JPS62231904A - 光伝送ホ−ス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 異なる屈折率の２種の物質の界面における全反射を利用
して、ルを伝送するシステムは、光通信用途、内視鏡等
のイメージガイドや紫外・可視・赤外各種波長光のライ
トガイド等として産業分野や医療分野等で、広く利用さ
れている。

元の伝送形態面から、これらの特徴をみた場合、光通信
用途は微弱容量光の長距離伝送、イメージガイドとライ
トガイドは、小〜中容量光の短距離伝送としてそれぞれ
分類される。

最近これら従来のタイプ方式とは異なる光伝送方式が、
海洋の豊度化を狙いとした海洋牧場構想や都心の生活環
境のよシー膚の快適化を目的としたマンション等の住宅
関連における元利用システム構想等において必要となっ
てきている。

ここで必要とされる伝送距離は３０ｍ〜１００ｍと中距
離であシ、また必要とされる伝送元量は極めて大きい容
量である。

この観点からこの種の光伝送方式は大容量光・中距離伝
送方式と呼はれるもので、従来の光伝送方式とは全く異
なるタイプのものである。

この大容量光・中距離伝送方式の満たすべき具体的要件
は、経済的に大容量の光伝送が可能でちり、かつ伝送距
離的、３０ｍにおける光の減衰割合いが、入射光の１／
１〜１１５０であることの２点に要約される。

（本発明が解決しようとする問題点） 従来の光伝送システムとしては、石英ファイバー系、光
学硝子系、グラスチックファイバー系と液体系が公知で
あるがこの観点からみた場合、残念ながら満足すべき系
は現在まだ見出されていない。

即ち石英ファイバー系は優れた特性は有するものの可撓
性には限界があり、又大容貴光伝送のための大口径化に
は、直径１０〜２００＾程度のファイバーを多数束ねる
必要がある。また如何に高密度に束ねてもファイバー間
には空隙が残るので効率が悪い。また石英系ファイバー
系は比較的高価であり比重も高いのでコスト面での離点
がある。

加えて特性面では石英ファイバー系は長波長赤外域（２
，５μ以上）では１０’ｄＢ／ｋｍ以上の高損失を示し
、この波長領域では光伝送体としての価値は低い。また
プラスチックファイバー系は石英ファイバー系に比較し
柔軟性であることやよシ安価なたメ、短距離通信、ディ
スプレーやファイバースコープ等に応用されているが、
反面耐熱性や元の伝送効率が石英系に比べて大巾に劣る
。加えて大口径化にあたり、多数のファイバーを束ねる
必要性がある点では石英ファイバー系と何等変シがない
。

光学硝子系は安価なライトガイドとしてのメリットはあ
るが伝送損失が大きいため、短距離伝送用途に限定され
るはかシでなく、大口径化にあたシ多数のファイバーを
束ねる必要がある点では前２者のタイプと全く同様の欠
点を有している。

液体系は中空のチューブ内に液体を充填したシステムで
あシ、大口径化は容易であシ、この特徴を生かして紫外
線硬化型の樹脂を硬化きせるための紫外光のガイドとし
て利用されているが、従来のものは元の伝送損失が大き
く、短距離伝送用に使用が限定式れているのが現状であ
る。

（間組点を解決するための手段） 上記の観点から、本発明者叫は、鋭意研究の結果、常温
で液状の光伝送用媒体と、これを封入するための可撓性
材料よシなるホースとから構成した光伝送体において、
ホース内壁面の粗さが、元の伝送効率に大きい効果があ
ることを突き止め、本発明を完成するに至った。即ち本
発明は常温で液状の物質を光伝送媒体とし、該媒体と、
これを封入するための可撓性材料よシなるホースとから
構成した光伝送体において、該ホースの内壁面の表面粗
さく　Ｒａ表示）を０．０３０μ以下としたことを特徴
とする光伝送ホースに関するものである。

以下に本発明による光伝送ホースに就いて実施た。図１
において１は封入ホース本体、２は封入ホースの内壁、
３は封入ホースの外壁、４は保護被覆層、５は光伝送媒
体、６は末端封止栓、７は末端封止栓の内壁、８は末端
封止栓の外壁、９は保論口金である。

