JPH10277748A - プラズマ加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマアーク又はプラズマジェットにより
被加工物を高精度で加工すること。 【構成】 プラズマアーク又はプラズマジェットを発生
するプラズマトーチ１２を備えたプラズマ加工装置にお
いて、プラズマトーチ１２から離れた位置に配置され、
アイマークを備えて被加工物６の加工点を拡大するため
の像拡大手段７と、像拡大手段７のアイマークに対して
被加工物６の加工点の位置を調整し得る３次元位置調整
手段４と、被加工物６をクランプするためのものであっ
て、３次元位置調整手段４上に配置されたクランプ手段
５と、３次元位置調整手段４を搭載してなり、像拡大手
段７側の第１の設定位置とプラズマトーチ１１側の第２
の設定位置との間で被加工物６を移動させ得る移動手段
３と、前記第１の設定位置を決めるための第１のストッ
パ手段１３と、前記第２の設定位置を決めるための第２
のストッパ手段１４とを備えたことを特徴とするプラズ
マ加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、金属材料などからな
る被加工物を高精度で加工するのに適したプラズマ加工
装置に関する。

【０００２】 一般に金属材料同士を高精度で溶接など
加工したり、微細加工する場合にはレーザ加工機が用い
られている。レーザ溶接の場合には、溶接点をレンズな
どで拡大することができ、またその拡大した溶接点にレ
ーザ光を合わせることが容易に行えることと、レーザビ
ーム径を十分に絞ることができるからである。しかし、
レーザ光加工装置はコストが高いのが最大の欠点であ
る。

【０００３】 このようなことから、さほど高い精度を
要求されない場合にはプラズマアーク加工機が用いられ
ることが多いが、プラズマアーク又はプラズマジェット
は光学的レンズで所定位置に収束させることができない
ので、図５に示すようにプラズマトーチＰと被加工物Ｗ
との位置合わせを目視により行って、プラズマアーク又
はプラズマジェットを加工点に合わせて加工を行ってい
るのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 このように目視によ
りプラズマアーク又はプラズマジェットを加工点に位置
合わせする方法では、±０．５ｍｍ程度の位置決め精度
が限度であり、例えば±０．０２ｍｍ程度の範囲内で、
プラズマアーク又はプラズマジェットで被加工物の所定
加工位置にマークを付したり、溶接する場合には目視で
は不可能である。

【０００５】 したがって本発明では、第１の設定位置
に対応する位置において予め位置決めした光学的レンズ
のアイマークに被加工物の加工点が合致するように移動
台の上で被加工物の位置調整を行った後に、移動台を移
動させて被加工物を第２の設定位置に対応する位置に停
止さて、プラズマアーク又はプラズマジェットにより高
精度の加工を行うことを目的としている。

【０００６】

【問題を解決するための手段】 前述のような課題を解
決するため、第１の発明では、プラズマアーク又はプラ
ズマジェットを発生するプラズマトーチを備えたプラズ
マ加工装置において、前記プラズマトーチから離れた位
置に配置され、アイマークを備えて被加工物の加工点を
拡大するための像拡大手段と、この像拡大手段の前記ア
イマークに対して前記被加工物の前記加工点の位置を調
整し得る３次元位置調整手段と、前記被加工物をクラン
プするためのものであって、前記３次元位置調整手段上
に配置されたクランプ手段と、前記３次元位置調整手段
を搭載してなり、前記像拡大手段側の第１の設定位置と
前記プラズマトーチ側の第２の設定位置との間で移動し
得る移動手段と、前記第１の設定位置を決めるための第
１のストッパ手段と、前記第２の設定位置を決めるため
の第２のストッパ手段とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ加工装置を提供するものである。

