JP5798836B2 - レーザ加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、レーザ切断加工及びレーザ溶接を行うことのできるレーザ加工ヘッドに係り、さらに詳細には、レーザ溶接を行うときのレーザビームのビーム幅を拡大するために、レーザ光の光軸を屈折偏心させるための傾斜ガラスを回転自在に備えたレーザ加工ヘッドに関する。

レーザ切断加工が可能なレーザ加工ヘッドを用いてレーザ溶接を行う場合、ワークへ照射するレーザ光のビーム幅を拡大するために、レーザ光の光軸を屈折偏心させるための傾斜ガラスを回転自在に備え、この傾斜ガラスを回転することが行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１３７０８３号公報

前記特許文献１に記載のレーザ加工ヘッドは、図５に示す構成である。すなわち、レーザ加工ヘッド１は産業用ロボット（図示省略）におけるロボットアーム３の先端部に適宜構成のブラケット５を介して取付けてある。前記レーザ加工ヘッド１は、前記ブラケット５に取付けた筒状の加工ヘッド本体７を備えており、この加工ヘッド本体７の上部には、レーザ発振器（図示省略）に一端側を接続した光ファイバー９の他端側を保持した光ファイバーホルダ１１が装着してある。

そして、前記加工ヘッド本体７には、前記光ファイバー９の他端側（出射端）から出射されたレーザ光ＬＢを平行光線化するためのコリメートレンズ１３が備えられている。このコリメートレンズ１３の下方位置には、レーザ光ＬＢを集光してワークＷへ照射する集光レンズ１５が備えられていると共に、アシストガスをワークのレーザ加工位置へ噴出するレーザノズル１７が備えられている。

前記光ファイバー９の出射端と前記コリメートレンズ１３との間には、レーザ光ＬＢの光軸ＬＡに対して傾斜した傾斜ガラス１９を備えた筒状のガラスホルダ２１がギアホルダケース２３内に回転自在に、かつ前記ギアホルダケース２３に形成した円弧状の長穴２３Ｈ（図６参照）内に往復動自在に備えられている。前記傾斜ガラス１９は、レーザ光ＬＢの光軸ＬＡを屈折し偏心させる作用をなすものである。したがって前記ガラスホルダ２１を回転することにより、レーザ光ＬＢの光軸（光路）ＬＡを偏心回転することができ、レーザ溶接を行うときのビーム幅を拡大することができるものである。

前記ガラスホルダ２１を回転するために、ガラスホルダ２１の外周面にはギア２１Ｇが備えられており、このギア２１Ｇには、前記ギアホルダケース２３に装着したモータ２５によって回転される駆動ギア２７が噛合してある。すなわち、ガラスホルダ２１とモータ２５は常に連動連結してある。そして、前記ガラスホルダ２１は、前記長穴２３Ｈ（図６参照）内において往復動することにより、レーザ光ＬＢの光路すなわち光軸ＬＡに対して出入自在に備えられている。

前記長穴２３Ｈ内において前記ガラスホルダ２１を往復動するために、前記ギアホルダケース２３には、前記ギア２１Ｇに噛合離脱自在な円弧状の揺動ギア２９の中央部が、ヒンジピン３１を介して揺動自在に支持されている。そして、前記揺動ギア２９を揺動するために、前記ギアホルダケース２３には流体圧シリンダなどのごとき往復動アクチュエータ３３が装着してあり、この往復動アクチュエータ３３に往復動自在に備えたピストンロッドのごとき往復作動杵３３Ｒの先端部がピンを介して枢支連結してある。すなわち、前記ガラスホルダ２１がレーザ光の光路中に位置する状態のとき（図６（Ａ）に示すように、長穴２３Ｈの一端側に位置決めされた状態のとき）、前記ギア２１Ｇから前記揺動ギア２９の自由端側を離脱可能に構成してある。

前記構成において、前記揺動ギア２９と前記ガラスホルダ２１のギア２１Ｇとが噛合した状態にあるときに、前記モータ２５によって駆動ギア２７を正回転、逆回転することにより、前記ガラスホルダ２１は前記揺動ギア２９に沿って前記長穴２３Ｈ内を往復動することになる。したがって、前記ガラスホルダ２１は、図６（Ａ）に示すように、レーザビームＬＢの光路内に、又は図６（Ｃ）に示すように、レーザビームＬＢの光路外に移動し位置決めすることができる。

そして、ガラスホルダ２１がレーザビームＬＢの光路内に位置決めされた状態にあるときに、前記往復動用アクチュエータ３３を作動して、ガラスホルダ２１のギア２１Ｇから揺動ギア２９の噛合を離脱し、その後に駆動ギア２７を回転することにより、前記ガラスホルダ２１を、レーザ光ＬＢの光路内において回転することができるものである。したがって、レーザ光ＬＢの光軸ＬＡを屈折偏心した状態で回転することができ、レーザ光ＬＢのビーム幅を拡大することができるものである。

