(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバ素線のコア・クラッドの変形なく、光ファイバ素線間の固着強度を向上させることができ、さらには気密性に優れるバンドルファイバを提供する。【解決手段】コアと、コアの外周を囲むクラッド、及びクラッドの外周を被覆するジャケットからなる複数の光ファイバ素線２と、ジャケットと同じ材料からなるフィラー３と、を備えたバンドルファイバ１であって、ジャケットをフィラー３によって一体化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアの外周を囲むクラッド、及び該クラッドの外周に存在するジャケットからなる複数の光ファイバ素線と、該ジャケットと同じ材料からなるフィラーと、を備えたバンドルファイバであって、
該ジャケットが該フィラーによって一体化した結束部を有することを特徴とするバンドルファイバ。
【請求項２】
該結束部の外周に固定パイプが配置され、該固定パイプは該フィラーによって該結束部に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のバンドルファイバ。
【請求項３】
該固定パイプは、該フィラーと同じ材料からなることを特徴とする、請求項１または２に記載のバンドルファイバ。
【請求項４】
該結束部において、該複数の光ファイバ素線は該フィラーにより気密固定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のバンドルファイバ。
【請求項５】
該ジャケット及び該フィラーがポリイミドであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバンドルファイバ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のバンドルファイバを使用した気密装置用バンドルファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の光ファイバ素線からなるバンドルファイバ、特に、真空蒸着装置などの気密装置用の光伝送体として有用なバンドルファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ素線を集束させたバンドルファイバが光伝送体として知られている。この光ファイバ素線の集束手段としては、光ファイバ素線同士をエポキシ系接着剤などで接着して固定する手段や、光ファイバ素線を束ねて加熱し光ファイバ素線同士を熱融着させる手段がある。その際、集束部を所望の形状に整形し光ファイバ素線がばらけるのを防止するという目的で、環状の固定パイプが集束部を覆うようにして装着され、光ファイバ素線と同様にエポキシ系接着剤などで固定される。集束部は、必要に応じてバンドルファイバの全体、又は一部に設けられ、例えば両端部に設けられる場合は、一端を入射端、他端を光の出射端とし、入射端に対して光源からの光を照射することによって光が光ファイバ素線内を伝搬し、出射端から出射されて光の伝送が行われる。光源としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などがあり、目的に応じて適宜選択される。
【０００３】
ところで、光源の出力が高くなると、光源自体の熱もさることながら、バンドルファイバの入射端付近も高温になりやすい。すると、この熱が固定パイプや光ファイバ素線に伝わり、光ファイバ素線束との間に生じる熱膨張差によって、光ファイバ素線同士及び光ファイバ素線と固定パイプ間を接着固定している接着剤が加速度的に剥離し、接着強度が弱くなる懸念がある。その結果、集束部端面からの光ファイバ素線の飛び出しや抜けが発生し、出射端での光量が不均一になる、あるいは不足するという問題が発生する懸念がある。
【０００４】
そこで、接着剤を使わずに光ファイバ素線同士を熱融着させたバンドルファイバを用いると、上記のような問題は発生しないが、このバンドルファイバでは光ファイバ素線のコア・クラッドが変形してしまい、光量ムラや光量不足が発生する懸念がある。また、光ファイバ素線にジャケットが被覆されている場合、融着部分付近のジャケットを除去し光ファイバ素線をむき出しにする必要があるが、その分加工に手間がかかる。
【０００５】
ジャケットの除去方法としては、ストリッパーで除去する方法、熱によりジャケットを焼切る方法、薬品で化学的に除去する方法などがある。しかし、ストリッパーで除去する場合、ストリップの際に光ファイバ素線にキズを付けてしまい、光量低下や断線を引き起こす恐れがある。熱によりジャケットを焼切る場合は、燃えカスが光ファイバ素線の表面に残ってしまい、接着不良を引き起こす恐れがある。また、薬品でジャケットを化学的にストリップする場合、薬品が毛細管現象でストリップする範囲以上に広がってしまうのを防ぐため束ねた状態では作業できず、光ファイバ素線１本ずつストリップするか、もしくは光ファイバ素線間にある程度隙間を設けてストリップする必要があり、加工に手間がかかる。そしてジャケットをストリップした部分は、他の部分と比較して曲げ応力に弱く、組み立て作業時の取り回しを慎重に行う必要があり、作業性の面から見ても不適である。
