(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学繊維の多数本を平行に揃えた状態でガラス管中に最密充填する工程と、
前記ガラス管内を真空にした後、ガラス管開口部を封じ切って光学繊維束内蔵真空管を製作する工程と、
前記真空管を、高圧容器内に設けられ容器外から回転駆動される回転容器内に設置する工程と、
前記高圧容器を加熱するとともに、前記回転容器を回転させつつ高圧容器中に加圧気体を送り込むことにより、前記真空管及び内部の光学繊維束を融着一体化する工程、
とを備えた光学繊維束の製造方法において、
前記高圧容器中の回転容器の内径Ｄ1を、内部に収容する光学繊維束内蔵真空管の外形Ｄ2に対し、
１．０２≦Ｄ1／Ｄ2≦１．７０
の範囲内とすることを特徴とする光学繊維束の製造方法。
【請求項２】
前記光学繊維は、屈折率の高い芯ガラスと、この芯ガラスの外周に設けた芯ガラスよりも低屈折率の被覆ガラス層と、さらに被覆ガラス層の外周に形成した酸に容易に溶け得る溶出ガラス層との三重構造となっている請求項１記載の光学繊維束の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス管の外径は、２０ｍｍないし８０ｍｍの範囲内である請求項１記載の光学繊維束の製造方法。
【請求項４】
前記回転容器は、カーボンのパイプで形成されている請求項１記載の光学繊維束の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学繊維束の製造に関し、特にガラス管中に光学繊維束を真空封入した後、高圧容器内で加熱加圧融着処理する際に、融着繊維束に曲り等の異常変形が発生するのを防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、溶出法によって可撓性光学繊維束を製造する方法を例にとり説明する。
【０００３】
光像伝達用の可撓性を有するガラス光学繊維束を製造する方法の一つとして、酸溶出法が知られている。この方法は、比較的高い屈折率の芯ガラスとこの芯ガラスを囲むように被覆された被覆ガラスと更にその外側を囲むように被覆された酸に可溶な酸溶出ガラスとからなる３種の光学繊維を多数本束ねて、加熱融着、延伸などを行うことによって所定の硬い像伝達用ガラス光学繊維束、即ちコンジットを製作し、このコンジットをその両端を熱収縮樹脂チューブ等の酸に不溶なシール剤でシールして酸液中への浸漬等により全長にわたり酸と接触させ、上記酸溶出ガラスを溶かし出すことによってシール材でシールした部分だけが硬性部として残った可撓性を有するガラス光学繊維束を製造する方法である。
【０００４】
上記工程の中で、繊維束を融着する方法としては、一端を封止したガラス管中に光学繊維を細密充填し、ガラス管内を真空にした状態でガラス管開口部を封じ切ることにより、繊維束を内蔵した真空パック体を製作し、これを高圧容器中に入れ、高温に加熱してガラスを軟化させた状態で、容器内に高圧気体を送り込み、ガラス管内外の圧力差で圧縮融着する方法が行われている。
【０００５】
上記の加圧加熱融着処理の際、真空パック体を静置したままで処理を行った場合、ガラスの軟化に伴なって真空パック体が自重変形し、処理後に得られる光学繊維束の断面は真円とならずに偏平楕円になるという問題を生じる。
【０００６】
この問題を回避するには、高圧容器内にこの容器とは別個の内筒を設け、この内筒中に上記真空パック体を収容し、内筒を高圧容器外から適宜駆動手段で回転させ、少なくともガラスが軟化している温度条件の間、上記真空パック体を内筒と共に回転させておく方法が有効である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した繊維束の融着処理時における回転操作は、異常変形防止に極めて有効であるが、実験あるいは実生産を通じて次のような問題を生じることがわかった。すなわち、実生産では画像伝送スコープの用途に応じて、最終的な繊維束の外径あるいは繊維の充填本数の異なる品種が多々あり、これに伴なって、高圧処理に付する真空パック体も種々の外径のものが存在する。
