JP7086860B2 - 光ファイバ心線 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ心線に関する。
光ファイバが複数の樹脂層で被覆された光ファイバ心線が知られている。例えば、特許文献１には、石英製の光ファイバが低硬度のウレタンアクリレート樹脂で形成された内側の第１被覆層及び高硬度のウレタンアクリレート樹脂で形成された外側の第２被覆層で被覆された光ファイバ心線が開示されている。特許文献２には、ポリマークラッド光ファイバがパーフルオロエーテルポリマー構造を有する熱硬化型シリコーン樹脂組成物で形成された内側の第１被覆層及び熱硬化型シリコーン樹脂組成物で形成された内側の第１被覆層で被覆された光ファイバ心線が開示されている。
特開平８－１９４１３９号公報 特開２０１６－１１０００９号公報
本発明は、コアと、前記コアを被覆するように設けられた前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する光ファイバと、前記光ファイバを被覆するように設けられた前記クラッドよりも屈折率が低く且つショアＤ硬さがＤ／２０．０／１以上である第１バッファ層と、前記第１バッファ層を被覆するように設けられた前記第１バッファ層よりもショアＤ硬さが高く且つ前記ショアＤ硬さがＤ／４０．０／１以上である第２バッファ層と、前記第２バッファ層を被覆するように設けられた前記第２バッファ層よりもショアＤ硬さが高く且つ前記ショアＤ硬さがＤ／５０．０／１以上Ｄ／１１０／１以下であるジャケットとを備え、前記第２バッファ層のショアＤ硬さと前記第１バッファ層のショアＤ硬さとの差が１０．０以上５０．０以下であり、且つ前記ジャケットのショアＤ硬さと前記第２バッファ層のショアＤ硬さとの差が３．００以上３０．０以下である光ファイバ心線である。
実施形態に係る光ファイバ心線の横断面図である。 純粋石英の２５℃における測定波長と屈折率との関係を示すグラフである。 焼損率を求めるための試験方法を示す図である。
以下、実施形態について詳細に説明する。
図１は実施形態に係る光ファイバ心線１０を示す。実施形態に係る光ファイバ心線１０は、例えば尿路結石や腎臓結石にレーザ光を照射して破砕する治療用の内視鏡装置に用いられるものである。
実施形態に係る光ファイバ心線１０は、光ファイバ１１、第１及び第２バッファ層１２１，１２２、並びにジャケット１３を備える。また、光ファイバ１１は、コア１１１及びクラッド１１２を有する。実施形態に係る光ファイバ心線１０は、これらの光ファイバ１１のコア１１１及びクラッド１１２、第１及び第２バッファ層１２１，１２２、並びにジャケット１３が同心状に設けられ、以下に記載する構成を有することにより曲げ直径の小さな曲げが加えられたときの曲げ損失が低く、且つジャケット１３の剥離性が優れるものである。光ファイバ心線１０の外径は例えば０．２５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、光ファイバ１１の外径は例えば０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
光ファイバ１１のコア１１１は、ファイバ中心に設けられている。コア１１１は石英で形成されていることが好ましい。コア１１１は、純粋石英で形成されていてもよく、また、ゲルマニウム等の屈折率を高くするドーパントがドープされた石英で形成されていてもよい。
コア１１１の横断面形状は一般的には円形であり、その直径は例えば１３０μｍ以上９５０μｍ以下である。コア１１１の屈折率は、後述のクラッド１１２よりも高く、例えば１．４５８以上１．５０２以下である。ここで、屈折率は、温度２５℃において、波長５８９ｎｍ（ｄ線）の光を用いて測定されるものである（以下、同様）。
光ファイバ１１のクラッド１１２は、コア１１１の直上にコア１１１を被覆するように層状に一体に設けられている。クラッド１１２は、コア１１１が純粋石英で形成されている場合、フッ素等の屈折率を低くするドーパントがドープされた石英で形成されていることが好ましい。クラッド１１２は、コア１１１が純粋石英よりも高屈折率の場合、純粋石英で形成されていてもよい。
クラッド１１２の厚さは例えば５．０μｍ以上５０μｍ以下である。クラッド１１２の屈折率は、コア１１１よりも低く、例えば１．４３０以上１．４５８以下である。コア１１１とクラッド１１２との比屈折率差は例えば０．７０％以上４．０％以下である。ここで、この比屈折率差は、コア１１１の屈折率からクラッド１１２の屈折率を引いた差をコア１１１の屈折率で除して１００倍した百分率で求められる。
第１バッファ層１２１は、光ファイバ１１の直上に光ファイバ１１を被覆するように層状に設けられている。第１バッファ層１２１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂等の樹脂材料で形成されていることが好ましく、加工性が優れるという観点から、光硬化性樹脂で形成されていることがより好ましく、紫外線硬化性樹脂で形成されていることが更に好ましい。第１バッファ層１２１は、フッ化アクリレート樹脂のような分子中にフッ素を含むフッ素含有ポリマー樹脂で形成されていることが好ましい。
