JP5536603B2

JP5536603B2 - ノズル清掃装置

Info

Publication number: JP5536603B2
Application number: JP2010225768A
Authority: JP
Inventors: 潤岩崎
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: JP2012076137A

Description

本発明は、レーザ加工機等の加工ヘッドに設けられてレーザ等のビームを照射するノズルを清掃するノズル清掃装置に関する。

レーザ加工機においては、継続してレーザ加工が行われるとレーザ加工ヘッドのノズルにスパッタや粉塵等の付着物が付着するため、ノズルを清掃して除去する必要がある。
従来、例えば、レーザを照射するノズルを清掃する装置としては、複数のブラシ（植毛された毛の束）を備えたブラシユニットを、ノズルにブラシが接触した状態で自転および公転させるノズルクリーニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ノズルに接触して回転自在なブラシと、ブラシと連動して回転可能で、ノズルの先に配置される羽根とを備え、ノズルからレーザ加工時に噴出させるアシストガスを羽根に当てることによってブラシを回転させるノズル清掃装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、上述の二つ例では、ノズル（加工ヘッド）を動かすことなく、ブラシ側を回転させてノズルの清掃を行うようになっているが、ブラシを固定した状態で、ノズルを動かすことによりノズルを清掃する装置も知られている。
例えば、図４から図６に示すように、ノズル清掃装置１は、加工ヘッドの移動可能範囲内に固定して使用されるようになっている。このノズル清掃装置１は、円板状のベース部２と、ベース部２上に設けられた円環状の金属ブラシ部３と、その外周側に円環状に設けられた樹脂ブラシ部４とを備えている。

金属ブラシ部３は、多数の細い針金状の金属線が円柱状に束ねられてベース部２に植毛された複数の金属ブラシ３ａからなるものである。複数の金属ブラシ３ａは、円板状のベース部２の中心を中心とする円に沿って千鳥状に並べて配置されている。
この金属ブラシ部３は、加工ヘッド５（図６に図示）の先端部に取り付けられて、レーザを照射するとともに、アシストガスを噴出するノズル６（図６に図示）の先端面に付いたスパッタや粉塵を落とすためのものである。

樹脂ブラシ部４は、多数の樹脂繊維（例えば、ナイロン）が円柱状に束ねられてベース部２に植毛された複数の樹脂ブラシ４ａからなるものである。
樹脂ブラシ部４は、金属ブラシ部３より外周側に、ベース部２の中心を中心として円環状に形成されている。樹脂ブラシ４ａは、金属ブラシ３ａより長いものとされ、ノズル６の外周面に擦り付けられて、ノズル６の外周面の付着物を除去するようになっている。

このようなノズル清掃装置１においては、ノズル６の先端部を円環状の金属ブラシ部３に接触させながら金属ブラシ部３に沿ってノズル６を周回移動（円に沿って移動）させることによって、ノズル６の先端の付着物が除去される。また、ノズル６を上述のように周回移動させた際に、樹脂ブラシ４ａがノズル６の外周面に接触しているので、樹脂ブラシ４ａがノズル６の外周面を擦る状態となり、ノズル６の外周面の汚れを落とすことができる。

上述のように、ノズル清掃装置１において、ノズル６を円に沿って周回移動させる必要があり、ノズル６を備える加工ヘッド５は、移動方向を常時変更可能に移動自在となっている必要がある。
この際のノズル６の先端の移動軌跡７は、図５に示すように、円に沿って千鳥状に配置された金属ブラシ３ａを備える金属ブラシ部３の外周縁と内周縁との略中央の円になる。

このようなノズル清掃装置１では、ノズル清掃装置１に可動部や駆動部を必要とせず、極めて簡単な構造でコストの低減を図ることができるとともに、メンテナンスの手間も低減される。

特開２００６−１４２４３７号公報（アマダ）特開２００６−３１２１８２号公報（日平トヤマ）

ところで、上述のノズル清掃装置１には以下のような問題点があった。
すなわち、硬い金属ブラシ３ａによりノズル６の先端が削られてしまう。また、ノズル６の先端が削られることにより変形した場合に、これが加工不良の要因になる虞がある。

また、ノズル６の先端部を少しではあるが、金属ブラシ３ａ内に突っ込んで、ノズル６を周回移動させるので、金属ブラシ３ａの先端部分が変形し、金属ブラシ３ａの先端高さが変わってしまう。この場合に、清掃毎のノズル６の高さ位置を一定としていると、ノズル６の先端が金属ブラシ３ａの先端に接触しない状態になることも起こり得るので、ノズル６の先端が清掃不足となったり、清掃不能となったりする虞がある。

