特許 7595097 過負荷保護装置及びレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】過負荷保護装置及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20241128BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

B23K26/00 Q

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023004399

(22)【出願日】2023-01-16

(65)【公開番号】P2024100412

(43)【公開日】2024-07-26

【審査請求日】2023-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】河本 圭司

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０６１６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－０２２３６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０７－００１１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０７０８９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０１－２１５４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／７０

Ｂ２３Ｋ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、下方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記ヘッド支持体は、外部から供給されて下方向に進む前記レーザビームを水平方向に偏向する第１ミラーを有し、
前記レーザ加工ヘッドは、前記第１ミラーで水平に偏向された前記レーザビームを下方向に偏向する第２ミラーを有し、
前記球面滑り軸受は、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に配置され、
前記通常姿勢位置は、前記内輪部の軸線が前記レーザビームの光軸と一致する位置であり、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成している過負荷保護装置。

【請求項2】

一方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、前記一方向と直交する方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成しており、
前記外輪部は、円弧状に分割された第１外輪部及び第２外輪部を含んで構成され、
前記第１外輪部及び前記第２外輪部を前記内輪部の外周面に締め付ける締結部を有し、
前記締結部における締め付けの程度により、前記内輪部は回動に必要な外力の大きさを調節可能とされて前記外輪部に回動可能に保持されている過負荷保護装置。

【請求項3】

一方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、前記一方向と直交する方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成しており、
前記通常姿勢位置から回動した前記内輪部を前記通常姿勢位置にリセットさせるための内輪位置決め部を有し、
前記内輪位置決め部は、前記外輪部に形成された径方向を軸とするテーパー孔と、前記内輪部に形成された径方向を軸とする雌ねじ部と、を有し、
前記テーパー孔のテーパー角度と同じ傾斜角度のテーパー部、及び前記テーパー部の先端に設けられた前記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を有するテーパーピンを、前記テーパー孔に挿入し前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に螺合させて締め付けることで、前記内輪部が前記通常姿勢位置に位置決めされるよう構成されている過負荷保護装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の過負荷保護装置と、
前記ヘッド支持体の移動を制御する制御部と、
を備え、
前記過負荷保護装置は、前記内輪部の前記通常姿勢位置からの回動を検出して検出信号を出力する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出信号に基づいて前記ヘッド支持体の移動を停止するレーザ加工装置。

【請求項5】

前記ヘッド支持体が最大速度で移動しているときに前記検出部が前記内輪部の前記通常姿勢位置からの回動を検出した場合、検出時刻から前記ヘッド支持体の停止時刻までの時間で前記内輪部が回動する角度は、前記所定の角度範囲未満である請求項４記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過負荷保護装置及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、上部が支持されて移動するレーザ加工ヘッドのノズルが障害物と衝突したときに、過負荷が加わらないようレーザ加工ヘッドを保護する構造のレーザ加工ヘッド装置が記載されている。

【0003】

この装置は、ノズルが障害物と衝突した際に、レーザ加工ヘッドの姿勢が傾斜することを弾性的に許容すると共に、レーザ加工ヘッドが傾斜姿勢になったときに応力が集中して破断するシャー部材を備えることでレーザ加工ヘッドに過負荷が付与されないようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２３７１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された装置は、レーザ加工ヘッドが傾斜姿勢になったときに、レーザ加工ヘッドと、それを支持する部材（キャリッジ）との間に傾斜分の隙間が生じる。そのため、レーザビームが通る内部空間（光路空間）が、レーザ加工に伴うヒュームなどが浮遊している外部の空間と連通して汚染される可能性がある。

【0006】

そこで、レーザ加工ヘッドが移動中に障害物と衝突したときに、レーザ加工ヘッドを、レーザビームの光路空間が外部の空間と連通せず過負荷が加わらないよう保護できることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は次の１）～３）の構成を有する。
１） 水平方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、下方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記ヘッド支持体は、外部から供給されて下方向に進む前記レーザビームを水平方向に偏向する第１ミラーを有し、
前記レーザ加工ヘッドは、前記第１ミラーで水平に偏向された前記レーザビームを下方向に偏向する第２ミラーを有し、
前記球面滑り軸受は、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に配置され、
前記通常姿勢位置は、前記内輪部の軸線が前記レーザビームの光軸と一致する位置であり、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成している過負荷保護装置である。
２） 一方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、前記一方向と直交する方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成しており、
前記外輪部は、円弧状に分割された第１外輪部及び第２外輪部を含んで構成され、
前記第１外輪部及び前記第２外輪部を前記内輪部の外周面に締め付ける締結部を有し、
前記締結部における締め付けの程度により、前記内輪部は回動に必要な外力の大きさを調節可能とされて前記外輪部に回動可能に保持されている過負荷保護装置である。
３） 一方向に移動するヘッド支持体に一体化された外輪部と、前記一方向と直交する方向へレーザビームを射出するレーザ加工ヘッドに一体化され、前記外輪部によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲で回動可能に支持された内輪部と、を有して構成された球面滑り軸受を備え、
前記通常姿勢位置からの前記所定の角度範囲の回動において、レーザビームの光路空間は、前記外輪部と前記内輪部によって、前記レーザ加工ヘッドの外部の空間と非通気状態を形成しており、
前記通常姿勢位置から回動した前記内輪部を前記通常姿勢位置にリセットさせるための内輪位置決め部を有し、
前記内輪位置決め部は、前記外輪部に形成された径方向を軸とするテーパー孔と、前記内輪部に形成された径方向を軸とする雌ねじ部と、を有し、
前記テーパー孔のテーパー角度と同じ傾斜角度のテーパー部、及び前記テーパー部の先端に設けられた前記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を有するテーパーピンを、前記テーパー孔に挿入し前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に螺合させて締め付けることで、前記内輪部が前記通常姿勢位置に位置決めされるよう構成されている過負荷保護装置である。
また、本発明の別の一態様は次の４）の構成を有する。
４） １）～３）のいずれか１つに記載の過負荷保護装置と、
前記ヘッド支持体の移動を制御する制御部と、
を備え、
前記過負荷保護装置は、前記内輪部の前記通常姿勢位置からの回動を検出して検出信号を出力する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出信号に基づいて前記ヘッド支持体の移動を停止するレーザ加工装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、レーザ加工ヘッドが移動中に障害物と衝突したときに、レーザ加工ヘッドを、その光路空間が外部の空間と連通せずに、過負荷が加わらないよう保護できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、本発明の一態様のレーザ加工装置９１の構成を示す図である。

