JP2951546B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部にレーザ光線を合
焦する光学装置が配置されている接続ヘッドと、光線の
出口側が接続ヘッドと接続可能なレーザ加工ノズルとを
有するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置は、通常レーザ加工設備
用の工具ヘッドの一部であって、レーザ光線による工作
物の加工、たとえば高出力のレーザ光線による工作物の
切断や溶接加工の実施などに用いられる。

【０００３】従来のレーザ工具において工具ヘッドない
し合焦光学装置の焦点と工作物との間の距離を調節し、
ないしは一定に維持するために、工具ヘッドに工具ヘッ
ドと工作物表面間の実際距離をたとえば工具ヘッドと工
作物表面の電荷容量を測定するなどの方法で測定するた
めの測定電極が取り付けられている。測定電極によって
得られた信号は制御装置へ供給されて、制御装置は測定
された実際距離を目標距離と比較して、工具ヘッドと接
続された駆動モータを適切に駆動することによって偏差
を補償する。その場合に工具ヘッドと工作物表面間の所
望の距離を工作物表面のカーブとは無関係に維持するこ
とができる。ということはまた、工作物の加工の間に合
焦光学装置の焦点と工作物表面間の距離がもはや変化し
ないことを意味している。電荷容量に基づく距離測定の
場合には測定電極はたとえばレーザ加工ノズルの先端に
設けることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなレーザ加
工装置において、レーザ光線を用いて工作物を加工する
場合に、材料の飛沫がレーザ加工ノズルの内部に達し
て、そこで合焦光学装置の光線出口側の面に衝突して、
それによって合焦光学装置の損傷をもたらすことが度々
生じる。

【０００５】本発明の課題は、レーザ加工の際に発生す
る材料飛沫による合焦光学装置の損傷を確実に防止する
ことのできる、冒頭で述べた種類のレーザ加工装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに本発明にかかるレーザ加工装置は、内部にレーザ光
線を合焦する合焦光学装置が配置されている接続ヘッド
と、前記接続ヘッドの光線の出口側に配置され、内部を
レーザ光線が通過するレーザ加工ノズルとを有するレー
ザ加工装置において、前記接続ヘッドと前記レーザ加工
ノズルは別個の部品であり、前記保護ディスクは、前記
レーザ加工ノズルに固定され、前記レーザ加工ノズル
は、前記接続ヘッドに着脱可能に固定されている。

【０００７】そして、前記レーザ加工ノズルは、前記接
続ヘッドにユニオンナットによって、固定されている。

【０００８】さらに、前述のレーザ加工装置は、保護デ
ィスクがレーザ加工ノズルの円筒状の切欠き内に配置さ
れるように構成されることもできる。

【０００９】さらに、前述のレーザ加工装置は、保護デ
ィスクの回りの側方に流れ通路が設けられており、前記
流れ通路は保護ディスクの両側に存在する空間を互いに
接続するように構成されることもできる。

【００１０】さらに、前述のレーザ加工装置は、円筒状
の切欠きの底に、ねじリングの内部の軸方向の通路と接
続されている凹部が設けられており、前記ねじリングが
円筒状の切欠き内に螺合され、前記保護ディスクを固定
するよう構成することもできる。

【００１１】さらに、前述のレーザ加工装置は、保護デ
ィスクをガラスから形成することもできる。

【００１２】

【作用】本発明によるレーザ加工装置は、合焦光学装置
とレーザ処理ノズルの間にレーザ光線を透過する保護デ
ィスクが配置されていることを特徴としている。この保
護ディスクによって、工作物をレーザ光線加工する場合
にレーザ加工ノズルの内部に達した材料飛沫が合焦光学
装置の表面に衝突することが防止されるので、合焦光学
装置に材料飛沫による害が及ぶことがない。保護ディス
ク自体が長い時間の後に著しく損傷してしまった場合に
は、保護ディスクを比較的容易に交換することができ
る。さらに保護ディスクは合焦光学装置よりも著しく安
価であるので、レーザ加工装置を安価に稼働することも
保証される。

【００１３】本発明の好ましい実施例によれば、保護デ
ィスクはレーザ加工ノズルの入口に固定されている。し
たがって保護ディスクはレーザ加工ノズルと一緒に接続
ヘッドから取り外すことができ、それによって保護ディ
スクの交換あるいは合焦光学装置の再調節が著しく容易
になる。

