JP7083336B2 - 周面発光型の熱可塑性樹脂成形体 - Google Patents
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Description
次に、本発明の第一実施形態について図1及び図2に基づいて説明する。なお図中、符号Fで指示するのものは、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体であり、符号1で指示するものは、コア層である。また符号2で指示するものは、第一クラッド層である。
[1]熱可塑性樹脂成形体の基本構成について
まず熱可塑性樹脂成形体の基本構成について説明する。本実施形態では、図1に示すように、熱可塑性エラストマーを主材料とするコア層1の周囲に、この熱可塑性エラストマーよりも屈折率の小さい熱可塑性樹脂を主材料とする第一クラッド層2を形成して軟質導光棒型の熱可塑性樹脂成形体Fを構成している。またコア層1と第一クラッド層2の各樹脂材料にはそれぞれ所定量の光拡散剤を添加すると共に、第一クラッド層2に対する光拡散剤の添加は、第一クラッド層2の全光線透過率が70%未満となるように行っている。
また上記熱可塑性樹脂成形体Fについては、図1に示すように熱可塑性樹脂成形体Fの一端若しくは両端に光源を配置して端面に光を入射することにより、熱可塑性樹脂成形体Fの周面を発光させて使用する。なお本実施形態の熱可塑性樹脂成形体Fは、コア層1と第一クラッド層2に所定量の光拡散剤を添加しているため、光拡散剤が添加されていないものよりも発光ムラや発光色の黄変を抑えた状態で発光させることができる。
次に上記熱可塑性樹脂成形体Fの各構成要素について説明する。まず上記コア層1の材料に関しては、本実施形態ではアクリル系熱可塑性エラストマーを使用している。具体的には、アクリル系熱可塑性エラストマーとして、アクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック(a2)の両末端にそれぞれメタクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック(a1)が結合した構造、すなわち、(a1)-(a2)-(a1)の構造(構造中の「-」は、化学結合を示す)を少なくとも有する、アクリル系ブロック共重合体の使用が好ましい。ここで、(a2)の両端の(a1)の分子量、組成などは同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい。また(a1)-(a2)で表されるジブロック体を更に含んでいてもよい。
上記第一クラッド層2の材料に関しては、屈折率がコア層1よりも小さいフッ素系樹脂の使用が好ましく、本実施形態ではETFE(エチレンとテトラフルオロエチレンの共重合体)やEFEP(ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)を使用している。但し、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等のフッ素系樹脂やその他の樹脂を使用することもできる。また第一クラッド層2の主材料には、コア層1との共押出成形を考慮して、融点が230℃以下の樹脂を使用するのが好ましい。
上記コア層1及び第一クラッド層2に添加する光拡散剤に関しては、本実施形態では粉末状の酸化チタンを使用しているが、硫酸バリウムを使用することもできる。また光拡散剤の添加量に関しては、コア層1の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で0.5ppm~10ppmの割合となるように添加するのが好ましい。また第一クラッド層2の厚みを0.1~0.3mm(好ましくは0.2mm~0.3mm)とする場合には、第一クラッド層2の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で0.05~1.5%の割合となるように添加するのが好ましい。
また本実施形態では、上記コア層1に対しブルーイング剤(青色顔料や紫色顔料)を添加することによって熱可塑性樹脂成形体Fの発光色の黄変を抑制している。なおブルーイング剤の添加量については、コア層1の樹脂材料に対しブルーイング剤が重量比で0.1ppm~10ppmの割合となるように添加することが好ましい。
また本実施形態では、熱可塑性樹脂成形体Fを丸棒型の形状としているが、角形断面や複雑な断面形状の棒状に成形することもできる。また熱可塑性樹脂成形体Fの形状には、断面形状の縦横比が大きい板状のものも含まれる。
