JPH10216978A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ加工条件に応じて適正な作用条件に容
易に調整できるレーザ加工機を提供する。 【解決手段】 集光レンズ１３を収納するレーザ加工ヘ
ッド本体９Ａの先端には、集光レンズ１３の集光側に配
置され切断ガス２５を噴射せしめるインナノズル２１
と、このインナノズル２１の周囲に空間２９を介して配
置され前記空間２９を経てインナノズル２１の先端との
間隔から切断補助ガス３３を噴射せしめるアウタノズル
２７とが備えられる。インナノズル２１から切断ガス２
５を噴射するだけでなく、切断ガス２５の周囲にアウタ
ノズル２７から切断補助ガス３３が噴射されるので、ワ
ークに対する冷却効果が向上する。アウタノズル２７の
先端はインナノズル２１の先端に対する相互位置を任意
に移動調整自在であるので、切断補助ガス３３の噴射範
囲が自在に調整され最適な加工条件が容易に設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工ヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工ヘッドは、レーザ発振器から
出力されたレーザビームを集光レンズを用いて集束する
ものであり、この集光されたレーザビームの高密度エネ
ルギを補助ガスと共にワークに照射して切断、穿孔、溶
接等のレーザ加工が行われる。

【０００３】従来のレーザ加工ヘッドは例えば、特開昭
６１−３０２９５号公報に開示されているように、図５
において、レーザ発振器より出力されたレーザビームＬ
Ｂは、ホルダ１０１に固定された集光レンズ１０３によ
ってマイクロスポット１０５に絞られ、ワークＷに照射
される。ホルダ１０１は補助ガス１０７のチャンバーと
してのハウジング１０９に組み付けられるノズル１１１
との相対的な位置関係を調整するための調整ネジ１１３
により、集束されたレーザビームＬＢの光軸と合致する
ようにノズル本体１１５の位置決めが行われる。

【０００４】ノズル本体１１５は、レーザビームＬＢ及
びワークＷからの溶融物の跳ね返り等の直接的な影響を
受けない範囲で、ノズル穴を除くノズル１１１の大部分
を構成しており、このノズル本体１１５の先端部には耐
光性の高い鋼などを素材としたノズルチップ１１７が袋
ナット１１９により固定される。このノズルチップ１１
７はほとんどノズル穴のみを形成している。

【０００５】なお、前記ノズルチップ１１７は長さが異
なるものをいくつか備えられており、レンズ変更に伴う
焦点位置移動や加工目的に応じた最適焦点位置の差違が
生じるとしてもノズルチップ１１７を交換することによ
り長さ変更し調整される。

【０００６】なお、補助ガス１０７はレーザビームＬＢ
が集光レンズ１０３を通過するときに生じる集光レンズ
１０３の温度上昇防止、ワークＷからのスパッタ付着等
によるレンズ面の汚染防止、加工能率の向上を図るため
に用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレーザ加工ヘッドにおいては、加工条件に応じてノ
ズルチップ１１７を交換する煩わしさがあり、たとえ、
ノズルチップ１１７のみを容易に交換できるとしても、
幾種類ものノズルチップ１１７を準備しておく必要があ
るので、コスト高になるという問題点があった。

【０００８】また、補助ガス１０７がノズル１１１先端
より噴射され、この補助ガス１０７によりワークＷを冷
却するとしても、例えばノズルギャップや加工速度はワ
ークＷの板厚に応じて変更されるので、補助ガス１０７
の噴射領域や噴射速度が変化し、そのためにワークＷに
対する冷却効果が減少し、ワークＷの輻射熱やスパッタ
等によりノズル１１１の先端の損傷が著しくなるという
問題点があった。

【０００９】また、補助ガス圧の微妙な変化によっても
補助ガス１０７による噴射領域や噴射速度が変化するた
めに補助ガス１０７による冷却効果が変化するので、補
助ガス圧の調整を図る煩わしさがあった。

【００１０】したがって、加工速度、ノズルギャップ、
補助ガス圧、ワークＷの板厚等の加工条件に対して最適
な作用条件を容易に設定できないという問題点があっ
た。

【００１１】本発明は叙上の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、レーザ加工条件に応じて適正
な加工条件に容易に調整できるレーザ加工ヘッドを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１によるこの発明のレーザ加工ヘッドは、レー
ザビームを集光する集光レンズを収納するレーザ加工ヘ
ッド本体と、このレーザ加工ヘッド本体における前記集
光レンズの集光側に配置され切断ガスを噴射せしめるイ
ンナノズルと、このインナノズルの周囲に空間を介して
配置され前記空間を経てインナノズルの先端との間隔か
ら切断補助ガスを噴射せしめるアウタノズルと、このア
ウタノズルの先端と前記インナノズルの先端の相互位置
を任意に移動調整自在としてなることを特徴とするもの
である。

