JP7187386B2

JP7187386B2 - 光プラグ

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Publication number: JP7187386B2
Application number: JP2019102976A
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Inventors: 行彦高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2022-12-12
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Description

本発明は、光プラグに係り、特にレーザ光を伝搬する光ファイバの端部に設けられる光コネクタに接続される光プラグに関するものである。

一般的に、高出力のレーザ光を用いて溶接や切断を行うレーザ加工システムの加工ヘッドにおいては、レーザ光源から延びる光ファイバの端部に取り付けられた光コネクタが光プラグに接続される（例えば、特許文献１参照）。図１Ａは、従来の光プラグ９００を光コネクタ８００とともに示す部分断面図である。この従来の光プラグ９００は、光ファイバの端部に設けられる光コネクタ８００を受け入れるソケット部材９１０と、ソケット部材９１０の半径方向外側に配置されたスライド部材９２０と、ソケット部材９１０とスライド部材９２０との間に圧縮された状態で配置されるコイルバネ９３０と、ソケット部材９１０に形成された孔に収容されるボール９４０とを有している。

図１Ａに示すように、スライド部材９２０は、スライド部材９２０の開口端部に向かって次第に広がるテーパ面９２１を有している。コイルバネ９３０がスライド部材９２０を付勢しているため、ソケット部材９１０の孔に収容されたボール９４０は、スライド部材９２０のテーパ面９２１によってソケット部材９１０の半径方向内側に押されている。これにより、ボール９４０が光コネクタ８００に形成されたボール溝８１０に係合し、光コネクタ８００と光プラグ９００とが軸方向に固定される。

光コネクタ８００を光プラグ９００から取り外す際には、図１Ｂに示すように、スライド部材９２０をコイルバネ９３０の付勢力に抗して軸方向に押し込む。これにより、スライド部材９２０のテーパ面９２１がボール９４０から離れ、ボール９４０がソケット部材９１０の半径方向に移動できるようになる。この状態で光コネクタ８００をコネクタ引抜方向Ｐに引っ張ると、光コネクタ８００のボール溝８１０のテーパ面８１２によってボール９４０が半径方向外側に押されて移動するため、光コネクタ８００を光プラグ９００から取り外すことができる。また、光コネクタ８００を光プラグ９００に接続する際も、スライド部材９２０をコイルバネ９３０の付勢力に抗して軸方向に押し込んで、ボール９４０をソケット部材９１０の半径方向に移動できるようにしてから、光コネクタ８００を光プラグ９００のソケット部材９１０の内側に挿入する。

このように、従来の光プラグ９００においては、光コネクタ８００を着脱する際にスライド部材９２０をコイルバネ９３０の付勢力に抗して軸方向に沿って押し込む必要がある。コイルバネ９３０の付勢力はコイルバネ９３０の変位量に比例するため、スライド部材９２０を押し込む距離が長くなると、光コネクタ８００を光プラグ９００から取り外す際にスライド部材９２０を軸方向に移動させるために両手を使って強くスライド部材９２０を押し込む必要が生じる。このため、従来の光プラグ９００に光コネクタ８００を着脱する際には、大きな力が必要であり、その作業も容易ではない。

欧州特許出願公開第１５６２０５８号明細書

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、光コネクタを着脱する際に必要とされる力を軽減することができ、光コネクタの着脱作業が容易になる光プラグを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、光コネクタを着脱する際に必要とされる力を軽減することができ、光コネクタの着脱作業が容易になる光プラグが提供される。この光プラグは、フランジ部と、上記フランジ部からコネクタ引抜方向に沿って延びる筒状部とを有するソケット部と、上記ソケット部の上記筒状部の半径方向外側で上記筒状部に対して所定の範囲で軸方向に移動可能に構成され、上記筒状部の周方向には移動が規制されるスライドリングと、上記スライドリングを上記コネクタ引抜方向に付勢する付勢部材と、上記ソケット部の上記筒状部の半径方向外側に配置されるロックスリーブと、上記ロックスリーブの半径方向内側に位置し、上記ソケット部の上記筒状部に形成されたボール孔に受け入れられるボールとを備える。上記スライドリングには、軸方向に延びる第１の溝部を含むロック溝が形成される。上記ロックスリーブは、上記スライドリングの上記ロック溝に係合可能な作動ピンを有する。上記ロックスリーブの上記作動ピンが上記ロック溝の上記第１の溝部に位置しているときには、上記スライドリングは上記付勢部材の付勢力を受けるとともに、上記ボールは上記ロックスリーブと上記ソケット部の上記筒状部との間で上記筒状部の半径方向に移動可能となる。

本発明によれば、ロックスリーブの作動ピンがスライドリングのロック溝の第１の溝部に位置しているときは、スライドリングが付勢部材の付勢力を受け、ロックスリーブは付勢部材からの付勢力を受けない。このため、操作者は、ロックスリーブに大きな力を加えることなく、ボールがソケット部の半径方向に移動可能な状態、すなわち光コネクタを着脱することが可能な状態にすることができる。このため、光コネクタを光プラグに着脱する際に必要とされる力を軽減することができ、光コネクタの着脱作業が容易になる。

上記ロック溝は、上記第１の溝部から上記スライドリングの周方向に対して上記コネクタ引抜方向に斜めに延びる第２の溝部をさらに含んでいてよい。この場合において、上記ロックスリーブの上記作動ピンが上記ロック溝の上記第２の溝部に位置しているときには、上記ロックスリーブは、上記ソケット部の上記筒状部の上記ボール孔に受け入れられた上記ボールに接触し、上記スライドリング及び上記ロックスリーブは上記付勢部材の付勢力を受ける。このような構成によれば、ロックスリーブの作動ピンがスライドリングのロック溝の第２の溝部に位置しているときには、ロックスリーブが付勢部材の付勢力を受けることになるが、第２の溝部がスライドリングの周方向に対して斜めに延びているため、いわゆる楔効果によって、付勢部材の付勢力に比して小さな力でロックスリーブを回転させることができる。したがって、光コネクタの着脱作業が容易になる。

