JPH08243776A - レーザー加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー加工時に布などの被加工物の表面に
凸凹があってもレーザービームが照射される部分を平坦
に保持してレーザービームの合焦位置と被加工物の表面
とを一致させる。 【構成】 所定の移動データに基づいてＸ，Ｙ方向へ移
動制御される保持枠と、この保持枠に保持された被加工
物３４に対するレーザー加工が可能なレーザーヘッド４
０とを備えたレーザー加工機において、前記レーザーヘ
ッド４０の下端部には、レーザー加工時に前記被加工物
３４の表面におけるレーザービームの照射箇所の周りを
所定の荷重で押さえる押え部６０が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば刺繍機における
枠駆動用のデータを利用して布などの被加工物をＸ，Ｙ
両方向へ移動制御しつつ、この被加工物にレーザーヘッ
ドからレーザービームを照射することによって被加工物
をカットしたり彫刻を施したりするレーザー加工機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特公平６−３３５５０号公
報にはレーザー加工機能を備えた刺繍機の技術が開示さ
れている。つまりこの公報の技術では、所定の被加工物
（布）が保持された保持枠（刺繍枠）をその移動データ
によってＸ，Ｙ両方向へ移動制御しつつ、前記布の表面
へレーザーヘッドからレーザービームを照射することに
より、この布をカットすることが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記レーザーヘッドと
被加工物（布）の表面との間には、このレーザーヘッド
から照射されるレーザービームの合焦位置、あるいは布
の取り替え作業に要するスペースなどの関係から所定の
距離をもたせている。このためレーザーカット時におい
ても前記布はその厚み方向に関して何ら拘束されないこ
ととなり、この布の性状などによって表面に凸凹がある
ような場合にはレーザービームの合焦位置が布の表面と
一致しない箇所が生じ、うまくカットできないことにな
る。また刺繍枠に布をセットする仕様には、この刺繍枠
に張られた保持シートの上に布を置くだけの場合、ある
いは剥離の容易な接着剤で接着する場合などがあるが、
いずれの場合でも布が保持シートから部分的に浮き上が
ることがあり、これによってもレーザービームの合焦位
置と布の表面とが一致しないこととなる。なおレーザー
ビームの合焦位置は、前記布の厚みが変わる度に前記レ
ーザーヘッドの高さを変えるなどして調整する必要があ
る。

【０００４】本発明が解決しようとする一つの課題は、
レーザー加工時に布などの被加工物の表面におけるレー
ザービームの照射箇所の周りを押え部によって押さえる
ことにより、この被加工物の表面に凸凹があってもレー
ザービームが照射される部分を平坦に保持してレーザー
ビームの合焦位置と被加工物の表面とを一致させること
である。本発明が解決しようとする他の一つの課題は、
被加工物の表面を押え部で押さえた状態でのレーザービ
ームの合焦位置を、この被加工物の厚みの変化にかかわ
らず、その表面と一致させることで、被加工物の厚みが
変わる毎にレーザービームの合焦位置を調整する手間を
省くことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー加工機
はつぎのように構成されている。請求項１記載の発明
は、所定の移動データに基づいてＸ，Ｙ両方向へ移動制
御される保持枠と、この保持枠に保持された被加工物に
対するレーザー加工が可能なレーザーヘッドとを備えた
レーザー加工機において、前記レーザーヘッドの下端部
には、レーザー加工時に前記被加工物の表面におけるレ
ーザービームの照射箇所の周りを所定の荷重で押さえる
押え部が設けられている。請求項２記載の発明は、請求
項１記載のレーザー加工機において、レーザーヘッドは
レーザー加工時に前記被加工物の表面に接近した位置へ
下降させることが可能な保護筒を備え、この保護筒の下
端部に押え部が設けられているとともに、同じくこの保
護筒の内部にレーザービーム用のレンズが組込まれてい
る。

