レーザ切断装置
【課題】掃除作業用の空間を広く確保しながらコンパクトに構成したレーザ切断装置を提供すること。
【解決手段】金属板などのワークＷを挟んで上方に加工ヘッド２を、下方には加工台４が配置され、集光レンズ１１を備えた加工ヘッド２からアシストガスを噴射するノズル１３を通してレーザ光Ｌを照射するようにしたものであって、加工台４を上下方向に昇降させる昇降手段３１と、加工台４を横方向に移動させる横移動手段３６とを有するレーザ切断装置１。
【解決手段】金属板などのワークＷを挟んで上方に加工ヘッド２を、下方には加工台４が配置され、集光レンズ１１を備えた加工ヘッド２からアシストガスを噴射するノズル１３を通してレーザ光Ｌを照射するようにしたものであって、加工台４を上下方向に昇降させる昇降手段３１と、加工台４を横方向に移動させる横移動手段３６とを有するレーザ切断装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄金属板などのワークを上の加工ヘッドと下のアンダーカップで上下から挟み込んで切断加工するレーザ切断装置に関し、特にアンダーカップ側を移動して加工ヘッドの掃除作業を行うようにしたレーザ切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断装置は、極薄金属板のワークに対して集光したレーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴射して高精度・高品質な微細切断を行う加工装置である。図１１は、従来のレーザ切断装置の一部を示した断面図であり、ワークＷを挟んで上方には加工ヘッド１０１が、下方には加工台１０２が配置されている。
【０００３】
加工ヘッド１０１は、レーザ発振器１０５から反射ミラー１０６を介してレーザ光Ｌが上から下に送られ、集光レンズ１１１によってノズル１１２の先端部分で集光するように構成されている。そして、集光レンズ１１１の下にはアシストガスＡＧが圧力をかけて供給され、加工時にはそのアシストガスＡＧがノズル１１２から被加工物Ｗの加工部位に集中的に吹き付けられる。加工ヘッド１０１の下には加工台１０２が配設され、調整筒１２１の上部に上面に滑り板１２２が固定され、フェルトを付設した加工ヘッド１０１のホルダ１１３との間でワークＷを挟み込むようにしている。
【０００４】
そして、このレーザ切断装置では、ワークＷをＸＹステージにセットするときに、レーザ発振器１０５および反射ミラー１０６を固定したまま加工ヘッド１０１をＺ軸方向に昇降させることができるようになっている。ワークＷはＸＹステージのＮＣ制御装置により、予め設定してある切断データに基づいて制御され、所定の形状にならってレーザによる切断加工が行われる。そして、加工時には、その加工台１０２の中央の孔１２３内を吸引装置１０７よってドロスやスパッタなどを吸引して排出している。
【特許文献１】特開２００２−７９３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうしたレーザ切断装置では、レーザ加工によって生じた溶融物を吹き飛ばし、ドロスやスパッタのワークへの付着を防止している。しかし、完全に除去することは困難であり、ワークＷだけではなくノズル１１２にもスパッタなどが付着してしまうので、レーザ切断装置には、ノズル１１２の目詰まりによる加工不良を防ぐための定期的な掃除作業が必要であった。その際、従来のレーザ切断装置は、加工ヘッド１０１を上昇させて下からノズル１１２内に掃除具をいれるため、掃除作業用の空間を確保するだけのストロークが必要になる。従って、特に加工ヘッド１０１の構成が大きくなってしまったり、加工ヘッド１０１側に昇降手段を設けることで設計変更への制約となっていた。更には、人手による定期的な掃除作業が非常に手間のかかるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、掃除作業用の空間を広く確保しながらコンパクトに構成したレーザ切断装置を提供することを目的とし、更には自動掃除具を設け、ノズルの掃除作業を自動化させたレーザ切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザ切断装置は、金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドを、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドからアシストガスを噴射するノズルを通してレーザ光を照射するようにしたものであって、前記加工台を上下方向に昇降させる昇降手段と、前記加工台を横方向に移動させる横移動手段とを有するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記加工ヘッドのノズルに対し掃除ドリルを差し込むことによって当該ノズルの掃除作業を自動で行う自動掃除具を備え、その自動掃除具は、前記加工台が移動した後に前記加工ヘッドの真下に位置決するように設けられたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記加工台又は、前記加工台及び自動掃除具が架台に対して横移動が可能なスライダに固定され、前記スライダは、前記架台に設けられた横移動用のアクチュエータによって横移動し、前記架台は、昇降用のアクチュエータによって昇降するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記架台は角パイプであって、前記加工台を介して引いたアシストガスを更に当該角パイプを通して排出するようにしたものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記自動掃除具が、上下方向に動作する掃除用アクチュエータに前記掃除ドリルが取り付けられ、前記掃除位置にて前記掃除ドリルを前記ノズルに対して差し込むようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記掃除用アクチュエータには、固定された前記掃除ドリルを覆う案内カバーが弾性部材によって変位可能に取り付けられ、その案内カバーは、前記掃除用アクチュエータの動作によって突き当てられる位置に前記ノズル先端が入り込む位置決め孔が形成され、前記掃除ドリルは、前記ノズルへ突き当てられて変位する前記案内カバーから前記位置決め孔を通って突き出し、前記ノズルに対して差し込まれるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記自動掃除具が、前記掃除用アクチュエータがエアシリンダであって、そのエアシリンダを動作させる作動エアを前記位置決め孔にまで送るための流路が形成され、前記案内カバーには、前記位置決め孔に連通する横孔が形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ワークの下側に位置する加工台を昇降手段と横移動手段とによって、下降させるだけでなく横移動もさせることで加工ヘッドの真下にスペースをつくるようにしたので、掃除作業用の空間を広く確保しつつ、装置全体をコンパクトに構成することができる。更に、自動掃除具を設けることにより、人手によらずノズルの掃除が可能になり、定期的な自動掃除作業を行うことによって長時間の無人運転が可能になる。
また、本発明によれば、加工台と自動掃除具をスライダに対して一体に設け、加工台の移動によって自動掃除具を加工ヘッドの真下に配置させるようにしたので、この点でも装置全体をコンパクトにすることができる。更に、スライダが移動する架台が角パイプであって、そこをアシストガスが流れるようにしたことにより、構成を簡素化することができる。
また、案内カバーの位置決め孔によって確実に掃除ドリルをノズル内に差し込むことができ、確実な掃除作業とともに、極めて細い掃除ドリルの破損を防止することができる。さらに、位置決め孔にエアシリンダを動作させる作動エアを送ることで、アシストガスとぶつかった流れにより、取り除いたスパッタなどを横孔から排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発発明に係るレーザ切断装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、レーザ切断装置の加工部分を示した図である。
レーザ切断装置１は、従来のものと同様に、加工ヘッド２と加工台４とにワークＷが挟み込まれ、加工ヘッド２側から照射されるレーザ光によって切断加工が行えるよう構成されたものである。
