(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工装置のフレームの長手方向にほぼ平行な第１軸ガイドレールを設け、該第１軸ガイドレールにガイドされる第１軸キャリッジを前記第１軸ガイドレールを中心に該第１軸ガイドレールに直交する両方向に張出して設け、該第１軸ガイドレールから手前にオーバーハングした前記第１軸キャリッジにレーザ加工ヘッドを備えた第２軸キャリッジを前記第１軸キャリツジの移動方向に直交する第２軸方向に移動自在に設けると共に、前記第１軸ガイドレールの他側にオーバーハングした前記第１軸キャリッジに前記第２軸方向に移動自在のバランサーを設け、該バランサーと前記第２軸キャリッジの前記第１軸ガイドレールの中心に対するモーメントとをバランスさせるバランサー機構を備えたレーザ加工装置において、前記第１軸キャリッジの先端部側面と第１門型フレーム側の他端部の側面とに第１回転体と第２回転体とをそれぞれ設け、該第１、第２回転体に第１回転伝達部材を巻回し、該第１回転伝達部材の上側走行部を前記第２軸キャリッジに固定すると共に、前記第２回転体と同軸に一体的に設けられた第３回転体と前記第１軸ガイドレールの上方位置の前記第１軸キャリッジの側面に第４回転体とを設け、該第３、第４回転体に第２回転伝達部材を巻回し、該第２回転伝達部材の下側走行部を前記バランサーに固定して設け、前記第２軸キャリッジが前記第１軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第１軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれｌ１、ｌ２、前記バランサーが前記第１軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第１軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれｌ３、ｌ４とするとき、前記第１、第２回転体の直径Ｄと前記第３、第４回転体の直径ｄとの比Ｄ／ｄをｌ１／ｌ３および ｌ２／ｌ４に等しく設けてなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記第１回転体と第２回転体および第３回転体と第４回転体は、歯付きプーリ、スプロケットギヤまたは溝付きプーリ等からなり、前記第１回転伝達部材と第２回転伝達部材は、歯付きベルト、チェインまたはワイヤー等からなることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工ヘッドを位置決めする位置決め装置にバランサーを備えたレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光軸移動型レーザ加工機の概要が図４に示してある。この形式の位置決め装置を備えたレーザ加工機においては、第１軸キャリッジ１０３がレーザ加工機本体１０１からオーバーハングして設けられており、この第１軸キャリッジ１０３はレーザ加工機本体１０１に平行する方向の第１軸（Ｘ軸とするのが普通）方向に移動自在に設けられている。
【０００３】
前記第１軸キャリッジ１０３には第１軸キャリッジ１０３の移動方向に直交する方向である第２軸（Ｙ軸とするのが普通）方向に移動自在の第２軸キャリッジ１０５が移動自在に設けられている。そしてこの第２軸キャリッジ１０５にレーザ加工ヘッド１０７が取付けられており、レーザ発振器１０９からのレーザビームが複数のベンドミラー（図示省略）を介してこのレーザ加工ヘッド１０７に誘導自在に設けられている。
【０００４】
図５に示す第１軸キャリッジのガイド機構に示す如く、第１軸キャリッジ１０３は、レーザ加工機本体１０１に設けられた一対の第１軸（Ｘ軸）ガイドレール１１５Ｆと１１５Ｒにそってガイドされ、また上記第２軸キャリッジ１０５は、第１軸キャリッジ１０３の側面に設けられた図示省略した複数の第２軸（Ｙ軸）ガイドレールにそってガイドされるように構成されている。また第１軸キャリッジ１０３はレーザ加工機本体１０１に設けられた駆動機構（図示省略）により第１軸（Ｘ軸）方向の任意の位置に移動位置決めがなされる。第２軸キャリッジ１０５は、第１軸キャリッジ１０３の側面に設けられた駆動機構（図示省略）により第２軸（Ｙ軸）方向の任意の位置に移動位置決めがなされるようになっている。
【０００５】