光伝送媒体５を保持する封入ホース本体ｌの材料は裁送
光の波長に対するその屈折率ｎ２が媒体の屈折′４ｎ１
より小さいことが望ましい。ただこのことは必ずしも封
入ホース１の全厚さ方向にわたって必要ではなく、光伝
送媒体５に接する内壁２の性質が特に重要な因子として
作用する。

封入ホース１の材質としてはプラスチックスやニジスト
マーがあけられるが、可撓性を有しかつ、チューブ状に
成型可能な熱可塑性樹脂やエラストマーが特に好ましい
。

その具体例としては、Ｉリエチレン、ポリプロピレン、
Ｉリエステル、ポリアミド、シリコンゴム、天然ゴム、
合成ポリイソプレンゴム、ポリプタゾエンゴム、スチレ
ン−ゲタジエン共重合体、ＥＰＤＭ、７”チルがム、ハ
ロｒン化プチルコ０ム、クロロプレンゴム、アクリロニ
トリル−ブタジェン共重合体、ハロダン化ポリエチレン
、？リアクリロニトリル、アクリロニトリル−メチルメ
タクリレート共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリ
ルスチレン共重合体、ＡＢＳ　、スチレン−メタクリル
酸メチル共重合体、ポリメタクリル酸メチル、セルロー
ズアセテート、Ｉリアリレート、Ｉリカーゲネート、Ｉ
り塩化ビニル、Ｉり塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニルア
イオノマー、エチレン−エチルアクリレート共重合体、
ポリメチルインテン、ポリフルオロイングロビルメタク
リレート、ポリジメチルシロキサン、ポリ酢酸ビニル、
？リテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリフ
ッ化ビニル１，１＋７フツ化ビニリデン、ポリトリフロ
ロエチレン、ポリフロルトリフミロエチレン、四フフ化
エチレンー六フフ化プロピレン共重合体、四フフ化エチ
レンーパーフルオロアルコキシェチレン共重合体、四フ
ッ化エチレンーエチレン共重合体、ビニリデンフルオラ
イド−へキサフルオロプロピレン共重合体等があけられ
る。中でも低屈折率のものがよシ好ましい材料であシ、
この点では高フツ素含有率のポリマーやシリコン系ポリ
マーが特に優れている。これらのポリマーは、単体又は
ブレンド物として用いられる。また伝送媒体に接する表
面のみを処理したものも用いられる。また用途によシ伝
送体の可撓性が重要視されない場合には、硝子、石英、
アルミナ、マグネシアやチタニア、等のセラミックスや
アルミ、ステンレスや銅等の金属のパイプの伝送媒体と
接触する内表面の粗さを条件を満たすように処理したも
のも使用可能である。

本発明者等は伝送媒体の封入パイプの内壁２につき本発
明の急所の一つである重要な発見に到達した。

即ち触針式表面粗さ計で測定したＦ／′（壁の表面粗さ
をＲａ表示で０．ＯＨμ以下とすることによシ我々のヨ
６ 目的とする中距離伝送が可能であることを見出した。

ここでいうＲａ値とは汎く使用されている表面粗さの表
示法で、波形の中心線から測定した波形プロフィールの
偏差値の幾可平均である。我々はこの測定をＴＡＴＬＯ
Ｒ−ＨＯＢＳＯＮ社の触針式表面粗さ計によシ行った。

次に被覆ｔ？１４は用途によりては不要であるが、外傷
や高温・高湿からの保護やホースの曲けにょるキンク防
止等の目的で設けられる。例示としては、金属・プラス
チック蛇腹管、ラセン状スプリング、カーボンファイバ
ー、有機や無機繊維の織物、例えば、レーヨン、ナイロ
ン、ビニロン、ポリエステル、石綿、グラス等のスパイ
ラル巻き、補強層入シゴム、プラスチック等の手段が講
じられる。

なお図１では示さなかったが、内管材を２重管又は多重
管とし、これを単独又は上記の被覆層との組み合わせで
使用することも可能である。

２重管の外管部の材質としてはグラスチックスやエラス
トマーが一般には用いられる。

次に光伝送媒体５について説明する。

均質で、かつ不純物を可及的に含まない伝送媒体におい
ては、各媒体は元の波長に対し、それぞれ特有の易透過
性波長領域を有している。即ち、媒体の種類によりこの
易透過性波長領域の狭いものもあるし、また広いものも
ある。どの種類の伝送媒体を採用するかは、使用目的に
応じて決める必要がある。

