JP2021086057A - Illumination plastic optical fiber and manufacturing method thereof, illumination plastic optical fiber bundle, optical fiber illumination device, optical fiber sensor, optical fiber sheet, optical fiber woven fabric, optical fiber knitted fabric, plastic optical fiber cord, and medical equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照光プラスチック光ファイバとその製造方法およびその用途に関する。 The present invention relates to an illuminated plastic optical fiber, a method for manufacturing the same, and an application thereof.
一般に光伝送用に使用されているプラスチック光ファイバは、透明樹脂からなるコア(内層)とクラッド(外層)とが同心円状の真円形に構成されている。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、医療用の内視鏡や工業用、自動車用などの照明用光伝送材などとして有効に使用されている。 A plastic optical fiber generally used for optical transmission has a core (inner layer) and a clad (outer layer) made of a transparent resin formed in a concentric circular shape. In a plastic optical fiber having such a configuration, light incident from one end is efficiently transmitted to the other end while repeating total internal reflection at the interface between the core and the clad, so that it is used for medical endoscopes and industrial use. It is effectively used as an optical transmission material for lighting such as for automobiles.
これらは、いずれも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手段としてのものであるが、これを長手方向途中(側面)から漏光させて線状発光体として機能させることができれば、屋内外の照明用途、ネオンサインや電光表示の代替用途、その他装飾用途、更にはセンサー用途などに用途展開することができる。 All of these are means for transmitting the light received from one end to the other end without leaking the light in the middle, but the light is leaked from the middle (side surface) in the longitudinal direction to function as a linear illuminant. If possible, it can be used for indoor and outdoor lighting applications, alternative applications for neon signs and electric displays, other decorative applications, and even sensor applications.
このような側面発光用のプラスチック光ファイバとして、サンドブラスト処理をして、クラッドに傷をつけ、光を漏らす方法が提案されている(例えば、特許文献1〜2参照) As such a plastic optical fiber for side light emission, a method of sandblasting to damage the clad and leak light has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、サンドブラスト処理を行うと、場合によってはプラスチック光ファイバのコアにもダメージが入り、光ファイバを曲げた場合に折れやすくなるという問題があった。また、特許文献2においては、長手方向の傷の密度を調整して輝度均一性を調整することが提案されているが、サンドブラスト条件によっては、輝きが強くなる特異点(これを「輝点」という)が発生することがあった。そのような照光プラスチック光ファイバを束ねてバンドルにして、その上から、透明、半透明、白色その他の色の被覆コードで被覆しても、輝点における輝度が強くなるのは避けられず、輝度均一性が悪いという問題があった。 However, when the sandblasting treatment is performed, the core of the plastic optical fiber may be damaged in some cases, and there is a problem that the optical fiber is easily broken when bent. Further, in Patent Document 2, it is proposed to adjust the brightness uniformity by adjusting the density of scratches in the longitudinal direction, but depending on the sandblasting conditions, a singular point where the brilliance becomes stronger (this is called a "bright spot"). ) Occurred. Even if such illuminated plastic optical fibers are bundled and coated with a coating cord of transparent, translucent, white or other colors, the brightness at the bright spot is inevitably increased. There was a problem of poor uniformity.
そこで本発明の目的は、曲げに強く、長手方向に均一に発光する照光プラスチック光ファイバを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an illuminated plastic optical fiber that is resistant to bending and emits light uniformly in the longitudinal direction.
すなわち、本発明は、コアとクラッドを有し、ファイバ側面から照光するプラスチック光ファイバであって、前記プラスチック光ファイバの長手方向の一方の端部から5cmの位置におけるクラッド表面の線粗さRa(S)と、他方の端部から5cmの位置におけるクラッド表面の線粗さRa(E)との平均値が1〜10μmである、照光プラスチック光ファイバである。 That is, the present invention is a plastic optical fiber having a core and a clad and illuminating from the side surface of the fiber, and the line roughness Ra of the clad surface at a position 5 cm from one end in the longitudinal direction of the plastic optical fiber ( It is an illuminated plastic optical fiber in which the average value of S) and the line roughness Ra (E) of the clad surface at a position 5 cm from the other end is 1 to 10 μm.
本発明によれば、曲げに強く、長手方向に均一に発光する照光プラスチック光ファイバを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an illuminated plastic optical fiber that is resistant to bending and emits light uniformly in the longitudinal direction.
以下、本発明に係る照光プラスチック光ファイバ等の好適な実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the illuminated plastic optical fiber and the like according to the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to the following embodiments and may be variously modified according to an object and an application. Can be carried out.
本発明におけるプラスチック光ファイバは、コア(内層)とクラッド(外層)の透明な樹脂から形成された2層構造からなり、横断面形状が丸断面である。 The plastic optical fiber in the present invention has a two-layer structure formed of a transparent resin of a core (inner layer) and a clad (outer layer), and has a round cross section.
