JP2588459Y2 - Yagレーザー用加工ヘッド - Google Patents

Yagレーザー用加工ヘッド

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JP2588459Y2
JP2588459Y2 JP1993048718U JP4871893U JP2588459Y2 JP 2588459 Y2 JP2588459 Y2 JP 2588459Y2 JP 1993048718 U JP1993048718 U JP 1993048718U JP 4871893 U JP4871893 U JP 4871893U JP 2588459 Y2 JP2588459 Y2 JP 2588459Y2
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powder
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tapered
optical path
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雅彦 妻鹿
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、YAGレーザー用加工
ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー加工においては、従来、図5
(A),(B)に示すように、粉体29を溶加材あるい
は、切断等における反応材として供給する場合、伝送さ
れてきたレーザー光2を集光レンズ26で集束の後、対
象加工部材25に照射して、この位置に他方から送給さ
れてきた粉体29を粉体送給用ノズル24にて光軸交差
角をもって供給する手法が一般的である。図中27は切
断ノズルを示し、28は切断ガスを示している。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】現在、レーザー加工の
主流は、多軸を有するCNC加工機や多関節ロボットな
どに搭載した伝送光学系や出射光学系(加工光学系)
(一部共振器を含む全体を搭載したものもある)からな
る光路及び加工ヘッドを有するもので、複雑な形状の製
品加工が行われている。ただし、粉体を用いての加工
においては、図6に示すように、加工姿勢及び加工方向
に粉体の供給位置及びその方向と関連してかなりの制約
を受ける関係上、二次、三次元形状及び狭隘部を有する
製品加工は仲々に困難であり、これらを解決する手段の
開発が望まれている。図6において、2はレーザー光
で、これを加工ノズル23まで伝送するための光学系を
有する加工ヘッドを22、粉体を加工部に送給するノズ
ルを24、加工部材を25でそれぞれ示している。
【0004】本考案はこのような事情に鑑みて提案さ
れたもので、CNC加工機、多関節ロボット等に搭載し
て使用することができるようにし、曲率を有する二次
元、三次元状の加工物に対して溶加材、反応材として供
給する粉体の供給の指向性と均一性とを高め、加工姿勢
及び加工方向の自由度を大きくすることができるように
した、軽量かつ高性能のYAGレーザー用加工ヘッドを
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために本考案のYA
Gレーザー用加工ヘッドは、YAGレーザー光を用い粉
体を供給してレーザー加工を行なうレーザー加工ヘッド
の中心線上に形成されたレーザー光路と、同レーザー光
路の先端部に形成された中空の先細円錐状光路保護ノズ
ルと、同先細円錐状光路保護ノズルの外周面との間に先
細円錐面状空間を介在させて同先細円錐状光路保護ノズ
ルを同軸的に囲繞する中空の先細円錐状粉体供給ノズル
と、同先細円錐状粉体供給ノズルの大径部の外周に穿設
され上記円錐面状空間内にキャリアガスにより上記粉体
を圧送する粉体導入口とを備えた YAGレーザー用加工
ヘッドであって、上記先細円錐状光路保護ノズルの外周
面側の先細円錐面上には複数の傾斜溝が形成され、同複
数の傾斜溝が、上記粉体導入口から上記円錐面状空間内
に導入された粉体の流れを、周方向に均等に求心加速し
つつ旋回流に変換し、旋回流に変換した上記粉体の流れ
を上記円錐面状空間内から上記レーザー光路を通過した
直後のレーザー光を包み込むようにして放出するよう
に、上記先細円錐状光路保護ノズルのノズル口の周方向
に等間隔で、同ノズル口の周縁と斜交して形成されてい
る。
【0006】
【作用】このような構成によれば、図1〜図3におい
て、粉体送給ホースで送給されてきた粉体29を粉体導
入口5から導入し、光路保護ノズル4の胴部外側面に内
向き半径方向にキャリアガス圧により粉体29を圧送流
で押し込み、胴部の曲率をもって同方向に偏向及び分散
の後、下向流となるように上部を取付けねじ部30によ
り密閉し、下部の円錐面状空間32を経て先端ノズル口
31から射出する。
【0007】上記分散流は、ヘッド軸心から若干離心し
た位置に粉体導入口5を設け、その離心距離により分散
流の主流に指向性の回転を与えることにより、下部テー
パー部すなわち、円錐面状空間32に至らせる。
【0008】この粉体流を受け部が幅広で深さを持た
せ、ノズル口31の方向に浅くて狭くした傾斜溝4aと
粉体供給ノズル6の内面及び光路保護ノズル4の外面間
に形成した円錐面状空間にてテーパー角をなす旋回流を
形成させ、光路保護ノズル4内から出射されてくるレー
ザー光2を包み込む形でノズル口31から放出し加工に
用いる。すなわち、粉体導入口5から円錐面状空間32
内に導入された粉体29の流れが、周方向に均等に求心
加速され且つ旋回流に変換される。旋回流に変換された
粉体29の流れが、円錐面状空間32内からレーザー光
路を通過した直後のレーザー光を包み込むようにして放
出される。このような構造によれば、図5に示したよう
な光軸交差の独立粉体供給ノズル不要となり、加工姿
勢及び加工方向性の制約を大幅に解消することが可能で
ある。
【0009】
【実施例】本考案の一実施例を図面について説明する
と、図1はその部分縦断面図、図2は図1の先端の内部
構造を示す拡大図、図3は図2の光路保護ノズルを示す
側面図及び底面図、図4は図1の加工ヘッドをロボット
に搭載した状態を示す全体斜視図である。
【0010】上図において、図5〜図6と同一の符号は
それぞれ同図と同一の部材を示し、まず、図1におい
て、22は光ファイバー1で伝送されてきたYAGレー
ザー光2を出射光学系3でその下方に集束させて用いる
加工ヘッドで、その構成は光ファイバー1を固定するた
めの円筒状光ファイバー固定胴14、その下方にレンズ
ハウジング7を配置し、その外周に光学系冷却用の円筒
状冷却胴9を同軸的に取付け、これに冷却水出入口12
を設けて冷却水を流すことにより出射光学系3のレンズ
