JP7002294B2

JP7002294B2 - レーザ加工機

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Publication number: JP7002294B2
Application number: JP2017216127A
Authority: JP
Inventors: 裕介田中
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP2019084573A

Description

本発明は、板状のワーク（板金）に対してレーザ加工（レーザ切断加工）を行うレーザ加工機に関する。

従来から、レーザ加工機について種々の開発がなされており、レーザ加工中にワークを移動不能に固定する所謂ワーク固定タイプのレーザ加工機として、特許文献１及び特許文献２等に示すものがある。そして、先行技術に係るレーザ加工機の構成について簡単に説明すると、次の通りである。

先行技術に係るレーザ加工機は、Ｙ軸方向に延びたベースフレーム（ベッド）を具備しており、ベースフレームは、上側を開放（開口）しかつＹ軸方向に並んだ複数の空洞部を有している。また、各空洞部の下部（下側）には、レーザ加工によって生じたスクラップを回収するための回収エリアが形成されている。複数の空洞部の上方（上側）には、レーザ加工を行うための加工エリアが形成されている。加工エリアには、ワークを支持するスケルトン状のパレット（テーブル）が載置される。

加工エリア（ベースフレーム）の上方には、加工エリアに載置されたワークに向かって上方向からレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドがＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能に設けられている。また、各空洞部の内側（内周側）におけるＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に対向する位置には、スクラップを回収エリア側へ導きかつベースフレームへのレーザ光の到達を防止するための板状のシュートが設けられている。各シュートは、その下端側（各シュートの下端側）が上端側（各シュートの上端側）よりも空洞部の中央側に位置するように、鉛直方向に対して傾斜している。

特開２０１２－４５５７２号公報特開２０１５－９１５９０号公報

ところで、近年、レーザ加工機の生産性の向上及び切断対象の拡大の要請に伴い、レーザ加工に使用するレーザ光の出力が高くなる傾向にある。一方、レーザ光の出力が高くなると、加工条件によってはワークを通過したレーザ光によりシュートの一部が溶けて、シュートの一部に穴（溶融穴）が空く等、シュートの損傷を招くことがある。特に、シュート全体のうち、ワークのパスライン（ワークの支持高さ位置）に近い部分において、集光したレーザ光が照射された場合は、穴が空く可能性が高く、シュートの損傷を招くケースが多くなる。このような場合には、レーザ光がシュートの穴を通過して到達して、ベースフレームの歪み（熱歪み）のリスクを招くことになる。また、レーザ加工によって生じるスパッタがシュートの穴から漏れて、火災等のリスクを招くことになる。その結果、レーザ加工機の稼働（運転）の安定性及び安全性を十分に高めることは困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述のリスクを回避することができる、新規なレーザ加工機を提供することを目的とする。

本発明の実施態様は、板状のワーク（板金）に対してレーザ加工（レーザ切断加工）を行うレーザ加工機において、上側（開口）を開放した空洞部を有し、前記空洞部の上方（上側）にレーザ加工を行うための加工エリアが形成されたベースフレーム（ベッド）と、前記加工エリアに載置されたワークに対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能に設けられ、上方向からレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、前記空洞部の内側に設けられ、下端側が上端側よりも前記空洞部の中央側に位置するように、鉛直方向に対して傾斜しているシュートと、を具備し、前記シュートは、基層シュート板と、前記基層シュート板の表面側に着脱可能に設けられた表層シュート板と、を備え、前記表層シュート板の裏面と前記基層シュート板の表面との間に隙間が形成され、前記隙間は中間材で満たされていることである。

本発明の実施態様は、好ましくは、前記中間材は、布状、ペースト状、メッシュ状、網状、又は板状のいずれかに形成されている。

本発明の実施態様によると、前記レーザ加工ヘッドを前記ベースフレームに対して相対的にＸ軸方向及び／又はＹ軸方向へ移動位置決め（移動）させながら、前記レーザ加工ヘッドによりワークに向かって上方向からレーザ光を照射する。これにより、ワークに対してレーザ加工を行うことができる。一方、レーザ加工によって生じたスクラップが、前記シュート上に落下した場合に、前記回収エリア側へ導かれる。

ここで、前述のように、前記表層シュート板の裏面と基層シュート板の表面との間に隙間が形成されている。そのため、ワークを通過したレーザ光により前記表層シュート板の一部に穴（溶融穴）が空いた場合でも、前記表層シュート板が前記基層シュート板に溶着することなく、前記表層シュート板を前記基層シュート板から簡単に取り外すことができる。そして、穴の空いていない前記表層シュート板と前記基層シュート板との間に前記中間材を介在させた状態で、穴の空いていない前記表層シュート板を前記基層シュート板に取り付ける。これにより、レーザ加工に使用するレーザ光の出力が高くなっても、前記基層シュート板の一部に穴（溶融穴）が空くことを十分に防止することができる。

