JP2000061669A - レーザ加工装置およびその加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワーク加工面の凹凸や傾きに追従させ、ワーク
加工面を押圧しつつレーザ光によりワークの切断、溶接
等の倣い加工を精密に精度よく行なうレーザ加工装置お
よびその加工方法を提供する。 【解決手段】レーザ加工装置１０はレーザ発振器１５か
ら出力されたレーザ光Ｌを集光して照射し、ワークＷの
切断や溶接等の加工を行なうレーザ加工光学系１７を備
える。このレーザ加工光学系１７を備えたレーザ加工ヘ
ッド１１は、レーザ光が案内される固定ユニット１２
と、集光光学系３７を内蔵した可動ユニット１３と、上
記固定ユニット１２と可動ユニット１３の間に設けられ
た弾性保持手段１４とを有する。可動ユニット１３は弾
性保持手段１４によりワーク加工面の凹凸や傾きに追従
する接触式ワーク倣い機構１３を構成している。このワ
ーク倣い機構１３により、集光光学系３７からワーク加
工位置までの距離が常時略一定に保持されてレーザ光Ｌ
によるワークの倣い加工が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光を用いてワ
ークの切断や溶接等の加工を行なうレーザ加工装置およ
び加工方法に係り、特にプレート状ワークの平面切断、
ワークの重ね切断あるいは溶接、さらにワークの三次元
切断あるいは溶接に好適に適用されるレーザ加工装置お
よび加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いて加工物や試料等のワー
クを切断したり、溶接するレーザ加工装置には、光学系
あるいは電気式の倣い装置が備えられている。この倣い
装置は、静電容量型センサや電気的距離センサによりワ
ークの加工面高さの変化を測定し、この測定結果をレー
ザ加工光学系にフィードバックさせてレーザ加工光学系
から出射されるレーザ光をワーク加工面上に焦点位置を
合せてレーザ加工を電気的に非接触で行なうようになっ
ている。

【０００３】このレーザ加工装置によるレーザ加工は非
接触で行なわれる。このため、薄板材料やプレス成形材
料をワークに選択し、このプレート状ワークを重ねてレ
ーザ光による切断や溶接を行なうと、重ねられたワーク
間にギャップが発生し、このギャップの存在により、精
密な切断あるいは溶接を行なうことが困難であった。

【０００４】一方、レーザ加工装置によるレーザ加工時
には、アシストガスとして不活性ガスが使用され、この
不活性ガスがレーザ光の照射位置に吹き出される。この
レーザ光によるワーク切断や溶接時にはワーク加工表面
にプラズマ光が発生し、加工中に発生するプラズマ光に
よるノイズを光学的センサや電気的センサが拾ってしま
うために、ワーク加工面の高さ位置を正確に計測でき
ず、使用することが困難であった。

【０００５】光学的センサや電気的センサを備えた倣い
装置の使用が困難であることに着目し、レーザ加工装置
に機械的接触式の倣い装置を採用したレーザ加工装置が
開発されている。この種のレーザ加工装置としては実
願平４−２６６３６号（実開平５−８８７８０号）のマ
イクロフィルム、特開平９−２４８６８３号公報、
特開平６−１０６３７３号公報、特公平２−６２１１
４号公報および特開平２−５２１９１号公報に開示さ
れたものがある。

【０００６】実願平４−２６６３６号のマイクロフィル
ムに開示されたものは、レーザ加工光学系のレーザヘッ
ド部に片持梁状連結アームを備えた接触式倣い機構を設
け、この倣い機構にパイプの突合せシーム部に接触する
接触式ローラを備えたパイプのレーザ溶接装置である。

【０００７】このレーザ溶接装置は、溶接方向がパイプ
の長手方向一方向に限定される一方、レーザ加工ヘッド
部を弾力的に保持する弾性保持手段が備えられておら
ず、プレート状ワークの重ね合せ切断や溶接を精度よく
正確に行なうことが困難である。

【０００８】また、特開平９−２４８６８３号公報に開
示されたものは、レーザ加工ロボットに適用されるレー
ザ溶接装置を示すもので、このレーザ溶接装置は、大型
ワークの外側形状にレーザ加工ヘッドを追従させる接触
式ワーク倣い装置を設け、このワーク倣い装置にレーザ
加工ヘッドを案内させて、大型ワークの円弧状コーナ部
を溶接させたものである。

【０００９】しかしながら、このレーザ溶接装置も、大
型ワークのコーナ部を円弧状に一方向に溶接させるもの
で、大型ワークの外側形状に倣うレーザ加工ヘッドは、
板厚を一定と仮定し、板厚分の距離をオフセット量とし
て設定し、ワークコーナ部を溶接するものであり、ワー
クコーナ部以外の箇所の溶接には適さないものである。

【００１０】さらに、特開平６−１０６３７３号公報に
開示された倣い溶接機構は、倣いブロックの倣い曲面上
を転動するボールキャスタを有する接触式倣い機構を備
え、倣いブロックの倣い面に沿って一方向に接触式倣い
機構を倣わせることで、レーザ加工ヘッドを追従動作さ
せたものである。

【００１１】しかしながら、この倣い溶接機構は、接触
式倣い機構が倣いブロックに追従するもので、ワーク加
工面の凹凸に追従するものではなく、ワークを押圧しな
がら溶接する倣い機構のホルダの側方に併設されるもの
で、レーザ光がボールキャスタ間に照射される構造とな
っておらず、プレート状ワークの重ね合せ切断や溶接を
精度よく行うことができない。

【００１２】さらにまた、特公平２−６２１１４号公報
に開示されたレーザ加工装置は、ワークに接触しながら
ワーク加工面を倣う接触式倣いローラをレーザ加工ヘッ
ドの下部ユニットに設けたものである。

【００１３】しかしながら、このレーザ加工装置は、レ
ーザ加工ヘッドの上部ユニットに集光レンズを収容し、
上部ユニットと下部ユニットとの間にスプリングを介装
して相対変位可能な構成としたので、ワーク加工の凹凸
如何によって集光レンズから加工点までの距離が変動
し、ワークを精度よく、安定的に加工することが困難で
ある。

【００１４】また、特開平２−５２１９１号公報には、
接触式倣い制御装置がワークと接触する接触子およびハ
イトセンサ（距離センサ）を備え、ハイトセンサでワー
クの変位量を検出してモータ駆動制御を行ない、レーザ
加工ヘッドの高さ制御を行なうようにしたレーザ加工機
である。

【００１５】このレーザ加工機は、接触式倣い制御装置
によりレーザ加工ヘッドからのレーザ光の焦点をワーク
表面に形成してレーザ加工を行ない得るようになってい
るが、接触式倣い制御装置はワークに接触しているだけ
で、ワークを加工する構造となっていない。このため、
接触式倣い制御装置でワークを常時押圧しながら、レー
ザ加工を行なうことができず、レーザ光でワークを切断
したり、溶接するとき、レーザ加工精度を向上させるこ
とが困難である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
においては、プレート状ワークを重ね合せてレーザ加工
するとき、ワーク間に存在するギャップやワークの熱歪
み等が充分に考慮されておらず、レーザ光を用いてワー
クを精密に切断したり、溶接することが困難であり、加
工されたワークの品質向上が図れない問題があった。

