JP2019104038A - レーザー加工装置及び袋状ワークの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価でありながらワークを確実に固定することができるレーザー加工装置を提供すること。【解決手段】レーザー加工装置（１０）は、レーザーを発生させるレーザー発振器（１８）と、レーザー（Ｌ）が当てられるワーク（Ｗ）の表面にガス（Ｇ）を供給するためのポンプ（１７）と、このポンプ（１７）から供給されたガス（Ｇ）が通過し平面視において略円環状に形成された円環部（７２）、この円環部（７２）からワーク（Ｗ）に向かって延びる延出部（８２）、円環部（７２）の中心を貫通し下部において延出部（８２）に合流すると共に大気を導入可能な大気導入穴（６３）、を有する、ガス供給部（３０）と、が備えられている。【選択図】図６

Description

本発明は、ワークに向かってガスを供給可能なレーザー加工装置によるワークの加工技術に関する。

ワークを溶接、切断、接合、溶着する際に、レーザー加工装置が用いられることがある。レーザをワークに照射する際には、目的に応じて、ワークに不活性ガスなどを吹き付ける。このような加工装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示されるような、レーザー加工装置は、ベース板と、このベース板の上方に配置されレーザーを発生するレーザー発振器が設けられたビームベンダと、を備えている。

ビームベンダの先端には、ワークに吹き付けられるガスを供給するためのガス供給部が形成されている。

ベース板の上面に配置されたシート状のワークは、磁石によってベース板の上面に固定されている。このワークに向かってガスを吹き付けながら、レーザービームをワークに照射させて、ワークを切断する。

特許第６０２９８２４号公報

特許文献１によるレーザー加工装置によって、広範囲の加工を行う場合には、磁石から離れた部位においてワークがめくり上がる虞がある。

このようなめくり上がりを抑制するための対策として、穴の空けられたベース板を用いて穴から空気やガスを吸引することにより、負圧によってワークをベース板の上面に固定する方法が考えられる。また、ワークに吹き付けるガスの流量を増やし、ガス圧によってワークをベース板の上面に押し付ける方法が考えられる。

しかし、負圧によってワークを固定する場合には、穴の開けられたベース板を準備する必要があり、ガス圧によってワークを押し付ける場合には、ガスを供給するための大型のポンプが必要となる。このため、いずれの対策を採用したとしてもレーザー加工装置の部品コストが嵩むこととなる。

本発明は、安価でありながらワークを確実に固定することができるレーザー加工装置の提供を課題とする。

本発明によれば、レーザーを発生させるレーザー発振器と、
前記レーザーが当てられるワークの表面にガスを供給するためのポンプと、
このポンプから供給されたガスが通過し平面視において略円環状に形成された円環部、この円環部から前記ワークに向かって延びる延出部、前記円環部の中心を貫通し下部において前記延出部に合流すると共に大気を導入可能な大気導入穴、を有する、ガス供給部と、が備えられていることを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

ガス供給部は、下部において延出部に合流すると共に、大気を導入可能な大気導入穴を有している。延出部からワークに向かってガスを供給する際、このガスによって大気導入穴から大気が引き込まれる、いわゆるコアンダー効果が生ずるものと考えられる。このため、ワークは、ガス圧の他に、ガスによって引き込まれた空気の空気圧によって押し付けられる。これにより、ワークをより確実に固定することができる。この際、ワークを固定するために他の部品や装置を必要としないため、部品コストが高くなることも抑制できる。安価でありながらワークを確実に固定することができるレーザー加工装置を提供することができる。

本発明の実施例によるレーザー加工装置を模式的に示した斜視図である。 図１に示された支持部材及びガス供給部の断面図である。 図２の３矢視図である。 図３に示されたスライド部材の斜視図である。 図２の５−５線断面図である。 図２に示されたガス供給部の作用について説明する図である。

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、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌｅはレーザー加工装置の正面視を基準として向かって左、Ｒｉはレーザー加工装置の正面視を基準として向かって右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例＞

図１を参照する。レーザー加工装置１０は、矩形板状を呈し上面にワークＷが載置されるベース板１１と、このベース板１１のそれぞれの角から立ち上げられた４本の支柱１２と、これらの支柱１２の上端に渡され前後に延びる左右の第１レール１３、１３と、これらの左右の第１レール１３によって前後方向に移動可能に設けられ左右に延びる第２レール１４と、この第２レール１４によって左右方向に移動可能に設けられた支持部材２０と、この支持部材２０に支持されワークＷの上面にガスを供給するガス供給部３０と、このガス供給部３０に繋がれガス供給部３０にガスを送るポンプ１７と、ワークＷに照射するためのレーザーを発生させるレーザー発振器１８と、このレーザー発振器１８において発生させたレーザーを反射させるミラー１９と、を有する。

