(57)【要約】【課題】ワークの加工点の周囲を効率よく押圧することができるとともに、加工点に向かってシールドガスを効率良く噴射することができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】加工ヘッド１３の加工ノズル１４からワークＷにレーザ光を照射して、そのワークＷに溶接や切断等のレーザ加工を施すようにする。加工ヘッド１３には、ワークＷ上の加工点Ｐの周囲を押圧するための複数のフリーローラ２１を備えた押さえ部材１９と、各フリーローラ２１間においてワークＷ上の加工点Ｐにシールドガスを噴射するための複数のシールドノズル２４とを配設する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドまたはワークをＸ方向及びＹ方向へ相対移動させ、加工ヘッドの加工ノズルからワークに対してレーザ光を照射して、そのワークを加工するようにしたレーザ加工機において、
前記加工ヘッドには、ワーク上の加工点の周囲を押圧するための複数のフリーローラを備えた押さえ部材と、各フリーローラ間に設けられワーク上の加工点にシールドガスを噴射供給するための複数のシールドノズルとを設けたことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記フリーローラが４個設けられるとともに、シールドノズルが４個設けられてい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】
各フリーローラがワーク上の加工点からほぼ同一の距離を隔てて配置されている請求項１または２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
各フリーローラが、レーザ光軸を通るＸ方向線及びＹ方向線を避けて配置されていることを特徴とした請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記フリーローラがワークの表面に対して鉛直方向に変移するのを許容するための変移許容手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記ワークに対する加工の進行方向の変化に応じて、所要のシールドノズルを選択的に作動させることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加工ヘッドに設けられた加工ノズルからワークに対してレーザ光を照射して、そのワークに対して溶接や切断等の加工を施すようにしたレーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のレーザ加工機において、ワークを溶接加工する際には、専用のワーク固定装置を用いて、ワークをその溶接経路に沿って押さえるようにしていた。そのため、ワークの溶接経路が変更された場合には、ワーク固定装置を交換する必要があって、加工に要するコストが高くなり、作業効率が低くなるという問題があった。
【０００３】
このような問題に対処するため、加工ノズルの先端両側に一対の加圧ローラが支軸により回転可能に支持され、ワークに対する溶接加工の進行に従って、加圧ローラによるワークの押圧位置が移動されるように構成されたレーザ加工機も従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、レーザ加工においては、レーザ加工部の酸化防止やプラズマ発生の抑制等のために、２酸化炭素やアルゴン等の不活性ガスよりなるシールドガスがレーザ加工部に噴射供給される。このため、加工ノズルの外周に二重構造のシールドノズルが配設されたレーザ加工機も従来から提案されている（例えば、特許文献２参照）。このレーザ加工機においては、レーザ加工時に、シールドノズルからワークの加工点に向かってシールドガスが吹き付けられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３８４８０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６７８７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来のレーザ加工機においては、次のような問題があった。
すなわち、特許文献１に記載のレーザ加工機では、加圧ローラが支軸により支持されているため、加圧ローラの回転移動方向が一方向である。従って、ワークの溶接経路が曲線であったりする場合に対応できないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載のレーザ加工機では、シールドガスが二重構造のシールドノズルから加工点の周囲全体を取り囲むように吹き出されるため、シールドガスの噴出量が多くならざるを得ず、ガスが無駄に消費されて不経済であるという問題があった。
