JP2007279289A - レーザーガイド - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバとブロック状チップとの融着が容易であって生産性の高いレーザーガイドを提供する。
【解決手段】レーザーガイド１０は、レーザーガイド用の光ファイバ２２ａと、その少なくとも一方のファイバ端に結合したブロック状チップ３６と、を備える。ブロック状チップ３６は、ファイバ結合端に向かって先細り形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーガイド用の光ファイバとその少なくとも一方のファイバ端に結合したブロック状チップとを備えたレーザーガイドに関する。

レーザーガイドは、エネルギー密度の高いレーザー光を伝送する光ファイバ部品として加工装置等に広く用いられている。

かかるレーザーガイドとして、特許文献１には、レーザーガイド用の光ファイバの少なくとも一方端に光ファイバよりも太径の円柱状のブロック状チップ（ロッド）を同軸に結合したものが開示されている。
米国特許第５６１９６０２号公報

ところが、特許文献１に開示されているレーザーガイドでは、光ファイバのファイバ端の端面の面積とブロック状チップのファイバ結合側チップ端の端面の面積との面積差が大きく、両者の熱容量が格段に異なるため、放電やバーナーなどでそれらを融着することが困難であり、その作業性が悪く、生産性が低いという問題がある。

本発明は、かかる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、光ファイバとブロック状チップとの融着が容易であって生産性の高いレーザーガイドを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のレーザーガイドは、レーザーガイド用の光ファイバと、該光ファイバの少なくとも一方のファイバ端に結合したブロック状チップと、を備えたものであって、
上記ブロック状チップは、ファイバ結合側チップ端に向かって先細り形状に形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ブロック状チップがファイバ結合側チップ端に向かって先細り形状に形成されているので、光ファイバのファイバ端の端面の面積とブロック状チップのファイバ結合側チップ端の端面の面積との面積差が小さくされ、両者の熱容量が近くなるため、放電やバーナーなどでそれらを容易に融着することができ、その結果、高い生産性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るレーザーガイド１０を示す。このレーザーガイド１０は、レーザー加工装置等に取り付けられてレーザー光源から加工位置までレーザー光を伝送するのに用いられるものである。

このレーザーガイド１０は、可撓保護管２１にレーザーガイド用の光ファイバ心線２２が貫通状に挿通されたガイド本体２０とその両端のそれぞれに設けられたコネクタ３０とを備えている。

可撓保護管２１は、ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂により被覆されたステンレス等の金属により形成されたコルゲートチューブ状の金属管で構成されている。可撓保護管２１は、例えば、長さが０．１〜３００ｍ、外径が６〜８ｍｍ及び内径が３〜５ｍｍである。

光ファイバ心線２２は、石英で形成された光ファイバ２２ａとそれを被覆するＵＶ硬化型樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等で形成された被覆層２２ｂとを備えている。光ファイバ心線２２は、可撓保護管２１の両側から突出した部分において、その先端部分の被覆層２２ｂが剥がされて光ファイバ２２ａが露出した状態となっている。光ファイバ心線２２は、例えば、長さが可撓保護管２１よりも２０〜３００ｍｍ程度長く及び外径が０．１〜３ｍｍである。

光ファイバ２２ａは、ファイバ中心をなす純粋石英で形成された高屈折率のコアとそれを被覆するように一体に設けられフッ素等がドープされた石英で形成された低屈折率のクラッドとを備えている。また、光ファイバ２２ａは、クラッドを被覆するように一体に設けられた純粋石英で形成されたサポート層を備えたものであってもよい。光ファイバ２２ａは、例えば、外径が１２５〜１５００μｍ及びコア径が５０〜１２００μｍである。サポート層を有する場合、クラッドは、例えば、層厚さが３〜９０μｍであり、サポート層は、層厚さが５〜６０μｍである。また、光ファイバ２２ａは、例えば、コアの屈折率が１．４５８であり、クラッドの屈折率が１．４４０〜１．４５４、サポート層を有する場合、サポート層の屈折率が１．４５８である。

コネクタ３０は、各々、ステンレス等の金属で形成された複数の部材により略円柱ブロック状に構成されており、例えば、長さが１５〜１８０ｍｍ及び外径が６〜２０ｍｍである。コネクタ３０は、軸中心を含む貫通孔３１ａを有するスリーブ本体３１を備えている。

