JPH08101315A

JPH08101315A - 紫外線伝送チューブ

Info

Publication number: JPH08101315A
Application number: JP6237202A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ishiharada; 石原田　　稔; Itsuo Tanuma; 逸夫田沼
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】可撓性を有するとともに、紫外線透過性およ
び紫外線に対する化学的安定性に優れ、かつ大量の紫外
線を伝送することができる紫外線伝送チューブを提供す
ることを目的とする。【構成】コアと該コアよりも低屈折率のクラッドより
構成される紫外線伝送チューブにおいて、該コアに特定
のシロキサンポリマー、即ちアルキル基またはフルオロ
アルキル基を含有するシロキサンポリマーを使用するこ
とによって、目的を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可撓性を有するととも
に、紫外線透過性および紫外線に対する化学的安定性に
優れ、かつ大量の紫外線を伝送することができる紫外線
伝送チューブに関する。また、このような紫外線伝送チ
ューブは、樹脂とか接着剤などの紫外線による硬化反応
などに利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、紫外線透過型のライトガイド
としては石英ガラス系ライトガイド（石英光ファイバ
ー）が一般的に用いられている。これら石英光ファイバ
ーは大量の紫外線を伝送するために、その径を太くする
と柔軟性が損なわれるため、大口径化と柔軟性を両立す
るために、直径１０〜１０００μｍ程度の比較的細いフ
ァイバーを多数束ねて、ライトガイドとして利用してい
る。しかし、このような細い光ファイバーをどんなに高
密度に束ねても、ファイバー間には空隙が残るため、紫
外線を入射するときの有効受光面積がどうしても狭くな
り、紫外線入射の効率が悪くなる。一般的に、この有効
受光面積は低く、５０％程度であると言われている。ま
た細い光ファイバーを多数束ねるため、どうしても高価
な紫外線ライトガイドにならざるを得なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
紫外線透過に対する化学的安定性に着目してなされたも
のである。即ち、本発明が解決しようとする課題は、大
口径で、かつ可撓性に優れ、有効受光面積も広く、軽量
で安価であるという従来提案されている（特開昭６４８
０９１０号公報）光伝送チューブの特徴を維持しつつ、
それに加えて、従来の問題点であった、光伝送チューブ
の紫外線透過性を長期の使用にわたって維持する性質、
即ち、紫外線に対する化学的安定性にも優れた紫外線伝
送チューブを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するため鋭意検討を行った結果、コアとして、特定の
シロキサンポリマーを使用することによって、紫外線に
対する化学的安定性に優れ、しかも大口径にしても高い
可撓性を有し、紫外線伝送効率も高い紫外線伝送チュー
ブが得られることを知見し、本発明をなすに至ったもの
である。

【０００５】即ち、請求項１に記載する紫外線伝送チュ
ーブは、コアと、該コアよりも低屈折率を有するクラッ
ドとを具備する紫外線伝送チューブにおいて、該コアが
アルキル基またはフルオロアルキル基を含有するシロキ
サンポリマーからなることを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載する紫外線伝送チューブ
は、請求項１記載の紫外線伝送チューブにおいて、前記
コアがアルキル基含有ポリシロキサンであって、そのア
ルキル基の炭素数が６以下であることを特徴としてい
る。

【０００７】請求項３に記載する紫外線伝送チューブ
は、請求項１または請求項２記載の紫外線伝送チューブ
において、コアがジメチルシロキサンポリマーであるこ
とを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載する紫外線伝送チューブ
は、請求項１、２または３に記載する紫外線伝送チュー
ブにおいて、シロキサンポリマーの末端の少なくとも一
部がトリメチルシリル基で封鎖されていることを特徴と
している。

【０００９】請求項５に記載する紫外線伝送チューブ
は、請求項１、２、３または４に記載する紫外線伝送チ
ューブにおいて、コアの封入圧力が使用温度範囲で０．
１ｋｇ／ｃｍ² 以上であることを特徴としている。

