(57)【要約】【課題】振動や衝撃に強いレーザ伝送用ファイバを提供する。【解決手段】  レーザ伝送用ファイバ１０は、コア１６及びコア１６を取り囲むクラッド１８を有する光ファイバ１２と、光ファイバ１２の断面積よりも大きな断面積を有し光ファイバ１２のコア１６と略等しい屈折率を有するウインドウブロック１４とを備えている。このレーザ伝送用ファイバ１０では、ウインドウブロック１４に接続される光ファイバ１２の接続端部１２ｂの近傍において、ウインドウブロック１４の端面１４ａには、端面１４ａから光ファイバ１２側へ突出して光ファイバ１２の接続端部１２ｂの周囲を包囲する包囲部１４ｃが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光ファイバと、
前記光ファイバの断面積よりも大きな断面積を有し、前記光ファイバのコアと略等しい屈折率を有する光学部品と、を備え、
前記光学部品に接続される前記光ファイバの接続端部の近傍において、前記光学部品の端面には、前記端面から前記光ファイバ側へ突出して前記光ファイバの接続端部の周囲を包囲する包囲部が形成されている、レーザ伝送用ファイバ。
【請求項２】
前記包囲部は、前記光学部品の端面から前記光ファイバに向かって厚みが暫減している、請求項１に記載のレーザ伝送用ファイバ。
【請求項３】
前記光ファイバの端面は、前記光学部品の端面と面位置であるか、又は前記光学部品の内部に埋没している、請求項１又は２に記載のレーザ伝送用ファイバ。
【請求項４】
前記光ファイバの端面は、前記光学部品の端面よりも前記包囲部側に位置している、請求項１又は２に記載のレーザ伝送用ファイバ。
【請求項５】
コア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光ファイバと、前記光ファイバの断面積よりも大きな断面積を有し前記光ファイバのコアと略等しい屈折率を有する光学部品とを供給する工程と、
前記光学部品における前記光ファイバを接合させるための端面の一部のみを溶融させる工程と、
前記光学部品の端面において溶融された溶融部に前記光ファイバを押し込む工程と、
前記溶融部に押し込んだ前記光ファイバを前記光学部品から離れる方向に引き戻す工程と、
を備えたレーザ伝送用ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記溶融させる工程では、前記光学部品の端面に対しレーザを斜めから照射して、前記光ファイバを接合させるための前記端面の一部のみを溶融させる、請求項５に記載のレーザ伝送用ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記光学部品の端面に対して前記光ファイバの光軸が略垂直になるように前記光ファイバを前記光学部品に対して配置する、請求項５又は６に記載のレーザ伝送用ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ伝送用ファイバ及びレーザ伝送用ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機等では、パワー密度の高いレーザ光を伝送するために光ファイバ構造体が用いられている。このような光ファイバ構造体として、光ファイバとその光ファイバに結合した光学ブロックとを備え、この光学ブロックがファイバ結合側の端部に向かって先細り形状に形成されて光ファイバに融着接合されたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７９２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように口径の大きい光学ブロックを用いることで、レーザ光の入射端面におけるレーザパワー密度を低減させることができる。しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバ構造体では、光ファイバに融着接合される光学ブロックに光ファイバと同一直径の小径部分を設け、この小径部分と光ファイバとを接合させている。そのため、この接合が振動や衝撃に弱いといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、振動や衝撃に強いレーザ伝送用ファイバ、及び、当該レーザ伝送用ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ伝送用ファイバは、コア及びコアを取り囲むクラッドを有する光ファイバと、光ファイバの断面積よりも大きな断面積を有し光ファイバのコアと略等しい屈折率を有する光学部品とを備えている。このレーザ伝送用ファイバでは、光学部品に接続される光ファイバの接続端部の近傍において、光学部品の端面には、端面から光ファイバ側へ突出して光ファイバの接続端部の周囲を包囲する包囲部が形成されている。