さらに、ノズル６が金属ブラシ３ａとしっかり接触していない状態で、周囲の樹脂ブラシ４ａと擦られると静電気がノズル６に溜まり、倣い機能誤動作の原因になる。なお、倣い機能とは、例えば、加工されるワークの表面の撓み、反り、その他による高さ変化に追従して、ノズル６先端とワーク表面の距離を略一定に保つ機能であり、加工ヘッド５に設けられたセンサで前記距離の変化等を計測し、それに基づいて加工ヘッド５の高さが調整される。静電気がこのセンサ等に影響を与え、誤作動の原因になる。

また、ノズル６の清掃により落とされたスパッタ、粉塵などが金属ブラシ３ａの隙間に入り込んで溜まってしまう。この場合に、金属ブラシ３ａの隙間からこれらスパッタや粉塵などを取り除くことが困難である。
なお、ノズル清掃装置１においては、ノズル６を円運動させ、ノズル清掃装置１を固定するようにしたが、ノズル６を固定した状態でノズル清掃装置１を回転させるようにしてもよい。ノズル清掃装置１を回転させた場合も、上述のような問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ノズルの先端が削られることなく、ノズルの先端の清掃を行うことができ、ノズルから落とされたスパッタ等の付着物の除去が簡単なノズル清掃装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のノズル清掃装置は、レーザ等のビームにより被加工物を加工する際に、レーザ等のビームを照射するノズルに付着する付着物を前記ノズルから除去するためのノズル清掃装置であって、表面に滑らかに高さが変化する凹凸が形成されている環状の金属製凹凸部と、この凹凸部に沿って環状に樹脂ブラシが設けられている樹脂ブラシ部とを備え、前記ノズルの先端を前記凹凸部の表面に接触させるとともに前記ノズルの外周面を前記樹脂ブラシに接触させた状態で、前記ノズルを、前記凹凸部に対して相対的に、環状の前記凹凸部に沿って周回移動させることにより前記ノズルが清掃されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、ノズルの先端を凹凸部の滑らかに高さが変化する凹凸を有する表面に接触させた状態で、凹凸部に沿ってノズルを相対的に移動させることにより、ノズル先端に付着したスパッタや粉塵等の付着物を剥がし落とすことができる。この際に、凹凸部の表面の凹凸が滑らかに変化しているので、ノズルの先端面が削られるのを抑制することができる。すなわち、ノズルの先端に金属ブラシを擦り付けた場合よりも、ノズルが削られるのを抑制することができる。

また、ノズルを擦り付けた際に、凹凸部の表面は、金属ブラシの先端部のように変形することがなく、金属ブラシの先端部が変形してしまった場合のように、ノズルの先端が金属ブラシの先端部に接触しない状態になることがなく、確実にノズルの先端の付着物を落とすことができる。
また、ノズルの外周面が樹脂ブラシに擦られることによって、ノズルの外周面に付着した付着物を落とすことができる。この際に、ノズルが樹脂ブラシに擦られることによって、静電気が発生しても、上述のようにノズルの先端を金属製の凹凸部に確実に接触させることができるので、ノズルに静電気が溜まるのを抑制することができる。

また、凹凸部に擦られて落とされた付着物は、従来のように金属ブラシがないので、エアーブロー等により容易にノズル清掃装置から除去することができる。
なお、凹凸部に対してノズルを周回移動させる場合に、凹凸部（ノズル清掃装置）を、停止したノズルに対して移動してもよいし、位置が固定された凹凸部（ノズル清掃装置）に対して、ノズルを移動してもよい。

請求項２に記載のノズル清掃装置は、請求項１に記載の発明において、前記ノズルの先端面に当接可能な平面を有する導電性の平面部を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、例えば、ノズルの外周面に樹脂ブラシを擦り付けて清掃を行った後に、ノズルの先端面を導電性の平面部の平面に当接させることにより、静電気を逃がすことができる。したがって、樹脂ブラシによる清掃中にノズルの静電気を逃がしきれずに、静電気が溜まるようなことがあっても、清掃終了時にノズルの先端面に平面部の平面を当接させることによって、ノズルの静電気を除去することができる。これにより、倣い機能を用いてワークを加工する際に、ノズルの静電気の影響で誤作動が生じるのを防止することができる。

