JP6020001B2

JP6020001B2 - 光ファイバヘッド

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Publication number: JP6020001B2
Application number: JP2012213778A
Authority: JP
Inventors: 毅高倉; 淳将藤井
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Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
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Description

本発明は、光ファイバの先端部とレンズとがケース体によって保持されてなる光ファイバヘッドに関し、特に、光ファイバ型光電センサのヘッドとして好適に利用が可能な光ファイバヘッドに関する。

光ファイバヘッドは、光ファイバの先端面から出射される光や光ファイバの先端面に入射される光をレンズによって適切に光線制御するものであり、光ファイバの先端部とレンズとをケース体にて保持させることにより、光ファイバの先端面とレンズの後端面とが対向配置されるように構成されたものである。

従来においては、レンズのケース体への固定に圧入固定や接着固定が採用されることが一般的であった。たとえば、特許文献１（特開平６−１６０６６８号公報）には、レンズのケース体への固定に圧入固定が採用された光ファイバヘッドが開示されている。

特開平６−１６０６６８号公報

しかしながら、レンズのケース体への固定に圧入固定を採用した場合には、レンズやケース体の寸法精度を厳密に管理することが必要になり、製造コストが増大してしまう問題があった。また、圧入固定を採用した場合には、反射面であるレンズの外周面に応力が作用することとなってしまい、光学特性に少なからず悪影響を与えてしまう懸念もあった。

一方、レンズのケース体への固定に接着固定を採用した場合には、接着剤を塗布してこれを硬化させる作業が必要になるため、組立作業が煩雑となって製造コストが増大してしまう問題があった。また、レンズに対するケース体の十分な保持力を確保するためには、接着剤の塗布量や硬化条件等を厳密に管理する必要が生じ、この点も製造コストが増大してしまう原因となっていた。

したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、簡便な構成にてレンズをケース体に対して確実に固定することができ、これにより安価にかつ容易に製造することができる光ファイバヘッドを提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に基づく光ファイバヘッドは、コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が出射または入射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の光ファイバと、上記光ファイバの上記先端面に対向配置された略円柱状のレンズと、軸方向に沿った前端および後端を有し、上記光ファイバの上記先端部および上記レンズを内部に収容するとともに上記後端から上記光ファイバが引き出されてなる単一の部材からなるケース体とを備えている。上記ケース体には、上記前端から上記後端にかけて順に、光を投光または受光するための開口部が形成された閉塞部、上記レンズが挿入されるレンズ挿入用孔部、および、上記光ファイバの上記先端部が挿入される光ファイバ挿入用孔部が設けられている。上記レンズ挿入用孔部の内径は、上記開口部の開口径よりも大きくかつ上記光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さい。上記レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、上記レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きい。上記本発明の第１の局面に基づく光ファイバヘッドにあっては、上記レンズが、上記レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、上記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が上記被覆材によって覆われた状態にある上記光ファイバの上記先端部が、上記光ファイバ挿入用孔部に挿入されることで、上記レンズの後端面に上記光ファイバの上記先端面が当接した状態において、上記光ファイバの上記先端部が、上記ケース体の一部を径方向に沿って縮径させたカシメ部によって上記ケース体に固定されることにより、上記レンズが、軸方向に沿って上記閉塞部と上記光ファイバとによって挟持されることのみによって上記ケース体に固定され、上記カシメ部が、上記ケース体の軸方向に沿って上記光ファイバの上記先端面が位置する部分から距離をもって上記ケース体の上記後端側の位置に設けられている。

