JPH0775892A - レーザ加工ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御されたアシストガスジェットを提供して
従来の欠点を克服する最適作業条件を得るように設計さ
れたとくに切断用のワークレーザ加工ユニットを提供す
ることである。 【構成】 とくに切断用ワークレーザ加工ユニット
（１）は、ワーク（９）の所定部分（７）上にビームの
焦点を合わせるための集光ヘッド（６）と、および加工
部分（７）に少なくとも近接して制御された方法でガス
のジェットを導くためのソリッド壁からなる導通路を備
えたノズル（１７）と、からなっている。ワーク（９）
は集光ヘッド（６）に対しパスＴに沿って移動し、この
場合パス（Ｔ）は曲線であってもよい。ユニットの最適
作業条件を得るために、ノズル（１７）のワーク（９）
に対する高さが集光ヘッド（６）とは独立に集光ヘッド
（６）の軸（Ａ）に平行に調節可能であり、これにより
常にガスジェットをワーク（９）の厚さの最も適切な部
分に導くことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はとくに切断用のレーザ加
工ユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接または切断のようなある種のレーザ
用途は、レーザビームがあたる加工領域にアシストガス
を必要とする。溶接用にはヘリウム、アルゴン、または
乾燥窒素のような多数の不活性ガスのいずれかが使用さ
れるが、切断用には酸素が有効なアシストガスである。

【０００３】通常使用されるレーザ機器においては、通
常レーザビームと共に集束ノズルにより供給されるアシ
ストガスは加工領域上に自由にあてられるが、この方法
は多くの欠点を含んでいる。溶接の場合、熱または大気
汚染によるワーク材料の化学反応を防止することを目的
とするアシストガスは、次のプロセスを受けて必ずユニ
ットの性能を低下させることになる： − 大気による汚染； − レーザビームによる化学的および物理的劣化（たと
えば密度または温度における）、したがってビームの焦
点が狂いかつプロセスの性能を低下させることになる； − ビームのワークへの衝突が部分的にまたは全体的に
阻止されるほどの励起およびイオン化、これによりプロ
セスを阻止しまたは少なくともプロセスの効率を低下さ
せる； − 不安定性、これによりシールド機能を阻止または低
下させる。

【０００４】アシストガスがとくに液化材料を吹き飛ば
すところの切断用途の場合には、自由にあてられたガス
ジェットにより生ずる欠点は次のものを含む： − 大気によるアシストガスの汚染； − 不安定な流体力学的および熱力学的現象の発生； − アシストガス（鉄材料に対しては通常酸素）の高い
消費量； − ガスジェットの詰まり、この結果切断面上のすじま
たは欠陥（ピッチング、ばり、亀裂）の発生。

【０００５】上記欠点を克服するために既に提案されて
いる１つの方法は、アシストガスを「制御された方法
で」すなわちスリット壁からなる導通路により導いてガ
スを案内しおよびそのパラメータを制御し、さらにガス
が切断チャネル内に流れ込み、それを貫通しかつそこか
ら流出する方法を制御し、これにより溶融材料の吹き飛
ばしを改善してカットのより良好な面仕上げを提供する
ことである。

【０００６】上記技術によれば、レーザヘッドに対し所
定のパスに沿って供給される２つの片を溶接するとき、
アシストガスはレーザビームに対し横方向に好ましくは
ワークと同じ方向および向きに導かれる。

【０００７】一方で、同様にレーザヘッドに対し所定の
パスに沿って供給されるワークを切断するとき、アシス
トガスは切断領域上へ、レーザヘッドの軸に対し直角な
成分を有する方向に供給され、その向きは、材料のタイ
プおよび厚さならびに使用されるアシストガスのタイプ
のような含まれるパラメータに依存して異なってくる。

【０００８】しかしながら、いずれの場合においても、
レーザユニットの最適性能を得るために、アシストガス
はレーザヘッドまたはレーザビーム焦点位置において切
断または溶接パスに対し所定の方向および向きに供給さ
れなければならない。したがって、任意の設計の加工パ
スに沿って操作するために、ノズルをレーザヘッドの周
りに制御された方法で回転可能なように該ノズルを装着
することにより、またはレーザヘッドの周囲に多数のノ
ズルを配置しかつそのときに加工パスに対し接線方向に
位置するノズルのみに供給することによって、ジェット
の供給方向を加工パスに対し調節している。

【０００９】さらに、切断を良好に行わせるために、レ
ーザビームはワークの内部に浸透しなければならず、ま
たビームの焦点とワークの面との間の距離はワークの厚
さの所定パーセントに一致しなければならず、このため
にユニットには一般に集光ヘッドの高さを調節するため
の手段が設けられている。しかしながら、当該ケースに
おいてはレーザヘッドにアシストガスノズル（１つまた
は複数）が装着されているので、集光ヘッドの高さを調
節すると、最適切断は正常な運転条件のもとではノズル
がワークの面と接触されたままであることを必要とする
にもかかわらず、ノズルのワークの面に対する高さも変
わってくることになる。

