WO2012147688A1 - 光ファイバケーブル - Google Patents

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WO2012147688A1
WO2012147688A1 PCT/JP2012/060852 JP2012060852W WO2012147688A1 WO 2012147688 A1 WO2012147688 A1 WO 2012147688A1 JP 2012060852 W JP2012060852 W JP 2012060852W WO 2012147688 A1 WO2012147688 A1 WO 2012147688A1
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optical fiber
transparent window
tube
fiber cable
light
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PCT/JP2012/060852
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一昌 小西
蟹江　智彦
健一郎 高橋
修 島川
雄一 水戸瀬
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住友電気工業株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/3616—Holders, macro size fixtures for mechanically holding or positioning fibres, e.g. on an optical bench
    • G02B6/3624—Fibre head, e.g. fibre probe termination
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/381—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres
    • G02B6/3814—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres with cooling or heat dissipation means

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber cable having an optical fiber that transmits high-intensity light such as laser light.
  • the optical fiber cable described in Patent Document 1 includes an inner tube that accommodates an end portion of an optical fiber, and a metal case (outer tube) that is provided so as to surround the inner tube, and includes an inner tube and a metal case. It has a structure that allows coolant to flow through the space between them.
  • the inner tube is composed of a transparent tube or a metal tube that absorbs stray radiation.
  • the inner tube is a metal tube that absorbs stray radiation
  • high-power laser light that is not incident on the core of the optical fiber or high-power laser light emitted from the cladding of the optical fiber leaks
  • the high-power laser light is absorbed by the inner tube, and a temperature suddenly rises locally at the portion of the inner tube where the high-power laser light is absorbed, and the portion of the inner tube may be damaged.
  • the inner tube is a transparent tube
  • the high-power laser beam passes through the transparent tube and is absorbed by the coolant.
  • ion-exchanged water is used as a coolant to remove impurities.
  • impurities are mixed in the coolant and the purity is lowered, the high-power laser light is absorbed by the coolant. For this reason, the temperature of the coolant suddenly increases, the coolant bumps, and as a result, the inner tube and the outer tube may be damaged.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber cable that can prevent damage to an inner tube and an outer tube.
  • the present invention relates to an optical fiber cable having an optical fiber, and includes an inner tube that accommodates an end portion of the optical fiber and an outer tube that is provided so as to surround the inner tube, and at least an inner wall surface of the inner tube is light-reflective. And is formed of a metal material that absorbs part of light, and a space is formed between the optical fiber and the inner tube.
  • the inner wall surface of the inner tube is made of a metal material that has light reflectivity and absorbs a part of light, so that it is not incident on the core of the optical fiber.
  • Most of the leaked light such as the reflected light or the light emitted from the optical fiber cladding is reflected by the inner wall surface of the inner tube, and only a part of the leaked light is absorbed by the inner tube.
  • the reflection of the leaked light at the inner tube and the optical fiber is repeated, so that the leaked light is gradually attenuated.
  • a cooling space for circulating a cooling medium is formed between the inner tube and the outer tube.
  • the inner pipe is cooled by circulating the cooling medium in the cooling space.
  • the rapid temperature rise of the inner tube due to the absorption of high-intensity light into the inner tube is further suppressed, damage to the inner tube can be further prevented.
  • the reflection of the leaked light is repeated in the space between the optical fiber and the inner tube, so that the leaked light is gradually attenuated, so that the high-intensity light is absorbed into the cooling medium.
  • the rapid temperature rise of the cooling medium is suppressed. Accordingly, since the bumping of the coolant is suppressed, it is possible to prevent the inner tube and the outer tube from being damaged due to the bumping of the coolant.
  • An end cap made of the same material as the core of the optical fiber and having a larger diameter than the core is optically connected to the end face of the optical fiber. Since light concentrates on the end face of the optical fiber, if impurities such as dust adhere to the end face of the optical fiber, the end face of the optical fiber may be damaged by high-intensity light. By optically connecting the end cap to the end face of the optical fiber, the energy density of the light at the end of the optical fiber is reduced, so that damage to the end face of the optical fiber due to impurities can be prevented.
  • a diameter-enlarged portion having a larger diameter than the proximal end side of the inner tube is provided at the distal end portion of the inner tube.
  • misalignment light on the incident side of the optical fiber and reflected return light on the output side of the optical fiber are likely to enter the inner tube, so that the misalignment light and reflected return light strike the end surface of the outer tube and It is possible to prevent the end face of the sheet from being damaged.
  • a taper portion whose diameter increases toward the enlarged diameter portion is provided on the proximal end side of the enlarged diameter portion in the inner pipe.
  • misalignment light and reflected return light that have entered the inner tube often strike the inner wall surface of the tapered portion first. At this time, since these lights are obliquely incident on the inner wall surface of the tapered portion, the energy density of the light can be lowered.
  • the outer tube is formed of a metal material having thermal conductivity, and the outer peripheral surface of the inner tube and the inner peripheral surface of the outer tube may be in direct contact.
  • the intensity of light transmitted through the optical fiber is not so high, it is not necessary to circulate a cooling medium between the inner tube and the outer tube, and the heat generated by the light absorbed by the inner tube is outside. Heat should be dissipated by a tube. In this case, since the cooling medium is not circulated between the inner tube and the outer tube, the terminal structure of the optical fiber cable is simplified and the cost can be reduced.
  • an optical fiber cable having an optical fiber that transmits high-intensity light a wall that encloses a cooling liquid (for example, cooling water) that surrounds an outer surface of the end of the optical fiber, and an end surface of the optical fiber And a transparent window in optical contact with each other are known.