上記本発明の第１の局面に基づく光ファイバヘッドにあっては、上記光ファイバの上記先端部の直径が、上記レンズの直径よりも大きいことが好ましい。

本発明の第２の局面に基づく光ファイバヘッドは、コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が出射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の投光ファイバと、コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が入射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の受光ファイバと、上記投光ファイバの上記先端面に対向配置された略円柱状の投光レンズと、上記受光ファイバの上記先端面に対向配置された略円柱状の受光レンズと、軸方向に沿った前端および後端を有し、上記投光ファイバの上記先端部、上記受光ファイバの上記先端部、上記投光レンズおよび上記受光レンズを内部に収容するとともに上記後端から上記投光ファイバおよび上記受光ファイバが引き出されてなる単一の部材からなるケース体とを備えている。上記ケース体には、上記前端から上記後端にかけて順に、光を投光するための投光用開口部および光を受光するための受光用開口部が形成された閉塞部、上記投光レンズおよび上記受光レンズが挿入されるレンズ挿入用孔部、および、上記投光ファイバの上記先端部および上記受光ファイバの上記先端部が挿入される光ファイバ挿入用孔部が設けられている。上記ケース体は、上記レンズ挿入用孔部のうちの上記投光レンズが挿入される部分である投光レンズ挿入用孔部と、上記受光レンズが挿入される部分である受光レンズ挿入用孔部とを区画する隔壁部を有している。上記投光レンズ挿入用孔部の内径は、上記投光用開口部の開口径よりも大きくかつ上記光ファイバ挿入用孔部のうちの上記投光ファイバが挿入される部分である投光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さい。上記受光レンズ挿入用孔部の内径は、上記受光用開口部の開口径よりも大きくかつ上記光ファイバ挿入用孔部のうちの上記受光ファイバが挿入される部分である受光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さい。上記投光レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、上記投光レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きく、上記受光レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、上記受光レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きい。上記本発明の第２の局面に基づく光ファイバヘッドにあっては、上記投光レンズが、上記投光レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、上記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が上記被覆材によって覆われた状態にある上記投光ファイバの上記先端部が、上記投光ファイバ挿入用孔部に挿入され、かつ、上記受光レンズが、上記受光レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、上記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が上記被覆材によって覆われた状態にある上記受光ファイバの上記先端部が、上記受光ファイバ挿入用孔部に挿入されることで、上記投光レンズの後端面に上記投光ファイバの上記先端面が当接し、かつ、上記受光レンズの後端面に上記受光ファイバの上記先端面が当接した状態において、上記投光ファイバの上記先端部および上記受光ファイバの上記先端部が、上記ケース体の一部を径方向に沿って縮径させたカシメ部によって上記ケース体に固定されることにより、上記投光レンズが、軸方向に沿って上記閉塞部と上記投光ファイバとによって挟持されることのみによって上記ケース体に固定されているとともに、上記受光レンズが、軸方向に沿って上記閉塞部と上記受光ファイバとによって挟持されることのみによって上記ケース体に固定され、上記カシメ部が、上記ケース体の軸方向に沿って上記投光ファイバの上記先端面および上記受光ファイバの上記先端面が位置する部分から距離をもって上記ケース体の上記後端側の位置に設けられている。

上記本発明の第２の局面に基づく光ファイバヘッドにあっては、上記投光ファイバの上記先端部の直径が、上記投光レンズの直径よりも大きいことが好ましく、また、上記受光ファイバの上記先端部の直径が、上記受光レンズの直径よりも大きいことが好ましい。

上記本発明の第２の局面に基づく光ファイバヘッドにあっては、上記隔壁部の後端面から上記投光ファイバと上記受光ファイバとの間に達するように仕切り壁が突設されていることが好ましい。

本発明によれば、簡便な構成にてレンズをケース体に対して確実に固定することができ、これにより安価にかつ容易に製造することができる光ファイバヘッドとすることができる。

本発明の実施の形態１における光ファイバヘッドの斜視図である。図１に示す光ファイバヘッドの断面図である。図１に示す光ファイバヘッドの図２中におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１に示す光ファイバヘッドの図２中におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図１に示す光ファイバヘッドの図２中におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。本発明の実施の形態１における光ファイバヘッドの組立手順を示す概略図である。本発明の実施の形態１における光ファイバヘッドの組立手順を示す概略図である。本発明の実施の形態１における光ファイバヘッドの組立手順を示す概略図である。本発明の実施の形態２における光ファイバヘッドの斜視図である。図９に示す光ファイバヘッドの断面図である。図９に示す光ファイバヘッドの図１０中におけるＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。図９に示す光ファイバヘッドの図１０中におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。図９に示す光ファイバヘッドの図１０中におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。図９に示す光ファイバヘッドの図１０中における領域ＸＩＶの拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光ファイバヘッドの斜視図であり、図２は、図１に示す光ファイバヘッドの断面図である。また、図３ないし図５は、それぞれ図１に示す光ファイバヘッドの図２中におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線およびＶ−Ｖ線に沿った断面図である。まず、これら図１ないし図５を参照して、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａの構成について説明する。なお、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａは、透過型の光ファイバ型光電センサの投光ヘッドとして構成されたものである。

図１ないし図５に示すように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａは、投光ファイバ１０と、ケース体２０と、投光レンズ３０とを備えている。

投光ファイバ１０は、光を伝送して外部に投光するものであり、コア１１およびクラッド１２を含む芯線と、芯線を被覆する被覆材１３とを有する長尺円柱状の部材からなる。コア１１およびクラッド１２は、いずれも光透過性の部材にて構成されており、被覆材１３は、遮光性の部材にて構成されている。

投光ファイバ１０としては、ＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）およびＧＯＦ（Glass Optical Fiber）のいずれかが利用でき、より好適には、ＰＯＦが利用できる。コア１１およびクラッド１２を構成する具体的な材質としては、ＰＯＦの場合には、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のアクリル系樹脂またはフッ素系樹脂等に代表される樹脂材料が利用でき、ＧＯＦの場合には、ガラス材料全般が利用できる。なお、被覆材１３としては、たとえばポリ塩化ビニル等に代表される樹脂材料が利用できる。

