KR200482310Y1 - 레이저 가공장치 헤드 - Google Patents

Abstract

분리, 분해, 및 결합이 용이하고 내부가 청결하게 유지되는 구조의 레이저 가공장치 헤드가 제공된다. 레이저 가공장치 헤드는, 일단부에 레이저 빔의 토출구가 형성되고 타단부에 토출구와 연통되는 제1삽입구가 형성된 중공형의 제1몸체, 토출구를 향하는 일단부에 개구부가 형성되고, 타단부에 개구부와 연통되는 원형의 제2삽입구가 형성되며, 제1삽입구를 통해 제1몸체에 삽입되어 슬라이딩 되는 중공형의 제2몸체, 제2삽입구를 통해 제2몸체에 착탈 가능하게 삽입되고, 내부에 토출구 및 개구부와 중첩되는 적어도 하나의 렌즈가 결합되며, 원통형상으로 형성되어 원형의 제2삽입구 내측에서 회전이 가능한 중공형의 경통부, 제2몸체의 제2삽입구 둘레에 회전 대칭형으로 배치되는 복수 개의 결속고리부, 및 경통부에서 경통부의 직경방향으로 돌출되어 결속고리부와 제2몸체의 사이에 삽입되는 걸림돌기부를 포함한다.

Description

레이저 가공장치 헤드{Head of laser processing machine}

본 고안은 레이저 가공장치에 형성되어 레이저 빔을 조사하는 레이저 가공장치 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분리, 분해, 및 결합이 용이하고 내부가 청결하게 유지되는 구조의 레이저 가공장치 헤드에 관한 것이다.

모재를 가공하기 위해 여러 가지 공작 기계가 사용된다. 선반이나 밀링머신, 드릴링 머신 등 다양한 종류의 공작 기계를 이용하여 모재를 가공할 수 있으며 하나 또는 하나 이상의 공작 기계를 활용하여 보다 다양하고 필요에 적합한 제품을 제작할 수 있다. 공작 기계로는 절삭날 등을 모재에 접촉시켜 가공하는 접촉식 가공장치뿐만 아니라, 고온의 레이저 빔을 모재에 조사하여 가공하는 비접촉식 가공장치도 널리 사용되고 있다.

레이저 가공장치는 레이저 광을 생성하고, 집속하여, 모재의 가공면을 향해 조사하도록 구성된다. 레이저 가공장치는 가공면이 매끄럽고, 작동 시에도 소음이 없고, 미세하고 정밀한 가공이 가능하여 산업현장에서 매우 유용하게 사용되고 있다. 레이저 가공장치의 모재를 향하는 부위에는 광 노즐이 형성된 헤드가 형성되어 있으며, 헤드의 내부에는 다수의 렌즈로 이루어진 광학계가 마련되어 있다. 따라서 집속된 레이저 광이 광학계로부터 노즐을 통해 모재로 조사될 수 있다.

그러나, 이러한 레이저 가공장치의 헤드 내부로 분진이나 직경이 작은 입자성 이물질들이 침투하는 경우, 광학계가 손상되어 장치의 정상적인 작동이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 특히, 모재 가공 시에 알곤 가스나 압축공기 등을 분사하여 가공면을 쉴드 처리하나, 고온의 레이저 광에 의해 가공면으로부터 순간적으로 증발하여 생성되는 미세분진(흄, Fume)들은 차단하기가 매우 어려운 문제가 있다.

따라서, 헤드의 적어도 일부분을 분리하거나, 분해하여 헤드의 내부를 수시로 청소해 주어야만 하나, 종래의 경우 헤드를 분리하거나, 분해하거나, 다시 결합하기 어려운 구조여서 유지 및 보수작업 등이 원활히 진행되지 못하는 문제가 있었다. 또한, 이로 인해, 헤드 내부로 유입된 미세분진 등이 렌즈 표면에 고착되어 렌즈를 손상시키거나, 조사되는 레이저 광을 산란시켜 장치의 효율을 크게 저하시키는 등의 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0235178호, (1999.12.15)

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분리, 분해, 및 결합이 용이하고 내부가 청결하게 유지되는 구조의 레이저 가공장치 헤드를 제공하고자 하는 것이다.