【図1B】図１Ｂは、レーザ加工装置９１が備える過負荷保護装置９２及びレーザ加工ヘッド２の外観を示す斜視図である。

【図2A】図２Ａは、通常姿勢位置の過負荷保護装置９２を光軸ＬａＣを含む面で切断した縦断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに対してレーザ加工ヘッド２の姿勢が傾斜した姿勢傾斜状態を示す縦断面図である。

【図3】図３は、図２ＡにおけるＳ３－Ｓ３位置での断面図である。

【図4A】図４Ａは、図３におけるＡ部拡大図である。

【図4B】図４Ｂは、姿勢傾斜状態での図３におけるＡ部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の一態様のレーザ加工装置９１について、図１Ａ～図４Ｂを参照して説明する。図１Ａは、本発明の一態様のレーザ加工装置９１の構成を示す図であり、図１Ｂは、レーザ加工装置９１が備える過負荷保護装置９２及びレーザ加工ヘッド２の外観を示す斜視図である。図２Ａは、通常姿勢位置の過負荷保護装置９２を光軸ＬａＣを含む面で切断した縦断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに対してレーザ加工ヘッド２の姿勢が傾斜した姿勢傾斜状態を示す縦断面図である。図３は、図２ＡにおけるＳ３－Ｓ３位置での断面図である。図４Ａは、図３におけるＡ部拡大図であり、図４Ｂは、姿勢傾斜状態での図３におけるＡ部拡大図である。説明の便宜のため、上下前後左右の各方向を、図１Ｂに矢印で示される方向に規定する。

【0011】

図１Ａに示されるように、レーザ加工装置９１は、少なくとも、レーザ加工ヘッド２，過負荷保護装置９２，光路偏向部３，ヘッド支持体４，キャリッジ部５，レーザ発振器９３，及び制御部９４を含んで構成されている。レーザ加工装置９１において、レーザ発振器９３は、制御部９４の制御によってレーザビームＬａを生成する。生成されたレーザビームＬａは、プロセスファイバ６を通り、上下方向を長手としてキャリッジ部５に支持されたヘッド支持体４の上部に供給される。

【0012】

ヘッド支持体４の内部の上部にはコリメートレンズ４１が配置されている。ヘッド支持体４の下端部には、ミラー３１を有する光路偏向部３が取り付けられている。ヘッド支持体４の内部に供給されたレーザビームＬａは、コリメートレンズ４１によって平行光にされて下方に向け進み、ミラー３１によって反射して水平方向（前方向）に９０°偏向する。

【0013】

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、光路偏向部３の前端部には過負荷保護装置９２を介してレーザ加工ヘッド２が着脱自在に取り付けられている。レーザ加工ヘッド２は、ヘッド内偏向部２３，ヘッド本体部２１，及びノズル２２を有する。ヘッド内偏向部２３の内部にはミラー２３１（図１Ａ参照）が配置され、ヘッド本体部２１の内部には、集光レンズ２１１（図１Ａ参照）が配置されている。ノズル２２は、ヘッド本体部２１の下端に取り付けられている。

【0014】

図１Ａに示されるように、ミラー３１に反射して前方に進むレーザビームＬａは、ヘッド内偏向部２３のミラー２３１に反射して下方に向かうようヘッド光軸ＬＣ２（図２Ａ参照）を９０°偏向する。下方に向かうレーザビームＬａは、集光レンズ２１１によってノズル２２の下方に配置されたワークＷの加工部位に焦点を結ぶよう集光するレーザビームＬＢとされて、ノズル２２の先端から下方に射出する。

