JP5320085B2 - イメージファイバケーブルとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、イメージファイバケーブルとその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、ファイバスコープやイメージスコープと称される画像伝送体で使用されるライトガイド付きイメージファイバケーブルの改良に関するものである。

画像を多数の画素に分割した光信号として伝送するにあたっては、各画素に対応した多数本の単芯光ファイバを両端で収束したバンドルファイバからなるイメージファイバ、または各画素に対応した多数の芯を有し該芯の周囲を共通の鞘材で囲んだマルチコアファイバからなるイメージファイバが使用されている。

石英ガラス製のファイバの場合には、必要な画素数、例えば５０〜２００，０００個に対応した複数本の単芯ファイバをひとまとめに配列させて両端で固定したバンドルファイバ、または複数本の単芯ファイバを束ねて鞘材を溶融させファイバとして一体化させて製造したマルチコアファイバがイメージファイバとして使用される。また、透明樹脂製のファイバの場合には、必要な画素数、例えば５０〜３０，０００個に対応した芯、例えば５０〜３０，０００本と該芯を囲む鞘に対応した配置を有する複合紡糸金型を用いて成形されたマルチコアファイバ（多芯プラスチック光ファイバ）がイメージファイバとして使用される。

ファイバスコープは、上述したイメージファイバに、必要に応じて接眼部及び対物部のレンズ、並びに光源及びライトガイドファイバを組み合わせて、人間が直接近くによらずともイメージファイバを通して対象物の観察を可能としたものである。ここで、観察対象物付近が暗い場合には、ライトガイドを該イメージファイバの外側に配置して、別途設けた光源から照明光を該ライトガイドファイバを通して観察対象物を照らすということが行われている。このライトガイド付きのファイバスコープにおいては、観察対象物側の端部（以下「対物側端部」ともいう。）においてはライトガイドファイバとイメージファイバとが一体に設けられている必要があるが、目視側の端部（以下「接眼側端部」ともいう。）においては、光源と干渉しないように、ライトガイドファイバとイメージファイバとが分離されている必要がある。

ここで、イメージファイバの外側にライトガイドファイバを配置するには、多数の細いライトガイドファイバとイメージファイバをそれぞれ別に所望の長さにしたものを用意し、ライトガイドファイバをイメージファイバの外側に沿わせ揃えて固定しなければならない（例えば、特許文献１参照）。そのための方法としては、細径のチューブを用意しその中にさらに細いライトガイドファイバを多数挿入してバンドルファイバとする方法が提案されている。

また、多芯プラスチック光ファイバの複合紡糸金型による成形技術を用いてイメージファイバとライトガイドファイバとを一体に成形することも考えられる。

一方、スペーサや電力ケーブルコア等の中芯体外周に光ファイバを螺旋状に撚り合わせて構成された光ファイバケーブルの製造方法として、供給装置から巻取装置に向かって走行する中芯体に対して回転ケージのリールにより光ファイバを供給し、その供給ファイバをケージの前方に配した集合ダイスで中芯体の外周に集合させる方法が知られている（特許文献２参照）。

特開平２−８８０５号公報 特公平６−１００７０２号公報

しかしながら、細径のチューブの中にさらに細いライトガイドファイバを多数挿入してバンドルファイバとする方法は、煩雑な加工作業が必要となる。

また、複合紡糸金型による成形技術を用いてイメージファイバとライトガイドファイバとを一体に成形する場合、上述したように、接眼側端部においてはイメージファイバとライトガイドファイバとを分離する必要があることから、やはり煩雑な作業が必要となる場合がある。

そこで、本発明は、ファイバスコープ等の画像伝送体を作製する際の作業を簡便にし、加工性を向上させたイメージファイバケーブルとその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づくものであり、対象物の画像を多数の画素に分割された光信号として伝送するイメージファイバ、対象物を照らすための照明光を透過させるライトガイドファイバ、及びこれらイメージファイバとライトガイドファイバが含まれるケーブルの外装体からなるイメージファイバケーブルであって、イメージファイバが透明な芯樹脂からなる５０〜３０，０００本の芯と該芯の周囲を囲み芯樹脂より屈折率の低い鞘樹脂からなる鞘とを含む多芯プラスチック光ファイバであり、ライトガイドファイバがイメージファイバの外側に配置された単数または複数の単芯光ファイバであり、外装体がイメージファイバとライトガイドファイバの外側に螺旋状に巻かれたテープであることを特徴とするものである。

