JP2005193249A - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ加工ヘッドに対してレンズホルダを横方向から着脱交換する方法及びレーザ加工ヘッドを提供する。
【解決手段】 集光レンズ１１を備えたレンズホルダ１３を、レーザ加工ヘッド１に備えた横方向の開口部９からレーザ加工ヘッド内に挿入し、前記レンズホルダ１３の一部を、前記レーザ加工ヘッド１の基部側又は先端部側の穴７内に挿入し固定し、前記レンズホルダ１３とレーザ加工ヘッド１との間にレンズアダプタ２９を介装して前記開口部９の閉口を行う集光レンズの交換方法である。集光レンズ１１を備えたレンズホルダ１３を着脱交換可能に備えたレーザ加工ヘッド１であって、前記レンズホルダ１３を横方向に着脱するために、横方向に開口した開口部９を備え、前記開口部９において前記加工ヘッド本体３に着脱交換自在の前記レンズホルダ１３を、前記透過孔７に挿入自在に構成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド及びレーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法に係り、さらに詳細には、例えばレーザ加工ヘッドとワークテーブル等との間隔が狭い場合であっても、集光レンズの交換を容易に行うことのできるレーザ加工ヘッド及び加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法に関する。

例えば板状のワークのレーザ加工を行うレーザ加工機においては、ワークの材質、板厚などに対応して適正な焦点距離の集光レンズを備えたレーザ加工ヘッドに交換したり、レーザ加工ヘッドに対して集光レンズを着脱交換することが行われている（特許文献１，２参照）。
特開平１０−１９３１５３号公報 特開平８−１９７２７５号公報

従来、レーザ加工ヘッドに対して集光レンズ等の交換を行う場合、前記特許文献１に記載されているように、レーザ加工ヘッドに備えたノズルを先端側へ移動し、レーザ加工ヘッドから前記ノズルを離隔した状態において集光レンズ等の交換を行っている。また、特許文献２に記載されているように、集光レンズを備えたユニットを、レーザ加工ヘッドに対して光軸方向から着脱交換している。

したがって、従来においては、レーザ加工ヘッドに対して集光レンズの着脱交換を行う場合には、レーザ加工ヘッドと例えばワークテーブル等との間隔寸法が充分に必要である、という問題がある。

本発明は、前述したごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法であって、集光レンズを備えたレンズホルダを、前記レーザ加工ヘッドに備えた横方向の開口部からレーザ加工ヘッド内に挿入し、前記レンズホルダの一部を、前記レーザ加工ヘッドの基部側又は先端部側の穴内に挿入し固定することを特徴とする集光レンズの交換方法である。

また、本発明は、前記集光レンズの交換方法において、前記レンズホルダの一部をレーザ加工ヘッドの穴内に挿入した後、前記レンズホルダとレーザ加工ヘッドとの間にレンズアダブタを介装して前記開口部の閉口を行うことを特徴とする集光レンズの交換方法である。

また、本発明は、集光レンズを備えたレンズホルダを着脱交換可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、前記レンズホルダを横方向に着脱するために、横方向に開口した開口部を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、集光レンズを備えたレンズホルダを着脱交換可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、レーザ光が透過可能な透過孔を備えた加工ヘッド本体に、当該透過孔に連通した開口部を横方向に開口して設け、前記開口部において前記加工ヘッド本体に着脱交換自在の前記レンズホルダを、前記透過孔に挿入自在に構成したことを特徴とするものである。

また、本発明は、上記レーザ加工ヘッドにおいて、前記レンズホルダと前記加工ヘッド本体との間に介装自在の筒状のレンズアダプタを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記レーザ加工ヘッドにおいて、前記開口部を閉口自在の蓋部材を前記レンズアダプタに備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、集光レンズを備えたレンズホルダを、加工ヘッド本体に備えた開口部に対して横方向から着脱交換を行うものであるから、上記加工ヘッド本体の先端部に備えたノズルと例えばワークテーブル等との間隔寸法が小さい場合であっても、何等の問題を生じることなく集光レンズの着脱交換を行うことができるものであり、前述したごとき問題を解消することができるものである。

図１を参照するに、図１には、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド１が概略的、概念的に示されている。前記レーザ加工ヘッド１は、加工ヘッド本体３を備えており、この加工ヘッド本体３の先端側には、通常のレーザ加工ヘッドと同様にノズル５を適宜に備えている。そして、前記加工ヘッド本体３には、レーザ発振器（図示省略）から発振されたレーザ光が透過自在の透過孔（穴）７が前記ノズル５に連通して設けられている。