(コア)
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバにおいて、コアに用いる透明樹脂としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メチルメタクリレートを主成分とする共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリオルガノシロキサン(シリコーン)、ノルボルネン等を挙げることができ、なかでも特にポリメチルメタクリレートは透明性、屈折率、曲げ特性、耐熱性において光ファイバとして好ましい樹脂である。
(core)
In the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention, the transparent resin used for the core includes polymethylmethacrylate (PMMA), a copolymer containing methylmethacrylate as a main component, polystyrene, polycarbonate, and polyorganosiloxane (silicone). , Norbornen and the like. Among them, polymethylmethacrylate is a preferable resin as an optical fiber in terms of transparency, refractive index, bending characteristics and heat resistance.
(クラッド)
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバにおいて、クラッドに用いる透明樹脂としては、フッ化ビニリデンを70重量%以上含む重合成分を重合して得られる重合体であることが好ましい。
(Clad)
In the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention, the transparent resin used for the cladding is preferably a polymer obtained by polymerizing a polymerization component containing 70% by weight or more of vinylidene fluoride.
フッ化ビニリデンを70重量%以上含む重合成分としては、フッ化ビニリデン単体、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロアセトンなどフッ化ビニリデンを含む共重合体が合成される重合成分が挙げられる。 Examples of the polymerization component containing 70% by weight or more of vinylidene fluoride include vinylidene fluoride alone, vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene, vinylidene fluoride / hexafluoroacetone, and the like. Examples thereof include polymerization components in which a copolymer containing the above is synthesized.
フッ化ビニリデンが70重量%以上である重合成分を重合して得られる重合体をクラッドとして用いた場合、サンドブラストをした場合でも、コアまで傷が入りにくく、曲げた場合にプラスチック光ファイバが折れにくくなる。 When a polymer obtained by polymerizing a polymerization component containing 70% by weight or more of vinylidene fluoride is used as a clad, the core is not easily scratched even when sandblasted, and the plastic optical fiber is not easily broken when bent. Become.
クラッドの弾性率は、500〜1200MPaであることが好ましい。500MPa以上であると、サンドブラストしても、クラッドが硬いため、コアが保護され、折れにくくなる。1200MPa以下であると、クラッドが柔軟になり、曲げ易くなる。さらに好ましくは600〜1000MPaである。 The elastic modulus of the clad is preferably 500 to 1200 MPa. If it is 500 MPa or more, even if sandblasted, the clad is hard, so that the core is protected and it becomes difficult to break. When it is 1200 MPa or less, the clad becomes flexible and easy to bend. More preferably, it is 600 to 1000 MPa.
ここで弾性率とは、曲げ弾性率のことを示し、ASTM D790により、測定された値である。ASTM D790の代表的な試験片としては、サイズが127mm×13mm×3.1mmのものを使用する。ASTM D790の測定単位はMPaとし、曲げ弾性率は、応力−曲げ変位曲線において応力印加初期のもっとも傾斜が大きくなった箇所での傾き、すなわち当該箇所での接線から、求める。 Here, the elastic modulus indicates a flexural modulus and is a value measured by ASTM D790. As a typical test piece of ASTM D790, one having a size of 127 mm × 13 mm × 3.1 mm is used. The unit of measurement of ASTM D790 is MPa, and the flexural modulus is obtained from the slope at the point where the slope is the largest at the initial stage of stress application in the stress-bending displacement curve, that is, the tangent line at that place.
コア、およびクラッドの屈折率に関しては、式(1)で示される開口数(N.A)を0.45以上0.65以下とすることが好ましい。 Regarding the refractive index of the core and the clad, the numerical aperture (NA) represented by the formula (1) is preferably 0.45 or more and 0.65 or less.
なお、理論開口数は次式のようにコア、およびクラッドの屈折率差にて表される。
開口数=((コアの屈折率)2 −(第1クラッドの屈折率)2 )1/2 式(1)。
The theoretical numerical aperture is expressed by the difference in refractive index between the core and the clad as shown in the following equation.
Numerical aperture = ((refractive index of core) 2- (refractive index of first clad) 2 ) 1/2 equation (1).
これまでに実用化されているPMMAをコアとしたプラスチック光ファイバの開口数は0.45〜0.65であり、理論開口数をこれに合わせることにより、同じく実用化されている光源や受発光素子等の周辺部品への互換性を保持することができる。 The numerical aperture of the plastic optical fiber with PMMA as the core, which has been put into practical use so far, is 0.45 to 0.65. Compatibility with peripheral parts such as elements can be maintained.
また、ファイバのクラッド層の厚みは、3.0μm〜15.0μmであることが好ましく、4.0μm〜13.0μmであることが更に好ましい。 The thickness of the clad layer of the fiber is preferably 3.0 μm to 15.0 μm, and more preferably 4.0 μm to 13.0 μm.
また、本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバに用いるクラッドのメルトフローレート(以下、MFRと略記することがある。)値は、一般に、5〜100g/10分(条件:温度230℃、荷重3.8kg、オリフィス径2mm、長さ8mm)であることが好ましい。 Further, the melt flow rate (hereinafter, may be abbreviated as MFR) value of the clad used in the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention is generally 5 to 100 g / 10 minutes (condition: temperature 230 ° C.). , The load is 3.8 kg, the orifice diameter is 2 mm, and the length is 8 mm).
