(57)【要約】【課題】  金属基材と光ファイバとからなる光ファイバ放熱機構において、該金属基材の熱伝導特性を可及的に発揮させることにある。【解決手段】  該金属基材と光ファイバの両表面に化学結合した分子接着剤層を設け、該分子接着剤層の表面には、該金属基材に比して熱伝導性の面で遜色ない金属が、化学結合した無電解金属メッキ層が形成され、更に該無電解金属メッキ層表面に電解金属メッキ層が上乗せされていることを特徴とする光ファイバ放熱機構を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材に光ファイバが接触配置された放熱機構において、
（ａ）該金属基材と光ファイバの表面は、両者に化学結合した分子接着剤層で被覆され、
（ｂ）該分子接着剤層の表面には、これに化学結合した無電解金属メッキ層が形成され、更に、
（ｃ）該無電解金属メッキ層の表面に電解金属メッキ層が上乗せされている、ことを特徴とする光ファイバ放熱機構。
【請求項２】
該金属基材が棒状体である請求項１に記載の光ファイバ放熱機構。
【請求項３】
該棒状体が中空円筒体である請求項２に記載の光ファイバ放熱機構。
【請求項４】
該光ファイバが、該中空円筒体の外周面ないし内周面に螺旋状に配されている請求項３に記載の光ファイバ放熱機構。
【請求項５】
該分子接着剤層が、アルコキシ基とトリアジンジチオール基とを有する分子接着剤からなる請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ放熱機構。
【請求項６】
該アルコキシ基が、該金属基材および光ファイバ表面に発生させたＯＨ基とエーテル結合し他方、該トリアジンジチオール基が、該分子接着剤層に担持された無電解金属メッキ触媒とイオン結合している請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ放熱機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ型レーザーあるいはファイバ型光増幅器に使用される光ファイバの放熱機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの放熱手段としては、ペルチェ素子、冷風や冷水による冷却手段が一般的である。更に、このような特別な冷却手段に替わる簡易手段として、光ファイバを２枚の金属板で挟み込み、該金属間に熱伝導性グリースを充填した放熱機構が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、上記グリースの熱伝導性には自ずと限界があり、金属板の熱伝導性に匹敵するようなものは存在しない。したがって、放熱機構全体としての放熱特性は、グリースの熱伝導性に支配されるので、該金属板の高い熱伝導特性を生かしきれないという不利益がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、金属基材と光ファイバとからなる光ファイバ放熱機構において、該金属基材の熱伝導特性を最大限に発揮させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記の金属基材に比して熱伝導性の面で遜色のない金属メッキ層で、金属基材と光ファイバとを一体的に固着することを想到し、更に検討した結果、本発明に到達した。
【０００７】
本発明によれば、熱伝導性の金属基材に光ファイバが接触配置された放熱機構において、（ａ）該金属基材と光ファイバの表面は、両者に化学結合した分子接着剤層が被覆され、（ｂ）該分子接着剤層の表面には、これに化学結合した無電解金属メッキ層が形成され、更に、（ｃ）該無電解金属メッキ層表面に電解金属メッキ層が上乗せされている、ことを特徴とする光ファイバ放熱機構が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光ファイバ放熱機構にあっては、金属基材と光ファイバは、これらに化学結合した分子接着剤層で被覆された状態で、該接着剤層に化学結合した無電解メッキ層、および該無電解メッキ層に上乗せされた電解金属メッキ層で被覆（オーバーコート）される。つまり、光ファイバ、金属基材および金属メッキ層は三位一体的な密着構造体となる。その結果、光ファイバが発熱した際の熱はナノオーダーの分子接着剤層から瞬時に、放熱特性に優れた金属基材に伝達されるので、放熱機構全体としての放熱特性が格段に改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態の一例について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の光ファイバ放熱機構の基本構造を示す模式的断面図である。
