(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンドミラーと加工ヘッド部とを移動してレーザ加工を行なう光走査式レーザ加工機において、
伸縮自在の光路密閉保護部材を有するレーザビーム伝送路と、
気密性を有し、上記レーザビーム伝送路と連通し、上記レーザビーム伝送路近傍の固定部に配置された圧力調整用バッファー手段と
を設けたことを特徴とする光走査式レーザ加工機。
【請求項２】
ベンドミラーと加工ヘッド部とを移動してレーザ加工を行なう光走査式レーザ加工機において、
伸縮自在の光路密閉保護部材を有するレーザビーム伝送路と、
気密性を有し上記レーザビーム伝送路と連通した圧力調整用バッファー手段と、
圧力調整用バッファー手段を圧縮する圧縮手段と
を設けたことを特徴とする光走査式レーザ加工機。
【請求項３】
圧力調整用バッファー手段は、複数箇所に設けられることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光走査式レーザ加工機。
【請求項４】
レーザビーム伝送路内にチェック弁を設け、光路密閉保護部材または圧力調整用バッファー手段にかかる圧力を調整するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光走査式レーザ加工機。
【請求項５】
気密性の低い保護カバーを圧力調整用バッファー手段の周囲に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光走査式レーザ加工機。
【請求項６】
レーザビーム伝送路にパージエアー供給手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光走査式レーザ加工機。
【請求項７】
圧力調整用バッファー手段は、複数の袋を重ね合わせて構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光走査式レーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集光レーザビームを移動走査して加工を行なう光走査式レーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の装置として特公昭６２−１１９５３号公報に示されたものがある。従来の光走査式レーザ加工機の構成図を図８及び構成を一部変更した部分構成図を図９に示し説明すると、１はレーザビーム２を出力するレーザ発振器で、レーザビーム２はベンドミラー３により偏向され加工レンズ４へ導かれ、加工レンズ４により集光されたレーザビーム２をワーク５へ照射することによりレーザ加工が行われる。
本従来装置の図では一軸の光走査式レーザ加工機を示しており、図示されてはいないが、周知のボールネジ、直線ガイド、サーボモータ等を用いてベンドミラー３及び加工レンズ４を保持する加工ヘッド部６を図示のＸ方向へ駆動、移動走査することにより切断加工などを実施するよう構成されている。
従来装置ではレーザビーム２の伝送される伝送路の一部に伸縮自在の光路密閉保護体として具体的には光路ジャバラ７を設け連通箱９を介して光路と反対側に対称的に反光路ジャバラ８を接続した構成となっている。
１０は連通箱９内のベンドミラー３を調整、保守点検するための点検口の点検蓋で、１１は光路ジャバラ７と反光路ジャバラ８の適当な位置に取り付けられたガイドローラであり、１２はガイドローラ１１を案内するためのガイドレールである。図９では反光路ジャバラ８の開口端が加工ヘッド部６の側面に取り付けられている構成を示している。
【０００３】
次に動作について説明する。レーザビーム２の伝送路は、レーザ発振器１より加工レンズ４に到る全経路が光路ジャバラ７、連通箱９あるいはベンドミラー３、反光路ジャバラ８、加工ヘッド部６により構成され密閉された室を形成している。上記密閉室内に、レーザビーム２の伝送を妨害せず、かつベンドミラー３や加工レンズ４を汚濁させない清浄気体（通常は清浄な空気または乾燥空気）を充填することにより、レーザビーム伝送路を伝送路外部の非清浄気体（例えばよく知られる炭酸ガスレーザの場合はレーザ妨害ガスとして有機溶剤の揮発性ガスなどが周知でこれらの混入した気体）や粉塵より保護している。