既に理解されるように、従来の構成においては、揺動ギア２９を揺動してガラスホルダ２１のギア２１Ｇに対して噛合離脱を行うものであるから、構成が比較的複雑であると共に、前記ギア２１Ｇに対して揺動ギア２９を噛合するときに、ときとして、ギアの山と山とが当接して噛合の円滑性が欠けることがあるなど、さらなる改良が望まれている。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、光ファイバーの出射端から出射されたレーザ光を集光してワークへ照射するための集光レンズを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記光ファイバーの出射端と前記集光レンズとの間に、屈折ユニット格納部を備え、この屈折ユニット格納部内に回動自在に備えた回動アームの先端側に、レーザ光を屈折して透過自在な傾斜ガラスを備えたガラスホルダを回転自在に備えると共に、前記レーザ光の光路に対して前記ガラスホルダを出入自在に備え、前記光路に対応して駆動回転自在に備えたリング状の駆動回転体又は前記ガラスホルダに備えた従動回転体の一方に放射外方向へ突出した突出部を備え、前記ガラスホルダ又は駆動回転体の他方に、前記突出部に当接して一体的に回転される当接部材を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記駆動回転体は複数の前記突出部を外周面に等間隔に備え、前記従動回転体は、前記各突出部の間へ係合自在な前記当接部材を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記屈折ユニット格納部の周面は密封してあることを特徴とするものである。

本発明によれば、ガラスホルダを、レーザ光の光路に対応した位置に位置決めすると、ガラスホルダはリング状の駆動回転体と常に連動連結されるので、レーザ光の光路に対応した位置でのガラスホルダの回転を容易迅速に行うことができるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの主要な部分の構成を示す断面説明図である。 同上のレーザ加工ヘッドにおける主要部分の構成を示す平面作用説明図である。 同上のレーザ加工ヘッドにおける主要部分の構成を示す平面作用説明図である。 同上のレーザ加工ヘッドにおける主要部分の構成を示す平面作用説明図である。 従来のレーザ加工ヘッドの構成を示す断面説明図である。 従来のレーザ加工ヘッドの主要部の作用状態を示す平断面説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、前述した従来の構成と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、前述した従来のレーザ加工ヘッド１におけるギアホルダケース２３に相当する部分の改良を行ったものである。

図１を参照するに、前記ギアホルダケース２３に相当する屈折ユニット格納部３５は、周壁３７を備えたボックス本体３９から構成してあり、前記周壁３７の上部に上部プレート４１を取付けることによって密封した格納室４３に形成してある。前記上部プレート４１上には光ファイバー９を保持した前記光ファイバーホルダ１１が備えられている。そして、前記ボックス本体３９における底部３９Ｂの下部には複数の支柱４５を介して支持プレート４７が支持されている。

そして、前記底部３９Ｂと前記支持プレート４７には、複数の軸受を介して中空状の従動プーリ４９が回転自在に支持されている。なお、この従動プーリ４９の軸心は前記光ファイバーホルダ１１の軸心と一致してある。そして、前記従動プーリ４９は、前記ボックス本体３９の外側に備えたモータ５１と連動連結してある。すなわち、前記従動プーリ４９には、前記モータ５１によって回転される駆動プーリ５３に掛回したタイミングベルト５５が掛回してある。

前記従動プーリ４９の上端部は前記格納室４３内に突出してあり、この従動プーリ４９の上端面にはリング状の駆動回転体５７（図３参照）が複数のボルトなどのごとき固定具５９によって一体的に取付けてある。この駆動回転体５７は、放射外方向へ突出した複数の突出部６１を外周面に周方向に等間隔に備えている。換言すれば、前記駆動回転体５７は、前記各突出部６１の間に、放射外方向が次第に広くなる形状の複数の凹部６３を等間隔に備えた構成である。

前記格納室４３内であって前記駆動回転体５７から離れた位置には、前記駆動回転体５７の軸心と平行な回転支持軸６５が回転自在に備えられている。より詳細には、前記回転支持軸６５の下部は前記ボックス本体３９の底部３９Ｂに備えた軸受６７に回転自在に支持されており、この回転支持軸６５の上部は前記上部プレート４１に備えた軸受６９に回転自在に支持されている。そして、前記回転支持軸６５の上端部は、前記上部プレート４１上に装着したモータなどのロータリーアクチュエータ７１における回転軸７３とカップリング７５を介して連動連結してある。

