JP2017120282A - 融着接続部補強構造および融着接続部補強構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に伴う融着接続部の負荷を軽減する融着接続部補強構造を提供する。
【解決手段】一対の光ファイバ４１、４２を融着接続した融着接続部４３を含む融着光ファイバ４０と、融着光ファイバを収容する収容溝６１が設けられた収容部材６０と、収容溝内に位置し融着接続部の両側において融着光ファイバを支持する第１の支持樹脂部１０と第２の支持樹脂部２０と、第１の支持樹脂部と第２の支持樹脂部との間で収容溝に樹脂を充填して形成された保護樹脂部３０と、を備え、収容部材の熱膨張係数が光ファイバの熱膨張係数より高く、保護樹脂部のヤング率が、第１の支持樹脂部および第２の支持樹脂部のヤング率より低い融着接続部補強構造１。
【選択図】図２

Description

本発明は、融着接続部補強構造および融着接続部補強構造の製造方法に関する。

光ファイバ同士を融着接続した融着接続部は、他の部分より強度が低い。融着接続部を保護して融着接続部における破断を防止する補強構造が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００９−１１６０７６号公報

融着接続部では、漏れ光として光のロスが発生する場合がある。漏れた光は融着接続部周辺の部材に吸収され、光ファイバおよびその周辺部材の温度を高める。このような温度上昇によって補強構造と光ファイバとの熱膨張係数の差に起因する負荷が融着接続部に加わった結果、融着接続部を伝搬する光のビーム品質の劣化や融着接続部の破断が生じる虞がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、融着接続部周囲の温度変化に伴う融着接続部への負荷を軽減する融着接続部補強構造の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の融着接続部補強構造は、一対の光ファイバを融着接続した融着接続部を含む融着光ファイバと、前記融着光ファイバを収容する収容溝が設けられた収容部材と、前記収容溝内に位置し、前記融着接続部の両側において前記融着光ファイバを支持する第１の支持樹脂部と第２の支持樹脂部と、前記第１の支持樹脂部と前記第２の支持樹脂部との間で前記収容溝に樹脂材料が充填されて形成された保護樹脂部と、を備え、前記収容部材の熱膨張係数が前記光ファイバの熱膨張係数より高く、前記保護樹脂部のヤング率が、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部のヤング率より低い。

上記構成によれば、融着接続部補強構造は、第１および第２の支持樹脂部により融着接続部を挟んで融着光ファイバを支持する。これにより、第１および第２の支持樹脂部のうち何れか一方又は両方の弾性変形で融着光ファイバの伸縮を吸収できる。したがって、温度変化に起因して融着光ファイバが熱膨張又は熱収縮した場合であっても、融着接続部への負荷を軽減することができる。
また、上記構成によれば、保護樹脂部のヤング率は、第１および第２の支持樹脂部のヤング率よりも低い。すなわち、保護樹脂部は、第１および第２の支持樹脂部と比較して、弾性変形しやすく周囲の変形に追随しやすい。したがって、保護樹脂部は、第１および第２の支持樹脂部の弾性変形に追随する構成とすることができ、融着接続部への負荷を軽減しつつ融着接続部を保護できる。
また、上記構成によれば、収容部材の熱膨張係数は、光ファイバの熱膨張係数より高い。融着接続部からの漏れ光に起因して融着接続部補強構造の温度が上昇した場合、融着光ファイバには、第１および第２の支持樹脂部が介して引張方向の応力が付与される。したがって、使用時に融着光ファイバが弛むことがなく、融着光ファイバを伝搬する光のビーム品質を確保するとともに、座屈に起因する破断を抑制できる。また、低温環境下における保管などで融着接続部構造の温度が低下した場合には、第１および第２の支持樹脂部の弾性変形により、融着光ファイバに弛み方向の負荷が生じることが抑制される。
また、一般的に、熱膨張係数の高い材料は熱伝導率も高く、これにより高い放熱作用を有する。収容部材の熱膨張係数を光ファイバの熱膨張係数より高くすることにより、収容部材の放熱効果を高め、漏れ光に起因する熱を収容部材から外部に逃がすことができる。

本発明の一つの態様の融着接続部補強構造において、前記融着光ファイバの光の入力側に前記第１の支持樹脂部が配置され、光の出力側に前記第２の支持樹脂部が配置され、前記第１の支持樹脂部のヤング率が、前記第２の支持樹脂部のヤング率より高い構成としてもよい。
融着接続部からは、漏れ光が生じる場合がある。漏れ光は、融着接続部周辺の部材に吸収され、融着接続部補強構造の温度を高める。融着接続部の漏れ光は、融着接続部から出力側に向かって照射される光が支配的である。このため、融着接続部補強構造は、融着接続部に対して出力側が高温となりやすい。上記の構成によれば、光の出力側に低ヤング率の第２の支持樹脂部が配置される。すなわち、高温となり融着光ファイバと収容部材との熱膨張の差が大きい領域に近接して低ヤング率の第２の支持樹脂部が位置する。これにより、第２の支持樹脂部において、熱膨張差を吸収して、融着接続部に変位が及ぶことがなく融着接続部への負荷を軽減できる。したがって、融着光ファイバを伝搬する光のビーム品質を確保するとともに、座屈に起因する破断をさらに抑制できる。

