JP6053529B2

JP6053529B2 - ノズル及びレーザ加工ヘッド

Info

Publication number: JP6053529B2
Application number: JP2013004252A
Authority: JP
Inventors: 美香前浜
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: JP2014136218A

Description

本発明は、レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なノズル及びレーザ加工ヘッドに係り、さらに詳細には、レーザ加工を行うワークとレーザ加工ヘッドとの間の距離（間隙）を、静電容量形の近接センサによって検出する構成のレーザ加工ヘッド及びレーザ加工ヘッドに着脱可能なノズルに関する。

レーザ加工機によって、例えば板状のワークのレーザ切断加工を行う場合、レーザ加工ヘッドに備えたノズルとワークとの間隔寸法を一定に保持してレーザ切断加工を行っている。前記間隔寸法を一定に保持するために、レーザ加工ヘッドには、静電容量形の近接センサが備えられている。そして、ワークのレーザ切断加工を行うとき、レーザ加工ヘッドの先端部に備えられたノズルは高温に加熱されるので、前記ノズルに対してアシストガスなどの流体を噴射して冷却されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００２−２７３５９１号公報特開２００１−４７２７１号公報

前記特許文献１に記載のレーザ加工ヘッドにおける先端部の構成は、図２に示すとおりである。すなわち、レーザ加工ヘッド１０１は、筒状のヘッド本体１０３を備えており、このヘッド本体１０３の先端部には、筒状のノズルホルダ１０５が備えられている。そして、このノズルホルダ１０５内にはノズル本体１０７が備えられており、このノズル本体１０７の先端部（下端部）には、水平なフランジ部１０９Ｆを上部に備えたノズル１０９が着脱交換可能に螺着してある。

また、前記ノズルホルダ１０５には、当該ノズルホルダ１０５における下部側の円錐台形状部１０５Ａを囲繞する円錐台形状のカバー１１１が備えられている。そして、前記円錐台形状部１０５Ａの外周面と前記カバー１１１の内周面との間に形成された環状の通路１１３内へ冷却用空気を供給する入口１１４が前記ノズルホルダ１０５に備えられている。

前記構成において、実際的なレーザ加工ヘッドにおいては、前記ノズル１０９と前記カバー１１１は絶縁してある。そして、前記通路１１３内の冷却空気は前記ノズル１０９におけるフランジ部１０９Ｆの上面に噴出するように構成してあり、前記カバー１１１における開口縁と前記円錐台形状部１０５Ａの外周面との間の間隙１１３Ｃは小さなものである。そして、実際的なレーザ加工ヘッドにおいては、前記カバー１１１における開口縁には、冷却空気を大量に噴出するための複数の切欠部１１５が周方向に等間隔に備えられている。

上記構成により、前記入口１１４から通路１１３内へ冷却空気を供給すると、冷却空気はノズル１０９におけるフランジ部１０９Ｆの上面へ噴出されて、ノズル１０９を冷却することになる。この際、ノズルホルダ１０５における円錐台形状部１０５Ａの外周面と前記カバー１１１における開口縁との間隙１１３Ｃは小さいので、冷却空気の大部分は前記切欠部１１５の部分から噴出されることになる。この環状の間隔１１３Ｃのみ設けられている場合には通路１１３を通過した冷却空気が不均一に噴出されるが、切欠部を設けることで周方向に均一に噴出できるようになっている。

ところで、前記切欠部１１５は周方向に等間隔に備えられているので、実際的な前記切欠部１１５の配置関係を図示すると、図２（Ｂ）に示すごとき配置となる。したがって、前記各切欠部１１５から噴出される冷却空気の流れを模擬的に示すと、矢印Ａで示すように、各切欠部１１５から放射外方向へ広がるように流れることになる。しかし、各切欠部１１５の間における間隙１１３Ｃは小さなものであるから、冷却空気の噴出は極僅かである。したがって、矢印Ａ方向へ噴出された冷却空気の一部は、矢印Ｂで示すように戻る傾向にある。

したがって、ワークＷのレーザ切断加工時に生じた微細な粉塵の一部が舞い上がり、前記冷却空気によって前記カバー１１１とノズル１０９との間に入り込み、前記カバー１１１とノズル１０９との絶縁が阻害されることがある。このように、カバー１１１とノズル１０９との絶縁が阻害されると、ワークとノズル１０９との間隙を正確に検出することができなくなることがある。よって、前記カバー１１１とノズル１０９との絶縁状態を長時間に亘って維持できる構成が望まれていた。

