JP2010026176A - 光ファイバ心線への外装部材の固定構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバ心線への外装部材の固着部での発熱が抑制される、光ファイバ心線への外装部材の固定構造を提供すること。
【解決手段】裸光ファイバ５１の外周に被覆層５２が形成されてなる光ファイバ心線５３と、該光ファイバ心線５３が挿通し得る貫孔が形成された外装部材（例えば、コネクタ１）とを有し、前記光ファイバ心線５３の外装部材（例えば、コネクタ１）が外装される部分及びその近傍の被覆層の外周を遮光膜５４で被覆し、該遮光膜５４に前記外装部材（例えば、コネクタ１）の貫孔内面１ａを固着してなることを特徴とする、光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
【選択図】 図１
【解決手段】裸光ファイバ５１の外周に被覆層５２が形成されてなる光ファイバ心線５３と、該光ファイバ心線５３が挿通し得る貫孔が形成された外装部材（例えば、コネクタ１）とを有し、前記光ファイバ心線５３の外装部材（例えば、コネクタ１）が外装される部分及びその近傍の被覆層の外周を遮光膜５４で被覆し、該遮光膜５４に前記外装部材（例えば、コネクタ１）の貫孔内面１ａを固着してなることを特徴とする、光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
【選択図】 図１
Description
本発明はコネクタ等の光ファイバに外装される外装部材の光ファイバ心線への固定構造に関する。
従来から、光ファイバは、通信、計測をはじめとして種々の用途に用いられており、例えば、光ファイバをレーザ媒質として利用するファイバレーザ装置がある（特許文献１）。ファイバレーザ装置は、光ファイバを備え、光ファイバの一方の端末から入射させたレーザ光を光ファイバ内を伝搬させることにより光増幅させて、光ファイバの他方の端末から出射させるものであり、高品質で高パワーのレーザ光を出射することができることから、例えば、切断、溶接などの加工手段として用いられている。
ところで、ファイバレーザ装置等に使用される光ファイバとしては、裸光ファイバのクラッドさらにはコアへの外部からの圧力に対する保護のために、一般に、裸光ファイバの外周を樹脂などの被覆層で被覆した光ファイバ心線が使用される。
また、光ファイバをファイバレーザ装置等の種々の装置や機器に組み込む場合、光ファイバ同士の接続や他の部品との接続を手作業または簡易的な工具を用いた作業で容易に行なえるように、通常、光ファイバ心線の端末にコネクタを固着させる。また、装置や機器内での光ファイバの配索を容易にするために、光ファイバ心線が挿通保持される保持部を設けた保持部材に光ファイバ心線を固着し、該保持部材を装置や機器内の予め設けられた被取付け部（部品、加工部）に取り付ける構成を採ることが多い。
特開２００５−７９１７７号公報
ところで、ファイバレーザ装置等の光ファイバを組み込んだ装置を繰り返し動作させると、光ファイバに外装されているコネクタや保持部材の固着部が発熱し、それによって、コネクタ、保持部材等の光ファイバへの固着が解かれたり、また、光ファイバの劣化や、コネクタ、保持部材等の外装部材が劣化してしまうという問題を生じることがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、光ファイバ心線への外装部材の固着部での発熱が抑制される、光ファイバ心線への外装部材の固定構造を提供することである。
本発明者等は、上記課題を解決するために、光ファイバ芯線への外装部材の固着部に生じる発熱の原因について調査したところ、光ファイバではその開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）以内の角度で入射した光がコアとクラッドの界面で全反射してコア内に閉じこめられた状態で伝搬するが、開口数を上回る角度で入射した光はコアとクラッドの界面を透過して、クラッド内から被覆層外へ透過する場合があり、この透過光を光ファイバ芯線に外装部材を固着させている接着剤や外装部材自身が吸収して発熱していることが分かり、かかる光吸収を抑制する観点から研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）裸光ファイバの外周に樹脂被覆層が形成されてなる光ファイバ心線と、該光ファイバ心線が挿通し得る貫孔が形成された外装部材とを有し、
前記光ファイバ心線の前記外装部材が外装される部分に光ファイバ心線の外周を覆う遮光部材を固設し、該遮光部材に前記外装部材の貫孔内面を固着してなることを特徴とする、光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（２）遮光部材が光ファイバ心線の樹脂被覆層に被着させた遮光膜である、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（３）遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（４）遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、光ファイバ心線の樹脂被覆層と同じ樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（５）裸光ファイバがポリマークラッドファイバ素線であり、遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、該ポリマークラッド光ファイバ素線のクラッドと同じ樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