JPH04313478A - レーザビーム切り換え装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１台のレーザ装置から
、複数箇所の作業ステーションのレーザ加工機にレーザ
光を切り換えて送るレーザビーム切り換え装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】１台のレーザ装置から複数箇所の作業ス
テーションにレーザ光を送る従来の装置としては、ミラ
ー３０をエアーシリンダによって、回転切り換えして、
必要なファイバー３１１・・にレーザ光を送る図１６に
示す時分割モジュール型の装置や、モータによりミラー
を回転させ、必要なファイバー３１１・・にレーザ光を
送る図１７に示す高速時分割モジュール型の装置がある
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の従来例装
置ではエアーシリンダでミラー３０を切り換えているた
め、切り換えスピードが１Ｈｚ程度で遅く、また後者の
従来例装置では、切り換えスピードは４０Ｈｚまで速く
なっているが、構造上、隣のファイバーへの切り換えと
、一端から他端への切り換え時間が異なるという問題が
ある。

【０００４】本発明は、上述の問題点に鑑みて為された
もので、その目的とするところは、レーザ発振器自体に
取り付けることなく、小型且つ軽量でフレキシブルに配
置でき、しかも切り換え速度が速いレーザビーム切り換
え装置を提供するにある。特に請求項２記載の発明は、
複数の切り換えが高速に行え、しかもロスが少ないレー
ザビーム切り換え装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は１
台のレーザ装置から複数箇所へレーザ光を送るレーザビ
ーム切り換え装置において、光入射側光ファイバーと、
複数の光出射側光ファイバーと、光入射側光ファイバー
を動かして何れかの光出射側光ファイバーに光学的に切
り換え接続する電磁駆動手段とで光ファイバー駆動切り
換えユニットを構成したものである。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、一つの光入射側光ファイバーから順次ツリ
ー状に分岐して複数の光出射側光ファイバーへレーザ光
を分岐させる光分岐路の各分岐点に上記光ファイバー駆
動切り換えユニットを備えるとともにこれら光ファイバ
ー駆動切り換えユニットと光分岐路を一体的にモジュー
ル化したものである。

【０００７】請求項３記載の発明は、各光ファイバー駆
動切り換えユニットの間を接続する光ファイバーをルー
プ状に配したものである。請求項４記載の発明は、上記
請求項３記載の発明において、上記ループの半径を光フ
ァイバーに規定される曲げ半径としたものである。請求
項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、初段
の光ファイバー駆動切り換えユニットの光入射側光ファ
イバーと、複数の光出射側光ファイバーを同じ方向に接
続したものである。初段の光ファイバー駆動切り換えユ
ニットの光入射側光ファイバーと、複数の光出射側光フ
ァイバーを同じ方向に接続したものである。

【０００８】請求項６記載の発明は、請求項２記載の発
明において、初段の光ファイバー駆動切り換えユニット
の光入射側光ファイバーと、複数の光出射側光ファイバ
ーを異なった方向に接続したものである。請求項７記載
の発明は、請求項２記載の発明において、初段の光ファ
イバー駆動切り換えユニットに対して分岐された光ファ
イバーが光入射側光ファイバーとして接続される次段以
降の光ファイバー駆動切り換えユニットを順次外広がり
となるように傾きを持たせて配設したものである。

【０００９】請求項８記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、各光出射側ファイバーをレーザ溶接
機に接続したものである。

【００１０】

【作用】而して請求項１記載の発明によれば、光入射側
光ファイバーと、複数の光出射側光ファイバーと、光入
射側光ファイバーを動かして何れかの光出射側光ファイ
バーに光学的に切り換え接続する電磁駆動手段とで光フ
ァイバー駆動切り換えユニットを構成したものであるか
ら、電磁駆動手段により光入射側光ファイバーの光出射
側光ファイバーに対する切り換え接続が高速に行える。

