JP4225387B2

JP4225387B2 - Image fiber and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4225387B2
Application number: JP21435394A
Authority: JP
Inventors: 孝司妻沼; 尚樹社本; 恵司金田; 和宏鴫原
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: JPH0859273A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工業用もしくは医療用の画像伝送用に使用されるイメージファイバのうち、特に機械的強度を高めたイメージファイバおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
イメージファイバの典型的な構造は、図２に示すように、画像伝送用のイメージサークル３とその周りの石英ガラスジャケット４とからなるもので、イメージサークル３は図３にその一部を示すように、光を伝搬させるコア１とその周りのクラッド２とからなる画素が多数、クラッド同志を互いに溶融一体化されてなるものである。６は石英ガラスジャケットの外部の保護用樹脂被覆層である。
また、その製造方法は、予めＧｅＯ₂などのドーパントを含む石英ガラス系コアと必要に応じてフッ素などのドーパントを含ませた石英ガラス系クラッドとからなる光ファイバ母材を作製し、これを一旦線引きしてファイバ化し、次いで、定尺に切断して画素用ファイバ素線となし、この定尺の素線を多数、ジャケットとなる石英ガラス管内に詰め込んで母材とする。この母材を一端から溶融線引きしてファイバ化し、その上に紫外線硬化型樹脂（ＵＶ樹脂）などの被覆を施し巻き取る方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ジャケットまで含めて１本のファイバとしているために、イメージファイバの外径は極端に画素数が少なくない限り、一般の通信用光ファイバの外径が１２５μｍであるのに比較してかなり太くなるものである。
ところで、従来のイメージファイバは、一般の通信用光ファイバや大口径光ファイバに比較して機械的強度が弱いといった結果が得られている。
その大きな要因は、イメージファイバの場合、高温で線引きすると各画素間の境界で気泡が発生し易くなるため、純粋石英の溶融温度よりもやや低めの温度で線引きしなければならず、石英ジャケット管の表面の傷が完全に取りきれず、イメージファイバ全体の強度低下をもたらしているものと考えられる。
【０００４】
すなわち、より具体的に説明すると、イメージサークルを構成する各画素ファイバのコアにはドーパントとして典型的には屈折率を高めるＧｅＯ₂が添加されている。クラッドは純粋石英の場合が多いが、必要に応じてクラッドにもドーパントが添加されることがあり、その場合のドーパントとしては典型にはフッ素があげられる。しかし、ドーパントが添加されると通常粘性が低下するため、純粋石英ガラスからなるジャケットと比較すると、コア、場合によってはクラッドも含めてその粘性は低くなり、母材の線引き時には中心部が比較的低温で溶融しはじめる。このため、線引き温度を上げ過ぎるとコアの配列が崩れるだけでなく、気泡が発生し易くなるため、線引き温度には自ずから限界がある。一方、外周のジャケット管は、中心部に比較すると融点が高いため、線引き温度が十分に高くないと溶融が不十分となり、温度的にはぎりぎりのレベルで線引きされることとなり、ジャケット管表面の傷が治癒せず、強度の低下を招くことになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以上の観点から、ジャケット管を高融点の内層と低融点の外層とからなる石英ガラス系材料で構成し、これにより表面傷のない、機械的強度の高められたイメージファイバおよびその製造方法を提供しようとするもので、その特徴とする請求項１記載の発明は、少なくともコアにドーパントが添加され低融点となされた、多数の石英ガラス系画素が溶融一体化されてなるイメージサークルと、その上に溶融一体に形成された石英ガラス系ジャケットとを有し、前記ジャケットが石英ガラス内層とドーパントが添加され、前記内層をなす石英ガラスよりも低融点の石英ガラス外層とからなるイメージファイバである。
また、その特徴とする請求項２記載の発明は、画素を構成するコアに添加されるドーパントがＧｅＯ _２であり、クラッドに添加されるドーパントがフッ素であり、前記外層に添加されるドーパントがフッ素であることを特徴とする請求項１記載のイメージファイバである。
さらに、その特徴とする請求項３記載の発明は、石英ガラス管の外周にドーパントが添加された低融点の石英ガラス層を形成させてジャケット管となし、このジャケット管内に少なくともコアにドーパントが添加され低融点となされた石英ガラス系画素用ファイバ素線を多数詰め込んでイメージファイバ母材となし、この母材を溶融線引きして全体を一体化するとともに、ジャケット管表面に残存する微細な傷を溶融消滅させることにある。
【０００６】
【作用】
この発明のイメージファイバは、少なくとも画素を構成するコアと、ジャケット外層にドーパントが添加されて融点が低くなされているもので、イメージファイバ母材の線引き工程では、画素となる素線だけが互いに一体化する温度にさらされるだけでなく、フッ素ドープ石英ガラス外層も溶融する温度処理を受けることとなり、外層表面に残存する加工傷が消滅し、強度が高められる。
【０００７】
【実施例】
図１は、この発明のイメージファイバの概略説明図で、図２と同一符号は同一物を示している。また、、そのイメージサークルについても同様で、その様子は図３と同じである。