なお、前記特許文献２に記載の構成においても、特許文献１に記載と同様の問題を有するものである。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なノズルであって、前記レーザ加工ヘッドへ螺着固定する雄ねじ部を上面に突出して備えたノズル本体の前記上面に、前記レーザ加工ヘッド側からノズル本体の上面へ噴出される流体が放射外方向へ直接的に噴出されることを抑制して周方向に流動し、一時的に滞留して放射外方向への流体の流れのむらを均して均等化を図り、内方向への戻りの流れを防止するための環状の凹部を備えていることを特徴とするものである。

また、前記ノズルにおいて、前記ノズル本体における先端部側の円錐曲面の外周面に、スパッタ付着防止用の硬質クロムメッキが行われていることを特徴とするものである。

また、前記ノズルを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記ノズル本体に備えた前記雄ねじ部と螺合した雌ねじ部をレーザ加工ヘッドのヘッド本体に備え、前記雌ねじ部材の周囲の複数箇所に、ノズル本体に備えた環状の前記凹部内へ流体を噴出する流体噴出孔を備え、内方向への戻りの流れを防止するために、前記流体噴出孔からノズル本体の前記凹部内へ噴出されて上方向に戻る流体を一時的に滞留して放射外方向へ噴出される流体の均等化を行う環状の凹部を、前記ノズル本体の前記上面に対向した前記ヘッド本体の対向面に、ノズル本体の前記凹部に対向した環状の凹部を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、レーザ加工ヘッド側から噴出される流体を一時的に滞留して放射外方向への流体の流れの均等化を図るための環状の凹部をノズル本体の上面に備えた構成であるから、レーザ加工ヘッド側から前記凹部内へ噴出された流体は、凹部に沿って周方向に流れる傾向にある。したがって、前記ノズルの上面から放射外方向へ噴出される流体の流れのむらが均されて均等化されることとなり、前述したごとき戻り方向の流れを抑制することができるものである。

本発明の実施形態に係るノズル及びレーザ加工ヘッドの構成を概念的、概略的に示した説明図である。従来のレーザ加工ヘッドにおける先端部の構成及びその問題点を示す説明図である。

以下、図１を用いて本発明の実施形態に係るノズル及びレーザ加工ヘッドの構成について説明するに、前述した従来の構成と同一機能を奏する構成要素については同一符号を付することとして、重複した説明は省略する。

本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド１は、筒状の加工ヘッド本体３を備えており、この加工ヘッド本体３の下端部（先端部）には、ノズル本体５が着脱可能に螺着固定してある。上記ノズル本体５は、先端部に小径のノズル孔７を備えた構成であって、内部には、一般的なノズルと同様に、前記ノズル孔７に連通したテーパ孔を備えている。また、前記ノズル本体５の上面５Ｕの中央部に、前記加工ヘッド本体３の下端部に螺着固定するための雄ねじ部９が突出して備えられている。

また、前記ノズル本体５の上面５Ｕには、前記加工ヘッド本体３側から噴出される冷却用の流体を一時的に滞留する機能を有する環状の凹部１１が形成してある。さらに、前記ノズル本体５の外周面５Ｆは、下端部（先端部）側が次第に小径になるテーパ面に形成してあり、この外周面５Ｆには、スパッタの付着を防止するために硬質クロムメッキが施してある。

前記加工ヘッド本体３の下端部には、前記ノズル本体５の前記雄ねじ部９を螺合した雌ねじ部１３が形成してある。また、前記加工ヘッド本体３の下端部外周面には周溝１５が形成してある。そして、前記ノズル本体５の上面５Ｕと対向した前記ノズル本体３の対向面（下端面）３Ｌには、ノズル本体５における前記凹部１１内へ流体を噴出する複数の流体噴出孔１７が周方向に等間隔に備えられている。前記ノズル本体３の下端面３Ｌには、ノズル本体５の前記凹部１１と対向する環状の凹部１９が備えられている。

前記流体噴出孔１７からノズル本体５の上面５Ｕへ流体を噴出するために、前記加工ヘッド本体３の外周に外筒２１が嵌合してあり、この外筒２１には、前記周溝１５に連通した流体供給路２３が備えられている。

以上のごとき構成において、前記加工ヘッド本体３の適宜位置に備えられた集光レンズ（図示省略）によってレーザ光を集光してワークＷへ照射すると共に、アシストガス供給源（図示省略）から前記加工ヘッド本体３内へ供給されたアシストガスを、ノズル本体５のノズル孔７からワークＷへ噴射することによってワークＷのレーザ加工が行われることになる。上述のごとくワークＷのレーザ加工を行うとき、ワークＷのレーザ加工位置においてはスパッタや微細な粉塵が発生する。

