(57)【要約】【課題】ファイバーレーザ発振器から発振されたレーザ光を複数のレーザ加工ヘッドへ案内してレーザ加工を行うことのできるレーザ加工機を提供する。【解決手段】ファイバーレーザ発振器１１に備えたフィーディングファイバー１５と、複数のレーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに光学的に接続した各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂとの間に設けられ、前記フィーディングファイバー１５の出射端から出射されたレーザ光を前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂへ別個に案内するレーザ光案内手段１９は、フィーディングファイバー１５の出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズ２１及びレーザ光を集光するための集光レンズ２３を備え、かつ前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端側を支持したファイバーホルダ２５に支持された各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端を、前記集光レンズ２３の焦点位置へ位置決め自在に備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器に対して光ファイバーを介して光学的に接続自在な複数のレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機であって、前記レーザ発振器はファイバーレーザ発振器であり、当該ファイバーレーザ発振器に備えたフィーディングファイバーと、複数のレーザ加工ヘッドに光学的にそれぞれ接続した各プロセスファイバーとの間に、前記フィーディングファイバーの出射端から出射されたレーザ光を前記各プロセスファイバーへ別個に案内するレーザ光案内手段を備え、前記レーザ光案内手段は、前記フィーディングファイバーの出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズを備えると共に、平行光線化されたレーザ光を集光するための集光レンズを備え、かつ前記各プロセスファイバーの入射端側を支持したファイバーホルダを備え、当該ファイバーホルダに支持された各プロセスファイバーの入射端を、前記集光レンズの焦点位置へ位置決め自在に備えている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、前記ファイバーホルダは回動自在な回動部材から構成してあり、当該回動部材の同一半径上の位置に前記各プロセスファイバーの入射端側が支持されていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工機において、前記回動部材の前記同一半径上の位置に、レーザ光を吸収するためのダンパーを備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のレーザ加工機において、前記プロセスファイバーの入射端側又は出射端側においてプロセスファイバーの端部を支持した断面形状が円形状の端部ホルダを回動自在に備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工機において、前記各プロセスファイバーにおけるコアの径が異なっていることを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工機に係り、さらに詳細には、レーザ発振器としてファイバーレーザ発振器を備え、このファイバーレーザ発振器から発振されたレーザ光を、複数のレーザ加工ヘッドへ個別に案内するレーザ光案内手段を備えたレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工機には、同一のレーザ発振器から発振されたレーザ光を複数のレーザ加工ヘッドへ分配して複数種のレーザ加工を同時に行う構成や、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、複数のレーザ加工ヘッドへそれぞれ別個に案内して個別にレーザ加工を行う構成が開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４４１７０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載の構成は、ＹＡＧレーザ発振器から発振されたレーザ光をビームスプリッタへ直接入射し、その後に集光レンズによって集光したレーザ光を光ファイバーに入射する構成である。また、特許文献２に記載の構成は、レーザ発振器によって発振されたレーザ光を複数の反射ミラーによって光ファイバーホルダに対応した位置へ導き、集光レンズによって集光したレーザ光を、前記光ファイバーホルダに保持された各光ファイバーの入射端に入射する構成である。なお、光ファイバーホルダに保持された各光ファイバーの入射端へレーザ光を入射するに際しては、前記集光レンズに対して光ファイバーホルダをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動位置決めする構成である。すなわち、前記特許文献１，２に記載の構成はレーザ発振器から発振されたレーザ光を、光ファイバーに入射するための集光レンズにそのままの状態でもって導く構成である。
【０００５】
ところが、ファイバーレーザ発振器においては、レーザ光を発振する複数のファイバーレーザモジェールからのファイバーをビームコンバイナーによって一本のフィードファイバーに融接することによって大出力のレーザ発振器の構成としてある。したがって、前記フィードファイバーの出射端にファイバーコネクタを介してレーザ加工ヘッドを直接接続する構成の場合には、接続した１個のレーザ加工ヘッドのみを使用することとなり、何等の問題もない。
【０００６】