【００１２】
加工ヘッド２は、ヘッド側ステージ３に固定され、その下には不図示のワーク用テーブルが設けられている。ワークＷはワーク用テーブルの取付枠に周縁部が保持され、加工可能な状態にセットされる。本実施形態のレーザ切断装置１は、広い範囲を加工する場合には、ワークＷがワーク用テーブルによってＸＹ平面上を移動し、狭い範囲を加工する場合には、ヘッド側ステージ３によって加工ヘッド２がＸＹ平面と平行なＵＶ平面上を移動するよう構成されている。
【００１３】
極薄金属板のワークＷを切断する加工ヘッド２には、不図示のレーザ発振器から光ファイバ５を介してレーザ光Ｌが送られるよう構成されている。これは、移動可能な加工ヘッド２に対し、光ファイバ５によってレーザ光Ｌを確実に送ることができるようにするためである。また、構造を軽量化することで、ヘッド側ステージ３が加工ヘッド２を高速で移動させる際、なるべく移動部分を軽量化させて装置への負荷を減らし、制御による位置精度を高めるようにするためである。
【００１４】
次に、図２は、加工ヘッド２の断面図である。加工ヘッド２は筒状に形成され、光ファイバ５を介して送られたレーザ光Ｌが不図示のコリメートレンズを介して図示するように平行光とし進入する。加工ヘッド２の筒内の途中にはレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１１が筒状のレンズホルダ１２によって保持されている。集光レンズ１１は、このレンズホルダ１２によって光軸方向の位置決めが行われ、レーザ光ＬのワークＷへの焦点位置が調整される。加工ヘッド２の下部には、レーザ光Ｌが集光する部分にノズル１３が設けられている。ノズル１３の先端には６００μｍの径の開口部が形成され、その開口部を通ったレーザ光Ｌの焦点位置での直径が３０μｍ以下でワークＷに照射されるよう構成されている。
【００１５】
本実施形態のレーザ切断装置１は、ワーク用テーブルによる広い範囲の加工や、ヘッド側ステージ３によって行われる狭い範囲の加工の他、さらに微小範囲の加工も可能なものとなっている。すなわち、このレーザ切断装置１では、加工ヘッド２内にピエゾ素子１５が設けられ、集光レンズ１１をレーザ光Ｌの光軸Ｏに対して直交方向に移動させ、その焦点位置を制御できるよう構成されている。円筒形状のピエゾ素子１５は、固定ブロック２１に固定され、他方には集光レンズ１１を保持したレンズホルダ１２が取り付けられている。
【００１６】
また、加工ヘッド２は、ガス継手１４からアシストガスが送り込まれ、ガス流路１６を通ったアシストガスが、ノズル１３からワークＷのレーザ切断部に対して集中的に吹き付けられるよう構成されている。ガス流路１６は、流路部材１７によって構成され、そうした流路部材１７の中心円筒部には、集光レンズ１１側へアシストガスが流れ込まないようにしたレンズカバー１８が保持されている。そして、加工ヘッド２の下端には、ノズル１３を内部に保持した上部ホルダ１９が設けられている。上部ホルダ１９は、レーザ光Ｌが照射されるワーク切断部を上方から押さえるものであり、円筒形状をした内部にノズル１３を配置し、ワークＷと摺接する下面側には、そのワークＷが摺動し易く且つ傷が付かないようにするための滑り材１９ａが装着されている。
【００１７】
一方、ワークＷの下に配置された加工台４は、上部ホルダ１９と対向するように下部ホルダが設けられ、レーザ光Ｌが照射されるワーク切断部を下方から支えるよう構成されている。ここで、図３は、加工台４側の構造を示した側面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示した加工台の断面図である。
【００１８】
この加工台４は、ワークＷの下側でアシストガスを吸引することができるように、図４に示すような中空の筒形形状で構成されている。アシストガスはワークＷの切断部を通って加工台４内に流れ込み、真空引きによって角パイプ３０へと引き込まれるようになっている。従って、ワークＷの切断加工に伴って生じるドロスやスパッタなどは、こうしたアシストガスの流れに従って送られ、角パイプ３０を通って排出されるよう構成されている。
【００１９】
加工台４は、そうした角パイプ３０側に取り付けられたベース２１に対して回転可能に調節ナット部材２２が設けられ、その内側に螺合した上下調節管２３の軸方向の位置調整ができるようになっている。スプリング２４が装填された上下調節管２３の上には、下部ホルダ２６が設けられている。この下部ホルダ２６の内部空間には不図示のエアポンプから圧縮エアが供給され、多孔質の燒結金属やセラミックスなどで形成された蓋部材２７から圧縮エアが上方に吹き出すようになっている。これは、蓋部材２７からエアを吹き出してワークＷとの間にエアによる空気層をつくることで、ドロスやスパッタなどをワークＷと下部ホルダ２６との間に噛み込んでしまい、ワークＷを傷付けてしまうことを回避するための構成である。
【００２０】
ところで、レーザ切断装置１は、図１に示すように加工ヘッド２がヘッド側ステージ３に固定され、ＵＶ平面上を移動するよう構成されている。そのため、従来のように加工ヘッド２側を昇降可能にするには、その構造が複雑かつ大掛かりになってしまう。そこで、本実施形態では、加工台４を図１に示す加工位置から移動させ、ワーク用テーブルに対するワークＷの着脱や、ノズル１３の掃除作業を行うスペースを確保することができるよう構成されている。更に、本実施形態のレーザ切断装置１では、加工台４を退避させ、従来は人手で行っていたノズル１３の掃除作業を、自動掃除機構を設けることによって自動で掃除できるよう構成されている。
【００２１】
加工台４は、図３に示すように、水平に配置された長尺な角パイプ３０上に設置され、図面の左右両端に配置された昇降用のエアシリンダ（以下、「昇降用シリンダ」とする）３１によって支持されている。従って、加工台４は、この昇降用シリンダ３１によって角パイプ３０と一体になって昇降し、その高さ位置が調整できるよう構成されている。そして、加工台４は、更にその角パイプ３０に対し、水平方向に移動することができるよう取り付けられている。図５及び図６は、レーザ切断装置１の加工台４側の周辺構造を示した図であり、図５は側面図を、図６は図５のＢ−Ｂ断面図を示している。更に、図９は、図５に対応した図であり、加工ヘッド２のノズルに対する自動掃除状態を示した図である。
【００２２】
加工台４は、スライドプレート３３上に固定され、角パイプ３０の長手方向に沿った移動が可能になっている。角パイプ３０には、その両側面に長手方向に沿ってガイドレール３４が固定され、そのガイドレール３４に対して摺動可能に嵌め合わされスライダ３５とスライドプレート３３とが一体に固定されている。そして、このスライドプレート３３には、角パイプ３０内に設置されたスライド用のエアシリンダ（以下、「スライド用シリンダ」とする）３６が固定されている。スライド用シリンダ３６は、そのピストンロッド３６ａの先端にカップリング３９を介して連結部材３７が固定され、スライドプレート３３を貫いて固定された垂直ロッド３８と連結されている。
【００２３】
従って、スライドプレート３３に固定された加工台４は、図３に示す昇降用シリンダ３１の伸縮作動によって角パイプ３０と一体になって位置を上下動し、スライド用シリンダ３６の伸縮作動によってその位置が角パイプ３０に沿って平行移動するように構成されている。具体的には、加工ヘッド２に対して、図１に示す加工位置から、図９に示すように離間した退避位置まで下方に３５ｍｍ下降し、水平方向（図面右側）に５０ｍｍ移動するよう構成されている。
【００２４】
こうして加工台４が単に下降するだけではなく水平方向にも移動することによって、加工台４を加工ヘッド２から十分に離すことができ、加工ヘッド２の真下に広い空間が確保できることになる。従って、昇降スペースが制限された装置下側であっても、加工ヘッド２の真下にできたスペースを利用することで、従来のように作業者が行うノズル１３の掃除作業が可能になる。
【００２５】
しかし、この点、本実施形態では、加工台４の退避時に加工ヘッド２の真下にできたスペースに自動掃除具６を配置し、ノズル１３の掃除を自動で行うことができるよう構成されている。そこで、スライドプレート３３には加工ヘッド２の他に、自動掃除具６が取り付けられている。この自動掃除具６は、駆動手段としてエアシリンダを備え、スライドプレート３３を貫いた当該シリンダ部分が、ブラケット４０によって直立状態でスライドプレート３３に固定されている。
【００２６】
