JP2022074932A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップから送り出されるワイヤ量を安定させる。【解決手段】第２ワイヤ送給ユニット２４は、第１ワイヤ送給ユニット２０とチップ２５との間に設けられる。第１支持部材４０は、第１吹出ノズル１５に取り付けられる。第１支持部材４０は、チップ２５及びシールドガスノズル３６を支持する。第２支持部材４３は、第１吹出ノズル１５に取り付けられる。第２支持部材４３は、ワイヤ管２３及びシールドガス管３７を支持する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

特許文献１には、溶接用トーチに取り付けられた状態で、溶接ワイヤを案内しながら、その先端側から溶接ワイヤを送り出すワイヤ狙いガイドを備えた溶接装置が開示されている。

特開２０１６－１５９２９７号公報

ところで、従来の発明では、溶接用トーチの位置や姿勢を変化させた場合に、ワイヤ経路の途中で溶接ワイヤの屈曲量が変化することがある。その結果、溶接ワイヤを送給するライナー内において、溶接ワイヤにかかる抵抗が大きくなり、チップ（ノズル部）から送り出されるワイヤ量が変動して、溶接品質が低下するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップから送り出されるワイヤ量を安定させることにある。

第１の発明は、ワークの加工点にレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドの出射端から前記レーザ光の出射方向に延びる筒状の部材で形成され、該出射方向の下流側に開口する吹出口からエアを吹き出す第１吹出ノズルと、溶接用のワイヤを送給する第１ワイヤ送給ユニットと、前記ワイヤが挿通されるワイヤ管に接続され、前記加工点に該ワイヤを案内するチップと、シールドガスが流れるシールドガス管に接続され、前記加工点にシールドガスを供給するシールドガスノズルと、前記第１ワイヤ送給ユニットと前記チップとの間に設けられ、前記ワイヤを送給する第２ワイヤ送給ユニットと、前記第１吹出ノズルに取り付けられ、前記チップ及び前記シールドガスノズルを支持する第１支持部材と、前記第１吹出ノズルに取り付けられ、前記ワイヤ管及び前記シールドガス管を支持する第２支持部材とを備えたことを特徴とする。

第１の発明では、第２ワイヤ送給ユニットは、第１ワイヤ送給ユニットとチップとの間に設けられる。第１支持部材は、第１吹出ノズルに取り付けられる。第１支持部材は、チップ及びシールドガスノズルを支持する。第２支持部材は、第１吹出ノズルに取り付けられる。第２支持部材は、ワイヤ管及びシールドガス管を支持する。

このように、第１ワイヤ送給ユニットとチップとの間に、第２ワイヤ送給ユニットを設けることで、第１ワイヤ送給ユニットのみでワイヤを送給する場合に比べて、チップから送り出されるワイヤ量を安定させることができる。チップから加工点に向かって送り出されるワイヤ量が安定することで、溶接品質を高めることができる。

また、第１吹出ノズルに、第１支持部材を介してチップ及びシールドガスノズルを取り付け、第１吹出ノズルに、第２支持部材を介してワイヤ管及びシールドガス管を取り付けるようにしている。これにより、チップ、シールドガスノズル、ワイヤ管、シールドガス管をレーザ加工ヘッドに直接又は間接的にそれぞれ取り付けるための部材を、第１吹出ノズルとは別に設ける必要が無く、部品点数を削減することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第２ワイヤ送給ユニットの送給速度は、前記第１ワイヤ送給ユニットの送給速度よりも速いことを特徴とする。

第２の発明では、第２ワイヤ送給ユニットの送給速度を、第１ワイヤ送給ユニットの送給速度よりも速くしている。

これにより、第１ワイヤ送給ユニットと第２ワイヤ送給ユニットとの間で、ワイヤにテンションを付与して、チップから送り出されるワイヤ量を安定させることができる。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記第１吹出ノズルの吹出口よりも下流側で、前記レーザ光の出射方向と交差する方向にエアを吹き出す第２吹出ノズルを備え、前記第２ワイヤ送給ユニットは、エア駆動式のエアモータを有し、前記エアモータは、エアを吸気する吸気管と、エアを排気する排気管とを有し、前記排気管は、前記第２吹出ノズルに接続されていることを特徴とする。

