特開 2023-69300 レーザ出射装置及び光ファイバ着脱方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023069300

(43)【公開日】2023-05-18

(54)【発明の名称】レーザ出射装置及び光ファイバ着脱方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20230511BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

B23K26/142

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021181072

(22)【出願日】2021-11-05

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(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】藤本 史記

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168CB03

4E168DA13

4E168DA26

4E168DA28

4E168EA17

4E168EA24

4E168FC04

4E168KB05

(57)【要約】

【課題】ヘッド本体の内部に配置された光学部品に塵埃が付着するのを抑える。
【解決手段】ヘッド本体２１は、ファイバ接続口２２と、メンテナンス開口２３と、を有する。ヘッド本体２１におけるメンテナンス開口２３よりも出射方向の下流側には、コリメートレンズ２４が配置される。エア吹出部２６は、ヘッド本体２１の内部空間Ｓにエアを吹き出す。第１蓋部材３１は、メンテナンス開口２３を塞ぐように、ヘッド本体２１に対して着脱可能に取り付けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバを介して伝送されたレーザ光を出射するレーザ出射装置であって、
前記光ファイバを着脱可能に接続するファイバ接続口と、前記ファイバ接続口と交差する方向に開口するメンテナンス開口と、を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体における前記メンテナンス開口よりも出射方向の下流側に配置された光学部品と、
前記ヘッド本体における前記光学部品と前記ファイバ接続口との間の内部空間にエアを吹き出すエア吹出部と、
前記ヘッド本体に対して着脱可能に取り付けられ、前記メンテナンス開口を塞ぐ蓋部材と、を備える
レーザ出射装置。

【請求項2】

請求項１のレーザ出射装置において、
前記蓋部材は、第１蓋部材と、前記第１蓋部材と交換可能な第２蓋部材と、を含み、
前記第１蓋部材は、前記メンテナンス開口を塞ぐ第１蓋本体を有し、
前記第２蓋部材は、前記メンテナンス開口を塞ぐ第２蓋本体と、前記第２蓋本体に設けられて前記ファイバ接続口から見て前記光学部品に重なり合う保護板と、を有する
レーザ出射装置。

【請求項3】

請求項２のレーザ出射装置において、
前記保護板における前記ファイバ接続口に対向する面には、前記保護板の一部が窪んだ凹部が形成される
レーザ出射装置。

【請求項4】

請求項２又は３のレーザ出射装置において、
前記保護板は、前記レーザ光が透過するガラス材料で構成される
レーザ出射装置。

【請求項5】

請求項２～４の何れか１つのレーザ出射装置において前記光ファイバの着脱を行う光ファイバ着脱方法であって、
前記内部空間にエアを吹き出す工程と、
前記ヘッド本体から前記第１蓋部材を取り外した後で、前記第２蓋部材を取り付ける工程と、
前記光ファイバを前記ファイバ接続口に接続する工程と、
前記ヘッド本体から前記第２蓋部材を取り外した後で、前記第１蓋部材を取り付ける工程と、
前記内部空間に対するエアの吹き出しを停止する工程と、を備える
光ファイバ着脱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ出射装置及び光ファイバ着脱方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、噴射口より噴射されたシールドガスを、コリメートレンズの入射面に沿って光路空間を横断させるとともに、真向かいの排気口から外へ排気して、コリメートレンズの入射面を覆うエアカーテンを形成するようにしたレーザ出射ユニットが記載されている。

【0003】

特許文献１の発明では、光ファイバ差し込み口から光路空間に侵入した塵や埃がコリメートレンズに付着するのを、エアカーテンによって遮るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６１５０６１２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の発明は、コリメートレンズの入射面に沿ってシールドガスを噴射するものであり、シールドガスの流れだけでは吹き飛ばし切れない質量の大きな塵埃が、コリメートレンズに付着するおそれがある。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッド本体の内部に配置された光学部品に塵埃が付着するのを抑えることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の発明は、光ファイバを介して伝送されたレーザ光を出射するレーザ出射装置であって、前記光ファイバを着脱可能に接続するファイバ接続口と、前記ファイバ接続口と交差する方向に開口するメンテナンス開口と、を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体における前記メンテナンス開口よりも出射方向の下流側に配置された光学部品と、前記ヘッド本体における前記光学部品と前記ファイバ接続口との間の内部空間にエアを吹き出すエア吹出部と、前記ヘッド本体に対して着脱可能に取り付けられ、前記メンテナンス開口を塞ぐ蓋部材と、を備える。

