(57)【要約】【課題】金属製のハウジングに装着した光ファイバの一端を投光部または受光部とした光ファイバユニットにおいて、光ファイバとハウジングとの間を確実にシールすることのできる光ファイバユニットのシール方法を提供する。【解決手段】ハウジングにおける光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に、光ファイバの周面と該ハウジングとの間に充填される第１の樹脂よりも弾性率の低い第２の樹脂を塗布し、この第２の樹脂が固化した後、前記ハウジングに前記光ファイバを位置付けて該光ファイバの周面と前記第２の樹脂により形成された樹脂層を含む前記ハウジングとの間に前記第１の樹脂剤を充填する。【選択図】図２
2009115949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のハウジングに設けられた透光窓に光ファイバの一端面を対峙させ、該光ファイバの周面と前記ハウジングとの間に樹脂剤を充填して該光ファイバと前記ハウジングとの間をシールするに際し、
前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に、前記光ファイバの周面と該ハウジングとの間に充填される第１の樹脂剤よりも弾性率の低い第２の樹脂剤を塗布し、
上記第２の樹脂剤が固化した後、前記ハウジングに前記光ファイバを装着して該光ファイバの周面と前記第２の樹脂剤により形成された樹脂層を含む前記ハウジングとの間に前記第１の樹脂剤を充填することを特徴とする光ファイバユニットのシール方法。
【請求項２】
前記第１の樹脂剤はその硬化温度が前記光ファイバの耐熱温度以下のエポキシ系樹脂剤であって、前記第２の樹脂剤は前記光ファイバの耐熱温度よりも硬化温度が高いエポキシ系樹脂剤である請求項１に記載の光ファイバユニットのシール方法。
【請求項３】
前記光ファイバは、１本のファイバ素線からなる単芯素線形、または複数本のファイバ素線を束ねたバンドル素線形のものであって、その一端部を前記ハウジングに設けられた凹部に配設されて前記第１の樹脂剤により埋め込まれるものである請求項１に記載の光ファイバユニットのシール方法。
【請求項４】
透光窓を備えた金属製のハウジングと、
上記透光窓に一端面を対峙させて前記ハウジングに装着される光ファイバと、
この光ファイバの周面と前記ハウジングとの間に充填されて該光ファイバを前記ハウジングに固定する第１の樹脂と、
予め前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に塗布された前記第１の樹脂よりも弾性率の低い第２の樹脂と
を具備したことを特徴とする光ファイバユニット。
【請求項５】
前記第１の樹脂はその硬化温度が前記光ファイバの耐熱温度以下のエポキシ系樹脂剤であって、前記第２の樹脂は前記光ファイバの耐熱温度よりも硬化温度が高いエポキシ系樹脂剤である請求項４に記載の光ファイバユニット。
【請求項６】
前記光ファイバは、１本のファイバ素線からなる単芯素線形、または複数本のファイバ素線を束ねたバンドル素線形のものであって、その一端部を前記ハウジングに設けられた凹部に配設されて前記第１の樹脂により埋め込まれるものである請求項４に記載の光ファイバユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のハウジングに装着した光ファイバの一端を投光部または受光部とした光ファイバユニットにおいて、前記ハウジングと光ファイバとの間を確実にシールした構造の光ファイバユニットおよび光ファイバユニットのシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの一端を投光部または受光部とした光ファイバユニットは、例えば金属製のハウジングに設けた透光窓に光ファイバの一端を対峙させて該ハウジングに装着・固定される。この際、レンズや保護ガラス等が設けられる前記透光窓と前記光ファイバの端面との間のシール性（液密性）を確保するべく、前記光ファイバの周面と前記ハウジングとの間に樹脂剤を充填することが行われる［例えば特許文献１を参照］。
【特許文献１】特開平１０−２６８１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで上述した光ファイバユニットとして、複数本のファイバ素線を束ねたバンドル素線形の光ファイバを用い、この光ファイバにおける複数本のファイバ素線の一端を直線状に配列する等してライン形の投光部または受光部を形成することが試みられている。しかしこのような光ファイバユニットにおいては、光ファイバの周面と金属製のハウジングとの間に樹脂剤を充填しても、その間のシール性を確実に確保することが難しいと言う問題が生じた。
【０００４】
