JPH11221691A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル交換作業を要することなく、自動的に
ノズル径を変えることができるレーザ加工装置を提供す
る。 【解決手段】 集光レンズを保持する加工ヘッド部と該
加工ヘッド部の先端に取り付けられたノズルとを備え、
ノズルを通じてレーザ光を照射するとともにアシストガ
スを噴射して被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置
において、上記ノズルの周壁部に、その先端から所定長
さのスリットを形成することにより、ノズル先端部及び
少なくともその近傍に径方向の弾性をもたせるととも
に、少なくとも上記スリットが形成された部位でノズル
の外周部に係合し上記ノズルの軸線に沿って昇降する昇
降部材を設け、上記昇降部材をノズル外周部に係合した
まま上記ノズルの軸線に沿って移動させることにより、
上記ノズル先端部及び少なくともその近傍の径方向の広
がりを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物に対して
レーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して加
工するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集光レンズを保持する加工ヘッド
部と該加工ヘッド部の先端に取り付けられたノズルとを
備え、ノズルを通じてレーザ光を照射するとともにアシ
ストガスを噴射して被加工物をレーザ加工するレーザ加
工装置は、一般によく知られている。図８は、かかるレ
ーザ加工装置における加工ヘッド部４２の拡大断面図で
ある。上記加工ヘッド部４２の内側上部には、集光レン
ズ４３が保持され、また、その側面部にはガス供給口４
４が設けられている。更に、加工ヘッド部の先端には、
所定口径の出射口４７ａを備えたノズル４７が取り付け
られている。ノズル４７の出射口４７ａの口径（以下、
ノズル径という）は一定である。この加工ヘッド部４２
では、被加工物４９に対するレーザ加工に際し、上記ノ
ズル４７の出射口４７ａを通じて、上記集光レンズ４３
で集光したレーザ光が照射されるとともに、上記ガス供
給口４４から供給されたアシストガスが噴射されるよう
になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、良好な切断
精度のレーザ加工を行うためには、被加工物の材質の種
類、その板厚及び加工形状に応じて、適正な加工条件を
設定する必要がある。従来では、この加工条件を設定す
る上で、レーザ出力又は集光レンズの種類等を選定して
レーザ光を調整したり、アシストガスの種類，圧力，流
量、若しくはノズル径等を選定してアシストガスを調整
したりすることが知られている。しかしながら、かかる
加工条件の設定に際して、その条件によっては、種々の
付加作業が必要となり、生産性の向上が妨げられること
がある。従来、特に問題になっているのは、ノズル径の
変更である。前述した従来のレーザ加工装置では、ノズ
ル径が一定であるため、このノズル径を変更しようとす
る場合には、ノズル自体を交換する必要があった。この
ノズルの交換作業は工数の増大を招く。また、この交換
作業の自動化は難しく、このことは全生産工程を自動化
する上で大きな妨げとなっていた。

【０００４】そこで、この発明は、ノズルの交換作業を
要することなく、ノズル径を迅速に且つ自動的に変更す
ることができるレーザ加工装置を提供することを目的と
してなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明（以下、第１の発明という）は、集光レンズを保持す
る加工ヘッド部と該加工ヘッド部の先端に取り付けられ
たノズルとを備え、該ノズルを通じてレーザ光を照射す
るとともにアシストガスを噴射して被加工物をレーザ加
工するレーザ加工装置において、上記ノズルの周壁部
に、その先端から所定長さの複数のスリットが形成され
ることにより、ノズル先端部及び少なくともその近傍が
径方向の弾性を有し、少なくとも上記スリットが形成さ
れた部位でノズルの外周部に係合し、上記ノズルの軸線
に沿って昇降する昇降部材が設けられており、上記昇降
部材がノズル外周部に係合したまま上記ノズルの軸線に
沿って移動することにより、上記ノズル先端部の径方向
の広がりが制御されることを特徴としたものである。