図７は、自動掃除具６を示した断面図であり、特に図５に示す非作業状態を示している。自動掃除具６は、前述したように、掃除用のエアシリンダ（以下、「掃除用シリンダ」とする）４１によって構成されている。掃除用シリンダ４１は、シリンダチューブ４２の下端にはヘッドカバー４３が固定され、ピストンロッド４６が突き出した上端側にはロッドカバー４４が固定されている。ヘッドカバー４３及びロッドカバー４４には、それぞれ作動エアを給排気するエア継手４７，４８がポートに取り付けられている。
【００２７】
ピストンロッド４６は中空パイプであり、その下端側にピストン４５が差し込まれるようにして一体に形成されている。そして、そのピストン４５にも軸心に孔が形成され、ヘッドカバー４３から供給された作動エアが、孔を通ってピストンロッド４６から吹き抜けるようになっている。また、ロッドカバー４４内には、ピストンロッド４６の摺動部をシールするＯリング４９が装填され、シリンダチューブ４２を気密にしている。ただし、このＯリング４９は比較的柔らかいゴムで形成され、ピストンロッド４６の傾きが許容できるように構成されている。
【００２８】
更に、掃除用シリンダ４１には、そのピストンロッド４６先端に掃除ヘッド５０が固定されている。その掃除ヘッド５０は、ピストンロッド４６の先端にドリルホルダ５１が螺設され、更に案内カバー５２が上から被せられている。案内カバー５２内にはドリルホルダ５１との間にスプリング５３が入れられ、案内カバー５２が軸方向に変位するよう構成されている。なお、案内カバー５２は、側面に長孔５２ａが形成され、その中にボルト５４がドリルホルダ５１に螺設されて抜け止めになっている。
【００２９】
ドリルホルダ５１は、ピストンロッド４６へ螺設して一体になるが、その際、図示するようにドリルホルダ５１内には掃除ドリル５５を保持したコマ５６が入れられ、掃除ドリル５５がドリルホルダ５１から突き出るようにして取り付けられる。ここで、図８は、ドリルホルダ５１を示した平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。ドリルホルダ５１は、中心を通って十字にスリット５１ａが所定の深さで形成されている。一方、ピストンロッド４６の先端にも複数箇所にスリット４６ａが形成され、コマ５６の周りにもドリルホルダ５１との間にも隙間が空くように形成されている。従って、ヘッドカバー４３側から供給される作動エアは、中空のピストンロッド４６内を流れ、その先端のスリット４６ａからコマ５６周りの隙間、更にはドリルホルダ５１のスリット５１ａを通って案内カバー５２内に吹き出すようになっている。
【００３０】
案内カバー５２には、その上端の中心に、加工ヘッド２のノズル１３先端が嵌め合わされるようにした位置決め孔５２ｂが形成されている。位置決め孔５２ｂは、ノズル１３先端が入り込む大きさのテーパ面が上部に形成され、下側部分は掃除ドリル５５が自由に上下することができる大きさの孔になっている。ところで、中空のピストンロッド４６から案内カバー５２内へと流れた掃除用シリンダ４１の作動エアは、この位置決め孔５２ｂから上方に吹き出るように流れる。しかし、ノズル１３からも下方にアシストガスが流されるため、位置決め孔５２ｂ内には横孔５２ｃが形成され、掃除されたスパッタなどを排出できるようになっている。
【００３１】
続いて、こうした本実施形態のレーザ切断装置１による切断加工では、先ず、図５に示すように加工ヘッド２に対して加工台４が下がった位置に待機し、その状態で不図示のワーク用テーブルに対してワークＷが装着される。そして、昇降用シリンダ３１（図３参照）が伸びて角パイプ３０に搭載された加工台４が上昇し、図１に示すように、加工ヘッド２と加工台４とによってワークＷが挟み込まれる。
【００３２】
そこで、広い範囲の切断加工を行う場合には、予め設定された切断データに基づいてワーク用テーブルが作動する。従って、ワークＷ自体が移動し、加工ヘッド２から照射されるレーザ光Ｌによって所定の切断加工が行われる。このとき、加工ヘッド２では、光ファイバ５を介して送られたレーザ光Ｌが不図示のコリメートレンズを介して図示するように平行光となって進入する。そして、集光レンズ１１によって集光したレーザ光Ｌは、ノズル１３の開口部を通ってワークＷに照射される。
【００３３】
切断部分では、レーザ光Ｌの入熱によりワークＷが局部的かつ瞬間的に溶融する。そして、このとき加工ヘッド２内には、継手１４からアシストガスが高圧力で供給されている。このアシストガスは、ガス流路１６を通ってレンズカバー１８の下部空間へ流れ、ノズル１３によって絞られてワークＷの切断部位に集中的に吹き付けられる。ワークＷの下に位置する加工台４（図４参照）では、角パイプ３０を介して吸引しているため、ワークＷの切断に伴って生じるドロスなどの溶融物は、アシストガスの流れによって角パイプ３０側へと流れて排出される。
【００３４】
一方、より狭い範囲の切断加工では、ワーク用テーブルの停止によって位置決めされたワークＷに対し、ヘッド側ステージ３（図１）を作動させて加工ヘッド２が移動する。そして、その加工ヘッド２からは、同様にレーザ光Ｌが照射され、ワークＷに所定の切断加工が行われる。
【００３５】
更に、このレーザ切断装置１では、より微小な孔あけ加工などが可能である。それには、ワークＷと加工ヘッド２を共に停止した状態で位置決めし、加工ヘッド２内のピエゾ素子１５の電極に電圧を印加してレーザ光Ｌの焦点位置を移動させる。このとき、レンズホルダ１２に保持された集光レンズ１１は、ピエゾ素子１５によって光軸Ｏに対して直交方向に動かされ、それに伴ってノズル１３先端の直径６００μｍの範囲内で直径３０μｍ以下のレーザ光Ｌの焦点が移動し、所定形状の微小孔が形成される。
【００３６】
レーザ切断装置１では、レーザ加工が終了すると、ワーク用テーブルからワークＷが取り外され、更には定期的に加工ヘッド２のノズル１３に対する掃除作業が行われる。本実施形態では、前述したように自動掃除具６が設けられ、不図示のコントローラによって自動掃除作業が制御される。ノズル１３に対するスパッタなどの付着は、レーザ切断装置１の使用頻度によって異なる。従って、例えば使用時間を計測し、設定時間を超えた加工作業の終了後に自動掃除を実行するようにしてもよい。また、一日の使用時間が設定時間を超えないような場合には、装置の起動時に自動掃除作業を行うなど、指定したタイミングで実行するようにしてもよい。
【００３７】
自動掃除作業では、先ず、加工台４が加工ヘッド２から離されるとともに、その加工ヘッド２に対して掃除可能な位置に自動掃除具６が配置される。それには、図１に示す加工状態から昇降用シリンダ３１が収縮して角パイプ３０に搭載された加工台４と自動掃除具６が下降し、図５に示すように加工ヘッド２から離間する。そして、加工台４及び自動掃除具６が角パイプ３０上で水平方向に移動し、図９に示すように、加工ヘッド２の下の配置が加工台４から自動掃除具６へと入れ替わることになる。
【００３８】
加工台４及び自動掃除具６の水平方向の移動は、スライド用シリンダ３６（図５参照）に作動エアが送り込まれて伸長し、そのピストンロッド３６ａに連結されたカップリング３９や垂直ロッド３８などを介してスライドプレート３３が移動することで実行される。そして、こうした動作により自動掃除具６が加工ヘッド２の真下に配置され、掃除用シリンダ４１の伸長によって掃除ヘッド５０が上昇し、内部の掃除ドリル５５によってノズル１３の掃除が行われる。ここで、図１０は、ノズル１３に対する掃除状態を示した自動掃除具６の断面図である。
【００３９】
掃除作業では、掃除用シリンダ４１のヘッド側から作動エアが供給され、加圧されたピストン４５が上昇することによってピストンロッド４６が上方に伸びる。そして、ピストンロッド４６先端の掃除ヘッド５０が、加工ヘッド２のノズル１３へと突き当てられることになる。その際、掃除ヘッド５０は、ノズル１３へと突き当てられるまでは図７に示すような状態で上昇する。そして、案内カバー５２の位置決め孔５２ｂ内にノズル１３先端が嵌り込むようにして当たる。このとき、ノズル１３と掃除用シリンダ４１の軸心にずれが生じていたとしても、ノズル１３先端が位置決め孔５２ｂに嵌り込むことによって芯合わせが自然に行われる。その際、Ｏリング４９が比較的柔らかいゴムで形成されているため、Ｏリング４９が変形することでピストンロッド４６の多少の傾きは許容される。
【００４０】
