JP2005319477A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、有効加工幅により制限されない長い光路長を確保でき、構成を簡略化でき、大型化することを防止できるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】 本発明は、レーザ発振器４よりのレーザビームを反転させる第１レーザビーム反転装置５と、第１レーザビーム反転装置５により反転したレーザビームを反転させ、加工ヘッド７内に導く第２レーザビーム反転装置６と、を備え、レーザ発振器４から第１レーザビーム反転装置５へ向かう第１レーザ光路、第１レーザビーム反転装置５から第２レーザビーム反転装置６へ向かう第２レーザ光路、及び、第２レーザビーム反転装置６から加工ヘッド７へ向かう第３レーザ光路は、平行であることを特徴とするレーザ加工機１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ発振器より加工ヘッド内に導かれたレーザビームを、加工ヘッドの集光レンズにより集束させながら、金属板、プラスチック板等の被加工材上に導き、被加工材の切断や溶接等の加工を行うレーザ加工機に関する。

従来から、レーザビームを利用して被加工材を所望形状に切断、溶接等の加工をするレーザ加工機が知られている。
ここで、レーザ発振器より加工ヘッドまでの光路長は、光路長に応じてレーザビーム径が変化、即ち、光路長が長くなるにつれてレーザビーム径が拡大していくことに鑑み、レーザ加工の際の加工性能に大きな影響を与える。また、アシストガスとして窒素ガスを使用するか酸素ガスを使用するか、開先加工か否か、集光レンズの下にミラーを設ける立体３次元加工か否か等の加工方法、鉄等の軟鋼材かステンレス材か等の被加工材の材質、被加工材の厚さ等によって、必要とされる光路長は異なる。
そのため、被加工材の加工方法、材質、厚さ等によっては、長い光路長が必要とされる。

しかしながら、レーザ加工において、レーザ加工機の大型化を防止するため、一般に、被加工材の大きさに応じた大きさのコンパクトなレーザ加工機を利用するものであり、長い光路長は得られ難い。
この問題を解決し、長い光路長を得るため、従来から、レーザ発振器よりのレーザ光を反転して加工ヘッドへ入射させるレーザ光反転器を備えたレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照。）。

しかし、このレーザ加工装置では、レーザ発振器よりのレーザ光を、一度、反転して加工ヘッドへ入射させるものにすぎず、レーザ加工装置の有効加工幅により光路長は制限されてしまい、光路長を長くするには限界があった。
これにより、被加工材の加工方法、材質、厚さ等によっては、良好な加工性能が得られず、短い光路長で良好な加工性能を得るため、例えば、薄板を加工する際に、焦点距離の短い集光レンズが必要となり、集光レンズを薄板に近づける必要が生じ、加工時に飛散するスパッタ（溶融した被加工材）やヒューム（一旦、溶融した後、凝固した被加工材）が、集光レンズに付着するという問題があった。

また、光路長を長くするため、従来から、メインフレーム内に、レーザ発振器と反転ミラー体を配し、メインフレーム内で反転ミラー体を移動させる事により、メインフレーム内の光路長を調整して、レーザ発振器より加工ヘッドまでの光路長を、被加工材の肉厚や材質の変化に対応する適切な光路長に設定変更できるレーザ加工機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、レーザ発振器から出射されたレーザ光を、第１の屈折部材によりレール敷設方向に屈折し、反転装置によりレールと平行に反転屈折させ、第２の屈折部材によりトーチの方向に屈折させ、トーチに設けたミラーを介して、レンズによって集光して被加工材に照射し、反転装置をレール敷設方向に移動可能とすることにより、光路長を設定変更できるレーザ加工機が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特公平１−５５０７６号公報 特許第３０８４７８０号公報 特公平５−４９３９６号公報

しかしながら、従来技術としての、メインフレーム内で反転ミラー体を移動させる事により、メインフレーム内の光路長を調整するレーザ加工機では、光路長を長くとり、光路長を調整するため、レーザ発振器が設けられるメインフレーム内に、複数のミラーを有する反転ミラー体を設ける必要があり、また、反転ミラー体を移動する機構も必要となり、レーザ加工機の構造が複雑化し、大型化するものであった。特に、レーザ光による危険性を確実に防ぐためには、反転ミラー体の構造、反転ミラー体の移動機構を極めて精密にする必要があり、構成が複雑化するものであった。また、このレーザ加工機では、レーザ発振器から出たレーザ光が、途中で垂直方向に屈曲した後で、加工ヘッドに入射し、装置が大型化するものであった。

