JPH0830771B2

JPH0830771B2 - ファイバ光導杆の製造方法

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Publication number: JPH0830771B2
Application number: JP1284429A
Authority: JP
Inventors: 隆治森岡
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH03144601A

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
ァイバセンサ，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、光ファイバセンサ、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。光導杆が炉内、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、熱硬化型エポキシ樹脂等の有機系接着剤を光ファイ
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32
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33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SiO₂−PbO−Na₂
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℃、ス
テンレス管が900℃、エポキシ系接着剤が200℃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で、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
ファ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
ファ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。

すなわち、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
製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、光ファイバ以外の固定材を用いず、
光ファイバ自信の融着によって光ファイバ素線同士、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、光ファ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環境に耐え得
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
耐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のファイバ素線10の融着温度に加
熱する加熱室、16は加熱室15を隣接して設けられ、加熱
室15の余熱を利用してファイバ光導杆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（粘度：約10¹¹ポアズ）から約10^5.8ポアズの温
度範囲内で任意に選定する。粘度が10¹¹ポアズ未満では
融着されにくく、10^5.8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12の内壁面に隙間なく融着する。ま
た、ファイバ素線10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100mm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，円形，半円形，複波形，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11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11の占
有率である。ここで占有率（％）は（光ファイバ束断面
積）×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同志は充分に隙間なく融着され、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
磨剤が光ファイバ束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10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
磨剤が光ファ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10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70〜100％の
光ファ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、光ファ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
実施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1.30mm、内径1.16mmのステン
レス管に、直径が0.05mmのフリント系ガラス（ガラウ転
移点430℃、屈伏点480℃）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1.0568mm²,ファイバ素線断面積が0.61
26mm²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光導杆を、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℃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１図、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1.16mm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、21は不活性ガス排出孔であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。