(57)【要約】【課題】高強度の光を伝搬することのできる気密保持用ライトガイドを提供する。【解決手段】光ファイババンドルを挿通させた筒状の挿通部を有する気密保持部材と、前記気密保持部材の挿通部の内部における前記光ファイババンドルが占めていない空隙部に接着剤を充填して気密シール部を形成し、前記空隙率を０．２５〜０．４０の範囲とし、前記気密シール部の光ファイババンドルの長手方向に沿う長さを挿通部の内径寸法の１．５倍以上とし、前記接着剤をエポキシ系接着剤とする。【選択図】図１
2005062703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを多数束ねた、その長手方向に直交する断面が概略円形である光ファイババンドルと、
この光ファイババンドルを挿通させた筒状の挿通部を有する気密保持部材と、
前記挿通部の内部における前記光ファイババンドルが占めていない空隙部に接着剤を充填して形成された気密シール部とを具えた気密保持用ライトガイドにおいて、
前記挿通部の長手方向に直交する開口断面積をＡとし、前記光ファイババンドルの長手方向に直交する断面積をＢとしたとき、前記空隙部の空隙の割合である空隙率（１−Ｂ／Ａ）が０．２５〜０．４０の範囲内にあることを特徴とする気密保持用ライトガイド。
【請求項２】
請求項１に記載の気密保持用ライトガイドにおいて、前記気密シール部の前記光ファイババンドルの長手方向に沿う長さが、前記挿通部の内径寸法の１．５倍以上であることを特徴とする気密保持用ライトガイド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の何れかに記載の気密保持用ライトガイドにおいて、前記接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする気密保持用ライトガイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密の保持を要する容器を貫通して設ける気密保持用ライトガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係わる背景技術の一例として、外部と気密を保持する気密装置に、気密性を備えるアダプタ（光伝送体）を設けて、外部に配置した光源より放射される光を、前記気密装置に導入する気密アダプタの試みがなされている。この気密アダプタは、特開平１１−２３１０９５号公報に記載されている。
【０００３】
ここで、この気密装置の概略構成を図５を用いて説明する。この気密装置１００は、その外壁面１００ａに装着される気密アダプタ４００と、この気密アダプタ４００の下端（出射端）に設けられるバンドルファイバからなるライトガイド３４２とにより構成され、この気密装置１００の外部には、光源３４０と、この光源３４０より放射される光を気密アダプタ４００に導くためのライトガイド３４１とが設けられる。
【０００４】
つぎに、この気密アダプタ４００の概略構成を、その長手方向の断面を示す図６を用いて説明する。気密アダプタ４００は、鍔状のフランジ４２０ａを有する外筒アダプタ体４２０と、この外筒アダプタ体４２０の内部に気密に固定される内部アダプタ体４３０と、内部アダプタ体４３０の筒内部に気密に挿入され接着剤などで固定される棒状のガラスロッド（光伝送体）４０４とにより構成される。
【０００５】
内部アダプタ体４３０の筒両端側には、ライトガイド３４１，３４２が接続される接続口４３４，４３５が形成され、ガラスロッド４０４の両端面は、ライトガイド３４１の出射端,及びライトガイド３４２の入射端とそれぞれ当接される。そして、この気密アダプタ４００は、フランジ４２０ａを用いて、気密装置１００の壁面１００ａにネジ５００,５００により気密に装着される。
【０００６】
この気密装置１００及び気密アダプタ４００によれば、光源３４０より放射された光は、ライトガイド３４１を介して、気密アダプタ４００に入射され内部を伝搬し、ライトガイド３４２に入射されて気密装置１００内部の所定の箇所に光を照射する。
