(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを加工ヘッド（３）から出射させるレーザ加工機において、前記光ファイバ（２）と前記加工ヘッド（３）が多関節構造の連結機構（４）にて連結されており、
前記連結機構（４）は、
前記光ファイバ（２）が接続されるとともに、前記光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを平行光とするコリメートレンズ（５２）が内蔵された第１構造体（５）と、
前記第１構造体（５）に対して回転自在に結合されるとともに、前記コリメートレンズ（５２）にて平行光化されたレーザを反射させる第１反射鏡（６１）が内蔵された第２構造体（６）と、
前記第２構造体（６）に対して回転自在に結合されるとともに、前記第１反射鏡（６１）にて反射されたレーザを反射させる第２反射鏡（７１）が内蔵された第３構造体（７）と、
前記連結機構（４）内の光学素子（６１、７１）を冷却するための冷却水を流通させる連結機構内水路（５３、６２、７２、８１）とを備え、
前記第１構造体（５）の連結機構内水路（５３）と前記第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）は、前記第１構造体（５）と前記第２構造体（６）の相対回転軸（ａ）を中心とする環状の水路連絡溝（６３）を介して連通され、
前記第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）と前記第３構造体（７）の連結機構内水路（７２）は、前記第２構造体（６）と前記第３構造体（７）の相対回転軸（ｂ）を中心とする環状の水路連絡溝を介して連通されていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記連結機構（４）は、前記第３構造体（７）に対して回転自在に結合されるとともに、前記加工ヘッド（３）が結合された第４構造体（８）を備え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】
光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを加工ヘッド（３）から出射させるレーザ加工機において、前記光ファイバ（２）と前記加工ヘッド（３）が多関節構造の連結機構（４）にて連結されており、
前記連結機構（４）は、
前記光ファイバ（２）が接続されるとともに、前記光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを平行光とするコリメートレンズ（５２）が内蔵された第１構造体（５）と、
前記第１構造体（５）に対して回転自在に結合されるとともに、前記コリメートレンズ（５２）にて平行光化されたレーザの向きを変える第１プリズム（６４）、および前記第１プリズム（６４）にて向きを変えられたレーザを反射させる第１反射鏡（６１）が内蔵された第２構造体（６）と、
前記第２構造体（６）に対して回転自在に結合されるとともに、前記第１反射鏡（６１）にて反射されたレーザを反射させる第２反射鏡（７１）が内蔵された第３構造体（７）と、
前記連結機構（４）内の光学素子（６１、７１）を冷却するための冷却水を流通させる連結機構内水路（５３、６２、７２、８１）とを備え、
前記第１構造体（５）の連結機構内水路（５３）と前記第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）は、前記第１構造体（５）と前記第２構造体（６）の相対回転軸（ａ）を中心とする環状の水路連絡溝（６３）を介して連通され、
前記第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）と前記第３構造体（７）の連結機構内水路（７２）は、前記第２構造体（６）と前記第３構造体（７）の相対回転軸（ｂ）を中心とする環状の水路連絡溝を介して連通されていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項４】