【0008】

第１の発明では、ヘッド本体における光学部品とファイバ接続口との間の内部空間にエアを吹き出すことで、内部空間を陽圧にしている。そして、内部空間に吹き出されたエアは、ファイバ接続口から外部に排気されるので、ファイバ接続口から塵埃が侵入するのを抑えることができる。

【0009】

具体的に、従来の発明のように、ファイバ接続口を横切るようにガスを流通させてエアカーテンを形成した構成では、ガスの流れによって内部空間が負圧となり、ファイバ接続口から外気が流入することとなる。ここで、外気に含まれる塵埃のほとんどは、排気口から排気される一方、ガスでは吹き飛ばし切れない質量の大きな塵埃が、光学部品としてのコリメートレンズに付着することとなるため、ヘッド本体の内部に外気が流入する状況は好ましくない。

【0010】

これに対し、本発明では、ヘッド本体の内部空間に吹き出されたエアは、ファイバ接続口から外部に排気されるため、ファイバ接続口から外気が流入するのを抑えることができる。その結果、外気に含まれる塵埃が光学部品に付着するのを抑えることができる。

【0011】

第２の発明は、第１の発明のレーザ出射装置において、前記蓋部材は、第１蓋部材と、前記第１蓋部材と交換可能な第２蓋部材と、を含み、前記第１蓋部材は、前記メンテナンス開口を塞ぐ第１蓋本体を有し、前記第２蓋部材は、前記メンテナンス開口を塞ぐ第２蓋本体と、前記第２蓋本体に設けられて前記ファイバ接続口から見て前記光学部品に重なり合う保護板と、を有する。

【0012】

第２の発明では、第１蓋部材と第２蓋部材とを交換するようにしている。具体的に、レーザ出射装置の動作時には、第１蓋部材でメンテナンス開口を塞ぐ一方、光ファイバの着脱作業時には、第２蓋部材でメンテナンス開口を塞ぐようにする。

【0013】

このように、光ファイバの着脱作業時には、ファイバ接続口から見て光学部品に重なり合う位置に保護板が配置されることとなる。そのため、エアによって吹き飛ばすことができない質量の大きな塵埃がファイバ接続口から内部空間に侵入した場合でも、塵埃を保護板で受け止めることで、塵埃が光学部品に付着するのを抑えることができる。そして、光ファイバの着脱作業が終了した後で、第２蓋部材を取り外すことで、保護板で受け止めた塵埃を回収することができる。

【0014】

第３の発明は、第２の発明のレーザ出射装置において、前記保護板における前記ファイバ接続口に対向する面には、前記保護板の一部が窪んだ凹部が形成される。

【0015】

第３の発明では、保護板におけるファイバ接続口に対向する面に凹部を形成することで、内部空間に侵入した塵埃を保護板の凹部内に収容して回収しやすくなる。

【0016】

第４の発明は、第２又は３の発明のレーザ出射装置において、前記保護板は、前記レーザ光が透過するガラス材料で構成される。

【0017】

第４の発明では、保護板をガラス材料で構成することで、レーザ出射装置の動作時においても、第２蓋部材をヘッド本体に取り付けたままの状態とすることができる。これにより、第２蓋部材のみを用意しておけば、レーザ出射装置の動作時と光ファイバの着脱作業時との両方に対応することができ、在庫管理が容易となる。

【0018】

第５の発明は、第２～４の発明の何れか１つのレーザ出射装置において前記光ファイバの着脱を行う光ファイバ着脱方法であって、前記内部空間にエアを吹き出す工程と、前記ヘッド本体から前記第１蓋部材を取り外した後で、前記第２蓋部材を取り付ける工程と、前記光ファイバを前記ファイバ接続口に接続する工程と、前記ヘッド本体から前記第２蓋部材を取り外した後で、前記第１蓋部材を取り付ける工程と、前記内部空間に対するエアの吹き出しを停止する工程と、を備える。

【0019】

第５の発明では、内部空間にエアを吹き出して内部空間を陽圧とすることで、ファイバ接続口から外気が流入するのを抑えることができる。また、第１蓋部材と第２蓋部材とを交換することで、ファイバ接続口から内部空間に侵入した質量の大きな塵埃を保護板で受け止めることができる。また、第２蓋部材と第１蓋部材とを交換した後で、エアの吹き出しを停止することで、保護板で受け止めた塵埃を回収して、光学部品に塵埃が付着するのを抑えることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ヘッド本体の内部に配置された光学部品に塵埃が付着するのを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施形態に係るレーザ出射装置の概略構成図である。

