(57)【要約】【課題】内側管や外側管の損傷を防止することができる光ファイバケーブルを提供する。【解決手段】光ファイバケーブル１は、レーザ光を伝搬する光ファイバ２と、この光ファイバ２の端末部を収容する内側管３と、内側管３の外側に配置され、内側管３を取り囲む外側管４とを備えている。光ファイバ２と内側管３の内周面との間には、空間部５が設けられている。光ファイバ２の端面には、エンドキャップ６が光学接触している。エンドキャップ６は、光ファイバ２のコア２ａと同じ材質で形成されていると共に、コア２ａよりも大きな径を有している。内側管３の内壁面３ａ（内周面を含む）は、内壁面３ａに当たった光のほとんどを反射させ、一部の光だけを吸収するように構成されている。内側管３と外側管４との間には、冷却水を流すための冷却用スペース７が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを有する光ファイバケーブルにおいて、
前記光ファイバの端末部を収容する内側管と、
前記内側管を取り囲むように設けられた外側管とを備え、
前記内側管の少なくとも内壁面は、光反射性を有し且つ光の一部を吸収する金属材料で形成されており、
前記光ファイバと前記内側管との間には空間部が形成されていることを特徴とする光ファイバケーブル。
【請求項２】
前記内側管と前記外側管との間には、冷却媒体を流通させるための冷却用スペースが形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバケーブル。
【請求項３】
前記光ファイバの端面には、前記光ファイバのコアと同じ材質からなり且つ前記コアよりも大きい径を有するエンドキャップが光学的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバケーブル。
【請求項４】
前記内側管の先端部には、前記内側管の基端側よりも径の大きい拡径部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバケーブル。
【請求項５】
前記内側管における前記拡径部の前記基端側には、前記拡径部に向かって径が大きくなるようなテーパ部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバケーブル。
【請求項６】
前記外側管は、熱伝導性を有する金属材料で形成されており、
前記内側管の外周面と前記外側管の内周面とが直接接触していることを特徴とする請求項１記載の光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザ光といった高強度の光を伝送する光ファイバを有する光ファイバケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度の光を伝送する光ファイバを有する光ファイバケーブルとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の光ファイバケーブルは、光ファイバの端末部を収容する内側管と、この内側管を取り囲むように設けられた金属ケース（外側管）とを備え、内側管と金属ケースとの間の空間に冷却剤を流すような構造となっている。内側管は、透明管または迷走輻射線を吸収する金属管から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５３０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、内側管が迷走輻射線を吸収する金属管である場合には、光ファイバのコアに入射されない高出力レーザ光や光ファイバのクラッドから放射される高出力レーザ光が漏れたときに、その高出力レーザ光が内側管に吸収され、内側管における高出力レーザ光が吸収された部分に局所的に急激な温度上昇に起こり、内側管の当該部分が損傷することがある。
【０００５】
また、内側管が透明管である場合には、同様に高出力レーザ光が漏れたときに、その高出力レーザ光が透明管を透過して冷却剤に吸収される。通常は冷却剤としてイオン交換水が用いられ、不純物が除かれている。しかし、冷却剤に不純物が混入し、純度が低下すると、高出力レーザ光が冷却剤に吸収されるようになる。このため、冷却剤の急激な温度上昇が起こり、冷却剤が突沸し、結果的に内側管や外側管が損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、内側管や外側管の損傷を防止することができる光ファイバケーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光ファイバを有する光ファイバケーブルにおいて、光ファイバの端末部を収容する内側管と、内側管を取り囲むように設けられた外側管とを備え、内側管の少なくとも内壁面は、光反射性を有し且つ光の一部を吸収する金属材料で形成されており、光ファイバと内側管との間には空間部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このように本発明の光ファイバケーブルにおいては、内側管の少なくとも内壁面を、光反射性を有し且つ光の一部を吸収する金属材料で形成することにより、光ファイバのコアに入射されなかった光や光ファイバのクラッドから放射される光等の漏れ光の大部分が内側管の内壁面で反射され、漏れ光の一部だけが内側管に吸収されるようになる。