図１、図３において、３はイメージサークルで、例えば、ＧｅＯ₂ドープ石英ガラスコア１と、その周りの純粋石英ガラスクラッド２とからなる画素用ファイバが多数溶融一体化されてなるもの、５はイメージサークル３上に一体に設けられた、２層構造の石英ガラス系ジャケットで、純粋石英ガラス内層の上にフッ素ドープ石英ガラス外層が設けられてなるもの、６はこのジャケット５の外側に設けられた紫外線硬化型樹脂（ＵＶ樹脂）層である。
その製造方法は、予め、ＧｅＯ₂を含む石英ガラスコアと必要に応じてフッ素を含む石英ガラスクラッドからなる画素用のファイバ素線を作製し、これを定尺に切断して多数束ねる。一方、別途用意した石英ガラス管若しくは石英ガラスロッドの外周にフッ素ドープ石英ガラス層を、例えばプラズマ外付け法などにより形成してジャケット用とする。なお、石英ガラスロッドの場合は中心をくり抜いて管状にする。その後、多数束ねた画素用のファイバ素線をフッ素ドープ石英ガラス外層を有するジャケット管内に詰め込んで母材とする。最後にこの母材を一端から溶融線引きし、その上にＵＶ樹脂を被覆する。
【０００８】
このような構成、方法においては、石英ジャケットの表面に圧縮応力が残留するよな線引きが行なわれるので、得られたイメージファイバは高強度になる。
すなわち、線引き時にイメージファイバ母材のネックダウン部では、ジャケット管の純粋石英ガラスからなる内層の粘度がその外周のフッ素ドープ石英ガラス外層や、中心のイメージサークル（少なくともコア）の粘度よりも高いため、ジャケット内層部は弾性的に振る舞うが、その他の部位には粘性的に振る舞う温度領域がある。このため、この領域では線引き張力の殆どがジャケット内層部に加わることになる。この後、石英ジャケット外層のフッ素ドープ層が固化するが、その際に純粋石英ジャケット内層に加わっていた張力がフッ素ドープ石英外層に分担され、同層に圧縮応力が生じる。この技術は、表面強化ガラスの一種の手法の応用であり、これによってイメージファイバの強度を高めることが出来る。
【０００９】
【具体例１】
この発明：コアがＧｅＯ₂ドープ石英ガラスからなるグレーテッド型の屈折率分布を有し、クラッドが純粋石英ガラスからなり、コアとクラッドの比屈折率差Δが１．５５である光ファイバ母材をＶＡＤ法で作製し、この母材を４６７μｍに線引きしてファイバ化した。ついで、このファイバを４００ｍｍの長さに切断して画素用ファイバとなし、この画素用ファイバを全部で６０００本用意した。
一方、石英ガラス管を用意し、この外側にプラズマ法によりフッ素ドープ石英ガラス層を形成して２層構造のジャケット管とした。このジャケット管は内径が３８ｍｍ、外径が４０ｍｍ、フッ素ドープ石英外層の厚さ０．１ｍｍのものである。
こうして得られた２層構造のジャケット管内に束ねた６０００本の画素用ファイバを詰め込んで母材とした。この母材を２０００℃で線引きして直径５００μｍのイメージファイバとし、その上にＵＶ樹脂を被覆した。
得られたイメージファイバを引っ張り試験をしたところ、５００ｋｇ／ｍｍ²と極めて高い強度を示した。
【００１０】
【具体例２】
比較例：ジャケット管として、純粋石英ガラスのものを用いる以外は全て具体例１と同様とした。
得られたイメージファイバを引っ張り試験したところ、１００〜２００ｋｇ／ｍｍ²であり、低強度のものであった。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、ジャケット管を高融点の石英ガラス内層と、ドーパントを含む低融点の石英ガラス外層の２層構造とすることにより、イメージファイバ母材の溶融線引きに際して、ジャケット表面を十分に溶融させて傷を癒すとともにジャケット外周部に圧縮応力を残存させているので、極めて強度の高いイメージファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１この発明のイメージファイバの一例の断面図である。
図２従来例の一例の断面図である。
図３図１および図２に共通する画素の一部の断面図である。
【符号の説明】
１コア
２クラッド
３イメージサークル
５２層構造の石英ガラス系ジャケット
６紫外線硬化型樹脂層[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an image fiber having increased mechanical strength among image fibers used for industrial or medical image transmission, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 2, a typical structure of the image fiber includes an image circle 3 for image transmission and a quartz glass jacket 4 around the image circle 3. The image circle 3 is partially shown in FIG. In addition, there are a large number of pixels composed of a core 1 for propagating light and a cladding 2 around the core 1, and the clads are fused and integrated with each other. Reference numeral 6 denotes a protective resin coating layer outside the quartz glass jacket.
