JP2002346956A

JP2002346956A - レーザ式け書き針

Info

Publication number: JP2002346956A
Application number: JP2001159347A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Komatsuzaki; 洋一小松▲崎▼
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【解決手段】レーザ式け書き針２３は、針状材４２の
中心に通孔を開け、この通孔にレーザビームを通して針
状材の先端から発射させ、このレーザビームでワークＷ
にけ書き線を入れるもので、針状材に、通孔に連通する
排煙孔を設け、通孔に溜まる煙を排煙孔を通じて排出で
きるようにした。また、針状材に脆弱部５３を設け、先
端がワークに接触するなどして針状材の先端に一定以上
の曲げ力が作用したときに、針状材を破断させるように
した。【効果】排煙孔で通孔に煙や塵が詰るのを防止するの
で、高速でけ書き線を入れることができ、け書き作業の
効率化を図ることができる。また、脆弱部の破断で損傷
を最小限に抑えることができる。針状材のみを交換する
だけでよく、生産コストを削減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はワークにけ書き線を
入れるけ書き針に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークにけ書き線を入れるけ書き針に
は、例えば、特開平１０−２４４４７８号公報「インク
付きけがき針」に示されたものがある。このインク付き
けがき針は、同公報の図２によれば、インク付きけがき
針１（符号は公報記載のものを流用した。以下同様。）
を回転させ、樹脂製のワーク２９を深さＨ１だけ削り込
むと同時に、インク流出口２８からインクを流出させ、
墨入れを行うものである。

【０００３】このように、インク付きけがき針１を用い
ることで、溝状にけ書き線を刻むと同時に、溝に墨を入
れたけ書き線を引くことができる。溝形成と墨入れとを
別々に行うのに対して、上記公報の発明によれば、一工
程でけ書けるので、生産効率の向上を図ることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報のイ
ンク付きけがき針１は、ワーク２９を削り、深さＨ１の
け書き線を入れるため、削った際の微粉がインク流出口
２８に詰る心配があるとともに、速度を上げると、切削
抵抗で針先が曲がる心配がある。従って、送りの高速化
は図り難い。また、ワーク２９を削ると、インク付きけ
がき針１の先端が摩耗するため、針先（口金１４、芯材
１５）を交換する必要があり、生産コストが嵩む。

【０００５】そこで、本発明の目的は、け書き作業の効
率化を図ることができ、生産コストを削減することがで
きるレーザ式け書き針を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、針状材の中心に通孔を開け、この通孔に
レーザビームを通して針状材の先端から発射させ、この
レーザビームでワークにけ書き線を入れるレーザ式け書
き針において、針状材に、通孔に連通する排煙孔を設
け、通孔に溜まる煙を排煙孔を通じて排出できるように
したことを特徴とする。ワークにレーザビームで線状に
溶かした溝を形成する際に、煙や塵が発生するが、針状
材に設けた排煙孔を通じて排出できるので、針状材の通
孔内に煙や塵が滞留するのを防止することができるとと
もに、通孔の詰りを防止することができる。従って、高
速でけ書き線を書くことができ、け書きの作業効率は向
上する。

【０００７】請求項２は、針状材に脆弱部を設け、先端
がワークに接触するなどして針状材の先端に一定以上の
曲げ力が作用したときに、針状材を破断させるようにし
たことを特徴とする。針状材は、ワークに強く接触す
と、脆弱部から破断する。その結果、レーザ式け書き針
の損傷を最小限に抑えることができるとともに、針状材
の交換のみで修復することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係るレーザ式け書き針を取
り付ける工作機械の斜視図である。図左上に示すＸはテ
ーブルの移動方向、ＹはＸに直交する軸、ＺはＸ，Ｙに
直交する鉛直軸である。

【０００９】工作機械であるところのマシニングセンタ
１０は、ベース１１と、このベース１１にＸ軸方向に移
動自在に取付けたテーブル１２と、このテーブル１２の
両側から上部に配置したコラム１３と、このコラム１３
に固定したクロスレール１４と、このクロスレール１４
にＹ軸方向に移動自在に取付けた主軸部１５と、この主
軸部１５にＺ軸方向に移動自在に設けた主軸１６と、Ｘ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸の移動（切削条件）を制御する制
御盤１７及び操作盤１８と、複数の切削工具２１・・・（・
・・は複数を示す。以下同様。）を交換する自動工具交換
装置（ＡＴＣ）２２とからなる。２３は主軸１６に取り
付けたレーザ式け書き針、２４はレーザ装置、Ｗはテー
ブル１２上に取付けたワークである。

