JPH10328886A - 薄板シートの加工用保持装置及び保持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄板シートに弾性変形を与えず、且つ歪みが
出ないよう、最適な加工条件で平面度及び張力を一定に
保つ。 【解決手段】 シート１０の両端部を、それぞれゴム板
３４を介して圧縮ばね３６の荷重によりクランプするク
ランプ機構３０Ａ、３０Ｂと、該クランプ機構の一方
を、エアシリンダ４２によりシートを広げる方向に引張
る張力付与機構４０と、広げられたシートの加工部を下
方からサポートするための下部サポート５２を含むサポ
ート機構５０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板シートの加工
用保持装置及び保持方法に係り、特に、板厚０．４ｍｍ
程度以下の薄板メタルシートの全面に、レーザ光による
微細加工を行う際に用いるのに好適な、薄板シートに弾
性変形を与えず、且つ歪みが出ないよう、最適な加工条
件で平面度及び張力を一定に保つことが可能な、薄板シ
ートの加工用保持装置及び該加工用保持装置に薄板シー
トを保持する際の保持方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板メタルシートの全面に、レーザ光に
よる微細加工を行う際は、メタルシートの平面度が要求
される。即ち、薄板メタルシートに切断等のレーザ加工
を行う場合、レンズ等を介して集光されたレーザビーム
はメタルシート上にある。この集光ビームとメタルシー
トの位置関係が変化すると、切断幅及び切断形状精度等
の加工品質に影響を及ぼす。又、加工位置の移動に合わ
せてメタルシートを移動する際にも、メタルシートを高
さ方向等に変動させないように、常時保持する必要があ
る。 従って、従来は、図７に例示する如く、メタルシ
ート１０の両端部を、それぞれ機械的に挟んで保持する
ためのクランプレバー１４及び固定ねじ１６を含むクラ
ンプ機構１２Ａ、１２Ｂでクランプし、シート引張り側
のクランプ機構１２Ｂを、シート引張り用のねじハンド
ル２２を備えたねじ機構２０で引張ることにより、メタ
ルシート１０を平坦に保持するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタル
シート１０の平面度を高めるべく、ねじ送り機構２０で
メタルシート１０を強く引張ると、メタルシート１０が
弾性変形を起こして伸びてしまい、不良製品となる。
又、弾性変形を起こさない範囲であっても、ねじ送り機
構２０で張力を加えると、メタルシート１０全体に伸び
が生じ、加工精度上、伸び量の補正等を行う必要があ
る。更に、メタルシート１０をセットする毎に、ねじ送
り機構２０により張力をかける必要があり、作業が煩雑
だあるだけでなく、毎回、適切な張力にセットするのが
困難である、等の問題があった。

【０００４】特に、メタルシートを４方向から引張る場
合には、メタルシートに波打ちやしわを発生させずに均
一に張ることが難しく、又、メタルシートの中心と端の
変位の差を一定範囲に抑えることが難しいという問題も
あった。

【０００５】一方、メタルシートを引張る代わりに、上
下からメタルシートを機械的に押える方法も考えられ
る。この場合、例えばメタルシートの加工部を下方から
台のようにサポートするようにしたときは、メタルシー
ト全体が撓んでいても、加工部の高さは一定に保持さ
れ、メタルシートの伸びの問題も生じない。

【０００６】しかしながら、メタルシートの中心と端で
はメタルシートの撓み方も異なるため、全領域で見る
と、高さ位置の変動が、例えば１００μｍ以上と大きく
なる。又、メタルシートに、レンズ等を介して集光され
たレーザービームを当てて溶かし、アシストガスの噴出
圧力で吹き飛ばして穴を開けるようにした場合には、ア
シストガスが噴出するノズルの中心の加工部に、アシス
トガスによる圧力もかかるため、位置変動が起こり易く
なる。この位置変動を防止するべく、機械的にメタルシ
ートを上から押えると、メタル表面に疵が発生するだけ
でなく、アシストガスの圧力による位置変動も十分には
解消されない等の問題点を有していた。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、弾性変形を与えず、且つ、歪みが出
ないよう、最適な加工条件で平面度及び張力を一定に保
つことが可能な、薄板シートの加工用保持装置を提供す
ることを第１の課題とする。