群の間接的な冷却を行うことにより水冷却による結露
を防止する。
【0011】粉体の逆流による光学系の損傷を防止する
ため、光ファイバー固定胴14と支持胴16との間の円
筒状レンズガス通孔17により他方から流入させたレン
ズガス(不活性ガスあるいは加工ガスなど)を光ファイ
バー1の出射端面近傍から所定の圧力をもって、出射光
学系3の軸方向へ流入させ、そのレンズ群の中を入射側
から出射側へ流す。このレンズガス流は、レンズハウジ
ング7に取り付けた光路保護ノズル4のノズル口(レー
ザー出射口)31から噴出させ、その圧力をもって粉体
の光学系への進入を阻止する。この光路保護ノズル4の
外周面と、その外側に形成された粉体供給ノズル6は、
レーザー光2の集束過程又はそれ以降での光路保護ノズ
ル4からの出射光に粉体が流入してのエネルギ損失を防
止するために、その外周をレーザー光軸と同軸を有し、
絞り角とフォーカス量の調整を与えて、レーザー光2の
焦点近傍で粉体29を集束させる構造とする。
【0012】その構成は、図2〜図3に示すように、粉
体供給装置によりホースなどで供給されてきた粉体29
を粉体導入口5から粉体供給ノズル6内へ圧送入させ、
その内側に配設した光路保護ノズル4の外周胴部側面に
離心位置で噴射し、光路保護ノズル4と粉体供給ノズル
6との間に形成した円筒状空間で旋回流を生じさせ、そ
の下方の円錐面状空間32に至らせる。この円錐面状空
間32の開始点からノズル口31の方向に、圧送粉体流
の指向性と均一性の向上を図るべく光路保護ノズル4の
外側テーパー部に、光路保護ノズル4の先細円錐面に沿
ってノズル口31の周方向に等間隔で同ノズル口の周縁
と斜交するように形成され導入粉体に旋回流を付与する
複数の傾斜溝4aを加工し、これら傾斜溝4aを通過す
る際に渦流を形成させる。これら傾斜溝4aにより同軸
の加工エネルギと粉体29の供給を可能とした。粉体導
入口5から円錐面状空間32内に導入された粉体29の
流れが、周方向に均等に求心加速され且つ旋回流に変換
される。旋回流に変換された粉体29の流れが、円錐面
状空間32内からレーザー光路を通過した直後のレーザ
ー光を包み込むようにして放出される。ここで、8は冷
却内胴、10は止めフランジ、11はOリング、13は
固定ねじ、15は光ファイバー固定ねじを示す。
【0013】このような構成によれば、図1〜図3にお
いて、粉体送給ホースで送給されてきた粉体29を粉体
導入口5から導入し、円錐面状空間32に至らせる。こ
こで、ノズル口31の方向に浅くて狭くした傾斜溝4a
と粉体供給ノズル6の内面及び光路保護ノズル4の外面
間に形成された円錐面状空間32とでテーパー角により
うず流を形成させ、光路保護ノズル4内から出射されて
くるレーザー光2を包み込む形で粉体29をノズル口3
1から放出し加工に用いる。このような構造によれば、
図5に示したような光軸交差の独立粉体供給ノズル24
を不要とし、加工姿勢及び加工方向性の制約を大幅に解
消することが可能である。
【0014】このよな加工ヘッドによれば、多軸を有
するCNC加工機はもちろんのこと、従来困難とされて
きた図4に示すような多関節ロボットなどに搭載して、
粉体を用いた複雑な形状の製品の加工が容易となると同
時に、光軸交差での粉体供給では実現が難しかった小径
(数ミリメートル)の外面クラッディングなどの極めて
小さな小物の加工が可能となる。図中、19は粉体を加
工ヘッドまで送給するホースで、20は冷却水用ホース
を、また多関節ロボット21のアームに固定するための
フランジを18でそれぞれ示す。
【0015】
【考案の効果】要するに本考案のYAGレーザー用加工
ヘッドによれば、YAGレーザー光を用い粉体を供給し
てレーザー加工を行なうレーザー加工ヘッドの中心線上
に形成されたレーザー光路と、同レーザー光路の先端部
に形成された中空の先細円錐状光路保護ノズルと、同先
細円錐状光路保護ノズルの外周面との間に先細円錐面状
空間を介在させて同先細円錐状光路保護ノズルを同軸的
に囲繞する中空の先細円錐状粉体供給ノズルと、同先細
円錐状粉体供給ノズルの大径部の外周に穿設され上記円
錐面状空間内にキャリアガスにより上記粉体を圧送する
粉体導入口とを備えたYAGレーザー用加工ヘッドであ
って、上記先細円錐状光路保護ノズルの外周面側の先細
円錐面上には複数の傾斜溝が形成され、同複数の傾斜溝
が、上記粉体導入口から上記円錐面状空間内に導入され
た粉体の流れを、周方向に均等に求心加速しつつ旋回流
に変換し、旋回流に変換した上記粉体の流れを上記円錐
面状空間内から上記レーザー光路を通過した直後のレー
ザー光を包み込むようにして放出するように、上記先細
円錐状光路保護ノズルのノズル口の周方向に等間隔で、
同ノズル口の周縁と斜交して形成されているので、先細
円錐状光路保護ノズルの外周面側の先細円錐面上に形成
された複数の傾斜溝が、上記粉体導入口から上記円錐面
状空間内に導入された粉体の流れを、周方向に均等に求
心加速しつつ旋回流に変換し、旋回流に変換した粉体の
流れを円錐面状空間内からレーザー光路を通過した直後
のレーザー光を包み込むようにして放出することがで
き、CNC加工機、多関節ロボット等に搭載して曲率を
有する二次元、三次元状の加工物に対し溶加材、反応材
として粉体を供給する際に、同粉体の供給の指向性と均
一性とを格段に高めることができて、加工姿勢及び加工
方向の自由度を一段と大きくすることができる、軽量か
つ高性能のレーザー加工ヘッドを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例のYAGレーザー用加工ヘッ
ドを示す部分縦断面図である。
【図2】図1のヘッド先端の内部構造を示す拡大図であ
る。
【図3】図2の光路保護ノズルを示す側面図及び底面図
である。
【図4】図1の加工ヘッドをロボット搭載した状態を示
す全体斜視図である。
【図5】従来のYAGレーザー加工要領を示す説明図で
ある。
【図6】従来手法における加工実施例の説明図である。
【符号の説明】
1 光ファイバー 2 レーザー光 3 出射光学系 4 光路保護ノズル 4a 傾斜溝 5 粉体導入口 6 粉体供給ノズル 7 レンズハウジング 8 冷却内胴 9 冷却胴 10 止めフランジ 11 Oリング 12 冷却水出入口 13 固定ねじ 14 光ファイバー固定胴 15 光ファイバー固定ねじ 16 支持胴 17 レンズガス通孔 18 固定フランジ 19 粉体送給ホース 20 冷却水用ホース 21 多関節ロボット 22 加工ヘッド 23 加工ノズル 24 粉体送給用ノズル 25 加工部材 26 加工用集光レンズ 27 切断ノズル 28 切断ガス 29 粉体 30 上部取付ねじ 31 ノズル口 32 円錐面空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/14

