JP6434443B2

JP6434443B2 - ファイバレーザ発振器

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Publication number: JP6434443B2
Application number: JP2016082100A
Authority: JP
Inventors: 稔安藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: DE102017206075A1; US20170302046A1; JP2017191907A; DE102017206075B4; US10027082B2; CN107302173A; CN107302173B

Description

本発明は、光ファイバが内部で融着処理によって接続される光学ユニットを備えるファイバレーザ発振器及びこれに搭載可能なクリーンベンチに関する。

従来から、光ファイバの融着処理において、クリーンベンチのような作業空間をカバーするものを利用して融着処理が行われることが知られている。この種のファイバレーザ発振器に関する技術を開示するものとして、例えば特許文献１や特許文献２がある。特許文献１には、発振器筐体内から引き出し可能に収納される融着テーブルの内部に光ファイバの融着部が配置される装置について記載されている。また、特許文献２には、光ファイバ接続用作業台の下部にフィルタ付きファンを備え、作業台の上部を透明カバーで覆い、融着接続する装置について記載されている。

国際公開第２０１４／０６５３６０号特開２０１０−５４６８９号公報

ファイバレーザ発振器に内蔵される光学ユニットの光ファイバは、工場のクリーンルーム内で融着処理が行われることが一般的である。しかし、融着処理を行うテーブルを隙間なく覆うためには大型のクリーンベンチが必要となり、フィールド現場への持ち運びが困難である。作業台を使うような場合は、設置スペースを確保する必要がある上、作業台まで光ファイバを長く取り回す必要がある。

また、クリーンブース内で融着処理を行うことはできたとしても、光ファイバを取り外したり、光学部品を交換したりすることまでは考慮されていない。そのため、コンバイナテーブル等の光学ユニットを引き出した状態で光学部品を交換すると光学ユニット内部に粉塵が混入したり、コンバイナテーブルを引き出した状態で発振器を立ち上げると結露の発生により光学部品に不具合が生じたりするおそれがあり、保守交換作業及び交換後に光学部品の温度を測定する等の確認作業が難しいものとなっていた。

本発明は、粉塵の侵入及び湿気による光学部品の故障を防止でき、光学ユニットの保守交換及び交換後の確認作業等を良好に行うことができるクリーンベンチ及びこれを搭載したレーザファイバ発振器を提供することを目的とする。

本発明は、光ファイバが接続される融着接続部を有する光学ユニット（例えば、後述の光学ユニット１２）を備えるファイバレーザ発振器（例えば、後述のファイバレーザ発振器１０）であって、前記光学ユニットを引き出し可能に収容する筐体（例えば、後述の筐体１１）と、前記筐体又は前記光学ユニット側に着脱自在であって、前記筐体から引き出された前記光学ユニットの上方に外部から隔絶された閉鎖空間を形成するクリーンベンチ（例えば、後述のクリーンベンチ２０）と、を備え、前記クリーンベンチには、前記筐体の内部空間に連通する連通口（例えば、後述の連通口２２）が形成されるファイバレーザ発振器に関する。

前記ファイバレーザ発振器は、前記クリーンベンチの内部の湿度を検出する湿度検出部（例えば、後述の湿度検出部９１）と、前記湿度検出部の検出値に基づいてレーザ発振器が稼動可能か否かを判別する制御部（例えば、後述の制御部７０）と、を備えてもよい。

前記ファイバレーザ発振器は、前記光学ユニットを固定し、前記筐体から引き出し可能なベースプレート（例えば、後述のベースプレート１３）を備え、前記クリーンベンチは、前記ベースプレートに設置されてもよい。

前記クリーンベンチは、可視透光部（例えば、後述の可視光透過板部５１）を有してもよい。

前記クリーンベンチは、前記筐体に接する部分とは異なる外側面に可視透光性の材料であって可撓性を有する材料で構成されるカーテン部（例えば、後述のカーテン部５２）を有してもよい。

