JP2003139996A - レーザ用光コネクタ及びレーザガイド並びにレーザ用光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 被加工物からの反射レーザ光やミスアライン
メントによる入射レーザ光等が光ファイバのクラッドに
入射しても、光ファイバのジャケットの損傷を安定して
防止する。 【解決手段】 入出端部の光コネクタＣ１，Ｃ２のスリ
ーブ７に挿通されている光ファイバ１の露出部のクラッ
ド１ｂ表面に、クラッド伝搬光の光除去部材として円筒
状の石英からなる石英パイプ２２を、ガラス系接着剤又
はセラミック系接着剤等の無機接着剤２３により接着固
定して取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ用光コネク
タ及びレーザガイド並びにレーザ用光ファイバに関し、
特に光ファイバ心線のクラッドを伝搬するレーザ光を除
去するための技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＹＡＧレーザ等から出力され
る高出力のレーザ光によって、金属等の被加工物に対し
て溶接や切断等の加工を行うレーザ加工装置は一般によ
く知られている。このようなレーザ加工装置では、レー
ザ光を発振増幅するレーザ発振装置の出力部にレーザガ
イドを入射側レンズ部を介して接続し、レーザ発振装置
から出力されたレーザ光をレンズ部の集光レンズで集光
した後にレーザガイドの光ファイバに入射端部から入射
させてそのコア内を伝送させ、この光ファイバの出射端
部から出射させて出射側レンズ部の集光レンズで集光し
た後に被加工物に照射することにより、その被加工部を
加工するようにしている。

【０００３】そして、上記レーザガイドには、その光フ
ァイバの入射端部及び出射端部にレンズ部との接続を行
うための光コネクタが装着されている。このレーザ用光
コネクタは、例えば先端壁部（底壁部）にファイバ挿通
孔が開口された有底筒状の金属製スリーブを備え、この
スリーブ内に光ファイバの端部が嵌挿される。光ファイ
バの端部には、その先端から保護層を除去してコア及び
クラッドからなるファイバ心線を露出させた露出部が形
成されており、このファイバ心線の露出部及びそれに続
く保護層に亘って光ファイバ端部がスリーブ内に嵌挿さ
れる。そして、このスリーブ内に嵌挿された光ファイバ
のうち、ファイバ心線の露出部先端がスリーブのファイ
バ挿通孔に挿通され、保護層がスリーブ内に設けたチャ
ック機構等の固定部によりスリーブに固定保持されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力のレ
ーザ光を光ファイバにより伝送して被加工物を加工する
とき、その被加工物が反射し易い種類の材料、例えばア
ルミニウムや亜鉛メッキされた金属等であると、光ファ
イバから出射した後に集光レンズで集光されたレーザ光
の一部が被加工物で反射し、その反射レーザ光が集光レ
ンズを通ってコネクタ側に戻ってクラッドに入り、その
クラッドを伝搬して光ファイバの保護層を損傷するとい
う問題がある。

【０００５】また、光ファイバ入射側の端部において
も、レーザ発振装置側の集光レンズと光コネクタとの光
軸のミスアラインメント（調整不良）があると、同様に
入射レーザ光がクラッドを伝搬して保護層を損傷してし
まう。

【０００６】そこで、本発明者らは、クラッドの周り
に、クラッドの屈折率以上の屈折率を有する光除去部材
を配置して、この光除去部材によりクラッドを伝搬する
レーザ光をクラッドから光除去部材に入射させて散乱さ
せることにより、上記問題を解決することを考えた。

【０００７】しかし、その場合、光除去部材をクラッド
に接着固定したときには、その接着のための接着剤が、
クラッドから光除去部材に入射されるレーザ光により焼
損することがあり、所期の効果が安定して得られなくな
るという新たな問題が生じる。

【０００８】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記したレーザガイ
ドやレーザ用光コネクタ等に対し所定の改良を施すこと
により、被加工物からの反射レーザ光やミスアラインメ
ントによる入射レーザ光等が光ファイバのクラッドに入
射しても、光ファイバの保護層の損傷を安定して防止し
ようとすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、クラッドを伝搬するレーザ光を除
去する光除去部材をクラッド表面に無機接着剤により接
着するようにした。