본 고안의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 고안에 의한 레이저 가공장치 헤드는, 일단부에 레이저 빔의 토출구가 형성되고 타단부에 상기 토출구와 연통되는 제1삽입구가 형성된 중공형의 제1몸체; 상기 토출구를 향하는 일단부에 개구부가 형성되고, 타단부에 상기 개구부와 연통되는 원형의 제2삽입구가 형성되며, 상기 제1삽입구를 통해 상기 제1몸체에 삽입되어 슬라이딩 되는 중공형의 제2몸체; 상기 제2삽입구를 통해 상기 제2몸체에 착탈 가능하게 삽입되고, 내부에 상기 토출구 및 상기 개구부와 중첩되는 적어도 하나의 렌즈가 결합되며, 원통형상으로 형성되어 원형의 상기 제2삽입구 내측에서 회전이 가능한 중공형의 경통부; 상기 제2몸체의 상기 제2삽입구 둘레에 회전 대칭형으로 배치되는 복수 개의 결속고리부; 및 상기 경통부에서 상기 경통부의 직경방향으로 돌출되어 상기 결속고리부와 상기 제2몸체의 사이에 삽입되는 걸림돌기부를 포함한다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 결속고리부 및 상기 제2몸체 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 걸림돌기부와 밀착되어 상기 걸림돌기부를 탄력적으로 지지하는 탄지부를 더 포함할 수 있다.

상기 탄지부는 상기 걸림돌기부와 구름 접촉하는 볼 플런저로 이루어질 수 있다.

상기 결속고리부는 상기 제2몸체에 지지되는 지지부, 및 끝단부가 상기 제2몸체와 이격되고 적어도 한번 굴절되어 상기 지지부와 연결되는 굴절부를 포함할 수 있다.

상기 굴절부는 적어도 일부가 상기 제2몸체와 평행하여, 상기 걸림돌기부가 상기 굴절부와 상기 제2몸체의 사이로 슬라이딩 이동하여 삽입될 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 제1몸체의 적어도 일 측에 장홈 형태로 개방되는 가이드 홈, 및 상기 가이드 홈을 관통하여 상기 제2몸체에 결합되는 퍼지가스공급관을 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 경통부와 상기 제2몸체의 사이에 상기 경통부를 둘러싸는 원통형 공간으로 형성되며 상기 퍼지가스공급관과 연결되는 퍼지가스분배부, 및 상기 개구부의 둘레에 배치되고 상기 퍼지가스분배부와 연결되어 상기 렌즈를 향해 퍼지가스를 분사하는 적어도 하나의 노즐부를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 개재되어 상기 제2몸체의 슬라이딩 방향으로 탄성력을 가하며, 상기 레이저빔과 상기 퍼지가스가 중앙을 관통하는 코일스프링으로 형성되는 탄성부재, 및 상기 제1몸체의 내주면과 상기 제2몸체의 내주면 사이에서 상기 제1몸체와 상기 제2몸체에 접하여, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이를 밀폐하며 마찰력을 제공하는 오링을 더 포함할 수 있다.

본 고안에 의한 레이저 가공장치 헤드는, 분리, 분해, 및 결합이 용이하여 헤드 내부를 청결하게 유지하기 위한 청소작업이나, 그 밖의 다양한 유지 및 보수 작업이 매우 원활하게 이루어지는 장점이 있다.

또한, 손쉬운 분리 결합 구조로 헤드의 분해 및 청소 시 발생하는 작업시간도 큰 폭으로 감소시킬 있으며, 탈부착 시 발생하는 렌즈의 위치오차를 줄여 추가의 렌즈 정렬이 필요 없고, 렌즈 표면을 깨끗하게 유지하면서도 초점 조절이 용이한 장점이 있다.

뿐만 아니라, 유체 주입 및 분사 구조를 이용하여 헤드 내부에 정렬된 유체 흐름을 조성하고, 헤드 내부의 렌즈 표면을 깨끗하게 유지하여, 장치의 수명을 증가시키고 용접 효율도 크게 향상시키는 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드의 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 레이저 가공장치 헤드의 제2몸체 및 경통부를 확대하여 도시한 분해사시도이다.
도 4 및 도 5는 레이저 가공장치 헤드 내부의 퍼지가스 공급 및 분사구조를 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 제2몸체 및 경통부의 결합과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 초점 조절과정을 도시한 작동도이다.

본 고안의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 고안의 개시가 완전하도록 하고 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 고안은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 고안의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드의 사시도이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 분해사시도이며, 도 3은 도 2의 레이저 가공장치 헤드의 제2몸체 및 경통부를 확대하여 도시한 분해사시도이다. 도 4 및 도 5는 레이저 가공장치 헤드 내부의 퍼지가스 공급 및 분사구조를 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드(1)는, 일단부에 레이저 빔의 토출구(도 4의 101참조)가 형성되고 타단부에 토출구(101)와 연통되는 제1삽입구(103)가 형성된 중공형의 제1몸체(100), 상기 토출구(101)를 향하는 일단부에 개구부(도 4의 201참조)가 형성되고 타단부에 개구부(201)와 연통되는 원형의 제2삽입구(205)가 형성되며 제1삽입구(103)를 통해 제1몸체(100)에 삽입되어 슬라이딩 되는 중공형의 제2몸체(200), 제2삽입구(205)를 통해 제2몸체(200)에 착탈 가능하게 삽입되고 내부에 토출구(101) 및 개구부(201)와 중첩되는 적어도 하나의 렌즈(도 4의 301참조)가 결합되며 원통형상으로 형성되어 원형의 제2삽입구(205) 내측에서 회전이 가능한 중공형의 경통부(300), 제2몸체(200)의 제2삽입구(205) 둘레에 회전 대칭형으로 배치되는 복수 개의 결속고리부(230), 및 경통부(300)에서 경통부(300)의 직경방향으로 돌출되어 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이에 삽입되는 걸림돌기부(310)를 포함한다.