【０００６】

【作用】請求項１記載の発明によれば、前記被加工物の
表面においてレーザー加工時に前記レーザーヘッドから
のレーザービームの照射を受ける箇所の周りが前記押え
部によって所定の荷重で押さえられるので、この被加工
物の性状などによってその表面に凸凹があってもレーザ
ービームが照射される部分は平坦に保持される。この結
果、予め調整されたレーザービームの合焦位置と被加工
物の表面とが適正に一致することとなり、カットなどの
レーザー加工が適正に行われる。請求項２記載の発明に
おいては、レーザー加工時に前記保護筒が下降すること
により、この保護筒の下端部に設けられている前記押え
部によって被加工物の表面が所定の荷重で押さえられ
る。しかもこの保護筒の内部には前記レンズが組込まれ
ているので、このレンズと前記押え部によって押さえら
れた被加工物の表面との間の距離は常に一定となる。し
たがってレーザービームの合焦位置が、被加工物の厚み
が変わっても常にその表面と一致することとなる。

【０００７】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。 実施例１ 図１はレーザー加工機の全体を表した斜視図である。こ
の図面で示すようにテーブル１０の上方に位置している
フレーム１４の前面にはレーザーヘッド４０が設けられ
ている。またテーブル１０の上面には、後述する被加工
物（布や皮革など）を保持可能な保持体としての刺繍枠
１６が、刺繍縫いのための枠駆動用データ（移動デー
タ）を利用してＸ，Ｙ両方向へ移動制御可能に設けられ
ている。なおレーザーヘッド４０の下方におけるテーブ
ル１０の上面にはレーザー受板３０が固定されている。

【０００８】図２は前記レーザーヘッド４０とその周辺
部分を拡大して表した正面図、図３は図２の側面図、図
４は図３の断面図である。これらの図面から明らかなよ
うに前記フレーム１４の前面に固定されたブラケット１
８の下部には、支持ブラケット２０が複数本のネジ２１
によって取付けられている。そして前記レーザーヘッド
４０は、支持ブラケット２０に取付けられた支持ブロッ
ク４２と、この支持ブロック４２に対して上下に貫通し
て設けられた筒体４４と、この筒体４４の下端部に結合
されたレンズ固定筒４６と、このレンズ固定筒４６の外
周に昇降可能に取付けられた保護筒５０とを備えてい
る。

【０００９】前記支持ブロック４２は図４からも明らか
なように前記支持ブラケット２０に対して一本の支持ピ
ン２２により、その軸線回りの回動調整可能に支持され
ているとともに、この回動調整後に二本のロックボルト
２４を締付けることで支持ブロック４２を支持ブラケッ
ト２０に固定している。一方、前記筒体４４は支持ブロ
ック４２に対して上下にスライド可能であり、この筒体
４４の上端部に固定されたプレート４５には調整ボルト
２６がその先端を前記支持ブロック４２の上面に当接さ
せた状態でねじ込まれている。したがってこの調整ボル
ト２６のねじ込み量に応じて支持ブロック４２に対する
前記筒体４４の高さが調整される。この高さ調整後に前
記支持ブロック４２にねじ込まれている二本のロックボ
ルト２５を締付け、かつロックナットによりロックする
ことによって前記筒体４４が支持ブロック４２に固定さ
れる。

【００１０】図５は図２の一部を拡大して表した断面図
である。この図面からも明らかなように前記レンズ固定
筒４６は前記筒体４４の下端部外周に対し、ねじ結合に
よって連結されている。そして筒体４４の下端とレンズ
固定筒４６の内周段部との間にレーザービーム集光用の
レンズ４７が保持されている。したがってこのレンズ４
７は前記調整ボルト２６のねじ込み量によってその高さ
が調整され、結果的にレーザービームの合焦位置が調整
される。前記保護筒５０は透明な合成樹脂材などで形成
されているとともに、その上端部外周にはストッパーリ
ング５４が固定されている。また前記保護筒５０の下端
部には、下面が球面形状をした押え部６０が保護筒５０
の下端部内周に対し、ねじ結合によって連結されてい
る。この押え部６０も保護筒５０と同様に透明な合成樹
脂材などで形成されており、かつ球面形状の下面中心に
はレーザービームを通過させるための透孔６２が形成さ
れている。