しかし、前記フィードファイバーを複数のレーザ加工ヘッドに接続する場合や、フィードファイバーの出射端から出射されたレーザ光を複数のレーザ加工ヘッドへ個別に導く（案内する）構成とする場合、前述したごとき従来の構成をそのまま利用することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器に対して光ファイバーを介して光学的に接続自在な複数のレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機であって、前記レーザ発振器はファイバーレーザ発振器であり、当該ファイバーレーザ発振器に備えたフィーディングファイバーと、複数のレーザ加工ヘッドに光学的にそれぞれ接続した各プロセスファイバーとの間に、前記フィーディングファイバーの出射端から出射されたレーザ光を前記各プロセスファイバーへ別個に案内するレーザ光案内手段を備え、前記レーザ光案内手段は、前記フィーディングファイバーの出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズを備えると共に、平行光線化されたレーザ光を集光するための集光レンズを備え、かつ前記各プロセスファイバーの入射端側を支持したファイバーホルダを備え、当該ファイバーホルダに支持された各プロセスファイバーの入射端を、前記集光レンズの焦点位置へ位置決め自在に備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記レーザ加工機において、前記ファイバーホルダは回動自在な回動部材から構成してあり、当該回動部材の同一半径上の位置に前記各プロセスファイバーの入射端側が支持されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記レーザ加工機において、前記回動部材の前記同一半径上の位置に、レーザ光を吸収するためのダンパーを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記レーザ加工機において、前記プロセスファイバーの入射端側又は出射端側においてプロセスファイバーの端部を支持した断面形状が円形状の端部ホルダを回動自在に備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記レーザ加工機において、前記各プロセスファイバーにおけるコアの径が異なっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ファイバーレーザ発振器におけるフィーディングファイバーの出射端から出射されたレーザ光をコリメータレンズによって平行光線化し、この平行光線化したレーザ光を集光レンズによって集光して、レーザ加工ヘッドに光学的に接続した複数のプロセスファイバーの入射端にそれぞれ入射する構成であるので、複数のレーザ加工ヘッドを備えている場合であっても容易に対応し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工機の全体的構成を概念的、概略的に示した斜視説明図である。
【図２】レーザ光案内手段の構成を概念的、概略的に示す説明図である。
【図３】レーザ光の案内を変える構成の斜視説明図である。
【図４】レーザ光の案内を変える構成の斜視説明図である。
【図５】レーザ加工機の別の実施形態を示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１は、板状のワークＷを支持する加工台３を備えている。この加工台３上には、前後方向であるＹ軸方向に長いキャリッジ５が左右方向であるＸ軸方向へ移動自在に備えられていると共に、上記キャリッジ５をＸ軸方向へ移動位置決めするための、例えばリニアモータ等のごとき適宜の移動位置決め手段（図示省略）が備えられている。
【００１５】
前記キャリッジ５には、複数のレーザ加工ヘッド７Ａ，７ＢがＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えられていると共に、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７ＢをＹ軸方向へ移動位置決めするための移動位置決め手段（図示省略）が備えられている。そして、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂ内には、集光レンズ９Ａ，９Ｂが上下方向であるＺ軸方向へ位置調節自在に備えられている。なお、この種のレーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂの構成は公知の構成であるから、レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂの構成についてのより詳細な説明は省略する。
【００１６】
前記レーザ加工機１にはレーザ発振器１１が備えられている。このレーザ発振器１１は、ファイバーレーザ発振器からなるものである。ファイバーレーザ発振器は、レーザ光を発振する複数のファイバーレーザモジュール１３を備えている。そして、各ファイバーレーザモジュール１３からの各ファイバーはビームコンバイナー（図示省略）を介して一本のフィードファイバー（フィーディングファイバー）１５に融接してある。なお、この種のファイバーレーザ発振器は公知であるから、ファイバーレーザ発振器のより詳細な構成についての説明は省略する。
【００１７】
前記フィードファイバー１５の出射端と、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに光学的に接続した各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂとの間には、前記フィードファイバー１５の出射端から出射されたレーザ光を前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂへ別個に案内するためのレーザ光案内手段１９が備えられている。当該レーザ光案内手段１９は、図２に概念的、概略的に示すように、前記フィードファイバー１５の出射端から出射されたレーザ光ＬＢを平行光線化するためのコリメータレンズ（コリメーションレンズ）２１を備えていると共に、平行光線化されたレーザ光ＬＢを集光するための集光レンズ２３を備えている。そして、前記集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置には、前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端側を支持したファイバーホルダ２５が備えられている。このファイバーホルダ２５は、当該ファイバーホルダ２５に支持された各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端を、前記集光レンズ２３の焦点位置へ位置決め自在に構成してある。
