ファイバ保持具およびファイバレーザ装置
【課題】光ファイバを容易かつ正確に巻き取ることが可能であり、さらに、巻き取られた状態で光ファイバを保持可能なファイバ保持具を提供する。
【解決手段】ファイバボビン４１に形成された溝（導入部４９ａ）に光ファイバ１１を収容し、その後、ボビンカバー４２に形成された切欠き４８に光ファイバ１１を当てたままボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の回転方向に回転させる。これによって、溝４９に光ファイバ１１を収容することができる。したがって容易かつ正確に光ファイバを巻き取ることができるとともに、光ファイバをファイバボビン４１に保持することが可能となる。
【解決手段】ファイバボビン４１に形成された溝（導入部４９ａ）に光ファイバ１１を収容し、その後、ボビンカバー４２に形成された切欠き４８に光ファイバ１１を当てたままボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の回転方向に回転させる。これによって、溝４９に光ファイバ１１を収容することができる。したがって容易かつ正確に光ファイバを巻き取ることができるとともに、光ファイバをファイバボビン４１に保持することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はファイバ保持具およびファイバレーザ装置に関し、特に光ファイバを巻き取るとともに固定するためのファイバ保持具の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザマーキング装置、溶接装置およびトリミング装置に代表されるレーザ加工装置は、一般的に、レーザ発振装置、レーザ発振装置を駆動させるドライバ、ドライバ用の電源およびレーザを制御する制御基板等により構成される。近年では、このようなレーザ加工装置では、高効率、高安定性および高いビーム品質といった優位性により、従来の固体レーザからファイバレーザへの置き換えが進められている。
【０００３】
一般的なファイバレーザでは、希土類添加ファイバによってレーザ光が増幅される。高パワーのレーザ光を得るためには、ある程度の長さの希土類添加ファイバが必要となる。このため、光ファイバを収納するための構成がこれまでに提案されている。
【０００４】
たとえば、米国特許出願公開２００８／０２６７５７５Ａ１明細書（特許文献１）は、アルミニウムあるいは銅などの金属によって形成された円形状のボビンを開示している。このボビンの側面には、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成される。また、特開２００８−２４４４８３号公報（特許文献２）に開示された光ファイバ保持デバイスでは、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が平面に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開２００８／０２６７５７５Ａ１明細書
【特許文献２】特開２００８−２４４４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ファイバレーザに使用される一般的な光ファイバは非常に細く、２５０〜１０００μｍ程度である。特に、希土類添加ファイバでは光増幅およびレーザ発振が行なわれるために、高パワーの光が希土類添加ファイバを伝播する。希土類添加ファイバに傷が付いた場合には、その傷の部分から光ファイバの外に放出された漏れ光によって、ファイバの発熱あるいは、ファイバの被覆等の発熱などの問題が生じうる。したがって、ファイバの取扱いには細心の注意を払う必要がある。
【０００７】
一方、特許文献１に開示されたボビンでは、その側面に螺旋状の溝が形成される。光ファイバが長くなるほど、ボビンの縦方向（すなわち螺旋状の溝の中心軸方向）の長さを大きくしなければならない。したがって特許文献１に開示されたボビンでは、コンパクトな光ファイバ保持具を実現することが難しい。さらに、特許文献１に開示されたボビンでは、ファイバが巻き取られている状態を目視で確認することが難しい。このため、ファイバの一部が溝から逸脱した場合にも、その部分を見逃す可能性がある。
【０００８】
一方、特許文献２に開示されたファイバ保持デバイスの場合には、平面に形成された螺旋状の溝に光ファイバが保持される。しかし、光ファイバを溝に収容するための方法、すなわち光ファイバを巻取る方法は特許文献２に具体的に開示されていない。
【０００９】
本発明の目的は、光ファイバを容易かつ正確に巻き取ることが可能であり、さらに、巻き取られた状態で光ファイバを保持可能なファイバ保持具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係るファイバ保持具は、ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバを保持するためのファイバ保持具であって、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成された主表面を有するファイバ収納部と、螺旋状の溝の中心軸を通るように、主表面に固定される軸部材と、ファイバ収納部の主表面のうち少なくとも螺旋状の溝の最外周より内側の部分を覆うカバーとを備える。カバーには、軸部材を中心としてカバーを回転させるために軸部材が通される中心孔と、螺旋状の溝の最外周から最内周までを横断する切欠とが形成される。
【００１１】
好ましくは、ファイバ保持具は、カバーとファイバ収納部の主表面との間に挿入され、軸部材を通すようにリング状に形成されたスペーサをさらに備える。
【００１２】
好ましくは、カバーは、透明部材である。
好ましくは、ファイバ保持具は、螺旋状の溝の中心軸に沿った方向に延在するようにファイバ収納部の主表面に配置され、かつファイバ収納部の主表面に着脱可能に構成された余剰ファイバ巻取部をさらに備える。カバーには、余剰ファイバ巻取部を通すための少なくとも１つの貫通孔が形成される。
【００１３】
好ましくは、ファイバ収納部の主表面の、螺旋状の溝の最内周よりも内側の領域に、余剰ファイバ巻取部を取付けるための複数の取付孔が形成される。複数の取付孔は、螺旋状の溝の中心軸を中心とした円周上に等角に配置される。カバーの少なくとも１つの貫通孔は、円周の一部と重なるように形成される。
【００１４】
好ましくは、カバーの少なくとも１つの貫通孔は、複数の貫通孔である。円周の一部は、複数の取付孔のうちの少なくとも、隣り合った２つの取付孔によって定義される円弧である。
【００１５】
好ましくは、ファイバ保持具は、螺旋状の溝を横断する方向に延在し、軸部材を通すための中心孔が形成され、軸部材によってカバーの上に固定されるカバー押さえ部材をさらに備える。
【００１６】
好ましくは、螺旋状の溝を横断する方向に沿った、螺旋状の溝の底面の形状は、曲面である。
【００１７】
本発明の他の局面に係るファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載のファイバ保持具と、ファイバ保持具によって保持された光ファイバとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバを容易かつ正確に巻き取ることが可能なだけでなく、巻き取られた状態で光ファイバを保持することも可能なファイバ保持具を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０の斜視図である。
【図４】図３に示したファイバ保持具４０の分解斜視図である。
【図５】ファイバボビン４１の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】ボビンカバー４２をファイバボビン４１に取付けた状態でのファイバ保持具４０を示した平面図である。
【図８】ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第１の手順を説明した図である。
【図９】ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第２の手順を説明した図である。
【図１０】ボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第１の模式図である。
【図１１】光ファイバ１１がボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第２の模式図である。
【図１２】余剰ファイバが巻き取られた状態を示した図である。
【図１３】余剰ファイバ巻取部４４による光ファイバの巻取りを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１を参照して、レーザ加工装置１００は、レーザ制御部１１０と、レーザヘッド部１２０と、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０にレーザ光を伝送するためのレーザ伝送部１３０とを備える。
