(57)【要約】【課題】遮光可能であり、延伸等の加工で高温加熱に耐えられる被膜を有する遮光ファイバ、その遮光ファイバを含む複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ、その遮光ファイバの製造方法、及びそのバンドルファイバの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】遮光ファイバ１８は、中心部のコア３１と、外周からコア３１の方向にビスマス含有量が減少するプロファイルを持つクラッド３２と、を有する。図３（ａ）において、クラッド３２のうちビスマスが含まれる領域をビスマス含有領域３３で示している。また、遮光ファイバ１８は、クラッド３２の外側に石英層３４をさらに有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部のコアと、
外周から前記コアの方向にビスマス含有量が減少するプロファイルを持つクラッドと、
を有する遮光ファイバ。
【請求項２】
前記クラッドの外側に石英層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の遮光ファイバ。
【請求項３】
複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバであって、
少なくとも１本の前記光ファイバが請求項１又は２に記載の遮光ファイバであり、
一端の前記光ファイバの径が他の部分の前記光ファイバの径より小さいことを特徴とするバンドルファイバ。
【請求項４】
光ファイバのスートを形成するスート形成工程と、
前記スート形成工程で形成されたスートを仮焼結する仮焼結工程と、
前記仮焼結工程後のスートをビスマスを含む液体に浸す液浸工程と、
前記液浸工程後のスートを加熱する焼結工程と、
前記焼結工程後のスートを石英管に挿入し、前記石英管の一端を封じる石英管挿入工程と、
炉内で前記石英管挿入工程後のスートを前記石英管ごと前記石英管の前記一端から線引きする線引き工程と、
を含む遮光ファイバ製造方法。
【請求項５】
少なくとも１本が請求項４の遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバである複数の光ファイバを束ね、１本のガラスチューブに挿入する束ね工程と、
前記束ね工程の後、前記ガラスチューブの一部を加熱し、加熱部分の前記ガラスチューブ及び前記ガラスチューブ内の前記光ファイバを延伸する延伸工程と、
前記延伸工程の後、前記ガラスチューブの前記加熱部分を切断する切断工程と、
を順に行うバンドル光ファイバ製造方法。
【請求項６】
少なくとも１本が請求項４の遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバである複数の光ファイバをガラスチューブに挿入した後、それぞれの前記光ファイバの一端と他端とを接続して輪にするリング形成工程と、
前記リング形成工程の後、全ての前記光ファイバの一端と他端との接続点を前記ガラスチューブ内に配置する位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程の後、前記ガラスチューブの一部を加熱し、加熱部分の前記ガラスチューブ及び前記ガラスチューブ内の前記光ファイバを延伸する延伸工程と、
前記延伸工程の後、前記ガラスチューブの前記加熱部分を切断する切断工程と、
を順に行うバンドル光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色の被膜を有する遮光ファイバ、その遮光ファイバの製造方法、その遮光ファイバを含む複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ及びそのバンドルファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、黒色の炭素質被膜を有する光ファイバが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この光ファイバは、炭素質被膜が黒色であるため、光ファイバ内の光の漏洩や外部からの光の進入を防止することができる。この光ファイバの炭素質被膜は、光ファイバ製造時の線引き工程中に表面を炭素を含むガスに暴露することで形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０２−２６７１４０号公報
