JPH03268888A - レーザ加工機の加工ヘッド - Google Patents
レーザ加工機の加工ヘッドInfo
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- JPH03268888A JPH03268888A JP2065286A JP6528690A JPH03268888A JP H03268888 A JPH03268888 A JP H03268888A JP 2065286 A JP2065286 A JP 2065286A JP 6528690 A JP6528690 A JP 6528690A JP H03268888 A JPH03268888 A JP H03268888A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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。
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〕
本発明はレーザビームを用いて被加工物等を加工するレ
ーザ加工機の加工ヘッドに関し、特に高出力レーザ加工
機に要求される高圧補助ガスの出射を可能にした反射型
の光学部品を用いたレーザ加工機のヘッド加工に関する
。
ーザ加工機の加工ヘッドに関し、特に高出力レーザ加工
機に要求される高圧補助ガスの出射を可能にした反射型
の光学部品を用いたレーザ加工機のヘッド加工に関する
。
レーザ加工に用いられるレーザビームの出力は、年を追
って増大する傾向にあり、従来では考えられなかったよ
うな大きな厚さの被加工物も切断出来るようになってき
た。
って増大する傾向にあり、従来では考えられなかったよ
うな大きな厚さの被加工物も切断出来るようになってき
た。
一般にレーザ加工を行う場合、酸化反応による発熱を利
用してレーザ加工を促進させたり、また、酸化反応を抑
えるためにシールドするなどのためにレーザビーム照射
部（加工点）に補助ガスを供給する場合が多い。この補
助ガスの供給の方法、形態、条件によって、レーザ加工
の諸反応は大きく左右される。従って、補助ガスの供給
はレーザ加工の重要な因子の一つである。
用してレーザ加工を促進させたり、また、酸化反応を抑
えるためにシールドするなどのためにレーザビーム照射
部（加工点）に補助ガスを供給する場合が多い。この補
助ガスの供給の方法、形態、条件によって、レーザ加工
の諸反応は大きく左右される。従って、補助ガスの供給
はレーザ加工の重要な因子の一つである。
第４図は従来技術である反射鏡を集光鏡としたレーザ加
工機の概略構成を示す図である。
工機の概略構成を示す図である。
レーザ発振器１はレーザビーム２を発生する。
レーザビーム２は反射鏡３ａ及び３ｂを介して加工ヘッ
ドに導かれる。
ドに導かれる。
加工ヘッドはボディ２４と、密閉窓２５と、放物面鏡６
と、ノズルの光軸調整機構１８と、円筒ボディ２９と、
ノズル１５とからなる。
と、ノズルの光軸調整機構１８と、円筒ボディ２９と、
ノズル１５とからなる。
密閉窓２５は加工ヘッドを密閉構造にするものであり、
レーザビーム２を透過させる材質、例えば炭酸ガスレー
ザではセレン化亜鉛のような透過性の材料を用いるが、
１００％の透過率を持った材料は存在しないので、両面
を誘電体膜で非反射コーティングしている。通常、切断
加工の場合は、気密室は少なくても０．２Ｋｇｆ／ｃｍ
２以上に保つ必要がある。
レーザビーム２を透過させる材質、例えば炭酸ガスレー
ザではセレン化亜鉛のような透過性の材料を用いるが、
１００％の透過率を持った材料は存在しないので、両面
を誘電体膜で非反射コーティングしている。通常、切断
加工の場合は、気密室は少なくても０．２Ｋｇｆ／ｃｍ
２以上に保つ必要がある。
放物面鏡６は密閉窓２５を透過してきたレーザビーム２
を被加工物９上に集光するものである。
を被加工物９上に集光するものである。
ノズル１５は集光されたレーザビーム２を被加工物９に
照射するものである。被加工物９は集光されたレーザビ
ーム２によって加工される。ノズルの光軸調整機構１８
は集光されたレーザビーム２の光軸とノズル１５の軸と
を一致させるものである。ガス供給口１３は補助ガスを
加工ヘッド内に供給するための開口である。
照射するものである。被加工物９は集光されたレーザビ
ーム２によって加工される。ノズルの光軸調整機構１８
は集光されたレーザビーム２の光軸とノズル１５の軸と
を一致させるものである。ガス供給口１３は補助ガスを
加工ヘッド内に供給するための開口である。
