JP3178853B2 - 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、更に詳細にはレーザ発振器とレーザ加工ヘッドとを
一体的にＹ軸へ移動自在に設けたレーザ加工機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光移動型のレーザ加工機において
は、ワークを支持したワークテーブルの上方位置に設け
たレーザ加工ヘッドを、例えばＸ軸，Ｙ軸方向へ移動せ
しめたり、あるいはＹ軸方向へ移動せしめることによ
り、別に配置した発振器より発振したレーザ光をレーザ
加工ヘッドに装着されたレーザノズルから照射して、ワ
ークの所望位置にレーザ加工が行なわれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレーザ加工機においては、別に配置固定された発振
器から移動自在な加工ヘッドまでの距離が可変となり、
常に一定していないため調整が複雑となり、均一な切断
ができないという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、上記問題点を改善する
ため、レーザ発振器にレーザ加工ヘッドを一体的に設け
てＹ軸方向へ移動自在とし、レーザ発振器とレーザ加工
ヘッドとの距離を常に一定とし、調整の必要性をなくし
均一な切断加工を可能とし、製品精度の向上と、調整の
必要がないようにしたレーザ加工機を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述のごとき従来の問題
に鑑みて、本発明は、ベース上に、ワークをＸ軸方向へ
移動するためのキャリッジを往復動自在に設け、かつ上
記ワークのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドをＸ軸に
対し直交するＹ軸方向へ移動自在に設けてなるレーザ加
工機において、前記ワークの移動領域の側方位置に、レ
ーザ発振器をＹ軸方向へ移動自在に設け、このレーザ発
振器に、前記レーザ加工ヘッドを先端部に指示したレー
ザビーム管を接続して設け、前記レーザ加工ヘッドに撓
みの変位がないように前記レーザビーム管を、剛性が高
く軽い材質より形成してなるものである。

【０００６】

【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。

【０００７】図１，図２および図３を参照するに、レー
ザ加工機１は上部より見てＴ形状を成し、Ｘ軸方向（図
１において図面に直交した方向、図２および図３におい
て左右方向）に延伸し、かつＹ軸方向（図１において左
右方向、図２において図面に直交した方向、図３におい
て上方向）へ延伸し一体的に成形された例えば箱状のベ
ース３が設けられている。

【０００８】Ｘ軸方向に延伸したベース３上には、ワー
クＷを支持するパレット５がＸ軸向へ移動自在に設けら
れ、Ｙ軸方向に延伸したベース３上に支柱７が立設され
ている。この支柱７は前面側支柱７ａと両側面側支柱７
ｂとで構成され、支柱７の上部には上部支持板９が一体
的に設けられている。この上部支持板９の下面にはＹ軸
方向へ延伸したレール１１が垂下して設けられ、レール
１１には図示を省略したが摺動部材である例えばＬＭガ
イドを介してレーザ発振器１３が垂設してあり、Ｙ軸方
向へ図示を省略したが駆動源である例えば電動機等より
回転伝達部材を介して移動自在に設けられている。な
お、レーザ発振器１３は図１の図中に示されているよう
に、実線で示す前進限の位置より破線で示す位置まで後
退自在となる。

【０００９】前記レーザ発振器１３にはレーザビーム管
１５が接続されていて、レーザビーム管１５の先端（図
１において右側）にレーザ加工ヘッド１７を支持する加
工ヘッド支持ブロック１９が装着されている。前記レー
ザビーム管１５は前面側支柱７ａに設けた軸受２１内に
挿入され、レーザビーム管１５に沿って設けたレール２
３に摺動部材２５である例えばＬＭガイド等を介して前
記軸受２１に支持されている。なお、レーザビーム管１
５の材質としては、先端に設けたレーザ加工ヘッド１７
に撓み等の変位がないよう、剛性が高く軽い材質が要求
され、例えばカーボンファイバで形成されている。

【００１０】上記構成により、レーザ発振器１３にレー
ザビーム管１５が固着され、レーザビーム管１５の先端
にレーザ加工ヘッド１７が設けられているので、レーザ
加工ヘッド１７がＹ軸方向へ移動するとレーザ発振器１
３もＹ軸方向へ共に移動する。

