JP7236368B2

JP7236368B2 - ワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体および熱加工機

Info

Publication number: JP7236368B2
Application number: JP2019198677A
Authority: JP
Inventors: 正人高津; 隼瀬戸口; 功一和家
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: JP2021070046A

Description

本発明は、ワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体および熱加工機に関する。

従来、レーザ加工機またはプラズマ加工機等の熱加工機のワーク・サポート・テーブルには、加工対象の板金（ワーク）を下面から支持する支持部材として、複数の板状のワーク支持体（ワーク・サポート・メンバ）が設けられている。この複数のワーク支持体は、板面が床面に垂直な状態で、ワーク・サポート・テーブルに所定間隔で並べて配列されている。

上述したワーク支持体の一形態として、上端部に連続した三角形状の突起が形成されているものがある。このようなワーク支持体が複数配列されたワーク・サポート・テーブルに加工対象のワークを載せると、各ワーク支持体上端部の突起がワークの下面に当接し、ワークが複数の点で点支持される。ワークが点支持されてワークとワーク支持体との当接面積が最小に抑えられることにより、熱加工によるワークとワーク支持体との溶着、ワーク支持体へのスパッタの堆積、ワーク支持体の破損等の発生を抑えることができる。ワーク支持体には、レーザビームで燃えず、低コストで交換可能な素材として、金属製のものが多く使われている。

特開２００１－３１４９９８号公報

しかし、上述したようにワークが点支持されるように構成しても、熱加工によるワーク支持体の突起の消耗や損傷を完全に回避することはできない。つまり、金属製のワーク支持体とワークとは共に金属であるため、ワーク加工中に溶解した金属とワーク支持体とが金属結合すること、若しくは、ワーク支持体そのものをレーザ光が溶解してしまうことを防ぐことが出来ない。そのため、所定期間（例えば１ヶ月程度）使用するごとにワーク支持体を新たなものに交換する必要があり、この交換作業には多くのコストと手間と、時間とを要するという問題があった。

本発明は、耐久性に優れた、ワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体および熱加工機を提供することを目的とする。

本発明は、複数の異なる方向の炭素繊維で形成され、前記炭素繊維の方向が長辺および短辺方向に対して斜めになるように形成されているワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体を提供する。

また、本発明は、複数の異なる方向の炭素繊維で長形の板状に形成され、前記炭素繊維の方向が長辺および短辺方向に対して斜めになるように形成されているワーク支持体が、床面に垂直な状態で、前記ワーク支持体の長辺方向が湾曲した状態でワーク・サポート・テーブルに設置されている熱加工機を提供する。

また、本発明は、複数の異なる方向の炭素繊維で形成され、前記炭素繊維の方向が長辺および短辺方向に対して斜めになるように形成され、他の板状部材を交差させて嵌め込むためのスリットが設けられている複数のワーク支持体が、メッシュ状に組み合わせられてワーク・サポート・テーブルに設置されている熱加工機を提供する。

本発明によれば、耐久性に優れた、ワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体および熱加工機を提供することができる。

一実施形態のワーク支持体を用いた熱加工機を示す外観斜視図である。一実施形態のワーク支持体の配置状態を示す外観斜視図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－１の形状を示す正面図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－１の織り方向が突起の縦方向と合っている場合に、突起が破損した状態を示す図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－１を、平織りした炭素繊維の薄板から切り出す状態を示す図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－１の織り方向が突起に対して斜め方向である場合に、突起が破損した状態を示す図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－１の突起２１１が、（ａ）頂点の角度が３０°の三角形である場合、（ｂ）頂点の角度が６０°の三角形である場合、（ｃ）頂点の角度が９０°の三角形である場合の形状を示す図である。一実施形態における第２形状のワーク支持体２１－２の形状を示す正面図である。一実施形態における第２形状のワーク支持体２１－２の織り方向が突起の縦方向と合っている場合に、突起の中央近くが破損した状態を示す図である。一実施形態における第２形状のワーク支持体２１－２の織り方向が突起の縦方向と合っている場合に、突起の端部近くが破損した状態を示す図である。一実施形態における第２形状のワーク支持体２１－２の織り方向が突起に対して斜め方向である場合に、突起の端部近くが破損した状態を示す図である。一実施形態における第１形状のワーク支持体２１－２の突起２１２が、上底両端の角度が１３５°の台形である場合の形状を示す図である。（ａ）は、一実施形態における第３形状のワーク支持体２１－３の織り方向が突起の縦方向と合っている場合の突起を示し、（ｂ）は、（ａ）で示す突起が破損した状態を示す図である。（ａ）～（ｄ）はそれぞれ、他の実施形態において、相互に交差させるためのスリットが設けられたワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄの形状を示す正面図である。他の実施形態において、ワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄがメッシュ状に組み合わせられた状態を示す上面図である。