【００１１】また請求項２記載の発明によれば、一つの
光入射側光ファイバーから順次ツリー状に分岐して複数
の光出射側光ファイバーへレーザ光を分岐させる光分岐
路の各分岐点に上記光ファイバー駆動切り換えユニット
を備えるとともにこれら光ファイバー駆動切り換えユニ
ットと光分岐路を一体的にモジュール化したものである
から、各光ファイバー駆動切り換えユニットの電磁駆動
手段を同時に駆動することにより複数の光出射側光ファ
イバーに対する切り換えが高速に行え、しかも分岐路に
おけるファイバーの接続をコネクタ無しで行えてロスが
小さく済む。

【００１２】請求項３記載の発明によれば、各光ファイ
バー駆動切り換えユニットの間を接続する光ファイバー
をループ状に配したため、各ユニット間の入射側、出射
側の向きを自由に設定することが可能となる。更に請求
項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、
上記ループの半径を光ファイバーに規定される曲げ半径
としたものであるから、伝送ロスの少ないレーザ光の伝
送が行える。

【００１３】請求項５記載の発明では、初段の光ファイ
バー駆動切り換えユニットの光入射側光ファイバーと、
終段の光ファイバー駆動切り換えユニットの複数の光出
射側光ファイバーを同じ方向に接続したものであるので
、レーザ光の入射側と出射側が同じ方向にある場合には
都合が良く、また請求項６記載の発明では、初段の光フ
ァイバー駆動切り換えユニットの光入射側光ファイバー
と、終段の光ファイバー駆動切り換えユニットの複数の
光出射側光ファイバーを異なった方向に接続したので、
レーザ光の入射側と、出射側とが反対とする場合には都
合が良い。

【００１４】請求項７記載の発明は、初段の光ファイバ
ー駆動切り換えユニットに対して分岐された光ファイバ
ーが光入射側光ファイバーとして接続される次段以降の
光ファイバー駆動切り換えユニットを順次外広がりとな
るように傾きを持たせて配設したので、光ファイバーを
規定される曲げ半径のループ状に曲げる際に、接続する
ユニット間の距離を短くすることができる。

【００１５】また請求項８記載の発明によれば、１台の
レーザ装置からのレーザ光を複数のレーザ熔接機にレー
ザ光を切り換え供給することができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。 （実施例１）図１は１台のレーザ装置１から、２箇所の
作業ステーションにレーザビームを切り換えて送ること
ができる本実施例を示しており、レーザ装置１からのレ
ーザ光を導入する光入射側光ファイバー２の端部を電磁
石３のアマチュア４に固定し、電磁石３を励磁してアマ
チュア４を吸引駆動した場合と、電磁石３の非励磁状態
でアマチュア４が復帰ばね（図示せず）で復帰状態にあ
る場合とで、光入射側光ファイバー２の端部に光学的に
結合される光出射側光ファイバー５Ａ，５Ｂを切り換え
るようにしている。

【００１７】而して、電磁石３、アマチュア４等の電磁
駆動手段と、光ファイバー５Ａ，５Ｂとで光ファイバー
駆動切り換えユニットＵＴを構成することになり、光フ
ァイバー駆動切り換えユニットＵＴの電磁石３を励磁若
しくは非励磁とすることにより、レーザ光を送る作業ス
テーションを切り換え選択できるのである。この切り換
えに要する時間は数ｍｓｅｃ乃至数十ｍｓｅｃの高速で
ある。

【００１８】尚光出射ファイバー５Ａ，５Ｂは、例えば
各作業ステーションに設けられたレーザ熔接機（図示せ
ず）に接続しており、１台のレーザ装置１により２台の
レーザ熔接機にレーザ光の供給が行えるようになってい
る。 （実施例２）本実施例は図２、図３に示すように３台の
光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１〜ＵＴ３を用
いて、１台のレーザ装置１から、モジュール化した装置
Ｘを介して４箇所の作業ステーションの光学系等からな
る加工機Ｍ１〜Ｍ４にレーザビームを切り換えて送り、
夫々で加工物ｍ１〜ｍ４の加工ができるようにしたもの
である。図３に示すように装置Ｘではレーザ装置１から
のレーザ光を導入する光入射側光ファイバー２の端部を
第１の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１の電磁
石３１のアマチュア４に固定し、電磁石３１を励磁して
アマチュア４を吸引駆動した場合と、電磁石３の非励磁
状態でアマチュア４が復帰状態にある場合とで、光入射
側光ファイバー２の端部に光学的に結合される光出射側
光ファイバー５Ａ，５Ｂを切り換える。

