JPH0634885U - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物自体を自動的に回動させてスキャン
面を一定位置としたまま正確に更新でき、しかも被加工
物をその支持台に強固に位置決め保持できるレーザー加
工装置を提供する 【構成】 被加工物４を載置して連続的または間欠的に
回転駆動する回転テーブル３０と、レーザー共振器と、
該共振器より出射されるレーザービームを被加工物４表
面に照射するスキャンヘッドと、該スキャンヘッドによ
るレーザービームの光軸方向変位手段とを具備し、上記
回転テーブル３０にその回転軸心を通って上下に連通す
る真空吸引孔３４が形成され、該真空吸引孔３４からの
真空吸引により上記被加工物４を回転テーブル３０上で
吸着保持するように構成されてなるレーザー加工装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、レーザー光の照射により被加工物の表面に種々のパターンを描画す るレーザー加工装置に関するものであり、該表面に図柄、模様、マーク、文字等 を線や点よりなるパターンで構成したり、パターン自体の反射光沢の色合いが入 射光の角度や見る方向によって虹色様に多彩に変化する所謂虹色発色加工を施す 場合等に好適に利用される。

【０００２】

【従来技術とその課題】

金属等の表面に図柄、模様、マーク、文字等を描画する手段として、レーザー 光を照射して照射軌跡に形成される細い溝や凹点によって所要パターンのの描画 を施す方法が汎用されている。また、近年では、レーザー光の照射面で干渉縞を 生じさせ、金属表面に該レーザー光の干渉縞に対応した微細凹凸を形成すること により、描画パターン自体を反射光沢の色合いが入射光の角度や見る方向によっ て虹色様に多彩に変化するものとする、虹色発色加工技術も提案されている（例 えば特開平２−２６３５８９号公報等）。

【０００３】 ところで、通常の加飾加工では被加工物の照射面に加工用収束レンズの焦点を 位置させる必要があり、また虹色発色加工においては照射面で干渉縞を生じさせ る上で同レンズの焦点より深浅一方向にずれた一定位置に照射面を位置させる必 要がある。しかるに、壺、鉢、花器等の回転体外形を有する被加工物のように被 加工面が三次元曲面である場合は、被加工面の位置によってレーザービームを照 射するスキャンヘッドからの距離が変わることから、描画におけるレーザー光の 焦点深度を調整する光学系の制御が非常に困難となり、また回転体外形を有する 被加工物の周方向に沿って所要の描画を施してゆくには、スキャン範囲の描画が 終わる毎に被加工物の向きを変えて新たに位置設定をし直す必要があり、このた めの操作が非常に煩雑になるという問題があった。

【０００４】 本考案は、上述の事情に鑑みて、被加工物が回転体外形を有するものであって も、それ自体を自動的に回動させてスキャン面を一定位置としたまま正確に更新 でき、しかも被加工物をその支持台に強固に位置決め保持できるレーザー加工装 置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係るレーザー加工装置の第１は、被加工 物を載置して水平面内で連続的または間欠的に回転駆動する回転テーブルと、レ ーザー共振器と、該共振器より出射されるレーザービームを被加工物の表面に照 射するスキャンヘッドと、該スキャンヘッド２によるレーザービームの光軸方向 変位手段とを具備し、上記回転テーブルにその回転軸心を通って上下に透通する 真空吸引孔が形成され、該真空吸引孔からの真空吸引により上記被加工物を回転 テーブル上で吸着保持するように構成されてなるものである。

【０００６】 また本考案に係るレーザー加工装置の第２は、上記第１の加工装置における回 転テーブル上に、上面に被加工物の底部形状に対応する凹部を有すると共に中心 部に該回転テーブルの真空吸引孔に連通する透孔を備えた受け座が取付けられた 構成を採用したものである。

【０００７】 更に本考案に係るレーザー加工装置の第３は、上記第１又は第２の加工装置に おける回転テーブルが、前後傾動する基体に取付けられてなる構成を採用した物 である。

【０００８】

【作用】

被加工物が壺や花器等の回転体外形を有するものである場合、その中心軸を回 転テーブルの回転軸心に一致させることにより、レーザー光を照射するスキャン ヘッド側を定位置に設定した状態で、回転テーブルの回転により連続的あるいは 間欠的に被加工物のスキャン面を更新しつつ加工を施すことができる。従って、 通常の加飾加工では被加工物の照射面に加工用収束レンズの焦点を位置させる必 要があり、また虹色発色加工においては照射面で干渉縞を生じさせる上で同レン ズの焦点より深浅一方向にずれた一定位置に照射面を位置させる必要があるが、 被加工物自体の回転によって回転体外形の三次元曲面に対する加工においてもス キャンヘッドからスキャン面までの距離を一定に保持できるから、描画における レーザー光の焦点深度を調整する光学系の制御が非常に容易となる。