【００１１】前記レーザ加工ヘッド１７は、Ａ軸方向、
Ｂ軸方向に回動すると共に、Ｚ軸方向へにも上下して、
レーザノズル２７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。なお、レーザ加工ヘッド
１７の基本的構成および動作は、すでに公知のものと同
様であり詳細な説明を省略するが、レーザ加工ヘッド１
７をＺ軸方向（図１，図２において上下方向、図３にお
いて図面に直交する方向）に移動するには、図示を省略
したが加工ヘッド支持ブロック１９に設けたＺ軸モータ
より回転伝達部材を介してＺ軸方向に設けたボールねじ
２９を回転せしめて、レーザ加工ヘッド１７が上下に移
動する。なお、図１の図中に示されているように実線で
示す上限より点線で示す下限位置に自在に設定すること
ができる。

【００１２】また、レーザ加工ヘッド１７をＡ軸、Ｂ軸
方向の回動する詳細な構成は、図４に示されている。す
なわち、Ａ軸回転体３１は前記加工ヘッド支持ブロック
１９に装着したベアリング３３を介して回動自在に設け
られていて、Ａ軸回転体３１の下端にレーザ加工ヘッド
本体３５が固着されている。Ａ軸回転体３１の内部に円
筒状の中空円筒体３７がベアリング３９を介して装着さ
れていて、この中空円筒体３７の内部に、レーザ光ＬＢ
が通っている。なお、中空円筒体３７の下端にはベベル
ギヤ４１ａが形成され、このベベルギヤ４１ａはＢ軸回
転体４３に形成したベベルギヤ４１ｂに噛合されてい
る。

【００１３】Ｂ軸回転体４３は、前記レーザ加工ヘッド
本体３５にベアリング４５を介して回動自在に設けられ
ていて、図示を省略したが電動機等により回転伝達部材
を介してＢ軸回転体４３は回動される。このＢ軸回転体
４３の先端（図４において左側）にＣ軸移動体４７がボ
ルト等により固着されている。なお、レーザ光ＬＢは、
レーザ発振器１３より加工ヘッド支持ブロック１９内に
設けたベンドミラー４９ａにて折曲され、（図１参照）
レーザ加工ヘッド本体３５に設けたベンドミラー４９ｂ
により直角に折曲され、更に、Ｃ軸移動体４７内に設け
たベンドミラー４９ｃにより直角に折曲され、ワークＷ
に対して照射される。

【００１４】上記構成により、Ａ軸回転体３１を回動す
るとレーザ加工ヘッド本体３５は、図４の図中に示すＡ
矢印の方向へ回動し、Ｂ軸回転体４３が回動するとＣ軸
移動体４７は図４の図中に示すＢ矢印の方向へ回動す
る。

【００１５】前記Ｃ軸移動体４７には、下部（図４にて
下方）にレーザノズル２７を備え、このレーザノズル２
７は集光レンズ５１を備えた筒体５３を一体的に設け、
四角形状をしたノズルホルダ５５の内面円筒部にバイヨ
ネット部材５７が回動自在に装着されている。バイヨネ
ット部材５７の内周に設けたバイヨネット機構に係脱自
在となる複数の溝５９を備えた前記筒体５３が設けら
れ、バイヨネット部材５７を回動するため、ノズルホル
ダ５５には例えばドグクラッチ等により係合離脱自在と
なるクラッチ部材６１を備えたベベルギヤ６３ａが回動
自在に設けられ、このベベルギヤ６３ａは前記バイヨネ
ット部材５７に設けたベベルギヤ６３ｂと噛合されてい
る。

【００１６】上記構成により、ベベルギヤ６３ａを図外
の駆動源よりクラッチ部材６１を介して回動すると、バ
イヨネット部材５７は回動し、バイヨネット部材５７に
設けた突部５７ａが筒体５３に設けた溝５９に合致した
位置で係止が解除され、筒体５３は下降できる。すなわ
ち、突部５７ａと溝５９が合致した時にレーザノズル２
７をノズルホルダ５５より引抜くことができ、レーザノ
ズル２７の交換が可能となる。

【００１７】前記ノズルホルダ５５はＣ軸移動体４７内
を上下に移動自在に設けられている。すなわち、図５に
詳細が示されているように、ノズルホルダ５５には４隅
に４本の支柱６５が立設され、この支柱６５はパイプ状
をなし、この支柱６５を通って冷却水の給排水とアシス
トガスの給排が行なわれるようになっている。なお、支
柱６５の途中にねじ６７を形成した筒体６９が一体的に
支柱６５に固着されている。

