JPH08304668A

JPH08304668A - 光学素子を固定するためのレーザ溶接方法

Info

Publication number: JPH08304668A
Application number: JP7114564A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mogi; 哲哉茂木
Original assignee: OYO KODEN KENKIYUUSHITSU KK
Current assignee: OYO KODEN KENKIYUUSHITSU KK
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】光学素子の位置決め精度の高いレーザスポッ
ト溶接方法を提供する。【構成】レンズ５０を第一内側保持手段５４で、光フ
ァイバ５２を第二内側保持手段５６で保持する。外側保
持手段５８の外周表面に高反射の金メッキ膜６０を設け
る。外側保持手段５８の内側に第一および第二内側保持
手段を挿入して所定の間隔で位置決め固定する。その
後、第一および第二内側保持手段と外側保持手段との間
を、金メッキ膜側からレーザスポット照射してスポット
溶接する。スポット溶接領域では充分なレーザエネルギ
ーで熔融が進み溶接される。スポット溶接部分の周辺領
域では金メッキ膜によるレーザ光の反射のため、スポッ
ト溶接毎にレーザエネルギー強度が変動しても、レーザ
が周辺領域へ与える熱影響を安定して少なく出来、周辺
領域での熱変形・熱変性層部分を小さくかつその形態を
ほぼ一定に出来るので、光学素子の位置決め精度に変動
を生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学素子を固定する
ためのレーザ溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子は、何らかの方法でこれをその
保持手段に固定することが行なわれている。この保持手
段は、通常は、光学素子の直接の内側保持手段とこの内
側保持手段を保持するための外側保持手段とからなって
いる。このような構成の光学素子の内側保持手段と外側
保持手段との間を、レーザ溶接する従来技術としては、
例えば特開平４−２４２７０５号、特開平４−２４６６
１７号、実開平１−１０５９０６号、実開平４−２００
０６号、実開平４−２０００７号、実開平４−２７４０
９号、実開平５−３３１０５号、実開平５−７９５０７
号および実開平６−１０９２０号等の公報に開示された
ものがある。これら公報に開示されている光学素子を概
略的に示したのが図２である。

【０００３】図２は、これら公報に開示されている光学
素子の構造を簡略化して代表的に示した図であり、光フ
ァイバの出力光をレンズを用いて空間に結像するための
光学手段、すなわち光ファイバ・レンズモジュールの一
構造例を示す概略的断面図である。

【０００４】この図２において、光ファイバ１０を円筒
状の金属製例えばステンレススチール製の内側保持手段
としてのフェルール１２に装着しておき、レンズ１４を
環状の金属製例えばステンレススチール製の内側保持手
段としての外枠体（レンズホルダとも言う。）１６に保
持させておき、これらフェルール１２および外枠体１６
の内側保持手段を、別の円筒（パイプ）状の金属製例え
ばステンレススチール製の外側保持手段１８の内側に挿
入して両者１２および１６を位置決めして、光ファイバ
１０の端面１０ａから出射した光２０を結像レンズ１４
で外部の設計上の所望の箇所へレーザ（レーザ光とも言
う。）２２を集光照射させるように構成している。

【０００５】この場合、両内側保持手段１２および１６
を外側保持手段１８内で、これら１２および１６との間
での摩擦係合により、仮に位置決め固定した後、外側保
持手段１８の外側面側からＮｄ：ＹＡＧレーザ等のレー
ザＬを照射して、外側保持手段１８と内側保持手段１２
および１６とを一か所または二か所以上の箇所で直接レ
ーザスポット溶接を行なって固定している。尚、図２で
はレーザスポット溶接部分の詳細な様子は省略してあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図２に示した構成例と同様に、これらの各公報に開示
されている方法は、いずれも、金属製の内側保持手段
（例えばフェルールやホルダ）と金属製の外側保持手段
（例えばスリーブ）とを、外側保持手段の金属表面をむ
き出しにしたまま、レーザスポット溶接する方法であ
る。

【０００７】そこで、この発明を容易に理解できるよう
にするため、先ず、従来方法でレーザスポット溶接を行
なった場合の、スポット溶接部分（この部分をモルテン
プールとも言う。）およびその周辺への熱影響につき、
図３を参照して説明する。図３は、レーザの光強度（エ
ネルギー強度でもある）分布と、レーザによる保持手段
への熱影響の状況を説明するための説明図である。

