JP2004322125A

JP2004322125A - レーザ加工機用押え装置

Info

Publication number: JP2004322125A
Application number: JP2003118015A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Ito; 久敏伊藤; Terunao Tsuchiya; 輝直土屋; Kiichi Shimomura; 貴一下村
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】レーザ光照射位置の金属薄板をベース材に良好に押し付けると共にレーザ光の遮蔽を行うことのできる構造簡単な押え装置を提供する。
【解決手段】レーザ光６を照射する光学ユニット４の先端に、レーザ光の照射範囲を取り囲むように遮光性のヘッドカバー１２を配置すると共にそのヘッドカバー１２を駆動手段１３によって金属薄板１に押し付ける構成とし、スポット溶接などのためのレーザ光照射時にはヘッドカバー１２で金属薄板をベース材２に密着させておくことで良好なスポット溶接を可能とし、同時に、ヘッドカバーでレーザ光の周囲への漏れを防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いてスポット溶接や切断等の加工を行うレーザ加工技術に関し、特に、金属薄板に対してスポット溶接や切断等の加工を行う際に、金属薄板を固定するために用いるのに好適なレーザ加工機用押え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−１６１９９４号公報
従来、図５に示すように、金属薄板１を他の金属材（ベース材という）２の上に乗せ、その上方に、ＹＡＧレーザ等のレーザ光発生装置に光ファイバコネクタ３を介して接続され且つ保持部材５で保持された光学ユニット４を位置させ、その光学ユニット４からレーザ光６を照射してスポット溶接することが知られている。このスポット溶接の際、金属薄板１はベース材２に対して密着している必要があり、そのため、金属薄板１をベース材２に押し付ける押え装置７が用いられている。一般的な押え装置７は、押え部材８をエアシリンダ９等によって駆動する構成のものであり、この押え装置７を金属薄板１の上方の適当な箇所（通常は、金属薄板２の側縁近傍）に配置し、押え部材８で金属薄板１をベース材２に押し付け、固定していた。また、特殊な用途ではあるが、レーザ溶接によって２枚の板状のワークを突き合わせ溶接する際に、２枚のワークを突き合わせた状態に固定するためのワーク固定治具が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載のワーク固定治具は、所定突き合わせ溶接位置に昇降するように配置された楔状のストッパ部材と、その両側に、水平状態と前記ストッパ部材へ向かって下る傾斜状態とに揺動可能なように配置された二つのワーク受け部材と、その二つのワーク受け部材の上方にそれぞれ昇降するように配置されたワーク押え部材とを備えている。そして、このワーク固定治具では、傾斜状態とした二つのワーク受け部材上に溶接すべきワークを乗せると、そのワークが自重によりストッパ部材に突き当たる位置に移動し、次いで、ストッパ部材を下降させると、二つのワークが突き当たる状態となり、その後、ワーク押え部材を下降させてワークをワーク受け部材に押し付けた状態で、ワーク受け部材を水平に戻すことで、二つのワークが端面を突き合わせた状態で水平に保持されることとなり、その後、ワーク固定治具とは別に設けているレーザ光照射装置によりレーザ溶接を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような従来の押え装置７や特許文献１に示すワーク固定治具は、いずれもレーザ光を遮光する機構を備えていないため、レーザ光を直視する恐れがあった。また、従来の押え装置やワーク固定治具は、いずれもレーザ光を照射する手段とは別個に設けているため、設備費が高くなるという問題もあった。更に、図５に示すようにベース材２に金属薄板１をスポット溶接する場合、金属薄板１の周縁近傍を押え装置７でベース材２に固定した状態で、金属薄板１の複数箇所を次々とスポット溶接してゆく場合が多いが、金属薄板１の面積が大きくなると、押え装置７による固定位置とスポット溶接位置との距離が大きくなって、スポット溶接位置での押え効果が低下し、接着不良を生じることがある。