第１バッファ層１２１の厚さは、屈曲性を損なわずに曲げ直径の小さな曲げが加えられたときの曲げ損失を低くする観点から、好ましくは５．０μｍ以上４０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下である。
第１バッファ層１２１の屈折率（測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃）は、曲げ直径の小さな曲げが加えられたときの曲げ損失を低くする観点から、光ファイバ１１のクラッド１１２の屈折率よりも更に低く、好ましくは１．３７０以下、より好ましくは１．３６０以下である。測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃としたときの光ファイバ１１のコア１１１と第１バッファ層１２１との比屈折率差は、好ましくは、５．５％以上、より好ましくは６．０％以上、更に好ましくは６．７％以上である。ここで、この比屈折率差は、光ファイバ１１のコア１１１の屈折率から第１バッファ層１２１の屈折率を引いた差をコア１１１の屈折率で除して１００倍した百分率で求められる。
第１バッファ層１２１のショアＤ硬さはＤ／２０．０／１以上である。第１バッファ層１２１のショアＤ硬さは、屈曲性を損なわずに優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくはＤ／２０．０／１以上Ｄ／１００／１以下、好ましくはＤ／３０．０／１以上Ｄ／８０．０／１以下である。ここで、このショアＤ硬さは、ＡＳＴＭＤ２２４０に基づいて、測定温度を２３±２℃及び測定時間を１秒として測定されるものである（以下、同様）。
第２バッファ層１２２は、第１バッファ層１２１の直上に第１バッファ層１２１を被覆するように層状に設けられている。第２バッファ層１２２は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂等の樹脂材料で形成されていることが好ましく、加工性が優れるという観点から、光硬化性樹脂で形成されていることがより好ましく、紫外線硬化性樹脂で形成されていることが更に好ましい。第１バッファ層１２１は、フッ化アクリレート樹脂のような分子中にフッ素を含むフッ素含有ポリマー樹脂で形成されていることが好ましい。
第２バッファ層１２２の厚さは、屈曲性を損なわずに優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上４０μｍ以下である。第１及び第２バッファ層１２２の厚さは、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。
第２バッファ層１２２の屈折率（測定波長λ：５８９ｎｍ及び測定温度：２５℃）は、好ましくは１．４５０以下、より好ましくは１．４２０以下である。
第２バッファ層１２２のショアＤ硬さは、屈曲性を損なわずに優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくはＤ／４０．０／１以上Ｄ／１００／１以下、好ましくはＤ／５０．０／１以上Ｄ／８０．０／１以下である。第２バッファ層１２２のショアＤ硬さは、第１バッファ層１２１のショアＤ硬さよりも高く、その差は、優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは１０．０以上７０．０以下、好ましくは２０．０以上５０．０以下である。第１バッファ層１２１のショアＤ硬さに対する第２バッファ層１２２のショアＤ硬さの比（第２バッファ層１２２のショアＤ硬さ／第１バッファ層１２１のショアＤ硬さ）は、優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは１．２５以上２．７０以下、好ましくは１．５０以上２．４０以下である。
ジャケット１３は、第２バッファ層１２２の直上に第２バッファ層１２２を被覆するように層状に設けられている。ジャケット１３は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の樹脂材料で形成されていることが好ましい。ジャケット１３は、優れた剥離性を得る観点から、分子中にフッ素を含む熱可塑性樹脂のフッ素系樹脂で形成されていることが好ましい。かかるフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらのうちエチレンテトラフルオロエチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）が好ましい。
ジャケット１３の厚さは、屈曲性を損なわずに優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは０．０３０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、より好ましくは０．０４０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である。