레이저 가공장치 헤드(1)는 제1몸체(100)와 제2몸체(200)가 상호 슬라이딩 가능하게 결합되며 경통부(300)는 제2몸체(200)에 다시 분리 가능하게 결합된다. 특히, 경통부(300)와 제2몸체(200)는 각각에 형성된 걸림돌기부(310) 및 결속고리부(230)를 이용하여 매우 견고하게 고정되며, 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이의 회전구조를 이용하여 매우 손쉽게 결합되거나 결합상태가 해제되는 특징이 있다.

또한, 레이저 가공장치 헤드(1)는 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 상호 위치를 변경하여 레이저 빔의 초점을 자유롭게 조절할 수 있다. 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이에는 탄성력과 마찰력을 이용하여 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 움직임을 적절히 보조하고 진동을 감쇄시키는 구조가 적용된다.

또한, 레이저 가공장치 헤드(1)는 이러한 결합구조와 독립하여 내부로 퍼지가스를 공급하고 정렬된 유체의 흐름을 조성하는 퍼지가스공급구조를 포함한다.

따라서, 미세분진 등 이물질의 유입을 사전에 차단할 수 있고, 이물질이 유입되었더라도 매우 신속히 외부로 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 퍼지가스의 공급을 중단하지 않고서도 레이저 빔의 초점을 용이하게 조절할 수 있고, 퍼지가스의 유동에 의한 진동 등도 매우 효과적으로 제거할 수 있는 특징이 있다.

이하, 이러한 특징들을 갖는 레이저 가공장치 헤드에 대해서 각 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

제1몸체(100)는 내부가 빈 중공형의 형상으로 형성되어 비어 있는 내부의 공간을 통해서 제2몸체(200)를 수용한다. 제1몸체(100)의 외면은 도 1에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 결합공이나 홈 등이 형성된 중공형의 매니폴드와 같은 형태로 형성될 수 있다. 제1몸체(100)의 일단부에는 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 빔(L)이 통과하는 토출구(101)가 형성되고, 반대편 타단부에는 도 1에 도시된 바와 같이 이와 연통되는 제1삽입구(103)가 형성된다.

토출구(101)는 제1몸체(100)의 모재를 향하는 방향(도면상의 하방)에 형성될 수 있으며, 토출구(101) 및 토출구(101)의 둘레에 위치하는 제1몸체(100)의 일부가 레이저 빔(L)이 조사되는 노즐, 즉 광노즐(102)을 형성할 수 있다. 제1삽입구(103)는 제1몸체(100)의 토출구(101) 반대편에 위치하여 제1몸체(100) 내부의 공간을 통해 토출구(101)와 연통된다. 레이저 빔(L)은 토출구(101)를 통해서 제1몸체(100)의 외부로 조사된다.

제2몸체(200)는 제1몸체(100)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 제2몸체(200)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1삽입구(103)를 통해서 제1몸체(100) 내부에 삽입되고 제1몸체(100) 내부의 공간을 따라 슬라이딩 이동한다. 제2몸체(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 외면이 원통형상으로 형성될 수 있으며, 내부는 제1몸체(100)와 마찬가지로 비어 있어 중공형의 형상으로 형성될 수 있다. 전술한 제1몸체(100) 내부에 형성된 빈 공간은 제2몸체(200)의 외형에 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

제2몸체(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 일단부에 개구부(201)가 형성되고 반대편 타단부에는 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 제2삽입구(205)가 형성된다. 개구부(201)와 제2삽입구(205) 역시 제2몸체(200)의 내부공간을 통해 서로 연통된다. 개구부(201)는 토출구(101)가 위치하는 방향의 제2몸체(200)의 단부가 개방되어 형성될 수 있으며, 제2몸체(200)의 외측으로부터 개구부(201)를 향해 내측으로 만입되는 수용부(204)와 연결될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제2몸체(200)의 토출구(101)를 향하는 단부에 수용부(204) 및 수용부(204)에 연결된 개구부(201)가 연속적으로 형성될 수 있다. 수용부(204)에는 코일스프링으로 이루어진 탄성부재(130)의 적어도 일부가 수용될 수 있으며, 수용부(204)를 이용하여 렌즈(301)와 토출구(101) 사이에 후술하는 퍼지가스(G)가 유동할 수 있는 공간도 적절히 확보할 수 있다. 레이저 빔과 퍼지가스는 코일스프링의 중앙을 관통하여 배출된다. 코일스프링은 수용부(204)에서 움직이면서 미세분진을 만들 수 있으나, 퍼지가스가 코일스프링 중앙을 빠르게 통과하면서 미세분진을 빨아들여 외부로 배출시킬 수 있다.