  • a cooling liquid for example, cooling water
  • the coolant is generally circulated, and it is necessary to maintain a sealing property between the transparent window and the wall so that the coolant does not leak. For this reason, the transparent window needs to be fixed by applying a sufficient fixing force to the wall, and a force is applied to the transparent window.
  • the transparent window since a force is applied to the transparent window also by the flow of the coolant, the transparent window is deformed and the refractive index of the transparent window is changed. Therefore, the quality of the laser beam deteriorates, such as the intensity distribution of the laser beam passing through the transparent window changing or the distortion of the laser beam. As a result, processing accuracy in laser processing using laser light is deteriorated.
  • the load applied to fix the transparent window to the wall can be reduced.
  • the O-ring may be damaged.
  • part of the laser light that has not entered the core of the optical fiber out of the laser light that has passed through the transparent window directly enters the cooling liquid and is absorbed.
  • the cooling liquid one having a high purity such as ion exchange water is usually used.
  • the cooling liquid when impurities are mixed in the cooling liquid, the light absorption rate of the cooling liquid is increased, so that the cooling liquid bumps and the wall may be damaged as a result. That is, similarly to the above-described problem, there is a problem that the optical fiber cable may be damaged due to bumping of the coolant.
  • the present invention provides an optical fiber cable having an optical fiber, a tube member that accommodates an end portion of the optical fiber, an outer transparent window that is optically contacted with an end face of the optical fiber, and is held by the tube member, a tube
  • the inner transparent window is disposed inside the outer transparent window inside the member and is hermetically fixed to the cladding of the tube member and the optical fiber, and the space inside the inner transparent window inside the tube member is a coolant.
  • a coolant circulation region is formed to circulate the gas, and a gap is provided between the outer transparent window and the inner transparent window.
  • the coolant is circulated in the space (coolant flow region) inside the inner transparent window inside the tube member.
  • the cooling liquid comes into contact with the inner transparent window, but the inner transparent window is hermetically fixed to the tube member and the cladding of the optical fiber, so that the inner transparent window is deformed by the force applied to the inner transparent window by the cooling liquid. .
  • the inner transparent window is fixed to the cladding of the optical fiber, even if the inner transparent window is deformed, the light propagating through the core of the optical fiber is not affected.
  • the outer transparent window is in optical contact with the end face of the optical fiber, but since a gap is provided between the outer transparent window and the inner transparent window, the deformation of the inner transparent window is transmitted to the outer transparent window. There is nothing. Accordingly, it is possible to prevent the outer transparent window in optical contact with the end face of the optical fiber from being deformed.
  • the outer surface of the outer transparent window is an interface with air, and a gap is provided between the inner surface of the outer transparent window and the outer surface of the inner transparent window. This surface is in contact with the coolant. For this reason, the light that has not entered the optical fiber core among the light that has passed through the outer transparent window is reflected little by little on the inner surface of the outer transparent window, the outer surface of the inner transparent window, and the inner surface. become. Therefore, the intensity of light absorbed by the cooling liquid is reduced, so that bumping of the cooling liquid can be prevented.
  • a treatment for removing light propagating through the cladding is performed on the outer peripheral surface of the cladding.
  • the light propagating through the cladding of the optical fiber is scattered and easily emitted to the outside of the optical fiber, so that the light propagating through the cladding is reduced. For this reason, it is possible to prevent problems such as light coming out of the clad at the bent portion of the optical fiber cable and disconnection of the outer sheath of the optical fiber cable.
  • the refractive index of the inner transparent window is equal to or higher than the refractive index of the cladding. More preferably, the inner transparent window is fused to the cladding. In this case, the light propagating through the cladding of the optical fiber is easily guided to the inner transparent window, so that the light propagating through the cladding is reduced. For this reason, it is possible to prevent problems such as light coming out of the clad at the bent portion of the optical fiber cable and disconnection of the outer sheath of the optical fiber cable.
  • the inner transparent window is hermetically fixed to the tube member by applying a force in the direction of crushing the metal gasket to the inner transparent window with the metal gasket sandwiched between the tube member and the inner transparent window.
  • the inner transparent window can be securely sealed and fixed to the pipe member.
  • the holding force between the tube member and the outer transparent window is smaller than the fixing force between the tube member and the inner transparent window.
  • the outer transparent window can be held on the tube member with a simple structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the direction in which the laser light entering the tube member shown in FIG. 4 passes.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a structure for attaching the inner transparent window and the outer transparent window shown in FIG. 4 to the pipe member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the first embodiment.
  • an optical fiber cable 1 according to this embodiment is used in a laser processing machine that welds and cuts an iron plate such as a body of a vehicle by irradiating a laser beam with high intensity (for example, 2 kW to 10 kW). .
  • the optical fiber cable 1 includes an optical fiber 2 that propagates laser light, a metal inner tube 3 that houses a terminal portion of the optical fiber 2, and a metal that is disposed outside the inner tube 3 and surrounds the inner tube 3. And an outer tube 4 made of metal. A space portion 5 is provided between the optical fiber 2 and the inner peripheral surface of the inner tube 3. The inner tube 3 and the outer tube 4 are provided at the end portions on both sides of the optical fiber cable 1.
  • the portion of the optical fiber cable 1 excluding the terminal portion is not particularly illustrated, but has a structure in which, for example, the optical fiber 2 is protected with a stainless steel flexible tube, and a resin layer is formed on the surface of the flexible tube. ing.
  • the end portion of the optical fiber 2 is fixed to the proximal end portion of the inner tube 3 with the resin coating removed.
  • the optical fiber 2 has a core 2a and a clad 2b provided around the core 2a.
