JP2001232490A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 段取り作業が簡単で、しかも加工精度に優れ
るレーザ加工機を提供すること。 【解決手段】 クランプフレーム３１の上面中央部をく
り抜いて額縁状の上面３１ａを形成し、ワーク１を載置
する。そして、この状態、すなわちワーク１に張力を付
加しない状態で、クランパ３３とクランパ４０により上
面３１ａに固定する。加工時は、ワーク受け５１によ
り、加工領域の水平方向の外側を底面から支え、ワーク
１を平坦に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
発振されたレーザ光をレンズにより収束させてワークを
加工するレーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、従来のワーク支持装置の断面
図である。レーザ光によりワークに貫通穴を加工する場
合、ワークを加工テーブルに載せて加工をすると、ワー
クを貫通したレーザ光が加工テーブルの表面を損傷させ
るだけでなく、レーザ光が加工テーブルの表面で反射し
てワークの底部に損傷を与え、ワークの品質を低下させ
る場合がある。そこで、ワーク１に加工する貫通穴２よ
りも大径の穴３を予め形成したプレート４を用意してお
き、ワーク１をプレート４を介して加工テーブル５に載
せて加工をしていた。図示の加工テーブル５の場合、表
面に設けた多数の貫通穴６と継手７を介して接続された
真空圧供給源により、加工時に発生するガスを外部に排
出できるように構成されている。

【０００３】また、図示を省略するが、ワーク１の両端
に張力を付加しながらワーク１を保持し、ワーク１の底
面を加工テーブル５の表面から浮かせるようにしたもの
もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の前者では、加工パターン毎にプレートを用意しなけれ
ばならず、製造上のコストおよび段取り時間が増加し
た。また、上記従来技術の後者では、ワークの変形を防
止するため、ワークの材質や板厚等に応じて張力を選定
する必要があり、前者と同様、段取り作業が複雑になっ
た。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、段取り作業が簡単で、しかも加工精度に優
れるレーザ加工機を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光をレンズにより収束させてワークを加工するレー
ザ加工機において、保持面が額縁状のワーク保持装置
と、クランプ装置とを設け、前記ワークを張力を付加し
ない状態で前記保持面に固定することを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、外縁が前記保持面の内縁よりも小さいワーク受け
と、このワーク受けの移動装置とを設け、前記ワーク受
けを前記保持面の内側に配置し、前記ワークを前記保持
面に固定する時には前記ワーク受けの上面を前記保持面
と同一面にして前記ワークを支持させ、加工時は前記上
面を前記ワークから離間させることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３の発明は、請求項１におい
て、上面が額縁状で、少なくとも２方向の高い側の上面
が前記保持面と同一面の支持装置を設け、この支持装置
を前記保持面の内側で、前記高い側の上面を加工領域を
囲む位置に配置することを特徴とする。

【０００９】また、請求項４の発明は、請求項３におい
て、上面に複数のピンを設け、このピンの先端でワーク
を支持することを特徴とする。

【００１０】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかにおいて、距離の測定装置と前記レ
ンズの移動装置とを設け、加工時、前記レンズと前記ワ
ークの表面との距離を予め定める値に維持することを特
徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は、本発明に係るレーザ加工
機の全体構成図であり、レーザ加工機Ａと、ワーク載置
テーブルと搬送装置とを備えるワークの供給装置Ｂおよ
び排出装置Ｃとから構成されている。

【００１２】レーザ加工機Ａのベッド１０の上面には、
クロステーブル１１をＹ軸方向（図の紙面と垂直な方
向）に移動自在に案内する１対のリニアガイド１２が配
置されている。クロステーブル１１の上面にはテーブル
１３をＸ軸方向（図の左右方向）に移動自在に案内する
１対のリニアガイド１４が配置されている。テーブル１
３およびクロステーブル１１は、それぞれ図示を省略す
るサーボモータにより駆動される。テーブル１３の上面
には、後述するワーク保持装置３０が固定されている。
ワーク保持装置３０の上面には、ワーク１が固定されて
いる。

