(57)【要約】  ビーム品質を向上可能な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を提供する。ファイバレーザ加工機（１０）は、レーザ光を照射するレーザ加工ヘッド（４０）を設けた加工機本体（２０）と、レーザ光を生成するファイバレーザモジュール（８１）及び該ファイバレーザモジュール（８１）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（２）を有するファイバレーザ発振器（２１）と、該ファイバレーザ発振器（２１）のフィーディングファイバケーブル（２）によって取り出されるレーザ光を加工機本体（２０）のレーザ加工ヘッド（４０）に伝送するプロセスファイバケーブル（３）と、を備える。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）とは融着により接合され、該フィーディングファイバケーブル（２）と該プロセスファイバケーブル（３）のコア径が等しい。
2014065360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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請求項１に記載のファイバレーザ加工機。
【請求項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請求項１又は２に記載のファイバレーザ加工機。
【請求項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請求項３に記載のファイバレーザ加工機。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ加工機、ファイバレーザ加工機に用いられるファイバ接続方法及びファイバレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ加工機は、被加工材に対してレーザ光を照射することにより被加工材の切断等の加工を行う装置である。従来のファイバレーザ加工機では、ファイバレーザ発振器が、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、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、を備え、該フィーディングファイバケーブルがレーザ光を加工ヘッドに伝送するプロセスファイバケーブルにカップリングユニットを介して接続されている。【０００３】
特許文献１では、このカップリングユニットを用いる場合の欠点として、以下の４点が挙げられている。
（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。【０００４】
これを解決するために、特許文献１では、フィーディングファイバケーブルのレーザ光の出射端とプロセスファイバケーブルのレーザ光の入射端とを所定の隙間を空けて対向した状態でフィーディングファイバケーブル及びプロセスファイバケーブルをガラスからなる筒体内に固定することが提案されている。【０００５】
また、他の解決案として、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとを融着することも検討されている。なお、特許文献１では、いずれの方法においても、フィーディングファイバケーブルのコア径は５０μｍ程度で、プロセスファイバケーブルのコア径はフィーディングファイバケーブルのコア径よりも太い１００〜２００μｍ程度であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２７２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとを融着すると、融着時に熱が加わった部分でこれらのケーブルにおけるコアの形状にゆがみが生じ、ビーム品質が劣化し現実的に使用に耐えるものではないことが記載されている。【０００８】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビーム品質を向上可能な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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、先ず、ファイバレーザ加工機の切削速度を速めるに、切削速度と比例関係にある、下記（ａ）式で表されるパワー密度ＰＤ（線密度）を上げることについて検討した。【００１０】
ＰＤ＝Ｐ／（ｄ×π）          （ａ）
ただし、Ｐは出力、ｄはスポット系（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。【００１１】
パワー密度ＰＤを上げるためには、出力Ｐを上げることが考えられるが出力を上げると消費電力が増加し、ランニングコストが増加してしまう。従って、本発明者は、スポット径ｄを小さくすることについて検討した。スポット径ｄは、下記（ｂ）式で表される。なお、図１３は、外部光学系を模式的に示した模式図である。【００１２】