【００１４】好ましくは保護ディスクはレーザ加工ノズ
ルの円筒状の切欠き内に配置することができるので、レ
ーザ加工ノズルが接続ヘッドから取り外されている場合
に、保護ディスクの少なくとも一部は包囲するレーザ加
工ノズルの端縁によって保護されている。

【００１５】本発明の他の非常に好ましい実施例によれ
ば、保護ディスクの回りの側方に、保護ディスクの両側
に存在する空間を互いに接続する流れ通路が設けられて
いる。したがって合焦光学装置と保護ディスク間の領域
に装入された保護ガスないし作業ガスは保護ディスクの
周りの側方の領域内でレーザ加工ノズル内に流入し、そ
の後その先端から流出することができる。その場合には
ガス流によって保護ディスクが付加的に冷却される。好
ましくはさらに、上述の流れ通路によって圧力補償が行
われるので、保護ディスクの両側で同一のガス圧が支配
する。これはまた、保護ガスないし作業ガスが比較的高
圧下にある場合でもそうである。圧力補償によって、保
護ディスクを比較的薄くし、それによって安価に形成す
ることが可能になる、かつ保護ディスクの厚みをそのま
まにして保護ガスないし作業ガスのガス圧が増加した場
合に保護ディスクが損傷する危険はない。

【００１６】流れ通路を形成するために、円筒状の切欠
きの底に軸方向の通路と接続された凹部、たとえば切削
部を形成することができ、軸方向の通路はたとえば円筒
状の切欠き内に螺合されたねじリングの内部に設けら
れ、それによって円筒状の切欠き内に保護ディスクを保
持することができる。その場合にねじリングが保護ディ
スクを円筒状の切欠きの底に対して押圧し、軸方向の通
路の少なくとも一部は保護ディスクに対して側方に変位
されており、それによって凹部への連通が形成される。

【００１７】この保護ディスクはたとえばガラスから、
あるいは使用するレーザ光線を透過する同様な材料から
形成することができる。

【００１８】

【実施例】次に本発明の好ましい細部を図面に示す実施
例を用いて詳細に説明する。

【００１９】図１は接続ヘッド１と、接続ヘッド１に取
り付けられたレーザ加工ノズル２と接続ヘッドを支持す
る保持装置３とを有するレーザ加工装置を示している。
接続ヘッド１の一部は図２にも図示されている。図２の
切断平面は図１の切断平面に対して４５°回転した位置
の平面である。

【００２０】接続ヘッド１には中空円筒状の支持体４
と、支持体４の内部で位置決めされている中空円筒状の
挿入片５と、合焦光学装置７を収容するための挿入片５
内で軸方向に調節可能な管６が設けられている。支持体
４の上方の端部は軸方向の開口部を有するカバー８によ
って覆われている。支持体４の下方の端部（光線出口側
の端部）には、レーザ加工ノズル２に属するノズル本体
１０を支持体４に結合するユニオンナット９を螺合する
ことができる。

【００２１】接続ヘッド１全体は袋ねじ１１内に螺合可
能な不図示のボルトによって保持装置３に固定されてい
る。衝突保護部材を有する保持装置３については後述す
る。次に接続ヘッド１の構造について説明する。

【００２２】支持体４の下方の光線出口側端部には外ね
じ１２が設けられており、その上にユニオンナット９が
螺合されている。支持体４の周面には１つあるいは多数
の切欠き１３が設けられており、切欠きは作業ガスの供
給パイプのため、あるいは測定導線を接続するための接
続面を形成している。切欠き１３からはそれぞれ孔１４
が支持体４の中空円筒の内部へ延びている。孔１４を通
して場合によっては測定信号を伝達するための導線を設
置することができる。支持体４の内側には段部１５が形
成されており、その上に挿入片５の周面フランジ１６が
載置されている。段部１５内にはシールリング１７を収
容するための溝が形成されている。溝とリングはもちろ
ん挿入片５の周面フランジ１６に設けることも可能であ
る。

【００２３】カバー８は支持体４に対して正確な嵌め合
いで心出しされている。接続ヘッド１を組み立てる際に
ボルト１８を締めると、カバー８が予め挿入されている
挿入片５の周面フランジ１６をシールリング１７と段部
１５に押圧する。取付け後に段部１５と周面フランジ１
６が接触すると、シールリング１７が正しい機能で付勢
されて、分離面をシールする。

