(57)【要約】【課題】加工ヘッドの重量増加を抑制しつつ、外部光学系のホルダに結露が発生するのを抑制可能なレーザ加工機及びレーザ加工機の冷却方法を提供する。【解決手段】レーザ加工機１０は、レーザ光を生成するレーザ発振器２１と、レーザ光をワークに対して集光照射するレーザ加工ヘッド４０と、該レーザ発振器２１を冷却するチラーユニット２８と、チラーユニット２８からレーザ発振器２１へ冷却水を供給する冷却管８１と、レーザ発振器２１からチラーユニット２８へ冷却水を排出する冷却管８２と、を備える。冷却管８２からレーザ加工ヘッド４０を冷却する冷却管５６ａが分岐している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を生成するレーザ発振器と、
レーザ光をワークに対して集光照射するレーザ加工ヘッドと、
該レーザ発振器を冷却する冷却器と、
前記冷却器から前記レーザ発振器へ冷却水を供給する第１冷却流路と、
前記レーザ発振器から前記冷却器へ冷却水を排出する第２冷却流路と、を備えたレーザ加工機であって、
前記第２冷却流路から前記加工ヘッドを冷却する第３冷却流路が分岐していることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記第３冷却流路には、前記レーザ発振器の稼動状態に応じて接続又は遮断を切り換える弁部材が設けられ、
該弁部材は、前記レーザ発振器の稼動時に開弁し、前記レーザ発振器の非稼動時に閉弁することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記第３冷却流路は、前記レーザ発振器からレーザ光を前記加工ヘッドに伝送するファイバケーブルの出射端及び前記加工ヘッドの集光レンズを冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
レーザ光を生成するレーザ発振器と、
レーザ光をワークに対して集光照射する加工ヘッドと、
該レーザ発振器を冷却する冷却器と、を備えたレーザ加工機の冷却方法であって、
前記レーザ発振器から前記冷却器への戻り水を利用して、前記加工ヘッドを冷却することを特徴とするレーザ加工機の冷却方法。
【請求項５】
前記レーザ発振器の稼動時にのみ前記戻り水を前記加工ヘッドに供給することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機及びレーザ加工機の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機においては、レーザビームを導くためにレーザ光路中に配設された光学部品がレーザビームにより加熱され、それが継続または繰り返されると、光学部品表面のコーティング材が次第に剥離し、光学部品の寿命が短くなるおそれが生じる。特に、最近は、レーザ加工の効率向上等を目的として、レーザ出力がアップされる傾向にあり、この問題が顕著に生じるおそれがあった。
【０００３】
このような問題点に対処するために、従来は、発振器内部を冷却する冷却器とは別に、外部光学部品を冷却する冷却器から加工ヘッドまで冷却管を延ばして、さらに光学部品を保持する外部光学系のホルダ内に空洞部を形成し、この空洞部内に冷却水を循環供給していた。例えば、外部光学部品がミラーの場合、その背面側から冷却される構成が提案されている。また、レーザ発振器用の冷却器を二槽式にして、レーザ発振器用冷却槽と外部光学部品用冷却槽で設定温度を変えることにより外部光学部品を冷却する構成も考えられる。しかしながら、これらのような従来の外部光学系の冷却方法では、レーザ発振器用の冷却器とは別に外部光学部品用の冷却器を設けるか、レーザ発振器用の冷却槽とは別に外部光学部品用の冷却槽を設ける必要があり、装置の大型化、コストの増加を招く結果となっていた。また、レーザ発振器用の冷却器を外部光学部品用の冷却器として兼用しようとした場合、冷却水はレーザ発振器を効率よく冷却する温度に設定されているので、外部光学系のホルダに結露が発生してしまう。