JP6962847B2

JP6962847B2 - Cooling equipment and laser processing equipment

Info

Publication number: JP6962847B2
Application number: JP2018066415A
Authority: JP
Inventors: 靖小梁川
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019177382A

Description

本発明は、レーザ加工装置のノズルを冷却する冷却装置及びそれを備えたレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling a nozzle of a laser processing device and a laser processing device including the cooling device.

以前より、高エネルギー密度のレーザビームを照射して、加工対象物の切断又は溶接等の加工を行うレーザ加工装置がある。レーザ加工装置は、レーザビームとガス又は粉体等を出射するノズルを備える。 For some time, there is a laser processing device that irradiates a laser beam with high energy density to perform processing such as cutting or welding of an object to be processed. The laser processing apparatus includes a laser beam and a nozzle that emits gas, powder, or the like.

特許文献１には、レーザ加工装置のノズル内に、インナーノズルをガスで冷却する冷却回路が設けられた技術が開示されている。特許文献２には、レーザ加工装置のノズルを水冷する技術が示されている。特許文献２の技術は、ノズルのシールドガスを噴射する部分に水冷の構造を付加し、シールドガスを冷却する。 Patent Document 1 discloses a technique in which a cooling circuit for cooling an inner nozzle with a gas is provided in a nozzle of a laser processing apparatus. Patent Document 2 discloses a technique for water-cooling a nozzle of a laser processing apparatus. The technique of Patent Document 2 adds a water cooling structure to the portion of the nozzle that injects the shield gas to cool the shield gas.

特開２０１４−２００８０２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-20802 特開昭６０−２３４７８３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-234783

近年、困難な加工を実現するため、加工対象物を高温に予熱した状態で、ノズルからレーザビームとガス又は粉体等とを出射して、所定の加工を行う加工方法が開発されている。しかしながら、このような加工方法では、高温に予熱された加工対象物の広い範囲から熱輻射がノズルに照射され、ノズルが高温に熱せられて悪影響を及ぼす恐れがあった。 In recent years, in order to realize difficult processing, a processing method has been developed in which a laser beam and gas, powder, or the like are emitted from a nozzle in a state where the object to be processed is preheated to a high temperature to perform predetermined processing. However, in such a processing method, heat radiation may be applied to the nozzle from a wide range of the object to be processed preheated to a high temperature, and the nozzle may be heated to a high temperature, which may have an adverse effect.

一方、従来のノズルに設けられる冷却構造は、レーザ光の照射により加熱された加工面からの熱輻射、あるいは、加工面からのレーザ光の反射光に起因するノズルの加熱を低減させたる目的で設けられている。加工面からの熱輻射又はレーザ光の反射光により熱せられる箇所は、ノズルの先端部又はノズルのインナー部である。このため、従来のノズルの冷却構造は、ノズルの加熱される箇所から熱を排出するように、ノズル自体に設けられている。また、従来のノズルに設けられる冷却構造は、加工対象物に噴射するガスを冷却する目的で設けられることもある。例えば特許文献２の冷却構造は、ガスを冷却するため水冷の構造がノズル自体に設けられている。 On the other hand, the cooling structure provided in the conventional nozzle is for the purpose of reducing the heat radiation from the machined surface heated by the irradiation of the laser beam or the heating of the nozzle due to the reflected light of the laser beam from the machined surface. It is provided. The portion heated by the heat radiation from the machined surface or the reflected light of the laser beam is the tip portion of the nozzle or the inner portion of the nozzle. Therefore, the conventional nozzle cooling structure is provided on the nozzle itself so as to discharge heat from the heated portion of the nozzle. Further, the cooling structure provided in the conventional nozzle may be provided for the purpose of cooling the gas to be injected into the object to be processed. For example, in the cooling structure of Patent Document 2, a water cooling structure is provided in the nozzle itself to cool the gas.

このような構造であるため、加工対象物を高温に予熱して加工を行う加工方法に、従来の冷却構造を持ったノズルを使用しても、加工対象物の広い範囲から生じる熱輻射の影響を十分に排除することはできなかった。従来の冷却構造もったノズルでは、予熱された加工対象物の広い範囲から強い熱輻射が照射された場合に、先ず、ノズルの外周部が熱せられてしまう。そして、この熱がノズルの肉厚部を伝って、ノズルの内部に移動してしまう。この場合、ノズル内に設けられるレンズ又はカバーガラス等が高温に晒されてしまったり、噴射ガスの冷却能力が低下したりするといった課題が生じる。 Because of this structure, even if a nozzle with a conventional cooling structure is used in the processing method in which the object to be processed is preheated to a high temperature, the effect of heat radiation generated from a wide range of the object to be processed is affected. Could not be sufficiently eliminated. In a nozzle having a conventional cooling structure, when strong heat radiation is applied from a wide range of a preheated object to be processed, the outer peripheral portion of the nozzle is first heated. Then, this heat is transmitted to the thick part of the nozzle and moves to the inside of the nozzle. In this case, there are problems that the lens or the cover glass provided in the nozzle is exposed to a high temperature, and the cooling capacity of the injection gas is lowered.

