(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し先端部のみ該外装材を取り外した部分のガラス製光ファイバー束に、弾性率が高くその変形量にほぼ比例した内部応力を発生する樹脂製チューブを挿入し、該樹脂製チューブ及び該外装材の先端部の外側に金属製スリーブを挿入し、該金属製スリーブの該樹脂製チューブの外側部分を、テーパー孔を有するダイスによりテーパー状に圧縮加工して該樹脂製チューブをガラス製光ファイバーと金属製スリーブの形状に倣い変形させ、該ガラス製光ファイバー束に加わる圧縮応力が、先端部より次第に減少するようにすることを特徴とするガラス製光ファイバー束の先端部処理方法。
【請求項２】
弾性率が高くその変形量にほぼ比例した内部応力を発生する樹脂コートを内面先端部に施した金属製スリーブに、ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し先端部のみ該外装材を取り外したガラス製光ファイバー束及び該外装材の先端部を挿入し、該金属製スリーブの該樹脂コートを有する部分をテーパー孔を有するダイスによりテーパー状に圧縮加工して該樹脂コートをガラス製光ファイバーと金属製スリーブの形状に倣い変形させ、該ガラス製光ファイバー束に加わる圧縮応力が、先端部より次第に減少するようにすることを特徴とするガラス製光ファイバー束の先端部処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光通信ケーブルやライトガイドとして使用される、ガラス製光ファイバー束の端部処理方法並びにガラス製光ファイバー束の先端部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製光ファイバー束は、耐熱性や耐湿性等の耐環境性が高く透過性が高い、また、フレキシビリティーに優れる等の優れた特徴を有している。このため、コンピュータ周辺機器間の光通信用ケーブルや、各種センサーや医療機器で用いるライトガイドとして広く使用されている。
これらの製品は、数μｍから数十μｍの直径を有する光ファイバーを数百本から数万本まとめファィバー束を構成し、このファィバー束をステンレス製の可とう管や樹脂製チューブ等の外装材に挿入し、前記外装材とファィバー束をスリーブを介し接着固定する方法により製作されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１は、このような従来のガラス製光ファィバー束の端部構造を示しているが、ファイバー端部に極端な曲げ荷重が働いた場合、スリーブ１と光ファイバー束２の境界部Ａで応力集中が働き、光ファイバーの断線が生じてしまう。
このため、スリーブ１の寸法ａを長めにするとか、スリーブ１と外装材３の外側に別途保護チューブを被覆するなどして、スリーブと外装材の境界部に極端な曲げがかからないようにする、工夫が為されている。しかし、端部構造が大きくなってしまい使用個所に制限が生じること、また、製作工程が多くかかるなどの問題を有している。
また、車のエンジンルームのような特に振動の激しい箇所で、ガラス製光ファイバー束製品を使用した場合、上述の事例と同様に、スリーブと光ファイバー束の境界部で応力集中が働き、光ファイバーの断線が生じ、初期性能が確保されなくなる。このため、ガラス製光ファイバー束製品は、優れた特徴を有しているにもかかわらず、振動の多い箇所での使用があまり為されない。
【０００４】
尚、図２は、従来例のスリーブ１と光ファイバー束２の接合強度を示すものである。光ファイバー束とスリーブは接着剤により固定されるため、先端部より一定の強度で接合され、光ファイバー束とスリーブの境界部でその接合強度がゼロになる。また、その境界部において、接合強度の変化が大きいため、極端な曲げや振動が加わった場合、その境界部において応力集中が発生し、細径のガラス製光ファイバーは断線し易いものとなる。
そこで、本発明は、外装材とスリーブの境界部において、極端な曲げ荷重が働いても光ファイバーが断線しにくい、また、振動の激しい箇所で使用しても光ファイバーの断線が生じにくい、ガラス製光ファィバー束の端部処理方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために次のように構成されている。
ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し先端部のみ該外装材を取り外した部分のガラス製光ファイバー束に、弾性率が高くその変形量にほぼ比例した内部応力を発生する樹脂製チューブを挿入し、該樹脂製チューブ及び該外装材の先端部の外側に金属製スリーブを挿入し、該金属製スリーブの該樹脂製チューブの外側部分を、テーパー孔を有するダイスによりテーパー状に圧縮加工して該樹脂製チューブをガラス製光ファイバーと金属製スリーブの形状に倣い変形させ、該ガラス製光ファイバー束に加わる圧縮応力が、先端部より次第に減少するようにすることを特徴とするガラス製光ファイバー束の先端部処理方法である。
また、弾性率が高くその変形量にほぼ比例した内部応力を発生する樹脂コートを内面先端部に施した金属製スリーブに、ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し先端部のみ該外装材を取り外したガラス製光ファイバー束及び該外装材の先端部を挿入し、該金属製スリーブの該樹脂コートを有する部分をテーパー孔を有するダイスによりテーパー状に圧縮加工して該樹脂コートをガラス製光ファイバーと金属製スリーブの形状に倣い変形させ、該ガラス製光ファイバー束に加わる圧縮応力が、先端部より次第に減少するようにすることを特徴とするガラス製光ファイバー束の先端部処理方法である。
【０００６】
【作用】
図３において、ファイバー束に樹脂製チューブを緩挿し、その外側に金属製スリーブを挿入し、テーパー状に圧縮加工した場合のファイバー束に加わる圧縮応力状態を示すが、先端部より外装材方向へ進むに従い、ファイバー束に加わる圧縮応力は、次第に減少する。
これは、加工量の多い先端部において圧縮応力が最大となり、加工量の少ない外装材方向に向かうに従い、圧縮応力が減少するためである。
このように圧縮応力がファイバー束に加わっている場合、外装材とスリーブの境界部に極端な曲げ荷重が加わったとしても、その境界部において、光ファイバー束同士に滑りが容易に発生し、この結果、応力集中が発生しにくくなる。従って、耐曲げ強度が確保されガラス製光ファイバーの断線が緩和される。
また、同様に、振動の大きい箇所における使用においても、スリーブとファイバー束の境界部に応力集中が発生せず、耐振動性が確保され、ガラス製光ファイバーの断線が緩和される。
【０００７】
図４において、樹脂コートを内面に施した金属スリーブ内に、ファイバー束を挿入し、テーパー状に圧縮加工した場合の、圧縮応力状態を示すが、前述の事例と同様に、ファイバー束の先端部側より外装側へ向かうに従い、ファイバー束に加わる圧縮応力は次第に減少し、スリーブとファイバー束の境界部ではその圧縮応力がゼロになる。このため、外装材とスリーブの境界部に極端な曲げ荷重が加わったとしても、また、振動の多い箇所において使用したとしても、スリーブとファイバー束の境界部において、応力集中が発生せず、ガラス製光ファイバーの断線が緩和される。
【０００８】
尚、上述の前者および後者のファイバー束の処理方法において使用する金属製スリーブの材質は、アルミニューム、アルミニューム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレスを用いるが、これらの材質は、塑性変形が可能なもので、テーパー形状を有するダイスにより圧縮加工を施した場合、そのダイス形状に倣った形状に加工が可能である。また、この結果、スリーブ内部に挿入される、或いは、コートされる樹脂を、ダイス形状に相似した形状に変形させることが可能となる。尚ここで、金属製スリーブ内部に挿入される、或いは、コートされるものとして樹脂を使用するが、一般的に樹脂は、弾性率が高く、その変形量にほぼ比例した内部応力を発生するため、テーパー状に変形させた場合、細目に多く変形させた部分において、ファイバー束に高い圧縮応力を与えるものとなり、これとは逆に、変形量の少ない部分では、小さい圧縮応力を与えるものとなる。また、樹脂は、軟らかさを有する材料であるため、ガラス製光ファイバーと接触する境界面において、光ファイバーの形状に馴染み、光ファィバーを断線させること無く、高い圧縮応力を与えることが可能である。