請求項３に記載のノズル清掃装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記凹凸部および前記樹脂ブラシ部を備えるノズル清掃装置本体を前記ノズルから離れる方向に移動自在に支持するとともに、前記ノズル清掃装置本体を前記ノズル側に向って付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、ノズル清掃装置本体が付勢手段によりノズルから離れる方向に移動自在に支持されるとともに、ノズルの方向に付勢されているので、設定ミスや誤操作や誤作動等により万が一にノズルが凹凸部の表面位置より先の位置に移動してしまっても、ノズル装置本体がノズルから離れる方向に移動して、ノズルが損傷するのを防止することができる。また、ノズル清掃装置本体は、付勢手段によりノズル側に付勢されているので、ノズルを凹凸部の表面に移動させてノズルの先端面を凹凸部の表面に接触した際に、ノズル清掃装置本体がノズルから離れてしまうのを防止することができる。

本発明のノズル清掃装置によれば、レーザ加工機のノズルからスパッタ等の付着物を除去する際に、ノズルが削られてしまうのを防止することができる。また、付着物除去中にノズルに静電気が溜まってしまうような事態が発生するのを防止し、静電気による倣い機能の誤作動等を防止できる。

本発明の実施の形態に係るノズル清掃装置を示す概略斜視図である。前記ノズル清掃装置によるノズルの清掃方法を説明するためのノズルおよびノズル清掃装置を示す断面図である。前記ノズル清掃装置によるノズル清掃後の静電気の除去方法を説明するためのノズルおよびノズル清掃装置を示す断面図である。従来のノズル清掃装置を示す概略斜視図である。前記ノズル清掃装置を示す平面図である。前記ノズル清掃装置のノズルの清掃方法を説明するためのノズルおよびノズル清掃装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
この実施の形態のノズル清掃装置は、レーザ加工機の加工ヘッドに設けられて被加工物にレーザを照射するとともにアシストガスを噴出可能なノズルの先端および外周面の付着物を除去するようになっている。
図１から図３に示すように、この実施形態のノズル清掃装置１０は、円板状のベース部１１と、ベース部１１上にこのベース部１１の中心を中心とする円環状に樹脂ブラシ１２が配置された樹脂ブラシ部１３と、ベース部１１上の樹脂ブラシ部１３の内周側に円環状に設けられ、上面が滑らかな波状の凹凸形状となっている凹凸部１４と、ベース部１１上の凹凸部１４より内側で、上面が円状の平面となった平面部１５と、ベース部１１と、ベース部１１が設置される設置面との間に配置されたばね１６（付勢手段：図２に図示）とを備えている。

ベース部１１は、図２および図３に示すように、この実施形態において、中央の平面部１５の円板状の基部１５ａと、この基部１５ａの外側に設けられた円環状の凹凸部１４の基部１４ａと、この基部１４ａの外側に設けられた円環状の樹脂ブラシ部１３の基部１３ａとからなっている。これら基部１３ａ、１４ａ、１５ａは、同軸状に配置され、全体として円板状となっている。

樹脂ブラシ部１３は、円環状の基部１３ａの上面に円柱状の複数の樹脂ブラシ１２を円環状の基部１３ａに沿って並べて配置したものである。樹脂ブラシ１２は、ナイロン等の樹脂繊維を円柱状に束ねて形成されている。また、基部１３ａには、樹脂ブラシ１２の基端部を嵌合する嵌合孔１３ｂが円に沿って等間隔に並んで配置されている。この嵌合孔１３ｂに樹脂ブラシ１２の基端部が挿入されて嵌合されることによって、樹脂ブラシ１２が基部１３ａに固定されている。これにより前記樹脂繊維が束ねられて基部１３ａに植毛された状態となっている。なお、基部１３ａの材質は、特に限定されるものではないが、樹脂であっても金属であってもよい。

凹凸部１４は、円環状の基部１４ａの上面に滑らかに高さが変化する波状の凹凸を形成したものであり、この例では、凹部と凸部とがストライプ状に配置されている。なお、凹部と凸部をベース部１１の半径方向に沿って放射状に配置してもよい。凹凸部１４の材質は、ノズル６の先端面を後述するように凹凸部１４の上面である凹凸面に擦り付けた場合に、ノズル６からスパッタを剥がせる程度の硬さを有し、かつ、ノズル６の先端を傷つけない（削らない）程度の硬さ（柔らかさ）であることが好ましい。

また、凹凸部１４は、ノズル６を擦り付けた際に、ノズル６で大きな静電気が発生しないように導電性の高い材質であることが好ましい。例えば、凹凸部１４の材質としては、柔らかい金属である真鍮が好ましい。なお、真鍮は、合金であり、その組成により適切な硬さとしたものを用いることが好ましい。また、上述のようにノズル６からスパッタを落とすことが可能で、ノズル６を傷つけ難い硬さを有する金属（合金含む）ならば、真鍮以外の金属であってもよい。