本発明は、予熱された加工対象物の広い範囲から生じる熱輻射が、ノズルに悪影響を及ぼすことを抑制できる冷却装置及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cooling device and a laser machining device capable of suppressing adverse effects of heat radiation generated from a wide range of preheated workpieces on a nozzle.

本発明は、
レーザ加工装置のノズルとは別体に設けられかつ内部に冷媒を通す通路を有する冷却ジャケットと、
前記ノズルと前記冷却ジャケットとの間に配置され、前記冷却ジャケットの前記ノズルへの位置決めと、前記ノズルと前記冷却ジャケットとの間の断熱とを行う介在部と、
を備え、
前記冷却ジャケットが前記ノズルの外側に配置され、
前記介在部は、コイルバネを含み、前記コイルバネの外周部が前記ノズルに接触するように構成されている冷却装置である。 The present invention
A cooling jacket that is provided separately from the nozzle of the laser processing device and has a passage for passing the refrigerant inside .
An interposition portion that is arranged between the nozzle and the cooling jacket and performs positioning of the cooling jacket on the nozzle and heat insulation between the nozzle and the cooling jacket.
With
Said cooling jacket is disposed on the outside of the nozzle,
The intervening portion is a cooling device including a coil spring and configured so that an outer peripheral portion of the coil spring comes into contact with the nozzle.

本発明のレーザ加工装置は、
レーザビームを照射するノズルと、
前記ノズルを支持する支持部と、
上記の冷却装置と、
を備え、
前記冷却ジャケットが前記支持部に支持されている構成を採用した。 The laser processing apparatus of the present invention
A nozzle that irradiates a laser beam and
A support portion that supports the nozzle and
With the above cooling device
With
A configuration was adopted in which the cooling jacket was supported by the support portion.

本発明によれば、予熱された加工対象物の広い範囲から生じる熱輻射が、ノズルに悪影響を及ぼすことを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the adverse effect of heat radiation generated from a wide range of preheated workpieces on the nozzle.

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る冷却装置を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the cooling apparatus which concerns on embodiment of this invention. レーザ加工装置のノズルに冷却装置を装着した状態を示す一部破断の側面図である。It is a side view of the partial break which shows the state which attached the cooling device to the nozzle of a laser processing apparatus. レーザ加工装置のノズルに冷却装置を装着した状態を下方から見た図である。It is the figure which looked at the state which attached the cooling device to the nozzle of a laser processing apparatus from the bottom.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す構成図である。図１は、冷却装置２０の一部を破断して示している。図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置を示す分解斜視図である。図３は、レーザ加工装置のノズルに冷却装置を装着した状態を示す一部破断の側面図である。図４は、レーザ加工装置のノズルに冷却装置を装着した状態を下方から見た図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a part of the cooling device 20 broken. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a cooling device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a side view of a partially broken portion showing a state in which a cooling device is attached to a nozzle of a laser processing device. FIG. 4 is a view from below of a state in which the cooling device is attached to the nozzle of the laser processing device.

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、肉盛溶接を行う装置である。肉盛溶接とは、加工対象物６とは異なる種類の金属材料を加工対象物６の表面に溶接する加工である。レーザ加工装置１は、ノズル１１から金属材料の粉体とこの粉体を溶融する高エネルギー密度のレーザビームとを出射し、溶融した金属材料を加工対象物６の表面に結合させる。 The laser processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is an apparatus for overlay welding. Overlay welding is a process of welding a metal material of a type different from that of the object to be processed 6 to the surface of the object to be processed 6. The laser processing apparatus 1 emits a powder of a metal material and a laser beam having a high energy density for melting the powder from a nozzle 11, and binds the melted metal material to the surface of the object to be processed 6.

本実施形態に係るレーザ加工装置１は、ノズル１１、光学ユニット１５、搬送装置としてのロボットアーム１７、及び、ノズル１１とは別体の冷却ジャケット２１０を有する冷却装置２０を備える。 The laser processing device 1 according to the present embodiment includes a nozzle 11, an optical unit 15, a robot arm 17 as a transfer device, and a cooling device 20 having a cooling jacket 210 separate from the nozzle 11.

光学ユニット１５は、外部のレーザ光源から光ファイバー等を介して供給されるレーザ光を受け、このレーザ光をレンズに通して加工用のレーザビームを生成する。 The optical unit 15 receives a laser beam supplied from an external laser light source via an optical fiber or the like, and passes the laser beam through a lens to generate a laser beam for processing.

