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    公开号:WO1992016333A1
    申请号:PCT/JP1992/000281
    申请日:1992-03-09
    公开日:1992-10-01
    发明作者:Yukio Uchino；Konrad Popp
    申请人:Amada Company Limited；
    IPC主号:B23K26-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] レーザ加工へッ ド装置
    [0003] 技術分野
    [0004] この発明は、 レーザ加工機でワークに切断加工などを行う際にヮ ークにレーザ光を照射する新規なレーザ加工へッ ド装置に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] 従来、 3次元形状 （立体形状） のワークをレーザ加工機で切断加 ェなどを行なう場合には、 3次元加工用のレーザ加工へッ ド装置が 使用されている。 このレーザ加工へッ ド装置と しては、 上下方向 ( Z軸方向） へ移動自在な Z軸移動体と、 この Z軸移動体の軸心回 り （A軸方向） に回動自在な A軸回転体と、 この A軸回転体に直交 する軸回り （ B軸方向） に回動自在かつ下端部にノズルを支承した B軸回転体とで構成されている。
    [0007] そして、 Z軸移動体の駆動機構と しての、 Z軸モータの出力は 1 対のかさ歯車で減速されビニオンに伝達される。 このビニオンの回 転はラ ックの上下直線運動に変換されると共に、 ラ ッ クは Z軸移動 体に固定されているため、 Z軸移動体はリニアモーショ ンガイ ドに ガイ ドされながら Z軸方向へ移動される。
    [0008] また、 A軸回転体の駆動機構と しての、 A軸モータは前記 Z軸移 動体に固定されており、 A軸モータに取付けたビニオンから A軸回 転体に取付けた平歯車に伝達されて A軸回転体は Z軸移動体の軸心 回りに回動される。
    [0009] さ らに、 B軸回転体の駆動機構と しての、 B軸モータは A軸回転 体に固定され、 しかも B軸モータの出力は B軸モータに取付けたビ 二オンから B軸回転体に取付けた平歯車に伝達され、 B軸回転体は B軸方向に回動される。
    [0010] ところで、 上述した従来のレーザ加工へッ ド装置における Z軸移 動体を Z軸方向へ移動させるために 3対の歯車によって動力伝達さ れ、 それぞれ複雑なバックラ ッ シュ解消機構が必姜であり組立、 保 守が困難である。 また、 Z軸移動体が重いため、 スプリ ングなどの バランサを Z軸移動体に設けなければならない。
    [0011] A軸回転体を回動せしめるために、 平歯車とピニオンとのバック ラッ シュをなくすため、 平歯車は厚さ方向で 2枚に分割されており、 2枚の位相を微かにずらすことでビニオンの歯を挾んでいる。 しか も、 A軸回転体内にレーザ光を通過せしめる筒状体が設けられてい る。 そのため構造が複雑であり、 組立作業が難かしい。
    [0012] また、 B軸回転体を回動せしめるために、 A軸回転体と同様のバ ックラッ シュ解消機構を必要とすると共に、 B軸回転体がワークと 接触する恐れもある。 しかも、 平歯車は構造上、 防塵対策が出来な いので鑌びたり、 レーザ加工によるスパッタなどが付着したりする とともに、 B軸モータのケーブルが中継するためのスリ ッブリ ング が必要となり高価でもある。
    [0013] この発明の目的は、 上記問題点を改善するため、 A軸回転体をレ 一ザ光を通過せしめる保護と回転軸を兼ねるようにし、 全体の構造 と してシンブルにかつコンパク 卜化し、 軽量化を図ったレーザ加工 へッ ド装置を提供することにある。
    [0014] 発明の開示
    [0015] 上記目的を達成するために、 この発明は、 レーザ加工機における レーザ加工へッ ドを上下動自在かつ垂直軸心回りに回動自在に設け てなるレーザ加工へッ ド装置にして、 下端部にレーザノズルを支承 したノズル支持杆をレーザ光が通過自在なパイブ状に形成すると共 に、 上記ノズル支持杆をレーザ加工機のフレームに上下動自在に支 承して設け、 上記ノズル支持杆を軸心回りに回動自在に設け、 ノズ ル支持杆をレーザ光の保護管と回転軸とを兼用してなることを特徵 とするレーザ加工へッ ド装置である。
