JP2000137119A

JP2000137119A - 側面発光光ファイバ

Info

Publication number: JP2000137119A
Application number: JP10308818A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokogawa; 弘横川; Masaru Yokoyama; 勝横山; Mikio Sei; 三喜男清; Kenji Tsubaki; 健治椿; Nobuaki Yabunouchi; 伸晃薮ノ内; Kenji Sonoda; 健二園田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】輝度ムラが小さく側面から均一に発光させる
ことができる美観上優れた側面発光光ファイバを提供す
る。【解決手段】光を伝送するコア１と、コア１の外周に
設けられたクラッド２と、クラッド２の外面を覆う被覆
材３からなる側面発光光ファイバに関する。クラッド２
をシリカエアロゲル４によって形成する。また被覆材３
に光散乱透過性層５を設ける。クラッド２を構成するシ
リカエアロゲル４は屈折率が低く、受光角を大きくして
光の伝送効率を高く得ることができる。またコア１より
クラッド２へと浸み出した光を被覆材３の光散乱透過性
層５によって拡散させて外部へ照射させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クラッドとしてシ
リカの多孔質骨格からなるシリカエアロゲルを用いて形
成される光ファイバを応用した側面発光光ファイバに関
するものであり、詳しくは、太陽光の伝送、自動車部品
等の照明、洗面化粧台、キッチン、浴室など水回りでの
照明、廊下、階段での手摺り照明など、バリアフリー空
間向けの照明、また美術館や博物館向けの熱線や紫外線
カット照明におけるライトガイドなどに適用することが
できる側面発光光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的な光ファイバのコアとして
は、石英系ガラスや多成分系ガラス等のガラス類、メチ
ルメタクリレート等のアクリル系やスチロール系のプラ
スチック類、あるいはテトラクロールエチレン等の透明
な液体類が用いられている。また、クラッドとしては、
コアよりも屈折率の低いドープドガラス、ポリシロキサ
ンやシリコーンゴム等のケイ素樹脂、フッ化エチレンプ
ロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂などが
用いられている。

【０００３】ここで、クラッドの屈折率はコアの屈折率
よりも低くなるように構成されているが、両者の屈折率
の差の大小によってコアとクラッドの境界面における光
の全反射角が規定され、光ファイバの開口数や受光角が
決まる。例えば、ガラス系光ファイバにおいて、コアに
フリント系のＦ２ガラス（屈折率１．６２）、クラッド
にソーダライム系ガラス（屈折率１．５２）を用いた場
合、開口数は０．５６、受光角θは３４°となる。ま
た、プラスチック光ファイバにおいても、コアにメタク
リル樹脂（屈折率１．４９）、クラッドにフッ素樹脂
（屈折率１．３９）を用いた場合には、開口数は０．５
４、受光角θは３２°となる。このように、従来のコア
及びクラッドを用いて光ファイバを製造した場合には、
受光角θは３０〜５０°程度であり、多くの光を集光し
て伝送することのできる光ファイバを製造することは困
難である。

【０００４】また、光ファイバにおいて、光伝送はコア
とクラッドとの界面での光の全反射により行なわれる
が、この界面での全反射効率は１００％とはいかず、わ
ずかながら光ファイバの側面から光が漏れ、側面が半透
明に鈍く発光する。この現象を利用して、側面発光性を
持たせた側面発光光ファイバが提供されている。しかし
従来から提供されている側面発光光ファイバでは側面か
らの発光量が少ないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
特願平１０−１９６２４５号において、クラッドを屈折
率の小さいシリカエアロゲルで形成することによって、
受光角を大きくして伝送光量を多くし、またコアとクラ
ッドの接触界面に積極的に凹凸を設けることによって、
側面発光量を大きくした側面発光光ファイバを提供し
た。

