(57)【要約】【課題】加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減して、ワークに所望のレーザ加工を施すことができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】加工ヘッド装置２の先端部２ｄと芯振れ防止装置５の当接部５ｄとは、鏡筒２ａの回転軸中心Ｏ２と当接部５ｄの回転軸中心Ｏ５とが一致した状態で当接される。Ｚ軸ステージ３が矢印Ｚ方向へ移動された場合にも、エアシリンダ５ａにより、先端部２ｄに対する当接部５ｄの押圧力を略一定に保って、先端部２ｄに当接部５ｄを当接させ続ける。かかる状況下Ｃ軸モータを駆動し、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを矢印Ｃ方向へ高速回転すると、鏡筒２ａの先端部２ｄが芯振れ防止装置５の当接部５ｄに回転可能に支持された状態で高速回転が行われる。この状態でレーザ光ｌを照射することにより、鏡筒２ａの回転軸の芯振れを抑えて、ワークＷの内周面へ所望のレーザ加工を施すことができる。【選択図】図２
2018176171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する加工ヘッドと、その加工ヘッドを回転させる回転手段と、前記加工ヘッドに設けられ、その加工ヘッドから照射されるレーザ光を前記回転手段による前記加工ヘッドの回転軸と交差する方向へ反射または屈折させる光学手段とを備え、前記回転手段により前記加工ヘッドを回転させつつ、前記光学手段により前記加工ヘッドの回転軸と交差する方向へ前記レーザ光を照射し、そのレーザ光によってワークにレーザ加工を施すレーザ加工装置において、
前記加工ヘッドの回転軸上先端と当接して、その先端の回転を支持する当接部と、
その当接部を回転可能に支持する軸受部と、
その軸受部に連設されたロッド部と、
そのロッド部を前記加工ヘッドの先端へ向けて突出させて、その先端へ前記当接部を押圧する押圧手段とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記先端と前記当接部とは一方が凸状に他方が凹状に形成され、前記加工ヘッドの回転軸上で当接されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記押圧手段が設置されたステージと、
そのステージに前記ワークを固定する固定手段と、
前記ステージを前記加工ヘッドの回転軸方向に移動させる移動手段とを備え、
前記押圧手段は、前記移動手段により前記ステージが前記加工ヘッドの回転軸方向に移動された場合に、前記加工ヘッドの先端に対する前記当接部の押圧力が略一定となるように、前記ロッド部の押上力を調節するものであ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装置。
【請求項４】
前記ワークは円筒状に形成され、
前記加工ヘッドのレーザ照射口は、その円筒状に形成されたワーク内に配置され、前記回転手段により前記加工ヘッドを回転させつつ、前記ワークの内周面へレーザ光を照射し、そのレーザ光によって前記ワークの内周面にレーザ加工を施すものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減して、ワークに所望のレーザ加工を施すことができるレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状のワーク内周面にレーザ加工を施す場合、円筒内周面の一部を平面とみなしてその一部にレーザ加工を施し、その後、ワークをステップ回転（加工ごとに一定角度を回転）して円筒内周面の別の一部にレーザ加工を施す。これを繰り返すことにより、ワークの内周面にレーザ加工を施していた。しかし、かかる加工方式では、加工に長時間を要し、ステップ回転により加工の継ぎ目が生じてしまう。
【０００３】
これに対し特許文献１には、円筒状のワーク内へ加工ヘッドのレーザ照射口を挿入し、ワーク又は加工ヘッドを回転させつつ、ワーク内周面へレーザ光を照射して、レーザ加工を行うレーザ加工装置が開示されている。かかるレーザ加工装置によれば、ワーク又は加工ヘッドを連続回転させつつレーザ加工を行うので、短い加工時間で継ぎ目のないレーザ加工を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２００６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のレーザ加工装置によれば、加工ヘッドを回転させつつ、ワーク内周面へレーザ光を照射する場合、加工ヘッドの回転軸に芯振れが生じると、レーザ光の照射位置にずれが生じて、所望のレーザ加工を施すことができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減して、ワークに所望のレーザ加工を施すことができるレーザ加