また、従来技術としての、レーザ発振器から出射されたレーザ光を、第１の屈折部材、反転装置、及び、第２の屈折部材を介して、トーチに入射し、また、光路長を変更するため反転装置をレール敷設方向に移動可能とするレーザ加工機では、レーザ発振器の後方に第１の屈折部材を設ける必要があり、しかも、第１の屈折部材を移動するため、トーチの移動方向と垂直方向に延びる架台やレール等も必要となり、レーザ加工機の構造が複雑化し、大型化するものであった。特に、レーザ光による危険性を確実に防ぐためには、第１の屈折部材の構造、第１の屈折部材の架台やレール等を極めて精密にする必要があり、構成が複雑化するものであった。また、第１の屈折部材の下方には、被加工材を配置できず、レーザ加工機の有効加工幅が狭くなってしまうという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解決するものであり、有効加工幅により制限されない長い光路長を確保でき、構成を簡略化でき、大型化することを防止できるレーザ加工機を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ発振器より加工ヘッド内に導かれたレーザビームを、加工ヘッドの集光レンズにより集束させながら被加工材上に導き、被加工材の加工を行うレーザ加工機において、
レーザ発振器よりのレーザビームを反転させる第１レーザビーム反転装置と、第１レーザビーム反転装置により反転したレーザビームを反転させ、加工ヘッド内に導く第２レーザビーム反転装置と、を備え、
レーザ発振器から第１レーザビーム反転装置へ向かう第１レーザ光路、第１レーザビーム反転装置から第２レーザビーム反転装置へ向かう第２レーザ光路、及び、第２レーザビーム反転装置から加工ヘッドへ向かう第３レーザ光路は、平行であることを特徴とするレーザ加工機である。

本発明によれば、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を備えているので、例えば、レーザ発振器の筐体内に光路長を長くするためのミラー等を設置する必要のない簡単な構成によって、レーザ加工機による有効加工幅に制限されない光路長を確保でき、例えば、被加工材の板厚、材質、加工方法等に応じた適切な光路長を確保できる。

第１レーザ光路、第２レーザ光路、及び、第３レーザ光路が平行であるので、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を同一方向に沿って配置することが可能となり、例えば、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を同一の架台に設けることができる等、レーザ加工機が大型化、複雑化することを防止できる。

また、本発明において、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置は、第１レーザ光路に対し平行に移動し、
加工ヘッドに対する第２レーザビーム反転装置の位置を任意に設定可能であり、
加工ヘッドに対する第２レーザビーム反転装置の位置を設定した状態において、加工ヘッドの移動と共に、第１レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に１／２の速度で移動し、第２レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に同一速度で移動しても良い。

本発明によれば、加工ヘッドに対する第２レーザビーム反転装置の位置を任意に設定可能であるので、例えば、被加工材の板厚、材質、加工方法等に応じ、光路長を変更可能となり、被加工材の板厚等に応じ、集光レンズを複数用意し、交換する手間を回避できる。

また、加工ヘッドの移動と共に、第１レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に１／２の速度で移動し、第２レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に同一速度で移動するので、加工ヘッドを移動しつつ被加工材の加工を続けた場合であっても、光路長を一定に保つことができる。

また、本発明において、第２レーザビーム反転装置が第２レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合、第２レーザビーム反転装置を静止状態に維持すると共に、加工ヘッドの移動を継続し、第１レーザビーム反転装置を加工ヘッドの移動方向と反対方向に１／２の速度で移動させても良い。

本発明によれば、第２レーザビーム反転装置が第２レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合であっても、同一の光路長を維持しつつ、加工ヘッドによる被加工材の加工を継続でき、被加工材の加工品質を維持しつつ有効加工幅を大きくすることができる。

また、本発明において、第１レーザビーム反転装置が第１レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合、第１レーザビーム反転装置を静止状態に維持すると共に、加工ヘッドの移動を継続し、第２レーザビーム反転装置を加工ヘッドの移動方向と同一方向に１／２の速度で移動させても良い。

本発明によれば、第１レーザビーム反転装置が第１レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合であっても、同一の光路長を維持しつつ、加工ヘッドによる被加工材の加工を継続でき、被加工材の加工品質を維持しつつ有効加工幅を大きくすることができる。

また、本発明において、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置は、第１レーザ光路に対し平行に移動し、
加工ヘッドの有効加工幅全体において、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置が、同一の光路長を維持しつつ、同一の速度比で移動するようになっていても良い。

本発明によれば、加工ヘッドが同一方向に移動している途中において、たとえ、加工ヘッドが、その移動限界に近づいたとしても、第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動方向、移動速度が変更されることがなく、しかも同一の光路長が維持されるので、加工ヘッドの移動動作に対する第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動動作に誤差を生じることがなく、加工ヘッドの移動動作に対し、第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動動作が正確に追従することが可能となり、常に一定の光路長を確保でき、被加工材の加工品質を維持することが可能となる。

また、本発明において、加工ヘッドの移動速度をＶ_０とし、第１レーザビーム反転装置の移動速度をＶ_１とし、第２レーザビーム反転装置の移動速度をＶ_２とし、加工ヘッドの有効加工幅をＬ_Ｍとし、任意に設定された光路長をＬとし、設定可能な最小光路長をＬｍとし、Ｌ−ＬｍをＬ’とした場合、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、第２レーザビーム反転装置の移動速度比が、
Ｖ_０：Ｖ_１：Ｖ_２＝１：（１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ）／２：（１−Ｌ’／２Ｌ_Ｍ）
を満たすようになっていても良い。

