JPS63143510A - 光学繊維束の製造法 - 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】 （産業上の利用分野ン 本発明は画像を直接伝送でさる光学繊維束の製造法に関
する。

（従来の技術） 医療用あるいは工業用内視鏡等に用いられるイメージガ
イドは、一般に狭い所あるいは曲ったところで使用され
るために、イメージガイドを形成する光学繊維束の外径
は細く、かつ可とう性に富むことが要求される。この馬
、一般的に外径１０μｍ〜１００μｍの非常に細い径の
光学繊維を束ねて作製ざ几ている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術によるライトガイドあるいはイメージガイド等
の光学繊維束の製造方法は、非常に紳い径の光学繊維を
束ねるために工程中での折損による黒点の発生があり、
またイメージガイド作製のための規則的な配列をするこ
と及び長尺のものを得ることが困難である。

プラスチック製オプティカルファイバー束とそれを内部
に含むプラスチック製鞘からなる集束体を一体に加熱し
伸張して光学繊維束を得る方法も提案されている（実開
昭！’１０−１０８４５２号）。しかるに該方法に従え
ば光学繊維間に気泡が発生するという欠点があった。ま
た得られる画像の鮮明さ及び明るさに欠けるという欠点
かあった。

光学繊維を規則的なピッチで配列する方法としてスペー
サープレートを使用して該プレート上に光学繊維を固定
した後に積層して光学繊維束を製造する方法も提案され
ている（例えば特開昭５８−１８１　Ｌ）　（３２号）
。該方法は鮮明な画像を与える点においては優れるもの
の依然として作業の煩雑さは避けられないという欠点が
あった。

一方ガラス繊維製のイメージガイドはコアとりくする必
要かめって画素数を多くできない。従って分解能が制限
される。等の問題点が指摘されている。

本発明の目的は製造工程において折損等による不良品が
少なく、且つ像のにじみが起こりにくく、鮮明な画像を
与える光学繊維束の工業的に有利な製造方法を提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記の目的に艦み種々検討を行ったとこ
ろ、特定の条件設定の下において光学繊維を太い状態で
収束配列し、該収束配列した繊維束をその繊維束の状態
で引き伸ばすことにより極めて均整度の昼い細径のコア
を有する光学繊維束が得られることを認め、本発明に至
った。

即ち本発明は、コア及びクラッドよりなるプラスチック
光学繊維の素線を複数本、プラスチックパイプ中に互い
に長軸方向を同じくして充填してロッドを形成し、次い
で該ロッドを各素材の熱友形湿度以上の加熱下に引き伸
し、冷却固化して複数の細いコア径を有する光学繊維束
を製造するに際し、 （ａｌ　コア及びクラッド材としζ引き伸（まし温度に
おいてコア材の粘度よりクラッド材の粘度が低いものを
選択し、 （ｂｌ　素線の外径ＤｏｔｍＡ、素線のＩア径ｄｏ−及
び引伸し後の素線のコア径ｄ諮ｒの関係が次式（Ｉ）を
満足する、 ことを条件とする光学繊維束の製造法である。

Ｏ Ｄｏ　−ｄｏ≧ｏ、ｏ　５π（ｄｍ＋０．０２１　）　
　［Ｉｌここで、上記式は引き伸ばしと同時にクラッド
の変形を生じ、光学繊維の素線間の空隙がクラッド材で
埋めらｔした場合に、最密充填された光学繊維の各素線
において、コアの間隙がｌｔ１ｍ以上を保つという条件
を満足するように設定ざ几ている。

