JP6748761B1 - レーザ照射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を透過させる透光部材が汚染されることをより確実に防ぐレーザ照射ヘッド、を提供する。【解決手段】レーザ照射ヘッドは、貫通孔３３が設けられる下部ハウジング２１と、ホルダ５１と、ホルダ５１に保持される第１保護ガラス２９とを備える。下部ハウジング２１には、ホルダ挿入孔３１が設けられる。下部ハウジング２１は、貫通孔３３が開口する上面４１を有する。ホルダ５１は、ホルダ上面４６を有する。レーザ照射ヘッドは、溝部４７に収容されるシール部材６１と、ホルダ５１を弾性的に付勢するプランジャー７１とを備える。溝部４７のうちでホルダ５１の挿入方向における最も奥側に位置する溝断面を想定した場合に、ホルダ５１の装着時、プランジャー７１は、その溝断面が上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎた後にホルダ５１を付勢する。【選択図】図１３

Description

この発明は、レーザ照射ヘッドに関する。

従来のレーザ照射ヘッドに関して、たとえば、国際公開第２０１５／１３６９０７号（特許文献１）には、レーザ加工に用いられるレーザ加工ヘッドが開示されている。レーザ加工ヘッドは、レーザ光の光軸上に順に並べられ、レーザ光を透過させる第１保護ガラスおよび第２保護ガラスと、第１保護ガラスが設けられるノズルと、第２保護ガラスが設けられ、レーザ光の光軸に対して直交する方向にスライドすることによって、ノズルに対して着脱可能なシールドホルダとを備える。

国際公開第２０１５／１３６９０７号

上述の特許文献１に開示されるレーザ加工ヘッドにおいては、レーザ加工中に発生するスパッタまたはヒューム等の粉塵が、第１保護ガラスおよび第２保護ガラス間の空間に侵入することによって、これら保護ガラスが汚染されるおそれがある。

また、レーザ光の光路上に、フォーカスレンズと保護ガラスとが順に並べられたレーザ加工ヘッドにおいても、先と同様に、フォーカスレンズおよび保護ガラスが汚染されるおそれがある。

一方、上記のような粉塵の進入を防ぐ方策として、シールドホルダに、シールドホルダおよびノズル間の隙間を封止するためのシール部材を設けることが考えられる。しかしながら、ノズルに対するシールドホルダの装着時にシール部材に過大な力が加わると、シール部材が破損する可能性がある。この場合、第１保護ガラスおよび第２保護ガラス間の空間（または、フォーカスレンズおよび保護ガラス間の空間）に粉塵が侵入することを効果的に防ぐことができない。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、レーザ光を透過させる透光部材が汚染されることをより確実に防ぐレーザ照射ヘッドを提供することである。

この発明の１つの局面に従ったレーザ照射ヘッドは、レーザ光が進行する光路を形成する貫通孔が設けられるハウジングと、ハウジングに対して着脱可能に設けられるホルダと、ホルダにより保持され、レーザ光を透過させる第１透光部材とを備える。ハウジングには、レーザ光の進行方向に直交する平面内において貫通孔と交差し、ハウジングに対するホルダの装着時、ホルダが挿入されるホルダ挿入孔がさらに設けられる。ハウジングは、レーザ光の進行方向において第１透光部材よりも上流側に位置し、ホルダ挿入孔の内壁をなすとともに、貫通孔が開口する第１平面を有する。ホルダは、第１平面と対面する第２平面を有する。ホルダには、第２平面から凹み、第１平面における貫通孔の開口面の周りを周回する溝部が設けられる。レーザ照射ヘッドは、溝部に収容され、第１平面と当接するシール部材と、ホルダを、第２平面が第１平面に近接する方向に向けて弾性的に付勢する付勢部材とを備える。ハウジングに対するホルダの装着時、溝部のうちでホルダの挿入方向における最も奥側に位置する溝部が、ホルダの挿入方向と、レーザ光の進行方向とを含む平面により切断された溝断面を想定する。この場合に、付勢部材は、ハウジングに対するホルダの装着時、溝断面がホルダの挿入方向において第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎた後に、ホルダを付勢するように配置される。付勢部材は、ハウジングに対するホルダの装着時、ホルダ挿入孔にホルダを挿入する動作に伴って弾性的な付勢力を発生するように構成される。
この発明の別の局面に従ったレーザ照射ヘッドは、レーザ光が進行する光路を形成する貫通孔が設けられるハウジングと、ハウジングに対して着脱可能に設けられるホルダと、ホルダにより保持され、レーザ光を透過させる第１透光部材とを備える。ハウジングには、レーザ光の進行方向に直交する平面内において貫通孔と交差し、ハウジングに対するホルダの装着時、ホルダが挿入されるホルダ挿入孔がさらに設けられる。ハウジングは、レーザ光の進行方向において第１透光部材よりも上流側に位置し、ホルダ挿入孔の内壁をなすとともに、貫通孔が開口する第１平面を有する。ホルダは、第１平面と対面する第２平面を有する。ホルダには、第２平面から凹み、第１平面における貫通孔の開口面の周りを周回する溝部が設けられる。レーザ照射ヘッドは、溝部に収容され、第１平面と当接するシール部材と、ホルダを、第２平面が第１平面に近接する方向に向けて弾性的に付勢する付勢部材とを備える。ハウジングに対するホルダの装着時、溝部のうちでホルダの挿入方向における最も奥側に位置する溝部が、ホルダの挿入方向と、レーザ光の進行方向とを含む平面により切断された溝断面を想定する。この場合に、付勢部材は、ハウジングに対するホルダの装着時、溝断面がホルダの挿入方向において第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎた後に、ホルダを付勢するように配置される。ハウジングは、レーザ光の進行方向において第１平面と対向し、ホルダ挿入孔の内壁をなす第３平面をさらに有する。付勢部材は、ハウジングに対するホルダの未装着時に、ホルダおよび前３平面のいずれか一方の一方部材から突出し、ハウジングに対するホルダの装着時に、一方部材から、ホルダおよび第３平面のいずれか他方の他方部材に向けて突出し、他方部材に向けて突出する先端において他方部材と接触する。ハウジングに対するホルダの未装着時における、一方部材からの付勢部材の突出長さは、ハウジングに対するホルダの装着時における、一方部材からの付勢部材の突出長さよりも大きい。
この発明のさらに別の局面に従ったレーザ照射ヘッドは、レーザ光が進行する光路を形成する貫通孔が設けられるハウジングと、ハウジングに対して着脱可能に設けられるホルダと、ホルダにより保持され、レーザ光を透過させる第１透光部材とを備える。ハウジングには、レーザ光の進行方向に直交する平面内において貫通孔と交差し、ハウジングに対するホルダの装着時、ホルダが挿入されるホルダ挿入孔がさらに設けられる。ハウジングは、レーザ光の進行方向において第１透光部材よりも上流側に位置し、ホルダ挿入孔の内壁をなすとともに、貫通孔が開口する第１平面を有する。ホルダは、第１平面と対面する第２平面を有する。ホルダには、第２平面から凹み、第１平面における貫通孔の開口面の周りを周回する溝部が設けられる。レーザ照射ヘッドは、溝部に収容され、第１平面と当接するシール部材と、ホルダを、第２平面が第１平面に近接する方向に向けて弾性的に付勢する付勢部材とを備える。

