JP7412709B2

JP7412709B2 - レーザ加工機用の焦点位置決め治具

Info

Publication number: JP7412709B2
Application number: JP2020099820A
Authority: JP
Inventors: 達也東海林; 駿高林
Original assignee: Shachihata Inc
Current assignee: Shachihata Inc
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2024-01-15
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: JP2021192921A

Description

特許法第３０条第２項適用展示による公開開催日令和２年２月１８日～２１日（２０２０．２．１８～２１）開催名ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｗａｒｄｓ＆ＰｅｒｓｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎＥｘｐｏ（開催場所：ＰａｒｉｓＬａｓＶｅｇａｓＨｏｔｅｌ）

本発明は、レーザ加工機による加工前に加工ヘッドに取り付けて、ワークに対する加工ヘッドの焦点位置を合わせるために用いられるレーザ加工機用の焦点位置決め治具に関するものである。

印面加工用のレーザ加工機は、特許文献１に示されるように従来から知られている。ワークとしては多孔質あるいは非多孔質の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーなどが用いられ、その表面がレーザ光により加工される。ワークは加工テーブル上にセットされ、加工ヘッドがその上部空間を水平方向に移動することで、加工データに従った加工が行われる。

レーザ加工機による微細なレーザ加工を行うためには、使用する焦点レンズの焦点位置をワークの加工位置と一致させることが必要である。ワークの加工面の高さが焦点レンズの焦点位置とずれていると、正確な加工を行うことができない。また、ワークの厚さは製品によって異なり、ワークの厚さが変わると焦点が合わなくなるので、加工をスタートさせる前にワークの厚さに応じて焦点位置合わせをする必要がある。

従来、レーザ加工機の焦点位置決め方法としては、治具による調整方法、数値データ入力方法、光学センサーを用いる方法などが用いられている。治具による調整方法は、ワークを加工テーブル上にセットし、治具を加工ヘッドに引っ掛けた状態で加工テーブルを上昇させ、治具の下端がワーク表面に接触した位置を加工最適位置とするものであり、数値データ入力方法、光学センサーによる焦点位置合わせに比べて簡便で迅速に行えるメリットがある。しかし、この方法では、焦点位置合わせのためにテーブルを上昇させる際に治具を真横から観察することがレーザ加工機の構造上不可能であるため、治具下端とワーク表面が接触する位置を正確に設定することが困難であった。しかも従来の治具は、ワークと接触後も治具が自立した状態を維持することがあるため、正確な焦点位置の設定が困難であった。

特開２０００－５２０７５号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ワークに対する加工ヘッドの高さを正確な焦点位置に設定することができるレーザ加工機用の焦点位置決め治具を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工機用の焦点位置決め治具は、レーザ加工機のワークに対する加工ヘッドの高さを調整するために用いられるレーザ加工機用の焦点位置決め治具であって、加工ヘッドに引っ掛けるための引っ掛け部と、ワークの加工面が焦点レンズの焦点距離に合う位置まで上昇すると、下端の接触部がワークの加工面に当接する長さで形成された本体と、前記接触部がワークの加工面に当接して本体が押し上げられた際に、加工ヘッドと干渉して本体の転倒を促すために本体の側面に形成された斜面部とを有することを特徴とするものである。

また、前記治具は、前記接触部が点状又は線状であることが好ましい。

また、前記治具は、転倒させる方向に重心位置をずらす張り出し部を有した構成とすることが好ましい。

本発明の治具は、焦点レンズの焦点距離に対応した長さを有しており、加工ヘッドとワークとの距離を調整する際に、加工位置が焦点位置と合う高さで治具の下端がワーク表面と接触する。接触した治具がワークによって押し上げられると、治具本体の側面に形成された斜面部が加工ヘッドと干渉して治具が転倒する。このため、治具の下端がワーク表面と接したかどうかを真横から目視することができなくても、治具の転倒を目安として容易に加工ヘッドの高さを焦点位置に設定することができる。
また、治具の下端の接触部をワークと点又は線で接触するような構成とすれば、ワークと接触したときに治具が自立することがなくなり、確実に転倒させることができる。さらに、治具を転倒させる方向に重心位置をずらす張り出し部を有する構成とすれば、ワークと接触したときの転倒をより促すと同時に、張り出し部が治具の取っ手としての機能を持つことで、治具の取り扱い性を向上させることができる。

レーザ加工機の斜視図である。焦点位置決め治具を取付けた加工ヘッドの斜視図である。焦点位置決め治具を取付けた加工ヘッドとワークを示す説明図である。実施形態の焦点位置決め治具であって、（ａ）は正面図、（ｂ）及び（ｃ）は斜視図である。焦点位置決め治具とワークが接触したときの焦点位置決め治具の挙動を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の治具を使用する印面加工用のレーザ加工機の外観斜視図である。１はレーザ発振器、制御装置などが内蔵されたレーザ加工機の本体、２はワークＷが固定される水平なテーブルである。テーブル２は昇降可能となっている。テーブル２の上方の前後位置には２本のＸ軸レール３が平行に設置されており、これらのＸ軸レール３の上方にはＸ軸方向に移動可能なＹ軸レール４が設置されている。このＹ軸レール４上に加工ヘッド５が搭載されている。加工ヘッド５は制御装置に入力された加工データに従ってワークＷの上面をＸ、Ｙ両軸方向に移動しながら、ワークＷをレーザ加工する。

