(57)【要約】      （修正有）【課題】筒型の鞘部材内に挿通された光ファイババンドルにおいて、高い気密性を保持している光ファイババンドル保持構造を提供する。【解決手段】筒型の鞘部材３０と、鞘部材に挿通された複数本の光ファイバ１０からなる光ファイババンドル２０と、光ファイバ同士及び光ファイババンドルと鞘部材とを接着している接着剤４０とを備え、鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型の鞘部材と、
前記鞘部材に挿通された複数本の光ファイバからなる光ファイババンドルと、
前記光ファイバ同士及び前記光ファイババンドルと前記鞘部材とを接着している接着剤とを備え、
前記鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの前記開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下である、光ファイババンドル保持構造。
【請求項２】
前記接着剤の硬度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３  Ｔｙｐｅ  Ａにおける定義にて、２０以上７５以下である、請求項１に記載されている光ファイババンドル保持構造。
【請求項３】
前記接着剤の耐熱温度は１６０℃以上である、請求項１又は２に記載されている光ファイババンドル保持構造。
【請求項４】
前記光ファイバの長手方向に直交する断面において、前記鞘部材の内部空間に対して前記光ファイババンドルにおける全ての前記光ファイバが占める面積の比率は１５％以上７０％以下である、請求項１から３のいずれか一つに記載されている光ファイババンドル保持構造。
【請求項５】
前記光ファイババンドルと前記鞘部材との距離は１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１から４のいずれか一つに記載されている光ファイババンドル保持構造。
【請求項６】
前記光ファイババンドルの直径は、０．６ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である、請求項１から５のいずれか一つに記載されている光ファイババンドル保持構造。
【請求項７】
複数本の光ファイバを束ねた光ファイババンドルを用意する工程と、
前記光ファイババンドルに対して、隣合う前記光ファイバの間に接着剤を注入する工程と、
隣合う前記光ファイバの間に接着剤が注入された前記光ファイババンドルを筒型の鞘部材の筒内に挿入する工程と、
前記光ファイババンドルと前記鞘部材との間に接着剤を注入する工程と
を含む、光ファイババンドル保持構造の製造方法。
【請求項８】
筒型の鞘部材と、
前記鞘部材内に挿通された１本の光ファイバと、
前記光ファイバと前記鞘部材とを接着している接着剤とを備え、
前記鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの前記開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下である、ライトガイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイババンドル保持構造、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
毒性を有する物質や放射性物質が納められた容器や部屋は、それらの物質が外に漏れ出さないように高い気密性が求められる。またプラズマを閉じ込める容器も同様に高い気密性が求められる。あるいはそのような容器を別の容器で密閉して、閉じ込めておくべき物質がその容器から漏れ出した時に別の容器により外部にその物質が漏れないようにしておく。しかしながら、そのような容器や部屋の内部の情報を得るためにその容器や別の容器、部屋を貫通して光ファイバを内部に入れる場合がある。その場合、上記の容器や部屋の内部が何らかの理由によって高温になってしまうことが考えられ、その際には、高温に耐えうる方法で気密を確保する必要がある。
【０００３】
例えば核融合実験炉では、内部のプラズマ性能を決定づける周辺プラズマの圧力（温度×密度）分布を計測するために、炉内のプラズマにレーザー光を照射する。そのレーザー光の一部はプラズマ中の電子により散乱され（トムソン散乱）、その散乱光を多数の光ファイバを束ねた光ファイババンドルにより分光器にまで伝達させて分光を行うことが考えられる。その分光された光のスペクトルを解析して炉内の電子温度と電子密度の空間分布を測定するためである。
【０００４】