【図2】レーザ加工ヘッドの内部構成を示す図である。

【図3】光ファイバの着脱手順を示すフローチャート図である。

【図4】製品出荷時のレーザ加工ヘッドを示す図である。

【図5】キャップを取り外し、内部空間にエアを吹き出した状態を示す図である。

【図6】第１蓋部材を取り外し、第２蓋部材を取り付ける状態を示す図である。

【図7】第２蓋部材の構成を示す斜視図である。

【図8】光ファイバを接続する状態を示す図である。

【図9】第２蓋部材を取り外し、第１蓋部材を取り付ける状態を示す図である。

【図10】エアの吹き出しを停止した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0023】

〈レーザ出射装置の構成〉
図１に示すように、レーザ出射装置１は、レーザ発振器１０と、光ファイバ１１と、ロボット１５と、制御部１６と、レーザ加工ヘッド２０と、を備える。

【0024】

レーザ発振器１０は、レーザ光ＬＢを発振する。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ光源、気体レーザ光源、ファイバレーザ光源を用いることができる。また、レーザ発振器１０は、半導体レーザからの出射光を直接に用いる半導体レーザ光源や、複数のレーザ光エミッタを備える半導体レーザアレイであってもよい。

【0025】

レーザ発振器１０は、光ファイバ１１の入射端に接続される。レーザ加工ヘッド２０は、光ファイバ１１の出射端に接続される。レーザ発振器１０から出射されたレーザ光ＬＢは、光ファイバ１１を介してレーザ加工ヘッド２０に伝送される。

【0026】

レーザ加工ヘッド２０は、ロボット１５に取り付けられる。レーザ加工ヘッド２０は、ロボット１５を動作させることで、ワークＷに対するレーザ光ＬＢの出射位置及び焦点位置を変更可能となっている。

【0027】

制御部１６には、レーザ発振器１０、レーザ加工ヘッド２０、及びロボット１５が接続される。制御部１６は、レーザ加工ヘッド２０の移動速度の他に、レーザ光ＬＢの出力開始や停止、レーザ光ＬＢの出力強度などを制御する。

【0028】

〈レーザ加工ヘッドの構成〉
図２に示すように、レーザ加工ヘッド２０は、ヘッド本体２１と、光学部品としてのコリメートレンズ２４と、フォーカスレンズ２５と、エア吹出部２６と、を有する。

【0029】

ヘッド本体２１は、レーザ光ＬＢの出射方向に延びる筒状に形成される。ヘッド本体２１は、ファイバ接続口２２と、メンテナンス開口２３と、レーザ出射口（図示省略）と、を有する。レーザ出射口は、図１でワークＷに対向する面に開口する。

【0030】

ファイバ接続口２２には、光ファイバ１１が着脱可能に接続される。具体的に、光ファイバ１１の出射端には、ファイバコネクタ１２が設けられる。光ファイバ１１は、ファイバコネクタ１２をファイバ接続口２２に差し込むことで、ヘッド本体２１に接続される。

【0031】

メンテナンス開口２３は、ファイバ接続口２２と交差する方向に開口する。具体的に、メンテナンス開口２３は、レーザ光ＬＢの出射方向に直交して、ヘッド本体２１の側壁に開口している。

【0032】

コリメートレンズ２４は、ヘッド本体２１におけるメンテナンス開口よりもレーザ光ＬＢの出射方向の下流側に配置される。コリメートレンズ２４は、光ファイバ１１の出射端から出射されたレーザ光ＬＢを平行化する。

【0033】

フォーカスレンズ２５は、コリメートレンズ２４で平行化されたレーザ光ＬＢを集光する。フォーカスレンズ２５で集光されたレーザ光ＬＢは、レーザ出射口を通過してワークＷに出射される。

【0034】

ヘッド本体２１には、内部空間Ｓが設けられる。内部空間Ｓは、ヘッド本体２１におけるコリメートレンズ２４とファイバ接続口２２との間の空間である。ヘッド本体２１の下端部には、ヘッドノズル２９が設けられる。ヘッドノズル２９には、エア配管２７が着脱可能に接続される。エア配管２７には、エア供給部２８が接続される。エア供給部２８は、例えば、エアポンプである。

【0035】

ここで、レーザ加工時には、ヘッドノズル２９は、エア配管２７を介してエア供給部２８に接続される。ヘッドノズル２９は、エア供給部２８から供給されたエアを、レーザ光ＬＢの出射方向の下流側に吹き出す。これにより、ワークＷの加工点で生じたスパッタがヘッド本体２１の内部に侵入しないようにしている。

