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【発明の名称】 線状発光体
【発明者】 【氏名】石原田 稔

【氏名】杉山 秀夫

【氏名】寺浜 龍雄
【要約】 【課題】水中や雨、或いは雪のかかる場所や爆発の虞れのある環境下でも問題なく使用でき、しかも小電力でも十分な側面発光が得られ、さらにコンパクトで設置場所に制約が少ない。

【解決手段】透明なコア材とこのコア材よりも屈折率の小さなクラッド材とよりなる発光手段である光伝送チューブ１と、光伝送チューブ１の長さ方向の少なくとも一端部に防水状態で配設させた光源２と、光源２を点灯させる駆動装置３とを有し、光源２から入射した光を光伝送チューブ１の長さ方向側面から出射させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 透明なコア材とこのコア材よりも屈折率の小さなクラッド材とよりなる発光手段である光伝送チューブと、この光伝送チューブの長さ方向の少なくとも一端部に防水状態で配設させた光源と、この光源を点灯させる駆動装置とを有し、前記光源から入射した光を光伝送チューブの長さ方向側面から出射させることを特徴とする線状発光体。
【請求項２】 光伝送チューブが、クラッドとコアとの間にクラッドの長さ方向に沿って帯状に光反射層を有することを特徴とする請求項１に記載の線状発光体。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐水性、耐環境性に優れ、低消費電力での駆動が可能な線状発光体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、数メートル程度の長さに亘り線状の発光が得られる発光体としては、ネオン管や蛍光管等が知られている。
【０００３】しかしながら、このネオン管や蛍光管は高電圧を必要とし、感電や漏電の危険性があるため、例えば水中や雨のかかる場所、或いは雪のかかる個所では使用することができず、しかもガラス管で形成されているので、人や車等が物理的に衝突して破損する虞れのある場所では、使用できなかった。また、曲面状に彎曲させるような恰好で使用する場合には、その曲率に合わせたガラス細工を行う必要があるから熟練を要し、その結果コストの増大を招いていた。しかも、消費電力が１ｍ当たり数十Ｗ程度と大きいから、長時間に亘り使用する場合には、商用電源を利用できる場所でなければ使用できなかった。
【０００４】そこで、これらの問題を全て解決するものとして、可撓性チューブに透明コア液或いは柔軟な透明ポリマーを充填した光伝送チューブやプラスチック光ファイバーを撚り合わせたものが提案されている。即ちこれは、光源から出射される光を光伝送チューブ等に入射させ、数十ｍの長尺に亘りチューブ側面から光を出射させるものであり、光源と発光部とを分離できるから、水中や屋外、或いは爆発の虞れのある環境でも使用でき、しかも破損の危険性もなく、さらにガラス細工等の複雑で面倒な加工が不要であり、施工性も良好である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような光伝送チューブ等は、数十ｍ程度の長さに亘って発光させるもので、側面の発光効率が低く、輝度を上げるには５０〜２５０Ｗ程度の高電力光源が必要である。また、側面発光を目的として水中や屋外或いは爆発の虞れのある環境で使用するには光源の防護対策が必要で、これに伴って光源装置自体が大型化し、収納場所が大幅に制限されている。
【０００６】そこで、この発明は、上記した事情に鑑み、水中や雨、或いは雪のかかる場所や爆発の虞れのある環境下でも問題なく使用でき、しかも小電力でも十分な側面発光が得られ、さらにコンパクトで設置場所に制約が少ない線状発光体を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、この請求項１に記載の発明は、透明なコア材とこのコア材よりも屈折率の小さなクラッド材とよりなる発光手段である光伝送チューブと、この光伝送チューブの長さ方向の少なくとも一端部に防水状態で配設された光源と、この光源を点灯させる駆動装置とを有し、前記光源から入射した光を光伝送チューブの長さ方向側面から出射させるものである。
