JP2800963B2 - 高エネルギ光ビーム用コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギ光ビーム用
コネクタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種、高エネルギ光ビーム用コネクタ
の従来例を図４に示す。コネクタは、レーザ発生装置等
の光源１９からのエネルギビーム９を光ファイバ１に導
くために使用され、光ファイバ１の先端に装着されるプ
ラグ３と、このプラグ３に機械的に連結されるレセプタ
クル５とから構成される。

【０００３】レセプタクル５には、集光レンズ１７が装
着されており、該集光レンズ１７により集光されたエネ
ルギビーム９は、光ファイバ１の入射端面にフォーカシ
ングされ、該入射端面から光ファイバ１内に導入され
る。

【０００４】光ファイバ１の正規位置でのフォーカシン
グの必要性は、図５に示される。図５（ａ）は正規位
置、詳しくは、光ファイバ１の入射端面上で焦点を結ん
だ場合を示すもので、照射されたエネルギは、理想的に
光ファイバ１に導入される。

【０００５】一方、理想位置から、入射角θ→θ’の拡
大を伴う焦点距離の移動Ｌが生じた場合には、図５
（ｂ）において実線で示すように、ビーム９の一部は、
光ファイバ１のコア１ａからはみ出した状態となり、光
ファイバ１への導入が不可能となる上に、クラッド１ｂ
での吸光による焼損等の不具合を惹起する上に、臨界角
より大きな角度で光ファイバ１にビーム９が入射した場
合には、光ファイバ１内に導入された高エネルギ光ビー
ム９は、光ファイバ１内で全反射することなく、クラッ
ド１ｂへのリークが生じ、エネルギ伝達効率を低下させ
る。

【０００６】さらに、光軸の移動δを伴う場合にも、図
５（ｃ）に示すように、上記光ファイバ１の入射端面か
らのリークが発生し、伝送効率の低下、および光ファイ
バ１の焼損を惹起する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の事情の下、従来
の高エネルギ光ビーム用コネクタは、以下の欠点を有す
る。

【０００８】すなわち、まず、上述したフォーカシング
位置のずれＬ、あるいは光軸のずれδは、プラグ３とレ
セプタクル５の単体状態での製造誤差、組み付け状態で
の誤差、および高エネルギ光ビーム９の調整誤差等によ
り生じるために、各部品の工作精度、およびビームのセ
ッティング精度を高い精度で管理する必要が生じ、コス
トの上昇を招来するだけでなく、使い勝手も悪くなる。

【０００９】また、上述した精度を高く管理していて
も、例えば、締結部のゆるみ、あるいはレーザロッドの
熱影響による光軸のずれが装置運用中に生じることが多
く、信頼性に欠ける。

【００１０】さらに、ビームの焦点位置が正規位置に保
持されていても、光ファイバ１の入射端面に微少な塵埃
等が付着していると、該塵埃が燃焼、あるいは昇華して
光ファイバ１の入射端面の透光性を劣化させ、結果、光
ファイバ１の入射端面が異常加熱して溶融する可能性が
ある。

【００１１】本発明は、以上の欠点を解消すべくされた
ものであって、光ファイバの焼損を確実に防止できる高
エネルギ光ビーム用コネクタを提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、光ファイバの先端に装着されるプラグと、プラグと
の連結時に光ファイバ側端面が光ファイバの入射端面に
当接し、光源側端面から入射された高エネルギ光ビーム
を光ファイバの入射端面に導く適宜長の導光路を備えた
導光ロッドを組み込んだレセプタクルとを有し、前記導
光ロッドは、光ファイバ側端部に、光ファイバのコア径
とほぼ同一径で、かつ側壁がミラーとして機能する円柱
状の直杆部を有し、光源側端部に、前記直杆部より大径
の大径円柱部有する高エネルギ光ビーム用コネクタを提
供することにより達成される。

【００１３】

【作用】図２に本発明の作用を示す。レセプタクル５に
保持される導光ロッド７は、光ファイバ１の入射端面と
光源との間に介装される。

【００１４】導光ロッド７は、適宜長の導光路を備え、
光源側端面７ｂで受光した高エネルギ光ビーム９を光フ
ァイバ側端面７ａに伝達する。光ファイバ１の入射端面
近傍、あるいは導光ロッド７の中央部で焦点を結ぶよう
に設定された高エネルギ光ビーム９は、焦点位置から遠
ざかるほどスポット径が大きくなり、エネルギ密度が低
下するために、適宜長の導光路を備える導光ロッド７
は、受光側、すなわち光源側端面７ｂにおいて大きなス
ポット径で高エネルギ光ビーム９を受光することが可能
となる。

