JP6234794B2

JP6234794B2 - レーザ光分岐装置

Info

Publication number: JP6234794B2
Application number: JP2013249064A
Authority: JP
Inventors: 昌利斎藤
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: JP2015104751A

Description

本発明は、レーザ光の光路を分岐するレーザ光分岐装置に係り、特に高出力のレーザ光を分岐させるのに好適なレーザ光分岐装置に関する。

従来より、レーザ溶接やレーザマーキング等のレーザ加工分野においては、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うために、１台のレーザ発振器で生成したレーザ光を同時または非同時（時分割的）に複数のレーザ光に分岐させ、それらの分岐レーザ光を遠隔の加工場所まで光ファイバで伝送して所望の加工点に照射する方式が採用されている（例えば、特許文献１、図１および図６）。

そして、レーザ光を分岐させるために主として分岐ミラーとその駆動源とからなるレーザ光分岐装置を設けている。分岐ミラーはレーザ光の光路上に配置されていて、分岐レーザ光を所定方向に分岐させて出力するように形成されている。また、分岐状態を変更するために、分岐ミラーを光路上の分岐位置と光路上から退避した退避位置とを移動可能に設置している。更に、高出力（例えば、３０W以上）のレーザ光を分岐するためには、光路上の防塵を図ることが行われている。

図６は従来のレーザ光分岐装置を模式的に示したものである。

従来のレーザ光分岐装置５１はブロック状のベースユニット５２と箱状の光路側ユニット５３とを備えている。両ユニット５２、５３は、一方のベースユニット５２の表面５２ａと他方の光路側ユニット５３の底面５３ａとを所定大のギャップを介して対面させられて、支持手段５４によって相互に接続されている。ベースユニット５２にはロータリーソレノイドやモータ等からなる駆動源５５がその出力軸５５ａをベースユニット５２の表面５２ａから光路側ユニット５３に向けて突出するようにして装着されている。この出力軸５５ａは光路側ユニット５３の底面５３ａの貫通孔５３ｂを貫通して、内部の閉空間５８に達しており、その先端にはレーザ光を分岐・非分岐させる分岐ミラー５６がアーム５７を介して固着されている。当該分岐ミラー５６は駆動源５５によって分岐位置と退避位置とを移動可能に回動駆動させられる。箱状に形成されている光路側ユニット５３の閉空間５８は、レーザ光の光路となるとともに出力軸５５ａおよび分岐ミラー５６を非接触で取り囲むことにより防塵を図っている。光路側ユニット５３のレーザ光の通過する箇所の壁部は透明な素材によって形成されている。前記支持手段５４はベースユニット５２と光路側ユニット５３とのギャップの大きさを複数位置において調節可能として、ベースユニット５２に取り付けられている出力軸５５ａを閉空間５８に対して三次元的に相対移動調節可能に支持して、分岐ミラー５６のレーザ光の光路に対する軸合わせを可能にしている。そして、出力軸５５ａの外周面と、当該出力軸５５ａの貫通する貫通孔５３ｂの内周面との間にＯリング５９を介装して、光路側ユニット５３の閉空間５８の防塵を図っている。当該Ｏリング５９の外周面には出力軸５５ａとの回動時の潤滑を図るために若干のグリースが塗布されている。Ｏリング５９によって閉空間５８の防塵を完全に行うのは、高出力のレーザ光を分岐させる場合に、分岐ミラー５６にわずかな塵埃でも付着すると、その塵埃から焼けが発生して、レーザ光の出力低下等の不具合を誘起させる可能性があるためである。

特開２００７−１９０５６０号公報

前記従来のレーザ光分岐装置５１には次のような不都合があった。

前記出力軸５５ａと貫通孔５３ｂとの中心軸が同芯でない場合には、Ｏリング５９の潰れ量が全周に亘って一定でなくなり、分岐ミラー５６の回動動作が鈍くなってしまい、最悪の場合動作しないということも予測される不都合があった。このように分岐ミラー５６の動作が鈍かったり、動作しない場合には、レーザ光分岐装置５１の組立直しが必要となるため、余分な工数がかかってしまうという不都合があった。

