KR100499657B1 - 레이저 가공헤드 - Google Patents

Abstract

레이저 가공헤드에서, 레이저광의 광축방향에 따른 방향의 제 1의 단부에 플랜지를 갖는 동시에 제 2의 단부에 레이저광출사용 노즐을 갖는 제 1의 가공헤드부와, 이 제 1의 가공헤드부의 상기 플랜지와 걸어맞춤되는 피걸어맞춤부를 소유하고 상기 제 1의 가공헤드부를 이탈가능하게 유지하는 제 2의 가공헤드부와, 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 대향하는 상기 플랜지의 외주면에 설치된 결합부에 끼워붙임되는 동시에 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 압접하는 O링을 구비함으로서, 제 1의 가공헤드부가 장해물에 충돌했을 경우에 파손방지 기능이 확실하게 동작하고, 제 1의 가공헤드부의 손상은 물론 레이저 가공헤드 전체의 손상도 방지하는 동시에 통상 상태에서는 확실하게 제 1의 가공헤드부가 유지 고정되는 것이다.

Description

레이저 가공헤드{LASER MACHINING HEAD}

본 발명은 3차원의 레이저 가공기에 사용되는 이동식의 레이저 가공헤드에 관한 것이다.

도 4는 예를 들면 일본국 특개평 7-178546호 공보에 표시되어 있는 종래의 레이저 가공헤드를 표시하는 단면도이다. 도 4에서 레이저 발진기(도시않음)에서 출사된 레이저광 L이 광로(6)를 통해서 가공헤드부를 구성하는 토치 본체(1)에 입사한 후, 노즐부(7)의 구멍으로부터 레이저광 L이 출사되고, 가공대상인 워크(도시않음)를 가공하는 것이다.

토치 본체(1)의 일부를 구성하는 동시에 자석(8)과 스위치(5)와 관통공(10)을 각각 소정의 위치에 구비한 플랜지(4)와, 플랜지(4)의 형상에 대응해서 형성되고, 내주벽(3a), 내저면(3b)을 구비한 홈(3)을 가지고 있고, 또 자석(8), 관통공(10)에 대응해서 각각 자성체(9)와 나사(11) 및 탄성부재(12)를 구비한 브래킷(2)을 소유하고, 홈(3)에 플랜지(4)를 끼워맞춤시켜 자석(8)과 자성체(9)와의 자력으로 접합함으로써, 브래킷(2)과 토치 본체(1)를 유지하도록 되어 있다.

이상의 구성에서 토치 본체(1)의 선단에 있는 선단 노즐부(7) 등에 어떠한 장해물, 예를 들면 워크가 충돌해서 자석(8)과 자성체(9)와의 자기력으로 고정한 고정력을 초과한 충격력이 토치 본체(1)에 가해지면, 가공헤드부가 그 충격력으로 망가지는 것을 방지하기 위해 자석(8)과 자성체(9)가 이탈되고, 장해물이 접촉한 부분과 반대방향의 플랜지(4)의 상면이 탄성부재(12)를 누르고, 플랜지(4)가 브래킷(2)의 홈(3)에서 올려지고, 이탈하는 구조로 되어 있다.

상술한 바와 같이 일단 플랜지(4)가 홈(3)에서 이탈한 토치 본체(1)는 장해물로부터의 회피, 또는 장해물의 제거후 플랜지(4)가 탄성부재(12)에 의해 압압되어 플랜지(4)는 홈(3)에 다시 끼워맞춤되고, 자석(4)과 자성체(9)에 의해 자기적으로 고정되며, 토치 본체(1)는 원래의 상태로 복귀하도록 되어 있다.

그러나, 실제로는 플랜지(4)가 본래의 끼워맞춤 상태에서 이탈하여 그 일부가 올려진 후 브래킷(2)의 상연면(2a)에 올려진 상태로 걸리게 되는 경우가 있고, 원만한 복귀동작을 하지 않는다는 불편한 점이 있었다. 또 플랜지(4)와 상연면(2a)이 걸리는 일이 없도록 끼워맞춤하는 극간을 크게 하면, 중심결정 정밀도가 저하한다는 불합리한 점이 있었다.