次に上記熱可塑性樹脂成形体Fの製造方法について説明する。まず図2に示すように押出成形機の金型からコア層とクラッド層を同時に押出し、これらを一体化させた状態で冷却賦形を行った後、所定長さに切断して製造を行う。なお製造に際しては、コア層の主材に温度190℃・荷重5kgの試験条件下におけるMFRが2~10g/10minのアクリル系熱可塑性エラストマーを使用し、クラッド層の主材に融点が230℃以下のフッ素系樹脂を使用して、270℃以下の成形温度で共押出成形を行うのが好ましい。
「熱可塑性樹脂成形体の構成」
[1]導光棒の基本構成について
次に本発明の第二実施形態について図3に基づいて以下に説明する。なお図中、符号3で指示するのものは、第二クラッド層である。本実施形態では、コア層1と第一クラッド層2の間に第二クラッド層3を形成して軟質導光棒型の熱可塑性樹脂成形体Fを構成している。そしてコア層1と外側の第一クラッド層2の各樹脂材料にそれぞれ光拡散剤を添加している。また第二クラッド層3の主材料には、第一クラッド層2と同じ樹脂材料を使用し、樹脂材料に光拡散剤を添加せずに使用している。このような構成を採用することで熱可塑性樹脂成形体Fの均一発光性を向上させることができる。
一方、クラッド層の厚みに関しては、第一クラッド層2に対する第二クラッド層3の厚みの比率を50%~150%とし、第一クラッド層2と第二クラッド層3の合計厚みが0.15mm~0.4mmとなるようにするのが好ましい。そして、この厚みで形成される第一クラッド層2の樹脂材料に対し光拡散剤を重量比で0.05~1.5%の割合となるように添加するのが好ましい。なお本実施形態においても、第一クラッド層2に対する光拡散剤の添加は、第一クラッド層2と第二クラッド層3の二層の全光線透過率が70%未満となるように行うのが好ましい。
次に本発明の効果の実証試験(i)について説明する。まず本試験では、製造条件(コア層への光拡散剤及びブルーイング剤の添加、光拡散剤の添加量、クラッド層の構成)の異なる複数のサンプル(下記比較例1~3並びに実施例1~5)を作製し、これらの各サンプルについて、発光性能(発光輝度及び減衰率)、発光色の色度変化の評価を行った。なお本試験では、光拡散剤として粉末状の酸化チタンを使用した。以下に比較例1~3並びに実施例1~5の各サンプルの製造条件について記載する。
この比較例1では、丸棒状の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と厚み0.24mmの第一クラッド層から構成した。またコア層の主材料には、温度190℃・荷重2.16kgの試験条件下におけるMFRが3.1g/10min、曲げ弾性率が400MPaのMMA-BAブロック共重合体を使用し、第一クラッド層の主材料には、融点192℃、伸度417%、曲げ弾性率959MPa、温度297℃・荷重5kgの試験条件下におけるMFRが78.6g/10minのETFEを使用して、熱可塑性樹脂成形体を共押出成形により作製した。またコア層には光拡散剤を添加せず、第一クラッド層にのみ光拡散剤を、第一クラッド層の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で0.065%の割合となるように添加した。なお第一クラッド層の全光線透過率は65.2%であった。
この比較例2では、丸棒状の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と厚み0.1mmの第二クラッド層及び厚み0.11mmの第一クラッド層から構成した。またコア層の主材料には、比較例1と同じMMA-BAブロック共重合体を使用し、また第二クラッド層と第一クラッド層の主材料には、比較例1の第一クラッド層と同じETFEを使用して、熱可塑性樹脂成形体を共押出成形により作製した。またコア層には光拡散剤を添加せず、第一クラッド層にのみ光拡散剤を、第一クラッド層2の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で1.3%の割合となるように添加した。なお第一クラッド層と第二クラッド層の二層の全光線透過率は24.5%であった。
この比較例3では、ブルーイング剤である青色顔料及び紫色顔料を、コア層の樹脂材料に対し各顔料が重量比で1ppmの割合となるようにそれぞれ添加し、また酸化防止剤を、コア層の樹脂材料に対し酸化防止剤が重量比で0.1%の割合となるように添加した。なお第一クラッド層と第二クラッド層の二層の全光線透過率は24.5%であり、その他の条件は比較例2と同様である。