【００１０】自動工具交換装置２２は、ツールマガジン
２５とチェンジャアーム２６とからなり、ツールマガジ
ン２５は複数の切削工具２１・・・を予め納めておくもの
である。なお、予めツールマガジン２５に切削工具２１
・・・及びレーザ式け書き針２３用のホルダ３１を収納
し、制御部に作成済のＮＣプログラムを入力（オンライ
ン又はＦＤ等）する。レーザ装置２４は、例えば、固体
レーザで、出力４０Ｗ程度である。２７，２８は光ファ
イバーケーブルを示す。

【００１１】図２は本発明に係るレーザ式け書き針の斜
視図であり、レーザ式け書き針２３をホルダ３１に取り
付けた状態を示す。ホルダ３１は、テーパ状（例えば、
ＪＩＳ−Ｂ６１０１）のシャンク部３２と、このシャン
ク部３２の端に取り付けたスタッド３３と、シャンク部
３２に隣接して形成したフランジ部３４と、このフラン
ジ部３４に隣接して形成したロック部３５と、からな
る。

【００１２】レーザ式け書き針２３は、ホルダ３１に着
脱可能なシャンク部３６と、このシャンク部３６に嵌合
した管状材４１と、この管状材４１内に通した光ファイ
バーケーブル２７と、管状材４１に取り付けた針状材４
２と、からなり、光ファイバーケーブル２７で導いたレ
ーザビームを先端４３から発射する。次にレーザ式け書
き針２３を詳しく説明する。

【００１３】図３は本発明に係るレーザ式け書き針の断
面図であり、レーザ式け書き針２３の管状材４１に光フ
ァイバーケーブル２７を通し、光ファイバーケーブル２
７の端を管状材４１の端にセットし、管状材４１の端に
集束平凸レンズ４４を取り付けたことを示す。Ｌｆは集
束平凸レンズ４４の焦点距離、Ｆは焦点を示す。

【００１４】ここで、簡単にレーザ式け書き針２３の組
付け要領を説明する。まず、レーザ式け書き針２３をシ
ャンク部３６に嵌合し、光ファイバーケーブル２７を管
状材４１内に通すとともに、シャンク部３６の切り欠き
部３６ａに掛ける。その次に、図１に示すマシニングセ
ンタ１０の自動工具交換装置２２で主軸１６に図３のホ
ルダ３１を取り付ける。引き続き、ホルダ３１にシャン
ク部３６を嵌め込みつつ、ホルダ３１のスリット３５ａ
に光ファイバーケーブル２７を収納する。最後に、止め
ねじ３６ｂ，３６ｂを捩じ込み、光ファイバーケーブル
２７をケーブル連結部材２７ａで止め、レーザ式け書き
針２３の組付けは完了する。次にレーザ式け書き針２３
の先端側をより詳しく説明する。

【００１５】図４は図３の４部詳細図である。管状材４
１は、端におねじ４５並びに収納部４６を形成し、この
収納部４６に第１リング材４７を嵌めるととともに、第
１リング材４７で光ファイバーケーブル２７を中心に保
持し、収納部４６に順に第２リング材４８、集束平凸レ
ンズ４４及び第３リング材４９を嵌め込んだものであ
り、第３リング材４９を針状材４２で押えた。

【００１６】針状材４２は、中心にレーザビーム５１を
通す通孔５２を開け、中央に脆弱部５３を設け、端に次
図に示すように通孔５２に連通する排煙孔５４を設けた
ものである。脆弱部５３は、肉厚をｔに設定するととも
に、外周に深さｄのＶ字状の溝５５を環状に形成した部
位である。