ノズル１１は、光学ユニット１５に接続され、光学ユニット１５から送られるレーザビームを加工対象物６へ照射する。以下、レーザビームの照射方向を、下方として説明する。ノズル１１の内部にはレーザビームを上下に通す通路が設けられ、ノズル１１の下端にレーザビームの出射口を含んだ開口部１１１が設けられている。レーザビームを通す通路にはレンズ又はカバーガラス等が設けられていてもよい。 The nozzle 11 is connected to the optical unit 15 and irradiates the object 6 to be processed with a laser beam sent from the optical unit 15. Hereinafter, the irradiation direction of the laser beam will be described as downward. A passage through which the laser beam passes up and down is provided inside the nozzle 11, and an opening 111 including a laser beam outlet is provided at the lower end of the nozzle 11. A lens, a cover glass, or the like may be provided in the passage through which the laser beam passes.

さらに、ノズル１１には、外部から噴射物としての金属粉体及びアシストガスを受ける複数の入力ポート１１２と、噴射物を加工対象物６へ向けて噴射する噴射口と、入力ポート１１２から噴射口まで噴射物を通す流路とを備える。入力ポート１１２は、ノズル１１の側部から外方へ突出して設けられ、金属粉体を供給する管Ｆ、及び、アシストガスを供給する管Ｆと接続される。噴射口は、レーザビームの出射口に隣接して設けられ、ノズル１１の下端部の開口部１１１に含まれる。 Further, the nozzle 11 has a plurality of input ports 112 that receive metal powder as an injection object and an assist gas from the outside, an injection port that injects the injection object toward the object to be processed 6, and an injection port from the input port 112. It is equipped with a flow path through which the propellant is passed. The input port 112 is provided so as to project outward from the side portion of the nozzle 11, and is connected to the pipe F for supplying the metal powder and the pipe F for supplying the assist gas. The injection port is provided adjacent to the emission port of the laser beam, and is included in the opening 111 at the lower end of the nozzle 11.

ノズル１１のうち、レーザビームを通す筒状体の内壁部から外周部までの部位、金属粉体及びアシストガスの流路を囲う壁部、及び、入力ポート１１２など、主な部分は金属から構成される。ノズル１１の下方先端部には、下方に進むほど径が小さくなるテーパー部１１４が設けられ、テーパー部１１４の先端に出射口及び噴射口を含む開口部１１１が設けられている。 Of the nozzle 11, the main parts such as the part from the inner wall part to the outer peripheral part of the cylindrical body through which the laser beam passes, the wall part surrounding the flow path of the metal powder and the assist gas, and the input port 112 are made of metal. Will be done. A tapered portion 114 whose diameter decreases as it goes downward is provided at the lower tip portion of the nozzle 11, and an opening 111 including an outlet and an injection port is provided at the tip of the tapered portion 114.

ロボットアーム１７は、可動部１７２を介して接続された複数のアーム要素１７１と、可動部１７２の駆動装置と、複数のアーム要素１７１の先端部に設けられた支持部１７３とを有する。支持部１７３には、ノズル１１を接続した光学ユニット１５と、冷却装置２０とが固定されている。すなわち、支持部１７３は、光学ユニット１５を介してノズル１１を支持し、また、冷却装置２０を支持している。ロボットアーム１７は、可動部１７２を動かしてアーム要素１７１を変位させることで、ノズル１１の位置及び向きを加工位置に合わせて変えることができる。 The robot arm 17 has a plurality of arm elements 171 connected via a movable portion 172, a driving device for the movable portion 172, and a support portion 173 provided at a tip end portion of the plurality of arm elements 171. An optical unit 15 to which the nozzle 11 is connected and a cooling device 20 are fixed to the support portion 173. That is, the support portion 173 supports the nozzle 11 via the optical unit 15 and also supports the cooling device 20. The robot arm 17 can change the position and orientation of the nozzle 11 according to the machining position by moving the movable portion 172 to displace the arm element 171.

冷却装置２０は、図２にも示すように、管体としての冷却管２０１とフレーム２０３とを含んだ冷却ジャケット２１０、及び、介在部２０５を有する。 As shown in FIG. 2, the cooling device 20 has a cooling jacket 210 including a cooling pipe 201 as a pipe body and a frame 203, and an intervening portion 205.