（６）遮光部材に外装部材の貫孔内面が接着剤を介して固着されている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（７）遮光部材に外装部材の貫孔内面が弾性部材を介して固着されている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（８）外装部材が光ファイバ心線の端末に固定されるコネクタである、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（９）光ファイバ心線が波長２００〜７００ｎｍの短波長光を伝搬するものであり、遮光部材が金属製である、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（１０）金属がアルミニウム、金、銀及び白金から選択されるいずれか１種又は２種以上である、上記（９）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（１）裸光ファイバの外周に樹脂被覆層が形成されてなる光ファイバ心線と、該光ファイバ心線が挿通し得る貫孔が形成された外装部材とを有し、
前記光ファイバ心線の前記外装部材が外装される部分に光ファイバ心線の外周を覆う遮光部材を固設し、該遮光部材に前記外装部材の貫孔内面を固着してなることを特徴とする、光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（２）遮光部材が光ファイバ心線の樹脂被覆層に被着させた遮光膜である、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（３）遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（４）遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、光ファイバ心線の樹脂被覆層と同じ樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（５）裸光ファイバがポリマークラッドファイバ素線であり、遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、該ポリマークラッド光ファイバ素線のクラッドと同じ樹脂が充填されてなる、上記（１）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（６）遮光部材に外装部材の貫孔内面が接着剤を介して固着されている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（７）遮光部材に外装部材の貫孔内面が弾性部材を介して固着されている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（８）外装部材が光ファイバ心線の端末に固定されるコネクタである、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（９）光ファイバ心線が波長２００〜７００ｎｍの短波長光を伝搬するものであり、遮光部材が金属製である、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
（１０）金属がアルミニウム、金、銀及び白金から選択されるいずれか１種又は２種以上である、上記（９）記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
本発明によれば、光ファイバ心線の外装部材が外装させるべき部分（光ファイバ心線の軸線方向の所定部分）に光ファイバ心線の外周を覆う遮光部材を固設し、該遮光部材に対して外装部材を固着するようにしたから、光ファイバ心線から漏れ出る光が遮光部材によって遮蔽または減衰されて、外装部材及び外装部材の固着に使用される材料（接着剤等）への光吸収が抑制され、その結果、外装部材及び外装部材の固着に使用される材料（接着剤等）での発熱が抑制されて、外装部材の離脱や光ファイバの熱劣化等を防止することができる。また、遮光部材は光ファイバ心線と外装部材の間に弾性的に挟持されることから光ファイバ心線の折り曲げ等が行なわれても、遮光部材が離脱しにくく、その遮光機能が安定に持続する。よって、光ファイバの繰り返しの使用によるファイバや外装部材の劣化を十分に軽減でき、また、外装部材の固着が解かれてしまうというような不具合を解消することができる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して説明する。
図１は本発明による光ファイバ心線の端末へのコネクタの固定構造の第１例を示す。図１（ａ）は光ファイバ心線の端末付近における光ファイバ心線の軸線方向の断面図、図１（ｂ）は光ファイバ心線の端末における光ファイバ心線の軸線方向と直交する方向の断面図である。また、図２はコネクタ単体の側面図である。
図１は本発明による光ファイバ心線の端末へのコネクタの固定構造の第１例を示す。図１（ａ）は光ファイバ心線の端末付近における光ファイバ心線の軸線方向の断面図、図１（ｂ）は光ファイバ心線の端末における光ファイバ心線の軸線方向と直交する方向の断面図である。また、図２はコネクタ単体の側面図である。
本例は、光ファイバ心線５３の端末の樹脂被覆層５２に遮光部材としての遮光膜５４が被着し、該遮光膜５４に、コネクタ１の光ファイバ心線の挿通孔（貫孔）２の内面１ａが接着剤層７０を介して固着され、光ファイバ心線５３の端末にコネクタ１が固定されている。