【０００８】本発明は、又、前記薄板シートの加工用保
持装置で薄板シートを保持する際の保持方法を提供する
ことを第２の課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、加工時に薄板
シートを広げた状態で保持するための加工用保持装置に
おいて、シート両端部を、それぞれ弾性押圧部材を介し
て、ばねの荷重によりクランプする、少なくとも一対の
クランプ手段と、該クランプ手段の少なくとも一方を、
流体圧力によりシートを広げる方向に引張る張力付与手
段と、広げられたシートの加工部を下方からサポートす
るための下部サポートを含むサポート手段とを備えるこ
とにより、前記第１の課題を解決したものである。

【００１０】又、前記クランプ手段のばねの荷重、前記
張力付与手段の流体圧力、及び前記下部サポートの高さ
の少なくとも一つを調整可能としたものである。

【００１１】又、前記サポート手段が、更に、シートを
挟んで前記下部サポートの上方に配置され、シートを下
部サポートに押し付けるためのガスを吹き付ける上部サ
ポートノズルを含むようにしたものである。

【００１２】更に、前記ばねの荷重に打ち勝って、弾性
押圧部材からシートを解放するためのアンクランプ手段
を備えたものである。

【００１３】本発明は、又、同様な薄板シートの加工用
保持装置において、広げられたシートの加工部を下方か
らサポートするための下部サポートと、シートを挟んで
該下部サポートの上方に配置され、シートを下部サポー
トに押し付けるためのガスを吹き付ける上部サポートノ
ズルとを含むサポート手段を備えることにより、前記第
１の課題を解決しものである。

【００１４】本発明は、又、前記加工用保持装置で薄板
シートを保持する際に、まず、前記クランプ手段のばね
によりシート両端部をクランプし、次いで、前記張力付
与手段の流体圧力によりシートを広げる方向に引張った
後、前記サポート手段の下部サポートを上昇して、所定
の位置にシートを保持するようにして、前記第２の課題
を解決したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１６】本発明の第１実施形態には、図１に示す如
く、メタルシート１０の両端部を、それぞれクランプす
るための、摩擦係数が例えば０．３〜０．８の範囲内の
ゴム板３４がメタルシート１０との当接面に設けられ
た、矢印Ａ方向に移動可能なクランプ板３２、該クラン
プ板３２をメタルシート１０を押える方向に付勢するた
めの圧縮ばね３６、該圧縮ばね３６の荷重を調整するた
めの荷重調整ねじ３８を含む一対のクランプ機構３０
Ａ、３０Ｂと、シート引張り側のクランプ機構３０Ｂ
を、矢印Ｂに示す如く、メタルシート１０を広げる方向
に引張るためのエアシリンダ４２を含む張力付与機構４
０と、広げられたシートの加工部を下方からサポートす
るための、矢印Ｃに示す如く、上昇／下降可能な下部サ
ポート５２、及び、メタルシート１０を挟んで該下部サ
ポート５２の上方に配置され、メタルシート１０を下部
サポート５２の表面に押し付けるためのガスを吹き付け
る上部サポートノズル５６を含むサポート機構５０が備
えられている。

【００１７】前記クランプ板３２を押し付ける圧縮ばね
３６の荷重は、荷重調整ねじ３８により調整可能とされ
ている。

【００１８】前記メタルシート１０の張力は、張力付与
機構４０のエアシリンダ４２に加えられるエア圧力によ
り調整可能とされている。なお、メタルシートを所定張
力で引張る手段はエアシリンダに限定されない。

【００１９】前記下部サポート５２の高さも調整可能と
されている。

【００２０】前記上部サポートノズル５６は、例えば図
２に示す如く、レーザ加工を行うための加工ヘッド６０
と一体化されている。該加工ヘッド６０は、加工用のレ
ーザ光６２を集束するためのレンズ６４と、加工ヘッド
６０の先端（図の下端）に設けられた加工ノズル６６
と、該加工ノズル６６の内側に、レーザで溶けたメタル
シート１０を吹き飛ばすためのアシストガス（例えば酸
素）を供給するアシストガス流路６８と、加工ヘッド６
０の下面に、メタルシート１０を下部サポート５２に押
し付けるためのサポートガス（例えば圧縮空気）を供給
するサポートガス流路７０と、加工ヘッド６０の下面か
ら、サポートガスをメタルシート１０の表面に吹き付け
るための前記上部サポートノズル５６を含んで構成され
ている。

