JP4723456B2

JP4723456B2 - 加工ヘッドおよびノズル交換装置およびレーザ加工装置

Info

Publication number: JP4723456B2
Application number: JP2006292001A
Authority: JP
Inventors: 喬秋山; 正彦長谷川; 和伸片瀬; 茂横井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: CN101168216B; CN101168216A; US8212176B2; DE102007050878B4; JP2008105072A; DE102007050878A1; US20080099452A1

Description

この発明は、加工ヘッドのノズルを容易に交換可能と成る加工ヘッドおよびノズル交換装置およびレーザ加工装置に関するものである。

従来のレーザ光によって被加工物としてのワークを加工（熱切断）するレーザ加工装置は、従来から様々な形態のものが知られている。例えば、設置型のレーザ加工装置においては、その加工ヘッドの下部に、アシストガスをワークへ噴射するノズルが、レーザ光の光軸上に設けられている。このようなノズルは、加工点に近い部品であるため、レーザ切断した際に発生する材料溶融物が付着したり、材料から戻ってくるレーザ光や材料溶融物によって溶けが発生したりする。また、切断する材料の材質や板厚が異なれば、使用するノズルも異なる。そのため、レーザ加工装置においては、ノズルを交換することができるように、ノズルが加工ヘッドに対して着脱自在と成っている。ところで、前記ノズルの交換は、ノズル着脱機構にて行われるのが一般的である。そのノズル着脱機構は、加工ヘッドとノズルとにより構成され、加工ヘッドの軸心とノズルの軸心との心出しを行うボールプランジャ、ならびに、位置決め凹部とを具備している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−９８０９３号公報

従来のレーザ加工装置の加工ヘッドは、ボールプランジャと、それに係合する位置決め凹部にて、加工ヘッドの軸心とノズルの軸心との心出しを行っており、このボールプランジャは、ノズルの軸心から離れたところに備えられている。また、ノズルの軸心周りの回転を抑制する機構は備えられていない。つまり、ノズルは、その軸心から離れたボールプランジャを中心に、回転可能な状態に成っている。そのため、ノズル交換において、加工ヘッドの軸心とノズルの軸心との同軸度は悪く、再現性も悪いという問題点があった。このように、加工ヘッドの軸心とノズルの軸心との同軸性が悪い場合や、ノズル先端とワークとの間隔が理想的な間隔ではない場合、加工品質を保つため、ノズル交換の度に、ノズル位置調整が必要に成りこのことにより多くの時間を要するという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ノズル交換の際、加工品質を保つためのノズル位置調整を必要としないノズルを容易に交換可能となる加工ヘッドおよびノズル交換装置およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。

この発明は、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えたものである。

またこの発明は、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えた加工ヘッドのノズル交換装置は、
ノズルのノズル孔に挿入してノズルを支持するノズル支持棒と、ノズル支持棒にノズルのノズル孔を挿入した状態にてノズルの回転を行い加工ヘッド本体の挿入口へノズルのピンの挿入を行いピンを係止部に係止させるか、ノズルのピンを加工ヘッド本体の挿入口から送出する回転手段とを備えたものである。

またこの発明は、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えた加工ヘッドと、加工ヘッド本体にレーザ光を導入するレーザ発振手段と、加工ヘッド本体にアシストガスを導入するアシストガス発生手段と、被加工物を載置するステージと、ステージ上の所定位置に加工ヘッド本体を移動する移動手段とを備えたものである。

この発明の加工ヘッドは、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えたので、ノズルが容易に交換可能と成る。

またこの発明のノズル交換装置は、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えた加工ヘッドのノズル交換装置は、
ノズルのノズル孔に挿入してノズルを支持するノズル支持棒と、ノズル支持棒にノズルのノズル孔を挿入した状態にてノズルの回転を行い加工ヘッド本体の挿入口へノズルのピンの挿入を行いピンを係止部に係止させるか、ノズルのピンを加工ヘッド本体の挿入口から送出する回転手段とを備えので、ノズルが容易に交換可能と成る。

またこの発明のレーザ加工装置は、内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、加工ヘッド本体と別体にて形成され内部にヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、ピンがノズルの外径方向に形成された際には加工ヘッド本体の内周縁にまたはピンがノズルの内径方向に形成された際には加工ヘッド本体の外周縁に形成されピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入したピンを当接して係止する係止部と、加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、ノズルの外周縁のヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、ヘッド整合部とノズル整合部との間の環状に配設されヘッド整合部とノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えた加工ヘッドと、加工ヘッド本体にレーザ光を導入するレーザ発振手段と、加工ヘッド本体にアシストガスを導入するアシストガス発生手段と、被加工物を載置するステージと、ステージ上の所定位置に加工ヘッド本体を移動する移動手段とを備えので、ノズルが容易に交換可能と成る。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における加工ヘッドの構成を示す斜視図、図２は図１に示した加工ヘッドの構成を示す断面図、図３は図１に示した加工ヘッドの加工ヘッド本体を示す斜視図、図４は図１に示した加工ヘッドのノズルのノズル本体の構成を示す斜視図、図５は図１に示した加工ヘッドのノズルのノズル固定具の構成を示す斜視図および上面図、図６は図１に示した加工ヘッドを用いたノズル加工装置の構成を示す図、図７および図８はノズル加工装置の加工ヘッドにおける問題点を説明するための図、図９は図１に示した加工ヘッドの寸法精度を説明するための断面図、図１０および図１１は図１に示した加工ヘッドのアシストガスの流れに基づいた有効性を説明するための断面図、図１２および図１３は図１に示した加工ヘッドの弾性部材の有効性を説明するための断面図、図１４は図１に示した加工ヘッドのノズルを交換するノズル交換装置の構成を示す斜視図、図１５は図１４に示したノズル交換装置の構成を示す断面図、図１６は図１４に示したノズル交換装置におけるノズルの取り付け動作を説明するためのフローチャート、図１７は図１４に示したノズル交換装置におけるノズルの取り外し動作を説明するためのフローチャート、図１８ないし図２０は図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り付け動作を説明するための断面図、図２１および図２２は図１４に示したノズル交換装置のノズル支持棒の有効性を説明するための断面図、図２３ないし図２５はこの発明の実施の形態１における他の加工ヘッドの構成を示す図である。

