JPH05253681A - 三次元レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直腕を回転させる際に生じる水平腕の連れ
廻り現象を、コンピュータなどを一切用いることなく機
械的に防止することができる三次元レーザ加工機を提供
すること。 【構成】 軸廻りに回転する垂直腕６と、該垂直腕６に
直角に取り付けられ軸廻りに回転する水平腕７とを備え
た三次元レーザ加工機において、垂直腕６の軸芯に沿っ
て設けられた垂直腕用入力軸８と、該入力軸８を囲繞し
て設けられた固定ギヤ１２と、該固定ギヤ１２と対応す
べく上記垂直腕６に設けられた垂直腕用出力ギヤ１４
と、上記固定ギヤ１２と同芯的に配置された水平軸用入
力ギヤ１７と、該入力ギヤ１７と対応すべく上記水平腕
７に設けられた水平腕用出力ギヤ２７と、上記入力軸８
に直角に取り付けられた支軸１６と、該支軸１６に回転
自在に設けられ、上記固定ギヤ１２と垂直腕用出力ギヤ
１４とを噛合連結する垂直腕用中間ギヤ１５、および上
記水平軸用入力ギヤ１７と水平腕用出力ギヤ２７とを噛
合連結する水平腕用中間ギヤ２６と、を備えて構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、垂直腕と水平腕とを備
えた三次元レーザ加工機に係り、特に、垂直腕を回転さ
せたときに生じる水平腕の連れ廻りを防止するようにし
た三次元レーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に本出願人が先に開発した三次元レ
ーザ加工機の要部を示す。このレーザ加工機ａは、支持
フレームｂに取り付けられた筒体状の垂直腕ｃと、垂直
腕ｃに直角に取り付けられた筒体状の水平腕ｄとを有し
ている。

【０００３】上記垂直腕ｃは、支持フレームｂに軸受部
ｅを介して回転自在に取り付けられており、支持フレー
ムｂ内に設けられた垂直軸モータｆ（以下Ｃ軸モータｆ
と呼ぶ）によって垂直軸（以下Ｃ軸と呼ぶ）廻りに回転
するようになっている。すなわち、Ｃ軸モータｆの回転
軸に設けられたピニオンｇが垂直腕ｃの上端部に設けら
れたギヤｈに噛合されており、Ｃ軸モータｆの回転力が
ピニオンｇおよびギヤｈを介して垂直腕ｃに伝達し、垂
直腕ｃがＣ軸廻りに回転するようになっている。

【０００４】他方、上記水平腕ｄは、垂直腕ｃの側面に
軸受部ｉを介して回転自在に取り付けられており、支持
フレームｂ内に設けられた水平軸モータｊ（以下Ｂ軸モ
ータｊと呼ぶ）によって水平軸（以下Ｂ軸と呼ぶ）廻り
に回転するようになっている。すなわち、Ｂ軸モータｊ
の回転軸に設けられたピニオンｋと水平腕ｄの端部に設
けられたギヤｌとの間に、これらを噛合連結する中間ギ
ヤ機構ｍが設けられている。この中間ギヤ機構ｍは、ピ
ニオンｋに噛合するギヤｎと、ギヤｌに噛合するギヤｏ
と、これらギヤｎ−ギヤｏ間を接続する接続部ｐとから
なっている。この構成によれば、Ｂ軸モータｊの回転力
はピニオンｋ、中間ギヤ機構ｍ、およびギヤｌを介して
水平腕ｄに伝達し、水平腕ｄがＢ軸廻りに回転すること
になる。

【０００５】上記中間ギヤ機構ｍは筒体状に形成されて
おり、垂直腕ｃ内に軸受部ｑを介して回転自在に支持さ
れている。この中間ギヤ機構ｍの内部には、上方から下
方へレーザ光Ｒが通過するようになっている。ここを通
過したレーザ光Ｒは垂直腕ｃの底部に斜めに設けられた
ベンディングミラーｒによって反射して水平腕ｄ内に導
かれ、水平腕ｄ内のベンディングミラーｓで再び反射し
てノズルヘッド部ｔから加工物へ照射されるようになっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の三次元レー
ザ加工機ａにあっては、その水平腕ｄをＢ軸廻りに回転
させるときには、Ｂ軸モータｊのみを駆動させればよ
い。Ｂ軸モータｊが駆動すると、その駆動力がピニオン
ｋや中間ギヤ機構ｍ等を介して水平腕ｄに伝達され、水
平腕ｄのみがＢ軸廻りに回転することになる。

