JP2005156455A - 光ファイバユニットおよび光ファイバセンサ - Google Patents

光ファイバユニットおよび光ファイバセンサ Download PDF

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Abstract

【課題】 光ファイバを容易に引き回すことができ、取り付けが容易で小型化、省スペース化を図った光ファイバユニットを提供する。また、その光ファイバユニットを用いた光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】 一方の先端部の端面において外部へ光を投光または外部からの光を受光する光ファイバケーブル25と、光ファイバケーブル25の先端部を収容する貫通孔18を有し外周部に雄ねじ15が形成された略円筒状の筒部14と、光ファイバケーブル25を収容するために貫通孔18と連通し筒部14の中心軸に対して略直交する方向に開口23を有する溝部22を有し当該溝部22に沿って光ファイバケーブル25を屈曲させて保持する光ファイバ保持部17とを有する光ファイバユニット1。
【選択図】 図2

Description

本発明は、物体検知などを行う光ファイバセンサに用いる光ファイバユニットに関する。また、同時に提案される本発明は、その光ファイバユニットを用いた光ファイバセンサに関する。
光ファイバセンサは、投光用および受光用の各光ファイバユニットのヘッド部を被検知対象物の近傍に固定し、各ヘッド部から延びる光ファイバを発光素子および受光素子を内蔵した光センサユニットに接続して構成される。そして、光センサユニットから投光用の光ファイバユニットへ投光し、受光用の光ファイバユニットの受光信号を光センサユニットで判別して、被検知対象物の有無や加工状態の良否の判別などの検知を行うセンサである。
光ファイバセンサには、投光用の光ファイバユニットと受光用の光ファイバユニットの各々のヘッド部を対向配置し、投光用の光ファイバユニットのヘッド部から輻射される光が受光用の光ファイバユニットのヘッド部で受光されるか否かによって被検知対象物の有無などを検知する透過型のものがある。また、投光用の光ファイバと受光用の光ファイバとをヘッド部に一体的に内蔵し、投光用の光ファイバから輻射される光が被検知対象物で反射して受光用の光ファイバで受光されるか否かによって被検知対象物の有無などを検知する反射型のものがある。
図9は、従来の透過型の光ファイバセンサ100の敷設例を示す斜視図である。
図9に示す敷設例では、ワークWがコンベアVで搬送される製造ラインLの側壁H1に投光用の光ファイバユニット101のヘッド部102を固定すると共に、当該投光用のヘッド部102に対向させて、製造ラインLの側壁H2に、受光用の光ファイバユニット101のヘッド部102を固定している。また、投光用および受光用の光ファイバユニット101,101から延びる光ファイバ103,103は、各々、別置された光センサユニット(不図示)に接続されている。
図9に示す光ファイバセンサ100では、光センサユニット(不図示)から投光用の光ファイバ103へ光を送出してヘッド部102から投光する。そして、投光用のヘッド部102から輻射された光を受光用のヘッド部102で受光し、受光信号を光ファイバ103を介して光センサユニット(不図示)へ伝送することにより、受光信号のレベルに応じてワークWの有無や部材の装着状態などを検知する構成とされている。
ところで、図9に示す光ファイバセンサ100は、光ファイバ103を小さい曲率半径で屈曲すると、光ファイバ103自体が折損したり、折損しないまでも屈曲に伴って光伝送損失が著しく増大しやすい。ところが、光ファイバユニット101は、ヘッド部102から引き出される光ファイバ103が側壁H1および側壁H2に対して略垂直に引き出されることとなる。このため、光ファイバ103を側壁H1,H2に沿わせつつ別置された光センサユニットまで配線しようとすると、図9の様に、ヘッド部102から引き出された光ファイバ103を緩やかに湾曲させつつ側壁H1,H2に沿わせて引き回さなければならなかった。このため、光ファイバ103の引き回しに無駄なスペースを要し、省スペース化を阻害する要因となっていた。
また、ヘッド部102の近傍で側壁H1や側壁H2から光ファイバ103が突出するため、製造ラインLにおける作業中やメンテナンスの際に、突出した光ファイバ103が作業者に引っ掛かり易く、作業し難いうえに光ファイバ103を破損する要因となっていた。
そこで、このような不満を解消するべく提案された光ファイバセンサが特許文献1に開示されている。図10は、特許文献1に開示された光ファイバセンサ110の概略構成を示す斜視図である。特許文献1に開示された光ファイバセンサ110は、光ファイバ113の端部に板状のヘッド部112を設けた光ファイバユニット111を用いるものである。この光ファイバセンサ110は、光ファイバ113に、小さい曲率半径で屈曲しても折損や光伝送損失の劣化が生じ難い複数の光ファイバを束ねた多芯光ファイバを用いている。図10に示す光ファイバユニット111は、板状のヘッド部112に面に沿って引き込まれる光ファイバ113を、ヘッド部112の内部で厚さ方向へ向けて略直角に屈曲させた構成とされている。
特許文献1に開示された光ファイバユニット111を用いることにより、図10に示す様に、製造ラインLの左右の側壁H1,H2に光ファイバユニット111を対向させて固定することができ、しかも、ヘッド部112から引き出される光ファイバ113を内壁に沿って無理なく引き回すことができる。これにより、前記図9に示した様な光ファイバ113を湾曲させて引き回すための無駄なスペースが不要となり、しかも、製造ラインLの稼働やメンテナンスに際して、光ファイバが引っ掛かる不具合を解消可能である。
特開2002−357726号公報
ところが、前記特許文献1に開示された光ファイバユニット111は、板状のヘッド部112に設けた二つの固定孔114に固定ネジMを挿入してナット部材Nで側壁H1,H2に固定する構造を採用している。従って、側壁H1に固定ネジMを挿通するための二つの固定開口115を設ける部位と、ヘッド部112の光軸中心とが一致しない。このため、製造ラインの設計に際して、ワークWの検知位置にヘッド部112の光軸中心を合わせつつ、側壁H1に固定開口115の位置を定めなければならず、位置合わせが面倒であった。