【０００８】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（レーザ光とも言
う。）Ｌを集光レンズ３０で集光して、外側保持手段で
ある例えばステンレス製の円筒部材にスポット照射す
る。それにより、スポット溶接部分（熔融部分とも言
う。）３２（図３に、斜線を施して示してある部分）に
よってステンレスの円筒部材３４とファイバフェルール
３６とが溶着固定される。このスポット溶接の際のレー
ザ照射光Ｌの光強度分布、すなわち熱強度分布は、通常
は周知の通りの、曲線Ｉで示すようなガウス分布状の分
布となっていて、スポットの中心部で強度が強く、周辺
部では強度が弱い。このため、本来必要とするスポット
溶接部分３２以外の領域、すなわちスポット溶接部分３
２の周辺部に、金属が熔融せずに熱変成或いは熱変形が
生じてしまう。図３中、この熱変性等が生じた領域（こ
の領域を熱変形・熱変性層部分とも言う。）を３８で示
してある。

【０００９】ここで、このような熱変形・熱変性層部分
３８が生ずると、例えば図２に示したような一般的に用
いられる光ファイバ・レンズモジュールにどのような影
響を与えるかにつき説明する。このモジュールは、光フ
ァイバ端面１０ａの光出力２０を空間に配置した被照射
体である光学部品に結像することにより、その光出力の
偏光、波長分布等の性質を変化させる用途に用いられて
いる。その光学的拡大率は、通常は、３０倍程度であ
る。また、通常使用されている光学部品の厚さ、面積は
数ミリメートル単位であるので、結像部分の位置精度す
なわち光ファイバ端面１０ａとレンズ１４との相対位置
関係精度やレンズ１４からレーザ光２２が照射される被
照射体までの位置精度等は、厚さや面積の制約から数ｍ
ｍ以内であることが望まれている。

【００１０】ところで、結像光学の理論から、光ファイ
バ・レンズモジュールのレンズ１４の主面（焦点距離の
発生する面：レンズ主面ともいう。）と光ファイバ端面
１０ａとの間の空間位置精度は、結像の位置精度を上述
した拡大率の２乗で算術的に割った値で与えられる。従
って、一般の光ファイバ・レンズモジュールの場合にこ
の条件を当てはめると、レンズ主面と光ファイバ端面と
の間の空間位置精度は数ｍｍ／（３０倍）² ＝数μｍと
なる。

【００１１】一方、一般にレーザ溶接に用いられるＮ
ｄ：ＹＡＧレーザＬは、数百μｍの直径の導波体の石英
ファイバ（図３に示していない。）で出力伝送されて物
体すなわち図３の外部保持手段１８に対応する円筒部材
３４の表面に集光照射される。このため、レーザスポッ
ト溶接の際に、照射されるレーザ光Ｌのスポット径Ｄは
物体表面で数百μｍの直径となり、そのスポット内でエ
ネルギー分布をもっている。そして、照射されるレーザ
光Ｌの結像状態が変化すると、スポット内のエネルギー
分布も照射毎に変化する。このため、上述した熱変形・
熱変性層部分３８の大きさや形成状態が変化し、そのた
めスポット溶接毎にレーザ光Ｌの照射毎にスポット溶接
部分の大きさ（平面的な広がりの大きさ）、深さおよび
形態（どのような形状や様子で、すなわちどのような状
態で溶接部分が形成されているかその他等）にバラツキ
が生じてしまう。スポット溶接部分の直径および深さと
も数百μｍ程度であるので、このバラツキが仮に１％で
あっても、数μｍのオーダで形態が変化してしまう。

【００１２】光ファイバ・レンズモジュールのレンズ主
面（焦点距離を発生する面）と光ファイバ端面１０ａと
の間の空間位置精度は、既に説明したように、数μｍで
あるので、このスポット溶接部分の大きさ、深さおよび
形態にバラツキつきがあると、このバラツキはレンズ１
４と光ファイバフェルール１２との間の相対位置精度に
大きく影響する。その結果、従来は、位置決め精度の高
い光ファイバ・レンズモジュールをコンスタント（すな
わち安定）に製作することが困難であった。