また、本発明は、対象物の画像を多数の画素に分割された光信号として伝送するイメージファイバ、対象物を照らすための照明光を透過させるライトガイドファイバ、及びこれらイメージファイバとライトガイドファイバが含まれるケーブルの外装体からなるイメージファイバケーブルであって、イメージファイバが石英ガラスからなる芯と該芯の周囲を囲み石英ガラスより屈折率の低い鞘材からなる鞘を含む単芯石英ガラス光ファイバを５０〜２００，０００本一体化させてなるマルチコアファイバであり、ライトガイドファイバがイメージファイバの外側に配置された単数または複数の単芯光ファイバであり、外装体がイメージファイバとライトガイドファイバの外側に螺旋状に巻かれたテープであることを特徴とするものである。

このように、本発明にかかるイメージファイバケーブルは、多芯プラスチック光ファイバ、または複数の石英ガラス光ファイバが一体化したマルチコアファイバの周囲にライトガイドファイバを配置した状態で、当該イメージファイバとライトガイドファイバの外側に外装体としてのテープを螺旋状に巻くことによって形成される。このため、細径のチューブの中にさらに細いライトガイドファイバを多数挿入するような煩雑な加工は不要であるし、金型による成形技術を用いた場合のように接眼側端部においてイメージファイバとライトガイドファイバとを分離するような煩雑な加工も不要である。したがって、当該イメージファイバケーブルを製造する際の作業をより簡便なものとし、加工性を向上させることが可能となる。また、このイメージファイバケーブルは、任意の長さにカットして画像伝送体において利用することができる。この場合、従来のように多数の細いライトガイドファイバとイメージファイバをそれぞれ別に所望の長さにするといった手間は不要である。

かかるイメージファイバケーブルにおいては、テープが非粘着性の紙からなるテープであることが好ましい。

また、ライトガイドファイバが複数の単芯プラスチック光ファイバであることも好ましい。また、ライトガイドファイバの巻きつけ方向とテープの巻きつけ方向が異なることも好ましい。

また、本発明にかかる製造方法は、対象物の画像を多数の画素に分割された光信号として伝送するイメージファイバ、対象物を照らすための照明光を透過させるライトガイドファイバ、及びこれらイメージファイバとライトガイドファイバが含まれるケーブルの外装体からなるイメージファイバケーブルの製造方法であって、ファイバ繰り出し手段によってイメージファイバと該イメージファイバの外側に配置されたライトガイドファイバとを一体に保持しながらファイバ繰り出し手段の保持部より当該一体化物を繰り出しつつ、テープ巻きつけ手段によって保持部より繰り出された該一体化物の外側にテープを螺旋状に順次巻きつける工程を含む、というものである。

この製造方法によれば、イメージファイバとライトガイドファイバとを一体化した状態を保ちながら、その周囲にテープを螺旋状に巻きつけることによってイメージファイバケーブルを形成することができる。この場合、細径のチューブの中にさらに細いライトガイドファイバを多数挿入するような煩雑な加工は不要であるし、金型による成形技術を用いた場合のように接眼側端部においてイメージファイバとライトガイドファイバとを分離するような煩雑な加工も不要である。

本発明によれば、ファイバスコープ等の画像伝送体を作製する際の作業を簡便にし、加工性を向上させることができる。

本発明の一実施形態におけるイメージファイバケーブルの断面図である。 本発明の一実施形態におけるイメージファイバケーブルの側面図である。 テープ巻きつけ装置の一例を示す要部正面図である。 イメージファイバ繰り出し装置、ライトガイドファイバ繰り出し装置およびテープ巻きつけ装置の一例を示す側面図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明に係るイメージファイバケーブルの実施の一形態を示したものである。当該イメージファイバケーブル１０においては、イメージファイバ３の周囲に単数または複数本のライトガイドファイバ４が配置され、その周囲にテープ５が螺旋状に巻かれている。ライトガイドファイバ４はテープ５で固定されており、ばらけることはなく一定の断面形状および配置となるように保持されている。イメージファイバケーブルは数十ｃｍから数ｍのファイバスコープ用として大量に加工することが可能なように、長さは５０ｍ以上の連続体が例えばリール等に巻かれた形態であることが好ましい。

イメージファイバケーブル１０を構成するイメージファイバ素線１はプラスチック製でもガラス製でもよい。イメージファイバ３がイメージファイバ素線１そのものでもよいが、ライトガイドファイバ４からの漏光や外部からの光がイメージファイバ素線１に外乱となることを防ぐため、イメージファイバ素線１の外側に光遮蔽層２を設けたイメージファイバ３とすることが好ましい。被覆層によって光遮蔽層２を構成してもよく、外周に光遮蔽性保護層が設けられた一体型イメージファイバを使用してもよい。

