JP2602528B2 - 熱切断加工装置における加工ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーザ加工装置、プラズマ加工装置など
の熱切断加工装置における加工ヘッドに関する。

（従来の技術） 従来のレーザ加工装置における加工ヘッドについて簡
単に説明する。

レーザ加工装置における加工ヘッドは、上方向からワ
ークに対してレーザビーム（熱切断ビームの一例）を照
射すると共にアシストガスを噴射する。上記加工ヘッド
が上下方向へ移動可能かつワークに対して相対的に水平
方向へ移動可能である。

従って、加工ヘッドを上下方向へ移動させることによ
り、加工ヘッドの先端部とワークの上面を所定の間隔に
調節する。そして、上方向からワークに対してレーザビ
ームを照射すると共にアシストガスを噴射しながら、ワ
ークの被切断部に沿って、加工ヘッドをワークに対して
相対的に水平方向へ移動させる。これによって、アシス
トガスによりドロスを下方向へ吹き飛ばしつつ、アシス
トガスによる酸化熱反応も相俟って、ワークにおける被
切断部に対して切断加工を作って、切断スリットを形成
せしめることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、ワークの上面が平面ではなく、部分的又は全
体的に湾曲している場合には、加工ヘッドをワークに対
して相対的に水平方向へ移動させると、加工ヘッドの先
端部とワークの上面の間隔が変化する。そのため、加工
ヘッドの先端部とワークの上面の間隔が前期所定の間隔
よりも大きくなると、加工ヘッドの先端部から噴射した
アシストガスが拡散する傾向にあることもあって、ドロ
ス吹き飛ばし作用（アシストガスによってドロスを吹き
飛ばすこと）が充分でなくなる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述の如き従来の問題点を解決するため、本発明にお
いては、上方向からワークに対して熱切断ビームを照射
すると共にアシストガスを噴射する加工ヘッドにおい
て、上記加工ヘッドの下端部にめねじ部を形成し、この
めねじ部に、ノズル本体の上端部に形成したおねじ部を
螺合し、上記ノズル本体の下端部に形成したガイド孔
に、薄肉管状の摺動子を上下方向へ摺動可能に設け、こ
の摺動子に熱切断ビーム及びアシストガスを通過可能な
通過穴を備え、この摺動子の下端部にアシストガスの上
方向の圧力を受けるフランジを備え、上記摺動子を下方
向へ付勢する弾性体を設け、上記ノズル本体における上
記ガイド孔と上記摺動子の間にシール部材を設けてなる
ことを特徴とする。

（作用） 前記の構成により、レーザ加工ヘッドを上下方向へ移
動させることにより、ノズル本体の下端とワークの上面
の間隔を調節する。そして、摺動子の通過穴より上方か
らワークに対して熱切断ビームを照射すると共にアシス
トガスを噴射しながら、ワークの被切断部に沿って、加
工ヘッドをワークに対して相対的に移動させる。これに
よって、アシストガスによりドロスを下方向へ吹き飛ば
しつつ、アシストガスによる酸化熱反応も相俟って、ワ
ークの被切断部に対して熱切断加工を行って、ワークに
切断スリットを形成せしめることができる。

この時、アシストガスの大部分は、ワークの下面を抜
けて、ドロス吹き飛ばし作用（アシストガスによってド
ロスを下方向へ吹き飛ばすこと）を充分に奏する。一
方、摺動子の通過穴により噴射されたアシストガスは拡
散するため、アシストガスの一部分は、ワークの下面を
越えて下方向へ抜けることなく、摺動子におけるフラン
ジの下面とワークの上面の間を流れる。そのため、摺動
子におけるフランジはアシストガスの上方向の圧力を受
けることになり、摺動子が上下方向へ摺動して、アシス
トガスの上方向の圧力が弾性体の下方向の付勢力及び摺
動子の自重と釣合う。従って、ワークの上面が平面でな
く部分的又は全体的に湾曲している場合において、加工
ヘッドをワークに対して相対的に水平方向へ移動させる
と、ノズル本体と下端とワークの上面の間隔は変化する
が、摺動子におけるフランジの下面とワークの上面の間
隔を一定に保つことができる。

ここで、摺動子は薄肉円筒状に構成したことにより、
軽量化を図れ、摺動子の下端部にフランジを備えたこと
により上方向の圧力を充分に受けることができる。従っ
て、ワークの上面の湾曲によってノズル本体の下面とワ
ークの上面の間隔が変化した場合に、応答性良く摺動子
が上下方向へ移動することができる。

