JPH03144601A - ファイバ光導杆の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光ファイバ束を金属管で被覆したファイバ光導
杆の製造方法に係り、特に高温環境下で使用する光フア
イバセンサ、ライトガイド、イメージガイド等に好適な
、耐熱性を有するファイバ光導杆の製造方法に関する。

［従来の技術］ 光ファイバ束を用いたファイバ光導杆には公知のごとく
、光フアイバセンサ、ライトガイド、イメージガイド等
があり、一般にこれ等の光導杆は光ファイバ束と、これ
を保護するための被覆管からなっている。

光ファイバ束や被覆管の材質は光導杆が使用される環境
に応じて選択される。先導杆が炉内、反応槽内等の高温
環境下で使用される場合、光ファイバ束にはガラスが用
いられ、その被覆管の材質には金属が用いられる。

一般に光導杆は光源や受光器に面する光ファイバ束の端
部をバンドル化して端面を形成することが行われている
。即ち、ファイバ素線間の隙間を埋めて光ファイバ束の
端部を固定することが行われている。

特に、高温環境下で使用される光導杆にあっては、その
被覆管の端末部分は直接高温にさらされるため、その部
分の光ファイバ束の固定には耐熱性が要求される。

従来、この光ファイバ束の固定方法としては、固定剤と
して有機系又は無機系の耐熱性接着剤を用いるもの、あ
るいは低融点ガラスを用いるものが知られている。

接着剤を用いる方法は、光ファイバ束を保持具に挿入し
、熱硬化型エボキン樹脂等の有機系接着剤を光フアイバ
束端面から浸透させた後、硬化させて端末部を固定する
ものである。無機接着剤を用いる場合も同様である。

また、低融点ガラスを使用する方法は第３図に示すよう
に、先端の細くなった被覆管３１の中に光ファイバ束３
２を挿通する。また、光ファイバ束３２と被覆管３１と
の間に、低融点ガラスで形成されたリング３３を嵌め込
むと共に、金属製のプランジャ３４を先端とは反対方向
から差し込んでおく。この状態で低融点ガラスリング３
３が軟化する温度まで加熱する（第３図（ａ））。そし
て、プランジャ３４を押すことにより、軟化した低融点
ガラスリング３３に圧力をかけ、これを被覆管３１の先
端が細くなった方へ押し出すようにする。

リング３３の押し出される過程で光ファイバ束３２に圧
力がかかり、ファイバ素線３５が変形する。

その結果、ファイバ素線３５同士が融着し、かつ低融点
ガラスリング３３が光ファイバ束３２と被覆管３１とを
接着させる（第３図（ｂ））。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、光ファイバ束の固定方法に接着剤を用い
る方法では、接着剤で使用温度の上限が決まってしまう
という欠点があった。例えば、有機系接着材にエポキシ
系接着剤を使用し、光ファイバ束にはＳ　ｉ　Ｏ，−Ｐ
　ｂｏ−Ｎ　ａ　、Ｏ系ガラスを、その被覆管にステン
レスを用いた場合、それぞれの耐熱温度は光ガラスファ
イバ束が４００″Ｃ、ステンレス管が９００℃、エポキ
シ系接着剤が２００′Ｃである。このため、最低温度を
示す接着剤の耐熱温度で光導杆の使用温度が決まってし
まうこととなり、高温環境下で使用できないという欠点
があった。このことは、無機系接着剤を使用した場合で
も同様セ、高温環境下で接着能力がなくなるという欠点
があった。

また、低融点ガラスを使用する方法では、上記した接着
剤の場合よりは使用温度は幾分高くなるものの、低融点
ガラスの軟化温度までしか使用できないという点で限界
があった。しかも、端末部とは反対方向から挿入するプ
ランジャを使用するために、光ファイバ束の一部を被覆
管が包んでいる光導杆には適用できるが、被覆管が光フ
アイバ束全体を包んでいる光導杆には適用できないとい
う欠点もあった。

したがって、本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、本発明の目的は、使用上限温度が光フ
アイバ自体の耐熱温度まで耐えることが可能で、しかも
長尺な光導杆にも適用できるファイバ光導杆の製造方法
を提供することある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、有機系もしくは無
機系等の接着剤又は低融点ガラス等、従来使用されてい
た固定剤を全く使わずに、金属管端部の光ファイバ束の
固定を行おうとするものである。

