JPS6186720A - 光学的センサの製造方法と装置 - 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】 （ア）技術分野 この発明は、内視鏡などに使用される光学的センサの製
造方法と装置に関する。

ここで光学的センサというのは、イメージファイバと、
照明用導光路と、必要であれば、流体の通過しうるチュ
ーブや穴などを含む光、画像の伝送路の事である。

光学的センサは、腹腔や心臓、血管内を観察するための
、内視鏡の光伝送部として用いられる。

光学的センサの先端には、円筒形の撮像アダプタが取付
けられる。

撮像アダプタにはレンズがあって、近くにある対象物の
像をイメージファイバの前端面に結像するようになって
いる。撮像アダプタ及び光学的センサの大部分は人体の
中に導入される。

光学的センサの手元側には、内視鏡を構成する諸装置が
設けられる。ここには、イメージファイバ内を伝送され
た画像を観察する受像部がある。

これは、直視アダプタによって、肉眼で観察することも
あり、モニタテレビ上に映像として映しだすこともある
。

照明用導光路の始端には、対象物を照らすための光源が
設けられる。光源の光が導光路内を伝搬し、撮像アダプ
タから出射して、人体内部の諸器官の対象面を照射する
。

照明用導光路とイメージファイバを備えるだけの内視鏡
も対象によっては、用いられることがある。

これだけでは十分でなく、流体を導く導管部を必要とす
る場合もある。

例えば、心臓の内部を観察するような場合、血液が視野
を遮り、内部が見えない。一時的にせよ、血液を視界か
ら排除する必要がある。

そこで、生理食塩水を導入するパイプを新たに設け、こ
こから生理食塩水を導入して、瞬間的血液を排除し、視
野を開くようにしたものがある。

この場合、液体を導入するためのパイプが１本必要であ
る。

撮像アダプタの先端に透明のバルーンを取りつけ、バル
ーン内に生理食塩水を送りこんでこれを膨ませ、血液を
視界から排除し、心服内壁が見えるようにしたものもあ
る。

透明バルーンの内部に、最初から空気が入っていること
があり、空気抜きをしないと気泡が視界を遮り、正確な
観察を妨げることがある。そこで、空気抜き用のパイプ
を１本設けることが望ましい。

このように、光学的センサは、イメージファイバ、照明
用導光路、流体流通用の１本又は２本の通路が必要であ
る。

従来の光学的センサは、単独のイメージファイバと、単
独の照明光用ファイバ、液体用のチューブを単に束ねて
、外被覆で包囲しただけのものが多かった。

（イ）従来技術とその問題点 これらの光学的センサは、外被覆をなすプラスチックチ
ューブと、イメージファイバ、照明充用ファイバとを別
々に製造し、外被ダチューブに、イメージファイバと導
光路用ファイバを一端から挿入することにより製作され
る。

このような、挿入法による光学的センサは、円形断面の
チューブやファイバを複合させるので、無駄な空隙部が
どうしても残る。体積効率が悪い。

イメージカテーテルとして光学的センサを利用する場合
、全体の直径が小さい、という事と、照明光が強い、と
いう事が、特に重要である。

従来のような方法では、複数の照明用導光路ファイバを
複数本挿入したところで、導光路の全面積はあまり広く
ならず、照明光は不十分であった。

太い導光路用光ファイバを用いればよいのであるが、そ
うすると、全体の直径が大きくなりすぎる。人体用のイ
メージカテーテルの場合、直径が２．３Ｈφ以下である
、という厳しい条件がある。

そこで、本発明者は、このような挿入法と全く異なる光
学的センサの製造方法を開発し、同一直径であるが導光
路の有効断面積を大きくした光学的センサを得た。

これは、導光路として、円形断面のファイバを用いない
。全体が透明の導光路であって、その内部にイメージ７
アイパと流体通し穴とを形成したものである。無駄な部
分が全くなく、イメージファイバ、流体通し穴以外は全
て照明光を通す透明体となっている。

この光学的センサを作るには、共押し出しダイを用いる
。

透明体は、プラスチックファイバ材料によって作るが、
この中にイメージファイバを通す穴と、流体を通す穴を
作るのが難しい。

たとえば、イメージファイバは画素部の直径が０．５１
！１Ｍφ、光吸収層まで含めた直径が０．９５ｊｆｌφ
、流体通し穴は、Ｑ、’７＋ｏ＋φ以下である。

この発明に於ては、穴となるべき部位に該当する位置に
ビンを設けて、プラスチック押出し成形部の中に穴を形
成している。しかし、この方法では、穴のまわりにクラ
ッドを作ることができなかった。コアの外周にクラッド
層を形状できるが、穴部のまわりにクラッド層を作る仁
とができない。

