JP2012228698A - レーザ加工ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工装置において、大幅なコスト増なく、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することのできるレーザ加工ノズルを提供すること。
【解決手段】レーザ加工ノズル１は、レーザ光とアシストガスＧとを用いてワークＷを加工するレーザ加工ノズルであって、ノズルの先端に設けられ、ワークの加工部位に向けてアシストガスＧを供給するアシストガス噴出口１２と、アシストガス噴出口とは別に設けられ、アシストガスＧを逃がすガス圧調整孔２３と、ノズルの先端とワークとの距離に応じて、ガス圧調整孔の開口度合を調整する開閉調整機構３０、４０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工ノズルに関する。詳しくは、ノズルとワークとの距離に応じて、アシストガス圧を調整可能なレーザ加工ノズルに関する。

従来から、さまざまなレーザ加工が行われている。例えば、図１３に示すように、レーザ光でワークを加熱して溶融し、アシストガスで溶融ワークを吹き飛ばしながら、ノズルを矢印方向に移動させることで、切断を行う。加工の種類に応じて、アシストガスの圧力や流量を設定することは公知である（例えば、特許文献１等参照）。

特開平５−５７４６９号公報

しかしながら、アシストガスの勢いは、ノズルの先端とワークとの距離に応じて変動する。すなわち、ノズルの先端とワークとの距離が近づくと、アシストガスの勢いは強くなる。また、ノズルの先端とワークとの距離が離れると、アシストガスの勢いは弱くなる。
アシストガスの勢いが強すぎても、弱すぎても、うまく切断ができない。
そのため、アシストガスの勢いを適切な範囲に維持するために、ノズルとワークとの距離を厳密に制御する必要がある。

また、図１４に示すように、加工速度を上げると、アシストガスの勢いを適切な範囲に維持することがより困難になる。
すなわち、図１４（Ａ）に示すレーザ加工ノズルでワークの切断を行う場合、図１４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図１４（Ｂ）＜図１４（Ｃ）＜図１４（Ｄ）と加工速度を上げたときの、ノズルの先端とワークとの距離（縦軸）と、アシストガスの流量（横軸）との関係を示す。図中、斜線部が、良好な加工結果が得られた範囲である。

図１４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）から明らかなように、加工速度を上げていくにつれて、良好な加工結果が得られる範囲が、ノズルの先端とワークとの距離（縦軸）に関して厳しくなっていく。それだけでなく、アシストガスの流量（横軸）に関しても、良好な加工結果が得られる範囲が厳しくなっていく。
したがって、良好な加工結果を得るためには、加工速度にともなう効率および生産性を犠牲にしても、加工速度を低くせざるを得ない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工装置において、大幅なコスト増なく、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することのできるレーザ加工ノズルを提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工ノズルは、レーザ光とアシストガスとを用いてワークを加工するレーザ加工ノズルであって、ノズルの先端に設けられ、ワークの加工部位に向けてアシストガスを供給するアシストガス噴出口と、前記アシストガス噴出口とは別に設けられ、アシストガスを逃がすガス圧調整孔と、前記ノズルの先端とワークとの距離に応じて、前記ガス圧調整孔の開口度合を調整する開閉調整機構と、を備える。

この発明によれば、ノズルの先端とワークとの距離に応じて、アシストガス噴出口とは別に設けられてアシストガスを逃がすガス圧調整孔の開口度合を、開閉調整機構が調整する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

この場合、前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられ、前記アシストガス噴出口の外部のアシストガス圧を受けて動作する開閉弁であることが好ましい。

この発明によれば、開閉弁が、アシストガス噴出口の外部のアシストガス圧を受けてガス圧調整孔を開閉する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

この場合、前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられ、当該ガス圧調整孔の内部のアシストガス圧により動作する開閉弁であることが好ましい。

この発明によれば、開閉弁が、ガス圧調整孔の内部のアシストガス圧によりガス圧調整孔を開閉する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

この場合、前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられた開閉弁と、前記開閉弁に接続され、前記ノズルの先端付近でワークに対向するよう配置された磁性体とで構成される、ことが好ましい。

この発明によれば、磁性材からなるワークとノズルとの距離に応じて、磁性体が、ワークとの間で相互に磁気作用を発揮することにより、アシストガスを逃がすガス圧調整孔の開閉弁を調整する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

この場合、前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられた開閉弁と、前記開閉弁に接続され、前記ノズルの先端付近でワークに対向するよう配置された接触子とで構成される、ことが好ましい。

この発明によれば、ノズルとワークとの距離に応じて、接触子が、アシストガスを逃がすガス圧調整孔の開閉弁を機械的に調整する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