【０００７】 前述のような課題を解決するため、第２
の発明では、プラズマアーク又はプラズマジェットを発
生するプラズマトーチを備えたプラズマ加工装置におい
て、前記プラズマトーチから離れた位置に配置され、ア
イマークを備えて被加工物の加工点を拡大するための像
拡大手段と、この像拡大手段の前記アイマークに対して
前記被加工物の前記加工点の位置を調整し得る３次元位
置調整手段と、前記被加工物をクランプするためのもの
であって、前記３次元位置調整手段上に配置されたクラ
ンプ手段と、前記プラズマトーチと前記像拡大手段とを
搭載してなり、第１の設定位置と第２の設定位置間で動
いて前記プラズマトーチと前記像拡大手段を選択的に前
記被加工物の直下まで移動させる移動手段と、前記第１
の設定位置を決めるための第１のストッパ手段と、前記
第２の設定位置を決めるための第２のストッパ手段とを
備えたことを特徴とするプラズマ加工装置を提供するも
のである。

【０００８】 前述のような課題を解決するため、第３
の発明では、請求項１又は請求項２のいずれかにおい
て、前記移動手段と前記第１のストッパ手段、及び／又
は前記移動手段と前記第２のストッパ手段とを係合させ
る手段を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置を提
供するものである。

【０００９】 前述のような課題を解決するため、第４
の発明では、請求項１又は請求項２のいずれかにおい
て、前記移動手段がガイド手段によりガイドされて、前
記第１のストッパ手段と第２のストッパ手段との間を直
線的に往復移動することを特徴とするプラズマ加工装置
を提供するものである。

【００１０】 前述のような課題を解決するため、第５
の発明では、請求項１又は請求項２のいずれかにおい
て、前記移動手段が中心シャフトの中心軸線を回転する
ことにより前記第１のストッパ手段と第２のストッパ手
段間を回転移動して、前記プラズマトーチと前記像拡大
手段とを選択的に前記被加工物まで移動させることを特
徴とするプラズマ加工装置を提供するものである。

【００１１】 前述のような課題を解決するため、第６
の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかにおい
て、前記像拡大手段はその位置を調整し得る第１の支承
手段に支承されていることを特徴とするプラズマ加工装
置を提供するものである。

【００１２】 前述のような課題を解決するため、第７
の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかにおい
て、前記プラズマトーチはその位置を調整し得る第２の
支承手段に支承されていることを特徴とするプラズマ加
工装置を提供するものである。

【００１３】 前述のような課題を解決するため、第８
の発明では、プラズマ加工装置のプラズマトーチから発
生されるプラズマアーク又はプラズマジェットにより被
加工物を高精度で加工する方法において、第１の設定位
置に対応する位置で、前記被加工物の加工点が前記プラ
ズマトーチから離れた位置に存在する像拡大手段のアイ
マークに合致するように、前記被加工物又は前記像拡大
手段の位置調整を行い、しかる後、前記被加工物又は前
記プラズマトーチを第２の設定位置に対応する位置へ移
動させて停止させた状態で、前記プラズマアーク又はプ
ラズマジェットにより前記被加工物を加工することを特
徴とするプラズマ加工方法を提供するものである。

【００１４】 前述のような課題を解決するため、第９
の発明では、請求項８において、前記被加工物を加工す
る前に、前記第２の設定位置に対応する位置で位置決め
用ワークに前記プラズマトーチのプラズマアーク又はプ
ラズマジェットによりマークを付け、次に前記第１の設
定位置に対応する位置で前記位置決め用ワークの前記マ
ークに前記像拡大手段の前記アイマークを合致させるよ
う、前記像拡大手段の位置調整を行った後、該像拡大手
段又は前記被加工物の位置を固定することを特徴とする
プラズマ加工方法を提供するものである。