【０００９】
図５において、熱可塑性樹脂よりなるスリーブを、ガラス製光ファイバーに緩挿し、そのスリーブ材質の軟化温度に加熱したテーパー孔を有するダイスにより、そのスリーブをファイバー先端部が細くなるよう圧縮加工した場合のファイバー束に加わる圧縮応力状態を示すが、その圧縮応力は、ファイバー束の先端部よりほぼ均一した力でファイバー束を保持し、スリーブとファイバー束の境界部に近付くに従い、なだらかに減少し、境界部において、ゼロになる。  図３および図４の内容に比較し、圧縮応力の変化は多少急変したものとなるが、従来例と比較すればその圧縮応力の変化はかなり穏やかなものとなっている。このため、スリーブと外装材の境界部に極端な曲げ応力が働いたとしても、また、振動の多い箇所で使用したとしても、その境界部における応力集中が減少し、この結果、ガラス製光ファィバーの断線を緩和することが可能となる。
【００１０】
尚、本発明の作用を説明するにあたり、図３、図４、図５においてファイバー束に加わる圧縮応力について述べるものとしたが、光ファイバーと光ファイバー間の接合強度、或いは、光ファイバーと使用する樹脂材料との接合強度は、（１）式により関係付けられるものとなる。
接合強度  ＝  摩擦係数  ×  圧縮応力  ・・・  （１）
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例に従い、更に詳細に説明するものとするが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
実施例１
繊維直径が５０μｍ、長さ１ｍのガラス製光ファイバーを４００本まとめ、ファィバー束４を構成する。尚、これにより構成されるファィバー束を円形にまとめた場合の直径は、約１ｍｍとなった。
次に、図６に示すように、外径３ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ９８８ｍｍの軟質塩化ビニールよりなる外装材５を前記ファイバー束に挿入し、ファイバー束先端部に、外径１．７ｍｍ、内径１．１ｍｍ長さ６ｍｍの低密度ポリエチレンチューブ６を挿入し、前記チューブの外側に、先端部外径が２．５ｍｍ、その内径が１．７３ｍｍ、その突き出し長さが５ｍｍで、それに続く部分の外径が４ｍｍ、長さ７ｍｍで、その内部に内径３．０５ｍｍ、長さ６ｍｍの穴部を有し、亜鉛４０％を含む銅合金性スリーブ７を挿入した。また、スリーブと外装材の境界をエポキシ系接着剤により接合した。
それに続いて、テーパー角５度を有し、各々を合わせたときの直径が２．５ｍｍと２．０６ｍｍ、肉厚５ｍｍの２分割された構造を持つダイス８により、スリーブ７の段付部に沿わせ圧縮加工を施した。
尚、図６は、この様子を概略的に示している。また、本実施例によりファイバー束が固定されている長さは約４ｍｍとした。
【００１２】
上述と同様の手順によりファイバー束の残るもう一端を圧縮加工し、両端を研磨加工を施す。尚、研磨加工に際し、シアノアクリレート系接着剤をファイバー束先端部に塗布し、その後に研磨加工を施している。この理由は、本実施例が、使用する樹脂チューブの変形に伴う圧縮応力のみにより、ファィバーを固定していることに原因し、この結果、光ファイバーと光ファイバーの間に隙間を有しているためである。このため、研磨加工に際し、研磨液の浸透を防止する必要が生じてくる。ただ、使用する接着剤の浸透寸法は約０．３ｍｍ程度であるため、先端部より次第に減少する圧縮応力をファィバー束に与える本発明の特徴を、阻害するものではない。
【００１３】
比較例として、上記実施例と同様のファイバー束、外装材を用い、先端部の外径が２．５ｍｍ、内径が１．１ｍｍ、突き出し長さが５ｍｍで、他の条件は上述の実施例と同様なスリーブを用い、外装材とスリーブ、スリーブとファイバー束をエポキシ系接着剤により接着固定した。また、これと同様にファイバー束の残る一端を加工し、両端部を研磨加工した。