【００１３】そこで、従来より、位置決め精度の高い光
ファイバ・レンズモジュールはもとより、その他の光学
素子の位置決め精度を高めた光学手段（または光学装置
ともいう。）を歩留良くすなわち安定して製作すること
が出来るレーザスポット溶接の方法の出現が望まれてい
た。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の光学
素子を固定するためのレーザ溶接方法によれば、この光
学素子を保持していてレーザ溶接可能な第１材料からな
る内側保持手段に対し、レーザ溶接可能な第２材料から
なる外側保持手段をレーザでスポット溶接するに当た
り、外側保持手段の外周面であって、少なくともスポッ
ト溶接する領域およびその周辺領域に、レーザ溶接可能
であってこの第２材料よりも前記レーザに対する反射率
の高い第３材料からなる高反射膜を形成しておいて、こ
の高反射膜側からレーザをスポット的に照射してこれら
内側および外側保持手段間のスポット溶接を行なうこと
を特徴とする。

【００１５】この発明の実施にあたり、好ましくは、光
学素子をレンズ、ミラー、プリズム、フィルタ、偏光
子、検光子、ファラディ回転子および光ファイバのうち
から選ばれたいずれか１つの単独光学素子または２個以
上の光学素子の直結または離間した組みせ合わ光学素子
とするのが良い。組み合わせ光学素子とする場合には、
内部保持手段をそれぞれの単独の光学素子のそれぞれに
専用の、個別の内部保持手段に分けるのが好適である。

【００１６】また、この発明の好適実施例によれば、第
１材料および第２材料を同一の材料とするのが良い。ま
た、この発明の実施にあたり、好ましくは、第１材料お
よび第２材料をステンレススチールとしたとき、第３材
料を金とするのが良い。さらに、溶接に使用するレーザ
をＮｄ：ＹＡＧレーザとするのが好適である。

【００１７】また、この発明の実施例によれば、好まし
くは、光学素子を光ファイバおよび該光ファイバからの
出射光を集光するレンズとし、光ファイバ用の内側保持
手段をステンレススチールのファイバフェルールとし、
このレンズ用の内側保持手段をステンレススチールの枠
体とし、外側保持手段を、ファイバフェルールおよびこ
の枠体の両者を摩擦係合により離間して保持出来るステ
ンレススチールの部材とし、さらに、第３材料を金と
し、外部保持手段にファイバフェルールおよび枠体を、
これらレンズおよび光ファイバの位置決め位置を保った
状態で、摩擦係合させた後、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い
てスポット溶接するのが良い。

【００１８】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、外側保持手段
のスポット溶接すべき領域およびその周辺領域に、この
外側保持手段の第２材料よりもレーザ光に対する反射率
が高い第３材料で高反射膜を設ける。レーザスポット溶
接のとき、レーザ光をこの高反射膜に照射する。しか
し、この高反射膜はレーザ光の一部分を反射するので、
スポット領域のレーザ光のエネルギーが弱まり、従っ
て、第２材料の外側保持手段への熱作用も弱まるか、実
質的に熱作用が及ばなくなる。また、この反射により、
レーザ光のスポット照射領域でのエネルギー分布も緩や
かとなり、また、エネルギーのピーク値も小さくなる
が、このレーザ光で第２および第１材料間でのスポット
溶接を行なうためには、このレーザ光に、先ずはこの第
３材料の高反射膜を熔融するだけのエネルギーを与えな
ければならない。従って、この発明によれば、この第３
材料を熔融することによりスポット溶接に用いるエネル
ギーはほぼ一定のエネルギーとなると推測される。

【００１９】第３材料の高反射膜による上述したレーザ
光の反射のため、照射されたレーザスポットの領域で
は、レーザ光のエネルギーは従来よりも平均化されてス
ポット領域の第３材料を従来よりも一層平均化されたエ
ネルギーで熔融する。一旦、第３材料のスポット領域が
熔融すると、その熔融領域内での反射率は低下するの
で、その部分でのレーザ光のエネルギー吸収が始まって
レーザスポットでのエネルギーは高まり、従って、本来
スポット溶接されるべき第２および第１材料へのスポッ
ト溶接エネルギーは充分に確保される。

【００２０】また、この発明の方法によれば、スポット
溶接されるべき部分の周辺への熱影響は、レーザ光の反
射のため、従来よりも低温での熱影響となるため、第２
材料の部分での熱変性や熱膨張の発生を溶接毎にほぼ均
一にすることが出来る。従って、熱変形・熱変性層部分
の大きさや形態もほぼ均一となる。

