(57)【要約】【課題】光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる配線の劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッド３００において、該レーザ加工ヘッド３００を、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部１００と、前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部１００に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部２００とで構成した。【選択図】      図１
2004202542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドにおいて、
該レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、
前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ加工ヘッドを前記回転中心に対して傾斜可能としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
前記レーザ加工ヘッドの傾斜角を０°〜４５°の範囲で可変としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記被加工面と前記回転中心との交点と、前記レ−ザ光の焦点とのオフセット距離を可変としたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記入力側加工ヘッド部が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズを有すると共に、
前記出力側加工ヘッド部が、前記平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを有することを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記入力側加工ヘッド又は前記出力側加工ヘッド部のいずれか一方が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ及び該平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを共に有することを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザ加工ヘッドを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工面に対してレーザ光を照射して、レーザ加工を行うようにしたレーザ加工ヘッドに関し、特に、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、板材等の被加工面にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工の分野においては、被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような従来公知のレーザ加工ヘッドにおいては、被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射する必要があるため、被加工面を固定状態に維持した上で、該被加工面に対してレ−ザ光の焦点が所定の円軌跡等を描くようにレーザ加工ヘッドを回転駆動している。従って、レーザ加工ヘッドにレーザ光を導入する光ファイバが、レーザ加工ヘッドと一体的に回転することになり、光ファイバに捻じれが発生してしまうといった問題があった。
【０００４】
かかる問題を解決する一手段として、光ファイバとレーザ加工ヘッドとの締結部にベアリングを配置し、レーザ加工ヘッドに対して光ファイバを相対回転可能とした技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来公知のレーザ加工ヘッドでは、光ファイバのみを相対回転可能とし、レーザ加工ヘッド全体は回転駆動される構造となっていたため、レーザ加工ヘッドに設置されるカメラや冷却装置の配線、配管に捻じれが発生したり、複数本の配線、配管がある場合には、これら配線、配管同士が絡まってしまうといった問題があった。しかも、光ファイバは自転が可能なため（固定されていないため）、レーザ加工ヘッドの回転に伴って、光ファイバに微小な捻じれが発生してしまうといった問題もあった。
【０００７】
又、このような配線、配管の捻じれや絡まりを回避するために、レーザ加工ヘッドの回転角度が制限されてしまう上に、捻じれを元に戻すためには加工の度にレーザ加工ヘッドを配線、配管の捻じれが解消する位置まで戻す必要があり、レーザ加工ヘッドの制御が複雑化しやすく、加工速度が低下してしまうといった問題があった。