レーザー加工装置１０によって加工されるワークＷは、２枚のシートである。これらのシートは、例えば、アルミニウム製のシートの表裏にプラスチックフィルムがラミネートされてなる。ワークＷは、レーザー加工装置１０によって互いに接合されると共に、所定の形状に切断される。

なお、ワークＷの種類は、２枚のアルミ製のシートに限られず、レーザービームによって溶接、切断、接合されるものであれば任意のものを選択することができる。

第２レール１４及び支持部材２０は、それぞれモータ、ベルト、プーリーを用いて移動させることができる。モータのオンオフ操作は、操作者による操作であってもいいし、モータを制御するための制御部を介して自動的に行っても良い。

支持部材２０を介して第２レール１４に支持されているガス供給部３０は、第２レール１４が前後方向に移動することにより、前後方向に移動する。ガス供給部３０は、支持部材２０が左右方向に移動することにより、左右方向に移動する。

図２を参照する。支持部材２０は、第２レール１４に当接しているレール当接部２１と、このレール当接部２１に固定された直方体状の支持部材本体部２２と、を有する。

支持部材本体部２２は、レーザーが通過可能な丸穴であるレーザー通過穴２２ａと、ガス供給部３０の上下方向の移動をガイドするガイド穴２２ｂと、このガイド穴２２ｂに繋がりガス供給部３０を固定するためのビス２３が貫通するビス貫通穴２２ｃと、が形成されてなる。

なお、必要に応じて、レーザー通過穴２２ａにレンズを配置することができる。レンズを配置することにより、レーザー光のエネルギを集中させてワークＷに照射することができる。また、レーザー通過穴２２ａは、角穴であってもよい。

図１を参照する。レーザー通過穴２２ａ及びガイド穴２２ｂは、支持部材本体部２２を上下方向に貫通している。例えば、ガイド穴２２ｂは、平面視において、横辺が左右に延び、横辺から後方に縦辺が延びるＴ字形状を呈する。

図３を参照する。図３には、支持部材２０及びガス供給部３０が背面から見た状態によって示されている。このため、他の図面とは左右が逆転している。ビス貫通穴２２ｃは、上下に長い長円状の長穴である。ビス貫通穴２２ｃの横幅は、ビス２３のねじ部２３ａ（図２参照）の直径よりも大きく、ビス２３の頭部２３ｂの直径よりも小さい。これにより、支持部材本体部２２の後壁２２ｄをビス２３及びガス供給部３０によって挟みこむことができる。換言すれば、ガス供給部３０は、支持部材本体部２２の後壁２２ｄにビス２３を介して支持されている。

ビス２３をゆるめることにより、ガス供給部３０を上下方向に移動させることができる。再びビス２３を閉めることにより、ガス供給部３０は、支持部材本体部２２の後壁２２ｄに固定される。ガス供給部３０は、ビス貫通穴２２ｃの上下方向の長さの範囲で、高さを調節することができる。

図２を参照する。ガス供給部３０は、支持部材本体部２２に上下方向にスライド可能に支持されたスライド部材４０と、このスライド部材４０の下端に固定されワークＷに向かってガスを吹き出すガス排出部材５０と、このガス排出部材５０の上部及び内部に重ねられポンプ１７からのガスが導入されるガス導入部材６０と、を有する。

図４を参照する。スライド部材４０は、正面視において略Ｔ字状を呈し、上下に縦辺が延びると共に水平方向に横辺が延びている。スライド部材４０の前面部４１には、左右の溝部４２、４２が上下方向に亘って形成されている。スライド部材４０の後面部４３には、略中央において後方に突出する突出部４４が上下方向に亘って形成されている。

スライド部材４０の上部中央には、ビス２３（図２参照）の先端が螺合される雌ねじ穴４５が形成されている。雌ねじ穴４５は、突出部４４も貫通している。

図３を併せて参照する。正面視において略Ｔ字状に形成されたスライド部材４０の横辺に対応する部位は、ガス排出部材５０及びガス導入部材６０が当接し、これらの位置決めを行う位置決め部４６とされている。位置決め部４６は、下端の左右端部が欠肉状に形成された欠肉部４７とされている。