ガスボンベ１１はアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガ
ス、酸素ガス等の補助ガスを貯蔵する。
ス、酸素ガス等の補助ガスを貯蔵する。
加工ヘッドにはガスボンベ１１から減圧弁１２及びガス
供給口１３を介して補助ガスが導入される。
供給口１３を介して補助ガスが導入される。
加工ヘッドは密閉構造になっているので、加工ヘッド内
に導かれた酸素や窒素等の補助ガスは、ノズル１５で絞
られレーザビーム２と共に被加工物９に出射される。焦
点１０では集光されたレーザビーム２により高温になっ
た被加工物９と補助ガスの相互作用により、レーザ加工
が達成される。
に導かれた酸素や窒素等の補助ガスは、ノズル１５で絞
られレーザビーム２と共に被加工物９に出射される。焦
点１０では集光されたレーザビーム２により高温になっ
た被加工物９と補助ガスの相互作用により、レーザ加工
が達成される。
補助ガスの噴射量は減圧弁１２によって制御される。
しかし、従来のレーザ加工機の加工ヘッドでは、レーザ
出力の増大に伴い従来の透過型の密閉窓を用いた光学系
では、高いエネルギー密度に抗しきれなくなって来てい
る。透過型の密閉窓ではレーザビームの透過により密閉
窓の温度が上がり、特に長時間の使用によって汚れがひ
どくなると発熱による温度上昇は急激に増大する。また
、透過型ではその構造上から冷却は難しい。従って、第
３図の従来技術のように、高いエネルギー密度を持った
レーザビームが長時間密閉窓２５に照射されると、密閉
窓２５のコーテイング膜を破損したり、密閉窓２５の熱
歪みが生じて著しく加工性能が阻害される。
出力の増大に伴い従来の透過型の密閉窓を用いた光学系
では、高いエネルギー密度に抗しきれなくなって来てい
る。透過型の密閉窓ではレーザビームの透過により密閉
窓の温度が上がり、特に長時間の使用によって汚れがひ
どくなると発熱による温度上昇は急激に増大する。また
、透過型ではその構造上から冷却は難しい。従って、第
３図の従来技術のように、高いエネルギー密度を持った
レーザビームが長時間密閉窓２５に照射されると、密閉
窓２５のコーテイング膜を破損したり、密閉窓２５の熱
歪みが生じて著しく加工性能が阻害される。
このため、より高出力のレーザビームを用いたレーザ加
工のアプリケーションでは、高エネルギー密度に耐え得
る反射鏡を用いた光学系が用いられる。
工のアプリケーションでは、高エネルギー密度に耐え得
る反射鏡を用いた光学系が用いられる。
反射鏡では透過型の光学部品のようなレーザビームの透
過による発熱は無く、反射表面で発熱する。しかし、反
射表面での発熱は透過型の透過に伴う発熱より少ない。
過による発熱は無く、反射表面で発熱する。しかし、反
射表面での発熱は透過型の透過に伴う発熱より少ない。
反射型の光学部品では反射面以外の面、例えば裏面から
冷却することが容易に出来るので温度管理面で非常に有
利である。
冷却することが容易に出来るので温度管理面で非常に有
利である。
一方、レーザビームを用いて被加工物を切断加工する場
合は溶接に比べて高い圧力の補助ガスを必要とする。と
ころが、反射鏡のみで構成される光学系では、レーザビ
ームが入光してくる方向が空洞となっており、密閉窓が
なく気密室を構成出来ないので、補助ガスを高い圧力に
保つことが出来ないという問題がある。
合は溶接に比べて高い圧力の補助ガスを必要とする。と
ころが、反射鏡のみで構成される光学系では、レーザビ
ームが入光してくる方向が空洞となっており、密閉窓が
なく気密室を構成出来ないので、補助ガスを高い圧力に
保つことが出来ないという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、透
過型の光学部品を用いずに反射型の光学部品を用いて気
密室を構築し、補助ガスの圧力を高く保ち、加工性能を
向上させ維持するレーザ加工機の加工ヘッドを提供する
ことを目的とする。
過型の光学部品を用いずに反射型の光学部品を用いて気
密室を構築し、補助ガスの圧力を高く保ち、加工性能を
向上させ維持するレーザ加工機の加工ヘッドを提供する
ことを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、集光されたレー
ザビームと補助ガスを出射して被加工物を加工するレー
ザ加工機の加工ヘッドにおいて、前記補助ガスの流出を
防ぐために前記加工ヘッドに設けられたオリフィスと、
レーザ発振器からのレーザビームを一旦集光させて前記
オリフィスを通過させ前記加工ヘッド内に導入するレー
ザビーム導入手段と、前記加工ヘッド内に導入された前
記レーザビームを前記被加工物に集光するための集光鏡
と、前記集光鏡からの前記レーザビームと前記補助ガス
