JP2020015063A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク裏面の汚れを十分に防止しつつ、レーザ加工機のランニングコストの低減、及びレーザ加工機の構成の簡略化を図ること。【解決手段】各収容室１４のＹ軸方向の両側の内壁部１４ｆには、粉塵を含む空気を吸気する吸気口１６がそれぞれ形成されている。各収容室１４内には、ワークＷの裏面側における気流を整流する２つの第１整流板５４がＸ軸方向に沿って横断するように設けられている。各収容室１４内には、ワークＷの裏面側における気流を整流する２つの第２整流板６０がＹ軸方向に沿って縦断するように設けられている。【選択図】 図５

Description

本発明は、板状のワーク（板金）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機に関する。

従来から、レーザ加工機について種々の開発がなされており、レーザ加工中にワークを移動不能に固定する所謂ワーク固定タイプのレーザ加工機として、特許文献１に示すものがある。そして、先行技術に係るレーザ加工機の特徴部分について簡単に説明すると、次の通りである。

先行技術に係るレーザ加工機におけるベースフレームは、レーザ加工によって生じた粉塵（ヒューム等も含む）を収容するための複数の収容室を有しており、複数の収容室は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。各収容室は、Ｙ軸方向に延びており、各収容室の上側は、開放されている。各収容室のＹ軸方向の一方側の内壁部には、粉塵を含む空気を吸気する吸気口が形成されており、各吸気口は、粉塵を集塵する集塵装置に接続されている。また、先行技術に係るレーザ加工機は、ベースフレームにおける複数の収容室の上側において板状のワークを支持するスケルトン状のワークテーブルを備えている。集塵装置の吸気による粉塵の集塵でも完全ではなく、粉塵の付着によるワーク裏面の汚れが発生する。これは、集塵装置の吸気によって発生する気流がワークの裏面に向かって上方向に流れること、ワークの裏面側に気流の淀みが生じることによるものである。その防止策として、各収容室のＹ軸方向の他方側の内壁部には、ワークの裏面近傍からワークの裏面に沿ってカーテン状のエアを噴射するエアノズルが設けられている。

なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献１の他に、特許文献２に示すものがある。

特開２０１３−２３１６５６号公報 特開２０１２−８６２４３号公報

ところで、前述のようなワーク裏面の汚れの防止策を採用すると、エアの消費量が増えて、レーザ加工機のランニングコストが増大する。また、エアノズルにエアを供給するエア配管等の構成要素が必要になり、レーザ加工機の構成が複雑化する。つまり、ワーク裏面の汚れを十分に防止しつつ、レーザ加工機のランニングコストの低減、及びレーザ加工機の構成の簡略化を図ることは容易でないという問題がある。

そこで、本発明は、エアノズルを用いることなく、ワークの裏面への粉塵の付着を十分に抑制できる、新規な構成からなるレーザ加工機を提供することを課題とする。

本発明の実施態様に係るレーザ加工機は、ワークを支持するワークテーブルと、前記ワークテーブルの下方に設けられ、前記ワークテーブルの長手方向に沿って複数に区画され、吸気口を介して集塵装置に連通（接続）する複数の収容室と、各収容室内に前記吸気口から吸気する空気の流れ方向と直交する方向に沿って設けられ、ワークの裏面側における気流を整流する整流板と、を備えている。

本発明の実施態様では、各収容室内に複数の前記整流板が前記流れ方向に間隔を置いて配置されてもよい。また、各収容室内に前記流れ方向に沿って設けられ、ワークの裏面側における気流を整流する第２整流板を備えてもよい。この場合には、各収容室内に複数の前記第２整流板が前記直交する方向に間隔を置いて配置されてもよい。更に、各整流板は、ワークの端部のうち前記収容室の内面から遠い方の端部側における気流を整流するように、ワークの大きさに応じて前記流れ方向に位置調節可能に構成されてもよい。

本発明の実施態様によると、レーザ加工中に、前記整流板の上端部とワークの裏面との間からワークの裏面に沿って流れる気流が生成される。これにより、ワーク裏面の汚れの原因となる、ワークの裏面に向かって上方向に流れる気流を低減することができる。そのため、ワークの裏面に沿ってエアを噴出するエアノズルを用いることなく、ワークの裏面への粉塵（ヒューム等も含む）の付着を十分に抑制できる。

