(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からのレーザビームをワークと相対する加工ヘッドの集光用光学系に伝送するレーザビーム伝送光路に蛇腹からなる光路カバーを備えたレーザ加工機にして、Ｘ軸方向へ移動位置決め可能なＸ軸キャリッジを設け、該Ｘ軸キャリッジに前記加工ヘッドを備えＹ軸方向へ移動位置決め可能なＹ軸キャリッジを設け、前記Ｘ軸キャリッジに前記レーザ発振器からのレーザビームをＹ軸方向へ伝送する第１移動ベンドミラーを設け、前記Ｙ軸キャリッジに前記第１移動ベンドミラーからのレーザビームを加工ヘッドの集光用光学系に伝送する第２移動ベンドミラーを設け、前記第１移動ベンドミラーのレーザビーム入射側光路および前記第２移動ベンドミラーと前記集光用光学系との間の光路にビームアパーチャーをそれぞれ設けたレーザ加工機において、前記ビームアパーチャーは、内径部の一側に外方に開口するテーパ穴を有する中空外筒を設け、該中空外筒一側内径部に外径部が前記テーパとは逆のテーパを有する第１内筒を嵌合して設け、前記テーパ穴と該第１内筒のテーパ部とで前記中空外筒の一側にＶ字型の環状溝を形成し、前記中空外筒の他側内径部に外径部がテーパを有する第２内筒を嵌合して設けると共に、他側外方に開口するテーパを有する内筒固定リングで固定して設け、該固定リングのテーパと前記第２内筒のテーパ部とでＶ字型の環状溝を前記中空外筒の他側に形成し、さらに前記中空外筒他側の外径部にフィンを設けたことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工機において、前記ビームアパーチャーは、前記Ｖ字型の環状溝の両端部をシャープエッジに形成すると共に、前記第１内筒と第２内筒との間にリング状のスペーサを設け、該スペーサの内径を前記第１内筒と第２内筒より大きく設け、かつ該スペーサの側壁に前記中空外筒の側壁まで貫通する複数の穴を設けたことを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は光軸が移動するか否かで大きく二つに分類することができる。
ここでは、ビーム伝送中にビームの発散等によって、顕著な弊害を生じる３軸光軸移動型レーザ加工機について述べる。
【０００３】
例えば、本願出願人の出願である特開平４−１３５０８７に開示される様な３軸光軸移動型のレーザ加工機１００におけるレーザビームの伝送光路は次の様になっている。
【０００４】
図５に示すように、レーザ発振器１０３から出たレーザビームＬＢは、本体フレーム１０５に固定された固定ベンドミラー１０７および１０９を介して、Ｘ軸キャリッジ１１１の左側端部（図５において）に設けたＸ軸ベンドミラー１１３へ導かれる。
【０００５】
Ｘ軸ベンドミラー１１３に導かれたレーザビームＬＢは、このＸ軸ベンドミラー１１３で直角に折り曲げれられて、Ｙ軸キャリッジ１１５上に設けた第１Ｙ軸ベンドミラー１１７を介して第２Ｙ軸ベンドミラー１１９に導かれる。
【０００６】
第２Ｙ軸ベンドミラー１１９に導かれたレーザビームＬＢは、レーザ加工ヘッド１２１に設けた集光レンズ（図示省略）に導かれ、この集光レンズにより集光されたレーザビームが被加工材へ照射される。
【０００７】
なお、前記Ｘ軸キャリッジ１１１の両端部は、前記本体フレーム１０５上部の梁部材（１０５ａ，１０５ｂ）上に設けたＸ軸ガイド（図示省略）にガイドされてＸ軸方向に移動位置決め自在に設けてあり、また前記Ｙ軸キャリッジ１１５は前記Ｘ軸キャリッジ１１１上に設けたＹ軸ガイド（図示省略）にガイドされてＹ軸方向に移動位置決め自在に設けてある。
【０００８】
また、図５には示してないが、固定ベンドミラー１０９とＸ軸ベンドミラー１１３との間の光路、およびこのＸ軸ベンドミラー１１３と前記第１Ｙ軸ベンドミラー１１７との間の光路には、レーザビームから作業者を保護すると同時に光学系を塵埃から保護するために伸縮自在の蛇腹（図示省略）が設けてある。また第２Ｙ軸ベンドミラー１１９と加工ヘッド１２１との間の光路にも同様に蛇腹（図示省略）が設けてある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き３軸光軸移動型のレーザ加工機１００によりレーザ加工を行った場合、加工部で発生する反射光の一部は加工ヘッド１２１の集光レンズを介して前述の光路を逆進し、その一部は蛇腹に当たって蛇腹を焼損させることがある。