本発明によれば、上記移動速度比とすることにより、加工ヘッドの有効加工幅全体において、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置が、同一の光路長を維持しつつ、同一の速度比で移動できる。よって、加工ヘッドが同一方向に移動している途中において、たとえ、加工ヘッドが、その移動限界に近づいたとしても、第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動方向、移動速度が変更されることがなく、しかも同一の光路長が維持されるので、加工ヘッドの移動動作に対する第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動動作に誤差を生じることがなく、加工ヘッドの移動動作に対し、第１レーザビーム反転装置や第２レーザビーム反転装置の移動動作が正確に追従することが可能となり、常に一定の光路長を確保でき、被加工材の加工品質を維持することが可能となる。

本発明によれば、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を備えているので、例えば、レーザ発振器の筐体内に光路長を長くするためのミラー等を設置する必要のない簡単な構成によって、レーザ加工機による有効加工幅に制限されない光路長を確保でき、例えば、被加工材の板厚、材質、加工方法等に応じた適切な光路長を確保できる。

第１レーザ光路、第２レーザ光路、及び、第３レーザ光路が平行であるので、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を同一方向に沿って配置することが可能となり、例えば、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置を同一の架台に設けることができる等、レーザ加工機が大型化、複雑化することを防止できる。

本発明の実施の形態によるレーザ加工機１につき、以下、図面を参照して説明する。
尚、本発明の実施の形態においてレーザ切断機の例につき説明しているが、本発明によるレーザ加工機１は、レーザ切断機のみならず、例えば、炭酸ガスレーザ等をミラーによって伝送するレーザ溶接機にも適用可能である。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるレーザ切断機１である。
この実施の形態によるレーザ切断機１は、一対のレール２と、機体フレーム３と、レーザ発振器４と、第１レーザビーム反転装置５と、第２レーザビーム反転装置６と、加工ヘッド７とを備えている。

一対のレール２は、所定間隔を置いて、平行に、Ｘ軸方向に延びている。
機体フレーム３は、一対のレール２に沿って、Ｘ軸方向に移動する。機体フレーム３は、一対のレール２の各々と接続する一対のレール接続部８と、一対のレール接続部８間に掛け渡され、Ｙ軸方向に延びる架台９とからなる。

レーザ発振器４は、レーザビームを、Ｙ軸方向に出射する。レーザ発振器４は、機体フレーム３の一対のレール接続部８のうち、一方のレール接続部８上に固定され、機体フレーム３のＸ軸方向の移動と共に、Ｘ軸方向に移動する。
第１レーザビーム反転装置５は、レーザ発振器４より出射されたレーザビームを反転させて、Ｙ軸方向に導く。
第１レーザビーム反転装置５は、第１反転装置筐体１０と、第１反転装置筐体１０内に設けられた第１反転装置第１ミラー１１及び第１反転装置第２ミラー１２と、第１反転装置筐体１０上に設けられた第１レーザビーム反転装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプ（図示せず）と、を備えている。

第１反転装置筐体１０は、架台９に設けられ、架台９に沿って、Ｙ軸方向に移動可能である。
第１反転装置第１ミラー１１は、レーザ発振器４より出射されたレーザビームをＺ軸方向（下方）に屈曲させる。第１反転装置第２ミラー１２は、第１反転装置第１ミラー１１により屈曲したレーザビームをＹ軸方向（レーザ発振器４方向）に屈曲させる。
第１レーザビーム反転装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプは、第１レーザビーム反転装置５のＹ軸方向の移動方向、移動量、移動速度を制御する。
第１レーザビーム反転装置５は、Ｙ軸方向において、架台９のレーザ発振器４側と反対側に、移動限界を有する。

第２レーザビーム反転装置６は、第１レーザビーム反転装置５よりのレーザビームを反転させ、加工ヘッド７内に導く。
第２レーザビーム反転装置６は、第２反転装置筐体１４と、第２反転装置筐体１４内に設けられた第２反転装置第１ミラー１５及び第２反転装置第２ミラー１６と、第２反転装置筐体１４上に設けられた第２レーザビーム反転装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプ（図示せず）と、を備えている。

第２反転装置筐体１４は、架台９に設けられ、架台９に沿って、Ｙ軸方向に移動可能である。
第２反転装置第１ミラー１５は、第１レーザビーム反転装置５よりのレーザビームをＺ軸方向（上方）に屈曲させる。第２反転装置第２ミラー１６は、第２反転装置第１ミラー１５により屈曲したレーザビームをＹ軸方向（レーザ発振器方向と反対方向）に屈曲させる。
第２レーザビーム反転装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプは、第２レーザビーム反転装置６のＹ軸方向の移動方向、移動量、移動速度を制御する。
第２レーザビーム反転装置６は、Ｙ軸方向において、架台９のレーザ発振器４側に、移動限界を有する。

尚、図１において、第１レーザビーム反転装置５および第２レーザビーム反転装置６は、上下方向（Ｚ軸方向）に長い構成であり、第１レーザビーム反転装置５において、第１反転装置第１ミラー１１の下方に第１反転装置第２ミラー１２が置かれており、第２レーザビーム反転装置６において、第２反転装置第１ミラー１５の上方に第２反転装置第２ミラー１６が置かれている。しかし、図１の構成に代えて、第１レーザビーム反転装置５および第２レーザビーム反転装置６は、水平方向（Ｘ軸方向）に長い構成とすることもできる。この場合、第１レーザビーム反転装置５において、Ｘ軸方向に沿って、第１反転装置第１ミラー１１、及び、第１反転装置第２ミラー１２を配置し、第２レーザビーム反転装置６において、Ｘ軸方向に沿って、第２反転装置第１ミラー１５、及び、第２反転装置第２ミラー１６を配置する。
この場合であっても、レーザ発振器４より出射されたレーザビームが、第１反転装置第１ミラー１１、第１反転装置第２ミラー１２、第２反転装置第１ミラー１５、第２反転装置第２ミラー１６を順に経由して、加工ヘッドミラー１９に達することは、図１における構成を同様である。