上記ロック溝は、上記第２の溝部の上記コネクタ引抜方向側の端部から上記スライドリングの周方向に延びる第３の溝部をさらに含んでいてもよい。このような構成によれば、スライドリングのロック溝の第３の溝部が第２の溝部のコネクタ引抜方向側の端部からスライドリングの周方向に延びているため、ロックスリーブの作動ピンをスライドリングのロック溝の第３の溝部に位置させることによって、操作者がロックスリーブから力を離しても、ロックスリーブは軸方向に移動しなくなり、ボールを筒状部の半径方向内側に押し付けた状態をロックすることができる。

上記ロック溝は、上記第３の溝部から上記コネクタ引抜方向とは逆向きのコネクタ挿入方向に延びる第４の溝部をさらに含んでいてもよい。このような構成によれば、ロック溝の第３の溝部を移動するロックスリーブの作動ピンが第４の溝部との接続部に至ると、付勢部材の付勢力によってスライドリングがコネクタ引抜方向に移動し、ロックスリーブの作動ピンがロック溝の第４の溝部に移動する。このロックスリーブの作動ピンの第４の溝部への移動に伴い、ロックスリーブには軽い衝撃が加わるため、ロックスリーブを操作している操作者は、この衝撃により光コネクタがロックされたことを知ることができる。

上記スライドリング及び上記ソケット部の一方には、軸方向に延びる規制孔が形成され、上記スライドリング及び上記ソケット部の他方には、上記規制孔に係合可能な規制ピンが形成されていてもよい。このような規制孔と規制ピンとの係合により、筒状部に対するスライドリングの軸方向の移動を所定の範囲で許容しつつ、周方向の移動を規制することが可能となる。

上記規制孔の軸方向の長さは、上記ボールが上記筒状部の半径方向外側に移動して光コネクタが引抜可能となる位置まで上記ロックスリーブが移動しないように上記スライドリングの軸方向の移動を規制できるような長さであることが好ましい。このような構成によれば、光プラグに接続されロックされた光コネクタに対して付勢部材の付勢力以上の力がコネクタ引抜方向に作用した場合であっても、光コネクタが光プラグから抜けにくくなる。

上記ロックスリーブは、上記軸方向に沿った断面において上記コネクタ引抜方向に対して第１の角度で延びる第１の面と、上記軸方向に沿った断面において上記コネクタ引抜方向に対して第２の角度で上記第１の面から上記コネクタ引抜方向に延びる第２の面とを含んでいてもよい。この場合において、上記ロックスリーブの上記第１の面と上記第２の面との境界部には、上記ボールに接触可能な接触部が形成される。上記第１の角度は、上記軸方向に沿った断面において、上記ボールが上記ロックスリーブの上記接触部に接触する部分の接線が上記コネクタ引抜方向に対してなす接線角度よりも小さく、上記第２の角度は、上記接線角度よりも大きいことが好ましい。上記第１の角度は０度であってもよく、上記第２の角度は９０度であってもよい。

このような構成によれば、ロックスリーブとボールとは、第１の面や第２の面ではなく接触部で接触し、ロックスリーブの移動に伴って接触部がボールを筒状部の半径方向に押していくことになる。光コネクタを光プラグから抜く場合、ボールが筒状部の半径方向外側に移動し、ロックスリーブが光プラグの移動方向と反対方向に移動する。従来の光プラグのようにスライド部材とボールが面で接触する場合、ボール上のテーパとの接触点は常に一定の位置になり、スライド部材とボールの移動量とは常に比例関係にあるが、本発明のようにロックスリーブとボールとが面ではなく接触部で接触する場合には、ボール上のロックスリーブとの接触点がボールの表面を移動して、ロックスリーブとボールの移動量は、サインカーブ（０～π／２ｒａｄ）に比例して変化することとなる。したがって、ロックスリーブの移動量はボールの移動量に対してその移動の途中から急激に少なくなる。したがって、従来の光プラグにおいて光コネクタを光プラグから抜くためにスライド部材を軸方向に移動させる必要がある距離に比べて、ロックスリーブを軸方向に移動させる必要のある距離を短くすることができる。また、第１の面はボールと接触せず、光コネクタをロックする力は、第１の面が軸方向に対してなす角度に依存しないため、第１の面の軸方向の長さを任意に設計することができる。これにより、第１の面の軸方向の長さを短くして、ロックスリーブとソケット部の筒状部とが互いに接触する部分を長くすることができ、ロックスリーブとソケット部の筒状部との光軸に対する同心度を高めることができる。

また、ロックスリーブの接触部とボールとの接触を滑らかにするために、ロックスリーブの接触部を丸めてロックスリーブの接触部とボールとが互いに曲面で接触するように構成することが好ましい。