【００１７】また、従来のレーザ加工装置は、ワークと
加工ノズルの間隔を一定に保つために、静電容量型セン
サや光三角測量法を用いた光学的センサが用いられてい
るが、ワークを溶接等のレーザ加工を行なうとワーク加
工表面に高輝度なプラズマが発生する。静電容量型セン
サの場合、ワークとセンサ部の電圧が発生プラズマの影
響により大きく変化する。このため、検出された電圧信
号をフィードバックさせてレーザ加工ヘッドの高さ制御
を行なうと、誤動作を起こす恐れがあった。

【００１８】さらに、光三角測量法を採用した光学的セ
ンサの場合には、加工中に発生するプラズマの波長領域
が広いため、センサ部に発生プラズマ光が入射し、誤動
作を起こす原因になっている。

【００１９】このため、レーザ加工装置をレーザ溶接や
不活性ガスを用いたレーザ切断に用いる場合、電気的セ
ンサや光学的センサを用いないでレーザ加工している
か、センサを用いないレーザ加工ではワークの形状如何
によっては、レーザ加工ノズルとワークの間隔が変化
し、正常なレーザ加工を精度よく精密に行なうことが困
難であった。

【００２０】特に、薄板等のプレート状ワークを連続的
にレーザ光で切断したり、レーザ溶接を行なう場合、加
工中に発生する熱歪みにより波立ち、当初の軌跡に対し
て時間とともにワーク加工面が変化してしまうことがあ
り、ワーク加工面を高さ方向に倣う何らかの接触式倣い
装置の出現が強く望まれている。

【００２１】また、レーザ溶接の場合、溶接部は溶接ビ
ードによる凹凸が若干発生するために、溶接ビードを接
触式ワーク倣い装置が倣うと、ワーク加工面の高さが直
接変化し、溶接誤差を生じさせる恐れがある。このた
め、接触式ワーク倣い装置の接触子は溶接ビード表面と
接触するのを回避させる必要がある。

【００２２】さらに、ワークがプレス成形材料品である
場合、プレス成形によるワーク変形が生じており、ワー
ク表面の平面度が低下している恐れがある。また、薄板
のワークを切断したり、重ね合せ溶接する場合、ワーク
が時間の経過に伴って変形するために、加工ノズルとワ
ーク加工面の距離が変化する恐れがある。このため、何
らかの押え手段によりワークを押さえてレーザ加工を行
なう必要がある。

【００２３】一方、プレート状ワークを２枚以上重ね切
断したり、溶接する場合、ワーク間のギャップを出来る
だけ小さく押さえる必要があり、レーザ切断や溶接を精
度よく正確に行なうためには、ワークを押え、ワーク間
のギャップを無くしながらレーザ加工を行なう必要があ
る。

【００２４】また、ワークは一次元の直線だけでなく、
二次元平面上で加工面が変化する場合、あるいは三次元
的に変化する場合が存在するが、ワーク加工面の変化に
追従し、対応できる接触式倣い機構が強く望まれてい
る。

【００２５】さらに、ワークをレーザ加工した後、ある
いはレーザ加工中に接触式ワーク倣い機構がワーク加工
面から外れた場合には、この外れ状態を検出してレーザ
加工を中断したり、中止させる必要がある。

【００２６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
てたもので、接触式ワーク倣い機構をワーク加工面の凹
凸又傾きに追従させ、ワーク加工面を押圧しつつレーザ
光によりワークの切断や溶接等の倣い加工を精密に精度
よく行なうことができるレーザ加工装置および加工方法
を提供することを目的とする。

【００２７】本発明の他の目的は、接触式ワーク倣い機
構をワーク加工面に機械的に接触させ、ワーク加工面を
押圧しつつ加工中に発生するプラズマの悪影響を受け
ず、品質の良いレーザ加工を安定的に行なうことができ
るレーザ加工装置および加工方法を提供することにあ
る。

【００２８】本発明の別の目的は、ワーク加工面を滑ら
かに倣いながらワークを傷つけることなく、切断条件あ
るいは溶接条件を一定に保ちつつ、レーザ光によるワー
クの切断（重ね切断）や溶接を安定的に精度よく行な
い、加工品質を向上させたレーザ加工装置および加工方
法を提供するにある。

【００２９】本発明のさらに他の目的は、プレート状ワ
ーク間のギャップや熱歪みによる変形を抑制しながらレ
ーザ光によりワークの切断あるいは溶接を精度よく、正
確に加工することができるレーザ加工装置および加工方
法を提供するにある。

【００３０】本発明のさらに別の目的は、二次元加工
機、三次元加工機あるいはロボットに簡単かつ容易に取
付け、ワークを平面的あるいは立体的に切断あるいは溶
接することができるレーザ加工装置あるいは加工方法を
提供するにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記
載したように、レーザ発振器から出力されたレーザ光を
集光して照射し、ワークの切断や溶接等の加工を行なう
レーザ加工光学系を形成し、このレーザ加工光学系をレ
ーザ加工ヘッドに備えたレーザ加工装置において、上記
レーザ加工ヘッドはレーザ発振器からのレーザ光が案内
される固定ユニットと、この固定ユニットに設けられ、
上記レーザ光を集光させる集光光学系を内蔵した可動ユ
ニットと、上記固定ユニットと可動ユニットの間に設け
られ、可動ユニットを弾力的に保持する弾性保持手段と
を備え、上記可動ユニットは弾性保持手段によりワーク
加工面の凹凸に追従する接触式ワーク倣い機構を構成
し、このワーク倣い機構により集光光学系からワーク加
工位置までの距離を常時略一定に保持したものである。

【００３２】請求項２に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式ワーク倣い機構は、
可動ユニットに備えられ、レーザ光を集光させる集光光
学系を内蔵した光学トーチと、この光学トーチの先端部
に設けられた接触式加工面倣いノズル手段とを有し、上
記接触式加工面倣いノズル手段は、弾性保持手段により
ワーク加工面を押圧し、ワーク加工面の凹凸に追従可能
に構成したものである。

【００３３】請求項３に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式加工面倣いノズル手
段は、光学トーチの先端部に球面軸受によりレーザ光光
軸に対し傾斜可能に保持され、ワーク加工面の凹凸に追
従可能に構成したものである。

【００３４】請求項４に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記光学トーチは、集光光学系
と接触式加工面倣いノズル手段を一体的に組み付けて構
成され、上記集光光学系と接触式加工面倣いノズル手段
との間隔を常に一定に保持したものである。

【００３５】請求項５に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式加工面倣いノズル手
段は、集光光学系からのレーザ光を出射させるレーザ加
工ノズルと、このレーザ加工ノズルを光学トーチの先端
部に支持させる球面軸受と、上記レーザ加工ノズルにノ
ズル軸線廻りに旋回自在に支持された接触式倣いローラ
手段とを有し、接触式倣いローラ手段は進行方向を変換
可能な方向変換機構を備えたものである。