また、一つのヘッド部112を固定するために2個の固定開口115が必要なうえに、2組の固定ネジMおよびナット部材Nを用いて固定しなければならず、多数の光ファイバユニット111を固定する場合に工数が増大する不満があった。
また、近時、被検知対象物であるワークWの小型化が進み、ヘッド部112同士を極めて近接させた状態で固定しなければならない場合が多い。ところが、特許文献1に開示された光ファイバユニットは、図10に示した様に、板状のヘッド部112に二つの固定孔114を備えた形状であり、ヘッド部112自体の小型化には限界があった。このため、ヘッド部112同士の配置間隔がヘッド部112の形状で制約を受け、それ以上に近接させて固定することができない不満があった。
本発明は、前記事情に鑑みて提案されるもので、無駄なスペースを要することなく光ファイバを容易に引き回すことができ、しかも、取り付けが容易で小型化を図った光ファイバユニットを提供することを目的としている。同時に提案される本発明は、その光ファイバユニットを用いた光ファイバセンサを提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本願発明者らは次の技術的手段を講じた。
則ち、請求項1に記載の発明は、一方の先端部の端面において外部へ光を投光または外部からの光を受光する光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルの前記先端部を収容する貫通孔を有し外周部に雄ねじが形成された略円筒状の筒部と、前記光ファイバケーブルを収容するために前記貫通孔と連通し前記筒部の中心軸に対して略直交する方向に開口を有する溝部を有し当該溝部に沿って前記光ファイバケーブルを屈曲させて保持する光ファイバ保持部とを有する光ファイバユニットである。
ここで、本発明において、筒部を有する部材と光ファイバ保持部を有する部材とを一体化して組み立てる構成や、筒部と光ファイバ保持部の双方を有する一つの部材を用いた構成を採ることができる。以下の説明では、筒部と光ファイバ保持部の双方を有する一つの部材を用いた構成として述べる。
本発明によれば、光ファイバ保持部に設けられる溝部の一端は筒部の貫通孔と連通し、溝部の他端は筒部の中心軸に対して略直交する方向に開口を形成する。従って、筒部の貫通孔に挿通される光ファイバケーブルの先端部の方向と、光ファイバ保持部の開口から外部に引き出される光ファイバケーブルの方向との成す角度は略直角となる。
また本発明によれば、光ファイバユニットを固定しようとする固定パネルに筒部を挿入可能な固定開口を開け、筒部に予めナット部材を螺合させて固定開口に挿入し、別のナット部材を更に筒部に螺合させて光ファイバユニットを固定することができる。
従って、本発明によれば、光ファイバユニットを固定パネルに固定すると、自ずと、筒部の貫通孔に位置する光ファイバケーブルの先端部の光軸方向が固定パネルに対して略垂直方向になり、同時に、光ファイバケーブルは光ファイバ保持部から固定パネル面に沿う方向に引き出される。これにより、固定パネルに略垂直な方向の被検知対象物を検知可能にしつつ、引き出された光ファイバケーブルを固定パネル面に沿って容易に引き回すことが可能となる。
また、本発明によれば、筒部の貫通孔に光ファイバケーブルの先端部が挿通されるので、挿通される光ファイバケーブルの先端部は、筒部の中心軸上または中心軸に近接して位置する。従って、光ファイバケーブルの先端部の光軸中心と筒部を固定するための固定開口の中心とを略一致する。これにより、被検知対象物の検知位置に合わせて光ファイバユニットを容易に位置決めして固定することが可能となる。
本発明において、光ファイバユニットを固定パネルに固定する方法は、前記した二つのナット部材を筒部に螺合させて固定する構成の他にも、光ファイバ保持部を利用して固定する構成を採ることができる。則ち、筒部と一体化して設けられる光ファイバ保持部を、筒部よりも径方向外方へ突出させた形状とすれば、固定パネルに開けた固定開口に筒部を挿入し、ナット部材を筒部の雄ねじに螺合させて固定することが可能である。
また、本発明において、筒部は、光ファイバケーブルを挿通する貫通孔を有し、外周部に雄ねじが形成された形状であれば、その中心軸に対して垂直面による断面外形は適宜の形状とすることが可能である。例えば、筒部の断面外形を円形とすれば、筒部の固定に際して固定パネルに円形の固定開口を設ければ良く、加工が容易である。また、筒部の断面外形を円形の一部が欠けた形状とすれば、固定パネルに同様の形状の開口を設けることにより、固定に際してナット部材を筒部の雄ねじに螺合させても筒部が中心軸周りに回転することが阻止され、取り付けが容易である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光ファイバユニットにおいて、前記光ファイバ保持部は、更に、前記光ファイバケーブルを収容した前記溝部を覆うためのカバー部材を備えた構成とされている。
本発明によれば、筒部の貫通孔に先端部が収容された光ファイバケーブルは、光ファイバ保持部の溝部に沿って屈曲され、当該溝部がカバー部材によって覆われる。これにより、溝部に収容された光ファイバケーブルがカバー部材で覆われて抜け落ちることが阻止される。また、光ファイバケーブルを挿入した溝部がカバー部材で覆い隠されるので見栄えが向上する。
本発明において、カバー部材を光ファイバ保持部に固定する構造は種々の態様を採ることができる。例えば、溝部に近接する光ファイバ保持部に樹脂接着剤を塗布してカバー部材を接合固定することができる。この構成では、樹脂接着剤を溝部の内部に充填しても良い。
また、別の態様としては、溝部を覆うように光ファイバ保持部に円柱状の凹部を設け、当該凹部の内周壁に雌ねじを刻設すると共に、当該雌ねじと係合する雄ねじを前記凹部と略同一形状の円柱形の外周面に刻設したカバー部材を用いる構成を採ることができる。この構造によれば、カバー部材を光ファイバ保持部の凹部に螺合させて固定することにより、カバー部材によって溝部を覆うことが可能である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の光ファイバユニットにおいて、前記光ファイバケーブルは、複数の光ファイバ素線を束ねて形成される多芯光ファイバから成り、前記光ファイバ保持部において曲率半径が2mm以下で屈曲された構成とされている。