【０００６】
また、真空装置内に光を伝送するバンドルファイバの場合、特許文献１のように、バンドルファイバの中間部に気密部となる集束部を設け、固定フランジ等を用いて真空装置に気密状態で固定される。このような真空装置用バンドルファイバにおいては、真空装置内の熱が固定フランジを伝って中間部の集束部に到達し、入射端と同様、接着剤が加速度的に剥離し、固定パイプと光ファイバ素線束間に隙間が発生して、真空装置側との気密性が維持されなくなる懸念があるため、特許文献１では、固定パイプの全長に渡って光ファイバ素線と固定パイプとの間の接着層を厚く設け、さらに光ファイバ素線間にも接着剤を付与して素線同士を結束することで、接着強度及び接着耐久性・気密性を確保している。しかし、この構造は従来のバンドルファイバと比べて接着剤の塗布量が多いため、固定パイプや光ファイバ素線と、接着剤との熱膨張率の差による影響が顕著になる。接着強度が向上しているため光ファイバ素線飛び出しなどの懸念は無いが、熱が加わった場合、熱膨張率の差により光ファイバ素線に負荷がかかりマイクロクラックが懸念される。
【０００７】
光ファイバ素線同士を熱融着させたバンドルファイバ（特許文献２）であれば上記のような問題は発生しないが、前述の通り光ファイバ素線のコア・クラッドが変形するため、光量ムラや光量不足などの問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−７２０４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２７２１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、光ファイバ素線のコア・クラッドの変形なく、光ファイバ素線間の固着強度を向上させることができ、さらには固着部の気密性に優れるバンドルファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、コアと、コアの外周を囲むクラッド、及びクラッドの外周に存在するジャケットからなる複数の光ファイバ素線と、ジャケットと同じ材料からなるフィラーと、を備えたバンドルファイバであって、前記ジャケットを前記フィラーによって一体化させればよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のバンドルファイバは、複数の光ファイバ素線を一体化する際、光ファイバ素線のコア・クラッドが変形する熱融着ではなく、ジャケットと同じ材料から成るフィラーによって一体化しているため、以下に示す優れた効果を有する。
・ジャケットとフィラーが同じ材料であるため、熱膨張差によるフィラーの剥離が無く、また、相溶性に優れ、強固に光ファイバ素線を固定できる。
・光ファイバ素線のコア・クラッドの変形に起因する光の散乱が無くなるため、光量の低下が抑制される。
・ジャケットをストリップする必要が無いため、作業性に優れかつ断線などの不良が発生しにくい。
・フィラーが剥離し難く、気密性に優れる。
【００１２】
また、複数の光ファイバ素線を一体化する際、バンドルファイバの外形を所望の形状に整形する際に固定パイプを使用すると、一体化工程において光ファイバ素線がバラバラにならないため作業効率が向上する。一体化後は、フィラーによって光ファイバ素線同士が強固に固定されており、固定パイプが無くても光ファイバ素線がバラバラになることが無いため、固定パイプを取り外しても良い。それにより、固定パイプが不要となるため、部品点数が少なくなり、構成が簡単かつ安価なバンドルファイバを提供できる。
【００１３】
結束部保護のため固定パイプをそのまま使用しても良いが、その場合、固定パイプの材料をフィラーと同じ材料にすると良い。それにより、固定パイプとフィラー間の固着強度が向上するため、結束部の強度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明におけるバンドルファイバの一態様を示す縦断面図である。
【図２】本発明に使用する光ファイバ素線の一態様を示す横断面図である。
【図３】本発明におけるバンドルファイバ結束部の一態様を示す横断面図である。
【図４】本発明におけるバンドルファイバ結束部の他の態様を示す斜視図である。
