示している。ただし、冷却管３０は、収容空間３６において、冷媒５１が上方から下方に移動するように構成されていてもよい。すなわち、外壁３３に形成された第２開口部３８ｂが冷媒入口として機能し、第１開口部３８ａが冷媒出口として機能してもよい。

筒状部３７は、内壁３２から外壁３３に向かう方向に本体部３１を貫通する筒状の部材である。筒状部３７は、例えば、内壁３２が延びている方向に直交する方向に延びている。筒状部３７の外壁３３側の端部には、第１開口部３９ａが形成されている。筒状部３７の内壁３２側の端部には、第２開口部３９ｂが形成されている。第１開口部３９ａは、例えば、冷却流体５０を筒状部３７内に供給するための冷却流体供給経路５５に接続されており、冷却流体入口として機能する。筒状部３７内に送られた冷却流体５０は、第２開口部３９ｂを通じて、冷却管３０の内部空間３５に供給される。なお、筒状部３７には、例えば、内部空間３５に供給される冷却流体５０の流量Ｑ_aを測定するための流量計が配置されている。

筒状部３７の位置は、冷却流体５０を冷却管３０の内部空間３５に十分に供給できる限り、特に限定されない。例えば、筒状部３７と冷却管３０の第１開口部３４ａとの距離が、筒状部３７と冷却管３０の第２開口部３４ｂとの距離と等しくてもよく、等しくなくてもよい。図２では、筒状部３７が冷却管３０の長さ方向における中央付近に位置している。ただし、筒状部３７は、冷却管３０の端部（上部又は下部）付近に位置していてもよい。また、図２では、１つの冷却流体供給経路５５が１つの筒状部３７に接続している。ただし、本実施形態において、冷却管３０が複数の筒状部３７を有しており、複数の冷却流体供給経路５５が、それぞれ、複数の筒状部３７に接続されていてもよい。

冷却部２０は、冷却流体５０を整流する筒状のフィルタ４０をさらに有していてもよい。フィルタ４０の形状は、例えば、円筒状である。フィルタ４０は、例えば、不織布、織布、メッシュなどで構成されており、冷却流体５０が透過可能である。フィルタ４０は、例えば、冷却管３０の内部空間３５に位置し、冷却管３０と同じ方向に延びている。フィルタ４０の長さは、冷却管３０と同じであってもよく、異なっていてもよい。フィルタ４０は、上方の第１開口部４１と下方の第２開口部４２とにおいてその内部空間４５が外部と連通している。フィルタ４０の内部空間４５は、冷却管３０の内部空間３５の一部とみなすことができる。同様に、フィルタ４０の開口部４１及び４２も、それぞれ、冷却管３０の開口部３４ａ及び３４ｂの一部とみなすことができる。フィルタ４０は、例えば、ノズル１０に接続されている。フィルタ４０の第１開口部４１は、例えば、ノズル１０の第２開口部１２を囲んでいる。フィルタ４０の第２開口部４２の直径は、フィルタ４０の内径と同じあってもよく、異なっていてもよい。

なお、冷却部２０は、フィルタ４０に代えて、冷却流体５０が透過しない筒状の壁部を有していてもよい。筒状の壁部の形状は、例えば、フィルタ４０で例示した形状と同じである。冷却部２０が筒状の壁部を有する場合、線状体１は、冷却流体５０と直接接触しない。このような形態であっても、冷却管３０によれば、外部に存在する空気による外乱を抑制できる。筒状の壁部を介して、冷却流体５０が、壁部で囲まれた内部空間中に存在する空気と熱交換することもできる。指標Ｍは、線状体１が冷却流体５０と直接接触しない場合であっても、ファイバー５の外径変動を抑制するための指標として利用できる。

冷却部２０は、例えば、フィルタ４０の第２開口部４２を除いた冷却管３０の第２開口部３４ｂの部分を閉じる蓋４３をさらに有している。蓋４３は、例えば、冷却管３０の端部及びフィルタ４０の端部のそれぞれに接続されている。蓋４３は、線状体１に接触しない限り、フィルタ４０の第２開口部４２の一部をさらに閉じていてもよい。蓋４３は、冷却管３０と一体化されていてもよい。蓋４３によれば、例えば、冷却流体５０が、線状体１と接触せずに、冷却管３０の外部に放出されることを抑制できる。

