JP4676161B2 - レーザ加工機 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工ヘッドを移動させながらワークにレーザ加工を施すレーザ加工機に関する。

従来、レーザ加工ヘッドを移動させながらワークにレーザ加工を施すレーザ加工機としては、種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、そのようなレーザ加工機の従来構造の一例を示す正面図であり、図中の符号２００は、レーザ光を発生させるレーザ発振器を示し、符号２０１は、ワークＷを載置する加工テーブルを示し、符号２０２は、移動駆動されながら該ワークＷにレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを示し、符号２０３は、レーザ発振器２００とレーザ加工ヘッド２０２との間のレーザ光路系を示し、符号２０４は、レーザ光路系を密閉して埃等の侵入を防止するための蛇腹部材を示す。

特開２００３−２９０９６７号公報

ところで、上述した蛇腹部材２０４は、レーザ加工ヘッド２０２の矢印２０５の方向への往復移動に伴い繰り返し伸縮されることとなるため、破損され易く耐久性に劣るという問題があった。

本発明は、耐久性に優れたレーザ加工機を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、図１及び図２に例示するものであって、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段（２）と、該レーザ光のための光路を形成する光路手段（Ａ）と、該光路手段（Ａ）を通過してきたレーザ光をワーク（Ｗ）に照射するレーザ加工ヘッド（３）と、を備えたレーザ加工機（１）において、
前記光路手段（Ａ）は、
レーザ光（Ｌ１）を一の方向（３０）に導く空洞部（３１ａ）、及び該空洞部（３１ａ）の開口部（３１ｂ）を有する導光部（３１）と、
前記レーザ加工ヘッド（３）が移動駆動されることに伴い前記開口部（３１ｂ）に沿って移動され、前記空洞部（３１ａ）からレーザ光を他の方向（３２、Ｌ３）に取り出して前記レーザ加工ヘッド（３）に供給する光取り出し部（３３）と、
前記光取り出し部（３３）が配置された部分以外（３０Ｂ）では前記開口部（３１ｂ）を閉塞するように配置され、前記光取り出し部（３３）が配置された部分（３０Ａ）では前記開口部（３１ｂ）を閉塞せずに前記光取り出し部（３３）を迂回するように配置されて前記光取り出し部（３３）へのレーザ光の取り出しを許容するベルト部材（３６）と、を有し、
前記光取り出し部（３３）は、
該光取り出し部（３３）の移動方向一端部であって前記開口部（３１ｂ）に近接する位置に配置された第１ローラ（３３１）と、
前記移動方向中央部であって前記開口部（３１ｂ）から離れた位置に配置された第２ローラ（３３２）と、
前記移動方向他端部であって前記開口部（３１ｂ）に近接する位置に配置された第３ローラ（３３３）と、を有し、
前記ベルト部材（３６）は、前記第１ローラ（３３１）及び前記導光部（３１）の間、前記第２ローラ（３３２）の外側、並びに前記第３ローラ（３３３）及び前記導光部（３１）の間をそれぞれ通るように配置され、
更に、前記光取り出し部（３３）に、前記開口部（３１ｂ）を通って前記導光部（３１）の内部に突出するようにブラケット（３５）を設け、該ブラケット（３５）に光反射手段（３４）を前記空洞部（３１ａ）に配置する形で設けるとともに、反射ミラー（３３４）を前記第２ローラ（３３２）と前記開口部（３１ｂ）の間に、前記空洞部（３１ａ）からのレーザ光の前記他の方向への取り出しを、該レーザ光（Ｌ１）を前記光反射手段（３４）及び反射ミラー（３３４）にて反射させることにより行ない得るように配置し、
前記ベルト部材（３６）及び前記導光部（３１）の少なくとも一方に磁石（図５(a) (b) の符号３７参照）が配置されていて、前記ベルト部材（３６）が前記磁石の磁力により前記開口部（３１ｂ）を閉塞することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、図３に例示するものであって、請求項１に記載の発明において、前記開口部（３１ｂ）の両縁に沿うように前記磁石（３７）が配置され、前記ベルト部材（３６）がスチールベルトであって、該ベルト部材（３６）が前記磁石（３７）の磁力を介して前記開口部（３１ｂ）を閉塞することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、図４に例示するものであって、請求項１乃至２のいずれか1項に記載の発明において、前記導光部（３１）はレール部材（４０ａ，４０ａ）を有し、
前記光取り出し部（３３）は前記レール部材（４０ａ，４０ａ）に沿って移動するように構成された、ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、図２に例示するものであって、請求項１乃至３のいずれか1項に記載の発明において、ワーク（Ｗ）を載置する加工テーブル（Ｔ）と、該加工テーブル（Ｔ）の上方に横架されると共に前記レーザ加工ヘッド（３）を移動自在に支持するクロスアーム（５０）と、を備え、
前記導光部（３１）が前記加工テーブル（Ｔ）に沿うように配置され、
前記光取り出し部（３３）が前記クロスアーム（５０）に取り付けられて、
前記レーザ光発生手段（２）からのレーザ光が、前記導光部（３１）、前記光取り出し部（３３）及び前記クロスアーム（５０）に導かれた後、前記レーザ加工ヘッド（３）に供給される、ことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか1項に記載の発明において、ワーク（Ｗ）を載置する加工テーブル（Ｔ）と、該加工テーブル（Ｔ）の上方に横架されて前記レーザ加工ヘッド（３）を移動自在に支持するクロスアーム（５０）と、を備え、
前記導光部（３１）が前記クロスアーム（５０）に沿って配置され、
前記光取り出し部（３３）が前記レーザ加工ヘッド（３）に取り付けられて、
前記レーザ光発生手段（２）からのレーザ光が、前記導光部（３１）及び前記光取り出し部（３３）を経由して前記レーザ加工ヘッド（３）に供給される、ことを特徴とする。

