JP3519231B2 - レーザ加工機の加工ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワークに切断等
の加工を施すためのレーザ加工機に関するもので、特に
その加工ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のレーザ加工機の加工ヘ
ッドにおいては、ホルダ内の上部に集光レンズが配設さ
れるとともに、ホルダの下部の先端にノズルが取着され
ている。そして、集光レンズで集光されたレーザ光線
が、ノズルからワークに向けて照射されるとともに、ノ
ズルからアシストガスが噴出されて、そのワークに切断
等の加工が施される。

【０００３】この種のレーザ加工機の加工ヘッドにおい
ては、ワークの加工中に集光レンズにレーザ光線が透過
することにより、集光レンズが温度上昇して同集光レン
ズの変形等、いわゆる熱レンズ現象のおそれがあるため
に、例えば実開昭６３ー３４５９０号公報に示すような
構成の加工ヘッドが、従来から提案されている。

【０００４】この従来構成においては、集光レンズの下
方におけるホルダの周壁に複数のガス噴出口が形成され
ている。そして、前記アシストガスが前記ガス噴出口か
らホルダ内へ、集光レンズの下部表面とほぼ平行な方向
に向かって導入されて、そのアシストガスにより集光レ
ンズが冷却されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の加
工ヘッドにおいては、ノズルの先端開口からアシストガ
スが噴出しているものの、レーザ加工に伴って発生する
スパッタや粉塵がアシストガスの流れに逆らってノズル
の先端開口からホルダ内に侵入して、集光レンズの表面
に付着する。このように、集光レンズにスパッタや粉塵
が付着すると、屈折率等が変化するため、ホルダを分解
して集光レンズを清掃する必要があり、その作業はきわ
めて面倒で、装置の稼働率が低下するものであった。ま
た、付着度合いによっては、集光レンズの寿命を著しく
短くしていた。

【０００６】ここで、前記公報に記載の加工ヘッドにお
いては、アシストガス噴出口は集光レンズの下部表面と
平行な方向を向いている。従って、各ガス噴出口からの
アシストガスは集光レンズの下方において互いに衝突し
て下方へ流れる。このため、スパッタや粉塵を押し返す
作用をするアシストガス流の合流点が集光レンズの下方
の位置になるため、その押し返しアシストガス流のノズ
ル先端までの長さが短くなり、スパッタや粉塵を押し返
す作用に乏しく、集光レンズに対するスパッタや粉塵の
付着を抑制できない。

【０００７】しかも、従来の加工ヘッドにおいては、ガ
ス噴出口が複数の小孔を環状に配列した構造であるた
め、小孔の存在しない部分はガス流が希薄になり、その
希薄な部分においてスパッタや粉塵が淀み、集光レンズ
に付着した。

【０００８】このため、従来の加工ヘッドにおいては、
前述した面倒な清掃作業を頻繁に行う必要があった。こ
の発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着
目してなされたものである。その目的とするところは、
集光レンズ表面にスパッタ等の付着防止効果を十分に発
揮することができるレーザ加工機の加工ヘッドを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、集光レンズとノズル
との間におけるホルダの内側には円筒体を設け、その円
筒体とホルダの内周面との間にアシストガスが導入され
る環状室を区画形成し、その環状室とホルダ内の間には
前記環状室からのアシストガスを集光レンズの表面の全
周に向けて吹き付けるための環状に連続する噴出口を形
成した。

【００１０】

【００１１】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、前記噴
出口は円筒体の先端外周縁に形成した傾斜ガイド面を含
む。請求項３に記載の発明においては、請求項２に記載
のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、前記集光レンズ
を支持するためのレンズ押えに、円筒体の傾斜ガイド面
に対してほぼ平行をなす傾斜ガイド面を形成した。

【００１２】さて、請求項１に記載のレーザ加工機の加
工ヘッドにおいては、集光レンズで集光されたレーザ光
線が、ノズルからワークに向けて照射されて、ワークに
切断等の加工が施される。このとき、アシストガスが環
状室から集光レンズの表面に向けて吹き付けられる。ま
た、環状室が円筒体を設けるのみで形成される。

【００１３】請求項２に記載のレーザ加工機の加工ヘッ
ドにおいては、円筒体に傾斜ガイド面が形成されてい
る。このため、傾斜ガイド面に沿って集光レンズの表面
全体に向けて、アシストガスを均一に吹き付けることが
できる。

【００１４】請求項３に記載のレーザ加工機の加工ヘッ
ドにおいては、集光レンズを支持するレンズ押えにも傾
斜ガイド面が形成されている。このため、両傾斜ガイド
面の協調作用により、集光レンズの表面全体に向けて、
アシストガスをいっそう均一に吹き付けることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、この発明のレーザ加工機
における加工ヘッドの一実施形態を、図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１６】図１に示すように、この実施形態の加工ヘ
ッドのホルダ３０は、レンズホルダ１１，ガイドリング
１７，スリーブ２６，ノズルホルダ１５，ノズル１６を
備えている。前記レンズホルダ１１は円筒状に形成さ
れ、その上部には集光レンズ１２がそれぞれ円筒状のレ
ンズ受け１３及びレンズ押え１４を介して円筒状の空間
１０と集光レンズ上部空間１０ａとの間の気密が保たれ
るように支持されている。レンズホルダ１１の下部には
円筒体としての前記ガイドリング１７がその外周のフラ
ンジ１７ａにおいてボルト２３により固定されている。
このガイドリング１７は、フランジ１７ａの部分からレ
ンズ押さえ１４の直近まで延びる上部円筒部１７ｂと、
下方に延びる下部円筒部１７ｃとを備えている。

