JPH04309486A - レーザ加工ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工機に備え
たレーザ加工ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工機に備えたレーザ加工
ヘッド装置としては、３次元加工を行なうために、レー
ザ加工ヘッドに設けたレーザノズルが、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ
軸方向に回動あるいは昇降する構成となっていて、それ
ぞれを駆動する駆動部材がレーザ加工ヘッドに設けられ
ている。また、レーザ加工ヘッドに装着されたレーザノ
ズルよりレーザ光をワークに照射して熱切断加工が行な
われるか、この際、冷却水とアシストガスも同時に噴射
する構成となっていて、冷却水とアシストガスの給排用
配管がレーザ加工ヘッドに設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレーザ加工機に備えたレーザ加工ヘッド装置は、Ａ
軸、Ｂ軸、Ｃ軸方向へ回動あるいは昇降させたために複
雑な機構が設けられていて、更に、この複雑な機構に加
えて冷却水とアシストガスの給排用の配管が設けられて
いる。このため、部品点数が多く頻繁に保守点検を必要
とし、生産性の向上とコストの低減を図ることができな
いという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、上記問題点を改善する
ため、レーザ加工ヘッド装置の構成を簡略化しコンパク
トにまとめて、部品点数を減少させて保守点検を簡略化
し、コストの低減を図ったレーザ加工ヘッド装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、レーザヘッドにレーザノズルを上下位
置調節自在に支承してなるレーザ加工ヘッド装置にして
、レーザ加工ヘッドのヘッドハウジング内に、レーザノ
ズルを支持するノズルホルダを上下動自在に設け、上記
ヘッドハウジング内に回転自在に支承された螺子部材の
螺子部に係合した係合部を備えた複数の昇降部材を上下
動自在に設けると共に各昇降部材を前記ノズルホルダに
連結して設けてレーザ加工ヘッド装置を構成した。

【０００６】また、この発明は、上記昇降部材はレーザ
ノズルへの流体の給排を行なう給排管とノズルホルダを
上下動するパイプ部材とを兼ねてレーザ加工ヘッド装置
を構成した。

【０００７】

【作用】この発明のレーザ加工ヘッド装置を採用するこ
とにより、ノズルホルダに連結された複数本の昇降部材
の係合部に設けた螺子に、螺子部材の螺子部が螺合され
、螺子部材はヘッドハウジング内に回動自在に支承され
ている。このため、螺子部材を回動させると、この螺子
部材に螺合した昇降部材は上下に移動自在となり、昇降
部材が連結したノズルホルダはヘッドハウジング内を上
下に移動し、ノズルホルダに設けたレーザノズルとワー
クとの間隙調節がなされる。

【０００８】また、前記昇降部材をパイプ部材となし、
レーザノズルの流体（例えば冷却水、アシストガス等）
の給排用として兼用される。

【０００９】而して、レーザ加工ヘッド装置をコンパク
ト化し、部品点数を減少させ保守点検を簡略化して、コ
ストの低減が図られる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１１】図３，図４および図５を参照するに、レー
ザ加工機１は上部より見てＴ形状を成し、Ｘ軸方向（図
３において図面に直交した方向、図４および図５におい
て左右方向）に延伸し、かつＹ軸方向（図３において左
右方向、図４において図面に直交した方向、図５におい
て上方向）へ延伸し一体的に成形された例えば箱状のベ
ース３が設けられている。

【００１２】Ｘ軸方向に延伸したベース３上には、ワー
クＷを支持するパレット５がＸ軸向へ移動自在に設けら
れ、Ｙ軸方向に延伸したベース３上に支柱７が立設され
ている。この支柱７は前面側支柱７ａと両側面側支柱７
ｂとで構成され、支柱７の上部には上部支持板９が一体
的に設けられている。この上部支持板９の下面にレール
１１が垂下して設けられ、レール１１には図示を省略し
たが摺動部材である例えばＬＭガイドを介してレーザ発
振器１３が垂下し、Ｙ軸方向へ図示を省略したが駆動源
である例えば電動機等より回転伝達部材を介して移動自
在に設けられている。なお、レーザ発振器１３は図１の
図中に示されているように、実線で示す前進限の位置よ
り点線で示す位置まで後退自在となる。

【００１３】前記レーザ発振器１３にはレーザビーム管
１５が接続されていて、レーザビーム管１５の先端（図
３において右側）にレーザ加工ヘッド１７を支持する加
工ヘッド支持ブロック１９が装着されている。前記レー
ザ加工管１５は前面側支柱７ａに設けた軸受２１内に挿
入され、レーザビーム管１５に沿って設けたレール２３
に摺動部材２５である例えばＬＭガイド等を介して前記
軸受２１に支持されている。なお、レーザビーム管１５
の材質としては、先端に設けたレーザ加工ヘッド１７に
撓み等の変位がないよう、剛性が高く軽い材質が要求さ
れ、例えばカーボンファイバ等で形成されている。

