JP5731293B2

JP5731293B2 - 有孔体の加工方法

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Publication number: JP5731293B2
Application number: JP2011139351A
Authority: JP
Inventors: 島田　明佳; 明佳島田; 弘二住友; 鳥光　慶一; 慶一鳥光
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP2013006186A

Description

本発明は、例えば液の供給に使用できる空孔を有する光ファイバなどの有孔体の加工方法に関する。

生体組織に対して薬液等を局所的に投与する手法としては、ガラス微小管やカテーテルなどの有孔体を用いた圧力注入法が知られている（例えば非特許文献１を参照）。
圧力注入法では、ガラス微小管やカテーテル等（有孔体）の孔部内の薬液等に圧力を加えることにより、薬液等を有孔体の先端から押し出して生体組織に供給する。圧力注入法は、生体組織に薬液等を注入することが比較的容易であり、生体組織に確実に薬物を投与したい場合に用いられる。

空孔を有する通信用光ファイバ（以下ホーリーファイバという）は、直径数ミクロンから１０数ミクロン程度の空孔を有するため、基端側から空孔に液を注入すれば、圧力注入法により液を先端側から吐出することが容易であり、生体組織に対して微量の薬液等を局所的に注入する有孔体としての使用が考えられる。
このホーリーファイバは、導波原理により大きく２つに分類できる。１つは石英ガラスコアの周りのクラッド部に複数の空孔を形成した構造で、全反射型の導波原理を持つものである。もう１つは空孔クラッド部の２次元ブラッグ反射を利用して光を閉じ込める導波原理のファイバで、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰｈｏｔｏｎｉｃＢａｎｄｇａｐＦｉｂｅｒ）と呼ばれ、クラッド空孔部内においてブラッグ反射条件を満たせば、コアが空孔でも光を導波できる（例えば非特許文献２を参照）。

フアン・Ｍ・Ｊ・ラモス（ＪｕａｎＭ．Ｊ．Ｒａｍｏｓ）著，「トレーニング・メソッド・ドラマティカリィ・アフェクツ・ディ・アクイジション・オブア・プレイス・レスポンス・イン・ラッツ・ウィズ・ニュートロジック・リージョンズオブ・ザ・ヒッポカンパス（ＴｒａｉｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄＤｒａｍａｔｉｃａｌｌｙＡｆｆｅｃｔｓｔｈｅＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆａＰｌａｃｅＲｅｓｐｏｎｓｅｉｎＲａｔｓｗｉｔｈＮｅｕｒｏｔｏｘｉｃＬｅｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅＨｉｐｐｏｃａｍｐｕｓ）」，ニューロバイオロジー・オブ・ラーニング・アンド・メモリー７７（ＮｅｕｒｏｂｉｏｌｏｇｙｏｆＬｅａｒｎｉｎｇａｎｄＭｅｍｏｒｙ７７），（米国），２００２年，ｐ．１０９−１１８。大薗和正、姚兵、滑川嘉一、「高機能ホーリーファイバの開発」、工学技術研究誌日立電線（２００７．１，Ｎｏ．２６，ｐｐ．７１−７６）。

ホーリーファイバなどの有孔体に、孔部に液を供給するための開口部を形成するには、切削加工、レーザ加工、エッチング等により空孔に達する切欠凹部を外周面に形成する加工が行われる。しかしながら、この切欠凹部形成の際には、切削屑が空孔に詰まったり、有孔体の溶融物によって空孔が閉塞または狭隘化したり、エッチング液が空孔内部に浸入して空孔内面が浸食され、空孔の形状が変化するおそれがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、有孔体の外周面に空孔に達する切欠凹部を形成するにあたって、空孔の閉塞や形状変化を防ぐことができる有孔体の加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、長軸方向に沿う１または複数の空孔を有する有孔体の外周面の一部に、前記空孔の少なくとも１つを分断する切欠凹部を形成することによって、前記空孔の一部が露出した開口部を形成し、前記切欠凹部の形成にあたって、前記空孔の少なくとも前記開口部が形成される部分に、前記開口部から前記空孔内への異物の進入を防ぐ流体である進入阻止材を導入し、前記進入阻止材は、前記分断された空孔の両方にそれぞれ導入する有孔体の加工方法を提供する。
前記進入阻止材は、液体またはガスであることが好ましい。
前記進入阻止材は、前記有孔体の一端側および他端側からそれぞれ前記空孔に導入することが好ましい。
前記切欠凹部の形成は、機械的加工、レーザ加工、および化学的加工のうち１または２以上によって行うことが好ましい。

