JP3449824B2 - レーザー加工ヘッド - Google Patents

レーザー加工ヘッド

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JP3449824B2 JP13037995A JP13037995A JP3449824B2 JP 3449824 B2 JP3449824 B2 JP 3449824B2 JP 13037995 A JP13037995 A JP 13037995A JP 13037995 A JP13037995 A JP 13037995A JP 3449824 B2 JP3449824 B2 JP 3449824B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はレーザー加工ヘッドに関
する。 【0002】 【従来の技術】レーザー加工においては、レーザー加工
ヘッドのアシストガス噴射ノズルの先端部と被加工材と
の間隙が変化すると、レーザービームの焦点位置とアシ
ストガスの圧力が変化して切断品質が不均一になるの
で、この間隙を一定に保持する必要がある。この間隙を
一定に制御するための手段は種々の方法があるが、静電
容量センサーがよく用いられている。そしてこの静電容
量センサーは被加工材との間の静電容量を測定するもの
であるから、一般的に上記アシストガス噴射ノズルの先
端部に設けられるのが普通である。 【0003】またレーザー加工において、微細な櫛の歯
のような形状を切断加工する場合には、この微細な形状
部分が過大な熱エネルギーによって溶融してしまうこと
がある。また厚板を切断加工する場合には切断速度を遅
くするので、加工部分の周囲への熱影響が大きくなる。
この熱影響で素材の金属組織が変化し、その結果、素材
の性質が変化して問題を生じることもある。これらを防
止するために切断部近傍を冷却液で冷却するための冷却
液噴射ノズルをレーザー加工ヘッドに備えたものもあ
る。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上述のアシストガス噴
射ノズルの先端部に設けられた静電容量センサーによる
静電容量の測定においては、静電容量センサーと被加工
材との間に、例えば液体の水または霧などの媒体が存在
すると静電容量が変化して正確な測定ができない。その
ため、静電容量センサーを備えたレーザー加工ヘッドに
冷却液噴射ノズルを設けるには、静電容量センサーが冷
却液に影響されない様にしなければならず、複雑な構造
のレーザー加工ヘッドになるという問題がある。また実
際には、冷却液噴射ノズルを備えたレーザー加工ヘッド
を必要としない加工も多くあるので両方の機能を常に用
意しておく必要はない。 【0005】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、静電容量センサーを備えた
レーザー加工ヘッドに、静電容量センサーの測定に影響
を与えない冷却液噴射ノズルを必要に応じて着脱可能に
設けたシンプルなレーザー加工ヘッドを提供することで
ある。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載のレーザー加工ヘッドは、レーザー
光とアシストガスとが通過可能なアシストガス噴射ノズ
ルの先端部に静電容量センサーを備えたレーザー加工ヘ
ッドにおいて、該レーザー加工ヘッドの外部に設けたガ
イド部材に上下動自在にガイドされると共に着脱可能な
ガイドバーを設け、前記静電容量センサーより下方に位
置する前記ガイドバーの下端部に被加工材の加工部の周
囲に冷却液を噴射可能な複数の冷却液噴射孔または環状
の冷却液噴射孔を備えた冷却液噴射ノズルを設けると共
、該冷却液噴射ノズルのほぼ中心に前記レーザー光と
アシストガスとが通過可能な通過孔を設け、該通過孔に
同軸の同心円上に前記複数の冷却液噴射孔または環状の
冷却液噴射孔を設けたことを特徴とするものである。 【0007】 【0008】 【0009】 【作用】請求項1に記載のレーザー加工ヘッドによれ
ば、レーザー光とアシストガスとが通過可能なアシスト
ガス噴射ノズルの先端部に静電容量センサーを備えたレ
ーザー加工ヘッドにおいて、該レーザー加工ヘッドの外
