JPH0719672Y2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、レーザー光の照射によ
り被加工物の金属表面に種々のパターンを描画するレー
ザー加工装置に関するものであり、金属表面に図柄、模
様、マーク、文字等を線や点よりなるパターンで構成し
たり、パターン自体の反射光沢の色合いが入射光の角度
や見る方向によって虹色様に多彩に変化する所謂虹色発
色加工を施す場合等に好適に利用される。

【０００２】

【従来の技術】金属等の表面に図柄、模様、マーク、文
字等を描画する手段として、レーザー光を照射して照射
軌跡に形成される細い溝や凹点によって所要パターンの
の描画を施す方法が汎用されている。また、近年では、
レーザー光の照射面で干渉縞を生じさせ、金属表面に該
レーザー光の干渉縞に対応した微細凹凸を形成すること
により、描画パターン自体を反射光沢の色合いが入射光
の角度や見る方向によって虹色様に多彩に変化するもの
とする、虹色発色加工技術も提案されている（例えば特
開平２−２６３５８９号公報等）。

【０００３】このようなレーザー加工では被加工物表面
に対するレーザー光の照射スポットの位置を複雑に変化
させる必要がある。このために従来では、互いに直交す
るＸ−Ｙの各方向に移動する２つのスライダーを備えた
所謂Ｘ−Ｙテーブルによって被加工物側を移動させた
り、回転軸が互いに直交する２枚の回転反射鏡を組み合
わせた所謂Ｘ−Ｙスキャナーにてレーザー光の光軸を変
位させる手段が採用され、予め制御系にインプットされ
た情報に基づいて上記スライダーの移動や回転反射鏡の
角度変化を有機的に制御して所要の描画を行うようにし
ている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかるに、被加工物が
三次元曲面を有するような立体物である場合、これを水
平Ｘ−Ｙ方向に動作するＸ−Ｙテーブルに載置して側方
からレーザービームを照射して描画を施す構成では、ス
キャン範囲を被加工物表面の上下方向に移動できないこ
とから、該スキャン範囲を上下に変えるために被加工物
の底部に台座等を介在させて高さを調整する必要があ
り、この調整の都度に新たな位置決めを行わねばなら
ず、非常に煩雑な操作が要求されるという問題があっ
た。

【０００５】また、上記Ｘ−Ｙスキャナーによるスキャ
ン範囲を被加工物表面の左右あるいは上下に移動させた
り、加工対象を異なる三次元曲面の被加工物に置き換え
た場合、上記三次元曲面の形状により、スキャン中心の
被加工物表面に対するレーザービームの照射角度が設定
角度（通常は表面に対し垂直）からずれることになり、
これによって照射面でのエネルギー密度及びビームスポ
ット径が変化して描画品質が劣化するという難点があっ
た。特に虹色発色加工では、レーザー光の干渉縞に対応
した微細凹凸を明瞭に形成できず、反射光沢の強度及び
色合いの鮮明度が低下するため、大きな問題となる。

【０００６】本考案は、上述の事情に鑑みて、被加工物
が三次元曲面を有するような立体物であっても、レーザ
ービームのスキャン範囲を容易に被加工物の上下方向に
移動できると共に、該スキャン範囲の上下及び左右方向
の移動や異種の被加工物の置き換えに伴うレーザービー
ムの照射角度のずれを補正できるレーザー加工装置を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案に係るレーザー加工装置の第１は、被加工物
表面に側方からレーザービームを照射するスキャンヘッ
ドが上下に昇降駆動するスライダーに取り付けられると
共に、このスライダーのスライドレール台が支持基体を
介してレーザー装置機枠に取り付けられ、且つ該支持基
体の取付け姿勢をスキャンヘッドによるレーザービーム
左右傾動方向及び俯仰方向に変位させる取付け姿勢調整
手段を備えてなる構成を採用したものである。