【0015】

ヘッド支持体４とレーザ加工ヘッド２は、制御部９４の制御の下、キャリッジ部５に備えられた駆動部５ＫＤによって３次元移動する。例えば、レーザ加工ヘッド２は、ワークＷとノズル２２との間が所定の距離となるよう維持して、レーザビームＬＢの射出方向（下方向）に直交する一方向に移動する（図１Ａ及び図１Ｂの矢印ＤＲａ参照）。この移動は、レーザビームＬＢの射出有無によらず実行される。

【0016】

次に、過負荷保護装置９２について、図１Ｂ～図４Ｂを参照して詳述する。図１Ｂに示されるように、過負荷保護装置９２は、内輪部１１，外輪部１２，内輪位置決め部７，及び検出部８を有する。

【0017】

内輪部１１は、図２Ａに示されるように、軸線ＣＬ１１の貫通孔である光路孔１１ｈを有し、厚さＤ１１にて外周面１１ｂが軸受中心Ｃ１１を中心とする半径Ｒａの球面の一部となるよう形成された環状の部材である。外輪部１２は、図２Ａ及び図３に示されるように、上下に分割された半円弧状の第１外輪部である上外輪部１２ＵＴと第２外輪部である下外輪部１２ＢＴとが一体化して構成されている。上外輪部１２ＵＴは、上部に検出部８を有し、検出部８の左右両側に一対の内輪位置決め部７を有している。

【0018】

上外輪部１２ＵＴの内面１２Ｕｂ及び下外輪部１２ＢＴの内面１２Ｂｂは、軸受中心Ｃ１１を中心とする半径Ｒａの球面の一部として形成されている。また、内面１２Ｕｂ及び内面１２Ｂｂの後方側には、光路偏向部３の内面３ｂが連続する球面として接続配置されている。内面１２Ｕｂ，内面１２Ｂｂ，及び内面３ｂを合わせて、単に内面１２ｂとも称する。光路偏向部３の内面３ｂの後端部は、光軸ＬａＣに直交する平面として形成された前面３ｃに接続している。

【0019】

図３に示されるように、上外輪部１２ＵＴと下外輪部１２ＢＴとは、右側の固定具Ｎ１２及び左側の締結部ＴＢにおける締め付けによって、外輪部１２の内面１２Ｕｂ，１２Ｂｂが内輪部１１の外周面１１ｂと密着し、かつ径方向の中心に向け付勢するようにして固定されている。

【0020】

締結部ＴＢは、後述の構造によって、上外輪部１２ＵＴ及び下外輪部１２ＢＴによる内輪部１１の締め付け力を調節できるようになっている。内輪部１１は、軸線ＣＬ１１以外の方向の所定値以上の力が付与されたときに、軸受中心Ｃ１１を中心として、外周面１１ｂが外輪部１２の内面１２ｂに摺動しながら回動し、軸線ＣＬ１１の向きが変わるようになっている。例えば図２Ｂには、軸線ＣＬ１１が光軸ＬａＣに対し、図２Ｂにおける時計回り方向に角度θａ傾いた状態が示されている。このように、内輪部１１及び外輪部１２は、内輪部１１が外輪部１２に嵌め込まれるように係合して回動可能な、いわゆる球面滑り軸受ＳＢを構成している。締結部ＴＢによる締め付け力の調節によって、内輪部１１を回動させるに必要な力の所定値を変えることができる。

【0021】

締結部ＴＢの構造を図３を参照して説明する。図３において、下外輪部１２ＢＴの右端部には、上下方向に貫通する段付き孔である締結孔１２５が形成されている。上外輪部１２ＵＴにおける締結孔１２５に対向する位置には、上方に延びて雌ねじ部１２６ａを有するめくら穴１２６が形成されている。締結孔１２５には、下側からボルトである固定具Ｎ１２が通され、雌ねじ部１２６ａに締め付けられる。これにより、下外輪部１２ＢＴと上外輪部１２ＵＴとは、右端部において一体的に固定される。

【0022】

上外輪部１２ＵＴ及び下外輪部１２ＢＴの左端部には、それぞれ上締結部１２１及び下締結部１２２が取り付けられている。上締結部１２１は、右端部が上外輪部１２ＵＴに固定され左端側が上外輪部１２ＵＴから左方に突出している。上締結部１２１は、上外輪部１２ＵＴから突出した部分に、上下に貫通し雌ねじが形成された雌ねじ孔１２１ａを有する。雌ねじ孔１２１ａには、上方側から内外ねじ付ボルト１２３が、その雄ねじの根元側にロックナット１２４を螺合させた状態で雌ねじ孔１２１ａに螺合されている。内外ねじ付ボルト１２３は、所定の螺進位置でロックナット１２４にて締め付け固定される。内外ねじ付ボルト１２３の軸部は、先端が上締結部１２１から下方へ突出する長さを有する。

【0023】

下締結部１２２は、右端部が下外輪部１２ＢＴに固定され左端側が下外輪部１２ＢＴから左方に突出している。下締結部１２２には、上締結部１２１の雌ねじ孔１２１ａと同芯となる貫通孔１２２ａが形成されている。貫通孔１２２ａには、下方側からボルトである固定具Ｎ１３が挿通され内外ねじ付ボルト１２３の雌ねじに螺合している。

