JP3027618B2 - レーザ加工機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ加工機に係り、
更に詳細には加工すべきワークの材質，板厚などによっ
て最適な焦点距離を有するレンズを備えたレーザヘッド
をレーザ加工ヘッドに着脱交換自在に装着できるように
したレーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工機で先端にレーザヘッ
ドを装着したレーザ加工ヘッドと、ワークを載置したワ
ークテーブルを相対的に移動せしめて、ワークテーブル
上のワークの所望位置にレーザ加工ヘッドの先端に装着
されたレーザヘッドからレーザビームを照射してレーザ
加工が行なわれている。

【０００３】しかも、レーザヘッドからのレーザビーム
をワークに照射してレーザ加工を行なう際には、ワーク
にピアス加工を行なった後に例えば切断加工が行なわれ
ている。また、ワークの材質や板厚などによってレーザ
ヘッドに備えたレンズの焦点距離を正確に合せる必要が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレーザヘッドに備えたレンズの焦点距離を、ワーク
の材質，板厚などにより正確に合せるための手段として
は、作業者によってレンズを上下動せしめるようにして
最適な焦点距離に合わせているため、その調整に手間が
かかると共に調整が難かしいという問題があった。

【０００５】また、レンズの調整では最適な焦点距離が
合わない場合には、レーザヘッドをレーザ加工ヘッドか
ら取外して、新しい最適な焦点距離をもったレンズを有
しているレーザヘッドを人手により交換しているため、
この交換に時間がかかるという問題があった。この交換
時間を短縮せしめるために、最近レーザヘッドをレーザ
加工ヘッドによりレーザヘッド交換装置を用いて行なう
手段が提案されてきている。

【０００６】このレーザヘッド交換装置を用いてレーザ
ヘッドをレーザ加工ヘッドとレーザヘッドを収納してい
るマガジンとの間で自動的にレーザヘッドを交換させる
ものでも、レーザヘッド交換装置を介在しているため、
レーザヘッドの交換時間は従来より短縮されるがまだ相
当の交換時間を要するという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述のごとき問題に鑑み
て、本発明は、ワークを支持するワークテーブルの上方
位置に、上記ワークのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッ
ドを前記ワークテーブルに対して相対的にＸ軸，Ｙ軸方
向へ移動自在かつ上記Ｘ軸，Ｙ軸に直交するＺ軸方向へ
移動自在に設けてなるレーザ加工機において、レンズを
備えたレーザヘッドを前記レーザ加工ヘッドに着脱交換
自在に設け、焦点距離の異なるレンズを備えた複数のレ
ーザヘッドを支承するヘッド支持部を、前記ワークテー
ブルのワーク支持領域の外方領域でかつ前記レーザ加工
ヘッドの相対的な移動領域内に設け、前記ヘッド支持部
と前記レーザ加工ヘッドとの間でレーザヘッドを直接着
脱交換自在に構成すると共に、ワークの材質，板厚に対
応して適正な焦点距離を有するレンズを備えたレーザヘ
ッドに自動的に交換してワークテーブル上のワークのレ
ーザ加工を行う構成としてなるものである。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【０００９】図１，図２および図３を参照するに、レー
ザ加工機１は箱形状のＸ軸方向へ延伸したベース３を備
えており、このベース３上にはワークＷを支持するワー
クテーブル５が設けられている。このワークテーブル５
にはＸ軸方向へ適宜な間隔でＹ軸方向へ延伸した複数の
スリット７が形成されている。このスリット７が形成さ
れた前記ベース３内にはＸ軸方向へ複数の円錐形状をし
た区画室９が設けてられいる。この各区画室９には吸引
管１１の一端が接続されていると共に、この各吸引管１
１の他端には図３に示すごとく、例えばバタフライタイ
プなどの開閉弁１３が接続されている。この開閉弁１３
の開閉を制御する例えばリミットスイッチなどの制御装
置が設けられている。

【００１０】前記各区画室９の下端にはレーザ加工を行
なった製品を収納する製品取り出しケース１５が設けら
れており、この各製品取り出しケース１５には把手１７
が取付けられていて、把手１７を把んで各製品取り出し
ケース１５を引き出すことができる。

【００１１】前記各吸引管１１にはレーザ加工を行なっ
た際の粉塵などが吸引されて、各開閉弁１３が制御装置
の制御により必要に応じて開いて粉塵などを吸引させる
ことができる。

