JP2004114051A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】円筒体外周部をレーザ加工する際に、円筒体端部を固定して高速にレーザ加工を実施できるようにする。
【解決手段】円筒体端部を加圧固定する固定板１１と、当該固定板をベアリングを介して保持し、且つレーザビーム１を通過させる開口部を設けた回転体４と、回転体の中心におかれ、回転によりレーザビームをパイプ中心軸から放射状に反射させる回転ミラー７と、当該回転ミラーで反射され、回転体の開口を通過したレーザビームを反射し、パイプ外周部に照射する１枚以上のミラーで構成されるレーザビーム照射ミラー９、１０とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【選択図】 図１
【解決手段】円筒体端部を加圧固定する固定板１１と、当該固定板をベアリングを介して保持し、且つレーザビーム１を通過させる開口部を設けた回転体４と、回転体の中心におかれ、回転によりレーザビームをパイプ中心軸から放射状に反射させる回転ミラー７と、当該回転ミラーで反射され、回転体の開口を通過したレーザビームを反射し、パイプ外周部に照射する１枚以上のミラーで構成されるレーザビーム照射ミラー９、１０とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒体の外周部のレーザ加工装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒体の加工装置として、レーザ加工ヘッドを円周上に配置したレール上を移動させて加工する装置（例えば、特許文献１参照）、またはレーザ加工ヘッドは円筒体の軸方向の移動のみで、円筒体を回転させて外周を加工する装置（例えば、特許文献２参照）、またはリング状に成形したレーザビームを円筒体の中心軸上から入射して、外周部に照射する装置（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００３】
具体的に示せば、図２に示すように、加工ヘッド２３を円筒体１２の円周上に配置した移動レール２２上を移動させて加工する、特許文献１のごとき装置では、固定されたレーザ装置２０から加工ヘッド２３までレーザビーム１を反射ミラー型のマニピュレータ２１、あるいは光ファイバーで伝送する必要があるため、その回転可能範囲はマニピュレータ方式で１回転、光ファイバー伝送法でもせいぜい数回転である。また加工ヘッドの移動速度にも限界がある。従って、照射位置を高速移動し、且つ複数回転のレーザ照射が必要な応用には使用できない。
また、図３に示すような円筒体１２を回転させる特許文献２のごとき方法は、高速回転加工や同一点への多数回照射も可能であるが、加工物が回転可能で且つ回転機に保持できる場合に限られる。また加工物の固定、位置あわせ等で工程が煩雑となる問題がある。
【０００４】
さらに、図４に示すように、レーザビーム１をミラー２５にてリング状に形成して、円筒体の外周部にリング状の放物面ミラー２６にて集光する特許文献３のごとき方法は、円筒体１２を回転させる必要はないものの、レーザビーム１の光路で円筒体端部が外部から遮られるため、円筒体端部を上から機械的に固定する方法がない。従って、端部に別の部品を突き合わせ溶接する等の応用が不可能であった。この問題を解決するために、例えば図５に示すように、レーザ透過材２７を介して、円筒体端部を機械的に固定することは可能である。しかし一般にレーザ透過材料はガラスや結晶体であるため、機械的強度が弱く、重量物の固定や、円筒体端部に加圧を行う場合には使用できないという欠点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７２５８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３８２８７号公報
【特許文献３】
特開昭５７−１８１７９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、円筒体外周部の加工において、円筒体端部を固定、あるいは加圧した状態において、高速で、且つ多数回転によるレーザ照射処理が可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、円筒体端部を加圧固定する固定板と、当該固定板をベアリングを介して保持し、且つレーザビームを通過させる開口部を設けた回転体と、回転体の中心におかれ、回転によりレーザビームをパイプ中心軸から放射状に反射させる回転ミラーと、当該回転ミラーで反射され、回転体の開口を通過したレーザビームを反射し、パイプ外周部に照射する１枚以上のミラーで構成されるレーザビーム照射ミラーとを備えたことを特徴とするレーザ加工装置である。