本発明によれば、ノズルの先端とワークとの距離に応じて、アシストガス噴出口とは別に設けられてアシストガスを逃がすガス圧調整孔の開口度合を、開閉調整機構が調整する。そのため、ノズルがワークに近づきすぎると、ガス圧調整口の開口度合が自動的に調整される。
したがって、ノズルとワークとの距離に応じて、自動的にアシストガス圧を調整することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ加工ノズルの不使用時の状態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。 図１のレーザ加工ノズルの通常使用時の状態を示す断面図である。 図１のレーザ加工ノズルのワーク接近時の状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工ノズルの不使用時の状態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。 図４のレーザ加工ノズルの通常使用時の状態を示す断面図である。 図４のレーザ加工ノズルのワーク接近時の状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ加工ノズルの不使用時の状態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。 図７のレーザ加工ノズルの通常使用時の状態を示す断面図である。 図７のレーザ加工ノズルのワーク接近時の状態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ加工ノズルの不使用時の状態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。 図１０のレーザ加工ノズルの通常使用時の状態を示す断面図である。 図１０のレーザ加工ノズルのワーク接近時の状態を示す断面図である。 レーザ加工の原理を示す概略図である。 レーザ加工ノズルおよびワーク間の距離とレーザ加工ノズルの移動速度との関係を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工ノズル１を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。レーザ加工ノズル１は、ノズル本体１０と、開閉調整機構としてのフローティングフランジ３０とを備える。

ノズル本体１０は、図示しないレーザ加工ヘッドの先端（下端）に取り付けられる。レーザ加工ヘッドには、実質的に円筒形の貫通孔が形成されている。図示しないレーザ発振器から出力されるレーザ光は、レーザ加工ヘッドの貫通孔内をその中心軸線に沿って照射される。レーザ加工ヘッドにはまた、外部から貫通孔内にアシストガスが導入される。

ノズル本体１０は、レーザ加工ヘッドの先端（下端）に取り付けられたとき、レーザ加工ヘッドの貫通孔と同一軸線上に連通してアシストガスＧの流路となる流路孔１１を備える。流路孔１１は、アシストガスＧの流路の断面積を徐々に絞って流速を早めるように、実質的に逆円錐形のテーパ状に形成されている。流路孔１１の先端（下端）は、ノズル本体１０の先端（下端）に開口して、アシストガス噴出口１２を構成する。

アシストガス噴出口１２が開口するノズル本体１０の先端面（下端面）１３は、ノズル本体１０の中心軸線（すなわち、流路孔１１の中心軸線）に対して直交する平面状に形成されている。
ノズル本体１０の先端面（下端面）１３から所定高さ上方までの外周面は、円筒形に形成されて、この部分は、ノズル本体１０の円筒部１４を構成する。
ノズル本体１０の円筒部１４から所定高さ上方には、全周に亘って半径方向外方へ張り出したフランジ部２０を備える。
ノズル本体１０の円筒部１４からフランジ部２０までの外周面は、徐々に拡がるテーパ面１５に形成されている。

フランジ部２０の上面２１および下面２２は、いずれも、ノズル本体１０の中心軸線に対して直交する平面に形成されている。
フランジ部２０は、流路孔１１からフランジ部２０の外周面までフランジ部２０の半径方向に沿って貫通するガス圧調整孔２３を備える。このようなガス圧調整孔２３が３つ、フランジ部２０の円周方向に均等に角度配分して配置されている。

フランジ部２０は、また、ガス圧調整孔２３の途中に、フランジ部２０の上面２１と下面２２との間を貫通する挿通孔２４を備える。挿通孔２４の内径は、ガス圧調整孔２３の内径と実質的に同径である。挿通孔２４の中心軸線は、ノズル本体１０の中心軸線と平行で、かつ、ガス圧調整孔２３の中心軸線と交差する。３つのガス圧調整孔２３にそれぞれ１つずつ、合計３つの挿通孔２４が形成される。３つの挿通孔２４は、ノズル本体１０の中心軸線を中心とする同心円上に配置されている。

フランジ部２０は、さらに、フランジ部２０の上面２１と下面２２との間を貫通する取り付け孔２５を３つ備える。３つの取り付け孔２５は、ノズル本体１０の中心軸線を中心とする同心円上に配置され、それらの中心軸線は、いずれもノズル本体１０の中心軸線と平行をなす。３つの取り付け孔２５は、３つの挿通孔２４と交互に、フランジ部２０の円周方向に均等に角度配分して配置されている。