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバに用いるクラッドは、長手方向の一方の端部から5cmの位置におけるクラッド表面の線粗さRa(S)と、他方の端部から5cmの位置におけるクラッド表面の線粗さRa(E)との平均値(以下、これを「Raの平均値」と称する)が1〜10μmである。上記Raの平均値が1〜10μmであることにより、ファイバの曲げ特性を維持しつつ、側面発光を効率良く得ることができる。上記Raの平均値が1μm未満であると、側面発光が十分ではなく、また、10μmを超える場合は、ファイバが折れやすくなる。上記Raの平均値は、好ましくは、2〜8μmである。 The clad used for the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention has a line roughness Ra (S) on the clad surface at a position 5 cm from one end in the longitudinal direction and a position 5 cm from the other end. The average value with the line roughness Ra (E) of the clad surface (hereinafter, this is referred to as “the average value of Ra”) is 1 to 10 μm. When the average value of Ra is 1 to 10 μm, side emission can be efficiently obtained while maintaining the bending characteristics of the fiber. If the average value of Ra is less than 1 μm, the side emission is not sufficient, and if it exceeds 10 μm, the fiber is easily broken. The average value of Ra is preferably 2 to 8 μm.
端部から5cmの位置におけるクラッド表面の線粗さRaとは、以下の測定方法にて測定される値をいう。上記各5cmの位置でファイバを顕微鏡観察して画像に取り込み、当該5cmの位置を中心として左右各5mmの範囲のRaを測定する。測定数は、ファイバの長手方向を軸として1/3ずつ回転させて、各領域で1回、一方の端部について計3回測定し、それらの平均値をとる。「Raの平均値」は、このようにして測定されるRa(S)とRa(E)との平均値である。上記のような測定は、例えば、キーエンス社の顕微鏡VHX−6000に搭載の線粗さのソフトを用いて行うことができる。また、Raの測定方法に関しここに明記されていない条件等については、「JIS B0601:2013」に準拠する。 The line roughness Ra of the clad surface at a position 5 cm from the end means a value measured by the following measuring method. The fiber is observed under a microscope at each of the 5 cm positions and captured in an image, and Ra is measured in a range of 5 mm on each side with the 5 cm position as the center. The number of measurements is taken by rotating 1/3 each around the longitudinal direction of the fiber, measuring once in each region and a total of three times at one end, and taking the average value thereof. The “average value of Ra” is the average value of Ra (S) and Ra (E) measured in this way. The above measurement can be performed, for example, by using the line roughness software mounted on the KEYENCE microscope VHX-6000. In addition, the conditions and the like not specified here regarding the Ra measurement method are based on "JIS B0601: 2013".
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバに用いるクラッドは、上記Raの平均値をクラッドの厚みで割った値が0.1〜1であることが好ましい。 The clad used in the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention preferably has a value obtained by dividing the average value of Ra by the thickness of the clad of 0.1 to 1.
Raの平均値をクラッド厚みで割った値が0.1以上であることで、プラスチック光ファイバの側面発光の輝度を向上させることができる。また、1以下であることで、耐曲げ性を向上させることができる。 When the value obtained by dividing the average value of Ra by the clad thickness is 0.1 or more, the brightness of the side emission of the plastic optical fiber can be improved. Further, when it is 1 or less, the bending resistance can be improved.
クラッド厚みとは、長手方向の一方の端部から5cmの範囲内の任意の3点において、SEM観察から得られたクラッド厚みと他方の端部から5cmの範囲内の3点のSEM観察から得られたクラッド厚みの合計の6点の平均値を示す。SEM観察の測定条件として、加速電圧10kV、倍率5000倍で、読み取る部分のエッジが鮮明になるような画像に調整し、SEMの測長機能を用いて、クラッドの厚みを測定する。 The clad thickness is obtained from the clad thickness obtained from SEM observation and three points within a range of 5 cm from the other end at any three points within a range of 5 cm from one end in the longitudinal direction. The average value of 6 points of the total clad thickness obtained is shown. As the measurement conditions for SEM observation, the image is adjusted so that the edge of the portion to be read becomes clear at an acceleration voltage of 10 kV and a magnification of 5000 times, and the thickness of the clad is measured using the length measurement function of the SEM.
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバに用いるクラッドは、光源に結合する照光プラスチック光ファイバ側の端部から5cmの位置におけるクラッドの線粗さRa(A)の方が、他方の端部から5cmの位置におけるクラッドの線粗さRa(B)よりも値が小さくなるように光源を接続することが好ましい。こうすることで、輝度均一性を向上させることができる。 As for the clad used for the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention, the line roughness Ra (A) of the clad at a position 5 cm from the end on the illuminated plastic optical fiber side coupled to the light source is the other end. It is preferable to connect the light source so that the value is smaller than the line roughness Ra (B) of the clad at a position 5 cm from the portion. By doing so, the brightness uniformity can be improved.