このため、照明光が、導光路から逸脱し、減衰する、と
いう欠点があった。

流体通し六のまわり、イメージファイバ通し穴の周囲に
もクラッド層を形成することが望ましい。

そこで、本発明者は、共押出しダイの構造を工夫し、穴
の内面にもクラッド層を形成できるようにした。細い穴
を連続的に、閉塞される事なく、しかも内面にクラッド
層が形成されるようにするため、軟銅線を芯材として用
いた（特願昭５８−１６２８４７）。

軟銅線を穴部になるべき位置へ連続的に繰り出し、共押
出しダイからコア材、クラッド材とともに押し出す。ク
ラッド材が軟銅線の外周を被覆するようにする。押し出
された複合体の断面は、複数の軟銅線がクラッドに囲ま
れており、　これをコア材が囲み円形とし、さらに最外
周を薄くクラッド材が被覆しているような形状となる。

この複合体は長いので、適当な長さに切断する。

これを光学的センサの予備成形体という。コア材、クラ
ッド材からなる照明用導光路をもつファイバであるが、
イメージファイバ、流体通し穴となる部分に軟銅線が入
っている。

軟銅線を予備成形体から引抜かなければならない。この
ため、軟銅線を両端から少しずつ露出させ、これを両側
へ強く引張り、軟銅線を延伸させる。

軟銅線は細くなり、長さも延びるから、クラッドと分離
する。分離するので、軟銅線を引抜くことができる。

こうして、穴部ができる。イメージファイバ通し穴には
イメージファイバを押入する。

以上述べた光学的センサの製造方法には、なお、次のよ
うな欠点がある。

（１）　　コア材、クランド材とともに軟銅線をダイス
後部よりサプライする必要がある。

軟銅線が必要であるし、サプライ部も必要である。

（２）押し出し成形後、軟銅線を抜きとらなければなら
ない。これは工程を複雑にし、コストを押上げる原因に
なる。また、抜き取りの際、クラッド層が剥離する惧れ
もある。

（３）軟銅線を引抜く必要があるので、長いものを作る
ことができない。

そこで、本発明者は、軟銅線のかわりに、押出し成形０
時に、共押出しダイの穴部となるべき位置へ空気を送り
こむことにより、穴部を形成する光学的センサの製造方
法を発明した（特願昭５９−１２４２９７、昭和５９年
６月１５日出＠）。

この方法は、軟銅線を使わないから、これを引抜く必要
もない。軟銅線サプライも不要である。

工程が簡略化される。また長尺の光学的センサを製造で
きる。

しかし、この方法は、空気を用いるから、共押出しダイ
からファイバを押出す条件や、引取り速度の設定が難し
い。共押出しダイの温度、樹脂押出し量、引張り速度が
全て好適の値でないと、同一径の穴部を形成できないし
、穴部が途中で塞がってしまうこともある。

（り）発明の方法と装置 本発明は、イメージファイバや流体通し穴を形成するた
めに、ダイスに固定した細孔成形用棒材を用いる。溶融
状態のプラスチック材料が共押出しダイに供給され、押
し出されるが、細孔成形用棒材のある部分は穴になる。

冷却ゾーンの中にまで棒材が延びているから、細孔は固
化し、穴かのこることになる。

本発明に於て、最も特徴のあるものは、共押出しダイで
あるから、第１図によって共押出しダイの構造を説明す
る。

共押出しダイ１は、コア材とクラッド材とを同時に押出
して、第２図に断面図を示すような光学的センサを作る
ためのものである。コア材又はコアをＡ１クラッド材又
はクラッドをＢと書く。

共押出しダイ１は、内型２、中型３、外型４、表型２２
などよりなる。これらは、同一の軸線上に組合わされ一
体化する。

内型２の内部には、コア材Ａ１クラッド材Ｂを導くため
の流路や空間が設けである。

この発明に於て重要なのは、第２図のイメージファイバ
通し穴Ｅ１流体通し六Ｆ、Ｆに対応する位置に、これら
の穴とほぼ同径の、前方へ延長する細孔成形用棒材５．
５、・・を内型２の壁面に設けている、という事である
。

