JP5811127B2

JP5811127B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5811127B2
Application number: JP2013071781A
Authority: JP
Inventors: 和浩中嶋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014195813A

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

従来より、レーザ加工装置のレーザビームを発振するレーザ発振ユニットの故障及び使用寿命がきた場合に、レーザビームの光軸を予め調整したレーザ発振ユニットに取り替える技術に関し種々提案されている。

例えば、レーザ光源が挿通されたレーザ取付筒を取付板に取り付けた後、取付板をピンによって位置決めして固定ビスによって調整台上に固定する。また、調整台は予め光学基台の凹部に嵌め込まれ、光学基台と一体化されている。そして、レーザ取付筒の出射方向前後に直角に交差するようにそれぞれ配置された２対の調整ネジと、光学基台の出射方向前後に直角に交差するようにそれぞれ配置された２対の調整ネジとによってレーザ光源の光軸調整を行うように構成された光学装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平２−８９６６２号公報

しかしながら、前記した特許文献１に記載された光学装置では、レーザ取付筒の出射方向前後に直角に交差するように２対の調整ネジを配置し、更に、光学基台の出射方向前後に直角に交差するように２対の調整ネジを配置するため、光軸を上下方向に調整する調整機構が大型化するという問題がある。また、４対の調整ネジを互いに調整して光軸を合わせる必要があるため光軸調整が煩雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、レーザ発振ユニットの光軸調整を容易に行うことが可能となるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係るレーザ加工装置は、本体ベース上にレーザビームを出射するレーザ発振ユニットが設けられたレーザ加工装置において、前記レーザ発振ユニットは、前記本体ベース上に位置決めされて、着脱可能に積層方向の一方側に取り付けられるベース部材と、前記ベース部材の前記積層方向の一方側に設けられ、レーザビームを前記積層方向と直交する光軸方向に出射するレーザ発振部を保持するレーザ保持部と、前記レーザ保持部を保持すると共に、前記ベース部材上に取り付けられる光軸調整部と、を備え、前記レーザ保持部は、前記レーザ発振部の前記積層方向の一方側に設けられる天井部と、前記天井部の前記積層方向の一方側に取り付けられて前記天井部を介して前記レーザ発振部を冷却する冷却部と、前記積層方向において前記レーザ発振部と前記ベース部材との間に設けられる底面部と、前記光軸方向及び前記積層方向に直交する特定方向における前記底面部の両端と前記天井部とに接続され、その間に前記レーザ発振部が配置される一対の側面部と、を有し、前記光軸調整部は、前記積層方向において前記ベース部材と前記レーザ保持部の前記底面部との間に設けられる取付部と、前記取付部の前記特定方向の両端から前記積層方向の一方側に向けて伸張し、前記特定方向において前記レーザ保持部の前記一対の側面部を外側から保持し、前記レーザ保持部を前記特定方向に沿う揺動軸回りに回動可能に保持する一対の回動保持部と、前記一対の回動保持部に対して前記光軸方向に離間した位置において前記取付部の前記特定方向の両端から前記積層方向の一方側に向けて伸張し、前記特定方向において前記レーザ保持部の前記一対の側面部を外側から保持し、前記レーザ保持部を前記揺動軸を中心として前記積層方向に移動可能に保持する一対の揺動保持部と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に係るレーザ加工装置は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記一対の回動保持部は、前記一対の揺動保持部に対してレーザビームの出射側に設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に係るレーザ加工装置は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記一対の揺動保持部は、前記積層方向に沿って形成された長孔を有し、前記取付部は、前記光軸方向において前記一対の回動保持部と前記一対の揺動保持部との間に設けられ、且つ、前記特定方向において前記一対の回動保持部と前記一対の揺動保持部よりも外側に設けられて、前記揺動軸の前記一対の回動保持部間の中心位置を通る前記積層方向の中心軸回りの該取付部の回動を許容する複数の取付用長孔を有し、前記レーザ保持部は、前記長孔に挿通された第１固定部材を介して前記一対の揺動保持部に対して前記積層方向に位置決めされると共に、前記複数の取付用長孔のそれぞれに挿通された複数の第２固定部材を介して前記ベース部材に対して前記積層方向の中心軸回りに位置決めされることを特徴とする。

また、請求項４に係るレーザ加工装置は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記取付部は、前記積層方向の中心軸と同軸に貫通する回動中心孔を有し、前記光軸調整部は、前記取付部の前記積層方向の他方側に配置されて、前記回動中心孔に対向する位置に突出する突出部が前記回動中心孔に嵌入されることによって前記取付部を前記レーザビームの光軸と交差する前記積層方向の中心軸回りに回動可能に保持すると共に、前記ベース部材上に取り付けられる位置調整部材を有することを特徴とする。

更に、請求項５に係るレーザ加工装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記レーザ保持部は、前記天井部と前記一対の側面部との間に挟まれた状態で取り付けられる断熱部材を有し、前記レーザ発振部は、前記レーザ保持部の前記一対の側面部及び前記取付部との間に所定隙間を形成した状態で前記天井部に密着するように取り付けられていることを特徴とする。

