JPH0324300Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、レーザ発振器から放射されるレーザ
光を集光レンズで集光し、ノズル先端から照射し
てワークを加工するレーザ加工機において、ノズ
ル先端とワーク間の距離を電磁的容量例えば渦電
流、磁気、静電容量等によつて検出するための電
極を備えたノズルに関するものである。

（従来技術とその問題点） 一般に、この種レーザ加工機においては、加工
精度を維持するために、ワークとレーザ光の焦点
位置を一定に保つこと、すなわちギヤツプコント
ールが必要とされている。

このため従来では、例えばノズル先端部に電極
を設けて静電容量センサを形成し、非接触にワー
ク表面との間の静電容量を検出することにより静
電容量センサの出力が一定となるようノズル高さ
を制御する方法が種々行われてきた。

そして、その中でも上記静電容量センサとして
の第１電極の他、この第１電極と電磁的に絶縁さ
れて第１電極の側面部とワークとの間を電磁的に
遮閉する第２電極を設けることにより、第１電極
の側面部から検出される静電容量値を一定にし
て、表面が凹凸の複雑な立体形状のワークでも常
にノズル先端とワーク間の静電容量変化を正確に
検出できるように改良されたノズルが提案されて
いる。

しかし、このノズルの場合、上記第１電極の外
周側面に絶縁部を介して上記第２電極を設けた三
層構造となつているが、ノズル先端面に上記絶縁
部も第２電極もその下端縁が露出していたため、
レーザ加工中ワークから激しく跳ね上がるスパツ
タにより、第１電極と第２電極間が一時的にシヨ
ートされることがあり、このため静電容量検出値
にばらつきが生じ安定した検出が行えなかつた
り、またノズル先端面でレーザの反射光などによ
り絶縁部が溶け、絶縁抵抗が変化してしまい、し
たがつて正確なギヤツプ量検出が行えなくなると
いつた問題点を有していた。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、上記第１電極の外周側面に絶縁部を
介して上記第２電極を設けた三層構造のノズルで
あつて、しかもスパツタや熱による影響をなく
し、常に正確でかつ安定したギヤツプ量検出がで
きるようにしたものである。

すなわち、本考案はノズル内周側面からノズル
先端面に連続に設けられノズル先端とワークとの
間の電磁的容量を検出するための第１電極と、ノ
ズル外周側面に設けられ上記第１電極の側面部と
ワーク間を電磁的に遮閉するための第２電極と、
上記第１電極と第２電極との間に介在され両電極
間を電磁的に絶縁するための絶縁部とからなるレ
ーザ加工機のノズルにおいて、上記第２電極の下
端縁がノズル先端面の第１電極より上記絶縁部を
介して上方に位置するように形成することによ
り、第２電極の下端縁をスパツタの飛散経路から
逃がし、スパツタによる両電極間の通電を防止し
たものである。

さらに、上記絶縁部の下端面を第１電極を覆う
ことにより、レーザ光やスパツタによる高熱から
絶縁部を保護したものである。

（実施例の構成） 第１図ないし第３図により、本考案の一実施例
を説明する。

まず、第１図おいて１は、レーザ加工機の図示
しないヘツド本体に対し、光軸方向に移動調整自
在に取付けられたレンズホルダで、内部に集光レ
ンズ２を保持している。

３は、セラミツクなどの絶縁材料からなる中空
円筒状のノズルホルダで、その上端フランジ部３
ａでビス４により上記レンズホルダ１に固着され
ている。また、このノズルホルダ３の一側面には
コネクタ取付孔５が形成され、後述する同軸ケー
ブル６用のコネクタ７が取付けられている。

また、このノズルホルダ３の下部内周部にはそ
の内径を小さくした突出小径部３ｂが突設され、
この小径部３ｂの下方にノズル嵌合部３ｃが形成
されている。このノズル嵌合部３ｃには例えば銅
よりなる金属カラー８が接着等により取付けられ
ている。そして、この金属カラー８にノズル９の
上端面を当接させ、さらに下方よりノズルナツト
１０を締付けることによノズル９を上記ノズルホ
ルダ３に固定している。