【０００７】
このレーザ伝送用ファイバでは、光学部品の端面から光ファイバ側へ突出して光ファイバの接続端部の周囲を包囲する包囲部が形成されている。この場合、光ファイバと光学部品との接合部付近を包囲部が覆って補強する構成になるため、光ファイバと光学部品との接合を振動や衝撃に対して強くすることができる。そして、このように振動や衝撃に対する耐性が高められたレーザ伝送用ファイバを例えばレーザ加工機などに用いると、その加工機に振動や衝撃が加わったとしても接合点が破断等することなく、レーザ光の伝送を確実に行って、レーザ加工等を行うことができる。
【０００８】
上記レーザ伝送用ファイバにおいて、包囲部は、光学部品の端面から光ファイバに向かって厚みが暫減していてもよい。この場合、包囲部の厚みが暫減するため、光ファイバをしならせ易くすることができ、光ファイバと光学部品との接合を振動や衝撃に対して更に強くすることが可能となる。
【０００９】
上記レーザ伝送用ファイバにおいて、光ファイバの端面は、光学部品の端面と面位置であるか、又は光学部品の内部に埋没していてもよい。この場合、光ファイバの先端を強固に接合させることができる。
【００１０】
上記レーザ伝送用ファイバにおいて、光ファイバの端面は、光学部品の端面よりも包囲部側に位置していてもよい。この場合、光ファイバをより一層しならせ易くすることができ、光ファイバと光学部品との接合を振動や衝撃に対して一層強くすることが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ伝送用ファイバの製造方法は、コア及びコアを取り囲むクラッドを有する光ファイバと光ファイバの断面積よりも大きな断面積を有し光ファイバのコアと略等しい屈折率を有する光学部品とを供給する工程と、光学部品における光ファイバを接合させるための端面の一部のみを溶融させる工程と、光学部品の端面において溶融された溶融部に光ファイバを押し込む工程と、溶融部に押し込んだ光ファイバを光学部品から離れる方向に引き戻す工程とを備えている。
【００１２】
この製造方法では、光ファイバを接合する光学部品の端面の一部のみを溶融させ、その溶融部に光ファイバを押し込んでいる。この場合、光ファイバは溶融されないことになるため、光ファイバの端面の状態を保護しつつ、光ファイバと光学部品とを結合させることができる。しかも、この製造方法では、溶融された光学部品の溶融部に光ファイバを押し込んだ後に、光ファイバを光学部品から離れる方向に引き戻している。このため、光ファイバの引き戻しに応じて溶融部が光ファイバ側に引っ張られ、これにより、光ファイバと光学部品との接合部を覆う包囲部が形成される。この結果、接合部に加わる振動や衝撃に強いレーザ伝送用ファイバを容易に製造することが可能となる。
【００１３】
上記レーザ伝送用ファイバの製造方法において、溶融させる工程では、光学部品の端面に対しレーザを斜めから照射して、光ファイバを接合させるための端面の一部のみを溶融させるようにしてもよい。この場合、光学部品の中心軸と光ファイバの光軸とを合わせた状態で光学部品の端面の一部を溶融させることができるので、溶融工程が終了した後に両者の軸合わせを行うことなく、両者の軸を一致させた状態で接合することが容易にできる。また、レーザを用いて光学部品の端面を溶融しているため、溶融領域の設定を容易且つ確実に行うことができる。
【００１４】
上記レーザ伝送用ファイバの製造方法において、光学部品の端面に対して光ファイバの光軸が略垂直になるように光ファイバを光学部品に対して配置するようにしてもよい。この場合、溶融工程の終了後の接合において、光学部品とファイバの軸を一致させた状態での接合を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、振動や衝撃に強いレーザ伝送用ファイバ、及び、当該レーザ伝送用ファイバの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のレーザ伝送用ファイバを示す断面図である。
【図２】図１に示すレーザ伝送用ファイバの製造における供給工程を示す断面図である。
【図３】図１に示すレーザ伝送用ファイバの製造における加熱溶融工程を示す断面図である。
【図４】図１に示すレーザ伝送用ファイバの製造における押し込み工程を示す断面図である。
【図５】図１に示すレーザ伝送用ファイバの製造における引き戻し工程を示す断面図である。
【図６】第２実施形態のレーザ伝送用ファイバを示す断面図である。