投光ファイバ１０は、光が出射する先端面１０ａをその軸方向の先端部に有している。投光ファイバ１０の先端部においては、コア１１およびクラッド１２を含む芯線が露出されることはなく、当該芯線が被覆材１３によって覆われた状態とされている。

ケース体２０は、投光ファイバ１０の先端部および投光レンズ３０を保持するための部材であり、中空略円筒状の形状を有している。ケース体２０は、たとえば亜鉛合金やステンレス鋼、鉄鋼等の金属製の部材にて構成されている。

ケース体２０は、軸方向に沿った前端（図２中に示す左側の端部）側に位置する本体部２１と、軸方向に沿った後端（図２中に示す右側の端部）側に位置する固定部２２と、上記前端に位置する閉塞部２３とを有している。

本体部２１の前端側の内部には、投光レンズ３０が挿入される投光レンズ挿入用孔部２４が設けられており、本体部２１の後端側の内部および固定部２２の内部には、投光ファイバ１０の先端部が挿入される投光ファイバ挿入用孔部２５が設けられている。また、閉塞部２３には、軸方向に沿って貫通する投光用開口部２３ａが設けられている。なお、投光用開口部２３ａは、投光レンズ３０によって光線制御された後の光を光ファイバヘッド１Ａの外部に向けて投光するための部位である。

これら投光用開口部２３ａ、投光レンズ挿入用孔部２４および投光ファイバ挿入用孔部２５は、互いに連通するようにケース体２０に貫通して設けられている。これにより、ケース体２０には、その前端から後端にかけて順に、投光用開口部２３ａが設けられた閉塞部２３、投光レンズ３０が挿入される投光レンズ挿入用孔部２４、および、投光ファイバ１０の先端部が挿入される投光ファイバ挿入用孔部２５が設けられることになる。

また、本体部２１の外周面には、雄ネジ部２１ａが設けられている。当該雄ネジ部２１ａは、光ファイバヘッド１Ａを設置する際に使用されるものである。一方、固定部２２の軸方向の所定位置には、カシメ部２２ａが設けられている。当該カシメ部２２ａは、ケース体２０の内部に挿入された投光ファイバ１０を保持する部位である。

投光レンズ３０は、投光ファイバ１０の先端面１０ａから出射された光を光線制御するためのものである。投光レンズ３０は、光透過性の部材にて構成されており、たとえばアクリル系樹脂等に代表される樹脂材料を用いた射出成形品にて構成されている。

投光レンズ３０は、略円柱状の形状を有しており、その前端面３０ａ（図２中に示す左側の端面）が凸状のレンズ面にて構成されており、その後端面３０ｂ（図２中に示す右側の端面）が平面にて構成されている。

なお、投光レンズ３０としては、上述した射出成形品からなる樹脂レンズ以外にも、ガラスレンズ等の利用が可能である。

投光ファイバ１０の先端部および投光レンズ３０は、それぞれケース体２０に設けられた投光ファイバ挿入用孔部２５および投光レンズ挿入用孔部２４に収容されている。より詳細には、投光ファイバ１０の先端部は、ケース体２０の後端側に設けられた投光ファイバ挿入用孔部２５内に配置されており、投光レンズ３０は、ケース体２０の前端側に設けられた投光レンズ挿入用孔部２４内に主として配置されている。なお、ケース体２０の後端からは、投光ファイバ１０の先端部を除く部分が外部に向けて引き出されている。

これにより、投光ファイバ１０の先端面１０ａと投光レンズ３０の後端面３０ｂとは、ケース体２０の内部において対向して配置されることになり、これら投光ファイバ１０の先端面１０ａと投光レンズ３０の後端面３０ｂとがケース体２０の内部において当接した状態とされている。

上述したように、投光ファイバ１０の先端部は、ケース体２０の固定部２２に設けられたカシメ部２２ａによって保持されている。カシメ部２２ａは、固定部２２の軸方向に沿った一部が縮径するように固定部２２を塑性変形させることで形成されたものであり、当該縮径されたカシメ部２２ａにより、ケース体２０の内部に配置された投光ファイバ１０が径方向において挟み込まれることで保持されている。

より詳細には、上述したように、当該カシメ部２２ａによって保持される投光ファイバ１０の先端部は、コア１１およびクラッド１２を含む芯線が被覆材１３によって覆われた状態にあるため、当該縮径したカシメ部２２ａによって適度な弾性を有する被覆材１３が押圧されて変形することになり、当該カシメ部２２ａが被覆材１３の外周面１０ｃに喰い込むことで強固にその固定が行なわれる。また、弾性を有する被覆材１３がカシメ部２２ａと芯線との間に位置することにより、芯線の変形が抑制され、投光ファイバ１０の光学特性がカシメ固定によって劣化することが防止可能となる。

なお、カシメ部２２ａが位置する部分のケース体２０の内周面に予め雌ネジ形状等の凹凸形状を付与することにより、カシメ加工後においてケース体２０によってより強固に投光ファイバ１０を保持することも可能である。

