JPH06331830A

JPH06331830A - 側面発光用ケーブル

Info

Publication number: JPH06331830A
Application number: JP5116745A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Toyoshima; 真一豊島; Tadashi Yamaga; 正山賀
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3208222B2

Abstract

(57)【要約】【目的】均質で柔らかな側面発光をし、耐候性にすぐ
れた側面発光用ケーブルの提供。【構成】ポリオレフィン樹脂と熱可塑性シリコンエラ
ストマーからなる不透明な樹脂に、高分子化されたヒン
ダードアミン系の光安定剤を添加した材料からなるホー
ス状の光拡散層を被覆部とし、その中に芯鞘構造のプラ
スチック光ファイバの裸線を配置した側面発光ケーブ
ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イルミネーシヨン用に
好適な側面発光用ファイバであり、ファイバの端面に入
射させた光をフアイバの側面から漏洩させ、物体の形状
や存在を示したり行き先や方向を示したり、飾りなどの
用途に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】比較的長い距離にわたり線状や面状に光
を発光させる方法としてはプラスチック光ファイバを用
いた側面発光の技術が多数ある。それらの技術として
は、プラスチック光ファイバの芯と鞘の界面を機械的に
傷をつけたり、あるいは溶剤などによって一部溶解させ
ることにより光を漏洩させる方法や、プラスチック光フ
ァイバを屈曲させることにより光を漏洩する方法、プラ
スチック光ファイバの織物とし、その片側に半透明な光
散乱膜層を密着した面状発光装置、プラスチック光ファ
イバの裸線を束にして透明なホースの中に挿入したもの
などがある。

【０００３】光を発光させる発光面を広くしたい時は通
常複数のプラスチック光ファイバを平面上に配列した
り、あるいは厚さと幅を変えて配列し側面発光させるな
どの方法があり公開特許公報６３−２４７７０５号公報
などに記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術による側面発
光体のうち、プラスチック光ファイバのクラッドを傷つ
けたものは、プラスチック光ファイバの機械的な強度が
低下していることと、均質な傷をつけるのが困難な為、
発光が不均一となり、優雅さに欠けるという難点があ
る。プラスチック光ファイバを屈曲させたり織物にする
場合には、光は折れ曲がった所で強く光るので、特別な
味わいのある光りかたをするので、利用者の嗜好によっ
てはその味わいを利用されることがある。しかし、均質
な光を発光させる発光体ではないので用途は限定され
る。透明なプラスチックホースの中に市販されているプ
ラスチック光ファイバを複数本挿入したものは、ホース
の中でプラスチック光ファイバ同志が複雑に重なり合
い、捩じれあい、透明なホースであるが故に発光はムラ
が目立つ。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポリオレフィ
ン樹脂と熱可塑性シリコンエラストマーからなる不透明
な樹脂に高分子化されたヒンダートアミン系の光安定剤
を添加した材料からなるホース状物を光拡散層とし、そ
の中に、芯がメタクリル酸メチルを主体とする樹脂から
なり、鞘がビニリデンフロライドを主体とする樹脂から
なるプラスチック光ファイバの裸線を配置した側面発光
ケーブルである。