一方、冷却水の温度を外部光学系のホルダに結露が発生しない温度に設定すると、レーザ発振器を効率よく冷却することができないという課題があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、光学部品の一つであるミラーを保持するミラーホルダにファン装置を配設することで、ミラーホルダに結露が発生するのを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却方法では、加工ヘッドにファン装置を設けることになり、加工ヘッドが重くなってしまい切断速度に影響を及ぼすおそれがあった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工ヘッドの重量増加を抑制しつつ、外部光学系のホルダに結露が発生するのを抑制可能なレーザ加工機及びレーザ加工機の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  レーザ光を生成するレーザ発振器と、
レーザ光をワークに対して集光照射する加工ヘッドと、
該レーザ発振器を冷却する冷却器と、
前記冷却器から前記レーザ発振器へ冷却水を供給する第１冷却流路と、
前記レーザ発振器から前記冷却器へ冷却水を排出する第２冷却流路と、を備えたレーザ加工機であって、
前記第２冷却流路から前記加工ヘッドを冷却する第３冷却流路が分岐していることを特徴とするレーザ加工機。
（２）  前記第３冷却流路には、前記レーザ発振器の稼動状態に応じて接続又は遮断を切り換える弁部材が設けられ、
該弁部材は、前記レーザ発振器の稼動時に開弁し、前記レーザ発振器の非稼動時に閉弁することを特徴とする（１）に記載のレーザ加工機。
（３）  前記第３冷却流路は、前記レーザ発振器からレーザ光を前記加工ヘッドに伝送するファイバケーブルの出射端及び前記加工ヘッドの集光レンズを冷却することを特徴とする（１）又は（２）に記載のレーザ加工機。
（４）  レーザ光を生成するレーザ発振器と、
レーザ光をワークに対して集光照射する加工ヘッドと、
該レーザ発振器を冷却する冷却器と、を備えたレーザ加工機の冷却方法であって、
前記レーザ発振器から前記冷却器への戻り水を利用して、前記加工ヘッドを冷却することを特徴とするレーザ加工機の冷却方法。
（５）  前記レーザ発振器の稼動時にのみ前記戻り水を前記加工ヘッドに供給することを特徴とする（４）に記載のレーザ加工機の冷却方法。
【発明の効果】
【０００９】
上記（１）に記載の態様によれば、レーザ発振器を冷却した冷却水が排出される第２冷却流路から加工ヘッドを冷却する第３冷却流路が分岐していているので、レーザ発振器によりあたためられた冷却水が加工ヘッドに流れるため、加工ヘッド、特に外部光学系のホルダに結露が発生することが抑制される。また、レーザ発振器用の冷却器を用いて加工ヘッドも冷却するため、レーザ発振器用の冷却器とは別に、外部光学部品用の冷却器を設ける必要がなく、装置の大型化、コストの増加を抑制することができる。さらに、加工ヘッドにファン装置を設ける必要もないので、加工ヘッドの重量化も避けることができ、切断速度への影響を抑制することができる。
【００１０】
上記（２）に記載の態様によれば、レーザ発振器の非稼動時に低温の冷却水が加工ヘッドに流れることを回避することができ、より確実に外部光学系のホルダの結露を抑制することができる。
【００１１】
上記（３）に記載の態様によれば、熱の発生しやすい、ファイバケーブルの出射端と加工ヘッドの集光レンズとを冷却することで、レーザ加工の効率の悪化を抑制することができる。
【００１２】