そして、前記流体供給路２３から加工ヘッド本体３の周溝１５内へ冷却用の流体を供給すると、流体は、加工ヘッド本体３の下端部に備えた複数箇所の流体噴出口１７からノズル本体５の上面５Ｕに備えた環状の凹部１１内へ噴出されることになる。前記凹部１１内へ噴出された流体は、放射外方向へ噴出される傾向にある。しかし、凹部１１が環状であることにより、凹部１１内へ噴出された流体は、放射外方向への直接的な噴出を抑制されて、環状の凹部１１に沿って周方向に流動される傾向にある。

すなわち、前記流体噴出口１７から凹部１１内に噴出された流体は、凹部１１内に一時的に滞留されて周方向に流れ、凹部１１内全体の圧力がほぼ均等に保持されて放射外方向へ流体の噴出が行われることになる。したがって、前記ノズル本体５の上面５Ｕから放射外方向へ噴出される流体の流れの均等化を図ることができるものである。また、前記ノズル本体５に備えた環状の凹部１１に対向して、加工ヘッド本体３の下端面３Ｌに環状の凹部１９が形成してあるので、前記流体噴出口１７から前記凹部１１内へ噴出されて上方向へ戻る流体は、前記凹部１９内に一時的に滞留され、周方向に流れる傾向にある。したがって、放射外方向へ噴出される流体の流れの均等化をより効果的に行い得るものである。

前述のように、前記ノズル本体５の上面５Ｕから放射外方向へ噴出される流体の均等化を図ることにより、各流体噴出口１７の間からも流体が放射外方向へ噴出されることとなり、前述した矢印Ｂ方向の戻りの流れを防止でき、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

ところで、ワークＷのレーザ加工位置から飛散するスパッタや粉塵等が、ノズル本体５の外周面５Ｆに付着する傾向にある。しかし、前記構成においては、ノズル本体５の外周面５Ｆにはスパッタ付着防止用の硬質クロムメッキが施されているので、前記外周面５Ｆが無垢の場合に比較してスパッタ等が付着し難いものである。また付着した場合であっても容易に拭き取り易いものである。

なお、本発明は前述したごとき実施形態のみに限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、前記実施形態においては、前記凹部１１を連続した環状に形成した構成の場合について例示した。しかし、前記流体噴出口１７からノズル本体５の上面５Ｕに噴出された流体が直ちに放射外方向へ流れることを抑制して、流体の一部を周方向に誘導し、放射外方向へ噴出される流体を全体としての均等化（均一化）を図る構成であればよいものである。

したがって、上述のごとき構成として、例えば、前記各流体噴出口１７からノズル本体５の上面５Ｕに噴出されて直ちに放射外方向へ流れる各流路に、放射外方向への流体の流れを抑制する適宜形状の盛上り部（流れ邪魔部）をそれぞれ備えた構成とすることも可能である。この場合、全体的に見ると、複数の盛上り部は不連続の円形状に配置して備えられており、各盛上り部によって不連続的に囲繞された環状の領域は、前述の凹部１１に相当するものである。

すなわち、本発明は、種々の形態でもって実施可能なものである。

１レーザ加工ヘッド
３加工ヘッド本体
３Ｌ対向面（下端面）
５ノズル本体
５Ｕ上面
７ノズル孔
１１環状の凹部
１７流体噴出口
１９凹部
２３流体供給路

Claims

レーザ加工ヘッドの先端部に着脱可能なノズルであって、前記レーザ加工ヘッドへ螺着固定する雄ねじ部を上面に突出して備えたノズル本体の前記上面に、前記レーザ加工ヘッド側からノズル本体の上面へ噴出される流体が放射外方向へ直接的に噴出されることを抑制して周方向に流動し、一時的に滞留して放射外方向への流体の流れのむらを均して均等化を図り、内方向への戻りの流れを防止するための環状の凹部を備えていることを特徴とするノズル。
請求項１に記載のノズルにおいて、前記ノズル本体における先端部側の円錐曲面の外周面に、スパッタ付着防止用の硬質クロムメッキが行われていることを特徴とするノズル。
請求項１又は２に記載のノズルを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記ノズル本体に備えた前記雄ねじ部と螺合した雌ねじ部をレーザ加工ヘッドのヘッド本体に備え、前記雌ねじ部材の周囲の複数箇所に、ノズル本体に備えた環状の前記凹部内へ流体を噴出する流体噴出孔を備え、内方向への戻りの流れを防止するために、前記流体噴出孔からノズル本体の前記凹部内へ噴出されて上方向に戻る流体を一時的に滞留して放射外方向へ噴出される流体の均等化を行う環状の凹部を、前記ノズル本体の前記上面に対向した前記ヘッド本体の対向面に、ノズル本体の前記凹部に対向した環状の凹部を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。