JP2665664B2 - 散光管およびその製造方法 - Google Patents

散光管およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は集光性の高い光を空間分布性の高い光に転換
させる散光管に関し、この散光管は、例えば太陽光が光
伝送路により送られて利用される分野、すなわち海洋牧
場,野菜工場,人工飼育室,病院,都市マンション等の
太陽光利用システムにおいて、光導管の光出射端部に接
続して利用され、また、人工光が光伝送路により送られ
て利用される分野、すなわち危険物倉庫,坑道,化学プ
ラント,パイプライン,水中照明,油中照明,危険作業
手許照明等において、光導管の光出射端部に接続しもし
くはランプハウスに直接接続して利用される。
従来技術 光もしくは光源に要求される性質は使用目的により多
様であり、光の明るさ,波長分布,均質性,集光性,発
熱性等ならびに光源の寿命,価格等を勘案して、最適の
特性を有する光源が選択される。
光を遠距離まで伝達させるためには集光性の優れた光
源が必要であり、このような場合には、光をレンズ等の
光学的補助手段により空間伝播させるか、または光ファ
イバ等の光伝送路内を伝播させて必要な個所に伝送し、
例えば太陽光利用システムにおいては、太陽光を安価に
伝送する一手段として、レンズで集光した太陽光を光フ
ァイバー内に導入することが行われている。しかしこの
ようにレンズで集光された光もしくは光ファイバーで伝
送された光は集光性,指向性が強く、輝度が高過ぎて生
理的に不快である事の他、光の利用空間も狭められたも
のとなる。従ってこのような集光性もしくは指向性の強
いスポット性の光を、利用箇所において、面光源または
管状光源からの空間分布性の高い散乱光に変換して、生
理的不快感を除き、利用空間を拡大することがしばしば
望まれる。
キセノンランプにより得られる光は、波長分布が太陽
光に類似するので、生物体には好ましい光源であるが、
人工飼育室,植物工場,培養装置等に光源として組込む
ためには、上述と同様に、スポット性の光を面光源また
は管状光源による光に変換することが望まれる。
蛍光灯は安価な管状光源であり、空間的な光分布は比
較的良好であるが、発光スペクトルが輝線を含む事、植
物の育成に必要に光成分が乏しい事、物理的外力に弱い
事、引火源になり得る事、発熱する事等のために、利用
範囲が限定され、または特別の防護措置を必要とする。
発明が解決しようとする課題 従って本発明は、集光性もしくは指向性の高い光を管
状光源からの空間分布性の高い光に効率良く変換できる
構造簡単で安価な光源装置を提供しようとするものであ
る。
さらに本発明は、上記のような光源装置を容易に製造
できる製造方法を提供しようとするものである。
課題を解決するための手段および作用 本発明によれば、上記課題は、透明な管状体と、該管
状体の内部に充填され該管状体よりも高い屈折率を有す
るコア材とから成り、前記管状体の内壁面の中心線平均
粗さRaが0.01μm≦R≦0.6μmであり、かつ少くとも
一端を採光部とし周面を散光部とした散光管により解決
される。
この散光管にはその一端もしくは両端の採光部から指
向性の高い光がコア材内に入射して来る。コア材の屈折
率は管状体の屈折率よりも高いので、この光は管状体の
内壁面すなわち管状体とコア材との接触境界面において
屈折もしくは反射するが、該境界面が平滑であれば、反
射する光が多く、特に境界面に対する入射角が臨界角を
超えると全反射して依然として指向性を保持しつつコア
材内を進行する。しかし前記境界面すなわち管状体の内
壁面は中心線平均粗さRaが0.01ないし0.6μmの粗面と
なっているので、該内壁面にコア材側から入射する光源
は屈折して管状体内に入るものが多く、たとえ反射して
も内壁面の他の部分に再び入射し該部分において屈折し
て管状体内に入ることとなる。管状体は透明であるの
で、上記のようにして管状体内に屈折入射した光は、管
状体の外周面からのその全面に亘って効率よく放散され
る。そしてこれらの光は不規則な粗面において屈折した
ものであるので方向性を持たず、かくして管状体の外周
面を管状光源とする空間分布性の高い光が得られる。
ただし、前記内壁面の表面粗さは、中心線平均粗さRa
で表示した場合0.01μm〜0.6μmの範囲でなければな
らない。Raが0.01μm以下では管状体の周面から光を取
出すことが実質的に困難であり、Raが0.6μm以上では
管状体の周面から取出される光の長手方向の強度分布に
大きな偏りが生じ実用性に欠ける。なお、中心線平均粗
さRaは、表面粗さを数値的に表示するのによく用いられ
る表示性の1つであり(JIS B 0601参照)、粗さ曲線の
中心線(すなわちこの直線と粗さ曲線で囲まれる面積が
この直線の両側で等しくなる直線)をx軸とし、粗さ曲