【０００７】しかし、垂直腕ｃを回転させようとしてＣ
軸モータｆのみを駆動すると、Ｃ軸モータｆの駆動力は
ピニオンｇおよびギヤｈを介して垂直腕ｃに伝達される
ので、確かに垂直腕ｃはＣ軸廻りに回転するものの、こ
のときＢ軸モータｊが停止していると中間ギヤ機構ｍが
フィクス(fix) された状態となり、このため垂直腕ｃの
回転に伴って水平腕ｄのギヤｌが中間ギヤ機構ｍのギヤ
ｏに噛合しつつ転動し、水平腕ｄがＢ軸廻りに回転して
しまう。

【０００８】この連れ廻り現象を防止するために、従来
ではＣ軸モータｆを駆動する際には水平腕ｄが連れ回ら
ないようにＢ軸モータｊを適宜補正運転させていた。こ
の補正はＣＰＵ等を備えた制御部が行うことになるが、
プログラムが複雑になり好ましいとはいえない。すなわ
ち、コンピュータの演算処理負担が重くなり、高速演算
処理に対応できないという問題がある。

【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、垂直腕を回転させる際に生じる水平腕の連れ廻
り現象を、コンピュータなどを一切用いることなく機械
的に防止することができる三次元レーザ加工機を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、軸廻りに回転する垂直腕と、該垂直腕に直
角に取り付けられ軸廻りに回転する水平腕とを備えた三
次元レーザ加工機において、垂直腕の軸芯に沿って設け
られた垂直腕用入力軸と、該入力軸を囲繞して設けられ
た固定ギヤと、該固定ギヤと対応すべく上記垂直腕に設
けられた垂直腕用出力ギヤと、上記固定ギヤと同芯的に
配置された水平軸用入力ギヤと、該入力ギヤと対応すべ
く上記水平腕に設けられた水平腕用出力ギヤと、上記入
力軸に直角に取り付けられた支軸と、該支軸に回転自在
に設けられ、上記固定ギヤと垂直腕用出力ギヤとを噛合
連結する垂直腕用中間ギヤ、および上記水平軸用入力ギ
ヤと水平腕用出力ギヤとを噛合連結する水平腕用中間ギ
ヤと、から構成されている。

【００１１】

【作用】水平腕を回転させるときには水平軸用入力ギヤ
のみを回転させる。すると、水平腕用中間ギヤを介して
水平腕用出力ギヤが回転し、水平腕がその軸廻りに回転
する。

【００１２】垂直腕を回転させるときには垂直軸用入力
軸のみを回転させる。すると、水平軸用入力ギヤおよび
固定ギヤがフィクス(fix) されているので、これらのギ
ヤ上を垂直腕用中間ギヤおよび水平腕用中間ギヤが転動
する。つまり、垂直腕用中間ギヤおよび水平腕用中間ギ
ヤが、垂直軸用入力軸廻りに公転する。

【００１３】すなわち、垂直腕を回転させる際に、水平
軸用出力ギヤは、フィクスされた水平腕用入力ギヤを反
力にとって、水平腕の連れ廻りを防止するように回転す
る。この結果、垂直腕用出力ギヤおよび水平腕用出力ギ
ヤが回転し、垂直腕のみがその軸廻りに回転する。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１５】図３に三次元レーザ加工機の全体斜視図を
示す。図示するように、固定壁１の上面に、固定壁１に
沿った方向（Ｘ軸方向）に自在に移動するＸ軸スライダ
２が設けられている。このＸ軸スライダ２は、固定壁１
に直交する水平方向に延出された直方体からなってい
る。Ｘ軸スライダ２の側面には、水平方向（Ｙ軸方向）
に自在に移動するＹ軸スライダ３が設けられている。こ
のＹ軸スライダ３は、Ｘ軸スライダ２に直交する垂直方
向に延出された直方体からなっている。Ｙ軸スライダ３
の側面には、垂直方向（Ｚ軸方向）に自在に移動するＺ
軸スライダ４が設けられている。このＺ軸スライダ４に
は、レーザ加工機の加工ヘッド部５が設けられている。
この構成によれば、加工ヘッド部５は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸方向に自在に移動可能となる。