単芯の光ファイバケーブルをケーブルの外径に近接した小さい曲率半径で略直角方向へ屈曲させると、屈曲部位においてケーブルの折損や変形が生じて光伝送損失が著しく増大する。しかし、複数の光ファイバ素線を束ねて単芯光ファイバケーブルと略同一外径に形成した多芯光ファイバを用いることにより、ケーブルの外径に近接した小さい曲率半径で略直角方向へ屈曲させても、各光ファイバ素線へ加わる機械的なストレスが低減され、光伝送損失の低下や折損や変形の発生を防止することが可能となる。
ここで、多芯光ファイバの外径にもよるが、多芯光ファイバを2mmを超える曲率半径で屈曲する場合は、屈曲に伴う光伝送損失が殆ど生じない。一方、2mm以下の曲率半径で多芯光ファイバを屈曲すると曲率半径の低減に伴って光伝送損失は増大する。しかし、曲率半径を低減することにより、多芯光ファイバを屈曲するために光ファイバ保持部の内部に要するスペースを削減することができる。
本発明によれば、多芯光ファイバを光ファイバ保持部において2mm以下の曲率半径で屈曲することにより、被検知対象物の検知に必要な伝送光量を確保しつつ、光ファイバ保持部の小型化を図ることが可能となる。
多芯光ファイバの曲率半径は、必要な伝送光量を確保しつつ光ファイバ保持部の小型化を図る面から、2mm以下であって1mm程度に設定するのが最適である。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の光ファイバユニットにおいて、前記光ファイバケーブルは、先端から所定長さの部分だけ被覆材が除去され、露出した前記多芯光ファイバが前記筒部の貫通孔および前記光ファイバ保持部の溝部に挿入されて樹脂剤で固定される構成とされている。
本発明によれば、被覆材を除去した多芯光ファイバを筒部および溝部に挿入するので、筒部の貫通孔の内径や溝部の幅を縮小することができ、筒部および光ファイバ保持部の小型化を図ることが可能となる。
また、筒部および溝部に挿入された多芯光ファイバは樹脂材で固定されるので、光ファイバ保持部から引き出された光ファイバケーブルに力が加わった場合でも、光ファイバ保持部で屈曲された光ファイバケーブルの曲率半径に変動が生じない。これにより、請求項3に記載したように、多芯光ファイバを2mm以下の曲率半径で屈曲する構成を採用した場合であっても、伝送光量の変動を抑えて安定させることが可能となる。
本発明において、光ファイバケーブルの被覆材を除去する長さは、筒部の先端から筒部と溝部との連通部位に至る長さよりも僅かに長くするのが良い。光ファイバケーブルの被覆材をこの長さだけ除去することにより、溝部に挿入される光ファイバケーブルの大部分を被覆材を残した状態とすることができる。これにより、溝部の開口から被覆材が除去された多芯光ファイバが露出することがなく、多芯光ファイバが保護されると共に見栄えも向上する。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光ファイバユニットにおいて、前記光ファイバ保持部は、前記筒部の中心軸に垂直な面による断面外形が略小判形または略正方形または略正六角形または略正八角形のいずれかの形状とされている。
本発明によれば、光ファイバユニットを固定対象物である固定パネルに固定する際に、光ファイバ保持部をスパナなどの工具で挟持して筒部の中心軸周りの回転を阻止しつつ、ナット部材を筒部に設けた雄ねじに螺合させて締め付けることができる。これにより、光ファイバユニットを容易に固定することが可能となる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光ファイバユニットにおいて、前記筒部の先端にレンズを有するレンズ部材を装着可能な構成とされている。
本発明によれば、透過型の光ファイバセンサにおいて、投光側の光ファイバケーブルの先端から輻射される光線をレンズによって収束させることができる。これにより、受光側の光ファイバケーブルに対して収束させた光線を伝播させることができ、検知可能距離を拡大することが可能となる。
また、本発明によれば、レンズ部材のレンズの開口径を光ファイバケーブルの先端面の開口径よりも大きくすることにより、入射光の捕捉範囲を拡大することができる。これにより、透過型の光ファイバセンサにおいて、投光側と受光側との光軸中心が僅かにずれた場合でも、レンズ部材の装着による入射光の捕捉範囲の拡大によって正常な検知を行うことが可能となる。
レンズ部材は、必要に応じて、投光側または受光側のいずれか一方の光ファイバユニットの筒部にだけ装着しても良く、双方のユニットの筒部に装着することも可能である。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光ファイバユニットと、当該光ファイバユニットから引き出される光ファイバケーブルを接続する光センサユニットとを備えた光ファイバセンサであって、前記光センサユニットは、前記光ファイバユニットの投光用の光ファイバケーブルに光信号を送出する発光素子と、前記光ファイバユニットの受光用の光ファイバケーブルから輻射される光信号を受光する受光素子とを内蔵した構成とされている。
本発明によれば、一本の光ファイバケーブルが引き出された二つの光ファイバユニットと光センサユニットとを組み合わせて透過型の光ファイバセンサを構成することができる。また、二本の光ファイバケーブルが引き出された一つの光ファイバユニットと光センサユニットとを組み合わせて反射型の光ファイバセンサを構成することが可能である。これにより、前記本発明に記載した効果を奏することが可能となる。
請求項1に記載の発明によれば、光ファイバケーブルの引き回しのための無駄なスペースが不要となり省スペース化を図ることができ、メンテナンスなどの際に敷設された光ファイバケーブルが引っ掛かるような不具合を解消した光ファイバユニットを提供できる。また、被検知対象物の検知位置に応じて光ファイバユニットを容易に位置決め固定することが可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、光ファイバケーブルをヘッド部に強固に接続でき、しかも見栄えの向上した光ファイバユニットを提供できる。
請求項3に記載の発明によれば、光ファイバケーブルを小さい曲率半径で屈曲させることによって筒部の長さを低減させることができ、小型化された光ファイバユニットを提供できる。