【００２１】前記サポートノズル５６のサポートガス吹
出口７２は、図３に詳細に示す如く、加工ノズル６６の
周囲に円周状に多数設けられている。

【００２２】前記加工ノズル６６直下の下部サポート５
２側には、図４に示す如く、アシストガス吸引口５４が
形成されている。

【００２３】図２において、７４は圧力計である。

【００２４】メタルシート１０を保持するに際しては、
まず、クランプ板３２のゴム板３４を介して、メタルシ
ート１０の両端をクランプする。

【００２５】次いで、張力付与機構４０のエアシリンダ
４２により、例えば、１５〜３０ｋｇの範囲の張力をメ
タルシート１０に加えて引張る。

【００２６】このようにエアシリンダ４２で張力を与え
ると、ある程度の平面度は確保できるが、平面度をより
確実にするため、下部サポート５２を上昇して、メタル
シート１０の下面に軽く押当て、メタルシート１０の加
工部を所定高さに保持する。この下部サポート５２の高
さは、例えばメタルシート下面のクランプ基準に対し
て、下方２ｍｍから上方２ｍｍの範囲内に調整すること
ができる。

【００２７】加工位置が動かない場合には、下部サポー
ト５２のみによるサポートでも安定するが、加工位置を
変えて加工する場合には、メタルシートの高さが変動す
ることがある。そこで、上部サポートノズル５６をメタ
ルシート１０の表面との間隔Ｇが所定値（例えば５０〜
２００μｍ）となるように下降させ、サポートガス吹出
口７２より一定圧力Ｐ（例えば０．５〜４Kg）の圧縮空
気をメタルシート１０の表面に吹き付ける。このサポー
トガスによりメタルシートは下部サポート５２の表面に
押し付けられ、加工位置を高速で変えても、該メタルシ
ート表面の高さ変動が例えば５０μｍ以内に保たれる。

【００２８】このようにして、初期設定後は、最適条件
を繰返し自動的に設定することができ、例えば板厚０．
４ｍｍ以下の薄板のメタルシートを、毎回同じ条件で、
しわ無く、且つ伸びを最小限に抑えて保持することがで
きる。

【００２９】本実施形態では、クランプ機構、張力付与
機構及び下部サポート５２によるサポートに、更に、上
部サポートノズル５６から吹出す圧縮空気によるサポー
トも併用しているので、メタルシート表面にきずをつけ
ることなく、メタルシートの高さ位置変動を、全領域
で、例えば５０μｍ内に抑えることができる。

【００３０】なお、上部サポートノズルによるサポート
ガス吹出しを省略したり、あるいは、下部サポートと上
部サポートノズルによるサポート機構のみを用いること
も可能である。

【００３１】又、アシストガスや、上部サポートノズル
５６から吹き出すサポートガスの種類は、酸素や圧縮空
気に限定されない。シートを押える弾性押圧部材もゴム
板に限定されない。

【００３２】本実施形態においては、一方のクランプ機
構３０Ｂのみを張力付与機構４０により引張るようにし
ているので、構成が簡略である。なお、他方のクランプ
機構３０Ａにも張力付与機構を設けて、メタルシート１
０を両側から引張るようにしてもよい。

【００３３】次に図５及び図６を参照して、本発明の第
２実施形態を詳細に説明する。

【００３４】この第２実施形態では、第１実施形態と同
様のクランプ機構３０Ａ、３０Ｂが、共に、レール８０
上を矢印Ｄ方向に移動可能な架台８０Ａ、８０Ｂ上に搭
載され、メタルシート１０の幅に合わせて、固定用ハン
ドル８４により架台８０Ａ、８０Ｂを固定することによ
り、クランプ幅が調整可能とされると共に、各クランプ
機構のクランプ板３２を、圧縮ばね３６に抗して引き上
げて、クランプを解除するためのアンクランプ機構８６
が設けられている。

【００３５】クランプに際しては、図６に示す如く、前
記クランプ機構３０Ａ、３０Ｂを、固定用ハンドル８４
により、メタルシート１０と同一幅に固定し、更に、ク
ランプ機構の端部３０Ｅを、メタルシート１０がクラン
プされる高さと同一平面とする。

【００３６】次いで、例えば図示しないエアシリンダ等
によりアンクランプ機構８６を作動させ、圧縮ばね３６
の荷重に打勝ってクランプ板３２を上方に引き上げた状
態で、メタルシート１０をクランプ機構の横方向（例え
ば図５の操作側）から挿入し、所定の位置にセットす
る。