ｄ＝（α×Ｍ×λ×ｆＬ）／Ｄ
＝（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はコリメータの焦点距離である。【００１３】
スポット径ｄを小さくするためには、集光レンズの焦点距離ｆＬを小さくすること、若しくは、コリメータレンズの焦点距離ｆＣを長くすることが考えられるが、集光レンズの焦点距離ｆＬを小さくすることは機械的寸法の制限により難しく、コリメータレンズの焦点距離ｆＣを長くすることはコリメータレンズのレンズ径の制限により難しい。そこで、本発明者は、スポット径ｄを小さくするため、ビームモードとも称されるレーザ広がり角Ｍを小さくすることについて検討した。これまで、特許文献１でも記載されているように、フィーディングファイバケーブルのコア径は５０μｍ程度で、プロセスファイバケーブルのコア径はフィーディングファイバケーブルのコア径よりも太い１００〜２００μｍ程度がケーブル同士の接続の関係上限界と考えられており、プロセスファイバケーブルのコア径を１００μｍより小さくすることについては、想定されていなかった。さらに、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとの融着についても現実的な接続方法として認識されていなかった。【００１４】
本発明は、従来、現実的ではないと考えられていたフィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとの融着によりビーム品質の向上を実現したものであり、以下の態様を提供するものである。
（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。
【発明の効果】
【００１５】
上記（１）に記載の態様によれば、融着によりフィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとを接続することで、フィーディングファイバケーブルのコア径と等しいコア径のプロセスファイバケーブルを用いることができ、コア径の違いによる輝度の低下を抑制することができ、ビーム品質を向上させることができる。また、融着によりプロセスファイバケーブルのコア径を従来よりも小さくすることが可能となり、ビームモードとも称されるレーザの広がり角（ＢＰＰ：Ｂｅａｍ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔ）を小さくすることができ、切削速度を上げることができる。【００１６】
上記（２）に記載の態様によれば、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルに特別な加工を施すことなく、コア径の違いによる輝度の低下を抑制することができ、ビーム品質を向上させることができる。【００１７】
上記（３）に記載の態様によれば、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとの融着処理が容易となる。通常、工場等のクリーンルームで行われる融着処理を、ファイバレーザ加工機の組立場所、又は、ファイバレーザ加工機の設置場所等で行うことが可能となる。これにより、プロセスファイバケーブルの交換時等、ファイバレーザ発振器の筐体内から融着テーブルを引き出すことで容易に融着処理を行うことができる。【００１８】
上記（４）に記載の態様によれば、ファイバレーザ加工機本体から離れてファイバレーザ発振器が設置されている場合に比べて、まとまりがよく、加工機本体のキャビンに収容できるためファイバレーザ加工機全体を小型化することができる。また、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとを融着した状態で、ファイバレーザ発振器とファイバレーザ加工機本体とを一緒に運搬することができる。【００１９】
上記（５）及び（６）に記載の態様によれば、フィーディングファイバケーブルとプロセスファイバケーブルとの融着処理が容易となる。通常、工場等のクリーンルームで行われる融着処理を、ファイバレーザ加工機の組立場所、又は、ファイバレーザ加工機の設置場所等で行うことが可能となる。これにより、プロセスファイバケーブルの交換時等、ファイバレーザ発振器の筐体内から融着テーブルを引き出すことで容易に融着処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のファイバ接続構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の概略平面図である。
【図３】図２に示すレーザ加工機の概略側面図である。
【図４】加工ヘッド駆動機構の斜視図である。
【図５】加工ヘッドの斜視図である。
【図６】図２に示すレーザ加工機の背面図である。
【図７】図２に示すレーザ加工機の右側面側の斜視図である。
【図８】図２に示すレーザ加工機の左側面側の斜視図である。
【図９】レーザ発振器の扉を開いた状態を示す斜視図である。
