(57)【要約】【課題】切断加工時におけるワークの移動をスムーズに行うためのレーザ切断装置を提供すること。【解決手段】金属板などのワークＷを挟んで上方に加工ヘッド２が、下方には加工台３が配置され、集光レンズ１１を備えた加工ヘッドのノズル１２からレーザ光Ｌを照射するとともにアシストガスを噴射し、加工台３側では、その中心孔を通してアシストガスを吸引するように構成されたものであって、加工ヘッド２は、ワーク上面の直上に位置する下端部に上部ホルダ１６を、加工台３は、ワークの直下に位置する上端部に下部ホルダ２６を有し、その上部ホルダ及び下部ホルダには、下面部又は上面部を多孔質材の蓋部材３２，３６によって塞いだ気密な内部空間が形成され、その内部空間に圧縮エアを供給することで蓋部材を通してワークに対し上下からエアを吹き出すようにしたレーザ切断装置１。【選択図】図１
2008043954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドが、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、加工台側では、その中心孔を通してアシストガスを吸引するように構成されたレーザ切断装置において、
前記加工ヘッドは、前記ワーク上面の直上に位置する下端部に上部ホルダを、前記加工台は、前記ワークの直下に位置する上端部に下部ホルダを有し、
その上部ホルダ及び下部ホルダには、下面部又は上面部を多孔質材の蓋部材によって塞いだ気密な内部空間が形成され、その内部空間に圧縮エアを供給することで蓋部材を通して前記ワークに対し上下からエアを吹き出すようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項２】
金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドが、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、加工台側では、その中心孔を通してアシストガスを吸引するように構成されたレーザ切断装置において、
前記加工ヘッドは、前記ワーク上面の直上に位置する下端部に上部ホルダを、前記加工台は、その上端部に前記ワークを下面側で受ける下部ホルダを有し、
その上部ホルダには、下面部を多孔質材の蓋部材によって塞いだ気密な内部空間が形成され、その内部空間に圧縮エアを供給することで蓋部材を通して前記ワークに対し上部からエアを吹き出すようにしたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ切断装置において、
エアを吹き出すようにした前記上部ホルダや下部ホルダは、下方又は上方に開口した環状溝が形成され、その環状溝に環状の記蓋部材が嵌め合わされたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するレーザ切断装置において、
前記下部ホルダは、上下方向への移動が可能な状態で取り付けられ、スプリングによって下方から支持されたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ切断装置において、
前記下部ホルダは、ワーク下面との接触部分に滑り材を設けたものであることを特徴とするレーザ切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄金属板などのワークを上下から挟んだ状態で切断加工するレーザ切断装置に関し、特にレーザ光を照射する加工ヘッドとワークとを離間させて摺動抵抗を無くしてスムーズな水平移動を可能にするレーザ切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断装置は、極薄金属板のワークに対して集光したレーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴射して高精度・高品質な微細切断を行う加工装置である。図６は、従来のレーザ切断装置を示した断面図である。
このレーザ切断装置は、不図示のレーザ発振器から加工ヘッド１０１内の集光レンズ１０２にレーザ光Ｌが入射し、その集光レンズ１０２によって集光されたレーザ光Ｌは極薄金属板のワークＷに焦点を結ぶように照射される。ワークＷは、レーザ光Ｌが照射された箇所が溶融し、そのワークＷ自身が加工ヘッド１０１に対して相対的に移動することにより切断が行われる。