以下、一実施形態によるワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体が設けられた熱加工機であるレーザ加工機について、添付図面を参照して説明する。

本実施形態によるレーザ加工機１は切断加工を行うものであり、図１に示すように、ベース１０上に加工対象のワークＷを設置するためのワーク・サポート・テーブル２０が設けられている。ワーク・サポート・テーブル２０内には、複数のワーク支持体２１がＸ方向に配列されている。各ワーク支持体２１の素材および形状については、後述する。

レーザ加工機１は、ワーク・サポート・テーブル２０を跨ぐように配置された門型のフレーム３０を備える。フレーム３０は、サイドフレーム３１、３２と上部フレーム３３とを有する。

上部フレーム３３内には、Ｙ方向に移動自在のキャリッジ４０が設けられている。キャリッジ４０には、レーザを射出するレーザヘッド４１が取り付けられている。フレーム３０がＸ方向に移動し、キャリッジ４０がＹ方向に移動することによって、レーザヘッド４１は、ワークＷの上方で、ＸおよびＹ方向に任意に移動するように構成されている。

フレーム３０には、レーザ加工機１を制御するためのＮＣ装置５０が取り付けられている。ＮＣ装置５０は、ワークＷを加工するための加工データ（ＮＣデータ）に従ってレーザ加工機１を制御する。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１を制御する制御装置である。

ＮＣ装置５０の制御によりレーザヘッド４１がＸ方向またはＹ方向に移動しながら、ワークＷに対してレーザを照射することにより、ワークＷは切断加工される。

ワーク・サポート・テーブル２０に設置されるワーク支持体２１について説明する。各ワーク支持体２１は、紐状の炭素繊維、例えば炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材）を平織りした薄板から長形に切り出されて形成される。平織りとは、繊維を縦と横とで１本ごとに交差させる織り方である。

炭素繊維は融点が3550℃であり、一般的な金属のワークＷの融点1580℃に比べて非常に高温である。そのため、ワーク支持体２１の素材として炭素繊維を用いることにより、ワークＷの切断加工の際に、レーザビームの照射によるワークＷとワーク支持体２１との溶着を防止することができる。また、切断加工で飛散したスパッタがワーク支持体２１にほとんど溶着しないため堆積し難くなり、仮に堆積しても剥がれ落ち易く除去作業が容易になる。

また、Ｃ／Ｃコンポジット材は織り込まれた炭素繊維に各種物質を含浸することで繊維強化されているため、薄板状に形成することで弾性が生じる。これを利用して、ワーク支持体２１は図２に示すように、板面が床面に垂直な状態で長辺方向がＳ字形状に湾曲した状態で、ワーク・サポート・テーブル２０の長辺両端のテーブルフレーム２２に設置される。

ワーク支持体２１が湾曲した状態で設置されることにより、ワークＷが直線的に切断加工される際にワーク支持体２１の上部に連続的にレーザビームが照射されることが回避され、スパッタの堆積やワーク支持体２１の破損が抑えられる。

ワーク支持体２１の形状の具体例として、第１形状のワーク支持体２１－１、第２形状のワーク支持体２１－２、および第３形状のワーク支持体２１－３について、図面を用いて説明する。