【００１４】上記構成により、レーザ発振器１３にレー
ザビーム管１５が固着され、レーザビーム管１５の先端
にレーザ加工ヘッド１７が設けられているので、レーザ
加工ヘッド７がＹ軸方向へ移動するとレーザ発振器１３
もＹ軸方向へ共に移動する。

【００１５】前記レーザ加工ヘッド１７は、Ａ軸方向、
Ｂ軸方向に回動すると共に、Ｚ軸方向へにも上下して、
レーザノズル２７によってワークＷに３次元（立体）加
工ができるようになっている。なお、レーザ加工ヘッド
１７の基本的構成および動作は、すでに公知のものと同
様であり詳細な説明を省略するが、レーザ加工ヘッド１
７をＺ軸方向（図３，図４において上下方向、図５にお
いて図面に直交する方向）に移動するには、図示を省略
したが加工ヘッド支持ブロック１９に設けたＺ軸モータ
より回転伝達部材を介してＺ軸方向に設けたボールねじ
２９を回転せしめて、レーザ加工ヘッド１７を上下に移
動する。なお、図３の図中に示されているように実線で
示す上限より点線で示す下限位置に自在に設定すること
ができる。

【００１６】また、レーザ加工ヘッド１７をＡ軸、Ｂ軸
方向の回動する詳細な構成は、図２に示されている。す
なわち、Ａ軸回転体３１は前記加工ヘッド支持ブロック
１９に装着したヘアリング３３を介して回動自在に設け
られていて、Ａ軸回転体３１の下端にレーザ加工ヘッド
本体３５が固着されている。Ａ軸回転体３１の内部に円
筒状の中空円筒体３７がベアリング３９を介して装着さ
れていて、この中空円筒体３７の内部に、レーザビーム
ＬＢが通っている。なお、中空円筒体３７の下端にはベ
ベルギヤ４１ａが形成され、このベベルギヤ４１ａはＢ
軸回転体４３に形成したベベルギヤ４１ｂに噛合されて
いる。

【００１７】Ｂ軸回転体４３は、前記レーザ加工ヘッド
本体３５にベアリング４５を介して回動自在に設けられ
ていて、図示を省略したが電動機等により回転伝達部材
を介してＢ軸回転体４３は回動される。このＢ軸回転体
４３の先端（図２において左側）にＣ軸移動体４７がボ
ルト等により固着されている。なお、レーザビームＬＢ
は、レーザ発振器１３より加工ヘッド支持ブロック１９
内に設けたベンドミラー４９ａにて折曲され、レーザ加
工ヘッド本体３５に設けたベンドミラー４９ｂにより直
角に折曲され、更に、Ｃ軸移動体４７内に設けたベンド
ミラー４９ｃにより直角に折曲され、ワークＷに対して
照射される。

【００１８】上記構成により、Ａ軸回転体３１を回動す
るとレーザ加工ヘッド本体３５は、図２の図中に示すＡ
矢印の方向へ回動し、Ｂ軸回転体４３が回動するとＣ軸
移動体４７は図２の図中に示すＢ矢印の方向へ回動する
。

【００１９】前記Ｃ軸移動体４７には、下部（図２にて
下方）にレーザノズル２７を備え、このレーザノズル２
７は集光レンズ５１を備えた筒体５３を一体的に設け、
四角形状をしたノズルホルダ５５の内面円筒部にバイヨ
ネット部材５７が回動自在に装着されている。バイヨネ
ット部材５７の内周に設けたバイヨネット機構に係脱自
在となる複数の溝５９を備えた前記筒体５３が設けられ
、バイヨネット部材５７を回動するため、ノズルホルダ
５５には例えばドグクラッチ等により係合離脱自在とな
るクラッチ部材６１を備えたベベルギヤ６３ａが回動自
在に設けられ、このベベルギヤ６３ａは前記バイヨネッ
ト部材５７に設けたベベルギヤ６３ｂと噛合されている
。

【００２０】上記構成により、ベベルギヤ６３ａを図外
の駆動源よりクラッチ部材６１を介して回動すると、バ
イヨネット部材５７は回動し、バイヨネット部材５７に
設けた突部５７ａが筒体５３に設けた溝５９に合致した
位置で係止が解除され、筒体５３は下降できる。すなわ
ち、突部５７ａと溝５９が合致した時にレーザノズル２
７をノズルホルダ５５より引抜くことができ、レーザノ
ズル２７の交換が可能となる。