【０００６】しかしこのものでは側面発光量を大きくす
ることはできるものの、装飾やサイン等のように側面発
光光ファイバそのものの美観が要求される用途で使用す
るには、側面発光部分での発光強弱による輝度ムラが小
さい側面発光光ファイバが望まれるものであった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、輝度ムラが小さく側面から均一に発光させること
ができる美観上優れた側面発光光ファイバを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る側面発光光
ファイバは、光を伝送するコア１と、コア１の外周に設
けられたクラッド２と、クラッド２の外面を覆う被覆材
３からなる側面発光光ファイバにおいて、クラッド２を
シリカエアロゲル４によって形成し、被覆材３に光散乱
透過性層５を設けて成ることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２の発明は、被覆材３の光散乱
透過性層５が白色顔料を含有した白色樹脂で形成されて
いることを特徴とするものである。

【００１０】また請求項３の発明は、被覆材３の少なく
とも内面が透明のフッ素系樹脂で形成されていることを
特徴とするものである。

【００１１】また請求項４の発明は、クラッド２を形成
するシリカエアロゲル４は粒径１０μｍ以上の粒子ある
いは厚み１０μｍ以上の薄片であり、クラッド２内のシ
リカエアロゲル４の容積充填率が５％以上であることを
特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１３】本発明に係る側面発光光ファイバは、図１
や図２に示すように、コア１と、クラッド２と、被覆材
３とにより構成してある。

【００１４】ここで、コアとしては、例えば石英系多成
分ガラス等のガラス類、ポリメチルメタクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）等のアクリル系もしくはスチロール系のプラス
チック類などを挙げることができる。

【００１５】またクラッドは、シリカエアロゲルあるい
はシリカエアロゲルと空気層からなるものである。シリ
カエアロゲルは、アルコキシシランやケイ酸ナトリウム
などケイ酸エステル含有溶液のゲル状化合物を疎水化処
理及び超臨界乾燥して得ることができる。すなわち、米
国特許第４４０２８２７号公報、同第４４３２９５６号
公報、同第４６１０８６３号公報等で提供されているよ
うに、アルコキシシラン（シリコンアルコキシド、アル
キルシリケートとも称される）の加水分解、重合反応に
よって得られたシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化
合物を、アルコールあるいは二酸化炭素等の溶媒（分散
媒）の存在下で、この溶媒の超臨界点以上の超臨界状態
で乾燥することによって製造することができる。また、
米国特許第５１３７２９７号公報、同第５１２４３６４
号公報で提供されているように、ケイ酸ナトリウムを原
料として同様に製造することができる。そして、特開平
５−２７９０１１号公報、特開平７−１３８３７５号公
報に開示されているように、アルコキシシランの加水分
解、重合反応によって得られた上記のゲル状化合物を疎
水化処理することによって、シリカエアロゲルに疎水性
を付与したものを用いるのが好ましい。

【００１６】さらに被覆材３としては、樹脂製のチュー
ブで形成したものを用いることができるものであり、単
層の樹脂製チューブで図１のように形成する他に、複数
層構造の樹脂製チューブで図２のように形成することも
できる。

【００１７】上記のような本発明に係る側面発光光ファ
イバは、樹脂製チューブで形成される被覆材３の内周に
コア１を差し込み、コア１の外周と被覆材３の内周との
間の隙間にシリカエアロゲル４を充填し、シリカエアロ
ゲル４のみで図１のようにクラッド２を形成するか、あ
るいは図２のようにシリカエアロゲル４及びシリカエア
ロゲル４間に存在する空気層６とでクラッド２を形成す
ることによって、作製することができるものである。

【００１８】そして本発明では、被覆材３には光散乱透
過性を有する層５が設けてある。図１のように被覆材３
が単層の樹脂製チューブで形成されている場合には、被
覆材３の全体が光散乱透過性層５として形成されるもの
である。また図２のように被覆材３が複数層構造の樹脂
製チューブで形成されている場合には、複数の各層３
ａ，３ｂのうち少なくとも一層が光散乱透過性層５とし
て形成されるものであり、他は透明層として形成される
ものである。

【００１９】この光散乱透過性層５は、白色顔料を含有
する白色樹脂製チューブで形成するのが好ましい。具体
的には、ＴｉＯ₂やＳｉＯ₂に代表される白色微粒子系散
乱剤を顔料として含有する、フルオロエチレンプロピレ
ンに代表されるフッ素系樹脂や、シリコーン系樹脂、ポ
リエチレン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
オレフィンエラストマーなどの樹脂で形成した白色樹脂
製チューブを用いることができる。