また本発明請求項２は、前記回転ミラーの前に集光レンズ、または集光ミラーを備え、当該集光レンズまたは集光ミラーをレーザビーム光軸上に沿って移動させる移動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置である。
また本発明は、前記レーザビーム照射ミラーの構成ミラーに、一枚以上の放物面または円錐面集光ミラーが含まれることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ加工装置である。
【０００８】
【実施例】
以下、図１を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明のレーザ加工装置の実施形態の一例である。図示されないレーザ装置から出力されたレーザビーム１は円筒体１２の中心軸上を伝送し、集光レンズ２を透過し、回転体４内に入射する。回転体４はベアリング１５を介して基板６に保持され、同じく基板６に固定されたモータ５により高速回転する。回転体４の中心軸上には回転ミラー７を備えており、回転ミラー７により反射されたビームは回転体４の回転により、開口８を通過して放射状に反射される。尚、回転体４と円筒体１２の中心軸は一致している。放射状に反射したビームは基板６に固定されたレーザビーム照射ミラー９、１０に入射する。
ミラー９、１０は円錐形状をしており、回転ミラー７により反射されたレーザビームは円筒体１２の外周に照射される。その結果、レーザビームは円筒体外周を回転ミラーの回転速度に比例した速度で線状走査される。
【０００９】
レーザビームの集光径は集光レンズ２、円錐ミラー９、１０の曲率、およびレンズから照射位置までの距離で決定される。ミラー９、１０に円錐ミラーを用いる場合は、円錐曲率に依存して図中のＹＺ平面上で集光性を持つ。また放物面ミラーを用いる場合は更にＸ方向の集光性も付加される。この照射ミラー９、１０と集光レンズ２の組み合わせにより、照射点の集光形状は任意に選ぶことが可能である。更にレンズ移動装置３によりレンズ２を光軸方向に移動させることにより、照射集光径の微調整が可能である。尚、本発明の構成では照射ミラー９、１０で所望の集光径が得られる場合は集光レンズ２を設置しなくてもかまわない。
【００１０】
更に本実施例では照射ミラー９、１０はリング状ミラーとして基板６に固定された構造であるが、通常の平面ミラーを用い、回転ミラー７に対向するように配置して回転体４に固定し、回転体４とともに回転する構造としてもよい。この場合、ビーム集光形状はレンズ２の焦点距離、およびレンズ２と照射点までの距離の変更のみで調整される。
【００１１】
加工ガス供給部１８はベアリング１７を介して回転体４とレンズ２のホルダーと接続されており、ガス供給部１８より加工ガス１９を導入することで、レンズ２から開口８を通り、ミラー９、１０、および加工部に向かってガス流が発生し、加工部で発生するヒュームやスパッタからレンズと反射ミラーを保護することが可能である。尚、集光レンズを設置しない構成では、レンズ位置にレーザ透過窓を設置することで同様の効果が得られる。
【００１２】
本実施例における円筒体１２は、上円筒体１２ａと下円筒体１２ｂの突き合わせ溶接である。レーザビーム１はこれら円筒体の突き合わせ部に集光照射される。下円筒体１２ｂは保持台１３に置かれ、上円筒体１２ａは固定板１１にて固定される。固定板１１は回転体４にベアリング１６を介して保持されており、円筒体１２ａとの接触摩擦抵抗により回転体４の回転時にも回転せず、円筒体を加圧し、保持する。加圧力は図示されない圧縮機から支持棒１４、基板６、ベアリング１５、回転体４、ベアリング１６、固定板１１を介して印加される。この装置構成により、円筒体１２ａ、ｂの突き合わせ部は圧縮され、確実に接触するため、良好な溶接が得られる。
【００１３】
特に、極薄金属で形成された円筒体の突き合わせ溶接では、レーザ照射部の溶け落ちを防止するために、比較的低パワー密度のレーザビームで複数回に分けて溶接することが有効である。本発明の装置では適度な加圧力を加え、回転ミラーの回転速度によりレーザビーム走査速度を制御し、また集光照射ビーム径の微調整が可能で、照射回数に制限はないという特徴を有するため、この様な応用には最適である。
【００１４】