線をy=f(x)で表わした時、次の式で与えられるRa
をミクロン単位で表わしたものである。
lは基準の測定長さである。
上記散光管においては、透明な管状体の両端部を窓材
で閉塞すれば、コア材を所定位置に保持しかつ保護する
上で好適である。
また、一端部の窓材を透明体として該端部を採光部と
し、他端部の窓材を光反射部材とすれば、他端部から外
部に逃げる光がなくなり、散光管に入って来た光がほと
んどすべての管状体の外周面から放散されることとなる
ので、光の変換効率が高くなる。
このような本発明による散光管は、前記管状体の内部
に未硬化状態のコア材を充填した後、該コア材を硬化ま
たは半硬化せしめることにより極めて容易に製造するこ
とができる。
実 施 例 以下本発明を実施例について図面を参照して説明す
る。第1図は本発明の一実施例を模式的に示した断面図
で、この散光管1は、透明な管状体2の内部にコア材3
を充填して構成され、管状体2の両端の開口部はそれぞ
れ窓材4,5により閉塞されている。管状体2は透明な無
機または有機材料から成り、例えばガラス,石英,アル
ミナ,ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリエステル,
ポリアミド,シリコンゴム,ポリカーボネート,ポリ塩
化ビニル,四弗化エチレン,六弗化プロピレン共重合
体,四弗化エチレンパーフロロアルコキシエチレン共重
合体等で作られている。コア材3も透明な材料で作られ
ているが、このコア材3としては、プラスチック,サー
モエラストマー,液状硬化物の他、液状物も利用され
る。液状物をコア材3として利用する場合には、該液状
物が管状体2の内部に長期にわたって確実に保持される
必要があるので、粘性液体または半固体状物を用いるの
が望ましい。具体的にはポリエチレンオキサイド,ポリ
プロピレンオキサイド,グリセリン等のポリオール類,
ポリオールエステル類,ポリオールエーテル類,トリス
(クロロエチル)ホスフェート,トリス(ジクロロプロ
ピル)ホスフェート等のリン酸エステル類,流動パラフ
ィン,弗素油,シリコンオイル,ポリイソブチレン,ポ
リシロキサン変性ポリエーテル等が挙げられる。
また、管状体2の内部に硬化性液状物を未硬化の状態
で充填した後、室温,加熱,光,放射線等で硬化させた
ものをコア材3とすることもできる。上記硬化性液状物
としてはエポキシ樹脂,液状シリコン,ポリウレタン,
液状ポリブタジエン等が挙げられる。コア材3をこのよ
うにして形成すれば、後述するように粗面をなす管状体
2の内壁面にコア材3が確実に密着した散光管1を極め
て容易に製作することができる。
窓材4は透明な材料から成り、コア材3を管状体2の
内部に封入する働きと共に、光を散光管1内に入射させ
る働きを有する。窓材4の材料としては、石英,クラウ
ンガラス,フリントガラス,カルコゲナイト系ガラス,
サファイヤ,水晶,ポリカーボネート,メタクリル樹
脂,ポリスチレン樹脂等が挙げられる。
窓材4の反対側に設けられる窓材5は、コア材3の封
止が主目的であり、透明性は問わないが、散光管1の周
面ばかりでなく端面からも光を取出したい場合あるいは
窓材5からも光を散光管1内に入射させたい場合には窓
材4と同様な透明材でこれを作る。
ところで前記管状体2の材料とコア材3の材料とでは
伝送光の波長に対する屈折率が相違し、コア材3の材料
の屈折率が管状体2の材料の屈折率よりも高い。ただし
管状体2はその肉厚方向全体にわたって屈折率がコア材
3の材料の屈折率より小さい必要はなく、コア材3に接
する内壁面6の近傍における材料の屈折率がコア材3の
材料の屈折率より小さければよい。
さらに、管状体2の内壁面6は第2図に誇張して示し
てあるように粗面に形成されており、その表面粗さは前
述したRa表示で0.01μm〜0.6μmの範囲に納められて
いる。窓材4を通って散光管1内に入射した光の各光線
は、第2図にi1,i2,i3で例示してあるように、種々の経
路をとってコア材3内を奥の方へ進行して行くが、この
間管状体2とコア材3との境界面すなわち管状体2の内
壁面6において一部は屈折して管状体2内に進入し、一
部は反射して再びコア材3内を進む。屈折した光線は管
状体2を厚さ方向に通過してその外周面7から放散され
るが、屈折光と反射光の割合および角度は各光線が入射
する内壁面6局部の粗さ曲線の傾斜によって多様であ
り、結局外周面7から屈折光がその全面に亘って実質的
に均等な強さでかつすべての方向に一様に放散される。
ただし、内壁面6の方面粗さがRa表示で0.01μm以下
では管状体2の外周面7から光を取出すことが実質的に
困難であり、Raが0.6μm以上では管状体2の外周面7
から取出される光の長手方向の強度分布に大きな偏りが
生じ実用性に欠けるので、内壁面6の表面粗さはRa表示
で0.01μm〜0.6μmの範囲内でなければならない。こ