  • the outer peripheral surface of the clad 2b is subjected to a mode strip process for removing light (clad mode light) that enters the clad 2b and propagates through the clad 2b out of the light leaked without entering the core 2a.
  • a mode strip process for removing light (clad mode light) that enters the clad 2b and propagates through the clad 2b out of the light leaked without entering the core 2a.
  • clad mode light As light leaked without entering the core 2a, light that was not incident on the core 2a due to misalignment (misalignment light) or light that was emitted from the optical fiber 2 and reflected by the object to be processed (iron plate) and returned.
  • the mode strip treatment the outer peripheral surface of the clad 2b is roughened by liquid phase etching or the like. By performing such a mode strip process, the clad mode light is scattered and emitted to the outside of the clad 2b.
  • a circular end cap 6 is connected to the end face of the optical fiber 2.
  • the end cap 6 is formed of the same material as the core 2a and has a larger diameter than the core 2a.
  • the end cap 6 has a structure in optical contact with the end face of the optical fiber 2 by, for example, fusion. Thereby, the loss by reflected return light can be reduced.
  • the end cap 6 is held in contact with the inner peripheral surface of the distal end portion of the inner tube 3. By providing the end cap 6, the space 5 between the optical fiber 2 and the inner tube 3 can be easily formed.
  • the inner wall surface 3a (including the inner peripheral surface) of the inner tube 3 is configured to reflect most of the light hitting the inner wall surface 3a (preferably 80% to 98% reflectance).
  • the inner tube 3 may be formed of a material that easily reflects light, such as copper or aluminum, or a material that easily reflects light, such as gold or silver, may be formed in the inner tube 3.
  • the wall surface 3a may be coated. Thereby, most of the light hitting the inner wall surface 3 a of the inner tube 3 is reflected, and only a part of the light is absorbed by the inner tube 3.
  • the space portion 5 is provided between the optical fiber 2 and the inner tube 3, the light reflected by the inner wall surface 3a of the inner tube 3 is prevented from propagating through the cladding 2b. Further, it is possible to prevent the optical fiber 2 from being damaged by heat generated when the inner tube 3 absorbs light.
  • the outer tube 4 is fixed to both ends of the inner tube 3.
  • a cooling space 7 for flowing cooling water is provided between the inner tube 3 and the outer tube 4.
  • the outer pipe 4 is formed with an inlet portion 8 for allowing cooling water to flow into the cooling space 7 and an outlet portion 9 for allowing cooling water to flow out of the cooling space 7.
  • the cooling water circulates in the cooling space 7 by a circulation system (not shown) including a cooling fan. Thereby, the inner side pipe
  • leakage light such as light removed by the mode strip process or light that has not entered the cladding 2b of the optical fiber 2 hits the inner wall surface 3a of the inner tube 3. .
  • the inner tube 3 when the inner tube 3 is formed of a material that sufficiently absorbs light, the cooling water flowing outside the inner tube 3 bumps or the inner tube 3 itself is damaged.
  • the inner tube 3 when the inner tube 3 is formed of a material that transmits light, the purity of the cooling water is low, so that when the leakage light is absorbed by the cooling water, the cooling water bumps and the purity of the cooling water is reduced.
  • the leakage light is not absorbed by the cooling water because it is not so low, the leakage light is absorbed by the inner wall surface of the outer tube 4 and the outer tube 4 itself is damaged.
  • the present embodiment most of the leaked light hitting the inner wall surface 3a of the inner tube 3 is reflected, and only a part of the leaked light is absorbed by the inner wall surface 3a of the inner tube 3, In the space portion 5 between the inner tube 3 and the inner tube 3, the reflection of the leaked light by the inner tube 3 and the optical fiber 2 is repeated. The leaked light is gradually attenuated by the multiple reflection and averaged.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the second embodiment.
  • the same or equivalent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the optical fiber cable 11 of the present embodiment is used in a laser processing machine that irradiates high-intensity laser light in the same manner as the optical fiber cable 1 described above.
  • the optical fiber cable 11 includes an inner tube 12 and an end cap 13 instead of the inner tube 3 and the end cap 6 described above.
  • the inner wall surface 12a of the inner tube 12 is configured to reflect most of the light, similar to the inner wall surface 3a of the inner tube 3 described above.
  • An enlarged diameter portion 14 having a diameter larger than that of the proximal end side of the inner tube 12 is provided at the distal end portion of the inner tube 12. Further, a taper portion 15 whose diameter increases toward the enlarged diameter portion 14 is provided on the proximal end side of the enlarged diameter portion 14 in the inner tube 12.
  • the end cap 13 has an outer diameter equivalent to the inner diameter of the enlarged diameter portion 14. That is, the end cap 13 has a structure in which the area for receiving misalignment light and reflected return light is larger than that of the end cap 6 described above.
  • the enlarged diameter portion 14 is provided at the distal end portion of the inner tube 12, it is possible to prevent leakage light such as misalignment light and reflected return light from hitting the end surface of the outer tube 4. Therefore, damage to the end face of the outer tube 4 can be suppressed. Further, the leakage light that has entered the inner tube 12 through the end cap 13 is likely to strike the inner wall surface of the tapered portion 15 first. At this time, the leaked light is obliquely incident on the inner wall surface of the tapered portion 15, so that the energy density of the light can be lowered.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the third embodiment.
  • the same or equivalent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the optical fiber cable 21 of the present embodiment is used in a laser processing machine that emits laser light having a lower intensity (for example, 1 kW or less) than the optical fiber cables 1 and 11 described above.
  • the optical fiber cable 21 includes an outer tube 22 instead of the outer tube 4 described above.
  • the outer tube 22 is made of a material having good thermal conductivity (for example, aluminum).