【０００６】本発明のケーブルは不透明な光拡散性のあ
る樹脂からなる被覆を施したプラスチック光ファイバケ
ーブルで、側面からの発光にはムラがなく、柔らかな均
質な発光をする側面発光ケーブルである。特に、中に配
置するプラスチック光ファイバの裸線を唯一本配置した
場合は、側面からの発光はより均質となるとともに、ケ
ーブルを敷設する際にも、自在定規のように滑らかな曲
線でケーブルが曲がるので優雅な発光が可能になる。プ
ラスチック光ファイバの裸線の太さは複数本の裸線を配
置する場合には通常直径０．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度の
ものを使用できるが、一本の裸線のみを配置する場合に
は、直径２．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度のものが適する。
２．０ｍｍ未満では発光量が不十分である。太くすれば
明るさは強くなるが、剛直性が増すので、用途に応じて
太さを選定するのが好ましい。直径２ｍｍ以上のプラス
チック光ファイバの裸線の一本だけを光拡散層で被覆す
る場合にはプラスチック光ファイバ裸線の外側は、光拡
散性を有する不透明の樹脂で０．１ｍｍの厚さ以上に被
覆する必要がある。この拡散層とプラスチック光ファイ
バ裸線の間には隙間が必要である。この隙間はプラスチ
ック光ファイバ裸線の全周の２０％以上が１００μｍ以
上の隙間を保持している必要がある。この隙間がなく
て、プラスチック光ファイバの裸線と拡散層が密着して
いる場合には、例えば、直径が太い剛直なプラスチック
光ファイバを曲げた場合に、プラスチック光ファイバ裸
線と拡散層の接触部でのズリによる応力が加わり大きな
光の漏洩となり過ぎ、その部分が一際明るくなるという
様な欠陥が生じるからである。ここに隙間を設けること
により、裸のプラスチック光ファイバは拡散層との間で
容易にスリップし、曲げによる光ロスを抑えることが出
来ることができる。光拡散層は、一層でもよいし、多層
でもよい。プラスチック光ファイバ裸線の外にある被覆
層を総称して光拡散層と称する。

【０００７】本発明では、光拡散層を形成する樹脂とし
て少なくとも熱可塑剤のシリコンエラストマーを光拡散
材としたポリオレフイン樹脂との不透明な混合体が用い
られている事である。熱可塑性シリコンエラストマーと
はポリオルガノシロキサンにポリエチレンやエチレンコ
ポリマーなどとグラフト化したものである。そのような
樹脂で市販されているものとしては、日本ユニカー株式
会社製品としてＳＩＬＧＲＡＦＴと称して商品化されて
いるものなどがある。このような熱可塑性シリコンエラ
ストマーとポリエチレンやエチレンと酢酸ビニル共重合
体やエチレンとエチルアクリレート共重合体やポリプロ
ピレンのようなポリオレフィン樹脂との混合体からなる
シートの裏側から、白色光を照射するとシートそれ自体
が明るく鮮やかに、蛍光燈のように白く輝き、しかも中
は透けて見えないという光拡散層に適した樹脂であるこ
とが判明したからである。

【０００８】本発明の光拡散層を構成する樹脂は、上記
した熱可塑性のシリコンエラストマーとポリオレフイン
樹脂との混合体が使用されていることが必須であるが、
場合によっては、この他の透明な、或は半透明な、ある
いは不透明な樹脂からなる被覆層を更に追加したもの
も、本発明に含まれる。それらの樹脂としてはポリエチ
レンやエチレンと酢酸ビニル共重合体やエチレンとエチ
ルアクリレート共重合体やポリプロピレンのようなポリ
オレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、熱可塑性ポリウ
レタン樹脂、スチレン／ブタジエンブロック共重合体か
らなるエラストマー、或はこの共重合体の二重結合の殆
どを水素添加したもの、ビニリデンフロライドとヘキサ
フロロプロペン共重合体、ビニリデンフロライドとヘキ
サフロロプロペンとテトラフロロエチレン共重合体、ビ
ニリデンフロライドとクロロトリフロロエチレン共重合
体等が挙げられるがこれら丈に限定されるものでは無
い。

【０００９】さて熱可塑性のシリコンエラストマーとポ
リオレフイン樹脂との混合体からなる光拡散層は好まし
くは、最外層に使用するのが効果的で、この光拡散層は
プラスチック光ファイバ裸線から漏れてくる光を拡散し
均等に均された柔らかな発光体となる。この光拡散層は
所望に応じて淡く着色を施すこともできる。光拡散層の
厚さは機械的な強度を保持するためと、内部のプラスチ
ック光ファイバ裸線の光を柔らかく拡散させるために最
低０．１ｍｍは必要である。より好ましい厚さは０．４
ｍｍ程度から１．５ｍｍ程度である。ケーブルの外径は
用途に応じて２ｍｍ〜１５ｍｍ程度まで必要に応じて製
造すればよい。この光拡散層は不透明であるが、ここで
いう不透明とは、内部が透けて見えない程度に濁ってい
るという意味である。光拡散層の樹脂の濁り具合と厚さ
は相乗的に考慮されなければならず、厚さを薄くしたい
ときは樹脂の濁りは濃くし、厚さを厚くしたいときは樹
脂の濁りは薄くする必要がある。そのためのこの光拡散
層の具備すべき好ましい要件をあげれば、実際に用いて
いる光拡散層の厚さに成形したシートを次の評価方法で
予め確認しておくとよい。即ち、サンプルシートにレイ
ザー光線（例えばＨｅ−Ｎｅレーザで光束２ｍｍ）を直
角に照射し、その裏側から放射される光の強度を入射光
軸に対する角度に対して測定し、そのスペクトルの半値
幅が１０度から５０度程度に選ぶのが好ましく、より好
ましくは２０度から４０度の範囲が、光の均一さと明る
さから好ましい。

