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技術 加工機

出願人 新明和工業株式会社
発明者 岡本浩一武内清岩崎安邦
出願日 1999年8月6日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 1999-224234
公開日 2001年2月20日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2001-047263
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工
主要キーワード 略放物線 横断面形 ワーク搬入口 加熱度合い ハウジング表面 輻射熱源 ランニングコスト低減 加熱範囲
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年2月20日)のものです。
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図面 (17)

課題

例えば、加熱炉の開口の近傍に加工機が設置されるような場合は、開口から漏れ出る輻射熱が加工機に照射される。そうすると加工機の温度が上昇する。温度上昇が著しいと、例えば加工機内部の光学系が膨張して加工精度が低下する。

解決手段

加工機10は、ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられている。

概要

背景

例えば、ワークをレーザ光によって加工するレーザ加工機がある。レーザ加工機は、加工ヘッドからレーザ光を出力し、このレーザ光をワークの加工箇所照射し、該加工箇所を加工温度にまで上昇させて加工を行うのである。

概要

例えば、加熱炉の開口の近傍に加工機が設置されるような場合は、開口から漏れ出る輻射熱が加工機に照射される。そうすると加工機の温度が上昇する。温度上昇が著しいと、例えば加工機内部の光学系が膨張して加工精度が低下する。

加工機10は、ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

ハウジングを備え、該ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられた、加工機

請求項2

光学系を備え、該ハウジングの、該光学系を収容する部分の表面が鏡面状に仕上げられた、請求項1記載の加工機。

請求項3

開口を有する炉の近傍に設置され、該ハウジングの表面の、該炉の該開口から放射される輻射熱照射される部分が鏡面状に仕上げられた、請求項1記載の加工機。

請求項4

ハウジングを有する加工ヘッドを備え、該加工ヘッドのハウジングの表面が鏡面状に仕上げられた、加工機。

請求項5

加工ヘッドを備え、該加工ヘッドの前方から照射される輻射熱を該加工ヘッドの前方に反射しうる反射部材を、該加工ヘッドの軸周り周回するようにして設けた、加工機。

請求項6

該加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも該反射部材よりも前の部分が鏡面状に仕上げられた、請求項5記載の加工機。

請求項7

該反射部材の前面が鏡面状に仕上げられた、請求項5又は6記載の加工機。

請求項8

該反射部材の前面が凹面状である、請求項7記載の加工機。

請求項9

開口を有する炉の近傍に設置され、該炉の該開口を介して、該炉の内部に設置されたワークを加工する、請求項5〜8のいずれか一の項に記載の加工機。

請求項10

該加工機がレーザ加工機である、請求項1〜9のいずれか一の項に記載の加工機。

請求項11

加工ヘッドを備え、該加工ヘッドの前方から照射される輻射熱を該加工ヘッドの前方に反射しうる反射部材を、該加工ヘッドの軸周りを周回するようにして設け、該反射部材の前面が、鏡面状に仕上げられており、かつ、前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできる形状である、加工機。

請求項12

該所定箇所が該加工ヘッドの軸上にある、請求項11記載の加工機。

請求項13

該所定箇所が該加工ヘッドの軸から離れた位置にある、請求項11記載の加工機。

請求項14

該加工機がレーザ加工機である、請求項11〜13のいずれか一の項に記載の加工機。

請求項15

前方から照射される輻射熱を前方に反射しうる反射部材によって構成された加工ヘッドを備え、該反射部材の前面が、鏡面状に仕上げられており、かつ、前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできる形状である、加工機。

請求項16

該反射部材の前面の該形状が、略放物線回転面をなす凹面状である、請求項11〜15のいずれか一の項に記載の加工機。

技術分野

0001

本発明は、加工機に関し、特に、外部からの輻射熱反射して、その輻射熱による温度上昇を生じにくくした加工機に関する。

背景技術

0002

例えば、ワークをレーザ光によって加工するレーザ加工機がある。レーザ加工機は、加工ヘッドからレーザ光を出力し、このレーザ光をワークの加工箇所照射し、該加工箇所を加工温度にまで上昇させて加工を行うのである。

発明が解決しようとする課題

0003

このようにレーザ光をワークに照射すると、ワークの加工箇所が急激に加工温度にまで上昇することがある。そして、ワーク内部に大きな温度勾配が生じて、ワーク内部に大きな応力が生じ、その結果、ワークにクラック割れが発生することがある。かかる事態を回避するためには、例えば加熱炉内にワークを設置し、レーザ加工機によってレーザ光を照射する前に、ワークを加工温度未満の温度にまで加熱(予熱)し、その後にレーザ光による加工を施すことが考えられる。加熱炉には開口を形成しておき、この開口を介してワークにレーザ加工機からのレーザ光を照射するのである。