【００３６】請求項６に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式倣いローラ手段は、
進行方向前方の接触式倣いローラと後方の接触式倣いロ
ーラとを備え、上記前方接触式倣いローラは方向変換機
構で保持され、転動キャスタ型に構成されたものであ
る。

【００３７】請求項７に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式加工面倣いノズル手
段は、集光光学系からのレーザ光を出射させるレーザ加
工ノズルと、このレーザ加工ノズルの先端部に装着され
た接触式倣いボール手段とを備え、この倣いボール手段
は、ノズル口の周辺に少なくとも３個のボールベアリン
グをワークに転動自在に設けたものである。

【００３８】請求項８に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式加工面倣いノズル手
段は、加工用ガスの吹出しとレーザ光の出射とを共有す
るノズル口を備えたレーザ加工ノズルを有し、このレー
ザ加工ノズルと接触式倣いローラ手段あるいは接触式倣
いボール手段とを一体化構造に構成したものである。

【００３９】請求項９に係る発明においては、上述した
課題を解決するために、前記接触式加工面倣いノズル手
段を構成する接触式倣いローラ手段あるいは接触式倣い
ボール手段はノズル口の周りにローラあるいはボールベ
アリングを備え、加工進行方向後方のローラあるいはボ
ールベアリングは切断線、溶接線等の加工線を跨ぐよう
に加工線と非接触に配置されたものである。

【００４０】請求項１０に係る発明においては、上述し
た課題を解決するために、前記弾性保持手段は、レーザ
加工ヘッドの固定ユニットと可動ユニットの光学トーチ
との間に複数設けられる一方、上記弾性保持手段には固
定ユニットから可動ユニットの抜け落ちを防止する抜止
めストッパを備えたものである。

【００４１】請求項１１に係る発明においては、上述し
た課題を解決するために、前記弾性保持手段は、レーザ
加工ヘッドの固定ユニットおよび光学トーチの一方に設
けられたスラスト軸受と、その他方に設けられ、スラス
ト軸受に支持されたスラスト軸と、このスラスト軸に介
装されたスプリングとを有し、上記スプリングの変位量
をハイトセンサ等の変位量計測センサで検出可能に構成
したものである。

【００４２】請求項１２に係る発明においては、上述し
た課題を解決するために、前記変位量計測センサは、固
定ユニットおよび可動ユニットの一方に設けられてその
他方に形成された基準面からの距離を測定する一方、こ
の変位量計測センサからの検出測定信号を入力し、弾性
保持手段の変位量をモニタする制御ボックスを備え、こ
の制御ボックスは変位量が所要の管理幅から外れると
き、アラームとして出力したり、稼働停止を支持する手
段を備えたものである。

【００４３】本発明に係るレーザ加工方法は、上述した
課題を解決するために、請求項１３に記載したように、
レーザ発振器から出力されたレーザ光をレーザ加工ヘッ
ドに案内し、案内されたレーザ光をレーザ加工ヘッド内
のレーザ加工光学系を通して被加工物、試料等のワーク
に照射し、ワークをレーザ光により切断したりあるいは
溶接するレーザ加工を施す際、レーザ加工ユニットの接
触式ワーク倣い機構を弾性保持手段でワークに押圧接触
させつつ、上記可動ユニットに備えた接触式加工面倣い
ノズル手段をワークにワーク加工方向に沿って倣わせ、
しかも、可動ユニットに内蔵された集光光学系からワー
ク加工位置までの距離を常に略一定に保持してレーザ加
工を行なう方法である。

【００４４】

【発明の実施の形態】本発明に係るレーザ加工装置およ
び加工方法の実施の形態について添付図面を参照して説
明する。

【００４５】［第１の実施形態］図１は本発明に係るレ
ーザ加工装置の第１実施形態を示すレーザ加工ヘッド部
の縦断面図である。

【００４６】レーザ加工装置は、レーザ光を用いて加工
物あるいは試料等のワークを切断したり、溶接したり、
穴加工したりするものであり、全体を符号１０で示す。
レーザ加工装置１０は、平面加工を行なう二次元平面加
工機（３軸制御加工機）や、立体加工を行なう三次元立
体加工機（６軸以上制御加工機）、ロボット等に搭載さ
れて使用される。

【００４７】レーザ加工装置１０は、レーザ加工光学系
１７を内蔵したレーザ加工ヘッド１１を有する。レーザ
加工ヘッド１１は固定ユニットとしての上部ユニット１
２と可動ユニットとしての下部ユニット１３とを有し、
下部ユニット１３は弾性保持手段１４により上部ユニッ
ト１２に対し相対変位可能に保持される。弾性保持手段
１４は上部ユニット１２と下部ユニット１３との間に複
数設けられる。レーザ加工ヘッド１１の上部ユニット１
２にはＹＡＧレーザ等のレーザ発振器１５から発振（出
力）されたレーザ光Ｌが光走査光学系１６を介してある
いは直接に案内されるようなっている。

【００４８】上部ユニット１２のユニット筒１８の下部
フランジ１９には、トーラス状、リング状あるいはスリ
ーブ状ユニットホルダ２０が固着される。このユニット
ホルダ２０は、光学トーチ２２のスライダ筒２３をスラ
イド自在に嵌合するシリンダ部２４を中央に備える。ユ
ニットホルダ２０の周辺部にはスラスト軸受２５が周方
向に略等間隔をおいて複数個設けられる。

【００４９】スラスト軸受２５にはスライダ筒２３の外
周フランジ２６に植設されたスラスト軸２７が挿通支持
される。スラスト軸２７にはコイルスプリング等のスプ
リング２８が介装される。このスプリング２８はユニッ
トホルダ２０と外周フランジ２６との間に設けられ、こ
の外周フランジ２６を介して下部ユニット１３を常時下
方にばね付勢している。スラスト軸２７はスラスト軸２
５によりスライド可能に支持されるが、スラスト軸２７
の頂部に抜止めストッパ２９が固定される。この抜止め
ストッパ２９はスラスト軸２７が一定以上ストロークす
るのを規制する一方、スラスト軸２７がスラスト軸２５
から外れるのを防止している。

【００５０】前記スラスト軸受２５、スラスト軸２７お
よびスプリング２８により弾性保持手段１４が構成され
る。この弾性保持手段１４は上部ユニット１２のユニッ
トホルダ２０側にスラスト軸受２５を取り付けた例を示
したが、このスラスト軸受を下部ユニット１３のスライ
ダ筒２３側に取り付け、ユニットホルダ２０側にスラス
ト軸を固定してもよい。さらに、弾性保持手段１４は、
下部ユニット１３を上部ユニット１２に対し相対変位可
能に弾性支持するものであればよく、他に種々の保持手
段が考えられる。

【００５１】また、上部ユニット１２のユニットホルダ
２０の外周部にブラケットを介してハイトセンサ等の距
離センサ３０が変位量計測センサとして設けられ、この
距離センサ３０により基準面３１との距離、すなわちス
プリング２８の変位量を測定し、その検出信号を制御ボ
ックス３２に入力し、この制御ボックス３２で測定距離
を常時モニタできるようになっている。