【００１２】前記ベース３の両側にはＸ軸方向へ延伸し
たガイドレール１９が設けられており、このガイドレー
ル１９には門型形状をしたＸ軸キャレッジ２１の下部に
設けられた複数のガイド部材２３が嵌合されている。

【００１３】上記構成により、図示省略のＸ軸用駆動モ
ータを駆動せしめると、Ｘ軸用駆動モータに連動連結さ
れた例えばボールねじ，ナット部材の伝達部材を介して
Ｘ軸キャレッジ２１がＸ軸方向へ移動されることにな
る。この際、ガイド部材２３がガイドレール１９に案内
されながらＸ軸キャレッジ２１がＸ軸方向へスムーズに
移動される。

【００１４】前記Ｘ軸キャレッジ２１の上部フレーム２
１ＦにはＹ軸方向へ延伸した平行な２本のガイドレール
２５が設けられており、このガイトレール２５に複数の
ガイド部材２７を介してＹ軸キャレッジ２９が設けられ
ている。

【００１５】上記構成により、図示省略のＹ軸用駆動モ
ータを駆動せしめると、Ｙ軸用駆動モータに連動連結さ
れた例えばボールねじ，ナット部材の伝達部材を介して
Ｙ軸キャレッジ２９がＹ軸方向へ移動されることにな
る。この際、ガイド部材２７がガイドレール２５に案内
されながらＹ軸キャレッジ２９がＹ軸方向へスムーズに
移動される。

【００１６】前記Ｙ軸キャレッジ２９には、図２に示さ
れているように、上下方向へ延伸した平行な２本のガイ
ドレール３１が設けられており、このガイドレール３１
には複数のガイド部材３３が嵌合されており、このガイ
ド部材３３にはＺ軸方向へ移動自在なＺ軸キャレッジ３
５が設けられている。このＺ軸キャレッジ３５の下部に
は、例えばレーザヘッド３７を装着したレーザ加工ヘッ
ド３９が設けられている。

【００１７】上記構成により、図示省略のＺ軸用駆動モ
ータを駆動せしめると、Ｚ軸用駆動モータに例えばボー
ルねじ，ナット部材などの伝達部材を介してＺ軸キャレ
ッジ３５がＺ軸方向へ移動されることになる。このＺ軸
キャレッジ３５のＺ軸方向の移動と同時にレーザヘッド
３７を装着したレーザ加工ヘッド３９も同方向へ移動さ
れることになる。この際、ガイド部材３３がガイドレー
ル３１に案内されながらＺ軸キャレッジ３５がＺ軸方向
へスムーズに移動される。

【００１８】したがって、Ｘ軸キャレッジ２１，Ｙ軸キ
ャレッジ２９およびＺ軸キャレッジ３５がそれぞれＸ
軸，Ｙ軸およびＺ軸方向へ移動されることにより、レー
ザヘッド３７を装着したレーザ加工ヘッド３９がＸ軸，
Ｙ軸およびＺ軸方向へ移動されることになる。

【００１９】このレーザ加工ヘッド３９はすでに公知で
あるため詳細な説明を省略するが、Ａ軸方向（垂直な軸
の軸心回り），Ｂ軸方向（水平な軸の軸心回り）に回動
してレーザヘッド３７によってワークＷに３次元（立
体）加工ができるようになっている。

【００２０】前記ベース３のＹ軸方向の一端側（図３に
おいて左側）にはレーザ発振器４１が配置されており、
このレーザ発振器４１にはレーザビーム管４３が接続さ
れている。このレーザビーム管４３には別のレーザビー
ム管４５が接続されており、このレーザビーム管４３，
４５には複数のベンドミラー４７が装着されている。

【００２１】したがって、レーザ発振器４１で発振され
たレーザビームＬＢは複数のベンドミラー４７を経てレ
ーザ加工ヘッド３９に入り、レーザヘッド３７の先端か
ら照射されてワークＷにレーザ加工が行なわれることに
なる。

【００２２】前記ベース３のＹ軸方向の一端側（図３に
おいて左側）にはレーザ加工機１を制御する制御装置４
９が配置されている。また、前記ベース３のＸ軸方向の
一端側（図１において左側）には、種々の焦点距離の異
なったレンズを備えた複数のレーザヘッド３７を支承す
るヘッド支持部５１が設けられている。