【０００９】 しかして、回転テーブルには真空吸引孔が設けてあるため、この上に載置した 被加工物を真空吸引により強固に吸着固定でき、回転中に位置ずれを生じる恐れ がないから、最初に位置決めしておけばスキャンヘッドからスキャン面までの距 離が変わらず安定した加工を行える。

【００１０】 また、回転テーブル上への被加工物の載置を受け座を介して行うようにすれば 、最初の位置決めが容易になると共に加工中の被加工物の保持状態が安定し、被 加工物の底部形状に対応した受け座を使用するので、被加工物の形状の違いに関 わらず強力な吸着力を作用させることができる。

【００１１】 更に上述のような強固な吸着固定を行えるので、回転テーブルを取り付ける基 体を前後傾動可能として、壺形のように外径が上下位置によって変化する被加工 物の場合に、該被加工物を傾けた状態としてスキャン中心のレーザービームの照 射角度を好ましい範囲に設定することができる。

【００１２】

【実施例】

図１は本考案の一実施例に係るレーザー加工装置を示す。図中の１は右前面に 描画操作盤１ａを有すると共に左前面にレーザー操作盤１ｂを備えた加工装置本 体、２は本体１上部の中央前部側に突出状に配置したスキャンヘッド、３は同後 部側に配置して内部に被加工物４を収納した密閉容器、５は本体１の左上部に設 置された加工面観察用の画像表示装置、５ａはその撮像カメラ、５ｂは加工面を 照明する投光器である。

【００１３】 図２は同レーザー加工装置における光学系の構成を示す。図中の６はＹＡＧレ ーザー等のレーザー共振器であり、これより出射されたレーザービーム７は、反 射鏡８にて９０°方向転換し、拡大レンズを内蔵したビームエキスパンダー９に て光軸径を拡大してＺスキャナー（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｃｕｓ）１０の可動レ ンズ１０ａを通り、集光レンズ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）１１に て収束されＸスキャナー１２及びＹスキャナー１３の回転反射鏡１２ａ，１３ａ にてビーム方向を制御されて被加工物４の表面に照射される。

【００１４】 ここで、Ｚスキャナー１０は、Ｘ及びＹスキャナー１２，１３による所定のス キャン範囲内で、集光レンズ１１による焦点位置をビーム角度と予め測定した被 加工物４の曲面形状のデータに応じて加工面上の定位置に設定する。すなわち、 この焦点の定位置は、通常の加飾加工では被加工物４の表面、虹色発色加工では 該表面に対して上下一方にずれた位置である。

【００１５】 なお、レーザービーム７の照射位置における加工状態は、投光器５ｂにより照 らされた被加工物４の加工面を撮像カメラ５ａにて捉えて画像表示装置５で画面 表示して観察される。またレーザー共振器６の後方同軸上には、レーザービーム ７の可視化と焦点位置の観察を行うために、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等からなる補助 レーザー１４が設置されている。

【００１６】 図３は上記レーザー加工装置のレーザー加工部を示す。図中の１５は該加工部 の全体を装備したキャスター１５ａ付きの台車型機枠であり、その下部にレーザ ー共振器６が取付けボルト６ａを介して高さ調整可能に水平に設置され、また該 機枠１５に取り付けた垂直支持板１６に縦型スライド基台１７が固設されると共 に、このスライド基台１７にはモーター１８ａの駆動によって昇降するＺテーブ ル１８が嵌装されている。そして、Ｚテーブル１８に直立状態に固定された角筒 状ヘッド支持杆１９の上部に、前記のＸスキャナー１２及びＹスキャナー１３を 内蔵したスキャンヘッド２が取り付けられている。２ａはスキャンヘッド２を覆 うヘッドカバーである。

【００１７】 レーザー共振器６からスキャンヘッド２に至るレーザービーム光路は水平光導 管２０及び垂直光導管２１の内部に設定されており、両光導管２０，２１の間に 前記の反射鏡８とビームエキスパンダー９が介装されると共に、垂直光導管２０ の上端部とスキャンヘッド２との間に前記の集光レンズ１１とＺスキャナー１０ が介装されている。なお、垂直光導管２１は、Ｚテーブル１８の昇降に伴うレー ザービーム光路の距離変化に対応できるように、スキャンヘッド２側に連結した 太径の上部管２１ａに、ビームエキスパンダー９側に連結した細径の下部管２１ ｂが挿嵌した伸縮型構造となっている。