摺動子におけるフランジにスパッタが付着した場合等
においては、加工ヘッドのめねじ部とノズル本体のおね
じ部の螺合状態を緩めて、ノズル本体を加工ヘッドの下
端部から取外す。これによって加工ヘッドから離反した
場所において、摺動子におけるフランジに付着したスパ
ッタの除去等のメンテナンスを行うことができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第４図を参照するに、本図には熱切断加工装置として
のレーザ加工装置の全体的構成の側面図が概念的に示さ
れている。

第４図において、レーザ加工装置１は、水平に敷設さ
れた固定のＸ、Ｙテーブル３上にワークＷを案内し、こ
のワークＷをレーザビームLBで熱切断するものである。
なお、第４図において、左右方向をＸ軸方向、紙面に対
し直交する方向をＹ軸方向と呼ぶことにする。

レーザビームLBはレーザビーム発振装置５で発振さ
れ、強度調整装置７、反射鏡９を介して加工ヘッド11に
案内されている。加工ヘッド11の内部には集光レンズ13
が設けられ、レーザビームLBはこの集光レンズ13で集光
され、集光位置でワークＷを熱切断（スリット切断）す
る。また、ワークＷはクランプ15で把持されて、切断す
べき位置が加工ヘッド11の直下に来るように、XYテーブ
ル３上で水平移動されるようになっている。

クランプ15は、ワークＷを把持した状態で、XY軸用サ
ーボモータで平面X,Y方向に駆動されるようになってい
る。加工ヘッド11はＺ軸用サーボモータで上下方向に駆
動されるようになっている。又、レーザ加工装置１には
NC装置17が備えられ、このNC装置17の操作部にはいわゆ
る手動パルス発生器19が備えられている。

前記加工ヘッド11の先端部に装着されたノズル21の具
体的な構造が第１図乃至第３図に示されている。第３図
において、加工ヘッド11の下部内には、ノズルホルダ23
が装着される。そのノズルホルダ23には押えプレート25
を介してノズルマウント27がボルト29で固定されてい
る。ノズルマウント27に螺合されたノズル本体31の先端
部には摺動子33が上下動自在に装着され、ノズル本体31
内に設けられた弾性体35例えばコイルスプリング等によ
り突出方向（ワークＷ側）へ付勢されている。

前記ノズルマウント27の側壁の溝には、ノズルホルダ
23の側壁から複数の光軸調整用ねじ37の先端が前記溝内
に当接されている。

したがって、光軸調整用ねじ37を回すことによって、
ノズルマウント27の中心が例えば第３図において左右方
向に調整され、加工ヘッド11内に収納されている集光レ
ンズ13の中心に対してノズルマウント27の中心が調整さ
れることによって芯出し調整が行われることになる。

前記ノズル本体31の先端部の構成を更に詳細に説明す
る。第１図および第２図において、ノズル本体31（一部
図示省略）の先端部に上下動自在な摺動子33が装着さ
れ、その摺動子33は先端（第１図にて下側）にフランジ
部39が設けられ、上端のフランジ部41とノズル本体31に
設けた段付部43との間にコイルスプリング等の弾性体35
が装着されている。その弾性体35の弾撥力により前記摺
動子33は常時突出方向（ワークＷ側）へ付勢されてい
る。

更に、前記摺動子33のほぼ中央には、穴45が貫通して
あり、その穴45内をレーザビームLBおよびアシストガス
が通って切断加工が施される。なお、ノズル本体31にお
ける内面と摺動子33の外面との間にはシール部材47が設
けてあり、そのシール部材47は、摺動子33が上下動した
時にアシストガスの漏洩を防止する役目をしている。

上記の構成によりノズルのギャップ調整方法として
は、レーザ加工装置１のXYテーブル３上に載置したワー
クＷに対してレーザビームLBにて熱切断加工を行う時、
第１図において、図示を省略したがガス発生源より供給
されたアシストガスとレーザビームLBは、摺動子39の通
過穴45を通りワークＷの面に噴射あるいは照射され切断
加工が行われる。

ワークＷの面に噴出したアシストガスは、ワークＷの
面に当り反射して摺動子33のフランジ39の面に負荷を生
ぜしめ、摺動子33を弾性体35の弾撥力および摺動子33の
自重に抗して上方へ押圧移動させる。