ジャケット１３のショアＤ硬さは、屈曲性を損なわずに優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくはＤ／５０．０／１以上Ｄ／１１０／１以下、好ましくはＤ／６５．０／１以上Ｄ／９０．０／１以下である。ジャケット１３のショアＤ硬さは、第２バッファ層１２２のショアＤ硬さよりも若干高いことが好ましく、その差は、優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは３．００以上３０．０以下、好ましくは５．００以上１０．０以下である。第２バッファ層１２２のショアＤ硬さに対するジャケット１３のショアＤ硬さの比（ジャケット１３のショアＤ硬さ／第２バッファ層１２２のショアＤ硬さ）は、優れたジャケット１３の剥離性を得る観点から、好ましくは１．０４以上１．７５以下、好ましくは１．０７以上１．４０以下である。
ところで、尿路結石や腎臓結石にレーザ光を照射して破砕する治療に用いられる光ファイバ心線では、体内で曲げ直径の小さな曲げが加えられると大きな曲げ損失が生じるため、その状態でレーザ光の照射を継続すると漏れ光によって光ファイバを被覆する樹脂製のジャケットが焼損する虞がある。また、光ファイバ心線には、光ファイバとジャケットとの間に樹脂製のバッファ層が設けられた構造を有するものがあり、かかる構造の光ファイバ心線では、光コネクタ等への組み付けのための端部の加工容易性の観点から、端部においてバッファ層を残したままジャケットだけを剥離できることが好ましい。
しかしながら、以上の構成の実施形態に係る光ファイバ心線１０によれば、光ファイバ１１とジャケット１３との間に内側の第１バッファ層１２１及び外側の第２バッファ層１２２が設けられており、第１バッファ層１２１が光ファイバ１１のクラッド１１２よりも屈折率が低いので、曲げ直径の小さな曲げが加えられたときにコア１１１から光は漏洩するものの、第１バッファ層１２１が光ファイバ１１のクラッド１１２よりも屈折率が低いため、この第１バッファ層１２１の内側にコア１１１から漏洩した光を閉じ込めながら出力端まで伝送することで実質的に曲げ損失を抑えることができ、また、第１バッファ層１２１のショアＤ硬さがＤ／２０／１以上であると共に第２バッファ層１２２が第１バッファ層１２１よりもショアＤ硬さが高いので、ジャケット１３の剥離性が優れ、第１及び第２バッファ層１２２を残したままジャケット１３だけを容易に剥離することができる。
実施形態に係る光ファイバ心線１０は、例えば、石英製の母材から光ファイバ１１を線引きするのに続いて、その外周面に紫外線硬化性樹脂を付着させて紫外線を照射することにより硬化させて第１及び第２バッファ層１２１，１２２を連続して形成したものを一旦巻き取り、次に、それを押出機に通してジャケット１３を形成することにより製造することができる。
（フッ化アクリレート樹脂）
以下の樹脂１～樹脂４の４種のフッ化アクリレート樹脂を準備した。それぞれの構成を表１に示す。
＜樹脂１＞
硬化後の屈折率（測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃）が１．３４０及びショアＤ硬さがＤ／１２．５／１の紫外線硬化性のフッ化アクリレート樹脂を樹脂１とした。
＜樹脂２＞
硬化後の屈折率（測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃）が１．３４９及びショアＤ硬さがＤ／３７．５／１の紫外線硬化性のフッ化アクリレート樹脂を樹脂２とした。
＜樹脂３＞
硬化後の屈折率（測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃）が１．３６３及びショアＤ硬さがＤ／４０．０／１の紫外線硬化性のフッ化アクリレート樹脂を樹脂３とした。
＜樹脂４＞
硬化後の屈折率（測定波長λ：５８９ｎｍ及び測定温度：２５℃）が１．４０２及びショアＤ硬さがＤ／６４．０／１の紫外線硬化性のフッ化アクリレート樹脂を樹脂４とした。
Figure 0007086860000001
（光ファイバ心線）
以下の実施例１及び２並びに比較例の光ファイバ心線を作製した。それぞれの構成を表２に示す。
＜実施例１＞
実施形態と同様の構成であって、樹脂２を用いて第１バッファ層を形成すると共に、樹脂４を用いて第２バッファ層を形成した光ファイバ心線を作製し、それを実施例１とした。
光ファイバ心線の外径は０．４３ｍｍであり、光ファイバの外径は０．２８ｍｍであった。光ファイバは、純粋石英で形成された横断面における直径が２４０μｍコアと、フッ素がドープされた石英で形成された厚さが２０μｍのクラッドとを有し、測定波長λ：５８９ｎｍ及び測定温度：２５℃でのコアの屈折率が１．４５８及びクラッドの屈折率が１．４４１であった。従って、このときのコアとクラッドとの比屈折率差は１．２％である。
また、図２に示す純粋石英の２５℃における測定波長λと屈折率との関係によれば、測定波長λ：８５２ｎｍでのコアの屈折率は１．４５２である。このことから、測定波長λ：８５２ｎｍ及び測定温度：２５℃としたときのコアと第１バッファ層との比屈折率差は（１．４５２－１．３４９）／１．４５２≒７．１％である。
第１バッファ層の厚さは２０μｍであった。第２バッファ層の厚さは１５μｍであった。ジャケットは、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）で形成した。ジャケットの厚さは４０μｍであった。ジャケットのショアＤ硬さはＤ／７２．０／１であった。