제2몸체(200)의 일 측에는 도 2에 도시된 바와 같이 결합공(211a, 212a)이 형성된다. 결합공(211a, 212a)은 하나 이상이 형성될 수 있으며 결합공(211a, 212a)을 통해 퍼지가스 공급관이 제2몸체(200)에 결합될 수 있다. 퍼지가스공급관은 각각의 결합공(211a, 212a)에 결합되는 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)을 포함한다.

제1퍼지가스공급관(211)은 후술하는 퍼지가스분배부(11)와 연결되며, 제2퍼지가스공급관(212)은 후술하는 접속유로(미도시)를 통해 경통부(300)의 내부공간과 연결될 수 있다. 퍼지가스공급관을 포함하는 퍼지가스 공급구조에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

경통부(300)는 원형의 제2삽입구(205)를 통해 제2몸체(200)에 착탈이 가능하게 삽입된다. 경통부(300)는 내부가 빈 중공형상으로 형성되며 내부공간에 하나 이상의 렌즈가 결합되어 광학계를 구성할 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이 경통부(300)의 일단부에 렌즈(301)를 고정 결합하여 적어도 하나의 렌즈(301)가 토출구(101) 및 개구부(201)와 차례로 중첩되도록 구성할 수 있다. 이 때, 중첩된다는 것은 일 방향에서 바라보았을 때 일직선 상에 놓여 레이저 빔 등이 연속적으로 통과되는 광 경로를 형성할 수 있는 상태로 되는 것을 의미하며 반드시 접촉된 상태를 의미하는 것은 아니다. 레이저 빔(L)은 경통부(300)의 렌즈(301)로부터, 개구부(201), 및 토출구(101)를 연속적으로 통과하여 모재에 조사된다.

경통부(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 원통형상으로 형성되어 원형의 제2삽입구(205) 내측에서 회전이 가능하다. 제2삽입구(205)는 제2몸체(200)의 개구부(201)가 형성된 측의 반대편 단부에 경통부(300)의 직경에 대응하는 크기로 형성된다. 따라서, 경통부(300)는 제2삽입구(205)에 삽입되어 제2몸체(200)에 결합된 뒤에도 용이하게 회전할 수 있다.

제2몸체(200)의 제2삽입구(205)의 둘레에는 도 3에 도시된 바와 같이 결속고리부(230)가 결합된다. 결속고리부(230)는 복수 개가 제2삽입구(205) 둘레를 따라 회전 대칭형으로 배치되며 각각이 서로 동일한 형상으로 형성된다. 결속고리부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2몸체(200)에 지지되는 지지부(231) 및 지지부(231)와 연결되는 굴절부(232)를 포함할 수 있다. 굴절부(232)는 적어도 한번 굴절되어 끝단부가 도시된 바와 같이 제2몸체(200)로부터 이격된다.

특히, 굴절부(232)는 적어도 일부가 제2몸체(200)와 평행하게 형성된다. 따라서, 경통부(300)에 형성된 걸림돌기부(310)가 굴절부(232)와 제2몸체(200)의 사이로 용이하게 슬라이딩 이동하여 삽입될 수 있다. 결속고리부(230)는 나사 등의 결합부재를 이용하여 제2삽입구(205) 둘레에 견고하게 고정될 수 있으며, 굴절부(232) 끝단부의 이격된 폭은 걸림돌기부(310)의 두께에 대응하여 그 크기가 적절하게 조정될 수 있다.

걸림돌기부(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 경통부(300)에서 경통부(300)의 직경방향으로 돌출된다. 걸림돌기부(310)는 경통부(300)와 일체로 형성되어 함께 회전하며, 회전에 의해 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이, 특히, 결속고리부(230)의 굴절부(232)와 제2몸체(200)의 사이로 슬라이딩 이동하여 삽입된다. 사용자는 걸림돌기부(310)의 끝단부를 파지하여 걸림돌기부(310)와 경통부(300) 전체를 용이하게 회전시킬 수 있으며 이를 통해 걸림돌기부(310)를 결속고리부(230)와 제2몸체(200) 사이에 삽입하여 견고하게 고정할 수 있다. 걸림돌기부(310)의 단부에는 사용자의 파지가 용이하도록 오목 또는 볼록한 곡면 형상 등으로 형성되는 파지부(310a)가 형성될 수 있다.