【００１７】図５は図３の５部詳細図である。排煙孔５
４は、先端４３から距離Ｌ１の位置に孔５４ａ，５４ａ
を通孔５２に直交するように形成し、先端４３から距離
Ｌ２の位置で且つ、孔５４ａ，５４ａ間に孔５４ｂ，５
４ｂ（図に示していない）を通孔５２に直交するように
形成したものである。このように軸方向の距離をＬ１，
Ｌ２に設定し、且つ９０°のピッチで４個の孔を段違い
に形成することで、所定の強度を確保することができ
る。

【００１８】ここで、レーザ式け書き針２３に用いる加
工条件の目安を簡単に説明する。針状材４２の先端４３
から距離Ｌｂの位置に焦点距離Ｌｆの焦点Ｆを設定し
た。距離Ｌｂは、例えば０．２〜０．４ｍｍである。ま
た、針状材４２の先端４３をワークＷから距離Ｌｗでけ
離すように設定する。距離Ｌｗは、例えば０〜０．２ｍ
ｍ程度であり、極めて小さく、ワークＷの寸法公差など
条件によっては、先端４３はワークＷに触れる場合もあ
る。

【００１９】このように、Ｚ軸方向の各々の位置を決
め、レーザビーム５１を集光して形成したスポットでワ
ークＷを溶かし、ワークＷに穴径が０．４〜０．８ｍｍ
程度、深さが０．２〜０．４ｍｍ程度の穴を形成する。

【００２０】レーザで加工する穴（移動せずに一定の場
合）の大きさは、パワー密度ｐと照射エネルギー密度Ｅ
によってほぼ決まる。ここでは、スポットのパワー密度
ｐは、例えば８×１０5〜９×１０7（Ｗ／ｃｍ2）で、
パルス幅Ｐｗは、例えば５×１０-7〜５×１０-6（秒）
であり、このときの照射エネルギー密度Ｅは、０．４〜
４５０（Ｊ／ｃｍ2）になるが、照射エネルギー密度Ｅ
は、３〜１０（Ｊ／ｃｍ2）程度を目安に設定する。

【００２１】そして、このレーザビーム５１で線状に加
工するためにレーザ式け書き針２３、ワークＷを移動さ
せる。移動の際の送り速度Ｖは、例えば２〜１０（ｍ／
分）程度に設定するが、この送り速度Ｖによって照射時
間が長くなったり、短くなったりして照射エネルギー密
度Ｅに変動が生じないように、パルスの周期を予め設定
したプログラムで調整する。

【００２２】以上に述べたレーザ式け書き針の作用を次
に説明する。図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るレーザ
式け書き針の第１作用図である。（ａ）において、レー
ザ式け書き針２３をマシニングセンタ１０に取り付け
る。具体的には、レーザ式け書き針２３はシャンク部３
６を有するので、ホルダ３１に取り付けることができる
とともに、マシニングセンタ１０に取り付けることがで
きる。その結果、け書き専用機を必要とせず、生産コス
トを削減することができる。

【００２３】引き続き、取り付けたレーザ式け書き針２
３の位置を計測する。詳しくは、レーザ式け書き針２３
の先端４３をマシニングセンタ１０のテーブル１２に載
せた計測センサ５６に当てることで、テーブル１２から
先端４３までの距離Ｌｔを計測する。その結果、レーザ
式け書き針２３は、ワークとの間に距離Ｌｗ（図５参
照）を保つことができる。

【００２４】（ｂ）において、レーザ式け書き針２３で
ワークＷにけ書き線５７を入れる。具体的には、ＮＣプ
ログラムによってレーザ式け書き針２３とワークＷとの
間の距離を極めて微小に保ち、針状材４２の先端４３か
ら集光したレーザビーム５１を矢印の如く照射すると
同時に、Ｘ軸方向に所定の送り速度Ｖでテーブル１２を
矢印の如く送り、ワークＷに所望の幅および深さの溝
５８を形成する。その際、レーザビーム５１の照射で溶
融状態にある穴から光は周囲に矢印の如く反射する
が、レーザ式け書き針２３では、針状材４２に、通孔５
２に連通する排煙孔５４を設け、通孔５２に溜まる煙６
１を排煙孔５４を通じて矢印，の如く排出できるよ
うにしたので、レーザ式け書き針２３とワークＷとの隙
間を極めて微小に保って、先端４３から光が漏れるのを
防ぐことができ、高価な遮光対策を設けずにレーザビー
ム５１でワークＷにけ書き線５７を入れることができ
る。従って、生産コストを削減することができる。

