JP2013024987A - 光ファイバコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇があっても、光ファイバの把持力を十分確保することができる光ファイバコネクタを提供する。
【解決手段】光ファイバコネクタ１は、高パワーのレーザ光を伝送する光ファイバ２と、この光ファイバ２を保持するコネクタ本体３とを備えている。コネクタ本体３は、光ファイバ２の樹脂被覆部５を把持する半割り構造のファイバ把持部材６と、このファイバ把持部材６の外側に配置されたリング部材７とを有している。ファイバ把持部材６の肉厚は、光ファイバ２の軸方向に全体的に等しくなっている。ファイバ把持部材６の熱膨張率は、リング部材７の熱膨張率よりも大きくなっている。また、リング部材７のヤング率は、ファイバ把持部材６のヤング率よりも大きいのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばレーザ加工用のハイパワーレーザ光を伝送する光ファイバを有する光ファイバコネクタに関するものである。

ハイパワーレーザ光を伝送する光ファイバを有する光ファイバコネクタとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の光ファイバコネクタは、アルミ製のスリーブ本体と、このスリーブ本体の内周に嵌合され、光ファイバの先端部位を固定するスリーブとを備えている。スリーブは、４分割されて拡縮自在な真鍮製のインナースリーブと、このインナースリーブの外周に固定されたアウタースリーブとからなり、アウタースリーブとスリーブ本体との嵌合面は、光ファイバの先端側に向かって小径となるテーパ状となっている。

特開２００１−２４９２３０号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、例えば光ファイバのガラス部からの僅かな漏れ光によって、ガラス部を保護している樹脂被覆部の温度が上昇し、樹脂被覆部が柔らかくなると、スリーブによる光ファイバの把持力（保持力）が低下してしまう。

本発明の目的は、温度上昇があっても、光ファイバの把持力を十分確保することができる光ファイバコネクタを提供することである。

本発明は、光ファイバを有する光ファイバコネクタにおいて、光ファイバを把持するファイバ把持孔を有するファイバ把持部材と、ファイバ把持部材の外側に配置されたリング部材とを備え、ファイバ把持部材の熱膨張率がリング部材の熱膨張率よりも大きいことを特徴とするものである。

このような本発明の光ファイバコネクタにおいては、温度上昇が発生すると、光ファイバを把持するファイバ把持部材が膨張する。このとき、ファイバ把持部材の外側に配置されたリング部材の熱膨張率はファイバ把持部材の熱膨張率よりも小さいため、ファイバ把持部材の膨張がリング部材に抑えられる。このため、膨張によるファイバ把持部材の形状変動は、ファイバ把持部材の内側（光ファイバ把持方向）に向かうようになる。従って、光ファイバの樹脂被覆部の温度上昇により樹脂被覆部が柔らかくなっても、ファイバ把持部材により光ファイバを強く把持することができる。

好ましくは、リング部材のヤング率がファイバ把持部材のヤング率よりも大きい。この場合には、ファイバ把持部材の膨張によるリング部材の変形が起きにくくなるため、ファイバ把持部材の膨張がリング部材に十分抑えられる。従って、ファイバ把持部材を効果的に光ファイバ把持方向に形状変動させることができる。

また、好ましくは、ファイバ把持部材は、複数のファイバ把持片を含み、ファイバ把持片は、所定の対向面において対向した状態でファイバ把持孔を形成し、リング部材は、ファイバ把持孔が形成された状態でファイバ把持片を内部に収容し、ファイバ把持孔に光ファイバが把持された状態において、リング部材がファイバ把持片の外周に直接または間接に接触している。このように構成すれば、ファイバ把持部材の形状変動がファイバ把持方向と逆方向に向かうことを防止できるため、ファイバ把持部材を効果的に光ファイバ把持方向に形状変動させることができる。なお、「直接」とは、リング部材とファイバ把持部材との間に別の部材を介することなく互いに接触することを指し、「間接」とは、リング部材とファイバ把持部材との間に別の部材を介させて、当該別の部材とリング部材、当該別の部材とファイバ把持部材とが互いに接触することを指す。

また、好ましくは、ファイバ把持片は、対向面に所定の隙間を有した状態で、ファイバ把持孔に光ファイバを把持する。このように構成すれば、ファイバ把持方向へ向かうファイバ把持部材の形状変動による応力が上記の対向面に分散することを防止し、確実に光ファイバの把持力を向上させることができる。