【００１５】かかる構成の下、光源からの高エネルギ光
ビーム９は、集焦されない状態で導光ロッド７の光源側
端面７ｂに照射された後、導光ロッド７の導光路により
光ファイバ側端面７ａに導かれる。

【００１６】この結果、少なくとも光源側端面７ｂに入
射された高エネルギ光ビーム９は、ミラーとして機能す
る導光ロッド７の側壁面により適宜反射され、あるいは
直接に光ファイバ１の入射端面に導かれることから、焦
点ずれに起因する高エネルギ光ビーム９のリークが確実
に防止される。

【００１７】また、導光路の形状を適宜選択することに
より、光源側端面７ｂからの入射高エネルギ光ビーム９
を効率よくファイバ側端面に伝達することが可能であ
り、このような場合には、高エネルギ光ビーム９の光軸
ずれ、あるいは焦点ずれ等、設定値からのずれに伴うエ
ネルギ伝達効率の低下を防止することが可能になる。

【００１８】さらに、固体である導光ロッド７のファイ
バ側端面７ａを光ファイバ１の入射端面に当接させるこ
とは、レンズ精度、レセプタクル５とプラグ３との組み
合わせ精度の管理に比して比較的に容易であることか
ら、動作信頼性の向上をもたらす。

【００１９】また、導光ロッド７のファイバ側端面７ａ
が光ファイバ１の入射端面に当接しているために、塵埃
等の混入確率が可及的に０となり、光ファイバ１の入射
端面の焼損等が防止される上に、導光ロッド７の光源側
端面７ｂでの集焦による焼損も防止される。

【００２０】エネルギ伝達効率上、導光ロッド７の光フ
ァイバ側端部には光ファイバ１のコア径とほぼ同一径の
円柱状の直杆部が形成される。

【００２１】直杆部７ｃは、図２（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、光軸、あるいは焦点位置がずれた高エネルギ光
ビーム９をその側壁において反射し、正確に光ファイバ
１の入射側端面に導く。

【００２２】なお、図２（ａ）は初期設定状態、（ｂ）
は図５（ｂ）に対応する状態、（ｃ）は図５（ｃ）に対
応する状態をそれぞれ示す。さらに、請求項２記載の発
明において、導光ロッド７の光ファイバ側端面７ａの径
は、光ファイバ１のコア径よりやや小径に形成されてお
り、導光ロッド７の位置ずれを吸収する。

【００２３】請求項３記載の発明において、導光ロッド
７の前方には塵埃の侵入が防止された導光空間１３が配
置され、高エネルギ光ビーム９は導光空間１３の前面に
設けられた透孔性の窓部１５からレセプタクル５内に導
入される。

【００２４】導光ロッド７の前方に導光空間１３を設け
ることにより、そのさらに前方に配置される窓部１５で
のエネルギ密度が低くなり、窓部１５の焼損等が防止さ
れるとともに、導光空間１３内を例えば密閉状にして塵
埃の侵入を防止することによって導光ロッド７の光源側
端面７ｂへの塵埃の付着が防止される。

【００２５】請求項４記載の発明において、導光ロッド
７と光ファイバ１、およびこれらの境界部は、外部から
送風される冷却風により強制空冷され、境界部での高エ
ネルギ光ビーム９の吸収、反射、散乱による発熱が防止
される。

【００２６】また、請求項５記載の発明において、冷却
風は、導光空間１３内に導かれて排気孔１３ａから排気
され、導光空間１３には、外部に向う冷却風流が形成さ
れる。この冷却風流は、導光空間１３内の塵埃を外部に
導出して導光ロッド７の光源側端面７ｂを清浄に保持す
るとともに、該端面、および窓部１５の冷却をも行な
う。

【００２７】さらに、請求項６記載の発明において、プ
ラグ３の先端には、耐熱性に優れた材料より形成され、
中心部に光ファイバ１先端部をガイドするガイド孔１１
ａが穿孔されたガイドブロック１１が配置される。