このような用途で用いる光ファイババンドルは、散乱光の入射部分から分光器までの行程において気密境界を通過するので、光ファイババンドル自体に高い気密性が要求される。併せて光ファイバは、過大な応力が加わると光損失が増加したり伝送モードが変わってしまったりということが生じる性質を有している。
【０００５】
また、大規模な核融合実験炉では上述の容器や部屋の情報をできるだけ精密に取得するために数百芯を超える光ファイババンドルが必要となることも珍しくない。さらにはこのような多芯化に加えて長尺化も必要となってくるので、光ファイババンドルを製造する際には高い気密性をできるだけコンパクトに達成するとともに製造しやすい構造とすることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１２６６１２号公報
【特許文献２】特開２００５−６２７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には照明用のライトガイドとして、滅菌時の耐熱性と屈曲可能性を考慮した技術が開示されている。この技術はライトガイドとしての基本的な技術、すなわち照明光を伝送させる技術であるため、多芯化して気密性を高めて精密測定が行えるような特性については特許文献１には開示がされていないと考えられる。
【０００８】
特許文献２には気密保持用ライトガイドが開示されており、光ファイババンドルとそれを挿通させる円筒状の気密保持部材との間（空隙部）にエポキシ系接着剤が充填されていることが開示されている。特許文献２には具体的には記載されていないが、光ファイバに過大な応力を与えて光損失を生じさせることがないように、エポキシ系接着剤は硬度の低いものが使用されていたと考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に使用されているような硬度の低いエポキシ系接着剤は、ＩＴＥＲに用いるには耐熱性が不足しているとともに、単に空隙部に接着剤を充填するという方法では光ファイババンドル内部の隣合う光ファイバ同士の間の気密性を高く保持することができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒型の鞘部材内に挿通された光ファイババンドルにおいて、高い気密性を保持している光ファイババンドル保持構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光ファイババンドル保持構造は、筒型の鞘部材と、前記鞘部材に挿通された複数本の光ファイバからなる光ファイババンドルと、前記光ファイバ同士及び前記光ファイババンドルと前記鞘部材とを接着している接着剤とを備え、前記鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの前記開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下である構成を有している。ここで、鞘部材のいずれかの開口における空気の漏れ量は、「ＪＩＳ  Ｚ  ２３３２(2012)   圧力変化による漏れ試験方法」に定められた「圧力変化法加圧法」にて、窒素ガス最大１．０×１０６Ｐａ（ゲージ圧）の印加にて測定する、という条件により測定をしたものである。
【００１２】
前記接着剤の硬度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３  Ｔｙｐｅ  Ａにおける定義にて、２０以上７５以下であることが好ましい。
【００１３】
前記接着剤の耐熱温度は１６０℃以上であることが好ましい。ここで、接着剤の耐熱温度が１６０℃以上であるとは、光ファイババンドル構造を所定の温度（１６０℃以上）で６時間保持する前と後において、出口側の光量の変化が−５％から５％の範囲内となるということである。
【００１４】
前記光ファイバの長手方向に直交する断面において、前記鞘部材の内部空間に対して前記光ファイババンドルにおける全ての前記光ファイバが占める面積の比率は１５％以上７０％以下であることが好ましい。
【００１５】
前記光ファイババンドルと前記鞘部材との距離は１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の光ファイババンドル保持構造の製造方法は、複数本の光ファイバを束ねた光ファイババンドルを用意する工程と、前記光ファイババンドルに対して、隣合う前記光ファイバの間に接着剤を注入する工程と、隣合う前記光ファイバの間に接着剤が注入された前記光ファイババンドルを筒型の鞘部材の筒内に挿入する工程と、前記光ファイババンドルと前記鞘部材との間に接着剤を注入する工程とを含む構成を有している。
【００１７】
