JP2005115293A - 光結合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
結合具の内部での発光ダイオードの損傷を防止することができるとともに、放熱特性及び情報伝送損失の少ない光結合装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
スリーブ形の結合具１の端部から光ファイバ２と発光ダイオード３とがそれぞれ挿入されて支持され、光ファイバ挿入孔１ａに臨む収容部１ｆの端部に集光作用を有する透明なゲル状の樹脂材からなる緩衝部材８を配設するとともに、発光ダイオード３は周囲に熱伝導性の高い放熱用樹脂材７を塗布することで、上記課題を解決する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光ファイバと発光ダイオード（ＬＥＤ）とを接続する光結合装置に係る技術分野に属する。
現在、照明，通信のための光が伝送される光ファイバの光源としては、半導体レーザに比して安価，小型である発光ダイオードを採用することが多くなってきている。このため、半導体レーザに比べて光拡散の大きな発光ダイオードと光ファイバとを精密に接続することのできる光結合装置の開発が要請されている。
従来、光結合装置としては、例えば、以下に記載のものが知られている。
特開平８−１０１３２７号公報 この特許文献１には、スリーブ形の結合具の端部から光ファイバと発光ダイオードとがそれぞれ挿入されて支持された光結合装置が記載されている。
特許文献１に係る光結合装置は、いわゆる一体物の結合具を用いることで特別な工作を行うことなく光ファイバ，発光ダイオードの光軸を確実に一致させ、スリーブ形の結合具の端部から光ファイバ，発光ダイオードをそれぞれ挿入することで光ファイバ，発光ダイオードのそれぞれに対応した支持手段を選択することができる。
しかし、従来の光結合装置では、スリーブ形の結合具の端部から光ファイバ，発光ダイオードをそれぞれ挿入することで光ファイバ，発光ダイオードのそれぞれに対応した支持手段を選択することができるが、発光ダイオードからの情報（光量）を確実に光ケーブルに伝送するために、発光ダイオードと光ケーブルとを接触又は接触しないまでも限界まで近づける必要があり、挿入支持作業の際やその後の使用の際の衝撃で脆弱な発光ダイオードが結合具の内部で損傷してしまうことがあるとともに、挿入支持作業の手間が掛かりコストが高騰する課題を有している。特許文献１では、レンズを用いて確実な情報伝送を図っているがレンズに対して光ケーブルを近づけて設置する必要性は依然として有していることから、レンズの損傷、破損が生じてしまう上記課題は残されたままである。
さらには、発光ダイオードの発光面は、略々球面状に形成されているため、発光ダイオードと光ケーブルとを限界まで近づけても、ある程度の情報漏れ（光拡散）があり、光ケーブルへの情報伝送が低減してしまう課題を有する。
また、上記特許文献１を含めた従来の光結合装置は、発光ダイオードの発熱により光結合装置及び発光ダイオードの寿命が短くなる問題点から、放熱板等の放熱機能を該光結合装置に付加することで対応しているが、光結合装置の簡略化、小型化が阻害され、さらには、製作コストも高騰してしまう課題を有する。
特に、発光ダイオードを結合具に設置する際には必然的に発光ダイオードと結合具との間に間隙（機械的製造誤差又は、嵌合可能とさせるためのクリアランス）が生じ、発光ダイオードと結合具との密着性が低下し、放熱性が低下する課題を有している（発光ダイオードが支持部材等に設置されている場合には、結合具と支持部材等との間に間隙が形成される）。
本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、結合具の内部での発光ダイオードの損傷を防止することができるとともに、放熱特性及び情報伝送損失の少ない光結合装置を提供することを課題とする。