【００２８】ガイドブロック１１は、光ファイバ１のコ
アを正確に導光ロッド７の光ファイバ側端面７ａに正対
する位置にガイドするとともに、導光ロッド７と光ファ
イバ１との境界での高エネルギ光ビーム９の反射および
散乱による周辺部材の溶融等を防止する。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。図１に示すように、高エネル
ギ光ビーム用コネクタは、光ファイバ１の先端に装着さ
れるプラグ３と、プラグ３に連結されるレセプタクル５
とから構成される。

【００３０】プラグ３は、ゴムブッシュ２１を介して光
ファイバ１に外嵌され、前方に向けて雌ネジ２３ａが刻
設されたクランプナット２３と、このクランプナット２
３の雌ネジ２３ａに螺合される把持片２５ａを一端に備
え、クランプナット２３の締め付けにより把持片２５ａ
を光ファイバ１の外周に圧接させて光ファイバ１コード
の先端に外嵌固定されるフェルール２５と、フェルール
２５に外嵌され、先端に雌ネジ２７ａが刻設されたナッ
ト２７とから構成され、フェルール２５とナット２７と
の間には、フェルール２５を前方に付勢する圧縮スプリ
ング２９が介装される。

【００３１】フェルール２５は、中心軸上に貫通孔３１
を備えており、該貫通孔３１に光ファイバ１が挿通され
る。また、フェルール２５は、レセプタクル５側に突出
する挿入突部２５ｂを備えており、該挿入突部２５ｂの
先端にガイドブロック１１が固定される。

【００３２】ガイドブロック１１には、図２に詳細を示
すように、中心軸上に光ファイバ１の芯線１ｃの線径と
略等しい径のガイド孔１１ａが穿孔されており、先端で
被覆を剥離されて露出された光ファイバ芯線１ｃが、先
端端面がガイドブロック１１の端面と略同一面となる状
態で挿通される。

【００３３】ガイドブロック１１は、光ファイバ１のコ
ア１ａと、後述するレセプタクル５側の直杆部７ｃの端
面を正確に当接させるために、光ファイバ１のプラグ３
内での姿勢を規制するためのもので、導光ロッド７の端
面と光ファイバ１との境界部位からの高エネルギ光ビー
ム９の散乱により発熱するために、例えば、石英、サフ
ァイア等の耐熱性に優れた材料で形成される。

【００３４】なお、図１において２５ｃは挿入突部２５
ｂの周縁にレセプタクル５の挿入突部５ａの嵌合凹部２
５ｄを形成するための筒部、２５ｅはレセプタクル５側
のキー溝に嵌合して回り止めを行うためのキー、３３は
Ｏリングを示す。

【００３５】一方、レセプタクル５は、上記ナット２７
の雌ネジ２７ａに雄ねじ部５ｂを螺合させてプラグ３に
連結される。このレセプタクル５は、上記プラグ３のフ
ェルール２５が挿入される挿入孔５ｃと、小孔５ｅが穿
孔された隔壁５ｄを介して挿入孔５ｃに隣接するロッド
保持孔５ｆとを有し、プラグ３への連結状態において、
挿入突部２５ａと挿入孔５ｃとで相互の位置決めがなさ
れ、上記フェルール２５の挿入突部２５ｂの先端は、圧
縮スプリング２９の付勢力により隔壁５ｄに圧接され
る。

【００３６】また、レセプタクル５のロッド保持孔５ｆ
には、導光ロッド７が保持される。上記導光ロッド７
は、該導光ロッド７内での高エネルギ光ビーム９の減衰
を可及的に低く抑え、かつ、熱変形を低く抑えるため
に、石英あるいはサファイアを使用することが望まし
い。

【００３７】この導光ロッド７は、光ファイバ１側に光
ファイバ１の中心線と一致する中心を有する円柱状の直
杆部７ｃを備えるとともに、光源側に、上記直杆部７ｃ
と同心で、かつ、直杆部７ｃより大径の大径円柱部７ｄ
を有しており、その境界部には、テーパ部７ｅが形成さ
れる。

【００３８】大径円柱部７ｄの径は、導光路の全長を考
慮して決定され、所定の集束角度をもつ高エネルギ光ビ
ーム９を直杆部７ｃ先端、すなわち、導光ロッド７の光
ファイバ側端面７ａに直接フォーカシングさせた場合に
おける大径円柱部７ｄの端面でのビームのスポット径よ
りやや大径となるように設定される。