【０００８】
更に、配線、配管に対して捻じれが繰り返し加わることになるため、配線や配管が劣化しやすく、寿命が短くなってしまうといった問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
被加工面に対してレーザ光を略円形状に照射可能なレーザ加工ヘッドにおいて、該レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したことにより、上記課題を解決したものである。
【００１１】
本発明によれば、出力側加工ヘッド部を回転駆動した場合でも、入力側加工ヘッド部は、該出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限されているため、入力側加工ヘッド部に設ける光ファイバ等の配線に捻じれや絡まりが発生することがなく、配線の劣化等を未然に防止することが可能である。しかも、レーザ加工の際の配線の捻じれや絡まりを考慮した制御が不要となるため、レーザ加工ヘッドの制御の簡略化、加工速度の向上が可能である。
【００１２】
従って、例えば、レーザ加工ヘッドに、ＣＣＤカメラや冷却用のブロック等を取り付ける場合があるが、このような場合でも、ＣＣＤカメラや冷却用のブロック等を入力側加工ヘッド部に設ければ、これらＣＣＤカメラのケーブルや冷却用ブロックのホース等の配線に捻じれや絡まりが発生するのを防止することができる。
【００１３】
なお、前記レーザ加工ヘッドを前記回転中心に対して傾斜可能とすれば、加工形状に応じてレーザの焦点位置を変えることが可能となる。例えば、前記レーザ加工ヘッドの傾斜角を０°〜４５°の範囲で可変としてもよい。
【００１４】
又、前記被加工面と前記回転中心との交点と、前記レ−ザ光の焦点とのオフセット距離を可変としても、加工形状に応じてレーザの焦点位置を変えることが可能となる。
【００１５】
なお、前記入力側加工ヘッド部が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズを有すると共に、前記出力側加工ヘッド部が、前記平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを有するレーザ加工ヘッドとしてもよく、この場合には、平行光線部でレーザ加工ヘッドを分離することができる。
【００１６】
又、前記入力側加工ヘッド又は前記出力側加工ヘッド部のいずれか一方が、前記光ファイバから導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ及び該平行光線化されたレーザ光を集光する加工レンズを共に有するレーザ加工ヘッドとしてもよい。この場合には、コリメーションレンズ及び加工レンズを一体的に成形することが可能なため、レーザ加工ヘッドの光学特性を向上させることが可能となる。特に、入力側加工ヘッドにコリメーションレンズ及び加工レンズを有する構造とした場合には、光ファイバに対して、該コリメーションレンズ及び加工レンズが相対回転しない構造となるため、更なる光学特性の向上が実現可能となる。
【００１７】
更に、上述したレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置としてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置の斜視図を示したものであり、図２〜４は、それぞれ該レーザ加工装置の正面図、平面図、側面図である。
【００２０】
このレーザ加工装置６００は、主としてモータ５００と、歯車減速機構４００と、レーザ加工ヘッド３００とから構成され、これらモータ５００、歯車減速機構４００及びレーザ加工ヘッド３００が、ベース台６０２上に設置されている。該レーザ加工装置６００では、モータ５００から出力される動力を歯車減速機構４００を介して減速・伝達し、レーザ加工ヘッド３００を回転駆動する。
【００２１】
前記モータ５００は、モータ軸５０２をベース台６０２側（図中下側）に向けた状態で、モータ設置台６０３上に設置されている。又、図４に示すように、モータ軸５０２は、軸心Ｌ１を中心として回転可能であり、該モータ軸５０２には、後述する歯車減速機構４００の第1の平歯車（以下、単に第1平歯車と称す。）４０２が平行キー５０２ａを介して連結されている。
【００２２】
なお、モータ５００周辺を覆うケーシング６０４の側面６０４ａには、レーザ加工ヘッド３００の一端を支持する、回り止めプレート６０６がガイドレール６０８を介して延設されている。この回り止めプレート６０６はガイドレール６０８に沿って図１中のＨ１方向に移動可能である。
【００２３】
