JP4417057B2 - ライトガイド - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ繊維束を含むライトガイドに関し、さらに詳しくは、紫外線照射装置の光伝送体として有用なライトガイドに関するものである。

近年、接着剤としての紫外線硬化性樹脂材料（以下、“樹脂材料”と略記する）の利用が盛んになってきている。ただ、該樹脂材料は、紫外線照射時に気泡を発生し易いので、この気泡の発生を無くすための工夫が必要になる。その一例として、該樹脂材料を真空容器中に載置した状態で、先端部が該真空容器に挿入されたライトガイドにより紫外線を照射する紫外線照射装置が知られている。
図３にはこの装置の側面図が示されている。（１）はライトガイドで、光ファイバ素線束からなる円筒状ライトガイド本体（２）と同様に円筒状ガラスロッド（３）とから構成されている。（４）はライトガイド（１）の照射部（先端部）内部に内蔵された、ふっ素ゴム、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム等の弾性を有するゴム部材からなるＯ-リング、パッキン等の密閉部材である。この密閉部材により、ライトガイド（１）の挿入部（８ａ）で真空容器（８）と外部との気密性が確保される。（７）は紫外線光源、そして、（９）は樹脂材料が塗布された被接着体である。
ところで、ライトガイド（１）には紫外線光源（７）から色々な入射角度で紫外線が入射するため、一部の紫外線は出射端に到達する前にライトガイド（１）の外側表面から漏れやすい。そして、この漏れ（露光）現象は、拡散効果により拡散光を得る先端部のガラスロッド（３）部でより顕著になり、肝心の出射効率と均一光化の低下につながる。
さらに、このようなライトガイドを紫外線照射装置の光伝送体として採用した場合には、略二つの問題が生じる。その一つは、上記した、ふっ素ゴム、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム等の弾性を有するゴム部材が、紫外線に晒されて劣化することである。この結果、真空容器（８）と外部との気密が確保できなくなり、空気の浸入により硬化樹脂表面に気泡を生じ、接着に不具合が生じる。同時に、不均一な出射光の下では、樹脂材料の硬化時間のずれが生じ、生産性が低下する。

したがって、本発明の第一の課題は、ライトガイドの外側表面からの入射光の漏れ現象を克服することにより、優れた出射効率の下に均一光を照射するライトガイドを提供することにある。
さらに、本発明の第二の課題は、上記紫外線照射装置に採用されるライトガイドでの漏れ現象を克服することにより、ゴム状弾性密閉部材の紫外線劣化の問題を解消し、しかも、均質な樹脂硬化を実現することにある。

本発明者は、光ファイバ素線群からなるライトガイド本体の出射端に装着されるガラスロッドの外側表面に金属反射層を被覆するという極めて簡単な構成を採ることにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明によれば、ライトガイドの外側表面からの紫外線を含めた光の漏れ現象が解消される。この結果、（ａ）入射光の伝送損失の問題が解消されるので、優れた出射効率の下に均一光が照射され、さらに，（ｂ）ゴム状弾性密閉部材の紫外線劣化の懸念が解消され、真空容器と外部との気密性が確保されるので、硬化樹脂表面での気泡発生がなく、しかも良質の硬化・接着状態が実現する。

以下、本発明のライトガイドを紫外線照射装置に採用した例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るライトガイドの縦断面図である。
図２は、本発明に係るライトガイドの別の態様を示す縦断面図である。
図３は、従来のライトガイドを組み込んだ紫外線照射装置の側面図である。
図１〜図２において、符号（１）、（２）、（３）、（４）、（７）、（８）、（８ａ）、および（９）は、冒頭に述べた図３の場合と同一である。一方、（２ａ）および（２ｂ）はそれぞれ、ライトガイド本体（２）の入射端面および出射端面、（３ａ）および（３ｂ）はそれぞれ、ガラスロッド（３）の入射端面および出射端面、（３ｃ）はガラスロッド（３）の外側表面に形成された金属反射層、（５）はライトガイド本体（２）の端面に嵌合されて該端面を保護する止め金、（６）はライトガイド本体（２）とガラスロッド（３）とを収納・固定する金属管である。この例からも明らかなように、密閉部材（４）は従来（図３）と異なって反射金属層（３ｃ）と金属管（６）の間、あるいは必要に応じてライトガイド本体（２）と金属管（６）の間に設けられる。

