(57)【要約】  １つの緩衝機構の簡単な構成により、異なる方向からの衝撃を対応ができる加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機を提供する。  本開示に係る３次元レーザ加工機に用いられるレーザ光を出射する先端部の指向を回転自在に支持する多軸構造をもつ加工ヘッド１０１は、レーザ光１を出射する方向と所定の角度をなすアーム部１０に緩衝機構２を備え、緩衝機構２は、先端部１１ａ寄りに設けられた第１結合面３ａを有する第１結合部３１と、第１結合面と対向する第２結合面３ｂを有する第２結合部３２と、第１結合面３ａおよび前記第２結合面３ｂを結合する結合部材４とを有し、先端部１１ａが衝突力で衝突された場合、第１結合面３ａと前記第２結合面３ｂが分離することにより、先端部１１ａから第１結合面３ａまでの分離部６ａが第２結合面３ｂ側のアーム部１０である固定部６ｂから分離することを特徴とする。
2020246107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する先端部の指向を回転自在に支持する多軸構造をもつ加工ヘッドにおいて、
前記レーザ光を出射する方向と所定の角度をなすアーム部に緩衝機構を備え、
前記緩衝機構は、前記先端部寄りに設けられた第１結合面を有する第１結合部と、
前記第１結合面と対向する第２結合面とを有する第２結合部と、
前記第１結合面および前記第２結合面を結合する結合部材とを有し、
前記先端部が衝突された場合、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離することにより、前記先端部から前記第１結合面までの分離部が前記第２結合面側のアーム部である固定部から分離することを特徴とする加工ヘッド。
【請求項２】
前記加工ヘッドにおいて、
前記アーム部は、前記先端部を有する先端ノズルと連接し、前記レーザ光を出射する方向と所定の角度をなす第１アーム部、第２アーム部および第３アーム部を備え、
前記緩衝機構は、前記アーム部内であって、前記先端ノズルに最も近い前記第１アーム部に設置されることを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項３】
前記加工ヘッドにおいて、
前記先端部を有する先端ノズルに第１光軸を有し、
前記アーム部は、前記先端ノズルと連接し、第2光軸，第3光軸，第4光軸をそれぞれ有する第１アーム部、第２アーム部および第３アーム部を備え、
前記緩衝機構は、前記アーム部内であって、前記第１光軸に最も近い光軸である前記第２光軸を有する前記第１アーム部に設置されることを特徴とする請求項１または請求項2に記載の加工ヘッド。
【請求項４】
前記第１結合面と前記第２結合面とは、前記結合部材から作用する結合力ｆ１により結合され、
前記第２結合面の垂直方向に作用する衝突された衝突力の分力ｆ２が前記結合力ｆ１より小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項５】
前記結合部材は、永久磁石を含み、前記永久磁石から作用する磁力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項６】
前記結合部材は、電磁石を含み、前記電磁石から作用する電磁力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項７】
前記結合部材は、永久磁石および電磁石を含み、前記永久磁石から作用する磁力および前記電磁石から作用する電極力の合計力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させるものであり、前記永久磁石は停電状態においても前記第１結合面と前記第２結合面との結合が保持される最小結合力である磁力を持つことを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項８】
前記結合部材は、真空吸着部を有し、前記真空吸着部から作用する真空吸着力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項９】
前記結合部材は、塑性変形部材を含み、前記塑性変形部材から作用する降伏応力である結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１０】
前記結合部材は、弾性変形部材を含み、前記弾性変形部材から作用する弾性力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１１】
前記緩衝機構は、前記第１結合面と前記第２結合面とを覆うように両端がそれぞれ前記分離部と前記固定部とに固定され、伸縮性を有する結合カバーを含み、
前記結合カバーは、伸縮応力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１２】
前記結合カバーは、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した状態に伸びて前記第１結合面と前記第２結合面とを覆う構造を有する保護カバーでもあることを特徴とする請求項１１に記載の加工ヘッド。
【請求項１３】
前記緩衝機構は、前記第１結合面と前記第２結合面とを覆うように設置された保護カバーを更に備え、
前記保護カバーは前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した状態に前記第１結合面と前記第２結合面とを外周から覆う構造を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項１４】
前記緩衝機構は、両端がそれぞれ前記固定部と前記分離部とに保持され、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した際にも前記分離部と固定部とをつなぐワイヤーストッパを更に備える請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項１５】
レーザ光を加工物に照射する請求項１から請求項１４のいずれか１項の加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに対して出射する前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記加工ヘッドを駆動する駆動部と、
前記レーザ光のエネルギーを制御するとともに、前記加工ヘッドおよび前記駆動部を制御する制御部と、
を備える３次元レーザ加工機。
【請求項１６】
前記加工ヘッドに衝突検知センサが設けられ、
前記衝突検知センサが衝突したことを検知した場合、前記制御部は前記レーザ光の出射および前記加工ヘッドの駆動を停止させることを特徴とする請求項１５に記載の３次元レーザ加工機。
【請求項１７】
前記加工ヘッドに分離検知センサが設けられ、
前記分離検知センサが前記第１結合面と前記第２結合面とが分離することを検知した場合、前記制御部は前記レーザ光の出射および前記加工ヘッドの駆動を停止させることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の３次元レーザ加工機。
【請求項１８】
前記分離検知センサとは、衝突したこと検知する衝突検知センサと同じセンサを使用することを特徴とする請求項１７に記載の３次元レーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、２つ以上の回転軸を有する多軸構造をもつ加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ技術の発展により、レーザ加工機の性能が飛躍的に向上している。これに伴い、レーザ加工を高速化するため、加工ヘッドの動作速度も速くする必要がある。この結果、ティーチング作業時のミス、加工経路のプログラムミス等で加工ヘッドとワークが衝突してしまうと、機器が大きく破損する可能性が高くなる。