上記ノズルナツト１０は、例えばアルミ等の導
電性材料にて形成され、上記ノズルホルダ３の下
部外周に形成されたねじ部３ｄに螺合している。
またこのノズルナツト１０の底部のノズル挿通孔
内周にはテーパ状のノズル保持面１０ａが形成さ
れ、この保持面１０ａとノズル９の上端部外周縁
に形成されたテーパフランジ部９ａとテーパ係合
により、ノズル９をノズルホルダ３に強固に締着
固定している。

上記ノズル９は逆中空円錐状をなし、その先端
すなわち下端中央部にはレーザ光とアシストガス
等が通過する噴射孔９ｂが形成されている。

このノズル９は内側より、ワークＷとの間の電
磁的容量（ここでは静電容量）を検出するための
第１電極Ｄ、絶縁部Ｅ、上記第１電極Ｄに側面部
とワークＷ間を電磁的（ここでは静電的）に遮閉
するための第２電極Ｆの順に三層構造となつてい
る。

上記ノズル９は、例えばセラミツクスにてなる
ノズル基体１１に、例えば銅惑はニツケル等の金
属被膜１２，１３をコーテイングすることにより
形成されている。すなわち、上記ノズル基体１１
そのものが上記絶縁部Ｅであり、その内周側面
（噴射孔９ｂ内周も含む）より先端面に連続して
上記金属被膜１２でなる上記第１電極Ｄが設けら
れ、この第１電極Ｄとは切り離れてこの第１電極
Ｄの側面部外側を覆うように、上記ノズル基体１
１外周側面に上記金属被膜１３からなる上記第２
電極Ｆが設けられている。また、この第２電極Ｆ
の下端縁はノズル下端面での上記第１電極Ｄより
も例えば１〜２mm程度上方に離間して位置するよ
うに形成されている。

この場合、上記第１電極Ｄと第２電極Ｆとを同
一材質の金属被膜で形成することにより、ノズル
基体１１にメツキ等によつて簡単に溶着させるこ
とができる。

つまり、ノズル基体１１の上端外周面部および
下端外周面部をそれぞれマスキングして、ノズル
基体１１全部をメツキ槽でどぶづけする。そし
て、上記マスキングを外すことにより、ノズル内
周面と外周側面とのメツキが上下端にて完全に切
り離される。したがつて、第１電極Ｄと第２電極
Ｆとが絶縁部Ｅとしてのノズル基体１１を介して
電気的に絶縁される。

このようにして、第２図に示すように第１電極
Ｄはノズル９の上端面から内周面そして下端面に
かけて連続して形成され、第２電極Ｆはノズル９
のテーパフランジ部９ａから外周端面にかけて連
続して形成されている。また、絶縁部Ｅの下端面
はノズル下端面での第１電極Ｄにて完全に覆われ
ている。

第１図においてコネクタ７は、導電性材料で形
成され、この中央には同軸ケーブル６の芯線とな
る第１電線６ａがビニール被覆した状態でコネク
タ７と絶縁して挿通され、その外側の第２電線６
ｂがコネクタ７にハンダ付にて接続されている。
上記第１電線６ａは、コネクタ７からノズルホル
ダ３内を通つて、上記ノズル９の第１電極Ｄと導
通される上記金属カラー８にハンダ付けにて接続
されている。そして、この第１電線６ａは同軸ケ
ーブル６に沿つて、外部に設けられた電磁的容量
検出器としての例えば静電容量検出器１４に導か
れている。

この静電容量検出器１４は、Ｃ／Ｖ変換器やア
ンプ等からなるモータ駆動制御装置１５に接続さ
れ、上記第１電極Ｄより検出された静電容量値に
基づいてギヤツプコントロール用のサーボモータ
１６を駆動制御し、ノズル９を一体に保持した上
記レンズホルダ１をヘツド本体に対し光軸方向に
移動調整するようになつている。