本実施形態において、冷却流体５０は、例えば、気体である。気体の冷却流体５０としては、空気；ヘリウムなどの不活性ガスなどが挙げられ、好ましくは空気である。冷媒５１としては、例えば、水などの液体を用いることができる。冷媒５１の温度は、特に限定されず、例えば２０℃以下である。

冷却管３０の本体部３１及び筒状部３７の材料は、特に限定されず、ガラス、金属などが挙げられる。フィルタ４０の材料としては、特に限定されず、例えば金属及び樹脂が挙げられる。

本実施形態の製造方法では、筒状部３７を通じて、冷却流体５０が冷却管３０の内部空間３５に送られる。内部空間３５に送られた冷却流体５０は、内部空間３５内を満たす。冷却部２０が蓋４３を有している場合、冷却流体５０は、蓋４３で閉じられていない冷却管３０の第２開口部３４ｂの部分から外部に放出される。ただし、冷却部２０が蓋４３を有しておらず、冷却管３０の第２開口部３４ｂの全体が冷却部２０の外部に露出していてもよい。この場合、冷却流体５０は、第２開口部３４ｂ全体から外部に放出される。さらに、冷却流体５０が冷却管３０の第１開口部３４ａからも放出されるように、ノズル１０と冷却管３０との間に隙間が存在してもよい。冷却部２０がフィルタ４０を有している場合、冷却流体５０は、フィルタ４０を透過して内部空間４５内も満たす。冷却流体５０は、フィルタ４０を透過することによって整流される。

ノズル１０の第２開口部１２から吐出された線状体１は、冷却管３０の第１開口部３４ａ（又はフィルタ４０の第１開口部４１）を通じて冷却管３０の内部空間３５（又はフィルタ４０の内部空間４５）に導入される。内部空間３５又は４５に導入された線状体１は、冷却流体５０と接触する。このように、本実施形態の製造方法では、冷却部２０において、線状体１を冷却流体５０と接触させて冷却する。線状体１は、冷却流体５０によって冷却されるにつれて、徐々に固化する。冷却流体５０がフィルタ４０によって整流されている場合、線状体１は、冷却流体５０と均一に接触することができる。線状体１が冷却流体５０と均一に接触すると、得られるファイバー５の外径変動がより抑制される傾向がある。

線状体１は、冷却されながら内部空間３５又は４５を通過して、冷却管３０の第２開口部３４ｂ（又はフィルタ４０の第２開口部４２）に送られる。図２では、線状体１は、冷却管３０が延びている方向に沿って内部空間３５を移動している。この形態において、冷却部２０内における線状体１の移動距離Ｌは、冷却管３０の長さに等しい。

なお、線状体１は、冷却部２０内で徐々に延伸される。これにより、線状体１の外径は、例えば、線状体１が冷却部２０を通過するにつれて、徐々に減少する。

内部空間３５に供給された冷却流体５０は、冷却管３０の内壁３２を介して冷媒５１と熱交換するとともに、内部空間３５を通過する線状体１とも熱交換する。そのため、内壁３２の付近及び線状体１の付近において、冷却流体５０には、温度勾配が生じる。ただし、内壁３２及び線状体１から離れた内部空間３５の位置では、冷却流体５０について、温度勾配はほとんど生じない。上記の式（I）の温度Ｔ_aは、冷却流体５０の温度勾配がほとんど生じない内部空間３５の位置における冷却流体５０の温度を意味する。一例として、式（I）の温度Ｔ_aは、フィルタ４０付近での冷却流体５０の温度であってもよい。フィルタ４０付近での冷却流体５０の温度は、例えば、フィルタ４０が延びている方向に実質的に一定である。言い換えると、フィルタ４０を透過する冷却流体５０の温度は、実質的に均一である。

冷却部２０は、上述のものに限定されず、例えば、冷却管３０に代えて、液体の冷却流体を貯留可能な貯留槽を有していてもよい。液体の冷却流体としては、例えば水が挙げられる。この場合、冷却部２０の貯留槽は、例えば、冷却流体を貯留槽内に導入するための冷却流体入口と、冷却流体を外部に排出するための冷却流体出口とを有する。ノズル１０から吐出された線状体１は、例えば、貯留槽内を通過するように巻き取られる。

