JPH08155669A - レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ノズルをノズル本体と冷却可能
なノズルチップとで構成し、ノズルチップの温度上昇を
抑えて溶融による不良発生を低減できるレーザ加工ヘッ
ドおよびレーザ加工装置を得ることを目的とする。 【構成】 加工ヘッド本体５の先端部に装着されるノズ
ル２０は、ノズル本体２１とノズル本体２１に着脱可能
に取り付けられるノズルチップ２２とで構成されてい
る。ノズル本体２１には、一端が冷却水導入口２７に接
続され、他端が先端部に開口する第１の冷却水流路２５
と、一端が冷却水排出口２８に接続され、他端が先端部
に開口する第２の冷却水流路２６とが設けられている。
さらにノズルチップ２２には、ノズル本体２１の先端部
に装着された際に第１および第２の冷却水流路２５、２
６を連通する第３の冷却水流路２９が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、集光されたレーザ光
とともに加工ガスを被加工物上のレーザ光照射部に供給
して被加工物の切断、溶接等のレーザ加工を行うレーザ
加工ヘッドおよびレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は例えば特開昭６３−５２７９２
号公報に記載された従来のレーザ加工装置を示す構成
図、図１３は図１２のレーザ加工装置のノズルを示す側
面図、図１４は図１２のレーザ加工装置のレーザ加工ヘ
ッド周りを示す断面図である。図において、１はレーザ
光２を出射するレーザ発振器、３はレーザ発振器１から
出射されるレーザ光２を加工部へ導くためにレーザ光２
の向きを変える反射ミラー、４はレーザ光２を集光する
集光レンズ、５は集光レンズ４を保持するとともに、集
光レンズ４の下流側に加工ガス導入口６が設けられた加
工ヘッド本体、７は加工ヘッド本体５の先端側に着脱可
能に装着されたノズル、８は集光レンズ４の焦点近傍に
設置された被加工物である。９は集光レンズ４の上側外
周部に設置されたＯリング、１０はＯリング９を押さえ
る押えリング、１１は押えリング１０をＯリング９を介
して集光レンズ４側に押圧する押えネジである。ここ
で、ノズル７は、高融点材料で作製され、その先端部に
レーザ光２を通過させるとともに、加工ガス導入口６か
ら加工ヘッド本体５内に導入された加工ガスをレーザ光
２と同軸上に噴射させるノズル孔７ａが設けられ、後端
側には雄ねじ部７ｂが形成されて加工ヘッド本体５の先
端側に螺着できるように構成されている。

【０００３】つぎに、上記従来のレーザ加工装置の動作
について説明する。レーザ発振器１から出射したレーザ
光２は、反射ミラー３にて向きを変えられて、集光レン
ズ４に導かれる。そして、レーザ光２は集光レンズ４で
集光され、ノズル７のノズル孔７ａを通って、被加工物
８に照射される。これと同時に、加工ガスがガス供給装
置（図示せず）から加工ガス導入口６を介して加工ヘッ
ド本体５内に所定圧力で導入される。この時、集光レン
ズ４はＯリング９を介して押えリング１０で押圧されて
加工ヘッド本体５に固定されているので、加工ヘッド本
体５内に導入された加工ガスの集光レンズ４の上方への
侵入が阻止される。そこで、加工ガスはノズル孔７ａか
らレーザ光２と同軸上に噴射され、被加工物８上のレー
ザ照射部に供給される。そして、被加工部８の加工部に
レーザ光２とともに加工ガスが供給されて、被加工物８
の切断、溶接等のレーザ加工が行われる。

【０００４】このレーザ加工においては、被加工物８か
ら生じるスパッタがノズル７の先端部に付着したり、被
加工物８からの反射レーザ光がノズル７の先端部に照射
されて、ノズル７先端部の温度上昇を伴う。しかしなが
ら、ノズル７を高融点材料で作製しているので、ノズル
７先端部の溶融が抑制される。また、ノズル７先端部が
溶融したり、あるいはスパッタが付着してノズル孔７ａ
が塞がれた場合には、ノズル７を新しいノズル７に交換
することになる。

【０００５】しかしながら、この種類のレーザ加工装置
では、小型装置であるために、ノズル７の先端部に冷却
機構を採用することが困難であり、ノズル７の温度上昇
を効率よく抑えることができず、耐熱性の点で不十分な
ものとなっている。そこで、上記従来のレーザ加工装置
のように、ノズル７を高融点材料で作製してノズル７の
耐熱性を高める工夫がなされている。

【０００６】一方、大型装置であるアーク溶接装置で
は、例えば実開昭５６−１３１９８０号公報に記載され
ているように、ノズル先端部の電極や集光ビームを取り
巻くように形成された高温プラズマに冷却したシールド
ガスを噴射するようにノズル先端部の外周に水冷式シー
ルドノズルを配設しているものもある。そして、この水
冷式シールドノズルは、冷却したシールドガスによりノ
ズル先端部の電極を冷却して電極の長寿命化を図り、ピ
ンチ効果により高温プラズマを加工点近傍に絞り込み、
加工品質の向上を図るものであり、着脱容易には構成さ
れていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
は以上のように、ノズル７を高融点材料で構成している
が、ノズル７先端部の冷却機構がないので、特に大出力
のレーザ光２を用いて溶接、表面改質等の加工を行った
場合には、加工時に生じるスパッタが多くなり、該スパ
ッタがノズル７先端部に付着してノズル孔７ａが塞がれ
てしまい、それにレーザ光２が干渉することにより、あ
るいは被加工物８がアルミ材等の高反射率材である場合
には、被加工物からの反射レーザ光がノズル７先端部に
照射されることにより、ノズル７先端部の温度上昇が激
しく、ノズル７先端部の温度が融点を越えて、ノズル７
先端部が溶融してしまうという課題があった。また、ノ
ズル７先端部の溶融に伴いノズル孔７ａが変形してノズ
ル７を交換する必要があり、ランニングコストが高くな
るという課題もあった。