フローティングフランジ３０は、中心孔３１を備える実質的に円盤状のものである。中心孔３１は、ノズル本体１０の円筒部１４と実質的に同径で、円筒部１４を挿通する。
フローティングフランジ３０の上面３２および下面３３は、いずれも、フローティングフランジ３０の中心軸線（中心孔３１の中心軸線）に対して直交する平面に形成されている。
フローティングフランジ３０の下面３３の周囲には、下面３３からわずかに上方に位置する環状の下向き面３４が形成されている。

フローティングフランジ３０の中心孔３１の上下方向の長さは、ノズル本体１０の円筒部１４の上下方向の長さに比べて、短く形成されている。
フローティングフランジ３０の中心孔３１の上端からフローティングフランジ３０の上面３２までの内周面は、ノズル本体１０のテーパ面１５と平行なテーパ面３５に形成されている。

フローティングフランジ３０には、ノズル本体１０のフランジ部２０の３つの挿通孔２４に対応する位置に、それぞれ固定孔３６が形成されている。３つの固定孔３６の下端は下向き面３４に開口する。
フローティングフランジ３０には、ノズル本体１０のフランジ部２０の３つの取り付け孔２５に対応する位置に、それぞれガイド孔３７が形成されている。３つのガイド孔３７の下端は下向き面３４に開口する。

フローティングフランジ３０の３つのガイド孔３７には、ガイド孔３７よりも小径で、頭部のみガイド孔３７よりも大径のガイドねじ４５が下から通される。そして、ガイド孔３７から上方へ突き出たガイドねじ４５は、ノズル本体１０のフランジ部２０の取り付け孔２５にねじ込んで留められる。
このとき、フローティングフランジ３０の下面３３の高さが、ノズル本体１０の先端面（下端面）１３の高さと実質的に同一となるように、ガイドねじ４５のねじ込み量が調整される。

これにより、フローティングフランジ３０は、下面３３の高さが、ノズル本体１０の先端面（下端面）１３の高さと実質的に同一となる位置（下限位置）で、ガイドねじ４５の頭部によってノズル本体１０に支持される。
そして、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０によって、下限位置と、中心孔３１の上端およびテーパ面３５が、ノズル本体１０の円筒部１４の上端およびテーパ面１５にそれぞれ接する上限位置との間で、昇降自在に支持される。

フローティングフランジ３０の３つの固定孔３６には、開閉弁としての、かつ開閉調整機構としての、調整ピン４０が固定される。調整ピン４０は、フローティングフランジ３０の固定孔３６とほぼ同径で固定孔３６内に固定される固定部４１と、固定部４１から上方へ延びる、開閉弁としてのニードル部４２とを備える。
ニードル部４２は、ノズル本体１０の挿通孔２４と実質的に同径で、挿通孔２４内に気密に挿通される上気密部４２ａと、上気密部４２ａと同様の下気密部４２ｂと、上気密部４２ａと下気密部４２ｂとの間に配置される、気密部４２ａ、４２ｂよりも小径の小径部４２ｃと、を備える。

フローティングフランジ３０が下限位置にあるとき、調整ピン４０のニードル部４２の上気密部４２ａは、ノズル本体１０のフランジ部２０の挿通孔２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
フローティングフランジ３０が下限位置からわずかに上昇したとき、調整ピン４０のニードル部４２の上気密部４２ａは、ノズル本体１０のフランジ部２０の挿通孔２４の下端部をわずかに塞ぎきれない位置にある。そのため、挿通孔２４の下端部には、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃが位置する（図２参照）。
フローティングフランジ３０がさらに上昇したとき、調整ピン４０のニードル部４２の上気密部４２ａは、ノズル本体１０のフランジ部２０の挿通孔２４の下端部からさらに上方まで塞がない位置にある。そのため、挿通孔２４の下端部のみならず下半部には、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃが位置する（図３参照）。

上記のように構成されたレーザ加工ノズル１は、つぎのように作用する。
図１（Ａ）に示すように、不使用時には、フローティングフランジ３０は、自重により、下限位置にある。このとき、調整ピン４０のニードル部４２は、上気密部４２ａが、ノズル本体１０のフランジ部２０の挿通孔２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
そのため、ガス圧調整孔２３は、調整ピン４０のニードル部４２の上気密部４２ａによって完全に塞がれて、挿通孔２４の前方と後方とが完全に遮断されている。

レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間に所定の距離を隔ててアシストガスＧを噴出させながら、レーザ加工ノズル１を用いてレーザ加工を開始する。
すると、図２に示すように、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力によって、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して所定高さ上昇する。このとき、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃは、所定長さだけ挿通孔２４からガス圧調整孔２３内に露出する。