즉, 경통부(300)는 제2삽입구(205)를 통해 제2몸체(200)에 매우 손쉽게 삽입되고 결속고리부(230)와 걸림돌기부(310)의 결합구조를 이용하여 매우 견고하게 고정된다. 특히, 경통부(300)를 회전시켜 걸림돌기부(310)와 결속고리부(230)를 결합하거나 결합을 해제할 수 있으며, 이를 통해 경통부(300)와 제2몸체(200)를 매우 용이하게 결합 및 분리할 수 있다.

결속고리부(230) 및 제2몸체(200) 중 적어도 하나에는 도 3에 도시된 바와 같이 탄지부(320)가 형성된다. 탄지부(320)는 탄성력을 이용하여 걸림돌기부(310)와 밀착되며 걸림돌기부(310)를 탄력적으로 지지한다. 따라서, 걸림돌기부(310)가 결속고리부(230)에 삽입된 후 빠지지 않고 견고한 결합구조를 유지할 수 있다. 탄지부(320)는 걸림돌기부(310)와 구름 접촉하는 볼 플런저(Ball plunger)로 이루어져 걸림돌기부(310)의 슬라이딩 이동을 방해하지 않고, 슬라이딩 이동을 유도하도록 구성할 수 있다. 제2몸체(200)와 경통부(300)의 구체적인 결합과정에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

한편, 레이저 가공장치 헤드(1)의 내부에는 이러한 분리 결합 구조와 독립된 퍼지가스의 공급구조가 형성될 수 있다. 퍼지가스 공급구조는 전술한 퍼지가스공급관과, 퍼지가스분배부와, 노즐부를 포함하여 형성될 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 이에 대해 설명한다. 도 4는 레이저 가공장치 헤드를 종단하여 도시한 단면도이고, 도 5는 레이저 가공장치 헤드를 횡단하여 도시한 단면도이다.

퍼지가스분배부(11)는 도 4에 도시된 바와 같이 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이에 형성된다. 퍼지가스분배부(11)는 도 5에 도시된 바와 같이 경통부(300)를 둘러싸는 원통형의 공간으로 형성되어 공급된 퍼지가스(G)를 경통부(300)의 둘레로 매우 용이하게 분배할 수 있다. 퍼지가스분배부(11)는 경통부(300)의 외측에 형성되는 외측만입부(302) 및 제2몸체(200)의 내측에 형성되는 내측만입부(202) 사이의 격리된 공간으로 형성될 수 있다.

외측만입부(302) 및 내측만입부(202)는 도 4에 도시된 바와 같이 경통부(300)의 외주면과 제2몸체(200)의 내주면이 각각 경통부(300)의 둘레와 제2몸체(200)의 둘레를 따라서 단차진 형태로 만입되어 형성된 것일 수 있다. 외측만입부(302) 및 내측만입부(202)의 만입된 정도에 대응하여 퍼지가스분배부(11)의 부피가 변화할 수 있으며 퍼지가스분배부(11)의 내부에서 순환 가능한 퍼지가스의 용량도 변화할 수 있다.

노즐부(12)는 퍼지가스분배부(11)와 연결되어 퍼지가스(G)를 공급받고 공급된 퍼지가스(G)를 렌즈(301) 표면을 향해 분사한다. 노즐부(12)는 렌즈(301)와 중첩하는 개구부(201)의 둘레에 형성될 수 있으며, 수용부(204)와 연결되고 제2몸체(200)의 내측으로 돌출되는 가이드플랜지(203)와 경통부(300)의 사이에 형성될 수 있다. 노즐부(12)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개로 이루어져 각각이 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

서로 마주보는 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)는 공급된 퍼지가스(G)를 렌즈(301)의 중앙을 향하여 분사할 수 있다. 즉, 렌즈(301) 둘레에 서로 마주보도록 짝을 이루어 배치된 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)가 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈(301) 중앙을 향해 서로 대향되는 방향으로 퍼지가스(G)를 분사할 수 있다. 퍼지가스(G)는 전술한 바와 같이 원통형상으로 형성되는 퍼지가스분배부(11)를 따라 회전하면서 매우 용이하게 순환되고, 분배되며, 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)에 의해 다시 렌즈(301) 중앙으로 집중된다.

각각의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)는 렌즈(301)의 축방향(도 4의 세로방향)과 수직한 방향으로 개구된 슬릿 형상으로 형성될 수 있다. 특히, 퍼지가스가 렌즈면에 평행하게 분사되면서, 렌즈표면과 퍼지가스 사이에 와류가 발생하는 것을 방지하여 미세분진이 렌즈 표면을 손상하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)로부터 분사된 퍼지가스(G)는 렌즈(301) 표면을 따라 유동하면서 렌즈(301)와 접촉하되 마찰이 최소화된 상태로 유연한 흐름을 형성할 수 있다. 이 때, 퍼지가스분배부(11)를 순환하면서 충분히 분배된 퍼지가스(G)는 각 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)를 통해 서로 동일한 압력으로 분사되고, 따라서 퍼지가스(G)의 흐름은 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(301)의 중앙으로부터 균형을 이루어 개구부(201)를 통해 토출구(101)를 향하는 방향으로 굴절될 수 있다.

