JP5419818B2 - レーザ加工機 - Google Patents

Description

この発明は、レーザ光を用いて溶接、切断、穿孔などの加工を行うレーザ加工機に関し、特にレーザ光を収束するレンズの冷却構造に関するものである。

従来のレーザ加工機は、炭酸ガスレーザの光を透過するレンズと、レンズを保持するレンズホルダをレーザ光の光軸と直交し、かつ互いに逆向きの引張り力により支持する一対のスプリングと、レンズホルダとともにレンズを揺動させるクランク機構と、クランク機構を駆動するモータと、を備え、モータによりクランク機構を駆動し、レンズを一対のスプリングの引張り力の方向に揺動させて、レーザ光を走査している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１６９２８５号公報

加工用のレーザ光は数ｋＷの強力なエネルギーを持つので、レーザ光がレンズを透過する際に、レーザ光のエネルギーがレンズに吸収され、レンズが加熱される。従来のレーザ加工機では、レンズホルダが一対のスプリングにより支持されているだけで、レンズの冷却機構を備えていない。そこで、レンズの熱はレンズホルダに伝達され、レンズホルダの表面から放熱されることになり、レンズの温度が過度に上昇するという不具合があった。

このような不具合を解決する手段として、冷却水ジャケットをレンズホルダに装着して冷却水を流すことが一般的である。しかし、冷却水ジャケットをレンズホルダに装着することから、装置の大型化をもたらすとともに、レンズを含めた可動部分のイナーシャが大きくなり、高速駆動の観点で不利となる。
また、レーザ光の熱を用いて溶接、切断、穿孔などの加工を行う際に、レーザ光とともにノズル先端から噴射されるアシストガスを、レンズおよびレンズホルダに吹き付けてもよいが、この冷却方法による冷却効率は悪く、レンズの過度の温度上昇を抑えることができない。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、レンズを含めた可動部分を大型化することなく、レンズの熱を効率的に放熱させ、レンズの過度の温度上昇を抑制できるレーザ加工機を得ることを目的とする。

この発明によるレーザ加工機は、レーザ光をレンズにより収束してレーザ加工するレーザ加工機であって、加工ヘッドと、上記加工ヘッド内に配置され、上記レンズが保持されたレンズホルダと、上記レンズに入射される上記レーザ光の光軸方向と平行なｚ軸方向と直交し、かつ互いに直交するｘ軸方向とｙ軸方向とに往復移動可能に上記レンズホルダを上記加工ヘッドに保持するレンズホルダ保持機構と、ｘ軸方向に上記レンズホルダを挟んで上記加工ヘッドに装着された第１および第２冷却治具と、Ｕ字状に形成され、Ｕ字状の開口をｘ軸方向の一側に向けて、上記第１冷却治具と上記レンズホルダとの間にｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を該第１冷却治具に熱接触状態に接続され、Ｕ字状の他端を該レンズホルダに熱接触状態に接続され、該レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従する第１可撓性熱伝導部材と、上記第１可撓性熱伝導部材と同一材料で同一形状に形成され、Ｕ字状の開口をｙ軸方向の一側に向けて、上記第２冷却治具と上記レンズホルダとの間に、該第１可撓性熱伝導部材とｚ軸方向の位置を同じくしてｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を該第２冷却治具に熱接触状態に接続され、Ｕ字状の他端を該レンズホルダに熱接触状態に接続され、該レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従する第２可撓性熱伝導部材と、を備えている。

この発明によれば、第１および第２冷却治具がｘ軸方向にレンズホルダを挟んで加工ヘッドに装着され、第１可撓性熱伝導部材が第１冷却治具とレンズホルダとを熱接触状態に接続し、第２可撓性熱伝導部材が第２冷却治具とレンズホルダとを熱接触状態に接続している。そこで、レンズの熱は、レンズホルダ、第１および第２可撓性熱伝導部材を介して第１および第２冷却治具に伝達され、第１および第２冷却治具から放熱されるので、レンズの過度の温度上昇が抑制される。また、レンズを含めた可動部分の大型化せず、イナーシャの増大が抑えられ、高速駆動が可能となる。
また、Ｕ字状に形成された第１および第２可撓性熱伝導部材が、レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従するように構成されているので、レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動が第１および第２可撓性熱伝導部材に阻害されない。