このときのノズル本体１０に対するフローティングフランジ３０の相対高さを、フローティングフランジ３０の基準高さとする。また、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃがガス圧調整孔２３内に露出する長さを、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの基準長さとする。

レーザ加工中に、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、レーザ加工を実行するためにあらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、フローティングフランジ３０はノズル本体１０に対して基準高さにあり、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの基準長さが、ガス圧調整孔２３内に露出している。

すなわち、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されるアシストガスＧは、その大部分がアシストガス噴出口１２から噴出してレーザ加工に使用される。そして、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されたアシストガスＧのうち、ごく一部のみが、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔２３から排出される。
レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、この状態を保ってレーザ加工が実行される。

レーザ加工中に、図３に示すように、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも一定量接近する場合は、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力が一定量高まる。
このアシストガスＧの圧力の一定量の高まりによって、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さよりも一定量上昇する。このとき、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃは、基準長さよりも一定量長くガス圧調整孔２３内に露出する。

これにより、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔２３から排出されるアシストガスＧの量は、一定量増加する。
そのため、アシストガス噴出口１２から噴出するアシストガスＧの量は、一定量減少する。

このアシストガスＧの噴出量が一定量減少することによって、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が低下する場合は、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

一方、レーザ加工中に、アシストガスＧの噴出量が一定量減少する程度では不十分なほど、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が大きく接近する場合は、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力は、大きく高まる。
このアシストガスＧの圧力の大きな高まりによって、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さよりも大きく上昇する。このとき、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃは、基準長さよりもずっと長くガス圧調整孔２３内に露出する。

これにより、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔２３から排出されるアシストガスＧの量は、大きく増加する。
そのため、アシストガス噴出口１２から噴出するアシストガスＧの量は、大きく減少する。

その結果、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が大きく低下する場合は、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

反対に、レーザ加工中に、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも離間する場合は、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力が低下する。
このアシストガスＧの圧力の低下によって、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さよりも下降する。このとき、調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃは、基準長さよりも短くなり、そしてガス圧調整孔２３から挿通孔２４内に没する。

これにより、調整ピン４０のニードル部４２の上気密部４２ａが、ノズル本体１０のフランジ部２０の挿通孔２４の全部の高さを気密に塞ぐ。
そのため、ガス圧調整孔２３は完全に閉鎖される。
したがって、アシストガス噴出口１２から噴出するアシストガスＧの量は、増加する。

その結果、レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の低下が抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル１の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が上昇する場合は、フローティングフランジ３０は、ノズル本体１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔２３内に露出している調整ピン４０のニードル部４２の小径部４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工ノズル２を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。レーザ加工ノズル２は、ノズル本体１１０と、開閉調整機構としての、かつ開閉弁としての、フローティングボール１５０とを備える。このレーザ加工ノズル２は、第１実施形態に係るレーザ加工ノズル１とほぼ同様のものであるので、同様の部分には第１実施形態で用いた符号に１００を加えた符号を付けて示し、重複する説明は省略する。

ノズル本体１１０は、上部フランジ１２０ａと、下部フランジ１２０ｂとを備える。
下部フランジ１２０ｂは、流路孔１１１から下部フランジ１２０ｂの外周面まで下部フランジ１２０ｂの半径方向に沿って貫通するガス圧調整孔１２３を備える。このようなガス圧調整孔１２３が４つ、下部フランジ１２０ｂの円周方向に均等に角度配分して配置されている。

下部フランジ１２０ｂは、また、ガス圧調整孔１２３の途中に、下部フランジ１２０ｂの上面１２１ｂと下面１２２ｂとの間を貫通する貫通孔１２４ｂを備える。貫通孔１２４ｂの中心軸線は、ノズル本体１１０の中心軸線と平行で、かつ、ガス圧調整孔１２３の中心軸線と交差する。４つのガス圧調整孔１２３にそれぞれ１つずつ、合計４つの貫通孔１２４ｂが形成される。４つの貫通孔１２４ｂは、ノズル本体１１０の中心軸線を中心とする同心円上に配置されている。

下部フランジ１２０ｂの外周面に開口するガス圧調整孔１２３の開口端には、ボルト１２６がねじ込まれてその開口端が封止される。
ガス圧調整孔１２３よりも下側に位置する下側の貫通孔１２４ｂにも、下方からボルト１２６がねじ込まれてその下側の貫通孔１２４ｂが封止される。
これにより、流路孔１１１からガス圧調整孔１２３に流入したアシストガスＧの流出口は、ガス圧調整孔１２３よりも上側に位置する上側の貫通孔１２４ｂのみとなる。
上側の貫通孔１２４ｂの上面はテーパ状に形成されて、フローティングボール１５０が着座する座部１２７を構成する。