【００１７】前記スリーブ２６はその外周面にフランジ
２６ａを有し、そのフランジ２６ａに螺合するナット２
５によりスリーブ２６が保持されている。すなわち、ガ
イドリング１７のフランジ１７ａの外周には段部１７ｄ
が形成され、その段部１７ｄがスリーブ２６のフランジ
２６ａに上方から係合するとともに、段部１７ｄとフラ
ンジ１７ａとの間にはガイドリング１７とスリーブ２６
との間の相対回動を防止するロックピン２４が介在され
ている。前記ナット２５はその上端にかぎ形をなす係合
部２５ａを有し、この係合部２５ａが前記段部１７ｂの
上面に係合している。従って、段部１７ｂがナット２５
とフランジ２６ａとの間に挟持されることによってガイ
ドリング１７がレンズホルダ１１とスリーブ２６との間
に保持されている。

【００１８】前記レンズホルダ１１，ガイドリング１
７，スリーブ２６及びノズルホルダ１５は内部空間１０
と外部との間の気密が保たれるように取付られている。
また、ガイドリング１７の下部筒状部１７ｃがスリーブ
２６内に配置されている。

【００１９】スリーブ２６の下面には押さえリング２７
がボルト２８により固定されている。前記ノズルホルダ
１５は前記スリーブ２６と押さえリング２７との間に保
持されている。すなわち、前記ボルト２８の締め付けに
より、ノズルホルダ１５のフランジ１５ａがスリーブ２
６と押さえリング２７との挟持されるとともに、押さえ
リング２７に螺入してフランジ１５ａに係合するねじ２
９により芯出しされている。そして、ノズルホルダ１５
の上端がガイドリング１７の下端の直近に位置してい
る。

【００２０】ノズルホルダ１５の下部にはノズル１６が
ねじによって固定されている。そして、集光レンズ１２
で集光されたレーザ光線が、ノズル１６からワークＷに
向けて照射されて、そのワークＷに切断等の加工が施さ
れるようになっている。

【００２１】前記ガイドリング１７とレンズホルダ１１
の内周面との間に環状室１８が形成されている。ガス導
入口１９は環状室１８の下部と対応するようにレンズホ
ルダ１１の外壁に形成され、このガス導入口１９からガ
イドリング１７の外周の環状室１８内にアシストガスが
導入される。アシストガスの噴出口３１はガイドリング
１７とレンズ押え１４との間に形成されている。噴出口
３１の一部を形成する傾斜ガイド面２０はガイドリング
１７の上端外周縁に形成され、この傾斜ガイド面２０と
ほぼ平行な関係をもって対応するように、レンズ押え１
４の内周面にも噴出口３１の一部を形成する傾斜ガイド
面２１が形成されている。

【００２２】そして、前記両傾斜ガイド面２０，２１の
協調作用により、環状室１８内のアシストガスが、ガイ
ドリング１７の外周全体から集光レンズ１２の下部表面
に向けて吹き付けられるようになっている。また、この
アシストガスは集光レンズ１２の下部表面で方向転換さ
れた後、ガイドリング１７及びノズルホルダ１５を通っ
てノズル１６からワークＷに向けて噴射されるようにな
っている。

【００２３】次に、前記のように構成されたレーザ加工
機の加工ヘッドについて動作を説明する。さて、このレ
ーザ加工機の加工ヘッドにおいては、集光レンズ１２で
集光されたレーザ光線が、ノズル１６からワークに向け
て照射されて、そのワークに切断等の加工が施される。
このとき、レンズホルダ１１のガス導入口１９からガイ
ドリング１７の外周の環状室１８内にアシストガスが導
入され、そのアシストガスが矢印２２で示すように、両
傾斜ガイド面２０，２１の案内作用により、噴出口３１
全体から集光レンズ１２の表面の全周に向けて吹き付け
られる。そして、アシストガスは集光レンズ１２の下部
表面に当たって、その下部表面で下方へ方向転換され、
そこから気密空間１０を形成したガイドリング１７及び
ノズルホルダ１５内を通ってノズル１６からワークに向
けて噴射される。

【００２４】このように、両傾斜ガイド面２０，２１の
案内作用によって、集光レンズ１２にはその表面全体に
アシストガスが均一に吹き付けられる。それにより、加
工時に発生するスパッタや粉塵が集光レンズ１２の表面
に付着するのが確実に防止される。