加工ヘッド部６が例えばＸ＋方向に駆動されると、ガイドローラ１１やガイドレール１２により運動方向を規制された光路ジャバラ７は伸び、反光路ジャバラ８は縮む動作を行い、その逆の動作も行なうが、加工ヘッド部６の移動時に各ジャバラ室間で連通箱９あるいは加工ヘッド部６の筒体を介して清浄気体を相互に移動させるため密閉室内の清浄気体の圧力を常時ほぼ一定に保持するよう動作する。したがってレーザビームの伝送路には外部の非清浄気体や粉塵が進入することがない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光走査式レーザ加工機は以上のように構成されているので、連通箱９が必要であるため、複雑・高価であり、またベンドミラー３のメンテナンス性が悪い。また、図９に示すように加工ヘッド部６に非対称的に反光路ジャバラ８を取り付ける構成のものは光路ジャバラ７とのガイドレール１２の共用化ができないので、反光路ジャバラ８専用のガイドレールを設ける必要があり複雑、高価である。光路ジャバラ７の他に反光路ジャバラ８が必要で基本的に複雑で高価な装置となり、特に多軸移動形の加工機では反光路ジャバラ８の存在が邪魔であり、装置の他の機能例えば操作性などを低下させるなどの問題点があった。
さらにまた、特公昭６２−１１９５３号公報には圧力調整用バッファータンクを用いたものが示されているが、駆動可能範囲が長くなるに伴い圧力調整用バッファータンクの外形寸法を大きくする必要があり、設置面積が増大するとともに構造が複雑化するという問題点が指摘されている。また、レーザビーム伝送路をジャバラなどの比較的密閉度の低い部材で構成した場合、駆動可能範囲が長くなるに伴い圧力調整用バッファータンクから離れた位置ではレーザビーム伝送路外部の非清浄気体を徐々に吸い込むという問題点があった。そのため光路の構成部材をダクトとＯリングとを組み合わせて使用するなどして高い密閉度を確保する必要があり構造が複雑、高価なものとなる。
【０００５】
この発明は上記従来装置の問題点を解決するためになされたもので、簡単な構造で、保守などがし易く、かつレーザ加工機の稼動範囲内に障害となるものの存在がない光走査式レーザ加工機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光走査式レーザ加工機は、ベンドミラーと加工ヘッド部とを移動してレーザ加工を行なう光走査式レーザ加工機において、伸縮自在の光路密閉保護部材を有するレーザビーム伝送路と、気密性を有し、上記レーザビーム伝送路と連通し、上記レーザビーム伝送路近傍の固定部に配置された圧力調整用バッファー手段とを設けたものである。
【０００７】
この発明に係る他の光走査式レーザ加工機は、ベンドミラーと加工ヘッド部とを移動してレーザ加工を行なう光走査式レーザ加工機において、伸縮自在の光路密閉保護部材を有するレーザビーム伝送路と、気密性を有し上記レーザビーム伝送路と連通した圧力調整用バッファー手段と、圧力調整用バッファー手段を圧縮する圧縮手段とを設けたものである。
【０００８】
また、圧力調整用バッファー手段は、複数箇所に設けられるものである。
【０００９】
また、レーザビーム伝送路内にチェック弁を設け、光路密閉保護部材または圧力調整用バッファー手段にかかる圧力を調整するようにしたものである。
【００１０】
さらに、気密性の低い保護カバーを圧力調整用バッファー手段の周囲に設けたものである。
【００１１】
また、レーザビーム伝送路にパージエアー供給手段を設けたものである。
【００１２】
また、圧力調整用バッファー手段は、複数の袋を重ね合わせて構成されるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下にこの発明の第１の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。図１、図２は第１の実施の形態による光走査式レーザ加工機の構成図を示す図で、図１は平面図、図２は側面図であり、Ｘ，Ｙの２軸光走査式レーザ加工機を示している。図において、１はレーザビーム２を出力するレーザ発振器でレーザビーム２は第１ベンドミラー３ａにより水平方向に偏向された後、第２ベンドミラー３ｂにより垂直下方に偏向され加工レンズ４により集光されたレーザビーム２をワーク５へ照射することによりレーザ加工が行われる。
