KR102038636B1 - 레이저 가공용 노즐유닛 - Google Patents

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김효상
양현우
이원재
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주식회사 에이치케이
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Abstract

본 발명은 원터치식 결합 및 분리 동작을 구현함으로써 노즐의 교체 작업을 매우 용이하게 수행할 수 있고, 노즐의 장착 상태를 정확하고 균일하게 유지할 수 있으며, 노즐 결합부분의 손상도 예방할 수 있는 레이저 가공용 노즐유닛을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 노즐홀과, 상기 노즐홀을 중심으로 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 결합돌출부를 구비하는 노즐본체; 및 하부에 상기 노즐본체가 삽입되어 결합되고, 제1 위치에서는 상기 결합돌출부의 삽입 또는 분리를 허용하고, 상기 노즐홀을 중심으로 원주방향을 따라 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에서는 상기 결합돌출부가 안착되는 노즐결합부를 구비하는 노즐어댑터;를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

레이저 가공용 노즐유닛{NOZZLE UNIT FOR LASER MACHINING}
본 발명은 레이저 가공용 노즐유닛에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 가공장치로부터 노즐을 쉽게 교체하여 사용할 수 있도록 하는 레이저 가공용 노즐유닛에 관한 것이다.
레이저 가공장치는 레이저(laser) 발진기로부터 발생된 레이저 빔을 가공헤드를 경유하면서 집광하여 가공헤드의 하단부에 설치된 노즐을 통해 가공물에 조사하여 가공물을 가공하는 장치이다.
이러한 레이저 가공장치를 이용한 가공방법 중 하나인 절단가공은 레이저 발진기에서 발생된 레이저 빔을 렌즈나 거울을 사용하여 재료의 표면에 미소 스폿으로 집광하고 적절한 가공가스를 분사시켜 재료 또는 레이저 빔을 이동하면서 판재를 용융, 증발시켜 분리하는 가공방법이다.
이처럼 레이저 빔 및 가공가스를 가공물에 정확하고 효과적으로 조사하기 위해 가공헤드의 하단부에는 오리피스 형태의 노즐홀이 구비된 노즐이 결합되며, 이러한 노즐은 장시간 사용에 따른 단순 교체뿐만 아니라 가공물의 종류나 가공조건에 따라 노즐을 적절히 교체하여 사용하게 된다.
종래 노즐과 가공헤드는 각각 암나사와 수나사가 형성되어 가공헤드에 노즐을 나사식으로 조립하여 장착하게 되어 있어서, 설치 및 교체작업에 상당한 불편함이 발생된다.
또한 장시간 사용 시에는 나사부의 마모에 따른 노즐의 장착 불량의 문제가 발생되며, 이로 인하여 레이저 빔이나 가공가스를 정확한 가공부위에 조사하거나 분사하지 못해 가공물의 가공 불량을 초래하는 문제가 발생된다.
또한 가공헤드와 노즐의 결합부분에서 장착 불량이 발생되면, 가공헤드에 결합된 노즐을 교체하여 새 노즐로 교체하는 교체작업에도 상당한 불편함이 발생된다.
또한 가공헤드와 노즐이 장착 불량인 상태에서 과도한 힘으로 노즐을 장착시키거나 분리하고자 할 경우 가공헤드와 노즐의 결합부분이 완전히 손상되어 사용이 불가한 경우가 발생된다.
또한 가공헤드와 노즐이 장착 불량인 상태에서 과도한 힘으로 노즐을 장착시키거나 분리하고자 할 경우 가공헤드 측에 구비되는 상대적으로 약한 강도의 절연소재(예를 들어 세라믹)가 빈번하게 파손되는 문제가 발생된다.
또한 레이저 가공 중이거나 노즐을 교체하기 위한 이동 과정에서 가공물이나 주변 구조물에 노즐이 접촉될 수 있는데, 이 경우에도 가공헤드와 노즐의 결합부분이 손상되는 문제가 발생된다.
또한 레이저 가공 중이거나 노즐을 교체하기 위한 이동 과정에서 가공물이나 주변 구조물에 노즐이 접촉되면, 가공헤드와 노즐이 나사 결합과 같이 직접적으로 고정 결합된 상태에서는 접촉하중이 고스란히 가공헤드 측으로 전달되고, 이 경우 가공헤드 측에 배치되는 광학계의 위치를 틀어지게 할 수 있고, 이로 인하여 레이저 빔의 조사 불량을 초래하는 문제가 발생된다.
또한 노즐을 이동시켜 노즐 체인져(Changer)에 구비된 새로운 노즐로 교체하고자 할 경우에는 가공헤드와 노즐의 나사 결합을 위하여 가공헤드와 노즐 체인져 간의 정확한 위치 제어가 요구되고, 이를 만족하기 위한 노즐 체인져 역시 기구적 구조와 제어 프로그램이 복잡해지고 비용이 증가되는 문제가 발생된다.