【０００６】また、本願の請求項２に係る発明（以下、
第２の発明という）は、上記ノズル及び昇降部材の係合
面が、上記ノズルの軸線に対して傾斜するようにテーパ
状に形成されていることを特徴としたものである。

【０００７】更に、本願の請求項３に係る発明（以下、
第３の発明という）は、上記昇降部材を上記ノズルの軸
線に沿って移動させる昇降部材移動手段を備え、該昇降
部材移動手段が数値制御されることを特徴としたもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１に係るレ
ーザ加工装置の構成を示す図である。このレーザ加工装
置１０は、レーザ光を出射するレーザ発振器５と、該レ
ーザ発振器に電力供給する電源装置６と、レーザ光を反
射する反射鏡９と、被加工物１４にレーザ光を照射する
とともにアシストガスを噴射するための加工ヘッド部２
と、該加工ヘッド部２に対するアシストガス供給を制御
するアシストガスコントローラ１２と、上記被加工物１
４を保持するテーブル１５と、該テーブル１５の位置を
制御するサーボコントローラ１６と、上記電源装置６，
アシストガスコントローラ１２及びサーボコントローラ
１６を制御する数値制御部（以下、ＮＣという）１１と
から構成されている。

【０００９】以上の構成を備えたレーザ加工装置１０で
は、上記レーザ発振器５から出射されたレーザ光が、上
記反射鏡９に反射された後、上記加工ヘッド部２に入射
する。これと同時に、アシストガスが加工ヘッド部２内
に供給される。レーザ加工に際して、被加工物１４にレ
ーザ光が照射されるとともに、アシストガスが噴射され
る。この間、上記ＮＣ１１は、上記被加工物１４の材質
の種類、その板厚及び加工形状に応じて予め設定された
所定値に基づき、上記電源装置６，アシストガスコント
ローラ１２及びサーボコントローラ１６を適正に制御す
る。

【００１０】図２は、上記加工ヘッド部２を拡大して示
す断面説明図である。この加工ヘッド部２の内側上部に
は、レーザ光を集光する集光レンズ３が保持され、ま
た、その側面部にはアシストガスが供給されるガス供給
口４が設けられている。そして、加工ヘッド部２の先端
には、レーザ光及びアシストガスが共に出射するための
ノズル７が取り付けられている。この実施の形態では、
図３から良く分かるように、上記ノズル７が、その軸線
に対して傾斜するように下方に向かってテーパ状に形成
されており、上記ノズル７の周壁部には、その先端から
中央付近にかけて延びる複数のスリット８が設けられて
いる。かかるスリット８を設けることにより、上記ノズ
ル７は、上記スリット８が形成される部位で径方向の弾
性を有するようになる。このノズル７では、上記スリッ
ト８の隔たりを含んで各先端部により構成される開口部
が、レーザ光及びアシストガスが共に出射する出射口７
ａとなる。

【００１１】また、この実施の形態では、上記加工ヘッ
ド部２の先端側に、その外周部及び先端部を取り囲み、
加工ヘッド部２の外周部に沿って昇降する昇降部材１３
が取り付けられている（図２参照）。昇降部材１３の下
面には、上記ノズル７の先端部が突出するための開口部
１３ａが設けられている。この開口部１３ａの内縁部
は、上記ノズル７の形状に対応してテーパ状に形成され
ており、この開口部１３ａから突出するノズル７の外周
部に係合するようになっている。この昇降部材１３は、
昇降動作時に、上記ノズル７の軸線に沿って上下方向に
移動するが、上記ノズル７及び昇降部材１３の係合面の
形状によれば、上記昇降部材１３は、ノズル７の外周部
に係合したまま移動することができる。この移動に伴
い、上記ノズル７は、上記スリット８が形成された部位
で、その径方向の広がりについて制御されることとな
る。尚、図３では、図面の明瞭化のため、上記昇降部材
１３をその外形のみ仮想線を用いて表わすようにした。

