JP2013184864A

JP2013184864A - フッ化物イメージガイドの製造方法

Info

Publication number: JP2013184864A
Application number: JP2012052331A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Zama; 一浩座間
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP5598488B2

Abstract

【課題】もろく製造が困難なフッ化物製のイメージガイドにおいて、ファイバの密着性を向上できると共に、精度よい温度管理によって高画素化を可能とするフッ化物イメージガイドの製造方法を提供する。
【解決手段】フッ化物イメージガイドの製造方法は、フッ化物からなる複数の画素ファイバ１をジャケット管４に充填し束ねてファイババンドル５を形成する工程と、ファイババンドル５を加熱押出ししてイメージガイドプリフォーム７を形成する工程と、イメージガイドプリフォーム７をジャケット管９に充填し束ねてイメージガイドプリフォームバンドル８を形成する工程と、イメージガイドプリフォームバンドル８を加熱押出ししてイメージガイドプリフォーム１１を形成する工程とを繰り返し、イメージガイドプリフォーム１１をさらに加熱線引する工程とを備え、イメージガイド１２を作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フッ化物イメージガイドの製造方法に係り、例えば、赤外光を透過させるのに最適なフッ化物ガラスファイバ用イメージガイドの製造方法に関する。

従来から、狭空間に置かれた計測対象物の温度分布を測定するのに、対象物からの光を、サーモビュアや、ＣＣＤカメラに伝送する際に、イメージガイドが利用されている。この種のイメージガイドは、例えば特許文献１の如き製造方法で製造されている。

具体的には、図５に示すように、まず、ガラスロッドを内部に挿入した熱収縮性の第１合成樹脂チューブを減圧下において加熱して、このチューブをガラスロッドの表面に密着させた画素ファイバのプリフォームを作製する（場合によっては線引きして画素ファイバを作製する）（図５（ａ）参照）。次に、このプリフォームあるいは該プリフォームを線引きしたファイバの複数本を熱収縮性の第２合成樹脂チューブに充填する（図５（ｂ）参照）。次に、第２合成樹脂チューブを加熱して、当該第２合成樹脂チューブの熱収縮によって複数本のプリフォームあるいはファイバを束ねたバンドル（イメージガイド）プリフォームを作製する（図５（ｃ）参照）。最後に、このバンドルプリフォームを加熱下において線引きすることにより、第１及び第２合成樹脂チューブをクラッドとしてこれの内部に複数本のガラスコアを有するイメージガイドを製造する（図５（ｄ）参照）。

さらに、フッ化物ガラスプリフォームの製造方法として、コアガラスとクラッドガラスとが混ざり合わない状態でクラッドガラス融液にコアガラス融液を流し込むことにより、コア、クラッド界面を融液の状態で接着させたのち冷却固化させ、クラッドガラスに対してコアガラスを凸状に形成させてなるガラスを、押し出し成形に適した形状に加工した後、押し出し成形によりプリフォーム形状にしている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６１−４２６０５号公報特開平５−３０１７３２号公報

ところで、イメージガイドのファイバ（画素ファイバ）の材料としては、これまで石英が利用されてきた。石英製のイメージガイドが透過できる光は、可視光のみであり、例えば、４００℃未満の計測対象物の温度分布を、石英製のイメージガイドで測定するのは難しかった。このような点を鑑みて、近年では、ファイバ（画素ファイバ）の材料に、石英の代わりにフッ化物ガラスなどのフッ化物が注目されている。

しかしながら、フッ化物は、石英と比べて、流動性が悪く脆い。そこで、特許文献１の如き製造方法で、フッ化物ガラスからなるイメージガイドを製造した場合、ファイバの密着性を向上させるべく、バンドルプリフォーム線引きした際に、画素ファイバが断線するおそれがあった。

したがって、このような点を鑑みると、たとえば、線引き時にはプリフォームを３１５〜３２０℃の温度に維持することが好ましいが、多数の画素ファイバを含むイメージガイドは、その内部に複数の画素ファイバが充填されているため、ヒーターによる温度制御では応答性が悪く、温度維持が困難となる。また、温度維持は画素ファイバ数に比例して困難となる。