【００２５】また、針状材４２に、通孔５２に連通する
排煙孔５４を設け、通孔５２に溜まる煙６１を排煙孔５
４を通じて矢印，の如く排出できるようにしたの
で、通孔５２内にワークＷを溶かした際の煙６１や塵が
滞留するのを防止することができるとともに、通孔５２
の詰りを防止することができる。従って、高速でけ書き
線５７を書くことができ、け書き作業の効率化を図るこ
とができる。

【００２６】さらに、ワークＷにレーザ式け書き針２３
を切り込ませる必要がないので、先端４３の摩耗による
レーザ式け書き針２３の交換頻度は小さい。従って、生
産コストを削減することができる。

【００２７】その上、ワークＷにレーザ式け書き針２３
を切り込ませる必要がないので、ワークＷにばりが発生
しない、加えて、ワークＷにレーザ式け書き針２３を切
り込ませる必要がないので、粘土など軟らかいものを用
いたモデルのけ書きにも使用することができる。

【００２８】図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るレーザ
式け書き針の第２作用図である。（ａ）において、レー
ザ式け書き針２３でワークＷにけ書きを行う。（ｂ）に
おいて、レーザ式け書き針２３が二点鎖線に示すように
ワークＷの表面に残った突起６２に接触すると、針状材
４２は脆弱部５３から破断する。すなわち、針状材４２
に脆弱部５３を設け、先端４３がワークＷに接触するな
どして針状材４２の先端４３に一定以上の曲げ力Ｆｆが
作用したときに、針状材４２を破断させるようにしたの
で、レーザ式け書き針２３の損傷を最小限に抑えること
ができる。針状材４２が破断した場合には、針状材４２
のみを交換するだけでよく、生産コストを削減すること
ができる。

【００２９】次に、本発明に係るレーザ式け書き針の別
実施の形態を示す。図８は別実施の形態図であり、上記
図３に示す実施の形態と同様の構成については、同一符
号を付し説明を省略する。レーザ式け書き針２３Ｂは、
光回転継手６３を有することを特徴とする。具体的に
は、レーザ式け書き針２３Ｂは、ホルダ３１Ｂに取り付
け可能な光回転継手６３と、この光回転継手６３に接続
した光ファイバーケーブル２７ｂと、光回転継手６３に
嵌合した管状材４１と、この管状材４１内に通した光フ
ァイバーケーブル２７と、管状材４１に取り付けた針状
材４２と、からなり、光ファイバーケーブル２７で導い
たレーザビームを先端４３から発射する。

【００３０】光回転継手６３は、ホルダ３１Ｂとともに
回転するシャンク部材６４と、このシャンク部材６４に
設けた光ファイバーケーブル２７ｃ・・・と、シャンク部
材６４の外部に軸受６５，６５，６６を介して設けた静
止可能なケーブル継手部６７と、からなる。６８は光フ
ァイバーケーブル２７ｃ・・・に光ファイバーケーブル２
７を接続するコネクタでる。

【００３１】光回転継手６３では、ホルダ３１Ｂを矢印
の如く回転させると、シャンク部材６４も同時に矢印
，の如く一体的に回転するが、ケーブル継手部６７
は静止する。また、ホルダ３１Ｂを矢印の如く回転さ
せると、光ファイバーケーブル２７ｃの入射端面は、断
続的に静止した光ファイバーケーブル２７ｂの出射端面
の前を通過するが、端面同士が対向した際に、レーザビ
ームは光ファイバーケーブル２７ｂから光ファイバーケ
ーブル２７ｃへ伝わるので、レーザビームを伝送するこ
とができる。

【００３２】なお、光回転継手６３は一例であり、この
構成に限定するものではない。例えば、光ファイバーケ
ーブル２７ｃを別の光伝送媒体に変更してもよく、軸受
を変更してもよい。また、ケーブル継手部６７を主軸１
６側に部材で連結してもよい。

【００３３】図９は別実施の形態のシャンク部材の分解
斜視図であり、シャンク部材６４は、ストレート軸７１
にケーブル装着部７２を形成し、ケーブル装着部７２に
アダプタ７３を介してフランジ部材７４を取り付け、ボ
ルト７５，７５で連結する。

