JP6251684B2 - ファイバレーザ加工機、ファイバ接続方法及びファイバレーザ発振器 - Google Patents
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Description
(a)カップリングユニットにおいては、フィーディングファイバケーブルからプロセスファイバケーブルにレーザ光を伝送するためにコリメータレンズ、フォーカシングレンズを用いることから、レンズによるレーザ光の収差があり、出力が低減する。
(b)プロセスファイバケーブルのコア径がフィーディングファイバケーブルのコア径よりも大きいため、レーザ光を伝送する際にレーザ光の輝度が低減する。
(c)カップリングユニットがファイバレーザ発振器の大きさに影響し、ファイバレーザ発振器を小型化することが難しい。
(d)コリメータレンズやフォーカシングレンズを介してレーザ光を伝送するため、その調整が難しい。
ただし、Pは出力、dはスポット径(焦点径)であり、パワー密度PDは単位面積あたりのパワーを示すものである。
=(β×M×λ×fL)/fC (b)
ただし、α、βは係数、Mはレーザ広がり角(ビームモード)、λはレーザの波長、fLは集光レンズの焦点距離、fCはコリメータレンズの焦点距離である。
(1) レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを設けた加工機本体と、
レーザ光を生成するファイバレーザモジュール及び該ファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルを有するファイバレーザ発振器と、
該ファイバレーザ発振器のフィーディングファイバケーブルによって取り出されるレーザ光を前記加工機本体のレーザ加工ヘッドに伝送するプロセスファイバケーブルと、を備えたファイバレーザ加工機であって、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとは融着により接合され、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルのコア径が等しいことを特徴とするファイバレーザ加工機。
(2) 前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルは、それぞれ一様のコア径を有することを特徴とする(1)に記載のファイバレーザ加工機。
(3) 前記ファイバレーザ発振器は、前記ファイバレーザモジュールと前記フィーディングファイバケーブルを収容する筐体を備え、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとの融着部は、前記筐体内に収容される引き出し可能な融着テーブル上に配置されることを特徴とする(1)又は(2)に記載のファイバレーザ加工機。
(4) 前記加工機本体は、前記レーザ加工ヘッドを収容し前記加工機本体の外形を形成するキャビンを備え、
前記キャビンは、側面に前記ファイバレーザ発振器を収容する発振器収容部を有し、該発振器収容部に前記ファイバレーザ発振器が前記筐体の状態で収容されることを特徴とする(3)に記載のファイバレーザ加工機。
(5) レーザ光を生成するファイバレーザモジュール及び該ファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルを有するファイバレーザ発振器と、前記フィーディングファイバケーブルによって取り出されるレーザ光をレーザ加工ヘッドに伝送するプロセスファイバケーブルとを備えたファイバレーザ加工機に用いられ、前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとを接続するファイバ接続方法であって、
前記ファイバレーザ発振器の筐体内に設けられた引き出し可能な融着テーブル上で、融着することを特徴とするファイバ接続方法。
(6) レーザ光を生成するファイバレーザモジュールと、
該ファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルと、
前記ファイバレーザモジュールと前記フィーディングファイバケーブルを収容する筐体と、を備え、
レーザ加工ヘッドにレーザ光を伝送するプロセスファイバケーブルに接続されるファイバレーザ発振器であって、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとは融着により接合され、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとの融着部は、前記筐体内に、引き出し可能に収容される融着テーブル上に配置されることを特徴とするファイバレーザ発振器。
本実施形態のファイバ接続構造1は、例えば後述するファイバレーザ加工機10に適用されるものであり、図1に示すように、同一のコア径を有するフィーディングファイバケーブル2とプロセスファイバケーブル3とが融着により接続されている。図1中、2aはフィーディングファイバケーブル2のコア、2bはフィーディングファイバケーブル2のクラッドを示し、3aはプロセスファイバケーブル3のコア、3bはプロセスファイバケーブル3のクラッドを示し、4は融着部を示している。なお本明細書においては、2本のファイバケーブルの各々のコア径の差が±10%以下であれば、当該2本のファイバケーブルは同一のコア径を有しているものとする。たとえば、フィーディングファイバケーブル2のコア径が50μmである場合、プロセスファイバケーブル3のコア径が50±5μmの範囲にあれば、フィーディングファイバケーブル2とプロセスファイバケーブル3とは同一のコア径を有しており、各々のコア径が等しいものとする。
