JP4237447B2 - レーザートーチ付加工ヘッド、及びその操作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転主軸を有している加工ヘッド、及びレーザー加工を行うレーザートーチとの複合による装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転主軸を有し、かつ前後方向に移動可能な加工ヘッドによって切削加工を行う一方、レーザートーチを移動させながらレーザー加工を行う場合には、レーザートーチのレンズ面又は保護ガラス面に対し、切削加工中に飛散する切り屑などの異物の付着を防止することを不可欠とする。
【０００３】
このような状況を考慮し、従来技術においては、加工ヘッドとレーザートーチとを独立分離した状態にて設置し、加工ヘッドが回転主軸の動作によって切削加工を行っている段階では、レーザートーチを加工ヘッドから離れた後方に移動させている。
【０００４】
しかしながら、このように独立分離した設置構造では、レーザートーチを被加工物の表面側に移動させ、かつ位置決めを行うために極めて複雑な装置及び制御を必要とする。
【０００５】
特に加工ヘッドの数に比し、レーザートーチの数が少ない場合には、レーザートーチの移動及び位置決めを行うために複雑な装置を必要とし、装置のコストにおいても余分な負担を余儀なくされていた。
【０００６】
他方、回転主軸の作動によって生ずる切り屑は、相当遠方にまで飛散する。
【０００７】
したがって、製造効率を考慮し、切削加工と同時にレーザー加工を行う場合には、レーザートーチを加工面から相当遠距離に設置することが行われていた。
【０００８】
このような遠距離からのレーザー加工を行うためには、焦点の長いレーザートーチを必要とし、必然的にレーザートーチ、更にはその駆動源なども大きな構造であることが要求され、この点もまた、装置のコストとして、余分な負担とならざるを得なかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の如き従来技術の欠点を克服し、従来技術よりも簡明な構造でありながら、切削加工及びレーザー加工の双方を実現し得るレーザートーチ付加工ヘッドの構成を提供することを課題としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明による装置の構成は、回転主軸を有し、かつ被加工物に近づく方向又はその反対方向への移動が可能である加工ヘッドにおいてレーザートーチ及びその支持体を被加工物に近づく方向又はその反対方向へ移動可能な状態にて設置し、かつレーザートーチから被加工物に入射する入射レーザー光の広がる角度がθとレーザートーチに設けているレンズの焦点距離（ｆ）及び、レーザー光の照射によって被加工物が形成されるスポット径（ｄ）との間において、下記の数式の関係が成立するように、前記レンズの位置を決定することができ、しかも被加工物に近づく方向及び遠ざかる方向に前記レンズが移動する領域に沿ってレーザートーチの周囲を覆っているカバーを設け、当該カバーにおいて、被加工物が存在する側に開閉可能なシャッターを設けたことに基づくレーザートーチ付加工ヘッド。
ｄ＝ｆ・θ
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の実施形態の上面図及び側面図を示す。
【００１２】
これらの図面からも明らかなように、本発明においては、回転主軸１１を有し、かつ被加工物が存在する方向又はその反対方向に移動可能な加工ヘッド１において、レーザートーチ２が支持体３を介して被加工物が存在する方向又はその反対方向への移動が可能な状態にて設置されている。
【００１３】
通常加工ヘッド１は、床などの固定部分や被加工物が存在する方向又はその反対方向以外の方向へ移動するための移動体に対し、加工ヘッド移動用ガイド４１と加工ヘッド移動用レール４２とを介して被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態に設置されているが、レーザートーチ２の支持体３は加工ヘッド１に固定するか（この場合は、長い焦点距離のトーチが必要）、又は別の独立したレーザー加工用ヘッドとして加工ヘッド移動用ガイド４１と加工ヘッド移動用レール４２とを介して被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態に設置している場合が多い。
【００１４】
無論、当該支持体３を被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態にて設置する構成として図１及び図２に示す構成以外に、例えば、ボールネジとこれに螺合する内側ネジなどによる構成も当然に採用可能である。
【００１５】
本発明は、図４、図５に示すように、加工ヘッド１において、レーザートーチ２のレンズが移動する被加工物が存在する方向及びその反対方向の領域に沿ってレーザートーチ２の周囲を覆うことができるカバー５を設け、かつ当該カバー５において、被加工物が存在する側に開閉可能なシャッターを設けており、レーザー光を被加工物に照射していない段階においてレーザートーチ２のレンズがレーザー光を照射している場合よりも被加工物の位置から離れた状態である場合には、当該シャッターを閉じてカバー５内に飛散した切り屑が進入しないような構成を採用している。
【００１６】
このような構成によって、レーザートーチ２のレンズは、回転主軸１１の回転によって切り屑の飛散によるレンズへの付着を完全に防止することが可能となる。
【００１７】
図１及び図２は、加工ヘッド１及びレーザートーチ２の何れも動作していない状態を示すが、回転主軸１１の回転によって切削加工が行われている場合（図１及び図２において加工ヘッド１が被加工物の表面側に移動している状態）では、レーザートーチ２は後方に移動し、かつ切削加工に伴って飛散する切り屑などの影響を極力少ない状態としている。
【００１８】
図３は、レーザートーチ２が被加工物の表面側に近づくように移動し、レーザー加工を行った状態を示すが、本発明においては、レーザートーチ２が加工ヘッド１内において被加工物に近づくように移動すればよく、従来技術のように、レーザートーチ２を被加工物側に移動し、かつ位置決めするために複雑な装置及び制御を必要としない。
【００１９】
このように、本発明では従来技術の場合に比し、レーザー加工を効率的に実現できるので、特に切削加工とレーザー加工とを同時に並行せずとも、全体として良好な作業効率を得ることができる。
【００２０】
したがって、従来技術の場合に比し、小型のレーザートーチに必要な機能を果たすことが可能となり、従来技術のような遠距離の焦点を有している大型のレーザートーチ２及び大型の駆動装置は不要であると共に、近距離に位置しているレンズの焦点を合わせることによって、正確なレーザー加工が可能となる。
【００２１】
即ち、入射レーザー光の広がり角度：θ（通常は数ｍｒａｄ〜数１０ｍｒａｄ）と
焦点距離：ｆと焦光レーザースポット径：ｄの間に成立し得る
ｄ＝ｆ・θ
という関係を採用することができる。
【００２２】
この関係より、焦点距離の短いレンズを使用できることで、基本的には平行レーザー光が望ましいが、広がり角度θが多少あっても、スポット径を小さく（エネルギー密度を高く）でき、その変動も小さくできるので、レーザー加工に対して非常に有効な結果となる。
尚、図１、２においては、光ファイバー・ケーブル６を後方に有しているレーザートーチ２及びその支持体３に対する駆動装置としてエアーシリンダー８を採用している場合を示すが、当該駆動装置は、決してエアーシリンダー８に限定される訳ではなく、移動磁界によるリニア駆動、又は回転ボールネジなどを使用した駆動装置を採用することもまた、当然可能である。
【００２３】
【実施例】
実施例においては、図１、図２に示すように、加工ヘッド移動用ガイド４１と加工ヘッド移動用レール４２とを介して被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態に設置されている加工ヘッド１に対し、レーザートーチ２の支持体３をレーザートーチ移動用ガイド４３とレーザートーチ移動用レール４４とを介して被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態に設置されていることを特徴としている。
尚、図１、図２では、レーザートーチ２の支持体３が加工ヘッド１上をレーザートーチ移動用ガイド４３とレーザートーチ移動用レール４４とを介して被加工物が近づく方向又は遠ざかる方向への移動が可能な状態に設置されているが、これらを逆転した構造もまた、当然可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の如き構成による本発明においては、従来技術の場合に比し、レーザートーチの移動及び位置決め装置として極めて簡単な構成でありながら、回転主軸の回転中に飛散する切り屑のレーザートーチのレンズに対する付着を防止することができると共に、レーザー加工を行う場合には、加工ヘッド上を移動させることによって、簡単に被加工物の表面の近傍にレーザートーチを配置したうえで、レーザー加工を正確に行うことが可能となる。
【００２５】
しかも、従来技術の装置に比し、極めて小型の装置を採用することができるので経済コストにおいても極めて有利である。
【００２６】
このように、本発明は、従来技術の構成に比し、様々な点において優れており、その価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す上面図。
【図２】 本発明の実施形態を示す側面図。
【図３】 本発明においてレーザー加工を行っている実施形態を示す上面図である。
【図４】 実施例の構成を示す上面図である。
【図５】 実施例の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 加工ヘッド
１１ 回転主軸
２ レーザートーチ
３ 支持体
４１ 加工ヘッド移動用ガイド
４２ 加工ヘッド移動用レール
４３ レーザートーチ移動用ガイド
４４ レーザートーチ移動用レール
５ カバー
６ 光ファイバー・ケーブル
７ ガイドローラー
８ エアーシリンダー