【００２３】このヘッド支持部５１は、図１，図２およ
び図４に示されているように、前記ベース３にＹ軸方向
へ延伸した支持フレーム５３を備えており、この支持フ
レーム５３内には複数（本実施例では８個）の各種レー
ザヘッド３７を装着してある支持ブラケット５５が設け
られている。この支持ブラケット５５は各種レーザヘッ
ド３７を装着するためのＵ字形状の溝５７が形成されて
いる。

【００２４】したがって、図２に示されているように、
Ｘ軸キャレッジ２１がＸ軸方向の左方向へ移動し、２点
鎖線で示した位置まで移動させ、かつＹ軸キャレッジ２
９を支持ブラケット５５に形成されているＵ字形状の溝
５７にレーザヘッド３７が装着されていない位置（図１
において下方端）の上方位置に移動させる。そしてＺ軸
キャレッジ３９を下降させると共にＸ軸方向へ移動せし
めることにより、レーザ加工ヘッド３９に装着されてい
るレーザヘッド３７が空のＵ字形状の溝５７の装着部に
装着されて、レーザ加工ヘッド３９からレーザヘッド３
７が取外される。

【００２５】次に、支持ブラケット５５におけるＵ字形
状の溝５７の装着部に装着されている複数のレーザヘッ
ド３７から選択されて、この選択されたレーザヘッド３
７をレーザ加工ヘッド３９にＺ軸キャレッジ３５が上下
動並びに左右方向の移動によって装着される。而して、
ワークＷの材質，板厚に合った最適な焦点距離をもった
レンズを有するレーザヘッド３７によってレーザ加工が
行なわれる。

【００２６】このように、レーザ支持部５１の支持ブラ
ケット５７におけるＵ字形状の溝５７に装着されている
複数のレーザヘッド３７からワークＷの材質，板厚に合
った焦点距離を有するレンズを備えたレーザヘッド３７
が選択されて、レーザ加工ヘッド３９に直接的にかつ自
動的に着脱交換することができるから、レーザ加工の加
工精度を向上させることができると共に、レーザヘッド
３７の交換時間を従来より短時間で行なうことができ
る。

【００２７】図１，図２及び上記説明より既に理解され
るように、レーザ支持部５１は、ワークテーブル５のワ
ーク支持領域の外方領域で、かつレーザ加工ヘッド３９
の相対的な移動領域内に設けてあるので、ワークテーブ
ル５に対するワークＷの搬出入時に邪魔になるようなこ
とがないと共に、レーザ加工に先立って、レーザ支持部
５１に対する複数のレーザヘッド３７のセットを容易に
行うことができるものである。

【００２８】ヘッド支持部５１としては、図４に示され
ているもの以外の別の実施例として、図５に示されてい
るように、支持フレーム５９の下部に、回転軸６１を介
して円周上に複数のＵ字形状をした溝６３を形成せしめ
た円盤６５のものであっても対応可能である。この場合
には、円盤６５を回転せしめて交換位置に位置決めする
と共に、レーザ加工ヘッド３９を前記交換位置に移動せ
しめることによってレーザヘッド３７をレーザ加工ヘッ
ド３９とレーザ支持部５１との間で自動交換することが
できる。

【００２９】前記レーザ加工ヘッド３９にレーザヘッド
３７が自動的で着脱自在に装着される具体的な一例の構
成としては、図６，図７および図８に示されているよう
に、レーザ加工ヘッド３９は中空形状のＡ軸回転体６７
を備えており、このＡ軸回転体６７は前記Ｚ軸キャレッ
ジ３５に対してＡ軸方向に回動されるようになってい
る。

【００３０】前記Ａ軸回転体６７の下部にはＢ軸方向に
回動自在なＢ軸回転体６９が設けられており、Ａ軸，Ｂ
軸回転体６７，６９にはそれぞれ前記ベンドミラー４７
が備えられている。

【００３１】前記Ｂ軸回転体６９には、図７および図８
に示されているように、例えば１２０度間隔で３方向に
形成された孔７１に係脱自在のテーパ部材７３が装着さ
れている。この各孔７１の外側に支持ブロック７５が複
数のボルト７７で前記Ｂ軸回転体６９に取付けられてい
る。前記テーパ部材７３と支持ブロック７５との間に
は、図６に示されているようにスプリング７９が介在さ
れており、このスプリング７９によって前記テーパ部材
７３を図６において左方向へ常時付勢されている。ま
た、テーパ部材７３と支持ブロック７５との間にはエア
シリンダのピストン８１が設けられている。