本発明に用いられる光伝送媒体としては、使用温度下で
液体（１〜１０　センチポアズ）であればよい。その具
体例としては、無機塩の水溶液、エチレングリコールや
グリセリン等の多価アルコール、ジメチルシロキサンを
はじめとするシリコーン油、ポリニーカル、ポリエステ
ル、流動ノ母ラフイン等の炭化水素、ハロゲン化炭化水
素やポリマーを適当な溶媒で希釈したポリマー溶液があ
げられる。特に広い易透過性波長範囲を必要とする場合
には炭素とハロゲン元素又はこれに更に酸素を含有して
いる一般式（１）〜（ＸＩＶ）で示される化合物が適し
ている。

２Ｘ２Ｘ４ 一般式（１）〜（Ｖｌ）、において、Ｘ１〜Ｘ８はすべ
て同種又は異種のハロゲン元素であってもよく、また一
部が他の元素や置換基、例えば水素、アルキル基やアル
コキシ基等で置換されたものであってもよい。この具体
例としてはノクロロメタン、トリブロモモノフロロメタ
ン、ノプロモモノフロロメタン、テトラクロロ−１，２
−ノフロロエタン、１．１．２−　）リクロロトリフロ
ロエタン、１，１．１−トリクロロトリフロロエタン、
　１，１．１．２−テトラクロロモノフロロエタン、１
．２−フクロロー１．２−シフロロエタン、１−クロロ
−２，２−ジフロロエタン、１．１−ジクロロジフロロ
エチレン、　１，１．２．２−テトラクロロテトラフロ
ロシクロブタンや１．２．２−トリクロロ−３，３，４
，４−テトラフロロシクロブタン等をあけることができ
る。

また、テトラフロロエチレンの多量体、ヘキサフロロプ
ロピレンの多量体や下記の一般式（■）〜（ＸＩＶ）で
水式れる重合体があけられる。

一般式（■）〜（Ｘ■）ＶＣオイテ、Ｘ１〜Ｘ、４はす
べて同種又はＡ　ｆｉｔのハロｒン元素でありてもよく
、また一部が他の元素や置換基、例えば、水素、水酸基
、アルキル基、フェニル基、アルコキシ基、カルＭキシ
ル基、エステル基やアミド基等で置換アルキル基、フェ
ニル基や多環式炭化水素基等の二価の残基を示す。ｎ、
〜ガは任意の正の整数を水気ｑＯ す。その具体例としては、三７ツ化−塩化エチレン重合
体、メフッ化二塩化エチレン重合体、１，１ニ 一二フフ化エチレン重合体、１，２−ニフッ化エチレン
重合体、−フッ化エチレン重合体、六７ツ化７’　ｏ　
ヒｖ　ｙＨ体ヤノｅ−フルオロアルキル−リエーテル等
があげられる。

また、これら重合体の混合物でもよいし、上記重合体の
ペースモノマーの共重合体でもよい。１九上述の物質群
において水素の一部又は全部が重水素でｊη侠されてい
ても良い。

我々はこれら光伝送媒体に対し光学的純度指数という尺
度を導入規定した。即ちがミや埃を含む低純度の伝送媒
体においては、これらコ０ミや埃が光の散乱点となシ伝
送効率を低下させることは周知である。然しなからある
種の媒体においては高精度の口過技術によってもその見
掛上の透明感にも拘わらず光伝達損失が極めて大きいこ
とを突き止めた。

なお、この種の伝送媒体では、液体の側面より、出力１
ｍＷのＨ・ハｅレーザー光を入射したときＫ。

ゴミや埃と同様な散乱点を有していることが判った。

ま六一方、伝送効率の良好な伝送媒体ではこの様な散乱
点は極めて微少であることも明かになり九これらの知見
をベースに検討を重ねた結果光学的純度指数が０．６以
上であることが光伝送媒体として特に望ましいことを見
出した。

ここで光学的純度指数とけ、出力１ｍＷのＨｅ／Ｎ　ｅ
レーザー光を媒体の側面から入射し、光路中に認められ
る輝点を写真撮影した時の光路面積から輝点面積を差し
引いた値の光路面積に対する割合で示される。例えば光
路面積１に対し輝点面積が０．５の場合の光学的純度指
数は０．５となる。