本発明の照光プラスチック光ファイバは、照光プラスチック光ファイバを長手方向に均等に5分割した際に、それら分割毎のクラッド表面の線粗さRaが、一方の端部から他方の端部に向かって順に大きくなることが好ましい。そのようにRaを設定することで、長手方向の輝度均一性を向上させることができる。ここでの分割ごとのRaは、各分割された領域中の長手方向の中心におけるRaを、上記Ra(S)やRa(E)の測定方法に準じる方法で測定して得られる値である。 In the illuminated plastic optical fiber of the present invention, when the illuminated plastic optical fiber is evenly divided into five in the longitudinal direction, the line roughness Ra of the clad surface for each division increases from one end to the other. It is preferable that the size increases in order. By setting Ra in this way, the brightness uniformity in the longitudinal direction can be improved. Here, Ra for each division is a value obtained by measuring Ra at the center in the longitudinal direction in each divided region by a method according to the measurement method of Ra (S) and Ra (E) described above.
照光プラスチック光ファイバの輝度は大きい方が良いが、輝度減衰率を抑制させた方が装飾性に優れる。すなわち、輝度が大きく、且つ、輝度減衰率が大きいよりは、輝度が小さくとも、輝度減衰率が小さい方が好ましい。輝度減衰率とは、光源から5cmの位置における輝度と、光源と反対の側の端部から5cm手前の位置における輝度の差を、その長さの差で割り返した値をいう。 The brighter the illuminated plastic optical fiber, the better, but the more the brightness attenuation factor is suppressed, the better the decorativeness. That is, it is preferable that the luminance attenuation factor is small even if the luminance is small, rather than the luminance being large and the luminance attenuation factor being large. The brightness attenuation factor is a value obtained by dividing the difference between the brightness at a position 5 cm from the light source and the brightness at a position 5 cm before the end on the opposite side of the light source by the difference in length.
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバの輝度減衰率が30cd/m以下であることが好ましい。さらに好ましくは20cd/m以下、よりさらに好ましくは、10cd/m以下である。そうすることで、より輝度均一性が高まり、装飾性が向上する。 It is preferable that the brightness attenuation rate of the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention is 30 cd / m or less. It is more preferably 20 cd / m or less, and even more preferably 10 cd / m or less. By doing so, the brightness uniformity is further enhanced and the decorativeness is improved.
(照光プラスチック光ファイバの製造方法)
次に、本発明の実施の形態に係る照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。
(Manufacturing method of illuminated plastic optical fiber)
Next, an example of a method for manufacturing an illuminated plastic optical fiber according to an embodiment of the present invention will be described.
本発明の照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は、芯鞘型複合紡糸口金による複合紡糸方法によって容易に製造することができる。また、この複合紡糸方法によって製糸した光ファイバは、コアとクラッドとの断面形状を、長手方向の任意の断面において全く同一にすることができる。 The plastic optical fiber that is the basis of the illuminated plastic optical fiber of the present invention can be easily manufactured by a composite spinning method using a core-sheath composite spinneret. Further, in the optical fiber produced by this composite spinning method, the cross-sectional shape of the core and the clad can be exactly the same in any cross section in the longitudinal direction.
続いて、機械特性を向上させる目的で、一般的な1.2〜3倍の延伸処理を行いプラスチック光ファイバとなる。本発明のプラスチック光ファイバの外径は、通常、0.1mm〜3mmであり、目的に応じて適宜選択すればよいが、取扱性などの面から、0.25mm〜1.5mmのものが好ましい。 Subsequently, for the purpose of improving the mechanical properties, a general 1.2 to 3 times stretching treatment is performed to obtain a plastic optical fiber. The outer diameter of the plastic optical fiber of the present invention is usually 0.1 mm to 3 mm and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but from the viewpoint of handleability and the like, 0.25 mm to 1.5 mm is preferable. ..
得られたプラスチック光ファイバのクラッドにサンドブラスト処理を施し、クラッドの表面に傷をつける。サンドブラスト処理は、メディアを噴射するノズルを固定するか、ノズルを可変させるかの方法がある。ノズルを固定させた場合、ファイバ送線の速度を可変させて、長手方向に沿って、クラッドに傷をつける密度を調整することで、長手方向に均一な照光プラスチック光ファイバを作製することができる。例えば、ファイバの速度を徐々に遅くして、光入射する端面より遠くの方で、傷の密度が多くなるように、ファイバ送線の速度を可変させる方法がある。そうすることで、長手方向に輝度均一性に優れた照光プラスチック光ファイバを製造することができる。一方で、ファイバを固定させた場合は、ノズルの速度を可変できるようにし、光入射する端面から遠くの方で、傷の密度が多くなるようにすれば良い。また、ノズルは、ファイバに対し長手方向に可動でもよく、垂直方向に可動でも良い。 The clad of the obtained plastic optical fiber is sandblasted to scratch the surface of the clad. The sandblasting process has a method of fixing a nozzle for ejecting media or changing the nozzle. When the nozzle is fixed, a uniform illuminated plastic optical fiber in the longitudinal direction can be produced by varying the speed of the fiber transmission and adjusting the density of scratching the clad along the longitudinal direction. .. For example, there is a method of gradually slowing down the speed of the fiber to change the speed of the fiber transmission line so that the density of scratches increases in the distance from the end face where the light is incident. By doing so, it is possible to manufacture an illuminated plastic optical fiber having excellent brightness uniformity in the longitudinal direction. On the other hand, when the fiber is fixed, the speed of the nozzle may be variable so that the density of scratches increases in the direction far from the end face where the light is incident. Further, the nozzle may be movable in the longitudinal direction with respect to the fiber, or may be movable in the vertical direction.
