JP6800826B2 - 光コネクタ構造 - Google Patents

Description

本発明は、光コネクタ構造に関する。

波長１μｍ近傍のレーザ光を用いたレーザ加工では、レーザ光の吸収率が低いために加工効率が劣るということから、例えば銅等のレーザ加工において、波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光を用いることが検討されている。そして、かかる青色レーザ光の光源として、例えば、特許文献１には、波長４４０〜４９０ｎｍの青色レーザ光を出力するファイバ付きレーザ光源装置が開示されている。

特開２０１３−９９４５８号公報

ところで、レーザ光を伝送する光ファイバケーブルの端部には光コネクタが設けられる。通常、かかる光コネクタは、その放熱性を高めるため、熱伝導率の高い銅系材料で形成されることが多い。ところが、青色レーザ光を用いたレーザ加工では、銅系材料の青色レーザ光の吸収率が高いため、銅系材料で形成された光コネクタ内において、青色レーザ光の漏れ光が存在すると、光コネクタが著しく発熱し、それによって光ファイバ心線のジャケットが焼損する虞がある。

本発明の課題は、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下のレーザ光の伝送に適した光コネクタ構造を提供することである。

本発明は、光ファイバ及び前記光ファイバを被覆するジャケットを有する光ファイバ心線と、前記光ファイバ心線の端部に取り付けられた光コネクタと、前記光ファイバ心線に前記光コネクタを固定する固定部材とを備えた光コネクタ構造であって、前記光ファイバ心線は、前記光コネクタ内において、前記ジャケットを有さずに前記光ファイバが露出した先端側のファイバ露出部分と、前記ファイバ露出部分の後方側に連続した前記ジャケットを有するジャケット被覆部分とが構成されているとともに、前記ファイバ露出部分の外周面にモードストリッパが設けられており、前記光コネクタは、前記光ファイバ心線の前記ファイバ露出部分における前記モードストリッパが設けられている部分を囲う空間を構成するファイバ収容部を有しており、前記固定部材は、前記光ファイバ心線の前記ジャケット被覆部分を外嵌めするとともに、前記光コネクタの前記ファイバ収容部の後方側に内嵌めされ、且つ前記ファイバ収容部に露出しており、前記光コネクタの前記ファイバ収容部の内壁面を形成する第１表面材料が、前記固定部材の前記ファイバ収容部への露出面を形成する第２表面材料よりも、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高く、前記第１表面材料が、銅、金、チタン、ニッケル、及びステンレスのうちの１種又は２種以上を含み、且つ前記第２表面材料が、銀及びアルミニウムのうちの少なくとも一方を含む。

本発明によれば、光コネクタのファイバ収容部の内壁面を形成する第１表面材料が、固定部材のファイバ収容部への露出面を形成する第２表面材料よりも、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高いので、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下のレーザ光の伝送時に、光コネクタ内にレーザ光の漏れ光が存在しても、ファイバ収容部において、その内壁面でレーザ光の漏れ光を積極的に吸収することにより、光ファイバ心線のジャケットに接触する固定部材でのレーザ光の漏れ光の吸収を少なくして発熱を抑制し、それによってジャケットの焼損を回避することができ、そのため、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下のレーザ光の伝送に好適に用いることができる。

実施形態に係る光コネクタ構造の縦断面図である。 光ファイバ心線の斜視図である。 固定部材の正面図である。 固定部材の側面図である。 図３ＡにおけるIIIC-IIIC断面図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃを示す。

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃは、例えば、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の青色レーザ光や緑色レーザ光を用いるレーザ加工機等におけるレーザ光伝送用の光ファイバケーブルの入射端部及び／又は出射端部に構成されるものである。

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃは、光ファイバ心線１０と、その端部に取り付けられた光コネクタ２０と、それらの間に介設された固定部材３０とを備える。

図２は、光ファイバ心線１０を示す。

光ファイバ心線１０は、光ファイバ１１と、その光ファイバ１１を被覆するジャケット１２とを有する。

光ファイバ１１は、相対的に高屈折率のコア１１ａと、それを被覆する相対的に低屈折率のクラッド１１ｂとを有する。具体的には、光ファイバ１１としては、例えば、コア１１ａが純粋石英ガラスで形成され、クラッド１１ｂが、フッ素等の屈折率を低下させるドーパントがドープされた石英ガラスで形成された構成のものが挙げられる。光ファイバ１１の外径は例えば５００μｍ以上１５００μｍ以下である。コア１１ａの直径は例えば５０μｍ以上１２００μｍである。なお、光ファイバ１１は、クラッド１１ｂの外側を更に被覆するサポート層を有していてもよい。