前記クリーンベンチは、その内部又は外部に棚（例えば、後述の外部棚２５、内部棚２６）を配置可能に構成されてもよい。

また、本発明は、光ファイバが接続される融着接続部を有する光学ユニット（例えば、後述の光学ユニット１２）及び前記光学ユニットを引き出し可能に収容する筐体（例えば、後述の筐体１１）を備えるファイバレーザ発振器（例えば、後述のファイバレーザ発振器１０）に着脱自在であって、前記筐体から引き出された前記光学ユニットの上方に外部から隔絶された閉鎖空間を形成するとともに、前記筐体の内部空間に連通する連通口（例えば、後述の連通口２２）が形成されるクリーンベンチ（例えば、後述のクリーンベンチ２０）に関する。

本発明によれば、粉塵の侵入及び湿気による光学部品の故障を防止でき、光学ユニットの保守交換及び交換後の確認作業等を良好に行うことができるクリーンベンチ及びこれを搭載したレーザファイバ発振器を提供できる。

本発明の一実施形態に係るクリーンベンチを搭載したファイバレーザ発振器を示す概略図である。外部棚を取り付けた状態のクリーンベンチ及びファイバレーザ発振器を示す概略図である。内部棚を取り付けた状態のクリーンベンチ及びファイバレーザ発振器を示す概略図である。第２パネルを取り付けた状態のクリーンベンチ及びファイバレーザ発振器を示す概略図である。クリーンベンチを搭載するファイバレーザ発振器の電気的構成の一部を模式的に示すブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るクリーンベンチ２０を搭載したファイバレーザ発振器１０を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態のファイバレーザ発振器１０は、筐体１１と、複数の光学ユニット１２と、ベースプレート１３と、空調器１４と、クリーンベンチ２０と、を備える。

筐体１１は、その内側にレーザ光を生成するための光学ユニット１２を複数収容する内部空間３１が形成される。筐体１１は、複数の光学ユニット１２を上下方向に並んで収容可能に構成される。

光学ユニット１２は、その内部に光ファイバが融着接続される融着接続部（図示省略）が設けられており、光学部品等が搭載される。複数の光学ユニット１２についても種々のケーブルにより融着接続されている。なお、本実施形態の光学ユニット１２は、レーザ光を生成するファイバレーザモジュールや複数のファイレーザが接続されるビームコンバイナ等の光ファイバがその内部で融着接続されるユニットである。また、本実施形態の光学ユニット１２は、その天板を取り外すことによって内部が露出する構造となっている。

ベースプレート１３は、光学ユニット１２を支持する支持部材である。本実施形態のベースプレート１３は、光学ユニット１２を筐体１１の内部に位置させる収容位置と、ベースプレート１３によって支持される光学ユニット１２を筐体１１の外側に位置させる引出位置と、の間を水平方向に移動可能に構成される。ベースプレート１３をスライド移動させる構成としては、例えばスライドレール等が用いられる。本実施形態では、ベースプレート１３は、筐体１１に収容する光学ユニット１２の数に応じて設けられる。

空調器１４は、筐体１１及びクリーンベンチ２０の内部の空調を行う。

クリーンベンチ２０は、筐体１１から引き出したベースプレート１３に搭載される作業カバーであり、ファイバレーザ発振器１０に対して着脱自在に構成される。クリーンベンチ２０は、全体として持ち運び可能な小型に構成される。

次に、クリーンベンチ２０の各構成について説明する。なお、以下の説明においてクリーンベンチ２０における筐体１１と対向する面を背面、背面の反対側を前面として説明する。

本実施形態のクリーンベンチ２０は、前面及び下面が開放された箱型のベンチ本体２１と、ベンチ本体２１の開放された前面に取り付けられる前面パネル（図１の第１パネル５０又は図２の第２パネル６０）と、によって光学ユニット１２の上方に閉鎖空間を形成する。

