光纤的制造方法、光纤以及内窥镜

摘要

一种贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光的内窥镜用的光纤的制造方法，其中，在竖式的拉丝炉（30）内，在由包层玻璃构成的中空的包层管（22）内，成为流动状态的芯部玻璃由于重力而流下，从而芯部玻璃与包层玻璃一体化。

权利要求

1.一种光纤的制造方法，所述光纤贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光，该光纤的制造方法的特征在于，在用于管中棒法的竖式的拉丝炉的内部，在由包层玻璃构成的中空的包层管的内部，成为流动状态的芯部玻璃由于重力而流下，从而使所述芯部玻璃与所述包层玻璃一体化，所述芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的所述包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。

2.根据权利要求1所述的光纤的制造方法，其特征在于，所述光纤的芯部直径为光纤直径的80％以上98％以下。

3.根据权利要求2所述的光纤的制造方法，其特征在于，在所述拉丝炉的内部，由所述芯部玻璃构成的芯棒的直径在变为最小值后增加。

4.根据权利要求3所述的光纤的制造方法，其特征在于，在所述拉丝炉的内部，所述芯部玻璃的粘度η2从Logη2＝6.0减少至Logη2＝3.5的第1温度区域的所述芯部玻璃的滞留时间为用mm单位记述所述芯部玻璃的初始外径的值的0.15倍以上的时间，且所述包层玻璃的粘度η1从Logη1＝6.0减少至Logη1＝

5.0的第2温度区域的所述包层玻璃的滞留时间为用mm单位记述所述外径的值的0.15倍以上的时间，所述时间的单位是“分钟”。

5.一种光纤，其贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光，该光纤的特征在于，芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。

6.根据权利要求5所述的光纤，其特征在于，

芯部直径为光纤直径的80％以上98％以下。

7.根据权利要求6所述的光纤，其特征在于，

所述光纤是使用竖式的拉丝炉通过管中棒法制造而成。

8.一种内窥镜，其特征在于，

该内窥镜具备贯穿插入到插入部且引导光的光纤，关于该光纤，芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。

说明书

光纤的制造方法、光纤以及内窥镜

技术领域

[0001] 本发明的实施方式涉及贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光的光纤的制造方法、所述光纤以及具备所述光纤的内窥镜。

背景技术

[0002] 医疗内窥镜需要对被摄体进行照明以对较暗的体腔内进行观察。因此，采用了光导，以将光源装置产生的光引导至配设于内窥镜的插入部前端部的照明部。

[0003] 光导具有捆束多个光纤而成的结构。如图1所示，一个个光纤10(外径 )由透过光的芯部(外径 )11；以及设置于芯部11的外周部的、对光进行反射以使光不会从芯部侧面泄漏到外部的包层12构成。并且，芯部11采用了高折射率玻璃，包层12采用了折射率比芯部11低的玻璃。

[0004] 作为光纤的制造方法，例如在日本特开平1－215738号公报中公开了利用管中棒(rod in tube)法的光通信用光纤的制造方法。在管中棒法中，在加热炉内部，在作为包层的管状玻璃中插入了作为芯部的棒状玻璃的状态下，进行熔融纺丝、即所谓的“拉丝”。

[0005] 此处，内窥镜用光纤和光通信用光纤均具有引导光的功能，基本的部分相似。但是与光通信用光纤将预定的较窄波长的光进行几km以上这样的长距离传送相对，内窥镜用光纤需要在几m这样的短距离内大光量地引导可见光这样的较大波长范围的光。因此，虽然内窥镜用光纤的构造以及制造方法与光通信用光纤的构造以及制造方法的基本部分相似，但制造条件等差异较大。

[0006] 例如，内窥镜用的光纤与光通信用光纤相比，芯部直径 相对于光纤直径 的比例较大。因此，不容易进行将芯棒准确配置到包层管的中心的状态下的拉丝，生产率的提高是问题。

[0007] 本发明的目的在于提供一种生产率高的内窥镜用的光纤的制造方法、生产率高的内窥镜用的光纤以及具有生产率高的光纤的内窥镜。

发明内容

[0008] 用于解决课题的手段

[0009] 在本发明实施方式的、贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光的光纤的制造方法中，在用于管中棒法的竖式的拉丝炉的内部，在由包层玻璃构成的中空的包层管的内部，成为流动状态的芯部玻璃由于重力而流下，从而使所述芯部玻璃与所述包层玻璃一体化。

[0010] 在本发明其他实施方式的贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光的光纤中，芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。