を前記被加工物に出射するた杓の円錐形のノズルとを有
することを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッドが、提
供される。
ザビームと補助ガスを出射して被加工物を加工するレー
ザ加工機の加工ヘッドにおいて、前記補助ガスの流出を
防ぐために前記加工ヘッドに設けられたオリフィスと、
レーザ発振器からのレーザビームを一旦集光させて前記
オリフィスを通過させ前記加工ヘッド内に導入するレー
ザビーム導入手段と、前記加工ヘッド内に導入された前
記レーザビームを前記被加工物に集光するための集光鏡
と、前記集光鏡からの前記レーザビームと前記補助ガス
を前記被加工物に出射するた杓の円錐形のノズルとを有
することを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッドが、提
供される。
レーザ発振器から８カしたレーザビームは、集光手段で
ある集光鏡により一旦焦点をオリフィスで結んでから加
工ヘッド内に導入される。加工ヘッド内に導入されたレ
ーザビームは集光鏡に達する。集光鏡に達したレーザビ
ームは集光鏡で被加工物の表面に集光されて焦点を結び
、補助ガスと共に被加工物をレーザ加工する。
ある集光鏡により一旦焦点をオリフィスで結んでから加
工ヘッド内に導入される。加工ヘッド内に導入されたレ
ーザビームは集光鏡に達する。集光鏡に達したレーザビ
ームは集光鏡で被加工物の表面に集光されて焦点を結び
、補助ガスと共に被加工物をレーザ加工する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例であるレーザ加工機の概略構
成を示す図である。第１図において、第３図と同一の構
成要素には同一の符号が付しである。
成を示す図である。第１図において、第３図と同一の構
成要素には同一の符号が付しである。
レーザ発振器１から出たレーザビーム２は反射鏡３ａ、
３ｂにより反射され、レーザビーム導入手段により加工
ヘッド内に導入される。すなわち、反射鏡３ａ、３ｂに
より反射されて集光鏡である放物面鏡４に達したレーザ
ビーム２は放物面鏡４によって一旦集光されて焦点５を
結び、再び拡がって拡大鏡である放物面鏡６に導かれる
。放物面鏡６に導かれたレーザビーム２は放物面鏡６に
よって拡大され再び平行なレーザビーム２に戻される。
３ｂにより反射され、レーザビーム導入手段により加工
ヘッド内に導入される。すなわち、反射鏡３ａ、３ｂに
より反射されて集光鏡である放物面鏡４に達したレーザ
ビーム２は放物面鏡４によって一旦集光されて焦点５を
結び、再び拡がって拡大鏡である放物面鏡６に導かれる
。放物面鏡６に導かれたレーザビーム２は放物面鏡６に
よって拡大され再び平行なレーザビーム２に戻される。
平行に戻されたレーザビーム２は集光鏡である放物面鏡
８で集光され、被加工物９の表面上に焦点１０を結ぶ。
８で集光され、被加工物９の表面上に焦点１０を結ぶ。
ガスボンベ１１に貯蔵されている補助ガスは減圧弁１２
で圧力を調整された後補助ガス供給口１３から加工ヘッ
ドの気密室１４に導かれる。気密室１４に導かれた補助
ガスはノズル１５からレーザビーム２と共に被加工物９
に出射される。
で圧力を調整された後補助ガス供給口１３から加工ヘッ
ドの気密室１４に導かれる。気密室１４に導かれた補助
ガスはノズル１５からレーザビーム２と共に被加工物９
に出射される。
一方、気密室１４に導かれ、ノズル１５と反対側に向か
った補助ガスの一部は、オリフィス１６からも吹き出す
。オリフィス１６の径をノズル１５と同じ径にしておけ
ば、補助ガスの供給量を２倍に増やすだけで、必要とす
る補助ガスの圧力を得ることができる。なお、オリフィ
ス光軸調整機構１７はオリフィス１６の光軸を調整する
調整機構である。また、ノズルの光軸調整機構１８はノ
ズル１５の光軸を調整する調整機構である。
った補助ガスの一部は、オリフィス１６からも吹き出す
。オリフィス１６の径をノズル１５と同じ径にしておけ
ば、補助ガスの供給量を２倍に増やすだけで、必要とす
る補助ガスの圧力を得ることができる。なお、オリフィ
ス光軸調整機構１７はオリフィス１６の光軸を調整する
調整機構である。また、ノズルの光軸調整機構１８はノ
ズル１５の光軸を調整する調整機構である。
次に、オリフィス１６とオリフィス１６を通過するレー
ザビーム２について説明する。レーザ加工機の加工ヘッ
ドの気密室１４の気密を保つために、レーザ発振器１か
らのレーザビーム２の導入口としてオリフィス１６を加
工ヘッドに設けている。補助ガスの消費量を減らすため
にはオリフィスの開口は出来るだけ狭い方がよく、その