【００１６】上記加工ヘッド部５は、Ｚ軸スライダ４に
取り付けられ垂直軸（以下Ｃ軸と呼ぶ）廻りに自在に回
転する垂直腕６と、垂直腕６に直角に取り付けられ水平
軸（以下Ｂ軸と呼ぶ）廻りに自在に回転する水平腕７と
から構成されている。上記加工ヘッド部５の概略を図１
および図２に示す。図示するように、上記垂直腕６およ
び水平腕７は共に筒体状に形成されており、レーザ光Ｒ
が内部を通過するようになっている。

【００１７】上記垂直腕６内には、軸芯に沿って垂直腕
用入力軸８が設けられている。この垂直腕用入力軸８は
筒状に形成されており、内部にレーザ光Ｒが通過するよ
うになっている。垂直腕用入力軸８の上端にはギヤ９が
設けられている。このギヤ９は、上記Ｚ軸スライダ４に
取り付けられた垂直軸モータ１０（以下Ｃ軸モータと呼
ぶ）のピニオン１１と噛合している。また、上記ギヤ９
の下方には、垂直腕用入力軸８を囲繞するように、固定
ギヤ１２が設けられている。この固定ギヤ１２は、傘歯
ギヤから構成されており、ブラケット１３を介して上記
Ｚ軸スライダ４に取付固定されている。

【００１８】他方、上記垂直腕６には、上記固定ギヤ１
２と対応する垂直腕用出力ギヤ１４が設けられている。
この垂直腕用出力ギヤ１４は、傘歯ギヤからなってい
る。この垂直腕用出力ギヤ１４と上記固定ギヤ１２との
間には、これらのギヤ１４，１２を噛合・連結する垂直
腕用中間ギヤ１５が設けられている。この垂直腕用中間
ギヤ１５は、傘歯ギヤから構成されており、支軸１６に
回転自在に取り付けられている。支軸１６は、上記垂直
腕用入力軸８に直角に取り付けられている。

【００１９】さて、上記固定ギヤ１２の下方には、固定
ギヤ１２と同芯的に、水平腕用入力ギヤ１７が配置され
ている。この水平腕用入力ギヤ１７は、傘歯ギヤから構
成されており、ブッシュ１８を介して垂直腕用入力軸８
に軸支されている。このブッシュ１８にはギヤ１９が設
けられている。このギヤ１９は、上記Ｚ軸スライダ４に
取り付けられた水平軸モータ２０（以下Ｂ軸モータと呼
ぶ）のピニオン２１と噛合している。この構成によれ
ば、Ｂ軸モータ２０が駆動すると、ピニオン２１，ギヤ
１９，ブッシュ１８を介して水平腕用入力ギヤ１７が回
転することになる。

【００２０】他方、上記垂直腕６の内部には、上記水平
腕用入力ギヤ１７と対応する中間ギヤ機構２２が回転自
在に設けられている。この中間ギヤ機構２２は、上記垂
直腕用入力軸８と同芯的に配置された筒体部２３と、筒
体部２３の上端に設けられた上ギヤ２４と、筒体部２３
の下端に設けられた下ギヤ２５とから構成されている。
これら上ギヤ２４および下ギヤ２５は共に傘歯ギヤから
構成されており、上ギヤ２４と上記水平腕用入力ギヤ１
７との間には、これらのギヤ２４，１７を噛合・連結す
る水平腕用中間ギヤ２６が設けられている。この水平腕
用中間ギヤ２６は、傘歯ギヤからなっており、上記支軸
１６に回転自在に取り付けられている。すなわち、支軸
１６には、内側に水平腕用中間ギヤ２６が、外側に垂直
腕用中間ギヤ１５が、それぞれ回転自在に取り付けられ
ている。上記中間ギヤ機構２２の下ギヤ２５は、水平腕
７に設けられたギヤ２７と噛合している。

【００２１】なお、本実施例では水平腕用中間ギヤ２６
および垂直腕用中間ギヤ１５をそれぞれ二個づつ二セッ
ト設けたが一セットでもよい。この理由は、レーザ加工
機は加工物に接触しないので反力がギヤ２６，１７に加
わらないからである。また、多数セットでもよいことは
勿論である。