【０００３】
供給部１０３から入れられたアシストガスは、レーザ光Ｌと同軸に噴出され、ワークＷを押さえ付けるチップシール部材１１０内を通ってワークＷへ吹き付けられ、その切断部Ａを通ってワークＷの裏面へ流出する。これにより、切断部Ａの溶融によって生じた溶融物が吹き飛ばして除去され、ワークＷへドロスやスパッタの付着が防止されている。
切断加工時には、レーザ光Ｌの焦点がワークＷの表面に位置する状態を保持する必要がある。ワークＷは取付枠によって周縁部が保持されているため、加工時のアシストガスによる噴射圧が加工部にかかると局所的な撓み（波打ち現象と称している）が生じてしまう。そこで、加工ヘッド１０１の直下にはワークＷを裏面から支持する加工台１２０が固定配置されている。
【特許文献１】特開平１１−２５４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のレーザ切断装置では、ワークＷの周縁部の保持したワーク用テーブルを備え、それによってワークＷがＸＹ平面上を移動して所定の切断加工が行われていた。その際、前述したようにレーザ光の焦点位置がずれないように、上方からは加工ヘッド１０１のチップシール部材１１０が当てられ、下方では加工台１２０が当てられているため、加工時のワークＷには上下両面に摺動抵抗が生じ、スムーズな移動を妨げることになっていた。例えば、高速加工用に加工ヘッド１０１側にヘッド用テーブルを備えるものもあるが、ワークＷとヘッド１０１とが逆方向に移動するような場合、両者の摺接面に働く摩擦抵抗によって互いの移動が妨げられ、切断精度が悪化する問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、切断加工時におけるワークの移動をスムーズに行うためのレーザ切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ切断装置は、金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドが、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、加工台側では、その中心孔を通してアシストガスを吸引するように構成されたものであって、前記加工ヘッドは、前記ワーク上面の直上に位置する下端部に上部ホルダを、前記加工台は、前記ワークの直下に位置する上端部に下部ホルダを有し、その上部ホルダ及び下部ホルダには、下面部又は上面部を多孔質材の蓋部材によって塞いだ気密な内部空間が形成され、その内部空間に圧縮エアを供給することで蓋部材を通して前記ワークに対し上下からエアを吹き出すようにしたものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明のレーザ切断装置は、金属板などのワークを挟んで上方に加工ヘッドが、下方には加工台が配置され、集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、加工台側では、その中心孔を通してアシストガスを吸引するように構成されたものであって、前記加工ヘッドは、前記ワーク上面の直上に位置する下端部に上部ホルダを、前記加工台は、その上端部に前記ワークを下面側で受ける下部ホルダを有し、その上部ホルダには、下面部を多孔質材の蓋部材によって塞いだ気密な内部空間が形成され、その内部空間に圧縮エアを供給することで蓋部材を通して前記ワークに対し上部からエアを吹き出すようにしたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のレーザ切断装置は、エアを吹き出すようにした前記上部ホルダや下部ホルダは、下方又は上方に開口した環状溝が形成され、その環状溝に環状の記蓋部材が嵌め合わされたものであることが好ましい。
また、本発明のレーザ切断装置は、前記下部ホルダが、上下方向への移動が可能な状態で取り付けられ、スプリングによって下方から支持されたものであることが好ましい。
また、本発明のレーザ切断装置は、前記下部ホルダは、ワーク下面との接触部分に滑り材を設けたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