【図７】レーザ伝送用ファイバをレーザ加工機用の光ケーブルに設置した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ伝送用ファイバを示す断面図である。図１は、レーザ伝送用ファイバ１０の光軸に沿って切断した断面を示す。レーザ伝送用ファイバ１０は、図１に示すように、光ファイバ１２及びウインドウブロック１４（光学部品）を備えている。
【００１９】
光ファイバ１２は、コア１６と、コア１６を取り囲むクラッド１８とを備える。光ファイバ１２は、例えばレーザ加工を行う高強度（例えば１ｋＷ以上）のレーザ光を伝送しうるものであり、レーザ加工機におけるレーザ光伝送手段等に適用され得る。光ファイバ１２は、例えばクラッド径が１ｍｍ程度の石英ガラスで形成される。コア１６の屈折率はクラッド１８の屈折率よりも高く設定されている。
【００２０】
ウインドウブロック１４は、レーザ伝送用ファイバによって伝送される又はレーザ伝送用ファイバに入力されるレーザ光のパワー密度をビーム径を拡大させることで低下させるための光学部材である。ウインドウブロック１４は、例えば直径が１０ｍｍ程度の円筒形状の光学ブロックであり、その断面積が光ファイバ１２の断面積よりも大きくなっている。ウインドウブロックの形状は円筒形状に限られる訳ではなく、他の形状（例えば多角柱形状）でもよい。
【００２１】
また、ウインドウブロック１４は、コア／クラッド構造ではなく、いわゆるコアレスファイバと呼ばれるものである。ウインドウブロック１４は、例えば石英から構成されており、光ファイバ１２のコア１６と略等しい屈折率を有する。ここでいう「略等しい屈折率」とは、コア１６に対して屈折率差が±１％以下である。
【００２２】
このような構成を備える光ファイバ１２とウインドウブロック１４とは、以下のように接合されている。即ち、光ファイバ１２の先端の端面１２ａが、ウインドウブロック１４の光ファイバ１２側の端面１４ａよりもウインドウブロック１４の内部に存在するように、光ファイバ１２とウインドウブロック１４とが接合されている。このような接合により、光ファイバ１２の先端部分である接続端部１２ｂがウインドウブロック１４に埋没する構成となっている。
【００２３】
また、上記構成に加え、レーザ伝送用ファイバ１０では、ウインドウブロック１４の端面１４ａから光ファイバ１２側へ突出すると共に接続端部１２ｂを包囲するように包囲部１４ｃが設けられている。この包囲部１４ｃは、端面１４ａから光ファイバ１２に向かって厚みが暫減するようにテーパ状に形成されている。本実施形態では、この包囲部１４ｃは、ウインドウブロック１４と一体に形成されているが、ウインドウブロック１４と別に形成してもよい。また、包囲部１４ｃの形状はテーパ状にその厚みを暫減せずに一定であってもよい。
【００２４】
なお、本実施形態では、光ファイバ１２とウインドウブロック１４とは、光ファイバ１２の光軸とウインドウブロック１４の中心軸とが略一致するように接合されているが、光ファイバ１２の光軸とウインドウブロック１４の中心軸とがずれるように接合されていてもよい。
【００２５】
続いて、上述した構成を備えたレーザ伝送用ファイバの製造方法について、図２〜５を参照して説明する。
【００２６】
まず、図２に示すように、コア１６及びコア１６を取り囲むクラッド１８を有する光ファイバ１２と、光ファイバ１２の断面積よりも大きな断面積を有し光ファイバ１２のコアと略等しい屈折率を有するウインドウブロック１４とを用意する。そして、ウインドウブロック１４の接合用の端面１４ａと光ファイバ１２の接合端面１２ａとが対向すると共に、ウインドウブロック１４の中心軸と光ファイバ１２の光軸とが略一致した状態となるように、光ファイバ１２とウインドウブロック１４とを所定の製造位置に供給する。この際、ウインドウブロック１４の端面１４ａに対して光ファイバ１２の光軸が略垂直になるように光ファイバ１２がウインドウブロック１４に対して離間配置される。
【００２７】
続いて、図３に示すように、斜め上方からレーザ１５によってレーザ光をウインドウブロック１４の端面１４ａの中央部にのみ照射し、当該箇所を加熱溶融する。レーザ１５によって溶融された箇所は溶融部１４ｂとなる。この溶融部１４ｂの溶融面積は、光ファイバ１２の断面積以上であり、例えば光ファイバ１２の断面積の３倍以上６倍以下となっている。レーザ１５によってウインドウブロック１４の端面１４ａを溶融する際、光ファイバ１２の先端は溶融されないようになっている。なお、溶融工程で用いるレーザとして例えばＣＯレーザを用いた場合、溶融部１４ｂの加工が容易になる。
【００２８】
続いて、図４に示すように、溶融部１４ｂが溶融状態を保っている間に光ファイバ１２をウインドウブロック１４の方向に移動して溶融部１４ｂに接触させ、更に押し込む。光ファイバ１２は溶融されていないため、かかる押し込みにより、溶融部１４ｂ（ウインドウブロック１４）の内部に光ファイバ１２の先端が容易に入り込む。これにより、光ファイバ１２の端面１２ａがウインドウブロック１４内に埋没する構成となる。なお、この際、ウインドウブロック１４の端面１４ａの一部である溶融部１４ｂも一緒に押し込まれ、ウインドウブロック１４の端面１４ａから内側に凹む凹部１４ｄ（図５参照）が形成される。
