JP2009175545A - 入出射用光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】入出射用光コネクタ１の小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタ１の構成部品の損傷を十分に防止すること。
【解決手段】光ファイバ３を挿通可能な挿通孔７を有した筒状のコネクタ本体５を備え、コネクタ本体５の先端側にフェルール１７が同軸状に設けられ、フェルール１７は光ファイバ３を挿入可能な挿入孔２３を有し、フェルール１７の先端部に光ファイバ３の外径よりも大径でかつの光学端子２７が固着され、この光学端子２７は光ファイバ３における被覆除去部分３ａの先端面に同軸状に融着接合してあること。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力１００ｍＷ以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバの端部に装着された入出射用光コネクタに関する。

近年、出力１００ｍＷ以上のハイパワーレーザ光の照射により被加工物（ワーク）の切断、溶接、微細加工、穴明け等が広く行われており、その際、ハイパワーレーザ光を伝送する光ファイバ、及びハイパワーレーザ光を集光するレンズユニット等の光学系の他に、光ファイバを光学系に接続する入出射用光コネクタが用いられている。そして、入出射用光コネクタの先行技術として特許文献１に示すものがあり、この先行技術に係る入出射用光コネクタは、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における構成部品の損傷を防止できるように工夫がなされてあって、具体的な構成は、次のようになる。

即ち、先行技術に係る入出射用光コネクタは、筒状のコネクタ本体を備えており、このコネクタ本体は、軸方向（入出射用光コネクタの軸方向）へ延びかつ光ファイバ（特許文献１では光ファイバケーブル(13)）を挿通可能な挿通孔を有している。また、コネクタ本体の先端側には、筒状のフェルールが同軸状に設けられており、このフェルール（特許文献１ではファイバガイド(15)と保護スリーブ(16)を含む）は、挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ光ファイバを挿入可能な挿入孔を有している。そして、フェルールは、先端側に、環状のスペーサ（特許文献１ではスペーサスリーブ(18)）を備えてあって、スペーサの先端面及び内周面には、微小凹凸が形成されている。

従って、前述のように、フェルールの一部であるスペーサの先端面及び内周面に微小凹凸が形成されているため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバにおける被覆除去部分の先端面から外れて、スペーサの先端面又は内周面に到達しても、ハイパワーレーザ光を拡散させて、入出射用光コネクタの構成部品（フェルール、コネクタ本体等）の温度上昇を抑えて、入出射用光コネクタの構成部品の損傷を防止することができる。
特開平８−４３６４２号公報

ところで、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、ハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバにおける被覆除去部分の先端面から外れたことによる入出射用光コネクタの構成部品の温度上昇を十分に抑えるには、ハイパワーレーザ光を拡散させるだけでなく、入出射用光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部品として付加して、入出射用光コネクタの放熱性を十分に高める必要がある。一方、光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部品として付加すると、入出射用光コネクタの大型化及び重量増大化を招くことになる。つまり、入出射用光コネクタの小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタの構成部品の損傷を十分に防止することは容易でないという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の入出射用光コネクタを提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴（請求項１に記載の発明の特徴）は、出力１００ｍＷ以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバの端部に装着された入出射用光コネクタにおいて、
軸方向（前記入出射用光コネクタの軸方向）へ延びかつ前記光ファイバを挿通可能な挿通孔を有した筒状のコネクタ本体と、
前記コネクタ本体の先端側（先端部）に同軸状に設けられ、前記挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿入可能な挿入孔を有した筒状のフェルールと、
前記フェルールの先端部に固着され、前記光ファイバにおける被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあって、空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成され、前記光ファイバの外径よりも大径の光学端子と、を備えたことを要旨とする。

第１の特徴によると、前記フェルールの先端部に前記光ファイバの外径よりも大径でかつ空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成された前記光学端子が固着され、前記光学端子が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあるため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、レンズユニット等の光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が前記光学端子の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に入射するように促すことができる。

本発明の第２の特徴（請求項２に記載の発明の特徴）は、第１の特徴に加えて、
前記透明材料は、石英ガラスロッド又は短ガラス繊維であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴（請求項３に記載の発明の特徴）は、第１の特徴又は第２の特徴に加えて、前記フェルールの先端側に基端方向に向かって縮径した環状の窪み部（雌テーパ部）が形成され、前記光学端子は、前記フェルールの前記窪み部と前記光学端子の外周部との間に充填した半田によって前記フェルールに固着されていることを要旨とする。

本発明の第４の特徴（請求項４に記載の発明の特徴）は、第３の特徴に加えて、前記半田は、合金半田であって、前記フェルールの前記窪み部及び前記光学端子の外周部に金属膜がそれぞれ形成されていることを要旨とする。