イメージファイバ３を多芯プラスチック光ファイバで構成する場合、芯材としては、ポリメチルメタクリレート系樹脂やポリカーボネート樹脂のような透明性の高い樹脂が好ましい。鞘材としては、芯材より屈折率が低い樹脂であれば良く、芯材との屈折率の差が０．０５〜０．３０である樹脂が好ましい。芯材がポリメチルメタクリレート系樹脂の場合、鞘材は透明なフッ素樹脂であるかまたは透明なフッ素樹脂を含有する混合樹脂であることが好ましい。フッ素樹脂としては、フッ化メタクリレート系樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂が例示される。

多芯プラスチック光ファイバを用いたイメージファイバの芯数は、５０〜３０，０００本のものが良好な解像度を得られるため好ましい。イメージファイバの外径は、０．１ｍｍ未満のものは芯の直径も小さくなり伝送画像が暗くなってしまうことがあり、外径が５ｍｍより大きいものはイメージファイバ自体の柔軟性が低下することがあるため、０．１〜５ｍｍのものが好ましい。

イメージファイバ３を石英ガラス光ファイバで構成する場合は、芯材は石英ガラスであり、ゲルマニウム添加石英ガラスであることが好ましい。鞘材としては、芯材より屈折率が低い石英ガラスまたは樹脂であれば良く、石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラスが好ましい。石英ガラス製のマルチコアファイバを用いたイメージファイバの芯数は、５０〜２００，０００本のものが良好な解像度を得られるため好ましい。イメージファイバの外径は、外径が０．１ｍｍ未満のものは芯の直径も小さくなり伝送画像が暗くなってしまうことがあり、外径が５ｍｍより大きいものはイメージファイバ自体の柔軟性が低下することがあるため、０．１〜５ｍｍのものが好ましい。

光遮蔽層２としては、ポリエチレン樹脂、ポロプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂、ナイロン樹脂等の不透明な樹脂、または透明な樹脂に顔料を添加した樹脂が使用できる。好ましい顔料としては、カーボンブラックが例示される。光遮蔽層の厚さは３〜３００μｍが好ましい。

ライトガイドファイバ４としては、プラスチック光ファイバまたは石英ガラス光ファイバもしくは多成分ガラス光ファイバが利用できる。光量を大きくするために直径を０．０５ｍｍ以上に太くすることが好ましく、太くしても柔軟性を失わず作業性のよいプラスチック製の光ファイバが好適に利用できる。また、本発明に係るイメージファイバケーブル１０をカット加工する際に直線状に復元しようとする反発力が少ない柔軟な光ファイバが望ましいため、直径１ｍｍ以下のものが好ましく、直径０．５ｍｍ以下のものがより好ましい。

ライトガイドファイバ４としてプラスチック光ファイバを使用する場合には、その芯材及び鞘材は、上述したイメージファイバ３として使用する多芯プラスチック光ファイバの芯材及び鞘材と同様の材料を使用することができる。

ライトガイドファイバ４はイメージファイバ３の周囲に同心円状に均等に配置されることが好ましいが、数やその配置等については任意に変更可能である。イメージファイバケーブル１０の全体に可撓性を持たせるため、ライトガイドファイバ４は螺旋状に一定の大きなピッチでイメージファイバ３の外周に取り巻かれていることが好ましい（図２参照）。好ましいピッチはイメージファイバ３の外径の５〜１００倍である。

外装体としては、厚み１０〜１００μｍ、幅５〜３０ｍｍのテープ５が好ましい。該テープ５の材料としては、紙やフィルム状のプラスチック、織物、不織布などが挙げられる。これらの中でも、安価でかつ巻きやすく剥がしやすい非粘着性の紙テープが好ましい。巻きつけを強化するためにテープ５の片面に粘着性のあるものを使用すると、材料によっては粘着材中の成分がファイバの光学特性や機械特性に悪影響を与えるおそれがあり、また剥がしにくくなるため好ましくない。テープ５の幅は、ライトガイドファイバ４とイメージファイバを束ねたファイバ全体の外径の２〜１０倍が作業性の観点から好ましい。全体のサイズが小さくできるようにテープ５の厚さは薄いほうがよいが、巻きつける際に切れてしまわないよう、長手方向の引っ張り強度が５Ｎ以上あることが好ましい。