ここで、光ファイバ心線５３としては、例えば、ファイバレーザ装置等に組み込んで使用される光ファイバ心線（ファイバレーザ装置用光ファイバ心線）や、高出力半導体レーザからのレーザ光を任意の場所に配置するために使用される光ファイバ心線（エネルギー伝送用光ファイバ心線やデリバリー用光ファイバ心線等）、光通信に使用される光ファイバ心線（光通信用光ファイバ心線）等が挙げられる。より具体的には、その裸光ファイバ５１のコア５１ａがゲルマニウムをドープした石英からなり、コア５１ａを被覆するクラッド５１ｂがノンドープの石英からなるもの、その裸光ファイバ５１のコア５１ａがエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素がドープされた石英からなり、コア５１ａを被覆するクラッド５１ｂがノンドープの石英からなるもの、その裸光ファイバ５１のコア５１ａがノンドープの石英からなり、コア５１ａを被覆するクラッド５１ｂが例えばアクリル系等の樹脂からなるもの（すなわち、ポリマークラッド光ファイバ素線）等を挙げることができる。裸光ファイバ５１の外径は特に限定されず、光ファイバの用途等に応じて適宜選択されるが、一般的には、８０〜１０００μｍの範囲から選択される。
ポリマークラッド裸光ファイバのクラッドに使用される樹脂は、一般に、屈折率が低く、かつ透明性に優れることが重要であり、さらに硬化することによって機械的強度があり、可とう性を有するもの等が有利に使用される。アクリル系樹脂としては、例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）と、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート等の分岐を有する（メタ）アクリレートや、イソボルニルメタクリレート、ノルボルニルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレート等の脂環式（メタ）アクリレート等とのコポリマー等が挙げられる。また、フッ素原子を構造単位中に含むものが、低屈折率性や屈折率の波長依存性が小さいという点から好ましく、例えば、ポリヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート、ポリヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート、ポリ２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート等のフッ化（メタ）アクリレート等のホモポリマー；メチルメタクリレート（ＭＭＡ）と、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート（ＦＭＡ）、ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート等のフッ化（メタ）アクリレートとのコポリマーが挙げられる。さらに、硬化して高い機械的強度が得られるものとして、フッ素原子含有ウレタン（メタ）アクリレート化合物、フッ素化されたポリエーテルを構造中に有する（メタ）アクリレート化合物および光重合開始剤から構成される樹脂組成物等が挙げられる。また、特開平０９−００３３８６号公報、特開平０８−２３１７４３号公報、特開平０７−２２８８２０号公報等に記載のものも好適に使用される。また、アクリル系樹脂は市販品をそのまま使用することができ、例えば、大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名）等が好適に使用される。
光ファイバ心線５３における裸光ファイバ５１の外周を被覆する樹脂被覆層５２の樹脂の種類は、光ファイバ心線５３の用途および裸光ファイバ５１の機能、材料等に応じて、適宜決定される。例えば、光ファイバ心線５３がファイバレーザ装置用であり、その裸光ファイバ５１が少なくともコアが石英系である場合、裸光ファイバ５１の機械的強度の確保（例えば、裸光ファイバ５１が折り曲げられたときの裸光ファイバ５１への歪み軽減）という観点からは、樹脂被覆層５２として、アクリル系樹脂（例えば、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂等）、フッ素樹脂（例えば、四フッ化エチレン樹脂等）等が使用される。また、例えば、光ファイバ心線５３がエネルギー伝送用であり、その裸光ファイバ５１のコア及びクラッドが石英系からなるものである場合、発熱時の信頼性等の観点からは、樹脂被覆層５２として、フッ素樹脂（例えば、四フッ化エチレン樹脂等）等が好適に使用される。
被覆層５２の厚みは特に限定されず、その構成材料や機能（目的）に応じて適宜設定されるが、３０〜１００μｍの範囲内で設定するのが一般的である。
遮光膜５４の材料としては、光ファイバ心線５３の外周を被覆し得、かつ、光ファイバ心線５３から漏れ出る光を遮断或いは減衰させ得る材料であれば、特に限定されず、金属材料、有機系材料及び無機系材料等のいずれも使用できるが、長期安定性、膜形成の容易さ等から金属材料が好ましい。
なお、金属材料はその厚さを大きくすることで光を遮断することは可能であるが、金属材料での光の吸収を減らして、金属材料での発熱を減じるために、金属材料としては、光ファイバ心線５３にて伝送（伝搬）される光の波長に対して反射率の高い材料を選択するのが好ましく、例えば、そのような金属材料としては、一般的には、アルミニウム、金、銀、白金、銅、ニッケル等が挙げられ、これらは、いずれか１種であっても２種以上を併用してもよい（すなわち、単一金属からなる単層膜、２種以上の金属の混合膜（単層膜）、各層が互いに異なる金属からなる多層膜でもよい）。特に、光ファイバ心線５３が波長２００〜７００ｎｍの短波長光（特に、波長約４６０〜５３０ｎｍの可視光）の伝搬を行なうものである場合、遮光膜５４に用いる金属材料としてはアルミニウム、金、銀、白金等を用いるのが好ましく、特に、アルミニウム、白金等の薄膜は波長４００〜７００ｎｍの短波長の光に対して９５％以上の反射率を得ることができる。なお、ここでいう「反射率」とは、膜の被測定面に対して対象とする波長の光を照射（入射）してその反射光量を測定し、入射光量と反射光量の比率を計算した値である。