なシ、実際に計測する場合にはレーザー光を上下に走査
することによシ光路面積は増大するのでよシ正確力測定
が可能となる。

また計測すべき輝点は明瞭なものに限定し、曖昧な儂は
除外する必要がある。その理由は容器壁からの反射に基
く再帰照射光が不明瞭な輝点を発生させることがあるた
めである。

次に末端封止栓、６について説明する。

ホース両端の封止栓６は伝送媒体の保持のため設けられ
る。この形状は液の漏れを防ぐため、各種の工夫、例え
ばチューブ内径よりやや大きく設計する、ヒートシール
する、０リングと組み合せる等の手段が講じられる。こ
の封止栓の材料は伝送光の波長に対し透過性の良いこと
は勿論のことであるが、その内壁７で接触する伝送媒体
とべ化学的に反応しないこと、更には、その外壁８で触
れる大気中のガスや水分等とも化学的に安定であること
が必要である。この封止栓用材料の具体例としては、熔
融石英、ホウ酸硝子、フリント硝子、クラウン硝子、ソ
ーダ硝子、カルコグナイト系硝子、弗化物系硝子、フッ
化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、フ
ッ化−バリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩
化カリウム、臭化タリウム、沃化カリウム、ＫＨ２−５
、ＫＨ２−６゜サファイア、氷晶、マグネシア、チタニ
ア、アルミナ、硅素、ゲルマニウム、ポリスチレン（含
ハイインパクト）、アクリロニトリルスチレン共重合体
、ＡＥＳ、スチレンマレイン酸共重合樹脂、メチルメタ
クリレートスチレン共重合樹脂、スチレン無水マレイン
酸系樹脂、メタクリル系樹脂、セルロースアセテート、
ポリエステルカーゴネート、ポリエステル、ポリメチル
ペンテン、ボリアリレート、ｙｌ！’）エーテルサルフ
ォン、ポリ：ｒ−−ｆルエーテルケトン、ポリカーゴネ
ート、ナイロン、ポリスルフォン等があげられ、使用目
的や条件等を考慮して、材料単体での使用に加えて、複
層又は表面処理等の手段も講じられる。

また、内、外壁７，８は、良く研磨され、必要に応じて
反射防止膜や保護膜等を設けるなどの手段を施しても良
い。この反射防止膜はその要求特性を支配する設計ファ
クターとして、その屈折率ｎはｎ　”　Ｆ　、膜厚ｄは
ｄ　＝　Ｊ／４ｎで与えられる。

ここでｎｇは封止栓材質の屈折率で、λは光の波長であ
る。特に広範囲の波長を含む光の反射用としては、多層
コーティングがよシ好ましい。反射防止膜用材料例とし
ては氷晶石、フッ化マグネシウム、フッ化トリウム、フ
ッ化セリウム、−酸化シリコン、ジルコニア、硫化亜鉛
、チタニア、二酸化セリウム、ダルマニウムやテルル化
銅等があり、通常ＣＶＤ、真空蒸着、イオンブレーティ
ングやスパッタ法等を用いて作製される。

保護金具９はホース末端の保護、加締や他の機器やホー
ス同志間の接続等の目的で設けられるもので、金属やプ
ラスチック等からなり、ホース本体との間にＱ　ＩＪソ
ングを設けたり或はそれ自体にネジ溝等を設ける等の手
段を講することも出来る。

またこのホースの末端封止口には必要あればレンズやフ
ィルター等を設けることもできる。

（実施例） 以下、実施例によシ本発明をより具体的に説明する。

実施例１ 内径５φ、外径６φ、長さ３ｍ内壁面の表面粗さＲａ　
＝　０．０１５μの四弗化エチレン−六弗化プロピレン
共重合体（屈折率ｎｎ＝１．３３８　）の円形チューブ
に純度指数＝０．９５の流動Ａラフインを充填した後、
外径５φ、長さ３０ｍｍの石英ロンドによシ両端を封止
し光伝送偉人を作製した。