【0036】

エア吹出部２６には、エア吹出部蓋３０が着脱可能に取り付けられる。ここで、レーザ加工時には、エア吹出部蓋３０は、エア吹出部２６に取り付けられてエア吹出部２６を塞ぐ。なお、詳しくは後述するが、光ファイバ１１の着脱作業時には、エア吹出部蓋３０は、エア吹出部２６から取り外される。エア配管２７は、ヘッドノズル２９からエア吹出部２６に付け替えられる。

【0037】

エア吹出部２６は、ヘッド本体２１の側壁におけるメンテナンス開口２３よりも下側に設けられる。エア吹出部２６は、エア供給部２８から供給されたエアを、ヘッド本体２１の内部空間Ｓに吹き出す。

【0038】

メンテナンス開口２３には、第１蓋部材３１が着脱可能に取り付けられる。第１蓋部材３１は、メンテナンス開口２３を塞ぐ第１蓋本体３２を有する。レーザ出射装置１の動作時において、第１蓋部材３１は、メンテナンス開口２３を塞いでいる。詳しくは後述するが、第１蓋部材３１は、光ファイバ１１の着脱作業時に、第２蓋部材３５と交換される。

【0039】

〈光ファイバ着脱方法〉
ところで、製品出荷時や光ファイバ１１の交換作業時のように、一時的に、ヘッド本体２１から光ファイバ１１が取り外されることで、ヘッド本体２１のファイバ接続口２２が開口した状態となることがある。この場合、外気に含まれる塵埃４０（図４参照）がファイバ接続口２２からヘッド本体２１の内部空間Ｓに侵入して、コリメートレンズ２４に付着するおそれがある。

【0040】

そして、コリメートレンズ２４に塵埃４０が付着した状態でレーザ光ＬＢを出射すると、コリメートレンズ２４における塵埃４０の付着箇所で焼損が生じるおそれがある。

【0041】

そこで、本実施形態では、光ファイバ１１の着脱作業時に、ファイバ接続口２２から塵埃４０が侵入するのを抑えるようにしている。

【0042】

図３に示すように、ステップＳＴ１１では、エア吹出部蓋３０をエア吹出部２６から取り外すとともに、ヘッドノズル２９に接続されたエア配管２７をエア吹出部２６に付け替え、ステップＳＴ１２に進む。具体的に、図４に示すように、エア配管２７は、ヘッドノズル２９に接続されている。エア吹出部２６には、エア吹出部蓋３０が取り付けられている。そして、エア吹出部２６からヘッド本体２１の内部空間Ｓにエアを供給するのにあたって、図５に示すように、エア吹出部２６からエア吹出部蓋３０を取り外し、ヘッドノズル２９からエア配管２７を取り外した後、エア配管２７をエア吹出部２６に接続する。

【0043】

図３のステップＳＴ１２では、ヘッド本体２１からキャップ３３を取り外してファイバ接続口２２を開口し、ステップＳＴ１３に進む。具体的に、図４に示すように、製品出荷時には、ヘッド本体２１から光ファイバ１１が取り外されている。ファイバ接続口２２には、キャップ３３が嵌め込まれ、ファイバ接続口２２が塞がれる。メンテナンス開口２３には、第１蓋部材３１が取り付けられ、メンテナンス開口２３が塞がれる。そして、ヘッド本体２１のファイバ接続口２２に光ファイバ１１を接続するのにあたって、図５に示すように、キャップ３３を取り外す。

【0044】

図３のステップＳＴ１３では、エア吹出部２６から内部空間Ｓにエアを吹き出し、ステップＳＴ１４に進む。具体的に、図５に示すように、エア供給部２８から供給されたエアを、エア吹出部２６から内部空間Ｓに吹き出す。これにより、内部空間Ｓが陽圧となる。そして、内部空間Ｓに吹き出されたエアは、ファイバ接続口２２から外部に排気されるので、ファイバ接続口２２から塵埃４０が侵入するのを抑えることができる。

【0045】

図３のステップＳＴ１４では、ヘッド本体２１から第１蓋部材３１を取り外し、ステップＳＴ１５に進む。図６に示すように、第１蓋部材３１を取り外すことで、メンテナンス開口２３が開口する。このとき、メンテナンス開口２３が開口しているが、内部空間Ｓへのエアの供給が継続される。そのため、内部空間Ｓに吹き出されたエアは、メンテナンス開口２３から外部に排気されるので、メンテナンス開口２３から塵埃４０が侵入するのを抑えることができる。

