JPH1184136A - 側面発光光ファイバ - Google Patents

側面発光光ファイバ

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JPH1184136A
JPH1184136A JP10196245A JP19624598A JPH1184136A JP H1184136 A JPH1184136 A JP H1184136A JP 10196245 A JP10196245 A JP 10196245A JP 19624598 A JP19624598 A JP 19624598A JP H1184136 A JPH1184136 A JP H1184136A
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clad
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Nobuaki Yabunouchi
伸晃 薮ノ内
Masaru Yokoyama
勝 横山
Mikio Sei
三喜男 清
Hiroshi Yokogawa
弘 横川
Kenji Tsubaki
健治 椿
Kenji Sonoda
健二 園田
Keiji Kosaka
啓詞 高坂
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 集光量が多く、側面からの大きな発光量を得
ることができる側面発光光ファイバを提供する。 【解決手段】 光を伝送するコア材１と、コア材１の外
周に設けられたシリカエアロゲルからなるクラッド材２
と、クラッド材２の外周を覆う透明な被覆材３とから光
ファイバを形成する。そしてコア材１とクラッド材２の
接触界面の少なくとも一部に凹凸を設けて側面発光光フ
ァイバを形成する。クラッド材を構成するシリカエアロ
ゲルは屈折率が１．０００８〜１．１８と低く、コア材
とクラッド材の比屈折率が大きくて受光角が大きい光フ
ァイバを形成することができる。またコア材中を伝送さ
れる光をコア材とクラッド材の接触界面の凹凸で散乱さ
せて側面発光させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コア材とクラッド
材から形成される光ファイバを応用した側面発光光ファ
イバに関するものであり、詳しくは、太陽光の伝送、自
動車部品等の照明、洗面化粧台、キッチン、浴室など水
回りでの照明、廊下、階段での手摺り照明など、バリア
フリー空間向けの照明、また美術館や博物館向けの熱線
や紫外線カット照明におけるライトガイドなどに適用す
ることができる側面発光光ファイバに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ファイバのコア材としては、石
英系ガラスや多成分系ガラス等のガラス類、メチルメタ
クリレート等のアクリル系やスチロール系のプラスチッ
ク類、あるいはテトラクロールエチレン等の透明な液体
類が用いられている。また、クラッド材としては、コア
材よりも屈折率の低いソーダライム系やホウケイ酸ガラ
ス系等のガラス類やテトラフルオロエチレン／フッ化ビ
ニリデン共重合体等のフッ素樹脂が用いられている。
【０００３】そしてこのような光ファイバにおいて、側
面から発光させて照明等に利用する試みが一部において
なされている。例えばコア材とクラッド材の界面に凹凸
を付けることによって、コア材中を伝送される光をこの
凹凸で散乱させ、散乱させたこの光を光ファイバの側面
から発光させるようにすることができる。
【０００４】しかし、従来の光ファイバーでは集光量に
限度があり、従って側面からの発光量が不十分であり、
照明の主流を占めるに至るには程遠いのが現状である。
【０００５】すなわち、光ファイバにおいて、クラッド
材の屈折率はコア材の屈折率よりも低くなるように構成
されているが、それらの屈折率の差の大小により光ファ
イバの受光角及びコア材とクラッド材との境界面におけ
る光の全反射角が異なってくる。一般的にコア材とクラ
ッド材の屈折率の差を表す指標として、次式で表される
比屈折率差が用いられている。
【０００６】比屈折率差＝（ｎ1−ｎ2）／ｎ1 （式中、ｎ1はコア材の屈折率、ｎ2はクラッド材の屈折
率を示す。） また、光ファイバの開口数及び受光角θ（図１０参照）
は次式で表される。
【０００７】開口数＝ｎ・ｓｉｎθ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）
1/2 （式中、ｎは光ファイバの外界の屈折率であり、通常は
空気でｎ＝１．０である。） これらの式にみられるように、光ファイバの受光角θは
コア材とクラッド材の屈折率の差が大きい程大きくな
り、すなわち比屈折率差が大きいほど大きくなる。つま
り多くの光を集光して伝送するには、比屈折率差を大き
くして光ファイバの受光角θを大きくする必要がある。
このことは、コア材の屈折率を高くし、クラッド材の屈
折率を低くすることで達成され得るものである。
【０００８】ここで、ガラス光ファイバにおいて、純粋
な石英ガラスは光損失が小さく、耐熱性、耐薬品性に優
れていることからコア材として多用されている。しかし
ながら、石英ガラスの屈折率は１．４６と低く、これよ
りも屈折率が低いクラッド材の選定が問題となる。そこ
でクラッド材にガラスを用いる場合には、純粋な石英ガ
ラスよりも屈折率を低下させるために、Ｂ2Ｏ3やフッ素
等の屈折率低下成分を添加する方法等がとられている。
また、石英ガラスに屈折率上昇用ドーパントを添加する
ことにより、光損失を低く維持した状態で屈折率を上昇
させる方法もある。このようなドーパントとしては、Ｔ
ｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｙｂ2
Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。この場合に