図１に示すように、紡糸装置１００は、例えば、ノズル１０に供給される線状体１ａを作製するために、第１押出装置９０ａ、第２押出装置９０ｂ、第３押出装置９０ｃ、第１室９５、第２室９６及び第３室９７をさらに備えている。第１室９５、第２室９６及び第３室９７は、鉛直方向下方にこの順で並んでいる。第３室９７は、ノズル１０に接続されている。

第１押出装置９０ａは、第１樹脂組成物８０ａを収容する収容部９１ａを有し、収容部９１ａにガスを導入することによって第１樹脂組成物８０ａを収容部９１ａから押し出すことができる。第１押出装置９０ａは、例えば、収容部９１ａに収容された第１樹脂組成物８０ａを加熱するヒーター（図示せず）を備えている。第１樹脂組成物８０ａは、例えば、加熱されることによって軟化して流動可能となる。軟化した第１樹脂組成物８０ａは、収容部９１ａ内に導入されたガスによってその上面が押圧され、第１押出装置９０ａから押し出される。なお、収容部９１ａに送られるガスは、窒素ガスなどの不活性ガスであることが好ましい。第１樹脂組成物８０ａの加熱温度は、第１樹脂組成物８０ａの組成に応じて適宜設定することができ、例えば１００℃〜３００℃である。第１押出装置９０ａから押し出された第１樹脂組成物８０ａの粘度μは、特に限定されず、例えば１〜７０００Ｐａ・ｓである。

第１押出装置９０ａから押し出された第１樹脂組成物８０ａは、例えば、鉛直方向下方に移動し、ファイバー状の成形体（コア２）に成形される。すなわち、本実施形態の製造方法は、例えば、コア２が形成されるように、第１樹脂組成物８０ａを第１押出装置９０ａにより押し出すことをさらに含む。コア２は、第１押出装置９０ａから第１室９５まで送られる。

第１樹脂組成物８０ａは、ＰＯＦのコアに適した組成であることが好ましい。第１樹脂組成物８０ａは、例えば、含フッ素重合体（重合体（Ｐ））を含む。重合体（Ｐ）は、Ｃ−Ｈ結合の伸縮エネルギーによる光吸収を抑制する観点から、実質的に水素原子を含んでいないことが好ましく、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることが特に好ましい。本明細書において、重合体（Ｐ）が実質的に水素原子を含んでいないとは、重合体（Ｐ）における水素原子の含有率が１モル％以下であることを意味する。

重合体（Ｐ）は、含フッ素脂肪族環構造を有することが好ましい。含フッ素脂肪族環構造は、重合体（Ｐ）の主鎖に含まれていてもよく、重合体（Ｐ）の側鎖に含まれていてもよい。重合体（Ｐ）は、例えば、下記式（１）で表される構成単位（Ａ）を有する。

式（１）中、Ｒ_ff ¹〜Ｒ_ff ⁴は各々独立に、フッ素原子、炭素数１〜７のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１〜７のパーフルオロアルキルエーテル基を表す。Ｒ_ff ¹及びＲ_ff ²は、連結して環を形成してもよい。「パーフルオロ」は、炭素原子に結合している全ての水素原子がフッ素原子に置換されていることを意味する。式（１）において、パーフルオロアルキル基の炭素数は、１〜５が好ましく、１〜３がより好ましく、１であることがさらに好ましい。パーフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基などが挙げられる。

式（１）において、パーフルオロアルキルエーテル基の炭素数は、１〜５が好ましく、１〜３がより好ましい。パーフルオロアルキルエーテル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。パーフルオロアルキルエーテル基としては、パーフルオロメトキシメチル基などが挙げられる。

Ｒ_ff ¹及びＲ_ff ²が連結して環を形成している場合、当該環は、５員環であってもよく、６員環であってもよい。この環としては、パーフルオロテトラヒドロフラン環、パーフルオロシクロペンタン環、パーフルオロシクロヘキサン環などが挙げられる。

