JPH01234515A - レーザ加工装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ加工装置に関し、−層詳細には、レーザ
ビームを光学系を用いてデフォーカス状態でワークに照
射することにより焼入れ等の表面加工処理を行うレーザ
加工装置に関する。

し発明の背景］ ｒｘ近、レーザビームを用いてワークに穴明け、切断等
を行ったり、あるいは金属表面に焼入れ、合金化処理等
の表面加工処理を施すレーザ加工技術が注目されている
。この場合、レーザビームは波長および位相が共に揃っ
ているため、光学系を用いて所望のスポットおよび所望
のエネルギに容易に設定することが出来、従って、ワー
クに対して精密加工が可能となる利点を有している。

ところで、このようなレーザビームを用いてワークに対
し焼入れ等の表面処理を施すレーザ加工装置は、例えば
、ノズル部分が第１図に示すように構成される。すなわ
ち、図示しないレーザ発振器より出力されたレーザビー
ムしはノズル部２に内設された集光レンズ４によって集
光され、その焦点Ｆにおいて合焦された後、デフォーカ
スされた状態でワークＷの加工部位に照射される。

ここで、ワークＷに指向したノズル部２の開口部６の径
は、ワークＷの表面に形成されるレーザビームＬのスポ
ット径ｄを処理範囲に応じて任意に調整可能とするため
比較的大きく設定される。従って、ワークＷに照射され
たレーザビームしはそのエネルギの一部が反射されノズ
ル部２の開口部６を介して集光レンズ４側に導かれてし
まう。この場合、ワークＷの表面によって反射されたレ
ーザビームＬはノズル部２や集光レンズ４を加熱するた
め、焦点Ｆの位置がずれたり、あるいは正確な合焦が不
可能となる事態が発生する。この結果、レーザビームし
によるワークＷの高精度な表面処理が不可能となる欠点
が指摘されている。また、集光レンズ４はワークＷによ
って反射されたレーザビームしに長時開明されるため寿
命も低下する不都合が生じる。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ワークに対してレーザビームを射出するノズル
部内に光学系の焦点位置から前記ワークに指向して徐々
に拡開するレーザビーム導通路を設けることにより、ワ
ークからのレーザビームの反射による光学系あるいはノ
ズル部に対する影響を効果的に抑制し、安定した特性で
高精度な加工処理を可能とするレーザ加工装置を提供す
ることを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はレーザビームを
光学系を介してデフォーカス状態でワークに照射し焼入
れ等の加工処理を行うレーザ加工装置において、光学系
とワークとの間に前記光学系の焦点位置から前記ワーク
に指向して拡開するレーザビーム導通路を有し冷却用フ
ィンの形成された内部ノズル部材と、前記内部ノズル部
材を囲繞支持する外部ノズル部材とを設けることを特徴
とする。

また、本発明は内部ノズル部材と外部ノズル部材との間
に前記内部ノズル部材を冷却するための流体が流通する
間隙を画成することを特徴とする。

さらに、本発明は内部ノズル部材に外部ノズル部材の内
壁に指向して突出する冷却用フィンを設けることを特徴
とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るレーザ加工装置について好適な実施
態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第２図において、参照符号１０は本発明に係るレーザ加
工装置におけるノズル部を示し、このノズル部１０には
筒体１２を介し図示しないレーザ発振器より所定波長お
よび所定ビーム径に設定されたレーザビームＬが入射す
る。この場合、筒体１２の内周部にはレンズ押え１４を
介して集光レンズ１６が装着されており、この集光レン
ズ１６によってレーザビームＬが集光される。