【００１５】

【発明を実施するための形態】 図１により本発明を実
施するための形態について説明する。図１において、こ
のプラズマ加工装置は、主にベース部材１、ベース部材
１上に固定されたガイドレール２、ガイドレール２を双
方向に移動できる移動台３、移動台３上に搭載され固定
された通常の３次元位置調整装置４、３次元位置調整装
置４上に搭載されて被加工物６をクランプするクランプ
装置５、単一の光学的レンズ又は複数の光学的レンズを
組み合わせてなる拡大鏡のような像拡大手段７、第１の
支承ポスト８Ａとこのポストに対してある角度の範囲内
で旋回でき、かつ上下動と伸縮できるように取り付けら
れた第１の支承アーム８Ｂから構成されて、像拡大手段
７を支承する第１の支承手段８、第１の支承アーム８Ｂ
の先端部分に取り付けられて、像拡大手段７の垂直方向
（Ｚ方向）の位置を調整する位置調整手段９と、第２の
支承ポスト１０Ａとこのポストに対してある角度の範囲
内で旋回でき、かつ上下動と伸縮ができるように取り付
けられた第２の支承アーム１０Ｂから構成されて、プラ
ズマトーチ１１を支承する第２の支承手段１０、第２の
支承アーム１０Ｂの先端部分に固定された被加工物６の
高さを位置合わせするための高さ検出プローブ１２、及
び移動台３の停止位置を決めるための第１のストッパ手
段１３と第２のストッパ手段１４とを備える。

【００１６】 ガイドレール２と移動台３は良く知られ
ている直線駆動ベアリング装置などを利用して構成する
ことができる。３次元位置調整装置４は、互いに垂直な
各方向の調整ハンドル４Ａ，４Ｂ，４Ｃそれぞれを手動
で操作することにより、クランプ装置５にクランプされ
た被加工物６の位置をＸ，Ｙ，Ｚ方向に調整できる。予
め像拡大手段７、プラズマトーチ１１、第１のストッパ
手段１３及び第２のストッパ手段１４はそれぞれ目視で
設定される。

【００１７】 先ず加工する前に、被加工物６に相当す
る位置決め用ワークをクランプ装置５にクランプさせ、
図１（Ｂ）に示すように移動台３の図面右側壁を第２の
ストッパ手段１４に当接させる。このとき移動台３の図
面右側側壁を第２のストッパ手段１４との対向する面
が、互いに離れていては後述する精確な位置決めができ
ないので、確実に接している必要がある。したがって、
それら面のいずれか一方に永久磁石を埋め込んで置く
か、あるいは双方に逆極性の永久磁石を埋め込んで置い
ても良いが、この実施例では図２に示すような市販され
ている機械的係合手段ＡとＢを用いた。

【００１８】 第１の係合手段Ａと第２の係合手段Ｂと
は対で用いられ、第１の係合手段Ａがネジ穴Ａ１を利用
して移動台３の前面と後面それぞれにネジ止めされると
きには、第２の係合手段Ｂがストッパ手段１３と１４の
対向する面にネジ穴Ｂ１を利用してそれぞれネジ止めさ
れる。第１の係合手段Ａは凸部Ａ２とＡ３とに挟まれた
中央凹所ａに凸部Ａ２とＡ３の側面からボールＡ２とＡ
３の頂部が突出している。これらボールは凸部Ａ４とＡ
５に埋設され図示されていないバネによって中央凹所ａ
に押し出されており、ボールＡ４とＡ５との間隔を広げ
る外力が働くとき、ボールＡ４とＡ５は後退し、その外
力が取り払われると再び中央凹所ａに突出する構造にな
っている。

【００１９】 第２の係合手段Ｂは、ボールＡ４とＡ５
の頂部が突出している中央凹所ａの形状に適合する部分
球形状の凸部Ｂ２を矩形板の中央に有している。凸部Ｂ
２の頂部Ｂ３は平坦になっており、第１の係合手段Ａと
第２の係合手段Ｂとが係合するとき、凸部Ｂ２の頂部Ｂ
３の平坦面が第１の係合手段Ａの中央凹所ａの底面ａ１
に当接する。凸部Ｂ２の最大幅は中央凹所ａの幅よりも
若干小さくなっており、そのつけ根部分Ｂ４はボールＡ
４とＡ５と適合するような形状で幅が狭くなっている。