よって、本発明のレーザ切断装置によれば、上部ホルダや下部ホルダの蓋部材からエアを吹き出してワークとの間に空気層がつくられるため、ワークが上下或いは上方のホルダと非接触状態でＸＹ平面上を移動することができ、切断加工時のワークに摺動抵抗が生じることなく、或いは提供を極力小さくしてスムーズな移動を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明に係るレーザ切断装置について一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、第１実施形態のレーザ切断装置を示した部分断面図である。
レーザ切断装置１は、極薄金属板のワークＷを切断する加工ヘッド２に対し、不図示のレーザ発振器から反射ミラーを介してレーザ光Ｌが送られるようになっており、その加工ヘッド２はワークＷの上方にあって、ワークＷを挟んで下方には加工台３が設けられている。
【００１１】
加工ヘッド２は筒状に形成され、その中心孔の途中にはレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１１が内装され、下端にはノズル１２が設けられている。また、加工ヘッド２には、集光レンズ１１の下部にアシストガスを内部に噴射するため、側部を貫通したポート１３に継手１４が固定され、不図示のガス供給装置に接続されている。ノズル１２は、加工ヘッド２内のアシストガスがワークＷの切断部位に集中的に流れ込むように、例えば１．０ｍｍ以下の径で形成されている。
【００１２】
ノズル１２は、加工ヘッド２を構成する円筒形の下部ブロック１５に固定して形成されている。また、その下部ブロック１５の下端フランジ部には、ノズル１２を囲むように円筒形状の上部ホルダ１６が取り付けられている。上部ホルダ１６は、下方に開口した環状溝３１が形成された部材であって、その環状溝３１を塞ぐように環状の蓋部材３２が嵌め込まれている。蓋部材３２によって塞がれた環状溝３１内には気密な空間が形成され、そのホルダ１６には、側面部を貫通して形成されたポート３３に圧縮エアを供給するための継手３４が固定されている。継手３４には不図示のエアポンプからの圧縮エアを供給するため不図示のエアホースが接続されている。そして、環状溝３１を塞いだ蓋部材３２は、環状溝３１の気密な空間内に供給された圧縮エアが上方に吹き出すように多孔質の燒結金属やセラミックスなどで形成されている。
【００１３】
一方、ワークＷの下に配置された加工台３は、加工ヘッド２側から送られたアシストガスを吸引するため、中心孔を有するように筒状に形成されている。その加工台３は、ベース２１に対して円筒形状の調節ナット部材２２が回転可能に設けられている。調節ナット部材２２は、内側には雌ネジが切られたものであり、下端にフランジ部２２ａが形成されている。そのフランジ部２２ａは、ベース２１上面に形成された円形の凹部に嵌め込まれ、上方に抜け防止板２８が被せられている。従って、調節ナット部材２２は、上下方向の移動が規制された状態で回転可能に取り付けられている。そして、その調節ナット部材２２には、図２に示すように円筒形状の目盛り管２２ｂが固定されている。
【００１４】
調節ナット部材２２の内部には上下調節管２３が配置され、その外周部に形成された雄ネジが調節ナット部材２２の雌ネジと螺合している。上下調節管２３は、円筒形状をした部材であって下端部がベース２１に嵌め込まれ、上部に形成された肉厚部分には、上端に形成された複数の凹部にスプリング２４が装填されている。そうした上下調節管２３の下端部分には、図３に示すように下端部に軸方向の溝２３ａが形成され、それに対してベース２１に固定された回転防止ピン２５の先端が挿入されている。従って、調節ナット部材２２の回転によって、上下調節管２３は共回りすることなく上下方向（軸方向）にのみ移動できるようになっている。
【００１５】
上下調節管２３の上方には、貫通孔内に上端にフランジ部の形成されたスライド管２７が挿入され、そのフランジ部に下部ホルダ２６が固定されている。スライド管２７には外周部に軸方向の溝が形成され、上下調節管２３の肉厚部に固定された回転防止ピン２８の先端が挿入されている。下部ホルダ２６は、上方に開口した環状溝３５が形成され、その環状溝３５を塞ぐように環状の蓋部材３６が嵌め込まれている。蓋部材３６によって塞がれた環状溝３５内には気密な空間が形成され、側面部を貫通して形成されたポート３７に圧縮エアを供給するための継手３８が固定されている。継手３８には不図示のエアポンプからの圧縮エアを供給するためのエアホースが接続されている。そして、環状溝３５を塞いだ蓋部材３６は、環状溝３５の気密な空間内に供給された圧縮エアが上方に吹き出すように多孔質の燒結金属やセラミックスなどで形成されている。