は、クラッド材として純粋な石英ガラス、あるいはより
低屈折率なドープト石英ガラスを用いることができる。
また、クラッド材としてプラスチックを用いる場合に
は、ポリシロキサンやシリコンゴム等のケイ素樹脂や、
フツ化エチレンプロピレン、フツ化ビニリデン等のフッ
素含有樹脂等が使用されるが、これらの屈折率は低いも
ので１．２９〜１．３３程度である。
【０００９】前述したように、コア材とクラッド材の比
屈折率差により光ファイバの受光角θは変化する。例え
ば、ライトガイドにおいて、コア材にフリント系のＦ２
ガラス（屈折率１．６２）、クラッド材にソーダライム
系ガラス（屈折率１．５２）を用いた場合、開口数は
０．５６、受光角θは３４°となる。また、プラスチッ
ク光ファイバにおいても、コア材にメタクリル樹脂（屈
折率１．４９）、クラッド材にフッ素樹脂（屈折率１．
３９）を用いた場合には、開口数は０．５４、受光角θ
は３２°となる。このように、従来のコア材及びクラッ
ド材を用いて光ファイバを製造した場合には、受光角θ
は３０〜５０°程度であり、多くの光を集光して伝送す
ることのできる光ファイバを製造することは困難であ
る。
【００１０】このように従来の光ファイバでは集光量が
少なく、従って光ファイバの側面から発光させる発光量
も不十分になるものであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたものであり、集光量が多く、側面からの大
きな発光量を得ることができる側面発光光ファイバを提
供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る側面発光光
ファイバは、光を伝送するコア材と、コア材の外周に設
けられたシリカエアロゲルからなるクラッド材と、クラ
ッド材の外周を覆う透明な被覆材とからなり、コア材と
クラッド材の接触界面の少なくとも一部に凹凸が形成さ
れて成ることを特徴とするものである。
【００１３】また請求項２の発明は、被覆材として熱収
縮チューブを用い、熱収縮チューブの熱収縮によってコ
ア材の外周にクラッド材が一体化されていることを特徴
とするものである。
【００１４】また請求項３の発明は、被覆材としてシリ
アカエアロゲルが片面に固着されたテープを用い、シリ
カエアロゲルの固着面でコア材の外周にテープを巻き付
けることによって、コア材の外周にクラッド材が一体化
されていることを特徴とするものである。
【００１５】また請求項４の発明は、コア材とクラッド
材の間、クラッド材と被覆材の間、被覆材の外周のいず
れかに、コア材の外周の一部を覆うように光反射性を有
する光反射層を設けて成ることを特徴とするものであ
る。
【００１６】また請求項５の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、光
の入射端部から遠ざかるにつれて大きさと数の少なくと
も一方が増大しているものであることを特徴とするもの
である。
【００１７】また請求項６の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、外
周方向の少なくとも一部において、軸方向に連続するよ
うに設けられているものであることを特徴とするもので
ある。
【００１８】また請求項７の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、軸
方向の複数箇所に設けられているものであることを特徴
とするものである。
【００１９】また請求項８の発明は、シリカエアロゲル
が、ケイ酸エステル含有溶液のゲル状化合物を疎水化処
理及び超臨界乾燥して得られたものであることを特徴と
するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【００２１】本発明に係る光ファイバは、コア材とコア
材の外周面を覆う、コア材より光の屈折率が低いクラッ
ド材から形成されるものであり、コア材としては、例え
ばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル
系若しくはスチロール系等のプラスチック類、あるいは
テトラクロルエチレン等の透明な液体類を用いることが
できる。
【００２２】一方、本発明においてクラッド材はシリカ
の多孔質骨格からなるシリカエアロゲルによって形成さ
れるものである。シリカエアロゲルは原料配合によって
屈折率を変化させることができるが、１．０００８〜
１．１８の低い屈折率を有する。このように屈折率が非
常に小さいので、種々のコア材に対して比屈折率を飛躍
的に大きくすることができるものであり、シリカエアロ
ゲルのクラッド材の屈折率が１．１で受光角θは最大９
０°にすることができる。従って広い受光角で集光する
ことが可能になり、入射端からの集光率が高く集光量の
多い光ファイバを形成することができるものである。ま
た出射端における出射角も大きくすることができる。
【００２３】ここで、シリカエアロゲルは、アルコキシ
シランやケイ酸ナトリウムなどケイ酸エステル含有溶液
のゲル状化合物を疎水化処理及び超臨界乾燥して得るこ
とができる。すなわち、米国特許第４４０２８２７号公
報、同第４４３２９５６号公報、同第４６１０８６３号
公報等で提供されているように、アルコキシシラン（シ
リコンアルコキシド、アルキルシリケートとも称され
る）の加水分解、重合反応によって得られたシリカ骨格
からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコールあるい
は二酸化炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒
の超臨界点以上の超臨界状態で乾燥することによって製
造することができる。また、米国特許第５１３７２９７
号公報、同第５１２４３６４号公報で提供されているよ
うに、ケイ酸ナトリウムを原料として同様に製造するこ
とができる。そして、特開平５−２７９０１１号公報、
特開平７−１３８３７５号公報に開示されているよう