【０００８】また、この請求項１に記載の発明は、請求項１において、光伝送チューブが、クラッドとコアとの間にクラッドの長さ方向に沿って帯状に光反射層を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参照しながら説明する。図１はこの発明に係る線状発光体は、発光手段である（光反射層を形成した）光伝送チューブ１と、光源２と、駆動装置３とを有する。
【００１０】光伝送チューブ１は、図２に示すように、透明な管状クラッド１１と、このクラッド１１より高屈折率の透明コア１２と、クラッド１１の他側部側の内面とコア１１との間に設けた光反射層１３とから構成されている。また、さらに、この光反射層１３を覆ってクラッド１１の他側部外表面には反射性保護層１４を形成しており、さらに反射効率を高めている。なお、この光伝送チューブ１のコア径は特に制限されないが、例えば光源２として１個のＬＥＤを使用する場合には２〜３０ｍｍ程度であるが特に４〜１５ｍｍ、また長さは０．１〜５ｍ程度特に０．２〜２ｍが好ましい。なおまた光反射層としては、コア表面から若干内部に侵入した状態で光反射層をクラッドの長さ方向に帯状に形成してもよい。
【００１１】ここで、上記管状クラッド１１を形成する材料（クラッド材）としては、プラスチックやエラストマーなどのように可撓性を有し、チューブ状に成形可能で、屈折率の低い材料を用いることが好ましい。その具体例としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリエチレン−ポリビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ＥＰＤＭ、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。
【００１２】この中でも屈折率が低いシリコーン系ポリマーやフッ素系ポリマーが特に好ましく、具体的にはポリジメチルシロキサンポリマー、ポリメチルフェニルシロキサンポリマー、フルオロシリコーンポリマー等のシリコーン系ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド、フッ化ビニリデン−三フッ化塩化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン三元共重合体、四フッ化エチレンプロピレンゴム、フッ素系熱可塑性エラストマーなどが挙げられ、とりわけフッ素系ポリマーが好ましい。これらの材料は単独で又は２種以上をブレンドして用いることができる。
【００１３】一方、透明コア１２を形成する材料（コア材）としては、固体状のものが好ましく、（メタ）アクリル系ポリマー、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコーンゴム、エチリデンノルボルネンポリマー、ＳＢＳ、ＳＩＳ、ＳＥＢＳ（スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロックポリマー）などが挙げられ、中でも（メタ）アクリル系ポリマーが好ましい。
【００１４】（メタ）アクリル系ポリマーとしては、アクリル酸及びメタクリル酸並びにこれらの一価アルコールとのエステルから選ばれる１種のモノマーを重合してなるホモポリマー、或いは２種以上のモノマーを共重合してなるコポリマーが挙げられる。この場合、一価アルコールとしては、炭素数１〜２２のものを挙げることができる。中でも、アクリル酸及びメタクリル酸並びにこれらと低級アルコール（炭素数１〜５、好ましくは１〜３、最も好ましくは１）とのエステルから選ばれるモノマーと、下記一般式（１）で示されるモノマーとの共重合体を用いることが、柔軟性乃至は可撓性に優れ、光透過性にも優れたものであることから好ましい。
【００１５】
【化１】

【００１６】式中、Ｒ1 は水素原子又はメチル基、Ｒ2 は炭素数８〜２０、好ましくは１０〜１６、より好ましくは１２〜１４のアルキル基であり、これら高級アルキル基は、単独アルキル基であっても混合アルキル基であってもよいが、最も好ましくは炭素数１２と１３との混合アルキル基である。この場合、炭素数１２のアルキル基のものと炭素数１３のアルキル基のものとの割合は、重量比として通常２０：８０〜８０：２０、特に４０：６０〜６０：４０であることが好ましい。上記アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの低級アルコールエステルから選ばれるモノマーと、上記式（１）のモノマーとの共重合割合は適宜選定されるが、重量比として５：９５〜７９：２１、特に３０：７０〜６５：３５であることが好ましい。