図２は、金属基材と光ファイバとの接触配置体の一例を示す斜視図である。
図３は、図２の接触配置体を、分子接着剤層、無電解メッキ層および電解金属メッキ層の順で被覆してなる放熱機構の模式的斜視図である。
【００１１】
図１において、１は金属基材２と光ファイバ３との接触配置体（以下、“接触配置体”）、４は分子接着剤層、５は無電解金属メッキ層、そして、６は電解金属メッキ層である。ここで、特徴的なことは、接触配置体１と無電解金属メッキ層４との間に、双方に化学接着した分子接着剤層４が介在していることである。
【００１２】
図２〜図３には、上記放熱構造の基本原理を実際の放熱製品に適用した一例を示す。図２では、中空円筒体の金属基材２の外周に光ファイバ３を螺旋状に配して接触配置体１としている。この接触配置体の利点としては、レーザー光の増幅時に要求される、ある程度の長さの光ファイバ３を効率的に配置でき、且つ金属基材２が中空円筒体であることと相まって、放熱面積の増大と省スペース化が図れる。図３は、図２の接触配置体1の外表面に、分子接着剤層４、無電界メッキ層５、および電解金属メッキ層６の順にオーバーコートした状態を示す。
【００１３】
更に、本発明について述べる。
【００１４】
金属基材２としては、室温付近での熱伝導率の高いものが用いられる。具体的には、銀、銅、金、およびアルミニウムなどが挙げられるが、耐熱性、耐候性、更には放熱性を考慮すると、銅やアルミニウムが好ましく用いられる。このとき、金属基材２、および金属メッキ層５，６の構成金属として、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋであるようなものを用いることにより、放熱効果が格段に向上する。
【００１５】
光ファイバ２としては、ガラスファイバの常用品を用いればよい。
【００１６】
分子接着剤層４を構成する分子接着剤の典型的な例としては、アルコキシ基とトリアジンジチオール基とを有するものが挙げられる。この分子接着剤のアルコキシ基は、接触配置体1の表面に生起させたＯＨ基とエーテル結合し他方、該トリアジンジチオール基は、分子接着剤層４に担持された無電解金属メッキ触媒とイオン結合する。そして、このイオン結合した触媒に無電解メッキ層５が析出する。このようにして、分子接着剤層４は、接触配置体１と無電解メッキ層５の双方に化学接着した形で介在してくる。しかも、分子接着剤自体、１０ｎｍ以下の超極薄膜の形成能を有している。したがって、光ファイバ２で発生した熱は、この超極薄膜を経て瞬時に金属基材２へ伝達される利点が生じる。
【００１７】
以下に、アルコキシ基とトリアジンジチオール基とを有する分子接着剤の構造の一例を一般式（１）で示す。
【００１８】
【化１】
2010010243.tif 000003
（１）
【００１９】
一般式（１）において、Ｒ１はＨ−またはＣ２Ｈ５−，ｎ−Ｃ３Ｈ７−，ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２−などの残基、Ｒ２は−ＣＨ２ＣＨ２−，−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−，−ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ２−，−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−，−（ＣＨ２ＣＨ２）２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−，−Ｃ６Ｈ４−，−Ｃ６Ｈ４Ｃ６Ｈ４−，−ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−などの残基、ＹはＣＨ３Ｏ−，Ｃ２Ｈ５Ｏ−，ｎ−Ｃ３Ｈ７Ｏ−などの残基、ｎは１〜３の整数、そして、ＭはＨまたはＬｉ，Ｎａ，金属基材，Ｃｅなどが例示される。