【０００８】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、ノズル先端部の冷却を可能とし
て、ノズル先端部の温度上昇を抑えて、ノズル先端部の
溶融を防止するとともに、ノズル先端部をノズル本体に
着脱可能なノズルチップで構成して、ノズル先端部の溶
融によるノズル孔の変形に対してノズルチップのみの交
換で対処できるレーザ加工ヘッドを得ることを目的とす
る。また、ノズル先端部の冷却機構をもたせ、かつ、ノ
ズル先端部をノズル本体に着脱可能なノズルチップで構
成して、ノズル先端部の耐熱性を向上させて長寿命化を
図れ、さらにノズル先端部の溶融によるノズル孔の変形
に対してノズルチップのみの交換で対処でき、ランニン
グコストを低減できるレーザ加工装置を得ることを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係るレーザ加工ヘッドは、レーザ光を集光する集光レン
ズを保持するとともに、集光レンズの下流側に加工ガス
導入口が設けられた加工ヘッド本体と、該加工ヘッド本
体の先端側に着脱可能に取り付けられたノズルとを備
え、集光レンズにより集光されたレーザ光とともに加工
ガスをノズル先端からレーザ光と同軸方向に噴出して被
加工物上のレーザ光照射部に供給するレーザ加工ヘッド
において、ノズルは、ノズル本体と該ノズル本体の先端
部に着脱可能に取り付けられたノズルチップとから構成
され、ノズル本体には、一端が冷却水導入口に接続さ
れ、他端がノズル本体の先端部に開口する第１の冷却水
流路と、一端が冷却水排出口に接続され、他端がノズル
本体の先端部に開口する第２の冷却水流路とが設けら
れ、ノズルチップには、ノズル本体の先端部に装着され
た際に第１の冷却水流路と第２の冷却水流路とを連通す
る第３の冷却水流路が設けられているものである。

【００１０】また、この発明の第２の発明に係るレーザ
加工ヘッドは、上記第１の発明において、ノズルチップ
の被加工物と対向する部位の肉厚を３ｍｍ以下としたも
のである。

【００１１】また、この発明の第３の発明に係るレーザ
加工装置は、レーザ発振器より出射されたレーザ光を被
加工物上に集光する集光レンズを保持するとともに、集
光レンズの下流側に加工ガスを導入する加工ガス導入口
が設けられた加工ヘッド本体と、該加工ヘッド本体の先
端側に着脱可能に取り付けられたノズルとを備え、集光
レンズにより集光されたレーザ光とともに加工ガスをノ
ズル先端からレーザ光と同軸方向に噴出して被加工物上
のレーザ光照射部に供給し、被加工物を加工するレーザ
加工装置において、ノズルは、一端が冷却水導入口に接
続され、他端が先端部に開口する第１の冷却水流路およ
び一端が冷却水排出口に接続され、他端が先端部に開口
する第２の冷却水流路が設けられたノズル本体と、ノズ
ル本体の先端部に着脱可能に取り付けられて第１の冷却
水流路と第２の冷却水流路とを連通する第３の冷却水流
路が設けられたノズルチップとから構成され、かつ、冷
却水導入口を介して冷却水を供給する冷却水供給手段を
備えているものである。

【００１２】また、この発明の第４の発明に係るレーザ
加工装置は、上記第３の発明において、ノズルチップ交
換時に冷却水導入口を介してパージガスを供給して第１
乃至第３の冷却水流路中に残存する冷却水を冷却水排出
口から排出させるパージガス供給手段を備えたものであ
る。

【００１３】また、この発明の第５の発明に係るレーザ
加工装置は、上記第３の発明において、冷却水供給手段
から供給された冷却水の経路中に配設されて冷却水の流
量を検出する流量検出手段と、冷却水の流量の異常を報
知する報知手段と、該流量検出手段の検出信号から冷却
水の流量を監視し、冷却水の流量が所定流量以下となっ
た場合に報知手段を作動させる制御手段とを備えたもの
である。

【００１４】また、この発明の第６の発明に係るレーザ
加工装置は、上記第３の発明において、冷却水供給手段
から供給された冷却水の経路中に配設されて冷却水の流
量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段の検出信
号から冷却水の流量を監視し、冷却水の流量が所定流量
以下となった場合にレーザ発振器を停止させる制御手段
とを備えたものである。

【００１５】また、この発明の第７の発明に係るレーザ
加工装置は、上記第３の発明において、冷却水供給手段
から供給された冷却水の経路中に配設されて冷却水の温
度を検出する温度検出手段と、冷却水の温度の異常を報
知する報知手段と、該温度検出手段の検出信号から冷却
水の温度を監視し、冷却水の温度が所定温度以上となっ
た場合に報知手段を作動させる制御手段とを備えたもの
である。

【００１６】また、この発明の第８の発明に係るレーザ
加工装置は、上記第３の発明において、冷却水供給手段
から供給された冷却水の経路中に配設されて冷却水の温
度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出信
号から冷却水の温度を監視し、冷却水の温度が所定温度
以上となった場合にレーザ発振器を停止させる制御手段
とを備えたものである。

【００１７】

【作用】この発明の第１および第３の発明においては、
ノズルがノズル本体とノズル本体の先端部に着脱可能に
取り付けられたノズルチップとから構成されている。そ
こで、ノズル先端部、すなわちノズルチップがレーザ加
工時に被加工物からのスパッタの付着や反射レーザ光の
照射により温度上昇して溶融してノズル孔が変形した場
合、あるいは付着したスパッタがノズルチップのノズル
孔を塞いでしまった場合、ノズルチップのみを交換して
対処することができる。また、ノズル本体に、一端が冷
却水導入口に接続され、他端がノズル本体の先端部に開
口する第１の冷却水流路と、一端が冷却水排出口に接続
され、他端がノズル本体の先端部に開口する第２の冷却
水流路とが設けられ、ノズルチップに、ノズル本体の先
端部に装着された際に第１および第２の冷却水流路を連
通する第３の冷却水流路が設けられているので、冷却水
導入口から第１の冷却水流路、第３の冷却水流路および
第２の冷却水流路に冷却水を流通させることができる。
そこで、レーザ加工時に被加工物からのスパッタの付着
や反射レーザ光の照射に起因するノズルチップの温度上
昇を抑えることができる。

