(57)【要約】【課題】真空装置などの気密性を要する装置に適用される光ファイババンドルを用いたライトガイドにおいて、光ファイバの挿通部に気密性を備え、かつ密閉容器のベーキング処理にも耐えうる耐熱性を備えたライトガイド、及びこれを使用した光照射装置を提供する【解決手段】ライトガイド１１は、スリーブ１４に光ファイババンドル１２を挿通し、所定の位置においてスリーブ１４と光ファイババンドル１２を熱融着し、さらにスリーブ１４の外周面１４ａとライトガイド固定部材１３に設けられた貫通孔１３ａとを金属はんだを用いて接合することにより気密シール部１５を形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバ素線を束ねた光ファイババンドルと、
前記光ファイババンドルを挿通するためのスリーブ部材とを備えたライトガイドであって、前記光ファイババンドルは、少なくともその一部が前記スリーブ部材と共に熱融着された気密融着領域を備えたことを特徴とするライトガイド。
【請求項２】
前記光ファイバ素線は、石英またはガラスであることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。
【請求項３】
前記スリーブ部材は、石英またはガラスであることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。
【請求項４】
請求項１項１〜請求項３のいずれか１項に記載のライトガイドにおいて、
前記スリーブ部材を嵌挿するための貫通孔を備えたライトガイド固定部材と、
前記スリーブ部材の外周面と前記貫通孔の内周面とを金属はんだまたは低融点ガラスにより溶接した溶接部と、
を含む気密シール部をさらに備えたことを特徴とするライトガイド。
【請求項５】
前記ライトガイド固定部材は、一体的に形成されたフランジ部を備えたことを特徴とする請求項４に記載のライトガイド。
【請求項６】
光を放射するランプと、該ランプより放射した光を集光する手段と、前記集光した光を密閉容器内に導光するためのライトガイドを備えた光照射装置であって、前記ライトガイドは請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のライトガイドであることを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密性を備えたライトガイド及び光照射装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係わる背景技術として、真空装置などの気密性を要する装置において、外部に配置した光源より放射される光を、光ファイバを用いて装置内部に導入するライトガイドが知られている。
【０００３】
このようなライトガイドにおいては、光ファイバを真空装置に挿通する箇所に気密性を備える必要があり、このようなライトガイドとして、特許文献１に示すライトガイドが開示されている。
【０００４】
特許文献１に示したライトガイド８１は、図７に示すように、被覆部材８２で覆われた光ファイバ束８３がライトガイド固定部材である円筒部材８４の軸方向に設けられている貫通孔８４ａに嵌挿され、円筒部材８４を密閉容器の密閉容器壁８５に設けられたライトガイド連通孔８５ａに挿入し固定されている。
【０００５】
円筒部材８４には、貫通孔８４ａの中央部の内周面に凹所８４ｂが形成されており、さらに、側面に凹所８４ｂに連通して該凹所８４ｂに適度な流動性および粘性を有する充填剤（例えばエポキシ系の樹脂）８６を注入するための導入ロ８４ｃが設けられている。
【０００６】
この円筒部材８４の貫通孔８４ａには、光ファイバ束８３が貫通孔８４ａ内の凹所８４ｂに位置する部分の被覆部材８２を剥離して嵌挿されている。そして、円筒部材８４の導入ロ８４ｃから充填剤８６を注入して凹所８４ｂに充填する。
【０００７】
この充填剤８６は上述のように適度な流動性および粘性を有しているので、貫通孔８４ａ内の凹所８４ｂにおいて光ファイバ束８３の光フアイバ間の空隙に行渡ることになり、該光ファイバ束８３および貫通孔８４ａの内壁で形成すると考えられる空間を塞ぐことかできる。
【０００８】