0004

しかし、加熱炉の内部は高温であり、開口があるとそこから輻射熱が漏れ出る。従って、加熱炉の近傍にレーザ加工機が設置されると、加熱炉の開口から放射される輻射熱をレーザ加工機が浴びることになる。そうするとレーザ加工機の温度が上昇してしまう。この温度上昇が著しいと、レーザ加工機に種々の弊害が生ずる。例えば、温度上昇によって、レーザ加工機の駆動系が膨張して駆動精度が低下したりする。また、駆動部分の潤滑材劣化したり、部品寿命を早めたりすることもある。特に、レーザ加工機の内部にある光学系が温度上昇すると、加工精度に悪影響が出る。すなわち、ミラーレンズが温度上昇によって膨張すると、光軸がずれたり、加工ヘッドから出力されるレーザ光の横断面形状が変形したりするのである。

0005

さらに、加熱炉から漏れ出る輻射熱を、ワークの加工に、より積極的に利用することができれば、レーザ加工機や加熱炉の消費するエネルギーを低減したり、レーザ加工機の構成を単純化することもできるはずである。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するために、本願発明の加工機は、ハウジングを備え、該ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられている(請求項1)。このように構成されており、鏡面状に仕上げられた部分が輻射熱を反射する。よって、加工機の輻射熱による温度上昇を極力小さくできる。

0007

上記加工機において、光学系を備え、該ハウジングの、該光学系を収容する部分の表面を鏡面状に仕上げるようにしてもよい(請求項2)。このようにすると、光学系の温度上昇による膨張を防止でき、光学系の精度を維持できる。

0008

また、上記加工機において、開口を有する炉の近傍に設置され、該ハウジングの表面の、該炉の該開口から放射される輻射熱が照射される部分が鏡面状に仕上げられていると(請求項3)、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。

0009

また、上記課題を解決するために、本願発明の他の加工機は、ハウジングを有する加工ヘッドを備え、該加工ヘッドのハウジングの表面が鏡面状に仕上げられている(請求項4)。加工ヘッドは、輻射熱が最も強く照射される部分なので、このハウジングを鏡面状に仕上げると、加工機の温度上昇防止に有効である。また、加工ヘッドには、精度を要する内部機構が組み込まれていることが多いが、加工ヘッドの温度上昇を防止することによって、かかる内部機構の膨張を防止し、精度を維持することができる。

0010

また、上記課題を解決するために、本願発明のさらに他の加工機は、加工ヘッドを備え、該加工ヘッドの前方から照射される輻射熱を該加工ヘッドの前方に反射しうる反射部材を、該加工ヘッドの軸周り周回するようにして設けている(請求項5)。加工ヘッドは、輻射熱が最も強く照射される部分なので、かかる反射部材を設けると、加工機の温度上昇防止に有効である。また、輻射熱を反射板によって輻射熱源に戻すことができ、輻射熱源の温度低下を防止することもできる。

0011

上記加工機において、該加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも該反射部材よりも前の部分を鏡面状に仕上げるようにしてもよい(請求項6)。このようにすると、特に加工ヘッドの温度上昇防止に効果的である。

0012

上記加工機において、加工ヘッドの前方から照射される輻射熱を該加工ヘッドの前方に反射しうるようにするには、例えば、該反射部材の前面を鏡面状に仕上げるようにしてもよい(請求項7)。また、該反射部材の前面を凹面状としてもよい(請求項8)。このようにすると、輻射熱を反射部材によって、より効率的に輻射熱源に戻すことができる。

0013

また、上記加工機において、開口を有する炉の近傍に設置し、該炉の該開口を介して、該炉の内部に設置されたワークを加工するようにしてもよい(請求項9)。このようにすると、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。

0014

上記加工機の種類は特に限定されないが、例えば、レーザ加工機であってもよい(請求項10)。

0015

また、上記課題を解決するために、本願発明のさらに他の加工機は、加工ヘッドを備え、該加工ヘッドの前方から照射される輻射熱を該加工ヘッドの前方に反射しうる反射部材を、該加工ヘッドの軸周りを周回するようにして設け、該反射部材の前面が、鏡面状に仕上げられており、かつ、前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできる形状である(請求項11)。このように、反射部材に照射される輻射熱を所定箇所に集めることができるようにすると、ワークをその加工箇所が該所定箇所に一致するように置き、反射によって集中させた輻射熱によってワークの加工箇所を加熱することができる。