本発明の第５の特徴（請求項５に記載の発明の特徴）は、前記金属膜の下地層は、ニッケル、クロム、インコネールのうちのいずれかにより構成されてあって、前記金属膜の表面層は、金、銀、錫、銅、金錫合金、銀錫合金のうちのいずれかにより構成されていることを要旨とする。

本発明の第６の特徴（請求項６に記載の発明の特徴）は、第３の特徴に加えて、前記半田は、ガラス半田であることを要旨とする。

本発明の第７の特徴（請求項６に記載の発明の特徴）は、第１の特徴から第６の特徴のうちのいずれかの特徴に加えて、前記フェルールは、前記コネクタ本体の先端部に同軸状に設けられた筒状のアウターフェルールと、該アウターフェルールの内側に設けられかつ前記挿入孔を有した筒状のインナーフェルールとからなることを要旨とする。

本発明の第８の特徴（請求項８に記載の発明の特徴）は、第７の特徴に加えて、前記インナーフェルールの先端部に前記光学端子が前記アウターフェルールの内側に収容された状態で固着されていることを要旨とする。

本発明の第９の特徴（請求項９に記載の発明の特徴）は、第７の特徴又は第８の特徴に加えて、前記インナーフェルールは、銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されていることを要旨とする。

本発明によれば、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、前記光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が前記光学端子の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に入射するように促すことができるため、ハイパワーレーザ光を拡散したり、前記入出射用光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部材として付加したりすることなく、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における前記入出射用光コネクタの構成部材の温度上昇を十分に抑えることができる。そのため、前記入出射用光コネクタの小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における前記入出射用光コネクタの構成部品の損傷を十分に防止することができる。

本発明の実施形態について図１及び図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

ここで、図１は、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタの断面図、図２（ａ）は、光学端子周辺の拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視部Ｂを示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ１は、出力１００ｍＷ以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバ３の端部に装着されたもので、光ファイバ３をレンズユニット等の光学系（図示省略）に接続するＳＭＡコネクタ、ＦＣコネクタ、及びＳＣコネクタとして用いられるものである。そして、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタの具体的な構成は、以下のようになる。なお、光ファイバ３には、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ、フューモード光ファイバが含まれるが、ハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送するにはフューモード光ファイバが望ましい。

本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ１は、筒状のコネクタ本体５を備えており、このコネクタ本体５は、ＳＵＳ３０３、銅、真鋳、又はアルミにより構成されている。また、コネクタ本体５は、軸方向（入出射用光コネクタ１の軸方向、換言すれば、コネクタ本体５の軸方向）へ延びかつ光ファイバ３を挿通可能な挿通孔７を有してあって、コネクタ本体５の基端側には、フランジ９が形成されている。

コネクタ本体５の基端側には、カップリングナット１１が軸方向へ移動可能かつ回転可能に設けられており、このカップリングナット１１は、コネクタ本体５のフランジ９とＥ型止め輪１３によって軸方向の移動範囲が規制されている。また、カップリングナット１１は、光学系の相手接続部品の雄ねじ部（図示省略）に螺合可能な雌ねじ部１５が形成されている。

コネクタ本体５の先端側には、筒状のフェルール１７が同軸状に設けられており、フェルール１７は、光学系の相手接続部品の嵌合穴（図示省略）に嵌合可能である。そして、フェルール１７は、コネクタ本体５の先端部に圧入によって同軸状に設けられかつＳＵＳ３０４、銅、真鋳、又はアルミにより構成された筒状のアウターフェルール１９と、このアウターフェルール１９の内側に設けられかつ銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されたインナーフェルール２１とからなるものである。また、インナーフェルール２１は、挿通孔７に連通するように軸方向（入出射用光コネクタ１の軸方向、換言すれば、フェルール１７の軸方向）へ延びかつ光ファイバ３を挿入可能な挿入孔２３を有してあって、インナーフェルール２１の先端側には、基端方向に向かって縮径した環状の窪み部２５が形成されている。

図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、インナーフェルール２１の窪み部（先端部）２５には、光ファイバ３の外径よりも大径の光学端子２７がアウターフェルール１９の内側に収容された状態で固着されており、この光学端子２７は、空気の屈折率よりも大きい屈折率の石英ガラスロッド（透明材料の一例）により構成されている。また、光学端子２７は、光ファイバ３における被覆除去部分３ａの先端面に同軸状に融着接合してあって、光学端子２７の先端面は、軸方向に直交する方向に対して僅かに傾斜するようになっている。なお、光学端子２７を石英ロッドの代わりに、短ガラス繊維等の別の透明材料により構成されるようにしても構わない。