ためにレーザビーム２を放物面鏡４で一旦光束を絞り、
最も細くなる箇所がオリフィス１６の中心に来るように
光学系を構成している。
ザビーム２について説明する。レーザ加工機の加工ヘッ
ドの気密室１４の気密を保つために、レーザ発振器１か
らのレーザビーム２の導入口としてオリフィス１６を加
工ヘッドに設けている。補助ガスの消費量を減らすため
にはオリフィスの開口は出来るだけ狭い方がよく、その
ためにレーザビーム２を放物面鏡４で一旦光束を絞り、
最も細くなる箇所がオリフィス１６の中心に来るように
光学系を構成している。
第２図にオリフィスの詳細図を示す。オリフィス１６は
通路を多重にして補助ガスの流動抵抗を増やしており、
補助ガスの流出量を減らすことができる。オリフィス１
６の内径はレーザビーム２の径と、補助ガスの流出量を
できるだけ少くすることを考慮して、２〜３ｍｍ程度が
望しい。
通路を多重にして補助ガスの流動抵抗を増やしており、
補助ガスの流出量を減らすことができる。オリフィス１
６の内径はレーザビーム２の径と、補助ガスの流出量を
できるだけ少くすることを考慮して、２〜３ｍｍ程度が
望しい。
第３図は本発明の他の実施例であるレーザ加工機の概略
構成を示す図である。第２図において、第１図と同一の
構成要素には同一の符号が付してあり、その説明を省略
する。
構成を示す図である。第２図において、第１図と同一の
構成要素には同一の符号が付してあり、その説明を省略
する。
レーザ発振器１から出たレーザビーム２は反射鏡３ ａ
％ ３ ｂ１３ ｃによって反射され、レーザビーム
導入手段により加工ヘッド内に導入される。
％ ３ ｂ１３ ｃによって反射され、レーザビーム
導入手段により加工ヘッド内に導入される。
すなわち、反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃにより反射されて集
光鏡である放物面鏡４に達する。放物面鏡４によって一
旦集光されて焦点５を結んだレーザビーム２は平行光に
戻ることなくそのまま集光鏡である楕円体面鏡８ａに導
かれる。楕円体面鏡８ａはレーザビーム２を被加工物９
の表面に集光させ、焦点１０を結ぶ。
光鏡である放物面鏡４に達する。放物面鏡４によって一
旦集光されて焦点５を結んだレーザビーム２は平行光に
戻ることなくそのまま集光鏡である楕円体面鏡８ａに導
かれる。楕円体面鏡８ａはレーザビーム２を被加工物９
の表面に集光させ、焦点１０を結ぶ。
先の第１図の実施例と異なる点は加工ヘッド内の鏡が一
枚少ないことである。加工ヘッド外の放物面鏡４によっ
て一旦集光されたレーザビーム２は加工ヘッド内に導入
された後も平行に戻されることなくそのまま楕円体面鏡
８ａに導かれている。
枚少ないことである。加工ヘッド外の放物面鏡４によっ
て一旦集光されたレーザビーム２は加工ヘッド内に導入
された後も平行に戻されることなくそのまま楕円体面鏡
８ａに導かれている。
放物面鏡４で反射され集光されたレーザビーム２は平行
光でないので、集光鏡は放物面鏡でなく楕円体面鏡８ａ
が使用される。
光でないので、集光鏡は放物面鏡でなく楕円体面鏡８ａ
が使用される。
以上説明したように本発明では、レーザビーム導入手段
によりレーザビームを集光させてからオリフィスを通過
するようにして加工ヘッド内にレーザビームを導入して
いるので、透過型の光学部品を使用することなく、高出
力に有利な反射鏡のみで構成された気密室を構築できる
。従って、加工ヘッド内に高圧力の補助ガスを供給でき
透過型光学部品が耐えられないような高出力のレーザ加
工を行うことができる。
によりレーザビームを集光させてからオリフィスを通過
するようにして加工ヘッド内にレーザビームを導入して
いるので、透過型の光学部品を使用することなく、高出
力に有利な反射鏡のみで構成された気密室を構築できる
。従って、加工ヘッド内に高圧力の補助ガスを供給でき
透過型光学部品が耐えられないような高出力のレーザ加
工を行うことができる。
また、加工ヘッド内に導入された不平行のままのレーザ
ビームを楕円体面鏡で被加工物に集光させてレーザ加工
を行うように構成したので、部品点数が減り、構造が簡
単になる。
ビームを楕円体面鏡で被加工物に集光させてレーザ加工
を行うように構成したので、部品点数が減り、構造が簡
単になる。
第１図は本発明の一実施例であるレーザ加工機の概略構
成を示す図、 第２図はオリフィスの詳細面、 第３図は本発明の他の実施例であるレーザ加工機の概略
構成を示す図、 第４図は従来技術である反射鏡を集光鏡としたレーザ加
