JP2746254B2 - レーザ加工ヘッド - Google Patents

レーザ加工ヘッド

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JP2746254B2 JP8093866A JP9386696A JP2746254B2 JP 2746254 B2 JP2746254 B2 JP 2746254B2 JP 8093866 A JP8093866 A JP 8093866A JP 9386696 A JP9386696 A JP 9386696A JP 2746254 B2 JP2746254 B2 JP 2746254B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】レーザ溶接等に用いらるレン
ズ又はウインドの取り替えを容易にした加工ヘッドに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、溶接、切断、穴開け及びトリミン
グ等にレーザ光を用いたレーザ加工機が用いられてお
り、これらレーザ加工機では、ほぼ平行なレーザビーム
をレンズ又は放物面鏡等を用いて加工物上の一点に集光
することが行われている。図4に示すようなレンズ21
の代わりに放物面鏡等を用いる場合でも、レンズと同じ
材料で作られたウィンドと呼ばれる平板を、光路中に設
置することが多い。 このウィンドは、炭酸ガスレーザ
用の場合、レーザー光の吸収が少ないことから、セレン
化亜鉛が用いられる。ウインドを設ける理由は、これに
よってガス系統を、ウィンドより下流の端末部分(加工
ヘッドの大部分)と上流の導光部分(ほぼ加工機本体に
あたる)とに分離することであり、端末部に導入するガ
スが導光部へ逆流することを防止して、末端のノズルか
ら被加工物に吹き出すガス流速を制御し易くし、またガ
ス消費量の低減を図ることである。なお、レンズで集光
する場合はレンズ自身がガス系統を分離する役目を兼ね
ている。
【0003】レンズやウィンドの表面には、使用時間と
共に、被加工物から発生するスパッタ及びヒューム並び
に導光系統から落下・流入する塵埃等が付着する。光学
部品の表面に付着したこれらの異物はレーザのエネルギ
を吸収して高温になり、その性能及び寿命を低下させ
る。従って光学部品を適切な頻度で点検・清掃すること
は加工性能の維持及びランニングコスト上大切である。
この為、レンズやウィンドの取り替え作業は、短時間で
実行できることが好ましい。
【0004】そこで、その脱着に際して周辺の数個の部
品の取り外し・取り付けや点検、清掃作業を容易にする
ために、図4に見られるように、特開昭61ー1373
82号公報記載の「レーザ加工機用加工ヘッド」が提案
されている。すなわち、レンズ21は、一次ホルダー2
2に取付られた状態で準備される。29は、一次ホルダ
ー22を収納ホルダー26に着脱する際の取手である。
収納ホルダー26のレンズ挿入口27から一次ホルダー
22付きレンズ21を挿入し、位置合せ出来たところ
で、蝶ネジ等を用いた一次ホルダー押え(図示せず)に
より固定される。収納ホルダー26と一次ホルダー22
とは、Oリング(図示せず)を介して固定されているの
で、アシストガス等が漏れるのを防止している。23は
レーザ加工機本体の保護筒であり、また、24は位置調
整機構、さらに、25は加工ノズルを示している。
【0005】この「レーザ加工機用加工ヘッド」におい
ても、次のような課題がある。 水冷が必要な大出力レーザに適用する場合、冷却水通
路を形成することになる『収納ホルダー』とレンズ(又
はウィンド)との間に『一次ホルダー』とOリングとが
介在しているので、冷却効果が低下し、従って、レンズ
又はウィンドの寿命が低下する。 レンズ(又はウィンド)の交換には、先ず『一次ホル
ダー押え』を緩め、『収納ホルダー』から『一次ホルダ
ー』を取り出した後、更に『一次ホルダー』からレンズ
(又はウィンド)を取り出すことになる。即ち、二回の
取り出し作業が必要になる。 『収納ホルダー』の『レンズ装入口』には、蓋等を設
けない限り隙間が生じ、ガスの流出が多くなる可能性が
ある。もし、蓋等を設ければ、レンズ(又はウィンド)
の点検等に際して、それの付け外しも必要になる。 『収納ホルダー』の『Oリング』は、『一次ホルダ
ー』の出し入れ時、その底面が接触しつつ摺動する為、
磨耗が大きい。かつ同『Oリング』の交換は、『収納ホ
ルダー』内での作業であり、狭い場所でこれを行うため
の専用の工具等が必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】 ウィンド又はレンズについての冷却効率を図4に示す
構造のものより低下させないこと。更に、大出力用加工
ヘッドにおいては、特に、光学部品が過度に温度上昇し
ないよう、光学部品の取付部分に冷却水を流して冷却す
る必要がある。 ウィンド又はレンズの脱着に要する手数を極力少なく
すること。 ガス漏洩の少ない構造にする必要があること。 特に消耗する部品が無いこと。専用工具等を必要とし
ないこと。 ウィンド(又はレンズ)脱着後の加工ヘッドの加工物