0016

また、上記加工機において、該所定箇所が該加工ヘッドの軸上にあれば(請求項12)、レーザ光による加工を反射部材で効率よく補うことができる。

0017

また、上記加工機において、該所定箇所が該加工ヘッドの軸から離れた位置となるように構成すると(請求項13)、加工ヘッドによる加工箇所と該所定箇所とをワーク上の加工方向に沿って距離を置いて並べることができる。このようにすると、加工ヘッドによる加工の前もしくは後に、その加工箇所を反射部材によって加熱して、予熱もしく徐冷するようにできる。

0018

また、上記加工機は例えばレーザ加工機であってもよい(請求項14)。

0019

また、上記課題を解決するために、本願発明のさらに他の加工機は、前方から照射される輻射熱を前方に反射しうる反射部材によって構成された加工ヘッドを備え、該反射部材の前面が、鏡面状に仕上げられており、かつ、前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできる形状である(請求項15)。このように、反射部材に照射される輻射熱を所定箇所に集めることができるようにすると、ワークをその加工箇所が該所定箇所に一致するように置いて、ワークの加工箇所を輻射熱によって加熱して、加工することができる。

0020

また、上記加工機において、該反射部材の前面の該形状を、略放物線回転面をなす凹面状としてもよい(請求項16)。放物線回転面に前方から照射される平行な輻射熱は、反射によって放物線回転面の焦点に集められることが知られており、輻射熱の集中度を極めて高くできる。

発明を実施するための最良の形態

0021

この出願発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

0022

図1は、本願発明の一実施形態たる加工機(レーザ加工機)10を示す3面図であり、(a)は背面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。このレーザ加工機10は、加熱炉30の近傍に設置されており、図ではレーザ加工機10と一緒に加熱炉30も示されている。レーザ加工機10は、2本の脚部11と、脚部11上に掛け渡されたレール部12と、アーム部13と、旋回部14と、加工ヘッド15とを有している。脚部11は床面に固定されている。アーム部13は、レール部12に対して図中の矢印Xの方向、及び矢印Yの方向に移動できるようになっている。また、旋回部14はアーム部13に対して図中の矢印Aの方向に旋回できるようになっており、加工ヘッド15は旋回部14に対して図中の矢印Bの方向に旋回できるようになっている。よって加工ヘッド15は、アーム部13に対して所定範囲において任意の角度に設定することができる。図中の仮想線は、加工ヘッド15が実線の位置から他の位置に移動した状態を示している。

0023

レーザ光は、レーザ光導入口16から導入され、蛇腹部17の内部を通過して、アーム13内のミラーM1,M2、旋回部14内のミラーM3、加工ヘッド15内のミラーM4によって反射され、加工ヘッド15内のレンズRを通過し、加工ヘッド15の先端から出力される。

0024

レール部12、アーム部13、旋回部14、加工ヘッド15は、それぞれ、駆動系や光学系などの内部機構をハウジングで覆う構造になっている。加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。鏡面状に仕上げるには、例えば、ハウジングの表面に金属メッキを施してもよいし、ハウジングの表面に蒸着による鏡面状の膜を形成してもよいし、バフ研磨などの機械研磨ハウジング表面に施してもよい。中でも、メッキによる処理、特に、クロムメッキによる処理が、鏡面仕上げに適している。この鏡面仕上げされたハウジングの作用は後述する。なお、アーム部13の移動、旋回部14の旋回、加工ヘッド15の旋回は、図外の制御部によって制御される。このように構成されたレーザ加工機10によって、加熱炉30内のワークWがレーザ加工される。

0025

図2は、レーザ加工機10の一部と加熱炉30との斜観図である。このように加熱炉30には開口31が形成されている。この開口31はレーザ加工機10のレーザ光を加熱炉30内に導くためのものである。図には示されていないが、加熱炉30内には搬送装置が敷設されている。加熱炉30の端部にはワーク搬入口32が形成されており、ワークWは載置台S上に固定された状態でこのワーク搬入口32から加熱炉30内に搬入され、搬送装置に載せられる。ワークWは搬送装置によって、加熱炉30内を図中の矢印Cの方向に搬送される。レーザ加工機10は、搬送装置によってレーザ加工機10の前にまで搬送されて来たワークWに対して、加工ヘッド15からのレーザ光を開口31を介して照射して、レーザ加工を施す。この場合、レーザ光による加工(レーザ加工)は、例えば、融着であってもよいし、加熱によってワークを変形させるような変形加工であってもよい。ワークWは、ワーク搬入口32からレーザ加工機10の前まで、加熱炉30の内部を搬送されてくる。よって、ワークWがレーザ加工機10の前まできたとき、ワークWの加工箇所は、加工温度にまでには到達していないが、ある程度、温度上昇している。すなわち、予熱がされている。よって、レーザ光による主加工が施されても、ワークWの加工箇所周辺に大きな温度勾配が生ずることがない。従って、ワークW内部に割れやクラックが生じにくい。また、レーザ光による主加工の完了したワークWは、加熱炉30の内部を搬送されてゆく。よって、ワークWの加工箇所が急激には冷却されることはなく、ワークWの温度は均一にかつ徐々に低下する。すなわち、ワークWは徐冷される。よって、ワークWの冷却過程において、加工箇所周辺に大きな温度勾配が生ずることがなく、ワークW内部に割れやクラックが生じにくい。なお、開口31には蓋33が設けられている。開口31は、レーザ加工がされないときは、蓋33によって閉じられている。

