JP2022013191A - 光ファイバ部材、及びファイバセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイント金具の先端面の高精度化を可能とした光ファイバ部材を提供すること。【解決手段】投光側光ファイバ部材１１は、プラスチックファイバ１３と、プラスチックファイバ１３よりも小さい径に形成され、プラスチックファイバ１３の先端部に基端部が対向配置されて光学的に連結されるガラスファイバ１４と、基端側にプラスチックファイバ１３の先端側が挿入される大径挿入部１５ａが設けられるとともに、先端側にガラスファイバ１４の基端側が挿入される小径挿入部１５ｂが設けられたジョイント金具１５とを備える。ガラスファイバ１４は、その外表面が筒状のスリーブ１８に覆われ、該スリーブ１８が小径挿入部１５ｂに挿入されて接着されるものであり、ジョイント金具１５の先端面における小径挿入部１５ｂの周囲にはテーパ凹部１５ｃが設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ部材、及びファイバセンサに関するものである。

従来、ファイバセンサの本体に接続される光ファイバ部材としては、プラスチックファイバと、該プラスチックファイバの先端部に基端部が対向配置されて光学的に連結されるガラスファイバとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この光ファイバ部材は、プラスチックファイバとガラスファイバとを連結した状態で保持するジョイント金具を備え、ジョイント金具には、基端側にプラスチックファイバの先端側が挿入される大径挿入部が設けられ、先端側にガラスファイバの基端側が挿入される小径挿入部が設けられている。このような光ファイバ部材では、基端側にプラスチックファイバを用いることで、全体をガラスファイバとした場合に比べて、曲げ易さと低価格化を確保しつつ、先端側にガラスファイバを用いることで、センシング領域での耐熱性や耐薬品性を高く確保することができる。また、チップ部品などの微小物を高精度に検出するために、検出面サイズを小さくする必要があるが、ガラスファイバを用いることで検出面サイズを小さくすることが可能となる。

実開平１－７７６０２号公報

ところで、上記のような光ファイバ部材において、ガラスファイバの外表面が筒状のスリーブに覆われ、該スリーブが小径挿入部に挿入されて接着された構成では、ジョイント金具の先端面における小径挿入部の周囲に接着剤が漏れ出る可能性があった。このときスリーブ径が太ければ漏れ出た接着剤を硬化前に拭き取ることは充分可能であるが、スリーブ径が細くなるほど拭き取り作業は困難であった。すなわち、ジョイント金具の先端面から接着剤が出っ張って固まってしまうことがあり、ジョイント金具の先端面の精度が低くなるという虞があった。極細ファイバを実現しようとすると、スリーブ径が細くなりスリーブを固定することは困難となる。このことは、例えば、ジョイント金具の先端面を固定部材の当接面に当接させて位置決めして保持する場合等に、固定部材に対するジョイント金具の位置ずれ、ひいてはガラスファイバの位置ずれを生じさせ、ファイバセンサの検出精度の低下を生じさせる原因となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ジョイント金具の先端面の高精度化を可能とした光ファイバ部材、及びファイバセンサを提供することにある。

上記課題を解決する光ファイバ部材は、プラスチックファイバと、前記プラスチックファイバよりも小さい径に形成され、前記プラスチックファイバの先端部に基端部が対向配置されて光学的に連結されるガラスファイバと、基端側に前記プラスチックファイバの先端側が挿入される大径挿入部が設けられるとともに、先端側に前記ガラスファイバの基端側が挿入される小径挿入部が設けられたジョイント金具とを備えた光ファイバ部材であって、前記ガラスファイバは、その外表面が筒状のスリーブに覆われ、該スリーブが前記小径挿入部に挿入されて接着されるものであり、前記ジョイント金具の先端面における前記小径挿入部の周囲には凹部が設けられる。

同構成によれば、ジョイント金具の先端面における小径挿入部の周囲には凹部が設けられるため、ガラスファイバの外表面を覆うスリーブが小径挿入部に挿入されて接着される際に接着剤が小径挿入部から漏れ出てもその接着剤は凹部内に収容される。よって、ジョイント金具の先端面から接着剤が出っ張ってしまうことが抑えられ、ジョイント金具の先端面を高精度とすることができる。その結果、例えば、ジョイント金具の先端面を固定部材の当接面に当接させて位置決めして保持する場合等に、固定部材に対するジョイント金具の位置がずれてしまうといったことが抑えられる。