【００１７】なお、上記コア１２の直径は特に制限されないが、通常２〜３０mm、特に５〜１５mmである。
【００１８】上記光反射層１３は、光を散乱する散乱性粒子より形成することが好ましい。この場合、散乱性粒子としては、例えばシリコーン樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子等の有機ポリマー粒子、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 等の金属酸化物粒子、ＢａＳＯ4 等の硫酸塩粒子、ＣａＣＯ3 等の炭酸塩粒子などが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上併用して使用することができる。
【００１９】上記粒子の平均粒径は、０．１〜３０μｍ、特に１〜１５μｍが好ましく、３０μｍより大きいと後述する光伝送チューブの製造方法に従った場合、コア液をクラッドチューブに注入する途中で沈殿し易く、不利を伴う場合がある。
【００２０】上記光反射層１３の厚さは特に制限されないが、１０〜２００μｍ、特に５０〜１００μｍとすることが好適である。薄すぎると反射される光が少なくなるため輝度が低くなり、厚すぎると反射される光が多くなり輝度が高くなるが、これは光源から近距離の場合で、更に光源から離れた所では逆に輝度が低くなる不利を伴う場合がある。
【００２１】反射性保護層１４は、上記光反射層１３から光が漏れた場合において、この光を外部に透過させないものであればよく、またこの場合、この漏れた光を吸収せず、反射させるものが好ましく、具体的には、銀、アルミニウム等の金属箔や金属シート、反射テープ、蒸着テープ或いは光を散乱する上記したような散乱性粒子を分散した塗膜などを用いることができる。
【００２２】この場合、この反射性保護層１４は、図３に示したように、光反射層３を覆うだけでもよく、或いは図４に示すように、光反射層３より大きく一側部側に延出して光放射部５を残すようにクラッド１の外面に形成してもよい。
【００２３】上記光伝送チューブ１は、上記モノマーを含むコア形成用溶液中に上記散乱性粒子を分散させ、これをクラッド１１を形成すべきクラッドチューブに入れ、両端を封止した状態でクラッドチューブをほぼ３０分〜４８時間水平に置いて、上記コア１２形成用溶液に分散した粒子を沈降させる。また場合により、遠心分離等を行ってもよい。その後、粒子が沈降した状態のまま上記モノマーを重合、硬化することにより、この粒子からなる光反射層１３がクラッド１１とコア１２との間、場合によっては更にコア表面からコア内部に若干侵入した状態に形成された光伝送チューブ１が得られるものである。
【００２４】この場合、モノマーの重合法は特に制限されないが、一般的にはｔ−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシ（２−エチルヘキサノエート）、クミルパーオキシオクトエートなどの有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリルなどのアゾ化合物等の重合開始剤を添加し、５０〜１２０℃で１〜２０時間重合させる方法を採用することができる。この際、上記クラッドチューブの一端又は両端から上記コア形成用溶液を加圧しながら重合することが、コアに気泡等を生じさせないことから推奨される。
【００２５】光源２は、光伝送チューブ１の長さ方向の少なくとも一端部に配設されており（この実施例では左端部のみ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されている。この発光ダイオードの発光色は、赤、青、緑、黄、橙、白等であるが、目的に応じて適宜選択使用することができる。また、このＬＥＤの設置個数は、１個でもよいし、複数個設置して光量を増大させてもよい。この場合、一方側端部から入射させてもよいし、両端部から入射させてもよい。両端部から入射させれば、より均一に高輝度に発光させることができる。また、このＬＥＤの発光色についても同様であり、単色でもよいし、複数色で発光させてもよい。例えば、線状発光体を踏切の停止線に設置する場合には、通常は黄色に発光させ、電車が通過する直前及び通過中には赤色に発光させて通過者に注意を喚起させるように発光色を変更可能に構成してもよい。このＬＥＤの発光方式は常時点灯でも、点滅でもよい。