一方、投光レンズ３０は、軸方向に沿ってケース体２０の閉塞部２３と投光ファイバ１０とによって挟持されることでケース体２０に固定されている。すなわち、投光レンズ３０は、投光レンズ挿入用孔部２４に圧入されることなく、その外周面３０ｃが投光レンズ挿入用孔部２４の周面に基本的に接触することなく隙間をもった状態で投光レンズ挿入用孔部２４内に配置されており、この状態において閉塞部２３と投光ファイバ１０とによって軸方向において挟み込まれることでケース体２０に対して固定されている。

これにより、投光レンズ３０は、投光ファイバ１０によってケース体２０の閉塞部２３に向けて押圧された状態で固定されることになり、当該固定後の状態において、投光ファイバ１０の光軸と投光レンズ３０の光学中心とが実質的に同一直線上に位置することになる。

ここで、図２に示すように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａにあっては、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1が、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも大きく構成されている（Ｒ_A1＞Ｒ_A2）。

上記条件の下、図４に示すように、投光ファイバ挿入用孔部２５の内径Ｒ_A3は、当該投光ファイバ挿入用孔部２５の内部に投光ファイバ１０が挿入可能となるように、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1よりも僅かに大きく構成されており（Ｒ_A3＞Ｒ_A1）、図３に示すように、投光レンズ挿入用孔部２４の内径Ｒ_A4は、当該投光レンズ挿入用孔部２４の内部に投光レンズ３０が挿入可能となるように、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも僅かに大きく構成されている（Ｒ_A4＞Ｒ_A2）。

また、上記条件の下、図３に示すように、投光用開口部２３ａの開口径Ｒ_A5は、投光レンズ３０が投光レンズ挿入用孔部２４に挿入された状態において当該投光レンズ３０の周縁が閉塞部２３に当接することとなるように、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも小さく構成されている（Ｒ_A5＜Ｒ_A2）。

さらに、上記条件の下、図２に示すように、投光レンズ３０の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_A1は、投光レンズ３０を投光レンズ挿入用孔部２４に挿入した状態においてその後端が投光ファイバ挿入用孔部２５内に位置することとなるように、投光レンズ挿入用孔部２４の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_A2よりも大きく構成されている（Ｌ_A1＞Ｌ_A2）。

以上の条件を満たすことにより、上述したように、投光レンズ３０が軸方向に沿って閉塞部２３と投光ファイバ１０とによって挟み込まれることになり、投光レンズ３０をケース体２０に対して固定することが可能になる。

ここで、図２に示すように、カシメ部２２ａは、ケース体２０の軸方向に沿って投光ファイバ１０の先端面１０ａが位置する部分から距離をもってケース体２０の後端側の位置に設けられている。このように構成することにより、カシメ部２２ａを用いて投光ファイバ１０をカシメ固定することで生じる投光ファイバ１０のケース体２０の軸方向に沿った伸長の影響が、投光ファイバ１０の先端面１０ａにまで達することが緩和できることになり、投光ファイバ１０の先端面１０ａの位置決めがより高精度に行なえることになる。

図６ないし図８は、本実施の形態における光ファイバヘッドの組立手順を示す概略図である。次に、これら図６ないし図８を参照して、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａの組立手順について説明する。

上述した本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａを組立てるに際しては、まず、図６に示すように、ケース体２０に対して投光レンズ３０が挿入される。その際、投光レンズ３０は、ケース体２０の後端側からケース体２０に設けられた投光ファイバ挿入用孔部２５を経由して投光レンズ挿入用孔部２４に達するように挿入され、さらにその前端面３０ａがケース体２０の閉塞部２３に当接した状態となるようにされる。また、その際、投光レンズ３０の前端面３０ａに設けられた凸状のレンズ部が閉塞部２３に設けられた投光用開口部２３ａに嵌まり込むことにより、投光レンズ３０がケース体２０に対して位置決めされる。

次に、図７に示すように、投光レンズ３０が挿入されてなるケース体２０に対して投光ファイバ１０の先端部が挿入される。その際、投光ファイバ１０の先端部は、ケース体２０の後端側からケース体２０に設けられた投光ファイバ挿入用孔部２５に対して挿入される。また、その際、投光ファイバ１０の先端面１０ａが、先にケース体２０に挿入された投光レンズ３０の後端面３０ｂに当接した状態とされる。ここで、投光ファイバ１０の先端部は、芯線が被覆材１３によって覆われた状態のままでよいため、当該被覆材１３を取り除いて芯線を露出させる必要はない。

次に、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、所定の形状を有するカシメ具１００Ａ，１００Ｂを用いてケース体２０の固定部２２にカシメ加工が施される。ここで、カシメ具１００Ａ，１００Ｂとしては、たとえば図示するように半割状のものが用いられ、これらカシメ具１００Ａ，１００Ｂが固定部２２を挟み込むように配置され、その後、これらカシメ具１００Ａ，１００Ｂが互いに接近するように移動されることで上記カシメ加工が実施される。

