WO2020188620A1 - レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法 - Google Patents

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WO2020188620A1
WO2020188620A1 PCT/JP2019/010784 JP2019010784W WO2020188620A1 WO 2020188620 A1 WO2020188620 A1 WO 2020188620A1 JP 2019010784 W JP2019010784 W JP 2019010784W WO 2020188620 A1 WO2020188620 A1 WO 2020188620A1
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WO
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cartridge
housing
cavity
laser processing
supply path
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Application number
PCT/JP2019/010784
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲一 北本
和洋 波田野
松村　勝
飯領田　晃
Original Assignee
ヤマザキマザック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus that irradiates a laser beam to process an object, and a method of attaching and detaching a cartridge of the laser processing apparatus.
  • Patent Document 1 describes a lens holder that holds a condensing lens, a protective glass cartridge that is arranged downstream of the lens holder in the laser beam emitting direction and holds a protective glass, and a lens holder and a protective glass cartridge.
  • a processing head for a laser processing machine which is composed of an opening / closing door that shuts off the lens from the outside, is described (see FIG. 7 and the like).
  • the technical subject disclosed in the present invention provides, for example, a laser processing apparatus capable of effectively preventing the intrusion of dust and easily attaching and detaching an optical element, and a method of attaching and detaching a cartridge of the laser processing apparatus. It is to be.
  • the laser processing apparatus is an apparatus for processing an object by irradiating a laser beam, and is a first optical element that covers the periphery of the first optical element and the first optical element.
  • a second housing having a cartridge including the housing, a cavity for passing a laser beam, and a cartridge hole for inserting the cartridge at an insertion position, and urging and releasing the cartridge with respect to the second housing.
  • the cartridge comprises a switching mechanism, the cartridge partitions the cavity at the insertion position, and the laser beam is passed through the first optical element, and the switching mechanism makes the first housing of the cartridge into the cross section of the cavity in the cartridge hole.
  • the method of attaching / detaching the cartridge of the laser processing apparatus is to switch between the cartridge, the second housing, and the cartridge to be urged and released from the second housing.
  • a laser comprising a mechanism and a second housing comprising a second optical element arranged to allow laser light to pass through the cavity and a second supply path for supplying air into the cavity.
  • This is a method of attaching and detaching a cartridge of a processing device.
  • air is supplied to the second supply path in a state where the cartridge is urged with respect to the second housing. With the air supplied, the cartridge is released from the bias against the second housing. The cartridge is attached and detached with the urging of the cartridge against the second housing released.
  • a laser processing apparatus capable of effectively preventing the intrusion of dust and easily attaching and detaching an optical element, and a method for attaching and detaching a cartridge of the laser processing apparatus are provided. be able to.
  • FIG. 1 is an overall schematic view of the laser processing apparatus of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial schematic view of a processing head of the first embodiment.
  • the laser processing apparatus 1 of the present embodiment is composed of a base 31, a column 33, a processing head 35, a laser oscillator 37, a transmission fiber cable 39, and a numerical control device 41, and is numerically controlled.
  • the processing material W placed on the base 31 is processed by controlling the positions of the column 33 and the processing head 35 and the laser beam emitted from the lower end of the processing head 35 by a command from the device 41.
  • the base 31 is configured to mount the processing material W and serves as a base when the column 33 is moved in the X-axis direction.
  • the column 33 is configured to move in the X-axis direction on the base 31 by driving an X-axis servomotor (not shown), and the machining head 35 includes a Y-axis servomotor (not shown) and a Z-axis servo.
  • the machining head 35 includes a Y-axis servomotor (not shown) and a Z-axis servo.
  • the column 33 is configured to move in the Y-axis direction, which is the longitudinal direction, and in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the processing head 35 is formed with a cartridge hole 11 having a width (length) X1 for inserting the cartridge 2 in the upper part of the nozzle 21.
  • the details of the processing head 35 will be described later.
  • the laser oscillator 37 is connected to the transmission fiber cable 39, and the transmission fiber cable 39 is connected to the processing head 35.
  • the laser oscillator 37 transmits the laser beam to the transmission fiber cable 39, and the transmission fiber cable 39 transmits the laser beam to the inside of the processing head 35.
  • the numerical control device 41 controls the operation of the column 33, the operation of the processing head 35, and the irradiation of the laser beam.
  • the cartridge mounted on the processing head of the first embodiment will be described.
  • the cartridge in the present embodiment will be referred to as a "first cartridge” in order to distinguish it from a cartridge described later.
  • FIG. 3 is a plan view of the first cartridge mounted on the processing head of the first embodiment
  • FIG. 4 is a front view of the first cartridge
  • FIG. 5 is a right side view of the first cartridge
  • FIG. 6 is a right sectional view of the first cartridge.
  • the first cartridge 2 of the present embodiment will be described as a cartridge provided with a protective window for protecting the condensing lens 6 (see FIG. 7 and the like) described later.
  • the first cartridge 2 has a protective window 7 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and a holder 3 (corresponding to the “first housing” of the present invention) that covers the periphery of the protective window 7. It is composed of (corresponding to) and a guide 5 provided at the edge of the holder 3.
  • the first cartridge 2 has a flat side view and is in a form that can be easily inserted into the cartridge hole 11 of the processing head 35.
  • the protective window 7 is made of transparent glass and has a substantially circular shape in a plan view and a substantially rectangular shape in a side view as shown in FIGS. 3 to 6.
  • the protection window 7 is used to protect the condensing lens 6 described later, and is configured to pass the laser light output from the laser oscillator 37.
  • the holder 3 covers the periphery of the protective window 7 and has a substantially circular plan view and a substantially rectangular side view like the protective window 7.
  • the upper surface of the holder 3 is formed of an elastic body having a length d1 protruding from the upper surface of the holder 3, which is configured to cover the cross-sectional circumference of the cavity 10 (see FIG. 7 and the like) described later, and has a substantially circular shape in a plan view. It includes a first annular member 13b (corresponding to the "first elastic body" of the present invention).
  • the length d1 of the first annular member 13b and the first annular member 13a described later protruding from the upper surface of the holder 3 is preferably 0.3 to 0.5 mm.
  • the lower surface of the holder 3 is also a first annular member 13a having a substantially circular shape in a plan view, which is formed of an elastic body having a length d1 protruding from the lower surface of the holder 3 so as to cover the perimeter of the cross section of the cavity 10. (Corresponding to the "first elastic body") and the first annular member 13a, which is configured to cover the cross section of the cavity 10, protrudes from the lower surface of the holder 3 by a length (d1 + d2). It is provided with a second annular member 15a (corresponding to the "second elastic body" of the present invention) having a substantially circular circular shape in a plan view and having a friction coefficient smaller than that of 13a.
  • the length (d1 + d2) of the second annular member 15a protruding from the lower surface of the holder 3 is preferably 0.5 to 1.0 mm. Further, the friction coefficient of the second annular member 15a is smaller than the friction coefficient of the first annular member 13a, and is preferably 0.1 or less.
  • the difference between the amount of protrusion of the first annular member 13a from the lower surface of the holder 3 and the amount of protrusion of the second annular member 15a from the lower surface of the holder 3 is the length d2. ..
  • the difference between the amount of protrusion of the first annular member 13a from the lower surface of the holder 3 and the amount of protrusion of the second annular member 15a from the lower surface of the holder 3 is preferably 0.1 mm or more.
  • the second annular member 15a of the present embodiment has a U-shaped side cross-sectional view, and includes an annular member 17a having a substantially circular shape in a plan view inside as shown in FIG.
  • the materials of the first annular member 13a, the first annular member 13b, and the annular member 17a may be elastically deformed by the urging of the switching mechanism 12, which will be described later, and are, for example, fluororubber, nitrile rubber, and silicon rubber. And other elastic materials can be used.
  • the material of the second annular member 15a may be any material that is elastically deformed by the urging of the switching mechanism 12 described later and has a smaller friction coefficient than the first annular member 13a.
  • Teflon registered trademark
  • Elastic materials such as polyacetal can be used.
  • the guide 5 is a member for positioning the first cartridge 2 in the machining head 35 when the first cartridge 2 is inserted into the cartridge hole 11 of the machining head 35, and is a member for positioning the first cartridge 2 in the machining head 35.
  • the first cartridge 2 is positioned in the processing head 35 in contact with the "second housing" (see FIG. 7 and the like).