上記の第１軸キャリッジ１０３は、レーザ加工機本体１０１に設けられた一対の第１軸（Ｘ軸）ガイドレール１１５Ｆと１１５Ｒに第１軸キャリッジ１０３に設けられた３個のベアリング（１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃ）によってガイドされており、ベアリング１１７Ａの中心とベアリング１１７Ｂとの間隔をＬ１  とし、加工ヘッド１０７の中心Ｐと第１軸（Ｘ軸）ガイドレール１１５Ｆとの距離をＬ２  とするとき、レーザ加工ヘッド１０７の軸心Ｐに第１軸（Ｘ軸）方向の力Ｆ０  が生じたときのＦ０  ×Ｌ２  なる力のモーメントが、モーメントＦ１  ×Ｌ１  と均衡するように設けてある。なおＦ１  はベアリング１１７Ａにかかる力である。
【０００６】
上記のような構成からなる位置決め装置１１１の下方には、被加工物Ｗを載置固定する加工テーブル１１３が設けられており、この位置決め装置１１１の第２軸キャリッジ１０５に設けられたのレーザ加工ヘッド１０７の位置決め可能な範囲においてレーザビームによる切断加工あるいは溶接加工などがなされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光軸移動型レーザ加工機は上述のように構成されており、前記位置決め装置１１１の第１軸キャリッジ１０３を第１軸方向（Ｘ軸）に移動させる場合、第１軸キャリッジ１０３上に停止している第２軸キャリッジ１０５の位置によって、第１軸（Ｘ軸）ガイドレールを中心とする第１軸キャリッジ１０３のモーメントが変化することになる。その結果第２軸キャリッジ１０５の位置によって、第１軸キャリッジ１０３に発生する「たわみ」に変化が生じ加工精度も第２軸キャリッジ１０５の位置によって変化するという問題がある。
【０００８】
またベアリング（１１７Ａ，１１７Ｂ）にかかる荷重を小さくして、このベアリングの変形を押さえることによりレーザ加工ヘッド１０７の位置決め精度を良くするには、ベアリング１１７Ａとベアリング１１７Ｂとの間隔Ｌ１  を大とするかまたはＬ２  を小さくする方法がある。しかし前者では第１軸キャリッジ１０３の第１軸（Ｘ軸）方向の寸法が大となりレーザ加工機が大型になるという問題があり、後者の場合は製品の加工寸法範囲が小さくなるという問題がある。また剛性の大きいベアリング（１１７Ａ，１１７Ｂ）を使用すれば、ベアリングの変形は小さくすることが出来るがこれもレーザ加工機のコストアップにつながるという問題がある。
【０００９】
本発明は上述の如き従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はレーザ加工装置本体からオーバーハングして設けられ第１軸キャリッジ上の第２軸キャリッジの位置が変化しても、第１軸キャリッジのモーメントが変化せず、レーザ加工ヘッドの位置決め精度が変化しないレーザ加工装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明おレーザ加工装置は、レーザ加工装置のフレームの長手方向にほぼ平行な第１軸ガイドレールを設け、該第１軸ガイドレールにガイドされる第１軸キャリッジを前記第１軸ガイドレールを中心に該第１軸ガイドレールに直交する両方向に張出して設け、該第１軸ガイドレールから手前にオーバーハングした前記第１軸キャリッジにレーザ加工ヘッドを備えた第２軸キャリッジを前記第１軸キャリツジの移動方向に直交する第２軸方向に移動自在に設けると共に、前記第１軸ガイドレールの他側にオーバーハングした前記第１軸キャリッジに前記第２軸方向に移動自在のバランサーを設け、該バランサーと前記第２軸キャリッジの前記第１軸ガイドレールの中心に対するモーメントとをバランスさせるバランサー機構を備えたレーザ加工装置において、前記第１軸キャリッジの先端部側面と第１門型フレーム側の他端部の側面とに第１回転体と第２回転体とをそれぞれ設け、該第１、第２回転体に第１回転伝達部材を巻回し、該第１回転伝達部材の上側走行部を前記第２軸キャリッジに固定すると共に、前記第２回転体と同軸に一体的に設けられた第３回転体と前記第１軸ガイドレールの上方位置の前記第１軸キャリッジの側面に第４回転体とを設け、該第３、第４回転体に第２回転伝達部材を巻回し、該第２回転伝達部材の下側走行部を前記バランサーに固定して設け、前記第２軸キャリッジが前記第１軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第１軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれｌ１、ｌ２、前記バランサーが前記第１軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第１軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれｌ３、ｌ４とするとき、前記第１、第２回転体の直径Ｄと前記第３、第４回転体の直径ｄとの比Ｄ／ｄをｌ１／ｌ３および ｌ２／ｌ４に等しく設けてなるものである。
