JP2509829B2 - レ―ザ出射ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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
めのレセプタクル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字状に外
側へ延長して大径部１１０ａを形成し、この大径部１１
０ａ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本の
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、各ノズル軸調整ネジ１２２間の締め付け具合
を調整することで、ノズル孔１２０ｂを光軸上に位置合
わせし、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１２８間に
挟着保持される。

【０００６】レセプタクル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】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のレー
ザ加工現場においては、ロボットの導入が進み、レーザ
出射ユニットがロボットに把持され加工位置まで搬送さ
れる場合が増えている。この場合、ロボットは、ユニッ
ト先端のノズル孔１２０ｂを被加工物の加工点にかなり
接近した位置まで近付けるよう、予めティーチングされ
た軌跡に沿って出射ユニットをすばやく正確に搬送す
る。

【０００９】ところが、上記のような従来のレーザ出射
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。

【００１０】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、複雑かつ高コストな機構を要することなく、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
として、調整後のユニット先端位置のずれをなくすよう
にしたレーザ出射ユニットを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【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、本発明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対し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のレンズ保持部にネジが形成された外周面を有する
筒状の第２のレンズ保持部を光軸方向に移動可能に遊嵌
して、前記第１のレンズ保持部に前記集光レンズを取り
付け、前記ノズル部を前記第２のレンズ保持部の外側を
経由して前記第１のレンズ保持部に固定して取り付け、
前記第２のレンズ保持部の外周面に螺合する調整リング
を前記第１のレンズ保持部に回転可能に、かつ光軸方向
には移動不可能に取り付ける構成とした。

【００１２】

【作用】本発明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、調整リングを回せば
よい。調整リングが回転すると、これに螺合している第
２のレンズ保持部が光軸方向に移動し、第２のレンズ保
持部と一体に集光レンズも同方向に移動する。この移動
の向き（前進または後退）は、調整リングの回転の向き
で決まる。この調整において、コリメータレンズは第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。

【００１３】

【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。

【００１４】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レセプタ
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。

【００１５】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とレンズ押さえ
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、レンズ押さえ蓋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。

【００１６】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１６
ａ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。

【００１７】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２６ｃ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。

【００１８】ジョイント部４６には、たとえば１２０度
間隔でボルト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（開口）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
シフト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。

【００１９】このように、本レーザ出射ユニットでは、
一度ノズル孔５８ｂの位置合わせを行ってからジョイン
ト部４６に中間リング５４を取付固定すると、後に保護
ガラス３４の交換等のためノズル５８を中間リング５４
から外し、付け直しても、常にノズル５８が同一の取付
位置に戻されるため、ノズル孔５８ａの位置合わせを再
度行う必要はない。

【００２０】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
５８ａ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。

【００２１】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。

【００２２】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。したがって、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。

【００２３】なお、上述したレーザ出射ユニットではノ
ズル孔５８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レンズを出来るだけ
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
備えることも可能であり、そのようなユニットにも本発
明は適用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ出
射ユニットによれば、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、調整リングを回すだ
けで出射レーザ光のスポット径を調整することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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 レセプタクル 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（開口）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
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対し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
   のレンズ保持部にネジが形成された外周面を有する筒状
   の第２のレンズ保持部を光軸方向に移動可能に遊嵌し
   て、前記第１のレンズ保持部に前記集光レンズを取り付
   け、前記ノズル部を前記第２のレンズ保持部の外側を経
   由して前記第１のレンズ保持部に固定して取り付け、前
   記第２のレンズ保持部の外周面に螺合する調整リングを
   前記第１のレンズ保持部に回転可能に、かつ光軸方向に
   は移動不可能に取り付けたことを特徴とするレーザ出射
   ユニット。