【００１８】また、この発明の第２の発明においては、
ノズルチップの被加工物と対向する部位の肉厚が３ｍｍ
以下に構成されているので、スパッタの付着や反射レー
ザ光の照射に起因して生じるノズルチップ先端部の熱が
第３の冷却水流通を流通する冷却水に速やかに吸熱さ
れ、ノズルチップの温度上昇を効率的に抑えることがで
きる。

【００１９】また、この発明の第４の発明においては、
ノズルチップ交換時に冷却水の供給を停止した後、パー
ジガス供給手段から冷却水導入口を介してパージガスを
供給できる。そして、第１乃至第３の冷却水流通中に残
存する冷却水は冷却水導入口から供給されたパージガス
により冷却水排出口から放出される。そこで、ノズルチ
ップ交換時における冷却水の飛散がなく、周囲の汚染を
抑えてノズルチップの交換がなされる。

【００２０】また、この発明の第５の発明においては、
第１乃至第３の冷却水流通を流通する冷却水の流量が、
流量検出手段を介して制御手段により監視される。そこ
で、冷却水の流量が所定流量以下と判断されると、制御
手段は報知手段を作動させて、冷却水の流量が減少した
ことを作業者に報知する。そこで、作業者は冷却水の流
量を調整したり、レーザ発振器を停止してレーザ加工を
中止したりできる。このことにより、冷却水の流量減少
によるノズルチップの冷却性能の低下に起因するノズル
チップの温度上昇が防止され、ノズルチップの溶融が回
避される。

【００２１】また、この発明の第６の発明においては、
第１乃至第３の冷却水流通を流通する冷却水の流量が、
流量検出手段を介して制御手段により監視される。そこ
で、冷却水の流量が所定流量以下と判断されると、制御
手段はレーザ発振器を停止してレーザ加工を中止させ
る。このことにより、冷却水の流量減少によるノズルチ
ップの冷却性能の低下に起因するノズルチップの温度上
昇が防止され、ノズルチップの溶融が回避される。

【００２２】また、この発明の第７の発明においては、
第１乃至第３の冷却水流通を流通する冷却水の温度が、
温度検出手段を介して制御手段により監視される。そこ
で、冷却水の温度が所定温度以上と判断されると、制御
手段は報知手段を作動させて、冷却水の温度が上昇した
ことを作業者に報知する。そこで、作業者は冷却水の流
量を調整したり、レーザ発振器を停止してレーザ加工を
中止したりできる。このことにより、冷却水の温度上昇
によるノズルチップの冷却性能の低下に起因するノズル
チップの温度上昇が防止され、ノズルチップの溶融が回
避される。

【００２３】また、この発明の第８の発明においては、
第１乃至第３の冷却水流通を流通する冷却水の温度が、
温度検出手段を介して制御手段により監視される。そこ
で、冷却水の温度が所定温度以上と判断されると、制御
手段はレーザ発振器を停止してレーザ加工を中止させ
る。このことにより、冷却水の温度上昇によるノズルチ
ップの冷却性能の低下に起因するノズルチップの温度上
昇が防止され、ノズルチップの溶融が回避される。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の実施例１に係るレーザ加工
装置のレーザ加工ヘッド周りを示す断面図であり、図に
おいて図１２乃至図１４に示した従来のレーザ加工装置
と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。図において、２０は加工ヘッド本体５の先端
側に装着されたノズルであり、このノズル２０は、加工
ヘッド本体５の先端側に着脱可能に取り付けられるノズ
ル本体２１とこのノズル本体２１の先端部に着脱可能に
取り付けられるノズルチップ２２とから構成されてい
る。２３ａ、２３ｂはノズルチップ２２を装着する際に
ノズル本体２１とノズルチップ２２との間に介装される
Ｏリングである。ノズル本体２１は、切頭円錐状の筒体
をなし、その後端外周部に雄ねじ部２１ａが形成され、
先端内周部に雌ねじ部２１ｂが形成されている。そし
て、ノズル本体２１の周壁内に後端面から先端面に貫通
する一対の貫通孔が軸心を対称に穿設され、それぞれの
貫通孔の一側にはメクラ栓２４が装着されて、ノズル本
体２１の先端面に開口する第１および第２の冷却水流路
２５、２６が形成されている。さらに、第１および第２
の冷却水流路２５、２６に臨むように冷却水導入口２
７、冷却水排出口２８が設けられている。一方、ノズル
チップ２２は、切頭円錐状の筒体をなし、その後端外周
部にノズル本体２１の雌ねじ部２１ｂと螺合する雄ねじ
部２２ａが形成され、先端部にレーザ光２の光軸と一致
する孔軸のノズル孔２２ｂが形成されている。そして、
ノズルチップ２２の周壁内を後端面から環状にくりぬい
て第３の冷却水流路２９が形成されている。

【００２５】そして、ノズル２０は、ノズル本体２１の
雌ねじ部２１ｂにノズルチップ２２の雄ねじ部２２ａを
螺着して、ノズル本体２１の先端側にノズルチップ２２
が着脱可能に取り付けられて組み立てられる。そして、
このノズル２０を加工ヘッド本体５に螺着して、レーザ
加工ヘッドが構成される。この時、第１および第２の冷
却水流路２５、２６はノズル本体２１の先端面に開口
し、第３の冷却水流路２９はノズルチップ２２の後端面
に環状に開口しているので、ノズル本体２１にノズルチ
ップ２２を装着することにより、第１および第２の冷却
水流路２５、２６が第３の冷却水流路２９により連通さ
れて冷却水導入口２７から冷却水排出口２８に至る冷却
水流路が構成される。また、メクラ栓２４、Ｏリング２
３ａ、２３ｂにより冷却水流路を流通する冷却水の漏れ
が阻止されている。なお、他の構成は、図１２に示され
た従来のレーザ加工装置と同様に構成されている。

