(57)【要約】【課題】レーザ加工に伴う塵埃などの汚れが、集光レンズを保護する保護ガラスや保護ガラスカートリッジに付着することを防止して、保護ガラスのメンテナンスを容易に行うことができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】集光レンズ５２が設けられてレーザ光出射方向に調整可能なレンズホルダ８０と、集光レンズ５２のレーザ光出射方向下流側に配置される保護ガラス９１を保持してレーザ光出射方向と直交する方向から着脱自在に装着される保護ガラスカートリッジ９０とは、外部から遮断可能な開閉扉１０２を有するハウジング１００の収容室１０１内に収容される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を集束させる集光レンズと、該集光レンズのレーザ光出射方向下流側に配置され、前記集光レンズを保護する保護ガラスと、を備え、レーザ光をワークに照射して加工するレーザ加工機用加工ヘッドであって、
前記保護ガラスを保持する保護ガラスカートリッジと、
前記集光レンズ及び前記保護ガラスカートリッジを収容する収容室を形成するとともに、前記収容室を外部に開放又は外部と遮断するための開閉扉を備えるハウジングと、
を備え、
前記保護ガラスカートリッジは、前記開閉扉を開いた状態で着脱されることを特徴とするレーザ加工機用加工ヘッド。
【請求項２】
前記集光レンズは、レンズホルダに設置されて、前記レーザ光出射方向に調整可能に前記収容室内に収容され、
前記ハウジングは、前記収容室内に突出する、互いに同心の上側固定筒及び下側固定筒を備え、
前記レンズホルダは、前記ハウジングの上側固定筒及び下側固定筒に摺動自在にそれぞれ外嵌する上側可動筒及び下側可動筒を有し、
前記下側固定筒には、前記収容室内に突出した部分に、前記レーザ光出射方向と直交する方向に開口する凹部が形成され、
前記保護ガラスカートリッジは、前記凹部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機用加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機用加工ヘッドに関し、より詳細には、レーザ加工に伴う塵埃などの汚れが、集光レンズを保護する保護ガラス及びその周辺部に付着することを防止して、保護ガラスのメンテナンスを容易に行うことができるレーザ加工機用加工ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工光学系のレーザビーム出射部と被加工物との間に保護部材を配置して、加工光学系と保護部材間に侵入した飛散物がレンズに衝突することを防止するようにしたレーザ加工装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３６６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、レーザ加工機を一定期間使用すると、保護部材に飛散物が付着して加工性能に影響を及ぼす虞があるため、保護部材の交換などのメンテナンスを定期的に行なう必要がある。特許文献１に開示されているレーザ加工装置では、反射鏡や集光レンズ等の加工光学系を収納したベースを覆うカバーの外側に保護部材が取り付けられている。保護部材や保護部材が取り付けられるカバーは、飛散物が飛散する環境に曝されているので、反射鏡や集光レンズ等への飛散物の付着を防止することはできるが、保護部材やカバーには付着してしまい、保護部材の交換などのメンテナンスの際にカバーに付着している飛散物が保護部材に付着してしまう虞があった。特に、波長１μｍ程度のレーザ光を用いるレーザ加工装置においては、極く僅かな汚れでも加工品質に悪影響を及ぼす可能性があり、改善の余地があった。
【０００５】
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、レーザ加工に伴う塵埃などの汚れが、集光レンズを保護する保護ガラスや保護ガラスカートリッジに付着することを防止して、保護ガラスのメンテナンスを容易に行うことができるレーザ加工機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
即ち、請求項１に係る発明は、
レーザ光を集束させる集光レンズと、該集光レンズのレーザ光出射方向下流側に配置され、前記集光レンズを保護する保護ガラスと、を備え、レーザ光をワークに照射して加工するレーザ加工機用加工ヘッドであって、
前記保護ガラスを保持する保護ガラスカートリッジと、
前記集光レンズ及び前記保護ガラスカートリッジを収容する収容室を形成するとともに、前記収容室を外部に開放又は外部と遮断するための開閉扉を備えるハウジングと、
を備え、
前記保護ガラスカートリッジは、前記開閉扉を開いた状態で着脱されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、
前記集光レンズは、レンズホルダに設置されて、前記レーザ光出射方向に調整可能に前記収容室内に収容され、
前記ハウジングは、前記収容室内に突出する、互いに同心の上側固定筒及び下側固定筒を備え、
前記レンズホルダは、前記ハウジングの上側固定筒及び下側固定筒に摺動自在にそれぞれ外嵌する上側可動筒及び下側可動筒を有し、
前記下側固定筒には、前記収容室内に突出した部分に、前記レーザ光出射方向と直交する方向に開口する凹部が形成され、