【００１０】さらに上記の欠点を取り除くために、他の
方法を用いてあらかじめ形成された「引込み」エッジす
なわち透孔を設けることなくワークのエッジの内部への
切断を開始したとき、ジェットをレーザビーム衝突点に
おけるワークの面上に導くことが可能でなければならな
い。実際に引込みエッジが存在しないとき、ワークを貫
通して通路が形成されるまで溶融材料は必ずレーザヘッ
ドのワーク上側に吹き飛ばされなければならず、その後
ジェットはさらにワークの内部に導かれなければならな
い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】制御されたアシストガ
スジェットを特徴としかつ上記の欠点を克服するために
最適作業条件を得るように設計されたレーザユニットを
提供することが本発明の目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１つのワークの加工領域上にビームの焦点を合わせ
るための集光ヘッドと；前記集光ヘッドに装着されてい
て、前記加工領域に少なくとも近接した位置に、制御さ
れた方法でアシストガスのジェットを導くための、開口
部の無い壁からなる少なくとも１つの導通路と；および
所定の加工パスに沿った前記集光ヘッドと前記ワークと
の間の相対移動を行わせるための搬送手段と；を含み、
ここで前記集光ヘッドが所定の軸に沿って前記ワークに
対し横方向に移動するところの、ワークレーザ加工ユニ
ットにおいて：それが、前記導通路の高さを、前記集光
ヘッドに対して前記軸にほぼ平行に調節するための手段
を含むことを特徴とするレーザ加工ユニットが提供され
る。

【００１３】本発明の多数の好ましい非制限的実施態様
を、添付図面に示す実施例により説明する。

【００１４】

【実施例】添付図面は単に説明用であり、したがってわ
かりやすくするために部品は異なる縮尺で示されてお
り、必要とされる実際の空気力学的関係は無視されてい
る。図１において符号１は実質的に、レーザ光源（図示
なし）と、およびレーザビーム５（図２−７）の焦点を
ワーク９の面８の加工領域７上に合わせこれにより任意
の加工パスに沿ってきわめて狭い一定巾のカット１０を
形成するためのレンズ（図示なし）を内包するヘッド６
と、を含む。

【００１５】たとえば酸素のようなアシストガスのジェ
ット１３（図２−７）が制御された方法でレーザビーム
５にあてられたワーク９の加工領域７上に導かれ、これ
により加工領域７に到達する前の大気との相互作用を遮
断する。ジェットを制御しかつジェットの熱力学的およ
び流体力学的作用を制御するためにレーザビーム５に対
し傾斜した方向でかつ高速好ましくは超音速で加工領域
７上にジェット１３が供給される。したがってジェット
の鉄材料との発熱反応のためにレーザビームによる材料
の溶融が改善されかつ液化材料は迅速かつ均一に一定し
て吹き飛ばされる。これによりカットに入り込むジェッ
トの脈動または振動が排除されまたジェットが切断チャ
ネルを貫通して流れるときに振動または旋回流の原因と
なる詰まりも排除される。

【００１６】切断ユニット１は、図２−７において１５
で略図で示した、ワーク９を加工パスＴ（図１）に沿っ
てヘッド６に対し移動させるための手段を含み、したが
ってユニット１は図示のように、矢印Ｓにより示される
瞬間移動方向に位置決めされている。

【００１７】図１に示すように、切断ユニット１はヘッ
ド６に装着された酸素ノズル１７を含み、ノズル１７は
ヘッド６の円錐部分（先端部）６ａから横方向に伸長し
かつ制御手段４８（図１においては図示なし）によりヘ
ッド６の軸Ａの周りに制御された方法で回転するように
設計されており、前記制御手段４８は図１に示すように
ノズル１７を瞬間移動方向Ｓにおいて常にヘッド６と芯
合せしている。図１はユニット１のワーク９に対する２
つの異なる位置を示している。

【００１８】図４に示すように、ノズル１７は内部に先
端部６ａにほぼ平行に伸長する停滞室１９を形成してい
る。室１９の頂部には供給系統（図示なし）に接続され
た穴２１からガスが供給され、また室１９の底部はジェ
ット１３をワーク９上に導くための、開口部のない壁
（無開口壁）からなる導通路２０にて終端している。し
たがって、ノズル１７は常にジェット１３を、ヘッド６
の軸Ａとワーク９の瞬間移動方向Ｓとにより形成される
平面内でほぼＢの方向に導いている。方向Ｂはまた軸Ａ
に対して傾斜しているので、ジェット１３は軸Ａに対し
直角な成分を有し、その成分の向き（瞬間移動方向Ｓと
は反対またはそれと同じ）は用途に応じて異なってく
る。図示の例においては、軸Ａに直角な成分の向きはワ
ーク９の瞬間移動方向Ｓの向きとは反対である。

【００１９】図４に示すように、室１９および導通路２
０は、内側は壁２２によりまた外側は底部においてフラ
ットベース２４を形成する壁２３により形成され、底部
内に導通路２０の出口２５が形成されている。出口２５
はその幅がカット１０の幅の０．５ないし２倍と狭いこ
とが好ましく、また出口２５はその幅の約３−６倍の長
さを有している。