また、好ましくは、ファイバ把持部材は、半割り構造を有している。この場合には、例えば４分割構造のファイバ把持部材に比べて、光ファイバとファイバ把持部材との接触面積が大きくなるため、ファイバ把持部材による光ファイバの把持力を強くすることができる。

さらに、好ましくは、ファイバ把持部材は、光ファイバの樹脂被覆部を把持する被覆把持領域を有し、被覆把持領域の肉厚は、光ファイバの軸方向に等しい。この場合には、温度上昇によるファイバ把持部材の膨張時に、ファイバ把持部材の被覆把持領域が光ファイバ把持方向に形状変動する量が光ファイバの軸方向に均等になるため、ファイバ把持部材による光ファイバの樹脂被覆部の把持力を光ファイバの軸方向に均等にすることができる。

このとき、好ましくは、ファイバ把持部材は、光ファイバの先端部分の樹脂被覆部を除去して露出されたガラス部を把持するガラス把持領域を更に有し、ガラス把持領域は、被覆把持領域よりも肉厚が小さい領域を有している。この場合には、温度上昇によるファイバ把持部材の膨張時に、ファイバ把持部材による光ファイバのガラス部の把持力が強くなり過ぎることが防止される。従って、光ファイバのガラス部に強い力が加わるためにガラス部の屈折率が変化してしまうことを防止できる。

本発明によれば、温度上昇があっても、光ファイバの把持力を十分確保することができる。これにより、光ファイバコネクタによる光ファイバの保持の安定性を向上させることが可能となる。

本発明に係わる光ファイバコネクタの一実施形態を示す断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１及び図２に示したファイバ把持部材が膨張により形状変動する方向を示す断面図である。 本発明に係わる光ファイバコネクタの他の実施形態の要部を示す断面図である。

以下、本発明に係わる光ファイバコネクタの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる光ファイバコネクタの一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。各図において、本実施形態の光ファイバコネクタ１は、レーザ加工を行うための高パワー（１ｋＷ以上）のレーザ光を伝送する光ファイバ２と、この光ファイバ２を保持するコネクタ本体３とを備えている。

光ファイバ２は、コア及びコアの外周を包囲するクラッドからなるガラス部４と、このガラス部４の周囲を覆う樹脂被覆部５とを有している。樹脂被覆部５は、フッ素樹脂等の高耐熱性樹脂で形成されている。

コネクタ本体３は、光ファイバ２に接触して光ファイバ２を把持するファイバ把持部材６と、このファイバ把持部材６の外側にファイバ把持部材６に接触するように配置されたリング部材７とを有している。

ファイバ把持部材６は、２つのファイバ把持片６ａ，６ｂを含み、各ファイバ把持片６ａ，６ｂの対向面６ａｆ，６ｂｆが対向することにより、光ファイバ２を保持可能なファイバ把持孔６ｃを形成することが好ましい。そして、ファイバ把持部材６（ファイバ把持片６ａ，６ｂ）に光ファイバ２が把持された状態において、当該ファイバ把持片６ａ，６ｂの対向面６ａｆ，６ｂｆの間には隙間Ｅが設けられていることが好ましい。本発明の一実施形態において、ファイバ把持部材６は、２つの断面略半円形状の半割り部品である２つのファイバ把持片６ａ，６ｂを含む半割り構造をなしている（図２参照）。

本実施形態において、ファイバ把持部材６は、光ファイバ２の樹脂被覆部５のみを把持するように構成されている。つまり、ファイバ把持部材６は、全体が樹脂被覆部５を把持する被覆把持領域となっている。光ファイバ２のガラス部４に局所的に強い力が加わると、ガラス部４のクラッドの屈折率が高くなるため、光ファイバ２の外部に光が漏れ、コネクタ本体３が損傷する原因となる。ファイバ把持部材６が樹脂被覆部５のみを把持することにより、ガラス部４に強い力が加わることが無いため、上記の不具合が発生することが防止される。

また、ファイバ把持部材６の肉厚は、光ファイバ２の軸方向に全体的に等しくなっている。つまり、ファイバ把持部材６の上端及び下端の高さ位置は、光ファイバ２の軸方向に対して平行となっている。