【００１８】前記ねじ６７に螺合するねじ７１を備えた
リング体７３は、中空筒状のリング支持体７５に回動自
在に支承され、リング支持体７５は前記Ｃ軸移動体４７
にねじ７７により一体的に固着されている。リング体７
３の下側（図４において下側）にはベベルギヤ７９ａが
形成され、このベベルギヤ７９ａに噛合するベベルギヤ
７９ｂは、前記Ｃ軸移動体４７に固着した減速機８１の
出力軸８３に係止されていて、減速機８１には駆動源で
あるＣ軸上下用電動機８５連結されている。

【００１９】上記構成により、Ｃ軸上下用電動機８５を
駆動することにより、減速機８１を介してベベルギヤ７
９ｂが回動し、このベヘルギヤ７９ｂに噛合したリング
体７３に形成したベベルギヤ７９ａが回動する。リング
体７３の回動により、リング体７３に形成したねじ７１
が回動し、このねじ７１が螺合したねじ６７を介して筒
体６９は上下に移動可能となり、筒体６９が一体化され
た支柱６５に支承したノズルホルダ５５が上下に移動す
ることとなる。

【００２０】而して、ノズルホルダ５５の上下移動によ
り、レーザノズル２７の下端とワークＷの表面との距離
を適宜に設定できる。なお、図４の図中に点線で示した
位置は、レーザノズル２７の下降限と、レーザノズル２
７に一体的に設けた集光レンズ５１を備えた筒体５３の
上昇限を示し、また、図５の図中にノズルホルダ５５と
レーザノズル２７の下降限を２点鎖線で示してある。

【００２１】一方、ワークＷを載置するパレッド５は、
図１，図２，図３および図６を参照するに、ベース３の
前面側（図１および図６において右側、図２において前
側、図３において下側）にＸ軸方向にパレット５を支承
するサポートローラ８７である例えばフリーベアリング
が多数配設されている。また、後面側にもサポートロー
ラ８７がキャレッジ８９のＸ軸方向に多数配設され、キ
ャレッジ８９は、前記前面側支柱７ａに一体的に固定さ
れたキャレッジベース９１に摺動部材９３である例えば
ＬＭガイド等を介してＸ軸方向に摺動自在に設けられて
いる。

【００２２】キャレッジ８９をＸ軸方向に摺動させる構
成は、図７を併せて参照するに、モータ９５のフレーム
９７が、キャレッジ８９に固着され、フレーム９７にラ
ジアルベアリング９９とスライドベアリング１０１を介
してモータコア１０３に回転自在に装着されている。こ
のモータコア１０３にはナット部材１０５が一体的に設
けられ、ナット部材１０５にねじ軸１０７（例えばボー
ルねじ等）が螺合してあり、ねじ軸１０７はＸ軸方向に
延伸し、両端は前記キャレッジベース９１の両側に固着
されている。

【００２３】上記構成により、モータ９５を駆動するこ
とにより、ねじ軸１０７が螺合したナット部材１０５が
回転し、ねじ軸１０７上をＸ軸方向の左右へ移動する。
このためキャレッジ８９はＸ軸方向へ移動自在となり、
キャレッジベース９１に設けた摺動部材９３により円滑
に左右移動が行なわれる。

【００２４】キャレッジ８９に設けたサポートローラ８
７上に乗ったパレット５は、キャレッジ８９の両側に設
けたクランプ部材１０９によりクランプされている。な
お、クランプ部材１０９としては、例えば流体圧作動の
シリンダ１１１により押え板１１３を移動させてパレッ
ト５をクランプするものである。

【００２５】上記構成により、パレット５は、サポート
ローラ８７を案内とし円滑にベース３上に載置でき、ベ
ース３上に乗ったパレット５のキャレッジ８９側は、ク
ランプ部材１０９にてクランプされ、モータ９５の駆動
によりパレット５はキャレッジ８９の動きと共にＸ軸方
向へ移動自在となる。なお、移動時のパレット５の前面
側は、ベース３の前面側に設けたサポートローラ８７を
案内として円滑に移動される。

【００２６】上述した以外の附属部材としては、レーザ
加工機１の加工部を覆うカバー１１５が設けられ、天板
部は開閉自在となったいる。また、前記レーザ加工ヘッ
ド１７に設けたレーザノズル２７を交換するレーザノズ
ル交換装置１１７が、前記支柱７の前面側支柱７ａ内に
設けられている。更に、ベース３内には、パレット５上
に載置したワークＷにレーザ加工を行なう際、パレット
５の下部に設けたチップコンベア１１９にて発生したス
クラップを受け、スクラップバケット１２１にスクラッ
プを収納するスクラップ搬送装置１２３が設けられてい
る。

