JPH01104491A - レーザー発発生源からの平行レーザービームを焦点合せするためのノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１上立■旦豆１ 本発明は、レーザービーム（以下、単に「ビームｊとも
称する）工作物に差向けるためのノズル装置に関し、特
に、衝撃から保護しなければならないレンズをノズル先
端に有するノズル装置に関する。

の　　　　　　　　日　が　　゛　　よ　　と　　る米
国特許第３．９８６．７６７号には、ビーム焦点合わせ
手段のための複数のハウジング部分を有する光学焦点合
わせ装置が開示されている。それらのハウジング部分は
、ビームを複数の直交軸線の周りに回動させるために駆
動モータによって互いに移動されるようになされている
。ハウジング部分は、焦点合わせ装置を工作物に対して
三次元的に移動させることができるようにガントリー（
構台）上に取付けられている。この装置は互いに相対的
に移動する複数のハウジング部分を備えているが、それ
らのハウジング部分は装置が障害物に当接したとき衝撃
エネルギーを吸収するような態様には取付けられていな
い。

■　が　　゛　　　よ　　と　　る　。　　　、本発明
は、レーザー発生源からの平行レーザービームな焦点合
せするためのノズル装置において、装置が障害物に接触
したときその衝撃エネルギーを吸収するように構成され
たノズル装置を提供することを企図したものである。

日　　　・　び。　　　　′　るこめの従って、本発明
の目的は、ノズル装置が障害物に衝突したときノズル先
端内の焦点合わせ手段（レンズ）を保護するために衝撃
エネルギーを吸収する衝撃吸収手段を備えた、レーザー
発生源からの平行レーザービームを焦点合せするための
ノズル装置を提供する。

本発明は、レーザー発生源からレーザービームな受容す
るためのノズル入口、ビーム焦点合せ手段、及びビーム
を工作物に向けるためのノズル出口を有するノズルハウ
ジング（ノズルを構成するハウジング）を含む、レーザ
ー発生源からの平行レーザービームな焦点合せするため
のノズル装置において、上記ハウジングを第１ハウジン
グ部分と第２ハウジング部分とで構成し、装置が障害物
に接触したときノズル先端を傾動させるように第１ハウ
ジング部分と第２ハウジング部分を相対的に自由運動し
つる態様に相互に弾性的に（ばねによって）連結するた
めの連結手段と、ノズル先端の傾動運動即ち衝撃吸収運
動に応答して作動され、ノズル装置のプログラムされた
移動経路から障害物を除去することができるように装置
の作動を停止させる手段を設けることによって上記問題
点を解決する。

本発明の他の特徴によれば、第１ハウジング部分と第２
ハウジング部分の一方にノズル先端を設け、装置が障害
物をやり過した後第１ハウジング部分を第２ハウジング
部分に対して再位置づけするための手段を設け、ノズル
先端が障害物をやり過した後第１ハウジング部分と第２
ハウジング部　　′分の間に所望の整列関係を設定する
調節自在の止めねじを設ける。

本発明の好ましい実施例によれば、前記連結手段は、複
数の等間隔を置いて配置されたばねと、ノズル装置の平
常の（即ち障害物によって妨害されない）作動中第１ハ
ウジング部分と第２ハウジング部分の間にばね偏倚作用
によりバランスされ、軸線方向に整列した連結状態を維
持するように各ばねの両端をそれぞれ第１ハウジング部
分と第２ハウジング部分に連結するための手段を含むも
のとする。

本発明の特定の実施例によれば、第１ハウジング部分と
第２八ウジング部分の一方にボール部材を、他方にソケ
ット部材を設け、ボール部材とソケット部材とが心合間
係に保持され、それによってノズルの先端を構成する第
１ハウジング部分内の焦点合わせレンズへの軸線方向に
整列したノズル通路を画定するようにする。ソケット部
材のフランジに複数個の止めねじを等間隔を置いて通し
、それらのねじを調節して（進退させて）ボール部材の
フランジに係合させることによって第１ハウジング部分
と第２ハウジング部分を互いに整列した状態に位置ぎめ
し、ノズル装置が障害物から解放されたならば、第１ハ
ウジング部分と第２ハウジング部分がバランスされた整
列状態に戻るようにする。

