JP4229890B2 - 光伝送体 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送体に係り、特に、内視鏡のライトガイド及びイメージガイドとして好適に使用可能な光伝送体に関する。

従来、コアとクラッドからなるガラスファイバーを保護するため、ガラスファイバーの外周に、フロロシリコーンオイル及びパーフルオロポリエーテルの少なくともいずれか一方からなる被覆層を形成し、更にその上に固体潤滑剤を塗布する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような外周に被覆層を形成したガラスファイバーのバンドルを内視鏡のライトガイドとして用いた場合、内視鏡に高温高圧水蒸気（オートクレーブ）滅菌処理を施すと、被覆層による保護効果がなくなってしまうという問題がある。被覆層による保護効果がなくなると、コアの周囲に設けられているクラッドが高温高圧により溶け出し、クラッド同士が固着してしまい、この状態で内視鏡の操作部を湾曲すると、クラッド同士が固着した部位が折れてしまい、光伝送が出来なくなってしまう。

尚、図６に内視鏡に用いられるライトガイド又はイメージガイドを、図７にガラスファイバー本体の断面を、図８にガラスファイバー本体の断面を拡大して示す。図９は、ガラスファイバー本体表面が固着した時の断面拡大図を示す。

即ち、内視鏡に用いられるライトガイド又はイメージガイドを構成するファイバーバンドル１１は、図６及び図７に示すように、多数のガラスファイバー１４が外装チューブ内に収容され、両端に口金１３が取り付けられた構造を有する。個々のガラスファイバー１４は、図８に示すように、コア１５の表面にクラッド１６を被覆した構造を有し、隣接するガラスファイバー１４同士は、図９に示すように、固着部分１７において、固着している。
特開２００１−３０２２８６号公報

本発明は、このような事情の下になされ、高温高圧水蒸気（オートクレーブ）滅菌操作に供されても、被覆層による保護効果が劣化することのない、優れた耐久性、耐磨耗性、潤滑性を有する光伝送体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ガラスで構成されるコアとクラッドからなるファイバー素線と、前記ファイバー素線の表面のガラスと結合したフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物からなる被覆層とを含み、前記フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物は、アルコキシル基とその逆末端にフルオロアルキル基とを有し、前記ガラス表面の水酸基とアルコキシル基が脱水してガラスの表面に結合してなることを特徴とする光伝送体を提供する。
この場合、前記フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物は、前記ファイバー素線の表面に形成された被覆層中に含まれるものとすることができる。また、光伝送体は、ファイバー素線を複数本束ねたファイバーバンドルからなるものとすることができる。

このように、ファイバーバンドルを構成するガラスファイバーの外周面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層を形成すると、ガラスファイバーの耐久性が大幅に増加し、特に内視鏡のライトガイド又はイメージガイドに適用した場合に、苛酷な条件による滅菌処理に供されても、被覆層による保護効果が劣化して、クラッドが高温高圧水蒸気により融着することが防止される。

本発明の一態様に係る光伝送体において、被覆層は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物をフッ素系希釈剤に溶解した溶液、或いはフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物及びケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをフッ素系希釈剤に溶解した溶液を用いて形成することが出来る。このように、希釈剤に溶解した溶液とすることにより、ダイスコート法、スプレー法、ディッピング法、シャワー法等により、被覆層を容易に形成することが可能となる。

尚、図１に、表面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物が被覆されたガラスファイバー本体の断面図を示す。即ち、図１に示すように、コア５と、その表面に設けられたクラッド６とからなるガラスファイバー本体４の表面には、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物８が被覆されている。

また、本発明の一態様に係る光伝送体では、被覆層上に更に、ケイ素含有及びケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをコーティングすることが出来る。これにより、被覆層による耐久性を更に増加させることが可能である。

更にまた、被覆層上に固体潤滑剤を塗布してもよい。これにより、被覆層が形成されたガラスファイバーの間にバインダーとして固体潤滑剤が存在することでガラスファイバー間の密着をなくし、固着を防ぐことが出来る。更に、バンドル化する時もバンドルの曲げ動作などによりガラスファイバが折れるのを防止することが可能である。
尚、図２に、固体潤滑剤が塗布されたガラスファイバ本体の断面図を示す。図２に示すように、コア５と、その表面に設けられたクラッド６とからなるガラスファイバー本体４の表面には、固体潤滑剤（減摩剤）９が被覆されている。