ジャケット１２は、例えば樹脂で形成されている。ジャケット１２を形成する樹脂は、レーザ光が入射して伝搬したときの光吸収及びそれによる発熱を抑制する観点から、ＪＩＳＫ７３６１に基づいて測定される全光線透過率が７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。ジャケット１２を形成する樹脂は、レーザ光が入射して伝搬したときの光吸収による発熱及びそれに伴う変形による光ファイバ１１への応力の作用を抑制する観点から、耐熱温度が１５０℃以上であることが好ましい。

ジャケット１２は、単一層で構成されていてもよい。単一層のジャケット１２を形成する樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂等の紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。単一層のジャケット１２を形成する樹脂は、低屈折率であることが好ましく、具体的には屈折率が１．４以下であることが好ましい。単一層のジャケット１２の厚さは例えば５０μｍ以上２００μｍ以下である。この場合、光ファイバ心線１０の外径は例えば０．６ｍｍ以上１．９ｍｍ以下である。

ジャケット１２は、内側の第１被覆層と外側の第２被覆層との二層で構成されていてもよい。二層のジャケット１２の内側の第１被覆層を形成する樹脂としては、例えば全光線透過率が９０％以上で且つ耐熱温度が１５０℃のシリコーン樹脂が挙げられる。第１被覆層を形成する樹脂は、低屈折率であることが好ましく、具体的には屈折率が１．４以下であることが好ましい。第１被覆層の厚さは例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。外側の第２被覆層を形成する樹脂としては、例えばナイロン樹脂やフッ素系樹脂が挙げられる。第２被覆層を形成する樹脂は、耐熱性及び強度が高いことが好ましく、これらのうちのフッ素系樹脂が好ましい。かかるフッ素系樹脂としては、例えば、全光線透過率が９０％以上で且つ耐熱温度が１５０℃のエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）、全光線透過率が９０％以上で且つ耐熱温度が２００℃の四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、全光線透過率が９０％以上で且つ耐熱温度が２６０℃のペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、及び全光線透過率が９０％以上で且つ耐熱温度が２８０℃のポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。第２被覆層の厚さは例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。この場合、光ファイバ心線１０の外径は例えば１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下である。

光ファイバ心線１０は、光コネクタ２０内において、ジャケット１２を有さずに光ファイバ１１が露出した先端側のファイバ露出部分１０ａと、ファイバ露出部分１０ａの後方側に連続したジャケット１２を有するジャケット被覆部分１０ｂとが構成されている。

ファイバ露出部分１０ａにおける露出した光ファイバ１１の外周面にはモードストリッパ１３が設けられている。ここで、モードストリッパ１３とは、光ファイバ１１のクラッド１１ｂを伝搬するレーザ光を光ファイバ１１外に放出するための加工形状を意味する。

モードストリッパ１３は、光ファイバ１１の外周面に対して研磨や切断などの機械加工、化学エッチング、レーザ加工により加工された形状やシリカなどの微粒子の堆積溶融等して形成された粗面で構成されていてもよい。

光コネクタ２０は筒状部材により構成されている。光コネクタ２０は、コネクタ本体２０ａが例えばステンレスなどの金属で形成されていることが好ましい。

光コネクタ２０の内部の中間部には、長さ方向に延びるように形成された円筒孔状空間で構成されたファイバ収容部２１が設けられている。ファイバ収容部２１の内壁は、レーザ光の吸収率を高める観点から、研磨や切断などの機械加工、化学エッチング、レーザ加工等により粗面に形成されていてもよい。同様の観点から、ファイバ収容部２１の内壁には、研磨や切断などの機械加工、レーザ加工等により溝が形成されていてもよい。