【００１９】またこれら光出射側光ファイバー５Ａ，５
Ｂの端部を夫々第２、第３の光ファイバー駆動切り換え
ユニットＵＴ２、ＵＴ３の電磁石３２、３３のアマチュ
ア４に夫々固定し、第２、第３の電磁石３２、３３を励
磁してアマチュア４を吸引駆動した場合と、第２、第３
の電磁石３の非励磁状態でアマチュア４が復帰ばね（図
示せず）で復帰状態にある場合とで、各ファイバー５Ａ
、５Ｂの端部に光学的に結合される光出射側光ファイバ
ー６Ａ１、６Ａ２或いは６Ｂ１、６Ｂ２を切り換える。

【００２０】そしてこれら光ファイバー２、５Ａ，５Ｂ
、６Ａ１，６Ａ２、６Ｂ１，６Ｂ２及び電磁石３１〜３
３を同一の光回路基板等に一体的に組み込んでモジュー
ル化して装置Ｘを構成している。而して本発明によれば
各電磁石３１〜３３を駆動若しくは復帰させるタイミン
グを同時にすることにより、切り換え時間を実施例１の
一つの場合と同じにすることができる。

【００２１】図４は本実施例の装置Ｘの正面を示してお
り、本実施例では正面から一列に光出射側の光ファイバ
ー６Ａ１，６Ａ２、６Ｂ１，６Ｂ２に導出している。 （実施例３）実施例２の場合、１入力を４出力に分割す
る構成であったが、本実施例は図５、図６に示すように
７台の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１〜ＵＴ
７の電磁石３１〜３７と、光ファイバー２、５Ａ，５Ｂ
、６Ａ１，６Ａ２、６Ｂ１，６Ｂ２、７Ａ１，７Ａ２、
７Ｂ１，７Ｂ２、７Ｃ１，７Ｃ２、７Ｄ１，７Ｄ２とを
使用して８分割にするものである。尚分割数は特に実施
例に限定されるものではない。

【００２２】（実施例４）上記実施例２では初段の光フ
ァイバー駆動切り換えユニットＵＴ１に対して後方に次
段の２台の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１、
ＵＴ２を並設したものであるが、本実施例は、装置Ｘ内
において図７〜図９に示すように３台の光ファイバー駆
動切り換えユニットＵＴ１〜ＵＴ３を横一列に夫々の入
射側及び出射側を同じ向きになるように配設して、装置
Ｘの奥行きを小さくしている。ここで中央に置いた初段
の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１の光出射側
の光ファイバー５Ａ，５Ｂを規定の曲げ半径でループ状
に巻回して、次段の各光ファイバー駆動切り換えユニッ
トＵＴ２、ＵＴ３の入射側に、光入射側光ファイバーと
して結合する。そして次段の光ファイバー駆動切り換え
ユニットＵＴ２、ＵＴ３の光出射側の光ファイバー６Ａ
１，６Ａ２、６Ｂ１，６Ｂ２を外部に導出するのである
。

【００２３】（実施例５）本実施例は図１０、図１１に
示すように初段の光ファイバー駆動切り換えユニットＵ
Ｔ１の下方に次段の２台の光ファイバー駆動切り換えユ
ニットＵＴ２、ＵＴ３を並設するとともに、初段の光フ
ァイバー駆動切り換えユニットＵＴ１の入射側と、次段
の２台の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ２、Ｕ
Ｔ３の出射側とを同じ向きとしたものであり、初段の光
ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１の光出射側の光
ファイバー５Ａ，５Ｂを半円系に曲げて、次段の各光フ
ァイバー駆動切り換えユニットＵＴ２、ＵＴ３の入射側
に、光入射側光ファイバーとして結合する。そして次段
の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ２、ＵＴ３の
光出射側の光ファイバー６Ａ１，６Ａ２、６Ｂ１，６Ｂ
２を外部に導出するのである。