図において、加工ヘッド１１は加工ヘッド本体１０と、この加工ヘッド本体１０と別体にて形成されているノズル２２にて構成されている。そして、加工ヘッド本体１０は、内部にレーザ光１９およびアシストガス２０を導出するためのヘッド導出路２３が形成されている。また、ヘッド導出路２３の前段にはレーザ光１９を被加工物としてのワーク１８上に集光調整するための集光レンズ１３が形成されている。尚、ここで言う前段とはレーザ光１９の入力側を指し、それに対する後段とはワーク１８の近似している側を指すものとし、以後においても同様の意味にて示す。また、集光レンズ１３は断面図においてのみ適宜示しており、他の各図においては適宜省略して示している。そして、ヘッド導出路２３を形成している壁面の形状は、ヘッド導出路２３の後段に至るほど漸次路径が小さくなるような略傾斜面２３ａにて成り、なるべく凹凸を低減した壁面にて形成されている。また、ヘッド導出路２３の後段には後述するノズル本体１２の一端２８が嵌め込まれることにより接合する接合部２４を備えている。そして、加工ヘッド本体１０の下端の外周縁には外方向に延在して形成されたヘッドフランジ１５が形成されている。

そしてこのヘッドフランジ１５には後述するピン３２を挿入する挿入口２６が加工ヘッド本体１０の外周縁において１８０度間隔にて２箇所に形成されている。そしてこの挿入口２６は、ピン３２の着脱を容易にするために、一方の壁面が傾斜面２６ａ、他方の壁面が垂直面２６ｂにて形成されている。このヘッドフランジ１５の下面側はヘッド整合部１６と成る。そして、ヘッドフランジ１５の上面側はピン３２を当接して係止する係止部２５と成る。そして、加工ヘッド本体１０の下端の内周壁の形状は、後段に至るほど漸次路径の大きくなるテーパ面１０ａにて形成されている。そして、ヘッドフランジ１５は加工ヘッド本体１０と一体成形にて形成されていても、また、別体にて形成し加工ヘッド本体１０の下端外周にヘッドフランジ１５を固着させるようにして形成しても良い。別体にて形成する場合には、材質としては、加工ヘッド本体１０は例えばステンレス材にて形成され、ヘッドフランジ１５は例えばアルミニウム材にて形成する場合が考えられる。

そして、ノズル２２は、ノズル本体１２と、ノズル本体１２と別体にて成るノズル固定具２１とにて構成されている。ノズル本体１２には、内部にヘッド導出路２３に連通するノズル導出路２７を有している。そして、ノズル導出路２７を形成している壁面の形状は、ノズル導出路２７の後段に至るほど漸次路径が小さくなるような略傾斜面２７ａにて成り、なるべく凹凸を低減した壁面にて形成されている。そしてこの略傾斜面２７ａと加工ヘッド本体１０の略傾斜面２３ａとはその傾斜において連続性を得られるように形成されている。また、ワーク１８にレーザ光１９およびアシストガス２０を照射するノズル孔２９を先端に有する。このノズル孔２９の形成されている先端の外周壁面の形状は、後段に至るほど漸次径の小さくなる曲面２９ａにて形成されている。また、ノズル２２の外周縁に外方向に延在して形成されるとともに加工ヘッド本体１０と相対する面側には弾性部材としてのＯリング３４を配設するための環状溝部３１が形成されたノズルフランジ３０を有している。この環状溝部３１の外周側内壁は、後段に至るほど漸次溝幅の広がるテーパ面３１ａにて形成されている。

そしてノズルフランジ３０の上面側はヘッド整合部１６と整合する位置でありノズル整合部１４と成る。そしてノズル固定具２１は筒体にて成り、ピン３２を有している。そして、筒体の内周縁にノズル本体１２のノズルフランジ３０の下面側と密接して係止するとともにノズル本体１２のノズル孔２９を外部に露出する開口３８を有する支持部３３が形成されている。そして、ピン３２はノズル固定具２１の内周縁の支持部３３より上部に内径方向に突出して形成されている。また、ピン３２はノズル固定具２１の内周縁において１８０度間隔にて２箇所に形成されている。そして、ノズル固定具２１の下端外壁面の形状は、後段に至るほど漸次径の小さくなる曲面２１ｂにて形成されている。そしてこの曲面２１ｂとノズル孔２９の曲面２９ａとはその曲面性において連続性を得られるように形成されている。また、ノズル２２のノズル孔２９が形成されている側と相反する一端２８は、加工ヘッド本体１０のヘッド導出路２３の接合部２４に挿入されて嵌め込まれ接合されている。ここでレーザ光１９の光軸は加工ヘッド１１の軸心に重なるよう調整されている。アシストガス２０はノズル２２に沿って噴射されることから、アシストガス２０の流れは、ノズル２２の軸心と一致する。つまり、レーザ光１９の光軸とアシストガス２０の流れとの重なり具合は、加工ヘッド１１の軸心と、ノズル２２の軸心との同軸度に一致する。つまり、ノズル本体１２の一端２８と接合部２４とを嵌め合いにすることで、加工ヘッド本体１０とノズル２２との同軸度は高精度に再現すなわちレーザ光１９の光軸とアシストガス２０の流れの中心は、高精度に再現が求められる。

そして、例えばレーザ加工精度は０．１ｍｍの場合、これより加工ヘッド本体１０とノズル２２との同軸度は０．０５ｍｍ必要である。レーザ光１９の波長は０．０１ｍｍより、加工ヘッド本体１０の接合部２４の径とノズル２２の一端２８の外径との隙間は、直径で０．０１〜０．０５ｍｍが可能であり、嵌め合わせ構成が可能と成る。また、この一端２８の外周壁面の形状は、後段に至るほど漸次径の大きくなるテーパ面１２ａにて形成されている。そして、Ｏリング３４は環状溝部３１内に配設され、ヘッド整合部１６とノズル整合部１４との間の環状に配設されることと成り、ヘッド整合部１６とノズル整合部１４との整合に隙間Ａを介在させる。このことにより、Ｏリング３４は加工ヘッド本体１０とノズル２２との整合部をシールしている。尚、ここで言う環状とは円状に限られることは無く、例えば矩形環状などでも良く、環状とは途中でとぎれることの無い形状を指し、加工ヘッド本体１０とノズル２２との整合部をシールを行うことが可能であれば何れの形状でも良いことは言うまでも無い。また、この形状に合わせて環状溝部の形状を形成すれば良いことは言うまでも無い。