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

請求項１〜５に係る発明によれば、ベルト部材は導光部に密着した状態で開口部を閉塞するので、導光部内部への埃や異物の侵入を防止することができる。また、前記光取り出し部を前記一の方向（又はその反対方向）に移動させた場合、ベルト部材はその厚み方向に移動されるだけなので傷みにくく、蛇腹を用いる場合に比べて耐久性が向上される。別の言い方をすれば、ベルト部材は、軸方向に大きく変形される蛇腹と異なり、変形量は小さいので、変形し易い材料にて形成する必要は必ずしもなく、その他の性質を持つ材料（例えば、耐久性や耐熱性に富む材料）を用いることができる。

請求項１に係る発明によれば、前記光反射手段と前記光取り出し部とは一体的に移動されるように構成されているため、前記光反射手段を駆動する手段を別途設けておく必要は無く、構造を簡素化できる。また、前記光反射手段と前記光取り出し部との相対位置関係は常に適正に維持されるため、該光反射手段からレーザ加工ヘッドにレーザ光を正確に導くことができる。

請求項１に係る発明によれば、光取り出し部が如何なる位置に移動したとしても、レーザ光の光路をベルト部材が遮蔽してしまうことはなく、導光部から光取り出し部へのレーザ光の取り込みが可能になる。

以下、図１乃至図５に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、図３のＥ−Ｅ断面図であって、光取り出し部等の構造を示す断面図である。また、図２は、本発明に係るレーザ加工機の全体構造の一例を示す外観斜視図であり、図３は、光路手段の構造の一例を示す斜視図であり、図４は、図１のＦ−Ｆ断面図であり、図５(a) は、図４の詳細断面図であり、図５(b) は、その詳細拡大断面図である。

本発明に係るレーザ加工機は、図２に符号１で示すように、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段２と、該レーザ光のための光路を形成する光路手段Ａと、該光路手段Ａを通過してきたレーザ光をワークＷに照射するレーザ加工ヘッド３と、を備えている。

