JP2015033705A - レーザノズル及びレーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工ヘッドに備えたノズル本体が異常高温になったことを容易に検出することのできるレーザノズル及びレーザ加工ヘッドを提供する。
【解決手段】レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なレーザノズルであって、前記レーザノズルのノズル本体５の上面に前記レーザ加工ヘッド１に対して着脱可能な取付部７を備え、前記レーザ加工ヘッド１から前記ノズル本体５へ冷却エアが噴出される流体噴出孔１３の位置に対応して、前記ノズル本体５が所定の温度以上になったとき膨張して前記流体噴出孔１３を閉鎖自在な熱膨張部材２３を、前記ノズル本体５の上面に備えている。レーザ加工ヘッドは、流体供給源１９と前記流体噴出孔１３とを接続した流体路１７に、当該流体路１７内の圧力上昇又は流体の流量減少を検出するための異常検出センサ２１を備えている。
【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の先端部に着脱可能なレーザノズル及び当該レーザノズルを備えるレーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、レーザノズルが異常な高温に上昇した場合に、この異常な高温を検知可能なレーザノズル及びレーザ加工ヘッドに関する。

レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドの先端部にはノズル（レーザノズル）が着脱交換可能に備えられている。レーザ加工機によるレーザ加工時には、前記レーザノズルはワークのレーザ加工位置に近接配置されるものであり、例えばスパッタ等の付着やレーザ光の反射光、輻射熱などによって常に加熱されており、高温になることが知られている。前記レーザノズルが異常な高温になると、レーザ加工精度やレーザ加工ヘッドにおける構成要素に悪影響が生じるので、前記レーザノズルに対して冷却用の流体（例えばエア）を噴射することが行われている（例えば特許文献１参照）。また、レーザノズルの温度上昇を検出するためのセンサを、レーザノズルに備えることも提案されている（例えば特許文献２，３参照）。

特開２００２−２７３５９１号公報 特開昭５６−４１０９２号公報 特開平３−２７８８９号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、レーザ加工ヘッド側からレーザノズルに対して冷却用のエアを噴出する構成である。したがって、常態においては、レーザノズルの冷却が維持されており、レーザノズルが、例えば２００℃以上の異常高温になるようなことはない。しかし、例えばレーザ光の光路異常等によってレーザ光の一部がレーザノズルの内周面を照射するようになると、温度バランスが崩れて異常高温になることがある。この場合、レーザノズルが異常高温になったことを検出する手段が講じられていないので、レーザ加工の加工精度やレーザ加工ヘッドの構成要素に対する熱伝導によって種々の問題を生じることがある。

前記特許文献２，３には、レーザノズルに温度センサを備えることが提案されている。したがって、前記特許文献１に記載の構成において、レーザノズルに温度センサを備えることも考えられる。

しかし、周知のように、レーザノズルは消耗部品であり、また加工条件によっては別個のレーザノズルと着脱交換されるものである。したがって、レーザノズルにセンサを備えた場合における配線の結線等を考慮すると、レーザノズルにセンサを備えることは難しいものである。また、レーザ加工時に飛散するスパッタ等によってレーザノズルに備えたセンサに損傷を生じ易いものである。よって、レーザノズルに温度センサを備えることも難しいものである。

本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なレーザノズルであって、前記レーザノズルのノズル本体の上面に前記レーザ加工ヘッドに対して着脱可能な取付部を備え、前記レーザ加工ヘッドから前記ノズル本体へ冷却エアが噴出される流体噴出孔の位置に対応して、前記ノズル本体が所定の温度以上になったとき膨張して前記流体噴出孔を閉鎖自在な熱膨張部材を、前記ノズル本体の上面に備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザノズルを着脱可能なレーザ加工ヘッドであって、流体供給源と前記流体噴出孔とを接続した流体路に、当該流体路内の圧力上昇又は流体の流量減少を検出するための異常検出センサを備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザノズルを着脱可能なレーザ加工ヘッドであって、前記ノズル本体に備えた前記熱膨張部材が膨張したことを検出するための膨張検出手段を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、レーザノズルが異常高温になると膨張する熱膨張部材をレーザノズルに備えているので、前記熱膨張部材の膨張を検出することにより、レーザノズルが異常高温であることを検知することができるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を概念的、概略的に示した断面説明図である。 ノズル本体の平面説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザノズル及びレーザ加工ヘッドの構成について説明する。本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド１は、円筒形状の加工ヘッド本体３を備えており、この加工ヘッド本体３の先端部（下端部）には、レーザノズルのノズル本体５が着脱交換可能に備えられている。前記加工ヘッド本体３の先端部には、前記ノズル本体５の上面に突出して備えた取付部としての雄ねじ部７が着脱自在に螺合する雌ねじ部９が形成してある。なお、加工ヘッド３に対してノズル本体５を着脱交換自在に取付ける構成としては、前述したごとき螺子部の関係に限ることなく、例えばコレットチャックと工具のシャンクとの関係のように、着脱可能に嵌合する構成とすることも可能である。