[0011] 本发明其他实施方式的内窥镜具备贯穿插入到插入部且引导光的光纤，关于该光纤，芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。

附图说明

[0012] 图1是用于说明光纤构造的图。

[0013] 图2是用于说明实施方式的利用使用了拉丝炉的管中棒法的光纤制造方法的截面示意图。

[0014] 图3是用于说明利用管中棒法的光纤制造时的问题的截面图。

[0015] 图4是示出温度引起的玻璃粘度变化的图。

[0016] 图5是示出实施方式的拉丝炉的温度分布的说明图。

[0017] 图6是用于说明实施方式的内窥镜结构的结构图。

具体实施方式

[0018] 如图2所示，实施方式的光纤10在竖式的拉丝炉30的内部，在被保持为铅直状态的由包层玻璃构成的细长的包层管22的中空部中央，在插入有同样被保持为铅直状态的由芯部玻璃构成的细长的芯棒21的状态下进行加热，并且朝下方施加张力进行“拉丝”。

[0019] 在拉丝炉30中，以围起作为加热空间的中央的炉心管31的方式配设有加热器32和绝热材料33。并且，将炉心管31的内部设计成温度随着从上侧到下侧而上升。

[0020] 以下，如图2所示，将拉丝炉30的上部设为原点、且值朝向下侧(重力方向g)增加的轴设为Z轴，用Z轴坐标值表示拉丝炉30的内部位置。另外，图2是用于说明的示意图，结构要素的形状和大小等与实际不同。

[0021] 在光纤10中，芯部玻璃(芯棒21)相比包层玻璃(包层管22)，在低温下成为流动状态。因此，如图2所示，芯棒21在Z1处开始变形流动，则Z2处成为流动状态并由于重力而朝铅直方向流下。流下的芯部玻璃(芯棒21)在Z2处与包层管22一体化。另外，包层玻璃(包层管22)在Z3处开始变形流动并开始细直径化。

[0022] 此处，在Z2处成为流动状态、且开始流下的芯部玻璃(芯棒21)的直径 随着向下而逐渐变小，但在Z5处，被未变为流动状态的包层管22阻挡，因此在Z4处示出最小值。一般在由于拉丝张力而变形的情况下，玻璃直径单调减少。与此相对，在光纤10的制造方法中， 在Z1～Z4处减少，但在Z4处变为最小值，在Z4～Z5处增加。并且，在Z5的下部再次减少，最终成为作为光纤10的芯部直径 的例如27μm。换言之，在拉丝炉30内，芯部玻璃的直径 减少且在成为最小值后增加。

[0023] 如已说明那样，在利用管中棒法的光纤的制造方法中，在拉丝炉内，不容易在将芯棒21准确配置到包层管22的中心的状态下进行拉丝。即图3所示，当芯棒21从包层管22的中心稍微偏芯时，芯棒21在外径比包层管22的内径小的阶段，贴到内壁的一部分上。因此，拉丝后的光纤产生芯部位置的偏芯，截面不会变为圆形，并且光纤直径的偏差变大。

[0024] 尤其是，内窥镜用的光纤由于引导大光量的光，因此芯部直径 相对光纤直径的比率 较高。例如，如果光纤的芯部直径 不处于光纤直径 的80％以上，则无法引导期望的光量。例如，在光纤直径 为30μm的情况下，优选芯部直径 为
24μm(80％)以上，特别优选为27μm(90％)以上。芯部直径 的上限处于例如光纤直径的95％以下，如果处于所述范围以下，则能够确保反射所需的包层玻璃厚度。

[0025] 并且，内窥镜用的光纤由于所述 较高，因此在制造时，芯棒21的外径相对于包层管22的内径 的比率也较高，芯棒外周面与包层管的内周面的间隔(间隙)也较小。因此，容易产生芯棒的偏芯。

[0026] 但是，在本实施方式的光纤制造方法中，流动状态的芯部玻璃由于重力而流下，从而在流动状态下与包层玻璃(包层管22)一体化。在Z4下方，包层管22由于拉丝张力而进一步细直径化，但由包层玻璃构成的中空管(包层管22)的内部的芯部玻璃为流动状态，因此维持均匀填充到内部的状态。

[0027] 此外，从拉丝炉30的下方施加的拉丝张力由于在Z2～Z5处为流动状态，因此没有被较强施加到芯棒21的上部、即Z＞Z1的芯棒21。因此，即使在拉丝炉30的上部芯棒21从包层管22的中心稍微偏芯，其也不会成为大问题。

