JP3794894B2

JP3794894B2 - 光ファイバー支持具

Info

Publication number: JP3794894B2
Application number: JP2000061446A
Authority: JP
Inventors: 眞生渡辺; 登井田; 崇赤羽; 武史佐竹; 幸嗣木村
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: JP2001249230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光を伝送する光ファイバーを支持する光ファイバー支持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光は、極めて指向性がよく大エネルギーを有しているので、小さな点や線に集光してレーザービームとすることにより、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質処理などに利用されている。レーザー装置（レーザー発振器や集光光学系等）から出力されたレーザー光は、光ファイバーに垂直に入射されてレーザー加工装置に導かれ、加工用のレーザービームとされて被加工物に照射される。
【０００３】
光ファイバーの端部（レーザー光入射端部）は光ファイバー支持具（光ファイバーシース）により支持され、レーザー装置からのレーザー光が所定状態で入射されるようになっている。近年、高出力（例えば、平均出力4KW 乃至10KW）でレーザー光を発振するレーザー装置が種々開発され、レーザー加工装置、例えば、レーザー溶接装置の光源として高出力レーザー光が使用されるようになってきている。
【０００４】
光ファイバは、例えば、石英ガラスの心線の周囲が保護ジャケットにより覆われて、端部の心線が露出した状態で光ファイバーシースに支持されている。一般的な光ファイバーシースは、保護ジャケットの部位を掴んで固定するインナースリーブと、インナースリーブを位置決め固定するシース本体とから構成され、露出した心線をレーザー光に対向させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバーシースはインナースリーブにより光ファイバーの保護ジャケットの部位を掴んでシース本体に光ファイバーを支持するようになっているので、心線と保護ジャケットとの間に固定力差等による境界が生じて屈折率の変化等が多少生じる。平均出力が3KW に満たない出力のレーザー光を入射した場合、多少の屈折率の変化等では光の漏れ等は発生せず、熱発生等の問題は生じていなかった。
【０００６】
しかし、従来の光ファイバーシースで支持された光ファイバーで、例えば、平均出力5KW 乃至10KWの高出力レーザー光を伝送する場合、多少の屈折率の変化等であっても光の漏れだし等が発生して熱が発生して破損が生じてしまう虞があった。このため、高出力レーザー光を伝送するためには、安定した状況で、即ち、心線と保護ジャケットとの間に固定力差等による境界が生じて屈折率の変化等が生じないように、光ファイバーシースにより光ファイバーを支持する必要があった。また、熱による破損が生じにくい構造にする必要があった。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、屈折率の変化等が生じない安定した状態で光ファイバーを支持することができ、熱による破損を生じにくくした光ファイバー支持具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、レーザー光が伝送される光ファイバーの先端部位をスリーブの内周に同軸状態に固定し、スリーブを本体の内周に嵌合した光ファイバー支持具において、スリーブを、分割されて拡縮自在なインナースリーブとインナースリーブの外周に固定されたアウタースリーブとから構成すると共に、アウタースリーブと本体の端部側の嵌合面を光ファイバーの先端側に向かって漸次小径となるテーパ状とし、嵌合面のテーパ角度を20deg以下に設定したことを特徴とする。
【０００９】
そして、光ファイバーにより伝送されるレーザー光の平均出力が3Kw以上であることを特徴とする。また、嵌合面に熱伝導部材を介在させたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る光ファイバー支持具の断面、図２にはスリーブの詳細状況、図３には図２中のIII-III 線矢視を示してある。また、図４には嵌合面のテーパ角度と損傷の発生状態との関係を説明するグラフを示してある。