【００１８】 一方、機枠１５には、レーザー共振器６の上方に横型スライド基台２２が取付 けられており、この基台２２上にはモーター２３ａの駆動によって図３における 紙面に対して垂直方向つまり左右方向に移動するＸテーブル２３が嵌装され、更 に該Ｘテーブル２３上にはモーター２４ａの駆動によって前後方向に移動するＹ テーブル２４が嵌装されており、このＹテーブル２４上に設けた受け枠２５に前 記密閉容器３が枢軸３ａを介して枢支されている。しかして、該密閉容器３は、 受け枠２５に取り付けたモーター２５ａの駆動によって、枢軸３ａを中心として 前後方向に傾動し得るように構成されている。

【００１９】 図４に示すように、密閉容器３は、前方斜め上方略４５°を向く円形開口部２ ６ａを有する金属製の容器本体２６と、この開口部２６ａに締め付け具２７（図 ３参照）を介して密閉状に嵌着される略半球形のガラス製カバー２８とで構成さ れている。しかして、容器本体２６には、側壁後部に置換ガス導入口２９ａ及び 真空吸引口２９ｂが設けられると共に、底壁前部に径断面略Ｔ字形の回転テーブ ル３０がベアリング３１，３１を介して垂直方向の軸線回りに回転自在に軸支さ れている。この回転テーブル３０は、本体２６の下面側に取り付けたモーター３ ２の駆動により、軸部３０ａの容器本体２６から下方外部へ突出した下端部に固 着したベベルギヤ３３ａと該モーター３２の軸心に設けたベベルギヤ３３ｂとの 噛合を介して回転駆動する。

【００２０】 そして、回転テーブル３０には軸心に沿い上下に透通する真空吸引孔３４が形 成されており、該回転テーブル３０上に受け座３５を介して載置された被加工物 ４が真空吸引によって該回転テーブル３０に吸着固定されるように構成されてい る。なお、受け座３５は、中心に回転テーブル３０の真空吸引孔３４に連通する 透孔３５ａを備えて、且つ被加工物４の種類に応じてその底部形状に対応した上 面形状を有するものが使用され、回転テーブル３０にねじ止めによって着脱可能 に取り付けられる。図３では被加工物４が壺であり、受け座３５として上面に該 壺の底部を密に嵌合する凹部３５ｂを有するものを用いている。また回転テーブ ル３０と受け座３５との界面、ならびに受け座３５と被加工物４との界面には、 それぞれシールリング３６ａ，３６ｂが介装されている。３６ｃは容器本体２６ とカバー２８との接面を気密封止するガスケットである。

【００２１】 図５は上記構成のレーザー加工装置におけるガス回路の一例を示す。図中のＬ １は密閉容器３の置換ガス導入口２９ａに接続された配管、Ｌ２は真空吸引口２ ９ｂに接続された配管、Ｌ３は回転テーブル３０に接続された配管、ＳＯＬ１〜 ６は電磁弁、ＶＰは真空ポンプ、Ｆはフィルター、ＰＳは圧力スイッチ、ＶＳは 真空圧スイッチ、ＰＧは圧力計、ＶＧは真空圧計、Ａは大気開放口であり、電磁 弁ＳＯＬ１は窒素ガスボンベＮ₂ に接続し、電磁弁ＳＯＬ２は酸素ガスボンベＯ ₂ に接続している。

【００２２】 加工に際し、回転テーブル３０上で被加工物４を吸着固定するにはＳＯＬ５ 及びＳＯＬ６をＯＮとして真空ポンプＶＰを作動すればよい。しかして、通常の 加飾加工や虹色発色加工等でレーザービーム７の照射面の酸化発色による描画パ ターンの着色を嫌う場合、ＳＯＬ３及びＳＯＬ４をＯＮ，ＳＯＬ１及びＳＯＬ２ をＯＦＦとして真空ポンプＶＰによる吸引により密閉容器３内を高真空雰囲気に するか、ＳＯＬ１をＯＮ、ＳＯＬ２及びＳＯＬ４をＯＦＦとして窒素ガスボンベ Ｎ₂ より導入される窒素ガスによって密閉容器３内を置換して不活性ガス雰囲気 とすればよい。一方、焼入れマーク等を施したり、描画パターンの酸化による着 色を積極的に利用する加飾加工を行う場合は、ＳＯＬ２をＯＮ、ＳＯＬ１及びＳ ＯＬ４をＯＦＦとして酸素ガスボンベＯ₂ より導入される酸素ガスによって密閉 容器３内を置換して酸素ガス雰囲気とすればよい。