本発明の一つの態様の融着接続部補強構造において、前記収容溝の長さ方向の中心に対して前記融着接続部が前記第１の支持樹脂部側に配置され、前記第１の支持樹脂部のヤング率が、前記第２の支持樹脂部のヤング率より高い構成としてもよい。
上記の構成によれば、第１の支持樹脂部のヤング率が、第２の支持樹脂部のヤング率より高い。これにより、融着光ファイバと収容部材との熱膨張又は熱収縮の差は、第１の支持樹脂部より第２の支持樹脂部の弾性変形でより大きく吸収される。また上記構成によれば、融着接続部が変形量の少ない第１の支持樹脂部に近接させて配置される。これにより、第１の支持樹脂部の弾性変形量が小さくなり、第１の支持樹脂部を起点とする融着接続部と融着接続部を囲む保護樹脂部の伸び量が小さくなる。結果として、融着接続部とその周囲の保護樹脂部との相対的な伸び量の差を抑制して、保護樹脂部から融着接続部に加わる負荷を小さくすることができる。これにより、融着光ファイバを伝搬する光のビーム品質を確保するとともに、座屈に起因する破断をさらに抑制できる。

また、本発明の一つの態様の融着接続部補強構造は、前記融着光ファイバを前記収容溝に配置するとともに、未硬化の樹脂材料を供給および硬化させて、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部を形成する支持樹脂部形成工程と、前記第１の支持樹脂部と前記第２の支持樹脂部との間で前記収容溝に未硬化の樹脂材料を供給し硬化させて、前記保護樹脂部を形成する保護樹脂部形成工程と、を有し、前記保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度が、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度より低い。

上記の構成によれば、第１および第２の支持樹脂部を形成した後に、保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料を収容溝に供給する。これにより、第１および第２の支持樹脂部は、保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料が収容溝から流出することを防ぐダムとして機能する。したがって、保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度を、第１の支持樹脂部および第２の支持樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度より低くして、融着光ファイバの周囲に確実に保護樹脂部を回り込ませることができる。保護樹脂部に空隙が生じると、融着接続部からの漏れ光が屈折し収容部材の収容溝の内壁に集光して局所的に加熱される虞がある。保護樹脂部を融着光ファイバの周囲に確実に回り込ませることで、局所的な加熱を防ぎ、収容部材による効率的な放熱が可能となる。

本発明の一つの態様の融着接続部補強構造の製造方法において、前記支持樹脂部形成工程が、前記収容溝に未硬化の前記樹脂材料を供給する第１供給工程と、未硬化の前記樹脂材料の上方に前記融着光ファイバを配置する工程と、前記融着光ファイバの上方からさらに未硬化の前記樹脂材料を供給する第２供給工程と、未硬化の前記樹脂材料を硬化させる硬化工程と、を含む構成としてもよい。
上記の構成によれば、支持樹脂部形成工程において収容溝に融着光ファイバを配置する前後に、２回に分けて未硬化の前記樹脂材料を供給する。第１および第２の支持樹脂部材を構成する未硬化の樹脂材料は、保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料より粘度が高い。このため、融着光ファイバの周囲に樹脂材料が確実に回り込まない虞がある。第１および第２の支持樹脂部に空隙が生じると、ダムとしての機能が損なわれる。融着光ファイバを収容溝に配置する前に、予め、未硬化の樹脂材料を収容溝に供給しておくことで、融着光ファイバの下側に確実に樹脂材料を回り込ませることができる。これにより、第１および第２の支持樹脂部に空隙が生じることを抑制できる。

本発明によれば、融着接続部周囲の温度変化に伴う融着接続部への負荷を軽減することが可能な融着接続部補強構造を提供できる。

第１実施形態の融着接続部補強構造の斜視図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の平面図である。 温度上昇時の融着接続部補強構造１の平面図である。 温度下降時の融着接続部補強構造１の平面図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の製造工程を示す模式図であり、予備工程を示す図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の製造工程を示す模式図であり、第１供給工程を示す図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の製造工程を示す模式図であり、融着光ファイバを収容溝に収容する工程を示す図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の製造工程を示す模式図であり、第２供給工程を示す図である。 第１実施形態の融着接続部補強構造の製造工程を示す模式図であり、収容溝に保護樹脂部を形成する工程を示す図である。 第２実施形態の融着接続部補強構造の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一例としての実施形態について説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

＜＜第１実施形態＞＞
第１実施形態の融着接続部補強構造１について説明する。
図１は、融着接続部補強構造１の斜視図であり、図２は、融着接続部補強構造１の平面図である。
融着接続部補強構造１は、融着光ファイバ４０と、収容部材６０と、第１の支持樹脂部１０と、第２の支持樹脂部２０と、保護樹脂部３０と、冷却部材５０と、を備えている。融着光ファイバ４０は、収容部材６０の収容溝６１内に収容され、収容溝６１の両端に樹脂を充填して形成した第１および第２の支持樹脂部１０、２０に支持されている。また、第１および第２の支持樹脂部１０、２０の間の収容溝６１においては保護樹脂部３０が充填されている。
以下、各部について詳細に説明する。