リング部材７は、ファイバ把持部材６の外側に接触するように配置されている。即ち、リング部材７は、内部にファイバ把持部材６を収容し得る筒状に構成されている。ファイバ把持部材６がファイバ把持片６ａ，６ｂから構成される場合には、それらが対向面６ａｆ，６ｂｆにおいて対向し、ファイバ把持孔６ｃが形成された状態で、リング部材７の内部に収容される。この場合には、該ファイバ把持孔６ｃに光ファイバ２が把持され、対向面６ａｆ，６ｂｆの間に隙間Ｅが形成された状態において、リング部材７がファイバ把持片６ａ，６ｂの外側に直接接触する。即ち、リング部材７とファイバ把持部材６との間に別の部材を介することなく互いに接触する。なお、リング部材７とファイバ把持部材６との間には、後述するように別の部材を介在させて、間接に互いに接触させても良い。

ファイバ把持部材６の熱膨張率（熱膨張係数）は、リング部材７の熱膨張率よりも大きくなっている。また、リング部材７のヤング率は、ファイバ把持部材６のヤング率よりも大きいのが好ましい。なお、リング部材７は、ファイバ把持部材６を包囲して外側に配置されている部材のうち、熱膨張率がファイバ把持部材６より小さい部材であって、最もファイバ把持部材６の近くに配置されている部材であることは、後述のリング部材７の機能の説明によって理解される。即ち、後述するリング部材７のさらに外周に配置されているリングハウジング８等は、その熱膨張率の如何に関わらず、本発明のリング部材７として機能するものではない。

具体的には、ファイバ把持部材６は、真鍮、銅、アルミ等で形成されている。リング部材７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やセラミック等で形成されている。真鍮の熱膨張係数は１８×１０^−６／℃であり、真鍮のヤング率は１００ＧＰａである。銅の熱膨張係数は１７×１０^−６／℃であり、銅のヤング率は１３０ＧＰａである。アルミの熱膨張係数は２３．５×１０^−６／℃であり、アルミのヤング率は７０ＧＰａである。ＳＵＳの熱膨張係数は１０．４×１０^−６／℃であり、ＳＵＳのヤング率は２００ＧＰａである。セラミックの熱膨張係数は７．７×１０^−６／℃であり、セラミックのヤング率は３００ＧＰａである。

熱膨張係数の測定方法としては、押棒式やＴＭＡ（Thermo-Mechanical Analyzer）、レーザ干渉法、静電容量法等が用いられる。また、熱膨張係数の測定方法としては、他にJIS R 3251:1995に準拠した低膨張ガラスのレーザ干渉法による線膨張率の測定方法、JIS Z 2285:2003に準拠した金属材料の線膨張係数の測定方法、ISO 17562:2001に準拠したファインセラミック（先進セラミック、先進技術セラミック）−押し棒法によるモノリシックセラミックの線形熱膨張試験方法等を用いることもできる。ヤング率の測定方法としては、JIS Z 2280に準拠した金属材料のヤング率、JIS R 1602に準拠したセラミックの室温の弾性定数、JIS R 1605に準拠したセラミックの高温の弾性定数等が用いられる。

リング部材７の内部には、ファイバ把持部材６以外の部材が収容されていても良い。図１において、ファイバ把持部材６の前方にはファイバガイド１２が収容されている。また、リング部材７の外側には、リングハウジング８が配置されている。また、ファイバガイド１２の前側にはハウジング９が配置され、このハウジング９の外側にはナット１０が配置されている。ハウジング９の前部には、光ファイバ２の先端部分の樹脂被覆部５を除去して露出されたガラス部４を保持するフェルール１１が取り付けられている。ハウジング９及びファイバガイド１２がファイバ把持部材６において把持された光ファイバ２を保持し、フェルール１１にうまく収容されるようにガイドする。

ところで、以上のように構成された光ファイバコネクタ１においては、光ファイバ２の樹脂被覆部５の温度が上昇したり、コネクタ本体３の温度が上昇することがある。例えば光ファイバ２を伝搬する光には、コアモード光及びクラッドモード光がある。クラッドモード光は、光ファイバ２へ光が入射したときや光ファイバ２に曲げが加わったときに発生する。樹脂被覆部５はクラッドよりも高屈折率であるため、クラッドモード光は樹脂被覆部５へと出て行きやすく、この時に発生するエネルギーが樹脂被覆部５に吸収されて熱に変わり、樹脂被覆部５の温度が上昇する。