さらに、前記特許文献２に記載の製造方法は、フッ化物ガラスを材料とした単一画素の光ファイバのプリフォームの製造方法に関するものであるが、このような方法を、例えば特許文献１如く、多数の画素ファイバを有するイメージガイドに適用したとしても、外側と中央の温度差や内部応力差により、均一な画素ファイバの形成が困難となる問題点がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、もろく製造が困難なフッ化物製のイメージガイドにおいて、ファイバの密着性を向上できると共に、高画素化を可能とするフッ化物イメージガイドの製造方法を提供することにある。また、製造段階で、画素ファイバの断線を防止し、品質のよいイメージガイドを製造できるフッ化物イメージガイドの製造方法を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法は、フッ化物からなる複数の画素ファイバをジャケット管に充填し束ねてファイババンドルを形成する工程と、該ファイババンドルを加熱押出ししてイメージガイドプリフォームを形成する工程と、該イメージガイドプリフォームをさらに加熱線引する工程とを含むフッ化物イメージガイドの製造方法であって、前記イメージガイドプリフォームを形成する工程において、前記形成した複数のイメージガイドプリフォームを、ジャケット管に充填し束ねたバンドルを形成し、該バンドルを加熱押出ししてイメージガイドプリフォームを形成する工程を含むことを特徴とする。

前記のごとく構成された本発明のフッ化物イメージガイドの製造方法は、石英に対してもろく扱い難く、流動性が悪く温度管理が難しいフッ化物ガラスなどのフッ化物を対象としているが、少なくとも、前記イメージガイドプリフォームを形成する工程において、２段の加熱押出しを行ってイメージガイドプリフォームを形成しているため、一度に大きな熱収縮を与えることがない。このため、画素ファイバの切断を防止して画素間の密着力を高めることができ、品質の安定した高画素のイメージガイドを製造することができる。

本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の好ましい具体的な態様としては、前記ファイババンドルを前記傾斜面に沿わせて押出す。この態様によれば、画素ファイバあるいはイメージガイドプリフォームを束ねたファイババンドルを加熱して押出し成形するとき、テーパ型の傾斜面に沿って徐々にファイババンドルの直径を小さくすることができるため、画素ファイバが切断することなく、各画素ファイバの密着度を高めることができる。

さらに、本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の好ましい具体的な他の態様としては、前記イメージガイドプリフォームを加熱線引する工程は、前記イメージガイドプリフォームの外周部にヒーターを対向させ、前記イメージガイドプリフォームの温度を検出し、検出された温度に基づいて前記ヒーターを回転させながら加熱する。また、別の態様では、ヒーターを回転させながら半径方向に移動させて加熱する。

このように構成されたフッ化物イメージガイドの製造方法では、イメージガイドプリフォームの外周に面して対向させたヒーターでイメージガイドプリフォームを局所的に加熱し、そのときの温度を測定してヒーター回転させて加熱するため、短時間で設定温度範囲内の加熱が可能となる。また、特に温度の低い部位ではヒーターを半径方向に近づけて加熱することができ、温度の高い部位ではヒーターを遠ざけて加熱できるため、効率よい加熱が可能となる。

また、前記画素ファイバもしくは前記イメージガイドプリフォームは、前記ジャケット管に充填され束ねた状態で、該ジャケット管の外周側ほど、その直径が大きいように配列されることが好ましい。この構成によれば、イメージガイドプリフォームを外周側から加熱する場合、外周側ほどヒーターに近く高温となり、温度に比例して流動性がよくなる。これにより、イメージガイドプリフォームを変形させやすくなるため、（線引き前の断面／線引き後の断面）を大きくできるので、イメージガイドプリフォームを高画素化および細径化の両立を図ることができる。

本発明のフッ化物イメージガイドの製造方法では、もろく製造が困難なフッ化物からなる画素ファイバを用いたとしても、製造段階で、画素ファイバの断線を防止することができるとともに、画素ファイバの密着性向上と、精度良い温度管理によって高画素化を達成することができる。

本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の一実施形態の工程を示す要部斜視図。図１のプリフォーム押出し工程で用いる成形型の縦断面図。図１の線引工程で用いる加熱手段を示し、（ａ）は水平方向の断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図。本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の他の実施形態で作製したプリフォームの水平方向断面図。従来のフッ化物イメージガイドの製造方法の一実施形態の工程を示す要部斜視図。

以下、本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の工程を示し、（ａ）は画素ファイバ作製工程、（ｂ）は画素ファイバの１回目の充填工程、（ｃ）はイメージガイドプリフォームの１回目の作製工程、（ｄ）はイメージガイドプリフォームの２回目の充填工程、（ｅ）はイメージガイドプリフォームの２回目の作製工程、（ｆ）はイメージガイド線引工程を示す要部斜視図である。なお、図１（ｃ）〜（ｄ）に示す一連の工程が、本発明でいう、イメージガイドプリフォームを形成する工程に相当するものである。