本発明のライトガイドは、筒型の鞘部材と、前記鞘部材内に挿通された１本の光ファイバと、前記光ファイバと前記鞘部材とを接着している接着剤とを備え、前記鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの前記開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下である構成を有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光ファイババンドル保持構造は高い気密度合を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るライトガイドの模式的な断面図である。
【図２】実施形態に係るライトガイドの製造工程の一場面を示す模式的な断面図である。
【図３】実施形態に係るライトガイドの製造工程の別の場面を示す模式的な断面図である。
【図４】実施形態に係るライトガイドの製造工程の他の場面を示す模式的な断面図である。
【図５】実施形態に係るライトガイドの製造工程のさらに他の場面を示す模式的な断面図である。
【図６】別の実施形態に係るライトガイドの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００２１】
（実施形態１）
実施形態１に係るライトガイドは、図１に示すように光ファイバ１０を複数本束ねた光ファイババンドル２０を備え、その光ファイババンドル２０が筒型の鞘部材３０の内部に挿通されている。なお、複数の光ファイバ１０を束ねた光ファイバの束のことを光ファイババンドル２０という。鞘部材３０の内部に存している光ファイババンドル２０の一部において、隣合う光ファイバ１０同士が接着剤によってお互いに接着されている接着バンドル部５０が形成されている。また、光ファイババンドル２０と鞘部材３０との間には接着剤４０が充填されており、それによって光ファイババンドル２０と鞘部材３０とが接着されている。接着バンドル部５０に使用される接着剤と、光ファイババンドル２０と鞘部材３０とを接着している接着剤４０とは同じ接着剤であってもよいし、異なる接着剤であってもよい。
【００２２】
光ファイバ１０の種類は特に限定されない。石英ガラスからなっていてもよいし、プラスチックからなっていてもよい。シングルモードでもよく、マルチモードでもよい。また、ファイバ径も特に限定されない。
【００２３】
光ファイババンドル２０に用いられる光ファイバ１０の本数は特に限定されない。２本から１０００本超まで何本であってもよい。
【００２４】
鞘部材３０の材料、径、厚みも特に限定されない。例えばＳＵＳやアルミニウム等の金属及び耐熱性合成樹脂などを用いてもよい。
【００２５】
上記の接着バンドル部５０を形成する接着剤及び光ファイババンドル２０と鞘部材３０とを接着している接着剤４０の種類は特に限定されないが、光ファイバ１０に対して光損失を与えないよう硬化時の体積変化が小さく、また柔らかい接着剤が好ましい。例えばシリコーン系の接着剤を用いてもよい。また、隣合う光ファイバ１０同士の間、及び光ファイババンドル２０と鞘部材と３０のとの間に確実に入り込んで充填されるように（気泡など未塗布の部分を残さないように）流動性に優れた接着剤であることが好ましい。核融合実験炉のような用途に使用される場合は、耐熱性が高いことが好ましい。
【００２６】
接着剤の硬化後の硬度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３  Ｔｙｐｅ  Ａにおける定義にて、２０以上７５以下であることが好ましい。２０よりも硬度が小さいと光ファイバ１０が鞘部材３０の中で動いてしまって気密性が低下するおそれがあり、７５よりも硬度が大きいと光ファイバ１０の伝送損失が増加するおそれがある。さらに、接着バンドル部５０を形成する接着剤４５の硬度は２０以上７５以下であることが好ましい。光ファイババンドル２０と鞘部材３０との間に充填させる接着剤４０の硬度は２０以上６０以下であることが好ましい。
【００２７】
接着剤の耐熱温度は１６０℃以上であることが好ましい。１６０℃よりも耐熱温度が小さいとライトガイドの使用中に出口側で光量が５％以上変化するおそれがあるとともに、気密性が低下するおそれがある。なお、実施例のライトガイドでは、ライトガイド自体を１６０℃で６時間保持した前後の光量の変化は５％未満であることを確認した。
【００２８】
本実施形態の接着剤の材料は、特に限定されないが、エポキシ系、シリコーン系などが好ましい。ただし、作業時間を考慮して可使時間３０分以上であることが好ましい。
【００２９】