대한민국등록실용신안공보 제20-0172031호(2000.03.15.공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 원터치식 결합 및 분리 동작을 구현함으로써 노즐의 교체 작업을 매우 용이하게 수행할 수 있고, 노즐의 장착 상태를 정확하고 균일하게 유지할 수 있으며, 노즐 결합부분의 손상도 예방할 수 있는 레이저 가공용 노즐유닛을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛은, 노즐홀과, 상기 노즐홀을 중심으로 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 결합돌출부를 구비하는 노즐본체; 및 하부에 상기 노즐본체가 삽입되어 결합되고, 제1 위치에서는 상기 결합돌출부의 삽입 또는 분리를 허용하고 상기 노즐홀을 중심으로 원주방향을 따라 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에서는 상기 결합돌출부가 안착되는 노즐결합부를 구비하는 노즐어댑터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛에 있어서, 상기 노즐어댑터의 내부에 슬라이드 가능하게 배치되며, 상기 노즐결합부에 결합된 상기 결합돌출부를 대향하는 플랜지부를 구비하는 슬리브부재; 및 상기 노즐어댑터와 상기 슬리브부재 사이에 배치되며, 상기 플랜지부를 가압하여 상기 노즐결합부에 상기 결합돌출부를 밀착시키는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛에 있어서, 상기 노즐결합부는, 상기 노즐어댑터의 내측방향으로 돌출되게 형성되고 상부면에 평탄지지부가 구비되는 환형돌출부; 상기 결합돌출부가 관통되도록 상기 환형돌출부의 내측 둘레를 따라 배치되는 관통홈부; 및 상기 관통홈부와 원주방향으로 이격되게 배치되며, 상기 평탄지지부를 따라 이동하는 상기 결합돌출부가 안착되는 안착부;를 포함할 수 있다.
이때 상기 안착부는 상기 결합돌출부와 상응하도록 오목하게 형성될 수 있다.
또한 상기 결합돌출부의 상부 끝단 또는 상기 관통홈부의 하부 끝단에는, 경사지게 형성되며 상기 관통홈부에 상기 결합돌출부의 삽입을 안내하기 위한 경사안내부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 결합돌출부는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 이동할 시, 상기 평탄지지부와의 마찰이 회피되도록 상기 평탄지지부로부터 이격될 수 있다.
또한 상기 결합돌출부의 하부는 하방으로 볼록하게 만곡부가 형성되고, 상기 안착부는 상기 만곡부가 밀착되게 상기 만곡부와 상응한 형상으로 구비될 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛에 있어서, 상기 노즐본체와 상기 슬리브부재 사이에 배치되며, 상기 노즐본체와 상기 슬리브부재의 경계부분의 기밀을 유지시키는 제1 실링부재; 및 상기 노즐어댑터와 상기 탄성부재 사이에 배치되며, 상기 노즐어댑터와 상기 슬리브부재의 경계부분의 기밀을 유지시키는 제2 실링부재;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛에 있어서, 상기 노즐어댑터는, 상단에는 레이저 가공장치의 가공헤드에 결합되는 헤드결합부가 구비되고, 하단에는 제1 노즐어댑터결합부가 구비되며, 내측에는 제1 관통홀이 구비되는 제1 노즐어댑터; 및 상단에는 상기 제1 노즐어댑터결합부와 결합되는 제2 노즐어댑터결합부가 구비되고, 하단에는 상기 노즐결합부가 구비되며, 내측에는 상기 제1 관통홀과 연통되는 제2 관통홀이 구비되는 제2 노즐어댑터;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛에 있어서, 상기 슬리브부재는, 상기 노즐홀과 동축이 유지되도록, 상단부 및 하단부가 상기 노즐어댑터의 내부에서 슬라이드 가능하게 지지될 수 있다.
이때 상기 슬리브부재는, 상기 노즐홀과 동축이 유지되도록, 상단부는 상기 제1 관통홀 상에 슬라이드 가능하게 지지될 수 있고, 하단부는 상기 제2 관통홀 상에 슬라이드 가능하게 지지될 수 있다.
또한 상기 슬리브부재는, 상기 탄성부재의 복원력에 의해 상기 플랜지부가 하방으로 이동되어 상기 노즐본체에 밀착된 상태에서, 상단부가 상기 제1 관통홀의 내부에 삽입된 상태를 유지함이 바람직하다.
본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛은 노즐어댑터에 대해 노즐본체가 실질적으로 원터치식의 결합과 분리 동작을 구현함으로서, 노즐의 교체 작업을 매우 손쉽고 신속하게 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 노즐어댑터에 대해 노즐본체가 탄성부재를 매개로 일정한 결합력을 유지하기 때문에, 노즐의 정확하고 균일한 장착 상태를 유지할 수 있고, 노즐어댑터와 노즐본체의 결합부분에서 발생되는 손상을 예방할 수 있다.