請求項4に記載の発明によれば、光ファイバケーブルの屈曲部を樹脂剤で固定することにより、投光および受光性能の安定化を図りつつ製造性の向上を図った光ファイバユニットを提供できる。
請求項5に記載の発明によれば、固定部位に容易に固定することのできる光ファイバユニットを提供できる。
請求項6に記載の発明によれば、レンズ部材の装着によって一層安定した検知を行うことのできる光ファイバユニットを提供できる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項1乃至6のいずれかに記載の光ファイバユニットを用いることにより、前記した優れた効果を奏する光ファイバセンサを提供することができる。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の光ファイバユニットは、透過型の光ファイバセンサに用いるものと、反射型の光ファイバセンサに用いるものの二種類がある。まず、透過型の光ファイバセンサに用いる光ファイバユニットを説明する。
図1(a)は透過型の光ファイバセンサに用いる光ファイバユニット1のヘッド部10の構造を示す斜視図、同図(b)は(a)のA−A矢視断面図である。図2(a)は図1のヘッド部10を用いて光ファイバユニットを組み立てる手順を示す斜視図、同図(b)は(a)のB−B矢視断面図、同図(c)は(b)の部分拡大図である。図3は組み立てられた光ファイバユニット1の外形を示す斜視図である。また、図4(a)は、図3に示す光ファイバユニット1を製造ラインなどに固定する手順を示す斜視図、同図(b)は(a)の光ファイバユニット1を用いて構成した光ファイバセンサS1を示す説明図、図5はヘッド部10にレンズ部材を装着する手順を示す斜視図である。
本実施形態の光ファイバユニット1は、図1(a)に示すヘッド部10に後述する光ファイバケーブルを接続して構成される。ヘッド部10は、図1(a)の様に、ヘッド部材11、カバー部材12およびナット部材13を備えて構成される。
ヘッド部材11は、円筒状の筒部14の上部に略正六角柱形の光ファイバ保持部17を一体化して設けた部材である。本実施形態では、ヘッド部材11を真鍮材にニッケルメッキを施して製している。
ヘッド部材11の筒部14は円筒形状であり、図1(a),(b)の様に、上下方向へ貫通する貫通孔18を内部に有する。筒部14の外周部は、上部側の大径部15に比べて下端部近傍は縮径されて小径部16が形成された形状である。大径部15には雄ねじ15aが刻設され、当該雄ねじ15aはナット部材13を螺合させてヘッド部材11を固定する機能を有する。また、小径部16にも雄ねじ16aが刻設され、当該雄ねじ16aは後述するレンズ部材を螺合させて固定する機能を有する。筒部14の貫通孔18は、筒部14の下端で開口し、筒部14の上端で光ファイバ保持部17へと連通している。
ヘッド部材11の光ファイバ保持部17は、図1(a),(b)の様に、筒部14の上端に当該筒部14よりも径方向外方へ突出して設けられた略六角柱の形状を有する。光ファイバ保持部17は、筒部14の中心軸に垂直な面による断面外形が略正六角形であり、筒部14の長さの略2/3の高さを有する。光ファイバ保持部17には、上方(筒部14の中心軸方向上方)へ向けて開放された溝部22が刻設され、当該開放部位によって開放部19が形成されている。
溝部22の一端は、光ファイバ保持部17の中央部で筒部14の貫通孔18と連通し、溝部22の他端は、筒部14の中心軸に対して略直交する方向へ向けて開口して開口23が形成されている。この開口23は、光ファイバ保持部17の略正六角形の一面に形成されている。
また、溝部22と貫通孔18の連通部位は、貫通孔18の端部がテーパ状に切削されてテーパ部21が形成されている。また、光ファイバ保持部17の上部は、外形の正六角形の内接円よりも僅かに小さい円形に浅く切り欠かれて凹部20が形成されている。
前記したように、ヘッド部材11は、下端部近傍が縮径された円筒状の筒部14の上部に略正六角柱形の光ファイバ保持部17を設けた形状を有する。そして、筒部14を貫通する貫通孔18は上端部で光ファイバ保持部17に設けた溝部22に連通し、当該溝部22は、筒部14の中心軸に対して略直交する方向へ延びて開口23に至る形状とされている。
カバー部材12は、図1(a)の様に、円板形の部材であり、光ファイバ保持部17の凹部20の内径および深さと略等しい外径および厚さを有する。また、ナット部材13は、図1(a)の様に、筒部14の大径部15に刻設された雄ねじ15aと螺合する雌ねじ13aを刻設した部材である。本実施形態では、カバー部材12およびナット部材13についても、真鍮材にニッケルメッキを施して製している。
尚、本実施形態で試作したヘッド部材11は下記の寸法を有する。
筒部14の貫通孔18の内径は略1.3mmである。また、筒部14の大径部15の長さは略6.5mm、小径部16の長さは略3.5mmであり、筒部14の全長は略10mmである。
光ファイバ保持部17の外周の対向する2面間距離は略7mm、高さは略4.5mmであり、溝部22の幅は略3.5mm、長さは略4mmである。また、凹部20の内径は略6mm、深さは略1.5mmである。また、カバー部材12は、凹部20と略等しい外径6mmと厚さ1.5mmを有する。
次に、ヘッド部材11に光ファイバケーブルを接続して光ファイバユニット1を製造する手順を、図2,図3を参照して説明する。
本実施形態に用いる光ファイバケーブル25は、図2(a)の様に、複数の光ファイバ素線を束ねた多芯光ファイバ27を被覆材26で被覆したケーブルである。
尚、実施形態では、光ファイバケーブル25の外径が略2.2mmφ、被覆材26を取り除いた多芯光ファイバ27の外径が1.2mmφのものを用いている。また、多芯光ファイバ27はアクリル系樹脂材で製された素線を束ねたものであり、被覆材26はPVC系樹脂材(PolyVinyl Chloride:ポリ塩化ビニル)で製されている。
光ファイバユニット1の製造に際しては、まず、図2(a)の様に、光ファイバケーブル25の被覆材26を先端から所定長さだけ取り除いて多芯光ファイバ27を露出させる。被覆材26を取り除く長さは、筒部14の長さよりも僅かに長くする。