【００１１】前記保護筒５０のストッパーリング５４は
図３，４で示すように昇降アーム７４の環形状の先端部
で下側から支えられており、かつこの昇降アーム７４の
先端部下面と保護筒５０の外周段部との間にはコイルス
プリング７６を介在させている。このコイルスプリング
７６の弾性により、保護筒５０は前記昇降アーム７４に
対して常に下方へ付勢されている。図２，３で示すよう
に前記支持ブロック４２の側面に固定されたブラケット
７２には、エアシリンダ７０がそのロッド７１を下向き
に突出させた姿勢で取付けられている。そしてこのロッ
ド７１の下端部には前記昇降アーム７４の基端部が結合
されている。したがってこのエアシリンダ７０の駆動に
より、前記保護筒５０は前記押え部６０と共に図２の仮
想線で示す上昇位置（退避位置）と実線で示す下降位置
（使用位置）との間を移動することとなる。

【００１２】さて図２の実線及び図５で示すように前記
保護筒５０を使用位置に下降させた状態での前記押え部
６０は、刺繍枠１６に保持されている布などの被加工物
３４における前記レーザー受板３０の上面に位置する部
分に当接している。すなわちこのときの前記昇降アーム
７４は、前記ストッパーリング５４から下方へ少し離れ
た位置にあって前記コイルスプリング７６を圧縮してい
る。したがってこのコイルスプリング７６の弾性力によ
って前記押え部６０が被加工物３４の表面に押付けられ
ており、被加工物３４は押え部６０の前記透孔６２の周
囲（つまりレーザービームの照射箇所の周り）が所定の
荷重で押さえられることとなる。なお前記コイルスプリ
ング７６を廃止して前記保護筒５０及び押え部６０の自
重により、被加工物３４の表面を押え部６０で押さえる
ようにしてもよい。

【００１３】図５から明らかなように前記保護筒５０に
おける下端部寄りの側壁にはエア孔５２が形成されてい
て、ここにはエアパイプ５６の一端が接続されている。
このエアパイプ５６の他端は図示外のエア供給源に接続
され、前記エア孔５２から保護筒５０の内部にエアの吹
き込みが行えるようになっている。また図３，４で示す
ように前記レーザーヘッド４０の後方部には、前記フレ
ーム１４の下面からレーザーヘッド４０に向けて延びる
パイプ６６が配置されている。このパイプ６６の先端部
には吸引ノズル６４が接続され、かつパイプ６６の後端
部は前記フレーム１４の中に配管されたダクト６８に接
続されている。なおこのダクト６８は図示外の吸引ブロ
アに接続されてレーザーヘッド４０の下端周辺の空気を
吸引できるようになっている。

【００１４】前記レーザーヘッド４０の上方にはビーム
案内体８０が配置されている。このビーム案内体８０
は、図３，４で示すように前記ブラケット１８に固定さ
れたミラー支持ブロック８２と、これに接続された二本
の案内管８６，８７とを備えている。そして一方の案内
管８６はミラー支持ブロック８２から下向きに延び、そ
の先端部はレーザーヘッド４０における前記筒体４４の
上端開口部に挿入されているとともに、他方の案内管８
７はミラー支持ブロック８２から後方向へ延びている。
前記の両案内管８６，８７が挿入されているミラー支持
ブロック８２の孔はその内部で直交しており、この直交
箇所には内側にミラー８８を備えた保持板８９がこのミ
ラー８８の傾き調整可能に取付けられている。またミラ
ー支持ブロック８２の前面側には、前記保持板８９がミ
ラー支持ブロック８２から万一外れた場合にレーザービ
ームから作業者を保護するための保護カバー８４が取付
けられている。