前記連結機構（４）は、前記第３構造体（７）に対して回転自在に結合されるとともに前記加工ヘッド（３）が結合され、前記第２反射鏡（７１）にて反射されたレーザの向きを変える第２プリズム（８２）が内蔵された第４構造体（８）を備えることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記加工ヘッド（３）は、前記連結機構内水路（５３、６２、７２、８１）と接続されて、前記加工ヘッド（３）内の光学素子（３１）を冷却するための冷却水を流通させる加工ヘッド内水路（８１）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバにて伝送されたレーザを加工ヘッドから出射させるレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工機として、光ファイバにてレーザをレーザ発振器から加工ヘッドまで導き、加工ヘッドの位置や向きをロボットにて制御して、切断や溶接等を行うものが提案されている（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２００７−２１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のレーザ加工機は、加工ヘッドの動きに伴って、光ファイバと加工ヘッドとの接続部において光ファイバに大きな曲げ荷重が加わるため、光ファイバが折損する虞があった。
【０００５】
一方、曲げ荷重による光ファイバの折損を回避しようとすると、ロボットのデリケートな操作が強いられたり、加工ヘッドの位置や向きの制御範囲が制約されるという問題が発生する。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、加工ヘッドの位置や向きを制御する際の光ファイバに作用する曲げ荷重を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１、３に記載の発明では、光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを加工ヘッド（３）から出射させるレーザ加工機において、光ファイバ（２）と加工ヘッド（３）が多関節構造の連結機構（４）にて連結されていることを特徴とする。
【０００８】
これによると、加工ヘッド（３）の位置や向きをロボットにて制御する際に、加工ヘッド（３）の動きに伴って連結機構（４）が自在に動くことにより、光ファイバ（２）と連結機構（４）との接続部側の動きが小さくなるため、光ファイバ（２）に作用する曲げ荷重を抑制することができる。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、光ファイバ（２）が接続されるとともに、光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを平行光とするコリメートレンズ（５２）が内蔵された第１構造体（５）と、第１構造体（５）に対して回転自在に結合されるとともに、コリメートレンズ（５２）にて平行光化されたレーザを反射させる第１反射鏡（６１）が内蔵された第２構造体（６）と、第２構造体（６）に対して回転自在に結合されるとともに、第１反射鏡（６１）にて反射されたレーザを反射させる第２反射鏡（７１）が内蔵された第３構造体（７）とにより、連結機構（４）を構成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のレーザ加工機において、連結機構（４）は、さらに、第３構造体（７）に対して回転自在に結合されるとともに、加工ヘッド（３）が結合された第４構造体（８）を備えることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、連結機構（４）は、光ファイバ（２）が接続されるとともに、光ファイバ（２）にて伝送されたレーザを平行光とするコリメートレンズ（５２）が内蔵された第１構造体（５）と、第１構造体（５）に対して回転自在に結合されるとともに、コリメートレンズ（５２）にて平行光化されたレーザの向きを変える第１プリズム（６４）、および第１プリズム（６４）にて向きを変えられたレーザを反射させる第１反射鏡（６１）が内蔵された第２構造体（６）と、第２構造体（６）に対して回転自在に結合されるとともに、第１反射鏡（６１）にて反射されたレーザを反射させる第２反射鏡（７１）が内蔵された第３構造体（７）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これによると、連結機構（４）全体として略ストレート状にすることが可能になり、加工ヘッド（３）が狭い空間内に侵入するような場合に有利である。
【００１３】