そして、露出した多芯光ファイバ27を被覆材26に近接した部位で略直角方向へ屈曲する。屈曲に際しては、専用の治具を用いて曲率半径が略1mmとなるように屈曲している。
次いで、筒部14および溝部22に適量の樹脂接着剤24(本実施形態では二液性のエポキシ系樹脂接着剤を使用)を注入すると共に、同一の樹脂接着剤24を光ファイバケーブル25の多芯光ファイバ27に塗布する。そして、図2(b)の様に、屈曲した多芯光ファイバ27を筒部14の貫通孔18に挿通し、多芯光ファイバ27と略直交する光ファイバケーブル25の被覆材26を開放部19を介して溝部22に挿入する。
前記手順で光ファイバケーブル25をヘッド部材11に挿入すると、図2(b)の様に、筒部14の下端から多芯光ファイバ27の先端部が僅かに突出すると共に、被覆材26で覆われた光ファイバケーブル25が開口23から突出する。また、貫通孔18の内部の多芯光ファイバ27の周りには樹脂接着剤24が充填されると共に、溝部22にも樹脂接着剤24が充填される。
続いて、光ファイバ保持部17の凹部20の内壁に適量の樹脂接着剤24を塗布し、図2(b)の様に、カバー部材12を凹部20に嵌入する。そして、カバー部材12を光ファイバ保持部17に嵌入させた状態を維持しつつ樹脂接着剤24を硬化させる。
次いで、図2(c)の様に、筒部14の下端から突出する多芯光ファイバ27を研磨装置(不図示)を用いて研磨する。貫通孔18の下端からは多芯光ファイバ27が僅かに突出すると共に、貫通孔18から漏れ出て硬化した樹脂接着剤24が付着している。従って、研磨によって、多芯光ファイバ27の突出部位と硬化した樹脂接着剤24とを除去し、多芯光ファイバ27の下端面を筒部14の下端面と面一とする。これにより、多芯光ファイバ27の先端部に付着した樹脂接着剤24も除去される。研磨が完了すると、光ファイバユニット1の組み立てが完了する。
組み立てられた光ファイバユニット1は、図3(a),(b)の様に、筒部14の貫通孔18に挿通された多芯光ファイバ27が、光ファイバ保持部17の開口23から光ファイバケーブル25として略直角方向へ引き出された構造を有する。尚、ヘッド部10から引き出される光ファイバケーブル25の長さは、必要に応じて適宜に設定することができる。
このように、本実施形態の光ファイバユニット1は、多芯光ファイバ27の先端部の方向、則ち、ヘッド部10において投受光が行われる多芯光ファイバ27の光軸方向に対して、光ファイバケーブル25がヘッド部10から引き出される方向を略直角方向に変換している。また、図3(b)の様に、ヘッド部材11の筒部14の中心軸L1と、貫通孔18に挿通される多芯光ファイバ27の光軸中心L2とを略一致させた構造を有する。これにより、本実施形態の光ファイバユニット1を製造ラインなどに敷設する場合に、以下に述べる優れた効果を奏する。
次に、本実施形態の光ファイバユニット1を用いた光ファイバセンサS1の敷設手順を図4を参照して説明する。
本実施形態の光ファイバユニット1は、例えば、図4(a)の様に、コンベアVによってワークが搬送される製造ラインLに敷設される。図4(a)に示す製造ラインLは、側壁H1および側壁H2が設けられたラインである。
光ファイバユニット1を取り付ける際は、まず、ワークを検知しようとする部位に合わせて、光ファイバユニット1のヘッド部10を固定する固定開口28を左右の側壁H1,H2に対向させて設ける。ここで、前記図3(b)に示したように、本実施形態の光ファイバユニット1は、筒部14の中心軸L1と多芯光ファイバ27の光軸中心L2とが略一致している。従って、ワークを検知しようとする位置と固定開口28を設ける中心とが略一致する。これにより、面倒な位置あわせを要することなく、固定開口28の開口位置を定めることが可能である。また、ヘッド部10を固定するための固定開口28を各光ファイバユニット1毎に1つだけ設ければ良く、固定作業の工程を削減することが可能である。
左右の側壁H1,H2に、ワークの検知位置に合わせて固定開口28を設けた後、図4(a)の様に、固定開口28,28に、各々、光ファイバユニット1の筒部14を挿入し、ナット部材13を筒部14の雄ねじ15aに螺合させて固定する。光ファイバユニット1のヘッド部10を、図4(a)の様に、左右の側壁H1,H2に固定すると、筒部14に挿通した多芯光ファイバ27同士が対向すると共に、ヘッド部10から引き出された光ファイバケーブル25は、左右の側壁H1,H2に沿う方向へ向けて突出する。これにより、ヘッド部10から突出する光ファイバケーブル25を無理に屈曲させることなく側壁H1,H2に沿って容易に引き回すことが可能となる。
次いで、図4(b)の様に、左右の側壁H1,H2に固定した光ファイバユニット1,1から引き出された光ファイバケーブル25,25を、別置された光センサユニット60に接続する。
光センサユニット60は、発光素子(レーザー発光素子)を内蔵した投光部62、受光素子(レーザ受光素子)を内蔵した受光部63およびユニットの制御を統括する制御回路61を備えると共に、ワークの検知状態の表示や設定表示を行う表示部64を備えている。また、制御回路61はコンベアVの制御などを統括する上位制御装置(不図示)と接続される構成とされている。
図4(b)の様に、製造ラインLの左右の側壁H1,H2のうち、側壁H1に固定された光ファイバユニット1の光ファイバケーブル25は光センサユニット60の投光部62へ接続される。また、側壁H2に固定された光ファイバユニット1の光ファイバケーブル25は、光センサユニット60の受光部63へ接続される。この場合、前記したように、ヘッド部10から引き出される光ファイバケーブル25が側壁H1,H2に沿うので、光センサユニット60への引き回しを極めて容易に行うことが可能である。
以上の接続により、左右の側壁H1,H2に固定された光ファイバユニット1,1と光センサユニット60とで構成される光ファイバセンサS1が形成され、コンベアVによるワークWの搬送に応じた検知制御が行われる。
例えば、光ファイバセンサS1によるワークWの検知に応じて、所定時間だけコンベアVを停止させる制御を行う場合は、次の制御処理が行われる。
光センサユニット60の制御回路61は、投光部62によって側壁H1に固定された光ファイバユニット1の光ファイバケーブル25へ投光を行いつつ、側壁H2に固定された光ファイバユニット1の光ファイバケーブル25を介して伝送される光検知信号を受光部63で監視する。