本発明によれば、レーザ光による前記ベースフレームの歪み（熱歪み）のリスクと、前記シュートからのスパッタの漏れによる火災等のリスクを回避することができ、前記レーザ加工機の稼動（運転）の安定性及び安全性を十分に高めることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な正面図である。図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な側面図である。図３は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な平面図である。図４は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な部分斜視図である。図５は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の一部をベースフレームの前側から見た拡大図であり、図５の一部は、ベースフレームをＸ軸方向に沿って破断した状態を示している。図６は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の一部をベースフレームの右側から見た拡大図であり、図６の一部は、ベースフレームをＹ軸方向に沿って破断した状態を示している。図７（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態の要部を示す図であり、図７（ａ）は、図６におけるVIIA部の拡大図、図７（ｂ）は、図５におけるVIIBの拡大図である。図８（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例の要部を示す図であり、図８（ａ）は、図７（ａ）に対応する図、図８（ｂ）は、図７（ｂ）に対応する図である。図９（ａ）（ｂ）は、第１のレーザ光の照射試験を行った結果を示す写真図である。図９（ａ）は、照射側のワークの表面を示す写真図であり、図９（ｂ）は、照射側の反対側のワークの裏面を示す写真図である。図１０（ａ）（ｂ）は、第２のレーザ光の照射試験を行った結果を示す写真図である。図１０（ａ）は、照射側のワークの表面を示す写真図であり、図１０（ｂ）は、照射側の反対側のワークの表面を示す写真図である。

本発明の実施形態及び実施形態の変形例について図１から図８を参照して説明する。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。また、「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つであり、本発明の実施形態にあっては、左右方向のことである。「Ｙ軸方向」とは、Ｘ軸方向に直交する水平方向の１つであり、本発明の実施形態にあっては、前後方向のことである。更に、図面中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「Ｕ」は、上方向、「Ｄ」は、下方向をそれぞれ指している。

（実施形態）
図１から図６に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク（板金）に対してレーザ加工（レーザ切断加工）を行う加工機であり、レーザ加工中にワークを移動不能に固定するワーク固定タイプである。以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成について説明する。

レーザ加工機１０は、Ｙ軸方向に延びたベースフレーム（ベッド）１２を具備している。ベースフレーム１２は、Ｙ軸方向に並んだ複数の空洞部１４を有しており、各空洞部１４は、上側を開放（開口）しかつＸ軸方向に延びている。また、ベースフレーム１２の右側部（Ｘ軸方向の一側部）には、複数の吸引口１６がＹ軸方向に間隔を置いて形成されており、各吸引口１６は、対応する空洞部１４に連通している。各吸引口１６は、粉塵を吸引力によって集塵する集塵機（図示省略）に接続されており、各空洞部１４は、粉塵を集塵するための集塵室になっている。

各空洞部１４の下部（下側）には、レーザ加工によって生じたスクラップＷｓを回収するための回収エリアＣＡが形成されている。各回収エリアＣＡには、スクラップＷｓを回収する回収トレイ１８が配設されている。回収トレイ１８の把手２０は、ベースフレーム１２から右方向（Ｘ軸方向の一方側）に突出しており、各回収トレイ１８は、回収エリアＣＡに対して出し入れ可能に構成されている。なお、各回収エリアＣＡに回収トレイ１８を配設する代わりに、スクラップＷｓを回収してＸ軸方向又はＹ軸方向へ搬送する回収コンベア（図示省略）を配設してもよい。

複数の空洞部１４の上方（上側）には、レーザ加工を行うための加工エリアＰＡが形成されている。加工エリアＰＡには、ワークＷを支持するスケルトン状のパレット（テーブル）２２が載置される。換言すれば、加工エリアＰＡには、スケルトン状のパレット２２を介してワークＷが載置される。また、パレット２２は、ワークＷを点接触で支持する複数のワーク支持部（図示省略）を有している。パレット２２は、例えば、特開２０１２－８６２４３号公報等に示すようなパレット移送装置（図示省略）によってベースフレーム１２の後側（Ｙ軸方向の一方側）の待機エリアと加工エリアＰＡとの間を移動する。