図２は、加工ヘッド５の斜視図である。加工ヘッド５は図示しないレーザ光源から水平に照射されたレーザ光を上部側面のウィンドウレンズ６で受光し、内蔵されたミラーで下向きに反射して、図示しない集光レンズで集光させた後、照射孔７からワークＷに向けて照射して、印面加工を行うものである。加工ヘッド５はテーブル２に固定されたワークＷの上部を移動しながら、ワークＷをレーザ加工する。なお、加工ヘッド５の側面には、ウィンドウレンズ６の下部の位置に治具８を引っ掛けるための段差状の被取付部５ａを備えている。また、加工ヘッド５の円筒状の胴部５ｂにおいて、被取付部５ａの真下には平面状の側面５ｃが形成されている。側面５ｃは、胴部５ｂの径が下向きに小さくなるテーパ面５ｅとの境に、コーナー部５ｄを形成している。

前記したように、加工ヘッド５が印面加工を行う際、焦点レンズからワークＷまでの距離を焦点距離に一致させるように調整する必要がある。ワークの厚さは製品によって異なり、ワークの厚さが変わると焦点が合わなくなるので、加工をスタートさせる前にテーブル２を徐々に上昇させ、ワークの厚さに合った焦点位置合わせをする必要がある。

図４は、加工ヘッド５に取付けて使用する焦点位置決め治具８の正面図及び斜視図である。本実施形態に係る治具８は、全体が縦長で厚みが一定の平板状であり、上部の片側側面には加工ヘッドに取付けるための爪状の引っ掛け部８ａを、その反対側の上部側面には略円弧状に形成した張り出し部８ｂを有している。下部は両側面を幅方向に拡げて略ひし形となるよう先端部８ｄを形成し、先端部８ｄの下端にワークと接触する接触部８ｅを形成している。先端部８ｄの上方の、引っ掛け部８ａと同じ側の側面に、加工ヘッドと干渉して治具８の転倒を促す斜面部８ｃを形成している。治具８は摩耗による変形が起きにくいよう金属で構成されている。

引っ掛け部８ａは、治具８の上部片側の側面に突出形成されている。引っ掛け部８ａの下面と直交して垂直下方向に延びる平面は、加工ヘッド５に取付けた際に加工ヘッド５の側面５ｃと当接する。引っ掛け部８ａが形成されている側面において、引っ掛け部８ａの下面から側面５ｃの長手方向の長さ分下方の位置に、外側に傾斜する斜面部８ｃが形成されている。斜面部８ｃの下方に設けられた先端部８ｄは、実施例においては角を丸くした略ひし形である。先端部８ｄの下端はワークとの接地面であり、点状又は線状に形成されていて、いずれの場合も先端は微小なＲを付けた形状となっている。

以下に焦点距離の調整の手順について説明する。まず、図２及び図３に示すように、加工ヘッド５の被取付部５ａに治具８の引っ掛け部８ａを引っ掛けて設置する。その後、ワークＷを載せたテーブル２を下降位置から低速で上昇させる。治具８の下部先端の接触部８ｅとワークＷが接触すると、図５に示すように治具８が上向きの力で持ち上げられ、治具８の加工ヘッド５と当接する側面に設けられた斜面部８ｃが加工ヘッド５のコーナー部５ｄに干渉することで、治具８の重心が加工ヘッド５と離れる方向に傾いて確実に転倒する。治具８の長さは、治具８の接触部８ｅとワークＷが接触した時点で焦点レンズからワークＷまでの距離が焦点距離に一致するよう調整されているので、治具８が転倒する位置が正確な焦点位置となり、容易に正しい加工位置を設定することができる。

また、治具８がワークＷと接触する接触部８ｅを、ワークＷと点または線で接触する形状とすれば、さらに治具８の転倒を促すことができる。実施形態では接触部８ｅはＲを付けて形成しているので、ワークに傷が付きにくい効果もある。接触部８ｅだけでなく、張り出し部８ｂ及び先端部８ｄの外縁を角のない滑らかな弧状に形成すれば、治具８が転倒した際にワークＷに傷が付くおそれがない。

さらに、この実施形態のように、治具８の上部の、引っ掛け部８ａと反対の方向すなわち加工ヘッド５から離れて転倒する方向に略円弧状の張り出し部８ｂを形成すれば、治具８の重心は加工ヘッド５から離れて転倒する方向に偏り、治具８はより転倒しやすくなる。従来の治具において重心位置を転倒方向にずらす機能を持った部分は治具本体と比べて数十分の一程度の大きさしかなかったが、本願発明の張り出し部８ｂは治具８本体のおよそ５分の１弱の大きさを有しているので、転倒促進効果に加えて治具８の取っ手部としても機能し、治具８を加工ヘッド５に取付ける際の治具８の取り扱い性を向上させることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、レーザ加工機において、ワークに対する加工ヘッドの高さを正確な焦点位置に設定することができる。

１レーザ加工機本体
２テーブル
３Ｘ軸レール
４Ｙ軸レール
５加工ヘッド
５ａ被取付部
５ｂ胴部
５ｃ側面
５ｄコーナー部
５ｅテーパ面
６ウィンドウレンズ
７照射孔
８焦点位置決め治具
８ａ引っ掛け部
８ｂ張り出し部
８ｃ斜面部
８ｄ先端部
８ｅ接触部
Ｗワーク

Claims

レーザ加工機のワークに対する加工ヘッドの高さを調整するために用いられるレーザ加工機用の焦点位置決め治具であって、
加工ヘッドに引っ掛けるための引っ掛け部と、
ワークの加工面が焦点レンズの焦点距離に合う位置まで上昇すると、下端の接触部がワークの加工面に当接する長さで形成された本体と、
前記接触部がワークの加工面に当接して本体が押し上げられた際に、加工ヘッドと干渉して本体の転倒を促すために本体の側面に形成された斜面部とを有することを特徴とするレーザ加工機用の焦点位置決め治具。
前記接触部が点状又は線状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機用の焦点位置決め治具。
転倒させる方向に重心位置をずらす張り出し部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機用の焦点位置決め治具。