また、分岐ミラー５６が分岐されるレーザ光の光軸を調節するために、レーザ光分岐装置５１においては、支持手段５４によってベースユニット５２と光路側ユニット５３とのギャップの大きさを複数位置において調節可能として、ベースユニット５２に取り付けられている駆動源５５の出力軸５５ａを閉空間５８に対して三次元的に相対移動調節（あおり運動調節）して、分岐ミラー５６のレーザ光の光路に対する軸合わせを可能にしている。このようにして三次元的に相対移動調節を行うと、駆動源５５の出力軸５５ａが貫通孔５３ｂに対して中心軸を傾斜させることとなり、出力軸５５ａに取り付けているＯリング５９の全周に亘る潰れ量が片寄ってしまい、前述した場合と同様に分岐ミラー５６の動作が鈍くなってしまう可能性があるという不都合があった。

更に、Ｏリング５９には摩擦低減のためにグリースが塗布されているが、長期間連続使用しているとグリースが少なくなってしまい、分岐ミラー５６の動作が鈍くなってしまうという不都合があった。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、高出力のレーザ光を分岐するレーザ光分岐装置において、分岐ミラーを内蔵する閉空間の防塵を確実に行うことができ、しかも分岐ミラーを回転駆動する駆動源の出力軸を前記閉空間に対して三次元的に相対移動調節でき、レーザ光の適正な分岐を長期間に亘って実行することのできるレーザ光分岐装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様のレーザ光分岐装置は、レーザ光を分岐する分岐ミラーと、出力軸に取り付けた前記分岐ミラーを前記レーザ光の光路上の分岐位置と光路上から退避した退避位置との間で移動可能に回動駆動させる駆動源とを備えたレーザ光分岐装置において、前記駆動源は、前記出力軸を貫通させて前記出力軸が表面から突出するようにしてベースユニットに取り付けられ、前記ベースユニットを挟んで前記駆動源の反対側に配設され、前記ベースユニットの表面から突出した前記出力軸および前記分岐ミラーを非接触で取り囲む閉空間を形成する光路側ユニットを有し、前記ベースユニットと前記光路側ユニットとを、前記出力軸が前記閉空間内において三次元的に相対移動調節可能に支持する支持手段をもって接続し、前記出力軸の全周を非接触で取り囲む弾性シール部材を前記ベースユニットの表面と前記光路側ユニットの底面との間に弾性変形自在に介装して前記閉空間を密閉し、前記出力軸の外周と前記ベースユニットとの間に出力軸の回転を許容しかつシール機能を発揮する回転許容シール部材を介装して前記閉空間を密閉したことを特徴とする。

この第１の態様によれば、高出力のレーザ光を分岐するレーザ光分岐装置において、分岐ミラーを内蔵する閉空間の防塵を確実に行うことができ、しかも分岐ミラーを回転駆動する駆動源の出力軸を前記閉空間に対して三次元的に相対移動調節でき、レーザ光の適正な分岐を長期間に亘って実行することができるなどの優れた効果を奏する。

また、本発明の第２態様のレーザ光分岐装置として、前記第１の態様において、前記回転許容シール部材を粘性部材とするとよい。これにより前記閉空間の密封を確実に行うことができる。

また、第３態様のレーザ光分岐装置として、前記第１または第１の態様において、前記密閉空間内と外部雰囲気とを繋ぐ通気孔を前記光路側ユニットに設け、該通気孔の開口にホースの一端を接続し、該ホースの他端に塵埃の通過を規制するフィルタを接続するとよい。これにより前記閉空間内の圧力の変化を許容するとともに防塵性を確保することができる。

本発明のレーザ光分岐装置によれば、高出力のレーザ光を分岐するレーザ光分岐装置において、分岐ミラーを内蔵する閉空間の防塵を確実に行うことができ、しかも分岐ミラーを回転駆動する駆動源の出力軸を前記閉空間に対して三次元的に相対移動調節でき、レーザ光の適正な分岐を長期間に亘って実行することができるなどの優れた効果を奏する。