また、サンドブラストする方法として、照光プラスチック光ファイバを可変の速度で並進させながらサンドブラストを行うか、一定速度で走行する照光プラスチック光ファイバに向けて、その光ファイバとの距離を変更させてサンドブラストを行う方法が好ましい。照光プラスチック光ファイバを可変の速度で並進させながらサンドブラストを行う場合、光源側の速度は速く、長手方向に行くにつれ、速度を遅くすることで、光源側のRaは小さく、長手方向のRaを大きくすることができ、輝度均一性を向上させることができる。また、一定速度で走行する照光プラスチック光ファイバに向けて、光ファイバとの距離を変更させてサンドブラストする場合は、光源側は、光ファイバとの距離が遠く、長手方向に行くにつれ、光ファイバとの距離を短くさせることで、光源側のRaは小さく、長手方向のRaを大きくさせることができ、輝度均一性を向上させることができる。 In addition, as a method of sandblasting, sandblasting is performed while translating the illuminated plastic optical fiber at a variable speed, or sandblasting is performed by changing the distance from the illuminated plastic optical fiber toward the illuminated plastic optical fiber traveling at a constant speed. The method is preferred. When sandblasting while translating the illuminated plastic optical fiber at a variable speed, the speed on the light source side is high, and by slowing down the speed as it goes in the longitudinal direction, Ra on the light source side is small and Ra in the longitudinal direction is large. It is possible to improve the brightness uniformity. In addition, when sandblasting by changing the distance from the optical fiber toward the illuminated plastic optical fiber that travels at a constant speed, the light source side is farther from the optical fiber, and as it goes in the longitudinal direction, the optical fiber and the optical fiber By shortening the distance between the two, Ra on the light source side is small, Ra in the longitudinal direction can be increased, and brightness uniformity can be improved.
サンドブラストに使用する投射材の材質は、ガラスやアルミナやシリカ等の無機材料であれば良い。より好ましくはアルミナである。アルミナを使用することで、サンドブラスト処理時間を短縮させることができる。 The material of the projection material used for sandblasting may be an inorganic material such as glass, alumina or silica. More preferably, it is alumina. By using alumina, the sandblasting treatment time can be shortened.
投射材のサイズは、10〜700μmであることが好ましい。10μm以上であることで、タクトタイムを短縮することができる。また、700μm以内であることで、クラッドに傷を適切につけることが可能となる。より好ましくは、100〜600μmである。 The size of the projection material is preferably 10 to 700 μm. When it is 10 μm or more, the takt time can be shortened. Further, when it is within 700 μm, it is possible to appropriately scratch the clad. More preferably, it is 100 to 600 μm.
本発明の照光プラスチック光ファイバは、イルミネーシヨン、衣装等の装飾用途や工業用、家庭用照明用途、工業・医療・環境用途など各種センサーとして好適な側面照光用ファイバであり、ファイバの端面に入射させた光をファイバの側面から漏洩させ、屋内外を光で彩ったり、物体の形状や存在を示したり、行き先や方向を示したり、その他種々の飾り等、また、各種照明等や温度・圧力等を検知するセンサーとして使用される。 The illuminated plastic optical fiber of the present invention is a side-illuminated fiber suitable as various sensors for decorative applications such as illumination and clothing, industrial use, household lighting application, industrial / medical / environmental use, etc., and is incident on the end face of the fiber. The light is leaked from the side of the fiber, and the indoor and outdoor areas are colored with light, the shape and existence of objects are shown, the destination and direction are shown, various other decorations, various lighting, etc., temperature and pressure. It is used as a sensor to detect such things.
(照光プラスチック光ファイババンドル)
本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバは、通常シート状、または複数本を束状にした光ファイババンドルとして用いられる。ここで「束状」とは、複数のプラスチック光ファイバを単に集合化した状態、ロープ状・紐状に撚った状態、シート状に引き揃えたものを丸めた状態、更に上記ファイバ集合体を更に集めて束ねた状態及びこれらを撚り合わせた状態を含む。光ファイババンドル束の本数は、任意であり、目的に応じて適宜選択変更することができ、1本の束に、例えば5本から1000本のプラスチック光ファイバが使用される。
(Illuminated plastic fiber optic bundle)
The illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention is usually used as a sheet or a bundle of a plurality of optical fibers. Here, the "bundle shape" refers to a state in which a plurality of plastic optical fibers are simply assembled, a state in which they are twisted in a rope shape or a string shape, a state in which they are aligned in a sheet shape, and a state in which the above-mentioned fiber aggregate is further assembled. Further, the state of collecting and bundling and the state of twisting these are included. The number of optical fiber bundle bundles is arbitrary and can be appropriately selected and changed according to the purpose. For example, 5 to 1000 plastic optical fibers are used for one bundle.