[0028] 因此，本实施方式的光纤10的制造方法的生产率较高。

[0029] 如已经说明那样，芯部玻璃(芯棒21)相比包层玻璃(包层管22)在低温下成为流动状态是本实施方式的光纤10的制造方法的必需条件。即，留意包层玻璃(包层管22)的粘度η1的温度变化、和芯部玻璃(芯棒21)的粘度η2的温度变化来选择包层玻璃和芯部玻璃。

[0030] 另外，玻璃的粘度η用以下的方法测量。

[0031] (1)温度900℃以下的粘度

[0032] 纤维伸长法：JIS－R3103和ASTM－C336

[0033] (2)温度900℃以上的粘度

[0034] 利用引球(球引き上げ)式粘度计，通过将玻璃作为牛顿流体，使用天平测量负载增加来计算粘度。引球式粘度计利用如下方法：将铂球浸入到熔融玻璃中，将等速提高铂球时的负荷代入到斯托克斯的式子来计算粘度。

[0035] 此处，玻璃在粘度η变为Logη＝6以下时，开始张力引起的变形(细直径化)，当Logη变为5以下时，张力引起的变形(细直径化)显著，当Logη变为3.5以下时，成为流动状态并由于重力而流下。另外，“Log”是以10为底的常用对数。

[0036] 此处，为了阻挡流下的芯部玻璃，包层玻璃需要维持预定的硬度(粘度)。此处，由于包层玻璃阻挡芯部玻璃的位置Z5处于芯部玻璃开始流下的位置Z2的下方，因此Z5的温度比Z2的温度高。

[0037] 因此，优选使得芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为Logη1＞5.0，特别优选为Logη1＞6.0。如果粘度η1超过所述范围，则包层玻璃能够稳定阻挡流下的芯部玻璃。另外，当使得芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的粘度η1过高时，阻挡芯部玻璃后的包层管22的细直径化急剧进展从而拉丝变得不稳定，因此粘度η1优选为例如Logη1＜7.0。

[0038] 图4示出芯部玻璃－A(Core－A)、包层玻璃－A(Clad－A)、包层玻璃－B(Clad－B)以及包层玻璃－C(Clad－C)的粘度的温度变化。使得芯部玻璃－A(Core－A)的粘度η2为Logη2＝3.5的温度是880℃。并且，880℃下粘度η1为Logη1＝6.3的包层玻璃－A(Clad－A)满足上述条件。与此相对，880℃下粘度η1为Logη1＝5.0的包层玻璃－B(Clad－B)不满足上述条件，因此当与芯部玻璃－A(Core－A)组合使用时，光纤10的制造成品率降低且生产率不佳。同样880℃下粘度η1为Logη1＝7.0的包层玻璃－C(Clad－C)的生产率也不佳。

[0039] 即与芯部玻璃－A(Core－A)组合的包层玻璃的粘度曲线优选处于包层玻璃－B(Clad－B)的粘度曲线、与包层玻璃－C(Clad－C)的粘度曲线之间。

[0040] 此处，芯部玻璃例如以硼硅酸玻璃或硼铝硅酸玻璃为主要成分，折射率nd为1.56～1.73。另一方面，以二氧化硅为主要成分且包含碱成分等的包层玻璃的折射率nd为1.47～1.52。包层玻璃除了所述条件以外，例如利用APPEN的式子在推算的同时选择折射率、与芯部玻璃的热膨胀系数的差异、芯部玻璃/包层玻璃的润湿性、相互成分扩散等条件。

[0041] 玻璃的粘度η能够通过碱成分的含量进行调整。即随着碱成分的含量增加，该温度下的粘度η降低。

[0042] 例如，包层玻璃－A与包层玻璃－B的主要成分相同，但碱成分的含量不同。包层玻璃－A含有6摩尔％的Na、1.5摩尔％的K。另一方面，包层玻璃－B含有19摩尔％的Na。关于对粘度的影响，设Na为“1”时，K为“0.85”。即包层玻璃－A的Na换算含量为7摩尔％。

[0043] 另外，根据另外进行的实验，作为包层玻璃，例如用Na换算碱成分为5摩尔％以上17摩尔％以下的含量，则满足所述粘度条件。

[0044] 此处，在光纤10的制造方法中，优选不仅进行温度管理还进行时间管理。即在拉丝炉30的内部，优选还对被拉丝且朝下方移动的玻璃在预定的温度范围区域滞留的时间进行管理。

[0045] 此处，将芯部玻璃(芯棒21)开始变形流动、成为流动状态到流下为止的时间，换言之芯部玻璃的粘度η2从Logη2＝6.0减少至Logη2＝3.5所需的时间设为第1滞留时间。此外，将包层玻璃(包层管22)开始变形流动到细直径化进展一定程度为止的时间，换言之包层玻璃的粘度η1从Logη1＝6.0减少至Logη1＝5.0所需的时间设为第2滞留时间。