上記条件ｆａｌを満足することにより、引き伸しと同時
にクラッドの変形を生じ、光学繊維素線間の空隙をクラ
ッド材料により埋めることができる。

特に、クラッド材の粘度とコア材の粘度との差が太さけ
れば大さい程得られた光学繊維束における比ｔｆ／−１
５の範囲である。コア材及びクラッド材における粘度の
絶対値Ｉは引き伸しができる範一 凹円の材料が用いられる。コア及びクラッド材ともに粘
度が高い材料を選択することは機械的強力を保持する上
に重要である。一方、粘度が高すぎると引き伸しが困難
となる。好ましいクラッド材−■■ボイズ以上、ｓ　ｏ
、ｏ　ｏ　ｏボイズ以下特には上記条件（ｂｌを満足す
ることによりにじみの少ない鮮明な画像を与える光学繊
維束が得られる。条件（ｂ）において左辺（Ｄｏ−ｄｏ
）は光学繊維の素線のクラッド材の厚さを表現している
。肢位は上記式を満足する限り小さい値であ几ばある程
得られた光学繊維束中に占めるクラッド材の体積か少く
なり、結果として画像伝達面積の大なる光学繊維束を与
える。従って、本発明において肢位に上限はないが、一
般には肢位は実用上、次式（ｎ）を濶たす範囲で設定ざ
几ている。

Ｄｏ　−ｄｏ　Ｓ　ｔ＋、ｏ　５−−（ｄｍ　＋　０．
１　）　　　　［ＩＩ）ｒｎ 式（Ｉ）ノ範囲外ではコアの間隙を形成するグラフドの
厚みが１μｍよりも小ざくなり、画像のにじみが生じ結
果として鮮明な画像か得られない。

本発明において、引き伸し後のコア間の間隔（クラッド
厚みに該当する）は上記条件を満足するものが用いられ
るが、イメージガイドとして最も好ましいものは、該ク
ラッド厚みがコアの直径の５〜５０Φ、特には１０〜３
０Φの範囲にあるものである。　　゛ 本発明に従えば、素線の配列を太い状態で行っているの
で、その配列を規則正しく正確に、且つ能率良く行なう
ことができる。そして、該規則正しい配列は、一本のプ
ラスチックパイプ内に充填された状態で均一に引き伸ば
ざ几、細繊維化ざ几るので、得られた繊維束もそのまま
の規則正しい配列を保っているという特長を有する。ま
た本発明に従えばプラスチック光学繊維を使用すること
により、コアとクラッドの屈折率差を大きくすることが
できる。そのために、入光量を大きくすることができる
し、烹た漏光もしにくくなる。従ってクラッド厚を薄く
することができるので同一素線径の場合コアの占有面積
を大さくすることかでざる。この結果導光量を増すこと
かでさて明るい光学繊維束が得られる。また本発明によ
ｔしば細繊維化でざるので画素数を増すことかでざる。

従って解像力も大ざくすることができる。また容易に長
尺のものをうろことができる。

本発明において使用されるプラスチック光学繊維の素線
にぼ、コア及びクラッドよりなる光学繊維又はその予備
成形体かそのまま使用でざる。

コア成分に使用される熱可塑性相ｌＩ＆としてぼポリス
チレン、ポリメタクリル酸メチルに代表ざｒしる、公知
の透明性樹脂を用いることかできる。またクラッド成分
については使用されるコア成分より屈折率が例えば０．
０１以上低い公知の透明性樹脂を用いることができる。

具体的にはポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリ
デン、ホリフソ化ビニリデンーテトラフルオロエチレン
共重合体、ポリ２．２．２　トリフルオロエチルメタク
リレート等が使用でさる。像のにじみを少なくするため
には、クラッド成分ぼコア成分より屈折率が０．０５以
上低い透明性樹脂を用いるのが良い。条件＜８）を満足
させるための最も簡便な方法はコア成分及びクラッド成
分に用いられる樹脂の種類の組み合せを選定する以外に
それらの樹脂の分子量の異ったものを選択するのが容易
である。

例えばポリスチレンをコアとし、ポリメタクリル酸メチ
ルをクラッドとする光学繊維を例にとり、以下に説明す
る。通常の光学繊維に用いられているポリスチレン及び
ポリメタクリル酸メチルの分子量はそ几ぞれ約１０万前
後であり、それらのゼロシアビスコシティ２２０℃にお
いてそれぞれポリスチレンか３　ｏ、ｏ　ｕ　ｏボイズ
、ポリメタクリル酸メチルが１５ｕ、ｏ　ｏ　ｏボイズ
である。従って、この＝；＃＃；光学繊維末しか得られ
ない。−万、分子量が約３０万のポリスチレン及び分子
量が約８万のポリメタクリル酸メチルは２６０℃におけ
る粘度はそｒしぞ几ポリスチレンか９０，００　（１ボ
イズ、更に本発明において使用される熱可塑性プラスチ
ックパイプには特に制限はなく、公知の熱可型樹脂、例
えばポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカ
ーボネート、ポリ塩化ビニル、等を用いることができる
。引き伸し温度において、粘ＩＶがクラッド成分より旨
く、コア成分より低い樹脂を選択すると引き伸し工程時
の光学繊維束全体の形態保持性が良く好ましい。