に、上記のゲル状化合物を疎水化処理することによっ
て、シリカエアロゲルに疎水性を付与することができ
る。疎水化処理は、ゲル状化合物を超臨界乾燥する前
に、あるいはゲル状化合物を超臨界乾燥する時に、行な
うことができる。このように、疎水性を付与した疎水性
シリカエアロゲルは、湿気や水等が侵入し難くなり、屈
折率や光透過性等の性能が劣化し難くなるものである。
【００２４】図１は本発明の請求項２に係る側面発光光
ファイバの実施形態の一例を示すものであり、コア材１
の外周にシリカエアロゲルからなるクラッド材２を設け
ると共にクラッド材２の外周を透明な被覆材３で覆うこ
とによって、コア材１の外周にクラッド材２を保持する
ようにしてある。そして図１の実施の形態では、この被
覆材３として透明な熱収縮チューブ３ａを用いるように
してある。熱収縮チューブ３ａとしては、加熱すること
によって寸法収縮するものであれば特に制限されること
なく使用することができるものであり、例えばフッ素樹
脂系、シリコーン樹脂系、エチレンプロピレンゴム系等
のポリオレフィン系などを用いることができる。
【００２５】被覆材３として熱収縮チューブ３ａを用い
て側面発光光ファイバを製造するにあたっては、コア材
１の外周部に熱収縮チューブ３ａを配置し、コア材１と
熱収縮チューブ３ａの間の隙間に粉末状あるいは粒状の
シリカエアロゲルを挿入して充填した後に、熱収縮チュ
ーブ３ａを加熱して熱収縮チューブ３ａを収縮させるこ
とによって、シリカエアロゲルからなるクラッド材２を
コア材１の外周に固定して保持するようにして行なうこ
とができるものである。ここで、熱収縮チューブ３ａを
熱収縮させることによって、コア材１の表面にはクラッ
ド材２を構成するシリカエアロゲルの粉粒体が押しつけ
られ、コア材１の表面がシリカエアロゲルの粉粒体によ
って変形されて微細な凹凸となり、コア材１とクラッド
材２の接触界面に凹凸が生じる。
【００２６】そしてこのようにコア材１とクラッド材２
の接触界面に凹凸が形成された側面発光光ファイバにあ
って、コア材１中を伝送される光がコア材１とクラッド
材２の接触界面に入射されると、この界面の凹凸によっ
て図１（ａ）のように光が散乱され、散乱された光の一
部がクラッド材２及び被覆材３を通して光ファイバの外
周から射出されることによって、光ファイバの側面を発
光させることができるものである。クラッド材２として
シリカエアロゲルを用いて形成した光ファイバは受光角
θが大きく集光量が大きいので、側面からの発光量も大
きい側面発光光ファイバを得ることができるものであ
る。
【００２７】図２は本発明の請求項３に係る側面発光光
ファイバの実施形態の一例を示すものであり、被覆材３
として片面に接着剤を塗布したテープ３ｂを用いるよう
にしてある。テープ３ｂは透明であれば、幅や厚み等の
形状は特に限定されないが、例えばポリエチレン、架橋
ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンエラス
トマーなどのテープを用いることができる。また疎水性
のシリカエアロゲルはアルコールやアセトンなど有機溶
剤に接すると収縮して白濁するおそれがあるので、この
ような耐溶剤性を考慮すると、テープ３ｂの接着剤は無
溶剤性の感圧接着剤（粘着剤とも言われる）やホットメ
ルト接着剤であることが好ましい。
【００２８】被覆材３としてテープ３ｂを用いて側面発
光光ファイバを製造するにあたっては、図２（ｂ）に示
すようにテープ３ｂの接着剤を塗布した面に粉粒状のシ
リカエアロゲル２ａを散布等して貼着させ、コア材２の
外周にシリカエアロゲル２ａが接するようにテープ３ｂ
を巻き付けることによって、図２（ａ）のようにシリカ
エアロゲル２ａのクラッド材２をコア材１の外周に固定
して保持するようにして行なうことができるものであ
る。ここで、コア材１の外周にテープ３ｂを巻き付ける
ことによって、コア材１の表面にはクラッド材２を構成
するシリカエアロゲルの粉粒体が押しつけられ、コア材
１の表面がシリカエアロゲルの粉粒体によって変形され
て微細な凹凸となり、コア材１とクラッド材２の接触界
面に凹凸が生じる。
【００２９】そしてこのようにコア材１とクラッド材２
の接触界面に凹凸が形成された側面発光光ファイバにあ
って、コア材１中を伝送される光がコア材１とクラッド
材２の接触界面に入射されると、この界面の凹凸によっ
て図２（ａ）に示すように光が散乱され、散乱された光
の一部がクラッド材２及び被覆材３を通して光ファイバ
の外周から射出されることによって、光ファイバの側面
を発光させることができるものである。クラッド材２と
してシリカエアロゲルを用いて形成した光ファイバは受
光角θが大きく集光量が大きいので、側面からの発光量
も大きい側面発光光ファイバを得ることができるもので
ある。
【００３０】尚、コア材１とクラッド材２の接触界面の
凹凸を、上記のようにコア材１の表面にシリカエアロゲ
ルの粉粒体を押しつけることによって形成するために
は、コア材１としてクラッド材２を構成するシリカエア
ロゲルよりも硬度の低いものを用いるのが好ましい。ま
た、コア材１とクラッド材２の接触界面の凹凸を光ファ
イバの全長に設けるようにすると、光ファイバの全長に
亘って側面から発光させることができるが、光ファイバ
の一部にのみこの凹凸を設けるようにすると、このコア
材１とクラッド材２の接触界面の凹凸を設けた部分での
み光ファイバの側面から発光させることができるもので
ある。
【００３１】上記の図１や図２の実施の形態の側面発光
光ファイバは、側面の全周から発光されるようになって
いるが、光反射層４をコア材１の外周の一部を覆うよう
に設けることよって、光反射層４で覆われていない部分
の側面からのみ発光させるようにして、照射の指向特性
を付与することができる（請求項４）。図３はコア材１
とクラッド材２の間に光反射性を有するフィルムを挿入
することによって、コア材１とクラッド材２の間に光反
射層４を設けるようにしたもの、図４はクラッド材２と