また、上記ノズルホルダ３３の外周面部も、例
えば銅或はニツケル等の金属被膜１８がコーテイ
ングされており、コネクタ７に螺着された金属ナ
ツト１７と上記金属被膜１８部分を介して、コネ
クタ７は、上記ノズル９の第２電極Ｆと導通する
上記ノズルナツト１０に電気的に接続されてい
る。そして、このコネクタ７と導通した第２電線
６ｂは同軸ケーブル６に沿つて、例えばレーザ加
工機本体側のアース端子に接続され、第２電極Ｆ
をワークＷと同電位にしている。

また、１９はコネクタ７と同軸ケーブル６の結
合部分を保護する絶縁チユーブである。

（実施例の作用） まず、加工時においてワークＷとノズル９先端
との距離を一定に保つ調整、いわゆるギヤツプコ
ントロールについて説明する。

第１図のように、ノズル９の第２電極Ｆはテー
パフランジ部９ａからノズルナツト１０、レンズ
ホルダ３の金属被膜１８、金属ナツト１７、コネ
クタ７、第２電線６ｂを介してアースされワーク
Ｗと同電位となつている。一方、第１電極Ｄはノ
ズル９上端面から金属カラー８、第１電線６ａを
介して静電容量検出器１４に接続されている。

静電容量検出器１４により、第１電極Ｄの先端
面および周側面部でワークＷおよび第２電極Ｆと
の間の静電容量C_L，C_Aが検出されると、それら
の和の静電容量C_L＋C_Aがノズル９の先端とワー
クＷと距離すなわちギヤツプ量に対応した信号と
してモータ駆動制御装置１５に送られる。モータ
駆動制御装置１５はノズル９先端とワークＷの間
のギヤツプ量を一定にするようにサーボモータ１
６を駆動制御し、ノズル９を一体に保持したレン
ズホルダ１をヘツド本体に対し光軸方向に移動調
整する。

第１図で示すように、ワークＷ表面が立体形状
となつている場合、その壁にノズル９が接近して
も、第２電極ＦはワークＷと同電位となつて第１
電極Ｄの周側面部とワークＷとの間を静電的に完
全に遮閉しているため、ノズル９の側面がワーク
Ｗの壁に近接したにも拘らず、常に、本来検出す
べきギヤツプ量に対応した正確な検出値C_Lが得
られる。

さらに、第３図で示すように、レーザ加工時に
おいて、ワークＷ上から斜め上方へ向かつて激し
くスパツタＳが跳ね上がつても、ノズル９先端に
おける絶縁部Ｅと第２電極Ｆは、第１電極Ｄとし
ての金属被膜１２が防壁となつて、スパツタＳや
レーザ光の反射光によつて絶縁部Ｅとしてのセラ
ミツク材を溶かすこともなく、さらに、その上方
位置に退避した第２電極Ｆとしての金属被膜１３
との間に、金属のプリツジを形成してシヨートす
るようなこともなく、常に安定した正確なギヤツ
プ量検出が行える。

（変形例） 次に、第４図ないし第６図により、本考案のノ
ズルの変形例について説明する。

このノズル９′は、ノズル基体２１を例えば銅
或はニツケル等の導電材料にて上記第１電極Ｄと
して形成し、この第１電極Ｄの外周側面を例えば
セラミツクを溶射してなる絶縁被膜２２でコーテ
イングすることにより上記絶縁部Ｅを形成してい
る。さらにその外側面に、第４図のように例えば
銅或はニツケル等にて予めキヤツプ状に形成され
た上記第２電極Ｆとなる金属キヤツプ２３を嵌め
合わせることにより、第５図のようなノズル９′
が形成されている。

ノズル基体２１は、その外周面において上端縁
および下端縁に少し外側に突き出た突起部２１
ａ，２１ｂが一体に形成されており、この突起部
２１ａ，２１ｂ間においてテーパフランジ部９′
ａからノズル基体２１外周側面全周に上記絶縁被
膜２２を溶射している。これにより上記絶縁被膜
２２はその上下端面を両突起部２１ａ，２１ｂに
て完全に保持されているので、熱変形や衝撃によ
る剥離が防止され、定着性が高められる。さら
に、絶縁部Ｅとしての絶縁被膜２２の下端面は第
１電極Ｄとしてのノズル基体２１によつて覆わ
れ、レーザ光やスパツタＳの熱から保護されてい
る。

