JPH0649429Y2 - レーザ加工用トーチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はレーザビームを集光して切断，溶接，表面改質
等のレーザ加工を行うためのレーザ加工用トーチに関
し、特にレーザビームの光軸調整の改良を図ったもので
ある。

（従来の技術） 高出力（1KW以上）のレーザビームを照射してレーザ加
工を行うトーチにあっては、レーザビームを集光させる
ために放物面鏡を用いた反射形が一般に採用されてい
る。

例えば第６図に示される如く、トーチ101のハウジング
本体102一端側にはビーム導入口103が備えられ、ハウジ
ング本体102他端側には放物面鏡104を内装状としてミラ
ーホルダ105が着脱可能に固定され、ハウジング本体102
の周面一側にはノズル106が装着された構造のものがあ
る（第１従来例）。そして第６図に向って、左右方向を
Ｘ軸方向、上下方向をＺ軸方向、前後方向をＹ軸方向と
した場合、Ｘ軸方向からビーム導入口103に導入された
レーザビームLBは放物面鏡104でＺ軸方向に反射され、
集光されながらノズル106内を通過し、ノズル先端口側
より加工物に照射され、加工処理を行う方式とされてい
る。

またトーチ101を組立てた際、入射されるレーザビームL
Bの所定の光軸Ｍと反射される照射光側のレーザビームL
Bの所定の光軸Ｎとが放物面鏡104上の一点で交わるよう
に、放物面鏡104が取付けられたミラーホルダー105はX,
Y,Z軸方向の位置調整と、XZ平面,XY平面,YZ平面内で回
動調整が必要とされる。

このような調整は各部を設計通りに組立てることによっ
て大体調整される性格のものであり、各軸方向の位置調
整は各部の寸法精度を向上させることによって対応でき
る。また回動調整については第６図〜第８図に示される
如く、ミラーホルダー105をハウジング本体102に着脱自
在に取付け固定する調整機構108によって調整可能とし
ていた。

即ち、調整機構108はＹ軸方向とＺ軸方向の交点位置
と、各軸方向上に夫々設けられた合計３個所とされ、ミ
ラーホルダー105に螺挿された押しボルト109と、該押し
ボルト109内を挿通状としてハウジング本体102に螺合さ
れた締結ボルト110と、ロックナット111とからなり、回
動調整は前記交点位置以外の２個所の調整機構108を調
整して行い、ロックナット111を緩め、押しボルト109及
び締結ボルト110を進退調整した後、ロックナット109及
び締結ボルト110を締結する方式とされていた。

また特開昭63-93494号公報（第２従来例）に開示の構造
によれば、放物面鏡が球面受台に装着され、対応する球
面受台とスライド可能な構造とされ、複数の角度調整ネ
ジを調整することによって２軸方向及び回転方向の調整
が可能とされている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、上記第１従来例によれば、XZ平面内の回
動調整及びXY平面内の回動調整は可能であるが、YZ平面
内での回動調整が行えない欠点があった。また第２従来
例によれば、多数のネジを調整して２軸方向及び回転方
向の調整を行う必要があった。即ち、各従来例において
は、複数方向の調整を行う必要があり、光軸の調整作業
が複雑で、面倒な作業となっていた。

そこで、本考案は上記問題点に鑑み、光軸調整が一方向
だけでよい調整作業の容易なレーザ加工用トーチを提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本考案の技術的手段は、一端
側にビーム導入口を備え、他端側にミラー装着口を備え
たハウジング本体に、集光用凹面鏡を備えてなるミラー
ホルダーが、凹面鏡をミラー装着口より挿入状としてハ
ウジング本体の他端側取付部に固定部材により着脱可能
に固定され、ビーム導入口から導入されたレーザビーム
を凹面鏡で反射させ、集光させながらノズル内を通過さ
せてノズル先端口側より照射させるレーザ加工用トーチ
において、前記ミラー装着口は導入側レーザビームの光
軸を中心とする円形孔とされ、ハウジング本体の前記取
付部に前記光軸と直交する平面内に位置した平坦摺動面
が備えられ、前記ミラーホルダーにはミラー装着口内周
面に密着状として嵌脱自在に嵌合され、かつ前記光軸回
りに相対回動自在な円柱状のはめあい部が設けられると
共に、はめあい部の嵌合状態で平坦摺動面に接離自在に
当接して前記光軸周りに相対摺動自在な張出摺動部が設
けられ、固定部材の固定解除状態でミラーホルダーを前
記光軸周りに回動操作させる回動調整機構が設けられて
なる点にある。