請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載のレーザ加工機において、連結機構（４）は、さらに、第３構造体（７）に対して回転自在に結合されるとともに加工ヘッド（３）が結合され、第２反射鏡（７１）にて反射されたレーザの向きを変える第２プリズム（８２）が内蔵された第４構造体（８）を備えることができる。
【００１６】
請求項１、３に記載の発明では、連結機構（４）は、連結機構（４）内の光学素子（６１、７１）を冷却するための冷却水を流通させる連結機構内水路（５３、６２、７２、８１）を備え、第１構造体（５）の連結機構内水路（５３）と第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）は、第１構造体（５）と第２構造体（６）の相対回転軸（ａ）を中心とする環状の水路連絡溝（６３）を介して連通され、第２構造体（６）の連結機構内水路（６２）と第３構造体（７）の連結機構内水路（７２）は、第２構造体（６）と第３構造体（７）の相対回転軸（ｂ）を中心とする環状の水路連絡溝を介して連通されていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、第１構造体（５）と第２構造体（６）の回転位置関係、および第２構造体（６）と第３構造体（７）の回転位置関係に関わらず、それらの構造体の水路を水路連絡溝を介して連通させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のレーザ加工機において、加工ヘッド（３）は、連結機構内水路（５３、６２、７２、８１）と接続されて、加工ヘッド（３）内の光学素子（３１）を冷却するための冷却水を流通させる加工ヘッド内水路（８１）を備えることを特徴とする。
【００１９】
これによると、冷却水により加工ヘッド（３）を冷却することができる。
【００２０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機の全体構成を示す図である。
【図２】図１のレーザ加工機における要部の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るレーザ加工機の全体構成を示す図、図２は図１のレーザ加工機における要部の構成を示す断面図である。
【００２４】
図１に示すように、レーザ加工機は、レーザ光源であるレーザ発振器１、レーザ発振器１から発振されたレーザを伝送する光ファイバ２、光ファイバ２にて伝送されたレーザを被加工物に向けて出射させる加工ヘッド３、および、光ファイバ２と加工ヘッド３とを連結する多関節構造の連結機構４を備えている。
【００２５】
なお、本実施形態のレーザ加工機は、加工ヘッド３の位置や向きが、図示しない多関節ロボットにて制御されるようになっている。
【００２６】
連結機構４は、レーザが通る空間が形成された第１〜第４構造体５〜８を備えている。
【００２７】
第１構造体５は、アルミニウムまたは銅よりなる第１筐体５０を備え、この第１筐体５０には、ファイバコネクタ５１により光ファイバ２が接続されるとともに、光ファイバ２にて伝送されたレーザを平行光とするコリメートレンズ５２が内蔵されている。また、第１筐体５０には、冷却水を導くホース１０が接続されるとともに、ホース１０にて導かれた冷却水を流通させる第１水路５３が形成されている。
【００２８】
第１構造体５には第２構造体６が結合されており、第２構造体６は、アルミニウムまたは銅よりなる第２筐体６０を備え、この第２筐体６０には、コリメートレンズ５２にて平行光化されたレーザを直交方向に反射させる光学素子としての第１反射鏡６１が内蔵されている。この第１反射鏡６１は、放物面鏡または平面鏡である。なお、第１反射鏡６１は、第２筐体６０に一体に形成することもできる。第２筐体６０および第１反射鏡６１には、第１水路５３を介して導かれた冷却水を流通させる第２水路６２が形成されている。
【００２９】
第１構造体５と第２構造体６は、コリメートレンズ５２を通過したレーザの光軸ａを回転軸として、回転自在に結合されている。具体的には、図２に示すように、第１構造体５と第２構造体６は、２つのベアリング１１を介して回転自在に結合されている。これらのベアリング１１は、内輪１１１と外輪１１２との間に多数の鋼球１１３を配置したラジアル玉軸受けである。なお、ベアリング１１は、防水のためのリップシールを備えるベアリングを用いるのが望ましい。
【００３０】