スリーブ本体３１の貫通孔３１ａは、基端側に開口した有底円筒孔を有している。その有底円筒孔には、可撓保護管２１の先端が挿入されて内嵌め状に固定されている。

貫通孔３１ａは、その凹部からコネクタ先端側に続く小径孔を有し、その小径孔に連続した外径が漸次大きくなるように形成されたテーパ孔、それに連続したテーパ孔の最大径と同径の円盤孔、それに連続した小径の連結孔、及び、それに連続した円盤孔を有している。テーパ孔及びそれに連続した円盤孔には、孔形状と同形の筒状部材３２ａが内嵌めされている。そして、同軸に設けられた円盤部及び突出部を有すると共に軸中心を含むファイバ挿通孔を有する挿入部材３２ｂがコネクタ先端側から設けられ、突出部が連結孔に挿通されると共に筒状部材３２ａに内嵌めされ、円盤部が円盤孔に収容されている。そして、この筒状部材３２ａと挿入部材３２ｂとによりインナースリーブ３２が構成されている。インナースリーブ３２は、可撓保護管２１から突出して小径孔を通った光ファイバ心線２２の部分が挿通され、それを基端側でかしめにより固定している。なお、上記のように筒状部材３２ａがテーパ状に形成されていることにより、インナースリーブ３２からスリーブ本体３１への放熱が効率よく行われるようになっている。

貫通孔３１ａは、挿入部材３２ｂが設けられた円盤孔に連続してそれよりも外径のやや大きい円盤孔を有している。その円盤孔には、中心にファイバ挿通孔を有する円盤状の押さえ板３３が内嵌めされている。なお、この押さえ板３３は、インナースリーブ３２と一体に形成されていてもよい。

貫通孔３１ａは、押さえ板３３が設けられた円盤孔よりもさらに外径の大きい円筒孔を有している。その円筒孔には、円筒状のカバー３４の基端側の部分が内嵌めされている。カバー３４には、端面位置調整用リング３５が外嵌めされている。カバー３４の先端側の部分には、石英で形成されたブロック状チップ３６が内嵌めされている。そして、カバー３４は、インナースリーブ３２から突出して押さえ板３３を挿通され被覆層２２ｂが剥がされた光ファイバ２２ａの部分が通されて中間部まで延びるように設けられている。なお、このカバー３４は、内嵌めされたブロック状チップ３６を保護すると共に、押さえ板３３を介してインナースリーブ３２をスリーブ本体３１に押し付け固定する。

図２は、ブロック状チップ３６を示す。

ブロック状チップ３６は、先端側部分３６ａが円柱状等に形成されており、先端側部分３６ａのチップ端の端面がカバー３４の先端面と面一になるように設けられている。また、基端側部分３６ｂがチップ端に向かってボトルネック形状の先細り形状に形成されており、基端側部分３６ｂのチップ端の端面が先端側部分３６ａのチップ端の端面に平行に形成されている。そして、その基端側部分３６ｂのチップ端の端面が光ファイバ２２ａのファイバ端の端面に融着により結合している。つまり、このブロック状チップ３６の先端側部分３６ａの端面が光入射部又は光出射部を構成し、基端側部分３６ｂのチップ端がファイバ結合側チップ端を構成している。このような構成によれば、ファイバ端の端面よりも広いブロック状チップ３６の先端側部分３６ａの端面でレーザー光を入出射するので、入出射するレーザー光の強度及び密度を下げても光ファイバ２２ａではそれらが集約されて高強度及び高密度のレーザー光の伝送を行うことができ、高強度及び高密度のレーザー光が直接的にファイバ端面に入出射して光ファイバ２２ａがダメージを受けるのを回避することができる。なお、ブロック状チップ３６の基端側部分３６ｂの先細り形状は、ボトルネック形状に限定されるものではなく、テーパー形状等に形成されていてもよい。

また、ブロック状チップ３６は、図２に示すように、先端側部分３６ａのチップ端の端面、つまり、光入射端面、或いは、光出射端面がＡＲコート（Anti Reflection coating）３７で被覆されているものであってもよい。光ファイバ２２ａのファイバ端の端面にＡＲコートを施す場合には、光ファイバ心線２２全体を蒸着機に入れるか、或いは、専用の蒸着機を用いる必要があり、前者の場合には低効率で生産性が悪く、後者の場合には装置の改造が必要である。しかしながら、上記のような構成であれば、光ファイバ２２ａとの融着前にブロック状チップ３６のみを汎用の蒸着機に多数入れて蒸着処理することが可能である。なお、ＡＲコート３７としては、例えば、ＨｆＯ₂−ＳｉＯ₂膜、Ｔａ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂膜、Ｎｂ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂膜等が挙げられる。

さらに、ブロック状チップ３６は、外周面がサンドブラスト等により表面が荒らされているものであってもよい。このような構成であれば、迷光等が外部から入射したときに、それが外周面において界面反射して、ブロック状チップ３６内を伝播し光ファイバ２２ａのコア以外の部分に入射することなく、外部に逃がすことができる。