被覆材３の間に光反射性を有するフィルムを挿入するこ
とによって、クラッド材２と被覆材３の間に光反射層４
を設けるようにしたもの、図５は被覆材３の外周に光反
射性を有するフィルムを貼ることによって、被覆材３の
外周に光反射層４を設けるようにしたものである。光反
射性を有するフィルムは、形状、材質などは特に制限さ
れるものではないが、高反射率の表面を有し、一方向に
光を誘導するものであることが望ましい。被覆材３とし
ては図１の実施形態の熱収縮チューブや図２の実施形態
のテープを用いることができるものであり、図１の実施
形態や図２の実施形態の場合と同様に、コア材１の表面
がシリカエアロゲルの粉粒体によって変形されて微細な
凹凸となり、コア材１とクラッド材２の接触界面に凹凸
が形成されている。
【００３２】上記のように光反射層４を設けて形成され
る側面発光光ファイバにあって、コア材１中を伝送され
る光が、光反射層４を設けていない箇所においてコア材
１とクラッド材２の接触界面に入射されると、コア材１
とクラッド材２の界面の凹凸によって光が散乱され、散
乱された光の一部がクラッド材２及び被覆材３を通して
光ファイバの光反射層４を設けていない箇所の外周から
射出されることによって、光ファイバの側面を発光させ
ることができるものである。そして図３のものでは、コ
ア材１中を伝送される光が光反射層４に入射されると、
図３（ａ）に示すように光反射層４で光が反射され、こ
の光反射層４で反射された光は光反射層４を設けていな
い箇所の外周から射出される。また図４のものでは、コ
ア材１中を伝送される光が光反射層４を設けた箇所にお
いてコア材１とクラッド材２の接触界面に入射される
と、コア材１とクラッド材２の界面の凹凸によって光が
散乱されるが、この散乱された光の一部がクラッド材２
を通過すると共に光反射層４で反射され、この光反射層
４で反射された光は光反射層４を設けていない箇所の外
周から射出される。さらに図５のものでは、コア材１中
を伝送される光が光反射層４を設けた箇所においてコア
材１とクラッド材２の接触界面に入射されると、コア材
１とクラッド材２の界面の凹凸によって光が散乱される
が、この散乱された光の一部がクラッド材２及び被覆材
３を通過すると共に光反射層４で反射され、この光反射
層４で反射された光は光反射層４を設けていない箇所の
外周から射出される。
【００３３】このように、光反射層４を設けた箇所から
は側面発光光ファイバの側面に発光されず、光反射層４
を設けていない箇所の側面からのみ発光されるので、所
定の方向に高い照度で側面発光させることが可能になる
ものである。
【００３４】図６は本発明の請求項５に係る側面発光光
ファイバの実施形態の一例を示すものであり、直径が軸
方向の全長に亘って一定のコア材１の外周にシリカエア
ロゲルからなるクラッド材２を設けるにあたって、コア
材１の光が入射する側の端部１ａから遠ざかるにつれて
厚みが順次厚くなるようクラッド材２を形成するように
してある。そして被覆材３としては図１の実施形態と同
様な熱収縮チューブ３ａを用いるものであり、クラッド
材２の外周を熱収縮チューブ３ａで覆って、熱収縮チュ
ーブ３ａを加熱収縮させることによって、コア材１の表
面がシリカエアロゲルの粉粒体によって変形されて微細
な凹凸となり、コア材１とクラッド材２の接触界面に凹
凸を形成することができるものである。このとき、シリ
カエアロゲルからなるクラッド材２はコア材１の入射端
部１ａから遠ざかるにつれて順次厚くなるように形成し
てあるので、厚みの厚い部分程、熱収縮チューブ３ａの
収縮の際の押圧力を強く受けるので、コア材１の表面が
シリカエアロゲルの粉粒体によって変形されることによ
ってコア材１とクラッド材２の接触界面に形成される凹
凸は、入射端部１ａから遠ざかるにつれて大きさ（深さ
も含め）が大きくなるものである。
【００３５】このような光の入射端部から遠ざかるにつ
れてコア材１とクラッド材２の接触界面の凹凸が大きく
なる側面発光光ファイバを製造するにあたっては、ま
ず、一端の径が小さく、他端の径が大きくなるようにテ
ーパの付いた心材５を用い、この心材５の外周に熱収縮
チューブ３ａを図７（ａ）のように被せ、熱収縮チュー
ブ３ａを加熱収縮させて心材５の外周に密着させること
によって、図７（ｂ）のように熱収縮チューブ３ａを長
手方向に内径が序々に大きくなるようにする。次にこの
熱収縮チューブ３ａを直径が軸方向の全長に亘って一定
のコア材１の外周に図７（ｃ）のように配置し、コア材
１と熱収縮チューブ３ａの隙間に粉末状あるいは粒状の
シリカエアロゲルを充填した後に、熱収縮チューブ３ａ
を加熱して収縮させることによって、シリカエアロゲル
からなるクラッド材２をコア材１の外周に固定して保持
させることができるものであり、コア材１の光が入射す
る側の端部１ａから遠ざかるにつれて厚みが順次厚くな
るようクラッド材２を形成することができるものであ
る。そしてこのとき、クラッド材２の厚みの増加に伴っ
て、熱収縮チューブ３ａの収縮による圧力を大きく受け
てシリカエアロゲルがコア材１の表面に大きな圧力で押
し付けられることになり、コア材１とクラッド材２の接
触界面に形成される凹凸は入射端部１ａから遠ざかるに
つれて序々に大きくなるものである。
【００３６】上記のように光の入射端部から遠ざかるに
つれてコア材１とクラッド材２の接触界面の凹凸が大き
くなるように形成された側面発光光ファイバにあって、
コア材１中を伝送される光がコア材１とクラッド材２の
接触界面に入射されると、この界面の凹凸によって図６
のように光が散乱され、散乱された光の一部がクラッド
材２及び被覆材３を通して光ファイバの外周から射出さ
れることによって、光ファイバの側面を発光させること
ができる。このとき、コア材１中を伝送される光量は入
射端部１ａから遠ざかるにつれて減少するが、コア材１
とクラッド材２の接触界面の凹凸は入射端部１ａから遠
ざかるにつれて大きくなるようにしてあるので、入射端
部１ａから近い個所の凹凸では光の散乱は小さく、入射