0026

図3は、レーザ加工機10の加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示した図である。図中の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。加熱炉30内は高温であり、開口31からは輻射熱が漏れ出る。開口31から放射されたこの輻射熱は、レーザ加工機10の開口31に最も近い部分、すなわち、加工ヘッド15に特に強く照射される。しかし、前述したように加工ヘッド15のハウジングの表面は、鏡面仕上げが施されているので、輻射熱を反射する。よって、加工ヘッド15の内部機構が、輻射熱によって著しく温度上昇することが防止される。より詳細に説明すると、加工ヘッド15の内部にはミラーM4やレンズRなどによる光学系が設けられているが、加工ヘッド15のハウジングの表面が輻射熱を反射するので、ミラーM4やレンズRの膨張が防止され、よってレーザ光の光軸のズレやレーザ光の断面形状の変形が防止される。

0027

同様に、旋回部14のハウジングの表面やアーム部13のハウジングの表面も鏡面仕上げされているので、旋回部14やアーム部13の内部に設けられたミラーM1,M2,M3等の光学系に関しても、温度上昇が防止される。

0028

また、旋回部14やアーム部13の駆動系も膨張しにくくなるので、駆動精度が維持される。また、駆動系の潤滑剤も、温度上昇によって劣化することが防止される。さらに、加工ヘッド15,旋回部14,アーム部13の内部に、温度上昇によって寿命が早まるような材料(例えば、樹脂ゴム)によって形成された部品があったとしても、温度上昇が防止されることによって寿命が早められることを回避できる。

0029

本実施形態では、加工ヘッド、旋回部、アーム部の表面に鏡面仕上げを施すようにしたが、加工機のハウジングの他の部分(例えば、レール部や脚部のハウジング)に鏡面仕上げを施してもよい。また、本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。

0030

図4は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)の他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Aの加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示している。図中の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。

0031

このレーザ加工機10Aは、図1〜3によって示されたレーザ加工機10と異なり、加工ヘッド15に反射板18を取り付けている。反射板18は平板状であり、加工ヘッド15の軸周りを周回するようにして設けられている。この反射板18は開口31からの輻射熱を前方に反射することができるように、前面18aが鏡面状に仕上げられている。レーザ加工機10Aのその他の構造は、図1〜3によって示されたレーザ加工機10と同様である。すなわち、このレーザ加工機10Aも、加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面には鏡面仕上げが施されている。

0032

図5は、レーザ加工機10Aの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の開口31近傍の断面図とともに示した図である。図において、レーザ加工機10Aの内部機構は省略している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。

0033

このレーザ加工機10Aは、反射板18の前面18aが鏡面仕上げされているため、開口31からの輻射熱は反射板18の前面18aで反射されて、加工ヘッド15の前方へ、すなわち加熱炉30内に戻る方向に進行する。また、加工ヘッド15のハウジングの表面が鏡面仕上げされており、加工ヘッド15のハウジングの表面で輻射熱が後方に反射されたとしても、反射板18の前面18aでさらに開口31に向かう方向に反射する。反射されて加熱炉30内に向かう輻射熱は、加熱炉30内を加熱することになる。このように、輻射熱によるレーザ加工機10Aの温度上昇が防止されるのみならず、輻射熱源たる加熱炉30の温度低下を防止することもできる。

0034

本実施形態では、加工ヘッド、旋回部、アーム部のハウジングの表面にも鏡面仕上げが施されている。しかし、反射部材を設ける場合は、必ずしもこれらハウジングに鏡面仕上げを施すことは必要ではない。なお、反射部材を設ける場合は、加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも反射部材より前方の部分に鏡面仕上げが施されていれば、加工ヘッドの温度上昇防止に特に有効である。また、本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。