【００２０】
上述した分子接着剤自体は、日本接着学会誌  Ｖｏｌ．４３  Ｎｏ．６に、金属、プラスチック、セラミック材料を接着するものとして紹介されている。しかし、この文献には、それら化合物の多官能性と選択的反応性を、メッキ特性が全く異なる金属基材と光ファイバとの接触配置体に応用して、光ファイバを金属基材と金属メッキ層の間に封着するような概念は示されていない。
【００２１】
本発明の放熱機構は、好ましくは、以下のＡ〜Ｅの工程を経て形成される。
Ａ．所望形状の接触配置体1を形成する工程。
Ｂ．得られた接触配置体１の全表面に亘ってＯＨ基を生起させる工程
Ｃ．該ＯＨ基化接触配置体1を、アルコキシ基とトリアジンジチオール基とを有する分子接着剤の溶液でオーバーコート(例えば、浸漬)して、次いで、該ＯＨ基と分子接着剤のアルコキシ基とを反応させ、エーテル結合させる工程、
Ｄ．該エーテル反応後に生じる分子接着剤層４の表面に無電解金属メッキ触媒を担持させ、該触媒を分子接着剤層４のＳＨ基とイオン結合させる工程、
Ｅ．該イオン結合した触媒に無電解メッキ層５を析出させる工程、および、
Ｆ．該析出した無電解金属メッキ層５に電解金属メッキ層６を上乗せする工程。
【００２２】
工程Ａでは、金属基材2と光ファイバ３との接触配置体１を所望形状に形成する。工程Ｂでは、接触配置体1に周知のコロナ放電、テトラエッチ処理やＳＡ処理を施して、表面ＯＨ基を生起させる。
【００２３】
工程Ｃでは、分子接着剤層４を形成する。このためには、表面ＯＨ基化した接触配置体1を、アルコキシ基とトリアジンジチオール基とを有する分子接着剤の溶液に浸漬する。その後、ＯＨ基と分子接着剤のアルコキシ基とを加熱反応させ、エーテル結合させる。このとき、アルコキシ基が加水分解され、ついで表面ＯＨ基との脱水縮合反応でエーテル結合が生じ、接触配置体1と分子接着剤層４の間に強固な接着界面が生じる。反応形態としては、接触配置体１を分子接着剤の溶液に１５℃〜９０℃で１秒〜１５分程度浸漬してから、５０℃〜２４０℃で３０秒〜６０分程度加熱するのが有効である。
【００２４】
上記の分子接着剤の溶液は、水、メタノールやエタノールなどのアルコール類、アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸エチルや安息香酸エチルなどのエステル類、ジブチルエーテルやアニソールなどのエーテル類、あるいはベンゼンやトルエンなどの芳香族炭化水素類の単独または混合溶剤を用いて得られる。このときの分子接着剤の濃度は０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の範囲で調整すればよい。また、このような溶液のオーバーコートの手段としては、浸漬、スプレコーティングやパッディングなどがある。
【００２５】
工程Ｄでは、上記分子接着剤層４に無電解金属メッキ触媒を担持する。このためには、工程Ｃを経た接触配置体1を、パラジウム塩、白金塩、銀塩、塩化スズ、あるいはアミン錯体などのメッキ触媒の水溶液に浸漬すればよい。触媒濃度は、触媒の種類によって多少変わるが、一般には、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲にあればよい。浸漬条件は１５℃〜７０℃、３０秒〜６０分程度でよい。この浸漬処理中に、上記のメッキ触媒は分子接着剤のＳＨ基にイオン結合する。
【００２６】
工程Ｅでは、工程Ｄを経た接触配置体1を無電解メッキ浴に浸漬して、分子接着剤層４のＳＨ基にイオン結合した触媒上に無電解金属メッキ層４を析出させる。この時点で、接触配置体1と無電解金属メッキ層５との間に介在する分子接着剤層４は、両者に双方向的に化学結合した形態を取るに至る。該無電解メッキ浴は斯界で常用されている浴であればよい。この無電解金属メッキ層５としては、特に膜厚が０．０２μｍ〜３μｍの銅メッキ層が好ましい。
【００２７】
最終段階の工程Ｆでは、無電解金属メッキ層５の外表面に、電解金属メッキ層６を上乗せして、本発明の放熱機構を得る。この電解金属メッキ層６を形成する際には、硫酸銅電気メッキやシアン化銅電気メッキ等の通常のメッキ処方を採用すればよい。この電解金属メッキ層６は、特に膜厚が０．５μｍ〜３０μｍの銅メッキ層が好ましい。
【実施例】
【００２８】
以下は、図３の光ファイバ放熱機構の製造例である。
