JP2014213341A - レーザ加工装置 - Google Patents

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宏 迫
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Abstract

【課題】ファイバーレーザ発振器の複数の構成要素を、レーザ加工機のフレームの適宜複数箇所に分散配置したレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工機25とファイバーレーザ発振器1とを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工機25は、レーザ光を集光してワークへ照射する集光レンズをレーザ加工ヘッド35に備え、前記ファイバーレーザ発振器1において、複数のレーザ発振器モジュール5を備えたモジュールユニット7と、各レーザ発振器モジュール5において発振されたレーザ光をフィーディングファイバ11に導入するためのコンバイナ9と、前記各レーザ発振器モジュール5に備えられた各半導体レーザを制御するための制御部17と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部19と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部21とを、前記レーザ加工機25におけるフレーム及び/又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してある。
【選択図】図2

Description

本発明は、ワークテーブル上のワークに対して相対的にX,Y,Z軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、ファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置に係り、さらに詳細には、前記ファイバーレーザ発振器における複数の構成要素を、前記レーザ加工機の複数箇所に分散配置して、全体的構成の省スペース化を図ったレーザ加工装置に関する。
レーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークへ照射するための集光レンズを内装したレーザ加工ヘッドを、前記ワークに対してX,Y,Z軸方向へ移動自在に備えたレーザ加工機とを備えている。ところで、レーザ発振器には種々の構成のレーザ発振器がある。近年は、レーザ発振器としてファイバーレーザ発振器が使用されている。
レーザ発振器としてファイバーレーザ発振器を備えたレーザ加工装置は、従来の一般的なレーザ加工装置と同様に、ファイバーレーザ発振器は1つの筐体内に各構成要素を内装した構成である。そして、レーザ加工機とファイバーレーザ発振器とはそれぞれ別個に設置してあり、上記レーザ発振器とレーザ加工機はフィードファイバー(フィーディングファイバー)を介して接続してある。したがって、大きな設置スペースが必要である、という問題がある。
そこで、ファイバーレーザ発振器における電源ユニットと発振器ユニットとをそれぞれ別ユニットに構成し、前記発振器ユニットを、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド内に備えた構成のレーザ加工装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開2012−254478号公報
前記特許文献1に記載されているように、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド内に発振器ユニットを備えた構成においては、レーザ加工ヘッドの形状寸法が大きくなると共に、レーザ加工ヘッド内に発熱源を備えることとなり、レーザ加工ヘッド内に備えられた、例えばベンドミラーなどの光学部品に熱影響を与えるおそれがある。なお、前記発熱源を冷却するための冷却手段をレーザ加工ヘッドに備えることも可能である。しかし、冷却手段をレーザ加工ヘッドに備えることにより、レーザ加工ヘッドがそれだけ大きくなる、という問題がある。
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークテーブル上のワークに対して相対的にX,Y,Z軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、上記レーザ加工ヘッドへ伝送するレーザ光を発振するファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工機は、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を平行光線化するためのコリメートレンズを備えると共に、レーザ光を集光して前記ワークへ照射する集光レンズを前記レーザ加工ヘッドに備え、前記ファイバーレーザ発振器は、複数のレーザ発振器モジュールを備えたモジュールユニットと、各レーザ発振器モジュールにおいて発振されたレーザ光をフィーディングファイバに導入するためのコンバイナと、前記各レーザ発振器モジュールに備えられた各半導体レーザを制御するための制御部と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部と、を備えており、前記モジュールユニットと前記コンバイナと前記制御部と前記電源部と前記冷却部は、前記レーザ加工機におけるフレーム及び/又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してあることを特徴とするものである。
