JP3883708B2 - レーザ加工機におけるアパーチャ交換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器から出力されるレーザビームのビーム径を所定の大きさに制限するための、レーザ加工機におけるアパーチャ交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、レーザ加工機の1つであるレーザ穴明機の全体構成図である。図で、1はレーザ発振器で、レーザビーム2を出力する。3はプレートで、所定の位置にアパーチャ(窓:この場合は円形の貫通穴)3aが形成されている。プレート3はレーザビーム2を透過させない材質(例えば、銅)で形成されており、レーザビーム2の光軸と直角に配置される。4は反射鏡、5はレンズ等からなる光学ユニット、6は加工対象となるワークとしてのプリント基板である。
【0003】
次に、上述構成のレーザ穴明機の動作を説明する。
【0004】
レーザ発振器1から出力されたレーザビーム2のうち、アパーチャ3aを通過したレーザビーム2は、反射鏡4により直角に曲げられ、光学ユニット5で集光され、プリント基板6に穴を加工する。このように、加工しようとする穴径に応じてレーザビーム2のビーム径を整えるようにすると、プリント基板6の表面からの光学ユニット5の高さを固定することができ、光学ユニット5を上下方向に移動させる必要がなくなり、加工精度が向上するだけでなく、作業性も向上する。
【0005】
アパーチャ3aの自動交換装置としては、エアシリンダ式や回転円盤式のものがある。
【0006】
エアシリンダ式は、異なる径のアパーチャ3aが形成された複数のプレート3のそれぞれを、レーザビーム2の進行方向に直角に並べたエアシリンダのピストンロッドに支持させておき、エアシリンダを動作させて、所定のアパーチャ3aをレーザビーム2の光軸に対して位置決めするものである。この方式によると、プレート3の待機位置は、同図中の二点鎖線で示すB群となる。
【0007】
一方、回転円盤式は、異なる直径の複数のアパーチャ3aを、回転の軸心をレーザビーム2の光軸と平行にした回転円盤の円周上に設けておき、回転円盤を回転させることにより所定のアパーチャ3aをレーザビーム2の光軸に位置決めするものである。この方式によると、アパーチャ3aの待機位置は、同図中の二点鎖線で示すC群である。
【0008】
また、作業者が加工する穴径に応じたアパーチャ3aを形成したプレート3を手動でレーザビーム2の光軸に位置決めする場合もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のレーザ穴明機では、加工する穴の径の精度とともに真円度が要求され、レーザビーム2の中心に対するアパーチャ3aの中心のずれの許容差は0.01mm以下である。
【0010】
上述したエアシリンダ式の場合、エアシリンダはシリンダ端でしか正確な位置決め精度を得ることができないから、n個(nは2以上の整数)のアパーチャ3aを使用する場合には、最も大径のアパーチャ3aを持つプレート3を固定しておき、(n−1)枚の他のプレート3は、エアーシリンダに支持させる。このため、機構が複雑となり、大きな占有スペースを必要とする。
【0011】
一方、回転円盤式の場合、1枚の円盤に直接、複数個のアパーチャ3aを設けると、個々のアパーチャ3aは位置調整ができないから、円盤を高精度に加工しなければならず、高価になる。そこで、アパーチャ3aを設けたプレート3を位置調整可能な構造にして円盤に配置すると、円盤の直径が大きくなり、大きな占有スペースを必要とするだけでなく、円盤の重量が増すために、円盤を回転駆動させるための駆動源としてのモータの容量を大きくしなければならない。
【0012】
また、作業者が手動でプレート3を交換する場合、プレート3を交換する度にアパーチャ3aの中心をレーザビーム2の中心に合わせる必要があるため、時間がかかり、作業能率が低下する。
【0013】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、以下のようなアパーチャ交換装置、すなわち、
▲1▼機構が簡単であり、
▲2▼占有スペースが小さく、
▲3▼モータ等の駆動源の容量が小さくてすみ、
▲4▼アパーチャの位置決め作業が容易で、
▲5▼しかもアパーチャの位置決め精度が高くなるようにした、
レーザ加工機におけるアパーチャ交換装置を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項1の発明は、アパーチャによりレーザビームのビーム径を所定の大きさに制限するようにしたレーザ加工機におけるアパーチャ交換装置において、
前記レーザビームの光軸方向である第1の方向に貫通された径の異なるアパーチャをそれぞれ有する複数のブロックと、
前記第1の方向に直交する第2の方向に複数個並んで形成されかつ前記第1及び第2の方向に直交する第3の方向に延びる案内溝を有し、これら案内溝に前記ブロックが案内されて前記第2の方向に所定の間隔で前記複数のブロックを支持するホルダと、