そしてこのように形成された加工ヘッド１１を用いたレーザ加工装置１は、加工ヘッド本体１０に反射鏡９および集光レンズ１３を介してレーザ光１９を導入するレーザ発振手段５と、加工ヘッド本体１０にアシストガス２０を導入するアシストガス発生手段１７と、ワーク１８を水平に配設されたステージとしてのＸＹステージ３と、ＸＹステージ３上にクランプ２に把持されたワーク１８と、ＸＹステージ３上の所定位置に加工ヘッド本体１０を移動する移動手段４とを備える。そして、後述にて説明するノズル交換装置５０はＸＹステージ３上のワーク１８を載置する以外の箇所に配設され、移動手段４は加工ヘッド本体１０をノズル交換装置５０上位置に移動可能に構成されている。尚、移動手段４は加工ヘッド本体１０のみを移動する構成と、ＸＹステージ３のみを移動する構成と、これらを相対的に移動させる構成とが考えられる。

次にノズル交換装置５０は、ノズル２２のノズル孔２９に挿入してノズル２２を支持するノズル支持棒５１と、ノズル支持棒５１にノズル本体１２のノズル孔２９を挿入した状態にてノズル本体１２のノズル整合部１４と加工ヘッド本体１０のヘッド整合部１６との間に介在するＯリング３４を押圧してノズル整合部１４とヘッド整合部１６とを当接させノズルフランジ３０の下面側とノズル固定具２１との当接を離反させた状態として、ノズル固定具２１のみの回転を行い加工ヘッド本体１０の挿入口２６へノズル固定具２１のピン３２の挿入を行いピン３２を係止部２５に係止させるかノズル固定具２１のピン３２を加工ヘッド本体１０の挿入口２６から送出して、その後にＯリング３４への押圧を解除してヘッド整合部１６とノズル整合部１４との間に隙間Ａを回復するノズル着脱手段６３とを備える。

このノズル着脱手段６３は、固定プレート６２と、直動駆動部６０と、ガイド６１と、可動プレート５８と、回転駆動部５９と、駆動部側回転伝達手段５５と、受動部側回転伝達手段５７と、ノズル押し具５２と、回転手段６４と、回転部５６と、回り止め部５３と、抜け穴５４とを備えている。直動駆動部６０とガイド６１とは、固定プレート６２と可動プレート５８とを固定している。回転駆動部５９は可動プレート５８に固定され、本体部に対して相対的に回転するシャフトにより構成されている。駆動部側回転伝達手段５５は回転駆動部５９のシャフトに固定されている。ノズル押し具５２は可動プレート５８に固定され、上面上にノズル支持棒５１を備える。回転手段６４はノズル押し具５２を中心に取り付られ、この回転手段６４の回りには、回転部５６と受動部側回転伝達手段５７とが取り付られている。この回転部５６と受動部側回転伝達手段５７とは、互いに固定している。また、受動部側回転伝達手段５７と駆動部側回転伝達手段５５とは接している。また、回転部５６は、回り止め部５３およびアシストガス２０による振動を防ぐための抜け穴５４が形成されている。

次に、上記のように構成されたレーザ加工装置１における加工ヘッド１１を用いたノズル交換装置５０の動作について説明する。まず各部の動作について説明する。直動駆動部６０を駆動させることで、可動プレート５８はガイド６１に沿ってＺ軸方向に移動する。また、可動プレート５８に取り付ている回転駆動部５９、駆動部側回転伝達手段５５、および、可動プレート５８上の機構は、可動プレート５８の移動とともに移動する。そして、受動部側回転伝達手段５７、回転部５６、回り止め部５３は、回転手段６４を介してノズル押し具５２を中心に回転する。回転駆動部５９のシャフトを回転することで、シャフトに固定している駆動部側回転伝達手段５５は、シャフトを中心に回転する。そして、受動部側回転伝達手段５７は、駆動部側回転伝達手段５５と接しているため、駆動部側回転伝達手段５５の回転に合わせて、受動部側回転伝達手段５７はノズル押し具５２を中心に回転する。そして、受動部側回転伝達手段５７と回転部５６とは、互いに固定しているため、受動部側回転伝達手段５７が回転すると、回転部５６も回転する。つまり回転駆動部５９が回転すると、回転部５６が、ノズル押し具５２を中心に回転する。このとき、受動部側回転伝達手段５７、回転部５６、ノズル押し具５２の間には回転手段６４があるため、ノズル押し具５２は回転しない。

次に、加工ヘッド本体１０に対するノズル２２のノズル交換装置５０を用いた取り付け方法について説明する。ノズル２２の取り付け準備として、Ｏリング３４を、ノズルフランジ３０に形成された環状溝部３１内に挿入する。次に、ノズル着脱手段６３の回り止め部５３にノズル固定具２１の切り欠き部２１ａが接するように配設する。次に、ノズル本体１２のノズル孔２９にノズル支持棒５１を挿入するとともにノズル固定具２１内にノズル本体１２を入れる（図１８）。このようにノズル本体１２のノズル孔２９を支持するノズル支持棒５１が無い場合は、ノズル本体１２が傾いた状態と成り（図２１）、ノズル本体１２と加工ヘッド本体１０との中心がずれ、ノズル本体１２の取り付けの際に、ノズル本体１２の一端２８は加工ヘッド本体１０に嵌め込むことができなくなる可能性が生じる。または、ノズル本体１２が中心からズレ平行に移動した状態（図２２）と成り、ノズル本体１２の取り付けの際に、ノズル本体１２の一端２８は加工ヘッド本体１０に嵌め込むことができなくなる可能性が生じる。次に、加工ヘッド本体１０を、ノズル２２の交換位置に位置決めを行う。ここで言うノズル２２の交換位置とは、ノズル固定具２１を取り外し位置へ回転する、すなわち、ピン３２と挿入口２６とが一致した位置を示す（図１６のステップＳ１）。そして、加工ヘッド本体１０は移動手段４により、ノズル着脱手段６３の上方の、加工ヘッド本体１０の軸心とノズル押し具５２の軸心とが一致し、加工ヘッド本体１０のヘッド整合部１６とノズルフランジ３０のノズル整合部１４とが確実に整合する位置に移動する。