また、前記レーザ加工装置において、前記モジュールユニット、前記コンバイナ、前記制御部、前記電源部、前記冷却部の適数は、前記レーザ加工ヘッドの移動範囲外に配置してあることを特徴とするものである。
また、前記レーザ加工装置において、前記冷却部は、前記レーザ加工ヘッドの光学系を冷却する冷却器への冷媒供給をも兼ねていることを特徴とするものである。
本発明によれば、ファイバーレーザ発振器における複数の構成要素を、レーザ加工機におけるフレーム又は加工テーブルの複数箇所に分散配置した構成であるから、ファイバーレーザ発振器における各構成要素のレイアウトの自由度が大きくなると共に、全体的構成の専有面積を小さくしての省スペース化を図ることができるものである。
従来のファイバーレーザ発振器の構成を概念的、概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を概念的、概略的に示した平面説明図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、理解を容易にするために、従来のファイバーレーザ発振器の全体的構成について説明する。
図1に概念的、概略的に示すように、従来のファイバーレーザ発振器1は、筐体3を備えており、この筐体3内には、複数のレーザ発振器モジュール5をユニット化して備えたモジュールユニット7が備えられている。上記レーザ発振器モジュール5は、半導体レーザ(レーザダイオード:LD)やアクティブファイバなどを備えた構成であって、レーザ発振を行う発振器モジュールである。なお、この種のモジュールは、例えばファイバーレーザモジュール等として既に知られた構成であるから、レーザ発振器モジュール5の構成についての詳細な説明は省略する。
また、前記筐体3内には、ビームコンバイナ9が備えられている。このビームコンバイナ9は、前記各レーザ発振器モジュール5によって発振されたレーザ光をフィーディングファイバ11に導入する作用をなすものであって、前記各レーザ発振器モジュール5に接続した各ファイバ12は前記ビームコンバイナ9に融着接続してある。したがって、前記各レーザ発振器モジュール5から発振されたレーザ光は一括して前記フィーディングファイバ11に導入されるものである。
前記フィーディングファイバ11は、ファイバーカプラ13を介して、レーザ加工ヘッド(図1においては図示省略)に接続したプロセスファイバ15と接続してある。上記ファイバーカプラ13は、コリメーションレンズと集光レンズとを備えた構成であって、既に知られた構成である。したがって、詳細な説明は省略する。
前記筐体3内には、前記モジュールユニット7における各レーザ発振器モジュール5に備えられたレーザダイオードの出力を制御するための制御部17が備えられていると共に、前記レーザダイオード用や制御部17用の電源部19が備えられている。さらに、前記筐体3内には、例えば前記レーザダイオード等の発熱源やファイバーカプラ13等の要冷却部の冷却を行う冷却部21が備えられている。
上記構成より理解されるように、モジュールユニット7における各レーザ発振器モジュール5とビームコンバイナ9は、ファイバ12によって接続してある。したがって、前記ファイバ12を長くすることにより、前記各レーザ発振器モジュール5を備えたモジュールユニット7とビームコンバイナ9は離隔して配置することができる。また、ビームコンバイナ9とファイバーカプラ13はフィーディングファイバ11を介して接続した構成であるから、離隔して配置することができるものである。
前記制御部17と電源部19は配線(図示省略)を介して接続してあり、前記モジュールユニット7における各レーザ発振器モジュール5のレーザダイオード(LD)と前記制御部17は配線を介して接続してある。したがって、前記モジュールユニット7、制御部17、電源部19のそれぞれも離隔して配置することも可能である。
前記冷却部21の構成としては、例えば送風ファンを備えた構成や冷媒として冷却水を非冷却部へ供給する構成の場合であっても、送風通路や冷媒通路を長くすることにより、冷却部を非冷却部から離隔して配置することができるものである。
すなわち、ファイバーレーザ発振器1におけるモジュールユニット7、ビームコンバイナ9、ファイバーカプラ13、制御部17、電源部19、冷却部21等の各構成要素は、筐体3内に一括して配置する必要はなく、適宜の各構成要素をそれぞれ適宜に離隔して配置することができるものである。したがって、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、レーザ加工機におけるフレーム内など適宜位置に、ファイバーレーザ発振器1における各構成要素を分散配置してある。
図2を参照するに、図2は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置23の全体的構成を概念的、概略的に示した平面説明図である。