【００１０】多層構造の場合はそれぞれの層の厚さに成
形した樹脂シートを重ね合わせて同様の評価をすること
が出来る。しかし、成形条件により光散乱度が異なるよ
うな材料については、実際のケーブルに仕上がった状態
で評価した時の値で、判断するのが良い。この場合に
は、側面発光ケーブルから光散乱層を取り出し、それを
二分割し、得られた半円環について内側からプラスチッ
ク光ファイバの裸線の直径よりも小さい光径のレイザー
光線をあててその裏側から放射される光の強度を入射光
軸に対する角度に対して測定し、そのスペクトルの半値
幅が１０度から５０度程度に選ぶのが好ましく、より好
ましくは２０度から４０度の範囲が、光の均一さと明る
さの面から好ましい。

【００１１】さて、プラスチック光ファイバとしては芯
ポリマーはメタクリル酸メチルを主体とした樹脂。例え
ばメタクリル酸メチルの単独重合体、メタクリル酸メチ
ルとアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルとの
共重合体などである。鞘ポリマーとしては、プラスチッ
ク光ファイバの機械的な強度が強いものが要求されるこ
とから、ビニリデンフロライドを主体とするものが好ま
しく、例えばビニリデンフロライドの割合が６０％から
９９％までのものビニリデンフロライドとテトラフロロ
エチレン共重合体、ポリビニリデンフロライド、ビニリ
デンフロライドとヘキサフロロプロペン共重合体、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
ロプロペン共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロ
ロエチレンとヘキサフロロアセトン共重合体などであ
る。特に、光散乱ロスを大きくして短距離の発光を強く
したい時は、全く別の製造によって得られた、異なる組
成のビニリデンフロライド系樹脂を複数混合して使用す
るのが好ましい。この混合により、鞘樹脂は白濁し、光
ファイバの光散乱ロスを増加させるだけで光の吸収ロス
や、機械的な物性での悪影響がないからである。

【００１２】光拡散層として使用する樹脂は、一般の光
ファイバの被覆に使用する場合は、通常カーボン黒を添
加したり、顔料などを添加して、紫外線を遮蔽している
ので、耐候性という観点では、あまり問題が生じない
が、側面発光ケーブルに関しては、光拡散層は、光を拡
散させるので、中は透けては見えないが、散乱光が光輝
く層であり、屋外に設置した場合は太陽光線などは光拡
散層内に侵入してくる恐れがあり、光拡散層自体の耐候
性が問題になる。実際に、光安定対策を施していないケ
ーブルでは、長期使用により光拡散層が脆くなってくる
という問題が生じることが判明した。

【００１３】この光拡散層の樹脂に対する耐候性の改善
という観点では、アミン系の光安定剤が有効であろうと
考えられたが、実際に幾つかのアミン系の光安定剤を使
用すると、光拡散層の樹脂の、耐候性テストにおける機
械強度の保持には効果が見られたが、プラスチック光フ
ァイバ自体が黄変するという弊害が発生した。この問題
を解決すべく、鋭意検討の結果、光安定剤として数平均
分子量が１０００以上好ましくは２０００以上の高分子
化されたヒンダートアミン系のものを用いれば比較的、
プラスチック光ファイバの着色が小さく、且つ、光拡散
樹脂の耐候性の改善ができることが判明した。その中で
も、特に好ましいのは分子内にＮＨ結合を持っていない
化合物である。具体例を示せば、コハク酸ジメチレート
（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，
６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物、平均分子量
Ｍｎ＞３０００チバ−ガイギ社チヌビン（商標）６２
２ＬＤのようなものである。

