JPS63237010A - 光フアイバケ−ブル - 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】 （１）技術分野 この発明は、高出力のレーザ光を伝送する光ファイバの
ケーブル構造に関する。

ここで高出力のレーザというのはＣＯ２レーザ、ＹＡＧ
し“−ザ、アルゴンレーザなどを指す。ＹＡＧレーザ、
アルゴンレーザの光は石英ガラスファイバによって伝送
できる。

ＣＯ２レーザの光は１０．６μｍであるから、赤外光フ
ァイバによって伝送する。

赤外光ファイバというのは、 （１）銀ハライド結晶質ファイバ ＡｇＢｒ　、　ＡｇＣｊ　、　ＡｇＩ及びそれらの混晶
（１１）　　タリウムハライド結晶質ファイバＴ／Ｂｒ
　、　ＴＩ！Ｉ　、　ＴｌｌＣｌ！及びそれらの混晶（
ｍ）　　アルカリハライド結晶質ファイバＣｓｌ　、　
ＣｓＢｒ　、　ＣｓＣ１！及びそれらの混晶なとである
。

損失が大きい事、ＣＯ２レーザの光が強力である事など
により、ファイバ長は１ｍ〜数ｍである。

レーザパワーが大きいので、光ファイバの吸収係数が少
なくても発熱量は大きい。発熱が著しくなると、ファイ
バが加熱されて、熱損傷を受ける事がある。

石英ガラスファイバと違って、赤外ファイバの場合には
、コア・クラッド構造を作り難いという事がある。結晶
質のファイバであるので、クラッドに当る材料が見出し
難いことと、被覆が難しいという事がある。

そこで、コアだけの光ファイバが、ＣＯ２レーザ用には
よく用いられる。空気がクラッドの働きをするのでエア
クラッドという事がある。

コアだけからなる赤外光ファイバは、保護チューブによ
って保護される。エアクラッドファイバは、空気と接し
ている限り、赤外光を閉じこめる作用がある。しかし、
なんらかの物体が接触した場合、エアクランド効果が減
殺される。このため接触部で光の散乱、吸収が起こる。

特に圧力が加わると力の吸収が著しくなる。

さらに、光ファイバの出射端、入射端に於て、光の洩れ
や吸収が著しいという事がある。

このように、光ファイバに物体が接触しない方がよいの
であるが、両端に於て、保護チューブに対して、光ファ
イバを固定しなければならない。

これを端部固定という。

本発明は高出力レーザの端部固定の構造に関する。

（イ）従来技術 第２図によって、従来の光ファイバの入出力端固定装置
を説明する。これは赤外ファイバの場合であるが、ＹＡ
Ｇレーザ、Ａｒレーザ用のファイバであっても、同様の
問題のある場合がある。

第２図に於て、光ファイバ１はレーザ光を導くファイバ
である。これに同心位置に保護チューブ２が設けられる
。光ファイバ１と保護チューブ２の間には、エアクラッ
ド作用を与えるための空間がある。従って、光ファイバ
１は、保護チューブ２に殆ど接触しない。

第２図は縦方向に拡大して図示しているが、実際には、
横方向にもつと長いものである。

保護チューブ２と光ファイバ１は、両端に於て、端部固
定装置３，３によって連結される。

保護チューブ２の前端Ａが端部固定装置３の後背面に接
着されている。光ファイバ１は端部固定装置３を貫き、
これに対して固定されている。固定部Ｂは接着剤などに
よる固定である。

保護チューブ２と光ファイバ１とは全長に於て接してい
ないが、両端で固結されている。このため、熱膨張のち
がいによって、次のような困難が生ずる。

この光ファイバに高出力のレーザ光を伝送したとする。

光ファイバは、大きいレーザパワーの一部を吸収して発
熱する。保護チューブは光ファイバからの散乱光を吸収
して発熱する。

同じように発熱しても、温度が随伴して上昇するわけで
はない。たとえ同じ温度を保って上昇したとしても、保
護チューブと光ファイバの熱膨張率が違うので、両者の
伸び変形量が相違する。