図２を参照する。ガス排出部材５０は、上端に位置し略矩形板状に形成された排出部材矩形板部５１と、この排出部材矩形板部５１の下面から一体的に形成された円錐台形状の排出部材円錐台部５２と、を有する。ガス排出部材５０は、上下方向に貫通する排出部材貫通穴部５３を有する。ガス排出部材５０は、例えば、ワークＷの上方２〜３ｍｍに位置する。

図３を併せて参照する。排出部材矩形板部５１の後端５１ａは、位置決め部４６に当接している。特に、排出部材矩形板部５１後端の左右端部５１ｂ、５１ｂは、それぞれ後方に突出し、欠肉部４７に差し込まれている。

排出部材円錐台部５２は、下端部分の肉厚が例えば、１〜２ｍｍとされている。

排出部材貫通穴部５３は、下方に向かって徐々に径が小さくなっている。排出部材貫通穴部５３は、上端が湾曲状に形成されている。

ガス導入部材６０は、ガス排出部材５０の上面に載せられた矩形板状の導入部材本体部７０と、この導入部材本体部７０の中央から下方に延びる円筒状の導入部材円筒部６２と、を有する。

図５を参照する。導入部材本体部７０は、ポンプ１７からのガスが導入されるガス導入部７１と、このガス導入部７１から連続して円環状に形成された円環部７２と、を有する。

導入部材本体部７０の後端７０ａは、位置決め部４６の前面に当接している。導入部材本体部７０後端の左右端部７０ｂ、７０ｂは、それぞれ後方に突出し、位置決め部４６の側面に当接している。

ガス導入部７１は、円環部７２の内壁及び外壁のそれぞれの接線Ｌ１、Ｌ２に沿って延びている。接線Ｌ１、Ｌ２は、互いに平行に延びている。

図２をする。円環部７２は、導入部材円筒部６２の外周を囲うと共に、導入部材本体部７０の下面を抉るようにして形成されている。

導入部材円筒部６２は、下方に向かって徐々に径が小さくなっている。導入部材円筒部６２の外周面は、排出部材貫通穴部５３の内周面に平行である。導入部材円筒部６２の外周面及び排出部材貫通穴部５３の内周面によって挟まれた領域は、円環部７２から下方に延び、円環部７２を通過したガスが通過する延出部８２である。

導入部材円筒部６２の中央から導入部材本体部７０まで連続して貫通する丸穴は、大気を導入可能な大気導入穴６３である。

ポンプ１７は、ガス供給部３０に、空気や不活性ガスを供給する。本発明において、「ガス」と言った場合には、空気も含まれる。ポンプ１７は、周知のポンプを採用することができる。例えば、ポンプ１７によって０．２ＭＰａのガス圧でガスが送られる。

図１を参照する。レーザー発振器１８は、例えば、炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザーを発生させる周知のレーザー発振器を採用することができる。

ミラー１９は、軸部を中心に回転可能に設けられ、レーザー発振器１８からのレーザービームをワークＷに向かって反射させる。

以上に説明したレーザー加工装置１０の作用について以下説明する。

図１を参照する。作業者は、まず、ベース板１１の上面に、２枚のシート状のワークＷを載置する。次に、レーザー発振器１８及びポンプ１７を作動させる。予め設定された軌道に基づき、レーザー光は、照射される。レーザー光の移動速度は、例えば、５ｍｍ／ｓである。

図６を参照する。ポンプ１７を作動させることにより、ポンプ１７からガス供給部３０にガスＧが送られる。ガスＧは、ガス導入部７１からガス供給部３０内に供給される。ガス導入部７１から導入されたガスＧは、円環部７２、延出部８２、排出部材貫通穴部５３をこの順に通過して、ワークＷの上面に導かれる。

このとき、ガスＧに引っ張られるようにして、ガス供給部３０の外部に存在する空気Ａが引き込まれる。これは、いわゆるコアンダー効果によるものであると考えられる。引き込まれた空気Ａは、大気導入穴６３、排出部材貫通穴部５３をこの順に通過して、ワークＷの上面に導かれる。引き込まれた空気Ａの流量は、ポンプ１７から供給されるガスＧの流量よりも多い。

ポンプ１７から供給されるガスＧ及びこのガスＧによって引き込まれる空気Ａ（大気）によってワークＷを押さえながら、レーザー光Ｌを照射する。レーザー光Ｌを照射することにより、２枚のシート状のワークＷは接合され、袋状のワークとなる。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