内径２の前方には、軸に関し回転対称の円筒形の共押出
し空間６が形成されている。これは、第２図に示す光学
的センナの全体の外径を決定する空間で、ここへ、流動
状態のコア材Ａが導入される。コア材Ａの外側へ、クラ
ッド材Ｂも導入され、コア、クラッド構造を作る。

第２図に示すものは、イメージファイバ通し穴Ｅ１流体
通し六Ｆ、Ｆを有する照明用導光路（コア材よりなる）
の断面図である。イメージファイバを通し穴Ｅへ挿入す
ることにより、光学的センサとして完成する。したがっ
て、光学的センサ予備成形体というべきものである。し
かし、簡単のため、これも光学的センサと呼ぶ。

１例では、流体通し六Ｆ、Ｆの内径が０．５ＭＩＩｔφ
、イメージファイバ通し穴Ｅの内径が０．９５ｍＭφ、
全体の径が２．３ＭＭφである。

外型４の側面には、コア材導入口７、クラッド材導入口
１０が開口する。

外型４及びこれに続く中型３の中には、コア材導入口７
に続いて、コア材流路８、コア材流路９が設けられる。

内型２の中には、これに対応して、斜め方向に、コア材
流路１８が穿たれ、共押出し空間６の後端部にコア材を
送給できるようになっている。

コア材Ａは、外型４のコア材導入口７から導入され、コ
ア材流路８の中を進み、中型３の中のコア材流路９を通
って、内型２のコア材流路１８から、円筒形の共押出し
空間６の中へ送給される。

クラッド材Ｂの方は、外型４の中で、前後のクラッド材
流路１９．１９に分れて進入する。中型３には、前後に
クラッド材流路ＩＬ１１が穿っである。

内型２の中には、これらに対応して、前クラッド材流路
１４、後クラッド材流路１２が穿たれている。前クラッ
ド材流路１４は、コアＡの外周のクラッドＢを形成する
ためのものである。

クラッド材Ｂは、クラッド材導入口１０から、クラッド
材流路１１．を通り、前クラッド材流路１４から、共押
出し空間６の中へ導入される。

前クラッド材流路１４の前後で、共押出し空間６の内径
が異なり、前内壁２１の方が後内壁２０より広くなって
いる。この段差の分がクラッド層の厚みを与える。

クラッド材Ｂは、分岐した後方の流路から、内型２の後
クラッド材流路１２にも導入される。

後クラッド材流路１２は、内型２の後方に設けた、後ク
ラッド空間２４に連通している。

後クラッド空間２４は、前方の共押出し空間６と離れた
位置にあるが、１又は複数の軸方向の細いクラッド形成
窓１３．１３、・・・にょって共押出し空間６と連続す
る。

後クラッド空間２４から、クラッド材Ｂが、りランド形
成穴１３を通って、共押出し空間６へと押出されてゆく
。

前記の細孔成形用棒材５は、クラッド形成穴１３と同数
あって、この中を同心円状に貫き、共押出し空間６へ突
出している。細孔成形用棒材５の先端は、ダイ１の前端
より、さらに前方へ突出し、冷却ゾーン１６の中の適当
な位置まで延びている。

クラッド形成穴１３．１３、・・・は、第２図の光学的
センサの断面に於て、イメージ７アイパ通し穴Ｅ１流体
通し六Ｆ１Ｆを形成するもので、穴の径が、通し穴Ｅ、
Ｆのコア材の内径（クラッド材の外径）を与える。

通し穴Ｅ、Ｆのクラッド材Ｂの内径は、細孔成形用棒材
５の外径によって決まる。

もちろん、縮径する（冷却、引取りによって）分がある
ので、クラッド形成穴１３、・・・の内径が、通し六Ｅ
、Ｆのコア材の内径に厳密に等しいわけではない。

後クラッド材流路１２から導入されたクラッド材Ｂは、
クラッド空間２４で向きを換え、クラッド形成穴１３の
中へと進入する。つまり、クラッド形成穴１３と、細孔
成形用棒材５によって挟まれる円筒状の空間の中へ導入
され、自ら、円筒形状の連続体となる。

円筒形状の連続体は、細孔成形用棒材５の周囲を離れる
ことなく直進し、共押出し空間６の中のコア材Ａの中へ
入る。

共押出し空間６の中で、コア材Ａ１クラッド材Ｂの送り
速度がほぼ等しくなるように調整しであるから、コア・
クラッド境界が安定し、乱れる事がなく、そのまま前方
へ平行変位してゆく。