上部フランジ１２０ａは、下部フランジ１２０ｂの４つの貫通孔１２４ｂの真上に、４つの貫通孔１２４ａを備える。貫通孔１２４ａにはスプリング１２８が収容され、貫通孔１２４ａの上部には蓋部材１２９が固定される。これにより、スプリング１２８の上端は、蓋部材１２９によって位置決めされる。スプリング１２８の下端と貫通孔１２４ｂの座部１２７との間に、フローティングボール１５０が配置される。
フローティングボール１５０は、スプリング１２８の付勢力によって、貫通孔１２４ｂの座部１２７に押し付けられる。

上記のように構成されたレーザ加工ノズル２は、つぎのように作用する。
図４（Ａ）に示すように、不使用時には、フローティングボール１５０は、スプリング１２８の付勢力により、貫通孔１２４ｂの座部１２７に押し付けられた下限位置にある。そのため、ガス圧調整孔１２３は、フローティングボール１５０によって完全に塞がれて、出口が完全に閉鎖されている。

レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間に所定の距離を隔ててアシストガスＧを噴出させながら、レーザ加工ノズル２を用いてレーザ加工を開始する。
すると、図５に示すように、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力によって、流路孔１１１内のアシストガスＧの一部は、ガス圧調整孔１２３内へ流入する。

これにより、ガス圧調整孔１２３内の圧力が高まり、フローティングボール１５０は、スプリング１２８の付勢力に抗して、貫通孔１２４ｂの座部１２７から所定高さ上昇する。
このときの座部１２７からのフローティングボール１５０の高さを、フローティングボール１５０の基準高さとする。

レーザ加工中に、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、レーザ加工を実行するためにあらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、フローティングボール１５０は基準高さにある。

すなわち、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されるアシストガスＧは、その大部分がアシストガス噴出口１１２から噴出してレーザ加工に使用される。そして、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されたアシストガスＧのうち、ごく一部のみが、フローティングボール１５０と貫通孔１２４ｂの座部１２７との間の隙間を通って、ガス圧調整孔１２３から排出される。
レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、この状態を保ってレーザ加工が実行される。

レーザ加工中に、図６に示すように、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも一定量接近する場合は、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力が一定量高まる。
このアシストガスＧの圧力の一定量の高まりによって、フローティングボール１５０は、基準高さよりも上昇する。

これにより、フローティングボール１５０と貫通孔１２４ｂの座部１２７との間の隙間を通って、ガス圧調整孔１２３から排出されるアシストガスＧの量は、一定量増加する。
そのため、アシストガス噴出口１１２から噴出するアシストガスＧの量は、一定量減少する。

このアシストガスＧの噴出量が一定量減少することによって、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が低下する場合は、フローティングボール１５０は、基準高さに戻る。

一方、レーザ加工中に、アシストガスＧの噴出量が一定量減少する程度では不十分なほど、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が大きく接近する場合は、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力は、大きく高まる。
このアシストガスＧの圧力の大きな高まりによって、フローティングボール１５０は、基準高さよりも大きく上昇する。

これにより、フローティングボール１５０と貫通孔１２４ｂの座部１２７との間の隙間を通って、ガス圧調整孔１２３から排出されるアシストガスＧの量は、大きく増加する。
そのため、アシストガス噴出口１１２から噴出するアシストガスＧの量は、大きく減少する。

その結果、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が大きく低下する場合は、フローティングボール１５０は、基準高さに戻る。

反対に、レーザ加工中に、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも離間する場合は、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力が低下する。
このアシストガスＧの圧力の低下によって、フローティングボール１５０は、基準高さよりも下降する。

これにより、フローティングボール１５０が、スプリング１２８の付勢力により、貫通孔１２４ｂの座部１２７を気密に塞ぐ。
そのため、ガス圧調整孔１２３は完全に閉鎖される。
したがって、アシストガス噴出口１１２から噴出するアシストガスＧの量は、増加する。

その結果、レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の低下が抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル２の先端面（下端面）１１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が上昇する場合は、フローティングボール１５０は、基準高さに戻る。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工ノズル３を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。レーザ加工ノズル３は、ノズル本体２１０と、開閉調整機構としての可動部材２３０とを備える。このレーザ加工ノズル３は、第１実施形態に係るレーザ加工ノズル１とほぼ同様のものであるので、同様の部分には第１実施形態で用いた符号に２００を加えた符号を付けて示し、重複する説明は省略する。