【００２０】そして上記のように被覆材３に光散乱透過
性層５を設けた側面発光光ファイバにあって、コア１を
伝送される光がコア１とクラッド２の界面で反射する際
に、その一部の光がコア１よりクラッド２へと浸み出し
て散乱したり、またコア１とクラッド２の界面の凹凸で
散乱反射したりすることによって、被覆材３を透して光
の一部が側面発光光ファイバの側面から照射されて発光
するが、クラッド２から被覆材３に入射された光は被覆
材３の光散乱透過性層５によってさらに拡散されて外部
へ照射されることになり、側面発光光ファイバの全長に
亘って輝度ムラなく均一に側面発光させることができる
ものである。

【００２１】ここで、上記のような側面発光光ファイバ
にあって、施工時や施工後の無理な取り扱いや、衝撃等
の作用で、コア１と被覆材３が直接接触した場合、被覆
材３の内面が光散乱透過性層５として形成されている
と、コア１から浸み出した光は光散乱透過性層５で強く
散乱されてこの部分で局所的に側面発光量が多くなり、
発光ムラを起こし、また光の伝送効率も極端に低下する
おそれがある。

【００２２】そこで請求項３の発明では、被覆材３の少
なくとも内面を透明樹脂で形成するようにしてあり、コ
ア１と被覆材３が直接接触しても、コア１に光散乱透過
性層５は接触しないようにして、発光ムラが起こらない
ようにしてある。被覆材３の少なくとも内面を透明にす
る樹脂としては、透明性樹脂であれば特に限定されない
が、なかでもフッ素系樹脂が最も好ましい。被覆材３が
コア１と接触した際に、接触部分での漏光を最小限に留
めるには、被覆材３が透明であることに加え、被覆材３
の屈折率がより小さく、かつ被覆材３の内面の平滑性が
より優れるほうが好ましいが、フッ素系樹脂は透明樹脂
のなかでは最も屈折率が小さく、かつ平滑加工性に優れ
るので、最も好ましいのである。例えば、被覆材３を図
１のように単層の樹脂製チューブで形成する場合には、
被覆材３をフッ素系樹脂チューブで形成すると共に、透
明なフッ素系樹脂チューブ内に含有させる白色顔料の濃
度が外周側から内周側へと順次低くなるように傾斜を付
け、フッ素系樹脂チューブの内面では顔料の濃度が零に
なるようにして、被覆材３の内面を透明樹脂で形成する
ことができるものである。また図２のように被覆材３が
複数層構造の樹脂製チューブで形成する場合には、複数
層の樹脂製チューブの最内層３ａを透明なフッ素系樹脂
で形成し、外層３ｂを白色顔料が含有された光散乱透過
性層５として形成するものである。

【００２３】また、図２のようにシリカエアロゲル４及
びシリカエアロゲル４間に存在する空気層６とでクラッ
ド２を形成する場合、請求項４の発明のように、クラッ
ド２を形成するためにコア１と被覆材３の間に充填され
るシリカエアロゲル４として、粒径１０μｍ以上の粒子
状あるいは厚み１０μｍ以上の薄片状のものを用いるよ
うにし、さらにコア１と被覆材３の間の容積に対するシ
リカエアロゲル４の容積充填率が５％になるようにして
クラッド２を形成をするのが好ましい。このようにシリ
カエアロゲル４として粒径１０μｍ以上の粒子あるいは
厚み１０μｍ以上の薄片を用いることによって、コア１
と被覆材３の間の距離を最低１０μｍ確保することがで
きる。この距離はコア１から浸み出した光が被覆材３に
まで到達しないための十分な距離であり、コア１から浸
み出した光が被覆材３の光散乱透過性層５で散乱されて
局所的に側面発光量が多くなって発光ムラを起こすこと
がなくなるものである。またクラッド２内のシリカエア
ロゲル４の容積充填率を５％以上にすることによって、
側面発光光ファイバが屈曲されてもコア１に被覆材３が
直接接触することを防ぐことができるものである。シリ
カエアロゲル４の粒径や厚みの上限は特に設定されない
が、現実的には４ｍｍ程度が上限である。またシリカエ
アロゲル４の容積充填率の上限も特に設定されないが、
粒子状のシリカエアロゲル４を用いる場合には８０％が
実用的範囲の上限であり、また薄片状のシリカエアロゲ
ル４を用いる場合には、上下は１００％である。