以上、詳細に説明したように、本発明によると、ガラスファイバー本体表面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層を設けているため、ガラスファイバー本体表面の微少な傷の発生や水蒸気または周囲の酸性ガスによる溶解を効果的に防止することが出来、耐久性に優れた光伝送体を得ることが出来る。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態は、光伝送体を構成するガラスファイバー本体表面に、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層を設けたことを特徴とする。使用可能なフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としては、例えば、フッ素系シランカップリング剤を挙げることが出来る。

一般に、シランカップリング剤は、無機基材の水酸基と反応するアルコキシル基とその逆末端に有機官能基を有する化合物として知られている。例えば、接着剤のプライマーとして、金属及びガラス表面の改質を行い、接着剤の密着性を向上させる効果やガラス繊維の表面処理等に使用されている。

本発明に好適に使用されるフッ素系シランカップリング剤は、従来のシランカップリング剤の有機官能基をフルオロアルキル基に替えたフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物である。このフッ素系シランカップリング剤は、ガラス表面に存在する水酸基とアルコキシル基が脱水してガラスの表面に結合し、逆末端の有機官能基部分のフルオロアルキル基が最表面にコーティングされることにより撥水・撥油機能が発生するものである。

即ち、柔軟なフルオロアルキル基を有するフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物をガラス表面（クラッド）と化学反応させることにより、数ｎｍオーダーの膜厚の被膜が形成され、これにより高温高圧水蒸気（オートクレーブ：１３５℃、２１１．８ｋＰａ）滅菌処理の際に水蒸気の透過を効果的に防ぐことができる。

また、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層をガラス表面にコートすると、ガラス表面は低い表面エネルギーを有するようになり、それによって優れた撥水性、撥油性を示すほか、フッ素樹脂特有の耐久性、耐薬品性、耐候性、低摩擦性、非粘着性も向上する。

フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層のクラッド表面への形成は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物に、フッ素系希釈剤としてパーフルオロヘキサンやパーフルオロエーテルを添加し、０．０１〜１０ｗｔ％のフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む溶液を調製し、この溶液をガラスファイバーに被覆することにより行うことが出来る。

本発明に使用可能なフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としては、特に、下記一般式により表わされるものが好ましい。

（式中、Ｒｆは炭素数１〜１６の直鎖状のパーフルオロアルキル基、Ｘは水素または炭素数１〜５の低級アルキル基、Ｒ１は加水分解可能な基をそれぞれ示し、ｍは１〜５０の整数、ｎは０〜２の整数、ｐは１〜１０の整数である。）
フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層をクラッド表面に形成する際は、フッ素系シランカップリング剤の場合には被覆層が単分子膜となっており、膜厚は０．５〜５００ｎｍの範囲となっている。この時、素線表面に隙間なく均一に単分子膜を形成させるには、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物の重量％濃度が０．０１〜１０％の間にあることが望ましい。０．０５％未満では、被覆層を設ける効果を得ることが困難となり、１０％以上では、特にそれ以上の効果は認められない。

その他、表面処理液の送液量並びに素線を巻き取る際の巻き取り速度により、単分子膜の密度を制御できるが、特に有効成分濃度に依存している。この時、表面処理剤は素線表面と化学的に結合しているため、密着性が高い。

尚、図３に、表面にフッ素系シランカップリング剤が被覆されたガラスファイバ本体の軸方向の断面図を示す。図３に示すように、コア５と、その表面に設けられたクラッド６とからなるガラスファイバー本体４の表面には、フッ素系シランカップリング剤１０が被覆されている。

フルオロシリコン樹脂、フルオロシリコンエラストマー、フルオロシリコンゴム等の場合は、濃度により膜厚を制御できる。この時の膜厚は、０．５〜１０μｍの間にあることが望ましい。０．５μｍ未満では被覆層による効果を得ることが困難となり、１０μｍを越えると素線一本の径が太ることで光繊維束の端部を口金に挿入する際に素線の充填率が下がることで、十分な光伝送が出来なくなってしまう。その他、表面処理液の送液量並びに素線を巻取る際の巻取り速度に膜厚を制御できるが、特に有効成分濃度に依存している。