また、光ファイバ心線５３が波長２００〜７００ｎｍの短波長光（特に、波長約４６０〜５３０ｎｍの可視光）の伝搬を行なうものである場合、無機系材料としては、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物が好適であり、有機系材料としては、たとえば、ペリレンブラック、アニリンブラック等の有機顔料やこれらを含有する樹脂が好適である。
遮光膜５４の形成は、公知の薄膜形成方法の中から遮光膜の材質に適した方法を採用して行なえばよい。例えば、遮光膜５４を金属材料にて形成する場合、真空蒸着法、スパッタリング法、電解メッキ法、無電解メッキ法等が好適である。
また、遮光膜５４を無機系材料で形成する場合、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等を挙げることができる。
また、有機顔料を含有する樹脂にて形成する場合、例えば、有機顔料を含有させた溶融樹脂を光ファイバ心線５３の外周に塗布し、これを硬化させる方法が挙げられる。
遮光膜５４の厚みと長さは、光ファイバ心線５３から漏れ出る光を遮断或いは減衰させるために有効な厚み、長さを確保することが必要であり、いずれも、遮光膜の材質、遮蔽或いは減衰すべき光の波長等に応じて決定されるが、厚みは、一般的には、１０〜１００００ｎｍ（１０ｎｍ〜１０μｍ）の範囲であり、特に、波長が４００ｎｍ以上の光に対しては、２００ｎｍ以上の厚みにするのが好ましい。厚みが、１０ｎｍ未満であると、光を十分に遮断或いは減衰させることが困難になり、厚みが１００００ｎｍ（１０μｍ）を超える場合は、内部応力により遮光膜５４が剥離しやすくなり、好ましくない。
また、遮光膜５４の長さとは、遮光膜５４の光ファイバ心線５３の軸線方向における幅（図１中のＷ１）のことであり、当該幅Ｗ１は外装部材であるコネクタ１の幅（光ファイバ心線５３の軸線方向における幅：図１中のＷ２）よりも大きくすることが必要であり、コネクタ１の少なくとも一方の終端部（光ファイバ心線５３の軸線方向の終端部）から、遮光膜５４が１ｍｍ以上はみ出す長さであるのが好ましい。すなわち、図１中のＷ３が１ｍｍ以上であるのが好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。なお、後述の第４例（図６）のように、光ファイバ心線５３の端末ではなく、光ファイバ心線５３の軸線方向の中間部に保持部材２１を固定する態様の場合は、外装部材（保持部材２１）の両終端部において遮光膜５４が上記の１ｍｍ以上（好ましくは１０ｍｍ以上）はみ出すように、遮光膜５４を設ける。すなわち、図６中のＷ４、Ｗ５がそれぞれ１ｍｍ以上であるのが好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。これらのはみ出し長さ（Ｗ３〜Ｗ５）が１ｍｍ未満では、光ファイバ心線５３から漏れ出る光を十分に遮断或いは減衰させることが困難となる。
なお、遮光膜５４のはみ出し長さ（Ｗ３〜Ｗ５）は光ファイバ心線５３から漏れ出る光を十分に遮断或いは減衰させ得る有効長を確保すればよく、その上限は特に限定されるものではないが、該はみ出し長さ（Ｗ３〜Ｗ５）が余り長すぎる場合は、遮光膜５４の形成における作業性が低下し、不要なコスト増大をまねき、また、光ファイバ心線の折り曲げにより遮光膜が離脱するおそれがあるので、該はみ出し長さ（Ｗ３〜Ｗ５）は概ね１００ｍｍ以下とし、該はみ出し長さの部分では光ファイバ心線を折り曲げずに軸線方向に直線状を保つのが好ましい。
コネクタ１の貫孔２の内面１ａと遮光膜５４の間に介在させる接着剤層７０としては、従来からコネクタ等の外装部材を光ファイバ心線に固着する際に使用されてきた、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系などの有機系接着剤が挙げられる。接着剤層７０の厚み（乾燥厚み）は特に限定はされないが、一般的には、１０〜５００μｍ程度であり、厚みが１０μｍ未満の場合、十分な接着力が得られない恐れがあり、５００μｍを超えると、端面研磨時にキズが生じやすくなる。
本例（図１）のコネクタ固定構造では、光ファイバ心線５３の被覆層５２のコネクタ１が外装される部分に、コネクタ１の光ファイバ心線５３の軸線方向における幅（Ｗ２）よりもその幅（Ｗ１）が若干大きい遮光膜５４を設け、該遮光膜５４に対してコネクタ１を固着するようにしたことから、図３に示されるように、遮光膜５４が光ファイバ心線５３から漏れ出る光Ｌを遮蔽または減衰させて、光ファイバ心線５３内に封じ込めることができる。従って、コネクタ１やこれの固着に使用する接着剤７０への光吸収が防止または十分に軽減されることとなり、コネクタ１の固着部における発熱を防止でき、或いは、発熱が生じても、発熱量を十分に軽減することができる。しかも、遮光膜５４は光ファイバ心線の軸線方向におけるコネクタ１と対応する部分に対して設けられて、光ファイバ心線５３の被覆層５２とコネクタ１の間に挟持されることから、光ファイバ心線が折り曲げられても遮光膜５４の剥離が生じにくく、遮光膜５４による発熱防止効果が長期に亘って持続する。従って、光ファイバによって繰り返し光の伝搬が行なわれても、光ファイバや外装部材の劣化が生じたり、外装部材の固着が解かれてしまうといった不具合の発生を防止することができる。
