JP2003033891A - レーザー加工機のノズル - Google Patents

レーザー加工機のノズル

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JP2003033891A
JP2003033891A JP2001215248A JP2001215248A JP2003033891A JP 2003033891 A JP2003033891 A JP 2003033891A JP 2001215248 A JP2001215248 A JP 2001215248A JP 2001215248 A JP2001215248 A JP 2001215248A JP 2003033891 A JP2003033891 A JP 2003033891A
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nozzle
insulator
tip portion
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nozzle tip
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Hiromichi Yokono
浩通 横野
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FUISUTO KK
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FUISUTO KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 レーザー加工機のノズルの加工対象物との間
の距離検出の正確性を改善する。 【解決手段】 中心電極を形成するノズルチップ部1
と、このノズルチップ部と機械的に接続されかつ電気的
に絶縁されて配設されたガード電極2と、この中心電極
並びに該ガード電極とをノズル本体に機械的に接続しか
つ電気的に絶縁する電極取付部3とを備え、ノズルチッ
プ部のレーザー光出射口に置かれた絶縁物(耐熱性及び
耐熱衝撃性の強い窒化珪素セラミクス等)13を備えた
構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工機の
ノズルに関するものであり、特に、ノズル先端と加工対
象物との間の距離を測定するセンサに対するプラズマ等
外乱要因の影響を低減することを狙ったレーザー加工機
のノズルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザー加工機のノズルに関する従来技
術、特に、ノズル先端と加工対象物との間の距離を測定
するセンサに対するプラズマ等外乱要因の影響を低減す
るための従来技術の例は、例えば、特許公報第2889
865号「レーザー加工機のノズル」に詳細に開示され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の発明による
レーザー加工機のノズルにおいては、プラズマの密度が
濃くなると、中央の配置されたガード電極がプラズマを
介して被加工物と接触したと誤認する可能性がある。
【0004】また、上記の特許第2889865号の発
明によるレーザー加工機のノズルは、その特許明細書の
中で従来技術として掲げている(図6に図示している)
センサと同等の性能(端面での倣い性能や加工点近傍で
の距離検出性能)を得ようとすれば、図6の従来型に比
して構造が複雑で細かい加工が必要である。そのため、
大きな工数が必要であるのみならず、破損し易く耐久性
も劣る。また、交換部品が高価で経済性にも問題があ
る。
【0005】本発明は、特許第2889865号の発明
の上記問題点を改良したレーザー加工機のノズルを提供
することに課題を有する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るレーザー加工機のノズルは、次に示す
構成にすることである。
【0007】(1) 中心電極を形成するノズルチップ
部と、該ノズルチップ部と機械的に接続されかつ電気的
に絶縁されて配設されたガード電極と、該中心電極並び
に該ガード電極とをノズル本体に機械的に接続しかつ電
気的に絶縁する電極取付部とを備え、前記ノズルチップ
部には、そのレーザー光出射口に筒形状の絶縁物を配置
したことを特徴とするレーザー加工機のノズル。 (2) 前記絶縁物の加工対象物との対向面積は、レー
ザーパワー、加工速度、アシストガス等に起因するプラ
ズマの量及び範囲を考慮して決定されることを特徴とす