Claims (3)

1. 回転主軸を有し、かつ被加工物に近づく方向又はその反対方向への移動が可能である加工ヘッドにおいてレーザートーチ及びその支持体を被加工物に近づく方向又はその反対方向へ移動可能な状態にて設置し、かつレーザートーチから被加工物に入射する入射レーザー光の広がる角度がθとレーザートーチに設けているレンズの焦点距離（ｆ）及び、レーザー光の照射によって被加工物が形成されるスポット径（ｄ）との間において、下記の数式の関係が成立するように、前記レンズの位置を配置することができ、しかも被加工物に近づく方向及び遠ざかる方向に前記レンズが移動する領域に沿ってレーザートーチの周囲を覆っているカバーを設け、当該カバーにおいて、被加工物が存在する側に開閉可能なシャッターを設けたことに基づくレーザートーチ付加工ヘッド。
   ｄ＝ｆ・θ
2. 加工ヘッドに対し、レーザートーチの支持体がガイド及びレールを介して移動可能な状態にて設置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザートーチ付加工ヘッド。
3. 回転主軸の動作によって切削を行う段階では、加工ヘッドに設置されているレーザートーチを被加工物から離れる方向に移動させ、レーザー加工を行う段階では、被加工物が存在している位置に近づく方向にレーザートーチを移動させたうえで、レンズの焦点を合わせることを特徴とする請求項１記載のレーザートーチ付加工ヘッドの操作方法。

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