本発明のレーザ光分岐装置の一実施形態を示す縦断面図図１の左側面図図１の右側面図図１の４−４線に沿った断面図図１の要部拡大図従来のレーザ光分岐装置の例を示す模式図

以下、本発明のレーザ光分岐装置の実施形態を図１から図５により説明する。

図１から図５は本発明のレーザ光分岐装置の１実施形態を示している。

本実施形態のレーザ光分岐装置１はブロック状のベースユニット２と箱状の光路側ユニット３とを備えている。両ユニット２、３は、一方のベースユニット２の表面２ａと他方の光路側ユニット３の底面３ａとを所定大のギャップを介して対面させられて、支持手段４によって相互に接続されている。ベースユニット２にはロータリーソレノイドやモータ等からなる駆動源５がその出力軸５ａをベースユニット２を貫通するとともにその表面２ａから光路側ユニット３に向けて突出するようにして装着されている。この出力軸５ａは光路側ユニット３の底面３ａの貫通孔３ｂを貫通して、内部の閉空間８に達しており、その先端にはレーザ光を分岐・非分岐させる分岐ミラー６がアーム７を介して固着されている。当該分岐ミラー６は駆動源５によって分岐位置（図２の実線位置）と退避位置（図２の鎖線位置）とを移動可能に回動駆動させられる。外部から閉空間８内に入射したレーザ光は、分岐ミラー６が分岐位置にあると反射して光路を変更（分岐）され、退避位置にあると光路を変更されずに直進する。箱状に形成されている光路側ユニット３の閉空間８は、レーザ光の光路となるとともに出力軸５ａおよび分岐ミラー６を非接触で取り囲むことにより防塵を図っている。光路側ユニット３のレーザ光の通過する箇所の壁部は透明な素材によって形成されている。前記支持手段４はベースユニット２と光路側ユニット３とのギャップの大きさを複数位置において調節可能として、ベースユニット２に取り付けられている出力軸５ａを閉空間８に対して三次元的に相対移動調節可能に支持して、分岐ミラー６のレーザ光の光路に対する軸合わせを可能にしている。

本実施例においては、従来例におけるＯリング５９を設置しないで、
出力軸５ａの全周を非接触で取り囲む、例えば、Ｏリングからなる弾性シール部材９を表面２ａと底面３ａとの間に弾性変形自在に介装して閉空間８を密閉し、
出力軸５ａの外周とベースユニット２との間に出力軸５ａの回転を許容しかつシール機能を発揮する回転許容シール部材１０を介装して閉空間８を密閉したものである。

更に説明すると、従来例のＯリング５９は、
第１に、ベースユニット５２と光路側ユニット５３との間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能と、
第２に、ベースユニット５２と駆動源５５との間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能と、
第３に、出力軸５５ａのあおり運動を可能として支承するあおり支持機能と
の３役を同時に果たすものであり、無理がかかり、前記した問題点を有していた。

これに対して、本実施形態においては、前記３役を２つに分割して果たすように構成したものであり、具体的には、
弾性シール部材９によって、ベースユニット２と光路側ユニット３との間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能と、出力軸５ａのあおり運動を支承する支持機能とを同時に果たし、
回転許容シール部材１０によって、ベースユニット２と駆動源５との間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能を果たすように構成している。

このように本実施形態においては、弾性シール部材９と回転許容シール部材１０とによって機能分担を行っているために，それぞれの機能分担を確実に実行することができ、高出力のレーザ光を分岐するレーザ光分岐装置１において、分岐ミラー６を内蔵する閉空間８の防塵を確実に行うことができ、しかも分岐ミラー６を回転駆動する駆動源５の出力軸５ａを前記閉空間８に対して三次元的に相対移動調節でき、レーザ光の適正な分岐を長期間に亘って実行することができる効果を奏する。

更に説明すると、一方の弾性シール部材９としては、Ｏリングの他に出力軸５ａのあおり運動を吸収しつつベースユニット２と光路側ユニット３との間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能を果たすように弾性変形できるものであればよく、出力軸５ａのまわりを囲みかつ弾性変形できる素材であればよい。

他方の回転許容シール部材１０としては、図５に拡大示するように、ベースユニット２の内周面と出力軸５ａの外周面との間にグリース溜まり１１を形成してグリース１２を充填しておくとよい。このグリース溜まり１１内のグリース１２によってベースユニット２と出力軸５ａとの間のギャップから侵入する塵埃の防塵機能と、出力軸５ａの正逆回動を抵抗無くスムースに行う機能とを同時に果たすことができる。このグリース１２はグリース溜まり１１に所定量充填されているので、グリース溜まり１１から逃げ出すことがなく、長期間に亘って機能を発揮することができる。また、グリース１２に代えて粘度の高いオイルを充填することでも同様の機能を発揮することができる。また、例えば磁性流体を充填することにより、磁力によってグリース溜り１１に留まることができ、回転許容シール部材１０としての機能を長期間に亘って維持することができる。