請求項１に係るレーザ加工装置では、レーザ発振部は、積層方向の一方側に設けられた天井部を介して、該天井部の積層方向の一方側に取り付けられた冷却部によって冷却される。また、レーザ保持部は、積層方向においてレーザ発振部とベース部材との間に設けられる底面部と、光軸方向及び積層方向に直交する特定方向における底面部の両端と天井部とに接続され、その間にレーザ発振部が配置される一対の側面部とから構成される。また、光軸調整部は、積層方向においてベース部材とレーザ保持部の底面部との間に設けられる取付部を有し、取付部の特定方向の両端から積層方向の一方側に向けて伸張する一対の回動保持部と一対の揺動保持部によってレーザ保持部の一対の側面部が外側から保持されると共に、揺動軸を中心として積層方向に移動可能に保持される。
これにより、レーザ発振部を天井部に取り付けられた冷却部によって効率的に冷却することができ、レーザ発振部の冷却効率の向上を図ることができると共に、レーザ発振の安定化を図ることができる。また、冷却部とレーザ発振部とを一体として保持するレーザ保持部は、光軸調整部を介して揺動軸を中心として積層方向に揺動させることによって、冷却性能を保ったまま、積層方向の光軸を調整することが可能となり、積層方向の光軸調整を迅速、且つ、容易に行うことが可能となる。また、レーザ保持部は、光軸調整部の一対の回動保持部と一対の揺動保持部とによって一対の側面部を保持されるため、レーザ発振ユニットの小型化を図ることが可能となり、その結果、レーザ加工装置の小型化を図ることが可能となる。
また、レーザ保持部の底面部を光軸調整部の取付部に重ねて取り付けることができるため、レーザ発振ユニットの積層方向の更なる小型化を図ることができ、その結果、レーザ加工装置の積層方向の小型化を図ることができる。また、光軸調整部は、一対の回動保持部と一対の揺動保持部とによってレーザ保持部の一対の側面部を保持するため、簡易な構成でレーザ保持部の光軸回りの傾きを抑止できると共に、保持強度を容易に確保することができる。

また、請求項２に係るレーザ加工装置では、一対の回動保持部は、一対の揺動保持部に対してレーザビームの出射側に離間して設けられているため、レーザ保持部の積層方向における移動量に対する光軸の積層方向における振れ量を抑えることができ、積層方向の光軸調整を高精度に行うことが可能となる。

また、請求項３に係るレーザ加工装置では、レーザ保持部は、一対の揺動保持部の積層方向に形成された長孔に挿通された第１固定部材を介して、この一対の揺動保持部に対して積層方向に位置決めされるため、簡易な構成で積層方向の光軸調整機構を構成することが可能となる。また、取付部は、一対の回動保持部と一対の揺動保持部よりも外側に設けられた複数の取付用長孔のそれぞれに挿通された複数の第２固定部材を介して、該取付部の揺動軸の一対の回動保持部間の中心位置を通る積層方向の中心軸回りの回動方向に位置決めされるため、簡易な構成で積層方向の中心軸回りの回動方向の光軸調整機構を構成することが可能となる。つまり、レーザ発振部と冷却部とを一体として保持するレーザ保持部と、レーザ保持部が積層される光軸調整部によって、簡易な構成で二軸方向の光軸調整が可能となり、小型化を図ることが可能となる。

また、請求項４に係るレーザ加工装置では、位置調整部材に取付部を積層して、取付部の回動中心孔に位置調整部材の突出部を嵌入することにより、取付部の回動中心孔の中心軸回りの回動方向の光軸調整を迅速、且つ、容易に行うことができる。また、取付部と位置調整部材とをベース部材上に重ねて取り付けることができるため、レーザ発振ユニットの積層方向の小型化を図ることができ、その結果、レーザ加工装置の積層方向の小型化を図ることができる。

更に、請求項５に係るレーザ加工装置では、レーザ発振部が密着するように取り付けられる天井部と、レーザ保持部の一対の側面部との間に断熱部材が取り付けられると共に、レーザ発振部とレーザ保持部の一対の側面部及び底面部との間には、所定隙間が形成されるため、レーザ発振部の冷却効率の更なる向上を図ることができる。

本実施形態に係るレーザ加工装置に取り付けられるレーザ発振ユニットの外観斜視図である。レーザ発振ユニットの分解斜視図である。レーザ発振ユニットの正面図である。レーザ発振ユニットの側面図である。ベース板に左右調整板、高さ調整板、位置調整板及び揺動保持部材を取り付けた状態を示す平面図である。光軸調整部材を示す斜視図である。光軸調整部材の平面図である。

以下、本発明に係るレーザ加工装置について具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、レーザ加工装置１の概略構成について図１に基づいて説明する。尚、以下の説明において、図１の左方向、右方向、斜め左上方向、斜め右下方向、上方向、下方向が、それぞれレーザ加工装置１及びレーザ発振ユニット３の前方向、後方向、左方向、右方向、上方向、下方向である。従って、レーザ発振ユニット３のレーザ光Ｌの光軸方向が前後方向に対応する。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、前後方向に長い平面視横長四角形の本体ベース２と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振ユニット３と、ガルバノスキャナ４と、ｆθレンズ５等から構成され、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。レーザ発振ユニット３は、４個の取付ネジ７で本体ベース２の後側の上面に固定される。ガルバノスキャナ４は、本体ベース２の前側端部に形成された貫通孔８の上側に取り付けられ、レーザ発振ユニット３から出射されたレーザ光Ｌを下方へ２次元走査するものである。ｆθレンズ５は、ガルバノスキャナ４によって２次元走査されたレーザ光Ｌを下方に配置された加工対象物の加工面に集光する。