本発明は、有孔体の外周面に切欠凹部を形成するにあたって、空孔に進入阻止材を導入するので、異物（切削屑、光ファイバ溶融物、薬液等）が開口部から空孔に入り込むのを防ぐことができる。
従って、空孔の閉塞、狭隘化、形状変化等を防ぎ、有孔体の特性（光ファイバとしての光学特性、薬液投与器具としての特性など）に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。

本発明の有孔体の加工方法によって得られた光ファイバの一例を示す模式図である。本発明に使用できる導入装置およびこれに接続された光ファイバを示す模式図である。本発明の有孔体の加工方法の第１実施形態を示す工程図である。本発明に使用できる導入装置およびこれに接続された光ファイバを示す模式図である。本発明の有孔体の加工方法の第２実施形態を示す工程図である。本発明の有孔体の加工方法の第３実施形態を示す工程図である。

（有孔体）
図１に、本発明の加工方法によって得られた有孔体の一例であるホーリーファイバ１を示す。
ホーリーファイバ１は、コア１Ａと、コア１Ａを囲むクラッド１Ｂとを有する光ファイバである。
クラッド１Ｂは、ホーリーファイバ１の軸１Ｃ方向（長軸方向）に沿って４つの空孔２ａ〜２ｄが形成されているものとする。空孔２ａ〜２ｄは、例えば直径数ミクロンから１０数ミクロン程度とされる。
ホーリーファイバ１は、例えば石英（シリカ）系ガラス材料または樹脂から構成することができる。ホーリーファイバ１は、例えばクラッド径８０〜１２５μｍ、クラッド１Ｂの外周に設けられた樹脂被覆を含む素線としての外径２５０〜４００μｍとしてよい。

空孔２ａ〜２ｄは、ホーリーファイバ１の周方向に間隔をおいて（例えば周方向に等間隔に）形成されている。図示例の空孔２ａ〜２ｄは断面円形とされ、ホーリーファイバ１の中心からの距離は空孔２ａ〜２ｄについて互いに等しくされている。空孔の数は特に限定されず、１または２以上（例えば４、６、８、１０等）とすることができる。
空孔２ａ〜２ｄは、図示例ではクラッド１Ｂに形成されているが、これに限らず、コア１Ａに形成されていてもよい。また、コア１Ａとクラッド１Ｂの両方に空孔が形成されていてもよい。

ホーリーファイバ１の外周面１ａの一部には、ホーリーファイバ１の一部が切り欠かれることによって、空孔２ａ〜２ｄのうち少なくとも１つに達する切欠凹部３が形成されている。切欠凹部３はコア１Ａに達しない深さとしてもよいし、コア１Ａに達する深さであってもよい。切欠凹部３のホーリーファイバ１の長さ方向の形成位置は、ホーリーファイバ１の先端１ｂから所定距離離れた位置である。
図示例では、切欠凹部３は、ホーリーファイバ１の長さ方向の一部（図１においては長さ方向中央部）に形成され、ホーリーファイバ１の軸１Ｃ方向に沿う平面である底面３ａと、底面３ａの長軸方向の両端に形成された内側面３ｂとを有する。内側面３ｂは底面３ａに対し垂直な平面である。
なお、切欠凹部３の形状はこれに限らず、内側面３ｂは底面３ａに対し傾斜していてもよい。また、切欠凹部３は側面視円弧状に形成することもできる。

切欠凹部３は、空孔２ａの少なくとも一部に達し、切欠凹部３の内面に空孔２ａの一部が露出した開口部４が形成される形状であればよい。図示例の切欠凹部３は、空孔２ａに達する深さとされ、内側面３ｂに空孔２ａが露出することによって開口部４が形成されている。開口部４は空孔２ａの断面の一部であってもよいし、断面全体であってもよい。図示例では、切欠凹部３は空孔２ａより深く形成されているため、空孔２ａの断面全体が内側面３ｂに露出することによって円形の開口部４が形成されている。

以下の説明では、ホーリーファイバ１の先端１ｂ側（図１の左側）の内側面３ｂ（３ｂ１）に形成された開口部４を開口部４ａといい、先端１ｂ側とは反対の基端１ｃ側（図１の右側）の内側面３ｂ（３ｂ２）に形成された開口部４を開口部４ｂということがある。
切欠凹部３によって、空孔２ａは、開口部４ａより先端１ｂ側の先端側空孔２ａ１と、開口部４ｂより基端１ｃ側の基端側空孔２ａ２とに分断されている。