【００１３】ベッド１０にはコの字型のフレーム１５が
立設されている。フレーム１５の上部側面にはレーザヘ
ッド１６がワーク１に対向するようにして上下方向移動
可能に支持されている。レーザヘッド１６には、１対の
ガルバノスキャナ１７とＦθレンズ１８が配置されてい
る。フレーム１５の上面には、レーザ発振器１９が固定
されている。レーザ発振器１９とレーザヘッド１６との
間には、２個のミラー２０、２１が配置されている。な
お、ミラー２０はフレーム１５に、ミラー２1はレーザ
ヘッド１６に固定されている。フレーム１５の脚部側面
には後述するワーク受け５０が固定されている。

【００１４】供給装置Ｂと排出装置Ｃの搬送部は、レー
ル２２と、図示を省略するシリンダによりレール２２上
をＸ軸方向に移動自在のスライダ２３と、スライダ２３
に保持されたリフタ２４と、リフタ２４に保持された真
空吸着パッド（以下、吸着パッドという。）２５とから
構成されている。スライダ２３の平面図である図２に示
すように、スライダ２３には複数の吸着パッド２５が配
置されている。なお、図中実線で示す位置がスライダ２
３の待機位置であり、点線で示す位置が供給あるいは排
出位置である。そして、スライダ２３が待機位置にある
とき、リフタ２４は上昇位置にある。２６はワーク１を
載置するための固定のワーク載置テーブル（または、移
動自在のワーク載置台車）であり、供給装置Ｂのワーク
載置テーブル２６には加工前のワーク１が、また排出装
置Ｃのワーク載置テーブル２６には加工後のワーク１が
載置される。

【００１５】次に、ワーク保持装置３０およびワーク受
け５０について説明する。図３はワーク保持装置３０の
平面図、図４は図３のＥ−Ｅ断面図、図５は図３のＦ−
Ｆ断面図、図６は図３のＤ−Ｄ断面図である。

【００１６】図４に示すように、箱型のクランプフレー
ム３１の上面３１ａは中央部がくり抜かれ、外縁部がワ
ーク１の保持面として額縁状に形成されている。クラン
プフレーム３１のＸ方向の両側には、ロッド３２に固定
されたクランパ３３が配置されている。ベアリングケー
ス３４が上面３１ａに固定されている。ロッド３２はベ
アリングケース３４に保持されたベアリング３５により
回転自在に支持されている。ロッド３２の一端はカップ
リング３６を介してロータリシリンダ３７に接続されて
いる。ロータリシリンダ３７はクランプフレーム３１と
一体の支持板３８に固定されている。

【００１７】図５に示すように、クランプフレーム３１
のＹ方向の両側には、クランパ４０が配置されている。
クランパ４０は、クランプフレーム３１の側面に固定さ
れたヒンジピン４１を中心として回転自在である。クラ
ンパ４０の一端にはピン４２が固定されている。クラン
プフレーム３１のＹ方向の側面に設けられた穴３１ｂを
貫通するようにして配置されたエアシリンダ４３は、一
端がピン４２に、他端がクランプフレーム３１の底部に
固定されたピン４４に、それぞれ回転自在に嵌合してい
る。

【００１８】図６に示すように、クランプフレーム３１
のＸ方向の側面に設けられた穴３１ｃを貫通するように
して、ワーク受け５０が配置されている。ワーク受け５
０の先端には、上面の各辺の長さが後述する矩形の範囲
Ｓの各辺の長さよりも僅かに長い断面が矩形の箱状の受
け部５１が固定されている。受け部５１は、上面がクラ
ンプフレーム３１の上面３１ａと同一面、かつ水平方向
の中心がＦθレンズ１８の中心に一致するように配置さ
れている。受け部５１の側面には溝５２が設けられてい
る。そして、受け部５１の内部は、底部に配置された配
管５３を介して真空圧供給源に接続されている。