【００１０】
また、レーザ発振器１０３から出力されるレーザビームは完全な平行ビームではなく、光の進行に伴って徐々に発散する性質を有している。そのため、光路長が３ｍを越えるような大型のレーザ加工機では、発散したレーザビームが集光レンズに入射されることになる。
【００１１】
発散光の焦点は平行光線の焦点からズレるため全体的な集光特性を低下させる。また蛇腹に当たって蛇腹を焼損させるなどの問題がある。
【００１２】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、順方向（レーザ発振器から加工ヘッド方向）の発散光をカットすると同時に加工部からの反射光をカットし、集光特性を向上させると同時に蛇腹の焼損を防止したレーザ加工機を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のレーザ加工機は、レーザ発振器からのレーザビームをワークと相対する加工ヘッドの集光用光学系に伝送するレーザビーム伝送光路に蛇腹からなる光路カバーを備えたレーザ加工機にして、Ｘ軸方向へ移動位置決め可能なＸ軸キャリッジを設け、該Ｘ軸キャリッジに前記加工ヘッドを備えＹ軸方向へ移動位置決め可能なＹ軸キャリッジを設け、前記Ｘ軸キャリッジに前記レーザ発振器からのレーザビームをＹ軸方向へ伝送する第１移動ベンドミラーを設け、前記Ｙ軸キャリッジに前記第１移動ベンドミラーからのレーザビームを加工ヘッドの集光用光学系に伝送する第２移動ベンドミラーを設け、前記第１移動ベンドミラーのレーザビーム入射側光路および前記第２移動ベンドミラーと前記集光用光学系との間の光路にビームアパーチャーをそれぞれ設けたレーザ加工機において、前記ビームアパーチャーは、内径部の一側に外方に開口するテーパ穴を有する中空外筒を設け、該中空外筒一側内径部に外径部が前記テーパとは逆のテーパを有する第１内筒を嵌合して設け、前記テーパ穴と該第１内筒のテーパ部とで前記中空外筒の一側にＶ字型の環状溝を形成し、前記中空外筒の他側内径部に外径部がテーパを有する第２内筒を嵌合して設けると共に、他側外方に開口するテーパを有する内筒固定リングで固定して設け、該固定リングのテーパと前記第２内筒のテーパ部とでＶ字型の環状溝を前記中空外筒の他側に形成し、さらに前記中空外筒他側の外径部にフィンを設けたことを要旨とするものである。
【００１４】
請求項２に記載のレーザ加工機は、請求項１に記載のレーザ加工機において、前記ビームアパーチャーは、前記Ｖ字型の環状溝の両端部をシャープエッジに形成すると共に、前記第１内筒と第２内筒との間にリング状のスペーサを設け、該スペーサの内径を前記第１内筒と第２内筒より大きく設け、かつ該スペーサの側壁に前記中空外筒の側壁まで貫通する複数の穴を設けたことを要旨とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るレーザ加工機のうち、特に３軸光軸移動型のレーザ加工機１における加工ヘッド位置決め装置５の概要と、レーザ発振器７からのレーザビームＬＢを加工ヘッド３まで導く光学系と光路を示した図である。
【００１９】
加工ヘッド位置決め装置５は公知のＹ軸キャリッジ９とＸ軸キャリッジ１１とを備えており、加工ヘッド３はＹ軸キャリッジ９にＺ軸方向（図１では上下方向）に昇降位置決め可能に設けてあり、図４に示す如くＹ軸キャリッジ９はＸ軸キャリッジ１１に設けたガイドレール１３に沿ってＹ軸方向へ移動位置決め自在に設けてある。
【００２０】
なお、上述のＸ軸キャリッジ１１はＸ軸ガイドレール（図示省略）にガイドされ公知の駆動手段によって移動位置決め自在に設けてある。また、Ｙ軸キャリッジ９も同様に公知の駆動手段によって移動位置決め自在である。
【００２１】
レーザ発振器７から出力された直線偏光のレーザビームＬＢは、第１固定ベンドミラー１５によって円偏光され、この円偏光されたレーザビームＬＢは、第２固定ベンドミラー（凸面鏡）１７と第３固定ベンドミラー（凹面鏡）１９により、ビーム径を拡大すると同時にほぼ平行ビームに補正されて前記レーザ加工機１のＸ軸方向に送出される様に設けてある。
【００２２】
図１、図２に示すように、前記Ｘ軸キャリッジ１１には、レーザ発振器７からのレーザビームＬＢをＹ軸方向へ伝送する第１移動ベンドミラー２１が設けてある。さらに詳細には、第１移動ベンドミラー２１は、Ｘ軸キャリッジ１１から外方へ張出す様にして設けたブラケット２３上のベンドミラー保持体２５に設けてある。