図１（ａ）は画素ファイバの作製工程を示しており、画素ファイバ１を形成する画素ファイバプリフォーム２は、中心のコア２ａは例えばフッ化物ガラス、フッ化物ジルコニウム、フッ化物ランタン、フッ化物アルミニウム、フッ化物バリウムなどフッ化物から形成され、外周のクラッド２ｂはフッ化物のチューブから形成されている。本実施形態では、フッ化物として、多成分ガラス光ファイバで、ＺＢＬＡＮファイバを用いている。

画素ファイバプリフォーム２は、例えば１０ｍｍ程度の直径の円柱状に形成され、この大径のプリフォーム２を加熱炉３を通して引出すことにより直径を細め、直径が１００μｍ〜５００μｍ程度の画素ファイバ１を引出して形成する。

このように形成された細径の画素ファイバ１は中心のコア１ａが外周のクラッド１ｂで被覆された形状となる。このフッ化物ファイバは、結晶化すると極端に透過率が低下する傾向があり、本実施の形態では透過率を低下させないことを目的としている。

図１（ｂ）に示す画素ファイバの１回目の充填工程では、フッ化物から形成される外径が２５〜３０ｍｍ程度のジャケット管４の内部に、前工程で形成した直径が５００μｍ程度の画素ファイバ１を例えば２５００本程度挿入して充填し、多数の画素ファイバをジャケット管４で束ねて、ファイババンドル５を作製する。

図１（ｃ）に示すイメージガイドプリフォームを作製する１回目の工程では、前工程で作製したファイババンドル５を３１５〜３２０℃で加熱すると共に、縮径する工程であり、直径が２５〜３０ｍｍ程度のファイババンドル５の直径を８〜１０ｍｍ程度に縮める成形型６を通して、イメージガイドプリフォーム７を形成する。

１回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で直径を縮める成形型６は、図２に示されるようにテーパ構造となっており、ファイババンドル５の直径を徐々に縮めることができるように円錐状の傾斜面６ａが形成されている。

このため、ファイババンドル５は加熱され、上部よりピストン６ｂを介して加圧されて成形型６の傾斜面６ａを通過し、ファイババンドル５は傾斜面６ａに沿わせてイメージガイドプリフォーム７として押出されるので、小径のイメージガイドプリフォーム７が押出し形成されることになる。イメージガイドプリフォーム７は、本実施例では９．５ｍｍ程度の直径とされる。なお、イメージガイドプリフォーム７は、縮径されて外周が六角柱状に形成されるように構成してもよい。

このように１回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で形成されたイメージガイドプリフォーム７は、図１（ｄ）に示されるイメージガイドプリフォームを充填する２回目の充填工程で、さらに束ねられてイメージガイドプリフォームバンドル８とされる。具体的には、前工程で直径が９．５ｍｍとされたイメージガイドプリフォーム７はテフロン（登録商標）製のジャケット管９に多数（４０本程度）が挿入され、直径が５０ｍｍ程度のイメージガイドプリフォームバンドル（イメージガイドプリフォームをファイバとしたファイババンドル）８に形成される。

このように形成されたイメージガイドプリフォームバンドル８は、図１（ｅ）に示される２回目のイメージガイドプリフォームを作製する工程で、加熱されると共に上方からピストン１０ａを介して加圧されて成形型１０に通され、８〜１０ｍｍ程度に縮径されてイメージガイドプリフォーム１１に形成される。具体的には、３１５〜３２０℃で加熱され、直径が５０ｍｍに束ねられたイメージガイドプリフォームバンドル８が直径９．５ｍｍのイメージガイドプリフォーム１１に形成される。

この２回目のイメージガイドプリフォーム工程で用いられる成形型１０は、１回目の工程で用いられる成形型６と基本的には同じテーパ構造であり、イメージガイドプリフォームバンドル８は傾斜面に沿わせて押出される。１回目の成形型６が直径を２５〜３０ｍｍ程度のものを９．５ｍｍ程度に縮径するのに対し、２回目の成形型１０は直径５０ｍｍ程度から９．５ｍｍ程度に縮径するものである。この成形型１０で直径を小さくされたイメージガイドプリフォーム１１は、前記の成形型６の場合と同様に、縮径されて外周が六角柱状に形成されるように構成してもよい。

２回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で、加熱、押圧されて形成されたイメージガイドプリフォーム１１は、図１（ｆ）に示されるイメージガイド線引工程で、細径のイメージガイド１２に形成される。具体的には、外径が９．５ｍｍ程度に形成されたイメージガイドプリフォーム１１は、３１５〜３２０℃の範囲で加熱された線引用の加熱炉１３内で外径が１〜２ｍｍ程度、本実施例では１．４ｍｍに縮径して引出され、極細径の多数の画素ファイバ１が束ねられたイメージガイド１２となる。