ベースフレーム１２の上部には、Ｙ軸方向に延びた一対のガイド部材２４が設けられており、一対のガイド部材２４は、加工エリアＰＡを挟んでＸ軸方向に離隔している。一対のガイド部材２４の間には、門型フレーム（門型の可動フレーム）２６がＹ軸方向に移動可能に設けられており、門型フレーム２６は、加工エリアＰＡを跨ぐようにＸ軸方向に延びている。門型フレーム２６の水平部２６ａの前側には、スライダ２８がＸ軸方向に移動可能に設けられており、スライダ２８には、加工エリアＰＡにパレット２２を介して載置されたワークＷに向かって上方向からレーザ光を照射するレーザ加工ヘッド３０が設けられている。換言すれば、加工エリアＰＡ（ベースフレーム１２）の上方には、レーザ加工ヘッド３０が加工エリアＰＡに載置されたワークＷに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に設けられている。また、レーザ加工ヘッド３０は、レーザ光を発振するレーザ発振器としてのファイバレーザ発振器３２に光学的に接続されている。なお、ファイバレーザ発振器３２に代わりに、ＹＡＧレーザ発振器（図示省略）、ＣＯ₂レーザ発振器（図示省略）、又は半導体レーザ発振器（図示省略）等を用いてもよい。

図３及び図５に示すように、各空洞部１４の内側（内周側）におけるＹ軸方向に対向する位置には、スクラップＷｓ（図５参照）を回収エリアＣＡ側へ導くための第１シュート３４がそれぞれ設けられており、各第１シュート３４は、Ｘ軸方向に延びている。各第１シュート３４は、下端側（各第１シュート３４の下端側）が上端側（各第１シュート３４の上端側）よりも空洞部１４の中央側に位置するように、鉛直方向に対して傾斜している。そして、各第１シュート３４の構成の詳細は、次の通りである。

図５及び図７（ａ）に示すように、各空洞部１４の内側におけるＹ軸方向の一方側又は他方側には、基層シュート板３６が複数のサポート部材３８及び複数の取付ボルト４０を介して設けられている。また、各基層シュート板３６の表面側には、表層シュート板４２が複数の取付ボルト４４を介して着脱可能に設けられている。更に、各表層シュート板４２の裏面と対応する基層シュート板３６の表面との間には、隙間Ｃが形成されている。そして、隙間Ｃには、布状（繊維状）の中間材４６が表層シュート板４２と基層シュート板３６とによって挟まれた状態で設けられている。各基層シュート板３６及び各表層シュート板４２は、それぞれ、例えば、熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ)等の鉄鋼からなる。各中間材４６は、例えば、珪素（シリカ）等、鉄鋼の融点よりも高い融点の材料（高融点材料）からなる。なお、各中間材４６が布状に形成される代わりに、ペースト状、メッシュ状、網状、又は板状（シート状）のいずれかに形成されてもよい。中間材４６が板状に形成される場合には、高融点材料として酸化マグネシウムを用いてもよい。

図６に示すように、各空洞部１４の内側（内周側）におけるＸ軸方向に対向する位置には、スクラップＷｓを回収エリアＣＡ側へ導くための第２シュート４８がそれぞれ設けられており、各第２シュート４８は、Ｙ軸方向に延びている。各第２シュート４８は、下端側（各第２シュート４８の下端側）が上端側（各第２シュート４８の上端側）よりも空洞部１４の中央側に位置するように、鉛直方向に対して傾斜している。そして、各第２シュート４８の構成の詳細は、次の通りである。

図６及び図７（ｂ）に示すように、各空洞部１４の内側におけるＸ軸方向の一方側又は他方側には、基層シュート板５０が複数のサポート部材５２及び複数の取付ボルト５４を介して設けられている。また、各基層シュート板５０の表面側には、表層シュート板５６が複数の取付ボルト５８を介して着脱可能に設けられている。更に、各表層シュート板５６の裏面と対応する基層シュート板５０の表面との間には、隙間Ｃが形成されている。そして、隙間Ｃには、布状（繊維状）の中間材６０が表層シュート板５６と基層シュート板５０によって挟まれた状態で設けられている。各基層シュート板５０及び各表層シュート板５６は、それぞれ、例えば、熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ)等の鉄鋼からなる。各中間材６０は、例えば、珪素等の高融点材料からなる。なお、中間材６０が布状に形成される代わりに、ペースト状、メッシュ状、網状、又は板状のいずれかに形成されてもよい。各中間材６０が板状に形成される場合には、高融点材料として酸化マグネシウムを用いてもよい。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