【００２１】前記ノズルホルダ５５はＣ軸移動体４７内
を上下に移動自在に設けられている。すなわち、図１に
詳細が示されているように、ノズルホルダ５５には４隅
に４本の支柱６５が立設され、この支柱６５はパイプ状
をなし、この支柱６５を通って冷却水の給排水とアシス
トガスの給排が行なわれるようになっている。なお、支
柱６５の途中にねじ６７を形成した筒体６９が一体的に
支柱６５に固着されている。

【００２２】前記ねじ６７に螺合するねじ７１を備えた
リング体７３は、中空筒状のリング支持体７５に回動自
在に支承され、リング支持体７５は前記Ｃ軸移動体４７
にねじ７７により一体的に固着されている。リング体７
３の下側（図２において下側）にはベベルギヤ７９ａが
形成され、このベベルギヤ７９ａに噛合するベベルギヤ
７９ｂは、前記Ｃ軸移動体４７に固着した減速機８１の
出力軸８３に係止されていて、減速機８１には駆動源で
あるＣ軸上下用電動機８５連結されている。

【００２３】上記構成により、Ｃ軸上下用電動機８５を
駆動することにより、減速機８１を介してベベルギヤ７
９ｂが回動し、このベヘルギヤ７９ｂに噛合したリング
体７３に形成したベベルギヤ７９ａが回動する。リング
体７３の回動により、リング体７３に形成したねじ７１
が回動し、このねじ７１が螺合したねじ６７を介して筒
体６９は上下に移動可能となり、昇降部材としての筒体
６９が一体化された支柱６５に支承したノズルホルダ５
５が上下に移動することとなる。

【００２４】而して、ノズルホルダ５５の上下移動によ
り、レーザノズル２７の下端とワークＷの表面との距離
を適宜に設定できる。なお、図２の図中に点線で示した
位置は、レーザノズル２７の下降限と、レーザノズル２
７に一体的に設けた集光レンズ５１を備えた筒体５３の
上昇限を示し、また、図１の図中にノズルホルダ５５と
レーザノズル２７の下降限を２点鎖線で示してある。

【００２５】一方、ワークＷを載置するパレッド５は、
図３，図４，図５および図６を参照するに、ベース３の
前面側（図３および図６において右側、図４において前
側、図５において下側）にＸ軸方向にパレット５を支承
するサポートローラ８７である例えばフリーベアリング
が多数配設されている。また、後面側にもサポートロー
ラ８７がキャレッジ８９のＸ軸方向に多数配設され、キ
ャレッジ８９は、前記前面側支柱７ａに一体的に固定さ
れたキャレッジベース９１に摺動部材９３である例えば
ＬＭガイド等を介してＸ軸方向に摺動自在に設けられて
いる。

【００２６】キャレッジ８９をＸ軸方向に摺動させる構
成は、図７を併せて参照するに、モータ９５のフレーム
９７が、キャレッジ８９に固着され、フレーム９７にラ
ジアルベアリング９９とスライドベアリング１０１を介
してモータコア１０３に回転自在に装着されている。こ
のモータコア１０３にはナット部材１０５が一体的に設
けられ、ナット部材１０５にねじ軸１０７（例えばボー
ルねじ等）が螺合してあり、ねじ軸１０７はＸ軸方向に
延伸し、両端は前記キャレッジベース９１の両側に固着
されている。

【００２７】上記構成により、モータ９５を駆動するこ
とにより、ねじ軸１０７が螺合したナット部材１０５が
回転し、ねじ軸１０７上をＸ軸方向の左右へ移動する。 このためキャレッジ８９はＸ軸方向へ移動自在となり、
キャレッジベース９１に設けた摺動部材９３により円滑
に左右移動が行なわれる。

【００２８】キャレッジ８９に設けたサポートローラ８
７上に乗ったパレット５は、キャレッジ８９の両側に設
けたクランプ部材１０９によりクランプされている。な
お、クランプ部材１０９としては、例えば流体圧作動の
シリンダ１１１により押え板１１３を移動させてパレッ
ト５をクランプするものである。

【００２９】上記構成により、パレット５は、サポート
ローラ８７を案内とし円滑にベース３上に載置でき、ベ
ース３上に乗ったパレット５のキャレッジ８９側は、ク
ランプ部材１０９にてクランプされ、モータ９５の駆動
によりパレット５はキャレッジ８９の動きと共にＸ軸方
向へ移動自在となる。なお、移動時のパレット５の前面
側は、ベース３の前面側に設けたサポートローラ８７を
案内として円滑に移動される。