【０００８】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークの加工経路がＸ方向及びＹ方向に変化している場合でも、加工点の周囲を効率よく押圧することができるとともに、加工点に向かってシールドガスを効率良く噴射することができるレーザ加工機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加工ヘッドまたはワークをＸ方向及びＹ方向へ相対移動させ、加工ヘッドの加工ノズルからワークに対してレーザ光を照射して、そのワークを加工するようにしたレーザ加工機において、前記加工ヘッドには、ワーク上の加工点の周囲を押圧するための複数のフリーローラを備えた押さえ部材と、各フリーローラ間に設けられワーク上の加工点にシールドガスを噴射供給するための複数のシールドノズルとを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、ワークの加工経路がＸ方向及びＹ方向に変化している場合でも、複数のフリーローラにより、加工点の周囲を効率よく押圧することができる。また、複数のシールドノズルを任意に作動させることにより、加工点に向かってシールドガスを効率良く噴射することができて、シールドガスが無駄に消費されるのを抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フリーローラが４個設けられるとともに、シールドノズルが４個設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、ワークの加工経路がＸ方向及びＹ方向のいずれの方向に設定されている場合でも、４個のフリーローラにより、加工点を囲んでその両側近傍位置を効果的に押圧することができる。また、４個のシールドノズルを選択的に任意に作動させて、例えば加工点に対して進行方向の前方側からシールドガスを効率良く噴射することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、各フリーローラがワーク上の加工点からほぼ同一の距離を隔てて配置されていることを特徴としたものである。
【００１４】
従って、この請求項３に記載の発明によれば、各フリーローラが加工点からほぼ同一の距離を隔てたところを押し付けるため、加工点に対するフリーローラの押さえ力がほぼ均等になり、高精度加工に寄与できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、各フリーローラが、レーザ光軸を通るＸ方向線及びＹ方向線を避けて配置されていることを特徴としたものである。
【００１６】
従って、請求項４に記載の発明によれば、フリーローラがレーザ加工点の上を通ることは少なく、安定してワークを押さえることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記フリーローラがワークの表面に対して鉛直方向へ変移するのを許容するための変移許容手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
従って、この請求項５に記載の発明によれば、ワークの表面が波状や段差状に変化している場合でも、各フリーローラがワークの表面形状の変化に応じて変移されて、加工点の周囲を確実に押圧することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記ワークに対する加工の進行方向の変化に応じて、各シールドノズルを選択的に作動させることを特徴とするものである。
【００１９】
従って、この請求項６に記載の発明によれば、ワークの加工経路がＸ方向及びＹ方向に変化する場合でも、常に有効に機能する各シールドノズルが選択的に作動されて、例えば加工点に対して進行方向の前方側からシールドガスを効率良く噴射することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
【００２１】
図２及び図３に示すように、ベッド１１上には加工テーブル１２がＸ方向へ往復移動可能に図示しない駆動装置とガイドとにより支持され、その上面にはワークＷが載置支持されるようになっている。ベッド１１上には図示しないコラムを介して加工ヘッド１３が加工テーブル１２の移動方向Ｘと直交するＹ方向へ往復移動可能に配設され、その下部にはレーザ光を照射するための加工ノズル１４が突設されている。そして、加工テーブル１２がＸ方向に移動されるとともに、加工ヘッド１３がＹ方向に移動されながら、加工ノズル１４からワークＷ上にレーザ光が照射されることにより、ワークＷに対し所定の加工経路に沿って溶接や切断等のレーザ加工が施されるようになっている。
【００２２】
前記加工ヘッド１３の下部には、取付板１５が４本の取付パイプ１６を介して垂設固定され、その中央部には加工ノズル１４を挿通させるための透孔１５ａが形成されている。取付板１５の下面には支持板１７が４本の支持ロッド１８を介して、ワークＷの表面と直交する上下方向へ移動可能に垂設支持されている。支持板１７の中央部には１つの押さえ部材１９が球形軸受２０を介してその球形軸受２０の中心を中心として傾動自在に貫通支持されており、この押さえ部材１９の中心には加工ノズル１４の先端部を挿通させるための挿通孔１９ａが形成されている。
【００２３】