接着バンドル部５０は、光ファイバ１０の長手方向における長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。１０ｍｍ未満であると、気密性が不十分となるおそれがある。接着バンドル部５０の長さは、気密性を高く保つために、３０ｍｍ以上がより好ましく、５０ｍｍ以上がさらに好ましい。
【００３０】
本実施形態のライトガイド１００は、上述のような図１に示す構造を有しており、鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下という高い気密性を有している。また、光ファイババンドル２０の直径を大きくしても両開口間の気密性を高く保つことができるため、０．６ｍｍから１４０ｍｍと広い範囲にわたって設定することができる。それにより光ファイバ１０の本数も数本（例えば７本）から数十万本（例えば２６万本）と広範囲にすることが可能である。特に直径を大きくしても両開口間の気密性を高く保つことができるので、数十万本という多芯化が可能となる。
【００３１】
ライトガイド１００の、光ファイバ１０の長手方向に直交する断面を観察した場合に、光ファイババンドル２０を構成する全ての光ファイバ１０の断面積の総計が、鞘部材３０の筒内断面積に対して１５％以上７０％以下であることが好ましい。全ての光ファイバ１０の断面積の総計の割合が１５％未満であると、光ファイババンドル２０が鞘部材３０の中で偏った位置に配置されたり、蛇行したりして応力がかかって光の損失が生じるおそれがあるとともにライトガイドの断面積が大きくなってライトガイドの設置面積が大きくなってしまう。また、光ファイバ１０の断面積の総計の割合が７０％よりも大きいと、光ファイババンドル２０を鞘部材３０に挿入する際に途中で引っかかって光ファイバ１０が損傷してしまうおそれがあるとともにライトガイドの組み立てが非常に困難になり作業性も低下してしまう。
【００３２】
光ファイババンドル２０と鞘部材３０との距離は１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この距離が１ｍｍ未満であると、光ファイババンドル２０と鞘部材３０との間に接着剤４０が入りにくくなり、気密性が低下するおそれがあると共に、ライトガイド１００を途中で曲げた場合に光ファイバ１０が鞘部材３０に接触したり、応力がかかって光の損失が生じたりするおそれがある。また、この距離が３ｍｍを超えると、光ファイババンドル２０が鞘部材３０の中で偏った位置に配置されたり、蛇行したりして応力がかかって光の損失が生じるおそれがある。
【００３３】
光ファイババンドル２０の直径が０．６ｍｍから１４０ｍｍの範囲内にあること、ファイババンドル２０を構成する全ての光ファイバ１０の断面積の総計が、鞘部材３０の筒内断面積に対して１５％以上７０％以下であること、及び光ファイババンドル２０と鞘部材３０との距離は１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることより、光ファイババンドル２０を構成する光ファイバ１０の本数を数十万本と多くしても（多芯化）、両開口間の気密性を高く保つことができる。
【００３４】
次に本実施形態のライトガイド１００の製造方法について説明する。
【００３５】
まず図２に示すように、複数の光ファイバ１０を束ねた光ファイババンドル（光ファイバ束）２０を用意する。それから図３に示すように、光ファイババンドル２０の長手方向の一部にディスペンサー６０を用いて接着剤４５を注入・塗布する。接着剤４５を滴下してもよいし、光ファイバ１０に直接塗布してもよい。このとき、光ファイババンドル２０の中心部にまで接着剤４５が浸透するように、接着剤４５としては流動性が高いものや光ファイバ１０の表面との親和性が高くて濡れやすいものを用いることが好ましい。また、光ファイババンドル２０の結束を緩めて隣合う光ファイバ１０同士の間の距離を広げて、接着剤４５を浸透しやすくさせてもよく、光ファイババンドル２０の中心部にまで確実に接着剤４５を浸透させて、未塗布部分が存在しないようにする。その後、光ファイババンドル２０の結束を再び元の状態に戻すことが好ましい。接着剤４５の長手方向の塗布長さは特に限定されないが１０ｍｍ以上が好ましく、３０ｍｍ以上がより好ましい。光ファイババンドル２０の長手方向全域に接着剤４５の塗布をしてもよい。
【００３６】
それから図４に示すように、接着剤４５を硬化させて接着バンドル部５０を形成させる。接着剤４５の硬化に際しては、特に光ファイババンドル２０の結束を緩めて接着剤４５を注入・塗布した場合、接着剤４５塗布部分と未塗布の部分とで結束具合（バンドル径）に生じる差ができるだけ小さくなるようにして硬化を行う。
【００３７】