この実施例1では、丸棒状の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と厚み0.24mmの第一クラッド層から構成した。またコア層の主材料には、温度190℃・荷重2.16kgの試験条件下におけるMFRが3.1g/10min、曲げ弾性率が400MPaのMMA-BAブロック共重合体を使用し、第一クラッド層の主材料には、融点192℃、伸度417%、曲げ弾性率959MPa、温度297℃・荷重5kgの試験条件下におけるMFRが78.6g/10minのETFEを使用して、熱可塑性樹脂成形体を共押出成形により作製した。
この実施例2では、丸棒状の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と厚み0.1mmの第二クラッド層及び厚み0.12mmの第一クラッド層を形成して構成した。またコア層の主材料には、実施例1と同じMMA-BAブロック共重合体を使用し、また第二クラッド層と第一クラッド層の主材料には、実施例1の第一クラッド層と同じETFEを使用して、熱可塑性樹脂成形体を共押出成形により作製した。またコア層には、光拡散剤をコア層の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で0.5ppmの割合となるように添加した。
この実施例3においては、コア層に光拡散剤を、コア層の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で0.8ppmの割合となるように添加した。なおその他の条件は実施例2と同様である。
「実施例4」
この実施例4においては、コア層に光拡散剤を、コア層の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で1ppmの割合となるように添加した。なおその他の条件は実施例2と同様である。
「実施例5」
この実施例5においては、コア層に光拡散剤を、コア層の樹脂材料に対し光拡散剤が重量比で3ppmの割合となるように添加した。なおその他の条件は実施例2と同様である。
次に上記比較例1~3並びに実施例1~5のサンプルについて、寸法を長さ1000mm、直径6.3mmとして、光源からの距離が100~900mmの部位の発光輝度を100mm間隔で測定した。なお本試験では、発光輝度の測定を、サンプルの被測定部位から垂直方向に600mm離れた位置に分光放射輝度計(CS-2000コニカミノルタ製)を配置して行った。また光源には、駆動電流20mA、輝度25cd/m2、指向特性30°のものを使用した。測定条件をまとめた表を以下に示す。
次に上記比較例1~3並びに実施例1~5のサンプルについて、光源から近い側から遠い側にかけての発光色の色度変化を調べたところ、図5に示すようにクラッド層が一層から成る形態において、実施例1の熱可塑性樹脂成形体の方が比較例1の熱可塑性樹脂成形体よりも発光色の黄変が抑制されていることが確認できた。またクラッド層が二層から成る形態においても、実施例2~5の熱可塑性樹脂成形体の方が比較例2及び3の熱可塑性樹脂成形体よりも発光色の黄変が抑制されていることが確認できた。
次に本発明の効果の実証試験(ii)について説明する。本試験では、コア層とクラッド層に使用する材料、及び製法が異なる複数のサンプル(下記比較例4・5並びに実施例6)を作製し、これらの各サンプルについて、落球試験を行って試験後における各サンプルの発光性能(発光輝度)の評価を行った。なお本試験では、光拡散剤として粉末状の酸化チタンを使用した。以下に比較例4・5並びに実施例6の各サンプルの製造条件について説明する。
この比較例4では、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と第一クラッド層から成る外径3.5mmの丸棒状に構成した。またコア層の材料には、ポリマーポリオールとしてポリオキシプロピレントリオールとポリオキシプロピレンジオールを使用し、ヒドロキシ基反応性多官能化合物としてヘキサメチレンジイソシアネートを使用した。また第一クラッド層の材料には、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用した。そして第一クラッド層を構成するチューブ内に、コア層の材料を混合した状態で充填して加熱硬化させることにより、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体を作製した。