ところで、前記光路手段Ａは、図１に示すように、レーザ光Ｌ１を一の方向３０に導く導光部３１と、該レーザ光Ｌ１を、符号Ｌ２に示すように他の方向３２に取り出して前記レーザ加工ヘッド３に供給する光取り出し部３３と、を有している。このうち、導光部３１は、レーザ光Ｌ１の光路として機能する空洞部３１ａを内部に有しており、表面には該空洞部３１ａの開口部３１ｂ（図３参照）を有している。

ところで、上述したレーザ加工ヘッド３は少なくとも前記一の方向３０に沿って移動駆動可能に構成されている。また、前記導光部３１の空洞部３１ａ及び開口部３１ｂは前記一の方向３０に沿って形成されていて、前記光取り出し部３３は、前記一の方向３０に移動駆動され、いずれの位置においても前記空洞部３１ａからレーザ光Ｌ１を取り出せるようになっている（詳細は後述する）。

前記光取り出し部３３は、前記導光部３１と接した状態又は微小間隙を開けた状態で移動させると良い。例えば、図４に示すように、レール部材４０ａ，４０ａを導光部３１に（前記一の方向３０に沿うように）配置しておいて、該レール部材４０ａ，４０ａに前記光取り出し部３３を移動自在に支持させておき、不図示の駆動手段によって該光取り出し部３３を前記レール部材４０ａ，４０ａに沿って移動駆動すると良い。この場合、前記光取り出し部３３が前記レール部材４０ａ，４０ａを摺動するようにしても、前記光取り出し部３３に不図示のローラを設けておいて該ローラがレール部材上を転動するようにしても良い。

ところで、光取り出し部３３がいずれの位置にある場合にもレーザ光Ｌ１を取り出せるようにするには、図１に示すように、該レーザ光Ｌ１を符号Ｌ２で示すように反射させるための光反射手段３４を前記空洞部３１ａの内部（正確には、レーザ光Ｌ１の光路上）であって前記光取り出し部３３に対向する位置に配置しておくと良い。この図１では、前記開口部３１ｂを通って前記導光部３１の空洞部３１ａに突出するようなブラケット３５が前記光取り出し部３３に取り付けられていて、光反射手段３４はそのブラケット３５に取り付けられているので、光反射手段３４は、前記光取り出し部３３と一体的にレーザ光Ｌ１の光路上を移動することとなるため、前記光反射手段３４を駆動する手段を別途設けておく必要は無く、構造を簡素化できる。また、前記光反射手段３４と前記光取り出し部３３との相対位置関係は常に適正に維持されるため、該光反射手段３４からレーザ加工ヘッド３にレーザ光を正確に導くことができる。なお、構造及び駆動制御が複雑になるが、光反射手段３４を光取り出し部３３に取り付けないで、両者を別の駆動手段で駆動するようにしても良い。

ところで、上述した導光部３１には、その開口部３１ｂに沿うようにベルト部材３６が配置されている。このベルト部材３６は、前記光取り出し部３３が配置された部分（つまり、図１に符号３０Ａで示す部分）では前記開口部３１ｂを閉塞せず（前記光取り出し部３３を迂回するように配置されて）、前記光取り出し部３３へのレーザ光の取り出しを阻害しないようになっている（詳細は後述する）。また、該ベルト部材３６は、前記光取り出し部３３が配置された部分以外（図１に符号３０Ｂで示す部分）では前記開口部３１ｂを閉塞して、導光部内部への埃や異物の侵入を防止するように構成されている。本発明によれば、光取り出し部３３を前記一の方向３０（又はその反対方向）に移動させた場合、ベルト部材３６はその厚み方向（図１に符号３２で示す方向、及びその反対方向）に移動されるだけなので傷みにくく、蛇腹を用いる場合に比べて耐久性が向上される。なお、“ベルト部材３６が迂回するように配置され”とは、ベルト部材３６が導光部３１（開口部３１ｂ）から離れた状態に配置されて、ベルト部材３６と導光部３１との間に光路（図４の符号Ｌ３参照）を形成できることを意味する。