ベンチ本体２１は、その全体形状が筐体１１から引き出されたベースプレート１３の内側に納まるサイズに形成されており、ベースプレート１３に取り付けられる。また、ベンチ本体２１における筐体１１の内側に対向する面には、筐体１１の内部空間３１に連通する連通口２２が形成される。

まず、図１に示される第１パネル５０について説明する。第１パネル５０は、光ファイバの融着処理を行うときに用いられる作業用パネルである。

本実施形態の第１パネル５０は、ベンチ本体２１の前面に取り付けられた状態で上部に位置する可視光透過板部５１と、その下部に位置するカーテン部５２と、を備える。

可視光透過板部５１は、が可視光透過性の板で構成される板状部材である。作業者は、可視光透過板部５１を通じてクリーンベンチ２０の内部を視認できるようになっている。

カーテン部５２は、第１パネル５０下部であって可視光透過板部５１の下方に配置される。カーテン部５２は、可視光透過性のある材料であって可撓性のある材料で構成される。

本実施形態のカーテン部５２には、縦方向に延びる細長の隙間が形成される。例えば、縦に細長い長方形状の部材を横方向に複数配置する又は１つの部材に対して縦方向に延びるスリットを複数形成する等により、カーテン部５２に縦方向に延びる細長の隙間を形成する。この隙間によって、作業者がカーテン部５２を押し分けて手を入れた状態でも、クリーンベンチ２０の内部が外部に大きく露出しないようにすることができる。

以上説明した第１パネル５０及びベンチ本体２１からなるクリーンベンチ２０により、ベースプレート１３に支持された光学ユニット１２の上方に閉鎖された作業空間が形成され、この作業空間で光学ユニット１２の保守作業等を行うことが可能になっている。また、クリーンベンチ２０は、ベースプレート１３を介して取り付けられているので、光学ユニット１２のケーシングの天板を外す作業についても閉鎖空間の中で行うことができる。

また、本実施形態のクリーンベンチ２０は、ベンチ本体２１の外部に配置される外部棚２５を取り付け可能に構成される。図２は、外部棚２５を取り付けた状態のクリーンベンチ２０及びファイバレーザ発振器１０を示す概略図である。

図２では、ベンチ本体２１から第１パネル５０（又は後述する第２パネル６０）が取り外された状態が示されている。第１パネル５０が取り外された状態では、前面が開放されてクリーンベンチ２０の内部空間４０が露出する状態となっており、この開口部分を通じて光学ユニット１２や光学ユニット１２に内蔵される部品等の交換が可能になっている。

外部棚２５は、クリーンベンチ２０の外側面に配置される板状部材である。外部棚２５は、光学ユニット１２自体や光学ユニット１２内部の光学部品を交換するときに、部品棚として使用される。この外部棚２５は、その上面に部品交換に必要な治工具やベンコット等洗浄用の消耗品等を置くことができる。例えば、クリーンベンチ２０のベンチ本体２１から第１パネル５０を取り外し、クリーンベンチ２０の外側面に外部棚２５取り付ける。この状態で破損品に接続される光ファイバを切断し、破損品の交換作業等を行ってクリーンベンチ２０の内部で光ファイバを敷設する作業に移行する。

次に、光ファイバの融着処理について説明する。本実施形態の融着処理では、ベンチ本体２１の内部に内部棚２６をセットした状態で融着処理が行われる。図３は、内部棚２６を取り付けた状態のクリーンベンチ２０及びファイバレーザ発振器１０を示す概略図である。なお、図３では、ベンチ本体２１から第１パネル５０（又は後述する第２パネル６０）が取り外された状態が示されている。