Also, the manufacturing method is to produce an optical fiber preform comprising a silica glass core containing a dopant such as GeO ₂ in advance and a silica glass clad containing a dopant such as fluorine as necessary. The fiber is drawn and then cut into a regular length to form pixel fiber strands. A large number of the regular strands are packed into a quartz glass tube serving as a jacket to form a base material. In this method, the base material is melt-drawn from one end to form a fiber, and a coating such as an ultraviolet curable resin (UV resin) is applied thereon and wound.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since it is a single fiber including the jacket, the outer diameter of the image fiber is considerably larger than the outer diameter of a general communication optical fiber of 125 μm unless the number of pixels is extremely small. It is.
By the way, the conventional image fiber has a result that the mechanical strength is weaker than that of a general communication optical fiber or a large-diameter optical fiber.
The main factor is that in the case of image fiber, bubbles are likely to be generated at the boundary between pixels when drawn at a high temperature, so the drawing must be done at a temperature slightly lower than the melting temperature of pure quartz. It is considered that the scratches on the surface of the image fiber were not completely removed, resulting in a decrease in strength of the entire image fiber.
[0004]
That is, more specifically, GeO ₂ that typically increases the refractive index is added as a dopant to the core of each pixel fiber constituting the image circle. In many cases, the clad is pure quartz, but a dopant may be added to the clad as needed, and the dopant in that case is typically fluorine. However, since the viscosity usually decreases when a dopant is added, the viscosity of the core, and possibly the clad, is lower than that of a jacket made of pure quartz glass. It begins to melt at low temperatures. For this reason, if the drawing temperature is raised too much, not only the core arrangement is destroyed, but bubbles are easily generated, so the drawing temperature has its own limit. On the other hand, the jacket tube on the outer periphery has a higher melting point than the central portion, so if the drawing temperature is not sufficiently high, the melting will be insufficient and the wire will be drawn at a marginal level in terms of temperature. The wound will not heal and cause a decrease in strength.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, from the above viewpoint, the jacket tube is made of a quartz glass-based material composed of an inner layer having a high melting point and an outer layer having a low melting point, whereby there is no surface flaw and an image fiber having improved mechanical strength and its It intended to provide a manufacturing method, the invention of 請 Motomeko 1 wherein the feature is image dopant in at least the core is made with a low melting point is added, a large number of silica glass-based pixel formed by melted integrated A quartz glass-based jacket formed integrally with a circle and fused thereon, and the jacket includes a quartz glass inner layer and a dopant added to the quartz glass outer layer, and a quartz glass outer layer having a lower melting point than the quartz glass forming the inner layer. Image fiber.
According to the second aspect of the present invention, the dopant added to the core constituting the pixel is GeO ₂ , the dopant added to the cladding is fluorine, and the dopant added to the outer layer is fluorine. The image fiber according to claim 1, wherein:
Further, the invention according to claim 3 is characterized in that a quartz glass layer having a low melting point with a dopant added to the outer periphery of the quartz glass tube is formed as a jacket tube, and at least a dopant is added to the core in the jacket tube. A large number of silica glass pixel fibers that have a low melting point are packed into an image fiber base material. The base material is melt-drawn and integrated as a whole, and fine scratches remaining on the jacket tube surface are removed. It is to melt and extinguish.
[0006]
[Action]
The image fiber according to the present invention has at least a core constituting the pixel and a dopant added to the outer layer of the jacket to lower the melting point. In the image fiber preform drawing process, only the element wires are integrated with each other. In addition to being exposed to the temperature to be converted, the outer layer of the fluorine-doped quartz glass is also subjected to a temperature treatment for melting, so that the processing flaws remaining on the outer layer surface disappear and the strength is increased.
[0007]
【Example】
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an image fiber according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. The same applies to the image circle, and the situation is the same as in FIG.
1 and 3, reference numeral 3 denotes an image circle, for example, a structure in which a large number of pixel fibers each composed of a GeO ₂ -doped silica glass core 1 and a pure silica glass cladding 2 around the GeO ₂ doped silica glass core 1 are fused and integrated. A quartz glass-based jacket having a two-layer structure integrally provided on the image circle 3 and having a fluorine-doped quartz glass outer layer on a pure quartz glass inner layer, and 6 is provided outside the jacket 5. UV curable resin (UV resin) layer.