【図１０】融着ボックスの内部を示す図である。
【図１１】それぞれのファイバレーザ加工機における板厚に対する上限切断速度をまとめたグラフである。
【図１２】それぞれのファイバレーザ加工機の上限切断速度を示すグラフであり、（ａ）は板厚１ｍｍのときのグラフであり、（ｂ）は板厚２ｍｍのときのグラフである。
【図１３】外部光学系を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
先ず、本発明のファイバ接続構造の一実施形態について説明する。
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。
【００２２】
このようにコア径の等しい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とを融着することで、両ケーブル２，３のコア径の違いによる輝度の低下が抑制され、ビーム品質が向上する。また、カップリングユニットを排除したことで、コリメータレンズ、フォーカシングレンズによるレーザ光の収差がなく、出力低下、カップリングユニットによる装置の大型化、レンズ調整の煩雑さを回避することができる。
【００２３】
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は融着部４が同一のコア径を有していればよいが、それぞれ一様のコア径を有することが好ましい。これにより、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に特別な加工を施すことなく、コア径の違いによる輝度の低下を抑制することができ、ビーム品質を向上させることができる。なお本明細書においては、ファイバケーブルのコア径の分布が±１０％以下の範囲にあれば、当該ファイバケーブルは一様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（またはプロセスファイバケーブル３）が、その全長にわたって５０±５μｍのコア径を有している場合、フィーディングファイバケーブル２（またはプロセスファイバケーブル３）は一様のコア径を有しているものとする。
【００２４】
融着処理は、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との端面を対向させて配置し、両端面を突き当てた状態で加熱することで行われる。この融着処理は、光ファイバ融着接続機を用いて行うことができるが、調心性能に優れたコア直視型光ファイバ融着接続機を用いて行うことが好ましい。光ファイバ融着接続機を用いて融着処理を行うことで、従来よりもコア径の小さいプロセスファイバケーブル３を用いることが可能となり、コア径の小さいケーブル２，３同士を接続することにより、レーザの広がり角Ｍを小さくすることができ、切削速度を上げることができる。
【００２５】
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のコア径は、約１００μｍ以下が好ましく、約５０μｍ以下がさらに好ましい。クラッド径については特に限定されず、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とで異なるクラッド径としてもよく、同一径であってもよい。
【００２６】
続いて、本発明のファイバ接続構造１が適用されるファイバレーザ加工機とファイバレーザ発振器について図２〜図１０を参照しながら説明する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、ファイバレーザ加工機１０（以下、レーザ加工機と呼ぶ。）は、加工機本体２０と、加工機本体２０に接続されるファイバレーザ発振器２１（以下、レーザ発振器と呼ぶ。）及び制御装置２２と、加工機本体２０に接続して配設されるパレットチェンジャ２３と、空気中の窒素ガスを分離するために使用されるブースターコンプレッサ２４やエアコンプレッサ２５、又は、酸素ガスボンベ２６などを備えるアシストガス供給部２７と、レーザ発振器２１及びレーザ加工ヘッド４０（以下、加工ヘッドと呼ぶ。）を冷却する冷却水を供給するチラーユニット２８、及び加工時に発生する塵埃などを排除する集塵機２９などを主に備える。
【００２８】
なお、本実施形態において、前方とは、加工機本体２０とパレットチェンジャ２３の並び方向（図２のＸ方向）において加工機本体２０寄りの方向を表わし、後方とは、該並び方向において、パレットチェンジャ２３寄りの方向を表わす。また、左方及び右方は、該並び方向に直交する方向（図２のＹ方向）において、後方から前方を見たときの方向で表わされる。
【００２９】
加工機本体２０の一部をなし、加工機本体２０の外形を形成するキャビン３０内には、パレット３１を所定の方向であるキャビン３０の長手方向（Ｘ方向）に駆動するパレット駆動機構３２と、パレット３１に搭載されたワークＷを加工するためのレーザ光を照射する加工ヘッド４０と、加工ヘッド４０を駆動する加工ヘッド駆動機構４９と、加工時に切断された切り屑等を回収するための回収コンベア６０と、が収容されている。
【００３０】
