JP2004354782A

JP2004354782A - ライトガイドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2004354782A
Application number: JP2003153485A
Authority: JP
Inventors: Hideto Kato; 秀人加藤
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】照射効率に優れるとともに耐熱性、耐久性に優れたライトガイドを提供することにある。
【解決手段】ライトガイド（１）の端部（１ｂ）近傍（長さＬ）部分のファイバ素線群（１ａ）を熱融着によりロッド状に集束する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトガイドの端部の改良に関し、さらに詳しくは、医療用あるいは工業用光源用のライトガイドの端部の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）からなる素線束の入射端部を熱融着したライトガイドは知られている（特許文献１参照。）。
このライトガイドは、図４に示すように、該素線束の入射端部（１ｂ）を集束口金（３）に挿入した状態で、集束口金（３）全体を加熱して光ファイバ素線（１ａ）同士を融着することにより得られる。ところが、この方式では、集束口金（３）の内径が素線束の外径より大きいので（集束口金内壁面と素線束外周間に隙間がある状態）、得られる融着部の断面は、図５に示すように、集束密度（充填率）の低いものとなる。しかも、熱融着時に集束口金（３）内部の光ファイバ素線束あるいは集束口金（３）との境界部（Ａ）の光ファイバ素線束が自由膨張しながら変形するので、光ファイバ素線の光伝送特性が劣化するとういう問題があった。とり分け、集束口金（３）との境界部（Ａ）の光ファイバ素線束は集束口金（３）の規制がないので、文字どおり自由膨張して過度の膨張変形を起こすことから、該素線束の光伝送特性の劣化もその分だけ大きくなる。さらには、集束口金（３）との境界部（Ａ）の光ファイバ素線束の膨張変形はライトガイドの局所的な外径増加につながり、その結果、該ガイドの照射効率が低下するという問題もあった。
上記熱膨張の問題の回避策として、光ファイバ素線束の入射端部を接着剤により固着することも知られている。しかしこの回避策は光ファイバ素線束の充填度が低い、耐熱性に劣る、さらには接着剤の劣化といった別の問題を抱えている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２８９２３２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、上記の問題点を解消することにより、照射効率、耐熱性、および耐久性に優れたライトガイドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ライトガイドを構成する光ファイバ素線束の端部近傍のみを特殊な熱融着構造に転換することにより、従来の問題を容易に解消できることを究明した。
【０００５】
かくして、本発明によれば、光ファイバ素線束からなるライトガイドであって、少なくとも一方の端部が選択的に熱融着されてロッド状に集束され且つ該ロッド状部の外径が非熱融着部の外径より小さいことを特徴とするライトガイドが提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ＰＯＦライトガイドの入射端部に適用した場合について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のライトガイドの一例を示す斜視図である。
図２は、本発明のライトガイドの入射端部における融着状態を示す横断面図である。
図３は、本発明のライトガイドの製造に際して用いる融着用治具の一例を示す正面図である。
図４は、従来のライトガイドの一例を示す斜視図である。
図５は、従来のライトガイドの入射端部における融着状態を示す横断面図である。
図１〜図２において、（１）はＰＯＦ素線（１ａ）を集束したライトガイド、（１ｂ）はその入射端部、（１ｃ）は出射端部、（Ｌ）はロッド状部長さ、すなわち熱融着部長さ、（φ１）は熱融着部端面の外径、そして、（φ２）は他方の端面、すなわち非熱融着部端面の外径である。
【０００７】
本発明で特徴的なことは、ライトガイドを構成する光ファイバ素線束の少なくとも一方の端部（１ｂ）（図では入射端部）に熱劣化し易い接着剤を適用することなく、図１〜図２に示すように、該端部近傍のみを熱融着してロッド状に集束し、その端面の外径（φ１）を中間部の光ファイバ素線束の外径より細径にした点にある。
