JP4208453B2 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて穴加工、切断等を行うレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−２３２４９０号には、保持面が額縁状のワーク保持装置と、クランプ装置とを設け、クランプ装置によりワークを張力を付加しない状態で前記保持面に固定するようにしたレーザ加工機の技術が開示されている。
図５は、上記従来技術におけるレーザ加工機の全体構成を示す正面図、図６はクランプ部の側面断面図である。
レーザ加工機は、レーザ加工装置Ａと、被加工物の供給装置Ｂおよび排出装置Ｃとから構成されている。
【０００３】
レーザ加工機装置Ａのベッド１０の上面には、クロステーブル１１をＹ軸方向（図の紙面と垂直な方向）に移動自在に案内する一対のリニアガイド１２が配置されている。クロステーブル１１の上面にはテーブル１３をＸ軸方向（図の左右方向）に移動自在に案内する一対のリニアガイド１４が配置されている。テーブル１３およびクロステーブル１１は、それぞれ図示を省略するサーボモータにより駆動される。テーブル１３の上面には、クランプ装置３０が固定されている。クランプ装置３０の上面には、被加工物１が固定される。
【０００４】
ベッド１０にはコの字型のフレーム１５が立設されている。フレーム１５の上部側面にはレーザヘッド１６が被加工物１に対向するようにして上下方向移動可能に支持されている。レーザヘッド１６には、一対のガルバノスキャナ１７とＦθレンズ１８が配置されている。レーザ発振器１９とレーザヘッド１６との間には、２個のミラー２０、２１が配置されている。なお、ミラー２０はフレーム１５に、ミラー２１はレーザヘッド１６に固定されている。フレーム１５の脚部側面には下側保持装置６６が連結部材５０を介し固定されている。
【０００５】
供給装置Ｂと排出装置Ｃの搬送部は、レール２２と、図示を省略するシリンダによりレール２２上をＸ軸方向に移動自在のスライダ２３と、スライダ２３に保持されたリフタ２４および被加工物吸着装置２５とから構成されている。図中実線で示す位置がスライダ２３の待機位置であり、点線で示す位置が供給あるいは排出位置である。そして、スライダ２３が待機位置にあるとき、リフタ２４は上昇位置にある。２６は被加工物１を載置するための固定の被加工物載置テーブルまたは移動自在の被加工物載置台車であり、供給装置Ｂの被加工物載置テーブル２６には加工前の被加工物１が、また排出装置Ｃの被加工物載置テーブル２６には加工後の被加工物１が載置される。
【０００６】
図６に示すように、被加工物吸着装置２５の下面には、小径の穴２７が多数設けられている。被加工物吸着装置２５の外形寸法は、被加工物１全体を吸着できる大きさである。そして、内部に設けた空洞部は配管２８を介して真空吸着源に接続されている。この吸着装置２５は、リフタ２４に対して図示しないスプリングにより遊びを持たせてあり、下端から上方に数ｍｍ移動できるように構成されている。
【０００７】
次に、図６により、クランプ装置３０について説明する。
４個のクランプフレーム３１が、方形の額縁の四辺を形成するようにして、テーブル１３の上に固定されている。クランプフレーム３１と同数のクランパ３３は、それぞれロッド３２に固定されている。ロッド３２は、図示を省略する軸受に支持され、図示を省略する駆動装置を駆動させることにより、ロッド３２の軸線を中心にして回転自在である。被加工物１は、クランプフレーム３１の被加工物取付基準面３１ａに載置される。
【０００８】
保持装置６６は、クランプフレーム３１に設けられた切欠き３１ａを通り、クランプフレーム３１に囲まれる空間４５に配置されている。
図７は保持装置６６の側面断面図、図８は、保持装置６６の平面図である。
下側保持装置６６は被加工物１を間に挾み、上方のＦθレンズ１８と対向して配置されている。ボディ６３の上部には、プレートカバー６０が配置されている。ボディ６３に設けられた穴６３ａの内部には、プレートカバー６０を貫通して、複数本（図では８本）の支持ピン６１が上下方向移動自在に配置されている。８本の支持ピン６１の中心は、Ｆθレンズ１８の中心軸Ｏと一致するように位置決めされている。以下、支持ピン６１で形成される四角形に相当する範囲を加工範囲Ｓという。加工範囲Ｓは、例えば、３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさである。