従来の技術では、衝突が発生した際にヘッドの一部が分離する、または衝突物とは反対方向に動くことでヘッド全体が破損することを防いでいる。例えば、特許文献１では、先端ノズルに取り付けられた緩衝機構は垂直方向と水平方向との２つの緩衝手段が設けられ、衝突の方向によってそれぞれの緩衝手段が作動する構成となる。しかし、先端ノズルに２つの緩衝手段が設けられるため、緩衝機構が複雑かつ重くなり、高速動作に向かない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、上述のような問題を解決するためになされたもので、１つの緩衝機構の簡単な構成により、異なる方向からの衝撃に対応できる加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る３次元レーザ加工機に用いられる加工ヘッドは、レーザ光を出射する先端部の指向を回転自在に支持する多軸構造をもち、レーザ光を出射する方向と所定の角度をなすアーム部に緩衝機構を備え、緩衝機構は先端部寄りに設けられた第１結合面を有する第１結合部と、第１結合面と対向する第２結合面を有する第２結合部と、第１結合面および第２結合面を結合する結合部材とを有し、先端部が衝突された場合、第１結合面と第２結合面が分離することにより、先端部から第１結合面までの分離部が第２結合面側のアーム部である固定部から分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本開示に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、１つの緩衝機構で簡単な構成により、異なる方向からの衝突に対応して先端ノズルが退避でき、加工ヘッドの損傷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドおよびこの加工ヘッドに設置された緩衝機構の設置状態を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された緩衝機構を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドの先端部が下方のワークに衝突した直後にアーム部に設置された緩衝機構の退避動作例を示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドの先端部が左側のワークに衝突した直後にアーム部に設置された緩衝機構の退避動作例を示す説明図である。
【図６】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドが下方に衝突した場合の分離部の退避動作を段階で示す説明図である。
【図７】実施の形態１に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された永久磁石を用いる緩衝機構の構成例を示す説明図である。
【図８】実施の形態２に係る３次元レーザ加工機の構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態２に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された緩衝機構および衝突検知センサの構成例を示す説明図である。
【図１０】実施の形態２に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された緩衝機構および分離検知センサの構成例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態３に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された電磁石を用いる緩衝機構を示す説明図である。
【図１２】実施の形態４に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された真空吸着部を用いる緩衝機構を示す説明図である。
【図１３】実施の形態５に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された塑性変形部材を用いる緩衝機構およびこの緩衝機構の動作を示す説明図である。
【図１４】実施の形態６に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置されたコイルばねを用いる緩衝機構およびこの緩衝機構の動作を示す説明図である。
【図１５】実施の形態６に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された弾性変形部材を用いる緩衝機構およびこの緩衝機構の動作を示す説明図である。
【図１６】実施の形態７に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置されたワイヤーストッパを有する緩衝機構を示す説明図である。
【図１７】実施の形態８、９に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された保護カバーを有する緩衝機構を示す説明図である。
【図１８】実施の形態１０に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置されたワイヤーストッパと保護カバーとを有する緩衝機構を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る３次元レーザ加工機１００の構成例を示すブロック図である。
図２は実施の形態１に係る３次元レーザ加工機１００の一点指向型加工ヘッドおよびこの加工ヘッドに設置された緩衝機構の設置状態を示す説明図である。
図３は実施の形態１に係る３次元レーザ加工機１００の一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された緩衝機構を示す図である。
図１に示す実施の形態１に係る３次元レーザ加工機１００は、レーザ光１を加工物に照射する一点指向型の加工ヘッド１０１、加工ヘッド１０１に対して出射するレーザ光１を発振するレーザ発振器１０２、加工ヘッド１０１およびワーク１０４を駆動する駆動部１０３、および、レーザ光１のエネルギーを制御するとともに、加工ヘッド１０１と駆動部１０３を制御する制御部１０５に構成されている。
【００１０】
一点指向型加工ヘッドとは、レーザ光を伝送する光路に沿って、複数の回転軸を制御してレーザ光を出射する先端部の指向を回転自在に支持する多軸構造をもつ加工ヘッドであり、３次元レーザ加工機に搭載されることにより高速加工を可能にする。この一点指向型加工ヘッドは，レーザ光を複数のミラーで順に反射して伝送する光路における回転軸を回転させた際に加工点が移動しないという特徴がある。
図１に示すように、一点指向型の加工ヘッド１０１に、レーザ発振器１０２から発振されたレーザ光１が導入される。一点指向型の加工ヘッド１０１は、レーザ光１を出射する出射口である先端部１１ａからミラーＭ１までの第１ミラーＭ１からミラーＭ２までの第２光軸１２、ミラーＭ２からミラーＭ３までの第３光軸１３、ミラーＭ３からミラーＭ４までの第４光軸１４、およびミラーＭ４からレーザ光の入射側までの第５光軸１５の５軸を有する構造である。
レーザ光１を出射する先端ノズル１１０は第１光軸１１を有する。レーザ光１が入射する入射部１５０は第５光軸１５を有する。入射部１５０は、ミラーＭ４でレーザ光１を反射する前の部分である。
【００１１】
アーム部１０は先端ノズル１１０と連接し、レーザ光１を出射する方向と所定の角度をなしている第２光軸１２、第３光軸１３および第４光軸１４をそれぞれ有する第１アーム部１２０、第２アーム部１３０および第３アーム部１４０を有する。
すなわち、光軸については、第１光軸１１と第５光軸１５との間に、レーザ光１を出射する方向と所定の角度をなしている第２光軸１２、第３光軸１３と第４光軸１４の３つの光軸が設けられている。アーム部１０については、先端ノズル１１０と入射部１５０との間に、レーザ光１を出射する方向と所定の角度をなしている第１アーム部１２０、第２アーム部１３０、および第３アーム部１４０が設けられている。
図２に示すように、レーザ光１を伝送する光路に沿って、レーザ光１は複数のミラーであるミラーＭ４、Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１の順に反射され、先端部１１ａを有する先端ノズル１１０に設けられたレンズなどの集光機構１１ｂによって集光され、先端部１１ａより出射されてワーク１０４に到達する。
【００１２】
次に、図１と図２を用いて、一点指向型の加工ヘッド１０１の回転軸と姿勢軸について述べる。
入射部１５０は、第５光軸１５を中心に、矢印＋α（図示時計回り方向）または−α（図示逆時計回り方向）方向に回転可能である。このため、第５光軸１５は加工ヘッド１０１のミラーＭ４以降の部分（第４光軸１４、第３光軸１３、第２光軸１２および第１光軸１１）を回転させることができる回転軸となる。