これにより、固定部２２の一部が縮径するように塑性変形することになり、これによってカシメ部２２ａが固定部２２に形成されることになる。これに伴い、投光ファイバ１０の先端部がケース体２０に対して固定されることになる。

以上の工程を経ることにより、上述した本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａの組立てが完了し、図１ないし図５に示す如くの構成の光ファイバヘッド１Ａが製造されることになる。

以上において説明したように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａとすることにより、簡便な構成にて投光レンズ３０をケース体２０に対して固定することができ、そのため安価にかつ容易に製造できる光ファイバヘッドとすることができる。

すなわち、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａとした場合には、投光レンズのケース体への固定に圧入固定を採用した場合に比べ、投光レンズやケース体の寸法精度を必要以上に厳密に管理する必要がなくなることになり、また接着剤を用いて投光レンズをケース体に固定する場合に比べ、接着剤を塗布してこれを硬化させる作業が不要になることになり、その結果、製造コストを大幅に削減することが可能になる。

また、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａとした場合には、投光レンズのケース体への固定に圧入固定を採用した場合に比べ、投光レンズの外周面に応力が作用しないことになるため、光学特性に悪影響が生じてしまう懸念が一切ない点においても優位となる。

また、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ａとした場合には、接着剤を用いて投光レンズをケース体に固定する場合に比べて接着剤が不要になるため、接着剤を使用した場合にその耐熱性の低さから設置が困難となる高温環境下への設置や、接着剤を使用した場合に当該接着剤からアウトガスが発生するためにその設置が困難となる半導体製造現場等のクリーン環境下への設置も可能になり、その適用範囲を大幅に拡大できる効果も得られる。

なお、上述した本実施の形態においては、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1が、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも大きく構成されている場合を例示したが、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1は、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2と同じに構成されていてもよいし、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも小さく構成されていてもよい。

また、上述した本実施の形態においては、透過型の光ファイバ型光電センサの投光ヘッドに本発明を適用した場合を例示したが、透過型の光ファイバ型光電センサの受光ヘッドに本発明を適用することも当然に可能である。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における光ファイバヘッドの斜視図であり、図１０は、図９に示す光ファイバヘッドの断面図である。また、図１１ないし図１３は、それぞれ図９に示す光ファイバヘッドの図１０中におけるＸＩ−ＸＩ線、ＸＩＩ−ＸＩＩ線およびＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図であり、図１４は、図９に示す光ファイバヘッドの図１０中における領域ＸＩＶの拡大断面図である。以下、これら図９ないし図１４を参照して、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂの構成について説明する。なお、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂは、反射型の光ファイバ型光電センサの投受光ヘッドとして構成されたものである。

図９ないし図１３に示すように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂは、投光ファイバ１０と、受光ファイバ４０と、ケース体２０と、投光レンズ３０と、受光レンズ５０とを備えている。光ファイバヘッド１Ｂは、上述した実施の形態１における光ファイバヘッド１Ａのケース体２０に、投光ファイバ１０および投光レンズ３０に加え、さらに受光ファイバ４０および受光レンズ５０が組付けられたものである。そのため、投光ファイバ１０および投光レンズ３０の形状およびそれらのケース体２０に対する組付構造は、基本的には上述の実施の形態１におけるそれと同様である。

受光ファイバ４０は、光を伝送して外部に投光するものであり、投光ファイバ１０と同様の部材にて構成されている。受光ファイバ４０は、光が入射する先端面４０ａを有しており、コア４１、クラッド４２および被覆材４３を含んでいる。受光ファイバ４０の先端部においては、コア４１およびクラッド４２を含む芯線が露出されることはなく、当該芯線が被覆材４３によって覆われた状態とされている。

受光レンズ５０は、外部から入射した光を光線制御して受光ファイバ４０に入射させるためのものであり、投光レンズ３０と同様の部材にて構成されている。受光レンズ５０は、その前端面５０ａ（図１０中に示す左側の端面）が凸状のレンズ面にて構成されており、その後端面５０ｂ（図１０中に示す右側の端面）が平面にて構成されている。

ケース体２０の本体部２１の前端側の内部には、上述した投光レンズ挿入用孔部２４に加えて、受光レンズ５０が挿入される受光レンズ挿入用孔部２６が設けられており、本体部２１の後端側の内部および固定部２２の内部には、上述した投光ファイバ挿入用孔部２５に加えて、受光ファイバ４０の先端部が挿入される受光ファイバ挿入用孔部２７が設けられている。また、閉塞部２３には、上述した投光用開口部２３ａに加えて、軸方向に沿って貫通する受光用開口部２３ｂが設けられている。なお、受光用開口部２３ｂは、光ファイバヘッド１Ｂに向けて照射された光を受光レンズ５０に入射させるための部位である。