本実施例と比較例によって製作されたファイバー束製品を、一端を固定し、残るもう一端を水平に取付けしたシリンダー９の可動部に固定し、ファィバー束製品の端部間距離が９５０ｍｍから３００ｍｍになるよう前記シリンダーを、毎分当たり２０回のスピードで往復運動させた。
尚、図７はこの曲げ試験の様子を示し、１０はガラス製光ファイバー製品を、１１はガイドを示している。
【００１４】
この曲げ試験の結果を図９に示すが、５千回曲げ試験において、本実施例は０．７５％の断線率であるのに対し、比較例では８％の断線率を示した。また、１万回の結果においては、本実施例は１．５％の断線率であるのに対し、比較例では１５．５％の断線率を示した。
また、上述の実施例と同様に、また、上述の比較例と同様に製作したファィバー束を図８に示すように、バイブレータ１２の振動台１３に配置し、前記ファィバー束の両端をその振動台に固定した。尚、前記バイブレーターは５０Ｈｚ、振幅幅２ｍｍにて振動させた。
尚、図８はこの振動試験の様子を示している。
【００１５】
この振動試験の結果を図１０に示すが、本実施例によって製作したファイバー束製品は１００時間の結果において、０．５％の断線率であるのに対し、比較例によって製作したファイバー束製品は、４％の断線率を示した。また、２００時間経過後の結果においては、本実施例によるものが１％の断線率であるのに対し、比較例では７．５％の断線率を示した。
【００１６】
実施例２
図１１に示すように、先端部外径が４．７ｍｍ、その内径が３．５ｍｍ、その突き出し長さが１０ｍｍで、それに続く部分の外径が６．４ｍｍ、長さ８ｍｍで、その内部に内径５．０５ｍｍ、長さ６．５ｍｍの穴部を有し、１３％のクロムを含むステンレスよりなるスリーブ１４内部に、先端部外径が２．１ｍｍ、長さ１２ｍｍで、それに続く部分の外径が５ｍｍ、長さ７．５ｍｍの四フッ化エチレンよりなる治具１５を挿入し、前記スリーブ１４と治具１５によって構成される隙間に、シリコン樹脂１６を分注器１７により注入し、シリコン樹脂が硬化した後に前述の治具１５を取り去り、スリーブ１４に樹脂コートを施した。
【００１７】
次に、図１２に示すように、繊維直径が５０μｍ、長さ１ｍのガラス製光ファイバーを１６００本まとめ、ファイバー束１８を構成した。尚、これにより構成されるファイバー束を円形にまとめた場合、その直径は約２ｍｍとなった。
それに続き、外径５ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ９７７ｍｍのポリエーテールエステル樹脂によりなる外装材１９を前記ファイバー束に挿入し、先に述べた樹脂コートを施したスリーブ１４を前記ファイバー束に挿入した。また、その折り、スリーブと外装材をエポキシ系接着剤により接合した。
これらの作業に続き、テーパー角５度を有し、２分割された構造を持つダイス２０により、スリーブ１４の段付部に沿わせるように圧縮加工を施した。ここで使用するダイス２０は各々を合わせた状態における直径が４．７ｍｍと３ｍｍ、肉厚１０ｍｍのものであった。
上述したと同様の手順により、ファイバー束の残るもう一端を圧縮加工し、両端を研磨加工した。尚、研磨加工に際し、シアノアクリレート系接着剤をファイバー束先端部に塗布し、その後に研磨加工を施した。この理由は、実施例１で示したと同様の理由による。
尚ここで、図１２は本実施例の実施態様を概略的に示す図である。
【００１８】
比較例として、上述した上記実施例と同様のファイバー束、外装材を用い、先端部の外径が４．７ｍｍ、内径２．１ｍｍ、長さ１０ｍｍで他の条件は上述した内容と同様のスリーブを用い、外装材と前記スリーブ、そのスリーブとファイバー束をエポキシ系接着剤により接着固定した。
本実施例に従い製作したファイバー束製品と、本比較例により製作したファイバー束製品を、実施例１に示したと同様の曲げ試験を行なった。
この結果を図１３に示すが、５千回曲げ試験において、本実施例は１．１％の断線率であるのに対し、比較例では８．２％の断線が発生した。また、１万回の試験結果においては、本実施例が１％の断線率であるのに対し、比較例では１５．４％の断線率を示した。
また、本実施例および、本比較例にしたが製作した光ファイバー束製品に対し、実施例１と同様の振動試験を行なった。