【００１１】
また上記レーザ加工装置は、前記第１回転体と第２回転体および、第３回転体と第４回転体は歯付きプーリ、スプロケットギヤまたは溝付きプーリ等からなり、前記第１回転伝達部材と第２回転伝達部材は歯付きベルト、チェインまたはワイヤー等からなるものである。
【００１２】
【作用】
上述のような構成としたので、第１軸キャリッジを第１軸方向に移動して位置決めする場合、第２軸キャリッジが第１軸キャリッジのどの位置に移動しても第１軸ガイドレ−ル（１１Ａ）を中心とする水平方向のモーメントは常にバランスされる。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のレーザ加工装置１の実施例の全体的概要を示す斜視図である。第１門型フレーム３は第１梁部材５とその両端に設けた強度の相違するる左右の支柱（７，９）から構成されている。
【００１４】
図２には前記図１から第２門型フレーム２７を取除いた状態の斜視図が示してある。図２を参照するに、前記第１梁部材５の上には第１梁部材５の長手方向に２本のガイドレールが平行に敷設されている。手前側のガイドレール１１Ａは第１軸方向を規制する第１軸ガイドレールをなし、奥側のガイドレール１１Ｂは第１軸方向を規制する第１軸ガイドレールによってガイドされる第１軸キャリッジの浮上がりを規制する作用をする。
【００１５】
この第１軸ガイドレール（１１Ａ，１１Ｂ）には、第１軸方向に移動自在な第１軸キャリッジ１３が３個の第１軸ガイド部材（１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ）によりガイドされている。また前記第１軸ガイドレール（１１Ａ，１１Ｂ）のほぼ中間には第１軸キャリッジ駆動モータ１７により回転駆動される第１軸ボールスクリュウ１９が設けられており、前記第１軸キャリッジ１３には、該第１軸ボールスクリュウ１９と螺合する第１軸ボールナット（図示省略）が設けられている。この第１軸キャリッジ１３の一端は、前記第１門型フレーム３の第１梁部材５上に設けられた第１軸ガイドレール１１Ａから手前に大きく張出して設けられると共に、その他端部は前記第１軸ガイドレール１１Ｂの側に張出して設けられ、該第１軸ガイドレール１１Ｂにより浮上りを規制されている。
【００１６】
上記構成の前記第１軸キャリッジ駆動モータ１７を適宜に回転駆動すれば前記第１軸キャリッジ１３は第１軸方向に適宜に移動位置決めすることができる。
【００１７】
また前記第１軸キャリッジ１３の下面には、前記第１軸方向に直交する方向の第２軸方向に一対の第２軸ガイドレール（２１Ａ，２１Ｂ）が設けられており、この一対の第２軸ガイドレールには第２軸キャリッジ２３が複数の第２軸ガイド部材（図示省略）によりガイドされている。また前記２本の第２軸ガイドレール（２１Ａ，２１Ｂ）のほぼ中間には、第２軸キャリッジ駆動モータ（図示省略）により回転駆動される第２軸ボールスクリュウ（図示省略）が設けられており、前記第２軸キャリッジ２３には、この第２軸ボールスクリュウ（図示省略）と螺合する第２軸ボールナット（図示省略）が設けられている。さらにこの第２軸キャリッジ２３には適宜な手段によりレーザ加工ヘッド２５が固定されている。
【００１８】
上記構成において、前記第２軸駆動モータ（図示省略）を適宜に回転駆動すれば前記第２軸キャリッジ２３は第２軸方向に適宜に移動位置決めすることができる。よって、前記第１軸キャリッジ駆動モータ１７と第２軸駆動モータ（図示省略）とを適宜に回転駆動すれば、第１軸キャリッジ１３と第２軸キャリッジ（図示省略）とはＸＹ平面の任意の位置に位置決めすることができる。すなわち第１軸キャリッジ１３と第２軸キャリッジ（図示省略）とからなるこの位置決め装置により前記レーザ加工ヘッド２５をＸＹ平面の任意の位置に位置決めすることができる。
【００１９】