これら受光用開口部２３ｂ、受光レンズ挿入用孔部２６および受光ファイバ挿入用孔部２７は、互いに連通するようにケース体２０に貫通して設けられている。これにより、ケース体２０には、その前端から後端にかけて順に、受光用開口部２３ｂが設けられた閉塞部２３、受光レンズ５０が挿入される受光レンズ挿入用孔部２６、および、受光ファイバ４０の先端部が挿入される受光ファイバ挿入用孔部２７が設けられることになる。

ここで、投光レンズ挿入用孔部２４と受光レンズ挿入用孔部２６とは、ケース体２０の内部に設けられた隔壁部２８によって区画されている。一方、投光ファイバ挿入用孔部２５と受光ファイバ挿入用孔部２７とは、実質的に区画されておらず、相互に連通している。

受光ファイバ４０の先端部および受光レンズ５０は、それぞれケース体２０に設けられた受光ファイバ挿入用孔部２７および受光レンズ挿入用孔部２６に収容されている。より詳細には、受光ファイバ４０の先端部は、ケース体２０の後端側に設けられた受光ファイバ挿入用孔部２７内に配置されており、受光レンズ５０は、ケース体２０の前端側に設けられた受光レンズ挿入用孔部２６内に主として配置されている。なお、ケース体２０の後端からは、受光ファイバ４０の先端部を除く部分が外部に向けて引き出されている。

これにより、受光ファイバ４０の先端面４０ａと受光レンズ５０の後端面５０ｂとは、ケース体２０の内部において対向して配置されることになり、これら受光ファイバ４０の先端面４０ａと受光レンズ５０の後端面５０ｂとがケース体２０の内部において当接した状態とされている。

投光ファイバ１０の先端部および受光ファイバ４０の先端部は、ケース体２０の固定部２２に設けられたカシメ部２２ａによって一体的に保持されている。すなわち、投光ファイバ１０の先端部および受光ファイバ４０の先端部は、固定部２２の軸方向に沿った一部が縮径するように塑性変形されることで形成されたカシメ部２２ａによって束ねられた状態とされ、この状態においてカシメ部２２ａが投光ファイバ１０の外周面１０ｃおよび受光ファイバ４０の外周面４０ｃの双方に喰い込むことで一体的に保持されている。

一方、受光レンズ５０は、投光レンズ３０の場合と同様に、軸方向に沿ってケース体２０の閉塞部２３と受光ファイバ４０とによって挟持されることでケース体２０に固定されている。すなわち、受光レンズ５０は、受光レンズ挿入用孔部２６に圧入されることなく、その外周面５０ｃが受光レンズ挿入用孔部２６の周面に基本的に接触することなく隙間をもった状態で受光レンズ挿入用孔部２６内に配置されており、この状態において閉塞部２３と受光ファイバ４０とによって軸方向において挟み込まれることでケース体２０に対して固定されている。

これにより、受光レンズ５０は、投光レンズ３０の場合と同様に、受光ファイバ４０によってケース体２０の閉塞部２３に向けて押圧された状態で固定されることになり、当該固定後の状態において、受光ファイバ４０の光軸と受光レンズ５０の光学中心とが実質的に同一直線上に位置することになる。

ここで、図１０に示すように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂにあっては、受光ファイバ４０の先端部の直径Ｒ_B1が、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2よりも大きく構成されている（Ｒ_B1＞Ｒ_B2）。

上記条件の下、図１２に示すように、受光ファイバ挿入用孔部２７の内径Ｒ_B3は、当該受光ファイバ挿入用孔部２７の内部に受光ファイバ４０が挿入可能となるように、受光ファイバ４０の先端部の直径Ｒ_B1よりも僅かに大きく構成されており（Ｒ_B3＞Ｒ_B1）、図１１に示すように、受光レンズ挿入用孔部２６の内径Ｒ_B4は、当該受光レンズ挿入用孔部２６の内部に受光レンズ５０が挿入可能となるように、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2よりも僅かに大きく構成されている（Ｒ_B4＞Ｒ_B2）。

また、上記条件の下、図１１に示すように、受光用開口部２３ｂの開口径Ｒ_B5は、受光レンズ５０が受光レンズ挿入用孔部２６に挿入された状態において当該受光レンズ５０の周縁が閉塞部２３に当接することとなるように、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2よりも小さく構成されている（Ｒ_B5＜Ｒ_B2）。

さらに、上記条件の下、図１０に示すように、受光レンズ５０の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_B1は、受光レンズ５０を受光レンズ挿入用孔部２６に挿入した状態においてその後端が受光ファイバ挿入用孔部２７内に位置することとなるように、受光レンズ挿入用孔部２６の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_B2よりも大きく構成されている（Ｌ_B1＞Ｌ_B2）。

以上の条件を満たすことにより、上述したように、受光レンズ５０が軸方向に沿って閉塞部２３と受光ファイバ４０とによって挟み込まれることになり、受光レンズ５０をケース体２０に対して固定することが可能になる。