  • the outer peripheral surface of the inner tube 3 and the inner peripheral surface of the outer tube 22 are in direct contact. That is, the cooling space 7 for flowing the cooling water is not provided between the inner tube 3 and the outer tube 22.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the end cap 6 or the end cap 13 is optically contacted with the end face of the optical fiber 2.
  • a spherical lens is disposed on the front face of the end face of the optical fiber 2.
  • the end of the optical fiber 2 may be processed into a lens shape.
  • the cooling water is allowed to flow through the cooling space 7 between the inner tube 3 or the inner tube 12 and the outer tube 4.
  • the medium may be cooling air or the like.
  • cooling water when cooling water is used, the equipment configuration is simple and the purity management is less troublesome.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to the fourth embodiment.
  • an optical fiber cable 30 is used in a laser processing machine that irradiates and cuts an iron plate such as a vehicle body by irradiating a laser beam with high intensity (for example, 2 kW to 10 kW).
  • the optical fiber cable 30 includes an optical fiber 32 that propagates laser light, and a metal pipe member 33 that houses a terminal portion of the optical fiber 32.
  • the tube member 33 is provided at the terminal portions on both sides of the optical fiber cable 30.
  • the portion of the optical fiber cable 1 excluding the terminal portion is not particularly shown, but for example, the optical fiber 32 is protected by a stainless steel flexible tube, and a resin layer is formed on the surface of the flexible tube. ing.
  • the end portion of the optical fiber 32 is fixed to the base end portion (rear end portion) of the pipe member 33 with the resin coating removed.
  • the optical fiber 32 has a core 32a and a clad 32b provided around the core 32a.
  • the outer peripheral surface of the clad 32b is subjected to a mode strip process for removing light (clad mode light) that enters the clad 32b and propagates through the clad 32b out of the leaked light without entering the core 32a.
  • a mode strip process for removing light (clad mode light) that enters the clad 32b and propagates through the clad 32b out of the leaked light without entering the core 32a.
  • clad mode light As light leaked without entering the core 32a, light that was not incident on the core 32a due to misalignment (misalignment light) or light that was emitted from the optical fiber 32 and reflected by the workpiece (iron plate) returned. There is light (reflected return light) and the like.
  • the outer peripheral surface of the clad 32b is roughened by liquid phase etching or the like.
  • the clad mode light exits from the optical fiber 32 at the bent portion of the optical fiber cable 30, which heats the flexible tube and burns the resin layer, and finally the optical fiber cable. 30 may be disconnected.
  • the laser light emitted from the core 32a hits a desired position of the object to be processed, but the laser light emitted from the clad 32b hits the desired position and may damage the object to be processed.
  • the clad mode light is scattered and radiated to the outside of the clad 32b (see the solid line P). Damage to the object can be suppressed.
  • a circular outer transparent window 34 is in optical contact with the end face of the optical fiber 32 by fusion or the like.
  • the outer transparent window 34 is held in contact with the inner peripheral surface of the distal end portion (front end portion) of the tube member 33.
  • the outer transparent window 34 is formed of the same material as the core 32a and has a larger diameter than the core 32a.
  • the optical fiber 32 propagates high-power laser light, if dust or the like adheres to the end face of the optical fiber 32, the end face of the optical fiber 32 is burned and damaged.
  • the outer transparent window 34 into optical contact with the end face of the optical fiber 32, the end face of the optical fiber 32 is not exposed and the energy density of light at the interface between the optical fiber 32 and the outside (air) is reduced.
  • the optical fiber 32 is less likely to be damaged due to adhering dust or the like.
  • An inner transparent window 35 is disposed inside (rear end side) of the outer transparent window inside the pipe member 33.
  • the inner transparent window 35 is formed of a transparent material that is absorbed and not damaged even when the laser beam hits it.
  • the refractive index of the inner transparent window 35 is the same as the refractive index of the clad 32b or larger than the refractive index of the clad 32b.
  • the clad mode light is guided to the inner transparent window 35 (see the solid line Q), so that the above-described disconnection of the optical fiber cable 30 and damage to the workpiece can be further suppressed. it can.
  • a gap 36 is provided between the outer transparent window 34 and the inner transparent window 35.
  • a space surrounded by the tube member 33 and the inner transparent window 35 inside the inner transparent window 35 inside the tube member 33 forms a coolant circulation region 37 for flowing a coolant (here, coolant).
  • the pipe member 33 is formed with an inlet portion 38 for allowing cooling water to flow into the coolant circulation region 37, and an outlet portion 39 for allowing cooling water to flow out of the coolant circulation region 37.
  • the cooling water circulates through the coolant circulation region 37 by a circulation system (not shown) including a cooling fan.
  • the inner transparent window 35 and the inner peripheral surface of the pipe member 33 are hermetically fixed so that the cooling water is surely confined in the coolant circulation region 37 without leaking into the gap portion 36.
  • the inner transparent window 35 and the clad 32b of the optical fiber 32 are fused to make it easier to guide the clad mode light to the inner transparent window 35 and to prevent the cooling water from leaking into the gap 36. It is sealed and fixed by. By fusing the inner transparent window 35 and the clad 32b, loss due to reflected return light (described above) can be reduced.
  • the sealing property for confining the cooling water is not particularly required between the outer transparent window 34 and the pipe member 33. That is, the outer transparent window 34 only needs to be held by the pipe member 33 to the extent that it does not move. Therefore, the holding force between the tube member 33 and the outer transparent window 34 is smaller than the fixing force between the tube member 33 and the inner transparent window 35.
  • FIG. 1 A structure for attaching the inner transparent window 35 and the outer transparent window 34 to the tube member 33 is shown in FIG.