【００２０】図２ないし５に示すように、本発明によれ
ば、ヘッド６はまたノズル１７のヘッド６に対する高さ
を調節するための手段５５を有している。

【００２１】図２ないし４を参照すると、回転制御手段
４８は空気式であり、さらに詳細には、ノズル１７の内
部に形成された空圧室２９（図４）を含み、空圧室２９
は停滞室１９の頂部部分に隣接して配置されかつ隔璧３
０によって室１９から分離されている。室１９よりも軸
Ａから半径方向にさらに遠い空圧室２９には配管３１
（図２および３）に沿って圧縮ガスが供給され、配管３
１はノズル１７の横壁から伸長している。圧縮ガスとし
ては、集光レンズ（図示なし）を冷却するためにヘッド
６上で使用される窒素を使用するのが便利である。代替
方法として、たとえば圧縮空気のような他の圧縮ガスを
使用してもよい。

【００２２】空圧室２９はノズル１７の両側に軸Ａに対
し直角に芯出しされた２つの横方向開口３２（図４）を
有する。各開口３２は、空圧室２９から反対向きに芯出
しされた２つのノズル３４のいずれかに圧縮ガスを選択
的に供給可能にするための電磁弁３３（図２および３）
を有している。電磁弁３３は電子式制御システム（図示
なし）により選択的に開放され、これによりいずれかの
方向のノズル３４に圧縮ガスを供給してノズル１７を反
対方向に回転させる。

【００２３】図２において、ノズル１７はブッシュ３７
と一体であり、ブッシュ３７は高さ調節手段５５を介し
てヘッド６の一部分を包囲しているが、高さ調節手段５
５はこの場合手動式でありかつブッシュ３７の内部のね
じ５５と係合する外ねじスリーブ４９を含む。スリーブ
４９とヘッド６との間に玉軸受３８が設けられており、
玉軸受３８はヘッド６上とスリーブ４９の内部とのそれ
ぞれの溝の中にはめ込まれた２対の止め輪４０により分
離されかつ軸方向に固定されており、これによりスリー
ブ４９のヘッド６に対する回転を可能にしている。ブッ
シュ３７はブッシュ３７のねじ５０上にねじ込まれたね
じ付リングナット５１によりスリーブ４９およびヘッド
６に対して軸方向に固定されている。

【００２４】軸受３８の下側に、ノズル１７のヘッド６
に対する角位置を検出するためのエンコーダ４２が設け
られている。エンコーダ４２は、ブッシュ３７の内壁に
装着されかつヘッド６の方向に伸長する穴あきリング４
３と；およびヘッド６と一体のセンサ４４であって、導
線により電子式システム（図示なし）に接続されて電磁
弁３３の開閉を制御するための前記センサ４４を含む。
ノズル１７の実際の回転はエンコーダ４２により検出さ
れ、エンコーダ４２は対応する信号を制御システムに供
給して電磁弁３３を必要な精度で開閉する。

【００２５】図２のユニットにおいて、ヘッド６のワー
ク９の面８に対する高さを調節しかつリングナット５１
を緩めた後に、ノズル１７の高さはブッシュ３７を回転
することにより面８に対して調節される。さらに詳細に
は、正常な運転条件下においては、ノズル１７のベース
２４は面８と接触するようにセットされる。次にリング
ナット５１が締め付けられ、ブッシュ３７を軸方向に固
定してスリーブ４９と一体にする。したがって、切断作
業の間、スリーブ４９はノズル１７およびブッシュ３７
と共にヘッド６に対して回転しながら切断パスＴを追従
する。

【００２６】図３の実施態様においては、高さ調節手段
５５は空気作動ばねの形状をなしている。さらに詳細に
は、ブッシュ３７が軸方向に滑るようにスリーブ５３を
包囲し、一方スリーブ５３は内装された軸受３８を介し
てヘッド６を包囲し、これにより実質的にブッシュ３７
と一体となってヘッド６に対して回転する。ブッシュ３
７の上方においてヘッド６に防護カバー５４が装着され
ており、防護カバー５４の頂部および底部は防護カバー
５４とヘッド６との間に挿入された環状要素５６ａおよ
び５６ｂにより気密に閉鎖され、また環状要素５６ａお
よび５６ｂはＯリングの形のそれぞれのシール５７を有
している。防護カバー５４の頂端部の周りに円形クリッ
プ５８が装着されて、これにより前記頂端部および環状
要素５６ａをヘッド６上に固定している。環状要素５６
ａの一部分とヘッド６との間に玉軸受６２を挿入するの
が好ましく、玉軸受６２は止め輪６３によりヘッド６上
にて軸方向に固定され、また別の円形クリップ６４が防
護カバー５４の底端部の周りに装着されて防護カバー５
４をブッシュ３４の頂端部上に固定している。防護カバ
ー５４とヘッド６との間に形成された室６５には圧縮ガ
スが充填され、したがって圧縮ガスは環状要素５６ｂを
通過してブッシュ３７に所定の下向き圧力を加え、これ
によりヘッド６の面８に対する位置のいかんにかかわら
ずノズル１７のベース２４のワーク９の面との接触を維
持する。代替態様として、室６５と連絡する可変圧縮ガ
ス源を提供することにより、ばね５５により面８に加え
られる接触圧力を希望どおりに調節することが可能であ
り、またとくに、カットを開始するとき（引込みエッジ
が存在しないときにワークのエッジから内方へ）ジェッ
ト１３を面８上へ導くようにまたは切断面の間のワーク
の内部ではワークの全厚さにわたり掃引するようにノズ
ル１７の面８に対する高さを変えることが可能である。