【００２９】
続いて、図５に示すように、溶融部１４ｂに押し込んだ光ファイバ１２をウインドウブロック１４から離れる方向に引き戻す。この引き戻しに応じて溶融部１４ｂ及びその隣接領域（凹部１４ｄ）がウインドウブロック１４から離れる方向に引っ張られて、ウインドウブロック１４の端面１４ａから光ファイバ１２側へ突出すると共に接続端部１２ｂを包囲するように包囲部１４ｃが形成される。その後、溶融部１４ｂを冷却して、光ファイバ１２とウインドウブロック１４との接合を確実にし、図１に示すレーザ伝送用ファイバ１０が完成する。
【００３０】
以上、本実施形態に係るレーザ伝送用ファイバ１０によれば、ウインドウブロック１４の端面１４ａから光ファイバ１２側へ突出して光ファイバ１２の接続端部１２ｂの周囲を包囲する包囲部１４ｃが形成されている。このため、光ファイバ１２とウインドウブロック１４との接合部を包囲部１４ｃが覆って補強する構成になるため、光ファイバ１２とウインドウブロック１４との接合を振動や衝撃に対して強くすることができる。そして、このように振動や衝撃に対する耐性が高められたレーザ伝送用ファイバ１０を例えばレーザ加工機などに用いると、その加工機に振動や衝撃が加わったとしても接合点が破断等することなく、レーザ光の伝送を確実に行って、レーザ加工等を行うことができる。
【００３１】
また、レーザ伝送用ファイバ１０では、包囲部１４ｃは、ウインドウブロック１４の端面１４ａから光ファイバ１２に向かって厚みが暫減している。このように包囲部１４ｃの厚みが暫減するため、光ファイバ１２をしならせ易くすることができ、光ファイバ１２とウインドウブロック１４との接合を振動や衝撃に対して更に強くすることが可能となる。
【００３２】
また、レーザ伝送用ファイバ１０では、光ファイバ１２の端面１２ａは、ウインドウブロック１４の端面１４ａよりもウインドウブロック１４の内部に埋没するようになっている。このため、光ファイバ１２の先端をウインドウブロック１４に対して強固に接合させることができる。なお、光ファイバ１２の端面１２ａは、ウインドウブロック１４の端面１４ａと面位置にあってもよい。
【００３３】
また、レーザ伝送用ファイバ１０の製造方法によれば、光ファイバ１２を接合するウインドウブロック１４の端面１４ａの一部のみを溶融させ、その溶融部１４ｂに光ファイバ１２を押し込んでいる。このため、光ファイバ１２は溶融されないことになり、光ファイバ１２の端面１２ａの現状態を保護しつつ、光ファイバ１２とウインドウブロック１４とを結合させることができる。しかも、この製造方法では、溶融されたウインドウブロック１４の溶融部１４ｂに光ファイバ１２を押し込んだ後に、光ファイバ１２をウインドウブロック１４から離れる方向に引き戻している。このため、光ファイバ１２の引き戻しに応じて溶融部１４ｂが光ファイバ１２側に引っ張られ、これにより、光ファイバ１２とウインドウブロック１４との接合部を覆う包囲部１４ｃが形成される。この結果、接合部に加わる振動や衝撃に強いレーザ伝送用ファイバを容易に製造することが可能となる。
【００３４】
また、レーザ伝送用ファイバ１０の製造方法において、溶融させる工程では、ウインドウブロック１４の端面１４ａに対しレーザ１５を斜めから照射して、光ファイバ１２を接合させるための端面１４ａの一部のみを溶融させている。このため、ウインドウブロック１４の中心軸と光ファイバ１２の光軸とを合わせた状態でウインドウブロック１４の端面１４ａの一部を溶融させることができるので、溶融工程が終了した後に両者の軸合わせを行うことなく、両者の軸を一致させた状態で接合することが容易にできる。また、レーザを用いてウインドウブロック１４の端面１４ａを溶融しているため、溶融領域の設定を容易且つ確実に行うことができる。
【００３５】
また、レーザ伝送用ファイバ１０の製造方法において、ウインドウブロック１４の端面１４ａに対して光ファイバ１２の光軸が略垂直になるように光ファイバ１２をウインドウブロック１４に対して離間配置し、レーザ１５の照射が行われるようになっている。このため、上述したように、溶融工程の終了後の接合において、ウインドウブロック１４と光ファイバ１２の軸を一致させた状態での接合を特に容易に行うことができる。
【００３６】