この発明の実施の形態１に係るレーザ加工機のヘッド部を示す概略構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係るレーザ加工機ヘッド部におけるレンズの揺動動作を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るレーザ加工機のヘッド部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態２に係るレーザ加工機のヘッド部におけるレンズの揺動動作を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。 この発明の実施の形態４に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。 この発明の実施の形態５に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。

以下、本発明によるレーザ加工機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工機のヘッド部を示す概略構成図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工機のヘッド部におけるレンズの揺動動作を説明する図であり、図３の（ａ）はレンズが中立位置からｘ軸方向に移動した状態を示し、図３の（ｂ）はレンズが中立位置からｙ軸方向に移動した状態を示している。ここで、ｘ軸方向およびｙ軸方向は、図１および図２に記した座標系に示されるように、互いに直交し、かつレンズに入射されるレーザ光の光軸方向（ｚ軸方向とする）と直交する方向である。また、図３では、第１および第２駆動手段を省略している。

図１および図２において、レーザ加工機のヘッド部２は、レーザ加工機本体（図示せず）の先端にｚ軸方向に移動可能に取付けられ、レーザ光１を収束するレンズ５が収容される加工ヘッド３と、加工ヘッド３の先端に取り付けられ、レンズ５により収束されたレーザ光１が出射されるノズル４と、レンズ５を保持するレンズホルダ６と、レンズホルダ６を加工ヘッド３に互いに直交するｘ軸方向とｙ軸方向の２方向に往復移動可能に保持させるレンズホルダ保持機構７と、レンズホルダ６をｘ軸方向に往復移動させる第１駆動手段１１と、レンズホルダ６をｙ軸方向に往復移動させる第２駆動手段１２と、レンズホルダ６の熱を加工ヘッド３に装着された冷却治具１５に伝達する第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４と、を備えている。

レンズホルダ６は、銅、アルミニウムなどの良熱伝導材料を用いて、両底面を正方形とし、所定の高さを有する直角柱に作製され、底面の中心を穴中心とするレンズ収納穴６ａが高さ方向に貫通するように形成されている。レンズ５は、レンズ収納穴６ａに嵌め込まれ、レンズホルダ６に接して熱接触状態に保持される。
第１および第２駆動手段１１，１２は、加工ヘッド３に装着され、モータなどの既知装置が用いられ、その回転トルクをクランクを介してレンズホルダ６に伝達し、レンズホルダ６をｘ軸方向又はｙ軸方向に往復移動させるように構成されている。

第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４は、同じ良熱伝導材料を用いて可撓性を有する同一のＵ字状の形状に作製されている。冷却治具１５は、冷却水流通路１５ａが内部に形成され、レンズホルダ６を挟んで相対するように加工ヘッド３の内壁面に装着されている。第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状の開口をｘ軸方向の一側に向けて、冷却治具１５とレンズホルダ６との間にｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を端子部１６を介してレンズホルダ６の相対する１組の側面の一方の側面に固着され、Ｕ字状の他端を端子部１７を介して一方の冷却治具１５に固着されている。第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状の開口側をｙ軸方向の一側に向けて、冷却治具１５とレンズホルダ６との間に、ｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を端子部１８を介してレンズホルダ６の相対する１組の側面の他方の側面に固着され、Ｕ字状の他端を端子部１９を介して他方の冷却治具１５に固着されている。なお、ｘｙ平面とは、ｘ軸とｙ軸とを含む平面である。

ここで、冷却治具１５および端子部１６〜１９は、銅、アルミニウムなどの良熱伝導材料で作製されている。そして、端子部１６，１８のレンズホルダ６へのｙ軸方向およびｚ軸方向における取付位置は、互いに等しく、端子部１７，１９の冷却治具１５へのｚ軸方向における取付位置は、端子部１６，１８のレンズホルダ６へのｚ軸方向における取付位置に等しい。さらに、第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４は、例えば第１および第２支持板ばね９，１０の剛性の１／１０以下の剛性を有し、第１および第２駆動手段１１，１２によるレンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従する可撓性を備えている。

つぎに、レンズホルダ保持機構７の構成について説明する。
まず、レンズホルダ６は、図１に示されるように、相対する１組の側面がｙｚ平面と平行となり、他の１組の側面がｘｚ平面と平行となるように配置されているものとする。なお、ｘｚ平面とは、ｘ軸とｚ軸とを含む平面であり、ｙｚ平面とは、ｙ軸とｚ軸とを含む平面である。