前記押さえ部材１９の下面には、４個のフリーローラ２１がローラホルダ２２を介して全方向へ回転自在に取り付けられている。そして、図４に示すように、これらのフリーローラ２１は、前記加工ノズル１４の中心から、すなわちワークＷ上の加工点Ｐからほぼ等距離で、ほぼ正方形領域のコーナのところに位置している。取付板１５と支持板１７との間において、各支持ロッド１８の外周には押圧バネ２３が嵌挿され、これらの押圧バネ２３により、各フリーローラ２１が所定圧力でワークＷの加工点Ｐの周囲を押さえるように下方に向かって移動付勢されている。すなわち、加工ノズル１４からのレーザ光により、ワークＷがその加工経路に沿ってレーザ加工される際に、４個のフリーローラ２１により、加工点Ｐの近傍における加工点Ｐの周囲が押さえられるようになっている。
【００２４】
さらに、この実施形態においては、図１から明らかなように、前記各フリーローラ２１が加工ノズル１４の中心のレーザ光軸を通るＸ方向線Ｘ１及びＹ方向線Ｙ１を横方向に避けて配置されている。
【００２５】
また、この実施形態においては、前記支持板１７の上下動可能な構成、及び球形軸受２０による押さえ部材１９の傾動可能な構成により、各フリーローラ２１の上下方向への変移を許容するための変移許容手段が構成されている。そして、ワークＷが加工経路に沿ってレーザ加工される際に、ワークＷの表面に波状や段差状等の凹凸が存在する場合、各フリーローラ２１がワークＷの表面形状の凹凸変化に応じて上下方向移動及び球形軸受２０の中心を中心とした傾動により所要の変移がなされるようになっている。
【００２６】
前記４個のフリーローラ２１間に位置するように、支持板１７の周囲には４個のシールドノズル２４がブラケット２５を介して加工点Ｐを指向するように傾斜状態で取り付けられている。これらのシールドノズル２４にはそれぞれ電磁弁２６を介して図示しないシールドガスのガス供給源が接続されている。そして、ワークＷが加工経路に沿ってレーザ加工される際に、いずれかの電磁弁２６が選択的に開閉されて、例えば加工点Ｐに対して進行方向の前方側に位置するシールドノズル２４から不活性ガスよりなるシールドガスが噴射されて、加工箇所の酸化抑制等が実行されるようになっている。
【００２７】
次に、前記のように構成されたレーザ加工機の動作を説明する。
さて、このレーザ加工機において、加工テーブル１２上のワークＷに対して溶接や切断等のレーザ加工を行う場合には、加工テーブル１２がＸ方向に移動されるとともに、加工ヘッド１３がＹ方向に移動されながら、加工ノズル１４からワークＷに対してレーザ光が照射される。このレーザ光の照射により、ワークＷに対し所定の加工経路に沿って溶接や切断等のレーザ加工が施される。
【００２８】
このワークＷに対するレーザ加工時には、押圧バネ２３の押圧力に基づいて、４個のフリーローラ２１により、ワークＷ上の加工点Ｐの近傍における周囲が押さえられている。そして、ワークＷの表面に波状や段差状等の凹凸が存在する場合には、支持板１７が押圧バネ２３の押圧力に抗しまたは押圧力に基づいて上下動されるとともに、押さえ部材１９が球形軸受２０を介して球形軸受２０の中心を中心として傾動される。このため、各フリーローラ２１がワークＷの表面形状の変化に応じて上下方向及び傾動方向へ変移され、ワークＷに凹凸が存在しても、加工点Ｐの近傍における周囲を確実に押圧することができる。
【００２９】
さらに、このワークＷのレーザ加工時には、４個のシールドノズル２４に接続された電磁弁２６が選択的に開閉されて、選択されたシールドノズル２４からシールドガスが噴射される。例えば、通常の切断加工においては、ワークＷに対する加工ノズル１４の進行方向前方における１つのシールドノズル２４が選択されて、加工点Ｐに対してその前方から進行方向後方に向かってガスが噴射される。また、溶接棒や溶接ワイヤ等を用いてワークＷの溶接が行われる場合には、前記の溶接棒等が加工ノズル１４の進行方向前方から加工点Ｐに供給されるため、加工ノズル１４の進行方向後方のシールドノズル２４が選択されて、加工点Ｐに対して進行方向後方からガスが噴射される。そして、これらのガス噴射により、シールドガスが無駄に消費されることなく加工箇所に対して集中的に噴射されて、その加工箇所の酸化抑制等を効果的に実行することができる。
【００３０】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  このレーザ加工機においては、加工ヘッド１３に、ワークＷ上の加工点Ｐの近傍において、その加工点Ｐの周囲を押さえるための４個のフリーローラ２１を備えた押さえ部材１９を有している。
【００３１】
このため、ワークＷの加工経路がＸ方向及びＹ方向に変化した場合でも、４個のフリーローラ２１により、加工点Ｐ及びその周囲を有効に押圧することができ、所要のレーザ加工を正確に行うことができる。しかも、４個のフリーローラ２１は、加工点Ｐからほぼ等距離で、かつ正方形領域のコーナ部に位置しているため、各フリーローラ２１は加工点Ｐに対して均等な圧力を付与することになり、正確なレーザ加工に寄与できる。
【００３２】
（２）  このレーザ加工機においては、各フリーローラ２１がレーザ光軸を通るＸ方向線Ｘ１及びＹ方向線Ｙ１を避けて配置されている。このため、フリーローラ２１が加工位置上を移動するのことが少なくなり、ワークＷの加工部が損傷したり、フリーローラ２１が熱やバリ等で損傷したりするのを避けることができる。
【００３３】