【００１４】

【化１】

【００１５】このような高分子ヒンダートアミンは光拡
散層樹脂の中に通常１００ｐｐｍ乃至５０００ｐｐｍ程
度、好ましくは５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍ程度添加
することにより何も添加していない場合に比べ数倍の時
間の耐候安定性を示すようになる。そして、プラスチッ
ク光ファイバに与える悪影響も、高温、高湿度のような
苛酷な条件下でもほとんど無視することができるように
なる。

【００１６】本発明で拡散層の被覆を行う方法は、プラ
スチック光ファイバの裸線を、通常の電線被覆を行うよ
うに、クロスヘッドダイで光拡散層を溶融被覆する方法
と、もう一つは予めホースを成形しておき、これにプラ
スチック光ファイバを挿入する方法があり、どちらでも
よい。このケーブルの使用方法としては、片端面又は両
端面から光を入射させて、側面から発光させるものであ
るが、場合によっては、片端面だけから光を入射させ、
もう一方の先端からの出射光は白色電球の硝子球のよう
にファイバの太さに比べて遥かに大きく周りを取り囲ん
だ拡散体で包み柔らかな照明を行うこともできる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を一層明確にするために実施例
を挙げて説明するが本発明の範囲がこれらの実施例に限
定されるものではない。

【００１８】

【実施例１】ＰＭＭＡ樹脂として連続重合法により製造
したＭＭＡ９９．５％、ＭＡ０．５％からなる分子量１
０万の樹脂を脱揮押出機から直接複合紡糸ダイに導入
し、鞘樹脂はポリビニリデンフロライド、屈折率１．４
２、融点１７０℃、メルトインデックス（ＡＳＴＭ−１
２３８温度２３０℃、加重３．８Ｋｇ、ダイス内径
２．０９５５ｍｍ）が２０ｇ／１０分のものとビニリデ
ンフロライド８１モル％とテトラフロロエチレン１９モ
ル％メルトインデックス（ＡＳＴＭ−１２３８温度２
３０℃、加重３．８Ｋｇ、ダイス内径２．０９５５ｍ
ｍ）が３０ｇ／１０分のものを３対７の重量比で配合し
たものを鞘押出機に投入し、溶融した芯ポリマーと鞘ポ
リマーを複合紡糸ダイに導入し２３０℃の温度で芯鞘構
造のプラスチック光ファイバ裸線を製造した。この裸線
の直径は３．５ｍｍで鞘の厚さは３０μｍであった。こ
のプラスチック光ファイバの伝送損失を入射ＮＡ＝０．
１５で１１ｍ−１ｍのカットバックによる測定値は６５
０ｎｍにて、２００ｄＢ／ｋｍであった。このプラスチ
ック光ファイバ裸線を着色していない低密度ポリエチレ
ン日本ユニカー製ＮＵＣ−９０２５、９０重量部に対
し、日本ユニカー製熱可塑性シリコンエラストマーＳＩ
ＬＧＲＡＦＴ−２１０を１０重量部と、更に光安定剤と
してチバ−ガイギ社チヌビン（商標）６２２ＬＤ平均
分子量Ｍｎ＞３０００を０．３重量％混合した樹脂から
なる光拡散性の強い白色の被覆を施した。この層は内径
４．４ｍｍで外径は６．０ｍｍであった。