또, 근년 레이저 가공기에서는 그 성능향상에 따라 가공동작의 고속화 및 고가속도화가 진행되고 있다. 또, 3차원 레이저 가공기의 경우 노즐의 방향은 하향 뿐 아니라 통상 수평방향까지 회전한다. 질량이 큰 토치 본체(1) 및 선단 노즐부(7)가 가공시의 이동(특히 가속)에 의해 위치 어긋남을 일으키지 않도록 자석 등에 의한 고정력은 크게 할 필요가 있었다. 한편, 고정력을 과도하게 강하게 하면, 장해물과의 충돌시에 충격을 충분히 흡수할 수가 없고, 토치 본체(1)가 경사되기 이전에 충격력에 의해 선단 노즐부(7)가 파손되는 경우가 많고, 이점에 착안하면 고정력을 너무 강하게 설정할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 된 것으로, 간단한 구성에 의해 확실하게 파손 방지기능이 동작하고, 가공헤드부의 손상을 방지하는 동시에 일단 걸어맞춤상태에서 이탈한 가공헤드부가 확실하게 원래의 걸어맞춤상태로 복귀할 수가 있는 레이저 가공헤드를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

(발명의 개시)

본 발명은 레이저광의 광축방향에 따른 방향의 제 1의 단부에 플랜지를 갖는 동시에 제 2의 단부에 레이저광출사용 노즐을 갖는 제 1의 가공헤드부와, 이 제 1의 가공헤드부의 상기 플랜지와 걸어맞춤하는 피걸어맞춤부를 소유하고 상기 제 1의 가공헤드부를 탈리가능하게 유지하는 제 2의 가공헤드부와, 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 대향하는 상기 플랜지의 외주면에 설치된 결합부에 끼워붙임되는 동시에 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 압접하는 O링을 구비한 레이저 가공헤드를 제공하는 것이다.

상기의 구성에 의해 확실하게 파손 방지기능이 동작하고, 가공헤드부의 손상을 방지하는 동시에 일단 걸어맞춤 상태에서 이탈한 가공헤드부가 확실하게 원래의 걸어맞춤 상태로 복귀할 수가 있다.

또, 본 발명은 피걸어맞춤부에 테이퍼 형상부가 형성된 레이저 가공헤드를 제공하는 것이다.

상기한 구성에 의해 가공헤드부의 원래의 걸어맞춤 상태로의 복귀가 보다 확실하게 또 원활하게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 의한 레이저 가공헤드의 플랜지 부착 파이프가 걸어맞춤된 상태의 요부 단면도,

도 2는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 의한 레이저 가공헤드의 플랜지 부착 파이프가 경사진 상태의 요부 단면도,

도 3은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 의한 레이저 가공헤드의 요부 단면도,

도 4는 종래의 레이저 가공헤드의 요부 단면도.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

실시의 형태 1.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 의한 레이저 가공헤드를 설명하기 위한 요부 단면도이다. 도 1은 플랜지 부착 파이프가 중공 우리(hollow cage)형 부재와 걸어맞춤된 상태, 도 2는 플랜지 부착 파이프가 중공 우리형 부재와의 걸어맞춤에서 이탈하고, 경사진 상태를 표시하고 있다.

도 1에서, 21은 하단에 레이저광출사용 노즐로서의 선단 노즐부(17)를 부착하는 동시에 상단에 플랜지(21a)를 갖는 제 1의 가공헤드부로서의 플랜지 부착 파이프, 22는 내면에 플랜지(21a)를 피걸어맞춤부로서 형성된 끼워맞춤홈(23)에서 끼워맞춤해서 지지고정하는 제 2의 가공헤드부로서의 중공 우리형 부재이다. 중공 우리형 부재(22)는 플랜지 부착 파이프(21)의 결합부(21b)와 중공 우리형 부재(22)의 압접 오목부(22a)와의 사이에 삽입된 탄성을 갖는 O링(24)을 통해서 플랜지 부착 파이프(21)를 지지고정하고 있다.

O링(24)은 결합부(21b)에 끼워붙임으로 유지되어 있고, 또, 중공 우리형 부재(22)의 압접 오목부(22a)에는 이 O링(24)을 약간 누르는 정도의 오목 형상의 지지부(22b)가 형성되어 있다. 또, 압접 오목부(22a)의 상부에는 테이퍼형상부(22c)가 형성되어 있다.

플랜지 부착 파이프(21)를 중공 우리형 부재(22)에 고정시키는데 있어서 자석을 사용하지 않고 O링(24)을 사용함으로서, 간단한 구성으로 일정이상의 충격력을 받은 경우에 플랜지 부착 파이프(21)가 중공 우리형 부재(22)로부터 확실하게 이탈되도록 할 수가 있다.

도 1에 표시한 바와 같이 가속력 및 회전에 의해 작용방향이 변화하는 중력은 모두 플랜지 부착 파이프(21) 및 이에 부착된 선단 노즐부(17) 등을 포함하는 가동부의 중심 G에 작용한다. 이 경우 점 P를 지지점으로 하여 Q가 상방으로 이동하는 모멘트가 작용하고, 이 모멘트에 의해 플랜지 부착 파이프(21)가 경사지게 된다. 그러나, 중심 G에 작용하는 힘 F는 O링(24)을 통해서 압접 오목부(22a)에 작용하므로 압접 오목부(22a)의 O링(24)에 대한 유지력은 이 힘 F에 비례해서 증대한다. 따라서, 압접 오목부(22a)의 지지부(22b)로부터 O링(24)이 이탈되는 일은 없다.