図2に示すように、前記レーザ加工装置23は、レーザ加工機25と前記ファイバーレーザ発振器1とを備えた構成である。前記レーザ加工機25は、板状のワークWを載置支持するワークテーブル27を備えており、このワークテーブル27のY軸方向の両側部には、X軸方向に長いガイド部29が備えられている。このガイド部29にはY軸方向に長いX軸キャリッジ31がX軸方向へ移動自在に備えられている。
上記X軸キャリッジ31にはY軸方向へ移動自在なY軸キャリッジ33がY軸方向へ移動自在に備えられており、このY軸キャリッジ33には、内部に集光レンズ(図示省略)を備えたレーザ加工ヘッド35がZ軸方向へ上下動自在に備えられている。さらに、前記Y軸キャリッジ33には、コリメータユニット37が備えられている。このコリメータユニット37には、ファイバーカプラ13に一端側を接続した前記プロセスファイバ15の他端部が接続してある。なお、コリメータユニット37の構成は既に知られているので、詳細な説明は省略する。
前記ファイバーレーザ発振器1におけるモジュールユニット7、ビームコンバイナ9、ファイバーカプラ13、制御部17、電源部19及び冷却部21の各構成要素は、前記レーザ加工機25におけるベースフレームなどの適宜のフレーム41又はワークテーブル27などの適宜複数箇所に離隔して分散配置してある。すなわち、ファイバーレーザ発振器1は、筐体3を有しておらず、各構成要素毎にレーザ加工機1におけるフレームなどの固定構成要素に適宜に分散配置してある。なお、前記冷却部21は水冷式であって冷却水を出入自在に構成してある。そして、冷却部21は、冷却水又は熱交換された適宜の冷媒を、ファイバーレーザ発振器1及びレーザ加工機25において冷却が必要な要冷却部へパイプPを介して供給する構成である。
ところで、前記ファイバーレーザ発振器1における各構成要素は、図2に示すように、フレーム41の上面又は側面に配置することが望ましい。なお、前記各構成要素の配置位置は、前記レーザ加工機25におけるレーザ加工ヘッド35が移動する移動領域の範囲外に配置することが望ましいものである。
以上のごとき説明より理解されるように、ファイバーレーザ発振器1において複数のレーザ発振器モジュール5を備えたモジュールユニット7、ビームコンバイナ9、ファイバーカプラ13、制御部17、電源部19、冷却部21の各構成要素を、レーザ加工機5における適宜のフレーム等に分散配置した構成であるから、ファイバーレーザ発振器用の筐体3は不要であり、ファイバーレーザ加工装置23における全体的構成の省スペース化を図ることができるものである。また、各構成要素が分散配置してあることにより保守管理を容易に行い得るものである。
また、前記構成により、ファイバーレーザ発振器1の制御部とレーザ加工機25の制御部とを共用することや電源部や冷却部21等をも共用することも可能になるものであり、全体的構成のコンパクト化が容易なものである。
1 ファイバーレーザ発振器
5 レーザ発振器モジュール
7 モジュールユニット
9 ビームコンバイナ
11 フィーディングファイバ
13 ファイバーカプラ
15 プロセスファイバ
17 制御部
19 電源部
21 冷却部
23 レーザ加工装置
25 レーザ加工機
31 X軸キャリッジ
35 レーザ加工ヘッド
37 コリメータユニット

Claims (3)

  1. ワークテーブル上のワークに対して相対的にX,Y,Z軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、上記レーザ加工ヘッドへ伝送するレーザ光を発振するファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置であって、
    前記レーザ加工機は、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を平行光線化するためのコリメートレンズを備えると共に、レーザ光を集光して前記ワークへ照射する集光レンズを前記レーザ加工ヘッドに備え、
    前記ファイバーレーザ発振器は、複数のレーザ発振器モジュールを備えたモジュールユニットと、各レーザ発振器モジュールにおいて発振されたレーザ光をフィーディングファイバに導入するためのコンバイナと、前記各レーザ発振器モジュールに備えられた各半導体レーザを制御するための制御部と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部と、を備えており、前記モジュールユニットと前記コンバイナと前記制御部と前記電源部と前記冷却部は、前記レーザ加工機におけるフレーム及び/又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してあることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記モジュールユニット、前記コンバイナ、前記制御部、前記電源部、前記冷却部の適数は、前記レーザ加工ヘッドの移動範囲外に配置してあることを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、前記冷却部は、前記レーザ加工ヘッドの光学系を冷却する冷却器への冷媒供給をも兼ねていることを特徴とするレーザ加工装置。
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