次に、ノズル２２の交換位置に加工ヘッド本体１０を位置決め移動すると、直動駆動部６０を上昇させ、ノズル着脱手段６３を上方に駆動する。この際、ノズル２２の一端２８は加工ヘッド本体１０の接合部２４に嵌め込まれる。そして、Ｏリング３４を押圧して変形し、ノズルフランジ３０のノズル整合部１４と、加工ヘッド本体１０のヘッド整合部１６とが密接するまで、ノズル着脱手段６３を上昇させる。このときノズル固定具２１のピン３２は、加工ヘッド本体１０の挿入口２６より挿入される。またこの際、一端２８は接合部２４に嵌め込まれるので、加工ヘッド本体１０の軸心とノズル２２の軸心との同軸度は、高精度に再現される。つまり、レーザ光１９の光軸とアシストガス２０の流れとの重なり具合は、高精度に再現される。（図１６のステップＳ２、図１９）。その後、ノズル固定具２１のみを取り付位置へ回転させる。そして、ピン３２は挿入口２６から係止部２５へ移動して係止部２５にて係止される。この回転は、回転駆動部５９の駆動により、回転手段６４と共にノズル固定具２１が回転する（図１６のステップＳ３）。次にノズル固定具２１の回転後、直動駆動部６０を下降させ、ノズル着脱手段６３を下方に駆動することにより、Ｏリング３４への押圧を解除してヘッド整合部１６とノズル整合部１４との間に隙間Ａを回復する（図１６のステップＳ４、図２０）。以上の工程により、ノズル２２を加工ヘッド本体１０に取り付けることができる。

次に、加工ヘッド本体１０におけるノズル２２のノズル交換装置５０を用いた取り外し方法について説明する。まず、加工ヘッド１１を、ノズルの交換位置に位置決めして移動手段４により移動する（図２０）。次に、ノズル着脱手段６３をノズル２２の交換位置に位置決めを行う。ここでノズル２２の交換位置とは、ノズル着脱手段６３の回り止め部５３とノズル固定具２１の切り欠き部２１ａとが一致する位置を示す（図１７のステップＳ５）。次に、ノズル固定具２１と回り止め部５３との角度にズレが生じていたとしても、回り止め部５３が配置されるノズル固定具２１の角度に倣うよう回転駆動部５９の駆動力を開放する（図１７のステップＳ６）。次に、加工ヘッド１１を降下して、ノズル本体１２のノズル孔２９にノズル支持棒５１を挿入する。次に、ノズル固定具２１の保持力を開放するため、直動駆動部６０を上昇させ、ノズル着脱手段６３を上方に駆動し、Ｏリング３４を押圧して変形し、ノズルフランジ３０のノズル整合部１４と、加工ヘッド本体１０のヘッド整合部１６とが密接させる（図１７のステップＳ７）。そしてこの駆動における上昇中に、アシストガス２０の供給を行い、ノズル交換装置５０におけるゴミの吹き飛ばし、ゴミなどの除去を行う。そしてこのように供給されたアシストガス２０は抜け穴５４および他の部分からノズル交換装置５０外に放出される。よって、この抜け穴５４により、ノズル着脱手段６３がアシストガス２０のガス圧による振動を受けることを防止している（図１７のステップＳ８）。次に、アシストガス２０の供給を停止する（図１７のステップＳ９）。

次に、ノズル着脱手段６３が完全に上昇すれば、回転駆動部５９を駆動させる。回転駆動部５９を駆動することで、回転手段６４と共にノズル固定具２１が回転する。この回転により、ピン３２は係止部２５より挿入口２６に移動する（図１７のステップＳ１０）。その後、直動駆動部６０を下降させ、ノズル着脱手段６３を下方に駆動することにより、Ｏリング３４への押圧を解除して、ヘッド整合部１６とノズル整合部１４との間に隙間Ａを回復する。但し、ここではノズル２２の取り外しのためヘッド整合部１６とノズル整合部１４と隙間は隙間Ａ以上の距離と成る。このときピン３２は挿入口２６に合わせているので、ノズル着脱手段６３の下降と共に、ノズル固定具２１、ノズル２２は加工ヘッド本体１０より取り外される。そしてこの駆動における下降中に、アシストガス２０の供給を行うことで、アシストガス２０はＯリング３４上に導入されることと成り、加工ヘッド本体１０に密着していたＯリング３４を引き離す作用も果たしている。このように供給されたアシストガス２０は抜け穴５４および他の部分からノズル着脱手段６３外に放出される（図１７のステップＳ１１）。次に、アシストガス２０の供給を停止する（図１７のステップＳ１２）。以上の工程により、ノズル２２を加工ヘッド本体１０より取り外すことができる。

ノズル２２の着脱の際、ノズル本体１２とノズル固定具２１とが擦れると、擦れた部分が摩耗する。そしてこの擦れる部分は、ノズル孔２９とレーザ焦点との位置関係を決定する部分である。つまりノズル本体１２とノズル固定具２１とが擦れ、摩耗することで、ノズル孔２９とレーザ焦点との位置関係が変化する可能性が生じる。そしてノズル孔２９とレーザ焦点との距離が変化すると、後述するように加工品質の低下を招く可能性が生じる。しかしながら上記に示したようにノズル２２の着脱を行うと、Ｏリング３４を押圧により変形し、加工ヘッド本体１０のヘッド整合面部１６とノズル２２のノズル整合面部１４とを密着状態とし、ノズル本体１２とノズル固定具２１とが接しない位置関係とし、ノズル固定具２１のみが回転することによりノズル２２の着脱を行うため、これら構成部品同士が擦れることによる磨耗がなく、さらに、回転駆動部５９は大きな出力トルクを必要としない。また、ノズル固定具２１のみが回転しているため、この回転によりＯリング３４が他の部分と擦れるようなことがなく摩耗が生じず、Ｏリング３４の耐久性が向上した優れたノズル２２交換を行うことが可能と成る。また、ノズル固定具２１の回転は例えば９０度という一定角度のみの回転にて対応することが可能なため、取り付けおよび取り外し完了の判定を行う必要が無い。また、ノズル固定具２１を回り止め部５３に設置する際に、ノズル固定具２１と回り止め部５３とは角度にズレが生じていたとしても、回り止め部５３は配置されるノズル固定具２１の角度に倣うように構成されているためノズル固定具２１を回り止め部５３に設置する際、厳密に角度を合わせる必要は無い。

尚、図６においてはレーザ加工装置にノズル交換装置を１つ設置する例を示しているが、これに限られることは無く、複数台のノズル交換装置を設置すれば、レーザ加工装置のレーザ加工の種類に応じて自動に複数種のノズルを交換することができる。複数のノズル交換装置とは、図１４に示すようなノズル交換装置を複数台用意しても良いし、固定プレート、直動駆動部、ガイド、可動プレートは１セットのみ用意し、ノズル着脱手段を複数用意しても良い。