上記のイメージファイバケーブル１０は、イメージファイバ繰り出し装置（図４中において符号１３で示す）によって繰り出された中芯体としてのイメージファイバ３と、ライトガイドファイバ繰り出し装置１１によって該中芯体としてのイメージファイバ３の外側に螺旋状に撚り合わされるように繰り出されたライトガイドファイバ４とを一体に保持しながら保持部８より一体化物を繰り出しつつ、テープ巻きつけ装置１２によって該保持部８より繰り出された該一体化物の外側にテープを螺旋状に順次巻きつける工程によって製造することができる（図３、図４参照）。図３は上記テープ５をイメージファイバ３とライトガイドファイバ４を束ねたものに巻きつける工程の好ましい一態様を示している。本実施形態では、テープ巻きつけ装置１２の一例として、繰り出された上記一体化物を中心に旋回可能なアーム７を有する装置を例示している（図３、図４参照）。このテープ巻きつけ装置１２は、アーム７の先端においてリール９を回転可能に保持した状態で当該アーム７を旋回させ、イメージファイバ３およびライトガイドファイバ４の周囲にテープ５を巻きつける（図２〜図４参照）。

ここで、上述したイメージファイバケーブル１０の製造過程の一例を簡単に説明しておく。本実施形態では、イメージファイバ繰り出し装置１３、この装置と同期回転するイメージファイバケーブル１０の巻取装置１４、ライトガイドファイバ４の供給リールを備える回転ケージ１５及び保持部１６を基本的構成要素とする製造装置を使用し、回転ケージ１５をイメージファイバ３を中心軸として一定方向に回転させることにより、走行中のイメージファイバ３の外周にライトガイドファイバ４を螺旋巻きすることを可能にしている。また、回転ケージ１５を回転させるのにかえて、イメージファイバ繰り出し装置１３と巻取装置１４とをイメージファイバ３を中心軸として同期回転させてもよい。また、同期回転を停止したり逆回転させることにより螺旋巻きの一部を蛇行させてもよい。

また、回転ケージ１５を複数並べればライトガイドファイバ４の複層巻きも可能になる。例えば、イメージファイバ３の進行方向に並べた複数の回転ケージ１５を同一方向に回転させると各層のライトガイドファイバ４は同期した向きに撚られ、一方、巻付け順位で見た奇数番の回転ケージ１５と偶数番の回転ケージ１５とが逆向き回転ならば各層のライトガイドファイバ４の巻付け方向は交互に逆向きになる。

また、このようにしてイメージファイバ３およびライトガイドファイバ４の周囲にテープ５を巻きつける際は、ライトガイドファイバ４の巻きつけ方向（複層巻きの場合は最外層のライトガイドファイバの巻きつけ方向を意味する。）とテープ５の巻きつけ方向とを異ならせることが好ましい。ライトガイドファイバ４とテープ５は、互いに平行となるように巻きつけられているよりも、互いに方向が異なるように巻きつけられている方が巻き状態がゆるみにくく安定しやすい。例えば本実施形態では、ライトガイドファイバ４とテープ５とが互いにほぼ直角となるようにこれらを巻きつけるようにしている（図２参照）。

スタンド６の上端側の保持部８の部分でイメージファイバ３とライトガイドファイバ４を束ねて保持するようにしており、ファイバが繰り出され、この状態でアーム７が回転しながらアーム７の先端部に取り付けられているテープ５をライトガイドファイバ４の外周部に順次巻きつけるようにすることでテープ５が螺旋状に巻かれていく。

また、上述したイメージファイバケーブル１０を使用してファイバスコープを作製する際、当該イメージファイバケーブル１０の対物側端部は、テープ５によってイメージファイバ３とライトガイドファイバ４とが固定されたままの状態で利用することができる。一方、イメージファイバケーブル１０の接眼側端部は、巻かれているテープ５を所望の長さだけ剥がしてライトガイドファイバ４を露出させ、当該ライトガイドファイバ４のみをイメージファイバ３から剥がして分岐させて集めて束ね、光源部に組み込むことができる。ライトガイドファイバ４を固定するだけであれば、周囲をテープ５で巻かなくとも外側に被覆を施すことでも可能だが、所望の長さに被覆を剥がすという加工は困難である。すなわち、イメージファイバ３の周囲に撚りあわせたライトガイドファイバ４を固定するに当たって、テープ５を螺旋状に巻くことで被覆した場合は、テープ５をほどくだけで所望の長さの被覆をはがすことが可能であるという点で好ましい。一方、例えば溶融させたビニル等を塗布して固化させて被覆した場合はカッター等で被覆を切断してはがす必要があり、その時に内部のライトガイドファイバ４等を傷つけないように行う必要があるため加工がより注意を要するものとなる場合がある。また、本発明のイメージファイバケーブル１０はどの部分も断面は同じ配置構造となっており、どの断面でも対物側として利用できるため、任意の長さにカットしてファイバスコープとして加工することができる。このように、本実施形態のイメージファイバケーブル１０によれば、ファイバスコープ等の画像伝送体を作製する際の加工性が向上し、作業が簡便になる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