【０００８】
そして、同一内径の回転内筒で上記種々の外径の真空パック体を処理した場合、特に細径のものに曲りを生じるという問題がある。
このように融着繊維束に曲りがあると、外周のガラス管部分を研磨除去した場合に、繊維束の断面内外周に沿ってガラス管が部分的に残ったり、あるいは繊維部分が余分に削られたりする偏肉を生じる。
【０００９】
このような偏肉があると、規定寸法の金属保護管中に挿入できなくなったり、あるいは挿入できたとしても所定の有効画像面積が得られないといった不具合を生じる。
また、偏肉不良とならない程度の曲りであっても、加熱延伸後の繊維束に曲りを生じ、後の端面研磨工程での縁欠け、あるいは溶出工程での繊維のほつれ、切れといった不良発生の原因ともなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような繊維束の曲りの問題を解決するため、本発明では、ガラス繊維束をガラス管中に真空封入した真空パック体を高圧容器中で回転内筒とともに回転させつつ加圧加熱融着を行なうに当り、上記内筒の径を、被処理パック体の外径の１．０２倍ないし１．７０倍の範囲内に選ぶ。このように上記内筒の径を真空パック体の外径に対して制限することにより、つぎのような作用により課題が解決できる。
【００１１】
（作用）
細径の真空パック体に曲りを生じる原因として、内筒が回転した場合に、摩擦力によって真空パック体の前後端部が筒の回転方向にある程度持ち上げられ、その後ずり落ちあるいはころがりで筒下底に戻るといった動作をし、この際に真空パック体の外径に比して回転筒の内筒があまり大きいと、前端と後端とで大きな上下方向の位置ずれを生じ、ガラスが軟化状態にあるため、長手方向に自重で曲ることになるものと推測される。
【００１２】
これに対し、前述した範囲内に回転内筒の径を選ぶと、真空パック体の前端と後端の動きに大きな差を生じることなく、長手方向に沿って均一な動きとなる。このため融着繊維束は、断面がほぼ真円で、しかも長手方向に曲りのない直線性に優れたものを得ることができる。
一方、あまり回転内筒の径を小さくすると、この筒体からの真空パックの取り出しが不便になるので、多少の空隙が必要である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の図面に示した実施例に基づき、工程順に詳細を説明する。
【００１４】
Ａ．パック工程
この工程では図１に示すように紡糸された素線１２をガラス外套管６内に、この外套管の内径に応じた本数（一般に数千本ないし数万本）束ねて六方最密状態に充填（パック）する。
このパックに先立ちあるいはパック終了後、上記ガラス外套管６の一方の開口端は加熱融着して気密の封止端６Ａとする。
上記のガラス繊維束を充填内蔵されたガラス外套管６は、このあとヒートパック工程に移される。
【００１５】
Ｂ．ヒートパック工程
このヒートパック工程は、前記パック工程で３重素線１２のガラス繊維束をパックしたガラス外套管６内に、酸素を入れて加熱して不純物を燃焼させたあと、同外套管６内を高真空にする工程である。
【００１６】
この工程では図２に示すように、図１のガラス繊維束を内蔵するガラス外套管６の開口端６Ｂを、真空排気装置７に接続されている接続部８につなぎ、外套管６内を真空に排気した後、排気経路９を通じて酸素ボンベ１０から酸素を導入するとともに、外套管６全体をヒーター１３で高温に加熱して管内に残留している有機物質を完全燃焼させてガス化する。上記の酸素導入によるバーンアウトが終了したら、排気に切り換えて外套管６内を高真空に排気する。
【００１７】
