JP5335338B2 - Laser connector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ用コネクタに係り、特に、遠隔操作可能なハイパワーレーザを伝送するコネクタに関する。 The present invention relates to a laser for connectors, in particular, it relates to a connector for transmitting the remote-controlled high-power laser.
従来、原子力発電所等の放射線環境下等に使用される遠隔操作可能な自動コネクタとしては、特許文献1のような簡易な着脱機構を有するものが公知である。
しかしながら、上記特許文献1に開示の自動コネクタは水中での使用に主眼が置かれ、ハイパワーレーザの伝送用コネクタとしては、使用が困難であった。
即ち、相互に接続されるファイバ(端面)の軸心と光学的相手部材の軸心の高精度の一致が不十分である等の点で、ハイパワーレーザ用の遠隔操作可能なコネクタとしては、問題があった。
However, the automatic connector disclosed in
That is, mutually axis and matches the axial center of the high-precision optical mating member of the connected fiber (the end face) in terms of such is inadequate, remotely operable connectors for high power laser the then, there has been a problem.
そこで、本発明は、遠隔操作によって光学的軸心を高精度に一致させつつ(光軸調整しつつ)自動的に接続が可能であって、原子力発電所等の放射線環境下等にての使用に好適なレーザ用コネクタを提供することを目的とする。
さらに、無人環境における上述の遠隔操作を、少ない操作で確実に行い得ることを、他の目的とする。
Accordingly, the present invention is far while matching the optical axis with high accuracy by隔操operation (while adjusting the optical axis) be capable of automatically connecting, of at radiation environment such as a nuclear power plant and to provide a connector for a suitable laser to use.
It is another object of the present invention to reliably perform the above-described remote operation in an unattended environment with few operations.
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ用コネクタは、先端縮径状の先端テーパ部と、該先端テーパ部に隣設形成される円形ストレート状調芯部と、外周面に形成される雄ネジとを有するレーザ用コネクタであって、座ぐり部とストレート孔部と下方縮径状テーパ孔部とを上から下へ順に有する挿入孔が形成された取付用相手部材の該挿入孔に、上記先端テーパ部及び調芯部を挿入自在とし、かつ、内周面に雌ネジが形成され上記挿入孔への挿入深さを微調整するための円環状調整リングを、上記雄ネジに、コネクタ軸心方向に螺進退させて固定し、上記調整リングの先端面を、上記挿入孔の座ぐり部の底面から成る当り面に当接する当接面とし、上記当り面に上記当接面が当接した挿入完了状態で、上記先端テーパ部が上記挿入孔のテーパ孔部に対して微小間隙を形成すると共に上記調芯部が上記挿入孔のストレート孔部に嵌合して上記コネクタ軸心が上記挿入孔の孔軸心と一致するようにしたものである。 In order to achieve the above object, a laser connector according to the present invention is formed on a tip tapered portion with a reduced diameter tip, a circular straight alignment portion formed adjacent to the tip tapered portion, and an outer peripheral surface. A laser connector having a male screw , wherein the insertion hole of the mounting mating member is formed with an insertion hole having a counterbore portion, a straight hole portion, and a lower diameter tapered hole portion in order from top to bottom. , and freely inserting the distal tapered portion and the centering portion, and an annular adjustment ring for internal thread formed on an inner peripheral surface to finely adjust the insertion depth into the insertion hole, into the male thread The tip of the adjustment ring is fixed by being screwed back and forth in the connector axial direction, and the contact surface is in contact with the contact surface formed by the bottom surface of the counterbore of the insertion hole, and the contact surface is in contact with the contact surface. When the insertion is completed, the tip taper is not inserted into the insertion hole. Those the alignment unit has to the connector axis fitted in the straight hole portion of the insertion hole matches the hole axis of the insertion hole so as to form a minute gap relative to the over-Pas hole Oh Ru.
本発明は、次のような著大な効果を奏する。
ハイパワーレーザ(本発明では、「1kW以上」を伝送するものを言う)用として放射線環境下での使用に好適なコネクタである。特に、(無人で)遠隔操作によって、取付用相手部材に高精度の光学的結合が確実かつスムーズに行うことができる。また、少ない操作によって、容易かつ確実に取付用相手部材にコネクタ取付(接続)できる。
The present invention has the following remarkable effects.
High power laser (in this invention, refers to transmitting the "1kW or more") is a suitable connector for use in a radiation environment for the. In particular, high-precision optical coupling to the mounting counterpart member can be performed reliably and smoothly by remote control (unattended) . Also, the few operations can be easily and reliably mounting mating member to the connector mounting (connection).
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図1〜図3に於て、コネクタ取付構造の実施の一形態を示す。
1はレーザ用コネクタであり、Zは、取付用相手部材であってコネクタ取付ステージと呼ぶ場合もあり、例えば、光学ヘッド部材2と、これを固着した基枠3等から構成され、取付用相手部材(取付ステージ)Zの光学ヘッド部材2には、挿入孔4が、鉛直状軸心L4 をもって上方開口状に形成され、この挿入孔4に、コネクタ1の先端テーパ部5が上方から矢印Aのように挿入可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
1 to 3 show an embodiment of a connector mounting structure.