【0046】

図３のステップＳＴ１５では、ヘッド本体２１に第２蓋部材３５を取り付け、ステップＳＴ１６に進む。図６及び図７に示すように、第２蓋部材３５は、第２蓋本体３６と、保護板３７と、を有する。第２蓋本体３６は、ヘッド本体２１の側壁に取り付けられ、メンテナンス開口２３を塞ぐ。

【0047】

保護板３７は、第２蓋本体３６に設けられ、ファイバ接続口２２から見てコリメートレンズ２４に重なり合う。保護板３７におけるファイバ接続口２２に対向する面には、保護板３７の一部が窪んだ凹部３８が形成される。

【0048】

図８に示すように、ヘッド本体２１に第２蓋部材３５を取り付けた状態では、ファイバ接続口２２から見てコリメートレンズ２４に重なり合う位置に保護板３７が配置されることとなる。そのため、エアによって吹き飛ばすことができない質量の大きな塵埃４０がファイバ接続口２２から内部空間Ｓに侵入した場合でも、塵埃４０を保護板３７で受け止めることで、塵埃４０がコリメートレンズ２４に付着するのを抑えることができる。

【0049】

図３のステップＳＴ１６では、光ファイバ１１のファイバコネクタ１２を、ヘッド本体２１のファイバ接続口２２に接続し、ステップＳＴ１７に進む。図８に示すように、光ファイバ１１の接続時には、ファイバ接続口２２から排気されるエアの抵抗を受ける。そのため、ファイバコネクタ１２をスムーズに差し込むことができるように、エアの供給圧力を適宜調整しておくのが好ましい。

【0050】

図３のステップＳＴ１７では、ヘッド本体２１から第２蓋部材３５を取り外し、ステップＳＴ１８に進む。図９に示すように、第２蓋部材３５における保護板３７の凹部３８には、エアで吹き飛ばせなかった質量の大きな塵埃４０が受け止められており、第２蓋部材３５を取り外すことで回収することができる。このとき、メンテナンス開口２３が開口しているが、内部空間Ｓへのエアの供給は継続されている。そのため、内部空間Ｓに吹き出されたエアは、メンテナンス開口２３から外部に排気されるので、メンテナンス開口２３から塵埃４０が侵入するのを抑えることができる。

【0051】

図３のステップＳＴ１８では、ヘッド本体２１のメンテナンス開口２３に第１蓋部材３１を取り付け、ステップＳＴ１９に進む。図１０に示すように、第１蓋部材３１によってメンテナンス開口２３が塞がれることで、メンテナンス開口２３から塵埃４０が侵入するのを抑えることができる。

【0052】

図３のステップＳＴ１９では、エア供給部２８の動作を停止し、エア吹出部２６からのエアの吹き出しを停止して、ステップＳＴ２０に進む。図１０に示すように、ヘッド本体２１のファイバ接続口２２は、ファイバコネクタ１２で塞がれ、メンテナンス開口２３は、第１蓋部材３１で塞がれる。これにより、ヘッド本体２１への塵埃４０の侵入を抑えることができる。

【0053】

図３のステップＳＴ２０では、エア吹出部２６に接続されたエア配管２７を取り外してヘッドノズル２９に付け替えるとともに、エア吹出部２６にエア吹出部蓋３０を取り付ける。これにより、図２に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ加工が可能な状態となり、光ファイバ１１の着脱作業が終了する。

【0054】

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

【0055】

前記実施形態では、第２蓋部材３５の保護板３７を金属材料で構成することを想定しているが、この形態に限定するものではない。

【0056】

例えば、第２蓋部材３５の保護板３７を、レーザ光ＬＢが透過するガラス材料で構成するようにしてもよい。このように、保護板３７をガラス材料で構成することで、レーザ出射装置１の動作時においても、第２蓋部材３５をヘッド本体２１に取り付けたままの状態とすることができる。これにより、第２蓋部材３５のみを用意しておけば、レーザ出射装置１の動作時と光ファイバ１１の着脱作業時との両方に対応することができ、在庫管理が容易となる。

【産業上の利用可能性】

【0057】

以上説明したように、本発明は、ヘッド本体の内部に配置された光学部品に塵埃が付着するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0058】

１ レーザ出射装置
１１ 光ファイバ
２１ ヘッド本体
２２ ファイバ接続口
２３ メンテナンス開口
２４ コリメートレンズ（光学部品）
２６ エア吹出部
３１ 第１蓋部材（蓋部材）
３２ 第１蓋本体
３５ 第２蓋部材（蓋部材）
３６ 第２蓋本体
３７ 保護板
３８ 凹部
ＬＢ レーザ光
Ｓ 内部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】