【００１０】本発明による紫外線伝送チューブの基本構
造を図１、２及び３に示す。図１、図２、図３に示す紫
外線伝送チューブ１は、筒状のクラッド２、液状または
半固体状のコア３、光源からの入射光が入る入射側封止
栓４、非入射側封止栓５、コア側端面６、非コア側端面
７、末端締結部８の基本構造より構成されている。

【００１１】図１の紫外線伝送チューブ１は光源からの
入射光が入射側封止栓４を通過して、非入射側封止栓５
から出射している。図２の紫外線伝送チューブ１は、光
源から入射側封止栓４を通過して光が入射しているが、
紫外線はチューブの側面から出射している。図３に示し
た紫外線伝送チューブ１は、被覆材９でチューブを保護
している点で図１または図２に示した紫外線伝送チュー
ブ１とは異なっている。この被覆材９は紫外線伝送チュ
ーブ１の保護という目的だけでなく、遮光の目的にも使
用できるし、または、所用部分だけを紫外線発光させる
目的で設けることも可能である。たとえば、被覆材９の
所用部分に穴を開け、その部分から出射させる構造の一
例を図３は示しており、図４及び図５はその部分断面図
を示している。しかし、被覆材９の所用部分から紫外線
が外に漏れ、多数のスポット状あるいはライン状の紫外
線発光体とするためには、その出射部分に穴を開けるほ
かにも、その部分だけを透明にしたりすることもでき
る。

【００１２】筒状のクラッド２に充填されるコア３の材
質としては、クラッドの材質より、屈折率が高く、紫外
線透過性及び紫外線に対する化学的安定性に優れる必要
があり、特定のシロキサンポリマーを使用することによ
り、本発明に到達したのである。

【００１３】このような特性を有するシロキサンポリマ
ーとしては、式１で示される構造の

【００１４】

【化１】

【００１５】［式中、Ｒ₁ よびＲ₂ は同一または異なっ
てもよいが、アルキル基またはフルオロアルキル基であ
り、Ｒ₁ またはＲ₂ のいずれかのみが水素でもよい］ポ
リマーが考えられる。

【００１６】Ｒ₁ またはＲ₂ で表されるアルキル基の具
体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基、ヘキシル基などが挙げられる。また、フルオ
ロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、トリフ
ルオロエチル基、トリフルオロプロピル基などが、具体
的な例として挙げられる。

【００１７】アルキル基でない場合、例えばフェニル
基、ビニル基、エステル基、ケトン基などのように２重
結合を有する場合、紫外線吸収が起こるため、紫外線透
過性が劣るのみならず、紫外線により劣化して、着色し
てしまう。

【００１８】また、上記のアルキル基の中でも、炭素数
が少ないものが紫外線による劣化を防止し、長期間の使
用においても優れた紫外線透過性を保持できるという点
で望ましい。具体的には、炭素数が６以下、さらに好ま
しくはメチル基である。即ち、Ｒ₁ 及びＲ₂ が共にメチ
ル基であるような、ジメチルシロキサンポリマーが好ま
しい。

【００１９】上記、式（１）で表されるシロキサンポリ
マーの末端は、トリメチルシリル基で少なくとも一部が
封鎖されることが、コアの分子量の制御による流動性、
即ち可撓性の制御という観点からも、コアの紫外線安定
性という点からも好ましい。さらに、ポリマー末端の５
０モル％以上がトリメチルシリル基で封鎖されているこ
とがより好ましく、最も好ましくは、ポリマー末端の７
０モル％以上がトリメチルシリル基で封鎖されているこ
とである。