ハウジングに対するホルダの装着時、溝部のうちでホルダの挿入方向における最も奥側に位置する溝部が、ホルダの挿入方向と、レーザ光の進行方向とを含む平面により切断された溝断面を想定する。この場合に、付勢部材は、ハウジングに対するホルダの装着時、溝断面がホルダの挿入方向において第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎた後に、ホルダを付勢するように配置される。

このように構成されたレーザ照射ヘッドによれば、付勢部材は、溝断面が第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎた後にホルダを付勢するように配置されるため、溝断面が第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎる前に、溝断面に配置されるシール部材に、付勢部材からの付勢力に起因する外力が加わらない。これにより、ハウジングに対するホルダの装着時、ハウジングからシール部材に加わる負荷を低減させることができる。結果、シール部材によるホルダおよびハウジング間のシール性能が十分に発揮されるため、第１透光部材の上流側および第１透光部材よりも上流の部材の汚染をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、ハウジングに対するホルダの装着時、溝断面がホルダの挿入方向において第１平面における貫通孔の開口面を通り過ぎる前に、シール部材および第１平面の間に隙間が設けられる。

このように構成されたレーザ照射ヘッドによれば、ハウジングに対するホルダの装着時、ハウジングからシール部材に加わる負荷をより効果的に低減させることができる。

また好ましくは、レーザ照射ヘッドは、複数の付勢部材を備える。複数の付勢部材は、シール部材よりもホルダの挿入方向における奥側でホルダを付勢する第１付勢部材と、シール部材よりもホルダの挿入方向における手前側でホルダを付勢する第２付勢部材とを含む。

このように構成されたレーザ照射ヘッドによれば、ホルダの挿入方向における奥側および手前側の間において、シール部材を第１平面に対してより均等に密着させることができる。これにより、シール部材によるホルダおよびハウジング間のシール性能をさらに高めることができる。

また好ましくは、第１付勢部材および第２付勢部材は、ハウジングに対するホルダの装着時に同じタイミングでホルダの付勢を開始するように配置される。

このように構成されたレーザ照射ヘッドによれば、ハウジングに対するホルダの装着時、シール部材が第１平面に対して片当たりした状態が生じることを防止できる。これにより、シール部材がより安定した姿勢で装着されるため、シール部材によるホルダおよびハウジング間のシール性能をさらに高めることができる。

また好ましくは、レーザ照射ヘッドは、ハウジングに設けられる第２透光部材をさらに備える。第１透光部材は、第２透光部材からのレーザ光を透過させる。第１平面は、レーザ光の進行方向における第１透光部材および第２透光部材の間に位置する。

このように構成されたレーザ照射ヘッドによれば、第１透光部材および第２透光部材間の空間の密閉性をシール部材によって十分に確保することによって、第１透光部材の上流側および第２透光部材の汚染をより確実に防ぐことができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、レーザ光を透過させる透光部材が汚染されることをより確実に防ぐレーザ照射ヘッドを提供することができる。

この発明の実施の形態におけるレーザ照射ヘッドを備えた加工機械の構成を示す概略図である。 図１中のレーザ照射ヘッドを部分的に示す斜視図である。 図２中のレーザ照射ヘッドにおいて、ハウジングにホルダを装着する工程を示す斜視図である。 図１中のレーザ照射ヘッドにおいて、下部ハウジングと、下部ハウジングに装着されたホルダとを示す断面図である。 図４中のＶ−Ｖ線上の矢視方向に見た下部ハウジングを示す断面図である。 ホルダおよび第１保護ガラスを示す上面図である。 ホルダおよび第１保護ガラスを示す下面図である。 図４中の２点鎖線ＶＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 プランジャーを示す側面図である。 プランジャーを示す断面図である。 下部ハウジングに対してホルダを装着する第１工程を示す断面図である。 図１１中の２点鎖線ＸＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 下部ハウジングに対してホルダを装着する第２工程を示す断面図である。 図１３中の２点鎖線ＸＩＶで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態におけるレーザ照射ヘッドを備えた加工機械の構成を示す概略図である。図１を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive Manufacturing）加工）が可能な加工機械である。付加加工とは、材料を付着することによってワークに３次元形状を作成する加工法であり、付加加工の前後でワークの質量が増加する。