第２アーム部１３０は第３光軸１３を中心に、矢印＋β（図示時計回り方向）または−β（図示逆時計回り方向）方向に回転可能である。このため、第３光軸１３はミラーＭ２以降の部分（第２光軸１２および第１光軸１１）を回転させることができる姿勢軸となる。レーザ光１を出射する方向は姿勢軸の回転によって変化する。
【００１３】
なお、実施の形態１に係る一点指向型の加工ヘッドでは、レーザ光を複数のミラーにより伝送する光学系構成となるが、光ファイバによる伝送光学系に関しても、アーム部を有する一点指向型加工ヘッドで構成することもできる。光ファイバによる伝送光学系を用いる場合、上記の第１光軸１１はレーザ光の出射側の光ファイバ駆動軸である第１駆動軸に対応し、第２光軸１２、第３光軸１３、第４光軸１４、および第５光軸１５はそれぞれ光ファイバ第１駆動軸に順に連接された第２駆動軸、第３駆動軸、第４駆動軸、および第５駆動軸に対応する構成となる。
図２に示すように、一点指向型加工ヘッドの回転軸である第５光軸１５及び姿勢軸である第３光軸１３の延長線は常に点Ｐで交わるように設計されており、一般的にこの点Ｐが加工点となる。回転軸および姿勢軸の回転位置にかかわらず常にこの加工点にレーザを照射することができる。
このような一点指向型の加工ヘッド構造をもつ３次元レーザ加工機によれば、回転軸および姿勢軸を動作させることで様々な方向からワーク１０４に対してレーザを照射することが可能である。
一般的には、ワーク１０４の形状に合わせて、ワーク１０４の表面とレーザの入射方向が垂直となるようにレーザを照射することが多い。その際、レーザの各照射位置での照射方向を設定するため、オペレータが手動にてティーチングを行う必要がある。ティーチング動作時および加工時に、オペレータの操作ミス、ワークの実形状と図面の相違などにより加工ヘッドとワークが衝突してしまう場合がある。
【００１４】
実施の形態１に係る３次元レーザ加工機１００では、一点指向型の加工ヘッド１０１の先端部１１ａに衝突が発生した際、加工ヘッド１０１およびワーク１０４に深刻なダメージが及ぶことを防ぐため、緩衝機構２が設置されている。
図１と図２に示すように、緩衝機構２は、アーム部１０に設置されている。具体的に、緩衝機構２は、アーム部１０において、ミラーＭ１とミラーＭ２との間に、すなわち、第１光軸１１に最も近い光軸である第２光軸１２を有する第１アーム部１２０に設置されている。
なお、光ファイバによる伝送光学系を用いた一点指向型加工ヘッドでは、アーム部はレーザ光の出射側の第１駆動軸を有する先端ノズルと所定の角度をなしている第２駆動軸を有する第１アーム部、第３駆動軸を有する第２アーム部、および、第４駆動軸を有する第３アーム部で構成されている。第３駆動軸は第２駆動軸および第１駆動軸を回転させることができる姿勢軸となる。光ファイバによる伝送光学系を用いた一点指向型加工ヘッドにおいても、緩衝機構２はアーム部に設置され、第１駆動軸に最も近い駆動軸である第２駆動軸を有するアーム部内の第１アーム部に設置されることが好ましい。
【００１５】
次に、緩衝機構２について述べる。
図３にアーム部１０に設置された緩衝機構２の外観構造を示す。
緩衝機構２は、先端ノズル１１０に最も近い第１アーム部１２０に設置されている。緩衝機構２は、第１結合部３１と第２結合部３２とを有し、第１結合部３１と第２結合部３２を結合する結合部材４（図示せず、後述する）が設けられている。
第１結合部３１は第１結合面３ａを有し、レーザ光１を出射する先端部１１ａを有する先端ノズル１１０寄りに設けられる。第２結合部３２は、第１結合面３ａと対向する第２結合面３ｂを有する。すなわち、緩衝機構２において、第１結合面３ａを有する第１結合部３１は図１に示すレーザ光の出射側のミラーＭ１側寄り、第２結合面３ｂを有する第２結合部３２はミラーＭ２側寄りとなる。結合部材４は、第１結合部３１と第２結合部３２との少なくとも一方に設けられ、第１結合面３ａと第２結合面３ｂとの２つの結合面３を結合する。
また、レーザ光１の進行方向に沿って、第１結合面３ａから先端部１１ａまでは分離部６ａと称し、レーザ光１の逆進行方向ｄの第２結合面３ｂ側のアーム部１０の部分は固定部６ｂと称する。通常動作時に、第１結合面３ａと第２結合面３ｂが結合部材４による結合力ｆ１で結合されている。先端部１１ａに衝突力Ｆで衝突された場合、第１結合面３ａと第２結合面３ｂが分離し、分離部６ａが固定部６ｂから離れて衝突物から退避する構成となる。
【００１６】
次に、緩衝機構２の退避動作について述べる。
図４は実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドの先端部１１ａが下方にあるワーク１０４に衝突した直後、アーム部１０に設置された緩衝機構２の退避動作例を示す説明図である。
図５は実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型加工ヘッドの先端部１１ａが左側にあるワーク１０４に衝突した直後、アーム部１０に設置された緩衝機構２の退避動作例を示す説明図である。
【００１７】
図４（ａ）に、加工ヘッド１０１が矢印１７ａの方向、すなわち鉛直下方向に動作し、加工ヘッド１０１の先端部１１ａが、最も発生頻度の高い図示下方のワーク１０４に衝突力Ｆで衝突した時の状況を示す。制御部１０５の停止指令により動作が停止する状態まで、加工ヘッド１０１は矢印１７ａ方向に移動し続ける。図４（ａ）から図４（ｂ）へ、加工ヘッド１０１の上下方向の移動距離がＬとなる。
この場合、図４（ｃ）に示すように、衝突力Ｆは、固定部６ｂ側の第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２、および第２結合面３ｂの平行方向３ｄに作用する衝突力の分力ｆ３に分解できる。図４（ａ）に示すように、緩衝機構２の第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時には結合力ｆ１で結合されている。衝突した直後では、図４（ｂ）に示すように、先端ノズル１１０から離れた側の緩衝機構２の結合面支点３ｅを中心にモーメントが働くため、結合力ｆ１より小さい衝突力の分力ｆ２の作用で第１結合面３ａと第２結合面３ｂが矢印１８ａ方向で分離する。これはつまり，先端部１１ａが矢印１９ａ方向にワーク１０４から退避するということを表す。
【００１８】
図５（ａ）に、加工ヘッド１０１が矢印１７ｂの方向、すなわち図示左方向に動作し、加工ヘッド１０１の先端部１１ａが図示左側のワーク１０４に衝突力Ｆで衝突した時の状況を示す。制御部１０５の停止指令により動作が停止する状態まで、加工ヘッド１０１は矢印１７ｂ方向に移動し続ける。図５（ａ）から図５（ｂ）へ、加工ヘッド１０１の左右方向の移動距離がＬとなる。
この場合、図５（ｃ）に示すように、衝突力Ｆは、固定部６ｂ側の第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２、および第２結合面３ｂの平行方向３ｄに作用する衝突力の分力ｆ３に分解できる。緩衝機構２の第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時には結合力ｆ１で結合されている。衝突した直後では、図５（ｂ）に示すように、先端ノズル１１０に近い側の緩衝機構２の結合面支点３ｆを中心にモーメントが働くため、結合力ｆ１より小さい衝突力の分力ｆ２に作用されて、第１結合面３ａと第２結合面３ｂが矢印１８ｂ方向で分離する。これはつまり、先端部１１ａが矢印１９ｂ方向にワーク１０４から退避するということを表す。
【００１９】
ここで、より小さい衝突力に対して退避できるため、結合力ｆ１を小さく設定することが好ましい。一方、結合力ｆ１は意図しないタイミングで２つの結合面３が分離してしまうことを防ぐため、分離部６ａの重量に加工ヘッド１０１動作時の加速度をかけた積よりも大きい値を設定する。
実施の形態１では、アーム部１０において、先端ノズル１１０に隣接する第１アーム部１２０に緩衝機構２を設置することにより、第１アーム部１２０は先端ノズル１１０と同様に、径が小さいため、緩衝機構２の自重が軽くできる。さらに、分離部６ａの重量が小さいため、結合力ｆ１を小さく設定することができる。この結果、より小さい衝突力に対しても２つの結合面３が分離でき、先端ノズル１１０が衝突から退避することができる。
【００２０】
また、図４、図５に示すように、加工ヘッド１０１が衝突された際に、緩衝機構２の第１結合面３ａと第２結合面３ｂが分離し、第２結合面３ｂの垂直方向において分離距離がＬ１となる。この場合、先端ノズル１１０は、移動する先端ノズル１１０の仮設位置１１０ａ（破線で図示）から、先端ノズル１１０の退避位置１１０ｂ（実線で図示）まで退避し、先端部１１ａの退避距離がＬ２となる。ここで、先端部１１ａの退避距離Ｌ２は図４において上下方向、図５において左右方向の距離とする。