【００２６】つぎに、この実施例１の動作について説明
する。冷却水供給手段としての冷却水供給装置（図示せ
ず）から冷却水導入口２７を介して第１の冷却水流路２
５内に冷却水が所定圧力で供給される。この冷却水は第
１の冷却水流路２５から第３の冷却水流路２９を経て第
２の冷却水流路２６に至り、冷却水排出口２８から排出
される。そして、この冷却水の流通によりノズル本体２
１およびノズルチップ２２が冷却される。一方、レーザ
発振器１から出射したレーザ光２は、反射ミラー３にて
向きを変えられて、集光レンズ４に導かれる。そして、
レーザ光２は集光レンズ４で集光され、ノズル２０のノ
ズル孔２２ｂを通って、被加工物８に照射される。ま
た、加工ガスがガス供給装置（図示せず）から加工ガス
導入口６を介して加工ヘッド本体５内に所定圧力で導入
される。そして、加工ガスはノズル孔２２ａからレーザ
光２と同軸上に噴射され、被加工物８上のレーザ光照射
部に供給される。そこで、被加工部８の加工部にレーザ
光２とともに加工ガスが供給されて、被加工物８の切
断、溶接等のレーザ加工が行われる。

【００２７】このレーザ加工においては、被加工物８か
ら生じるスパッタがノズルチップ２２の先端部に付着し
たり、被加工物８からの反射レーザ光がノズルチップ２
２の先端部に照射されて、ノズルチップ２２先端部が加
熱される。しかしながら、ノズルチップ２２内の第３の
冷却水流通２９を冷却水が流通することにより、ノズル
チップ２２に加えられた熱が冷却水に吸熱され、ノズル
チップ２２の温度上昇が抑えられる。そこで、ノズルチ
ップ２２先端部の溶融が抑制される。また、ノズルチッ
プ２２先端部が溶融してノズル孔２２ｂの口径が変形し
たり、あるいはスパッタが付着してノズル孔２２ｂが塞
がれた場合には、ノズルチップ２２のみを新しいノズル
チップ２２に交換することになる。

【００２８】このように、この実施例１によれば、加工
ヘッド本体５の先端側に取り付けられるノズル２０がノ
ズル本体２１とこのノズル本体２１に螺着して取り付け
られるノズルチップ２２とから構成され、ノズル本体２
１に第１および第２の冷却水流路２５、２６が設けら
れ、ノズルチップ２２に第１および第２の冷却水流路２
５、２６を連通する第３の冷却水流路２９が設けられて
いるので、ノズルチップ２２の耐熱性が向上されてノズ
ル孔２２ｂの口径の変形が発生しにくくなり、ヘッドの
長寿命化が図られるとともに、ノズル２０の寿命がきて
もノズルチップ２２のみの交換でノズル２０の再生がで
きるレーザ加工ヘッドが得られるという効果がある。

【００２９】また、この実施例１によれば、加工ヘッド
本体５の先端側にノズル２０を取り付けているので、ノ
ズルチップ２２の温度上昇が抑えられてノズル孔２２ｂ
の口径の変形が発生しにくくなり、ヘッドの長寿命化が
図られ、さらにはノズル２０の寿命がきてもノズルチッ
プ２２のみの交換でノズル２０の再生ができ、ランニン
グコストの低減を図ることができるレーザ加工装置が得
られる。

【００３０】なお、上記実施例１において、ノズルチッ
プ２２の材料は、耐熱性の高融点で良熱伝導性材料、例
えば銅、銅合金、ステンレス、タングステン合金等で作
製すればよく、その分ノズルチップ２２の耐熱性が向上
され、溶融によるノズル孔２２ｂの口径の変形に伴うノ
ズルチップ２２の不良の発生率が低減されるという効果
が得られる。

【００３１】また、上記実施例１において、ノズルチッ
プ２２の先端部、つまり被加工物８と対向する部位の肉
厚を薄くすれば、ノズルチップ２２の先端部に加えられ
た熱は速やかに第３の冷却水流路２９中を流通する冷却
水に伝達されて吸熱され、ノズルチップ２２先端部の温
度上昇が一層抑えられることになる。そこで、銅合金製
ノズルチップ２２の先端部の肉厚を変えて、ノズル孔２
２ｂの口径変形に起因するノズル寿命に至る加工回数を
測定したところ、図２に示すように、ノズルチップ２２
の先端部の肉厚が３ｍｍ以下、更に強度や製作コスト等
を勘案すると実用上１〜３ｍｍであることが望ましい結
果が得られた。

【００３２】実施例２．上記実施例１では、ノズルチッ
プ２２の先端部を平坦に作製とするものとしているが、
この実施例２では、図３に示すように、ノズルチップ２
２の先端部を丸みを持たせて作製するものとして、同様
の効果を奏する。

【００３３】実施例３．図４はこの発明の実施例３に係
るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図におい
て３０は冷却水供給手段としての冷却水供給装置、３１
ａ、３１ｂは往路側および帰路側の冷却水配管経路中に
それぞれ配設されたカプラ、３２はパージガス供給手段
としてのパージガス供給装置、３３ａはパージガス供給
装置３２から往路側の冷却水配管に至るパージガス配管
経路中に配設されたボールバルブ、３３ｂは帰路側の冷
却水配管から分岐されたパージガス配管経路中に配設さ
れたボールバルブである。なお、他の構成は、上記実施
例１と同様に構成されている。