【００２７】図４の実施態様においては、高さ調節手段
５５はノズル１７の高さを先端部６ａと共に調節する。
この場合先端部６ａはヘッド６の残りの部分と一体では
なく軸Ａに沿って垂直方向に可動である。図示の実施例
においては、先端部６ａはヘッド６の内部に部分装着さ
れている管状部分６ｂを有し、ヘッド６にはサポート１
０１（略図でのみ示す）により集光レンズ１００が装着
されている。手段５５はヘッド６と一体の固定ストッパ
６０とおよび環状突起部１０５との間に挿入されたコイ
ルばね５９からなり、環状突起部１０５は軸方向に固定
されているが環状突起部１０５とおよび先端部６ａと一
体の肩部１０７との間の軸方向軸受１０６により先端部
６ａに対して回転する。ヘッド６の底端部の内部の止め
輪８０は管状部分６ｂの頂部上の環状突起部１０８のた
めのストッパを形成し、これにより先端部６ａおよびノ
ズル１７がヘッド６から抜け出すのを防止している。

【００２８】したがって図４の実施例においては、先端
部６ａはノズル１７と共にヘッド６に対して回転し、ま
た先端部６ａ−ノズル１７組立体はレンズ１００の面８
に対する位置のいかんにかかわらずばね５９によりワー
ク９と接触したままに維持される。

【００２９】図示されてはいないが、図４の実施態様に
はまたノズル１７の正確な角位置を検出するためのエン
コーダが設けられている。

【００３０】図５の実施態様においては、制御手段４８
は電動式でありまた高さ調節手段５５は手動式である。
さらに詳細には、電動モータ７５はヘッド６と、ブッシ
ュ３７と一体に回転する管状要素７６との間に同軸に装
着され、一方ブッシュ３７はノズル１７に剛に結合され
ている。管状要素７６の頂部部分はモータ７５のロータ
７７を支持し、モータ７５のステータ７８はヘッド６と
一体に装着されている。ステータ７８には導線７９によ
り電気が供給され、またロータ７７には導線８０および
ブラシコレクタシステム８１−８２により電気が供給さ
れ、これにより管状要素７６を回転しかつノズル１７を
ヘッド６に対し所定の角位置すなわち常に切断パスＴに
対し接線方向にセットすることができる。管状要素７６
とヘッド６との間に軸受８３が設けられ、またノズル１
７の実際の角位置を検出するためのエンコーダ４２が設
けられている。

【００３１】図５の実施態様においては、ノズル１７の
ヘッド６に対する高さは、ブッシュ３７を管状要素７６
に対し軸方向にスライドさせかつブッシュ３７を１対の
リングナット８５により固定することにより調節され
る。さらに詳細には、管状要素７６の底部部分は外ねじ
８６を有し、外ねじ８６はブッシュ３７の頂部および底
部のそれぞれにおいてリングナット８５と係合してい
る。この場合ねじ結合の代わりに、ブッシュ３７の内壁
が、管状要素７６のねじ部分８６と一体のキー８８によ
り係合される軸方向溝８７を有してもよい。リングナッ
ト８５を緩めることにより、キー８８により軸方向に案
内されるブッシュ３７はしたがって軸方向に調節されか
つリングナット８５により所定位置に固定可能である。

【００３２】図６および７は切断ユニット９０を示し、
この場合ジェット１３はヘッド６の周りに配置された複
数のノズル１７のうちの１つに選択的にガスを供給する
ことにより瞬間移動方向Ｓに対して接線方向に導かれ
る。

【００３３】さらに詳細には、図６および７におけるユ
ニット９０はノズルユニット１６からなり、ノズルユニ
ット１６は、ヘッド６の先端部６ａの周りに均等に配置
された複数の同一基本ノズル１７と；ヘッド６に装着さ
れた酸素供給ユニット２６と；からなる。

【００３４】ノズル１７は壁１８により分割され、かつ
各ノズル１７に対して頂部に停滞室１９をまた底部に導
通路２０を形成する形状壁２０および２３により内部お
よび外部が形成されている。したがって、ユニット１６
のベース２４は各導通路２０に対して１つずつの複数の
出口２５を有し、各導通路は導通路２０の中心平面内で
ほぼＢの方向に、および軸Ａに直角な所定の向きの成分
を有するように軸Ａに対して傾斜した所定の向きに酸素
のそれぞれのジェット１３を供給するように設計されて
いる。