図４は本発明による光ファイバ心線の端末へのコネクタ固定構造の第２例を示し、図４（ａ）は光ファイバ心線の端末付近における光ファイバ心線の軸線方向の断面図、図４（ｂ）は光ファイバ心線の端末における光ファイバ心線の軸線方向と直交する方向の断面図である。これらの図において、図１、２と同一符号は同一または相当する部分を示す。
本例のコネクタ固定構造は、コネクタ１の光ファイバ心線の挿通孔２の内面１ａと、遮光膜５４との間に、弾性部材７１を圧縮状態に介在させて、光ファイバ心線５３の端末にコネクタ１を固着させたものである。
ここで、弾性部材７１は、コネクタ１と、遮光膜５４の間に圧縮状態に介在して両者を固定し得る弾性を有する部材であれば、特に制限なく使用できる。弾性部材７１の弾性の目安としては、そのヤング率および硬度（硬度Ｄ）が、従来からコネクタ等の外装部材を光ファイバ心線に固着する際に使用されてきた、前述のエポキシ樹脂系等の有機系接着剤のそれよりも小さいことが必要であり、また、弾性部材７１は自体は接着性を有していなくてもよい（より安定な固定構造のためには接着性を有しているのが好ましい）。なお、ここでいうヤング率は、ＪＩＳ規格番号ＪＩＳＫ７１１３に記載の測定方法で測定され、硬度Ｄは、ＪＩＳ規格番号ＪＩＳＫ７２１５に記載の測定方法で測定される。従来からコネクタ等の外装部材を光ファイバ心線に固着する際に使用されてきたエポキシ樹脂系接着剤のヤング率は１０００ＭＰａを超え、硬度（Ｄ）は８５を超える。例えば、協立化学産業社製の品番８７７４Ｎはヤング率（ＭＰａ）が３３００、硬度（Ｄ）が８７であり、ＥＭＥＲＳＯＮ＆ＣＵＭＩＮＧ社製の品番ＳＴＹＣＡＳＴ２６５１ＭＭはヤング率（ＭＰａ）が４３００、硬度（Ｄ）が９０であり、協立化学産業社製の品番ＸＯＣ−０３Ｈ２はヤング率（ＭＰａ）が２６００、硬度（Ｄ）が８６である。
弾性部材７１の具体例としては、シリコーン樹脂、合成ゴム（例えば、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム等）等からなる部材を挙げることができる。具体的には、例えば、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝シリコーン社製の品番ＸＥ１４−Ｄ６２、ヤング率（ＭＰａ）：７．４、硬度（Ｄ）：３０）が挙げられる。
弾性部材７１の配設方法は特に限定されず、例えば、弾性部材７１が接着剤様の硬化によって弾性が発現する材料である場合、光ファイバ心線５３の端末の外周に設けた遮光膜５４上にその材料を塗布し、当該塗布部をコネクタ１の挿通孔（貫孔）２に挿入し、乾燥、硬化させる方法が挙げられ、弾性部材７１が例えば筒状成形品である場合は、光ファイバ心線５３の端末の外周に設けた遮光膜５４に筒状成形品を外装し、さらにこの筒状成形品の外周にコネクタ１を外嵌する方法などを挙げることができる。
弾性部材７１の厚さ（肉厚）は、通常、１０〜５００μｍ程度である。なお、ここでの厚さ（肉厚）とは遮光膜５４とコネクタ１の間に介在した状態での厚さ（肉厚）である。
なお、上記の接着剤層７０やかかる弾性部材７１には熱伝導率を向上させるためにフィラーを含有させることができる。これは接着剤層７０や弾性部材７１が高熱伝導性を有することで、放熱特性が向上し、長期信頼性の点で好ましい結果を得ることができるためである。フィラーとしては、特に限定はされないが、例えば、アルミニウム、金、銀、銅といった熱伝導率の高い金属、およびこれらの任意の組み合わせが挙げられる。フィラーの含有量は、接着剤層７０または弾性部材７１の全体に対して好ましくは５０〜９０重量％である。
本例のように、光ファイバ心線５３の外周の遮光膜５４と外装部材（コネクタ１等）の間に弾性部材７１を介在させて外装部材（コネクタ１）を固定する構成を採ることで、外装部材（コネクタ１）の固定に伴う光ファイバへ加わる応力の軽減を図ることができ、その結果、光ファイバ端部における伝送損失を軽減することができ、しかも、光ファイバ心線５３を折曲げたときに遮光膜５４に加わる応力がより一層軽減されて、遮光膜５４の剥離をより高いレベルで防止することができる。
図５は本発明による光ファイバ心線の端末へのコネクタ固定構造の第３例を示し、図５（ａ）は光ファイバ心線の端末付近における光ファイバ心線の軸線方向の断面図、図５（ｂ）は光ファイバ心線の端末における光ファイバ心線の軸線方向と直交する方向の断面図である。これらの図において、図１、２と同一符号は同一または相当する部分を示す。
本例は、２本の光ファイバ心線５３の端末に１個のコネクタ１１を固着したコネクタ固定構造であり、いわゆる、多心コネクタ（バンドル構造）を形成したものである。本例に示されるように、本発明は２本以上の複数本の光ファイバ心線に対する外装部材の固定にも適用可能である。なお、本例では、接着剤層７０を使用しているが、接着剤７０に代えて弾性部材７１を用いてもよい。
図６は本発明による光ファイバ心線の軸線方向の中間部に外装部材である保持部材を固定した固定構造の一例の断面図であり、図において、図１、２と同一符号は同一または相当する部分を示す。
本例では、光ファイバ心線５３を保持して装置や機器内の所望の部位に取り付けるための、光ファイバ心線の挿通孔（貫孔）からなる保持部２１ａを有する保持部材２１を光ファイバ心線５３の中間部に外装して固定している。
本例に示されるように、本発明は光ファイバ心線の端末への外装部材の固定だけでなく、光ファイバ心線の中間部への外装部材の固定にも適用できる。また、本例では、接着剤７０を使用しているが、接着剤７０に代えて弾性部材７１を用いてもよい。
図７（ａ）〜（ｄ）は本発明による光ファイバ心線の端末へのコネクタ固定構造の第４例の形成工程を示す。本例のコネクタ固定構造は、遮光部材として遮光パイプを使用したものである。