に対する位置再現性を損なわないこと。 収納後のヘッド固定作業が即ちウィンド又はレンズの
脱着作業と同じ方向から実施可能であること。 が課題として挙げられる。そこで、発明者らは、上述の
課題に伴うレンズやウィンドの点検・交換を容易かつ迅
速に行うことを可能にするために、種々検討した結果、
本発明をなすに至ったものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明におけるレンズ
又はウィンドを装着したレーザ加工機は、以下に述べる
通りである。すなわち、レンズ又はウィンドを用いたレ
ーザ加工ヘッドにおいて、レーザ加工機本体とヒンジで
連結されると共にレーザ光を透過する前記レンズ又は前
記ウィンドを保持し水冷ジャケットを内蔵するとともに
前記レーザ加工機本体への密着時に位置決め手段により
固定されるマウントと、該マウントに固定されレーザ光
を導びく加工ヘッドと、前記レーザ加工機本体に係止自
在に前記マウントに取付られた開閉操作用ハンドルとを
具備するとともに、レンズ又はウィンドの保持は、マウ
ントの上面側にあって、前記レンズ又は前記ウィンドが
嵌着し、前記レンズ又は前記ウィンドの周縁部を把持し
うる凹部を対角方向に設けた座部で行うようにしたもの
である。
【0008】
【発明の実施の形態】レンズ又はウィンドを用いたレー
ザ加工ヘッドにおいて、レーザ加工機本体とヒンジで連
結されると共にレーザ光を透過する前記レンズ又は前記
ウィンドを保持し水冷ジャケットを内蔵するとともに前
記レーザ加工機本体への密着時に位置決め手段により固
定されるマウントと、該マウントに固定されレーザ光を
導びく加工ヘッドと、前記レーザ加工機本体に係止自在
に前記マウントに取付られた開閉操作用ハンドルとを具
備するレーザ加工ヘッドである。また、開閉操作用ハン
ドルは、ヒンジのある側とはレーザ通路を隔てて反対の
側にあって、通常は前記レーザ通路寄りに突起を出し、
前記突起がレーザ加工機本体に設けた凹部に係止してな
るとともに、前記レーザ通路を隔てて前記ヒンジから離
れる方向に引っ張ることによって前記突起を後退させて
前記凹部との係止を解くごとく構成している。更に、位
置決め手段は、レーザ加工機本体及びマウントの相対的
移動を阻止するピンと、レーザ通路を挟むごとく両側に
あって前記レーザ加工機本体及び前記マウントの凸状部
を串刺し状に貫通するテーパーシャンクとで行う。また
更に、レンズ又はウィンドの保持は、マウントの上面側
にあって、前記レンズ又は前記ウィンドが嵌着し、前記
レンズ又は前記ウィンドの周縁部を把持しうる凹部を対
角方向に設けた座部で行っている。
【0009】
【実施例】図1、図2及び図3は、本発明の実施例に係
るウィンド取付構造を示すもので、連結部材3は、レー
ザ加工機本体(図示せず)に一体的に固定されてヒンジ
10を介してマウント2と連結して開閉自在に連結され
ているとともに、マウント2には更にレーザ通路14を
挟んで反対側にハンドル8が設けられている。ハンドル
8は、突起9と一体に動きうるもので、通常は内蔵する
バネ(図示せず)により付勢されてレーザ通路14側寄
りに突き出して連結部材3の凹部5に係合してマウント
2が連結部材3と仮止めの状態で固定される。マウント
2には、ウインド1を直接又は熱伝導性の良いクッショ
ン材(図示せず)を介して所定の位置に配置するための
座部6と冷却用の水がながれるよう水冷ジャケット4が
熱伝導を良くするために一体的に設けられている。座部
6には、ウインド1の周縁の一部にウインド1を摘みや
すいように対角方向の位置に凹部(図示せず)を設けて
いる。更に、マウント2には、レーザ光16を一点に絞
るための放物面鏡12や反射鏡13を具備する加工ヘッ
ド15が固定されている。加工ヘッド15がマウント2
に固定される際には、ウインド1の取り替えの前後にお
ける位置の再現性が高度に要求されている為、次のよう
な工夫がされている。すなわち、 連結部材3に設けた穴7'にはまる少なくとも1本の
ピン7をマウント2に埋め込む。ピン7は、ヒンジ10
によって、マウント2が回転する事により連結部材3に
設けた穴7'に係合するが、回転の際の半径方向の変位
を吸収するために穴径はピン径よりやや大きくする必要
がある。このクリアランスが、位置決め精度を阻害しな
いように、ピンの有効高さとヒンジからの距離を決めて
いる。ちなみに本実施例では、ピンの直径は4mmφで
その公差は-0.02〜-0.028、その平行部分は1mmの長
さである。また、穴7'の内径は、4mmφでその公差
は+0.022〜+0.01である。なお、ピン7とヒンジ10
との距離は、116.5mmである。 レーザ通路14を挟んで両側にマウント2の突状部1
7と連結部材3の突状部18とが、互いにはまりあうよ
うにして組合わさっており、突状部17、18に設けら
れたテーパ孔19'にテーパシャンク11のテーパ部1
9が串刺し状に貫通するごとく嵌着させている。テーパ
シャンク11は、太くなっている先端側にネジ部11'
と断面が正方形の頭部11"が設けられており、両側の
テーパシャンク11をねじ込むことによって、ピン7と
共に正確な位置が設定される。
【0010】今、ウインド1を取り替えようとすると、
まず、テーパシャンク11の頭部11"に工具を係止の
