(57)【要約】      （修正有）【課題】断面積１ｃｍ２以上の光ファイバ集合体の製造に好適な、内部の気泡の発生を抑制できる光ファイバ集合体の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの熱可塑性樹脂からなるコア３の周囲に熱可塑性樹脂からなるクラッド４が配置されてなる光ファイバを成形型内に複数束状に充填したのち、前記成形型を加熱することにより前記複数の光ファイバのクラッドを互いに接合することを特徴とする光ファイバ集合体１の製造方法。【選択図】図１
2012230344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱可塑性樹脂からなるコアの周囲に熱可塑性樹脂からなるクラッドが配置されてなる光ファイバを成形型内に複数束状に充填したのち、前記成形型を加熱することにより前記複数の光ファイバのクラッドを互いに接合することを特徴とする光ファイバ集合体の製造方法。
【請求項２】
前記成形型が少なくともファイバ端面を押圧する押圧部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ集合体の製造方法。
【請求項３】
前記成形型の加熱を減圧下で行う請求項１または２に記載の光ファイバ集合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバスコープなどに用いられる、熱可塑性樹脂からなる光ファイバ集合
体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッド内に複数のコアが平行に離散して配置された光ファイバ集合体は公知である。
光ファイバ集合体は、端部で捉えた観察対象のイメージをコアを通してもう一方の端部に
伝送するための部材であり、１コア毎に１画素のイメージを伝送することができる。光フ
ァイバ集合体の代表的な用途としては、撮像素子用のイメージ伝達用部材が挙げられる。
例えば、各種装置の内部や体内の患部を観察するための光ファイバスコープや、ごく短い
光ファイバ集合体の両端を主面とするファイバプレートが知られている。
【０００３】
なかでも、熱可塑性樹脂製の光ファイバ集合体は、ガラス製の光ファイバ集合体と比べ柔軟性に優れる。かかる熱可塑性樹脂製の光ファイバ集合体の製造方法としては、例えば、海島型複合繊維用口金を用いて２種類の樹脂を紡糸する方法が知られている（特許文献１、２参照）。かかる方法で得られる海島型複合繊維は、通常コアを数本〜数十本程度有しており、断面積１０−２ｍｍ２以下である。また、ポリスチレンなどからなる１本のコアの周囲を、アクリル樹脂などからなるクラッドで覆った光ファイバ（単芯光ファイバ）を複数束ねて末端を加熱し溶融一体化しながら線引きする方法が知られている（特許文献３参照）。かかる方法で得られる光ファイバ集合体は、通常コアを数千〜２万本程度有しており、断面積０．１〜１ｍｍ２程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１８９１３号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６２５３号公報
【特許文献３】特開２０００−２８８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、観察面積を広げるべく、断面積の大きな光ファイバ集合体が求められている。たとえば、指紋認証用のＣＣＤに用いるファイバプレートでは、通常１ｃｍ２以上の断面積を有する光ファイバ集合体が求められる。しかしながら、断面積の大きな熱可塑性樹脂製の光ファイバ集合体を得ることはこれまで困難であった。たとえば、特許文献１または２に記載された方法で、断面積を大きくした熱可塑性樹脂製の光ファイバ集合体を製造しようとすると、該光ファイバ集合体の中心部と周辺部とを均一に冷却することが難しく、製造中に光ファイバ集合体が変形しやすいため、実用に耐える光ファイバ集合体を得難い。
【０００６】
また特許文献３の方法を用いて断面積の大きな光ファイバ集合体を製造しようとすると
、光ファイバ同士の溶融による密着が不十分となり、光ファイバ集合体の内部に気泡が発
生する。かかる気泡の存在は光ファイバ集合体が伝送するイメージの欠落原因となる。
【０００７】
しかして、本発明の目的は、例えば断面積１ｃｍ２以上の光ファイバ集合体の製造に好
適な、内部の気泡の発生を抑制できる光ファイバ集合体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記の目的は、少なくとも１つの熱可塑性樹脂からなるコアの周囲に
熱可塑性樹脂からなるクラッドが配置されてなる光ファイバを成形型内に複数束状に充填