なお、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂの組立手順については、上述した実施の形態１における光ファイバヘッド１Ａの組立手順に準じたものとなるため、その説明はここでは省略する。

以上において説明したように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂとすることにより、上述した実施の形態１の場合と同様に、簡便な構成にて投光レンズ３０および受光レンズ５０をケース体２０に対して固定することができ、そのため安価にかつ容易に製造できる光ファイバヘッドとすることができる。

すなわち、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂとした場合には、投光レンズおよび受光レンズのケース体への固定に圧入固定を採用した場合に比べ、投光レンズや受光レンズ、ケース体の寸法精度を必要以上に厳密に管理する必要がなくなることになり、また接着剤を用いて投光レンズおよび受光レンズをケース体に固定する場合に比べ、接着剤を塗布してこれを硬化させる作業が不要になることになり、その結果、製造コストを大幅に削減することが可能になる。

ここで、図１４に示すように、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂにあっては、ケース体２０の内部に設けられた隔壁部２８の後端面から投光ファイバ１０と受光ファイバ４０との間に達するように仕切り壁２８ａが突設されている。当該仕切り壁２８ａは、いわゆるクロストーク（投光ファイバから出射された光の一部が、光ファイバヘッドの外部を経由せずに光ファイバヘッドの内部を介して受光ファイバに達してしまう現象）の発生を防止するために設けられたものである。

すなわち、本実施の形態における光ファイバヘッド１Ｂにあっては、投光レンズ３０の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_A1が、投光レンズ挿入用孔部２４の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_A2よりも大きく構成されているとともに、受光レンズ５０の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_B1が、受光レンズ挿入用孔部２６の軸方向に沿った嵌め合い長さＬ_B2よりも大きく構成されているため、当該仕切り壁２８ａが設けられていない場合には、投光ファイバ挿入用孔部２５の前端および受光ファイバ挿入用孔部２７の前端において、投光レンズ３０の後端と受光レンズ５０の後端とが何ら遮られることなく対峙することになり、上述したクロストークが発生し得ることとなってしまう。

そのため、上述したように、隔壁部２８に仕切り壁２８ａを設けることとすれば、投光ファイバ挿入用孔部２５の前端および受光ファイバ挿入用孔部２７の前端において、投光レンズ３０の後端と受光レンズ５０の後端とが当該仕切り壁２８ａによって遮られることとなり、クロストークの発生が未然に防止できることになる。

なお、上述した本実施の形態においては、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1が、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも大きく構成されているとともに、受光ファイバ４０の先端部の直径Ｒ_B1が、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2よりも大きく構成されている場合を例示したが、投光ファイバ１０の先端部の直径Ｒ_A1は、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2と同じに構成されていてもよいし、投光レンズ３０の直径Ｒ_A2よりも小さく構成されていてもよく、また受光ファイバ４０の先端部の直径Ｒ_B1は、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2と同じに構成されていてもよいし、受光レンズ５０の直径Ｒ_B2よりも小さく構成されていてもよい。

また、上述した本実施の形態においては、投光ファイバ挿入用孔部２５と受光ファイバ挿入用孔部２７とがケース体２０の内部において連通した状態とされた場合を例示して説明を行なったが、ケース体２０の内部に隔壁部を設けること等によってこれらを区画することとしてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態１および２においては、ケース体の外周面に雄ネジ部が形成された構成の光ファイバヘッドに本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、当該雄ネジ部は必須のものではなく、雄ネジ部が設けられていない光ファイバヘッドに本発明を適用すること当然に可能である。

このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１Ａ，１Ｂ光ファイバヘッド、１０投光ファイバ、１０ａ先端面、１０ｃ外周面、１１コア、１２クラッド、１３被覆材、２０ケース体、２１本体部、２１ａ雄ネジ部、２２固定部、２２ａカシメ部、２３閉塞部、２３ａ投光用開口部、２３ｂ受光用開口部、２４投光レンズ挿入用孔部、２５投光ファイバ挿入用孔部、２６受光レンズ挿入用孔部、２７受光ファイバ挿入用孔部、２８隔壁部、２８ａ仕切り壁、３０投光レンズ、３０ａ前端面、３０ｂ後端面、３０ｃ外周面、４０受光ファイバ、４０ａ先端面、４０ｃ外周面、４１コア、４２クラッド、４３被覆材、５０受光レンズ、５０ａ前端面、５０ｂ後端面、５０ｃ外周面、１００Ａ，１００Ｂカシメ具。