ファイバ収容部２１の内壁は、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における光の吸収率が相対的に高い第１表面材料で形成された内壁表面被覆層２１ａで被覆されている。したがって、ファイバ収容部２１の内壁面は、第１表面材料で形成されている。これによりファイバ収容部２１の内壁面で、後述するモードストリッパ１３から除去されたクラッドモード光の除去光及び光コネクタ２０内に直接的に入射した目的に供せられなかったレーザ光（以下、これらを併せて「レーザ光の漏れ光」という。）を積極的に吸収することができる。この第１表面材料の２５℃（室温）における伝送するレーザ光に対する吸収率は、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上である。第１表面材料の熱伝導率は、放熱性を高める観点から、コネクタ本体２０ａよりも高いことが好ましく、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。第１表面材料としては、例えば、銅、金、チタン、ニッケル等が挙げられる。第１表面材料は、これらのうちの１種又は２種以上を含めて用いることが好ましい。内壁表面被覆層２１ａは、電解メッキ法や無電解メッキ法、或いは、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング蒸着法、イオンビーム蒸着法等により形成することができる。内壁表面被覆層２１ａの厚さは例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。

ファイバ収容部２１の先端部には、環状のサファイアブロック２２ａの外周にホルダ２２ｂが設けられた封止部材２２が内嵌めされている。ホルダ２２ｂは、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が第１表面材料よりも低い材料で形成されている。これによりレーザ光の漏れ光をファイバ収容部２１の内壁面で顕著に吸収させることができる。ホルダ２２ｂの形成材料の２５℃（室温）における伝送するレーザ光に対する吸収率は５０％よりも低いことが好ましい。ホルダ２２ｂの形成材料の熱伝導率は、コネクタ本体２０ａと同等若しくはそれよりも高いことが好ましく、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。ホルダ２２ｂの形成材料としては、例えば、銀、アルミニウム、ステンレス等が挙げられる。ホルダ２２ｂの形成材料は、これらのうちの１種又は２種以上を含めて用いることが好ましく、コネクタ本体２０ａの形成材料と同一であってもよい。

光コネクタ２０の内部のファイバ収容部２１の後方には、それに連続して内径が漸次拡大した円錐孔状空間で構成された固定部材収容部２３が設けられている。光コネクタ２０の内部のファイバ収容部２１よりも先端側には、それに連続するように形成された開口空間で構成されたブロック収容部２４が設けられている。ブロック収容部２４には石英ブロック２５が収容されている。光コネクタ２０のファイバ収容部２１の外側には、ファイバ収容部２１を囲うように形成された円筒孔状の冷却水流路２６（冷媒流路）が設けられている。冷却水流路２６は、光コネクタ２０の外周部に設けられた冷却水導入口２６ａ及び冷却水排出口２６ｂに連通している。

図３Ａ〜Ｃは、固定部材３０を示す。

固定部材３０は、外形が円錐形状の筒状部材により構成されている。固定部材３０の内部には心線挿通孔３１が設けられている。固定部材３０の先端側部分には、正面視において十字状のすり割り３２が設けられている。

固定部材３０は、部材本体３０ａと、その部材本体３０ａの表面を被覆するように設けられた部材表面被覆層３０ｂとを有する。

部材本体３０ａは、後述の光コネクタ２０の固定部材収容部２３への内嵌めの際における塑性変形の容易さの観点から、銅系材料で形成されていることが好ましい。部材本体３０ａを形成する銅系材料としては、例えば、リン青銅、無酸素銅、タフピッチ銅等が挙げられる。部材本体３０ａを形成する銅系材料は、これらのうちのリン青銅を用いることが好ましい。