【特許文献１】特開平１１-２３１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した気密装置１００及び気密アダプタ４００においては、外部に配置された光源３４０より放射される光が、気密容器１００の所定の箇所に到達するまでに、その光量を著しく損失する箇所が、後述するとおり２箇所存在することから、光量損失の点において改善の余地を残していた。
【０００８】
すなわち、第１に、ライトガイド３４１より出射される光が、ガラスロッド４０４に入射する接続箇所であり、第２に、ガラスロッド４０４より出射する光が、気密装置１００内のライトガイド３４２に入射する接続箇所である。
【０００９】
これらの箇所では、それぞれライトガイド３４１の出射端部と、ガラスロッド４０４の入射端部との界面の存在により、及びガラスロッド４０４の出射端部と、ライトガイド３４２の入射端部との界面の存在により、伝搬される光の一部が反射され、損失を生じる。
【００１０】
さらに、とりわけ上記した第２の接続箇所においては、ガラスロッド４０４は、その出射端の断面全体より光を出射する形態である。一方、ライトガイド３４２は、バンドルファイバ、すなわち光を伝搬するコア部及び光を伝搬しないクラッド部が、概略同軸に構成される単一のファイバ素線を多数束ねた形態であることから、その入射端断面も、同様に光を受光しうる箇所と、光を受光しない箇所とが混在する。このように光の出射端の形状と光を受光しうる入射端の形状とが相違する、ガラスロッド４０４とライトガイド３４２とを接続することによって、ガラスロッド４０４の出射端より出射されライトガイド４３２の入射端に照射された光のうち、クラッド部に照射された光はライトガイド４３２に入射、伝搬されることなく損失を生じ、結果として、ライトガイド４３２より出射される光量は著しく減少する。
【００１１】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、その課題は、上記した光量の損失要因となる光の入射端部及び出射端部における接続箇所を排除すること、すなわち、気密アダプタを排除することにより、大気側（外部）と、気密装置内部側とにそれぞれ独立して設けられていたバンドルファイバにより構成されるライトガイドを、接続箇所を設けずに、大気側と、気密装置内部を挿通しうるよう構成することによって、光量損失の少ない、結果として、高強度の光を伝搬することのできる気密保持用ライトガイドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、光ファイバを多数束ねた、その長手方向に直交する断面が概略円形である光ファイババンドルと、この光ファイババンドルを挿通させた筒状の挿通部を有する気密保持部材と、前記挿通部の内部における前記光ファイババンドルが占めていない空隙部に接着剤を充填して形成された気密シール部とを具えた気密保持用ライトガイドにおいて、前記挿通部の長手方向に直交する開口断面積をＡとし、前記光ファイババンドルの長手方向に直交する断面積をＢとしたとき、前記空隙部の空隙の割合である空隙率（１−Ｂ／Ａ）が０．２５〜０．４０の範囲内にあることを特徴とする気密保持用ライトガイドである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の気密保持用ライトガイドにおいて、前記気密シール部の前記光ファイババンドルの長手方向に沿う長さが、前記挿通部の内径寸法の１．５倍以上であることを特徴とする気密保持用ライトガイドである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の気密保持用ライトガイドにおいて、前記接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする気密保持用ライトガイドである。
【００１５】
上記した「光ファイバ」は、石英ガラス光ファイバ、多成分ガラス光ファイバなどが使用される。
【００１６】
上記した「気密保持部材」は、円筒状の部材であり、ステンレス、アルミニウム等の金属材料等が使用される。
【００１７】
上記した「空隙率」は、０．２５〜０．４０の範囲より選ばれる。空隙率が０．４０より大きいと、バンドルを構成する光ファイバの隣り合う隙間が多くなり、挿通部において光ファイバの分布に偏りが生じることより、被照射物に均等な光照射ができない。空隙率が０．２５より小さいと、光ファイババンドルを構成する光ファイバの隣り合う隙間に接着剤を充填するのが困難になって気密が不完全になり、また、接着剤の粘性率が低い場合は、充填した接着剤が毛細管現象により流れて空孔を生じ、気密が不完全になる。