また、加工ヘッド本体１０やノズル本体１２、ノズル固定具２１やノズル着脱手段６３など、構成部品には加工精度によるバラつきが存在している。しかしながらこのバラつきに関係なく、直動駆動部６０は加工ヘッド本体１０とノズルフランジ３０とを、確実に密接させる必要がある。そのため直動駆動部６０の上昇制御を位置決め制御にて駆動すれば、位置決めの調整が必要と成りバラつきが生じる。そこで、ここでは直動駆動部６０の制御をＯリング３４を潰す程度の力にて駆動させる（Ｏリング３４により一定の制御が可能）力制御にて駆動することで、構成部品の加工精度によるバラつきに関係なく、確実に加工ヘッド本体１０とノズルフランジ３０とを密接させることかできる。

次に上記のように構成された加工ヘッド１１を備えたレーザ加工装置１の動作について説明する。レーザ加工装置１はＸＹステージ３上にクランプ２にて把持されたワーク１８をレーザ光１９にて熱切断するものである。レーザ光１９は、レーザ加工装置１の装置本体に設けられたレーザ発振手段５で発振され、反射鏡９を介して加工ヘッド１１に案内される。加工ヘッド１１の内部には集光レンズ１３が設けられており、レーザ光１９は、この集光レンズ１３で集光されて、焦点位置の近傍でワーク１８を熱切断する。レーザ切断する際に発生する材料溶融物を吹き飛ばすアシストガス２０は、ノズル加工装置１に設けられたアシストガス発生手段１７により加圧され、加工ヘッド１１よりワーク１８に向け噴射される。また、ワーク１８の切断されるべき部位が加工ヘッド１１の真下に来るよう、ＸＹステージ３上で加工ヘッド１１が移動手段４により水平移動される。また、加工ヘッド１１を、Ｚ軸用サーボモータ（図示せず）で上下方向に駆動し、ワーク１８と焦点位置との距離を最適化している。

レーザ加工において、レーザ光１９の光軸とアシストガス２０の流れとが重なり合った状態が、理想的な加工状態である。その様子を図７（ａ）に示す。レーザ光１９によりワーク１８は熱切断され、その時発生する材料溶融物は、アシストガス２０により、ワーク１８の下方に吹き飛ばされる。ここで、加工ヘッド１１の軸心とノズル２２の軸心との同軸度が悪くなると、図７（ｂ）に示すように、レーザ光１９の光軸とアシストガス２０との重なり具合が悪くなる。このとき、アシストガス２０は、ワーク１８の非加工部に当たり、ワーク１８の下方の不適切な箇所に噴射されたりする。

このように、アシストガス２０の流れが乱れると、理想的な加工においてはワーク１８下方に吹き飛ばされていた材料溶融物が、ノズル孔２９に付着して付着物３５が発生したり、それがワーク１８と接触することでワーク１８自体に傷を付けたりする可能性が生じる。また、材料溶融物を十分に除去できず、そのままワーク１８に付着することでバリ３６が発生したり、材料溶融物の除去にムラが生じ、加工面が曲がる不良部３７が発生したり、加工品質の低下を招く可能性が生じる。また、図８（ａ）に示すように、ノズル孔２９とワーク１８との間隔が理想的な間隔より狭い場合、ノズル孔２９とワーク１８とが接触し、傷付ける危険性が高くなる。逆に、図８（ｂ）に示すように、ノズル孔２９とワーク１８との間隔が理想的な間隔より広い場合、その広くなった間隔からアシストガス２０が大量に漏れ、材料溶融物を十分に除去できず、そのままワーク１８に付着することでバリ３６が発生し、加工品質の低下を招く可能性が生じる。

このように加工ヘッド１１の縦方向における寸法は高い精度が求められる。本願発明における縦方向における寸法の精度について説明する。図９に示すように、レーザ光１９の焦点位置は、ワーク１８の表面に調整されている。ノズル孔２９の先端とワーク１８の上面との距離４４は、集光レンズ１３と焦点位置との距離４３から、加工ヘッド１１における集光レンズ１３と係止部２５との距離４０と、ノズル固定具２１におけるピン３２の下端面と支持部３３の上端面（ノズルフランジ３０の下端面と同一箇所）との距離４１と、ノズル２２におけるノズルフランジ３０の下端面（支持部３３の上端面と同一箇所）とノズル孔２９の先端との距離４２とを差し引いた距離で求まる。ここで、集光レンズ１３と焦点位置との距離４３、ならびに、集光レンズ１３と係止部２５との距離４０は予め定まっており、ノズル２２を交換した場合においても変化しない。つまり、ノズル孔２９の先端とワーク１８の上面との距離４４は、ピン３２の下端面と支持部３３の上端面（ノズルフランジ３０の下端面と同一箇所）との距離４１と、ノズル２２におけるノズルフランジ３０の下端面（支持部３３の上端面と同一箇所）とノズル孔２９の先端との距離４２の２箇所のみの寸法で決まる。

このように、構成部品の数が少ない場合、部品それぞれのバラつきを足し合わせても、距離４１と距離４２との合計でのバラつきは小さい。これより、ノズル孔２９の先端とワーク１８の上面との距離４４のバラつきも小さい。このバラつきの範囲は、ノズル孔２９の先端とワーク１８の上面との理想的な間隔の許容されている誤差範囲より、はるかに小さい。具体的には、違うノズル本体１２とノズル固定具２１に交換した際、高品質加工に必要な範囲は０．６ｍｍである。ここでは焦点に寄与する部品が２点であり、各部品の寸法公差は０．３ｍｍと成る。よって、この寸法は一般寸法公差程度であり、容易に実現可能な範囲である。よって、ノズル孔２９とワーク１８との距離４４は、理想的な距離に再現される。その結果、ノズル２２と加工ヘッド本体１０との固定にピン３２と係止部２５との係止状態を使用する構造とすることで、ノズル２２の交換において、その縦方向の寸法は調整しなくても図８に示すような加工状態とは成らず、図７（ａ）に示すような理想的な加工状態と成る。

