JP4997847B2

JP4997847B2 - 切断加工装置

Info

Publication number: JP4997847B2
Application number: JP2006182763A
Authority: JP
Inventors: 大輔中川
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008012537A

Description

本発明は切断加工装置に関し、より詳しくは、例えば被加工物にレーザ光を照射して切断加工を施す切断加工装置の加工テーブルに関する。

従来、例えばレーザ加工装置の加工テーブルとして各種のものが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２）。
特許文献１の装置においては、被加工物を保持するクランプおよび被加工物を載置する搬送ベルトを同一方向に同一速度で移動させるとともにレーザ光を照射する加工ヘッドを搬送ベルトと直交する方向に移動させることで、被加工物を所要の形状に切断加工するようになっている。
また、特許文献２の装置は、水平面のＹ軸方向に移動可能な加工ヘッドと、上記Ｙ軸方向と直交する方向に移動可能なテーブルとを備えており、このテーブルには切断加工時と製品搬出時とで支持位置を切換えられる切換えテーブルを設けている。
特開昭６１−２０６５８６号公報特開平４−３６１８３７号公報

ところで、上記特許文献１の装置においては、切断加工時に被加工物を保持するクランプと被加工物を載置する搬送ベルトとが同一方向に同一速度で移動するようになっているが、被加工物から製品部分を切り出した残材は搬送ベルトに載置したままで製品部分は搬送ベルトの下方へ落下させていたものである。この特許文献１の装置においては、製品部分が落下した時に損傷するおそれがあった。
他方、特許文献２の装置においては、被加工物を搬入するためのリフタを備えるとともに被加工物を保持するクランプ機構を備えている。そして、切断加工後に製品部分を搬出する際には、製品部分を支持した切換えテーブルのベルトを下方に傾斜させることで製品部分を他のベルトに移載するようにしていたものである。その際、製品部分の裏面に繊細な印刷が施されていたり、鏡面仕上げがされている被加工物では、ベルトに対して製品部分が滑ってその裏面に傷が付く可能性があった。
そのため、製品部分の表面に傷付きを防ぐために被加工物の表面及び裏面に保護フィルムを貼り付けていたが、可能であればそのような保護フィルムを省略することが望まれていたものである。

上述した事情に鑑み、本発明は、被加工物を支持して水平面のＸ方向に移動可能な加工テーブルと、上記Ｘ方向と直交する水平面のＹ方向に移動可能に設けられて被加工物に切断加工を施す加工ヘッドとを備えた切断加工装置において、
上記加工テーブルは、被加工物を支持してＸ方向に移動可能な搬送ベルトと、被加工物を保持してＸ方向に移動可能な保持手段と、上記保持手段を昇降させて該上記保持手段の高さを上下３段階に変更可能であるとともに、その中間高さでは上記搬送ベルトによる被加工物の支持と同一高さで保持する昇降手段とを備えて、
上記搬送ベルトの載置面に被加工物を支持するとともに該被加工物を上記保持手段によって保持した状態で、上記搬送ベルトと上記保持手段を同一速度で同期してＸ方向に移動させ、かつ上記加工ヘッドをＹ方向に移動させて被加工物から製品部分を切断し、
上記搬送ベルトに支持された製品部分よりも上方まで上記保持手段に保持された被加工物の残材を上記昇降手段によって上昇させてから上記搬送ベルトによって製品部分を排出するようにしたものである。

上述した構成によれば、製品部分の表面を保護するための保護フィルムを省略することができ、しかも容易に製品部分と残材とを区分することができる。

以下図示実施例において本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は板状の被加工物Ｗを所要の形状に切断するレーザ加工装置１である。このレーザ加工装置１は、被加工物Ｗを支持して水平面のＸ方向に移動する加工テーブル２と上記Ｘ方向と直交する水平面のＹ方向に移動されて被加工物Ｗにレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して切断加工を施す加工ヘッド３とを備えている。加工ヘッド３は図示しない移動機構によってＹ方向に移動可能となっており、かつ所要量だけ昇降できるようになっている。レーザ加工装置１は、加工テーブル２上の被加工物Ｗに加工ヘッド３からレーザ光を照射しながら加工ヘッド３と加工テーブル２とをＸＹ方向に相対移動させることで、被加工物Ｗを所要の形状に切断できるようになっている。
本実施例の加工テーブル２は、図示しない固定フレーム上に隣接させて水平に配置されてＸ方向に走行される一対の搬送ベルト４，４’と、これら搬送ベルト４，４’を上方から覆うように配置した枠状のワークテーブル５と、このワークテーブル５をＸ方向に走行させる水平移動手段６と、所要時にワークテーブル５を昇降させる昇降手段７とを備えている。そして、ワークテーブル５の両側部に被加工物Ｗの両側部を保持する保持手段８を設けている。