  • the guide 5 has a cartridge gripping portion 9 having a length X2 shorter than the length X1 of the cartridge hole 11 in a plan view and a side view T-shape, and when the user attaches / detaches the first cartridge 2. It is easy for the user to grip the first cartridge 2 and to easily attach / detach the first cartridge 2.
  • the shape of the holder 3 is substantially circular in plan view and substantially rectangular in side view, but the shape can be appropriately deformed depending on the shape of the processing head, and is not particularly limited.
  • the protective window 7 is made of transparent glass, but it can be made of a different material as long as it transmits laser light. Further, although the shape of the protective window 7 is substantially circular in plan view and substantially rectangular in side view, the shape can be appropriately deformed and is not particularly limited.
  • the shapes of the first annular member 13a and the first annular member 13b are circular in a plan view, but the shape can be appropriately deformed depending on the cross-sectional shape of the cavity described later in the processing head. Yes, and is not particularly limited. However, in consideration of preventing the surrounding dust from entering the inside of the cavity, the first annular member 13a and the first annular member 13b need to cover the cross section of the cavity of the processing head and are annular. It is necessary.
  • the shapes of the second annular member 15a and the annular member 17a are formed into an annular shape having a substantially circular shape in a plan view, but the shapes can be changed as appropriate and are not limited.
  • the second annular member 15a is not limited to an annular member having a substantially circular shape in a plan view, and may be formed in a shape such as a U-shape in a plan view.
  • the annular member 17a may be omitted as long as it can be elastically deformed only by the second annular member 15a.
  • FIG. 7 is an explanatory view of the first stage when the first cartridge 2 is mounted at the insertion position on the processing head 35 of the first embodiment
  • FIG. 8 is an explanatory view of the second stage
  • FIG. It is a three-step explanatory view
  • FIG. 10 is a final step explanatory view.
  • the nozzle 21 side to which the laser beam L is irradiated is the tip end side
  • the side to which the transmission fiber cable 39 is connected is the base end side.
  • the processing head 35 includes a housing 4 (corresponding to the "second housing” of the present invention), a condensing lens 6 (corresponding to the "second optical element” of the present invention), a switching mechanism 12, and an assist gas. It is composed of a supply unit 45.
  • the housing 4 constitutes a processing head body for irradiating the processing material W (corresponding to the “object” of the present invention) mounted on the base 31 with the laser beam L, and irradiates the tip with the laser beam L.
  • a cartridge hole 11 for inserting the first cartridge 2 formed in the above into the insertion position is provided. As shown in FIG. 10, at the insertion position, the first cartridge 2 is arranged so as to partition the cavity 10 and allow the laser beam L to pass through the protective window 7.
  • the cartridge hole 11 is opened in the region between the condensing lens 6 and the irradiation port 23.
  • the housing 4 is provided with a lid portion 25 for closing the cartridge hole 11, and the lid portion 25 has a third annular member 25a made of an elastic body protruding from the surface of the lid portion 25 around the cartridge hole 11. It is arranged so as to cover.
  • the condensing lens 6 is a lens for condensing the laser beam L incident from the transmission fiber cable 39, and in the present embodiment, the cavity 10 on the proximal end side of the insertion position of the first cartridge 2 It is arranged so as to partition the cavity 10 inside.
  • the switching mechanism 12 is composed of a piston 8, a spring 27a and a spring 27b, and a first air supply path 43a, and urges or releases the first cartridge 2 inserted inside the housing 4.
  • the piston 8 is made of a rigid body and is configured to be movable toward the tip end side and the base end side inside the housing 4.
  • the piston 8 is arranged on the tip end side of the insertion position of the first cartridge 2.
  • the spring 27a and the spring 27b are arranged in the piston 8 and constantly urge the piston 8 toward the proximal end side.
  • the piston 8 urges the holder 3 of the first cartridge 2 toward the cross section of the cavity 10 in the cartridge hole 11.
  • the switching mechanism 12 is preferably configured such that the piston 8 urges the holder 3 in the direction from the irradiation port 23 toward the condensing lens 6.
  • the air compressor 43 communicates with the housing 4 by two paths, a first air supply path 43a and a second air supply path 43b.
  • the first air supply path 43a is for moving the piston 8 toward the tip side against the urging force of the spring 27a and the spring 27b
  • the second air supply path 43b is the condensing lens 6 and the first. Air is supplied into the cavity 10 between the cartridge 2 and the insertion position. That is, the second air supply path 43b communicates with the cavity 10 in the region between the cartridge hole 11 and the condensing lens 6.
  • the two paths of the first air supply path 43a and the second air supply path 43b may be supplied with air by different air compressors, or may be supplied with gas by the assist gas supply unit 45 described later. Good.
  • the air compressor 43 of the present embodiment supplies air between the first air supply path 43a for pushing down the piston 8 toward the tip end side and the insertion position of the condensing lens 6 and the first cartridge 2.
  • the clean air purge described later is executed by the air supply path 43b.
  • the air supplied into the cavity 10 by the second air supply path 43b is clean, foreign matter in the air is removed in the air supply path of the air compressor 43 or in the second air supply path 43b. Filters (not shown) may be arranged.
  • the assist gas supply unit 45 has an assist gas supply path 45a, and supplies assist gas such as oxygen, nitrogen, and air to the irradiation port 23 through the cavity 10.
  • assist gas such as oxygen, nitrogen, and air
  • a part of the assist gas supply path 45a is formed in the housing 4 and communicates with the cavity 10.
  • the assist gas supply path 45a communicates with the cavity 10 in the region between the cartridge hole 11 and the irradiation port 23.
  • the first air supply path 43a, the second air supply path 43b or the assist gas supply path 45a Means that gas is supplied to the inside of the processing head 35, and that the first air supply path 43a, the second air supply path 43b, or the assist gas supply path 45a is “OFF” means that the first air supply path 43a, the first air supply path 43a, 2 It means a state in which gas is not supplied to the inside of the processing head 35 from the air supply path 43b or the assist gas supply path 45a.
  • the lid 25 is opened with the first air supply path 43a and the second air supply path 43b turned on, and the first cartridge 2 is mounted. Is inserted in the A direction toward the cartridge hole 11.
  • the first cartridge 2 is formed with a second annular member 15a that protrudes from the surface of the holder 3 more than the first annular member 13a and has a friction coefficient smaller than that of the first annular member 13a, the first annular member 2 is formed.
  • the first cartridge 2 can be smoothly inserted without the member 13a coming into contact with the cartridge hole 11.
  • the piston 8 in this state is urged by the spring 27a and the spring 27b, the force due to the air supplied from the first air supply path 43a is larger than the urging force by the spring 27a and the spring 27b, and the piston 8 is urged. 8 is a lowered state. As a result, the first cartridge 2 can be smoothly inserted through the cartridge hole 11.
  • the first cartridge 2 is inserted and the lid 25 is closed with the first air supply path 43a and the second air supply path 43b turned on.
  • the piston 8 is raised and the first cartridge 2 is processed by turning off the first air supply path 43a while the second air supply path 43b is turned on. Fix at 35. Since air is not supplied from the first air supply path 43a to the piston 8 in this state, the urging force of the spring 27a and the spring 27b increases, and the piston 8 rises. As a result, the first cartridge 2 is mounted at the insertion position.
  • the first annular member 13a and the first annular member 13b made of an elastic body protruding from the surface of the holder 3 cover the perimeter of the cross section of the cavity 10, and the first annular member 13a and the first annular member 13b are sufficiently crushed and brought into close contact with each other. In order to increase the properties, it is possible to effectively prevent the surrounding dust from entering the inside of the cavity 10.
  • the first air supply path 43a and the second air supply path 43b are turned off, the laser oscillator 37 is operated by the command from the numerical control device 41, and the laser output from the laser oscillator 37.
  • the light L passes through the processing head 35 via the transmission fiber cable 39 and is irradiated from the irradiation port 23 of the nozzle 21 toward the processing material W.
  • the protective window 7 (corresponding to the "first optical element” of the present invention) and the holder 3 that covers the periphery of the protective window 7 (the “first housing” of the present invention).
  • the first cartridge 2 is provided with a switching mechanism 12 including a piston 8, a spring 27a, a spring 27b, and a first air supply path 43a that urges and releases the first cartridge 2 with respect to the housing 4.
  • the first cartridge 2 when the first cartridge 2 is attached / detached, a gap is created between the housing 4 and the holder 3 by releasing the holder 3 with respect to the housing 4 by the switching mechanism 12, so that the first including the protective window 7 which is an optical element.