前記歯車減速機構４００は、第１平歯車４０２と、第２の平歯車（以下、単に第２平歯車と称す。）４０４と、第３の平歯車（以下、単に第３平歯車と称す。）４０６とを備えている。これら第１〜３平歯車４０２、４０４、４０６は、所定間隔をおいてベース台６０２上に平行に配置されている。
【００２４】
前記第１平歯車４０２は、前記モータ軸５０２と共に、軸心Ｌ１を中心に回転可能である。
【００２５】
前記第２平歯車４０４は、第１平歯車４０２よりも大径の歯車からなり、円板４１６によって回転自在に支持された回転軸４１４に取り付けられている。又、該第２平歯車４０４は、第１平歯車４０２と噛合可能であり、該第１平歯車４０２の回転に伴って軸心Ｌ２を中心として回転可能である。
【００２６】
前記第３平歯車４０６は、第２平歯車４０２よりも大径のリング状の歯車からなり、クロスローラベアリング４１０によって回転自在に支持された円錐形の押えコーン４０８上にボルト４１２によって連結されている。又、該第３平歯車４０６は、第２平歯車４０４と噛合可能であり、該第２平歯車４０４の回転に伴って軸心Ｌ３を中心として回転可能である。これら第３平歯車４０６及び押えコーン４０８の中空部４０６ａ、４０８ａにはレーザ加工ヘッド３００が洞貫され、該レーザ加工ヘッド３００は、第３平歯車４０６上に設置された一軸ステージ６１０に固定されている。
【００２７】
次に、前記レーザ加工ヘッド３００について詳細に説明する。
【００２８】
該レーザ加工ヘッド３００は、出力側加工ヘッド１００と、入力側加工ヘッド２００とで構成されている。
【００２９】
該出力側加工ヘッド１００は、レーザ光を集光する加工レンズ１０４と、該集光されたレーザ光を被加工面Ｗ１（図４参照）に照射するノズル１０２とを備えている。又、該出力側加工ヘッド１００の上部には、ベアリング１０８が設置可能なベアリングケース１０６が設けられており、該ベアリングケース１０６には、ベアリング１０８を介して入力側加工ヘッド部２００の一部が収納可能である。
【００３０】
一方、入力側加工ヘッド部２００は、レーザ光を導入する光ファイバ２０４と、該光ファイバ２０４から導入されるレーザ光を平行光線化するためのコリメーションレンズ２０２とを備えている。又、該入力側加工ヘッド部２００は、図１中Ｈ１方向に前記回り止めプレート６０６と一体的に移動可能であると共に、回り止めプレート６０６の内周孔６０６ａに沿って図１中Ｈ２方向にも移動可能である。更に、該入力側加工ヘッド部２００の先端部２００ａは、前記回り止めプレート６０６に自身の自転が制限された状態で支持されている。より具体的には、図５に示すように、該先端部２００ａには、円柱形状から平行に面取りした２面巾凸部２００ａ１が形成されており、該２面巾凸部２００ａ１が回り止めプレート６０６の内周孔６０６ａに嵌め込まれた構造となっている。なお、図５は図４中の矢視Ｖから見た入力側加工ヘッド２００の先端部２００ａ周辺を示した図である。
【００３１】
更に、この例では、レーザ加工ヘッド３００の入力側加工ヘッド部２００に、冷却ブロック３０２及びＣＣＤカメラ３０４がそれぞれ設置されており、該冷却ブロック３０２には冷却水を供給するためのホース（図示略）が、又、ＣＣＤカメラ３０４にはカメラケーブル３０４ａがそれぞれ接続されている。
【００３２】
入力側加工ヘッド部２００の一部は、出力側加工ヘッド部１００のベアリングケース１０６内に収容されており、該入力側加工ヘッド部２００はベアリング１０８によって回転自在に支持されている。従って、入力側加工ヘッド部２００は、出力側加工ヘッド部１００に対して相対回転が可能であると共に、被加工面Ｗ１に立てた法線Ｌ３を回転中心として、出力側加工ヘッド１００と一体的に回転可能である。
【００３３】
なお、図４に示すように、このレーザ加工ヘッド３００は、前記法線（回転中心）Ｌ３に対して傾斜可能であり、この例では、傾斜角Ｒ１が０°〜４５°の範囲で可変であると共に、被加工面Ｗ１と前記法線（回転中心）Ｌ３との交点Ｐ１と、レ−ザ光の焦点Ｐ２とのオフセット距離Ｅ１が可変となっている。
【００３４】
次に、レーザ加工装置６００の作用について説明する。
【００３５】
モータ５００に通電すると、該モータ５００のモータ軸５０２及び該モータ軸５０２に連結された第１平歯車４０２が軸心Ｌ１を中心に回転駆動される。該第１平歯車４０２の回転は、第２、第３平歯車４０４、４０６によって減速・伝達される。最終的に、第３平歯車４０６上に設置された一軸ステージ６１０を介して、レーザ加工ヘッド３００が被加工面Ｗ１に立てた法線Ｌ３を回転中心に回転駆動される。その結果、ノズル１０２から照射されるレ−ザ光の焦点Ｐ２が被加工面Ｗ１に対して所定の円軌跡等を描くことになる。なお、入力側加工ヘッド部２００は、出力側加工ヘッド１００の回転に伴って、図１中Ｈ１方向又はＨ２方向に移動することになるが、２面巾凸部２００ａ１が形成された先端部２００ａが回り止めプレート６０６の内周孔６０６ａに嵌め込まれているため、自身の自転が制限されている。
【００３６】