その後、更に掃除用シリンダ４１が伸びると、案内カバー５２はそれ以上上昇できないが、内部のドリルホルダ５１がスプリング５３を押し縮めながら案内カバー５２に当たる位置まで上昇する。従って、それまでは案内カバー５２内に収められていた掃除ドリル５５が位置決め孔５２ｂから突き出され、図１０に示すようにノズル１３内へと差し込まれる。ノズル１３の開口は直径が０．６ｍｍ程度であり、そこに直径０．５ｍｍの掃除ドリル５５が入り込み、ノズル１３の開口部に付着したスパッタなどを掃除ドリル５５が削り取る。
【００４１】
こうした掃除作業時には、加工ヘッド２からは切断加工時と同じようにアシストガスが送り込まれ、ノズル１３内に吹き込まれている。従って、削り取られたスパッタなどは、そのアシストガスによって吹き飛ばされて、ノズル１３から下へと送り出される。一方、掃除用シリンダ４１の伸長作動によって行われる掃除作業では、ピストン４５を加圧するエア継手４７からの作動エアが、ピストン４５の中心孔からピストンロッド４６内へと流れ、スリット４６ａからコマ５６の周りの隙間、そしてドリルホルダ５１のスリット５１ａを通って案内カバー５２の位置決め孔５２ｂ内に吹き出される。従って、この位置決め孔５２ｂでアシストガスと作動エアとがぶつかり合い、横孔５２ｃへの流れとなって削り取ったスパッタなども、その横孔５２ｃから排出される。
【００４２】
そして、ノズル１３の掃除後は、掃除用シリンダ４１のロッド側から作動エアが供給され、加圧されたピストン４５が加工してピストンロッド４６が下方に縮められる。そのため、掃除ヘッド５０では、スプリング５３が伸びて案内カバー５２に対してドリルホルダ５１が相対的に下降して掃除ドリル５５がノズル１３から抜き取られ、案内カバー５２内に収められる。
【００４３】
よって、本実施形態のレーザ切断装置１によれば、ワークＷの交換などに当たって加工台４側を移動させるようにしたため、加工ヘッド２側の構造を軽量化することで、加工ヘッド２側を移動させたレーザ切断加工の高速制御を可能にし、また位置精度を高めることが可能になった。また、加工台４側を移動させる場合には、ノズル１３を掃除するため加工ヘッド２の下にある程度のスペースが必要になるが、下降移動と水平移動を組み合わせる構成にしたことで、そのスペースを確保することができた。そして、このような構成によって必要以上に装置を大型化することなく、むしろ加工ヘッド２側の移動機構を無くしたことでレーザ切断装置１をコンパクトにすることができた。
【００４４】
また、レーザ切断装置１では、前述したように加工ヘッド２の下にスペースを確保したとで、作業者が掃除具を使用したノズル１３の掃除作業を可能にしているが、更に本実施形態では、自動掃除具６を備えることによって人手によらずノズル１３の掃除が可能になった。従って、定期的に自動掃除作業を行うことにより、長時間の無人運転が可能になった。
【００４５】
自動掃除においては、開口の直径が０．６ｍｍ程度のノズル１３に対し、直径０．５ｍｍの掃除ドリル５５が差し込まれる。従って、両者がほぼ同軸上に位置していなければ、掃除ドリル５５が差し込まれる際に引っ掛かって折れてしまう。その点、本実施形態では、ノズル１３が位置決め孔５２に嵌り込むことによって、ノズル１３と掃除ドリル５５が同軸上に位置するため、掃除ドリル５５の破損を防ぐことが可能になっている。そして、ノズル１３に従って掃除ヘッド５０側が移動するが、その掃除ヘッド５０が固定されたピストンロッド４６の傾きをＯリング４９が変形して許容する構成によって可能にしている。
【００４６】
また、自動掃除具６では、掃除用シリンダ４１を操作する作動エアとノズル１３側からのアシストガスとをぶつけ、削り取ったスパッタなどを横孔５２ｃから排出するようにしているので、例えば、スパッタなどが掃除ヘッド５０に蓄積されて動作不良を引き起こすようなことが回避できる。
【００４７】
以上、本発明に係るレーザ切断装置について実施形態を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、加工台４と自動掃除具６を一体に移動させるようにしたが、自動掃除具６と加工台４とを別機構によって移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態のレーザ切断装置について、その加工部分を示した図である。
【図２】実施形態のレーザ切断装置について、その加工ヘッドを示した断面図である。
【図３】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の構造を示した側面図である。
【図４】実施形態のレーザ切断装置について、図３のＡ−Ａ断面を示した加工台の断面図である。
【図５】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した側面図である。
【図６】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】実施形態のレーザ切断装置について、自動掃除具を示した断面図である。
【図８】ドリルホルダを示した平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図９】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した自動掃除状態の側面図である。
【図１０】ノズルに対する掃除状態を示した自動掃除具の断面図である。
【図１１】従来のレーザ切断装置の一部を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ レーザ切断装置
２ 加工ヘッド
３ ヘッド側ステージ
４ 加工台
５ 光ファイバ
６ 自動掃除具
１１ 集光レンズ
１３ ノズル
１５ ピエゾ素子
３０ 角パイプ
３１ 昇降用シリンダ
３３ スライドプレート
３６ スライド用シリンダ
４１ 掃除用シリンダ
４６ ピストンロッド
５０ 掃除ヘッド
Ｌ レーザ光
Ｏ 光軸
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄金属板などのワークを上の加工ヘッドと下のアンダーカップで上下から挟み込んで切断加工するレーザ切断装置に関し、特にアンダーカップ側を移動して加工ヘッドの掃除作業を行うようにしたレーザ切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断装置は、極薄金属板のワークに対して集光したレーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴射して高精度・高品質な微細切断を行う加工装置である。図１１は、従来のレーザ切断装置の一部を示した断面図であり、ワークＷを挟んで上方には加工ヘッド１０１が、下方には加工台１０２が配置されている。
【０００３】
加工ヘッド１０１は、レーザ発振器１０５から反射ミラー１０６を介してレーザ光Ｌが上から下に送られ、集光レンズ１１１によってノズル１１２の先端部分で集光するように構成されている。そして、集光レンズ１１１の下にはアシストガスＡＧが圧力をかけて供給され、加工時にはそのアシストガスＡＧがノズル１１２から被加工物Ｗの加工部位に集中的に吹き付けられる。加工ヘッド１０１の下には加工台１０２が配設され、調整筒１２１の上部に上面に滑り板１２２が固定され、フェルトを付設した加工ヘッド１０１のホルダ１１３との間でワークＷを挟み込むようにしている。
【０００４】
そして、このレーザ切断装置では、ワークＷをＸＹステージにセットするときに、レーザ発振器１０５および反射ミラー１０６を固定したまま加工ヘッド１０１をＺ軸方向に昇降させることができるようになっている。ワークＷはＸＹステージのＮＣ制御装置により、予め設定してある切断データに基づいて制御され、所定の形状にならってレーザによる切断加工が行われる。そして、加工時には、その加工台１０２の中央の孔１２３内を吸引装置１０７よってドロスやスパッタなどを吸引して排出している。