  • the cartridge 2 can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the optical element is easily damaged by the influence of dust. According to the laser processing apparatus of the present embodiment, it is possible to effectively prevent the intrusion of dust in the laser processing apparatus using the fiber laser, and the inside of the cavity 10 through which the laser beam passes and the protective window 7 are contaminated. Can be prevented.
  • the holder 3 covers at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 12 around the cross section of the cavity 10 and protrudes from the surface of the holder 3. Since the first annular member 13a and the first annular member 13b are provided, by using the first annular member 13a and the first annular member 13b having low elastic force and high frictional force, the holder 3 is housed 4 by the switching mechanism 12 at the time of processing. Since the first annular member 13a and the first annular member 13b are sufficiently crushed to increase the adhesion, it is possible to further prevent the surrounding dust from entering the inside of the cavity 10.
  • the holder 3 is released from the housing 4 by the switching mechanism 12 to create a gap between the housing 4 and the first annular member 13a and the first annular member 13b, and the optics
  • the first cartridge 2 including the protective window 7 which is an element can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the holder 3 has a holder 3 rather than the first annular member 13a and the first annular member 13b in at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 12. Since the second annular member 15a that protrudes from the surface and has a smaller friction coefficient than the first annular member 13a and the first annular member 13b is included, the first annular member 13a and the first annular member 13b are attached when the first cartridge 2 is attached or detached.
  • the first cartridge 2 including the protective window 7 which is an optical element can be more easily attached and detached without contacting the cartridge hole 11.
  • the housing 4 since the housing 4 includes a condensing lens 6 arranged so as to allow laser light to pass through the cavity 10, it can be attached and detached by the first cartridge 2.
  • the holder 3 By arranging the holder 3 in the cavity 10 at a position where it is easily contaminated, it is possible to prevent the relatively expensive condensing lens 6 from being contaminated by using the relatively inexpensive protective window 7.
  • the housing 4 has an irradiation port 23 that irradiates the processing material W, which is an object, with the laser beam L, and the cartridge hole 11 is a condensing lens 6. Since the opening is made in the region between the irradiation port 23 and the irradiation port 23, it is possible to prevent the condensing lens 6 from being contaminated by spatter and dust entering the inside of the cavity 10 from the irradiation port 23 during laser processing.
  • the housing 4 has an assist gas supply path 45a for supplying the assist gas to the irradiation port 23 through the cavity 10, and the assist gas supply path 45a is a cartridge hole. Since it communicates with the cavity 10 in the region between the 11 and the irradiation port 23, it is possible to prevent the condensing lens 6 from being contaminated by the spatter and dust entering the inside of the cavity 10 due to the assist gas and its pressure. Can be done.
  • the switching mechanism 12 urges the holder 3 in the direction from the irradiation port 23 toward the condensing lens 6, so that the pressure due to the assist gas is urged. Therefore, during processing, the holder 3 can be further brought into close contact with the periphery of the cavity 10 in the condensing lens 6 by the pressure of the assist gas to prevent contamination.
  • the device can be miniaturized.
  • the first cartridge 2 since the first cartridge 2 has a cartridge gripping portion 9 shorter than the length of the cartridge hole 11, a protective window which is an optical element is used when the first cartridge 2 is attached or detached.
  • the first cartridge 2 including 7 can be attached and detached more easily.
  • the clean air purge operation is an operation for preventing contamination in the cavity 10 when the first cartridge 2 is attached / detached from the processing head 35.
  • FIG. 11 is a first-stage explanatory view when attaching and detaching the first cartridge from the processing head of the first embodiment
  • FIG. 12 is a second-stage explanatory view
  • FIG. 13 is a third-stage explanatory view.
  • FIG. 14 is a fourth-stage explanatory view
  • FIG. 15 is a fifth-stage explanatory view
  • FIG. 16 is a sixth-stage explanatory view
  • FIG. 17 is a seventh-stage explanatory view.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of the eighth stage
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the ninth stage
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of the final stage.
  • the first air supply path 43a and the second air supply path 43b are set to OFF, and the first cartridge 2 is moved in a state where the piston 8 is raised. It is attached to the insertion position of the processing head 35, and the lid 25 is closed. Further, in this state, it is configured so that unnecessary air does not flow.
  • the first air supply path 43a when the first air supply path 43a is set to ON, as shown in FIG. 13, air is supplied from the first air supply path 43a, the piston 8 is lowered, and the first cartridge 2 is the processing head.
  • air from the airflow f1 is injected from the irradiation port 23 of the nozzle 21 as an airflow f2 through the gap between the first cartridge 2 and the processing head 35.
  • the lid 25 is temporarily closed, and the dust or the like remaining in the cavity 10 is discharged to the outside as an airflow f2.
  • the lid 25 is opened again and the first cartridge 2 is inserted through the cartridge hole 11 to insert the first cartridge 2.
  • the dust that has entered the cavity 10 is discharged to the outside by the airflows f1, f2, and f3.
  • the lid 25 is closed.
  • the first air supply path 43a is set to OFF, the supply of air from the first air supply path 43a is stopped, the piston 8 is raised, and the first cartridge 2 is inserted into the processing head 35. Attach it to the insertion position.
  • the second air supply path 43b is set to OFF, the air supply from the second air supply path 43b is stopped, and the clean air purge operation is completed. , The attachment / detachment of the first cartridge 2 in the laser processing apparatus 1 is completed. As described above, the inside of the housing 4 is maintained in a clean state by this clean air purging operation.
  • the laser oscillator 37 is operated by the command from the numerical control device 41, and the laser beam generated from the laser oscillator 37 is processed via the transmission fiber cable 39. It passes through the inside of the head 35 and is irradiated from the irradiation port 23 of the nozzle 21 toward the processing material W.
  • the housing 4 has a second air supply path 43b for supplying air into the cavity 10, and the second air supply path 43b collects light with the cartridge hole 11.
  • air is supplied between the cartridge hole 11 and the condensing lens 6 in the cavity 10 to increase the internal pressure, so that dust in this region is collected. Intrusion is prevented, and contamination of the inside of the cavity 10 through which the laser beam passes and the condensing lens 6 can be prevented.
  • air is supplied from the second air supply path 43b in a state where the first cartridge 2 is urged against the housing 4.
  • the first cartridge 2 is attached and detached in the step, the step of releasing the bias of the first cartridge 2 against the housing 4 while supplying air, and the step of releasing the bias of the first cartridge 2 against the housing 4. Since it includes a step, air is supplied before releasing the urging of the first cartridge 2, and air is supplied while the first cartridge 2 is attached and detached to keep the inside of the cavity 10 clean.
  • the inside of the cavity 10 can be kept clean even during the attachment / detachment of the first cartridge 2.
  • the step of stopping the supply of air to the second air supply path 43b after attaching / detaching the first cartridge 2 is further included. Therefore, by supplying air to the second air supply path 43b only when necessary, it is possible to effectively prevent the intrusion of dust in the laser processing apparatus 1. Further, since it is not necessary to constantly supply air, it is possible to prevent the inside of the cavity 10 through which the laser beam is passed and the condensing lens 6 from being contaminated by the constantly supplied air flow.
  • FIG. 21 is a right side sectional view of a second cartridge mounted on the processing head of the first embodiment.
  • the second cartridge 52 of the present embodiment will be described as a cartridge provided with a protective window for protecting the condensing lens 6, similarly to the first cartridge 2.
  • plan view, front view, and right side view of the second cartridge 52 are substantially the same as those of the first cartridge 2, the drawings are omitted.
  • the second annular member 15a of the first cartridge 2 has a U-shaped side cross-sectional view, and as shown in FIG. 6, has an annular member 17a having a substantially circular shape in a plan view, but the second cartridge 52
  • the fifth annular member 65a of the above has a substantially circular shape in a side cross-sectional view.
  • the second cartridge 52 includes a protective window 7 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and a holder 53 (corresponding to the “first housing” of the present invention) that covers the periphery of the protective window 7. (Corresponding to) and a guide (only the cartridge gripping portion 59 is shown) having the same shape as the guide 5 provided at the edge of the holder 53.
  • a fourth annular member 63b (a first elastic body of the present invention) made of an elastic body having a length d3 protruding from the upper surface of the holder 53, which is configured to cover the perimeter of the cross section of the cavity 10. Equivalent to).
  • the length d3 of the fourth annular member 63b and the fourth annular member 63a described later protruding from the upper surface of the holder 53 is preferably 0.3 to 0.5 mm.