【０００９】
穴６３ａと支持ピン６１の下部に設けられた大径部６１ａとでシリンダを構成しており、穴６３ａの上側には穴６３ｂが、また穴６３ａの下側には穴６３ｃがそれぞれ継手６５および配管６４を介して圧縮空気源に接続されている。したがって、穴６３ａまたは穴６３ｂに圧縮空気を供給することにより、支持ピン６１を上下させることができる。支持ピン６１を上昇させると、支持ピン６１の先端は取付基準面３１ａと同一の高さに位置決めされる。また、支持ピン６１を下降させると、図中２点鎖線で示すように支持ピン６１の先端は穴３１ａの上端よりも十分低い位置に位置決めされる。
【００１０】
次に、従来のレーザ加工機のクランプ動作を説明する。
図６に示すように、リフタ２４を下降させ、吸着装置２５の下面に吸着された被加工物１を取付基準面３１ａに押し付ける。この状態で、ロッド３２すなわちクランパ３３を回転させ、被加工物１を取付基準面３１ａにクランプさせた後、吸着装置２５の吸着を解除してリフタ２４を上昇させる。そして、加工をする際には、支持ピン６１を上昇させ、被加工物１を支持させる。そして、任意の加工範囲Ｓの加工が終了すると、テーブル１３を移動させ、次の加工範囲Ｓの加工を行う。
【００１１】
以上の構成であるから、外周をクランプ装置により保持された被加工物１の中心が自重により撓んでいても、加工範囲Ｓを取付基準面３１ａと同一面にすることができる。したがって、加工精度を向上させることができた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被加工物１の材質あるいは加工条件により、加工した穴の縁が盛り上がる場合がある。このような場合、加工が終了した加工範囲Ｓから次に加工しようとする加工範囲Ｓにテーブルを移動させる際、支持ピンの先端が加工した穴の縁に当接することにより被加工物１に上下方向の振動が発生する。このため、レーザ光の結像位置が変化して加工精度が低下した。また、加工能率を向上させるため、テーブルの加速度を大きくした場合にも被加工物１に振動が発生する。このため、テーブルを低速で動かさざるを得ず、加工能率を向上させることができなかった。
【００１３】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、加工精度および加工能率を向上させることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、四角の枠で形成され、被加工物の外周をクランプするクランプ装置と、前記クランプ装置に囲まれる領域に配置され、角パイプ状でその軸線方向に直交する端面により前記被加工物を支える支持装置と、を備え、前記端面により前記被加工物を支えながら加工をするレーザ加工装置において、外形が前記支持装置の前記端面と略同一の規制装置を設け、この規制装置を、被加工物の上面から離して配置することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係るレーザ加工装置のヘッド部の要部正面断面図、図２は図１のＥ視断面図、図３は図１のＦ視図、図４は図１のＧ視図であり、図５〜８と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００１７】
初めに、上側規制装置９０について説明する。
図１において、上ガイド７０は四角錐台状であり、プレート７３に固定されている。上ガイド７０の先端部の内側寸法は、加工範囲Ｓよりも僅かに大きく形成されており、各側面には、穴７０ｂが設けられている。プレート７３の上部に固定された２本のガイドピン７４は、アーム７１に形成されガイド穴７１ａに嵌合している。アーム７１の側面には、コの字形の支持部７１ｂが形成されている。支持部７１ｂには、２個のねじ穴７１ｃが設けられている。プレート７３は、外周部が支持部７１ｂに挟み込まれるようにして配置され、ねじ穴７１ｃに螺合する調整ネジ７６、７８により高さ方向（図の上下方向）に位置決めされている。調整ネジ７６、７８は、ロックナット７７、７９により弛み止めされている。したがって、調整ネジ７６、７８を操作することにより、上ガイド７０の下面７０ａと被加工物１との距離δを変更することができる。プレート７３、アーム７１には、レーザ光を通過させるための切欠き開口部７３ａ、７１ｄが設けられている。