【００１９】次にこの実施の形態の動作を説明する。リ
フタ２４を動作させ、吸着パッド２５をワーク載置テー
ブル２６上に載置された最上段のワーク１に当接させ
る。次に、吸着パッド２５を動作させ、ワーク１を吸着
させる。次に、リフタ２４を動作させ、吸着パッド２５
を上昇させると共に、スライダ２３をワーク保持装置３
０上に移動させる。次に、リフタ２４を動作させ、吸着
パッド２５を下降させて、ワーク１の下面を上面３１ａ
に位置決めする。この状態でロータリシリンダ３７およ
びエアシリンダ４３を動作させ、クランパ３３とクラン
パ４０によりワーク１を上面３１ａに押えて固定する。
次に、吸着パッド２５の吸着動作を停止させ、スライダ
２３を待機位置に戻す。

【００２０】図７は、ワーク１の加工順序を示す図であ
る。図示のレーザ加工機Ａの場合、レーザ発振器１９か
ら出力されたレーザ光はミラー２０、２１で反射してガ
ルバノスキャナ１７に入射し、Ｆθレンズ１８を通って
ワーク１に垂直に入射する。そして、１対のガルバノス
キャナ１７をそれぞれ所定の角度回転させることによ
り、一定の範囲Ｓ（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍの範
囲）の穴を、ワーク１の移動を停止させたままの状態で
加工することができる。そこで、加工する領域を図中に
１点鎖線で示すように範囲Ｓ毎に区分し、図中矢印で示
すように、ワーク１の一方の角部から、範囲Ｓ毎にクロ
ステーブル１１の一方あるいは両方を移動させる。加工
に伴って発生するガスや加工屑は配管５３を介して外部
に廃棄される。

【００２１】この実施の形態の場合、範囲Ｓの外周を受
け部５１の上面で支えるから、剛性が小さいワークであ
っても自重により変形することがなく、精度のよい加工
を行うことができる。

【００２２】なお、ワーク１の下面を上面３１ａに位置
決めする際に、受け部５１を上面３１ａの中央付近に配
置し、ワーク１の中央付近を支えるようにすると、剛性
が小さいワークであっても、中央部が自重で下方に撓む
ことを予防できる。

【００２３】ところで、加工した穴２（図１７参照）の
底面側の端部にばり等が形成されることがある。例え
ば、ワーク１の底面からばりが突出している場合、ワー
ク受け５１の上面はワーク１の底面に接触しているか
ら、ワーク１が移動する際、ワーク受け５１にこすられ
て穴２の内側に入り込み、穴２を塞ぐことがある。

【００２４】図８はワーク受けの変形例を示す平面図、
図９はピン部の断面図である。このワーク受け６０は、
上記ワーク受け５１に対応するものであり、各辺に複数
の（図では４個）ピン６１を備えている。ピン６１はそ
れぞれに設けられた穴６２の内部を移動自在であり、ば
ね６３により下方に付勢されている。穴６４は各辺の穴
６２を接続しており、継手６５および図示を省略する電
磁弁を介して圧縮空気源６６に接続されている。圧縮空
気源６６および図示を省略する電磁弁は制御装置６７に
より制御される。そして、ピン６１の先端は、穴６４に
圧縮空気が供給されることによりばね６３に抗して上昇
したとき、上面３１ａと同一の高さになるように構成さ
れている。

【００２５】図１０は、ワーク受け６０を用いた場合の
加工順序を示す図であり、図中に実線で示すピン６１は
上昇端、すなわち、穴６４に圧縮空気が供給されてお
り、図示を省略したピン６１は、ばね６３により下降し
ている。この実施の形態の場合、加工時は総てのピン６
１を上昇させておき、ワーク１の加工する範囲Ｓの外周
を支持する。そして、ワーク１を次の加工範囲Ｓに移動
させる際には、図示のように移動する側のピン６１を下
降させ、次の加工範囲Ｓに位置決めをした後、再び下降
させておいたピン６１を上昇させる。