コアＡが進行してゆくと、側斜力から前クラッド材流路
１４を経て、クラッド材Ｂが導入され、前内壁２１とコ
アＡの間の空間を充填する。

第２図に示すような、通し穴Ｅ、Ｆのまわりのクラッド
Ｂ、これらを円筒状にとり囲む外層のクラッドＢ１内外
クラッド層の中間を充填するコアＡという構造体が、共
押出しダイ１の前方で造形される。

この構造体は、まだ流動状態であるがダイ１を出て、断
熱材１５の通過穴２５を通った後、冷却ゾーン１６で冷
却される。冷却ゾーン１６の長さは、引取り速度や、コ
ア材、クラッド材の材質によるが、２σ〜１０ｃｍであ
っても、可能である。

冷却ゾーン１．６は、押出された材料を、ガラス温度以
下に冷却するものである。冷却の媒体は空気であっても
、液体であっても良い。

常温以下のガラ、ス温度を持つ材料を用いる事もあるが
、この場合は、冷却ゾーンによって強制的に、ガラス温
度以下に冷却することが不可欠である。

次にコア材の材質と、冷却条件について例を示す。

コア材　　　　冷却条件 ＰＭＭＡ　　　　　１００℃以下 ＰＥＭＡ　　　　　　６０°Ｃ以下 ＰｎＰＭＡ　　　　　３０℃以下 ＰｎＢＭＡ　　　　　１５℃以下 Ｐｉｃｏ　ＰＭＡ　　　　　７５℃、以下Ｐｉｓｏ　Ｂ
ＭＡ　　　　４５℃以下 略号で示したものは、上から順に、ポリメチルメタクリ
レート、ポリエチルメタクリレート、ポリノルマルペン
チルメタクリレート、ポリノルマルブチルメタクリレー
ト、ポリイソペンチルメタクリレート、ポリイソブチル
メタクリレートである。

冷却ゾーンの冷却媒体を、水などの液体を使うことにす
れば、２σ以下にすることもできる。冷却ゾーンは、作
業スペースをとらないように短い方が望ましいが、スペ
ースに制限のない場合は、１０ｃＩｎ以上であってよい
のはもちろんである。

細孔成形用棒材５は、冷却ゾーン１６の中にまで延びて
いるから、先端位置では、クラッド材Ｂが固化しており
、棒材５かも離れても、棒の分の大きさの穴が残る。残
留細孔１７は、このままの径で、連続してゆく。

離型性を良くするために、細孔成形用棒材５にはテフロ
ンをコーティングしておくとよい。

また、残留細孔１７は、たとえば、内径が０．５〜０．
９５朋φであるが、この中へ空気を導入する必要がある
ので、細孔成形用棒材５の中へ同芯状に細い空気流通穴
（図示せず）を設けてパイプ状とすればよい。

第３図に光学的センサの製造装置の全体図を示す。

共押出しダイ１の両側には、コア材Ａをダイ１に導入す
るコア材押出機３１と、クラッド材Ｂをダイ１に導入す
るクラッド材押出機３２が設けられる。

共押出しダイ１から押出された光学的センサＳは、冷却
ゾーン１６で強制冷却されて、引取シキャプスタン３３
によって、引取られる。引取速度は押出速度との相関に
よって適当に決定する。

引取りキャプスタン３３を通った光学的センサＳは巻取
機３４によって順次巻取られコイル状になる。

（１）効　果 （１）軟銅線を用いて通し穴を形成するものに比して、
ダイスの後方から、軟銅線を送給する軟銅線サプライ部
を必要としない。軟銅線も不要である。軟銅線を後で抜
きとる必要もない。