【００１６】
次に、本実施形態のレーザ切断装置を使用したレーザ切断加工について説明する。
先ず、ワークＷは、その周縁部が不図示のＸＹテーブルに保持され、予め設定された切断データに基づいてＸＹ平面上の移動が行われる。加工ヘッド２は上下動が可能であり、ＸＹテーブルへのワークＷの取り付け後に下降し、上部ホルダ１６の位置決めが行われる。一方、下方の加工台３でも目盛り管２２ｂを介して調節ナット部材２２に回転が与えられ、螺着した上下調節管２３が上下方向に移動して下部ホルダ２６の位置決めが行われる。こうしたセッティングによってワークＷが上部ホルダ１６と下部ホルダ２６との間に挟み込まれる。
【００１７】
加工ヘッド２側からはレーザ光が照射され、所定の形状にレーザ切断が行われる。ワークＷはレーザ光の入熱により局部的かつ瞬間的に溶融し、設定された移動によって所定の切断が行われる。その際、継手１４から加工ヘッド２内にアシストガスが高圧力で噴射され、ワークＷの切断部位に集中的に流れる。また、加工台３の吸引孔３０には、不図示の吸引装置との間に図３に示すような吸引管４が接続され、加工時にはその吸引孔３０や吸引管４内が負圧になっている。従って、アシストガスはワークＷの切断部を通って加工台３の吸引孔３０内に流れ込み、負圧になっている吸引管４へと引き込まれる。ワークＷの切断に伴って生じるドロスなどの溶融物は、こうしたアシストガスの流れによって吸引管４へと引かれて排出される。
【００１８】
更に、本実施施形態のレーザ切断装置１では、加工時には上部ホルダ１６と下部ホルダ２６に対して不図示のエアポンプから圧縮エアが供給される。ここで、図４は、切断部を示したレーザ切断装置の部分拡大図である。上部ホルダ１６や下部ホルダ２６に供給された圧縮エアは、継手３４，３８からそれぞれに形成された環状溝３１，３５の気密な空間に流れ込み、その空間内の圧力が高まって図示する波線矢印のように蓋部材３２，３６から噴出する。
【００１９】
すなわち、上部ホルダ１６や下部ホルダ２６に送り込まれた圧縮エアは、気密な環状溝３１，３５から多孔質の蓋部材３２，３６を通って上方又は下方のワークＷに向けて吹き出す。上部ホルダ１６及び下部ホルダ２６の蓋部材３２，３６からエアが吹き出されると、エアによる圧力が上下方向に作用する。この場合、スプリング２４によって支持されている下部ホルダ２６が、エア圧力とバランスして弾縮したスプリング２４によって下降し、固定された上部ホルダ１６から吹き出されるエアによってワークＷが離れる。すなわち、図４に示すように、ワークＷと上部ホルダ１６や下部ホルダ２６との間にエアによる空気の層がつくられる。
【００２０】
従って、ワークＷは上下のホルダ１６，２６と非接触状態でＸＹ平面上を移動するため、加工時のワークＷに摺動抵抗が生じることなくスムーズな移動を可能にした。そのため、高速加工用に加工ヘッド２側にヘッド用テーブルを備え、ワークＷと加工ヘッド２とが逆方向に移動するような場合でも、両者の摺接面に摺動抵抗が働くことがないため、微細な切断部の加工精度を上げることができる。
また、本実施形態のレーザ切断装置１では、ワークＷの撓みなどによってワークＷとホルダ１６，２６との距離が変動しても、下部ホルダ２６を支持するスプリング２４が変形して調整を行い、ワークＷの上下には図４に示すように安定して空気層がつくられるようになっている。
【００２１】
更に、ワークＷの裏面にはドロスなどの残留物Ｄが突起となってしまうことがあるが、残留物ＤがワークＷと下部ホルダ２６との間の空気層の厚さより突起量が小さい場合には、下部ホルダ２６は干渉することなく通り過ぎる。そして、残留物Ｄの突起量が空気層より大きい場合には、下部ホルダ２６の吸引孔３０の上端部が当たって残留物Ｄが掻き落とされる。その際、蓋部材３２から吹き出したエアによる吸引孔３０内への流れができているため、残留物Ｄはそのエアと一緒に吸引孔３０を通って排出される。従って、ワークＷから外れた残留物Ｄが下部ホルダ２６との間で転がったり擦れたりしないため、ワークＷに傷を付けるようなことを防止できるようなった。
【００２２】