平面部１５は、円板状の部材で上面が平面とされている。平面部１５は、ノズル６の清掃終了後にノズル６を接触させて、ノズル６の静電気を除くために形成されており、導電性の高い材質からなることが好ましく、例えば、金属が用いられる。なお、凹凸部１４と平面部１５とを同じ材質としてもよい。

ばね１６は、例えば、コイルスプリングであり、ベース部１１の背面（下面）に複数配置されるとともに、たとえば、レーザ加工機のノズル清掃装置１０の設置位置と、ベース部１１との間に配置される。このばね１６によって、ベース部１１、樹脂ブラシ部１３、凹凸部１４、平面部１５を含むノズル清掃装置本体が、ノズル６から離れる方向に移動自在に支持されるとともに、ノズル６に向う方向に付勢されている。
このばね１６は、ノズル清掃装置１０の例えば凹凸部１４の上面にノズル６の先端部を接触させる際に、誤作動や誤操作や設定ミス等により、ノズル６が下がりすぎたような場合に、ノズル清掃装置本体がばね１６の付勢力に抗して下側に移動すること、すなわちばね１６が緩衝材として作用することにより、ノズル６の損傷および変形や、加工ヘッド５の駆動機構に悪影響を及ぼすのを防止するようになっている。

また、ばね１６が緩衝材として作用することによって、ノズル６の先端を凹凸部１４の表面に擦り付ける際に、ノズル６の先端の高さの位置合わせの精度が高くなくとも、上述のようにノズル６を損傷させることがない。また、ばね１６の付勢力によりノズル６に凹凸部１４の表面を押し付けた状態とすることができ、ノズル６先端のスパッタ等を落とし易くなる。また、ばね１６は、上述の静電気を逃がすために導電性であることが好ましく、また、ばね１６の取り付け位置は、アースできる状態となっている必要があり、例えば、金属で形成されていることが好ましい。

次に、このようなノズル清掃装置１０を用いたノズル６の清掃方法を説明する。
ノズル清掃装置１０は、例えば、レーザ加工機のワークの加工の邪魔にならない位置で、かつ、加工ヘッド５（ノズル６）が移動可能な位置に上述のばね１６により固定されている。

レーザ加工機の加工ヘッド５の移動機構を用いて、ノズル６を移動し、図２に示すようにノズル清掃装置１０の凹凸部１４と上下に重なる位置にノズル６を配置する。次いで、ノズル６を下降させることにより、ノズル６の先端面を凹凸部１４の表面に接触させる。次いで、円環状の凹凸部１４に沿ってノズル６を周回移動させる。すなわち、ノズル６を円板状のベース部１１の中心（凹凸部１４の中心）として円運動させる。この際にノズル６の先端開口（中心孔）からアシストガスを噴出させる。

これにより、ノズル６の先端面が滑らかな波状の凹凸部１４の表面に擦り付けられて、ノズル６の先端面に付着したスパッタおよび粉塵等の付着物が剥がし落とされる。
また、凹凸部１４は滑らかな波状であり、かつ、比較的柔らかい真鍮等の金属からなるので、ノズル６の先端が傷つくのを防止するとともに、ノズル６先端が削られるのを抑制することができる。

また、ノズル６の先端を円環状の凹凸部１４に接触させた状態で、樹脂ブラシ部１３の樹脂ブラシ１２がノズル６の外周面に接触するようになっており、ノズル６を円運動させることによって、相対的に樹脂ブラシ１２がノズル６の外周面を擦ることになり、ノズル６外周面に付着したスパッタや粉塵等の付着物が剥がし落とされる。

この際に、樹脂ブラシ１２がノズル６の外周面を擦ることによって、ノズル６と樹脂ブラシ１２との間に静電気が生じる。
また、ノズル６が導電性を有する金属製の凹凸部１４に接触しているので、静電気が溜まるのが防止される。

ノズル６を円運動させる清掃動作を終了させた後に、ノズル６に静電気が残らないように、図６に示すように、ノズル６を移動させて、ノズル６の先端を金属製の平面部１５の平面である上面に接触させた後に、ノズル６を上昇させてノズル６をノズル清掃装置１０から所定位置に移動させ、ノズル６の清掃を終了する。

このノズル清掃装置にあっては、ノズル６の先端を滑らかな波状の凹凸に擦り付けることによって、清掃するので、金属ブラシを用いた場合よりも、ノズル６が削られるのを抑制することができる。これにより、ノズル６の先端が削られるのを極力抑制し、ノズル６の寿命を延長させることができる。また、ノズル６が削られることによる変形で、加工不良が生じるようなことも抑制することができる。