図１（ｆ）に示される線引工程について、図３を参照して詳細に説明する。この線引工程では、イメージガイドプリフォーム１１の加熱は、加熱炉１３内で３１５〜３２０℃の温度範囲に設定されて行われる。イメージガイドプリフォーム１１の周囲に放射温度計１４を中心に有するヒーター１５を対向して配置し、ヒーター１５はプリフォーム１１の外周に沿って円周方向Ａに示すように周回状に移動できると共に、イメージガイドプリフォーム１１の半径方向Ｂに示すように直線的に移動できる構成となっている。ヒーター１５はイメージガイドプリフォーム１１の外径より小さい形状であり、被加熱物の外周を全体的に加熱するものでなく、局所的に加熱するものである。したがって、加熱された部位の温度を放射温度計１４で測定し、その温度に基づいてヒーター１５を旋回（回転）、あるいは遠近させて（半径方向に移動させて）、被加熱物が設定温度になるように制御している。

ヒーター１５は設定された温度範囲となるように制御される構成となっており、このヒーターによる被加熱物であるイメージガイドプリフォーム１１への加熱は、ヒーター１５を円周方向Ａに旋回回転させると共に、イメージガイドプリフォーム半径方向（回転半径の方向）Ｂに沿って遠近移動させることで行っている。なお、ヒーター１５に組み込まれる放射温度計１４としてはファイバ式のものが好ましい。

前記の如く構成された本実施形態のフッ化物イメージガイドの製造方法の動作について以下に説明する。前記のように構成されたフッ化物イメージガイドの製造方法では、図１（ａ）のように、加熱炉３の上方から画素ファイバプリフォーム２を通し、設定された温度範囲で加熱された状態で引出すことで、コア２ａとクラッド２ｂを有する画素ファイバプリフォーム２は直径が細くされ、コア１ａの周囲にクラッド１ｂが被覆された画素ファイバ１が作製される。

つぎに、図１（ｂ）の画素ファイバの１回目の充填工程で、多数の画素ファイバ１をジャケット管４内に挿入して充填し、ファイババンドル５を束ねて作製し、図１（ｃ）の１回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で、３１５〜３２０℃の温度範囲に設定し、ファイババンドル５を成形型６に通して直径を絞り、細径のイメージガイドプリフォーム７を作製する。

また、このイメージガイドプリフォーム作製工程では、直径を小さくする成形型６はテーパ構造であり、大径のファイババンドル５は円錐状の傾斜面６ａに沿って円滑に直径を縮められて小径のイメージガイドプリフォーム７となるため、画素ファイバの密着度を高めて、画素ファイバの断線なしに品質の高いイメージガイドプリフォーム７を作製することができる。

このように作製されたイメージガイドプリフォーム７は、図１（ｄ）の２回目の充填工程で、ジャケット管９内に複数本が充填され、束ねられてイメージガイドプリフォームバンドル８となる。そして、充填され束ねられたイメージガイドプリフォームバンドル８は、図１（ｅ）の２回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で、成形型１０により加熱、加圧されて大径の直径が小径に縮められて押出される。この加圧押出しによる２回目のイメージガイドプリフォーム作製工程でも、成形型１０は傾斜面を有するテーパ形状であり、円滑に押出されて小径のイメージガイドプリフォーム１１が形成される。このため、画素ファイバの断線等の不具合を解消することができる。

このように、１回目の充填工程で、画素ファイバをジャケット管４に通して束ねてファイババンドル５を作製し、このファイババンドル５を１回目のイメージガイドプリフォーム作製工程で加熱押出しにより小さい直径につぼめてイメージガイドプリフォーム７を作製し、これらの充填工程と、イメージガイドプリフォーム作製工程を繰り返すため、一度に大幅に直径を縮める必要がなく、画素ファイバやイメージガイドプリフォームの断線等の不具合を防止することができる。

線引工程では、多数の画素ファイバを束ねたイメージガイドプリフォーム１１は放射温度計１４を装着したヒーター１５で加熱され、このヒーターはイメージガイドプリフォーム１１の外周に沿って回転移動され放射温度計１４で測定された温度に基づいて回転制御されるため、均一な加熱が可能となる。

また、半径方向に移動することができるため、接近、後退により温度を短時間で調節することができ、イメージガイドプリフォーム１１を細径のイメージガイド１２に成形する際の品質を安定させることができる。

ヒーター１５をイメージガイドプリフォーム１１の外周で移動させる構成のため、移動速度を制御することによって応答性の高い温度制御が可能となる。また、ヒーター１５を半径方向に遠近させることによってイメージガイドプリフォーム１１の温度を降下あるいは上昇させることができ、応答性をさらに高めることができる。