次に、本発明の実施例を説明する。

本発明者は、直径１．５ｍｍの多芯プラスチック光ファイバからなるイメージファイバ素線（芯材ポリメチルメタクリレート・鞘材ビニリデンフロライドとテトラフルオロエチレンの共重合体、芯の本数７３７５本）１に、光遮蔽層２としてポリエチレン被覆を施し外径１．７５ｍｍのイメージファイバ３を製造した。

また、本発明者は、ライトガイドファイバ４として、直径０．５ｍｍの１３本の単芯プラスチック光ファイバ（芯材ポリメチルメタクリレート・鞘材ビニリデンフロライドとテトラフルオロエチレンの共重合体、芯径４８５μｍ、外径５００μｍ）を用いた。ここで、イメージファイバ繰り出し装置１３によってイメージファイバ３を繰り出し、同時にライトガイドファイバ繰り出し装置１１によってライトガイドファイバ４を２４ｍｍピッチで撚りながら繰り出し、図３のテープ巻きつけ装置１２を用いて幅１２ｍｍ、厚さ４０μｍ、引っ張り強度１０Ｎのテープ（紙テープ）５を１２ｍｍピッチで螺旋状に巻きつけてイメージファイバケーブル１０の連続体を５００ｍ製造した。

その後、本発明者は、上記イメージファイバケーブル１０を１ｍずつにカットしたが、ライトガイドファイバ４がばらけることはなかった。さらに一方端から紙テープを容易に巻き剥がしていくことができ、紙テープを剥がした部分のライトガイドファイバ４を分岐させて集めることが可能であった。

本発明のイメージファイバケーブルは、ファイバスコープ用途として好適である。

１…イメージファイバ素線（画像伝送部）、２…光遮蔽層、３…イメージファイバ、４…ライトガイドファイバ、５…テープ（外装体）、６…スタンド、７…アーム、８…（ファイバ繰り出し装置の）保持部、９…リール、１０…イメージファイバケーブル、１１…ライトガイドファイバ繰り出し装置（ファイバ繰り出し手段）、１２…テープ巻きつけ装置（テープ巻きつけ手段）、１３…イメージファイバ繰り出し装置（ファイバ繰り出し手段）、１４…巻取装置、１５…回転ケージ、１６…集合ダイス

Claims (4)

1. 対象物の画像を多数の画素に分割された光信号として伝送するイメージファイバ、前記対象物を照らすための照明光を透過させるライトガイドファイバ、及びこれらイメージファイバとライトガイドファイバが含まれるケーブルの外装体からなるイメージファイバケーブルの製造方法であって、
   前記イメージファイバが透明な芯樹脂からなる５０〜３０，０００本の芯と該芯の周囲を囲み前記芯樹脂より屈折率の低い鞘樹脂からなる鞘とを含み、
   ファイバ繰り出し手段によって前記イメージファイバと該イメージファイバの外側に配置された前記ライトガイドファイバとを一体に保持しながら前記ファイバ繰り出し手段の保持部より当該一体化物を繰り出しつつ、テープ巻きつけ手段によって前記保持部より繰り出された該一体化物の外側に非粘着性の紙テープを外装体として螺旋状に順次巻きつける工程、その後、任意の長さにカットし、前記紙テープをほどく工程を含む、イメージファイバケーブルの製造方法。
2. 対象物の画像を多数の画素に分割された光信号として伝送するイメージファイバ、前記対象物を照らすための照明光を透過させるライトガイドファイバ、及びこれらイメージファイバとライトガイドファイバが含まれるケーブルの外装体からなるイメージファイバケーブルの製造方法であって、
   前記イメージファイバが石英ガラスからなる５０〜２００，０００本の芯と該芯の周囲を囲み前記石英ガラスより屈折率の低い鞘材からなる鞘とを含み、
   ファイバ繰り出し手段によって前記イメージファイバと該イメージファイバの外側に配置された前記ライトガイドファイバとを一体に保持しながら前記ファイバ繰り出し手段の保持部より当該一体化物を繰り出しつつ、テープ巻きつけ手段によって前記保持部より繰り出された該一体化物の外側に非粘着性の紙テープを外装体として螺旋状に順次巻きつける工程、その後、任意の長さにカットし、前記紙テープをほどく工程を含む、イメージファイバケーブルの製造方法。
3. 前記ライトガイドファイバが複数の単芯プラスチック光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージファイバケーブルの製造方法。
4. 前記ライトガイドファイバの巻きつけ方向と前記テープの巻きつけ方向とが異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイメージファイバケーブルの製造方法。

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