【０００８】また本考案に係るレーザー加工装置の第２
は、上記第１の加工装置におけるスライドレール台の支
持基体が上下位置でボルトを介してレーザー装置機枠に
取り付けられ、該支持基体の前後傾動方向又は左右傾動
方向の取付け姿勢調整手段が上下のボルトの螺合部に対
する螺挿度合いにより取付け姿勢を調整するものである
構成を採用したものである。

【０００９】更に本考案に係るレーザー加工装置の第３
は、上記第１又は第２の加工装置におけるスライドレー
ル台の支持基体が上下位置でボルトを介してレーザー装
置機枠に取り付けられ、上下一方のボルトを枢軸として
他方のボルトが該枢軸を中心とする円周方向の長孔を介
して雌ねじ部に螺着され、該支持基体の前後傾動方向又
は左右傾動方向の取付け姿勢調整手段が上記枢軸を中心
として当該支持基体を上記長孔の範囲で回動させるもの
である構成を採用したものである。

【００１０】

【作用】スライダーの駆動によってスキャンヘッドの高
さを任意に設定可能であるから、被加工物側を定位置に
設定した状態でスキャン範囲を該被加工物表面の上下方
向に自動的に移動できる。なお、この時、被加工物表面
の三次元形状によってレーザービームの焦点位置がずれ
る場合は、既存のＸ−Ｙテーブルやレーザービーム側の
Ｚスキャナー等を利用して被加工物表面に対する上記焦
点位置を合わせればよい。

【００１１】しかして、スライドレール台の支持基体の
前後傾動方向及び左右傾動方向の取付け姿勢調整手段を
有するため、該支持基体の姿勢を変化させることによっ
てスキャンヘッドも一体に左右及び前後方向に首振り動
作し、これに伴って被加工物に照射するレーザービーム
の向きが左右及び俯仰方向に変わることになる。従っ
て、スキャン範囲を被加工物表面の左右あるいは上下に
移動させたり、加工対象を異なる三次元曲面の被加工物
に置き換えた場合でも、被加工物の三次元曲面の形状に
対応してスキャン中心の被加工物表面に対するレーザー
ビーム照射角度を常に所定角度に設定でき、もって照射
面でのエネルギー密度及びビームスポット径が変わらず
良好な描画品質が得られ、特に虹色発色加工では強く鮮
明な虹色の反射光沢を実現できる。

【００１２】

【実施例】図１は本考案の一実施例に係るレーザー加工
装置を示す。図中の１は右前面に描画操作盤１ａを有す
ると共に左前面にレーザー操作盤１ｂを備えた加工装置
本体、２は本体１上部の中央前部側に突出状に配置した
スキャンヘッド、３は同後部側に配置して内部に壺の如
き立体形状の被加工物４を収納した密閉容器、５は本体
１の左上部に設置された加工面観察用の画像表示装置、
５ａはその撮像カメラ、５ｂは加工面を照明する投光器
である。

【００１３】図２は同レーザー加工装置における光学系
の構成を示す。図中の６はＹＡＧレーザー等のレーザー
共振器であり、これより出射されたレーザービーム７
は、反射鏡８にて９０°方向転換し、拡大レンズを内蔵
したビームエキスパンダー９にて光軸径を拡大してＺス
キャナー（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｃｕｓ）１０の可動レ
ンズ１０ａを通り、集光レンズ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｂ
ｊｅｃｔｉｖｅ）１１にて収束されＸスキャナー１２及
びＹスキャナー１３の回転反射鏡１２ａ，１３ａにてビ
ーム方向を制御されて被加工物４の表面に照射される。

【００１４】ここで、Ｚスキャナー１０は、Ｘ及びＹス
キャナー１２，１３による所定のスキャン範囲内で、集
光レンズ１１による焦点位置をビーム角度と予め測定し
た被加工物４の曲面形状のデータに応じて加工面上の定
位置に設定する。すなわち、この焦点の定位置は、通常
の加飾加工では被加工物４の表面、虹色発色加工では該
表面に対して上下一方にずれた位置である。