【００２２】
レーザ制御部１１０は、レーザ光を発生させるとともに、その発生したレーザ光を出射する。レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、ドライバ３２により駆動されてレーザ発振を行なう。これによりレーザ光がレーザ発振装置１５０から出力される。レーザ発振の条件、レーザ光の出力および出力停止は制御基板２０によって制御される。
【００２３】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給することによってドライバ３２を動作させる。これによりドライバ３２はレーザ発振装置１５０をレーザ発振させる。
【００２４】
制御基板２０は、レーザ発振装置１５０によるレーザ光の出力および出力停止を制御する。なお、制御基板２０は、ドライバ３２に対して、ドライバ３２の動作および停止を制御してもよい。
【００２５】
レーザヘッド部１２０は、レーザ光を照射対象物に向けて照射する。レーザヘッド部１２０は、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを含む。
【００２６】
コリメータレンズ１３は、レーザ制御部１１０からレーザ伝送部１３０を介して伝送されたレーザ光のビーム径を拡大し平行光にする。ガルバノスキャナ１４は、ミラー１４Ａ，１４Ｂを含み、コリメータレンズ１３からのレーザ光を二次元方向に走査する。なお、ミラー１４Ａおよび１４Ｂは、図示しないモータにより駆動される。
【００２７】
また、この実施形態では、レーザ光を走査するための走査装置としてガルバノミラーを採用するが、このような走査装置はガルバノミラーに限定されず、たとえばポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ等を用いることができる。
【００２８】
また、走査装置は、レーザ光を二次元方向に走査するものと限定されず、たとえば一次元方向にのみレーザ光を走査可能なものであってもよい。
【００２９】
集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４からのレーザ光を、加工対象物６０の表面に集光させる。
【００３０】
レーザ伝送部１３０は、レーザ制御部１１０からのレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送する。後に詳細に説明されるように、レーザ伝送部１３０からのレーザ光はレーザヘッド部１２０において増幅される。これにより、加工に必要なパワーを有するレーザ光を得ることができる。
【００３１】
増幅されたレーザ光をガルバノスキャナ１４によって二次元方向に走査するとともに、集光レンズ１５によって集光することで、加工対象物６０の表面では、たとえばアブレーションが起こる。ポリマー、セラミックス、ガラス、金属材料等の物体の表面に高いエネルギーでレーザ光を照射すると，材料を構成している分子・原子間の結合が瞬時に切れることによる分解、気化、蒸散を経て材料表面が爆発的に除去され、周囲に熱ダメージを与えない極めてシャープな除去が起こる。これがアブレーションと呼ばれる現象である。アブレーションを利用することによって、様々な加工が可能となる。
【００３２】
レーザ加工装置１００は、一例では、レーザマーキング装置である。ただしレーザ光による加工は、マーキングのみに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザマーキング装置に限定されるものではない。たとえばレーザ光を、ドリリング、溶接、切断、熱処理、形状加工、トリミング等に用いることも可能である。したがって、本発明に係るレーザ加工装置を、これらの用途向けのレーザ加工装置にも適用可能である。たとえば、本発明に係るレーザ加工装置として、レーザトリミング装置、フォトマスク等の欠陥修正（リペア）を行なうレーザリペア装置を含めることができる。
【００３３】
図２は、図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。図２を参照して、レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、光ファイバ１と、半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄと、アイソレータ４，６と、結合器５，１０と、バンドパスフィルタ７とを備える。
【００３４】
光ファイバ１は、具体的には希土類添加ファイバであり、光増幅成分である希土類元素が添加されたコアを有する。希土類元素の種類は特に限定されず、たとえばＥｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）などがある。この実施の形態では、希土類元素ファイバのコアに添加された希土類元素はＹｂ（イッテルビウム）である。
【００３５】
半導体レーザ２は、種光を発する種光源である。種光の波長はたとえば１０６２±２ｎｍである。半導体レーザ２は、ドライバ３２により駆動されて、パルス状の種光を発する。
【００３６】
アイソレータ４は一方向の光のみを透過し、その光と逆方向に入射する光を遮断する。具体的には、アイソレータ４は、半導体レーザ２から発せられる種光を通過させるとともに、光ファイバ１からの戻り光を遮断する。これによって半導体レーザ２の損傷を防ぐことができる。
【００３７】
半導体レーザ３は、光ファイバ１のコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する励起光源である。励起光の波長は、光ファイバのコアに添加される希土類元素の種類に基づいて定められる。たとえば希土類元素がＹｂである場合、励起光の波長はたとえば９１５±１０ｎｍである。
【００３８】
結合器５は、半導体レーザ２からの種光および半導体レーザ３からの励起光を結合させて、光ファイバ１に入射させる。結合器５は、たとえばＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）結合器やコンバイナ等を適用できる。
【００３９】
半導体レーザ３から結合器５を介して光ファイバ１に入射した励起光は、光ファイバ１のコアに含まれる希土類元素に吸収される。これにより希土類元素が励起され（基底準位から上位準位に遷移され）、反転分布状態が得られる。この状態において、半導体レーザ２からの種光が光ファイバ１のコアに入射すると、誘導放出が生じる。この誘導放出によって種光（パルス光）が増幅される。すなわち光ファイバ１によって構成されたファイバ増幅器に種光および励起光が入射されることによって、種光が増幅される。
【００４０】
アイソレータ６は、光ファイバ１から出力されたパルス光を通過させるとともに光ファイバ１に戻る光を遮断する。
【００４１】
バンドパスフィルタ７は、所定の波長帯の光を通過させるよう構成される。「所定の波長帯」とは、具体的には、光ファイバ１から出力されるパルス光のピーク波長を含む波長帯である。光ファイバ１から自然放出光が放出された場合、その自然放出光はバンドパスフィルタ７により除去される。
【００４２】
バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光は、結合器１０を介してレーザ伝送部１３０に入射する。半導体レーザ９Ａ〜９Ｄは、バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光を光ファイバ１１において増幅するために、励起光を発する。実施の形態１では４個の励起光源が設けられているが、励起光源としての半導体レーザの個数は４個に限定されるものではない。光ファイバ１１において求められるパルス光の増幅率に基づいて、励起光のパワーおよび励起光源の個数を定めることができる。
【００４３】
結合器１０は、バンドパスフィルタ７を通過したパルス光と、半導体レーザ９Ａ〜９Ｄからの光とを結合してレーザ伝送部１３０に入射させる。
【００４４】
制御基板２０は、制御部２１と、パルス発生部２２とを含む。制御部２１は、パルス発生部２２およびドライバ３２を制御することによって、レーザ制御部１１０の全体の動作を制御する。パルス発生部２２は、所定の繰り返し周波数、および、所定のパルス幅を有する電気信号を発生させる。パルス発生部２２は、制御部２１の制御により、電気信号を出力したり、電気信号の出力を停止したりする。パルス発生部２２からの電気信号は半導体レーザ２に供給される。
