JP2501177Y2 - レ―ザ出射ユニット - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】本考案は、光ファイバより受けたレーザ
光を被加工物等に向けて出射するレーザ出射ユニットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ出射ユニットは、レーザ発振器か
ら離れた所でレーザ加工を行うためのユニットで、基本
的には、光ファイバの一端部を取付するためのコネクタ
部と、光ファイバの端面より放射状に入射したレーザ光
を平行光にするためのコリメータレンズと、その平行光
にされたレーザ光を集光するための集光レンズとで構成
される。さらに、レーザ加工を促進するためのガス（ア
シストガス）をレーザ光と一緒に被加工物に供給する場
合は、ユニット先端部にノズルを設け、そのノズル孔よ
りレーザを出射すると同時にガスを噴射するようにして
いる。

【０００３】図５は、この種レーザ出射ユニットの代表
的な従来例の構成を示す。この図において、ユニット取
付板１００は、ロボット等のユニット支持手段（図示せ
ず）に取付固定される。このユニット取付板１００の外
側面には、光ファイバ（図示せず）の一端部を受けるた
めのリセプタクル１０２が固着される。ユニット取付板
１００の内側面には、ボルト１０４により支持板１０６
を介して支持筒１０８が固着される。この支持筒１０８
に筒状のレンズ保持部１１０の基端部が遊嵌され、この
レンズ保持部１１０の先端部内側にコリメータレンズ１
１２と集光レンズ１１４とが設けられる。１１１，１１
３は両レンズ１１２，１１４を固定するためのストッパ
・リングである。

【０００４】レンズ保持部１１０の基端部の外周面には
ネジ１１０ａが切られ、このネジ１１０ａにフォーカス
リング１１６およびロックリング１１８が螺合してい
る。フォーカスリング１１６の基端部は支持筒１０８の
凹部１０８ａに係合し、回転可能ではあるが、光軸方向
には移動できないようになっている。これにより、フォ
ーカスリング１１６を回すと、レンズ保持部１１０が光
軸方向に移動し、これによって両レンズ１１２，１１４
が同方向に移動するようになっている。

【０００５】レンズ保持部１１０の先端部はＬ字形に外
側へ延長して大径部１１０ｂを形成し、この大径部１１
０ｂの内側にノズル１２０の基端部が遊嵌する。そし
て、このノズル基端部のＶ溝１２０ａに、たとえば４個
のノズル軸調整ネジ１２２の先端が四方から圧接する。
これにより、これら４個のノズル軸調整ネジ１２２間の
締め付け具合を調整することで、ノズル１２０を光軸に
垂直な面内で位置合わせして、ノズル孔１２０ｂを光軸
上に位置させ、ノズル１２０をレンズ保持部１１０に取
付固定することができる。ノズル１２０の内側には、保
護ガラス１２４がＯリング１２６とストッパ・リング１
２８間に挟着保持される。

【０００６】このレーザ出射ユニットにおいて、リセプ
タクル１０２に取付固定された光ファイバ（図示せず）
の端面より放射状に入射したレーザ光ＬＢは、コリメー
タレンズ１１２で平行光にされたのち集光レンズ１２４
により集光され、保護ガラス１２８を通って、ノズル孔
１２０ｂより出射される。

【０００７】また、ノズル１２０の側部にはガス導入口
１２０ｃが穿孔され、このガス導入口１２０ｃにガス菅
（図示せず）を受けるための継手１２２が着脱可能に取
り付けられる。この継手１２２およびガス導入口１２０
ｃを介してノズル１２０内に供給されたアシストガス
は、ノズル孔１２０ｂより噴射される。レーザ光の照射
位置（加工点）にアシストガスが噴き付けられること
で、被加工物の酸化・溶融が促進され、切断等のレーザ
加工が容易になる。このように、ノズル１２０のノズル
孔１２０ｂは、レーザ光ＬＢを出射するためのレーザ出
射口と、アシストガスを噴射するためのガス噴射口とを
兼ねている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にアシストガスによって被加工物の酸化・溶融が促進さ
れると、そのぶん多量のスプラッシュが被加工物から発
生し、その一部がノズル孔１２０ｂの中に入って、奥の
保護ガラス１２４に付着することがある。