【００１５】なお、レーザービーム７の照射位置におけ
る加工状態は、投光器５ｂにより照らされた被加工物４
の加工面を撮像カメラ５ａにて捉えて画像表示装置５で
画面表示して観察される。またレーザー共振器６の後方
同軸上には、レーザービーム７の可視化と焦点位置の観
察を行うために、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等からなる補助レ
ーザー１４が設置されている。

【００１６】図３〜図５は上記レーザー加工装置のレー
ザー加工部を示す。図中の１５は該加工部の全体を装備
したキャスター１５ａ付きの台車型機枠であり、その下
部にレーザー共振器６が取付けボルト６ａを介して高さ
調整可能に水平に設置され、また該機枠１５に取り付け
た垂直支持板１６に縦型スライドレール台１７が固設さ
れると共に、このスライドレール台１７にはモーター１
８ａの駆動によって昇降するＺテーブル１８が嵌装され
ている。なお、図４の１７ａはスライドレール台１７の
ガイドレール、１８ｂは該ガイドレールレール１７ａに
嵌合したＺテーブル１８の摺動子である。そして、Ｚテ
ーブル１８に直立状態に固定された角筒状ヘッド支持杆
１９の上部に、前記のＸスキャナー１２及びＹスキャナ
ー１３を内蔵したスキャンヘッド２が取り付けられてい
る。２ａはスキャンヘッド２を覆うヘッドカバーであ
る。

【００１７】レーザー共振器６からスキャンヘッド２に
至るレーザービーム光路は水平光導管２０及び垂直光導
管２１の内部に設定されており、両光導管２０，２１の
間に前記の反射鏡８とビームエキスパンダー９が介装さ
れると共に、垂直光導管２０の上端部とスキャンヘッド
２との間に前記の集光レンズ１１とＺスキャナー１０が
介装されている。なお、垂直光導管２１は、Ｚテーブル
１８の昇降に伴うレーザービーム光路の距離変化に対応
できるように、スキャンヘッド２側に連結してブラケッ
ト１９ａ，１９ｂを介してヘッド支持杆１９に固定され
た太径の上部管２１ａに、ビームエキスパンダー９側に
連結した細径の下部管２１ｂが出入自在に挿嵌した伸縮
型構造となっている。

【００１８】一方、機枠１５には、レーザー共振器６の
上方に横型スライド基台２２が取付けられており、この
基台２２上にはモーター２３ａの駆動によって図３にお
ける紙面に対して垂直方向つまり左右方向に移動するＸ
テーブル２３が嵌装され、更に該Ｘテーブル２３上には
モーター２４ａの駆動によって前後方向に移動するＹテ
ーブル２４が嵌装されており、このＹテーブル２４上に
設けた受け枠２５に前記密閉容器３が枢軸３ａを介して
枢支されている。しかして、該密閉容器３は、受け枠２
５に取り付けたモーター２５ａの駆動によって枢軸３ａ
を中心として前後方向に傾動し得るように構成された金
属製の容器本体２６と、その前方斜め上方略４５°を向
く円形開口部２６ａに締め付け具２７を介して密閉状に
嵌着される略半球形のガラス製カバー２８とで構成され
ている。

【００１９】図４及び図５に示すように、垂直支持板１
６は、上部両側２か所のボルト２９，３０と下部片側１
か所のボルト３１により、その主面がレーザー加工装置
の前後方向に沿うように機枠１５に取り付けられてい
る。しかして、上部前方のボルト３０とその直下に位置
した下部のボルト３１は、それぞれ支持板１６に穿設さ
れた長孔１６ａ，１６ｂを通して、機枠１５の上下部フ
レーム１５ｂ，１５ｃに固着した雌ねじ筒３０ａ，３１
ａに螺着されている。また上部後方のボルト２９は支持
板１６に遊嵌状態に貫通して同様に上部フレーム１５ｂ
の雌ねじ筒２９ａに螺着されており、両長孔１６ａ，１
６ｂは共に該ボルト２９を中心とする円周方向に沿う形
状に設定されている。一方、下部フレーム１５ｃにはＬ
字形金具３２が固着されており、これに螺挿された押圧
ボルト３３の先端が支持板１６の後側端下部に固着され
た当て板１６ｃに当接している。