のような表面粗さは、管状体2の内壁面6に液体ホーニ
ング等の機械的加工処理を行ったり、プラズマエッチン
グ処理を行ったりすることにより得られるが、あるいは
管状体2の押し出し加工時に熱収縮その他の要因を適当
に制御することによっても実現できる。
第3図は窓材5を金属製とし、その内側の端面を鏡面
化して光反射面8とした例を示す。このようにすれば、
窓材4側から導入された後管状体2の外周面7から取出
されることなく窓材5まで達した光が、光反射面8によ
って再びコア材3内に差し向けられて、内壁面6を経て
外周面7からの放散光に変換されるので、光の変換効率
が高くなる。窓材5としてはステンレス鋼,アルミニウ
ム,銅,黄銅,鉄等の金属材料を使用する。あるいは、
窓材5としてガラスや樹脂等のそれ自体の平滑化のみで
は鏡面化が困難な材料を使用し、表面に金属薄膜を蒸
着,スパッタ,メッキ等の手段で形成することにより、
光反射面8を形成することもできる。
第4図は窓材5の外面に光反射膜9を形成した例を示
す。窓材5の材質は透明な石英等であり、光反射膜9は
窓材5の端面に金属薄膜を前述のように蒸着,スパッ
タ,メッキ等の手段で形成することにより得られ、ある
いはアルミニウムや銅の薄膜を窓材5に密着させること
によっても得られる。
本発明者は下記実験例1および2に示すように、本発
明による散光管を試作し、その効果を確認した。
実験例1 前記管状体2として、四弗化エチレン−パーフルオロ
アルコキシエチレン共重合体樹脂製で、内径2mm,外径4m
m,長さ300mmの中空管を使用し、この中空管内にトリス
(モノクロルエチル)ホスフェートをコア材3として充
填した後、両端を直径3mm,長さ30mmの石英栓で封止し
た。前記中空管の内壁面の表面粗さを触針式表面粗さ計
SURTRONIC(テーラーホブソン社製)で測定した所Ra=
0.17μmであった。
この散光管の一端からハロゲンランプの光を入光さ
せ、該散光管の外周面の輝度を輝度計(ミノルタ社製)
で計測した。計測箇所は窓材から50mm間隔とした。この
結果を表1の上段に示す。
実施例2 入射光側と反対側の窓材(前記第3図におけるコア材
3)として、直径3mm,長さ30mmの石英栓の端面にアルミ
ニウム薄膜をスパッタ法により生成したものを用いた以
外は、前記実験例1と同様な散光管を製作し、これにつ
いて前記実験例1と同様な計測を行った。この結果を表
1の下段に示してある。
これにより、高輝度かつ均質な管状光源が本発明によ
って得られることが確認された。
発明の効果 以上の通り、本発明による散光管は、透明な管状体
と、該管状体の内部に充填され該管状体よりも高い屈折
率を有するコア材とから成り、前記管状体の内壁面の中
心線平均粗さRaが0.01μm≦Ra≦0.6μmであり、かつ
少くとも一端を採光部とし周面を散光部としたので、極
めて単純な構造によって、集光性もしくは指向性の高い
光を前記周面を管状光源とする空間分布性の高い光に効
率良く転換することができる。
また、コア材が両端の窓材によって定位置に保持され
かつ保護されているので寿命が長い。
さらに、一端部の窓材を透明体とし、他端部の窓材を
光反射部材とすることにより、入射光をさらに高い変換
効率で空間分布性の高い光に変換させることができる。
上記散光管は、管状体の内部に未硬化状態のコア材を
充填した後、該コア材を硬化または半硬化せしめること
により、極めて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る散光管の縦断面図、第
2図は同散光管の一部を、粗面を誇張して示した拡大縦
断面図、第3図および第4図はそれぞれ本発明の他の実
施例を示す第1図と同様な縦断面図である。 1……散光管、2……管状体、3……コア材、4……窓
材、5……窓材、6……内壁面、7……外周面、8……
光反射面、9……光反射膜。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明な管状体と、 該管状体の内部に充填され該管状体よりも高い屈折率を
    有するコア材とから成り、 前記管状体の内壁面の中心線平均粗さRaが0.01μm≦Ra
    ≦0.6μmであり、かつ 少くとも一端を採光部とし周面を散光部とした散光管。
  2. 【請求項2】透明な管状体の両端部を窓材で閉塞した請
    求項1記載の散光管。
  3. 【請求項3】一端部の窓材を透明体として該端部を採光
    部とし、他端部の窓材を光反射部材とした請求項2記載
    の散光管。
  4. 【請求項4】透明な管状体の内部に未硬化状態のコア材
    を充填した後、該コア材を硬化または半硬化せしめる、
    請求項1ないし3のいずれかに記載の散光管の製造方
    法。
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