【００２３】 被加工物４が図示の壺形のように回転体外形を有する場合の加工は、Ｘ，Ｙ， Ｚの各テーブル２３，２４，１８の移動調整で被加工物４表面に対するレーザー ビーム７のスキャン中心における照射位置及び焦点位置を定めた上で、回転テー ブル３０を連続的又は間欠的に回転駆動しつつ、スキャンヘッド２からレーザー ビーム７を密閉容器３のガラス製カバー２８を通して被加工物４の表面に照射し て行う。この時、レーザービーム７は、目的とする図柄、模様、マーク、文字等 の描画パターンに対応して、必要とあれば回転テーブル３０の回転と連携して光 軸方向を変位制御する。

【００２４】 そして、被加工物４の表面におけるスキャン範囲の上下方向の移動は、被加工 物４の外形に応じて密閉容器３を前後傾動させるか、Ｚテーブル１８を昇降させ るが、これと共に、被加工物４の表面とスキャンヘッド２との距離が変わる場合 にはＹテーブル２４を前後移動させる。例えば、被加工物４が図示のような壺形 であるとき、その上部周面に描画を施すには密閉容器３を前傾させ、また下部周 面に描画を施すには密閉容器３を後傾させることにより、レーザービーム７の光 軸方向が照射面に略垂直となるようにすればよく、被加工物４が真空吸引にて回 転テーブル３０に強固に吸着固定されているため、これら傾斜状態のまま回転テ ーブル３０を駆動してスキャン面を更新することができる。

【００２５】 なお、上記実施例では回転テーブル３０を密閉容器３内に設置しているが、本 考案では該密閉容器３を有さず回転テーブル３が大気中に露呈する構成としても よい。また、例示したレーザー加工装置ではスキャンヘッド２の昇降手段や被加 工物４側の３の前後及び左右移動手段を備えているが、本考案においては、これ ら手段の具体的機構は種々設計変更可能であると共に、これら手段は必須ではな い。

【００２６】

【考案の効果】

本考案のレーザービーム加工装置によれば、被加工物が壺や花器等の回転体外 形を有するものである場合、レーザー光を照射するスキャンヘッド側を定位置に 設定した状態で、スキャンヘッドからスキャン面までの距離を一定に保持して、 回転テーブルの作動によって連続的あるいは間欠的に被加工物のスキャン面を更 新しつつ加工を施すことができ、描画におけるレーザー光の焦点深度を調整する 光学系の制御が非常に容易となり、しかも回転テーブル上で被加工物を真空吸引 により強固に吸着固定でき、回転中に位置ずれを生じる恐れがなく安定した加工 を行える。

【００２７】 また、回転テーブル上への被加工物の載置を受け座を介して行うようにすれば 、最初の位置決めが容易になると共に加工中の被加工物の保持状態が安定し、被 加工物の形状の違いに関わらず強力な吸着力を作用させることができる。更に上 述のような強固な吸着固定を行えるので、回転テーブルを取り付ける基体を前後 傾動可能として、壺形のように外径が上下位置によって変化する被加工物の場合 に、該被加工物を傾けた状態としてスキャン中心のレーザービームの照射角度を 好ましい範囲に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係るレーザー加工装置全
体の斜視図。

【図２】 同レーザー加工装置における光学系の構成を
示す概略斜視図。

【図３】 同レーザー加工装置のレーザー加工部の側面
図。

【図４】 同レーザー加工装置の回転テーブル部分の縦
断側面図。

【図５】 同レーザー加工装置に採用されるガス回路
図。

【符号の説明】

１…レーザー加工装置本体 ２…スキャンヘッド ３…密閉容器（前後傾動する基体） ４…被加工物 ６…レーザー共振器 ７…レーザービーム １２…Ｘスキャナー（光軸方向変位手段） １３…Ｙスキャナー（光軸方向変位手段） ３０…回転テーブル ３４…真空吸引孔 ３５…受け座 ３５ａ…透孔 ３５ｂ…凹部

フロントページの続き (72)考案者 岡野 良和 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を載置して水平面内で連続的ま
   たは間欠的に回転駆動する回転テーブルと、レーザー共
   振器と、該共振器より出射されるレーザービームを被加
   工物の表面に照射するスキャンヘッドと、該スキャンヘ
   ッドによるレーザービームの光軸方向変位手段とを具備
   し、上記回転テーブルにその回転軸心を通って上下に透
   通する真空吸引孔が形成され、該真空吸引孔からの真空
   吸引により上記被加工物を回転テーブル上で吸着保持す
   るように構成されてなるレーザー加工装置。
2. 【請求項２】 回転テーブル上に、上面に被加工物の底
   部形状に対応する凹部を有すると共に中心部に該回転テ
   ーブルの真空吸引孔に連通する透孔を備えた受け座が取
   付けられてなる請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 【請求項３】 回転テーブルが前後傾動する基体に取付
   けられてなる請求項１又は２に記載のレーザービーム加
   工装置。