【００３４】つぎに、この実施例３の動作について説明
する。レーザ加工時には、カプラ３１ａ、３１ｂがジョ
イントされ、冷却水供給装置３０から往路側の冷却水配
管を介して冷却水導入口２７に冷却水が供給される。そ
して、冷却水は第１の冷却水流路２５、第３の冷却水流
路２９、第２の冷却水流路２６を通って冷却水排出口２
８に至り、ノズル２０、特にノズルチップ２２が冷却さ
れる。さらに、冷却水は帰路側の冷却水配管を通って排
出される。ここで、ノズル２０が寿命となった場合に
は、つまりノズルチップ２２のノズル孔２２ａの口径が
変形した場合には、レーザ加工を停止する。そして、冷
却水供給装置３０を停止し、カプラ３１ａ、３１ｂのジ
ョイントを開放する。その後、ボールバルブ３３ａ、３
３ｂを開きパージガス供給装置３２を作動させて、パー
ジガスとしてのエアを冷却水導入口２７に供給する。こ
のエアは、第１の冷却水流路２５、第３の冷却水流路２
９、第２の冷却水流路２６を通り冷却水排出口２８に至
る。さらに、エアはボールバルブ３３ｂを通って外へ排
出される。この時、第１乃至第３の冷却水流路２５、２
６、２９内に残存している冷却水はエアとともに外へ追
放される。ついで、ボールバルブ３３ａ、３３ｂを閉
じ、パージガス供給装置３２を停止する。その後、ノズ
ルチップ２２をノズル本体２１から取り外し、新しいノ
ズルチップ２２をノズル本体２１に螺着して、ノズルチ
ップ２２の交換作業が終了する。

【００３５】この実施例３によれば、冷却水導入口２７
を介して第１乃至第３の冷却水流路２５、２６、２９に
パージガスを供給するパージガス供給装置３２を備えて
いるので、ノズルチップ２２の交換時に第１乃至第３の
冷却水流路２５、２６、２９内に残存している冷却水を
追放することができる。そこで、ノズルチップ２２の交
換時に冷却水が周囲に飛散して汚染することが防止でき
る。

【００３６】実施例４．上記実施例３では、冷却水およ
びパージガスを流通あるいは停止させるカプラ３１ａ、
３１ｂおよびボールバルブ３３ａ、３３ｂを配管経路中
に配設するものとしているが、この実施例４では、図５
に示すように、配管経路中に三方弁３４ａ、３４ｂを配
設するものとし、同様の効果を奏する。なおこの場合、
カプラ３１ａ、３１ｂが不要となり、その分コストを低
減させることができる。

【００３７】実施例５．図６はこの発明の実施例５に係
るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図におい
て３５は帰路側の冷却水配管経路中に配設され、冷却水
配管中を流通する冷却水の流量を検出する流量検出手段
としての流量計、３６は報知手段としての警報装置、３
７は流量計３５の検出信号に基づいて冷却水配管中を流
通する冷却水の流量が所定流量以下となっていないかを
判定し、該冷却水の流量が所定流量以下となった場合に
警報装置３６を作動させる制御手段としての制御装置で
ある。なお、他の構成は上記実施例１と同様に構成され
ている。

【００３８】つぎに、この実施例５の動作について説明
する。レーザ加工時には、冷却水供給装置３０から往路
側の冷却水配管を介して冷却水導入口２７に冷却水が供
給される。そして、冷却水は第１の冷却水流路２５、第
３の冷却水流路２９、第２の冷却水流路２６を通って冷
却水排出口２８に至り、ノズル２０、特にノズルチップ
２２が冷却される。さらに、冷却水は帰路側の冷却水配
管を通って排出される。ここで、冷却水の流量が帰路側
の冷却水配管経路中に配設されている流量計３５にて検
出される。そして、流量計３５の検出信号が制御装置３
７に出力されている。そこで、冷却水の流量は制御装置
３７にて監視されている。そして、制御装置３７は流量
計３５の検出信号から該流量が所定流量以下となったと
判断すると、警報装置３６を作動させて、作業者に異常
の発生を報知する。

【００３９】この実施例５によれば、冷却水の流量を検
出する流量計３５を帰路側の冷却水配管に配設し、流量
計３５の検出信号に基づいて冷却水の流量を監視し、冷
却水の流量が所定流量以下となった場合に警報装置３６
を作動させて異常を報知させる制御装置３７を備えてい
るので、冷却水の流量の減少を作業者に報知することが
できる。そこで、冷却水の流量の減少によりノズルチッ
プ２２が温度上昇し、ノズルチップ２２のノズル孔２２
ｂの口径が変形する不良の発生を抑えることができ、ノ
ズルチップ２２の長寿命化を図ることができる。

【００４０】実施例６．図７はこの発明の実施例６に係
るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図におい
て３８は帰路側の冷却水配管の経路中に配設された流量
検出手段および制御手段としての接点付流量計である。
この実施例６では、接点付流量計３８により冷却水の流
量が監視されている。そして、冷却水の流量が所定流量
以下となると、接点付流量計３８の接点が閉じられ、警
報装置３６が作動される。したがって、この実施例６に
おいても、上記実施例５と同様の効果が得られる。しか
も、接点付流量計３８は冷却水の流量の減少を報知する
警報装置３６を作動させる制御手段としても機能し、制
御装置３７が不要となり、その分構成の簡素化が図られ
る。

【００４１】実施例７．図８はこの発明の実施例７に係
るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図におい
て３９は帰路側の冷却水配管中を流通する冷却水の温度
を検出する温度検出手段としての温度計、４０は報知手
段としての警報装置、４１は温度計３９の検出信号に基
づいて冷却水配管中を流通する冷却水の温度が所定温度
以上となっていないかを判定し、該冷却水の温度が所定
温度以上となった場合に警報装置４０を作動させる制御
手段としての制御装置である。なお、他の構成は上記実
施例１と同様に構成されている。