【００３５】図６の実施態様においては、供給ユニット
２６はノズルユニット１６の頂部部分から上方方向に伸
長し、円筒外壁１２７とヘッド６との間に形成され、ま
た頂部においてカバー１３３によって閉じられている。
内部では、供給ユニット２６は環状供給室１２９を形成
し、環状供給室１２９は停滞室１９の頂部部分を包囲し
かつ外壁１２７内の穴１３０によりホース１３２に結合
され、ホース１３２は酸素タンク（図示なし）に接続さ
れている。

【００３６】供給室１２９の内部は円筒壁１３４により
形成され、円筒壁１３４は均等配置された複数の半径方
向貫通孔１３５を有し、貫通孔１３５は壁１３４に沿っ
て形成されかつノズルユニット１６の外壁２３内に形成
されたそれぞれの貫通孔１３６と半径方向に芯が一致
し、一方貫通孔１３６は各々それぞれの停滞室１９の頂
部部分に設けられている。

【００３７】供給ユニット２６はまた円筒要素１３７を
含み、円筒要素１３７は壁１３４と壁２３の頂部部分と
の間にロータリ弁を形成し、ヘッド６に対し穴１３５お
よび１３６と同じ高さに単一の半径方向貫通開口１３９
を有している。開口１３９の円周方向幅は隣接する穴１
３５または１３６の配置間隔より小さいことが好まし
く、これによりある所定のときには開口１３９は供給室
１２９を停滞室１９の１つとのみ接続し、一方中間位置
においては室１９のすべてへの供給を遮断する。選択さ
れた室１９に供給が行われている間、その他の室１９
は、円周方向において円筒要素１３７とおよび要素１３
７に対面する壁２３の部分との内部に内包されたシール
１４０により外部とシールされている。

【００３８】円筒要素１３７を回転しかつ切断パスに応
じて開口１３９を所定の室１９に芯出しするために、円
筒要素１３７はヘッド６の周りを上方方向に伸長する管
状突出部１４３と一体に装着されており、管状突出部１
４３は軸受１３８によりヘッド６上で支持され、これに
より突出部１４３の回転を可能にしかつ突出部１４３の
ヘッド６に対する芯出しを維持している。頂部において
管状突出部１４３は環状はす歯１４４を有し、環状はす
歯１４４は電動モータ好ましくはステップモータ１４７
の出力軸に装着されたウォームねじ１４５とかみ合って
いる。

【００３９】管状突出部１４３したがって円筒要素１３
７の実際の回転はエンコーダ１５０により検出され、エ
ンコーダ１５０は管状突出部１４３の頂部に装着された
穴あきリング１５１と；およびヘッド６と一体のセンサ
１５２であってモータ１４７への電気の供給を制御する
制御システム（図示なし）に接続された前記センサ１５
２と；からなっている。したがって図示の実施態様にお
いては、制御システムは円筒要素１３７をステップ状に
回転して開口１３９の角位置を制御し、これにより所定
のノズル１７にガスを供給したりまたはガスの供給を遮
断したりする。図６の実施態様においては、ユニット１
６および２６からなる組立体をヘッド６に対して垂直方
向に調節するために、高さ調節手段５５はコイルばねに
より加えられる弾性圧力を利用して、ヘッド６の面８に
対する位置のいかんにかかわらずユニット１６および２
６を下方方向に押して面８と接触させている。さらに詳
細には、ヘッド６は軸受１３８の下側に環状ストッパ要
素６０を有し、ストッパ要素６０上にコイルばね５９の
一端が当接し、コイルばね５９の他端はノズルユニット
１６の頂壁１４１上に当接している。ユニット１６およ
び２６からなる組立体を軸方向に正しく案内するため
に、ピン１６１がノズルユニット１６の頂壁１４１から
伸長しかつ環状要素６０を貫通して形成されたそれぞれ
の穴１６２を貫通している。また、その中を貫通してヘ
ッド６が装着されているカバー１３３内の中心孔１６３
は縦方向溝１５６を有し、縦方向溝１５６はヘッド６と
一体にそれから突出するキー１５７によって摺動可能に
係合している。

【００４０】切断パスの瞬間方向に応じてワーク９を切
断するとき、制御システム（図示なし）は、開口１３９
を、現在切断パスＴの接線方向でかつヘッド６の正面側
（瞬間移動方向Ｓに対して）にあるノズル１７の穴１３
６に芯出しするように円筒要素１３７を回転させる。し
たがって、開口１３９と芯出しされたノズル１７（図示
の実施例においては図６における右側のノズル）には供
給室１２９から穴１３５，１３９および１３６を通過し
てアシストガスが供給され、これによりＢの方向にジェ
ット１３を形成し、ジェット１３の軸Ａに対する横方向
成分が常に、図示の実施例においては瞬間移動方向Ｓお
よび瞬間切断方向に平行でかつそれとは反対方向を向い
ている。

