JPH04367802A - 中空導波路の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工業加工および医療
などに用いられる高出力レーザ光などの光エネルギーを
伝送するための金属中空導波路に関わる。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光は指向性や集光性が良くパワー
密度が高いといった特徴を有するため、産業上の種々の
分野で応用が期待されている。特に、炭酸ガスレーザは
高い効率で大出力が得られることから既に工業界におけ
る様々な加工や医療などに活用されている。

【０００３】これまで、レーザ発振器から出力されたレ
ーザ光を非照射物へ導くレーザ光伝送装置としては、ミ
ラーやレンズなどの光学部品の組み合わせによってレー
ザ発振器から非照射物までのレーザ光の光路を設定する
方式のものが主に使用されてきた。ところが、この方式
の装置では光学部品相互間で光軸ずれなどの不都合が発
生しないように、使用するそれぞれの光学部品相互の位
置関係を精密に制御する必要があり、そのために光学部
品相互の光軸ずれを修正する光軸制御機構が繁雑化した
り、あるいはレーザ光の出射位置を移動自在にすること
が困難なために、レーザ光による加工等の自由度が制限
されるという問題があった。そこで、前述の光軸制御機
構を簡素化してレーザ光による加工等の自由度を高める
ため、可撓性（フレキシビリティ）を有した光導波路の
開発も進められている。

【０００４】その中でも、誘電体を内装した金属中空導
波路は、中空構造であるためにレーザ光の入出射端での
反射もほとんど無く、かつ金属であるため冷却効率も高
く、大電力伝送用として最も有望であり、現在ゲルマニ
ウムを内装した金属中空導波路が製品化されている。

【０００５】図４はこのようなゲルマニウム内装銀中空
導波路の構成を断面図で示したものである。中空状のニ
ッケル層１６の内周に薄膜のゲルマニウム層１４と銀層
１５を内装し、このゲルマニウム層１４により炭酸ガス
レーザ光を伝送する中空領域１７を区画形成している。 このゲルマニウム内装銀中空導波路は現在までに長さ２
ｍで２ｋＷのＣＯ２　レーザ光の伝送を実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような低損失な誘
電体内装金属中空導波路を用いても、伝送損失による発
熱は避けられない。入射レーザ光の出力が大きくなるに
したがって損失による発熱が増加する。特に、入射部で
は結合損失による発熱により破損する場合がある。また
、レーザ光を入射する際、光軸ずれが生じた場合にレー
ザ光が中空導波路端部の金属層に直接照射されると短時
間のうちに破壊する。このような破壊を防ぐために中空
導波路の内部を空冷し、外部を水冷して冷却している。 しかしながら、大パワーのレーザ光を伝送するとき、入
射端では急激に発熱するため冷却が間に合わず破壊に至
る場合があった。これまで、上記の問題のため中空導波
路の伝送電力の上限としては２ｋＷ程度のレーザ光が限
界となっていた。

【０００７】この発明の目的は、前記した従来技術の欠
点を解消し、電力伝送容量を大幅に増加させることので
きる新規な中空導波路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザ光な
どの光エネルギーを伝送する金属中空導波路に適用され
る。中空導波路の端末部を銅等の熱電導率および反射率
の高い金属で厚肉に形成し、端末部を除く中間部をニッ
ケルなどの弾力に富む金属で薄肉に形成したものである
。

【０００９】

【作用】中空導波路端末部を熱電導率および反射率の高
い金属で厚肉に形成することにより、端末部での熱容量
が増大し、発生した熱を速やかに逃がすことができる。 また、光軸ずれによって誤照射されたレーザ光はその多
くが反射され、端末部において蓄熱しない。この改良に
より、冷却の効果が向上しより大パワーのエネルギーの
伝送が可能になる。また、端末部を除く中間部はニッケ
ルなどの弾力に富む金属で薄肉に形成することにより、
繰り返し曲げを与えても塑性変形しにくい可撓性のある
中空導波路となる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１ないし図３に
基づいて説明する。図１は実施例の中空導波路構造の構
成を示す断面図である。先ず中空導波路１０の母材（パ
イプ材）として厚肉のニッケルが使用される。この母材
の外周にゲルマニウム薄膜１を均一にコーティングし、
さらにその上に銀の薄膜２をコーティングして形成する
。そして中空導波路１０の端末部は銅３を厚肉に形成し
、端末部を除く中間部はニッケル４を薄肉に形成した後
、化学エッチングにより母材を除去することにより作製
される。