この結果を図１４に示すが、本実施例によって製作したファイバー束製品は１００時間経過後の結果において、０．８６％の断線率であるのに対し、比較例によって製作したものは４．３％の断線率を有している。また、２００時間経過後の結果においては、本実施例が１．５％の断線率であるのに対し、比較例は９％の断線率を有している。
【００１９】
実施例３
図１５に示すように、繊維直径が５０μｍ、長さ１ｍのガラス製光ファイバーを４００本まとめ、ファイバー束２１を構成した。次に、外径３ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ９８８ｍｍの軟質塩化ビールよりなる外装材２２を前記ファィバー束に挿入し、外径４ｍｍで先端部に内径１．２ｍｍ、長さ５ｍｍの穴部を有し、それに続き内径３．０５ｍｍで長さ７ｍｍの穴部を有する硬質塩化ビニール製スリーブ２３を挿入した。
これに続き、テーパー角１０度を有する円形状のダイス２４をそれに付随して設けられるシース型ヒータ２５により７０℃の温度に加熱しておき、そのダイス２４のテーパー孔に、スリーブ２３を５ｍｍ圧入した。圧入後取出しをし、両端を研磨加工する。またこの際、ファイバー束端部にシアノアクリレート系接着材を塗布し研磨加工を行なった。
【００２０】
比較例として、上記内容と同様のファイバー束、外装材、スリーブを用い、外装材とスリーブ、スリーブとファイバー束をエポキシ系接着剤により接合した。この様にして本実施例と比較例により製作したファイバー束製品に対し、実施例１と同様の曲げ試験を行なった。この結果を図１６に示すが、本実施例では、５千回曲げ試験の結果において、２％の断線率であるのに対し、比較例では８％の断線率を示した。また、１万回の結果においては、本実施例が３．８％の断線率であるのに対し、比較例は１５．５％の断線が発生した。
また、本実施例および、本比較例に従って製作した光ファイバー束製品に対し、実施例１と同様の振動試験を行なった。
この結果を図１７に示すが、本実施例によって製作したファイバー束製品は１００時間経過後の結果において、１．９％の断線率であるのに対し、比較例によって製作したものは３．８％の断線率を有している。また、２００時間経過後の結果においては、本実施例が４％の断線率であるのに対し、比較例は７．８％の断線率を有している。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し、先端部のみ外装材を取り外したガラス製光ファイバー束に樹脂製チューブを挿入しその樹脂製チューブ及び外装材の先端部の外側に金属製スリーブを挿入するか、または、先端部内面に樹脂コートを施した金属スリーブにガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し、先端部のみ外装材を取り外したファイバー束及び外装材の先端部を挿入して、それらに用いた金属製スリーブの外装材を取り外した先端部が細くなるようにテーパー状に圧縮加工する。この様にした場合、樹脂チューブあるいは樹脂コートは、ガラス製光ファイバー束と金属スリーブの形状に倣い変形させられ、変形量の多い先端部では高い圧縮応力をファイバー束に与え光ファイバー束を強固に接合するものとなるが、先端部より離れるに従い圧縮応力は次第に減少し緩慢な力で光ファイバー束を保持するものとなる。
この様に構成したガラス製光ファイバー製品は、極端な曲げ荷重がスリーブと外装材の間に加わったとしても、また、振動の多い場所で使用したとしても、ファイバー束とそれを固定する境界部分で応力集中が生じにくく、極細い繊維径で構成されるガラス製光ファイバーの断線を緩和することが可能となる。
また、樹脂チューブあるいはそのコートを用いることにより、樹脂は高い弾性率を有するものであり、上述した機能を十分発揮できる。更にこれに加え、樹脂は軟らかさを有する材質であるため、これにより極細いガラス製光ファイバーを強力な力で圧縮したとしても、光ファイバーの形状に馴染むことが可能であり、その製作に際し、ガラス製光ファイバーを断線させることが無い。