加工ヘッド７は、第２レーザビーム反転装置６よりのレーザビームを被加工材３５上に導き、被加工材３５の加工を行う。加工ヘッド７は、架台９に、第１レーザビーム反転装置５と第２レーザビーム反転装置６の間に設けられている。

加工ヘッド７は、加工ヘッド筐体１８と、加工ヘッド筐体１８内に備えられた加工ヘッドミラー１９及び集光レンズ２０と、加工ヘッド筐体１８上に備えられた加工ヘッドサーボモータ２１及び加工ヘッドサーボアンプ（図示せず）と、を備えている。
加工ヘッド筐体１８は、架台９に設けられ、架台９に沿って、Ｙ軸方向に移動可能である。加工ヘッドミラー１９は、第２レーザビーム反転装置６からのレーザビームを屈曲させて、Ｚ軸方向（下方）に導く。集光レンズ２０は、加工ヘッドミラー１９により屈曲したレーザビームを集束させて、被加工材３５上に導く。加工ヘッドサーボモータ２１及び加工ヘッドサーボアンプは、加工ヘッド７のＹ軸方向の移動方向、移動量、移動速度を制御する。

以上の構成によって、本発明の実施の形態では、レーザ発振器４から第１レーザビーム反転装置５へ向かう第１レーザ光路、第１レーザビーム反転装置５から第２レーザビーム反転装置６へ向かう第２レーザ光路、及び、第２レーザビーム反転装置６から加工ヘッド７へ向かう第３レーザ光路は、平行となっている。

次に、本発明の第１の実施の形態によるレーザ加工機１の動作につき、説明する。
まず始めに、機体フレーム３を一対のレール２に沿って移動させてＸ軸方向の位置を調整すると共に、加工ヘッドサーボモータ２１及び加工ヘッドサーボアンプを制御することにより、架台９における加工ヘッド７を移動させてＹ軸方向の位置を調整して、加工ヘッド７を被加工材３５に対する加工開始位置に停止させる。

その後、架台９上において、第２レーザビーム反転装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、加工ヘッド７に対する第２レーザビーム反転装置６の位置を調節し、場合により、第１レーザビーム反転装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、加工ヘッド７に対する第１レーザビーム反転装置５の位置も調節して、光路長を調整する。この場合、図２において、加工ヘッド７はＹ０に、第１レーザビーム反転装置はＹ１に、第２レーザビーム反転装置はＹ２に位置する。

次に、レーザ加工機１のレーザビームによる被加工材３５の加工を開始する。
被加工材３５のＸ軸方向の加工に関しては、機体フレーム３を一対のレール２に沿って移動させてＸ軸方向の位置を調整することにより、加工ヘッド７をＸ軸方向に移動させることにより行う。

被加工材３５のＹ軸方向の加工に関しては、加工ヘッドサーボモータ２１及び加工ヘッドサーボアンプを制御することにより、架台９に対し加工ヘッド７を移動させることによって行う。架台９に対する加工ヘッド７の移動と共に、第１レーザビーム反転装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、第１レーザビーム反転装置５は加工ヘッド７の移動方向と同一方向に１／２の速度で移させ、第２レーザビーム反転装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、第２レーザビーム反転装置６は加工ヘッド７の移動方向と同一方向に同一速度で移動させる。

加工ヘッド７をレーザ発振器４に向かって移動させていき、第２レーザビーム反転装置６が第２レーザビーム反転装置６の移動限界（図２におけるＹ＋の位置）に達した場合は、第２レーザビーム反転装置６の移動を停止して、静止状態に維持する。この際、加工ヘッド７の移動は継続すると共に、第１レーザビーム反転装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、第１レーザビーム反転装置５を加工ヘッド７の移動方向と反対方向に１／２の速度で移動させるようにする。

また、加工ヘッド７をレーザ発振器４から離れる方向に移動させていき、第１レーザビーム反転装置５が第１レーザビーム反転装置５の移動限界に達した場合、第１レーザビーム反転装置５の移動を停止させ、静止状態に維持する。この際、加工ヘッド７の移動を継続すると共に、第２レーザビーム反転装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプを制御することにより、第２レーザビーム反転装置６を加工ヘッド７の移動方向と同一方向（レーザ発振器４から離れる方向）に１／２の速度で移動させるようにする。