【００１０】具体的には、請求項１の発明では、コア及
びクラッドからなるファイバ心線を保護層で被覆してな
りかつレーザ光を伝送するレーザ用光ファイバの端部に
取り付けられるレーザ用光コネクタが対象である。そし
て、先端から保護層が取り除かれてファイバ心線の露出
部が形成された光ファイバの端部が該露出部及び保護層
に亘って嵌挿されかつ該保護層にて固定保持されるスリ
ーブと、上記スリーブ内の露出部の少なくとも一部に配
設され、上記クラッドの屈折率と同じかそれよりも大き
い屈折率を有し、クラッドを伝搬する光を該クラッドか
ら除去する光除去部材とを備える。そして、上記光除去
部材は、露出部に対し無機接着剤により接着固定されて
いることを特徴とする。

【００１１】上記の構成によると、レーザ用光コネクタ
のスリーブ内に、先端から保護層が除去されてファイバ
心線が露出した露出部を有する光ファイバの端部が該露
出部及び保護層に亘って嵌挿され、この光ファイバの端
部はその保護層にてスリーブに固定保持される。このこ
とで光ファイバの端部にレーザ用光コネクタが装着され
る。

【００１２】そして、上記光ファイバによりレーザ光を
伝送して被加工物を加工する際、その被加工物が反射し
易い種類の材料であると、光ファイバから出射したレー
ザ光の一部が被加工物で反射してコネクタ側に戻り、そ
の反射レーザ光の一部が露出部のクラッド内に入射して
このクラッド内を全反射しながら伝搬するが、露出部に
クラッドの屈折率以上の屈折率を有する光除去部材が設
けられているので、この光除去部材によりクラッド内を
伝搬する反射レーザ光は外部へ拡散されて除去されるこ
とになる。このことで、クラッド内を伝搬する反射レー
ザ光が、クラッドよりも大きな屈折率を有する保護層内
に入射して、保護層がレーザ光により焼損するのを防止
することができる。

【００１３】ところで、一般的な有機接着剤により光除
去部材を露出部に接着することが考えられるが、この場
合、その接着部分がクラッドを伝搬する反射レーザ光を
吸収して焼損するという問題がある。これに対して、上
記請求項１の発明では、光除去部材と露出部とは耐熱性
に優れる無機接着剤により接着されているので、その接
着部分は、反射レーザ光の熱吸収が抑制される。従っ
て、接着部分の損傷が確実に防止される。

【００１４】一方、光ファイバの入射側端部にある光コ
ネクタとレーザ発振装置側との光軸のミスアラインメン
トがあって、入射レーザ光がクラッド内を伝搬したとし
ても、その入射レーザ光も光除去部材により除去され
る。すなわち、この場合も光ファイバの保護層の損傷
と、光除去部材と露出部の接着部分との損傷とをそれぞ
れ確実に防止することができる。

【００１５】請求項２の発明では、請求項１のレーザ用
光コネクタにおいて、無機接着剤は、ガラス系接着剤又
はセラミック系接着剤であることを特徴とする。このこ
とにより、望ましい無機接着剤を具体的に得ることがで
きる。

【００１６】請求項３の発明では、請求項１又は２のレ
ーザ用光コネクタにおいて、レーザ光は高出力レーザ光
とする。このことで、本発明の効果が有効に発揮され
る。

【００１７】請求項４の発明では、レーザガイドとし
て、請求項１〜３のいずれか１つのレーザ用光コネクタ
を備える。このことにより、上記本発明の効果を奏する
レーザガイドを得ることができる。

【００１８】請求項５の発明では、レーザ光が伝搬する
コアと、上記コアの外周に設けられたクラッドと、上記
クラッドの外周を被覆する保護層とを備えたレーザ用光
ファイバが対象である。そして、上記保護層が取り除か
れて形成された露出部の少なくとも一部に、上記クラッ
ドの屈折率と同じかそれよりも大きい屈折率を有しかつ
クラッドを伝搬する光を該クラッドから除去する光除去
部材が、露出部に対し無機接着剤により接着固定されて
いることを特徴とする。このようにすることで、クラッ
ド内を伝搬するレーザ光を効果的に除去して保護層及び
接着部分の損傷を防止できる光ファイバ心線を得ること
ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図３は本発明の実
施形態に係るレーザガイドＧを示し、このレーザガイド
Ｇは、レーザ用光ファイバＦと、その光ファイバＦにお
けるレーザ光の入射側及び出射側の各端部にそれぞれ取
付固定されたレーザ用光コネクタＣ１，Ｃ２とを備えて
いる。そして、図示しないが、入射側のコネクタＣ１
は、ＹＡＧレーザ等の高出力のレーザ光を出力するレー
ザ発振装置に対し入射側集光レンズを有する入射側レン
ズ部を介して接続される一方、出射側のコネクタＣ２は
被加工物に対向するように配置せしめた出射側レンズ部
に接続され、この出射側レンズ部は出射側集光レンズ部
を有する。