そして、前記回転支持軸６５には回動アーム７７の基端部側が一体的に固定してあり、この回動アーム７７の先端側には、傾斜ガラス１９を備えたガラスホルダ２１が回転自在に備えられている。すなわち、前記ガラスホルダ２１を保持した筒状の回転体７９は軸受８１を介して前記回動アーム７７に回転自在に支持されている。そして、前記回転体７９の下部には、前記駆動回転体５７に備えた前記突出部６１に当接自在な当接部材８３が備えられている。この当接部材８３は、前記突出部６１に当接して凹部６３に係合自在であって、一種の係合部材でもある。

既に理解されるように、前記ロータリーアクチュエータ７１を駆動して回動アーム７７を往復回動することにより、前記傾斜ガラス１９は、図２に示すように、レーザ光ＬＢの光路に対応した位置、及び図３に示すように、レーザ光ＬＢの光路から離反した後退位置へ位置決め自在である。前記回動アーム７７を後退位置へ回動したときに、前記回動アーム７７に当接して衝撃を緩和するストッパ８５がボックス本体３９における前記周壁３７の内面に備えられている。

以上のごとき構成において、図３に示すように、傾斜ガラス１９がレーザ光ＬＢの光路から外れた位置にあるときには、光ファイバー９の出射端から出射されたレーザ光ＬＢは直進してコリメートレンズ１３へ直接入射され、レーザ切断加工等を行うことになる。そして、図３に示す状態から回動アーム７７を時計回り方向に回動すると、前記傾斜ガラス１９はレーザ光ＬＢの光路中に進入される。この際、前記傾斜ガラス１９のガラスホルダ２１を保持した回転体７９の下部に備えた当接部材８３は、回転駆動体５７に備えた突出部６１に当接し、各突出部材６１の間の凹部６３内に入り込み位置決めされることになる。

したがって、回動アーム７７を、図３に示した状態から時計回り方向に回動して、図２に示すように、傾斜ガラス１９をレーザ光ＬＢの光路中に位置決めすると、駆動回転体５７の軸心と回転体７９の軸心とが一致することになる。よって、前記駆動回転体５７を備えた従動プーリ４９をモータ５１によって回転すると、前記当接部材８３を介して回転体７９が回転され、傾斜ガラス１９が回転される。したがって、傾斜ガラス１９によって屈折されたレーザ光ＬＢの軸心は偏心回転されることとなり、レーザ光ＬＢのビーム幅を拡大することができるものである。

以上のごとき説明から理解されるように、回動アーム７７を回動して、ガラスホルダ２１を保持した回転体７９の軸心と駆動回転体５７の軸心とを一致させると、回転体７９は、当接部材８３を介して駆動回転体５７と一体的に回転する状態に連動連結される。そして、前記回動アーム７７を逆方向に回動して回転体７９の軸心を駆動回転体５７の軸心から大きく離脱すると、回転体７９と駆動回転体５７との連動連結が解除されるものである。したがって、前記回転体７９と駆動回転体５７との連動連結及びその解除を容易に行うことができると共に構成の簡素化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。

１ レーザ加工ヘッド
７ 加工ヘッド本体
９ 光ファイバー
１１ 光ファイバーホルダ
１３ コリメートレンズ
１５ 集光レンズ
１９ 傾斜ガラス
２１ ガラスホルダ
２１Ｇ ギア
２５ モータ
２７ 駆動ギア
３５ 屈折ユニット格納部
３９ ボックス本体
３９Ｂ 底部
４３ 格納室
４９ 従動プーリ
５１ モータ
５７ 駆動回転体
６１ 突出部
６３ 凹部
６５ 回転支持軸
７１ ロータリーアクチュエータ
７７ 回動アーム
７９ 回転体
８３ 当接部材
８５ ストッパ

Claims (3)

1. 光ファイバーの出射端から出射されたレーザ光を集光してワークへ照射するための集光レンズを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記光ファイバーの出射端と前記集光レンズとの間に、屈折ユニット格納部を備え、この屈折ユニット格納部内に回動自在に備えた回動アームの先端側に、レーザ光を屈折して透過自在な傾斜ガラスを備えたガラスホルダを回転自在に備えると共に、前記レーザ光の光路に対して前記ガラスホルダを出入自在に備え、前記光路に対応して駆動回転自在に備えたリング状の駆動回転体又は前記ガラスホルダに備えた従動回転体の一方に放射外方向へ突出した突出部を備え、前記ガラスホルダ又は駆動回転体の他方に、前記突出部に当接して一体的に回転される当接部材を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
2. 請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記駆動回転体は複数の前記突出部を外周面に等間隔に備え、前記従動回転体は、前記各突出部の間へ係合自在な前記当接部材を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記屈折ユニット格納部の周面は密封してあることを特徴とするレーザ加工ヘッド。