次いで、ガラス外套管６の排気接続側における素線１２が充填されていない空管部分を加熱軟化させて気密状態に融着させるとともにこの部分で切断して、ガラス繊維充填部分を排気系接続部分から分離する。このようにして製作された図３に示すような両端が封止された高真空のガラス管内に３重素線１２が最密充填されている真空パック体２３は次の高温高圧工程へ送られる。
【００１８】
Ｃ．高温高圧工程
高温高圧工程は、前記ヒートパック工程によって得た真空パック体２３を高熱と高圧で押しつぶして真空パック体内のガラス繊維間の空隙をなくして１つの親コンジットを製造する工程である。
【００１９】
まず、この高温高圧工程の準備作業として高圧炉１００の点検を行なう。高圧炉は真空パック体２３に高熱と高圧とをかけて１つの親コンジットを作るために温度を一定に保つ炉である。高圧炉１００は図４に示してように、上部側が開口する箱状の加熱装置本体部１０１と、該本体部１０１の上部側開口部を内側が半円筒状で閉塞できる加熱装置蓋部１０２とより構成し、該蓋部１０２で閉塞することにより内側に外気と熱的に遮断された加熱室１０３が形成できるようになっている。この高圧炉１００には真空パック体２３が密封された密封容器１０４を収容することができる。
【００２０】
この高圧炉１００の周囲には蓋部１０２と共に回動して開閉される上部ヒータ１０５と、本体部１０１側に固定された下部ヒータ１０６とが配設されている。これら両ヒータ１０５，１０６の外周は断熱性および耐熱性を有するレンガ１０７，１０８でそれぞれ覆われ、これらレンガ１０７，１０８の外周は金属板で被覆され、本体部１０１側の金属板は下方に延出されて、下端に取り付けられたキャスタ１０９によって移動できるとともに適当な個所で移動しないよう固定できる。
【００２１】
上記蓋部１０２は上部側壁が肉厚のカバー１１０でさらに覆われている。この蓋部１０２には図４ないし図７に示すように、左右の端部周辺に突片１１１がありその各先端は本体部１０１の長方形状開口部の高さに略一致し、その長方形の一辺に沿った方向に形成してある。これら両突片１１１には軸部材１１２が横架され、該軸部材１１２の回転とともに、この軸部材１１２の中心線を回転中心として蓋部１０２が回転動作されるようになっており、該蓋部１０２が回転動作されることによって、蓋部１０２で閉鎖された高圧炉１０３が次第に開口されるようになっている。
【００２２】
上記軸部材１１２の各端部は軸受１１３，１１４にて回動自在に枢支され、この一方の軸受１１４を挿通された一方の端部は、減速器１１６における一方の軸の回転に対し減速される他方の軸に、連結部材１１５を介して連結される。この減速器１１６の上記一方の軸にはベルト１１７を介して駆動手段としてのモータ１１８の回転動が伝達されるようになっている。
【００２３】
徐冷を行う場合、高圧炉１０３内は外気に対し最初高温（約６５０℃）であるため、小さな開口面積で外気を連通する状態にしても、徐冷速度が速く、一方、徐冷が進むにつれ、外気の温度と高圧炉１０３内の温度差は小さくなるので、比較的大きな開口面積においても徐冷速度は遅くなる。
【００２４】
蓋部１０２を回動して徐冷を行う場合、蓋部１０２を回動し始める初期においては図示しない制御回路によって、モータ１１８に供給される電力をオン・オフして蓋部１０２の回動される速度を遅くし、次第にオフする時間を短かくすることによって蓋部１０２の回動される速度を速くできるようになっている。この場合蓋部１０２は略連続的に回動する。
【００２５】
このようにして開口される最初の面積速度は遅く、徐冷が進むにつれて開口される面積速度は速くなるように制御されて、加熱炉１０３内に収容された密封容器１０４の徐冷速度が徐冷処理過程における各温度において光学繊維に歪が残らない範囲で、できるだけ速くなるように構成してある。上記蓋部１０２は上述のようにして閉じた状態から図７のように９０度ないし１００度程度まで開くまでに通常３〜１０時間で終了するように設定される。
【００２６】