このように、特許文献１に示したライトガイド８１は、光ファイバ束８３が嵌挿された貫通孔８４ａ内の凹所８４ｂに、凹所８４ｂに連通した導入ロ８４ｃより充填剤８６を注入することにより、光フアイバ間の空隙を塞いでおり、密閉容器内外の気密性を確保している。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−８６７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に半導体製造装置などの高い真空度を必要とする装置においては、密閉容器の内壁に残留する発ガス性物質の除去を目的としたベーキング処理が行われる。
しかしながら、上記した気密性を要する箇所にエポキシ系の樹脂など有機物質を充填したライトガイドを用いた場合、ベーキング処理により上記有機物質の劣化やあるいは有機物質からの発ガスの虞があるため、密閉容器内を十分に加熱することができず、その結果、必要な真空度を得ることができないといった問題があった。
【００１１】
本発明は、このような事情のもとでなされたものであり、その目的は、光ファイバの挿通部に気密性を備え、かつ密閉容器のベーキング処理にも耐えうる、耐熱性を備えたライトガイド及びこれを使用した光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、
（１）複数の光ファイバ素線を束ねた光ファイババンドルと、
前記光ファイババンドルを挿通するためのスリーブ部材とを備えたライトガイドであって、前記光ファイババンドルは、少なくともその一部が前記スリーブ部材と共に熱融着された気密融着領域を備えたことを特徴とするライトガイド
（２）前記光ファイバ素線は、石英またはガラスであることを特徴とする（１）に記載のライトガイド、
（３）前記スリーブ部材は、石英またはガラスであることを特徴とする（１）に記載のライトガイド、
（４）（１）〜（３）のいずれか１項に記載のライトガイドにおいて、
前記スリーブ部材を嵌挿するための貫通孔を備えたライトガイド固定部材と、
前記スリーブ部材の外周面と前記貫通孔の内周面とを金属はんだまたは低融点ガラスにより溶接した溶接部と、
を含む気密シール部をさらに備えたことを特徴とするライトガイド、
（５）前記ライトガイド固定部材は、一体的に形成されたフランジ部を備えたことを特徴とする（４）に記載のライトガイド、
（６）光を放射するランプと、該ランプより放射した光を集光する手段と、集光した光を密閉容器内に導光するためのライトガイドを備えた光照射装置であって、前記ライトガイドは（１）〜（５）のいずれか１項に記載のライトガイドであることを特徴とする光照射装置、
により構成される。
【００１３】
なお、本発明において、スリーブ部材とは、集束した光ファイババンドルが挿通可能な程度の内径を有する円筒形状の無機部材であり、より好ましくは、光ファイバ素線と同程度の熱膨張係数及び軟化温度を有するガラス管または石英管を用いることができる。なお、このスリーブ部材は、熱融着により、中間部において縮径した形状を呈する。
【００１４】
また、本発明において、気密融着領域とはスリーブ部材に挿通された光ファイバ素線のクラッド層が、加熱によりスリーブ部材と共に互いに溶融一体化され隙間なく配列された領域を意味し、この領域により、スリーブ部材の一方の開口と他方の開口は空間的に隔絶されている。
【００１５】
また、本発明において、ライトガイド固定部材とは、ライトガイドを密閉容器に固定するための円筒形状を有する金属部品であり、上記スリーブ部材を嵌挿するための貫通孔を備え、また、外周部に密閉容器に固定するためのフランジ部を設けることができる。
【００１６】
また、本発明において、気密シール部とは、光ファイババンドルと共に熱融着により一体溶融化された上記スリーブ部材が嵌挿された状態のライトガイド固定部材を意味し、スリーブ部材の外周面とライトガイド固定部材の貫通孔の内周面は、金属はんだまたは低融点ガラスにより気密に溶接されている。
【００１７】
本発明のライトガイドは、このような構造の気密シール部を備えていることから、ライトガイドを密閉容器に取り付けた際に光ファイババンドルが挿通する箇所の気密性を十分に確保することができると共に、気密シール部を構成する材料に有機物質を含まないため、ベーキング処理による気密シール部の劣化や発ガスの虞がなく、密閉容器を必要な真空度に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、本明細書において数値を挙げて説明したものと必ずしも一致していない。  
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるライトガイドの構造を示す断面図であり、ライトガイド１１を密閉容器９に取り付けた状態を示している。