本発明によれば、光コネクタを着脱する際に必要とされる力を軽減することができ、光コネクタの着脱作業が容易になる。

図１Ａは、光コネクタが接続された状態の従来の光プラグを示す部分断面図である。図１Ｂは、光コネクタを取り外す際の従来の光プラグを示す部分断面図である。図２は、本発明の一実施形態における光プラグを示す正面図である。図３は、図２に示す光プラグの平面図である。図４は、図２のＡ－Ａ線断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ線断面図である。図６は、図２に示す光プラグの分解斜視図である。図７Ａは、図２に示す光プラグにおけるソケット部の平面図である。図７Ｂは、図７Ａのソケット部をボール孔の中心を通り軸方向に平行な平面で切断したときの断面図である。図８Ａは、図２に示す光プラグにおけるロックスリーブの正面図である。図８Ｂは、図８Ａに示すロックスリーブの平面図である。図８Ｃは、図８ＢのＣ－Ｃ線断面図である。図９は、図２に示す光プラグに光コネクタを接続した状態でのボールの近傍を示す拡大断面図である。図１０Ａは、図２に示す光プラグにおけるスライドリングの正面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すスライドリングの平面図である。図１１は、図１０Ｂに示すスライドリングのロック溝を模式的に示す展開図である。図１２Ａは、図２に示す光プラグに光コネクタを接続する手順を説明するための模式図であり、左側にはスライドリングのロックと規制孔が模式的に示されており、右側には光プラグと光コネクタとの位置関係が示されている。図１２Ｂは、図２に示す光プラグに光コネクタを接続する手順を説明するための模式図であり、左側にはスライドリングのロックと規制孔が模式的に示されており、右側には光プラグと光コネクタとの位置関係が示されている。図１２Ｃは、図２に示す光プラグに光コネクタを接続する手順を説明するための模式図であり、左側にはスライドリングのロックと規制孔が模式的に示されており、右側には光プラグと光コネクタとの位置関係が示されている。図１２Ｄは、図２に示す光プラグに光コネクタを接続する手順を説明するための模式図であり、左側にはスライドリングのロックと規制孔が模式的に示されており、右側には光プラグと光コネクタとの位置関係が示されている。図１２Ｅは、図２に示す光プラグに光コネクタを接続する手順を説明するための模式図であり、左側にはスライドリングのロックと規制孔が模式的に示されており、右側には光プラグと光コネクタとの位置関係が示されている。図１３Ａは、従来の光プラグにおけるスライド部材のテーパ面が軸方向になす角度とスライド部材の軸方向の移動距離との関係を示す図である。図１３Ｂは、従来の光プラグにおけるスライド部材のテーパ面が軸方向になす角度とスライド部材の軸方向の移動距離との関係を示す図である。図１４は、従来の光プラグにおけるスライド部材からボールに作用する力を説明する模式図である。図１５は、本発明の一実施形態におけるロックスリーブの接続部を模式的に示す図である。図１６は、本発明の他の実施形態における光プラグを示す斜視図である。

以下、本発明に係る光プラグの実施形態について図２から図１６を参照して詳細に説明する。なお、図２から図１６において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図２から図１６においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図２は、本発明の一実施形態における光プラグ１を示す正面図、図３は平面図、図４は図２のＡ－Ａ線断面図、図５は図３のＢ－Ｂ線断面図である。図６は、図２に示す光プラグ１の分解斜視図である。図２から図６に示すように、本実施形態における光プラグ１は、光ファイバの先端に取り付けられた光コネクタを受け入れるソケット部１０と、ソケット部１０に取り付けられるコイルバネ２０と、円筒状のロックスリーブ３０と、円環状のスライドリング４０とを含んでいる。また、図６に示すように、コイルバネ２０、ロックスリーブ３０、及びスライドリング４０の半径方向外側には、これらの構成要素を覆って保護する外筒スリーブ９０が設けられる。この外筒スリーブ９０は、取付ネジ（図示せず）によってソケット部１０に固定される。なお、理解を容易にするために、図６以外の図面においては、外筒スリーブ９０の図示を省略している。

図７Ａは、ソケット部１０の平面図である。図７Ａに示すように、ソケット部１０は、筒状部１２と、筒状部１２の－Ｚ方向側の端部から半径方向外側に延びるフランジ部１１とを有している。筒状部１２は、フランジ部１１から＋Ｚ方向に延びている。このソケット部１０の筒状部１２の内部において、ファイバの端部に取り付けられた光コネクタが光プラグ１に接続される。この光コネクタの光プラグ１への接続は、ロックスリーブ３０に対して所定の操作を行って光プラグ１をアンロック状態とした上で、光コネクタを－Ｚ方向（コネクタ挿入方向）に挿入することにより行われる。また、光コネクタの光プラグ１からの取り外しは、同様に光プラグ１をアンロック状態とした上で、光コネクタを＋Ｚ方向（コネクタ引抜方向）に引き抜くことで行われる。

筒状部１２は、筒状部１２の半径方向外側に向かって延びる規制ピン１３を有している。本実施形態では、Ｙ方向に沿って互いに反対側に延びる２本の規制ピン１３が設けられており、これらの規制ピン１３は、筒状部１２の外周面に形成された孔に例えば圧入によって取り付けられている。これらの規制ピン１３は、後述するように、スライドリング４０の軸方向に沿った移動及び軸周りの回転を規制するものである。なお、規制ピン１３の数及び位置は、図示のものに限られるものではない。なお、このような規制ピン１３は筒状部１２と一体に形成してもよい。

また、筒状部１２の＋Ｚ方向側の端部近傍には、筒状部１２の半径方向外側でボール５０（図６参照）を受け入れるための複数のボール孔１５が形成されている。図７Ｂは、ソケット部１０をボール孔１５の中心を通りＺ方向に平行な平面で切断したときの断面図である。図７Ｂに示すように、それぞれのボール孔１５は、筒状部１２の半径方向内側に向かってその内径が小さくなるようなテーパ形状を有している。それぞれのボール孔１５の最内周側の内径はボール５０の外径よりも小さくなっており、ボール５０がボール孔１５を通過できないようになっている。なお、本実施形態では、筒状部１２の周方向に沿って等間隔に８個のボール孔１５が形成されているが、これらのボール孔１５の数及び位置は、図示のものに限られるものではない。

図６に示すように、ロックスリーブ３０は、略円筒形状を有している。ロックスリーブ３０の内径はソケット部１０の筒状部１２の外径よりもわずかに大きくなっており、ロックスリーブ３０の内側空間Ｓ１にソケット部１０の筒状部１２が挿通されるようになっている。