本発明の他の実施形態を図４に基づき詳細に説明する。図４は本発明に係るフッ化物イメージガイドの製造方法の画素ファイバを充填し束ねたイメージガイドプリフォーム、あるいはイメージガイドプリフォームを充填し束ねたイメージガイドプリフォームの他の実施形態の断面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、画素ファイバもしくはイメージガイドプリフォームの直径がイメージガイドプリフォームの中心部から外周に向かって直径が徐々に大きくなることを特徴とする。

図４において、画素ファイバを束ねて充填するファイババンドル２１は、ジャケット管に充填され束ねた状態で、中心部に位置する画素ファイバ２２の直径が小さく形成され、外周に近づくにつれて徐々に直径が大きくなるように、配列されている。すなわち、中心の画素ファイバ２２の外側の円周上に位置する画素ファイバ２３は中心の画素ファイバ２２より直径が大きく設定され、さらに外側の円周上に位置する画素ファイバ２４はさらに大径に設定され、最外周の画素ファイバ２５は一番大きな直径に設定されている。

このように構成されたファイババンドル２１をイメージガイドプリフォームに形成するために加熱すると、前記のヒーター１５で外周側から加熱するため、外周側ほど加熱されて高温となる。このため、外周側の太い画素ファイバ２５がより高温となり流動性が向上して変形しやすくなる。また、内側の小径の画素ファイバ２４，２３，２２は加熱量が少なくても所定の温度になりやすく、全体として温度上昇が均一となる。これにより、イメージガイドプリフォームの製造品質を安定させることができる。この結果、画素ファイバの高密度化およびイメージガイドプリフォームの細径化を図ることができる。

なお、前記では、画素ファイバが外周側ほど、その直径が大きくなるように配列される例を示したが、画素ファイバを束ねて充填したイメージガイドプリフォームを充填し束ねたイメージガイドプリフォームバンドルが、ジャケット管に充填され束ねた状態で、ジャケット管の外周側ほど、その直径が大きいように配列されるようにされたものでもよい。この構成でも、外周側のイメージガイドプリフォームが加熱により高温となるため、前記と同様に、流動性がよくなり変形しやすくなり、イメージガイドプリフォームの製造品質を安定させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

例えば、画素ファイバあるいはイメージガイドプリフォームを束ねたバンドルを加熱押出ししてプリフォームを作製する工程を２回行う例について説明したが、３回以上行なうように構成することもできる。要は、複数回押出し成形を行うことで、１回ごとのひずみを小さくすることができ、高品質のイメージガイドプリフォームを製造することができる。

１：画素ファイバ
２：画素ファイバプリフォーム
３：加熱炉
４：ジャケット管
５：ファイババンドル
６：成形型
７：イメージガイドプリフォーム
８：イメージガイドプリフォームバンドル
９：ジャケット管
１０：成形型
１１：イメージガイドプリフォーム
１２：イメージガイド
１３：加熱炉
１４：放射温度計
１５：ヒーター
２１：ファイババンドル
２２，２３，２４，２５：画素ファイバ

Claims

フッ化物からなる複数の画素ファイバをジャケット管に充填し束ねてファイババンドルを形成する工程と、該ファイババンドルを加熱押出ししてイメージガイドプリフォームを形成する工程と、該イメージガイドプリフォームをさらに加熱線引する工程とを含むフッ化物イメージガイドの製造方法であって、
前記イメージガイドプリフォームを形成する工程において、前記形成した複数のイメージガイドプリフォームを、ジャケット管に充填し束ねたバンドルを形成し、該バンドルを加熱押出ししてイメージガイドプリフォームを形成する工程を含むことを特徴とするフッ化物イメージガイドの製造方法。
前記ファイババンドルを加熱押出しするときの成形型は、円錐状傾斜面を有するテーパ型であり、前記ファイババンドルを前記傾斜面に沿わせて押出すことを特徴とする請求項１に記載のフッ化物イメージガイドの製造方法。
前記イメージガイドプリフォームを加熱線引する工程は、前記イメージガイドプリフォームの外周部にヒーターを対向させ、前記イメージガイドプリフォームの温度を検出し、検出された温度に基づいて前記ヒーターを回転させながら加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のフッ化物イメージガイドの製造方法。
前記ヒーターを回転させながら半径方向に移動させて加熱することを特徴とする請求項３に記載のフッ化物イメージガイドの製造方法。
前記画素ファイバもしくは前記イメージガイドプリフォームは、前記ジャケット管に充填され束ねた状態で、該ジャケット管の外周側ほど、その直径が大きいように配列されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフッ化物イメージガイドの製造方法。