則ち、ヘッド部10,10が固定された部位にワークWが存在しない場合は、投光部62から投光された光は、光ファイバケーブル25を介して側壁H1に固定されたヘッド部10から製造ラインLを横切る方向へ輻射される。そして、製造ラインLを横切った光は、側壁H2に固定されたヘッド部10の筒部14の先端部に到達し、受光された光は光ファイバケーブル25を介して受光部63で検知される。
一方、ヘッド部10,10が固定された部位にワークWが搬送されると、側壁H1に固定されたヘッド部10から輻射される光がワークWで遮蔽され、側壁H2に固定されたヘッド部10への光の到達が遮断される。従って、制御回路61は受光部63の受光信号を監視することによってワークWの到来を検知することができ、別置された上位制御装置(不図示)へ制御信号を送出して所定時間だけコンベアVの搬送を停止させる制御を行う。
このように、本実施形態の光ファイバユニット1によれば、ヘッド部10の光軸方向を側壁H1,H2に対して略垂直となるように固定されるにも拘わらず、ヘッド部10から側壁H1,H2に沿う方向へ光ファイバケーブル25,25が引き出される。これにより、従来のように、側壁から突出した光ファイバケーブルを緩やかに湾曲させて側壁に沿わせるような引き回しが不要となり、光ファイバケーブル25を引き回すための無駄なスペースを削減することが可能となる。また、側壁H1,H2に沿って光ファイバケーブル25が引き回されるので、製造ラインLのメンテナンスなどに際して、光ファイバケーブル25が作業者に引っ掛かるような不具合がなく、光ファイバケーブル25の破損などの事故を未然に防止することが可能となる。
また、前記したように、ヘッド部10の光軸中心と筒部14の中心軸とが略一致しているので、ワークを検知しようとする位置と固定開口28の中心とが略一致する。これにより、面倒な位置あわせを要することなく、固定開口28を容易に設けることが可能である。更に、ヘッド部10を固定するための固定開口28を各光ファイバユニット1毎に1つだけ設ければ良く、固定作業の工程を削減することが可能である。
また、本実施形態の光ファイバユニット1によれば、前記したようにヘッド部10が小型である。従って、輻射される光線が干渉しない範囲で隣接するヘッド部10を近接させて固定することができ、小型のワークの複数部位の検知などを容易に行うことが可能となる。
ここで、本実施形態の光ファイバユニット1は、図5の様に、筒部14の先端にレンズ部材30を着脱自在に装着可能な構成としている。レンズ部材30は、図5(a)の様に、円筒形の本体部32の先端に凸型のレンズ31を設けると共に、本体部32の内部に雌ねじ33を刻設した部材である。雌ねじ33は、ヘッド部10の筒部14の小径部16に設けた雄ねじ16aと螺合可能である。また、本体部32の外周部には、滑り止めの凹凸34が中心軸方向へ向けて所定間隔で設けられている。
レンズ部材30をヘッド部10に装着する際は、本体部32に刻設した雌ねじ33をヘッド部10の筒部14に設けた雄ねじ16aに螺合させて図5(b)の様に固定する。この場合、本体部32の外周部に設けた凹凸34によって滑りが防止されて強固に螺合させて固定することが可能である。
図4(b)に示す透過型の光ファイバセンサS1において、投光側のヘッド部10にレンズ部材30を装着することにより、多芯光ファイバ27の先端から輻射される光線をレンズ31によって収束させることができる。これにより、受光側のヘッド部10に対して収束させた光線を伝播させることができ、検知可能距離を拡大することが可能となる。
また、レンズ部材30は、図5(a),(b)で示すように、レンズ31の開口径が多芯光ファイバ27の開口径に比べて大きい。これにより、レンズ部材30を装着すると、装着しない場合に比べて光線の捕捉エリアを拡大することができ、捕捉した光線を多芯光ファイバ27の先端面へ収束させることが可能となる。
従って、図4(b)の様に、ヘッド部10,10を対向させて配置する場合、例えば、側壁H2に固定した受光側のヘッド部10にレンズ部材30を装着することにより、投光側および受光側の各ヘッド部10,10の光軸中心の僅かなずれを補償して正常な検知を行うことが可能となる。
尚、レンズ部材30は、必要に応じて、投光側または受光側のいずれかのヘッド部10に装着しても良く、双方のヘッド部10に装着しても良い。
以上は、本実施形態の透過型の光ファイバセンサS1に用いる光ファイバユニット1について述べたものであるが、次に、本実施形態の反射型の光ファイバセンサに用いる光ファイバユニット2を説明する。
図6(a)は本実施形態の光ファイバユニット2のヘッド部50を用いて光ファイバユニット2を組み立てる手順を示す斜視図、同図(b)は(a)のC−C矢視断面図である。図7は組み立てられた光ファイバユニット2の外形を示す斜視図である。また、図8(a)は、図7に示す光ファイバユニット2を製造ラインに固定する手順を示す斜視図、同図(b)は(a)の光ファイバユニット2を用いて構成した光ファイバセンサS2を示す説明図である。尚、本実施形態の光ファイバユニット2は、前記した光ファイバユニット1と基本的に同一の構成を有する。従って、同一構成部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
光ファイバユニット2に採用するヘッド部50は、図6(a)に示すように、前記した反射型の光ファイバユニット1に採用したヘッド部10と略等しい基本構成を有する。但し、前記した光ファイバユニット1では、ヘッド部10に一本の光ファイバケーブル25を接続する構成であったのに対して、本実施形態の光ファイバユニット2では、二本の光ファイバケーブル25がヘッド部50に接続される。尚、本実施形態の光ファイバユニット2に用いる光ファイバケーブル25は、前記した光ファイバユニット1に採用したものと同一である。
ヘッド部50は、図6(a)の様に、ヘッド部材51、カバー部材12およびナット部材13で構成される。ヘッド部50の基本構造は、前記したヘッド部10と同一であるが、ヘッド部50に二本の光ファイバケーブル25が接続されるのに伴って、ヘッド部50の形状が拡大されている。また、前記したヘッド部材11は、筒部14の小径部16に雄ねじ16aを刻設した形状であったが、本実施形態のヘッド部材51は、筒部14の小径部16に雄ねじを刻設しない構造としている。