【図５】バンドルファイバ中間部の気密固定構造の一態様を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のバンドルファイバの一例について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明におけるバンドルファイバの一態様を示す縦断面図、図２は本発明に使用する光ファイバ素線の一態様を示す横断面図、図３は本発明におけるバンドルファイバ結束部の一態様を示す横断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明のバンドルファイバ１は、複数の光ファイバ素線２が固定パイプ４に挿通され、フィラー３によって一体化された結束部Ａを有している。ここで、図１には固定パイプ４が記載されているが、無くても良く、必要に応じて適宜選択される。光ファイバ素線２は、図２に示すように、コア５と、コア５の外周を囲むクラッド６、クラッド６の外周を被覆するジャケット７で構成されている。ここでは、コア５、クラッド６、ジャケット７が同心円状にそれぞれ１層ずつで構成されているが、これに限らず、コア５が海島状に複数配置されているマルチコアファイバや、クラッド６が多層であるマルチクラッドファイバであっても良く、ジャケット７とクラッド６との間には、コア５とクラッド６で構成される光ファイバ芯線を保護するため、バッファ（緩衝材）を設けても良い。
【００１８】
本発明で特徴的なことは、バンドルファイバ１の結束部Ａを構成するフィラー３と光ファイバ素線２のジャケット７が同じ材料となっていることにある。こうすることにより、エポキシ系接着剤など別の材料を用いる際と比べてフィラー３とジャケット７との相溶性が向上し、光ファイバ素線２同士の固着強度が向上する。また、この結束部Ａに熱が加わった場合であっても、フィラー３とジャケット７が同じ材料、つまり熱膨張差が無いため、フィラー３の剥離が抑制される。その結果、光ファイバ素線２の飛び出しや抜けが発生する懸念が無くなる。
【００１９】
また、本発明のバンドルファイバ１は、上述の通り、フィラー３とジャケット７との相溶性が向上しており光ファイバ素線２同士の隙間にフィラー３が効率良く入り込むため、気密性が向上し真空下での使用に適している。
【００２０】
なお、複数の光ファイバ素線２を一体化する際、一体化部を囲むように固定パイプ４を配置すると、一体化工程において複数の光ファイバ素線２の結束・固定が容易になり作業効率が向上する。一体化後は、フィラー３によって光ファイバ素線２同士が強固に固定されており、固定パイプ４が無くても光ファイバ素線２がバラバラになることが無いため、固定パイプ４を取り外しても良い。固定パイプ４を取り外すことで部品点数が少なくなり、構成が簡単なバンドルファイバを提供することが可能となる。また、取り外した固定パイプ４は繰り返し使用することが可能であり、一度に作業する数だけ用意すれば良く、コストダウンが可能となる。固定パイプ４を取り外す場合、固定パイプ４の材料として、フィラー３との固着強度が比較的弱い材料を選択するのが好ましい。また、結束部Ａ保護のため、一体化後も固定パイプ４をそのまま使用しても良いが、その場合、固定パイプ４の材料として、フィラー３と同じ材料を選択するのが好ましい。それにより、固定パイプ４‐フィラー３間の固着強度が向上するため、結束部Ａの強度がより向上する。
【００２１】
光ファイバ素線２は、プラスチックファイバ、多成分ガラスファイバ、石英ガラスファイバ等が用いられ、使用環境や使用する光源などによって適宜選択される。例えば、耐熱性が必要な場合は、多成分ガラスファイバや石英ガラスファイバを用いるのが望ましく、高出力のレーザ光源を使用する場合は、石英ガラスファイバを用いるのが望ましい。
【００２２】
フィラー３の材料としては、前述のようにジャケット７と同じ材料が選択され、ジャケット７の材料としては、一般的に光ファイバ素線のジャケット（被覆材）として用いられている材料が用いられる。例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ＵＶ硬化型樹脂（ウレタンアクリレートなど）などの樹脂材料や、銅、ニッケル、金、銀、白銅などの金属などが用いられ、所望の柔軟性や耐熱性などから適宜選択される。中でも、ポリイミドやＵＶ硬化型樹脂は、イミド化反応前（ポリイミド前駆体）やＵＶ硬化前は常温でも比較的流動性があり、一体化作業がしやすく好ましい。真空用途では、高い耐熱性を有しアウトガスの発生が少ないポリイミドを使用することが好ましい。
【００２３】
固定パイプ４の材料としては、強度・耐熱性・加工精度の関係から金属製のものが一般的に用いられているが、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）やポリイミドなどの樹脂製のものを使用しても良い。固定パイプ４を結束部保護のため取り外さずにそのまま使用する場合は、フィラー３と同じ材料を使用するのが良く、さらに真空雰囲気下で使用する場合は、耐熱性、アウトガスの影響に加え、光ファイバ素線２の一体化作業のしやすさも考慮するとポリイミドが好ましい。図１において、固定パイプ４として円柱状のものを用いたが、これに限らず、三角柱や直方体といった多角柱など、所望のバンドルファイバ１の外形に合わせて適宜選択される。また、光ファイバ素線２の固定後、固定パイプ４を取り外す場合は、図４に示すような半割り状のパイプを使用する等、取り外しがしやすい形状にすることが望ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。