【００２９】
先ず、線径が０．５ｍｍのアクティブ光ファイバ３を、長さが１０ｃｍ、外径が１０ｃｍ、内径が８ｃｍの銅製の中空円筒体（金属基材）２の外表面に巻きピッチ０．５ｍｍで、巻付回数３０回で螺旋状に巻きつけて、光ファイバ−金属基材の接触配置体1を得た。その際、巻付け後の光ファイバの両端を保持治具にて固定した（工程Ａ）。次いで、この接触配置体１を１cm/secの速さで全周・全面を２度、コロナ処理して、表面をＯＨ基化した（工程Ｂ）。
【００３０】
上記のＯＨ基化された接触配置体1を、分子接着材の０．１ｇ／Ｌのエタノール溶液中に、２５℃で１０分浸漬放置してから、７０℃で３０分間の加熱した後、未反応の分子接着剤を洗浄・除去した（工程Ｃ）。ここで、用いた分子接着剤の構造は、一般式（１）において、Ｒ１＝−Ｈ、Ｒ２＝−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、Ｙ＝Ｃ２Ｈ５Ｏ−、Ｍ＝−Ｈ、およびｎ＝３である。
【００３１】
次に、工程Ｃを経た接触配置体1を、塩化パラジウム（無電解金属メッキ触媒）を０．０３ｗｔ％の濃度で含有する触媒処理液に３２℃で３分間浸漬して、分子接着剤層４に該触媒を担持させた。その後、該触媒が担持された接触配置体１を触媒処理液から取り出し、０．９７ｗｔ％フッ化水素系水溶液で洗浄した（工程Ｄ）。
【００３２】
更に、工程Ｄを経た接触配置体1を無電解メッキ槽に３０分間浸漬した。このときのメッキ槽には、硫酸銅濃度７．７ｇ／Ｌ、還元剤量２．１５ｇ／Ｌ、水酸化ナトリウム濃度５．７ｇ／Ｌ、および水溶液ｐＨ１２．５の硫酸銅水溶液を投入し、槽温度を３６℃に設定した。無電解金属メッキ層５で被覆された接触配置体1をメッキ槽から取り出し、乾燥・固化させた。このときの無電解金属メッキ層５の膜厚は０．５μｍであった（工程Ｅ）。この時点で、分子接着材は、光ファイバ・金属基材−無電解金属メッキ層５間に介在して、両者を双方向的に化学接着させた分子接着層４として機能している。
【００３３】
最終段階の工程Ｆでは、工程Ｅを経た接触配置体1を、７０ｇ／Ｌの硫酸銅水溶液に浸漬し、電流密度３．０Ａ／ｄｍ２、通電時間６０分間の条件下で電解メッキを施した。このとき、無電解金属メッキ層５の外表面に、膜厚が３０μｍの電解金属メッキ層６が形成された（工程Ｆ）。
【００３４】
このようにして得た光ファイバ放熱機構の放熱特性について試験したところ、本実施例による放熱機構の放熱特性は、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を呈し、常温下での十分な放熱特性が確保されていることが分かる。
【００３５】
上記の放熱特性の試験条件は、以下のとおりである。
【００３６】
以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明の光ファイバ放熱機構は、その設置空間に応じた形状に対応して、種々変形されて供されることは言うまでもない。
【００３７】
また、図２の中空円筒体２において、その内表面に光ファイバ３を配してもよい。この場合は、巻回した光ファイバ３の反発力が該内表面で吸収されるので、取扱性が向上する。併せて、中空円筒体２の外周表面には、別体の放熱フィンを設け易いので、高温下での放熱効果を高めることもできる。更に、中空円筒体２の内外表面は勿論、それ以外の棒状金属基材の表面にも光ファイバ３の巻回路を確保するための案内溝を設けることも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光ファイバ放熱機構の基本構造を示す断面図。
【図２】金属基材と光ファイバとの接触配置体の一例を示す斜視図。
【図３】図２の接触配置体を、分子接着剤層、無電解メッキ層および電解金属メッキ層の順で被覆してなる放熱機構の斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１  金属基材と光ファイバの接触配置体
２  金属基材
３  光ファイバ
４  分子接着剤層
５  無電解金属メッキ層
６  電解金属メッキ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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