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2016 年度 実施状況報告書

歯科治療用Er:YAGレーザ対応高機能超細径伝送装置の高効率製作法

研究課題

研究課題/領域番号 16K06329
研究機関仙台高等専門学校

研究代表者

岩井 克全  仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (10361130)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード中空ファイバ / 赤外レーザ光 / 先端機能デバイス / レーザ治療
研究実績の概要

歯科根管治療において、根管を整形するためにリーマーと呼ばれる外径160 μmの刃物が用いられているが、根管の湾曲が強いと折れたり、菌血症を生じるという問題がある。そこで、硬組織を切削でき、滅菌効果もあるEr:YAGレーザを用いた根管治療を提案する。これまで、赤外光伝送路として、根管に挿入可能な内径100 μm以下の中空ファイバの研究を行い、製作の可能性を示したが、コストは高く、1年程度の製作期間を要した。本申請では、実用化レベルの製作法の開発を目的として、簡易な新手法を用いて、Er:YAGレーザ光を40%以上の導光効率で伝送可能な内径75 μm、外径150 μm、長さ30 mmの超細径中空ファイバを製作し、その先端部を封止加工することにより、根管内で使用可能な先端封止素子一体型超細径中空ファイバの開発を行う。
根管に挿入可能で、Er:YAGレーザ光の照射機能をもつ内径75 μm、外径150 μmの先端封止素子一体型中空ファイバの実用化レベルの製作法を開発する。平成28年度は、超細径銀中空ファイバの簡易な製作法の開発を行い、目標寸法の内径75 μm、外径150 μm、長さ30 mmで低損失な銀中空ファイバの製作を図る。平成29年度において、低損失化用光学膜(ヨウ化銀膜)の最適膜厚0.2 μmを内装したEr:YAGレーザ用超細径中空ファイバの製作を図る。そして超細径中空ファイバの先端部を加熱し先端封止した先端封止素子一体型超細径中空ファイバの製作を図る。平成30年度において、中空ファイバ型テーパ状入射デバイスを設計・製作し、先端素子一体型超細径中空ファイバの入射系の構築を行い、Er:YAGレーザ光と可視パイロット光の伝送特性の評価を行う。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成28年度は、超細径銀中空ファイバの簡易な製作法の開発を行った。
高効率レーザ伝送を行うためには、表面粗さの小さい良好な銀膜の成膜が重要である。内径100 μm細径銀中空ファイバの製作条件を基にして内径75 μm銀中空ファイバの新製作法を検討した。課題として、石英ガラスキャピラリチューブの内径が細くなると銀鏡反応の流量は減り、内面に粗い銀が成膜される。
そこで内径75 μm石英ガラスキャピラリチューブを300本束ねたバンドルを製作し、断面積を大きくすることで、流量の増加を行う。1束(長さ50 cm)の流量は約3 ml/min程度である。流量は、これまでの銀中空ファイバの製作条件から30 ml/min以上を目標とする。複数のバンドル(16束)を並列に接続することで、目標流量を達成できると予想されるが、バンドル製作に多くの時間を要する。そこで、内径75 μmバンドル4束(長さ20 cm)を並列に接続し、流量を測定した結果、22 ml/minであった。この流量を基準に、内径530μm、長さ50 cmのダミーチューブを3本並列に接続した。全体での流量は50 ml/minとなった。銀鏡反応を用い、内径75 μm銀中空ファイバの製作を行った。銀鏡反応時間は3分である。ハロゲンランプを光源として、光スペクトラムアナライザで可視~近赤外波長域の伝送特性を測定した。波長1 μmにおいて、内径75 μm、長さ10 cmの銀中空ファイバの伝送損失は5~10 dB程度となった。内径75 μmバンドル16束を並列に接続した際の流量は、60 ml/minであり、この条件で製作した銀中空ファイバ(内径75 μm、長さ10 cm)の波長1 μmにおける伝送損失は4~10 dBとほぼ同等であった。本手法によりバンドル数を少なくしても、実用的な細径銀中空ファイバを製作できることを明らかにした。