次に、本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機の動作につき説明する。
この実施の形態において、レーザ加工機１の機械的構造としては、図１におけるものと同様のものが採用される。
このレーザ加工機１の動作としては、加工ヘッド７の有効加工幅全体において、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６が、同一の光路長を維持しつつ、常に同一の速度比で移動するものである。
これにより、上記第１実施の形態に比べ、加工ヘッド７が同一方向に移動している途中において、たとえ、加工ヘッド７が、その移動限界に近づいたとしても、第１レーザビーム反転装置５や第２レーザビーム反転装置６の移動方向、移動速度が変更されることがなく、しかも同一の光路長が維持されるので、加工ヘッド７の移動動作に対する第１レーザビーム反転装置５や第２レーザビーム反転装置６の移動動作に誤差を生じることがなく、加工ヘッド７の移動動作に対し、第１レーザビーム反転装置５や第２レーザビーム反転装置６の移動動作が正確に追従することが可能となり、常に一定の光路長を確保でき、被加工材３５の加工品質を維持することが可能となるものである。

図３〜７を参照として、加工ヘッド７の有効加工幅全体において、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６が、常に同一の速度比で移動する場合につき、説明する。

ここで、初めに、図４〜７において用いられる記号の定義を、図３を参照して説明する。
第１レーザビーム反転装置５と加工ヘッド７との間の距離 ：Ｌａ
第１レーザビーム反転装置５と加工ヘッド７との間の距離の最小値 ：Ｌａｍ
（第１反転装置筐体１０と加工ヘッド筐体１８とが当接した状態での距離）
第２レーザビーム反転装置６と加工ヘッド７との間の距離 ：Ｌｂ
第２レーザビーム反転装置６と加工ヘッド７との間の距離の最小値 ：Ｌｂｍ
（第２反転装置筐体１４と加工ヘッド筐体１８とが当接した状態での距離）
加工ヘッド７のＹ座標位置 ：Ｙ_０
加工ヘッド７の−Ｙ（Ｙ軸におけるマイナス方向）移動限界位置 ：Ｙ_０−
加工ヘッド７の＋Ｙ（Ｙ軸におけるプラス方向）移動限界位置 ：Ｙ_０＋
加工ヘッド７の有効加工幅 ：Ｌ_Ｍ（＝Ｙ_０＋−Ｙ_０−）
加工ヘッド７の移動速度 ：Ｖ_０
第１レーザビーム反転装置５のＹ座標位置 ：Ｙ_１
第１レーザビーム反転装置５の移動速度 ：Ｖ_１
第２レーザビーム反転装置６のＹ座標位置 ：Ｙ_２
第２レーザビーム反転装置６の移動速度 ：Ｖ_２
任意に設定された光路長 ：Ｌ
（加工ヘッド７に対する第２レーザビーム反転装置６の初期設定位置により決定される）
設定可能な最小光路長 ：Ｌｍ
（Ｌｂ＝Ｌｂｍと初期設定した場合）
ＬとＬｍの差（Ｌ−Ｌｍ） ：Ｌ’

結論から述べると、
Ｖ_０：Ｖ_１：Ｖ_２＝１：（１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ）／２：（１−Ｌ’／２Ｌ_Ｍ）
の速度比に、レーザ加工機１を設定すると、加工ヘッド７の有効加工幅全体において、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６が、常に同一の速度比で移動する。

また、この場合、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６の座標位置は、次のようになる。
[Ｙ_０、Ｙ_１、Ｙ_２]＝[Ｙ_０、{１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ}Ｙ_０／２＋{１＋Ｌ’／Ｌ_Ｍ}Ｙ_０−／２−Ｌａｍ、{１−Ｌ’／（２Ｌ_Ｍ）}Ｙ_０＋Ｌ’Ｙ_０−／（２Ｌ_Ｍ）＋Ｌｂｍ＋Ｌ’／２]

以下、Ｖ_０：Ｖ_１：Ｖ_２＝１：（１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ）／２：（１−Ｌ’／２Ｌ_Ｍ）の速度比である場合、加工ヘッド７の有効加工幅全体において、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６が、常に同一の速度比で移動する理由につき、詳細に述べる。

以下の説明において、説明の便宜上、第２レーザビーム反転装置６の＋Ｙ方向移動限界位置がレーザ発振器４の位置と同じ場合につき述べている。しかし、第２レーザビーム反転装置６の＋Ｙ方向移動限界位置がレーザ発振器４の位置よりも−Ｙ側であっても同様の説明が成り立つ。

図４及び５は、Ｌ＝Ｌｍ（加工ヘッド７に対し第２レーザビーム反転装置６を最接近させた位置に初期設定した場合であって、加工ヘッド筐体１８に対し第２反転装置筐体１４が当接している状態）を示している。

図４は、Ｙ_０＝Ｙ_０−の場合（加工ヘッド７が−Ｙ移動限界に位置する場合）を表している。図５は、図４の状態から、加工ヘッド７が、＋Ｙ方向に、有効加工幅の長さ全体を移動して、＋Ｙ移動限界まで達した場合を表している。加工ヘッド７と第２レーザビーム反転装置６との距離の最小値は、加工ヘッド筐体１８と第２反転装置筐体１４とが当接している場合であるため、図４の状態と図５の状態とにおいて、加工ヘッド７と第２レーザビーム反転装置６との距離は同一である。即ち、加工ヘッド７に対する第２レーザビーム反転装置６の最小距離の初期位置は、加工ヘッド筐体１８に第２反転装置筐体１４が当接することで決定される。また、第２レーザビーム反転装置６と加工ヘッド７とが当接した状態で、第２レーザビーム反転装置６が＋Ｙ方向移動限界に達すると同時に、加工ヘッド７が＋Ｙ方向移動限界に達することによって、加工ヘッド７の＋Ｙ方向移動限界が決定される。