水平移動手段６は、搬送ベルト４，４の両側方に設けられた水平移動機構６Ａ，６Ｂから構成されている。一方の水平移動機構６Ａは図示しない固定フレーム上に各一対の軸受部材９，９’を介して水平面のＸ方向に沿ってねじ軸１１を回転自在に軸支してあり、そのねじ軸１１は上記固定フレーム上に設けたモータ１２に連結され，モータ１２は所要時に図示しない制御装置によって回転されるようになっている。ねじ軸１１はスライドベース１３の下面に設けたナット部材１３Ａに螺合させて貫通させてあり、スライドベース１３の上面に配置した昇降機構７Ａを介して上記ワークテーブル５の側部５Ａを架設している。他方の水平移動機構６Ｂも同様の構成にしている。
制御装置によって両モータ１２，１２が同期して同一方向に回動されるとワークテーブル５が水平面のＸ方向に移動されるようになっている。

また、上記図示しない固定フレーム上には、上記ねじ軸１１，１１と直交するＹ方向に２組の回転ローラ１４，１５と１４’，１５’を図示しない軸受部材によって回転自在に軸支している。これら各組の回転ローラ１４，１５と１４’，１５’にわたってそれぞれ無端状をした上記搬送ベルト４，４’を掛け渡している。各組の外方側の回転ローラ１４，１４’は、上記固定フレーム上に設けたモータ１６、１６’に連結されている。これらの各モータ１６、１６が制御装置によって独立して正逆に回転駆動されると、各搬送ベルト４，４’がＸ方向に循環走行されるようになっている。
両搬送ベルト４，４’における被加工物Ｗの載置面は水平で同じ高さに設けられており、両搬送ベルト４，４’の内側はＸ方向に所定距離だけ離隔させて配置されている。

本実施例においては、一方の搬送ベルト４’の載置面の外方側を被加工物Ｗが搬入される搬入位置Ａとしている。
後に詳述するが、搬入位置Ａにおいて被加工物Ｗが供給されるとワークテーブル５の保持手段８によって保持されて水平移動手段６により加工位置Ｂとする加工ヘッド３の下方の位置まで水平移動されるようになっている。その際、ワークテーブル５の水平移動に同期して搬送ベルト４，４’が同一速度でＸ方向に移動される。
また、図５（ｂ）に示すように、両搬送ベルト４，４’の間には、切断加工中に生じる加工屑を回収するための回収手段１７を配置している。また、回収手段１７は集塵装置に接続されており加工ヘッド３から噴射されるアシストガスとともにレーザ光が照射されることにより被加工物Ｗが溶融して発生する煙を吸引するようになっている。なお、図面を簡略化するために、他の図面においては、回収手段１７の記載を省略している。

次に、枠状となっているワークテーブル５は、Ｘ方向に伸びる左右の側部５Ａ，５Ｂと、搬送ベルト４，４’を跨いで上記側部５Ａ，５Ｂの上面にわたって連結された連結部５Ｃ，５Ｃとから構成されており、両側部５Ａ，５Ｂ上にそれぞれ保持機構８Ａ，８Ｂを設けている。両側部５Ａ，５Ｂと連結部５Ｃ，５Ｃとで囲繞される内方部は開口部５Ｄとなっており、この開口部５Ｄを搬送ベルト４，４’上に位置させている。
被加工物Ｗは開口部５Ｄの上方から供給され、被加工物Ｗの両側部はワークテーブル５の両側部５Ａ，５Ｂ上内方側に形成される被加工物Ｗの支持面５Ｅ，５Ｆに支持されるようになっており、その状態における被加工物Ｗの両側部が一対の保持機構８Ａ，８Ｂによって保持されるようになっている。搬送ベルト４，４’上に位置する連結部５Ｃ，５Ｃの下面は、被加工物Ｗの支持面５Ｅ，５Ｆよりも所定寸法だけ上方に位置している。