加工機械１００は、ワークの付加加工のみが可能な加工機械であってもよいし、ワークの付加加工と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive Manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械であってもよい。

加工機械１００は、レーザ照射ヘッド１０と、レーザ発振器１２と、材料粉末供給部１３と、シールドガス供給部１５と、ワーク移動ステージ１６とを有する。

レーザ照射ヘッド１０は、付加加工が行なわれる加工エリア内に設けられている。レーザ照射ヘッド１０は、レーザ光を照射する。レーザ照射ヘッド１０は、ワークＷに対して材料粉末Ｍを吐出するとともにレーザ光Ｌを照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ：Directed Energy Deposition））。

レーザ発振器１２は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。レーザ発振器１２において発振されたレーザ光は、ファイバーケーブル等を通じてレーザ照射ヘッド１０に導かれる。

材料粉末供給部１３は、付加加工に用いられる材料粉末をキャリアガスとともにレーザ照射ヘッド１０に向けて供給する。材料粉末は、たとえば、ステンレス合金およびニッケル合金等の金属粉末、もしくは、セラミック粉末である。キャリアガスとしては、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。レーザ照射ヘッド１０は、粉末吐出ノズル１４を有する。材料粉末供給部１３から供給された材料粉末Ｍは、粉末吐出ノズル１４を通じて、ワークＷにおけるレーザ光Ｌの照射領域に向けて吐出される。

シールドガス供給部１５は、シールドガスをレーザ照射ヘッド１０に向けて供給する。シールドガスは、レーザ光により加熱、溶融される金属の酸化を防止するとともに、これが飛散することを防ぐ。シールドガスとしては、アルゴンまたはヘリウム等の不活性ガスが用いられる。シールドガス供給部１５から供給されたシールドガスＧは、後述するノズル体２３を通じて、ワークＷにおけるレーザ光Ｌの照射領域に供給される。

ワーク移動ステージ１６は、付加加工が行なわれる加工エリア内に設けられている。ワーク移動ステージ１６は、上下方向において、レーザ照射ヘッド１０と対向している。ワーク移動ステージ１６は、レーザ照射ヘッド１０の下方に設けられている。ワーク移動ステージ１６は、ワークＷを保持可能なように構成されている。

ワーク移動ステージ１６は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータ等によって、ワークＷを水平面内で移動させる。ワーク移動ステージ１６を移動させることによって、ワークＷにおける付加加工の加工点を移動させることができる。

なお、ワークＷに対して材料粉末Ｍを吐出するとともにレーザ光Ｌを照射するレーザ照射ヘッド１０と、ワークＷを保持するワーク移動ステージ１６とを相互に移動させる構成であれば、ワークＷにおける付加加工の加工点を移動させることができる。たとえば、レーザ照射ヘッド１０が加工エリア内で空間移動する構成であってもよいし、ワーク移動ステージ１６と、レーザ照射ヘッド１０を空間移動させる構成との組み合わせであってもよい。図１中には、レーザ光を下方に向けて照射するレーザ照射ヘッド１０が示されているが、本発明におけるレーザ照射ヘッドの姿勢は、特に限定されるものではない。

続いて、レーザ照射ヘッド１０の構造について説明する。図２は、図１中のレーザ照射ヘッドを部分的に示す斜視図である。図３は、図２中のレーザ照射ヘッドにおいて、ハウジングにホルダを装着する工程を示す斜視図である。

図１から図３を参照して、レーザ照射ヘッド１０は、上部ハウジング２２と、下部ハウジング（ハウジング）２１と、ノズル体２３と、ホルダ５１とを有する。

下部ハウジング２１は、金属製のブロック体からなる。下部ハウジング２１は、全体として、直方体形状を有する。下部ハウジング２１は、上側面３６と、下側面３７と、横側面３５とを有する。上側面３６は、上方を向いている。下側面３７は、上側面３６の裏側に配置されている。下側面３７は、下方を向いている。横側面３５は、側方を向いている。横側面３５の上方端は、上側面３６に連なり、横側面３５の下方端は、下側面３７に連なっている。

下部ハウジング２１には、貫通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、上下方向において、下部ハウジング２１を貫通している。貫通孔３３は、上側面３６および下側面３７において開口している。貫通孔３３は、中心軸１０１を中心に上下方向に延びている。貫通孔３３は、中心軸１０１を中心とする円形の開口形状を有する。

貫通孔３３は、下部ハウジング２１においてレーザ光が進行する光路を形成している。貫通孔３３におけるレーザ光の進行方向は、中心軸１０１の軸方向である。貫通孔３３を進行するレーザ光の光軸は、中心軸１０１と重なる。

下部ハウジング２１には、ホルダ挿入孔３１がさらに設けられている。ホルダ挿入孔３１は、レーザ光の進行方向に直交する平面内において貫通孔３３と交差している。ホルダ挿入孔３１は、横側面３５において開口している。ホルダ挿入孔３１は、横側面３５から水平方向に延びている。ホルダ挿入孔３１は、横側面３５における開口から所定の深さで設けられた有底の孔である。

上部ハウジング２２は、下部ハウジング２１に接続されている。上部ハウジング２２は、上側面３６に接続されている。上部ハウジング２２には、レーザ光が進行する光路を形成するための孔３８が設けられている。孔３８は、中心軸１０１を中心に上下方向に延びている。孔３８は、その下方端において貫通孔３３と連通している。

ノズル体２３は、下部ハウジング２１に接続されている。ノズル体２３は、下側面３７に接続されている。ノズル体２３には、レーザ光が進行する光路を形成するための孔３９が設けられている。孔３９は、上下方向において、ノズル体２３を貫通している。孔３９は、中心軸１０１を中心に上下方向に延びている。孔３９は、その上方端において貫通孔３３と連通している。