【００２１】また、既に説明した通り、レーザ光の一部
分は第３材料の高反射膜で反射され、しかも、照射レー
ザ光のエネルギーのうち、高反射膜を熔融した後の、あ
る程度均一化されたエネルギーのみがスポット溶接に寄
与することになる。従って、レーザスポット光のスポッ
ト溶接領域でのエネルギー分布がレーザ照射毎に変化し
たとしても、上述の熱変形・熱変性層部分の大きさや形
態がほぼ同じようになることと併せて、スポット溶接領
域でのレーザ光のエネルギーの変化量は従来と比較して
著しく小さいため、第２材料の熔融領域すなわちスポッ
ト溶接部分の大きさ、深さおよび形態にバラツキが起き
ないか起きたとしてもそのバラツキも小さい。このた
め、この発明では、スポット溶接部分（すなわちモルテ
ンプール）の大きさ、深さおよび形態のバラツキに起因
して、予め位置決めしていた光学素子の、外側保持手段
に対する相対位置、或いは、光学素子同士の相対的位置
に変動を来す虞がない。その結果、単独または複数の光
学素子を外側保持手段に高い精度で位置決め固定するこ
とが出来、または光学素子同士の相対位置を互いに高精
度で位置決めした状態で外側保持手段に固定することが
出来る。従って、同一の光学手段または光学装置を多数
作成する場合にも、これら光学手段または装置を構成し
ている光学素子の位置決め精度をそれぞれほぼ一様な精
度とすることができるので、ほぼ同一の精度を具えた光
学手段または装置を安定に、すなわち歩留良く提供する
ことができる。

【００２２】

【実施例】以下、図を参照して、この発明の実施例につ
き説明する。尚、図は、この発明を理解出来る程度に、
各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示
してあるにすぎない。

【００２３】以下の実施例では、先ず、光学素子として
第一および第二光学素子を具え、また、内側保持手段と
して第一および第二内側保持手段を具えているとする。
第一光学素子をレンズ５０とし、第二光学素子をシング
ルモード光ファイバ５２とする。これら第一光学素子５
０を第一内側保持手段であるレンズ用フェルール（以
下、単に第一フェルールという場合がある。）５４で保
持する。また、第二光学素子５２を第二内側保持手段で
あるファイバ用フェルール（以下、単に第二フェルール
という場合がある。）５６で保持する。通常は、光ファ
イバ５２の端面５２ａは適当な角度で光学研磨されてお
り、さらにその端面には誘電体多層膜（図示していな
い。）により反射防止膜が形成されている。ここでは、
これら光学手段をそれぞれの内側保持手段で保持する手
法および光ファイバの端面構造については本質的でない
ので、従来公知の手法で行なえば良く、従ってその説明
は省略する。また、この実施例では、これら第一および
第二内側保持手段５４および５６の横断面の外側輪郭は
円形形状で、縦断面の外側輪郭は正四角または長四角で
あって、また外側面は全体的に円筒面状となっていると
する。尚、レンズ用内側保持手段を単に枠体と称し、外
側保持手段を単に部材と称しても良い。

【００２４】これら第一および第二フェルール５４およ
び５６を、好ましくは、レーザ溶接可能な第１材料例え
ばステンレススチールＳＵＳ３０４をもってそれぞれ構
成する。両フェルールの材料を同一の材料とするのは、
レーザ溶接作業の複雑化を回避し、かつ、溶接部分の大
きさ、深さおよび形態のバラツキを小さくするために、
溶接の条件を出来るだけ同一にしたいためである。

【００２５】これら第一および第二フェルール５４およ
び５６を外側保持手段５８に位置決め固定する。この固
定をレーザ溶接技術を用いて行なう。そのため、この外
側保持手段５８を、レーザ溶接可能な第２材料で構成す
る。この第２材料としては、レーザ溶接可能な金属例え
ばステンレススチールＳＵＳ３０４（第１材料と同じ材
料）とするのが好ましい。第２材料と第１材料とを同一
材料とするのは、溶接のし易さの理由からである。

【００２６】この実施例では、この外側保持手段（単
に、部材ともいう。）５８を円筒形状例えば円筒体また
はパイプ状体とする。この円筒体５８の内周面は、円筒
内に第一および第二フェルールをそれぞれ挿入してこれ
ら５４および５６を摩擦係合により保持出来る程度にこ
れらフェルール５４および５６の外周面に適合するよう
に形成してある。