上記加熱炉１０３内に収容される密閉容器１０４は支持部材１１９、１２０で加熱炉１０３内の上下および左右の略中央に支持され、加熱炉１０３内にたとえ、温度傾斜（勾配）が存在しても、中心部の密封容器１０４部分においては、略均一の温度で保持されるようになっている。また、支持された密封容器１０４の各部位の温度は３個の熱電対１２１，１２２，１２３によって測定できるようになっており、これら熱電対１２１，１２２，１２３による検出温度によってヒータ１０５，１０６への電力供給が制御され、加熱炉１０３は所望とされる６５０℃の温度に加熱されるようになっているとともに適当な温度に保持できるようになっている。
【００２７】
高圧炉１００の加熱炉１０３内には、真空パック体２３が入る密封容器１０４がある。図８に示すように、この密封容器は、加圧管１２７の開放端部に着脱自在に密閉蓋１２６を取り付けて構成されている。１２８は加圧管１２７を外周面から加熱するためのヒータである。
【００２８】
密封容器１０４内には、回転容器１２５が設置してあり、その一端面に上記真空パック２３を出入させる開口部１２９を有するカーボン、耐熱金属等から成る円筒体で形成され、円筒体の中心軸がほぼ水平に保たれていて、閉塞された他端面の中心部の外側には、上記加圧管１２７の一段と細径となって延び出した密閉管部１３０内に嵌入する回転軸取付部１３１が一体に形成されている。
【００２９】
そして、同取付部１３１には、回転駆動軸１３２が着脱自在に固着されていて、同軸１３２の他端部には、上記加圧管１２７の密閉管部１３０内に回転自在に配設された回転子１３３が一体に取り付けられている。上記回転子１３３は上記加圧管１２７の密閉管部１３０の外周に配設された環状磁気コイル１３４によって１〜２ｒ．ｐ．ｍの回転速度で回転する。符号１３５は加圧管１２７内を加圧するための加圧装置（図示せず）に同管１２７を接続する連結パイプである。加熱によって真空パック体２３が楕円になってしまうので、これを防ぐために回転容器が用いられる。
【００３０】
ただし、真空パック体の外径が、回転容器１２５の内径に比べてあまり小さいと、前述したように真空パック体２３に長さ方向の曲りを生じる。そこで図９に断面で示すように、回転容器１２５の内径をＤ1、真空パック体の外径をＤ2としたとき、
１．０２≦Ｄ1／Ｄ2≦１．７０
の関係となるように回転容器１２５の寸法を設定する。
【００３１】
一例として、外径が４０ｍｍ以上の太径の親コンジット用と、外径が４０ｍｍ未満の細径の親コンジット用と、回転容器１２５の内径を異ならせた二種の高圧処理装置を用意し、品種に応じて使い分ける。
【００３２】
Ｄ1とＤ2との比については、Ｄ1／Ｄ2が１．０２よりも小さいと、回転容器１２５から融着処理後の真空パック体を取り出すことが難しく、またＤ1／Ｄ2が１，７０を越えると前述した曲りを生じることになる。
Ｄ1／Ｄ2の好ましい範囲は１．０３ないし１．６５の範囲である。
表１に、好結果の得られたＤ1，Ｄ2の寸法例及び曲りを生じた比較例を示す。
【００３３】
【表１】
0003669620.tif 000002
【００３４】
こうして真空パック体２３を高圧炉の加熱炉内にセットしたあとは、高圧炉の温度を設定された温度にセットし、ヒータのスイッチをオンにする。なお、昇温中はリークバルブを開放しておく。
【００３５】
高圧炉の温度がセットされると、高圧炉１００はヒータ１０５，１０６の加熱により昇温していく。昇温の目的は、高温と高圧によってガラス繊維間の隙間をなくすためである。高圧炉の昇温は真空パック体が自重変形しない温度領域の中で行われ、所定時間加熱される。そして、この高熱だけでは真空パック体２３を充分に押しつぶすだけの圧縮力が足りないので、この高圧炉のタンク内に窒素ガスを導入して高圧を加える。
【００３６】
タンク内への窒素ガスの導入に際しては、リークバルブを閉じて窒素ガスボンベの元栓を開いたあと、タンク圧力計を見ながらレギュレータのハンドルを徐々に廻していき圧力のかけすぎに注意する。この圧力調整は自動的に行うこともできる。