上述したベルト部材３６は磁力により開口部３１ｂを閉塞するようにすると良い。例えば、図５(a) (b) に示すように、開口部３１ｂの端縁（好ましくは、開口部３１ｂの両方の端縁）に沿って磁石３７を配置し、前記ベルト部材３６はスチールベルトにすると良い。このようにした場合には、ベルト部材３６は導光部３１に密着した状態で開口部３１ｂを閉塞するので、導光部内部への埃や異物の侵入を防止することができる。なお、磁石は、前記ベルト部材３６及び前記導光部３１の少なくとも一方に設けていれば良く、
(1) 上述のように導光部３１の側に設けても、
(2) 導光部３１の側でなくベルト部材３６の側に設けても、
(3) 導光部３１及びベルト部材３６の両方に設けても、
いずれでも良い。ところで、上記(2) のように、磁石をベルト部材３６の側に設ける方法としては、
(2-1) ベルト部材３６に磁石を埋め込む方法
(2-2) ベルト部材３６に磁石を接着する方法
(2-3) ベルト部材３６に帯状ゴム磁石を用いる方法
を挙げることができる。なお、磁石を前記ベルト部材３６の側に配置する場合は、前記光取り出し部３３の一端部（後述するように第１ローラ３３１が配置される部分）及び他端部（後述するように第３ローラ３３３が配置される部分）にも光取り出し部側磁石を配置しておいて（該光取り出し部側磁石をベルト部材３５と開口部３１ｂとの間に配置する場合には、ベルト部材３５の側の磁石と同極性の磁石、光取り出し部側磁石と開口部３１ｂとの間にベルト部材３５を配置する場合には、ベルト部材３５の側の磁石とは異極性の磁石）、光取り出し部３３を移動させる際には、ベルト部材側磁石及び光取り出し部側磁石の反発力又は吸引力によって、ベルト部材３６を前記導光部３１から容易に剥離できるようにしておくと良い。

ところで、導光部３１を形成する部材は、図３及び図４に詳示するように断面が略コ字状のものとし、開口部３１ｂは上側に配置すると良い。

また、前記開口部３１ｂの両縁に沿うように、前記一の方向３０にウレタン等のシール部材（図３及び図５(a) (b) の符号３８参照）を設けておいて、該シール部材３８と前記ベルト部材３６と密着させて、導光部内部への埃や異物の侵入を防止すると良い。この場合、図５(a) (b) に示すように、シール部材３８と磁石３７とを互いに近接するように配置しておいて、磁石３７により引き付けられたベルト部材３６がシール部材３８に押し付けられ密着されるようにしておくと良い。また、図５(b) に示すように、シール部材３８の表面を、磁石３７の表面よりも突出させておいて、磁石３７がシール部材３８に接触し易くすると良い。この場合のシール部材３８は、ベルト部材３６に押し付けられて多少弾性変形する程度の材質にすると良く、ベルト部材３６も多少撓む程度の材質にすると良い。図５(a) (b)では、シール部材３８は磁石３７の片側のみに配置されているが、磁石３７の両側に配置しても良い。

なお、図５(a) (b)に示すシール部材３８や磁石３７は、空洞部３１ａを形成する部材（符号３９で示す部材）自体に形成されておらず板状の部材４０に形成されているが、部材３９自体に形成しても良い。

ところで、ベルト部材３６は、前記光取り出し部３３へのレーザ光Ｌ２の取り出しを阻害しないように前記光取り出し部３３を迂回させる必要があるが、そのために最適な光取り出し部３３の構造について図１を参照して説明する。