【００４５】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給する。これによりドライバ３２は半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄに駆動電流を供給する。半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄの各々は駆動電流が供給されることによってレーザ発振する。半導体レーザ２に供給される駆動電流は、パルス発生部２２からの電気信号により変調される。これにより半導体レーザ２はパルス発振して、所定の繰り返し周波数および所定のパルス幅（上述）を有するパルス光を種光として出力する。一方、半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々にはドライバ３２により、たとえば駆動電流が連続的に供給される。これにより半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々は連続発振して、連続光を励起光として出力する。
【００４６】
なお、図２には示していないが、半導体レーザの温度を制御するための温度コントローラが各半導体レーザに対応して設けられていてもよい。温度コントローラを用いて半導体レーザの温度を安定させることにより半導体レーザの出力を安定させることができる。さらに、バンドパスフィルタ７および／またはアイソレータ６に対応して温度コントローラが設けられていてもよい。
【００４７】
レーザ伝送部１３０は結合器１０を介して入射したレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送する。レーザヘッド部１２０は、光ファイバ１１と、ファイバ保持具４０と、アイソレータ１２と、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを備える。
【００４８】
光ファイバ１１は、光ファイバ１と同様に希土類添加ファイバであり、レーザ伝送部１３０を介してレーザ発振装置１５０から送られたレーザ光を増幅する。ファイバ保持具４０は、光ファイバ１１を巻き取って保持するように構成される。
【００４９】
アイソレータ１２は光ファイバ１１から出力されるレーザ光を通過させるとともに、光ファイバ１１に戻る光を遮断する。アイソレータ１２を通過したレーザ光は、アイソレータ１２に付随するコリメータレンズ１３から出力されてガルバノスキャナ１４に入射する。ガルバノスキャナ１４はＸ軸、およびＸ軸と直交するＹ軸方向の少なくとも一方の方向にレーザ光を走査する。集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４により走査されたレーザ光Ｌを集光する。
【００５０】
なお、光ファイバ１，１１には、たとえばコアの周囲にクラッドが二重に設けられたダブルクラッドファイバが適用される。ただし光ファイバ１，１１は、ともにシングルクラッドファイバでもよい。また、たとえば光ファイバ１，１１のいずれか一方をシングルクラッドファイバとし、他方をダブルクラッドファイバとしてもよい。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０について詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０の斜視図である。図４は、図３に示したファイバ保持具４０の分解斜視図である。図３および図４を参照して、ファイバ保持具４０は、ファイバボビン４１と、ボビンカバー４２と、スペーサ４３と、余剰ファイバ巻取部４４と、カバー固定ネジ４５と、ボビンガード４６とを備える。
【００５２】
ファイバボビン４１は、金属によって形成され、螺旋状の溝４９が形成された主表面４７を有する。
【００５３】
ファイバボビン４１には、さらに、カバー固定ネジ４５を取付けるための中心孔５１と、複数の余剰ファイバ巻取部４４をファイバボビン４１にそれぞれ取付けるための複数の取付孔５２と、ファイバボビン４１をベース（図示せず）等に固定するための複数の位置決めピン５０をそれぞれ通すための複数の取付孔５３とが形成される。中心孔５１の中心位置は、螺旋状の溝４９の中心軸の位置に対応する。複数の取付孔５２は、主表面４７において溝４９の最内周よりも内側の領域に形成されるとともに、中心孔５１を中心とする円周上に形成される。
【００５４】
ボビンカバー４２は、透明な材料（たとえば透光性の樹脂）によって形成され、ファイバボビン４１の上方に配置される。光ファイバの破断によって光ファイバの破断箇所から高パワーの光がボビンカバー４２に照射された場合を想定すると、ボビンカバー４２は難燃性の材質によって形成されることが好ましい。
【００５５】
ボビンカバー４２には、切欠４８と、カバー固定ネジ４５を通すための中心孔５４と、余剰ファイバ巻取部４４を通すための貫通孔である長孔５５とが形成される。ボビンカバー４２の中心孔５４にカバー固定ネジ４５を通すことによって、カバー固定ネジ４５を中心としてボビンカバー４２が回転可能となる。ボビンカバー４２の長孔５５は、ファイバボビン４１に形成された複数の取付孔５２と同一円周上に配置される。したがって長孔５５は円弧状に形成される。
【００５６】
スペーサ４３は、カバー固定ネジ４５を通すようにリング状に形成され、ファイバボビン４１とボビンカバー４２との間に配置される。ファイバボビン４１とボビンカバー４２との間にスペーサ４３の厚み分の隙間が形成される。スペーサ４３を省略した場合には、ボビンカバー４２がファイバボビン４１に接触しながら回転するため、ボビンカバー４２から粉塵が生じる可能性がある。スペーサ４３を設けることでボビンカバー４２がファイバボビン４１に接触することを回避できるので、粉塵の発生を防止できる。
【００５７】
複数の余剰ファイバ巻取部４４は、余剰ファイバを巻き取るために設けられる。余剰ファイバとは、溝４９に収容しきれなかった光ファイバの部分に対応する。余剰ファイバ巻取部４４は、ピン４４ａと、ピン４４ａに通される座金４４ｂとを有する。
【００５８】
複数の余剰ファイバ巻取部４４は、ファイバボビン４１に着脱可能に構成される。ボビンカバー４２の回転時には余剰ファイバ巻取部４４がファイバボビン４１に取付けられていないので、ボビンカバー４２の回転が余剰ファイバ巻取部４４によって妨げられることが防止される。余剰ファイバ巻取部４４は、カバー固定ネジ４５の延在方向と同じ方向、すなわち、螺旋状の溝４９の中心軸に沿った方向に沿って、ファイバボビン４１の主表面４７に延在する。
【００５９】
ボビンガード４６は、渦巻状の溝４９を横断する方向に延在する。ボビンガードには、カバー固定ネジ４５を通すための中心孔５６が形成されている。この中心孔５６にカバー固定ネジ４５を通すことでボビンガード４６がボビンカバー４２の上面に取付けられる。余剰ファイバ巻取部４４と同様にボビンガード４６も着脱可能である。したがって、ボビンカバー４２の回転がボビンガード４６によって妨げられることが防止される。
【００６０】
カバー固定ネジ４５は段付きネジであり、その先端部（径の小さい部分）がネジ部分である。ネジ部分がファイバボビン４１の中心孔５１（ネジ孔）に取付けられることで、螺旋状の溝４９の中心軸に沿って伸びるようにカバー固定ネジ４５が固定される。カバー固定ネジ４５の円筒部分（ネジが形成されていない部分）は、ボビンガード４６の中心孔５６、ボビンカバー４２の中心孔５４およびスペーサ４３の孔に通される。ただし、カバー固定ネジは段付きネジに限定されるものではなく、たとえば段付きスペーサおよびネジも適用可能である。
【００６１】
図５は、ファイバボビン４１の平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図５および図６を参照して、中心孔５１の中心に位置する点Ｃは、螺旋状の溝４９の中心軸の位置を示している。螺旋状の溝４９よりも内側の領域において、複数の取付孔５２，５３が形成される。この実施形態では、取付孔５２の個数は８個であり、取付孔５３の個数は４個であるが、取付孔５２，５３の個数は特に限定されるものではない。複数の取付孔５２は同一円周上に等角に配置される。複数の取付孔５３は、複数の取付孔５２よりも内側に位置し、かつ、同一円周上に等角に配置される。
【００６２】
溝４９は、点Ｃを中心として、時計回りに周回するように主表面４７に形成される。もちろん溝４９が反時計回りに形成されてもよい。最内周の溝の曲率半径はたとえばＲ＝５０ｍｍとされる。これにより光ファイバ１１の引っ張り等による過度の曲率を防止できる。
【００６３】
さらに、螺旋状の溝４９に繋がる溝として導入部４９ａが形成される。図６に示されるように、溝４９の底面は曲面加工が施されている。これにより光ファイバを溝４９に収容したときに光ファイバに傷が付く可能性を低減できる。なお、溝４９の底面が平面に加工されていてもよい。
【００６４】