本実施形態で試作したヘッド部50は、次の寸法を有する。
ヘッド部材51において、筒部14の貫通孔18の内径は略2.4mmである。また、筒部14の大径部15の長さは略8mm、小径部16の長さは3mmであり、筒部14の全長は11mmである。
光ファイバ保持部17の外周の対向する2面間距離は略10mm、高さは略6mmであり、溝部22の幅は略5mm、長さは略6mmである。また、凹部20の内径は略9mm、深さは略1.5mmである。また、カバー部材12は、凹部20と略等しい外径9mmと厚さ1.5mmを有する。
次に、ヘッド部材51に光ファイバケーブルを接続して光ファイバユニット2を製造する手順を、図6,図7を参照して説明する。
本実施形態に用いる光ファイバケーブル25は、前記光ファイバユニット1で用いたもので同一である。則ち、複数の光ファイバ素線を束ねた多芯光ファイバ27を被覆材26で被覆したケーブルである。
光ファイバユニット2の製造に際しては、まず、図6(a)の様に、二本の光ファイバケーブル25の被覆材26を先端から所定長さだけ取り除いて多芯光ファイバ27を露出させる。被覆材26を取り除く長さは、筒部14の長さよりも僅かに長くする。そして、露出した多芯光ファイバ27を被覆材26に近接した部位で略直角方向へ屈曲する。屈曲に際しては、専用の治具を用いて曲率半径が略2mmとなるようにするのが好ましい。
次いで、筒部14および溝部22に適量の樹脂接着剤24(本実施形態では二液性のエポキシ系樹脂接着剤を使用)を注入すると共に、同一の樹脂接着剤24を二本の光ファイバケーブル25,25の多芯光ファイバ27に塗布する。そして、図6(b)の様に、屈曲した多芯光ファイバ27を筒部14の貫通孔18に挿通し、多芯光ファイバ27と略直交する光ファイバケーブル25,25を開放部19を介して溝部22に挿入する。
前記手順で光ファイバケーブル25をヘッド部材51に挿入すると、図6(b)の様に、筒部14に二本の多芯光ファイバ27,27が挿通されると共に、被覆材26で覆われた光ファイバケーブル25が開口23から突出する。また、貫通孔18の内部の多芯光ファイバ27の周りには樹脂接着剤24が充填されると共に、溝部22にも樹脂接着剤24が充填される。
次いで、光ファイバ保持部17の凹部20の内壁に適量の樹脂接着剤24を塗布し、図6(b)の様に、カバー部材12を凹部20に嵌入する。そして、カバー部材12を光ファイバ保持部17に嵌入させた状態を維持しつつ樹脂接着剤24を完全に硬化させる。
次いで、前記図2(b),(c)に示した同様の手順で、筒部14の下端から僅かに突出する二本の多芯光ファイバ27と漏れ出て硬化した樹脂接着剤24を、多芯光ファイバ27の下端面が筒部14の下端面と面一となるまで研磨装置(不図示)で研磨する。研磨が完了すると、光ファイバユニット2の組み立てが完了する。
組み立てられた光ファイバユニット2は、図7(a),(b)の様に、筒部14の貫通孔18に挿通された二本の多芯光ファイバ27が、光ファイバ保持部17の開口23から二本の光ファイバケーブル25として略直角方向へ引き出される構造を有する。
このように、本実施形態の光ファイバユニット2は、多芯光ファイバ27,27の先端部の方向、則ち、ヘッド部50において投受光が行われる多芯光ファイバ27,27の光軸方向に対して、光ファイバケーブル25,25がヘッド部50から引き出される方向を略直角方向に変換することができる。また、図7(b)の様に、筒部14の中心軸L1と、貫通孔18に挿通される多芯光ファイバ27,27の光軸中心L2,L2とを近接させた構造とすることができる。
次に、本実施形態の光ファイバユニット2を用いて光ファイバセンサS2を構成する手順を図8を参照して説明する。
本実施形態の光ファイバユニット2は、図8(a)の様に、コンベアVによってワークが搬送される製造ラインLなどに敷設される。
光ファイバユニット2を取り付ける際は、まず、ワークを検知しようとする部位に合わせて、光ファイバユニット2のヘッド部50を固定する固定開口28を側壁H1に設ける。ここで、前記図7(b)で示したように、本実施形態の光ファイバユニット2は、ヘッド部材51の筒部14の中心軸L1と多芯光ファイバ27の光軸中心L2とが近接している。従って、ワークを検知しようとする位置と固定開口28の中心とが略一致する。これにより、面倒な位置あわせを要することなく、固定開口28の開口位置を定めることが可能である。また、ヘッド部50を固定するための固定開口28を各光ファイバユニット2毎に1つだけ設ければ良く、敷設作業の工程を削減することが可能である。
側壁H1に、ワークの検知位置に合わせて固定開口28を設けた後、図8(a)の様に、固定開口28に、光ファイバユニット2の筒部14を挿入し、ナット部材13を筒部14の大径部15に設けた雄ねじ15aに螺合させて固定する。光ファイバユニット2のヘッド部50を、図8(a)の様に、側壁H1に固定すると、ヘッド部50から引き出された光ファイバケーブル25は、側壁H1に沿う方向へ向けて突出する。従って、ヘッド部50から突出する光ファイバケーブル25を側壁H1に沿って容易に引き回すことが可能となる。
次いで、図8(b)の様に、側壁H1に固定した光ファイバユニット2から引き出された光ファイバケーブル25,25を、別置された光センサユニット60に接続する。この場合、前記したように、ヘッド部50から引き出される光ファイバケーブル25が側壁H1に沿うので、光センサユニット60への引き回しを容易に行うことが可能である。
以上の接続により、側壁H1に固定された光ファイバユニット2と光センサユニット60とで構成される光ファイバセンサS2が形成され、コンベアVによって搬送されるワークWを検知して必要な制御が行われる。
前記した透過型の光ファイバセンサS1では、ワークWによって光線が遮断されたときにワークWの到来を検知するものであった。これに対して、本実施形態の光ファイバセンサS2では、ワークWによる反射光が検知されたときにワークWの到来を検知する制御が行われる点が異なり、他の制御は同一である。