【０００９】したがって、保護ガラス１２４を時々交換
またはクリーニングしなければならない。その場合は、
各ノズル軸調整ネジ１２２を緩めて、レンズ保持部１１
０からノズル１２０を取り外し、保護ガラス１２４の交
換またはクリーニングの後、再びノズル１２０をレンズ
保持部１１０に取り付け、ノズル孔１２０ｂの位置が光
軸に一致するように各ノズル軸調整ネジ１２２を適当に
締め直してノズル１２０を固定する。

【００１０】このように、従来のレーザ出射ユニットに
おいては、保護ガラス１２４の交換またはクリーニング
後にノズル１２０の位置合わせを行わなければならず、
面倒であった。また、上記従来のレーザ出射ユニットに
おいては、フォーカスリング１１６を回すとレンズ保持
部１１０と一体にノズル１２０も光軸方向に移動する機
構であるため、レーザ加工の合間等に出射レーザ光のス
ポット径を変えるためフォーカス調整が行われると、ノ
ズル１２０が前進する場合がある。そうすると、そのフ
ォーカス調整後にロボットがユニットを加工点付近の設
定位置まで搬送した時、ノズル１２０の先端が被加工物
に衝突することがあった。このような事故を防止するに
は、フォーカス調整を行う度ロボットにティーチングを
し直さなければならないが、これが繁雑で面倒な作業と
なっていた。

【００１１】本考案は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、ユニットの全長を変えずにレーザスポット径の
調整を可能にするとともに、保護ガラスの交換等のため
ノズルをいったん外しまた付け直した場合に光軸に対す
るノズル孔の位置合わせ調整を不要としたレーザ出射ユ
ニットを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本考案のレーザ出射ユニットは、ユニット基端に
光ファイバの一端部を取付固定し、前記光ファイバの端
面より入射したレーザ光をコリメータレンズによって平
行光にしたのち集光レンズによって集光してノズル部の
開口より出射するようにしたレーザ出射ユニットにおい
て、ユニット支持部材に一端部にて固定された筒状の第
１のレンズ保持部に前記コリメータレンズを取り付け、
前記第１のレンズ保持部に対して光軸方向に可動な筒状
の第２のレンズ保持部に前記集光レンズを取り付け、前
記第２のレンズ保持部の周りで前記第１のレンズ保持部
の他端部にリング状の中間部材を光軸と垂直な面内で位
置合わせ可能に取り付け、前記第２のレンズ保持部の前
方から周りにかけて延在する前記ノズル部を前記中間部
材に対して一定位置に取り付けてなるなる構成とした。

【００１３】

【作用】本考案のレーザ出射ユニットにおいては、中間
部材にノズル部を取り付けた状態で、ノズル孔の位置を
集光レンズから出光するレーザ光の光軸に合わせるよう
に中間部材の位置合わせを行い、この調整が済んだなら
中間部材をユニット本体に対して固定する。以後、保護
ガラスの交換等のためノズルを外す場合には、それを中
間部材から取り外し、用が済んだなら、再び中間部材に
取り付ける。中間部材は位置合わせされた状態のまま第
１のレンズ保持部に取付されているので、ノズルがこの
中間部材に対して一定位置に再取付されることで、ノズ
ル孔の位置が光軸上に一致することとなる。また、本考
案のレーザ出射ユニットより出射されるレーザ光のビー
ム径を調整するには、第２のレンズ保持部を光軸方向に
移動させて、第２のレンズ保持部を同方向に前進または
後退させる。この調整において、第１のレンズ保持部は
第１のレンズ保持部内で固定されたままであり、ノズル
部も第１のレンズ保持部に対して固定されたままであ
り、ユニットの全長は変わらない。したがって、調整後
に、ロボット等が本ユニットをプログラムされた加工点
付近の位置まで搬送すると、ノズル部の先端は前回のと
きと同じ位置に位置決めされることになる。

【００１４】

【実施例】以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施
例を説明する。図１はこの実施例によるレーザ出射ユニ
ットの構成を示す縦断面図、図２はこのレーザ出射ユニ
ットの全体的な外観を示す側面図、図３はこのレーザ出
射ユニットを先端側から見た正面図、図４はこのレーザ
出射ユニットを基端側から見た背面図である。