【００２０】上記レーザ用光ファイバＦは、図１に拡大
して示すように、レーザ発振装置からの高出力のレーザ
光を伝送するもので、コア１ａとその周りに位置するク
ラッド１ｂとからなる例えば外径２００μｍ〜１０００
μｍの石英ガラス系のファイバ心線１と、このファイバ
心線１に被覆された保護層としての樹脂製のジャケット
２とを有し、ファイバ心線１のコア１ａ内でレーザ光を
反射させながら伝送する。

【００２１】上記レーザ用光ファイバＦの端部には、そ
のジャケット２を先端側から所定寸法だけ除去すること
で、ファイバ心線１が剥き出しになった露出部３が形成
されている。

【００２２】一方、レーザ用光ファイバＦの入射側及び
出射側端部にそれぞれ取り付けられているレーザ用光コ
ネクタＣ１，Ｃ２はいずれも同じもので、図１に拡大し
て示すように、光ファイバＦの外径よりも大径の有底円
筒状の金属製スリーブ７を備えている。このスリーブ７
の底壁部たる先端壁部７ａの中心位置には貫通孔８が形
成され、この貫通孔８には耐光強度の高いサファイア等
からなるチップ部９が嵌合固定されている。このチップ
部９は円筒状のもので、その内部には上記ファイバ心線
１の露出部３を挿通させるためのファイバ挿通孔１０が
開口されている。このファイバ挿通孔１０は一端から他
端までが同径の円筒孔からなっている。

【００２３】そして、スリーブ７には、その基端側（先
端壁７ａと反対側）の開口から、露出部３が形成された
レーザ用光ファイバＦの端部が、その露出部３及びそれ
に連続するジャケット２の先端部に亘って嵌挿されて装
着されている。この装着状態で、露出部３の先端部は、
スリーブ７の先端壁部７ａにおけるチップ部９のファイ
バ挿通孔１０に挿通されている。このとき、露出部３の
先端は、チップ部９の外壁面から突出するようにしてい
る。

【００２４】また、スリーブ７内の基端側部分にはスリ
ーブ７内に光ファイバＦの端部をジャケット２にて固定
保持する固定部１２が設けられている。この固定部１２
は、スリーブ７内に位置する光ファイバＦのジャケット
２を抱持するように固定するチャック１３と、このチャ
ック１３をスリーブ７の内面に固定するチャック保持部
１４とを有する。

【００２５】そして、図１及び図２にも示すように、ス
リーブ７内の露出部３の少なくとも一部に、クラッド１
ｂを伝搬する光をクラッド１ｂから散乱させて除去する
光除去部材としての石英パイプ２２が設けられている。

【００２６】光除去部材はクラッド１ｂの屈折率ｎ₁と
比較して同じか又はそれよりも大きい屈折率ｎ₃を有し
ており、本実施形態では、石英パイプ２２は例えば石英
ガラス系の材料からなり、屈折率がクラッド１ｂよりも
大きくなされている。そして、この石英パイプ２２は、
所定の長さを有する円筒状であり、その内径は露出部３
における光ファイバＦの外径と略同じとされている。

【００２７】そして、石英パイプ２２は露出部３に対し
無機接着剤２３により接着固定されている。本実施形態
では、無機接着剤として、ガラス系接着剤又はセラミッ
ク系接着剤を適用している。具体的に、例えばソルダー
ガラス（東芝硝子株式会社製）や、珪酸ソーダ（例えば
キシダ化学株式会社製）等を、ガラス系無機接着剤とし
て利用している。また、例えばスリーボンド３７３２
（株式会社スリーボンド製）や、グラスカ（日本合成ゴ
ム株式会社の登録商標）等を、セラミック系無機接着剤
として利用している。尚、その他の無機接着剤として、
ガラスレジン（ＧＬＡＳＳＲＥＳＩＮＳ）（昭和電工株
式会社の登録商標）を利用してもよい。

【００２８】したがって、上記実施形態においては、高
出力のレーザ光をレーザガイドＧの光ファイバＦにより
伝送して被加工物を加工する際、レーザ発振装置から出
力されたレーザ光が入射側レンズ部の集光レンズで集光
された後に光ファイバＦにおけるファイバ心線１のコア
１ａ内に入射端部から入射され、このレーザ光はファイ
バ心線１のコア１ａ内で反射しながら伝送されて光ファ
イバＦの出射端部から出射し、出射側レンズ部の集光レ
ンズで集光された後に被加工物に照射される。このこと
により、その被加工部に対し溶接や切断等の加工が行わ
れる。