図３に示すように、内部棚２６は、ベンチ本体２１内部の光学ユニット１２の上方に配置される。本実施形態の内部棚２６の内側面には、内部棚２６を支持する枠部材としてのスライドレール（図示省略）が設けられる。融着処理を行うときは、前面が開放された状態のベンチ本体２１に外側から内部棚２６をスライドレールに沿わせて前面側から背面側に挿入し、ベンチ本体２１の内側で固定する。枠部材に沿ってスライドさせる構造になっているので、挿入中に内部棚２６が光学ユニット１２側に落ちる事態も確実に防止される。

固定された内部棚２６の上に融着処理に用いる作業機器、例えば融着処理を行う融着機（図示省略）を載せる。内部棚２６によって作業機器等が光学ユニット１２側に誤って落ちることもなく、融着処理を安定した状態で行うことができる。光ファイバを融着機にセットした後に、可視光透過性に構成される第１パネル５０をベンチ本体２１に装着し、該クリーンベンチ２０の内部のクリーン度が高くなった後に融着処理を行う。

作業者は、可視光透過板部５１を通してクリーンベンチ２０の内部の様子を確認しながら融着機を用いた作業を行うことができる。また、可視光透過板部５１の下方には、カーテン部５２が配置されているので、高いクリーン度を維持したまま融着機を操作することができる。融着処理後は、ベンチ本体２１から第１パネル５０を取り外し、光ファイバから取り外した融着機と内部棚２６をクリーンベンチ２０から取り出して、光ファイバの敷設作業に移行する。

次に、光ファイバの動作確認に用いる第２パネル６０について説明する。図４は、第２パネル６０を取り付けた状態のクリーンベンチ２０及びファイバレーザ発振器１０を示す概略図である。

本実施形態の第２パネル６０は、板状のベース部材６１と、クリーンベンチ２０の内部の湿度及び温度を検出する湿度・温度センサ９０と、を備える。

板状のベース部材６１は、ベンチ本体２１の前面をカバーするように形成される。ベース部材６１の平面部分の上中央には開口部６２が形成される。湿度・温度センサ９０は、ベース部材６１の裏側に配置される。湿度・温度センサ９０は、クリーンベンチ２０内部の湿度及び温度を検出する機能を有する。

以上説明した第２パネル６０がベンチ本体２１の前面に取り付けられる。上述の通り、クリーンベンチ２０の内部は、そのベンチ本体２１に形成される連通口２２を通じて筐体１１の内部に連通しており、クリーンベンチ２０と筐体１１の内部が湿度的に結合する構造となっている。

次に、第２パネル６０をベンチ本体２１に取り付けた状態で用いられる筐体１１のカバー部材３２について説明する。図４の斜線の領域に示すカバー部材３２は、筐体１１におけるクリーンベンチ２０に隠れる部分以外の部分を覆うように取り付けられる。カバー部材３２は、ビニルシート等の可撓性のある材料によって構成され、筐体１１の内部空間３１に粉塵が混入する事態を防止する。これによっても、現場において光学ユニット１２内部への粉塵の混入を最小限に抑えることができる。

また、カバー部材３２によって筐体１１の内部空間３１が外部から閉鎖されるとともに、該内部空間３１に連通口２２を介してクリーンベンチ２０の内部が連通しているので、クリーンベンチ２０の内部と筐体１１の内部空間の湿度及び温度がより同じ状態に近づく。従って、ファイバレーザ発振器１０付属の空調器１４によって筐体１１の内部空間３１に連通するクリーンベンチ２０内部の湿度をより精密に管理することができる。

光ファイバの動作確認では、クリーンベンチ２０が搭載されたファイバレーザ発振器１０に第２パネル６０及びカバー部材３２が取り付けられた状態で、開口部６２を通じてサーモグラフィ（図示省略）による光ファイバの温度測定が行われ、施設された光ファイバの異常の有無が確認される。従って、光学ユニット１２の天板を開けたまま、内部の部品の動作確認をフィールドの現場で行うことが可能となる。

図５は、クリーンベンチ２０を搭載するファイバレーザ発振器１０の電気的構成の一部を模式的に示すブロック図である。本実施形態では、湿度・温度センサ９０の検出値に基づいて結露を原因とする故障を防止するための制御が行われる。