そして、前記加工ヘッド本体３には、横方向すなわち前記透過孔７の軸心に対して交差する方向に開口した開口部９が形成してある。より詳細には、上記開口部９は、前記透過孔７の軸心（レーザ光の光軸に相当する）に対して直交する方向に開口してある。すなわち、レーザ加工ヘッド１における前記加工ヘッド本体３に対して、集光レンズ１１を備えたレンズホルダ１３を横方向に着脱するために、前記開口部９は横方向に開口してある。

上記開口部９には、開口方向（横方向）に平行な対向した横平面９Ａ，９Ｂを備えると共に、上記横平面９Ａ，９Ｂに対して交差する縦方向、すなわち前記透過孔７の軸心と平行な方向の縦面９Ｃを備えている。換言すれば、加工ヘッド本体３に開口部９を備えたことにより、前記横平面９Ａ，９Ｂ及び縦面９Ｃが前記加工ヘッド本体３に形成された態様となるものである。そして、前記縦面９Ｃには、集光レンズ１１を備えた前記レンズホルダ１３を係止自在の係止突起１７が備えられている。

前記レンズホルダ１３は、集光レンズ１１を内部に備えた円筒形状に形成してあり、このレンズホルダ１３の端部外周面にはフランジ部１５が形成してある。前記レンズホルダ１３は、前記透過孔７内に挿入可能なように、その外径は透過孔７の径より小さく形成してある。

そして、前記フランジ部１５が前記開口部９における基部側（前記ノズル５と反対側）の横平面９Ａと当接する当接面にはシール部材１９が設けられている。また、前記フランジ部１５における上記当接面と反対側の端面には、前記係止突起１７によって係止される係止段部２１が形成してある。

前記構成において、図１（Ａ）に示すように、集光レンズ１１を備えたレンズホルダ１３を、加工ヘッド本体３の開口部９に対して横方向から挿入配置した後、前記レンズホルダ１３の先端側を基部側（ノズル５と反対側）の透過孔７内に挿入し（図１（Ｂ）参照）、軸心回りに回動して前記係止突起１７に係止段部２１を係止することにより、加工ヘッド本体３に対してレンズホルダ１３を装着することができるものである（図１（Ｃ）参照）。

既に理解されるように、レーザ加工ヘッド１の加工ヘッド本体３に対してレンズホルダ１３を横方向から着脱交換することができるので、レーザ加工ヘッド１に備えたノズル５と例えばワークテーブルとの間隔寸法が小さい場合であっても、何等の問題を生じることなく、レンズホルダ１３の着脱交換を行うことができるものである。

ところで、前記レンズホルダ１３を加工ヘッド本体３に係止固定する構成としては、前述したごとく、加工ヘッド本体３に備えた係止突起１７とレンズホルダ１３に備えた係止段部２１とを係止する構成の他に、例えば、前記横平面９Ａ又はレンズホルダ１３のフランジ部１５の適宜一方にマグネット或は粘着部材を備えた構成とすることも可能である。すなわち、加工ヘッド本体３に対してレンズホルダ１３を固定するための固定手段としての構成は種々の構成を採用することができるものである。

前述のごとく、加工ヘッド本体３にレンズホルダ１３を装着した後、前記開口部９を閉鎖するための開口部閉鎖部材２３が備えられている。上記開口部閉鎖部材２３は、図２に示すように、前記加工ヘッド本体３に形成した蓋係合部２５に係合して前記開口部９を閉口自在の蓋部材２７を備えており、この蓋部材２７の内側（図２において左側）には、前記レンズホルダ１３と加工ヘッド本体３との間、図１（Ｃ）に示す状態においては、レンズホルダ１３とノズル５側の横平面１９Ｂとの間に介装自在の筒状のレンズアダプタ２９が備えられている。

上記レンズアダプタ２９の外径は前記レンズホルダ１３のフランジ部１５の外径とほぼ等しい径であり、このレンズアダプタ２９の両端面にはそれぞれシール部材３１が設けられている。そして、前記レンズホルダ１３の端面と当接自在の端面側には、レンズホルダ１３における前記フランジ部１５の外周面と接合自在な円弧状の接合部３３が設けてある。

上記接合部３３の両端側には一対の抱持アーム３５がヒンジピンを介して揺動自在に支持されており、各抱持アーム３５の先端部には、前記フランジ部１５を抱持自在の爪状の抱持部３７が設けられている。この抱持アーム３５の先端部側は、前記レンズアダプタ２９の外周に沿うように湾曲してあり、その先端部は、前記フランジ部１５を抱えたときに、フランジ部１５を前記接合部３３側へ押圧可能なように長く設けてある。

換言すれば、前記接合部３３及び一対の抱持アーム３３は、前記フランジ部１５の半周以上（１８０°以上）の範囲において接触するように設けてある。そして、前記一対の抱持アーム３３の基端部間には、前記抱持部３７を内方向へ押圧付勢するように、例えばコイルスプリング等のごとき弾性部材３９が弾装してある。