【００２０】なお、ここで用いられるコアは、紫外線透
過性及び紫外線に対する化学的安定性を向上させるため
に、精製されたものを用いることが好ましい。不純物を
除去するための精製法としては、蒸留、液液抽出、吸着
法等が用いられるが、有機シロキサンポリマーは沸点が
高い場合が多く、高温による蒸留では蒸留の過程で分解
して、劣化してしまい、かえって不純物を含有させてし
まう場合がある。そこで、精製が簡単で、かつ高純度の
精製が可能である方法として、吸着法を用いることが好
ましい。吸着剤としては、モレキュラー・シーブ、活性
炭、シリカゲル、アルミナ、セライト等の吸着剤が使用
できる。有機シロキサンポリマーをこれら吸着剤と混合
攪拌するか、あるいは、これら吸着剤を充填したカラム
を通した後、０．４ミクロン以下のフィルターで濾過す
ることにより、簡単に精製されたコアを得ることができ
る。

【００２１】本発明の紫外線伝送チューブ１は、上記の
シロキサンポリマーをコア３とするものであるが、筒状
のクラッド２の材質としてはコアより低屈折率であれ
ば、いずれのものを使用することもできるが、特にコア
とクラッドとの熱膨脹係数の差に起因するコアの内圧の
変化を緩和するため、ゴム弾性材料を用いることが好ま
しく、可撓性を有し、チューブ状に成型可能で、屈折率
が低く、かつ、コアの紫外線に対する化学的安定性を活
かすため、クラッドも紫外線に対する化学的安定性に優
れたものが好ましい。

【００２２】このような点から、クラッド２の材料とし
ては、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フッ素ゴム、シリコ
ンゴム等があげられる。この中でも屈折率の低い、ポリ
ジメチルシロキサンポリマー、フルオロシリコーンポリ
マー等のシリコーン系ポリマーや、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレンーパーフロロ
アルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）、四フッ化エチ
レンー六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリク
ロルトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エ
チレンーエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデ
ンフルオライド、ポリビニルフルオライド、フッ化ビニ
リデンー三フッ化塩化エチレン共重合体、フッ化ビニリ
デンー六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン
ー六フッ化プロピレンー四フッ化エチレン三元共重合
体、四フッ化エチレンプロピレンゴム、フッ素系熱可塑
性エラストマー等のフッ素系ポリマーが特に好ましい。

【００２３】これらのクラッドの材料は単独またはブレ
ンド物として用いることもできるし、単管または多重管
として用いることもできる。場合によっては、コアの材
料によるクラッドの膨潤が起こることもあるので、その
ような場合には、シロキサンポリマーによる膨潤が起こ
りにくい、フルオロシリコーンゴムやフッ素ゴムが好ま
しく用いられる。この場合、クラッドは２層以上の多層
構造とすることができ、コアと接する最内層をフルオロ
シリコーンゴムやフッ素ゴムにて形成し、外層側を他の
ゴム材料、たとえばジメチルシリコーンゴムにより形成
することができる。封止栓４及び５は、コア及び内圧
の保持のために設けられるものであり、無機ガラス、有
機ガラス、無機材料、プラスチック等、なんでもその目
的を達成できるものであれば用いられうる。例えば、図
１に示すように、紫外線を紫外線伝送チューブ１へ入射
させたり、伝送してきた紫外線を出射させるための紫外
線の窓材として作用させるためには、入射側封止栓４あ
るいは非入射側封止栓５は透明である必要があるが、例
えば図２に示すように、チューブの側面から紫外線を出
射させる場合には、必ずしも非入射側封止栓５は透明で
なくても良い。

【００２４】具体的な入射側封止栓４あるいは非入射側
封止栓５の例としては、透明性が要求される場合には、
石英ガラス、パイレックスガラス、他成分ガラス、サフ
ァイヤ、水晶、フッ素樹脂、シリコン樹脂等の透明材料
が好ましい。中でも、石英ガラスは紫外線透過性のみな
らず、紫外線に対する安定性にも優れているし、コア側
端面６で接触するコア材料や、非コア側端面７で接触す
るガスや水分に対する安定性も優れているので、好まし
く使用される。