したのち、前記成形型を加熱することにより前記複数の光ファイバのクラッドを互いに接
合することを特徴とする光ファイバ集合体の製造方法を提供することにより達成される。
本発明の製造方法において、前記成形型が、成形型内に複数束状に充填された前記光ファ
イバを押圧するための押圧部材を有することが好ましい。また前記成形型の加熱は減圧下
で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば断面積１ｃｍ２以上の光ファイバ集合体の製造においても、光
ファイバ集合体内部の気泡の発生を抑制できる。かかる光ファイバ集合体は大きな観察面積に対しても欠落が少ないイメージを伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法において得られる光ファイバ集合体の例およびその断面拡大図である。
【図２】実施例２において成形型内に光ファイバを充填する工程を示す概略図である。
【図３】実施例２で得られた光ファイバ集合体の断面の拡大写真である。
【図４】実施例３で得られた光ファイバ集合体の断面の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［光ファイバの製造方法］
本発明で用いる光ファイバは、少なくとも１つの熱可塑性樹脂からなるコアの周囲に、
他の熱可塑性樹脂からなるクラッドが配置されてなる。
【００１２】
本発明の製造方法では、光ファイバを成形型内に複数束状に充填する。かかる複数の光ファイバの断面形状および断面積は、画素の均一性の観点から、それぞれ同一であることが極めて望ましい。また、光ファイバの長さについてもそれぞれ同一であることが極めて望ましい。
本発明で用いる光ファイバの長手方向の延伸倍率は好ましくは２〜２０，０００倍、より好ましくは１０〜１０，０００倍である。本発明の製造方法では成形型を加熱することによって複数の光ファイバが軟化し、熱的な緩和に伴い長手方向に延伸された光ファイバが収縮し、それに伴って光ファイバのクラッドが接合される。
本発明で用いる光ファイバの長さは１００〜２，０００ｍｍの範囲が好ましく、２００〜１，０００ｍｍの範囲がより好ましい。１００ｍｍより小さいと生産性が悪くなる恐れがある。２，０００ｍｍより大きいと取り扱いが難しくなる場合がある。
【００１３】
本発明で用いる光ファイバの太さは、１００〜３，０００μｍの範囲が好ましく、２００〜２，０００μｍの範囲が特に好ましい。１００μｍより小さいと、生産性が悪くなる恐れがある。３，０００μｍより大きいと、撮像素子用のイメージ伝達用部材として用いた場合に解像度が不足する恐れや、光ファイバ同士の境目が目立ちやすくなる恐れがある。
【００１４】
本発明に用いる光ファイバが備えるコアとクラッドとしては、コアとクラッドとの界面で全反射を生じるよう、コアの屈折率がクラッドの屈折率より大きくなるように熱可塑性樹脂を選択する。コアとクラッドの屈折率の差は０．００１〜０．２の範囲であることが好ましく、０．００３〜０．１の範囲であることがより好ましい。コアとクラッドの屈折率の差が０．００１より小さいと、全反射が起きるために必要な光の入射角度範囲が狭くなる傾向となる。一方、０．２より大きいと、入手性、価格などの観点から不利となる場合がある。
【００１５】
コアに用いる材料は、伝送する光の波長帯域において透明性が高い熱可塑性樹脂から選
択され、透明性が高く成形が容易である観点から、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポ
リカーボネート系樹脂が好ましく、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂がより好ましい。
【００１６】
クラッドに用いる材料は、伝送する光の波長帯域についてコアに用いる材料よりも屈折
率が低く、透明性が高い熱可塑性樹脂から選択され、透明性が高く成形が容易である観点
から、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系アクリル樹脂が好ましく、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂がより好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法においては、上記してきた光ファイバの代わりに、複数のコアの周囲にクラッドが配置された光ファイバ集合体を用いても良い。かかる光ファイバ集合体は従来知られている方法で製造できる。例えば、複数のコアの周囲にクラッドが配置された光ファイバ集合体を本発明の製造方法で用いる場合、該光ファイバ集合体は特許文献１および２に記載された海島型複合繊維用口金を用いて紡糸する方法や、特許文献３に記載された単芯光ファイバを複数束ねて末端を加熱溶融し溶融一体化しながら線引きする方法で製造できる。また、本発明の製造方法で得られた光ファイバ集合体を用いることもできる。これらの中でも、特許文献３に記載された方法や、本発明の製造方法を用いることが好ましい。なお、特許文献３に記載された方法によれば、光ファイバ集合体の内部に気泡が発生する場合があるが、本発明の製造方法に供することでかかる気泡を除去できる。