以上のごとき構成において、図１（Ａ）に示すように、集光レンズ１１を備えたレンズホルダ１３を加工ヘッド本体３の開口部９内に横方向から挿入して配置し、その後に、前記レンズホルダ１３を透過孔７内に挿入して軸心回りに半回転することにより、図１（Ｃ）に示すように、レンズホルダ１３が加工ヘッド本体３に装着される。

その後、前記レンズホルダ１３と前記開口部９の横平面９Ｂとの間に、前記開口部閉鎖部材２３を入れ込み、前記一対の抱持アーム３５によってレンズホルダ１３のフランジ部１５を抱持すると共に、蓋部材２７を蓋係合部２５に係合し、ボルト等のごとき固定具（図示省略）によって固定することにより、図５に示すように、前記開口部９が閉鎖されると共に、レンズホルダ１３と加工ヘッド本体１３すなわち横平面９Ｂとの間の空間が閉じられることとなる。

したがって、外部の空気が内部に入り込むようなことがなく、空気の進入に起因する集光レンズ１１の汚れ等を防止することができる。なお、前述と逆の動作を行うことにより、レンズホルダ１３を加工ヘッド本体１３から取り外すことができるものである。

図６は、第２実施形態を示すもので、集光レンズ１１Ａを備えたレンズホルダ１３Ａの長さを短く形成して、ノズル５側の透過孔７に挿入し、かつ前記開口部閉鎖部材２３の上下を反転して装着した状態を示したものである。

以上のごとき説明より理解されるように、焦点距離の異なる集光レンズ１１，１１Ａを備えたレンズホルダ１３，１３Ａを加工ヘッド本体３に対してレーザ光の光軸に対して交差する方向すなわち横方向から着脱交換することができるので、例えばノズル５とワーク又はワークテーブルとの間の距離が短いような場合であっても、集光レンズの着脱交換を容易に行うことができるものである。

そして、集光レンズの交換後においては、加工ヘッド本体３に対するノズル５の先端部の位置が変化するようなことがないので、例えば、ワーク表面とノズル５の先端部との間隔を常に一定に保持して自動的にワークのレーザ加工を行うような場合、ノズル５の先端部とワークとの間隔を補正するためのプログラムは不要であり、加工プログラムに何等の手を加えることなくレーザ加工開始を迅速に行い得るものである。

レーザ加工ヘッドに対するレンズホルダの装着順を示す説明図である。 レーザ加工ヘッドに設けた開口部に対する開口部閉鎖部材の装着を行うときの平面説明図である。 レーザ加工ヘッドに設けた開口部に対する開口部閉鎖部材の装着を行うときの平面説明図である。 レーザ加工ヘッドに設けた開口部に対する開口部閉鎖部材の装着を行うときの平面説明図である。 レーザ加工ヘッドにレンズホルダを装着した状態を示す第１実施形態の断面説明図である。 レーザ加工ヘッドにレンズホルダを装着した状態を示す第２実施形態の断面説明図である。

符号の説明

３ 加工ヘッド本体
５ ノズル
７ 透過孔（穴）
９ 開口部
１１ 集光レンズ
１３ レンズホルダ
１５ フランジ部
２３ 開口部閉鎖部材
２５ 蓋係合部
２７ 蓋部材
２９ レンズアダプタ

Claims (6)

1. レーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法であって、集光レンズを備えたレンズホルダを、前記レーザ加工ヘッドに備えた横方向の開口部からレーザ加工ヘッド内に挿入し、前記レンズホルダの一部を、前記レーザ加工ヘッドの基部側又は先端部側の穴内に挿入し固定することを特徴とするレーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法。
2. 請求項１に記載の集光レンズの交換方法において、前記レンズホルダの一部をレーザ加工ヘッドの穴内に挿入した後、前記レンズホルダとレーザ加工ヘッドとの間にレンズアダブタを介装して前記開口部の閉口を行うことを特徴とするレーザ加工ヘッドに対する集光レンズの交換方法。
3. 集光レンズを備えたレンズホルダを着脱交換可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、前記レンズホルダを横方向に着脱するために、横方向に開口した開口部を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
4. 集光レンズを備えたレンズホルダを着脱交換可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、レーザ光が透過可能な透過孔を備えた加工ヘッド本体に、当該透過孔に連通した開口部を横方向に開口して設け、前記開口部において前記加工ヘッド本体に着脱交換自在の前記レンズホルダを、前記透過孔に挿入自在に構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
5. 請求項４に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記レンズホルダと前記加工ヘッド本体との間に介装自在の筒状のレンズアダプタを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
6. 請求項５に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記開口部を閉口自在の蓋部材を前記レンズアダプタに備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

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