また、このような光ファイババンドルは、これをさらに単に複数本束ねた集合体として使用することが好ましく、プラスチック光ファイバを複数のグループの束に分け、これらの束を撚り回数1〜20回/mの割合で撚り合わせたものとすることがより好ましい。このような構造のプラスチック光ファイババンドルはマイクロベンディングにより、プラスチック光ファイバの照光効率をより向上させることができ、高輝度の照光装置にすることが可能となる。 Further, such an optical fiber bundle is preferably used as an aggregate in which a plurality of optical fibers are bundled, and the plastic optical fiber is divided into a plurality of groups of bundles, and these bundles are twisted 1 to 20 times / number of times. It is more preferable that the mixture is twisted at a ratio of m. The plastic optical fiber bundle having such a structure can further improve the illumination efficiency of the plastic optical fiber by microbending, and can be made into a high-brightness illumination device.
本発明の実施の形態に係る光ファイババンドルは、保護を目的として光ファイババンドルを透明なチューブに挿入、あるいは透明樹脂で被覆しても良い。透明チューブの材質は、例えば、軟質若しくは可撓性プラスチックからなる透明性を有し、無色若しくは着色されたものであり、具体的には、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂などがある。これらの主成分に適宜、可塑剤、助剤などの副材料を添加してもよい。 In the optical fiber bundle according to the embodiment of the present invention, the optical fiber bundle may be inserted into a transparent tube or coated with a transparent resin for the purpose of protection. The material of the transparent tube is, for example, a transparent, colorless or colored material made of soft or flexible plastic, and specifically, vinyl chloride resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, poly. There are vinyl acetate resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin and the like. Secondary materials such as plasticizers and auxiliaries may be added to these main components as appropriate.
(光ファイバ照光装置)
また、本発明の実施の形態に係る照光プラスチック光ファイバは、その少なくとも一端の端面に光源を光学的に接続して、光ファイバ照光装置に使用される。本発明において好ましい光源は、特に高い輝度をもつメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプやLEDなどが用いられる。なお、反射鏡及びレンズの装着、ランプ形状、消費電力など用途目的に応じて適宜変更することができる。
(Optical fiber illumination device)
Further, the illuminated plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention is used in an optical fiber illumination device by optically connecting a light source to the end face of at least one end thereof. As the preferred light source in the present invention, a metal halide lamp, a xenon lamp, a high-pressure mercury lamp, an LED, or the like having particularly high brightness is used. It should be noted that the mounting of the reflector and the lens, the shape of the lamp, the power consumption, and the like can be appropriately changed according to the purpose of use.
プラスチック光ファイバを長手方向に5分割した際に、それら分割毎のクラッド表面の線粗さRaが、一方の端部から他方の端部に向かって順に大きくなるものであり、光源が、当該クラッド表面の線粗さRaが小さい側の一端に光学的に接続されることが好ましい。 When the plastic optical fiber is divided into five in the longitudinal direction, the line roughness Ra of the clad surface for each division increases in order from one end to the other, and the light source is the clad. It is preferable that the surface is optically connected to one end on the side where the line roughness Ra is small.
(光ファイバセンサー)
本発明の実施の形態に係るプラスチック光ファイバは、これを少なくとも一部に有するセンサーとして使用することができる。センターとして具体的には、温度や圧力などの測定、アンモニア、湿度、酸素、アルカン及びガソリン蒸気などの環境測定に利用できるセンサーが挙げられる。センサーの構成としては、例えば、暗闇で、光ファイバの側面から入った光がファイバ内を反射し、端面に付けた光電センサーで光を感知させる光ファイバセンサー等が挙げられる。
(Optical fiber sensor)
The plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention can be used as a sensor having at least a part thereof. Specific examples of the center include sensors that can be used to measure temperature and pressure, and to measure the environment of ammonia, humidity, oxygen, alkanes, gasoline vapor, and the like. Examples of the sensor configuration include an optical fiber sensor in which light entering from the side surface of the optical fiber is reflected inside the fiber in the dark and the light is sensed by a photoelectric sensor attached to the end surface.
(光ファイバシート、光ファイバ織物、光ファイバ編物)
また、本発明の実施の形態に係るプラスチック光ファイバは、これを少なくとも一部に有するシート、織物、および編物として使用しても良く、感圧センサーや装飾用途として用いることができる。
(Optical fiber sheet, optical fiber woven fabric, optical fiber knit)
Further, the plastic optical fiber according to the embodiment of the present invention may be used as a sheet, a woven fabric, and a knitted fabric having at least a part thereof, and can be used as a pressure sensor or a decorative application.
光ファイバシートとしては光ファイバを平面状に並べて接着、または融着して形成する。 The optical fiber sheet is formed by arranging optical fibers in a plane and adhering or fusing them together.