レンズホルダ保持機構７は、２つの中間支持部材８と、４枚の第１支持板ばね９と、４枚の第２支持板ばね１０と、を備えている。そして、中間支持部材８は、例えばアルミニウムなどの厚い板材を矩形平板に成形して作製されている。第１支持板ばね９は、例えばステンレス、リン青銅、ベリリウム銅などのばね鋼材の薄板を矩形平板に打ち抜いて作製されている。第２支持板ばね１０は、第１支持板ばね９と同じ材料を用い、同じ形状に作製されている。

そして、２つの中間支持部材８は、矩形平板の長辺をｘ軸方向とし、かつ短辺をｚ軸方向とし、それぞれ、レンズホルダ６の相対する他の１組の側面に向かい合って、レンズホルダ６の底面の中心（レンズ５の中心Ｏ）を通るｘｚ平面に対して対称となるように配置される。

２枚の第１支持板ばね９が、矩形平板の長辺をｙ軸方向とし、かつ短辺をｚ軸方向とし、一端を一方の中間支持部材８の矩形平板の両短辺側の縁部に溶接などにより固着され、他端をレンズホルダ６の相対する他の１組の側面の一方の側面に溶接などにより固着されている。もう２枚の第１支持板ばね９が、矩形平板の長辺をｙ軸方向とし、かつ短辺をｚ軸方向とし、一端を他方の中間支持部材８の矩形平板の両短辺側の縁部に溶接などにより固着され、他端をレンズホルダ６の相対する他の１組の側面の他方の側面に溶接などにより固着されている。

２枚の第２支持板ばね１０が、矩形平板の長辺をｘ軸方向とし、かつ短辺をｚ軸方向とし、それぞれ、一端を各中間支持部材８の一端面に溶接などにより固着され、他端を加工ヘッド３の内壁面に溶接などにより固着されている。もう２枚の第２支持板ばね１０が、矩形平板の長辺をｘ軸方向とし、かつ短辺をｚ軸方向とし、それぞれ、一端を各中間支持部材８の他端面に溶接などにより固着され、他端を加工ヘッド３の内壁面に溶接などにより固着されている。

これにより、レンズホルダ６は、レンズ５の中心Ｏを通るｘｚ平面に対して対称に、かつレンズ５の中心Ｏを通るｙｚ平面に対称に配置された中間支持部材８、第１支持板ばね９および第２支持板ばね１０により、加工ヘッド３に保持される。

ここで、第１支持板ばね９および第２支持板ばね１０は、ばね鋼板の薄板を矩形平板に打ち抜いて作製されているので、例えば矩形平板の一端を固定した場合、長辺方向および短辺方向には変位せず、厚み方向にのみ湾曲する可撓性を有する。

つぎに、このように構成されたヘッド部２の動作について説明する。
まず、ｘ軸方向一側への移動力が第１駆動手段１１によりレンズホルダ６に作用すると、ｘ軸方向一側の移動力は、第１支持板ばね８の中間支持部材８との固定部を支点として第１支持板ばね８をｘ軸方向一側に湾曲させるように作用するとともに、第１支持板ばね９を介して中間支持部材８に伝達される。中間支持部材８に伝達されたｘ軸方向一側の移動力は、第２支持板ばね１０の長辺方向に作用するので、中間支持部材８のｘ軸方向一側への移動が阻止される。これにより、第１支持板ばね９が、図３の（ａ）に示されるように、弾性変形して中間支持部材８との固定部を支点としてｘ軸方向一側に湾曲し、レンズホルダ６がｘ軸方向一側に移動する。

このレンズホルダ６のｘ軸方向一側への移動により、端子部１６が端子部１７から離反するようにｘ軸方向一側に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。同時に、端子部１８が端子部１９に接近するようにｘ軸方向一側に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状の幅が狭くなるように変形する。

また、ｘ軸方向他側への移動力が第１駆動手段１１によりレンズホルダ６に作用すると、同様に、第１支持板ばね９が、弾性変形して中間支持部材８との固定部を支点としてｘ軸方向他側に湾曲し、レンズホルダ６がｘ軸方向他側に移動する。
このレンズホルダ６のｘ軸方向他側への移動により、端子部１６が端子部１７から離反するようにｘ軸方向他側に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。同時に、端子部１８が端子部１９から離反するようにｘ軸方向他側に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状の幅が広くなるように変形する。