図８Ａはロックスリーブ３０の正面図、図８Ｂは平面図、図８Ｃは図８ＢのＣ－Ｃ線断面図である。図８Ａから図８Ｃに示すように、ロックスリーブ３０は、第１の円筒部３１と、第１の円筒部３１の－Ｚ方向側に隣接する第２の円筒部３２とを有している。第２の円筒部３２の外径は第１の円筒部３１の外径よりも小さくなっている。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ロックスリーブ３０は、第２の円筒部３２の外周面から半径方向外側に向かって延びる作動ピン３３を有している。本実施形態における作動ピン３３は、ロックスリーブ３０の第２の円筒部３２の外周面に形成された孔に例えば圧入によって取り付けられている。本実施形態における作動ピン３３は、＋Ｘ方向に延びているが、作動ピン３３の数及び位置は、図示のものに限られるものではない。なお、このような作動ピン３３はロックスリーブ３０と一体に形成してもよい。

また、図６及び図８Ａに示すように、ロックスリーブ３０の第２の円筒部３２には、周方向に延びる２つの長孔３４Ａ，３４Ｂが形成されている。これらの長孔３４Ａ，３４Ｂは、ソケット部１０の規制ピン１３に対応して形成されており、これらの長孔３４Ａ，３４Ｂにはソケット部１０の規制ピン１３が挿通される。ソケット部１０の規制ピン１３は、長孔３４Ａ，３４Ｂを通ってロックスリーブ３０の第２の円筒部３２からその半径方向外側に延出するような長さを有している。後述するように、ロックスリーブ３０はソケット部１０の筒状部１２に対して軸周りに回転可能となっているが、ロックスリーブ３０の長孔３４Ａ，３４Ｂが周方向に延びているため、ロックスリーブ３０が回転した場合においても、ソケット部１０の規制ピン１３がロックスリーブ３０の回転に干渉しないようになっている。

図８Ｃに示すように、ロックスリーブ３０の第１の円筒部３１の内周面は、直径Ｄ１の第１の円筒面３５と、直径Ｄ１よりも小さい直径Ｄ２の第２の円筒面３６と、第１の円筒面３５と第２の円筒面３６とを接続する接続面３７とを含んでいる。第１の円筒面３５と第２の円筒面３６との間には段差が形成されており、第２の円筒面３６（第１の面）と接続面３７（第２の面）との境界部には、ボール５０に接触可能な接触部３８が形成されている。本実施形態では、第１の円筒面３５及び第２の円筒面３６はＺ方向に沿って延びており、これらの面３５，３６がＺ方向とのなす角度は０度となっている。また、接続面３７はＺ方向に対して垂直に延びており、接続面３７がＺ方向とのなす角度は９０度となっている。

図９は、光プラグ１に光コネクタ５００を接続した状態でのボール５０の近傍を示す拡大断面図である。図９に示すように、それぞれのボール５０は、筒状部１２の半径方向外側でボール孔１５に受け入れられており、このボール孔１５のテーパ形状によってボール５０は筒状部１２の軸方向への移動が規制されるが、ロックスリーブ３０の接触部３８がボール５０に接触していなければ、ボール５０は筒状部１２の半径方向に移動できるようになっている。なお、ソケット部１０の筒状部１２とロックスリーブ３０の第１の円筒部３１の第１の円筒面３５との間の距離Ｇは、ボール５０の直径よりも小さくなっており、ボール５０が筒状部１２のボール孔１５から脱離しないようになっている。

[0]ロックスリーブ３０が＋Ｚ方向に移動すると、ロックスリーブ３０の接触部３８がボール５０に接触して＋Ｚ方向に沿った力を加えるが、この＋Ｚ方向に沿った力により、接触部３８で筒状部１２の半径方向内側に向かう力が生じる。換言すれば、ボール５０は、ロックスリーブ３０の接触部３８によって筒状部１２の半径方向内側に押されることとなる。さらに、接触部３８で筒状部１２の半径方向内側に向かう力と筒状部１２のボール孔１５のテーパ部によってボール５０を、－Ｚ方向に押す力が生じる。なお、ロックスリーブ３０の接触部３８とボール５０との接触を滑らかにするために、ロックスリーブ３０の接触部３８を丸めてロックスリーブ３０の接触部３８とボール５０とが互いに曲面で接触するように構成することが好ましい。

図９に示すように、光プラグ１に接続される光コネクタ５００には、光プラグ１のボール５０が嵌合可能なボール溝５１０が形成されている。ロックスリーブ３０の接触部３８によって筒状部１２の半径方向内側に押されたボール５０は、筒状部１２のボール孔１５から半径方向内側に突出し、この突出したボール５０が光コネクタ５００のボール溝５１０のテーパ面５１２に接触及び係合し、光コネクタ５００の＋Ｚ方向への移動を規制する。

また、光コネクタ５００は、ソケット部１０の筒状部１２の内周面に接触するＯリング５２０を含んでいる。光コネクタ５００が光プラグ１に挿入された際に、ソケット部１０の筒状部１２の内周面とＯリング５２０とが互いに接触し、光コネクタ５００の外部から光プラグ１の内部に異物が侵入することが防止される。なお、この光コネクタ５００には、光ファイバが接続されるが、理解を容易にするために、この光ファイバは図示を省略している。

図６に示すように、スライドリング４０は、略円環形状を有している。スライドリング４０の内径はロックスリーブ３０の第２の円筒部３２の外径よりもわずかに大きくなっており、スライドリング４０の内側空間Ｓ２に、ソケット部１０の筒状部１２及びロックスリーブ３０の第２の円筒部３２が挿通されるようになっている。

コイルバネ２０は、ソケット部１０のフランジ部１１の台座部１１Ａとスライドリング４０との間に圧縮された状態で配置される。図４及び図５に示すように、コイルバネ２０のコイル部の内径は、ロックスリーブ３０の第２の円筒部３２の外径よりも大きく、スライドリング４０の外径よりも小さくなっている。コイルバネ２０のコイル部の一部は、ロックスリーブ３０の第２の円筒部３２の半径方向外側に位置し、その＋Ｚ方向側の端部がスライドリング４０の－Ｚ方向側の端面に係合している。コイルバネ２０は、スライドリング４０を＋Ｚ方向に付勢する付勢部材として機能している。