前述の課題を解決するため、本発明に係る光結合装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。
即ち、請求項１では、発光ダイオードを内部に収容する収容部と、前記発光ダイオードの発光面に臨んで光ファイバの端部を挿入する光ファイバ挿入孔とが設けられてなる結合具を備える光結合装置において、前記光ファイバ挿入孔に臨む前記収容部の端部に集光作用を有する緩衝部材が配設されるとともに、前記発光ダイオードの周囲には熱伝導性の高い放熱用樹脂材が設けられていることを特徴とする。
この手段では、集光作用を有する緩衝部材が光ファイバ挿入孔に臨む収容部の端部に配設されるため、発光ダイオードからの情報（光量）が確実に光ファイバに伝送されるとともに、緩衝部材の緩衝機能によって発光ダイオードが受ける衝撃等が緩衝され光ケーブルとの衝撃から保護される。
さらには、発光ダイオードの周囲には熱伝導性の高い放熱用樹脂材が設けられていることから、発光ダイオード（発光ダイオード基板による発熱も含む）による発熱等の熱の放熱性が向上される。
また、請求項２では、請求項１記載の光結合装置において、前記放熱用樹脂材は、前記収容部と前記発光ダイオードが設置されるＬＥＤ基板との間隙に設けられていることを特徴とする。
この手段では、発光ダイオードを結合具に設置する際には必然的に生じる発光ダイオードと収容部との間の間隙に放熱性樹脂材が設けられるため、該間隙が放熱性樹脂によって埋められて結合具の収容部とＬＥＤ基板との密着性が確保される。したがって、発光ダイオード等による熱が放熱用樹脂材を介して結合具等に伝達されて放出される。
また、請求項３では、請求項１又は２記載の光結合装置において、前記緩衝部材は透明なゲル状樹脂材からなることを特徴とする。
この手段では、緩衝部材が透明性の高いゲル状樹脂から成形されているため、緩衝機能と同時に集光機能が作用される。
また、請求項４では、請求項１〜３いずれか記載の光結合装置において、発光ダイオードは前記緩衝部材に向けて弾圧されていることを特徴とする。
この手段では、弾圧された発光ダイオードが結合具等の機械的製造誤差を吸収して光ファイバに精密に正対される。
また、請求項５では、請求項１〜４いずれか記載の光結合装置において、前記ＬＥＤ基板は、前記結合具に嵌合されるホルダに取付けられて前記収容部に収容され、前記ホルダは結合具に固定される押板との間に介装されたバネ材で弾圧されていることを特徴とする。
この手段では、発光ダイオードが結合具に嵌合されるホルダを介して弾圧される。
また、請求項６では、請求項１〜５いずれか記載の光結合装置において、前記ホルダは発光ダイオードの反対側の電源に接続されるコネクタが取付けられるとともに、前記コネクタにはコネクタ端子が搭載されるコネクタ基板が設けられて前記ホルダに取付けられ、前記バネ材は前記コネクタ端子を避けるようにリング形に形成され、かつ、前記押板は前記コネクタ端子の貫通を許容する貫通孔が形成されていることを特徴とする。
この手段では、発光ダイオード、ホルダ、コネクタが一体化されるとともに、コネクタのコネクタ端子が結合具の端部付近に露出される。
本発明に係る光結合装置は、緩衝部材の緩衝機能によって発光ダイオードが衝撃から保護されるため、挿入支持作業の際やその後の使用の際の衝撃でも発光ダイオードが結合具の内部で損傷されるのを防止するとともに、挿入支持作業の手間が低減され作業コストを抑えることが可能となる。
また、緩衝部材に透過性の高い透明な材質を採用することにより発光ダイオードの光量拡散に対して、緩衝部材が集光機能を発揮し、光ファイバにより多くの光量を伝送することが可能となる。