【特許文献２】特開２００９−３１５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような炭素質被膜の耐熱温度は８００℃程度であり、炭素質被膜を有する光ファイバを延伸等の加工をしようとすれば、８００℃以上の高温加熱をすること（例えば、特許文献２を参照。）になり、炭素質被膜が破壊されてしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明は、光伝搬部と外部とを遮光でき、延伸等の加工で高温加熱に耐えられる遮光ファイバ、その遮光ファイバを含む複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ、その遮光ファイバの製造方法、及びそのバンドルファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明は、光ファイバのクラッド表層にビスマスを含む黒色ガラスを形成することとした。
【０００７】
具体的には、本発明に係る遮光ファイバは、中心部のコアと、外周から前記コアの方向にビスマス含有量が減少するプロファイルを持つクラッドと、を有する。
【０００８】
ビスマスを含む石英系ガラスは黒色であり、これをクラッド表層に配置すればコアと外部とを遮光することができる。また、当該石英系ガラスの耐熱温度は１８００℃である。このため、光ファイバの延伸等の加工でも破壊されることがない。従って、本発明は、コアと外部とを遮光でき、延伸等の加工で高温加熱に耐えられる遮光ファイバを提供することができる。
【０００９】
本発明に係る遮光ファイバは、前記クラッドの外側に石英層をさらに有する。母材を線引く際に気泡発生を防ぐことができる。
【００１０】
前記遮光ファイバは本発明に係る遮光ファイバ製造方法で製造することができる。具体的には、本発明に係る遮光ファイバ製造方法は、気相軸付け法（ＶＡＤ）で光ファイバのスートを形成するスート形成工程と、
前記スート形成工程で形成されたスートを仮焼結する仮焼結工程と、
前記仮焼結工程後のスートをビスマスを含む液体に浸す液浸工程と、
前記液浸工程後のスートを加熱する焼結工程と、
前記焼結工程後のスートを石英管に挿入し、前記石英管の一端を封じる石英管挿入工程と、炉内で前記石英管挿入工程後のスートを前記石英管ごと前記石英管の前記一端から線引きする線引き工程と、を含む。
【００１１】
本発明に係るバンドルファイバは、複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバであって、少なくとも１本の前記光ファイバが前記遮光ファイバであり、一端の前記光ファイバの径が他の部分の前記光ファイバの径より小さいことを特徴とする。前記遮光ファイバは耐熱性があるので、バンドルファイバ製造時における光ファイバの延伸等の加工でも破壊されることがない。従って、本発明は、遮光ファイバを含む複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバを提供することができる。
【００１２】
前記バンドルファイバは本発明に係るバンドルファイバ製造方法で製造することができる。具体的には、本発明に係るバンドルファイバ製造方法は、少なくとも１本が前記遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバである複数の光ファイバを束ね、１本のガラスチューブに挿入する束ね工程と、
前記束ね工程の後、前記ガラスチューブの一部を加熱し、加熱部分の前記ガラスチューブ及び前記ガラスチューブ内の前記光ファイバを延伸する延伸工程と、
前記延伸工程の後、前記ガラスチューブの前記加熱部分を切断する切断工程と、
を順に行う。
【００１３】
前記バンドルファイバは本発明に係るバンドルファイバ製造方法でも製造することができる。具体的には、本発明に係るバンドルファイバ製造方法は、少なくとも１本が前記遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバである複数の光ファイバをガラスチューブに挿入した後、それぞれの前記光ファイバの一端と他端とを接続して輪にするリング形成工程と、
前記リング形成工程の後、全ての前記光ファイバの一端と他端との接続点を前記ガラスチューブ内に配置する位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程の後、前記ガラスチューブの一部を加熱し、加熱部分の前記ガラスチューブ及び前記ガラスチューブ内の前記光ファイバを延伸する延伸工程と、
前記延伸工程の後、前記ガラスチューブの前記加熱部分を切断する切断工程と、
を順に行う。
【００１４】
切断工程で光ファイバ束をガラスチューブごと切断する。このため、両切断面において各々の光ファイバの位置座標が一致する。このため、本バンドルファイバで画像を転送した場合、画像歪みを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、光伝搬部と外部とを遮光でき、延伸等の加工で高温加熱に耐えられる遮光ファイバ、その遮光ファイバを含む複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ、その遮光ファイバの製造方法、及びそのバンドルファイバの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る遮光ファイバを製造するための母材の断面を説明する図である。