制御部７０は、ファイバレーザ発振器１０の各種の制御を行うコンピュータである。本実施形態の制御部７０は、クリーンベンチ２０内部の湿度をモニタし、クリーンベンチ２０内部の湿度制御を行う。

図５に示すように、本実施形態の制御部７０は、湿度制御部７１と、出力指令部７２と、露点温度計算部７３と、アラーム検出部７４と、を備える。

湿度・温度センサ９０の湿度検出部９１によって検出されたクリーンベンチ２０内部の湿度情報は、湿度制御部７１と露点温度計算部７３に送信される。また、湿度・温度センサ９０の温度検出部９２によって検出されたクリーンベンチ２０内部の温度情報は、露点温度計算部７３に送信される。

湿度制御部７１は、クリーンベンチ２０内部の湿度情報に基づいて空調器１４を制御してクリーンベンチ２０内部の湿度を調節する。本実施形態では、予め設定された許容値を上回らないように空調器１４を利用して湿度が制御される。これによって、光学ユニット１２内部で生じる結露による部品故障を防止することができる。

出力指令部７２は、レーザ電源８０に接続されており、光学ユニット１２の稼動及び停止を制御する。

露点温度計算部７３は、クリーンベンチ２０内部の湿度情報及び温度情報に基づいて露点温度を算出する。露点温度計算部７３が算出した露点温度情報は、アラーム検出部７４に送信される。

アラーム検出部７４は、露点温度計算部７３によって算出された露点温度に基づいて結露が生じる状態か否かを判定し、クリーンベンチ２０内部の結露が発生する温度に近づいている場合にはレーザ出力指令を停止する。これによって、光学ユニット１２内部での結露が発生するような環境でファイバレーザ発振器１０が稼動し、部品故障が生じる事態についても確実に防止できる。

以上説明した実施形態のクリーンベンチ２０及びこれを搭載するファイバレーザ発振器１０によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態のファイバレーザ発振器１０は、光学ユニット１２を引き出し可能に収容する筐体１１と、光学ユニット１２側に着脱自在であって、筐体１１から引き出された光学ユニット１２の上方に外部から隔絶された閉鎖空間を形成するクリーンベンチ２０と、を備え、クリーンベンチ２０には、筐体１１の内部空間３１に連通する連通口２２が形成される。

これにより、着脱自在なクリーンベンチ２０を光学ユニット１２の上に搭載可能とすることにより、粉塵や湿気の多いフィールド環境下でも、光学ユニット１２内部への粉塵の混入が防止しつつ、光学ユニット１２及び光学ユニット１２に搭載される光学部品の交換を効率的に行うことができる環境を容易に整えることができる。融着処理だけでなく、光ファイバの取り外しや敷設作業、光学ユニット１２及び光学部品の交換作業、融着後の確認作業まで、効率の良い保守作業に利用することができ、ファイバレーザ発振器１０の作業性を効果的に向上させることができる。また、連通口２２によってファイバレーザ発振器１０の筐体１１内部とクリーンベンチ２０内部の湿度環境が均一化し易くなり、湿度管理が行い易くなるので、結露の発生による光学部品の故障を効果的に防止でき、信頼性も向上する。例えば、光学ユニット１２を引き出した状態で光学ユニット１２内部の除湿を行うことが可能となる。従って、湿気の多い環境下でも、結露の発生による部品破損を防止しながら発振器を立ち上げて、光学部品の確認を行う作業が可能となる。また、クリーンベンチ２０を着脱自在な構成にすることにより、フィールドの現場へ持ち運びが可能で軽量なクリーンベンチとなるので、通常、工場等のクリーンルームで行われる光ファイバの敷設や光学部品の装機、光ファイバの融着処理をフィールドの現場で行うことが可能となり、光学ユニット１２や光学ユニット１２に搭載される光学部品の保守交換作業を良好に行うことができる。