（作用） レーザ加工用トーチの組立てに際し、凹面鏡をミラー装
着口より挿入状としてミラーホルダーのはめあい部をハ
ウジング本体のミラー装着口に嵌合させ、張出摺動部を
平坦摺動面に当接させれば、導入側レーザビームの光軸
方向の凹面鏡の位置が所定位置に位置決め規制される。
またミラー装着口内周面に対してはめあい部が密着状に
嵌合される方式であり、前記光軸に対する凹面鏡反射面
の傾斜姿勢も所定の傾斜姿勢に保持された状態で嵌合さ
れる。従って、光軸調整を行う場合には、前記光軸回り
の調整だけでよく、回動調整機構によってミラーホルダ
ーを前記光軸回りに回動操作すれば、所定の方向にレー
ザビームを集光させながら反射させることができる。

調整後は、固定部材によりミラーホルダーを取付部に固
定しておけばよい。

（実施例） 以下、本考案の第１実施例を図面に基づいて説明する
と、第４図はレーザ溶接用ロボットRBの外観斜視図を示
し、１はベースであり、その上部には、中空の旋回柱２
が上下方向の軸心回りに旋回自在に支持されている。

旋回柱２には中空の昇降体３が支持されており、昇降体
３は旋回柱２の旋回軸心Ｐ上を上下動自在とされてい
る。

昇降体３には中空の水平腕４が支持されており、水平腕
４は旋回軸心Ｐと直交する水平軸心Ｑ上を移動自在とさ
れている。

水平腕４一端には水平軸心Ｑ回りに回動自在に、中空の
第１ハウジング５が支持され、この第１ハウジング５に
は水平軸心Ｑと直交する軸心Ｒ回りに回動自在に、中空
の第２ハウジング６が支持されている。また第２ハウジ
ング６には回動軸心Ｒと直交する軸心Ｓ方向のノズル７
が取付けられており、第２ハウジング６及びノズル７に
よってレーザ加工用トーチ８が構成されている。

９はCO₂レーザ発振装置であり、これより出力されたレ
ーザビームは屈折部10により下向きに反射され、その反
射光の光軸は旋回軸心Ｐに一致されている。

第５図はレーザ加工用ロボットRBにおける光学系模式図
を示し、レーザ発振装置９から射出されたレーザビーム
LBの光軸は屈折部10内に設けられたミラー12で旋回軸心
Ｐに沿って反射され、その後、昇降体３内に設けられた
ミラー13で水平軸心Ｑに沿って反射され、さらに第１ハ
ウジング５内に設けられたミラー14で軸心Ｒに沿って反
射された後、第２ハウジング６内に設けられた集光用凹
面鏡としての放物面鏡15によって集光されながら軸心Ｓ
に沿って反射され、加工物に照射される。

第１図は前記トーチ８の拡大断面図、第２図は同分解
図、を示し、第２ハウジング６は、軸心Ｒ方向一端側に
ビーム導入口17を有し、他側にミラー装着口18を有した
ハウジング本体19と、ミラー装着口18を閉塞状としてハ
ウジング本体19に装着されるミラーホルダー20とを備え
てなる。ミラーホルダー20の内面側には放物面鏡15が位
置決めピン21で位置決めされた状態でボルト22締結され
ており、ハウジング本体19内の所定位置に内装状とされ
ている。またハウジング本体19のビーム導入口17側に
は、内外を仕切る仕切窓23が設けられており、該仕切窓
23は使用レーザビームLBに対して透過率の高い材質、例
えばZnSeやKCl等より形成されている。なお、仕切窓23
は窓ホルダー24と窓ホルダー24に螺合される窓ホルダー
押え25とによって挟持状に保持した状態でビーム導入口
17に螺合装着されている。

放物面鏡15の反射側に対応するハウジング本体19の軸心
Ｓ方向一側にはノズル装着口26が設けられており、該ノ
ズル装着口26を閉塞状としてノズル７が装着されてい
る。