또, 선단 노즐부(17)에 워크(도시않음)가 당접하고, 도 2에 표시한 바와 같이 플랜지 부착 파이프(21)가 경사지는 경우를 생각한다.

플랜지 부착 파이프(21)는 O링(24)과 O링(24) 유지를 위한 오목 형상의 지지부(22b)와의 접촉점 P를 지지점으로 해서 경사지게 되나, 플랜지 부착 파이프(21)의 경사에 의해 O링(24)이 압접 오목부(22a)에 올라타게 된 경우에도 압접 오목부(22a)의 상부에 테이퍼형상부(22c)를 설치한 것과, 이 테이퍼형상부(22c)의 표면에 접하는 O링(24)이 탄성을 가지고 표면이 매끄러운 재질이므로 종래예의 것과 같이 브래킷(중공 우리형 부재(22)에 상당)과 플랜지와의 쌍방이 굳은 재질로 구성되고, 이로 인해 브래킷의 테이퍼면에 플랜지의 에지부가 걸린다는 일은 일어나지 않고, 일단 경사진 플랜지 부착 파이프(21)가 경사진(본래의 위치에서 벗어난) 상태대로 멈추어 있지 않고 테이퍼형상부(22c)를 O링(24)이 아래를 향해 매끄럽게 미끄러지고, 결과적으로는 플랜지 부착 파이프(21)가 본래의 위치에 재현성 좋게 복귀, 끼워맞춤하는 것이 가능해진다.

실시의 형태 2.

도 3은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 의한 레이저 가공헤드를 설명하기 위한 요부 단면도이다.

도 3에서, 도 1, 도 2와 같은 부호를 붙인 것은 동일하거나 또는 이에 상당하는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서, 플랜지 부착 파이프(31)는 스프링(37)에 의해 중공 우리형 부재(32)의 내면에 압압되어 있다. 또, 35는 걸어맞춤기구를 우리형 부재(32)로부터 분리된 독립된 걸어맞춤부재이면서 위치결정기능을 구비하고, 내측 상부에 테이퍼를 형성한 링상부재(이하 적당하게 테이퍼링이라 표기한다), 36은 테이퍼링(35)의 위치조정을 하는 중공 우리형 부재에 부착된 조정나사, 38은 우리형 부재(32)의 접촉면(32d)과 플랜지(31a)의 접촉면(31c)과의 사이에 삽입된 저마찰계수면으로서 기능을 하는 슬립시트이다.

33은 끼워맞춤홈이나, 이 실시의 형태의 것의 경우 상술한 제 1의 실시의 형태의 것과는 달리 플랜지 부착 파이프(31)의 결합부(31b)에 끼워붙임된 O링(34)의 외주측에는 위치결정용 테이퍼링(35) 및 그 테이퍼링(35)의 위치를 조정하는 조정나사(36)가 설치되어 있고, 이 때문에 플랜지(31a)와 끼워맞춤홈(33)과의 치수 정밀도는 제 1의 실시의 형태의 것일수록 엄밀한 치수 정밀도는 요구되지 않는다.

스프링(37)으로 플랜지(31a)를 누르는 힘이 작용하는 경우 플랜지(31a)측의 접촉면(31c)과 중공 우리형 부재(32)측의 접촉면(32d)이 직접 접하고 있으면, 접촉면(31c)과 접촉면(32d)과의 사이에는 마찰력이 작용한다.

특히 일단 경사지면, 플랜지(31a)의 에지부가 접촉면(32d)에 집중 가중을 가한다. 이 때문에 그 점의 마찰력이 증대하고, 당접이 해제되어도 스프링(37)의 누르는 힘을 크게 하지 않으면 자동적으로는 복귀할 수 없는 불합리함이 발생한다. 그래서 접촉면(31c)과 접촉면(32d)과의 사이에 마찰계수가 낮은 슬립시트(38)를 설치함으로서, 스프링(37)의 누르는 힘을 크게 하지 않고 원만한 위치복귀가 가능해지고, 큰 스프링의 누르는 힘에 의해 파손방지 효과를 저하시키는 일은 없다.

