(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸回りに相対的に移動・位置決めされて、レーザ発振器により発振されたレーザ光を先端に設けられているノズルからワークに照射するレーザ加工機の加工ヘッドであって、Ｚ軸方向へ昇降自在であると共にＣ軸回りに回転自在の基準側ブロックと、この基準側ブロックに対してＡ軸方向に回転自在に支持されると共に先端に前記ノズルが設けられた回転側ブロックと、を備え、前記基準側ブロックにおいてＺ軸下方へ送られてきたレーザ光をＡ軸中心方向へ９０度方向変換すべく基準側ブロックに設けられた第一ベンドミラーと、この第一ベンドミラーによりＡ軸中心方向へ送られてきたレーザ光を９０度方向変換すべく回転側ブロックに設けられた第二ベンドミラーと、この第二ベンドミラーにより方向変換された光を前記ノズルから照射させるべく方向変換する第三ベンドミラーと、を備え、前記Ａ軸中心から前記第三ベンドミラーによって反射されて前記ノズルから照射されるレーザ光の光軸までのオフセット量Ｌｈと、前記Ａ軸中心を通り前記光軸と直交する平面から前記ノズルの先端までのオフセット量Ｌｚとが等しいことを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッド。
【請求項２】
前記第三ベンドミラーにより方向変換される角度が９０度よりも小さいこと、を特徴とする請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザ加工機の加工ヘッドに係り、さらに詳しくは、オフセットタイプのレーザ加工機の加工ヘッドに関するものである
【０００２】
【従来の技術】
図１２には、従来より一般的なオフセットタイプのレーザ加工機の加工ヘッド１０１が示されている。このような加工ヘッド１０１においては、図示省略のレーザ発振器からＺ軸に沿って送られてきたレーザ光ＬＢをベンドミラー１０３、１０５により方向変換して、加工ヘッド１０１の先端に設けられているノズル１０７からワークＷにレーザ光ＬＢを照射するものである。
【０００３】
このような加工ヘッド１０１では、図示は省略するが、ワークＷに対して相対的にX 軸方向およびY 軸方向に移動・位置決めし、Ｚ軸方向に昇降してワークに対して接近・離反し、さらに、Ｃ軸回りおよびＡ軸回りに回転して、加工ヘッド１０１の先端に設けられているノズル１０７の位置および姿勢を決定する。このとき、ノズル１０７は、Ａ軸オフセットＬａおよびＣ軸オフセットＬｃを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１３および図１４を参照するに、このような従来の技術にあっては、Ａ軸回りの回転を伴う加工においてＺ軸ストロークは変化しないため、図１３（Ａ）に示されるような下向き姿勢で加工する場合の下向き加工エリアと、図１３（Ｂ）に示されている横向き姿勢で加工する横向き加工エリアにずれが生じるという問題がある。
【０００５】
すなわち、図１４に示されているように、下向加工エリアＨ0 に対してＡ軸オフセットＬａの分がＺ軸ストロークを相殺しており、ワークＷを移動させずに上面および側面を加工できる高さが低くなるので、実際の加工においては必要ストローク以上にＺ軸ストロークが必要となり、装置の大型化を招くとともに軽量化、高速化、コストダウンを妨げるという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、加工ヘッドの姿勢が変化しても加工点高さが変化しないようなレーザ加工機の加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いたレーザ加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸回りに相対的に移動・位置決めされて、レーザ発振器により発振されたレーザ光を先端に設けられているノズルからワークに照射するレーザ加工機の加工ヘッドであって、Ｚ軸方向へ昇降自在であると共にＣ軸回りに回転自在の基準側ブロックと、この基準側ブロックに対してＡ軸方向に回転自在に支持されると共に先端に前記ノズルが設けられた回転側ブロックと、を備え、前記基準側ブロックにおいてＺ軸下方へ送られてきたレーザ光をＡ軸中心方向へ９０度方