JP2972469B2 - レーザ加工用ヘッド - Google Patents

レーザ加工用ヘッド

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JP2972469B2 JP4353315A JP35331592A JP2972469B2 JP 2972469 B2 JP2972469 B2 JP 2972469B2 JP 4353315 A JP4353315 A JP 4353315A JP 35331592 A JP35331592 A JP 35331592A JP 2972469 B2 JP2972469 B2 JP 2972469B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームをワーク
上に集光し、集光されたレーザビームのエネルギーによ
ってワークに対する加工を行う装置に用いられる集光用
ヘッドに関するものである。特にヘッドの冷却能力を改
善する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】集光用レンズを有するレーザ加工用ヘッ
ドの場合、レーザビームのエネルギーのうちの一部が集
光用レンズ加熱するエネルギーとなってしまう。このた
めに、大出力レーザを用いるヘッドの場合にはヘッドに
冷却のための工夫を講じる必要がある。このためにヘッ
ドに冷却フィンを付加して自然空冷能力を改善する工夫
が知られている。あるいは冷却水を利用した強制水冷装
置をヘッドに用いる技術も存在する。さらには大気ない
しはアシストガスを強制的にヘッドに吹付けて冷却する
手法も存在している。
【0003】レーザビームをワーク上に集光し、その集
光点を移動させながら加工してゆく場合、図4に示すよ
うに、集光点を小さな円周上に振り回しながら移動させ
てゆく手法が知られている。このようにすると、例えば
鉄板どおしの突き合わせ線が、センターラインC上にな
くとも、範囲S内に存在しているかぎり溶接が可能とな
る。
【0004】このために、ヘッドを外筒と内筒で構成
し、内筒に集光レンズを取付けるとともに内筒が外筒内
で回転する構造のヘッドが知られている。ここで内筒の
回転中心と集光レンズの中心とをオフセットしておく
と、集光点は円周上を振れ回ることになる。このような
ヘッドの一例が特開平3−243292号に開示されて
いる。
【0005】外筒と回転する内筒でヘッドが構成されて
いると、冷却のための工夫は難しくなる。回転する内筒
との間で冷却水が漏れ出ないようにすることは著しく困
難であり、水冷することは難しくなる。特開平3−24
3292号公報に開示されているヘッドでは、図3に示
す構成としている。
【0006】図3において、外筒52に対してベアリン
グ64を介して内筒62が回転可能となっている。内筒
62には集光レンズ72が固定されている。集光レンズ
72の中心と、内筒62の回転中心とは距離eだけオフ
セットされている。外筒52にモータ54が固定されて
おり、モータ54の回転軸56にギヤ58が固定されて
いる。内筒62の外周にギヤ60が固定されており、ギ
ヤ60とギヤ58が噛合っている。このためにモータ5
4によって内筒62は外筒52の内部で回転する。
【0007】外筒52の下端部にワークWに向けてガイ
ド筒68が固定されている。ガイド筒68の側面にアシ
ストガス吹込用パイプ70が貫通しており、アシストガ
スがガイド筒68内に吹込まれる。内筒62と集光レン
ズ72の冷却を促進するために、内筒62の下端に冷却
筒74が固定されている。冷却筒74の外周に冷却フィ
ン66が形成され、冷却能力の改善が図られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記構造は、内筒62
の冷却を図る優れた技術であるが、レーザビームのエネ
ルギーが大きい場合にはなお冷却能力に不足する。そこ
で本発明では、さらに冷却能力を改善することにした。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザビーム
をワーク上に集光するために、外筒と、集光レンズを固
定した状態で前記外筒内で回転する内筒と、前記外筒と
前記ワーク間のスペースに伸びるガイド筒と 前記外筒
を冷却するエアを冷却するための冷却流体を送込む冷却
装置とを備え、前記ガイド筒中にアシストガスを吹込ん
で用いるレーザ加工用ヘッドにおいて、前記ガイド筒へ
のアシストガス吹込み口とアシストガス供給源との間の
通路に、2重管パイプを設け、この2重管パイプの一方
のパイプに前記アシストガスを、他方のパイプに前記冷
却流体を送込み、前記アシストガスを冷却するようにし
たことを特徴とするレーザ加工用ヘッドを創り出した。
【0010】