製造のための装置が簡単で、工程も簡略化され、製品コ
ストが低減する。

（２）空気を吹きつけて通し穴を導光路の中に設けるも
のに比して、空気送風装置が不要になる。

空気により、穴を設けるものは、空気圧と、引取り速度
の間に微妙な関係があり、通し穴が大きくなりすぎない
ように、又反対に穴が塞らないようにするのは難しい。

つまり、穴の内径をある予定された値にするのが難しい
のである。

本発明では、細孔成形用の棒材と、クラッド形成穴１３
の間にクラッド材を通しているから、穴の内径は厳密に
定まる。

（オ）用　途 ０ライトガイド ０イメージフアイバカテーテル ０細径イメ一ジフアイバカテーテル Ｏ照明用導光路付イメージフアイバ ０照明用導光路生理食塩水導入穴付イメージファイバ などの製造に本発明を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置に於て用いられる共押出しダイの
断面図。 第２図はこの発明によって作られるべき光学的センサの
断面図。 第３図は製造装置の全体構成図。 １・・・・・・・・・共押出しダイ ２・・・・・・・・内　型 ３・・・・・・・中　型 ４・・・・・・・・・・外　型 ５・・・・・・・・細孔成形用棒材 ６・・・−・・・・・・・共押出し空間７・・・・・・
・・・・・コア材導入口８・・・・・・・・・コア材流
路 ９　・・・・・・・・・コア材流路 １０・・・・・・・クラッド材導入口 １１・・・・・・・・・クラッド材流路１２・・・・・
・・・後クラッド材流路１３・・・・・・・・・・・ク
ラッド形成穴１４・・・・・・・・・・・・前クラッド
流路１５・・・・・・・・・・・・断熱材 １６・・・・・・・・・・・・冷却ゾーン１７・・・・
・・・・・・残留細孔 １８・・・・・・・・・・コア材流路 １９・・・・・・・・・・・・クラッド形成穴２０・・
・・・・・・・・・後　　内　　壁２１・・・・・・・
・・・・・前　内　壁２２・・・・・・・・・・・・表
　型 ２４・・・・・・・・・・・・クラッド空間２５・・・
・・・・・・・・通過穴 Ａ・・・・・・・・・・・・コア又はコア材Ｂ・・・・
・・・・・・・・クラッド又はクラッド材発明者　松宮
紀文

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コア材Ａを成形するための円筒状の共押出し空間
   ６を前面に有し、クラッド材Ｂを共押出し空間６の外周
   部に導く前クラッド材流路１４を側方に備え、共押出し
   空間６後方のクラッド空間２４へクラッド材Ｂを導きイ
   メージファイバ通し穴Ｅ、流体通し穴Ｆ、Ｆに対応すべ
   き位置に設けられ共押出し空間６の中へクラッド材Ｂを
   押出すためのクラッド形成穴１３を有し、クラッド形成
   穴１３を貫いて同心状に設けられ先端は冷却ゾーンに至
   る細孔成形用棒材５を備えた共押出しダイ１を用い、照
   明用導光路になるべき透明のコア材Ａと、コア材Ａより
   屈折率の低いクラッド材Ｂを共押出しダイ１の中へ同時
   に供給し、コア材、クラッド材よりなる光学的センサＳ
   を共押出しダイ１の前端より押出し、これを冷却ゾーン
   １６に於て冷却し、引取り装置によつて引取つて、これ
   を巻取ることとした光学的センサの製造方法。
2. （２）コア材Ａを成形するための円筒状の共押出し空間
   ６を前面に有し、共押出し空間６の中へコア材Ａを導入
   するためのコア材導入口７、コア材流路８、９、コア材
   流路１８を備え、クラッド材Ｂを共押出し空間６の外周
   部に導く前クラッド材流路１４と、これに続くクラッド
   材流路１１、クラッド材導入口１０を有し、かつ後方に
   はクラッド材導入口１０に続きクラッド材流路１１、ク
   ラッド空間２４と備え、クラッド空間２４と共押出し空
   間６とをイメージファイバ通し穴Ｅ、流体通し穴Ｆ、Ｆ
   にに対応する位置で連結するクラッド形成穴１３、・・
   ・を有し、クラッド形成穴１３、・・・を貫いて同心状
   に設けられ先端は冷却ゾーンに至る細孔成形用棒材５を
   備えた共押出しダイ１と、共押出しダイ１の前に置かれ
   ダイ１の熱を遮断するための断熱材１５と、断熱材１５
   のさらに前方に置かれ、光学的センサＳとなるべき押出
   されたコア材、クラッド材をガラス温度以下まで冷却す
   る冷却ゾーン１６と、光学的センサＳを引取る引取りキ
   ャプスタン３３と、光学的センサＳを巻取る巻取機３４
   と、共押出しダイ１の中へコア材Ａを供給するコア材押
   出機３１と、クラッド材Ｂを供給するクラッド材押出機
   ３２とを有する事を特徴とする光学的センサの製造装置
   。