前記保護ガラスカートリッジは、前記凹部に着脱自在に装着されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１によれば、保護ガラスを保持する保護ガラスカートリッジと、集光レンズ及び保護ガラスカートリッジを収容する収容室を形成するとともに、収容室を外部に開放又は外部と遮断するための開閉扉を備えるハウジングと、を備え、保護ガラスカートリッジは、開閉扉を開いた状態で着脱される。これにより、ワーク加工時に発生する塵埃などが収容室内に侵入することが防止され、集光レンズ、保護ガラス、保護ガラスカートリッジは勿論、収容室内に収容されているこれらの周辺部が塵埃などで汚染されることがない。これにより、保護ガラスカートリッジの定期的な交換などのメンテナンス時に、周辺部から落下する塵埃などによって保護ガラスや保護ガラスカートリッジが汚染される虞がなく、加工品質を維持することができる。
【０００９】
請求項２によれば、ハウジングは、収容室内に突出する、互いに同心の上側固定筒及び下側固定筒を備え、レンズホルダは、ハウジングの上側固定筒及び下側固定筒に摺動自在にそれぞれ外嵌する上側可動筒及び下側可動筒を有するので、レンズホルダに設置された集光レンズは、収容室内で、レーザ光出射方向に精度良く調整することができる。また、保護ガラスカートリッジは、下側固定部の収容室内に突出した部分に、レーザ光出射方向と直交する方向に開口するように形成された凹部に着脱自在に装着されるので、収容室をコンパクトに設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のレーザ加工機用加工ヘッドが適用され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】ハウジングに収容された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】加工ヘッドの断面図である。
【図７】ハウジングの開閉扉を開放した状態を示す加工ヘッドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るレーザ加工機用加工ヘッドが適用されるレーザ加工機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、窒素及び酸素ガスボンベ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。
【００１２】
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を加工するためのレーザ光を照射するレーザ加工ヘッド４０と、レーザ加工ヘッド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。
【００１３】
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。
【００１４】
加工ヘッド４０には、レーザ発振器２１から延びるファイバーケーブル（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、ファイバーケーブル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。なお、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。
【００１５】
また、図４に示すように、加工ヘッド４０の周囲には、チラーユニット２８から供給される冷却管５６が接続されており、ファイバーケーブル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。
【００１６】
これらの冷却管５６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、ファイバーケーブル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。
【００１７】
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ーケーブル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。なお、加工ヘッド４０の詳細については、後述する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、正面３０Ｆ及び背面３０Ｒと直交する左側面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、フートスイッチ７６が配置されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、フリーベアリング６４を上下駆動する駆動機構６１を作動させるための他のフートスイッチである。
【００２４】
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内に作業者がいると判断してレーザ加工機１０の作動を禁止し、これにより作業者の安全が確保される。
【００２５】
ここで、図６に示すように、加工ヘッド４０は、集光レンズ５２を保持するレンズホルダ８０と、保護ガラス９１を保持する保護ガラスカートリッジ９０と、正面側に開閉扉１０２を有し、レンズホルダ８０及び保護ガラスカートリッジ９０を収容する収容室１０１を形成するハウジング１００と、を備える。
【００２６】
レンズホルダ８０は、集光レンズ５２を保持するレンズカートリッジ８２と、後述するハウジング１００の上側固定筒１０５に摺動自在に外嵌する上側可動筒８３と、ハウジング１００の下側固定筒１０６に摺動自在に外嵌する下側可動筒８４と、上側可動筒８３と下側可動筒８４との間に配置されて開閉扉１０２側から着脱自在に装着される中間可動筒８５と、を備える。