すなわぢ、本発明のファイバ光導杆は、ファイバ素線を
複数本束ねて形成した光ファイバ束を、可撓性を有する
金属管の内部に納めて被覆し、金属管の端部に位置する
光ファイバ束を固定するようにしたファイバ光導杆の製
造方法において、上記ファイバ素線の融着する温度にフ
ァイバ素線を加熱しながら、金属管の端部に径方向内方
へ圧力を加えて、金属管を縮径させることにより、光フ
ァイバ束とその金属管内壁面とを融着させ、同時にファ
イバ素線同士を互いに融着させることによって、可撓性
金属管端部の光ファイバ束を固定するようにしたもので
ある。

［作用］ 縮径手段として、例えば縮径ダイスを使用した場合には
、可撓性金属管を押し出すか又は引っ張ることにより可
撓性金属管が縮径ダイスを通過する際に、径方向内方の
圧力が金属管及び光ファイバ束に加わる。このとき可撓
性金属管内の光ファイバ束は、これを構成しているファ
イバ素線の融着温度に加熱されているため、ファイバ素
線は変形してファイバ素線同士及び光ファイバ束と可撓
性金属管内壁面とが同時に融着される。

可撓性金属管の縮径の度合を変えることにより、金属管
内に対する光ファイバ束の占有率を変えられる。

このようにして、光フアイバ以外の固定材を用いず、光
フアイバ自信の融着によって光フアイバ素線同士、及び
光ファイバ束と金属管とを固定するので、高温環境下に
おいても、光フアイバ素線の耐熱限界になるまで、その
融着が解除されることはない。すなわち、ファイバ光導
杆はファイバ素線の耐熱限界までの高温使用に耐え得る
。

［実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図〜第２図を用いて説明す
る。

第１図は本発明方法を実施するためのファイバ光導杆の
製造装置の一例を示す。

まず、本装置の対象とする光導杆の説明をする。

ファイバ光導杆１４の素材となる縮径前の素光導杆１３
は多数本のファイバ素線１０を束ねて形成した光ファイ
バ束１１と、この光ファイバ束１１を収容してこれを被
覆する金属管１２とから構成される。

ファイバ光導杆１４をフレキシブルにするために、金属
管１２は可撓性を有する部材で形成される。金属管１２
の材質はステンレス、銅、真鍮、ニッケルなど通常の金
属または合金でよく、特に制限はないが、その中でも高
温に嗣え得る材料としてステンレスが好ましい。

一方、光ファイバ束１１を構成するファイバ素線１０も
特に制限はなく、石英ガラス、多成分系ガラス、プラス
チック等いずれも使用することができるが、高温まで耐
え得る材料として、石英ガラスや多成分系ガラスが好ま
しい。多成分系ガラスとしては光学ガラスのフリント系
が望ましい。

次に、本装置の説明に入る。１５はファイバ光導杆１４
の素材となる素光導杆１３をファイバ素線１０の融着温
度に加熱する加熱室、１６は加熱室１５に隣接して設け
られ、加熱室１５の余熱をｉＪ用してファイバ光導ｈ−
１４を熱処理するアニール室である。

加熱室１５には、その内周壁に沿って加熱コイル１７が
配設され、加熱室１５内に挿入された素光導杆１３のフ
ァイバ素線１０を融着温度にまで加熱する。また、アニ
ール室１６寄りの加熱室１５の一端には、素光導杆１３
を縮径する縮径装置が設けられる。この縮径装置は所望
の縮径寸法に合致する孔を形成した縮径ダイス１８で構
成され、孔を通して素光導杆１３を押し出すか又は引っ
張ることにより、素光導杆１３に径方向内方へ圧力を加
えて、前記した寸法に縮径するようになっている。

また、加熱室１５に不活性ガス流入孔２０と不活性ガス
排出孔２１とが設けられ、加熱室１５内に不活性ガスを
循環させて加熱室１５内を不活性化するようになってい
る。縮径ダイス１８の近傍に、縮径の際重要なパラメー
タとなる加熱温度を検知して、加熱コイル１７を通電制
御するのための熱電対１９が設けられている。本実施例
では加熱室１５内の加熱温度をファイバ素線１０が融着
する温度、好ましくは屈伏点く粘度：約１０”ポアズ）
から約１０　”ポアズの温度範囲内で任意に選定する。