또한 본 발명은 노즐어댑터에 대해 노즐본체가 탄성부재를 매개로 일정한 결합력을 유지하도록 하기 때문에, 레이저 가공 중이거나 노즐 교체를 위한 이동 시 가공물이나 주변 구조물에 노즐이 접촉되더라도 충격을 효과적으로 흡수할 수 있고, 노즐어댑터와 가공헤드의 결합부분에서 발생되는 손상뿐만 아니라 광학계의 위치가 틀어지는 등의 문제도 예방할 수 있다.
또한 본 발명은 노즐 교체 작업을 매우 손쉽게 할 수 있기 때문에, 기존 노즐 체인져의 기구적인 구조 및 제어 프로그램을 간소화시킬 수 있고, 이로서 비용 절감도 기대할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛은 노즐의 교체를 신속하게 할 수 있고, 교체된 노즐의 정확한 장착 상태를 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 레이저 가공 작업의 효율도 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐분체와 노즐어댑터의 결합 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결합돌출부와 노즐결합부의 삽입, 분리 및 안착 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 결합돌출부가 노즐결합부의 관통홈부 및 안착부에 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 노즐분체와 노즐어댑터의 결합 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결합돌출부와 노즐결합부의 삽입, 분리 및 안착 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛을 나타낸 결합 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛(100)은, 노즐본체(110) 및 노즐어댑터(120)를 포함한다.
노즐본체(110)는, 가공대상물이나 가공조건에 따라 교체 대상이 되는 부분으로, 레이저가 조사되는 노즐홀(111)과, 상기 노즐홀(111)을 중심으로 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 결합돌출부(115)가 구비된다.
상기 노즐홀(111)은 오리피스 구조를 이룰 수 있다.
상기 결합돌출부(115)는 노즐본체(110)의 상부 둘레에서 노즐홀(111)을 중심으로 외측방향으로 돌출되게 형성될 수 있으며, 노즐홀(111)을 중심으로 둘레를 따라 일정 간격을 유지하며 복수개가 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이 180도 간격을 유지하며 2개가 배치될 수 있고, 이와 달리 90도 간격을 유지하는 4개, 60도 간격을 유지하는 6개로 구성될 수도 있다. 즉, 결합돌출부(115)는 노즐홀(111)을 중심으로 원주방향을 따라 일정 간격을 유지하는 조건에서 2개의 이상의 복수개가 구비될 수 있다.
실시예에 따른 노즐본체(110)는 상단부가 후술되는 노즐어댑터(120)에 삽입되어 결합되고, 나머지 노출되는 하단부에는 노즐본체(110)에 회전력을 제공하기 위한 파지부(112)가 구비될 수 있다. 이러한 파지부(112)는 나사와 같이 노즐 체인져 등의 외부 클램핑 기구에 의해 클램핑이 용이한 형상을 가질 수 있다.
노즐어댑터(120)는, 레이저 가공장치의 가공헤드(미도시)와 상기 노즐본체(110)를 연결하여, 가공헤드를 경유하면서 제공되는 레이저 빔 및 가공가스를 노즐본체(110)의 노즐홀(111)로 제공하는 것으로, 상단부는 레이저 가공장치의 가공헤드와 결합되고, 하단부는 상기 노즐본체(110)가 삽입되어 결합된다.
상기 노즐어댑터(120)는 노즐결합부(125)를 포함한다.
상기 노즐결합부(125)는 제1 위치에서는 상기 결합돌출부(115)의 삽입 또는 분리를 허용하고, 상기 노즐홀(111)을 중심으로 원주방향을 따라 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에서는 상기 결합돌출부(115)를 안착시켜 위치 고정시킨다.
이때 상기 제1 위치는 상기 노즐결합부(125)의 원주방향을 따라 서로 다른 회전각을 유지하는 하나 이상의 위치일 수 있다.
또한 상기 제2 위치 역시 상기 노즐결합부(125)의 원주방향을 따라 서로 다른 회전각을 유지하는 하나 이상의 위치일 수 있다.
결국 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 노즐결합부(125)의 원주방향을 따라 서로 이격된 상태 즉, 서로 중첩되지 않는 위치를 의미하는 것이고, 특정의 한 지점(위치)을 의미하는 것은 아니다.
다시 말해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 상기 결합돌출부(115)의 개수와 배치 간격과, 후술되는 관통홈부(1253) 및 안착부(1254)의 개수와 배치 간격에 따라 하나 이상의 여러 위치로 규정될 수 있다.