まず、光ファイバ心線５３から漏れ出る光を遮断或いは減衰させ得る材料によって遮光パイプ３０（図７（ａ））を作製する。例えば、アルミニウム、銅等の金属ブロックに切削加工、研削加工等の加工を施してパイプ状の加工品を得るか、アルミニウム、銅、銀等の金属を鋳造して作製される。また、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物を焼結してパイプ状のセラミックス成形品により遮光パイプ３０を作製してもよい。なお、加工性の容易さの点から、金属製パイプが好ましい。次に、遮光パイプ３０に光ファイバ心線５３の端末を挿通し（図７（ｂ））、遮光パイプ３０と光ファイバ心線５３の間に樹脂３１を充填して、光ファイバ心線５３の端末に遮光パイプ３０を固設する（図７（ｃ））。次に、光ファイバ心線５３の端末に固設した遮光パイプ３０をコネクタ１内に挿通し、隙間にエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系などの有機系接着剤を流し込んで、遮光パイプ３０に接着剤層７０を介してコネクタ１の内面を固着する（図７（ｄ））。なお、接着剤層７０の代わりに前述の弾性部材７１を使用してもよい。
遮光パイプ３０はその材質によっても異なるが、その肉厚は一般的には０．１〜１ｍｍ程度である。０．１ｍｍ未満では、パイプ作製での歩留まりが低下し、１ｍｍを超える場合、固定構造が大きくなり、重くなる傾向となるため好ましくない。また、遮光パイプ３０の内径は光ファイバ心線５３の端末を支障なく挿通させることができる大きさであり、光ファイバ心線の外径（直径）よりも１００〜１０００μｍ程度大きい寸法とするのが一般的である。また、遮光パイプ３０の長さ（軸線方向の幅）は、前述の遮光膜５４の幅（図１中のＷ１）に対応し、Ｗ１の寸法がそのまま充当する。また、遮光パイプ３０はコネクタ等の外装部材に対して、前述のはみ出し長さ（Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５）が形成されるようにコネクタ等の外装部材に対して固着される。
遮光パイプ３０と光ファイバ心線５３の間に充填する樹脂３１としては、光を吸収して発熱を生じにくい樹脂であれば特に制限なく使用することができ、例えば、前述の光ファイバ心線の樹脂被覆層用の樹脂やポリマークラッド光ファイバ素線におけるクラッド用の樹脂を使用することができる。特に、光ファイバ心線５３の樹脂被覆層の樹脂と同じ樹脂を使用することで、温度変化に対し遮光パイプ３０と光ファイバ心線５３間の固着が解かれにくく、温度変化に対してより信頼性の高い遮光構造を形成することができる。また、光ファイバ心線５３がポリマークラッド光ファイバ心線（裸光ファイバのクラッドが樹脂からなる光ファイバ心線）である場合、その裸光ファイバのクラッドに使用されている樹脂と同じ樹脂を使用すれば、光の吸収による発熱をより効果的に抑制することができる。
なお、前述の図６に示す光ファイバ心線の中間部に保持部材２１を固定する場合も、本例と同様の遮光パイプ３０を用いた固定構造を形成することができ、また、前述の図５に示す、多心コネクタ（バンドル構造）を形成する場合も、本例と同様の遮光パイプ３０を用いた構成を採ることができる。
本発明において、光ファイバ心線に外装する外装部材の形状や大きさは特に限定されないが、一例であるコネクタ１、１１や保持部材２１においては、その断面の輪郭が図１に示すように方形の他、円形、楕円形等でもよい。また、その大きさは、光ファイバ心線の外径等に応じて適宜決定されるが、光ファイバ心線を包囲する壁部の肉厚が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、コネクタ１、１１や保持部材２１の光ファイバ心線の軸線方向の長さ（図１（ａ）及び図６中のＷ２）も特に限定はされないが、一般的には５〜５０ｍｍの範囲内である。コネクタ１、１１、保持部材２１等の材質は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック、ジルコニア等のセラミック材料等を使用することができる。
なお、エポキシ樹脂やアクリル樹脂製のコネクタや保持部材は加工性、量産性等の点で好ましく、汎用されているが、２００〜７００ｎｍの短波長光を吸収して発熱しやすいため、本発明を適用することによる作用、効果が特に顕著である。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
ノンドープ石英によるコア（コア径：４００μｍ）の外周にアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））からなる厚み３０μｍのクラッドを形成したポリマークラッド裸光ファイバ（全長が数百ｍ以上）を用意し、その外周にアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））からなる厚み５０μｍの樹脂被覆層を形成して、外径（直径）が５６０μｍのポリマークラッド光ファイバ心線を作製した。
ノンドープ石英によるコア（コア径：４００μｍ）の外周にアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））からなる厚み３０μｍのクラッドを形成したポリマークラッド裸光ファイバ（全長が数百ｍ以上）を用意し、その外周にアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））からなる厚み５０μｍの樹脂被覆層を形成して、外径（直径）が５６０μｍのポリマークラッド光ファイバ心線を作製した。