【００１８】
図２に示すように、アーム７１の端部には、旋回軸８１が固定されている。旋回軸８１は、軸受８２に回転自在に支持されると共に、高さ方向に位置決めされている。軸受８２は軸受箱８３に支持されている。軸受箱８３は、Ｆθレンズ１８の固定用部材８５に固定されている。そして、アーム７１に接続された図示を省略するエアシリンダを動作させることにより、図３に示すように、上ガイド７０の中心をＦθレンズ１８の中心軸Ｏおよび角度αだけ外れた位置に位置決めすることができる。
【００１９】
Ｆθレンズ１８とアーム７１との間には、吸塵ダクト８７が設けられている。吸塵ダクト８７には開口部８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄが設けられている。そして、上ガイド７０の中心をＦθレンズ１８の中心軸Ｏに一致させると、上ガイド７０、プレート７３、アーム７１に設けられた各々の開口部７０ｃ、７３ａ、７１ｄは吸塵ダクト８７の開口部に対向するように構成されている。吸塵ダクト８７は、図示を省略する吸塵装置に接続されている。
【００２０】
次に、下側保持装置４７について説明する。
図１に示すように、下側保持装置４７は、Ｆθレンズ１８と対向するようにして配置されている。
ブラケット４８は連結部材５０の先端部に固定されている。ブラケット４８の上面にはガイドピン４９が４本立設されている。下側ガイド５１は、ガイド穴５１ｂがガイドピン４９に嵌合し、上下方向に移動自在である。２個のリンク５２は、一端がブラッケト４８に固定されたヒンジピン５３に係合し、ヒンジピン５３の回りに回転自在である。リンク５２の他端には軸５１ｃが固定されている。ローラ５５は、軸５１ｃに回転自在に支持されている。ローラ５５の上端は下側ガイド５１の下面５１ｅに、また、軸５１ｃの下端は下側ガイド５１の下部に形成された図１の紙面に垂直方向のフランジ５１ｄに、それぞれ当接している。連結棒５６は、２本の軸５１ｃに係合している。そして、ブラケット４８、連結棒５６およびリンク５２で、平行四辺形のリンク機構を形成している。連結棒５６の一方の端部はヒンジピン５４を介してリンクジョイント５７に係合している。リンクジョイント５７はシリンダ５８のロッド５８ａに固定されている。シリンダ５８の端部は、ヒンジピン９９に係合し、ヒンジピン９９の回りに回転自在である。なお、下側ガイド５１の上下方向の移動距離は約６ｍｍである。
【００２１】
下側ガイド５１の上側には、角パイプ状の支持部５１ａが設けられている。支持部５１ａの外形は加工範囲Ｓの外縁よりも僅かに大きい。各辺の中央部には、上端から下側に向けて切欠き５１ｆ、５１ｇが設けられている。なお、切欠き５１ｇの高さ（図１における上下方向）は、切欠き５１ｆよりも大きい。下側ガイド５１の頂部の幅は１．５〜２．０ｍｍ程度であり、被加工物１との滑りを考慮して頂部の各稜は丸みを付けてある。
【００２２】
吸塵ダクト５９の吸入口５９ａは、一方の切欠き５１ｇに対向するようにし配置され、他端は図示を省略する吸塵装置に接続されている。吸入口５９ａと支持部５１ａとの距離は僅かである。
【００２３】
次に、この実施形態の動作を説明する。
加工に先立ち、上側規制装置９０を位置決めする。
すなわち、調整ネジ７６、７８を操作して、上ガイド７０の下面７０ａと下側ガイド上面５１ａの間隔Ｃを式１で定まる値に設定し、ロックナット７７、７９により弛み止めする。
Ｃ＝「被加工物１の厚さｔ」＋「距離δ」
ここで、距離δは被加工物１の材質や加工形状によって異なる値であり、０．０２〜０．１ｍｍ程度である。
【００２４】
次に、シリンダ５８を動作させ、ロッド５８ａを引き込ませると、リンク５２が垂直になりローラ５５を介し、下側ガイド５１がガイドピン４９に案内されて垂直に上昇する。リンク５２が垂直になると、上面５１ａはクランプフレーム３１の取付基準面３１ａと同一の高さになる。そして、この状態で、被加工物１をクランプした後、図示を省略する集塵装置を動作させる。
【００２５】
加工時、加工により発生する加工屑およびヒュームは、図１および図２に矢印で示すように、ダクト５９、８７を介して外部に排除される。
また、テーブル１３を移動させると、被加工物１に上下方向の振動が発生する場合があるが、被加工物１は下面７０ａに規制され、取付基準面３１ａから距離δ以上に浮き上がることはない。
【００２６】