２軸光走査式レーザ加工機はよく知られているように、周知の直線駆動機構により第１ベンドミラー３ａ、第２ベンドミラー３ｂ及び加工レンズ４を保持するガントリー（図示せず）が図示のＹ方向へ移動する。一方Ｘ方向へはガントリー構造中の第１ベンドミラー３ａが固定で、これと相対的に第２ベンドミラー３ｂと加工レンズ４が一体となって図示のＸ方向へ移動するよう構成されている。したがって一点鎖線で示すベンドミラーなどの位置を各軸のストロークエンドとすると斜線部で示す範囲のＸ−Ｙ平面をレーザ加工することができる。
本発明の第１の実施の形態の装置では、レーザビーム２の伝送される伝送路の一部には伸縮自在の光路密閉保護体（光路密閉保護部材）として具体的にはＹ軸光路ジャバラ７ａとＸ軸光路ジャバラ７ｂとを有し、発振器１とＹ軸光路ジャバラ７ａ間はチェック弁２１を備えた固定ダクト１３により接続され、Ｙ軸光路ジャバラ７ａとＸ軸光路ジャバラ７ｂとはベンドブロック１４を介して接続され、Ｘ軸光路ジャバラ７ｂは加工ヘッド部６に接続される構成となっている。また図示していないが上記各ジャバラは従来装置と同様にガイドローラやガイドレールにより案内され移動方向を規制されるよう構成されている。
１５ａはレーザビーム伝送路の固定ダクト１３に、１５ｂはベンドブロック１４に設けられた開口部である。開口部１５ａ，１５ｂには各々変形抵抗の小さい薄膜状の柔軟な素材より成る、圧力調整用バッファー手段としての気密性の袋１６ａ，１６ｂがホースバンド１７ａ，１７ｂを用いて取り付けられている。１８ａ，１８ｂは袋の外側に設けられた保護カバーである。
レーザビーム２の伝送路は、レーザ発振器１より加工レンズ４に至る間で固定ダクト１３、袋１６ａ，１６ｂ、Ｙ軸光路ジャバラ７ａ、ベンドブロック１４、Ｘ軸光路ジャバラ７ｂ、加工ヘッド部６及び第１ベンドミラー３ａ、第２ベンドミラー３ｂにより密閉された室を形成するよう構成されている。
【００１４】
次に本発明の第１の実施の形態による光走査式レーザ加工機の動作について説明する。発明者らが実験した装置の概略を説明すると、レーザ加工機は２ｋＷ級の炭素ガスレーザ発振器を搭載した２次元（Ｘ−Ｙ）光走査式レーザ加工機で定尺材（４尺×８尺）の鋼板を形状切断加工する目的の機械である。各軸の加工送り速度は最大１５ｍ／分、ストロークはＸ軸１２５０ｍｍ、Ｙ軸２５００ｍｍで、伝送されるレーザビーム２の外形は約φ３０ｍｍである。
レーザ加工実施中に加工ヘッド部６が移動しＸ軸光路ジャバラ７ｂ及びＹ軸光路ジャバラ７ａが伸縮すると、各ジャバラ室間の気体（空気）は連通する固定ダクト１３の開口部１５ａを介して接続されている薄膜状の柔軟な素材よりなる気密性の袋１６ａ，１６ｂが膨らんだり、縮んだりすることにより相互に移動し前述した密閉室内の気体の圧力を常時ほぼ一定に保持するよう作用、動作する。
レーザビーム伝送路が長くなった場合には（ここではＹ軸光路ジャバラ７ａ）ジャバラの両端に袋１６ａ，１６ｂを設けることにより、ジャバラの伸縮に応じ両端の袋が速やかに膨縮し伝送路内の圧力をより一定かつ均一な状態に保持するため、比較的密閉度の低いジャバラなどにより伝送路が構成されていても、伝送路外部の非清浄空気を吸い込むことがなく、光学的性能を十分に発揮することができる。必要であればジャバラを分割し、その間に開口部を設け袋を追加すればさらに安定に性能を発揮できる。
またＸ軸光路ジャバラ７ｂ及びＹ軸光路ジャバラ７ａが独立に伸縮した場合でも、直近の袋１６ａ，１６ｂが速やかに膨縮するのでレーザビーム伝送路内の圧力分布は均一化され、伝送路外部の非清浄空気を吸い込むことがなく、光学的性能を十分に発揮することができる。
袋の内容積について実験を試みたが、計算によれば前述のレーザ加工機の各光路ジャバラの伸長時の合計内容積は、ジャバラの平均断面寸法を８５×８５ｍｍ、最大伸長時の合計寸法を（２７５０＋１３７５）＝４１２５ｍｍとして約３０リットルであるため、余裕をみて寸法が６５０ｍｍ×８００ｍｍ、内容積が公称４５リットルの市販のゴミ袋を使用した結果膨らみすぎて破損したり、縮みすぎて開口部１５ａより固定ダクト１３側へ吸い込まれるなどの問題は生ぜす計算通りの良好な膨縮動作が確認できた。また、実験した装置の寸法は、制御装置も含めると約３．５ｍ×７ｍであり、圧力調整用バッファータンクとして機能する袋１６ａ，１６ｂの寸法はこれに比べてきわめて小さく、これにより設置面積の増大を招くものではないことがよく判明した。