図１０Ａはスライドリング４０の正面図、図１０Ｂは平面図である。図６及び図１０Ａに示すように、スライドリング４０には、軸方向に延びる２つの規制孔４１が形成されている。これらの規制孔４１は、ソケット部１０の規制ピン１３に対応して形成されており、これらの規制孔４１の内部には、ロックスリーブ３０の第２の円筒部３２の長孔３４Ａ，３４Ｂを通って第２の円筒部３２の半径方向外側に延出するソケット部１０の規制ピン１３が収容される。スライドリング４０の規制孔４１の周方向に沿った幅は、規制ピン１３の外径よりもわずかに大きい程度であり、ソケット部１０の規制ピン１３がスライドリング４０の規制孔４１に係合することで、ソケット部１０に対するスライドリング４０の軸周りの回転が規制されている。一方、スライドリング４０の規制孔４１は軸方向に延びているため、スライドリング４０は、ソケット部１０の規制ピン１３がスライドリング４０の規制孔４１内を移動できる範囲で軸方向に移動可能となっている。

また、図６及び図１０Ｂに示すように、スライドリング４０には、略Ｌ字状のロック溝４２が形成されている。このロック溝４２は、ロックスリーブ３０の軸方向に沿った移動及び軸周りの回転を規制するものである。すなわち、このロック溝４２の内部には、ロックスリーブ３０の作動ピン３３が収容され、このロック溝４２の幅は、ロックスリーブ３０の作動ピン３３の外径よりもわずかに大きい程度となっている。ロックスリーブ３０の作動ピン３３がロック溝４２に係合することによって、ロックスリーブ３０の軸方向に沿った移動及び軸周りの回転が規制される。

図１１は、スライドリング４０のロック溝４２を模式的に示す展開図である。図１１に示すように、ロック溝４２は、軸方向（Ｚ方向）に延びる第１の溝部６１と、第１の溝部６１の＋Ｚ方向側の端部からスライドリング４０の周方向に対して＋Ｚ方向に斜めに延びる第２の溝部６２と、第２の溝部６２の＋Ｚ方向側の端部からスライドリング４０の周方向に延びる第３の溝部６３と、第３の溝部６３から－Ｚ方向にわずかに延びる第４の溝部６４とを含んでいる。このようなロック溝４２の内部をロックスリーブ３０の作動ピン３３が移動することによって、後述するように、光コネクタ５００を光プラグ１に着脱する際に必要とされる力が軽減され、光プラグ１に対する光コネクタ５００の着脱作業が容易になる。

次に、このような構成の光プラグ１に光コネクタ５００を接続する操作について図１２Ａから図１２Ｅを参照して説明する。光コネクタ５００を光プラグ１に接続するには、まず、図１２Ａに示すように、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がスライドリング４０のロック溝４２の第１の溝部６１の－Ｚ方向側の端部に位置するまで図２及び図３に示す状態からロックスリーブ３０を－Ｚ方向に移動させる（状態Ｉ）。このとき、スライドリング４０はコイルバネ２０によって＋Ｚ方向に付勢されており、スライドリング４０の規制孔４１の－Ｚ方向側の縁部がソケット部１０の規制ピン１３に当接するまでスライドリング４０が＋Ｚ方向に移動した状態となっている。すなわち、スライドリング４０がコイルバネ２０の付勢力を受けており、ロックスリーブ３０にはコイルバネ２０の付勢力が作用していない。したがって、ロックスリーブ３０をこの状態Ｉにするために大きな力を必要としない。

この状態Ｉでは、図１２Ａに示すように、ロックスリーブ３０の接触部３８がボール５０から－Ｚ方向側に退避しているため、ボール５０はロックスリーブ３０の第１の円筒部３１とソケット部１０の筒状部１２との間で半径方向に移動可能となる。したがって、光コネクタ５００がソケット部１０の筒状部１２の内側に挿入される過程で、ボール５０が光コネクタ５００の外形に応じて筒状部１２の半径方向外側に移動するため、図１２Ａに示すように、光コネクタ５００をソケット部１０の筒状部１２の内側に挿入することができる。

このように、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がスライドリング４０のロック溝４２の第１の溝部６１に位置しているときは、スライドリング４０がコイルバネ２０の付勢力を受け、ロックスリーブ３０はコイルバネ２０からの付勢力を受けないため、操作者は、ロックスリーブ３０に大きな力を加えることなく、ボール５０がソケット部１０の筒状部１２の半径方向に移動可能な状態、すなわち光コネクタ５００を光プラグ１のソケット部１０に着脱することが可能な状態（アンロック状態）にすることができる。したがって、光コネクタ５００の光プラグ１への接続作業が容易になる。

上述のようにして光コネクタ５００をソケット部１０の筒状部１２の内側に挿入した後、図１２Ｂに示すように、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がスライドリング４０のロック溝４２の第１の溝部６１の＋Ｚ方向側の端部に位置するまで（図示の例では距離ｄ１だけ）ロックスリーブ３０を＋Ｚ方向に移動させる（状態II）。状態Ｉから状態IIに移行する際にも、スライドリング４０がコイルバネ２０の付勢力を受けているため、ロックスリーブ３０にはコイルバネ２０の付勢力は作用していない。したがって、ロックスリーブ３０をこの状態IIにするために大きな力を必要としない。

この状態IIでは、図１２Ｂに示すように、ロックスリーブ３０の接触部３８がボール５０に接触する。このロックスリーブ３０の接触部３８によってボール５０は第１の円筒部３１の半径方向内側に押される。そして、ソケット部１０の筒状部１２のボール孔１５から半径方向内側に突出したボール５０が、光コネクタ５００のボール溝５１０のテーパ面５１２に接触及び係合して、光コネクタ５００の＋Ｚ方向への移動が規制される。