図４に示すように、加工ヘッド４０は、加工機本体２０に設けられ、加工ヘッド駆動機構４９によって、Ｘ方向、キャビン３０の幅方向（Ｙ方向）及びキャビン３０の上下方向（Ｚ方向）に移動可能である。具体的に、左右に設けられた一対の支持台４１には、梁状のＸ方向可動台４２が跨って配置され、このＸ方向可動台４２は、Ｘ軸モータ４３によりＸ方向に駆動される。また、Ｘ方向可動台４２には、Ｙ軸モータ４４により駆動されてＹ方向に移動可能なＹ方向可動台４５が配設されている。Ｙ方向可動台４５は、Ｘ方向可動台４２内に配置された不図示のラックに、Ｙ軸モータ４４の回転軸に固定された不図示のピニオンが噛合するラックピニオン機構によりＹ方向に駆動される。また、Ｙ方向可動台４５には、Ｚ軸モータ４６により駆動されるラックピニオン機構を用いて加工ヘッド４０がＺ方向に移動可能に配設されている。
【００３１】
なお、図２の実線及び図３の点線で示す加工ヘッド４０は、Ｘ方向で最も前方に位置した状態（パレット３１の加工時設置位置）を表わし、図２及び図３の一点鎖線で示す加工ヘッド４０は、Ｘ方向で最も後方に位置した状態を表わしている。
【００３２】
加工ヘッド４０には、レーザ発振器２１から延びるプロセスファイバケーブル（先端のみ図示）３が、Ｘ方向用ケーブルべア（登録商標）４８ｘ、及びＹ方向用ケーブルべア（登録商標）４８ｙを介して配索することで接続されている。また、加工ヘッド４０内には、プロセスファイバケーブル３の出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズ５１と、平行光線化されたレーザ光を集光するための集光レンズ５２と、が配置されており、集光レンズ５２は、加工ヘッド４０に対してＺ方向に位置調整自在に設けられている。
【００３３】
また、図５に示すように、加工ヘッド４０の周囲には、チラーユニット２８から供給される冷却管５６が接続されており、プロセスファイバケーブル３の出射端と、集光レンズ５２の周囲を冷却する。さらに、加工ヘッド４０の周囲には、加工ヘッド４０内に、アシストガス供給部２７から窒素ガス、或いは酸素ガスのアシストガスを供給するガス供給管５７や、加工ヘッド４０のレーザノズル５３近傍に向けて、窒素ガス、或いは酸素ガスのアシストガスを吹き付けるサイドノズル５４に接続されるガス供給管５８が設けられている。
【００３４】
これらの冷却管５６やガス供給管５７，５８は、Ｚ方向用ケーブルべア（登録商標）４８ｚを通過した後、プロセスファイバケーブル３とともに、Ｘ方向用ケーブルべア（登録商標）４８ｘ、及びＹ方向用ケーブルべア（登録商標）４８ｙに配索されて、チラーユニット２８及びアシストガス供給部２７に接続される。
【００３５】
加工ヘッド４０は、レーザ発振器２１を作動させると、レーザ光がプロセスファイバケーブル３を介してコリメータレンズ５１で平行光線化され、更に平行光線化されたレーザ光が集光レンズ５２に入射して集光し、レーザノズル５３からワークＷの加工部に照射されてワークＷを加工する。加工に際して、アシストガス供給部２７から供給されるアシストガスは、レーザノズル５３やサイドノズル５４からワークＷの加工部に向けて噴出して、加工時に生じた溶融した金属を吹き飛ばす。
【００３６】
図２及び図３に示すように、パレット駆動機構３２は、Ｘ方向に沿ってパレット３１の右側面と対向する位置に配設され、駆動モータ３３によって回転駆動される無端チェーン３４と、パレット３１の下面側に設けられた複数のローラ３６が転動案内され、パレット３１を支持するレール３５と、を有する。そして、駆動モータ３３により無端チェーン３４が回転駆動すると、無端チェーン３４に設けられたピン（図示せず）が、パレット３１の係合部（図示せず）に係合し、レール３５上のパレット３１をＸ方向に移動させる。
【００３７】
図６〜図８に示すように、キャビン３０には、正面３０Ｆに開閉扉であるガルウィング３８が設けられ、正面３０Ｆに対して反対側となる背面３０Ｂに横長スリット状に形成された搬入出口３７が、パレットチェンジャ２３に対応して設けられている。これにより、大ロット製品の加工時には、ワークＷを載置するパレット３１を搬入出口３７を介して搬入出し、小ロット製品の加工時には、ガルウィング３８からワークＷを搬入出し、ロットの大きさに対応した搬入出作業を行うことができる。
【００３８】
また、キャビン３０の正面３０Ｆには、ガルウィング３８の側方に第１操作盤７５が配置され、左側面３０Ｌには、第２操作盤７０が背面３０Ｂ寄りに配置されている。さらに、キャビン３０の正面３０Ｆで、ガルウィング３８の下方には、作業者が足で操作可能なフートスイッチ７６が配置されている。
【００３９】
キャビン３０の右側面３０Ｒには、レーザ発振器２１を収納する凹状の発振器収納部３０ａが略中央部に配置されている。この発振器収納部３０ａに配置されるレーザ発振器２１は、図９に示すように、箱型の筐体８０内に、レーザ光を生成する複数（本実施形態では、４つ）のファイバレーザモジュール８１が縦に積み重ねて収容され、その上方に、各ファイバレーザモジュール８１からの出力ケーブル８２が接続されるコンバイナ８３が収容されている。さらに、コンバイナ８３の上方には、コンバイナ８３とフィーディングファイバケーブル２で接続される融着ボックス８４が収容されている。