【0024】

内外ねじ付ボルト１２３の軸部は、先端（下端）が上締結部１２１から下方へ突出する長さを有する。内外ねじ付ボルト１２３を一定距離螺進させると、軸部の先端が下締結部１２２の上面に当接するようになっている。

【0025】

締結部ＴＢは、上述の構造により、内外ねじ付ボルト１２３の螺進距離を変えることで、上締結部１２１と下締結部１２２との上下方向の間隙の距離Ｑを調節できる。例えば、距離Ｑを小さくするほど、外輪部１２の内径が小さくなって、係合する内輪部１１を強く締め付けるので、球面滑り軸受として内輪部１１が摺動するために必要な力が大きくなる。すなわち、球面滑り軸受ＳＢの初動力を調節できる。

【0026】

図２Ａ及び図２Ｂから明らかなように、内輪部１１の水平軸線ＣＬ１１Ｈまわりの回動は、通常姿勢位置から内輪部１１の後方側の周縁部が光路偏向部３の前面３ｃに当接するまでの所定の角度範囲θｍ（図２Ａ参照）で可能である。内輪部１１の外周面１１ｂと外輪部１２の内面１２ｂとの間は、実質的に隙間がなく空気が流通できない非通気状態となっている。すなわち、外周面１１ｂ及び内面１２ｂは、両面の間に空気が流通できない非通気状態を作りだしている。そのため、内輪部１１と外輪部１２との間から空気が出入りすることはない。

【0027】

次に、検出部８について図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。検出部８は、検出部材８２１，センサスリーブ８２２，センサホルダ８２３，センサ８２４，及びカバー８１を有して構成されている。上外輪部１２ＵＴは、上端部に、左右前後方向に延在するように形成された平面部１２７と、平面部１２７の中央部に垂直軸線ＣＬ１２Ｖを軸として形成された貫通孔１２７ａとを有する。

【0028】

センサホルダ８２３は、平面部１２７に密着する平板状の基部８２３ａと、基部８２３ａから下方に突出して貫通孔１２７ａに進入する突出部８２３ｂとを有する。突出部８２３ｂには、その軸線ＣＬ８を軸として雌ねじ孔８２３ｃが形成されている。雌ねじ孔８２３ｃの内面には雌ねじが形成されている。センサホルダ８２３は、基部８２３ａがボルトである固定具Ｎ１によって上外輪部１２ＵＴに形成された雌ねじ部（不図示）に締め付けられて、軸線ＣＬ８と垂直軸線ＣＬ１２Ｖとを一致させるよう左右前後の位置を調節可能にして上外輪部１２ＵＴに固定されている。

【0029】

センサスリーブ８２２は、軸線ＣＬ８を軸とする細い筒状の部材であり、外周面には外ねじとして雄ねじが形成されている。センサスリーブ８２２は、センサホルダ８２３の雌ねじ孔８２３ｃに螺進及び螺退させることで、雌ねじ孔８２３ｃに挿入された状態でガタづきなく上下方向に移動可能となっている。センサスリーブ８２２は、ロックナット８２５の締め付けにより、センサホルダ８２３における任意の上下方向位置で固定される。

【0030】

センサスリーブ８２２の軸線ＣＬ８を軸として延びる円筒状の内部空間には、検出部材８２１として球体（ボール）が挿入されている。センサスリーブ８２２の下端は検出部材８２１の直径未満に縮径されており、検出部材８２１は、センサスリーブ８２２から下方に脱落せず、その下端側の一部がセンサスリーブ８２２の下端から下方に突出した状態となっている。

【0031】

センサスリーブ８２２の内部空間において、検出部材８２１の上方にはセンサ８２４が挿入配置されている。センサ８２４は、ロックナット８２６によってセンサスリーブ８２２における所定の上下方向位置で固定されている。

【0032】

センサ８２４は、円柱状のセンサ本体部８２４ａ及びセンサ本体部８２４ａの下端面から下方に突出して上下動する検出ロッド８２４ｂを有する。センサ８２４は、検出ロッド８２４ｂが所定位置よりもセンサ本体部８２４ａ側に押し込まれた状態でＯＦＦとなり、所定位置以上延び出ている状態でＯＮとなる。センサ８２４は、ＯＮ／ＯＦＦの信号を、コード８３を介して制御部９４に向け送出する（図１Ａ参照）。検出ロッド８２４ｂは、センサ本体部８２４ａ内の付勢部材（不図示）によって下方に向け付勢されており、検出部材８２１を下方に押している。

【0033】

一方、内輪部１１は、外周面１１ｂに凹部としての係合穴１１ａを有する。係合穴１１ａは、例えば、横断面形状が垂直軸線ＣＬ１１Ｖを軸とした円形の、いわゆるめくら穴として形成される。係合穴１１ａは、外輪部１２に対する内輪部１１の係合姿勢が、図２Ａに示される軸線ＣＬ１１と光軸ＬａＣとが一致する姿勢のときに、軸受中心Ｃ１１を通り上下方向に延びる垂直軸線ＣＬ１１Ｖを軸として形成される。以下、外輪部１２に対する内輪部１１の係合において、軸線ＣＬ１１と光軸ＬａＣとが一致する内輪部１１の位置を、通常姿勢位置と称する。通常姿勢位置は、垂直軸線ＣＬ１１Ｖと垂直軸線ＣＬ１２Ｖとが一致するように後述の内輪位置決め部７を用いた位置決め方法によって設定される。