【図２】本発明に係る遮光ファイバを製造するための母材の断面を説明する図である。
【図３】本発明に係る遮光ファイバの断面を説明する図である。
【図４】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図６】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図８】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図９】本発明に係る遮光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図１０】本発明に係るバンドルファイバを説明する図である。
【図１１】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１２】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１４】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１５】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１６】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１７】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１８】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【図１９】本発明に係るバンドルファイバ製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１８】
（実施形態１）
図３（ａ）は、本実施形態の遮光ファイバ１８の断面図である。遮光ファイバ１８は、中心部のコア３１と、外周からコア３１の方向にビスマス含有量が減少するプロファイルを持つクラッド３２と、を有する。図３（ａ）において、クラッド３２のうちビスマスが含まれる領域をビスマス含有領域３３で示している。また、遮光ファイバ１８は、クラッド３２の外側に石英層３４をさらに有する。
【００１９】
例えば、コア３１の直径は５０μｍ、コア３１とクラッド３２を含めた直径は１２５μｍ、石英層３４の厚みは１０±１μｍである。また、ビスマス含有領域３３の厚みは１５〜３０μｍである。ビスマス含有領域３３は可視光領域において黒色であり、可視光での通信であれば遮光機能があり近接する光ファイバとのクロストークを防止することができる。
【００２０】
図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、ビスマス含有領域３３のビスマス濃度プロファイルを説明する図である。横軸は遮光ファイバ１８の直径方向の位置であり、縦軸はビスマスの濃度を示している。ビスマス含有領域３３は、図３（ｂ）のように外周からコア３１の方向にビスマス含有量が減少するプロファイルである。また、ビスマス含有領域３３は、図３（ｃ）のように外周からコア３１の方向の所定の範囲だけにビスマスが含有するプロファイルであってもよい。
【００２１】
図４〜図９は、遮光ファイバ１８を製造する遮光ファイバ製造方法を説明する図である。本遮光ファイバ製造方法は、気相軸付け法（ＶＡＤ）で光ファイバのスート１１を形成するスート形成工程（図４）と、
スート形成工程で形成されたスート１１を仮焼結する仮焼結工程（図５）と、
仮焼結工程後のスート２４をビスマスを含む液体２５に浸す液浸工程（図６）と、
液浸工程後のスート２４を加熱する焼結工程（図７）と、
焼結工程後のスート１４を石英管２６に挿入し、石英管１６の一端を封じる石英管挿入工程（図８）と、
炉内で石英管挿入工程後のスート１４を石英管２６ごと石英管２６の一端から線引きする線引き工程（図９）と、
を含む。
【００２２】
以下、本遮光ファイバ製造方法を詳細に説明する。
（１）スート形成工程（図４）
主原料の塩化シリコンに、屈折率を制御可能な塩化ゲルマニウム、塩化リン、塩化ホウ素、塩化チタン、塩化アルミニウムなどの添加物を加えてバーナー２１に輸送し、酸水素炎２０内を通過させる火炎加水分解法で酸化シリコンとその添加物の酸化物が含まれる棒状のスート１１を作製する。本工程は気相軸付け（ＶＡＤ）法ともいう。図１は、スート１１の断面を説明する図である。スート１１は、中心部に屈折率の高いスート１２と外側に屈折率の低いスート１３を有している。スート１２の屈折率プロファイルは、直径方向に平坦な形状あるいは中心部分が高く周辺部が低い形状である。また、スート１１を石英系光ファイバ母材の外周にスートを堆積するＯＶＤ法と類似の方法で作製してもよい。