本実施形態の光ファイバコネクタ１においては、光ファイバ２の樹脂被覆部５やコネクタ本体３の温度が上昇すると、ファイバ把持部材６が熱膨張する。このとき、ファイバ把持部材６の外側には、ファイバ把持部材６よりも熱膨張率が小さいリング部材７が配置されている。このため、ファイバ把持部材６の膨張による形状変動は、図３に示すように、ファイバ把持部材６の内側（中心側）つまりファイバ把持方向へ向かうようになる。また、リング部材７のヤング率はファイバ把持部材６のヤング率よりも大きいので、ファイバ把持部材６の膨張によるリング部材７の変形は起こりにくい。従って、ファイバ把持部材６を効果的にファイバ把持方向へ形状変動させることができる。これにより、光ファイバ２の樹脂被覆部５がフッ素樹脂等のような滑りやすい樹脂材料で形成されていても、ファイバ把持部材６により樹脂被覆部５を強く把持することができる。

また、リング部材７は、ファイバ把持部材６（ファイバ把持片６ａ，６ｂを含む）がファイバ把持孔６ｃに光ファイバ２を把持した状態において、ファイバ把持部材６の外周に直接または間接に接触している。よって、ファイバ把持部材６の形状変動がファイバ把持方向と逆方向に向かうことを防止して、ファイバ把持部材６を効果的に光ファイバ把持方向に形状変動させることができる。

さらに、ファイバ把持部材６を構成するファイバ把持片６ａ，６ｂは、それらの対向面６ａｆ，６ｂｆに所定の隙間Ｅを有した状態で、ファイバ把持孔６ｃに光ファイバ２を把持する。よって、ファイバ把持方向へ向かうファイバ把持部材６の形状変動による応力が対向面６ａｆ，６ｂｆに分散することを防止し、確実に光ファイバ２の把持力を向上させることができる。

また、ファイバ把持部材６を構成するファイバ把持片６ａ，６ｂは半割り部品である。この場合には、例えば４分割構造のファイバ把持部材に比べて、光ファイバ２とファイバ把持部材６との接触面積が大きくなるため、ファイバ把持部材６による光ファイバ２の把持力を強くすることができる。光ファイバ２のコア及びクラッドから漏れた光は樹脂被覆部５に吸収されて発熱することになるが、この熱が効率よくファイバ把持部材６に伝導され、形状変動が促されるからである。

なお、リング部材７とファイバ把持部材６との間には別の部材（以下、中間部材と称する）を介在させて、当該中間部材とリング部材７、当該中間部材とファイバ把持部材６を互いに接触させても良い。例えば、リング部材７とファイバ把持部材６との間に、ファイバ把持部材６及びリング部材７よりも熱膨張率が大きい部材（即ち、リング部材７には該当しない部材）を、リング部材７及びファイバ把持部材６に接触するように配置しても良い。この場合には、温度上昇により大きく形状変動する中間部材は、ファイバ把持方向へ形状変動させることができるから、ファイバ把持部材６の把持力を高めることができる。なお、この観点からすれば、リング部材７のヤング率が中間部材より大きいことが好ましいのは、前述の説明と同様に理解される。

一方、何らかの理由により温度上昇によるファイバ把持部材６の把持力の変動を抑制したい場合には、中間部材のヤング率をファイバ把持部材６のヤング率より小さく設定しても良い。この場合には、温度上昇によるファイバ把持部材６の形状変動により中間部材がファイバ把持方向と逆方向に形状変動する（つぶれてクッションのように作用する）から、ファイバ把持部材６のファイバ把持方向への形状変動が緩和される。

また、ファイバ把持部材６の肉厚は光ファイバ２の軸方向に対して全体的に等しくなっているので、ファイバ把持部材６が光ファイバ把持方向に形状変動する量が光ファイバ２の軸方向に対して均等になる。従って、ファイバ把持部材６により樹脂被覆部５を光ファイバ２の軸方向に対して均等に把持することができる。

図４は、本発明に係わる光ファイバコネクタの他の実施形態の要部を示す断面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、本実施形態の光ファイバコネクタ１は、ファイバ把持部材６に代えてファイバ把持部材１６を備えている。ファイバ把持部材１６も、ファイバ把持部材６と同様に半割り構造をなしている。つまり、ファイバ把持部材１６は、２つの断面略半円形状の半割り部品であるファイバ把持片１６ａ，１６ｂから構成されている。