図７は、ボビンカバー４２をファイバボビン４１に取付けた状態でのファイバ保持具４０を示した平面図である。図７を参照して、ボビンカバー４２には、ファイバボビン４１に形成された螺旋状の溝４９の最外周から最内周に横断するように切欠４８が形成される。切欠４８のエッジ部分はＣ面あるいはＲ面に加工されている。
【００６５】
ボビンカバー４２の長孔５５は、ファイバボビン４１に形成された取付孔５２によって規定される円周上に位置する。長孔５５の長さ（円弧の長さ）および個数は特に限定されるものではない。ただし長孔５５の数を少なくするのであれば、１つの長孔５５の長さが長いほど好ましい。この実施形態では、１つの長孔５５の長さは、３つの取付孔５２によって規定される円弧よりも長い。
【００６６】
ボビンカバー４２の回転によって長孔５５の位置が変化する。長孔５５を長くすることによって、長孔５５の位置が変化しても、ファイバボビン４１上に余剰ファイバ巻取部４４を設置して余剰ファイバを巻き取ることが可能となる。
【００６７】
続いて、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を収容するための具体的方法について説明する。図８は、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第１の手順を説明した図である。図８を参照して、光ファイバ１１を導入部４９ａに挿入する。なお、光ファイバの巻き始めの部分であることが容易に理解できるよう、図８では、光ファイバ１１の先端部分が導入部４９ａに挿入されるように示されている。ただし、光ファイバ１１の途中の部分が巻き始めの部分であってもよい。その場合にも、その巻き始めの部分が導入部４９ａに収容される。
【００６８】
図９は、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第２の手順を説明した図である。図９を参照して、ボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の巻き方向、すなわち時計回りに回転させる。切欠４８のエッジ部（紙面右側のエッジ部）によって、光ファイバ１１が下方に押されて溝４９に収容される。
【００６９】
図１０は、ボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第１の模式図である。図１１は、光ファイバ１１がボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第２の模式図である。
【００７０】
図１０を参照して、ボビンカバー４２は左側に移動されるよう表わされているが、これはボビンカバー４２が時計回りに回転していることを示している。光ファイバ１１は、ボビンカバー４２の切欠４８のエッジ部４８ａ，４８ｂと接触している。ボビンカバー４２を時計回りに回転させることによって、切欠４８のエッジ部４８ａが光ファイバ１１を下方に押す。これにより光ファイバ１１が溝４９に収容される。ボビンカバー４２を連続的に回転させることで光ファイバ１１がファイバボビン４１に巻き取られる。
【００７１】
エッジ部４８ａ，４８ｂは光ファイバ１１と接触する。このため、エッジ部４８ａ，４８ｂはＲ面またはＣ面に加工される。これにより光ファイバ１１に傷が付くことを防止できる。
【００７２】
図１１に示されるように、溝４９の底面は、光ファイバ１１を保持できるように曲面加工されている。このように溝４９の底面を加工することで溝４９の表面と光ファイバ１１との接触面積を大きくすることができるので、光ファイバ１１の放熱を高めることができる。
【００７３】
図１２は、余剰ファイバが巻き取られた状態を示した図である。図１２を参照して、溝４９に収容しきれない余剰ファイバは、溝４９の終端からボビンカバー４２の切欠き４８を通され、余剰ファイバ巻取部４４によって巻き取られる。なお、余剰ファイバが長い場合には、複数の余剰ファイバ巻取部４４の間に余剰ファイバが渡されることもある。
【００７４】
図１３は、余剰ファイバ巻取部４４による光ファイバの巻取りを説明するための模式図である。図１３を参照して、光ファイバ１１はピン４４ａの頭部と座金４４ｂとの間を通される。
【００７５】
図１２に戻り、カバー固定ネジ４５により、ボビンカバー４２の上にボビンガード４６が取付けられる。巻き取られた余剰ファイバが動かないように、余剰ファイバはボビンガード４６によって規制される。
【００７６】
上記のように、ボビンカバー４２に形成された長孔５５（円弧の長さ）はより長いほうが好ましい。長孔５５を長くすることによって、ファイバボビン４１に取付け可能な余剰ファイバ巻取部４４の数を増やすことができる。あるいは余剰ファイバ巻取部４４の取付位置の自由度を高めることができる。これにより、さまざまな長さの余剰ファイバを巻き取ることが可能になる。この結果、長い光ファイバをコンパクトに収納することができる。なお、図３、図４および図１２に示されるように、この実施の形態では、余剰ファイバ巻取部４４の個数と取付孔５２の個数とが等しいが、余剰ファイバ巻取部４４の個数が取付孔５２の個数より少なくてもよい。
【００７７】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ファイバボビン４１に形成された溝（導入部４９ａ）に光ファイバを収容し、その後、ボビンカバー４２に形成された切欠き４８に光ファイバを当てたままボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の回転方向に回転させる。これによって、容易かつ正確に光ファイバを巻き取ることができるとともに、光ファイバをファイバボビン４１に保持することが可能となる。
【００７８】
今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１ 光ファイバ、２，３，９Ａ〜９Ｄ 半導体レーザ、４，６，１２ アイソレータ、５，１０ 結合器、７ バンドパスフィルタ、１３ コリメータレンズ、１４ ガルバノスキャナ、１４Ａ，１４Ｂ ミラー、１５ 集光レンズ、２０ 制御基板、２１ 制御部、２２ パルス発生部、３０ ドライバ用電源、３２ ドライバ、４０ ファイバ保持具、４１ ファイバボビン、４２ ボビンカバー、４３ スペーサ、４４ 余剰ファイバ巻取部、４４ａ ピン、４４ｂ 座金、４５ カバー固定ネジ、４６ ボビンガード、４７ 主表面、４８ 切欠、４８ａ，４８ｂ エッジ部、４９ 溝、４９ａ 導入部、５０ 位置決めピン、５１，５４，５６ 中心孔、５２，５３ 取付孔、５５ 長孔、６０ 加工対象物、１００ レーザ加工装置、１１０ レーザ制御部、１２０ レーザヘッド部、１３０ レーザ伝送部、１５０ レーザ発振装置、Ｃ 点、Ｌ レーザ光。
【技術分野】
【０００１】
本発明はファイバ保持具およびファイバレーザ装置に関し、特に光ファイバを巻き取るとともに固定するためのファイバ保持具の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザマーキング装置、溶接装置およびトリミング装置に代表されるレーザ加工装置は、一般的に、レーザ発振装置、レーザ発振装置を駆動させるドライバ、ドライバ用の電源およびレーザを制御する制御基板等により構成される。近年では、このようなレーザ加工装置では、高効率、高安定性および高いビーム品質といった優位性により、従来の固体レーザからファイバレーザへの置き換えが進められている。
【０００３】
一般的なファイバレーザでは、希土類添加ファイバによってレーザ光が増幅される。高パワーのレーザ光を得るためには、ある程度の長さの希土類添加ファイバが必要となる。このため、光ファイバを収納するための構成がこれまでに提案されている。
【０００４】
たとえば、米国特許出願公開２００８／０２６７５７５Ａ１明細書（特許文献１）は、アルミニウムあるいは銅などの金属によって形成された円形状のボビンを開示している。このボビンの側面には、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成される。また、特開２００８−２４４４８３号公報（特許文献２）に開示された光ファイバ保持デバイスでは、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が平面に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開２００８／０２６７５７５Ａ１明細書
【特許文献２】特開２００８−２４４４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ファイバレーザに使用される一般的な光ファイバは非常に細く、２５０〜１０００μｍ程度である。特に、希土類添加ファイバでは光増幅およびレーザ発振が行なわれるために、高パワーの光が希土類添加ファイバを伝播する。希土類添加ファイバに傷が付いた場合には、その傷の部分から光ファイバの外に放出された漏れ光によって、ファイバの発熱あるいは、ファイバの被覆等の発熱などの問題が生じうる。したがって、ファイバの取扱いには細心の注意を払う必要がある。