次に、ノズル固定具２１に必要なピン３２の数量について説明する。ピン３２が１本だけの場合、アシストガス２０の圧力によりノズル２２は、ノズル固定具２１と共に傾く可能性が生じる。ここでアシストガス２０の圧力に対してピン３２は十分に太く、たわみ量を無視できるものについて検討する。例えば一端２８の外径を１４．９８ｍｍ、接合部２４の内径を１５．０２ｍｍ（隙間は０．０４ｍｍ）とした場合、ノズル２２の傾き量を求めると４．１８ｄｅｇと成る。ここで仮に、板厚２５ｍｍのワーク１８を加工する場合、ワーク１８下面でのレーザ光１９とアシストガス２０とのズレは、１．８３ｍｍに成る。その結果、加工ヘッド本体１０の軸心とノズル２２の軸心との同軸度が悪化し、加工品質の低下を招く。このような、アシストガス２０の圧力に起因する、加工ヘッド本体１０の軸心とノズル２２の軸心との同軸度の悪化を防ぐには、一端２８と接合部２４との隙間を狭くする必要があり、これを実現するためには構成部品に高い形状精度が求められる。そのため構成部品の製作費用が高価に成ってしまう。

この問題を解決するために、ピン３２をノズル固定具２１の軸心に対して１８０度の間隔に２箇所に配置することで、簡単に解消される。ピン３２の数を２本にすることで、アシストガス２０の圧力に起因するノズル固定具２１、ならびに、ノズル２２の傾きは発生せず、加工ヘッド本体１０の軸心とノズル２２の軸心との同軸度が得られ正常な加工状態を保てる。その結果、構成部品に高い形状精度は必要なく、構成部品は安価に製作できる。さらに、ピン３２に必要な太さに関して説明する。例えば、アシストガス２０の圧力を３ＭＰａ、アシストガス２０の圧力を受ける面を直径２０ｍｍの円、ピン３２の許容せん断強さをτ＝１０００ＭＰａとする。このとき、せん断荷重Ｐとピン３２の直径ｄとの関係はＰ＝π×ｄ^２／４×τと成る。そして、使用するピン３２の数は２本より、（３×π×２０^２／４）／２＝π×ｄ^２／４×１０００と成る。これよりｄ＝０．７７ｍｍと成る。よってピン３２の直径は０．８ｍｍ以上必要である。以上のことより、容易に入手可能な最も細い直径１．０ｍｍのピン３２を利用すれば、アシストガス２０の圧力に対して十分な対応可能な太さであることが判断できる。そして、ノズル２２と加工ヘッド本体１０との固定は、ピン３２の数は対角（１８０度間隔）に配置した２本とし、環状（全周）に一様に潰されたＯリング３４とを組み合わせて行っているため、ノズル２２は加工ヘッド本体１０に対し、アシストガス２０の圧力により傾くことなく固定でき、振動が発生しない。

次に、加工ヘッド本体１０のテーパ面１０ａとノズル本体１２のテーパ面１２ａとの有効性について図１０に基づいて説明する。これは上記に示したノズル２２を取り外す際のアシストガス２０の理想的な流れを確保するために構成されているものである。すなわち、アシストガス２０をＯリング３４の近傍に送りこみ、加工ヘッド本体１０に密着したＯリング３４とを引き離している。そこで、加工ヘッド本体１０のテーパ面１０ａとノズル本体１２のテーパ面１２ａとを有する場合（図１０（ａ））、アシストガス２０がＯリング３４の上面に流れ込み、加工ヘッド本体１０からノズル２２と同時にＯリング３４も取り外すことが可能と成る。しかしながら、ノズル２２側にテーパ面が存在せず垂直面１２ｂにて形成されている場合（図１０（ｂ））、加工ヘッド本体１０内にてのアシストガス２０の流れが滞りＯリング３４上に的確にアシストガス２０が流れ込みにくくなり、Ｏリング３４が加工ヘッド本体１０に密着したままに成る可能性が生じる。また、加工ヘッド本体１０側にテーパ面が存在せず垂直面１０ｂにて形成されている場合（図１０（ｃ））、アシストガス２０はＯリング３４の下面に流れ込み、Ｏリング３４が加工ヘッド本体１０に密着したままに成る可能性が生じる。以上のことより、加工ヘッド本体１０のテーパ面１０ａとノズル本体１２のテーパ面１２ａとの有効性が確認できる。

次に、加工ヘッド本体１０のヘッド導出路２３の略傾斜面２３ａおよびノズル本体１２のノズル導出路２７の略傾斜面２７ａと、ノズル本体１２のノズル孔２９の曲面２９ａおよびノズル固定具２１の曲面２１ｂとの有効性について図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）に示すように、加工ヘッド本体１０のヘッド導出路２３の略傾斜面２３ａと、ノズル本体１２のノズル導出路２７の略傾斜面２７ａとは連続した凹凸の少ない略同一形状にて形成されいてる。よって、ノズル２２内におけるアシストガス２０の流れが乱れるのを防ぎ、加工品質を保つことができる。また、ノズル孔２９の曲面２９ａと、ノズル固定具２１の曲面２１ｂとは連続した凹凸の少ない略同一形状にて形成されている。よって、ワーク１８から跳ね返ったアシストガス２０や、材料溶融物の流れが乱れるのを防ぎ、加工品質を保つことができる。これに対し、例えば図１１（ｂ）に示すように、ヘッド導出路２３の壁面に凹凸を有する凹凸面２３ｂにて形成されると、ノズル２２内におけるアシストガス２０がこの凹凸面２３ｂにより流れを遮られる等して、アシストガス２０の流れが乱れ、加工品質を保つことができない可能性が生じる。さらに、ノズル固定具２１の底端面が水平面２１ｃにて形成されると、ワーク１８から跳ね返ったアシストガス２０や、材料溶融物の流れが乱れ、加工品質を保つことができない可能性が生じる。以上のことより、加工ヘッド本体１０のヘッド導出路２３の略傾斜面２３ａおよびノズル本体１２のノズル導出路２７の略傾斜面２７ａと、ノズル本体１２のノズル孔２９の曲面２９ａおよびノズル固定具２１の曲面２１ｂとの有効性が確認できる。