【００２９】そして、上記被加工物が例えばアルミニウ
ムや亜鉛メッキされた金属等の反射し易い種類の材料で
あると、光ファイバＦから出射したレーザ光の一部が被
加工物で反射し、その反射レーザ光が集光レンズを通っ
て出射側コネクタＣ２側に戻り、その反射レーザ光の一
部が露出部３のクラッド１ｂ内に入射してこのクラッド
１ｂ内を全反射しながら伝搬する。しかしながら、露出
部３にクラッド１ｂの屈折率以上の屈折率を有する光除
去部材たる石英パイプ２２が接着されて設けられている
ので、この石英パイプ２２の接着位置において、クラッ
ド１ｂ内を伝搬する反射レーザ光は、接着層を介して石
英パイプ２２内に入射する。その後、石英パイプ２２内
に進入したレーザ光は、石英パイプ２２の外周面から出
射する。このようにして、露出部３のクラッド１ｂ内を
伝搬する反射レーザ光は、クラッド１ｂ及び石英パイプ
２２の外部、つまりスリーブ７内の空間へ放射される。
その後、この放射された光は粗面処理されたスリーブ７
内壁面に吸収される。このことにより、クラッド１ｂ内
を伝搬する反射レーザ光が、クラッド１ｂよりも大きな
屈折率を有するジャケット２内へ入射して、ジャケット
２がレーザ光により焼損するのを防止することができ
る。

【００３０】ところで、一般的な有機接着剤により石英
パイプ２２を露出部３に接着することが考えられるが、
この場合、その接着部分がクラッド１ｂを伝搬する反射
レーザ光を吸収して焼損するという問題がある。これに
対して、本実施形態では、石英パイプ２２と露出部３と
は耐熱性に優れる無機接着剤２３により接着されている
ので、その接着部分の損傷を確実に防止することができ
る。

【００３１】一方、光ファイバＦの入射側端部にある光
コネクタＣ１とレーザ発振装置側との光軸のミスアライ
ンメントがあって、入射レーザ光がクラッド１ｂ内を伝
搬したとしても、その入射レーザ光も石英パイプ２２に
より除去される。すなわち、この場合も光ファイバＦの
ジャケット２の損傷と、石英パイプ２２と露出部３との
接着部分の損傷とをそれぞれ確実に防止することができ
る。

【００３２】（実施形態２）この実施形態では、クラッ
ド１ｂと、石英パイプ２２とを接着するための無機接着
剤２３について、その固化したときの屈折率を規定した
ものである（尚、図１〜図３と同じ部分については同じ
符号を付して、その詳細な説明は省略する）。

【００３３】すなわち、無機接着剤２３の固化後の屈折
率ｎ₂は、クラッド１ｂの屈折率ｎ₁と同じか又はそれよ
りも大きく、かつ石英パイプ２２の屈折率ｎ₃と同じか
又はそれよりも小さく構成されている。換言すれば、無
機接着剤２３の固化後の屈折率ｎ₂を、クラッド１ｂの
屈折率ｎ₁以上かつ光除去部材２２の屈折率ｎ₃以下とな
るようにしている。特に、本実施形態では、無機接着剤
２３の固化後の屈折率ｎ₂を、クラッド１ｂの屈折率ｎ₁
よりも大きくかつ石英パイプ２２の屈折率ｎ₃よりも小
さくしている。

【００３４】従って、この実施形態によると、図２にも
示すように、固化した無機接着剤２３からなる接着層の
屈折率ｎ₂がクラッド１ｂの屈折率ｎ₁よりも大きくなさ
れているので、クラッド１ｂ内のレーザ光は接着層へ侵
入する。一方、接着層の屈折率ｎ₂が石英パイプ２２の
屈折率ｎ₃よりも小さくなされているので、接着層内の
レーザ光は石英パイプ２２内へ侵入する。このようにし
て、クラッド１ｂ内を伝搬するレーザ光は、石英パイプ
２２へ伝搬した後、クラッド１ｂ及び石英パイプ２２の
外部、つまりスリーブ７内の空間へ放射される。このこ
とにより、上記実施形態１と同様に、クラッド１ｂ内を
伝搬する反射レーザ光によって、ジャケット２がレーザ
光により焼損するのを防止することができる。