[0046] 例如根据图4，使得芯部玻璃－A(CORE－A)的粘度η2成为Logη2＝6.0的温度是620℃，使得Logη2＝3.5的温度是880℃。即第1滞留时间是温度从620℃上升至880℃的时间。

[0047] 另一方面，使得包层玻璃－A(CLAD－A)的粘度η1成为Logη1＝6.0的温度是910℃，使得Logη1＝5.0的温度是1010℃。即第2滞留时间是温度从910℃上升至1010℃的时间。

[0048] 此处，图5示出拉丝炉30的温度分布。该情况下，第1滞留时间是620℃～880℃的第1温度区域的滞留时间，第2滞留时间是910℃～1010℃的第2温度区域的滞留时间。

[0049] 并且，为了进行稳定的制造，更优选包层玻璃和芯部玻璃的第1温度范围的滞留时间和第2温度范围的滞留时间均为用mm单位记述芯部外径的值的0.15倍以上的时间(单位是“分钟”)。另外，芯部外径(芯部直径 )在拉丝炉30内部发生变化，但用于滞留时间计算的芯部外径是拉丝处理前的芯部玻璃的初始外径。

[0050] 例如，如果芯部外径为30mm，则更优选所述两个滞留时间均为(30×0.15)分钟、即4.5分钟以上。另外，滞留时间由拉丝速度和区域长度决定。例如，在温度区域的长度为20mm的情况下，该温度区域中的拉丝速度为4mm/分钟以下即可。

[0051] 此外，为了提高生产率，第1温度区域和第2温度区域的滞留时间优选为用mm单位记述例如上述芯部外径的值的2倍以下的时间(单位是“分钟”)。例如，如果芯部外径为30mm，则优选所述两个滞留时间均为(30×2)分钟、即60分钟以下。

[0052] 另外，如图5所示，在芯部玻璃－A(CORE－A)和包层玻璃－A(CLAD－A)的组合的情况下，第1温度区域与第2温度区域没有重复区域，但也可以有重复区域。换言之，温度可以比使得包层玻璃的粘度η1为Logη1＝6.0的温度、使得芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度都低。

[0053] ＜光纤的结构＞

[0054] 如以上说明那样，关于贯穿插入到内窥镜的插入部且引导光的内窥镜用的光纤10，使得芯部玻璃的粘度η2为Logη2＝3.5的温度下的包层玻璃的粘度η1为5.0＜Logη1＜7.0。此外，光纤10的芯部直径为光纤直径的80％以上95％以下。并且光纤
10使用竖式的拉丝炉通过管中棒法进行制造。

[0055] 光纤10的生产率良好，因此能够低成本地进行制造。

[0056] ＜内窥镜的结构＞

[0057] 接着，使用图6对具备光纤10的内窥镜40进行简单说明。

[0058] 具备内窥镜40的内窥镜系统41具备：作为对图像信号进行处理的处理器的CPU44；显示内窥镜图像的监视器45；用于由使用者设定使用条件等的键盘46等输入部；以及光源装置47。

[0059] 内窥镜40是具备以下部件的电子内窥镜：在前端部49具有拍摄彩色内窥镜图像的摄像部50和照明光学系统51的插入部48；光导42，其贯穿插入到插入部48的内部，将来自经由基端部侧的光导连接器52连接的光源装置47的照明光引导至照明光学系统51；以及将具有CCD等的摄像部50和CPU44连接的电子连接器53。

[0060] 光导42将例如2800根直径30.0μm的光纤10填充到硅管内，直径为1.8mm，长度为1m。

[0061] 内窥镜40具备生产率良好的光纤10，因此能够生产率良好且低成本地进行制造。

[0062] 另外，在以上的说明中，对将照明光从插入部48的基端部引导至前端部49的照明用光导的光纤10进行了说明，但在将前端部49的摄像光学系统接收到的被摄体像的光引导至基端部侧的摄像用光导的光纤中，本发明的实施方式也具有相同的效果。即实施方式的光纤10以及光纤10的制造方法等只要是内窥镜用，则能够用于各种用途。

[0063] 此外，本发明不限于上述实施方式等，能够在不改变本发明主旨的范围内进行各种变更、改变等。

[0064] 本申请以2011年12月19日在日本申请的日本特愿2011-277355号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引用到本申请说明书、权利要求书、附图中。