上記（４）に記載の態様によれば、レーザ発振器から冷却器への戻り水を利用することで、レーザ発振器によりあたためられた冷却水が加工ヘッドに流れるため、加工ヘッド、特に外部光学系のホルダに結露が発生することが抑制される。また、レーザ発振器用の冷却器を用いて加工ヘッドも冷却するため、レーザ発振器用の冷却器とは別に、外部光学部品用の冷却器を設ける必要がなく、装置の大型化、コストの増加を抑制することができる。さらに、加工ヘッドにファン装置を設ける必要もないので、加工ヘッドの重量化も避けることができ、切断速度への影響を抑制することができる。
【００１３】
上記（５）に記載の態様によれば、レーザ発振器の非稼動時に低温の冷却水が加工ヘッドに流れることを回避することができ、より確実に外部光学系のホルダの結露を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の概略平面図である。
【図２】図１に示すレーザ加工機の概略側面図である。
【図３】加工ヘッド駆動機構の斜視図である。
【図４】加工ヘッドの斜視図である。
【図５】図１に示すレーザ加工機の背面図である。
【図６】図１に示すレーザ加工機の冷却回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のレーザ加工機の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、レーザ加工機１０は、加工機本体２０と、加工機本体２０に内蔵されるレーザ発振器２１及び制御装置２２と、加工機本体２０に接続して配設されるパレットチェンジャ２３と、空気中の窒素ガスを分離するために使用されるブースターコンプレッサ２４やエアコンプレッサ２５、又は、酸素ガスボンベ２６などを備えるアシストガス供給部２７と、レーザ発振器２１及びレーザ加工ヘッド４０（以下、加工ヘッドと呼ぶ。）を冷却する冷却水を供給するチラーユニット２８、及び加工時に発生する塵埃などを排除する集塵機２９などを主に備える。
なお、本実施形態において、前方とは、加工機本体２０とパレットチェンジャ２３の並び方向（図１のＸ方向）において加工機本体２０寄りの方向を表わし、後方とは、該並び方向において、パレットチェンジャ２３寄りの方向を表わす。また、左方及び右方は、該並び方向に直交する方向（図１のＹ方向）において、後方から前方を見たときの方向で表わされる。
【００１６】
加工機本体２０のキャビン３０内には、パレット３１を所定の方向であるキャビン３０の長手方向（Ｘ方向）に駆動するパレット駆動機構３２と、パレット３１に搭載されたワークＷを熱によって切断するためのレーザ光を照射する加工ヘッド４０と、加工ヘッド４０を駆動する加工ヘッド駆動機構４９と、加工時に切断された切り屑等を回収するための回収コンベア６０と、が収容されている。
【００１７】
図３に示すように、加工ヘッド４０は、加工ヘッド駆動機構４９によって、Ｘ方向、キャビン３０の幅方向（Ｙ方向）及びキャビン３０の上下方向（Ｚ方向）に移動可能である。具体的に、左右に設けられた一対の支持台４１には、梁状のＸ方向可動台４２が跨って配置され、このＸ方向可動台４２は、Ｘ軸モータ４３によりＸ方向に駆動される。また、Ｘ方向可動台４２には、Ｙ軸モータ４４により駆動されてＹ方向に移動可能なＹ方向可動台４５が配設されている。Ｙ方向可動台４５は、Ｘ方向可動台４２内に配置された不図示のラックに、Ｙ軸モータ４４の回転軸に固定された不図示のピニオンが噛合するラックピニオン機構によりＹ方向に駆動される。また、Ｙ方向可動台４５には、Ｚ軸モータ４６により駆動されるラックピニオン機構を用いて加工ヘッド４０がＺ方向に移動可能に配設されている。
なお、図１の実線及び図２の点線で示す加工ヘッド４０は、Ｘ方向で最も前方に位置した状態を表わし、図１及び図２の一点鎖線で示す加工ヘッド４０は、Ｘ方向で最も後方に位置した状態を表わしている。
【００１８】