光学ヘッド部材2の上面6に凹設された上記挿入孔4は、浅い座ぐり部4Aと、短いストレート孔部4Bと、下方縮径状のテーパ孔部4Cとを、上から下へ順に備えている。浅い座ぐり部4Aの底面は(後述の)当り面7を構成し、また、ストレート孔部4Bは内径寸法公差を厳しく精密加工されている。なお、光学ヘッド部材2の下部には、溶接ヘッド,切換ヘッド等の各種加工ヘッド8が取付けられる。図1(及び後述の図13, 図14)では、光軸を直線状として加工ヘッド8が設けられている場合を示すが、この他、図18に示すように、90°光軸を曲げる反射ミラー88をヘッドに内有させるも、好ましい。
コネクタ1は、図1〜図4に示すように、先端縮径状の先端テーパ部5と、この先端テーパ部5に隣設形成された円形ストレート状調芯部9とを有し、この調芯部9は外径寸法公差を厳しく精密加工されている。
The
As shown in FIGS. 1 to 4, the
この先端テーパ部5及び調芯部9は、矢印Aのように送り込まれて、挿入孔4に挿入される。その際の挿入深さを微調整するために、円環状調整リング10を、コネクタ1が備えている。即ち、コネクタ本体11の外周面に雄ネジ12を形成すると共に、調整リング10の内周面に雌ネジ13を形成して、調整リング10の回転によって、調整リング10はコネクタ軸心L1 の方向に進退させて固定自在であり、例えば、図4に示すような止めネジ10Bにて、(あるいは、図示省略のダブルナット構造として、)固定する。図3は挿入完了状態(取着状態)を示し、円環状調整リング10の先端面が、相手部材Z(光学ヘッド部材2)への当接面10Aとして、前記当り面7に当接し、同時に、挿入孔4のストレート孔部4Bに、円形ストレート状調芯部9が、密に嵌合して、孔軸心L4 とコネクタ軸心L1 とを、高精度に一致させている。このとき、挿入孔4のテーパ孔部4Cに対して先端テーパ部5は微小間隙を有している。
The tip tapered
ここで、レーザ伝送用光ファイバの先端に取付されたコネクタ1の先端部を取付用相手部材Zの挿入孔4に挿入して保持固定するコネクタ取付構造について、図1〜図3に基づいて簡略説明すると、コネクタ1は遠隔操作用ロボットのハンド部にて掴持されて、コネクタ軸心L1 が挿入孔4の孔軸心L4 に一致するように、孔軸心L4 と直交する横方向(図1〜図3では左から右へ向かう方向)Eから送り込んで、該コネクタ1を受け取って保持する遠隔操作可能なクランプ手段Cを、備えている。また、このクランプ手段Cにて保持されたコネクタ1を孔軸心L4 に沿って移動させて(矢印A参照)、挿入孔4に挿入させる遠隔操作可能な直線往復動手段Kを、備えている。
Here, a connector mounting structure in which the tip end portion of the
この直線往復動手段Kは、基枠3の柱状部材14に固設のスライド用ガイドレール15, 15と、このガイドレール15, 15に誘導案内されるように取付けられたスライドガイド16, 16と、このスライドガイド16, 16に固着された往復移動台17等から構成されている。
また、クランプ手段Cは、往復移動台17へ固着された固定側の半円弧体18と、この半円弧体18にピン19にて、図2の実線と破線のように開閉自在(揺動可能)に枢結された可動側半円弧体20と、両半円弧体18, 20を閉状態に固定保持して、コネクタ1を掴持する蝶ネジ・ボルト結合21等から構成される掴持具72を備えている。固定側半円弧体18は、横方向Eからコネクタ1が差込可能なように、横方向を向いて開口している。(なお、詳細は、参考例を示す図13〜図17に於て、後述する。)
The linear reciprocating means K includes
Further, the clamping means C is openable and slidable as shown by the solid line and broken line in FIG. 2 with a
次に、図4と図5に示すように、コネクタ1は、その外周面の一部に、相互に平行な二平面22, 22を切欠形成して、遠隔操作用ロボットのハンド部23にて掴持自在な把持部Dとする。
図4では、コネクタ本体11の基端に固着したブラケット24に、相互に平行な二平面22, 22を形成して、把持部Dとしている。しかも、このブラケット24には、フランジ部25, 26が所定間隔をもって突設されており、ハンド部23が両フランジ部25, 26の間に差込み状として、図5中の矢印F,Fのように作動して、二平面22, 22を掴持する。
なお、図示省略するが、二平面22, 22をコネクタ本体11に配設するも、好ましい。また、図5は図4のG−G断面矢視図であるが、ブラケット24、及び、それよりも内径側の部位は簡略化して図示している。
Next, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the
In FIG. 4, two
Although not shown, it is also preferable to arrange the two
次に、図6と図7に示したコネクタ1の実施の形態について説明すると、27は光ファイバケーブルであり、この光ファイバケーブル27の先端に延伸した光ファイバ28の端面28Aに、先端側に拡径する石英チップ30の細径端面30Aを融着一体化し、この石英チップ30の大径出射端面30Bにおけるエネルギ密度を低下させている。しかも、図7のように、予め挿入ユニット構造体29にサブユニット化してから、コネクタ本体11の内部へ挿入して組立てられる。また、31はユニット構造体29のコネクタ本体11の孔部32への挿入深さを調整するための調整部材であり、孔部32の段付部32Aに、リング状の調整部材31の先端面が当接する。
そして、図6に示すように、冷却水路33及びパージエア流路34を、コネクタ本体11はその内部に有する。冷却水入口継手35と冷却水出口継手36とパージエア入口継手37を、コネクタ本体11に付設する。
Next, the embodiment of the
And as shown in FIG. 6, the connector
さらに、図13と図14、及び、図4と図5に於て、遠隔操作用ロボットRのハンド部23によって接続可能な、少なくとも3個の中継管継手38, 38, 38を、取付板片39にて配設する。この中継管継手38は、取付板片39に固着のプラグ38Aと、ハンド部23にて掴持されて、図14の矢印Hのようにプラグ38Aに押込めば自動的にワンタッチで接続されるソケット38Bと、から成るのが好ましい。
そして、各中継管継手38と、上記冷却水入口継手35・冷却水出口継手36・パージエア入口継手37とを、可撓管40にて連通連結する(図14に於て点線にて示す)。なお、図4及び図5では、可撓管40は図示省略している。一枚の取付板片39に全ての中継管継手38, 38, 38を集中させ、かつ、同一の向きに平行に配置することで、図14に示した矢印H方向の作動を、繰返して、容易迅速にロボットRのハンド部23にて、接続可能である。
Further, in FIGS. 13 and 14, and FIGS. 4 and 5, at least three
Then, each
図4と図5に示す実施の形態に於ては、コネクタ本体11とブラケット24とを組付けてコネクタ胴部41を形成すると共に、このコネクタ胴部41の外周面の一部に、相互に平行な二平面22,22を切欠形成して、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて掴持自在な把持部Dとすると共に、上記取付板片39は、上記把持部Dに対して軸心方向近傍位置に配設し、かつ、上記中継管継手38,38,38が取着される取着領域Jが、軸心方向から見て、上記ハンド部23の接近側と 180°反対側に、配設されている。