本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッド３００によれば、出力側加工ヘッド部１００を回転駆動した場合でも、入力側加工ヘッド部２００は該出力側加工ヘッド部１００に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限されているため、入力側加工ヘッド部１００に設ける光ファイバ２０４、カメラケーブル３０４ａ、冷却ブロック３０２のホース等の配線に捻じれや絡まりが発生することがなく、配線の劣化等を未然に防止することが可能である。しかも、レーザ加工の際の配線の捻じれや絡まりを考慮する必要がなくなるため、レーザ加工ヘッド３００の制御の簡略化、加工速度の向上が可能である。
【００３７】
又、前記レーザ加工ヘッド３００は、前記法線（回転中心）Ｌ３に対して傾斜可能であり、傾斜角Ｒ１が０°〜４５°の範囲で可変であると共に、被加工面Ｗ１と前記法線（回転中心）Ｌ３との交点Ｐ１と、レ−ザ光の焦点Ｐ２とのオフセット距離Ｅ１が可変であるため、加工形状に応じてレーザの焦点Ｐ２の位置を変えることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、入力側加工ヘッド部２００がコリメーションレンズ２０２を、又、出力側加工ヘッド部１００が加工レンズ１０２をそれぞれ有する構造としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３９】
従って、例えば、入力側加工ヘッド２００又は出力側加工ヘッド部１００のいずれか一方が、コリメーションレンズ２０２及び加工レンズ１０２を有する構造としてもよく、この場合には、コリメーションレンズ２０２及び加工レンズ１０２を一体的に成形することが可能なため、レーザ加工ヘッドの光学特性を向上させることが可能となる。特に、入力側加工ヘッド２００にコリメーションレンズ２０２及び加工レンズ１０２を有する構造とした場合には、光ファイバ２０４に対して、該コリメーションレンズ２０２及び加工レンズ１０２が相対回転しない構造となるため、更なる光学特性の向上が実現可能となる。
【００４０】
又、レーザ加工ヘッド３００の形状等は、図中に示されたものに限定されるものではなく、レーザ加工ヘッドを、前記レーザ光を前記被加工面に照射するノズルを有し、前記被加工面に立てた法線を回転中心として回転可能な出力側加工ヘッド部と、前記レーザ光を導入する光ファイバを有し、前記出力側加工ヘッド部に対して相対回転可能であると共に、自身の自転が制限された入力側加工ヘッド部とで構成したものであればよい。
【００４１】
更に、前記レーザ加工ヘッド３００は、前記法線（回転中心）Ｌ３に対して傾斜可能であり、傾斜角Ｒ１が０°〜４５°の範囲で可変とすると共に、被加工面Ｗ１と前記法線（回転中心）Ｌ３との交点Ｐ１と、レ−ザ光の焦点Ｐ２とのオフセット距離Ｅ１を可変としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ、カメラ、冷却装置等の配線、配管の捻じれや絡まりによる配線の劣化等を未然に防止すると共に、制御の簡略化、加工速度の向上等が可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の例に係るレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置の斜視図
【図２】図１におけるレーザ加工装置の正面図
【図３】図１におけるレーザ加工装置の平面図
【図４】図１におけるレーザ加工装置の側面図
【図５】図４における矢視Ｖから見た入力側加工ヘッドの先端部周辺を示した図
【符号の説明】
１００…出力側加工ヘッド部
１０２…ノズル
１０４…加工レンズ
１０６…ベアリングケース
１０８…ベアリング
２００…入力側加工ヘッド部
２００ａ…入力側加工ヘッド部の先端部
２００ａ１…２面巾凸部
２０２…コリメーションレンズ
２０４…光ファイバ
３００…レーザ加工ヘッド
３０２…冷却ブロック
３０４…ＣＣＤカメラ
３０４…カメラケーブル
４００…歯車減速機構
４０２、４０４、４０６…第１、第２、第３平歯車
４０８…押えコーン
４１０…クロスローラベアリング
４１４…回転軸
４１６…円板
５００…モータ
５０２…モータ軸
５０２ａ…平行キー
６００…レーザ加工装置
６０２…ベース台
６０３…モータ設置台
６０４…ケーシング
６０６…回り止めプレート
６０８…ガイドレール
６１０…一軸ステージ
【図１】
2004202542.tif 000003
【図２】
2004202542.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004202542.tif 000006
【図５】
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