即ち、バンドル素線形光ファイバを用いる場合、一般的にはその構造上、該光ファイバとハウジングとの間に充填する樹脂剤の量が多くなることが否めない。この為、樹脂剤の硬化収縮に伴って該樹脂剤と前記ハウジングとの接着界面で剥離が生じ易くなる。またこの種の樹脂剤としては、専らエポキシ樹脂系の樹脂剤が用いられるが、エポキシ系樹脂剤と金属製ハウジングとの線膨張係数は大きく異なる。これ故、光ファイバユニットに水が掛かる等して温度変化が生じると、金属製のハウジングとエポキシ系樹脂剤との接着界面で剥離が生じ易く、そのシール性が失われると言う問題がある。尚、従来の単芯光ファイバを用いた光ファイバユニットにおいては、光ファイバとハウジングとの間に充填する樹脂剤の量が少ないこともあって、上述した問題は殆ど生じていない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、金属製のハウジングに装着した光ファイバの一端を投光部または受光部とした光ファイバユニットにおいて、特にバンドル素線形光ファイバを用いる場合であっても該光ファイバと前記ハウジングとの間を確実にシールした構造の光ファイバユニットおよび光ファイバユニットのシール方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係る光ファイバユニットのシール方法は、金属製のハウジングに設けられた透光窓に光ファイバの一端面を対峙させ、該光ファイバの周面と前記ハウジングとの間に樹脂剤を充填して該光ファイバと前記ハウジングとの間をシールするに際し、
前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に、前記光ファイバの周面と該ハウジングとの間に充填される第１の樹脂剤よりも弾性率の低い第２の樹脂剤を塗布し、
この第２の樹脂剤が固化した後、前記ハウジングに前記光ファイバを装着して該光ファイバの周面と前記第２の樹脂剤により形成された樹脂層を含む前記ハウジングとの間に前記第１の樹脂剤を充填することを特徴としている。
【０００７】
また本発明に係る光ファイバユニットは、透光窓を備えた金属製のハウジングと、上記透光窓に一端面を対峙させて前記ハウジングに装着される光ファイバと、この光ファイバの周面と前記ハウジングとの間に充填されて該光ファイバを前記ハウジングに固定する第１の樹脂剤と、予め前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に塗布された前記第１の樹脂剤よりも弾性率の低い第２の樹脂剤とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記第１の樹脂剤は前記光ファイバの耐熱温度以下の硬化温度のエポキシ系樹脂剤であって、前記第２の樹脂剤としては前記光ファイバの耐熱温度よりも硬化温度が高く、且つ前記第１の樹脂剤よりも弾性率の低いエポキシ系樹脂剤が用いられる。
特に本発明は、複数本のファイバ素線を束ねたバンドル素線形の光ファイバを用い、その一端部を前記ハウジングに設けられた凹部に配設して前記第１の樹脂剤により埋め込んで光ファイバユニットを構築する場合に好適であるが、単芯素線形の光ファイバを用いる場合にも同様に適用可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２の樹脂剤の硬化温度が光ファイバの耐熱温度よりも高いと雖も、予め上記第２の樹脂剤を前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に塗布して固化させた後、この第２の樹脂剤により形成された樹脂層を含む前記ハウジングに光ファイバを位置付けて該光ファイバとハウジングとの間に第１の樹脂剤を充填するので、第２の樹脂剤を介して前記光ファイバとハウジングとの間を確実にシールすることができる。
【００１０】
即ち、本発明によれば第１の樹脂剤の硬化による収縮に起因して該第１の樹脂剤に生じる応力、および第１の樹脂剤と金属のハウジングとの線膨張係数の違いに起因して温度変化によって前記第１の樹脂剤に生じる応力を、弾性率の低い第２の樹脂剤によって緩和することができる。従って従来であれば生じていた前記ハウジングと充填樹脂との接着界面での剥離を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る光ファイバユニットとそのシール方法について、光センサヘッドとして用いられる光ファイバユニットを例に説明する。
この光ファイバユニット（光センサヘッド）は、例えば図１に分解構造を示すように長方形状の透光窓１を有する金属性のハウジング２に、複数本のファイバ素線３を束ねたバンドル素線形光ファイバ４を装着して構成されるものであって、例えば上記複数本のファイバ素線３の端面を一列に揃えて前記透光窓１に対峙させ、ライン形（直線状）の投光部または受光部を形成して構成される。
【００１２】
ハウジング２は、略直方体形状のステンレス鋼またはアルミニウム鋼等の金属材からなり、その一面に穿いた長方形状の透光窓１に保護用のガラス板１ａを装着すると共に、図２に示すように上記ガラス板１ａの周縁部とハウジング２との間を液密にシールしたものである。またハウジング２の上記透光窓１を設けた側とは反対側の面には、前記透光窓１に連通する略長方形状の貫通孔５と、この貫通孔５の側壁部に連通する凹部６とが設けられている。上記貫通孔５はブロック体９を嵌合し、該ブロック体９に装着された前記光ファイバ４の前述した複数本のファイバ素線３の端部を前記透光窓１に対峙させて保持する為の空間をなす。また前記凹部６は前記ブロック体９と共にハウジング２に組み付けられた前記光ファイバ４のシース部４ａを埋め込んで保持する為の空間をなす。
【００１３】