【特許文献１】特開２００２−７９３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうしたレーザ切断装置では、レーザ加工によって生じた溶融物を吹き飛ばし、ドロスやスパッタのワークへの付着を防止している。しかし、完全に除去することは困難であり、ワークＷだけではなくノズル１１２にもスパッタなどが付着してしまうので、レーザ切断装置には、ノズル１１２の目詰まりによる加工不良を防ぐための定期的な掃除作業が必要であった。その際、従来のレーザ切断装置は、加工ヘッド１０１を上昇させて下からノズル１１２内に掃除具をいれるため、掃除作業用の空間を確保するだけのストロークが必要になる。従って、特に加工ヘッド１０１の構成が大きくなってしまったり、加工ヘッド１０１側に昇降手段を設けることで設計変更への制約となっていた。更には、人手による定期的な掃除作業が非常に手間のかかるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、掃除作業用の空間を広く確保しながらコンパクトに構成したレーザ切断装置を提供することを目的とし、更には自動掃除具を設け、ノズルの掃除作業を自動化させたレーザ切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザ切断装置は、金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドを、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドからアシストガスを噴射するノズルを通してレーザ光を照射するようにしたものであって、前記加工台を上下方向に昇降させる昇降手段と、前記加工台を横方向に移動させる横移動手段とを有するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記加工ヘッドのノズルに対し掃除ドリルを差し込むことによって当該ノズルの掃除作業を自動で行う自動掃除具を備え、その自動掃除具は、前記加工台が移動した後に前記加工ヘッドの真下に位置決するように設けられたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記加工台又は、前記加工台及び自動掃除具が架台に対して横移動が可能なスライダに固定され、前記スライダは、前記架台に設けられた横移動用のアクチュエータによって横移動し、前記架台は、昇降用のアクチュエータによって昇降するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記架台は角パイプであって、前記加工台を介して引いたアシストガスを更に当該角パイプを通して排出するようにしたものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記自動掃除具が、上下方向に動作する掃除用アクチュエータに前記掃除ドリルが取り付けられ、前記掃除位置にて前記掃除ドリルを前記ノズルに対して差し込むようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記掃除用アクチュエータには、固定された前記掃除ドリルを覆う案内カバーが弾性部材によって変位可能に取り付けられ、その案内カバーは、前記掃除用アクチュエータの動作によって突き当てられる位置に前記ノズル先端が入り込む位置決め孔が形成され、前記掃除ドリルは、前記ノズルへ突き当てられて変位する前記案内カバーから前記位置決め孔を通って突き出し、前記ノズルに対して差し込まれるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ切断装置は、前記自動掃除具が、前記掃除用アクチュエータがエアシリンダであって、そのエアシリンダを動作させる作動エアを前記位置決め孔にまで送るための流路が形成され、前記案内カバーには、前記位置決め孔に連通する横孔が形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ワークの下側に位置する加工台を昇降手段と横移動手段とによって、下降させるだけでなく横移動もさせることで加工ヘッドの真下にスペースをつくるようにしたので、掃除作業用の空間を広く確保しつつ、装置全体をコンパクトに構成することができる。更に、自動掃除具を設けることにより、人手によらずノズルの掃除が可能になり、定期的な自動掃除作業を行うことによって長時間の無人運転が可能になる。
また、本発明によれば、加工台と自動掃除具をスライダに対して一体に設け、加工台の移動によって自動掃除具を加工ヘッドの真下に配置させるようにしたので、この点でも装置全体をコンパクトにすることができる。更に、スライダが移動する架台が角パイプであって、そこをアシストガスが流れるようにしたことにより、構成を簡素化することができる。
また、案内カバーの位置決め孔によって確実に掃除ドリルをノズル内に差し込むことができ、確実な掃除作業とともに、極めて細い掃除ドリルの破損を防止することができる。さらに、位置決め孔にエアシリンダを動作させる作動エアを送ることで、アシストガスとぶつかった流れにより、取り除いたスパッタなどを横孔から排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発発明に係るレーザ切断装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、レーザ切断装置の加工部分を示した図である。
レーザ切断装置１は、従来のものと同様に、加工ヘッド２と加工台４とにワークＷが挟み込まれ、加工ヘッド２側から照射されるレーザ光によって切断加工が行えるよう構成されたものである。
【００１２】
加工ヘッド２は、ヘッド側ステージ３に固定され、その下には不図示のワーク用テーブルが設けられている。ワークＷはワーク用テーブルの取付枠に周縁部が保持され、加工可能な状態にセットされる。本実施形態のレーザ切断装置１は、広い範囲を加工する場合には、ワークＷがワーク用テーブルによってＸＹ平面上を移動し、狭い範囲を加工する場合には、ヘッド側ステージ３によって加工ヘッド２がＸＹ平面と平行なＵＶ平面上を移動するよう構成されている。
【００１３】
極薄金属板のワークＷを切断する加工ヘッド２には、不図示のレーザ発振器から光ファイバ５を介してレーザ光Ｌが送られるよう構成されている。これは、移動可能な加工ヘッド２に対し、光ファイバ５によってレーザ光Ｌを確実に送ることができるようにするためである。また、構造を軽量化することで、ヘッド側ステージ３が加工ヘッド２を高速で移動させる際、なるべく移動部分を軽量化させて装置への負荷を減らし、制御による位置精度を高めるようにするためである。
【００１４】
次に、図２は、加工ヘッド２の断面図である。加工ヘッド２は筒状に形成され、光ファイバ５を介して送られたレーザ光Ｌが不図示のコリメートレンズを介して図示するように平行光とし進入する。加工ヘッド２の筒内の途中にはレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１１が筒状のレンズホルダ１２によって保持されている。集光レンズ１１は、このレンズホルダ１２によって光軸方向の位置決めが行われ、レーザ光ＬのワークＷへの焦点位置が調整される。加工ヘッド２の下部には、レーザ光Ｌが集光する部分にノズル１３が設けられている。ノズル１３の先端には６００μｍの径の開口部が形成され、その開口部を通ったレーザ光Ｌの焦点位置での直径が３０μｍ以下でワークＷに照射されるよう構成されている。
【００１５】
本実施形態のレーザ切断装置１は、ワーク用テーブルによる広い範囲の加工や、ヘッド側ステージ３によって行われる狭い範囲の加工の他、さらに微小範囲の加工も可能なものとなっている。すなわち、このレーザ切断装置１では、加工ヘッド２内にピエゾ素子１５が設けられ、集光レンズ１１をレーザ光Ｌの光軸Ｏに対して直交方向に移動させ、その焦点位置を制御できるよう構成されている。円筒形状のピエゾ素子１５は、固定ブロック２１に固定され、他方には集光レンズ１１を保持したレンズホルダ１２が取り付けられている。
【００１６】
また、加工ヘッド２は、ガス継手１４からアシストガスが送り込まれ、ガス流路１６を通ったアシストガスが、ノズル１３からワークＷのレーザ切断部に対して集中的に吹き付けられるよう構成されている。ガス流路１６は、流路部材１７によって構成され、そうした流路部材１７の中心円筒部には、集光レンズ１１側へアシストガスが流れ込まないようにしたレンズカバー１８が保持されている。そして、加工ヘッド２の下端には、ノズル１３を内部に保持した上部ホルダ１９が設けられている。上部ホルダ１９は、レーザ光Ｌが照射されるワーク切断部を上方から押さえるものであり、円筒形状をした内部にノズル１３を配置し、ワークＷと摺接する下面側には、そのワークＷが摺動し易く且つ傷が付かないようにするための滑り材１９ａが装着されている。
【００１７】
一方、ワークＷの下に配置された加工台４は、上部ホルダ１９と対向するように下部ホルダが設けられ、レーザ光Ｌが照射されるワーク切断部を下方から支えるよう構成されている。ここで、図３は、加工台４側の構造を示した側面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示した加工台の断面図である。