前記第１門型フレーム３の上には、この第１門型フレーム３と平面的の外形寸がほぼ等しい長方形状の第２門型フレーム２７が固定設置してある。この第２門型フレーム２７の第２梁部材２９の四隅には４本のフレーム脚部（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ）が設けてあり、この４本のフレーム脚部（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ）のうち左のフレーム脚部（３１Ａ，３１Ｂ）は、前記第１門型フレーム３の左支柱（７）の上方の位置の第２梁部材２９上に、右のフレーム脚部（３１Ｃ，３１Ｄ）は前記第１門型フレーム３の右支柱（９）の上方の位置の第２梁部材２９上に設置固定されている。なお左のフレーム脚部（３１Ａ，３１Ｂ）と右のフレーム脚部（３１Ｃ，３１Ｄ）はそれぞれ一体的に構成しても良い。  この第２門型フレーム２７の第２梁部材２９上には、レーザ発振器３３とレーザ発振器用の電源装置３５とが隣接して載置固定してある。なおレーザ発振器３３は板金加工用の場合には、高出力の炭酸ガスレーザ発振器が主に使用されているが固体レーザのＹＡＧレーザを用いることもできる。
【００２０】
前記第１門型フレーム３の左支柱７または右支柱９には、前記第２門型フレーム２７の左右のフレーム脚部を介しての圧縮荷重Ｐと第１梁部材５を介しての圧縮荷重と、前記第１軸キャリッジ１３が水平方向に移動停止するときの動荷重による曲げモーメントとが作用する。そこで第１門型フレーム３の左支柱７の幅Ａを右支柱９より増加させて上記の曲げモーメントに対抗させる様にしてある。周知のように上記の水平方向の断面２次モーメントは左支柱７の幅Ａの３乗に比例して増加するので、増加させる支柱の幅を両方に分散させるよりも片方の支柱の幅を増加させるほうが非常に効率が良い。なお実施例では左支柱７の幅を大きくしているが左支柱７または右支柱９のどちらをその様に設定してもよい。
【００２１】
レーザ発振器３３からのレーザビーム３７はベンドミラ３９と図示しない幾つかのベンドミラを経由してレーザ加工ヘッド２５の最終段のベンドミラ（図示省略）に至り、このレーザ加工ヘッド２５の集光レンズ（図示省略）で集光されて加工テーブル４１上に載置固定されている被加工材Ｗに照射されるように構成されている。
【００２２】
上記構成により、前記第２門型フレーム２７の第２梁部材２９上に載置されたレーザ発振器３３とレーザ発振器の電源装置３５の荷重は、前記４本のフレーム脚部（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ）を介して、前記第１門型フレーム３の左支柱（７）と右支柱（９）とに分散してかかり、第１門型フレーム３の第１梁部材５のたわみにたいしては全く影響しない。また第１軸キャリッジ１３が移動するときの動荷重の第１門型フレーム３に対する影響は、第１門型フレーム３の一方の支柱（実施例では左支柱７）の強度を予想される動荷重による変形を考慮して大きく設定してあるので動荷重による変形がキャンセルされる。
【００２３】
さて図２において、前記第１門型フレーム３の第１梁部材５から手前にオーバーハングした前記第１軸キャリッジ１３の手前側先端部の右側垂直面には、第１回転体４３を回転自在に設けると共に、第１軸キャリッジ１３の他端部の右側垂直面には第２回転体４５を回転自在に設けてある。この第１回転体４３および第２回転体４５には、例えば溝付きプーリ、スプロケットギヤ、または歯付きプーリなどを使用することができる。前記第１回転体４３と第２回転体４５には、第１回転伝達部材４７が卷回してあり、該第１回転伝達部材４７には、例えばワイヤー、チェイン、歯付きベルトなどを用いることが出来る。そしてこの第１回転伝達部材４７の上側走行部が前記第１軸キャリッジ１３の先端部に位置する第２軸キャリッジ２３の垂直部に固定してある。なおこの第２軸キャリッジ２３の垂直部には前記第１回転伝達部材４７が通過できるような第１回転伝達部材通過溝４９が設けられている。
【００２４】
上記第２回転体４５の回転軸上には小径の第３回転体５１が一体的に設けられている。また前記ガイドレール１１Ａの上方位置の第１軸キャリッジ１３右側垂直面に上記第３回転体５１と同径の第４回転体５３が回転自在に設けられており、この第３回転体５１と第４回転体５３との間に第２回転伝達部材５５が卷回してある。そしてこの第２回転伝達部材５５の下側走行部が第１軸キャリッジ１３の他端部の右側垂直面に位置するバランサー５７に固定してある。なおこのバランサー５７は第１軸キャリッジ１３の右側垂直面に設けた図示しない周知のガイド手段により第２軸方向に移動自在に設けられていると共に、前記第２回転伝達部材５５が通過可能な第２回転伝達部材通過溝５９が設けてある。なおまた第３、第４回転体としては前記第１、第２回転体と同様な部材が使用出来ると共に、上記第２回転伝達部材も同様に上記第１回転伝達部材と同一の部材が使用出来る。