【００５２】さらに、制御ボックス３２には、距離変位
量の計測データと、距離変位量や変位速度の基準値に比
較する制御演算機能が備えられ、距離変位量が所要の管
理幅を超えた場合、アラームを出力する一方、加工機コ
ントローラ３３に信号を伝送し、レーザ加工機を停止さ
せる機能を備えている。

【００５３】一方、下部ユニット１３は、可動ユニット
であり、接触式ワーク倣い機構を構成している。この下
部ユニット１３は、複数のリング状あるいはスリーブ状
のブロックメンバを分割可能に組み立てられた光学トー
チ２２と、この光学トーチ２２の先端部に設けられた接
触式加工面倣いノズル手段３５とを有する。光学トーチ
２２には内部にレンズホルダ３６が収容され、このレン
ズホルダ３６に集光光学系３７を構成する集光レンズ３
８が保持される。レンズホルダ３６は光学トーチ２２の
１つのブロックメンバにねじ結合されて着脱可能に装着
される。

【００５４】また、接触式加工面倣いノズル手段３５
は、集光光学系３７である集光レンズ３８からのレーザ
光ＬをワークＷに投射可能なレーザ加工ノズル４０と、
この加工ノズル４０を光学トーチ２２の先端部に支持さ
せる球面軸受４１と、レーザ加工ノズル４０にノズル軸
線廻りに旋回自在（回転自在）に支持された接触式倣い
ローラ手段４３とを備える。

【００５５】接触式倣いローラ手段４３は、図２（Ａ）
および（Ｂ）に示すように、進行方向前方の接触式倣い
ローラ４４と後方の接触式倣いローラ４５とをそれぞれ
左右に対をなして備える。前方の倣いローラ４４は接触
式倣いローラ手段４３の回転サポート４６に向き転向手
段である方向変換機構４７により保持され、キャスタ型
ローラに構成される。前方の接触式倣いローラ４４は左
右の後方接触式倣いローラ４５間の中央位置に対応して
設けてもよい。ただ、後方接触式倣いローラ４５がワー
クＷの溶接線や切断線などの加工線を踏むことなく跨
ぎ、加工線を迂回して溶接ビート等に非接触に走行する
ようになっている。

【００５６】このレーザ加工装置１０はレーザ加工ヘッ
ド１１内にレーザ加工光学系１７が納められており、レ
ーザ加工ヘッド１１の下部ユニット１３には集光光学系
３７を内蔵した光学トーチ２２が設けられる。この光学
トーチ２２には集光光学系３７を構成する集光レンズ３
８と接触式加工面ノズル倣い手段３５とが一体的に組み
付けられ、相互間の間隔あるいは距離を一定に保持して
いる。また、光学トーチ２２は集光光学系３７の集光レ
ンズ３８と接触式加工面倣いノズル手段３５との距離は
調整ホルダ５１で調節可能に保持している。

【００５７】光学トーチ２２内には集光レンズ３８の下
方に密閉された加工ガス用ガスチャンバ５２が形成され
ており、このガスチャンバ５２にガス供給口５３から不
活性ガス等の加工ガスがアシストガスとして供給され
る。ガスチャンバ５２に供給された加工ガスは、レーザ
加工ノズル４０のノズル口５１からレーザ光Ｌとともに
吹き出され、ワーク加工面の押圧と冷却を行っている。
加工ガスの吹出しによりプレート状ワークＷが例えば加
工テーブル５４側に押圧され、ワークＷ間が相互に密着
される。

【００５８】その際、接触式加工面倣いノズル手段３５
は、レーザ加工ノズル４０を接触式倣いローラ手段４３
の中央部に有し、レーザ加工ノズル４０は前方倣いロー
ラ４４と後方倣いローラ４５間の中央部に位置する。そ
して、接触式倣いローラ手段４３は各倣いローラ４４，
４５がワーク加工面上を押圧しつつ転動するようにレー
ザ加工ノズル４０、ひいてはレーザ加工ヘッド１１を案
内しており、案内されるレーザ加工ヘッド１１は接触式
倣いローラ手段４３を介してワークＷを弾性保持手段１
４のばね力で押圧し、ワークＷを相互に密着保持させる
ようになっている。

【００５９】次に、レーザ加工装置による作用を説明す
る。

【００６０】二次元平面加工機、三次元立体加工機ある
いはロボットのアームに適用され、搭載されるレーザ加
工装置１０はレーザ加工ヘッド１１内にレーザ加工光学
系１７を形成しており、このレーザ加工光学系１７にレ
ーザ発振器１５から発振されたレーザ光Ｌが走査され
る。レーザ加工光学系１７に案内されたレーザ光Ｌは集
光光学系３７の集光レンズ３８を透過して絞られ、レー
ザ加工ノズル４０からワークＷに向って投射され、ワー
クＷの加工面上に照射される。

【００６１】一方、集光光学系３７の集光レンズ３８と
接触式加工面倣いノズル手段３５は共に可動の下部ユニ
ット１３に組み付けられ、光学トーチ２２により取付間
隔が調節自在で一体的に構成される。このため、集光レ
ンズ３８から接触式加工面倣いノズル手段３５までの距
離は常時一定に保たれ、集光レンズ３８の集光位置、例
えば焦点位置にワークＷの加工面が常時来るようにセッ
トされる。すなわち、集光光学系３７の集光レンズ３８
から被加工物、試料等のワークの加工点（加工面）まで
の距離が常に一定に保たれ、例えばワークＷの加工位置
が集光レンズ３８の焦点位置と略一致するようにセット
される。

【００６２】また、下部ユニット１３である接触式ワー
ク倣い機構は、弾性保持手段１４のばね力によりワーク
Ｗに向ってばね付勢され、接触式倣いローラ手段４３を
介してワークＷを押圧している。このため、ワークＷが
薄板材料あるいはプレス成形材料等で形成されたシート
状あるいはプレート状であるとき、重ね合されたワーク
Ｗ間のギャップが縮小あるいは解消せしめられる。その
際、レーザ加工ノズル４０から吹き出される加工ガスに
よってもワークＷは押圧され、ワークＷ間のギャップが
解消する方向に助長される。

【００６３】また、レーザ加工ヘッド１１の下部ユニッ
ト１３である接触式ワーク倣い機構は、接触式倣いロー
ラ手段４３により、ワークＷの加工面を押圧接触しつつ
ワーク加工面上を走行する。ワークＷ加工面の高さが変
化しても、高さ方向の変位量は弾性保持手段１４のスプ
リング２８の伸縮で吸収され、接触式倣いローラ手段４
３の各倣いローラ４４，４５がワークＷの加工面にスム
ーズに追従して上下に変動する。各接触式倣いローラ４
４，４５がワークＷの加工面を追従する際、接触式加工
面倣いノズル手段３５は、球面軸受４１を介してレーザ
光の光軸に対し傾斜可能に支持されているので、ワーク
加工面の凹凸や傾きに対する追従作用が円滑かつスムー
ズに行なわれる。