【０００７】
一方、特許文献１に開示されたボビンでは、その側面に螺旋状の溝が形成される。光ファイバが長くなるほど、ボビンの縦方向（すなわち螺旋状の溝の中心軸方向）の長さを大きくしなければならない。したがって特許文献１に開示されたボビンでは、コンパクトな光ファイバ保持具を実現することが難しい。さらに、特許文献１に開示されたボビンでは、ファイバが巻き取られている状態を目視で確認することが難しい。このため、ファイバの一部が溝から逸脱した場合にも、その部分を見逃す可能性がある。
【０００８】
一方、特許文献２に開示されたファイバ保持デバイスの場合には、平面に形成された螺旋状の溝に光ファイバが保持される。しかし、光ファイバを溝に収容するための方法、すなわち光ファイバを巻取る方法は特許文献２に具体的に開示されていない。
【０００９】
本発明の目的は、光ファイバを容易かつ正確に巻き取ることが可能であり、さらに、巻き取られた状態で光ファイバを保持可能なファイバ保持具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係るファイバ保持具は、ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバを保持するためのファイバ保持具であって、光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成された主表面を有するファイバ収納部と、螺旋状の溝の中心軸を通るように、主表面に固定される軸部材と、ファイバ収納部の主表面のうち少なくとも螺旋状の溝の最外周より内側の部分を覆うカバーとを備える。カバーには、軸部材を中心としてカバーを回転させるために軸部材が通される中心孔と、螺旋状の溝の最外周から最内周までを横断する切欠とが形成される。
【００１１】
好ましくは、ファイバ保持具は、カバーとファイバ収納部の主表面との間に挿入され、軸部材を通すようにリング状に形成されたスペーサをさらに備える。
【００１２】
好ましくは、カバーは、透明部材である。
好ましくは、ファイバ保持具は、螺旋状の溝の中心軸に沿った方向に延在するようにファイバ収納部の主表面に配置され、かつファイバ収納部の主表面に着脱可能に構成された余剰ファイバ巻取部をさらに備える。カバーには、余剰ファイバ巻取部を通すための少なくとも１つの貫通孔が形成される。
【００１３】
好ましくは、ファイバ収納部の主表面の、螺旋状の溝の最内周よりも内側の領域に、余剰ファイバ巻取部を取付けるための複数の取付孔が形成される。複数の取付孔は、螺旋状の溝の中心軸を中心とした円周上に等角に配置される。カバーの少なくとも１つの貫通孔は、円周の一部と重なるように形成される。
【００１４】
好ましくは、カバーの少なくとも１つの貫通孔は、複数の貫通孔である。円周の一部は、複数の取付孔のうちの少なくとも、隣り合った２つの取付孔によって定義される円弧である。
【００１５】
好ましくは、ファイバ保持具は、螺旋状の溝を横断する方向に延在し、軸部材を通すための中心孔が形成され、軸部材によってカバーの上に固定されるカバー押さえ部材をさらに備える。
【００１６】
好ましくは、螺旋状の溝を横断する方向に沿った、螺旋状の溝の底面の形状は、曲面である。
【００１７】
本発明の他の局面に係るファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載のファイバ保持具と、ファイバ保持具によって保持された光ファイバとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバを容易かつ正確に巻き取ることが可能なだけでなく、巻き取られた状態で光ファイバを保持することも可能なファイバ保持具を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０の斜視図である。
【図４】図３に示したファイバ保持具４０の分解斜視図である。
【図５】ファイバボビン４１の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】ボビンカバー４２をファイバボビン４１に取付けた状態でのファイバ保持具４０を示した平面図である。
【図８】ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第１の手順を説明した図である。
【図９】ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第２の手順を説明した図である。
【図１０】ボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第１の模式図である。
【図１１】光ファイバ１１がボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第２の模式図である。
【図１２】余剰ファイバが巻き取られた状態を示した図である。
【図１３】余剰ファイバ巻取部４４による光ファイバの巻取りを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１を参照して、レーザ加工装置１００は、レーザ制御部１１０と、レーザヘッド部１２０と、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０にレーザ光を伝送するためのレーザ伝送部１３０とを備える。
【００２２】
レーザ制御部１１０は、レーザ光を発生させるとともに、その発生したレーザ光を出射する。レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、ドライバ３２により駆動されてレーザ発振を行なう。これによりレーザ光がレーザ発振装置１５０から出力される。レーザ発振の条件、レーザ光の出力および出力停止は制御基板２０によって制御される。
【００２３】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給することによってドライバ３２を動作させる。これによりドライバ３２はレーザ発振装置１５０をレーザ発振させる。
【００２４】
制御基板２０は、レーザ発振装置１５０によるレーザ光の出力および出力停止を制御する。なお、制御基板２０は、ドライバ３２に対して、ドライバ３２の動作および停止を制御してもよい。
【００２５】
レーザヘッド部１２０は、レーザ光を照射対象物に向けて照射する。レーザヘッド部１２０は、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを含む。
【００２６】
コリメータレンズ１３は、レーザ制御部１１０からレーザ伝送部１３０を介して伝送されたレーザ光のビーム径を拡大し平行光にする。ガルバノスキャナ１４は、ミラー１４Ａ，１４Ｂを含み、コリメータレンズ１３からのレーザ光を二次元方向に走査する。なお、ミラー１４Ａおよび１４Ｂは、図示しないモータにより駆動される。
【００２７】
また、この実施形態では、レーザ光を走査するための走査装置としてガルバノミラーを採用するが、このような走査装置はガルバノミラーに限定されず、たとえばポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ等を用いることができる。
【００２８】
また、走査装置は、レーザ光を二次元方向に走査するものと限定されず、たとえば一次元方向にのみレーザ光を走査可能なものであってもよい。
【００２９】
集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４からのレーザ光を、加工対象物６０の表面に集光させる。
【００３０】
レーザ伝送部１３０は、レーザ制御部１１０からのレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送する。後に詳細に説明されるように、レーザ伝送部１３０からのレーザ光はレーザヘッド部１２０において増幅される。これにより、加工に必要なパワーを有するレーザ光を得ることができる。
【００３１】
増幅されたレーザ光をガルバノスキャナ１４によって二次元方向に走査するとともに、集光レンズ１５によって集光することで、加工対象物６０の表面では、たとえばアブレーションが起こる。ポリマー、セラミックス、ガラス、金属材料等の物体の表面に高いエネルギーでレーザ光を照射すると，材料を構成している分子・原子間の結合が瞬時に切れることによる分解、気化、蒸散を経て材料表面が爆発的に除去され、周囲に熱ダメージを与えない極めてシャープな除去が起こる。これがアブレーションと呼ばれる現象である。アブレーションを利用することによって、様々な加工が可能となる。
【００３２】