In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the
即ち、図5に於て2点鎖線にて示した取着領域Jは、同図の右側に描かれており、ハンド部23は同図の左側が接近側であって、相互に 180°反対側にあるので、ハンド部23が干渉せず好ましい。
しかも、図5に示すように、ハンド部23の把持部Dの二平面22, 22の間隔寸法W22の帯状領域42内に、中継管継手38,38,38が全て配設されている。つまり、取着領域Jが、帯状領域42内に存在するように形成して、ハンド部23が把持(掴持)状態にて、図5のように右方向まで延伸したとしても、中継管継手38と干渉しない利点がある。
That is, the attachment region J indicated by a two-dot chain line in FIG. 5 is drawn on the right side of the drawing, and the
In addition, as shown in FIG. 5, all the relay pipe joints 38, 38, 38 are arranged in the band-
次に、図13〜図15について説明すると、コネクタ胴部41の外周面の一部をロボットハンド把持部Dとすると共に、上記取付板片39は、上記ロボットハンド把持部Dの近傍の固着用第1片部39Aと、該第1片部39Aに関して上記ロボットハンド把持部Dと軸心反対方向に設けられた中継管継手取着用第2片部39Bと、を有し、軸心方向から見て、上記ハンド部23の接近側に上記第2片部39Bが突出状に設けられている。
The explanation will be made about 13 to 15, a portion of the outer peripheral surface of the
言い換えれば、図13と図14に示すように、取付板片39は、相互に平行な第1片部39Aと第2片部39Bの2段構造とし、間隔保持片43にて、コネクタ軸心L1 方向に所定間隔をもって分離して、矢印Eで示す横方向から接近するハンド部23との干渉を巧妙に避けている。
そして、ハンド部23の接近側(図13〜図15の左側)に、第2片部39Bが突設して、中継管継手38,38,38が列設しており、コネクタ1をハンド部23にて取付用相手部材Zへ取付けた後に、迅速に、(図14の左上方に図示したように)中継管継手38の接続作業を行い得る利点がある。
In other words, as shown in FIGS. 13 and 14, the mounting
And the
次に、図6にもどってコネクタ1の他の具体的構成を説明する。このレーザコネクタ1は先端窓ホルダ45(先端防塵ヘッドということもある)を有し、この先端窓ホルダ45は先端窓ガラス44を内有し、かつ、外周面には(既述の)先端テーパ部5が形成されている。さらに、このホルダ45の孔部の基端に雌ネジ46が形成され、略円筒状の水冷ホルダ47の先端の雄ネジ48に螺着されている。
この水冷ホルダ47には、先端寄りの段付部49Aをもって、先端小径孔部49Bを形成した軸心孔49が貫設される。
Next, returning to FIG. 6, another specific configuration of the
The
挿入ユニット構造体29が基端から挿入されるユニット保持筒50が、上記水冷ホルダ47の基端から挿入、保持されている。つまり、ユニット保持筒50は水冷ホルダ47の基端から挿入されて、ユニット保持筒50の先端部は、水冷ホルダ47の先端の小径孔部49Bに密嵌状に挿入され、(図示省略の)シール材にて、密封され、冷却水の先端側への洩れを防止している。そして、既述の冷却水入口継手35と冷却水出口継手36が取着されるラジアル方向孔部33A,33Aが軸心L1 方向に位置をずらせて、基端と先端寄りに、上記水冷ホルダ47に形成される。さらに、ユニット保持筒50の外周面と、軸心孔49との間には、円筒型水路部33Bが形成され、上記ラジアル方向孔部33A,33Aと円筒型水路部33Bとを連通して、冷却水路33を構成する。これによって、挿入ユニット構造体29の軸心方向中央部位の発熱しやすい部位を、薄肉としたユニット保持筒50を介して冷却できる。
A
ところで、51は内部保護用内窓ガラスであり、ユニット保持筒50の孔部先端に固着される。この内窓ガラス51は、前記石英チップ30の大径出射端面30Bに近接状に対面する。
従って、先端窓ホルダ45の着脱にかかわらず、防塵が最も要求される大径出射端面30Bに近接して、内窓ガラス51が対面する。このように内窓ガラス51は、ユニット保持筒50に固着され、ユニット保持筒50は先端側が密封された状態として、閉鎖され、大径出射端面30Bは清浄に維持できる。
Incidentally,
Therefore, regardless of whether the
なお、ユニット保持筒50の基端大径部には雄ネジ52を設け、カップリングナット53を着脱自在に螺着し、挿入ユニット構造体29の基端に(図示省略のビス等にて固着された)ブラケット固着用部材54が、固着されている。
また、ネジ46, 48にて取着された先端窓ホルダ45の内端面45Aと、水冷ホルダ47の先端面47Aとの間にギャップを形成して、内窓ガラス51と先端窓ガラス44の間に空室部55を設ける。
The
Further, a gap is formed between the
パージエア入口継手37は水冷ホルダ47の外周の一部に付設され、パージエア流路34は、この継手37から上記空室部55とを連通連結するように、水冷ホルダ47に設けられる。
先端窓ガラス44は、窓ホルダ45の孔部に、先端側から嵌め込まれて、エア噴出小溝を複数ずつ有するエア噴出リング56・押えリング57を順次取着し、空室部55に一旦導入されたパージエアは、エア噴出リング56・押えリング57等のエア噴出小溝(小孔)等のパージエア噴出部Mを介して、先端窓ガラス44の先端側外面44Aの防塵を行う。このとき、空室部55内はパージエアによる陽圧状態となって、先端側(外部)から粉塵が侵入せず、内窓ガラス51の外面、及び、先端窓ガラス44の内面も、常に清浄に保たれる。
The purge air inlet joint 37 is attached to a part of the outer periphery of the
The
次に、図6に於て、(図1の)挿入孔4への挿入深さを調整するための円環状調整リング10の当接面10Aの軸心方向位置は、内部のレーザ伝送用光ファイバ28の出射端側の焦点位置N───即ち、図6では光ファイバ端面28Aに相当する位置───に略一致させる。言い換えると、石英チップ30の細径端面30Aの位置と、調整リング10の当接面10Aの軸心方向位置とを、略一致させて、外観的に焦点位置Nが判断可能として、光学部品が接続される部品(例えば、図1,図14の光学ヘッド部材2)等の設計が容易となる。
Next, in FIG. 6, the axial position of the
