特許 7319329 光ファイバ部品冷却構造及びそれを含む光コネクタ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-24

(45)【発行日】2023-08-01

(54)【発明の名称】光ファイバ部品冷却構造及びそれを含む光コネクタ構造

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/36 20060101AFI20230725BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20230725BHJP

【ＦＩ】

G02B6/36

G02B6/42

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021121233

(22)【出願日】2021-07-26

(65)【公開番号】P2023017174

(43)【公開日】2023-02-07

【審査請求日】2022-07-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 茂

(72)【発明者】

【氏名】八若 正義

(72)【発明者】

【氏名】大泉 晴郎

(72)【発明者】

【氏名】石田 智彦

【審査官】山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３２９０９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９２４４８０４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０９－１２７３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４９９１３１０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／３６－６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバと、前記光ファイバが挿通された筒状の部品冷却部と、を備えた光ファイバ部品冷却構造であって、
前記部品冷却部には、前記光ファイバを囲うように長さ方向に沿って四重の螺旋状に延びる４条の冷媒流路が形成されているとともに、冷媒流入部及び冷媒排出部が設けられており、
前記４条の冷媒流路は、隣り合う一対の往路の冷媒流路と、残りの一対の復路の冷媒流路とを含み、
前記一対の往路の冷媒流路の一端部が連通して前記冷媒流入部に通じるとともに、前記残りの一対の復路の冷媒流路の一端部が連通して前記冷媒排出部に通じ、かつ前記４条の冷媒流路の他端部が連通している光ファイバ部品冷却構造。

【請求項2】

請求項１に記載された光ファイバ部品冷却構造において、
前記部品冷却部は、外筒部材と、前記外筒部材に内嵌めされた外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びる溝が形成された内筒部材と、で構成されており、
前記冷媒流路は、前記外筒部材の内周面で前記内筒部材の外周面の溝の開口が封じられて構成されている光ファイバ部品冷却構造。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された光ファイバ部品冷却構造を含む光コネクタ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ部品冷却構造及びそれを含む光コネクタ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイパワーのレーザ光を伝送する光ファイバに取り付けられる光ファイバ部品では、光ファイバが伝送するレーザ光に起因する発熱による損傷を防止するため、その発熱を冷却する手段が必要である。例えば、特許文献１には、筒状のハウジング内に、外周面に螺旋状に延びる溝が形成された筒状のチューブが同軸に配置されるとともに、そのチューブ内に光ファイバが挿通され、且つハウジングとチューブとの間の空洞が、光ファイバを冷却するための冷却水の流路に構成された光伝送ヘッドが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許公報第１０７７５５７５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、光ファイバが挿通された部品冷却部の剛性の高い構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、光ファイバと、前記光ファイバが挿通された筒状の部品冷却部とを備えた光ファイバ部品冷却構造であって、前記部品冷却部には、前記光ファイバを囲うように長さ方向に沿って四重の螺旋状に延びる４条の冷媒流路が形成されているとともに、冷媒流入部及び冷媒排出部が設けられており、前記４条の冷媒流路は、隣り合う一対の往路の冷媒流路と、残りの一対の復路の冷媒流路とを含み、前記一対の往路の冷媒流路の一端部が連通して前記冷媒流入部に通じるとともに、前記残りの一対の復路の冷媒流路の一端部が連通して前記冷媒排出部に通じ、かつ前記４条の冷媒流路の他端部が連通している。

【0006】

本発明は、本発明の光ファイバ部品冷却構造を含む光コネクタである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、部品冷却部に形成された冷媒流路が螺旋状に延びているので、剛性の高い部品冷却部の構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】実施形態に係る光コネクタ構造の内部構造を示す図である。

【図1B】実施形態に係る光コネクタ構造の縦断面図である。

【図2A】図１ＡにおけるIIA-IIAに対応する光コネクタ構造の断面図である。

【図2B】図１ＡにおけるIIB-IIBに対応する光コネクタ構造の断面図である。

【図2C】図１ＡにおけるIIC-IICに対応する光コネクタ構造の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について詳細に説明する。

【0010】

図１Ａ及びＢ並びに図２Ａ乃至Ｃは、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃを示す。この光コネクタ構造Ｃは、例えばレーザ加工機等に装着されるレーザ光伝送用の光ファイバケーブルの入射側及び／又は出射側の端部に設けられるものである。

【0011】

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃは、光ファイバ１０と、その先端部に取り付けられた光コネクタ２０とで構成されている。

【0012】

光ファイバ１０は、裸ファイバ１１と、それを被覆するジャケット１２とを有する。裸ファイバ１１は、相対的に高屈折率なコアと、それを被覆する相対的に低屈折率のクラッドとを有する。コアは、例えばノンドープの純粋石英で形成されており、クラッドは、例えば屈折率を低下させるドーパント（Ｆ、Ｂ等）がドープされた石英で形成されている。ジャケット１２は、フッ素樹脂や紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂材料で形成されている。光ファイバ１０は、先端から所定長の部分のジャケット１２が剥離されて裸ファイバ１１が露出している。その露出した裸ファイバ１１の外周面には、モードストリッパが設けられている。