【００２０】上記構成では、上部のボルト２９，３０の
雌ねじ筒２９ａ，３０ａに対する螺挿度合いと、下部の
ボルト３１の雌ねじ筒３１ａに対する螺挿度合いとを相
対的に変化させることにより、支持板１６が左右に傾動
変位し、この支持板１６に一体的に保持されたスキャン
ヘッド２も左右に首振り変位することになる。また、押
圧ボルト３３の螺合度合いを変化させれば、支持板１６
がボルト２９を中心として前後に傾動し、やはりスキャ
ンヘッド２も前後に首振り変位することになる。従っ
て、スキャンヘッド２から出射されるレーザービーム７
の向きを左右及び俯仰方向に変えることができる。

【００２１】一方、図６に示すように、密閉容器３の容
器本体２６には、その内部を加工目的に応じて高真空雰
囲気、不活性ガス雰囲気、高酸化性雰囲気等に設定でき
るように、側壁後部に置換ガス導入口３４ａ及び真空吸
引口３４ｂが設けられると共に、底壁前部に径断面略Ｔ
字形の回転テーブル３５がベアリング３６，３６を介し
て垂直方向の軸線回りに回転自在に軸支されている。こ
の回転テーブル３５は、本体２６の下面側に取り付けた
モーター３７の駆動により、軸部３５ａの容器本体２６
から下方外部へ突出した下端部に固着したベベルギヤ３
８ａと該モーター３７の軸心に設けたベベルギヤ３８ｂ
との噛合を介して回転駆動する。

【００２２】そして、回転テーブル３５にはその軸部３
５ａに回転軸心を通る真空吸引孔３９が形成されてお
り、該回転テーブル３５上に受け座４０を介して載置さ
れた被加工物４が真空吸引によって該回転テーブル３５
に吸着固定されるように構成されている。なお、受け座
４５は、中心に回転テーブル３５の真空吸引孔３９に連
通する透孔４０ａを備えて、且つ被加工物４の種類に応
じてその底部形状に対応した上面形状を有するものが使
用され、回転テーブル３５にねじ止めによって着脱可能
に取り付けられる。図６では被加工物４が壺であり、受
け座４０として上面に該壺の底部を密に嵌合する凹部４
０ｂを有するものを用いている。また回転テーブル３５
と受け座４０との界面、ならびに受け座４０と被加工物
４との界面には、それぞれシールリング４１ａ，４１ｂ
が介装されている。４１ｃは容器本体２６とカバー２８
との接面を気密封止するガスケットである。

【００２３】上記構成のレーザー加工装置においては、
回転テーブル３５上に載置した被加工物４を吸着固定し
て密閉容器３内を所望の雰囲気に設定し、回転テーブル
３５を連続的又は間欠的に回転駆動しつつ、スキャンヘ
ッド２からレーザービーム７をカバー２８を通して被加
工物４の表面に照射して描画を施す。この時、レーザー
ビーム７によるスキャン範囲を被加工物４表面の上下方
向に移動させるには、Ｚテーブル１８を昇降させればよ
い。また、レーザービーム７の照射角度を被加工物４の
被加工面の三次元曲面に対応して設定するには、支持板
１６の取付け姿勢を変えてスキャンヘッド２を首振り変
位させればよい。しかして、この実施例構成では、密閉
容器３が前後傾動可能であるため、被加工物４が回転体
形状である場合に該被加工物４を傾けた状態で回転させ
てスキャン面を更新することも可能である。