こうすることにより、ライトガイドの入射端部（１ｂ）でのＰＯＦの光伝送特性と照射効率の低下の問題が解消される。
本発明において、熱融着部長さ（Ｌ）は、入射端部（１ｂ）の先端から１ｍｍ〜２０ｍｍ、特に５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この（Ｌ）の値が１ｍｍ未満では、入射端部（１ｂ）の必要固着力が確保されず他方、２０ｍｍを超えると、熱融着時のＰＯＦ素線の過大変形により光伝送特性が悪化し、照射効率が低下する。
本発明で使用する光ファイバ素線としてはプラスチックＰＯＦ素線やガラス光ファイバ素線が挙げられる。これらの素線外径は、２５μｍ〜２ｍｍで、好ましくは、２５μｍ〜１００μｍの範囲にあればよい。一般に、この素線外径が小さ過ぎると、素線自体の強度が弱くなり、融着加工上の問題を生ずる。逆に、素線外径が大き過ぎると、屈曲時の光量の損失が大きく且つ、屈曲性も悪く、素線の集束密度が低下するので、照射密度が低下するとともに均一光化が難しくなる。そして、上記のＰＯＦ素線は、３０本〜１５０本の範囲で集束し、またガラス光ファイバ素線は、２８００本〜４６０００本の範囲で集束してライトガイトとするのが好ましい。
【０００８】
次に、本発明のライトガイドの製造にあたっては、光ファイバ素線束の入射端部（１ｂ）に熱融着を施す。このためには、例えば、図３に示すような融着用治具を用いる。
該図において、融着用治具（２）は耐熱性と熱伝導性に優れた、上下２片の半割式アタッチメント（２ａ）、（２ｂ）から構成される。そして、その中心部には光ファイバ素線束の端部を配するための円筒状挿入孔（２ｃ）が設けられ、その長さは熱融着部長さ（Ｌ）に対応している。さらに、アタッチメント（２ａ）、（２ｂ）はそれらを上下から連続的に加圧する駆動部（図示せず）に接続される。この状態で融着用治具（２）全体が加熱雰囲気下に置かれる。より具体的には、図３に示すように、アタッチメント（２ａ）、（２ｂ）の間に間隙を設けた状態で、光ファイバ素線束の一方の端部を円筒状挿入孔（２ｃ）に充填してから、加熱雰囲気下に置く。その後、融着用治具（２）全体を加熱しながらアタッチメント（２ａ）、（２ｂ）を連続的に駆動して該端部全体に亘って加熱圧縮し、両アタッチメント（２ａ）、（２ｂ）が互いに接触した時点で圧力を開放することにより、端面が円形断面の入射端部（１ｂ）を得る。ここで、プラスチック光ファイバ素線束の場合には、加熱温度１２０〜２００℃、加圧力１０〜１００Ｎで加圧し他方、ガラス光ファイバ素線束の場合には、加熱温度５００〜７００℃、加圧力２００〜６００Ｎで加圧すればよい。また、加熱の際は、融着用治具（２）の一方の境界近傍（図４の（Ａ）部に相当）の光ファイバ素線束の自由膨張を防ぐため、融着用治具（２）の円筒状挿入孔（２ｃ）に沿って温度勾配をつけることが好ましい。
このような融着用治具（２）を使用する利点として、光ファイバ素線束の端部全体に亘って一定の加圧力が作用するので、熱融着された各ファイバ素線（１ａ）は外径の変形度が極めて小さく、しかも、素線間の変形度のばらつきも少なくなる。その結果、図２に示すように、六方稠密構造（最密充填構造）を呈する熱融着構造が得られる。換言すれば、この加熱圧縮処理により入射端部（１ｂ）の外径細径化が実現される。しかも、この端面外径の細径化は、ライトガイド全体からすれば、テーパファイバ効果による入射開口角（ＮＡ）の増加につながる。
【０００９】
以上の説明では、ライトガイド（１）の光入射端面、光出射端面の形状がともに円形の例であるが、これらの断面は楕円形や方形などに、本発明の思想の範囲内であれば随時且つ種々の変更および応用が可能である。また、熱融着部についても入射端部（１ｂ）に適用する例を示したが、同様に出射端部（１ｃ）についても光ファイバ素線束のバラケ防止のため適用してもよい。また、両端部（１ｂ）および（１ｃ）の機械的損傷を防止するため、端部に耐熱性樹脂あるいは金属からなる保護カバーを取り付けてもよい。
さらに、ライトガイド表層部、特に非融着部（中間部）の表層部保護の観点から、その表面をネット状の部材あるいはチューブ状部材、またはステンレス管等の保護管で全体的にカバーしてもよい。この状態のライトガイドは、入射端部（１ｂ）、あるいは該入射端部（１ｂ）と出射端部（１ｃ）を除く中間部分が可撓性を呈するので、治療あるいは作業時における取扱性にも優れる。
【００１０】
以下に、本発明のライトガイドの一例を図１〜図２の場合について示す。