このような構造のハウジング２への光ファイバ４の組み付けは、基本的には先ずバンドル素線形光ファイバ４の先端部におけるシース４ａを所定長に亘って剥がし、これによって露出した複数本のファイバ素線３を前記ブロック体９に装着することから行われる。このブロック体９は、前述した貫通孔５に隙間なく嵌合する矩形状をなし、表裏を貫通する複数の小孔９ａをその長手方向に沿って直線上に一定の間隔で穿いたたものからなる。前述した如くシース４ａを剥がして露出させた複数本のファイバ素線３は、上記小孔９ａにそれぞれ挿通させてその先端面（ファイバ端面）を前記ブロック体９の下面と同一面に位置合わせして設けられる。
【００１４】
このようにして光ファイバ４が装着されたブロック体９は、複数本のファイバ素線３の先端面を前記透光窓１に対峙させて前記貫通孔５に嵌め込まれる。この状態において前記複数本のファイバ素線３を凹部６側に向けて緩やかに屈曲させ、これらのファイバ素線３を束ねた状態のまま残されている前記光ファイバ４のシース部４ａを該凹部６に嵌め込む。尚、複数本のファイバ素線３を予め一方向に向けて緩やかに屈曲させておくことも勿論可能である。
【００１５】
しかる後、前記貫通孔５および凹部６にエポキシ系樹脂剤を流し込むことで前記光ファイバ４および複数本のファイバ素線３と前記ハウジング２との間に上記エポキシ系樹脂剤７を充填する。そして前記エポキシ系樹脂剤７を硬化させることで、前記ハウジング２に光ファイバ４を装着・保持し、前記複数本のファイバ素線３の端面を透光窓１に対峙するライン状の投光面または受光面とする光ファイバユニット（光センサヘッド）を組み立てる。
【００１６】
このようにして光ファイバユニット（光センサヘッド）を組み立てるに際して、本発明においては前記ハウジング２の貫通孔５の一部であって、上述したライン状の投光面または受光面を形成する複数本のファイバ素線３の端面が並べて位置付けられる部位を囲む領域に、具体的には前記ブロック体９を囲む領域に予め前記エポキシ系樹脂剤７よりも金属製のハウジング２とシール性の高い別の樹脂剤８、具体的には前記エポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７よりも弾性率の低いエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８を塗布し、これを固化しておくことを特徴としている。
【００１７】
ちなみに光ファイバ４を埋設して保持するエポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７としては、曲げ弾性率が４５０［kg／mm２］程度であり、専ら、その硬化温度が前記光ファイバ４の耐熱温度以下の汎用の樹脂剤が用いられる。一方、このような汎用のエポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７よりも弾性率の低いエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８は、曲げ弾性率が３００［kg／mm２］程度であり、一般的には熱硬化形のものであって、通常、その硬化温度は光ファイバ４の耐熱温度よりも高い。これ故、前述した汎用のエポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７に代えてこの種の弾性率の低いエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８を用い、このエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８を前記ハウジング２と光ファイバ４との間に充填すると、その硬化処理によって光ファイバ４を損傷させてしまうことになる。
【００１８】
この点、本発明においては予め前記エポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８をハウジング２に塗布し、これを硬化（固化）した後、このハウジング２に前述したようにして光ファイバ４を組み込み、該光ファイバ４とハウジング２との間に汎用のエポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７を充填するものとなっている。このエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８を塗布する前記ハウジング２の領域については、前記ハウジング２における前記エポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７の充填部をなす前述した貫通孔５および凹部６の全ての壁面としても良いが、図３(ａ)に示すように透光窓１を囲む前記貫通孔５の壁面だけとしても良く、或いは図３(ｂ)に示すように貫通孔５の壁面の一部だけとしても良い。要はハウジング２における光ファイバ４の端部が位置付けられる領域を囲んで前記エポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８の塗布領域を設定しておけば十分である。
【００１９】
かくして上述した如くしてハウジング２に弾性率の低いエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８を塗布し、これを固化させた後に光ファイバ４を組み込み、その後、該光ファイバ４とハウジング２との間に汎用のエポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７を充填すれば、該エポキシ系樹脂剤（第１の樹脂剤）７は同じエポキシ系樹脂の前述した弾性率の低いエポキシ系樹脂剤（第２の樹脂剤）８に良く馴染むので、その界面が強固に接着する。この結果、第１の樹脂剤（充填樹脂剤）７と第２の樹脂剤（塗布樹脂剤）８との接着界面のシール性が十分に確保される。