また、光ファイバ織物として使用する場合は、一般的には経糸として光ファイバを用い、光ファイバの間に配列された糸条及び緯糸により光ファイバを保持するように織成した織物が知られている。こうした織物以外にも光ファイバをモノフィラメントとして経編により光ファイバを保持するように編成した光ファイバ編物でもよい。 Further, when used as an optical fiber woven fabric, generally, an optical fiber is used as a warp, and a woven fabric woven so as to hold the optical fiber by threads and wefts arranged between the optical fibers is known. .. In addition to these woven fabrics, an optical fiber knitted fabric in which an optical fiber is used as a monofilament and knitted so as to hold the optical fiber by warp knitting may be used.
光ファイバとしては上述した光ファイバを用い、光ファイバを保持する糸としては、光ファイバよりも細い繊度で柔軟性のある糸を用いるとよい。糸としては、繊度や力学特性を調整しやすい合成繊維を用いるのが好ましいが、合成繊維以外の天然繊維、再生繊維又は半合成繊維を用いてもかまわない。合成繊維としては、例えば、オレフィン系合成繊維、ナイロンに代表される脂肪族ポリアミド系合成繊維、ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表されるポリエステル系合成繊維等が挙げられる。 The above-mentioned optical fiber may be used as the optical fiber, and a thread having a finer fineness and flexibility than that of the optical fiber may be used as the thread for holding the optical fiber. As the yarn, it is preferable to use synthetic fibers whose fineness and mechanical properties can be easily adjusted, but natural fibers other than synthetic fibers, regenerated fibers or semi-synthetic fibers may be used. Examples of synthetic fibers include olefin-based synthetic fibers, aliphatic polyamide-based synthetic fibers typified by nylon, polyester-based synthetic fibers typified by polyethylene terephthalate (PET), and the like.
また、照光プラスチック光ファイバを1本、または、複数本束ねた上から樹脂を被覆したコードである、プラスチック光ファイバコードであってもよい。そうすることで、光入射光量を増やすことができ、また、半透明な被覆樹脂を用いることで、側面発光する輝度を大きくすることができる。 Further, it may be a plastic optical fiber cord which is a cord in which one or a plurality of illuminated plastic optical fibers are bundled and coated with a resin. By doing so, the amount of incident light can be increased, and by using the translucent coating resin, the brightness of the side emission can be increased.
また、照光プラスチック光ファイバを少なくとも一部に有する、医療用機器に使用してもよい。例えば、側面発光による広範囲で発光で、手術箇所の明るさ確保や、青色を用いることによる、滅菌効果も期待できる。 It may also be used in medical devices that have at least a portion of an illuminated plastic optical fiber. For example, it can be expected to have a sterilizing effect by ensuring the brightness of the surgical site and using blue by emitting light in a wide range by side emission.
以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。評価は、次の方法で行った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The evaluation was performed by the following method.
・ファイバ側面輝度(輝度減衰率):光源としてハロゲンランプ(12V100W)を使用し、輝度計<ミノルタ社製T−1M>にて、長さ1mのプラスチック光ファイバの表面の、光源から5cmの位置における輝度(輝度B)と、光源と反対の側の端部から5cm手前の位置(すなわち、光源から95cmの位置)における輝度(輝度C)とを測定し、それらの輝度の差を長さの差(90cm)で割り返すことで、単位長さ当たりの輝度減衰率を算出した。 -Fiber side brightness (luminance attenuation rate): A halogen lamp (12V100W) is used as the light source, and a brightness meter <Minolta T-1M> is used at a position 5 cm from the light source on the surface of a 1 m long plastic optical fiber. The brightness (luminance B) and the brightness (luminance C) at a position 5 cm before the end opposite to the light source (that is, a position 95 cm from the light source) are measured, and the difference between the brightness is the length. The brightness attenuation rate per unit length was calculated by dividing by the difference (90 cm).
・破断屈曲回数:プラスチック光ファイバの一端に500gの荷重をかけ、直径20mmφのマンドレルで支持し、その支持点を中心にファイバの他端を角度90°で連続的に屈曲させて、ファイバが切断するまでの回数を測定した。(n=5の平均値)
・屈折率:測定装置としてアッベ屈折率計((株)アタゴ製DR−M2)を使用して、室温25℃雰囲気にて測定した。
-Number of breaks and bends: A load of 500 g is applied to one end of a plastic optical fiber, supported by a mandrel having a diameter of 20 mmφ, and the other end of the fiber is continuously bent at an angle of 90 ° around the support point to cut the fiber. The number of times until it was done was measured. (Average value of n = 5)
-Refractive index: The measurement was carried out in an atmosphere at room temperature of 25 ° C. using an Abbe refractive index meter (DR-M2 manufactured by Atago Co., Ltd.) as a measuring device.
・曲げ弾性率:ASTM D790の測定方法を用いた。試験片のサイズは、127mm×13mm×3.1mmとした。ASTM D790の測定単位はMPaとし、曲げ弾性率は、応力−曲げ変位曲線において応力印加初期のもっとも傾斜が大きくなった箇所での傾き、すなわち当該箇所での接線、から求めた。 -Bending elastic modulus: The measurement method of ASTM D790 was used. The size of the test piece was 127 mm × 13 mm × 3.1 mm. The unit of measurement of ASTM D790 was MPa, and the flexural modulus was determined from the slope at the point where the slope was the largest at the initial stage of stress application in the stress-bending displacement curve, that is, the tangent line at that place.