端部１ａから遠い個所の凹凸では光の散乱は大きくな
り、入射端部１ａから遠い個所においても光ファイバの
外周から出射される光の量は減少しない。この結果、光
ファイバの軸方向（長手方向）に亘って、均一に側面か
ら発光させることができるものである。尚、図６の実施
の形態では、コア材１とクラッド材２の接触界面の凹凸
を入射端部１ａから遠ざかるにつれて大きくなるように
したが、この凹凸を入射端部１ａから遠ざかるにつれて
数が多くなるようにしてもよい。
【００３７】図８は本発明の請求項６に係る側面発光光
ファイバの実施形態の一例を示すものであり、所定の幅
寸法の圧着部材６をシリカエアルゲルからなるクラッド
材２の外側を覆うように配置した状態で、熱収縮チュー
ブ３ａで形成される被覆材３を加熱収縮させることによ
って、シリカエアロゲルからなるクラッド材２をコア材
１の外周に固定して保持させるようにしてある。そして
このように熱収縮チューブ３ａで形成される被覆材３を
収縮させると、シリカエアロゲルからなるクラッド材２
のうち圧着部材６を被覆した個所は圧着部材６の厚みに
よって大きな圧力でコア材１の表面に押し付けられ、こ
の個所においてコア材１とクラッド材２の接触界面に凹
凸が形成されるが、その他の個所では圧力が大きく作用
しないので、コア材１とクラッド材２の接触界面に凹凸
が形成されないか、形成されても光をあまり散乱させな
い程度の小さな凹凸になる。
【００３８】図８の実施の形態では、圧着部材６を透明
な材料で形成し、さらに圧着部材６の幅をクラッド材２
の周長よりも小さい寸法で形成すると共にコア材１の長
手方向の寸法と同じ長さに形成することによって、コア
材１とクラッド材２の接触界面の凹凸は周方向の一部に
おいて長手方向の全長に連続して形成されるようにして
ある。このように圧着部材６を設けて形成される側面発
光光ファイバにあって、コア材１中を伝送される光がコ
ア材１とクラッド材２の接触界面に入射されると、圧着
部材６を設けていない個所では散乱が小さいが、圧着部
材６を設けている個所にはコア材１とクラッド材２の接
触界面に凹凸が形成されているので、この凹凸によって
光が大きく散乱され、散乱された光の一部がクラッド材
２及び圧着部材６及び被覆材３を通して光ファイバの外
周から出射されることによって、光ファイバの側面を発
光させることができる。コア材１とクラッド材２の接触
界面の凹凸は圧着部材６を設けた個所に形成されてお
り、側面発光は主としてこの個所から行なわれるので、
大きな発光量で側面発光させることができるものであ
る。
【００３９】尚、図８の実施の形態では、被覆材３とし
て図１の実施形態と同様な熱収縮チューブ３ａを用いる
ようにしたが、図２の実施形態のようなテープ３ｂを用
いるようにしてもよい。また図８の実施の形態では、被
覆材３を内側の透明な軟質樹脂チューブ７と外側の熱収
縮チューブ３ａの二重に形成し、圧着部材６を樹脂チュ
ーブ７と熱収縮チューブ３ａの間に挿入するようにして
ある。また、圧着部材６としては、シート状のポリエチ
レンやガラス棒など任意のものを用いることができるも
のであり、形状、材質、表面状態などは特に制限される
ものではない。圧着部材６の形状は側面発光させたい形
状に応じて任意に定まるものである。
【００４０】さらに、圧着部材６は上記のように透明の
ものである他に、内面側が光を反射する反射面に形成さ
れたものでもよい。このような内面が反射面に形成され
た圧着部材６を用いると、圧着部材６を設けた個所にお
いてコア材１とクラッド材２の接触界面形成される凹凸
で散乱された光のうちクラッド材２を透過する光は圧着
部材６の反射面で反射され、圧着部材６の設けられてい
ない個所においてクラッド材２及び被覆材３を通して光
ファイバの外周から射出されることによって、光ファイ
バの側面を発光させることができる。
【００４１】図９は本発明の請求項７に係る側面発光光
ファイバの実施形態の一例を示すものであり、このもの
では圧着部材６をスリーブ状（リング状）に形成し、こ
の圧着部材６をシリカエアルゲルからなるクラッド材２
の外側に長手方向の複数箇所に離間して配置した状態
で、熱収縮チューブ３ａで形成される被覆材３を加熱収
縮させることによって、シリカエアロゲルからなるクラ
ッド材２をコア材１の外周に固定して保持させるように
してある。そしてこのように熱収縮チューブ３ａで形成
される被覆材３を収縮させると、クラッド材２のうち圧
着部材６を被覆した個所は圧着部材６の厚みによって大
きな圧力でコア材１の表面に押し付けられ、この個所に
おいてコア材１とクラッド材２の接触界面に凹凸が形成
されるが、その他の個所では圧力が大きく作用しないの
で、コア材１とクラッド材２の接触界面に凹凸が形成さ
れないか、形成されても光をあまり散乱させない程度の
小さな凹凸になる。その他の構成は図８のものと同じで
ある。このように圧着部材６を長手方向の複数箇所に設
けることによって、コア材１とクラッド材２の接触界面
の凹凸を長手方向の複数箇所に離間して形成した側面発
光光ファイバにあって、コア材１中を伝送される光がコ
ア材１とクラッド材２の接触界面に入射されると、圧着
部材６を設けていない個所では散乱が小さいが、圧着部
材６を設けている個所にはコア材１とクラッド材２の接
触界面に凹凸が形成されているので、この凹凸によって
光が大きく散乱され、散乱された光の一部がクラッド材
２及び圧着部材６及び被覆材３を通して光ファイバの外
周から射出されることによって、光ファイバの側面を発
光させることができる。コア材１とクラッド材２の接触
界面の凹凸は圧着部材６を設けた個所に形成されてお
り、側面発光は主としてこの個所から行なわれるので、
光ファイバの長手方向（軸方向）の所定の個所において
大きな発光量で側面発光をさせることができるものであ
る。
【００４２】
【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。
【００４３】（実施例１）テトラメトキシシランのオリ