このように、第１駆動手段１１によりレンズホルダ６がｘ軸方向に往復移動すると、第１可撓性熱伝導部材１３は、レンズホルダ６のｘ軸方向の往復移動に追従して、Ｕ字状→Ｊ字状→Ｕ字状・・・と変形する。一方、第２可撓性熱伝導部材１４は、レンズホルダ６のｘ軸方向の往復移動に追従して、Ｕ字状の幅が広→狭→広・・・と変形する。
そして、第１駆動手段１１によるレンズホルダ６に作用するｘ軸方向の移動力が無くなると、第１支持板ばね９の復元力により初期位置（中立位置）に戻る。同時に、第１可撓性熱伝導部材１３はＵ字状に復元し、第２可撓性熱伝導部材１４が元の幅のＵ字状に復元する。

また、ｙ軸方向一側への移動力が第２駆動手段１２によりレンズホルダ６に作用すると、ｙ軸方向一側への移動力は第１支持板ばね９を介して中間支持部材８に伝達される。このとき、ｙ軸方向一側への移動力は第１支持板ばね９の長辺方向に作用するので、第１支持板ばね９は厚み方向に湾曲しない。これにより、第２支持板ばね１０が、図３の（ｂ）に示されるように、弾性変形して加工ヘッド３との固定部を支点としてｙ軸方向一側に湾曲し、レンズホルダ６がｙ軸方向一側に移動する。

このレンズホルダ６のｙ軸方向一側への移動により、端子部１６が端子部１７に接近するようにｙ軸方向一側に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状の幅が狭くなるように変形する。同時に、端子部１８が端子部１９から離反するようにｙ軸方向一側に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。

また、Ｙ軸方向他側への移動力が第２駆動手段１２によりレンズホルダ６に作用すると、同様に、第２支持板ばね１０が、弾性変形して中間支持部材８との固定部を支点としてｙ軸方向他側に湾曲し、レンズホルダ６がｙ軸方向他側に移動する。
このレンズホルダ６のｙ軸方向他側への移動により、端子部１６が端子部１７から離反するようにｙ軸方向他側に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状の幅が広くなるように変形する。同時に、端子部１８が端子部１９から離反するようにｙ軸方向他側に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。

このように、第２駆動手段１２によりレンズホルダ６がｙ軸方向に往復移動すると、第１可撓性熱伝導部材１３は、レンズホルダ６のｙ軸方向の往復移動に追従して、Ｕ字状の幅が広→狭→広・・・と変形する。一方、第２可撓性熱伝導部材１４は、レンズホルダ６のｙ軸方向の往復移動に追従して、Ｕ字状→Ｊ字状→Ｕ字状・・・と変形する。
そして、第２駆動手段１２によるレンズホルダ６に作用するｙ軸方向の移動力が無くなると、第２支持板ばね１０の復元力により初期位置（中立位置）に戻る。同時に、第１可撓性熱伝導部材１３は元の幅のＵ字状に復元し、第２可撓性熱伝導部材１４がＵ字状に復元する。

このように、レンズホルダ６は、レンズホルダ保持機構７により、ｘ軸方向とｙ軸方向との直交する２方向に往復移動可能に加工ヘッド３に保持されている。また、中間支持部材８は、レンズホルダ６をｘ軸方向とｙ軸方向との移動させる力が第１支持板ばね９を介して作用したときに、変形しない程度の剛性を有していればよい。

つぎに、このように構成されたヘッド部２を用いたレーザ加工機の動作について説明する。
まず、レーザ発振器（図示せず）より出力されたレーザ光１は、レンズ系（図示せず）により拡径された口径の大きな平行ビームとなり、ミラー（図示せず）により変向されて加工ヘッド３に導かれる。加工ヘッド３はｚ軸方向に位置調整され、レーザ光１がレンズ５により収束され、ワーク２０の近傍で収束点を結ぶ。また、制御装置（図示せず）が第１および第２駆動手段１１，１２の駆動を制御し、レンズ５をｘ軸方向およびｙ軸方向に往復移動させ、レーザ光１の収束点を小さな振幅で動かす。そして、収束されエネルギー密度が上がったレーザ光１の熱により、ワーク２０が加熱、溶融、切断される。このとき、アシストガスが加工ヘッド３に供給され、ノズル４から加工点に噴出される。