次に、環状溝部３１のテーパ面３１ａの有効性について図１２および図１３に基づいて説明する。環状溝部３１が垂直面３１ｂにて形成されている場合、Ｏリング３４が押しつぶされる様子は図１２（ａ）に示すよう成る可能性があり、ノズル本体１２と加工ヘッド本体１０とが密着しない可能性が生じる。これに対し、環状溝部３１がテーパ面３１ａにて形成されている場合のＯリング３４の押しつぶされる様子は図１２（ｂ）に示すように成り、ノズル本体１２と加工ヘッド本体１０とが密着する。よって、ノズル本体１２のノズル整合部１４と加工ヘッド本体１０のヘッド整合部１６とＯリング３４とにより確実に密着させて確実にシールする。また、ノズル２２にアシストガス２０を供給すると、環状溝部３１が垂直面３１ｂにて形成されている場合は、図１３（ａ）に示すようにアシストガス２０の圧力によりＯリング３４が変形するため、アシストガス２０は不規則に漏れ、漏れ方が不規則なためノズル２２内のアシストガス２０の流れは乱れ、加工品質が悪化する可能性が生じる。これに対し、環状溝部３１がテーパ面３１ａにて形成されていると、図１３（ｂ）に示すようにアシストガス２０の圧力によりＯリング３４が変形しても、アシストガス２０は漏れずノズル２２内のアシストガス２０の流れは乱れず、加工品質を保つことができる。以上のことより、環状溝部３１のテーパ面３１ａの有効性が確認できる。

また、上記実施の形態１と同様の効果を奏する他の構成のノズルについて説明する。図２３は上記実施の形態１における他のノズルの構成を示した図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。この例の上記実施の形態１に示した加工ヘッドと異なる部分は、Ｏリング３４を加工ヘッド本体１０の下面側に環状溝部４５を形成して配設した点である。このように形成された加工ヘッド１１は加工ヘッド本体１０の接合部２４にノズル本体１２の一端２８を挿入する際に、ノズル本体１２の一端２８の外周面とＯリング３４と擦れることが考えられるが、他の点においては上記実施の形態１と同様に行うことができ、同様の効果を奏することが可能と成る。

また、図２４は上記実施の形態１における他の加工ヘッドの構成を示した図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。この例の上記実施の形態１に示した加工ヘッドと異なる部分は、ノズル６はノズル本体１２のみにて形成され、ノズル６の一端２８にはピン８が外径方向に突出して形成されている。また、加工ヘッド本体１１０の接合部２４の内壁には、溝にて成るピン８を係止するための係止部３９、ならびに係止部３９に連通する挿入口（図示せず）が形成されている。次に加工ヘッド本体１１０に対するノズル６の取り付方法について説明する。ノズル６を加工ヘッド本体１１０に装着する場合には、まず、ノズル６のピン８を加工ヘッド本体１１０の挿入口（図示せず）より挿入する。この時、ノズル６は一端２８と接合部２４とにより加工ヘッド本体１１０に嵌め込まれる。さらに、ピン８を係止部３９に移動するようにノズル６を回す。これにより、加工ヘッド本体１１０にノズル６が取り付く。取り外しは取り付の逆の工程にて行う。以上より、ノズル６の着脱における回転において、Ｏリング３４と加工ヘッド本体１１０とが擦れることが考えられるが、他の点においては上記実施の形態１と同様の構成を有することと成り、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、図２５は上記実施の形態１における他のノズルの構成を示した図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。この例は、上記実施の形態１に示したノズル本体とノズル固定具とが一体成形されて形成されたノズル７である。そしてノズル７は、ノズルフランジと支持部とが共通に形成されているものである。よって、ノズル７の着脱における回転において、Ｏリング３４と加工ヘッド本体１０とが擦れることが考えられるが、他の点においては上記実施の形態１と同様の構成を有することと成り、上記実施の形態１と同様の効果を奏するものである。上記実施の形態１の図１、図２３、図２４、図２５のそれぞれの例の使い分けとしては、例えば、加工条件が頻繁に変わり、ノズルの交換が頻繁に発生する場合には、弾性部材が磨耗しにくい、図１のノズルを選択する。また、ノズルの破損が多い時には、ノズルの製作費用が最も安価な図２３のノズルを選択する。また、加工ヘッド本体の小型化が必要な場合には、構成部品が最も小さい、図２４のノズルを選択する。また、ノズルの交換の頻度は低く、かつ、加工ヘッド本体の小型化が必要でない場合には、構成部品の製作費用が最も安価な、図２５のノズルを選択することが適当であると考えられる。

上記のように構成された実施の形態１の加工ヘッドは、焦点距離側に作用する構成部品の点数が少ないため、誤差の少ない精度に優れた加工ヘッドおよびノズル交換を行うことが可能と成る。また、ノズルの一端と加工ノズル本体の接合部との嵌め合いとすることで、加工ヘッド本体の軸心とノズルの軸心との同軸度、つまり、レーザ光の光軸とアシストガスの流れとの重なり具合が高精度に再現できる。また、ノズルの固定にピンを使用する構造とすることで、ノズル孔とワークとの間隔を理想的な間隔に再現できる。これにより、ノズル交換の際、加工品質を保つためのノズル位置調整が必要ない。さらに、使用するピンの数を２本とすることで、構成部品に高い形状精度は必要なく、安価に製作できる。また、アシストガスの圧力に起因するノズルの傾きは発生しない。これにより、構成部品に高い形状精度は必要なく、安価に製作できる。尚、上記実施の形態１においては弾性部材としてＯリングを用いる例を示したがこれに限られることは無く、Ｏリングと同様に行うことができる弾性部材であれば同様に行うことが可能であり同様の効果を奏することは言うまでも無い。また、レーザ加工装置にノズル交換装置を備える例を示したが、これに限られることは無く、レーザ加工装置とノズル交換装置とは別体にて形成することも可能であることは言うまでも無い。

この発明の実施の形態１における加工ヘッドの構成を示す斜視図である。図１に示した加工ヘッドの構成を示す断面図である。図１に示した加工ヘッドの加工ヘッド本体を示す斜視図である。図１に示した加工ヘッドのノズルのノズル本体の構成を示す斜視図である。図１に示した加工ヘッドのノズルのノズル固定具の構成を示す図である。図１に示した加工ヘッドを用いたノズル加工装置の構成を示す図である。ノズル加工装置の加工ヘッドにおける問題点を説明するための図である。ノズル加工装置の加工ヘッドにおける問題点を説明するための図である。図１に示した加工ヘッドの寸法精度を説明するための断面図である。図１に示した加工ヘッドのアシストガスの流れの有効性を説明するための断面図である。図１に示した加工ヘッドのアシストガスの流れの有効性を説明するための断面図である。図１に示した加工ヘッドの弾性部材の有効性を説明するための断面図である。図１に示した加工ヘッドの弾性部材の有効性を説明するための断面図である。図１に示した加工ヘッドのノズルを交換するノズル交換装置の構成を示す斜視図である。図１４に示したノズル交換装置の構成を示す断面図である。図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り付動作を説明するためのフローチャートである。図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り外し動作を説明するためのフローチャートである。図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り付動作を説明するための断面図である。図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り付動作を説明するための断面図である。図１４に示したノズル交換装置におけるノズル取り付動作を説明するための断面図である。図１４に示したノズル交換装置のノズル支持棒の有効性を説明するための断面図である。図１４に示したノズル交換装置のノズル支持棒の有効性を説明するための断面図である。この発明の実施の形態１における他の加工ヘッドの構成を示す図である。この発明の実施の形態１における他の加工ヘッドの構成を示す図である。この発明の実施の形態１における他の加工ヘッドの構成を示す図である。