一万、クラッド成分と同質の材料を選択（７た場合には
、光学繊維束の最外層又はそ碑吻の付近の像の歪みが極
めて少なくなるという特長を有する。

本発明において複数本の素線をプラスチックパイプ中に
互に長軸方向を同じくして、充填してロッドをつくる方
法には ■　素線をそのまへ詰める方法 ■　素線を長軸方向を同じくして、各素線同志が重なら
ぬように平向上に配列した後に素線同志を、融着あるい
は接着させて、素線からなるシートを作製する。そして
該シートを積層して、例えば第１図〜第４図に示すよう
にパイプ形状にあった形をつくり、プラスチックパイプ
に詰める方法 等によって行、なうことができる。

接着剤として水溶性有機高分子を用いて仮接着したシー
トを用いてパイプ内に充填してロッドを形成後、水又は
水蒸気にて該仮接着した水溶性有機高分子を溶解除去し
た後にロッドを引き伸す方法は、光学繊維束内にコア成
分とクラッド成分以外の異物が混入しないので特に好ま
しい。該水溶性有機高分子としては、例えばポリビニル
アルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロ
ース、澱粉等が例示される。

光学繊維束を作製する方法は１０本以上の素線を互に長
軸方向を同じくして、プラスチックバイブに充填してつ
くったロッドを円筒状加熱炉により加熱して非接触的に
引き伸すことにより得られる。

具体的には、該ロッドの一端を熱的にだ封し、ロッドを
構成する各素材の熱変形温度以上に加熱した加熱炉に減
圧にしながら該ロッドを溶封した側より非接触的に一定
速度で挿入して、引き伸し後の線径が所定の線径になる
ように、引き取り速度を制御しながら引き伸す。冷却の
後捲き取ることにより光学繊維束を得ることができる。

該ロッドは引き伸しをする前にそ几ぞれの材料が水分率
０．１％以下好ましくは０．０１％以下になるまで乾燥
を行なうと良い。

また上述の引き伸し工程において、該ロッドを鉛直方向
に配置しても、また水平方向に配置してもよいが、好ま
しくは鉛直方向に配置する方が良い。

本発明により得られた光学繊維束は更にこれを複数本束
ねてプラスチックパイプ内に充填し前記と同様にして引
き伸ばすこともできる。該方法によればより充填本数の
多い光学繊維束の製造に有利である。

本発明の引き伸し工程においてロンド内を減圧にするこ
とがよい。該操作をすることにより空隙をクラッド材が
埋めることができることを容易にすると同時に、引き伸
し工程時の酸化を防止して損失の増大を防ぐことができ
る。

本発明の方法により得られた光学繊維束は、通常の光学
繊維束と全く同様に、所望の長さに切断して、両端面を
研磨して、対物レンズ、接眼レンズをとり付けることに
よりイメージガイドとして使用できる。

（実　施例］ 以下実施例により本発明をより詳細に説明する。

なお、ゼロシアービスコシティ−は直径１．ＵＯ＋＋＋
ｍ、長さ１０．ＵＯ＠ｌの千ヤビラリーを用い、東洋精
機製作所製キャビログラフにより測定した。

実施例１ ス 外径が４４ｍｍで長さが３００ｍｍであるボｖｌ／チレ
ン丸棒（分子量３０万）の外層に肉厚４瓢のポリメタク
リル酸メチル（分子量８万）を付けて、外径５２閣、長
ざ３　Ｌｌ　Ｏｍ１１１の予備成形体を作製した。該予
備成形体を６０℃で５日間減圧乾燥したでクラッドの厚
みか約３８μｍの光学繊維の素線を作製した。この光学
繊維の素線を外周１ｒｒＬの円筒状ドラムに整列状に一
層捲きつけた後、ポリビニルアルコール水溶液を塗布し
、乾燥のため加熱した窒素ガスを吹きつけてとなりあう
素線同志を接着させた。この後素線の繊維軸方向に直角
に切り裂いて、素線が整列しているシートを作製した。