さらに、使用による発光ダイオードの発熱が放熱用樹脂材を介して結合具等に放出されるため、発光ダイオード及び光結合装置の周囲の空間に熱がこもることがなくなり、放熱板等の放熱機能を該光結合装置に付加する必要が無い。特に、発光ダイオードを結合具に設置する際には必然的に生じる発光ダイオードと結合具の収容部との間の間隙に該放熱性樹脂が塗布されるため結合具とＬＥＤ基板との密着性が確保されてより放熱性が向上される。したがって、発光ダイオード等による熱が放熱用樹脂材を介して結合具等に伝達されて放出されるので、光結合装置の簡略化、小型化が可能となり、製作コストの低減、発光ダイオード及び光結合装置の寿命を長くする効果が奏される。特に、間隙に放熱性樹脂材７が設けられることは、ＬＥＤ基板の周縁に渡って広範囲の密着性が結合具との間で確保されるため、高い放熱性を発揮することが可能となる。
また、発光ダイオードがバネ材の弾圧で結合具等の機械的製造誤差を吸収して光ファイバに正対される。このため、発光ダイオードが精密に光ファイバに正対され、光ファイバに伝送される光量の損失が低減される効果が奏される。
さらには、発光ダイオードはＬＥＤ素子が搭載されたＬＥＤ基板が結合具に嵌合されるホルダに取付けられて収容部に収容され、前記ホルダは結合具に固定される押板との間に介装されたバネ材で弾圧されるため、発光ダイオードが結合具に嵌合されるホルダを介して弾圧される。したがって、ＬＥＤ基板の平行度、即ち、光ファイバ（又は結合具）に対して、発光ダイオードの平行度を確保することができ、光結合装置の安定度が向上される。
以下、本発明に係る光結合装置を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
この最良の形態（１）の光結合装置１００は、図１に示すように、アルミニウム等の材質で段付きの円筒のスリーブ形に形成された結合具１に光ファイバ２，発光ダイオード３が挿入支持されるものを示してある。
結合具１は、光ファイバ２が挿入される端部側の内部に相対的に小径で軸長の長い光ファイバ挿入孔１ａが設けられ、発光ダイオード３が挿入される端部側の内部に相対的に大径で軸長の短い発光ダイオード挿入孔１ｂが設けられる収容部１ｆを備えている。これらの光ファイバ挿入孔１ａ，発光ダイオード挿入孔１ｂは、連通されて発光ダイオード挿入孔１ｂに対して光ファイバ挿入孔１ａの端面が窓として開口された格好になっている（開口部１）。光ファイバ２が挿入される端部側の外部には、軸中央寄りに円形の嵌合部１ｃが設けられ軸端寄りに雄ネジからなるネジ部１ｄが刻設されている。発光ダイオード３が挿入される端部側の軸端よりの内外部には、図３、図６、図８に示すように、後述する押板１１が係合される係合孔１ｅが１２０度の角度を介して３個が貫通して穿孔されている。
光ファイバ２は、直接または保護チューブ等を介して間接に結合具１の光ファイバ挿入孔１ａに挿入され、結合具１のネジ部１ｄに螺合固定されるアルミニウム製のキャップ形のナット４で締付けられて支持される。
発光ダイオード３は、ＬＥＤチップ，レンズ，ケーシング等からなるＬＥＤ素子３ａが搭載されたＬＥＤ基板３ｂが結合具１の収容部１ｆの発光ダイオード挿入孔１ｂに嵌合されるアルミニウム製の円柱形のホルダ５の一方の端面に取付けられている。ホルダ５の他方の端面には、電源に接続されるコネクタ６のコネクタ基板６ａが取付けられている。コネクタ６は、コネクタ基板６ａに搭載されたコネクタ素子６ｂがホルダ５の他方の端面に堀込まれた収容溝５ａに収容され、コネクタ基板６ａに接続されたコネクタ端子６ｃがホルダ５から突出されている。なお、ホルダ５の周面には、発光ダイオード３のＬＥＤ基板３ｂとコネクタ６のコネクタ基板６ａとを接続するリードが配設される配設用溝５ｂが刻設されている。また、発光ダイオード３の周囲には、熱伝導性の高い放熱樹脂材７が塗布されている。放熱樹脂材７の具体例としては、シリコンを主剤とするペースト状のゲル物質からなる「λＧＥＬ」（登録商標−株式会社ジェルテック）が挙げられる。
この発光ダイオード３は、緩衝部材８，スペーサ９を介してホルダ５，コネクタ６とともに結合具１の収容部１ｆの発光ダイオード挿入孔１ｂに挿入され（図５参照）、バネ材１０を介して結合具１の係合孔１ｅに係合固定される押板１１で弾圧されて支持される（図６参照）。なお、図３、図５に示すように、発光ダイオード３、ホルダ５、コネクタ６が一体化されているため、結合具１の発光ダイオード挿入孔１ｂへの挿入を容易，正確に行うことができる。