  • a fourth annular member 63a made of an elastic body protruding from the lower surface of the holder 53 by a length d3 is also formed on the lower surface of the holder 53 so as to cover the perimeter of the cross section of the cavity 10 (the "first" of the present invention. (Corresponding to “elastic body”) and a length (d3 + d4) protruding from the lower surface of the holder 53 than the fourth annular member 63a, which is configured to cover the cross section of the cavity 10, and has a coefficient of friction more than the fourth annular member 63a. It is provided with a fifth annular member 65a made of an elastic body having a small coefficient.
  • the length (d3 + d4) of the fifth annular member 65a protruding from the lower surface of the holder 53 is preferably 0.5 to 1.0 mm. Further, the friction coefficient of the fifth annular member 65a is smaller than that of the fourth annular member 63a, and is preferably 0.1 or less.
  • the difference between the amount of protrusion of the fourth annular member 63a from the lower surface of the holder 53 and the amount of protrusion of the fifth annular member 65a from the lower surface of the holder 53 is the length d4. ..
  • the difference between the amount of protrusion of the fourth annular member 63a from the lower surface of the holder 53 and the amount of protrusion of the fifth annular member 65a from the lower surface of the holder 53 is preferably 0.1 mm or more.
  • the material of the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b may be any material that is elastically deformed by the urging of the switching mechanism 12, and for example, elastic materials such as fluororubber, nitrile rubber, and silicon rubber are used. It is possible.
  • the material of the fifth annular member 65a may be any material that is elastically deformed by the urging of the switching mechanism 12 and has a smaller coefficient of friction than the fourth annular member 63a.
  • Teflon registered trademark
  • polyacetal polyacetal.
  • Elastic materials such as can be used.
  • the protective window 7 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and the holder 53 covering the periphery of the protective window 7 (the “first housing” of the present invention).
  • the second cartridge 52 includes a piston 8, a spring 27a, a spring 27b, and a switching mechanism 12 including a first air supply path 43a for urging and releasing the second cartridge 52 with respect to the housing 4.
  • the cavity 10 is partitioned and the laser beam is passed through the protective window 7, and the switching mechanism 12 urges the holder 53 of the second cartridge 52 toward the cross section of the cavity 10 in the cartridge hole 11.
  • the holder 53 is urged against the housing 4 by the switching mechanism 12 to bring the second cartridge 52 into close contact with the periphery of the cavity 10 in the housing 4, and the cavity 10 is brought into close contact by the second cartridge 52.
  • partitioning the intrusion of dust is effectively prevented. As a result, it is possible to prevent surrounding dust from entering the inside of the cavity 10 through the cartridge hole 11 and contaminating the inside of the cavity 10 through which the laser beam passes and the protective window 7.
  • the second cartridge 52 when the second cartridge 52 is attached / detached, a gap is created between the housing 4 and the holder 53 by releasing the holder 53 with respect to the housing 4 by the switching mechanism 12, so that the second cartridge including the protective window 7 which is an optical element is included.
  • the cartridge 52 can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the holder 53 covers at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 12 around the cross section of the cavity 10 and protrudes from the surface of the holder 53. Since the 4 annular member 63a and the 4th annular member 63b are provided, by using the 4th annular member 63a and the 4th annular member 63b having low elastic force and high frictional force, the holder 53 is housed by the switching mechanism 12 at the time of processing. Since the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b are sufficiently crushed to increase the adhesion, it is possible to further prevent the surrounding dust from entering the inside of the cavity 10.
  • the holder 53 is released from the housing 4 by the switching mechanism 12 to create a gap between the housing 4 and the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b, and the optics are formed.
  • the second cartridge 52 including the protective window 7 which is an element can be easily attached / detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the holder 53 has a holder 53 rather than the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b in at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 12. Since the fifth annular member 65a projecting from the surface and having a friction coefficient smaller than that of the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b is included, the fourth annular member 63a and the fourth annular member 63b are attached when the second cartridge 52 is attached or detached.
  • the second cartridge 52 including the protective window 7, which is an optical element, can be more easily attached and detached without contacting the cartridge hole 11.
  • FIG. 22 is a right sectional view of a third cartridge mounted on the processing head of the first embodiment.
  • the third cartridge 72 of the present embodiment will be described as a cartridge provided with a protective window for protecting the condensing lens 6, similarly to the first cartridge 2.
  • plan view, front view, and right side view of the third cartridge 72 are substantially the same as those of the first cartridge 2, the drawings are omitted.
  • the third cartridge 72 has a protective window 7 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and a holder 73 (corresponding to the “first housing” of the present invention) that covers the periphery of the protective window 7. (Corresponding to) and a guide (only the cartridge gripping portion 79 is shown) having the same shape as the guide 5 provided at the edge of the holder 73.
  • a sixth annular member 83b (a first elastic body of the present invention) made of an elastic body having a length d5 protruding from the upper surface of the holder 73, which is configured to cover the perimeter of the cross section of the cavity 10.
  • a sixth annular member 83a (invention of the present invention) comprising an elastic body having a length d5 protruding from the lower surface of the holder 73, which is configured to cover the perimeter of the cross section of the cavity 10 on the lower surface of the holder 73.
  • first elastic body corresponds to the "first elastic body").
  • the length d5 of the sixth annular member 83b and the sixth annular member 83a protruding from the upper surface of the holder 73 is preferably 0.3 to 0.5 mm.
  • the amount of protrusion of the sixth annular member 83a from the lower surface of the holder 73 and the amount of protrusion of the sixth annular member 83b from the upper surface of the holder 73 are the same, but are set differently. You may.
  • elastic materials such as fluororubber, nitrile rubber, and silicon rubber can be used as in the case of the first annular member 13a and the first annular member 13b. Is.
  • the protective window 7 (corresponding to the "first optical element” of the present invention) and the holder 73 covering the periphery of the protective window 7 (the “first housing” of the present invention).
  • the third cartridge 72 is provided with a switching mechanism 12 including a piston 8, a spring 27a, a spring 27b, and a first air supply path 43a for urging and releasing the third cartridge 72 with respect to the housing 4.
  • the cavity 10 is partitioned and the laser beam is passed through the protective window 7, and the switching mechanism 12 urges the holder 73 of the third cartridge 72 toward the cross section of the cavity 10 in the cartridge hole 11.
  • the holder 73 is urged against the housing 4 by the switching mechanism 12 to bring the third cartridge 72 into close contact with the periphery of the cavity 10 in the housing 4, and the cavity 10 is brought into close contact by the third cartridge 72.
  • the third cartridge 72 when the third cartridge 72 is attached / detached, a gap is created between the housing 4 and the holder 73 by releasing the holder 73 with respect to the housing 4 by the switching mechanism 12, so that the third cartridge including the protective window 7 which is an optical element is included.
  • the cartridge 72 can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the holder 73 covers at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 12 around the cross section of the cavity 10 and protrudes from the surface of the holder 73. Since the 6th annular member 83a and the 6th annular member 83b are provided, the holder 73 is housed by the switching mechanism 12 at the time of processing by using the 6th annular member 83a and the 6th annular member 83b having low elastic force and high frictional force. Since the sixth annular member 83a and the sixth annular member 83b are sufficiently crushed to increase the adhesion, it is possible to further prevent the surrounding dust from entering the inside of the cavity 10.
  • the holder 73 is released from the housing 4 by the switching mechanism 12 to create a gap between the housing 4 and the sixth annular member 83a and the sixth annular member 83b, and the optics are formed.
  • the third cartridge 72 including the protective window 7 which is an element can be easily attached / detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • FIG. 23 is a right side sectional view of a fourth cartridge mounted on the processing head of the first embodiment.
  • the fourth cartridge 92 of the present embodiment will be described as a cartridge provided with a protective window for protecting the condensing lens 6, similarly to the first cartridge 2.
  • plan view, front view, and right side view of the fourth cartridge 92 are substantially the same as those of the first cartridge 2, the drawings are omitted.
  • the fourth cartridge 92 has a protective window 7 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and a holder 93 (corresponding to the “first optical element” of the present invention) and a holder 93 (corresponding to the “first housing” of the present invention) covering the periphery of the protective window 7. (Corresponding to) and a guide (only the cartridge gripping portion 99 is shown) having the same shape as the guide 5 provided at the edge of the holder 93.
  • the protective window 7 (corresponding to the "first optical element” of the present invention) and the holder 93 that covers the periphery of the protective window 7 (the “first housing” of the present invention).