向変換すべく基準側ブロックに設けられた第一ベンドミラーと、この第一ベンドミラーによりＡ軸中心方向へ送られてきたレーザ光を９０度方向変換すべく回転側ブロックに設けられた第二ベンドミラーと、この第二ベンドミラーにより方向変換された光を前記ノズルから照射させるべく方向変換する第三ベンドミラーと、を備え、前記Ａ軸中心から前記第三ベンドミラーによって反射されて前記ノズルから照射されるレーザ光の光軸までのオフセット量Ｌｈと、前記Ａ軸中心を通り前記光軸と直交する平面から前記ノズルの先端までのオフセット量Ｌｚとが等しいことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に平行移動させ、基準側ブロックをＣ軸方向へ回転させると共に回転側ブロックをＡ軸方向に回転させ姿勢を定めてワークにレーザ加工を行う際に、レーザ発振器から加工ヘッドへＺ軸方向に送られてきたレーザ光は、第一ベンドミラーにより９０度方向変換されてＡ軸回転中心方向へ方向変換される。このＡ軸回転中心方向に送られてきたレーザ光は第二ベンドミラーにより９０度方向変換され、さらに第三ベンドミラーにより方向変換されてノズルからワークに照射される。そして、鉛直下方向きの姿勢におけるノズルの高さ位置と、水平横向き姿勢におけるノズルの高さ位置は同じ高さとなる。
【００１１】
請求項２による発明のレーザ加工機の加工ヘッドは、請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて前記第三ベンドミラーにより方向変換される角度が９０度よりも小さいこと、を特徴とするものである。
【００１２】
従って、Ａ軸回転中心に対するノズルのオフセット量を小さく採ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１〜図４には、この発明に係るレーザ加工機の加工ヘッド１が示されている。このような加工ヘッド１を使用するレーザ加工機は、ワークＷに対して相対的に加工ヘッド１をＸ軸方向およびＹ軸方向へ水平移動・位置決めし、Ｚ軸方向へ昇降するとともに、Ａ軸回りおよびＣ軸回りに回転させて、加工に適した姿勢を採ってから加工を行うものである。ここで、このようなレーザ加工機はすでに良く知られているので、レーザ加工機本体の説明は省略することとする。
【００１７】
前記加工ヘッド１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向へ移動・位置決めされる図示省略のキャレッジに昇降自在かつ回転自在に支持されている基準側ブロック３と、この基準側ブロック３の下端においてＡ軸回りに回転自在に支持されている回転側ブロック５を有している。
【００１８】
この回転側ブロック５は、前記基準側ブロック３からのレーザ光ＬＢを入射させるための取付部７と、この取付部７に対して４５度の角度で設けられている傾斜部９と、レーザ光ＬＢを照射するための照射部１１とを有している。
【００１９】
すなわち、前記基準側ブロック３の下端部において水平方向へ設けられている軸部１３に軸受け１５を介して前記回転側ブロック５の取付部７が回転自在に支持されている。この回転側ブロック５の取付部７には、ギヤ１７が取付けられており、図示省略のモータにより回転駆動されるようになっている。また、回転側ブロック５の照射部１１先端には、ワークＷに対してレーザ光ＬＢを照射するノズル１９が設けられている。
【００２０】
図１および図２には前記加工ヘッド１の下向き姿勢が示されている。この姿勢では前記加工ヘッド１は、図示省略のレーザ発振器から基準側ブロック３を通ってＺ軸方向下方に向かって送られてくるレーザ光ＬＢを水平方向へ９０度方向変換して回転側ブロック５に送るために第一ベンドミラー２１が基準側ブロック３の下端部に設けられている。
【００２１】
また、この第一ベンドミラー２１から回転側ブロック５に送られてきたレーザ光ＬＢを図２中４５度右上方へ方向変換するための第二ベンドミラー２３が回転側ブロック５に設けられている。さらに、回転側ブロック５において前記第二ベンドミラー２３からのレーザ光ＬＢを前述のＺ軸と平行でオフセット量ＬｈだけずれたＺ２軸下方へ方向変換する第三ベンドミラー２５が設けられている。なお、Ａ軸回転中心とノズル１９先端のオフセット量はＬｚであり、Ｌｚ＝Ｌｈである。すなわち、図２より明らかなように、Ａ軸中心から第三ベンドミラー２５によって反射されてノズル１９から照射されるレーザ光の光軸までのオフセット量Ｌｈと、Ａ軸中心を通り前記光軸と直交する平面（図２においては水平面）から前記ノズル１９の先端までのオフセット量Ｌｚとが等しいものである。