【００１５】さらに図１で示すように、前記レーザーヘ
ッド４０の後方位置にはレーザー発振器１００が前後方
向に向けて配置されている。このレーザー発振器１００
はレーザービームを連続的に照射できるガスレーザー
（ＣＯ₂ レーザー）を用いた形式のもので、その照射ノ
ズル（図示外）から照射されるレーザービームは前記フ
レーム１４の上面に固定された導管１０６を通じて前記
ビーム案内体８０の案内管８７に導かれるようになって
いる。そしてビーム案内体８０に入ったレーザービーム
は前記ミラー８８に当たってレーザーヘッド４０の筒体
４４内に導かれ、前記レンズ４７を通過してその合焦位
置で前記被加工物３４をレーザー加工（カットなど）す
ることができる。

【００１６】なお前記レーザー発振器１００は、図１で
示すように前記フレーム１４に固定された支持フレーム
１０２と前記テーブル１０の後端部に固定された支持フ
レーム１０３とによって水平に支持された支持板１０４
の上面に載せて固定されている。またテーブル１０の下
方にはチラーボックス１０８が設けられていて、このチ
ラーボックス１０８とレーザー発振器１００との間には
冷却水を循環させるためのパイプ（図示外）が配管され
ている。さらに図１で示すように前記導管１０６におい
てレーザー発振器１００に近い側の端部にはレーザービ
ームの遮断が可能な遮断装置１１０が設けられている。
この遮断装置１１０は、レーザー発振器１００の誤動作
によってレーザービームが誤って照射された場合の安全
対策として設けたもので、レーザービームの照射指令が
出されていないときには図示外のラッチングソレノイド
等の作動によって前記導管１０６の通路を遮断する構成
となっている。

【００１７】図１において前記フレーム１４の右側前面
には操作パネルボックス１１８が設けられている。図６
に前記操作パネルボックス１１８が拡大して示されてい
る。この図面から明らかなように操作パネルボックス１
１８はレーザーヘッド４０のコントロールパネル１２０
を備えているとともに、その他に刺繍データを利用して
構成されたレーザー加工のためのデータを入力するため
のフロッピーディスクドライブ装置や加工データの編集
装置などを内蔵している。前記コントロールパネル１２
０には、レーザービームのパワー調整時などにおいてレ
ーザービームの照射を指令するテストスイッチ１２２、
レーザービーム照射時のパワーを調整するアップ・ダウ
ンスイッチ１２３，１２４、レーザービームのパワーを
表示する表示部１２６、及び前記レーザーヘッド４０の
保護筒５０を昇降させるために前記エアシリンダ７０の
駆動を指令する昇降スイッチ１２５がその他のスイッチ
類と共に設けられている。

【００１８】前記構成のレーザー加工機において、その
メインスイッチ（図示外）をオンにすると前記レーザー
発振器１００及びチラーボックス１０８の電源が入り、
このレーザー発振器１００の予熱が開始されるとともに
チラーボックス１０８からレーザー発振器１００への冷
却水の循環が開始される。そこでレーザー発振器１００
から照射されるレーザービームの各種調整について説明
する。

【００１９】レーザービームの位置調整について １．前記コントロールパネル１２０の昇降スイッチ１２
５によって前記保護筒５０を前記の退避位置から使用位
置に下降させる。 ２．コントロールパネル１２０の前記テストスイッチ１
２２とアップスイッチ１２３とを一瞬だけ同時に押す。
これによりテストモードとなって極低レベルのレーザー
ビームが所定の時間照射される。 ３．レーザービームが前記レーザー受板３０の孔３２の
中心を通っているか否かを確認し、レーザービームがず
れている場合は前記筒体４４の傾き調整あるいは前記ミ
ラー８８の傾き調整を行う。

【００２０】レーザービームのパワー調整について 前記１〜３の操作を行った後、 ４．前記コントロールパネル１２０のテストスイッチ１
２２を押すと、その間だけレーザービームが照射される
ので、前記レーザー受板３０の上に試験用布を置いてレ
ーザービームによるカットの具合を調べる。レーザービ
ームはテストスイッチ１２２とアップスイッチ１２３と
を同時に押し続けることで徐々にパワーアップし、テス
トスイッチ１２２とダウンスイッチ１２４とを同時に押
し続けることで徐々にパワーダウンする。

