(57)【要約】【課題】ワークＷに対するレーザ光の照射位置を確実に制御し得るようにしたレーザ加工機を提供する。【解決手段】旋回駆動自在な旋回部材１７に、トーチ取付け部材２８とその回転駆動手段である第２モータ２７を配置し、旋回部材１７の回転駆動系とトーチ取付け部材２８の回転駆動系を分離した。従って、旋回部材１７とトーチ取付け部材２８の何れか一方を旋回させても、その回転駆動力が他方の部材の回転駆動力として作用することがなく、他方の部材の連れ回りによる旋回位置の変化をなくすことができるので、旋回部材１７とトーチ取付け部材２８の位置制御を正確に行うことができ、ワークに対するレーザ光の照射位置を高精度に制御することができる。【選択図】  図２
2004202558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに、第１の軸を中心として回転駆動自在に支持され、レーザ光の投射方向を第１の方向から、該第１の方向と直交する方向に偏向させる旋回部材と、
レーザ光を出射させるトーチを備え、前記旋回部材に、前記第１の軸に対して直交する第２の軸を中心として回転自在に支持され、該レーザ光を、前記第１の軸と平行な平面内の任意の一方向に向けて偏向させるトーチ取付け部材、及び、前記旋回部材に設けられ、前記トーチ取付け部材を前記第２の軸を中心に回転駆動することのできる駆動源を、有して構成されるレーザ加工機。
【請求項２】
前記旋回部材に設けられたスリップリング手段と、
前記加工ヘッドと前記駆動源との間に設けられ、前記スリップリング手段を介して前記駆動源に対して電力を供給する給電手段と、を設けたことを特徴とする請求項１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】
本発明は、レーザ光により三次元形状のワークの加工を行うようにしたレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元形状のワークを加工するレーザ加工機は、レーザ発振器と、該レーザ発振器で発振されたレーザ光をワークの任意の加工位置へ導くための加工ヘッドを有している。前記加工ヘッドには、トーチを水平面内で回転駆動するために、Ｚ軸を中心として回転駆動するＡ軸が設けられており、さらにトーチを、水平面に対し平行な軸を中心に回転駆動するためにＹ軸を中心として回転駆動するＢ軸が設けられている。
【０００３】
そして、トーチをＡ軸及びＢ軸方向に回転駆動するために、従来は、レーザ光をトーチに向けて伝達するスリーブ部材を、互いに回転駆動自在な、内スリーブ部材と外スリーブ部材の二重管に構成して、トーチをＡ軸方向に回転駆動する駆動力とＢ軸方向に回転駆動する駆動力を、それら二重管のスリーブ部材に独立的に伝達して、トーチを駆動していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２９０８９号公報（第３−５頁  図２−３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなレーザ加工機においては、前記外スリーブ部材と内スリーブ部材とを同一軸心上に二重に配置した構成になっている。このため、その支持構造が複雑化して、加工ヘッドが重量化する不都合がある。また、既に述べたように、前記外スリーブ部材と内スリーブ部材との間には、ベアリング等の軸受部材が配置され、それぞれ独立して回転できるようになっているが、例えば、前記軸受部材に供給されている潤滑剤の粘着力等によって、外スリーブ部材と内スリーブ部材が連れ回りすることがあり、トーチの三次元加工空間中での位置が変わってしまう場合がある。このため、構造が複雑であるだけでなく、Ａ軸を回転しようとすると、Ｂ軸も回転してしまい、制御がしにくかった。
【０００６】
前記の事情に鑑み、本発明は、加工ヘッドの小型化、軽量化が可能で、三次元の立体形状をしたワークに対するレーザ光の照射位置を、確実に制御し得るようにしたレーザ加工機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、加工ヘッド（１５）と、
前記加工ヘッド（１５）に、第１の軸（ＣＴ１）を中心として回転駆動自在に支持され、レーザ光の投射方向を第１の方向から、該第１の方向と直交する方向に偏向させる旋回部材（１７、１８、２２）と、