前記ソケット部材のフランジと、第２ハウジング部分に
固定した保持フランジとに、それぞれ上下に整列するよ
うにして複数のねじを円周方向に等間隔を置いて取付け
、前記連結手段を構成する複数の圧縮ばねの上下両端を
それぞれそれらのねじに連結する。それによって、ボー
ル部材とソケット部材の球状面にそれらを互いに弾性的
に圧接状態に保持する保持力を及ぼし、上述した位置ぎ
め用の止めねじをボール部材のフランジに座着させるこ
とによって第１ハウジング部分と第２ハウジング部分の
間に軸線方向の整列関係を設定するようにする。この構
成により、ノズル先端が障害物に衝突すると、第１ハウ
ジング部分が第２ハウジング部分に対して偏向し、圧縮
ばねの１つを伸長させて他の圧縮ばねを圧縮させ、その
結果第１ハウジング部分を第２ハウジング部分に対して
傾動させ、それによってショックを吸収してノズル先端
内のレンズの損傷を防止する。それと同時に、ハウジン
グ部分の傾動により、両ハウジング部分の間に配置され
たスイッチ手段が作動される。そのようなスイッチ手段
は、ボール部材のフランジに固定されており、前記ソケ
ット部材のフランジの表面が近接していることを感知す
るリミットスイッチ即ち近接スイッチを含む、ノズル先
端の傾動の結果としてソケット部材のフランジが近接ス
イッチとの整列関係から外れると、機械の作動を停止さ
せる心合が発信されるように構成す　　。

る。

本発明の好ましい実施例では、第１及び第２ハウジング
部分の両方を上下方向に移動自在に支持するためのスラ
イド組立体を設ける。ノズル先端がその真下に心合する
障害物に衝突すると、第１及び第２ハウジング部分がス
ライド組立体と一緒に上方に移動する。スライド組立体
には、ハウジング部分の上下動を感知する近接スイッチ
を取付けておき、ノズル先端から障害物が除去されるま
でやはり機械の作動を停止させる信号が発せられるよう
にする。

夾鳳舅 第１図を参照すると、レーザーノズル装置（レーザー発
生源からのレーザービームな焦点合わせして工作物に照
射させるためのノズル、以下、単に「ノズル装置」と称
する）１４を工作物１６に対して位置づけするためにサ
ーボ制御式電動駆動モータによって駆動される複数の横
送りスライドを備えたベースを有する型式の多軸駆動装
置１２に対して支持されたレーザー発生源１０が示され
ている。多軸駆動装置１２は、ノズル装置１４を多数の
軸線に沿って移動させる働きをする。レーザー発生源１
０からの平行化されたビーム（以下、単に「平行ビーム
」とも称する）１８は、反射鏡１４によってノズル装置
１４に向けて反射される。ノズル装置は、その先端内に
配設された焦点合わせ手段即ち対物レンズ７６（第５図
）の調節に従ってビームを焦点合わせし、工作物１６上
に照射されるレーザービームのスポットサイズを規定す
る。

第２図に示されるように、ノズル装置１４は、可撓ベロ
ーズ２２を介して反射鏡収容ハウジング２４の出口ブレ
ート２６に連結されている。ベローズ２２の下端は、第
１即ち上側ハウジング部分３２の上端３０に設けられた
保持フランジ２８に連結され、上側ハウジング部分３２
は、カラー組立体３４によってスライド組立体３６に連
結されている。スライド組立体３６は、ハウジング部分
３２を光学系フレーム３９に対して上下方向に移動させ
る（昇降させる）働きをする。フレーム３９は、ノズル
装置１４を多数の直交軸線に沿って移動させるための多
軸駆動装置１２に連結されている。

上側ハウジング部分３２は、偏倚ばね手段４２によって
下側ハウジング部分４０に連結されている。上側ハウジ
ング部分３２と下側ハウジング部分４０を連結する連結
手段の一部を構成するばね偏倚手段４２は、下側ハウジ
ング部分４０の先端即ちノズル先端４４が工作物１６に
対して移動中障害物に衝突したとき下側ハウジング部分
４０が上側ハウジング部分３２に対して傾動するのを許
す働きをする。下側ハウジング部分４０には一制御ハン
ドル４５が取付けられている。

特に第５図を参照して説明すると、下側ハウジング部分
４０の上端４８にソケット部材４６が装着されている。

ソケット部材４６は、球面状の座部５０を有する０球面
状の座部５０は、上側ハウジング部分３２の窪み材端部
５６内に受容された中空ボール部材５４の端部に形成さ
れた球面状表面５２に偏倚ばね手段４２によって弾性的
に圧接せしめられている。ここで、「偏倚」とは、ばね
等の弾性手段が、常態では、ある部材を一方向に偏倚さ
せる、即ち、一方向に押しつける、又は引寄せる偏倚力
を及ぼすことをいい、弾性手段がその偏倚力より強い対
抗力に遭遇すると、その対抗力に「屈服」してその部材
が他方向へ移動するのを許すことを意味している。「偏
倚ばね」とは、偏倚作用′を及ぼすばねのことである。