【００２７】なお、本実施例においては、パレット５を
１体物として説明したが、図８および図９に示されてい
るように複数個（本実施例では４個）の分割したもので
も可能である。すなわち、４分割されたパレット５ａを
パレット受皿１２５内に装着し、図示を省略したが各パ
レット５ａの１つの隅をクランプするクランプ部材をパ
レット受皿１２５に設ける。そして、パレット受皿１２
５をベース３とキャレッジ８９に設けたサポートローラ
８７の上に載置し、クランプ部材１０９にてパレット受
皿１２５をクランプし、ワークＷの載置されたパレット
５ａをモータ９５で駆動することによりＸ軸方向へ移動
させ所定のレーザ加工を行なう。

【００２８】上記のごとき分割したパレット５ａを用い
る利点としては、ワークＷが小型にしてワークＷの側面
加工を必要とする場合、不要のパレット５ａを取外する
ことにより、図９に図示されているように、レーザ加工
ヘッド１７がワークＷに当接することなく、ワークＷの
側面を自在に加工することが可能となる。

【００２９】上述したごとき構成のレーザ加工機１にて
ワークＷにレーザ加工を行なうと、レーザ発振器１３と
レーザ加工ヘッド１７とが一体的に設けられて、Ｙ軸方
向へ移動自在となっているので、発振されたレーザ光Ｌ
Ｂの距離は常に一定である。このため、距離の調整の必
要がなくなり均一な切断加工が可能となるので、製品精
度の向上を図ることができる。

【００３０】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。なお、本実施例では、
ワークＷを支持するものとしてパレットを採用したが、
パレットに限定するものでなく、テーブルを用いたワー
クＷを載置しても良い。

【００３１】

【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、レーザ発振器１３に接続
したレーザビーム管１５の先端にはレーザ加工ヘッド１
７が支持してあって、Ｙ軸方向へ一体的に移動自在に設
けてあるから、レーザ発振器１３からレーザ加工ヘッド
１７に至る光路長は常にほぼ一定であり、レーザ加工ヘ
ッド１７が移動する構成であっても光路長の調整が必要
ないことは勿論のこと、本発明においては、レーザ発振
器１３はワークＷの移動領域の側方位置にＹ軸方向へ移
動自在に設けてあるから、レーザ発振器１３の重量によ
る支持部の微小歪み等がレーザ加工ヘッド１７に影響を
与えるようなことがなく、より高精度のレーザ加工が行
われ得ると共に、全体的構成を低くできてレーザ発振器
やレーザ加工ヘッドのメンテナンスがより容易になるも
のである。

【００３２】また、レーザ発振器１３とレーザ加工ヘッ
ド１７とを連結したレーザビーム管１５は、レーザ加工
ヘッド１７に撓みの変位がないように剛性が高く軽い材
質より形成してあるから、レーザビーム管１５が片持式
に大きく突出した場合であってもレーザ加工ヘッド１７
に撓みを生じることがなく、精度の良い加工を行うこと
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の主要部を示し、図２におけるI −I
線に沿った拡大断面図である。

【図２】この発明に係るレーザ加工機の正面図である。

【図３】図２における平面図である。

【図４】図１におけるIV矢視部の拡大断面図である。

【図５】図４におけるV 矢視部の拡大斜視図である。

【図６】図１におけるVI矢視部の拡大図である。

【図７】図３におけるVII 矢視部の拡大断面図である。

【図８】他の実施例を示す分割パレットの平面図であ
る。

【図９】図８における側面図である。

【符号の説明】

１ レーザ加工機 ５ パレット（テーブル） １３ レーザ発振器 １７ レーザ加工ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース（３）上に、ワーク（Ｗ）をＸ軸
   方向へ移動するためのキャリッジを往復動自在に設け、
   かつ上記ワーク（Ｗ）のレーザ加工を行うレーザ加工ヘ
   ッド（１７）をＸ軸に対し直交するＹ軸方向へ移動自在
   に設けてなるレーザ加工機において、前記ワーク（Ｗ）
   の移動領域の側方位置に、レーザ発振器（１３）をＹ軸
   方向へ移動自在に設け、このレーザ発振器（１３）に、
   前記レーザ加工ヘッド（１７）を先端部に指示したレー
   ザビーム管（１５）を接続して設け、前記レーザ加工ヘ
   ッド（１７）に撓みの変位がないように前記レーザビー
   ム管（１５）を、剛性が高く軽い材質より形成してなる
   ことを特徴とするレーザ加工機。