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を照射する加工ヘッドと、その加工ヘッドを回転させる回転手段と、前記加工ヘッドに設けられ、その加工ヘッドから照射されるレーザ光を前記回転手段による前記加工ヘッドの回転軸と交差する方向へ反射または屈折させる光学手段とを備え、前記回転手段により前記加工ヘッドを回転させつつ、前記光学手段により前記加工ヘッドの回転軸と交差する方向へ前記レーザ光を照射し、そのレーザ光によってワークにレーザ加工を施すものであり、前記加工ヘッドの回転軸上先端と当接して、その先端の回転を支持する当接部と、その当接部を回転可能に支持する軸受部と、その軸受部に連設されたロッド部と、そのロッド部を前記加工ヘッドの先端へ向けて突出させて、その先端へ前記当接部を押圧する押圧手段とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のレーザ加工装置によれば、加工ヘッドの回転軸上先端へ向けて押圧手段によりロッド部を突出させ、軸受部に回転可能に支持された当接部を加工ヘッドの先端と当接させる。この状態で、回転手段により加工ヘッドを回転させつつ、光学手段により加工ヘッドの回転軸と交差する方向へレーザ光を照射し、ワークへレーザ加工を行う。このとき加工ヘッドの回転は、その回転軸上先端が、軸受部により回転可能に支持された当接部によって支えられる。よって、加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減して、ワークに所望のレーザ加工を施すことができるという効果がある。
【０００９】
請求項２記載のレーザ加工装置によれば、請求項１の奏する効果に加え、加工ヘッドの先端と、その先端に当接される当接部とは、一方が凸状に、他方が凹状に形成され、両者は加工ヘッドの回転軸上で当接される。よって、加工ヘッドの回転軸の芯振れを効率よく低減できるという効果がある。
【００１０】
請求項３記載のレーザ加工装置によれば、請求項１又は２の奏する効果に加え、次の効果を奏する。押圧手段はステージに設置され、そのステージにはワークが固定手段によって固定される。該ステージは、移動手段によって加工ヘッドの回転軸方向に移動可能に構成されるので、加工ヘッドを回転させつつ、その加工ヘッドの回転軸方向へもレーザ加工を施すことができる。しかも、移動手段によりステージが加工ヘッドの回転軸方向に移動された場合、加工ヘッドの先端に対する当接部の押圧力が略一定となるように、押圧手段はロッド部の押上力を調節する。よって、移動手段によりステージが移動される場合にも、加工ヘッドの先端に対する当接部の押圧力を略一定に保って、加工ヘッドの先端を当接部により支持することができる。従って、かかる場合にも、加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減できるという効果がある。
【００１１】
請求項４記載のレーザ加工装置によれば、請求項１から３のいずれかの奏する効果に加え、次の効果を奏する。まず加工ヘッドのレーザ照射口を、円筒状に形成されたワーク内に配置する。この状態で、回転手段により加工ヘッドを回転させつつ、ワークの内周面へレーザ光を照射する。これにより、加工ヘッドの回転軸の芯振れを低減しつつ、ワークの内周面に所望のレーザ加工を施すことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の加工ヘッド装置部分の拡大図である。
【図２】図１のＩＩ線部分の拡大図であり、そのうち、加工ヘッド装置の鏡筒、ミラー及び先端部と芯振れ防止装置の当接部とを断面図で図示している。
【図３】変形例における図１のＩＩ線部分の拡大図であり、そのうち、加工ヘッド装置の鏡筒、ミラー及び先端部と芯振れ防止装置の当接部とを断面図で図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施形態におけるレーザ加工装置１を説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置１の加工ヘッド装置２部分の拡大図である。なお、理解を容易にするために、円筒状のワークＷを中央で切断した状態を図示している。
【００１４】
本実施形態のレーザ加工装置１は、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを矢印Ｃ方向へ高速回転させつつ、加工ヘッド装置２のレーザ照射口２ｃからレーザ光ｌを照射して、ワークＷへレーザ加工を施すためのものである。特に、本実施形態では、円筒状のワークＷの内周面にレーザ加工を行う場合について説明するが、該レーザ加工装置１を円筒状のワークＷの内周面以外の加工に使用することは当然に可能である。
【００１５】
レーザ加工装置１の加工ヘッド装置２は、円筒状の鏡筒２ａを有する。レーザ発振器（図示せず）から出力されるレーザ光ｌは、この鏡筒２ａ内を経由して案内され、鏡筒２ａ内に配設されたミラー２ｂにより約９０度反射されて、鏡筒２ａの側面に設けられたレーザ照射口２ｃから照射される。即ち、レーザ光ｌは、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａに直交する方向へ照射される。