また、この加工方法は融点の低い材料である樹脂のレーザ溶融や表面改質でも有効であり、例えば２本のプラスチックパイプを圧着固定した上で、レーザ溶融による接合を行う技術に応用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、円筒体の加工において、円筒体を加圧固定し、その外周部を精密で且つ高速にレーザ加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の模式図。
【図２】従来技術の第一例の模式図。
【図３】従来技術の第二例の模式図。
【図４】従来技術の第三例の模式図。
【図５】従来技術の第四例の模式図。
【符号の説明】
１・・・レーザビーム
２・・・集光レンズ
３・・・集光レンズ移動装置
４・・・回転体
５・・・回転モータ
６・・・基板
７・・・回転ミラー
８・・・レーザビーム通過開口
９・・・第一のレーザビーム照射ミラー
１０・・・第２のレーザビーム照射ミラー
１１・・・固定板
１２、１２ａ、ｂ・・・円筒体
１３・・・保持台
１４・・・加圧支持棒
１５、１６、１７・・・ベアリング
１８・・・加工ガス供給部
１９・・・加工ガス
２０・・・レーザ装置
２１・・・レーザビーム伝送マニピュレータ
２２・・・移動レール
２３・・・加工ヘッド
２４・・・円筒体回転装置
２５・・・リング状ビーム成形ミラー
２６・・・リング状放物面集光ミラー
２７・・・レーザビーム透過部材
Ｘ・・・円筒中心軸
Ｙ、Ｚ・・・円筒半径方向軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒体の外周部のレーザ加工装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒体の加工装置として、レーザ加工ヘッドを円周上に配置したレール上を移動させて加工する装置（例えば、特許文献１参照）、またはレーザ加工ヘッドは円筒体の軸方向の移動のみで、円筒体を回転させて外周を加工する装置（例えば、特許文献２参照）、またはリング状に成形したレーザビームを円筒体の中心軸上から入射して、外周部に照射する装置（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００３】
具体的に示せば、図２に示すように、加工ヘッド２３を円筒体１２の円周上に配置した移動レール２２上を移動させて加工する、特許文献１のごとき装置では、固定されたレーザ装置２０から加工ヘッド２３までレーザビーム１を反射ミラー型のマニピュレータ２１、あるいは光ファイバーで伝送する必要があるため、その回転可能範囲はマニピュレータ方式で１回転、光ファイバー伝送法でもせいぜい数回転である。また加工ヘッドの移動速度にも限界がある。従って、照射位置を高速移動し、且つ複数回転のレーザ照射が必要な応用には使用できない。
また、図３に示すような円筒体１２を回転させる特許文献２のごとき方法は、高速回転加工や同一点への多数回照射も可能であるが、加工物が回転可能で且つ回転機に保持できる場合に限られる。また加工物の固定、位置あわせ等で工程が煩雑となる問題がある。
【０００４】
さらに、図４に示すように、レーザビーム１をミラー２５にてリング状に形成して、円筒体の外周部にリング状の放物面ミラー２６にて集光する特許文献３のごとき方法は、円筒体１２を回転させる必要はないものの、レーザビーム１の光路で円筒体端部が外部から遮られるため、円筒体端部を上から機械的に固定する方法がない。従って、端部に別の部品を突き合わせ溶接する等の応用が不可能であった。この問題を解決するために、例えば図５に示すように、レーザ透過材２７を介して、円筒体端部を機械的に固定することは可能である。しかし一般にレーザ透過材料はガラスや結晶体であるため、機械的強度が弱く、重量物の固定や、円筒体端部に加圧を行う場合には使用できないという欠点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７２５８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３８２８７号公報
【特許文献３】
特開昭５７−１８１７９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、円筒体外周部の加工において、円筒体端部を固定、あるいは加圧した状態において、高速で、且つ多数回転によるレーザ照射処理が可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、円筒体端部を加圧固定する固定板と、当該固定板をベアリングを介して保持し、且つレーザビームを通過させる開口部を設けた回転体と、回転体の中心におかれ、回転によりレーザビームをパイプ中心軸から放射状に反射させる回転ミラーと、当該回転ミラーで反射され、回転体の開口を通過したレーザビームを反射し、パイプ外周部に照射する１枚以上のミラーで構成されるレーザビーム照射ミラーとを備えたことを特徴とするレーザ加工装置である。