この光ファイバ心線を全長２ｍの光ファイバ心線に切り分け、該全長２ｍの光ファイバ心線の軸線方向の両端末におけるファイバの終端から５０ｍｍの長さまでの部分にアルミニウムからなる遮光膜（厚さ：２００ｎｍ、反射率９０％）を真空蒸着法で形成した。すなわち、図１中のＷ１が５０ｍｍの遮光膜を形成した。
断面の輪郭が縦５ｍｍ×横５ｍｍの方形で、長さ（図１中のＷ２）が３０ｍｍの全体が略直方体で、その断面の略中心に長さ方向に向かって断面が直径１ｍｍの円からなる貫孔が形成された、アルミニウムコネクタを用意した。そして、かかるコネクタの貫孔の内面にエポキシ樹脂系接着剤（コニシ（株）製、商品名：クイック５）を塗布し、上記の光ファイバ心線の両端部に、コネクタの長さ方向の一方の端面がファイバの終端に位置するようにコネクタを外装し、室温で、６０分程度乾燥させて、エポキシ樹脂系接着剤を硬化させ、各端部の遮光膜にコネクタの貫孔内面が接着剤層（厚み：２２０μｍ）を介して固着した、図１に示すコネクタの固定構造を形成した。なお、図１中の遮光膜のコネクタの端面からのはみだし長さ（Ｗ３）は２０ｍｍであった。
＜効果の検証＞
（温度上昇）
上記の両端部にコネクタを固定した光ファイバ心線に可視レーザ光(波長：４５０ｎｍ）を６時間にわたって入射させた。ファイバ結合出力を４Ｗとし、レーザ光を入射させる前と入射させた後のコネクタの温度変化を測定した。その結果、温度変化は＋２℃であり、温度の上昇は極めて小さかった。
（温度上昇）
上記の両端部にコネクタを固定した光ファイバ心線に可視レーザ光(波長：４５０ｎｍ）を６時間にわたって入射させた。ファイバ結合出力を４Ｗとし、レーザ光を入射させる前と入射させた後のコネクタの温度変化を測定した。その結果、温度変化は＋２℃であり、温度の上昇は極めて小さかった。
（遮光膜の耐剥離性）
コネクタが固定された光ファイバの端部を固定し、残りのファイバ部分を左右にそれぞれ９０°折り曲げる操作を、１往復／秒の速さで１００回行なう折り曲げ試験を行い、遮光膜の剥離の有無を確認したところ、剥離は確認されなかった。
コネクタが固定された光ファイバの端部を固定し、残りのファイバ部分を左右にそれぞれ９０°折り曲げる操作を、１往復／秒の速さで１００回行なう折り曲げ試験を行い、遮光膜の剥離の有無を確認したところ、剥離は確認されなかった。
実施例２
実施例１と同様にして、ノンドープ石英によるコア（コア径：４００μｍ）の外周にアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））からなる厚み３０μｍのクラッドを形成したポリマークラッド裸光ファイバを用意し、その外周にアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））からなる厚み５０μｍの樹脂被覆層を形成して、外径（直径）が５６０μｍのポリマークラッド光ファイバ心線を作製した（全長が数百ｍ以上）。そして、該心線から切り分けた全長２ｍの光ファイバ心線の軸線方向の両端末におけるファイバの終端から５０ｍｍの長さまでの部分にアルミニウムからなる遮光膜（厚さ：２００ｎｍ、反射率９０％）を真空蒸着法で形成した。
実施例１と同様にして、ノンドープ石英によるコア（コア径：４００μｍ）の外周にアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））からなる厚み３０μｍのクラッドを形成したポリマークラッド裸光ファイバを用意し、その外周にアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））からなる厚み５０μｍの樹脂被覆層を形成して、外径（直径）が５６０μｍのポリマークラッド光ファイバ心線を作製した（全長が数百ｍ以上）。そして、該心線から切り分けた全長２ｍの光ファイバ心線の軸線方向の両端末におけるファイバの終端から５０ｍｍの長さまでの部分にアルミニウムからなる遮光膜（厚さ：２００ｎｍ、反射率９０％）を真空蒸着法で形成した。
次に、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝シリコーン社製の品番ＸＥ１４−Ｄ６２、ヤング率（ＭＰａ）：７．４、硬度（Ｄ）：３０）で作製した円筒部材（肉厚：２１５μｍ、内径：０．６ｍｍ、長さ（軸線方向の幅）：４０ｍｍ）を上記光ファイバ心線の遮光膜に外装し、該円筒部材にコネクタを外嵌して、両端部にコネクタが固定された光ファイバ心線を作製した。このコネクタ付き光ファイバ心線に対して上記と同様の条件で可視レーザ光を入射したところ、レーザ光の照射前後での温度変化は＋２℃であり、温度の上昇は極めて小さかった。また、上記と同様にして遮光膜の耐剥離性試験を行ったところ、遮光膜の剥離は確認されなかった。
実施例３
遮光パイプとして内径７００μｍ、厚さ１００μｍ、外径９００μｍのステンレスパイプを用意し、該ステンレスパイプに、実施例１で用いたポリマークラッド光ファイバ心線と同じポリマークラッド光ファイバ心線（外径５６０μｍ）の端部を挿入し、遮光パイプとファイバ心線の隙間に、該ポリマークラッド光ファイバ心線のクラッドと同じアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））を充填して、遮光パイプ付き光ファイバを作製した。次に、実施例１で使用したアルミニウムコネクタと同じアルミニウムコネクタの貫孔に上記の遮光パイプ付き光ファイバの端部（遮光パイプが固定された端部）を挿入し、エポキシ樹脂系接着剤（コニシ（株）製、商品名：クイック５）でアルミニウムコネクタを固定した。なお、コネクタの端面からのステンレスパイプのはみだし長さは２０ｍｍとした。こうして得られたコネクタ付き光ファイバにつき、実施例１と同様の可視レーザ光の入射試験を行ったところ、温度変化は＋３℃前後で、温度の上昇は極めて小さかった。