【００２５】また、透明性が要求されない非入射側封止
栓５の例としては、上記材料の他に、金属やセラミック
材料も用いることができる。このような材料を使用する
場合は、非入射側封止栓５で紫外線を反射させ、側面か
らの発光を増やすために、少なくとも非入射側封止栓５
のコア側端面６を研磨したり、コア側端面６に反射膜を
設けることもできる。また、入射側封止栓４の非コア側
端面７には、赤外線反射膜、反射防止膜を設けることが
好ましい。

【００２６】末端締結部８は封止栓の抜け防止、コアの
液漏れ防止の目的で設けられるもので、ホースバンド等
による締め付け、ワイアー素線などによる巻き付け、ス
リーブ、Ｏ−リング、パッキン等を介しての締め付け等
の機械的封止や、熱収縮処理、接着処理、硬化性材料に
よる封止等を単独または併用して行うことができる。こ
の中でも、ステンレス・スチール、アルミ、銅、真鍮等
の銅合金、スチール、チタン、ニッケル等の金属スリー
ブをクラッドの外周部にこれを覆って嵌合し、スリーブ
を圧縮変形させる加締め方法が好適である。

【００２７】また、目的に応じて、本発明の紫外線伝送
チューブ１を保護する目的で、被覆材９で被覆すること
もできる。被覆材としては、プラスチック、エラストマ
ー、金属、ガラス、無機材料の中から特に紫外線に対す
る化学的安定性を有する材料を選定することが好まし
い。

【００２８】被覆材９の具体的な例としては、フッ素樹
脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ウレタン、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、
ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ＥＰＤ
Ｍ、フッ素ゴム等の高分子材料をコーティング、押し出
し成型、あるいはテープ状材料の巻き付け、熱収縮処理
等により、クラッド２に被覆することができる。あるい
は、ステンレス・スチール、アルミ、銅、鉄等の金属材
料、あるいは、上記の高分子材料をパイプ状、蛇腹管
状、螺旋ワイアー状に成型したものの中に、紫外線伝送
チューブを内装してもよい。さらには、金属材料をクラ
ッド２の外周に鍍金、蒸着、スパッタリング等により、
金属膜を被覆することもできる。これら被覆材９は単体
または他の材料との複合体として用いることもできる。
なお、これらの被覆材は紫外線伝送チューブの保護だけ
でなく、遮光または所用部分だけを発光させる目的で設
けることもできる。例えば、上記被覆材の所用部分に穴
を開けたり、透明にすると、その部分から紫外線が外に
漏れるため、多数のスポット状またはライン状の発光体
とすることができる。

【００２９】本発明の紫外線伝送チューブによれば、予
めコア３の圧力を高くしておくことにより、クラッド２
の座屈を防止し、可撓性をさらに優れたものとすること
ができるとともに、座屈部での紫外線散乱による透明性
の低下を防止することができる。

【００３０】さらに環境温度が低下した場合でも、コア
の圧力は高く保たれるため、外部からのガスの侵入によ
る、コア内部での気泡の発生を有効に防止して、優れた
透明性を長期にわたって、維持することができる。

【００３１】ここで、コアの内圧は、クラッドの材質、
内径及び外径、そして紫外線伝送チューブが使用される
温度範囲に応じて、選定することができる。例えば、０
℃以上、５０℃以下の温度範囲で使用する場合には、０
℃での内圧が０．１ｋｇ／ｃｍ² 以上となるように、そ
して５０℃での内圧がクラッドの耐圧圧力より小さくな
るように、内圧を設定することが好ましい。ここにおい
て、クラッドの耐圧性が低い場合には、金属またはプラ
スチック材料を被覆したり、テープ状物を巻き付けた
り、あるいは繊維補強等の方法により耐圧性を高めて、
クラッドとして使用することもできる。