本発明のファイバ接続構造の効果を実証するため、本発明のファイバ接続構造を採用した出力1kWのファイバレーザ加工機(実施例1)、本発明の出力2kWのファイバレーザ加工機(実施例2)、従来の出力2kWのファイバレーザ加工機(比較例1)、従来の出力4kWのファイバレーザ加工機(比較例2)、出力2kWの炭酸ガスレーザ加工機(比較例3)を用いて、ドロスが発生しない範囲(いわゆる、ドロスフリー切断)の切断速度(以下、上限切断速度と呼ぶ。)について測定した。測定には、SUS304製の3種類の板厚(t=1mm、2mm、3mm)の薄板を用いて、直線状に切断を行った。
2 フィーディングファイバケーブル
3 プロセスファイバケーブル
4 融着部
10 ファイバレーザ加工機
20 加工機本体
21 ファイバレーザ発振器
30 キャビン
30a 発振器収容部
40 レーザ加工ヘッド
80 筐体
81 ファイバレーザモジュール
86 融着テーブル
Claims (5)
- レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを設けた加工機本体と、
レーザ光を生成する複数のファイバレーザモジュール及び前記複数のファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルを有するファイバレーザ発振器と、
該ファイバレーザ発振器のフィーディングファイバケーブルによって取り出されるレーザ光を前記加工機本体のレーザ加工ヘッドに伝送するプロセスファイバケーブルと、を備えたファイバレーザ加工機であって、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとは融着により接合され、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルのコア径が等しく50μmであり、
前記ファイバレーザ発振器は、
前記ファイバレーザモジュールと前記フィーディングファイバケーブルを収容する筐体と、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとの融着部が内部に配置される融着ボックスと、
前記複数のファイバレーザモジュールからの出力ケーブルが接続され、前記融着ボックスと前記フィーディングファイバケーブルで接続される、コンバイナとを有する
ことを特徴とするファイバレーザ加工機。 - 前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルは、それぞれ一様のコア径を有することを特徴とする請求項1に記載のファイバレーザ加工機。
- 前記加工機本体は、前記レーザ加工ヘッドを収容し前記加工機本体の外形を形成するキャビンを備え、
前記キャビンは、側面に前記ファイバレーザ発振器を収容する発振器収容部を有し、該発振器収容部に前記ファイバレーザ発振器が前記筐体の状態で収容されることを特徴とする請求項1または2に記載のファイバレーザ加工機。 - レーザ光を生成する複数のファイバレーザモジュール及び前記複数のファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルを有するファイバレーザ発振器と、前記フィーディングファイバケーブルによって取り出されるレーザ光をレーザ加工ヘッドに伝送するプロセスファイバケーブルとを備え、前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルのコア径が等しく50μmであり、前記ファイバレーザ発振器は、前記ファイバレーザモジュールと前記フィーディングファイバケーブルを収容する筐体と、前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとの融着部が内部に配置される融着ボックスと、前記複数のファイバレーザモジュールからの出力ケーブルが接続され、前記融着ボックスと前記フィーディングファイバケーブルで接続される、コンバイナとを有する、ファイバレーザ加工機に用いられ、前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとを接続するファイバ接続方法であって、
前記ファイバレーザ発振器の筐体内に設けられた引き出し可能な融着テーブル上で、融着することを特徴とするファイバ接続方法。 - レーザ光を生成する複数のファイバレーザモジュールと、
前記複数のファイバレーザモジュールが生成したレーザ光をまとめて取り出すフィーディングファイバケーブルと、
前記ファイバレーザモジュールと前記フィーディングファイバケーブルを収容する筐体と、を備え、
レーザ加工ヘッドにレーザ光を伝送するプロセスファイバケーブルに接続されるファイバレーザ発振器であって、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとは融着により接合され、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルのコア径が等しく50μmであり、
前記フィーディングファイバケーブルと前記プロセスファイバケーブルとの融着部は、前記筐体内に、引き出し可能に収容される融着テーブル上に配置された融着ボックスの内部に配置され、
前記複数のファイバレーザモジュールからの出力ケーブルが接続されるコンバイナは、前記融着ボックスと前記フィーディングファイバケーブルで接続されることを特徴とするファイバレーザ発振器。
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