る(1)に記載のレーザー加工機のノズル。 (3) 前記絶縁物の加工対象物に対向する面は前記ノ
ズルチップ部の加工対象物に対向する面より加工対象物
に向かって僅かに後方に下がっていることを特徴とする
(1)に記載のレーザー加工機のノズル。 (4) 前記ノズルチップ部は分解して前記絶縁物を取
り出すことができることを特徴とする(1)乃至(3)
に記載のレーザー加工機のノズル。 (5) 前記絶縁物を金属環で補強したことを特徴とす
る(1)乃至(4)に記載のレーザー加工機のノズル。 (6) 前記絶縁物は、耐熱性及び耐熱衝撃性の強い窒
化珪素セラミクスで形成したことを特徴とする(1)乃
至(4)に記載のレーザー加工機のノズル。
【0008】このように、ノズルチップ部に配置した絶
縁物の先端面は加工対象物と対向する面であり、特にレ
ーザー光出射口の直下はプラズマが最も多く発生する場
所である。この場所に絶縁物を置くことにより、プラズ
マの密度が高くなる加工点と、中心電極のセンシング点
との間が隔離され且つ絶縁される。その結果、ノズルチ
ップ部の先端と加工対象物との間に高密度のプラズマが
発生した際に、ノズルチップと加工対象物とが接触した
と誤認することをなくし又は減少させることができ、か
つ、プラズマの成長及び減衰に起因する静電容量の変化
の影響を避けることができる。
【0009】また、本発明に係るレーザー加工機のノズ
ルは、上記絶縁物の加工対象物に対向する面を、前記ノ
ズルチップ部の加工対象物に対向する面より加工対象物
に向かって僅かに後方に下げて構成している。これによ
り、ノズルチップ部の先端が加工対象物に衝突してもこ
れを確実に検出することができる。
【0010】また、本発明に係るレーザー加工機のノズ
ルの上記ノズルチップ部は分解可能である。これによ
り、絶縁物(セラミクス等)が破損、劣化、又は焼損し
た場合にノズルチップ部を分解して絶縁物を容易に交換
することができる。
【0011】更に、本発明に係るレーザー加工機のノズ
ルの上記絶縁物は、金属環で補強することができる。こ
れにより、単に絶縁物を設けた場合に比べて対熱衝撃性
が向上し、プラズマの密度が高くなっても上記絶縁物が
破損し難くなり、従って、加工性能が向上すると共に経
済性が向上する。
【0012】
【発明の実施形態】以下、本発明に係るレーザー加工機
のノズルの一実施例について図面を参照しながら詳細に
説明する。
【0013】本願発明に係るレーザー加工機のノズル
は、図1及び図2に示すように、中心電極を形成するノ
ズルチップ部1と、ノズルチップ部1と螺合により機械
的に接続されかつ電気的に絶縁されて配設されたガード
電極2と、中心電極(ノズルチップ部1)並びにガード
電極2を図示されていない(図1に上方にある)ノズル
本体に機械的に接続しかつ電気的に絶縁する電極取付部
3とを備えている。
【0014】ガード電極2は、図2に示すように、レー
ザ光線を中心にしてノズルチップ部1を螺合により取り
付ける筒形状のナット部30と、ナット部30の外周端
であって外壁となる漏斗状に形成されたボデー31と、
ボデー31の内側に配置されナット部30の上端部に施
した絶縁体33とOリング32により絶縁状態で形成さ
れた漏斗形状のインナー部34と、インナー部34の上
部位置に配置され絶縁部材であるインシュレータ35を
介在させ且つOリング36を嵌め込んで配置されている
円筒形状のジョイント部37とからなる。
【0015】ナット部30は、内側にノズルチップ部1
を螺合するための螺合部38を設けると共に、上端部に
は絶縁体33が施され且つ下端部の外周にも絶縁体39
が施され且つインシュレータを取り付けると共に、外周
の絶縁体39とボデー31との間にピン40を嵌めこん
だ構造となっている。このようにしてナット部30はガ
ード電極2から電気的に絶縁された状態とし、信号線4
5を介してコネクタ46からのみ信号の送受信ができる
のである。
【0016】一方、上部位置のジョイント部37とボデ
ー31との間にもピン41を嵌め込むと共に、ジョイン
ト部37にはインシュレータ42を介在させてボデーリ
ング43を嵌めこんだ構造となっている。
【0017】このようにしてノズルチップ部1を取り付
けるナット部30はガード電極2から絶縁された状態で
取り付けられているため、そこに螺合するノズルチップ
部1もガード電極2からは絶縁された状態で嵌めこむこ
とができるのである。
【0018】ノズルチップ部1は、本発明の特徴とする
ところであり、その構造は、図3に示すように、全体的
に概略円筒状をしており、先端部11と、鍔部12aを
設けた基部12と、先端部11の内側中心位置を中心に
した円筒形状の絶縁物13とから構成されている。
【0019】先端部11、基部12並びに絶縁物13を
軸方向に貫いて漏斗状のノズル孔14が形成されてい