즉, 슬릿 형상의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)를 복수 개 형성하여 서로 마주보도록 배치하고 이를 순환이 용이한 원통형상의 공간인 퍼지가스분배부(11)와 연결하여, 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(301) 표면을 거쳐 렌즈(301)의 중앙으로부터 다시 토출구(101)로 향하는 퍼지가스(G)의 정렬된 흐름을 지속적으로 유도할 수 있다. 이에 따라, 레이저 가공장치 헤드(1)의 외부에서 생성된 미세분진 등이 내부로 유입되는 경우에도 퍼지가스(G)의 흐름을 이용하여 렌즈(301) 표면을 보호하고 이를 자연스럽게 배출시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 이와 같이 퍼지가스(G)의 흐름을 균일하게 유지함으로써 레이저 가공장치 헤드(1) 내부에 형성될 수 있는 불규칙한 공기흐름도 제거할 수 있다. 결과적으로, 미세분진 등이 레이저 가공장치 헤드(1) 내부로 유입된다 하여도 퍼지가스(G)의 흐름을 따라 배출될 뿐이며 여타 공기의 불규칙한 흐름에 편승하기 어려워 체류시간도 크게 줄일 수 있다.

한편, 퍼지가스(G)는 경통부(300)의 내부 공간을 통해서도 흐름을 형성할 수 있다. 제2퍼지가스공급관(도 1 및 도 2의 212참조)은 경통부(300)에 형성된 접속유로(미도시)를 통해 경통부(300)의 내부공간에 퍼지가스(G)를 주입할 수 있다. 접속유로는 경통부(300)의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있으며, 경통부(300) 둘레에 복수 개가 형성되어 퍼지가스(G)를 서로 다른 방향에서 경통부(300)의 내부로 공급할 수 있다. 이와 같이 경통부(300)의 내부로 공급된 퍼지가스(G)는 경통부(300)의 상부 또는 하부 등으로 경통부(300) 내부를 순환하면서, 경통부(300) 내부에 결합된 렌즈의 외부로 노출되지 않은 면에 접촉하여 이를 청결하게 유지할 수 있다.

이와 같이, 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)을 통해 레이저가공장치 헤드(1)의 내부에 퍼지가스(G)를 공급하고, 레이저 가공장치 헤드(1)의 서로 다른 내부공간으로 순환하는 퍼지가스(G)의 흐름을 형성할 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 경통부와 제2몸체의 결합과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 6 내지 도 8은 제2몸체 및 경통부의 결합과정을 순차적으로 도시한 도면이다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2몸체(200)의 제2삽입구(205)에 경통부(300)를 정렬시켜 삽입한다. 제2삽입구(205)는 도시된 바와 같이 원형으로 형성되며 경통부(300) 역시 원통형상으로 형성되어 제2삽입구(205)에 용이하게 삽입될 수 있다. 사용자는 경통부(300)에 형성된 걸림돌기부(310)를 파지하여 경통부(300)를 제2삽입구(205)에 맞추어 정렬시킬 수 있으며, 외력을 가하여 경통부(300)를 제2몸체(200) 내부로 손쉽게 삽입할 수 있다. 이 때, 걸림돌기부(310)가 제2몸체(200)에 형성된 결속고리부(230)에 걸리지 않도록 경통부(300)를 회전시켜 걸림돌기부(310)와 결속고리부(230)의 상호 위치를 조정할 수 있다. 걸림돌기부(310)는 결속고리부(230)의 개수에 대응하여 복수 개가 형성될 수 있다.

경통부(300)를 제2몸체(200)에 삽입하고 나면, 도 7에 도시된 바와 같이 걸림돌기부(310)와 경통부(300) 전체를 회전시킨다. 즉, 원형의 제2삽입구(205)에 삽입된 상태로 원통형의 경통부(300)를 회전시켜 이와 연결된 걸림돌기부(310)를 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이로 삽입할 수 있다. 특히, 결속고리부(230)를 이루는 굴절부(232)의 적어도 일부가 제2몸체(200)와 평행하여 걸림돌기부(310)가 굴절부(232)와 제2몸체(200)의 사이로 슬라이딩 이동하여 용이하게 삽입될 수 있다.

이 때, 탄지부(320)는 걸림돌기부(310)와 구름 접촉하여 걸림돌기부(310)의 슬라이딩 이동이 자연스럽게 이루어지도록 유도한다. 즉, 볼 플러저로 형성되는 탄지부(320)의 볼 부분이 걸림돌기부(310)의 표면과 구름 접촉하여 마찰을 최소화할 수 있다. 이를 통해 걸림돌기부(310)는 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이로 용이하게 삽입될 수 있다.