そして、光ファイバと内側管との間の空間部において、内側管及び光ファイバでの漏れ光の反射が繰り返されることになるので、漏れ光が徐々に減衰されていく。これにより、内側管や外側管への高強度の光の吸収による内側管や外側管の急激な温度上昇が抑制されるため、内側管や外側管の損傷を防止することができる。
【０００９】
好ましくは、内側管と外側管との間には、冷却媒体を流通させるための冷却用スペースが形成されている。この場合には、冷却用スペースに冷却媒体を流通させることにより、内側管が冷却されるようになる。このため、内側管への高強度の光の吸収による内側管の急激な温度上昇が一層抑制されるため、内側管の損傷を更に防止することができる。また、上述したように、光ファイバと内側管との間の空間部において漏れ光の反射が繰り返されることで、漏れ光が徐々に減衰されるので、冷却媒体への高強度の光の吸収による冷却媒体の急激な温度上昇が抑制される。従って、冷却剤の突沸が抑えられるため、冷却剤の突沸に起因した内側管や外側管の損傷を防止することもできる。
【００１０】
また、好ましくは、光ファイバの端面には、光ファイバのコアと同じ材質からなり且つコアよりも大きい径を有するエンドキャップが光学的に接続されている。光ファイバの端面には光が集中するため、光ファイバの端面にゴミ等の不純物が付着すると、高強度の光により不純物が焼き付いて光ファイバの端面が損傷する可能性がある。光ファイバの端面にエンドキャップを光学的に接続することにより、光ファイバの端部における光のエネルギー密度が低下するため、不純物による光ファイバの端面の損傷を防止することができる。
【００１１】
さらに、好ましくは、内側管の先端部には、内側管の基端側よりも径の大きい拡径部が設けられている。この場合には、光ファイバの入射側でのミスアライメント光や光ファイバの出射側での反射戻り光が内側管内に入りやすくなるので、ミスアライメント光や反射戻り光が外側管の端面に当たって外側管の端面が損傷することが防止される。
【００１２】
このとき、好ましくは、内側管における拡径部の基端側には、拡径部に向かって径が大きくなるようなテーパ部が設けられている。例えば内側管内に入ってきたミスアライメント光や反射戻り光は、最初にテーパ部の内壁面に当たることが多い。このとき、これらの光はテーパ部の内壁面に斜入射されることになるので、光のエネルギー密度を下げることができる。
【００１３】
また、外側管は、熱伝導性を有する金属材料で形成されており、内側管の外周面と外側管の内周面とが直接接触していても良い。例えば光ファイバを伝送する光の強度がそれほど高くない場合には、特に内側管と外側管との間に冷却媒体を流通させなくても良く、内側管に吸収された光により発生した熱を外側管によって放熱させれば良い。この場合には、内側管と外側管との間に冷却媒体を流通させないので、光ファイバケーブルの端末構造が簡素化され、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内側管や外側管の損傷を防止することができる。これにより、高強度の光を伝送する光ファイバを有する光ファイバケーブルの信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係わる光ファイバケーブルの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる光ファイバケーブルの第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係わる光ファイバケーブルの第３の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係わる光ファイバケーブルの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係わる光ファイバケーブルの第１の実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の光ファイバケーブル１は、高強度（例えば２ｋＷ〜１０ｋＷ）のレーザ光を照射して車両のボデー等の鉄板を溶接・切断するレーザ加工機に使用されるものである。
【００１８】