【００２６】このようにすると、下降したピン６１の先
端がワーク１の底面に接触せず、ワーク１の底面から突
出したばりが、ワーク１が移動する際に穴２の内側に入
り込むことはない。したがって、加工品質を向上させる
ことができる。

【００２７】なお、ワーク１の剛性が大きい場合、加工
時も直角な２辺（例えば、図１０に実線で示すピン６
１）だけでワーク１を支えるようにしてもよい。

【００２８】また、例えば上面３１ａに接する範囲Ｓを
加工する場合には、上面３１ａ側のピン６１を下降させ
て加工してもよい。

【００２９】ところで、上記の実施の形態では、ワーク
１の底面をワーク受け５１またはワーク受け６０の上面
で支えるから、加工部が高さ方向に変形することはほと
んどない。しかし、ワーク１を板厚と直角の方向に張力
を付加しない状態で上面３１ａに固定するから、ワーク
１が自重による撓みがある状態で上面３１ａに固定され
ることがある。ワーク１に撓みがあると、加工位置が撓
みの大きさだけ水平方向にずれて、加工精度が低下す
る。

【００３０】図１１は本発明のさらに他の実施の形態を
示すワーク保持装置の平面図、図１２は図１１のＧ−Ｇ
断面図である。ワーク受け７０の水平方向の寸法は、上
面３１ａに設けられた中央部の穴よりも僅かに小さい。
１対のガイドブッシュ７１がワーク受け７０に固定され
ている。ガイドブッシュ７１はクランプフレーム３１に
立設された１対のガイドバー７２に嵌合している。エア
シリンダ７４の一端がクランプフレーム３１の底部に回
転自在に支持されている。エアシリンダ７４のピストン
の先端に固定されたピン７５にはレバー７６の一端が回
転自在に嵌合している。レバー７６の他端にはボルト７
７によりリンク７８がくの字状に固定されている。リン
ク７８の他端に固定されたローラ７９がワーク受け７０
の側面に形成された溝７０ａに回転自在に係合してい
る。

【００３１】次に、この実施の形態の動作を説明する。
なお、この実施の形態の吸着パッド２５はリフタ２に対
して遊びを持たせてあり、下端から上方に数ｍｍ移動で
きるように構成されている。また、ワーク１を上面３１
ａに載置する際、リフタ２４の移動端における吸着パッ
ド２５の下端が上面３１ａよりも１ｍｍだけ下方になる
ように制御する。

【００３２】ワーク１を上面３１ａに載置するときに
は、予めエアシリンダ７４のピストンを図１２の左方に
移動させる。すると、レバー７６と一体のリンク７８が
回転してワーク受け７０を上方に移動させる。そして、
ピストンが移動端まで移動すると、ワーク受け７０の上
面は上面３１ａと同一面になる。この状態でリフタ２４
を移動端まで移動させる。ワーク１の下面が上面３１ａ
に位置決めされた後、吸着パッド２５の吸引動作を停止
する。すると、吸着パッド２５の重量がワーク１に加わ
り、ワーク１は平坦になる。この状態でロータリシリン
ダ３７およびエアシリンダ４３を動作させ、クランパ３
３とクランパ４０によりワーク１を上面３１ａに押え
る。その後、吸着パッド２５を上昇させてからスライダ
２３を待機位置に戻す。また、エアシリンダ７４を動作
させワーク受け７０を下降させる。