光学端子２７の固着態様について具体的に説明すると、次のようになる。

即ち、インナーフェルール２１の窪み部２５及び光学端子２７の外周部には、金属膜２９，３１がそれぞれ形成されている。また、インナーフェルール２１の金属膜２９及び光学端子２７の金属膜３１は、図示は省略するが、それぞれ、ニッケルスのスパッタ層、金のスパッタ層、ニッケルのめっき層、及び金のめっき層が下地層側から表面層側にかけて順次形成された複層になっている。そして、光学端子２７は、インナーフェルール２１の金属膜２９と光学端子２７の金属膜３１との間に充填した金錫合金半田（合金半田の一例）３３によってインナーフェルール２１の窪み部２５に固着されるようになっている。

なお、各金属膜２９（３１）における下地層（ニッケルスのスパッタ層）は、ニッケルの代わりに、クロム又はインコネールにより構成されるようにしても構わなく、各金属膜２９（３１）における表面層（金のめっき層）は、金の代わりに、銀、金錫合金、又は銀錫合金のいずれかにより構成されるようにしても構わない。また、金錫合金半田３３の代わりに、ガラス半田によって光学端子２７がインナーフェルール２１の窪み部２５に固着される場合には、金属膜２９，３１を省略することができる。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ１の構成によると、インナーフェルール２１の窪み部２５に光ファイバ３の外径よりも大径でかつ空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料（石英ガラスロッド又は短ガラス繊維等）により構成された光学端子２７が固着され、光学端子２７は光ファイバ３における被覆除去部分３ａの先端面に同軸状に融着接合してあるため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、レンズユニット等の光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバ３における被覆除去部分３ａの先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が光学端子２７の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を光ファイバ３における被覆除去部分３ａの先端面に入射するように促すことができる。

従って、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ１によれば、ハイパワーレーザ光を拡散したり、入出射用光コネクタ１に熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部材として付加したりすることなく、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタ１の構成部材（コネクタ本体５、アウターフェルール１９、インナーフェルール２１等）の温度上昇を十分に抑えることができる。そのため、入出射用光コネクタ１の小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタ１の構成部品の損傷を十分に防止することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタの断面図である。 図２（ａ）は、光学端子周辺の拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視部Ｂを示す図である。

符号の説明

１ 入出射用光コネクタ
３ 光ファイバ
３ａ 被覆除去部分
５ コネクタ本体
７ 挿通孔
１７ フェルール
１９ アウターフェルール
２１ インナーフェルール
２３ 挿入孔
２７ 光学端子
２９ 金属膜
３１ 金属膜
３３ 金錫合金半田

Claims (9)

1. 出力１００ｍＷ以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバの端部に装着された入出射用光コネクタにおいて、
   軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿通可能な挿通孔を有した筒状のコネクタ本体と、
   前記コネクタ本体の先端側に同軸状に設けられ、前記挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿入可能な挿入孔を有した筒状のフェルールと、
   前記フェルールの先端部に固着され、前記光ファイバにおける被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあって、空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成され、前記光ファイバの外径よりも大径の光学端子と、を備えたことを特徴とする入出射用光コネクタ。
2. 前記透明材料は、石英ガラスロッド又は短ガラス繊維であることを特徴とする請求項１に記載の入出射用光コネクタ。
3. 前記フェルールの先端側に基端方向に向かって縮径した環状の窪み部が形成され、前記光学端子は、前記フェルールの前記窪み部と前記光学端子の外周部との間に充填した半田によって前記フェルールに固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の入出射用光コネクタ。
4. 前記半田は、合金半田であって、前記フェルールの前記窪み部及び前記光学端子の外周部に金属膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３に記載の入出射用光コネクタ。
5. 前記金属膜の下地層は、ニッケル、クロム、インコネールのうちのいずれかにより構成されてあって、前記金属膜の表面層は、金、銀、錫、銅、金錫合金、銀錫合金のうちのいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載の入出射用光コネクタ。
6. 前記半田は、ガラス半田であることを特徴とする請求項３に記載の入出射用光コネクタ。
7. 前記フェルールは、前記コネクタ本体の先端部に同軸状に設けられた筒状のアウターフェルールと、該アウターフェルールの内側に設けられかつ前記挿入孔を有した筒状のインナーフェルールとからなることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれかの請求項に記載の入出射用光コネクタ。
8. 前記インナーフェルールの先端部に前記光学端子が前記アウターフェルールの内側に収容された状態で固着されていることを特徴とする請求項７に記載の入出射用光コネクタ。
9. 前記インナーフェルールは、銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の入出射用光コネクタ。

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