図２および図３に示されるように、ホルダ５１は、下部ハウジング２１に対して着脱可能に設けられている。ホルダ５１は、ホルダ挿入孔３１に収容されている。ホルダ５１は、下部ハウジング２１に対する装着時、ホルダ挿入孔３１に挿入される。ホルダ５１は、横側面３５におけるホルダ挿入孔３１の開口を通じて、図３中の矢印１２６に示す方向（以下、「ホルダ５１の挿入方向」ともいう）に挿入される。ホルダ５１の挿入方向は、下部ハウジング２１におけるレーザ光の進行方向（中心軸１０１の軸方向）に直交する方向である。

ホルダ５１には、孔５５が設けられている。孔５５は、上下方向において、ホルダ５１を貫通している。孔５５は、中心軸１０１を中心に上下方向に延びている。孔５５は、中心軸１０１を中心とする円形の開口形状を有する。孔５５は、その上方端および下方端において貫通孔３３と連通している。

孔５５は、ホルダ５１においてレーザ光が進行する光路を形成している。孔５５におけるレーザ光の進行方向は、中心軸１０１の軸方向である。孔５５を進行するレーザ光の光軸は、中心軸１０１と重なる。

レーザ照射ヘッド１０は、コリメーションレンズ２６と、フォーカスレンズ２７と、第１保護ガラス（第１透光部材）２９と、第２保護ガラス（第２透光部材）２８とをさらに有する。

コリメーションレンズ２６（図２を参照のこと）は、上部ハウジング２２に設けられている。フォーカスレンズ２７は、上部ハウジング２２に設けられている。コリメーションレンズ２６およびフォーカスレンズ２７は、上部ハウジング２２におけるレーザ光の光路上に設けられている。フォーカスレンズ２７は、コリメーションレンズ２６よりも、レーザ光の進行方向における下流側に設けられている。

コリメーションレンズ２６は、レーザ照射ヘッド１０に導入されたレーザ光を平行光とする。フォーカスレンズ２７は、コリメーションレンズ２６からのレーザ光をワークＷの表面上に集光させる。

なお、コリメーションレンズ２６およびフォーカスレンズ２７を用いて、目的のスポット径にレーザ光を集光させる構成は、一例であり、たとえば、１枚の両凸レンズを用いてレーザ光を集光させてもよいし、他の手段を用いてレーザ光を集光させてもよい。また、ファイバーケーブルから放出されるレーザ光を直接、ワークに向けて照射させてもよい。

第２保護ガラス２８は、下部ハウジング２１に設けられている。第２保護ガラス２８は、中心軸１０１の軸方向において、フォーカスレンズ２７と対向して設けられている。第１保護ガラス２９は、ホルダ５１により保持されている。第１保護ガラス２９は、ホルダ５１に対して着脱可能に設けられている。第１保護ガラス２９は、中心軸１０１の軸方向において、第２保護ガラス２８と対向して設けられている。

第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８は、それぞれ、ホルダ５１および下部ハウジング２１におけるレーザ光の光路上に設けられている。第１保護ガラス２９は、第２保護ガラス２８よりも、レーザ光の進行方向における下流側に設けられている。第１保護ガラス２９は、ホルダ５１における孔５５と、下部ハウジング２１における貫通孔３３と、ノズル体２３における孔３９とを通じて、外部空間に晒されている。

第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８は、レーザ光を透過させることが可能な透明部材からなる。第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８は、ワークＷの付加加工に伴って生じるスパッタまたはヒューム等の粉塵がフォーカスレンズ２７等の光学部品に付着することを防ぐために設けられている。

ワークＷの付加加工時、スパッタまたはヒューム等の粉塵は、第１保護ガラス２９に付着する。これに対して、第１保護ガラス２９は、下部ハウジング２１に対して着脱可能なホルダ５１により保持されている。ホルダ５１を下部ハウジング２１から取り外すことによって、第１保護ガラス２９の交換または清掃が可能となる。この際、下部ハウジング２１にはなお第２保護ガラス２８が設けられているため、第１保護ガラス２９の交換または清掃時に、フォーカスレンズ２７が外部空間に晒され、汚染されることを防止できる（保護ガラスの２重構造）。

なお、本実施の形態では、保護ガラスの２重構造が適用されたレーザ照射ヘッド１０について説明しているが、本発明は、これに限られず、フォーカスレンズ等の光学部品を１枚の保護ガラスによって保護するレーザ照射ヘッドにも適用可能である。

図４は、図１中のレーザ照射ヘッドにおいて、下部ハウジングと、下部ハウジングに装着されたホルダとを示す断面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線上の矢視方向に見た下部ハウジングを示す断面図である。

図４および図５を参照して、下部ハウジング２１は、上面（第１平面）４１と、下面４２とを有する。

上面４１は、ホルダ挿入孔３１の内壁をなしている。上面４１は、ホルダ挿入孔３１の上壁をなしている。上面４１は、平面からなる。上面４１は、レーザ光の進行方向（中心軸１０１の軸方向）に直交する平面からなる。上面４１は、レーザ光の進行方向において第１保護ガラス２９よりも上流側に位置している。上面４１は、レーザ光の進行方向において第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８の間に位置している。上面４１には、貫通孔３３が開口している。上面４１には、ホルダ挿入孔３１よりもレーザ光の進行方向における上流側の貫通孔３３が開口している。

下面４２は、ホルダ挿入孔３１の内壁をなしている。下面４２は、ホルダ挿入孔３１の底壁をなしている。下面４２は、中心軸１０１の軸方向において、上面４１と対向して設けられている。下面４２は、全体として、レーザ光の進行方向に直交する平面からなる。下面４２には、ホルダ挿入孔３１よりもレーザ光の進行方向における下流側の貫通孔３３が開口している。