【００１１】中空導波路端末部に設けられた銅３は軟ら
かい材料であり、いったん曲げられると塑性変形して光
学的特性に悪影響を与えるので、十分な厚肉（５００μ
ｍ以上）にして曲がらないようにすることが必要である
。また、端末部以外の中間部に設けられたニッケル層４
は、繰り返し曲げられたときの可撓性と金属疲労を考慮
して、１０〜２００μｍ程度の薄い肉厚にすることが望
ましい。

【００１２】母材（パイプ材）としては、化学エッチン
グで容易に除去できるアルミニウムおよびその合金が最
も適しているが、各種の薬剤でエッチングできるプラス
チックなどでもよい。母材にコーティングするゲルマニ
ウムのかわりにセレン化亜鉛など他の誘電体を用いても
よい。誘電体をコーティングする方法も数種類あるがス
パッタリング法が適している。また、中空導波路１０の
端末部の銅３は、熱伝導率および反射率の良好な他の金
属、例えば、金や銀などでも良い。中間部のニッケル４
はその合金など弾性に富む金属でも良い。これらの中空
導波路端末部および中間部の金属層はメッキ法によって
形成できる。

【００１３】図２は、図１で説明した中空導波路１０を
水冷するための冷却ジャケット８に収納した状態を示す
。中空導波路１０の端末部に形成された銅５は冷却ジャ
ケット８を取り付け易いように機械加工されている。 冷却水は冷却水導入口６から流入され、冷却水導出口９
から流出される。この冷却水によって、中空導波路は入
射端から出射端まで十分に冷却される。端末部の銅５は
レーザ光に対して反射率がよく、誤って入射レーザ光が
照射されてもすぐに破壊されることはない。冷却ジャケ
ット８は中空導波路１０と同等以上の可撓性が必要であ
り、プラスチック系のホース、または金属のコルゲート
管などが適している。

【００１４】図３は、図２で説明した冷却ジャケット付
中空導波路を炭酸ガスレーザ発振器に装着した状態を示
す斜視図である。この例では炭酸ガスレーザ発振器１１
のレーザ光出力部に中空導波路１０の入射部１２を接続
してレーザ光を伝送させ、中空導波路１０の出射部１３
を例えば、ロボットやＮＣ装置で移動させることによっ
てレーザ光を任意の位置に導くことができる。

【００１５】以上述べたように、この実施例によれば、
レーザ光などの光エネルギーを伝送する金属中空導波路
において、中空導波路の端末部を熱伝導率および反射率
の高い金属で厚肉に形成し、端末部を除く中間部を弾性
に富む金属で薄肉に形成することにより、可撓性を損な
わずに大電力を伝送できる中空導波路が提供できる。な
お、この実施例により製作した冷却ジャケット付中空導
波路にレーザ光を入射して伝送させたところ、３．５ｋ
Ｗの炭酸ガスレーザ光を入射しても中空導波路に異常は
見られず、この実施例の効果が確認された。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したとおりこの発明の金属中空
導波路構造によれば、金属中空導波路の端末部を熱伝導
率および反射率の高い金属で形成し、端末部を除く中間
部を弾性に富む金属で形成することにより、端末部での
冷却効率と耐パワー性を向上し、中空導波路の伝送容量
を大幅に増加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の金属中空導波路構造の構成
を示す断面図、

【図２】金属中空導波路に冷却ジャケットを付けた状態
を示す断面図、

【図３】金属中空導波路をレーザ発振器に取り付けた状
態を示す斜視図、

【図４】金属中空導波路の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１４　　ゲルマニウム薄膜 ２，１５　　銀薄膜 ３　　厚肉銅層 ４，７　　薄肉ニッケル層 ５　　機械加工された厚肉銅層 ６　　冷却水導入口 ８　　冷却ジャケット ９　　冷却水導出口 １０　　金属中空導波路構造 １１　　レーザ発振器 １２　　金属中空導波路入射部 １３　　金属中空導波路出射部 １７　　中空領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　外部金属層の内面に誘電体薄膜を内装
   した金属中空導波路において、導波路端末部は金，銀，
   銅のいずれかを用いて厚肉の金属層を形成し、導波路端
   末部を除く中間部はニッケルもしくはその合金を用いて
   薄肉の金属層で形成することを特徴とする金属中空導波
   路の構造。