なお、被加工物１を載置する等のために下側保持装置４７を空間４５から外す場合は、ロッド５８ａを伸長させる。すると、リンク５２が所定角度倒れる際、ヒンジピン５４がフランジ部５１ｄを引き下げ、下側ガイド５１を下降させる。
【００２７】
この実施形態では、上ガイド７０に窓状の開口部７０ｂを設けたので、吸塵力を大きくしても被加工物１が取付基準面３１ａから浮き上がることはなく、しかも確実に加工屑およびヒュームを除去することができる。
【００２８】
また、上側規制装置９０を水平面内で回転させるようにしたので、例えばＦθレンズ１８の交換作業や保守作業を行う場合、作業を安全・確実に行うことができる。
【００２９】
さらに、レーザ光による穴明け加工を行う場合、加工穴形状を最適にするためには、被加工物１の上面１ｂとＦθレンズ１８との距離Ｈを基準長に対して変えなければならないことがあり、この場合、Ｆθレンズ１８を上下方向にシフトさせる。本発明では、上ガイド７０をＦθレンズ１８がシフトした方向と反対方向に移動させることができるので、下面７０ａと上面１ｂとの距離を、常に適正な距離δを維持することができる。したがって、精度に優れる加工を行うことができる。
【００３０】
なお、下側ガイド５１とブラケット４８の間には引っ張りばねを配置し、下側ガイド５１を常時下方に付勢するようにしてもよい。このようにすると、下側ガイド５１の上下方向の隙間が無くなるので、下側ガイド５１の振動をさらに低減することができる。
また、上ガイド７０に設けた窓状の開口部７０ｂを切欠き状のＵ字形にしてもよい。
【００３１】
また、上側規制装置９０を水平面内で回転させるようにしたが、直線方向に移動させるようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明は、１軸レーザ加工機に限らず、多軸のレーザ軸レーザ加工機にも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被加工物の外縁をクランプすると共に、レンズの大きさで決まる加工領域の下部を額縁状部材で支えながら加工をするレーザ加工方法において、被加工物の前記額縁状部材から離れる方向への移動を予め定める範囲に制限して加工をするので、フイルム状の板厚の薄い被加工物でも精度良く穴明け加工をすることができる。また、被加工物の上下に配置した吸塵構造により、穴明け加工時に発生する加工屑ヒューム等を効率良く除去することができるので、被加工物だけでなく装置内外を清潔に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置のヘッド部の要部正面断面図である。
【図２】図１のＥ視断面図である。
【図３】図１のＦ視図である。
【図４】図１のＧ視図である。
【図５】従来技術のレーザ加工機の全体構成を示す正面図である。
【図６】従来のクランプ部の側面断面図である。
【図７】従来の保持装置の側面断面図である。
【図８】従来の保持装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 被加工物
４７ 下側保持装置
９０ 上側規制装置
７０ 上ガイド
７０ａ 上ガイド７０の下端
１ｂ 被加工物１の上面
δ 上ガイド７０の下端７０ａと被加工物１の上面１ｂとの距離

Claims (3)

1. 四角の枠で形成され、被加工物の外周をクランプするクランプ装置と、前記クランプ装置に囲まれる領域に配置され、角パイプ状でその軸線方向に直交する端面により前記被加工物を支える支持装置と、を備え、前記端面により前記被加工物を支えながら加工をするレーザ加工装置において、外形が前記支持装置の前記端面と略同一の規制装置を設け、この規制装置を、被加工物の上面から離して配置することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記規制装置を前記ｆθレンズの保持部材に対して高さ方向移動自在に支持させ前記規制装置の前記クランプ装置からの高さを可変に構成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記規制装置と前記レンズとの間の空間を囲む手段を設け、内部を集塵装置に接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。

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