【００１８】
特許文献３に記載された方法で単芯光ファイバから複数のコアを有する光ファイバ集合体を製造する場合、原料として用いる単芯光ファイバの長さは同一であることが極めて望ましく、１００〜２，０００ｍｍの範囲が好ましく、２００〜１，０００ｍｍの範囲がより好ましい。１００ｍｍより短いと生産性が悪くなる恐れがある。２，０００ｍｍより長いと取り扱いが難しくなる場合がある。用いる単芯光ファイバの数は１００〜１０，０００本の範囲であることが好ましく、２００〜５，０００本の範囲であることがより好ましい。
【００１９】
本発明の製造方法において、複数の光ファイバを成形型に束状に充填して加熱する際、光ファイバ間に隙間があると、該隙間を埋めるように光ファイバが変形する。かかる隙間が大きい場合、光ファイバの変形では隙間を完全に埋めることができず、光ファイバ集合体内に気泡が発生したり、コアの変形が起こったりする。かかる観点から、光ファイバの断面形状は、円形または辺の数が３以上の正多角形であることが望ましく、円形、正三角形、正四角形または正六角形であることがより望ましい。特に光ファイバ集合体を用いる場合、充填密度を一層高め、光ファイバ集合体の間の隙間を少なくする観点から、正三角形、正四角形または正六角形であることがさらに望ましい。
【００２０】
［成形型］
本発明の製造方法で用いる成形型は、得られる光ファイバ集合体の断面形状に相似した断面形状の筒状の内壁を有する。該筒状の内壁の断面形状としては、例えば円形、辺の数が３以上の多角形（例えば四角形、六角形など）が挙げられる。本発明の製造方法では、複数の光ファイバをかかる内壁に囲まれるように束状に充填する。なお、光ファイバの端部と対向する筒状の内壁の端部（一端または両端）は、開口していても閉口していてもよい。
【００２１】
成形型の材料としては、成形型を加熱することで成形型内に束状に充填した複数の光フ
ァイバのクラッドを互いに接合する工程（以下「加熱工程」と称する）で変形、破損しないものであればよく、アルミニウムやステンレスなどの金属が挙げられる。成形型の厚さは加熱工程で変形、破損しない範囲であればよく、例えば１〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。成形型の前記筒状の内壁の長手方向の長さは光ファイバの長さに対し１．０〜１．２倍の範囲であることが好ましく、通常は同じ長さである。
【００２２】
また成形型の内部に光ファイバを充填する作業が容易になる観点から、成形型の一部が
着脱可能な構成となっていることが好ましい。
【００２３】
［押圧部材］
成形型は押圧部材を備えていてもよい。押圧部材は成形型の筒状の内壁に沿って移動できる構造となっており、充填した光ファイバを押圧するための部材であり、他の部材と組み合わせて成形型として機能する。かかる他の部材は、筒状の内壁の一端または両端が開口していればよい。押圧部材は、他の部材の筒状の内壁に沿って移動するため、覆うべき開口部の断面積を超えない範囲で近い外形面積を有することが好ましい。好ましくは覆うべき開口部の９５〜９９％、より好ましくは９６〜９８％の外形面積を有する。押圧部材は、加熱工程において、複数の束状の光ファイバに生じる温度むらに起因する光ファイバ集合体の変形を抑制することができる。押圧部材によって、光ファイバの加熱による収縮に合わせて該光ファイバを成形型の内壁の長さ方向に沿って縮めることができ、得られる光ファイバ集合体の末端の長さを揃えることができる。
【００２４】
［光ファイバの充填方法］
本発明の製造方法では複数の光ファイバを束状に充填する。またかかる複数の光ファイバは最密充填することが好ましい。
【００２５】
光ファイバは充填前に表面を洗浄し、異物を除去することが好ましい。かかる異物の除去には、光ファイバの材料を劣化させない洗浄剤を用いることが好ましく、かかる洗浄剤としては水、エタノール、２−プロパノールなどが挙げられる。
【００２６】
光ファイバの総断面積と成形型の内部の断面積との好ましい比率は、通常０．７５：１．００〜０．９９：１．００の範囲である。
【００２７】
［加熱方法］
加熱温度は、光ファイバが可塑性を示し、成形型が変形しない範囲の温度であればよい。光ファイバを構成するクラッドの材料のガラス転移点温度をＴｇ（℃）としたとき、好ましくはＴｇ〜Ｔｇ＋１００（℃）の範囲であり、より好ましくはＴｇ＋２０〜Ｔｇ＋８０（℃）の範囲である。光ファイバを構成するクラッドが２層以上ある場合は、最外層のクラッドの材料のガラス転移点温度をＴｇ（℃）とする。また、加熱温度はコアのガラス転移点温度以上であることが好ましい。