レーザ加工装置１００は、一例では、レーザマーキング装置である。ただしレーザ光による加工は、マーキングのみに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザマーキング装置に限定されるものではない。たとえばレーザ光を、ドリリング、溶接、切断、熱処理、形状加工、トリミング等に用いることも可能である。したがって、本発明に係るレーザ加工装置を、これらの用途向けのレーザ加工装置にも適用可能である。たとえば、本発明に係るレーザ加工装置として、レーザトリミング装置、フォトマスク等の欠陥修正（リペア）を行なうレーザリペア装置を含めることができる。
【００３３】
図２は、図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。図２を参照して、レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、光ファイバ１と、半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄと、アイソレータ４，６と、結合器５，１０と、バンドパスフィルタ７とを備える。
【００３４】
光ファイバ１は、具体的には希土類添加ファイバであり、光増幅成分である希土類元素が添加されたコアを有する。希土類元素の種類は特に限定されず、たとえばＥｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）などがある。この実施の形態では、希土類元素ファイバのコアに添加された希土類元素はＹｂ（イッテルビウム）である。
【００３５】
半導体レーザ２は、種光を発する種光源である。種光の波長はたとえば１０６２±２ｎｍである。半導体レーザ２は、ドライバ３２により駆動されて、パルス状の種光を発する。
【００３６】
アイソレータ４は一方向の光のみを透過し、その光と逆方向に入射する光を遮断する。具体的には、アイソレータ４は、半導体レーザ２から発せられる種光を通過させるとともに、光ファイバ１からの戻り光を遮断する。これによって半導体レーザ２の損傷を防ぐことができる。
【００３７】
半導体レーザ３は、光ファイバ１のコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する励起光源である。励起光の波長は、光ファイバのコアに添加される希土類元素の種類に基づいて定められる。たとえば希土類元素がＹｂである場合、励起光の波長はたとえば９１５±１０ｎｍである。
【００３８】
結合器５は、半導体レーザ２からの種光および半導体レーザ３からの励起光を結合させて、光ファイバ１に入射させる。結合器５は、たとえばＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）結合器やコンバイナ等を適用できる。
【００３９】
半導体レーザ３から結合器５を介して光ファイバ１に入射した励起光は、光ファイバ１のコアに含まれる希土類元素に吸収される。これにより希土類元素が励起され（基底準位から上位準位に遷移され）、反転分布状態が得られる。この状態において、半導体レーザ２からの種光が光ファイバ１のコアに入射すると、誘導放出が生じる。この誘導放出によって種光（パルス光）が増幅される。すなわち光ファイバ１によって構成されたファイバ増幅器に種光および励起光が入射されることによって、種光が増幅される。
【００４０】
アイソレータ６は、光ファイバ１から出力されたパルス光を通過させるとともに光ファイバ１に戻る光を遮断する。
【００４１】
バンドパスフィルタ７は、所定の波長帯の光を通過させるよう構成される。「所定の波長帯」とは、具体的には、光ファイバ１から出力されるパルス光のピーク波長を含む波長帯である。光ファイバ１から自然放出光が放出された場合、その自然放出光はバンドパスフィルタ７により除去される。
【００４２】
バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光は、結合器１０を介してレーザ伝送部１３０に入射する。半導体レーザ９Ａ〜９Ｄは、バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光を光ファイバ１１において増幅するために、励起光を発する。実施の形態１では４個の励起光源が設けられているが、励起光源としての半導体レーザの個数は４個に限定されるものではない。光ファイバ１１において求められるパルス光の増幅率に基づいて、励起光のパワーおよび励起光源の個数を定めることができる。
【００４３】
結合器１０は、バンドパスフィルタ７を通過したパルス光と、半導体レーザ９Ａ〜９Ｄからの光とを結合してレーザ伝送部１３０に入射させる。
【００４４】
制御基板２０は、制御部２１と、パルス発生部２２とを含む。制御部２１は、パルス発生部２２およびドライバ３２を制御することによって、レーザ制御部１１０の全体の動作を制御する。パルス発生部２２は、所定の繰り返し周波数、および、所定のパルス幅を有する電気信号を発生させる。パルス発生部２２は、制御部２１の制御により、電気信号を出力したり、電気信号の出力を停止したりする。パルス発生部２２からの電気信号は半導体レーザ２に供給される。
【００４５】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給する。これによりドライバ３２は半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄに駆動電流を供給する。半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄの各々は駆動電流が供給されることによってレーザ発振する。半導体レーザ２に供給される駆動電流は、パルス発生部２２からの電気信号により変調される。これにより半導体レーザ２はパルス発振して、所定の繰り返し周波数および所定のパルス幅（上述）を有するパルス光を種光として出力する。一方、半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々にはドライバ３２により、たとえば駆動電流が連続的に供給される。これにより半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々は連続発振して、連続光を励起光として出力する。
【００４６】
なお、図２には示していないが、半導体レーザの温度を制御するための温度コントローラが各半導体レーザに対応して設けられていてもよい。温度コントローラを用いて半導体レーザの温度を安定させることにより半導体レーザの出力を安定させることができる。さらに、バンドパスフィルタ７および／またはアイソレータ６に対応して温度コントローラが設けられていてもよい。
【００４７】
レーザ伝送部１３０は結合器１０を介して入射したレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送する。レーザヘッド部１２０は、光ファイバ１１と、ファイバ保持具４０と、アイソレータ１２と、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを備える。
【００４８】
光ファイバ１１は、光ファイバ１と同様に希土類添加ファイバであり、レーザ伝送部１３０を介してレーザ発振装置１５０から送られたレーザ光を増幅する。ファイバ保持具４０は、光ファイバ１１を巻き取って保持するように構成される。
【００４９】
アイソレータ１２は光ファイバ１１から出力されるレーザ光を通過させるとともに、光ファイバ１１に戻る光を遮断する。アイソレータ１２を通過したレーザ光は、アイソレータ１２に付随するコリメータレンズ１３から出力されてガルバノスキャナ１４に入射する。ガルバノスキャナ１４はＸ軸、およびＸ軸と直交するＹ軸方向の少なくとも一方の方向にレーザ光を走査する。集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４により走査されたレーザ光Ｌを集光する。
【００５０】
なお、光ファイバ１，１１には、たとえばコアの周囲にクラッドが二重に設けられたダブルクラッドファイバが適用される。ただし光ファイバ１，１１は、ともにシングルクラッドファイバでもよい。また、たとえば光ファイバ１，１１のいずれか一方をシングルクラッドファイバとし、他方をダブルクラッドファイバとしてもよい。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０について詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るファイバ保持具４０の斜視図である。図４は、図３に示したファイバ保持具４０の分解斜視図である。図３および図４を参照して、ファイバ保持具４０は、ファイバボビン４１と、ボビンカバー４２と、スペーサ４３と、余剰ファイバ巻取部４４と、カバー固定ネジ４５と、ボビンガード４６とを備える。
【００５２】