ゴマー（コルコート社製「メチルシリケート５１」：平
均分子量＝約４７０）、水、エタノール、２５％アンモ
ニア水を１：１２０：２０：２．１６のモル比で混合し
てゾル溶液を調製し、これを室温放置してゲル化させる
ことによって湿潤ゲル状化合物を得た。次にこのゲル状
化合物を粒径１５０〜５００μｍになるように粉砕した
後、へキサメチルジシラザンの０．６ｍｏｌ／リットル
濃度のエタノール溶液中で、６０℃で３時間程度加熱攪
拌することによって、疎水化処理を行った。次いでこの
疎水化処理したゲル状化合物を、２０℃、７０気圧の二
酸化炭素中に入れ、ゲル状化合物内のエタノールを二酸
化炭素に置換する操作を２時間程度行い、この後、系内
を二酸化炭素の超臨界条件である、８０℃、１６０気圧
にして、超臨界乾燥を約１時間行うことによって、屈折
率が１．００８の粒状の疎水性シリカエアロゲルを得
た。
【００４４】一方、コア材として断面円形の直径１３ｍ
ｍ、長さ２ｍのエラストマー系アクリル材（屈折率１．
４９）を用い、直径１５ｍｍ、長さ２ｍ、肉厚０．５ｍ
ｍの円筒状の透明フッ素系熱収縮チューブにコア材を挿
入し、コア材と熱収縮チューブとの間にシリカエアロゲ
ル粒子を充填した後、ヒーティングガンで８０℃に加熱
して熱収縮チューブを収縮させることによって、図１の
ような側面発光光ファイバを作製した。
【００４５】（実施例２）熱収縮チューブとして直径１
５ｍｍ、長さ２ｍ、肉厚０．５ｍｍの円筒状の透明エチ
レン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）を用いるよう
にした他は、実施例１と同様にして図１のような側面発
光光ファイバを作製した。
【００４６】（実施例３）幅３０ｍｍ、厚み１００μｍ
の透明ウレタン樹脂からなるテープの片面にウレタン系
ホットメルト樹脂（日本マタイ株式会社製「エルファン
ＵＨ−２０３」、厚み５０μｍ）がラミネートされた２
層構造の接着フィルムを用い、この接着フィルムのホッ
トメルト樹脂をラミネートした面に、実施例１で得たシ
リカエアロゲル粒子を１００μｍの厚みで散布し、これ
を１２０℃、１０ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱プレスするこ
とによって、テープの片面にシリカエアロゲルを固着し
た。そして実施例１と同じコア材の外周にシリカエアロ
ゲルが接するようにテープを螺旋状に巻き付けることに
よって、図２のような側面発光光ファイバを作製した。
【００４７】（実施例４）実施例３で得た側面発光光フ
ァイバの外周に、幅２０ｍｍ、長さ２ｍに切断した光反
射シート（東レ株式会社製「ルミラーＥ６０Ｌ」）を、
側面発光光ファイバの長手方向と平行に透明ビニール粘
着テープで貼ることによって、照射指向特性を有する図
５のような側面発光光ファイバを作製した。
【００４８】（実施例５）ケイ酸ナトリウム水溶液（日
本化学工業（株）製「ケイ酸ソーダＪ３号」）を水と重
量比で１：３に混合した後、イオン交換樹脂（オルガノ
（株）製「ＩＲ−１２０Ｂ）を通してシリカゾルを調製
し、これを室温放置してゲル化させることによって湿潤
ゲル状化合物を得た。次にこのゲル状化合物を粒径１５
０μｍ未満になるように粉砕した後、これをジメチルジ
メトキシシランの１．２ｍｏｌ／リットルの濃度のイソ
プロパノール溶液中で、４０℃で６時間加熱攪拌するこ
とによって、疎水化処理を行った。次いでこの疎水化処
理したゲル状化合物を、２０℃、７０気圧の二酸化炭素
中に入れ、ゲル状化合物内のエタノールを二酸化炭素に
置換する操作を２時間行ない、この後、系内を二酸化炭
素の超臨界条件である、４０℃、８０気圧に加熱加圧し
て、超臨界乾燥を２時間行なうことによって、屈折率が
１．０３の粒状の疎水性シリカエアロゲルを得た。この
シリカエアロゲル粒子を用い、後は実施例１と同様にし
て図１のような側面発光光ファイバを作製した。
【００４９】（実施例６）直径１５ｍｍ、長さ２ｍ、肉
厚０．５ｍｍの円筒状の透明軟質ポリエチレン樹脂チュ
ーブに実施例１と同様なコア材を挿入し、コア材と透明
樹脂チューブとの間に実施例１で得たシリカエアロゲル
粒子を充填した。次に、幅５．０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ
の透明ポリエチレンシートを圧着部材として用い、軟質
樹脂チューブの外周面に長手方向と平行に全長に亘って
粘着テープで圧着部材を貼り付けた。さらにこれを直径
１８ｍｍ、長さ２ｍ、肉厚０．５ｍｍの円筒状の透明フ
ッ素系熱収縮チューブに挿入した後、ヒーティングガン
で８０℃に加熱して熱収縮チューブを収縮させることに
よって、図８のような側面発光光ファイバを作製した。
【００５０】（実施例７）直径１５ｍｍ、長さ２ｍ、肉
厚０．５ｍｍの円筒状の透明軟質ポリエチレン樹脂チュ
ーブに実施例１と同様なコア材を挿入し、コア材と透明
樹脂チューブとの間に実施例１で得たシリカエアロゲル
粒子を充填した。次に、幅２００ｍｍに切断した肉厚
２．０ｍｍの透明軟質ポリエチレンチューブを圧着部材
として用い、透明樹脂チューブの外周に、コア材の一端
から２０ｃｍの個所を起点にして３０ｃｍ置きに６本装
着した。さらにこれを直径２０ｍｍ、長さ２ｍ、肉厚
０．５ｍｍの円筒状の透明フッ素系熱収縮チューブに挿
入した後、ヒーティングガンで８０℃に加熱して熱収縮
チューブを収縮させることによって、図９のような側面
発光光ファイバを作製した。
【００５１】（比較例）コア材として実施例１と同じ直
径１３ｍｍ、長さ２ｍのエラストマー系アクリル材（屈
折率１．４９）を用い、その周囲に透明フッ素樹脂（屈
折率１．４、厚み０．５ｍｍ）をクラッド材として形成
した光ファイバを作製した。
【００５２】上記の実施例１〜７及び比較例で得た側面
発光光ファイバを床面から２０ｃｍの高さに水平に配置
し、メタルハライド照明装置（株式会社住田ガラス製
「ＬＳ−Ｍ１６０」）を光源としてその一端から光を入