【００３２】このピストン８１によって形成されたシリ
ンダ室８３には流路８５を介して流路８７が接続されて
いる。この流路８７は図８に示されているように、流路
８９Ａ，８９Ｂおよび９１Ａ，９１Ｂを介して各流路８
５に接続されている。

【００３３】前記レーザヘッド３７は図６に示されてい
るように、先端に中空形状のレーザヘッドブロック９３
を支持した中空形状のレーザヘッドボデイ９５の上部に
レンズ９７を備えたレンズ保持体９９が支承されてい
る。このレンズ保持体９９の外周部には前記テーパ部材
７３を係合する被テーパ部材１０１が形成されている。

【００３４】なお、Ｂ軸回転体６９とレンズ保持体９９
とは図６に示されているごとく、キー１０３で回り止め
を防止している。

【００３５】上記構成により、流路８７にエアを供給す
ると、エアは流路８９Ａ，９１Ａ；８９Ｂ，９１Ｂなど
を介して流路８５を経て各シリンダ室８３に供給され
る。各シリンダ室８３にエアが供給されるとピストン８
１がスプリング７９の付勢力に抗して図６において右方
向へ移動してテーパ部材７３も右方向へ移動する。この
状態において、レーザ加工ヘッド３９が図４あるいは図
５で説明した支持ブラケット５５のＵ字形状の溝５７に
保持されているレーザヘッド３７に対して下降すること
によって、Ｂ軸回転体６９にレンズ保持体９９が挿入さ
れる。次いで、エアを各シリンダ室８３から抜くことに
よって、スプリング７９の付勢力によってテーパ部材７
３が被テーパ部材１０１に入り込み保持されることにな
る。

【００３６】したがって、レーザヘッド３７がレーザ加
工ヘッド３９に対して着脱自在に自動的に交換すること
ができると共に、自動的にレーザヘッド３７の芯合せを
行なうことができる。

【００３７】また、レーザヘッド３７が図４または図５
に示した支持ブラケット５５のＵ字形状の溝５７に保持
される構成の一例としては、例えば図９に示されている
ように、支持ブラケット５５の前部（図９において下
部）には支持ブロック１０３Ｒ，１０３Ｌが突出されて
おり、この支持ブロック１０３Ｒ，１０３Ｌには流体シ
リンダ１０５Ｒ，１０５Ｌが設けられている。この流体
シリンダ１０５Ｒ，１０５Ｌに装着されているピストン
ロッド１０７Ｒ，１０７Ｌの先端にはロック部材１０９
Ｒ，１０９Ｌが設けられている。

【００３８】上記構成により、流体シリンダ１０５Ｒ，
１０５Ｌを作動せしめてピストンロッド１０７Ｒ，１０
７Ｌを縮めてロック部材１０９Ｒ，１０９Ｌをそれぞれ
左右方向へ離隔した状態において、レーザヘッド３７を
矢印で示したごとく、上方向へ移動せしめて支持ブラケ
ット５５のＵ字形状の溝５７に装着する。次いで、ピス
トンロッド１０７Ｒ，１０７Ｌをそれぞれ接近する方向
へ移動せしめることによって、ロック部材１０９Ｒ，１
０９Ｌを接近せしめるとレーザヘッド３７の外周部が保
持されることになる。

【００３９】レーザヘッド３７を支持ブラケット５５の
Ｕ字形状の溝５７から取外す際には、上述した動作と逆
の動作を行なうことにより、レーザヘッド３７が矢印で
示した方向と逆方向に移動されて容易に着脱交換するこ
とができる。