その双方の力関係がバランスした時にギャップＧが得
られる。

このことを算式で示すと、 Ｐ（A₂−A₁）＝ω＋（K₁x）となる。

但し、A₁＜A₂とする。

A₁は、摺動子33の上部側のフランジ41の上面の面積。

A₂は、摺動子33の下部側のフランジ39の下面の面積。

Ｐは、アシストガス圧により摺動子33のフランジ39の
面に発生した押圧力。

ωは、摺動子33の自重。

K₁Xは、弾性体35の弾撥力である。

上記の算式より理解されるように、双方の力がバラン
スした時にギャップＧが設定できる。例えば、そのギャ
ップＧの量は、通常の熱切断加工時例えば1.5mm程度で
クリーンカット時は例えば0.3mm程度に設定する必要が
あり、ギャップＧの調整はアシストガスの圧力を調整す
ることにより可能となり、例えばアシストガス圧は６〜
10kg/cm²が採用され、クリーンカットの場合は圧力が高
くなる。また、他の方法としてA₀である摺動子33の中央
に貫通した穴45の大きさを変化させることによりギャッ
プ調整が可能となる。

本実施例の加工ヘッド11の構成についてまとめると以
下のようになる。

すなわち、上方向からワークＷに対してレーザビーム
LBを照射すると共にアシストガスを噴射する加工ヘッド
11において、上記加工ヘッド11の下端部に第３図に示す
ようにめねじ部を形成し、このめねじ部に、ノズル本体
31の上端部に形成したおねじ部を螺合し、上記ノズル本
体31の下端部に形成したガイド孔に、第１図に示すよう
に薄肉円筒状の摺動子33を上下方向へ摺動可能に設け、
この摺動子33にレーザビームLB及びアシストガスが通過
可能な通過穴45を備え、この摺動子33の下端部にアシス
トガスの上方向の圧力を受けるフランジ39を備え、上記
摺動子33を下方向へ付勢する弾性体35を設け、上記ノズ
ル本体33における上記ガイド孔と上記摺動子33の間にシ
ール部材47を設けてなることを特徴とする。

次に、本実施例の発明の作用についてまとめると以下
のようになる。

すなわち、Ｚ軸用サーボモータの駆動により加工ヘッ
ド11を上下方向へ移動させることにより、ノズル本体31
の下端とワークＷの上面の間隔を調節する。そして、摺
動子33の通過穴45より上方向からワークＷに対してレー
ザビームLBを照射すると共にアシストガスを噴射しなが
ら、ワークＷの被切断部に沿って、加工ヘッド11をワー
クＷに対して相対的に水平方向へ移動させる。これによ
って、アシストガスによりドロスを吹き飛ばしつつ、ア
シストガスによる酸化熱反応も相俟って、ワークＷに対
してレーザ加工を行って、ワークＷに切断スリットを形
成せしめることができる。

この時、アシストガスの大部分は、ワークＷの下面を
抜けてドロスの吹き飛ばし作用（アシストガスによって
ドロスを下方向へ吹き飛ばすこと）を奏する。一方、摺
動子33の通過穴45より噴射されたアシストガスは拡散す
るため、アシストガスの一部分は、ワークＷの下面を越
えて下方向へ抜けることなく、フランジ39の下面とワー
クＷの上面の間を流れる。そのため、フランジはアシス
トガスの上方向の圧力を受けることになり、摺動子39が
上下方向へ摺動して、アシストガスの上方向の圧力が弾
性体41の付勢力及び摺動子33の自重と釣合う。従って、
ワークＷの上面が平面でなく部分的又は全体的に湾曲を
有している場合において、加工ヘッド11をワークＷに対
して相対的に水平方向へ移動させると、ノズル本体31の
下端とワークＷの上面の間隔は変化するが、摺動子33が
上下方向へ摺動して、摺動子33におけるフランジ39の下
面とワークＷの上面の間隔を所定の間隔に保つことがで
きる。

ここで、摺動子33は薄肉円筒状に構成したことにより
摺動子33の軽量化を図れ、摺動子33の下端部にフランジ
39を備えたことによりアシストガスによる上方向の圧力
を充分に受けることができる。従って、ワークＷの上面
の湾曲によってノズル本体31の下端とワークＷの上面の
間隔が変化した場合に、応答性良く摺動子33が上下方向
へ移動する。