本発明によれば、ワーク裏面の汚れを十分に防止しつつ、前記レーザ加工機のランニングコストの低減、及び前記レーザ加工機の構成の簡略化を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な平面図であり、図１では、保護キャビンを省略している。 図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な正面図であり、図２では、保護キャビンを省略している。 図３は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な左側面図である。 図４は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な部分斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な側断面図であり、図５では、門型フレーム及び保護キャビン等を省略している。 図６は、粉塵を回収するシステムを示す模式的な平面図である。 図７は、本発明の実施形態に係る整流板ユニットの斜視図である。 図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る整流板ユニットにおける第１整流板を示す図である。図８（ｂ）は、本発明の実施形態に係る整流板ユニットにおける第２整流板を示す図である。 図９は、実施例の場合における収容室周辺の気流の流れについて流体解析を行った結果を示す図である。 図１０は、比較例の場合における収容室周辺の気流の流れについて流体解析を行った結果を示す図である。 図１１（ａ）は、実施例の場合におけるレーザ加工後のワーク裏面の汚れの様子を示す図面代用写真である。図１１（ｂ）は、比較例の場合におけるレーザ加工後のワーク裏面の汚れの様子を示す図面代用写真である。

本発明の実施形態について図１から図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、次のように定義する。「Ｘ軸方向」とは、図面に矢印で示す水平方向の１つであり、左右方向とも言う。「Ｙ軸方向」とは、図面に矢印で示す水平方向の１つでかつＸ軸方向に直交する方向であり、前後方向とも言う。「点接触」とは、接触面積が極めて小さい接触状態を含む意である。更に、図面中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「Ｕ」は、上方向、「Ｄ」は、下方向をそれぞれ指している。

図１から図５に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク（板金）Ｗに対してレーザ加工を行う加工機であり、レーザ加工中にワークＷを移動不能に固定するワーク固定タイプである。以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成について説明する。

レーザ加工機１０は、Ｙ軸方向に延びたベースフレーム１２を備えている。ベースフレーム１２は、レーザ加工によって生じた粉塵（ヒューム等も含む）を収容（回収）するための複数（本発明の実施形態にあっては、例えば４つ）の収容室（回収室）１４を有しており、複数の収容室１４は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。複数の収容室１４は、後述のワークテーブル１８の下方に設けられかつワークテーブル１８の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って区画されている。各収容室１４は、Ｙ軸方向に延びており、各収容室１４の上側は、開放されている。各収容室１４のＹ軸方向の両側の内壁部１４ｆには、粉塵を含む空気を吸気する吸気口１６（図５参照）がそれぞれ形成されている。換言すれば、レーザ加工機１０は、Ｙ軸方向の両側から粉塵を吸引（集塵）するように構成されている。各収容室１４は、各吸気口１６を介して後述の集塵装置４６に連通（接続）している。本発明の実施形態にあっては、吸気口１６から吸気する空気の流れ方向は、Ｙ軸方向であり、吸気口１６から吸気する空気の流れ方向に直交する方向は、Ｘ軸方向である。

レーザ加工機１０は、ベースフレーム１２における複数の収容室１４の上側においてワークＷを支持するスケルトン状のワークテーブル１８を備えている。ワークテーブル１８は、特許文献２に示すように、テーブル移動機構（図示省略）によってベースフレーム１２の右方の待機箇所とベースフレーム１２における複数の収容室１４の上側との間をＸ軸方向へ移動する。また、ワークテーブル１８は、矩形枠状のテーブル本体２０と、テーブル本体２０内にＸ軸方向に沿って横断するように設けられた複数のワーク支持部材（スキッド板）２２とを有している。各ワーク支持部材２２の上部には、ワークＷを点接触で支持するための剣山状の突起２２ｂがＸ軸方向に沿って間隔を置いて形成されている。

ベースフレーム１２の上部における収容室１４のＹ軸方向の両側には、Ｘ軸方向に延びた支持壁２４がそれぞれ形成されている。各支持壁２４には、Ｘ軸方向に延びたガイド部材２６が設けられている。また、一対のガイド部材２６には、門型フレーム２８がＸ軸方向に移動可能に設けられており、門型フレーム２８は、収容室１４の上側を跨ぐようにＹ軸方向に延びている。更に、門型フレーム２８の水平部２８ａには、スライダ３０がＹ軸方向に移動可能に設けられている。スライダ３０には、ワークＷに向かって上方向からレーザ光を照射する加工ヘッド３２が設けられている。加工ヘッド３２は、ファイバレーザ発振器等のレーザ発振器（図示省略）に光学的に接続されている。