＜融着光ファイバ＞
融着光ファイバ４０は、第１の光ファイバ４１と第２の光ファイバ４２と、第１および第２の光ファイバ４１、４２を融着接続した融着接続部４３と、を有する。第１および第２の光ファイバ４１、４２は、融着接続部４３において融着接続されている。

第１および第２の光ファイバ４１、４２は、裸線４５と裸線４５の外周を覆う被覆４４とを有する。第１および第２の光ファイバ４１、４２は、融着接続された先端から所定の距離だけ被覆４４が除去されている。すなわち、融着接続部４３から両側に延びる第１および第２の光ファイバ４１、４２の一定領域は、裸線４５が露出している。

裸線４５は、円柱状のコアとコアの外側面を覆うクラッドとを有する。クラッドは、屈折率の異なる複数の層を有していてもよい。第１の光ファイバ４１と第２の光ファイバ４２とは、同数のクラッドを有する同じ種類の光ファイバであってもよく、異なる種類の光ファイバであってもよい。すなわち、第１の光ファイバ４１と第２の光ファイバ４２とは、シングルクラッドファイバ、ダブルクラッドファイバ、トリプルクラッドファイバの何れの組み合わせであってもよい。

融着光ファイバ４０は、収容部材６０の収容溝６１に収容される。融着光ファイバ４０は、収容溝６１内において、第１の光ファイバ４１が第１の支持樹脂部１０によって支持され、第２の支持樹脂部２０によって支持される。
融着光ファイバ４０は、第１の光ファイバ４１が光の入力側に配置され、第２の光ファイバ４２が光の出力側に配置されている。

図２に示すように、融着接続部補強構造１において、融着接続部４３より第１の光ファイバ４１側に位置する領域を第１領域Ａ１とし、第２の光ファイバ４２側に位置する領域を第２領域Ａ２とする。融着接続部補強構造１の長さ方向に沿う第１領域Ａ１の長さと第２領域Ａ２の長さは、略同じである。すなわち、融着接続部４３は、融着接続部補強構造１の略中央に位置している。

＜収容部材＞
収容部材６０は、融着光ファイバ４０の長さ方向に延びるブロック状の部材である。収容部材６０には、収容溝６１が設けられている。収容溝６１は、長さ方向の両端部として、第１端部６１ａと第２端部６１ｂとを有する。収容溝６１には、融着光ファイバ４０が収容されている。融着光ファイバ４０は、第１端部６１ａ側に第１の光ファイバ４１が配置され、第２端部６１ｂに第２の光ファイバ４２が配置される。また第１端部６１ａには、第１の光ファイバ４１の被覆４４の外周を囲んで樹脂を充填することで第１の支持樹脂部１０が形成されている。同様に、第２端部６１ｂには、第２の光ファイバ４２の被覆４４の外周を囲んで樹脂を充填することで第２の支持樹脂部２０が形成されている。さらに、収容溝６１には、第１および第２の支持樹脂部１０、２０の間において、融着光ファイバ４０の外周を囲んで樹脂が充填され保護樹脂部３０が形成されている。

収容溝６１の形状、並びに幅寸法および深さ寸法は、融着光ファイバ４０を収容できるものであれば特に限定されるものではない。一方、放熱性の観点からは、融着光ファイバ４０の収容溝６１への収容作業性を確保できる範囲において、収容溝６１の幅を狭くすることが好ましい。一例として、収容溝６１の幅寸法を０．８ｍｍ、深さ寸法を１ｍｍとすることができる。なお、本実施形態において、収容溝６１の断面形状は矩形状であるが、例えば断面Ｕ字形状やＶ字形状であってもよい。

収容溝６１の長さ方向の両側には、第１および第２の支持樹脂部１０、２０が位置している。第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、収容溝６１の内壁および底部に接着固定されている。また、第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、融着光ファイバ４０の両端に位置する被覆４４の外周を取り囲み、収容溝６１の内壁および底部に接着固定されている。これにより、第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、収容溝６１内に設けられた融着接続部４３の両側において融着光ファイバ４０を支持する。

収容部材６０の熱膨張係数は、第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数より高い。したがって、融着接続部補強構造１の温度が上昇した場合、収容部材６０の熱膨張は、融着光ファイバ４０の熱膨張より大きくなる。また、融着接続部補強構造１の温度が低下した場合、収容部材６０の収縮量は、融着光ファイバ４０の収縮量より大きくなる。
一般的に、熱膨張係数の高い材料は熱伝導率も高く、これにより高い放熱作用を有する。収容部材６０の熱膨張係数を第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数より高くすることにより、収容部材６０の放熱効果を高め、漏れ光に起因する熱を収容部材６０から外部に逃がすことができる。

収容部材６０としては、例えば窒化アルミニウムなどのセラミックを採用することが好ましい。上述したように、収容部材６０の熱膨張係数は、第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数より高いことが好ましい。しかしながら、収容部材６０の熱膨張係数が大きすぎる場合には、温度が高まった際の融着光ファイバ４０の伸び量に対して収容部材６０の伸び量が過大となる。これにより、融着光ファイバ４０の張力が大きくなりすぎる虞がある。このため、収容部材６０を構成する材料として熱膨張係数が、第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数に近いセラミックが好適に採用される。