下面４２は、手前側領域４２Ｐ、中間領域４２Ｑおよび奥側領域４２Ｒを有する。手前側領域４２Ｐ、中間領域４２Ｑおよび奥側領域４２Ｒは、挙げた順に、ホルダ５１の挿入方向（図３中の矢印１２６に示す方向）における手前側から奥側に向けて並んでいる。貫通孔３３は、中間領域４２Ｑに開口している。

手前側領域４２Ｐおよび中間領域４２Ｑの間には、中心軸１０１の軸方向における段差が設けられている。中心軸１０１の軸方向における上面４１および中間領域４２Ｑの間の距離は、中心軸１０１の軸方向における上面４１および手前側領域４２Ｐの間の距離よりも小さい。すなわち、手前側領域４２Ｐは、中間領域４２Ｑよりも一段下がっている。

手前側領域４２Ｐおよび中間領域４２Ｑの境界には、第１傾斜部４３が設けられている。第１傾斜部４３は、手前側領域４２Ｐから中間領域４２Ｑに向けて斜め上方向に延在している。

中間領域４２Ｑおよび奥側領域４２Ｒの間には、中心軸１０１の軸方向における段差が設けられている。中心軸１０１の軸方向における上面４１および中間領域４２Ｑの間の距離は、中心軸１０１の軸方向における上面４１および奥側領域４２Ｒの間の距離よりも小さい。すなわち、奥側領域４２Ｒは、中間領域４２Ｑよりも一段下がっている。中心軸１０１の軸方向における上面４１および奥側領域４２Ｒの間の距離は、中心軸１０１の軸方向における上面４１および手前側領域４２Ｐの間の距離よりも小さい。

図６は、ホルダおよび第１保護ガラスを示す上面図である。図７は、ホルダおよび第１保護ガラスを示す下面図である。

図４から図７を参照して、ホルダ５１は、ベース部５４と、ガラス保持部５６と、外板部５３と、ハンドル部５２とを有する。

ベース部５４は、ホルダ挿入孔３１の内側に収容されている。ベース部５４は、中心軸１０１の軸方向が厚み方向となる板材から構成されている。

ホルダ５１（ベース部５４）は、ホルダ上面（第２平面）４６と、ホルダ下面４８とを有する。ホルダ上面４６は、平面からなる。ホルダ上面４６は、レーザ光の進行方向（中心軸１０１の軸方向）に直交する平面からなる。ホルダ上面４６は、下部ハウジング２１の上面４１と対面している。ホルダ上面４６は、中心軸１０１の軸方向において上面４１と対向している。ホルダ上面４６は、上面４１と面接触している。

ホルダ下面４８は、下部ハウジング２１の下面４２と対面している。ホルダ下面４８および下面４２の間には、隙間が設けられている。

ガラス保持部５６は、ホルダ下面４８の側からベース部５４に取り付けられている。孔５５は、中心軸１０１の軸方向において、ベース部５４およびガラス保持部５６を貫通している。第１保護ガラス２９は、ガラス保持部５６により中心軸１０１の軸方向から押さえ付けられることによって、ベース部５４に保持されている。

ホルダ５１（ガラス保持部５６）は、第２傾斜部４９を有する。第２傾斜部４９は、中心軸１０１の軸方向において、下面４２（奥側領域４２Ｒ）と対向する位置に設けられている。第２傾斜部４９は、ホルダ５１の挿入方向における手前側から奥側に向けて、斜め上方向に延在している。

外板部５３およびハンドル部５２は、ホルダ挿入孔３１の外側に設けられている。外板部５３は、ホルダ５１の挿入方向が厚み方向となる板形状を有する。外板部５３は、ホルダ５１の挿入方向において、下部ハウジング２１の横側面３５に当接している。ベース部５４およびハンドル部５２は、外板部５３に取り付けられている。ハンドル部５２は、取っ手形状を有しており、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の着脱時にユーザにより把持される。

図８は、図４中の２点鎖線ＶＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図４から図８を参照して、ホルダ５１には、溝部４７が設けられている。溝部４７は、ホルダ上面４６から凹む凹形状を有する。溝部４７は、下部ハウジング２１の上面４１における貫通孔３３の開口面の周りを周回している。

溝部４７は、ベース部５４に設けられている。溝部４７は、中心軸１０１を中心とする円周上で延びている。

なお、溝部４７の周回形状は、円形に限られず、たとえば、楕円形状であってもよいし、隣り合う辺同士が湾曲しながら接続される矩形形状であってもよい。

レーザ照射ヘッド１０は、シール部材６１をさらに有する。シール部材６１は、閉環状のシール材である。シール部材６１は、ゴム等の弾性部材から構成されている。シール部材６１は、溝部４７に収容されている。シール部材６１は、下部ハウジング２１の上面４１と当接している。

図９は、プランジャーを示す側面図である。図１０は、プランジャーを示す断面図である。

図４から図１０を参照して、レーザ照射ヘッド１０は、プランジャー（付勢部材）７１をさらに有する。プランジャー７１は、ホルダ５１を、ホルダ上面４６が下部ハウジング２１の上面４１に近接する方向に向けて弾性的に付勢している。プランジャー７１は、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢している。

プランジャー７１は、ホルダ挿入孔３１の内部に設けられている。プランジャー７１は、中心軸１０１の軸方向において、ホルダ５１と、下部ハウジング２１の下面４２の間に設けられている。プランジャー７１は、中心軸１０１の軸方向において弾性的に変形することによって、ホルダ５１を上方に向けて付勢する弾性力を発生する。

プランジャー７１は、ケース体７２と、ボール７３と、コイルバネ７４とを有する。ケース体７２は、有底の筒形状を有する。ケース体７２は、その筒形状の軸方向が中心軸１０１と平行となるように設けられている。ケース体７２には、開口部７２Ｐが設けられている。開口部７２Ｐは、中心軸１０１の軸方向に沿った一方向を向いて開口している。