なお、この実施の形態では２個の袋（袋１６ａ、袋１６ｂ）を設けたが、光路の長さが短かい場合等においては、最低１個の袋を設けるものであってもよい。
【００１５】
また、袋１６ａ、１６ｂに要求される特性として、柔軟性、気密性に富み、各ジャバラの伸縮に対し応答性がよく、また一方で耐摩耗性、化学的不活性など周囲環境に対応した特性を兼ね備えていることが望ましい。複数の袋を重ねて使用し、個々の袋に必要な機能を振り分けることにより上記諸特性を実現できる。実験の結果、一例として、内側の袋は柔軟性、気密性に富む合成樹脂材料のポリエチレンが安価で性能が良好であり、外側の袋はフッ素系材料が化学的に不活性で、摩擦係数が低く耐摩耗性が高く良好に動作することを確認した。
【００１６】
レーザビーム伝送路内に誤って過剰な圧力が負荷された場合、バッファータンクやジャバラなどの光路密閉保護体が破れたりして破損する可能性がある。
このため図１に示すように、レーザビーム伝送路内にチェック弁２１を設けることにより、これを回避するよう動作、作用する。
【００１７】
さらに、袋１６ａ、１６ｂは薄膜状であり、動作中に周囲の構造物に接触したり、ひっかかって破損する恐れがある。そのため保護カバー１８ａ，１８ｂを袋１６ａ，１６ｂの外側に設けることによりこれを回避するようにしてもよい。袋１６ａ，１６ｂが膨縮する時、保護カバー１８ａ，１８ｂと袋１６ａ，１６ｂの間の圧力変動により袋１６ａ，１６ｂの膨縮動作を妨げるのを回避するため、保護カバー１８ａ，１８ｂはメッシュ状の素材を用いたり、スリットを設けることにより気密性を低くし、袋１６ａ，１６ｂの膨縮動作を妨げないよう構成されている。
【００１８】
実施の形態２．
次に、この発明の第２の実施の形態を図３、図４、図５を用いて説明する。図３は圧力調整用バッファータンクと光路密閉保護体の容積変化の関係を示したものである。
圧力調整用バッファータンクは光路密閉保護体の容積Ａとバッファータンクの容積Ｂとの和がレーザビーム伝送路総容積に一致するよう動作する。加工機のメンテナンスなどを行なう時に、光路密閉保護体を収縮状態、すなわちバッファータンクである袋が膨張した状態ａで、外部から袋に荷重が加わった場合、上記の容積関係がくずれ加工機稼動時にレーザビーム伝送路外部から周囲の非清浄気体を吸引する可能性がある。
この実施の形態では加工機のメンテナンス時などは図３の状態ｂの位置で加工機を停止させ、袋が収縮した状態にあることを確実にするため、図４に示すように袋を圧縮するためのピストン２２を保護カバー１８ａに設けたり、図５に示すように保護カバー１８ａ自体を駆動可能に構成するなどして、袋の中の気体を排気し、袋を強制的に収縮した状態に保持することにより図３に示す容積関係を確実に維持するよう動作、作用する。
【００１９】
実施の形態３．
次に、この発明の第３の実施の形態を図６、図７を用いて説明する。図中の１〜１８までは図１と同じように構成されている。１９は固定ダクト１３に設けられたパージエアー供給口、２０は加工ヘッド部６に設けられたパージエアー排気口で、２３はパージエアー供給装置である。
上記実施の形態１，２ではレーザビーム伝送路は密閉された室を形成するよう構成されているが、この実施の形態では図６に示すように、パージエアー供給口１９とパージエアー排気口２０が伝送路外部に対し開放されている。
この第３の実施の形態の動作、作用を説明すると、袋１６ａ，１６ｂを設けたのみの密閉されたレーザビーム伝送路では伝送路内の気体の圧力を外気と同じ圧力でほぼ一定にできるが、ジャバラやジャバラの接続部など完全な気密構造とすることは実用上困難であり、室内と外気（大気）とのわずかな差圧により外気や粉塵が伝送路内に微量でも進入する可能性がある。このためパージエアー供給装置２３により清浄な乾燥空気をパージエアー供給口１９より流入させレーザビーム伝送路内の圧力を必ず外気（大気）圧より高い状態にしておくことで外気や粉塵の伝送路内への進入を阻止するよう作用、動作する。伝送路内の保持圧力は２〜５ｍｍＡｑ程度でよく、伝送路内の清浄化のためにはパージエアー供給口１９をレーザ発振器１に近い側に設けたときは反対側の加工レンズ４に近い側の加工ヘッド部６にパージエアー排気口を設けパージエアーの流れを作る動作、作用も光学的性能の更なる安定化に効果がある。