＜冷却部材＞
冷却部材５０は、収容部材６０を冷却するヒートシンクとして機能する。冷却部材５０は、アルミニウム合金等の金属材料からなるブロック状の部材である。冷却部材５０は、収容部材６０の長さ方向に沿って延びている。冷却部材５０は、収容部材６０を収容する凹溝部５１を有している。収容部材６０は、凹溝部５１の内壁および底部に接着剤により固定されている。接着剤としては、例えば熱電伝導性の高いものを用いることが好ましい。

＜第１および第２の支持樹脂部＞
第１の支持樹脂部１０は、光の入力側に位置する第１の光ファイバ４１を支持する。また、第２の支持樹脂部２０は、光の出力側に位置する第２の光ファイバ４２を支持する。

第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、常温環境下（例えば２０℃〜２５℃）において融着光ファイバ４０に張力を付与した状態で支持している。すなわち、融着光ファイバ４０は、仕様環境温度範囲内において融着光ファイバ４０が弛まないように予め計算された張力が印加されている。これにより、融着接続部補強構造１が低温環境で保管されて融着光ファイバ４０に対し収容部材６０が大きく収縮した場合であっても、融着光ファイバ４０に弛みが生じることを抑制できる。これにより、低温環境下において融着光ファイバ４０が伝搬する光のビーム品質を維持することができる。

第１および第２の支持樹脂部１０、２０のヤング率は、０．５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下とすることが好ましい。第１および第２の支持樹脂部１０、２０のヤング率を０．５ＭＰａ以上とすることで、収容部材６０と融着光ファイバ４０との熱膨張率の差に起因する伸び量又は収縮量の差を吸収する程度に弾性変形することができる。第１および第２の支持樹脂部１０、２０のヤング率を４０ＭＰａ以下とすることで、第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、融着接続部４３からの漏れ光に起因して温度が高まった場合に、融着光ファイバ４０と収容部材６０との熱膨張係数の差に起因する伸び量の差に追随して弾性変形することができる。

また、第１の支持樹脂部１０のヤング率は、第２の支持樹脂部２０のヤング率より高いことが好ましい。融着接続部４３からの漏れ光は、融着接続部４３を起点として出力側に向かって射出されやすい。漏れ光は、融着接続部補強構造１の第２領域Ａ２を優先的に加熱し、第２領域Ａ２において、融着光ファイバ４０と収容部材６０との伸び量の差が大きくなる。第１の支持樹脂部１０よりもヤング率が低い第２の支持樹脂部２０を第２領域Ａ２の端部に配置することで、第２の支持樹脂部２０において第２領域Ａ２で生じた膨張量の差を吸収し、融着接続部４３に膨張差の影響が及びにくくなる。これにより、融着接続部４３への負荷を軽減でき、融着接続部４３の破断を防止できる。

第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、未硬化の樹脂材料を収容溝６１の両端にそれぞれ供給した後に硬化させることで形成される。第１および第２の支持樹脂部１０、２０を形成した後に、保護樹脂部３０を構成する未硬化の樹脂材料が第１および第２の支持樹脂部１０、２０の間で収容溝６１に供給される。このとき第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、未硬化の保護樹脂部３０が収容溝６１の流出することを防ぐダムとして機能する。

第１および第２の支持樹脂部１０、２０を構成する未硬化の樹脂材料の粘度は、例えば２０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。未硬化の樹脂材料の粘度を２０Ｐａ・ｓ以上とすることで、未硬化の樹脂材料は十分に流動しにくく、収容溝６１の内部に留まる。すなわち、未硬化の樹脂材料が収容溝６１の両端から流出することがない。また、未硬化の樹脂材料の粘度を１００Ｐａ・ｓ以下とすることで、融着光ファイバ４０の周囲に回り込むための十分な流動性を確保できる。
第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、アクリレート系の樹脂、シリコーン系の樹脂又はエポキシ系の樹脂などから構成される。

＜保護樹脂部＞
保護樹脂部３０は、第１の支持樹脂部１０、第２の支持樹脂部２０および収容溝６１に囲まれた領域に樹脂を充填することで形成されている。保護樹脂部３０は、収容溝６１の内部において融着光ファイバ４０の周囲を囲む。保護樹脂部３０は、融着光ファイバ４０を保護する。また、融着光ファイバ４０と収容溝６１との間に位置して融着光ファイバ４０を収容溝６１内で支持する。

保護樹脂部３０は、光透過性を有することが好ましい。これにより、融着接続部４３からの漏れ光は、保護樹脂部３０を透過して収容部材６０の収容溝６１の内壁に照射される。照射された光は、収容部材６０の内壁で熱に変換される。融着接続部４３からの漏れ光が幅広い範囲に照射され、漏れ光に起因する熱を、収容部材６０を介し効率的に放熱できる。