上記光ファイバ部材において、前記凹部は、底に向かうほど径が小さくなるテーパ凹部であることが好ましい。
同構成によれば、前記凹部は、底に向かうほど径が小さくなるテーパ凹部であるため、例えば、底の深さが一定の凹部等とした場合に比べて、成形が容易となる。

上記光ファイバ部材において、前記ガラスファイバは、多成分ガラスファイバであることが好ましい。
同構成によれば、ガラスファイバは、多成分ガラスファイバであるため、例えば、単に石英よりなるガラスファイバに比べて、安価とすることができる。

上記光ファイバ部材において、前記ガラスファイバは、その直径が前記プラスチックファイバの直径の半分以下に形成されていることが好ましい。
同構成によれば、ガラスファイバは、その直径がプラスチックファイバの直径の半分以下に形成されるため、投光する光を大幅に細くすることができる。

上記課題を解決するファイバセンサは、上記光ファイバ部材を投光側光ファイバ部材として備えるとともに、前記投光側光ファイバ部材の前記ガラスファイバの先端と対向するように配置された受光側光ファイバ部材とを備えたファイバセンサであって、前記投光側光ファイバ部材の前記ガラスファイバは、前記受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成される。

同構成によれば、投光側光ファイバ部材のガラスファイバは、受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成されるため、例えば、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成としながら、投光側光ファイバ部材と受光側光ファイバ部材の位置合わせを容易とすることができる。すなわち、例えば、投光側光ファイバ部材の光ファイバと受光側光ファイバ部材の光ファイバを共に小さい径とした場合、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成とすることができるものの、互いの光ファイバを対向させる位置合わせが高精度を要する。これに対して上記構成では、受光側光ファイバ部材の光ファイバの径が大きいため、受光できる範囲が広くなり、高精度な位置合わせが不要となって位置合わせが容易となる。

本開示の光ファイバ部材、及びファイバセンサによれば、ジョイント金具の先端面の高精度化が可能となる。

一実施形態におけるファイバセンサを説明するための模式図である。 一実施形態における投光側光ファイバ部材と固定部材の断面図である。

以下、ファイバセンサの一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
図１に示すように、ファイバセンサ１０は、光ファイバ部材としての投光側光ファイバ部材１１と、受光側光ファイバ部材１２とを備え、それらは投光素子及び受光素子を有する図示しないファイバセンサ本体に接続されている。

図２に示すように、投光側光ファイバ部材１１は、プラスチックファイバ１３と、ガラスファイバ１４と、ジョイント金具１５とを備える。
詳述すると、まずプラスチックファイバ１３は、プラスチックよりなる光ファイバであって、本実施形態ではアクリルよりなるプラスチックファイバである。プラスチックファイバ１３は、先端側の一部を除いて外表面がポリエチレンよりなる皮膜１６に覆われている。また、本実施形態のプラスチックファイバ１３において皮膜１６より露出した先端側は、略筒状の先端金具１７に挿入されて該先端金具１７に覆われている。詳しくは、先端金具１７は、軸方向中央の筒部１７ａと、筒部１７ａの先端から外径が小さくされて延びる先端筒部１７ｂと、筒部１７ａの基端から内径が大きくされて延びる基端筒部１７ｃとを有する。そして、先端金具１７は、筒部１７ａと先端筒部１７ｂとがプラスチックファイバ１３の露出した先端側を覆うように、且つ基端筒部１７ｃが皮膜１６の先端側を覆うように設けられている。

ガラスファイバ１４は、ガラス系の材料よりなる光ファイバであって、本実施形態では多成分ガラスよりなる多成分ガラスファイバである。ガラスファイバ１４は、プラスチックファイバ１３よりも小さい径に形成され、その基端部がプラスチックファイバ１３の先端部に対向配置されてプラスチックファイバ１３と光学的に連結されている。なお、本実施形態のガラスファイバ１４は、その直径が０．０５ｍｍに形成されている。プラスチックファイバ１３の直径が０．５ｍｍで、それに対してガラスファイバ１４の直径は超極細に形成されている。プラスチックファイバでは実現できない細さを本実施例ではガラスファイバで実現している。ガラスファイバ１４は、その外表面がステンレスよりなる筒状のスリーブ１８に覆われている。