ボール７３は、ケース体７２の内部に収容されるとともに、その一部が、開口部７２Ｐを通じて外部に突出するように設けられている。コイルバネ７４は、ケース体７２の内部にボール７３と並んで収容されている。コイルバネ７４は、ボール７３に対して、中心軸１０１の軸方向における弾性力（ボール７３がケース体７２の外側に飛び出す方向の弾性力）を作用させている。

レーザ照射ヘッド１０は、複数のプランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）を有する。

第１プランジャー（第１付勢部材）７１Ｓは、シール部材６１よりもホルダ５１の挿入方向における奥側でホルダ５１を付勢している。第２プランジャー（第２付勢部材）７１Ｔは、シール部材６１よりもホルダ５１の挿入方向における手前側でホルダ５１を付勢している。

第１プランジャー７１Ｓは、中心軸１０１よりもホルダ５１の挿入方向における奥側に設けられている。第１プランジャー７１Ｓは、貫通孔３３よりもホルダ５１の挿入方向における奥側に設けられている。第１プランジャー７１Ｓは、溝部４７（シール部材６１）よりもホルダ５１の挿入方向における奥側に設けられている。第１プランジャー７１Ｓは、中心軸１０１からホルダ５１の挿入方向に延びる直線上に設けられている。

第１プランジャー７１Ｓは、下部ハウジング２１に設けられている。第１プランジャー７１Ｓは、ボール７３がホルダ挿入孔３１の空間内に露出するように、下部ハウジング２１の下面４２に埋設されている。第１プランジャー７１Ｓは、下面４２のうちの奥側領域４２Ｒに設けられている。ボール７３は、中心軸１０１の軸方向においてホルダ５１（ガラス保持部５６）と当接している。ボール７３がコイルバネ７４の弾性力に抗しながらケース体７２の内部に押し込まれることによって、第１プランジャー７１Ｓは、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢している。

第２プランジャー７１Ｔは、中心軸１０１よりもホルダ５１の挿入方向における手前側に設けられている。第２プランジャー７１Ｔは、貫通孔３３よりもホルダ５１の挿入方向における手前側に設けられている。第２プランジャー７１Ｔは、溝部４７（シール部材６１）よりもホルダ５１の挿入方向における手前側に設けられている。

レーザ照射ヘッド１０は、複数の（２つの）第２プランジャー７１Ｔを有する。第２プランジャー７１Ｔの数は、第１プランジャー７１Ｓの数よりも多い。複数の第２プランジャー７１Ｔは、ホルダ５１の挿入方向に直交する方向に互いに離れて設けられている。複数の第２プランジャー７１Ｔは、中心軸１０１からホルダ５１の挿入方向に延びる直線を中心に対称となるように設けられている。

第２プランジャー７１Ｔは、ホルダ５１（ベース部５４）に設けられている。第２プランジャー７１Ｔは、ボール７３がホルダ挿入孔３１の空間内に露出するように、ホルダ下面４８に埋設されている。第２プランジャー７１Ｔは、中心軸１０１の軸方向において下部ハウジング２１の下面４２と当接している。第２プランジャー７１Ｔは、下面４２のうちの中間領域４２Ｑと当接している。ボール７３がコイルバネ７４の弾性力に抗しながらケース体７２の内部に押し込まれることによって、第２プランジャー７１Ｔは、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢している。

図４および図８を参照して、プランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）が、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢することによって、溝部４７内のシール部材６１が、溝部４７の溝底と、下部ハウジング２１の上面４１との間に挟まれて圧縮変形されている。これにより、ホルダ５１（ホルダ上面４６）と、下部ハウジング２１（上面４１）との間が封止されるため、第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８間の空間１１０にスパッタまたはヒューム等の粉塵が侵入することを防止できる。

本実施の形態では、第１プランジャー７１Ｓが、シール部材６１よりもホルダ５１の挿入方向における奥側でホルダ５１を付勢し、第２プランジャー７１Ｔが、シール部材６１よりもホルダ５１の挿入方向における手前側でホルダ５１を付勢している。このような構成によれば、ホルダ５１の挿入方向における奥側および手前側の間において、シール部材６１を下部ハウジング２１の上面４１に対してより均等に密着させることが可能となる。このため、第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８間の空間１１０への粉塵の侵入をより確実に防止できる。

なお、本発明における付勢部材は、上記のプランジャー７１に限定されず、ホルダを所定方向に向けて弾性的に付勢するものであればよい。

図１１は、下部ハウジングに対してホルダを装着する第１工程を示す断面図である。図１２は、図１１中の２点鎖線ＸＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図１３は、下部ハウジングに対してホルダを装着する第２工程を示す断面図である。図１４は、図１３中の２点鎖線ＸＩＶで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。

図８、図１２および図１４中には、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着時、溝部４７のうちでホルダ５１の挿入方向における最も奥側に位置する溝部４７が、ホルダ５１の挿入方向（図４中の矢印１２６に示す方向）と、レーザ光の進行方向（中心軸１０１の軸方向）とを含む平面により切断された溝断面４７Ｊが示されている。

図４、図８および図１１から図１４を参照して、プランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）は、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着時、溝断面４７Ｊがホルダ５１の挿入方向において上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎた後に、ホルダ５１を付勢するように配置されている。

以下において、プランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）の上記配置についてより具体的に説明する。

図１１および図１２を参照して、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着時、ホルダ５１を、下部ハウジング２１の下面４２に載置しながらホルダ挿入孔３１に挿入する。

ホルダ５１の挿入の初期段階において、溝断面４７Ｊは、上面４１における貫通孔３３の開口面よりも、ホルダ５１の挿入方向における手前側を移動し、さらにその後、上面４１における貫通孔３３の開口面の直下を移動する。図１１および図１２中では、溝断面４７Ｊと、上面４１における貫通孔３３の開口面とが、中心軸１０１の軸方向において部分的に重なり合っており、これは、溝断面４７Ｊがホルダ５１の挿入方向において上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎる前に対応している。