このように、第２レーザビーム反転装置６と加工ヘッド７は、第２レーザビーム反転装置６と加工ヘッド７との距離Ｌｂにつき、その最小値Ｌｂｍを維持した状態で、図４の状態から図５の状態に移動し、それらの＋Ｙ方向移動限界に達する。
図４の場合において、第１レーザ光路の距離は、Ｌ_Ｍ＋Ｌｂｍ＋Ｌａｍである。これは、第２レーザビーム反転装置６の＋Ｙ方向移動限界位置がレーザ発振器４の位置と同じとしているため、図４では、第２レーザビーム反転装置６がレーザ発振器４からＬ_Ｍだけ離れており、また、加工ヘッド７の−Ｙ方向の限界位置は、−Ｙ方向の限界位置にある第１反転装置筐体１０に、加工ヘッド筐体１８が当接することによって決定するためである。第２レーザ光路の距離はＬｂｍ＋Ｌａｍであり、第３レーザ光路の距離はＬｂｍである。
以上のように、図４の状態での光路長は、第１レーザ光路＋第２レーザ光路＋第３レーザ光路であり、（Ｌ_Ｍ＋Ｌｂｍ＋Ｌａｍ）＋（Ｌｂｍ＋Ｌａｍ）＋Ｌｂｍ＝Ｌ_Ｍ＋２Ｌａｍ＋３Ｌｂｍとなる。

本発明は、加工ヘッド７が何れの位置においても光路長を同一に維持するものであることに鑑み、図５の状態において、図４の状態と光路長が同一となる。
ここで、図５の状態における第３レーザ光路の距離はＬｂｍであり、また、第１レーザ光路の距離と第２レーザ光路の距離とは同一であり、これらをＮと規定する。
すると、図６における光路長は、Ｌ_Ｍ＋２Ｌａｍ＋３Ｌｂｍ＝２Ｎ＋Ｌｂｍとなり、Ｎ＝１／２Ｌ_Ｍ＋Ｌａｍ＋Ｌｂｍとなる。図４と図５における第１レーザ光路に鑑み、第１レーザビーム反転装置５の移動距離は、（Ｌ_Ｍ＋Ｌｂｍ＋Ｌａｍ）−Ｎ＝１／２Ｌ_Ｍとなる。

図６及び７は、Ｌ＞Ｌｍの場合（Ｌｂ＞Ｌｂｍと初期設定した場合）を示している。
図６の場合は、Ｙ_０＝Ｙ_０−の場合（加工ヘッド７が−Ｙ移動限界に位置する場合）を表している。図７は、図６の状態から、加工ヘッド７が、＋Ｙ方向に、有効加工幅の長さ全体を移動して、＋Ｙ移動限界まで達した場合を表している。

図６の場合において、先程述べた図４の場合より、光路長をＬ’だけ長くするため、これらの場合で第１レーザ光路の距離が同一であることに鑑み、第２レーザ光路と第３レーザ光路とを同一の距離だけ長くすることとなり、図６の場合において、図４の場合より、第２レーザビーム反転装置６をレーザ発振器４からＬ’／２だけ離す必要がある（この場合、加工ヘッド７と第２レーザビーム反転装置６との距離は、Ｌｂｍ＋Ｌ’／２となる。）。また、図６の場合において、加工ヘッド７と第１レーザビーム反転装置５の位置は、図４の場合と同じである。

図６の状態において、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６の移動を開始し、これらが同時に図７の状態となるが、本発明において、図６における光路長と図７における光路長が同一である。
図６の状態から図７の状態に移動した場合、加工ヘッド７の移動距離はＬ_Ｍである。
図６の状態から図７の状態に移動した場合、第２レーザビーム反転装置６の移動距離は、図４及び５におけるＬ＝Ｌｍの場合（Ｌｂ＝Ｌｂｍの場合）の移動距離（Ｌ_Ｍ）よりＬ’／２だけ短いため、Ｌ_Ｍ−Ｌ’／２となる。

図６の状態から図７の状態に移動した場合、第１レーザビーム反転装置５の移動距離は、以下の通りである。
即ち、図７の状態は図５の状態より光路長がＬ’だけ長い。図５の状態と図７の状態で、第３レーザ光路の距離が同一（Ｌｂｍ）である。

よって、図７の状態では、図５の状態に比べ、第１レーザ光路の距離、及び、第２レーザ光路の距離が同じだけ長くなり、図７の状態における第１レーザビーム反転装置５の位置は、図５の状態における第１レーザビーム反転装置５の位置より、−Ｙ方向にＬ’／２移動した位置にある。このため、図６の状態から図７の状態に移動する場合の第１レーザビーム反転装置５の移動距離は、図４の状態から図５の状態に移動する場合の第１レーザビーム反転装置５の移動距離より、Ｌ’／２だけ少ない。