  • the bolt 41 is screwed into the pipe member 33 through the holding ring 42 in a state where the metal gasket 40 is sandwiched between the pipe member 33 and the inner transparent window 35, so that the inner side by the holding ring 42.
  • the transparent window 35 is pushed into the metal gasket 40 side.
  • the inner transparent window 35 is securely sealed and fixed to the pipe member 33 via the metal gasket 40 by applying a force to the inner transparent window 35 to the extent that the bolt 41 and the holding ring 42 are crushed. It becomes like this.
  • the outer transparent window 34 is held on the pipe member 33 by a holding screw ring 43.
  • a screw portion that is screwed with the presser screw ring 43 is formed on the inner peripheral surface of the tube member 33.
  • FIG. 6B shows another structure for attaching the inner transparent window 35 and the outer transparent window 34 to the pipe member 33.
  • the inner transparent window 35 is pushed into the metal gasket 40 side by a holding screw ring 44 with the metal gasket 40 sandwiched between the tube member 33 and the inner transparent window 35.
  • a screw portion that is screwed with the presser screw ring 44 is formed on the inner peripheral surface of the tube member 33.
  • optical fiber cable 30 of this embodiment As an optical fiber cable having an optical fiber that transmits high-intensity light, a wall that encloses a cooling liquid (for example, cooling water) surrounding an outer surface of the end of the optical fiber, an end surface of the optical fiber, One having a transparent window in optical contact is known (for example, Japanese Patent No. 3699486).
  • a cooling liquid for example, cooling water
  • the coolant is generally circulated, and it is necessary to maintain a sealing property between the transparent window and the wall so that the coolant does not leak.
  • the transparent window needs to be fixed by applying a sufficient fixing force to the wall, and a force is applied to the transparent window.
  • a force is applied to the transparent window also by the flow of the coolant, the transparent window is deformed and the refractive index of the transparent window is changed. Therefore, the quality of the laser beam deteriorates, such as the intensity distribution of the laser beam passing through the transparent window changing or the distortion of the laser beam. As a result, processing accuracy in laser processing using laser light is deteriorated.
  • part of the laser light that has not entered the optical fiber core out of the laser light that has passed through the transparent window directly enters the cooling liquid and is absorbed.
  • the cooling liquid one having a high purity such as ion exchange water is usually used.
  • impurities are mixed in the cooling liquid, so that the cooling liquid bumps and the wall may be damaged as a result. Therefore, there is a demand for an optical fiber cable that can prevent the deformation of the transparent window optically contacted with the end face of the optical fiber and the bumping of the coolant.
  • the rear end surface (inner surface) of the inner transparent window 35 is in contact with the cooling water.
  • the inner transparent window 35 is firmly fixed to the tube member 33 and the optical fiber 32 so as to maintain hermeticity with the optical fiber 32. For this reason, stress is applied to the inner transparent window 35 by the cooling water, and the inner transparent window 5 is deformed. The deformation of the inner transparent window 35 is transmitted to the optical fiber 32.
  • the inner transparent window 35 is in contact with the clad 32b of the optical fiber 32, the quality of the laser light passing through the core 32a of the optical fiber 32 is affected. There is almost no.
  • the outer transparent window 34 is in optical contact with the end face of the optical fiber 32, but the outer transparent window 34 is held by the pipe member 33 to the extent that it does not move, and the outer transparent window 34 and the inner transparent window 35 Since the gap 36 is formed between them, the deformation of the inner transparent window 35 is not transmitted to the outer transparent window 34. For this reason, since the outer transparent window 34 is not stressed, the deformation of the outer transparent window 34 is prevented. Thereby, since the refractive index of the outer transparent window 34 does not change, it is possible to prevent problems such as a change in the intensity distribution of the laser light passing through the outer transparent window 34 and distortion of the laser light. it can.
  • the light that has not passed through the outer transparent window 34 and is not coupled to the core 32a of the optical fiber 32 is shown in FIG.
  • the light is gradually reflected at the rear end surface (inner surface) of the outer transparent window 34, the front end surface (outer surface) and the rear end surface (inner surface) of the inner transparent window 35 (broken line R). reference).
  • the intensity of light absorbed by the cooling water is reduced, it is possible to prevent bumping of the cooling water even when impurities are mixed in the cooling water.
  • the outer transparent window 34 that is in optical contact with the end face of the optical fiber 32 and is held in contact with the front end portion of the tube member 33 and the tube member 33 are disposed inside the tube. Since the member 33 and the inner transparent window 35 hermetically fixed to the optical fiber 32 are provided and the gap portion 36 is provided between the outer transparent window 34 and the inner transparent window 35, the quality of the laser light passing through the outer transparent window 34 is improved. Deterioration can be prevented. Thereby, deterioration of the processing accuracy at the time of laser processing by laser light can be prevented. Further, since the cooling water is prevented from bumping, the pipe member 33 can be prevented from being damaged.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the number of the optical fibers 2 and 32 is one, but the number of the optical fibers 2 and 32 may be plural, or a fiber bundle may be used.