また、図6と図7に示すように、以下の特徴的構成も具備している。即ち、コネクタ軸心L1 に沿って挿入された光ファイバ28の端面28Aに、先端側に拡径する石英チップ30の細径端面30Aを融着一体化し、該石英チップ30の大径出射端面30Bにおけるエネルギ密度を低下させると共に、上記光ファイバ28の上記端面28Aを出射端側焦点位置Nに略一致させ、さらに、上記石英チップ30の大径出射端面30Bに近接して内部保護用内窓ガラス51を設け、かつ、先端寄りに先端窓ガラス44を配設し、該先端窓ガラス44の内面と上記焦点位置Nまでの軸心方向距離L44が、上記内窓ガラス51の内面と上記焦点位置Nまでの軸心方向距離L51の 1.5倍〜10倍の範囲に設定している。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the following characteristic configuration is also provided. That is, the
このように、 1.5・L51≦L44≦10・L51に設定することで、清浄なパージエアに接している内窓ガラス51から、外気に触れる先端窓ガラス44を十分に離間させることとなり、この先端窓ガラス44の伝送レーザのエネルギ密度を、約1/2〜1/ 100に低下させ、外気の塵が外面44Aに付着して焼けて先端窓ガラス44を焼損させることを防止し、寿命を延ばし得る利点があり、さらに、清浄なエアを流すための前述の空室部55を十分に形成可能となる。
なお、L44< 1.5・L51の場合は、外面44Aのエネルギ密度が十分に低くできず、先端窓ガラス44の焼損及び寿命短縮の問題を生ずる。逆に、10・L51<L44の場合は、コネクタ1の軸心方向寸法が過大となり、かつ、先端窓ガラス44の外径寸法が過大となり、コネクタ1のコンパクト化が難しくなる。
Thus, by setting 1.5 · L 51 ≦ L 44 ≦ 10 · L 51 , the
In the case of L 44 <1.5 · L 51 , the energy density of the
次に、図8に示した他の実施の形態では、図6,図7にて説明した実施の形態と、以下の点で相違している。即ち、挿入ユニット構造体29の構成を用いずに、光ファイバ28、及び、それに付属の最少の部品を、直接的に、コネクタ本体11内へ挿入する構造である。さらに、水冷ホルダ47が2分割結合構造として、基端水冷ホルダ47Bと先端水冷ホルダ47Fを別々に製作して後に、連結一体化した構造である。
図8に於て、図6(図7)と同一符号は同様の構成を示し、繰り返しての重複説明を省略する。
Next, the other embodiment shown in FIG. 8 differs from the embodiment described with reference to FIGS. 6 and 7 in the following points. That is, without using the configuration of the
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 6 (FIG. 7) denote the same components, and repeated description will be omitted.
次に、図9〜図11に示す別の実施の形態について説明する。図6と図7にて述べた実施の形態との相違点は、コネクタ本体11と水冷ホルダ47の先端部位、及び、先端防塵ヘッド65(先端窓ホルダ45)の形状と構造、さらに、それ等の内部に付設される部品等にある。
具体的にそれ等の相違点から説明すると、まず、コネクタ先端に、開閉自在な防塵用シャッタ機構Sを具備している。このシャッタ機構Sは、コネクタ先端から突出状に円錐コイルバネや通常のコイルバネ又は板バネ等の(図10に示した)弾発部材58にて付勢された円筒状感知筒体59と、シャッタ本体60と、上記感知筒体59の軸心方向往復動をシャッタ本体60の開閉作動に変換する切換手段61とを、備え、前述の挿入孔4への非挿入状態では、上記弾発部材58の弾発力が上記切換手段61を介してシャッタ本体60へ伝達されて、この弾発力によって、シャッタ本体60が閉状態を保つ。なお、本発明に於て、閉状態とは、シャッタ本体60の絞り孔62が完全に閉じた状態を含むが、それ以外に、絞りの機構上から微小な絞り孔62が存在している状態も含むものとする。
Next, another embodiment shown in FIGS. 9 to 11 will be described. The difference between the embodiment described with reference to FIGS. 6 and 7 is that the
Specifically, the difference will be described. First, a dust-proof shutter mechanism S that can be opened and closed is provided at the tip of the connector. The shutter mechanism S includes a
さらに具体的には、図6と図9とを比較すれば明らかなように、図6の先端窓ガラス44を省略して、代わりに、シャッタ本体60を内部保護用内窓ガラス51に近接状に配設している。また、シャッタ本体60は、多数の開閉羽根60Aと、これを包囲するリング体60Bと、リング体60Bの外周面からラジアル外方へ突出して開閉羽根60Aの絞り度合を変更させる作動ピン60Cとを、有する。図10の平面断面図のように、切換手段61は、感知筒体59の円筒壁に形成された斜め方向カム溝63と、上記作動ピン60Cのこのカム溝63への挿入部分をもって、構成される。
More specifically, as apparent from a comparison between FIG. 6 and FIG. 9, the
感知筒体59は、図10に於て、2点鎖線にて示す突出状態(自由状態)と、実線にて示した中間状態と、図9に実線にて示す後退状態に、切換わる。図2と図14に於て、相手部材Zの挿入孔4の内部に、段付面を形成して当り部64とする。コネクタ先端が、図10の2点鎖線で示すように感知筒体59が大きく突出状の状態で、取付用相手部材Zの挿入孔4へ挿入されてゆく際に、この挿入孔4の内部の当り部64に筒体59の先端面が接触し、弾発部材58に抗して、図10の実線を経て、さらに、図9のように、筒体59は後退し、これに連動するように切換手段61によってシャッタ本体60の開閉羽根60Aは、挿入孔4内部で開く。
In FIG. 10, the
そして、パージエア入口継手37に連通するパージエア流路34の先端は、水冷ホルダ47の先端面であって、シャッタ機構Sの近傍に開口している。即ち、パージエア噴出部66をコネクタ本体11の先端側に配設して、シャッタ機構Sに吹き付けて流し、シャッタ本体60の防塵を行う。
The distal end of the purge
内部保護用内窓ガラス51の内面は、図6の実施の形態で説明したようにユニット保持筒50にて包囲されて十分清浄に維持され、他方、内窓ガラス51の外面は、シャッタ機構S及びパージエア噴出部66から噴出するパージエアによって、十分に防塵される構造である。
なお、図9に於て、図6と同一の符号は同様の構成を示し、重複説明を省略する。
As described in the embodiment of FIG. 6, the inner surface of the
In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG.