【００２４】（実施例６）本実施例は図１２に示すよう
に実施例２に於ける次段の２台の光ファイバー駆動切り
換えユニットＵＴ２、ＵＴ３を八の字のように斜めに配
置し、初段の光ファイバー駆動切り換えユニットＵＴ１
から次段の２台の光ファイバー駆動切り換えユニットＵ
Ｔ２、ＵＴ３の入力側に接続する光ファイバー５Ａ、５
Ｂを光ファイバーに規定された曲げ半径を設定する際に
、ユニットＵＴ２、ＵＴ３間の距離を短くするのに役立
っている。本実施例の装置Ｘの正面は実施例４に準ずる
。

【００２５】尚実施例４〜実施例６の構成は実施例３の
ように多段の構成にも使用できるのは勿論で、特に実施
例に限定されない。各実施例の光ファイバー駆動切り換
えユニットＵＴに用いる切り換え用の電磁石３としては
、図１３〜図１５に示す有極型電磁石構成のものも使用
することができる。この電磁石３は次のように構成され
ている。

【００２６】１２はファイバー支持板で、このファイバ
ー支持板１２はばね弾性を有し、基台１６の一側部から
立設された固定壁１６ａに沿うように縦置きにして固定
される。そして、可動片１２ａの先端の下端部位にはフ
ァイバー、例えば２を支持溝に嵌め込んで取り付ける合
成樹脂成型品等からなる支持台１２ｂを設け、この支持
台１２ｂと同様の形状で支持台２ｂに固定されたファイ
バー２の端面を切り換え対向させる形でファイバー５Ａ
，５Ｂを支持溝に嵌め込んで固定する支持台１２ｃを、
ファイバー支持板１２の他端部で構成される固定片１２
ｄの下端部位に設けてある。

【００２７】ここでファイバー支持板１２に支持台１２
ｂ、１２ｃを固定する場合、両者の一体物をファイバー
支持板１２に固定した後、可動側と固定側とを切断形成
すれば、支持溝に固定されるファイバー２、５Ａ，５Ｂ
の固定精度が上がる。上記ファイバー支持板１２の可動
片１２ａを駆動する駆動手段は電磁石ブロックとアマチ
ュアブロックとドライブピン２２とから構成され、電磁
石ブロックは、中央磁極片１４ａ，とこの中央磁極片１
４ａに互いに等間隔を隔てて対向する対向磁極片１４ｂ
，１４ｂを有する略Ｅ字状の継鉄１４とこの継鉄１４の
中央磁極片１４ａに巻回されたコイル２０とからなり、
金属製のリレー基台６に固定配置される。

【００２８】アマチュアブロックは継鉄１４の対向する
磁極片１４ｂ、１４ａ間に夫々配置される２つの接極片
４ａと、接極片４ａ間に挟装された永久磁石４ｂとから
なるアマチュア４と、アマチュア４の永久磁石４ｂを挟
装する形で接極片４ａを取り付けられる収納凹所が一端
面に形成された合成樹脂製のアマチュアボディ４ｃとで
構成される。ドライブピン２２は門字状に形成され、ア
マチュアボディ４ｃの他端面に両側片の一端が固定され
たコ状の支持ばね１８の中央片に中央部が固定され、継
鉄１４の磁極片１４ａ、１４ｂの上端面における凹設部
に両側方向に移動自在に配置されている。