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Abstract

　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。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。

Description

光ファイバケーブル
　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。
　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。
特表２０１０－５３０９８８号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　ここで、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、光ファイバの端部の外被面を包囲する冷却液（例えば冷却水）を包被する壁と、光ファイバの端面と光学接触された透明窓とを備えたものが従来知られている。しかしながら、このような従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、一般に冷却液は循環しており、その冷却液が漏れないように透明窓と壁との間は密封性を保つ必要がある。このため、透明窓は壁に十分な固定力を加えて固定される必要があり、透明窓に力がかかる。また、冷却液の流れによっても透明窓に力がかかるため、透明窓が変形し、透明窓の屈折率が変化する。従って、透明窓を通過するレーザ光の強度分布が変化したり、レーザ光の歪みが生じる等、レーザ光の品質が悪化する。その結果、レーザ光によるレーザ加工における加工精度の悪化につながる。
　一方、透明窓と壁との間の密封性を確保するためにゴム製のＯリングを使うと、透明窓を壁に固定するために加える荷重を軽減することはできる。しかし、レーザ光が漏れてＯリングに当たると、Ｏリングが損傷することがある。また、透明窓を通過したレーザ光のうち光ファイバのコアに入射しなかったレーザ光の一部が、直接冷却液に入って吸収される。冷却液としては、通常はイオン交換水など、純度が高いものが用いられる。しかし、上述のように、冷却液に不純物が混入すると、冷却液の光吸収率が高くなるため、冷却液が突沸し、結果的に壁が損傷するおそれがある。すなわち、上述の課題と同様に、冷却液の突沸に起因して光ファイバケーブルの損傷が生じ得るといった問題がある。
　そこで、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管部材と、光ファイバの端面に光学接触されると共に、管部材に保持された外側透明窓と、管部材の内部における外側透明窓の内側に配置されると共に、管部材及び光ファイバのクラッドに密封固定された内側透明窓とを備え、管部材の内部における内側透明窓の内側の空間は、冷却液を流通させるための冷却液流通領域を形成しており、外側透明窓と内側透明窓との間には空隙部が設けられていることを特徴とするものである。
　このような本発明の光ファイバケーブルを使用する場合には、管部材の内部における内側透明窓の内側の空間（冷却液流通領域）に冷却液が流通される。このとき、冷却液は内側透明窓に接触するが、内側透明窓は管部材及び光ファイバのクラッドに密封固定されているため、冷却液によって内側透明窓に力がかかり、内側透明窓が変形する。しかし、内側透明窓は光ファイバのクラッドに固定されているため、内側透明窓が変形しても、光ファイバのコアを伝搬する光に影響を与えることは無い。一方、外側透明窓は光ファイバの端面に光学接触されているが、外側透明窓と内側透明窓との間には空隙部が設けられているため、内側透明窓の変形が外側透明窓に伝わることは無い。従って、光ファイバの端面に光学接触された外側透明窓の変形を防止することができる。
　また、外側透明窓の外側の面は空気との界面であり、外側透明窓の内側の面と内側透明窓の外側の面との間には空隙部が設けられており、内側透明窓の内側の面は冷却液と接している。このため、外側透明窓を通過した光のうち光ファイバのコアに入射されなかった光は、外側透明窓の内側の面、内側透明窓の外側の面及び内側の面において少しずつ反射されるようになる。従って、冷却液に吸収される光の強度が低くなるため、冷却液の突沸を防止することができる。
　クラッドの外周面には、クラッドを伝搬する光を取り除くための処理が施されている。この場合には、光ファイバのクラッドを伝搬する光が散乱して光ファイバの外部に放射されやすくなるため、クラッドを伝搬する光が低減される。このため、例えば光ファイバケーブルの曲がり部分でクラッドから光が出て光ファイバケーブルの外被が断線する等といった不具合を防ぐことができる。
　内側透明窓の屈折率は、クラッドの屈折率と同等以上である。より好ましくは、内側透明窓は、クラッドと融着されている。この場合には、光ファイバのクラッドを伝搬する光が内側透明窓に導かれやすくなるため、クラッドを伝搬する光が低減される。このため、例えば光ファイバケーブルの曲がり部分でクラッドから光が出て光ファイバケーブルの外被が断線する等といった不具合を防ぐことができる。
　内側透明窓は、管部材と内側透明窓との間にメタルガスケットを挟んだ状態で、メタルガスケットを押し潰す方向の力を内側透明窓に付与することで、管部材に密封固定されている。この場合には、内側透明窓を管部材に確実に密封固定させることができる。
　管部材と外側透明窓との保持力は、管部材と内側透明窓との固定力よりも小さい。この場合には、外側透明窓を管部材に簡単な構造で保持させることができる。
　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１は、第１の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。 図２は、第２の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。 図３は、第３の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。 図４は、第４の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。 図５は、図４に示した管部材の内部に入ったレーザ光の通る方向を模式的に示す図である。 図６は、図４に示した内側透明窓及び外側透明窓を管部材に取り付ける構造を示す断面図である。
　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。
［第１の実施形態］
　図１は、第１の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。図１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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［第２の実施形態］
　図２は、第２の実施形態に係る光ファイバケーブル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。
　図２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。
　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。