第３の発明では、第２ワイヤ送給ユニットは、エアモータを有する。エアモータの排気管は、第２吹出ノズルに接続される。第２吹出ノズルは、レーザ光の出射方向と交差する方向にエアを吹き出す。

これにより、第２ワイヤ送給ユニットのエアモータの排気を利用して、第２吹出ノズルからエアを吹き出すことができる。また、配管を共通化することで、部品点数を削減することができる。

本発明によれば、チップから送り出されるワイヤ量を安定させることができる。

本実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す側面図である。 第２吹出ノズルの構成を示す斜視図である。 第２吹出ノズルの水平方向及び上下方向の位置を調整した状態を示す側面図である。 第２吹出ノズルの吹き出し角度を調整した状態を示す側面図である。 第２ワイヤ送給ユニットの構成を示す斜視図である。 第２ワイヤ送給ユニットの送給ローラ部の内部構成を示す斜視図である。 本実施形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す側面図である。 第２ワイヤ送給ユニットの構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ加工ヘッド１０と、第１ワイヤ送給ユニット２０と、第２ワイヤ送給ユニット２４と、エア供給部３０と、シールドガス供給部３５とを備える。

レーザ加工ヘッド１０は、ワークＷの加工点Ｐにレーザ光Ｌを出射する。レーザ加工ヘッド１０は、コリメータレンズ１１と、フォーカスレンズ１２と、保護ガラス１３とを有する。

コリメータレンズ１１は、図示しないファイバで伝送されたレーザ光Ｌを平行化する。フォーカスレンズ１２は、コリメータレンズ１１で平行化されたレーザ光Ｌを集光する。保護ガラス１３は、レーザ加工ヘッド１０内部に異物が侵入するのを抑える。

第１ワイヤ送給ユニット２０は、一対の送給ローラ２２と、ワイヤ管２３とを有する。送給ローラ２２は、図示しない送給モータによって回転する。送給ローラ２２は、溶接用のワイヤ２１を送給方向の下流側に送給する。ワイヤ２１の先端部は、チップ２５に挿通される。チップ２５は、第１ワイヤ送給ユニット２０及び第２ワイヤ送給ユニット２４で送給されたワイヤ２１を加工点Ｐに案内する。第１ワイヤ送給ユニット２０とチップ２５との間のワイヤ経路は、１ｍ以上離れている。

第２ワイヤ送給ユニット２４は、第１ワイヤ送給ユニット２０とチップ２５との間に配置される。第２ワイヤ送給ユニット２４は、第１ワイヤ送給ユニット２０で送給されたワイヤ２１を加工点Ｐに向かって送給する。

シールドガスノズル３６には、シールドガス管３７が接続される。シールドガス管３７には、シールドガス供給部３５が接続される。シールドガスノズル３６は、シールドガス供給部３５から供給されたシールドガスを加工点Ｐに供給する。シールドガスにより、ワークＷの酸化を抑える。

レーザ加工ヘッド１０には、第１吹出ノズル１５が取り付けられる。第１吹出ノズル１５は、レーザ加工ヘッド１０の出射端からレーザ光Ｌの出射方向に延びる筒状の部材で形成される。第１吹出ノズル１５は、出射方向の下流側に吹出口１６が開口している。

第１吹出ノズル１５は、筒状のキャップ部１７を有する。キャップ部１７は、第１吹出ノズル１５の吹出口１６に着脱可能に取り付けられる。これにより、キャップ部１７にスパッタやヒュームが付着して汚れたり、キャップ部１７が劣化した場合に、キャップ部１７のみを取り外して交換やクリーニングをすれば良いので、メンテナンス性が向上する。