ノズル本体２１０のフランジ部２２０は、流路孔２１１からフランジ部２２０の外周面までフランジ部２２０の半径方向に沿って貫通するガス圧調整孔２２３を備える。このようなガス圧調整孔２２３が４つ、フランジ部２２０の円周方向に均等に角度配分して配置されている。

フランジ部２２０は、また、ガス圧調整孔２２３の途中に、フランジ部２２０の上面２２１と下面２２２との間を貫通する挿通孔２２４を備える。挿通孔２２４の内径は、ガス圧調整孔２２３の内径と実質的に同径である。挿通孔２２４の中心軸線は、ノズル本体２１０の中心軸線と平行で、かつ、ガス圧調整孔２２３の中心軸線と交差する。４つのガス圧調整孔２２３にそれぞれ１つずつ、合計４つの挿通孔２２４が形成される。４つの挿通孔２２４は、ノズル本体２１０の中心軸線を中心とする同心円上に配置されている。

ガス圧調整孔２２３よりも上側に位置する上側の挿通孔２２４の上部には、拡大した直径の大径部２２６が形成されている。

可動部材２３０は、第１実施形態におけるフローティングフランジ３０とほぼ同様の形状のものである。
可動部材２３０には、ノズル本体２１０のフランジ部２２０の４つの挿通孔２２４に対応する位置に、それぞれ固定孔２３６が形成されている。３つの固定孔２３６の下端は下向き面２３４に開口する。
可動部材２３０は、下面２３３に、磁性材としてのマグネット２３８を備える。

可動部材２３０の４つの固定孔２３６には、開閉弁としての調整ピン２４０が固定される。調整ピン２４０は、可動部材２３０の固定孔２３６とほぼ同径で固定孔２３６内に固定される固定部２４１と、固定部２４１から上方へ延びるニードル部２４２と、ニードル部２４２の上端の大径の頭部２４３とを備える。

調整ピン２４０は、ノズル本体２１０のフランジ部２２０における挿通孔２２４の上部の大径部２２６から挿通孔２２４内に挿通される。このとき、調整ピン２４０の頭部２４３の下面と、大径部２２６の底面との間に、スプリング２４４が配置される。そして、挿通孔２２４を通ってフランジ部２２０の下面２２２から下方へ突出した固定部２４１は、可動部材２３０の固定孔２３６に固定される。
このとき、可動部材２３０の下面２３３は、ノズル本体２１０の先端面（下端面）２１３と同一平面上にあり、これが、可動部材２３０の上限位置である。

可動部材２３０が上限位置にあるとき、調整ピン２４０のニードル部２４２の下気密部２４２ｂは、ノズル本体２１０のフランジ部２２０の挿通孔２２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
可動部材２３０が上限位置からわずかに下降したとき、調整ピン２４０のニードル部２４２の下気密部２４２ｂは、ノズル本体２１０のフランジ部２２０の挿通孔２２４の上端部をわずかに塞ぎきれない位置にある。そのため、挿通孔２２４の上端部には、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃが位置する（図８参照）。
可動部材２３０がさらに下降したとき、挿通孔２２４には、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃが位置する（図９参照）。

上記のように構成されたレーザ加工ノズル３は、つぎのように作用する。
図７（Ａ）に示すように、不使用時には、可動部材２３０は、スプリング２４４の付勢力により、上限位置にある。このとき、調整ピン２４０のニードル部２４２は、下気密部２４２ｂが、ノズル本体２１０のフランジ部２２０の挿通孔２２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
そのため、ガス圧調整孔２２３は、調整ピン２４０のニードル部２４２の下気密部２４２ｂによって完全に塞がれて、挿通孔２２４の前方と後方とが完全に遮断されている。

レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３と、磁性材からなるワークＷとの間に所定の距離を隔ててアシストガスＧを噴出させながら、レーザ加工ノズル３を用いてレーザ加工を開始する。
すると、図８に示すように、可動部材２３０の下面２３３のマグネット２３８と、磁性材からなるワークＷとの間に作用する磁気吸引力によって、可動部材２３０は、スプリング２４４の付勢力に抗して、ノズル本体２１０に対して所定高さ下降する。このとき、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃは、所定長さだけ挿通孔２２４からガス圧調整孔２２３内に露出する。

このときのノズル本体２１０に対する可動部材２３０の相対高さを、可動部材２３０の基準高さとする。また、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃがガス圧調整孔２２３内に露出する長さを、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃの基準長さとする。

レーザ加工中に、レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、レーザ加工を実行するためにあらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、可動部材２３０はノズル本体２１０に対して基準高さにあり、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃの基準長さが、ガス圧調整孔２２３内に露出している。