第２筐体６０には、第２水路６２の最上流部に、光軸ａを中心とする環状の水路連絡溝６３が形成されている。そして、第１構造体５と第２構造体６の回転位置関係に関わらず、第１水路５３と第２水路６２はこの水路連絡溝６３を介して連通するようになっている。
【００３１】
図１に戻り、第２構造体６には第３構造体７が結合されており、第３構造体７は、アルミニウムまたは銅よりなる第３筐体７０を備え、この第３筐体７０には、第１反射鏡６１にて反射されたレーザを直交方向に反射させる光学素子としての第２反射鏡７１が内蔵されている。この第２反射鏡７１は、放物面鏡または平面鏡である。なお、第２反射鏡７１は、第３筐体７０に一体に形成することもできる。第３筐体７０および第２反射鏡７１には、第２水路６２を介して導かれた冷却水を流通させる第３水路７２が形成されている。
【００３２】
第２構造体６と第３構造体７は、第１反射鏡６１にて反射されたレーザの光軸ｂを回転軸として、回転自在に結合されている。第２構造体６と第３構造体７は、第１構造体５および第２構造体６と同様に２つのベアリング１１を介して回転自在に結合されている。
【００３３】
また、図示しないが、第３筐体７０には、第３水路７２の最上流部に、光軸ｂを中心とする環状の水路連絡溝が形成されている。そして、第２構造体６と第３構造体７の回転位置関係に関わらず、第２水路６２と第３水路７２はその水路連絡溝を介して連通するようになっている。
【００３４】
第３構造体７には第４構造体８が結合されており、第４構造体８は、アルミニウムまたは銅よりなる第４筐体８０を備え、この第４筐体８０には、第３水路７２を介して導かれた冷却水を流通させる第４水路８１が形成されている。
【００３５】
第３構造体７と第４構造体８は、第２反射鏡７１にて反射されたレーザの光軸ｃを回転軸として、回転自在に結合されている。第３構造体７と第４構造体８は、第１構造体５および第２構造体６と同様に２つのベアリング１１を介して回転自在に結合されている。
【００３６】
また、図示しないが、第４筐体８０には、第４水路８１の最上流部に、光軸ｃを中心とする環状の水路連絡溝が形成されている。そして、第３構造体７と第４構造体８の回転位置関係に関わらず、第３水路７２と第４水路８１はその水路連絡溝を介して連通するようになっている。
【００３７】
なお、第１水路５３、第２水路６２、第３水路７２、および第４水路８１は、本発明の連結機構内水路を構成している。
【００３８】
第４構造体８には加工ヘッド３が結合されており、加工ヘッド３は、アルミニウムまたは銅よりなる加工ヘッド筐体３０を備え、この加工ヘッド筐体３０には、第２反射鏡７１にて反射されたレーザを所定位置で集光させる光学素子としての集光レンズ３１が内蔵されている。また、加工ヘッド筐体３０には、第４水路８１を介して導かれた冷却水を流通させる加工ヘッド内水路３２が形成されている。なお、集光レンズ３１の代わりに、レーザを平行光とするコリメートレンズと、レーザを所定位置で集光させる光学素子としての集光ミラーを用いることができる。
【００３９】
上記構成になるレーザ加工機は、レーザ発振器１から発振されたレーザが光ファイバ２にて連結機構４に伝送され、そのレーザが連結機構４を介して加工ヘッド３に導かれ、さらにそのレーザが被加工物に向けて出射されることにより、被加工物の切断や溶接等が行われる。
【００４０】
この被加工物の切断や溶接等を行う際、加工ヘッド３の位置や向きがロボットにて制御される。
【００４１】
そして、加工ヘッド３の位置や向きをロボットにて制御する際に、加工ヘッド３の動きに伴って、第１構造体５と第２構造体６は光軸ａを回転軸として相対的に自在に回転し、第２構造体６と第３構造体７は光軸ｂを回転軸として相対的に自在に回転し、第３構造体７と第４構造体８は光軸ｃを回転軸として相対的に自在に回転する。
【００４２】
すなわち、加工ヘッド３の動きに伴って連結機構４が自在に動き、これにより、加工ヘッド３や第４構造体８の動きと比較して、光ファイバ２と第１構造体５との接続部側の動きが小さくなり、光ファイバ２に作用する曲げ荷重が抑制される。
【００４３】
また、被加工物の切断や溶接等を行う際、ホース１０にて導かれた冷却水は、第１水路５３、第２水路６２、第３水路７２、および第４水路８１を介して、加工ヘッド内水路３２に導かれ、この冷却水により、レーザにより発熱する光学素子（すなわち、コリメートレンズ５２、第１反射鏡６１、第２反射鏡７１、集光レンズ３１）が冷却される。
【００４４】