【００２０】
図１において、ライトガイド１１は、複数の光ファイバ素線を束ねた光ファイババンドル１２、ライトガイド固定部材１３、及びスリーブ１４を有しており、ライトガイド１１の両端部には入射端金具１６及び出射端金具１７が設けられている。さらに、光ファイババンドル１２の保護部材として前記ライトガイド固定部材１３の大気側には保護管１８、及び密閉容器９側には保護管１９が設けられている。
【００２１】
光ファイババンドル１２は、高純度石英からなる外径６４μｍのコアと、フッ素をドープした石英からなる外径７０μｍのクラッド層とを備える光ファイバ素線を１６３００本集束したものである。
【００２２】
ここで、集束された光ファイババンドル１２の外径は約１０ｍｍである。
【００２３】
一方、スリーブ１４は上記の光ファイバ素線に用いられた石英と熱膨張係数、軟化温度が略等しい外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍ、全長３５ｍｍの石英管を用いている。
【００２４】
本実施形態のライトガイド１１は、上記スリーブ１４に光ファイババンドル１２を挿通し、所定の位置においてスリーブ１４と光ファイババンドル１２を熱融着し、さらにスリーブ１４の端部付近の外周面１４ａと、ライトガイド固定部材１３に設けられた貫通孔１３ａの端部付近とを、金属はんだを用いて接合することにより気密シール部１５を形成している。
【００２５】
以下に、光ファイババンドル１２とスリーブ１４を熱融着する際の手順を、図２を用いて説明する。
【００２６】
初めに、図２に示すように、スリーブ１４に光ファイババンドル１２を挿入する。
光ファイババンドル１２の図示しない一方の端部からスリーブ１４に至る範囲を、バキューム装置６０に設けた開口６１より挿入し、バキューム装置６０内部に収容する。
【００２７】
このとき、スリーブ１４の一方の端部１４ｂは、開口６１の段部６１ａに勘合させ固定するとともに、図示しない真空ポンプをバキューム装置６０の排気口６２へ接続し、バキューム装置６０内を大気圧より２０ｋＰａ低い圧力に減圧する。
【００２８】
次に、スリーブ１４の中心軸に対して直交する方向に配置した酸水素バーナー７０により、スリーブ１４の長手方向中心付近の外周部を加熱する。
【００２９】
このとき、酸水素バーナー７０は、スリーブ１４の長手方向Ｘ１軸に沿って１０ｍｍの範囲で往復運動をすると共に、スリーブ１４の中心軸を中心としてスリーブ１４の外周面に沿って旋転し、光ファイババンドル１２及びスリーブ１４を均一に加熱する。
【００３０】
その結果、光ファイババンドル１２を構成する各光ファイバ素線は、酸水素バーナー７０により加熱された部分が軟化して相互に融着し、中心軸方向に収縮したスリーブ１４と共に気密融着領域１２ａを形成する。
【００３１】
以上のように、本実施例のライトガイド１１においては、酸水素バーナー７０による加熱とバキューム装置６０によるスリーブ１４内の吸引を同時に行い、各光ファイバ素線間及びスリーブ１４との間に存在する空隙を熱融着とともに排除するため、この気密融着領域１２ａは、各光ファイバ素線とスリーブ１４とが密に一体化された状態となる。
【００３２】
次に、図３を用いてスリーブ１４とライトガイド固定部材１３との接合方法について説明する。
【００３３】
図３は、図１に示すライトガイド１１の気密シール部１５を拡大した図であり、図３においてライトガイド固定部材１３は、ステンレス製であって、内径１２.１ｍｍの貫通孔１３ａを有する外径１６ｍｍ、全長３５ｍｍの円筒形状であり、外周にフランジ部１３ｂを有している。
【００３４】
フランジ部１３ｂは、密閉容器への取り付けの際にＯリングを収容する溝１３ｃと取付穴１３ｄとを有しており、また、密閉容器へ取り付けた際に大気側に接する円筒部の側面には貫通孔１３ａへ連通する通気口１３ｅが設けられている。
【００３５】
酸水素バーナー７０により気密融着領域１２ａを形成した光ファイババンドル１２は、上記貫通孔１３ａに嵌挿され、スリーブ１４の両端の位置を貫通孔１３ａの両端の位置に重ね合わせた状態で配置される。
【００３６】
次に、スリーブ１４とライトガイド固定部材１３を３５０℃に加熱し、同時に４０ＫＨｚの超音波振動を加えた状態で、スリーブ１４の外周面１４ａと貫通孔１３ａとの間隙に前述の金属はんだ５０を流し込むことにより気密に接合する。
【００３７】