なお、レーザ伝送用ファイバ１０では、上記製造方法により、ウインドウブロック１４との接合領域における光ファイバ１２のコア１６が接合領域以外の領域に位置するコア１６と略等しい外径を有している。このように、コア１６の外径が接合領域とそれ以外の領域とで略同じであるため、レーザの伝送効率を低下させてしまうことなく、安定してレーザを伝送することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態のレーザ伝送用ファイバを図６を参照して説明する。図６は、第２実施形態のレーザ伝送用ファイバを示す断面図であり、その光軸に沿って切断した断面を示す。第２実施形態のレーザ伝送用ファイバ２０は、コア２６及びクラッド２８を有する光ファイバ２２と、ウインドウブロック２４（光学部品）とを備えている。光ファイバ２２及びウインドウブロック２４の構成は第１実施形態の光ファイバ１２とウインドウブロック１４と同様である。但し、光ファイバ２２とウインドウブロック２４との接合領域での位置関係が第１実施形態と異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【００３８】
まず、第２実施形態のレーザ伝送用ファイバ２０では、第１実施形態と同様に、光ファイバ２２の接続端部２２ｂがウインドウブロック２４の包囲部２４ｃによって包囲されるように、光ファイバ２２とウインドウブロック２４とが接合される構成となっている。それに加え、レーザ伝送用ファイバ２０では、光ファイバ２２の端面２２ａが、端面２４ａよりも光ファイバ２２側に位置するように形成されている。
【００３９】
このように第２実施形態のレーザ伝送用ファイバ２０では、光ファイバ２２の端面２２ａは、ウインドウブロック２４の端面２４ａよりも包囲部２４ｃ側に位置している。このため、第１実施形態での効果に加え、光ファイバ２２をより一層しならせ易くすることができ、光ファイバ２２とウインドウブロック２４との接合を振動や衝撃に対して一層強くすることが可能となる。なお、係る構成のレーザ伝送用ファイバ２０を製造するには、上述した製造方法での引き戻し工程（図５参照）での引き戻し量を調整することで可能である。
【００４０】
ここで、第１及び第２実施形態のレーザ伝送用ファイバ１０，２０をレーザ加工機用の光ケーブルに適用した例について図７を参照して説明する。図７に示す光ケーブルには、上述した何れのレーザ伝送用ファイバ１０，２０を適用することができるが、例えば、第１実施形態のレーザ伝送用ファイバ１０を適用した場合を例にとって説明する。
【００４１】
光ケーブル１は、高強度（例えば２ｋＷ〜１０ｋＷ）のレーザ光を照射して、例えば車両のボデー等の鉄板を溶接又は切断するレーザ加工機のレーザ光伝送手段として使用され得る。
【００４２】
光ケーブル１は、レーザ光を伝搬する光ファイバ１２と、この光ファイバ１２の末端を収容するハウジング２と、ハウジング２の後端側に設けられ光ファイバ１２を把持する把持部３と、ハウジング２内に配置される内側管５とを備える。レーザ伝送用ファイバ１０のウインドウブロック１４は、ハウジング２の先端に設けられた凹部２ａに配置される。また、把持部３よりも先端側では、光ファイバ１２の被覆部が除去されている。ハウジング２と内側管５との間には、冷却水を流すための冷却用スペース６が設けられており、この冷却水は入口７から入り出口８から流出される。
【００４３】
このような構成の光ケーブルを有するレーザ加工機には、加工の際などに振動や衝撃が加わることもあるが、本実施形態に係るレーザ伝送用ファイバ１０，２０によれば、ウインドウブロックと光ファイバとの間の接合が強固且つ柔軟になっているので、レーザ加工を安定して行うことができる。
【００４４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。即ち、光ファイバとしては、断面形状が円形のコアであるもののほか、断面形状が矩形状のコアであるものを用いてもよく、コアの断面形状は特に限定されない。また、光ファイバの種類としては、石英製光ファイバ、プラスチック製光ファイバ等、あらゆる種類の光ファイバを使用することができる。また、ウインドウブロックの材料としても、石英製の他にプラスチック製のブロックを使用することができる。
【００４５】
また、上述した例では、レーザ伝送用ファイバをレーザ加工機に適用した例を示したが、用途はこれに限定される訳ではなく、他のレーザ製品にレーザ伝送用ファイバを適用してももちろんよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２０…レーザ伝送用ファイバ、１２，２２…光ファイバ、１２ａ，２２ａ…端面、１２ｂ，２２ｂ…接続端部、１４，２４…ウインドウブロック、１４ａ，２４ａ…端面、１４ｃ…包囲部、１４ｂ…溶融部、１５…レーザ、１６，２６…コア、１８，２８…クラッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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