冷却管２０１は、回転しながら回転面に垂直な方向へ移動しかつこの垂直な方向へ移動するごとに徐々に回転径が小さくなる三次元曲線に沿って、金属製（例えば銅製）の管体が巻回されて構成される。巻回された冷却管２０１が、下端から上端にかけて巻き径が大きくなるテーパーの角度は、ノズル１１のテーパー部１１４の角度と一致するが、互いに異なる角度であってもよい。巻回された冷却管２０１は、冷却液などの冷媒を流し、ノズル１１の側方に配置されて、加工対象物６から放射される熱輻射を遮断して、輻射熱がノズル１１に伝わるのを抑制する。具体的には、冷却管２０１が、ノズル１１と予熱された加工対象物６との間の空間を遮ることで加工対象物６からノズル１１へ直接に熱輻射が照射されることを抑止する。さらに、冷却管２０１が熱輻射を受けることで冷却管２０１に生じる熱が冷媒に吸収されて外部に排出される。このため、予熱された加工対象物６の熱輻射により、ノズル１１が加熱されることが抑制される。 The cooling pipe 201 is made of metal (for example, copper) along a three-dimensional curve that moves in a direction perpendicular to the surface of revolution while rotating and whose rotation diameter gradually decreases each time it moves in this vertical direction. Is wound and composed. The angle of the taper at which the wound diameter of the wound cooling pipe 201 increases from the lower end to the upper end matches the angle of the tapered portion 114 of the nozzle 11, but may be different from each other. The wound cooling pipe 201 allows a refrigerant such as a coolant to flow, is arranged on the side of the nozzle 11, blocks heat radiation radiated from the object to be processed 6, and transmits the radiant heat to the nozzle 11. Suppress. Specifically, the cooling pipe 201 blocks the space between the nozzle 11 and the preheated work object 6, thereby suppressing the direct irradiation of heat radiation from the work object 6 to the nozzle 11. Further, when the cooling pipe 201 receives heat radiation, the heat generated in the cooling pipe 201 is absorbed by the refrigerant and discharged to the outside. Therefore, the nozzle 11 is suppressed from being heated by the heat radiation of the preheated object 6 to be processed.

図３及び図４にも示すように、冷却管２０１のうち最も巻き径が小さい先端部分の開口径は、ノズル１１から出射される金属粉体及びアシストガスを遮らない範囲で、ノズル１１の開口部１１１に近い径を有する。巻回されることで隣接する冷却管２０１の二つの区間は、互いに大きく離間しないように巻回される。これにより、図４に示すように、冷却管２０１を巻回面に垂直な方向から見たとき、中央の開口を除いて隙間が見えない。また、巻回面に垂直な方向から見たとき、ノズル１１の複数の入力ポート１１２の全てが、冷却管２０１に隠れる。また、図３に示すように、立体的に見て、冷却管２０１と複数の入力ポート１１２との間には隙間が生じるように、冷却管２０１は幅広に形成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the opening diameter of the tip portion having the smallest winding diameter of the cooling pipe 201 is the opening of the nozzle 11 within a range that does not block the metal powder and the assist gas emitted from the nozzle 11. It has a diameter close to that of the portion 111. The two sections of the cooling pipes 201 adjacent to each other by being wound are wound so as not to be largely separated from each other. As a result, as shown in FIG. 4, when the cooling pipe 201 is viewed from the direction perpendicular to the winding surface, no gap is visible except for the central opening. Further, when viewed from a direction perpendicular to the winding surface, all of the plurality of input ports 112 of the nozzle 11 are hidden by the cooling pipe 201. Further, as shown in FIG. 3, the cooling pipe 201 is formed to be wide so that a gap is formed between the cooling pipe 201 and the plurality of input ports 112 when viewed three-dimensionally.

フレーム２０３は、金属製であり、剛性を有し、冷却管２０１の巻回方向に沿って延設された上フレーム２０３ａと、上フレーム２０３ａと交差する方向に延設された複数の縦フレーム２０３ｂと、を備える。縦フレーム２０３ｂは、図３に示すように、巻回された冷却管２０１の内周面に沿うように傾斜され、ロウ付け等により上フレーム２０３ａと接合されている。また、縦フレーム２０３ｂは、ロウ付け等により冷却管２０１の対向する各部に接合されている。これにより、巻回された冷却管２０１の形態が保持される。 The frame 203 is made of metal, has rigidity, and has an upper frame 203a extending along the winding direction of the cooling pipe 201 and a plurality of vertical frames 203b extending in a direction intersecting the upper frame 203a. And. As shown in FIG. 3, the vertical frame 203b is inclined along the inner peripheral surface of the wound cooling pipe 201, and is joined to the upper frame 203a by brazing or the like. Further, the vertical frame 203b is joined to each facing portion of the cooling pipe 201 by brazing or the like. As a result, the form of the wound cooling pipe 201 is maintained.

また、フレーム２０３は、上フレーム２０３ａからその巻回面に垂直な方向に延設される支持フレーム２０３ｃと、支持フレーム２０３ｃに設けられた固定部２０３ｄと、を備える。図１に示すように、支持フレーム２０３ｃが固定部２０３ｄを介してロボットアーム１７の支持部１７３に連結されることで、冷却装置２０が支持される。 Further, the frame 203 includes a support frame 203c extending from the upper frame 203a in a direction perpendicular to the winding surface thereof, and a fixing portion 203d provided on the support frame 203c. As shown in FIG. 1, the cooling device 20 is supported by connecting the support frame 203c to the support portion 173 of the robot arm 17 via the fixing portion 203d.