上記の構成において特徴的なことは、ライトガイド本体（２）の出射端面（２ｂ）に、外側表面に金属反射層（３ｃ）を被覆したガラスロッド（３）を装着した点にある。
ここで、ガラスロッド（３）の外側表面に金属反射層（３ｃ）を被覆する手段としては、金属の薄板ないしテープ、あるいは金属蒸着フィルムを張り付ける手段、メッキ層あるいは直接金属蒸着層を設ける等各種の手段がある。これらの手段のなかで、金属反射層（３ｃ）の性能やコスト等を勘案すると、ガラスロッド（３）の外側表面に直接金属蒸着層を設けるのが望ましい。蒸着させる金属としては、銅、アルミニウム、銀、あるいは金等各種の金属材料が採択可能である。一般には、金属反射層（３ｃ）の厚さは２μｍ〜２０μｍが好ましい範囲である。
ガラスロッド（３）自体は、ガラスを直接溶融成形してなる棒状体であり、その材質としては、耐紫外線性能に優れた石英ガラスが好ましい。この場合の外径は１ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく、また、その長さは出射光の均一化性能、および挿入損失を考慮すると、５ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。
他方、ライトガイド本体（２）自体は、複数本の光ファイバ素線から構成される。例えば、常用されている素線径が０．０３〜０．３０ｍｍの場合、これら素線を３０００本〜８０００本程度束ねて熱融着あるいは接着材により接着して構成される。光ファイバ素線の材質としては、ガラスロッド（３）同様、石英ガラスファイバが好ましく採用される。この場合の外径は１ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく、また、長さについて格別の制約はないが、一般には５ｍｍ〜３０００ｍｍ程度であればよい。また、このライトガイド本体（２）は、出射端部がテーパ加工された、いわゆるテーパ付ライトガイドであってもよい。
さらに、ライトガイド（１）全体は、外部への紫外線漏れ現象を可及的に低減させる意味から、図1にも示すように、アルミニウムやステンレス等の金属管（６）に収納・固定されるのが好ましい。
次に、図２に示す本発明の別の態様について説明する。
本態様は、図1の態様において、ガラスロッド（３）の外径（ないし断面積）をライトガイド本体（２）の外径（ないし断面積）より大きくしたものである。
こうすることにより、ライトガイド本体（２）の出射端面（２ｂ）からの出射光が全てガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）に入射するので、図1の態様と比較して集光効果が大きくなる。同時に、その分だけガラスロッド（３）の長さを短縮化でき、よりコンパクトなライトガイドになる。具体的には、ガラスロッド（３）の外径をライトガイド本体（２）の外径より１０％〜５０％大きくすればよい。
以上、本発明を例示的に説明したが、本発明の趣旨から逸脱しない限り、それらを変形した各種の態様が採用されることは言うまでもないことである。