る。ノズル本体から発射されたレーザー光はノズル孔1
4を通りレーザー光出射口15から出射される。
【0020】先端部11と基部12とはネジ部16を介
して回転ねじ込みによって着脱自在に結合することがで
きるようになっている。また、基部12はネジ部17に
よってガード電極2のナット部30(図2参照)と螺合
により結合することができるようになっている。
【0021】絶縁物13は、耐熱性が高くかつ対熱衝撃
性の高い窒化珪素セラミクス等のセラミクスにより円筒
状に形成され、先端部11の先端部分に形成されている
円筒孔18に嵌め込まれている。この絶縁物13の材質
は、セラミクスに限定されることなく、例えば、絶縁コ
ートされた金属性部材でもよいことは勿論のことであ
る。
【0022】先端部11の最先端部分には円筒孔18の
内側方向に突出する厚さz、内周直径φxの環状の鍔部
である突起19が一体形成されている。円筒部18の内
面に嵌め込まれた絶縁物13は、この環状突起19の上
に下端部位が置かれた形になっている。即ち、絶縁物1
3は、この突起19の上に置かれた状態で先端部11を
基部12にねじこみ嵌めこむと基部12の先端面で絶縁
物の上端部位を抑えこむことにより位置的に安定した状
態で取り付けることができるのである。又、このように
先端部と基部とで挟みこんだ状態で配置させるため、分
解したときには簡単に取り外すことができる。このこと
は、絶縁物13は必要により、先端部11の円筒孔18
から取り外すことができる構造になっているのである。
【0023】又、上記から明らかなように、レーザー光
出射口15の直径は絶縁物13の内径に等しく、絶縁物
13と加工対象物との対向面積はφxと絶縁物13の内
径とにより決まることになる。
【0024】レーザー光出射口15は加工対象物の加工
点でありプラズマの密度が最も高い場所である。ここに
絶縁物13(セラミクス等)を置くことにより、加工点
と検出点とが隔離されかつ絶縁されるから、高プラズマ
発生時にもノズルチップ部1と加工対象物とが接触した
と誤認することがなく、また、プラズマの成長又は減衰
により生ずる静電容量の変化が測定結果に及ぼす影響を
避けることができる。
【0025】絶縁物13と加工対象物との対向面積は、
レーザーパワー、加工速度、アシストガス等に起因する
プラズマの量及び範囲を考慮して最適になるように決定
されている。
【0026】上記先端部11の構造により、ノズルチッ
プ部1の先端は加工対象物に接触したとしても、加工対
象物が平坦であれば突起部19から接触するから、この
接触を電気的に迅速確実に検出することができる。
【0027】次に、本発明に係るレーザー加工機のノズ
ルの他の実施例について説明する。図4に示すノズルチ
ップ部1Aは、図4に示す上記実施例のノズルチップ部
1の絶縁物13の内面に金属環20を内張りしたもので
ある。
【0028】図4において、金属環20は、片側に鍔2
0aを持つ金属環であり、上下2個の環状絶縁物13
a、13bによって上記鍔20aを挟むことにより絶縁
物13bの内周面に装着されている。このように、金属
環20をセラミクスの内面に装着することにより、セラ
ミクスのみの場合よりも対熱衝撃性が向上する。
【0029】レーザー光出射口15付近は切断材料の表
面からのレーザー反射光、輻射熱、発生したプラズマの
熱の影響を最も受ける部位であり部品交換を要するよう
な損傷を受けやすい場所であるから、金属環20により
セラミクスの損傷の度合いを減少させる。また、この部
位は加工対象物の切断面の仕上がり状態にも影響を及ぼ
すから、セラミクスの損傷の度合いが減ることによりレ
ーザー加工の生産性の向上並びに加工対象物に切断品質
の向上に寄与する。
【0030】
【発明の効果】上記説明したように、本発明に係るレー
ザー加工機のノズルは、先端部のレーザー光出射口にセ
ラミクス等の絶縁物を配置した構造にしたことにより、
プラズマに影響されることなく加工対象物との間の距離
を正確に検出することができ、かつ、加工対象物と接触
した場合にもそれを確実に検出することができるから、
レーザー加工機の性能の向上に寄与する所大である。ま
た、上記セラミクスを金属環で補強することにより、部
品の破損が少なく、従って加工対象物の生産性の向上並
びに切断品質の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザー加工機のノズルの先端部
分の一実施例の外形を示す見取図である。
【図2】同ガード電極とノズルチップ部との断面図であ
る。
【図3】図1におけるノズルチップ部1の拡大断面図で
ある。
【図4】本発明に係るレーザー加工機のノズルの他の実
施例の断面図である。
【符号の説明】