次に同一の内、外径で、長さ９ｍのチューブを用い、同
様にして光伝送体Ｂを作製した。

図甲２はこれら光伝送体Ａ、Ｂを用い光伝送損失（ｄＢ
／ｍ）を測定する方法を説明したもので、１は、白色光
源としてのノ・口ｒンランプであシ、これを２の銀干渉
フィルター（東芝製ＫＬ４０〜ＫＬ８Ｑ）にて、特定波
長成分光を取り出し、３の光伝送偉人を通過させた。な
お図中の３−１は伝送媒体、３−２は封入用本体、３−
３及び３−３′は末端封止栓である。光伝送体を通過さ
せた光は４の光／ノｔワーメーター（カンタムエレクト
ロニクス社製２２ＸＬＡ、センサーヘッド４００）にて
、ｄＢｍ表示で計測した。同様手順を光伝送体Ｂについ
ても行った。いまある特定波長成分の光伝送体Ａ、及び
Ｂにおける計測値をＸ、　、　Ｘ、とすればこの波長に
おける光伝送損失は となる。但しここでり、ｌ　Ｌｌはそれぞれ伝送体Ａ。

Ｂの長さを示す。

結果は図３に示す通りである。この結果から流動・母ラ
フインを光伝送媒体とする光伝送ホースでは波長５５０
ｗｍ近辺に易透過性波長領域を有することが判る。

実施例２ 伝送媒体を流動Ａ？ラフインから純度指数０．９０の三
フッ化−塩化ポリエチレンオリゴマ−（粘度１０〜３０
センチポアズ（２５℃）、屈折率ｎＯ＝＝　１．４０　
）を用いた以外は実施例１と全く同様にして波長に対す
る伝送ロスを測定した。結果を図４の中の実施例２に示
す。この結果から、この系では易透過性波長領域が著し
く広＜４００？ｎｍ〜−う８００５ｍと可視光全域にわ
たり良く光を透過させることが判る。

比較例１ 内壁面の表面粗さＲａ＝０．３１μの円形チューブを用
いた以外は、実施例１と全く同様にして波長に対する伝
送ロスを測定した。結果を図４の比較例ＩＫ示す。この
結果および実施例の結果より、伝送ホース内壁面の表面
粗さ如何が、光の透過効率に極めて大きい効果のあるこ
とが判る。

（発明の効果） 本発明による光伝送体によシ、これまで問題でありた大
容量光・中距離伝送が可能となりこの長所を活かしての
応用や用途範囲Ｆｉｉめで広〈産業界等に与えるインノ
４クトは大きいものと期待される。

例えばロゲット等に装着して紫外〜赤外光（含レーザー
）を伝送して、接着剤、レジストの硬化やパターンニン
グ切断加工、穴あけや化学反応等に（ｆｆｌ　ｇ　）　
　　　　　　　　　　明細書の浄書（内容に変更なし）
応用出来る。また海中、地下室、ビルや＝Ｊｌ内に太陽
光を伝送し、照明、生物の育成を行うことも可能となる
。

更には航空機、自動車や鉄道車輛等に集中光源をおき、
光伝送体によシ各部に分配して利用することもできる。

また変った応用分野の一つとして、この伝送体に、外部
からの加圧等によシ変形を与えることにより光伝送容量
を変化させることも可能で、この機能を利用したセンサ
ーとしての用途も期待される。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の光伝送体の模式図、図２は光量の測定方
法と装置、図３と図４は測定結果を示す。 １・・・封入ホース本体 ２・・・封入ホースの内壁 ３・・・封入ホースの外壁 ４・・・保護被覆層 ５・・・光伝送媒体 ６・・・末端封止栓 ７・・・末端封止栓の内壁 ８・・・末端封止栓の外壁 ９・・・保護口金 図１ １・・・白色光源 ２・・・銀干渉フィルター ３・・・光伝送体 ３−１・・・伝送媒体 ３−２・・・封入用ホース ３−３　、３−３″・・・末端封止栓 ４・・・光ノ卆ワーメーター 図２ −波長（ｍｍ） −波長（ｍｍ） 図４ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６１−７２４９４号 ２、発明の名称 光伝送ホース ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都中央区京橋−丁目１０番１号株式会社ブリ
デストン特許部内 ５、補正命令の日付 昭和６１年６月４日 （発送日　昭和６１年６月２４日） ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄のタイプ浄書７、補正の
内容 明細書の２１頁を別紙の通シ補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 常温で液状の物質を光伝送媒体とし、該媒体と、これを
   封入するための可撓性材料よりなるホースとから構成し
   た光伝送体において、該ホース内壁面の表面粗さ（Ｒａ
   表示）を０．０３０μ以下としたことを特徴とする光伝
   送ホース