レーザ加工ヘッド１０の出射端の側面には、第１継手１４が接続される。第１継手１４には、第１エア供給管３１が接続される。第１エア供給管３１には、エア供給部３０が接続される。エア供給部３０から供給されたエアは、第１継手１４を介して、レーザ加工ヘッド１０の内部を通って第１吹出ノズル１５に供給される。第１吹出ノズル１５は、吹出口１６からワークＷの加工点Ｐに向かってエアを吹き出す。

第１吹出ノズル１５からレーザ光Ｌの出射方向に吹き出されたエアは、第１吹出ノズル１５内に侵入しようとする、加工点Ｐで発生するスパッタやヒュームを、レーザ光Ｌの光軸上から吹き飛ばして除去する。これにより、スパッタやヒュームによるレーザ光Ｌの屈折又は焦点位置の変動を抑える。

第１吹出ノズル１５の上流端には、保護板１８が設けられる。保護板１８は、径方向に張り出す円盤状に形成される。保護板１８は、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームがレーザ加工ヘッド１０に付着するのを抑える。

第１吹出ノズル１５には、第１支持部材４０と、第２支持部材４３とが取り付けられる。第１支持部材４０は、加工点Ｐ側の、第１吹出ノズル１５の下部寄りの位置に配置される。第２支持部材４３は、第１支持部材４０よりも上方に配置される。

第１支持部材４０は、第１取付部４１と、保持部４２とを有する。第１取付部４１は、第１吹出ノズル１５の外周面を把持する。第１取付部４１は、第１吹出ノズル１５に沿って移動させることで、ワークＷとの距離を変更可能となっている。第１取付部４１には、保持部４２が取り付けられる。

保持部４２は、第２吹出ノズル５０と、チップ２５と、シールドガスノズル３６とを保持する。第２吹出ノズル５０は、第１吹出ノズル１５の吹出口１６よりも下流側に配置される。第２吹出ノズル５０は、レーザ光Ｌの出射方向と交差する方向にエアを吹き出す。

第２吹出ノズル５０から吹き出したエアは、第１吹出ノズル１５から吹き出したエアに衝突し、第１吹出ノズル１５から吹き出したエアを加工点Ｐから偏心させる。これにより、加工点Ｐの溶融部に悪影響を及ぼすことなく、スパッタやヒュームを吹き飛ばすとともに、溶融部から吹き上がるプルームを除去することができる。

言い換えると、溶融部から吹き上がるプルームが、第１吹出ノズル１５から加工点Ｐに向かうレーザ光Ｌの光路から除去され、この光路内でのレーザ光Ｌの屈折や乱反射を抑制できる。

図２に示すように、第２吹出ノズル５０は、複数の吹出孔５１と、複数の吸込孔５２とを有する。複数の吹出孔５１は、複数の第１吹出孔５１ａと、複数の第２吹出孔５１ｂとを有する。複数の第１吹出孔５１ａは、第２エア供給管３２を介してエア供給部３０に連通し、レーザ光Ｌの光路に向かって開口する。複数の第２吹出孔５１ｂは、レーザ光Ｌの光路に向かって開口する。

ここで、レーザ光Ｌの光路とは、第１吹出ノズル１５を介してレーザ光Ｌの出射方向にレーザ光Ｌが出射され、第１吹出ノズル１５の吹出口１６と加工点Ｐとの間に形成される光路である。

第１吹出孔５１ａは、第２吹出孔５１ｂよりもエアを吹き出す吹出口の径が小さく、複数の第２吹出孔５１ｂの近傍にそれぞれ配置される。複数の吸込孔５２は、第２吹出ノズル５０の側壁に開口するとともに、複数の第２吹出孔５１ｂにそれぞれ連通する。