【００１１】
図に示すように、光ファイバー１は、石英ガラスの心線２と、心線２の周囲を被覆する保護ジャケット３とで構成されている。光ファイバー１の先端部（入射端部Ｌ：例えば、長さ30mm）は、心線２が露出した状態になっている。心線２が露出した部位を含めた光ファイバー１の先端部位は光ファイバー支持具（光ファイバーシース）４に固定され、光ファイバーシース４が連結スリーブ５を介してレーザー加工装置（図示省略）側に固定される。
【００１２】
ＹＡＧレーザー発振器等のレーザー発振器（図示省略）からは、連続波レーザー光もしくはパルス波レーザー光が高出力（平均出力3KW 以上、例えば、5KW 乃至10KW）で出力されるようになっている。レーザー発振器からの高出力のレーザー光は光ファイバーシース４に固定された光ファイバー１の先端から光ファイバー１に入射され、高出力のレーザー光は光ファイバー１で伝送されてレーザー加工装置の加工ヘッド側に送られる。
【００１３】
光ファイバー１には高出力のレーザー光が入射されて伝送されるようになっているため、心線２に少しでもひずみ等が生じると光が漏れて熱が発生し、損傷が起きる虞がある。このため、光ファイバーシース４は、屈折率の変化等が生じない安定した状況に光ファイバー１を支持できるようになっていると共に、放熱性を良くして熱による損傷が生じないようになっている。
【００１４】
図１に示すように、心線２が露出した先端部を除く光ファイバー１の先端部位は、例えば、真鍮製のインナスリーブ１１に同軸状態に固定され、インナスリーブ１１の外周にはアウタスリーブ１２がねじ結合等により固定されている。インナスリーブ１１は４分割されて構成され、拡縮自在となっている。これにより、４分割されたインナスリーブ１１が縮径されて光ファイバー１の保護ジャケット３を把持すると共に、心線２の出代が調節できる。インナスリーブ１１及びアウタスリーブ１２により光ファイバー１の先端部位を固定するスリーブ１４が構成されている。スリーブ１４はアルミ製のスリーブ本体（本体）１３の内周に嵌合され、本体１３により心線２が覆われ、心線２の先端（図中左端）が本体１３の先端から臨んでいる。
【００１５】
スリーブ１４と本体１３の端部側の嵌合面１５、即ち、光ファイバー１の先端側におけるアウタスリーブ１２と本体１３の嵌合面１５は、光ファイバー１の先端側に向かって漸次小径となるテーパ状となっている。そして、嵌合面１５のテーパ角度θは20deg に設定されている。
【００１６】
心線２を突出させた状態の光ファイバー１は、保護ジャケット３がインナスリーブ１１に嵌合されてスリーブ１４に保持され、スリーブ１４が本体１３の内周に装着される。スリーブ１４は光ファイバー１の後側（図中右側）からアルミニウム製のカラー１６を介して固定ナット１７により光ファイバー１の先端側（図中左側）に押圧され、テーパ角度θが20deg に設定された嵌合面１５が本体１３に嵌合される。スリーブ１４の軸方向の位置が規定され、光ファイバー１が所定の位置に確実に保持される。
【００１７】
嵌合面１５がテーパ状となっているので、光ファイバー１の長手方向の位置が位置決めされ、心線２の先端が所定の位置に正確に保持される。また、嵌合面１５のテーパ角度θが20deg に設定されているので、軸直角方向の押圧力を受ける部分のスリーブ１４の幅（嵌合面１５の接触面積）が広く均一になり、光ファイバー１の押し付け圧力を分散することができる。このため、心線４と保護ジャケット３の境界部に固定力の差が生じることがなくなり、光ファイバー１にひずみ等が生じる虞がなくなる。また、軸直角方向の押圧力を受ける部分のスリーブ１４の幅が広くなって光ファイバー１の固定が確実になるため、光ファイバー１の先端部の心線２の保持が確実になり、心線２を、例えば、長さ30mmの入射端部Ｌとして保護ジャケット３への熱の影響を少なくすることができる。
【００１８】
従って、上記構成の光ファイバーシース４により光ファイバー１を支持することにより、光ファイバー１にひずみ等が生じる虞がなくなるので、光ファイバー１の屈折率に変化が生じる虞がなくなり、高出力レーザー光を伝送しても、光の漏れだし等が発生して熱が発生することがほとんどなくなる。また、嵌合面１５の接触面積が広くなるので、熱が発生した場合でも本体１３側に放熱され光ファイバー１から本体１３に熱が逃がされ、損傷が発生することがない。更に、心線２を長さ30mmの長い入射端部Ｌとして確実に保持することができるので、焦点を安定させた状態で保護ジャケット３への熱の影響を少なくすることができる。