【００１８】
この加工台４は、ワークＷの下側でアシストガスを吸引することができるように、図４に示すような中空の筒形形状で構成されている。アシストガスはワークＷの切断部を通って加工台４内に流れ込み、真空引きによって角パイプ３０へと引き込まれるようになっている。従って、ワークＷの切断加工に伴って生じるドロスやスパッタなどは、こうしたアシストガスの流れに従って送られ、角パイプ３０を通って排出されるよう構成されている。
【００１９】
加工台４は、そうした角パイプ３０側に取り付けられたベース２１に対して回転可能に調節ナット部材２２が設けられ、その内側に螺合した上下調節管２３の軸方向の位置調整ができるようになっている。スプリング２４が装填された上下調節管２３の上には、下部ホルダ２６が設けられている。この下部ホルダ２６の内部空間には不図示のエアポンプから圧縮エアが供給され、多孔質の燒結金属やセラミックスなどで形成された蓋部材２７から圧縮エアが上方に吹き出すようになっている。これは、蓋部材２７からエアを吹き出してワークＷとの間にエアによる空気層をつくることで、ドロスやスパッタなどをワークＷと下部ホルダ２６との間に噛み込んでしまい、ワークＷを傷付けてしまうことを回避するための構成である。
【００２０】
ところで、レーザ切断装置１は、図１に示すように加工ヘッド２がヘッド側ステージ３に固定され、ＵＶ平面上を移動するよう構成されている。そのため、従来のように加工ヘッド２側を昇降可能にするには、その構造が複雑かつ大掛かりになってしまう。そこで、本実施形態では、加工台４を図１に示す加工位置から移動させ、ワーク用テーブルに対するワークＷの着脱や、ノズル１３の掃除作業を行うスペースを確保することができるよう構成されている。更に、本実施形態のレーザ切断装置１では、加工台４を退避させ、従来は人手で行っていたノズル１３の掃除作業を、自動掃除機構を設けることによって自動で掃除できるよう構成されている。
【００２１】
加工台４は、図３に示すように、水平に配置された長尺な角パイプ３０上に設置され、図面の左右両端に配置された昇降用のエアシリンダ（以下、「昇降用シリンダ」とする）３１によって支持されている。従って、加工台４は、この昇降用シリンダ３１によって角パイプ３０と一体になって昇降し、その高さ位置が調整できるよう構成されている。そして、加工台４は、更にその角パイプ３０に対し、水平方向に移動することができるよう取り付けられている。図５及び図６は、レーザ切断装置１の加工台４側の周辺構造を示した図であり、図５は側面図を、図６は図５のＢ−Ｂ断面図を示している。更に、図９は、図５に対応した図であり、加工ヘッド２のノズルに対する自動掃除状態を示した図である。
【００２２】
加工台４は、スライドプレート３３上に固定され、角パイプ３０の長手方向に沿った移動が可能になっている。角パイプ３０には、その両側面に長手方向に沿ってガイドレール３４が固定され、そのガイドレール３４に対して摺動可能に嵌め合わされスライダ３５とスライドプレート３３とが一体に固定されている。そして、このスライドプレート３３には、角パイプ３０内に設置されたスライド用のエアシリンダ（以下、「スライド用シリンダ」とする）３６が固定されている。スライド用シリンダ３６は、そのピストンロッド３６ａの先端にカップリング３９を介して連結部材３７が固定され、スライドプレート３３を貫いて固定された垂直ロッド３８と連結されている。
【００２３】
従って、スライドプレート３３に固定された加工台４は、図３に示す昇降用シリンダ３１の伸縮作動によって角パイプ３０と一体になって位置を上下動し、スライド用シリンダ３６の伸縮作動によってその位置が角パイプ３０に沿って平行移動するように構成されている。具体的には、加工ヘッド２に対して、図１に示す加工位置から、図９に示すように離間した退避位置まで下方に３５ｍｍ下降し、水平方向（図面右側）に５０ｍｍ移動するよう構成されている。
【００２４】
こうして加工台４が単に下降するだけではなく水平方向にも移動することによって、加工台４を加工ヘッド２から十分に離すことができ、加工ヘッド２の真下に広い空間が確保できることになる。従って、昇降スペースが制限された装置下側であっても、加工ヘッド２の真下にできたスペースを利用することで、従来のように作業者が行うノズル１３の掃除作業が可能になる。
【００２５】
しかし、この点、本実施形態では、加工台４の退避時に加工ヘッド２の真下にできたスペースに自動掃除具６を配置し、ノズル１３の掃除を自動で行うことができるよう構成されている。そこで、スライドプレート３３には加工ヘッド２の他に、自動掃除具６が取り付けられている。この自動掃除具６は、駆動手段としてエアシリンダを備え、スライドプレート３３を貫いた当該シリンダ部分が、ブラケット４０によって直立状態でスライドプレート３３に固定されている。
【００２６】
図７は、自動掃除具６を示した断面図であり、特に図５に示す非作業状態を示している。自動掃除具６は、前述したように、掃除用のエアシリンダ（以下、「掃除用シリンダ」とする）４１によって構成されている。掃除用シリンダ４１は、シリンダチューブ４２の下端にはヘッドカバー４３が固定され、ピストンロッド４６が突き出した上端側にはロッドカバー４４が固定されている。ヘッドカバー４３及びロッドカバー４４には、それぞれ作動エアを給排気するエア継手４７，４８がポートに取り付けられている。
【００２７】
ピストンロッド４６は中空パイプであり、その下端側にピストン４５が差し込まれるようにして一体に形成されている。そして、そのピストン４５にも軸心に孔が形成され、ヘッドカバー４３から供給された作動エアが、孔を通ってピストンロッド４６から吹き抜けるようになっている。また、ロッドカバー４４内には、ピストンロッド４６の摺動部をシールするＯリング４９が装填され、シリンダチューブ４２を気密にしている。ただし、このＯリング４９は比較的柔らかいゴムで形成され、ピストンロッド４６の傾きが許容できるように構成されている。
【００２８】
更に、掃除用シリンダ４１には、そのピストンロッド４６先端に掃除ヘッド５０が固定されている。その掃除ヘッド５０は、ピストンロッド４６の先端にドリルホルダ５１が螺設され、更に案内カバー５２が上から被せられている。案内カバー５２内にはドリルホルダ５１との間にスプリング５３が入れられ、案内カバー５２が軸方向に変位するよう構成されている。なお、案内カバー５２は、側面に長孔５２ａが形成され、その中にボルト５４がドリルホルダ５１に螺設されて抜け止めになっている。
【００２９】
ドリルホルダ５１は、ピストンロッド４６へ螺設して一体になるが、その際、図示するようにドリルホルダ５１内には掃除ドリル５５を保持したコマ５６が入れられ、掃除ドリル５５がドリルホルダ５１から突き出るようにして取り付けられる。ここで、図８は、ドリルホルダ５１を示した平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。ドリルホルダ５１は、中心を通って十字にスリット５１ａが所定の深さで形成されている。一方、ピストンロッド４６の先端にも複数箇所にスリット４６ａが形成され、コマ５６の周りにもドリルホルダ５１との間にも隙間が空くように形成されている。従って、ヘッドカバー４３側から供給される作動エアは、中空のピストンロッド４６内を流れ、その先端のスリット４６ａからコマ５６周りの隙間、更にはドリルホルダ５１のスリット５１ａを通って案内カバー５２内に吹き出すようになっている。
【００３０】
案内カバー５２には、その上端の中心に、加工ヘッド２のノズル１３先端が嵌め合わされるようにした位置決め孔５２ｂが形成されている。位置決め孔５２ｂは、ノズル１３先端が入り込む大きさのテーパ面が上部に形成され、下側部分は掃除ドリル５５が自由に上下することができる大きさの孔になっている。ところで、中空のピストンロッド４６から案内カバー５２内へと流れた掃除用シリンダ４１の作動エアは、この位置決め孔５２ｂから上方に吹き出るように流れる。しかし、ノズル１３からも下方にアシストガスが流されるため、位置決め孔５２ｂ内には横孔５２ｃが形成され、掃除されたスパッタなどを排出できるようになっている。
【００３１】
続いて、こうした本実施形態のレーザ切断装置１による切断加工では、先ず、図５に示すように加工ヘッド２に対して加工台４が下がった位置に待機し、その状態で不図示のワーク用テーブルに対してワークＷが装着される。そして、昇降用シリンダ３１（図３参照）が伸びて角パイプ３０に搭載された加工台４が上昇し、図１に示すように、加工ヘッド２と加工台４とによってワークＷが挟み込まれる。