レーザ光を出射させるトーチ（３３）を備え、前記旋回部材（１７、１８、２２）に、前記第１の軸（ＣＴ１）に対して直交する第２の軸（ＣＴ２）を中心として回転自在に支持され、該レーザ光を、前記第１の軸（ＣＴ１）と平行な平面内の任意の一方向に向けて偏向させるトーチ取付け部材（２８）、及び、
前記旋回部材（１７、１８、２２）に設けられ、前記トーチ取付け部材（２８）を前記第２の軸（ＣＴ２）を中心に回転駆動することのできる駆動源（２７）を、有して構成される。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のレーザ加工機において、前記旋回部材（１７）に設けられたスリップリング手段（３７）と、
前記加工ヘッド（１５）と前記駆動源（２７）との間に設けられ、前記スリップリング手段（３７）を介して前記駆動源（２７）に対して電力を供給する給電手段と、を設けて構成される。
【０００９】
なお、括弧内の符号等は、図面と対照するためのものであり、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであって、特許請求の範囲に何ら影響を及ぼすものではない。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、旋回部材に回転自在に配置されたトーチ取付け部材の駆動源を、前記旋回部材に配置したので、該旋回部材とトーチ取付け部材の何れか一方を回転駆動したとき、他方の部材の連れ回りをなくすことができ、ワークＷに対するレーザ光の照射位置を高精度に制御することができる。また、減速機をなくすことにより、加工ヘッドの小型化、軽量化を実現することができる。また、バックラッシュを小さくできるので、加工トーチを高精度に制御することができる。また、余裕ある加工空間とを形成しワークとの干渉を最小限にすることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によると、駆動源に簡単な構成で確実に電力を供給し、トーチ取付け部材を駆動することができるので、レーザ加工機における加工ヘッドをさらに小型化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の実施の一形態を示すもので、図１は、本発明によるレーザ加工機の一例を示す全体斜視図、図２は、図１のレーザ加工機におけるサドルを示した詳細正面（一部断面）図である。
【００１３】
図１に示すように、レーザ加工機１は、ベース２を有しており、該ベース２には、上面に水平なワーク載置面３ａが形成されたテーブル３が、水平方向である矢印Ｘ方向に移動自在に載置されている。なお、該テーブル３は、ボールねじ等の図示しない公知の移動駆動手段により移動される。
【００１４】
前記ベース２には、前記テーブル３を跨ぐ形でコラム５が設けられている。該コラム５には、水平方向であり矢印Ｘ方向と直交する矢印Ｙ方向に伸延した形でサドル用レール６、６が設けられている。該サドル用レール６、６には、サドル１１が矢印Ｙ方向に移動自在に設けられている。該サドル１１の上端には、レーザ光受入部材７が配置されている。なお、該サドル１１は、ボールねじ等の図示しない公知の移動駆動手段により移動される。
【００１５】
前記コラム５には、レーザ発振器８が設けられている。前記サドル１１とレーザ発振器８の間は、一端がレーザ発振器８に接続された光路管１０ａと、一端がレーザ光受入部材７を介して該サドル１１に接続され、他端が該光路管１０ａに接続された伸縮管１０ｂにより接続されている。なお、該伸縮管１０ｂは、該サドル１１の移動に伴って伸縮する公知のテレスコーピック機構を有したものとなっている。従って、前記レーザ発振器８により発信されたレーザ光は、光路管１０ａと伸縮管１０ｂの内部を通過する形でレーザ光受入部材７に到達する。
【００１６】
前記レーザ光受入部材７の内部には、図示しない反射鏡が配置され、前記伸縮管１０ｂを通過して到達したレーザ光を、前記反射鏡で前記サドル１１に向けて矢印Ｚ方向（下方に向けて）に反射（投射）するようになっている。
【００１７】
図２に示すように、前記サドル１１は、前記サドル用レール６、６（図１参照）に沿って移動するサドル本体１２を有している。該サドル本体１２には、鉛直方向である矢印Ｚ方向に伸延した形で設けられたヘッド用レール１３、１３と、図示しないボールねじを有する移動駆動装置１４が設けられている。