一方の保持機構８Ａは、ワークテーブル５の側部５Ａ上にＸ方向に配置された一対の軸受部材１８，１８'によって回転自在に軸支された回転軸２１と、この回転軸２１を回動させるロータリーアクチュエータ２２とを備えている。
回転軸２１の外周には、４個の挟持部材２３の基部２３Ａを軸方向に摺動自在に嵌合させている（図４参照）。この挟持部材２３の基部２３Ａは回転軸２１に対して相対回転しないけれども、回転軸２１を軸方向に摺動可能となっており、それによって、回転軸２１における軸方向の所要位置に挟持部材２３を移動させることができるようになっている。また、挟持部材２３の板部２３Ｂは薄板状に形成されて可撓性を備えており、板部２３Ｂの自由端側の下面には滑り止めのシリコンゴムが貼り付けられている。
上記回転軸２１の一端部に設けたタイミングプーリー２４とロータリーアクチュエータ２２の駆動軸に取付けたタイミングプーリー２５とにわたってタイミングベルト２６を掛け渡している。ロータリーアクチュエータ２２は制御装置によって作動を制御されるようになっており、制御装置によってアクチュエータ２２が回転駆動されると、回転軸２１が回転されるようになっている。

保持機構８Ａでは、挟持部材２３の板部２３Ｂが鉛直上方を向けた状態が解放位置となっており、挟持部材２３の板部２３Ｂが斜め下方を向けた状態が挟持位置となっている。
ワークテーブル５の側部５Ｂ側にも同様の保持機構８Ｂが設けられており，両側の保持機構８Ａ，８Ｂのロータリーアクチュエータ２２，２２は同期して逆方向に回転駆動されるようになっている。
そして、ワークテーブル５が搬入位置Ａに停止して挟持部材２３が解放位置にあるときに、ワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆ上に図示しないロボット等の供給手段によって被加工物ＷをＹ方向の外方側から送り込んで載置させ、その状態から制御装置が両ロータリーアクチュエータ２２，２２を同期して所定方向に回転させると、回転軸２１，２１が回転されて各挟持部材２３，２３の板部２３Ｂ，２３Ｂが被加工物Ｗの上面を下方に押圧して被加工物Ｗの両側部がワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆと挟持部材２３，２３の板部２３Ｂ，２３Ｂとに挟持されて保持されるようになっている。一方、この保持状態から制御装置が各ロータリーアクチュエータ２２，２２を逆転させると、回転軸２１，２１とそれに設けた挟持部材２３，２３も逆転されて、挟持部材２３，２３の板部２３Ｂ，２３Ｂが鉛直上方を向けた解放位置に位置して、保持機構８Ａ，８Ｂによる被加工物Ｗの保持状態が解放されるようになっている。

次に、図３によりワークテーブル５を昇降させる昇降手段７の一方の昇降機構７Ａについて説明する。上記スライドベース１３の上面にはＸ方向に所定距離だけ離隔させて対向するように一対のガイドレール２７，２７が鉛直方向に立設されている。他方、ワークテーブル５の側部５Ａの下面には上記ガイドレール２７，２７にそれぞれ係合し，それらに沿って摺動する一対のガイドブロック２８，２８が設けられている。
また、スライドベース１３の上面にはガイドレール２７，２７の内側に１対のロッド３１，３１がＸ方向に離隔させて鉛直上方に向けて立設され、それらの間となるスライドベース１３の上面にシリンダ機構３２が鉛直上方に向けて取付けられている。他方、ワークテーブル５の側部５Ａの下面には一対のロッド３１，３１のそれぞれの近傍位置に鉛直下方に向けて一対のロッド３３，３３が立設され、また、ワークテーブル５の側部５Ａの下面にはシリンダ機構３２の真上にシリンダ機構３４が鉛直下方に向けて設けられている。

上下位置の両シリンダ機構３２，３４の間に，断面コ字型をした板状の中間部材３５が開口側が下方を向くように配置されている。そして、下方のシリンダ機構３２のピストンは上記中間部材３５の中央部の下面に連結されるとともに、上方のシリンダ機構３４のピストンを中間部材３５の中央部の上面に連結している。これにより、両シリンダ機構３２、３４および中間部材３５を介してスライドベース１３上にワークテーブル５が昇降自在に支持されている。
下方側の両ロッド３１の上方外周部はねじ部３１ａとしてあり、このねじ部３１ａを中間部材３５の両端部に穿設した貫通穴に下方側から貫通させてから、ねじ部３１ａの上端部にダブルナット３６が位置決め螺合されている。また、上方側の両ロッド３３の下方外周部もねじ部３３ａとしてあり、このねじ部３３ａを上方側から中間部材３５の両端部に穿設した貫通穴に上方側から貫通させて、該ねじ部３３ａの上下２箇所にそれぞれダブルナット３７が位置決め螺合されている。
後述するように下方のシリンダ機構３２が伸長されると中間部材３５と他方のシリンダ機構３４を介してワークテーブル５が上昇されるようになっており、その際の中間部材３５の上昇端位置はダブルナット３６によって規制される。また、上方のシリンダ機構３４の伸縮状態におけるワークテーブル５の高さは上記上下位置のダブルナット３７によって規制されるようになっている。