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 YAGレーザー光を用い粉体を供給して
    レーザー加工を行なうレーザー加工ヘッドの中心線上に
    形成されたレーザー光路と、同レーザー光路の先端部に
    形成された中空の先細円錐状光路保護ノズルと、同先細
    円錐状光路保護ノズルの外周面との間に先細円錐面状空
    間を介在させて同先細円錐状光路保護ノズルを同軸的に
    囲繞する中空の先細円錐状粉体供給ノズルと、同先細円
    錐状粉体供給ノズルの大径部の外周に穿設され上記円錐
    面状空間内にキャリアガスにより上記粉体を圧送する粉
    体導入口とを備えたYAGレーザー用加工ヘッドであっ
    て、上記先細円錐状光路保護ノズルの外周面側の先細円
    錐面上には複数の傾斜溝が形成され、同複数の傾斜溝
    が、上記粉体導入口から上記円錐面状空間内に導入され
    た粉体の流れを、周方向に均等に求心加速しつつ旋回流
    に変換し、旋回流に変換した上記粉体の流れを上記円錐
    面状空間内から上記レーザー光路を通過した直後のレー
    ザー光を包み込むようにして放出するように、上記先細
    円錐状光路保護ノズルのノズル口の周方向に等間隔で、
    同ノズル口の周縁と斜交して形成されていることを特徴
    とする、YAGレーザー用加工ヘッド。
JP1993048718U 1993-08-16 1993-08-16 Yagレーザー用加工ヘッド Expired - Lifetime JP2588459Y2 (ja)

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JPH0715180U JPH0715180U (ja) 1995-03-14
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2891378B2 (ja) * 1990-07-27 1999-05-17 株式会社アマダ レーザ溶接ノズル装置

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