【００１５】これらの図において、ユニット取付板１０
は、ロボット等のユニット支持手段（図示せず）に取付
固定される。このユニット取付板１０の外側面には、光
ファイバ（図示せず）の一端部を受けるためのリセプタ
クル１２が支持筒１３を介して固着される。ユニット取
付板１０の内側面には、支持板１４を介して筒状の第１
のレンズ保持部１６が、たとえば１２０度間隔で３個の
ボルト１８によって固定される。この第１のレンズ保持
部１６の先端部の内側には、コリメータレンズ２０が突
起２２とストッパ・リング２４間に挟着保持される。

【００１６】この第１のレンズ保持部１６の外側に筒状
の第２のレンズ保持部２６が遊嵌される。この第２のレ
ンズ保持部２６の先端部の内側には、集光レンズ２８が
ストッパ・リング３０と突起３２間に挟着保持されると
ともに、保護ガラス３４がＯリング３６とガラス押さえ
蓋３８間に挟着されるようにして取り付けられる。ガラ
ス押さえ蓋３８は、第２のレンズ保持部２６の先端部の
外周面に形成されたネジ２６ｂに螺着されている。これ
により、ガラス押さえ蓋３８を外すことで、保護ガラス
３４が随時交換できるようになっている。

【００１７】第２のレンズ保持部２６の基端部の外周面
にはネジ２６ａが切られ、このネジ２６ａに調整リング
４２およびロックリング４４が螺合している。調整リン
グ４２の基端部は第１のレンズ保持部１６の凹部１６ａ
に係合し、回転可能ではあるが、光軸方向には移動でき
ないようになっている。これにより、調整リング４２を
回すと、第２のレンズ保持部２６が第１のレンズ保持部
１６に対して光軸方向に摺動し、これによってコリメー
タレンズ２０が固定されたまま集光レンズ２８が同方向
に移動（前進または後退）するようになっている。

【００１８】本レーザ出射ユニットにおいて、上述した
ユニット取付板１０、リセプタクル１２、第１および第
２のレンズ保持部１６，２６、調整リング４２、ロック
リング４４がユニット本体を構成する。

【００１９】第２のレンズ保持部２６の中間部の外側に
は、断面Ｌ字形のジョイント部４６が遊嵌される。この
ジョイント部４６は、その水平部にて、たとえば９０度
間隔で４つのボルト４８により第１のレンズ保持部１６
の中間部に固着されている。第２のレンズ保持部２６の
中間部には、それらのボルト４８を通すための開口２６
ｃが形成されている。５０は、各ボルト４８の締め付け
具合を規定するためのカラーである。

【００２０】ジョイント部４６には、たとえば１２０度
間隔で３つのボルト５２により中間リング５４が固着さ
れる。そして、この中間リング５４に、たとえば１２０
度間隔で３個のボルト５６によりノズル５８が固着され
る。ジョイント部４６に対する中間リング５４の取付固
定に際しては、ボルト５２を緩めた状態で、Ｘ方向位置
合わせ調整ネジ６０およびそれと直角な位置に設けられ
たＹ方向位置合わせ調整ネジ（図示せず）により、ノズ
ル５８のノズル孔５８ｂを光軸上に位置合わせするため
の調整が行われる。ジョイント部４６には、ボルト５２
の変位を可能とするために大きなボルト通し穴４６ａが
形成されている。

【００２１】このように、本レーザ出射ユニットでは、
一度ノズル孔５８ｂを集光レンズ２８より出光するレー
ザ光ＬＢの光軸に一致させるための位置合わせを行って
ジョイント部４６に中間リング５４を取付固定すれば、
後は保護ガラス３４の交換等のためノズル５８の脱着を
何度行っても、常にノズル５８が中間リング５４に対し
て同一の取付位置に固定されるため、位置合わせを行う
必要はない。また、本レーザ出射ユニットでは、このよ
うに集光レンズ２８を光軸方向に移動しても、第１のレ
ンズ保持部１６は固定されたままで、ノズル５８も固定
されたままである。つまり、ユニットの全長は常に一定
である。したがぅて、出射レーザ光のスポットを調整す
るため、調整リング４２を回して集光レンズ２８を前進
させても、その後にロボットが本ユニットを加工点位置
付近の設定位置まで搬送した際、当該被加工物にノズル
５８の先端が衝突するようなおそれはない。

【００２２】中間リング５４の内周面には、アシストガ
スを円周方向に引き入れるための溝５４ａが形成されて
いる。アシストガスは、この溝５４ａから第２のレンズ
保持部２６とノズル５８との隙間６２を抜け、ノズル孔
５８ｂより噴射される。なお図３および図４において、
６４は、中間リング５４に接続するガス導入用の継手で
ある。