【００２５】
［実施例１］
光ファイバ素線２として、ジャケット７の材料がポリイミドで、ジャケット７の外径が０．２４ｍｍの図２に示す石英ガラスファイバ素線５２本を用い、両端から１５ｍｍの範囲の光ファイバ素線２の間に、十分な量のポリイミドワニス（フィラー３）が塗布するよう光ファイバ素線２の間を広げた状態でポリイミドワニスを付与してから、長さ１０ｍｍ、内径１．９ｍｍ、外径２．４ｍｍのステンレスパイプを軸方向に二分割した一対の半割りパイプ（固定パイプ４）に挿通した。なお、半割りパイプはあらかじめパイプ形状に組み立てて仮固定したものを使用した。さらに、半割りパイプの両端からもポリイミドワニスを充填し、加熱硬化させた。その後、半割りパイプを光ファイバ素線２の束から取り外し、両端部を光学研磨して、これにより外径１．９ｍｍ、長さ４．０ｍで、両端面がともに光ファイバ素線２の軸と直交する平坦面で構成されたバンドルファイバ１が完成した。
【００２６】
［比較例１］
実施例１と同様の石英ガラスファイバ素線５２本を用い、両端から１５ｍｍの範囲のジャケット７をストリッパーにてストリップし、外径０．２１ｍｍのクラッド６を露出させ、両端から１５ｍｍの範囲の光ファイバ素線２の間に、十分な量のエポキシ系接着剤（フィラー３）が塗布するよう光ファイバ素線２の間を広げた状態でエポキシ系接着剤を付与してから、長さ１０ｍｍ、内径１．７２ｍｍ、外径２．４ｍｍのステンレスパイプ（固定パイプ４）に挿通した。さらに、ステンレスパイプの両端からもエポキシ系接着剤を充填し、加熱硬化させた。その後、両端部を光学研磨して、これにより外径２．４ｍｍ、長さ４．０ｍで、両端面がともに素線軸と直交する平坦面で構成されたバンドルファイバ１が完成した。
【００２７】
［比較例２］
実施例１と同様の石英ガラスファイバ素線５２本を用い、両端から５０ｍｍの範囲のジャケット７をストリッパーにてストリップし、外径０．２１ｍｍのクラッド６を露出させてから、長さ１０ｍｍ、内径１．８ｍｍ、外径３．０ｍｍのガラスパイプ（固定パイプ４）に挿通した。さらに、ガラスパイプの上から熱を加えて光ファイバ素線２同士及び光ファイバ素線２とガラスパイプを融着させ、両端部を光学研磨し、これにより外径約２．０ｍｍ、長さ４．０ｍで、両端面がともに、素線軸と直交する平坦面で構成されたバンドルファイバ１が完成した。
【００２８】
以上、実施例１、比較例１、２で作製したサンプルについて、結束部Ａにおけるコア５・クラッド６の変形の確認したところ、実施例１、比較例１では、光ファイバ素線２のコア５・クラッド６の変形は見られなかったが、比較例２ではコア５・クラッド６の変形が確認された。
【００２９】
また、これらサンプルを、２００℃×８時間でエージングする前とエージングした後の光量について評価を行ったところ、表１の通りとなった。ここで、各サンプルの光量は、実施例１で作製したバンドルファイバ１のエージング前の光量を１００％として比較・記載している。
【００３０】
［表１］
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【００３１】
まず、各サンプルのエージング前の光量を比較し、コア５・クラッド６の変形の影響について確認を行ったところ、表１に示す通り、コア５・クラッド６の変形があった比較例２のバンドルファイバ１の光量は、コア５・クラッド６の変形が無かった実施例１や比較例１のバンドルファイバ１と比べて低くなっていた。これは、コア５・クラッド６が変形したことにより、光の損失が増大したためと考えられる。また、ストリップ部境界付近での漏れ光が確認されており、ストリッパーによる光ファイバ素線２の側面へのキズも光量低下の原因の一つと考えられる。なお、このストリップ部境界付近での漏れ光は比較例１のバンドルファイバ１でも確認されており、比較例１のバンドルファイバ１の光量が実施例１のバンドルファイバ１と比べてわずかに低くなっているのは、前述の通り、ストリッパーによる光ファイバ素線２の側面へのキズが影響していると考えられる。
【００３２】
次に、各サンプルにおけるエージング前後の光量変化について比較し、エージングによる影響について確認を行った。ジャケット７とフィラー３の材料が同じである実施例１や、熱融着で光ファイバ素線２を固定した比較例２のバンドルファイバ１は、エージング前と比較して光量の差がほとんどみられなかった。一方、ジャケット７とフィラー３の材料が異なる比較例１のバンドルファイバ１では、光量が低下した。比較例１のバンドルファイバ１は、端面からの光ファイバ素線２の飛び出しは確認されなかったが、光ファイバ素線２にマイクロクラックが発生している箇所が多数確認された。これは、ジャケット７とフィラー３及び固定パイプ４との熱膨張率の差により光ファイバ素線２に負荷がかかったためと考えられる。なお、実施例１や比較例２では、光ファイバ素線２の飛び出しやマイクロクラックは確認されなかった。