ファイバボビン４１は、金属によって形成され、螺旋状の溝４９が形成された主表面４７を有する。
【００５３】
ファイバボビン４１には、さらに、カバー固定ネジ４５を取付けるための中心孔５１と、複数の余剰ファイバ巻取部４４をファイバボビン４１にそれぞれ取付けるための複数の取付孔５２と、ファイバボビン４１をベース（図示せず）等に固定するための複数の位置決めピン５０をそれぞれ通すための複数の取付孔５３とが形成される。中心孔５１の中心位置は、螺旋状の溝４９の中心軸の位置に対応する。複数の取付孔５２は、主表面４７において溝４９の最内周よりも内側の領域に形成されるとともに、中心孔５１を中心とする円周上に形成される。
【００５４】
ボビンカバー４２は、透明な材料（たとえば透光性の樹脂）によって形成され、ファイバボビン４１の上方に配置される。光ファイバの破断によって光ファイバの破断箇所から高パワーの光がボビンカバー４２に照射された場合を想定すると、ボビンカバー４２は難燃性の材質によって形成されることが好ましい。
【００５５】
ボビンカバー４２には、切欠４８と、カバー固定ネジ４５を通すための中心孔５４と、余剰ファイバ巻取部４４を通すための貫通孔である長孔５５とが形成される。ボビンカバー４２の中心孔５４にカバー固定ネジ４５を通すことによって、カバー固定ネジ４５を中心としてボビンカバー４２が回転可能となる。ボビンカバー４２の長孔５５は、ファイバボビン４１に形成された複数の取付孔５２と同一円周上に配置される。したがって長孔５５は円弧状に形成される。
【００５６】
スペーサ４３は、カバー固定ネジ４５を通すようにリング状に形成され、ファイバボビン４１とボビンカバー４２との間に配置される。ファイバボビン４１とボビンカバー４２との間にスペーサ４３の厚み分の隙間が形成される。スペーサ４３を省略した場合には、ボビンカバー４２がファイバボビン４１に接触しながら回転するため、ボビンカバー４２から粉塵が生じる可能性がある。スペーサ４３を設けることでボビンカバー４２がファイバボビン４１に接触することを回避できるので、粉塵の発生を防止できる。
【００５７】
複数の余剰ファイバ巻取部４４は、余剰ファイバを巻き取るために設けられる。余剰ファイバとは、溝４９に収容しきれなかった光ファイバの部分に対応する。余剰ファイバ巻取部４４は、ピン４４ａと、ピン４４ａに通される座金４４ｂとを有する。
【００５８】
複数の余剰ファイバ巻取部４４は、ファイバボビン４１に着脱可能に構成される。ボビンカバー４２の回転時には余剰ファイバ巻取部４４がファイバボビン４１に取付けられていないので、ボビンカバー４２の回転が余剰ファイバ巻取部４４によって妨げられることが防止される。余剰ファイバ巻取部４４は、カバー固定ネジ４５の延在方向と同じ方向、すなわち、螺旋状の溝４９の中心軸に沿った方向に沿って、ファイバボビン４１の主表面４７に延在する。
【００５９】
ボビンガード４６は、渦巻状の溝４９を横断する方向に延在する。ボビンガードには、カバー固定ネジ４５を通すための中心孔５６が形成されている。この中心孔５６にカバー固定ネジ４５を通すことでボビンガード４６がボビンカバー４２の上面に取付けられる。余剰ファイバ巻取部４４と同様にボビンガード４６も着脱可能である。したがって、ボビンカバー４２の回転がボビンガード４６によって妨げられることが防止される。
【００６０】
カバー固定ネジ４５は段付きネジであり、その先端部（径の小さい部分）がネジ部分である。ネジ部分がファイバボビン４１の中心孔５１（ネジ孔）に取付けられることで、螺旋状の溝４９の中心軸に沿って伸びるようにカバー固定ネジ４５が固定される。カバー固定ネジ４５の円筒部分（ネジが形成されていない部分）は、ボビンガード４６の中心孔５６、ボビンカバー４２の中心孔５４およびスペーサ４３の孔に通される。ただし、カバー固定ネジは段付きネジに限定されるものではなく、たとえば段付きスペーサおよびネジも適用可能である。
【００６１】
図５は、ファイバボビン４１の平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図５および図６を参照して、中心孔５１の中心に位置する点Ｃは、螺旋状の溝４９の中心軸の位置を示している。螺旋状の溝４９よりも内側の領域において、複数の取付孔５２，５３が形成される。この実施形態では、取付孔５２の個数は８個であり、取付孔５３の個数は４個であるが、取付孔５２，５３の個数は特に限定されるものではない。複数の取付孔５２は同一円周上に等角に配置される。複数の取付孔５３は、複数の取付孔５２よりも内側に位置し、かつ、同一円周上に等角に配置される。
【００６２】
溝４９は、点Ｃを中心として、時計回りに周回するように主表面４７に形成される。もちろん溝４９が反時計回りに形成されてもよい。最内周の溝の曲率半径はたとえばＲ＝５０ｍｍとされる。これにより光ファイバ１１の引っ張り等による過度の曲率を防止できる。
【００６３】
さらに、螺旋状の溝４９に繋がる溝として導入部４９ａが形成される。図６に示されるように、溝４９の底面は曲面加工が施されている。これにより光ファイバを溝４９に収容したときに光ファイバに傷が付く可能性を低減できる。なお、溝４９の底面が平面に加工されていてもよい。
【００６４】
図７は、ボビンカバー４２をファイバボビン４１に取付けた状態でのファイバ保持具４０を示した平面図である。図７を参照して、ボビンカバー４２には、ファイバボビン４１に形成された螺旋状の溝４９の最外周から最内周に横断するように切欠４８が形成される。切欠４８のエッジ部分はＣ面あるいはＲ面に加工されている。
【００６５】
ボビンカバー４２の長孔５５は、ファイバボビン４１に形成された取付孔５２によって規定される円周上に位置する。長孔５５の長さ（円弧の長さ）および個数は特に限定されるものではない。ただし長孔５５の数を少なくするのであれば、１つの長孔５５の長さが長いほど好ましい。この実施形態では、１つの長孔５５の長さは、３つの取付孔５２によって規定される円弧よりも長い。
【００６６】
ボビンカバー４２の回転によって長孔５５の位置が変化する。長孔５５を長くすることによって、長孔５５の位置が変化しても、ファイバボビン４１上に余剰ファイバ巻取部４４を設置して余剰ファイバを巻き取ることが可能となる。
【００６７】
続いて、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を収容するための具体的方法について説明する。図８は、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第１の手順を説明した図である。図８を参照して、光ファイバ１１を導入部４９ａに挿入する。なお、光ファイバの巻き始めの部分であることが容易に理解できるよう、図８では、光ファイバ１１の先端部分が導入部４９ａに挿入されるように示されている。ただし、光ファイバ１１の途中の部分が巻き始めの部分であってもよい。その場合にも、その巻き始めの部分が導入部４９ａに収容される。
【００６８】
図９は、ファイバボビン４１に光ファイバ１１を巻き取るための第２の手順を説明した図である。図９を参照して、ボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の巻き方向、すなわち時計回りに回転させる。切欠４８のエッジ部（紙面右側のエッジ部）によって、光ファイバ１１が下方に押されて溝４９に収容される。
【００６９】
図１０は、ボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第１の模式図である。図１１は、光ファイバ１１がボビンカバー４２によって光ファイバ１１がファイバボビン４１の溝に収容される状態を説明した第２の模式図である。
【００７０】
図１０を参照して、ボビンカバー４２は左側に移動されるよう表わされているが、これはボビンカバー４２が時計回りに回転していることを示している。光ファイバ１１は、ボビンカバー４２の切欠４８のエッジ部４８ａ，４８ｂと接触している。ボビンカバー４２を時計回りに回転させることによって、切欠４８のエッジ部４８ａが光ファイバ１１を下方に押す。これにより光ファイバ１１が溝４９に収容される。ボビンカバー４２を連続的に回転させることで光ファイバ１１がファイバボビン４１に巻き取られる。
【００７１】
エッジ部４８ａ，４８ｂは光ファイバ１１と接触する。このため、エッジ部４８ａ，４８ｂはＲ面またはＣ面に加工される。これにより光ファイバ１１に傷が付くことを防止できる。
【００７２】
図１１に示されるように、溝４９の底面は、光ファイバ１１を保持できるように曲面加工されている。このように溝４９の底面を加工することで溝４９の表面と光ファイバ１１との接触面積を大きくすることができるので、光ファイバ１１の放熱を高めることができる。
【００７３】
図１２は、余剰ファイバが巻き取られた状態を示した図である。図１２を参照して、溝４９に収容しきれない余剰ファイバは、溝４９の終端からボビンカバー４２の切欠き４８を通され、余剰ファイバ巻取部４４によって巻き取られる。なお、余剰ファイバが長い場合には、複数の余剰ファイバ巻取部４４の間に余剰ファイバが渡されることもある。