光ファイバケーブル１は、レーザ光を伝搬する光ファイバ２と、この光ファイバ２の端末部を収容する金属製の内側管３と、この内側管３の外側に配置され、内側管３を取り囲む金属製の外側管４とを備えている。光ファイバ２と内側管３の内周面との間には、空間部５が設けられている。内側管３及び外側管４は、光ファイバケーブル１の両側の端末部に設けられている。
【００１９】
なお、光ファイバケーブル１における端末部を除く部分は、特に図示はしないが、例えば光ファイバ２をステンレス製のフレキシブル管で保護し、そのフレキシブル管の表面上に樹脂層が形成された構造となっている。
【００２０】
光ファイバ２の端末部は、樹脂被覆が除去された状態で内側管３の基端部に固定されている。光ファイバ２は、コア２ａと、このコア２ａの周囲に設けられたクラッド２ｂとを有している。
【００２１】
クラッド２ｂの外周面には、コア２ａに入らずに漏れた光のうち、クラッド２ｂに入ってクラッド２ｂを伝搬する光（クラッドモード光）を取り除くためのモードストリップ処理が施されている。コア２ａに入らずに漏れた光としては、アライメントのずれによりコア２ａに入射されなかった光（ミスアライメント光）や光ファイバ２から出射されて加工対象（鉄板）で反射して戻ってきた光（反射戻り光）等がある。モードストリップ処理としては、具体的には、液相エッチング等によりクラッド２ｂの外周面を粗面化する。このようなモードストリップ処理を行うことにより、クラッドモード光が散乱してクラッド２ｂの外部に放射されるようになる。
【００２２】
光ファイバ２の端面には、円形状のエンドキャップ６が接続されている。エンドキャップ６は、コア２ａと同じ材質で形成されていると共に、コア２ａよりも大きな径を有している。このようなエンドキャップ６を設けることにより、光ファイバ２の端面において、外部（空気）との界面での光のエネルギー密度が低下するため、ゴミ等の不純物が付着して焼き付くことによる損傷が生じにくくなる。
【００２３】
エンドキャップ６は、例えば融着等により光ファイバ２の端面に光学接触した構造となっている。これにより、反射戻り光による損失を低減することができる。また、エンドキャップ６は、内側管３の先端部の内周面に接触保持されている。エンドキャップ６を設けることで、光ファイバ２と内側管３との間の空間部５を容易に形成することができる。
【００２４】
内側管３の内壁面３ａ（内周面を含む）は、内壁面３ａに当たった光の大部分を反射させる（好ましくは反射率８０％以上９８％以下）ように構成されている。具体的には、銅やアルミニウム等のように光を反射させやすい材料で内側管３を形成しても良いし、或いは金や銀等のように光を反射させやすい材料を内側管３の内壁面３ａにコーティングしても良い。これにより、内側管３の内壁面３ａに当たった光のほとんどが反射し、一部の光だけが内側管３に吸収されるようになる。
【００２５】
このとき、光ファイバ２と内側管３との間に空間部５が設けられているので、内側管３の内壁面３ａで反射した光がクラッド２ｂ内を伝搬することが防止される。また、内側管３に光が吸収された時の発熱によって光ファイバ２が損傷することも防止される。
【００２６】
外側管４は、内側管３の両端部に固定されている。内側管３と外側管４との間には、冷却水を流すための冷却用スペース７が設けられている。また、外側管４には、冷却用スペース７に冷却水を流入させるための入口部８と、冷却用スペース７から冷却水を流出させるための出口部９とが形成されている。レーザ加工機の使用時には、冷却ファンを含む循環系（図示せず）によって冷却水が冷却用スペース７を循環する。これにより、内側管３が効率良く冷却されるようになる。
【００２７】
以上のように構成した光ファイバケーブル１において、モードストリップ処理により取り除かれた光や光ファイバ２のクラッド２ｂにも入らなかった光などの漏れ光は、内側管３の内壁面３ａに当たることになる。
【００２８】
ここで、例えば内側管３が光を十分吸収する物質で形成されている場合には、内側管３の外側を流れる冷却水が突沸したり、或いは内側管３自体が損傷する。また、内側管３が光を透過する物質で形成されている場合には、冷却水の純度が低いために漏れ光が冷却水に吸収されると、冷却水が突沸し、冷却水の純度があまり低くないために漏れ光が冷却水に吸収されないときは、漏れ光が外側管４の内壁面に吸収され、外側管４自体が損傷する。
【００２９】
これに対し本実施形態では、内側管３の内壁面３ａに当たった漏れ光のほとんどが反射し、一部の漏れ光だけが内側管３の内壁面３ａに吸収されるので、光ファイバ２と内側管３との間に空間部５において、内側管３及び光ファイバ２での漏れ光の反射が繰り返されることになる。そして、その多重反射によって漏れ光が徐々に減衰していき平均化されるようになる。
【００３０】
これにより、内側管３、冷却水及び外側管４が高強度の光を急激に吸収することが抑制されるため、冷却水の突沸や内側管３及び外側管４の損傷を防止することができる。