＜実施例２＞
樹脂３を用いて第１バッファ層を形成したことを除いて実施例１と同様にして光ファイバ心線を作製し、それを実施例２とした。
＜比較例＞
樹脂１を用いて第１バッファ層を形成したことを除いて実施例１と同様にして光ファイバ心線を作製し、それを比較例とした。
Figure 0007086860000002
（試験方法）
＜焼損率＞
実施例１及び２並びに比較例のそれぞれの光ファイバ心線について、図３に示すように、光ファイバ心線１０の一端をＨｏ：ＹＡＧレーザＬに接続し且つ他端部を水Ｗに浸漬して曲げ直径が１．５ｃｍとなるようにＵ字状に曲げた状態で、Ｈｏ：ＹＡＧレーザＬから１パルス当たりのエネルギーが１．５Ｊである波長２．１μｍのパルスレーザー光を周波数３０Ｈｚで１分間出力し（平均出力４５Ｗ）、そのときの光ファイバの断線等の損傷の有無を確認した。この試行を２０回行い、損傷が確認された試行の回数の割合を焼損率として評価した。また、曲げ直径が１．０ｃｍとなるようにＵ字状に曲げた場合についても同様の試験を行った。
＜ジャケット剥離性＞
実施例１及び２並びに比較例のそれぞれの光ファイバ心線について、ジャケット剥離具（マイクロエレクトロニクス社製）を用いて心線端から５ｃｍの長さのジャケットを剥離し、露出した第２バッファ層の損傷の有無を確認した。そして、損傷がない場合をＡ及びある場合をＢと評価した。
（試験結果）
試験結果を表３に示す。
Figure 0007086860000003
表３によれば、第１バッファ層がクラッドよりも屈折率が低く、第１バッファ層のショアＤ硬さがＤ／２０／１以上であり、且つ第２バッファ層が第１バッファ層よりもショアＤ硬さが高い実施例１及び２では、焼損率が低く、また、ジャケット剥離性が優れることが分かる。
一方、第１バッファ層がクラッドよりも屈折率が低く、且つ第２バッファ層が第１バッファ層よりもショアＤ硬さが高いものの、第１バッファ層のショアＤ硬さがＤ／２０／１よりも低い比較例では、焼損率は低いが、ジャケット剥離性が劣ることが分かる。
本発明は、光ファイバ心線の技術分野について有用である。
１０ 光ファイバ心線
１１ 光ファイバ
１１１ コア
１１２ クラッド
１２１ 第１バッファ層
１２２ 第２バッファ層
１３ ジャケット

Claims (10)

  1. コアと、前記コアを被覆するように設けられた前記コアよりも屈折率が低いクラッドと、を有する光ファイバと、
    前記光ファイバを被覆するように設けられた前記クラッドよりも屈折率が低く且つショアＤ硬さがＤ／２０．０／１以上である第１バッファ層と、
    前記第１バッファ層を被覆するように設けられた前記第１バッファ層よりもショアＤ硬さが高く且つ前記ショアＤ硬さがＤ／４０．０／１以上である第２バッファ層と、
    前記第２バッファ層を被覆するように設けられた前記第２バッファ層よりもショアＤ硬さが高く且つ前記ショアＤ硬さがＤ／５０．０／１以上Ｄ／１１０／１以下であるジャケットと、
    を備え、
    前記第２バッファ層のショアＤ硬さと前記第１バッファ層のショアＤ硬さとの差が１０．０以上５０．０以下であり、且つ前記ジャケットのショアＤ硬さと前記第２バッファ層のショアＤ硬さとの差が３．００以上３０．０以下である光ファイバ心線。
  2. 請求項１に記載された光ファイバ心線において、
    前記コアと前記第１バッファ層との比屈折率差が５．５％以上である光ファイバ心線。
  3. 請求項２に記載された光ファイバ心線において、
    前記コアと前記第１バッファ層との比屈折率差が６．０％以上である光ファイバ心線。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記第１バッファ層の屈折率が前記クラッドの屈折率よりも低い光ファイバ心線。
  5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記第１バッファ層がフッ素含有ポリマー樹脂で形成されている光ファイバ心線。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記第２バッファ層がフッ素含有ポリマー樹脂で形成されている光ファイバ心線。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記ジャケットがフッ素系樹脂で形成されている光ファイバ心線。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    内視鏡装置に用いられる光ファイバ心線。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記光ファイバ心線の全長に渡って、前記第２バッファ層が前記第１バッファ層を被覆するように設けられている光ファイバ心線。
  10. 請求項１乃至９のいずれかに記載された光ファイバ心線において、
    前記ジャケットが前記第２バッファ層の直上に設けられている光ファイバ心線。
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