更に、回転許容シール部材１０としては、ベースユニット２の内周面と出力軸５ａの外周面との間に、グリース溜まり１１とグリース１２との組合せの他に、ベアリング（図示せず）を設けてもよい。そのベアリングが防塵機能を有するものであれば、グリース溜まり１１とグリース１２との組合せを省くこともできる。また、駆動源５の出力軸５ａ部分が完全防塵性状に形成されている場合には、同様にグリース溜まり１１とグリース１２との組合せを省くこともできる。

前記支持手段４としては、本実施例においては、４本の押さえねじ１３によってベースユニット２と光路側ユニット３とを出力軸５ａがあおり運動できるように接続し、１本の支点１４と１本の垂直方向調整ねじ１５と１本の水平方向調整ねじ１６とによって出力軸５ａをあおり運動させて、分岐ミラー６の軸合わせを可能とさせている。各押さえねじ１３は、図４に示すように、押さえねじ１３をベースユニット２を貫通させて光路側ユニット３に螺入させ、押さえねじ１３の頭部とベースユニット２との間にコイルバネ１３ａを介装してベースユニット２を光路側ユニット３に向けて弾力的に押圧させて、弾性シール部材９を弾圧している。１本の支点１４、１本の垂直方向調整ねじ１５および１本の水平方向調整ねじ１６は、それぞれ先端部をベースユニット２の表面から突出させて光路側ユニット３に当接させられている。そして、１本の垂直方向調整ねじ１５および１本の水平方向調整ねじ１６は、図３および図４に示すように、それぞれベースユニット２の表面から光路側ユニット３側への突出長さを調整して、支点１４を基点としてベースユニット２と光路側ユニット３とのギャップ調整をすることにより出力軸５ａをあおり運動させるように形成されている。本実施例においては、出力軸５ａの先端にカップリング１７およびアーム７を介して分岐ミラー６を装着している。

光路側ユニット３には、密封状態にある閉空間８を外部と連通させるために、基部側から外部に向けて順に、通路１８、ホース１９、フィルタ２０からなる外部連通手段２１が接続されている。この外部連通手段２１によって、閉空間８内がレーザ光の照射が連続する等の原因で温度上昇して内圧が高くなった場合に内部空気を外部に開放して、グリース１２が押し出されることを防止する。閉空間８内はフィルタ２０によって防塵性を確保されるようになっている。また、前記のベアリングをグリース溜まり１１と併設することにより、グリース１２の内圧による押し出しを防止することもできる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。

１レーザ光分岐装置
２ベースユニット
２ａ表面
３光路側ユニット
３ａ底面
４支持手段
５駆動源
５ａ出力軸
６分岐ミラー
８閉空間
９弾性シール部材
１０回転許容シール部材

Claims

レーザ光を分岐する分岐ミラーと、出力軸に取り付けた前記分岐ミラーを前記レーザ光の光路上の分岐位置と光路上から退避した退避位置との間で移動可能に回動駆動させる駆動源とを備えたレーザ光分岐装置において、
前記駆動源は、前記出力軸を貫通させて前記出力軸が表面から突出するようにしてベースユニットに取り付けられ、
前記ベースユニットを挟んで前記駆動源の反対側に配設され、前記ベースユニットの表面から突出した前記出力軸および前記分岐ミラーを非接触で取り囲む閉空間を形成する光路側ユニットを有し、
前記ベースユニットと前記光路側ユニットとを、前記出力軸が前記閉空間内において三次元的に相対移動調節可能に支持する支持手段をもって接続し、
前記出力軸の全周を非接触で取り囲む弾性シール部材を前記ベースユニットの表面と前記光路側ユニットの底面との間に弾性変形自在に介装して前記閉空間を密閉し、
前記出力軸の外周と前記ベースユニットとの間に出力軸の回転を許容しかつシール機能を発揮する回転許容シール部材を介装して前記閉空間を密閉した
ことを特徴とするレーザ光分岐装置。
請求項１記載のレーザ光分岐装置において、前記回転許容シール部材は、粘性部材であることを特徴とするレーザ光分岐装置。
請求項１または２に記載のレーザ光分岐装置において、前記密閉空間内と外部雰囲気とを繋ぐ通気孔を前記光路側ユニットに設け、該通気孔の開口にホースの一端を接続し、該ホースの他端に塵埃の通過を規制するフィルタが接続されることを特徴とするレーザ光分岐装置。