【００３１】
図２は、本発明に係わる光ファイバケーブルの第２の実施形態を示す断面図である。図中、第１の実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
同図において、本実施形態の光ファイバケーブル１１は、上記の光ファイバケーブル１と同様に、高強度のレーザ光を照射するレーザ加工機に使用されるものである。光ファイバケーブル１１は、上記の内側管３及びエンドキャップ６に代えて、内側管１２及びエンドキャップ１３を備えている。
【００３３】
内側管１２の内壁面１２ａは、上記の内側管３の内壁面３ａと同様に、光の大部分を反射させるように構成されている。内側管１２の先端部には、内側管１２の基端側よりも径の大きい拡径部１４が設けられている。また、内側管１２における拡径部１４の基端側には、拡径部１４に向かって径が大きくなるようなテーパ部１５が設けられている。
【００３４】
エンドキャップ１３は、拡径部１４の内径と同等の外径を有している。つまり、エンドキャップ１３は、上記のエンドキャップ６に比べてミスアライメント光や反射戻り光を受ける面積を大きくした構造となっている。
【００３５】
このように本実施形態においては、内側管１２の先端部に拡径部１４を設けたので、ミスアライメント光や反射戻り光等の漏れ光が外側管４の端面に当たることが抑えられる。従って、外側管４の端面の損傷を抑制することができる。また、エンドキャップ１３を通して内側管１２内に入ってきた漏れ光は、最初にテーパ部１５の内壁面に当たる可能性が高い。このとき、漏れ光はテーパ部１５の内壁面に斜入射されることになるので、光のエネルギー密度を下げることができる。
【００３６】
図３は、本発明に係わる光ファイバケーブルの第３の実施形態を示す断面図である。図中、第１の実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
同図において、本実施形態の光ファイバケーブル２１は、上記の光ファイバケーブル１，１１よりも強度の低い（例えば１ｋＷ以下）レーザ光を照射するレーザ加工機に使用されるものである。
【００３８】
光ファイバケーブル２１は、上記の外側管４に代えて、外側管２２を備えている。外側管２２は、熱伝導率の良い材料（例えばアルミニウム）で形成されている。内側管３の外周面と外側管１１の内周面とは直接接触している。つまり、内側管３と外側管１１との間には、冷却水を流すための上記の冷却用スペース７が設けられていない。
【００３９】
上述したように、内側管３の内壁面３ａに漏れ光が当たると、漏れ光のほとんどが内側管３で反射し、一部の漏れ光だけが内側管３に吸収されるので、内側管３と外側管２２との間に冷却水を流さなくても、外側管２２が損傷することはほとんど無い。また、外側管２２は高い熱伝導性を有しているので、内側管３に吸収された光により発生した熱は、外側管２２によって徐々に放射されるようになる。
【００４０】
このように本実施形態においては、内側管３と外側管２２との間に冷却水を流さなくて済むので、光ファイバケーブル２１の端末構造及びレーザ加工機の設備構成を簡素化し、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、光ファイバ２の端面にエンドキャップ６またはエンドキャップ１３を光学接触させるようにしたが、これらのエンドキャップを用いる代わりに、光ファイバ２の端面の前面に球状のレンズを配置したり、或いは光ファイバ２の端部をレンズ状に加工しても良い。
【００４２】
また、上記第１及び第２実施形態では、内側管３または内側管１２と外側管４との間の冷却用スペース７に冷却水を流すようにしたが、冷却用スペース７に流通させる冷却媒体としては、冷却空気等であっても良い。ただし、冷却水を用いる場合には、設備構成が簡易であり、純度管理に手間がかかることは少ない。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、光ファイバ２を１本としたが、光ファイバ２の本数としては複数本でも良く、或いはファイバ束を用いても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…光ファイバケーブル、２…光ファイバ、２ａ…コア、２ｂ…クラッド、３…内側管、３ａ…内壁面、４…外側管、５…空間部、６…エンドキャップ、７…冷却用スペース、１１…光ファイバケーブル、１２…内側管、１２ａ…内壁面、１４…拡径部、１５…テーパ部、２１…光ファイバケーブル、２２…外側管。
【図１】
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【図２】
2012234006.tif 000004
【図３】
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