第２吹出ノズル５０には、第２継手５３が接続される。第２継手５３には、第２エア供給管３２が接続される。第２エア供給管３２には、エア供給部３０が接続される。エア供給部３０から供給されたエアは、第２継手５３を介して、第２吹出ノズル５０の内部を通って複数の第１吹出孔５１ａから吹き出される。

このとき、エア供給部３０から供給されるエアが第１吹出孔５１ａから吹き出されることにより、第１吹出孔５１ａからレーザ光Ｌの光路に向かって吹き出されるエアの流れによって、第２吹出孔５１ｂに連通する吸込孔５２に負圧が発生する。これにより、第２吹出ノズル５０の周辺のエアが吸込孔５２から吸い込まれ、第２吹出孔５１ｂから吹き出される。

言い換えると、エア供給部３０から複数の第１吹出孔５１ａに供給されるエアの流量に、複数の吸込孔５２の周辺から吸い込まれて複数の第２吹出孔５１ｂからそれぞれ吹き出されるエアの流量がそれぞれ加算されるように、エアがレーザ光Ｌの光路側に向かって、光路に交差するように吹き出される。

図３に示すように、第１支持部材４０は、調整機構４５を有する。第１支持部材４０は、調整機構４５を介して第２吹出ノズル５０を支持する。調整機構４５は、水平位置調整部４６と、上下位置調整部４７と、角度調整部５５とを有する。

水平位置調整部４６は、第１支持部材４０の保持部４２に対して水平方向に移動可能に取り付けられる。水平位置調整部４６は、水平位置が調整された後で締結ボルト５９により固定される。

上下位置調整部４７は、保持部４２に対して上下方向に移動可能に取り付けられる。上下位置調整部４７は、上下位置が調整された後で締結ボルト５９により固定される。

水平位置調整部４６及び上下位置調整部４７の位置を調整することで、第２吹出ノズル５０から吹き出されるエアの吹き出し位置を変更することができる。

図４に示すように、角度調整部５５は、保持部４２に取り付けられた基台部５６と、基台部５６に対して第２吹出ノズル５０を締結する締結ボルト５７とを有する。第２吹出ノズル５０は、締結ボルト５７を緩めた状態で、締結ボルト５７を中心に上下方向又は左右方向に回動させることで、エアの吹き出し角度を調整可能となっている。

第２吹出ノズル５０には、ストッパボルト５８が設けられる。ストッパボルト５８は、上下方向に間隔をあけて配置される。ストッパボルト５８の先端部は、上下位置調整部４７のストッパ面４８に当接する。ストッパボルト５８の突出量を調整し、ストッパボルト５８をストッパ面４８に当接させることで、第２吹出ノズル５０の姿勢（エアの吹き出し角度）を位置決めすることができる。第２吹出ノズル５０は、締結ボルト５７を締め付けることで、所定の姿勢で保持される。

これにより、レーザ加工ヘッド１０の姿勢に応じて第２吹出ノズル５０の姿勢（エアの吹き出し角度）を調整することで、第２吹出ノズル５０からワークＷ側に向かうエアの流れを抑制し、ワークＷの溶融部を避ける方向（ワークＷの溶融部と平行な方向）にエアを吹き出すことができる。

図１に示すように、第２支持部材４３は、第２取付部４４を有する。第２取付部４４は、第１吹出ノズル１５の外周面を把持する。第２取付部４４には、第２ワイヤ送給ユニット２４が取り付けられる。シールドガス管３７は、第２ワイヤ送給ユニット２４の側壁部に固定される。

このように、ワイヤ管２３及びシールドガス管３７は、第２支持部材４３及び第２ワイヤ送給ユニット２４に支持される。これにより、ワイヤ管２３及びシールドガス管３７とレーザ加工ヘッド１０との距離を近づけ、レーザ加工ヘッド１０周辺の障害物にワイヤ管２３及びシールドガス管３７が干渉するのを抑えることができる。