加熱は、光ファイバ同士の隙間に存在する空気や加熱時に光ファイバから生じた水分などの揮発分を除去し、気泡の発生を抑制する観点から、減圧下で行うことが好ましい。減圧度は２，０００Ｐａ以下であることが好ましく、１，０００Ｐａ以下の減圧下であることがより好ましい。
【００２８】
［任意工程］
本発明の製造方法で得られた光ファイバ集合体を延伸して多数のコアを備えた光ファイバを製造し、かかる光ファイバをさらに本発明の製造方法によって光ファイバ集合体とすることで、コア数が多い光ファイバ集合体を容易に得られる。同様に複数回の同様の工程を繰り返してもよい。
【００２９】
［光ファイバ集合体］
図１に、本発明の製造方法において得られる光ファイバ集合体の例およびその断面拡大図を示す。光ファイバ集合体１には、断面拡大図に示すように、複数のコア３の周囲に熱可塑性樹脂からなるクラッド４が配置されている。かかる光ファイバ集合体は、コアの中心間距離が１〜２００μｍであることが好ましい。コアの中心間距離が１μｍより小さいと、光の伝送性能が低下する場合がある。２００μｍより大きいと、用途によっては解像度が不十分となる場合がある。
【００３０】
１つのコアの長手方向と垂直な方向の断面の断面積は、好ましくは０．７〜３０，０００μｍ２である。０．７μｍ２より小さいと光の伝送性能が低下する場合がある。３０，０００μｍ２より大きいと、用途によっては解像度が不十分となる場合がある。例えば該断面が円形である場合、直径は１〜２００μｍであることが好ましく、２〜１００μｍであることがより好ましい。
【００３１】
また、コアの数は１０，０００〜１０，０００，０００であることが好ましく、２０，０００〜５，０００，０００であることがより好ましい。１０，０００より小さいと、用途によっては解像度が不十分となる場合がある。１０，０００，０００より大きいと、光ファイバを束ねる作業が困難になる場合がある。
【００３２】
本発明で得られる光ファイバ集合体の断面積は、通常、１〜２００ｃｍ２の範囲であり
、好ましくは２〜１００ｃｍ２の範囲である。
【００３３】
光ファイバ集合体の長さは切断によって適宜調整できる。光ファイバスコープなどに用
いる場合は１００〜５，０００ｍｍであることが好ましい。シートとして使用する場合、
光ファイバ集合体の長さは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れない。
【００３５】
（実施例１）
内径７０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円筒状アクリル樹脂および直径７０ｍｍ
、長さ５００ｍｍの円柱状ポリスチレン樹脂からなる光ファイバ製造用棒状体の一端を赤
外線ヒータにより加熱し、軟化した樹脂を引き取り機に導いて２，８００倍に延伸したの
ち、長さ５０ｃｍに切断し、光ファイバを得た。得られた光ファイバは、コア材がポリス
チレンであり、クラッド材がポリメチルメタクリレートであり、直径１．５ｍｍの円形の
断面からなる。
次に、成形型の一部となる厚さ５ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ５０ｃｍの円筒状のステンレス製パイプの内側に前記光ファイバを２，５００本挿入し、断面が蜂の巣状に並ぶよう、最密充填した。
その後、成形型の一部である押圧部材となる厚さ５ｍｍ、直径８０ｍｍのステンレス製
円盤２枚を前記光ファイバの両端面に接するように前記ステンレス製パイプの両端へ挿入
し、金属製バネにより各押圧部材を２５０ｋｇの加重で押圧した。
かかる押圧を続けながら前記光ファイバが充填された成形型を真空オーブンへ入れ、５
００Ｐａの減圧下にて１５０℃で４時間加熱した後、大気圧下で室温に冷却し、得られた
２，５００のコアを有する直径８０ｍｍ、長さ４４ｃｍの光ファイバ集合体を成形型より
取り出した。
この光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、気泡はなく、断面全体が有効なコアで占められていた。
【００３６】
（実施例２）
実施例１で得られた光ファイバ集合体の一端を赤外線ヒータにより加熱し、軟化した樹
脂を引き取り機に導いて２，８００倍に延伸し、５０ｃｍの長さに切断して直径１．５ｍ
ｍの光ファイバ集合体を得た。各コアの中心間距離は３０μｍであった。
次に得られた光ファイバ集合体を用いて、かかる光ファイバ集合体がさらに複数一体化してなる光ファイバ集合体を製造した。