部に設けたガイド部材に上下動自在にガイドされると共
に着脱可能なガイドバーを設け、前記静電容量センサー
より下方に位置する前記ガイドバーの下端部に被加工材
の周囲に冷却液を噴射可能な冷却液噴射ノズルを設け、
該冷却液噴射ノズルのほぼ中心に前記レーザー光とアシ
ストガスとが通過可能な通過孔を設けたものであるか
ら、静電容量センサーと冷却液噴射ノズルとの間隙を冷
却液噴射ノズルからの冷却液に影響を受けずに測定する
ことができる。さらに冷却液噴射ノズルをレーザー加工
ヘッドから容易に着脱することが可能である。また
却液噴射ノズルに被加工材の加工部の周囲に冷却液を噴
射可能な複数の噴射孔または環状の冷却液噴射孔を設け
てあるので被加工材の加工部を効率的に冷却することが
できる。よって、微細な形状を有する製品の切断加工ま
たは厚板の切断加工を行う時に、この冷却液噴射ノズル
を取り付けて使用すれば微細な形状部分が過大な熱エネ
ルギーによって溶融することがない。また、厚板の切断
加工においては加工部分の周囲への熱影響を微小にする
ことができる。 【0010】 【0011】 【実施例】次に本発明に係わるレーザー加工ヘッドの実
施例について図面を参照しながら説明する。 【0012】図1は本発明のレーザー加工ヘッドの実施
例を示したものであり、このレーザー加工ヘッド1には
レーザー光LBを被加工材Wの表面に集光する例えば凸
レンズなどの集光用光学系3を設けてある。そしてこの
集光用光学系3の下方には、集光されたレーザー光L
B’と酸素などのアシストガスAGとが通過可能なアシ
ストガス噴射ノズル5を設けてある。このアシストガス
噴射ノズル5の側部には前記アシストガスAGを導入す
るためのアシストガス導入口7が設けてある。また上記
噴射ノズル5の先端部には静電容量センサー9が設けて
あり、この静電容量センサー9と前記噴射ノズル5とは
絶縁体11により電気的に絶縁してある。 【0013】上記レーザー加工ヘッド1の外部には、直
線運動ガイド部材13が設けてあり、この直線運動ガイ
ド部材13に上下動自在のガイドバー15が前記レーザ
ー光LBの光軸と平行に上下動可能に係合してある。そ
して、このガイドバー15の上端部には着脱可能の係止
部材17が設けてある。 【0014】上記ガイドバー15の下端部には、被加工
材Wの加工部の周囲に冷却液19を噴射可能な複数の冷
却液噴出孔23を備えた冷却液噴射ノズル21が設けて
ある。そして、この冷却液噴射ノズル21のほぼ中心に
は前記レーザー光LB’とアシストガスAGとが通過可
能な通過孔25を設けてある。なお前記冷却液噴出孔2
3は前記通過孔25に同軸の同心円上に複数個設けてあ
る。またこの冷却液噴出孔23は環状の冷却液噴出孔と
することも可能である。 【0015】上記冷却液噴射ノズル21には冷却液19
を供給する冷却液供給管27が接続されており、この冷
却液供給管27は図示省略の冷却液供給源に接続してあ
る。 【0016】また前記静電容量センサー9と冷却液噴射
ノズル21とは図示を省略した静電容量検出装置に電気
的に接続してあり、上記レーザー加工ヘッド1は図示し
ないCNC装置により制御されるZ軸駆動モータ(図示
省略)により図1において上下方向の任意の位置に位置
決め自在に構成されているものである。 【0017】なお前記静電容量センサー9と冷却液噴射
ノズル21との間隙Dの検出は、実開平2−14428
3号などに開示されているように、静電容量センサー9
と冷却液噴射ノズル21との間の静電容量Cと間隙Dと
の間の関係式、C=(ε*s)/D、{ε:極間誘電
率、s:電極面積、D:極間間隙}、から、静電容量C
を検出し、この検出した静電容量CからLC共振回路を
利用して電極間の間隙Dを求めることができる。 【0018】上記構成のレーザー加工ヘッド1の動作に
ついて図2を用いて説明する。図2(a)は、レーザー
加工ヘッド1が上昇端に位置している場合で、レーザー
加工開始前または加工終了後の位置を示してある。レー
ザー加工ヘッド1がこの位置からZ軸方向に下降する
と、ガイドバー15の上端部に設けられた係止部材17
は直線運動ガイド部材13の上端部に係止されているの
で、このガイドバー15の下端部に設けられた冷却液噴
射ノズル21は前記直線運動ガイド部材13に懸架され
た状態でレーザー加工ヘッド1と一緒に下降することに