緩衝部材８は、透明なゲル状の樹脂材で結合具１の光ファイバ挿入孔１ａの端面よりも少し広い円板形に形成され、発光ダイオード挿入孔１ｂに対して窓となっている光ファイバ挿入孔１ａの端面（開口部１ｇ）を被うように配置される。緩衝部材８の具体例としては、シリコンを主剤とする衝撃吸収性能の高い「αＧＥＬ」（登録商標−株式会社ジェルテック）が挙げられる。また、この緩衝部材８は透過性の高いものが望ましい。特に、透過性が確保されるとともに、発光ダイオードから発せられる情報（光）を集光するように、緩衝部材８の外縁に到達した情報（光）が光ファイバ２の中心部に向かって偏向するように偏向作用を備えるように形成されている。また、緩衝部材８の厚さは、衝撃を吸収する程度の厚さを備えるように形成されることが望ましい。
スペーサ９は、アルミニウム，合成樹脂材等で短軸の筒形に形成されている。このスペーサ９は、発光ダイオード３と結合具１の光ファイバ挿入孔１ａの端面との間に少しのクリアランスを確保する。
バネ材１０は、ステンレスでリング形に形成されている。このバネ材１０は、図３、図７に示すように、略々６０度の角度を介して６箇所で屈曲されて弾性を構成し、中央の開口部分でコネクタ６のコネクタ端子６ｃとの接触を避けている。
押板１１は、ステンレス等で円板形に形成されている。この押板１１は、外周縁に結合具１の係合孔１ｅに係合する３個の係合突起１１ａが設けられ、中央部にコネクタ６のコネクタ端子６ｃの貫通を許容する貫通孔１１ｂが開口されている。なお、押板１１の貫通孔１１ｂを貫通したコネクタ６のコネクタ端子６ｃは、結合具１から突出して露出するように設定されている。従って、電源への接続が容易である。
なお、結合具１の嵌合部１ｃには、基板等へ設置するための断面Ｌ字形の取付座１２が取付けられる。
また、図４に示すように、発光ダイオード３を結合具１の収容部１ｆに設置する際に必然的に生じる間隙Ｃ（機械的製造誤差又は、嵌合可能とさせるためのクリアランス）には、この間隙Ｃを埋めるように放熱性樹脂材７が塗布されている。したがって、放熱性樹脂７はＬＥＤ基板３ｂの周縁に広範囲に設けられる。
この最良の形態（１）によると、結合具１の収容部１ｆに収容された発光ダイオード３に加わる衝撃が光ファイバ挿入孔に臨む収容部の端部に位置して発光ダイオード３に接触している緩衝部材８の震動吸収機能によって減衰される。このため、挿入支持作業の際やその後の使用の際の衝撃で脆弱な発光ダイオード３が結合具１の内部で損傷してしまうことがなくなる。
また、緩衝部材８に透過性の高い透明な材質を採用することにより発光ダイオード３の光量拡散に対して、緩衝部材８が集光機能を発揮し、光ファイバ２により多くの光量を伝送することが可能となる。
さらに、使用による発光ダイオード３の発熱が放熱用樹脂材７を介して結合具等に放出されるため、発光ダイオード３及び光結合装置１００の周囲の空間に熱がこもることがなくなり、放熱板等の放熱機能を該光結合装置１００に付加する必要が無い。
特に、ＬＥＤ基板３ｂと結合具１との間隙Ｃに該放熱性樹脂が塗布されるため結合具１とＬＥＤ基板３ｂとの密着性が確保されてより放熱性が向上される。したがって、発光ダイオード３等による熱が放熱用樹脂材７を介して結合具等に伝達されて放出されるので、光結合装置１００の簡略化、小型化が可能となり、製作コストの低減、発光ダイオード及び光結合装置１００の寿命を長くする効果が奏される。
また、発光ダイオード３がバネ材１０の弾圧で結合具１等の機械的製造誤差を吸収して光ファイバ２に正対される。このため、発光ダイオード３が精密に光ファイバ２に正対され、光ファイバ２に伝送される光量の損失が低減される。