次に、図12に示す、さらに他の実施の形態は、図8の実施の形態と、図9の実施の形態の先端部位とを、結合した構成であり、図8と図10と同一符号は、同様の構成であるので、重複説明を省略する。作用効果についても、図8と図10と同様である。 Next, still another embodiment shown in FIG. 12 is a configuration in which the embodiment of FIG. 8 and the tip portion of the embodiment of FIG. 9 are combined, and the same reference numerals as in FIGS. Since the configuration is the same, redundant description is omitted. The effects are also the same as in FIGS.
ところで、図4〜図12に於て、図13〜図17、及び、図1〜図3に示したクランプ手段Cによって掴持されるクランプ部68が、コネクタ本体11の軸心方向中間部位に、やや小径円周面をもって、設けられている。そして、図13〜図17に基づいて、コネクタ取付構造、及び、その作用と操作手順等について、以下説明する。
4 to 12, the
図15の破線から実線にて示したように、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて、コネクタ1の把持部Dを掴持する。次に、図13に示すように、孔軸心L4 と直交する横方向Eから、掴持したコネクタ1を取付用相手部材Zへ送り込み、遠隔操作可能なクランプ手段Cにて、受取って保持する。このとき、孔軸心L4 とコネクタ軸心L1 とが一致する(図14参照)。
また、クランプ手段Cにて保持したコネクタ1を、孔軸心L4 に沿って、矢印Aのように、直線往復動手段Kにて、送りを与える(降下させる)。
As indicated by the solid line from the broken line in FIG. 15, the grip part D of the
Further, the
クランプ手段Cは、横方向Eから送り込まれてくるコネクタ1の外周面の一部を、弾発的に拡開変形して受け取る仮保持用弾発挾持体69を有する。具体的には、往復移動台17から2本の線状バネ69A,69Aを矢印Eと反対方向へ突設して仮保持用弾発挾持体69とし、かつ、この線状バネ69A,69Aは、図16の矢印E方向から送り込まれてくる円形断面のコネクタ本体11の外周面にて、開脚するように誘導する先端拡幅誘導部70を備え、さらに、略半円弧状の最終保持部71が連続して形成されて、往復移動台17から水平状に突設され、例えば、コネクタ1のクランプ部68の上端縁に、弾発的に外嵌状として、挾持する。なお、弾発挾持体69を複数個、上下に所定間隔をもって、配設して、コネクタ軸心L1 に相違する複数の部位にて、弾発的にコネクタ1を仮保持するも、安定姿勢を確保して望ましい。
なお、線状バネ69A,69Aを、帯状の板バネをもって構成することも、自由である。
The clamping means C has a temporary holding bullet-carrying
Note that the
そして、クランプ手段Cは、このような仮保持用の弾発挾持体69の他に、さらに、本来のクランプ作用をなすための掴持具72を備えている。つまり、仮保持は、コネクタ自重を一旦、取付用相手部材Z側へ預け、次工程にて、遠隔操作によるクランプ手段Cの作動を、容易とする。
The clamping means C is provided with a gripping
掴持具72は、往復移動台17に固着された(固定側の)半円弧体18と、この半円弧体18にピン19にて、図17の破線と実線のように開閉(揺動)自在に枢結された可動側半円弧体20と、両半円弧体18, 20を閉状態に固定するボルト・ナット結合21A等から、構成される。両半円弧体18, 20の各自由端には、突片18A, 20Aが突設され、一方の突片18Aには、ボルト・ナット結合21Aのボルトの基端がピン73にて、図17に実線と破線のように揺動可能に枢着され、他方、他方の突片20Aには、ボルト・ナット結合21Aのボルトが差込可能な係止溝74が形成される。このボルト・ナット結合21Aのナット75は、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて容易に回転可能であり、螺進退にて、両半円弧体18, 20のロックとアンロックを行い得る。
The gripping
直線往復動手段Kについて説明すると、基枠(ステージ)3の柱状部材14にスライド用ガイドレール15,15が固設され、このガイドレール15, 15に沿って誘導案内可能としてスライドガイド16, 16が取付けられ、さらに、往復移動台17がスライドガイド16に固設されている。また、スライドガイド16にロックレバー76を付設するのも好ましい。つまり、ロックレバー76にて操作されるロック機構を付加すれば、正確な上下高さ位置に、スライドガイド16を固定可能となる。このロックレバー76の開閉も上記ハンド部23にて遠隔操作する。
The linear reciprocating means K will be described. Slide guide rails 15 and 15 are fixed to the
さらに、柱状部材14の上端にギヤボックス77を設け、このギヤボックス77から、スクリューシャフト78を垂設して、往復移動台17に付設のナット部材と、螺合させて、送りネジ機構を構成する。79は、送りネジ機構を作動するハンドルであって、遠隔操作用ハンド部23にて、このハンドル79を回転させて、往復移動台17を昇降させ、もって、矢印A及びその反対方向に、孔軸心L4 に沿って、コネクタ1を直線往復動(昇降)させる。
なお、ギヤボックス77を設けることによって、鉛直状スクリューシャフト78の回転を、ハンドル79の水平状軸心L79廻りの回転に変換したので、ハンド部23により遠隔操作が容易となる利点がある。
Further, a
Incidentally, by providing the
ところで、図14に於て、(図3とは相違して)参考例であるコネクタ1の調整リング10は、点線にて示したように、挿入孔4の開口側近傍に設けられたストッパ片80に上方から当接して、コネクタ1の矢印A方向への送りが停止する。このように、横方向Eから送られてきたコネクタ1は、クランプ手段Cにて掴持され、直線往復動手段Kにて矢印A方向へ下降して、ストッパ片80に円環状調整リング10が当接して、正確な上下位置(孔軸心L4 方向位置)に固定される。しかも、上方拡径テーパ状挿入孔4と、コネクタ1の先端テーパ部5の嵌合にて、孔軸心L4 とコネクタ軸心L1 とは、高精度に一致する。即ち、光軸調整が正確であり、簡単に行われる。