次に、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振ユニット３の概略構成について図２乃至図７に基づいて説明する。先ず、レーザ発振器１１を内側に保持するレーザ保持部１２の概略構成について図２乃至図４に基づいて説明する。

図２乃至図４に示すように、前後方向に長い直方体形状のレーザ発振器１１の前側には、レーザ光Ｌのビーム径を調整する断面円形のビームエキスパンダ１３が同軸に取り付けられている。図３に示すように、レーザ発振器１１の光軸方向に直交する断面は、上下方向の長さが左右方向の長さよりも短い矩形状に形成されている。また、ビームエキスパンダ１３の外径は、レーザ発振器１１の上下方向の高さよりも少し大きい直径に形成されている。

レーザ発振器１１は、上端面が、アルミ等の金属板で形成される平面視長方形の冷却板１５の下面に密着するように不図示の４本の皿ビス等によって取り付けられている。図４に示すように、冷却板１５の前後方向の長さは、レーザ発振器１１の前後方向の長さとほぼ同じ長さである。図３に示すように、冷却板１５の左右方向の長さは、レーザ発振器１１の左右方向の長さよりも長くなるように形成される。レーザ発振器１１は、冷却板１５の下面の左右方向中央部に取り付けられている。

図２乃至図４に示すように、上側方向が開放される略断面コの字形のレーザ支持部材１６が、レーザ発振器１１を囲むように設けられている。レーザ支持部材１６の後端部からビームエキスパンダ１３の前後方向略中央部までの左右方向の両側面部及び下面において、レーザ発振器１１との間に所定隙間が形成される。レーザ支持部材１６は、スチール、ステンレス等で形成される。レーザ支持部材１６の左側面部１６Ａと右側面部１６Ｂは、冷却板１５の下面に対向する各上端部分が、上側に所定高さ、例えば、約１０ｍｍの高さ延出された後、略直角外側方向へ冷却板１５の左右方向両端面に対向する位置まで延出されて、各取付用延出部１６Ｃ、１６Ｄが形成されている。

また、レーザ支持部材１６の底面部１６Ｅには、ビームエキスパンダ１３に対向する部分の左右方向中央部に、ビームエキスパンダ１３の外周部との接触を避けるために切り欠かれた切欠溝１６Ｆが形成されている。切欠溝１６Ｆは、左右方向の幅が、底面部１６Ｅの全幅の約半分の幅で、前側端縁部から後側方向にビームエキスパンダ１３の後端部に対向する位置まで切り欠かれている。

そして、レーザ支持部材１６は、各取付用延出部１６Ｃ、１６Ｄの上面と冷却板１５の下面の左右方向両側縁部との間に、細長い板状の樹脂で形成された一対の断熱板１７を挟んだ状態で、各取付ネジ１８によって冷却板１５の下面に取り付けられている。各取付ネジ１８は、冷却板１５の四隅に形成された各ネジ孔１９（図２中、２箇所のネジ孔１９を示す。）にねじ込まれて、固定される。

また、図３に示すように、レーザ発振器１１の左右両側面とレーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂとの間には、所定距離、例えば、１０ｍｍの距離の各隙間２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ形成される。また、レーザ発振器１１の下面とレーザ支持部材１６の底面部１６Ｅとの間には、所定距離、例えば、５ｍｍの距離の隙間２１Ｃが形成される。従って、レーザ保持部１２は、レーザ発振器１１、冷却板１５、一対の断熱板１７、レーザ支持部材１６及び各取付ネジ１８によって構成される。

また、図２乃至図４に示すように、冷却板１５の上面には、冷却板１５を冷却する冷却ユニット２３が取り付けられている。従って、レーザ発振器１１は、冷却板１５を介して冷却ユニット２３によって冷却される。冷却ユニット２３は、アルミ、スチール等で形成された直方体形状の冷却ボックス２５と、冷却ボックス２５の後端面に形成された貫通孔に取り付けられたファン２６と、冷却ボックス２５の下面に取り付けられたペルチェ素子２７とから構成されている。

また、冷却ボックス２５内の底面部には、アルミ、スチール等で形成された不図示のヒートシンクが取り付けられている。ファン２６は、冷却ボックス２５内の空気を排気するように構成されている。従って、左右方向の両側面部の前側端縁部に形成された各吸気用スリット２８から冷却ボックス２５内に流入した空気は、ヒートシンクを冷却してファン２６から排気される。

冷却ボックス２５は、冷却ボックス２５の下面と冷却板１５の上面との間にペルチェ素子２７を挟んだ状態で、冷却板１５の上面に複数の取付ネジ２９によって取り付けられる。冷却板１５の各取付ネジ２９が挿通される貫通孔の下端部には、全周に渡って所定深さの凹部が形成されている。そして、各取付ネジ２９は、頭部が貫通孔の下端部に形成された凹部内に収納された状態で、冷却ボックス２５の下面にネジ止めされる。