そして、レーザ光１がレンズ５を透過する際に、レーザ光１のエネルギーがレンズ５に吸収され、レンズ５が加熱される。レンズ５の熱は、レンズホルダ６および第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４を介して冷却治具１５に伝達され、冷却治具１５の冷却水流通路１５ａを流通する冷却水に吸熱される。

この実施の形態１によれば、レンズホルダ６と冷却治具１５とが第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４を介して熱接続状態となっている。そこで、レンズ５の熱は、レンズホルダ６および第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４を介して冷却治具１５に伝達され、冷却治具１５の冷却水流通路１５ａを流通する冷却水に吸熱され、レンズ５の過度の温度上昇が抑えられる。また、冷却治具１５を加工ヘッド３に装着でき、可動部分であるレンズ５が保持されたレンズホルダ６の重量の増大が抑えられるので、可動部分のイナーシャが小さくなり、高速駆動が可能となる。

また、第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４が、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形させて追従できる可撓性を有しているので、第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４の設置がレンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動を阻害することがない。したがって、第１および第２駆動手段１１，１２の負担の増加が少ない。

第１可動性熱伝導部材１３が、Ｕ字状の開口をｘ軸方向の一側に向けて、レンズホルダ６のｘ軸方向の他側に配置され、第２可動性熱伝導部材１４が、Ｕ字状の開口をｙ軸方向の一側に向けて、レンズホルダ６のｘ軸方向の他側に配置されている。これにより、レンズホルダ６がｘ軸方向に往復移動するときには、第１可動熱伝導部材１３はＵ字状→Ｊ字状→Ｕ字状→Ｊ字状・・・と変形し、第２可動性熱伝導部材１４はＵ字状の幅が広→狭→広→狭・・・と変形する。一方、レンズホルダ６がｙ軸方向に往復移動するときには、第１可動熱伝導部材１３はＵ字状の幅が広→狭→広→狭・・・と変形し、第２可動性熱伝導部材１４はＵ字状→Ｊ字状→Ｕ字状→Ｊ字状・・・と変形する。そして、第１および第２可動性熱伝導部材１３，１４は、同一材料で、同一のＵ字状の形状に作製されているので、ばね定数は同じである。そこで、レンズホルダ６をｘ軸方向およびｙ軸方向に同じ距離だけ変位させるのに要する力が同じとなる。

レンズホルダ保持機構７が、ｙ軸方向にレンズホルダ６を挟んで相対して、かつｘ軸方向と平行に配置された一対の中間支持部材８と、それぞれ矩形平板に作製され、レンズホルダ６と一対の中間支持部材８とのそれぞれの間に、ｘ軸方向に離間して、かつ矩形平板の長辺方向をｙ軸方向とし、短辺方向をｚ軸方向として配置され、それぞれ、両端を中間支持部材８とレンズホルダ６とに固定された４枚の第１支持板ばね９と、それぞれ矩形平板に作製され、一対の中間支持部材８のそれぞれのｘ軸方向の両側に、矩形平板の長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｚ軸方向として、中間支持部材８とｘ軸方向に１列に並んで配置され、それぞれ、両端を中間支持部材８と加工ヘッド３の内壁面とに固定された４枚の第２支持板ばねと、を備えている。そして、第１支持板ばね９と第２支持板ばね１０は、同一材料を用いて、同一形状に作製されているので、ばね常数が同じである。さらに、中間支持部材８、第１支持板ばね９、および第２支持板ばね１０が、レンズ５の中心Ｏを通るｘｚ平面およびｙｚ平面に対して対称な位置関係に配置されている。

そこで、レンズホルダ６に作用するｘ軸方向への移動力は、４枚の支持板ばね９に均等に作用する。同様に、レンズホルダ６に作用するｙ軸方向への移動力は、４枚の支持板ばね１０に均等に作用する。そして、レンズホルダ６をｘ軸方向およびｙ軸方向に同じ距離だけ変位させるのに要する力が同じとなる。