【００２７】そして、この外側保持手段すなわち円筒体
５８の外周面上の、少なくともスポット溶接する領域お
よびその周辺領域に、レーザ溶接可能であってしかも第
２材料よりもレーザ光に対する反射率の高い第３材料か
らなる高反射膜６０を予め形成しておく。この実施例で
は、この膜６０を金の膜とするのが好適である。その理
由は、レーザ光の反射率を高くしてレーザスポット光の
照射エネルギーのピーク値を下げてそのスポット領域で
のエネルギー分布の最大および最小値の差を小さくし
て、スポット領域でのエネルギー分布を従来よりも平均
化することが出来るからである。尚、この場合、レーザ
スポット光の中心付近でのレーザエネルギーで第３材料
を熔融できるように、レーザ光の照射エネルギー強度を
予め調整しておくのが良い。

【００２８】この実施例では、第３材料である金の膜６
０を円筒体５８の外側面の全面に設けた例で示してあ
る。この金膜６０は、例えばメッキ等の任意好適な従来
技術を用いて容易に形成することが出来る。この実施例
では、メッキで金膜（金メッキ層ともいう。）６０を形
成し、その膜厚は設計に応じて決めれば良く、例えば５
μｍ程度とする。尚、場合によっては、金メッキする際
に、予め、下地の円筒体５８の外側面にクロムメッキを
施して、いわゆる下地処理を行なっておくのが良い。

【００２９】次に、この発明では、第３材料の高反射膜
６０側からレーザ光をスポット的に照射して第一および
第二フェルール５４，５６および円筒体５８間のスポッ
ト溶接を行なう。この実施例では、照射光として従来と
同様にＮｄ：ＹＡＧレーザ光源（図示していない。）か
らのレーザ光Ｌを用いる。このレーザ光の波長（１，０
６４μｍ）に対する金の反射率は９０％程度と著しく高
いので、溶接中に、スポット溶接周辺部分に残存してい
る金膜６０によるレーザ光の反射により、この周辺部分
でのレーザ光の熱エネルギーを著しく低減出来る。従っ
て、金膜６０を円筒体５８の外周面の少なくともレーザ
スポット溶接しようとする領域およびその周辺領域に設
けておくのが有利である。

【００３０】この点につき、必要に応じ図４を参照しな
がら、さらに説明する。尚、図４の（Ａ）はスポット照
射されたレーザ光Ｌの、被照射面が受けるエネルギー強
度分布を示し、図４の（Ｂ）はレーザ光が反射されてエ
ネルギー強度分布が変わった状態を示し、図４の（Ｃ）
はレーザ光の被照射スポット領域が熔融を始めてレーザ
光の吸収が生じている場合のレーザ光のエネルギー強度
分布を示し、図４の（Ｄ）は、図３と同様な、スポット
溶接における熱影響の説明図で、溶接が終了した状態を
模式的に示してある。尚、図４中のエネルギー強度分布
曲線は、特に座標軸を示していないが、このエネルギー
強度は、横方向をレーザ照射スポット領域内の、溶接す
べき領域の中心を通る一つの直線方向に沿った位置座標
とし、縦方向にはこの位置におけるレーザ光の強度すな
わち単位面積当たりのエネルギーの大きさ（任意の単位
とする。）を取って示してある。図４中、断面を表すハ
ッチング等を一部分省略してある。

【００３１】レーザ光源（図示していない。）からのレ
ーザ光Ｌを集光レンズ６２でスポット状に絞って被照射
領域に照射する。図４の（Ａ）に示すように、レーザス
ポット領域６４およびその周辺領域でのレーザ光Ｌのエ
ネルギー強度分布は、スポットの中心でピーク値をとっ
てその周囲の領域では中心から離れるに従って、急激に
低減する例えばガウス分布状の分布となっている（図
中、曲線Ｉで示す）。

【００３２】また、図４の（Ｂ）〜（Ｄ）において、内
側保持手段として第二フェルール５６を示してあり、こ
の第二フェルール５６を、外側に金メッキの高反射膜６
０が形成されている外側保持手段５８である円筒体の内
部に、挿入して位置決めしてあり、この状態で円筒体の
金メッキ膜６０側からレーザ光Ｌを集光レンズ６２によ
って集光させてスポット溶接したときの熔融部分（モル
テンプール）６６とその周辺領域の状態を概略的に示し
ている。

【００３３】溶接開始の初期には、レーザ光は金膜６０
によって反射されるため、この金膜６０に吸収されるレ
ーザ光Ｌのエネルギーは全体的に低下するので、例えば
図４の（Ｂ）に示すように、そのピーク値が低下してエ
ネルギー強度が緩やかに変化する山形のエネルギー強度
分布となる（図中、曲線ＩＩで示す。）。すなわち、エ
ネルギー分布は照射スポット領域６４の中心で一番高く
その周辺にいくに従ってゆっくりと低減した、よりエネ
ルギーの分布が平均化された状態となる。