ノズル７は軸心Ｓ方向に略同径の円筒ノズル部27と、円
筒ノズル部27先端側に装着された軸心Ｓ方向に対して漸
次径小の円錐ノズル部28とを備えてなる。また円錐ノズ
ル部28のノズル先端口29の口径を絞るべく、円錐ノズル
部28先端部にはチップ30が螺合装着されている。

ハウジング本体19のノズル装着口26と対向する側には、
ガス案内路31が形成されており、ガス案内路31は途中で
仕切窓23内面に指向する窓側案内路31aと、前記ノズル
装着口26と反対側の放物面鏡15一側に指向するミラー側
案内路31bとに分岐されている。32はシールドガスやア
シストガス等の加工補助ガスを供給するガス供給管で、
ガス案内路31に接続されている。

またハウジング本体19の仕切窓23対応位置、ミラーホル
ダー20及び円筒ノズル部27には夫々冷媒流路35,36,37が
形成されており、例えばハウジング本体19の冷媒流路35
入口に冷却水供給管が接続され、該冷媒流路35出口とミ
ラーホルダー20の冷媒流路36入口とが配管接続され、該
冷媒流路36出口と円筒ノズル部27の冷媒流路37入口とが
配管接続され、該冷媒流路37出口に排水管が接続されて
いる。

第１図〜第３図に示される如く、前記ハウジング本体19
のミラー装着口18は、ビーム導入口17から導入されるレ
ーザビームLBの光軸、即ち、軸心Ｒを中心とする円形孔
とされ、ミラー装着口18側の端面は軸心Ｒと直交す平面
内に位置した平坦摺動面40とされている。一方、ミラー
ホルダー20には、ミラー装着口18内周面と略同径の円柱
状に形成され、ミラー装着口18内周面に密着状として嵌
脱自在に嵌合され、かつ前記軸心Ｒ回りに相対回動自在
なはめあい部20aが設けられると共に、はめあい部20aの
嵌合状態で平坦摺動面40に接離自在に面接触状に当接し
て前記軸心Ｒ回りに相対摺動自在な一対の張出摺動部20
bが径方向に対向して張出し状に夫々設けられている。

各張出摺動部20bには前記軸心Ｒを中心とした円弧状の
ガイド孔20cが夫々形成され、固定部材としての固定ネ
ジ42を各ガイド孔20cに挿通状として平坦摺動面40側に
形成された雌ネジ部（図示省略）に締結弛緩自在に締結
することによって、ミラーホルダー20がハウジング本体
19に着脱可能に固定されている。ここに平坦摺動面40は
ミラーホルダー20の取付部を構成する。

またミラーホルダー20外周面には各張出摺動部20bと同
様、はめあい部20aの嵌合状態で、平坦摺動面40に接離
自在に面接触状に当接され、かつ軸心回りに相対摺動自
在な回動調整片20dが、両張出摺動部20b間に位置して、
径方向に張出し状に設けられており、回動調整片20dの
周方向両側面には凹部20eが夫々形成されている。さら
に第２図及び第３図に示される如く、回動調整片20dの
各凹部20eに夫々対向して調整ネジ43を出退調整自在に
螺挿保持する雌ネジ孔を有するネジ保持部40aが平坦摺
動面40に突設されている。そして、各固定ネジ42の弛緩
状態で、各調整ネジ43を出退調整すれば、調整ネジ43に
よって回動調整片20dが押動され、ミラーホルダー20が
軸心Ｒ回りに回動操作される。ここに、回動調整片20d,
ネジ保持部40a,調整ネジ43で、回動調整機構45が構成さ
れる。また放物面鏡15は、はめあい部20aの中心、即
ち、軸心Ｒ上に、反射面の中央が位置するよう予め設置
されている。

ハウジング本体19のビーム導入口17側には、ビームガイ
ド47側のフランジ部48に固定ネジ49で着脱可能に締結さ
れるフランジ部50が設けられると共に、前記軸心Ｒと同
心の円筒状はめあい部51が突設されている。一方、ビー
ムガイド47側には、はめあい部51外周面と略同径のはめ
あい孔52が軸心Ｒと同心上に形成されており、はめあい
孔52にはめあい部51が軸心Ｒ回りに相対回動自在で、か
つ密着状に嵌脱自在に嵌合され、両フランジ部48,50を
固定ネジ49で締結することによって互いに連結されてい
る。なお、各フランジ部48,50の対向面は夫々軸心Ｒと
直交する平面とされている。