金属はんだ５０は、Ｐｂ−Ｓｎ合金にＺｎ，Ｓｂ，Ａｌ、Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｕが添加されたものであり、その融点は２８０．６℃である。
【００３８】
なお、本実施形態のライトガイド１１では、金属はんだ５０は、黒田テクノ株式会社製セラソルザ＃２９７（商品名）を使用した。
【００３９】
また、ライトガイド固定部材１３に設けられた通気口１３ｅは、スリーブ１４の外周面１４ａと貫通孔１３ａとの間隙に前述の金属はんだ５０を流し込む際に、貫通孔１３ａ内の空気の排気口として機能する。
【００４０】
本実施形態におけるライトガイド１１は、上記の手順で気密シール部１５を形成した後、ライトガイド固定部材１３から光ファイババンドル１２の端部までの範囲をそれぞれ保護管１８、１９に挿通され、さらに集束した光ファイババンドル１２の両端部を、入射端金具１６及び出射端金具１７へ挿通し、酸化珪素を主成分とした無機接着剤により固着されている。
【００４１】
なお、保護管１８、１９は、可撓性を有するステンレス製のチューブであり、また、入射端金具１６、出射端金具１７も同様にステンレス製であり、それぞれ光ファイババンドル１２を挿通するための内径１０．５ｍｍの貫通孔を有する円筒形状を有している。
【００４２】
ここで、ライトガイド固定部材１３、保護管１８、１９、入射端金具１６、および出射端金具１７は、それぞれＴＩＧ溶接により接合されている。
【００４３】
上述のライトガイド１１の気密シール部１５に対して、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、ヘリウムリーク量は、１×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、ライトガイド１１の気密シール部１５は、高い気密性を有することを確認した。
【００４４】
このように、本実施形態におけるライトガイド１１は、気密シール部１５を構成する材料に有機物質を用いることなく気密性を確保することができるため、使用した金属はんだ５０の融点以下の温度範囲においてベーキング処理を行うことが可能であり、この結果、ベーキング処理による気密シール部１５の劣化や発ガスの虞がなく、密閉容器９を所定の真空度とすることができる。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施形態におけるライトガイドの構造を示す断面図であり、ライトガイド２１は、ライトガイド固定部材２３を密閉容器９に溶接することにより固定されている。
【００４６】
図５は、ライトガイド２１の、気密シール部２５の構造を示す断面図である。
図５において、光ファイババンドル２２は、多成分ガラスからなる外径４６μｍのコアと外径５０μｍのクラッド層とにより構成される光ファイバ素線を３２０００本集束したものである。
ここで、集束された光ファイババンドル２２の外径は約１０ｍｍである。
【００４７】
一方、スリーブ２４は、ホウ珪酸ガラスからなる、外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍ、全長３５ｍｍの円筒管である。
【００４８】
ライトガイド固定部材２３は、Ｆｅ−Ｎ−Ｃｏを主成分とした熱膨張率が４．７×１０−６／℃であるコバール合金であって、内径１２.１ｍｍの貫通孔２３ａを有する外径１６ｍｍ、全長３５ｍｍの円筒形状であり、外周にフランジ部２３ｂを有している。
【００４９】
本実施形態のライトガイド２１は、上記スリーブ２４と光ファイババンドル２２とを第１の実施形態のライトガイド１１と同様の方法により気密融着領域２２ａが形成されている。
また、スリーブ２４の端部付近の外周面２４ａとライトガイド固定部材２３の両端部に設けられた段部２３ｃとにより形成されるリング状の溝部に、低融点ガラス５５を充填し、これを図示しない高周波誘導加熱手段用いて溶融することで接合し、気密シール部２５を形成している。
【００５０】
なお、低融点ガラス５５は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃、転移点４９０℃を有する非結晶ガラスを採用した。
【００５１】
このように、ライトガイド２１は、気密シール部２５を構成する材料に有機物質を用いることなく気密性を確保しているため、使用した低融点ガラス５５の転移点以下の温度範囲においてベーキング処理を行うことが可能であり、この結果、ベーキング処理による気密シール部２５の劣化や発ガスの虞がなく、第１の実施形態のライトガイド１１と同様に密閉容器を所定の真空度とすることができる。