0035

図6は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Bの加工ヘッド15およびその周辺の部分の側面図を、加熱炉30の横断面図とともに示している。図中の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。

0036

図7は、レーザ加工機10Bの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の開口31近傍の断面図とともに示した図である。図において、レーザ加工機10Bの内部機構は省略している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。

0037

このレーザ加工機10Bは、図4〜5によって示されたレーザ加工機10Aと異なり、加工ヘッド15に取り付けられた反射板19は、前面19aが凹面状をなすような形状に形成されている。この反射板19も加工ヘッド15の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、開口31からの輻射熱を加工ヘッド15の前方に反射することができるように、反射板19の前面19aが鏡面状に仕上げられている。さらに、反射板19の前面19aは、略放物線回転面をなしている。そして、この放物線回転面の焦点Fは、加工ヘッド15の軸L上にある。レーザ加工機10Bの反射板19以外の構造は、図1〜3によって示されたレーザ加工機10と同様である。すなわち、このレーザ加工機10Bも、加工ヘッド15のハウジングの表面、旋回部14のハウジングの表面、および、アーム部13のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。

0038

反射板19の前面19aが鏡面仕上げされているため、開口31からの輻射熱は反射板19の前面19aで反射されて、加工ヘッド15の前方へ、すなわち加熱炉30内に戻る方向に進行する。また、加工ヘッド15のハウジングの表面が鏡面仕上げされているので、加工ヘッド15のハウジングの表面で輻射熱が後方へ反射したとしても、反射板19の前面19aでさらに開口31に向かう方向に反射する。反射板19の前面19aが凹面状であるため、反射板19で反射された輻射熱は、開口31の周囲に拡散してしまうことなく、効率よく加熱炉30内に戻る。よって、加熱炉30内の温度低下防止により効果的である。

0039

また、前面19aが略放物線回転面をなしているので、加工ヘッド15の軸Lと平行に進行して反射板19に照射される輻射熱は、反射板19で反射されて放物回転面の焦点Fに集められる。よって、ワークWをその加工箇所が焦点Fに一致するように置くと、反射板19によって集中された輻射熱によって、該加工箇所を加熱することができる。開口31から漏れ出る輻射熱が強いほど、反射板19によるワークWの加熱度合いは大きくなる。

0040

前述のように、この放物線回転面の焦点Fは加工ヘッド15の軸L上にある。そして、レーザ光の焦点と放物線回転面の焦点Fとは略一致している。よって、反射板19は加工ヘッド15を補助してワークWを加熱加工する。従って、加工ヘッド15からのレーザ光の出力は小さくてもよく、レーザ発振器低出力のものを採用できる。すなわち、加工機のイニシャルコストランニングコストを低減できるのである。

0041

本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。

0042

図8は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機10Cの加工ヘッド15およびその周辺部分の断面図を、加熱炉30を水平面で切断した断面図とともに示したものである。図中の矢印E1,E2以外の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。

0043

このレーザ加工機10Cは、図6〜7によって示されたレーザ加工機10Bと同様に、加工ヘッド15に反射部材たる反射板20が取り付けられている。そして、反射板20の前面20aは、凹面状かつ略放物線回転面をなし、鏡面状に仕上げられている。しかし、図6〜7によって示されたレーザ加工機10Bと異なり、該反射板20の前面20aの放物線回転面の焦点F2は、加工ヘッド15の軸L上にはなく、軸Lから離れたところに位置している。加工ヘッド15からのレーザ光の焦点F1と放物線回転面の焦点F2とは、ワークW上の加工方向に沿って距離を置いている。レーザ加工機10Cのそれ以外の構造は、図6〜7によって示されたレーザ加工機10Bと同様である。

0044

このレーザ加工機10Cでは、加熱炉30内を搬送されてきたワークWが加工機10Cの前までくると、そこでワークWを停止させ、加工ヘッド15を移動制御しながらワークWを加工する。加工ヘッド15は図8における矢印E1の方向に移動しつつ、ワークWの加工箇所を加工する。ワークWの加工箇所は、レーザ光の照射に先だって反射板20からの輻射熱による加熱を受ける。反射板20からの加熱のみでは、ワークWの加工箇所を加工温度にまで上昇させることはできないが、ワークWの他の箇所(反射板20からの輻射熱の照射を受けない箇所)よりは高い温度にすることができる。よって、ワークWの加工箇所は、レーザ光による主加工が施される前に、反射板20によって予熱される。従って、加熱炉30内の温度がそれほど高くなくてもワークWを十分に予熱できる。このため、加熱炉30のランニングコスト低減を図ることができる。