Incidentally, in FIG. 14, the
なお、図4,図6,図8,図9,図12に於て、クランプ部68の両端の外方角部81は、クランプ時に半円弧体20が、引っ掛からずにスムーズに嵌込まれるように、十分な面取りを施しておく。また、半円弧体18, 20側の角部の面取りも十分に大き目に施しておく。
そして、図14に示すように、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて、(例えば、ワンタッチ接続自在な)中継管継手38を容易に接続可能である。また、図1と図4に於て、先端テーパ部5の勾配角度θとしては、3°〜25°の範囲に設定するのが好ましい。また、材質については、放射線環境下等を考慮して、適切なものを選択する必要があり、内窓ガラス51及び先端窓ガラス44は、合成石英等が好ましく、また、上記先端窓ガラス44と石英チップ30と上記内窓ガラス51には、使用するレーザ波長に対応した無反射コーティングが施されている。そして、コネクタ本体11はSUSやAl等の金属とする。なお、コネクタ1の内部には、図示省略したが、各種の流体密封用シールを付加する。
4, 6, 8, 9, and 12, the
Then, as shown in FIG. 14, the relay pipe joint 38 (for example, one-touch connection is possible) can be easily connected by the
以上述べた構成により、前述した従来の問題点を解決できた。特に、高効率にレーザを伝送でき、放射線環境下でのハイパワー伝送を実現して、(無人で)遠隔操作が容易であり、高精度な光学的結合が可能である。さらに、焼損の問題も解決できる。 With the configuration described on more than could solve the conventional problems described above. In particular, laser can be transmitted with high efficiency, high power transmission in a radiation environment is realized, remote control is easy (unattended), and high-precision optical coupling is possible. In addition, the burning of the problem also kill in the resolution.
以上のように、先端縮径状の先端テーパ部5と、該先端テーパ部5に隣設形成される円形ストレート状調芯部9とを、有し、取付用相手部材Zの挿入孔4に上記先端テーパ部5及び調芯部9を挿入自在に構成し、かつ、上記挿入孔4への挿入深さを微調整するための円環状調整リング10を軸心方向に進退自在に備えているので、光軸調整が容易で、かつ、確実に遠隔操作にて行い得る。しかも、挿入深さも微調整にて高精度に設定して相手部材Zの挿入孔4へ嵌着できる。
As described above, previously Tanchijimi a tapered
また、外周面の一部に、相互に平行な二平面22,22を切欠形成して、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて掴持自在な把持部Dとしたので、ハンド部23にて掴持し易く、しかも、コネクタ軸心L1 廻りの正規の方向位置に、中継管継手38等の部品を対応できて、その後の遠隔操作が正確かつ容易となる。
In addition, since two
また、冷却水路33及びパージエア流路34を内部に有すると共に、冷却水入口継手35と冷却水出口継手36とパージエア入口継手37を付設し、さらに、遠隔操作用ロボットRのハンド部23によって接続可能な少なくとも3個の中継管継手38,38,38を、取付板片39にて設け、かつ、上記各中継管継手38と上記冷却水入口継手35・冷却水出口継手36・パージエア入口継手37とを可撓管40にて連通連結した構成であるので、一枚の取付板片39に中継管継手38,38,38が集中して、その接続操作をロボットRの遠隔操作で簡単かつ迅速に行い易い。さらに、ハイパワーレーザ伝送に伴う発熱を十分に冷却可能である。
In addition, it has a cooling
また、コネクタ胴部41の外周面の一部に、相互に平行な二平面22,22を切欠形成して、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて掴持自在な把持部Dとすると共に、上記取付板片39は、上記把持部Dに対して軸心方向近傍位置に配設し、かつ、上記中継管継手38,38,38が取着される取着領域Jが、軸心方向から見て、上記ハンド部23の接近側と 180°反対側に、配設されているので、ハンド部23の把持部Dへの接近時の干渉の問題がなくなる。しかも、コネクタ軸心L1 廻りに正規な方向位置に、中継管継手38,38,38を対応できる。
Further, two
また、上記把持部Dの上記二平面22,22の間隔寸法W22の帯状領域42内に、上記中継管継手38,38,38が配設されているので、(図5に示したように、)ハンド部23が、把持部Dへの接近方向から反対側まで突出したとしても、中継管継手38が干渉することが全くない。
Further, the band-
また、コネクタ胴部41の外周面の一部をロボットハンド把持部Dとすると共に、上記取付板片39は、上記ロボットハンド把持部Dの近傍の固着用第1片部39Aと、該第1片部39Aに関して上記ロボットハンド把持部Dと軸心反対方向に設けられた中継管継手取着用第2片部39Bと、を有し、軸心方向から見て、上記ハンド部23の接近側に上記第2片部39Bが突出状に設けられている構成であるので、ロボットハンド部23が中継管継手38に干渉することを避けると共に、効率良く、ハンド部23によって、順次、把持部Dの掴持と送り、及び、中継管継手38の接続作業を行い得る。
In addition, a part of the outer peripheral surface of the
また、基端側からコネクタ軸心L1 に沿って挿入されたレーザ伝送用光ファイバ28の端面28Aに、先端側に拡径する石英チップ30の細径端面30Aを融着一体化し、該石英チップ30の大径出射端面30Bにおけるエネルギ密度を低下させた構成としたので、ハイパワーエネルギを送っても、出射端面30Bが、仮に塵や汚れが付着しても、焼損を受けにくくなり、長寿命なものとなる。
また、先端に開閉自在な防塵用シャッタ機構Sを付設したので、コネクタ先端側の防塵が十分に行い得て、内窓ガラス51等のハイパワーレーザ光による焼損を防止できる。
Further, the