【００１８】
上記した「気密シール部」は、その光ファイババンドルの長手方向に沿う長さが、前記挿通部の内径の１．５倍以上に選ばれる。この長さが挿通部の内径の１．５倍よりも小さいと、光ファイババンドルの長手方向に貫通した空孔が生じ易くなり、気密が不完全となる。気密シール部のバンドルの長手方向に沿う長さは、好ましくは挿通部の内径の３倍以上に選定される。
【００１９】
上記した「接着剤」は、エポキシ樹脂を使用したエポキシ系接着剤が使用され、特に真空容器内でアウトガスの発生を低減した真空用接着剤が好ましい。接着剤の粘性率（単位：Ｐａ・ｓ（パスカル・秒））は、３０〜４００が望ましく、特に１００〜３００であることが好適である。粘性率が３０より小さいと、前記空隙部に接着剤を充填することが困難であり、４００よりも大きいと、前記空隙部に充填した接着剤が毛細管現象により移動して空孔を生じ、気密が不完全となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る気密保持用ライトガイドは、前記気密保持部材の挿通部の内部における前記光ファイババンドルが占めていない空隙部に接着剤を充填して気密シール部を形成し、前記空隙率を０．２５〜０．４０の範囲とし、前記気密シール部の光ファイババンドルの長手方向に沿う長さを挿通部の内径寸法の１．５倍以上とし、接着剤をエポキシ系接着剤としたことにより、高い気密度を有し、かつ、上記した光量の損失要因となる光の入射端部及び出射端部における接続箇所を排して高強度の光を伝搬できる気密保持用ライトガイドを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に関わる気密保持用ライトガイドの最良の実施形態を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は気密保持用ライトガイド１の長手方向の断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線箇所の断面を示し、図１（ｃ）は気密保持用ライトガイドを作用させる応用例である真空装置を示す。
【００２２】
気密保持用ライトガイド１は、光ファイババンドルとして、光ファイババンドル２と、気密保持部材として、この光ファイババンドル２をその内部に挿通する挿通部３ａを有する気密保持パイプ３と、気密シール部として、挿通部３ａの内部における光ファイババンドル２が占めない空隙部４に接着剤を充填して形成された気密シール部５とにより構成される。
【００２３】
光ファイババンドル２は、表面に保護用の樹脂コート層が設けられた石英ガラス製の光ファイバ２ａ（外径：０．２３ｍｍ、長さ：５１００ｍｍ）を少なくとも一方の端部を揃えて例えば１８０本束ねて形成される。光ファイババンドル２は、その長手方向の断面が概略円形の形状を有し、その外径寸法は３．４５ｍｍであって、光ファイババンドル２を構成する全ての光ファイバ２ａについて、この光ファイバ２ａの長手方向の断面積を合計した合計断面積（Ｂ）は７．５ｍｍ２である。
【００２４】
気密保持パイプ３は、ステンレス製であって、円筒状の形状を有し、光ファイババンドル２をその内部に挿通する挿通部３ａは、その寸法が内径：３．７ｍｍ、長手方向の長さが３０ｍｍ、開口断面積（Ａ）：１０．７ｍｍ２である。この挿通部３ａに光ファイババンドル２を挿通させると、空隙率（１−Ｂ／Ａ）は０．３０となる。
【００２５】
気密シール部５は、挿通部３ａ内部における、挿通部３ａに挿通させた光ファイババンドル２が占めていない空隙部４に、エポキシ系真空用接着剤（本例：アネルバ（株）スーパーバックシール）を充填して形成される。気密シール部５の光ファイババンドル２の長手方向に沿う長さは３０ｍｍである。
【００２６】