次に、ロックスリーブ３０を軸周りに回転させる。このとき、図１２Ｃに示すように、ロックスリーブ３０の作動ピン３３は、スライドリング４０のロック溝４２の第２の溝部６２を移動する。この第２の溝部６２は、スライドリング４０の周方向に対して＋Ｚ方向に斜めに延びているため、ロックスリーブ３０は回転に伴ってさらに＋Ｚ方向に移動しようとするが、ボール５０が、光コネクタ５００のボール溝５１０のテーパ面５１２、第１の円筒部３１のボール孔１５のテーパ面、及びロックスリーブ３０の接触部３８にそれぞれ接触しているため、ロックスリーブ３０はボール５０に対して移動することができない。この結果、ロックスリーブ３０の作動ピン３３は、コイルバネ２０の付勢力に抗して第２の溝部６２の－Ｚ方向側の側面を－Ｚ方向に押すこととなり、スライドリング４０が－Ｚ方向に移動する。これに伴い、図１２Ｃに示すように、ソケット部１０の規制ピン１３は、スライドリング４０の規制孔４１の－Ｚ方向側の縁部から離れる。したがって、スライドリング４０だけではなく、ロックスリーブ３０もコイルバネ２０の付勢力を受けることとなる。なお、図１２Ｃにおいては、図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるスライドリング４０の位置を点線で示している。

ここで、図１１に示すように、スライドリング４０の周方向に対する第２の溝部６２の傾きをθ_Gとし、コイルバネ２０の付勢力をＦ_Sとすると、コイルバネの付勢力Ｆ_Sに抗してロックスリーブ３０を回転させるために必要な力Ｆ_Rは、
Ｆ_R＝Ｆ_S×tanθ_G
で表すことができる。したがって、θ_Gが小さい場合には、いわゆる楔効果によってコイルバネ２０の付勢力Ｆ_Sに比して非常に小さな力Ｆ_Rでロックスリーブ３０を回転させることができる。

さらにロックスリーブ３０を軸周りに回転させると、図１２Ｄに示すように、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がスライドリング４０のロック溝４２の第３の溝部６３に至る。この第３の溝部６３はスライドリング４０の周方向に延びているため、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がロック溝４２の第３の溝部６３を移動している間は、ロックスリーブ３０及びスライドリング４０のＺ方向の位置は変わらず、ロックスリーブ３０が軸周りに回転する。このとき、ロックスリーブ３０の作動ピン３３は、コイルバネ２０の付勢力に抗して第３の溝部６３の－Ｚ方向側の側面を－Ｚ方向に押している。なお、図１２Ｄにおいても、図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるスライドリング４０の位置を点線で示している。

この第３の溝部６３は第２の溝部６２の＋Ｚ方向側の端部からスライドリング４０の周方向に延びているため、ロックスリーブ３０の作動ピン３３をスライドリング４０のロック溝４２の第３の溝部６３に移動させることによって、操作者がロックスリーブ３０から手を離しても、ロックスリーブ３０は軸方向に移動しなくなり、ボール５０を筒状部１２の半径方向内側に押し付けた状態をロックすることができる。

ここで、スライドリング４０のロック溝４２の第３の溝部６３の終端からは－Ｚ方向に第４の溝部６４が延びている。ロックスリーブ３０の作動ピン３３がロック溝４２の第３の溝部６３の終端まで移動すると、図１２Ｅに示すように、コイルバネ２０の付勢力によってスライドリング４０が＋Ｚ方向に移動し、ロックスリーブ３０の作動ピン３３がロック溝４２の第４の溝部６４に移動する（状態III）。このロックスリーブ３０の作動ピン３３の第４の溝部６４への移動に伴い、ロックスリーブ３０には軽い衝撃が加わるため、ロックスリーブ３０を操作している操作者は、この衝撃により光コネクタ５００がロックされたことを知ることができる。

ここで、スライドリング４０に形成された規制孔４１の軸方向の長さは、ボール５０が筒状部１２の半径方向外側に移動して光コネクタ５００が引抜可能となる位置までロックスリーブ３０が移動しないようにスライドリング４０の軸方向の移動を規制できるような長さとなっている。従来の光プラグでは、光プラグに接続された光コネクタに対してコネクタ引抜方向に大きな力が作用すると、ロックが外れて光コネクタが光プラグから抜けてしまうことがあるが、上述した構成によれば、光プラグ１に接続されロックされた光コネクタ５００に対してコイルバネ２０の付勢力以上の力が＋Ｚ方向（コネクタ引抜方向）に作用した場合であっても、光コネクタ５００が光プラグ１から抜けにくくなる。

すなわち、光コネクタ５００がロックされた状態において、光コネクタ５００に対してコイルバネ２０の付勢力以上の力が＋Ｚ方向（コネクタ引抜方向）に作用すると、光コネクタ５００のボール溝５１０のテーパ面５１２がボール５０を筒状部１２の半径方向外側に押し出そうとする。ボール５０はロックスリーブ３０の接触部３８と接触しているため、ボール５０が半径方向外側に移動すると、ロックスリーブ３０が－Ｚ方向に移動する。ロックスリーブ３０の作動ピン３３はスライドリング４０の第４の溝部６４と係合しているため、スライドリング４０とロックスリーブ３０は一体となってコイルバネ２０の付勢力に抗して－Ｚ方向に移動する。上述したように、スライドリング４０の規制孔４１の軸方向の長さは、光コネクタ５００が引抜可能となる位置までロックスリーブ３０が移動しないようにスライドリング４０の軸方向の移動を規制できるような長さとなっているので、ロックスリーブ３０及びスライドリング４０が－Ｚ方向に移動しても、光コネクタ５００が引抜可能となる位置までロックスリーブ３０が移動する前に、ソケット部１０の規制ピン１３がスライドリング４０の規制孔４１の縁部に係合することとなる。このため、スライドリング４０の－Ｚ方向の移動が規制され、ロックスリーブ３０の－Ｚ方向の移動も規制される。したがって、ロックされた状態の光コネクタ５００が光プラグ１から抜けにくくなっている。