なお、図４、図５にはそれぞれ下方と左側のワーク１０４に衝突した場合の動作例を示すが、衝突力Ｆの方向により、第２結合面３ｂの外周上の一点を支点に第１結合面３ａと第２結合面３ｂが分離して分離部６ａが離脱するか、支点がなく滑り離れて分離部６ａが離脱することになる。何れも先端ノズル１１０が衝突から退避することができる。
【００２１】
図６に、図４に示すような下方から衝突された場合の加工ヘッド１０１の動作を３段階で示す。図６（ａ）は衝突寸前の第１段階での状態であり、図６（ｂ）は衝突した直後の第２段階での状態、図６（ｃ）は衝突した後の第３段階での状態を示す。加工ヘッド１０１は第１段階から第３段階の順で動作する。衝突した直後の第２段階では、第１結合面３ａと第２結合面３ｂが結合面支点３ｅを中心に分離する。衝突した後の第３段階では、加工ヘッド１０１の動作停止に伴い分離部６ａが固定部から完全に分離することになる。それぞれ図６（ｂ）、（ｃ）において破線で囲まれた部分は結合面支点３ｅの状態を示す。
図４〜６では、２つの結合面３の分離により、加工ヘッド１０１の先端部１１ａが衝突から退避する。先端部１１ａの退避距離Ｌ２が２つの結合面３の分離距離Ｌ１より大きく、加工ヘッド１０１が制御部の停止指令により動作が停止する状態まで移動する移動距離Ｌよりも大きい動作事例となる。なお、先端部１１ａが衝突された方向により、第２結合面３ｂに垂直方向の分離距離Ｌ１が小さくても、緩衝機構２の２つの結合面３の分離により分離部６ａが固定部６ｂから離脱することによって、高速動作する加工ヘッドのままで衝突することを防げるため、加工ヘッドの損傷を低減することができる。
【００２２】
次に、実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型の加工ヘッド１０１に設置される緩衝機構２の構成について述べる。
図７に、実施の形態１に係る３次元レーザ加工機の一点指向型の加工ヘッド１０１のアーム部１０の第１アーム部１２０に設置される緩衝機構２の結合部材４に永久磁石を用いた構成例の説明図を示す。図７（ａ）は緩衝機構２の構造を示す説明図である。図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。
【００２３】
図７に示すように、第１結合面３ａおよび第２結合面３ｂは、それぞれ第２光軸１２を取り囲むリング状に構成されている。結合部材４は永久磁石を用いる。具体的に、第１結合面３ａを有する第１結合部３１に結合用の永久磁石４ａ、４ｂ、４ｃ（図示せず）と４ｄが設けられ、それぞれに対応して第２結合面３ｂを有する第２結合部３２に結合用の永久磁石４ｅ、４ｆ、４ｇと４ｈが設けられる。なお、永久磁石の代わりに、磁性体４ｅ、４ｆ、４ｇと４ｈを用いても良い。
永久磁石から作用する磁力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。第１結合面３ａと第２結合面３ｂは、通常動作時に結合用の永久磁石４ａ、４ｂ、４ｃと４ｄ、およびそれぞれ対応する永久磁石４ｅ、４ｆ、４ｇと４ｈ（または磁性体４ｅ、４ｆ、４ｇと４ｈ）から作用する磁力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッド１０１の先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力Ｆの分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００２４】
なお、図７に示す結合部材４である永久磁石が２つの結合面３の円周方向に沿って複数個設置されるが、永久磁石の形状および個数はこの限りではなく、例えば２つの結合面３に沿ったリング状の永久磁石を用いても良い。結合部材４は永久磁石と永久磁石、または永久磁石と磁性体の組み合わせでも良い。ここで、永久磁石と磁性体の組み合わせを用いる場合、磁性体を第１結合部３１と第２結合部３２の何れか一方に設置することができる。
実施の形態１に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、緩衝機構の簡単な構成により、加工ヘッドがワーク等に衝突した際に、先端部を含む加工ヘッドの一部が離脱でき、異なる方向からの衝撃に対応できる。
さらに、緩衝機構が一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置されているため、力のモーメントでより小さい衝撃でも緩衝動作が発動するため、先端ノズルが退避でき、加工ヘッドの損傷を低減できる。
【００２５】
実施の形態２．
図８は実施の形態２に係る３次元レーザ加工機２００の構成例を示すブロック図である。
実施の形態２では、本開示の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
実施の形態２に係る３次元レーザ加工機２００の加工ヘッド２０１において、先端ノズル１１０に衝突検知センサ１６ａが設けられ、緩衝機構２に衝突検知センサ１６ｂが設けられている。
図８において、衝突検知センサ１６ａ、１６ｂは異常を検出すると、制御部２０５へ通知し、制御部２０５は加工ヘッド２０１の動作を停止させると共に、レーザ光１を遮断し、さらに、緩衝機構２の復帰までレーザ照射を停止させるようにする。なお，図８には衝突検知センサ１６ａ，１６ｂの両方が記載されているが，何れか１つのみを設置してもよい。例えば緩衝機構２に衝突検知センサ１６ｂのみを設置しても良い。
【００２６】
図９（ａ）は実施の形態２に係る３次元レーザ加工機における一点指向型の加工ヘッド２０１における衝突検知センサ１６ａが設置された先端ノズル１１０、および衝突検知センサ１６ｂが設置された緩衝機構２の構成を示す説明図である。図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。
また、図１０は実施の形態２に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッド２０１のアーム部１０に設置された緩衝機構２および分離検知センサ１６ｃの構成を示す説明図である。図１０（ａ）はアーム部１０に設置された緩衝機構２および分離検知センサ１６ｃの構造を示す説明図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。
図９と図１０において、実施の形態２に係る加工ヘッド２０１の緩衝機構２は実施の形態１と同様に、結合部材４に永久磁石を用い、通常動作時には磁力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させた状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。実施の形態１と同様に、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００２７】
まずは、衝突検知センサ１６ａと衝突検知センサ１６ｂについて述べる。
図９に示すように、先端部１１ａに衝突検知センサ１６ａを設置している。衝突検知センサ１６ａは、先端部１１ａが衝突した際に、更なるダメージを防ぐためにレーザ加工機の制御部２０５へ衝突を通知することにより加工ヘッド２０１の動作を停止させると共に、レーザ照射を停止させる。
衝突検知センサ１６ａが衝突を検知してから加工ヘッド２０１の動作が完全に停止するまでは必ずタイムラグが発生するため、このタイムラグ期間に加工ヘッド２０１が動作している。加工ヘッド２０１が高速に動作するため、加工ヘッド２０１の先端部１１ａがただちに退避でき、かつ、図４、図５に示すように先端部１１ａが退避できる退避距離Ｌ２はなるべく大きい方が望ましい。このため、衝突検知センサ１６ａのほかに、緩衝機構２を併用することで２つの結合面３の分離により、先端部１１ａを含む分離部６ａが固定部６ｂから離脱し、損傷を低減できる。
なお、先端ノズル１１０にはレンズ、ガス噴射部など設置された部品が多く、加工ヘッド２０１の高速動作に分離部６ａをより小型化、軽量化にするため、緩衝機構２に衝突検知センサ１６ｂを設置しても良い。図９に示す緩衝機構２の固定部６ｂ側に設置された衝突検知センサ１６ｂも、同様に先端部１１ａの衝突を検出することができ、衝突検知センサ１６ａと同様な効果が奏することができる。
【００２８】
次に、分離検知センサ１６ｃについて述べる。