該ホルダに前記ブロックを固定する固定部材と、
前記ホルダに対して、前記各ブロックの前記第3の方向の位置を規制して前記各アパーチャの前記第3の方向の位置を決める位置決め部材と、
前記ホルダを前記第2の方向に移動させて、前記複数のブロックのうちの加工に供される前記アパーチャを有するブロックを前記第2の方向の所定の位置に位置決めするスライド機構と、
該スライド機構を駆動して前記ホルダを移動させる駆動源と、を備える、
ことを特徴とするレーザ加工機におけるアパーチャ交換装置にある。
また、前記第2の方向に並んだ前記複数個の案内溝が、同一ピッチで形成されてなる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【0016】
〈実施の形態1〉
図1〜図3に、本発明に係る、レーザ加工機におけるアパーチャ交換装置(以下単に「アパーチャ交換装置」という。)の一例を示す。なお、図1はアパーチャ交換装置の正面図、図2は側面断面図、図3は図1のA−A線矢視図である。また、以下の説明において、正面図である図1における左右方向を「(ブロックの)幅方向(第2の方向)」、同図の上下方向を「上下方向又は高さ方向(第3の方向)」、レーザビームの光線方向である表裏方向を「前後方向(第1の方向)」というものとする。
【0017】
これらの図中において、10はスライドユニット(スライド機構)であり、スライダ10aはベース10b上を、図1中の幅方向(左右方向)に移動自在である。10cはパルスモータ(駆動源)で、ベース10bの側面に固定されていて、ボールねじ10dを回転させる。10eはボールねじ10dに螺合するナットであり、スライダ10aの下部に固定されている。10fは軸受であり、ベース10bの端部に配置され、ボールねじ10dを回転自在に支持している。11はベースプレートであり、スライダ10aに固定されている。12はサポートであり、ベースプレート11に固定されている。13はアパーチャホルダ(ホルダ)であり、図2に示す側面視形状がL字形に形成されていて、ボルト14によりサポート12に固定されている。アパーチャホルダ13の一方の辺(縦方向の辺)には複数の長穴13a(図3では、10個)が形成されている。15はガイドプレートであり、アパーチャホルダ13に固定され、アパーチャホルダ13と一体である。ガイドプレート15には複数の案内溝15a(図3では、10個)が図1及び図2における上下方向に形成されている。
【0018】
16はアパーチャブロック(ブロック)であり、一方の側面に形成された突起16aが上述の案内溝15aに係合した状態で、ボルト(固定部材)17によりアパーチャホルダ13に固定されている。アパーチャブロック16の下方には、幅方向及び高さ方向の所定の位置に中心を有する複数の、それぞれ径の異なるアパーチャ3aが前後方向(幅と直角な水平方向)に貫通されるようにして形成されている。本実施の形態の場合、直径が1mmから5.5mmまで0.5mm刻みのアパーチャ3aがそれぞれ形成されたアパーチャブロック16が10個配置されている。これらアパーチャブロック16は、アパーチャ3aの大きさが違うことを除いてすべて同形に形成されている。
【0019】
なお、図3に示すように、案内溝15aの幅Wは、突起16aの幅wより数μm程度広い。また、ガイドプレート15の内面15bとアパーチャホルダ13の内面13bとの距離Mはアパーチャブロック16の長さmより数μm程度広い。さらに、案内溝15aのピッチPはアパーチャブロック16の厚さpより数μm程度広い。さらにまた、アパーチャ3aの中心とアパーチャブロック16の上辺16bとの距離のばらつきは0.01mm以下である。
【0020】
18は、圧縮ばねであり、アパーチャブロック16と同数設けられ、それぞれアパーチャブロック16を図1及び図2の上方に付勢している。19はボルトであり、サポート12をベースプレート11に固定している。20は位置決めプレートであり、ボルト21によりガイドプレート15の上部に固定されている。位置決めプレート20のアパーチャホルダ13と対向する側面には溝20aが設けられている。22は支持プレートであり、マイクロメータ23を支持し、溝20aに嵌合している。支持プレート22の板厚と溝20aの幅の隙間は数μm程度である。23aはヘッドであり、回転させるとマイクロメータ(位置決め部材)23の軸23bが上下方向に移動して各アパーチャブロック16の高さ位置を微調整する。
【0021】
次に、アパーチャ3aの位置決め手順について説明する。
【0022】
ボルト21を緩め、位置決めプレート20をガイドプレート15から外す。この状態で、アパーチャブロック16の突起16aを、ガイドプレート15の案内溝15aに係合させ、10個のアパーチャブロック16を、ガイドプレート15の内面15bとアパーチャホルダ13の内面13bとの間に挿入したら、ボルト21により、位置決めプレート20をガイドプレート15に固定する。次に、位置決めプレート20の一方から支持プレート22を溝20aに挿入し、ボルト17により、アパーチャブロック16の上辺16bがマイクロメータ23の軸23bの先端に当接する位置でアパーチャブロック16をアパーチャホルダ13に固定する。すべてのアパーチャブロック16をサポート12に固定したら、支持プレート22を外す。なお、必要に応じてヘッド23aを回転させ、アパーチャブロック16すなわちアパーチャ3aの上下方向の位置を微調整してから、アパーチャホルダ13に固定する。