次に、レーザ支持部材１６の左右方向両側面部１６Ａ、１６Ｂを保持する光軸調整部材３１、及び光軸調整部材３１の下側に配置される位置調整板３２の構成について図２乃至図７に基づいて説明する。
図２乃至図４に示すように、光軸調整部材３１は、スチール、ステンレス等で形成され、レーザ発振器１１の前後方向略中央部からビームエキスパンダ１３の前後方向略中央部までの下面に対向するように、レーザ支持部材１６の下面と所定隙間を形成して配置される。

図５乃至図７に示すように、光軸調整部材３１は、平面視略正方形の平板状の取付部３１Ａと、取付部３１Ａの前側端縁部の左右方向中央部から前側方向へ延出された矩形状の前側延出部３１Ｂと、取付部３１Ａの後側端縁部の左右方向中央部から後側方向へ延出された矩形状の後側延出部３１Ｃと、前側延出部３１Ｂの左右両側縁部から直角上方向に延出される一対の回動保持部３１Ｄと、後側延出部３１Ｃの左右両側縁部から直角上方向に延出される一対の揺動保持部３１Ｅとから構成されている。

図２乃至図５に示すように、取付部３１Ａは、レーザ支持部材１６の左右方向の幅よりも広い左右方向の幅に形成され、光軸調整部材３１にレーザ支持部材１６を取り付けた状態で、各取付ネジ３３で位置調整板３２に取り付けられる。また、前側延出部３１Ｂは、レーザ支持部材１６の左右方向の幅とほぼ同じ左右方向の幅で前側方向へ延出されて、前側端縁部がビームエキスパンダ１３の前後方向略中央部に対向している。また、後側延出部３１Ｃは、レーザ支持部材１６の左右方向の幅とほぼ同じ左右方向の幅で後側方向へ延出されて、後側端縁部がレーザ発振器１１の前後方向略中央部に対向している。

図２乃至図６に示すように、各回動保持部３１Ｄと各揺動保持部３１Ｅは、それぞれ略四角形に形成され、レーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂのビームエキスパンダ１３に対向する部分の上下方向の幅よりも大きい高さに形成されている。一対の回動保持部３１Ｄと一対の揺動保持部３１Ｅのそれぞれの内側面間の距離は、レーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂの外側面間の距離にほぼ等しくなるように形成されている。従って、図３に示すように、レーザ支持部材１６は、一対の回動保持部３１Ｄと一対の揺動保持部３１Ｅのそれぞれの間に、上方から嵌入される。

図２及び図６に示すように、各回動保持部３１Ｄには、上下方向中央部よりも少し上側、例えば、約１０ｍｍ上側の位置において、回動支持ピン３５が嵌挿される支持孔３６が左右方向の同一軸上に形成されると共に、支持孔３６の前側方向へ所定距離離れた位置に取付ネジ３７が遊挿される貫通孔３８が形成されている。また図２に示すように、レーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂには、上下方向略中央位置で、各支持孔３６に対向する位置に、回動支持ピン３５が嵌挿される各支持孔４１が左右方向の同一軸上に形成され、各貫通孔３８に対向する位置には、取付ネジ３７がネジ止めされる各ネジ孔４２がバーリングにより形成されている。

図５に示すように、各回動支持ピン３５は、頭部３５Ａの外径が支持孔３６の直径よりも大きくなるように形成され、軸部３５Ｂの外径は支持孔３６の直径とほぼ同じ寸法に形成されている。軸部３５Ｂの先端部には、各側面部１６Ａ、１６Ｂに形成された支持孔４１に軸部３５Ｂを嵌挿した後、抜け止め用のＥ形止め輪３９を嵌め込む溝が全周に渡って形成されている。

図２及び図６に示すように、各揺動保持部３１Ｅの中央部には、上下方向に長い長孔４３が相対向するようにそれぞれ形成されている。また図２に示すように、レーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂには、各長孔４３に対向する上下方向略中央位置に、各長孔４３に挿入された取付ネジ４５がネジ止めされる各ネジ孔４６がバーリングにより形成されている。

従って、図２乃至図５に示すように、レーザ保持部１２の冷却板１５の上面に冷却ユニット２３を取り付けた状態で、レーザ支持部材１６を一対の回動保持部３１Ｄと一対の揺動保持部３１Ｅのそれぞれの間に、上方から嵌入する。そして、各回動保持部３１Ｄの支持孔３６と各側面部１６Ａ、１６Ｂの支持孔４１にそれぞれ回動支持ピン３５を嵌挿して、Ｅ形止め輪３９を各回動支持ピン３５の軸部３５Ｂの先端部に嵌め込む。これにより、レーザ保持部１２が、各回動支持ピン３５を介して各回動保持部３１Ｄの支持孔３６の中心を通る揺動軸４８回りに回動可能に支持される。