Claims

コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が出射または入射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の光ファイバと、
前記光ファイバの前記先端面に対向配置された略円柱状のレンズと、
軸方向に沿った前端および後端を有し、前記光ファイバの前記先端部および前記レンズを内部に収容するとともに前記後端から前記光ファイバが引き出されてなる単一の部材からなるケース体とを備え、
前記ケース体には、前記前端から前記後端にかけて順に、光を投光または受光するための開口部が形成された閉塞部、前記レンズが挿入されるレンズ挿入用孔部、および、前記光ファイバの前記先端部が挿入される光ファイバ挿入用孔部が設けられ、
前記レンズ挿入用孔部の内径は、前記開口部の開口径よりも大きくかつ前記光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さく、
前記レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、前記レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きく、
前記レンズが、前記レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、前記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が前記被覆材によって覆われた状態にある前記光ファイバの前記先端部が、前記光ファイバ挿入用孔部に挿入されることで、前記レンズの後端面に前記光ファイバの前記先端面が当接した状態において、前記光ファイバの前記先端部が、前記ケース体の一部を径方向に沿って縮径させたカシメ部によって前記ケース体に固定されることにより、前記レンズが、軸方向に沿って前記閉塞部と前記光ファイバとによって挟持されることのみによって前記ケース体に固定され、
前記カシメ部が、前記ケース体の軸方向に沿って前記光ファイバの前記先端面が位置する部分から距離をもって前記ケース体の前記後端側の位置に設けられている、光ファイバヘッド。
前記光ファイバの前記先端部の直径が、前記レンズの直径よりも大きい、請求項１に記載の光ファイバヘッド。
コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が出射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の投光ファイバと、
コアおよびクラッドを含む芯線ならびに当該芯線を被覆する外装材である被覆材を含み、光が入射する先端面を軸方向の先端部に有する長尺円柱状の受光ファイバと、
前記投光ファイバの前記先端面に対向配置された略円柱状の投光レンズと、
前記受光ファイバの前記先端面に対向配置された略円柱状の受光レンズと、
軸方向に沿った前端および後端を有し、前記投光ファイバの前記先端部、前記受光ファイバの前記先端部、前記投光レンズおよび前記受光レンズを内部に収容するとともに前記後端から前記投光ファイバおよび前記受光ファイバが引き出されてなる単一の部材からなるケース体とを備え、
前記ケース体には、前記前端から前記後端にかけて順に、光を投光するための投光用開口部および光を受光するための受光用開口部が形成された閉塞部、前記投光レンズおよび前記受光レンズが挿入されるレンズ挿入用孔部、および、前記投光ファイバの前記先端部および前記受光ファイバの前記先端部が挿入される光ファイバ挿入用孔部が設けられ、
前記ケース体は、前記レンズ挿入用孔部のうちの前記投光レンズが挿入される部分である投光レンズ挿入用孔部と、前記受光レンズが挿入される部分である受光レンズ挿入用孔部とを区画する隔壁部を有し、
前記投光レンズ挿入用孔部の内径は、前記投光用開口部の開口径よりも大きくかつ前記光ファイバ挿入用孔部のうちの前記投光ファイバが挿入される部分である投光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さく、
前記受光レンズ挿入用孔部の内径は、前記受光用開口部の開口径よりも大きくかつ前記光ファイバ挿入用孔部のうちの前記受光ファイバが挿入される部分である受光ファイバ挿入用孔部の内径よりも小さく、
前記投光レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、前記投光レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きく、
前記受光レンズの軸方向に沿った嵌め合い長さは、前記受光レンズ挿入用孔部の軸方向に沿った嵌め合い長さよりも大きく、
前記投光レンズが、前記投光レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、前記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が前記被覆材によって覆われた状態にある前記投光ファイバの前記先端部が、前記投光ファイバ挿入用孔部に挿入され、かつ、前記受光レンズが、前記受光レンズ挿入用孔部に挿入されるとともに、前記芯線の周面が露出されることなく当該芯線の周面が前記被覆材によって覆われた状態にある前記受光ファイバの前記先端部が、前記受光ファイバ挿入用孔部に挿入されることで、前記投光レンズの後端面に前記投光ファイバの前記先端面が当接し、かつ、前記受光レンズの後端面に前記受光ファイバの前記先端面が当接した状態において、前記投光ファイバの前記先端部および前記受光ファイバの前記先端部が、前記ケース体の一部を径方向に沿って縮径させたカシメ部によって前記ケース体に固定されることにより、前記投光レンズが、軸方向に沿って前記閉塞部と前記投光ファイバとによって挟持されることのみによって前記ケース体に固定されているとともに、前記受光レンズが、軸方向に沿って前記閉塞部と前記受光ファイバとによって挟持されることのみによって前記ケース体に固定され、
前記カシメ部が、前記ケース体の軸方向に沿って前記投光ファイバの前記先端面および前記受光ファイバの前記先端面が位置する部分から距離をもって前記ケース体の前記後端側の位置に設けられている、光ファイバヘッド。
前記投光ファイバの前記先端部の直径は、前記投光レンズの直径よりも大きく、
前記受光ファイバの前記先端部の直径は、前記受光レンズの直径よりも大きい、請求項３に記載の光ファイバヘッド。
前記隔壁部の後端面から前記投光ファイバと前記受光ファイバとの間に達するように仕切り壁が突設されている、請求項３または４に記載の光ファイバヘッド。