【００５２】
なお、ライトガイド２１に使用される入射端金具、出射端金具および光ファイババンドル２２の保護管は第１の実施形態のライトガイド１１に用いたものと同様のものを用いており、光ファイババンドル２２の両端部は、それぞれが集束され、酸化珪素を主成分とした無機接着剤により固着されている。
【００５３】
上述の気密シール部２５に対して、第１の実施形態におけるライトガイドと同様に、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、ヘリウムリーク量は、このヘリウムリーク測定器の測定限界である１×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、ライトガイド２１は、高い気密性を有することを確認した。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態におけるライトガイド２１は、気密シール部２５を構成する材料に有機物質を用いることなく気密性を確保することができるため、使用した低融点ガラスの転移点以下の温度範囲においてベーキング処理を行うことが可能であり、この結果、密閉容器を所定の真空度とすることができる。
【００５５】
また、以上説明した本発明の第１の実施形態および第２の実施形態のライトガイドでは、光ファイババンドルの両端部を無機接着剤を用いて固着したが、前記気密融着領域を形成する手順と同様の方法を用いて、熱融着により固着することができる。
このように、光ファイババンドルの端部を熱融着により形成することにより、接着剤を用いた場合と比較して、光ファイババンドル端部の耐熱性を高めることができる。  
【００５６】
図６には、以上に述べた構造のライトガイドを使用した光照射装置を、密閉容器へ用いた際の構成例を示している。
【００５７】
図６において、光照射装置４０は、光源ユニット４２に収容された放電ランプ４３から放射された光を、回転楕円ミラー４４によりライトガイド４１の光入射側端面に集光して入射する。
【００５８】
ライトガイド４１は、その光入射端部と光出射端部の間にライトガイド固定部材４１ａを有しており、ライトガイド固定部材４１ａは密閉容器４９に設けられた開口４９ａに気密に固定されている。
【００５９】
本構成の光照射装置４０によれば、ライトガイド４１を密閉容器４９に取り付けた状態でベーキング処理を行うことが可能であり、密閉容器４９を所定の真空度とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のライトガイド及び光照射装置は、加熱による気密シール部の劣化や発ガスの虞がなく、ベーキング処理を必要とする密閉容器に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明にかかるライトガイドの、第１の実施形態を示す図である。
【図２】第１の実施形態における熱融着領域の形成手順を示す図である。
【図３】第１の実施形態における気密シール部の断面図である。
【図４】本発明にかかるライトガイドの、第２の実施形態を示す図である。
【図５】第２の実施形態における気密シール部の断面図である。
【図６】本発明にかかるライトガイドを使用した光照射装置の構成例を示す図である。
【図７】従来のライトガイドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
９、４９  密閉容器
１１、２１、４１、８１    ライトガイド
１２、２２    光ファイババンドル
１３、２３、４１ａ  ライトガイド固定部材
１４、２４  スリーブ
１５、２５  気密シール部
１６  入射端金具
１７  出射端金具
１８、１９  保護管
４０  光照射装置
４２  光源ユニット
４３  放電ランプ
４４  回転楕円ミラー
５０  金属はんだ
５５  低融点ガラス
６０  バキューム装置
６１  開口
６２  排気口
７０  酸水素バーナー
【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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【図７】
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