【００６４】いずれにしても、レーザ加工ヘッド１１は
下部ユニット１３に内蔵された集光光学系３７の集光レ
ンズ３８からワークＷ加工点までの位置が常に一定に保
たれ、弾性保持手段１４のスプリング２８のばね力によ
り接触式倣いローラ手段４３がワークＷを押えて切断あ
るいは溶接のレーザ加工が行なわれる。切断あるいは溶
接条件が常に一定に保持され、安定した加工が行なえ
る。複数のワークＷ間相互のギャップや多少の熱歪みに
よる変形を押えながら加工を行なうことができる。

【００６５】また、レーザ加工ヘッド１１の下部ユニッ
ト１３を構成する接触式ワーク倣い機構は、ワークＷに
接触して転動する接触式倣いローラ手段４３により、ワ
ークＷの加工面を押圧接触しつつ走行する。その際、接
触式倣いローラ手段４３は前方倣いローラ４４が方向変
換機構４７により回転自在に支持され、キャスタ型ロー
ラを構成しているので、旋回自在となり、進行変更Ａを
自由に変更させることができる。

【００６６】さらに、前方接触式倣いローラ４４と後方
接触式倣いローラ４５は一体的に取付間隔一定に組み付
けられ、レーザ加工ノズル４０にボールベアリング５５
により回転自在に支持されており、接触式倣いローラ手
段４３は、ワークＷの加工面に対し二次元平面内で回転
自在である。接触式倣いローラ手段４３の前方および後
方倣いローラ４４，４５の中間位置でレーザ加工ノズル
４０のノズル口５１が開口しており、このノズル口５１
から出射されるレーザ光ＬでワークＷがレーザ加工され
る。

【００６７】このため、レーザ加工ヘッド１１は下部ユ
ニット１３を構成する接触式ワーク倣い機構が、ワーク
Ｗの加工面の凹凸や傾きに追従してワークＷの加工面を
押えながら、前後方の倣いローラ４４，４５間にレーザ
光が投射されてレーザ加工するようになっており、ワー
クＷを精密に精度よく加工することができる。

【００６８】また、接触式加工面倣いノズル手段３５は
下部ユニット１３の光学トーチ２２に球面軸受４１を介
して旋回かつ俯仰自在に支持されており、レーザ加工ノ
ズル４０はワークＷの加工面の傾斜に対し、常に垂直に
サポートされる。このとき、レーザ光の光軸は、ワーク
Ｗに対して角度変化分だけ変化することになる。

【００６９】これにより、接触式ワーク倣い機構（下部
ユニット）１２は、ワークＷが約３０度程度までの傾き
に対しても、ワークＷの加工面に倣ってレーザ加工ノズ
ル４０を自由に傾けることができ、ワークＷの傾きに倣
って加工が行なわれる。さらに、この接触式ワーク倣い
機構１２は、ワークＷの二次元平面のどの方向にも、ま
た、三次元立体のどの方向にも対応できるように、レー
ザ光Ｌの光軸に対し、ボールベアリング５５により直角
平面で回転できるようになっている。

【００７０】このようにレーザ加工ヘッド１３の接触式
ワーク倣い機構１２は、ワーク加工面の凹凸や高さ変化
を吸収し、ワークＷの加工面を弾性保持手段１４のばね
力および接触式倣いローラ手段３５により押えながらレ
ーザ光による切断や溶接を安定的に行なうことができ
る。このレーザ加工はワークＷに非接触であり、しかも
薄板材料やプレス加工材料で形成されたプレート状ある
いはシート状ワークＷを重ねて切断したり、溶接して
も、重ねられたワークＷ間にギャップが生じるのを防止
したり、発生するギャップを狭くできるので、精密な切
断あるいは溶接をレーザ加工で行なうことができる。

【００７１】このレーザ加工装置１０は、ワークＷに接
触する接触式ワーク倣い機構１２と集光光学系３７とが
光学トーチ２２に一体的に組み付けられており、一体化
された下部ユニット１３内蔵の集光光学系３７がワーク
Ｗの加工面凹凸や傾きに追従し、ワーク加工面を直接倣
うようになっており、レーザ加工中にワーク加工面に発
生するプラズマの影響を受けることなくレーザ加工が行
なわれる。

【００７２】このレーザ加工装置１０は、接触式加工面
倣いローラ手段３５が弾性保持手段１４のばね力を受
け、ワークＷの加工面を押えながらレーザ加工を行なう
ことができ、ワークＷ間のギャップを狭くしたり、なく
すことができるので、品質のよいレーザ加工を行なうこ
とができる。その際、レーザ加工装置１０には接触式加
工面倣いローラ手段３５が備えられ、ワーク加工面を接
触式倣いローラ４４，４５が滑かに倣いながらレーザ加
工が行なわれる。したがって、レーザ加工装置１０を二
次元平面加工機や三次元立体加工機あるいはロボットの
アーム先端に取り付けることにより、二次元あるいは三
次元の加工（切断や溶接）を行なうことができ、容易に
安定したレーザ加工を行なうことができる。

【００７３】また、レーザ加工装置１０は弾性保持手段
１４のスプリング２８によりワークＷの加工面に圧力を
加えながら倣い加工するため、接触式倣いローラ手段４
３がワークＷから外れた場合、下部ユニット１３の接触
式ワーク倣い機構が飛び出す可能性があるが、このレー
ザ加工装置１０では接触式ワーク倣い機構１２が所望の
距離（ストローク）だけしか倣わないように抜止めスト
ッパ２９が設けられている。これにより、接触式ワーク
倣い機構（下部ユニット）１２がワークＷから外れて
も、ワークＷ等に機械的損傷を与えたり、ワーク倣い機
構１２自体が損傷するのを有効的に防止できる。

【００７４】さらに、接触式ワーク倣い機構１２がワー
クＷから外れる異常時に、レーザ加工機を直ちにストッ
プさせることが困難である。このため、接触式ワーク倣
い機構１２の上部ユニット１１に対する相対的な変位量
（変化量）をハイトセンサ等の距離センサ３０で常時計
測し、突然の変化に対応できるようになっている。

【００７５】距離センサ３０は上部ユニット１２に設け
られ、この距離センサ３０で弾性保持手段１４のスプリ
ング２８の伸縮変化を直接計測している。スプリング２
８が突然変化したり、短時間で抜止めストッパ２９の長
さまで変化した場合には、スプリング２８の伸縮変化量
を制御ボックス３２でモニタしたり、演算処理し、アラ
ームとして出力したり、加工機コントローラ３３に、そ
の時点でレーザ加工機の稼動停止を指示する機構を取り
付け、加工機に損傷を与えることなく、レーザ加工を停
止できるようになっている。

【００７６】［第２の実施形態］図３は本発明に係るレ
ーザ加工装置の第２実施形態を示す概念図である。

【００７７】この実施形態に示されたレーザ加工装置１
０は３軸制御加工機に適用され、二次元平面レーザ加工
機（３軸制御レーザ加工機）６０を構成したものである
が、レーザ加工装置１０の構成は図１に示されたものと
異ならないので説明を省略する。