粘度が１０”ポアズ未満では融着されにくく、１０５＠
を超えると溶融しはじめるので好ましくないからである
。

さて、次に上記したような構成および条件下における本
装置の作用を説明する。素光導杆１３を加熱室１５内に
挿入して金属管１２及び金属管１２に収容されている光
ファイバ束１１を加熱する。

光ファイバ束１１を構成するファイバ素線１０が融着温
度まで加熱された後、素光導杆１３を白矢印方向に押し
出して縮径ダイス１８に導き、これを通過させる。この
とき縮径ダイス１８に開設した孔を通る金属管１２は所
望の寸法に縮径される。

この縮径に伴って金属管１２内に収容されている光ファ
イバ束１１は軟化変形し、金属管１２内に最密充填に近
い状態となる。その結果、光ファイバ束１１は金属管１
２の内壁面に隙間なく融着する。また、ファイバ素線１
０も変形してファイバ素線１０同士が互いに隙間なく融
着することにより光ファイバ束１１は固定される。なお
、縮径する部分の金属管１２の縮径時の長さは、所望の
寸法で良いが、通常５ｍｍからｔｏｏｍｍ程度である。

素光導杆１３を加熱、縮径している間、加熱室１５には
加熱による金属管１２の酸化による変色を防ぐために、
不活性ガス流入孔２０から窒素、アルゴン、ヘリウム等
の不活性ガスが流入して、ガス排出孔２１より排出させ
る。

第２図は光ファイバ束１１が金属管１２内に最密充填さ
れたときの理想的な様子を示している。

図示するように、ファイバ素線１０の融着断面は理想的
には六角形になるのが好ましい。六角形になると隙間な
く最小径を構成することができるからである。しかし、
一般的には、四角形、ひし形。

正弦波形１円形、半円形、復波形、ずれ六角形等になっ
たりすることが多い。

縮径ダイス１８を通って縮径された素光導杆１３は、更
に加熱室１５の隣に設置されているアニール室１６に導
かれ、ここで加熱されて金属管１２内に収容されている
光ファイバ束１１の歪の除去が行われる。その後、加熱
コイル１７への通電を断ち、加熱室１５およびアニール
室１６における加熱を停止して全体を徐冷する。徐冷後
、今度は白矢印と逆方向に素光導杆１３を加熱室１５か
ら抜き取ると、加熱室１５に設置されている縮径ダイス
１８によって所望の縮径と長さの確保されたファイバ光
導杆１４が形成される。最後に固定された光ファイバ束
１１の端面を研磨して製造を完了する。

このような縮径による端部融着耐熱ファイバの製造方法
として、上記の条件以外に重要なことは、縮径された金
属管１２に内在する光ファイバ束ｌｌの断面積と縮径と
の関係、すなわち、金属管１２に対する光ファイバ束１
１の占有率である。ここで占有率（％）は（光フアイバ
束断面積）Ｘ　１００／（金属管内断面積）で表される
。

光ファイバ束１１の占有率が高くなれば、ファイバ素線
１０同士は充分（こ隙間なく融着され、しっかり固定で
きる。また、光ファイバ束１１の端面を研磨する際にも
、研磨剤が光フアイバ束１１内に入ることも少なくなる
。しかし、あまりにも占有率を高くしようとすると、フ
ァイバ素線ｌＯに大きな圧力が加わるため、ファイバ素
線１０が断線しやすくなる。

逆に、光ファイバ束１１の占有率が低ければ、ファイバ
素線１０が断線する危険は少なくなるが、研磨する際、
研磨剤が光フアイバ束内に入り易くなる。

上記の理由から、用途に応じて縮径ダイス１８の孔径を
変えることにより、光ファイバ束ｌＯの占有率を変える
ことができるけれども、特に融着効果の高い７Ｏ−１０
０％の光フアイバ占有率を有するものが好ましい。

以上述べたように本実施例によれば、ファイバ素線その
ものを融着させることにより、光ファイバ束の端部を固
定するようにしたので、ファイバ素線の融着温度まで端
部固定を保持できるため、より高い高温環境下での使用
が可能となる。また、融着させるに際して、プランジャ
等を使用しないので、光ファイバ束の一部を被覆管が包
んでいる光導杆は勿論、光フアイバ束全体を被覆管が包
んでいる光導杆であっても、何らの支障なく本実施例を
適用できる。