両シリンダ機構３２，３４は制御装置によって作動を制御されるようになっており、両方のシリンダ機構３２，３４がともに伸長されると両シリンダ機構３２，３４と中間部材３５を介してワークテーブル５は上昇端位置まで上昇されるようになっている（図５ｃ参照）。この位置では、ワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆは両搬送ベルト４，４’の載置面より所定寸法だけ上方に位置するようになっている。
また、上方のシリンダ機構３４が短縮され、下方のシリンダ機構３２が伸長された状態では、ワークテーブル５は中間位置に位置し、その位置では、ワークテーブル５の支持面５Ｅ、５Ｆが両搬送ベルト４，４’の載置面と同一高さになるように設定されている（図５ａ、図５ｂ参照）。そして、両シリンダ機構３２，３４がともに短縮された状態では、ワークテーブル５は下降端位置に位置するようになっている（図３参照）。この位置では、ワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆは両搬送ベルト４，４’の載置面よりも所定寸法だけ下方側に位置するになっている（図５ｄ）。なお、ワークテーブル５の側部５Ｂ側にも、同一の昇降機構７Ｂが設けられ、上下のシリンダ機構３２,３４は制御装置により同期して制御されるようになっている。
このように、本実施例においては、制御装置によって昇降手段７の両シリンダ機構３２，３４の作動を制御することで、ワークテーブル５の高さを上昇端位置、中間位置および下降端位置の三段階に変更できるようになっている。

以上の構成において、レーザ加工装置１の被加工物Ｗ搬入前の状態では、ワークテーブル５は昇降手段７によって中間位置に維持されて搬入位置Ａに位置し、また、保持手段８は解放位置となっている。この状態では、ワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆの高さは搬送ベルト４’の載置面の高さと同一となっている（図５ａ）。また、この被加工物Ｗの搬入前の状態では両搬送ベルト４，４’は停止している。
この状態から被加工物Ｗが図示しない供給手段によってワークテーブル５の開口部５Ｄを介して搬入位置Ａに供給される。これにより、被加工物Ｗの両側部がワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆ上に支持され、かつ被加工物Ｗの中央側は搬送ベルト４’の載置面に支持される。この後、制御装置によって保持手段８の両ロータリーアクチュエータ２２,２２が作動され，保持手段８の挟持部材２３,２３が挟持位置まで回転して被加工物Ｗの両側部がワークテーブル５に保持される。

この後、制御装置によって水平移動手段６のモータ１２，１２および搬送ベルト４，４’のモータ１６，１６’が同期して所定量だけ回転されることにより、被加工物ＷがＸ方向に平行移動されて中央側の加工位置Ｂに導入される（図５ｂ参照）。
そして、この状態から制御装置によって加工ヘッド３から被加工物３に向けてレーザ光が照射されて切断加工が開始されて、加工ヘッド３はＹ方向に移動されるとともにＸ方向は両搬送ベルト４，４’及びワークテーブル５が同期して同一速度で同一方向に移動される。これにより、被加工物Ｗと加工ヘッド３から照射されているレーザ光がＸＹ方向に相対移動されるので、被加工物Ｗが所要の形状に切断されるようになっている（図５ｂ）。切断中に生じる加工屑は両搬送ベルト４，４’の間に配置された回収手段１７によって回収されるようになっている。

制御装置により加工ヘッド３からのレーザ光の照射を停止させるとともに、ワークテーブル５の水平移動手段６のモータ１１，１１および両搬送ベルト４，４’のモータ１６，１６’の作動を停止させて被加工物Ｗに対する切断加工が終了したら、昇降手段７の上方側のシリンダ機構３４,３４を伸長させる。これにより、ワークテーブル５の保持手段８に保持された被加工物Ｗの残材Ｗ’’は上昇し上昇端位置に位置する（図５ｃ）。また、これにより被加工物Ｗから切り出された製品部分Ｗ’は上記被加工物Ｗの残材Ｗ’’と完全に分離されて両搬送ベルト４，４’の載置面に支持された状態となる。
この後、両搬送ベルト４，４’が同期して同一方向に走行されるので、それらに支持された製品部分Ｗ’は搬送ベルト４の外方側となる搬出位置Ｃへ搬送され、図示しない移載手段により搬送ベルト４上から搬出されるようになっている（図５ｃ参照）。