【００４０】
融着ボックス８４には、図１０に示すように、フィーディングファイバケーブル２が導入される側と反対側に、加工ヘッド４０に繋がるプロセスファイバケーブル３が導入され、融着ボックス８４内に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の融着部４が配置されている。コンバイナ８３及び融着ボックス８４は、それぞれ筐体８０から引き出し可能なコンバイナテーブル８５及び融着テーブル８６上に配置されている。
【００４１】
図２及び図３、図６に戻って、パレットチェンジャ２３は、搬入出口３７が設けられたキャビン３０の背面３０Ｂに対向して配置されている。パレットチェンジャ２３は、図２に示す駆動機構６１によって上下駆動される可動フレーム６２を有し、可動フレーム６２の左右側方に設けられた角張った略Ｃの字状レール６３上に２台のパレット３１を上下に２段配置することができる。
【００４２】
上側のパレット３１は、角張った略Ｃの字状レール６３の上側レール面６３ａ上に載置され、また、下側のパレット３１は、角張った略Ｃの字状レール６３の下側レール面６３ｂ上に載置される。角張った略Ｃの字状レール６３上に２段配置されたパレット３１は、駆動機構６１で可動フレーム６２を上下駆動することで、角張った略Ｃの字状レール６３上のパレット３１を上下に移動して、キャビン３０内に配設されたレール３５と同じ高さとなるように高さ調節が可能であり、該レール３５と同じ高さに位置するパレット３１を、搬入出口３７を介してパレットチェンジャ２３とキャビン３０内との間で搬入出することができる。
【００４３】
また、可動フレーム６２の下方には、ワークＷをパレット３１の基準に突き当てるため、ワークＷをパレット３１上で移動させるためのフリーベアリング６４を最上部に備えるワークリフタ６６が昇降可能に設けられている（図６参照）。なお、図２及び図３において、符号６５は、ワークリフタ６６を上下駆動する駆動機構６７を作動させるためのフートスイッチである。
【００４４】
図２に示すように、パレットチェンジャ２３を囲う作業エリアＷＡの各角部には、投光器７１、反射板７２、及び受光器７３からなるセンサが配置されており、投光器７１から照射した光を、３つの反射板７２で反射して受光器７３で受光することにより、作業エリアＷＡ内への作業者等の出入りを監視している。また、キャビン３０の背面３０Ｂには、エリアセンサ７４が配設されて、作業エリアＷＡ内の作業者等の有無を検出する。投光器７１、反射板７２、及び受光器７３からなるセンサ、またはエリアセンサ７４が作動したときは、作業エリアＷＡ内に作業者等がいると判断してパレットチェンジャ２３の搬入出作業を禁止し、これにより作業者等の安全が確保される。
【００４５】
本実施形態のファイバ接続構造１は、上記したレーザ加工機１０に限らず種々のファイバレーザ加工機に適用することができるが、特に上記したレーザ加工機１０に適用することで、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との融着部４を、レーザ発振器２１の筐体８０内から引き出し可能な融着テーブル８６上に配置することができる。これにより、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との融着処理が容易となり、通常、工場等のクリーンルームで行われる融着処理を、レーザ加工機１０の組立場所、又は、レーザ加工機１０の設置場所等で行うことが可能となる。即ち、プロセスファイバケーブル３の交換時等、筐体８０内から融着テーブル８６を引き出し、引き出した部分を簡易クリーンブースで覆って簡易的なクリーンルームを形成することで容易に融着処理を行うことができる。なお、融着テーブル８６と融着ボックス８４は一体に形成されていてもよく、別体で形成されていてもよい。
【００４６】
また、コンバイナテーブル８５は必ずしも筐体８０から引き出し可能である必要はないが、融着テーブル８６と同様に引き出し可能とすることで、ファイバレーザモジュール８１の交換、増設等の作業を容易に行うことが可能となる。
【００４７】
また、レーザ加工機１０では、レーザ発振器２１をキャビン３０の右側面３０Ｒに形成された発振器収納部３０ａに収容することができるので、加工機本体２０から離れてレーザ発振器が設置されている場合に比べて、まとまりがよく、加工機本体２０のキャビン３０に収容できるためレーザ加工機１０全体を小型化することができる。また、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とを融着した状態で、レーザ発振器２１とファイバレーザ加工機本体２０とを一緒に運搬することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例について説明する。
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。【００４９】