続いて、各揺動保持部３１Ｅの長孔４３に取付ネジ４５をそれぞれ挿入して、各側面部１６Ａ、１６Ｂの各ネジ孔４６にねじ込み、仮止めした状態で、レーザ保持部１２を上下に揺動させて、光軸調整部材３１の取付部３１Ａに対して略水平になるように調整して、各取付ネジ４５を更にねじ込み固定する。その後、各回動保持部３１Ｄの貫通孔３８に各取付ネジ３７を遊挿して、各側面部１６Ａ、１６Ｂの各ネジ孔４２にねじ込み固定する。これにより、一対の回動保持部３１Ｄは、一対の揺動保持部３１Ｅに対してレーザ光Ｌの出射側に設けられる。また、レーザ保持部１２は、一対の揺動保持部３１Ｅの各長孔４３及び各取付ネジ４５を介して、揺動軸４８を中心として上下方向に移動可能に保持される。

また、図５乃至図７に示すように、光軸調整部材３１の前側延出部３１Ｂには、揺動軸４８に対向する各回動保持部３１Ｄ間の左右方向中央位置に円形の回動中心孔５１が貫通して形成されている。つまり、回動中心孔５１の中心軸５２は、揺動軸４８の各回動保持部３１Ｄ間の中心位置を通り、且つ、揺動軸４８に対して上下方向に直交するように設けられている。そして、光軸調整部材３１の取付部３１Ａの４隅には、回動中心孔５１を中心とする各同心円５１Ａ、５１Ｂ上に沿って長い各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄが貫通して形成されている。

各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄは、各回動保持部３１Ｄ及び各揺動保持部３１Ｅの左右方向外側面よりも左右方向外側の取付部３１Ａの両側縁部、つまり、図５に示すように、レーザ支持部材１６の各側面部１６Ａ、１６Ｂの左右方向外側に位置する取付部３１Ａの両側縁部に形成されている。各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄには、各取付ネジ３３が挿入される。

図２乃至図５に示すように、位置調整板３２は、平板状のスチール、ステンレス等で形成され、光軸調整部材３１の取付部３１Ａの左右方向の幅とほぼ等しい左右方向の幅を有し、且つ、光軸調整部材３１の回動保持部３１Ｄの貫通孔３８から揺動保持部３１Ｅの長孔４３までの前後方向の距離にほぼ等しい前後方向の長さを有する平面視矩形状に形成されている。また、位置調整板３２の上面には、光軸調整部材３１の前側延出部３１Ｂに形成された回動中心孔５１に対向する位置に、回動中心孔５１の内径にほぼ等しい外径を有する円柱状の突出部５５が上方向に突出するように形成されている。

突出部５５の高さは、光軸調整部材３１の厚さにほぼ等しい高さに形成されている。また、位置調整板３２の左右方向の両側縁には、光軸調整部材３１の取付部３１Ａに形成された各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄのほぼ中央部に対向する位置に、各取付ネジ３３がねじ込まれる各ネジ孔５６が形成されている。位置調整板３２の４隅には、各取付ネジ５７が挿通される各貫通孔が形成されている。

従って、図２乃至図５に示すように、光軸調整部材３１は、レーザ保持部１２が取り付けられた状態で、光軸調整部材３１の前側延出部３１Ｂに形成された回動中心孔５１を、位置調整板３２の上面に突出する突出部５５に嵌め込んで、光軸調整部材３１の下面が位置調整板３２の上面に密着される。これにより、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２が、位置調整板３２の上面に、突出部５５の中心軸回り、つまり、回動中心孔５１の上下方向の中心軸５２回りに回動可能に載置される。

続いて、光軸調整部材３１の取付部３１Ａの左右方向両端面と、位置調整板３２の左右方向両端面とを合わせた状態で、光軸調整部材３１の取付部３１Ａに形成された各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄに各取付ネジ３３を挿入して、位置調整板３２の各ネジ孔５６にねじ込み固定する。これにより、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２は、各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄ及び各取付ネジ３３を介して、位置調整板３２に対して、揺動軸４８に直交する回動中心孔５１の上下方向の中心軸５２回りに回動可能に保持される。

次に、位置調整板３２、高さ調整板６１及び左右調整板６２をベース板６３に取り付ける構成について図２乃至図５に基づいて説明する。
図２乃至図５に示すように、高さ調整板６１は、平板状のアルミ、スチール、ステンレス等で形成され、位置調整板３２左右方向の幅及び前後方向の長さとほぼ同じ平面視矩形状に形成されている。

図２に示すように、高さ調整板６１は、位置調整板３２の各ネジ孔５６にねじ込まれた各取付ネジ３３に対向する位置に、各取付ネジ３３のネジ部の外径よりも大きい直径で貫通する各逃げ孔６５が形成されている。高さ調整板６１の４隅には、位置調整板３２の４隅に形成された貫通孔に挿通された各取付ネジ５７のネジ部が嵌挿される各貫通孔６６が形成されている。

図２乃至図５に示すように、左右調整板６２は、平板状のアルミ、スチール、ステンレス等で形成されている。左右調整板６２は、位置調整板３２及び高さ調整板６１の前後方向の長さにほぼ等しい前後方向の長さで、且つ、位置調整板３２及び高さ調整板６１の左右方向の幅よりも左右方向に広い幅を有する平面視略矩形状に形成されている。左右調整板６２の位置調整板３２及び高さ調整板６１よりも左右方向に突出する側縁部の前後方向両端部には、位置調整板３２及び高さ調整板６１の左右方向の端面に対向する位置まで平面視Ｌ字形に切り欠かれた各切欠部６８が形成されている。