0045

また、加工ヘッドを図8における矢印E2の方向に移動させて、ワークWの加工箇所を加工してもよい。ワークWの加工箇所は、レーザ光での主加工が施された後に反射板20からの輻射熱による加熱を受ける。つまり、ワークWは、反射板20によって徐冷される。従って、加熱炉30内の温度がそれほど高くなくてもワークWを十分に徐冷することができる。このため、加熱炉30のランニングコスト低減を図ることができる。

0046

本実施形態では加工機としてレーザ加工機を例に挙げたが、本願発明は他の加工機に適用することもできる。

0047

図9は本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機10Dの加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉30の横断面図とともに示したものである。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。このように加工機10Dは、加熱炉30の近傍に設置されており、加熱炉30内のワークWを加工している。

0048

この加工機10Dの加工ヘッドは反射部材たる反射板21で構成されており、レーザ光を照射するための機構は備えていない。反射板21は、加熱炉30の開口31から漏れ出る輻射熱を反射している。反射板21は、前方から照射される輻射熱を前方に反射することができるように、その前面21aが鏡面状に仕上げられている。そして、前面21aの形状は略放物線回転面をなす凹面状である。よって、前方から照射される輻射熱を反射によって放物線回転面の焦点F3に集めることができる。反射板21は、焦点F3がワークW上の加工箇所に沿って移動するように移動制御される。ワークWの加工箇所は輻射熱によって加熱されて加工温度にまで上昇する。すなわち、反射板21からの輻射熱によってワークWは加工される。

0049

この加工機10Dは、レーザ発振器のような高価で複雑な設備を必要としない。また、レーザ光の光軸の調整などのメンテナンスも不要である。よって、安価で加工機を構成でき、しかも、ランニングコストも安い。また、メンテナンスに要する労力も低減できる。

0050

図10は、加工機10Dの反射板21が、予定しない方向に向いてしまった場合を示している。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。例えば、加工機10Dが暴走してこの図のように反射板21が開口31以外の方向に向いてしまったような場合は、開口31の開口面に対する反射板21の投影面積が小さくなり、反射板21に照射される輻射熱量が少なくなる。よって、反射板21が反射した輻射熱がある点に集まったとしても、その点にある設備やそこにいる作業者が強い加熱を受けることはない。つまり、加工機10Dが暴走したり、加工機10Dの制御プログラムミスが生じたとしても、安全である。

0051

図11は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、(a)は背面図、(b)は側面図である。図12は、このレーザ加工機40の旋回部44の一部断面図である。レーザ加工機40は、加熱炉30の近傍に設置されており、図11(b)では、レーザ加工機40と一緒に加熱炉30も示されている。この加熱炉30は、図1図2で示した加熱炉30と同一構成のものである。

0052

レーザ加工機40は、2本の脚部41と、脚部41上に掛け渡されたレール部42と、アーム部43と、旋回部44と、加工ヘッド45とを有している。脚部41は床面に固定されている。アーム部43は、レール部42に対して図中の矢印Xの方向、及び矢印Yの方向に移動できるようになっている。また、旋回部44はアーム部43に対して図中の矢印Gの方向に旋回できるようになっており、加工ヘッド45は旋回部44に対して図中の矢印Hの方向に角度変更できるようになっている。加工ヘッド45の旋回部44に対する角度変更は、旋回部44に組み込まれたモータ44a等によってなされる。すなわち、図12に示されるように、旋回部44にはモータ44aが組み込まれている。また、加工ヘッド45は旋回部44に対して枢設されている。モータ44aの回転軸に取り付けられたプーリ44bは、加工ヘッド45の枢軸にとりつけられたプーリ45bと、ベルト48によって連結されている。よってモータ44aを回転制御することによって加工ヘッド45は旋回部44に対して図中の矢印Hの方向に回動する。なお、アーム部43の移動、旋回部44の旋回、モータ44aの回転は、図外の制御部によって制御される。

0053

レーザ光は、レーザ光導入口46から導入され、レーザ加工機40の内部に組み込まれたミラーによって加工ヘッド45にまで導かれ、加工ヘッド45内のレンズを通過して加工ヘッド45の先端から出力される。図11(b)の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。

0054

このレーザ加工機40も、図1〜3で示したレーザ加工機10と同様に、レール部42、アーム部43、旋回部44、加工ヘッド45は、それぞれ、駆動系や光学系などの内部機構をハウジングで覆う構造になっている。加工ヘッド45のハウジングの表面、旋回部44のハウジングの表面、および、アーム部43のハウジングの表面は、鏡面状に仕上げられている。よって、加熱炉30の開口31から漏れ出た輻射熱が、加工ヘッド45、旋回部44、アーム部43に照射されても、それらのハウジングの表面で輻射熱は反射される。よって、レーザ加工機40の内部機構が輻射熱によって著しく温度上昇することが防止される。