【００７８】図３に示された３軸制御レーザ加工機６０
は、レーザ発振器１５から発振（出力）されたレーザ光
Ｌを数枚の反射ミラー６１ａ，６１ｂ，６１ｃを組み合
せた光走査光学系１６で反射伝送（走査）され、光走査
光学系１６の最終端側に図１に示されたレーザ加工装置
１０を搭載したものである。光走査光学系１６はレーザ
発振器１５から出力されたレーザ光をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
に走査してレーザ加工装置１０を平面（２次元）走査で
きるようになっている。このレーザ加工装置１０の平面
走査によりワークＷをレーザ光Ｌを用いて切断あるいは
溶接し、二次元（平面）加工が行なわれる。

【００７９】図４（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示され
たレーザ加工装置１０を二次元平面レーザ加工機６０に
搭載して２枚の薄板製ワークＷを溶接した例を示す。

【００８０】ワークＷとしてプレス成形された例えば２
枚の矩形の薄板を用意し、これら薄板ワークＷをレーザ
加工装置１０で例えば矩形に溶接した例である。レーザ
加工装置１０は弾性保持手段１４のばね力で接触式倣い
ローラ手段４３がワークＷを押え付け、２枚の薄板ワー
クＷ間のギャップＧを無くしながら溶接作業が施され
る。

【００８１】その際、溶接線ＷＬは図４（Ａ）に示すよ
うに矩形状をなし、この溶接線ＷＬは４箇所のコーナ部
を有する。接触式倣いローラ手段４３の前輪２個の接触
式倣いローラ４４，４４はコーナ部で独自に旋回し、前
輪の倣いローラ４４，４４の旋回に伴って後輪の２個の
接触式倣いローラ４５，４５は溶接線ＷＬを跨ぎながら
回転して溶接が行なわれる。このとき、後輪の左右２個
の接触式倣いローラ４５，４５は溶接線ＷＬを踏むのを
有効的に防止できるようになっている。

【００８２】また、二次元平面レーザ加工機６０に同じ
加工プログラムを採用し、溶接幅分、例えば１mm程度の
加工点オフセットをレーザ加工装置１０に付与して切断
した例を図４（Ｃ）に示す。図４（Ｃ）はレーザ加工装
置１０による溶接後、溶接線ＷＬをオフセットさせて切
断した例を示すもので、溶接後、不要箇所のワークＷの
トリミングを高性能に精度よく行なうことができる。

【００８３】図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されたも
のは、レーザ加工装置１０で、例えば０．５mmの板厚の
薄板状ワークＷを２枚重ね溶接し、溶接後レーザ加工ヘ
ッド１１を溶接線ＷＬの幅分オフセットさせて切断した
例を示したが、３枚以上の薄状ワークＷを重ね溶接し、
重ね切断させることもできる。厚板のワークＷを重ねて
レーザ加工する場合には、弾性保持手段１４のばね力を
調整する必要がある。

【００８４】ただ、レーザ加工機６０が６kW程度のレー
ザ出力では、溶接できる板厚はトータルで６mm程度とな
り、例えば３mmの板厚のワークＷを２枚重ね合せ溶接す
ることができるが、この程度の板厚では弾性保持手段１
４のスプリングのばね力を変更させなくてもレーザ加工
が可能となる。

【００８５】［第３の実施形態］図５は本発明に係るレ
ーザ加工装置の第３実施形態を示す概念図である。

【００８６】この実施形態に示されたレーザ加工装置１
０は、６軸以上制御加工機に適用され、三次元立体レー
ザ加工機（６軸以上制御レーザ加工機）６３を構成した
ものである。レーザ加工装置１０の構成は図１に示され
たものと異ならないので同一符号を付して説明を省略す
る。

【００８７】図５に示された６軸以上制御レーザ加工機
６３は、ワークＷの三次元形状の加工ができる装置であ
り、図３に示された３軸制御加工機６０にα軸およびβ
軸を追加し、三次元の立体加工を行ない得るようにした
ものである。このレーザ加工機６３は図３に示された３
軸制御加工機６０にさらに反射ミラー６４ａ，６４ｂを
組み合せた走査光学系６５を追設し、三次元（立体）加
工を行ない得るようにレーザ加工光学系を組み立てたも
のである。

【００８８】この６軸以上制御レーザ加工機６３は、レ
ーザ加工光学系の先端側にレーザ加工装置１０を備え、
このレーザ加工装置１０をワークＷに対して三次元（立
体）移動可能に支持される。このレーザ加工装置１０で
ワークＷをレーザ光を用いて立体加工するものである。

【００８９】このように、レーザ加工装置は、二次元平
面加工機、三次元立体加工機またはロボットのアームに
容易に取り付けることができ、レーザ加工装置をこれら
の加工機に取り付けてレーザ加工することで、ワークを
二次元平面加工したり、三次元立体加工をすることがで
き、ワークの切断や溶接等の加工が可能となる。

【００９０】［第４の実施形態］図６（Ａ）および
（Ｂ）は本発明に係るレーザ加工装置の第４実施形態を
示すもので、接触式加工面倣いノズル手段の応用例を示
すものである。

【００９１】この第４実施形態に示されたレーザ加工装
置１０Ａは、下部ユニットに組み込まれる接触式加工面
倣いノズル手段６７に、ワークＷに直接接触し、転動す
る接触式倣いボール手段６８を備えたものである。この
倣いボール手段６８は、レーザ加工ノズル６９の先端部
であってノズル口７０の周りに３個以上、例えば４個の
球としてのボールベアリング７１が備えられ、各ボール
ベアリング７１がワークＷ表面を転動して倣いながら押
圧し、レーザ加工を行なうものである。

【００９２】接触式加工面倣いノズル手段６７以外の構
成は図１に示されたレーザ加工装置１０と異ならないの
で、図示ならびに説明を省略する。

【００９３】図６（Ａ）および（Ｂ）に示されたレーザ
加工装置１０Ａでは、被加工物あるいは試料等のワーク
Ｗの加工面をボーヘルベアリング７１が転動し、倣いな
がら、ボールベアリング７１で囲まれたノズル口７０か
らレーザ光Ｌを照射し、レーザ加工を行なう。この場
合、レーザ光による切断線や溶接線を加工進行方向の後
方の左右のボールベアリング７１が跨ぎ、後方のボール
ベアリング７１が切断線や溶接線の加工線を踏むことが
ないように調整される。接触式倣いボール手段６８がワ
ークＷの加工面を押圧し、転がりながら、ワーク加工面
の高さ倣いを行ない、ワークＷを精度よく精密に切断あ
るいは溶接することができる。

【００９４】［第５の実施形態］図７は本発明に係るレ
ーザ加工装置の第５実施形態を示す概念図である。

【００９５】この実施形態に示されたＹＡＧレーザ等の
高出力レーザ発振器７３から発振されたレーザ光Ｌを光
ファイバー７４によりレーザ加工装置１０に案内された
例を示す。レーザ発振器７３から出力されたレーザ光Ｌ
は光ファイバー７４で伝送され、ファイバカップリング
７５を介してレーザ加工装置１０内に案内される。