【００１６】
加工ヘッド装置２の鏡筒２ａは、Ｃ軸モータ（図示せず）により、矢印Ｃ方向へ回転される。このとき鏡筒２ａの回転軸中心は、レーザ光１の光軸中心と一致するように配設される。よって、Ｃ軸モータにより、鏡筒２ａを回転させつつ照射されるレーザ光ｌは、鏡筒２ａの回転軸を中心に、その回転軸に直交する方向に放射状に照射される。
【００１７】
なお、鏡筒２ａ及び先端部２ｄは、矢印Ｚ視において円形に形成され、その中心は鏡筒２ａの回転軸中心と一致するように配設されている。よって、本実施形態の鏡筒２ａによれば、鏡筒２ａの側面にレーザノズルなどの突起物を形成した場合に比べて、鏡筒２ａの高速回転を安定して行うことができる。
【００１８】
ワークＷは、Ｚ軸ステージ３にチャック装置４によって固定される。このとき円筒状のワークＷは、その内周中心が鏡筒２ａの回転軸中心およびレーザ光１の光軸中心と一致するようにＺ軸ステージ３に固定される。Ｚ軸ステージ３は、Ｚ軸モータ（図示せず）により矢印Ｚ或いは反矢印Ｚ方向（矢印Ｚの反対方向）へ移動可能に構成されている。よって、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを矢印Ｃ方向へ回転させ且つＺ軸ステージ３を矢印Ｚ或いは反矢印Ｚ方向へ移動させつつ、加工ヘッド装置２からレーザ光ｌを照射することにより、ワークＷの内周面へレーザ加工を行うことができる。なお、チャック装置４には既存の装置が用いられるので、その詳細な説明は省略する。
【００１９】
加工ヘッド装置２には、鏡筒２ａの回転軸上先端に先端部２ｄが突設されている。この先端部２ｄには、芯振れ防止装置５の当接部５ｄが当接可能に構成される。加工ヘッド装置２の鏡筒２ａをＣ軸モータにより高速回転する場合、その高速回転を、加工ヘッド装置２の先端部２ｄに芯振れ防止装置５の当接部５ｄを当接した状態で行うことにより、鏡筒２ａの芯振れを低減させることができる。
【００２０】
芯振れ防止装置５は、エアシリンダ５ａと、ロッド部５ｂと、軸受部５ｃと、当接部５ｄとを有して構成される。エアシリンダ５ａは、当接部５ｄの回転軸中心が鏡筒２ａの回転軸中心と一致するように、Ｚ軸ステージ３に配設される。なお、エアシリンダ５ａと、ロッド部５ｂと、軸受部５ｃと、当接部５ｄとは、それぞれ平面視円形に形成され、その中心は鏡筒２ａの回転軸中心と一致するように配設されている。
【００２１】
エアシリンダ５ａは、注入されるエア量によって、ロッド部５ｂをエアシリンダ５ａから突出させ、或いはエアシリンダ５ａ内へ引き込む。またエアシリンダ５ａは、注入されるエア量によって、ロッド部５ｂの押上力、即ち当接部５ｄによる加工ヘッド装置２の先端部２ｄへの押圧力を調節可能にされている。ロッド部５ｂの先端には、軸受部５ｃが連設されている。軸受部５ｃは、当接部５ｄを回転可能に支持する。
【００２２】
ここで、図２を参照して、加工ヘッド装置２の先端部２ｄと、芯振れ防止装置５の当接部５ｄとの当接状態を説明する。図２は、図１のＩＩ線部分の拡大図である。なお、図２では、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａ、ミラー２ｂおよび先端部２ｄと、芯振れ防止装置５の当接部５ｄとを、断面図で図示している。
【００２３】
図２に示す通り、加工ヘッド装置２の先端部２ｄは、凹状の球面で構成されている。一方、芯振れ防止装置５の当接部５ｄは、凸状の球面で構成されている。先端部２ｄの凹状の球面の半径は、当接部５ｄの凸状の球面の半径より大きく形成されている。よって、先端部２ｄ内に当接部５ｄが収容される状態で、しかも、鏡筒２ａの回転軸中心Ｏ２と当接部５ｄの回転軸中心Ｏ５とが一致した状態で、両者は当接される。
【００２４】
エアシリンダ５ａは、Ｚ軸ステージ３の矢印Ｚ或いは反矢印Ｚ方向への推進力より若干弱い推力でロッド部５ｂを押し上げ、当接部５ｄを先端部２ｄへ当接させる。よって、Ｚ軸ステージ３が矢印Ｚ或いは反矢印Ｚ方向へ移動された場合にも、先端部２ｄに対する当接部５ｄの押圧力を略一定に保って、先端部２ｄに当接部５ｄを当接させ続けることができる。
【００２５】
かかる状況下、Ｃ軸モータを駆動し、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを矢印Ｃ方向へ高速回転すると、鏡筒２ａは、その先端部２ｄが芯振れ防止装置５の当接部５ｄに回転可能に支持された状態で高速回転が行われる。この状態でレーザ光ｌを照射することにより、鏡筒２ａの回転軸の芯振れを抑えて、ワークＷの内周面へ所望のレーザ加工を施すことができる。
【００２６】