また、ブロック状チップ３６は、例えば、長さが５〜３０ｍｍ、先端側部分３６ａのチップ端の端面の外径Ｄが１〜２５ｍｍ及び基端側部分３６ｂのファイバ結合側チップ端の端面の外径ｄが０．２〜３ｍｍである。また、ブロック状チップ３６は、図２に示すように、先端側部分３６ａの長さをＡ、先細りに形成された基端側部分３６ｂの長さをＢ、及び、基端側部分３６ｂの広がり角をθとしたとき、それらが、光ファイバ２２ａからのレーザー光の広がり角θ’がθ以下となり、且つ、先端側部分３６ａのチップ端の端面でのレーザー光の光径Ｄ’がＤ以下となるように設定されていることが好ましい。なお、レーザ光の広がりは、光ファイバ２２ａの開口数（ＮＡ）に依存する。これらのことを考慮した上で、例えば、Ａが１〜２９ｍｍ、Ｂが１〜２９ｍｍ及びθが１０〜２５°である。なお、光ファイバ２２ａと融着するときにブロック状チップ３６をＶ溝等で保持する際の作業性の観点からは、Ａが１ｍｍ以上であることが好ましい。

コネクタ３０には、その他に温度検知用の熱電対等が設けられていてもよい。

次に、ブロック状チップ３６と光ファイバ２２ａとの融着方法について説明する。

まず、ブロック状チップ３６及び光ファイバ２２ａを、前者の基端側部分３６ｂのファイバ結合側チップ端の端面と後者のファイバ端の端面とが対向するように配置して保持する。なお、このとき、それらを上下に配置しても、また、水平に配置してもいずれでもよい。

次いで、それらを筒状の加熱炉内で加熱しながら偏心しないように当接させた後、加熱を停止すると共に弱く張力を負荷する。なお、このとき、ブロック状チップ３６及び光ファイバ２２ａをそれぞれ軸回転させながらそれらの先端部にバーナーの炎を側方から当てるようにしてもよい。

このレーザーガイド１０では、上記のように、ブロック状チップ３６が基端側部分３６ｂのファイバ結合側チップ端の端面に向かって先細り形状に形成されているので、光ファイバ２２ａのファイバ端の端面の面積とブロック状チップ３６のファイバ結合側チップ端の端面の面積との面積差が小さくされ、両者の熱容量が近くなるため、それらを容易に融着することができ、その結果、高い生産性を得ることができる。

ここで、ブロック状チップ３６のファイバ結合側チップ端の熱容量と光ファイバ２２ａのファイバ端の熱容量が近いことが望ましいという観点からは、前者の端面の外径が後者の端面の外径の１〜５倍であることが好ましい。

また、光ファイバ２２ａは、ブロック状チップ３６と結合する際の加熱による変形のコア及びクラッドに及ぶ影響が小さいという観点から、コア及びクラッドからなる二層構造よりもコア、クラッド及びサポート層からなる三層構造のものが好ましい。

以上の構成のレーザーガイド１０は、レーザー加工装置等に取り付けられて用いられる。なお、図２に示すように、入射光或いは出射光は、ブロック状チップ３６の端面で屈折し、破線で示す軌跡を通って光ファイバ２２ａに入射、或いは、光ファイバ２２ａから出射する。このとき、実質的な光の焦点は点Ｐであるが、ブロック状チップ３６の端面で屈折しないと仮定した場合の入射光或いは出射光からみた仮想の焦点は点Ｑである。そのため、端面位置調整用リング３５を回転させて焦点を点Ｑに位置調整することにより、コネクタ３０に対する入射光或いは出射光の位置調整を容易にすることができる。

以上説明したように、本発明は、レーザーガイド用の光ファイバとその少なくとも一方端に結合したブロック状チップとを備えたレーザーガイドについて有用である。

レーザーガイドの要部の断面図である。 ブロック状チップの側面図である。

符号の説明

１０ レーザーガイド
２０ ガイド本体
２１ 可撓保護管
２２ 光ファイバ心線
２２ａ 光ファイバ
２２ｂ 被覆層
３０ コネクタ
３１ スリーブ本体
３１ａ 貫通孔
３２ インナースリーブ
３２ａ 筒状部材
３２ｂ 挿入部材
３３ 押さえ板
３４ カバー
３５ 端面位置調整用リング
３６ ブロック状チップ
３６ａ 先端側部分
３６ｂ 基端側部分
３７ ＡＲコート

Claims (3)

1. レーザーガイド用の光ファイバと、該光ファイバの少なくとも一方のファイバ端に結合したブロック状チップと、を備えたレーザーガイドであって、
   上記ブロック状チップは、ファイバ結合側チップ端に向かって先細り形状に形成されていることを特徴とするレーザーガイド。
2. 請求項１に記載されたレーザーガイドにおいて、
   上記ブロック状チップのファイバ結合側チップ端は、その外径が上記光ファイバのファイバ端の外径の１〜５倍であることを特徴とするレーザーガイド。
3. 請求項１又は２に記載されたレーザーガイドにおいて、
   上記ブロック状チップは、光入射端面及び／又は光出射端面がＡＲコートで被覆されていることを特徴とするレーザーガイド。

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