【００２３】
上述のベンドミラー保持体２５には、レーザ発振器７から第１移動ベンドミラー２１に入射される順方向のレーザビームＬＢをアパーチャーで設定した直径（アパーチャー径Ｄ１）に規制すると同時に発散光ＬＤをカットする第１のビームアパーチャー２７が第１移動ベンドミラー２１の直前に取り付けてある。
【００２４】
上述のビームアパーチャー２７は複数の部品から構成されており、次にその構成を図３を参照しながら説明する。
【００２５】
ビームアパーチャー２７は、アルミニューム合金製の外筒２９と前後の内筒３１(ａ，ｂ)およびリング状スペーサ３３などからなっている。外筒２９の左側端部（図３において左側）の内径部には左端部の方が直径が大きくなるテーパ穴３５が設けてあり、そのテーパ穴３５の左端部はシャープエッジ３７に形成してある。
【００２６】
また、外筒２９の右側（図３において右側）には段付き穴を形成すると共に、この段付き穴の右端部に外筒２９の軸心と同軸のネジ穴３９が設けてある。さらに外筒２９の右端部外周には、複数の取り付け用のネジ穴４１を有するフランジ４３を設けると共に放熱フィン４５が形成してある。
【００２７】
前記段付き穴の底部は外筒２９の左側テーパ穴３５部に達するまで深く設けてあり、この段付き穴の底部に内筒３１ａのフランジ部４６が係合する様に挿入すると同時に内筒３１ａの左端部に形成したテーパ４７が前記外筒２９の左端部近傍まで突出する様に設けてある。また、テーパ４７は左端部の直径（アパーチャー径Ｄ１）の方が小さくなるように設けてあり、このテーパ４７の左端部もシャープエッジ４９に形成してある。なお、内筒３１ａの内径は、右方が左端部のシャープエッジ部４９の直径より大きくなるような逃げ角を設けてある。
【００２８】
前記内筒３１ａの右側に（外筒２９のほぼ中央部）リング状のスペーサ３３を密接して設け、このスペーサ３３の右側に内筒３１ｂを密接配置し、そしてこの内筒３１ｂのフランジ部４６の右側を固定リング５１で押圧して、内筒３１ａ、スペーサ３３および内筒３１ｂを前記外筒２９に固定してある。
【００２９】
なお上述の固定リング５１には、前記外筒２９に設けたネジ穴３９に螺合するネジ部３９’が設けてあり、また前記外筒２９に設けたテーパ穴３５と同様なテーパ穴３５’が設けてある。なお、前記内筒３１ｂは前記内筒３１ａを対称形に配置したものであり形状は全く同一のもである。
【００３０】
上述のリング状のスペーサ３３の内径Ｄ２は、前記アパーチャー径Ｄ１より大きく設けてある。また、リング状のスペーサ３３の軸方向のほぼ中央部には複数の穴５３が等角度に配分して設けてある。なお、この複数の穴に一致する穴５３’が前記外筒２９の側壁にも設けてある。
【００３１】
上記構成のビームアパーチャー２７は、外筒２９のテーパ穴３５（３５’）と内筒３１ａ（３１ｂ）とで外部に開いたＶ字型の環状溝５５（５５’）を形成し、第３固定ベンドミラー１９と第１移動ベンドミラー２１の間、より詳細には、第３固定ベンドミラー１９のミラー保持体２５に順方向出口を第１移動ベンドミラー２１側に向けて設けてある。
【００３２】
なお、上述のビームアパーチャー２７を構成する部品表面には、光の反射を抑えるため、黒色アルマイト仕上げが施してある。
【００３３】
さて、図１，図２および図３に示す如く、前記第１移動ベンドミラー２１でＹ軸方向へ向けられたレーザビームＬＢは、前記Ｙ軸キャリッジ９上に設けたビーム径補正ミラー５７、第２移動ベンドミラー５９を介して前記加工ヘッド３の集光用光学系６１に伝送されるように設けてある。なお、前記ビーム径補正ミラー５７は曲率可変ミラーであって、発散したレーザービームＬＢを平行ビームに補正するものである。
【００３４】
第２移動ベンドミラー５９は、ビーム径補正ミラー５７からのレーザビームＬＢをＺ軸方向の前記加工ヘッド３の集光用光学系６１に向けて伝送するもので、ビーム径補正ミラー５７、第２移動ベンドミラー５９は共に前記Ｙ軸キャリッジ９に設けたミラー支持体６３に適宜な固定手段により固定してある。
【００３５】
上述の第２移動ベンドミラー５９と集光用光学系６１との間には、第２のビームアパーチャー２７’が順方向出口を集光用光学系６１側に向けて前記ミラー支持体６３に設けてある。