【００２０】 このような構造を持つ第１の係合手段Ａ
と第２の係合手段Ｂは、相対的に合わさる方向の外力を
受けると、第２の係合手段Ｂの凸部Ｂ２が第１の係合手
段Ａの中央凹所ａに入り、凸部Ｂ２とボールＡ２とＡ３
との形状により、ボールＡ２とＡ３には凸部Ｂ２の進行
方向に垂直な力が働き、ボールＡ２とＡ３は図示してい
ないバネの力に逆らって凸部Ａ２とＡ３内へそれぞれ後
退し、第２の係合手段Ｂの凸部Ｂ２の頂部Ｂ３の平坦面
が第１の係合手段Ａの中央凹所ａの底面ａ１に当接す
る。この状態では、前記バネの弾性力でボールＡ４とＡ
５が凸部Ｂ２のつけ根部分Ｂ４を両側から挟み付け、第
１の係合手段Ａを中央凹所ａの底面ａ１方向へ押圧して
いる。したがって、第１の係合手段Ａと第２の係合手段
Ｂとの間にこれらを離す方向の外力を与えない限り、凸
部Ｂ２の頂部Ｂ３の平坦面は中央凹所ａの底面ａ１に当
接したままになる。

【００２１】 このように移動台３の図面右側壁を第２
のストッパ手段１４に当接させ、第１の係合手段Ａと第
２の係合手段Ｂとを係合させた状態で、プラズマ加工装
置を動作させる。次に、第２の支承ポスト１０Ａに対し
て第２の支承アーム１０Ｂを上下に移動させると共に伸
縮させ、かつ水平方向に旋回させることにより、プラズ
マアーク又はプラズマジェットを発生させた状態でプラ
ズマトーチ１１をクランプ装置５にクランプされた位置
決め用ワークに位置合わせし、プラズマアーク又はプラ
ズマジェットの熱で位置決め用ワークにマークを付け
る。この際、位置決め用ワークは被加工物と同じもので
なくても良いが、被加工物と同じものを用いて、目視で
プラズマアーク又はプラズマジェットがその加工点近傍
にマークが付されるように、第２のストッパ手段１４を
固定すると共に、プラズマトーチ１１の位置を調整して
設定した方が、プラズマトーチ１１ばかりでなく像拡大
手段７をも微調整で位置決めできるので好都合である。

【００２２】 次に、ガイドレール２に沿って移動台３
を図示左側に移動させ、前述と同様に移動台３の左側側
壁を第１のストッパ手段１３に係合させる。この状態
で、第１の支承手段８の第２の支承アーム１０Ｂを第２
の支承ポスト１０Ａに対して水平方向に旋回させると共
に伸縮させ、かつ位置調整機構９の摘まみ９Ａより高さ
調整を行うことにより、像拡大手段７の中央に付された
アイマークを、プラズマトーチ１１を利用して位置決め
用ワークに付されたマークに合致させる。この位置に像
拡大手段７を設定することにより、逆に移動台３とスト
ッパ手段１３、１４との位置関係が前述の通りであれ
ば、像拡大手段７のアイマークに合致する点はプラズマ
アーク又はプラズマジェットに合致することになる。

【００２３】 このようにして位置決めした後は、像拡
大手段７、プラズマトーチ１１及び第１、第２のストッ
パ手段１３と１４を動かしてはならない。その状態で、
移動台３上の３次元位置調整装置４に搭載されたクラン
プ手段５に被加工物６をクランプさせ、図１（Ａ）に示
すように移動台３の図示左側側壁を第１のストッパ手段
１３に係合させる。次に像拡大手段７を通して、クラン
プ手段５にクランプされた被加工物６を拡大して眺め、
３次元位置調整装置４のＸ，Ｙ，Ｚ方向の調整ハンドル
４Ａ，４Ｂ，４Ｃを調整して、被加工物６の加工点を像
拡大手段７のアイマーク（図示せず）に合致させる。

【００２４】 しかる後、ガイドレール２に沿って移動
台３を図面右側に移動させ、図１（Ｂ）に示すように移
動台３の図示右側側壁を第２のストッパ手段１４に係合
させる。この状態では、クランプ手段５にクランプされ
た被加工物６の加工点は必ず、プラズマトーチ１１から
発生されるプラズマアーク又はプラズマジェットに合致
するので、後はプラズマトーチ１１からプラズマアーク
又はプラズマジェットを発生して被加工物６の加工を行
えば、図４に示すように非常に高い精度で加工点６ａを
溶接などできる。