【００２５】従って、前記の実施形態によって期待でき
る効果について、以下に記載する。 ・ この実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて
は、集光レンズ１２に近接するようにレンズホルダ１１
内にガイドリング１７が配設されて、環状室１８が形成
されている。そして、ガイドリング１７とレンズ押さえ
１４との間には、アシストガスを集光レンズ１２の下部
表面に向けて噴出するための噴出口３１が形成されてい
る。このため、前述のように集光レンズ１２の表面全体
にアシストガスを均一に吹き付けることができて、集光
レンズ１２の表面にスパッタや粉塵が付着するのを確実
に防止することができる。つまり、集光レンズ１２の下
部表面に噴出されたアシストガスは、その下部表面で反
転されて、下方へ向かい、ノズルホルダ１５の方向に流
れる。従って、スパッタや粉塵を押し返すアシストガス
流の合流点が集光レンズ１２の下部表面になって、その
ガス流の長さが集光レンズ１２とノズル１６との間の全
長に等しくなり、スパッタや粉塵を押し返すためのガス
流の長さを長くすることができる。

【００２６】しかも、アシストガスは環状室１８の下部
にいったん導入されてそこで拡散された後に、上部の環
状の噴出口３１から噴出されるので、集光レンズ１２に
当たるガス流に強弱による希薄な部分が生じることがな
く、均一なガス流を確保できる。従って、スパッタや粉
塵が集光レンズ１２に至ることを阻止できる。 ・この実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて
は、傾斜ガイド面２０がガイドリング１７の先端外周縁
に形成されている。このため、ガス噴出口３１のための
孔明け加工等の面倒な加工を必要とせず、形状が簡単で
あるにも拘らず、ガイドリング１７の外周全体から集光
レンズ１２の表面全体に向けて、アシストガスを均一に
吹き付けることができる。さらに、前記傾斜ガイド面２
０と対向する傾斜ガイド面２１が集光レンズを支持する
ためのレンズ押さえ１４に形成されている。従って、部
品点数が増えることがなく、構成が簡単になる。 ・この実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて
は、前述のように、ガイドリング１７の傾斜ガイド面２
０に対応するように、集光レンズ１２を支持するレンズ
押え１４の先端内周縁にも傾斜ガイド面２１が形成され
ている。このため、両傾斜ガイド面２０，２１の協調作
用により、集光レンズ１２の表面全体に向けて、アシス
トガスを一層均一に吹き付けることができる。 ・この実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて
は、アシストガスが導入される環状室１８がガイドリン
グ１７を配設した構成のみにより形成されている。従っ
て、構成が簡単である。 ・この実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドにおいて
は、アシストガスが集光レンズ１２に直接当たるので、
その集光レンズ１２を有効に冷却できる。

【００２７】なお、この発明は、次のように変更して具
体化することも可能である。 ・ガス導入口１９の数を複数にすること。このように構
成すれば、環状室１８内におけるアシストガスの拡散が
いっそう有効に行われて、さらに均一なガス流を確保で
きる。 ・レンズ押え１４の先端内周縁の傾斜ガイド面２１を省
略すること。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、集光レンズの表面に向かってアシストガス
を噴出するための環状の噴出口を設けたことにより、集
光レンズを有効に冷却できるばかりでなく、集光レンズ
の表面にスパッタや粉塵が付着するのを確実に防止する
ことができる。また、環状室を形成するために、ホルダ
内に円筒体を設けただけであるから、構成が簡単にな
る。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、アシスト
ガスを案内する傾斜ガイド面を円筒体の先端外周縁に形
成したことにより、集光レンズの表面全体に均一にアシ
ストガスを吹き付けることができる。

【００３０】請求項３に記載の発明によれば、集光レン
ズを支持するためのレンズ押えにガイド面を設けたこと
により、集光レンズの表面全体に向けて、アシストガス
をいっそう均一に吹き付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のレーザ加工機の加工ヘッドの一実
施形態を示す要部断面図。

【符号の説明】

１０…ホルダ，１１…レンズホルダ、１２…集光レン
ズ、１３…レンズ受け、１４…レンズ押え、１５…ノズ
ルホルダ、１６…ノズル，１７…円筒体としてのガイド
リング、１８…環状室、１９…ガス導入口、２０，２１
…傾斜ガイド面、３１…噴出口。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のホルダ内に集光レンズを配設
   し、その集光レンズで集光されたレーザ光線を、ホルダ
   の先端に設けられたノズルからワークに向けて照射する
   ようにしたレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、 前記集光レンズとノズルとの間におけるホルダの内側に
   は円筒体を設け、その円筒体とホルダの内周面との間に
   アシストガスが導入される環状室を区画形成し、その環
   状室とホルダ内の間には前記環状室からのアシストガス
   を集光レンズの表面の全周に向けて吹き付けるための環
   状に連続する噴出口を形成したレーザ加工機の加工ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記噴出口は円筒体の先端外周縁に形成
   した傾斜ガイド面を含む請求項１に記載のレーザ加工機
   の加工ヘッド。
3. 【請求項３】 前記集光レンズを支持するためのレンズ
   押えに、円筒体の傾斜ガイド面に対してほぼ平行をなす
   傾斜ガイド面を形成した請求項２に記載のレーザ加工機
   の加工ヘッド。