図２及び図５に示すように、左右調整板６２の位置調整板３２及び高さ調整板６１の左右方向両端面よりも左右方向外側に突出する各側縁部６２Ａ、６２Ｂの前後方向両端部には、左右調整板６２をベース板６３に取り付ける各取付ネジ７１が挿通される左右方向に長い各ネジ止め用長孔７２が貫通して形成されている。また、左右調整板６２の各側縁部６２Ａ、６２Ｂの前後方向中央部には、左右方向に長い各位置決め用長孔７３が貫通して形成されている。

図２に示すように、左右調整板６２は、高さ調整板６１の各逃げ孔６５に対向する位置に、各逃げ孔６５と同じ直径で貫通する各逃げ孔７５が形成されている。左右調整板６２の前後方向後端縁部には、左右方向中央部に、図１に示す本体ベース２上に立設された位置決めピン７６の外径よりも大きい幅で、左右方向に長い逃げ用長孔７７が貫通して形成されている。左右調整板６２は、前後方向の両端縁部において、位置調整板３２の４隅に形成された貫通孔に挿通された各取付ネジ５７がねじ込まれる各ネジ孔７８が、左右方向の両端部にそれぞれ形成されている。

図２及び図５に示すように、ベース板６３は、平板状のアルミ、スチール、ステンレス等で形成されている。ベース板６３は、左右調整板６２の左右方向の幅とほぼ等しい左右方向の幅で、且つ、左右調整板６２の前後方向の長さよりも長い前後方向の長さを有する平面視略矩形状に形成されている。そのため、ベース板６３は、左右調整板６２よりも前側方向に突出している。

ベース板６３の左右方向両側縁部の上面には、左右調整板６２の各側縁部６２Ａ、６２Ｂに形成された各位置決め用長孔７３に対向する位置に、各位置決め用長孔７３の前後方向の幅にほぼ等しい外径を有する円柱状の各突起部８１が上方向に突出するように形成されている。各突起部８１の高さは、左右調整板６２の厚さにほぼ等しい高さに形成されている。ベース板６３の前後方向の両端縁部には、左右方向中央位置に、図１に示す本体ベース２の上面に立設された各位置決めピン７６が嵌入される各位置決め孔８２が貫通して形成されている。

ベース板６３は、左右調整板６２の各側縁部６２Ａ、６２Ｂの前後方向両端部に形成された各ネジ止め用長孔７２に挿通された各取付ネジ７１がねじ込まれる各ネジ孔８３が、左右方向の両側縁部にそれぞれ形成されている。ベース板６３は、左右調整板６２の前後方向両側縁部の左右方向両端部に形成された各ネジ孔７８に対向する位置に、各取付ネジ５７のネジ部の外径よりも大きい直径で貫通する各逃げ孔８５が形成されている。

従って、図２乃至図５に示すように、位置調整板３２は、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２が上面に取り付けられた状態で、高さ調整板６１を挟んで左右調整板６２の上面に重ねられる。そして、位置調整板３２は、各取付ネジ５７が高さ調整板６１の４隅に形成された各貫通孔６６に嵌挿されて、左右調整板６２の各ネジ孔７８にねじ込まれて、左右調整板６２に対して固定される。これにより、位置調整板３２は、左右調整板６２の上面に高さ調整板６１を挟んだ状態で固定される。

続いて、左右調整板６２は、光軸調整部材３１、レーザ保持部１２、位置調整板３２及び高さ調整板６１が上面に取り付けられた状態で、各側縁部６２Ａ、６２Ｂの前後方向中央部に形成された各位置決め用長孔７３を、ベース板６３の上面の左右方向両側縁部に突出する各突起部８１に嵌め込んで、左右調整板６２の下面がベース板６３の上面に密着される。これにより、光軸調整部材３１、レーザ保持部１２、位置調整板３２、高さ調整板６１及び左右調整板６２が、ベース板６３の上面に、各突起部８１及び各位置決め用長孔７３を介して、左右方向において直線状に移動可能に載置される。

そして、左右調整板６２の各側縁部６２Ａ、６２Ｂの前後方向両端部に形成された各ネジ止め用長孔７２に各取付ネジ７１を挿通して、各ネジ孔８３にねじ込み固定する。これにより、光軸調整部材３１、レーザ保持部１２、位置調整板３２、高さ調整板６１及び左右調整板６２が、各位置決め用長孔７３、各突起部８１、各ネジ止め用長孔７２及び各取付ネジ７１を介して、ベース板６３に対して、左右方向において直線状に移動可能に保持され、レーザ発振ユニット３が構成される。

次に、上記のように構成されたレーザ発振ユニット３の光軸調整について図３乃至図５に基づいて説明する。
図３乃至図５に示すように、光軸調整部材３１の各回動保持部３１Ｄに取り付けられた各取付ネジ３７を緩めた後、各揺動保持部３１Ｅに取り付けられた各取付ネジ４５を緩める。そして、レーザ保持部１２を揺動軸４８回りに上下に揺動させて、レーザ光Ｌの上下方向の光軸を調整した後、各取付ネジ４５をねじ込んで固定した後、各取付ネジ３７をねじ込んで固定する。これにより、レーザ発振ユニット３は、レーザ光Ｌの上下方向の光軸調整がされる。