ファイバ把持部材１６は、光ファイバ２の樹脂被覆部５及びガラス部４を把持するように構成されている。つまり、ファイバ把持部材１６は、光ファイバ２の樹脂被覆部５を把持する被覆把持領域Ｐと、光ファイバ２のガラス部４を把持するガラス把持領域Ｑとからなっている。ガラス把持領域Ｑは、被覆把持領域Ｐよりもファイバ把持部材１６の前側に設けられている。

ガラス把持領域Ｑは、ファイバ把持部材１６の前端に向けて先細りとなるようなテーパ状を有している。つまり、ガラス把持領域Ｑは、被覆把持領域Ｐよりも肉厚が小さな領域を有している。ファイバ把持部材１６の他の構成は、上記のファイバ把持部材６と同様である。

このようにガラス把持領域Ｑは、被覆把持領域Ｐよりも肉厚が小さな領域を有している。従って、ガラス把持領域Ｑにおいては、ファイバ把持部材１６のファイバ把持方向への形状変動が、被覆把持領域Ｐにおけるそれよりも小さくなるから、ファイバ把持部材１６による光ファイバ２のガラス部４の把持力が必要以上に大きくならずに済む。これにより、ファイバ把持部材１６により光ファイバ２のガラス部４を把持する構成でも、ガラス部４に局所的に強い力が加わりにくくなるため、ガラス部４のクラッドの屈折率が高くなって光ファイバ２の外部に光が漏れることが防止される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ファイバ把持部材６，１６を半割り構造としたが、ファイバ把持部材としては４分割構造等であっても良い。

また、上記実施形態では、ファイバ把持部材６，１６の外側にリング部材７をファイバ把持部材６，１６に接触するように配置したが、ファイバ把持部材６，１６とリング部材７との間に別の部材を介在させても良い。

また、上記実施形態において、リング部材７がファイバ把持部材６，１６の外側に接触するように配置されている例を説明したが、リング部材７にはファイバ把持部材６，１６の外側に接触しない領域があっても良い。例えば、リング部材７に貫通孔を設け、ここにボルトを挿入し、リング部材７とファイバ把持部材６，１６とを強固に固定しても良い。

１…光ファイバコネクタ、２…光ファイバ、４…ガラス部、５…樹脂被覆部、６…ファイバ把持部材、６ａ，６ｂ…ファイバ把持片、６ａｆ，６ｂｆ…対向面、６ｃ…ファイバ把持孔、７…リング部材、１６…ファイバ把持部材、１６ａ，１６ｂ…ファイバ把持片、Ｐ…被覆把持領域、Ｑ…ガラス領域。

Claims (7)

1. 光ファイバを有する光ファイバコネクタにおいて、
   前記光ファイバを把持するファイバ把持孔を有するファイバ把持部材と、
   前記ファイバ把持部材の外側に配置されたリング部材とを備え、
   前記ファイバ把持部材の熱膨張率が前記リング部材の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする光ファイバコネクタ。
2. 前記リング部材のヤング率が前記ファイバ把持部材のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光ファイバコネクタ。
3. 前記ファイバ把持部材は、複数のファイバ把持片を含み、
   前記ファイバ把持片は、所定の対向面において対向した状態で前記ファイバ把持孔を形成し、
   前記リング部材は、前記ファイバ把持孔が形成された状態で前記ファイバ把持片を内部に収容し、
   前記ファイバ把持孔に前記光ファイバが把持された状態において、前記リング部材が前記ファイバ把持片の外周に直接または間接に接触していることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバコネクタ。
4. 前記ファイバ把持片は、前記対向面に所定の隙間を有した状態で、前記ファイバ把持孔に前記光ファイバを把持することを特徴とする請求項３記載の光ファイバコネクタ。
5. 前記ファイバ把持部材は、半割り構造を有していることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバコネクタ。
6. 前記ファイバ把持部材は、前記光ファイバの樹脂被覆部を把持する被覆把持領域を有し、
   前記被覆把持領域の肉厚は、前記光ファイバの軸方向に等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光ファイバコネクタ。
7. 前記ファイバ把持部材は、前記光ファイバの先端部分の前記樹脂被覆部を除去して露出されたガラス部を把持するガラス把持領域を更に有し、
   前記ガラス把持領域は、前記被覆把持領域よりも肉厚が小さい領域を有していることを特徴とする請求項６記載の光ファイバコネクタ。

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