【００３４】さらにレーザ光Ｌの照射を続けると、レー
ザエネルギー強度分布の中央部を含みこれを中心とした
エネルギー強度の強い領域で金膜６０が熔融し始め、続
いて下側のフェルール５８が熔融する。図４の（Ｃ）に
は、この金膜６０が熔融してできた凹みまたは空白な領
域６８を含めスポット溶接すべき領域を全体的に７０で
示してある。金メッキ部分６０が熔融し始めると、熔融
部分での反射率は急激に低下する。このため、このスポ
ット溶接領域７０にレーザ光Ｌの熱エネルギーが集中す
る。そのため、レーザ光Ｌのエネルギー強度（単に、レ
ーザ強度ともいう。）は、図４の（Ｃ）に示すように、
照射スポット領域６４の中心で高く、スポット領域６４
の周辺で急激に低下して、金メッキの膜６０が残存して
いる領域では著しく小さく、従ってエネルギー強度分布
はより急峻な単峰型となる（図中、曲線ＩＩＩで示
す。）。

【００３５】一方、その周辺の残存している金メッキ領
域部分の熱エネルギーは、反射による熱損失に起因し
て、著しく小さい。すなわち、レーザ光の照射部分の中
央部の照射強度の強い部分からレーザ光の照射を受けて
金メッキ層６０が部分的に熔融し始めると、反射率は急
激に低下し、レーザ光のエネルギーの吸収が始まる。こ
のようにレーザ強度分布のうち金メッキ層６０の熔融に
充分な強度の部分だけがレーザスポット溶接に有効に働
き、レーザ強度分布の周辺部分の熱影響のみに寄与する
強度部分のレーザ光照射は、熔融しない金メッキ層部分
６０で反射されてしまうことになる。

【００３６】このように、このスポット溶接領域６４で
は、熔融に起因して生ずるレーザ光Ｌのエネルギーの吸
収のため、溶接に必要な充分なエネルギーが供給され始
め、その結果、下側の円筒体５８を熔融し、さらに、第
二フェルール５６をも熔融して、熔融部分（モルテンプ
ール）６６により両者５６および５８間がスポット溶接
される。このスポット溶接の際に、熔融部分６６の周辺
領域のエネルギーは残存している金膜部分６０により反
射されてしまうので、周辺領域に与えられるエネルギー
は低く、従って、これら第二フェルールおよび円筒体５
６および５８を構成している金属すなわちこの実施例で
はステンレススチールは熔融されないし、また、レーザ
光からの熱影響は安定して極く少なくなる。

【００３７】また、各レーザスポット溶接毎、或いはス
ポット溶接個所毎にレーザ光のエネルギーに変動があっ
たとしても、レーザ光が熔融部分６６の周辺領域に与え
る熱影響は、金膜６０での、レーザ光のエネルギ反射効
果によって小さく抑えられるので、熱影響による周辺領
域での熱変性或いは熱変形の範囲（熱変性或いは熱変形
層部分とも言う。）７２は狭く、しかも、熱変形・熱変
性層部分７２の大きさ、深さおよび形態も、各レーザス
ポット溶接毎、或いはスポット溶接個所毎に、大きくは
変わらない程度のものとなる。従って、周辺領域での熱
変性或いは熱変形に起因した、円筒体５８内において予
め位置決めしておいた第二フェルール５６の位置の変動
を来さない。これらの事実により、仮に個別の光学素子
を第一および第二フェルール５４および５６に固定し
て、これらフェルールを円筒体５８内に、互いに相対的
に位置決め固定した後に、両フェルールと円筒体との間
のレーザスポット溶接を行なえば、両フェルール間の相
対位置精度を変動せずに、溶接出来ることが理解出来
る。

【００３８】また、レーザスポット溶接を安定して行な
う際には、被照射部分の表面の状態管理が不可欠である
が、円筒体５８の表面に金メッキ６０を施してあるの
で、被照射部分の表面の酸化等による物理的および化学
的な経時的変化を、差し障りのない程度の最小限の変化
に抑えることが出来る。従って、光学装置（または光学
部品）毎のレーザ光の被照射表面（この実施例では円筒
体５８の表面）に傷や切削痕などがあっても、第３材料
（この実施例では金メッキ層６０）で被覆されているの
で、光学装置毎の位置決め精度のバラツキが少ない。