【００２２】
上記構成により、下向姿勢においては図示省略のレーザ発振器から送られてきたレーザ光ＬＢは基準側ブロック３の内部を通ってＺ軸下方へ進み、第一ベンドミラー２１により図１中右方向へ９０度方向変換されて水平に回転側ブロック５に入る。
【００２３】
更に、レーザ光ＬＢは第二ベンドミラー２３により図２中右上方へ方向変換されて第三ベンドミラー２５に入射し、この第三ベンドミラー２５により鉛直下方へ方向変換されてノズル１９からワークＷに照射される。
【００２４】
一方、図３および図４には前記加工ヘッド１の横向き姿勢が示されている。この姿勢は、前述の図１および図２に示されている下向姿勢において、図示省略のモータによりギヤ１７を回転させて回転側ブロック５をＡ軸方向へ９０度回転させた状態である。このため、図５に示されているようにノズル１９の先端は円弧状に移動する。
【００２５】
この横向き姿勢では、図示省略のレーザ発振器からのレーザ光ＬＢは基準側ブロック３の内部を通ってＺ軸下方へ進み、第一ベンドミラー２１により図３中右方向へ水平に方向変換されて回転側ブロック５に入る。更に、レーザ光ＬＢは第二ベンドミラー２３により図４中右下方へ方向変換されて第三ベンドミラー２５に入射し、この第三ベンドミラー２５により水平左方向へ方向変換されてノズル１９からワークＷに照射される。
【００２６】
なお、前述の加工ヘッド１においては、回転側ブロック５における第二ベンドミラー２３と第三ベンドミラー２５との間の折り返し角度として４５度を採用した場合について説明したが、この角度は特に限定されない。図６を参照するに、４５度で折返した場合には９０度で折返した場合に比して図６中ＬｈおよびＬｚの寸法を小さくできるという利点があるためである。従って、以後の説明図において、説明をわかり易くするために折返しを９０度にした図を用いるが、折返しを４５度した場合には前述の利点があるほかは９０度の場合とまったく同様の作用・効果を有している。
【００２７】
以上の結果から、図１および図２に示されている下向姿勢における加工点高さと、図３および図４に示されている横向き姿勢における加工点高さは変化しないので、従来の加工ヘッド１０１のようにオフセットによる加工エリアのずれが生じる（図１３参照）ことを防止することができる。このため、下向姿勢および横向き姿勢においてＺ座標の補正を行う必要がなく、Ｘ軸座標およびＹ軸座標の補正のみで正確な加工を行うことができる。
【００２８】
また、図７（Ａ）に示されているように、前述の加工ヘッド１においてはＡ軸の回転のためのギヤ１７の位置が先端部分ではないため、図７（Ｂ）に示されている従来の加工ヘッド１０１の場合と比較して、ノズル１９をテーブルＴの上面に近づけることができる（すなわち、Ｈ＜ｈとすることができる）。
【００２９】
また、前述のように下向姿勢と横向き姿勢においてオフセットによるずれが生じないことおよびテーブルＴの上面近くまで加工範囲となることから、図８に示されているように、高さ方向のほぼ全面が加工可能エリアとなる。
【００３０】
また、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示されているように、姿勢を使い分けることによりＺ軸方向の加工エリアを拡大することができる。すなわち、Ｚストローク量をＳｚとすると、加工エリアの高さは、Ｓｚ＋２・Ｌｈとなる。但し、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示されているように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対してはストロークが減少する。
【００３１】
従って、図１０（Ａ）に示されているワークＷにおける加工範囲は、矢視Ｈから見たＡ面の加工エリアに関して図１０（Ｂ）に示されているように、前述の図９（Ａ）に示される姿勢により加工できる範囲と、図９（Ｂ）に示される姿勢により加工できる範囲によって全面を網羅することができず、非加工エリアが左右の隅に生じることとなる。また、図１０（Ｃ）を参照する、矢視Ｊから見たＢ面の加工エリアについても同様に非加工エリアが左右の隅に生じることとなる。