保護樹脂部３０のヤング率は、第１の支持樹脂部１０および第２の支持樹脂部２０のヤング率より低い。これにより保護樹脂部３０は、柔軟性が高くなり融着光ファイバ４０および収容部材６０の変形に追従しやすくなる。このため、融着光ファイバ４０および収容部材６０の熱膨張の差は、主に第１および第２の支持樹脂部１０、２０のうち何れか一方又は両方の弾性変形で吸収され、保護樹脂部３０は、これに追随する構成とすることができる。第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、弾性変形することにより、温度変化に起因して融着光ファイバ４０が熱膨張又は熱収縮した場合であっても、融着接続部４３への負荷を軽減することができる。また、保護樹脂部３０は、第１および第２の支持樹脂部１０、２０の弾性変形に追随する構成とすることができ、融着接続部４３への負荷を軽減しつつ保護できる。なお、本実施形態において、第１の支持樹脂部１０と第２の支持樹脂部２０とは、互いに異なるヤング率を有する。しかしながら、第１および第２の支持樹脂部１０、２０のヤング率が同じであっても、この効果を奏することができる。

＜作用効果＞
図３は、温度が上昇した場合の融着接続部補強構造１の挙動を示す平面図である。また、図４は、寒冷地における保管などの低温環境下における融着接続部補強構造１の挙動を示す平面図である。なお、図３および図４において、各部の膨張および収縮は、実際より強調して図示されている。

図３に示すように、融着接続部補強構造１の温度上昇に伴い、収容部材６０および融着光ファイバ４０は、それぞれの熱膨張係数に応じて長さ方向に伸長する。収容部材６０の熱膨張係数は、第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数より高いため、融着光ファイバ４０の伸び量に対し、収容部材６０の伸び量が大きくなる。このとき、融着光ファイバ４０には、第１および第２の支持樹脂部１０、２０を介し引張方向の張力が付与される。本実施形態の融着接続部補強構造１によれば、温度が上昇した場合であっても融着光ファイバ４０が弛むことを抑制でき、融着光ファイバ４０を通過する光のビーム品質を確保できる。加えて、融着接続部４３における座屈の発生を抑制して、融着光ファイバ４０の破断を防止できる。また、融着光ファイバ４０への引っ張り応力は、第１および第２の支持樹脂部１０、２０の弾性変形により緩和されて、融着接続部４３への応力負荷を軽減できる。したがって、融着光ファイバ４０の引っ張り方向の破断を抑制できる。

なお、融着接続部補強構造１は、例えば、融着接続部４３からの漏れ光により温度が上昇する。より厳密には、保護樹脂部３０が光透過性を有し、保護樹脂部３０よりも収容部材６０の光の吸収率が高い場合に、保護樹脂部３０を透過した漏れ光が収容部材６０で吸収されて収容部材６０で発熱が生じる。これにより収容部材６０の温度が、融着光ファイバ４０の温度より高くなり、収容部材６０の伸び量が、融着光ファイバ４０の伸び量より大きくなる。
また、融着接続部４３からの漏れ光の融着光ファイバの光軸に対する漏えい角度が小さい場合には、保護樹脂部３０又は融着光ファイバ４０の被覆４４で漏れ光が主に吸収される。このような場合には、収容部材６０の温度が、第１および第２の光ファイバ４１、４２の温度より低くても、収容部材６０と第１および第２の光ファイバ４１、４２との熱膨張係数の差が極端に大きいと収容部材６０の伸び量が融着光ファイバ４０の伸び量より大きくなる。

図４に示すように、低温環境下における融着接続部補強構造１において、収容部材６０および融着光ファイバ４０は、それぞれの熱膨張係数に応じて長さ方向に収縮する。収容部材６０の熱膨張係数は、第１および第２の光ファイバ４１、４２の熱膨張係数より高いため、低温環境下における収容部材６０の収縮量は、融着光ファイバ４０の収縮量より大きくなる。このとき、融着光ファイバ４０には、第１および第２の支持樹脂部１０、２０を介し収縮方向に応力が加わる。しかしながら、融着光ファイバ４０には予め引張応力が付与されているため、融着光ファイバ４０に弛みが生じることを抑制できる。また、図４に示すように第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、弾性変形により融着光ファイバ４０に収縮方向の応力を緩和して、融着接続部４３に弛みが生じることを抑制する。これにより、融着光ファイバ４０の弛みに起因する破断を抑制できる。

また、本実施形態の融着接続部補強構造１によれば、光の入力側に高ヤング率の第１の支持樹脂部１０が配置され、光の出力側に低ヤング率の第２の支持樹脂部２０が配置される。融着接続部４３の漏れ光は、融着接続部４３から出力側に向かって照射される光が支配的であるため、第２領域Ａ２が高温となりやすい。融着光ファイバ４０と収容部材６０との熱膨張の差が大きい第２領域Ａ２側に低ヤング率の第２の支持樹脂部２０が位置する。これにより、第２の支持樹脂部２０において、第２の支持樹脂部２０が弾性変形することで融着光ファイバ４０と収容部材６０の熱膨張差を吸収して、融着接続部４３に変位が及びにくく融着接続部４３への負荷を軽減できる。これにより、融着光ファイバ４０内を導波する光のビーム品質を確保するとともに、弛みに起因する座屈による破断を抑制できる。