ホーリーファイバ１は、全反射型の導波原理を利用したものであってもよいし、２次元ブラッグ反射を利用して光を閉じ込める導波原理を利用したもの（フォトニックバンドギャップファイバ（ＰｈｏｔｏｎｉｃＢａｎｄｇａｐＦｉｂｅｒ））であってもよい。

図示例では、有孔体としてホーリーファイバ１（光ファイバ）を例示したが、本発明の加工対象となる有孔体はこれに限らず、長軸方向に沿って形成された１または複数の空孔を有する長尺の有孔体であればよい。有孔体の材料は限定されず、例えばガラス、樹脂、セラミックなどであってよい。例えばガラスからなる管状体（ガラス管）を挙げることができる。

（液投与方法）
ホーリーファイバ１は、圧力注入法により単一あるいは複数種の液（薬液等）を開口部４から空孔２ａ〜２ｄに導入し、この液を先端１ｂ側から吐出させることが可能である。このため、ホーリーファイバ１は、生体組織に対して前記液を局所的に投与するガラス微小管やカテーテル（薬液投与器具）としての使用が可能である。この場合には、開口部４は液供給口となり、空孔２ａ〜２ｄは液供給路となる。
空孔２ａ〜２ｄの一部または全部に液が満たされた状態でも、光を導波する条件が満たされれば、ホーリーファイバ１の先端１ｂから光を照射することができる。このため、ホーリーファイバ１の先端１ｂから光を照射しながら前記液（薬液等）を吐出することが可能となる。よって、前記液の投与の際にホーリーファイバ１の視認性を高めることができる。また、液を投与する対象（生体組織等）に光が照射されるため、液投与の対象についても視認しやすくなる。

（有孔体の加工方法）
次に、ホーリーファイバ１の加工方法について説明する。
ホーリーファイバ１の外周面１ａに切欠凹部３を形成する方法としては、例えば、機械的加工、レーザ加工、および化学的加工のうち１または２以上を採用できる。
機械的加工としては、切削工具（グラインダ等）による切削加工、研削工具による研削加工、研磨工具による研磨加工などがある。
レーザ加工には、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、固体レーザ等のレーザ光源を有するレーザ加工装置を使用できる。
化学的加工としては、フッ酸等を含むエッチング液をホーリーファイバ１の外周面１ａの一部に接触させる方法（ウェットエッチング）を採用できる。また、ドライエッチングも可能である。
以下、ホーリーファイバ１の加工方法を具体例に基づいて詳しく説明する。

（第１実施形態）
図２に、ホーリーファイバ１の作成に使用できる導入装置５およびこれに接続されたホーリーファイバ１を示す。導入装置５は、ホーリーファイバ１の空孔２ａ〜２ｄ内に、流体または充てん材（後述）を導入するためのポンプなどの加圧装置（図示略）を備えている。
導入装置５には、ホーリーファイバ１の先端１ｂとは反対の基端１ｃが、接続チューブ６を介して接続される。

本実施形態は、流体（液体）を空孔に導入して機械的加工（切削加工）により切欠凹部を形成する方法である。
図３（Ａ）に示すように、ホーリーファイバ１の基端１ｃ側に接続した導入装置５（図２参照）の加圧装置（ポンプ等）を稼働させ、ホーリーファイバ１の空孔２ａ〜２ｄに、液体７（進入阻止材）を先端１ｂに向けて導入する。
液体７は、特に限定されないが、水、切削油などの不燃性の液体が好ましい。液体７には、導入装置５によって大気圧以上の導入圧力（好ましくは大気圧を越える圧力）が加えられる。液体７の導入圧力はできるだけ高いことが望ましいが、ホーリーファイバ１自身を破壊したり、ホーリーファイバ１、接続チューブ６および導入装置５のつなぎ目から液体７が漏出したりしない程度の圧力である必要がある。

次いで、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、グラインダー８（切削工具）によって、ホーリーファイバ１の外周面１ａの一部を切削加工により切除することによって切欠凹部３を形成する。
切欠凹部３の形成によって、空孔２ａの一部が内側面３ｂに露出することにより開口部４が形成される。

切削加工に伴って切削屑（異物）が生じることがあるが、少なくとも開口部４が形成された部分の空孔２ａ内は液体７で満たされているため、液体７によって、切削屑は開口部４から基端側空孔２ａ２内に入り込みにくくなる。液体７は、開口部４から基端側空孔２ａ２内への切削屑の進入を防ぐ進入阻止材として機能する。
液体７の導入圧力が十分に高い場合には、基端側から先端側に向けて基端側空孔２ａ２内を液体７が流通するため、仮に切削屑が開口部４ｂから基端側空孔２ａ２内に入ったとしても、その切削屑は、開口部４ｂから流出する液体７によって基端側空孔２ａ２から排出される。