介在部２０５は、ノズル１１と冷却ジャケット２１０との間に介在されて、両者を互いに位置決めし、これらの間に断熱作用を及ぼす。介在部２０５は、例えば金属製（真鍮製等）であり、ノズル１１の先端側の一部と嵌合する環状の形態を有し、ノズル１１の先端側からノズル１１に嵌合することができる。介在部２０５の外周部は、フレーム２０３の縦フレーム２０３ｂにロウ付け等により接合されている。冷却管２０１、フレーム２０３及び介在部２０５が、共に金属製であることで、これらを低コストにかつ強固に接合することができる。 The intervening portion 205 is interposed between the nozzle 11 and the cooling jacket 210 to position them with each other and exert a heat insulating action between them. The intervening portion 205 is made of metal (brass, etc.), for example, has an annular shape that fits with a part of the tip side of the nozzle 11, and can be fitted into the nozzle 11 from the tip side of the nozzle 11. .. The outer peripheral portion of the intervening portion 205 is joined to the vertical frame 203b of the frame 203 by brazing or the like. Since the cooling pipe 201, the frame 203, and the intervening portion 205 are all made of metal, they can be firmly joined at low cost.

介在部２０５の内周部には、周方向に沿って配置されるコイルバネ２０５ａと、コイルバネ２０５ａを保持する環状溝２０５ｂとが設けられている。コイルバネ２０５ａの外周部がノズル１１に接触することで、ノズル１１と介在部２０５との相対的な位置（ノズル１１から出射されるレーザビームの光軸に垂直な方向における位置）が決まる。この相対的な位置において、介在部２０５の内側面とノズル１１の外側面との間には隙間ｇ１が生じる。また、ノズル１１の周囲に冷却ジャケット２１０を配置し、フレーム２０３を支持部１７３に連結する際、冷却ジャケット２１０の自重により、介在部２０５がノズル１１から鉛直方向に僅かに下降して固定される。これにより、鉛直方向を向いたノズル１１の外面と介在部２０５の内面との間にも隙間ｇ２が生じる。隙間ｇ１、ｇ２には空気が介在するため、これによりノズル１１と介在部２０５との間に高い断熱作用が得られる。また、介在部２０５とノズル１１との接触が、コイルバネ２０５ａを介した点接触に制限されるので、接触部を介した熱の伝動量も少なく制限できる。 A coil spring 205a arranged along the circumferential direction and an annular groove 205b for holding the coil spring 205a are provided on the inner peripheral portion of the intervening portion 205. When the outer peripheral portion of the coil spring 205a comes into contact with the nozzle 11, the relative position between the nozzle 11 and the intervening portion 205 (the position in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam emitted from the nozzle 11) is determined. At this relative position, a gap g1 is formed between the inner surface of the intervening portion 205 and the outer surface of the nozzle 11. Further, when the cooling jacket 210 is arranged around the nozzle 11 and the frame 203 is connected to the support portion 173, the intervening portion 205 is slightly lowered and fixed in the vertical direction from the nozzle 11 due to the weight of the cooling jacket 210. .. As a result, a gap g2 is also generated between the outer surface of the nozzle 11 facing in the vertical direction and the inner surface of the intervening portion 205. Since air is interposed in the gaps g1 and g2, a high heat insulating effect can be obtained between the nozzle 11 and the intervening portion 205. Further, since the contact between the intervening portion 205 and the nozzle 11 is limited to the point contact via the coil spring 205a, the amount of heat transfer through the contact portion can be reduced and limited.

なお、実施形態の冷却装置２０においては、冷却管２０１の巻回された部分が、下端から上端にかけて径が大きくなるようにテーパーを有する形態を示した。しかし、冷却管２０１の巻回された部分の上部において、このテーパーが無く、ノズル１１の途中の位置から先端部の高さにかけてテーパーを有する構成であってもよい。 In the cooling device 20 of the embodiment, the wound portion of the cooling pipe 201 has a taper so that the diameter increases from the lower end to the upper end. However, there may be a configuration in which the upper part of the wound portion of the cooling pipe 201 does not have this taper and has a taper from a position in the middle of the nozzle 11 to the height of the tip portion.