【００４１】ノズルユニット１６はばね５９によりワー
ク９の面８と接触するように維持されている。

【００４２】図７はユニット９０の変更態様を略図で示
しており、この場合供給室１２９はノズルユニット１６
の上方に配置されかつ底部においてはこの場合ディスク
１３７′からなるロータリ弁と、外壁２７と、内壁２８
とおよび環状頂壁１６５と、により囲まれている。同様
に単一開口１３９を有するディスク１３７′には頂部に
一体に可動壁１６６が装着されており、可動壁１６６は
供給室１２９の幅および高さの全体にわたり伸長し、供
給室１２９もまた同様に供給室１２９と同じ高さおよび
幅を有する固定内壁（図示なし）を有している。したが
って、室１２９は可動壁１６６およびディスク１３７′
の角位置に応じてその大きさを変える２つの独立した半
部分室に分割される。

【００４３】半部分室は配管１６９および１７０により
２つの圧縮流体源（図示なし）に接続され、これらの流
体源のうちの少なくとも１つは可変圧力のガスを供給し
て可動壁１６６に差圧を発生し、これにより可動壁１６
６（およびそれと一体のディスク１３７′）を室１２７
の内部で回転させて、開口１３９を、現在切断パスと芯
が一致しかつ正しい方向を向いているノズル１７と芯出
しさせる。

【００４４】図７の実施態様においては、ノズルユニッ
ト１６はヘッド６の先端部６ａと一体でありかつ高さ調
節手段５５はユニット１６−先端部６ａ組立体のワーク
９の面８との接触を維持している。

【００４５】さらに詳細には、図７の実施態様において
は、先端部６ａは管状部分６ｂを有し、管状部分６ｂは
部分的にヘッド６の内部に装着されかつ２つの半径方向
突起部１７５を有し、半径方向突起部１７５はヘッド６
の内面上に形成されたそれぞれの縦方向溝１７６の内部
を摺動する。図４におけると同様に、先端部６ａとヘッ
ド６（同様に略図でのみ示されているようにサポート手
段１０１を介して集光レンズ１００を支持している）と
の間にばね５９が挿入されており、ばね５９の一端は固
定環状ストッパ６０に当接しまた他端は供給室１２９の
頂壁１６５に当接している。ヘッド６の底部端縁の内側
の止め輪８０は突起部１７５のためのストッパを形成
し、これにより先端部６ａおよびユニット１６および２
６がヘッド６から抜け出すのを防止している。

【００４６】したがって図７の実施態様においては、ば
ね５９は、ヘッド６およびレンズ１００の高さのいかん
にかかわらずユニット１６−２６組立体および先端部６
ａのワーク９の面８との接触を維持している。

【００４７】図示されてはいないが、図７の実施態様に
おけるヘッド６にもまたディスク１３７′の正確な角位
置を検出するための手段が設けられている。

【００４８】当業者には、本発明の範囲から逸脱するこ
となく、ここに説明しかつ図示されたユニットに対し変
更が可能であることは明らかであろう。とくに、ジェッ
ト１３がＢの方向に供給される方法には、記載の方法以
外のものもあるであろう。さらに詳細には、（図１ない
し５に示すような）１つのノズル１７に対してはその回
転に空圧式、油圧式または電気式のいずれかの適切な方
法が使用可能であり、または図６および７に示すような
複数のノズルに対しては任意の適切な供給手段を用いて
選択することが可能であろう。

【００４９】同様に、ノズルまたはノズルユニットの高
さを調節するための手段には多数の方法があり、その中
には、スタートアップの前の手動調節およびレーザヘッ
ドの焦点の同時調節；作業中を通じてノズルのベースと
の作業面との接触を維持するための弾性要素；またはノ
ズルの位置とおよび作業面に加えられるスラストとを制
御しかつ調節するための方法が含まれる。後者の場合、
ノズルの高さを電気的に制御し、これにより作業フェー
ズに応じて自動的にジェットの方向を調節させることが
可能であろう。

【００５０】最後に、本発明は溶接ユニットにも応用可
能であることを指摘しておくべきである。もし溶接ユニ
ットとして使用される場合には、ユニットは前記実施態
様のいずれかに記載のように形成してよく、ただし導通
路の設計は別であり、導通路は溶接用途のために先端部
６ａの下側に伸長しかつレーザビームの通過を可能にす
る１対の芯出し穴を有していなければならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による切断ユニットの略斜視図である。