伸び量が違うのに、両端で固結されているので、光ファ
イバと、保護チューブは互に引張り合ったり、縮め合っ
たりする。

保護チューブ、光ファイバの熱膨張係数の差がたとえ僅
かであるとしても、ファイバケーブルの長さは１ｍ〜数
ｍあるので、伸びの違いは大きい。

同じ温度上昇の場合でも、保護チューブの熱膨張率が大
きい時は、光ファイバに引張り応力がかかる。これによ
って光ファイバが破断することもある。

反対に、保護チューブの熱膨張率が小さい時は、光ファ
イバに圧縮応力がかかる。これによって、光ファイバが
蛇行するようになる。光ファイバの彎曲が局在して起こ
ると、ここに過度のマイクロベンディングが発生する。

過度の彎曲に於ては、光ファイバから光が洩れやすくな
るので、光ファイバの透過率が実効的に低下する。

このように、保護チューブの伸びと光ファイバの伸びの
不一致によって、光ファイバが破断したり、光ファイバ
の透過特性が低下したりするのである。

Ｃ乃　　　目　　　　　　　的 光ファイバと保護チューブと端部固定装置とよりなる光
ファイバケーブルに於て、保護チューブと光ファイバの
熱による膨張の差に基づくファイバ破断、透過特性の劣
化などの欠点を解決することが本発明の目的である。

に）構　成 従来の光ファイバケーブルに於ては、保護チューブ、光
ファイバを、固結してしまうから、前述の困難が生ずる
。

軸方向の相対変位を許すようにすれば、前述の問題は解
決される。

そこで、本発明に於ては、端末固定装置と保護チューブ
の間には、ゴム状の弾性リングと空間とを介在させる。

保護チューブの端が、端末固定装置に対して相対変位で
きるようにしたのである。

このため光ファイバと保護チューブとを相対変位できる
のである。

第１図によって本発明の光ファイバケーブルを説明する
。この図は、実際のケーブルを、横方向には縮少し、縦
方向に拡大して描かれている。実際にはもつと細長いも
のである。端部の構造を分り易くするために、中間の部
分を省略したものと考えることができる。

光ファイバ１は強力なレーザ光を通す光ファイバである
。赤外光ファイバであってもよいし、プラスチックファ
イバ、石英ガラスファイバであってもよい。

プラスチックファイバ、石英ガラスファイバの場合は、
コア、クラッド、−次被覆などを含んだものがここでい
う光ファイバ１に該当する。

赤外光ファイバの場合は、コアのみからなるエアクラッ
ドファイバ、或はコアに金などの被覆を施したファイバ
である。

光ファイバ１を囲む保護チューブ２は、可撓性、柔軟性
に富む材料で作られている。保護チューブ２と光ファイ
バ１の間には空間ｅが存在する。

中間部に於て、保護チューブ２は光ファイバ１に接触し
ないことが望ましい。

光ファイバ１の端部には、端部固定装置３が固着される
。端部固定装置３には、ファイバ通し穴７が穿孔される
。ここに光ファイバの端部が挿通され、接着剤などで固
定されているのである。この固定部Ｂは第２図のものと
同じである。

端部固定装置３の後背部には外筒部８，８が伸びており
、保護チューブ２の端部の一部を覆うようになっている
。

外筒部８の内径は保護チューブ２の外径よりも大きくな
っている。外筒部８と保護チューブ２の間には空間５が
生じる。

空間５のために、保護チューブ２は端部固定装置３に対
し、軸方向に変位することができる。

ただし、これでは、保護チューブ２が支持されない。そ
こで、ゴム状の弾性体リング４を保護チューブ２の端部
の外周に入れる。弾性体リング４が、端部固定装置３の
外筒部８の内壁と、保護チューブ２の外周面に密合する
。このため、空間５から、内部へゴミ、水分などが入る
という事がない。

保護チューブ２の端面９と、端面固定装置３の内端面１
０との間には空隙Ａがある。

空隙Ａの存在が、保護チューブ２、光ファイバ１の伸縮
の差を吸収する。

ゴム状の弾性リング４は、保、護チューブ２の軸方向の
動きを許容する。しかし、異物、水分の出入りを許さな
い。たとえば、テフロン、ゴムなどの０リングを用いる
事ができる。０リングの気密性を高めるために半流動状
物質を塗布してもよい。

（ホ）作　用 光ファイバ１に強力なレーザ光が入射する。光ファイバ
１がレーザ光を吸収するので、光ファイバが発熱する。

散乱光が光ファイバ１から斜めに漏れ出て、保護チュー
ブ２に入射し、保護チューブ２によって吸収される。

保護チューブ２も加熱される。光ファイバ１も、保護チ
ューブ２も昇温する。このため、いずれも熱膨張する。

温度差のため、或は膨張係数のちがいのため、光ファイ
バ１と保護チューブ２の伸びが異なるとする。

光ファイバ１の伸びの方が大きい場合、保護チューブ２
が弾性体リング４から抜は出る方向に変位する。変位し
てしまえば、引張り力や圧縮力が消失してしまう。つま
り光ファイバには圧縮力が働らかない。光ファイバが彎
曲するという事がない。マイクロベンディングが起らな
い。マイクロベンディングに伴う光散乱も生じない。