＜冷却装置の装着と加工処理＞
冷却装置２０は、次のように装着される。先ず、作業員は、ノズル１１の先端側から冷却ジャケット２１０を被せ、介在部２０５をノズル１１の先端部に嵌合させる。次に、作業員は、フレーム２０３の固定部２０３ｄを支持部１７３に連結する。これにより、冷却装置２０の装着が完了する。 <Installation and processing of cooling device>
The cooling device 20 is mounted as follows. First, the worker covers the cooling jacket 210 from the tip end side of the nozzle 11 and fits the intervening portion 205 to the tip end portion of the nozzle 11. Next, the worker connects the fixed portion 203d of the frame 203 to the support portion 173. This completes the installation of the cooling device 20.

レーザ加工装置１の加工処理の際には、冷却管２０１に冷媒が流され、加工対象物６が高温に予熱される。加工対象物６からは広い範囲から強い熱輻射が発生するが、加工対象物６からノズル１１へ向かう熱輻射の大部分は冷却ジャケット２１０に照射され、冷却ジャケット２１０に輻射熱が伝わる。輻射熱は、冷媒に吸収されて外部へ排出される。加えて、介在部２０５の断熱機能により、冷却ジャケット２１０からノズル１１へ輻射熱が伝わることが抑制される。したがって、ノズル１１が高温になってレンズ又はカバーガラスに悪影響が生じることが防止され、ノズル１１側で制御される金属粉体又はアシストガスの温度制御に輻射熱が悪影響することが防止される。 During the processing of the laser processing apparatus 1, the refrigerant flows through the cooling pipe 201, and the object to be processed 6 is preheated to a high temperature. Strong heat radiation is generated from a wide range from the object to be processed 6, but most of the heat radiation from the object to be processed 6 toward the nozzle 11 is irradiated to the cooling jacket 210, and the radiant heat is transmitted to the cooling jacket 210. The radiant heat is absorbed by the refrigerant and discharged to the outside. In addition, the heat insulating function of the intervening portion 205 suppresses the transfer of radiant heat from the cooling jacket 210 to the nozzle 11. Therefore, it is prevented that the nozzle 11 becomes hot and adversely affects the lens or the cover glass, and the radiant heat is prevented from adversely affecting the temperature control of the metal powder or the assist gas controlled on the nozzle 11 side.

加工対象物６の予熱温度、加工対象物６とノズル１１との距離が異なることで、冷却ジャケット２１０が受ける輻射熱量が異なるが、その場合でも、冷却ジャケット２１０の温度及び冷媒の温度が影響を受けるだけで、ノズル１１の温度への影響は抑制される。したがって、ノズル１１側で制御される金属粉体又はアシストガスの温度制御に輻射熱が悪影響することが防止される。 The amount of radiant heat received by the cooling jacket 210 differs depending on the preheating temperature of the object to be processed 6 and the distance between the object 6 to be processed and the nozzle 11, but even in that case, the temperature of the cooling jacket 210 and the temperature of the refrigerant have an effect. The influence on the temperature of the nozzle 11 is suppressed only by receiving it. Therefore, it is possible to prevent the radiant heat from adversely affecting the temperature control of the metal powder or the assist gas controlled on the nozzle 11 side.

加工処理が開始されると、ノズル１１の入力ポート１１２へ金属粉体とアシストガスが供給され、これらがノズル１１の開口部１１１から加工対象物６へ吹き付けられる。さらに、ノズル１１の開口部１１１から加工対象物６へ高エネルギー密度のレーザビームが照射され、金属粉体が溶融されて加工対象物６の表面に結合する。加工対象物６が高温に予熱されていることで、結合しにくい組成同士であっても、加工対象物６と溶融した金属粉体とが強固に結合される。 When the processing is started, the metal powder and the assist gas are supplied to the input port 112 of the nozzle 11, and these are sprayed from the opening 111 of the nozzle 11 onto the object 6 to be processed. Further, a laser beam having a high energy density is irradiated from the opening 111 of the nozzle 11 to the object 6 to be processed, and the metal powder is melted and bonded to the surface of the object 6 to be processed. Since the object to be processed 6 is preheated to a high temperature, the object to be processed 6 and the molten metal powder are firmly bonded to each other even if the compositions are difficult to bond with each other.

以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１及びその冷却装置２０によれば、ノズル１１とは別体に設けられた冷却ジャケット２１０がノズル１１の外側に配置されるので、予熱された加工対象物６の広い範囲から生じる熱輻射が、ノズル１１の外周部に照射されてノズル１１が高温になってしまうことを抑制できる。したがって、ノズル１１が高温になって内部のレンズ又はカバーガラスに悪影響が生じたり、ノズル１１から噴射するガス等の温度制御に悪影響が生じたりすることを防止できる。 As described above, according to the laser processing device 1 and the cooling device 20 thereof according to the present embodiment, the cooling jacket 210 provided separately from the nozzle 11 is arranged outside the nozzle 11 and is therefore preheated. It is possible to prevent the nozzle 11 from becoming hot due to heat radiation generated from a wide range of the object to be processed 6 being applied to the outer peripheral portion of the nozzle 11. Therefore, it is possible to prevent the nozzle 11 from becoming hot and causing an adverse effect on the internal lens or the cover glass, or causing an adverse effect on the temperature control of the gas or the like injected from the nozzle 11.