光コネクタ５００を光プラグ１から取り外す際には、状態IIIにおいて、上記と逆の手順でロックスリーブ３０を軸周りに回転させて状態IIにした後、ロックスリーブ３０を－Ｚ方向に移動させることで、光コネクタ５００を光プラグ１のソケット部１０から取り外すことができる状態Ｉにすることができる。この場合においても、操作者がロックスリーブ３０に加える必要のある力はコイルバネ２０の付勢力に比して小さいため、光コネクタ５００の光プラグ１からの取り外し作業が容易になる。

ところで、従来の光プラグでは、図１Ａに示すように、スライド部材９２０のテーパ面９２１によってボール９４０を半径方向内側に押している。ここで、光プラグの軸に沿った断面において、このテーパ面９２１が軸方向に対してなす角度とスライド部材９２０の軸方向の移動距離との関係について考える。図１３Ａに示すように、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度がθ₁であるときに、ボール９４０をスライド部材９２０の半径方向内側に距離ｒだけ移動させるためにスライド部材９２０を軸方向に距離Ｌ₁だけ移動させる必要があると仮定する。図１３Ｂに示すように、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度をθ₁より大きなθ₂にすると、ボール９４０をスライド部材９２０の半径方向内側に同じ距離ｒだけ移動させるためにスライド部材９２０を軸方向に移動させる必要のある距離はＬ₁よりも短くなり、Ｌ₂となる。このように、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度が大きい程、ボール９４０をスライド部材９２０の半径方向内側に移動するためにスライド部材９２０を軸方向に移動させる必要がある距離を短くすることができ、光コネクタを着脱する際に作業者がバネの付勢力に抗して加える必要のある力を小さくすることができる。

一方、光プラグに取り付けた光コネクタをロックする力を大きくするためには、ボール９４０をスライド部材９２０の半径方向内側に押し付ける力を大きくする必要がある。図１４に示すように、スライド部材９２０には軸方向に沿ってバネの付勢力Ｆ_Sが作用するが、このバネの付勢力Ｆ_Sは、スライド部材９２０の半径方向に沿った力Ｆ_B1とスライド部材９２０とボール９４０との接点における法線方向に沿った力Ｆ_B2とに分解することができる。テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度をθとすると、Ｆ_B1＝Ｆ_S／tanθとなる。したがって、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度θが小さいほど、ボール９４０をスライド部材９２０の半径方向内側に押し付ける力が大きくなる。

このように、光コネクタを着脱する際にスライド部材を軸方向に移動させる必要がある距離を短くするためには、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度を大きくする必要がある一方で、光コネクタをロックする力を大きくするためには、テーパ面９２１が軸方向に対してなす角度を小さくする必要がある。このような観点から、本発明者は、光コネクタを着脱する際に作業者が加える必要のある力を小さくしつつ、光コネクタをロックする力も大きくすることができる構造を鋭意検討した。その結果、本発明者は、上述したロックスリーブ３０の接触部３８を図１５に示すような構成にすることで、光コネクタを着脱する際に作業者が加える必要のある力を小さくしつつ、光コネクタをロックする力も大きくすることができることを見出した。

図１５は、ロックスリーブ３０の軸方向に沿った断面を模式的に示すものであるが、図１５において接触部３８は、第１の面７１と第２の面７２との境界部に形成されている。第１の面７１は軸方向に対して角度αで延びており、第２の面７２は軸方向に対して角度βで延びている。ボール５０が接触部３８に接触する部分の接線Ｔが軸方向に対してなす角度はφである。このとき、α＜φ＜βの関係が成立するようにロックスリーブ３０及びボール５０の位置を設計する。図８Ｃに示す実施形態における接触部３８は、図１５に示す接触部３８の具体的な一例と考えることができる。すなわち、図８Ｃの第２の円筒面３６が図１５の第１の面７１に相当し、図８Ｃの接続面３７が第２の面７２に相当すると考えることができ、図８Ｃに示す例はαが０度、βが９０度である場合に対応すると考えることができる。

このようにα＜φ＜βが成立するようにロックスリーブ３０及びボール５０を設計することによって、ロックスリーブ３０とボール５０とは、第１の面７１や第２の面７２ではなく接触部３８で接触し、ロックスリーブ３０の移動に伴って接触部３８がボール５０を筒状部１２の半径方向に押していくことになる。光コネクタを光プラグ１から抜く場合、ボール５０が筒状部１２の半径方向外側に移動し、ロックスリーブ３０が光プラグ１の移動方向と反対方向に移動する。従来の光プラグのようにスライド部材とボールが面で接触する場合、ボール上のテーパとの接触点は常に一定の位置になり、スライド部材とボールの移動量とは常に比例関係にあるが、本発明のようにロックスリーブ３０とボール５０とが面ではなく接触部３８で接触する場合には、ボール５０上のロックスリーブ３０との接触点は、ボール５０の表面を移動して、ロックスリーブ３０とボール５０の移動量がサインカーブ（０～π／２ｒａｄ）に比例して変化することとなる。したがって、ロックスリーブ３０の移動量はボール５０の移動量に対してその移動の途中から急激に少なくなる。したがって、従来の光プラグにおいて光コネクタを光プラグから抜くためにスライド部材を軸方向に移動させる必要がある距離に比べて、ロックスリーブ３０を軸方向に移動させる必要のある距離を短くすることができる。また、第１の面７１はボール５０と接触せず、光コネクタをロックする力は、第１の面７１が軸方向に対してなす角度αに依存しないため、第１の面７１の軸方向の長さを任意に設計することができる。これにより、第１の面７１の軸方向の長さを短くして、ロックスリーブ３０とソケット部１０の筒状部１２とが互いに接触する部分を長くすることができ、ロックスリーブ３０とソケット部１０の筒状部１２との光軸に対する同心度を高めることができる。