【0013】

光コネクタ２０は、筒状の部品冷却部２１を有する。そして、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃには、光ファイバ１０と、この筒状の部品冷却部２１とを備えた光ファイバ部品冷却構造Ａが構成されている。

【0014】

部品冷却部２１は、外筒部材のハウジング２２と、内筒部材のファイバ挿通部材２３とを有する。

【0015】

ハウジング２２は、例えばステンレス等の金属材料で形成されている。ハウジング２２は、本体が円筒状に形成されている。ハウジング２２には、本体後方部に、管状の冷媒流入部２２１が外周面から突出するように設けられているとともに、その反対側に管状の冷媒排出部２２２が外周面から突出するように設けられている。これらの冷媒流入部２２１及び冷媒排出部２２２は、本体内部に連通している。

【0016】

ファイバ挿通部材２３は、冷却機能に優れた材料として熱伝導率の高い材料が好ましく、例えば銅等の金属材料で形成されている。ファイバ挿通部材２３は、外径がハウジング２２の内径と同一の円筒状に形成されている。ファイバ挿通部材２３の外周面には、長さ方向に沿って四重の螺旋状に延びる４条の断面コの字状の溝２３１が形成されている。ファイバ挿通部材２３の後方部の外周面には、４条の溝２３１のうちの一対の溝２３１の一端部を連通させる後方側第１連通部２３２１と、残りの一対の溝２３１の一端部を連通させる後方側第２連通部２３２２とが形成されている。ファイバ挿通部材２３の先端部の外周面には、４条の溝２３１の他端部を連通させる先端側連通部２３３が形成されている。ファイバ挿通部材２３は、ファイバ挿通孔２３４を有し、その先端に連続して、先端側に行くに従って内径が漸次拡大したテーパ部２３５が形成されている。

【0017】

部品冷却部２１は、ハウジング２２にファイバ挿通部材２３が内嵌めされ、後方側第１連通部２３２１が冷媒流入部２２１に、また、後方側第２連通部２３２２が冷媒排出部２２２に、それぞれ連通するように位置合わせされて構成されている。冷媒流入部２２１に連通した後方側第１連通部２３２１は、部品冷却部２１内の後方部において冷媒流動開始部３１を構成しているとともに、冷媒排出部２２２に連通した後方側第２連通部２３２２は、部品冷却部２１内の後方部において冷媒流動終了部３２を構成している。ファイバ挿通部材２３の外周面の４条の溝２３１のそれぞれは、ハウジング２２の内周面で開口が封じられて、部品冷却部２１内において、長さ方向に沿って螺旋状に延びる流路断面が矩形の冷媒流路３３を構成している。後述するように、これらの４条の冷媒流路３３には冷媒が流動するが、その冷却効率を高める観点からは、流路幅が流路間の隔壁の厚さよりも大きいことが好ましい。ファイバ挿通部材２３の外周面の先端側連通部２３３は、ハウジング２２の内周面で開口が封じられて、部品冷却部２１内の先端部において折り返し部３４を構成している。

【0018】

光コネクタ２０は、更にハウジング２２内に設けられたファイバ固定部材２４及び石英ブロック２５を有する。

【0019】

ファイバ固定部材２４は、例えば熱伝導率の高い銅等の金属材料で形成されている。ファイバ固定部材２４は、外径がファイバ挿通部材２３の内径と同一で且つ内径が光ファイバ１０の外径と同一の円筒状に形成されている。ファイバ固定部材２４の先端部は、先細り形状に形成されている。ファイバ固定部材２４は、ファイバ挿通部材２３の後方部に内嵌めされている。

【0020】

石英ブロック２５は、例えばノンドープの純粋石英で形成されている。石英ブロック２５は、先端側部分が、外径がハウジング２２の内径と同一の円柱状に形成され、後方側部分が、ファイバ挿通部材２３のテーパ部２３５に対応するように、後方側に行くに従って外径が漸次縮小した円錐状に形成されている。石英ブロック２５は、先端側部分が、ハウジング２２の先端部に内嵌めされるとともに、後方側部分がファイバ挿通部材２３のテーパ部２３５に収容されている。

【0021】

光ファイバ１０は、ファイバ固定部材２４の後方から挿通されるとともに、ジャケット１２の先端がファイバ固定部材２４の先端に一致するように位置決めされ、且つそこから先端側に突出した裸ファイバ１１がファイバ挿通孔２３４内に延びて石英ブロック２５の後端に融着されている。