【００１３】したがって、インナノズルから切断ガスを
噴射するだけでなく、前記切断ガスの周囲にアウタノズ
ルから切断補助ガスを噴射することにより、ワークに対
する冷却効果が向上する。しかも、ワークの切断速度、
ノズルギャップ、切断ガス圧、ワークの板厚等のレーザ
加工条件に応じてアウタノズルの先端とインナノズルの
先端の相互位置を任意に調整移動することにより、切断
補助ガスの噴射領域が広げられたり狭められたりするの
で、切断補助ガスの噴射領域や噴射速度、並びに切断ガ
スに対する切断補助ガスの影響度が調整され最適な加工
条件が設定される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工ヘッド
の実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００１５】図４を参照するに、本実施の形態の例に係
わるレーザ加工機１はレーザビームＬＢ（レーザ光）を
発振するレーザ発振器３を内蔵し、このレーザ発振器３
で発振されたレーザビームＬＢは強度調整装置５を経て
レーザビーム案内照射部７の先端部に備えられたレーザ
加工ヘッド９の部分において反射鏡１１を介して垂直下
方向へ反射される。このレーザビームＬＢはレーザ加工
ヘッド９の内部に設けられた焦光レンズ１３で集光され
る。この集光されたレーザビームＬＢの照射光軸軸心１
５に対して、例えば数値制御のワーク移動位置決め装置
１７で移動位置決めされたワークＷ上に、レーザビーム
ＬＢの焦点を結ばせて、所望の形状に切断するなどのレ
ーザ加工を行なう。

【００１６】次に、この発明の主要部であるレーザ加工
ヘッド９のノズル部について詳細に説明する。

【００１７】図１を参照するに、レーザ加工ヘッド９は
レーザ加工ヘッド本体９Ａを備えており、このレーザ加
工ヘッド本体９Ａ内には図示省略の調整機構により集光
レンズ１３がレンズの焦点を調整できるよう上下動自在
に収納され、レーザ加工ヘッド本体９Ａの集光レンズ１
３の集光側の先端には円筒形状のネジ部１９が突設され
ており、このネジ部１９の内周にインナノズル２１が螺
合されている。このインナノズル２１と前記集光レンズ
１３との間にはレーザ加工ヘッド本体９Ａの側壁に設け
られた切断ガス用供給管２３から切断ガス２５が供給さ
れ、この切断ガス２５が前記インナノズル２１の先端か
らワークに向けて噴射される。

【００１８】さらに、前記レーザ加工ヘッド本体９Ａの
先端のネジ部１９の外周にはアウタノズル２７が前記イ
ンナノズル２１の周囲に空間２９を介して覆うように螺
合されており、このアウタノズル２７を前記ネジ部１９
にロック固定するためのロックネジ３１が設けられてい
る。

【００１９】アウタノズル２７の外壁には前記空間２９
内に切断補助ガス３３を供給すべく切断補助ガス用供給
管３５が設けられている。この切断補助ガス３３はイン
ナノズル２１とアウタノズル２７の先端との間隔でなる
切断補助ガス噴射口３７からワークに向けて噴射され
る。

【００２０】なお、切断ガス２５はレーザビームＬＢが
集光レンズ１３を通過するときに生じる集光レンズ１３
の温度上昇防止、ワークからのスパッタ付着等によるレ
ンズ面の汚染防止、加工能率の向上を図るために用いら
れ、切断補助ガス３３はインナノズル２１先端の冷却効
果やスパッタ付着によるノズル先端の変形や損傷の防
止、ワークの冷却効果を図るために用いられる。ちなみ
に、切断補助ガス３３には冷却液を混入する場合もあ
る。

【００２１】実際、レーザ加工時は、ワークの切断速
度、ノズルギャップ、切断ガス圧、ワークの板厚等のレ
ーザ加工条件によりレーザ加工機１の作用条件は微妙に
異なるので、前記加工条件に対して最適な作用条件を設
定する必要がある。

【００２２】例えば、インナノズル２１の先端とワーク
の加工位置とのノズルギャップは適正に保たれ、また、
レーザビームＬＢの集光レンズ１３による焦点はワーク
の加工位置に合わせる必要がある。しかるに、インナノ
ズル２１はレーザ加工ヘッド本体９Ａの先端に固定され
ているが、集光レンズ１３を上下動することにより、イ
ンナノズル２１の先端に対する集光レンズ１３の焦点は
容易に調整される。

【００２３】また、ワークの板厚の違いにより適正なノ
ズルギャップや切断速度の加工条件が異なるので、切断
ガス２５及び切断補助ガス３３の噴射速度や噴射領域が
加工状態に微妙な影響を及ぼすことになる。