【００２２】ところで、垂直腕６の上方にはレーザ発生
装置（図示せず）が設けられている。このレーザ発生装
置から照射され、垂直腕６の上方から垂直腕用入力軸８
内を通って垂直腕６内に導かれたレーザ光Ｒは、垂直腕
６の底部に斜めに設けられたベンディングミラー２８に
よって反射して水平腕７内に導かれ、水平腕７内のベン
ディングミラー２９で再び反射してノズルヘッド部３０
から加工物へ向けて照射されるようになっている。

【００２３】以上の構成からなる本実施例の作用につい
て述べる。

【００２４】水平腕７をＢ軸廻りに回転させるときに
は、図１に示すように、Ｂ軸モータ２０を駆動する。す
ると、ピニオン２１およびギヤ１９を介して水平腕用入
力ギヤ１７が回転する。すると、水平腕用中間ギヤ２６
が支軸１６廻りに自転し、中間ギヤ機構２２が軸廻りに
回転し、水平腕７がＢ軸廻りに回転する（図１に黒塗り
で示す）。

【００２５】垂直腕６をＣ軸廻りに回転させるときに
は、図２に示すように、Ｃ軸モータ１０を駆動する。す
ると、ピニオン１１およびギヤ９を介して垂直腕用入力
軸８が回転する。すると、Ｂ軸モータ２０が停止してい
ることから水平腕用入力ギヤ１７がフィクス(fix) さ
れ、且つ固定ギヤ１２もフィクスされているので、これ
らのギヤ１２，１７上を垂直腕用中間ギヤ１５および水
平腕用中間ギヤ２６が転動する。すなわち、垂直腕用中
間ギヤ１５および水平腕用中間ギヤ２６は、固定ギヤ１
２および水平腕用入力ギヤ１７を反力にとって、垂直腕
用入力軸８廻りを公転する（図２に黒塗りで示す）。

【００２６】この結果、垂直腕用出力ギヤ１４、および
中間ギヤ機構２２を介して水平腕用出力ギヤ２７が回転
し、垂直腕６のみがＣ軸廻りに回転する。つまり、水平
腕用出力ギヤ２７は、水平腕７の連れ廻りを防止するよ
うに回転する。従って、従来問題となっていた垂直腕６
を回転させる際に生じる水平腕７の連れ廻り現象を機械
的に防止することが可能となる。

【００２７】よって、垂直腕６を回転させるべくＣ軸モ
ータ１０を駆動する際に水平腕７が連れ回らないように
Ｂ軸モータ２０を補正運転する必要はなく、制御プログ
ラムが簡単になり、コンピュータの演算処理負担が軽く
なり、高速演算処理に対応することが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る三次元
レーザ加工機によれば、垂直腕を回転させる際に生じる
水平腕の連れ廻り現象を、コンピュータなどを一切用い
ることなく機械的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す三次元レーザ加工機の
要部断面図であり、水平腕を回転させるときの様子を示
す図である。

【図２】上記三次元レーザ加工機の要部断面図であり、
垂直腕を回転させるときの様子を示す図である。

【図３】上記三次元レーザ加工機の全体斜視図である。

【図４】本出願人が先に開発した三次元レーザ加工機の
要部断面図である。

【符号の説明】

６ 垂直腕 ７ 水平腕 ８ 垂直腕用入力軸 １２ 固定ギヤ １４ 垂直腕用出力ギヤ １５ 垂直腕用中間ギヤ １６ 支軸 １７ 水平軸用入力ギヤ ２６ 水平腕用中間ギヤ ２７ 水平腕用出力ギヤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸廻りに回転する垂直腕と、該垂直腕に
   直角に取り付けられ軸廻りに回転する水平腕とを備えた
   三次元レーザ加工機において、垂直腕の軸芯に沿って設
   けられた垂直腕用入力軸と、該入力軸を囲繞して設けら
   れた固定ギヤと、該固定ギヤと対応すべく上記垂直腕に
   設けられた垂直腕用出力ギヤと、上記固定ギヤと同芯的
   に配置された水平軸用入力ギヤと、該入力ギヤと対応す
   べく上記水平腕に設けられた水平腕用出力ギヤと、上記
   入力軸に直角に取り付けられた支軸と、該支軸に回転自
   在に設けられ、上記固定ギヤと垂直腕用出力ギヤとを噛
   合連結する垂直腕用中間ギヤ、および上記水平軸用入力
   ギヤと水平腕用出力ギヤとを噛合連結する水平腕用中間
   ギヤと、を備えたことを特徴とする三次元レーザ加工
   機。