【0022】

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、入射側の場合には光源からのレーザ光が、また、出射側の場合には被照射物からの反射光が、石英ブロック２５を介して光ファイバ１０のクラッドにも入射してクラッドモード光として伝搬する。このクラッドモード光は、その大半がファイバ挿通孔２３４内を延びる裸ファイバ１１の表面のモードストリッパで除去される。モードストリッパで除去されたクラッドモード光の除去光は、ファイバ挿通孔２３４内の空間を伝搬した後、ファイバ挿通部材２３の内周面に達して熱に変換される。また、クラッドモード光のうちのモードストリッパで除去されなかったものは、ジャケット１２で被覆された部分までクラッドを伝播した後、ジャケット１２を介してファイバ固定部材２４の内周面に達して熱に変換される。さらに、光コネクタ２０に入射したその他の漏れ光も、光コネクタ２０において熱に変換される。

【0023】

一方、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、光コネクタ２０内において、冷媒流入部２２１及び冷媒排出部２２２並びにファイバ固定部材２４の先端部分に対応する部分から、石英ブロック２５の後方側部分に対応する部分にかけて、冷媒流動開始部３１及び冷媒流動終了部３２、光ファイバ１０を囲うように長さ方向に沿って螺旋状に延びる冷媒流路３３、並びに折り返し部３４を含む冷媒流動領域が構成されている。そして、冷媒流入部２２１から例えば水等の冷媒が供給されると、冷媒は、冷媒流動開始部３１に連通した二重螺旋状に延びる一対の冷媒流路３３を先端側に向かって流動する。これらが往路の冷媒流路３３を構成する。冷媒は、往路の冷媒流路３３を介して折り返し部３４に達した後、二重螺旋状に延びる残りの一対の冷媒流路３３を後方側に向かって流動する。これらが復路の冷媒流路３３を構成する。冷媒は、復路の冷媒流路３３を介して冷媒流動終了部３２に達した後、冷媒排出部２２２から排出される。

【0024】

したがって、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、光ファイバ１０がレーザ光を伝送した際に光コネクタ２０が発熱するが、光ファイバ部品冷却構造Ａにより、光コネクタ２０を、その内部を流動する冷媒との熱交換により冷却する。

【0025】

以上の構成の実施形態に係る光コネクタ構造Ｃによれば、ハウジング２２とファイバ挿通部材２３とにより部品冷却部２１が構成され、その部品冷却部２１に形成された冷媒流路３３が光ファイバ１０を囲うように長さ方向に沿って螺旋状に延びているので、流路間を仕切る隔壁の補強効果により、剛性の高い部品冷却部２１の構造を得ることができる。

【0026】

したがって、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、このように部品冷却部２１が剛性の高い構造であるため、冷媒流路３３とファイバ挿通孔２３４との間の厚さを薄くすることができ、それにより冷媒による熱交換の効率が高まるので、高い冷却能力を得ることができる。しかも、薄肉化は、加工歪を発生させるが、部品冷却部２１の構造が高い剛性を有するので、かかる加工歪の発生を抑制することができる。

【0027】

また、例えば、円筒材の外周面に長さ方向に沿って真っ直ぐな断面コの字状の溝を形成する場合、１回の切削加工では、溝底における幅方向の中央が最も薄肉となり、その両側に行くに従って厚肉となるため、厚さを一定にするためには、複数回の切削加工が必要となる。しかしながら、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃでは、円筒状のファイバ挿通部材２３の外周面に形成された断面コの字状の溝２３１は、長さ方向に沿って螺旋状に延びているので、１回の切削加工でも、溝底における幅方向の厚さがほぼ一定に形成することができ、そのため加工工数を少なくすることができる。

【0028】

なお、上記実施形態では、部品冷却部２１に冷媒流路３３が４条形成された構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、１条のみであってもよく、２条若しくは３条、又は、５条以上形成された構成であってもよい。

【0029】

また、上記実施形態では、複数の冷媒流路３３が、往路の冷媒流路３３と、復路の冷媒流路３３とを含み、冷媒が部品冷却部２１の長さ方向を往復するように流動する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、部品冷却部の先端部及び後方部のうちの一方に冷媒流入部及び他方に冷媒排出部が設けられ、冷媒が部品冷却部の長さ方向を一方向に流動する構成であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明は、光ファイバ部品冷却構造及びそれを含む光コネクタ構造の技術分野について有用である。

【符号の説明】

【0031】

Ａ 光ファイバ部品冷却構造
Ｃ 光コネクタ構造
１０ 光ファイバ
１１ 裸ファイバ
１２ ジャケット
２０ 光コネクタ
２１ 部品冷却部
２２ ハウジング（外筒部材）
２２１ 冷媒流入部
２２２ 冷媒排出部
２３ ファイバ挿通部材（内筒部材）
２３１ 溝
２３２１ 後方側第１連通部
２３２２ 後方側第２連通部
２３３ 先端側連通部
２３４ ファイバ挿通孔
２３５ テーパ部
２４ ファイバ固定部材
２５ 石英ブロック
３１ 冷媒流動開始部
３２ 冷媒流動終了部
３３ 冷媒流路
３４ 折り返し部

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】