又、後述する「ばね偏倚」とは、ばね等の弾性力により
ある部材を偏倚させることをいう。

中空ボール部材５４は、止めねじ５８によって回り止め
されている。ボール部材５４は、それに設けられた基準
フランジ６０をソケット部材４６の基準フランジ６４に
担持された複数の調節自在の止めねじ６２に対して位置
ぎめするように配置される。

偏倚ばね手段４２は、複数の圧縮ばね７４ａ、７４ｂ、
７４ｃと、第１ハウジング部分３２の窪み材端部５６か
ら離隔した部位で第１ハウジング部分３２の外表面に固
定された保持フランジ６６と、ソケット部材４６の基準
フランジ６４を含む、保持フランジ６６は、止めねじ６
８によって第１ハウジング部分３会に対し所定の角度位
置に固定される。保持フランジ６６には複数個の等間隔
に配置されたねじ７０ａ、７０ｂ、７０ｃが固定されて
おり、それらのねじに上下方向に整列して同様のねじ７
２　ａ、　７２　ｂ、　７２　ｃがソケット部材４６の
基準フランジ６４に等間隔に固定されている。圧縮ばね
７４　ａ　−７４ｂ　％　７４　ｃは、第２ハウジング
部分４０を第１ハウジング部分３２に対して弾性的にバ
ランスされた、軸線方向に整列した状態に均一にばね偏
倚させるように両端をそれぞれねじ７０ａ、−７０ｂ、
７０ｃ及び７２ａ、７２ｂ、７２ｃに連結されている。

かくして、レーザー発生源１０からの平行ビームは、反
射鏡ハウジング２４から反射鏡２０によって反射され、
ベローズ２２を通りノズル先端４４内の対物レンズ即ち
焦点合わせ手段７６によって焦点合わせされて工作物１
６上に所望の焦点スポットを形成する。

ハウジング部分３２と４０とは、ノズル先端４４が障害
物に衝突しない限り、所望の軸線方向整列状態に保持さ
れている。ノズル先端４４が障害物に衝突した場合、対
物レンズ７６は、ノズル先端４４を含む第２ハウジング
部分４０が第１ハウジング部分３２に対して傾動（傾き
偏向）することによって衝撃から保護される。このよう
な傾き偏向は、ばね７４ａ〜７４ｃの幾つかが伸長し、
他のばねが収縮することによって可能とされる。

それと同時に、以下に述べる１対の近接スイッチ組立体
７８ａ・、７８ｂが第２ハウジング部分３２の傾動を検
出し、障害物が除去されるまで機械の作動を停止するた
めの信号を発信する。

第４図に示されるように、各近接スイッチ組立体７８ａ
、７８ｂは、ソケット部材のフランジ６４の突部８４に
対して僅かに離隔した位−に位置する先端部分８２を有
するスイッチハウジング８０を有する。第２ハウジング
部分４０の傾動の結果として突部８４が近接スイッチ組
立体７８ａ又は７８ｂの先端８２から離れる方向に傾く
と、そのスイッチ組立体は、機械を停止させる働きをす
る制御器８８に接続された導線８６を通して信号を発信
する。

近接スイッチ組立体７８ａ、７８ｂは、第３図に示され
るように、第１ハウジング部分３２の外周面を締付ける
カラー組立体３４に角度的に（円周方向に）間隔を置い
て形成されたスロット９０ａ、９０ｂに位置づけされて
おり、第１ハウジング部分３２に対する第２ハウジング
部分４０の傾動運動を検出する。第４図に示されるよう
に、カラー組立体３４は、クランプねじ９４によって第
１ハウジング部分に対し所望の角度位置に固定される。

ノズル装置１４のノズル先端４４の真下に軸線方向に整
列する障害物は、近接スイッチ組立体７８ａ、７８ｂに
よっては検出されない、なぜならそのような真下に位置
する障害物は先端４４を傾動させないからである。しか
しながら、本発明によれば、ノズル装置１４は、そのよ
うな障害物によってスライド組立体３６に沿って上昇せ
しめられ、その結果として第３の近接スイッチ組立体９
４が機械制御器８８に向けて信号を発信し、垂直方向に
整列した障害物が除去されるまで機械の作動を停止させ
る。