また、本実施形態に係る冷却装置２０によれば、冷却ジャケット２１０とノズル１１との間に、これらの位置決めを行い、かつ、これらの間に断熱作用を及ぼす介在部２０５が設けられている。これにより、ノズル１１を移動させて加工を行う場合でも、ノズル１１と冷却ジャケット２１０との間の断熱を保ちつつ、冷却ジャケット２１０とノズル１１との正常な配置関係を保つことができる。さらに、先端形状の異なる複数種類のノズル１１がある場合、各種類のノズル１１の形状及び寸法に合わせた複数種類の介在部２０５を設けることで、１種類の冷却ジャケット２１０を流用して、複数種類のノズル１１に対応する冷却装置２０を製作できる。これにより、冷却装置２０のコストの低減を図れる。 Further, according to the cooling device 20 according to the present embodiment, an intervening portion 205 that positions the cooling jacket 210 and the nozzle 11 and exerts a heat insulating effect is provided between them. As a result, even when the nozzle 11 is moved for processing, the normal arrangement relationship between the cooling jacket 210 and the nozzle 11 can be maintained while maintaining the heat insulation between the nozzle 11 and the cooling jacket 210. Further, when there are a plurality of types of nozzles 11 having different tip shapes, one type of cooling jacket 210 can be diverted to a plurality of types by providing a plurality of types of intervening portions 205 according to the shape and dimensions of each type of nozzle 11. A cooling device 20 corresponding to each type of nozzle 11 can be manufactured. As a result, the cost of the cooling device 20 can be reduced.

また、本実施形態に係る冷却装置２０によれば、介在部２０５は、コイルバネ２０５ａの外周部がノズル１１に接触することで、ノズル１１を位置決めする。この構成により、ノズル１１への冷却ジャケット２１０の脱着が容易となり、かつ、介在部２０５の断熱作用を低減させない。 Further, according to the cooling device 20 according to the present embodiment, the intervening portion 205 positions the nozzle 11 when the outer peripheral portion of the coil spring 205a comes into contact with the nozzle 11. With this configuration, the cooling jacket 210 can be easily attached to and detached from the nozzle 11, and the heat insulating action of the intervening portion 205 is not reduced.

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１及び冷却装置２０によれば、冷却ジャケット２１０が冷却管２０１を巻回して構成されており、これにより低コストに高効率な輻射熱の遮断作用を得ることができる。また、ノズル１１の先端側にはテーパー部１１４が設けられ、さらに、冷却ジャケット２１０のノズル１１の先端部の近傍にもテーパーが設けられている。これにより、例えば、凹部の底面などに、加工対象箇所が設定されているような場合に、テーパーの部分を凹部内に挿入し、ノズル１１を加工対象箇所に近づけて加工を行うことができる。また、冷却ジャケット２１０とノズル１１のテーパー部１１４との間には隙間が設けられ、これにより冷却ジャケット２１０からノズル１１へ輻射熱が移動してしまうことを抑制できる。 Further, according to the laser processing apparatus 1 and the cooling apparatus 20 according to the present embodiment, the cooling jacket 210 is configured by winding the cooling pipe 201, whereby a highly efficient radiant heat blocking action can be obtained at low cost. Can be done. Further, a tapered portion 114 is provided on the tip end side of the nozzle 11, and a taper is also provided near the tip end portion of the nozzle 11 of the cooling jacket 210. Thereby, for example, when the machining target portion is set on the bottom surface of the recess, the tapered portion can be inserted into the recess and the nozzle 11 can be brought closer to the machining target portion for machining. Further, a gap is provided between the cooling jacket 210 and the tapered portion 114 of the nozzle 11, which can prevent radiant heat from moving from the cooling jacket 210 to the nozzle 11.

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、ノズル１１に入力ポート１１２が設けられる一方、下方から見て、冷却ジャケット２１０が入力ポート１１２を隠す大きさを有する。さらに、冷却ジャケット２１０は、入力ポート１１２との間に隙間が生じる大きさを有する。したがって、入力ポート１１２が加工対象物６からの熱輻射に晒されてしまうことが回避され、輻射熱により入力ポート１１２に悪影響が生じることを抑制できる。 Further, according to the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, the nozzle 11 is provided with the input port 112, while the cooling jacket 210 has a size of hiding the input port 112 when viewed from below. Further, the cooling jacket 210 has a size that creates a gap between the cooling jacket 210 and the input port 112. Therefore, it is possible to prevent the input port 112 from being exposed to heat radiation from the object to be processed 6, and it is possible to prevent the input port 112 from being adversely affected by the radiant heat.