なお、レーザ加工後にワークＷや加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを取り替える場合には、エアシリンダ５ａ内のエアを抜き、ロッド部５ｂをエアシリンダ５ａ内へ引き込む。これにより、鏡筒２ａの先端部２ｄと芯振れ防止装置５の当接部５ｄとを離隔させることができるので、芯振れ防止装置５に邪魔されることなく、ワークＷや加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを取り替えることができる。
【００２７】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。
【００２８】
例えば、図３に示すように、加工ヘッド装置２１の先端部２１ｄを凸状の球面で、芯振れ防止装置５１の当接部５１ｄを凹状の球面で、それぞれ構成するようにしても良い。この場合、先端部２１ｄの凸状の球面の半径は、当接部５１ｄの凹状の球面の半径より小さく形成される。よって、鏡筒２ａの先端部２１ｄを当接部５１ｄ内に収容した状態で、しかも、鏡筒２ａの回転軸中心Ｏ２と当接部５１ｄの回転軸中心Ｏ５とが一致した状態で、両者を当接させることができる。従って、かかる構成においても、鏡筒２ａの回転軸の芯振れを効率よく低減して、ワークＷの内周面へ所望のレーザ加工を施すことができる。なお、図３において、上記実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略した。
【００２９】
また図２において、加工ヘッド装置２の先端部２ｄは凹状の球面で構成され、芯振れ防止装置５の当接部５ｄは凸状の球面で構成された。加えて図３において、加工ヘッド装置２１の先端部２１ｄは凸状の球面で構成され、芯振れ防止装置５１の当接部５１ｄは凹状の球面で構成された。しかしこれらは必ずしも球面に限られるものではなく、球面以外の他の形状で構成するようにしても良い。例えば加工ヘッド装置２の先端部２ｄまたは芯振れ防止装置５１の当接部５１ｄを凹状の曲面で構成し、加工ヘッド装置２１の先端部２１ｄまたは芯振れ防止装置５の当接部５ｄを凸状の曲面で構成するようにしても良い。
【００３０】
上記実施形態では、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａおよび芯振れ防止装置５の当接部５ｄは、共に回転軸中心を一致させた状態で垂直に配設された。これに代えて、両者を回転軸中心を一致させた状態で水平方向や斜め方向に配設するようにしても良い。
【００３１】
また上記実施形態では、加工ヘッド装置２のミラー２ｂは、レーザ光ｌを鏡筒２ａの回転軸に対し、約９０度反射させた。即ち、ミラー２ｂはレーザ光ｌを鏡筒２ａに直交する方向へ反射させて、加工ヘッド装置２からレーザ光ｌを照射した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、ミラー２ｂによるレーザ光ｌの反射角度は、レーザ光ｌを鏡筒２ａの回転軸と交差する方向へ反射させるものであれば、その反射角度は９０度以下であっても、９０度以上であっても良い。
【００３２】
更に、上記実施形態では、レーザ光ｌをミラー２ｂで反射して、その進行方向を変更しているが、レンズやプリズム等でレーザ光ｌを屈折させて、その進行方向を変更するようにしても良い。加えて、ミラーとレンズ等とを組み合わせて、反射と屈折との両方を行って、レーザ光ｌの進行方向を変更するようにしても良い。
【００３３】
上記実施形態では、矢印Ｚ方向に対し、加工ヘッド装置２を固定し、Ｚ軸ステージ３を移動させた。これに対し、Ｚ軸ステージ３を固定し、或いは矢印Ｚ方向に移動可能としたまま、加工ヘッド装置２の鏡筒２ａを矢印Ｚ或いは反矢印Ｚ方向に移動可能に構成しても良い。更に上記実施形態では、エアシリンダ５ａによりロッド部５ｂを突出させて、当接部５ｄを鏡筒２ａの先端部２ｄに当接させたが、ロッド部５ｂを突出させるものは、必ずしもエアシリンダ５ａに限られるものではなく、他の装置で代替することができる。また、加工対象となるワークＷは必ずしも円筒形状に限られるものではなく、ワークＷは角筒形状であっても良いし、平板状であっても良い。更に、円筒状や角筒形状のワークＷの外周面を加工対象としても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１              レーザ加工装置
２，２１        加工ヘッド装置
２ａ            鏡筒（加工ヘッド）
２ｂ            ミラー（光学手段）
２ｃ            レーザ照射口
２ｄ，２１ｄ    先端部（先端）
３              Ｚ軸ステージ（ステージ）
４              チャック装置（固定手段）
５，５１        芯振れ防止装置
５ａ            エアシリンダ（押圧手段）
５ｂ            ロッド部
５ｃ            軸受部
５ｄ，５１ｄ    当接部
ｌ              レーザ光
Ｗ              ワーク
【図１】
2018176171.tif 000003
【図２】
2018176171.tif 000004
【図３】
2018176171.tif 000005