【００２９】またアマチュアブロックはアマチュアボデ
ィ４ｃの他端面に中央片が固定され両端がねじ１５で継
鉄１４の夫々の対向磁極片１４ｂのねじ孔に螺着された
略コ字状の固定ばね１７により継鉄１４に保持され、両
側方向に移動自在となっている。これらの構成部材は、
ボディ１８及びカバー１９からなるケースに収められ、
光ファイバー２、５Ａ．５Ｂはケースの両端に設けられ
た導出部から引き出され、コイル２０に通電を行うコイ
ル端子２１はボディ１８の下面から突出させる。

【００３０】而してコイル２０の非励磁状態においても
アマチュア４の永久磁石４ｂによって形成される磁束に
よりアマチュア４の接極片４ａは中央磁極片１４ａと一
方の対向磁極片１４ｂとに接触した状態にアマチュア４
が駆動されている。この状態において、コイル２０を励
磁して永久磁石４ｂの磁束を打ち消す方向に継鉄４を磁
化すると、アマチュア４は反転する方向に回動して、ア
マチュア４と共に駆動されるドライブピン２２の駆動体
によりファイバー支持板１２の可動片１２ａを駆動する
。例えば、可動片１２ａにドライブピン２２が当接して
いない状態でファイバー２と５Ａとので導光路が形成さ
れているとすると、可動片１２ａをドライブピン２２が
駆動した際には、ファイバー２と５Ｂとの導光路は切り
離されるようになっている。尚継鉄１４やファイバー支
持板１２はリレー基台１６に固定されてある。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、光入射側光ファ
イバーと、複数の光出射側光ファイバーと、光入射側光
ファイバーを動かして何れかの光出射側光ファイバーに
光学的に切り換え接続する電磁駆動手段とで光ファイバ
ー駆動切り換えユニットを構成したものであるから、電
磁駆動手段により光入射側光ファイバーの光出射側光フ
ァイバーに対する切り換え接続が高速に行え、しかもレ
ーザ発振器に設ける必要もなく、また光ファイバーを使
用するため軽量小型に製作することができ、その上配置
位置もフレキシブルであるという効果がある。

【００３２】また請求項２記載の発明は、一つの光入射
側光ファイバーから順次ツリー状に分岐して複数の光出
射側光ファイバーへレーザ光を分岐させる光分岐路の各
分岐点に上記光ファイバー駆動切り換えユニットを備え
るとともにこれら光ファイバー駆動切り換えユニットと
光分岐路を一体的にモジュール化したものであるから、
各光ファイバー駆動切り換えユニットの電磁駆動手段を
同時に駆動することにより複数の光出射側光ファイバー
に対する切り換えが高速に行え、しかも分岐路における
ファイバーの接続をコネクタ無しで行えてロスが小さく
済むという効果がある。。

【００３３】請求項３記載の発明は、各光ファイバー駆
動切り換えユニットの間を接続する光ファイバーをルー
プ状に配することにおり各ユニット間の位置を自在に設
定することも可能である。更に請求項４記載の発明は、
上記請求項３記載の発明において、上記ループの半径を
光ファイバーに規定される曲げ半径としたものであるか
ら、伝送ロスの少ないレーザ光の伝送が行えるという効
果がある。

【００３４】請求項５記載の発明では、初段の光ファイ
バー駆動切り換えユニットの光入射側光ファイバーと、
終段の光ファイバー駆動切り換えユニットの複数の光出
射側光ファイバーを同じ方向に接続したものであるので
、レーザ光の入射側と出射側が同じ方向にある場合には
都合が良く、また請求項６記載の発明では、初段の光フ
ァイバー駆動切り換えユニットの光入射側光ファイバー
と、終段の光ファイバー駆動切り換えユニットの複数の
光出射側光ファイバーを異なった方向に接続したので、
レーザ光の入射側と、出射側とが反対とする場合には都
合が良い。

【００３５】また更に請求項７記載の発明は、初段の光
ファイバー駆動切り換えユニットに対して分岐された光
ファイバーが光入射側光ファイバーとして接続される次
段以降の光ファイバー駆動切り換えユニットを順次外広
がりとなるように傾きを持たせて配設したので、光ファ
イバーを規定される曲げ半径のループ状に曲げる際に、
接続するユニット間の距離を短くすることができるとい
う効果がある。