【００１８】
より詳細には、前記ファイバーホルダ２５は、図３に概略的に示すように、往復回転自在な円板形状の回動部材２６から構成してあり、この回動部材２６における同一半径上の位置には、前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端側が支持されており、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端２７Ａ，２７Ｂは、前記集光レンズ２３側を指向してある。そして、前記回動部材２６は、前記集光レンズ２３の焦点位置に対応して位置決め可能なように、レーザ光の光軸方向へ位置調節可能に構成してある。
【００１９】
したがって、前記回動部材２６を回動して、前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端２７Ａ，２７Ｂを集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置へ移動位置決めすると、各入射端２７Ａ，２７Ｂは前記集光レンズ２３と対向することになる。前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの出射端側は、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに備えた端部ホルダ２９Ａ，２９Ｂ（図２参照）に支持されている。前記端部ホルダ２９Ａ，２９Ｂは、断面形状が円形状であって、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに回動自在に支持されている。
【００２０】
よって、前記入射端２７Ａ，２７Ｂを前記集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置へ位置決めするために、前記回動部材２６を僅かに回動すると、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂは捩れる傾向にあるが、前記端部ホルダ２９Ａ，２９Ｂが回動自在であることにより、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの捩れを緩和することができるものである。なお、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端側も前記端部ホルダ２９Ａ，２９Ｂと同様の端部ホルダによって支持し、この端部ホルダを、前記回動部材２６に対して回動自在に支持することも可能である。
【００２１】
前述のごとく、前記回動部材２６を回転して、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端２７Ａ，２７Ｂを集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置に位置決めすると、前記集光レンズ２３によって集光されたレーザ光は、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂに備えたコア（図示省略）に入射されることになる。そして、レーザ光は、各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂ内を伝送されて、出射端から出射されることになる。
【００２２】
前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの出射端から出射されたレーザ光は、各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに備えたコリメータレンズ３１Ａ，３１Ｂによって平行光線化される。そして、例えばベンドミラーなどを介して、又は直接的に前記集光レンズ９Ａ，９Ｂへ入射され、当該集光レンズ９Ａ，９Ｂによって集光されてワークＷに対して照射されることになる。
【００２３】
ところで、前記ファイバーホルダ２５である回動部材２６には、レーザ光を吸収するためのダンパー３２が備えられている。このダンパー３２は、冷却水が出入自在な水冷式のダンパー３２であって、前記プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの各入射端２７Ａ，２７Ｂを配置した同一半径上の位置に備えられている。したがって、前記回動部材２６を回転することにより、前記ダンパー３２を、集光レンズ２３の光軸位置に対応した位置へ位置決めすることができ、レーザ光の吸収を行うことができるものである。
【００２４】
すなわち、前記回動部材２６は、前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの各入射端２７Ａ，２７Ｂを集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置へ個別に位置決めすることにより、レーザ光をレーザ加工ヘッド７Ａ又は７Ｂへ案内する機能を有する。また、前記ダンパー３２を集光レンズ２３の光軸位置に対応した位置に位置決めしたときには、レーザ光を吸収して前記レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂへのレーザ光の伝送を遮断するので、前記回動部材２６はシャッターの機能をも有するものである。
【００２５】