【００３２】

【作用】従来の光伝送チューブの特徴を維持しつつ、光
伝送チューブの従来の問題点であった紫外線透過性を長
期の使用にわたって維持する性質、即ち、紫外線に対す
る化学的安定性にも優れた紫外線伝送チューブを開発す
るために鋭意努力した結果、紫外線伝送チューブのコア
として、紫外線を吸収しにくく、また紫外線による分解
を起こしにくい特定のシロキサンポリマー、例えば、ア
ルキル基またはフルオロアルキル基含有のシロキサンポ
リマーを使用することによって達成し得ることを知見す
るに至った。

【００３３】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００３４】図１、図２および図３に示す紫外線伝送チ
ューブ１は、コア３を取り巻く筒状のクラッド２、コア
および内圧を保持する目的の入射側封止栓４および非入
射側封止栓５を基本的に備えており、図１に示すように
末端締結部８を備えている場合もあり、また図３に示す
ように、被覆材９を備えている場合もある。

【００３５】図１、図２および図３に示す紫外線伝送チ
ューブ１において、入射光は入射側封止栓４の非コア側
端面７から入り、コア側端面６を通過して、コア３の内
部をクラッド２で全反射されながら伝送される。このよ
うに伝送された紫外線は、図１の紫外線伝送チューブ１
においては、非入射側封止栓５のコア側端面６から非コ
ア側端面７を通って、出射される。また図２および図３
の紫外線伝送チューブ１においては、伝送された紫外線
が非入射側端面５を通って出射されることなく、図２に
おいてはクラッド２を通過して出射され、図３において
は、コアを取り巻く筒状クラッド２の外側の被覆材９に
設けられた穴から出射される。

【００３６】図４は図３に示す紫外線伝送チューブ１の
Ａ−Ａ´断面図であり、図５は同じくＢ−Ｂ´断面図で
ある。ここにおいて、筒状のクラッド２の内部に、該ク
ラッドより高屈折率のコア３を備えており、該クラッド
の外側に被覆材９を配置している。また、図５に明示す
るように、被覆材９に設けた穴１０より、紫外線が出射
するようにしている。

【００３７】［実施例１］内径５．５ｍｍφ、外径６．
５ｍｍφ、長さ１ｍの四フッ化エチレン・六フッ化プロ
ピレン共重合体（屈折率１．３４）の筒状のクラッド
に、ポリマー末端をトリメチルシリル基によって封鎖し
たジメチルシロキサンポリマー（屈折率１．４０５、粘
度１００ｃｐ）を精製して充填した後、内圧が室温で２
ｋｇ／ｃｍ²となるように、直径６ｍｍφ、長さ３０ｍ
ｍの石英ロッドを両端から封止栓として挿入し、内径
７．２ｍｍφ、外径９．０ｍｍφ、長さ３０ｍｍのアル
ミ・スリーブを嵌め込み、スリーブを圧縮変形させて加
締めることにより、図１に示すような紫外線伝送チュー
ブを作成した。ジメチルシロキサンポリマーの精製は、
和光純薬製モレキュラーシーブ４Ａを吸着剤として用
い、１２０°Ｃで２４時間混合攪拌したのち、ポアサイ
ズ０．２μｍのメンブランフィルターで濾過することに
より実施した。

【００３８】該紫外線伝送チューブを、オゾンレスタイ
プの水銀灯をランプとする紫外線照射装置に接続し、５
００時間紫外線を通した。出射強度は３００ｍＷであっ
た。紫外可視分光光度計を用いて、光透過スペクトルを
測定した結果を図６のに示す。紫外線ランプの中心発
光波長である、３６５ｎｍで８０％の透過率を示してお
り、紫外線透過性および紫外線に対する化学的安定性も
優れていることがわかる。また、この紫外線伝送チュー
ブを曲率半径５０ｍｍまで曲げても、座屈は生ぜず、可
撓性も優れていることがわかった。