【００２４】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００２５】（実施例１）松下電工（製）シリカエアロ
ゲル「ＳＰ−１５」（屈折率１．０１５、密度０．０５
ｇ／ｃｃ）を粉砕することによって、粒径が１０μｍオ
ーバー（平均粒径４０μｍ）の粒状のシリカエアロゲル
４を得た。

【００２６】一方、被覆材３として、内径１４ｍｍ、外
径１５ｍｍの透明フッ化エチレンポリプレンからなる内
層３ａと、内径１５ｍｍ、外径１６ｍｍの白色ポリ塩化
ビニル（顔料ＴｉＯ₂２０重量％含有）からなる外層３
ｂの二層構造の樹脂製チューブを用いた。

【００２７】そしてこの樹脂製チューブの被覆材３内
に、直径１３ｍｍ、長さ２ｍのエラストマー系アクリル
材（屈折率１．４９）で形成されるコア１を差し込み、
コア１と被覆材３との間隙に上記のシリカエアロゲル４
の粒子を容積充填率が５％になるように充填することに
よって、長さ２ｍの側面発光光ファイバを得た。

【００２８】（実施例２）被覆材３として、内径１４ｍ
ｍ、外径１６ｍｍの白色フッ化エチレンポリプレン（顔
料ＴｉＯ₂２０重量％含有）からなる単層構造の樹脂製
チューブを用いた。この樹脂製チューブの被覆材３内
に、実施例１と同じコア１を差し込み、コア１と被覆材
３との間隙に実施例１と同じシリカエアロゲル４の粒子
を容積充填率が３０％になるように充填することによっ
て、長さ２ｍの側面発光光ファイバを得た。

【００２９】（実施例３）シリカエアロゲル４の粒子の
容積充填率が２％になるようにした他は、実施例１と同
様にして、長さ２ｍの側面発光光ファイバを得た。

【００３０】（実施例４）シリカエアロゲル４の粒子の
容積充填率が２％になるようにした他は、実施例２と同
様にして、長さ２ｍの側面発光光ファイバを得た。

【００３１】（比較例１）被覆材３として、内径１４ｍ
ｍ、外径１６ｍｍの透明フッ化エチレンポリプレンから
なる単層構造の樹脂製チューブを用いた。この樹脂製チ
ューブの被覆材３内に、実施例１と同じコア１を差し込
み、コア１と被覆材３との間隙に実施例１と同じシリカ
エアロゲル４の粒子を容積充填率が５％になるように充
填することによって、長さ２ｍの側面発光光ファイバを
得た。

【００３２】上記の実施例１、実施例４、比較例１で得
た側面発光光ファイバを直線状に延ばして配置し、メタ
ルハライド照明装置（（株）住田光学ガラス製「ＬＳ−
Ｍ１６０」）を用いて側面発光光ファイバの一端面から
光を入射させ、側面発光光ファイバの側面の輝度を輝度
計（（株）ミノルタ製「ＬＳ−１１０」）で測定した。

【００３３】結果は、比較例１のものは最大８０６０ｃ
ｄ／ｍ²、最小４８０ｃｄ／ｍ²であり、輝度のばらつき
が大きかったが、実施例１のものでは最大１８５０ｃｄ
／ｍ ²、最小１７５０ｃｄ／ｍ²、実施例２のものでは最
大１７２０ｃｄ／ｍ²、最小１６００ｃｄ／ｍ²であり、
輝度のばらつきは小さく、輝度ムラが殆どないものであ
った。