＜製造方法＞
次に、第１実施形態の融着接続部補強構造１の製造方法について、図５〜図９を基に説明する。なお、図５〜図９において、収容部材６０を模式的な断面図として示す。

まず、製造工程のうち予備工程を行う。収容部材６０を治具（図示略）に装着して、収容部材６０が移動しないように固定する。また、予め第１および第２の光ファイバ４１、４２の先端近傍の被覆４４を除去して融着接続した融着光ファイバ４０を用意する。
さらに、図５に示すように、融着光ファイバ４０の第１の光ファイバ４１を第１のファイバ保持具７１により保持し、第２の光ファイバ４２を第２のファイバ保持具７２により保持する。第２のファイバ保持部には、第２の光ファイバ４２側に張力を付与する張力保持手段７３が設けられている。張力保持手段７３としては、例えば、第２のファイバ保持具７２に取り付けられたワイヤを、滑車に巻き掛けて先端に錘を吊下げる方法が採用される。

次に、融着光ファイバ４０を収容溝６１に配置するとともに、第１の支持樹脂部１０および第２の支持樹脂部２０を形成する支持樹脂部形成工程を行う。
支持樹脂部形成工程は、第１供給工程と、融着光ファイバ４０を収容溝６１に収容する工程と、第２供給工程と、硬化工程と、を含む。以下に順を追って説明する。

まず、第１供給工程を行う。図６に示すように、収容部材６０の収容溝６１の第１端部６１ａに第１の支持樹脂部１０を構成する未硬化の樹脂材料である第１の樹脂材料１０Ａを供給する。同様に、収容溝６１の第２端部６１ｂに第２の支持樹脂部２０を構成する未硬化の樹脂材料である第２の樹脂材料２０Ａを供給する。第１供給工程において、第１の樹脂材料１０Ａおよび第２の樹脂材料２０Ａは、収容溝６１の深さに対し略半分の高さまで供給される。

次に、図７に示すように、未硬化の第１の樹脂材料１０Ａおよび第２の樹脂材料２０Ａの上方から融着光ファイバ４０を配置する。これにより、収容溝６１の内部において、融着光ファイバ４０の下側に確実に第１の樹脂材料１０Ａおよび第２の樹脂材料２０Ａを充填させることができる。

次に、第２供給工程を行う。図８に示すように、収容溝６１の第１端部６１ａおよび第２端部６１ｂにおいて融着光ファイバ４０の上方から未硬化の第１の樹脂材料１０Ａおよび第２の樹脂材料２０Ａを供給する。これにより、第１端部６１ａおよび第２端部６１ｂにおいて、融着光ファイバ４０の外周を第１の樹脂材料１０Ａおよび第２の樹脂材料２０Ａにより確実に囲むことができる。

次に、第１および第２の樹脂材料１０Ａ、２０Ａを硬化させる硬化工程を行う。硬化工程においては、第１の樹脂材料１０Ａを硬化させて第１の支持樹脂部１０を形成した後に、第２の樹脂材料２０Ａを硬化させて第２の支持樹脂部２０を形成する。融着光ファイバ４０は、第１の光ファイバ４１が保持され、第２の光ファイバ４２に張力が付与されている。したがって、第１の支持樹脂部１０を硬化して第１の光ファイバ４１を収容溝６１固定した後に第２の支持樹脂部２０を硬化して第２の光ファイバ４２を収容溝６１に固定することで、第１の支持樹脂部１０と第２の支持樹脂部２０との間で、融着光ファイバ４０に確実に張力を付与できる。

第１の樹脂材料１０Ａを第２の樹脂材料２０Ａより先に硬化させるために、第１の樹脂材料１０Ａと第２の樹脂材料２０Ａとは、硬化方式が異なる樹脂材料とすることが好ましい。第１の樹脂材料１０Ａとしては、例えばＵＶ硬化型（紫外線硬化型）等の硬化速度が速い樹脂材料を用いることが好ましい。また、第２の樹脂材料２０Ａとしては、例えば熱硬化式、湿気硬化型などの樹脂材料を用いることができる。
なお、第１の樹脂材料１０Ａと第２の樹脂材料２０Ａの硬化方式が互いに同じであってもよい。一例として、第１および第２の樹脂材料１０Ａ、２０ＡがともにＵＶ硬化型の樹脂材料である場合には、仕切り壁等を用いて第１の樹脂材料１０Ａの硬化のための紫外線が第２の樹脂材料２０Ａに照射されないようにすればよい。また、第１の樹脂材料１０Ａを供給、硬化して第１の支持樹脂部１０を形成した後に、第２の樹脂材料２０Ａを供給してもよい。
以上の工程を経て、支持樹脂部形成工程が完了する。

次に、図９に示すように、第１の支持樹脂部１０と第２の支持樹脂部２０との間で収容溝６１に、保護樹脂部３０を構成する未硬化の樹脂材料３０Ａを供給し硬化させる（保護樹脂部形成工程）。

次に、収容部材６０を予め接着剤を塗布した冷却部材５０の凹溝部５１に収容する（図１参照）。これにより、収容部材６０が冷却部材５０に固定される。
以上の工程を経て、本実施形態の融着接続部補強構造１を製造することができる。