In addition, since the dust-proof shutter mechanism S that can be freely opened and closed is provided at the tip, dust can be sufficiently protected at the tip of the connector, and burning of the
また、上記シャッタ機構Sは、先端から突出状に弾発部材58にて付勢されると共に、取付用相手部材Zの挿入孔4へ挿入されてゆく際に該挿入孔4の内部の当り部64に接触すると上記弾発部材58に抗して後退する感知筒体59と、シャッタ本体60と、上記感知筒体59の軸心方向往復動を上記シャッタ本体60の開閉作動に変換する切換手段61とを、備え、上記挿入孔4への非挿入状態では、上記シャッタ本体60が閉状態を保つように構成されているので、非挿入状態に於ける防塵が十分に行われ、しかも、挿入状態(接続完了状態)では、自動的にレーザ光の通過可能状態となる。従って、遠隔操作用として好適なものといえる。
The shutter mechanism S is urged by the
また、パージエア噴出部66を先端に有し、パージエアによって上記シャッタ本体60の防塵を行うようにしたので、一層確実に非挿入状態下での防塵が可能である。
また、先端窓ホルダ45を有し、該ホルダ45には先端窓ガラス44が内有され、さらに、上記石英チップ30の上記大径出射端面30Bに近接して内部保護用内窓ガラス51が設けられ、上記ホルダ45の着脱にかかわらずに上記大径出射端面30Bに近接して上記内窓ガラス51が固定されているので、大径出射端面30Bには常時防塵が十分に行われ、組立作業時等にも塵や汚れが付着しない。
また、上記先端窓ガラス44と石英チップ30と上記内窓ガラス51には、使用するレーザ波長に対応した無反射コーティングが施されているので、レーザの透過効率が向上し、発熱も防止できる。
また、パージエアが上記内窓ガラス51と上記先端窓ガラス44の間の空室部55に一旦導入され、このパージエアは上記先端窓ガラス44の先端側外面44Aの防塵を行うようにパージエア噴出部Mから噴出するよう構成したので、先端窓ガラス44の外面44Aが、外部の塵や汚れが付着せず、しかも、空室部55は陽圧に保持されて、内部の内窓ガラス51への塵や汚れの付着をも有効防止できる。従って、ハイパワーレーザ光の伝送に好適なものとなる。
Further, since the purge
In addition, a
Further, since the
Further, purge air is once introduced into the
また、取付用相手部材Zの挿入孔4に挿入自在な先端部を有し、かつ、該挿入孔4への挿入深さを調整するための円環状調整リング10をコネクタ軸心L1 方向に進退自在に備え、さらに、内部のレーザ伝送用光ファイバ28の出射端側焦点位置Nが、上記円環状調整リング10の上記相手部材Zへの当接面10Aの軸心方向位置に、略一致させた構成としたので、コネクタ1の外部から、焦点位置Nを確認することが可能となり、光学部品としての接続作業に好都合であり、接続される光学ヘッド部材2等の設計も容易となる。
Further, an
また、基端側からコネクタ軸心L1 に沿って挿入されたレーザ伝送用光ファイバ28の端面28Aに、先端側に拡径する石英チップ30の細径端面30Aを融着一体化し、該石英チップ30の大径出射端面30Bにおけるエネルギ密度を低下させると共に、上記光ファイバ28の上記端面28Aを出射端側焦点位置Nに略一致させ、さらに、上記石英チップ30の大径出射端面30Bに近接して内部保護用内窓ガラス51を設け、かつ、先端寄りに先端窓ガラス44を配設し、該先端窓ガラス44の内面と上記焦点位置Nまでの軸心方向距離L44が、上記内窓ガラス51の内面と上記焦点位置Nまでの軸心方向距離L51の 1.5倍〜10倍に設定した構成であるので、先端窓ガラス44の外面におけるエネルギ密度が十分に低下できる。これに伴って、外部の塵や汚れが付着し易い先端窓ガラス44の焼損を一層確実に防止して、ハイパワーレーザ光伝送用として極めて望ましいといえる。
Further, the
また、レーザ伝送用光ファイバ28の先端に取付されたコネクタ1の先端部を取付用相手部材Zの挿入孔4に挿入して保持固定するコネクタ取付構造に於て、遠隔操作用ロボットRのハンド部23にて掴持された上記コネクタ1を、コネクタ軸心L1 が上記挿入孔4の孔軸心L4 に一致するように該孔軸心L4 と直交する横方向Eから送り込んで該コネクタ1を受け取って保持する遠隔操作可能なクランプ手段Cと、該クランプ手段Cにて保持された上記コネクタ1を上記孔軸心L4 に沿って移動させて上記挿入孔4に挿入させる遠隔操作可能な直線往復動手段Kとを、具備している構成であるので、遠隔操作ロボットRによって、コネクタ1を確実に、かつ、容易に相手部材Zの挿入孔4に挿入できて、作業能率が改善でき、放射線環境下等にも適用可能となる。
また、上記クランプ手段Cは、上記横方向Eから送り込まれるコネクタ1を、弾発的に拡開変形して受け取る仮保持用弾発挾持体69、及び、遠隔操作可能な半円弧体20とボルト・ナット結合21Aを有する掴持具72とを、備えているので、ロボットRのハンド部23から、一旦、コネクタ1を仮保持用弾発挾持体69へ仮渡しし、引続いて、掴持具72にて本来の掴持を行い得る。従って、単数のハンド部23をもって、順次作業が可能となる。
Further, in the connector mounting structure in which the distal end portion of the
Further, the clamping means C includes a temporary
1 レーザ用コネクタ
4 挿入孔
4A 座ぐり部
4B ストレート孔部
4C テーパ孔部
5 先端テーパ部
7 当り面
9 円形ストレート状調芯部
10 円環状調整リング
10A 当接面
12 雄ネジ
13 雌ネジ
20 半円弧体
21A ボルト・ナット結合
22 平面
23 ハンド部
28 光ファイバ
28A 端面
30 石英チップ
30A 細径端面
30B 大径出射端面
33 冷却水路
34 パージエア流路
35 冷却水入口継手
36 冷却水出口継手
37 パージエア入口継手
38 中継管継手
39 取付板片
39A 第1片部
39B 第2片部
40 可撓管
41 コネクタ胴部
44 先端窓ガラス
44A 先端側外面
45 先端窓ホルダ
51 内部保護用内窓ガラス
55 空室部
58 弾発部材
59 感知筒体
60 シャッタ本体
61 切換手段
64 当り部
66 パージエア噴出部
69 弾発挾持体
72 掴持具
C クランプ手段
D 把持部
E 横方向
J 取着領域
K 直線往復動手段
L1 コネクタ軸心
L4 孔軸心
L44,L51 距離
M パージエア噴出部
N 焦点位置
R 遠隔操作用ロボット
S シャッタ機構
W22 間隔寸法
Z 取付用相手部材
1
4A counterbore