−万クラッド材と同じ材料で外径５ｏｒｒ！！ｒＬ、内
径４８思、長さ３００ｍのパイプを作製した。該シート
を第４図に示すようにうづまき状にまいて、パイプ内に
充填してロッドを作製した。素線数は約８８００本とな
る。このロッドに温水を流してポリビニルアルコールを
溶かし出した後、風乾した。

そして、このロッドを更に７０℃で５日間減圧下に乾燥
し水分率を０．０１重量％以下にした後一端を熱的に溶
封した。第５図に示すように、ロッド内を真空に保つた
めにロッドの上端を真空系接続管を保持した密封系に融
着一体化し減圧としながら溶封した端から２６０℃に加
熱した円筒上加熱炉内に非接触的に挿入し、先端を溶融
させながらイψ 約５１／分の速度で引き伸して引ぎ〃シ後の線径をＩＷ
ｎとして捲き取った。この条件でコアの粘度は９　Ｕ、
ＯＬｌ　Ｏボイズ、クラッドの粘度は１（１，ｔＪＯＯ
ポイズであった。得られた光学繊維束をサンプリングし
て、端面を研磨して顕微鏡で観察したところ非円率の小
ざいコアが観察できた。またクラッドは融着一体化して
いた。

光学繊維束を１７７ｉに切断して両端以外を黒色のテー
プでまき両端を研磨して対物レンズ及び接眼レンズを装
備して対象物を見たところ、鮮明な像を見ることかでさ
た。

比較例 分子ｆｆ１ｌＬ１刀のポリスチレン及び分子［１０万の
ポリメタクリル酸メチルを用い引き伸しｉＭ度を２００
℃とする以外は実施例と全く同様にして光学繊維の素線
を作製した。次いでパイプとして分子量１０万のポリメ
タクリル酸メチルを用い、引き伸しｆｌＭｊＫを２２０
℃とする以外は実施例と全く同様にして光学繊維束を得
た。

該光学ね維束は実施例と同様にイメージガイドとして対
象物を見たところ、実施例のイメージガイドと比較して
、鮮明さ及び像の明るざに欠けていた。光学顕微鏡によ
り鑑察によればポリスチレンコアの真円性に欠けており
、こ几がイメージガイドとしての性能に影響したものと
思われる。

（発明の効果］ 本発明の方法により、■明るく、■にじみの少ない、■
解像力の４瞬い、■像の歪みのない、■黒点の少ない、
任意の長さのイメージガイドをつ＜１シる光学繊維束を
容易に大量に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、シート化された光学繊維束よりパイ
プ形状にあった形をつくるための説明図であり、第５図
は本発明において光学繊維束を引き伸すための方法を示
す図である。 図中１６１光学繊維の素線、２はパイプ、３はロッド、
６は加熱炉、７は引き取りロールを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コア及びクラッドよりなるプラスチック光学繊維の
   素線を複数本、プラスチックパイプ中に互いに長軸方向
   を同じくして充填してロッドを形成し、次いで該ロッド
   を各素材の熱変形温度以上の加熱下に引き伸し、冷却固
   化して複数の細いコア径を有する光学繊維束を製造する
   に際し、 （ａ）コア及びクラッド材として、引き伸ばし温度にお
   いてコア材の粘度よりクラッド材の粘度が低いものを選
   択し、 （ｂ）素線の外径Ｄｏ（ｍｍ）、素線のコア径ｄｏ（ｍ
   ｍ）及び引伸し後の素線のコア径ｄｍ（ｍｍ）との関係
   が次式を満足する、 ことを特徴とする光学繊維束の製造法。 Ｄｏ−ｄ０≧０．０５（ｄｏ／ｄｍ）（ｄｍ＋０．０２
   １）