この際、ホルダ上面４６と、下部ハウジング２１の上面４１との間には、隙間が設けられている。シール部材６１と、下部ハウジング２１の上面４１との間には、隙間が設けられている。

一例として、図１２中に示される、ホルダ上面４６と下部ハウジング２１の上面４１との隙間の大きさＣ１は、０．６ｍｍ以上であり、シール部材６１と下部ハウジング２１の上面４１との間の隙間の大きさＣ２は、０．３ｍｍ以上である。

ホルダ５１は、第１プランジャー７１Ｓまで到達しておらず、このため、第１プランジャー７１Ｓは、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢していない。また、第２プランジャー７１Ｔは、当初、ホルダ挿入孔３１の外側を移動し、やがて、下部ハウジング２１の下面４２のうちの手前側領域４２Ｐ上を移動する。この間、第２プランジャー７１Ｔは、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢していない。

図１３および図１４を参照して、ホルダ５１の挿入の中間段階において、溝断面４７Ｊがホルダ５１の挿入方向において上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎる。溝断面４７Ｊは、上面４１における貫通孔３３の開口面よりも、ホルダ５１の挿入方向における奥側を移動する。

溝断面４７Ｊがホルダ５１の挿入方向において上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎた後、ホルダ５１（ガラス保持部５６における第２傾斜部４９）が、第１プランジャー７１Ｓ（ボール７３）と接触する。第２プランジャー７１Ｔ（ボール７３）が、下部ハウジング２１における下面４２の第１傾斜部４３と接触する。ホルダ５１の挿入に伴って、ボール７３がケース体７３内に押し込まれることによって、第１プランジャー７１Ｓおよび第２プランジャー７１Ｔが、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢する。

本実施の形態では、第１プランジャー７１Ｓおよび第２プランジャー７１Ｔが、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着時に同じタイミングでホルダ５１の付勢を開始するように設けられている。

図４および図８を参照して、ホルダ５１の挿入の最終段階において、ホルダ５１（ガラス保持部５６）が、第１プランジャー７１Ｓ（ボール７３）に乗り上げ、第２プランジャー７１Ｔが、下部ハウジング２１における下面４２の中間領域４２Ｑに乗り上げる。ホルダ５１の外板部５３が下部ハウジング２１の横側面３５に当接することによって、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着が完了する。

図４を参照して、ホルダ５１の挿入方向における、溝断面４７Ｊと、上面４１における貫通孔３３の開口面との間の長さＸは、第１プランジャー７１Ｓおよび第２プランジャー７１Ｔが、ホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢し始めてからのホルダ５１の移動長さよりも大きくなる。

図１１および図１２に示されるホルダ５１の挿入の初期段階において、仮にプランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）がホルダ５１を上方に向けて弾性的に付勢していると、シール部材６１が、上面４１における貫通孔３３の開口面の開口縁と、溝断面４７Ｊの側壁との間に挟まれる可能性がある。また、シール部材６１が、上面４１に押し付けられながらホルダ５１の挿入方向に沿って長い距離を移動することになる。これにより、シール部材６１が破損する懸念や、シール部材６１が捩れたり、大きく摩耗した状態で装着される懸念が生じる。

これに対して、本実施の形態では、プランジャー７１（第１プランジャー７１Ｓ，第２プランジャー７１Ｔ）が、上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎた後に、ホルダ５１を付勢するように配置されている。このような構成により、上記のようなシール部材６１の破損等の懸念が解消されるため、シール部材６１による封止性能を十分に得ることが可能となる。結果、第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８間の空間１１０にスパッタまたはヒューム等の粉塵が侵入することを防止して、第１保護ガラス２９および第２保護ガラス２８の汚染を確実に防ぐことができる。

また、本実施の形態では、溝断面４７Ｊが上面４１における貫通孔３３の開口面を通り過ぎる前に、シール部材６１および上面４１の間に隙間が設けられている。このような構成によれば、下部ハウジング２１からシール部材６１に加わる負荷をより低減させることによって、シール部材６１の破損を効果的に防止できる。

また、本実施の形態では、第１プランジャー７１Ｓおよび第２プランジャー７１Ｔが、下部ハウジング２１に対するホルダ５１の装着時に同じタイミングでホルダ５１の付勢を開始するように設けられている。このような構成によれば、シール部材６１が下部ハウジング２１の上面４１に対して片当たりした状態が生じることを防止できる。これにより、シール部材６１がより安定した姿勢で装着されるため、シール部材６１による封止性能をさらに期待することができる。

なお、本実施の形態では、加工機械１００に用いられるレーザ照射ヘッド１０の構成について説明したが、本発明におけるレーザ照射ヘッドは、このような用途に限定されない。本発明におけるレーザ照射ヘッドは、たとえば、レーザ光を利用した各種の計測装置に用いられるものであってもよい。また、本発明におけるレーザ照射ヘッドは、レーザ加工機、または、パウダーベッド方式のＡＭ加工機械に用いられるものであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば、レーザ光を利用した加工機械または測定装置などに適用される。