前述の構成により、ベースフレーム１２の上部にワークテーブル１８を備えた（位置させた）状態で、門型フレーム２８をＸ軸方向へ移動させると共に、加工ヘッド３２をＹ軸方向へ移動させる。すると、加工ヘッド３２をワークテーブル１８に支持されたワークＷに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に位置決めすることができる。よって、加工ヘッド３２をワークＷに対して相対的に位置決めしながら、加工ヘッド３２から照射されるレーザ光により、ワークＷに対して所望のレーザ加工を行う。

図１及び図５に示すように、ベースフレーム１２の下部には、レーザ加工によって生じたスクラップをＸ軸方向へ搬送するスクラップコンベア３４が設けられている。スクラップコンベア３４は、複数の収容室１４の下方においてＸ軸方向に延びている。また、各収容室１４のＹ軸方向の両側には、スクラップをスクラップコンベア３４側へ導くための第１シュート３６がそれぞれ設けられている。各収容室１４のＸ軸方向の両側には、スクラップをスクラップコンベア３４側へ導くための第２シュート３８がそれぞれ設けられている。各収容室１４は、２つの第１シュート３６と２つの第２シュート３８により四方を囲まれており、下部に向かってそれぞれ内側に傾斜して構成されている。

図５及び図６に示すように、ベースフレーム１２のＹ軸方向の両側の外壁部１２ｆには、粉塵を含む空気を回収する回収ダクト４０がそれぞれ設けられている。各回収ダクト４０は、Ｘ軸方向に延びており、各回収ダクト４０の内部は、対応する複数の吸気口１６に連通している。また、ベースフレーム１２のＸ軸方向の片側の外壁部１２ｓには、Ｙ軸方向に延びた連絡ダクト４２が設けられている。連絡ダクト４２の一端部は、一方の回収ダクト４０の基端部（一端部）に接続されており、連絡ダクト４２の他端部は、他方の回収ダクト４０の基端部に接続されている。更に、連絡ダクト４２の中間部には、集塵ダクト４４の基端部（一端部）が接続されており、集塵ダクト４４の先端部（他端部）には、粉塵を集塵する集塵装置４６が接続されている。集塵装置４６は、ベースフレーム１２から離隔した位置に配置されており、粉塵を捕捉する複数のフィルタ（図示省略）と、空気を外部に排気する排気ファン（図示省略）とを有している。

各吸気口１６内には、フラッパ４８が回転可能に設けられており、各フラッパ４８は、特許文献１に示すように、シリンダ（図示省略）の駆動により回転する。各フラッパ４８は、その回転動作によって吸気口１６を開状態と閉状態とに切り替えるように構成されている。また、加工ヘッド３２の直下に位置する収容室１４（以下、ヘッド下の収容室１４という）の２つの吸気口１６の両方又は片方が、フラッパ４８の回転動作によって閉状態から開状態に切り替わるように構成されている。換言すれば、フラッパ４８の回転動作によって１つの収容室１４と回収ダクト４０が連通状態と遮蔽状態とに切り替わるように構成されている。

図３に示すように、レーザ加工機１０は、複数の収容室１４の上側及び門型フレーム２８等を覆う保護キャビン５０を備えている。保護キャビン５０は、レーザ光の外部への漏れ及びスパッタの飛散を防止する。保護キャビン５０は、その前後の下部の適宜位置から外気を取入れるように構成されている。

各収容室１４内には、ワークＷの裏面側（裏面近傍のエリア）における気流を整流するための整流板ユニット５２が設けられている。そして、本発明の実施形態に係る整流板ユニット５２の具体的な構成は、次の通りである。

図４、図５、図７、及び図８（ａ）（ｂ）に示すように、各収容室１４内には、ワークＷの裏面側における気流を整流する２つの第１整流板５４がＸ軸方向に沿って横断するように設けられている。２つの第１整流板５４は、Ｙ軸方向に間隔を置いて配置されており、２つの第１ブラケット５６によって連結され状態で回収室１４の内面に第２シュート３８に沿って固定されている。また、各第１整流板５４は、逆台形状のプレートにより構成されかつ鉛直姿勢になっている。