前記加工ヘッド本体３の先端部には、環状の流体通路１１が形成してあり、この流体通路１１には、加工ヘッド本体３の先端面に開口した複数の流体噴出孔１３が連通してある。上記各流体噴出孔１３は、周方向に等間に備えられている。そして、前記流体通路１１に対してエアを供給するために、前記加工ヘッド本体３の外周には外筒１４が嵌合してあり、この外筒１４には、前記流体通路１１に接続した連通路１５が形成してある。この連通路１５は、流体路１７を介してエア源などの流体供給源１９と接続してある。そして、当該流体路１７には、流体路１７内の圧力の変化を検出する圧力センサ又は流体路１７内の流量変化を検出する流量センサなどのごとき異常検出センサ２１が備えられている。

前記ノズル本体５は、前記雄ねじ部７を上面から突出して備えた構成であって、前記加工ヘッド本体３における前記流体噴出孔１３に対応（対向）した上面の位置には、熱膨張部材２３が備えられている。この熱膨張部材２３は、前記ノズル本体５が予め設定された温度、例えば２００℃以上になると、厚さ方向に数倍〜数十倍に膨張する機能を有するもので、例えば積水化学工業株式会社から「フィブロック」名で市販されている。前記熱膨張部材２３は、ノズル本体５が異常な高温、例えば２００℃以上に加熱されると厚さ方向に膨張して、前記流体噴出孔１３を閉鎖する機能を奏するものである。

以上のごとき構成において、レーザ加工ヘッド１におけるノズル本体５のノズル孔５Ａを透過してワークＷにレーザ光を照射すると共に、前記ノズル孔５ＡからワークＷへアシストガスを噴出することにより、ワークＷにレーザ加工が行われる。そして、レーザ加工時にノズル本体５が高温になることを抑制するために、流体供給源１９から冷却用のエアが供給され、レーザ加工ヘッド本体３の先端面に備えた流体噴出孔１３から冷却用の前記エアがノズル本体５へ噴射される。したがって、ノズル本体５が冷却されて高温になることが防止されるものである。

ところで、ワークＷのレーザ加工部からのレーザ光の反射や、レーザ加工部から飛散したスパッタ等の付着や、レーザ加工部の輻射熱等に起因してノズル本体５が高温になり、例えば２００℃以上の高温になると、熱膨張部材２３が厚み方向、すなわち流体噴出孔１３に近接する方向に膨張して前記流体噴出孔１３を閉鎖することになる。上述のように、流体噴出孔１３が閉鎖されて、連通路１５、流体路７内の圧力が予め設定された設定圧以上、又は予め設定された流量以下になると、圧力センサ又は流量センサとしての異常検出センサ２１が作動される。そして、レーザ加工機におけるレーザ発振が停止されると共にレーザ加工が停止される。したがって、レーザ加工ヘッド１に備えたノズル本体５が異常高温になることに起因する種々の不都合を解消することができるものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能なものである。すなわち、前記説明においては、複数の流体噴出孔１３にそれぞれ対応して熱膨張部材２３を備えるべく説明した。しかし、適宜の流体噴出孔１３が閉鎖されることによって、流体路１７内の圧力変化や流量変化が生じればよいものである。したがって、選択した適数の流体噴出孔１３のみに対応して熱膨張部材２３を設けることも可能である。

この場合、前記熱膨張部材２３によって閉鎖されることのない流体噴出孔１３から冷却エアをノズル本体５へ継続して噴射することができるものである。したがって、ノズル本体５を冷却する冷却効果を維持してノズル本体５の異常高温を検出することができるものである。なお、前記熱膨張部材２３は、複数の流体噴出孔１３に対応すべく、流体噴出孔１３の配置に沿って環状に又は円弧状に配置することも可能である。

前述した説明より理解されるように、前記熱膨張部材２３が膨張して流体噴出孔１３を閉鎖すると、流体路１７内の圧力又は流量が変化し、この変化を異常検出センサ２１によって検出することにより、前記熱膨張部材２３が膨張したこととして検出することができるものである。したがって、前記異常検出センサ２１は、熱膨張部材２３が膨張したことを検出するための膨張検出手段に相当するものである。

ここで、熱膨張部材２３が膨張したことを検出する膨張検出手段の構成としては、ノズル本体５に備えた熱膨張部材２３に対応して、レーザ加工ヘッド１の適宜位置、例えば加工ヘッド本体３の先端面又は外筒１４の先端面に、熱膨張部材２３によって作動される電気的接点を備えた構成とすることも可能である。

１ レーザ加工ヘッド
３ 加工ヘッド本体
５ ノズル本体
１３ 流体噴出孔
１７ 流体路
１９ 流体供給源
２１ 異常検出センサ
２３ 熱膨張部材

Claims (3)

1. レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なレーザノズルであって、前記レーザノズルのノズル本体の上面に前記レーザ加工ヘッドに対して着脱可能な取付部を備え、前記レーザ加工ヘッドから前記ノズル本体へ冷却エアが噴出される流体噴出孔の位置に対応して、前記ノズル本体が所定の温度以上になったとき膨張して前記流体噴出孔を閉鎖自在な熱膨張部材を、前記ノズル本体の上面に備えていることを特徴とするレーザノズル。
2. 請求項１に記載のレーザノズルを着脱可能なレーザ加工ヘッドであって、流体供給源と前記流体噴出孔とを接続した流体路に、当該流体路内の圧力上昇又は流体の流量減少を検出するための異常検出センサを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 請求項１に記載のレーザノズルを着脱可能なレーザ加工ヘッドであって、前記ノズル本体に備えた前記熱膨張部材が膨張したことを検出するための膨張検出手段を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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