또, 끼워맞춤홈(33)내에서의 플랜지 부착 파이프(31)의 위치결정은 O링(34)의 탄성력의 균형에 의해 대략 결정되고, 재현성 좋게 위치결정되는 것이나, 이 실시의 형태의 것과 같이 플랜지(31a)를 아래로 누르는 스프링(37)이 존재하고, 그 스프링(37)이 누르는 힘이 과대하게 작용하는 경우 접촉면 31c와 32d의 사이에는 유한의 마찰력이 작용하여 플랜지 부착 파이프(31)는 움직이기 어렵게 된다. 즉, 이 마찰력에 의해 결과적으로 플랜지 부착 파이프(31)의 위치결정 정밀도는 저하한다. 접촉면 31c와 32d의 사이에 상술한 슬립시트(38)를 삽입함으로 해서, 이 스프링(37)에 의한 마찰력에 기인하는 위치결정 정밀도의 저하도 극히 작게 억제하는 것이 가능해진다.

이 슬립시트(38)는 가공중에 걸리는 어시스트 가스의 실(seal)로서도 기능을 한다.

또, 이 실시의 형태의 것에서는 도 3에 표시한 바와 같이 슬립시트(38)를 사용해서 마찰력을 경감한 저마찰계수면을 실현하였으나, 접촉면중 적어도 한쪽에 저마찰계수의 피막을 형성해도 된다. 예를 들면, 부재가 알루미늄인 경우는 알루마이트 피막을 설치해도 된다.

또, 플랜지 부착 파이프(31)를 압압하는 스프링(37)은 이 실시의 형태의 것에서는 도 3에 표시한 바와 같이 그 선경에 까지 축소되도록 테이퍼형으로 하고 있다. 이와 같은 테이퍼 스프링을 사용함으로서 워크에 대해 수직방향으로 당접한 경우 그 파손방지의 여유 스트로크가 증가해 한층 파손방지 효과가 상승된다.

또, 플랜지 부착 파이프(31)를 압압하는 스프링에 관해서는 이 실시의 형태에서는 경(徑)이 큰 테이퍼 스프링으로 하였으나, 값싼 소경의 스프링을 여러개 사용해도 된다.

또, 플랜지(31a)의 외주면 형상을, 예를 들어 원호형상으로 해서 에지부가 존재하지 않도록 해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로서 플랜지(31a)의 경사 및 복귀시의 중공 우리형 부재의 내면에 플랜지(31a)가 걸리기 힘들게 되고, 보다 원활한 경사 및 복귀동작이 가능해진다.

또, 플랜지(31a)에 착좌 검출센서 또는 선단 노즐부(17)의 근방에 접촉센서를 설치하고, 이들 센서의 신호에 의해 레이저 가공기의 비상정지를 해도 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 제 2의 가공헤드부에 설치된 피걸어맞춤부의 내주면과 대향하는 제 1의 가공헤드부의 플랜지의 외주면에 설치된 결합부에 끼워붙임되어 피걸어맞춤부의 내주면과 압접하는 O링을 구비함으로서, 간단한 구성에 의해 제 1의 가공헤드부의 장해물과의 충돌시에 확실하게 파손방지 기능이 동작하고, 장해물과의 충돌에 의한 제 1의 가공헤드부, 나아가서는 레이저 가공헤드 전체의 손상을 방지하는 동시에 통상은 확실하게 제 1의 가공헤드부가 유지 고정된다는 효과가 있다.

또, 본 발명에 의하면, 제 2의 가공헤드부의 피걸어맞춤부에 테이퍼형상부가 형성됨으로서, 장해물과의 충돌에 의해 제 1의 가공헤드부가 경사지게 되어 걸어맞춤상태에서 이탈된 경우에도 플랜지의 외주면에 설치된 결합부에 끼워붙임된 O링이 테이퍼형상부를 미끄러져 내림으로서, 제 1의 가공헤드부가 기울어진 상태대로가 되는 일이 없고, 원래의 유지 고정되는 위치에 위치 재현성 좋게 되돌아간다는 효과를 나타낸다.

이상과 같이 본 발명에 관한 레이저 가공헤드는 예를 들면 3차원의 레이저 가공기에 사용되는데 적당하다.

Claims (2)

1. 레이저광의 광축방향에 따른 방향의 제 1의 단부에 플랜지를 갖는 동시에 제 2의 단부에 레이저광출사용 노즐을 갖는 제 1의 가공헤드부와, 이 제 1의 가공헤드부의 상기 플랜지와 걸어맞춤되는 피걸어맞춤부를 가지고 상기 제 1의 가공헤드부를 이탈가능하게 유지하는 제 2의 가공헤드부와, 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 대향하는 상기 플랜지의 외주면에 설치된 결합부에 끼워붙임되는 동시에 상기 피걸어맞춤부의 내주면과 압접하는 O링을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드.
2. 제 1 항에 있어서, 피걸어맞춤부에 테이퍼형상부가 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드.