［第１形状のワーク支持体２１－１］
第１形状のワーク支持体２１－１は、図３に示すように、上端部に三角形状の突起２１１が連続的に設けられている。このようなワーク支持体２１－１をワーク・サポート・テーブル２０に複数配列し、その上にワークＷを載せると、各ワーク支持体２１－１上端部の三角形状の突起２１１がワークＷの下面に当接し、ワークＷが複数の点で点支持される。ワークＷが点支持されることにより、ワークＷが切断加工される際にワーク支持体２１－１の上部にレーザビームが当たる確率が低減され、ワーク支持体２１－１の破損が抑えられる。

従来は、金属板の上端部に三角形状の突起を連続的に設けたワーク支持体が用いられていたが、このような金属板のワーク支持体は融点がワークＷと同等であり、切断加工で生じたスパッタが溶着して堆積してしまう。そのため、スパッタがある程度堆積してもワーク支持体上部の突起の形状が維持されるように、隣り合う突起同士の間の溝を深くしていた。

しかし、第１の形状のワーク支持体２１－１は、上述したように融点の高い炭素繊維で形成されており、スパッタが発生してもワーク支持体２１－１に溶着せずに容易に剥がれ落ちるため、隣り合う突起２１１の間の溝を浅くすることができる。突起２１１の間の溝を浅くすることで、小物のワークＷが溝に落下することを防止することができる。

また、上述したワーク支持体２１－１の平織りの織り方向が、ワーク支持体２１－１の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向になっていると、ピアス加工などによる高エネルギのレーザビームが突起２１１に当たって破損した場合に、図４に示すように突起２１１の先端に針のような鋭利な形状が形成される可能性が高くなる。このような鋭利な形状が形成されると、ワーク支持体２１－１の交換作業の際に作業員がこの先端に接触しないように注意を払う必要がある。

そこで、平織りした炭素繊維の薄板から第１形状のワーク支持体２１－１を切り出す際に、図５に示すように、当該ワーク支持体２１－１の長辺－短辺方向が織り方向に対して０°－９０°方向と合致しない斜め方向、例えば４５°－４５°方向になるように切り出すことで、突起２１１の三角形状に対しても織り方向が斜めになる。このようにワーク支持体２１－１を形成すると、レーザビームが突起２１１に当たって破損した場合に、図６に示すように突起２１１の先端が繊維方向に斜めに折れて、鋭利な形状が形成されることが回避される。

また、ワーク支持体２１－１の平織りの織り方向が、ワーク支持体２１－１の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向になっていると、突起２１１に対する上方向からの負荷および横方向からのモーメントに対して、縦方向または横方向のいずれか一方の繊維は全く対抗することができない。そのため、当該ワーク支持体２１－１の強度が低くなり、破損しやすい状態になってしまう。

これに対し、上述したように、ワーク支持体２１－１の平織りの織り方向を、ワーク支持体２１－１の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向と合致しない斜め方向、例えば４５°－４５°方向にすることで、上方向および横方向のいずれからの負荷に対しても、突起２１１の縦方向および横方向の繊維が対抗することができるようになる。これにより、当該ワーク支持体２１－１の強度が高くなる。

さらに、ワーク支持体２１－１の突起２１１の三角形の斜辺が平織りの織り方向と平行であるときに、突起２１１に対する上方向からの負荷および横方向からのモーメントに対して繊維が対抗する力が最大になる。そのため、突起２１１の頂点の角度を、図７（ａ）に示すような３０°程度、図７（ｂ）に示すような６０°程度等にするよりも、図７（ｃ）に示すように９０°に近い形状とすることが望ましい。