【0034】

通常姿勢位置では、検出部８において検出ロッド８２４ｂによって下方に付勢された検出部材８２１が、係合穴１１ａに同芯で嵌り込み下端部が係合穴１１ａに入り込んだ状態となっている。係合穴１１ａに嵌り込んでいる検出部材８２１を付勢している検出ロッド８２４ｂの上下方向の位置は、センサ８２４がＯＮとなるように設定されている。

【0035】

内輪部１１に対し外部から一定以上の力が加わると、通常姿勢位置から外輪部１２内を摺動して回動する。そのため、図４Ｂに示されるように、検出部材８２１は、検出ロッド８２４ｂの付勢力に抗して係合穴１１ａから離脱し、外周面１１ｂと当接するようになる。これにより、検出部材８２１の上下方向位置は、距離Ｌ８だけ上昇して検出ロッド８２４ｂを持ち上げる。

【0036】

センサ８２４は、内輪部１１の外周面１１ｂに当接した検出部材８２１を付勢する検出ロッド８２４ｂの上下方向位置でＯＦＦになるように位置調節されている。そのため、内輪部１１が通常姿勢位置から回動することでセンサ８２４からＯＦＦ信号が出力され、制御部９４に入力される。

【0037】

上述の検出部８で回動が検出される内輪部１１は、レーザ加工ヘッド２と一体化される。具体的には、図１Ａ及び図２Ａに示されるように、内輪部１１の前端部には、レーザ加工ヘッド２を着脱可能に装着するマウント１３が取り付けられており、レーザ加工ヘッド２に備えられた装着部２４がマウント１３に装着されている。このようにしてレーザ加工ヘッド２は、過負荷保護装置９２を介してヘッド支持体４と一体化している。

【0038】

既述のように、ヘッド支持体４及びレーザ加工ヘッド２は、駆動部５ＫＤの動作によって３次元移動する。例えば、レーザビームＬＢによるワークＷの加工動作でワークＷに沿って移動する。このレーザ加工ヘッド２の移動途中に、ノズル２２が異物或いは異常変形したワークの一部などの障害物に衝突した場合、ノズル２２は少なくとも一時的に移動が妨げられる一方、ヘッド支持体４はキャリッジ部５と共に移動が継続されるため、レーザ加工ヘッド２は傾斜姿勢になろうとする。

【0039】

ノズル２２の障害物との衝突でレーザ加工ヘッド２が傾斜姿勢になろうとすると、レーザ加工ヘッド２と一体化された内輪部１１には、回動するための所定値以上の外力が加わる。そのため、内輪部１１は、外輪部１２に支持されながら軸受中心Ｃ１１まわりに回動してレーザ加工ヘッド２の姿勢の傾斜を許容する。内輪部１１が回動すると、検出部材８２１及び検出ロッド８２４ｂが上昇してセンサ８２４からＯＦＦの検出信号８ＳＧ（図１Ａ参照）が出力されて制御部９４に入力する。

【0040】

制御部９４は、センサ８２４からのＯＦＦの検出信号８ＳＧの入力を受け、レーザ加工ヘッド２の移動に異常が発生したとしてキャリッジ部５の動作を停止する。また、制御部９４は、レーザ発振器９３が動作中であればレーザ出力を停止する。

【0041】

センサ８２４からＯＦＦの検出信号８ＳＧが出力された検出時刻からキャリッジ部５の動作が停止する停止時刻までの時間は、キャリッジ部５によるレーザ加工ヘッド２が最大速度で移動中であったとしても、内輪部１１が最大回動位置まで回動するまでの時間よりも十分短くなるように、駄走も考慮し余裕をもって設定されている。内輪部１１は、実質的に回動可能な所定の角度範囲θｍ未満で回動する。最大回動位置は、既述のように、内輪部１１の後方側の周縁部が光路偏向部３の前面３ｃに当接する位置である。

【0042】

以上のように、レーザ加工装置９１は、レーザ加工ヘッド２の一端側（上端側）が、キャリッジ部５に支持されたヘッド支持体４に対し過負荷保護装置９２を介して取り付けられている。これにより、レーザ加工ヘッド２の他端側(下端側)となる先端部の移動が障害物などによって妨げられてレーザ加工ヘッド２が正常時の鉛直姿勢から傾斜姿勢になろうとしたときに、その傾斜を許容すると共に、傾斜を検出して制御部９４がキャリッジ部５の移動を直ちに停止するようになっている。これにより、レーザ加工ヘッド２は、先端部の移動が規制されたまま一端側が移動を継続することがなく、レーザ加工ヘッド２に過大な負荷が加わることはない。