【００２４】挿入片５と管６からなるユニットは、中心
軸に対して直交する平面内で支持体４に対して摺動可能
である。そのために調節手段２５が支持体４の壁を径方
向に貫通し、挿入片５に対して押圧する。大体において
スタッドスクリュウ（頭部のないボルト）の形状の３つ
あるいは４つの調節手段２５が支持体４の周面に等しい
間隔で配置されていると効果的である。調節手段２５を
回転させて前進あるいは後退させることによって挿入片
５とそれに伴って直接合焦光学装置７も中心軸に対して
垂直に、すなわちレーザ光線軸に対して垂直に位置決め
される。

【００２５】管６（図２には不図示）はねじ１９によっ
て挿入片５内に螺合されている。ねじ１９は、管６が回
転によって挿入片５に対して非常に大きな距離にわたっ
て軸方向に移動可能であるように形成されている。

【００２６】挿入片５の中空円筒状の内側にはシールリ
ング２０を収容する溝が形成されている。溝とシールリ
ング２０は挿入片５の下方の光線出口側の端部に、ある
いは上方の端部に配置することができる。シールリング
２０は、管６のねじ１９より大きい直径を有する管６の
周面２１上に載置されることになる。周面２１のねじ側
端部には丸み２２が設けられており、それによってシー
ルリング２０を損傷することなく管６を挿入片５内に挿
入ないしは回し入れることができる。

【００２７】管６の下方の光線出口側端面には４つの小
さい軸孔が形成されており、その中に特殊工具を挿入し
て、それを用いて管６を挿入片５の内部で回動させるこ
とができる。中空円筒状の薄肉の管６はその内部にレン
ズ、マスクなどからなる合焦光学装置７を収容し、合焦
光学装置７は螺合可能な固定リング２３によって固定さ
れている。固定リングの外側全体には外ねじが形成され
ており、したがって管６の対応する内ねじ内に完全に螺
合することができる。合焦光学装置７は固定リング２３
によって管６内に存在する段部２４に対して押圧され
る。管６と同様に固定リング２３にも４つの小さい軸孔
２４ａが形成されており、その中に固定リング２３を管
６内に螺合固定しかつ合焦光学装置７を締付け固定する
ための特殊工具を挿入することができる。

【００２８】合焦光学装置７と管６内のその取付け部の
間、並びに合焦光学装置７と固定リング２３の間には不
図示の他のシールを設けることができる。これらのシー
ルとシールリング１７（支持体４と挿入片５の間）およ
び２０（挿入片５と管６の間）によって、たとえば孔１
４を介して供給される切断または保護ガスがシステムか
ら逃げ出さないことが保証される。その場合にむしろガ
スはノズル本体１０を介して工作物の焦点へ導かれる。
レーザ光線焦点とそれに伴って工作物が加工される場所
はノズル本体１０の先端の下方に位置する。

【００２９】すでに説明したように、支持体の光線出口
側端部に設けられたユニオンナット９がノズル本体１０
を支持体４に固定する。ノズル本体１０は円錐状のカー
ブを有し、先端に向かって細くなっている。駆動時には
先端において合焦されたレーザ光線と切断または保護ガ
スが流出する。さらにノズル本体１０の先端には測定電
極２６が設けられており、それによってノズル本体１０
の先端と不図示の工作物間の距離が測定される。

【００３０】測定電極２６に印加される電位によって測
定電極２６と工作物間の距離をたとえば容量的に求める
ことができる。測定電極２６はノズル本体１０に対して
電気的に絶縁されている。

【００３１】ノズル本体１０は内側フランジ２７とセン
タリング段部２８を有し、センタリング段部の回りにシ
ールリング２９が設けられている。センタリング段部２
８はノズル本体１０を支持体４に対して心出しする。ユ
ニオンナット９は両部分を互いに締め付ける。

【００３２】ノズル本体１０の先端に設けられた測定電
極２６のために、電気的導線を外部から測定電極２６へ
導くことが必要である。すなわちたとえばプラグ３０を
切欠き１３内に挿入することができる。該当する導線は
孔１４を通して、かつ絶縁された接触ピン３１を介して
外ねじ１２を有する段部の前側まで導かれる。接触ピン
３１は支持体４の軸方向の孔内に配置される。そこで押
圧接触によって信号をノズル本体１０上の接触ピン３２
へ伝達することができる。そのためにノズル本体１０の
フランジ２７内で接触ピン３２は軸孔内に配置される。
接触ピンは絶縁された導体路３３と接続され、導体路は
好ましくはノズル本体１０の内側に沿ってその先端にあ
る測定電極２６まで導かれている。それによって測定信
号を測定電極２６まで伝達することができる。