図示の光取り出し部３３は、回転自在な第１〜第３ローラ３３１，３３２，３３３を有している。このうち、第１ローラ３３１は、該光取り出し部３３の移動方向一端部であって前記開口部３１ｂに近接する位置に配置され、第２ローラ３３２は、前記移動方向中央部であって前記開口部３１ｂから離れた位置に配置され、第３ローラ３３３は、前記移動方向他端部であって前記開口部３１ｂに近接する位置に配置されている。また、この第２ローラ３３２と開口部３１ｂとの間には反射ミラー３３４を配置して、導光部３１からのレーザ光Ｌ２をレーザ加工ヘッド３の側（例えば、紙面垂直方向）に反射するように構成している。さらに、前記ベルト部材３６は、前記第１ローラ３３１及び前記導光部３１の間（つまり、前記第１ローラ３３１及び前記開口部３１ｂの間）、前記第２ローラ３３２の外側（前記導光部３１が配置された方とは反対側）、並びに前記第３ローラ３３３及び前記導光部３１の間（つまり、前記第３ローラ３３３及び前記開口部３１ｂの間）をそれぞれ通るように配置されている。このように構成した場合、光取り出し部３３が前記一の方向３０の如何なる位置に移動したとしても、レーザ光Ｌ２の光路をベルト部材３６が遮蔽してしまうことはなく、導光部３１から光取り出し部３３へのレーザ光Ｌ２の取り込みが可能となる。なお、ベルト部材３６が導光部３１から離間した位置に配置される部分３０Ａでは、図３に示すように、ローラ３３１，３３２，３３３を回転自在に支持する壁部３３５ａ，３３５ｂが立設されていて、ベルト部材３６と協働することにより開口部３１ｂを閉塞するため、導光部内部への埃や異物の侵入を確実に防止することができる。但し、一方の壁部３３５ａ（レーザ加工ヘッド３に近接する方の壁部）には、図４に示すように、孔部Ｇが形成されているので、反射ミラー３３４にて反射されたレーザ光Ｌ２が遮蔽されることは無い。また、図１に示すように、移動方向端部のローラ３３１，３３３よりも外側には、可撓性材料からなるへら部材３３６を配置し、ベルト部材３６の表面の埃や異物を除去できるようにしておくと良い。

ところで、本発明に係るレーザ加工機には、図２に示すように、ワークＷを載置する加工テーブルＴを設けておくと良い。そして、この加工テーブルＴの上方にはクロスアーム５０を横架し、このクロスアーム５０には、前記レーザ加工ヘッド３を移動自在に支持させると良い。このようなレーザ加工機において、上述した導光部３１は、前記加工テーブルＴに沿うような位置（図２の符号５１参照）に配置すると良く、上述した光取り出し部３３は前記クロスアーム５０に取り付けておいて（図２の符号５２参照）、前記レーザ光発生手段２からのレーザ光が、符号５１に示す位置に配置された前記導光部３１、符号５２に示す位置に配置された前記光取り出し部３３、及び前記クロスアーム５０に導かれた後、前記レーザ加工ヘッド３に供給されるようにしておくと良い。

また、上述のように、加工テーブルＴやクロスアーム５０を配置するが、導光部３１は、前記加工テーブルＴに沿うように配置するのではなく、前記クロスアーム５０に沿うように配置し、光取り出し部３３は前記レーザ加工ヘッド３に取り付けておいて（図２の符号５３参照）、前記レーザ光発生手段２からのレーザ光が、前記クロスアーム５０に沿うように配置された前記導光部３１、及び符号５３に示す位置に配置された前記光取り出し部３３を経由して前記レーザ加工ヘッド３に供給されるようにしておくと良い。

さらに、図２及び図３に示すように、符号５１で示す位置、及びクロスアーム５０に沿う位置の両方に導光部３１を配置し、符号５２で示す位置、及び符号５３で示す位置の両方に光取り出し部３３を配置しても良い。

図１は、光取り出し部等の構造を示す断面図である。 図２は、本発明に係るレーザ加工機の全体構造の一例を示す外観斜視図である。 図３は、光路手段の構造の一例を示す斜視図である。 図４は、図１のＦ−Ｆ断面図である。 図５(a) は、図４の詳細断面図であり、図５(b) は、その詳細拡大断面図である。 図６は、レーザ加工機の従来構造の一例を示す正面図である。