遮光パイプとして内径７００μｍ、厚さ１００μｍ、外径９００μｍのステンレスパイプを用意し、該ステンレスパイプに、実施例１で用いたポリマークラッド光ファイバ心線と同じポリマークラッド光ファイバ心線（外径５６０μｍ）の端部を挿入し、遮光パイプとファイバ心線の隙間に、該ポリマークラッド光ファイバ心線のクラッドと同じアクリル系樹脂（大日本インキ化学工業社製の「ディフェンサ」（商品名））を充填して、遮光パイプ付き光ファイバを作製した。次に、実施例１で使用したアルミニウムコネクタと同じアルミニウムコネクタの貫孔に上記の遮光パイプ付き光ファイバの端部（遮光パイプが固定された端部）を挿入し、エポキシ樹脂系接着剤（コニシ（株）製、商品名：クイック５）でアルミニウムコネクタを固定した。なお、コネクタの端面からのステンレスパイプのはみだし長さは２０ｍｍとした。こうして得られたコネクタ付き光ファイバにつき、実施例１と同様の可視レーザ光の入射試験を行ったところ、温度変化は＋３℃前後で、温度の上昇は極めて小さかった。
実施例４
遮光パイプとファイバの隙間に充填する樹脂にポリマークラッド光ファイバ心線の樹脂被覆層と同じアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））を使用した以外は、実施例３と同様にして、コネクタ付き光ファイバを作製し、得られたコネクタ付き光ファイバも実施例１と同様の可視レーザ光の入射試験を行ったところ、実施例３と同様に、温度の上昇は極めて小さかった。
遮光パイプとファイバの隙間に充填する樹脂にポリマークラッド光ファイバ心線の樹脂被覆層と同じアクリル系樹脂（ＪＳＲ社製の「デソライト」（商品名））を使用した以外は、実施例３と同様にして、コネクタ付き光ファイバを作製し、得られたコネクタ付き光ファイバも実施例１と同様の可視レーザ光の入射試験を行ったところ、実施例３と同様に、温度の上昇は極めて小さかった。
比較例１
光ファイバ心線への遮光膜の形成を行わず、その他は実施例１と同様にして端末にコネクタが固定された光ファイバ心線を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、レーザ光の照射前後で数十℃以上（約４０℃）の温度上昇が確認された。
光ファイバ心線への遮光膜の形成を行わず、その他は実施例１と同様にして端末にコネクタが固定された光ファイバ心線を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、レーザ光の照射前後で数十℃以上（約４０℃）の温度上昇が確認された。
本発明の光ファイバの被覆構造は、通信、計測といった分野における光ファイバを利用する種々の装置や機器などにおいて、光ファイバの外装部材の固着部での発熱を防止できることから、光ファイバの劣化を防止できるとともに、装置や機器内での光ファイバの所定の設置位置からの不所望な離脱や、装置や機器内の不所望な温度上昇を抑制することができる。
１ コネクタ
１ａ 貫孔の内面
５１ 裸光ファイバ
５２ 被覆層
５３ 光ファイバ心線
５４ 遮光膜
７０ 接着剤層
７１ 弾性部材
１ａ 貫孔の内面
５１ 裸光ファイバ
５２ 被覆層
５３ 光ファイバ心線
５４ 遮光膜
７０ 接着剤層
７１ 弾性部材
Claims (10)
- 裸光ファイバの外周に樹脂被覆層が形成されてなる光ファイバ心線と、該光ファイバ心線が挿通し得る貫孔が形成された外装部材とを有し、
前記光ファイバ心線の前記外装部材が外装される部分に光ファイバ心線の外周を覆う遮光部材を固設し、該遮光部材に前記外装部材の貫孔内面を固着してなることを特徴とする、光ファイバ心線への外装部材の固定構造。 - 遮光部材が光ファイバ心線の樹脂被覆層に被着させた遮光膜である、請求項１記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、樹脂が充填されてなる、請求項１記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、光ファイバ心線の樹脂被覆層と同じ樹脂が充填されてなる、請求項１記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 裸光ファイバがポリマークラッドファイバ素線であり、遮光部材が遮光パイプであり、遮光パイプと光ファイバ心線の間に、該ポリマークラッド光ファイバ素線のクラッドと同じ樹脂が充填されてなる、請求項１記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 遮光部材に外装部材の貫孔内面が接着剤を介して固着されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 遮光部材に外装部材の貫孔内面が弾性部材を介して固着されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 外装部材が光ファイバ心線の端末に固定されるコネクタである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 光ファイバ心線が波長２００〜７００ｎｍの短波長光を伝搬するものであり、遮光部材が金属製である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
- 金属がアルミニウム、金、銀及び白金から選択されるいずれか１種又は２種以上である、請求項９記載の光ファイバ心線への外装部材の固定構造。
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