【００７４】
図１３は、余剰ファイバ巻取部４４による光ファイバの巻取りを説明するための模式図である。図１３を参照して、光ファイバ１１はピン４４ａの頭部と座金４４ｂとの間を通される。
【００７５】
図１２に戻り、カバー固定ネジ４５により、ボビンカバー４２の上にボビンガード４６が取付けられる。巻き取られた余剰ファイバが動かないように、余剰ファイバはボビンガード４６によって規制される。
【００７６】
上記のように、ボビンカバー４２に形成された長孔５５（円弧の長さ）はより長いほうが好ましい。長孔５５を長くすることによって、ファイバボビン４１に取付け可能な余剰ファイバ巻取部４４の数を増やすことができる。あるいは余剰ファイバ巻取部４４の取付位置の自由度を高めることができる。これにより、さまざまな長さの余剰ファイバを巻き取ることが可能になる。この結果、長い光ファイバをコンパクトに収納することができる。なお、図３、図４および図１２に示されるように、この実施の形態では、余剰ファイバ巻取部４４の個数と取付孔５２の個数とが等しいが、余剰ファイバ巻取部４４の個数が取付孔５２の個数より少なくてもよい。
【００７７】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ファイバボビン４１に形成された溝（導入部４９ａ）に光ファイバを収容し、その後、ボビンカバー４２に形成された切欠き４８に光ファイバを当てたままボビンカバー４２を螺旋状の溝４９の回転方向に回転させる。これによって、容易かつ正確に光ファイバを巻き取ることができるとともに、光ファイバをファイバボビン４１に保持することが可能となる。
【００７８】
今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１ 光ファイバ、２，３，９Ａ〜９Ｄ 半導体レーザ、４，６，１２ アイソレータ、５，１０ 結合器、７ バンドパスフィルタ、１３ コリメータレンズ、１４ ガルバノスキャナ、１４Ａ，１４Ｂ ミラー、１５ 集光レンズ、２０ 制御基板、２１ 制御部、２２ パルス発生部、３０ ドライバ用電源、３２ ドライバ、４０ ファイバ保持具、４１ ファイバボビン、４２ ボビンカバー、４３ スペーサ、４４ 余剰ファイバ巻取部、４４ａ ピン、４４ｂ 座金、４５ カバー固定ネジ、４６ ボビンガード、４７ 主表面、４８ 切欠、４８ａ，４８ｂ エッジ部、４９ 溝、４９ａ 導入部、５０ 位置決めピン、５１，５４，５６ 中心孔、５２，５３ 取付孔、５５ 長孔、６０ 加工対象物、１００ レーザ加工装置、１１０ レーザ制御部、１２０ レーザヘッド部、１３０ レーザ伝送部、１５０ レーザ発振装置、Ｃ 点、Ｌ レーザ光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバを保持するためのファイバ保持具であって、
前記光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成された主表面を有するファイバ収納部と、
前記螺旋状の溝の中心軸を通るように、前記主表面に固定される軸部材と、
前記ファイバ収納部の前記主表面のうち少なくとも前記螺旋状の溝の最外周より内側の部分を覆うカバーとを備え、
前記カバーには、前記軸部材を中心として前記カバーを回転させるために前記軸部材が通される中心孔と、前記螺旋状の溝の最外周から最内周までを横断する切欠とが形成される、ファイバ保持具。
【請求項２】
前記カバーと前記ファイバ収納部の前記主表面との間に挿入され、前記軸部材を通すようにリング状に形成されたスペーサをさらに備える、請求項１に記載のファイバ保持具。
【請求項３】
前記カバーは、透明部材である、請求項１または２に記載のファイバ保持具。
【請求項４】
前記螺旋状の溝の前記中心軸に沿った方向に延在するように前記ファイバ収納部の前記主表面に配置され、かつ前記ファイバ収納部の前記主表面に着脱可能に構成された余剰ファイバ巻取部をさらに備え、
前記カバーには、前記余剰ファイバ巻取部を通すための少なくとも１つの貫通孔が形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項５】
前記ファイバ収納部の前記主表面の、前記螺旋状の溝の最内周よりも内側の領域に、前記余剰ファイバ巻取部を取付けるための複数の取付孔が形成され、
前記複数の取付孔は、前記螺旋状の溝の前記中心軸を中心とした円周上に等角に配置され、
前記カバーの前記少なくとも１つの貫通孔は、前記円周の一部と重なるように形成される、請求項４に記載のファイバ保持具。
【請求項６】
前記カバーの前記少なくとも１つの貫通孔は、複数の貫通孔であり、
前記円周の一部は、前記複数の取付孔のうちの少なくとも、隣り合った２つの取付孔によって定義される円弧である、請求項５に記載のファイバ保持具。
【請求項７】
前記螺旋状の溝を横断する方向に延在し、前記軸部材を通すための中心孔が形成され、前記軸部材によって前記カバーの上に固定されるカバー押さえ部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項８】
前記螺旋状の溝を横断する方向に沿った、前記螺旋状の溝の底面の形状は、曲面である、請求項１から７のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のファイバ保持具と、
前記ファイバ保持具によって保持された光ファイバとを備える、ファイバレーザ装置。
【請求項１】
ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバを保持するためのファイバ保持具であって、
前記光ファイバを収納するための螺旋状の溝が形成された主表面を有するファイバ収納部と、
前記螺旋状の溝の中心軸を通るように、前記主表面に固定される軸部材と、
前記ファイバ収納部の前記主表面のうち少なくとも前記螺旋状の溝の最外周より内側の部分を覆うカバーとを備え、
前記カバーには、前記軸部材を中心として前記カバーを回転させるために前記軸部材が通される中心孔と、前記螺旋状の溝の最外周から最内周までを横断する切欠とが形成される、ファイバ保持具。
【請求項２】
前記カバーと前記ファイバ収納部の前記主表面との間に挿入され、前記軸部材を通すようにリング状に形成されたスペーサをさらに備える、請求項１に記載のファイバ保持具。
【請求項３】
前記カバーは、透明部材である、請求項１または２に記載のファイバ保持具。
【請求項４】
前記螺旋状の溝の前記中心軸に沿った方向に延在するように前記ファイバ収納部の前記主表面に配置され、かつ前記ファイバ収納部の前記主表面に着脱可能に構成された余剰ファイバ巻取部をさらに備え、
前記カバーには、前記余剰ファイバ巻取部を通すための少なくとも１つの貫通孔が形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項５】
前記ファイバ収納部の前記主表面の、前記螺旋状の溝の最内周よりも内側の領域に、前記余剰ファイバ巻取部を取付けるための複数の取付孔が形成され、
前記複数の取付孔は、前記螺旋状の溝の前記中心軸を中心とした円周上に等角に配置され、
前記カバーの前記少なくとも１つの貫通孔は、前記円周の一部と重なるように形成される、請求項４に記載のファイバ保持具。
【請求項６】
前記カバーの前記少なくとも１つの貫通孔は、複数の貫通孔であり、
前記円周の一部は、前記複数の取付孔のうちの少なくとも、隣り合った２つの取付孔によって定義される円弧である、請求項５に記載のファイバ保持具。
【請求項７】
前記螺旋状の溝を横断する方向に延在し、前記軸部材を通すための中心孔が形成され、前記軸部材によって前記カバーの上に固定されるカバー押さえ部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項８】
前記螺旋状の溝を横断する方向に沿った、前記螺旋状の溝の底面の形状は、曲面である、請求項１から７のいずれか１項に記載のファイバ保持具。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のファイバ保持具と、
前記ファイバ保持具によって保持された光ファイバとを備える、ファイバレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４７５５０（Ｐ２０１２−２４７５５０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８０３９（Ｐ２０１１−１１８０３９）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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