なお、加工ヘッド内水路３２まで導かれた冷却水は、被加工物に向けて放出してもよいし、あるいはホース等にて戻すようにしてもよい。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係るレーザ加工機の全体構成を示す図である。
【００４６】
図３に示すように、第２構造体６の第２筐体６０は、第２筐体本体部６０ａと第２筐体板部６０ｂとからなる。第２筐体板部６０ｂは第１構造体５の第１筐体５０に対向しており、第１構造体５と第２構造体６は、第１筐体５０と第２筐体板部６０ｂを利用して、光軸ａを回転軸として回転自在に結合されている。
【００４７】
第２筐体板部６０ｂには、コリメートレンズ５２にて平行光化されたレーザの向きを変える第１プリズム６４が内蔵されている。第１プリズム６４にて向きを変えられたレーザは、第２筐体本体部６０ａ内の第１反射鏡６１にて反射される。この第１反射鏡６１にて反射されたレーザの光軸ｂは、コリメートレンズ５２を通過したレーザの光軸ａに対して直交している。
【００４８】
第３構造体７の第３筐体７０は、第３筐体本体部７０ａと第３筐体板部７０ｂとからなる。第３筐体本体部７０ａは、第２筐体本体部６０ａに対向しており、第２構造体６と第３構造体７は、第２筐体本体部６０ａと第３筐体本体部７０ａを利用して、光軸ｂを回転軸として回転自在に結合されている。そして、第１反射鏡６１にて反射されたレーザは、第３筐体本体部７０ａ内の第２反射鏡７１にて鋭角に反射される。
【００４９】
第３筐体板部７０ｂは、第４構造体８の第４筐体８０に対向しており、第３構造体７と第４構造体８は、第３筐体板部７０ｂと第４筐体８０を利用して、後述するレーザの光軸ｄを回転軸として回転自在に結合されている。
【００５０】
第４構造体８の第４筐体８０には、第２反射鏡７１にて鋭角に反射されたレーザの向きを変える第２プリズム８２が内蔵されている。第２プリズム８２にて向きを変えられたレーザのレーザの光軸ｄは、第１反射鏡６１にて反射されたレーザの光軸ｂに対して直交している。
【００５１】
なお、図示は省略しているが、本実施形態のレーザ加工機にも、第１実施形態と同様に、光学素子を冷却するための冷却水を流通させる水路が形成されている。
【００５２】
上記構成になるレーザ加工機は、加工ヘッド３の位置や向きをロボットにて制御する際に、加工ヘッド３の動きに伴って、第１構造体５と第２構造体６は光軸ａを回転軸として相対的に自在に回転し、第２構造体６と第３構造体７は光軸ｂを回転軸として相対的に自在に回転し、第３構造体７と第４構造体８は光軸ｄを回転軸として相対的に自在に回転する。
【００５３】
したがって、第１実施形態と同様に、加工ヘッド３や第４構造体８の動きと比較して、光ファイバ２と第１構造体５との接続部側の動きが小さくなり、光ファイバ２に作用する曲げ荷重が抑制される。
【００５４】
ここで、第１プリズム６４や第２プリズム８２を用いない第１実施形態の連結機構４は、第１構造体５と第２構造体６は同軸に配置され、第３構造体７と第４構造体８も同軸に配置される。また、第１構造体５および第２構造体６と、第３構造体７および第４構造体８は、非同軸になる。そのため、図１に示すように、連結機構４は全体としてＬ字クランク状になる。
【００５５】
これに対し、本実施形態の連結機構４は、第１プリズム６４や第２プリズム８２を用いることにより、第１構造体５や第４構造体８に対して、第２筐体本体部６０ａや第３筐体本体部７０ａを偏心させて配置することが可能になり、それらの配置の自由度が高まる。それにより、連結機構４は全体として略ストレート状にすることが可能になり、加工ヘッド３が狭い空間内に侵入するような場合に有利である。
【００５６】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、第３構造体７と第４構造体８を回転自在に結合したが、第３構造体７と第４構造体８は相対回転しなくてもよい。
【００５７】
また、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２    光ファイバ
３    加工ヘッド
４    連結機構
５    第１構造体
６    第２構造体
７    第３構造体
８    第４構造体
５２  コリメートレンズ
６１  第１反射鏡
７１  第２反射鏡
【図１】
0005824916.tif 000002
【図２】
0005824916.tif 000003
【図３】
0005824916.tif 000004