【００３９】このように、この発明によれば、光ファイ
バ５２とレンズ５０とを高い精度で相対位置に所定の保
持部材に固定して１つの光学装置すなわち光学部品（こ
の実施例では、光ファイバ・レンズモジュール）を安定
して製作出来る。このようにして製作された光学装置
は、光ファイバ端面５２ａからの出射光７４は集光レン
ズ５０を通過してほぼ平行な光束７６に変換され、この
平行光７６は光学像を設計通りの適当な箇所に結像す
る。

【００４０】上述した実施例では、光学素子として光フ
ァイバ５２およびレンズ５０を用い、両者の相対位置関
係を精度良く組み合わせた例につき説明したが、この発
明は何らこの例に限定されるものではない。例えば、光
学装置としては光学素子を１個だけで構成している場合
もあり、従って、光学素子をレンズ、ミラー、プリズ
ム、フィルタ、偏光子、検光子、ファラディ回転子およ
び光ファイバのうちの１つの光学素子（光学素子単体）
としてもよい。その場合には、表面に反射率の高い第３
材料の層すなわち高反射膜が設けられている外側保持手
段に、光学素子単体を保持している内側保持手段を予め
位置決め固定しておいて、第３材料層側から外側保持手
段と内側保持手段との間のレーザスポット溶接を行なえ
ば良い。また、光学装置としては光学素子を２個以上で
構成している場合もあり、従って、光学素子をレンズ、
ミラー、プリズム、フィルタ、偏光子、検光子、ファラ
ディ回転子および光ファイバのうちから選ばれた、所要
の２個以上の光学素子を適当な内側保持手段でそれぞれ
保持し、これらの内側保持手段を設計に応じた組み合わ
せで配置して外側保持手段に位置決め固定してから、両
保持手段間をレーザスポット溶接すれば良い。

【００４１】また、上述した実施例では、第１材料およ
び第２材料を同一の材料としたが、必ずしも同一の材料
としないくても良い。これらの材料は互いにレーザ溶接
出来る材料であれば良いので、上述したステンレススチ
ールに何ら限定されるものではない。

【００４２】また、上述の実施例では、第１材料および
第２材料をステンレススチールとしたとき、前記第３材
料を金とする例につき説明したが、これらの材料の組み
合わせに何ら限定されるものではない。特に第３材料は
レーザスポット溶接が可能であって、かつ、レーザ光の
スポット照射領域の周辺領域でレーザ光を充分反射する
材料であるならば、金でなくても良い。

【００４３】また、上述した実施例では、レーザ光とし
てレーザをＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた例につき説明し
たが、これに何ら限定されるものではなく、レーザスポ
ット溶接出来るエネルギー強度の照射スポットを得るこ
とが出来るレーザ光であれば良い。また、レーザ光の照
射は連続的であっても間欠的（またはパルス的）であっ
ても良い。

【００４４】また、上述した実施例では、第３材料をメ
ッキ技術で形成する例につき説明したが、この第３材料
をその材料および被着箇所の材料に適った適切な方法、
例えばスパッタリング法、イオンインプランテーション
法、ＭＯＣＶＤ法、塗布法等のいずれかの成膜手法を用
いて形成しても良い。

【００４５】

【発明の効果】上述したこの発明の光学素子を固定する
ためのレーザ溶接方法によれば、予め光学素子のための
外側保持手段の外周表面の少なくともレーザスポット溶
接すべき領域およびその周辺領域に、レーザ光に対する
高反射膜を設けておき、光学素子を保持した内側保持手
段を外側保持手段に位置決め固定した後、この反射率の
高い膜側からレーザ光をスポット照射して外側保持手段
を内側保持手段にスポット溶接する。このため、レーザ
光によって高反射膜が熔融した領域ではレーザ光のエネ
ルギーが吸収されて下側の外側および内側保持手段の部
分へと熔融が進んでスポット溶接が行なわれ、しかし、
高反射膜の残存しているスポット溶接の周辺領域ではレ
ーザ光は反射されるので、そのエネルギー強度は低下
し、従って、その領域部分へのレーザ光の熱影響は安定
して少なくなる。その結果、レーザ照射のエネルギー強
度分布が溶接個所毎に変化しても、或いは被溶接光学装
置（部品）毎に変化しても、レーザスポット領域の中心
付近の強度の強い部分が溶接に寄与して、その周辺部分
では高反射膜でのレーザ光の反射により、熱変性や熱変
形した領域は従来よりも狭くかつ浅く形成され、しかも
この熱変性・熱変形領域の形態もスポット溶接毎にほと
んど変わらない。従って、外側保持手段に固定した光学
素子の位置決め精度に変動は生じないので、従来よりも
位置決め精度が著しく高い光学装置（光学部品）を安定
して製造することが出来る。