ここで、上記した気密保持用ライトガイド１を作用させる応用例として、図１（ｃ）に示す真空装置２０を用いた。この真空装置２０は、気密を保持する容器として真空容器２１と、この真空容器２１の壁面に設けられた貫通孔２１ａに挿通させた状態で、気密保持パイプ３の外周面と貫通孔２１ａとの空隙を溶接により気密に封じて配設され、その一方の端部に後述する紫外光源２２と接続するための接続プラグ１６と他方の端部に口金１４を取り付け、接続プラグ１６と口金１４にそれぞれ光入射部１ａ及び光出射部１ｂを設けた気密保持用ライトガイド１と、さらに光入射部１ａと光学的に接続するよう配設された紫外光源装置２２（ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製・ＥＸ２５０）とにより構成される。
【００２７】
ここで、紫外光源装置２２を点灯し、気密保持用ライトガイド１の光入射部１ａより、紫外光を入射させて、光出射部１ｂより出射される紫外光を、出射端部より１０ｍｍの位置で、図示しない紫外線強度計により測定したところ、その紫外強度は、約1，４００ｍＷ／ｃｍ2であり、前述した背景技術による気密アダプタを用いた従来例と対比して、約４０％の紫外強度の向上が確認された。
【００２８】
さらに、真空容器２１の内部を減圧して真空状態として、図示しないヘリウムリーク測定器（東京スペクトロン(株)製スペクトロン３０００Ｅ）により、ヘリウムリーク量を測定したところ、このヘリウムリーク測定器の検出限界の１×１０-１１Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であることが確認され、高い気密性を有する気密保持用ライトガイド１が得られた。
【００２９】
本発明に係る気密保持用ライトガイドを使用した第２の応用例について図２を用いて説明する。
図２は、本発明に係る気密保持用ライトガイド３１を使用した真空装置３０を示す。
【００３０】
真空装置３０は、図１に記載の真空装置２０と対比して、真空容器２１及び紫外光源装置２２及び気密保持ライトガイド３１の基本的構成が同一であって、気密保持用ライトガイド３１の気密保持パイプ３２に真空容器２１に固定するためのフランジ部３２ａを有する点及び気密保持パイプ３２から光出射部側の構成が相違する。同一部分は同一符号をもってその説明に代え、相違点を説明する。
【００３１】
気密保持用ライトガイド３１は、気密保持パイプ３２の光出射部３８ｂ側の一端に真空容器２１に着脱可能に取り付けるためのフランジ部３２ａを有する。フランジ部３２ａと真空容器２１との間には、気密保持用ライトガイド３１を真空容器２１に気密に取り付けるための図示しないフッ素ゴム製のＯリングが設けられる。フランジ部３２ａをねじ３２ｃによりねじ止めして、気密保持用ライトガイド３１を真空容器２１に気密に、かつ着脱自在に固定できる。
【００３２】
気密保持パイプ３２内の挿通部３ａ（図１参照）に挿通された光ファイババンドル２（図１参照）の占めない空隙部４（図１参照）に真空用接着剤を充填して気密シール部３７ａを形成する。挿通部３ａ（図１参照）の寸法は、内径：３．７ｍｍ、長さ３０ｍｍ、開口断面積（Ａ）：１０．７ｍｍ２であり、この挿通部３ａ（図１参照）に光ファイババンドル２を挿通させると、空隙率（１−Ｂ／Ａ）は０．３０となる。気密シール部３７ａの軸方向の長さは３０ｍｍである。
【００３３】
気密保持パイプ３２の光出射部３８ｂ側の端部３２ｂには、その内部に光ファイババンドル２（図１参照）を収納、保護するステンレス製の保護パイプ３６が取り付けられる。
【００３４】
保護パイプ３６の光出射部３８ｂ側の端部３６ａには、気密保持パイプ３３が取り付けられ、気密シール部３７ａと同一の構成を有する第２の気密シール部３７ｂが設けられる。気密保持パイプ３３の挿通部３ａ（図１参照）の寸法は内径：３．７ｍｍ、長さ３０ｍｍ、開口断面積（Ａ）：１０．７ｍｍ２であり、この挿通部３ａ（図１参照）に光ファイババンドル２（図１参照）を挿通させると、空隙率（１−Ｂ／Ａ）は０．３０となる。気密シール部３７ｂの長さは３０ｍｍである。
【００３５】
気密保持用ライトガイド３１の光入射部１ａと気密保持パイプ３２との間の光ファイババンドル２は、ステンレス製のフレキシブル管３９内に収納、保護される。
【００３６】
この真空装置３０に用いた気密保持用ライトガイド３１の作用（光強度及び気密性）は、その基本的構造が同一である実施例１に記載の気密保持用ライトガイド１の作用と同一であった。
【００３７】