なお、本実施例では縮径装置として最も簡易かつ確実な
縮径ダイスを用いたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えばプレスモールドを用いて加熱しながら
加圧することにより縮径させるようにしてもよい。

また、光ファイバの占有率は可撓性金属管の縮径を変え
ることにより容易に変えることができる。

さらに、光ファイバ端を固定する際にプランジャを使用
しないので、長尺な光ファイバ光導杆にも使用できる。

さて、上記のような装置を用いて光導杆を縮径させた実
験例を比較例と共に説明する。ここでは、金属管にステ
ンレスを、ファイバ素線にはフリント系ガラスを使って
いる。

（比較例） 可撓性金属管として外形１．３Ｑｍｍ、内径ｌ。

１６ｍｍのステンレス管に、直径がＯ，Ｑ５ｍｍのフリ
ント系ガラス（ガラス転移点４３０℃、屈伏点４８０°
Ｃ）ファイバ素線３１２本を納めて素光導杆を得た。

この素光導杆に対しては縮径を施さない。その状態で金
属管内断面積が１．０５６８ｍｍ”、ファイバ素線断面
積が０．６１２６ｍｍ”であることから、ファイバ占有
率は５８％であった。

この比較例で用いた先導杆を、そのまま次の各実験例で
使用する。

（実験例１） 比較例と同一の素光導杆を使用して、これを第１図に示
す装置に入れファイバ素線が４８０°Ｃになるように加
熱コイル５を加熱した。本実験例ではステンレス管の内
径が１．１６ｍｍから１．０６ｍｍに縮径できる縮径ダ
イスを使用した。

次に、素光導杆をアニール室に向かって３０ｍｍ押し出
して、ステンレス管を縮径しながらファイバ素線同士及
びファイバ素線とステンレス管内壁面とを融着した。

その後、加熱コイルの通電を断って室温まで徐冷するこ
とにより端部を固定して、第ｔｍ、第２図に示すような
ファイバ光導杆を得た。

得られたファイバ光導杆端部のファイバ占有率は６９．
４％であった。なお、ガラスファイバ占有率の算出は、
ガラスファイバ１本の直径０．０５ｍｍから断面積を算
出しこれに３１２本を掛算し、縮径した管内径から断面
積を計算してその比率を求めることにより行った。

（実験例２〜７） 縮径ダイスをステンレス管の内径が縮径前の１゜１６ｍ
ｍから縮径後１．０５〜０．８９ｍｍになるようなダイ
スを使用し、加熱温度（融着温度）を種々変化させた他
は実験例１と同様にして、光導杆の端部を固定した光フ
ァイバ光導杆を得た。

それらの融着温度及びファイバ占有率を比較例。

実験例１と共に表１に示す。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のファイバ光導杆の製造方
法によれば、ファイバ素線を加熱しながら、被覆管であ
る可撓性金属管を縮径するようにして、他の固定部剤を
使うことなく、ファイバ素線自体の融着によって光ファ
イバ束の端部を固定するようにしたので、ファイバ素線
が耐え得るだけの高温環境下まで、その使用温度を高め
ることができるファイバ光導杆を得ることができる。

また、光ファイバ束の端部を固定する際にプランジャを
使用しないので、長尺なファイバ光導杆にも適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するためのファイバ光導杆の
製造装置の実施例を示した構成図、第２図は本発明方法
で製造された耐熱性金属被覆ファイバの断面図、第３図
は従来のファイバ光導杆の製造方法を示す説明図である
。 １０はファイバ素線、１１は光ファイバ束、１２は金属
管、１３は素光導杆、１４はファイバ光導杆、１５は加
熱室、１６はアニール室、１７は加熱コイル、１８は縮
径ダイス、１９は熱電対、２０は不活性ガス流入孔、２
１は不活性ガス排出孔である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ファイバ素線を複数本束ねて形成した光ファイバ束を、
   可撓性を有する金属管の内部に納めて被覆し、金属管の
   端部に位置する光ファイバ束を固定するようにしたファ
   イバ光導杆の製造方法において、 上記ファイバ素線の融着する温度にファイバ素線を加熱
   しながら上記金属管を縮径させて、光ファイバ束と金属
   管内壁面、及びファイバ素線同士を融着させることによ
   り、 金属管端部に位置する光ファイバ束を固定するようにし
   たことを特徴とするファイバ光導杆の製造方法。