図１０に示すように、緩衝機構２の固定部６ｂ側に分離検知センサ１６ｃを設置している。分離検知センサ１６ｃは、緩衝機構２の２つの結合面３の分離を検知すること、および分離動作後に２つの結合面３が再度結合し、分離部６ａが元の位置に復帰することを検知して制御部２０５へ通知する。制御部２０５は緩衝機構２の復帰までの間に、加工ヘッド２０１の動作を停止させると共に、レーザ照射を停止させる。
なお、分離検知センサ１６ｃは衝突検知センサ１６ｂと共通なもので、同じセンサを使用しても良い。この場合、分離検知センサ１６ｃは先端部１１ａの衝突および２つの結合面３の分離を検知して、制御部２０５へ通知し、制御部２０５は加工ヘッド２０１の動作を停止させると共に、レーザ光１を遮断し、さらに、緩衝機構２の復帰までレーザ照射を停止させるようにする。
【００２９】
実施の形態２に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１と同じ、緩衝機構の簡単な構成により衝突された際の加工ヘッドの損傷を低減できる。
さらに、衝突検知センサまたは分離検知センサと併用することで、衝突および緩衝機構の分離を検知することにより、加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させるため、３次元レーザ加工機の損傷リスクを更に低減できる。
【００３０】
実施の形態３．
図１１は実施の形態３に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部の第１アーム部１２０に設置された緩衝機構２の結合部材４に電磁石を用いた構成例の説明図を示す。図１１（ａ）は緩衝機構２の構造を示す説明図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。
実施の形態３では、本開示の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００３１】
図１１に示す実施の形態３では、図７に示す実施の形態１の構成と同様に、一点指向型の加工ヘッドにおいて、アーム部の第１アーム部１２０に緩衝機構２が設置されている。実施の形態１に結合部材４に永久磁石を用いることに対して、実施の形態３では結合力ｆ１を得るために結合部材４に電磁石を用いる。電磁石から作用する電磁力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。
第１結合面３ａおよび第２結合面３ｂは、それぞれ第２光軸１２を取り囲むリング状に構成されている。結合部材４に用いられた電磁石は、具体的に、第１結合面３ａを有する第１結合部３１に結合用の電磁石５ａ、５ｂ、５ｃ（図示せず）と５ｄが設けられ、それぞれ対応して第２結合面３ｂを有する第２結合部３２に結合用の電磁石５ｅ、５ｆ、５ｇと５ｈが設けられる。なお、電磁石の代わりに、磁性体５ａ、５ｂ、５ｃと５ｄを用いても良い。
第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時には結合用の電磁石５ａ、５ｂ、５ｃと５ｄ（または磁性体５ａ、５ｂ、５ｃと５ｄ）、およびそれぞれ対応する結合用の電磁石５ｅ、５ｆ、５ｇと５ｈから作用する電磁力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００３２】
なお、図１１に示す結合部材４である電磁石が２つの結合面３の円周方向に沿って複数個設置されるが、電磁石の形状および個数はこの限りではなく、例えば第２結合面３ｂに沿ったリング状の電磁石を用いても良い。結合部材４は電磁石と電磁石、または電磁石と磁性体の組み合わせでも良い。ここで、電磁石と磁性体の組み合わせを用いる場合、電磁石は固定部６ｂ側、磁性体を分離部６ａ側に設置することが望ましい。
また、実施の形態３の緩衝機構２を用いた場合、装置の電源停止あるいは停電状態において、２つの結合面３が分離してしまわないよう、実施の形態１と組み合わせて使用してもよい。この場合、結合部材４は、永久磁石および電磁石を含み、永久磁石から作用する磁力および電磁石から作用する電極力の合計力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。永久磁石は停電状態においても２つの結合面３の結合が保持される最小結合力である磁力を持つ。
【００３３】
また、先端部１１ａに衝突力を検知する衝突検知センサ１６ｄを設置し、先端部１１ａが衝突したことを検知すると、レーザ加工機の制御部へ衝突を通知することで、制御部は電磁石に供給する電流を止めることにより、２つの結合面３を分離させる構成も同様な効果を奏する。
さらに、衝突検知センサ１６ｄにレーザ加工機の制御部へ衝突を通知する機能を持たせることもできる。衝突検知センサ１６ｄは、先端部１１ａが衝突したことを検知すると、制御部へ通知し、制御部は電磁石に供給する電流を止めて２つの結合面３を分離させるとともに加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させることができる。
【００３４】
実施の形態３に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１と同じ、緩衝機構の簡単な構成により衝突された際の加工ヘッドの損傷を低減できる。
さらに、衝突検知センサと併用することで、衝突を検知することにより、加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させ、３次元レーザ加工機の損傷リスクを更に低減できる。
【００３５】
実施の形態４．
図１２は実施の形態４に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部の第１アーム部１２０に設置された緩衝機構２の結合部材４に真空吸着部を用いる構成例の説明図である。図１２（ａ）は緩衝機構２の構造を示す説明図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。
実施の形態４では、本開示の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００３６】
図１２に示す実施の形態４では、図７に示す実施の形態１の構成と同様に、一点指向型の加工ヘッドにおいて、アーム部の第１アーム部１２０に緩衝機構２が設置されている。実施の形態１に結合部材４に永久磁石を用いることに対して、実施の形態４では結合力ｆ１を得るために結合部材４に真空吸着部を用いる。真空吸着部から作用する真空吸着力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる
第１結合面３ａと対向する第２結合面３ｂは、それぞれ第２光軸１２を取り囲むリング状に構成されている。結合部材４は真空吸着部を有する。具体的に、第２結合面３ｂを有する第２結合部３２に真空吸着部７ａ、７ｂ、７ｃと７ｄが設けられる。真空吸着部７ａ、７ｂ、７ｃと７ｄは、真空ポンプ等の手段（図示せず）により減圧状態にして２つの結合面３を吸着して結合させる。第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時に真空吸着部７ａ、７ｂ、７ｃと７ｄにより結合力ｆ１で吸着された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００３７】
なお、図１２に示す結合部材４に用いられる真空吸着部が第２結合面３ｂの円周方向に沿って４個設置されるが、真空吸着部の形状および個数はこの限りではなく、例えば第２結合面３ｂに沿ったリング状の真空吸着部を用いても良い。
また、実施の形態４の緩衝機構２を用いた場合、装置の電源停止あるいは停電状態において、２つの結合面３が分離してしまわないよう、実施の形態１と組み合わせて使用してもよい。この場合、結合部材４は、永久磁石および真空吸着部を有し、永久磁石から作用する磁力および真空吸着部から作用する真空吸着力の合計力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。永久磁石は停電状態においても２つの結合面３の結合が保持される最小結合力である磁力を持つ。
【００３８】
また、先端部１１ａに衝突力を検知する衝突検知センサ１６ｅを設置し、先端部１１ａが衝突したことを検知すると、レーザ加工機の制御部１０５へ衝突を通知することで、制御部１０５は真空吸着部に供給する電流を止めることにより、２つの結合面３を分離させる構成も同様な効果を奏する。