また、光軸調整部材３１の各取付用長孔５３Ａ〜５３Ｄに取り付けられた各取付ネジ３３を緩める。その後、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２を、位置調整板３２の突出部５５回りに、即ち、回動中心孔５１の中心軸５２回りに左右に揺動させて、レーザ光Ｌの左右方向の光軸を調整した後、各取付ネジ３３をねじ込んで固定する。これにより、回動中心孔５１の中心軸５２が揺動軸４８の各回動保持部３１Ｄ間の中心位置を通り、且つ、揺動軸４８に対して上下方向に直交するため、レーザ発振ユニット３は、レーザ光Ｌの上下方向の光軸を変化させることなく、レーザ光Ｌの左右方向の光軸調整がされる。

また、位置調整板３２の４隅に取り付けられた各取付ネジ５７を取り外す。そして、位置調整板３２、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２を上方向に持ち上げて、高さ調整板６１を厚さの異なる高さ調整板６１と交換して左右調整板６２上に載置する。その後、取り替えた高さ調整板６１の上側に、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２が上面に固定された位置調整板３２を載置する。

続いて、各取付ネジ５７を位置調整板３２の４隅に形成された貫通孔及び高さ調整板６１の４隅に形成された各貫通孔６６に挿通して、左右調整板６２の各ネジ孔７８にねじ込み固定する。これにより、レーザ発振ユニット３は、レーザ光Ｌの左右方向の光軸を変化させることなく、レーザ光Ｌの上下方向の光軸調整がされる。

また、左右調整板６２各ネジ止め用長孔７２に取り付けられた各取付ネジ７１を緩める。その後、高さ調整板６１、位置調整板３２、光軸調整部材３１及びレーザ保持部１２が上側に取り付けられた状態で、左右調整板６２を左右方向に直線状に微小移動させて、レーザ光Ｌの左右方向の光軸を調整した後、各取付ネジ７１をねじ込んで固定する。これにより、レーザ発振ユニット３は、レーザ光Ｌの上下方向の光軸を変化させることなく、レーザ光Ｌの左右方向の光軸調整がされる。

次に、レーザ光Ｌの光軸調整がされたレーザ発振ユニット３の本体ベース２への取り付けについて図１に基づいて説明する。
図１に示すように、ベース板６３の各位置決め孔８２に本体ベース２の上面に立設された各位置決めピン７６を挿通して、本体ベース２上にレーザ発振ユニット３を位置決めして載置する。続いて、ベース板６３の４隅に形成された貫通孔に挿通される各取付ネジ７を本体ベース２に形成された各ネジ孔８７にねじ込み固定する。これにより、レーザ発振ユニット３がレーザ加工装置１の本体ベース２に取り付けられる。

レーザ発振器１１は、レーザ発振部の一例として機能する。また、高さ調整板６１、左右調整板６２及びベース板６３は、ベース部材の一例を構成する。また、光軸調整部材３１は、光軸調整部及び揺動保持部材の一例として機能する。また、位置調整板３２は、位置調整部材の一例として機能する。また、冷却板１５は、天井部の一例として機能する。また、断熱板１７は、断熱部材の一例として機能する。また、冷却ユニット２３は、冷却部の一例として機能する。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、光軸調整部材３１の各取付ネジ３７、４７を緩める。そして、レーザ保持部１２を揺動軸４８回りに上下に揺動させることによって、レーザ光Ｌの上下方向の光軸を調整することが可能となり、レーザ光Ｌの上下方向の光軸調整を迅速、且つ、容易に行うことが可能となる。また、レーザ保持部１２は、光軸調整部材３１の一対の回動保持部３１Ｄと一対の揺動保持部３１Ｅとによって両側面部１６Ａ、１６Ｂを保持されるため、レーザ発振ユニット３の小型化を図ることが可能となり、その結果、レーザ加工装置１の小型化を図ることが可能となる。

また、光軸調整部材３１の一対の回動保持部３１Ｄは、一対の揺動保持部３１Ｅに対して前側方向に離間して、つまり、レーザ光Ｌの出射側に離間して設けられているため、レーザ保持部１２の揺動軸４８回りの上下移動量に対するレーザ光Ｌの光軸の上下振れ量を抑えることができ、レーザ光Ｌの上下方向の光軸調整を高精度に行うことが可能となる。

また、レーザ保持部１２は、光軸調整部材３１の一対の揺動保持部３１Ｅのそれぞれ上下方向に形成された長孔４３に挿通された各取付ネジ４５を介して、この一対の揺動保持部３１Ｅに対して上下方向に位置決めされるため、簡易な構成でレーザ光Ｌの上下方向の光軸調整機構を構成することが可能となる。