また、金属スリーブの材質として、アルミニューム、アルミニューム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレスを用いるが、これらの材質は塑性変形が可能なものであるため、圧縮加工に使用するダイスの形状に倣った形状に加工が可能であり、このため本発明の目的を達成することが可能である。
熱可塑性樹脂よりなるスリーブを、ガラス製光ファイバー束との間に空隙を有する外装材を有し、先端部のみ外装材を取り外したガラス製光ファイバー束及び外装材の先端部に挿入し、そのスリーブをその材質の軟化温度に加熱したダイスに圧入し、ファイバー束の外装材を取り外した端部を構成した場合、ファイバー束とスリーブの境界部付近において、ファイバー束を保持する力が穏やかに変化するように構成することが可能である。
この様に構成した場合、スリーブと外装材の境界部に極端な曲げが働いたとしても、また、振動の多い部分で使用したとしても、ファイバー束とそれを保持する境界部分で応力集中が生じにくく、極細い繊維径で構成されるガラス製光ファイバーの断線を緩和することが可能である。
以上により本発明の効果は明らかであるが、ガラス製光ファイバー束製品は、優れた特徴を有しているのにもかかわらず、ロボットアーム等の稼働頻度の高い部分での使用や、自動車のエンジンルーム等の特に振動の多い部分で使用が為されないのが実情である。しかし、本発明によれば、耐曲げ強度の高い、或いは、耐振動性の高いガラス製光ファイバー束製品の提供が可能となるため、今後ガラス製光ファイバー束製品の優れた性能が広く利用され、技術的発展に寄与するものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス製光ファイバー束製品の端部構造において、従来例を示す断面図。
【図２】ガラス製光ファイバー束製品の従来例において、端部におけるファイバー束とスリーブの接合強度を示す説明図。
【図３】本発明の一実施態様によるガラス製光ファイバー束製品の端部において、ファイバー束に加わる圧縮強度を示す説明図。
【図４】本発明他の実施態様によるガラス製光ファイバー束製品の端部において、ファイバー束に加わる圧縮強度を示す説明図。
【図５】本発明他の実施態様によるガラス製光ファイバー束製品の端部において、ファイバー束に加わる圧縮強度を示す説明図。
【図６】本発明の一実施態様に係わるガラス製光ファイバー束製品の端部を示す断面図。
【図７】本発明の実施例において用いた、曲げ試験機の概要を示す一部断面図。
【図８】本発明の実施例において用いた、振動試験機の概要を示す一部断面図。
【図９】本発明の実施例と比較例における、曲げ試験の結果を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施例と比較例における、振動試験の結果を示すグラフ。
【図１１】本発明の実施例２を実施するための一手段を示す一部断面図。
【図１２】本発明の一実施態様に係わるガラス製光ファイバー束製品の端部を示す断面図。
【図１３】本発明の実施例と比較例における、曲げ試験の結果を示すグラフ。
【図１４】本発明の実施例と比較例における、振動試験の結果を示すグラフ。
【図１５】本発明の一実施態様に係わるガラス製光ファイバー束製品の端部を示す断面図。
【図１６】本発明の実施例と比較例における、曲げ試験の結果を示すグラフ。
【図１７】本発明の実施例と比較例における、振動試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１、７、１４、２３・・・スリーブ、２、４、１８、２１・・・ファイバー束、３、５、１９、２２・・・外装、６・・・樹脂製チューブ、８、２０、２４・・・ダイス、９・・・シリンダー、１０・・・ガラス製光ファイバー束製品、１１・・・ガイド、１２・・・バイブレータ、１３・・・振動台、１５・・・治具、１６・・・シリコン樹脂、１７・・・分注器、２５・・・シースヒータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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