1、1A:ノズルチップ部、2:ガード電極2、3:取
付部、11:先端部、12:基部、13、13a、13
b:絶縁物(セラミクス)、14:ノズル孔、15:レ
ーザー光出射口、16、17:ネジ部、18:円筒孔、
19:突起、20:金属環、20a;鍔、30;ナット
部、31;ボデー、32;Oリング、33;絶縁体、3
4;インナー部、35;インシュレータ、36;Oリン
グ、37;ジョイント部、38;螺合部、39;絶縁
体、40;ピン、41;ピン、42;インシュレータ、
43;ボデーリング、44;インシュレータ、45;信
号線、46;コネクタ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心電極を形成するノズルチップ部と、
    該ノズルチップ部と機械的に接続されかつ電気的に絶縁
    されて配設されたガード電極と、該中心電極並びに該ガ
    ード電極とをノズル本体に機械的に接続しかつ電気的に
    絶縁する電極取付部とを備え、前記ノズルチップ部に
    は、そのレーザー光出射口に筒形状の絶縁物を配置した
    ことを特徴とするレーザー加工機のノズル。
  2. 【請求項2】 前記絶縁物の加工対象物との対向面積
    は、レーザーパワー、加工速度、アシストガス等に起因
    するプラズマの量及び範囲を考慮して決定されることを
    特徴とする請求項1に記載のレーザー加工機のノズル。
  3. 【請求項3】 前記絶縁物の加工対象物に対向する面は
    前記ノズルチップ部の加工対象物に対向する面より加工
    対象物に向かって僅かに後方に下がっていることを特徴
    とする請求項1に記載のレーザー加工機のノズル。
  4. 【請求項4】 前記ノズルチップ部は分解して前記絶縁
    物を取り出すことができることを特徴とする請求項1乃
    至3に記載のレーザー加工機のノズル。
  5. 【請求項5】 前記絶縁物を金属環で補強したことを特
    徴とする請求項1乃至4に記載のレーザー加工機のノズ
    ル。
  6. 【請求項6】 前記絶縁物は、耐熱性及び耐熱衝撃性の
    強い窒化珪素セラミクスで形成したことを特徴とする請
    求項1乃至4に記載のレーザー加工機のノズル。
  7. 【請求項7】 中心電極を形成するノズルチップ部と、
    該ノズルチップ部と機械的に接続されかつ電気的に絶縁
    されて配設されたガード電極と、該中心電極並びに該ガ
    ード電極とをノズル本体に機械的に接続しかつ電気的に
    絶縁する電極取付部とを備え、前記ノズルチップ部に
    は、そのレーザー光出射口を形成する先端部において内
    側に突出した鍔部を設け、下端部位を該鍔部内側に係合
    し上端部位を前記先端部を取り付ける基部の下端面に係
    合して配置する筒形状の絶縁物を設けたことを特徴とす
    るレーザー加工機のノズル。
  8. 【請求項8】 前記絶縁物の加工対象物に対向する面
    は、前記ノズルチップ部の加工対象物に対向する面より
    前記鍔部の厚み分だけ僅かに後方に下がっていることを
    特徴とする請求項7に記載のレーザー加工機のノズル。
  9. 【請求項9】 前記絶縁物の内側に金属環を設けたこと
    を特徴とする請求項7乃至8に記載のレーザー加工機の
    ノズル。
  10. 【請求項10】 前記絶縁物は、耐熱性及び耐熱衝撃性
    の強い窒化珪素セラミクスで形成したことを特徴とする
    請求項7乃至9に記載のレーザー加工機のノズル。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013540055A (ja) * 2010-10-20 2013-10-31 バイストロニック レーザー アクチェンゲゼルシャフト レーザ加工ヘッド
JP2015515380A (ja) * 2012-04-04 2015-05-28 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 改良された外形の移動要素を備えたレーザノズル
CN109530942A (zh) * 2018-12-13 2019-03-29 广东天丰精密技术有限公司 一种激光喷嘴连接装置
JP2020062652A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 株式会社アマダホールディングス レーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置

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