【作用】本発明によると、外筒を冷却するエアを冷却す
るための冷却装置によってアシストガスをも冷却するこ
とができるので、アシストガスを冷却するための冷却装
置を別に設ける必要がなく、外筒,内筒,ガイド筒が冷
却される。これによって、一台の冷却装置を用いるだけ
で、ヘッド全体を強力にかつ効率的に冷却することがで
きる。
【0011】
【発明の効果】本発明によると、ガイド筒中に吹込まれ
て内筒や集光レンズの表面を流れるアシストガスが予め
冷却されているために、内筒や集光レンズさらにはガイ
ド筒を介して外筒も効果的に冷却される。また、外筒は
冷却エアによっても冷却される。そして、この冷却エア
を冷却するための冷却流体を用いてアシストガスを冷却
することができるので、アシストガスを冷却するための
冷却装置を別に設ける必要がなく、一台の冷却装置を用
いるだけで、冷却エア及び冷却されたアシストガスによ
ってヘッド全体が強力にかつ効率的に冷却される。この
ため一台の冷却装置を用いるだけで、大出力レーザを作
業環境の気温が高い状態で用いても、ヘッドが過熱され
ることがなく、信頼性の高いヘッドを提供することがで
きる。
【0012】
【実施例】次に図2を参照して、本発明を具現化したヘ
ッド自体の構造を先に説明する。図2において、上部外
筒80、中間外筒82、下部外筒88が同軸上に固定さ
れて外筒が構成されている。また上部内筒96と下部内
筒100が同軸上に固定されて内筒が構成されている。
上部内筒96と下部内筒100の段差部に集光レンズ9
8が固定されることによって集光レンズ98は内筒に固
定されている。内筒96,100はベアリング92,9
4によって外筒80,82,88内で回転可能となって
いる。なお内筒96,100の回転中心と集光レンズ9
8の中心は距離eだけオフセットされている。
【0013】中間外筒82にフランジを介してモータ1
14が固定されている。モータ114の出力軸112に
プーリ110が固定され、プーリ110と上部内筒96
との間にベルト108が掛渡されている。この構成によ
って、モータ114が回転すると、内筒96,100が
外筒80,82,88の内で回転する。中間外筒82に
は冷却されたエアを内筒96の内側でレンズ98の上方
の空間に導入する通路84が形成されている。通路84
の先端はレンズ98の中央に向けて屈曲(84a参照)
されている。
【0014】中間外筒82と下部外筒88には冷却され
たアシストガスを下部内筒100の内側でレンズ98の
下方の空間ならびにガイド筒106の内側空間に導入す
る通路86が形成されている。通路86の先端は外筒8
8内に形成された環状の通路86bに連通しており、環
状通路86bには均等間隔でレンズ98の下方の空間に
連通する複数の通路86aが連通している。通路86a
はレンズ98に向けられている。なおガイド筒106は
下部外筒88に固定され、加工時にワークWと外筒88
間のスペースに伸びた状態で使用される。下部外筒88
と下部内筒100間にはリング102と104によって
ラビリンスが形成され、ベアリング92,94に異物が
侵入するのを防止している。下部外筒88の外周には冷
却フィン90が形成されており、この冷却フィン90に
向けてチューブ44,46から冷却エアが吹付けられる
ようになっている。
【0015】図1はこのヘッドに対する配管系を示して
いる。大気はコンプレッサ1によって加圧されたのち、
フィルタ2でゴミが取除かれ、除湿機4によって除湿さ
れ、分岐コネクター6で2本のパイプ8,10に分岐さ
れる。各パイプ8,10にはそれぞれ流量調整弁12,
14が取付けられており、流量調整可能となっている。
パイプ8に送られたエアは空気冷却装置16に送込まれ
て冷却される。空気冷却装置16で冷却されたエアはパ
イプ18,22に送込まれる。パイプ18,22は2重
管パイプへの接続コネクター28,30に接続されてお
り、パイプ18からの冷却エアとパイプ22からの冷却
エアはそれぞれ2重管パイプの内側のパイプ32,36
に送込まれる。
【0016】一方分岐コネクター6からパイプ10に送
られたエアは、パイプ20を介して2重管パイプへの接
続コネクター28に送込まれ、2重管パイプの外側パイ
プ34に送込まれる。外側パイプ34を流れるエアは内
側パイプ32を流れる冷却エアによって冷却される。外
側パイプ34を流れるうちに冷却されたエアはコネクタ
ー40を介してチューブ48に送込まれ、チューブ48
に送込まれた冷却エアは前述したエア通路84に送込ま
れる。これによって冷却されたエアがレンズ98の上面
にあたってレンズ98や内外筒の上部を冷却することに
なる。
【0017】この実施例のレーザ加工機は、レーザビー
ムのエネルギーによってワークWを溶接するのに用いら
れる。ここでワークWが溶接時に酸化することを防止す