【００２３】
（２）ＯＨ基除去工程
スート１１よりＯＨ基を除くために、塩素ガスおよびＨｅガス内にスート１１を配置し、９００℃以上の温度で５０時間以上加熱する。
【００２４】
（３）仮焼結工程（図５）
次工程の液浸工程でスートが崩れることを防止するための添加剤をスート１１内に取り込むため、スート１１を１４００〜１５５０℃の電気炉２２の温度範囲内で高純度不活性ガス（Ｈｅ，Ａｒ，Ｎ２など）２３雰囲気中を送り速度４ｍｍ／分以下で送り、仮焼結スート２４を作製する。
【００２５】
（４）液浸工程（図６）
仮焼結スート２４を遮光用の添加材を含んだ溶液２５に浸す。溶液２５は酢酸エステルに酸化ビスマスと酸化アルミニウムを溶解した液体である。次工程の焼結工程で遮光用ガラスを合成するためには酸化ビスマスと酸化アルミニウムの重量比が１対１から３対１の範囲が望ましい。仮焼結スート２４を送り速度０．５〜２ｍｍ／分で溶液内に浸していく。すべて浸し終わったら速やかに溶液２５からビスマスを含有する仮焼結スート２４を取り出す。
【００２６】
（５）焼結工程（図７）
液浸後取り出した仮焼結スート２４は乾燥後、焼結工程でガラス化される。焼結工程は、電気炉２２の温度が１６５０〜１８００℃の範囲であり、スート直径が４５ｍｍ以下の場合、仮焼結スート２４を２ｍｍ／分以下の送り速度で電気炉の上部より輸送する。焼結工程により、仮焼結スート２４は黒色ガラス棒１４となる。黒色ガラス棒１４が遮光光ファイバ母材となる。図２に黒色ガラス棒１４の断面形状を示した。黒色ガラス棒１４は、コアとなる屈折率の高いガラス部１６、クラッドとなる屈折率の低いガラス部１７を有する。ガラス部１７は外周側にビスマスが含まれる黒色部１５がある。
【００２７】
（６）石英管挿入工程（図８）
焼結工程で形成される黒色ガラス棒１４は、表面が黒色で内部が透明な石英系遮光光ファイバ母材となる。次にその母材から光ファイバに加工する線引き工程により遮光用光ファイバを作製する。線引き工程は、石英系光ファイバ作製用電気炉で線引きして光ファイバを作製する工程である。しかし、その母材の表面には酸化ビスマスが多く分布している。このため、焼結工程直後に線引き工程を行うと、母材の表面から気泡が発生し、光ファイバとしての光損失が増加する。これを防ぐため、焼結工程後に石英管挿入工程を行う。石英管挿入工程では、母材（黒色ガラス棒１４）を石英管２６に挿入し、一端を封じる形状とする。
【００２８】
（７）線引き工程（図９）
石英管挿入工程後の母材を、石英管２６を封じた側から線引き炉に挿入する。黒色ガラス棒１４を石英管２６ごと線引くことで表面の気泡発生を防ぐことができる。最適線引き温度は１９００〜２０００℃である。当該温度の線引き工程で得られた遮光ファイバ１８は、図３（ａ）のような断面を有する。
【００２９】
（実施形態２）
図１０は、本実施形態のバンドルファイバ５０を説明する図である。バンドルファイバ５０は、複数の光ファイバ３８を束ねたバンドルファイバであって、少なくとも１本の光ファイバが実施形態１の遮光ファイバ１８であり、一端の光ファイバ３８の径が他の部分の光ファイバ３８の径より小さいことを特徴とする。また、バンドルファイバ５０は、一端部分に漏斗状のガラスチューブ５４が配置され、及びガラスチューブ５４以外の部分が外被膜５５で覆われている。
【００３０】
図１０に一端付近のＡ−Ａ’線で切断した時の断面図及び、他の部分であるＢ−Ｂ’線で切断した時の断面図も示す。この断面図が示すように、一端の光ファイバ３８の径が他の部分の光ファイバ３８の径より小さくなっている。なお、図１０ではバンドルファイバの中心付近の４本が遮光ファイバ１８となっているが、遮光ファイバ１８は１本だけでもよく、全て遮光ファイバ１８であってもよい。遮光ファイバ１８は他の光ファイバ３８や遮光ファイバ１８とのクロストークを低減できる。
【００３１】
図１１〜図１３は、バンドルファイバ５０を製造するバンドルファイバ製造方法（短尺ファイバ）を説明する図である。本バンドルファイバ製造方法は、実施形態１で説明した遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバ１８を少なくとも１本含む複数の光ファイバ３８を束ね、１本のガラスチューブ４１に挿入する束ね工程（図１１）と、
束ね工程の後、ガラスチューブ４１の一部を加熱し、加熱部分のガラスチューブ４１及びガラスチューブ４１内の光ファイバ３８を延伸する延伸工程（図１２）と、
延伸工程の後、ガラスチューブ４１の加熱部分を切断する切断工程（図１３）と、
を順に行う。
【００３２】
以下、本バンドルファイバ製造方法（短尺ファイバ）を詳細に説明する。