【００２４】なお、上記実施例では、支持板１６の左右
傾動方向の取付け姿勢調整手段が上下のボルトの螺合部
に対する螺挿度合いを調整するもの、同じく前後傾動方
向の取付け姿勢調整手段が上下一方のボルトを枢軸とし
て他方のボルトの長孔の範囲で支持板１６を回動させる
ものなっているが、該支持板１６の機枠１５に対する向
きを９０°変えて、両手段を逆に設定してもよい。ま
た、本考案では、スライドレール台１７の支持基体とし
て上記支持板１６以外の各種構造、形状のものを採用で
きると共に、該支持基体の前後及び左右傾動方向の取付
け姿勢調整手段として例示以外の機構も採用可能であ
る。更に、上記実施例では被加工物４側の回転手段、前
後傾動手段、左右及び前後移動手段を設ているが、本考
案では、これら手段の具体的構成については種々設計変
更可能であると共に、これら手段は必須ではない。ま
た、被加工物４は密閉容器内に収容せずに大気中でレー
ザー加工してもよい。

【００２５】

【考案の効果】本考案のレーザー加工装置によれば、
スキャンヘッドの高さを任意に設定可能であるから、被
加工物側を定位置に設定した状態でスキャン範囲を該被
加工物表面の上下方向に自動的に移動でき、しかもスラ
イドレール台の支持基体の前後傾動方向及び左右傾動方
向の取付け姿勢調整手段を有するため、被加工物に照射
するレーザービームの向きを左右及び俯仰方向に変位で
き、スキャン範囲を被加工物表面の左右あるいは上下に
移動させたり、加工対象を異なる三次元曲面の被加工物
に置き換えた場合でも、被加工物の三次元曲面の形状に
対応してスキャン中心の被加工物表面に対するレーザー
ビーム照射角度を常に所定角度に設定でき、もって照射
面でのエネルギー密度及びビームスポット径が変わらず
虹色発色加工等で良好な描画品質が得られる。

【００２６】また、本考案の請求項１及び請求項２の構
成によれば、上記の支持基体の前後傾動方向及び左右傾
動方向の取付け姿勢調整手段がそれぞれ極めて簡単な構
造で且つ操作容易になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係るレーザー加工装置全
体の斜視図。

【図２】 同レーザー加工装置における光学系の構成を
示す概略斜視図。

【図３】 同レーザー加工装置のレーザー加工部の側面
図。

【図４】 同レーザー加工部のスキャンヘッド側要部の
縦断正面図。

【図５】 同スキャンヘッド側要部の縦断側面図。

【図６】 同レーザー加工部の被加工物側要部の縦断側
面図。

【符号の説明】

１…レーザー加工装置本体 ２…スキャンヘッド ４…被加工物 ６…レーザー共振器 ７…レーザービーム １５…機枠 １６…垂直支持板（支持基体） １６ｂ…長孔 １７…スライドレール台 １８…Ｚテーブル（スライダー） ２９…上部のボルト（枢軸となるボルト） ２９ａ，３０ａ，３１ａ…雌ねじ筒（螺合部） ３０…上部のボルト ３１…下部のボルト

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物表面に側方からレーザービーム
   を照射するスキャンヘッドが上下に昇降駆動するスライ
   ダーに取り付けられると共に、このスライダーのスライ
   ドレール台が支持基体を介してレーザー装置機枠に取り
   付けられ、且つ該支持基体の取付け姿勢を前後傾動方向
   及び左右傾動方向に変位させる取付け姿勢調整手段を備
   えてなるレーザー加工装置。
2. 【請求項２】 スライドレール台の支持基体が上下位置
   でボルトを介してレーザー装置機枠に取り付けられ、該
   支持基体の前後傾動方向又は左右傾動方向の取付け姿勢
   調整手段が上下のボルトの螺合部に対する螺挿度合いに
   より取付け姿勢を調整するものである請求項１記載のレ
   ーザー加工装置。
3. 【請求項３】 スライドレール台の支持基体が上下位置
   でボルトを介してレーザー装置機枠に取り付けられ、上
   下一方のボルトを枢軸として他方のボルトが該枢軸を中
   心とする円周方向の長孔を介して雌ねじ部に螺着され、
   該支持基体の前後傾動方向又は左右傾動方向の取付け姿
   勢調整手段が上記枢軸を中心として当該支持基体を上記
   長孔の範囲で回動させるものである請求項１又は２に記
   載のレーザー加工装置。