실시예에 따른 노즐결합부(125)는 노즐어댑터(120)의 하단부에 배치되며, 환형돌출부(1251), 관통홈부(1253), 및 안착부(1254)를 포함할 수 있다.
상기 환형돌출부(1251)는 노즐어댑터(120)의 내측방향으로 돌출되게 형성되어 상부면에 평탄지지부(1252)가 구비된다. 이러한 환형돌출부(1251)는 결합돌출부(115)가 형성된 노즐본체(110)부의 상단부를 내부로 수용할 수 있을 만큼의 삽입구멍을 가질 정도로 돌출 형성된다.
상기 관통홈부(1253)는 상기 환형돌출부(1251)의 내측면 상에 상단과 하단이 개방되도록 수직방향으로 오목하게 형성되는 것으로, 결합돌출부(115)가 관통되도록 환형돌출부(1251)의 내측면 둘레를 따라 배치된다.
상기 관통홈부(1253)는 도시된 바와 같이 상기 결합돌출부(115)와 상응하는 개수와 간격을 유지하도록 180도 간격의 2개가 배치될 수 있고, 이와 달리 90도 간격을 유지하는 4개, 60도 간격을 유지하는 6개로 구성될 수도 있다. 또한 관통홈부(1253)는 상기 결합돌출부(115)보다 많은 개수로 구비될 수 있으며, 예를 들어, 상기 결합돌출부(115)가 180도 간격을 유지하며 2개가 배치되는 경우 상기 관통홈부(1253)는 90도 간격을 유지하는 4개가 배치될 수도 있다.
상기 안착부(1254)는 상기 평탄지지부(1252) 상에 형성되어 평탄지지부(1252)를 따라 이동하는 결합돌출부(115)가 안착되는 것으로, 상기 관통홈부(1253)로부터 원주방향으로 이격되게 배치된다.
도시된 바와 같이 이러한 안착부(1254)는 상기 결합돌출부(115)와 상응하도록 오목하게 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이 상기 안착부(1254)는 상기 결합돌출부(115)와 상응하는 개수와 간격을 유지하도록 배치될 수 있다. 또한 안착부(1254)는 결합돌출부(115) 보다 많은 개수로 구비될 수 있으며, 예를 들어, 상기 결합돌출부(115)가 180도 간격을 유지하며 2개가 배치되는 경우 상기 안착부(1254)는 90도 간격을 유지하는 4개가 배치될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결합돌출부와 노즐결합부의 삽입, 분리 및 안착(결합) 상태를 설명하기 위한 평면 예시도이다.
실시예로서, 도 4에 도시된 노즐본체(110)의 결합돌출부(115)는 180도 간격을 유지하며 2개가 배치되어 있고, 노즐결합부(125)의 관통홈부(1253)은 90도 간격을 유지하며 4개가 배치되어 있으며, 안착부(1254)는 180도 간격을 유지하며 2개가 배치되어 있다.
즉, 결합돌출부(115)는 복수의 관통홈부(1253) 중, 수직선상에서 일치하는 선택된 관통홈부(1253)를 향해 삽입(제1 위치)될 수 있고, 상기 관통홈부(1253)를 통과한 결합돌출부(115)는 외력에 의해 원주방향으로 이동되다가 안착부(1254)에 안착(제2 위치)될 수 있다. 또한 외력에 의해 상기 안착부(1254)로부터 벗어난 결합돌출부(115)는 원주방향으로 이동되다가 다른 나머지 관통홈부(1253)를 통해 외부로 분리(제1" 위치)될 수 있다.
한편 도 6(a)를 참조하면 상기 결합돌출부(115)의 상부 끝단에는 끝단으로 가며 경사지게 형성되는 경사안내부(1253a)가 구비될 수 있다.
또한 상기 관통홈부(1253)의 하부 끝단에도 끝단으로 가며 경사지게 형성되는 경사안내부(1253a)가 구비될 수 있다.
상기 경사안내부(1253a)는 결합돌출부(115)의 상부 끝단에 형성되거나 상기 관통홈부(1253)의 하부 끝단에 형성될 수 있고, 혹은 상기 결합돌출부(115)의 상부 끝단과 상기 관통홈부(1253)의 하부 끝단에 모두 형성될 수도 있다.
상기 경사안내부(1253a)는 관통홈부(1253)에 결합돌출부(115)의 삽입 과정에서 삽입 초기 동작을 신속하게 안내하기 위한 것으로, 예를 들어 수직방향으로 상대 이동하는 결합돌출부(115)와 관통홈부(1253)가 수직선상에서 미세하게 틀어져 있더라도, 틀어진 정도가 경사안내부(1253a) 범위 이내에 위치할 경우에는 결합돌출부(115)가 관통홈부(1253)에 신속하게 삽입될 수 있다.