【００１９】得られたケーブルから光拡散層部分の約１
０ｍｍの長さの円環を取り出し、これを剃刀で半分に縦
割りし、半円環状の試料を作製した。この試料に光のス
ポット径が約１ｍｍのＨｅ−Ｎｅレイザー（日本科学エ
ンジニアリング（株）製ＮＨ４０５Ａ）で、試料の面に
対して裏側から垂直にレイザー光線を照射し前面から放
射される光を０．５ｍｍのスリットを前面につけた光検
出器（ヒューレットパッカード社製８１５２０Ａ．ＯＰ
ＴＩＣＡＬＨＥＡＤ）で読みとった。この検出器は試
料のレイザー光線のあたる中心から半径２０ｍｍの円周
上で走査できるようになっており、レイザー光線の入射
軸に対して各角度の光の強度を読み取った値を記録し、
その半値幅を求めた。測定系を図３に示す。測定の結果
を図４に示す。なお、試料無しのブランク状態で直接検
出された光パワーは３００μＷであった。この結果よ
り、本実施例の光拡散層は３２度の半値幅を有してい
た。

【００２０】このケーブルを１０ｍとり、片端面を１０
０Ｗのハロゲンランプから光ファイバのライトガイドで
３０センチメートルを経由して導いた光源に接続したと
ころ、１ｍ、３ｍ、５ｍ、９ｍの輝度は、それぞれ２
５、１７、１１、８ｃｄ／ｍ²であり、５ｍの位置でケ
ーブルを半径５０ｍｍと８０ｍｍに曲げて漏光を大きく
して見たが、その輝度は６０ｃｄ／ｍ²と１３ｃｄ／ｍ
²であり、曲率半径に対して比較的小さく抑えられるこ
とが判明した。

【００２１】このケーブルの１０ｍを６０℃、９５％の
相対湿度のオーブンに１０００時間放置して、伝送損失
の変化を調べた。測定は初期が１０ｍと１ｍのカットバ
ックテスト終了後が９ｍと１ｍのカットバックで行い、
入射ＮＡ＝０．１５で実施した。その結果伝送損失は初
期及びテスト後の値が、６５０ｎｍで２００ｄＢ／ｋｍ
から２３０ｄＢ／ｋｍに３０ｄＢ／ｋｍ増加したが、こ
れは吸湿による理論道理のものである、５７０ｎｍが１
５０ｄＢ／ｋｍから１５２ｄＢ／ｋｍと安定していた。
さらに、このケーブルの光拡散層をサンシャインウエザ
オメーター（スガ試験機株式会社製）で槽内温度４３
℃、１時間に１２分の水散布条件下に１０００時間のテ
ストを行った。光拡散層の破断伸び率を測定するため引
っ張り試験機でチャック間距離５０ｍｍ、引っ張り速度
１００ｍｍ／分で測定した。初期の破断伸び率が４００
〜４７０％であるのに対し、試験後の値は２５０％〜４
００％であった。

【００２２】

【比較例１】実施例１において、光拡散層の樹脂に光安
定剤を添加しない他は同様にした。このケーブルの光拡
散層をサンシャインウエザオメータで１０００時間の暴
露試験を行い、その前後の破断伸び率を調べたところ、
初期が４００〜４７０％に対し、２６〜１５０％と大き
くバラツキ脆くなっていることが判明した。

【００２３】

【比較例２】実施例１において、光拡散層の樹脂に添加
する光安定剤としてチバ−ガイギ社製のチヌビン７７
０、分子量４８０を０．３重量％添加した他は同様とし
た。この光拡散層で被覆したケーブル１０ｍを６０℃、
９５％の相対湿度のオーブンに１０００時間放置して、
伝送損失の変化を調べた。測定は初期が１０ｍと１ｍの
カットバックテスト終了後が９ｍと１ｍのカットバック
で行い、入射ＮＡ＝０．１５で実施した。６５０ｎｍに
於いては初期２００ｄＢ／ｋｍであり、テスト後は３２
０ｄＢ／ｋｍであった。しかし５７０ｎｍでは初期が１
５０ｄＢ／ｋｍであったのに対し、テスト後は、２００
０ｄＢ／ｋｍに増加しプラスチック光ファイバが茶色を
呈した。