【００３６】
また、前記第３ベンドミラー１９と第１移動ベンドミラー２１との間のＸ軸方向の光路と、第１移動ベンドミラー２１とビーム径補正ミラー５７との間のＹ軸方向の光路および第２移動ベンドミラー５９と加工ヘッド３との間のＺ軸方向のそれぞれの光路には、蛇腹などによる光路カバー６５（x,y,z）が適宜に装着してある。
【００３７】
上記構成のレーザ加工機１において、レーザ発振器７から出力されたレーザビームは第１移動ベンドミラー２１の直前に設けた第１のビームアパーチャー２７により、発散光ＬＤがカットされると同時に所定の直径（アパーチャー径Ｄ１）に整形されて第１移動ベンドミラー２１に入射される。
【００３８】
第１移動ベンドミラー２１からのレーザビームＬＢは、ビーム径補正ミラー５７、第２移動ベンドミラー５９および第２のビームアパーチャー２７’を介して前記集光用光学系６１に入射される。
【００３９】
第２のビームアパーチャー２７’においても、発散光ＬＤがカットされると同時に所定の直径（アパーチャー径Ｄ１）に整形される。
【００４０】
一方、加工部のワークＷから発散する反射光ＬＲは、前記集光用光学系６１を介して発散しながら光路を逆進するが、この発散する反射光ＬＲも第２のビームアパーチャー２７’によって同様にカットすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれれば、レーザ発振器から出力されたレーザビームが加工ヘッドの集光用光学系に伝送するレーザビーム伝送路において徐々に発散しても、第１移動ベンドミラーのレーザビーム入射側光路および前記第２移動ベンドミラーと前記集光用光学系との間の光路に設けたビームアパーチャーにより、発散光がカットされると同時にアパーチャー径に整形されてベンドミラーに入射される。また、順方向またはその逆方向のレーザビームに対して、レーザビームを所定の直径に整形することができると共に、進行と共に発散するレーザビームをＶ字型の環状溝いおいて吸収カットして、この環状溝から外部へ散乱することがない。
【００４２】
したがって、発散光が進行と共に拡散して蛇腹に当たって蛇腹を焼損させるのを事前に防止できる。また、発散光をカットすることにより集光特性を向上させることができる。
【００４６】
請求項２の発明によれれば、レーザビームがＶ字型の環状溝の端部に当たっても外部へ散乱することがない。また、レーザビーム用アパーチャーの中央部の径を大きくして質量を小さく設け、かつ空気が流通可能な複数の穴を設けたので、空気の流通により両端部との温度勾配が発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３軸光軸移動型のレーザ加工機１におけるレーザ発振器７からのレーザビームＬＢを加工ヘッド３まで導く光学系と光路を示した図。
【図２】図１に示した第１移動ベンドミラー部分の詳細説明図。
【図３】本発明に係るビームアパーチャーの説明図。
【図４】図１に示した第２移動ベンドミラー部分の詳細説明図。
【図５】従来の３軸光軸移動型のレーザ加工機の例。
【符号の説明】
１  ３軸光軸移動型レーザ加工機
３  加工ヘッド
５  加工ヘッド位置決め装置
７  レーザ発振器
９  Ｙ軸キャリッジ
１１  Ｘ軸キャリッジ
１３  ガイドレール
１５  第１固定ベンドミラー
１７  第２固定ベンドミラー（凸面鏡）
１９  第３固定ベンドミラー（凹面鏡）
２１  第１移動ベンドミラー
２３  ブラケット
２５  ベンドミラー保持体
２７、２７’  ビームアパーチャー
２９  外筒
３１(ａ，ｂ)  内筒
３３  リング状スペーサ
３５  テーパ
３７  シャープエッジ
３９  ネジ穴
４１  ネジ穴
４３  フランジ
４５  放熱フィン
４７  テーパ
４９  シャープエッジ
５１  固定リング
５５、５５’  Ｖ字型の環状溝５５
５７  ビーム径補正ミラー
５９  第２移動ベンドミラー
６１  集光用光学系
６３  ミラー支持体
６５（ｘ，ｙ，ｚ）  光路カバー
ＬＤ  発散光
ＬＲ  反射光
Ｗ  ワーク
【図１】
0004583652.tif 000002
【図２】
0004583652.tif 000003
【図３】
0004583652.tif 000004
【図４】
0004583652.tif 000005
【図５】
0004583652.tif 000006