【００１８】
加工ヘッド１５は、前記ヘッド用レール１３、１３に沿って移動自在に支持され、前記該移動駆動装置１４により、該ヘッド用レール１３、１３に沿って矢印Ｚ方向に移動駆動されるヘッド本体１６と、該ヘッド本体１６に、Ｚ軸に平行な、Ａ軸の軸心ＣＴ１（鉛直方向に投射されたレーザ光の光軸でもある）を中心に矢印Ｇ、Ｈ方向（Ａ軸方向）に回転自在に支持された旋回部材１７を有している。
【００１９】
前記旋回部材１７は、矢印Ｚ方向（Ｚ軸方向）に延伸され、内部にレーザ光を通過させるレーザ光通過空間ＫＲ１を有する円筒形に形成され、前記ヘッド本体１６に前記軸心ＣＴ１を中心に矢印Ｇ、Ｈ方向（Ａ軸方向）に回転自在に支持されたスリーブ部材１８と、該スリーブ部材１８の下端に固定され、前記レーザ光を矢印Ｚ方向（第１の方向）から、該第１の方向と直交する方向に偏向させる下部旋回部材２２とにより構成される。
【００２０】
前記スリーブ部材１８の上端は、前記レーザ光受入部材７に接続するためのジョイント部１８ｂとなっている。該レーザ光受入部材７とジョイント部１８ｂの間は、公知のテレスコーピック機構を有し、矢印Ｚ方向に伸縮自在なジョイント光路管２１により接続されている。
【００２１】
前記ヘッド本体１６には、第１モータ２０が設けられ、該第１モータ２０の出力軸には、第１駆動歯車２０ａが固定されている。また、前記スリーブ部材１８には、前記第１駆動歯車２０ａと噛合う形でスリーブ歯車１８ａが固定されている。従って、スリーブ部材１８（旋回部材１７）は、前記第１モータ２０によって旋回駆動される。
【００２２】
前記下部旋回部材２２の内部には、反射鏡２３が配置されている。また、該下部旋回部材２２の、該反射鏡２３で反射されたレーザ光が投射される側面には、レーザ光を出射させる形で窓２５が形成されている。また、該窓２５には、該窓２５の外周部を覆うように位置する形で、後述するトーチ取付け部材２８に形成された歯車２６が、前記Ａ軸の軸心ＣＴ１と直交するＢ軸の軸心ＣＴ２（水平方向に投射されたレーザ光の光軸でもある）を中心としてトーチ取付け部材２８と共に、回転自在に支持されている。
【００２３】
前記下部旋回部材２２の窓２５が形成された側面と直行する側面（下面でも良い）には、第２モータ２７が固定されている。該第２モータ２７の出力軸には、前記歯車２６と噛合う形で第２駆動歯車２７ａが固定されている。従って、前記トーチ取付け部材２８は、該第２モータ２７により旋回駆動される。
【００２４】
前記スリーブ部材１８には、環状のベース３５に複数の導電性リング３６を互いに絶縁した形でＺ軸方向に配列したスリップリング手段３７が、ヘッド本体１６との間に位置するように固定されている。該スリップリング３７手段の導電性リング３６には、前記ヘッド本体１６（加工ヘッド１５）に、該スリップリングに対向する形で設けられた図示しない導電性ブラシを介して、図示しない電力供給手段から電力が供給される。そして、導電性リング３６に供給された電力は、前記スリーブ部材１８に沿って配置された図示しない給電ケーブルを通して前記第２のモータ２７に供給される。
【００２５】
前記歯車２６は、トーチ取付け部材２８の図中左側面に固定されている。該トーチ取付け部材２８の内部には、反射鏡３０とレーザ光をワークＷに集光させるためのレンズ３１が配置されている。該トーチ取付け部材２８の反射鏡３０で反射されたレーザ光が投射される面（図２では、下面）には、レーザ光を出射させる形で窓３２が形成されている。該トーチ取付け部材２８の窓３２が形成された面には、該窓３２の外周を囲う形でトーチ３３が固定されている。
【００２６】
レーザ加工機１は、前記のように構成されているので、該レーザ加工機１により三次元の立体的なワークＷを加工するには、以下のように行う。即ち、図１に示すように、テーブル３のワーク載置面３ａにワークＷを設置する。ワークＷを設置したテーブル３を、前記図示しない移動駆動手段を介して矢印Ｘ方向に移動させる。一方、加工ヘッド１５を支持したサドル１１を、前記図示しない移動駆動手段を介して矢印Ｙ方向に移動させる。また、加工ヘッド１５を、移動駆動装置１４を介して矢印Ｚ方向に移動させ、ワークＷと加工ヘッド１５の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚ（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）方向の相対位置を設定する。