この後、制御装置はシリンダ機構３２，３４を短縮してワークテーブル５を中間位置まで下降させた後に、保持手段８による被加工物２の残材Ｗ’’の保持状態を解放させる。その後さらに制御装置はシリンダ機構３２を短縮してワークテーブル５を中間位置から下降端位置まで下降させる（図５ｄ参照）。これによりワークテーブル５の支持面５Ｅ，５Ｆと搬送ベルト４，４’の両方に支持されていた被加工物Ｗの残材Ｗ’’は搬送ベルト４，４’のみにより支持されるので、確実に加工位置Ｂから搬出される。そして，加工位置Ｂから搬出された残材Ｗ’’は搬送ベルト４によって搬送ベルト４の外方側となる排出位置Ｄへ排出されるようになっている（図５ｄ参照）。
この後、残材Ｗ’’の排出の間にワークテーブル５は昇降手段７によって中間位置まで上昇されるとともに水平移動手段６によって搬入位置Ａまで移動されるようになっている（図５ａ参照）。
この後、上述した作動説明と同じ作動工程によって新たな被加工物２の供給とそれに対する切断加工、製品部分Ｗ’の排出とその後の被加工物Ｗの残材Ｗ’’の排出が行われるようになっている。

以上のように、本実施例によれば、製品部分Ｗ’と残材Ｗ’’とを上下に相対移動させてそれらを完全に分離させ、その後に製品部分Ｗを排出し、次に残材Ｗ’’を排出するようにしている。そのため、本実施例においては、被加工物Ｗにおける製品部分Ｗ’と被加工物Ｗの残材Ｗ”とを容易に区分して、それらを別個に排出することができ、排出の際に製品部分が損傷することを防止できる。
また、製品部分Ｗ’の表面の損傷を防止できるので、加工開始前の被加工物Ｗの表面に保護フィルムを貼り付ける必要が無く、そのような手間を省略することができる。
また、上記実施例ではワークテーブル５の支持面５Ｅ,５Ｆと挟持部材２３により保持手段８を構成していたが、ワークテーブル５上に別の保持手段を設けたり、被加工物の上面を吸着して保持するものであっても良い。
なお、被加工物の搬入位置Ａ、搬出位置Ｃを同じ位置にしたり、その製品部分Ｗ’と残材Ｗ”を逆方向に排出したりというように、レーザ加工装置１の配置状態に応じて被加工物と製品部分及び残材の搬入方向や排出方向を適宜変更することも可能である。
なお、上記実施例は本発明をレーザ加工装置に適用した場合について説明したが、高圧水を用いて被加工物を切断する切断加工装置やレーザ光と高圧水を用いて被加工物を切断するハイブリッド切断加工装置にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施例を示す斜視図。図１に示した実施例の平面図。図２に示した要部の正面図。図２に示した要部の拡大斜視図。図１に示した実施例による作動工程図。

符号の説明

１…レーザ加工装置（切断加工装置）２…加工テーブル
３…加工ヘッド４，４’…搬送ベルト
７…昇降手段８…保持手段Ｗ…被加工物Ｗ’…製品部分
Ｗ”…残材

Claims

被加工物を支持して水平面のＸ方向に移動可能な加工テーブルと、上記Ｘ方向と直交する水平面のＹ方向に移動可能に設けられて被加工物に切断加工を施す加工ヘッドとを備えた切断加工装置において、
上記加工テーブルは、被加工物を支持してＸ方向に移動可能な搬送ベルトと、被加工物を保持してＸ方向に移動可能な保持手段と、上記保持手段を昇降させて該保持手段の高さを上下３段階に変更可能であるとともに、その中間高さでは上記搬送ベルトによる被加工物の支持と同一高さで保持する昇降手段とを備えて、
上記搬送ベルトの載置面に被加工物を支持するとともに該被加工物を上記保持手段によって保持した状態で、上記搬送ベルトと上記保持手段を同一速度で同期してＸ方向に移動させ、かつ上記加工ヘッドをＹ方向に移動させて被加工物から製品部分を切断し、
上記搬送ベルトに支持された製品部分よりも上方まで上記保持手段に保持された被加工物の残材を上記昇降手段によって上昇させてから上記搬送ベルトによって製品部分を排出することを特徴とする切断加工装置。
上記保持手段は、Ｙ方向における対向位置に搬送ベルトを挟んで配置され、被加工物の両側部を保持することを特徴とする請求項１に記載の切断加工装置。