【００３３】
［実施例２］
実施例１と同様の石英ガラスファイバ素線５２本を用い、両端から１５ｍｍの範囲とバンドルファイバ中間部を中心に１５ｍｍの範囲の光ファイバ素線２の間に、十分な量のポリイミドワニス（フィラー３）が塗布するよう光ファイバ素線２の間を広げた状態で、ポリイミドワニスを付与してから、固定パイプ４として、バンドルファイバ中間部はポリイミドパイプに、両端部はステンレスパイプに挿通した。ここで、ポリイミドパイプとステンレスパイプの大きさはいずれも同じで、長さ１０ｍｍ、内径１．９ｍｍ、外径２．４ｍｍのものを使用した。さらに、各パイプの両端からもポリイミドワニスを充填し、加熱硬化させた。その後、両端部を光学研磨して、これにより外径２．４ｍｍ、長さ４．０ｍで、両端面がともに、素線軸と直交する平坦面で構成されたバンドルファイバ１が完成した。
【００３４】
［実施例３］
図４に示す通り、固定パイプ４として、長さ１０ｍｍ、内径１．９ｍｍ、外径２．４ｍｍのステンレスパイプを軸方向に二分割した一対の半割りパイプを使用したこと、フィラー３の加熱硬化後、一対の半割りパイプを光ファイバ素線２の束から取り外したこと以外は、実施例２と同様にして、バンドルファイバ１を作製した。なお、半割りパイプはあらかじめパイプ形状に組み立てて仮固定したものを使用した。
【００３５】
［比較例３］
フィラー３としてエポキシ系接着剤を使用したこと、光ファイバ素線２の間を広げてフィラー３を付与する作業を行わなかったこと以外は、実施例２と同様にして、バンドルファイバ１を作製した。なお、比較例１でエージングによって光ファイバ素線２にマイクロクラックが発生した結果を受け、ここでは、光ファイバ素線２をストリップせず、また、光ファイバ素線２の間にフィラー３を付与しなかった。
【００３６】
以上、実施例２、３、比較例３で作製したサンプルを、２００℃×８時間でエージングした後、図５に示すように、あらかじめ内部壁面に設けた溝９にＯリング１０を嵌着させておいたフランジ８に挿入し、バンドルファイバ中間部の結束部Ａを気密固定し、フランジ８の両端にステンレスからなる保護管１１を装着して、気密用バンドルファイバを完成させた。
【００３７】
これらサンプルについて、ヘリウムリークテスタにおいて結束部Ａの気密性を確認したところ、実施例２、３においては、ヘリウムリーク量が１．０×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、高い気密性を有することが確認された。一方、比較例３においては気密性が確保されず、気密性に劣ることが確認された。これは、フィラー３の塗布量が少なすぎたため、エージングによりフィラー３が加速度的に剥離し、実施例２、３と比べて光ファイバ素線２同士及び光ファイバ素線２と固定パイプ４との固着強度が低下したことが原因と考えられる。この比較例３のバンドルファイバ１について、エージング後の端面を確認したところ、光ファイバ素線２の飛び出しが確認されており、これも前述と同様に固着強度の低下が原因であると考えられる。
【００３８】
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、種々の変更及び応用が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明のバンドルファイバは、使用される箇所などに応じて、光ファイバ素線の径、材質、ジャケットやフィラーの種類などを、適宜変更することが可能である。また、使用目的に応じてバンドルファイバ端部にコネクタを装着することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のバンドルファイバは、優れた気密固定機能を備えているので、真空装置に限らず、圧力容器やガス装置などの密閉装置、水槽などの隔壁に取り付ける光ファイバフィードスルーとしても利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１    バンドルファイバ
２    光ファイバ素線
３    フィラー
４    固定パイプ
５    コア
６    クラッド
７    ジャケット
８    フランジ
９    溝
１０  Ｏリング
１１  保護管
Ａ    結束部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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