筒体１２の下端部には第１の円筒部材１８の上端部が接
合する。この場合、第１円筒部材１８の内周部はレーザ
ビームＬの進行方向に沿って徐々に小径となるように形
成されており、その内周部には不活性ガス等の冷却用流
体であるアシストガス１９の導入されるポート２０が開
口する。第１円筒部材１８の下端部には○リング２２を
介して第２の円筒部材２４の上端部が螺合する。第２円
筒部材２４はその上端側外周部および下端側外周部に夫
々フランジ２６ａ、２６ｂを有し、これらのフランジ２
６ａ、２６ｂにＯ＋Ｊソング８および３０を介して略円
筒状のハウジング３２が装着される。ハウジング３２は
取付螺子３４および３６を介してフランジ２６ａに固着
されており、第２円筒部材２４の外周部とハウジング３
２の内周部との間に冷却水通路３８を画成する。なお、
冷却水通路３８にはハウジング３２の上面部に画成した
人口ポート４０および出口ポート４２を介し冷却水４３
が流通する。

第２円筒部材２４の下端部には円筒状の外部ノズル部材
４４の上端部が螺合する。そして、外部ノズル部材４４
の内周部には銅等の熱伝導率の高い物質からなる内部ノ
ズル部材４６が着脱自在な状態で挿入される。外部ノズ
ル部材４４の上部内周部には段部４８が形成されており
、この段部４８には、第３図に示すように、内部ノズル
部材４６の上端側外周部に形成された複数の膨出部５０
ａ乃至５０ｄが係合する。また、内部ノズル部材４６の
下端側外周部は止め螺子５２および５４によって外部ノ
ズル部材４４に固定される。内部ノズル部材４６はその
内部に集光レンズ１６側よりワークＷ側に指向して徐々
に拡開するビーム導通路５６が画成される。この場合、
ビーム導通路５６のｒｌの反射率は低く設定される。さ
らに、ビーム導通路５６の径が最小となる上端部は集光
レンズ１６の焦点Ｆの位置となるように設定される。内
部ノズル部材４６の外周部には外部ノズル部材４４の内
周部に指向して膨出する複数の冷却用フィン５８が形成
され、前記外周部と冷却用フィン５８との間にアシスト
ガス１９の導通路６０が画成される。

本実施態様に係るレーザ加工装置におけるノズル部は基
本的には以上のように構成されるものであり、次にその
作用並びに効果について説明する。

そこで、図示しないレーザ発振器より出力されたレーザ
ビームＬは筒体１２を介して集光レンズ１６に入射する
。集光レンズ１６を通過したレーザビームＬは、次いで
、第１円筒部材１８および第２円筒部材２４を介して内
部ノズル部材４６に入射する。この場合、前記レーザビ
ームＬは内部ノズル部材４６におけるビーム導通路５６
の最狭部である上端部の焦点Ｆの位置に集光した後、ビ
ーム導通路５６に沿って徐々に拡開し、デフォーカスさ
れた状態でワークＷ上に照射される。この結果、ワーク
Ｗは前記レーザビームＬによって加熱され、焼入れ等の
表面処理が施される。

ここで、ワークＷに照射されたレーザビームＬの一部は
その表面によってノズル部１０側に反射される。この場
合、内部ノズル部材４６に画成されたビーム導通路５６
は内壁の反射率が低く設定されると共に、集光レンズ１
６側の部分が狭小でワークＷに指向して徐々に拡開する
テーパ状に形成されているため、前記ワークＷによって
反射されたレーザビームＬの大部分は、第４図に示すよ
うに、ビーム導通路５６の内周壁によって吸収される。

従って、集光レンズ１６に到達するレーザビームしは殆
ど無視することが出来る。

この結果、集光レンズ１６はワークＷによって反射され
たレーザビームＬの熱による影響を受けることがなく、
安定した状態でレーザビームＬをワークＷに対して導く
。

一方、第１円筒部材１８にはポート２０を介してアシス
トガス１９が導入されており、前記アシストガス１９は
第２円筒部材２４を介して銅等の高熱伝導率を有する材
質からなる内部ノズル部材４６に供給された後、外部ノ
ズル部材４４と前記内部ノズル部材４６の外周部に形成
された冷却用フィン５８との間の導通路６０を介してワ
ークＷ側に送給される。この場合、前記アシストガス１
９は第２円筒部材２４の外周部にハウジング３２によっ
て画成された冷却水通路３８を流通する冷却水４３によ
り冷却されて導通路６０に供給される。従って、レーザ
ビームしによって加熱された内部ノズル部材４６はアシ
ストガス１９により冷却用フィン５８を介して好適に冷
却される。