射させ、この光源の位置から３０ｃｍ置きに床面に設置
した照度計によって照度を測定した。尚、実施例４のも
のは光反射シートを貼った部分が上方を向くように配置
し、実施例６のものでは圧着部材を設けた部分が下方を
向くように配置した。測定結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】 表１にみられるように、各実施例のものは側面発光の照
度が高く、また光の入射端から遠ざかっても側面発光の
照度が低下しないことが確認される。
【００５４】（実施例８）直径１５ｍｍ、長さ４ｍ、肉
厚０．５ｍｍの円筒状のフッ素系熱収縮チューブを用
い、一端の直径１３．５ｍｍ、他端の直径１５ｍｍで直
径が連続的に変化するテーパの付いた長さ４ｍの金属棒
を熱収縮チューブに挿入し、ヒーティングガンで熱収縮
チューブを８０℃に加熱して収縮させることによって、
一端の内径が１３．５ｍｍ、他端の内径が１５ｍｍで内
径が連続的に変化するテーパの付いた形状に熱収縮チュ
ーブを成形した。次に、コア材として断面円形の直径１
３ｍｍ（全長に亘って同一径）、長さ４ｍのエラストマ
ー系アクリル材（屈折率１．４９）を用い、上記の熱収
縮チューブにコア材を挿入し、コア材と熱収縮チューブ
との間に実施例１で得たシリカエアロゲル粒子を充填し
た後、再びヒーティングガンで８０℃に加熱して熱収縮
チューブを収縮させることによって、図６のような側面
発光光ファイバを作製した。
【００５５】（参考例）実施例６と同じ直径１５ｍｍ、
長さ４ｍ、肉厚０．５ｍｍの円筒状のフッ素系熱収縮チ
ューブを用い、この熱収縮チューブに実施例８と同じコ
ア材を挿入し、コア材と熱収縮チューブとの間に実施例
１で得たシリカエアロゲル粒子を充填した後、再びヒー
ティングガンで８０℃に加熱して熱収縮チューブを収縮
させることによって、実施例８の性能と比較するための
図１のような側面発光光ファイバを作製した。上記の実
施例８及び参考例で得た側面発光光ファイバを床面から
２０ｃｍの高さに水平に配置し、メタルハライド照明装
置（株式会社住田ガラス製「ＬＳ−Ｍ１６０」）を光源
としてその一端から光を入射させ、この光源の位置から
５０ｃｍ置きに床面に設置した照度計によって照度を測
定した。測定結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】 表２にみられるように、実施例８のものは光の入射端か
ら遠ざかっても側面発光の照度が低下しないことが確認
される。
【００５７】
【発明の効果】上記のように本発明は、光を伝送するコ
ア材と、コア材の外周に設けられたシリカエアロゲルか
らなるクラッド材と、クラッド材の外周を覆う透明な被
覆材とからなり、コア材とクラッド材の接触界面の少な
くとも一部に凹凸を形成するようにしたので、クラッド
材を構成するシリカエアロゲルは屈折率が１．０００８
〜１．１８と低く、コア材とクラッド材の比屈折率が大
きくて受光角が大きい光ファイバを形成することがで
き、広い受光角で集光して集光量の大きい光ファイバを
形成することができるものであり、コア材中を伝送され
る光をコア材とクラッド材の接触界面の凹凸で散乱させ
て側面発光させるにあたって、大きな発光量で側面から
光を照射させることができるものである。
【００５８】また請求項２の発明は、被覆材として熱収
縮チューブを用い、熱収縮チューブの熱収縮によってコ
ア材の外周にクラッド材を一体化させるようにしたの
で、熱収縮チューブを熱収縮させることによって、シリ
カエアロゲルからなるクラッド材をコア材の外周に強固
に保持することができると共に、コア材の表面にクラッ
ド材を構成するシリカエアロゲルの粉粒体を押圧させ
て、コア材とクラッド材の接触界面に側面発光のための
凹凸を容易に形成することができるものである。
【００５９】また請求項３の発明は、被覆材としてシリ
アカエアロゲルが片面に固着されたテープを用い、シリ
カエアロゲルの固着面でコア材の外周にテープを巻き付
けることによって、コア材の外周にクラッド材を一体化
させるようにしたので、コア材にテープを巻き付けると
いう簡易な工程でシリカエアロゲルからなるクラッド材
をコア材の外周に強固に保持することができると共に、
コア材の表面にクラッド材を構成するシリカエアロゲル
の粉粒体を押圧させて、コア材とクラッド材の接触界面
に側面発光のための凹凸を容易に形成することができる
ものである。
【００６０】また請求項４の発明は、コア材とクラッド
材の間、クラッド材と被覆材の間、被覆材の外周のいず
れかに、コア材の外周の一部を覆うように光反射性を有
する光反射層を設けるようにしたので、光反射層を設け
た箇所の側面からは発光されず、光反射層を設けていな
い箇所の側面からのみ発光されるものであり、所定の方
向に高い照度で側面発光させることができるものであ
る。
【００６１】また請求項５の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、光
の入射端部から遠ざかるにつれて大きさと数の少なくと
も一方が増大するようにしたので、コア材中を伝送され
る光量は入射端部から遠ざかるにつれて減少するが、入
射端部から近い個所の凹凸では光の散乱は小さく、入射
端部から遠い個所の凹凸では光の散乱は大きくなって、
入射端部から遠い個所において光ファイバの外周から出
射される光の量は減少しないものであり、光ファイバの
軸方向に亘って均一に側面から発光させることができる
ものである。
【００６２】また請求項６の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、外
周方向の少なくとも一部において、軸方向に連続するよ
うに設けられるようにしたので、コア材中を伝送される
光を側面発光させるにあたって、側面発光はコア材とク
ラッド材の接触界面に凹凸を形成した個所からのみ行な
われるものであり、光ファイバの側面から所定の方向に
高い照度で側面発光させることができるものである。