【００２１】合焦位置の調整について 前記１〜４の操作を行った後、 ５．レーザーヘッド４０における筒体４４の高さを前記
調整ボルト２６によって変え、前記レンズ４７の合焦位
置を調整する。なお被加工物３４によってはレンズ４７
を焦点距離の異なるものと取り替えた方がよい場合もあ
り、その場合はレーザーヘッド４０そのものを前記ブラ
ケット１８から外し、焦点距離の異なるレンズを備えた
別のレーザーヘッドと交換すればよい。

【００２２】つづいて布などの被加工物３４を所定のパ
ターンにしたがってレーザー加工（カット）する場合に
ついて説明する。このレーザー加工の開始に際しては、
まず前記保護筒５０がすでに説明したように使用位置ま
で下降し、これに伴って前記押え部６０が前記刺繍枠１
６に保持されている被加工物３４の表面を押さえる。こ
こで前記レーザーヘッド４０からレーザービームの照射
が開始されると同時に前記刺繍枠１６がその移動データ
に基づいて移動制御され、被加工物３４が前記パターン
にしたがってカットされる。このレーザーカット中は前
記エアパイプ５６を通じて保護筒５０の内部へエアが吹
き込まれているとともに、前記吸引ノズル６４によって
エアが吸引されている。この保護筒５０の内部へ吹き込
まれるエアにより、レーザービームによって被加工物３
４が焦がされるときに発生する炎が吹き消され、かつ煙
は前記吸引ノズル６４で吸引され、前記ダクト６８を通
じて排出される。

【００２３】またレーザーカット時の被加工物３４は、
レーザーヘッド４０からのレーザービームの照射を受け
る箇所の周りが前記押え部６０によって常に押さえられ
ているので、仮にこの被加工物３４の表面に凸凹があっ
てもレーザービームが照射される部分は平坦にされた状
態でカットされる。したがって被加工物３４の表面は常
にレーザービームの合焦位置と一致し、レーザーカット
が適正に行われる。なお本実施例においては前記押え部
６０が保護筒５０に結合された構成としたが、この保護
筒５０とは無関係に押え部６０を単独もしくはその専用
リテーナと共に昇降動作可能としてレーザーカット時に
被加工物３４の表面を押さえる構成としてもよい。

【００２４】実施例２ 図７は実施例２のレーザーヘッド４０とその周辺部分を
表した正面図、図８は図７を側面から見た断面図、図９
はレーザー加工（カット）時におけるレーザーヘッド４
０の一部を拡大して表した断面図である。これらの図面
から明らかなように本実施例では、レーザーヘッド４０
の保護筒９０にレーザービーム集光用のレンズ４７が保
持されている。すなわちこの実施例２においては、筒体
４４の外周面に沿って昇降可能に設けられた案内筒９１
の下端部に保護筒９０がねじ結合によって取付けられ、
この案内筒９１と保護筒９０との結合箇所に前記レンズ
４７が固定されている。また保護筒９０の下端部には、
実施例１の場合と同様に押え部６０が結合されている。

【００２５】前記案内筒９１の外周にはストッパーリン
グ９４が固定されていて、このストッパーリング９４は
図７で示すようにエアシリンダ７０のロッド７１に固定
された昇降アーム７４の先端部で下側から支えられてい
るとともに、この昇降アーム７４の先端部下面と保護筒
９０の外周段部との間にはコイルスプリング７６を介在
させている。したがってこのエアシリンダ７０の駆動に
よって前記案内筒９１が昇降動作し、結果的には前記保
護筒９０及び押え部６０が図７の仮想線で示す退避位置
と実線で示す使用位置との間を移動する。そして前記保
護筒９０を使用位置に下降させた状態での前記押え部６
０は、例えば図９で示すように被加工物３４の表面に当
接しており、このときの前記昇降アーム７４は実施例１
の場合と同様にストッパーリング９４から下方へ離れた
位置にあって前記コイルスプリング７６を圧縮してい
る。このため前記押え部６０はコイルスプリング７６の
弾性力によって被加工物３４の表面を所定の荷重で押さ
えつけている。