また、ベース材の平面度が低い場合にも、スポット溶接位置で金属薄板１とベース材２の間に隙間が生じてしまい、やはり、接着不良を生じることがある。これを防ぐには、押え装置７を多数設けて、金属薄板１の周縁部分のみならず、内部領域も押さえればよいが、そうすると、設備費が一層増大するのみならず、光学ユニット４の移動に押え装置７が干渉する恐れが生じる。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、金属薄板などの加工対象物をレーザ光照射位置で良好に押さえることができ、且つレーザ光の遮蔽も行うことのできる、構造簡単なレーザ加工機用押え装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、レーザ光を照射する光学ユニットの先端に、レーザ光の照射範囲を取り囲むように遮光性のヘッドカバーを配置し、そのヘッドカバー先端に、金属薄板などの加工対象物を押え付けるための押え面を形成し、更に、そのヘッドカバーを前記加工対象物に押し付ける駆動手段を設けるという構成としたものである。この構成により、光学ユニットを加工対象物に対してレーザ加工を行うための位置に位置決めし、駆動手段でヘッドカバーを加工対象物に押し付けると、ヘッドカバーがレーザ光のスポット位置近傍で加工対象物を押さえることとなる。このため、加工対象物が金属薄板の場合、レーザ光照射の際には、ヘッドカバーがその金属薄板を良好に押さえており、金属薄板に対するスポット溶接等の加工を良好に行うことができる。また、その際、レーザ光の照射範囲を遮光性のヘッドカバーが覆っているので、レーザ光が周囲に漏れることがほとんどなく、作業者がレーザ光を直視して目を悪くするといったこともない。
【０００６】
ここで、前記ヘッドカバーは単一構造のものでもよいが、単一構造に代えて、レーザ光の照射範囲を取り囲むように取り付けられたヘッドカバー本体と、そのヘッドカバー本体の先端に首振り機構を介して連結されたリング部材を備え、そのリング部材に前記押え面を形成した構成とすることが好ましい。この構成とすると、押え面を形成したリング部材が首振り機構を介して保持されているため、加工対象物にたわみがあるとか平面度が悪い場合でも、その加工対象物にリング部材の押え面を押し付けた際、リング部材が加工対象物の表面に倣って変位し、このため加工対象物を一定の加圧力でむらなく押さえることができる。
【０００７】
また、前記ヘッドカバーを、前記光学ユニットの先端を取り囲むように配置され、前記駆動手段に連結された支持体と、該支持体に対して首振り機構を介して取り付けられ、レーザ光の照射範囲を取り囲むように設けられたヘッドカバー本体を備え、該ヘッドカバー本体の先端に前記押え面を形成した構成とすることも好ましい。この構成とした場合にも、加工対象物に押え面を良好に押し付けることができ、一定の加圧力でむらなく押さえることができる。
【０００８】
更に、前記ヘッドカバーを、先端に向かって径が小さくなる形状とし、その先端に設けられた押え面をレーザのスポット近傍を押さえる構成とすることが好ましい。この構成とすると、押え面がレーザのスポット近傍の狭い領域を局所的に押さえることとなり、押えむらを一層防止でき、スポット溶接の場合には溶接ミスがなくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の好適な実施の形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態に係るレーザ加工機用押え装置を、スポット溶接する直前の状態及びスポット溶接中の状態で示す概略側面図、図２は、その押え装置の主要部分をスポット溶接中の状態で示す概略断面図、図３はその押え装置に用いているヘッドカバーの先端部分を拡大して示す概略断面図であり、図５に示す従来例と同一又は同様な部品には同一符号を付して示している。すなわち、１は加工対象物である金属薄板、２はその金属薄板１をスポット溶接する相手のベース材、３はＹＡＧレーザ等のレーザ光発生装置（図示せず）に連結された光ファイバコネクタ、４はレーザ光６を照射する光学ユニット、５はその光学ユニットを保持した保持部材であり、図示しない駆動機構によって水平移動並びに昇降して光学ユニットを所望位置に位置決めすることができる構成となっている。
【００１０】