清掃中にノズル６の先端からアシストガスを噴出させることによって、ノズル６先端付近の剥がされたスパッタや粉塵等の異物を吹き飛ばし、ノズル６と凹凸部１４との間に異物を挟み込んで、異物によりノズル６先端が傷ついたり削られたりするのを防止できる。

また、凹凸部１４の表面は、金属ブラシのように変形して高さ位置が変化する可能性が低く、高さ位置が変化することによって、ノズル６先端の清掃ができなくなったり、清掃不良が生じるのを抑制できる。
また、金属ブラシが変形して高さ位置が変化して、金属ブラシにノズル６が接触しなかった場合のように、樹脂ブラシ１２で擦られることにより生じた静電気が溜まってしまうのを、上述のようにノズル６の先端を高さ位置がほとんど変化しない凹凸部１４の上面（表面）に確実に接触させることによって防止することができる。

さらに、樹脂ブラシ１２による清掃終了後に、樹脂ブラシ１２から離れるように、円環状の樹脂ブラシ部１３の中央に移動して、金属製の平面部１５にノズル６の先端部を接触させることによって、静電気を確実に逃がすことができる。
このようにノズル６に静電気が溜まるのを防止することによって、レーザ加工機の倣い機能に誤作動が生じるのを防止することができる。

また、ノズル６が剥がされた付着物は、従来のように金属ブラシの隙間に入り込むことなく、ベース部１１上に落ちることになる。上述のようにノズル６からはアシストガスが噴出されているので、凹凸部１４の表面のノズル６が移動する部分およびその近傍では、ノズル６から剥がされた異物が吹き飛ばされ、ノズル６と凹凸部１４との間に入り込まないようにされている。
清掃後に、ベース部１１上にノズル６から剥がされた異物の一部が残るが、エアーブロー等により容易に除去することができる。

また、プログラムの設定ミス等により、万が一、ノズル６がノズル清掃装置１０のベース部１１の表面高さ位置よりも、比較的大きく下側に移動してしまうようなことがあっても、ノズル清掃装置１０は、ばね１６により上下動自在に支持されており、ノズル清掃装置１０が下側に移動することによって、ノズル６の破損や変形を防止することができる。

なお、ベース部１１を円板状の平面部１５の基部１５ａと、その周囲の円環状の凹凸部１４の基部１４ａと、さらにその周囲の円環状の樹脂ブラシ部１３の基部１３ａとを組み合わせて円板状としたが、ベース部１１を一つの円板状に形成するとともに、凹凸部１４の部分に円環状の溝部を設け、この溝部に凹凸部１４を嵌め込むような構造であっても良いし、全体を凹凸部１４と同じ材質で形成し、外周部分に樹脂ブラシ１２を植毛し、その内側の部分の表面に波状の凹凸を円環状に設け、それより内側の表面を平面とするようにしてもよい。

また、ノズル６を固定して、ノズル清掃装置１０を回転させてもよい。この場合に、ノズル６とノズル清掃装置１０との相対的な動きが、ノズル６を円運動させた場合と同様になるようにする。例えば、ノズル６を凹凸部１４の表面に接触させた状態で、円環状の凹凸部１４の中心を回転中心として、ノズル清掃装置１０を回転させるようにしてもよい。また、この場合に、ノズル清掃装置１０を直接回転するのではなく、回転駆動される回転体とノズル清掃装置１０本体との間にばね１６が配置されていることが好ましい。

６ノズル
１０ノズル清掃装置
１２樹脂ブラシ
１３樹脂ブラシ部
１４凹凸部
１５平面部
１６ばね（付勢手段）

Claims

レーザ等のビームにより被加工物を加工する際に、レーザ等のビームを照射するノズルに付着する付着物を前記ノズルから除去するためのノズル清掃装置であって、
表面に滑らかに高さが変化する凹凸が形成されている環状の金属製凹凸部と、この凹凸部に沿って環状に樹脂ブラシが設けられている樹脂ブラシ部とを備え、前記ノズルの先端を前記凹凸部の表面に接触させるとともに前記ノズルの外周面を前記樹脂ブラシに接触させた状態で、前記ノズルを、前記凹凸部に対して相対的に、環状の前記凹凸部に沿って周回移動させることにより前記ノズルが清掃されることを特徴とするノズル清掃装置。
前記ノズルの先端面に当接可能な平面を有する導電性の平面部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のノズル清掃装置。
前記凹凸部および前記樹脂ブラシ部を備えるノズル清掃装置本体を前記ノズルから離れる方向に移動自在に支持するとともに、前記ノズル清掃装置本体を前記ノズル側に向って付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル清掃装置。