前記入射端２７Ａ，２７Ｂ及びダンパー３２を、集光レンズ２３に対応した位置へ割出し位置決めするために、割出し位置決め手段３３が備えられている。上記割出し位置決め手段３３の構成としては、図３、図４に概念的、概略的に示すように、前記回動部材２６とサーボモータ３５とを、例えば歯車機構などのごとき適宜の動力伝達機構によって連動連結した構成とすることができるものである。
【００２６】
なお、前記説明においては、プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端２７Ａ，２７Ｂ及びダンパー３２を支持したファイバーホルダ２５を円板状の回動部材２６として例示したが、前記入射端２７Ａ，２７Ｂ及びダンパー３２を直線状に配置して、ファイバーホルダ２５を直線状に往復動する構成とすることも可能である。
【００２７】
以上のごとき説明より理解されるように、ファイバーレーザ発振器１１に備えたフィーディングファイバー（フィードファイバー）１５と、複数のレーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに光学的に接続した各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂとの間に備えたレーザ光案内手段１９は、フィードファイバー１５の出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するためのコリメータレンズ２１を備え、このコリメータレンズ２１によって平行光線化されたレーザ光を集光するための集光レンズ２３を備え、かつ当該集光レンズ２３の焦点位置に対応する位置へ、ファイバーホルダ２５に支持された前記各プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂの入射端２７Ａ，２７Ｂを割出し位置決めする構成であるから、各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに対してレーザ光を個別に案内することを容易に行い得るものである。
【００２８】
上述のごとく、前記入射端２７Ａ，２７Ｂを、集光レンズ２３の焦点位置に対応した位置へ割出し位置決めするとき、入射端２７Ａ，２７Ｂを支持したファイバーホルダ２５を回動部材２６によって構成し、この回動部材２６を回動して前記入射端２７Ａ，２７Ｂを割出し位置決めを行う構成とすることにより、迅速な割出し位置決めを行うことができると共に、全体的構成のコンパクト化を図ることができるものである。
【００２９】
既に理解されるように、ファイバーレーザ発振器１１から発振されたレーザ光を複数のレーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂへ個別に案内してレーザ加工を行うので、各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに備えた各集光レンズ９Ａ，９Ｂの焦点距離又は焦点位置を異にして、適宜一方のレーザ加工ヘッド７Ａを薄板切断加工用、他方のレーザ加工ヘッド７Ｂを厚板切断加工用のレーザ加工ヘッドとすることができるものである。したがって、例えば薄板部と厚板部とを備えることによって段差部がある板状のワークのレーザ切断加工を行う場合であっても容易に対応することができると共に、前記段差部において、薄板部分から厚板部分、又はその逆にレーザ切断加工を行う場合の切り換えを迅速に行い得るものである。また、適宜一方のレーザ加工ヘッド７Ａをレーザ切断加工用、他方のレーザ加工ヘッド７Ｂを溶接用レーザ加工ヘッドとすることも可能である。
【００３０】
なお、前記各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂにおける各集光レンズ９Ａ，９Ｂの焦点距離や焦点位置を異にすることに代えて、各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂの構成を同一構成とした場合には、前記プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂにおけるコアの径（ファイバー径）を異にすることによって、レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂに備えた集光レンズ９Ａ，９Ｂによって集光されるレーザ光の集光径を異ならせることも可能なものである。
【００３１】
すなわち、前記コリメータレンズ３１Ａ，３１Ｂの焦点距離をｆｃ、集光レンズ９Ａ，９Ｂの焦点距離をｆとし、かつ集光レンズ９Ａ，９Ｂの焦点径をｄ、プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂのファイバー径をＤｆとすると、前記焦点径ｄは、ｄ＝ｆ／ｆｃ×Ｄｆの式で与えられることが知られている。よって、各レーザ加工ヘッド７Ａ，７Ｂにおける集光レンズ９Ａ，９Ｂの焦点径を異にして使用形態を異にしようとする場合には、前記プロセスファイバー１７Ａ，１７Ｂのファイバー径を異にすることによっても対応可能なものである。
【００３２】
なお、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でも実施可能である。すなわち、図５に概略的に示すように、レーザ光案内手段１９を、ファイバーレーザ発振器１１内に備えた構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    レーザ加工機
７Ａ，７Ｂ    レーザ加工ヘッド
９Ａ，９Ｂ，２３    集光レンズ
１１    レーザ発振器（ファイバーレーザ発振器）
１５    フィードファイバー（フィーディングファイバー）
１７Ａ，１７Ｂ    プロセスファイバー
１９    レーザ光案内手段
２１    コリメータレンズ（コリメーションレンズ）
２５    ファイバーホルダ
２６    回動部材
２７Ａ，２７Ｂ    入射端
２９Ａ，２９Ｂ    端部ホルダ
３２    ダンパー
３３    割出し位置決め手段
【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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