１１はレーザ加工機用押え装置であり、光学ユニット４の先端に、レーザ光６の照射範囲を取り囲むように配置された遮光性のヘッドカバー１２と、そのヘッドカバー１２を加工対象物である金属薄板１に押し付ける駆動手段１３を備えている。ヘッドカバー１２は、図２、図３から良く分かるように、光学ユニット４の先端に、レーザ光６の照射範囲を取り囲むように且つ光学ユニット４に対してその軸線方向に移動可能に配置された金属製のヘッドカバー本体１５と、そのヘッドカバー本体１５の先端にウレタンゴム等の弾性体で形成された首振り機構１６を介して連結された金属製のリング部材１７を備えており、そのリング部材１７の下面に、金属薄板などの加工対象物を押え付けるための環状の押え面１７ａが形成されている。また、首振り機構１６に用いている弾性体は、レーザ光によって劣化する恐れがあるので、その内周面をリング部材１７で覆っている。ヘッドカバー本体１５は、レーザ光６の集光角度になるべる合うように、先端に向かって径が小さくなる形状としており、且つ、その先端に取り付けられたリング部材１７の押え面１７ａは、レーザ光６のスポットに干渉しない範囲で極力小さい径としている。これにより、リング部材１７で、レーザ光６のスポットのきわめて近くを押さえることができる。
【００１１】
図１において、駆動手段１３は、光学ユニット４を保持した保持部材５に取り付けられたエアシリンダ等のシリンダ装置２０と、そのシリンダ装置２０によって昇降するように保持されると共に垂直軸部２１ａを介してヘッドカバー１２を保持した固定治具２１を備えており、シリンダ装置２０によってヘッドカバー１２を昇降させることができると共にヘッドカバー１２を所望の押圧力で金属薄板１に押し付けることが可能となっている。
【００１２】
次に、上記構成の押え装置１１を備えたレーザ加工機によって、金属薄板１をベース材２にスポット溶接する動作を説明する。図１（ａ）に示すように、ヘッドカバー１２を引っ込めた状態（ヘッドカバー１２を光学ユニット４に対して上方に持ち上げた状態）で、光学ユニット４を所定のスポット溶接を行うための位置に位置決めする。次いで、図１（ｂ）に示すように、シリンダ装置２０を作動させてヘッドカバー１２を下降させ、図２、図３に示すように、そのヘッドカバー１２の下端に設けられたリング部材１７の押え面１７ａで金属薄板１を押さえ、ベース材２に押し付ける。この際、リング部材１７は弾性体で構成された首振り機構１６を介して保持されているため、金属薄板１にたわみがあるとか金属薄板１やベース材２の平面度が悪い場合でも、リング部材１７が金属薄板１及びベース材２の表面に倣って変位し、このため、金属薄板１をリング部材１７の押え面１７ａで一定の加圧力でむらなく押さえることができる。また、この際、光学ユニット４の先端から金属薄板１に至るレーザ光の照射領域はヘッドカバー１２で覆われた状態となる。この状態で光学ユニット４がレーザ光６を照射し、スポット溶接を行う。この時、前記したように、ヘッドカバー１２が金属薄板１をベース材２に押し付けているので、両者は密着状態に保たれており、良好なスポット溶接が行われる。また、ヘッドカバー１２がレーザ光の照射位置を取り囲んでいるので、レーザ光が周囲に漏れることがなく、作業者が目視しても何ら問題はなく安全である。
【００１３】
なお、上記の実施の形態では、ヘッドカバー１２を金属薄板１に押し付けるための駆動手段１３に、シリンダ装置２０を用いているが、駆動手段１３はシリンダ装置を用いたものに限らず、ばねなどの他の手段を用いたものでもよい。また、上記の実施の形態では、ヘッドカバー１２の先端部分に首振り機構を配置しているが、首振り機構はこの位置に限らず、金属薄板１を押さえる部分を首振りできればどこでもよい。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１に示すものとは異なる首振り機構を備えた実施の形態を示すものである。図４（ａ）に示す実施の形態のヘッドカバー１２Ａは、光学ユニット４の先端を取り囲んで移動可能に配置され、駆動手段１３（図１参照）に連結された支持体２３Ａと、その支持体２３Ａにウレタンゴム等の弾性体からなる首振り機構２５Ａを介して取り付けられ、レーザ光６の照射範囲を取り囲む金属製のヘッドカバー本体２６Ａを備えており、そのヘッドカバー本体２６Ａの下端に、金属薄板などの加工対象物を押え付けるための環状の押え面２６ａが形成されている。