【００３９】一方、直杆部７ｃの長さは、図２に示すよ
うに、設定時の高エネルギ光ビーム９が光軸ずれ、ある
いは焦点距離ずれに伴う焦点ずれを起こした際にその外
壁面により全反射し、光ファイバ１側へ入射されるよう
に設定される。また、直杆部７ｃの径は、光ファイバ１
のコア径に略一致しているが、連結状態における機械的
誤差を吸収することができるように、光ファイバ１のコ
ア径よりやや小径とすることが望ましい。

【００４０】なお、直杆部７ｃは、以上のように、焦点
ずれが生じた高エネルギ光ビーム９に対してミラーとし
て機能するために、その外周は、鏡面状態に研磨され
る。以上のように構成される導光ロッド７は、直杆部７
ｃの先端を隔壁５ｄの小孔５ｅに挿入した状態でロッド
保持孔５ｆ内に保持される。ロッド保持孔５ｆへの保持
は、圧入、接着等、適宜手段によることが可能である。

【００４１】以上の構成の下、ナット２７を介してレセ
プタクル５をプラグ３に連結すると、導光ロッド７の直
杆部７ｃの端面は、光ファイバ１のコア端面に当接し、
導光ロッド７により導かれた高エネルギ光ビーム９は、
光ファイバ１内に導入される。

【００４２】なお、この場合、前記導光ロッド７の光フ
ァイバ側端面７ａには、透光性のコンパウンドを塗布
し、光ファイバ１の入射端面との微少間隙を埋める請求
項１、２、３、４、５、６または７記載の高エネルギ光
ビーム用コネクタを構成することが可能であり、かかる
構成の下において、透光性のコンパウンドは、レセプタ
クル５とプラグ３との連結状態において、光ファイバ１
の入射端面に接触して両者間の間隙を埋め、該間隙への
塵埃の侵入を防止して光ファイバ１の焼損を防止し、か
つ、導光ロッド７の光ファイバ側端面７ａと光ファイバ
１とは光学的に接続状態となるために、接続部位におけ
るエネルギロスを著しく低減させることが可能となる。

【００４３】なお、透光性コンパウンドとしては、導光
ロッド７と光ファイバ１の双方の屈折率に近似した屈折
率を有する材料なら種々のものを使用することが可能で
あり、例えば、シリコングリスを使用することができ
る。また、再度の分離が不可能でよければ、光学接着剤
の使用も可能である。

【００４４】さらに、導光ロッド７の前方には、前面に
透光性の窓部１５が形成された導光空間１３が形成され
る。窓部１５を形成する材料としては、耐熱性に優れ、
かつ、膨張率が低い石英またはサファイアが使用され
る。

【００４５】なお、図１において３５は窓部１５を形成
する石英をレセプタクル５の前面に固定するためのキャ
ップを示す。導光空間１３は、上記導光ロッド７の光源
側端面７ｂにおけるスポット径が、塵埃等が付着しても
該導光ロッド７の焼損が生じない程度には大きくはない
ことを配慮して、微少塵埃の混入、滞留が防止できるよ
うな構造、例えば密閉状に形成される。

【００４６】さらに、この実施例において、レセプタク
ル５には冷却風導入口３７ａと排気孔１３ａとが開設さ
れる。冷却風導入口３７ａは、ロッド保持孔５ｆの端
部、詳しくは、導光ロッド７の直杆部７ｃの側方に開口
され、排気孔１３ａは、導光空間１３を構成するレセプ
タクル５の壁面に開設される。

【００４７】冷却風導入口３７ａに連通するインレット
３７ｃに接続される送風ポンプ（図示せず）から強制送
風された冷却風を排気孔１３ａから排気するために、ロ
ッド保持孔５ｆと導光空間１３とは、冷却風路を介して
連通される。冷却風路は、ロッド保持孔５ｆの内周壁に
螺旋溝３９を凹設することにより形成することが可能で
あるが、この実施例においては、特別の機械加工の工程
をかけないように、ロッド保持孔５ｆの内周壁に梨地加
工を施してロッド保持孔５ｆと導光ロッド７の大径円柱
部７ｄとの間に間隙を積極的に形成することにより行わ
れる。

【００４８】以上の構成により、ロッド保持孔５ｆに強
制送風され冷却風は、導光ロッド７の直杆部７ｃを冷却
した後、冷却風路を介して導光空間１３内に達して、導
光ロッド７全体を冷却し、同時に一部の冷却風は、隔壁
５ｄの小孔５ｅからガイドブロック１１のガイド孔１１
ａを経由してプラグ３側に抜けて、ガイドブロック１
１、光ファイバ１の冷却も行われる。