【００３７】
さらに高温高圧にしてタンク内の真空パック体２３を入れた回転筒を回転させるためのスイッチをオンにし、真空パック体２３の真円度を保つようにしている。
【００３８】
このように真空パック体２３に高温高圧をかけることにより、真空パック体２３は図１０に示すようにガラス外套管６の外側から加熱されながら押しつぶされ、図１１に拡大して示す加熱加圧前の断面状態から図１２に示す断面状態のようになり、３重素線１２および単独素線１５のガラス繊維２７が互いに融着して親コンジット２８が形成される。
【００３９】
このあと、ヒータのスイッチを切り、窒素ガスボンベの元栓を閉め、高圧炉のタンクが冷えるのを待って、親コンジット２８を高圧タンクより取り出す。高圧タンク内の圧力を大気圧にしたのちタンクの蓋は、インパクトレンチを用いてナットをゆるめて取り出す。そしてタンク内から親コンジット２８となった真空パック体を取り出し、これを蛍光灯の光に照らして合否の確認をする。取り出した親コンジット２８の太径部６ａの中央部にパックナンバーを記入したあと、この親コンジット２８を自然に徐冷させるためにスポンジに包んで１時間放置する。
【００４０】
上記操作により外套ガラス管６が押しつぶされ、ガラス管壁に押されて管内のガラス繊維が繊維間空隙を埋めるように変形するとともに、繊維同士および繊維と外套管とが融着し、図１２に示すように断面内において三重素線１２がハニカム状に配列した親コンジット２８が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、断面がほぼ真円で、しかも長さ方向に曲りのない直線性に優れた光学繊維束融着体が得られ、したがってこの親コンジットの外側のガラス管部分を除去する場合に全長、全周にわたり一様な厚みで除去することができ、画像有効面積を最大限に確保できるとともに、製造歩留が大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】素線をガラス外套管中に充填した状態を示す断面図である。
【図２】ヒートパック工程を示す要部断面図である。
【図３】ヒートパック工程で得られる真空パック体を示す断面図である。
【図４】高圧炉の正面断面図である。
【図５】高圧炉の平面図を一部切り欠いた図である。
【図６】高圧炉の左側面図を一部切り欠いた図である。
【図７】高圧炉の蓋部が全開した状態の左側面図である。
【図８】回転容器部分を示した断面図である。
【図９】回転容器部分の横断面図である。
【図１０】高温高圧工程で昇温された窒素ガスにより加圧される真空パック体の径方向に沿った断面図である。
【図１１】真空パック体の加圧前の一部を拡大した断面図である。
【図１２】図１１に示した真空パック体が圧縮されて親コンジットとなった状態の一部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
６    ガラス外套管
１２  素線
２３  真空パック体
２７  ガラス繊維
２８  親コンジット
１００  高圧炉
１０１  加熱装置本体部
１０２  蓋部
１０３  加熱室
１０４  密封容器
１２５  回転容器
１２７  加圧管
【図１】
0003669620.tif 000003
【図２】
0003669620.tif 000004
【図３】
0003669620.tif 000005
【図４】
0003669620.tif 000006
【図５】
0003669620.tif 000007
【図６】
0003669620.tif 000008
【図７】
0003669620.tif 000009
【図８】
0003669620.tif 000010
【図９】
0003669620.tif 000011
【図１０】
0003669620.tif 000012
【図１１】
0003669620.tif 000013
【図１２】
0003669620.tif 000014