［第２形状のワーク支持体２１－２］
第２形状のワーク支持体２１－２は、図８に示すように、上端部に台形状の突起２１２が連続的に設けられている。このワーク支持体２１－２をワーク・サポート・テーブル２０に複数配列し、その上にワークＷを載せると、各ワーク支持体２１－２上部の台形状の突起２１２の各上面がワークＷの下面に当接され、ワークＷが支持される。第２形状のワーク支持体２１－２を用いると、第１形状のワーク支持体２１－１を用いる場合よりもワークＷとの当接面積が広くなり、ワークＷが安定して支持される。

然し乍、ワーク支持体２１の上端部に突起を設けずに直線状にすると、ワークＷがさらに安定して支持されるが、この形状では、加工処理を行う際に発生するアシストガスの逃げ場が制限されるため好ましくない。そのため、台形状の突起２１２を設けることで、ワークＷを安定して支持しつつ、アシストガスの逃げ場を確保することができる。

この台形状の突起２１２それぞれの上面は、レーザビームの照射を受けて破損する可能性があることを考慮して、ある程度の広さを確保して形成することで、破損部分が生じてもワークＷの支持に支障をきたさないようにすることができる。突起２１２の上面をある程度広くしておいても、突起２１２の上面にレーザビームが当たり破損部分が生じた場合には、当該部分がアシストガスの逃げ場となる。

また、上端部の突起２１２を台形状にすることで、当該ワーク支持体２１－２の織り方向がワーク支持体２１－２の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向になっていても、図９に示すように、突起２１２の中央近くにレーザビームが当たって破損した場合には、鋭利な形状が形成されることが回避される。

しかし、上端部の突起２１２を台形状にしても、当該ワーク支持体２１－２の織り方向がワーク支持体２１－２の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向になっていると、突起２１２の端部近くにレーザビームが当たって破損した場合には、図１０に示すように、端部側に鋭利な形状が形成されてしまう可能性がある。

これに対応するため、第２形状のワーク支持体２１－２においても、上述した第１形状のワーク支持体２１－１と同様に、当該ワーク支持体２１－２の長辺－短辺方向が織り方向に対して斜めの例えば４５°－４５°方向になるように切り出すことで、突起２１２に対しても織り方向が斜めになり、突起２１２の端部近くにレーザビームが照射されて破損した場合に、図１１に示すように端部側の細い部分が繊維方向に斜めに折れて、鋭利な形状が形成されることが回避される。

また、ワーク支持体２１－２の平織りの織り方向を、ワーク支持体２１－２の長辺－短辺方向に対して斜めの４５°－４５°方向にすることで、上方向および横方向からの負荷に対して突起２１２の繊維が対抗することができるようになり、当該ワーク支持体２１－２の強度が強化される。このとき、ワーク支持体２１－２の突起２１２を、図１２に示すように上底両端の角度が１３５°に近い台形にすることで、突起２１２の斜辺が平織りの織り方向と平行になり、当該ワーク支持体２１－２の強度が高くなる。

［第３形状のワーク支持体２１－３］
第３形状のワーク支持体２１－３は、第１形状のワーク支持体２１－１と同様に上端部に三角形状の突起２１３が連続的に設けられているが、当該ワーク支持体２１－３の長辺－短辺方向が織り方向に対して斜めの０°－９０°方向であり、図１３（ａ）に示すように、三角形状の突起２１３の斜辺が階段状に形成されている。

このようなワーク支持体２１－３がワーク・サポート・テーブル２０に設置され、レーザビームが突起２１３に照射されて破損した場合、図１３（ｂ）に示すように突起２１３の先端が平らになる確率が高くなり、鋭利な形状が形成される確率が低くなる。同様にして、第２形状のワーク支持体２１－２に設けられた台形状の突起２１２の斜辺を階段状に形成してもよい。

上述した第１形状～第３形状のワーク支持体２１－１～２１－３は、ワーク・サポート・テーブル２０内に複数枚がＸ方向に平行に配列される。他の形態として、複数枚のワーク支持体が相互に交差して設置される場合について説明する。