【００６３】また請求項７の発明は、コア材とクラッド
材の接触界面の少なくとも一部に形成される凹凸が、軸
方向の複数箇所に設けられるようにしたので、コア材中
を伝送される光を側面発光させるにあたって、側面発光
はコア材とクラッド材の接触界面に凹凸を形成した個所
からのみ行なわれるものであり、光ファイバの軸方向の
所定の個所において高い照度で側面発光させることがで
きるものである。
【００６４】また請求項８の発明は、シリカエアロゲル
として、ケイ酸エステル含有溶液のゲル状化合物を疎水
化処理及び超臨界乾燥して得られたものを用いるように
したので、シリカエアロゲルが吸湿や吸水して、屈折率
や光透過性等の性能が劣化することを防止することがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、
（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他例を示すものであり、
（ａ）は正面断面図、（ｂ）はテープの正面断面図であ
る。
【図３】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので
あり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図であ
る。
【図４】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので
あり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図であ
る。
【図５】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので
あり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図であ
る。
【図６】本発明の実施の形態のさらに他例を示す正面断
面図である。
【図７】同上の実施の形態における製造の工程を示す正
面断面図である。
【図８】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので
あり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図であ
る。
【図９】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので
あり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。
【図１０】光ファイバの受光角θを示す断面図である。
【符号の説明】
１ コア材 ２ クラッド材 ３ 被覆材 ４ 光反射層
フロントページの続き (72)発明者 横川 弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 椿 健治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 園田 健二 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高坂 啓詞 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を伝送するコア材と、コア材の外周に
    設けられたシリカエアロゲルからなるクラッド材と、ク
    ラッド材の外周を覆う透明な被覆材とからなり、コア材
    とクラッド材の接触界面の少なくとも一部に凹凸が形成
    されて成ることを特徴とする側面発光光ファイバ。
  2. 【請求項２】 被覆材として熱収縮チューブを用い、熱
    収縮チューブの熱収縮によってコア材の外周にクラッド
    材が一体化されていることを特徴とする請求項１に記載
    の側面発光光ファイバ。
  3. 【請求項３】 被覆材としてシリアカエアロゲルが片面
    に固着されたテープを用い、シリカエアロゲルの固着面
    でコア材の外周にテープを巻き付けることによって、コ
    ア材の外周にクラッド材が一体化されていることを特徴
    とする請求項１に記載の側面発光光ファイバ。
  4. 【請求項４】 コア材とクラッド材の間、クラッド材と
    被覆材の間、被覆材の外周のいずれかに、コア材の外周
    の一部を覆うように光反射性を有する光反射層を設けて
    成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
    の側面発光光ファイバ。
  5. 【請求項５】 コア材とクラッド材の接触界面の少なく
    とも一部に形成される凹凸が、光の入射端部から遠ざか
    るにつれて大きさと数の少なくとも一方が増大している
    ものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
    に記載の側面発光光ファイバ。
  6. 【請求項６】 コア材とクラッド材の接触界面の少なく
    とも一部に形成される凹凸が、外周方向の少なくとも一
    部において、軸方向に連続するように設けられているも
    のであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
    記載の側面発光光ファイバ。
  7. 【請求項７】 コア材とクラッド材の接触界面の少なく
    とも一部に形成される凹凸が、軸方向の複数箇所に設け
    られているものであることを特徴とする請求項１乃至５
    のいずれかに記載の側面発光光ファイバ。
  8. 【請求項８】 シリカエアロゲルが、ケイ酸エステル含
    有溶液のゲル状化合物を疎水化処理及び超臨界乾燥して
    得られたものであることを特徴とする請求項１乃至７の
    いずれかに記載の側面発光光ファイバ。
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