図６を参照する。ガス供給部３０は、下部において延出部８２に合流すると共に、大気を導入可能な大気導入穴６３を有している。延出部８２からワークＷに向かってガスＧを供給する際、このガスＧによって大気導入穴６３から空気Ａが引き込まれる、いわゆるコアンダー効果が生ずるものと考えられる。このため、ワークＷは、ガス圧の他に、ガスＧによって引き込まれた空気Ａの空気圧によってベース板１１に押し付けられる。これにより、ワークＷをより確実に固定することができる。この際、ワークＷを固定するために他の部品や装置を必要としないため、部品コストが高くなることも抑制できる。安価でありながらワークＷを確実に固定することができるレーザー加工装置１０を提供することができる。

図５を参照する。ガス供給部３０は、円環部７２にガスを導入すると共に円環部７２の接線Ｌ１、Ｌ２方向に延びるガス導入部７１をさらに備えている。圧力損失を低減し、ガスを円滑に円環部７２へ送ることができる。

図６を参照する。ガス供給部３０は、支持部材２０に高さを調整可能に支持されている。ワークＷからガス供給部３０までの距離を調整することにより、コアンダー効果が最も高くなる高さにガス供給部３０を配置することができる。これにより、より強い力でワークＷを押さえることができる。

ガス供給部３０は、支持部材２０にスライド可能に設けられ、平面視において略Ｔ字状を呈する（図４も参照）スライド部材４０を有している。スライド部材４０が平面視において略Ｔ字状を呈するため、支持部材２０の内部において回転することを抑制することができ、ガス供給部３０を正確な位置に固定することができる。

本発明によるレーザー加工装置１０は、２枚のシート状のワークＷを接合し、袋状のワークを製造するのに特に適している。シート状のワークＷのめくり上がりを抑制するための対策として、穴の空けられたベース板を用いて穴から空気やガスを吸引することが考えられる。しかし、このようなベース板は高価であると共に、ワークＷを２枚重ねた場合には、ベース板に接するワークＷのみが固定され、上部に位置するワークＷは固定されない。本発明の袋状ワークの製造方法によれば、レーザー光Ｌの照射時に、ガスＧと共にこのガスＧによって引き込まれた空気Ａ（大気）によってワークＷを押さえる。これにより、ワークＷをより確実に固定することができる。この際、ワークＷを固定するために他の部品や装置を必要としないため、部品コストが高くなることも抑制できる。安価でありながらワークＷを確実に固定することができるレーザー加工装置１０を提供することができる。

尚、本発明によるレーザー加工装置は、２枚のシートを接合される例を説明したが、２枚のシートを切断しつつ接合する形式のものであっても適用可能であり、これらの形式のものに限られるものではない。

また、レーザー加工装置は、レーザー光をミラーによって反射するガルバノタイプのレーザー加工装置を例に説明したが、フラットベッドタイプのレーザー加工装置にも本発明を適用することは可能である。

さらに、ワークとしてのシートは、アルミニウム製のシートの表裏面にプラスチックフィルムを積層したラミネートシートを例に説明したが、この他の素材のシートを用いてもよい。

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明のレーザ加工装置は、２枚のシートを接合するのに好適である。

１０…レーザー加工装置
１７…ポンプ
１８…レーザー発振器
３０…ガス供給部
６３…大気導入穴
７１…ガス導入部
７２…円環部
８２…延出部
Ｗ…ワーク
Ｌ１、Ｌ２…接線

Claims (5)

1. レーザーを発生させるレーザー発振器と、
   前記レーザーが当てられるワークの表面にガスを供給するためのポンプと、
   このポンプから供給されたガスが通過し平面視において略円環状に形成された円環部、この円環部から前記ワークに向かって延びる延出部、前記円環部の中心を貫通し下部において前記延出部に合流すると共に大気を導入可能な大気導入穴、を有する、ガス供給部と、が備えられていることを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記ガス供給部は、前記円環部に前記ガスを導入すると共に前記円環部の接線方向に延びるガス導入部をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 前記ガス供給部は、支持部材によって、高さを調整可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザー加工装置。
4. 前記ガス供給部は、前記支持部材に対してスライド可能に設けられたスライド部材を有し、
   前記スライド部材は、平面視において略Ｔ字状を呈することを特徴とする請求項３記載のレーザー加工装置。
5. 袋状ワークの製造方法において、
   ２枚のシート状のワークをベース板に載置する工程と、
   載置した２枚のシート状のワークにレーザー光を照射することにより、前記２枚のシート状のワークを接合し、袋状のワークを得る工程と、を有し、
   前記袋状のワークを得る工程において、前記２枚のシート状のワークは、ポンプから送られたガス、及び、前記ポンプを作動させた際に引き込まれた空気によって、前記ベース板に押さえられていることを特徴とする袋状ワークの製造方法。

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