【００２６】なお、構造的には、光伝送チューブ１は、一端部が適宜のジョイント部材２０に接着若しくは加締めによって固定される。また、ＬＥＤを用いた光源２もジョイント部材２０を介してこの光伝送チューブ１と一体に固定される。なお、光源２側と駆動装置３との間は、ゴム、ビニール、ポリエチレンなど被覆された配線コード３０で配線されている。またジョイント部材２０は、配線コード３０と光源２との接続個所での絶縁を図るために、及び水や水蒸気、或いは可燃性ガスや液体の侵入を防ぐために、ポッテイング材２１、例えばエポキシ樹脂、シリコーンゴム等の材料で充填される。なお、配線コードには、保護や防水のために、金属や樹脂製のフレキシブル管、或いはゴムやプラスチックパイプ中に通すこともできる。
【００２７】また、このような光伝送チューブの構造としては、この他に例えば図５に示すように、チューブ保護の目的で、透明な樹脂パイプ１０Ａ等に挿入したり、図６に示すように、光伝送チューブの保護と線条発光体全体のシールのために、透明な熱収縮チューブ１０Ｂを被せることも可能である。さらに、図７に示すように、光伝送チューブ１の外周面の一部に、例えばステンレスや金、銀などの金属材料を蒸着したり、スパッタリング、メッキした反射テープを取り付けたり、反射塗料を塗布したり、金属箔を設けたり、酸化チタンなどの反射粒子をコーテイングしたり、顔料を含有したビニルテープを使用して光反射層１６を設けてもよい。また、図８又は図９に示すように、光伝送チューブに固定用チャンネル１７又は１８を取り付けるとともに、このチャンネル１７又は１８に反射機能（反射性保護層として機能する）を設けてもよい。このチャンネルには、アルミニュム、ステンレス等の金属材料で形成したり、高反射性微粒子（粉体）を充填・混練したプラスチック又はエラストマーを使用してもよい。
【００２８】駆動装置３は、光源への給電を行うためのものであり、バッテリ、太陽電池、ＤＣ／ＡＣ電源等の電源からＬＥＤを点灯するための直流電源を発生する電気回路（抵抗やトランジスタ、定電流ダイオードなどからなる）を設けている。なお、この駆動装置自体に、太陽電池や２次電源（バッテリ）を埋蔵してあってもよいし、別に分けてもよい。また、この駆動装置３の配線コード３０引出し部分は適宜のシール材を設けており、十分に防水性を持たせてある。
【００２９】次に、この発明に係る線状発光体の幾つかの実施例（実験例１及び２）と比較例との比較実験について以下に説明する。なお、ここで、実験例１は、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）６０重量部、ＬＭＡ（メタクリル酸ラウリル）４０重量部、ＢＰＯ（ベンゾイルパーオキサイド）０．０５重量部からなるモノマー溶液（コア形成用溶液、比重０．９２）に、散乱粒子として平均粒径１２ミクロンで比重１．３２のシリコーン樹脂粒子（東芝シリコーン製）をモノマー溶液１００重量部に対し、０．１５重量部分散させ、これを外径６mm、内径５mm、長さ１．５mmのＦＥＰチューブ内に注入し、両端を封止し、水平状態に２時間放置して、このＦＥＰチューブの内面下部に上記粒子を沈降させた。この状態を崩さないようにして６５℃の温浴槽に置き、両端からそれぞれ３．５kg／cm2 の圧力を加えながら３時間重合、固形化した。
【００３０】得られた光伝送チューブは、上記粒子からなる光反射層がコア表面部にチューブの長さ方向に沿って帯状に形成されていた。ここで得られた３０cm長の光伝送チューブの一方の端面には厚さ１mm、外径６mmの鏡面加工されたステンレス板を透明エポキシ接着剤により接着し、反射板を形成した。もう一方の端面には緑色のＬＥＤ（日亜化学製ＮＳＰＧ５０）をアルミ製ジョイントを用い接続固定した。ＬＥＤの端子にはリード線をハンダ付けし、その露出部はシリコーンゴム系接着剤で封止して線状発光体を得た。ＬＥＤに２０ｍＡの電流を流した時の側面輝度を表１に示す。比較例１に比べ輝度が高いことが認められる。この時の消費電力は０．０６Ｗであった。上記で得られた線状発光体を水中に６ヶ月浸漬したが漏電などの問題はなく初期と同じ発光特性が得られた。