るために、不活性のアシストガスが溶接部に吹付けられ
る。不活性のアシストガスはその供給源26から圧送さ
れ、2重管パイプへのコネクター30に送込まれる。コ
ネクター30によってアシストガスは2重管パイプのう
ちの外側のパイプ38に送込まれる。アシストガスは外
側のパイプ38を流れているうちに、内側のパイプ36
を流れている冷却エアによって冷却される。すなわちこ
の実施例では2重管パイプ36,38によってアシスト
ガスが冷却されるため、アシストガスを冷却するために
空気冷却装置16以外に別個の冷却装置を必要としな
い。冷却されたアシストガスはコネクター42を介して
チューブ50に送りこまれる。チューブ50は前述した
ガス通路86に接続されており、2重管パイプを流れて
いる間に冷却されたアシストガスがレンズ98の下面に
吹付けられる。これによってレンズ98と下部内筒、下
部外筒及びガイド筒が効率的に冷却される。
【0018】空気冷却装置16で冷却されたエアは、チ
ューブ44,46に送込まれて外筒に形成されている冷
却フィン90に吹付けられる。これによって外筒は外部
からも強烈に冷却される。なお外筒はレーザビームのエ
ネルギーによる他、ベアリング92,94の摩擦による
発熱の影響も受けている。この実施例ではベアリング存
在部位の外周に設けられたフィンに冷却されたエアが吹
付けられているために、外筒が過熱されることはない。
【0019】この実施例の場合、レンズ上面には除湿さ
れたエアが吹付けられ、レンズ下面には水分を含まない
アシストガスが吹付けられているために、冷却された気
体がレンズに吹付けられてもレンズ表面に結露が生じる
ことはなく、良好な加工が確保される。
【0020】本実施例では溶接用ヘッドに本発明を応用
している。しかし本発明の対象は溶接に限られるもので
なく、例えば感光性樹脂にレーザを照射してパターンメ
イキングを行なうためのヘッド等にも広く用いることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の配管とヘッドを示す図
【図2】図1のヘッドの詳細図
【図3】従来のヘッドの詳細図
【図4】レーザビームの走査軌跡を示す図
【符号の説明】
外筒 80,82,88 内筒 96,100 集光レンズ 98 ガイド筒 106 アシストガス供給源 26 アシストガス吹込口 86a 2重管パイプ 36,38 空気冷却装置 16 アシストガス冷却装置(空気冷却装置16と2重管パイ
プ36,38)
フロントページの続き (72)発明者 久米 孝 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田 工機株式会社内 (72)発明者 浅井 昭夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 鴨川 英樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 加藤 昌人 (56)参考文献 特開 昭57−118882(JP,A) 特開 平2−169195(JP,A) 特開 平3−243292(JP,A) 実開 昭63−6191(JP,U) 実開 平2−6186(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビームをワーク上に集光するため
    に、外筒と、集光レンズを固定した状態で前記外筒内で
    回転する内筒と、前記外筒と前記ワーク間のスペースに
    伸びるガイド筒と 前記外筒を冷却するエアを冷却する
    ための冷却流体を送込む冷却装置とを備え、前記ガイド
    筒中にアシストガスを吹込んで用いるレーザ加工用ヘッ
    ドにおいて、前記 ガイド筒へのアシストガス吹込み口とアシストガス
    供給源との間の通路に、2重管パイプを設け、この2重
    管パイプの一方のパイプに前記アシストガスを、他方の
    パイプに前記冷却流体を送込み、前記アシストガスを冷
    却するようにしたことを特徴とするレーザ加工用ヘッ
    ド。
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CN102179630B (zh) * 2011-04-01 2014-10-29 江苏大学 发动机气缸表面激光微加工装置及加工方法
CN102151990B (zh) * 2011-04-01 2013-11-20 江苏大学 激光加工机床的旋转激光头辅助气体传输装置
CN110936030B (zh) * 2019-12-20 2021-08-31 济南邦德激光股份有限公司 一种激光切割机的激光头

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