金属キヤツプ２３は、上記テーパフランジ部
９′ａに沿つたフランジ部２３ａと上記絶縁被膜
２２の外周に嵌合する逆円錐状のキヤツプ部２３
ｂとが一体に形成され、これを第４図のようにノ
ズル基体２１に嵌め込むことにより、第５図のよ
うにキヤツプ部２３ｂの下端縁がノズル下端面よ
り上方に位置し、ノズル下端面での第１電極Ｄの
突起部２１ｂより例えば１〜２mm程度、上方に離
間して位置するような寸法に形成されている。

なお、ノズル基体２１の先端部形状は第６図で
明らかに示すように、その外周面に一部食い込み
部２１ｃを形成することにより、それに沿つて溶
射された絶縁被膜２２はその定着性が一層高めら
れる。さらにこの位置で、絶縁被膜２２と上記金
属キヤツプ２３の下端縁との間に空間部２４を形
成することにより、例えば第２電極Ｆの熱溶融し
た液が絶縁部Ｅを伝つて第１電極Ｄに直接つなが
ることも防止できる。

しかも、第２電極Ｆを溶射によらず単体の金属
キヤツプ２３としたことにより、例え絶縁被膜２
２と金属キヤツプ２３とが異なる熱膨張率で変形
しても、両者間の接合部に滑りが可能であるの
で、両者間に干渉作用がなく、絶縁被膜２２の剥
離や亀裂発生等が防止できるようになつている。

そして、このノズル９′を前述と同様に第１図
のノズルホルダ３に装着すると、第１電極Ｄはそ
の上端面が金属カラー８に接し、第１電線６ａを
介して静電容量検出器１４に接続され、第２電極
Ｆはノズルナツト１０からノズルホルダ３の金属
被膜１８面、金属ナツト１７、コネクタ７および
第２電線６ｂを介してアースされる。

よつて加工時には、第１電極Ｄと第２電極Ｆと
の間の静電容量C_Aは前記実施例と同様に常に一
定であるため、下端面すなわちノズル９′先端か
らワークＷの静電容量C_L変化のみをギヤツプ量
変化として検出する。よつて、立体形状のワーク
Ｗに対しても正確なギヤツプコントロールが行え
る。

この場合も同様に、レーザ加工時、第６図のよ
うにワークＷ上から斜め上方にスパツタＳが飛ん
でも、第１電極Ｄに保護されて絶縁部Ｅと第２電
極ＦにはスパツタＳがかかわず、したがつて絶縁
部Ｅの熱溶融や両電極Ｄ，Ｆ間のシヨートが確実
に防止される。

なお、上記実施例と同様な三層構造のノズル
９，９′を用いて、第１図で示す静電容量検出器
１４を、例えば第７図で示すような回路構成と
し、第２電極Ｆをアースする代わりに、第２電極
Ｆを静電容量検出用のブリツジ回路２５の電源側
に接続し、第１電極Ｄと同電位とすることによつ
ても適正なギヤツプ量検出が行える。

すなわち、第７図のように、第１電極Ｄを前記
同軸ケーブル６の第１電線６ａを介して上記ブリ
ツジ回路２５に接続するとともに、第２電極Ｆを
前記同軸ケーブル６の第２電線６ｂを介して上記
ブリツジ回路２５の電源側すなわち高周波発振回
路２６に接続する。

この高周波発振回路２６は、上記ブリツジ回路
２５への電源および同期整流回路２７の同期電源
を供給するとともに、上記第２電極Ｆに対し第１
電極Ｄと同位相でほぼ同電位の電圧を印加してい
る。

また、上記同期整流回路２７はブリツジ回路２
５からの不平衡出力を直流に変換してモータ駆動
制御回路２８へ送り、この制御回路２８にてギヤ
ツプコントロール用にサーボモータ１６を駆動制
御し、ノズル９，９′先端とワークＷとのギヤツ
プ量を一定に保持するように、ノズル９，９′を
一体に保持したレンズホルダ１をヘツド本体に対
し光軸方向に移動調整するようになつている。