【００３３】なお、ワーク受け７０の上面は平坦でもよ
いし、図１１に示すように凹み部７０ｂを設けてもよ
い。

【００３４】ところで、ワーク１の剛性が小さく、吸着
パッド２５の自重を付加するだけではワーク１を平坦に
できない場合がある。

【００３５】図１３は上記吸着パッド２５に代わるワー
ク吸着装置の他の実施の形態を示す側面断面図、図１４
は平面図である。吸着装置８５は、底面の寸法がワーク
受け７０の寸法とほぼ同じで、小径の穴８６が多数形成
されている。また、内部に設けた空洞部は配管８７を介
して真空吸着源に接続されている。この吸着装置８５
は、リフタ２4に対して遊びを持たせてあり、下端から
上方に数ｍｍ移動できるように構成されている。

【００３６】この吸着装置８５の場合、底面がワーク受
け７０と同じ寸法であるから、ワーク１の下面を上面３
１ａに位置決めすると、吸着装置８５はワーク１の加工
領域全体を均一に加圧する。この状態で、クランパ３３
とクランパ４０によりワーク１を上面３１ａに押える
と、ワーク１に撓みが残ることはない。したがって、精
度のよい加工ができる。

【００３７】ところで、ワーク受け７０を用いる場合、
加工時におけるワーク１は外縁だけで保持される。この
ため、ワーク１を平坦な状態で固定しても、ワーク受け
７０を下降させたとき、ワーク１の中央部に自重による
撓みが発生することがある。

【００３８】次に、ワーク受け７０を用いる場合の他の
加工方法について説明する。図１５はレーザ加工機Ａの
加工時正面図である。レーザヘッド１６の側面には距離
測定器（例えばフォト反射式センサ）９１が固定されて
いる。距離測定器９１は制御装置９２に接続されてい
る。制御装置９２には図示を省略するレーザヘッド１６
の駆動装置が接続されている。

【００３９】次に、この実施の形態の動作をワーク１の
平面図である図１６を参照しながら説明する。ワーク１
を上面３１ａに固定した後、Ｆθレンズ１８の中心を第
１の加工範囲Ｓ１におけるＸ方向の上面３１ａに近い側
のＹ方向の中心付近の点（この場合は点Ｋ１）に位置決
めしてから、焦点がワーク１の表面に一致するようにレ
ーザヘッド１６、すなわちＦθレンズ１８を高さ方向に
位置決めする。この状態で、ワーク１を移動させ、点Ｋ
１を距離測定器９１に位置決めし、ワーク１表面までの
距離δを測定する（ここではδ１）。次に、第１の範囲
Ｓ１の点Ｋ１と反対側の点Ｋ２を距離測定器９１に位置
決めし、ワーク１の表面までの距離δを測定する（この
場合は、距離δ２）。そして、第１の範囲Ｓ１を加工す
るときのＦθレンズ１８の中心を、水平方向は範囲Ｓ１
の中心、高さは｛（δ２−δ１）−（δ１−δ１）｝／
２＋δ１、すなわちδ１を（δ２−δ１）／２だけ補正
した位置に位置決めして、範囲Ｓ１の加工を行う。同様
に、第２の範囲Ｓ２を加工するときのＦθレンズ１８の
中心を、水平方向は範囲Ｓ２の中心、高さは（δ３−δ
２）／２＋δ１、すなわち、高さδ１を（δ３−δ２）
／２だけ補正した位置に位置決めして加工を行う。以
下、同様にして、範囲ＳｎにおけるＦθレンズ１８の中
心を、水平方向は範囲Ｓｎの中心、高さはδ１＋（δｎ
＋１−δｎ）／２として加工を行う。

【００４０】この実施の形態では、範囲Ｓ毎にワーク１
の表面に対するＦθレンズ１８の距離を補正するから、
加工精度をさらに向上させることができる。

【００４１】なお、図示を省略するが、ワーク受け７０
に、図９で示した出入り自在のピン６１をＸＹ方向に多
数設けておき、ワーク受け７０を加工させた後、加工範
囲の外側に位置するピンを上昇させてワーク１の底面を
支持するようにしてもよい。