よって、図６の状態から図７の状態に移動した場合、第１レーザビーム反転装置５の移動距離は、１／２Ｌ_Ｍ−Ｌ’／２となる。
以上の説明から把握されるように、加工ヘッド７が−Ｙ端部から＋Ｙ端部へ移動する場合（有効加工幅全体を移動する場合）、加工ヘッド７はＬ_Ｍ移動し、第１レーザビーム反転装置５は１／２Ｌ_Ｍ−Ｌ’／２だけ移動し、第２レーザビーム反転装置６はＬ_Ｍ−Ｌ’／２だけ移動する。これらの移動の開始時間および終了時間は同一であるため、Ｖ_０：Ｖ_１：Ｖ_２＝１：（１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ）／２：（１−Ｌ’／２Ｌ_Ｍ）の速度比となる。

即ち、この速度比により、加工ヘッド７、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６を移動すれば、加工ヘッド７の有効加工幅全体において、常に、一定の光路長を維持することとなる。

次に、本発明の第３の実施の形態によるレーザ加工機１につき、図８を参照して説明する。
この実施の形態によるレーザ加工機１が、本発明の第１の実施の形態によるレーザ加工機１と相違する点は、以下の通りである。
即ち、この実施の形態によるレーザ加工機１では、本発明の第１の実施の形態によるレーザ加工機１におけるような、加工ヘッドサーボモータ２１及び加工ヘッドサーボアンプ、第１レーザビーム反転装置装置用サーボモータ１３及び第１レーザビーム反転装置用サーボアンプ、並びに、第２レーザビーム反転装置装置用サーボモータ１７及び第２レーザビーム反転装置用サーボアンプを備えていない。これらの替わりに、この実施の形態によるレーザ加工機１は、第１の無端状ベルト２２と、第２の無端状ベルト２３と、一対の第１支持軸２４と、一対の第２支持軸２５と、第１レーザビーム反転装置５に設けられた第１のクランプ体２６及び第１の固定クランプ部３６と、第２レーザビーム反転装置６に設けられた第２のクランプ体２７及び第２の固定クランプ部３７と、を備えている。

第１の無端状ベルト（第１の搬送部材）２２は、一対の第１支持軸２４に架設されており、Ｙ軸方向に延び、一対の第１支持軸２４の一方向及びその反対方向への回転に伴って、一方向及びその反対方向に回動する。一対の第１支持軸２４は架台９に支持されている。
第２の無端状ベルト（第２の搬送部材）２３は、一対の第２支持軸２５に架設されており、Ｙ軸方向に延び、一対の第２支持軸２５の一方向及びその反対方向への回転に伴って、一方向及びその反対方向に回動可能である。一対の第２支持軸２５は架台９に支持されている。第２の無端状ベルト２３は、第１の無端状ベルト２２の１／２の速度で回動する。第２の無端状ベルト２３は、上側移動部である一方向移動部２８と、下側移動部である反対方向移動部２９とを有している。

一方の第１支持軸２４と一方の第２支持軸２５とは一体として形成されており、一体として回転し、他方の第１支持軸２４と他方の第２支持軸２５とは一体として形成されており、一体として回転する。一対の第１支持軸２４の各々は、一対の第２支持軸２５より、大きな径を有しており、これにより、第１の無端状ベルト２２は第２の無端状ベルト２３の２倍の速度で回動するようになっている。

加工ヘッド７は、第１の無端状ベルト２２の上側移動部３０に連結、固定されている。
第１レーザビーム反転装置５に設けられた第１のクランプ体２６は、第２の無端状ベルト２３の一方向移動部２８に連結される第１のクランプ体上側クランプ部３１と、反対方向移動部２９に連結される第１のクランプ体下側クランプ部３２と備え、第２の無端状ベルト２３の一方向移動部２８に連結された状態、反対方向移動部２９に連結された状態、及び、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態のうち、何れかの状態となるように制御される。第１の固定クランプ部３６は、第１のクランプ体２６に対し垂直に、第１レーザビーム反転装置５に設けられており、第１のクランプ体２６が、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態となったと同時に、架台９に取り付けられている第１の固定具３８に連結される。この連結により、第１レーザビーム反転装置５は、架台９に対し位置固定状態に維持される。

第２レーザビーム反転装置６に設けられた第２のクランプ体２７は、第１の無端状ベルト２２の上側移動部３０に連結される第２のクランプ体上側クランプ部３３と、第２の無端状ベルト２３の一方向移動部２８に連結される第２のクランプ体下側クランプ部３４と備え、第１の無端状ベルト２２の上側移動部３０に連結された状態、第２の無端状ベルト２３の一方向移動部２８に連結された状態、及び、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態のうち、何れかの状態となるように制御される。第２の固定クランプ部３７は、第２のクランプ体２７に対し垂直に、第２レーザビーム反転装置６に設けられており、第２のクランプ体２７が、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態となったと同時に、架台９に取り付けられている第２の固定具３９に連結される。この連結により、第２レーザビーム反転装置６は、架台９に対し位置固定状態に維持される。
第２レーザビーム反転装置６に設けられた第２のクランプ体２７の第１の無端状ベルト２２に対するＹ軸方向の連結位置は、図示しない操作部からの操作により、任意に設定可能となっている。