この比較例5では、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と第一クラッド層から成る外径3.0mmの丸棒状に構成した。またコア層の材料には、重合性モノマー(重量比で100:1の、n-ブチルメタクリレートとトリエチレングリコールジメタクリレートとの混合液)に、重合開始剤としてビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートを加えたものを使用した。また第一クラッド層の材料には、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を使用した。そして押出し機でチューブ状に成形した第一クラッド層内に、コア形成材料を加圧充填して重合させることにより、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体を作製した。
この実施例6では、周面発光型の熱可塑性樹脂成形体を、コア層と第一クラッド層から成る外径3.5mmの丸棒状に構成した。またコア層の主材料には、温度190℃・荷重2.16kgの試験条件下におけるMFRが3.1g/10min、曲げ弾性率が400MPaのMMA-BAブロック共重合体を使用し、第一クラッド層の主材料には、融点192℃、伸度417%、曲げ弾性率959MPa、温度297℃・荷重5kgの試験条件下におけるMFRが78.6g/10minのETFEを使用して、熱可塑性樹脂成形体を共押出成形により作製した。
次に上記落球試験の方法について説明する。本試験では、200mmに切断した各サンプルを、任意の温度(常温・-30℃・80℃)に約3時間放置した後、このサンプルの中央部に、質量約1040gの鋼球(サイズ2 1/2インチ)を306mmの高さから落下させて衝撃を与えた。なお試験は、厚さ約30mmの鉄板上に試料を設置して行った。
次に発光性能の評価方法について説明する。上記落球試験を行った各サンプルにおける落下点前、落下点、落下点後の部位の発光輝度を測定した。なお本試験では、発光輝度の測定を、サンプルの被測定部位から垂直方向に600mm離れた位置に分光放射輝度計(CS-2000コニカミノルタ製)を配置して行った。また光源には、駆動電流20mA、輝度25cd/m2、指向特性30°のものを使用した。
2 第一クラッド層
3 第二クラッド層
F 熱可塑性樹脂成形体
Claims (5)
- 熱可塑性エラストマーを主材料とするコア層(1)と、このコア層(1)の熱可塑性エラストマーよりも屈折率の小さい熱可塑性樹脂を主材料とする第一クラッド層(2)を少なくとも有し、かつ、これらコア層(1)と第一クラッド層(2)の各樹脂材料にそれぞれ光拡散剤が添加されており、第一クラッド層(2)の全光線透過率が70%未満であって、前記第一クラッド層(2)の樹脂材料に対して添加されている光拡散剤の割合は重量比で0.05~1.5%である一方、
コア層(1)の樹脂材料に対して添加されている光拡散剤の割合は重量比で0.5ppm~10ppmであり、
前記コア層(1)と前記第一クラッド層(2)の間には、前記第一クラッド層(2)と同じ樹脂材料を主材料とし、かつ、樹脂材料に光拡散剤が添加されていない第二クラッド層(3)が形成されており、
前記第一クラッド層(2)に対する前記第二クラッド層(3)の厚みの比率が50%~150%であり、かつ、前記第一クラッド層(2)と前記第二クラッド層(3)の合計厚みが0.15mm~0.4mmであることを特徴とする周面発光型の熱可塑性樹脂成形体。 - コア層(1)の樹脂材料に対しブルーイング剤が重量比で0.1ppm~10ppmの割合で添加されていることを特徴とする請求項1に記載の周面発光型の熱可塑性樹脂成形体。
- 第一クラッド層(2)の厚みが0.1~0.3mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の周面発光型の熱可塑性樹脂成形体。
- コア層(1)の主材料がアクリル系熱可塑性エラストマーであり、第一クラッド層(2)の主材料がフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の周面発光型の熱可塑性樹脂成形体。
- コア層(1)及び第一クラッド層(2)に添加される光拡散剤として酸化チタンまたは硫酸バリウムが使用されていることを特徴とする請求項1~4の何れか一つに記載の周面発光型の熱可塑性樹脂成形体。
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