このように、第１電極Ｄと第２電極Ｆの電位を
等しくしたため、各電極Ｄ，Ｆからの対ワークＷ
間との電気力線の分布は電気力線同志が互いに反
発し合うことにより第８図のようになり、第９図
のような第２電極Ｆのない場合のときに比べ、第
１電極Ｄからの電気力線を全て光軸に平行な向き
に集中させることができる。

また、第２電極ＦとワークＷ間の静電容量C_Y
および第１電極Ｄと第２電極Ｆ間の静電容量C_A
も発生するが、C_Yはこのブリツジ回路２５の電
源部に加えられたものに過ぎずブリツジ回路２５
の出力e₀の値には何等影響を与えるものでなく、
またC_Aはごく僅かでありかつ固定の値であるた
め静電容量変化の検出にほとんど無関係である。

したがつて、ブリツジ回路２５からの出力e₀は
第１電極Ｄと、この第１電極Ｄからの上記平行に
走る電気力線に垂直なワーク面W₁との間で検出
される静電容量C_Lの変化量によつてのみ出力e₀の
値が決まる。よつて、複雑な立体形状のワークＷ
に対してもノズル９，９′側面からの静電容量変
化をひろうことなく、ノズル９，９′先端とワー
クＷ間の正確な静電容量変化が検出でき、常に適
正なギヤツプ量検出を行うことができる。

（考案の効果） 以上説明したように、ノズルを内面より、電磁
的容量検出用の第１電極、絶縁部、第２電極の順
で三層にて形成し、上記第１電極周側面を上記第
２電極によりワークに対して電磁的に遮閉したも
のであるので、第１電極の側面部で検出される電
磁的容量が常に一定となるため、表面が複雑な立
体形状のワークを加工する場合にもノズル先端と
ワーク間の正確な電磁的容量変化が検出でき、し
たがつてこの電磁的容量が常に一定となるように
ノズル高さを制御することにより、レーザ光の焦
点を常にワーク表面に結ばせることができ、よつ
て常に最適な加工条件を維持することができ、加
工精度が向上される。

特に、上記第２電極の下端縁がノズル先端面で
の第１電極よりも上記絶縁部を介して上方へ離間
して位置するように形成したので、第２電極はワ
ークから跳ね上がるスパツタの飛散経路から退避
しており、スパツタによつて両電極間に金属のブ
リツジを形成してシヨートするようなことがな
く、安定したギヤツプ検出が行える。

さらに、上記絶縁部の下端面を第１電極で覆う
ことにより、レーザ光やスパツタによる熱から絶
縁部が保護され、したがつて常に正確でかつ安定
したギヤツプ検出値が得られるため、高精度なギ
ヤツプコントロールが行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のノズルを備えたレーザ加工機
のヘツド部分を示す断面図、第２図は同上ノズル
の断面図、第３図は同上ノズル先端部の拡大断面
図、第４図は本考案のノズルの変形例を示す分解
断面図、第５図は同上ノズルの断面図、第６図は
同上ノズル先端部の拡大断面図、第７図はギヤツ
プ量検出の他の方法を示すブロツク図、第８図は
この場合の第１電極からの電気力線を示す模式
図、第９図は第１電極と同電位の第２電極がない
場合の第１電極からの電気力線を示す模式図であ
る。 ９，９′……ノズル、Ｄ……第１電極、Ｅ……
絶縁部、Ｆ……第２電極、Ｗ……ワーク。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ノズル内周側面からノズル先端面に連続して設
   けられノズル先端とワークとの間の電磁的容量を
   検出するための第１電極と、ノズル外周側面に設
   けられ上記第１電極の側面部とワーク間を電磁的
   に遮閉するための第２電極と、上記第１電極と第
   ２電極との間に介在され両電極間を電磁的に絶縁
   するための絶縁部との三層で構成されるレーザ加
   工機のノズルにおいて、上記第２電極の下端縁が
   ノズル先端面での第１電極より上記絶縁部を介し
   て上方に位置し、上記絶縁部の下端面が第１電極
   に覆われていることを特徴とするレーザ加工機の
   ノズル。