【００３１】また、実験例２には、本願発明に係る高反射性樹脂（帝人製バンライトＬＤ−１０００Ｒ）を用い、図８又は図９に示すようなチャンネル１５（又は１６）を形成して実施例１の光伝送チューブ１をこのチャンネル１５（又は１６）に嵌め込んだ（チャンネル自体が反射性を示す）。また、比較例とは、実験例１と同様の方法で形成してあるが、散乱粒子を配合していない点で実験例１と異なる構成となっている。これらのものについて、光伝送チューブの光入射端からの特定距離離間した場所での側面輝度について測定した結果を以下の表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】この表１からわかるように、チャンネルの反射性保護層１４を設けた実験例２ものが側面輝度が一番高く、次いで光反射層１３を設けた実験例１が側面輝度が高く、これら光反射層１３や反射性保護層１４を設けていない比較例が一番側面輝度が低いことがわかる。
【００３４】次に、この発明に係る線状発光体の適用例について説明する。この線状発光体の光伝送チューブ１を、例えば図１０に示すように、標識４の外周面を縁取るように囲設すれば、夜間等での交通安全に寄与することができる。また、図１１に示すようにトンネル（この他に、例えば地下道、ビルや病院などの建造物の廊下、映画館やホール等の公共施設での非難誘導等として）の側壁５に沿って光伝送チューブ１を取り付けてもよい。この場合には、光源の駆動用として商用電源を使用してもよいが、停電時にはバッテリで駆動できるように構成してある。このバッテリを使用する場合には、白熱灯や蛍光灯では点灯時間が例えば数十分程度と短いが、光源としてＬＥＤを用いたから、長時間の点灯が実現できる。しかも、ライン状の発光のために、誘導経路を直ちに目で直観的に確認できるから、安全でスムースな誘導動作が実現できる。
【００３５】また、図１２に示すように階段の各蹴上げ面６の上縁部等に設け、特に夜間等での階段の踏み外しによる落下事故を有効に防止することもできる。また、非常階段などに設置すれば、夜間などの非常時に階段を容易に確認でき、非難誘導を安全、確実に行うことができる。また、図１３に示すように、看板７の縁取りとして、光伝送チューブ１を周設したり、図１４に示すように、セグメント方式の表示盤４′に設ける最高速度の数字等として各桁７本の光伝送チューブ１を部分的に消灯可能に取り付ける（速度表示を可変とする）ようにしてもよい。なお、セグメントの数を増やすことによって、文字表示（さらに変更表示）も可能である。
【００３６】さらに、図１５に示すように、車内８Ａの側面に光伝送チューブ１を設置して間接照明を行ったり、図１６に示すように、ドア８Ｂの内壁面下部等に光伝送チューブ１を設置してフットライトとしたり、図１７に示すように、車体リア面８Ｃに設置して車幅灯としたり、図１８に示すように、路上での停止を後方の走行車両に知らせる停止表示板９の三角形部分を光伝送チューブ１で構成してもよい。
【００３７】さらに、この発明に係る線状発光体の適用対象としては、以下のようなものが考えられる。
(1) 光表札(2) 夜間工事の誘導棒(3) 光るステッキ(4) 光剣( スポーツ用及び玩具用)(5) テントのロープに懸架させ夜間の躓き、転倒防止。
(6) 水槽等のデイスプレイ(7) プールのコース表示や装飾(8) 海上ブイ、桟橋、堤防、マリンホースの視認性向上(9) 踏切遮断機(10)踏切スパーン線、高架、駐車場入口等の高さ制限位置をライン状に光らせた安全表示機。
【００３８】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によれば、透明なコア材とこのコア材よりも屈折率の小さなクラッド材とよりなる発光手段である光伝送チューブと、光伝送チューブの長さ方向の少なくとも一端部に防水状態で配設させた光源と、光源を点灯させる駆動装置とを有し、光源から入射した光を光伝送チューブの長さ方向側面から出射させるように構成したから、換言すれば、光源と駆動装置とを分離して屋外や水中に配置することができるように光源部分は防水状態で光伝送チューブと一体化させたから、水中や雨、或いは雪のかかる場所や爆発の虞れのある環境下でも問題なく使用できる。しかも小電力でも十分な側面発光が得られ、さらにコンパクトで設置場所に制約が少ない。
【出願人】 【識別番号】０００００５２７８
【氏名又は名称】株式会社ブリヂストン
【出願日】 平成９年（１９９７）８月２２日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】増田 竹夫
【公開番号】 特開平１１−６６９２８
【公開日】 平成１１年（１９９９）３月９日
【出願番号】 特願平９−２４１８９２