すなわち、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されるアシストガスＧは、その大部分がアシストガス噴出口２１２から噴出してレーザ加工に使用される。そして、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されたアシストガスＧのうち、ごく一部のみが、ガス圧調整孔２２３内に露出している調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔２２３から排出される。
レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、この状態を保ってレーザ加工が実行される。

レーザ加工中に、図９に示すように、レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも接近する場合は、可動部材２３０の下面２３３のマグネット２３８と、磁性材からなるワークＷとが磁気吸着されることによって、可動部材２３０は、スプリング２４４の付勢力に抗して、ノズル本体２１０に対して下降する。このとき、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃは、基準長さよりも長くガス圧調整孔２２３内に露出する。

これにより、ガス圧調整孔２２３内に露出している調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔２２３から排出されるアシストガスＧの量は、増加する。
そのため、アシストガス噴出口２１２から噴出するアシストガスＧの量は、減少する。

このアシストガスＧの噴出量が減少することによって、レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻る場合は、スプリング２４４の付勢力によって、可動部材２３０は、ノズル本体２１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔２２３内に露出している調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

反対に、レーザ加工中に、レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも離間する場合は、可動部材２３０の下面２３３のマグネット２３８と、磁性材からなるワークＷとの間に作用する磁気吸引力が弱まる。これにより、可動部材２３０は、スプリング２４４の付勢力によって、ノズル本体２１０に対して基準高さよりも上昇する。このとき、調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部２４２ｃは、基準長さよりも短くなり、そしてガス圧調整孔２２３から挿通孔２２４内に没する。

これにより、調整ピン２４０のニードル部２４２の下気密部４２ｂが、ノズル本体２１０のフランジ部２２０の挿通孔２２４の全部の高さを気密に塞ぐ。
そのため、ガス圧調整孔２２３は完全に閉鎖される。
したがって、アシストガス噴出口２１２から噴出するアシストガスＧの量は、増加する。

その結果、レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の低下が抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル３の先端面（下端面）２１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が上昇する場合は、可動部材２３０は、ノズル本体２１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔２２３内に露出している調整ピン２４０のニードル部２４２の小径部４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工ノズル４を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。レーザ加工ノズル４は、ノズル本体３１０と、開閉調整機構としての可動部材３３０とを備える。このレーザ加工ノズル４は、第１実施形態に係るレーザ加工ノズル１とほぼ同様のものであるので、同様の部分には第１実施形態で用いた符号に３００を加えた符号を付けて示し、重複する説明は省略する。

可動部材３３０は、下面３３３に、接触子としてのボールベアリング３３８を備える。
開閉弁としての調整ピン３４０のニードル部３４２の周囲には、調整ピン３４０の固定部３４１の上面と、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の下面３２２とを離間させるように作用する、スプリング３４４が設けられている。

可動部材３３０が下限位置にあるとき、可動部材３３０の下面３３３は、ノズル本体３１０の先端面（下端面）３１３と同一平面上にある。このとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の上気密部３４２ａは、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の挿通孔３２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
可動部材３３０が下限位置からわずかに上昇したとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の上気密部３４２ａは、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の挿通孔３２４の下端部をわずかに塞ぎきれない位置にある。そのため、挿通孔３２４の下端部には、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃが位置する（図１１参照）。
可動部材３３０がさらに上昇したとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の上気密部３４２ａは、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の挿通孔３２４の下端部からさらに上方まで塞がない位置にある。そのため、挿通孔３２４の下端部のみならず下半部には、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃが位置する（図１２参照）。

上記のように構成されたレーザ加工ノズル４は、つぎのように作用する。
図１０（Ａ）に示すように、不使用時には、可動部材３３０は、スプリング３４４の付勢力により、下限位置にある。このとき、調整ピン３４０のニードル部３４２は、上気密部３４２ａが、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の挿通孔３２４の全部の高さを気密に塞ぐ位置にある。
そのため、ガス圧調整孔３２３は、調整ピン３４０のニードル部３４２の上気密部３４２ａによって完全に塞がれて、挿通孔３２４の前方と後方とが完全に遮断されている。

レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間に所定の距離を隔ててアシストガスＧを噴出させながら、レーザ加工ノズル４を用いてレーザ加工を開始する。
すると、図１１に示すように、ボールベアリング３３８がワークＷと接触しながら転動することによって、可動部材３３０は、スプリング３４４の付勢力に抗して、ノズル本体３１０に対して所定高さ上昇する。このとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃは、所定長さだけ挿通孔３２４からガス圧調整孔３２３内に露出する。

このときのノズル本体３１０に対する可動部材３３０の相対高さを、可動部材３３０の基準高さとする。また、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃがガス圧調整孔３２３内に露出する長さを、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの基準長さとする。