【００２７】
加工ヘッド１５の第１モータ２０により第１駆動歯車２０ａを回転駆動させ、スリーブ歯車１８ａを介してスリーブ部材１８（旋回部材１７）を、前記Ｚ軸と平行なＡ軸の軸心ＣＴ１を中心として回転させ、下部旋回部材２２を旋回させる。このとき、下部旋回部材２２と共に、トーチ取付け部材２８も前記Ａ軸の軸心ＣＴ１を中心として旋回する。しかし、トーチ取付け部材２８および第２モータ２７は、下部旋回部材２２に支持されているため、下部旋回部材２２とトーチ取付け部材２８及び第２モータ２７の相対位置が変化することはない。
【００２８】
また、第２モータ２７により第２駆動歯車２７ａを回転駆動させ、歯車２６を介してトーチ取付け部材２８を、前記Ｘ、Ｙ軸を含む水平面と平行なＢ軸の軸心ＣＴ２を中心として旋回させ、トーチ３３の先端をワークＷの加工位置に対向させる。このとき、第２モータ２７の回転駆動力が軸心ＣＴ１を中心として旋回する下部旋回部材２２に回転力として作用することはないので、下部旋回部材２２は静止した状態に保持される。
【００２９】
従って、第１モータ２０及び第２モータ２７を作動させ、下部旋回部材２２（旋回部材１７）及びトーチ取付け部材２７を旋回駆動しても、いずれか一方の部材の旋回により他方の部材が連れ回りすることはなく、トーチ３３をワークＷの加工位置に正確に対向させることができる。また、部材の連れ回りによって制御不能となることもない。
【００３０】
そして、レーザ発振器８から発振されたレーザ光を、光路管１０ａ、伸縮管１０ｂ、を通してレーザ光受入部材７に導き、該レーザ光をレーザ光受入部材７に配置された反射鏡で反射して、下部旋回部材２２に向けてＡ軸方向に投射する。レーザ光受入部材７で投射されたレーザ光を、スリーブ部材１８の軸心を通して下部旋回部材２２に導き、該レーザ光を下部旋回部材２２の反射鏡２３で反射して、トーチ取付け部材２８に向けてＢ軸方向に投射する。下部旋回部材２２から投射されたレーザ光を、窓２５を通してトーチ取付け部材２８に導き、該レーザ光をトーチ取付け部材２８の反射鏡３０で反射して、トーチ３３と対向するワークＷの加工位置に向けて投射する。トーチ取付け部材２８で投射されたレーザ光を、トーチ３３を通してワークＷの加工位置に照射して、ワークＷの加工を行う。
【００３１】
前記のように、ワークＷの加工位置とトーチ３３の先端との相対位置を三次元的に変化させながら、トーチ３３の先端からレーザ光を出射させることにより、ワークＷの加工を行う。なお、ワークＷにレーザ光を照射する際には、トーチ３３の先端もしくは、その近傍からワークＷの加工位置に向けてアシストガスを噴出させる。
【００３２】
前述のように、前記の実施の形態によれば、旋回部材１７、即ち、スリーブ部材１８の下部旋回部材２２に、トーチ取付け部材２８とその回転駆動手段である第２モータ２７を配置したので、旋回部材１７とトーチ取付け部材２８の２つの駆動系を分離することができる。従って、旋回部材１７とトーチ取付け部材２８のいずれか一方を回転駆動しても、その回転駆動力が他方の部材に影響を与えることがないので、連れ回りをなくし、ワークＷに対するレーザ光の照射位置を高精度に制御することができる。
【００３３】
また、従来の二重管における内スリーブ部材に相当する部材がなく、前記第２モータ２７は、トーチ取付け部材２８のみを回転駆動するので、駆動対象部材の軽量化により、第２モータ２７の小型化を図ることができる。また、駆動対象部材の軽量化により、駆動停止時の低慣性化を実現することができ、第２モータ２７による位置決め精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ加工機の一例を示す全体斜視図。
【図２】図１のレーザ加工機におけるサドルを示した詳細正面（一部断面）図。
【符号の説明】
１…レーザ加工機
１５…加工ヘッド
１６…ヘッド本体
１７…旋回部材
１８…スリーブ部材
２２…下部旋回部材
２７…駆動源（第２モータ）
２８…トーチ取付け部材
３３…トーチ
３７…スリップリング手段
ＣＴ１…第１の軸（軸心）
ＣＴ２…第２の軸（軸心）
Ｗ…ワーク
【図１】
2004202558.tif 000003
【図２】
2004202558.tif 000004