そして、ジョイント金具１５は、プラスチックファイバ１３とガラスファイバ１４とを連結した状態で保持する。詳しくは、ジョイント金具１５には、基端側にプラスチックファイバ１３の先端側が挿入される大径挿入部１５ａが設けられるとともに、先端側にガラスファイバ１４の基端側が挿入される小径挿入部１５ｂが設けられている。大径挿入部１５ａは、前記先端金具１７が挿入可能な径に形成され、先端金具１７は大径挿入部１５ａに挿入されてその外周が大径挿入部１５ａに接着されている。小径挿入部１５ｂは、前記スリーブ１８が挿入可能な径に形成され、スリーブ１８は小径挿入部１５ｂに挿入されてその外周が小径挿入部１５ｂに接着されている。

また、ジョイント金具１５の先端面における小径挿入部１５ｂの周囲には凹部としてのテーパ凹部１５ｃが設けられている。テーパ凹部１５ｃは、底に向かうほど径が小さくなるように、言い換えると、軸方向から見て、中心の小径挿入部１５ｂに向かうほど深さが深くなるように形成されている。テーパ凹部１５ｃは、ガラスファイバ１４の外表面を覆うスリーブ１８が小径挿入部１５ｂに挿入されて接着される際に、接着剤１９が小径挿入部１５ｂから漏れ出てもその接着剤１９が収容されるように設けられている。

図１に示すように、投光側光ファイバ部材１１は、センシング対象である例えば電気部品チップ２１を搬送する搬送部材２２の近傍位置に配置される。投光側光ファイバ部材１１は、搬送部材２２の近傍位置に配置される固定部材２３に対して固定される。固定部材２３は、ジョイント金具１５を収容する収容凹部２３ａと、該収容凹部２３ａの底部から先端側に延びてジョイント金具１５から突出したガラスファイバ１４及びスリーブ１８を収容する収容孔２３ｂとを有する。そして、投光側光ファイバ部材１１は、ジョイント金具１５の先端面が固定部材２３の収容凹部２３ａの底部である当接面２３ｃに当接されることで位置決めされて固定部材２３に固定される。なお、投光側光ファイバ部材１１は、固定部材２３に固定された状態でガラスファイバ１４の先端面が固定部材２３の先端面と一致するようにガラスファイバ１４の長さ等が設定されている。

受光側光ファイバ部材１２は、プラスチックファイバ３１と、金具３２とを備える。受光側光ファイバ部材１２は、上記した投光側光ファイバ部材１１とは異なり、一般的な光ファイバ部材であって、光ファイバとしてプラスチックファイバ３１のみを備え、ガラスファイバ１４を備えていない。そして、プラスチックファイバ３１は、先端部が突出されつつ先端側が金具３２に保持されている。

そして、受光側光ファイバ部材１２は、前記固定部材２３と対向して配置される固定部材３３に対して固定されることで、プラスチックファイバ３１が投光側光ファイバ部材１１のガラスファイバ１４の先端と対向するように配置される。すなわち、受光側光ファイバ部材１２は、プラスチックファイバ３１がガラスファイバ１４から投光された光を受光するか否かによって、それらの間に電気部品チップ２１が存在するか否かを検出可能に配置されている。なお、投光側光ファイバ部材１１のガラスファイバ１４は、受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１よりも小さい径に形成されている。また、受光側光ファイバ部材１２は、プラスチックファイバ３１で構成したが、プラスチックファイバでなくてもよい。

次に、上記のように構成されたファイバセンサ１０の作用について説明する。
図示しないファイバセンサ本体の投光素子が発光されると、投光側光ファイバ部材１１のガラスファイバ１４の先端からガラスファイバ１４の径に応じた細い光が投光される。そして、投光された光が受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１に到達すると、そのことがファイバセンサ本体の受光素子にて検出され、ガラスファイバ１４とプラスチックファイバ３１の間に電気部品チップ２１が存在していないことが検出される。また、投光された光が受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１に到達しないと、そのことがファイバセンサ本体の受光素子にて検出され、ガラスファイバ１４とプラスチックファイバ３１の間に電気部品チップ２１が存在していることが検出される。