0055

図13は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Aの加工ヘッド45およびその周辺の部分の側面図を示している。図中の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。

0056

このレーザ加工機40Aは、図11〜12によって示されたレーザ加工機40と異なり、加工ヘッド45に反射板18を取り付けている。レーザ加工機40Aのその他の構造は、図11〜12によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Aの反射板18は、図4〜5で示したレーザ加工機10Aの反射板18と同一構造のものである。すなわち、レーザ加工機40Aの反射板18も平板状であり、加工ヘッド45の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、加熱炉30の開口31からの輻射熱を前方に反射することができるように、前面18aが鏡面状に仕上げられている。

0057

よって、図4〜5のレーザ加工機10Aと同様、輻射熱によるレーザ加工機40Aの温度上昇を防止することができるのみならず、輻射熱源たる加熱炉30の温度低下を防止することもできる。

0058

図14は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Bの加工ヘッド45およびその周辺の部分の側面図を示している。図中の矢印Dはレーザ光の進行方向を示す。図中のその他の矢印は輻射熱の進行方向を示している。

0059

このレーザ加工機40Bの加工ヘッド45には、反射板19が取り付けられている。レーザ加工機40Bの反射板19以外の構造は、図11〜12によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Bの反射板19は、図6〜7に示されたレーザ加工機10Bの反射板19と同一構造である。つまり、レーザ加工機40Bの反射板19も、前面19aが凹面状をなすような形状に形成されており、加工ヘッド45の軸周りを周回するようにして設けられている。そして、加熱炉30の開口31からの輻射熱を加工ヘッド45の前方に反射することができるように、反射板19の前面19aが鏡面状に仕上げられている。さらに、反射板19の前面19aは、略放物線回転面をなしている。そして、この放物線回転面の焦点Fは、加工ヘッド15の軸L上にある。

0060

よって、図6〜7のレーザ加工機10Bと同様、反射板19で反射した輻射熱を加熱炉30の開口31の周囲に拡散してしまうことなく、効率よく加熱炉30内に戻すことができる。また、反射板19は加工ヘッド45を補助してワークWを加熱加工することができる。

0061

図15は本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機40Cの加工ヘッド45およびその周辺部分を水平面で切断した断面図を示したものである。この図において、旋回部44と加工ヘッド45との内部機構は省略している。図中の矢印は、輻射熱の進行方向を示している。

0062

このレーザ加工機40Cの加工ヘッド45には、反射板20が取り付けられている。レーザ加工機40Cの反射板20以外の構造は、図11〜12によって示されたレーザ加工機40と同様である。レーザ加工機40Cの反射板20は、図8に示されたレーザ加工機10Cの反射板20と同一構造である。つまり、レーザ加工機40Cの反射板20も、その前面20aが凹面状かつ略放物線回転面をなし、鏡面状に仕上げられている。そして、該反射板20の前面20aの放物線回転面の焦点F2は、加工ヘッド45の軸L上にはなく、軸Lから離れたところに位置している。加工ヘッド45からのレーザ光の焦点F1と放物線回転面の焦点F2とは、ワークW上の加工方向に沿って距離を置いている。

0063

よって、ワークWの加工箇所を、レーザ光による主加工が施される前に反射板20からの輻射熱によって予熱したり、レーザ光での主加工が施された後に反射板20からの輻射熱によって加熱しつつ徐冷したりすることができる。

0064

図16は本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機40Dの加工ヘッドおよびその周辺部分を示す側面図である。図中の矢印は輻射熱の進行方向を示している。このように加工機40Dは、加熱炉30の近傍に設置されており、加熱炉30内のワークWを加工している。

0065

この加工機40Dは、図9〜10で示した加工機10Dと同様に、その加工ヘッドは反射部材たる反射板21で構成されており、レーザ光を照射するための機構は備えていない。加工機40Dの反射板21は、図9〜10で示した加工機10Dの反射板21と同一構造である。つまり、加工機40Dの反射板21は、加熱炉30の開口31から漏れ出る輻射熱を反射しているのであるが、前方から照射される輻射熱を前方に反射することができるように、その前面21aが鏡面状に仕上げられている。そして、前面21aの形状は略放物線回転面をなす凹面状である。反射板21は、放物線回転面の焦点F3がワークW上の加工箇所に沿って移動するように移動制御されて、ワークWの加工箇所を輻射熱によって加工温度にまで上昇させる。