尚、図４に、表面に、フルオロシリコン樹脂、フルオロシリコンエラストマー、フルオロシリコンゴム等が被覆されたガラスファイバー本体の断面図を示す。図４に示すように、コア５と、その表面に設けられたクラッド６とからなるガラスファイバー本体４の表面には、フルオロシリコン樹脂、フルオロシリコンエラストマー、又はフルオロシリコンゴム１１が被覆されている。

尚、ガラスファイバー表面の被覆層の上に、更にケイ素含有又はケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをコーティングすることにより、更に優れた耐性を発揮することができる。

またフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層が形成されたガラスファイバーの本体表面同士のバインダーとして、固体潤滑剤を塗布することでガラスファイバー間の密着をなくし、固着を防ぐことが出来る。更に、バンドル化する時のバンドルの曲げ動作などによりガラスファイバが折れるのを防止するために、ガラスファイバーの被覆層上に更に固体潤滑剤を被覆することが出来る。

本発明の一実施形態に係る光伝送体を構成するガラスファイバー本体に被覆層を形成する方法としては、ダイスコート法、スプレー法、ディッピング法、またはシャワー法を挙げることが出来る。

ダイスコート法は、コーティング液をダイスに供給しつつ、ダイス中にガラスファイバー本体を通して、ガラスファイバー本体表面に被覆層を形成する方法、スプレー法は、ガラスファイバー本体表面にコーティング液を吹き付ける方法、ディッピング法は、コーティング液中にガラスファイバー本体を浸漬する方法、シャワー法は、コーティング液のシャワー中にガラスファイバー本体を通す方法である。

実施例１
図５に、ダイスコート法の概略図を示す。図５に示すように、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物としてオプツールＤＳＸ（商品名、ダイキン工業社製）と、フッ素系溶剤としてデムナムソルベント（（商品名、ダイキン工業社製）の混合溶液１を図示しない供給源からポンプなどの送液装置により、所定の液量（例えば、０．１ｍｌ／分）でダイス２に供給し、ダイス２を通過するコアとクラッドからなるガラスファイバー本体４の表面にコートした。

このようにして表面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物がコートされたガラスファイバー本体４は、ガラスファイバー巻き取り装置３により巻き取られた。

ダイス２によるフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物の塗布量は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物とフッ素系希釈剤を混合した際に、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物の重量換算濃度を０．０１〜１０％の範囲にした。

このようにして被覆層が形成されたガラスファイバーについて、滑り性、耐久性、及び耐水蒸気性について、下記に示す方法で評価を行った。

滑り性
連続加重式表面性測定器（新東科学（株）製）を使用して、ガラスファイバーを複数本平行に並べたサンプルとガラス板を、調製した溶液にディッピングし、サンプル間の試験開始前及び終了後の摩擦係数と摩擦力を測定した。

耐久性
複数本からなる光伝送体にシリコンチューブを被せたサンプルを、Ｒ＝５ｍｍで９０°の面に押し当てて一定の荷重を加えながら、繰り返し１０００往復拭く試験を実施し、ファイバーの折れにくさについて評価した。上記滑り性とファイバー表面の保護効果（傷のつきにくさ）を総合したものが実力値となる。

耐水蒸気性
高温高圧水蒸気オートクレーブ滅菌処理後のサンプルを用いて、上記記載の耐久性評価を実施した。ファイバー同士の固着と素線自体の劣化との両方の実力値を含んでいる。

その評価結果を下記表１に示す。

実施例２
実施例１で使用したオプツールＤＳＸに代えてＴＳＬ８２３３（商品名、ＧＥ東芝シリコーン社製）を、デムナムソルベントに代えてＨＦＥ−７１００（商品名、住友３Ｍ社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、ガラスファイバの表面に被覆層を形成し、性能評価を行った。

その評価結果を下記表１に示す。

実施例３
実施例１で使用したオプツールＤＳＸとデムナムソルベントに代えて、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物とフッ素系溶剤の混合溶液であるＦＧＣ−１７２０（商品名、住友３Ｍ社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、ガラスファイバの表面に被覆層を形成し、性能評価を行った。

その評価結果を下記表１に示す。

実施例４
実施例１で使用したオプツールＤＳＸに代えてＳＩＦＥＬ６１４（商品名、信越化学工業社製）を、デムナムソルベントに代えてＳＩＦＥＬ用希釈剤（信越化学工業社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、ガラスファイバの表面に被覆層を形成し、性能評価を行った。