【００３９】［実施例２］コアをトリフルオロプロピル
シロキサンポリマーとした以外は、実施例１と同様の材
料と方法で作成した、紫外線伝送チューブの実施例１と
同じ方法で試験した結果は、図６のに示すように紫外
線透過後の３６５ｎｍの透過率は６８％であって、紫外
線透過性および紫外線に対する化学的安定性も満足でき
る結果であった。

【００４０】［比較例１］３６５ｎｍでの紫外線透過率
は８２％である石英ファイバーを束ねた、受光径６ｍｍ
の石英系バンドルファイバーの出射強度は、１４０ｍＷ
であり、実施例１の紫外線伝送チューブに比較して低
く、劣っていた。

【００４１】［比較例２］コアをフェニルメチルシロキ
サンポリマー（フェニル含量５％）とした以外は実施例
１と同様の材料と方法で作成した、紫外線伝送チューブ
を実施例１と同様に試験した結果、紫外線透過後の３６
５ｎｍの透過率は、図６のに示すように、０％であっ
た。紫外線に対する化学的安定性が、このように紫外線
の吸収が起こるような置換基を有するシロキサンポリマ
ーをコアに使用すると、低下してしまう例である。

【００４２】［実施例３］コアをアルキル変性シロキサ
ンポリマー（アルキル基の炭素数６）とした以外は、実
施例１と同様の材料と方法で作成した、紫外線伝送チュ
ーブを実施例１と同様に試験した結果、紫外線透過後の
３６５ｎｍの透過率は、図６のに示すように、２８％
であり、使用できないことはないレベルの性能であっ
た。

【００４３】［実施例４］信越シリコーン社が販売して
いるＫＦ９６という、実施例１にてコアに使用したジメ
チルシロキサンポリマーを、実施例１と異なって、精製
しないで使用した以外は、実施例１と同様の材料と方法
で作成した、紫外線伝送チューブを実施例１と同様に試
験した結果、紫外線透過後の３６５ｎｍの透過率は、図
６のに示すように７８％であり、満足できる結果であ
った。

【００４４】

【発明の効果】本発明に従う特定のシロキサンポリマ
ー、即ちアルキル基またはフルオロアルキル基を含有す
るシロキサンポリマーをコアに使用することによって、
紫外線の透過率および紫外線に対する化学的安定性が優
れ、紫外線の透過性を長期の使用にわたって維持でき、
また可撓性にも優れた紫外線伝送チユーブを提供するこ
とが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】紫外線伝送チューブの構成図である。

【図２】紫外線伝送チューブの他の構成図である。

【図３】紫外線伝送チューブのさらに他の構成図であ
る。

【図４】図３に示す紫外線伝送チューブのＡ−Ａ´断面
図である。

【図５】図３に示す紫外線伝送チューブのＢ−Ｂ´断面
図である。

【図６】コアのシロキサンポリマーを変えた場合の紫外
線スペクトルである。

【符号の説明】

１、紫外線伝送チューブ２、クラッド３、コア４、入射側封止栓５、非入射側封止栓６、コア側端面７、非コア側端面８、末端締結部９、被覆材１０、被覆材に設けられた穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアと、該コアよりも低屈折率を有する
クラッドとを具備する紫外線伝送チューブにおいて、該
コアがアルキル基またはフルオロアルキル基を含有する
シロキサンポリマーからなることを特徴とする紫外線伝
送チューブ。
【請求項２】前記コアがアルキル基含有ポリシロキサ
ンであって、そのアルキル基の炭素数が６以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載する紫外線伝送チュー
ブ。
【請求項３】前記コアがジメチルシロキサンポリマー
であることを特徴とする請求項１に記載する紫外線伝送
チューブ。
【請求項４】前記シロキサンポリマーの末端の少なく
とも一部分がトリメチルシリル基で封鎖されていること
を特徴とする請求項１、２または３に記載する紫外線伝
送チューブ。
【請求項５】前記コアの前記クラッドへの封入圧力
が、使用温度範囲で、０．１ｋｇ／ｃｍ² 以上であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３または４に記載する紫
外線伝送チューブ。