【００２６】なお図９で示すように前記保護筒９０の側
壁における上下二箇所には、その周方向に約９０°の間
隔をもってエア孔９２，９３がそれぞれ形成されてい
て、一方のエア孔９２には吸引ブロアに通じるエアパイ
プ９６が接続され、他方のエア孔９３には送風ブロアに
通じるエアパイプ９７が接続されている。そこでレーザ
ーカット時には前記エア孔９３から保護筒９０の内部に
吹き込まれるエアの流れによって前記レンズ４７の汚れ
が防止され、レーザーカット時に生じる煙はエア孔９２
から吸い出される。ただしこのエア孔９２と吸引ブロア
に通じるエアパイプ９６との構成は、実施例１の吸引ノ
ズル６４とパイプ６６との構成に代えてもよい。

【００２７】さてこの実施例２においては、前記保護筒
９０を使用位置に下降させて前記押え部６０によって被
加工物３４の表面を押さえつけたとき、この保護筒９０
の内部に組込まれている前記レンズ４７と押え部６０に
よって押さえられている被加工物３４の表面との間の距
離は常に一定となる。したがってレーザー受板３０の上
面から被加工物３４の表面までの距離が異なっても、レ
ーザーヘッド４０から照射されるレーザービームの合焦
位置は被加工物３４の表面と一致する。例えば図９
（Ａ）で示すようにレーザー受板３０の上に被加工物３
４のみが位置している場合、あるいは図９（Ｂ）で示す
ようにレーザー受板３０の上にレーザー加工を行わない
布など３６を介して被加工物３４が位置している場合の
いずれにおいても、レーザービームの合焦位置を調整す
ることなく、被加工物３４のみを適正にレーザー加工す
ることができる。なお実施例２において前記の実施例１
と同一もしくは均等構成と考えられる部材には、図面に
同一符号を付して重複する説明は省略する。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、布などの被加工物の表面に凸
凹がある場合でもレーザービームが照射される部分は平
坦に保持されるので、レーザービームの合焦位置と被加
工物の表面とが適正に一致してレーザー加工が適正に行
われる。また押え部によって押さえられた被加工物の表
面とレンズとの距離が常に一定となる構成の場合は、被
加工物の厚みが変わってもレーザービームの合焦位置は
常に被加工物の表面と一致するため、被加工物の厚みが
変わる毎にレーザービームの合焦位置を調整する手間が
省ける。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザー加工機全体を表した斜視図である。

【図２】レーザーヘッドとその周辺部分を拡大して表し
た正面図である。

【図３】図２の側面図である。

【図４】図３の断面図である。

【図５】図２の一部を拡大して表した断面図である。

【図６】操作パネルボックスを拡大して表した構成図で
ある。

【図７】実施例２のレーザーヘッドとその周辺部分を表
した正面図である。

【図８】図７を側面から見た断面図である。

【図９】レーザー加工時のレーザーヘッドの一部を拡大
して表した断面図である。

【符号の説明】

１６ 保持枠（刺繍枠） ３４ 被加工物 ４０ レーザーヘッド ４７ レンズ ６０ 押え部 ９０ 保護筒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の移動データに基づいてＸ，Ｙ両方
   向へ移動制御される保持枠と、この保持枠に保持された
   被加工物に対するレーザー加工が可能なレーザーヘッド
   とを備えたレーザー加工機において、 前記レーザーヘッドの下端部には、レーザー加工時に前
   記被加工物の表面におけるレーザービームの照射箇所の
   周りを所定の荷重で押さえる押え部が設けられているこ
   とを特徴としたレーザー加工機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレーザー加工機におい
   て、レーザーヘッドはレーザー加工時に前記被加工物の
   表面に接近した位置へ下降させることが可能な保護筒を
   備え、この保護筒の下端部に押え部が設けられていると
   ともに、同じくこの保護筒の内部にレーザービーム用の
   レンズが組込まれていることを特徴としたレーザー加工
   機。