【００３５】尚、上記各実施形態では、光除去部材を石
英ガラスからなる石英パイプ２２により構成したが、本
発明はこれに限らず、クラッド１ｂの屈折率と比較して
同じか又はそれよりも大きい屈折率を有する、例えばサ
ファイヤ等のその他の材料から構成するようにしてもよ
い。

【００３６】また、特に、固化した状態において、ＹＡ
Ｇレーザと同じ波長（１．０６μｍ）を有する光を透過
し易い無機接着剤により、クラッド１ｂと石英パイプ２
２とを接着するようにしてもよい。このことによって
も、クラッド１ｂを通過する反射レーザ光が接着層を透
過するため、その接着層の損傷を防止することができ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
コア及びクラッドからなるファイバ心線を保護層で被覆
してなりかつレーザ光を伝送するレーザ用光ファイバの
端部に取り付けられるレーザ用光コネクタについて、先
端から保護層が取り除かれてファイバ心線の露出部が形
成された光ファイバの端部が露出部及び保護層に亘って
嵌挿されかつ保護層にて固定保持されるスリーブと、ス
リーブ内の露出部の少なくとも一部に配設され、クラッ
ドの屈折率と同じかそれよりも大きい屈折率を有し、ク
ラッドを伝搬する光を該クラッドから除去する光除去部
材とを備え、光除去部材を露出部に対し無機接着剤によ
り接着固定することにより、光ファイバの保護層の損傷
と、光除去部材及び露出部の接着部分の損傷とをそれぞ
れ確実に防止することができる。

【００３８】請求項５の発明によると、レーザ光が伝搬
するコアと、コアの外周に設けられたクラッドと、クラ
ッドの外周を被覆する保護層とを備えたレーザ用光ファ
イバについて、保護層が取り除かれて形成された露出部
の少なくとも一部に、クラッドの屈折率と同じかそれよ
りも大きい屈折率を有しかつクラッドを伝搬する光をク
ラッドから除去する光除去部材を、露出部に対し無機接
着剤により接着固定することで、クラッド内を伝搬する
レーザ光を効果的に除去して保護層及び接着部分の損傷
を防止できる光ファイバ心線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ心線を備え
るレーザ用光コネクタを示す断面図である。

【図２】石英パイプ近傍を拡大して示す断面図である。

【図３】レーザガイドの全体構成を示す図である。

【符号の説明】

Ｃ１，Ｃ２ レーザ用光コネクタ Ｆ 光ファイバ Ｇ レーザガイド １ ファイバ心線 １ａ コア １ｂ クラッド ２ ジャケット（保護層） ３ 露出部 ７ スリーブ ２２ 光除去部材 ２３ 無機接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 元彦 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H036 QA19 QA22 2H037 AA04 BA06 DA04 DA06 DA15 DA38 2H050 AC90 AD12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア及びクラッドからなるファイバ心線
   を保護層で被覆してなりかつレーザ光を伝送するレーザ
   用光ファイバの端部に取り付けられるレーザ用光コネク
   タであって、 先端から保護層が取り除かれてファイバ心線の露出部が
   形成された光ファイバの端部が該露出部及び保護層に亘
   って嵌挿されかつ該保護層にて固定保持されるスリーブ
   と、 上記スリーブ内の露出部の少なくとも一部に配設され、
   上記クラッドの屈折率と同じかそれよりも大きい屈折率
   を有し、クラッドを伝搬する光を該クラッドから除去す
   る光除去部材とを備え、 上記光除去部材は、露出部に対し無機接着剤により接着
   固定されていることを特徴とするレーザ用光コネクタ。
2. 【請求項２】 請求項１のレーザ用光コネクタにおい
   て、 無機接着剤は、ガラス系接着剤又はセラミック系接着剤
   であることを特徴とするレーザ用光コネクタ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のレーザ用光コネクタに
   おいて、 レーザ光は高出力レーザ光であることを特徴とするレー
   ザ用光コネクタ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つのレーザ用
   光コネクタを備えることを特徴とするレーザガイド。
5. 【請求項５】 レーザ光が伝搬するコアと、 上記コアの外周に設けられたクラッドと、 上記クラッドの外周を被覆する保護層とを備えたレーザ
   用光ファイバであって、 上記保護層が取り除かれて形成された露出部の少なくと
   も一部に、上記クラッドの屈折率と同じかそれよりも大
   きい屈折率を有しかつクラッドを伝搬する光を該クラッ
   ドから除去する光除去部材が、露出部に対し無機接着剤
   により接着固定されていることを特徴とするレーザ用光
   ファイバ。