【００３７】その後は、アンクランプ機構８０によるア
ンクランプ解除（圧縮ばね３６でメタルシート１０をク
ランプ）→張力付与機構４０のエアシリンダ４２でクラ
ンプ機構３０Ｂを引張り、メタルシート１０に一定の張
力を印加→加工ヘッド６０によりメタルシート１０を加
工（完了）→張力付与機構４０による張力付与解除→ア
ンクランプ機構８０によるアンクランプの一連の動作・
作業を自動的に行うことができる。このアンクランプ
後、メタルシート１０が取出される。

【００３８】従って、薄板メタルシートの横方向からの
挿入及び取出しを、自動給排装置等を使って自動的に行
わせれば、作業者を介することなく、且つ、連続的に自
動運転が可能となる。

【００３９】本実施形態においては、張力付与機構やア
ンクランプ機構にエアシリンダが用いられていたが、張
力を付与する方法や、アンクランプ機構の駆動方法は、
エアシリンダを用いるものに限定されない。

【００４０】前記実施形態においては、いずれも、本発
明が、メタルシートに適用されていたが、本発明の適用
対象はメタルに限定されない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、薄板シートに弾性変形
を与えず、且つ歪みが出ないよう、最適な加工条件で、
平面度及び張力を一定に保つことができる。

【００４２】特に、上部サポートノズルを用いた場合に
は、シートの加工部が高速で移動しても、シート表面の
加工部の高さ位置変動を小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメタルシート加工用保持装置の第
１実施形態の構成を示す断面図

【図２】第１実施形態の加工ヘッドを示す縦断面図

【図３】同じく上部サポートノズル形状を示す底面図

【図４】同じく下部サポート形状を示す上面図

【図５】本発明の第２実施形態を示す平面図

【図６】同じく要部斜視図

【図７】従来の薄板シート加工用保持装置の一例の構成
を示す断面図

【符号の説明】

１０…メタルシート ３０Ａ、３０Ｂ…クランプ機構 ３２…クランプ板 ３４…ゴム板 ３６…圧縮ばね ３８…荷重調整ねじ ４０…張力付与機構 ４２…エアシリンダ ５０…サポート機構 ５２…下部サポート ５６…上部サポートノズル ６０…加工ヘッド ６２…レーザ光 ６６…加工ノズル ６８…アシストガス流路 ７２…サポートガス吹出口 ８６…アンクランプ機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工時に薄板シートを広げた状態で保持す
   るための加工用保持装置において、 シート両端部を、それぞれ弾性押圧部材を介して、ばね
   の荷重によりクランプする、少なくとも一対のクランプ
   手段と、 該クランプ手段の少なくとも一方を、流体圧力によりシ
   ートを広げる方向に引張る張力付与手段と、 広げられたシートの加工部を下方からサポートするため
   の下部サポートを含むサポート手段と、 を備えたことを特徴とする薄板シートの加工用保持装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記クランプ手段のば
   ねの荷重、前記張力付与手段の流体圧力、及び前記下部
   サポートの高さの少なくとも一つが調整可能であること
   を特徴とする薄板シートの加工用保持装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記サポート手段が、
   更に、シートを挟んで前記下部サポートの上方に配置さ
   れ、シートを下部サポートに押し付けるためのガスを吹
   き付ける上部サポートノズルを含んでいることを特徴と
   する薄板シートの加工用保持装置。
4. 【請求項４】請求項１において、更に、前記ばねの荷重
   に打ち勝って、弾性押圧部材からシートを解放するため
   のアンクランプ手段が備えられていることを特徴とする
   薄板シートの加工用保持装置。
5. 【請求項５】加工時に薄板シートを広げた状態で保持す
   るための加工用保持装置において、 広げられたシートの加工部を下方からサポートするため
   の下部サポートと、 シートを挟んで該下部サポートの上方に配置され、シー
   トを下部サポートに押し付けるためのガスを吹き付ける
   上部サポートノズルと、 を含むサポート手段を備えたことを特徴とする薄板シー
   トの加工用保持装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至４のいずれかに記載の加工用
   保持装置で薄板シートを保持する際に、 まず、前記クランプ手段のばねによりシート両端部をク
   ランプし、 次いで、前記張力付与手段の流体圧力によりシートを広
   げる方向に引張った後、 前記サポート手段の下部サポートを上昇して、所定の位
   置にシートを保持することを特徴とする薄板シートの保
   持方法。