【００４２】つぎに、この実施例７の動作について説明
する。レーザ加工時には、冷却水供給装置３０から往路
側の冷却水配管を介して冷却水導入口２７に冷却水が供
給される。そして、冷却水は第１の冷却水流路２５、第
３の冷却水流路２９、第２の冷却水流路２６を通って冷
却水排出口２８に至り、ノズル２０、特にノズルチップ
２２が冷却される。さらに、冷却水は帰路側の冷却水配
管を通って排出される。ここで、帰路側の冷却水配管中
を流通する冷却水の温度が温度計３９にて検出される。
そして、温度計３９の検出信号が制御装置４１に出力さ
れている。そこで、冷却水の温度は制御装置４１にて監
視されている。そして、制御装置４１は温度計３９の検
出信号から該温度が所定温度以上となったと判断する
と、警報装置４０を作動させて、作業者に異常の発生を
報知する。

【００４３】この実施例７によれば、冷却水の温度を検
出する温度計３９を配設し、温度計３９の検出信号に基
づいて冷却水の温度を監視し、冷却水の温度が所定温度
以上となった場合に警報装置４０を作動させて異常を報
知させる制御装置４１を備えているので、冷却水の温度
上昇を作業者に報知することができる。そこで、冷却水
の温度上昇によりノズルチップ２２が温度上昇し、ノズ
ルチップ２２のノズル孔２２ｂの口径が変形する不良の
発生を抑えることができ、ノズルチップ２２の長寿命化
を図ることができる。

【００４４】実施例８．図９はこの発明の実施例８に係
るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図におい
て４２は帰路側の冷却水配管中を流通する冷却水の温度
を検出する流量検出手段および制御手段としての接点付
温度計である。この実施例８では、接点付温度計４２に
より冷却水の温度が監視されている。そして、冷却水の
温度が所定温度以上となると、接点付温度計４２の接点
が閉じられ、警報装置３９が作動される。したがって、
この実施例８においても、上記実施例７と同様の効果が
得られる。しかも、接点付温度計４２は冷却水の温度上
昇を報知する警報装置３９を作動させる制御手段として
も機能し、制御装置４１が不要となり、その分構成の簡
素化が図られる。

【００４５】実施例９．図１０はこの発明の実施例９に
係るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図にお
いて４３は帰路側の冷却水配管経路中に配設された流量
計３５の検出信号を入力し、該検出信号に基づいて冷却
水の流量を監視して、冷却水の流量が所定流量以下とな
った場合にレーザ発振器１の作動を停止させる制御手段
としての制御装置である。なお、他の構成は上記実施例
１と同様に構成されている。

【００４６】つぎに、この実施例９の動作について説明
する。レーザ加工時には、冷却水供給装置３０から往路
側の冷却水配管を介して冷却水導入口２７に冷却水が供
給される。そして、冷却水は第１の冷却水流路２５、第
３の冷却水流路２９、第２の冷却水流路２６を通って冷
却水排出口２８に至り、ノズル２０、特にノズルチップ
２２が冷却される。さらに、冷却水は帰路側の冷却水配
管を通って排出される。ここで、冷却水の流量が帰路側
の冷却水配管経路中に配設されている流量計３５にて検
出される。そして、流量計３５の検出信号が制御装置４
３に出力されている。そこで、冷却水の流量は制御装置
４３にて監視されている。そして、制御装置４３は流量
計３５の検出信号から該流量が所定流量以下となったと
判断すると、レーザ発振器１の作動を停止させる。

【００４７】この実施例９によれば、冷却水の流量を検
出する流量計３５を帰路側の冷却水配管に配設し、流量
計３５の検出信号に基づいて冷却水の流量を監視し、冷
却水の流量が所定流量以下となった場合にレーザ発振器
１の作動を停止させる制御装置４３を備えているので、
冷却水の流量が所定流量以下となった場合にはレーザ発
振器１の作動が自動的に停止される。そこで、冷却水の
流量の減少によりノズルチップ２２の温度が上昇し、ノ
ズルチップ２２のノズル孔２２ｂの口径が変形する不良
の発生を抑えることができ、ノズルチップ２２の長寿命
化を図ることができる。

【００４８】実施例１０．図１１はこの発明の実施例１
０に係るレーザ加工装置の要部を示す構成図であり、図
において４４は帰路側の冷却水配管中を流通する冷却水
の温度を測定する温度計３９の検出信号を入力し、該検
出信号に基づいて冷却水の温度を監視して、冷却水の温
度が所定温度以上となった場合にレーザ発振器１の作動
を停止させる制御手段としての制御装置である。なお、
他の構成は上記実施例１と同様に構成されている。

【００４９】つぎに、この実施例１０の動作について説
明する。レーザ加工時には、冷却水供給装置３０から往
路側の冷却水配管を介して冷却水導入口２７に冷却水が
供給される。そして、冷却水は第１の冷却水流路２５、
第３の冷却水流路２９、第２の冷却水流路２６を通って
冷却水排出口２８に至り、ノズル２０、特にノズルチッ
プ２２が冷却される。さらに、冷却水は帰路側の冷却水
配管を通って排出される。ここで、帰路側の冷却水配管
中を流通する冷却水の温度が温度計３９にて検出され
る。そして、温度計３９の検出信号が制御装置４４に出
力されている。そこで、冷却水の温度は制御装置４４に
て監視されている。そして、制御装置４４は温度計３９
の検出信号から該温度が所定温度以上となったと判断す
ると、レーザ発振器１の作動を停止させる。

【００５０】この実施例１０によれば、帰路側の冷却水
配管中を流通する冷却水の温度を検出する温度計３９を
配設し、流温度計３９の検出信号に基づいて冷却水の温
度を監視し、冷却水の温度が所定温度以上となった場合
にレーザ発振器１の作動を停止させる制御装置４４を備
えているので、冷却水の温度が所定温度以上となった場
合にはレーザ発振器１の作動が自動的に停止される。そ
こで、冷却水の温度上昇によりノズルチップ２２の温度
が上昇し、ノズルチップ２２のノズル孔２２ｂの口径が
変形する不良の発生を抑えることができ、ノズルチップ
２２の長寿命化を図ることができる。