한편 관통홈부(1253)의 상부 끝단에도 경사안내부(115a)가 구비될 수 있고, 결합돌출부(115)의 하부 끝단에도 경사안내부가 구비될 수 있다. 즉, 노즐본체(110)의 분리 과정에서도 평탄지지부(1252)를 따라 이동하는 결합돌출부(115)가 경사안내부의 안내를 받아 관통홈부(1253)에 신속하고 삽입될 수 있다.
한편 도 6(b)를 참조하면 상기 결합돌출부(115)의 하단부는 하방으로 볼록하게 만곡부(115b)가 형성될 수 있으며, 이때 상기 안착부(1254)는 결합돌출부(115)의 만곡부(115b)가 밀착되도록 만곡부(115b)와 상응하게 만곡 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 결합돌출부(115)의 하단부가 만곡 형상되어 있기 때문에, 평탄지지부(1252)을 따라 이동 중 마찰을 줄여 원활한 이동이 가능하고, 안착부(1254)에 진입됨과 동시에 노즐본체(110)의 자중과 후술되는 탄성부재(140)의 복원력에 의해 안착부(1254)에 신속하게 삽입 결합될 수 있다.
한편 상기 결합돌출부(115)는 상기 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동할 시, 즉, 노즐본체(110)가 회전 할 시, 상기 평탄지지부(1252)에 마찰되면서 이동하는 것과 다르게, 평탄지지부(1252)로부터 상방으로 이격된 상태에서도 이동될 수 있다.
즉, 후술되는 탄성부재(140)의 복원력을 극복하는 상방으로 노즐본체(110)를 가압함으로서 결합돌출부(115)를 평탄지지부(1252)로부터 이격되게 위치시킬 수 있다. 이 상태에서 노즐본체(110)를 정방향 혹은 역방향으로 회전시킴으로서 결합돌출부(115)와 평탄지지부(1252) 사이의 마찰이 회피될 수 있다. 이로 인하여, 마찰 작용에 따른 미세 분진 발생을 차단하여 레이저 빔이나 가공가스의 오염을 예방할 수 있다.
또한 안착부(1254)와 결합돌출부(115)의 안착면이 만곡 형성되어 있기 때문에, 상측 탄성부재(140)로부터 전달되는 수직방향의 복원력은 안착면 사방으로 균일한 분산력을 발생시키고, 이로 인하여 노즐본체(110)의 떨림 등의 진동을 줄이고 장착 위치를 견고히 유지할 수 있다.
또한 안착부(1254)와 결합돌출부(115)의 안착면이 만곡 형성되어 있기 때문에, 가공 중이나 노즐 교체를 위한 이동 중, 노즐본체(110)에 대해 수직방향뿐만 아니라 수직방향에 비스듬한 경사진 방향에서 충격이 발생하게 되더라도, 노즐본체(110)의 충격을 효과적으로 흡수할 수 있다.
한편 실시예에 의한 노즐어댑터(120)는, 제1 노즐어댑터(121)와 제2 노즐어댑터(123)를 포함할 수 있다.
상기 제1 노즐어댑터(121)는 헤드결합부(1211), 제1 노즐어댑터결합부(1213), 및 제1 관통홀(1210)을 포함할 수 있다.
상세하게 상단에는 레이저 가공장치의 가공헤드가 결합되는 헤드결합부(1211)가 구비되고, 하단에는 제1 노즐어댑터결합부(1213)가 구비되며, 내측에는 제1 관통홀(1210)이 구비될 수 있다.
상기 헤드결합부(1211)의 외주면과 상기 제1 노즐어댑터결합부(1213)의 내주면에는 나사 가공부가 형성될 수 있다.
상기 제2 노즐어댑터(123)는 상기 노즐결합부(125), 제2 노즐어댑터결합부(1233), 및 제2 관통홀(1230)을 포함할 수 있다.
상세하게 상단에는 상기 제1 노즐어댑터결합부(1213)와 결합되는 제2 노즐어댑터결합부(1233)가 구비되고, 하단에는 상기 노즐결합부(125)가 구비되며, 내측에는 상기 제1 관통홀(1210)과 연통되는 제2 관통홀(1230)이 구비될 수 있다.
상기 제2 노즐어댑터결합부(1233)의 외주면에는 나사 가공부가 형성될 수 있다.
상기 제2 관통홀(1230)의 크기는 상기 제1 관통홀(1210)보다 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있으며, 이러한 제2 관톨홀(1230)의 내주면에 인접한 영역은 후술되는 슬리브부재(130), 탄성부재(140), 제1 실링부재(150) 및 제2 실링부재(160)의 설치 공간을 제공할 수 있다.