（３）  このレーザ加工機においては、前記押さえ部材１９が加工ヘッド１３に対してワークＷの表面に対して鉛直方向へ移動可能及び傾動可能に支持され、その押さえ部材１９に４個のフリーローラ２１が回転自在に取り付けられている。そして、押さえ部材１９には押圧バネ２３の押圧力が付与され、その押圧力に抗して各フリーローラ２１がワークＷの表面に対して鉛直方向へ変移するのが許容されるようになっている。このため、ワークＷの表面が波状や段差状に変化している場合でも、各フリーローラ２１がワークＷの表面形状の変化に応じて追従するように変移されて、加工点Ｐの周囲を確実に押圧することができ、正確なレーザ加工に寄与できる。
【００３４】
（４）  このレーザ加工機においては、各フリーローラ２１間においてワークＷ上の加工点Ｐにシールドガスを噴射するための４個のシールドノズル２４が設けられている。そして、必要に応じて４個のシールドノズル２４を選択的に作動させることにより、加工点Ｐに向かってシールドガスを必要な箇所に効率よく噴射することができて、シールドガスが無駄に消費されるのを抑制することができる。
【００３５】
（５）  このレーザ加工機においては、前記各シールドノズル２４にそれぞれ電磁弁２６が接続され、これらの電磁弁２６の開閉により、ワークＷに対する加工の進行方向の変化に応じて、各シールドノズル２４が選択的に作動されるようになっている。このため、加工点Ｐに対して有効な方向からシールドガスを効率良く噴射することができて、シールドガスの機能を十分に発揮できるとともに、シールドガスの無駄な消費を防止できる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３７】
さて、この第２実施形態においては、図４〜図６に示すように、前記第１実施形態における支持板１７が省略されている。そして、フリーローラ２１を支持する押さえ部材１９及び４個のシールドノズル２４が、加工ヘッド１３の下部の取付板１５に対して直接取り付けられている。
【００３８】
すなわち、取付板１５には４個の軸状の押さえ部材１９がワークＷの表面と直交する上下方向へ移動可能に支持され、それらの押さえ部材１９の下端にはフリーローラ２１がローラホルダ２２を介して回転自在に取り付けられている。各押さえ部材１９と取付板１５との間には押圧バネ２３が介装され、これらの押圧バネ２３により、各フリーローラ２１に押圧力が付与されている。
【００３９】
そして、この実施形態においては、前記各押さえ部材１９の上下動可能な構成により、各フリーローラ２１の上下方向への変移を許容するための変移許容手段が構成されている。そして、ワークＷのレーザ加工に際して、ワークＷの表面に波状や段差状等の凹凸が存在する場合、各押さえ部材１９がワークＷの表面形状の変化に応じてそれぞれ単独で上下動されて、各フリーローラ２１が上下方向へ変移されるようになっている。
【００４０】
従って、この第２実施形態によれば、前記第１実施形態に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（６）  このレーザ加工機においては、フリーローラ２１を有する４個の押さえ部材１９が加工ヘッド１３に対してそれぞれ単独でワークＷの表面に鉛直方向へそれぞれ移動可能に支持されている。このため、ワークＷの表面が波状や段差状に変化して凹凸が形成されている場合、各フリーローラ２１の追従性が良好になる。
【００４１】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記実施形態のレーザ加工機において、加工の種類やワークＷの板厚の変化等に応じて、それぞれ電磁弁２６を選択的に開閉することにより、２個以上の複数のシールドノズル２４からワークＷ上の加工点Ｐに向かって同時にシールドガスを噴射するように制御すること。
【００４２】
・  複数のフリーローラ２１の数を変更すること。例えば、図１において、１本の対角線上に位置する２個のフリーローラ２１を取り除き、そのフリーローラを合計２個とすること。
【００４３】
・  複数のシールドノズル２４の数を変更すること。例えば、ワークＷに対する加工ノズル１４の進行方向左右両側におけるシールドノズル２４を取り除き、シールドノズル２４を合計２本とすること。あるいは、加工ノズル１４の前方または後方のシールドノズルを取り除いて合計３本とすること。
【００４４】
【発明の効果】
以上、実施形態で例示したように、この発明においては、ワークの加工点の周囲を有効に押圧することができて、高精度なレーザ加工を達成できる。また、この発明においては、加工点に向かってシールドガスを効率良く噴射することができて、シールドガスが無駄に消費されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のレーザ加工機を示す要部底面図。
【図２】図１の２−２線における部分断面図。
【図３】図１の３−３線における部分断面図。
【図４】第２実施形態のレーザ加工機を示す要部底面図。
【図５】図４の５−５線における部分断面図。
【図６】図５の６−６線における部分断面図。
【符号の説明】
１３…加工ヘッド、１４…加工ノズル、１５…取付板、１７…支持板、１９…押さえ部材、２０…球形軸受、２１…フリーローラ、２３…押圧バネ、２４…シールドノズル、２６…電磁弁、Ｗ…ワーク、Ｐ…加工点、Ｘ１…Ｘ方向線、Ｙ１…Ｙ方向線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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