この実施の形態によるレーザ加工機１において、以下のように制御される。
即ち、第１レーザビーム反転装置５及び第２レーザビーム反転装置６が、それらの移動限界に達していない場合、第１レーザビーム反転装置５の第１クランプ体上側クランプ部３１は一方向移動部２８に連結されると共に、第２レーザビーム反転装置６の第２クランプ体上側クランプ部３３は第１の無端状ベルト２２の上側移動部３０に連結される。

第２レーザビーム反転装置６が、その移動限界に達した場合、第１レーザビーム反転装置５の第１クランプ体上側クランプ部３１が解除されると共に第１クランプ体下側クランプ部３２が反対方向移動部２９に連結される。また、第２レーザビーム反転装置６は、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態とされると共に、第２の固定クランプ部３７が第２の固定具３９に連結され、これにより、第２レーザビーム反転装置６は位置固定状態とされる。加工ヘッド７のレーザ発振器４方向への移動は継続される。

第１レーザビーム反転装置５が、その移動限界に達した場合、第１レーザビーム反転装置５は、第１の無端状ベルト２２と第２の無端状ベルト２３の何れにも連結されない状態とされると共に、第１の固定クランプ部３６が第１の固定具３８に連結され、これにより、第１レーザビーム反転装置５は位置固定状態とされる。第２レーザビーム反転装置６の第２クランプ体２７は一方向移動部２８に連結される。加工ヘッド７のレーザ発振器４方向と同一方向の移動は継続される。

尚、本発明の実施の形態では、第１レーザ光路、第２レーザ光路、及び、第３レーザ光路がＹ軸方向に延び、レーザ発振器４、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６がＹ軸方向に移動するレーザ加工機１につき説明したが、本発明では、Ｙ軸方向ではなく、レーザ光路がＸ軸方向またはＺ軸方向に延び、レーザ発振器４、第１レーザビーム反転装置５、及び、第２レーザビーム反転装置６がＸ軸方向またはＺ軸方向に移動するレーザ加工機１にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態によるレーザ加工機を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態によるレーザ加工機を示す模式図である。

符号の説明

１‥‥レーザ加工機（レーザ切断機）、４‥‥レーザ発振器、５‥‥第１レーザビーム反転装置、６‥‥第２レーザビーム反転装置、７‥‥加工ヘッド、９‥‥架台、２０‥‥集光レンズ、３５‥‥被加工材

Claims (4)

1. レーザ発振器より加工ヘッド内に導かれたレーザビームを、加工ヘッドの集光レンズにより集束させながら被加工材上に導き、被加工材の加工を行うレーザ加工機において、
   レーザ発振器よりのレーザビームを反転させる第１レーザビーム反転装置と、第１レーザビーム反転装置により反転したレーザビームを反転させ、加工ヘッド内に導く第２レーザビーム反転装置と、を備え、
   レーザ発振器から第１レーザビーム反転装置へ向かう第１レーザ光路、第１レーザビーム反転装置から第２レーザビーム反転装置へ向かう第２レーザ光路、及び、第２レーザビーム反転装置から加工ヘッドへ向かう第３レーザ光路は、平行であることを特徴とするレーザ加工機。
2. 加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置は、第１レーザ光路に対し平行に移動し、
   加工ヘッドに対する第２レーザビーム反転装置の位置を任意に設定可能であり、
   加工ヘッドに対する第２レーザビーム反転装置の位置を設定した状態において、加工ヘッドの移動と共に、第１レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に１／２の速度で移動し、第２レーザビーム反転装置は加工ヘッドの移動方向と同一方向に同一速度で移動し、
   第２レーザビーム反転装置が第２レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合、第２レーザビーム反転装置を静止状態に維持すると共に、加工ヘッドの移動を継続し、第１レーザビーム反転装置を加工ヘッドの移動方向と反対方向に１／２の速度で移動させ、
   第１レーザビーム反転装置が第１レーザビーム反転装置の移動限界に達した場合、第１レーザビーム反転装置を静止状態に維持すると共に、加工ヘッドの移動を継続し、第２レーザビーム反転装置を加工ヘッドの移動方向と同一方向に１／２の速度で移動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. 加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置は、第１レーザ光路に対し平行に移動し、
   加工ヘッドの有効加工幅全体において、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置が、同一の光路長を維持しつつ、同一の速度比で移動するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
4. 加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、及び、第２レーザビーム反転装置は、第１レーザ光路に対し平行に移動し、
   加工ヘッドの移動速度をＶ_０とし、第１レーザビーム反転装置の移動速度をＶ_１とし、第２レーザビーム反転装置の移動速度をＶ_２とし、加工ヘッドの有効加工幅をＬ_Ｍとし、任意に設定された光路長をＬとし、設定可能な最小光路長をＬｍとし、Ｌ−ＬｍをＬ’とした場合、加工ヘッド、第１レーザビーム反転装置、第２レーザビーム反転装置の移動速度比が、
   Ｖ_０：Ｖ_１：Ｖ_２＝１：（１−Ｌ’／Ｌ_Ｍ）／２：（１−Ｌ’／２Ｌ_Ｍ）
   を満たすようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
   
   

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