【００４２】また、上記ではワークの４辺を総てクラン
プするようにしたが、向かい合う２辺をクランプするよ
うにしてもよい。

【００４３】また、上記ではクランプフレーム３１の上
面３１ａを四角の額縁状にしたが、例えば向かい合う２
辺としてもよい。

【００４４】さらに、上記ではＦθレンズ１８を用いる
ことにより範囲Ｓを加工する間はワークを停止させた
が、本発明は、穴を加工する度にレンズとワークを相対
的に移動させる場合にも適用することができる。

【００４５】以上説明したように、本発明では、ワーク
に張力を付加することなく、ワークの外縁をクランプす
るから、ワークは変形しない。また、ワークを平坦にし
てからワークをクランプし、あるいは加工時に加工領域
の周囲を下方から支持し、あるいはワークの表面に対す
るレンズの距離を補正するから、精度の優れる加工を行
うことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ発振器から発振されたレーザ光をレンズにより収
束させてワークを加工するレーザ加工機において、保持
部が額縁状のワーク保持装置と、クランプ装置とを設
け、前記ワークに張力を付加しない状態で前記ワークを
前記ワーク保持装置に固定するから、段取り作業が容易
である。しかも、ワークは変形せず、加工精度を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ加工機の全体構成図であ
る。

【図２】本発明に係るスライダの平面図である。

【図３】本発明に係るワーク保持装置の平面図である。

【図４】図３のＥ−Ｅ断面図である。

【図５】図３のＦ−Ｆ断面図である。

【図６】図３のＤ−Ｄ断面図である。

【図７】本発明に係るワークの加工順序を示す図であ
る。

【図８】本発明に係るワーク受けの第１の変形例を示す
平面図である。

【図９】図８のピン部断面図である。

【図１０】本発明に係るワークの加工順序を示す図であ
る。

【図１１】本発明に係る他の実施の形態を示すワーク保
持装置の平面図である。

【図１２】図１１のＧ−Ｇ断面図である。

【図１３】本発明に係るワーク吸着装置の他の実施の形
態を示す側面断面図である。

【図１４】本発明に係るワーク吸着装置の他の実施の形
態を示す平面図である。

【図１５】本発明に係るレーザ加工機Ａの加工時正面図
である。

【図１６】本発明に係るレーザ加工機Ａの加工手順を示
す図である。

【図１７】従来のワーク支持装置の断面図である。

【符号の説明】 １ ワーク ３１ クランプフレーム ３１ａ 上面 ３３ クランパ ４０ クランパ ５１ ワーク受け

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から発振されたレーザ光を
   レンズにより収束させてワークを加工するレーザ加工機
   において、保持面が額縁状のワーク保持装置と、クラン
   プ装置とを設け、前記ワークを張力を付加しない状態で
   前記保持面に固定することを特徴とするレーザ加工機。
2. 【請求項２】 外縁が前記保持面の内縁よりも小さいワ
   ーク受けと、このワーク受けの移動装置とを設け、前記
   ワーク受けを前記保持面の内側に配置し、前記ワークを
   前記保持面に固定する時には前記ワーク受けの上面を前
   記保持面と同一面にして前記ワークを支持させ、加工時
   は前記上面を前記ワークから離間させることを特徴とす
   る請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 【請求項３】 上面が額縁状で、少なくとも２方向の高
   い側の上面が前記保持面と同一面の支持装置を設け、こ
   の支持装置を前記保持面の内側で、前記高い側の上面を
   加工領域を囲む位置に配置することを特徴とする請求項
   １に記載のレーザ加工機。
4. 【請求項４】 上面に複数のピンを設け、このピンの先
   端でワークを支持することを特徴とする請求項３に記載
   のレーザ加工機。
5. 【請求項５】 距離の測定装置と前記レンズの移動装置
   とを設け、加工時、前記レンズと前記ワークの表面との
   距離を予め定める値に維持することを特徴とする請求項
   １ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ加工機。