즉, 제1 노즐어댑터(121)와 제2 노즐어댑터(123)는 제1 노즐어댑터결합부(1213)와 제2 노즐어댑터결합부(1233)를 나사 체결함으로서 노즐어댑터(120)를 형성할 수 있고, 제1 노즐어댑터(121)와 제2 노즐어댑터(123)를 분리시킨 상태에서 후술되는 슬리브부재(130), 탄성부재(140), 제1 실링부재(150), 및 제2 실링부재(160)의 조립 및 분리를 용이하게 할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛(100)은 슬리브부재(130)를 포함할 수 있다.
상기 슬리브부재(130)는, 노즐어댑터(120)의 내부에 슬라이드 가능하게 배치되며, 노즐결합부(125)에 결합된 결합돌출부(115)를 대향하는 플랜지부(131)를 구비할 수 있다.
이때 상기 슬리브부재(130)는 상기 노즐홀(111)과 동축이 유지되도록 상단부 및 하단부가 상기 노즐어댑터(120)의 내부에서 슬라이드 가능하게 지지될 수 있다. 상기 노즐어댑터(120)와 슬라이드 접촉되는 슬리브부재(130)의 상단부와 하단부에는 후술되는 실링부재가 배치되는 영역일 수 있다.
일예로 상기 슬리브부재(130)는 노즐홀(111)과 동축이 유지되도록 상단부는 제1 노즐어댑터(121)의 제1 관통홀(1210) 상에 슬라이드 가능하게 지지될 수 있고, 하단부는 제2 노즐어댑터(123)의 제2 관통홀(1230) 상에 슬라이드 가능하게 지지될 수 있다. 이 경우 슬리브부재(130)의 상단 외주면은 제1 노즐어댑터(121)의 제1 관통홀(1210)의 내주면에 접촉 지지되고, 하단에 형성된 플랜지부(131)의 끝단이 제2 노즐어댑터(123)의 제2 관통홀(1233)의 내주면에 접촉 지지된다.
이때 후술되는 탄성부재(140)의 복원력에 의해 플랜지부(131)가 하방으로 이동되어 노즐본체(110)에 밀착된 상태에서, 슬리브부재(130)의 상단부는 제1 관통홀(1210)의 내부에 삽입된 상태가 유지되도록 한다.
한편 도시되진 않았지만 제1 관통홀(1210) 및 제2 관통홀(1230)의 내주면과, 슬리브부재(130)의 상단 및 하단 외주면은, 스플라인 결합 구조를 이룰 수 있다.
상기와 같이 슬리브부재(130)의 상단부와 하단부가 노즐어댑터(120)의 내주면에 대해 견고히 접촉된 상태를 유지하기 때문에, 노즐본체(110)의 결합 및 분리 동작과 연동되는 슬리브부재(130)는 노즐홀(111)과의 동축 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛(100)은 탄성부재(140)를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재(140)는, 노즐어댑터(120)와 슬리브부재(130) 사이에 배치되며, 플랜지부(131)를 가압하여 노즐결합부(125)에 결합돌출부(115)를 밀착시킨다.
실시예에 따른 탄성부재(140)는 코일스프링으로 구성될 수 있으며, 제2 노즐어댑터(123)의 제2 관통홀(1230)의 내주면 상에 배치된 상태에서, 상단은 제1 노즐어댑터(121)의 단차면을 대향하고, 하단은 노즐어댑터(120)의 노즐결합부(125)를 대향하게 배치되며, 제1 노즐어댑터(121)와 제2 노즐어댑터(123)를 서로 결합시킴으로서 수축된다.
한편 노즐어댑터(120), 슬리브부재(130), 탄성부재(140), 제1 실링부재(150) 및 제2 실링부재(160)의 조립 시, 제2 노즐어댑터(123)의 제2 관통홀(1230)을 향해 제1 실링부재(150), 슬리브부재(130), 탄성부재(140), 제2 실링부재(160)를 차례로 삽입시키고, 제2 노즐어댑터(123)의 제2 노즐어댑터결합부(1233)와 제1 노즐어댑터(121)의 제1 노즐어댑터결합부(1213)를 서로 나사 결합함으로써, 탄성부재(140)는 수축되면서, 하방으로는 플랜지부(131)를 가압시켜 제1 실링부재(150)를 노즐결합부(125)에 밀착시키고, 상방으로는 제2 실링부재(160)를 제1 노즐어댑터(121)의 단차부에 밀착시킨다.
한편 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛(100)은 실링부재를 포함할 수 있다.
상기 실링부재는 제1 실링부재(150) 및 제2 실링부재(160)를 포함할 수 있다.
상기 제1 실링부재(150)는 노즐본체(110)와 슬리브부재(130) 사이에 배치되며, 노즐본체(110)와 슬리브부재(130)의 경계부분의 기밀을 유지시킬 수 있다.