  • the fourth cartridge 92 includes a piston 8, a spring 27a, a spring 27b, and a switching mechanism 12 including a first air supply path 43a for urging and releasing the fourth cartridge 92 with respect to the housing 4.
  • the cavity 10 is partitioned and the laser beam is passed through the protective window 7, and the switching mechanism 12 urges the holder 93 of the fourth cartridge 92 toward the cross section of the cavity 10 in the cartridge hole 11.
  • the holder 93 is urged against the housing 4 by the switching mechanism 12 to bring the fourth cartridge 92 into close contact with the periphery of the cavity 10 in the housing 4, and the cavity 10 is brought into close contact with the cavity 10 by the fourth cartridge 92.
  • the fourth cartridge 92 when the fourth cartridge 92 is attached / detached, a gap is created between the housing 4 and the holder 93 by releasing the holder 93 with respect to the housing 4 by the switching mechanism 12, so that the fourth cartridge including the protective window 7 which is an optical element is included.
  • the cartridge 92 can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a released state of the machining head of the second embodiment
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing an urging state of the machining head of the second embodiment.
  • the side of the processing head 57 to which the nozzle 21 irradiated with the laser beam is irradiated is the tip end side, and the side to which the transmission fiber cable 39 is connected is the base end side.
  • the processing head 57 of the present embodiment has a different direction in which the piston urges the cartridge as compared with the processing head 35 of the first embodiment. That is, the piston 8 of the processing head 35 of the first embodiment urges the cartridge toward the proximal end side, whereas the piston 38 of the processing head 57 of the present embodiment urges the cartridge toward the tip end side.
  • the processing head 57 includes a housing 4 (corresponding to the "second housing” of the present invention), a condensing lens 6 (corresponding to the "second optical element” of the present invention), a switching mechanism 22, and an assist gas. It is composed of a supply unit 45.
  • the switching mechanism 22 is composed of a piston 38, a spring 37a and a spring 37b, and an air compressor 51, and urges or releases the first cartridge 2 inserted inside the housing 4.
  • the piston 38 is made of a rigid body and is configured to be movable toward the tip end side and the proximal end side inside the housing 4. In the present embodiment, the piston 38 is closer to the proximal end side than the insertion position of the first cartridge 2. Have been placed.
  • the spring 37a and the spring 37b are arranged in the piston 38 and constantly urge the piston 38 toward the tip end side.
  • the air compressor 51 communicates with the housing 4 by a third air supply path 51a.
  • the third air supply path 51a is for moving the piston 38 toward the proximal end side against the urging force of the spring 37a and the spring 37b.
  • the piston 38, the spring 37a and the spring 37b, and the air compressor 51 function as the "switching mechanism 22" of the present invention.
  • "ON" of the third air supply path 51a means a state in which air is supplied to the inside of the processing head 57 from the third air supply path 51a
  • "OFF” means that the third air supply path 51a is “OFF”. This means a state in which air is not supplied to the inside of the processing head 57 from the third air supply path 51a.
  • the piston 38 is raised with the third air supply path 51a turned on, and then the lid 25 is opened to open the first cartridge 2. insert.
  • the protective window 7 (corresponding to the "first optical element” of the present invention) and the holder 3 covering the periphery of the protective window 7 (the “first optical element” of the present invention)
  • a switching mechanism 22 including a piston 38 for urging and releasing the first cartridge 2 with respect to the housing 4, a spring 37a, a spring 37b, and a third air supply path 51a.
  • the first cartridge 2 partitions the cavity 10 at the insertion position and allows the laser beam to pass through the protective window 7, and the switching mechanism 22 directs the holder 3 of the first cartridge 2 toward the cross section of the cavity 10 in the cartridge hole 11. Since the laser processing apparatus 1 is urged, the holder 3 is urged against the housing 4 by the switching mechanism 22 to bring the first cartridge 2 into close contact with the periphery of the cavity 10 in the housing 4, and the first cartridge.
  • partitioning the cavity 10 by 2 the intrusion of dust is effectively prevented. As a result, it is possible to prevent surrounding dust from entering the inside of the cavity 10 through the cartridge hole 11 and contaminating the inside of the cavity 10 through which the laser beam passes and the protective window 7.
  • the first cartridge 2 when the first cartridge 2 is attached / detached, a gap is created between the housing 4 and the holder 3 by releasing the holder 3 with respect to the housing 4 by the switching mechanism 22, so that the first including the protective window 7 which is an optical element.
  • the cartridge 2 can be easily attached and detached, and the protective window 7 can be easily and effectively maintained, cleaned, and replaced.
  • the holder 3 covers at least a part of the area facing the housing 4 or the switching mechanism 22 around the cross section of the cavity 10 from the surface of the holder 3. Since the protruding first annular member 13a and the first annular member 13b are provided, by using the first annular member 13a and the first annular member 13b having low elastic force and high frictional force, the holder 3 is provided by the switching mechanism 22 during processing. Is urged against the housing 4 to sufficiently crush the first annular member 13a and the first annular member 13b to increase the adhesion, so that it is possible to further prevent surrounding dust from entering the inside of the cavity 10. ..
  • the holder 3 has the first annular member 13a and the first annular member 13b in at least a part of the region facing the housing 4 or the switching mechanism 22. Since the second annular member 15a that protrudes from the surface of the holder 3 and has a smaller friction coefficient than the first annular member 13a and the first annular member 13b is included, the first annular member 13a and the first annular member 13a and the first annular member 13a are included when the first cartridge 2 is attached and detached. The first cartridge 2 can be more easily attached and detached without the 1 annular member 13b coming into contact with the cartridge hole 11.
  • the housing 4 since the housing 4 includes the condensing lens 6 arranged so as to pass the laser light in the cavity 10, the first cartridge 2 is used.
  • the detachable holder 3 By arranging the detachable holder 3 in the cavity 10 at a position where it is easily contaminated, it is possible to prevent the relatively expensive condensing lens 6 from being contaminated by using the relatively inexpensive protective window 7. ..
  • the housing 4 has an irradiation port 23 for irradiating the processing material W which is an object with laser light
  • the cartridge hole 11 has an irradiation port 23. Since the opening is made in the region between the condensing lens 6 and the irradiation port 23, it is possible to prevent the condensing lens 6 from being contaminated by spatter and dust entering the cavity 10 from the irradiation port 23 during laser processing. Can be done.
  • the housing 4 has an assist gas supply path 45a for supplying the assist gas to the irradiation port 23 through the cavity 10. Since the 45a communicates with the cavity 10 in the region between the cartridge hole 11 and the irradiation port 23, the condensing lens 6 is contaminated by the spatter and dust entering the inside of the cavity 10 due to the assist gas and its pressure. Can be prevented.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a released state of the machining head of the third embodiment
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing an urging state of the machining head of the third embodiment.
  • the third embodiment of the present invention will be described, but the same reference numerals will be given to the parts common to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the side of the processing head 67 to which the nozzle 21 to which the laser beam is irradiated is the tip end side, and the side to which the transmission fiber cable 39 is connected is the base end side.
  • the machining head of the present embodiment has a different mechanism for operating the piston as compared with the machining head 35 of the first embodiment. That is, the piston 8 of the machining head 35 of the first embodiment and the piston 38 of the machining head 57 of the second embodiment perform only one operation by the cylinder and the other operation by the urging force of the spring, so-called single-acting cylinder. Although it was a formula, the piston 48 of the machining head 67 of this embodiment is a so-called double-acting cylinder type in which both operations are performed by a cylinder.
  • the processing head 67 includes a housing 4 (corresponding to the "second housing” of the present invention), a condensing lens 6 (corresponding to the "second optical element” of the present invention), a switching mechanism 32, and an assist gas. It is composed of a supply unit 45.
  • the switching mechanism 32 is composed of a piston 48 and an air compressor 61, and urges or releases the first cartridge 2 inserted inside the housing 4.
  • the piston 48 is made of a rigid body and is configured to be movable toward the tip end side and the base end side inside the housing 4. In the present embodiment, the piston 48 is arranged on the tip end side of the insertion position of the first cartridge 2.
  • the air compressor 61 includes a fourth air supply path 61a for pushing up the piston 48 and a fifth air supply path 61b for pushing down the piston 48.
  • the fourth air supply path 61a or the fifth air supply path 61b is “ON”, it means that air is supplied to the inside of the processing head 67 from the fourth air supply path 61a or the fifth air supply path 61b.