符号の説明

１ レーザ加工機
２ レーザ発生手段
３ レーザ加工ヘッド
３１ 導光部
３１ａ 空洞部
３１ｂ 開口部
３３ 光取り出し部
３４ 光反射手段
３５ ブラケット
３６ ベルト部材
３７ 磁石
３３１ 第１ローラ
３３２ 第２ローラ
３３３ 第３ローラ
Ａ 光路手段
Ｔ 加工テーブル
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、該レーザ光のための光路を形成する光路手段と、該光路手段を通過してきたレーザ光をワークに照射するレーザ加工ヘッドと、を備えたレーザ加工機において、
   前記光路手段は、
   レーザ光を一の方向に導く空洞部、及び該空洞部の開口部を有する導光部と、
   前記レーザ加工ヘッドが移動駆動されることに伴い前記開口部に沿って移動され、前記空洞部からレーザ光を他の方向に取り出して前記レーザ加工ヘッドに供給する光取り出し部と、
   前記光取り出し部が配置された部分以外では前記開口部を閉塞するように配置され、前記光取り出し部が配置された部分では前記開口部を閉塞せずに前記光取り出し部を迂回するように配置されて前記光取り出し部へのレーザ光の取り出しを許容するベルト部材と、を有し、
   前記光取り出し部は、
   該光取り出し部の移動方向一端部であって前記開口部に近接する位置に配置された第１ローラと、
   前記移動方向中央部であって前記開口部から離れた位置に配置された第２ローラと、
   前記移動方向他端部であって前記開口部に近接する位置に配置された第３ローラと、を有し、
   前記ベルト部材は、前記第１ローラ及び前記導光部の間、前記第２ローラの外側、並びに前記第３ローラ及び前記導光部の間をそれぞれ通るように配置され、
   更に、前記光取り出し部に、前記開口部を通って前記導光部の内部に突出するようにブラケットを設け、該ブラケットに光反射手段を前記空洞部に配置する形で設けるとともに、反射ミラーを前記第２ローラと前記開口部の間に、前記空洞部からのレーザ光の前記他の方向への取り出しを、該レーザ光を前記光反射手段及び反射ミラーにて反射させることにより行ない得るように配置し、
   前記ベルト部材及び前記導光部の少なくとも一方に磁石が配置されていて、前記ベルト部材が前記磁石の磁力により前記開口部を閉塞する、
   ことを特徴とするレーザ加工機。
2. 前記開口部の両縁に沿うように前記磁石が配置され、前記ベルト部材がスチールベルトであって、該ベルト部材が前記磁石の磁力を介して前記開口部を閉塞する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記導光部はレール部材を有し、
   前記光取り出し部は前記レール部材に沿って移動するように構成された、ことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか1項に記載のレーザ加工機。
4. ワークを載置する加工テーブルと、該加工テーブルの上方に横架されると共に前記レーザ加工ヘッドを移動自在に支持するクロスアームと、を備え、
   前記導光部が前記加工テーブルに沿うように配置され、
   前記光取り出し部が前記クロスアームに取り付けられて、
   前記レーザ光発生手段からのレーザ光が、前記導光部、前記光取り出し部及び前記クロスアームに導かれた後、前記レーザ加工ヘッドに供給される、
   ことを特徴とする請求項1乃至３のいずれか1項に記載のレーザ加工機。
5. ワークを載置する加工テーブルと、該加工テーブルの上方に横架されて前記レーザ加工ヘッドを移動自在に支持するクロスアームと、を備え、
   前記導光部が前記クロスアームに沿って配置され、
   前記光取り出し部が前記レーザ加工ヘッドに取り付けられて、
   前記レーザ光発生手段からのレーザ光が、前記導光部及び前記光取り出し部を経由して前記レーザ加工ヘッドに供給される、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載のレーザ加工機。
   

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