（１）束ね工程（図１１）
少なくとも１本の遮光ファイバ１８を含む複数の光ファイバ３８を束ねてガラスチューブ４１に挿入する。例えば、ガラスチューブ４１は石英である。なお、軸方向にスリットがあるスリット入りガラスチューブを使用すれば、光ファイバを挿入した後にガラスチューブを所望の場所まで移動させる必要がなく製造が容易になる。
（２）延伸工程（図１２）
ガラスチューブ４１の中央付近を加熱手段４２で加熱し、ガラスチューブ４２及び光ファイバ３８が軟化した時点でガラスチューブ４１の両端を引き離すようにしてガラスチューブ４２及び光ファイバ３８をまとめて延伸する。加熱手段４２は、例えば、バーナーや電気炉である。
（３）切断工程（図１３）
延伸工程後、ガラスチューブ４１及び光ファイバ３８を冷却し、加熱部分、すなわち、延伸されて直径が細くなっている部分（Ｃ−Ｃ’線）で切断する。
（４）外被膜形成工程
切断工程で製造されたバンドルファイバに保護用の外被膜５５を被せる。外被膜５５は、例えば、熱収縮チューブである。
【００３３】
実施形態１で製造した遮光ファイバ１８は耐熱性がある。このため、遮光ファイバ１８を採用し、本実施形態で説明したようなバーナー４２で加熱するバンドルファイバ製造方法でバンドルファイバ５０を製造することができる。
【００３４】
図１４〜図１９は、バンドルファイバ５０を製造するバンドルファイバ製造方法を説明する図である。本バンドルファイバ製造方法は、少なくとも１本が実施形態１で説明した遮光ファイバ製造方法で製造された遮光ファイバ１８である複数の光ファイバ３８をガラスチューブ４１に挿入した後、それぞれの光ファイバ３８の一端と他端とを接続して輪にするリング形成工程（図１４）と、
リング形成工程の後、全ての光ファイバ３８の一端と他端との接続点をガラスチューブ４１内に配置する位置合わせ工程（図１５）と、
位置合わせ工程の後、ガラスチューブ４１の一部を加熱し、加熱部分のガラスチューブ４１及びガラスチューブ内の光ファイバ３８を延伸する延伸工程（図１６）と、
延伸工程の後、ガラスチューブ４１の加熱部分を切断する切断工程（図１７、図１８）と、
を順に行う。
【００３５】
以下、本バンドルファイバ製造方法（長尺ファイバ）を詳細に説明する。
（１）リング形成工程（図１４）
遮光ファイバ１８又は通常の光ファイバをガラスチューブ４１に通した後、該ファイバの先端を互いに融着接続し、輪の形を形成する。
（２）位置合わせ工程（図１５）
同様に光ファイバの輪を多数用意し、束ねる。なお、軸方向にスリットがあるスリット入りガラスチューブを使用すれば、既に輪の形状とした光ファイバを所望の位置で挿入することができ、製造が容易になる。
（３）延伸工程（図１６）
ガラスチューブ４１の中心部をバーナー４２で加熱延伸する。
（４）切断工程（図１７、図１８）
延伸されて直径が細くなっている部分（Ｃ−Ｃ’線）で切断する。
【００３６】
本方法によれば、図１９の長尺のバンドルファイバ５０Ａを形成可能であり、光ファイバ３８のファイバの位置が画像取り込み位置と反対側の観察位置で座標が同一であるため画像のゆがみが生じない。また、光ファイバとして実施形態１で説明した遮光ファイバ１８を使用すれば、黒色部１５が光ファイバの境界にあるため、遮光ファイバ１８同士の干渉が無く鮮明な画像を伝送可能な長尺バンドルファイバを提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１１：スート
１２：屈折率の高いスート
１３：屈折率の低いスート
１４：黒ガラス棒
１５：黒色部
１６：屈折率の高いガラス部
１７：屈折率の低いガラス部
１８：遮光ファイバ
２０：酸水素炎
２１：バーナー
２２：電気炉
２３：不活性ガス
２４：仮焼結スート
２５：溶液
２６：石英管
３１：コア
３２：クラッド
３３：ビスマス含有領域
３４：石英層
３８：光ファイバ
４１：ガラスチューブ
４２：加熱手段
５０：バンドルファイバ（短尺ファイバ）
５０Ａ：バンドルファイバ（長尺ファイバ）
５４：ガラスチューブ
５５：外被膜
【図１】
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【図２】
2014106310.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014106310.tif 000013
【図１２】
2014106310.tif 000014
【図１３】
2014106310.tif 000015
【図１４】
2014106310.tif 000016
【図１５】
2014106310.tif 000017
【図１６】
2014106310.tif 000018
【図１７】
2014106310.tif 000019
【図１８】
2014106310.tif 000020
【図１９】
2014106310.tif 000021