【００２５】 Ｚ方向、つまり被加工物の高さ方向の位
置決めに関しては、レンズの焦点深度によりＺ方向は変
わってしまうので、通常、加工点６ａとプラズマトーチ
１１の先端との距離は０．３から３ｍｍ程度であるの
で、高さ検出プローブ１２の先端１２ａがプラズマトー
チ１１の先端から０．３から３ｍｍ程度だけ下方で，か
つガイドレール２上方に位置するよう、高さ検出プロー
ブ１２を備えると良い。この場合には、先ず高さ検出プ
ローブ１２の先端に被加工物６が接するように被加工物
６の高さを調整し、像拡大手段７を通して、３次元位置
調整装置４の水平方向であるＸ方向とＹ方向の調整ハン
ドル４Ａ，４Ｂを調整して、被加工物６の加工点を像拡
大手段７のアイマーク（図示せず）に合致させる。この
ように高さ検出プローブ１２を備えることにより、プラ
ズマトーチ１１の先端と被加工物６の加工点との間の距
離を確実に所定範囲内にすることができる。

【００２６】 なお、以上述べた実施例では図２に示す
ような係合手段を用いたが、ストッパ手段側に吸引口を
設けて置き、移動台の側壁を吸引する構造のもの、ある
いは移動台をストッパ手段に押しつける構造のものなど
機械的に係合させる機構は種々考えられる。また、この
ような係合手段を備えずに、移動台がストッパ手段に当
接していないとき、警報を発するセンサ装置を備えても
良い。

【００２７】 次に図３により他の一実施例について説
明する。前記実施例では移動台３が直線運動したのに対
して、この移動台３はベース部材１に固定された固定台
１５に固定された中心シャフト１６の回りをベアリング
装置１７により僅かな外力で回転できるようになってい
る。移動台３の回転運動は第１と第２のストッパ手段１
３と１４とで制限される。移動台３が回転運動する点を
除いて動作などは前記実施例と同じであるので説明を省
略する。

【００２８】 なお、図示していないが、前記実施例で
はいずれも被加工物を移動させたが、装置全体が小さい
場合には、被加工物を固定し、像拡大手段とプラズマト
ーチとを移動させても全く同様に機能させることができ
る。この場合には、３次元位置調整装置を固定にし、そ
の上にクランプ装置を載せ、そのクランプ装置に被加工
物をクランプさせる。そして、回転し得る支承シャフト
に実質的長さの等しい２本支承アームを備え、それら支
承アームに像拡大手段とプラズマアークトーチをそれぞ
れ取り付け、支承シャフトを回転させて像拡大手段とプ
ラズマアークトーチを選択的に被加工物の真上に移動さ
せれば良い。また、前記実施例で３次元位置調整装置を
固定にし、ベース部材を回転させるような構成とするこ
ともできる。

【００２９】

【発明の効果】 以上述べたように本発明によれば、第
１の設定位置に対応する位置において予め位置決めした
像拡大手段のアイマークに被加工物の加工点が合致する
ように位置調整を行った後に、プラズマトーチ又は被加
工物を第２の設定位置に対応する位置に停止さて、プラ
ズマアーク又はプラズマジェットの熱で加工しているの
で、プラズマトーチから離れた第１の設定位置に対応す
る位置で被加工物の位置決めを行うだけで、高精度の加
工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明するための
図である。

【図２】 本発明を説明するための機械的係合手段の１
例を示す図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態を説明するための
図である。