レーザ加工中に、レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）１３とワークＷとの間の距離が、レーザ加工を実行するためにあらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、可動部材３３０はノズル本体３１０に対して基準高さにあり、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの基準長さが、ガス圧調整孔３２３内に露出している。

すなわち、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されるアシストガスＧは、その大部分がアシストガス噴出口３１２から噴出してレーザ加工に使用される。そして、レーザ加工ヘッドの貫通孔内に導入されたアシストガスＧのうち、ごく一部のみが、ガス圧調整孔３２３内に露出している調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔３２３から排出される。
レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に保たれている間はずっと、この状態を保ってレーザ加工が実行される。

レーザ加工中に、図１２に示すように、レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも接近する場合は、可動部材３３０の下面３３３のボールベアリング３３８がワークＷの上面に位置することによって、可動部材３３０は、スプリング３４４の付勢力に抗して、ノズル本体３１０に対して基準高さよりも上昇する。このとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃは、基準長さよりも長くガス圧調整孔３２３内に露出する。

これにより、ガス圧調整孔３２３内に露出している調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの周囲を通って、ガス圧調整孔３２３から排出されるアシストガスＧの量は、増加する。
そのため、アシストガス噴出口３１２から噴出するアシストガスＧの量は、減少する。

このアシストガスＧの噴出量が減少することによって、レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の高まりが抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻る場合は、スプリング３４４の付勢力によって、可動部材３３０は、ノズル本体３１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔３２３内に露出している調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

反対に、レーザ加工中に、レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離よりも離間する場合は、可動部材３３０の下面３３３のボールベアリング３３８がワークＷの上面に位置することにより、可動部材３３０は、スプリング３４４の付勢力によって、ノズル本体３１０に対して基準高さよりも下降する。このとき、調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃは、基準長さよりも短くなり、そしてガス圧調整孔３２３から挿通孔３２４内に没する。

これにより、調整ピン３４０のニードル部３４２の上気密部３４２ａが、ノズル本体３１０のフランジ部３２０の挿通孔３２４の全部の高さを気密に塞ぐ。
そのため、ガス圧調整孔３２３は完全に閉鎖される。
したがって、アシストガス噴出口３１２から噴出するアシストガスＧの量は、増加する。

その結果、レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間におけるアシストガスＧの圧力の低下が抑制される場合は、この状態に維持される。
レーザ加工ノズル４の先端面（下端面）３１３とワークＷとの間の距離が、あらかじめ決められた所定の距離に戻って、アシストガスＧの圧力が上昇する場合は、可動部材３３０は、ノズル本体３１０に対して基準高さに戻る。このとき、ガス圧調整孔３２３内に露出している調整ピン３４０のニードル部３４２の小径部３４２ｃの長さも、基準長さに戻る。

１、２、３、４…レーザ加工ノズル
１２、１１２、２１２、３１２…アシストガス噴出口
２３、１２３、２２３、３２３…ガス圧調整孔
３０…フローティングフランジ（開閉調整機構）
１５０…フローティングボール（開閉調整機構、開閉弁）
２３０、３３０…可動部材（開閉調整機構）
４０、２４０、３４０…調整ピン（開閉弁、開閉調整機構）
４２、２４２、３４２…ニードル部（開閉弁）

Claims (5)

1. レーザ光とアシストガスとを用いてワークを加工するレーザ加工ノズルであって、
   ノズルの先端に設けられ、ワークの加工部位に向けてアシストガスを供給するアシストガス噴出口と、
   前記アシストガス噴出口とは別に設けられ、アシストガスを逃がすガス圧調整孔と、
   前記ノズルの先端とワークとの距離に応じて、前記ガス圧調整孔の開口度合を調整する開閉調整機構と、
   を備えるレーザ加工ノズル。
2. 前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられ、前記アシストガス噴出口の外部のアシストガス圧を受けて動作する開閉弁である、請求項１に記載のレーザ加工ノズル。
3. 前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられ、当該ガス圧調整孔の内部のアシストガス圧により動作する開閉弁である、請求項１に記載のレーザ加工ノズル。
4. 前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられた開閉弁と、前記開閉弁に接続され、前記ノズルの先端付近でワークに対向するよう配置された磁性体と、で構成される、請求項１に記載のレーザ加工ノズル。
5. 前記開閉調整機構は、前記ガス圧調整孔に設けられた開閉弁と、前記開閉弁に接続され、前記ノズルの先端付近でワークに対向するよう配置された接触子と、で構成される、請求項１に記載のレーザ加工ノズル。

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