なお、上記実施の形態１では、第１可撓性熱伝導部材がＵ字状の開口をｘ軸方向の一側（レンズホルダ側）に向くように配置されているものとしているが、第１可撓性熱伝導部材は、Ｕ字状の開口がｘ軸方向の他側（レンズホルダと反対側）に向くように配置されてもよい。同様に、第２可撓性熱伝導部材がＵ字状の開口をｙ軸方向の一側（図１中、下側）に向くように配置されているものとしているが、第２可撓性熱伝導部材は、Ｕ字状の開口がｙ軸方向の他側（図１中、上側）に向くように配置されてもよい。
また、上記実施の形態１では、レンズホルダが両底面を正方形とする直角柱に作製されているものとしているが、レンズホルダの形状はこれに限定されるものではなく、底面の中心にレンズの中心Ｏを一致させてレンズを保持できればよく、例えば直円柱でもよい。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーザ加工機のヘッド部を示す概略構成図、図５はこの発明の実施の形態２に係るレーザ加工機のヘッド部におけるレンズの揺動動作を説明する図であり、図５の（ａ）はレンズが中立位置からｘ軸方向に移動した状態を示し、図５の（ｂ）はレンズが中立位置からｙ軸方向に移動した状態を示している。ここで、図４および図５では、第１および第２駆動手段を省略している。

図４において、第１可撓性熱伝導部材１３のＵ字状の一端が端子部１６を介してレンズホルダ６の相対する他の１組の側面の一方の側面に固着される固着部と、第２可撓性熱伝導部材１４のＵ字状の一端が端子部１８を介してレンズホルダ６の相対する他の１組の側面の他方の側面に固着される固着部とが、レンズホルダ６の底面の中心、即ちレンズ５の中心Ｏを通るｘ軸上に位置している。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたヘッド部２Ａにおいて、ｘ軸方向の移動力がレンズホルダ６に作用すると、ｘ軸方向の移動力は、第１支持板ばね８の中間支持部材８との固定部を支点として第１支持板ばね８をｘ軸方向に湾曲させるように作用する。これにより、第１支持板ばね９が、図５の（ａ）に示されるように、弾性変形して、中間支持部材８との固定部を支点としてｘ軸方向に湾曲し、レンズホルダ６がｘ軸方向に移動する。

このレンズホルダ６のｘ軸方向の移動により、端子部１６が端子部１７から離反するようにｘ軸方向に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。同時に、端子部１８が端子部１９に接近するようにｘ軸方向に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状の幅が狭くなるように変形する。このとき、端子部１６とレンズホルダ６との接続部（固着部）と端子部１８とレンズホルダ６との接続部（固着部）とが、レンズ５の中心Ｏを通るｘ軸上に位置しているので、第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４の変形による反力は、レンズ５の中心Ｏを通るｘ線方向に作用し、レンズホルダ６に対してモーメントを与えない。

また、ｙ軸方向の移動力が第２駆動手段１２によりレンズホルダ６に作用すると、ｙ軸方向の移動力は第１支持板ばね９を介して中間支持部材８に伝達される。第２支持板ばね１０が、図５の（ｂ）に示されるように、弾性変形して、加工ヘッド３との固定部を支点としてｙ軸方向に湾曲し、レンズホルダ６がｙ軸方向に移動する。

このレンズホルダ６のｙ軸方向の移動により、端子部１６が端子部１７に接近するようにｙ軸方向に移動し、第１可撓性熱伝導部材１３は、Ｕ字状の幅が狭くなるように変形する。同時に、端子部１８が端子部１９から離反するようにｙ軸方向に移動し、第２可撓性熱伝導部材１４は、Ｕ字状からＪ字状に変形する。このとき、第１可撓性熱伝導部材１３の変形による反力は、図５の（ｂ）中、レンズ５の中心Ｏとしてレンズホルダ６を反時計回りに回転させるように作用する。また、第２可撓性熱伝導部材１４の変形による反力は、図５の（ｂ）中、レンズ５の中心Ｏとしてレンズホルダ６を時計回りに回転させるように作用する。これにより、レンズホルダ６に作用する時計回りのモーメントと反時計回りのモーメントとが相殺され、レンズホルダ６に対してモーメントを与えない。

したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。 この実施の形態２によれば、第１可撓性熱伝導部材１３のＵ字状の一端が端子部１６を介してレンズホルダ６に固着される固着部と、第２可撓性熱伝導部材１４のＵ字状の一端が端子部１８を介してレンズホルダ６に固着される固着部とが、レンズ５の中心Ｏを通るｘ軸上に位置しているので、レンズホルダ６がｘ軸方向およびｙ軸方向に往復移動する際、第１および第２可撓性熱伝導部材１３，１４の変形に伴う反力がレンズホルダ６を傾けるようなモーメントを発生させることはない。

以下、可撓性熱伝導部材の具体例について説明する。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。

図６において、第２可撓性熱伝導部材１４Ａは、銅箔テープ２１を複数枚積層して作製されている。そして、第２可撓性熱伝導部材１４Ａは、両端にカシメ固定、あるいは溶接された端子部１８，１９をねじ２２によりレンズホルダ６および冷却治具１５に締着固定され、熱接触状態に接続されている。第２可撓性熱伝導部材１４Ａは、両端を端子部１８，１９を介してレンズホルダ６および冷却治具１５に接続され、Ｕ字状の形状となる。
なお、第１可撓性熱伝導部材も第２可撓性熱伝導部材１４Ａと同一材料を用いて同一形状に作製されているので、ここではその説明を省略する。

第２可撓性熱伝導部材１４Ａは、銅箔テープ２１を複数枚積層して作製されているので、良好な熱伝導性を有するとともに、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従できる可撓性を有する。そこで、レンズ５の熱を効率よく冷却治具１５に伝達でき、レンズ５の温度上昇を抑えることができ、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動を妨げない。

なお、上記実施の形態３では、複数枚の銅箔テープを積層して可撓性熱伝導部材を作製するものとしているが、積層されるテープは銅箔テープに限定されるものではなく、熱伝導性を有する金属箔テープであればよい。また、熱伝導性の観点から、銅箔テープやアルミ箔テープを用いることが好ましい。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。

図７において、第２可撓性熱伝導部材１４Ｂは、軟銅線を集束したものを編組して作製された平編組線である。そして、第２可撓性熱伝導部材１４Ｂは、両端にカシメ固定、あるいは溶接された端子部１８，１９をねじ２２によりレンズホルダ６および冷却治具１５に締着固定され、熱接触状態に接続されている。第２可撓性熱伝導部材１４Ｂは、両端を端子部１８，１９を介してレンズホルダ６および冷却治具１５に接続され、Ｕ字状の形状となる。
なお、第１可撓性熱伝導部材も第２可撓性熱伝導部材１４Ｂと同一材料を用いて同一形状に作製されているので、ここではその説明を省略する。

第２可撓性熱伝導部材１４Ｂは、平編組線で作製されているので、良好な熱伝導性を有するとともに、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従できる可撓性を有する。そこで、レンズ５の熱を効率よく冷却治具１５に伝達でき、レンズ５の温度上昇を抑えることができ、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動を妨げない。

なお、上記実施の形態４では、素線として軟銅線を用いるものとしているが、素線は軟銅線に限定されるものではなく、アルミ線、無酸化銅線、ニッケルメッキ軟銅線などの金属線を用いることができる。また、軟銅線を集束したものを編組して平編組線にするものとしているが、丸編組線としてもよい。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係るレーザ加工機のヘッド部における可撓性熱伝導部材による熱接続状態を説明する要部拡大図である。

図８において、第２可撓性熱伝導部材１４Ｃは、熱伝導性ゴムである。そして、第２可撓性熱伝導部材１４Ｃは、両端を端子部１８，１９とねじ２２とによりレンズホルダ６および冷却治具１５に締着固定され、熱接触状態に接続されている。第２可撓性熱伝導部材１４Ｃは、両端を端子部１８，１９を介してレンズホルダ６および冷却治具１５に接続され、Ｕ字状の形状となる。

なお、熱伝導性ゴムは、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴムなどの合成ゴムにカーボン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、などの熱導電性フィラーを添加して作製され、例えば１〜２Ｋｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率を有する。また、第１可撓性熱伝導部材も第２可撓性熱伝導部材１４Ｃと同一材料を用いて同一形状に作製されているので、ここではその説明を省略する。