図２は、成形型内に光ファイバを充填する工程を示す概略図である。図２のように内壁の断面が一辺２５ｍｍのコの字型で、厚み１０ｍｍ、長さ５０ｃｍのステンレス製の雨樋状部材６の内部に、前記直径１．５ｍｍの光ファイバ集合体（図２の５）をそれぞれの長さ方向を一致させて、３００本、俵積みで最密充填した。次に、幅２５ｍｍ、長さ５０ｃｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス製の蓋状部材７を雨樋状部材６の長手方向の開口部を覆うように配置した。
その後、前記雨樋状部材６と前記蓋状部材７とをボルトにより結合した。
さらに一辺が２５ｍｍ×２５ｍｍの厚さ１０ｍｍのステンレス板製部材からなる押圧部
材を前記雨樋状部材６と蓋状部材７とが形成する両端の開口部にはめ込み、前記押圧部材
を、前記最密充填した３００本の光ファイバ集合体の端面に接するように配置した。金属バネにより前記押圧部材を５０ｋｇの荷重で押圧した。
かかる押圧を続けながら真空オーブン内で５００Ｐａの減圧下において１５０℃で４時間加熱した後、大気圧下で室温に冷却し、得られた７５万のコアを有する一辺２５ｍｍの正方形の断面形状を持つ、長さ４２ｃｍの光ファイバ集合体を成形型より取り出した。
この光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、光ファイバ中心間距離は３０μｍであった。
また切断面には気泡はなかった。
得られた光ファイバ集合体の断面の拡大写真を図３に示す。
【００３７】
（実施例３）
成形型として厚さ５ｍｍ、長さ５０ｃｍ、１辺が３１ｍｍの正六角形の内壁面を有するステンレス製六角形パイプを用い、また押圧部材として厚さ５ｍｍ、１辺が３１ｍｍの正六角形のステンレス製板２枚を用いた以外は実施例１と同様にして、２５００のコアを有する１辺が３１ｍｍの正六角形の断面であり長さ４４ｃｍの光ファイバ集合体を得た。
この光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、気泡はなく、断面全体が有効なコアで占められていた。
次いで実施例２と同様にして得られた光ファイバ集合体の一端を赤外線ヒータにより加熱し、軟化した樹脂を引き取り機に導いて２８００倍に延伸し、５０ｃｍの長さに切断して断面が一辺０．６ｍｍの正六角形である光ファイバ集合体を得た。各コアの中心間距離は３０μｍであった。
さらに実施例２と同様にして、図２のように内壁の断面が一辺２５ｍｍのコの字型で、厚み１０ｍｍ、長さ５０ｃｍのステンレス製の雨樋状部材６の内部に、前記一辺０．６ｍｍの正六角形断面の光ファイバ集合体を３００本、それぞれ長さ方向を一致させて、最密充填した。
その後、実施例２と同様にして、７５万のコアを有する一辺２５ｍｍの正方形の断面形状を持つ、長さ４２ｃｍの光ファイバ集合体を成形型より取り出した。
この光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、気泡はなかった。
得られた光ファイバ集合体の断面の拡大写真を図４に示す。図３と比較したところ、実施例２よりもコアの変形が一層少ないことがわかった。
【００３８】
（実施例４）
光ファイバが充填された成形型を熱風オーブン内に入れ、大気圧下で１５０℃で４時間
加熱した以外は実施例１と同様にして、２，５００のコアを有する直径８０ｍｍ、長さ４
４ｃｍの光ファイバ集合体を得た。
この光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、３箇所で発泡が見られたが、ほぼ断面全体が有効なコアで占められており、実用上問題ないものであった。
【００３９】
（比較例１）
実施例１と同様にして光ファイバの製造を行った。これにより、コア材がポリスチレン
で、クラッド材がポリメチルメタクリレートであり、５０ｃｍに切断された直径１．５ｍ
ｍの円形の断面からなる光ファイバを得た。
次に、厚さ５ｍｍ、内径８０ｍｍのアクリル樹脂製パイプの内側に前記光ファイバを２
５００本挿入し、断面が蜂の巣状に並ぶよう、最密充填した。
前記アクリル樹脂製パイプの一端を赤外線ヒータにより加熱し、軟化した樹脂を引き取
り機に導いて８０倍に延伸し、５０ｃｍの長さに切断して２，５００のコアを有する直径１０ｍｍの光ファイバ集合体を製造した。
本比較例の光ファイバ集合体の断面を拡大観察したところ、全面にわたって各光ファイ
バの間で気泡が多数観測された。
【符号の説明】
【００４０】
１  光ファイバ集合体
２  断面拡大図
３  コア
４  クラッド
５  光ファイバ（または光ファイバ集合体）
６  雨樋状部材
７  蓋状部材
【図１】
2012230344.tif 000003
【図２】
2012230344.tif 000004
【図３】
2012230344.tif 000005
【図４】
2012230344.tif 000006