ハウジング本体19のノズル装着口26は、放物面鏡15で反
射されるレーザビームLBの光軸、即ち、軸心Ｓを中心と
する円形孔とされ、ノズル７側にはノズル７の軸心、即
ち、軸心Ｓと同心で、かつノズル装着口26内周面と略同
径の外周面を有する円筒状のはめあい部53が突設されて
おり、該はめあい部53がノズル装着口26に軸心Ｓ回りに
相対回動自在で、かつ密着状に嵌脱自在に嵌合され、固
定ネジ54を締結することによって互いに連結されてい
る。

本考案の実施例は以上のように構成されており、トーチ
８を組立ててビームガイド47に組付ける場合には、ノズ
ル装着口26にノズル７のはめあい部53を嵌合して固定ネ
ジ54で締結固定すれば、ノズル装着口26内周面にはめあ
い部53外周面が密着状に嵌合される方式であり、しかも
ノズル装着口26の軸心Ｓとはめあい部53の軸心Ｓとが一
致されているため、ハウジング本体19側の軸心Ｓとノズ
ル７側の軸心Ｓとが一致される。またミラー装着口18に
ミラーホルダー20のはめあい部20aを嵌合させれば、各
張出摺動部20b及び回動調整片20dが平坦摺動面40に当接
し、軸心Ｒ方向への放物面鏡15の挿入量が規制され、所
定位置で停止されて位置決めされる。この際、ミラー装
着口18内周面にはめあい部20aが密着状に嵌合される方
式であり、軸心Ｒに対する放物面鏡15反射面の傾斜姿勢
もずれることなく所定の傾斜姿勢に保持される。この状
態でハウジング本体19にミラーホルダー20を各固定ネジ
42で仮止めする。その後、トーチ８のはめあい部51をビ
ームガイド47のはめあい孔52に嵌合して固定ネジ49で両
フランジ部48,50を締結すれば、はめあい孔52にはめあ
い部51が密着状に嵌合される方式であり、はめあい部51
とはめあい孔52との軸心Ｒが一致されているため、ビー
ムガイド47側の軸心Ｒとハウジング本体19側の軸心Ｒと
が一致される。

ここに、トーチ８のビームガイド47に対する組付け状態
にあっては、第１図において、第６図と同様、第１図に
向って左右方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向、前後
方向をＹ軸方向とした場合、X,Y,Z軸方向、XZ平面内、X
Y平面内の光軸調整が組付けによって自動的になされ、Y
Z平面内の一方向にのみ光軸調整を行えばよい。そしてY
Z平面内の光軸調整を行う場合には、各固定ネジ42の締
結状態を緩め、各調整ネジ43を出退調整すれば調整ネジ
43によって回動調整片20dが押動され、ミラーホルダー2
0が軸心Ｒ回りに回動調整され、レーザビームLBの反射
側光軸が軸心Ｓに一致した状態で、再度固定ネジ42を締
結すればよい。なお、この回動調整時に各はめあい部20
a及び回動調整片20dは平坦摺動面40上を摺動され、固定
ねじ42はガイド孔20c内を移動される。

以上のように、トーチ８における光軸調整がYZ平面内の
一方向のみの回動調整だけでよく、またその調整に際し
ても調整ネジ43を出退調整するだけでよく、調整作業が
容易に行える。また放物面鏡15の清掃時等における分解
組付けに際し、トーチ８をビームガイド47に取付ける固
定ネジ49と、固定ネジ49が挿通される挿通孔との間隙に
よって光軸のずれが発生するが、この際の光軸のずれも
YZ平面内のずれのみであり、上記同様容易に調整でき、
メインテナンス性が向上できる。

そしてレーザ発振装置９から射出されたレーザビームLB
は各ミラー12,13,14で反射された後、トーチ８のビーム
導入口17から仕切窓23を透過してハウジング19内に導入
され、放物面鏡15で反射され、放物面鏡15の集光作用に
よって集光されながらノズル７内を通過し、ノズル先端
口29,チップ30内を経て加工物に照射され、所定の加工
処理が施される。

また、ガス供給管32から供給された加工補助ガスは、ガ
ス案内路31を通って窓側案内路31a及びミラー側案内路3
1bから仕切窓23内面及び放物面鏡15反射面に向けて噴出
され、その後、ノズル装着口26側からノズル７内に流入
し、ノズル７内を通過してノズル先端口29及びチップ30
内を経て加工処理部分に噴出される。