ワイヤ管２３は、湾曲部２３ａを有する。湾曲部２３ａは、チップ２５と第２ワイヤ送給ユニット２４との間で、湾曲状に屈曲して延びる。ワイヤ管２３における湾曲部２３ａよりも送給方向の上流側は、レーザ加工ヘッド１０と略平行に延びる。

これにより、ワイヤ管２３の内部をワイヤ２１が通過する際に、ワイヤ２１にかかる抵抗を軽減して、ワイヤ２１をスムーズに送給することができる。

〈第２ワイヤ送給ユニットの構成〉
図５及び図６に示すように、第２ワイヤ送給ユニット２４は、ケーシング６０と、送給モータ６１と、ギア部６２と、回転軸６５と、トルクリミッタ部６７と、送給ローラ部７０とを有する。ケーシング６０は、第２取付部４４に取り付けられる。回転軸６５は、軸受６６によって回転可能に支持される。

送給モータ６１は、ケーシング６０に収納される。送給モータ６１は、電気駆動式の電動モータで構成される。送給モータ６１の回転駆動力は、ギア部６２、回転軸６５、及びトルクリミッタ部６７を介して送給ローラ部７０に伝達される。

ギア部６２は、第１ギア６３と、第２ギア６４とを有する。第１ギア６３と第２ギア６４とは、かさ歯車で構成される。第１ギア６３は、送給モータ６１のモータ軸に連結される。第２ギア６４は、回転軸６５に連結される。第１ギア６３は、第２ギア６４に噛み合わされる。第１ギア６３の回転に伴い、第２ギア６４とともに回転軸６５が回転する。

トルクリミッタ部６７は、回転軸６５の途中に設けられる。トルクリミッタ部６７は、マグネット部６８と、ヒステリシス部６９とを有する。トルクリミッタ部６７は、回転軸６５に加わる負荷（負荷トルク）が所定の閾値よりも大きい場合に、マグネット部６８とヒステリシス部６９とを切り離し、送給モータ６１からの送給ローラ部７０へのトルクの伝達を遮断する。

送給ローラ部７０は、第１送給ローラ７１と、第２送給ローラ７２と、ローラ加圧部７３と、軸受部材７４とを有する。第１送給ローラ７１は、回転軸６５に連結される。第２送給ローラ７２は、ローラ加圧部７３に保持される。ローラ加圧部７３は、図示しない付勢バネによって、第２送給ローラ７２を、送給されるワイヤ２１を介して第１送給ローラ７１に向かって（図示白抜き矢印方向）付勢する。軸受部材７４は、軸受６６を保持する。

第１送給ローラ７１が回転することで、第１送給ローラ７１と第２送給ローラ７２との間に挟まれたワイヤ２１が送給方向の下流側（加工点Ｐ側）に送給される。

ここで、ワイヤ２１を送給する、第２ワイヤ送給ユニット２４の送給速度を、第１ワイヤ送給ユニット２０の送給速度よりも速くしている。

これにより、第１ワイヤ送給ユニット２０と第２ワイヤ送給ユニット２４との間で、ワイヤ２１にテンションを付与して、チップ２５から加工点Ｐに向かって送り出されるワイヤ量を安定させることができる。

－本実施形態１の効果－
本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、第１ワイヤ送給ユニット２０とチップ２５との間に、第２ワイヤ送給ユニット２４を設けることで、第１ワイヤ送給ユニット２０のみでワイヤ２１を送給する場合に比べて、チップ２５から加工点Ｐに向かって送り出されるワイヤ量を安定させることができる。チップ２５から送り出されるワイヤ量が安定することで、溶接品質を高めることができる。

また、剛性の高い第１吹出ノズル１５に、第１支持部材４０を介してチップ２５及びシールドガスノズル３６を取り付け、また、第２支持部材４３及び第２ワイヤ送給ユニット２４を介してワイヤ管２３及びシールドガス管３７を取り付けるようにしている。これにより、チップ２５、シールドガスノズル３６、ワイヤ管２３、シールドガス管３７をレーザ加工ヘッド１０に直接又は間接的にそれぞれ取り付けるための部材を、第１吹出ノズル１５とは別に設ける必要が無く、部品点数を削減することができる。