【００３２】
そこで、広い範囲の切断加工を行う場合には、予め設定された切断データに基づいてワーク用テーブルが作動する。従って、ワークＷ自体が移動し、加工ヘッド２から照射されるレーザ光Ｌによって所定の切断加工が行われる。このとき、加工ヘッド２では、光ファイバ５を介して送られたレーザ光Ｌが不図示のコリメートレンズを介して図示するように平行光となって進入する。そして、集光レンズ１１によって集光したレーザ光Ｌは、ノズル１３の開口部を通ってワークＷに照射される。
【００３３】
切断部分では、レーザ光Ｌの入熱によりワークＷが局部的かつ瞬間的に溶融する。そして、このとき加工ヘッド２内には、継手１４からアシストガスが高圧力で供給されている。このアシストガスは、ガス流路１６を通ってレンズカバー１８の下部空間へ流れ、ノズル１３によって絞られてワークＷの切断部位に集中的に吹き付けられる。ワークＷの下に位置する加工台４（図４参照）では、角パイプ３０を介して吸引しているため、ワークＷの切断に伴って生じるドロスなどの溶融物は、アシストガスの流れによって角パイプ３０側へと流れて排出される。
【００３４】
一方、より狭い範囲の切断加工では、ワーク用テーブルの停止によって位置決めされたワークＷに対し、ヘッド側ステージ３（図１）を作動させて加工ヘッド２が移動する。そして、その加工ヘッド２からは、同様にレーザ光Ｌが照射され、ワークＷに所定の切断加工が行われる。
【００３５】
更に、このレーザ切断装置１では、より微小な孔あけ加工などが可能である。それには、ワークＷと加工ヘッド２を共に停止した状態で位置決めし、加工ヘッド２内のピエゾ素子１５の電極に電圧を印加してレーザ光Ｌの焦点位置を移動させる。このとき、レンズホルダ１２に保持された集光レンズ１１は、ピエゾ素子１５によって光軸Ｏに対して直交方向に動かされ、それに伴ってノズル１３先端の直径６００μｍの範囲内で直径３０μｍ以下のレーザ光Ｌの焦点が移動し、所定形状の微小孔が形成される。
【００３６】
レーザ切断装置１では、レーザ加工が終了すると、ワーク用テーブルからワークＷが取り外され、更には定期的に加工ヘッド２のノズル１３に対する掃除作業が行われる。本実施形態では、前述したように自動掃除具６が設けられ、不図示のコントローラによって自動掃除作業が制御される。ノズル１３に対するスパッタなどの付着は、レーザ切断装置１の使用頻度によって異なる。従って、例えば使用時間を計測し、設定時間を超えた加工作業の終了後に自動掃除を実行するようにしてもよい。また、一日の使用時間が設定時間を超えないような場合には、装置の起動時に自動掃除作業を行うなど、指定したタイミングで実行するようにしてもよい。
【００３７】
自動掃除作業では、先ず、加工台４が加工ヘッド２から離されるとともに、その加工ヘッド２に対して掃除可能な位置に自動掃除具６が配置される。それには、図１に示す加工状態から昇降用シリンダ３１が収縮して角パイプ３０に搭載された加工台４と自動掃除具６が下降し、図５に示すように加工ヘッド２から離間する。そして、加工台４及び自動掃除具６が角パイプ３０上で水平方向に移動し、図９に示すように、加工ヘッド２の下の配置が加工台４から自動掃除具６へと入れ替わることになる。
【００３８】
加工台４及び自動掃除具６の水平方向の移動は、スライド用シリンダ３６（図５参照）に作動エアが送り込まれて伸長し、そのピストンロッド３６ａに連結されたカップリング３９や垂直ロッド３８などを介してスライドプレート３３が移動することで実行される。そして、こうした動作により自動掃除具６が加工ヘッド２の真下に配置され、掃除用シリンダ４１の伸長によって掃除ヘッド５０が上昇し、内部の掃除ドリル５５によってノズル１３の掃除が行われる。ここで、図１０は、ノズル１３に対する掃除状態を示した自動掃除具６の断面図である。
【００３９】
掃除作業では、掃除用シリンダ４１のヘッド側から作動エアが供給され、加圧されたピストン４５が上昇することによってピストンロッド４６が上方に伸びる。そして、ピストンロッド４６先端の掃除ヘッド５０が、加工ヘッド２のノズル１３へと突き当てられることになる。その際、掃除ヘッド５０は、ノズル１３へと突き当てられるまでは図７に示すような状態で上昇する。そして、案内カバー５２の位置決め孔５２ｂ内にノズル１３先端が嵌り込むようにして当たる。このとき、ノズル１３と掃除用シリンダ４１の軸心にずれが生じていたとしても、ノズル１３先端が位置決め孔５２ｂに嵌り込むことによって芯合わせが自然に行われる。その際、Ｏリング４９が比較的柔らかいゴムで形成されているため、Ｏリング４９が変形することでピストンロッド４６の多少の傾きは許容される。
【００４０】
その後、更に掃除用シリンダ４１が伸びると、案内カバー５２はそれ以上上昇できないが、内部のドリルホルダ５１がスプリング５３を押し縮めながら案内カバー５２に当たる位置まで上昇する。従って、それまでは案内カバー５２内に収められていた掃除ドリル５５が位置決め孔５２ｂから突き出され、図１０に示すようにノズル１３内へと差し込まれる。ノズル１３の開口は直径が０．６ｍｍ程度であり、そこに直径０．５ｍｍの掃除ドリル５５が入り込み、ノズル１３の開口部に付着したスパッタなどを掃除ドリル５５が削り取る。
【００４１】
こうした掃除作業時には、加工ヘッド２からは切断加工時と同じようにアシストガスが送り込まれ、ノズル１３内に吹き込まれている。従って、削り取られたスパッタなどは、そのアシストガスによって吹き飛ばされて、ノズル１３から下へと送り出される。一方、掃除用シリンダ４１の伸長作動によって行われる掃除作業では、ピストン４５を加圧するエア継手４７からの作動エアが、ピストン４５の中心孔からピストンロッド４６内へと流れ、スリット４６ａからコマ５６の周りの隙間、そしてドリルホルダ５１のスリット５１ａを通って案内カバー５２の位置決め孔５２ｂ内に吹き出される。従って、この位置決め孔５２ｂでアシストガスと作動エアとがぶつかり合い、横孔５２ｃへの流れとなって削り取ったスパッタなども、その横孔５２ｃから排出される。
【００４２】
そして、ノズル１３の掃除後は、掃除用シリンダ４１のロッド側から作動エアが供給され、加圧されたピストン４５が加工してピストンロッド４６が下方に縮められる。そのため、掃除ヘッド５０では、スプリング５３が伸びて案内カバー５２に対してドリルホルダ５１が相対的に下降して掃除ドリル５５がノズル１３から抜き取られ、案内カバー５２内に収められる。
【００４３】
よって、本実施形態のレーザ切断装置１によれば、ワークＷの交換などに当たって加工台４側を移動させるようにしたため、加工ヘッド２側の構造を軽量化することで、加工ヘッド２側を移動させたレーザ切断加工の高速制御を可能にし、また位置精度を高めることが可能になった。また、加工台４側を移動させる場合には、ノズル１３を掃除するため加工ヘッド２の下にある程度のスペースが必要になるが、下降移動と水平移動を組み合わせる構成にしたことで、そのスペースを確保することができた。そして、このような構成によって必要以上に装置を大型化することなく、むしろ加工ヘッド２側の移動機構を無くしたことでレーザ切断装置１をコンパクトにすることができた。
【００４４】
また、レーザ切断装置１では、前述したように加工ヘッド２の下にスペースを確保したとで、作業者が掃除具を使用したノズル１３の掃除作業を可能にしているが、更に本実施形態では、自動掃除具６を備えることによって人手によらずノズル１３の掃除が可能になった。従って、定期的に自動掃除作業を行うことにより、長時間の無人運転が可能になった。
【００４５】
自動掃除においては、開口の直径が０．６ｍｍ程度のノズル１３に対し、直径０．５ｍｍの掃除ドリル５５が差し込まれる。従って、両者がほぼ同軸上に位置していなければ、掃除ドリル５５が差し込まれる際に引っ掛かって折れてしまう。その点、本実施形態では、ノズル１３が位置決め孔５２に嵌り込むことによって、ノズル１３と掃除ドリル５５が同軸上に位置するため、掃除ドリル５５の破損を防ぐことが可能になっている。そして、ノズル１３に従って掃除ヘッド５０側が移動するが、その掃除ヘッド５０が固定されたピストンロッド４６の傾きをＯリング４９が変形して許容する構成によって可能にしている。
【００４６】
また、自動掃除具６では、掃除用シリンダ４１を操作する作動エアとノズル１３側からのアシストガスとをぶつけ、削り取ったスパッタなどを横孔５２ｃから排出するようにしているので、例えば、スパッタなどが掃除ヘッド５０に蓄積されて動作不良を引き起こすようなことが回避できる。
【００４７】