先ず、素線径が９５μｍのプラスチック（アクリル樹脂）光ファイバ素線（１ａ）を５０本集束して、外径が６ｍｍ、全長が２０００ｍｍの光ファイバ素線束を作成した。次いで、融着用治具（２）のアタッチメント（２ａ）、（２ｂ）の間に３ｍｍの間隙を設けた状態で、光ファイバ素線束の一方の端部を直径が５．５ｍｍの円筒状挿入孔（２ｃ）に挿入した。その後、温度１５０℃、加圧力５０Ｎの融着条件下に３０分間、加熱圧縮しながら熱融着処理を施して、熱融着部長さ（Ｌ）が８ｍｍのライトガイド（１）を得た。なお、ここでは、融着用治具（２）の一方の境界近傍（図４の（Ａ）部に相当）の光ファイバ素線束の自由膨張を防ぐため、融着用治具（２）の円筒状挿入孔（２ｃ）に沿って５０℃の温度勾配をつけた。
このときの熱融着部の端面は、図２に示すように、全ての素線が均一に熱融着して隙間の無い六方稠密構造のロッド状であり併せて実質的な断面変形もなかった。
また、入射端部（１ｂ）となる熱融着部の外径は５．５ｍｍで、非融着部の外径に対して０．５ｍｍ細径化されたことになる。
次に、このライトガイド（１）の入射端部（１ｂ）に１５０Ｗのハロゲンランプからの出射光を入射させ、出射端部（１ｃ）からの出射光を照度計にて測定した。
比較のため、光ファイバ素線束の端部（入射端部）を内径が７ｍｍの集束口金（３）で集束する以外は、実施例と同じ操作を繰り返して、図４に示すようなライトガイド（１ａ）を得た（比較例１）。さらに、熱融着処理に代えて従来の接着材（（株）エス・エス・アイ社製、エポキシ接着剤、アレムコボンド５２６Ｎ）で光ファイバ素線束の端部（入射端部）を接着する以外は、実施例と同じ操作を繰り返して得たライトガイド（比較例２）についても、同様に出射端部からの出射光を照度計にて測定した。
表１に上記の試験結果を記す。
【表１】

表１から明らかなように、テーパファイバ効果による入射開口角（ＮＡ）が増加し且つ充填率の高い本発明のライトガイドにおいては、出射照度が大きく、照射効率に優れていることが判る。
さらに、上記の実施例、および比較例１〜２のライトガイドの耐熱性試験を行った。その結果、本発明のライトガイドでは、該入射端部（１ｂ）の端面が１５０℃の状態と高温の状態になって尚且つ１２時間後でも、照度劣化や入射端部の熱変形は一切起きず、その入射端部（１ｂ）は十分な耐熱性を有していることが確認された。これに対して、比較例１のライトガイドでは、ファイバ素線間の隙間による照度低下が起き、また比較例２のライトガイドでは、接着剤が劣化し照度低下が起きた。
最後に、本発明のライトガイドの屈曲性についても、屈曲試験条件（曲げ半径２０ｃｍ、５万回）にて試験した所、ファイバ素線に断線を生ずることがなく、十分な屈曲性を有していることも確認された。比較例１のライトガイドでは、口金境界部（Ａ）にファイバ素線の断線が起き、また比較例２のライトガイドでは、接着剤が剥離しファイバ素線にずれが生じた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明では、ライトガイドを構成する光ファイバ素線束の端部近傍のみを、加熱圧縮しながら熱融着させてロッド状に集束・細径化したので、該端部の各ファイバ素線は熱変形が少なく、光伝送特性の劣化が防止され且つ集束密度（充填率）が高いことから、優れた照射効率が得られる。
また、本発明では、従来のように、ライトガイドの入射端部を接着剤で固着する必要がないので、熱的に劣化する要素が排除され、その結果、該入射端部の耐熱性、耐久性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のライトガイドの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明のライトガイドの入射端部における融着状態を示す横断面図である。
【図３】本発明のライトガイドの製造に際して用いる融着用治具の一例を示す正面図である。
【図４】従来のライトガイドの一例を示す斜視図である。
【図５】従来のライトガイドの入射端部における融着状態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ライトガイド
１ａ光ファイバ素線
１ｂ入射端部
１ｃ出射端部
２融着用治具
２ａ、２ｂ半割式アタッチメント
２ｃ円筒状挿入孔
３集束口金

Claims

光ファイバ素線束からなるライトガイドであって、少なくとも一方の端部が選択的に熱融着されてロッド状に集束され且つ該ロッド状部の外径が非熱融着部の外径より小さいことを特徴とするライトガイド。
該ロッド状部の光ファイバ素線の断面が六方稠密構造にある請求項１に記載のライトガイド。
該ロッド状部長さが１ｍｍから２０ｍｍの範囲にある請求項１または２に記載のライトガイド。
該光ファイバ素線径が２５μｍから２ｍｍの範囲にある請求項１〜３のいずれかに記載のライトガイド。
光ファイバ素線束の少なくとも一方の端部を、所望の断面形状に加熱圧縮しながら選択的に熱融着することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のライトガイドの製造方法。