次に図５に示すように、光ファイババンドル２０を鞘部材３０の筒内に挿入する。それから鞘部材３０と光ファイババンドル２０との間の隙間に接着剤４０を注入して硬化させ、鞘部材３０と光ファイババンドル２０とを接着・固定させて、図１に示す本実施形態のライトガイド１００が出来上がる。
【００３８】
（実施例）
光ファイバとして、三菱電線工業株式会社製ＳＴＵＨ１９０Ｓ−Ｓ２２ＢＪ（ガラス径０．２０ｍｍ、被覆を含む全径０．２３ｍｍ）を用い、７０４芯の光ファイババンドル（バンドル径約７．７ｍｍ、長さ３ｍ）を作成した。この光ファイババンドルの一方の端部において長手方向の約５０ｍｍにわたってシリコーン系接着剤ＥＥ−９１００（ダウコーニング社製、耐熱性１６０℃、硬度はＪＩＳ  Ｋ６２５３  Ｔｙｐｅ  Ａにて３４（カタログ値）を塗布して硬化させて、接着バンドル部を形成した。塗布する際には、光ファイババンドルの先端部分の結束を緩めてバンドルの内部空間にも接着剤が十分に侵入して気泡が残らないようにした。また、硬化の際には緩めた結束を元通りにして緩みをなくした。
【００３９】
接着バンドル部が形成された光ファイババンドルを、円筒形・内径１４ｍｍのＳＵＳ製のスリーブ（鞘部材）に挿入した。そして、スリーブ内にシリコーン系接着剤ＥＥ−９１００を注入して硬化させた。このようにして実施形態に係るライトガイドを作成した。
【００４０】
このライトガイドにおいて、鞘部材のいずれかの開口における空気の漏れ量は、「ＪＩＳ  Ｚ  ２３３２(2012)   圧力変化による漏れ試験方法」に定められた「圧力変化法加圧法」にて、窒素ガス最大１．０×１０６Ｐａ（ゲージ圧）の印加にて測定する、という条件により測定をしたところ、１．８８×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分であった。
【００４１】
全ての光ファイバの断面積の総計の、スリーブの筒内断面積に対する割合は、１９％であった。スリーブの内壁から光ファイババンドルまでの距離は、３．５ｍｍであった。
【００４２】
（実施形態２）
実施形態２に係るライトガイドは、図６に示すように１本の光ファイバ１１を鞘部材３１の筒内に挿入して、光ファイバ１１と鞘部材３１との間に接着剤４１を注入・硬化させて作成されたものである。
【００４３】
本実施形態に係るライトガイド１１０においても、光ファイバ１１、鞘部材３１、接着剤４１は実施形態１と同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよいが、接着剤４１は硬度が２０以上７５以下であることが好ましい。そして、本実施形態に係るライトガイド１１０においても、実施形態１と同様に鞘部材の両開口間の圧力差が１．０×１０６Ｐａであるときの、いずれかの開口における空気の漏れ量は２．０×１０６Ｐａ・ｃｍ３／分以下という高い気密性を有している。また、光ファイバ１１の断面積は鞘部材３１の開口断面積の１５％以上７０％以下であることが好ましい。
【００４４】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００４５】
光ファイバではなく他のファイバ（繊維）を用いた繊維束であってもよい。例えば通信・信号伝送用メタルケーブルを用いてもよい。
【００４６】
接着剤の種類はシリコーン系に限定されず、エポキシ系等であっても構わない。接着バンドル部を形成する接着剤と、光ファイババンドル及び鞘部材を接着させる接着剤とを異なる種類とする場合は、接着バンドル部を形成する接着剤の方の硬度を光ファイババンドル及び鞘部材を接着させる接着剤の硬度よりも小さくすると、より占積率を大きくすることができて好ましい。
【００４７】
接着バンドル部を形成する際の接着剤の供給方法は、ディスペンサによる方法に限定されず、例えばはけで塗布しても構わないし、あらかじめ表面に接着剤をコーターなどで塗布をした光ファイバを束ねて光ファイババンドルとしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０          光ファイバ
１１          光ファイバ
２０          光ファイババンドル
３０          鞘部材
３１          鞘部材
４０          接着剤
４１          接着剤
４５          接着剤
１００        ライトガイド
１１０        ライトガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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