このように、本実施形態の光ファイバユニット2によれば、ヘッド部50の光軸方向を側壁H1に対して略垂直となるように固定されるにも拘わらず、ヘッド部50から側壁H1に沿う方向へ光ファイバケーブル25,25が引き出される。これにより、従来のように、側壁から突出した光ファイバケーブルを緩やかに湾曲させて側壁に沿わせるような引き回しが不要となり、光ファイバケーブル25を引き回すための無駄なスペースを削減される。また、側壁H1に沿って光ファイバケーブル25,25が引き回されるので、製造ラインLのメンテナンスなどに際して、光ファイバケーブル25が作業者に引っ掛かるような不具合がなく、光ファイバケーブル25の破損などの事故を未然に防止することが可能となる。
また、前記したように、ヘッド部50の光軸中心と筒部14の中心軸とが近接しているので、ワークを検知しようとする位置と固定開口28の中心とが略一致する。これにより、面倒な位置あわせを要することなく、固定開口28を容易に設けることが可能である。更に、ヘッド部50を固定するための固定開口28を光ファイバユニット2毎に1つだけ設ければ良く、固定作業の工程を削減することが可能である。
尚、前記実施形態で述べた光ファイバユニット1,2では、ヘッド部材11,51の光ファイバ保持部17を略正六角柱形状としたが、他の形状とすることも可能である。則ち、筒部14の中心軸に垂直な面による光ファイバ保持部17の断面外形を、例えば、略正方形、略正八角形あるいは小判形状とすることも可能である。
また、前記したヘッド部材11,51では、筒部14と溝部22の連通部位にテーパ部21を設ける構造としたが、テーパ部21に代えて、所定の曲率半径を有する形状を採ることも可能である。
また、前記した光ファイバセンサS1,S2は、製造ラインLに固定した光ファイバユニット1,2を用いた構成として述べたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。則ち、光ファイバユニット1,2のヘッド部10,50の固定面に対して、光軸方向が垂直を成す検知環境に対して好適に採用することが可能である。
(a)は透過型の光ファイバセンサに用いられる本発明の実施形態に係る光ファイバユニットのヘッド部の構造を示す斜視図、同図(b)は(a)のA−A矢視断面図である。 (a)は図1のヘッド部を用いて本発明の実施形態に係る光ファイバユニットを組み立てる手順を示す斜視図、(b)は(a)のB−B矢視断面図、(c)は(b)の部分拡大図である。 (a),(b)は図2の手順によって組み立てられた光ファイバユニットの外形を示す斜視図である。 (a)は図3に示す光ファイバユニットを製造ラインに敷設する手順を示す斜視図、(b)は(a)の光ファイバユニットを用いて構成した光ファイバセンサを示す説明図である。 (a),(b)は、図3に示す光ファイバユニットのヘッド部にレンズ部材を装着する手順を示す斜視図である。 (a)は反射型の光ファイバセンサに用いられる本発明の本実施形態に係る光ファイバユニットのヘッド部の構造および組み立て手順を示す斜視図、同図(b)は(a)のC−C矢視断面図である。 (a),(b)は図6の手順によって組み立てられた光ファイバユニットの外形を示す斜視図である。 (a)は図7に示す光ファイバユニットを製造ラインに敷設する手順を示す斜視図、(b)は(a)の光ファイバユニットを用いて構成した光ファイバセンサを示す説明図である。 従来の透過型の光ファイバセンサの敷設例を示す斜視図である。 特許文献1に開示された光ファイバセンサの概略構成を示す斜視図である。
符号の説明
1,2 光ファイバユニット
12 カバー部材
14 筒部
15a 雄ねじ
17 光ファイバ保持部
18 貫通孔
21 テーパ(テーパ部)
22 溝部
23 開口
24 樹脂剤(樹脂接着剤)
25 光ファイバケーブル
26 被覆材
27 多芯光ファイバ
30 レンズ部材
31 レンズ
60 光センサユニット
62 発光素子(投光部)
63 受光素子(受光部)
S1,S2 光ファイバセンサ

Claims (7)

  1. 一方の先端部の端面において外部へ光を投光または外部からの光を受光する光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルの前記先端部を収容する貫通孔を有し外周部に雄ねじが形成された略円筒状の筒部と、前記光ファイバケーブルを収容するために前記貫通孔と連通し前記筒部の中心軸に対して略直交する方向に開口を有する溝部を有し当該溝部に沿って前記光ファイバケーブルを屈曲させて保持する光ファイバ保持部とを有することを特徴とする光ファイバユニット。
  2. 前記光ファイバ保持部は、更に、前記光ファイバケーブルを収容した前記溝部を覆うためのカバー部材を備えていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバユニット。
  3. 前記光ファイバケーブルは、複数の光ファイバ素線を束ねて形成される多芯光ファイバから成り、前記光ファイバ保持部において曲率半径が2mm以下で屈曲されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバユニット。
  4. 前記光ファイバケーブルは、先端から所定長さの部分だけ被覆材が除去され、露出した前記多芯光ファイバが前記筒部の貫通孔および前記光ファイバ保持部の溝部に挿入されて樹脂剤で固定されることを特徴とする請求項3に記載の光ファイバユニット。
  5. 前記光ファイバ保持部は、前記筒部の中心軸に垂直な面による断面外形が略小判形または略正方形または略正六角形または略正八角形のいずれかの形状であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光ファイバユニット。
  6. 前記筒部の先端にレンズを有するレンズ部材を装着可能であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光ファイバユニット。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光ファイバユニットと、当該光ファイバユニットから引き出される光ファイバケーブルを接続する光センサユニットとを備えた光ファイバセンサであって、前記光センサユニットは、前記光ファイバユニットの投光用の光ファイバケーブルに光信号を送出する発光素子と、前記光ファイバユニットの受光用の光ファイバケーブルから輻射される光信号を受光する受光素子とを内蔵して構成されることを特徴とする光ファイバセンサ。
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