（Ａ）ライトガイド本体（２）の作成
素線径が０．０５ｍｍの石英ガラスファイバ素線３１２５本を有機接着材（（株）エス・エス・アイ社製、エポキシ系接着剤「アレムコボンド５２６Ｎ」）で結束して、外径３ｍｍ、長さ２０００ｍｍで、両端面が共に、該素線軸と直交する平坦面で構成される円筒状のライトガイド本体（２）を作成した。その際、該両端面には黄銅製の止め金（５）を嵌合した。
（Ｂ）ガラスロッド（３）の作成
外径４ｍｍ、長さ５０ｍｍの円筒状石英ガラス母材を用い、その外側表面にアルミ二ウムを厚さ３μｍで真空蒸着させて金属反射層（３ｃ）を形成した。その際、両端面は該母材（ロッド）の軸と直交する平坦面で構成して入射端面（３ａ）および出射端面（３ｂ）とした。
（Ｃ）密閉部材（４）の取り付け
ふっ素ゴムからなる外径５ｍｍ、内径３．５ｍｍのリング状密閉部材（４）を３本用いて、上記で作成したガラスロッド（３）の側面に等間隔に装着した。
（Ｄ）ガラスロッド（３）とライトガイド（２）との接合
（Ａ）項で作成したライトガイド（２）の出射端面（２ｂ）に、（Ｂ）項で作成したガラスロッド（３）の入射端面（３ａ）を接合した状態で、これらを肉厚が０．１ｍｍで内径が４．５ｍｍのステンレス金属管（６）の内部に収納・固定して、図２に示す形状のライトガイド（１）を完成した。
次に、上記にて作成したライトガイド（１）の先端部５０ｍｍを、５０ｃｍ×４０ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ２ｍｍのステンレスからなる密閉容器（８）のライトガイド挿入部（８ａ）から該密閉容器内に挿入した。その際、ライトガイド挿入部（８ａ）はリング状のふっ素ゴムで形成した。
また、密閉容器（８）内には、紫外線硬化樹脂を塗布した照射対象物を作業台を介して設置した。
さらに、密閉容器（８）内を真空ポンプにて真空状態とした。
この状態で、ライトガイド（１）の入射端面（２ａ）に、紫外線光源（７）から波長３６５ｎｍの紫外線を入力させ、ガラスロッド（３）の金属反射層（３ｃ）から漏れる紫外線量を紫外線測定器にて測定したが、紫外線漏れは確認されなかった。
したがって、密閉部材（４）の紫外線による劣化も併せて防止でき、真空容器（７）と外部との気密性も維持することができた。
さらに、本発明では、金属反射層（３ｃ）を設けていない従来のライトガイドと比較し、均一化率が向上するとともに伝送損失も減少するので、照射効率も向上していることも確認された。

本発明のライトガイドは、ライトガイドの外側表面からの露光を防止し、照射効率が向上するので、紫外線以外の光に対しても有効で、例えば、歯科用ライトガイド、赤外線治療用ライトガイド等医療分野にも利用できる。

本発明に係るライトガイドの縦断面図である。 本発明に係るライトガイドの別の態様を示す縦断面図である。 従来のライトガイドを組み込んだ紫外線照射装置の側面図である。

符号の説明

１ ライトガイド
２ ライトガイド本体
２ａ ライトガイド本体の入射端面
２ｂ ライトガイド本体の出射端面
３ ガラスロッド
３ａ ガラスロッドの入射端面
３ｂ ガラスロッドの出射端面
３ｃ 金属反射層
４ 密閉部材
５ 止め金
６ 金属管
７ 紫外線光源
８ 真空容器
８ａ ライトガイド挿入部
９ 樹脂材料が塗布された被接着体

Claims (1)

1. 光ファイバ素線群からなるライトガイド本体の出射端にガラスロッドを装着したライトガイドにおいて、該ガラスロッドの外側表面を金属反射層で被覆することにより該ガラスロッドの外側表面からの紫外線の漏光を防止し、出射効率と均一光化の低下を防止するとともに、該金属反射層と、該ライトガイドを収納・固定する金属管との間に設けられ、該ライトガイドの挿入部で真空容器と外部との間を密閉するゴム状弾性密閉部材の紫外線による劣化を防止することを特徴とする、紫外線硬化性樹脂材料を該真空容器中に載置した状態で、先端部が該真空容器に挿入されたライトガイドにより紫外線を照射する紫外線照射装置用のライトガイド。