図４（ｂ）に示す実施の形態のヘッドカバー１２Ｂは、光学ユニット４の先端を取り囲んで移動可能に配置され、駆動手段１３（図１参照）に連結された支持体２３Ｂと、その支持体２３Ｂに複数のコイルバネ２４からなる首振り機構２５Ｂを介して取り付けられ、レーザ光６の照射範囲を取り囲む金属製のヘッドカバー本体２６Ｂを備えており、そのヘッドカバー本体２６Ｂの下端に、金属薄板などの加工対象物を押え付けるための環状の押え面２６ａが形成されている。図４（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態においても、レーザ光６によるスポット溶接を行う時に、ヘッドカバー１２Ａ、１２Ｂが駆動手段によって金属薄板１に押し付けられ、金属薄板１をベース材２に押し付けている。この際、金属薄板１に接触するヘッドカバー本体２６Ａ、２６Ｂが首振り機構２５Ａ、２５Ｂを介して保持されているため、金属薄板１にたわみがあるとか金属薄板１やベース材２の平面度が悪い場合でも、ヘッドカバー本体２６Ａ、２６Ｂが金属薄板１及びベース材２の表面に倣って変位し、このため、金属薄板１をヘッドカバー本体２６Ａ、２６Ｂの押え面２６ａで一定の加圧力でむらなく押さえることができ、良好なスポット溶接が行われる。また、この際、光学ユニット４の先端から金属薄板１に至るレーザ光の照射領域は遮光性のヘッドカバー１２Ａ、１２Ｂで覆われた状態となるので、レーザ光が周囲に漏れることがなく、作業者が目視しても何ら問題はない。
【００１４】
なお、以上の説明は、押え装置１１をスポット溶接を行う場合に使用しているが、この押え装置１１はスポット溶接に限らず、他のレーザ加工に用いてもよいことは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ加工機用押え装置は、溶接用のレーザ光を照射する光学ユニットの先端にヘッドカバーを設け、そのヘッドカバーで金属薄板などの加工対象物を押さえる構成としたことにより、レーザ光によるスポット溶接などの加工を行う際、レーザ光のスポット位置近傍で加工対象物を押さえることができ、レーザ光による加工を良好に行うことができ、しかもその加工の際、レーザ光の照射範囲を遮光性のヘッドカバーで覆っているので、レーザ光が周囲に漏れることがほとんどなく、作業者がレーザ光を直視して目を悪くするといったことがないという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態に係るレーザ加工機用押え装置を、スポット溶接する直前の状態及びスポット溶接中の状態で示す概略側面図
【図２】図１に示す押え装置の主要部分をスポット溶接中の状態で示す概略断面図
【図３】図１に示す押え装置に用いているヘッドカバーの先端部分を拡大して示す概略断面図
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ヘッドカバーの変形例を示す概略断面図
【図５】従来の押え装置を用いてスポット溶接する状態を示す概略側面図
【符号の説明】
１金属薄板（加工対象物）
２ベース材
３光ファイバコネクタ
４光学ユニット
５保持部材
１１レーザ加工機用押え装置
１２ヘッドカバー
１３駆動手段
１５ヘッドカバー本体
１６首振り機構
１７リング部材
１７ａ押え面
２０シリンダ装置
２１固定治具

Claims

レーザ光を照射する光学ユニットの先端に、レーザ光の照射範囲を取り囲むように配置され、先端に、加工対象物を押え付けるための押え面を備えた遮光性のヘッドカバーと、該ヘッドカバーを前記加工対象物に押し付ける駆動手段とを備えたレーザ加工機用押え装置。
前記ヘッドカバーが、レーザ光の照射範囲を取り囲むように設けられたヘッドカバー本体と、そのヘッドカバー本体の先端に首振り機構を介して連結されたリング部材を備えており、該リング部材に前記押え面が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機用押え装置。
前記ヘッドカバーが、前記光学ユニットの先端を取り囲むように配置され、前記駆動手段に連結された支持体と、該支持体に対して首振り機構を介して取り付けられ、レーザ光の照射範囲を取り囲むように設けられたヘッドカバー本体を備え、該ヘッドカバー本体の先端に前記押え面が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機用押え装置。
前記ヘッドカバーが、先端に向かって径が小さくなる形状であり、その先端に設けられた押え面がレーザ光のスポット近傍を押さえる構成であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のレーザ加工機用押え装置。