【0043】

また、過負荷保護装置９２は、レーザ加工ヘッド２の正常時の姿勢（鉛直姿勢）から異常時の姿勢（傾斜姿勢）への姿勢転換を、球面滑り軸受構造の内輪部１１の回動によって許容する。そして、過負荷保護装置９２は、レーザ加工ヘッド２の正常時姿勢からキャリッジ部５が停止する傾斜姿勢までの内輪部１１の回動を、外部の空間ＶＧ（図２Ａ参照）と内部のレーザビームの光路空間ＶＬ（図２Ａ参照）との通気を遮断した非連通状態で許容するようになっている。

【0044】

これにより、レーザ加工ヘッド２は、移動中にノズルが障害物と衝突しても、光路空間ＶＬが外部の空間ＶＧと連通することなく過負荷が加わらないように保護されるので、光路空間ＶＬがヒュームなどによって汚染されることはなくメンテナンスが容易である。

【0045】

レーザ加工ヘッド２が傾斜姿勢になってレーザ加工装置９１の動作が停止した後、原因を解消してレーザ加工装置９１を再稼働させる際には、内輪部１１を通常姿勢位置にリセットする。内輪部１１を通常姿勢位置にリセットする作業は、内輪位置決め部７を用いて行う。次に、内輪位置決め部７について図３を主に参照して説明する。

【0046】

図３及び図１Ｂに示されるように、内輪位置決め部７は、過負荷保護装置９２において、検出部８を挟むようにその左右に一対設けられている。一対の内輪位置決め部７は同じ構造を有するので、ここでは、代表として図３における右側の内輪位置決め部７について説明する。

【0047】

内輪位置決め部７は、内輪部１１の雌ねじ部１１ｃと外輪部１２に取り付けられたベース７１とを有する。また、位置決め作業にはテーパーピン７２を用いる。

【0048】

図３において、雌ねじ部１１ｃは、内輪部１１の外周面１１ｂに開口する雌ねじを有するめくら穴であって、垂直軸線ＣＬ１１Ｖに対し４５°傾斜した位置に形成されている。外輪部１２には、雌ねじ部１１ｃに対応して、垂直軸線ＣＬ１２Ｖに対し４５°傾斜した位置に雌ねじ部１１ｃの内径よりも十分大きな内径の貫通孔である調節孔１２ｃが径を軸として形成されている。

【0049】

ベース７１は、円筒状の基筒部７１ａと基筒部７１ａの軸方向の中央部位から径方向の外方に延出した一対のフランジ部７１ｂとを有する。基筒部７１ａには、内周面の内径が内部に向かうほど小さくなるテーパー孔７１ａ１が形成されている。ベース７１は、基筒部７１ａが、テーパー孔７１ａ１の縮径側が内輪部１１側となる向きで調節孔１２ｃに進入し、フランジ部７１ｂが外輪部１２の外面に形成された不図示の雌ねじ部に、ボルトである固定具Ｎ７で締め付け固定されている。

【0050】

テーパーピン７２は、頭部７２ａ，基部７２ｂ，テーパー部７２ｃ，及び雄ねじ部７２ｄを有する。頭部７２ａは、円盤状に形成された指で摘まむための部位である。基部７２ｂは、頭部７２ａの中心位置からその直交方向に延びる一定外径の丸棒状の部位である。テーパー部７２ｃは、基部７２ｂと同軸で基部７２ｂの先端に接続し先端に向かうに従って外径が小さくなる円錐台の周面として形成された部位である。テーパー部７２ｃの外周面の傾斜角度（テーパー角度）はベース７１のテーパー孔７１ａ１の内面と同じである。雄ねじ部７２ｄは、基部７２ｂと同軸でテーパー部７２ｃの先端に接続して形成され、雌ねじ部１１ｃに螺合する。

【0051】

ここで、一対の内輪位置決め部７は、それぞれにおいて、ベース７１のテーパー孔７１ａ１の軸線と、内輪部１１の雌ねじ部１１ｃの軸線とを一致させたときに、内輪部１１の垂直軸線ＣＬ１１Ｖと検出部８の軸線ＣＬ８とが一致した通常姿勢位置となるように予め形成されている。そこで、レーザ加工ヘッド２の移動が障害物などによって規制され、内輪部１１が回動して通常姿勢位置から離脱した状態から再び通常姿勢位置に戻す（リセットする）際には、作業者は、まず、締結部ＴＢの固定具Ｎ１２及びＮ１３の少なくとも一方を緩め、内輪部１１が外輪部１２に対し実質的に自由に摺動回動できる状態にする。

【0052】

次いで、作業者は、テーパー孔７１ａ１を覗きながら、内輪部１１の位置を、その雌ねじ部１１ｃの全体が見えるように手で粗調整する。その後、作業者は、図３の右側の内輪位置決め部７に示されるように、テーパーピン７２をベース７１のテーパー孔７１ａ１に挿入し（矢印ＤＲｂ参照）、雄ねじ部７ｄを雌ねじ部１１ｃに螺合させて締め込んで、図３の左側の内輪位置決め部７に示されるテーパーピン７２の締め込み状態とする。これにより、テーパー孔７１ａ１の位置が、テーパーピン７２のテーパー部７２ｃによってガイドされてベース７１のテーパー孔７１ａ１の軸線と内輪部１１の雌ねじ部１１ｃの軸線とが一致し、内輪部１１は通常姿勢位置に位置決めされる。