１０ レーザ照射ヘッド、１２ レーザ発振器、１３ 材料粉末供給部、１４ 粉末吐出ノズル、１５ シールドガス供給部、１６ ワーク移動ステージ、２１ 下部ハウジング、２２ 上部ハウジング、２３ ノズル体、２６ コリメーションレンズ、２７ フォーカスレンズ、２８ 第２保護ガラス、２９ 第１保護ガラス、３１ ホルダ挿入孔、３３ 貫通孔、３５ 横側面、３６ 上側面、３７ 下側面、３８，３９，５５ 孔、４１ 上面、４２ 下面、４２Ｐ 手前側領域、４２Ｑ 中間領域、４２Ｒ 奥側領域、４３ 第１傾斜部、４６ ホルダ上面、４７ 溝部、４７Ｊ 溝断面、４８ ホルダ下面、４９ 第２傾斜部、５１ ホルダ、５２ ハンドル部、５３ 外板部、５４ ベース部、５６ ガラス保持部、６１ シール部材、７１ プランジャー、７１Ｓ 第１プランジャー、７１Ｔ 第２プランジャー、７２ ケース体、７２Ｐ 開口部、７３ ボール、７４ コイルバネ、１００ 加工機械、１０１ 中心軸、１１０ 空間。

Claims (7)

1. レーザ光が進行する光路を形成する貫通孔が設けられるハウジングと、
   前記ハウジングに対して着脱可能に設けられるホルダと、
   前記ホルダにより保持され、レーザ光を透過させる第１透光部材とを備え、
   前記ハウジングには、レーザ光の進行方向に直交する平面内において前記貫通孔と交差し、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記ホルダが挿入されるホルダ挿入孔がさらに設けられ、
   前記ハウジングは、レーザ光の進行方向において前記第１透光部材よりも上流側に位置し、前記ホルダ挿入孔の内壁をなすとともに、前記貫通孔が開口する第１平面を有し、
   前記ホルダは、前記第１平面と対面する第２平面を有し、
   前記ホルダには、前記第２平面から凹み、前記第１平面における前記貫通孔の開口面の周りを周回する溝部が設けられ、さらに、
   前記溝部に収容され、前記第１平面と当接するシール部材と、
   前記ホルダを、前記第２平面が前記第１平面に近接する方向に向けて弾性的に付勢する付勢部材とを備え、
   前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記溝部のうちで前記ホルダの挿入方向における最も奥側に位置する前記溝部が、前記ホルダの挿入方向と、レーザ光の進行方向とを含む平面により切断された溝断面を想定した場合に、
   前記付勢部材は、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記溝断面が前記ホルダの挿入方向において前記第１平面における前記貫通孔の開口面を通り過ぎた後に、前記ホルダを付勢するように配置され、
   前記付勢部材は、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記ホルダ挿入孔に前記ホルダを挿入する動作に伴って弾性的な付勢力を発生するように構成される、レーザ照射ヘッド。
2. レーザ光が進行する光路を形成する貫通孔が設けられるハウジングと、
   前記ハウジングに対して着脱可能に設けられるホルダと、
   前記ホルダにより保持され、レーザ光を透過させる第１透光部材とを備え、
   前記ハウジングには、レーザ光の進行方向に直交する平面内において前記貫通孔と交差し、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記ホルダが挿入されるホルダ挿入孔がさらに設けられ、
   前記ハウジングは、レーザ光の進行方向において前記第１透光部材よりも上流側に位置し、前記ホルダ挿入孔の内壁をなすとともに、前記貫通孔が開口する第１平面を有し、
   前記ホルダは、前記第１平面と対面する第２平面を有し、
   前記ホルダには、前記第２平面から凹み、前記第１平面における前記貫通孔の開口面の周りを周回する溝部が設けられ、さらに、
   前記溝部に収容され、前記第１平面と当接するシール部材と、
   前記ホルダを、前記第２平面が前記第１平面に近接する方向に向けて弾性的に付勢する付勢部材とを備え、
   前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記溝部のうちで前記ホルダの挿入方向における最も奥側に位置する前記溝部が、前記ホルダの挿入方向と、レーザ光の進行方向とを含む平面により切断された溝断面を想定した場合に、
   前記付勢部材は、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記溝断面が前記ホルダの挿入方向において前記第１平面における前記貫通孔の開口面を通り過ぎた後に、前記ホルダを付勢するように配置され、
   前記ハウジングは、レーザ光の進行方向において前記第１平面と対向し、前記ホルダ挿入孔の内壁をなす第３平面をさらに有し、
   前記付勢部材は、前記ハウジングに対する前記ホルダの未装着時に、前記ホルダおよび前記第３平面のいずれか一方の一方部材から突出し、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時に、前記一方部材から、前記ホルダおよび前記第３平面のいずれか他方の他方部材に向けて突出し、前記他方部材に向けて突出する先端において前記他方部材と接触し、
   前記ハウジングに対する前記ホルダの未装着時における、前記一方部材からの前記付勢部材の突出長さは、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時における、前記一方部材からの前記付勢部材の突出長さよりも大きい、レーザ照射ヘッド。
3. 前記付勢部材は、前記他方部材と接触する先端において、レーザ光の進行方向に直交する平面により切断された場合の断面積が、前記一方部材から前記他方部材に向かうほど小さくなる形状を有する、請求項２に記載のレーザ照射ヘッド。
4. 前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時、前記溝断面が前記ホルダの挿入方向において前記第１平面における前記貫通孔の開口面を通り過ぎる前に、前記シール部材および前記第１平面の間に隙間が設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ照射ヘッド。
5. 複数の前記付勢部材を備え、
   複数の前記付勢部材は、前記シール部材よりも前記ホルダの挿入方向における奥側で前記ホルダを付勢する第１付勢部材と、前記シール部材よりも前記ホルダの挿入方向における手前側で前記ホルダを付勢する第２付勢部材とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ照射ヘッド。
6. 前記第１付勢部材および前記第２付勢部材は、前記ハウジングに対する前記ホルダの装着時に同じタイミングで前記ホルダの付勢を開始するように配置される、請求項５に記載のレーザ照射ヘッド。
7. 前記ハウジングに設けられる第２透光部材をさらに備え、
   前記第１透光部材は、前記第２透光部材からのレーザ光を透過させ、
   前記第１平面は、レーザ光の進行方向における前記第１透光部材および前記第２透光部材の間に位置する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ照射ヘッド。