【図２】図１のユニットの第１の実施態様の縦断面図で
ある。

【図３】図１のユニットの第２の実施態様の縦断面図で
ある。

【図４】図１のユニットの第３の実施態様の縦断面図で
ある。

【図５】図１のユニットの第４の実施態様の縦断面図で
ある。

【図６】本発明によるユニットの他の実施態様の縦断面
図である。

【図７】本発明による切断ユニットの他の実施態様の縦
断面図である。

【符号の説明】

１；９０ ワークレーザ加工ユニット（切断ユニット） ５ ビーム ６ 集光ヘッド ６ａ 円錐状端部部分 ７ 加工領域 ９ ワーク １３ ジェット １５ 搬送手段 １６ ノズルユニット １７ ノズル １９ 停滞室 ２０ 導通路 ２９ 空圧室 ３１ 圧縮ガス供給配管 ３３ 電磁弁 ３４ ノズル ３７ ブッシュ要素 ４２，１５０ エンコーダ ４８ 回転制御手段 ４９ スリーブ ５０ ねじ結合部 ５１，８５ リングナット ５４ 空気作動ばね ５５ 高さ調節手段 ５９ コイルばね ７５，１４７ 電動モータ ７６ 管状要素 ８６ 外ねじ ８７，８８ 軸方向案内手段 １２９ 供給室 １３７，１３７′ ロータリ弁 １３９ 貫通開口 １６６ 壁 １６９，１７０ 空圧作動手段 Ａ 軸 Ｂ ジェットの所定の方向および向き Ｓ 集光ヘッドとワークとの間の相対移動 Ｔ 加工パス