気密保持用ライトガイド３１は、保護パイプ３６と第２の気密シール部３７ｂとを有することから、光ファイバ２ａ（図１参照）に設けられた保護コート層より放出されるガスが真空容器２１内に放出されることを防止できる。
【００３８】
本発明に係る気密保持用ライトガイドの第３の応用例について図３を用いて説明する。
図３は、本発明に係る気密保持用ライトガイド４１を使用した真空装置４０を示す。
【００３９】
真空装置４０は、図２に記載の真空装置３０と対比すると、その基本構成は同一であり、気密保持用ライトガイド３１が有する保護パイプ３６に代えて真空用フレキシブル管４２を使用した点が相違する。同一部分は同一符号をもってその説明に代え、相違点を説明する。
【００４０】
気密保持用ライトガイド４１は、図２に記載の保護パイプ３６に代えて、フレキシブル管の外側と内側との気密を確保した真空用フレキシブル管４２を使用している。真空用フレキシブル管４２を使用することにより、光出射部４３ｂの光出射方向を自在に変えることができる。
【００４１】
この真空装置４０における気密保持用ライトガイド４１の作用（光強度及び気密性）は、その基本的構造が同一である実施例１に記載の気密保持用ライトガイド１の作用と同一であった。
【００４２】
気密保持用ライトガイド４１は、真空用フレキシブル管４２と第２の気密シール部３７ｂとを有することから、光ファイバ２ａ（図１参照）に設けられた保護コート層より放出されるガスが真空容器２１内に放出されることを防止できる。
【００４３】
本発明に係る気密保持用ライトガイドの第４の応用例について図４を用いて説明する。
図４は、本発明に係る気密保持用ライトガイド５１を使用した真空装置５０を示す。
【００４４】
真空装置５０は、図１に記載の実験装置２０と対比すると、その基本構成は同一であり、気密保持用ライトガイド５１が有する気密保持パイプ３の真空容器２１内側の端部３ｂに光出射部５２ｂを設けた点が相違する。同一部分は同一符号をもってその説明に代え、相違点について説明する。
【００４５】
この真空装置５０における気密保持用ライトガイド５１の作用（光強度及び気密性）は、その基本的構造が同一である実施例１に記載の気密保持用ライトガイド１の作用と同一であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る気密保持用ライトガイドを示す図である。図１（ａ）は断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線箇所の断面を示し、図１（ｃ）は気密保持用ライトガイドを使用した応用例である真空装置の一部断面を示す。
【図２】本発明に係る気密保持用ライトガイドを使用した第２の応用例である真空装置の一部断面を示す図である。
【図３】本発明に係る気密保持用ライトガイドを使用した第３の応用例である真空装置の一部断面を示す図である。
【図４】本発明に係る気密保持用ライトガイドを使用した第４の応用例である真空装置の一部断面を示す図である。
【図５】従来技術の照明装置を示す図である。
【図６】従来技術の照明装置の一部であって、気密を維持して気密装置の内部に光を導入するための気密アダプタの断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、３１，４１、５１    気密保持用ライトガイド
１ａ    入射部
１ｂ、３８ｂ、４３ｂ、５２ｂ    出射部
２    光ファイババンドル
２ａ    光ファイバ
３、３２、３３    気密保持パイプ
３ａ    挿通部
４    空隙部
５、３７ａ、３７ｂ    気密シール部
１４    口金
１６    接続プラグ
２０、３０、４０、５０    真空装置
２１    真空容器
２１ａ    貫通孔
２２    紫外光源装置
３６    保護パイプ
３９    フレキシブル管
４２    真空用フレキシブル管
【図１】
2005062703.tif 000003
【図２】
2005062703.tif 000004
【図３】
2005062703.tif 000005
【図４】
2005062703.tif 000006
【図５】
2005062703.tif 000007
【図６】
2005062703.tif 000008