上記において説明した第１実施形態の融着接続部補強構造１の製造方法は、以下の構成を有する。
融着接続部補強構造の製造方法は、一対の光ファイバを融着接続した融着接続部を含む融着光ファイバを、収容部材の収容溝に配置するとともに、前記収容溝の両端部で未硬化の樹脂材料を供給および硬化させて、前記融着接続部の両側において前記融着光ファイバを支持する第１の支持樹脂部と第２の支持樹脂部とを形成する支持樹脂部形成工程と、前記第１の支持樹脂部と前記第２の支持樹脂部との間で前記収容溝に未硬化の樹脂材料を供給し硬化させて、前記融着光ファイバの周囲を囲む保護樹脂部を形成する保護樹脂部形成工程と、を有し、前記保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度が、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度より低い。
また、上記の融着接続部補強構造の製造方法は、前記支持樹脂部形成工程が、前記収容溝に未硬化の前記樹脂材料を供給する第１供給工程と、未硬化の前記樹脂材料の上方に前記融着光ファイバを配置する工程と、前記融着光ファイバの上方からさらに未硬化の前記樹脂材料を供給する第２供給工程と、未硬化の前記樹脂材料を硬化させる硬化工程と、を含む構成としてもよい。

本実施形態の融着接続部補強構造１の製造方法によれば、第１および第２の支持樹脂部１０、２０を形成した後に、保護樹脂部３０を構成する未硬化の樹脂材料３０Ａを収容溝６１に供給する。これにより、第１および第２の支持樹脂部１０、２０は、樹脂材料３０Ａが収容溝６１の両端部６１ａ、６１ｂから流出することを防ぐダムとして機能する。したがって、未硬化の樹脂材料３０Ａの粘度を低くして、融着光ファイバ４０の周囲に確実に保護樹脂部３０を回り込ませることができる。

また、本実施形態の融着接続部補強構造１の製造方法によれば、融着光ファイバ４０は、第１および第２の支持樹脂部１０、２０により張力を付与した状態で収容溝６１に収容されている。これにより、融着接続部補強構造１が低温環境で保管されて融着光ファイバ４０に対し収容部材６０が大きく収縮した場合であっても、融着光ファイバ４０に弛みが生じることを抑制できる。したがって、融着光ファイバ４０が、低温環境下において座屈することを抑制し、破断を防止できる。

また、本実施形態の融着接続部補強構造１の製造方法によれば、支持樹脂部形成工程において収容溝６１に融着光ファイバ４０を配置する前後に、２回に分けて未硬化の樹脂材料１０Ａ、２０Ａを供給する。未硬化の樹脂材料１０Ａ、２０Ａは、保護樹脂部３０の樹脂材料３０Ａより粘度が高い。このため、融着光ファイバ４０の周囲に樹脂材料が確実に回り込まない虞がある。第１および第２の支持樹脂部１０、２０に空隙が生じると、ダムとしての機能が損なわれる。融着光ファイバ４０を収容溝６１に配置する前に、予め、未硬化の樹脂材料１０Ａ、２０Ａを収容溝６１に供給しておくことで、融着光ファイバ４０の下側に確実に樹脂材料１０Ａ、２０Ａを回り込ませることができる。これにより、第１および第２の支持樹脂部１０、２０に空隙が生じることを抑制できる。

＜＜第２実施形態＞＞
第２実施形態の融着接続部補強構造１０１について図１０を基に説明する。
図１０は、融着接続部補強構造１０１の平面図である。
本実施形態の融着接続部補強構造１０１は、第１実施形態と比較して、融着接続部４３が収容溝６１の長さ方向の中心に対し第１の支持樹脂部１１０側に配置されている点が主に異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

融着接続部補強構造１０１は、融着光ファイバ４０と、冷却部材５０と、収容部材６０と、第１の支持樹脂部１１０と、第２の支持樹脂部１２０と、保護樹脂部３０と、を備えている。

融着接続部補強構造１０１において、融着接続部４３を基準として第１の光ファイバ４１側に位置する領域を第１領域Ｂ１とし第２の光ファイバ４２側に位置する領域を第２領域Ｂ２とする。融着接続部４３は、収容溝６１の長さ方向の中心に対し第１端部６１ａ側に配置されている。したがって、融着接続部補強構造１０１の長さ方向に沿う第１領域Ｂ１の長さは、第２領域Ｂ２の長さに対して短い。

第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０は、収容溝６１の長さ方向の両側に位置し、収容溝６１の内壁および底部に接着固定されている。また、第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０は、融着光ファイバ４０の両端に位置する被覆４４の外周にそれぞれ接着固定されており、収容凹部内部に融着光ファイバ４０を保持させる。これにより、第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０は、収容溝６１内に設けられ融着接続部４３の両側において融着光ファイバ４０を支持する。

保護樹脂部３０のヤング率は、第１の支持樹脂部１１０および第２の支持樹脂部１２０のヤング率より低い。このため、温度上昇に伴い収容部材６０が融着光ファイバ４０より大きく熱膨張した場合に、融着光ファイバ４０と収容部材６０との伸び量の差は、第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０のうち何れか一方又は両方が弾性変形すること吸収される。