加工ヘッド４０には、レーザ発振器２１から延びるファイバケーブル（先端のみ図示）５０が、Ｘ方向用ケーブルべア４８ｘ、及びＹ方向用ケーブルべア４８ｙを介して配索することで接続されている。また、加工ヘッド４０内には、ファイバケーブル５０の出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズ５１と、平行光線化されたレーザ光を集光するための集光レンズ５２と、が配置されており、集光レンズ５２は、加工ヘッド４０に対してＺ方向に位置調整自在に設けられている。これらのコリメータレンズ５１と集光レンズ５２は、外部光学系のホルダ（図示せず）に保持されている。なお、レーザ光を生成するレーザ発振器２１の構成は、公知のものを適用可能であるから、詳細な説明については省略する。
【００１９】
また、図４に示すように、加工ヘッド４０の周囲には、後述する冷却回路８０を構成するチラーユニット２８に繋がる冷却管５６ａ〜５６ｄが接続されており、ファイバケーブル５０の出射端と、集光レンズ５２の周囲を冷却する。さらに、加工ヘッド４０の周囲には、加工ヘッド４０内に、アシストガス供給部２７から窒素ガス、或いは酸素ガスのアシストガスを供給するガス供給管５７や、加工ヘッド４０のレーザノズル５３近傍に向けて、窒素ガス、或いは酸素ガスのアシストガスを吹き付けるサイドノズル５４に接続される他のガス供給管５８が設けられている。
【００２０】
これらの冷却管５６ａ〜５６ｄやガス供給管５７，５８は、Ｚ方向用ケーブルべア４８ｚを通過した後、ファイバケーブル５０とともに、Ｘ方向用ケーブルべア４８ｘ、及びＹ方向用ケーブルべア４８ｙに配索されて、チラーユニット２８及びアシストガス供給部２７に接続される。
【００２１】
加工ヘッド４０は、レーザ発振器２１を作動させると、レーザ光がファイバケーブル５０を介してコリメータレンズ５１で平行光線化され、更に平行光線化されたレーザ光が集光レンズ５２に入射して集光し、レーザノズル５３からワークＷの加工部に照射されてワークＷを加工する。加工に際して、アシストガス供給部２７から供給されるアシストガスは、レーザノズル５３やサイドノズル５４からワークＷの加工部に向けて噴出して、加工時に生じた溶融した金属を吹き飛ばす。
【００２２】
図１及び図２に示すように、パレット駆動機構３２は、Ｘ方向に沿ってパレット３１の右側面と対向する位置に配設され、駆動モータ３３によって回転駆動される無端チェーン３４と、パレット３１の下面側に設けられた複数のローラ３６が転動案内され、パレット３１を支持するレール３５と、を有する。そして、駆動モータ３３により無端チェーン３４が回転駆動すると、無端チェーン３４に設けられたピン（図示せず）が、パレット３１の係合部（図示せず）に係合し、レール３５上のパレット３１をＸ方向に移動させる。
【００２３】
図２及び図５に示すように、キャビン３０には、正面３０Ｆに開閉扉であるガルウィング３８が設けられ、正面３０Ｆに対して反対側となる背面３０Ｒに横長スリット状に形成された搬入出口３７が、パレットチェンジャ２３に対応して設けられている。これにより、大ロット製品の加工時には、ワークＷを載置するパレット３１を搬入出口３７を介して搬入出し、小ロット製品の加工時には、ガルウィング３８からワークＷを搬入出し、ロットの大きさに対応した搬入出作業を行うことができる。
【００２４】
また、正面３０Ｆには、ガルウィング３８の側方に第１操作盤７５が配置され、左側面３０Ｌには、第２操作盤７０が背面３０Ｒ寄りに配置されている。さらに、キャビン３０の正面３０Ｆで、ガルウィング３８の下方には、作業者が足で操作可能なフートスイッチ７６が配置されている。
【００２５】
図１、図２及び図５に示すように、パレットチェンジャ２３は、搬入出口３７が設けられたキャビン３０の背面３０Ｒに対向して配置されている。パレットチェンジャ２３は、図１に示す駆動機構６１によって上下駆動される可動フレーム６２を有し、可動フレーム６２の左右側方に設けられた略コの字状レール６３上に２台のパレット３１を上下に２段配置することができる。
【００２６】