その評価結果を下記表１に示す。

従来例
実施例１で使用したオプツールＤＳＸとデムナムソルベントに変えて、フロロシリコーンオイル（ＦＬ−１００：商品名、信越化学工業社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、ガラスファイバの表面に被覆層を形成し、性能評価を行った。

その評価結果を下記表１に示す。

参考例
ガラスファイバに何ら被覆層を形成しなかった例について、性能評価を行った。

その評価結果を下記表１に示す。

なお、評価は、内視鏡に搭載された場合の評価である。

◎：十分な性能がある。
○：実用性がある。
△：やや劣るが実用可能である。
×：実用性がない。

上記表１から明らかなように、表面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層を形成した実施例１〜４のガラスファイバーは、いずれも優れた性能を示しているのに対し、フロロシリコーンオイルを被覆した従来例及び何ら被覆層を形成しなかった参考例は、いずれも性能の向上が示されていない。

以上、本発明の光伝送体を、幾つかの実施形態及び実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。

付記１．フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層を外周面に有するガラスファイバーを複数本束ねたファイバーバンドルからなる光伝送体。

付記２．前記ガラスファイバーは、コアとクラッドからなる付記１に記載の光伝送体。

付記３．内視鏡に用いられる付記１又は２に記載の光伝送体。

付記４．内視鏡のライトガイド又はイメージガイドに用いられる付記３に記載の光伝送体。

付記５．前記被覆層は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物をフッ素系希釈剤に溶解した溶液を用いて形成したものである付記１〜４のいずれかに記載の光伝送体。

付記６．前記被覆層は、フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物及びケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをフッ素系希釈剤に溶解した溶液を用いて形成したものである付記１〜４のいずれかに記載の光伝送体。

付記７．前記被覆層上に更に、ケイ素含有及びケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをコーティングした付記１〜６のいずれかに記載の光伝送体。

付記８．前記ファイバーバンドルの外周面に固体潤滑剤を塗布した付記１〜７のいずれかに記載の光伝送体。

付記９． 少なくともフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物及びケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルにより、隣接するガラスファイバー一本一本の表面が処理されている付記１〜８のいずれかに記載の光伝送体。

表面にフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物が被覆されたガラスファイバー本体を示す断面図 表面に固体潤滑剤が塗布されたガラスファイバ本体を示す断面図。 表面にフッ素系シランカップリング剤が被覆されたガラスファイバ本体を示す断面図。 表面にフッ素系樹脂、エラストマー、ゴム等が被覆されたガラスファイバー本体を示す断面図。 本発明の実施例におけるフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物を含む被覆層の形成の手順を示す図。 内視鏡に用いられるライトガイド又はイメージガイドを示す図。 ガラスファイバ本体を示す断面図。 ガラスファイバ本体を示す拡大断面図。 ガラスファイバ本体表面が固着した状態を示す拡大断面図。

符号の説明

１・・・混合溶液、２・・・ダイス、３・・・巻き取り装置、４・・・ガラスファイバー本体、５・・・コア、６・・・クラッド、８・・・フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物、９・・・固体潤滑剤、１０・・・フッ素系シランカップリング剤、１１・・・フルオロシリコン樹脂、フルオロシリコンエラストマー、又はフルオロシリコンゴム、２１・・・ファイバーバンドル、２２・・・外装チューブ、２３・・・口金、１４・・・ガラスファイバー。

Claims (4)

1. ガラスで構成されるコアとクラッドからなるファイバー素線と、
   前記ファイバー素線の表面のガラスと結合したフッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物からなる被覆層とを含み、
   前記フッ素置換アルキル基含有有機ケイ素化合物は、アルコキシル基とその逆末端にフルオロアルキル基とを有し、前記ガラス表面の水酸基とアルコキシル基が脱水してガラスの表面に結合してなることを特徴とする光伝送体。
2. 内視鏡のライトガイド又はイメージガイドに用いられることを特徴とする請求項１に記載の光伝送体。
3. 前記被覆層上に更に、ケイ素含有又はケイ素非含有のパーフルオロポリエーテルをコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の光伝送体。
4. 前記ファイバー素線を複数本束ねたファイバーバンドルの個々のファイバー素線の外周面に固体潤滑剤を塗布したことを特徴とする請求項１または３に記載の光伝送体。

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