そして、投光側光ファイバ部材１１では、基端側にプラスチックファイバ１３を用いることで、全体をガラスファイバ１４とした場合に比べて、曲げ易さと低価格化を確保しつつ、先端側にガラスファイバ１４を用いることで、センシング領域での耐熱性や耐薬品性を高く確保することができる。また、先端側にガラスファイバ１４を用いることで、プラスチックファイバ１３では困難な微細化を図ることができ、投光する光を細くすることができて微小なセンシング対象の高精度な検出が可能となる。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）ジョイント金具１５の先端面における小径挿入部１５ｂの周囲にはテーパ凹部１５ｃが設けられるため、ガラスファイバ１４の外表面を覆うスリーブ１８が小径挿入部１５ｂに挿入されて接着される際に接着剤１９が小径挿入部１５ｂから漏れ出てもその接着剤１９はテーパ凹部１５ｃ内に収容される。よって、ジョイント金具１５の先端面から接着剤１９が出っ張ってしまうことが抑えられ、ジョイント金具１５の先端面を高精度とすることができる。その結果、例えば、ジョイント金具１５の先端面を固定部材２３の当接面２３ｃに当接させて位置決めして保持する場合等に、固定部材２３に対するジョイント金具１５の位置がずれてしまうといったことが抑えられ、ひいてはファイバセンサ１０の検出精度の低下を抑えることができる。

（２）ジョイント金具１５の先端面に設ける凹部を、底に向かうほど径が小さくなるテーパ凹部１５ｃとしたため、例えば、底の深さが一定の凹部等とした場合に比べて、成形が容易となる。

（３）ガラスファイバ１４は、多成分ガラスファイバであるため、例えば、単に石英よりなるガラスファイバに比べて、安価とすることができる。
（４）ガラスファイバ１４は、その直径がプラスチックファイバ１３の直径の半分以下に形成されるため、投光する光を大幅に細くすることができる。

（５）投光側光ファイバ部材１１のガラスファイバ１４は、受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１よりも小さい径に形成されるため、例えば、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成としながら、投光側光ファイバ部材１１と受光側光ファイバ部材１２の位置合わせを容易とすることができる。すなわち、例えば、投光側光ファイバ部材１１の光ファイバと受光側光ファイバ部材１２の光ファイバを共に小さい径とした場合、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成とすることができるものの、互いの光ファイバを対向させる位置合わせが高精度を要する。これに対して上記構成では、受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１の径が大きいため、受光できる範囲が広くなり、高精度な位置合わせが不要となって位置合わせが容易となる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ジョイント金具１５の先端面に設ける凹部を、底に向かうほど径が小さくなるテーパ凹部１５ｃとしたが、これに限定されず、例えば、底の深さが一定の凹部等としてもよい。また、底に向かうほど径が小さくなる形状としてはテーパに限らず階段状であったり底の断面形状が湾曲した蒲鉾状などであってもよい。

・上記実施形態では、ガラスファイバ１４は、多成分ガラスファイバであるとしたが、これに限定されず、例えば、単に石英よりなるガラスファイバとしてもよい。
・上記実施形態では、プラスチックファイバ１３は、アクリルよりなるとしたが、これに限定されず、アクリル以外のプラスチックよりなるプラスチックファイバとしてもよい。

・上記実施形態では、受光側光ファイバ部材１２の光ファイバであるプラスチックファイバ３１の径は、投光側光ファイバ部材１１の光ファイバであるガラスファイバ１４の径よりも大きいとしたが、これに限定されず、例えば、受光側光ファイバ部材１２の光ファイバと投光側光ファイバ部材１１の光ファイバとが同じ径のものであってもよい。例えば、受光側光ファイバ部材１２として投光側光ファイバ部材１１と同じ品番の部材を用いてもよい。

・上記実施形態では、投光側光ファイバ部材１１のガラスファイバ１４の先端と受光側光ファイバ部材１２のプラスチックファイバ３１とが対向して配置されるファイバセンサ１０に具体化したが、これに限定されず、例えば、反射を利用してセンシング対象を検出するファイバセンサに投光側光ファイバ部材１１を利用して具体化してもよい。