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのワーク（９）の加工領
   域（７）上にビーム（５）の焦点を合わせるための集光
   ヘッド（６）と；前記集光ヘッド（６）に装着されてい
   て、前記加工領域（７）に少なくとも近接した位置に、
   制御された方法でアシストガスのジェット（１３）を導
   くための、開口部の無い壁からなる少なくとも１つの導
   通路（２０）と；および所定の加工パス（Ｔ）に沿った
   前記集光ヘッド（６）と前記ワーク（９）との間の相対
   移動（Ｓ）を行わせるための搬送手段（１５）と；を含
   み、ここで前記集光ヘッド（６）が所定の軸（Ａ）に沿
   って前記ワーク（９）に対し横方向に移動するところ
   の、ワークレーザ加工ユニット（１；９０）において：
   それが、前記導通路（２０）の高さを、前記集光ヘッド
   （６）に対して前記軸（Ａ）にほぼ平行に調節するため
   の手段（５５）を含むことを特徴とするレーザ加工ユニ
   ット。
2. 【請求項２】 前記高さ調節手段（５５）が手動調節手
   段（３７，４９−５１；８５，８６）を含むことを特徴
   とする請求項１のユニット。
3. 【請求項３】 前記手動調節手段が前記集光ヘッド
   （６）に対して回転する外ねじスリーブ（４９）と；お
   よび前記導通路（２０）と一体であってねじ結合部（５
   ０）を介して前記スリーブ（４９）と係合するブッシュ
   要素（３７）と；を含み、さらに、前記スリーブ（４
   ９）にねじ込まれて前記ブッシュ要素（３７）を軸方向
   に固定しかつ前記ワーク（９）に対し前記ブッシュ要素
   （３７）の上方に配置されているところの内ねじリング
   ナット（５１）が設けられていることを特徴とする請求
   項２のユニット。
4. 【請求項４】 前記手動調節手段が、外ねじ（８６）を
   有しかつ前記集光ヘッド（６）に対し回転するところの
   管状要素（７６）と；前記導通路（２０）と一体のブッ
   シュ要素（３７）と；前記ブッシュ要素（３７）を前記
   管状要素（７６）に対して軸方向に案内するための手段
   （８７，８８）と；および前記管状要素（７６）上にね
   じ込まれて前記ブッシュ要素（３７）を頂部において軸
   方向に固定するための少なくとも１つの内ねじリングナ
   ット（８５）と；を含むことを特徴とする請求項２のユ
   ニット。
5. 【請求項５】 前記高さ調節手段（５５）が前記ワーク
   （９）の方向へ前記導通路（２０）上に圧力を加えるた
   めの弾性手段（５４；５９）を含むことを特徴とする請
   求項１ないし４のいずれかのユニット。
6. 【請求項６】 前記弾性手段が、前記集光ヘッド（６）
   を包囲しかつ一端が前記集光ヘッド（６）とおよび他端
   が前記導通路（２０）と一体である空気作動ばね（５
   ４）を含むことを特徴とする請求項５のユニット。
7. 【請求項７】 前記弾性手段が、前記集光ヘッド（６）
   を包囲しかつ前記集光ヘッド（６）と前記導通路（２
   ０）との間で作動するコイルばね（５９）を含むことを
   特徴とする請求項５のユニット。
8. 【請求項８】 前記集光ヘッド（６）が、前記集光ヘッ
   ド（６）に対して可動でありかつ前記導通路（２０）と
   一体のほぼ円錐状の端部部分（６ａ）を有することを特
   徴とする請求項１ないし７のいずれかのユニット。
9. 【請求項９】 それが前記導通路（２０）の前記集光ヘ
   ッド（６）に対する回転を制御するための手段（４８）
   を含み、これにより前記導通路（２０）の前記加工パス
   （Ｔ）に対する所定の方向および位置を常にかつ少なく
   とも前記加工領域（７）において維持することを特徴と
   する請求項１ないし８のいずれかのユニット。
10. 【請求項１０】 前記制御手段（４８）が空圧推進手段
    （３３，３４）を含むことを特徴とする請求項９のユニ
    ット。
11. 【請求項１１】 前記空圧推進手段が前記導通路（２
    ０）の両側において前記軸（Ａ）に直角な２つのノズル
    （３４）を含み；前記ノズル（３４）に対し圧縮ガスが
    選択的に供給され、前記ガスが前記ノズル（３４）のい
    ずれかから噴出する方向に対し逆方向に推力を発生する
    ことを特徴とする請求項１０のユニット。
12. 【請求項１２】 前記空圧推進手段が、前記導通路（２
    ０）に近接しかつ圧縮ガス供給配管（３１）とおよび制
    御されるそれぞれの電磁弁（３３）を介して前記ノズル
    （３４）とに接続されている空圧室（２９）を含む請求
    項１１のユニット。
13. 【請求項１３】 それが、内部に前記導通路（２０）を
    形成しかつ前記空圧室（２９）とおよび前記導通路（２
    ０）に接続された停滞室（１９）とを有するアシストガ
    スノズル（１７）を含み；前記空圧室（２９）が前記軸
    （Ａ）に対し前記停滞室（１９）の半径方向外側に配置
    されていることを特徴とする請求項１２のユニット。
14. 【請求項１４】 前記制御手段（４８）が電動モータ
    （７５）を含むことを特徴とする請求項９のユニット。
15. 【請求項１５】 前記電動モータ（７５）が前記集光ヘ
    ッド（６）とおよび前記導通路（２０）と一体に回転す
    る管状要素（７６）との間に配置されていることを特徴
    とする請求項１４のユニット。
16. 【請求項１６】 それが前記導通路（２０）の前記集光
    ヘッド（６）に対する角位置を検出するための手段（４
    ２）を含むことを特徴とする請求項９ないし１５のいず
    れかのユニット。
17. 【請求項１７】 前記検出手段が前記集光ヘッド（６）
    とおよび前記集光ヘッド（６）を包囲するブッシュ要素
    （３７）との間のエンコーダ（４２）を含むことを特徴
    とする請求項１６のユニット。
18. 【請求項１８】 それが、前記集光ヘッド（６）の周り
    に配置されかつ各々が前記ジェット（１３）の所定の方
    向を与えるように設計された複数の導通路（２０）から
    なるノズルユニット（１６）と；および常に前記導通路
    （２０）の少なくとも１つに選択的にアシストガスを供
    給するための供給ユニット（２６）であって、これによ
    り前記ジェット（１３）が少なくとも前記加工領域
    （７）において前記加工パス（Ｔ）に対し所定の方向お
    よび向き（Ｂ）を有するところの前記供給ユニット（２
    ６）と；を含むことを特徴とする請求項１ないし８のい
    ずれかのユニット。
19. 【請求項１９】 前記ノズルユニット（１６）が、各々
    がそれぞれの導通路（２０）を形成する複数のノズル
    （１７）と；アシストガスが供給される供給室（１２
    ９）と；および前記供給室（１２９）を前記ノズル（１
    ７）の少なくとも１つに選択的に接続するための選択手
    段（１３７，１３７′）と；を含むことを特徴とする請
    求項１８のユニット。
20. 【請求項２０】 前記選択手段が、前記供給室（１２
    ９）と前記ノズルユニット（１６）との間に配置されか
    つ前記導通路（２０）の１つに選択的に接続されて前記
    導通路（２０）を前記供給室（１２９）に接続するため
    の少なくとも１つの貫通開口（１３９）を有するロータ
    リ弁（１３７，１３７′）を含むことを特徴とする請求
    項１９のユニット。
21. 【請求項２１】 それが前記ロータリ弁（１３７）の回
    転を制御するための電動モータ（１４７）を含む請求項
    ２０のユニット。
22. 【請求項２２】 前記電動モータ（１４７）がステップ
    モータであることを特徴とする請求項２１のユニット。
23. 【請求項２３】 それが前記ロータリ弁（１３７′）と
    一体の壁（１６６）上に差圧を形成するための空圧作動
    手段（１６９，１７０）を含むことを特徴とする請求項
    ２０のユニット。
24. 【請求項２４】 前記ロータリ弁がディスク（１３
    ７′）からなることを特徴とする請求項２３のユニッ
    ト。
25. 【請求項２５】 それが、前記ロータリ弁（１３７；１
    ３７′）の前記集光ヘッド（６）に対する角位置を検出
    するための手段（１５０）を含むことを特徴とする請求
    項２０ないし２４のいずれかのユニット。
26. 【請求項２６】 前記検出手段が前記集光ヘッド（６）
    と前記ロータリ弁（１３７，１３７′）との間のエンコ
    ーダ（１５０）を含むことを特徴とする請求項２５のユ
    ニット。
27. 【請求項２７】 それがワーク（９）を切断するための
    切断ユニット（１；９０）を構成することを特徴とする
    前出請求項のいずれかのユニット。