【００４９】さらには、導光空間１３内には、排気孔１
３ａから外気に排気される冷却風流が形成されるため
に、微少塵埃が滞留することがなくなり、該微少塵埃の
導光ロッド７の光源側端面７ｂへの付着を完全に防止す
ることが可能となる。

【００５０】図３に本発明の第２の実施例を示す。な
お、本実施例の説明において、上述した実施例と同一の
構成部分は、図中に同一の符号を付して説明を省略す
る。この実施例は、プラグ３側に装着される圧縮スプリ
ング２９の付勢力を利用してフェルール２５の先端を導
光ロッド７に押し付けることによって導光ロッド７の光
ファイバ側端面７ａと光ファイバ１とを強制的に接触さ
せるもので、レセプタクル５には、ロッド保持孔５ｆ
と、導光空間１３が形成される。

【００５１】ロッド保持孔５ｆは、フェルール２５の挿
入突部２５ｂの位置決めとしても機能するように、該挿
入突部２５ｂと略同一径に形成され、導光ロッド７は、
上記ロッド保持孔５ｆの前方に、圧入、あるいは接着に
より固定される。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高エネルギ光ビームを確実に光ファイバに導
入することが可能となり、光ファイバの焼損防止と、エ
ネルギ伝達効率の改善の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の作用を示す説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図４】従来例を示す断面図である。

【図５】従来例の問題を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ３ プラグ ５ レセプタクル ７ 導光ロッド ７ａ 光ファイバ側端面 ７ｂ 光源側端面 ７ｃ 直杆部 ９ 高エネルギ光ビーム １１ ガイドブロック １１ａ ガイド孔 １３ 導光空間 １３ａ 排気孔 １５ 窓部

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバの先端に装着されるプラグと、プラグとの連結時に光ファイバ側端面が光ファイバの入
   射端面に当接し、光源側端面から入射された高エネルギ
   光ビームを光ファイバの入射端面に導く適宜長の導光路
   を備えた導光ロッドを組み込んだ レセプタクルとを有
   し、前記導光ロッドは、光ファイバ側端部に、光ファイバの
   コア径とほぼ同一径で、かつ側壁がミラーとして機能す
   る円柱状の直杆部を有し、光源側端部に、前記直杆部よ
   り大径の大径円柱部を有する 高エネルギ光ビーム用コネ
   クタ。
2. 【請求項２】前記導光ロッドの光ファイバ側端面の径
   は、光ファイバのコア径よりやや小寸に形成される請求
   項１記載の高エネルギ光ビーム用コネクタ。
3. 【請求項３】前記導光ロッドの前方には塵埃の侵入が防
   止された導光空間が配置され、 該導光空間の前面に設けられた透孔性の窓部から高エネ
   ルギ光ビームをレセプタクル内に導入する請求項１また
   は２記載の 高エネルギ光ビーム用コネクタ。
4. 【請求項４】前記導光ロッドはレセプタクルに形成され
   たロッド保持孔に前記大径円柱部を挿入して保持される
   とともに、ロッド保持孔は直杆部側に延長されており、 前記ロッド保持孔の延長部に外部から冷却風を送風して
   導光ロッドを強制冷却する請求項２または３記載の 高エ
   ネルギ光ビーム用コネクタ。
5. 【請求項５】前記導光空間内には、前記冷却風が導入さ
   れ、 該冷却風を導光空間に連通する排気孔から排出して導光
   ロッドの光源側端面への塵埃の付着を防止する請求項４
   記載の 高エネルギ光ビーム用コネクタ。
6. 【請求項６】前記プラグの先端には、耐熱性に優れた材
   料により形成され、中心部に光ファイバの先端部をガイ
   ドするガイド孔が穿孔されたガイドブロックが配置され
   る請求項１ないし５のいずれかに記載の高エネルギ光ビ
   ーム用コネクタ。
7. 【請求項７】プラグに連結されるレセプタクルに組み込
   まれる導光ロッドであって、 前記プラグに保持される光ファイバのコア径とほぼ同一
   径で、かつ側壁がミラーとして機能する円柱状の直杆部
   と、該直杆部に同心で、直杆部より大径の大径 円柱部と
   からなり、 直杆部先端を前記光ファイバの入射端面に当接させてレ
   セプタクル内に導入された光ビームを光ファイバ内に導
   光する導光ロッド。