【００４０】なお、この発明は前述した実施例に限定さ
れることなく、適宜の変更を行なうことにより、その他
の態様で実施し得るものである。本実施例ではワークを
支持したワークテーブルを固定し、レーザ加工ヘッドを
Ｘ軸，Ｙ軸方向へ移動せしめるレーザ加工機で説明した
が、レーザ加工ヘッドをＹ軸方向へ、ワークテーブルを
Ｘ軸方向へ移動せしめるレーザ加工機でも対応可能であ
る。この場合には複数のレーザヘッドを支承したヘッド
支持部を固定したＸ軸キャレッジの一端側に例えば図５
に示した構造のものを使用するのが望ましいものであ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、本発明においては、ワークテーブル５のワー
ク支持領域の外方領域でかつレーザ加工ヘッド３９の相
対的な移動領域内にヘッド支持部５１が設けてあり、こ
のヘッド支持部５１にはレーザ加工ヘッド３９との間で
直接的にかつ自動的に着脱交換される複数のレーザヘッ
ド３７が支承されており、かつ各レーザヘッド３７には
焦点距離の異なるレンズ９７がそれぞれ備えられてい
る。そして、ワークＷの材質，板厚に対応して適正な焦
点距離を有するレンズを備えたレーザヘッドに自動的に
交換してワークテーブル５上のワークＷのレーザ加工を
行う構成であるから、例えば薄板のワークのレーザ切断
を行うときには焦点距離の短いレンズを備えたレーザヘ
ッドに交換することにより、焦点深度はともかくもスポ
ット径をより小さくしてレーザ切断を行うことができ、
より加工精度を向上することができるものである。ま
た、厚板のワークのレーザ切断を行うときには、焦点距
離の長いレンズを備えたレーザヘッドに交換することに
より、スポット径はともかくも焦点深度を大きくして厚
板の切断を可能にするものである。

【００４２】すなわち、本発明によれば、ワークＷの材
質，板厚に対応した適正な焦点距離を有するレンズを備
えたレーザヘッド３７の着脱交換が自動的に行われてレ
ーザ加工が行われるので、より精度の良いレーザ加工が
能率よく行われ得るものである。

【００４３】また、本発明によれば、ヘッド支持部５１
がワークテーブル５のワーク支持領域の外方領域に設け
てあることにより、ワークテーブル５に対するワークＷ
の搬出入のときに邪魔になるようなことがないと共に、
レーザ加工に先立って、ヘッド支持部５１に対する複数
のレーザヘッド３７のセットを容易に行うことができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した一実施例のレーザ加工機の
平面図である。

【図２】図１における正面図である。

【図３】図１における左側面図である。

【図４】図１におけるヘッド支持部の一部を拡大した斜
視図である。

【図５】図４に代るヘッド支持部の他の実施例の斜視図
である。

【図６】レーザヘッドがレーザ加工ヘッドに着脱交換さ
れる構成を示した拡大断面図である。

【図７】図６におけるVII −VII 線に沿った拡大断面図
である。

【図８】図６におけるVIII−VIII線に沿った拡大断面図
である。

【図９】レーザヘッドがヘッド支持部に着脱交換される
構成の一例を示した平面図である。

【符号の説明】

１ レーザ加工機 ５ ワークテーブル ２１ Ｘ軸キャレッジ ２９ Ｙ軸キャレッジ ３５ Ｚ軸キャレッジ ３７ レーザヘッド ３９ レーザ加工ヘッド ５１ ヘッド支持部 ５５ 支持ブラケット ５７ 溝 ６９ Ｂ軸回転体 ７３ テーパ部材 ９９ レンズ保持体 １０１ 被テーパ部材 １０３Ｒ，１０３Ｌ 支持ブロック １０５Ｒ，１０５Ｌ 流体シリンダ １０９Ｒ，１０９Ｌ ロック部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク（Ｗ）を支持するワークテーブル
   （５）の上方位置に、上記ワーク（Ｗ）のレーザ加工を
   行うレーザ加工ヘッド（３９）を前記ワークテーブル
   （５）に対して相対的にＸ軸，Ｙ軸方向へ移動自在かつ
   上記Ｘ軸，Ｙ軸に直交するＺ軸方向へ移動自在に設けて
   なるレーザ加工機において、レンズ（９７）を備えたレ
   ーザヘッド（３７）を前記レーザ加工ヘッド（３９）に
   着脱交換自在に設け、焦点距離の異なるレンズ（９７）
   を備えた複数のレーザヘッド（３７）を支承するヘッド
   支持部（５１）を、前記ワークテーブル（５）のワーク
   支持領域の外方領域でかつ前記レーザ加工ヘッド（３
   ９）の相対的な移動領域内に設け、前記ヘッド支持部
   （５１）と前記レーザ加工ヘッド（３９）との間でレー
   ザヘッド（３７）を直接着脱交換自在に構成すると共
   に、ワーク（Ｗ）の材質，板厚に対応して適正な焦点距
   離を有するレンズを備えたレーザヘッドに自動的に交換
   してワークテーブル（５）上のワーク（Ｗ）のレーザ加
   工を行う構成としてなることを特徴とするレーザ加工
   機。