今後の研究の推進方策

超細径光学膜(ヨウ化銀)内装銀中空ファイバの製作を行う。
これまでの研究成果で内径100 μm、外径170 μm、長さ20 cmの超細径銀中空ファイバに、液相法を用いて、低損失化用光学ポリマーである環状オレフィンポリマー(COP)を膜厚0.1 μmで内装したNd:YAGレーザ用中空ファイバを製作した。干渉効果により、波長1.06 μmで銀中空ファイバより低損失となった。この結果を基に、目標寸法の内径75 μm、外径150 μm、長さ30 mmで、光学膜材料をヨウ化銀にして、光学膜厚が2倍の膜厚0.2 μmを内装したEr:YAGレーザ用超細径中空ファイバの製作を図る。効率よく超細径光学膜内装銀中空ファイバを製作するために、厚膜化可能な光学膜材料についても検討を行う。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Improvement of transmission properties of visible pilot beam for polymer-coated silver hollow fibers with acrylic silicone resin as buffer layer for sturdy structure2017

    • 著者名/発表者名
      K. Iwai, H. Takaku, M. Miyagi, Y. W. Shi, and Y. Matsuura
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料 光・量子デバイス研究会

      巻: 1 ページ: 47-50

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improvement of transmission properties of visible pilot beam for polymer-coated silver hollow fibers with acrylic silicone resin as buffer layer for sturdy structure2017

    • 著者名/発表者名
      K. Iwai, H. Takaku, M. Miyagi, Y. W. Shi, and Y. Matsuura
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 10058 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1117/12.2249749

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ステンレスチューブを母材とする銀中空ファイバの可視光伝送特性の改善2016

    • 著者名/発表者名
      岩井 克全, 高久 裕之, 宮城 光信, 石 芸尉
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 44 ページ: 684-687

    • DOI

      ISSN 0387-0200

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Improvement of transmission properties of visible pilot beam for polymer-coated silver hollow fibers with acrylic silicone resin as buffer layer for sturdy structure2017

    • 著者名/発表者名
      K. Iwai, H. Takaku, M. Miyagi, Y. W. Shi, and Y. Matsuura
    • 学会等名
      RIEC (Hosted by Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University) and IEEJ (The Institute pf Electrical Engineers of Japan) International Workshop on Biomedical Optics 2017
    • 発表場所
      Tohoku. Univ. Electrical, Information and Physics Engineering Building No. 1 “D10” 2F Large Conference Room
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of transmission properties of visible pilot beam for polymer-coated silver hollow fibers with acrylic silicone resin as buffer layer for sturdy structure2017

    • 著者名/発表者名
      K. Iwai, H. Takaku, M. Miyagi, Y. W. Shi, and Y. Matsuura
    • 学会等名
      Photonics West 2017, Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVII
    • 発表場所
      The Moscone Center San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2017-01-29 – 2017-01-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Er:YAGレーザー光伝送用光学膜内装銀中空ステンレスファイバの特性2017

    • 著者名/発表者名
      岩井 克全, 高久 裕之, 宮城 光信, 石 芸尉
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島大学常三島キャンパス 徳島県徳島市
    • 年月日
      2017-01-07 – 2017-01-07
  • [学会発表] Improvement of Mechanical Strength of Polymer-Coated, Hollow-Optical Fiber for FT-IR Remote Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      K. Iwai, Y. Matsuura, H. Takaku, M. Miyagi, K. Katagiri, and Y. W. Shi
    • 学会等名
      The 6th Asia Pasific Optical Sensors Conference 2016
    • 発表場所
      Haoran High-tech Mansion, Shanghai, China
    • 年月日
      2016-10-13 – 2016-10-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 高強度銀中空ファイバの伝送特性の改善2016

    • 著者名/発表者名
      岩井 克全, 高久 裕之, 宮城 光信, 石 芸尉
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
    • 発表場所
      北海道大学 北海道札幌市
    • 年月日
      2016-09-22 – 2016-09-22
  • [学会発表] 内径530 μm銀中空ファイバの可視パイロット光伝送特性の改善2016

    • 著者名/発表者名
      岩井 克全, 高久 裕之, 宮城 光信
    • 学会等名
      平成28年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 発表場所
      東北工業大学 宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-08-30 – 2016-08-30

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公開日: 2018-01-16  

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