《実施形態２》
以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図７及び図８に示すように、第２ワイヤ送給ユニット２４は、送給モータ６１を有する。送給モータ６１は、エア駆動式のエアモータで構成される。送給モータ６１には、吸気管７５と、排気管としての第２エア供給管３２とが接続される。吸気管７５には、エアの吸気元としてエア供給部３０が接続される。第２エア供給管３２には、エアの排気先として第２吹出ノズル５０が接続される。

エア供給部３０から供給されたエアは、吸気管７５を通って送給モータ６１に供給され、送給モータ６１を駆動する。送給モータ６１から排気されたエアは、第２エア供給管３２を通って第２吹出ノズル５０に供給される。第２吹出ノズル５０に供給されたエアは、吹出孔５１の第１吹出孔５１ａから吹き出される。

これにより、第２ワイヤ送給ユニット２４の送給モータ６１から排気されるエアを利用して、第２吹出ノズル５０からエアを吹き出すことができる。また、送給モータ６１の排気管としての第２エア供給管３２を、第２吹出ノズル５０の吸気管として共通化することで、部品点数を削減することができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、第２吹出ノズル５０、チップ２５、シールドガスノズル３６を、第１支持部材４０を介して第１吹出ノズル１５に支持する構成について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、第２吹出ノズル５０を、第１吹出ノズル１５とは別の部材に支持するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、チップから送り出されるワイヤ量を安定させることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１ レーザ加工装置
１０ レーザ加工ヘッド
１５ 第１吹出ノズル
１６ 吹出口
２０ 第１ワイヤ送給ユニット
２１ ワイヤ
２３ ワイヤ管
２４ 第２ワイヤ送給ユニット
２５ チップ
３２ 第２エア供給管（排気管）
３６ シールドガスノズル
３７ シールドガス管
４０ 第１支持部材
４３ 第２支持部材
５０ 第２吹出ノズル
５１ 吹出孔
５１ａ 第１吹出孔
５１ｂ 第２吹出孔
５２ 吸込孔
７５ 吸気管
Ｌ レーザ光
Ｐ 加工点
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ワークの加工点にレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置であって、
   前記レーザ加工ヘッドの出射端から前記レーザ光の出射方向に延びる筒状の部材で形成され、該出射方向の下流側に開口する吹出口からエアを吹き出す第１吹出ノズルと、
   溶接用のワイヤを送給する第１ワイヤ送給ユニットと、
   前記ワイヤが挿通されるワイヤ管に接続され、前記加工点に該ワイヤを案内するチップと、
   シールドガスが流れるシールドガス管に接続され、前記加工点にシールドガスを供給するシールドガスノズルと、
   前記第１ワイヤ送給ユニットと前記チップとの間に設けられ、前記ワイヤを送給する第２ワイヤ送給ユニットと、
   前記第１吹出ノズルに取り付けられ、前記チップ及び前記シールドガスノズルを支持する第１支持部材と、
   前記第１吹出ノズルに取り付けられ、前記ワイヤ管及び前記シールドガス管を支持する第２支持部材とを備えた
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１において、
   前記第２ワイヤ送給ユニットの送給速度は、前記第１ワイヤ送給ユニットの送給速度よりも速い
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記第１吹出ノズルの吹出口よりも下流側で、前記レーザ光の出射方向と交差する方向にエアを吹き出す第２吹出ノズルを備え、
   前記第２ワイヤ送給ユニットは、エア駆動式のエアモータを有し、
   前記エアモータは、エアを吸気する吸気管と、エアを排気する排気管とを有し、
   前記排気管は、前記第２吹出ノズルに接続されている
   ことを特徴とするレーザ加工装置。

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