符号の説明

１レーザ加工装置、４移動手段、６ノズル、７ノズル、８ピン、
１０加工ヘッド本体、１１加工ヘッド、１２ノズル本体、１４ノズル整合部、
１５ヘッドフランジ、１６ヘッド整合部、１８ワーク、１９レーザ光、
２０アシストガス、２１ノズル固定具、２２ノズル、２３ヘッド導出路、
２４接合部、２５係止部、２６挿入口、２７ノズル導出路、２８一端、
２９ノズル孔、３０ノズルフランジ、３１環状溝部、３２ピン、３３支持部、
３４Ｏリング、３８開口、３９係止部、４５環状溝部、５０ノズル交換装置、
５１ノズル支持棒、６３ノズル着脱手段、１１０加工ヘッド本体、Ａ隙間。

Claims

内部にレーザ光およびアシストガスを導出するためのヘッド導出路を有する加工ヘッド本体と、上記加工ヘッド本体と別体にて形成され内部に上記ヘッド導出路に連通するノズル導出路を有し被加工物にレーザ光およびアシストガスを照射するノズル孔を先端に有するノズルと、上記ノズルに外径方向または内径方向に突出して形成されるピンと、上記ピンが上記ノズルの外径方向に形成された際には上記加工ヘッド本体の内周縁にまたは上記ピンが上記ノズルの内径方向に形成された際には上記加工ヘッド本体の外周縁に形成され上記ピンの挿入する挿入口を有するとともに挿入した上記ピンを当接して係止する係止部と、上記加工ヘッド本体の外周縁に形成されたヘッド整合部と、上記ノズルの外周縁の上記ヘッド整合部と整合する位置に形成されたノズル整合部と、上記ヘッド整合部と上記ノズル整合部との間の環状に配設され上記ヘッド整合部と上記ノズル整合部との整合に隙間を介在させる弾性部材とを備えたことを特徴とする加工ヘッド。
上記ピンは上記ノズルの外周縁または内周縁において１８０度間隔にて２箇所に形成され、上記ピン挿入口は上記加工ヘッド本体の内周縁または外周縁において１８０度間隔にて２箇所に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加工ヘッド。
上記ノズルの上記ノズル孔が形成されている側と相反する一端は、上記加工ヘッド本体のヘッド導出路に挿入されて接合されている接合部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工ヘッド。
上記加工ヘッド本体の外周縁に外方向に延在して形成されたヘッドフランジを備え、上記ヘッドフランジの下面側を上記ヘッド整合部として、上記ヘッドフランジの上面側を上記係止部とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工ヘッド。
上記ノズルは、ノズル本体と上記ノズル本体と別体にて成るノズル固定具とにて構成され、
上記ノズル本体は上記ノズル導出路と上記ノズル整合部と上記ノズル孔とを有し、上記ノズル本体の外周縁に外方向に延在して形成されるとともに上記加工ヘッド本体と相対する面側には上記弾性部材を配設するための環状溝部が形成されたノズルフランジを備え、上記ノズル整合部は上記ノズルフランジの上面側とし、
上記ノズル固定具は筒体にて成り上記ピンを有し、上記筒体の内周縁に上記ノズル本体の上記ノズルフランジの下面側と密接して係止するとともに上記ノズル本体のノズル孔を外部に露出する開口を有する支持部と、上記ピンは上記ノズル固定具の内周縁の上記支持部より上部に内方向に突出して形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の加工ヘッド。
上記弾性部材は、Ｏリングにて構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の加工ヘッド。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加工ヘッドにおけるノズルを交換するためのノズル交換装置は、
上記ノズルのノズル孔に挿入して上記ノズルを支持するノズル支持棒と、上記ノズル支持棒に上記ノズルのノズル孔を挿入した状態にて上記ノズルの回転を行い上記加工ヘッド本体の挿入口へ上記ノズルのピンの挿入を行い上記ピンを上記係止部に係止させるか、上記ノズルのピンを上記加工ヘッド本体の挿入口から送出するノズル着脱手段とを備えたことを特徴とするノズル交換装置。
請求項５に記載の加工ヘッドにおけるノズルを交換するためのノズル交換装置は、
上記ノズル本体のノズル孔に挿入して上記ノズルを支持するノズル支持棒と、
上記ノズル支持棒に上記ノズル本体のノズル孔を挿入した状態にて上記ノズル本体のノズル整合面と上記加工ヘッド本体のヘッド整合面との間に介在する上記弾性部材を押圧して上記ノズル整合面と上記ヘッド整合面とを当接させ上記ノズルフランジの下面側と上記ノズル固定具との当接を離反させた状態として、
上記ノズル固定具のみの回転を行い上記加工ヘッド本体の挿入口へ上記ノズル固定具のピンの挿入を行い上記ピンを上記係止部に係止させるか上記ノズル固定具のピンを上記加工ヘッド本体の挿入口から送出して、
その後に上記弾性部材への押圧を解除して上記ヘッド整合面と上記ノズル整合面との間に上記隙間を回復するノズル着脱手段とを備えたことを特徴とするノズル交換装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加工ヘッドと、上記加工ヘッド本体にレーザ光を導入するレーザ発振手段と、上記加工ヘッドにアシストガスを導入するアシストガス発生手段と、被加工物を載置するステージと、上記ステージ上の所定位置に上記加工ヘッドを移動する移動手段とを備えたレーザ加工装置。
請求項７または請求項８に記載のノズル交換装置を配設し、上記移動手段は上記加工ヘッド本体を上記ノズル交換装置上位置に移動可能とすることを特徴とするレーザ加工装置。