以上、本発明に係るレーザ切断装置について実施形態を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、加工台４と自動掃除具６を一体に移動させるようにしたが、自動掃除具６と加工台４とを別機構によって移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態のレーザ切断装置について、その加工部分を示した図である。
【図２】実施形態のレーザ切断装置について、その加工ヘッドを示した断面図である。
【図３】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の構造を示した側面図である。
【図４】実施形態のレーザ切断装置について、図３のＡ−Ａ断面を示した加工台の断面図である。
【図５】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した側面図である。
【図６】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】実施形態のレーザ切断装置について、自動掃除具を示した断面図である。
【図８】ドリルホルダを示した平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図９】実施形態のレーザ切断装置について、加工台側の周辺構造を示した自動掃除状態の側面図である。
【図１０】ノズルに対する掃除状態を示した自動掃除具の断面図である。
【図１１】従来のレーザ切断装置の一部を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ レーザ切断装置
２ 加工ヘッド
３ ヘッド側ステージ
４ 加工台
５ 光ファイバ
６ 自動掃除具
１１ 集光レンズ
１３ ノズル
１５ ピエゾ素子
３０ 角パイプ
３１ 昇降用シリンダ
３３ スライドプレート
３６ スライド用シリンダ
４１ 掃除用シリンダ
４６ ピストンロッド
５０ 掃除ヘッド
Ｌ レーザ光
Ｏ 光軸
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドを、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドからアシストガスを噴射するノズルを通してレーザ光を照射するようにしたレーザ切断装置において、
前記加工台を上下方向に昇降させる昇降手段と、前記加工台を横方向に移動させる横移動手段とを有するものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項２】
請求項１に記載するレーザ切断装置において、
前記加工ヘッドのノズルに対し掃除ドリルを差し込むことによって当該ノズルの掃除作業を自動で行う自動掃除具を備え、
その自動掃除具は、前記加工台が移動した後に前記加工ヘッドの真下に位置決するように設けられたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ切断装置において、
前記加工台又は、前記加工台及び自動掃除具は、架台に対して横移動が可能なスライダに固定され、
前記スライダは、前記架台に設けられた横移動用のアクチュエータによって横移動し、
前記架台は、昇降用のアクチュエータによって昇降するようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項４】
請求項３に記載するレーザ切断装置において、
前記架台は角パイプであって、前記加工台を介して引いたアシストガスを更に当該角パイプを通して排出するようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ切断装置において、
前記自動掃除具は、上下方向に動作する掃除用アクチュエータに前記掃除ドリルが取り付けられ、前記掃除位置にて前記掃除ドリルを前記ノズルに対して差し込むようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項６】
請求項５に記載するレーザ切断装置において、
前記掃除用アクチュエータには、固定された前記掃除ドリルを覆う案内カバーが弾性部材によって変位可能に取り付けられ、
その案内カバーは、前記掃除用アクチュエータの動作によって突き当てられる位置に前記ノズル先端が入り込む位置決め孔が形成され、
前記掃除ドリルは、前記ノズルへ突き当てられて変位する前記案内カバーから前記位置決め孔を通って突き出し、前記ノズルに対して差し込まれるようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項７】
請求項６に記載するレーザ切断装置において、
前記自動掃除具は、前記掃除用アクチュエータがエアシリンダであって、そのエアシリンダを動作させる作動エアを前記位置決め孔にまで送るための流路が形成され、前記案内カバーには、前記位置決め孔に連通する横孔が形成されたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項１】
金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドを、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドからアシストガスを噴射するノズルを通してレーザ光を照射するようにしたレーザ切断装置において、
前記加工台を上下方向に昇降させる昇降手段と、前記加工台を横方向に移動させる横移動手段とを有するものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項２】
請求項１に記載するレーザ切断装置において、
前記加工ヘッドのノズルに対し掃除ドリルを差し込むことによって当該ノズルの掃除作業を自動で行う自動掃除具を備え、
その自動掃除具は、前記加工台が移動した後に前記加工ヘッドの真下に位置決するように設けられたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ切断装置において、
前記加工台又は、前記加工台及び自動掃除具は、架台に対して横移動が可能なスライダに固定され、
前記スライダは、前記架台に設けられた横移動用のアクチュエータによって横移動し、
前記架台は、昇降用のアクチュエータによって昇降するようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項４】
請求項３に記載するレーザ切断装置において、
前記架台は角パイプであって、前記加工台を介して引いたアシストガスを更に当該角パイプを通して排出するようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ切断装置において、
前記自動掃除具は、上下方向に動作する掃除用アクチュエータに前記掃除ドリルが取り付けられ、前記掃除位置にて前記掃除ドリルを前記ノズルに対して差し込むようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項６】
請求項５に記載するレーザ切断装置において、
前記掃除用アクチュエータには、固定された前記掃除ドリルを覆う案内カバーが弾性部材によって変位可能に取り付けられ、
その案内カバーは、前記掃除用アクチュエータの動作によって突き当てられる位置に前記ノズル先端が入り込む位置決め孔が形成され、
前記掃除ドリルは、前記ノズルへ突き当てられて変位する前記案内カバーから前記位置決め孔を通って突き出し、前記ノズルに対して差し込まれるようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項７】
請求項６に記載するレーザ切断装置において、
前記自動掃除具は、前記掃除用アクチュエータがエアシリンダであって、そのエアシリンダを動作させる作動エアを前記位置決め孔にまで送るための流路が形成され、前記案内カバーには、前記位置決め孔に連通する横孔が形成されたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−３０７５５６（Ｐ２００８−３０７５５６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５５８７０（Ｐ２００７−１５５８７０）
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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