【００９６】レーザ加工装置１０は上部ユニット１２に
平行光を作るコリメータ光学系７６を構成するコリメー
タレンズ７７が、下部ユニット１３に集光光学系３７の
集光レンズ３８が組み込まれ、レーザ加工光学系１７を
構成している。このような構成を採用すると、レーザ加
工装置１０を３軸制御加工機や６軸以上制御加工機の先
端部またはロボットのアームに搭載することができ、レ
ーザ加工装置１０を加工機等に搭載してもレーザ発振器
７３は別置きタイプとすることもできる。

【００９７】なお、本発明の実施形態では、レーザ加工
光学系に組み込まれる集光光学系に集光レンズを採用し
た例を示したが、集光光学系は集光レンズに代えて種々
の構成が考えられる。例えば集光ミラーであってもよ
い。

【００９８】また、一実施形態では、レーザ加工装置の
下部ユニットに集光光学系の集光レンズを内蔵させた例
を示したが、下部ユニット内にコリメータ光学系、例え
ばコリメータレンズと集光光学系とを内蔵させてもよ
い。すなわち、下部ユニット内にレーザ加工光学系を内
蔵させてもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係るレー
ザ加工装置においては、レーザ加工ヘッドに固定ユニッ
トと接触式ワーク倣い機構を構成する可動ユニットとを
備え、可動ユニットを弾性保持手段で弾力的に保持した
から、レーザ加工時には、可動ユニットを弾性保持手段
でワーク加工面に押圧させつつ倣い加工することがで
き、しかも可動ユニット内に集光光学系が内蔵されて一
体化され、集光光学系からワーク加工位置までの距離を
常時一定に保ち、集光光学系の集光位置にワーク加工位
置が来るようにセットされたので、レーザ光によりワー
クを精密に精度よく切断したり、溶接したり等のレーザ
加工を施すことができる。

【０１００】また、レーザ加工ヘッドの可動ユニットは
弾性保持手段で弾力的に保持され、しかも可動ユニット
は先端に接触式加工面倣いノズル手段が備えられるので
ワーク加工面の凹凸や傾きを直接倣い、かつ加工中に発
生するプラズマの影響を受けずにレーザ加工が行なわれ
る。

【０１０１】さらに、レーザ加工装置は弾性保持手段で
保持された接触式ワーク倣い機構により、接触式加工面
倣いノズル手段がワークを押えながら倣い加工が行なえ
るため、ワーク間のギャップを狭くすることが可能とな
り、品質の良い加工を行なうことができる。レーザ加工
ヘッドに備えられた弾性保持手段と接触式ワーク倣い機
構とによりワークを押えながら倣い加工するので、ワー
クが薄板状であるとき、ワーク間のギャップや凹凸を押
えることが可能となり、良好な重ね溶接あるいは重ね切
断が可能となり、さらに溶接後の切断もスムーズにかつ
高性能に行なうことができる。

【０１０２】一方、このレーザ加工装置は、可動ユニッ
トの光学トーチに集光光学系と接触式接触面倣いノズル
手段が一体的に組み付けられ、それらの取付間隔が常時
一定に調節保持されるので、レーザ加工による切断条件
や溶接条件等の加工条件が常に一定に保持され、安定し
たレーザ加工が行なわれる。

【０１０３】また、可動ユニットを構成する接触式ワー
ク倣い機構は、ワーク表面を倣いながら、弾性保持手段
によりワークに圧力を加えて加工するため、ワークが薄
板状であるとき、重ね合されたワーク間のギャップや熱
歪みによる変形を押え込んでレーザ加工が行なわれ、精
度の良い良好なレーザ加工が行なわれる。また、接触式
ワーク倣い機構がワークから外れても、抜止めストッパ
により飛出しを防止でき、倣いストロークを所要値以下
に設定できるので、接触式ワーク倣い機構に損傷やダメ
ージを与えるのを有効的に防止できる。

【０１０４】さらに、弾性保持手段の変位量は変位量計
測センサで測定され、この変位量をモニタすることがで
きる一方、変位量が所要の管理幅を超えるとき、アラー
ムを出力したり、稼動停止を指示する手段を備えたの
で、加工機に損傷を与えることなく、安全に作動停止さ
せることができる。

【０１０５】他方、接触式ワーク倣い機構は、光学トー
チの先端部に球面軸受を介して接触式加工面倣い手段を
ワーク加工面の傾きに倣って傾斜自在に指示したので、
接触式加工面倣い手段をワークの加工面に沿って円滑か
つスムーズに倣わせることができる。

【０１０６】また、接触式加工面倣い手段は、光学トー
チの先端部に球面軸受を介して支持されたレーザ加工ノ
ズルと、この加工ノズルに設けられた接触式倣いローラ
手段あるいは接触式倣いボール手段を備えたので、接触
式ワーク倣い機構は、ワークの加工面に沿ってどの方向
にも自由に倣わせることができる。

【０１０７】さらに、接触式倣いローラ手段や接触式倣
いボール手段は、加工方向後方の接触式倣いローラやボ
ールベアリングが溶接線、切断線等の加工線を跨いで両
側に位置し、加工線を踏んだり、接触するのを有効的に
防止したので、溶接線の凹凸や切断線の凹部の影響を受
けずに高さ倣い加工を行なうことができ、精密で精度の
高いレーザ加工を安定的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ加工装置の実施形態を示す
縦断面図。

【図２】（Ａ）は図１のレーザ加工装置に組み込まれる
接触式倣いローラ手段を下方から見た図、（Ｂ）は接触
式倣いローラ手段の各倣いローラの動きを説明した図。

【図３】本発明に係るレーザ加工装置を搭載した３軸制
御レーザ加工機（二次元平面レーザ加工機）を原理的に
示す概念図。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は二次元平面加工機に本発
明に係るレーザ加工装置を搭載して薄板状ワークを溶接
した例を示す図、（Ｃ）は薄板状ワーク溶接後の切断例
を示す図。

【図５】本発明に係るレーザ加工装置を搭載した三次元
立体レーザ加工機を原理的に示す概念図。

【図６】（Ａ）は本発明に係るレーザ加工装置に組み込
まれる下部ユニットの接触式加工面倣いノズル手段を示
す図、（Ｂ）は接触式加工面倣いノズル手段を下方から
見た図。