袋１６ａ，１６ｂがない場合、伝送路が伸長するときに伝送路内の圧力を外気（大気）圧より高い状態にしておくためには、伝送路の断面積、伸長するときの速度に比例して大量のパージエアーの流量が必要となり、パージエアー供給装置２３が大型、高価になるという問題点をもつ。
図４に示す実施の形態のものではこのような課題を解決し、小型で安価なパージエアー供給装置で伝送路内を清浄に保つ効果がある。
【００２０】
なお、上記実施の形態１，２，３では、レーザ加工機は炭酸ガスレーザの場合を説明したが、光ファイバー等を用いないミラーを使ったビーム伝送を行なうレーザ加工機（例えばＹＡＧレーザ加工機）なら何でもよく、光走査式の形態は２軸直交の直線運動に限られず、多軸あるいはレーザロボットのように極座標系の回転運動と直線運動を組み合わせたものでもよく、伸縮自在の光路密閉保護体はジャバラ構造のみでなくテレスコープ状の多断伸縮構造のものでもよく、上述の実施の形態と同様な効果を奏することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、多軸光走査式などの長距離レーザビーム伝送路を比較的密閉度の低いジャバラなどにより構成した場合でも、レーザビーム伝送路に外気や粉塵の進入がなく、光学的性能を十分に発揮することができる光走査式レーザ加工機が得られる効果がある。また従来装置の如くレーザ加工機を操作する場所に邪魔な反光路ジャバラなどがなくなり、省スペースでかつ操作性がよい。
【００２２】
また、圧力調整用バッファー手段を複数の袋により構成し、適切な機能（柔軟性、密閉性、耐摩耗性、化学的不活性など）を持たせ、さらにチェック弁および袋の動作を妨げない構成の保護カバーを設けたことにより、袋の破損がなく、周囲環境による劣化がなく、そのため保守などの必要もなく、容易に上記性能を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態による光走査式レーザ加工機を示す平面図。
【図２】この発明の第１の実施の形態による光走査式レーザ加工機を示す側面図。
【図３】この発明の圧力調整用バッファータンクと光路密閉保護体の容積変化の関係を示した図。
【図４】この発明の第２の実施の形態による保護カバーにピストンを設けた説明図。
【図５】この発明の第２の実施の形態による保護カバーを可動機構とした構成の説明図。
【図６】この発明の第３の実施の形態による光走査式レーザ加工機を示す平面図。
【図７】この発明の第１の実施の形態による光走査式レーザ加工機を示す側面図。
【図８】従来の光走査式レーザ加工機を示す構成図。
【図９】従来の別の光走査式レーザ加工機を示す部分構成図。
【符号の説明】
１  レーザ発振器、２  レーザビーム、３  ベンドミラー、３ａ  第１ベンドミラー、３ｂ  第２ベンドミラー、４  加工レンズ、５  ワーク、６  加工ヘッド部、７  光路ジャバラ、７ａ  Ｙ軸光路ジャバラ、７ｂ  Ｘ軸光路ジャバラ、８  反光路ジャバラ、９  連通箱、１０  点検蓋、１１  ガイドローラ、１２  ガイドレール、１３  固定ダクト、１４  ベンドブロック、１５ａ，１５ｂ  開孔部、１６ａ，１６ｂ  袋、１７ａ，１７ｂ  ホースバンド、１８ａ，１８ｂ  保護カバー、１９  パージエアー供給口、２０  パージエアー排気口、２１  チェック弁、２２  ピストン、２３  パージエアー供給装置。
【図１】
0003633117.tif 000002
【図２】
0003633117.tif 000003
【図３】
0003633117.tif 000004
【図４】
0003633117.tif 000005
【図５】
0003633117.tif 000006
【図６】
0003633117.tif 000007
【図７】
0003633117.tif 000008
【図８】
0003633117.tif 000009
【図９】
0003633117.tif 000010