先端側空孔２ａ１についても、先端側空孔２ａ１内の液体７によって、切削屑は開口部４ａから先端側空孔２ａ１内に入り込みにくくなる。
図示例では、液体７は空孔２ａ〜２ｄの内部空間全体に行き渡っているが、液体７は、開口部４からの切削屑の進入を阻むことができればよく、開口部４が形成される部分のみに導入されていてもよい。
また、空孔２ａ〜２ｄ内の液体７は、ホーリーファイバ１の温度上昇を抑える機能も果たす。

図４に示すように、ホーリーファイバ１は、基端１ｃ側だけでなく先端１ｂ側も導入装置５に接続することができる。例えば、ループ状にしたホーリーファイバ１の先端１ｂおよび基端１ｃを、接続チューブ６を介して導入装置５に接続することができる。
これによって、切欠凹部３形成の際に、先端側空孔２ａ１内にも液体７を大気圧以上の圧力で導入することができ、切削屑が空孔２ａ内に入り込むのを確実に防ぐことができる。
なお、図示例では、切欠凹部３は空孔２ｂ〜２ｄには達しないため、空孔２ｂ〜２ｄについては、開口部は形成されない。

本実施形態の加工方法によれば、空孔２ａ〜２ｄに液体７を導入した状態で外周面１ａに切欠凹部３を形成するので、液体７によって、切削屑が開口部４から先端側空孔２ａ１内に入り込みにくくなる。
従って、切削屑が先端側空孔２ａ１内に詰まるのを防ぎ、ホーリーファイバ１の特性（光学特性、薬液投与器具としての特性など）に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、流体（ガス）を空孔に導入してレーザ加工により切欠凹部を形成する方法である。
図５（Ａ）に示すように、ホーリーファイバ１の基端１ｃ側に接続した導入装置５（図２参照）の加圧装置（ポンプ等）を稼働させ、ホーリーファイバ１の空孔２ａ〜２ｄにガス９（進入阻止材）を先端１ｂに向けて導入する。
ガス９（気体）は、特に限定されないが、空気、窒素ガスなどの不燃性のガスが好ましい。ガス９には、導入装置５によって大気圧以上の導入圧力（好ましくは大気圧を越える圧力）が加えられる。ガス９の導入圧力はできるだけ高いことが望ましいが、ホーリーファイバ１自身を破壊したり、ホーリーファイバ１、接続チューブ６および導入装置５のつなぎ目からガス９が漏出したりしない程度の圧力である必要がある。

レーザ光１０によるレーザ加工によって、ホーリーファイバ１の外周面１ａの一部に切欠凹部３を形成する過程を図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示す。
切欠凹部３の形成によって、空孔２ａが内側面３ｂに露出することにより開口部４が形成される。
レーザ加工に伴って切欠凹部３内面が高温となり、ホーリーファイバ１の材料（ガラス等）が溶融することがあるが、基端側空孔２ａ２内のガス９によって、溶融物（異物）は基端側空孔２ａ２内に入り込みにくくなる。ガス９は、開口部４から基端側空孔２ａ２内への溶融物の進入を防ぐ進入阻止材として機能する。

ガス９の導入圧力が十分に高い場合には、基端側から先端側に向けて基端側空孔２ａ２内をガス９が流通するため、仮に溶融物が開口部４ｂから基端側空孔２ａ２内に入ったとしても、その溶融物は、開口部４ｂから流出するガス９によって基端側空孔２ａ２から排出される。
また、空孔２ａ〜２ｄ内のガス９は、ホーリーファイバ１の温度上昇を抑える機能も果たす。

図４に示すように、ホーリーファイバ１の先端１ｂ側も導入装置５に接続すれば、切欠凹部３形成の際に、切欠凹部３より先端側空孔２ａ１内にもガス９を大気圧以上の圧力で導入することができ、溶融物が先端側空孔２ａ１内に入り込むのを確実に防ぐことができる。