第１の支持樹脂部１１０のヤング率は、第２の支持樹脂部１２０のヤング率より高い。融着接続部４３の漏れ光に起因して融着接続部補強構造１０１が加熱された場合、収容部材６０は、融着光ファイバ４０に対し大きく伸長する。このとき、第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０が弾性変形することで熱膨張差を吸収する。融着接続部４３は、第１の支持樹脂部１１０の近くに配置されている。したがって、第１の支持樹脂部１１０の変形量を小さくすることで、第１の支持樹脂部１１０側から、融着接続部４３までの距離に依存する保護樹脂部３０と融着接続部４３の熱膨張の差を少なくすることができる。これにより、融着接続部４３に加わる負荷を軽減できる。

本実施形態の融着接続部補強構造１０１によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態の融着接続部補強構造１０１は、融着接続部４３が高ヤング率の第１の支持樹脂部１１０に近く、低ヤング率の第２の支持樹脂部１２０から離れて配置されている。第１の支持樹脂部１１０は、弾性変形量が少ないため、第１の支持樹脂部１１０を起点とする融着接続部４３および融着接続部４３を囲む保護樹脂部３０の伸び量が小さくなる。結果として、融着接続部４３とその周囲の保護樹脂部３０との伸び量の差を抑制して、保護樹脂部３０から融着接続部４３に加わる負荷を小さくすることができる。これにより、融着光ファイバ４０内を導波する光のビーム品質を確保するとともに、弛みに起因する座屈による破断を抑制できる。

なお、本実施形態の融着接続部補強構造１０１は、第１実施形態と同様に光の入力側に第１の支持樹脂部１１０が設けられることが好ましい。これにより、漏れ光により加熱される第２領域Ｂ２における熱膨張に起因する第２領域Ｂ２の膨張差をヤング率の低い第１および第２の支持樹脂部１１０、１２０で効率的に吸収できる。
さらに、第２領域Ｂ２を長くすることで、漏れ光により加熱される領域を広く確保して、放熱効率を高めることができる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述の実施形態において、融着接続部補強構造１、１０１は、収容部材６０を囲む冷却部材５０を有している。しかしながら冷却部材５０は、省略することができる。

本発明は、例えば材料加工等に用いるファイバレーザ装置に利用が可能である。

１、１０１…融着接続部補強構造、１０、１１０…第１の支持樹脂部、１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ…（未硬化の）樹脂材料、２０、１２０…第２の支持樹脂部、３０…保護樹脂部、４０…融着光ファイバ、４１、４２…光ファイバ、４３…融着接続部、５０…冷却部材、６０…収容部材、６１…収容溝、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ｂ１…第１領域、Ｂ２…第２領域

Claims (5)

1. 一対の光ファイバを融着接続した融着接続部を含む融着光ファイバと、
   前記融着光ファイバを収容する収容溝が設けられた収容部材と、
   前記収容溝内に位置し、前記融着接続部の両側において前記融着光ファイバを支持する第１の支持樹脂部と第２の支持樹脂部と、
   前記第１の支持樹脂部と前記第２の支持樹脂部との間で前記収容溝に樹脂材料が充填されて形成された保護樹脂部と、を備え、
   前記収容部材の熱膨張係数が前記光ファイバの熱膨張係数より高く、
   前記保護樹脂部のヤング率が、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部のヤング率より低い、融着接続部補強構造。
2. 前記融着光ファイバの光の入力側に前記第１の支持樹脂部が配置され、光の出力側に前記第２の支持樹脂部が配置され、
   前記第１の支持樹脂部のヤング率が、前記第２の支持樹脂部のヤング率より高い、請求項１に記載の融着接続部補強構造。
3. 前記収容溝の長さ方向の中心に対して前記融着接続部が前記第１の支持樹脂部側に配置され、
   前記第１の支持樹脂部のヤング率が、前記第２の支持樹脂部のヤング率より高い、請求項１又は２に記載の融着接続部補強構造。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の融着接続部補強構造の製造方法であり、
   前記融着光ファイバを前記収容溝に配置するとともに、未硬化の樹脂材料を供給および硬化させて、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部を形成する支持樹脂部形成工程と、
   前記第１の支持樹脂部と前記第２の支持樹脂部との間で前記収容溝に未硬化の樹脂材料を供給し硬化させて、前記保護樹脂部を形成する保護樹脂部形成工程と、を有し、
   前記保護樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度が、前記第１の支持樹脂部および前記第２の支持樹脂部を構成する未硬化の樹脂材料の粘度より低い、融着接続部補強構造の製造方法。
5. 前記支持樹脂部形成工程が、
   前記収容溝に未硬化の前記樹脂材料を供給する第１供給工程と、
   未硬化の前記樹脂材料の上方に前記融着光ファイバを配置する工程と、
   前記融着光ファイバの上方からさらに未硬化の前記樹脂材料を供給する第２供給工程と、
   未硬化の前記樹脂材料を硬化させる硬化工程と、を含む、請求項４に記載の融着接続部補強構造の製造方法。

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