また、前記第１実施形態では、ワークＷを上下に挟んだ上部ホルダ１６と下部ホルダ２６の両方からエアを吹き出して互いに非接触とした。しかし、第２実施形態として上部ホルダ１６のみからエアを吹き出させるレーザ切断装置であってもよい。図５は、レーザ切断装置の第２実施形態を示した断面図である。前記第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明する。
【００２３】
本実施形態のレーザ切断装置５１は、上部ホルダ１６に送り込まれた圧縮エアが蓋部材３２を通って上方からワークＷに向けて吹き出され、そのワークＷと上部ホルダ１６との間にエアによる空気の層がつくられる（図４参照）。一方、ワークＷの下側では、前記実施形態の環状溝３５が存在しない下部ホルダが当接してワークＷを支えている。すなわち、本実施形態の加工台３では、スライド管２７のフランジ部に固定された下部ホルダ２６は、円筒形のブロック５２に対し、ワークＷが摺動し易く且つワークＷに傷が付かないようにするための滑り材５３を装着して下部ホルダ５５構成されている。
【００２４】
そこで、ワークＷの周縁部が不図示のＸＹテーブルに保持され、前記第１実施形態と同様なセッティングにより、ワークＷが上下から上部ホルダ１６と下部ホルダ５５とによって挟み込まれる。加工ヘッド２側からはレーザ光が照射され、ワークＷはレーザ光の入熱によって溶融して所定の切断が行われる。その際、継手１４から加工ヘッド２内にアシストガスが高圧力で噴射され、ワークＷの切断部位に集中的に流れる。加工台３側では吸引装置によって負圧になるため、ワークＷの切断に伴って生じるドロスなどの溶融物は、こうしたアシストガスの流れによって吸引管４へと引かれて排出される。
【００２５】
更に、本実施施形態のレーザ切断装置５１では、加工時には上部ホルダ１６に不図示のエアポンプから圧縮エアが供給され、蓋部材３２から下方に向けて吹き出す（図４参照）。すなわち、上部ホルダ１６に送り込まれた圧縮エアは、気密な環状溝３１から多孔質の蓋部材３２を通って下方のワークＷに向けて吹き出す。従って、ワークＷの切断部が下方に押圧されて上部ホルダ１６との間に空気の層によって隙間ができる反面、下部ホルダ５５が当接して下側でワークＷを支えている。そして、この場合、下部ホルダ５５は、エア圧力とバランスして弾縮したスプリング２４によって下降している。
【００２６】
従って、ワークＷは上部ホルダ１６と非接触状態でＸＹ平面上を移動し、下部ホルダ５５側では滑り材５３が摺接するため、加工時のワークＷに摺動抵抗が生じることなくスムーズな移動を可能にした。そのため、高速加工用に加工ヘッド２側にヘッド用テーブルを備え、ワークＷと加工ヘッド２とが逆方向に移動するような場合でも、両者の摺接面に摺動抵抗が働くことがないため、微細な切断部の加工精度を上げることができる。また、本実施形態のレーザ切断装置５１では、スプリング２４が変形して下部ホルダ５５の高さ調整を行い、ワークＷの上方には安定して空気層がつくられるようになっている。
【００２７】
以上、本発明に係るレーザ切断装置の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】レーザ切断装置の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】レーザ切断装置の加工台を示した側面図である。
【図３】レーザ切断装置の加工台下部を示した断面図である。
【図４】ワークと下部ホルダとの位置関係を示した拡大断面図である。
【図５】レーザ切断装置の第２実施形態を示した断面図である。
【図６】従来のレーザ切断装置を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    レーザ切断装置
２    加工ヘッド
３    加工台
１１  集光レンズ
１２  ノズル
１６  上部ホルダ
２１  ベース
２２  調節ナット部材
２３  上下調節管
２６  下部ホルダ
３１，３５  環状溝
３２，３６  蓋部材
Ｌ    レーザ光
【図１】
2008043954.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008043954.tif 000006
【図５】
2008043954.tif 000007
【図６】
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