0066

よって、加工機40Dも図9〜10の加工機10Dと同様に、安価で構成でき、しかも、ランニングコストも安い。また、メンテナンスに要する労力も低減できる。さらに、加工機40Dが暴走したり、加工機40Dの制御プログラムにミスが生じたとしても、安全である。

0067

以上、種々の実施形態に基づき、本願発明を説明した。上記実施形態では、反射によって輻射熱を所定箇所に集中させるために、反射部材の前面を略放物線回転面状としたので、その集中度は極めて高い。しかし、反射部材前面の形状はその他の形状、例えば双曲線回転面や球面形状としてもよい。このような形状によって輻射熱を集中させると、放物線回転面形状ほどには集中度を高めることはできないが、加熱範囲を広くできる。また、球面形状は加工のしやすい形状であるので、製造コストを安くできる。

発明の効果

0068

本願発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
(1)ハウジングの表面の少なくとも一部が鏡面状に仕上げられていると、加工機の輻射熱による温度上昇を極力小さくできる。
(2)ハウジングの、光学系を収容する部分の表面が鏡面状に仕上げられていると、光学系の温度上昇による膨張を防止でき、光学系の精度を維持できる。
(3)加工機が、開口を有する炉の近傍に設置されている場合は、炉の開口からの輻射熱を有効に反射し、この輻射熱による加工機の温度上昇を極力小さくできる。
(4)加工ヘッドのハウジングの表面が鏡面状に仕上げられていると、加工機の温度上昇防止に特に有効であり、また、加工ヘッドの内部機構の膨張による精度低下を防止できる。
(5)反射部材を設けると、加工機の温度上昇防止に有効であり、また、輻射熱源の温度低下を防止することもできる。
(6)加工ヘッドのハウジングの表面の、少なくとも反射部材よりも前の部分が鏡面状に仕上げられていると、特に加工ヘッドの温度上昇防止に効果的である。
(7)反射部材の前面が凹面状であると、輻射熱を反射板によって、より効率的に輻射熱源に戻すことができる。
(8)前方から照射される平行な輻射熱を反射によって所定箇所に集中させることのできるような反射部材を設けると、該所定箇所に輻射熱を集めて、ワークの加熱を行うことができる。

0069

特に、加工ヘッドの軸上に該所定箇所がくるようにすると、加工ヘッドを補助してワークを加熱することができる。

0070

また特に、加工ヘッドの軸から離れた位置に該所定箇所を位置させると、予熱や徐冷のためにワークを加熱することができる。

0071

また特に、反射部材自身を主加工を行うための加工ヘッドとして用いると、単純な構造でしかも非常に安全な加工機を構成できる。

0072

また特に、反射部材の前面の形状を、略放物線回転面をなす凹面状にすると、輻射熱の集中度を極めて高くできる。

図面の簡単な説明

0073

図1加工機(レーザ加工機)を示す3面図であり、(a)は背面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。
図2レーザ加工機の一部と加熱炉との斜観図である。
図3レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示した図である。
図4加工機(レーザ加工機)の他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
図5レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
図6加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
図7レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
図8本願発明に係る加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉を水平面で切断した断面図とともに示した図である。
図9本願発明に係る加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工機の加工ヘッドおよびその周辺部分の断面図を、加熱炉の横断面図とともに示した図である。
図10加工機の反射板が、予定しない方向に向いてしまった場合の、反射板および加熱炉の断面図である。
図11加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、(a)はレーザ加工機の背面図、(b)は側面図である。
図12レーザ加工機の旋回部の一部断面図である。
図13加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
図14加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。
図15加工機(レーザ加工機)のさらに他の実施形態を示す図であり、レーザ加工機の加工ヘッドおよびその周辺の部分の横断面図を、加熱炉の横断面図とともに示す図である。
図16加工機のさらに他の実施形態を示す図であり、加工ヘッドおよびその周辺の部分の側面図を、加熱炉の開口近傍の断面図とともに示す図である。

--

0074

M1,M2,M3,M4ミラー
Rレンズ
S 載置台
W ワーク
10,10A,10B,10Cレーザ加工機
10D加工機
11 脚部
12レール部
13アーム部
14旋回部
15加工ヘッド
16レーザ光導入口
17蛇腹部
18,19,20,21反射板
18a,19a,20a,21a 前面
30加熱炉
31 開口
32ワーク搬入口
33 蓋
40,40A,40B,40C レーザ加工機
40D 加工機
41 脚部
42 レール部
43 アーム部
44 旋回部
44aモータ
44bプーリ
45 加工ヘッド
45b プーリ
46 レーザ光導入口
48 ベルト

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