    [0016] 前記レーザ加工へッ ド装置において、 前記ノズル支持杆がパイブ 状のボールねじスプライ ン軸よりなり、 このスプライ ン軸は、 レー ザ加工機の前記フレームに設けられたボールねじナツ ト部およびボ 一ルスブライ ンナツ ト部に上下動自在に案内支承されているこ とを 特徴とするものである。
    [0017] また、 この発明は、 レーザ加工機におけるフ レームに回転自在か つ固定自在に支承されたボールねじナツ トとボ一ルスブライ ンナツ トとを上下に離隔して設けると共に、 上記両ナツ トにボールねじス ブライ ン軸を上下動かつ回転自在に嵌入支持して設け、 上記ボール ねじスブライ ン軸の下端部に設けたレーザノズルを、 ボールねじス ブライ ン軸と直交する方向の軸心回りに回転自在に支承して設け、 上記レーザノズルを回転するためのシャ フ トをレーザ光が通過自在 なパイブ状に形成すると共に、 前記ボールねじスプライ ン軸内に回 動自在に設けてなることを特徴とするレーザ加工へッ ド装置である。
    [0018] この発明のレーザ加工へッ ド装置を採用することにより、 下端部 にレーザノズルを支承したノズル支持杆がレーザ光を通過自在にパ イブ状に形成され、 かつ軸心回りに回動自在に設けられているこ と により、 ノズル支持杆はレーザ光の保護管と回転軸の兼用をなすた め、 シンブルとなる。 また、 ノズル支持杆自体の上下動並びに回動 の構造がコンパク ト化されると共に軽量化される。
    [0019] 図面の簡単な説明
    [0020] 図 1 は、 この発明の第 1実施例を示すレーザ加工へッ ド装置の 縦断面図。
    [0021] 図 2は、 この発明の第 2実施例を示すレーザ加工装置の斜視図。 図 3は、 図 2の装置の縦断面図。
    [0022] 発明を実施するための最良の形態
    [0023] 以下、 この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
    [0024] まず、 この発明の第 1実施例が図 1 に示されている。 図 1 におい て、 X軸キヤ レツ ジ 1が、 Y軸方向 （紙面に対して直交した方向） に延伸して設けられている。 この X軸キヤ レツ ジ 1 は、 X軸方向 (図 1 において左右方向） へ移動自在に、 図示省略のレーザ加工機 の例えば X軸フ レームに取り付けられている。 前記 X軸キヤ レツ ジ 1 には 2本の Y軸方向に平行に延伸したガイ ドレール 3が敷設されており、 このガイ ドレール 3にはガイ ド部材 5を介して Y軸方向へ移動自在な Y軸移動体 7が設けられている。 この Y軸移動体 7にはレーザ加工へッ ド装置 9が設けられている。 すなわち、 レーザ加工ヘッ ド装置 9のうちのレーザ支持杆と して の Z軸移動体を兼ねた A軸移動体 1 1は、 上下方向 （ Z軸方向） へ 延伸し、 相対的に回転自在に重ねて設けられた 2本のパイブ 1 1 a、 1 1 bから構成される 2重構造体である。 しかも、 この A軸移動体 1 1は前記 Y軸移動体 7に複数のボールブッ シュとュニッ ト化した ニー ドルベアリ ング 1 3を介して上下動自在かつ回動自在に案内さ れ O o
    [0025] 前記 A軸移動体 1 1の上端部にはベン ドミ ラー 1 5を備えたベン ドミ ラー装置 1 7が支持ブラケッ ト 1 9に取付けられている。 また、 A軸移動体 1 1の内側パイブ l i bはこのブラケッ ト 1 9に固定さ れている。 この支持ブラケッ ト 1 9の図 1において右側部 1 9 Rに は、 軸受 2 1を介して上下方向へ延伸したボールねじ 2 3の上端部 が回転自在に支承されている。 このボールねじ 2 3の下部は前記 Y 軸移動体 7に軸受 2 5を介して回転自在に支承されている。