【００３３】取付け時に接触ピン３１、３２が互いに対
向することを保証するために、支持体４の外ねじ１２を
有する壁内の直径方向に対向する側にセンタリングピン
３４が挿入されており、センタリングピンはノズル本体
１０の内側フランジ２７の対応する孔３５内に突出す
る。

【００３４】さらにノズル本体１０の光線入口側には、
使用されるレーザ光線を透過する材料からなる保護ディ
スク４６が配置されている。保護ディスクはたとえばガ
ラスから形成される。この保護ディスクは、内側フラン
ジ２７の内部でノズル本体１０の長手軸に対して同軸に
設けられた円筒状の切欠き４７内に配置される。円筒状
の切欠き４７の底には段部４８が形成され、それによっ
て保護ディスク４６を円筒状の切欠きの内部でセンタリ
ングすることができる。この段部４８から円筒状の切欠
き４７は半径方向に幾分拡幅されており、かつその内側
の周壁には内ねじが形成されている。この内ねじ内にね
じリング４９の対応する外ねじが螺合されている。この
ねじリング４９の外径は保護ディスク４６の外径よりも
大きいが、ねじリング４９の内径は、保護ディスク４６
の上方の面上に接して、それを切欠き４７の底に対して
押圧するように選択されている。

【００３５】ねじリング４９自体は多数の軸方向の通路
５０を有し、その通路はリング材料の内部に形成されて
いる。通路はねじリング４９の周方向に等角度間隔で配
置されている。この軸方向の通路５０の保護ディスク４
６側の端部は保護ディスク４６によってまったく覆われ
ていないか、あるいは一部だけが覆われているので、こ
の通路５０は保護ディスク４６のそばを通ってノズル本
体１０の内部へ通じる流れ通路のそれぞれ一部となる。
そのために円筒状の切欠き４７の底には他の凹部５１が
形成されている。この凹部５１はたとえば切欠き４７の
底に形成された半円状の切削部とすることができ、部分
的に保護ディスク４６の側方に突出している。それぞれ
の凹部の保護ディスク４６を越えて側方に突出している
この領域はその後軸方向の通路５０の１つあるいは多数
と流れにおいて接続されるので、このようにして上述の
流れ通路が得られる。孔１４を介して供給される作業ガ
スあるいは保護ガスはその後まず合焦光学装置７と保護
ディスク４６の間の空間に達し、そこから軸方向の通路
５０を通過して凹部５１に達し、そこからさらにノズル
本体１０の内部に達する。

【００３６】すでに説明したように、カバー８は段部３
６を介してカバー８内にボルト１８によって支持体４上
に心出しされて螺合されている。通常はカバーを固定す
るために４つのボルト１８が使用される。カバー８内に
も同様に４つの袋ねじ１１が形成されており、その中に
不図示のボルトを螺合して、それによって接続ヘッド１
を保持装置３と結合することができる。

【００３７】保持装置３はカバー３７とリング３８とス
リーブ３９を有する。カバー３７は多数（たとえば４
つ）のボルト４０によってリング３８と結合されてい
る。リング３８はスリーブ３９のフランジ４１を包囲し
ており、その場合にスリーブ３９はリング３８の内部で
軸方向に摺動可能である。多数（たとえば３つ）の圧縮
ばね４２がカバー３７とスリーブ３９を互いに対して押
圧するので、スリーブ３９のフランジ４１はリング３８
に対して押圧される。スリーブ３９をさらに良好に案内
するために、たとえば対応するガイドを有するピンから
なる回動防止部材４３が設けられている。スリーブ３９
は円錐状の外側面４４を有するので、リング３８はスリ
ーブ３９に対して斜めの角度になることができる。スリ
ーブ３９を不図示の機械ガイドに固定するために内ねじ
４５が設けられている。