상세하게 도 5를 참조하면 상기 제1 실링부재(150)는 노즐본체(110)가 제거된 상태에서 노즐결합부(125)의 환형돌출부(1251)와 슬리브부재(130)의 플랜지부(131) 사이에 배치되며, 노즐본체(110)가 결합된 상태에서 환형돌출부(1251)와 결합돌출부(115)의 경계부분 및 플랜지부(131)와 노즐어댑터(120)의 경계부분의 기밀을 유지시킬 수 있다.
예를 들어 제1 실링부재(150)는 환형돌출부(1251)와 결합돌출부(115) 및 플랜지부(131)와 노즐어댑터(120) 경계부분의 기밀을 확보하기 위한 것으로, 탄성부재(140)의 복원력과 노즐홀(111)을 향하는 가공가스의 압력에 자체 형상이 변화되면서 강한 반력을 제공할 수 있는 고무 또는 열팽창수지가 적용될 수 있다.
상기 제2 실링부재(160)는 노즐어댑터(120)와 탄성부재(140) 사이에 배치되며, 노즐어댑터(120)와 슬리브부재(130)의 경계부분의 기밀을 유지시킬 수 있다. 도시되진 않았지만 탄성부재(140)와 제2 실링부재(160)의 사이에는 와셔부재가 개재될 수 있다.
예를 들어 제2 실링부재(160)는 슬리브부재(130)와 노즐어댑터(120) 간의 슬라이드 경계부분에 대한 기밀을 확보하기 위한 것으로, 엔지니어링 실 등의 마찰 내구성이 우수한 실링부재가 적용될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 레이저 가공용 노즐유닛(100)의 교체 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 노즐어댑터(120)에 노즐본체(110)를 결합하고자 할 경우, 노즐결합부(125)의 관통홈부(1253)와 노즐본체(110)의 결합돌출부(115)의 수직방향 위치(제1 위치)를 일치시킨다. (도 3 a 참조)
이렇게 관통홈부(1253)와 결합돌출부(115)의 수직방향의 삽입 위치(제1 위치)를 일치시킨 상태에서, 탄성부재(140)의 복원력을 극복하는 상방으로 노즐본체(110)를 이동시키며, 결합돌출부(115)가 관통홈부(1253)를 통과시킨다. (도 3 b 참조)
이후 노즐본체(110)를 정방향 혹은 역방향으로 회전시키기만 하면, 결합돌출부(115)가 평탄지지부(1252)를 따라 이동되다가 안착부(1254)와 일치되는 순간, 탄성부재(140)의 복원력에 의하여 자연스레 밀착되어 안착(제2 위치) 결합된다. 이로서 간단하고 신속하게 노즐본체(110)를 결합시킬 수 있다. (도 3 c 참조)
이상과 같이 노즐본체(110)가 장착된 상태에서는, 탄성부재(140)의 복원력을 이용하여 노즐본체(110)의 결합돌출부(115)가 노즐어댑터(120)의 안착부(1254)에 안착된 상태를 이루기 때문에, 노즐홀(111)의 정확하고 균일한 장착 상태를 유지할 수 있다.
또한 노즐본체(110)가 장착된 상태에서, 레이저 가공 중이거나 노즐을 교체하기 위한 이동 시 가공물이나 주변 구조물에 노즐본체(110)가 접촉되더라도 충격을 흡수할 수 있기 때문에, 노즐어댑터(120)와 가공헤드의 결합부분이 손상되거나 가공헤드에 배치되는 광학계의 위치가 틀어지는 등의 문제를 예방할 수 있다.
한편 노즐어댑터(120)로부터 노즐본체(110)를 분리하고자 할 경우, 노즐어댑터(120)에 장착된 노즐본체(110)를 탄성부재(140)의 복원력을 극복하는 상방으로 가압하면, 노즐본체(110)의 결합돌출부(115)는 안착부(1254)로부터 손쉽게 이탈된다. (도 5 a 참조)
이후 노즐본체(110)를 정방향 혹은 역방향으로 회전시키면, 회전 중인 결합돌출부(115)가 평탄지지부(1252)를 따라 이동되다가 관통홈부(1253)와 일치되는 순간, 탄성부재(140)의 복원력에 의하여 관통홈부(1253)를 통과하여 하방으로 분리(제1 위치) 이탈된다. 이로서 간단하고 신속하게 노즐본체(110)를 분리시킬 수 있다.
결국 작업자로 하여금 세심하고 과도한 분리 조작을 필요로 하지 않아, 노즐본체(110)의 분리를 매우 손쉽고 신속하게 수행할 수 있다.
한편 노즐 체인져를 이용한 노즐 교체를 수행할 경우에는 본 발명에 따른 노즐어댑터(120)에 대한 노즐본체(110)의 결합과 분리 동작이 매우 간소화되기 때문에, 기존 노즐 체인져에 구비되는 기구적 구조 및 제어 프로그램을 단순화시킬 수 있다.