【００５１】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００５２】この発明の第１の発明によれば、レーザ光
を集光する集光レンズを保持するとともに、集光レンズ
の下流側に加工ガス導入口が設けられた加工ヘッド本体
と、該加工ヘッド本体の先端側に着脱可能に取り付けら
れたノズルとを備え、集光レンズにより集光されたレー
ザ光とともに加工ガスをノズル先端からレーザ光と同軸
方向に噴出して被加工物上のレーザ光照射部に供給する
レーザ加工ヘッドにおいて、ノズルは、ノズル本体と該
ノズル本体の先端部に着脱可能に取り付けられたノズル
チップとから構成され、ノズル本体には、一端が冷却水
導入口に接続され、他端がノズル本体の先端部に開口す
る第１の冷却水流路と、一端が冷却水排出口に接続さ
れ、他端がノズル本体の先端部に開口する第２の冷却水
流路とが設けられ、ノズルチップには、ノズル本体の先
端部に装着された際に第１の冷却水流路と第２の冷却水
流路とを連通する第３の冷却水流路が設けられているの
で、ノズルチップの冷却を可能としてノズルチップの温
度上昇が抑えられ、ノズルチップの溶融を防止できると
ともに、ノズルチップ先端部の溶融による変形が発生し
ても、ノズルチップのみを交換して対処できるレーザ加
工ヘッドを得ることができる。

【００５３】また、この発明の第２の発明によれば、上
記第１の発明において、ノズルチップの被加工物と対向
する部位の肉厚を３ｍｍ以下としているので、ノズルチ
ップの冷却効率が向上でき、ノズルチップの温度上昇を
一層抑えることができる。

【００５４】また、この発明の第３の発明によれば、レ
ーザ発振器より出射されたレーザ光を被加工物上に集光
する集光レンズを保持するとともに、集光レンズの下流
側に加工ガスを導入する加工ガス導入口が設けられた加
工ヘッド本体と、該加工ヘッド本体の先端側に着脱可能
に取り付けられたノズルとを備え、集光レンズにより集
光されたレーザ光とともに加工ガスをノズル先端からレ
ーザ光と同軸方向に噴出して被加工物上のレーザ光照射
部に供給し、被加工物を加工するレーザ加工装置におい
て、ノズルは、一端が冷却水導入口に接続され、他端が
先端部に開口する第１の冷却水流路および一端が冷却水
排出口に接続され、他端が先端部に開口する第２の冷却
水流路が設けられたノズル本体と、ノズル本体の先端部
に着脱可能に取り付けられて第１の冷却水流路と第２の
冷却水流路とを連通する第３の冷却水流路が設けられた
ノズルチップとから構成され、かつ、冷却水導入口を介
して冷却水を供給する冷却水供給手段を備えているの
で、ノズルチップの冷却を可能としてノズルチップの温
度上昇が抑えられてノズルチップの耐熱性を向上させ、
ノズルチップの長寿命化が図られるとともに、ノズルチ
ップ先端部の溶融による変形が発生してもノズルチップ
のみを交換して対処でき、ランニングコストを低減でき
るレーザ加工装置を得ることができる。

【００５５】また、この発明の第４の発明によれば、上
記第３の発明において、ノズルチップ交換時に冷却水導
入口を介してパージガスを供給して第１乃至第３の冷却
水流路中に残存する冷却水を冷却水排出口から排出させ
るパージガス供給手段を備えているので、ノズルチップ
交換時に第１乃至第３の冷却水流路中に残存している冷
却水を追放でき、冷却水の飛散による周囲の汚染が防止
できる。

【００５６】また、この発明の第５の発明によれば、上
記第３の発明において、冷却水供給手段から供給された
冷却水の経路中に配設されて冷却水の流量を検出する流
量検出手段と、冷却水の流量の異常を報知する報知手段
と、該流量検出手段の検出信号から冷却水の流量を監視
し、冷却水の流量が所定流量以下となった場合に報知手
段を作動させる制御手段とを備えているので、冷却水の
流量の減少によるノズルチップの温度上昇が未然に防止
でき、溶融によるノズルチップの不良発生を抑えること
ができる。

【００５７】また、この発明の第６の発明によれば、上
記第３の発明において、冷却水供給手段から供給された
冷却水の経路中に配設されて冷却水の流量を検出する流
量検出手段と、該流量検出手段の検出信号から冷却水の
流量を監視し、冷却水の流量が所定流量以下となった場
合にレーザ発振器を停止させる制御手段とを備えている
ので、冷却水の流量の減少すればレーザ発振器が自動的
に停止されて、冷却水の流量の減少によるノズルチップ
の温度上昇がなく、ノズルチップの長寿命化を図ること
ができる。

【００５８】また、この発明の第７の発明によれば、上
記第３の発明において、冷却水供給手段から供給された
冷却水の経路中に配設されて冷却水の温度を検出する温
度検出手段と、冷却水の温度の異常を報知する報知手段
と、該温度検出手段の検出信号から冷却水の温度を監視
し、冷却水の温度が所定温度以上となった場合に報知手
段を作動させる制御手段とを備えているので、冷却水の
温度上昇によるノズルチップの温度上昇が未然に防止で
き、溶融によるノズルチップの不良発生を抑えることが
できる。

【００５９】また、この発明の第８の発明によれば、上
記第３の発明において、冷却水供給手段から供給された
冷却水の経路中に配設されて冷却水の温度を検出する温
度検出手段と、該温度検出手段の検出信号から冷却水の
温度を監視し、冷却水の温度が所定温度以上となった場
合にレーザ発振器を停止させる制御手段とを備えている
ので、冷却水の温度が所定温度より上昇すればレーザ発
振器が自動的に停止されて、冷却水の温度上昇によるノ
ズルチップの温度上昇がなく、ノズルチップの長寿命化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１に係るレーザ加工装置の
レーザ加工ヘッド周りを示す断面図である。