【００４６】さらに、外側保持手段の外周表面に高反射
膜を設けているので、外側保持手段の表面が酸化等の物
理的或いは化学的な経時的変化を防止することが出来、
しかも、この外周表面に出来ていた製造時の何らかの傷
や切削痕を覆ってるので、それらに起因する光学装置の
位置決め調整精度への影響を防ぐことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のレーザスポット溶接の方法の説明に
供する、光ファイバ・レンズモジュールの一構造例を概
略的な断面図として示す説明図である。

【図２】従来のレーザスポット溶接の方法の説明に供す
る、光ファイバ・レンズモジュールの一構造例を概略的
な断面図として示す説明図である。

【図３】従来のレーザスポット溶接の方法におけるレー
ザ光のエネルギーが与える熱影響の説明図である。

【図４】この発明のレーザスポット溶接の方法の説明に
供する図であって、（Ａ）はスポット照射されたレーザ
光の被照射面が受けるエネルギー強度分布を示し、
（Ｂ）はレーザ光が反射されてエネルギー強度分布が変
わった状態を示し、（Ｃ）はレーザ光の被照射スポット
領域が熔融を始めてレーザ光の吸収が生じている場合の
レーザ光のエネルギー強度分布を示し、および（Ｄ）は
スポット溶接における熱影響の説明図で、溶接が終了し
た状態を模式的に示す。

【符号の説明】

Ｌ：レーザ光５０：レンズ５２：光ファイバ５４：レンズ用フェルール（第一内側保持手段）５６：ファイバ用フェルール（第二内側保持手段）５８：円筒体（外側保持手段）６０：高反射膜６２：集光レンズ６４：レーザスポット領域６６：熔融部分６８：空白な領域７０：スポット溶接領域７２：熱変形・熱変性層部分７４：出射光７６：光束

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子を保持していてレーザ溶接可能
な第１材料からなる内側保持手段に対し、レーザ溶接可
能な第２材料からなる外側保持手段をレーザでスポット
溶接するに当たり、前記外側保持手段の外周面であって、少なくともスポッ
ト溶接する領域およびその周辺領域に、レーザ溶接可能
であって前記第２材料よりも前記レーザに対する反射率
の高い第３材料からなる高反射膜を形成しておいて、該
高反射膜側からレーザをスポット的に照射して前記内側
および外側保持手段間のスポット溶接を行なうことを特
徴とする光学素子を固定するためのレーザ溶接方法。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ溶接方法におい
て、前記光学素子をレンズ、ミラー、プリズム、フィル
タ、偏光子、検光子、ファラディ回転子および光ファイ
バのうちから選ばれたいずれか１つの光学素子または２
個以上の光学素子とすることを特徴とするレーザ溶接方
法。
【請求項３】請求項１に記載のレーザ溶接方法におい
て、前記第１材料および第２材料を同一の材料とするこ
とを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項４】請求項１に記載のレーザ溶接方法におい
て、前記第１材料および第２材料をステンレススチール
としたとき、前記第３材料を金とすることを特徴とする
レーザ溶接方法。
【請求項５】請求項１に記載のレーザ溶接方法におい
て、前記レーザをＮｄ：ＹＡＧレーザとすることを特徴
とするレーザ溶接方法。
【請求項６】請求項１に記載のレーザ溶接方法におい
て、前記光学素子を光ファイバおよび該光ファイバからの出
射光を集光するレンズとし、前記光ファイバ用の前記内側保持手段をステンレススチ
ールのファイバフェルールとし、前記レンズ用の前記内側保持手段をステンレススチール
の枠体とし、前記外側保持手段を、前記ファイバフェルールおよび前
記枠体の両者を摩擦係合により離間して保持出来るステ
ンレススチールの部材とし、前記第３材料を金とし、前記部材に前記ファイバフェルールおよび枠体を、前記
レンズおよび光ファイバの位置決め位置を保った状態
で、摩擦係合させた後、前記スポット溶接をＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザを用いて行なうことを特徴とするレーザ溶接方
法。