構成単位（Ａ）の具体例としては、例えば、下記式（Ａ１）〜（Ａ８）で表される構成単位が挙げられる。

構成単位（Ａ）は、上記式（Ａ１）〜（Ａ８）で表される構成単位のうち、構成単位（Ａ２）、すなわち下記式（２）で表される構成単位であることが好ましい。

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ａ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。重合体（Ｐ）において、構成単位（Ａ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、２０モル％以上であることが好ましく、４０モル％以上であることがより好ましい。構成単位（Ａ）が２０モル％以上含まれることにより、重合体（Ｐ）は、より高い耐熱性を有する傾向がある。構成単位（Ａ）が４０モル％以上含まれる場合、重合体（Ｐ）は、高い耐熱性に加えて、より高い透明性及び高い機械的強度も有する傾向がある。重合体（Ｐ）において、構成単位（Ａ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、９５モル％以下であることが好ましく、７０モル％以下であることがより好ましい。

構成単位（Ａ）は、例えば、下記式（３）で表される化合物に由来する。式（３）において、Ｒ_ff ¹〜Ｒ_ff ⁴は、式（１）と同じである。なお、式（３）で表される化合物は、例えば特表２００７−５０４１２５号公報に開示された製造方法をはじめ、すでに公知である製造方法によって得ることができる。

上記式（３）で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式（Ｍ１）〜（Ｍ８）で表される化合物が挙げられる。

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ａ）以外に、他の構成単位をさらに含んでいてもよい。他の構成単位としては、以下の構成単位（Ｂ）〜（Ｄ）が挙げられる。

構成単位（Ｂ）は、下記式（４）で表される。

式（４）中、Ｒ¹〜Ｒ³は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１〜７のパーフルオロアルキル基を表す。Ｒ⁴は、炭素数１〜７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ｂ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。重合体（Ｐ）において、構成単位（Ｂ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、５〜１０モル％が好ましい。構成単位（Ｂ）の含有量は、９モル％以下であってもよく、８モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｂ）は、例えば、下記式（５）で表される化合物に由来する。式（５）において、Ｒ¹〜Ｒ⁴は、式（４）と同じである。式（５）で表される化合物は、パーフルオロビニルエーテル等の含フッ素ビニルエーテルである。

構成単位（Ｃ）は、下記式（６）で表される。

式（６）中、Ｒ⁵〜Ｒ⁸は各々独立に、フッ素原子、又は炭素数１〜７のパーフルオロアルキル基を表す。パーフルオロアルキル基は、環構造を有していてもよい。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ｃ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。重合体（Ｐ）において、構成単位（Ｃ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、５〜１０モル％が好ましい。構成単位（Ｃ）の含有量は、９モル％以下であってもよく、８モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｃ）は、例えば、下記式（７）で表される化合物に由来する。式（７）において、Ｒ⁵〜Ｒ⁸は、式（６）と同じである。式（７）で表される化合物は、テトラフルオロエチレン及びクロロトリフルオロエチレン等の含フッ素オレフィンである。

構成単位（Ｄ）は、下記式（８）で表される。

式（８）中、Ｚは、酸素原子、単結合、又は−ＯＣ（Ｒ¹⁹Ｒ²⁰）Ｏ−を表し、Ｒ⁹〜Ｒ²⁰は各々独立に、フッ素原子、炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１〜５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。ｓ及びｔはそれぞれ独立に０〜５でかつｓ＋ｔが１〜６の整数（ただし、Ｚが−ＯＣ（Ｒ¹⁹Ｒ²⁰）Ｏ−の場合、ｓ＋ｔは０であってもよい）を表す。

構成単位（Ｄ）は、好ましくは下記式（９）で表される。なお、下記式（９）で表される構成単位は、上記式（８）においてＺが酸素原子、ｓが０、かつｔが２の場合である。

式（９）中、Ｒ¹⁴¹、Ｒ¹⁴²、Ｒ¹⁵¹、及びＲ¹⁵²は各々独立に、フッ素原子、炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基、又は炭素数１〜５のパーフルオロアルコキシ基を表す。フッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルキル基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。パーフルオロアルコキシ基におけるフッ素原子の一部は、フッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい。

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ｄ）を１種又は２種以上含んでいてもよい。重合体（Ｐ）において、構成単位（Ｄ）の含有量は、全構成単位の合計に対し、３０〜６７モル％が好ましい。構成単位（Ｄ）の含有量は、例えば３５モル％以上であり、６０モル％以下であってもよく、５５モル％以下であってもよい。