加工対象物を加工するための高パワーレーザ光用の光プラグとして上述した光プラグ１を用いる場合には、加工対象物からの反射光が光プラグ１に入射する可能性があるため、例えば水冷ブロックを組み込んで光プラグ１を冷却することが好ましい。図１６は、このような水冷ブロック１２０を組み込んだ光プラグ１０１を示す斜視図である。図１６に示すように、ソケット部１０のフランジ部１１と筒状部１２との間に水冷ブロック１２０が配置されている。この水冷ブロック１２０の内部には周方向に沿って冷却流路（図示せず）が形成されている。水冷ブロック１２０には、この冷却流路に冷却媒体（例えば水）を導入する導入ポート１２１と、冷却流路から冷却媒体を排出する排出ポート１２２とが設けられている。

上述した実施形態では、ロックスリーブ３０の作動ピンを１つとし、これに対応してスライドリングにロック溝を１つ形成した例を説明したが、バランス良くロックスリーブ３０の軸方向の移動及び回転を行えるように、作動ピン及びロック溝の個数は複数個とすることが好ましい。

上述した実施形態では、スライドリング４０に規制孔４１を形成し、ソケット部１０に規制ピン１３に取り付けた例を説明したが、軸方向に延びる規制孔をソケット部１０に形成するとともに、半径方向内側に突出してソケット部１０の規制孔に係合可能な規制ピンをスライドリング４０に取り付けるか、スライドリング４０と一体的に形成してもよい。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１光プラグ
１０ソケット部
１１フランジ部
１２筒状部
１３規制ピン
１５ボール孔
２０コイルバネ
３０ロックスリーブ
３１第１の円筒部
３２第２の円筒部
３３作動ピン
３５第１の円筒面
３６第２の円筒面（第１の面）
３７接続面（第２の面）
３８接触部
４０スライドリング
４１規制孔
４２ロック溝
５０ボール
６１第１の溝部
６２第２の溝部
６３第３の溝部
６４第４の溝部
７１第１の面
７２第２の面
９０外筒スリーブ
１０１光プラグ
１２０水冷ブロック
１２１導入ポート
１２２排出ポート
５００光コネクタ
５１０ボール溝
５１２テーパ面
５２０Ｏリング

Claims

フランジ部と、前記フランジ部からコネクタ引抜方向に沿って延びる筒状部とを有するソケット部と、
前記ソケット部の前記筒状部の半径方向外側で前記筒状部に対して所定の範囲で軸方向に移動可能に構成され、前記筒状部の周方向には移動が規制されるスライドリングと、
前記スライドリングを前記コネクタ引抜方向に付勢する付勢部材と、
前記ソケット部の前記筒状部の半径方向外側に配置されるロックスリーブと、
前記ロックスリーブの半径方向内側に位置し、前記ソケット部の前記筒状部に形成されたボール孔に受け入れられるボールと
を備え、
前記スライドリングには、軸方向に延びる第１の溝部を含むロック溝が形成され、
前記ロックスリーブは、前記スライドリングの前記ロック溝に係合可能な作動ピンを有し、
前記ロックスリーブの前記作動ピンが前記ロック溝の前記第１の溝部に位置しているときには、前記スライドリングは前記付勢部材の付勢力を受けるとともに、前記ボールは前記ロックスリーブと前記ソケット部の前記筒状部との間で前記筒状部の半径方向に移動可能となる、
光プラグ。
前記ロック溝は、前記第１の溝部から前記スライドリングの周方向に対して前記コネクタ引抜方向に斜めに延びる第２の溝部をさらに含み、
前記ロックスリーブの前記作動ピンが前記ロック溝の前記第２の溝部に位置しているときには、前記ロックスリーブは、前記ソケット部の前記筒状部の前記ボール孔に受け入れられた前記ボールに接触し、前記スライドリング及び前記ロックスリーブは前記付勢部材の付勢力を受ける、
請求項１に記載の光プラグ。
前記ロック溝は、前記第２の溝部の前記コネクタ引抜方向側の端部から前記スライドリングの周方向に延びる第３の溝部をさらに含む、請求項２に記載の光プラグ。
前記ロック溝は、前記第３の溝部から前記コネクタ引抜方向とは逆向きのコネクタ挿入方向に延びる第４の溝部をさらに含む、請求項３に記載の光プラグ。
前記スライドリング及び前記ソケット部の一方には、軸方向に延びる規制孔が形成され、
前記スライドリング及び前記ソケット部の他方には、前記規制孔に係合可能な規制ピンが形成される、
請求項１から４のいずれか一項に記載の光プラグ。
前記規制孔の軸方向の長さは、前記ボールが前記筒状部の半径方向外側に移動して光コネクタが引抜可能となる位置まで前記ロックスリーブが移動しないように前記スライドリングの軸方向の移動を規制できるような長さである、請求項５に記載の光プラグ。
前記ロックスリーブは、
前記軸方向に沿った断面において前記コネクタ引抜方向に対して第１の角度で延びる第１の面と、
前記軸方向に沿った断面において前記コネクタ引抜方向に対して第２の角度で前記第１の面から前記コネクタ引抜方向に延びる第２の面と
を含み、
前記ロックスリーブの前記第１の面と前記第２の面との境界部には、前記ボールに接触可能な接触部が形成され、
前記第１の角度は、前記軸方向に沿った断面において、前記ボールが前記ロックスリーブの前記接触部に接触する部分の接線が前記コネクタ引抜方向に対してなす接線角度よりも小さく、
前記第２の角度は、前記接線角度よりも大きい、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光プラグ。
前記第１の角度は０度である、請求項７に記載の光プラグ。
前記第２の角度は９０度である、請求項７又は８に記載の光プラグ。
前記接触部と前記ボールとは互いに曲面で接触するように構成される、請求項７から９のいずれか一項に記載の光プラグ。