上捻回してテーパシャンク11を抜き取る。その後、ハ
ンドル8をレーザ通路14から遠ざかる方向に内蔵する
バネの付勢に打ち勝ちながら引くことによって、突起9
を凹部5から外すと、ヒンジ10を中心にして加工ヘッ
ド15は自重で下の方にぶら下がるようになり、その結
果、ウインド1が現われる。このウインド1は、対角線
上に設けたへこみ(図示せず)に指先を入れて使用され
たウインド1を摘み出し、新たなウインド1を座部6に
装填してハンドル8を持ち上げ、突起9を凹部5に係合
させて、仮止めする。その後、テーパシャンク11のテ
ーパ部19をそれぞれ突状部17、18のテーパ孔1
9'にそれぞれ挿入し、ネジ部17'にねじ込むことによ
って、加工ヘッド15の固定作業を終了する。加工ヘッ
ド15が2本のテーパシャンク11により固定される
と、テーパシャンク11は勾配を有するため、いわゆる
がたつきはなくなると共にピン7によって加工ヘッド1
5はウインド1の取り替え前と同じ位置に設定されるこ
とは云うまでもない。
【0011】
【発明の効果】本発明は、ヒンジとハンドルによって、
レーザ加工機の加工ヘッドを簡単に開いたり、閉じたり
することが出来るので、ウインドの取り替えが容易且つ
迅速に行うことができる。また、ウインドは、水冷ジャ
ケットの座部に直接装填されるので、高出力のレーザ光
に対しても長時間の使用が可能であり、従って、作業効
率も向上するものである。さらに、レーザ加工機本体及
び加工ヘッドの相対的移動を阻止するピンと、テーパシ
ャンクを使用しているので、ウインドの取り替え前後の
位置決めが正確に再現することが出来るので、より作業
効率が向上することができるとともに、テーパシャンク
の挿入、取り外しもハンドル側に設けているので作業効
率は極めて高いものである。また、レンズ又はウィンド
の保持は、水冷ジャケットの一面にあって、前記レンズ
又は前記ウィンドが嵌着し、前記レンズ又は前記ウィン
ドの周縁部を把持しうる凹部を対角方向に設けた座部で
行うので、ウインドの点検・交換の為の着脱作業が容易
・迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における構成を示す断面図であ
る。
【図2】本発明の実施例における構成を示す部分断面図
である。
【図3】本発明の実施例における構成を示す部分断面図
である。
【図4】従来技術における実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:ウインド 2:マウント 3:連結部材 4:水冷ジャケット 5:凹部 6:座部 7:ピン 8:ハンドル 9:突起 10:ヒンジ 11:テーパーシャンク 11':ネジ部 12:放物面鏡 13:反射鏡 14:レーザ通路 15:加工ヘッド 16:レーザ光 17、18:突状部 19:テーパ部 19':テーパ孔 21:レンズ 22:一次ホルダー 23:保護筒 24:位置調整機構 25:加工ノズル 26:収納ホルダー 27:レンズ挿入口 29:取手

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レンズ又はウィンドを用いたレーザ加工
    ヘッドにおいて、レーザ加工機本体とヒンジで連結され
    ると共にレーザ光を透過する前記レンズ又は前記ウィン
    ドを保持し水冷ジャケットを内蔵するとともに前記レー
    ザ加工機本体への密着時に位置決め手段により固定され
    るマウントと、該マウントに固定されレーザ光を導びく
    加工ヘッドと、前記レーザ加工機本体に係止自在に前記
    マウントに取付られた開閉操作用ハンドルとを具備する
    ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 【請求項2】開閉操作用ハンドルは、ヒンジのある側と
    はレーザ通路を隔てて反対の側にあって、通常は前記レ
    ーザ通路寄りに突起を出し、前記突起がレーザ加工機本
    体に設けた凹部に係止してなるとともに、前記レーザ通
    路を隔てて前記ヒンジから離れる方向に引っ張ることに
    よって前記突起を後退させて前記凹部との係止を解くご
    とく構成してなる請求項1に記載のレーザ加工ヘッド。
  3. 【請求項3】 位置決め手段は、レーザ加工機本体及び
    マウントの相対的移動を阻止するピンと、レーザ通路を
    挟むごとく両側にあって前記レーザ加工機本体及び前記
    マウントの凸状部を串刺し状に貫通するテーパーシャン
    クとである請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工ヘ
    ッド。
  4. 【請求項4】 レンズ又はウィンドの保持は、マウント
    の上面側にあって、前記レンズ又は前記ウィンドが嵌着
    し、前記レンズ又は前記ウィンドの周縁部を把持しうる
    凹部を対角方向に設けた座部で行う請求項1乃至請求項
    3のいずれか1項に記載のレーザ加工ヘッド。
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