さらに、衝突検知センサ１６ｅにレーザ加工機の制御部へ衝突を通知する機能を持たせることもできる。衝突検知センサ１６ｅは、先端部１１ａが衝突したことを検知すると、制御部へ通知し、制御部は真空吸着部に供給する電流を止めて２つの結合面３を分離させるとともに加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させることができる。
【００３９】
実施の形態４に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１と同じ、緩衝機構の簡単な構成により衝突された際の加工ヘッドの損傷を低減できる。
さらに、衝突検知センサと併用することで、衝突を検知することにより、加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させ、３次元レーザ加工機の損傷リスクを更に低減できる。
【００４０】
実施の形態５．
図１３は実施の形態５に係る３次元レーザ加工機における一点指向型の加工ヘッド１０１のアーム部１０に設置された塑性変形部材を用いる緩衝機構２およびこの緩衝機構２の動作を示す説明図である。図１３（ａ）は通常動作時の緩衝機構２を示す。図１３（ｂ）は衝突された直後の緩衝機構２の分離状態を示す図である。
実施の形態５では、本開示の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００４１】
図１３に示す実施の形態５では、図７に示す実施の形態１の構成と同様に、一点指向型の加工ヘッドにおいて、アーム部１０に緩衝機構２が設置されている。実施の形態１に結合部材４に永久磁石を用いることに対して、実施の形態５では結合力ｆ１を得るために結合部材４に塑性変形部材を用いる。塑性変形部材から作用する降伏応力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。
結合部材４は、両端が第１結合部３１および第２結合部３２にそれぞれ固定され、低降伏点の軽合金等の屈曲した線材からなる塑性変形部材である。図１３に示すように、塑性変形部材８ａ、８ｂ、８ｃと８ｄが第１結合部３１および第２結合部３２の外周に配置されている。第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時には塑性変形部材８ａ、８ｂ、８ｃと８ｄによる降伏応力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００４２】
なお、図１３に示す結合部材４に用いられる塑性変形部材が第１結合部３１および第２結合部３２の外周に沿って複数個均等に配置されているが、塑性変形部材の形状、個数および配置位置はこの限りではない。
また、図１３に示すように、緩衝機構２に衝突検知センサ１６ｂが設置されている。実施の形態５において、加工ヘッドに実施の形態２のような衝突検知センサ１６ａと分離検知センサ１６ｃを設置しても良い。
実施の形態５に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１と同じ、緩衝機構の簡単な構成により衝突された際の加工ヘッドの損傷を低減できる。
さらに、衝突検知センサと併用することで、衝突を検知することにより、加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させ、３次元レーザ加工機の損傷リスクを更に低減できる。
【００４３】
実施の形態６．
図１４は実施の形態６に係る３次元レーザ加工機における一点指向型の加工ヘッドのアーム部１０に設置されたコイルばねである弾性変形部材を用いる緩衝機構２およびこの緩衝機構２の動作を示す説明図である。図１４（ａ）は通常動作時の緩衝機構２を示す。図１４（ｂ）は衝突された直後の緩衝機構２の分離状態を示す図である。
実施の形態６では、本開示の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００４４】
図１４に示す実施の形態６では、図７に示す実施の形態１の構成と同様に、一点指向型の加工ヘッドにおいて、アーム部１０の第１アーム部１２０に緩衝機構２が設置されている。実施の形態１に結合部材４に永久磁石を用いることに対して、実施の形態６では結合力ｆ１を得るために結合部材４にコイルばね９である弾性変形部材を用いる。コイルばね９から作用する弾性力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。
結合部材４に用いられるコイルばね９は、両端が第１結合部３１および第２結合部３２の外周にそれぞれ固定され、第１結合部３１および第２結合部３２を押圧する弾性力を有する。第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時にはコイルばね９による弾性力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、コイルばね９が伸びて開放し、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００４５】
なお、図１４に示す結合部材４に用いられるコイルばね９が第１結合部３１および第２結合部３２の外周に巻かれるように配置されているが、２つの結合面３が弾性力である結合力ｆ１により結合できれば、コイルばね９の形状および個数はこの限りではない。
図１５では、実施の形態６の変形例である弾性変形部材２０を用いる緩衝機構２およびこの緩衝機構２の動作を示す説明図である。図１５（ａ）は通常動作時の緩衝機構２を示す。図１５（ｂ）は衝突された直後の緩衝機構２の分離状態を示す図である。
【００４６】
図１５に示すように、弾性変形部材２０から作用する弾性力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。結合部材４は、両端が第１結合部３１および第２結合部３２にそれぞれ固定され、弾性力を有する弾性変形部材２０を用いる。具体的に、弾性変形部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃと２０ｄが第１結合部３１および第２結合部３２の外周に沿って均等に配置されている。第１結合面３ａと第２結合面３ｂが通常動作時には弾性変形部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃと２０ｄによる弾性力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
また、図１４と図１５に示すように、緩衝機構２に衝突検知センサ１６ｂが設置されている。実施の形態６において、加工ヘッドに実施の形態２のような衝突検知センサ１６ａと分離検知センサ１６ｃを設置しても良い。
【００４７】
実施の形態６に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１と同じ、緩衝機構の簡単な構成により衝突された際の加工ヘッドの損傷を低減できる。
さらに、衝突検知センサと併用することで、衝突を検知することにより、加工ヘッドの動作およびレーザ照射を停止させ、３次元レーザ加工機の損傷リスクを更に低減できる。
【００４８】
実施の形態７．
図１６は実施の形態７に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部１０に設置されたワイヤーストッパ２１を有する緩衝機構２を示す図である。
実施の形態７は実施の形態１から実施の形態６に係る３次元レーザ加工機の加工ヘッドに対して、さらに分離部６ａが分離した際に落下してワークなどと再度衝突するリスクを低減するためのワイヤーストッパ２１が設けられる構成である。
【００４９】
図１６に示すように、伸縮性を有するワイヤーストッパ２１は両端が第１結合部３１および第２結合部３２にそれぞれ固定されている。なお、ワイヤーストッパ２１の両端を固定部６ｂと分離部６ａにそれぞれ固定し、固定部６ｂと分離部６ａをつなぐように設置すれば良い。ワイヤーストッパ２１は、２つの結合面３が結合されている状態では撓ませており、撓み分を引っ張ってあるが、２つの結合面３が分離する際にも伸びて固定部６ｂと分離部６ａをつなぎ、分離部６ａの完全落下を防ぐ。
なお、図１６に、緩衝機構２に１本のワイヤーストッパ２１が設置されることを示すが、ワイヤーストッパ２１の個数および形状はこの限りではない。
【００５０】
実施の形態７に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１から実施の形態６と同様な効果を奏する。