少なくともいずれかの第１整流板５４は、その上端部とワークＷの裏面との間においてワークＷの裏面に沿って吸気口１６側に流れる気流を生成するように構成されている。また、２つの第１整流板５４のうちのいずれかの第１整流板５４は、ワークＷの裏面側であってワークＷの後端部側（後端部近傍のエリア）における気流を整流する。ここで、ワークＷの後端部は、ワークＷのＹ軸方向の両端部のうち、収容室１４のＹ軸方向の内面から遠い方の端部に相当する。更に、各第１整流板５４には、２つの第１スリット５８が形成されており、２つの第１スリット５８は、Ｘ軸方向に離隔している。各第１スリット５８は、第１整流板５４の上端部から中間部（上端部と下端部との中間の部分）にかけて上下方向に延びている。

各収容室１４内には、ワークＷの裏面側における気流を整流する２つの第２整流板６０がＹ軸方向に沿って縦断するように設けられている。２つの第２整流板６０は、Ｘ軸方向に間隔を置いて配置されており、２つの第２ブラケット６２によって連結された状態で回収室１４のＹ軸方向の内面に第１シュート３６に沿って固定されている。また、各第２整流板６０は、逆台形状のプレートにより構成されかつ鉛直姿勢になっている。

各第２整流板６０は、その上端部とワークＷの裏面との間からワークＷの裏面に沿って流れる気流を補助的に生成するように構成されている。また、各第２整流板６０には、２つの第２スリット６４が形成されており、２つの第２スリット６４は、Ｙ軸方向に離隔している。各第２スリット６４は、第２整流板６０の中間部から下端部にかけて上下方向に延びている。各第２スリット６４は、対応する第１スリット５８に差し込んだ状態で係合する。

なお、第１整流板５４の個数を２つにする代わりに、１つ又は３つ以上にしてもよい。各第１整流板５４を鉛直姿勢にする代わりに、各第１整流板５４の上端部を下端部よりも前側に位置させるように、鉛直方向に対して傾斜した傾斜姿勢にしてもよい。同様に、第２整流板６０の個数を２つにする代わりに、１つ又は３つ以上にしてもよい。各第２整流板６０を鉛直姿勢にする代わりに、鉛直方向に対して傾斜した傾斜姿勢にしてもよい。また、各第２整流板６０に３つ以上の第２スリット６４を形成することによって、各第１整流板５４をワークＷの大きさに応じてＹ軸方向に位置調節可能に構成してもよい。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

レーザ加工中に、集塵装置４６を稼動させると共に、ヘッド下の収容室１４の２つの吸気口１６のみを閉状態から開状態に切り替える。すると、ヘッド下の収容室１４に収容された粉塵を含む空気は、ヘッド下の収容室１４の２つの吸気口１６から吸気され、回収ダクト４０、連絡ダクト４２、及び集塵ダクト４４を介して集塵装置４６に送られる。

レーザ加工中に、ワークＷの裏面側における気流は、２つの第１整流板５４及び２つの第２整流板６０によって一方向の気流となるように整流される。特に、ワークＷの裏面側であってワークＷの後端部側における気流は、いずれかの第１整流板５４によって上方や前後左右に分かれることなく、一方向に整流される傾向となる。また、２つの第１整流板５４の上端部とワークＷの裏面との間からワークＷの裏面に沿って吸気口１６側に流れる一方向の気流が生成される。これにより、ワークＷの裏面の汚れの原因となる、ワークＷの裏面に向かって上方向に流れる気流を十分に低減することができる。ワークＷの裏面側において、渦の発生を抑えるか又は渦を小さくして、淀み領域を低減することができる。そのため、ワークＷの裏面側に向かってエアを噴出するエアノズルを用いることなく、ワークＷの裏面への粉塵の付着を十分に抑制できる。

従って、本発明の実施形態によれば、ワークＷの裏面の汚れを十分に防止しつつ、レーザ加工機１０のランニングコストの低減、及びレーザ加工機１０の構成の簡略化を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、各収容室１４のＹ軸方向の片側の内壁部１４ｆのみに吸気口１６を形成する等、適宜の変更を行うことにより、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されるものでない。