    [0026] 前記ボールねじ 2 3の下端部にはブーリ 2 7が装着されており、 このプーリ 2 7には図示省略のタイ ミ ングベルト， プーリを介して Z軸用駆動モータが連動連結されている。 このボールねじ 2 3の上 部側にはナツ 卜部材 2 9が嫘合されており、 このナツ ト部材 2 9に は前記 A軸移動体 1 1 に複数のベアリ ング 3 1を介して支承された 支持フレーム 3 3の図 1 において右部が固定されて'いる。
    [0027] また、 この支持フ レーム 3 3の上部において、 前記 A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aにプーリ 3 5が嵌着されていると共に、 前記 支持フレーム 3 3の図 1 において右端部には A軸用駆動モータ 3 7 が取付けられている。 この A軸用駆動モータ 3 7の出力軸には駆動 ブ一リ 3 9が固定されており、 この駆動ブーリ 3 9 と前記プーリ 3 5 とにはタイ ミ ングベルト 4 1が巻回されている。
    [0028] 上記構成により、 図示省略の Z軸用駆動モータを駆動せしめると、 プーリ， タイ ミ ングベルトおよびプーリ 2 7を介してボールねじ 2 3が回転される。 このボールねじ 2 3が回転されることにり、 ナツ ト部材 2 9， 支持フ レーム 3 3を介して A軸移動体 1 1が上下動さ れることになる。 また、 A軸駆動用モータ 3 7を駆動せしめると、 駆動ブーリ 3 9 , タイ ミ ングベルト 4 1およびブ一リ 3 5を介して A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aが内側パイブ 1 1 bの回りを軸 心回りすなわち A軸方向に所定角だけ回動されることになる。
    [0029] 前記 A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aの下端部にはレーザノズ ル 4 3を装着した B軸移動体 4 5が設けられており、 この B軸移動 体 4 5内にはベン ドミ ラ一 4 7 , 4 9が備えられている。 この B軸 移動体 4 5を回動するために、 前記 A軸移動体 1 1の下部には B軸 用駆動モータ 5 1が取付けられていて、 例えば複数のギヤを介して A軸移動体 1 1 と直交した方向である B軸方向へ回動されることに なる。
    [0030] 而して、 レーザ光 L Bはベン ドミ ラ一 1 5で折曲げられて A軸移 動体 1 1 のパイブ内を通過し、 B軸移動体 4 5内に備えられたベン ドミ ラー 4 7， 4 9を経てレーザノズル 4 3から下方へ照射されて 図示省略のワークにレーザ加工が行なわれることになる。 そ してヮ ークが 3次元形状 （立体形状） の場合には、 A軸移動体 1 1を上下 動させるだけでなく 、 A軸移動体 1 1および B軸移動体 4 5をそれ ぞれ A軸， B軸方向へ回動せしめることによつて容易にレーザ加工 を行なう こ とができる。
    [0031] また、 A軸移動体 1 1がレーザ光 L Bの保護管と A軸方向の回動 を行なう際の回転軸を兼用しているため、 レーザ加工へッ ド装置 9 を軽量化させるこ とができると共に従来に比べてコ ンパク ト化させ ることができる。
    [0032] 次に、 この発明の第 2実施例が図 2および図 3に示されている。 図 2および図 3に示されているように Y軸方向 （図 2において左右 方向， 図 3において紙面に対して直交する方向） に延伸した X軸キ ャ レツ ジ 5 3が設けられており、 この X軸キヤ レツ ジ 5 3は例えば 図示省略の X軸フレームに対して X軸方向 （図 3において左右方向） へ移動するようになつている。
    [0033] 前記 X軸キヤ レツ ジ 5 3には 2本の平行なガイ ドレール 5 5が敷 設されており、 このガイ ドレール 5 5にはガイ ド部材 5 7を介して Y軸方向へ移動自在な Y軸移動体 5 9が設けられている。 この Y軸 移動体 5 9にはレーザ加工へッ ド装置 6 1が設けらている。
    [0034] すなわち、 レーザ加工ヘッ ド装置 6 1のうちのレーザ支持杆と し てのボールねじスプライ ン軸 6 3が中空形状に形成されていて、 し かも上下方向 （ Z軸方向） に設けられている。 このボールねじスブ ライ ン軸 6 3の外周軸には螺旋状のボールねじ溝 6 3 Aと上下方向 へボールスプライ ン溝 6 3 Bとが形成されている。