光ファイバ１の伸びの方が小さい場合、保護チューブ２
は、端部固定装置３の内部へ入り込もうとするように変
位する。弾性体リング４に対して保護チューブ２が滑っ
てゆく。光ファイバに対して引張り力が働かない。この
ため、光ファイバが破断するということもない。

（ハ）効　果 ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザの強力な
光を通す光ファイバケーブルは、光パワーが強力である
ので発熱も大きい。光ファイバの発熱によって、光ファ
イバと、保護チューブとが加熱され膨張する。

本発明によれば、光ファイバ、保護チューブの伸縮を相
互に自由にしているから、光ファイバが破断したり、マ
イクロベンディングを起したりしない。

本発明のファイバケーブルは、ＹＡＧレーザ、アールボ
ンレーザ、Ｃ０２レーザなどの高出力レーザ光伝送路と
して用いられる。レーザ治療、レーザ加工の分野で有効
に利用できる。

（ホ）実施例 光ファイバ１としては、臭化銀ＡｇＢｒ結晶ファイバを
用いた。直径が１．ＯＷφで、長さが１ｍであるＡｇＢ
ｒファイバである。

保護チューブとしては、内径２露、外径３Ｍのテフロン
チューブを用いた。

テフロンチューブの端面と端部固定装置の内端面の空隙
Ａは４ｍとした。

ゴム状の弾性体リング４としては、線径１ｍφ、内径３
■φのパイトンリングを用いた。

このようにして組立てた光ファイバケーブルに、５０Ｗ
のＣｏｗ　レーザの光を入射させた。

テフロンチューブの膨張の方がファイバの膨張よりも大
きい。第２図に示す従来構造の光ファイバケーブルに於
ては、熱膨張した時に、ファイバが引張られる方向に力
が働いていたので、ファイバが破断する、という事故が
しばしば起っていた。

しかし、本発明の光ファイバケーブルでは、ファイバの
破断という事故が起らなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバケーブルの縦断面図。 第２図は従来例に係る光ファイバケーブルの縦断面図。 １・・・・・・光ファイバ ２・・・・・・保護チューブ ３・・・・・・端部固定装置 ４・・・・・・ゴム状の弾性体リング ５．６・・・・・・空　　　間 ７・・・・・・ファイバ通し穴 ８・・・・・・外筒部 ９・・・・・・端　　面 １０・・・・・・内端面 発明者　　葭田典之

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）高出力のレーザ光を導びくべき光ファイバ１と、
   光ファイバ１との間に空間６を有するように光ファイバ
   １を囲む保護チューブ２と、光ファイバ１と保護チュー
   ブ２とをその両端に於て連結する端部固定装置３とより
   なり、端部固定装置３のファイバ通し穴７に光ファイバ
   １が固定されており、端部固定装置３の後背部に設けた
   外筒部８によって保護チューブ２の両端の一部を覆い保
   護チューブ２の端部と外筒部８の間にゴム状の弾性体リ
   ング４を介在させ、保護チューブ２の端面９と端部固定
   装置３の間に空隙Ａが存在するようにした事を特徴とす
   る光ファイバケーブル。
2. （２）レーザ光がＣＯ＿２レーザ光であって、光ファイ
   バ１が銀ハライド結晶質ファイバである事を特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の光ファイバケーブル。
3. （３）光ファイバ１がＡｇＢｒ結晶質ファイバである事
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光ファイ
   バケーブル。
4. （４）光ファイバ１がＡｇＣｌ結晶質ファイバである事
   を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の光ファイ
   バケーブル。
5. （５）光ファイバ１がＡｇＢｒとＡｇＣｌ混晶ファイバ
   である事を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の
   光ファイバケーブル。
6. （６）レーザ光がＹＡＧレーザの光であって、光ファイ
   バが石英ガラスファイバである事を特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の光ファイバケーブル。
7. （７）レーザ光がＡｒレーザの光であって、光ファイバ
   が石英ガラスファイバである事を特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の光ファイバケーブル。