工機の概略構成を示す図である。 １ レーザ発振器 ２ レーザビーム ３ａ、３ｂ、３０ 反射鏡 ４ 放物面鏡 ５ 焦点 ６ 放物面鏡 ８ 放物面鏡 ８ａ 楕円体面鏡 ９ 被加工物 焦点 ボンベ 減圧弁 ガス供給口 気密室 ノズル オリフィス オリフィスの光軸調整機構 ノズルの光軸調整機構 隔壁 ボディ 密閉窓 円筒ボディ
成を示す図、 第２図はオリフィスの詳細面、 第３図は本発明の他の実施例であるレーザ加工機の概略
構成を示す図、 第４図は従来技術である反射鏡を集光鏡としたレーザ加
工機の概略構成を示す図である。 １ レーザ発振器 ２ レーザビーム ３ａ、３ｂ、３０ 反射鏡 ４ 放物面鏡 ５ 焦点 ６ 放物面鏡 ８ 放物面鏡 ８ａ 楕円体面鏡 ９ 被加工物 焦点 ボンベ 減圧弁 ガス供給口 気密室 ノズル オリフィス オリフィスの光軸調整機構 ノズルの光軸調整機構 隔壁 ボディ 密閉窓 円筒ボディ
Claims (6)
- （１）集光されたレーザビームと補助ガスを出射して被
加工物を加工するレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、 前記補助ガスの流出を防ぐために前記加工ヘッドに設け
られたオリフィスと、 レーザ発振器からのレーザビームを一旦集光させて前記
オリフィスを通過させ前記加工ヘッド内に導入するレー
ザビーム導入手段と、 前記加工ヘッド内に導入された前記レーザビームを前記
被加工物に集光するための集光鏡と、前記集光鏡からの
前記レーザビームと前記補助ガスを前記被加工物に出射
するためのノズルとを有することを特徴とするレーザ加
工機の加工ヘッド。 - （２）前記加工ヘッド内に導入された前記レーザビーム
を拡大して前記集光鏡に導くように構成された拡大鏡を
設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機の
加工ヘッド。 - （３）前記集光鏡が放物面鏡であることを特徴とする請
求項２記載のレーザ加工機の加工ヘッド。 - （４）前記集光鏡が楕円体面鏡であることを特徴とする
請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッド。 - （５）前記オリフィスとガス供給口の中間に補助ガスの
前記オリフィスへの通過を減少させる隔壁を設けたこと
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッド
。 - （６）前記オリフィスは多重構造としたことを特徴とす
る請求項１のレーザ加工機の加工ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2065286A JPH03268888A (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | レーザ加工機の加工ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2065286A JPH03268888A (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | レーザ加工機の加工ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03268888A true JPH03268888A (ja) | 1991-11-29 |
Family
ID=13282539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2065286A Pending JPH03268888A (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | レーザ加工機の加工ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03268888A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006043775A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co Kg | レーザ加工ヘッド |
-
1990
- 1990-03-15 JP JP2065286A patent/JPH03268888A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006043775A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co Kg | レーザ加工ヘッド |
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