図１１は、それぞれのファイバレーザ加工機における板厚に対する上限切断速度をまとめたグラフであり、図１２（ａ）は板厚１ｍｍのときのそれぞれのファイバレーザ加工機の上限切断速度を示すグラフであり、図１２（ｂ）は板厚２ｍｍのときのそれぞれのファイバレーザ加工機の上限切断速度を示すグラフである。【００５０】
図１１から、板厚３ｍｍではそれほど上限切断速度に差はなかったが、板厚が薄くなるにつれて上限切断速度に大きな差が生じた。板厚ｔ＝２ｍｍの場合、図１２（ｂ）から明らかなように、実施例１のファイバレーザ加工機は、２倍の出力を有する、比較例１のファイバレーザ加工機及び比較例３の炭酸ガスレーザ加工機とほぼ同程度の上限切断速度を示した。また、実施例２のファイバレーザ加工機は、同じ出力を有する比較例１のファイバレーザ加工機及び比較例３の炭酸ガスレーザ加工機の３倍以上の上限切断速度を示し、さらに２倍の出力を有する比較例２のファイバレーザ加工機とほぼ同程度の上限切断速度を示した。【００５１】
板厚ｔ＝１ｍｍの場合、図１２（ａ）から明らかなように、実施例１のファイバレーザ加工機は、２倍の出力を有する、比較例１のファイバレーザ加工機と同程度の上限切断速度を示し、比較例３の炭酸ガスレーザ加工機の約３倍の上限切断速度を示した。また、実施例２のファイバレーザ加工機は、同じ出力を有する、比較例１のファイバレーザ加工機の２倍以上、比較例３の炭酸ガスレーザ加工機の６倍以上の上限切断速度を示し、さらに２倍の出力を有する比較例２のファイバレーザ加工機よりも高い上限切断速度を示した。【００５２】
このように本実施形態のファイバ接続構造を採用したファイバレーザ加工機によれば、特に２ｍｍ以下の薄板材の切断に際し、同じ出力を有するレーザ加工機及び炭酸ガスレーザ加工機に比べて顕著に高い上限切断速度を示し、２倍の出力を有するレーザ加工機とほぼ同程度の上限切断速度を示した。これは、同じ出力を有するレーザ加工機に対しては上限切断速度の違いから同じ切断作業を短時間で行うことができることを意味し、２倍の出力を有するレーザ加工機に対しては同じ切断作業を少ない消費電力で行うことができることを意味している。【００５３】
以上説明したように、本発明によれば、融着により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とを接続することで、フィーディングファイバケーブル２のコア径と等しいコア径のプロセスファイバケーブル３を用いることができ、コア径の違いによる輝度の低下を抑制することができ、ビーム品質を向上させることができる。また、融着によりプロセスファイバケーブル３のコア径を従来よりも小さくすることが可能となり、ビームモードとも称されるレーザの広がり角を小さくすることができ、切削速度を上げることができる。【００５４】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。【００５５】
例えば、レーザ発振器２１の筐体８０内の構成については、上記実施形態に限定されるものではなく、複数のファイバレーザモジュール８１が横に並べて配置されていてもよい。また、少なくとも１つのファイバレーザモジュール８１が収容されていればよく、その数は適宜変更することができ、後に増設できるようにモジュール設置空間が確保されていてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１      ファイバ接続構造
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
【図１】
2014065360.tif 000003
【図２】
2014065360.tif 000004
【図３】
2014065360.tif 000005
【図４】
2014065360.tif 000006
【図５】
2014065360.tif 000007
【図６】
2014065360.tif 000008
【図７】
2014065360.tif 000009
【図８】
2014065360.tif 000010
【図９】
2014065360.tif 000011
【図１０】
2014065360.tif 000012
【図１１】
2014065360.tif 000013
【図１２】
2014065360.tif 000014
【図１３】
2014065360.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月27日(2015.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ＰＤ＝Ｐ／（ｄ×π）          （ａ）
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ｄ＝（α×Ｍ×λ×ｆＬ）／Ｄ
＝（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。
【国際調査報告】
2014065360.tif 000016
2014065360.tif 000017
2014065360.tif 000018
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