・上記実施形態では、ガラスファイバ１４は、その直径が０．０５ｍｍに形成されているとしたが、これに限定されず、例えば、０．０７ｍｍや０．０３ｍｍ等の他の直径に変更してもよい。なお、ガラスファイバ１４の直径は、プラスチックファイバ１３の直径に対して半分以下の細さとしており、半分以下とすることが好ましい。また、ガラスファイバ１４の直径を、プラスチックファイバ１３の直径に対して半分より大きい細さとしてもよい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）互いの光ファイバの先端が対向するように配置された投光側光ファイバ部材と受光側光ファイバ部材とを備えたファイバセンサであって、前記投光側光ファイバ部材の光ファイバは、前記受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成されたファイバセンサ。

同構成によれば、投光側光ファイバ部材の光ファイバは、受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成されるため、例えば、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成としながら、投光側光ファイバ部材と受光側光ファイバ部材の位置合わせを容易とすることができる。すなわち、例えば、投光側光ファイバ部材の光ファイバと受光側光ファイバ部材の光ファイバを共に小さい径とした場合、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成とすることができるものの、互いの光ファイバを対向させる位置合わせが高精度を要する。これに対して上記構成では、受光側光ファイバ部材の光ファイバの径が大きいため、受光できる範囲が広くなり、高精度な位置合わせが不要となって位置合わせが容易となる。

以下に参考例を記載する。
上記実施形態の投光側光ファイバ部材１１は、プラスチックファイバ１３とガラスファイバ１４とを備えた特殊は光ファイバ部材であったが、このような構成に関わらず、投光側光ファイバ部材の光ファイバを、受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成すれば、上記した技術的思想の効果を得ることができる。

例えば、投光側光ファイバ部材１１の先端の光ファイバをプラスチックファイバとしつつ、受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成した場合でも、投光する光を細くして微小なセンシング対象を検出する際に完全に遮光される構成としながら、投光側光ファイバ部材と受光側光ファイバ部材の位置合わせを容易とすることができる。

１０…ファイバセンサ、１１…投光側光ファイバ部材（光ファイバ部材）、１２…受光側光ファイバ部材、１３，３１…プラスチックファイバ（光ファイバ）、１４…ガラスファイバ（光ファイバ）、１５…ジョイント金具、１５ａ…大径挿入部、１５ｂ…小径挿入部、１５ｃ…テーパ凹部（凹部）、１６…皮膜、１７…先端金具、１７ａ…筒部、１７ｂ…先端筒部、１７ｃ…基端筒部、１８…スリーブ、１９…接着剤、２１…電気部品チップ、２２…搬送部材、２３，３３…固定部材、２３ａ…収容凹部、２３ｂ…収容孔、２３ｃ…当接面、３２…金具。

Claims (5)

1. プラスチックファイバと、
   前記プラスチックファイバよりも小さい径に形成され、前記プラスチックファイバの先端部に基端部が対向配置されて光学的に連結されるガラスファイバと、
   基端側に前記プラスチックファイバの先端側が挿入される大径挿入部が設けられるとともに、先端側に前記ガラスファイバの基端側が挿入される小径挿入部が設けられたジョイント金具と
   を備えた光ファイバ部材であって、
   前記ガラスファイバは、その外表面が筒状のスリーブに覆われ、該スリーブが前記小径挿入部に挿入されて接着されるものであり、
   前記ジョイント金具の先端面における前記小径挿入部の周囲には凹部が設けられた光ファイバ部材。
2. 前記凹部は、底に向かうほど径が小さくなるテーパ凹部である請求項１に記載の光ファイバ部材。
3. 前記ガラスファイバは、多成分ガラスファイバである請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ部材。
4. 前記ガラスファイバは、その直径が前記プラスチックファイバの直径の半分以下に形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ部材。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光ファイバ部材を投光側光ファイバ部材として備えるとともに、
   前記投光側光ファイバ部材の前記ガラスファイバの先端と対向するように配置された受光側光ファイバ部材とを備えたファイバセンサであって、
   前記投光側光ファイバ部材の前記ガラスファイバは、前記受光側光ファイバ部材の光ファイバよりも小さい径に形成されたファイバセンサ。

Images