構成単位（Ｄ）は、例えば、下記式（１０）で表される化合物に由来する。式（１０）において、Ｚ、Ｒ⁹〜Ｒ¹⁸、ｓ及びｔは、式（８）と同じである。式（１０）で表される化合物は、２個以上の重合性二重結合を有し、かつ環化重合し得る含フッ素化合物である。

構成単位（Ｄ）は、好ましくは下記式（１１）で表される化合物に由来する。式（１１）において、Ｒ¹⁴¹、Ｒ¹⁴²、Ｒ¹⁵¹、及びＲ¹⁵²は、式（９）と同じである。

式（１０）又は式（１１）で表される化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ₃）ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦＣｌＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＣｌ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣ（ＣＦ₃）₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＯＣＦ₃）ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＣＦ₂ＯＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦＣｌＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＣｌ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦＣｌ
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）ＣＣｌ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＣｌ₂ＯＣＦ＝ＣＦ₂
ＣＦ₂＝ＣＣｌＯＣＦ₂ＯＣＣｌ＝ＣＦ₂

重合体（Ｐ）は、構成単位（Ａ）〜（Ｄ）以外の他の構成単位をさらに含んでいてもよいが、実質的に構成単位（Ａ）〜（Ｄ）以外の他の構成単位を含まないことが好ましい。なお、重合体（Ｐ）が実質的に構成単位（Ａ）〜（Ｄ）以外の他の構成単位を含まないとは、重合体（Ｐ）における全構成単位の合計に対し、構成単位（Ａ）〜（Ｄ）の合計が９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上であることを意味する。

重合体（Ｐ）の重合方法は、特に限定されず、例えば、ラジカル重合などの一般的な重合方法を利用できる。重合体（Ｐ）を重合するための重合開始剤は、全フッ素化された化合物であってもよい。

重合体（Ｐ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は、特に限定されず、例えば１００℃〜１４０℃であり、１０５℃以上であってもよく、１２０℃以上であってもよい。本明細書において、Ｔｇは、ＪＩＳ Ｋ７１２１：１９８７の規定に準拠して求められる中間点ガラス転移温度 (Ｔ_mg)を意味する。

第１樹脂組成物８０ａは、重合体（Ｐ）を主成分として含んでいてもよく、実質的に重合体（Ｐ）のみからなることが好ましい。第１樹脂組成物８０ａは、屈折率調整剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。第１樹脂組成物８０ａは、例えば、常温（２５℃）で固体である。

第２押出装置９０ｂは、例えば、ＰＯＦのクラッドに適した組成を有する第２樹脂組成物８０ｂを収容する収容部９１ｂを備えている。第２押出装置９０ｂとしては、第１押出装置９０ａについて上述したものを用いることができる。第２押出装置９０ｂでは、収容部９１ｂにガスを導入することによって収容部９１ｂから第２樹脂組成物８０ｂを押し出すことができる。

第２押出装置９０ｂから押し出された第２樹脂組成物８０ｂは、第１室９５に供給される。第１室９５内において、コア２を第２樹脂組成物８０ｂで被覆することによって、コア２の外周に配置され、かつ当該外周を覆うクラッド３を形成することができる。クラッド３に被覆されたコア２は、第１室９５から第２室９６に移動する。このように、本実施形態の製造方法は、例えば、コア２の側面を、コア２を構成する第１樹脂組成物８０ａとは異なる第２樹脂組成物８０ｂによって被覆することをさらに含む。

ファイバー５がＰＯＦとして用いられる場合、クラッド３を形成する第２樹脂組成物８０ｂの屈折率は、コア２を形成する第１樹脂組成物８０ａの屈折率よりも低いことが好ましい。第２樹脂組成物８０ｂに含まれる樹脂材料としては、例えば、含フッ素樹脂、メチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、カーボネート系樹脂等が挙げられる。