さらに、緩衝機構にワイヤーストッパが設けられることにより、衝突して分離部が離脱する際に、分離部が完全に落下せず、加工ヘッドおよびワークの損傷リスクを低減できる。また、再びレーザ加工を行う際に、２つの結合面を結合させる復旧作業も容易に行うことができる。
【００５１】
実施の形態８．
図１７は実施の形態８に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置された保護カバー２２を有する緩衝機構２を示す図である。
実施の形態８は実施の形態１から実施の形態６に係る３次元レーザ加工機の加工ヘッドに対して、さらに緩衝機構２に保護カバー２２が設けられる構成である。
図１７に示すように、保護カバー２２は円筒状の伸縮性を有する素材であり、例えばジャバラ構造をもつカバーである。保護カバー２２は、２つの結合面３を露出させないように緩衝機構２の外周から覆うように設置され、２つの結合面３が分離する際に、加工屑とほこりなどの異物が加工ヘッドの光路内に侵入することを防ぐことができる。
また、保護カバー２２は、実施の形態７に係る加工ヘッドに設けられるワイヤーストッパ２１の機能を組み入れてもよい。この場合、保護カバー２２は固定部６ｂと分離部６ａにそれぞれ両端を固定するように設置され、２つの結合面３が分離する際には、伸びて２つの結合面３を覆う構造となり、分離部６ａの完全落下も防ぐことができる。
【００５２】
実施の形態８に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１から実施の形態６と同様な効果を奏する。さらに、緩衝機構に保護カバーが設けられることにより、２つの結合面３が分離しても、加工ヘッド光路内への異物侵入を防ぎ、保護カバーに分離部の落下防止機能を付加させることもできる。
【００５３】
実施の形態９
実施の形態９では、緩衝機構２の結合部材４に、図１７に示すような保護カバーと同じような円筒状の伸縮性をもつ結合カバー２３を用いる。実施の形態１から実施の形態６と同様に、通常動作時に２つの結合面３は結合カバー２３を用いる結合部材４による伸縮応力である結合力ｆ１で結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離し、分離部６ａが固定部６ｂから離れて衝突物から退避する構成となる。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
また、結合部材４に用いられた結合カバー２３は、第１結合面３ａと第２結合面３ｂとが分離した状態に伸びて第１結合面３ａと第２結合面３ｂとを覆う構造を有する保護カバーにすることができる。この場合、光路への異物侵入および分離部の落下防止機能も有する。すなわち、結合カバーの機能と保護カバーの機能を単一のカバーにて実現することができる。
【００５４】
実施の形態９に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１から実施の形態６と同様な効果を奏する。さらに、結合カバーを用いる結合部材により、光路への異物侵入および分離部の落下防止効果も奏する。
【００５５】
実施の形態１０
図１８に実施の形態１０に係る３次元レーザ加工機における一点指向型加工ヘッドのアーム部に設置されたワイヤーストッパ２１ｂと保護カバー２２が設けられた緩衝機構２の説明図を示す。図１８（ａ）は緩衝機構２の第２結合面３ｂに沿った断面図であり、図（ｂ）に示すＡ−Ａ線における断面を示す図である。図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示すＢ−Ｂ線における断面を示す図である。
実施の形態１０は実施の形態１から実施の形態６に係る３次元レーザ加工機の加工ヘッドに対して、さらに緩衝機構２に保護カバー２２およびワイヤーストッパ２１ｂが設けられる構成である。
【００５６】
まずは、実施の形態１０において、緩衝機構２の結合部材４に実施の形態１にて示した永久磁石を用いる例について説明する。
実施の形態１０の緩衝機構２において、第１結合面３ａおよび第２結合面３ｂは、それぞれ第２光軸１２を取り囲むリング状に構成されている。結合部材４は永久磁石を用いる。具体的に、第１結合部３１に結合用の永久磁石４ｉ（図示せず）、と４ｊ（図示せず）、４ｋが設けられ、それぞれに対応して第２結合部３２に結合用の永久磁石または磁性体である４ｌ、４ｍ、４ｎが設けられる。永久磁石から作用する磁力である結合力ｆ１により２つの結合面３を結合させる。第１結合面３ａと第２結合面３ｂは、通常動作時に結合用の永久磁石４ｉ、４ｊ、と４ｋ、およびそれぞれ対応する永久磁石または磁性体である４ｌ、４ｍと４ｎから作用する磁力である結合力ｆ１により結合された状態で動作する。加工ヘッドの先端部１１ａに衝突力Ｆが作用すると、２つの結合面３が分離する。ここで、第２結合面３ｂの垂直方向３ｃに作用する衝突力の分力ｆ２が結合力ｆ１より小さい。
【００５７】
次に、緩衝機構２に設置された衝突検知センサ１６ｂについて述べる。
衝突検知センサ１６ｂは緩衝機構２の第２結合面３ｂに設置されている。衝突検知センサは、複数個設置されても良い。衝突検知センサ１６ｂは異常を検出すると、図８に示すように、制御部２０５へ通知し、制御部２０５は加工ヘッド２０１の動作を停止させると共に、レーザ光１を遮断する。さらに、衝突検知センサ１６ｂは分離検知センサの機能を持たせることができる。これにより、衝突検知センサ１６ｂは２つの結合面３の分離状態を検知して制御部２０５へ通知し、制御部２０５は緩衝機構２の復帰までレーザ照射を停止させるようにする。
【００５８】
次に、緩衝機構２に設置された保護カバー２２およびワイヤーストッパ２１ｂについて述べる。
図１８に示すように、緩衝機構２の外側は実施の形態８にて示す保護カバー２２が設けられている。保護カバー２２は円筒状の伸縮性を有する素材であり、例えばジャバラ構造をもつカバーである。保護カバー２２は第１結合面３ａと第２結合面３ｂとを露出させないよう緩衝機構２の外周から覆うように設置されている。第１結合面３ａと第２結合面３ｂとが分離した状態においては伸びて緩衝機構２を覆い、加工屑とほこりなどの異物が加工ヘッドの光路内に侵入することを防ぐ。
【００５９】
また、保護カバー２２の外側には金属製のワイヤーストッパ２１ｂが設置されている。ワイヤーストッパ２１ｂは，実施の形態７に示すワイヤーストッパ２１と同じ機能を有する。ワイヤーストッパ２１ｂは両端が固定部６ｂと分離部６ａにそれぞれ固定され、固定部６ｂと分離部６ａをつなぐように設置されている。
【００６０】
図１８（ｂ）に示すように、ワイヤーストッパ２１ｂは、ワイヤ部２１ｄと、ワイヤ部２１ｄの両端に取り付けられたワイヤ係止部２１ｃと、ワイヤ部２１ｄのワイヤ径より大きくワイヤ係止部２１ｃの外径より小さい穴の開いたホルダ２１ｅとを有する。
ホルダ２１ｅは固定部６ｂと分離部６ａにそれぞれ固定されており、ワイヤ部２１ｄはホルダ２１ｅに保持されている。ワイヤ係止部２１ｃは、例えばホルダ２１ｅの穴径より直径が大きい球状の部材である。ワイヤ部２１ｄは、第１結合面３ａと第２結合面３ｂとが結合している間は所定の分量だけ緩ませている。分離部６ａが固定部６ｂから分離する際には，ワイヤーストッパ２１ｂのワイヤ部２１ｄが延びるが、ワイヤ係止部２１ｃがホルダ２１ｅの穴に引っ掛かり，分離部６ａが完全に落下することを防ぐ。
【００６１】
ここで、ワイヤ部２１ｄはホルダ２１ｅにより保持されるため、保護カバー２２の設置に影響せず、ワイヤーストッパ２１ｂと保護カバー２２が併用できる。
図１８（ａ）に示すように、実施の形態１０において、緩衝機構２の外周に沿ってワイヤーストッパ２１ｂは複数個設置されている。異なる方向からの衝突に対応でき、分離部６ａが落下することを防ぐことができる。
【００６２】
実施の形態１０に係る加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いる３次元レーザ加工機によれば、実施の形態１から実施の形態６と同様な効果を奏する。
さらに、緩衝機構に保護カバーおよびワイヤーストッパが設けられることにより、２つの結合面３が分離しても、加工ヘッド光路内への異物侵入を防ぎ、分離部の完全落下を防ぐことができる。加工ヘッド及びワークの損傷リスクを更に低減できる。
【００６３】