スライド組立体３６は、プレート１００を光学系フレー
ム３９に固定されたベース１０２に対して上下に移動自
在に支持する１対の互いに離隔した滑り路即ち軌道９６
．９８を含む、プレートｌＯＯには横断部材１０８によ
って２つの互いに離隔した側壁１０４．１０６が連結さ
れている。側壁１０４と１０８の間にはカラー組立体３
４の延長部分１１０を受容する空間が画定される。ノズ
ル装置１４を光学系フレーム３９に対して横方向に一定
範囲内で調節自在に位置ぎめすることを可能にするため
に側壁１０４，１０６にスロット１１２（第２図）が形
成されている。ボルト１１４を側壁１０４のスロット１
１２、延長部分１１２及び側壁１０６のスロット１１２
を通して挿通し、ボルトの両端をナツト１１６．１１８
で固定することによって延長部分１１０をスライド組立
体３６゛に対し所望の調節された位置に固定することが
できる。延長部分１１０は、又、１対のねじ１２０．１
２２によってスライド組立体３６に対して上下方向にも
調節自在に固定することができる。即ち、延長部分１１
０を所望の高さ位置に調節した後、プレート１２４．１
２６をそれぞれ延長部分１１０の下面と上面に当ててね
じ１２０．１２２をプレート１２４．１２６を通して螺
入し、締付ければよい。