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、冷却ジャケット２１０はノズル１１とは別の支持部１７３に支持されている。したがって、支持構造を伝って輻射熱がノズル１１へ伝わってしまうことも抑制できる。 Further, according to the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, the cooling jacket 210 is supported by a support portion 173 different from the nozzle 11. Therefore, it is possible to prevent the radiant heat from being transmitted to the nozzle 11 through the support structure.

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、ノズルから、レーザビーム、金属粉体及びアシストガスが出射されるレーザ加工装置に、本発明を適用した例を示した。しかし、本発明は、ノズルからレーザビームのみが出射されるレーザ加工装置に適用されてもよい。また、上記実施形態では、冷却ジャケット２１０として、巻回された冷却管２０１がフレーム２０３に固定された構成を示したが、ノズルの外側を囲う板材の内部に冷媒を流す流路が設けられた構成であってもよい。また、上記実施形態では、介在部にコイルバネを設け、コイルバネの外周部がノズルと接触する構成を示したが、コイルバネに替えて例えば断熱性の高いセラミック等の部材を適用してもよい。また、冷却ジャケット２１０の材質及び形状、ノズルを移動する搬送装置の構成など、上記の実施形態において具体的に示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a laser processing apparatus in which a laser beam, a metal powder, and an assist gas are emitted from a nozzle is shown. However, the present invention may be applied to a laser processing apparatus in which only a laser beam is emitted from a nozzle. Further, in the above embodiment, the wound cooling pipe 201 is fixed to the frame 203 as the cooling jacket 210, but a flow path for flowing the refrigerant is provided inside the plate material surrounding the outside of the nozzle. It may be a configuration. Further, in the above embodiment, the coil spring is provided in the intervening portion, and the outer peripheral portion of the coil spring is in contact with the nozzle. However, instead of the coil spring, a member such as ceramic having high heat insulating property may be applied. Further, the details specifically shown in the above embodiment, such as the material and shape of the cooling jacket 210 and the configuration of the transport device for moving the nozzle, can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.

１レーザ加工装置
６加工対象物
１１ノズル
１１１開口部
１１２入力ポート
１１４テーパー部
１５光学ユニット
１７ロボットアーム
１７３支持部
２０冷却装置
２０１冷却管
２０３フレーム
２０３ａ上フレーム
２０３ｂ縦フレーム
２０３ｃ支持フレーム
２０３ｄ固定部
２０５介在部
ｇ１、ｇ２隙間
２０５ａコイルバネ
２１０冷却ジャケット 1 Laser processing equipment 6 Processing object 11 Nozzle 111 Opening 112 Input port 114 Tapered part 15 Optical unit 17 Robot arm 173 Support part 20 Cooling device 201 Cooling tube 203 frame 203a Upper frame 203b Vertical frame 203c Support frame 203d Fixed part 205 Part g1, g2 Gap 205a Coil spring 210 Cooling jacket

Claims

A cooling jacket that is provided separately from the nozzle of the laser processing device and has a passage for passing the refrigerant inside .
An interposition portion that is arranged between the nozzle and the cooling jacket and performs positioning of the cooling jacket on the nozzle and heat insulation between the nozzle and the cooling jacket.
With
Said cooling jacket is disposed on the outside of the nozzle,
The intervening portion includes a coil spring, and is a cooling device configured such that an outer peripheral portion of the coil spring comes into contact with the nozzle.

The intervening part, by an outer peripheral portion of the coil spring is in contact with the nozzle, and is configured for suppressing the heat transfer to the nozzle,
The cooling device according to claim 1.

The cooling jacket is configured by winding a tubular body through which a refrigerant is passed, and when arranged outside the nozzle, the irradiation direction of the nozzle is set as the height direction, and the cooling jacket is described from a height position in the middle of the nozzle. The winding diameter of the tube becomes smaller as it advances to the height position of the tip of the nozzle.
The cooling device according to claim 1 or 2.

When the cooling jacket is arranged outside the nozzle and viewed from the irradiation direction of the nozzle, all of the input ports supplied by the jets to the nozzle are hidden by the cooling jacket.
The cooling device according to any one of claims 1 to 3.

When the cooling jacket is arranged outside the nozzle, a gap is created between the input port that supplies the jet to the nozzle and the cooling jacket.
The cooling device according to any one of claims 1 to 4.

When the cooling jacket is arranged outside the nozzle, a gap is created between the tapered portion at the tip of the nozzle and the cooling jacket.
The cooling device according to any one of claims 1 to 5.

A nozzle that irradiates a laser beam and
A support portion that supports the nozzle and
The cooling device according to any one of claims 1 to 6.
With
The cooling jacket is supported by the support portion,
Laser processing equipment.