なる。 【0019】図2(b)は、レーザー加工ヘッド1と冷
却液噴射ノズル21が更に下降して、冷却液噴射ノズル
21が被加工材Wに接触した瞬間を示してある。 【0020】図2(c)は、レーザー加工ヘッド1が更
に下降したときの状態を示したものであり、冷却液噴射
ノズル21は被加工材Wに接触してこれ以上下降できな
いのでレーザー加工ヘッド1のみが更に下降することに
なる。このときノズル5の先端の静電容量センサー9と
冷却液噴射ノズル21との間隙の静電容量Cを検出し、
前記CNC装置により制御されるZ軸駆動モータを適宜
に駆動して、この間隙が設定された間隙Dになるまでレ
ーザー加工ヘッド1が下降する。 【0021】上述のようにして、レーザー加工ヘッド1
のノズル5の先端と冷却液噴射ノズル21との間隙が設
定値Dになると、レーザー発振器(図示省略)からレー
ザー光LBが加工ヘッド1に送られると同時に冷却液噴
射ノズル21から冷却液が被加工材の加工部周囲に噴射
されレーザー加工が開始される。なお上記冷却液には安
価な水を使用するのが普通である。 【0022】なお冷却液噴射ノズル21から冷却液が被
加工材の加工部周囲に噴射されると、冷却液噴射ノズル
21と被加工材Wとの間に冷却液の被膜が形成され、冷
却液噴射ノズル21は被加工材Wから若干浮上した状態
となるので、前記の間隙Dの設定値にこの影響を考慮す
れば一層正確にレーザー光を被加工材Wに集光すること
ができる。 【0023】 【発明の効果】以上の実施例の説明から理解されるよう
に、請求項1に記載の発明によれば、静電容量センサー
と冷却液噴射ノズルとの間隙を冷却液噴射ノズルからの
冷却液に影響を受けずに測定することができ、さらに冷
却液噴射ノズルをレーザー加工ヘッドから容易に着脱す
ることが可能なシンプルなレーザー加工ヘッドにするこ
とができる。よって冷却液噴射ノズルは特別付属品とし
てユーザーの希望により提供するようにすれば冷却液噴
射ノズルを必要としないユーザーに余分な出費を負わせ
ることがない。また、冷却液噴射ノズルに被加工材の加
工部の周囲に冷却液を噴射可能な複数の噴射孔または環
状の冷却液噴射孔を設けてあるので被加工材の加工部を
効率的に冷却することができる。よって、微細な形状を
有する製品の切断加工または厚板の切断加工を行う時
に、この冷却液噴射ノズルを取り付けて使用すれば微細
な形状部分が過大な熱エネルギーによって溶融すること
がない。また、厚板の切断加工においては加工部分の周
囲への熱影響を微小にすることができる。 【0024】
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わるレーザー加工ヘッドの実施例。 【図2】実施例のレーザー加工ヘッドの動作説明図。 【符号の説明】 1 レーザー加工ヘッド 3 集光用光学系 5 アシストガス噴射ノズル 7 アシストガス導入口 9 静電容量センサー 11 絶縁体 13 直線運動ガイド部材 15 ガイドバー 17 係止部材 19 冷却液 21 冷却液噴射ノズル 23 冷却液噴出孔 25 通過孔 27 冷却液供給管 AG アシストガス D 間隙 LB,LB’ レーザー光 W 被加工材

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 レーザー光とアシストガスとが通過可能
    なアシストガス噴射ノズルの先端部に静電容量センサー
    を備えたレーザー加工ヘッドにおいて、該レーザー加工
    ヘッドの外部に設けたガイド部材に上下動自在にガイド
    されると共に着脱可能なガイドバーを設け、前記静電容
    量センサーより下方に位置する前記ガイドバーの下端部
    に被加工材の加工部の周囲に冷却液を噴射可能な複数の
    冷却液噴射孔または環状の冷却液噴射孔を備えた冷却液
    噴射ノズルを設けると共に、該冷却液噴射ノズルのほぼ
    中心に前記レーザー光とアシストガスとが通過可能な通
    過孔を設け、該通過孔に同軸の同心円上に前記複数の冷
    却液噴射孔または環状の冷却液噴射孔を設けたことを特
    徴とするレーザー加工ヘッド。
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