部材表面被覆層３０ｂは、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における光の吸収率が相対的に低い第２表面材料で形成されている。部材表面被覆層３０ｂは、後述するように固定部材３０のファイバ収容部２１への露出面を構成するが、この部材表面被覆層３０ｂを形成する第２表面材料よりも、光コネクタ２０のファイバ収容部２１の内壁面を形成する第１表面材料の方が、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高い。これによりレーザ光の漏れ光をファイバ収容部２１の内壁面で顕著に吸収させることができる。この第２表面材料の２５℃（室温）における伝送するレーザ光に対する吸収率は、好ましくは５０％よりも低く、より好ましくは４０％以下である。部材表面被覆層３０ｂは、光コネクタ２０との接触面をも構成するので、固定部材３０から光コネクタ２０への放熱性を高める観点から、第２表面材料の熱伝導率は、光コネクタ２０の本体部よりも高いことが好ましく、好ましくは２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。第２表面材料の熱伝導率は、第１表面材料の熱伝導率よりも高くてもよく、また、低くてもよい。第２表面材料としては、例えば、銀、アルミニウム等が挙げられる。第２表面材料は、これらのうちの少なくとも一方を含めて用いることが好ましい。部材表面被覆層３０ｂは、電解メッキ法や無電解メッキ法、或いは、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング蒸着法、イオンビーム蒸着法等により形成することができる。部材表面被覆層３０ｂの厚さは例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、光ファイバ心線１０の端部が、固定部材３０及び光コネクタ２０の後方から順に挿通され、そして、ファイバ露出部分１０ａの光ファイバ１１がファイバ収容部２１の中心軸位置を延びるように設けられるとともに、その先端部が封止部材２２に内嵌めされ、且つその先端がブロック収容部２４に収容された石英ブロック２５に融着接続されている。また、固定部材３０は、その先端が光ファイバ心線１０のジャケット被覆部分１０ｂの先端に一致するように配置されるとともに、光コネクタ２０の固定部材収容部２３に内嵌めされてすり割り３２によるかしめによりジャケット被覆部分１０ｂを外嵌めし、それにより光ファイバ心線１０に光コネクタ２０を取付固定している。

そして、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、入射端側の光コネクタ２０の場合には光源からのレーザ光が、また、出射端側の光コネクタ２０の場合には被照射物からの反射光が、石英ブロック２５を介して光ファイバ１１のクラッド１１ｂにも入射してクラッドモード光として伝搬する。そのクラッドモード光は、光コネクタ２０内において、大部分が光ファイバ心線１０のファイバ露出部分１０ａの光ファイバ１１の外周面に設けられたモードストリッパ１３で除去される。また、光コネクタ２０内には、クラッドモード光以外にも、目的に供せられなかったレーザ光が直接的に入射して存在する。

光コネクタ２０のファイバ収容部２１は、ファイバ露出部分１０ａの光ファイバ１１におけるモードストリッパ１３が設けられている部分を囲う空間を形成するが、モードストリッパ１３から除去されたクラッドモード光の除去光及び光コネクタ２０内に直接的に入射した目的に供せられなかったレーザ光、すなわち、レーザ光の漏れ光は、このファイバ収容部２１内の空間を伝搬し、その内壁面に達する。また、かかるレーザ光の漏れ光は、封止部材２２や固定部材３０のファイバ収容部２１への露出面にも達する。ところが、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の青色レーザ光や緑色レーザ光を用いた場合、ファイバ収容部２１の内壁面を形成する第１表面材料が、封止部材２２のホルダ２２ｂの形成材料及び固定部材３０のファイバ収容部２１への露出面を構成する部材表面被覆層３０ｂを形成する第２表面材料よりも、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高いので、レーザ光の漏れ光は、封止部材２２や固定部材３０よりも、ファイバ収容部２１の内壁面において顕著に吸収される。そして、吸収された除去光は、光コネクタ２０において熱に変換され、光コネクタ２０の外部の大気及び冷却水流路２６を流れる冷却水に赤外線として放出される。

このように実施形態に係る光コネクタ構造Ｃによれば、光コネクタ２０のファイバ収容部２１の内壁面を構成する内壁表面被覆層２１ａを形成する第１表面材料が、封止部材２２のホルダ２２ｂの形成材料及び固定部材３０のファイバ収容部２１への露出面を構成する部材表面被覆層３０ｂを形成する第２表面材料よりも、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高いので、青色レーザ光や緑色レーザ光のような波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下のレーザ光の伝送時に、光コネクタ２０内にレーザ光の漏れ光が存在しても、ファイバ収容部２１において、その内壁面でレーザ光の漏れ光を積極的に吸収することにより、光ファイバ心線１０のジャケット１２に接触する固定部材３０でのレーザ光の漏れ光の吸収を少なくして発熱を抑制し、それによってジャケット１２の焼損を回避することができ、そのため、波長４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下のレーザ光の伝送に好適に用いることができる。