【図４】 本発明の実施例を説明するための図である。

【図５】 従来のプラズマ加工を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ベース部材、 ２・・・ガイド
レール ３・・・移動台 ４・・・３次元
位置調整装置 ５・・・クランプ装置、 ６・・・被加工
物 ７・・・像拡大手段、 ８・・・第１の
支承手段 ９・・・位置調整機構、 １０・・・第２の
支承手段 １１・・・プラズマトーチ、 １２・・・高さ
検出プローブ １３・・・第１のストッパ手段、 １４・・・第２
のストッパ手段 １５・・・固定台、 １６・・・中心
シャフト １７・・・ベアリング装置 Ａ・・・第１の係合手段、 Ｂ・・・第２の
係合手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマアーク又はプラズマジェットを
   発生するプラズマトーチを備えたプラズマ加工装置にお
   いて、 前記プラズマトーチから離れた位置に配置され、アイマ
   ークを備えて被加工物の加工点を拡大するための像拡大
   手段と、 該像拡大手段の前記アイマークに対して前記被加工物の
   前記加工点の位置を調整し得る３次元位置調整手段と、 前記被加工物をクランプするためのものであって、前記
   ３次元位置調整手段上に配置されたクランプ手段と、 前記３次元位置調整手段を搭載してなり、前記像拡大手
   段側の第１の設定位置と前記プラズマトーチ側の第２の
   設定位置との間で移動し得る移動手段と、 前記第１の設定位置を決めるための第１のストッパ手段
   と、 前記第２の設定位置を決めるための第２のストッパ手段
   と、を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置。
2. 【請求項２】 プラズマアーク又はプラズマジェットを
   発生するプラズマトーチを備えたプラズマ加工装置にお
   いて、 前記プラズマトーチから離れた位置に配置され、アイマ
   ークを備えて被加工物の加工点を拡大するための像拡大
   手段と、 該像拡大手段の前記アイマークに対して前記被加工物の
   前記加工点の位置を調整し得る３次元位置調整手段と、 前記被加工物をクランプするためのものであって、前記
   ３次元位置調整手段上に配置されたクランプ手段と、 前記プラズマトーチと前記像拡大手段とを搭載してな
   り、第１の設定位置と第２の設定位置間で動いて前記プ
   ラズマトーチと前記像拡大手段を選択的に前記被加工物
   の直下まで移動させる移動手段と、 前記第１の設定位置を決めるための第１のストッパ手段
   と、 前記第２の設定位置を決めるための第２のストッパ手段
   と、を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれかにおい
   て、 前記移動手段と前記第１のストッパ手段、及び／又は前
   記移動手段と前記第２のストッパ手段とを係合させる手
   段を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２のいずれかにおい
   て、 前記移動手段がガイド手段によりガイドされて、前記第
   １のストッパ手段と第２のストッパ手段との間を直線的
   に往復移動することを特徴とするプラズマ加工装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２のいずれかにおい
   て、 前記移動手段が中心シャフトの中心軸線を中心に回転す
   ることにより前記第１のストッパ手段と第２のストッパ
   手段間を回転移動して、前記プラズマトーチと前記像拡
   大手段とを選択的に前記被加工物まで移動させることを
   特徴とするプラズマ加工装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかにお
   いて、 前記像拡大手段はその位置を調整し得る第１の支承手段
   に支承されていることを特徴とするプラズマ加工装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかにお
   いて、 前記プラズマトーチはその位置を調整し得る第２の支承
   手段に支承されていることを特徴とするプラズマ加工装
   置。
8. 【請求項８】 プラズマ加工装置のプラズマトーチから
   発生されるプラズマアーク又はプラズマジェットにより
   被加工物を高精度で加工する方法において、 第１の設定位置に対応する位置で、前記被加工物の加工
   点が前記プラズマトーチから離れた位置に存在する像拡
   大手段のアイマークに合致するように、前記被加工物又
   は前記像拡大手段の位置調整を行い、 しかる後、前記被加工物又は前記プラズマトーチを第２
   の設定位置に対応する位置へ移動させて停止させた状態
   で、前記プラズマアーク又はプラズマジェットにより前
   記被加工物を加工することを特徴とするプラズマ加工方
   法。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記被加工物を加工する前に、前記第２の設定位置に対
   応する位置で位置決め用ワークに前記プラズマトーチの
   プラズマアーク又はプラズマジェットによりマークを付
   け、 次に前記第１の設定位置に対応する位置で前記位置決め
   用ワークの前記マークに前記像拡大手段の前記アイマー
   クを合致させるよう、前記像拡大手段の位置調整を行っ
   た後、該像拡大手段又は前記被加工物の位置を固定する
   ことを特徴とするプラズマ加工方法。