スライダ２８をＸ軸方向へ移動させると共に、門型フレーム２６をＹ軸方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッド３０をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動位置決め（移動）させる。そして、レーザ加工ヘッド３０をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動位置決めさせながら、レーザ加工ヘッド３０によりワークＷに向かって上方向からレーザ光を照射する。これにより、ワークＷに対してレーザ加工を行うことができる。一方、レーザ加工によって生じたスクラップＷｓが、いずれかの第１シュート３４又は第２シュート４８上に落下した場合に、回収エリアＣＡ側へ導かれ、回収トレイ１８に回収される。

ここで、前述のように、鉄鋼からなる各基層シュート板３６（５０）の表面側には、鉄鋼からなる表層シュート板４２（５６）が着脱可能に設けられている。各表層シュート板４２（５６）の裏面と対応する基層シュート板３６（５０）の表面との間には、隙間Ｃが形成されている。隙間Ｃには、高融点材料からなる中間材４６（６０）が表層シュート板４２（５６）と基層シュート板３６（５０）に挟まれた状態で設けられている。そのため、ワークＷを通過したレーザ光により表層シュート板４２（５６）の一部が溶融し或いはその一部に穴（溶融穴）が空いた場合でも、中間材４６（６０）によって基層シュート板３６（５０）への溶融物の到達を防止できる。

その結果、表層シュート板４２（５６）が基層シュート板３６（５０）にその溶融物によって溶着することなく、穴が空いた表層シュート板４２（５６）の交換を行う際に、表層シュート板４２（５６）を基層シュート板３６（５０）から簡単に取り外すことができる。なお、表層シュート板４２（５６）の交換は複数の取付ボルト４４（５８）を取り外して行うことになるが、取付ボルト４４（５８）がレーザ光によって損傷を受けている場合には、ニッパ又はペンチ等の工具を用い、その取付ボルト４４（５８）を取り外す。そして、穴の空いていない表層シュート板４２（５６）の裏面と基層シュート板３６（５０）との間に中間材４６（６０）を介在させた状態で、穴の空いていない表層シュート板４２（５６）を基層シュート板３６（５０）の表面側に取り付ける。これにより、レーザ加工に使用するレーザ光の出力が高くなっても、基層シュート板３６（５０）の一部に穴が空くことを十分に防止することができる。よって、基層シュート板３６（５０）に穴が空いて、ベースフレーム１２までレーザ光が到達した場合のベースフレーム１２の歪み（熱歪み）のリスクと、基層シュート板３６（５０）からのスパッタの漏れによる火災等のリスクを回避することができる。

特に、各中間材４６（６０）が布状、ペースト状、メッシュ状、又は網状に形成された場合には、表層シュート板４２（５６）を基層シュート板３６（５０）からより簡単に取り外すことができ、表層シュート板４２（５６）の交換を容易に行うことができる。なお、表層シュート板４２（５６）の交換を行う際に、中間材４６（６０）の交換を一緒に行ってもよい。

従って、本発明の実施形態によれば、レーザ光によるベースフレーム１２の歪み（熱歪み）のリスクと、第１シュート３４又は第２シュート４８からのスパッタの漏れによる火災等のリスクを回避することができ、レーザ加工機１０の稼動（運転）の安定性及び安全性を十分に高めることができる。

（実施形態の変形例）
本発明の実施形態の変形例について、前述の本発明の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図８（ａ）に示すように、各表層シュート板４２の裏面と対応する基層シュート板３６の表面との間には、中間材４６（図５参照）の代わりに、ピン状の複数のスペーサ６２が設けられている。各スペーサ６２は、例えば、熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ)等の鉄鋼からなる。そして、各表層シュート板４２の裏面と対応する基層シュート板３６の表面との間には、隙間Ｃが形成されており、隙間Ｃは、表層シュート板４２からの伝熱を抑えるための空間６４になっている。

同様に、図８（ｂ）に示すように、各表層シュート板５６の裏面と対応する基層シュート板５０の表面との間には、中間材６０（図５参照）の代わりに、ピン状の複数のスペーサ６６が設けられている。各スペーサ６６は、例えば、熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ)等の鉄鋼からなる。そして、各表層シュート板５６の裏面と対応する基層シュート板５０の表面との間には、隙間Ｃが形成されており、隙間Ｃは、表層シュート板５６からの伝熱を抑えるための空間６８になっている。

本発明の実施形態の変形例によると、前述のように、各表層シュート板４２（５６）の裏面と対応する基層シュート板３６（５０）の表面との間に、隙間Ｃとして、表層シュート板４２（５６）からの伝熱を抑えるための空間６４（６８）が形成されている。そのため、ワークＷを通過したレーザ光により表層シュート板４２（５６）の一部が溶融し或いはその一部に穴（溶融穴）が空いた場合でも、基層シュート板３６（５０）への溶融物の到達を防止できる。