【００３８】したがって保持装置３は衝突保護装置であ
る。レーザ加工ノズル２、したがってたとえばノズル本
体１０あるいは測定電極２６あるいはまた接続ヘッド１
が障害物に衝突した場合には、レーザ加工ノズル２と接
続ヘッド１はスリーブ３９と不図示のレーザ加工機械に
対して斜めになることができ、それによって障害物を回
避することができ、重大な損傷が発生することはない。
その場合には不図示の衝突警報装置がたとえば機械の前
進を停止し、ないしは操作者が機械を再び調整するま
で、駆動全体を中止することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば保護ディ
スクによって、工作物をレーザ光線加工する場合にレー
ザ加工ノズルの内部に達した材料飛沫が合焦光学装置の
表面に衝突することが防止されるので、合焦光学装置に
材料飛沫による害が及ぶことがない。また、保護ディス
ク自体が長い時間の後に著しく損傷してしまった場合に
は、保護ディスクを比較的容易に交換することができ
る。さらに保護ディスクは合焦光学装置よりも著しく安
価であるので、レーザ加工装置を安価に稼働することも
保証される。

【００４０】さらに、保護ディスクがレーザ加工ノズル
の入口に固定される場合においては、保護ディスクはレ
ーザ加工ノズルと一緒に接続ヘッドから取り外すことが
でき、それによって保護ディスクの交換あるいは合焦光
学装置の再調節が著しく容易になる。

【００４１】さらに、保護ディスクはレーザ加工ノズル
の円筒状の切欠き内に配置することによれば、レーザ加
工ノズルが接続ヘッドから取り外されている場合に、保
護ディスクの少なくとも一部は包囲するレーザ加工ノズ
ルの端縁によって保護されている。

【００４２】さらに、保護ディスクの回りの側方に、保
護ディスクの両側に存在する空間を互いに接続する流れ
通路が設けられていることによって、合焦光学装置と保
護ディスク間の領域に装入された保護ガスないし作業ガ
スは保護ディスクの周りの側方の領域内でレーザ加工ノ
ズル内に流入し、その後その先端から流出することがで
きる。その場合にはガス流によって保護ディスクが付加
的に冷却される。好ましくはさらに、上述の流れ通路に
よって圧力補償が行われるので、保護ディスクの両側で
同一のガス圧が支配する。これはまた、保護ガスないし
作業ガスが比較的高圧下にある場合でもそうである。圧
力補償によって、保護ディスクを比較的薄くし、それに
よって安価に形成することが可能になる、かつ保護ディ
スクの厚みをそのままにして保護ガスないし作業ガスの
ガス圧が増加した場合に保護ディスクが損傷する危険が
なくなる。

【００４３】さらに、流れ通路を形成するために、円筒
状の切欠きの底に軸方向の通路と接続された凹部、たと
えば切削部を形成することができ、軸方向の通路はたと
えば円筒状の切欠き内に螺合されたねじリングの内部に
設けられ、それによって円筒状の切欠き内に保護ディス
クを保持し、かつ流れ通路を確保することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工ノズル、接続ヘッドおよび保持装置
を有するレーザ加工装置の断面図である。

【図２】接続ヘッドの断面図である。

【図３】接続ヘッドとレーザ加工ノズル間の領域を拡大
して示す断面図である。

【符号の説明】

１ 接続ヘッド ２ レーザ加工ノズル ３ 保持装置 ４ 支持体 ５ 挿入片 ６ 管 ７ 合焦光学装置９ ユニオンナット １０ ノズル本体 ４６ 保護ディスク ４７ 切欠き ５０ 通路 ５１ 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−27487（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123886（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−165190（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/06 B23K 26/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にレーザ光線を合焦する合焦光学装
   置（７）が配置されている接続ヘッド（１）と、前記接
   続ヘッド（１）の光線の出口側に配置され、内部をレー
   ザ光線が通過するレーザ加工ノズル（２）とを有するレ
   ーザ加工装置において、 前記接続ヘッド（１）と前記レーザ加工ノズル（２）は
   別個の部品であり、 前記レーザ加工ノズル（２）は、前記接続ヘッド（１）
   に着脱可能に固定されており、 さらに、 前記レーザ加工ノズル（２）の光線入口側に固定され、
   また前記レーザ加工ノズル（２）の円筒状の切欠き（４
   ７）内に配置される保護ディスク（４６）と、 前記円筒状の切欠き（４７）内に螺合され、前記保護デ
   ィスク（４６）を固定するねじリング（４９）と、 を有し、 前記ねじリング（４９）の内部には、軸方向の通路（５
   ０）が設けられ、 前記円筒状の切欠き（４７）の底には、前記ねじリング
   の軸方向の通路（５０）と接続され、これと共に前記保
   護ディスク（４６）の両側に存在する空間を互いに接続
   する凹部（５１）が設けられている、 レーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記保護ディスク（４６）がガラスから
   形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加
   工装置。