第２可撓性熱伝導部材１４Ｃは、熱伝導性ゴムで作製されているので、良好な熱伝導性を有するとともに、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従できる可撓性を有する。そこで、レンズ５の熱を効率よく冷却治具に伝達でき、レンズ５の温度上昇を抑えることができ、レンズホルダ６のｘ軸方向およびｙ軸方向の移動を妨げない。

なお、上記各実施の形態では、冷却治具が冷却水流通路を内部に形成されているものとしているが、冷却治具は冷却水流通路に代えて放熱フィンを具備し、可撓性熱伝導部材を介して伝達された熱を加工ヘッド内を流通するアシストガスに放熱フィンを介して放熱するようにしてもよい。

１ レーザ光、２ ヘッド部、３ 加工ヘッド、５ レンズ、６ レンズホルダ、８ 中間支持部材（レンズホルダ保持機構）、９ 第１板ばね（レンズホルダ保持機構）、１０ 第２板ばね（レンズホルダ保持機構）、１３ 第１可撓性熱伝導部材、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 第２可撓性熱伝導部材、１５ 冷却治具。

Claims (6)

1. レーザ光をレンズにより収束してレーザ加工するレーザ加工機であって、
   加工ヘッドと、
   上記加工ヘッド内に配置され、上記レンズが保持されたレンズホルダと、
   上記レンズに入射される上記レーザ光の光軸方向と平行なｚ軸方向と直交し、かつ互いに直交するｘ軸方向とｙ軸方向とに往復移動可能に上記レンズホルダを上記加工ヘッドに保持するレンズホルダ保持機構と、
   ｘ軸方向に上記レンズホルダを挟んで上記加工ヘッドに装着された第１および第２冷却治具と、
   Ｕ字状に形成され、Ｕ字状の開口をｘ軸方向の一側に向けて、上記第１冷却治具と上記レンズホルダとの間にｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を該第１冷却治具に熱接触状態に接続され、Ｕ字状の他端を該レンズホルダに熱接触状態に接続され、該レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従する第１可撓性熱伝導部材と、
   上記第１可撓性熱伝導部材と同一材料で同一形状に形成され、Ｕ字状の開口をｙ軸方向の一側に向けて、上記第２冷却治具と上記レンズホルダとの間に、該第１可撓性熱伝導部材とｚ軸方向の位置を同じくしてｘｙ平面と平行に配置され、Ｕ字状の一端を該第２冷却治具に熱接触状態に接続され、Ｕ字状の他端を該レンズホルダに熱接触状態に接続され、該レンズホルダのｘ軸方向およびｙ軸方向の移動に対して、Ｕ字状の形状を変形して追従する第２可撓性熱伝導部材と、
   を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
2. 上記第１および第２可撓性熱伝導部材のＵ字状の他端と上記レンズホルダとの接続部が、上記レンズの中心を通るｘ軸上に位置していることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。
3. 上記第１および第２可撓性熱伝導部材は、それぞれ、多数枚の金属箔テープを積層して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工機。
4. 上記第１および第２可撓性熱伝導部材は、それぞれ、金属素線を編み込んで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工機。
5. 上記第１および第２可撓性熱伝導部材は、それぞれ、熱伝導性ゴムにより構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工機。
6. レンズホルダ保持機構は、ｙ軸方向に上記レンズホルダを挟んで相対して、かつｘ軸方向と平行に配置された一対の中間支持部材と、上記レンズホルダと上記一対の中間支持部材とのそれぞれの間に、ｘ軸方向に離間して、かつｙ軸方向と平行に配置され、それぞれ、両端を上記中間支持部材と該レンズホルダとに固定され、該レンズホルダのｘ軸方向の変位に応じて弾性変形し、該中間支持部材との固定点を支点としてｘ軸方向に湾曲する４つの第１支持板ばねと、上記一対の中間支持部材のそれぞれのｘ軸方向の両側に、該中間支持部材とｘ軸方向に１列に並んで配置され、それぞれ、両端を該中間支持部材と上記加工ヘッドとに固定され、該加工ヘッドとの固定点を支点としてｙ軸方向に湾曲する４つの第２支持板ばねと、を備え、
   上記第１および第２支持板ばねは、同一材料を用いて、同一形状に作製され、
   上記中間支持部材、上記第１支持板ばね、および第２支持板ばねが、上記レンズの中心を通るｘｚ平面およびｙｚ平面に対して対称な位置関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ加工機。

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