また、光軸調整部材３１を介してレーザ光Ｌの上下方向の光軸調整を行うことができると共に、位置調整板３２を介してレーザ光Ｌの上下方向の光軸を変化させることなく、レーザ光Ｌの左右方向の光軸調整を迅速、且つ、容易に行うことができる。また、光軸調整部材３１と位置調整板３２とをベース板６３上に重ねて取り付けることができるため、レーザ発振ユニット３の上下方向の小型化を図ることができ、その結果、レーザ加工装置１の上下方向の小型化を図ることができる。

また、レーザ発振器１１の上面は、冷却板１５の下面に取り付けられる。このため、レーザ発振器１１を冷却板１５の上面に取り付けられた冷却ユニット２３によって、効率的に冷却することができ、レーザ発振器１１の冷却効率の向上を図ることができると共に、レーザ発振の安定化を図ることができる。更に、レーザ発振器１１が取り付けられる冷却板１５と、レーザ保持部１２の左右両側面部１６Ａ、１６Ｂとの間には、それぞれ樹脂製の断熱板１７が取り付けられると共に、レーザ発振器１１とレーザ保持部１２の左右両側面部１６Ａ、１６Ｂ及び底面部１６Ｅとの間には、各隙間２１Ａ〜２１Ｃが形成されるため、レーザ発振器１１の冷却効率の更なる向上を図ることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

１レーザ加工装置
２本体ベース
１１レーザ発振器
１２レーザ保持部
１５冷却板
１６レーザ支持部材
１６Ａ左側面部
１６Ｂ右側面部
１６Ｅ底面部
１７断熱板
２１Ａ〜２１Ｃ隙間
２３冷却ユニット
３１光軸調整部材
３１Ｄ回動保持部
３１Ｅ揺動保持部
３２位置調整板
４３長孔
４８揺動軸
５２中心軸
６１高さ調整板
６２左右調整板
６３ベース板

Claims

本体ベース上にレーザビームを出射するレーザ発振ユニットが設けられたレーザ加工装置において、
前記レーザ発振ユニットは、
前記本体ベース上に位置決めされて、着脱可能に積層方向の一方側に取り付けられるベース部材と、
前記ベース部材の前記積層方向の一方側に設けられ、レーザビームを前記積層方向と直交する光軸方向に出射するレーザ発振部を保持するレーザ保持部と、
前記レーザ保持部を保持すると共に、前記ベース部材上に取り付けられる光軸調整部と、
を備え、
前記レーザ保持部は、
前記レーザ発振部の前記積層方向の一方側に設けられる天井部と、
前記天井部の前記積層方向の一方側に取り付けられて前記天井部を介して前記レーザ発振部を冷却する冷却部と、
前記積層方向において前記レーザ発振部と前記ベース部材との間に設けられる底面部と、
前記光軸方向及び前記積層方向に直交する特定方向における前記底面部の両端と前記天井部とに接続され、その間に前記レーザ発振部が配置される一対の側面部と、
を有し、
前記光軸調整部は、
前記積層方向において前記ベース部材と前記レーザ保持部の前記底面部との間に設けられる取付部と、
前記取付部の前記特定方向の両端から前記積層方向の一方側に向けて伸張し、前記特定方向において前記レーザ保持部の前記一対の側面部を外側から保持し、前記レーザ保持部を前記特定方向に沿う揺動軸回りに回動可能に保持する一対の回動保持部と、
前記一対の回動保持部に対して前記光軸方向に離間した位置において前記取付部の前記特定方向の両端から前記積層方向の一方側に向けて伸張し、前記特定方向において前記レーザ保持部の前記一対の側面部を外側から保持し、前記レーザ保持部を前記揺動軸を中心として前記積層方向に移動可能に保持する一対の揺動保持部と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
前記一対の回動保持部は、前記一対の揺動保持部に対してレーザビームの出射側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記一対の揺動保持部は、前記積層方向に沿って形成された長孔を有し、
前記取付部は、前記光軸方向において前記一対の回動保持部と前記一対の揺動保持部との間に設けられ、且つ、前記特定方向において前記一対の回動保持部と前記一対の揺動保持部よりも外側に設けられて、前記揺動軸の前記一対の回動保持部間の中心位置を通る前記積層方向の中心軸回りの該取付部の回動を許容する複数の取付用長孔を有し、
前記レーザ保持部は、前記長孔に挿通された第１固定部材を介して前記一対の揺動保持部に対して前記積層方向に位置決めされると共に、前記複数の取付用長孔のそれぞれに挿通された複数の第２固定部材を介して前記ベース部材に対して前記積層方向の中心軸回りに位置決めされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記取付部は、前記積層方向の中心軸と同軸に貫通する回動中心孔を有し、
前記光軸調整部は、前記取付部の前記積層方向の他方側に配置されて、前記回動中心孔に対向する位置に突出する突出部が前記回動中心孔に嵌入されることによって前記取付部を前記レーザビームの光軸と交差する前記積層方向の中心軸回りに回動可能に保持すると共に、前記ベース部材上に取り付けられる位置調整部材を有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
前記レーザ保持部は、前記天井部と前記一対の側面部との間に挟まれた状態で取り付けられる断熱部材を有し、
前記レーザ発振部は、前記レーザ保持部の前記一対の側面部及び前記取付部との間に所定隙間を形成した状態で前記天井部に密着するように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。