결속고리부(230)는 제2삽입구(205)의 둘레에 도시된 바와 같이 회전 대칭형으로 배치된다. 따라서, 경통부(300)의 직경방향으로 돌출된 걸림돌기부(310)는 회전에 의해 각각의 결속고리부(230)와 용이하게 결합할 수 있다. 결속고리부(230)의 개수 및 걸림돌기부(310)의 개수는 필요에 따라 증감 될 수 있으며 이를 통해 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이의 결합강도를 적절히 조절하는 것이 가능하다.

걸림돌기부(310)가 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이로 완전히 삽입되면, 도 8에 도시된 바와 같이 회전이 저지된다. 이러한 상태에서 탄지부(도 7의 320참조)의 탄성력에 의해 걸림돌기부(310)가 더욱 견고히 고정된다. 즉, 삽입된 상태에서 탄지부(320)가 걸림돌기부(310)를 향해 가하는 탄성력에 의해 걸림돌기부(310)가 견고히 고정되고 경통부(300) 전체가 제2몸체(200)와 안정적으로 결합된다. 볼 플런저로 이루어진 탄지부(320)의 경우, 베어링볼을 탄성적으로 지지하는 스프링부재 등에 의해 탄성력이 인가될 수 있다.

이와 같은 방식으로 제2몸체(200)와 경통부(300)를 서로 간편하면서도 견고하게 결합할 수 있다. 이를 역으로 진행하면 제2몸체(200)와 경통부(300)를 서로 손쉽게 분리할 수 있으며, 경통부(300)를 해체하여 렌즈(도 4의 301참조) 표면을 세척하거나 제2몸체(200)를 세척하거나, 제2몸체(200)와 연결된 제1몸체(100)를 용이하게 세척할 수 있다. 특히, 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이에 형성된 내측만입부(도 4의 202참조) 및 외측만입부(도 4 및 도 6의 302참조) 등을 매우 편리하게 세척하여 퍼지가스 공급이 원활하게 이루어지도록 레이저 가공장치 헤드(1)를 청결하게 유지하는 것이 가능하다.

도 9는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 초점 조절과정을 도시한 작동도이다.

한편, 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이, 제2몸체(200)와 경통부(300)의 사이 등에는 오링(240, 330)을 삽입하여 퍼지가스(도 4의 G참조)의 누출을 막을 수 있으며 밀폐된 구조를 형성할 수 있다. 특히, 제2몸체(200)의 외주면과 제1몸체(100)의 내주면에 사이에서 제1몸체(100)와 제2몸체(200)에 접하도록 삽입되는 오링(도 4 및 도 9의 240참조)은 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이를 밀폐하며 적절한 마찰력을 제공한다.

반면, 제1몸체(100)와 제2몸체(200) 사이에 개재되는 탄성부재(도 4 및 도9의 130참조)는 제2몸체(200)의 슬라이딩 방향으로 탄성력으로 가하게 된다. 즉, 레이저 가공장치 헤드(1)의 내부로 퍼지가스(G)가 유동함에 따라 헤드 전체에 진동이 발생할 수 있는 바 도 6에 도시된 바와 같이 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이에 설치되는 탄성부재(130)가 이에 대응하여 탄성적으로 진동하며, 제1몸체(100)와 제2몸체(200) 사이에 개재되는 오링(240)이 마찰력으로 이를 감쇄시켜 전체적인 진동을 줄일 수 있다. 이와 같은 방식으로 퍼지가스(G)를 사용함에 따라 기기에 발생할 수 있는 진동도 줄일 수 있다.

레이저 가공장치 헤드(1)는 이와 같이 퍼지가스가 분사되는 상태에서도 레이저 빔(L)의 초점을 매우 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 조절손잡이(220) 등을 이용하여 제2몸체(200) 및 경통부(300) 전체가 제1몸체(100)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 할 수 있고, 반대로 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 제2몸체(200) 및 경통부(300) 전체가 제1몸체(100)와 근접하는 방향으로 슬라이딩 할 수 있다. 제2몸체(200)에 결합된 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)은 가이드 홈(110, 120)을 따라 이동할 수 있으므로 이러한 슬라이딩 이동이 방해 받지 않고 원활하게 이루어질 수 있다.

즉, 제1몸체(100)의 적어도 일 측에 장홈의 형태로 개방되는 가이드 홈(110, 120)을 형성하고 가이드 홈(110, 120)을 관통하여 퍼지가스공급관 등을 제2몸체(200)에 자유롭게 결합할 수 있다. 가이드 홈(110, 120)은 도 9에 도시된 바와 같이 하나 이상을 형성할 수 있으며, 이를 통해 조절손잡이(220) 등도 제2몸체(200)와 용이하게 결합시킬 수 있다.