【００２７】
従って、レンズカートリッジ８２は、開閉扉１０２を開き、レーザ光出射方向と直交する方向（図６において右側）から中間可動筒８５を取り外すことで、レンズホルダ８０から着脱可能となっている。
【００２８】
ハウジング１００は、内部に収容室１０１を有する略矩形箱状に形成されており、前面側には収容室１０１を外部に開放又は外部と遮断するための開閉扉１０２が設けられ、上面１０３及び底面１０４には、それぞれ円筒状の上側固定筒１０５及び下側固定筒１０６が互いに同心に配置されている。上側固定筒１０５及び下側固定筒１０６の先端部は、収容室１０１内に突出している。
【００２９】
下側固定筒１０６の収容室１０１内に突出した部分には、保護ガラスカートリッジ９０を装着するための凹部１０７が前面側、即ち開閉扉１０２側から形成されており、保護ガラスカートリッジ９０がレーザ光出射方向と直交する方向（前面側）から着脱自在に装着される。また、下側固定筒１０６の下端には、ノズルホルダ１０８を介してアシストガス供給部２７から供給される窒素や酸素などのアシストガスを、ワークＷの加工部へ噴出するためのレーザノズル５３が取り付けられている。
【００３０】
レンズホルダ８０は、上側固定筒１０５及び下側固定筒１０６の収容室１０１内に突出した部分に、レーザ光出射方向（図６において上下方向）に移動可能に支持されている。そして、レンズホルダ８０が図示しない駆動機構によって上下方向に移動することで、集光レンズ５２が移動し、レーザ光をワークＷの加工部に集光させる。
【００３１】
ここで、ワークＷのレーザ加工に伴って、溶融した金属などの塵埃が加工部及び加工ヘッド４０の回りに飛散し、保護ガラス９１の下面にも付着する。このため、レーザ加工機１０の一定期間使用後には、加工性能を維持するため、保護ガラス９１の交換などのメンテナンスが定期的に行なわれる。特に、波長１μｍ程度のレーザ光を用いるレーザ加工機１０にあっては、僅かな汚れも加工性能に及ぼす影響が大きいので、保護ガラス９１のメンテナンスが重要となる。
【００３２】
保護ガラス９１のメンテナンスは、図６及び図７に示すように、ハウジング１００の開閉扉１０２を開き、下側固定筒１０６の凹部１０７から保護ガラスカートリッジ９０を前面側に抜き取る。そして、清浄済み或いは新しい保護ガラス９１を保持した保護ガラスカートリッジ９０が凹部１０７に装着される。
【００３３】
この際、保護ガラスカートリッジ９０や下側固定筒１０６の凹部１０７は、ハウジング１００内に収容されており、塵埃で汚れていないので、保護ガラスカートリッジ９０が凹部１０７に装着される際、保護ガラスカートリッジ９０や下側固定部１０６から保護ガラス９１に塵埃が落下するのを防止することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態のレーザ加工機用加工ヘッド４０によれば、保護ガラス９１を保持する保護ガラスカートリッジ９０と、集光レンズ５２及び保護ガラスカートリッジ９０を収容する収容室１０１を形成するとともに、収容室１０１を外部に開放又は外部と遮断するための開閉扉１０２を備えるハウジング１００と、を備え、保護ガラスカートリッジ９０は、開閉扉１０２を開いた状態で着脱される。これにより、ワーク加工時に発生する塵埃などの汚れが収容室１０１内に侵入することが防止され、集光レンズ５２、保護ガラス９１、保護ガラスカートリッジ９０は勿論、収容室１０１内に収容されているこれらの周辺部が塵埃などで汚染されることがない。これにより、保護ガラスカートリッジ９０の定期的な交換などのメンテナンス時に、周辺部から落下する塵埃などによって保護ガラスカートリッジ９０が汚染される虞がなく、加工品質を維持することができる。
【００３５】
また、ハウジング１００は、収容室１０１内に突出する上側及び下側固定筒１０５，１０６を備え、レンズホルダ８０は上側及び下側固定筒１０５，１０６にそれぞれ摺動自在に外嵌する上側及び下側可動筒８３，８４を有するので、レンズホルダ８０に設置された集光レンズ５２は、収容室１０１内で、レーザ光出射方向に精度良く調整することができる。また、保護ガラスカートリッジ９０は、下側固定筒１０６の収容室１０１内に突出した部分に、レーザ光出射方向と直交する方向に開口するように形成された凹部１０７に装着されるので、収容室１０１をコンパクトに設計することができる。
【００３６】
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。
【符号の説明】
【００３７】
１０    レーザ加工機
４０    加工ヘッド（レーザ加工機用加工ヘッド）
５２    集光レンズ
８０    レンズホルダ
８２    レンズカートリッジ
８３    上側可動筒
８４    下側可動筒
８５    中間可動筒
９０    保護ガラスカートリッジ
９１    保護ガラス
１００        ハウジング
１０１        収容室
１０２        開閉扉
１０５        上側固定筒
１０６        下側固定筒
１０７        凹部
Ｗ      ワーク
【図１】
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【図２】
2014083591.tif 000004
【図３】
2014083591.tif 000005
【図４】
2014083591.tif 000006
【図５】
2014083591.tif 000007
【図６】
2014083591.tif 000008
【図７】
2014083591.tif 000009