In the manufacturing method, a fiber element wire made of a quartz glass core containing GeO ₂ and a quartz glass clad containing fluorine as necessary is prepared in advance, and a large number of these are cut into a standard length and bundled. On the other hand, a fluorine-doped quartz glass layer is formed on the outer periphery of a separately prepared quartz glass tube or quartz glass rod by, for example, a plasma external method, and is used for a jacket. In the case of a quartz glass rod, the center is cut out into a tubular shape. Thereafter, a large number of bundled fiber fibers for pixels are packed into a jacket tube having a fluorine-doped quartz glass outer layer to form a base material. Finally, this base material is melt-drawn from one end, and a UV resin is coated thereon.
[0008]
In such a configuration and method, drawing is performed such that compressive stress remains on the surface of the quartz jacket, so that the obtained image fiber has high strength.
That is, in the neck-down part of the image fiber preform during drawing, the viscosity of the inner layer made of pure silica glass of the jacket tube is higher than the viscosity of the outer fluorine-doped silica glass outer layer and the central image circle (at least the core). The inner layer portion of the jacket behaves elastically, but there is a temperature region that behaves viscously at other portions. For this reason, most of the drawing tension is applied to the inner layer portion of the jacket in this region. Thereafter, the fluorine-doped layer on the outer layer of the quartz jacket is solidified, but the tension applied to the inner layer of the pure quartz jacket is shared by the outer layer of the fluorine-doped quartz and compressive stress is generated in the same layer. This technique is an application of a kind of technique of surface tempered glass, which can increase the strength of the image fiber.
[0009]
[Example 1]
This invention: An optical fiber preform having a graded refractive index profile whose core is made of GeO ₂ -doped quartz glass, whose clad is made of pure silica glass, and whose relative refractive index difference Δ between the core and the clad is 1.55 Was manufactured by VAD method, and this base material was drawn to 467 μm to form a fiber. Next, this fiber was cut into a length of 400 mm to form a pixel fiber, and a total of 6000 pixel fibers were prepared.
On the other hand, a quartz glass tube was prepared, and a fluorine-doped quartz glass layer was formed on the outside by a plasma method to form a two-layered jacket tube. This jacket tube has an inner diameter of 38 mm, an outer diameter of 40 mm, and a fluorine-doped quartz outer layer thickness of 0.1 mm.
6000 pixel fibers bundled in the jacket tube having the two-layer structure obtained in this way were packed to obtain a base material. This base material was drawn at 2000 ° C. to form an image fiber having a diameter of 500 μm, and a UV resin was coated thereon.
When the obtained image fiber was subjected to a tensile test, it showed an extremely high strength of 500 kg / mm ² .
[0010]
[Specific example 2]
Comparative Example: The same as Example 1 except that pure quartz glass was used as the jacket tube.
When the obtained image fiber was subjected to a tensile test, it was 100 to 200 kg / mm ² and had a low strength.
[0011]
【The invention's effect】
According to the present invention, the jacket tube has a two-layer structure of a high-melting-point quartz glass inner layer and a low-melting-point quartz glass outer layer containing a dopant, so that the jacket surface is sufficiently melted when the image fiber preform is drawn. Thus, the wound is healed and the compressive stress is left in the outer peripheral portion of the jacket, so that an extremely strong image fiber can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of an example of the image fiber of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an example of a conventional example.
3 is a cross-sectional view of a part of the pixel common to FIG. 1 and FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2 Clad 3 Image circle 5 Quartz glass system jacket 6 of double layer structure 6 UV curable resin layer

Claims

An image circle formed by melting and integrating a large number of quartz glass-based pixels at least with a dopant added to the core and having a low melting point; and a quartz glass-based jacket formed integrally thereon by melting , the jacket There a quartz glass inner layer, the dopant is added, image fiber, characterized in that comprising a low-melting quartz glass outer layer than quartz glass forming the inner layer.

_2. The image fiber according to claim 1 , wherein the dopant added to the core constituting the pixel is GeO2, the dopant added to the cladding is fluorine, and the dopant added to the outer layer is fluorine. .

A silica glass layer with a low melting point formed by adding a dopant to the outer periphery of the quartz glass tube is formed as a jacket tube, and at least a dopant is added to the core in the jacket tube to obtain a low melting point, and the fiber element wire for the silica glass pixel. A method for producing an image fiber, comprising: forming a plurality of a plurality of fiber to form an image fiber preform, melting the drawn preform to integrate the whole, and melting and extinguishing fine scratches remaining on the jacket tube surface.