【００２４】

【比較例３】実施例１のプラスチック光ファイバ、直径
３．５ｍｍの裸線に、電線被覆用の押出機で光拡散層の
被覆を行った。被覆のダイはプレッシャーダイを用い、
裸線と光拡散層が密着するように製造した。光拡散層の
樹脂は、着色のしていない低密度ポリエチレン日本ユニ
カー製ＮＵＣ−９０２５、９０重量部に対し、日本ユニ
カー製熱可塑性シリコンエラストマーＳＩＬＧＲＡＦＴ
−２１０を１０重量部と、更に光安定剤としてチバ−ガ
イギ社チヌビン（商標）６２２ＬＤ平均分子量Ｍｎ＞
３０００を０．３重量％混合した樹脂からなる光拡散性
の強い白色の樹脂である。この光拡散層の内径は３．５
ｍｍで外径は６．０ｍｍとした。

【００２５】このケーブルを１０ｍとり、片端面を１０
０Ｗのハロゲンランプから光ファイバのライトガイドで
３０センチメートルを経由して導いた光源に接続したと
ころ、１ｍ、３ｍ、５ｍ、９ｍの輝度は、それぞれ２
８、１６、１０、７ｃｄ／ｍ²であった。そして、５ｍ
の位置でケーブルを半径５０ｍｍと８０ｍｍの円形に曲
げて漏光を大きくして見たところ、その部分の輝度は１
０５ｃｄ／ｍ²と６５ｃｄ／ｍ²であり、曲率半径に対
し、大きく光が漏れることが判明した。実施例１の同テ
ストに比べて漏光ははるかに大きいものとなった。（極
端に曲げる程に漏光は大となるから伝送損失は大きくな
る）

【００２６】

【実施例２】実施例１において、光拡散層の樹脂に添加
する光安定剤としてチバ−ガイギ社製のキマソーブ（商
標）９９４ＬＤ７０分子量Ｍｎ＞２５００を０．３重
量％添加した他は同様とした。この光拡散層で被覆した
ケーブル１０ｍを６０℃、９５％の相対湿度のオーブン
に１０００時間放置して、伝送損失の変化を調べた。測
定は初期が１０ｍと１ｍのカットバックテスト終了後が
９ｍと１ｍのカットバックで行い、入射ＮＡ＝０．１５
で実施した。６５０ｎｍに於いては初期２００ｄＢ／ｋ
ｍであり、テスト後は２５０ｄＢ／ｋｍであった。短波
長の５７０ｎｍでは初期が１５０ｄＢ／ｋｍであったの
に対し、テスト後は３００ｄＢ／ｋｍであり概ね使用に
耐えるものであった。さらに、このケーブルの光拡散層
をサンシャインウエザオメーターで１０００時間の耐候
性試験を行ったが、初期の破断伸び率が４００〜４７０
％であるのに対し、試験後の値は３２０％〜４２０％で
あった。

【００２７】

【発明の効果】均質ですっきりと明るく、柔らかな発光
をする側面発光ケーブルであり、耐候性にすぐれたもの
を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチック光ファイバ構造体断面図
（一本の裸線の場合）

【図２】本発明のプラスチック光ファイバ構造体断面図
（複数本の裸線の場合）

【図３】光拡散層の拡散度の評価装置

【図４】実施例１の光拡散度のスペクトル

【符号の説明】

１、芯２、鞘３、隙間４、光拡散層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリオレフィン樹脂と熱可塑性シリコン
エラストマーからなる不透明な樹脂に、高分子化された
ヒンダートアミン系の光安定剤を添加した材料からなる
ホース状物を光拡散層とし、その中に、芯がメタクリル
酸メチルを主体とする樹脂からなり、鞘がビニリデンフ
ロライドを主体とする樹脂からなるプラスチック光ファ
イバの裸線を配置した側面発光ケーブル。
【請求項２】光安定剤が分子量２０００以上に高分子
化されたヒンダートアミン系であり、その分子構造中に
ＮＨ構造を有しないものである特許請求項１の側面発光
ケーブル。
【請求項３】光拡散層の中に配置するプラスチック光
ファイバの裸線が、直径２ｍｍ〜５ｍｍのものであり、
かつ一本だけを配置し、裸線を直接被覆する光拡散層と
の間に、裸線の全周の２０％以上に１００μｍ以上の隙
間があることを特徴とする側面発光ケーブル。