【００１２】上記昇降部材１３のノズル７の軸線に沿っ
た移動に伴い、上記ノズル７の先端部における出射口７
ａの口径（以下、ノズル径という）が変化する様子を、
図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、それ
ぞれ、上記昇降部材１３が上方向及び下方向に移動した
状態における加工ヘッド部２の断面説明図である。図４
（ａ）に示すように、上記昇降部材１３がノズル７の軸
線に沿って上方向に移動すると、昇降部材１３の開口部
１３ａは、上記ノズル７の上側に係合するようになる。
このとき、上記ノズル７は、上記開口部１３ａによって
その外周から押圧されるため、上記ノズル７のスリット
８が形成された部分が内側へ撓み、ノズル７の先端部に
おけるノズル径は小さくなる（図４（ｂ）参照）。

【００１３】一方、上記昇降部材１３が下方向に移動す
ると、図５（ａ）に示すように、昇降部材１３の開口部
１３ａは、上記ノズル７の下側に係合するようになる。
この下方向への移動に伴い、上記ノズル７のスリット８
が形成された部分は、その弾性により外側へ広がり、上
記ノズル７の先端部におけるノズル径が大きくなる（図
５（ｂ）参照）。このように、本実施の形態では、上記
昇降部材１３をノズル７の軸線に沿って上下方向に移動
させることにより、上記ノズル７の先端部の径方向の広
がりを制御することができ、ノズル径を所望に変化させ
ることができる。

【００１４】図６は、被加工物の板厚と良好な切断精度
でレーザ加工する上で適正なノズル径との関係を表した
図である。レーザ加工において良好な切断精度を得るに
は、被加工物の切断部分の溶融物をアシストガスを噴射
して排除するプロセスが重要である。ある切断幅につい
て考慮した場合、一般に、板厚が大きいほど切断溝が深
く、溶融物に対してアシストガスが投射されにくくなる
ため、その排除作業は難しくなる。従って、かかる溶融
物の排除作業を円滑に行うためには、被加工物の板厚が
大きいほど切断幅を広く設定しなければならない。ま
た、レーザ加工において良好な切断精度を得るには、被
加工物にレーザ光が照射される位置を中心とした所定範
囲をアシストガスでシールドし、周辺からの空気の混入
を防止する必要があることが知られている。これに基づ
き、切断幅が広く設定された場合には、その切断幅を含
む所定範囲にわたってアシストガスを噴射し得るよう
に、ノズル径を大きく設定することが必要となる。

【００１５】図６の実線は、従来のレーザ加工装置にお
ける、被加工物の板厚とそれに対応するノズル径との関
係を表している。この実線を見ると、上記のように、被
加工物の板厚が大きいほど、それに適正なノズル径が大
きくなることが分かる。従来では、被加工物の板厚に応
じてノズル径を設定するために、ノズルをその都度交換
する必要があったが、本発明によれば、ノズル径が可変
である１つのノズル７を用いて、図６の斜線部分に示す
ように、必要とされる全てのノズル径をカバーすること
が可能となる。

【００１６】以上のように、この実施の形態では、被加
工物１４の板厚に応じて、ノズル７を交換する必要もな
く、上記昇降部材１３をノズル７の軸線に沿って上下方
向に移動させることにより、ノズル径を迅速に変更する
ことが可能となり、生産性の向上を実現することができ
る。

【００１７】実施の形態２．図７は、本発明の実施の形
態２に係るレーザ加工装置３０の構成を示す図である。
尚、以下の説明においては、上記実施の形態１における
場合と同じものには、同一の符号を付し、それ以上の説
明は省略する。この実施の形態２では、加工ヘッド部２
２の下側に取り付けられた昇降部材２３に、ネジ孔を備
えたブラケット部材２７が固定されるとともに、このブ
ラケット部材２７に対応して、上記加工ヘッド部２２の
上側には、所定長さのボールネジ２６を備えた駆動モー
タ２８が取り付けられている。上記ボールネジ２６は、
上記駆動モータ２８から下方へ延び、上記ブラケット部
材２７のネジ孔に挿通させられている。このボールネジ
２６は、モータ２８の駆動によって、その中心軸まわり
に回転可能である。この回転動作において、駆動モータ
２８は、ＮＣ１１により制御される。