第３押出装置９０ｃは、例えば、ＰＯＦの被覆層（オーバークラッド）に適した組成を有する第３樹脂組成物８０ｃを収容する収容部９１ｃ、収容部９１ｃ内に配置されたスクリュー９２、及び、収容部９１ｃに接続されたホッパー９３を備えている。第３押出装置９０ｃは、例えば、第３樹脂組成物８０ｃを加熱するためのヒーター（図示せず）を備えている。第３押出装置９０ｃでは、ペレット状の第３樹脂組成物８０ｃが、ホッパー９３を通じて、収容部９１ｃに供給される。収容部９１ｃに供給されたペレット状の第３樹脂組成物８０ｃは、例えば、加熱されながらスクリュー９２で混錬されることによって、軟化して流動可能となる。軟化した第３樹脂組成物８０ｃは、スクリュー９２によって収容部９１ｃから押し出される。

第３押出装置９０ｃから押し出された第３樹脂組成物８０ｃは、第２室９６に供給される。第２室９６内において、クラッド３を第３樹脂組成物８０ｃで被覆することによって、クラッド３の外周を覆う被覆層４を形成することができる。これにより、コア２、クラッド３及び被覆層４を有する線状体１ａが得られる。線状体１ａは、第２室９６から第３室９７に移動する。

被覆層４を形成する第３樹脂組成物８０ｃに含まれる樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、各種エンジニアリングプラスチック、シクロオレフィンポリマー、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等が挙げられる。

線状体１ａは、第３室９７を通過して、ノズル１０の第１開口部１１まで送られる。第３室９７には、線状体１ａを加熱するためのヒーター（図示せず）が配置されていてもよい。第３室９７において、例えば、線状体１ａの温度及び粘度が適切に調整される。第３室９７では、線状体１ａを加熱することによって、第１樹脂組成物８０ａに含まれる屈折率調整剤を線状体１ａ中に拡散させてもよい。

なお、本実施形態では、コア２、クラッド３及び被覆層４を備えた三層構造の成形体を線状体１ａとして用いている。ただし、線状体１ａの構造は、三層構造に限定されない。線状体１ａの構造は、コア２及びクラッド３からなる二層構造であってもよく、コア２からなる一層構造であってもよい。

図１に示すように、紡糸装置１００は、例えば、ノズル１０から吐出された線状体１ｂを搬送し、巻き取るために、ニップロール６０、ガイドロール６３，６４，６５及び巻き取りロール６６をさらに有する。ニップロール６０は、例えば、冷却部２０の下方に位置する。冷却部２０を通過した線状体１は、例えば、ニップロール６０が有する２つのロール６１及び６２の間を通過する。

ガイドロール６３，６４及び６５は、線状体１の搬送方向にこの順で並んでいる。ニップロール６０を通過した線状体１は、ガイドロール６３，６４及び６５を経て、ファイバー５として巻き取りロール６６に巻き取られる。上記の式（I）の巻き取り速度Ｕは、巻き取りロール６６やニップロール６０の回転数などから算出することができる。

紡糸装置１００は、巻き取りロール６６の近傍、例えばガイドロール６５と巻き取りロール６６との間、において線状体１の外径を測定する変位計７０をさらに備えていてもよい。この変位計７０によって測定された線状体１の外径をファイバー５の外径とみなしてもよい。なお、本実施形態の製造方法において、線状体１は、冷却部２０内で十分冷却される。そのため、線状体１が冷却部２０を通過してから巻き取りロール６６で巻き取られるまで、線状体１の温度はほとんど変化せず、線状体１の外径もほとんど変化しない傾向がある。言い換えると、本実施形態の製造方法において、ファイバー５の外径は、冷却部２０を通過した直後の線状体１の外径と実質的に同じである。

紡糸装置１００は、紡糸装置１００を適切に運転するためのプログラムが格納された制御器（図示せず）をさらに備えていてもよい。制御器は、例えば、各ロールの駆動を制御してもよく、各押出装置に配置されたヒーターの制御を行ってもよい。

本実施形態の製造方法によって作製されたファイバー５は、好ましくはＰＯＦである。ただし、ファイバー５は、ＰＯＦ以外の他の用途に用いられてもよい。例えば、膜や不織布に編み込まれる糸として、ファイバー５が用いられてもよい。本実施形態の製造方法は、樹脂組成物以外の材料（例えば、ガラス）を含むファイバーの製造方法として利用することも可能である。