また本発明請求項２は、前記回転ミラーの前に集光レンズ、または集光ミラーを備え、当該集光レンズまたは集光ミラーをレーザビーム光軸上に沿って移動させる移動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置である。
また本発明は、前記レーザビーム照射ミラーの構成ミラーに、一枚以上の放物面または円錐面集光ミラーが含まれることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ加工装置である。
【０００８】
【実施例】
以下、図１を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明のレーザ加工装置の実施形態の一例である。図示されないレーザ装置から出力されたレーザビーム１は円筒体１２の中心軸上を伝送し、集光レンズ２を透過し、回転体４内に入射する。回転体４はベアリング１５を介して基板６に保持され、同じく基板６に固定されたモータ５により高速回転する。回転体４の中心軸上には回転ミラー７を備えており、回転ミラー７により反射されたビームは回転体４の回転により、開口８を通過して放射状に反射される。尚、回転体４と円筒体１２の中心軸は一致している。放射状に反射したビームは基板６に固定されたレーザビーム照射ミラー９、１０に入射する。
ミラー９、１０は円錐形状をしており、回転ミラー７により反射されたレーザビームは円筒体１２の外周に照射される。その結果、レーザビームは円筒体外周を回転ミラーの回転速度に比例した速度で線状走査される。
【０００９】
レーザビームの集光径は集光レンズ２、円錐ミラー９、１０の曲率、およびレンズから照射位置までの距離で決定される。ミラー９、１０に円錐ミラーを用いる場合は、円錐曲率に依存して図中のＹＺ平面上で集光性を持つ。また放物面ミラーを用いる場合は更にＸ方向の集光性も付加される。この照射ミラー９、１０と集光レンズ２の組み合わせにより、照射点の集光形状は任意に選ぶことが可能である。更にレンズ移動装置３によりレンズ２を光軸方向に移動させることにより、照射集光径の微調整が可能である。尚、本発明の構成では照射ミラー９、１０で所望の集光径が得られる場合は集光レンズ２を設置しなくてもかまわない。
【００１０】
更に本実施例では照射ミラー９、１０はリング状ミラーとして基板６に固定された構造であるが、通常の平面ミラーを用い、回転ミラー７に対向するように配置して回転体４に固定し、回転体４とともに回転する構造としてもよい。この場合、ビーム集光形状はレンズ２の焦点距離、およびレンズ２と照射点までの距離の変更のみで調整される。
【００１１】
加工ガス供給部１８はベアリング１７を介して回転体４とレンズ２のホルダーと接続されており、ガス供給部１８より加工ガス１９を導入することで、レンズ２から開口８を通り、ミラー９、１０、および加工部に向かってガス流が発生し、加工部で発生するヒュームやスパッタからレンズと反射ミラーを保護することが可能である。尚、集光レンズを設置しない構成では、レンズ位置にレーザ透過窓を設置することで同様の効果が得られる。
【００１２】
本実施例における円筒体１２は、上円筒体１２ａと下円筒体１２ｂの突き合わせ溶接である。レーザビーム１はこれら円筒体の突き合わせ部に集光照射される。下円筒体１２ｂは保持台１３に置かれ、上円筒体１２ａは固定板１１にて固定される。固定板１１は回転体４にベアリング１６を介して保持されており、円筒体１２ａとの接触摩擦抵抗により回転体４の回転時にも回転せず、円筒体を加圧し、保持する。加圧力は図示されない圧縮機から支持棒１４、基板６、ベアリング１５、回転体４、ベアリング１６、固定板１１を介して印加される。この装置構成により、円筒体１２ａ、ｂの突き合わせ部は圧縮され、確実に接触するため、良好な溶接が得られる。
【００１３】
特に、極薄金属で形成された円筒体の突き合わせ溶接では、レーザ照射部の溶け落ちを防止するために、比較的低パワー密度のレーザビームで複数回に分けて溶接することが有効である。本発明の装置では適度な加圧力を加え、回転ミラーの回転速度によりレーザビーム走査速度を制御し、また集光照射ビーム径の微調整が可能で、照射回数に制限はないという特徴を有するため、この様な応用には最適である。
【００１４】