その結果、表層シュート板４２（５６）が基層シュート板３６（５０）にその溶融物によって溶着することなく、穴が空いた表層シュート板４２（５６）の交換を行う際に、表層シュート板４２（５６）を基層シュート板３６（５０）から簡単に取り外すことができる。そして、穴の空いていない表層シュート板４２（５６）の裏面と基層シュート板３６（５０）の表面との間に空間６４（６８）を形成した状態で、穴の空いていない表層シュート板４２（５６）を基層シュート板３６（５０）の表面側に取り付ける。これにより、レーザ加工に使用するレーザ光の出力が高くなっても、基層シュート板３６（５０）の一部に穴が空くことを十分に防止することができる。

よって、本発明の実施形態の変形例によれば、前述の本発明の実施形態と同様の効果を奏するものである。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、次のように、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。

中間材４６（６０）の厚さは隙間Ｃの寸法と同じであるが、中間材４６（６０）の厚さを隙間Ｃの寸法よりも小さくしてもよい。換言すれば、隙間Ｃに中間材４６（６０）を設ける他に、表層シュート板５６からの伝熱を抑えるための空間６４（６８）を形成してもよい。この場合には、表層シュート板４２（５６）が基層シュート板３６（５０）にその溶融物によって溶着することを更に防止することができる。

そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

本発明の実施例について図９（ａ）（ｂ）及び図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

熱間圧延鋼板からなる２つの板状のワークを重ねた状態で、上方から２つのワークに向かってレーザ光を照射する第１のレーザ光の照射試験を行った。また、熱間圧延鋼板からなる２つの板状のワークを重ね、かつ２つのワークの間にシリカからなる布状の中間材を介在させた状態で、上方から２つのワークに向かってレーザ光を照射する第２のレーザ光の照射試験を行った。そして、第１及び第２のレーザ照射試験の結果をまとめると、図９（ａ）（ｂ）及び図１０（ａ）（ｂ）に示すようになる。なお、第１及び第２のレーザ照射試験において、レーザ光の出力等の試験条件は同じ条件にした。

即ち、第１のレーザ照射試験の結果として、照射側のワークの裏面と照射側の反対側のワークの表面が溶着して、照射側のワークと照射側の反対側のワークが分離できないことが確認された。また、照射側のワークの表面だけでなく、照射側の反対側のワークの裏面にまで、レーザ光の照射による加熱痕が生じることが確認された。

第２のレーザ照射試験の結果として、照射側のワークの裏面と照射側の反対側のワークの表面が溶着することなく、照射側のワークと照射側の反対側のワークが容易に分離できることが確認された。また、照射側のワークの表面にレーザ光の照射による加熱痕が生じるが、照射側の反対側のワークの表面にはレーザ光の照射による加熱痕が生じないことが確認された。

１０レーザ加工機
１２ベースフレーム（ベッド）
１４空洞部
１６吸引口
１８回収トレイ
２２パレット
２４ガイド部材
２６門型フレーム
２６ａ水平部
３０レーザ加工ヘッド
３２ファイバレーザ発振器（レーザ発振器）
３４第１シュート
３６基層シュート板
３８サポート部材
４２表層シュート板
４６中間材
４８第２シュート
５０基層シュート板
５２サポート部材
５６表層シュート板
６０中間材
６２スペーサ
６４空間
６６スペーサ
６８空間
ＣＡ回収エリア
ＰＡ加工エリア
Ｓ隙間
Ｗワーク（板金）
Ｗｓスクラップ

Claims

板状のワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工機において、
上側を開放した空洞部を有し、前記空洞部の上方にレーザ加工を行うための加工エリアが形成されたベースフレームと、
前記加工エリアに載置されたワークに対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能に設けられ、上方向からレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記空洞部の内側に設けられ、下端側が上端側よりも前記空洞部の中央側に位置するように、鉛直方向に対して傾斜しているシュートと、を具備し、
前記シュートは、
基層シュート板と、
前記基層シュート板の表面側に着脱可能に設けられた表層シュート板と、を備え、
前記表層シュート板の裏面と前記基層シュート板の表面との間に隙間が形成され、
前記隙間は中間材で満たされていることを特徴とするレーザ加工機。
前記中間材は、布状、ペースト状、メッシュ状、網状、又は板状のいずれかに形成さ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機。
前記ベースフレームがＹ軸方向に並んだ複数の前記空洞部を有し、各空洞部の内側におけるＹ軸方向及び／又はＸ軸方向に対向する位置に前記シュートがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工機。