【００３４】このように構成した図８のレーザ式け書き
針２３Ｂは、レーザ式け書き針２３（図６参照）と同じ
効果を発揮するとともに、針状材４２を矢印の如く回
転させることで、先端４３でワークＷの表面に残った微
細な突起６２を削ることができ、ワークＷとの干渉を防
止することができる。

【００３５】図１０は変形例図であり、上記図４に示す
実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説
明を省略する。レーザ式け書き針２３Ｃは、針状材４２
をキャップ７６に交換したことを特徴とする。レーザ式
け書き針２３Ｃでは、管状材４１の先端側にキャップ７
６を取り付けたので、焦点距離Ｌｆ（図３参照）からは
ずれて接近させた距離Ｌｓの位置でワークＷｂを溶かし
て加工することができる。すなわち、レーザビーム５１
のエネルギー密度を任意に調整することができ、削り量
の加減が容易になり、例えば、試作モデルの表面を直し
たり、仕上げたりすることができる。

【００３６】尚、本発明の実施の形態に示した図２のテ
ーパ状のシャンク部３２は一例である。図３のホルダ３
１にレーザ式け書き針２３を止めねじ３６ｂ，３６ｂで
取り付けたが、取り付けの構成は任意である。レーザ式
け書き針２３を垂直に使用したが、ワークに対応させて
レーザ式け書き針２３を水平にしたり、傾斜させること
も可能である。図１の工作機械は一例である。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１では、レーザ式け書き針の針状材に、通
孔に連通する排煙孔を設け、通孔に溜まる煙を排煙孔を
通じて排出できるようにしたので、ワークを線状に溶か
した際の煙や塵が針状材の通孔に滞留するのを防止する
ことができるとともに、通孔の詰りを防止することがで
きる。従って、高速でけ書き線を入れることができ、け
書き作業の効率化を図ることができる。

【００３８】また、針状材に、通孔に連通する排煙孔を
設け、通孔に溜まる煙を排煙孔を通じて排出できるよう
にしたので、レーザ式け書き針とワークとの隙間を極め
て微小に設定することができる。その結果、レーザビー
ムの照射で溶融状態にある穴から反射した光が先端から
漏れるのを防ぐことができ、高価な遮光対策を設けずに
レーザビームでワークにけ書き線を入れることができ
る。従って、生産コストを削減することができる。

【００３９】請求項２では、針状材に脆弱部を設け、先
端がワークに接触するなどして針状材の先端に一定以上
の曲げ力が作用したときに、針状材を破断させるように
したので、レーザ式け書き針の損傷を最小限に抑えるこ
とができる。針状材が破断した場合には、針状材のみを
交換するだけでよく、生産コストを削減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ式け書き針を取り付ける工
作機械の斜視図

【図２】本発明に係るレーザ式け書き針の斜視図

【図３】本発明に係るレーザ式け書き針の断面図

【図４】図３の４部詳細図

【図５】図３の５部詳細図

【図６】本発明に係るレーザ式け書き針の第１作用図

【図７】本発明に係るレーザ式け書き針の第２作用図

【図８】別実施の形態図

【図９】別実施の形態のシャンク部材の分解斜視図

【図１０】変形例図

【符号の説明】

２３，２３Ｂ，２３Ｃ…レーザ式け書き針、４２…針状
材、４３…針状材の先端、５１…レーザビーム、５２…
通孔、５３…脆弱部、５４…排煙孔、５７…け書き線、
６１…煙、Ｆｆ…曲げ力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】針状材の中心に通孔を開け、この通孔に
レーザビームを通して前記針状材の先端から発射させ、
このレーザビームでワークにけ書き線を入れるレーザ式
け書き針において、前記針状材に、前記通孔に連通する排煙孔を設け、通孔
に溜まる煙を排煙孔を通じて排出できるようにしたこと
を特徴とするレーザ式け書き針。
【請求項２】前記針状材に脆弱部を設け、先端がワー
クに接触するなどして針状材の先端に一定以上の曲げ力
が作用したときに、針状材を破断させるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載のレーザ式け書き針。