また、本実施形態のファイバレーザ発振器１０は、クリーンベンチ２０内部の湿度を検出する湿度検出部９１と、湿度検出部９１の検出値に基づいてファイバレーザ発振器１０が稼動可能か否かを判別する制御部７０と、を備える。

これにより、クリーンベンチ２０内部の湿度を管理して結露が生じている状態でファイバレーザ発振器１０が稼動して光学部品等が故障する事態を確実に防止することができる。

また、本実施形態のファイバレーザ発振器１０は、光学ユニット１２を固定し、筐体１１から引き出し可能なベースプレート１３を備え、クリーンベンチ２０は、ベースプレート１３に設置される。

これにより、クリーンベンチ２０が直接、光学ユニット１２に搭載されている状態ではないので、クリーンベンチ２０を配置した後に光学ユニット（ファイバレーザモジュールやビームコンバイナ等）１２の天板を取り外すことができ、内部への粉塵の混入を確実に防止できる。

また、本実施形態のクリーンベンチ２０は、可視光透過板部５１を有する。これにより、クリーンベンチ２０によってクリーンな環境を維持しなから可視光透過板部５１を通じてクリーンベンチ２０の内部を確認しながら各種作業を行うことができる。

また、本実施形態のクリーンベンチ２０は、筐体１１に接する部分とは異なる外側面に可視透光性の材料であって可撓性を有する材料で構成されるカーテン部５２を有する。

これにより、クリーンベンチ２０によってクリーンな環境を維持しなから可視透光性のあるカーテン部５２からクリーンベンチ２０内部に手や作業機を差し入れて内部の様子を確認しながら融着機等を用いた融着処理や保守作業を行うことができる。

また、本実施形態のクリーンベンチ２０は、その内部に内部棚２６を配置可能に構成されるとともに外部に外部棚２５を配置可能に構成される。これにより、フィールド現場において、内部棚２６の上に融着機を置いたり、外部棚２５の上に保守用の治工具を載せたりすることが可能となり、部品交換時の作業性をより一層向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では、湿度制御部７１は、クリーンベンチ２０内部の湿度情報に基づいて湿度管理を行う構成であるが、露点温度計算部７３によって算出された露点温度情報を考慮して湿度管理を行う構成としてもよい。

１０ファイバレーザ発振器
１１筐体
１２光学ユニット
２０クリーンベンチ
２２連通口
２５外部棚
２６内部棚
５１可視光透過板部（可視透光部）
５２カーテン部
７０制御部
９１湿度検出部

Claims

光ファイバが接続される融着接続部を有する光学ユニットを備えるファイバレーザ発振器であって、
前記光学ユニットを引き出し可能に収容する筐体と、
前記筐体又は前記光学ユニット側に着脱自在であって、前記筐体から引き出された前記光学ユニットの上方に外部から隔絶された閉鎖空間を形成するクリーンベンチと、
前記光学ユニットを固定し、前記筐体から引き出し可能なベースプレートと、
を備え、
前記クリーンベンチには、前記筐体の内部空間に連通する連通口が形成され、
前記クリーンベンチは、前記ベースプレートに設置されるファイバレーザ発振器。
前記クリーンベンチの内部の湿度を検出する湿度検出部と、
前記湿度検出部の検出値に基づいてファイバレーザ発振器が稼動可能か否かを判別する制御部と、を備える請求項１に記載のファイバレーザ発振器。
前記クリーンベンチは、可視透光部を有する請求項１又は２に記載のファイバレーザ発振器。
前記クリーンベンチは、前記筐体に接する部分とは異なる外側面に可視透光性の材料であって可撓性を有する材料で構成されるカーテン部を有する請求項１から３の何れかに記載のファイバレーザ発振器。
前記クリーンベンチは、その内部又は外部に棚を配置可能に構成される請求項１から４の何れかに記載のファイバレーザ発振器。