【0053】

一対の内輪位置決め部７それぞれにおいてテーパーピン７２を締め込んだ状態で、緩めた締結部ＴＢの固定具Ｎ１２又はＮ１３を締め込み、内輪部１１を、通常姿勢位置で、外輪部１２に対し所定の摩擦力を生じて保持される状態とする。締結部ＴＢを締め込んだ後、テーパーピン７２を、ねじを緩めて取り外して、内輪部１１のリセット作業が完了する。

【0054】

このように、過負荷保護装置９２は、再稼働のためのリセット作業が、ねじの締緩のみの単純で簡単な作業となっているので、内輪部１１の位置出しにばらつきが生じることはなく、作業者の負担は軽減される。

【0055】

以上詳述のように、過負荷保護装置９２及びそれを備えたレーザ加工装置９１は、過負荷保護装置９２が、レーザ加工ヘッド２の姿勢傾斜で示される障害物との衝突などの異常発生を即座に検出してレーザ加工ヘッド２の移動を停止するので、レーザ加工ヘッド２に過負荷が加わることはない。検出できるレーザ加工ヘッド２の衝突方向は、水平方向の３６０°すべてであって、検出範囲が広い。また、ボールである検出部材８２１の位置の上昇を位置センサで検出するので、検出感度が高く、検出動作は安定している。

【0056】

過負荷保護装置９２は、レーザ加工ヘッド２の傾斜化で示される異常発生の検出動作において、外部の空間ＶＧと内部の光路空間ＶＬとが分離されて通気が遮断されている。そのため、光路空間ＶＬが外部の空間ＶＧの汚物によって汚染されることはなく、メンテナンスが容易である。

【0057】

本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。

【0058】

検出部８における内輪部１１の回動の検出は、検出部材８２１の上昇に基づくものに限定されず、光センサなどの測距センサを用いるなど、他の方法で行ってもよい。内輪部１１の保持は、上述のように分割した下外輪部１２ＢＴ及び上外輪部１２ＵＴを、締結部ＴＢのねじの締め付けによる摩擦力で行う構造に限定されない。内輪部１１と外輪部１２との間の摩擦力の発生は、エアーによる圧力付与、スプリングなどの弾性反発力の付与、マグネットによる磁気吸引力又は反発力の付与、などによって生じさせるものでもよい。

【0059】

上述のレーザ加工ヘッド２は、ノズルから射出するレーザビームの上下に延びる光軸の位置と、過負荷保護装置９２の検出部８における軸線ＣＬ８との水平方向の距離Ｌｄ（図２Ａ参照）が比較的短く、実用上、垂直軸線ＣＬ１１Ｖまわりの回動は生じない、とみなしてよい。換言するならば、レーザ加工ヘッド２の移動中の衝突で生じる内輪部１１の変位は、実用上、次のものに限定するとみなしてよい。すなわち、図２Ａにおいて、レーザ加工ヘッド２の前後方向の移動での衝突により生じる水平軸線ＣＬ１１Ｈまわりの回動，レーザ加工ヘッド２の左右方向の移動での衝突による軸線ＣＬ１１まわりの回動，及びこれらの組み合わせによる軸受中心Ｃ１１まわりの回動である。

【0060】

レーザ加工装置９１に搭載されたレーザ加工ヘッド２が、距離Ｌｄが比較的長く、内輪部１１の垂直軸線ＣＬ１１Ｖまわりの回動が実用上無視できない程度に生じる場合、例えば水平軸線ＣＬ１１Ｈ上に検出部８と同様構造の別の検出部を設けてその回動も検出できる構成にしてよい。

【0061】

上述のように、本発明の過負荷保護装置の一態様は、一方向に移動するヘッド支持体４に一体化された外輪部１２と、一方向と直交する方向へレーザビームＬＢを射出するレーザ加工ヘッド２に一体化され、外輪部１２によって球面を介して通常姿勢位置から所定の角度範囲θｍで回動可能に支持された内輪部１１と、を有して構成された球面滑り軸受ＳＢを備え、通常姿勢位置からの所定の角度範囲θｍの回動において、レーザビームの光路空間ＶＬは、外輪部１２と内輪部１１によって、レーザ加工ヘッド２の外部の空間ＶＧと非通気状態を形成している。

【0062】

この一態様は、レーザ加工ヘッド２が移動中に障害物と衝突したときに、レーザ加工ヘッド２を、その光路空間ＶＬが外部の空間ＶＧと連通せずに、過負荷が加わらないよう保護できる。

【0063】

上記一態様において、外輪部１２は、円弧状に分割された第１外輪部１２ＵＴ及び第２外輪部１２ＢＴを含んで構成され、第１外輪部１２ＵＴ及び第２外輪部１２ＢＴを内輪部１１の外周面１１ｂに締め付ける締結部ＴＢを有し、締結部ＴＢにおける締め付けの程度により、内輪部１１は回動に必要な外力の大きさを調節可能とされて外輪部１２に回動可能に保持されているものであってもよい。