【００１８】かかる構成を備えた実施の形態２では、例
えば被加工物１４の板厚に応じたノズル径の変更に際
し、上記駆動モータ２８がＮＣ１１により駆動させら
れ、ボールネジ２６が回転することにより、ブラケット
部材２７を介して、上記昇降部材１３が、ノズル７の軸
線に沿って上下方向に移動する。このとき、上記実施の
形態１において説明したようにノズル径が変化する。す
なわち、この実施の形態では、人手によらず自動的にノ
ズル径を変化させることができ、これによって、生産工
程の自動化を推進することが可能となる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、上記第
１の発明によれば、昇降部材をノズルの軸線に沿って移
動させることにより、ノズルの径方向の広がりを制御す
ることができる。この結果、ノズルを交換する必要もな
く、被加工物の板厚に応じて、ノズル径を所望に且つ迅
速に変更することが可能となり、生産性の向上を実現す
ることができる。

【００２０】また、上記第２の発明によれば、上記ノズ
ル及び昇降部材の係合面が、テーパ状に形成されている
ため、上記昇降部材は、ノズル外周部に係合したまま上
記ノズルの軸線に沿って円滑に移動し、上記ノズルの径
方向の広がりを制御することができる。

【００２１】更に、上記第３の発明によれば、ノズル径
の変更に際し、ＮＣ制御される昇降部材移動手段を用い
て、上記昇降部材をノズルの軸線に沿って自動的に移動
させることにより、人手によらずノズル径を変更するこ
とができ、生産工程の自動化を推進することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置
の構成を示す図である。

【図２】 上記レーザ加工装置における加工ヘッド部の
断面説明図である。

【図３】 上記加工ヘッド部に取り付けられたノズルの
構造を示す斜視図である。

【図４】（ａ） 上記ノズルの軸線に沿って移動する昇
降部材が上側に位置する状態における加工ヘッド部の断
面説明図である。 （ｂ） 上記昇降部材が上側に位置する状態におけるノ
ズルの正面図である。

【図５】（ａ） 上記昇降部材が下側に位置する状態に
おける加工ヘッド部の断面説明図である。 （ｂ） 上記昇降部材が下側に位置する状態におけるノ
ズルの正面図である。

【図６】 被加工物の板厚とそれに適正なノズル径との
関係を表した図である。

【図７】 本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置
の構成を示す図である。

【図８】 従来のレーザ加工装置における加工ヘッド部
の拡大断面図である。

【符号の説明】

２…加工ヘッド部 ３…集光レンズ ７…ノズル ７ａ…出射口 ８…スリット １０…レーザ加工装置 １３…昇降部材 ２６…ボールネジ ２７…ブラケット部材 ２８…駆動モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光レンズを保持する加工ヘッド部と該
   加工ヘッド部の先端に取り付けられたノズルとを備え、
   該ノズルを通じてレーザ光を照射するとともにアシスト
   ガスを噴射して被加工物をレーザ加工するレーザ加工装
   置において、 上記ノズルの周壁部に、その先端から所定長さの複数の
   スリットが形成されることにより、ノズル先端部及び少
   なくともその近傍が径方向の弾性を有し、 少なくとも上記スリットが形成された部位でノズルの外
   周部に係合し、上記ノズルの軸線に沿って昇降する昇降
   部材が設けられており、 上記昇降部材がノズル外周部に係合したまま上記ノズル
   の軸線に沿って移動することにより、上記ノズル先端部
   の径方向の広がりが制御されることを特徴とするレーザ
   加工装置。
2. 【請求項２】 上記ノズル及び昇降部材の係合面が、上
   記ノズルの軸線に対して傾斜するようにテーパ状に形成
   されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
   装置。
3. 【請求項３】 上記昇降部材を上記ノズルの軸線に沿っ
   て移動させる昇降部材移動手段を備え、該昇降部材移動
   手段が数値制御されることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のレーザ加工装置。