【0023】
図4は、アパーチャ交換装置の全体構成図である。同図中、30は機械本体のNC装置である。31はコントローラであり、各アパーチャ3aの図4における幅方向(左右方向)の位置を記憶している。32はパルスモータ10cのドライバである。
【0024】
次に、上述構成のアパーチャ交換装置の動作について説明する。
【0025】
自動運転中にNC装置30からアパーチャ3aの変更命令が出されると、コントローラ31はパルスモータ10cを所定の角度回転させて、ボールねじ10dを所定の角度だけ回転させる。これにより、ボールねじ10dに螺合されているナット10eと一体のスライダ10aが図1及び図4中の幅方向(左右方向)に移動してベース10bに対し位置決めされる。この位置決めによって、使用しようとするアパーチャ3aの中心をレーザビーム2の中心に一致させることができる。
【0026】
本実施の形態では、アパーチャブロック16に突起16aを設けて、ガイドプレート15の案内溝15aに係合させているので、ボルト17を締める際に、アパーチャブロック16が幅方向(左右方向)にずれることがない。また、アパーチャブロック16はアパーチャホルダ13のどの場所にも配置できるように、すなわち、いわゆるカートリッジ式にしてあるので、径がそれぞれ異なるアパーチャ3aを有するアパーチャブロック16を容易に入れ替えることができる。さらに、上下方向の位置決めも容易で、作業能率を向上させることができる。さらにまた、それぞれアパーチャ3aを有するn個のアパーチャブロック13を幅方向に並べる場合、幅方向の全幅は最大のアパーチャ径のn倍よりわずかに大きい程度にすることが可能で、省スペース化を図ることができる。加えて、駆動源としてのパルスモータ10cは、アパーチャブロック16等を幅方向に移動させるだけであるので、容量の小さいものとすることができる。
【0027】
なお、位置決めプレート20の下面に、アパーチャブロック16の上辺16bを当接させることによりアパーチャブロック16の上下方向の位置決めをするようにした場合は、位置決めプレート20の溝20a、支持プレート22、及びマイクロメータ23を省略することが可能である。この場合には、位置決め部材としてのマイクロメータ23に代わり、位置決めプレート20の下面が位置決め部材として作用する。また、パルスモータ10cに代えてサーボモータを使用するようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、
1.機構が簡単であり、
2.占有スペースが小さく、
3.モータ等の駆動源の容量が小さくてすみ、
4.アパーチャの位置決め作業が容易で、
5.しかもアパーチャの位置決め精度が高くなるようにする、
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアパーチャ交換装置の正面図。
【図2】本発明に係るアパーチャ交換装置の側面断面図。
【図3】図1のA−A線矢視図。
【図4】本発明に係るアパーチャ交換装置の全体構成図。
【図5】従来のレーザ加工機の1つであるレーザ穴明機の全体構成図である。
【符号の説明】
3a アパーチャ
10 スライド機構(スライドユニット)
10c 駆動源(パルスモータ)
13 ホルダ(アパーチャホルダ)
16 ブロック(アパーチャブロック)
17 固定部材(ボルト)
23 位置決め部材(マイクロメータ)
Claims (2)
- アパーチャによりレーザビームのビーム径を所定の大きさに制限するようにしたレーザ加工機におけるアパーチャ交換装置において、
前記レーザビームの光軸方向である第1の方向に貫通された径の異なるアパーチャをそれぞれ有する複数のブロックと、
前記第1の方向に直交する第2の方向に複数個並んで形成されかつ前記第1及び第2の方向に直交する第3の方向に延びる案内溝を有し、これら案内溝に前記ブロックが案内されて前記第2の方向に所定の間隔で前記複数のブロックを支持するホルダと、
該ホルダに前記ブロックを固定する固定部材と、
前記ホルダに対して、前記各ブロックの前記第3の方向の位置を規制して前記各アパーチャの前記第3の方向の位置を決める位置決め部材と、
前記ホルダを前記第2の方向に移動させて、前記複数のブロックのうちの加工に供される前記アパーチャを有するブロックを前記第2の方向の所定の位置に位置決めするスライド機構と、
該スライド機構を駆動して前記ホルダを移動させる駆動源と、を備える、
ことを特徴とするレーザ加工機におけるアパーチャ交換装置。 - 前記第2の方向に並んだ前記複数個の案内溝が、同一ピッチで形成されてなる、
請求項1記載のレーザ加工機におけるアパーチャ交換装置。
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