上側のパレット３１は、コの字状レール６３の上側レール面６３ａ上に載置され、また、下側のパレット３１は、コの字状レール６３の下側レール面６３ｂ上に載置される。コの字状レール６３上に２段配置されたパレット３１は、駆動機構６１で可動フレーム６２を上下駆動することで、略コの字状レール６３上のパレット３１を上下に移動して、キャビン３０内に配設されたレール３５と同じ高さとなるように高さ調節が可能であり、該レール３５と同じ高さに位置するパレット３１を、搬入出口３７を介してパレットチェンジャ２３とキャビン３０内との間で搬入出することができる。
【００２７】
また、可動フレーム６２の下方には、ワークＷをパレット３１の基準に突き当てるため、ワークＷをパレット３１上で移動させるためのフリーベアリング６４を最上部に備えるワークリフタ６６が昇降可能に設けられている（図５参照）。なお、図１及び図２において、符号６５は、ワークリフタ６６を上下駆動する駆動機構６７を作動させるためのフートスイッチである。
【００２８】
図１に示すように、パレットチェンジャ２３を囲う作業エリアＷＡの各角部には、投光器７１、反射板７２、及び受光器７３からなるセンサが配置されており、投光器７１から照射した光を、３つの反射板７２で反射して受光器７３で受光することにより、作業エリアＷＡ内への作業者等の出入りを監視している。また、キャビン３０の背面３０Ｒには、エリアセンサ７４が配設されて、作業エリアＷＡ内の作業者等の有無を検出する。投光器７１、反射板７２、及び受光器７３からなるセンサ、またはエリアセンサ７４が作動したときは、作業エリアＷＡ内に作業者等がいると判断してパレットチェンジャ２３の搬入出作業を禁止し、これにより作業者等の安全が確保される。
【００２９】
ここで、レーザ加工機１０の冷却回路８０について図６を参照しながら詳細に説明する。
冷却回路８０の一部を構成するチラーユニット２８は、筐体内に、図示しないが、タンクと、該タンクから吐出された水を冷却する冷凍機とを備えている。冷凍機は圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮する凝縮器と、この凝縮器から吐出された冷媒を蒸発させ潜熱を利用してタンクからの水を冷却する熱交換器とを備えている。そして、熱交換器で冷却された水がレーザ発振器２１の内部に供給されレーザ発振器２１内が冷却される。
【００３０】
チラーユニット２８のタンクは、２本の冷却管８１，８２によってレーザ発振器２１に接続され、冷却管８１側に不図示のオイルポンプが接続され、冷却水が冷却管８１を通ってレーザ発振器２１に供給される。レーザ発振器２１を冷却した冷却水は、冷却管８２に排出されてタンク内に戻る。冷却管８２からは、加工ヘッド４０に接続される冷却管５６ａが分岐し、レーザ発振器２１を冷却した冷却水の一部が加工ヘッド４０に供給される。また、タンクは、冷却管５６ｄで加工ヘッド４０に接続されており、加工ヘッド４０を冷却した冷却水がタンクに戻るように構成されている。
【００３１】
加工ヘッド４０に供給される冷却水は、一端がファイバケーブル５０の出射端の後部上方に接続された冷却管５６ａから、ファイバケーブル５０の出射端の周囲を通って、前部上方に一端が接続された冷却管５６ｂに排出される。冷却管５６ｂの他端は、集光レンズ５２の後部上方に接続され、冷却管５６ｂを通って集光レンズ５２の後部上方から供給される冷却水は、集光レンズ５２の後方周囲を冷却後、一端が集光レンズ５２の前方上部に接続された冷却管５６ｃを通って集光レンズ５２の前方上部に供給される。集光レンズ５２の前方上部に供給される冷却水は、集光レンズ５２の前方周囲を冷却後、冷却管５６ｄを通ってタンクに戻る。
【００３２】
冷却管８２から分岐した冷却管５６ａには、レーザ発振器２１を制御する制御装置２２に電気的に接続されるソレノイドバルブ８５が設けられている。ソレノイドバルブ８５は、レーザ発振器２１への駆動信号に同期して開弁し、レーザ発振器２１への駆動信号が停止するとこれに同期して閉弁する。従って、ソレノイドバルブ８５は、レーザ発振器２１の稼動時にのみ開弁して冷却水を加工ヘッド４０に供給し、レーザ発振器２１の非稼動時に閉弁して加工ヘッド４０への冷却水の供給を遮断する。