4B straight hole
7 per
10 Toroidal adjustment ring
10A contact surface
12 male thread
13 female thread
20 Semicircular body
21A bolt and nut connection
22 plane
23 Hand part
28 Optical fiber
28A end face
30 quartz chip
30A narrow end face
30B Large-diameter exit end face
33 Cooling channel
34 Purge air flow path
35 Cooling water inlet fitting
36 Cooling water outlet fitting
37 Purge air inlet fitting
38 Relay fitting
39 Mounting plate
39A 1st part
39B Second piece
40 Flexible tube
41 Connector body
44 Tip window glass
44A Tip side outer surface
45 Tip window holder
51 Internal window glass for internal protection
55 Vacancy
58 Impact material
59 Sensing cylinder
60 Shutter body
61 Switching means
64 per unit
66 Purge air ejection part
69 bullet carrier
72 Grasping tool C Clamping means D Gripping part E Lateral direction J Mounting area K Linear reciprocating means L 1 Connector shaft center L 4 hole shaft center L 44 , L 51 distance M Purge air ejection part N Focus position R Remote control robot S Shutter mechanism W 22 Spacing dimension Z Mounting mating member
Claims (1)
座ぐり部(4A)とストレート孔部(4B)と下方縮径状テーパ孔部(4C)とを上から下へ順に有する挿入孔(4)が形成された取付用相手部材(Z)の該挿入孔(4)に、上記先端テーパ部(5)及び調芯部(9)を挿入自在とし、かつ、内周面に雌ネジ(13)が形成され上記挿入孔(4)への挿入深さを微調整するための円環状調整リング(10)を、上記雄ネジ(12)に、コネクタ軸心(L 1 )方向に螺進退させて固定し、
上記調整リング(10)の先端面を、上記挿入孔(4)の座ぐり部(4A)の底面から成る当り面(7)に当接する当接面(10A)とし、
上記当り面(7)に上記当接面(10A)が当接した挿入完了状態で、上記先端テーパ部(5)が上記挿入孔(4)のテーパ孔部(4C)に対して微小間隙を形成すると共に上記調芯部(9)が上記挿入孔(4)のストレート孔部(4B)に嵌合して上記コネクタ軸心(L 1 )が上記挿入孔(4)の孔軸心(L 4 )と一致するようにしたことを特徴とするレーザ用コネクタ。 A tip tapered portion (5) having a reduced diameter, a circular straight alignment portion (9) formed adjacent to the tip tapered portion (5), and a male screw (12) formed on the outer peripheral surface. A laser connector comprising:
Countersunk portion (4A) and said straight holes (4B) and the lower reduced径状tapered hole portion (4C) insertion hole having sequentially to bottom and from the top (4) mounting mating member is formed (Z) the insertion hole (4), and freely inserted the tip tapered portion (5) and the centering section (9), and inserted into the insertion hole female screw (13) is formed on the inner peripheral surface (4) An annular adjustment ring (10) for finely adjusting the depth is fixed to the male screw (12) by screwing back and forth in the direction of the connector axis (L 1 ) .
The tip surface of the adjustment ring (10) is a contact surface (10A) that contacts the contact surface (7) consisting of the bottom surface of the counterbore (4A) of the insertion hole (4),
When the contact surface (10A) is in contact with the contact surface (7), the tip tapered portion (5) has a minute gap with respect to the tapered hole portion (4C) of the insertion hole (4). The centering portion (9) is fitted into the straight hole portion (4B) of the insertion hole (4) and the connector shaft center (L 1 ) is inserted into the hole shaft center (L ) of the insertion hole (4). 4 ) A laser connector characterized in that it matches the above .
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