  • the fourth air supply path 61a or the fifth air supply path 61b is "OFF”, it means that air is not supplied to the inside of the processing head 67 from the fourth air supply path 61a or the fifth air supply path 61b.
  • the processing head 67 of the present embodiment first, as shown in FIG. 26, the fifth air supply path 61b is turned on, the fourth air supply path 61a is turned off, and the piston 48 is driven by the airflow f5 and the airflow f6. After that, the lid 25 is opened and the first cartridge 2 is inserted.
  • the same effect as that of the laser processing apparatus 1 of the first embodiment can be obtained.
  • the double-acting cylinder type has been described as another example of the switching mechanism of the present invention, but in addition, for example, a female screw is formed in a part of the housing and a male screw is formed in the piston.
  • the switching mechanism can also be configured by a mechanism that moves the piston up and down with respect to the housing by turning a part of the housing in which the female screw is formed or the piston, and a wedge is attached and detached in the gap between the housing and the piston. By doing so, the switching mechanism can also be configured by a mechanism for moving the piston up and down.
  • the laser processing apparatus in the above-described embodiment has been described as a fiber laser processing apparatus, but other semiconductor laser processing apparatus or gas laser processing apparatus may be used.
  • the cartridge of the laser processing apparatus has been described as being composed of a protective window as an optical element and a holder covering the periphery of the protective window
  • the cartridge applicable to the present invention has been described. May consist of not only the protective window but also the above-mentioned condensing lens as an optical element and a holder that covers the periphery of the condensing lens, and the protective window and the condensing lens are set as a set.
  • It may be composed of a protective window and a condenser lens as an optical element and a holder that covers the periphery of the protective window and the condenser lens, and is a diffuse laser used in a processing head or the like.
  • It may be composed of a collimating lens as an optical element that corrects light to parallel light and a holder that covers the periphery of the collimating lens.
  • the cartridge has been described as being arranged on the tip side of the condensing lens, but the arrangement location should be appropriately changed depending on the type of the optical element constituting the cartridge, and the laser. It may be placed anywhere as long as it is in the middle of the optical path of light.

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Abstract

レーザ加工装置（１）は、レーザ光を照射して対象物を加工する装置であって、第１の光学素子（７）と、第１の光学素子（７）の周囲を覆う第１の筐体（３）とを含むカートリッジ（２）と、レーザ光を通す空洞（１０）と、カートリッジ（２）を挿入位置に挿入するカートリッジ孔（１１）とを有する第２の筐体（４）と、カートリッジ（２）を第２の筐体（４）に対して付勢および解放する切替機構（１２）と、を備える。カートリッジ（２）は、挿入位置で、空洞（１０）を仕切り、かつ第１の光学素子（７）によってレーザ光を通す。切替機構（１２）は、カートリッジ（２）の第１の筐体（３）を、カートリッジ孔（１１）における空洞（１０）の断面に向かって付勢する。

Description

レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法
本発明は、レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法に関する。
従来、レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置においては、レーザ加工装置内への塵埃の侵入を防止するために種々の機構が開発されてきた。
例えば、特許文献１には、集光レンズを保持するレンズホルダと、そのレンズホルダに対してレーザ光出射方向下流側に配置され、保護ガラスを保持する保護ガラスカートリッジと、レンズホルダおよび保護ガラスカートリッジを外部から遮断する開閉扉とから構成されたレーザ加工機用加工ヘッドが記載されている（図７等参照）。
特開２０１４－８３５９１号公報
本発明に開示される技術の課題は、例えば、塵埃の侵入を効果的に防止するとともに、光学素子を容易に着脱可能な、レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法を提供することである。
本発明の第１の側面によれば、レーザ加工装置は、レーザ光を照射して対象物を加工する装置であって、第１の光学素子と、第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、レーザ光を通す空洞と、カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、カートリッジを第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、カートリッジは、挿入位置で、空洞を仕切り、かつ第１の光学素子によってレーザ光を通し、切替機構は、カートリッジの第１の筐体を、カートリッジ孔における空洞の断面に向かって付勢する。
また、本発明の第２の側面によれば、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法は、カートリッジと、第２の筐体と、カートリッジを第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、第２の筐体が、空洞内でレーザ光を通すように配設された第２の光学素子と、空洞内に空気を供給する第２の供給路とを含む、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法である。レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法は、カートリッジを第２の筐体に対して付勢した状態で、第２の供給路に空気を供給する。空気を供給した状態で、カートリッジの第２の筐体に対する付勢を解放する。カートリッジの第２の筐体に対する付勢が解放された状態で、カートリッジを着脱する。
本願に開示される技術によれば、例えば、塵埃の侵入を効果的に防止するとともに、光学素子を容易に着脱可能な、レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法を提供することができる。
本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の全体概略図である。 第１実施形態の加工ヘッドの部分概略図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの平面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの正面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの右側面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの右側断面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第１段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第２段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第３段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の最終段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第１段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第２段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第３段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第４段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第５段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第６段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第７段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第８段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第９段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の最終段階説明図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第２カートリッジの右側断面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第３カートリッジの右側断面図である。 第１実施形態の加工ヘッドに装着する第４カートリッジの右側断面図である。 第２実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図である。 第２実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。 第３実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図である。 第３実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の全体概略図であり、図２は、第１実施形態の加工ヘッドの部分概略図である。
図１において、本実施形態のレーザ加工装置１は、ベース３１と、コラム３３と、加工ヘッド３５と、レーザ発振器３７と、伝送用ファイバーケーブル３９と、数値制御装置４１とから構成され、数値制御装置４１からの指令によって、コラム３３および加工ヘッド３５の位置、並びに加工ヘッド３５の下端から照射されるレーザ光を制御して、ベース３１に載置された加工材料Ｗを加工するものである。