예를 들어 기존 나사식 결합 구조를 만족시키기 위한 노즐 체인져는 정확한 제어와 회전수를 충족할 수 있는 서보모터가 구비되고, 노즐의 충격방지를 위해 복수의 충격흡수부재가 구비되어야 하나, 본 발명의 경우에는 최소한의 회전각을 설정하면 족하기 때문에 실린더 등의 선형 구동부가 적용될 수 있고, 구조적으로 다운사이징이 가능하며 비용 절감을 기대할 수 있다.
또한 기존에는 노즐 체인져를 이용하여 새로운 노즐을 교체한 다음 노즐홀(111)의 동심 정밀도를 검사하는 단계를 수행한 후 실질적인 가공 작업을 수행하고 있으나, 본 발명의 경우에는 오결합의 여지를 제거함으로서 기존 동심 정밀도를 검사하는 단계를 생략할 수 있기 때문에, 보다 효율적인 레이저 가공을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 노즐유닛 110: 노즐본체
115: 결합돌출부 120: 노즐어댑터
121: 제1 노즐어댑터 123: 제2 노즐어댑터
125: 노즐결합부 1253: 관통홈부
1254: 안착부 130: 슬리브부재
140: 탄성부재 150: 제1 실링부재
160: 제2 실링부재

Claims (12)

  1. 노즐홀과, 상기 노즐홀을 중심으로 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 결합돌출부를 구비하는 노즐본체;
    하부에 상기 노즐본체가 삽입되어 결합되고, 제1 위치에서는 상기 결합돌출부의 삽입 또는 분리를 허용하고 상기 노즐홀을 중심으로 원주방향을 따라 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에서는 상기 결합돌출부가 안착되는 노즐결합부를 구비하는 노즐어댑터;
    상기 노즐어댑터의 내부에 슬라이드 가능하게 배치되며, 상기 노즐결합부에 결합된 상기 결합돌출부를 대향하는 플랜지부를 구비하는 슬리브부재; 및
    상기 노즐어댑터와 상기 슬리브부재 사이에 배치되며, 상기 플랜지부를 가압하여 상기 노즐결합부에 상기 결합돌출부를 밀착시키는 탄성부재;를 포함하고,
    상기 노즐어댑터는,
    상단에는 레이저 가공장치의 가공헤드에 결합되는 헤드결합부가 구비되고, 하단에는 제1 노즐어댑터결합부가 구비되며, 내측에는 상기 슬리브부재의 상단부가 슬라이드 가능하게 지지되는 제1 관통홀이 구비되는 제1 노즐어댑터; 및
    상단에는 상기 제1 노즐어댑터결합부와 결합되는 제2 노즐어댑터결합부가 구비되고, 하단에는 상기 노즐결합부가 구비되며, 내측에는 상기 제1 관통홀과 연통되고 상기 슬리브부재의 하단부가 슬라이드 가능하게 지지되는 제2 관통홀이 구비되는 제2 노즐어댑터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐결합부는,
    상기 노즐어댑터의 내측방향으로 돌출되게 형성되고 상부면에 평탄지지부가 구비되는 환형돌출부;
    상기 결합돌출부가 관통되도록 상기 환형돌출부의 내측 둘레를 따라 배치되는 관통홈부; 및
    상기 관통홈부와 원주방향으로 이격되게 배치되며, 상기 평탄지지부를 따라 이동하는 상기 결합돌출부가 안착되는 안착부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 결합돌출부와 상응하도록 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 결합돌출부의 상부 끝단 또는 상기 관통홈부의 하부 끝단에는, 경사지게 형성되며 상기 관통홈부에 상기 결합돌출부의 삽입을 안내하기 위한 경사안내부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 결합돌출부는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 이동할 시, 상기 평탄지지부와의 마찰이 회피되도록 상기 평탄지지부로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 결합돌출부의 하부는 하방으로 볼록하게 만곡부가 형성되고,
    상기 안착부는 상기 만곡부가 밀착되게 상기 만곡부와 상응한 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노즐본체와 상기 슬리브부재 사이에 배치되며, 상기 노즐본체와 상기 슬리브부재의 경계부분의 기밀을 유지시키는 제1 실링부재; 및
    상기 노즐어댑터와 상기 탄성부재 사이에 배치되며, 상기 노즐어댑터와 상기 슬리브부재의 경계부분의 기밀을 유지시키는 제2 실링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브부재는, 상기 탄성부재의 복원력에 의해 상기 플랜지부가 하방으로 이동되어 상기 노즐본체에 밀착된 상태에서, 상단부가 상기 제1 관통홀의 내부에 삽입된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 노즐유닛.
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