以下に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（製造例１〜１５）
製造例１〜１５では、ノズル及び冷却部を用いて、表１に記載した条件でファイバーの製造を行った。詳細には、ポリカーボネートから構成された樹脂組成物を押出装置から押し出して、コアを形成した。このコアを線状体としてノズルに導入した。冷却部は、ノズルに接続され、かつノズルから下方に向かって延びている冷却管と、冷却管の内部空間に位置し、冷却流体を整流する筒状のフィルタとを有していた。冷却管の内部空間において、ノズルから吐出された線状体を冷却流体と接触させて冷却した。冷却管の内部空間には、冷却流体として空気を供給した。冷却管の収容空間には、冷媒として水を供給した。ノズルから吐出された直後の線状体の外径は、線状体を吐出するためのノズルの開口の直径と同じであった。

変位計（キーエンス社製のＬＳ−９００６Ｍ）を用いて、巻き取りロールの近傍において線状体の外径を測定し、得られた測定値をファイバーの外径とみなした。外径の測定周期は０．１秒であり、測定箇所は５００点であった。得られた結果に基づいて、比率３σ／Ａｖｅ．を算出した。指標Ｍと比率３σ／Ａｖｅ．との関係を表１及び図３に示す。

表１及び図３からわかるとおり、指標Ｍが１．６以下である製造例１、２、４〜６及び９〜１５では、製造例３、７及び８に比べて、比率（３σ／Ａｖｅ．）の値が小さく、ファイバーの外径変動が抑制されていた。

本実施形態の製造方法は、ＰＯＦの製造に適している。

１ 線状体
２ コア
３ クラッド
４ 被覆層
５ ファイバー
１０ ノズル
２０ 冷却部
３０ 冷却管
３１ 本体部
３２ 内壁
３３ 外壁
３５ 内部空間
３６ 収容空間
４０ フィルタ
４５ 内部空間
５０ 冷却流体
５１ 冷媒
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ 樹脂組成物
９０ａ，９０ｂ，９０ｃ 押出装置
１００ 紡糸装置

Claims (13)

1. ノズルから、軟化した線状体を吐出させることと、
   前記線状体を、冷却流体が供給される冷却部を通過するように巻き取って、ファイバーを得ることと、
   を含み、
   前記冷却部は、前記冷却流体を整流するフィルタを有し、
   前記冷却部において、前記冷却流体の温度は、前記線状体が移動する方向に実質的に一定であり、
   下記式（I）により定められる指標Ｍが１．５２以下である、ファイバーの製造方法。
   

   

   前記式（I）において、Ｑ_aは、前記冷却部に供給される前記冷却流体の流量（ｍ³／ｓ）であり、
   Ｌは、前記冷却部内における前記線状体の移動距離（ｍ）であり、
   Ｔ_wは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の温度（℃）であり、
   Ｔ_aは、前記冷却流体の温度（℃）であり、
   Ｄ_fは、前記ファイバーの外径（ｍ）であり、
   Ｄ_nは、前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の外径（ｍ）であり、
   Ｕは、前記線状体の巻き取り速度（ｍ／ｓ）であり、
   Ｋは、１．０×１０⁸（℃・ｓ²／ｍ³）である。
2. 前記指標Ｍが１．０以下である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記ノズルから吐出された直後の前記線状体の温度Ｔ_wが１００℃以上である、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記冷却部において、前記線状体を前記冷却流体と接触させて冷却する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記冷却部は、筒状の冷却管を有し、
   前記冷却流体が前記冷却管の内部空間に供給されるとともに、前記線状体が前記冷却管の前記内部空間を通過する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記冷却管は、前記ノズルに接続され、かつ前記ノズルから下方に向かって延びている、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記冷却管は、内壁、外壁、及び、前記内壁と前記外壁との間に形成された収容空間を含む本体部を有し、
   前記収容空間には、前記冷却流体を冷却するための冷媒が導入されている、請求項５又は６に記載の製造方法。
8. 前記フィルタは、筒状であり、かつ、前記冷却管の前記内部空間に位置し、
   前記線状体が前記フィルタの内部空間を通過する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. 前記冷却流体が気体である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 前記冷却流体が空気である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 前記線状体が、コアと、前記コアの外周に配置されたクラッドとを有し、
    前記製造方法は、前記コアが形成されるように、樹脂組成物を押出装置により押し出すことをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記ファイバーの外径の平均値に対する前記ファイバーの外径の標準偏差の３倍値の比率が２．０％以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 前記ファイバーがプラスチック光ファイバーである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。

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