　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。
　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。
［第３の実施形態］
　図３は、第３の実施形態に係る光ファイバケーブル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。
　図３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。
　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２２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２２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。
　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。
　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。
　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。
　また、上記第１及び第２の実施形態では、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。
［第４の実施形態］
　図４は、第４の実施形態に係る光ファイバケーブルを示す断面図である。図４において、光ファイバケーブル３０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。
　光ファイバケーブル３０は、レーザ光を伝搬する光ファイバ３２と、この光ファイバ３２の端末部を収容する金属製の管部材３３とを備えている。管部材３３は、光ファイバケーブル３０の両側の端末部に設けられている。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３２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。
　光ファイバ３２の端末部は、樹脂被覆が除去された状態で管部材３３の基端部（後端部）に固定されている。光ファイバ３２は、コア３２ａと、このコア３２ａの周囲に設けられたクラッド３２ｂとを有している。
　クラッド３２ｂの外周面には、コア３２ａに入らずに漏れた光のうちクラッド３２ｂに入ってクラッド３２ｂ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３２ａ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３２ａ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３２から出射されて加工対象物（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３２ｂの外周面を粗面化する。
　クラッドモード光が存在していると、例えば光ファイバケーブル３０の曲がり部分でクラッドモード光が光ファイバ３２から出ることで、フレキシブル管が熱くなって樹脂層が焼けてしまい、最終的に光ファイバケーブル３０が断線する可能性がある。また、コア３２ａから出射されたレーザ光は加工対象物の所望位置に当たるが、クラッド３２ｂから出射されたレーザ光は所望位置からずれて当たるため、加工対象物にダメージを与えることがある。上記のモードストリップ処理を行うことにより、図５に示すように、クラッドモード光が散乱してクラッド３２ｂの外部に放射される（実線Ｐ参照）ようになるため、光ファイバケーブル３０の断線や加工対象物へのダメージを抑えることができる。
　光ファイバ３２の端面には、円形状の外側透明窓３４が融着等により光学接触されている。外側透明窓３４は、管部材３３の先端部（前端部）の内周面に接触保持されている。外側透明窓３４は、コア３２ａと同じ材質で形成されていると共に、コア３２ａよりも大きな径を有している。
　光ファイバ３２は高パワーのレーザ光を伝搬するため、光ファイバ３２の端面にゴミ等が付着すると、光ファイバ３２の端面が焼き付いて損傷してしまう。光ファイバ３２の端面に外側透明窓３４を光学接触させることにより、光ファイバ３２の端面が露出しなくなると共に、光ファイバ３２と外部（空気）との界面での光のエネルギー密度が低下するため、ゴミ等が付着することによる光ファイバ３２の損傷が生じにくくなる。
　管部材３３の内部における外側透明窓の内側（後端側）には、内側透明窓３５が配置されている。内側透明窓３５は、レーザ光が当たっても吸収して損傷しないような透明材料で形成されている。内側透明窓３５の屈折率は、クラッド３２ｂの屈折率と同じか、クラッド３２ｂの屈折率よりも大きくなっている。これにより、図５に示すように、上記のクラッドモード光が内側透明窓３５に導かれる（実線Ｑ参照）ため、上述した光ファイバケーブル３０の断線や加工対象物へのダメージを更に抑えることができる。外側透明窓３４と内側透明窓３５との間には、空隙部３６が設けられている。
　管部材３３の内部における内側透明窓３５の内側において管部材３３と内側透明窓３５とで囲まれる空間は、冷却液（ここでは冷却水）を流すための冷却液流通領域３７を形成している。管部材３３には、冷却液流通領域３７に冷却水を流入させるための入口部３８と、冷却液流通領域３７から冷却水を流出させるための出口部３９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液流通領域３７を循環する。
　このとき、冷却水が空隙部３６に漏れずに確実に冷却液流通領域３７に閉じ込められるように、内側透明窓３５と管部材３３の内周面とは密封固定されている。
　また、上記のクラッドモード光を内側透明窓３５に一層導きやすくすると共に、冷却水が空隙部３６に漏れないようにするために、内側透明窓３５と光ファイバ３２のクラッド３２ｂとは、融着により密封固定されている。内側透明窓３５とクラッド３２ｂとを融着することにより、反射戻り光（前述）による損失を低減することができる。
　一方、外側透明窓３４と管部材３３との間には、特に冷却水を閉じ込めるための密封性は必要ない。つまり、外側透明窓３４は、動かない程度に管部材３３に保持されていれば良い。従って、管部材３３と外側透明窓３４との保持力は、管部材３３と内側透明窓３５との固定力よりも小さくなっている。
　内側透明窓３５及び外側透明窓３４を管部材３３に取り付ける構造を図６（ａ）に示す。同図に示すものでは、管部材３３と内側透明窓３５との間にメタルガスケット４０を挟み込んだ状態で、ボルト４１を押さえリング４２を介して管部材３３にねじ込むことにより、押さえリング４２により内側透明窓３５をメタルガスケット４０側に押し込むようにしている。このとき、ボルト４１及び押さえリング４２によりメタルガスケット４０を押し潰す程度の力を内側透明窓３５に加えることで、内側透明窓３５がメタルガスケット４０を介して管部材３３に確実に密封固定されるようになる。
　また、外側透明窓３４は、押さえネジリング４３により管部材３３に保持されている。管部材３３の内周面には、押さえネジリング４３と螺合するネジ部が形成されている。そのネジ部に押さえネジリング４３をねじ込むことで、外側透明窓３４が管部材３３に密封されない程度に保持されることとなる。