ベース３１は、加工材料Ｗを載置するように構成し、コラム３３をX軸方向に移動する際の土台としての役割を果たす。
また、コラム３３は、Ｘ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によって、ベース３１上をX軸方向に移動するように構成され、加工ヘッド３５は、Ｙ軸サーボモータ（図示省略）およびＺ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によって、コラム３３の長手方向であるY軸方向と、X軸方向およびY軸方向に直交するZ軸方向とに移動するように構成されている。
また、加工ヘッド３５には、図２に示すように、ノズル２１の上部にカートリッジ２を挿入するための幅（長さ）X1のカートリッジ孔１１が形成されている。なお、加工ヘッド３５の詳細については後述する。
レーザ発振器３７は、伝送用ファイバーケーブル３９に接続し、伝送用ファイバーケーブル３９は加工ヘッド３５に接続する。レーザ発振器３７は、レーザ光を伝送用ファイバーケーブル３９に伝送し、伝送用ファイバーケーブル３９は、レーザ光を加工ヘッド３５の内部に伝送する。数値制御装置４１は、コラム３３の動作、加工ヘッド３５の動作、およびレーザ光の照射を制御する。
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着されるカートリッジについて説明する。なお、本実施形態におけるカートリッジを後述するカートリッジと区別するために「第１カートリッジ」と称して説明する。
図３は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの平面図であり、図４は、第１カートリッジの正面図であり、図５は、第１カートリッジの右側面図であり、図６は、第１カートリッジの右側断面図である。
なお、本実施形態の第１カートリッジ２は、後述する集光レンズ６（図７等参照）を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
図３において、第１カートリッジ２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー３の縁部に設けられたガイド５とから構成されている。
また、第１カートリッジ２は、図４乃至図６に示すように、側面視扁平形状をなしており、加工ヘッド３５のカートリッジ孔１１に挿入し易い形態となっている。
保護ウィンドウ７は、透明なガラスで構成されており、図３乃至図６に示すように、平面視略円形かつ側面視略矩形の形状をなしている。本実施形態において、保護ウィンドウ７は、前述の通り、後述する集光レンズ６を保護するために使用されるものであり、レーザ発振器３７から出力されたレーザ光を通すように構成されている。
ホルダー３は、保護ウィンドウ７の周囲を覆い、保護ウィンドウ７と同様に平面視略円形かつ側面視略矩形の形状をなしている。
また、ホルダー３の上面には、後述する空洞１０（図７等参照）の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー３の上表面から長さｄ１突出した弾性体からなる平面視略円形の第１環状部材１３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
なお、第１環状部材１３ｂおよび後述する第１環状部材１３ａがホルダー３の上表面から突出する長さｄ１は、０．３～０．５ｍｍであることが好ましい。
また、ホルダー３の下面にも、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー３の下表面から長さｄ１突出した弾性体からなる平面視略円形の第１環状部材１３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）と、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、第１環状部材１３ａよりもホルダー３の下表面から長さ（ｄ１＋ｄ２）突出し、第１環状部材１３ａよりも摩擦係数の小さい、弾性体からなる平面視略円形の第２環状部材１５ａ（本発明の「第２の弾性体」に相当）とを備える。
なお、第２環状部材１５ａがホルダー３の下表面から突出する長さ（ｄ１＋ｄ２）は、０．５～１．０ｍｍであることが好ましい。また、第２環状部材１５ａの摩擦係数は、第１環状部材１３ａの摩擦係数よりも小さく、０．1以下であることが好ましい。
また、図６に示すように、第１環状部材１３ａのホルダー３の下表面からの突出量と、第２環状部材１５ａのホルダー３の下表面からの突出量との差は長さｄ２である。なお、第１環状部材１３ａのホルダー３の下表面からの突出量と、第２環状部材１５ａのホルダー３の下表面からの突出量との差は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
また、本実施形態の第２環状部材１５ａは、側断面視Ｕ字状の形状をなし、図６に示すように内部に平面視略円形の環状部材１７ａを備える。
なお、第１環状部材１３ａ、第１環状部材１３ｂおよび環状部材１７ａの材料としては、後述する切替機構１２の付勢によって弾性変形するものであればよく、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
また、第２環状部材１５ａの材料としては、後述する切替機構１２の付勢によって弾性変形し、かつ第１環状部材１３ａより摩擦係数が小さいものであればよく、例えば、テフロン（登録商標）、ポリアセタール等の弾性材料が使用可能である。
ガイド５は、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５のカートリッジ孔１１に挿入する際に、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５に位置決めするための部材であり、加工ヘッド３５のハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当、図７等参照）に当接して第１カートリッジ２を加工ヘッド３５内に位置決めする。
また、ガイド５は、カートリッジ孔１１の長さX1よりも短い長さX2の平面視および側面視T字状のカートリッジ把持部９を有し、使用者が第１カートリッジ２を着脱する際に、使用者が第１カートリッジ２を把持し易く、第１カートリッジ２を容易に着脱し易いようになっている。
　なお、本実施形態では、ホルダー３の形状を平面視略円形かつ側面視略矩形としているが、その形状は加工ヘッドの形状によって適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。
　また、本実施形態では、保護ウィンドウ７を透明なガラスで構成しているが、レーザ光を透過するものであれば異なる材質によって構成することが可能である。また、保護ウィンドウ７の形状を平面視略円形かつ側面視略矩形としているが、その形状も適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。
　なお、本実施形態では、第１環状部材１３ａ、第１環状部材１３ｂの形状を平面視略円形の環状としているが、その形状は加工ヘッドの後述する空洞の断面形状によって適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。しかしながら、周囲の塵埃が空洞内部へ侵入することを防止する点を考慮すれば、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂは、加工ヘッドの空洞の断面周囲を覆う必要があり、環状であることが必要である。
　また、本実施形態では、第２環状部材１５ａおよび環状部材１７ａの形状を平面視略円形の環状としているが、その形状は適宜変更し得るものであり、限定されるものではない。特に、第２環状部材１５ａは、平面視略円形の環状に限定されず、例えば、平面視Ｕ字形等の形状で構成されていてもよい。さらに、第２環状部材１５ａのみで弾性変形し得るものであれば、環状部材１７ａはなくてもよい。
ここで、第１実施形態のレーザ加工装置において、加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を装着する方法について説明する。
図７は、第１実施形態の加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を挿入位置に装着する際の第１段階説明図であり、図８は、第２段階説明図であり、図９は、第３段階説明図であり、図１０は、最終段階説明図である。
本説明を開始する前に、先ず、前述した加工ヘッド３５の構造について説明する。なお、加工ヘッド３５のうち、レーザ光Lが照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
加工ヘッド３５は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構１２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。
ハウジング４は、ベース３１に載置された加工材料Ｗ（本発明の「対象物」に相当）に向かってレーザ光Lを照射するための加工ヘッド本体を構成し、先端にレーザ光Lを照射する照射口２３が形成されたノズル２１と、伝送用ファイバーケーブル３９から入射されたレーザ光Lを加工材料Wに向かって集光するために内部に形成された略円筒状の空洞１０と、側面に形成された第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するためのカートリッジ孔１１とを備える。図１０に示すように、挿入位置において、第１カートリッジ２は、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光Lを通すように配置される。ここで、任意付加的に、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口する。
また、ハウジング４には、カートリッジ孔１１を塞ぐための蓋部２５が備えられ、蓋部２５には、蓋部２５の表面から突出した弾性体からなる第３環状部材２５ａがカートリッジ孔１１の周囲を覆うように配置されている。
集光レンズ６は、伝送用ファイバーケーブル３９から入射されたレーザ光Lを集光するためのレンズであって、本実施形態においては、第１カートリッジ２の挿入位置よりも基端側の空洞１０内に空洞１０を仕切るように配置されている。
切替機構１２は、ピストン８と、バネ２７ａおよびバネ２７ｂと、第１エア供給路４３ａとから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。
ピストン８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも先端側に配置されている。バネ２７ａおよびバネ２７ｂは、ピストン８内に配置され、ピストン８を常時基端側に付勢している。ここで、ピストン８は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢する。なお、切替機構１２は、ピストン８が、ホルダー３を、照射口２３から集光レンズ６へ向かう方向に付勢するよう構成することが好ましい。
エアコンプレッサ４３は、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂの二つの経路によってハウジング４に連通している。第１エア供給路４３ａは、バネ２７ａおよびバネ２７ｂの付勢力に抗して、ピストン８を先端側に移動させるためのものであり、第２エア供給路４３ｂは、集光レンズ６と第１カートリッジ２の挿入位置との間の空洞１０内に空気を供給するものである。すなわち、第２エア供給路４３ｂは、カートリッジ孔１１と集光レンズ６との間の領域で、空洞１０と連通する。ここで、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂの二つの経路は、それぞれ別のエアコンプレッサによって空気を供給されてもよく、後述するアシストガス供給部４５によってガスを供給されてもよい。
また、本実施形態のエアコンプレッサ４３は、ピストン８を先端側に押し下げるための第１エア供給路４３ａと、集光レンズ６と第１カートリッジ２の挿入位置との間に空気を供給する第２エア供給路４３ｂとによって、後述するクリーンエアパージを実行するものである。ここで、第２エア供給路４３ｂによって空洞１０内に供給する空気は清浄であることが好ましいことから、エアコンプレッサ４３のエア供給路中もしくは第２エア供給路４３ｂ中に空気中の異物を除去するフィルタ（図示省略）を配置してもよい。
アシストガス供給部４５は、アシストガス供給路４５ａを有し、酸素、窒素および空気等のアシストガスを、空洞１０を通って照射口２３へに供給する。ここで、アシストガス供給路４５ａの一部は、ハウジング４に形成され、空洞１０と連通する。また、任意付加的に、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通する。
本実施形態において、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａが「ＯＮ」するとは、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａから気体が加工ヘッド３５内部に供給される状態を意味し、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａが「ＯＦＦ」するとは、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａから気体が加工ヘッド３５内部に供給されない状態を意味する。