さらに、発光ダイオード３はＬＥＤ素子３ａが搭載されたＬＥＤ基板３ｂが結合具１に嵌合されるホルダ５に取付けられて収容部１ｆに収容され、ホルダ５は結合具１に固定される押板１１との間に介装されたバネ材１０で弾圧されるため、発光ダイオード３が結合具１に嵌合されるホルダ５を介して弾圧される。したがって、ＬＥＤ基板３ｂの平行度、即ち、光ファイバ３（又は結合具１）に対して、発光ダイオード３の平行度を確保することができ、光結合装置１００の安定度が向上される。
また、ホルダ５は発光ダイオード３の反対側に電源に接続されるコネクタ６が取付けられるとともに、コネクタ６はコネクタ端子６ｃが搭載されたコネクタ基板６ａがホルダ５に取付けられ、バネ材１０はコネクタ端子６ｃを避けるようにリング形に形成され、押板１１はコネクタ端子６ｃの貫通を許容する貫通孔１１ｂが開口されているので、発光ダイオード３、ホルダ５、コネクタ６が一体化され、かつ、コネクタ５のコネクタ端子が結合具１の端部付近に露出されて、電源への接続が容易となり、作業性が向上される。
さらには、ＬＥＤ基板３ｂと結合具１の収容部１ｆとの間に機械的製造誤差（ＬＥＤ基板３ｂのガタツキ等）による隙間が生じる場合には、上述の放熱性樹脂材７を該隙間に設けることで、ＬＥＤ基板３ｂと結合具１との密着性を向上させて放熱性を高めることが可能となる。特に、間隙Ｃに放熱性樹脂材７が設けられることは、ＬＥＤ基板３ｂの周縁に渡って広範囲の密着性が確保されるため、高い放熱性を発揮することが可能となる。
以上、図示した形態の外に、発光ダイオード３，ホルダ５，コネクタ６に加えてバネ材１０，押板１１をも一体化させることも可能である。
１００ 光結合装置
１ 結合具
１ａ 光ファイバ挿入孔
１ｆ 収容部
２ 光ファイバ
３ 発光ダイオード
３ａ ＬＥＤ素子
３ｂ ＬＥＤ基板
５ ホルダ
６ コネクタ
６ａ コネクタ基板
６ｃ コネクタ端子
７ 放熱樹脂材
８ 緩衝部材
１０ バネ材
１１ 押板
１１ｂ 貫通孔
Ｃ 間隙
１ 結合具
１ａ 光ファイバ挿入孔
１ｆ 収容部
２ 光ファイバ
３ 発光ダイオード
３ａ ＬＥＤ素子
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５ ホルダ
６ コネクタ
６ａ コネクタ基板
６ｃ コネクタ端子
７ 放熱樹脂材
８ 緩衝部材
１０ バネ材
１１ 押板
１１ｂ 貫通孔
Ｃ 間隙
Claims (6)
- 発光ダイオードを内部に収容する収容部と、前記発光ダイオードの発光面に臨んで光ファイバの端部を挿入する光ファイバ挿入孔とが設けられてなる結合具を備える光結合装置において、
前記光ファイバ挿入孔に臨む前記収容部の端部に集光作用を有する緩衝部材が配設されるとともに、前記発光ダイオードの周囲には熱伝導性の高い放熱用樹脂材が設けられていることを特徴とする光結合装置。 - 請求項１記載の光結合装置において、前記放熱用樹脂材は、前記収容部と前記発光ダイオードが設置されるＬＥＤ基板との間隙に設けられていることを特徴とする光結合装置。
- 請求項１又は２記載の光結合装置において、前記緩衝部材は透明なゲル状樹脂材からなることを特徴とする光結合装置。
- 請求項１〜３いずれか記載の光結合装置において、発光ダイオードは前記緩衝部材に向けて弾圧されていることを特徴とする光結合装置。
- 請求項１〜４いずれか記載の光結合装置において、前記ＬＥＤ基板は、前記結合具に嵌合されるホルダに取付けられて前記収容部に収容され、前記ホルダは結合具に固定される押板との間に介装されたバネ材で弾圧されていることを特徴とする光結合装置。
- 請求項１〜５いずれか記載の光結合装置において、前記ホルダは発光ダイオードの反対側の電源に接続されるコネクタが取付けられるとともに、前記コネクタにはコネクタ端子が搭載されるコネクタ基板が設けられて前記ホルダに取付けられ、前記バネ材は前記コネクタ端子を避けるようにリング形に形成され、かつ、前記押板は前記コネクタ端子の貫通を許容する貫通孔が形成されていることを特徴とする光結合装置。
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