　内側透明窓３５及び外側透明窓３４を管部材３３に取り付ける他の構造を図６（ｂ）に示す。同図に示すものでは、管部材３３と内側透明窓３５との間にメタルガスケット４０を挟み込んだ状態で、押さえネジリング４４により内側透明窓３５をメタルガスケット４０側に押し込むようにしている。管部材３３の内周面には、押さえネジリング４４と螺合するネジ部が形成されている。そのネジ部に押さえネジリング４４をねじ込むことで、メタルガスケット４０を押し潰す程度の力が内側透明窓３５に付与され、内側透明窓３５がメタルガスケット４０を介して管部材３３に確実に密封固定されるようになる。なお、外側透明窓３４を管部材３３に保持する構造は、図６（ａ）に示すものと同様である。
　続いて、本実施形態の光ファイバケーブル３０の作用効果について説明する。従来から、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、光ファイバの端部の外被面を包囲する冷却液（例えば冷却水）を包被する壁と、光ファイバの端面と光学接触された透明窓とを備えたものが知られている（例えば、日本国特許第３６９９４８６号公報）。
　上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、一般に冷却液は循環しており、その冷却液が漏れないように透明窓と壁との間は密封性を保つ必要がある。このため、透明窓は壁に十分な固定力を加えて固定される必要があり、透明窓に力がかかる。また、冷却液の流れによっても透明窓に力がかかるため、透明窓が変形し、透明窓の屈折率が変化する。従って、透明窓を通過するレーザ光の強度分布が変化したり、レーザ光の歪みが生じる等、レーザ光の品質が悪化する。その結果、レーザ光によるレーザ加工における加工精度の悪化につながる。
　一方、透明窓と壁との間の密封性を確保するためにゴム製のＯリングを使うと、透明窓を壁に固定するために加える荷重を軽減することはできる。しかし、レーザ光が漏れてＯリングに当たると、Ｏリングが損傷することがある。
　また、透明窓を通過したレーザ光のうち光ファイバのコアに入射しなかったレーザ光の一部が、直接冷却液に入って吸収される。冷却液としては、通常はイオン交換水など、純度が高いものが用いられる。しかし、冷却液に不純物が混入すると、冷却液の光吸収率が高くなるため、冷却液が突沸し、結果的に壁が損傷するおそれがある。そのため、光ファイバの端面に光学接触された透明窓の変形と冷却液の突沸とを防止することができる光ファイバケーブルが求められている。
　これに対して、以上のように構成した光ファイバケーブル３０においては、内側透明窓３５の後端面（内側の面）は冷却水と接触するため、上述したように内側透明窓３５と管部材３３及び光ファイバ３２との間に密封性を維持するように、内側透明窓３５は管部材３３及び光ファイバ３２に強く固定されている。このため、冷却水により内側透明窓３５に応力が加わり、内側透明窓５が変形する。この内側透明窓３５の変形は光ファイバ３２に伝わるが、内側透明窓３５は光ファイバ３２のクラッド３２ｂと接触しているので、光ファイバ３２のコア３２ａを通るレーザ光の品質に影響を与えることは殆ど無い。
　一方、外側透明窓３４は光ファイバ３２の端面に光学接触されているが、外側透明窓３４は動かない程度に管部材３３に保持されているうえ、外側透明窓３４と内側透明窓３５との間には空隙部３６が形成されているため、内側透明窓３５の変形が外側透明窓３４に伝わることは無い。このため、外側透明窓３４には応力がかからないため、外側透明窓３４の変形が防止される。これにより、外側透明窓３４の屈折率が変化することが無いため、外側透明窓３４を通過するレーザ光の強度分布が変化したり、レーザ光の歪みが生じること等の不具合を防止することができる。
　また、外側透明窓３４と内側透明窓３５との間には空隙部３６が形成されているため、外側透明窓３４を通過して光ファイバ３２のコア３２ａに結合されなかった光は、図５に示すように、外側透明窓３４の後端面（内側の面）、内側透明窓３５の前端面（外側の面）及び後端面（内側の面）において少しずつ反射されるようになる（破線Ｒ参照）。このとき、空隙部３６では、光の多重反射が起きやすくなる。従って、冷却水に吸収される光の強度が低くなるので、冷却水に不純物が混入されている場合でも、冷却水の突沸を防止することができる。
　以上のように本実施形態によれば、光ファイバ３２の端面に光学接触されると共に、管部材３３の前端部に接触保持された外側透明窓３４と、管部材３３の内部に配置され、管部材３３及び光ファイバ３２に密封固定された内側透明窓３５とを備え、外側透明窓３４と内側透明窓３５との間に空隙部３６を設けたので、外側透明窓３４を通るレーザ光の品質悪化を防止することができる。これにより、レーザ光によるレーザ加工時における加工精度の悪化を防ぐことができる。また、冷却水の突沸が防止されるので、管部材３３の損傷を防ぐこともできる。
　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２，３２を１本としたが、光ファイバ２，３２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。
　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、１…光ファイバケーブル、３２…光ファイバ、３２ａ…コア、３２ｂ…クラッド、３３…管部材、３４…外側透明窓、３５…内側透明窓、３６…空隙部、３７…冷却液流通領域、４０…メタルガスケット。

Claims (12)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  7. 　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管部材と、
    　前記光ファイバの端面に光学接触されると共に、前記管部材に保持された外側透明窓と、
    　前記管部材の内部における前記外側透明窓の内側に配置されると共に、前記管部材及び前記光ファイバのクラッドに密封固定された内側透明窓とを備え、
    　前記管部材の内部における前記内側透明窓の内側の空間は、冷却液を流通させるための冷却液流通領域を形成しており、
    　前記外側透明窓と前記内側透明窓との間には空隙部が設けられていることを特徴とする光ファイバケーブル。
  8. 　前記クラッドの外周面には、前記クラッドを伝搬する光を取り除くための処理が施されていることを特徴とする請求項７記載の光ファイバケーブル。
  9. 　前記内側透明窓の屈折率は、前記クラッドの屈折率と同等以上であることを特徴とする請求項７または８記載の光ファイバケーブル。
  10. 　前記内側透明窓は、前記クラッドと融着されていることを特徴とする請求項７～９のいずれか一項記載の光ファイバケーブル。
  11. 　前記内側透明窓は、前記管部材と前記内側透明窓との間にメタルガスケットを挟んだ状態で、前記メタルガスケットを押し潰す方向の力を前記内側透明窓に付与することで、前記管部材に密封固定されていることを特徴とする請求項７～１０のいずれか一項記載の光ファイバケーブル。
  12. 　前記管部材と前記外側透明窓との保持力は、前記管部材と前記内側透明窓との固定力よりも小さいことを特徴とする請求項７～１１のいずれか一項記載の光ファイバケーブル。
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