【００２０】
また第２の樹脂剤（塗布樹脂剤）８は、第１の樹脂剤（充填樹脂剤）７に比較して金属製のハウジング２の線膨張係数との差が小さいので、仮に前記光ファイバユニットに熱サイクルが加わったとしても、第１の樹脂剤７と金属のハウジング２との線膨張係数の違いに起因して前記第１の樹脂剤７に生じる応力を、弾性率の低い第２の樹脂剤８によって緩和することができるので、その接着界面が剥離する虞が少なくなる。この結果、第２の樹脂剤（塗布樹脂剤）８と金属製のハウジング２との間のシール性を実用上十分な程度に確保することが可能となる。
【００２１】
尚、ハウジング２を形成するステンレス鋼の線膨張係数は１.９×１０−５程度であり、これに対して第１の樹脂剤（充填樹脂）７の線膨張係数は１２.０×１０−５程度、また第２の樹脂剤（塗布樹脂）８の線膨張係数は４.０×１０−５程度である。従ってステンレス鋼に対して線膨張係数の差が小さい第２の樹脂剤（塗布樹脂）８の方が、第１の樹脂剤（充填樹脂）７よりも剥離が生じ難いと言える。
【００２２】
このように本発明によれば、第２の樹脂剤の硬化温度が光ファイバの耐熱温度よりも高いと雖も、予め第２の樹脂剤を前記ハウジングの、前記光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に塗布して固化させた後、この第２の樹脂剤により形成された樹脂層を含む前記ハウジングに光ファイバを位置付けて該光ファイバとハウジングとの間に第１の樹脂剤を充填するので、第２の樹脂剤を介して前記光ファイバとハウジングとの間を確実にシールすることができる。
【００２３】
即ち、本発明によれば第１の樹脂剤の硬化による収縮に起因して該第１の樹脂剤に生じる応力、および第１の樹脂剤と金属のハウジングとの線膨張係数の違いに起因して温度変化によって前記第１の樹脂剤に生じる応力を、弾性率の低い第２の樹脂剤によって緩和することができる。従って、従来であれば生じていた前記ハウジングと第１の樹脂剤との接着界面での剥離を効果的に抑制することができる。
【００２４】
また第２の樹脂剤と第１の樹脂剤との間は、同じエポキシ系の樹脂剤であるが故に、これらの樹脂剤同士が互いになじみあって強く接合する。故に第１および第２の樹脂剤間でのシール性も十分に確保することができる。従って第１の樹脂剤自体は光ファイバの周面に確実に接着することと相俟って、該光ファイバの周面と金属製のハウジングとの間を確実にシールすることが可能となる。
【００２５】
特に本発明によれば、予め第２の樹脂剤をハウジングに塗布して固化しておくので、光ファイバの耐熱温度よりも高い第２の樹脂剤の硬化温度が光ファイバに悪影響を及ぼすことがない。しかも第２の樹脂剤としては、光ファイバの端面が位置付けられる部位を囲む領域に設けておくだけで良いので、その存在が光ファイバユニットを組み立てる上で作業上の問題となることもない。また市販の樹脂剤には、優れたシール性を持つにも拘わらず、硬化前にファイバ素線を変質させて光量低下等の性能低下を招く性質を持つものもある。このような樹脂剤を第２の樹脂剤として用い、予めハウジングに塗布して硬化させておけば、ファイバ素線を変質させることなく優れたシール性を活かすことができる。
【００２６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば第１および２の樹脂としては、多液混合による化学変化によって硬化する樹脂剤や、室温以上の加温によって化学変化が促進されて硬化する樹脂剤、紫外線照射によって化学変化が促進されて硬化する樹脂剤、更には溶剤が揮発することによって硬化する樹脂剤等を適用可能である。また第１の樹脂（充填用）としては、熱溶融タイプの樹脂を用いることも勿論可能である。
【００２７】
また前述した弾性率の低い第２の樹脂剤（塗布樹脂）については、光ファイバユニットの使用環境の温度範囲においてその目的に適合した仕様のものを用いれば十分である。またここではバンドル素線形の光ファイバ４を用いた光ファイバユニットを例に説明したが、単芯ファイバ素線形の光ファイバを用いる場合にも同様に適用することができる。更にはブロック体９を用いることなく前記ファイバ素線３ａを直接的に貫通孔５に位置付け、この状態で樹脂剤を用いてファイバ素線３ａを固定する場合にも適用可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用される光ファイバユニットの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】本発明に係る光ファイバユニットおよびシール方法の一実施形態を説明する為の図。
【図３】金属製のハウジングに対する弾性率の低い第２の樹脂剤（塗布樹脂）の塗布領域を説明する為の図。
【符号の説明】
【００２９】
１  透光窓
２  金属製のハウジング
３  ファイバ素線
４  光ファイバ
７  第１の樹脂剤（充填樹脂剤）
８  第２の樹脂剤（塗布樹脂剤）
【図１】
2009115949.tif 000003
【図２】
2009115949.tif 000004
【図３】
2009115949.tif 000005