【００２５】
上記の構成において、第２軸キャリッジ２３が図２に示す矢印Ａの方向に移動すれば、上記第１回転伝達部材も矢印Ａの方向に移動し、第２回転体４５が時計方向に回転することになる。従って第２回転体４５と同軸に固定されている小径の第３回転体５１も同時に時計方向に回転することになる。よって第３回転体５１の下側走行部に固定されているバランサー５７は、矢印Ａと逆方向の矢印Ｂの方向に移動することになる。当然ながら第２軸キャリッジ２３が矢印Ｂの方向に戻ればバランサー５７は矢印Ａの方向に戻ることになる。
【００２６】
図３を参照するに、第２軸キャリッジ２３とバランサー５７の前記第１軸ガイドレール１１Ａを中心とする水平方向のモーメント関係図が示してある。いま第２軸キャリッジ２３の質量をｍ１  、バランサー５７の質量をｍ２  として、第２軸キャリッジ２３が前記第１軸ガイドレール１１Ａの中心Ｃから最も離れた位置に在るときの中心Ｃからの距離をｌ１  、最も接近した位置に在るときの中心Ｃからの距離をｌ２  とし、バランサー５７が最も離れた位置に在るときの中心Ｃからの距離をｌ３  、最も接近した位置に在るときの中心Ｃからの距離をｌ４  とするとき、第２軸キャリッジ２３とバランサー５７のモーメント関係は次のようになる。
ｍ１  ×ｌ１  ＝ｍ２  ×ｌ３  ………（１）
ｍ１  ×ｌ２  ＝ｍ２  ×ｌ４  ………（２）
【００２７】
また前記第１回転体４３および第２回転体４５の直径をＤ、第３回転体５１および第４回転体５３の直径をｄとするとき、第２回転体４５の直径Ｄと第３回転体５１の直径ｄとの関係は次のように設定されている。
Ｄ／ｄ＝ｌ１／ｌ３＝ｌ２／ｌ４………（３）
【００２８】
上記の関係式から本発明のバランサー機構は、例えば第１回転体４３がｎ１  回転して第２軸キャリッジ２３が、π×Ｄ×ｎ１  ＝ｌ１  移動したとすれば、第３回転体５１もｎ１  回転するので、バランサー５７は逆方向に、π×ｄ×ｎ１  ＝π×ｌ３  ／ｌ１  ×Ｄ×ｎ１  ＝ｌ３  移動する。同様してに第２軸キャリッジ２３がｌ２  に移動すればバランサー５７はｌ４  に移動しモーメントは常に均衡することになる。
【００２９】
【発明の効果】
第１軸キャリッジを第１軸方向に移動して位置決めする場合、第１軸キャリッジ上を第２軸方向に移動自在の第２軸キャリッジが、第１軸キャリッジのどの位置に在っても第１軸ガイドレ−ルを中心とする水平方向のモーメントは常にバランスされるので、第１軸ガイド部材（１５Ａ，１５Ｂ）にかかる側方向荷重がキャンセルされ、加工ヘッド先端の第１軸方向（Ｘ軸方向）の変位量を最小にすることができる。その結果位置決め装置の精度がよくなりレーザ加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したレーザ加工装置の全体概要を示す斜視図。
【図２】図１から第２門型フレームを取除いて第１軸キャリッジの全体を示した斜視図。
【図３】本発明に実施されているバランサー機構のモーメント関係を説明する図面。
【図４】従来のレーザ加工装置の全体概要を示す斜視図。
【図５】従来のレーザ加工装置における位置決め装置機構の説明図。
【符号の説明】
１  レーザ加工装置
３  第１門型フレーム
５  第１梁部材
７  左支柱
９  右支柱
１１Ａ，１１Ｂ  第１軸ガイドレール
１３  第１軸キャリッジ
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ  第１軸ガイド部材
１７  第１軸キャリッジ駆動モータ
１９  第１軸ボールスクリュウ
２１Ａ，２１Ｂ  第２軸ガイドレール
２３  第２軸キャリッジ
２５  レーザ加工ヘッド
３３  レーザ発振器
３５  電源装置
３７  レーザビーム
４１  加工テーブル
４３  第１回転体
４５  第２回転体
４７  第１回転体伝達部材
５１  第３回転体
５３  第４回転体
５５  第２回転体伝達部材
５７  バランサー
Ｃ  第１軸ガイドレール１１Ａの中心
ｌ１  ，ｌ２  ，ｌ３  ，ｌ４    第１軸ガイドレール１１Ａの中心Ｃからの距離
ｍ１    第２軸キャリッジの質量
ｍ２    バランサーの質量
Ｗ  被加工材
【図１】
0003595575.tif 000002
【図２】
0003595575.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003595575.tif 000005
【図５】
0003595575.tif 000006