また、レーザ光の漏れ光の一部は、ジャケット被覆部分１０ｂのジャケット１２の端面から入射してジャケット１２を伝搬する。加えて、クラッドモード光のうちモードストリッパ１３で除去されなかったものの一部は、ジャケット被覆部分１０ｂにおいてクラッド１１ｂからジャケット１２に出射する。このことから、ジャケット１２がシリコーン樹脂やフッ素系樹脂のような全光線透過率の高い樹脂で形成されていれば、これらのレーザ光が入射して伝搬したときの光吸収及びそれによる発熱を抑制することができる。また、ジャケット１２がシリコーン樹脂やフッ素系樹脂のような耐熱温度の高い樹脂で形成されていれば、これらのレーザ光が伝搬したときの光吸収による発熱及びそれに伴う変形による光ファイバ１１への応力の作用を抑制することができる。一方、ジャケット１２に接触する固定部材３０の心線挿通孔３１の内周面を構成する部材表面被覆層３０ｂを形成する第２表面材料が、銀のような熱伝導率の低い材料で形成されていれば、ジャケット１２と固定部材３０との間の接触熱抵抗が低く抑えられ、ジャケット１２がレーザ光の漏れ光を吸収して発熱が生じても、それを速やかに放熱させることができる。

なお、上記実施形態では、部材本体３０ａの全体を第２表面材料の部材表面被覆層３０ｂで被覆した固定部材３０の構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、固定部材３０のファイバ収容部２１への露出面を構成する部分が第２表面材料で形成されていれば、部材表面被覆層３０ｂが部分的に設けられた構成であってもよく、また、固定部材３０の全体が第２表面材料で形成された構成であってもよい。

本発明は、光コネクタ構造の技術分野について有用である。

Ｃ 光コネクタ構造
１０ 光ファイバ心線
１０ａ ファイバ露出部分
１０ｂ ジャケット被覆部分
１１ 光ファイバ
１１ａ コア
１１ｂ クラッド
１２ ジャケット
１３ モードストリッパ
２０ 光コネクタ
２０ａ コネクタ本体
２１ ファイバ収容部
２１ａ 内壁表面被覆層
２２ 封止部材
２２ａ サファイアブロック
２２ｂ ホルダ
２３ 固定部材収容部
２４ ブロック収容部
２５ 石英ブロック
２６ 冷却水流路（冷媒流路）
２６ａ 冷却水導入口
２６ｂ 冷却水排出口
３０ 固定部材
３０ａ 部材本体
３０ｂ 部材表面被覆層
３１ 心線挿通孔
３２ すり割り

Claims (3)

1. 光ファイバ及び前記光ファイバを被覆するジャケットを有する光ファイバ心線と、
   前記光ファイバ心線の端部に取り付けられた光コネクタと、
   前記光ファイバ心線に前記光コネクタを固定する固定部材と、
   を備えた光コネクタ構造であって、
   前記光ファイバ心線は、前記光コネクタ内において、前記ジャケットを有さずに前記光ファイバが露出した先端側のファイバ露出部分と、前記ファイバ露出部分の後方側に連続した前記ジャケットを有するジャケット被覆部分とが構成されているとともに、前記ファイバ露出部分の外周面にモードストリッパが設けられており、
   前記光コネクタは、前記光ファイバ心線の前記ファイバ露出部分における前記モードストリッパが設けられている部分を囲う空間を構成するファイバ収容部を有しており、
   前記固定部材は、前記光ファイバ心線の前記ジャケット被覆部分を外嵌めするとともに、前記光コネクタの前記ファイバ収容部の後方側に内嵌めされ、且つ前記ファイバ収容部に露出しており、
   前記光コネクタの前記ファイバ収容部の内壁面を形成する第１表面材料が、前記固定部材の前記ファイバ収容部への露出面を形成する第２表面材料よりも、波長域４００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下における任意の波長の光に対して光の吸収率が高く、
   前記第１表面材料が、銅、金、チタン、ニッケル、及びステンレスのうちの１種又は２種以上を含み、且つ前記第２表面材料が、銀及びアルミニウムのうちの少なくとも一方を含む光コネクタ構造。
2. 請求項１に記載された光コネクタ構造において、
   前記光コネクタは、前記ファイバ収容部の外側に冷媒流路が設けられている光コネクタ構造。
3. 請求項１又は２に記載された光コネクタ構造において、
   前記固定部材は、銅系材料で形成された部材本体と、前記部材本体の表面を被覆するように設けられた前記第２表面材料で形成された部材表面被覆層と、を有する光コネクタ構造。

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