【0064】

これにより、わずかな外力で意図せず内輪部１１が回動して装置が停止してしまうことを防止できる。

【0065】

また、上記一態様において、通常姿勢位置から回動した内輪部１１を通常姿勢位置にリセットさせるための内輪位置決め部７を有し、内輪位置決め部７は、外輪部１２に形成された径方向を軸とするテーパー孔７１ａ１と、内輪部１１に形成された径方向を軸とする雌ねじ部１１ｃと、を有し、テーパー孔７１ａ１のテーパー角度と同じ傾斜角度のテーパー部７２ｃ、及びテーパー部７２ｃの先端に設けられた雌ねじ部１１ｃに螺合する雄ねじ部７２ｄを有するテーパーピン７２を、テーパー孔７１ａ１に挿入し雄ねじ部７２ｄを雌ねじ部１１ｃに螺合させて締め付けることで、内輪部１１が通常姿勢位置に位置決めされるよう構成されているものであってもよい。

【0066】

これにより、復帰作業が簡単になるので、停止から復帰までの時間が短縮され、稼働率が向上し作業者の負担が軽減する。

【0067】

本発明のレーザ加工装置の一態様は、上記一態様の過負荷保護装置９２と、ヘッド支持体４の移動を制御する制御部９４と、を備え、過負荷保護装置９２は、内輪部１１の通常姿勢位置からの回動を検出して検出信号８ＳＧを出力する検出部８を有し、制御部９４は、検出信号８ＳＧに基づいてヘッド支持体４の移動を停止する。

【0068】

この一態様は、レーザ加工ヘッド２が移動中に障害物と衝突したときに、レーザ加工ヘッド２を、その光路空間ＶＬが外部の空間ＶＧと連通せずに、過負荷が加わらないよう保護できる。

【0069】

この一態様は、ヘッド支持体４が最大速度で移動しているときに検出部８が内輪部１１の通常姿勢位置からの回動を検出した場合、検出時刻からヘッド支持体４の停止時刻までの時間で内輪部１１が回動する角度は、所定の角度範囲θｍ未満であるよう構成されていてよい。

【0070】

これにより、レーザ加工ヘッドの移動速度によらず、内輪部１１が外輪部側に当接してレーザ加工ヘッドに過負荷が加わってしまうことを防止できる。

【符号の説明】

【0071】

１１ 内輪部
１１ａ 係合穴
１１ｂ 外周面
１１ｃ 雌ねじ部
１１ｈ 光路孔
１２ 外輪部
１２ｂ，１２Ｕｂ，１２Ｂｂ 内面
１２ｃ 調節孔
１２１ 上締結部
１２１ａ 雌ねじ孔
１２２ 下締結部
１２２ａ 貫通孔
１２３ 内外ねじ付ボルト
１２４ ロックナット
１２５ 締結孔
１２６ めくら穴
１２６ａ 雌ねじ部
１２７ 平面部
１２７ａ 貫通孔
１２ＵＴ 上外輪部
１２ＢＴ 下外輪部
１３ マウント
２ レーザ加工ヘッド
２１ ヘッド本体部
２１１ 集光レンズ
２２ ノズル
２３ ヘッド内偏向部
２３１ ミラー
２４ 装着部
３ 光路偏向部
３ｂ 内面
３ｃ 前面
３１ ミラー
４ ヘッド支持体
４１ コリメートレンズ
５ キャリッジ部
５ＫＤ 駆動部
６ プロセスファイバ
７ 内輪位置決め部
７１ ベース
７１ａ 基筒部
７１ａ１ テーパー孔
７１ｂ フランジ部
７２ テーパーピン
７２ａ 頭部
７２ｂ 基部
７２ｃ テーパー部
７２ｄ 雄ねじ部
８ 検出部
８１ カバー
８ＳＧ 検出信号
８２１ 検出部材
８２２ センサスリーブ
８２３ センサホルダ
８２３ａ 基部
８２３ｂ 突出部
８２３ｃ 雌ねじ孔
８２４ センサ
８２４ａ センサ本体部
８２４ｂ 検出ロッド
８２５，８２６ ロックナット
８３ コード
９１ レーザ加工装置
９２ 過負荷保護装置
９３ レーザ発振器
９４ 制御部
ＣＬ８，ＣＬ１１ 軸線
ＣＬ１１Ｈ 水平軸線
ＣＬ１１Ｖ，ＣＬ１２Ｖ 垂直軸線
Ｃ１１ 軸受中心
Ｄ１１ 厚さ
Ｌａ，ＬＢ レーザビーム
ＬａＣ 光軸
ＬＣ２ ヘッド光軸
Ｌ８ 距離
Ｎ１２，Ｎ１３，Ｎ１，Ｎ７ 固定具
Ｑ 距離
Ｒａ 半径
ＳＢ 球面滑り軸受
ＴＢ 締結部
ＶＧ （外部の）空間
ＶＬ 光路空間
Ｗ ワーク
θａ 角度
θｍ 所定の角度範囲

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】