【００２３】本レーザ出射ユニットにおいて、基端側の
光ファィバ（図示せず）の端面より放射状に入射したレ
ーザ光ＬＢは、第１のレンズ保持部１６に保持されたコ
リメータレンズ２０に入射してそこで平行光となり、次
に第２のレンズ保持部２６に保持された集光レンズ２８
に入射してこのレンズ２８により集光され、ノズル孔５
８ｂより出射される。この出射されたレーザ光ＬＢのビ
ーム径を変えるには、調整リング４２を回して、第２の
レンズ保持部２６および集光レンズ２８を光軸方向に移
動（前進または後退）させる。図２において、６６は集
光レンズ位置調整用の目盛りである。

【００２４】なお、上述した実施例では、筒状の第１の
レンズ保持部１６に断面Ｌ字形のジョイント部４６を固
定し、このジョイント部４６に中間リング５４を取り付
けるように構成したが、ジョイント部４６を第１のレン
ズ保持部１６に一体に形成したり、あるいはノズル５８
の基端部をユニット基端側まで延長させて、中間リング
５４をユニット取付板１０等に取り付けることも可能で
ある。

【００２５】また、上述したユニットではノズル孔５８
ｂからレーザ光ＬＢと一緒にアシストガスを出するよう
にした。しかし、アシストガスを噴射せずにレーザ光を
出射するだけのレーザ出射ユニットでも、被加工物から
のスプラッシュ等から保護ガラスを出来るだけ保護する
ためのカバーとしてユニット先端部にノズルを設けるこ
とも可能であり、そのようなユニットにも本考案は適用
可能である。

【００２６】

【考案の効果】以上説明したように、本考案のレーザ出
射ユニットによれば、ユニット支持部材に一端部を固定
された第１のレンズ保持部にコリメータレンズを取り付
け、第１のレンズ保持部に対して光軸方向に可動な第２
のレンズ保持部に集光レンズを取り付け、第２のレンズ
保持部の周りで第１のレンズ保持部の他端部にリング状
の中間部材を光軸と垂直な面内で位置合わせ可能に取り
付け、この中間部材に対して一定位置にノズル部を着脱
可能に取り付ける構成としたので、ユニットの全長を変
えずに、つまりユニット先端の位置を変えずに出射レー
ザ光のスポット径を調整することができるとともに、保
護ガラスの交換等のためノズルの取外し、取付けを何度
行っても、常にノズル孔が集光レンズより出光するレー
ザ光の光軸上に位置する状態でノズル部が中間部材ひい
ては第１のレンズ保持部に再取付され、面倒な位置合わ
せの調整を繰り返す手間がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例によるレーザ出射ユニットの
構成を示す縦断面図である。

【図２】実施例のレーザ出射ユニットの全体的な外観を
示す側面図である。

【図３】実施例のレーザ出射ユニットを先端側から見た
正面図である。

【図４】実施例のレーザ出射ユニットを基端側から見た
背面図である。

【図５】従来例のレーザ出射ユニットの構成を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１０ ユニット取付板 １２ リセプタクル １６ 第１のレンズ保持部 １８ ボルト ２０ コリメータレンズ ２６ 第２のレンズ保持部 ２８ 集光レンズ ４２ 調整リング ４６ ジョイント部 ５２ ボルト ５４ 中間リング ５６ ボルト ５８ ノズル ５８ｂ ノズル孔

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユニット基端に光ファイバの一端部を取
   付固定し、前記光ファイバの端面より入射したレーザ光
   をコリメータレンズによって平行光にしたのち集光レン
   ズによって集光してノズル部の開口より出射するように
   したレーザ出射ユニットにおいて、 ユニット支持部材に一端部にて固定された筒状の第１の
   レンズ保持部に前記コリメータレンズを取り付け、前記
   第１のレンズ保持部に対して光軸方向に可動な筒状の第
   ２のレンズ保持部に前記集光レンズを取り付け、前記第
   ２のレンズ保持部の周りで前記第１のレンズ保持部の他
   端部にリング状の中間部材を光軸と垂直な面内で位置合
   わせ可能に取り付け、前記第２のレンズ保持部の前方か
   ら周りにかけて延在する前記ノズル部を前記中間部材に
   対して一定位置に取り付けてなることを特徴とするレー
   ザ出射ユニット。