摺動子33におけるフランジ39にスパッタが付着した場
合等においては、加工ヘッド11の一部を構成するノズル
マウント27のめねじ部とノズル本体31のおねじ部の螺合
状態を緩めて、ノズル本体31を加工ヘッド11から取外
す。これによって、加工ヘッド11から離反した場所にお
いて、摺動子33におけるフランジ39に付着したスパッタ
の除去等のメンテナンスを行うことができる。

以上の如き本実施例の発明によれば、ワークＷの上面
が平面でなく部分的又は全体的に湾曲している場合にお
いて、加工ヘッド11をワークＷに対して相対的に水平方
向へ移動させると、摺動子33が上下方向へ摺動して、摺
動子33におけるフランジ39の下面とワークＷの上面の間
隔を所定の間隔に保つことができるため、アシストガス
によるドロス吹き飛ばし作用を充分に奏せしめて、レー
ザ加工を行うことができる。

又、摺動子33は薄肉円筒状に構成し、かつ摺動子33の
下端部にフランジ39を設けたことにより、ワークＷの上
面の湾曲によってノズル本体31の下端とワークＷの上面
の間隔が変化した場合に、応答性良く摺動子33が上下方
向へ移動するため、上記アシストガスによるドロス吹き
飛ばし作用をより充分に奏せしめて、作業能率のより一
層の向上を図ることができる。

ノズルマウント27のめねじ部を形成し、このめねじ部
にノズル本体31のおねじ部を螺合したことにより、加工
ヘッド11から離反した場所において、摺動子33における
フランジ39に付着したスパッタの除去等のメンテナンス
を行うことができるため、メンテナンスの省力化を図る
ことができる。

［発明の効果］ 以上の如き実施例の説明より理解されるように、本発
明によれば、ワークの上面が平面でなく、部分的又は全
体的に湾曲している場合において、加工ヘッドをワーク
に対して相対的に水平方向へ移動させると、摺動子が上
下方向へ摺動して、摺動子におけるフランジの下面とワ
ークの上面の間隔を所定の間隔に保つことができるた
め、アシストガスによるドロス吹き飛ばし作用を充分に
奏せしめることができ、作業能率向上の効果を図ること
ができる。

又、摺動子を薄肉円筒状に構成し、かつ摺動子の下端
部にフランジを備えたことにより、ワークの上面の湾曲
によってノズル本体の下端とワークの上面の間隔が変化
した場合に、応答性良く摺動子が上下方向へ摺動するた
め、アシストガスによるドロス吹き飛ばし作用をより充
分に奏せしめて、作業能率のより一層の向上を図ること
ができる。

更に、加工ヘッドの下端部にめねじ部を形成し、この
めねじ部にノズル本体のおねじ部を螺合したことによ
り、加工ヘッドから離反した場所において、摺動子にお
けるフランジに付着したスパッタの除去等のメンテナン
スを行うことができるため、メンテナンスの省力化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示すノズル
先端部の構成を概念的に示した説明図で、第１図は第３
図のＩ矢視で示した拡大断面図、第２図は第１図のII−
II線に沿った底面図である。 第３図はこの発明のノズルを組込んだ加工ヘッドの構成
を概念的に示した断面図である。 第４図はこの発明を実施したレーザ加工装置を概念的に
示した説明図である。 11……加工ヘッド、21……ノズル 31……ノズル本体、33……摺動子 35……弾性体、39……フランジ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上方向からワークに対して熱切断ビームを
   照射すると共にアシストガスを噴射する加工ヘッドにお
   いて、 上記加工ヘッドの下端部にめねじ部を形成し、このめね
   じ部に、ノズル本体の上端部に形成したおねじ部を螺合
   し、上記ノズル本体の下端部に形成したガイド孔に、薄
   肉管状の摺動子を上下方向へ摺動可能に設け、この摺動
   子に熱切断ビーム及びアシストガスを通過可能な通過穴
   を備え、この摺動子の下端部にアシストガスの上方向の
   圧力を受けるフランジを備え、上記摺動子を下方向へ付
   勢する弾性体を設け、上記ノズル本体における上記ガイ
   ド孔と上記摺動子の間にシール部材を設けてなることを
   特徴とする熱切断加工装置における加工ヘッド。