また、この加工方法は融点の低い材料である樹脂のレーザ溶融や表面改質でも有効であり、例えば２本のプラスチックパイプを圧着固定した上で、レーザ溶融による接合を行う技術に応用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、円筒体の加工において、円筒体を加圧固定し、その外周部を精密で且つ高速にレーザ加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の模式図。
【図２】従来技術の第一例の模式図。
【図３】従来技術の第二例の模式図。
【図４】従来技術の第三例の模式図。
【図５】従来技術の第四例の模式図。
【符号の説明】
１・・・レーザビーム
２・・・集光レンズ
３・・・集光レンズ移動装置
４・・・回転体
５・・・回転モータ
６・・・基板
７・・・回転ミラー
８・・・レーザビーム通過開口
９・・・第一のレーザビーム照射ミラー
１０・・・第２のレーザビーム照射ミラー
１１・・・固定板
１２、１２ａ、ｂ・・・円筒体
１３・・・保持台
１４・・・加圧支持棒
１５、１６、１７・・・ベアリング
１８・・・加工ガス供給部
１９・・・加工ガス
２０・・・レーザ装置
２１・・・レーザビーム伝送マニピュレータ
２２・・・移動レール
２３・・・加工ヘッド
２４・・・円筒体回転装置
２５・・・リング状ビーム成形ミラー
２６・・・リング状放物面集光ミラー
２７・・・レーザビーム透過部材
Ｘ・・・円筒中心軸
Ｙ、Ｚ・・・円筒半径方向軸
Claims (3)
- 円筒体端部を加圧して固定する固定板と、当該固定板をベアリングを介して保持し、且つレーザビームを通過させる開口部を設けた回転体と、回転体の中心におかれ、円筒体中心軸方向から受光したレーザビームを回転によって放射状に反射させる回転ミラーと、当該回転ミラーで反射され、回転体の開口を通過したレーザビームを反射し、円筒体外周部に照射する１枚以上のミラーで構成されるレーザビーム照射ミラーとを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
- 前記回転ミラーの前に集光レンズ、または集光ミラーを備え、当該集光レンズまたは集光ミラーをレーザビーム光軸上に沿って移動させる移動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザビーム照射ミラーの構成ミラーに、一枚以上の放物面または円錐面集光ミラーが含まれることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276671A JP3978108B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276671A JP3978108B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004114051A true JP2004114051A (ja) | 2004-04-15 |
| JP3978108B2 JP3978108B2 (ja) | 2007-09-19 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002276671A Expired - Fee Related JP3978108B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | レーザ加工装置 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009532236A (ja) * | 2006-04-06 | 2009-09-10 | フレゼニウス メディカル ケアー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 成形プラスチック体を接合するレーザー透過溶接方法 |
-
2002
- 2002-09-24 JP JP2002276671A patent/JP3978108B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009532236A (ja) * | 2006-04-06 | 2009-09-10 | フレゼニウス メディカル ケアー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 成形プラスチック体を接合するレーザー透過溶接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3978108B2 (ja) | 2007-09-19 |
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