この仕切窓23内面や放物面鏡15反射面に向けて噴出され
る加工補助ガスによって、仕切窓23内面や放物面鏡15反
射面に付着するほこり等も有効に吹き飛ばすことができ
ると共に、仕切窓23や放物面鏡15の冷却作用も発揮でき
る。またハウジング本体19側からノズル７内を通ってノ
ズル先端口29側から噴出される加工補助ガスの流れによ
って加工処理時に発生する金属蒸気，スパッタ，ヒュー
ム等の侵入が有効に防止できる。

さらに、冷却水供給管側から供給された冷却水はハウジ
ング本体19,ミラーホルダー20及びノズル７と順次冷却
した後、排水管から排水される。この際、冷却水は比較
的低温のハウジング本体19側から順次高温となるノズル
７側へと案内されて冷却する方式であり、効率のよい冷
却作用が発揮できる。

なお、上記実施例において、レーザビームLBの導入側の
光軸、即ち軸心Ｒと、反射側の光軸、即ち軸心Ｓとが直
交状の構造を開示しているが、鋭角もしくは鈍角に交差
する構造であってもよい。また張出摺動部20bを平坦摺
動面40に固定する構造を示しているが、別位置で固定す
る構造としてもよい。

（考案の効果） 以上のように、本考案のレーザ加工用トーチによれば、
ハウジング本体のミラー装着口は導入側レーザビームの
光軸を中心とする円形孔とされ、ハウジング本体のミラ
ーホルダー取付部に前記光軸と直交する平面内に位置し
た平坦摺動面が備えられ、ミラーホルダーにはミラー装
着口内周面に密着状に嵌合され、かつ前記光軸回りに相
対回動自在な円柱状のまはめあい部が設けられると共
に、はめあい部の嵌合状態で平坦摺動面に当接して前記
光軸回りに相対摺動自在な張出摺動部が設けられている
ため、凹面鏡を備えたミラーホルダーをハウジング本体
に装着してトーチを組立てれば、ほとんどの光軸調整が
自動的になされ、前記光軸回りの一方向のみを回動調整
機構によって回動調整するだけでよく、調整作業が容易
となり、また清掃時等における分解組付け時のメインテ
ナンス性向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す断面側面図、第２図は同
分解側面図、第３図は第１図III-III線矢視図、第４図
はレーザ加工用ロボットの全体外観図、第５図はレーザ
加工用ロボットの光学系説明図、第６図は従来例を示す
概略側面図、第７図は第６図VII-VII線矢視図、第８図
は第７図VIII-VIII線断面矢視図である。 ７……ノズル、８……トーチ、 15……放物面鏡、17……ビーム導入口、 18……ミラー装着口、19……ハウジング本体、 20……ミラーホルダー、20a……はめあい部、 20b……張出摺動部、40……平坦摺動面、 42……固定ネジ、45……回動調整機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 村上 健一 兵庫県宝塚市新明和町１番１号 新明和工 業株式会社産業機械事業部内 (56)参考文献 特開 昭63−93494（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側にビーム導入口を備え、他端側にミ
   ラー装着口を備えたハウジング本体に、集光用凹面鏡を
   備えてなるミラーホルダーが、凹面鏡をミラー装着口よ
   り挿入状としてハウジング本体の他端側取付部に固定部
   材により着脱可能に固定され、ビーム導入口から導入さ
   れたレーザビームを凹面鏡で反射させ、集光させながら
   ノズル内を通過させてノズル先端口側より照射させるレ
   ーザ加工用トーチにおいて、 前記ミラー装着口は導入側レーザビームの光軸を中心と
   する円形孔とされ、ハウジング本体の前記取付部に前記
   光軸と直交する平面内に位置した平坦摺動面が備えら
   れ、前記ミラーホルダーにはミラー装着口内周面に密着
   状として嵌脱自在に嵌合され、かつ前記光軸回りに相対
   回動自在な円柱状のはめあい部が設けられると共に、は
   めあい部の嵌合状態で平坦摺動面に接離自在に当接して
   前記光軸周りに相対摺動自在な張出摺動部が設けられ、
   固定部材の固定解除状態でミラーホルダーを前記光軸周
   りに回動操作させる回動調整機構が設けられてなること
   を特徴とするレーザ加工用トーチ。