【図７】本発明に係るレーザ加工装置をＹＡＧレーザ加
工機に適用した例を示す図。

【符号の説明】

１０ レーザ加工装置 １１ レーザ加工ヘッド １２ 上部ユニット（固定ユニット） １３ 下部ユニット（可動ユニット，接触式ワーク倣い
機構） １４ 弾性保持手段 １５ レーザ発振器 １６ 光走査光学系 １７ レーザ加工光学系 １８ ユニット筒 ２０ ユニットサポート ２２ 光学トーチ ２３ スライダ筒 ２４ シリンダ部 ２５ スラスト軸受 ２６ 外周フランジ ２７ スラスト軸 ２８ スプリング ２９ 抜止めストッパ ３０ 距離センサ（変位量計測センサ） ３１ 基準面 ３２ 制御ボックス ３３ 加工機コントローラ ３５ 接触式加工面倣いノズル手段 ３６ レンズホルダ ３７ 集光光学系 ３８ 集光レンズ ４０ レーザ加工ノズル ４１ 球面軸受 ４３ 接触式倣いローラ手段 ４４ 前方接触式倣いローラ ４５ 後方接触式倣いローラ ４６ 回転サポート ４７ 方向変換機構 ５０ 調整ホルダ ５１ ノズル口 ５２ ガスチャンバ ５３ ガス供給口 ５４ 加工テーブル ５５ ボールベアリング ６０ 二次元平面レーザ加工機（３軸制御レーザ加工
機） ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ 反射ミラー ６３ 三次元立体レーザ加工機 ６４ａ，６４ｂ 反射ミラー ６５ 走査光学系 ６７ 接触式加工面倣いノズル手段 ６８ 接触式倣いボール手段 ６９ レーザ加工ノズル ７０ ノズル口 ７１ ボールベアリング（球） ７３ 高出力レーザ発振器 ７４ 光ファイバ ７５ ファイバカップリング ７６ コリメータ光学系 ７７ コリメータレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 渉 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 4E068 CA10 CA12 CA18 CC06 CD15 CH02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から出力されたレーザ光を
   集光して照射し、ワークの切断や溶接等の加工を行なう
   レーザ加工光学系を形成し、このレーザ加工光学系をレ
   ーザ加工ヘッドに備えたレーザ加工装置において、上記
   レーザ加工ヘッドはレーザ発振器からのレーザ光が案内
   される固定ユニットと、この固定ユニットに設けられ、
   上記レーザ光を集光させる集光光学系を内蔵した可動ユ
   ニットと、上記固定ユニットと可動ユニットの間に設け
   られ、可動ユニットを弾力的に保持する弾性保持手段と
   を備え、上記可動ユニットは弾性保持手段によりワーク
   加工面の凹凸に追従する接触式ワーク倣い機構を構成
   し、このワーク倣い機構により集光光学系からワーク加
   工位置までの距離を常時略一定に保持したことを特徴と
   するレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記接触式ワーク倣い機構は、可動ユニ
   ットに備えられ、レーザ光を集光させる集光光学系を内
   蔵した光学トーチと、この光学トーチの先端部に設けら
   れた接触式加工面倣いノズル手段とを有し、上記接触式
   加工面倣いノズル手段は、弾性保持手段によりワーク加
   工面を押圧し、ワーク加工面の凹凸に追従可能に構成し
   た請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記接触式加工面倣いノズル手段は、光
   学トーチの先端部に球面軸受によりレーザ光光軸に対し
   傾斜可能に保持され、ワーク加工面の凹凸に追従可能に
   構成した請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記光学トーチは、集光光学系と接触式
   加工面倣いノズル手段を一体的に組み付けて構成され、
   上記集光光学系と接触式加工面倣いノズル手段との間隔
   を常に一定に保持した請求項２または３に記載のレーザ
   加工装置。
5. 【請求項５】 前記接触式加工面倣いノズル手段は、集
   光光学系からのレーザ光を出射させるレーザ加工ノズル
   と、このレーザ加工ノズルを光学トーチの先端部に支持
   させる球面軸受と、上記レーザ加工ノズルにノズル軸線
   廻りに旋回自在に支持された接触式倣いローラ手段とを
   有し、接触式倣いローラ手段は進行方向を変換可能な方
   向変換機構を備えた請求項２または３に記載のレーザ加
   工装置。
6. 【請求項６】 前記接触式倣いローラ手段は、進行方向
   前方の接触式倣いローラと後方の接触式倣いローラとを
   備え、上記前方接触式倣いローラは方向変換機構で保持
   され、転動キャスタ型に構成された請求項５に記載のレ
   ーザ加工装置。
7. 【請求項７】 前記接触式加工面倣いノズル手段は、集
   光光学系からのレーザ光を出射させるレーザ加工ノズル
   と、このレーザ加工ノズルの先端部に装着された接触式
   倣いボール手段とを備え、この倣いボール手段は、ノズ
   ル口の周辺に少なくとも３個のボールベアリングをワー
   クに転動自在に設けた請求項２または３に記載のレーザ
   加工装置。
8. 【請求項８】 前記接触式加工面倣いノズル手段は、加
   工用ガスの吹出しとレーザ光の出射とを共有するノズル
   口を備えたレーザ加工ノズルを有し、このレーザ加工ノ
   ズルと接触式倣いローラ手段あるいは接触式倣いボール
   手段とを一体化構造に構成した請求項５または７に記載
   のレーザ加工装置。
9. 【請求項９】 前記接触式加工面倣いノズル手段を構成
   する接触式倣いローラ手段あるいは接触式倣いボール手
   段はノズル口の周りにローラあるいはボールベアリング
   を備え、加工進行方向後方のローラあるいはボールベア
   リングは切断線、溶接線等の加工線を跨ぐように加工線
   と非接触に配置された請求項８に記載のレーザ加工装
   置。
10. 【請求項１０】 前記弾性保持手段は、レーザ加工ヘッ
    ドの固定ユニットと可動ユニットの光学トーチとの間に
    複数設けられる一方、上記弾性保持手段には固定ユニッ
    トから可動ユニットの抜け落ちを防止する抜止めストッ
    パを備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
11. 【請求項１１】 前記弾性保持手段は、レーザ加工ヘッ
    ドの固定ユニットおよび光学トーチの一方に設けられた
    スラスト軸受と、その他方に設けられ、スラスト軸受に
    支持されたスラスト軸と、このスラスト軸に介装された
    スプリングとを有し、上記スプリングの変位量をハイト
    センサ等の変位量計測センサで検出可能に構成した請求
    項１または１１に記載のレーザ加工装置。
12. 【請求項１２】 前記変位量計測センサは、固定ユニッ
    トおよび可動ユニットの一方に設けられてその他方に形
    成された基準面からの距離を測定する一方、この変位量
    計測センサからの検出測定信号を入力し、弾性保持手段
    の変位量をモニタする制御ボックスを備え、この制御ボ
    ックスは変位量が所要の管理幅から外れるとき、アラー
    ムとして出力したり、稼働停止を支持する手段を備えた
    請求項１１に記載のレーザ加工装置。
13. 【請求項１３】 レーザ発振器から出力されたレーザ光
    をレーザ加工ヘッドに案内し、案内されたレーザ光をレ
    ーザ加工ヘッド内のレーザ加工光学系を通して被加工
    物、試料等のワークに照射し、ワークをレーザ光により
    切断したりあるいは溶接するレーザ加工を施す際、レー
    ザ加工ユニットの接触式ワーク倣い機構を弾性保持手段
    でワークに押圧接触させつつ、上記可動ユニットに備え
    た接触式加工面倣いノズル手段をワークにワーク加工方
    向に沿って倣わせ、しかも、可動ユニットに内蔵された
    集光光学系からワーク加工位置までの距離を常に略一定
    に保持してレーザ加工を行なうことを特徴とするレーザ
    加工方法。