本実施形態の加工方法によれば、空孔２ａ〜２ｄにガス９を導入した状態で外周面１ａに切欠凹部３を形成するので、溶融物が開口部４から空孔２ａ内に入り込みにくくなる。また、ガス９によってホーリーファイバ１の温度上昇を抑え、溶融を防ぐことができる。
従って、空孔２ａが溶融物により閉塞または狭隘化するのを防ぎ、ホーリーファイバ１の特性（光学特性、薬液投与器具としての特性など）に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、充てん材を空孔に充てんして、化学的加工（エッチング）により切欠凹部を形成する方法である。
図６（Ａ）に示すように、ホーリーファイバ１の外周面１ａには、切欠凹部３が形成される領域１４ａ以外の領域１４ｂに、樹脂などからなる被覆１２が形成されている。
ホーリーファイバ１の基端１ｃ側に接続した導入装置５（図２参照）の加圧装置（ポンプ等）を稼働させ、ホーリーファイバ１の空孔２ａ〜２ｄに充てん材１１（進入阻止材）を先端１ｂに向けて導入する。

充てん材１１は、温度変化等により硬化する性質（硬化性）を有する流体であり、例えば熱可塑性樹脂が使用できる。
充てん材１１は、空孔２ａの少なくとも開口部４が形成される部分に充てんされる。図示例では、充てん材１１は空孔２ａ〜２ｄの内部空間全体に充てんされているが、充てん材１１は、開口部４を塞ぐことができればよく、開口部４が形成される一部分のみに充てんしてもよい。
熱可塑性樹脂を使用する場合には、導入装置５内で予め加熱して流動可能となった充てん材１１を空孔２ａ〜２ｄに導入した後、冷却により硬化させる。

次いで、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、ホーリーファイバ１をエッチング液１３に浸漬する。エッチング液１３は、例えばフッ酸を含むものである。
切欠凹部３が形成される領域１４ａは被覆１２がないためエッチング液１３に接触し、エッチングにより切欠凹部３が形成される。一方、被覆１２が形成された領域１４ｂはエッチング液１３による浸食を受けない。
切欠凹部３の形成によって、空孔２ａが内側面３ｂに露出することにより開口部４が形成される。

空孔２ａ内には充てん材１１が充てんされているため、エッチング液１３（異物）は開口部４（４ａ、４ｂ）から空孔２ａに入り込むことはない。このため、空孔２ａの内面がエッチング液１３に浸食されることはない。充てん材１１は、開口部４から空孔２ａ内へのエッチング液１３の進入を防ぐ進入阻止材として機能する。
ホーリーファイバ１をエッチング液１３から取り出し、洗浄した後、ホーリーファイバ１を加熱して空孔２ａ〜２ｄ内の充てん材１１を軟化させ、ホーリーファイバ１の一端または両端から空気を導入し、充てん材１１を空孔２ａ〜２ｄから排出する。
なお、充てん材１１としては、熱可塑性樹脂に限らず、他の樹脂（例えばエポキシ樹脂等）を使用してもよい。この場合には、硬化した樹脂を空孔から除去するには、樹脂溶解剤（カネコ化学製ｅソルブ２１シリーズなど）、剥離剤（クスノキ化学製など）等が使用できる。

本実施形態の加工方法によれば、空孔２ａ〜２ｄに充てん材１１を充てんした状態で外周面１ａに切欠凹部３を形成するので、充てん材１１によって、エッチング液１３が開口部４から空孔２ａ内に入り込みにくくなる。
従って、空孔２ａの内面がエッチング液１３により浸食されて空孔２ａの形状や大きさが変化するのを防ぎ、ホーリーファイバ１の特性（光学特性、薬液投与器具としての特性など）に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。

１ホーリーファイバ（光ファイバ）（有孔体）
１ａ外周面
１Ｃホーリーファイバの長軸
２ａ〜２ｄ空孔
３切欠凹部
４開口部
７液体（進入阻止材）（流体）
８グラインダ（切削工具）
９ガス（進入阻止材）（流体）
１０レーザ光
１１充てん材（進入阻止材）
１３エッチング液（異物）

Claims

長軸方向に沿う１または複数の空孔を有する有孔体の外周面の一部に、前記空孔の少なくとも１つを分断する切欠凹部を形成することによって、前記空孔の一部が露出した開口部を形成し、
前記切欠凹部の形成にあたって、前記空孔の少なくとも前記開口部が形成される部分に、前記開口部から前記空孔内への異物の進入を防ぐ流体である進入阻止材を導入し、
前記進入阻止材は、前記分断された空孔の両方にそれぞれ導入することを特徴とする有孔体の加工方法。
前記進入阻止材は、液体またはガスであることを特徴とする請求項１記載の有孔体の加工方法。
前記進入阻止材は、前記有孔体の一端側および他端側からそれぞれ前記空孔に導入することを特徴とする請求項１または２記載の有孔体の加工方法。
前記切欠凹部の形成を、機械的加工、レーザ加工、および化学的加工のうち１または２以上によって行うことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の有孔体の加工方法。