【図２】 この発明の実施例１に係るレーザ加工装置に
おけるノズルチップ先端部の肉厚とノズル寿命との関係
を示すグラフである。

【図３】 この発明の実施例２に係るレーザ加工装置の
要部を示す断面図である。

【図４】 この発明の実施例３に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図５】 この発明の実施例４に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図６】 この発明の実施例５に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図７】 この発明の実施例６に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施例７に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図９】 この発明の実施例８に係るレーザ加工装置の
要部を示す構成図である。

【図１０】 この発明の実施例９に係るレーザ加工装置
の要部を示す構成図である。

【図１１】 この発明の実施例１０に係るレーザ加工装
置の要部を示す構成図である。

【図１２】 従来のレーザ加工装置を示す構成図であ
る。

【図１３】 従来のレーザ加工装置のノズルを示す側面
図である。

【図１４】 従来のレーザ加工装置のレーザ加工ヘッド
周りを示す断面図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器、２ レーザ光、４ 集光レンズ、５
加工ヘッド本体、６加工ガス導入口、８ 被加工物、
２０ ノズル、２１ ノズル本体、２２ ノズルチッ
プ、２５ 第１の冷却水流路、２６ 第２の冷却水流
路、２７ 冷却水導入口、２８ 冷却水排出口、２９
第３の冷却水流路、３０ 冷却水供給装置（冷却水供給
手段）、３２ パージガス供給装置（パージガス供給手
段）、３５流量計（流量検出手段）、３６ 警報装置
（報知手段）、３７ 制御装置（制御手段）、３８ 接
点付流量計（流量検出手段、制御手段）、３９ 温度計
（温度検出手段）、４０ 警報装置（報知手段）、４１
制御装置（制御手段）、４２ 接点付温度計（温度検
出手段、制御手段）、４３ 制御装置（制御手段）、４
４ 制御装置（制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 義明 名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 三菱 電機株式会社名古屋製作所内 (72)発明者 杉山 尚男 名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 名菱 テクニカ株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を集光する集光レンズを保持す
   るとともに、集光レンズの下流側に加工ガス導入口が設
   けられた加工ヘッド本体と、該加工ヘッド本体の先端側
   に着脱可能に取り付けられたノズルとを備え、集光レン
   ズにより集光されたレーザ光とともに加工ガスをノズル
   先端からレーザ光と同軸方向に噴出して被加工物上のレ
   ーザ光照射部に供給するレーザ加工ヘッドにおいて、 前記ノズルは、ノズル本体と該ノズル本体の先端部に着
   脱可能に取り付けられたノズルチップとから構成され、 前記ノズル本体には、一端が冷却水導入口に接続され、
   他端がノズル本体の先端部に開口する第１の冷却水流路
   と、一端が冷却水排出口に接続され、他端がノズル本体
   の先端部に開口する第２の冷却水流路とが設けられ、 前記ノズルチップには、前記ノズル本体の先端部に装着
   された際に前記第１の冷却水流路と前記第２の冷却水流
   路とを連通する第３の冷却水流路が設けられていること
   を特徴とするレーザ加工ヘッド。
2. 【請求項２】 ノズルチップの被加工物と対向する部位
   の肉厚を３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記
   載のレーザ加工ヘッド。
3. 【請求項３】 レーザ発振器より出射されたレーザ光を
   被加工物上に集光する集光レンズを保持するとともに、
   集光レンズの下流側に加工ガスを導入する加工ガス導入
   口が設けられた加工ヘッド本体と、該加工ヘッド本体の
   先端側に着脱可能に取り付けられたノズルとを備え、集
   光レンズにより集光されたレーザ光とともに加工ガスを
   ノズル先端からレーザ光と同軸方向に噴出して被加工物
   上のレーザ光照射部に供給し、被加工物を加工するレー
   ザ加工装置において、 前記ノズルは、一端が冷却水導入口に接続され、他端が
   先端部に開口する第１の冷却水流路および一端が冷却水
   排出口に接続され、他端が先端部に開口する第２の冷却
   水流路が設けられたノズル本体と、該ノズル本体の先端
   部に着脱可能に取り付けられて前記第１の冷却水流路と
   前記第２の冷却水流路とを連通する第３の冷却水流路が
   設けられたノズルチップとから構成され、 かつ、前記冷却水導入口を介して冷却水を供給する冷却
   水供給手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装
   置。
4. 【請求項４】 ノズルチップ交換時に冷却水導入口を介
   してパージガスを供給して第１乃至第３の冷却水流路中
   に残存する冷却水を冷却水排出口から排出させるパージ
   ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の
   レーザ加工装置。
5. 【請求項５】 冷却水供給手段から供給された冷却水の
   経路中に配設されて前記冷却水の流量を検出する流量検
   出手段と、前記冷却水の流量の異常を報知する報知手段
   と、該流量検出手段の検出信号から前記冷却水の流量を
   監視し、前記冷却水の流量が所定流量以下となった場合
   に前記報知手段を作動させる制御手段とを備えたことを
   特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
6. 【請求項６】 冷却水供給手段から供給された冷却水の
   経路中に配設されて前記冷却水の流量を検出する流量検
   出手段と、該流量検出手段の検出信号から前記冷却水の
   流量を監視し、前記冷却水の流量が所定流量以下となっ
   た場合にレーザ発振器を停止させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
7. 【請求項７】 冷却水供給手段から供給された冷却水の
   経路中に配設されて前記冷却水の温度を検出する温度検
   出手段と、前記冷却水の温度の異常を報知する報知手段
   と、該温度検出手段の検出信号から前記冷却水の温度を
   監視し、前記冷却水の温度が所定温度以上となった場合
   に前記報知手段を作動させる制御手段とを備えたことを
   特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
8. 【請求項８】 冷却水供給手段から供給された冷却水の
   経路中に配設されて前記冷却水の温度を検出する温度検
   出手段と、該温度検出手段の検出信号から前記冷却水の
   温度を監視し、前記冷却水の温度が所定温度以上となっ
   た場合にレーザ発振器を停止させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。