【００３２】
例えば、Ｘストロークを３０５０ｍｍ、Ｙストロークを１５３０ｍｍ、Ｚストロークを６００ｍｍとし、前述の加工ヘッド１におけるＬｈ＝Ｌｚ＝２００ｍｍとすると、図１１に示されているような箱の加工が可能となる。
【００３３】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実施の形態においては、上下方向のオフセット量Ｌｚと、水平方向のオフセット量Ｌｈを同一のものとしたが、異なる量を採る場合でも従来の加工ヘッド１０１に比して加工エリアの改善の効果は得られる。例えば、上下方向のオフセット量Ｌｚがゼロとなるようにノズル１９の位置を決定すると、姿勢が変わってもＺ軸ストロークを有効に使える。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるレーザ加工機の加工ヘッドでは、加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に平行移動させ、基準側ブロックをＣ軸方向へ回転させると共に回転側ブロックをＡ軸方向に回転させ姿勢を定めてワークにレーザ加工を行う際に、レーザ発振器から加工ヘッドへＺ軸方向に送られてきたレーザ光は、第一ベンドミラーにより９０度方向変換されてＡ軸回転中心方向へ方向変換される。このＡ軸回転中心方向に送られてきたレーザ光は第二ベンドミラーにより９０度方向変換され、さらに第三ベンドミラーにより方向変換されてノズルからワークに照射される。このため、横向き姿勢でのＺ軸ストロークが実ストロークよりも広いエリアで加工することができる。また、Ａ軸回転中心に対してノズルがオフセットされているので、横向き姿勢におけるテーブル上面への接近性が改善される。
【００３５】
さらに、鉛直下方向きの姿勢におけるノズルの高さ位置と、水平横向き姿勢におけるノズルの高さ位置は同じ高さとなるので、姿勢が変化してもＺ軸ストロークの補正を行うことなく加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るレーザ加工機の加工ヘッドの下向姿勢における正面図である。
【図２】図１中ＩＩ方向から見た側面図である。
【図３】この発明に係るレーザ加工機の加工ヘッドの横向き姿勢における正面図である。
【図４】図３中ＩＶ方向から見た側面図である。
【図５】下向姿勢と横向き姿勢との変化の状態を示す説明図である。
【図６】第三ベンドミラーによる方向変換を４５度とした場合のオフセット量を示す説明図である。
【図７】横向き姿勢におけるテーブルとの距離を比較する説明図である。
【図８】箱の加工エリアを示す説明図である。
【図９】横向き姿勢による二つの加工状態を示す説明図である。
【図１０】図９に示されている横向き姿勢による加工エリアを示す説明図である。
【図１１】加工可能な箱の一例である。
【図１２】従来より一般的な加工ヘッドである。
【図１３】従来の加工ヘッドにおける姿勢とオフセット量を示す説明図である。
【図１４】箱の加工エリアを示す説明図である。
【符号の説明】
１  加工ヘッド
３  基準側ブロック
５  回転側ブロック
１９  ノズル
２１  第一ベンドミラー
２３  第二ベンドミラー
２５  第三ベンドミラー
ＬＢ  レーザ光
Ｗ  ワーク
【図１】
0003961088.tif 000002
【図２】
0003961088.tif 000003
【図３】
0003961088.tif 000004
【図４】
0003961088.tif 000005
【図５】
0003961088.tif 000006
【図６】
0003961088.tif 000007
【図７】
0003961088.tif 000008
【図８】
0003961088.tif 000009
【図９】
0003961088.tif 000010
【図１０】
0003961088.tif 000011
【図１１】
0003961088.tif 000012
【図１２】
0003961088.tif 000013
【図１３】
0003961088.tif 000014
【図１４】
0003961088.tif 000015