【００１９】
尚、嵌合面１５にインジウム等の熱伝導部材を介在させることも可能である。また、テーパ角度θもレーザー光の出力に応じて、平均出力が3Kw 以上の高出力の場合には25deg 以下の任意の角度に設定することが可能であり、平均出力が3Kw に満たない場合には60deg 以下の任意の角度に設定することが可能である。
【００２０】
図４には、嵌合面１５のテーパ角度θとレーザー光の入射出力との関係で、損傷の発生状況を示してある。図から判るように、入射レーザ平均出力が3Kw に満たない場合、テーパ角度θが60deg で伝送が可能になって損傷が生じないことが確認された。また、入射レーザ平均出力が3Kw,4Kw,5Kw,6Kw では、テーパ角度θが30deg で損傷が生じ、テーパ角度θが20deg で伝送が可能になって損傷が生じないことが確認された。
【００２１】
つまり、レーザ平均出力が3Kw に満たない場合には、嵌合面１５のテーパ角度θを60deg 以下に設定することで、レーザー光の伝送が可能である。また、レーザ平均出力が3Kw 以上の高出力の場合には、嵌合面１５のテーパ角度θを30deg に満たない角度、好ましくは、25deg 乃至20deg 以下に設定することで、高出力レーザー光を伝送しても損傷なく伝送することが可能である。
【００２２】
上述した光ファイバーシース４により光ファイバー１を支持することで、嵌合面１５の接触面積が広く均一になり、安定した状況で、即ち、心線２と保護ジャケット３との間に固定力差等による境界が生じて屈折率の変化等が生じることがない状態で光ファイバー１を支持することが可能になる。このため、高出力レーザー光を伝送しても光の漏れ等による熱の発生がなくなり、熱による損傷を防止することが可能になる。また、広い接触面積で嵌合面１５が形成されるため、熱が本体１３側に逃がされて熱による破損が生じにくい構造にすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の光ファイバー支持具は、レーザー光が伝送される光ファイバーの先端部位をスリーブの内周に同軸状態に固定し、スリーブを本体の内周に嵌合した光ファイバー支持具において、スリーブを、分割されて拡縮自在なインナースリーブとインナースリーブの外周に固定されたアウタースリーブとから構成すると共に、アウタースリーブと本体の端部側の嵌合面を光ファイバーの先端側に向かって漸次小径となるテーパ状とし、嵌合面のテーパ角度を20deg以下に設定したので、嵌合面の接触面積が均一になり、屈折率の変化等が生じない安定した状態で光ファイバーを支持することが可能になる。この結果、レーザー光を伝送しても光の漏れ等による熱の発生がなくなり、熱による損傷を防止することが可能になる。また、熱を嵌合面で逃がすことができ、熱による破損が生じにくい構造とすることができる。
【００２４】
また、本発明の光ファイバー支持具は、光ファイバーにより伝送されるレーザー光の平均出力が3Kw以上として、高出力レーザー光を伝送しても光の漏れ等による熱の発生がなくなり、熱による損傷を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る光ファイバー支持具の断面図。
【図２】スリーブの詳細を表す断面図。
【図３】図２中のIII-III 線矢視図。
【図４】嵌合面のテーパ角度と損傷の発生状態との関係を説明するグラフ。
【符号の説明】
１光ファイバー
２心線
３保護ジャケット
４光ファイバー支持具（光ファイバーシース）
１１インナスリーブ
１２アウタスリーブ
１３スリーブ本体（本体）
１４スリーブ
１５嵌合面
１６カラー
１７固定ナット
θ テーパ角度

Claims

レーザー光が伝送される光ファイバーの先端部位をスリーブの内周に同軸状態に固定し、スリーブを本体の内周に嵌合した光ファイバー支持具において、
スリーブを、分割されて拡縮自在なインナースリーブとインナースリーブの外周に固定されたアウタースリーブとから構成すると共に、
アウタースリーブと本体の端部側の嵌合面を光ファイバーの先端側に向かって漸次小径となるテーパ状とし、
嵌合面のテーパ角度を20deg以下に設定したことを特徴とする光ファイバー支持具。
請求項１において、
光ファイバーにより伝送されるレーザー光の平均出力が3Kw以上であることを特徴とする光ファイバー支持具。
請求項１もしくは請求項２において、
嵌合面に熱伝導部材を介在させたことを特徴とする光ファイバー支持具。