    [0035] このボールねじ溝 6 3 Aにはボールねじナッ ト 6 5が螺合されて いると共に、 ボールスブライ ン溝 6 3 Bにはボールスブライ ンナツ ト 6 7が係合されている。 また、 前記ボールねじスプライ ン軸 6 3 の下部には A軸回転体 6 9が取付けられている。
    [0036] 前記 Y軸移動体 5 9上には Z軸ベース 7 1がー体的に設けられて いると共に、 Y軸移動体 5 9 と Z軸ベース 7 1 との間には Z軸モ一 タベース 7 3が設けられている。 この Z軸モータベース 7 3には Z 軸用駆動モータ 7 5が設けられており、 この Z軸用駆動モータ 7 5 の出力軸には駆動ブーリ Ί 7が嵌着されている。 また、 前記ボール ねじナツ ト 6 5の外周にはブーリ 7 9が取付けられていて、 このブ ーリ 7 9 と前記駆動ブーリ 7 7 とには夕イ ミ ングベルト 8 1が巻回 されている。
    [0037] 前記 Y軸移動体 5 9には A軸用駆動モータ 8 3が設けられており、 この A軸用駆動モータ 8 3の出力軸には駆動プーリ 8 5が嵌着され ている。 また、 ボールスプライ ンナッ ト 6 7の外周にはプーリ 8 7 が取付けられていて、 このブー リ 8 7 と前記駆動ブー リ 8 5 とには タイ ミ ングベルト 8 9が巻回されている。
    [0038] 前記 Z軸ベース 7 1の上部にはベン ドミ ラー 9 1を備えたベン ド ミ ラ一装置 9 3が設けられており、 このベン ドミ ラ一装置 9 3の図 3において右側にはレーザ光 L Bを通過せしめるためのパイブ状の X軸方向へ延伸したレーザ管 9 5が接続されている。
    [0039] 前記ボールねじスプライ ン軸 6 3の上部における外周部には複数 のベアリ ングを介して B軸モータベース 9 7が支承されており、 ま た前記 Z軸ベース Ί 1 には Z軸方向へ延伸したガイ ドバー 9 9が設 けられている。 このガイ ドバー 9 9によつて案内される一対のガイ ドローラ 1 0 1が前記 B軸モータベース 9 7に回転自在に支承され ている。
    [0040] 前記ボールねじスプライ ン軸 6 3の内周にはパイブ形状の Z軸方 向へ延伸した B軸シャフ ト 1 0 3が設けられており、 この B軸シャ フ ト 1 0 3の上端部における外周にはブーリ 1 0 5が嵌着され、 し かもボールねじスプライ ン軸 6 3の上端部に取付けられている。 ま た、 前記 B軸モータベース 9 7の図 3において右側には B軸用駆動 モータ 1 0 7が設けられており、 この B軸用駆動モータ 1 0 7の出 力軸には駆動ブーリ 1 0 9が嵌着されている。 この駆動ブ一 リ 1 0 9 と前記ブーリ 1 0 5 とにはタイ ミ ングベル ト 1 1 1が巻回されて いる。
    [0041] 前記 B軸シャフ ト 1 0 3の下端部には、 ベベルギヤ 1 1 3が取付 けられており、 このべベルギヤ 1 1 3には別のベベルギヤ 1 1 5力 啮合されている。 このべベルギヤ 1 1 5は B軸回転体 1 1 7内に備 えられている。 しかも、 この B軸回転体 1 1 7の下端部にはレーザ ノズル 1 1 9が装着されている。
    [0042] また、 前記 A軸回転体 6 9および B軸回転体 1 1 7にはレーザ光 L Bを曲げるためのベン ドミ ラー 1 2 1， 1 2 3を備えたベン ドミ ラー装置 1 2 5， 1 2 7が設けられている。 上記構成により、 Z軸用駆動モータ 7 5を駆動せしめると、 出力 軸， プーリ 7 7 , タイ ミ ングベルト 8 1 , プーリ 7 9を介してボ一 ルねじナツ ト 6 5が回転される。 このボールねじナッ ト 6 5が回転 されることにより、 ボールねじスプライ ン軸 6 3 , A軸回転体 6 9 および B軸回転体 1 1 7が上下動することにより、 レーザノズル 1 1 9が上下動されることになる。 なお、 上下動される際には、 ガイ ドバ一 9 9に挾まれた一対のガイ ドローラ 1 0 1 とボールねじスブ ライ ン軸 6 3によってガイ ドされてスムーズに上下動されることに なる。