なお、この実施態様では冷却用フィン５８をアシストガ
ス１９の流動方向に対して略直交する方向に膨出して形
成しているが、内部ノズル部材４６の長手方向、すなわ
ち、アシストガス１９の流動方向に沿って複数の冷却用
フィン５８を形成すればアシストガス１９の流動がより
スムーズとなり、その冷却効率を一層向上させることが
出来る。

この結果、レーザビームしは最適な状態でワークＷの所
定の加工域に照射され、高精度な焼入れ処理が遂行され
る。また、ノズル部１０は冷却水４３によって十分に冷
却されているためレーザビームＬの熱により変形する虞
がなく、従って、当該ノズル部１０の長寿命化も達成さ
れる。

なお、レーザビームＬの熱の影響を最も受は易い内部ノ
ズル部材４６は止め螺子５２および５４によって外部ノ
ズル部材４４に着脱自在に装着されているため、その交
換は容易である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、レーザビームを光学系
を用いてデフォーカス状態でワークに照射することによ
り焼入れ等の加工処理を行うレーザ加工装置において、
光学系とワークとの間に前記光学系の焦点位置からワー
クに指向して徐々に拡開するビーム導通路を有したノズ
ル部を設けている。この場合、ワークによって反射され
たレーザビームは前記ノズル部に画成されたビーム導通
路の内壁によってエネルギの大部分が吸収されるため、
反射したレーザビームが光学系に到達する虞はない。従
って、光学系の集光特性が常時最適な状態に維持され、
ワークの高精度な加熱処理が可能となる。

また、本発明では外部ノズル部材に対して前記ビーム導
通路を有し外周部に冷却用フィンを設けた内部ノズル部
材を着脱自在に装着させている。従って、ワークによっ
て反射されたレーザビームによる熱は冷却用フィンによ
って好適に発散されるため、当該ノズル部の長寿命化が
容易に達成される。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係るレーザ加工装置におけるノズル
部の説明図、 第２図は本発明に係るレーザ加工装置におけるノズル部
の断面構成説明図、 第３図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、第４図は本
発明に係るレーザ加工装置におけるノズル部の作用説明
図である。 １０・・・ノズル部　　　　　　１６・・・集光レンズ
１８・・・円筒部材　　　　　　１９・・・アシストガ
ス２４・・・円筒部材　　　　　　３２・・・ノ＼ウジ
ング３８・・・冷却水通路　　　　　４３・・・冷却水
４４・・・外部ノズル部材　　　４６・・・内部ノズル
部材５６・・・ビーム導通路５８・・・冷却用フィンＷ
・・・ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを光学系を介してデフォーカス状態
   でワークに照射し焼入れ等の加工処理を行うレーザ加工
   装置において、光学系とワークとの間に前記光学系の焦
   点位置から前記ワークに指向して拡開するレーザビーム
   導通路を有し冷却用フィンの形成された内部ノズル部材
   と、前記内部ノズル部材を囲繞支持する外部ノズル部材
   とを設けることを特徴とするレーザ加工装置。
2. （２）請求項１記載の装置において、内部ノズル部材と
   外部ノズル部材との間には前記内部ノズル部材を冷却す
   るための流体が流通する間隙を画成することを特徴とす
   るレーザ加工装置。
3. （３）請求項１または２記載の装置において、内部ノズ
   ル部材には外部ノズル部材の内壁に指向して突出する冷
   却用フィンを設けることを特徴とするレーザ加工装置。