本発明の実施例について図９から図１１（ａ）（ｂ）について説明する。

（実施例１）
収容室内に整流板ユニットを設けた場合（実施例の場合）において、吸気口から空気を吸気した際における収容室周辺の気流の流れについて流体解析を行い、その結果をまとめると、図９に示すようになる。また、収容室内に整流板ユニットを設けない場（比較例の場合）において、吸気口から空気を吸気した際における収容室周辺の気流の流れについて流体解析を行い、その流体解析の結果をまとめると、図１０に示すようになる。なお、図９及び図１０中において、気流の流れ方向を実線矢印で示している。図９及び図１０中における各構成要素の符号は、前述の実施形態に使用した符号と同じ符号を付している。図９及び図１０中において、ワークテーブル等は省略している。

図１０の比較例の場合には、ワークの後端部側の裏面において上方向に流れる気流がワークの裏面に当たって前後の異なる方向に流れていることがわかる。これに対して、図９の実施例の場合には、整流板によってワークの後端部側の裏面において気流がワークの裏面に沿って一方向に流れており、ワーク裏面の汚れの原因となる、上方向に流れる気流が低減されていることがわかる。

即ち、実施例の場合には、比較例の場合と異なり、ワークの裏面に沿って流れる気流が生成されると共に、ワークの裏面に向かって上方向に流れる気流を十分に低減できることが確認できた。また、実施例の場合には、比較例の場合に比べて、ワークの裏面側において、渦の発生を抑えて、淀み領域Ｓを低減できることが確認できた。

（実施例２）
実施例の場合におけるレーザ加工後のワーク裏面の汚れの様子は、図１１（ａ）に示す写真のようになる。比較例の場合におけるレーザ加工後のワーク裏面の汚れの様子は、図１１（ｂ）に示す写真のようになる。なお、図１１（ａ）（ｂ）中において、一点鎖線で囲んだ部分は、布によって汚れを拭き取った箇所である。

図１１（ａ）の実施例の場合は、布によって汚れを拭き取った箇所と拭き取っていない箇所との色などの状態の違いがほとんどない。また、図１１（ｂ）の比較例の場合は、布によって汚れを拭き取った箇所と拭き取っていない箇所との色などの違いが明確に確認できる。

即ち、比較例の場合には、ワークの裏面に粉塵の付着による汚れが生じているのに対して、実施例の場合には、ワークの裏面に目立った汚れが生じていないことが確認できた。

１０ レーザ加工機
１２ ベースフレーム
１２ｆ Ｙ軸方向の外壁部
１２ｓ Ｘ軸方向の外壁部
１４ 収容室
１６ 吸気口
１８ ワークテーブル
２０ テーブル本体
２２ ワーク支持部材
２２ｂ 突起
２４ 支持壁
２６ ガイド部材
２８ 門型フレーム
２８ａ 水平部
３０ スライダ
３２ 加工ヘッド
３４ スクラップコンベア
３６ 第１シュート
３８ 第２シュート
４０ 回収ダクト
４２ 連絡ダクト
４４ 集塵ダクト
４６ 集塵装置
４８ フラッパ
５０ 保護キャビン
５２ 整流板ユニット
５４ 第１整流板
５６ 第１ブラケット
５８ 第１スリット
６０ 第２整流板
６２ 第２ブラケット
６４ 第２スリット

Claims (5)

1. ワークを支持するワークテーブルと、
   前記ワークテーブルの下方に設けられ、前記ワークテーブルの長手方向に沿って複数に区画され、吸気口を介して集塵装置に連通する複数の収容室と、
   各収容室内に前記吸気口から吸気する空気の流れ方向と直交する方向に沿って設けられ、ワークの裏面側における気流を整流する整流板と、を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
2. 各収容室内に複数の前記整流板が前記流れ方向に間隔を置いて配置され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。
3. 各収容室内に前記流れ方向に沿って設けられ、ワークの裏面側における気流を整流する第２整流板を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 各収容室内に複数の前記第２整流板が前記直交する方向に間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。
5. 各整流板は、ワークの端部のうち前記収容室の内面から遠い方の端部側における気流を整流するように、ワークの大きさに応じて前記流れ方向に位置調節可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。