【００２４】ロックネジ３１を緩め、アウタノズル２７
はワークの板厚、加工速度、切断ガス圧、切断補助ガス
３３圧等の加工条件に応じて、レーザビームＬＢの光軸
方向に移動調整され、ロックネジ３１を締めることによ
り固定される。このようにしてインナノズル２１の先端
とアウタノズル２７の先端との相互位置が調整されるの
で、図２及び図３に示すように、切断補助ガス３３の噴
射領域や噴射速度、並びに切断ガス２５に対する切断補
助ガス３３の影響度が調整され最適な加工条件が設定さ
れる。

【００２５】図２においては、アウタノズル２７の先端
がインナノズル２１の先端より下方に位置しており、切
断補助ガス３３の噴射方向が狭まるため噴射領域が小さ
くなると同時に切断ガス２５の噴射領域も小さくなる。
冷却範囲を狭くして無駄を省くことができワークの板厚
が小さいときに最適である。

【００２６】図３においては、アウタノズル２７の先端
がインナノズル２１の先端より上方に位置しており、切
断補助ガス３３の噴射方向が広がるため噴射領域が大き
くなると同時に切断ガス２５の噴射領域も大きくなる。
冷却範囲を広くして冷却効率を向上できるのでワークの
板厚が大きいときに最適である。

【００２７】なお、この発明は前述した実施の形態の例
に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりそ
の他の態様で実施し得るものである。本実施の形態の例
では一般的なレーザ加工機を例にとって説明したがレー
ザ加工ヘッドが門型形状の加工機本体に設けられたレー
ザ加工機やその他のレーザ加工機であっても構わない。

【００２８】また、前記アウタノズル２７の位置は数値
制御等の自動位置決め調整とすることもできる。例え
ば、アウタノズル２７の外周面に歯車の従動歯を形成
し、この従動歯に噛合してアウタノズル２７を回転駆動
する駆動歯車を軸承し、この駆動歯車の回転を数値制御
することができ、また他の方法でもよい。

【００２９】また、アウタノズル２７はロックネジ等の
コレットによるロック方式やアウタノズル２７の外周面
をエアシリンダ等のロッド先端で押圧離反自在に設けた
ロック方式でも良く、上記の実施の形態の例に限定され
ない。

【００３０】

【発明の効果】以上のごとき実施の形態の例から理解さ
れるように、請求項１の発明によれば、インナノズルか
ら切断ガスを噴射するだけでなく、前記切断ガスの周囲
にアウタノズルからの切断補助ガスを噴射することによ
り、ワークに対する冷却効果を向上できる。しかも、ワ
ークの加工速度、ノズルギャップ、切断ガス圧、ワーク
の板厚等のレーザ加工条件に応じて、アウタノズルの先
端とインナノズルの先端の相互位置を任意に調整移動で
きるので、切断補助ガスの噴射領域を広げたり狭めたり
できるので、切断補助ガスの噴射領域や噴射速度、並び
に切断ガスに対する切断補助ガスの影響度を調整でき最
適な加工条件を容易に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例を示すもので、レーザ
加工ヘッドのノズル部の要部縦断面図である。

【図２】インナノズルとアウタノズルとの相互位置の調
整状態を示すレーザ加工ヘッドのノズル部の要部縦断面
図である。

【図３】インナノズルとアウタノズルとの相互位置の調
整状態を示すレーザ加工ヘッドのノズル部の要部縦断面
図である。

【図４】本発明の実施の形態の例に係わるもので、レー
ザ加工機の全体正面図である。

【図５】従来例のレーザ加工ヘッドのノズル部の要部縦
断面図である。

【符号の説明】

１ レーザ加工装置 ９ レーザ加工ヘッド １３ 焦光レンズ １９ ネジ部 ２１ インナノズル ２３ 切断ガス用供給管 ２５ 切断ガス ２７ アウタノズル ２９ 空間 ３１ ロックネジ ３３ 切断補助ガス ３５ 切断補助ガス用供給管 ３７ 切断補助ガス噴射口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを集光する集光レンズを収
   納するレーザ加工ヘッド本体と、このレーザ加工ヘッド
   本体における前記集光レンズの集光側に配置され切断ガ
   スを噴射せしめるインナノズルと、このインナノズルの
   周囲に空間を介して配置され前記空間を経てインナノズ
   ルの先端との間隔から切断補助ガスを噴射せしめるアウ
   タノズルと、このアウタノズルの先端と前記インナノズ
   ルの先端の相互位置を任意に移動調整自在としてなるこ
   とを特徴とするレーザ加工ヘッド。