・コア径/クラッド厚 :測定装置として小型測定顕微鏡(オリンパス社製STM6)にて室温25℃雰囲気にて測定した。 -Core diameter / clad thickness: Measured at room temperature of 25 ° C. with a small measuring microscope (STM6 manufactured by Olympus Corporation) as a measuring device.
・線粗さRa(μm)は、キーエンス製VHX−6000顕微鏡に搭載の線粗さのソフトで測定した。Ra(S)とRa(E)は、プラスチック光ファイバの一方の端部から5cmの位置と、他方の端部から5cmの位置とにおいて、本明細書に記載の方法でそれぞれ測定した。また、Ra1〜Ra5は、長さ1mのプラスチック光ファイバを長手方向に均等に5つの領域に分割して、その分割した範囲の中央の位置(手前から順に、10cm、30cm、50cm、70cmおよび90cmの位置)をそれぞれ測定対象として、本明細書に記載の方法で測定した。 -The line roughness Ra (μm) was measured by the line roughness software mounted on the KEYENCE VHX-6000 microscope. Ra (S) and Ra (E) were measured at a position 5 cm from one end of the plastic optical fiber and 5 cm from the other end, respectively, by the methods described herein. In addition, Ra1 to Ra5 divide a plastic optical fiber having a length of 1 m into five regions evenly in the longitudinal direction, and position the center of the divided regions (10 cm, 30 cm, 50 cm, 70 cm and 90 cm in order from the front). Each of the positions) was measured by the method described in the present specification.
・輝点:長さ1mのプラスチック光ファイバに光を入射して暗室で目視し、輝く点があれば、輝点ありとした。 -Bright spot: Light was incident on a plastic optical fiber having a length of 1 m and visually observed in a dark room. If there was a bright spot, it was considered that there was a bright spot.
実施例、比較例ではコア、およびクラッドを構成する物質は下記のように記載した。
・PMMA :ポリメチルメタクリレート
・VDF :フッ化ビニリデン
・TFE :テトラフルオロエチレン
・HFP :ヘキサフルオロプロピレン。
In the examples and comparative examples, the substances constituting the core and the clad are described as follows.
-PMMA: Polymethylmethacrylate-VDF: Vinylidene fluoride-TFE: Tetrafluoroethylene-HFP: Hexafluoropropylene.
[実施例1]
クラッド材として、表1に示す組成のVdF/TFE=75/25(屈折率:1.404)を、複合紡糸機に供給した。さらに、連続魂状重合によって製造したPMMA(屈折率1.492)をコア材として複合紡糸機に供給して、220℃の温度でコアとクラッドを芯鞘複合溶融紡糸し、ファイバ径1000μm(コア径980μm、クラッド厚10.0μm)のプラスチック光ファイバを得た。得られたプラスチック光ファイバにサンドブラスト処理を施した。サンドブラストの条件は、プラスチック光ファイバの長さ1mを、アルミナ粒子径320μm 、風圧0.25MPa、時間2秒とし、ファイバとノズルの距離を最初15cmとし、2秒後に5cmとなるように、ノズルを長手方向と垂直方向に定速で動かした。
[Example 1]
As a clad material, VdF / TFE = 75/25 (refractive index: 1.404) having the composition shown in Table 1 was supplied to the composite spinning machine. Further, PMMA (refractive index 1.492) produced by continuous soul polymerization is supplied to the composite spinning machine as a core material, and the core and clad are composite melt-spun with a core and a sheath at a temperature of 220 ° C., and the fiber diameter is 1000 μm (core). A plastic optical fiber having a diameter of 980 μm and a clad thickness of 10.0 μm) was obtained. The obtained plastic optical fiber was sandblasted. The conditions for sandblasting are that the length of the plastic optical fiber is 1 m, the alumina particle diameter is 320 μm, the wind pressure is 0.25 MPa, the time is 2 seconds, the distance between the fiber and the nozzle is 15 cm at first, and the nozzle is 5 cm after 2 seconds. It was moved at a constant speed in the direction perpendicular to the longitudinal direction.
こうして得られた長さ1mのプラスチック光ファイバを前記の評価方法により評価し、その結果を表1〜2に示した。破断屈曲回数と輝度均一性が良好であった。 The plastic optical fiber having a length of 1 m thus obtained was evaluated by the above-mentioned evaluation method, and the results are shown in Tables 1 and 2. The number of breaks and bends and the uniformity of brightness were good.
[実施例2〜8、比較例1〜3]
クラッド材、およびサンドブラスト処理に用いるアルミナの粒子径を表1のとおりに変更した以外は実施例1と同様にしてプラスチック光ファイバを得た。これらのプラスチック光ファイバを使用して実施例1と同じ評価を行い、その結果を表1〜2に示した。なお、比較例3はサンドブラスト処理を行っていないものである。
[Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3]
A plastic optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particle size of the clad material and the alumina used for the sandblasting treatment was changed as shown in Table 1. The same evaluation as in Example 1 was performed using these plastic optical fibers, and the results are shown in Tables 1 and 2. In Comparative Example 3, the sandblasting process was not performed.
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