【００３４】また、実施例１，２，３，４で得た側面発
光光ファイバを半径１６ｃｍで円形に曲げて配置し、後
は上記と同様にして側面発光光ファイバの側面の輝度を
測定した。結果は、実施例１のものは最大１８５０ｃｄ
／ｍ²、最小１７５０ｃｄ／ｍ²、実施例２のものは最大
１８２０ｃｄ／ｍ²、最小１７６０ｃｄ／ｍ²、実施例３
のものは最大１６７０ｃｄ／ｍ²、最小１６００ｃｄ／
ｍ²と輝度のばらつきが小さいのに対して、実施例４の
ものは最大４０１０ｃｄ／ｍ²、最小１６００ｃｄ／ｍ²
と輝度のばらつきがやや大きくなり、側面発光光ファイ
バを曲げて使用する場合に、クラッドのシリカエアロゲ
ルの容積充填率が小さいと、輝度にばらつきが発生し易
いことが確認される。

【００３５】

【発明の効果】上記のように本発明は、光を伝送するコ
アと、コアの外周に設けられたクラッドと、クラッドの
外面を覆う被覆材からなる側面発光光ファイバにおい
て、クラッドをシリカエアロゲルによって形成し、被覆
材に光散乱透過性層を設けるようにしたので、クラッド
を構成するシリカエアロゲルは屈折率が一般に１．００
０８〜１．１８と低く、受光角を大きくして光の伝送効
率を高く得ることができるものであり、またコアよりク
ラッドへと浸み出した光を被覆材の光散乱透過性層によ
って拡散させて外部へ照射させることができ、側面発光
光ファイバの全長に亘って輝度ムラなく均一に側面発光
させることができるものである。

【００３６】また請求項２の発明は、被覆材の光散乱透
過性層を白色顔料を含有する白色樹脂で形成するように
したので、コアよりクラッドへと浸み出した光が光散乱
透過性層で吸収されることなく拡散させて外部へ照射さ
せることができるものであり、側面の発光光量を高く得
ることができるものである。

【００３７】また請求項３の発明は、被覆材の少なくと
も内面が透明のフッ素系樹脂で形成されているので、コ
アと被覆材が直接接触しても、コアには被覆材の透明層
が接触して光散乱透過性層が接触することを防ぐことが
できるものであり、側面からの発光ムラが起こることを
防止することができるものである。

【００３８】また請求項４の発明は、クラッドを形成す
るシリカエアロゲルとして粒径１０μｍ以上の粒子ある
いは厚み１０μｍ以上の薄片を用いると共に、クラッド
内のシリカエアロゲルの容積充填率を５％以上に設定し
たので、コアから浸み出した光が被覆材にまで到達しな
いための十分な１０μｍ以上の距離をコアと被覆材の間
に確保することができると共に、シリカエアロゲルの容
積充填率を５％以上にすることによって側面発光光ファ
イバが屈曲されてもコアに被覆材が直接接触することを
防ぐことができ、側面からの発光ムラを防止することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、
（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであ
り、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【符号の説明】

１コア２クラッド３被覆層４シリカエアロゲル５光散乱透過性層６空気層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清三喜男大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者椿健治大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者薮ノ内伸晃大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者園田健二大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2H038 AA41 AA54 AA57 BA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を伝送するコアと、コアの外周に設け
られたクラッドと、クラッドの外面を覆う被覆材からな
る側面発光光ファイバにおいて、クラッドをシリカエア
ロゲルによって形成し、被覆材に光散乱透過性層を設け
て成ることを特徴とする側面発光光ファイバ。
【請求項２】被覆材の光散乱透過性層が白色顔料を含
有する白色樹脂で形成されていることを特徴とする請求
項１に記載の側面発光光ファイバ。
【請求項３】被覆材の少なくとも内面が透明のフッ素
系樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の側面発光光ファイバ。
【請求項４】クラッドを形成するシリカエアロゲルは
粒径１０μｍ以上の粒子あるいは厚み１０μｍ以上の薄
片であり、クラッド内のシリカエアロゲルの容積充填率
が５％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の側面発光光ファイバ。