なお、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  レーザ光、２  緩衝機構、３  ２つの結合面、３ａ  第１結合面、３ｂ  第２結合面、  ３ｃ  第２結合面の垂直方向、３ｄ  第２結合面の平行方向、３ｅ、３ｆ  結合面支点、４  結合部材、６ａ  分離部、６ｂ  固定部、９  コイルばね、１０  アーム部、１１  第１光軸、１１ａ  先端部、１２  第２光軸、１３  第３光軸、１４  第４光軸、１５  第５光軸、１６ａ、１６ｂ、１６ｄ、１６ｅ  衝突検知センサ、１６ｃ  分離検知センサ、２１、２１ｂ  ワイヤーストッパ、２２  保護カバー、２３  結合カバー、３１  第１結合部、３２  第２結合部、１００  ３次元レーザ加工機、１０１  加工ヘッド、１０２  レーザ発振器、１０３  駆動部、１０４  ワーク、１０５  制御部、１１０  先端ノズル、１２０  第１アーム部、１３０  第２アーム部、１４０  第３アーム部、１５０  入射部、２００ ３次元レーザ加工機、２０１  加工ヘッド、２０５  制御部
【図１】
2020246107.tif 000003
【図２】
2020246107.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020246107.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年7月1日(2021.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する先端部の指向を回転自在に支持する多軸構造をもつ加工ヘッドにおいて、
前記レーザ光を出射する方向と所定の角度をなすアーム部に緩衝機構を備え、
前記緩衝機構は、前記先端部寄りに設けられた第１結合面を有する第１結合部と、
前記第１結合面と対向する第２結合面とを有する第２結合部と、
前記第１結合面および前記第２結合面を結合する結合部材とを有し、
前記先端部が衝突された場合、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離することにより、前記先端部から前記第１結合面までの分離部が前記第２結合面側のアーム部である固定部から分離することを特徴とする加工ヘッド。
【請求項２】
前記加工ヘッドにおいて、
前記アーム部は、前記先端部を有する先端ノズルと連接し、前記レーザ光を出射する方向と所定の角度をなす第１アーム部、第２アーム部および第３アーム部を備え、
前記緩衝機構は、前記アーム部内であって、前記先端ノズルに最も近い前記第１アーム部に設置されることを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項３】
前記加工ヘッドにおいて、
前記先端部を有する先端ノズルに第１光軸を有し、
前記アーム部は、前記先端ノズルと連接し、第２光軸，第３光軸，第４光軸をそれぞれ有する第１アーム部、第２アーム部および第３アーム部を備え、
前記緩衝機構は、前記アーム部内であって、前記第１光軸に最も近い光軸である前記第２光軸を有する前記第１アーム部に設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工ヘッド。
【請求項４】
前記第１結合面と前記第２結合面とは、前記結合部材から作用する結合力ｆ１により結合され、
前記第２結合面の垂直方向に作用する衝突された衝突力の分力ｆ２が前記結合力ｆ１より小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項５】
前記結合部材は、永久磁石を含み、前記永久磁石から作用する磁力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項６】
前記結合部材は、永久磁石と磁性体を含み、前記永久磁石と前記磁性体間に作用する磁力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項７】
前記結合部材は、電磁石を含み、前記電磁石から作用する電磁力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項８】
前記結合部材は、永久磁石および電磁石を含み、前記永久磁石から作用する磁力および前記電磁石から作用する電極力の合計力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させるものであり、前記永久磁石は停電状態においても前記第１結合面と前記第２結合面との結合が保持される最小結合力である磁力を持つことを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項９】
前記結合部材は、真空吸着部を有し、前記真空吸着部から作用する真空吸着力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１０】
前記結合部材は、塑性変形部材を含み、前記塑性変形部材から作用する降伏応力である結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１１】
前記結合部材は、弾性変形部材を含み、前記弾性変形部材から作用する弾性力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１２】
前記緩衝機構は、前記第１結合面と前記第２結合面とを覆うように両端がそれぞれ前記分離部と前記固定部とに固定され、伸縮性を有する結合カバーを含み、
前記結合カバーは、伸縮応力である前記結合力ｆ１により前記第１結合面と前記第２結合面とを結合させることを特徴とする請求項４に記載の加工ヘッド。
【請求項１３】
前記結合カバーは、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した状態に伸びて前記第１結合面と前記第２結合面とを覆う構造を有する保護カバーでもあることを特徴とする請求項１２に記載の加工ヘッド。
【請求項１４】
前記緩衝機構は、前記第１結合面と前記第２結合面とを覆うように設置された保護カバーを更に備え、
前記保護カバーは前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した状態に前記第１結合面と前記第２結合面とを外周から覆う構造を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項１５】
前記緩衝機構は、両端がそれぞれ前記固定部と前記分離部とに保持され、前記第１結合面と前記第２結合面とが分離した際にも前記分離部と固定部とをつなぐワイヤーストッパを更に備える請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【請求項１６】
前記ワイヤーストッパは、
ワイヤ部と
前記ワイヤ部の両端に取り付けられたワイヤ係止部と、
前記固定部と前記分離部にそれぞれ固定され、前記ワイヤ部のワイヤ径より大きく前記ワイヤ係止部の外径より小さい穴の開いたホルダとを有し、
前記ワイヤ部は、前記ホルダに保持されていることを特徴とする請求項１５に記載の加工ヘッド。
【請求項１７】
レーザ光を加工物に照射する請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに対して出射する前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記加工ヘッドを駆動する駆動部と、
前記レーザ光のエネルギーを制御するとともに、前記加工ヘッドおよび前記駆動部を制御する制御部と、
を備える３次元レーザ加工機。
【請求項１８】
前記加工ヘッドに衝突検知センサが設けられ、
前記衝突検知センサが衝突したことを検知した場合、前記制御部は前記レーザ光の出射および前記加工ヘッドの駆動を停止させることを特徴とする請求項１７に記載の３次元レーザ加工機。
【請求項１９】
前記加工ヘッドに分離検知センサが設けられ、
前記分離検知センサが前記第１結合面と前記第２結合面とが分離することを検知した場合、前記制御部は前記レーザ光の出射および前記加工ヘッドの駆動を停止させることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の３次元レーザ加工機。
【請求項２０】
前記分離検知センサとは、衝突したこと検知する衝突検知センサと同じセンサを使用することを特徴とする請求項１９に記載の３次元レーザ加工機。
【国際調査報告】
2020246107.tif 000021
2020246107.tif 000022
2020246107.tif 000023
2020246107.tif 000024
2020246107.tif 000025