    [0043] A軸回転体 6 9をボールねじスプライ ン軸 6 3の軸心回りである A軸方向に回動させる場合には、 A軸用駆動モータ 8 3を駆動せし めると、 出力軸， 駆動ブーリ 8 5， タイ ミ ングベルト 8 9 , プーリ 8 7を介してボールスブライ ンナツ ト 6 7が回転される。 このボー ルスプライ ンナッ ト 6 7が回転することにより、 ポールねじスブラ イ ン軸 6 3が回転する。 しかも、 このボールねじスプライ ン軸 6 3 は A軸回転体 6 9に固定されているため、 A軸回転体 6 9が A軸方 向に回動されることになる。 このとき、 B軸回転体 1 1 7は A軸回 転体 6 9に回転自在に取付けられているため、 一緒に A軸方向に回 動 sれる。
    [0044] また、 このとき、 ボールねじスプライ ン軸 6 3は上下運動も行な われるため、 例えば前記ボールねじスブライ ン軸 6 3が上昇又は下 降するのをキャ ンセルするように、 Z軸用駆動モータ 7 5を適宜に 回転せしめてボールねじナツ ト 6 5を回転せしめてボールねじスブ ライ ン軸 6 3が上下動しないようにする。
    [0045] —方、 B軸回転体 1 1 7は垂直面上での旋回運動を行なおう とす るため、 B軸用駆動モータ 1 0 7を適宜方向へ駆動させることによ りその動作がキャ ンセルされることになる。
    [0046] B軸回転体 1 1 7を B軸方向へ回動させる場合には、 B軸用駆動 モータ 1 0 7を駆動せしめると、 出力軸， 駆動ブーリ 1 0 9， タイ ミ ングベル 1 1 1 , プーリ 1 0 5を介して B軸シャ フ ト 1 0 3が回 転される。 この B軸シャ フ ト 1 0 3が回転するこ とにより、 ベベル ギヤ 1 1 3 , 1 1 5を介して B軸回転体 1 1 7が B軸方向に回動さ れることになる。 なお、 Z軸べ一ス 7 1 に固定されたガイ ドバー 9 9 と、 B軸モータベース 9 7に固定された一対のガイ ドローラ 1 0 1が B軸モータベース 9 7の回り止めと Z軸方向のガイ ドの役目を 果している。
    [0047] また、 レーザ光 L Bはレーザ管 9 5内を通ってベン ト ミ ラー 9 1 で曲げられ、 ボールねじスプライ ン軸 6 3の内面に設けられた B軸 シャフ ト 1 0 3内を通って、 ベン ド ミ ラー 1 2 1， 1 2 3で曲げら れてレーザノズル 1 1 9から下方へ照射されて、 図示省略のワーク にレーザ加工が行なわれる。
    [0048] 図示省略のワークが 3次元形状 （立体形状） の場合には Z軸方向 だけでなく 、 A軸， B軸回転体 6 9 , 1 1 7を A軸， B軸方向に回 動されるこ とにより容易に行なわれる。
    [0049] このように、 レーザノズル支持杆と してのボールねじスブライ ン 軸 6 3がパイブ形状となっているため、 レーザ光 L Bの保護管と A 軸回転体 6 9が A軸方向に回動する際の回転軸の役目を果しており、 レーザ加工へッ ド装置 6 1 自体を軽量化させることができると共に、 従来に比べてコンパク ト化させることができる。
    [0050] また、 このような構造とするこ とにより、 Z軸移動重量の軽減， 駆動， ガイ ド機構の合理化が図られると共に、 レーザ加工ヘッ ド装 置 6 1のまわりに突起物がないからワークへの接近性がよく なる。 またモータ用ケーブル中継用ス リ ッブリ ングが廃止される。
    [0051] さ らに、 ボールねじスプライ ン軸 6 3， ボールねじナッ ト 6 5， ボールスプライ ンナツ ト 6 7を採用して Z軸方向の移動を行なって いるため、 駆動系がシンブルになると共に、 高速で正確に移動させ るこ とができる。
    [0052] なお、 この発明は、 前述した実施例に限定させるこ となく 、 適宜 の変更を行なうことにより、 その他の態様で実施し得るものである t 本実施例では各軸モータ出力の伝達にブ一リ， タイ ミ ングベルトを 使用しているが、 それ以外の平歯車， チヱンなどの伝達機構でもよ い。 また、 B軸モータを軸回転体に固定したものも考えられる。