퍼지가스 공급구조는 전술한 바와 같이 제1몸체(100)와 독립적으로 제2몸체(200)와 경통부(300) 사이에 형성된다. 따라서, 이와 같이 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 위치를 상호 조절하는 경우에도 퍼지가스는 매우 원활하게 외부 오염물질을 차단할 수 있다. 따라서, 모재를 절단하거나, 용접하는 등의 가공작업이 진행되는 동안에도 모재의 위치에 따라 초점 등을 조절하여 가공작업을 매우 효율적으로 진행하는 것이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예들을 설명하였으나 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 레이저 가공장치 헤드 11: 퍼지가스분배부
12, 12a, 12b, 12c, 12d: 노즐부
100: 제1몸체 101: 토출구
102: 광노즐 103: 제1삽입구
130: 탄성부재 110, 120: 가이드홈
200: 제2몸체 201: 개구부
202: 내측만입부 203: 가이드플랜지
204: 수용부 205: 제2삽입구
211: 제1퍼지가스공급관 212: 제2퍼지가스공급관
211a, 212a: 결합공 220: 조절손잡이
230: 결속고리부 231: 지지부
232: 굴절부 240, 330: 오링
300: 경통부 301: 렌즈
302: 외측만입부 303: 접속유로
310: 걸림돌기부 310a: 파지부
320: 탄지부
G: 퍼지가스 L: 레이저 빔

Claims (8)

1. 일단부에 레이저 빔의 토출구가 형성되고 타단부에 상기 토출구와 연통되는 제1삽입구가 형성된 중공형의 제1몸체;
   상기 토출구를 향하는 일단부에 개구부가 형성되고, 타단부에 상기 개구부와 연통되는 원형의 제2삽입구가 형성되며, 상기 제1삽입구를 통해 상기 제1몸체에 삽입되어 슬라이딩 되는 중공형의 제2몸체;
   상기 제2삽입구를 통해 상기 제2몸체에 착탈 가능하게 삽입되고, 내부에 상기 토출구 및 상기 개구부와 중첩되는 적어도 하나의 렌즈가 결합되며, 원통형상으로 형성되어 원형의 상기 제2삽입구 내측에서 회전이 가능한 중공형의 경통부;
   상기 제2몸체의 상기 제2삽입구 둘레에 회전 대칭형으로 배치되는 복수 개의 결속고리부;
   상기 경통부에서 상기 경통부의 직경방향으로 돌출되어 상기 결속고리부와 상기 제2몸체의 사이에 삽입되는 걸림돌기부;
   상기 제2몸체에 결합되는 제1퍼지가스공급관; 및
   상기 제2몸체에 결합되는 제2퍼지가스공급관을 포함하고,
   상기 제1몸체에는 장홈의 형태로 개방되어 상기 제1퍼지가스공급관 및 상기 제2퍼지가스공급관이 이동하는 가이드홈이 형성되고,
   상기 제2몸체에는 상기 제1퍼지가스공급관 및 상기 제2퍼지가스공급관이 각각 결합되는 결합공이 형성되고,
   상기 경통부에는 상기 경통부의 적어도 일부를 관통하여 상기 제2퍼지가스공급관을 상기 경통부의 내부공간과 연결하여 퍼지가스를 주입하는 접속유로가 형성된 레이저 가공장치 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 결속고리부 및 상기 제2몸체 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 걸림돌기부와 밀착되어 상기 걸림돌기부를 탄력적으로 지지하는 탄지부를 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄지부는 상기 걸림돌기부와 구름 접촉하는 볼 플런저로 이루어지는 레이저 가공장치 헤드.
4. 제2항에 있어서,
   상기 결속고리부는 상기 제2몸체에 지지되는 지지부, 및
   끝단부가 상기 제2몸체와 이격되고 적어도 한번 굴절되어 상기 지지부와 연결되는 굴절부를 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
5. 제4항에 있어서,
   상기 굴절부는 적어도 일부가 상기 제2몸체와 평행하여, 상기 걸림돌기부가 상기 굴절부와 상기 제2몸체의 사이로 슬라이딩 이동하여 삽입되는 레이저 가공장치 헤드.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 경통부와 상기 제2몸체의 사이에 상기 경통부를 둘러싸는 원통형 공간으로 형성되며 상기 제1퍼지가스공급관과 연결되는 퍼지가스분배부, 및
   상기 개구부의 둘레에 배치되고 상기 퍼지가스분배부와 연결되어 상기 렌즈를 향해 퍼지가스를 분사하는 적어도 하나의 노즐부를 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 개재되어 상기 제2몸체의 슬라이딩 방향으로 탄성력을 가하며 상기 레이저빔과 상기 퍼지가스가 중앙을 관통하는 코일스프링으로 형성된 탄성부재, 및
   상기 제1몸체의 내주면과 상기 제2몸체의 내주면 사이에서 상기 제1몸체와 상기 제2몸체에 접하여, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이를 밀폐하며 마찰력을 제공하는 오링을 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.

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