従って、ノズル装置１４は、正しく位置調節しておけば
、ノズル先端４４がその真下に心合する障害物に当接し
たとき、スライド組立体３６に沿って正確に上昇する。

その結果、プレート１００に取付けられたスイッチ作動
子１２８が近接スイッチ９４と整列し、導線１３０を通
して信号を送り、障害物が除去されるまで機械を停止さ
せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のノズル装置を含む多軸移動型レーザ
ー加工機の概略図、第２図は、光学系フレーム又はブラ
ケットに取付けられた本発明のノズル装置の一部側面図
、一部所面図で表わした概略図、第３図は、第２図の線
３−３に沿ってみた断面図、第４図は、第３図の線４−
４に沿ってみた断面図、第５図は、ノズル装置の偏倚ば
ね手段の拡大断面図、第６図は、第５図の線６−６に沿
ってみた断面図、第７図は、第５図の線７−７に沿って
みた断面図である。 １０；レーザー発生源 １２：多軸駆動装置 １４：ノズル装置 １８：平行ビーム ２０：反射鏡 ２２：ベローズ ２４：反射鏡収容ハウジング ３０：上端（ノズル入口） ３２：第１ハウジング部分 ３４：カラー組立体 ３６：スライド組立体 ３９：光学系フレーム ４０：第２ハウジング部分 ４２：偏倚ばね手段 ４４：ノズル先端 ４６：ソケツト部材 ５０：球状座部 ５２：球状面 ５４：中空ボール部材 ６０．６４：基準フランジ ６６：保持フランジ ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ：ねじ ７２　ａ　−７２ｂ　ｓ　７２　ｃ　：ねじ７４　ａ　
１７４　ｂ　ｓ　７４　ｃ　：圧縮ばね７６：焦点合わ
せ手段（対物レンズ） ７８ａ、７８ｂ　：近接スイッチ組立体９４：近接スイ
ッチ組立体 ９６．９８：滑り路 第３図 第６図　　　　　第７図 手続補正書（方式） 昭和６３年１０月２４日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 事件の表示　昭和６３年　特願第１７５５２１　　号補
正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ノズル入口と、ビーム焦点合せ手段とノズル出口を
   有するノズルハウジングと、平行レーザービームを焦点
   を合せて差向けるべき工作物に対してノズル装置を移動
   させるための駆動装置とを含む、レーザー発生源からの
   平行レーザービームを焦点合せするためのノズル装置で
   あって、レーザー発生源からの平行レーザービームを受
   容するための上側ハウジング部分と、該上側ハウジング
   部分に連結されており、内部に配設されたビーム焦点合
   せ手段とノズル先端を有する下側ハウジング部分と、該
   下側ハウジング部分が障害物に接触したとき前記上側ハ
   ウジング部分に衝撃吸収運動を起こさせるために該下側
   ハウジング部分を上側ハウジング部分に弾性的に取付け
   るための連結手段と、前記上側ハウジング部分と下側ハ
   ウジング部分との間の衝撃吸収運動に応答して作動され
   、該障害物が除去されるまで前記駆動装置を停止させる
   信号を発信するためのスイッチ手段を備えたことを特徴
   とするのするノズル装置。 ２）前記連結手段は、複数の等間隔を置いて配置された
   ばねと、該ノズル装置の平常の作動中前記上側ハウジン
   グ部分と下側ハウジング部分の間にばね偏倚作用により
   バランスされ、軸線方向に整列した連結状態を維持する
   ように該各ばねの両端をそれぞれ上側ハウジング部分と
   下側ハウジング部分に連結するための手段を含むもので
   あり、該ばねは、下側ハウジング部分が障害物に接触し
   たとき選択的に屈服して下側ハウジング部分を上側ハウ
   ジング部分に対して傾動させるようになされていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のノズル装置。 ３）前記上側ハウジング部分は、第１支承面を有し、前
   記下側ハウジング部分は、第１支承面と合致する形状を
   有し、該ノズル装置の平常作動中第１支承面に接触して
   いる第２支承面を有し、前記連結手段は、常態では第１
   支承面と第２支承面を互いに圧接させ、該ノズル装置が
   障害物に当接したときは屈服して、第１支承面と第２支
   承面の一部分を分離させ、第１支承面と第２支承面の他
   の部分を互いに圧接したままに保持し、それによって下
   側ハウジング部分を上側ハウジング部分に対して傾動さ
   せるばね手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のノズル装置。 ４）前記下側ハウジング部分が前記ノズル先端の真下に
   心合する障害物に当接したとき該ノズル装置を上方へ移
   動させるように前記上側ハウジング部分及び下側ハウジ
   ング部分の両方を支持するための手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のノズル装置。 ５）該ノズル装置を支持するための被動フレームと、一
   端を該被動フレームに、他端を前記上側ハウジング部分
   に連結されたベローズと、該被動フレームに固定されて
   おり、前記下側ハウジング部分が前記ノズル先端の真下
   に心合する障害物に当接したとき該ベローズを圧縮させ
   るように上側ハウジング部分を上下に摺動自在に案内す
   るための軌道手段を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のノズル装置。 ６）ノズル入口と、ビーム焦点合せ手段とノズル出口を
   有するノズルハウジングと、平行レーザービームを焦点
   を合せて差向けるべき工作物に対してノズル装置を移動
   させるための駆動装置とを含む、レーザー発生源からの
   平行レーザービームを焦点合せするためのノズル装置で
   あって、上側ハウジング部分と、該上側ハウジング部分
   を前記レーザー発生源に連結するための伸縮自在のベロ
   ーズと、 該上側ハウジング部分に連結されており、内部に配設さ
   れたビーム焦点合せレンズを有する下側ハウジング部分
   と、 該下側ハウジング部分が障害物に接触したとき下側ハウ
   ジング部分と上側ハウジング部分の間に相対的な傾動運
   動を起こさせるための連結手段を備えたことを特徴とす
   るのするノズル装置。 ７）上側ハウジング部分と下側ハウジング部分の相対的
   傾動運動に応答して作動され、前記駆動装置が該ノズル
   装置を工作物に対して移動させる操作を停止させるため
   の手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載のノズル装置。 ８）前記連結手段は、該ノズル装置の平常の作動中前記
   上側ハウジング部分と下側ハウジング部分の間に軸線方
   向に整列した連結状態を維持するように該上側ハウジン
   グ部分と下側ハウジング部分を連結するためのばね手段
   を含むものであり、該ばね手段は、下側ハウジング部分
   が障害物に接触したとき選択的に屈服して下側ハウジン
   グ部分を上側ハウジング部分に対して傾動させるように
   なされていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
   載のノズル装置。 ９）前記上側ハウジング部分は、第１支承面を有し、前
   記下側ハウジング部分は、第１支承面と合致する形状を
   有し、該ノズル装置の平常作動中第１支承面に接触して
   いる第２支承面を有し、前記連結手段は、常態では第１
   支承面と第２支承面を互いに圧接させ、該ノズル装置が
   障害物に当接したときは屈服して、第１支承面と第２支
   承面の一部分を分離させ、第１支承面と第２支承面の他
   の部分を互いに圧接したままに保持し、それによって下
   側ハウジング部分を上側ハウジング部分に対して傾動さ
   せ、衝撃エネルギーを吸収するばね手段を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載のノズル装置。 １０）前記下側ハウジング部分が前記ノズル先端の真下
   に心合する障害物に当接したとき該ノズル装置を上方へ
   移動させるように前記上側ハウジング部分及び下側ハウ
   ジング部分の両方を支持するための手段を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載のノズル装置。 １１）該ノズル装置を支持するための被動フレームと、
   一端を該被動フレームに、他端を前記上側ハウジング部
   分に連結されたベローズと、該被動フレームに固定され
   ており、前記下側ハウジング部分が前記ノズル先端の真
   下に心合する障害物に当接したとき該ベローズを圧縮さ
   せるように上側ハウジング部分を上下に摺動自在に案内
   するための軌道手段を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載のノズル装置。