【００３６】更に請求項８記載の発明は、各光出射側光
ファイバーをレーザ熔接機に接続したものであるから、
１台のレーザ装置により、複数のレーザ熔接機にレーザ
光を供給することができ、そのため複数の作業ステーシ
ョンでの熔接作業が行えるとともに、装置のコストが安
価になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成図である。

【図２】本発明の実施例２の全体構成図である。

【図３】本発明の実施例２の構成図である。

【図４】本発明の実施例２の正面図である。

【図５】本発明の実施例３の構成図である。

【図６】本発明の実施例３の８分割の光経路図である。

【図７】本発明の実施例２の構成図である。

【図８】本発明の実施例３の正面図である。

【図９】本発明の実施例３の要部斜視図である。

【図１０】本発明の実施例４の構成図である。

【図１１】本発明の実施例４の正面図である。

【図１２】本発明の実施例５の構成図である。

【図１３】本発明に用いる電磁石のカバーを外した状態
の平面図である。

【図１４】本発明に用いる電磁石の一側方からみた一部
破断せる側面図である。

【図１５】本発明に用いる電磁石の正面からみた断面図
である。

【図１６】従来例の構成説明図である。

【図１７】別の従来例の構成説明図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　レーザ装置 ２　　　　　　　　光入射側光ファイバー３　　　　　
　　　電磁石 ４　　　　　　　　アマチュア

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１台のレーザ装置から複数箇所へレーザ光
   を送るレーザビーム切り換え装置において、光入射側光
   ファイバーと、複数の光出射側光ファイバーと、光入射
   側光ファイバーを動かして何れかの光出射側光ファイバ
   ーに光学的に切り換え接続する電磁駆動手段とで光ファ
   イバー駆動切り換えユニットを構成したことを特徴とす
   るレーザビーム切り換え装置。
2. 【請求項２】一つの光入射側光ファイバーから順次ツリ
   ー状に分岐して複数の光出射側光ファイバーへレーザ光
   を分岐させる光分岐路の各分岐点に上記光ファイバー駆
   動切り換えユニットを備えるとともにこれら光ファイバ
   ー駆動切り換えユニットと光分岐路を一体的にモジュー
   ル化したことを特徴とする請求項１記載のレーザビーム
   切り換え装置。
3. 【請求項３】各光ファイバー駆動切り換えユニットの間
   を接続する光ファイバーをループ状に配して成ることを
   特徴とする請求項２記載のレーザビーム切り換え装置。
4. 【請求項４】上記ループの半径は光ファイバーに規定さ
   れる曲げ半径としたことを特徴とする請求項４記載のレ
   ーザビーム切り換え装置。
5. 【請求項５】初段の光ファイバー駆動切り換えユニット
   の光入射側光ファイバーと、終段の光ファイバー駆動切
   り換えユニットの複数の光出射側光ファイバーを同じ方
   向に接続したことを特徴とする請求項２記載のレーザビ
   ーム切り換え装置。
6. 【請求項６】初段の光ファイバー駆動切り換えユニット
   の光入射側光ファイバーと、終段の光ファイバー駆動切
   り換えユニットの複数の光出射側光ファイバーを異なっ
   た方向に接続したことを特徴とする請求項２記載のレー
   ザビーム切り換え装置。
7. 【請求項７】初段の光ファイバー駆動切り換えユニット
   に対して分岐された光ファイバーが光入射側光ファイバ
   ーとして接続される次段以降の光ファイバー駆動切り換
   えユニットを順次外広がりとなるように傾きを持たせて
   配設したことを特徴とする請求項３記載のレーザビーム
   切り換え装置。
8. 【請求項８】各光出射側ファイバーをレーザ溶接機に接
   続したことを特徴とするレーザビーム切り換え装置。