    [0053] 産業上の利用可能性
    [0054] 本発明のレーザ加工へッ ド装置は、 従来のものに比べて、 構造が シンプル化され、 かつ装置自体も軽量化かつコンパク ト化されると いう利点をもつてレーザ加工機に利用される。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    【請求項 1】 レーザ加工機におけるレーザ加工へッ ドを上下 動自在かつ垂直軸心回りに回動自在に設けてなる レーザ加工へッ ド 装置 （9、 6 1 ) にして、 下端部にレーザノズル （ 4 3、 1 1 9 ) を支承したノズル支持杆 （1 1、 6 3) をレーザ光 （L B) が通過 自在なパイブ状に形成すると共に、 前記ノズル支持杆 （ 1 1、 6 3) をレーザ加工機のフ レームに上下動自在に支承して設け、 前記ノズ ル支持杆を軸心回りに回動自在に設け、 前記ノズル支持杆を前記レ —ザ光の保護管と回転軸とを兼用してなることを特徵とするレーザ 加工へッ ド装置。
    【請求項 2】 請求項 1記載のレーザ加工へッ ド装置であって、 前記ノズル支持杆がパイブ状のボールねじスプライ ン軸 （6 3) よ りなり、 前記ボールねじスプライ ン軸 （63) は、 レーザ加工機の 前記フ レームに設けたボールねじナツ ト部 （65) およびボ一ルス ブライ ンナツ ト部 （6 7) に上下動自在に案内支承されているこ と を特徵とするもの。
    【請求項 3】 レーザ加工機におけるフレームに回転自在かつ 固定自在に支承されたボールねじナッ ト （65) とボールスブライ ンナッ ト （67) とを上下に離隔して設けると共に、 前記両ナツ ト (65、 6 7) にボールねじスプライ ン軸 （6 3) を上下動かつ回 転自在に嵌入支持して設け、 前記ボールねじスプライ ン軸の下端部 に設けたレーザノズル （ 1 1 9) を、 ボールねじスプライ ン軸と直 交する方向の軸心回りに回転自在に支承して設け、 莉記レーザノズ ルを回転するためのシャ フ ト （ 1 03) をレーザ光が通過自在なパ イブ状に形成すると共に、 前記ボールねじスプライ ン軸内に回動自 在に設けてなることを特徴とするレーザ加工へッ ド装置 （ 6 1 ) 。
    类似技术:
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    JP3157847B2|2001-04-16|
    EP0598901B1|1997-06-18|
    DE69220494T2|1997-10-16|
    EP0598901A4|1993-07-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-10-01| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1992-10-01| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU MC NL SE |
    1992-11-11| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1992905787 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP04673091A|JP3157847B2|1991-03-12|1991-03-12|レーザ加工ヘッド装置|
    JP3/46730||1991-03-12||DE69220494T| DE69220494T2|1991-03-12|1992-03-09|Laserbearbeitungskopfvorrichtung|
    US07/946,345| US5374804A|1991-03-12|1992-03-09|Laser head device|
    EP92905787A| EP0598901B1|1991-03-12|1992-03-09|Laser machining head device|
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