【００３０】上述した以外の附属部材としては、レーザ
加工機１の加工部を覆うカバー１１５が設けられ、天板
部は開閉自在となったいる。また、前記レーザ加工ヘッ
ド１７に設けたレーザノズル２７を交換するレーザノズ
ル交換装置１１７が、前記支柱７の前面側支柱７ａ内に
設けられている。更に、ベース３内には、パレット５上
に載置したワークＷにレーザ加工を行なう際、パレット
５の下部に設けたチップコンベア１１９にて発生したス
クラップを受け、スクラップバケット１２１にスクラッ
プを収納するスクラップ搬送装置１２３が設けられてい
る。

【００３１】上述したごとき構成のレーザ加工機１にお
いて、レーザ加工ヘッド１７に装着したレーザノズル２
７を備えたノズルホルダ５５を、上下方向（Ｃ軸方向）
へ移動させるには、Ｃ軸上下用電動機８５を駆動し低速
機８１を介してリング体７３を回動する。このリング体
７３に設けたねじ７１と螺合する筒体６９は支柱６５に
一体的に固着しているので支柱６５は上下に移動自在と
なる。支柱６５はレーザノズル２７を備えたノズルホル
ダ５５に固着しているので、レーザノズル２７は上下に
移動されることとなり、レーザノズル２７とワークＷと
の間隙が自在に調節でき、最適な間隙に設定することが
できる。

【００３２】更に、前記支柱６５はパイプ形状を成し、
このパイプ内は流体である冷却水とアシストガスの流路
となり、給排が行なわれる。

【００３３】而して、レーザ加工ヘッド１７の構成はコ
ンパクト化でき、部品の点数を減少させて保守点検を簡
略化し生産性の向上とコストの低減を図ることができる
。

【００３４】なお、この発明は前述した実施例に限定さ
れることなく、最適の変更を行なうことにより、その他
の態様で実施し得るものである。

【００３５】

【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、この発明によれば、レーザ加工ヘッドのヘッ
ドハウジングであるＣ軸移動体の内部に回動自在なリン
グ体を設け、このリング体に設けたねじと螺合する昇降
部材である複数の支柱をノズルホルダに固着してある。 このため、リング体を回動することにより昇降部材が上
下に移動でき、レーザノズルを備えたノズルホルダは上
下に移動する。

【００３６】而して、ワークとレーザノズルとの間隙を
最適な寸法に設定できる。

【００３７】また、前記昇降部材はパイプ形状を成し、
このパイプ内は流体（例えば冷却水とアシストガス等）
の通路を兼ねている。

【００３８】このため、レーザ加工のヘッドの構成をコ
ンパクトにして、部品点数を減少させ保守点検を簡略化
し、コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の主要部を示し、図２におけるＩ　矢
視部の拡大斜視図である。

【図２】図３におけるＩＩ矢視部の拡大断面図である。

【図３】この発明を実施する一実施例のレーザ加工機に
して、図４におけるＩＩＩ　−ＩＩＩ線に沿った拡大断
面図である。

【図４】図３における正面図である。

【図５】図４における平面図である。

【図６】図３におけるＶＩ矢視部の拡大断面図である。

【図７】図５におけるＶＩＩ　矢視部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　レーザ加工機 １７　　レーザ加工ヘッド ２７　　レーザノズル ４７　　Ｃ軸移動体（ヘッドハウジング）５５　　ノズ
ルホルダ ６５　　支柱（昇降部材） ６７　　ねじ ６９　　筒体（昇降部材） ７１　　ねじ ７３　　リング体（螺子部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザヘッドにレーザノズルを上下位
   置調節自在に支承してなるレーザ加工ヘッド装置にして
   、レーザ加工ヘッドのヘッドハウジング内に、レーザノ
   ズルを支持するノズルホルダを上下動自在に設け、上記
   ヘッドハウジング内に回転自在に支承された螺子部材の
   螺子部に係合した係合部を備えた複数の昇降部材を上下
   動自在に設けると共に各昇降部材を前記ノズルホルダに
   連結して設けてなることを特徴とするレーザ加工ヘッド
   装置。
2. 【請求項２】　　上記昇降部材はレーザノズルへの流体
   の給排を行なう給排管とノズルホルダを上下動するパイ
   プ部材とを兼ねた構成であることを特徴とする請求項１
   記載のレーザ加工ヘッド装置。