この形態で用いるワーク支持体について、図１４を参照して説明する。図１４（ａ）のワーク支持体２１－４ａは、上端部に台形状の突起２１４が連続的に設けられるとともに、下端部に他の板状部材であるワーク支持体を挟むためのワーク支持体板厚相当のスリット２１５が所定間隔で設けられている。図１４（ｂ）のワーク支持体２１－４ｂは、上端部に、台形状の突起２１４が連続的に設けられるとともに、スリット２１６が所定間隔で設けられている。図１４（ｃ）のワーク支持体２１－４ｃは、上端部はフラット状態であり、下端部にスリット２１５が所定間隔で設けられている。図１４（ｄ）のワーク支持体２１－４ｄは、上端部に所定間隔でスリット２１６が設けられ、下端部はフラット状態になっている。

このように構成された複数のワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄが適宜用いられ、ワーク支持体２１－４ａまたはワーク支持体２１－４ｃの下端部の各スリット２１５に、ワーク支持体２１－４ｂまたはワーク支持体２１－４ｄの各スリット２１６が嵌め込まれる。これにより、複数のワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄの板面が床面に垂直な状態で相互に交差されて、メッシュ状に組み合わせられる。

メッシュ状に組み合わせたれたワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄは、図１５に示すように、ワーク・サポート・テーブル２０に配置される。このようにワーク支持体２１－４ａ～２１－４ｄが配置されることで、さらにワークＷが安定して支持される。

以上の実施形態によれば、ワーク支持体２１－１～２１－３、２１－４ａ～２１－４ｄは、炭素繊維を用いて形成されているため、耐久性に優れ、従来の金属製のワーク支持体を用いていた場合に比べて大幅に交換頻度を減少させることができる。

上述した実施形態では、ワーク支持体が、平織りされた炭素繊維で板状に形成された場合について説明したが、平織りには限定されず、異なる方向の炭素繊維を含んで板状に形成されていれば、同様にワーク支持体として用いることが可能である。この場合にも、ワーク支持体の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向と合致しない斜め方向になっている炭素繊維を含んでいれば、レーザビームが突起２１１に当たって破損した場合に突起の先端に鋭利な形状が形成されることが回避され、また、当該ワーク支持体の強度が高くなる。

上述した実施形態では、ワーク支持体が、平織りされた炭素繊維で板状に形成された場合について説明したが、平織りには限定されず、複数の異なる方向（少なくとも２つの方向）の炭素繊維を含んで板状に形成されていれば、同様にワーク支持体として用いることが可能である。この場合にも、ワーク支持体の長辺－短辺方向に対して０°－９０°方向と合致しない斜め方向になっている炭素繊維を含んでいれば、レーザビームが突起２１１、２１２、または２１４に当たって破損した場合に突起の先端に鋭利な形状が形成されることが回避される。また、ワーク支持体の強度が高くなる。

１レーザ加工機
１０ベース
２０ワーク・サポート・テーブル
２１、２１－１～２１－３、２１－４ａ～２１－４ｄワーク支持体
２２テーブルフレーム
３０フレーム
３１、３２サイドフレーム
３３上部フレーム
４０キャリッジ
４１レーザヘッド
５０ＮＣ装置
２１１、２１２、２１３、２１４突起
２１５、２１６スリット

Claims

複数の異なる方向の炭素繊維で形成され、
前記炭素繊維の方向が長辺および短辺方向に対して斜めになるように形成されている
ワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体。
上端部に三角形状または台形状の突起が設けられている
請求項１に記載のワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体。
前記突起の斜辺が階段状に形成されている
請求項２に記載のワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体。
他の板状部材を交差させて嵌め込むためのスリットが設けられている
請求項１～３いずれか１項に記載のワーク・サポート・テーブルに用いるワーク支持体。
請求項１～３いずれか１項に記載のワーク支持体が、床面に垂直な状態で、前記ワーク支持体の長辺方向が湾曲した状態でワーク・サポート・テーブルに設置されている熱加工機。
請求項４に記載の複数のワーク支持体が、メッシュ状に組み合わせられてワーク・サポート・テーブルに設置されている熱加工機。