【００３３】
レーザ発振器２１には、除湿機、エアコン等の除湿装置２１ａが備え付けられている。チラーユニット２８のタンク内の水温は、例えば２０〜２５℃に設定されるが、レーザ発振器２１の内部温度が上昇し、結露が発生し得る環境であっても除湿装置２１ａにより結露の発生が防止される。これに対し、加工ヘッド４０には除湿装置が設けられていない。しかしながら、レーザ発振器２１からチラーユニット２８のタンクへの戻り水が、冷却管８２から分岐した冷却管５６ａを通って加工ヘッド４０に供給されるためタンク内の設定温度より高い温度の冷却水が加工ヘッド４０に供給される。これにより、加工ヘッドの雰囲気温度に対して低すぎる冷却水が加工ヘッド４０に供給されることで発生する加工ヘッド４０、特に外部光学系のホルダの結露が抑制される。
【００３４】
さらに、冷却管８２から分岐した冷却管５６ａにはレーザ発振器２１の稼動・非稼動に同期して開弁・閉弁を切り換えるソレノイドバルブ８５が設けられているため、レーザ発振器２１の非稼動時、即ち、冷却水の温度上昇がそれほど望めない環境下においては、加工ヘッド４０への冷却水の供給が遮断されることで、加工ヘッド４０の結露がより効果的に抑制される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ発振器２１を冷却した冷却水が排出される配管８２から加工ヘッド４０を冷却する配管５６ａが分岐していているので、レーザ発振器２１によりあたためられた冷却水が加工ヘッド４０に流れるため、加工ヘッド４０、特に外部光学系のホルダにおける結露の発生が抑制される。また、レーザ発振器２１用のチラーユニット２８を用いて加工ヘッド４０も冷却するため、レーザ発振器２１用のチラーユニット２８とは別に、外部光学部品用の冷却器を設ける必要がなく、装置の大型化、コストの増加を抑制することができる。さらに、加工ヘッド４０にファン装置を設ける必要もないので、加工ヘッド４０の重量化も避けることができ、切断速度への影響を抑制することができる。
【００３６】
また、ソレノイドバルブ８５によりレーザ発振器２１の非稼動時に冷却水が加工ヘッド４０に流れることを回避することができるので、より確実に加工ヘッド４０の結露を抑制することができる。
【００３７】
また、熱の発生しやすい、ファイバケーブル５０の出射端及び加工ヘッド４０の集光レンズ５２を冷却することで、レーザ加工の効率の悪化を抑制することができる。
【００３８】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本発明は、本実施形態のファイバレーザ加工機１０に限定されるものでなく、任意のレーザ加工機に適用可能である。
【００３９】
また、加工ヘッド４０周りの冷却管５６ａ〜５６ｄは、レーザ発振器２１からチラーユニット２８のタンクへの戻り水が供給される冷却管５６ａと、加工ヘッド４０からチラーユニット２８のタンクへ冷却水を戻す冷却管５６ｄとが配置されていればよい。また、加工ヘッド４０の冷却は、少なくとも集光レンズ５２を冷却するものであれば、冷却部は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１０    レーザ加工機
２１    レーザ発振器
２８    チラーユニット（冷却器）
４０    レーザ加工ヘッド
５０    ファイバケーブル
５２    集光レンズ
５６ａ  冷却管（第３冷却流路）
８１    冷却管（第１冷却流路）
８２    冷却管（第２冷却流路）
８５    ソレノイドバルブ（弁部材）
【図１】
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【図２】
2014083592.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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