図７において、加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を装着する際には、先ず、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、蓋２５を開き、第１カートリッジ２をカートリッジ孔１１に向かってＡ方向に挿入する。このとき、第１カートリッジ２には、第１環状部材１３ａよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａが形成されているので、第１環状部材１３ａがカートリッジ孔１１と接触することなく、第１カートリッジ２の挿入をスムーズに行うことができる。
この状態におけるピストン８は、バネ２７ａおよびバネ２７ｂによって付勢されている状態ではあるが、第１エア供給路４３ａから供給される空気による力がバネ２７ａおよびバネ２７ｂによる付勢力よりも大きく、ピストン８は下がった状態である。これによって、第１カートリッジ２を、カートリッジ孔１１を経てスムーズに挿入することができる。
次に、図８に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、第１カートリッジ２を挿入し、蓋２５を閉める。
そして、図９に示すように、第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、第１エア供給路４３ａをＯＦＦにすることによって、ピストン８を上昇させ、第１カ－トリッジ２を加工ヘッド３５に固定する。この状態におけるピストン８は、第１エア供給路４３ａから空気が供給されないことにより、バネ２７ａおよびバネ２７ｂによる付勢力が大きくなり、ピストン８は上昇する。これによって、第１カートリッジ２は挿入位置に装着されることとなる。
このとき、ホルダー３の表面から突出した弾性体からなる第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂが空洞１０の断面周囲を覆い、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することを効果的に防止することができる。
最後に、図１０に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＦＦにし、数値制御装置４１からの指令により、レーザ発振器３７が作動し、レーザ発振器３７から出力したレーザ光Ｌが、伝送用ファイバーケーブル３９を介して加工ヘッド３５内を通り、ノズル２１の照射口２３から加工材料Ｗに向かって照射される。
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第１カートリッジ２と、レーザ光Lを通す空洞１０と、第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第１カートリッジ２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光Lを通し、切替機構１２は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー３がハウジング４に対して付勢して、第１カートリッジ２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第１カートリッジ２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
一方、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
また、近年使用されているファイバーレーザ加工装置においては、従来の炭酸ガスレーザよりレーザ光の波長が短いことから、塵埃の影響を受けて光学素子が損傷を受けやすい。本実施形態のレーザ加工装置によれば、ファイバーレーザを用いたレーザ加工装置における塵埃の侵入を効果的に防止することができ、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
さらに、レーザ光の出力を向上させることによって、レーザ加工装置１の空洞１０内部に侵入した塵埃によって生じる熱の影響が増大するような場合であっても、レーザ加工装置１における塵埃の侵入を効果的に防止して、塵埃による熱の影響を回避することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー３の表面から突出した第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して付勢して、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
さらに、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａを含むので、第１カートリッジ２の着脱時には、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０内でレーザ光を通すように配設された集光レンズ６を含むので、第１カートリッジ２によって着脱できるようにしたホルダー３を空洞１０内の汚染しやすい位置に配置しておくことで、比較的安価な保護ウィンドウ７を用いて、比較的高価な集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、レーザ光Lを対象物である加工材料Ｗに対して照射する照射口２３を有し、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口するので、　レーザ加工時に照射口２３から空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃によって、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０を通って照射口２３へアシストガスを供給するアシストガス供給路４５ａを有し、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通するので、アシストガスおよびその圧力によって空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃から、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、切替機構１２は、ホルダー３を、照射口２３から集光レンズ６へ向かう方向に付勢するので、アシストガスによる圧力を、付勢する方向に作用させることができるため、加工時は、アシストガスの圧力によって、さらにホルダー３を集光レンズ６における空洞１０の周囲に対して密着させて、汚染を防止できる。
さらにアシストガスの圧力に対抗するだけの付勢力を有する機構を備える必要がないため、装置を小型化できる。
さらに、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、第１カートリッジ２は、カートリッジ孔１１の長さよりも短いカートリッジ把持部９を有するので、第１カートリッジ２の着脱時に、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
　次に、本実施形態のレーザ加工装置１における第１カートリッジ２を着脱する方法、特に、その方法におけるクリーンエアパージ動作について説明する。クリーンエアパージ動作とは、加工ヘッド３５から第１カートリッジ２を着脱する際に、空洞１０内の汚染を防止するための動作である。
図１１は、第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第１段階説明図であり、図１２は、第２段階説明図であり、図１３は、第３段階説明図であり、図１４は、第４段階説明図であり、図１５は、第５段階説明図であり、図１６は、第６段階説明図であり、図１７は、第７段階説明図であり、図１８は、第８段階説明図であり、図１９は、第９段階説明図であり、図２０は、最終段階説明図である。
レーザ加工装置１におけるクリーンエアパージ動作は、先ず、図１１に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂがＯＦＦに設定され、ピストン８が上昇した状態で第１カートリッジ２が加工ヘッド３５の挿入位置に装着され、蓋２５が閉じられている。また、この状態では、不必要な空気が流れないように構成されている。
この状態から、第２エア供給路４３ｂがＯＮに設定されると、図１２に示すように、第２エア供給路４３ｂから空気が供給され、集光レンズ６と保護ウィンドウ７との間で、エアフローｆ１が空洞１０内に発生し、集光レンズ６と保護ウィンドウ７との間における圧力が高められる。
ここで、第１エア供給路４３ａがＯＮに設定されると、図１３に示すように、第１エア供給路４３ａから空気が供給され、ピストン８が下降して、第１カートリッジ２が加工ヘッド３５から着脱可能な状態になるとともに、第１カートリッジ２と加工ヘッド３５との隙間からエアフローｆ１によるエアがノズル２１の照射口２３からエアフローｆ２となって噴射される。
この状態で、図１４に示すように、蓋２５を開け、第１カートリッジ２をＢ方向に取り出すと、エアフローｆ１による空気がノズル２１の照射口２３からエアフローｆ２となって噴射されるとともに、カートリッジ孔１１からエアフローｆ３となって噴射され、空洞１０内の汚染が防止される。
ここで、図１５に示すように、第１カートリッジ２が加工ヘッド３５内に無い状態で、一旦、蓋２５を閉め、空洞１０内に残留している塵等をエアフローｆ２として外部へ排出する。
そして、図１６に示すように、エアフローｆ１、ｆ２およびｆ３が作動している状態で、再度、蓋２５を開け、第１カートリッジ２をカートリッジ孔１１から挿入することで、第１カートリッジ２を挿入した際に空洞１０内に侵入した塵埃を、エアフローｆ１、ｆ２およびｆ３によって外部に排出する。その後、図１７に示すように、蓋２５を閉める。
そして、図１８に示すように、第１エア供給路４３ａがＯＦＦに設定され、第１エア供給路４３ａから空気の供給を停止し、ピストン８を上昇させ、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５の挿入位置に装着させる。
その後、図１９に示すように、第１カートリッジ２を装着したのち、第２エア供給路４３ｂがＯＦＦに設定され、第２エア供給路４３ｂから空気の供給が停止してクリーンエアパージ動作を完了し、レーザ加工装置１における第１カートリッジ２の着脱が完了となる。以上説明したように、このクリーンエアパージ動作により、ハウジング４内は清浄な状態に保持される。
そして、クリーンエアパージ動作の後、図２０に示すように、数値制御装置４１からの指令により、レーザ発振器３７が作動し、レーザ発振器３７から発生したレーザ光が、伝送用ファイバーケーブル３９を介して加工ヘッド３５内を通り、ノズル２１の照射口２３から加工材料Ｗに向かって照射される。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０内に空気を供給する第２エア供給路４３ｂを有し、第２エア供給路４３ｂは、カートリッジ孔１１と集光レンズ６との間の領域で、空洞１０と連通しており、空洞１０内のカートリッジ孔１１と集光レンズ６との間に空気が供給されて内圧を高めるため、この領域内への塵埃の侵入が防止され、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
さらに、空洞１０内のカートリッジ孔１１と集光レンズ６との間に空気が供給されるため、第１カートリッジ２の着脱時に、空洞１０内から集光レンズ６の外に向かう空気の流れが生じて、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６が汚染されることを防止することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１の第１カートリッジ２を着脱する方法によれば、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢した状態で、第２エア供給路４３ｂから空気を供給するステップと、空気を供給した状態で、第１カートリッジ２のハウジング４に対する付勢を解放するステップと、第１カートリッジ２のハウジング４に対する付勢が解放された状態で、第１カートリッジ２を着脱するステップと、を含むので、第１カートリッジ２の付勢を解放する前に空気を供給するとともに、第１カートリッジ２を着脱している間は空気が供給されて空洞１０内部を清浄な状態に保つため、第１カートリッジ２の着脱中の空洞１０内部への塵埃の侵入が防止され、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。さらに、第１カートリッジ２の着脱中においても、空洞１０内部を清浄な状態に保つことができる。
　なお、本実施形態のレーザ加工装置１の第１カートリッジ２を着脱する方法によれば、第１カートリッジ２を着脱したのち、第２エア供給路４３ｂへの空気の供給を停止するステップをさらに含むので、必要なときのみ第２エア供給路４３ｂへの空気の供給を行うことで、レーザ加工装置１における塵埃の侵入を効果的に防止することができる。また、空気を常に供給する必要がなくなるため、常に供給される空気の流れによって、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６が汚染されることを防ぐことができる。
また、これにより、塵埃の侵入を防ぐための複雑な対策を講じる必要がなくなり、第１カートリッジ２を容易に着脱することができる。
　次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第２カートリッジについて説明する。図２１は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第２カートリッジの右側断面図である。
なお、本実施形態の第２カートリッジ５２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
また、第２カートリッジ５２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
第１カートリッジ２の第２環状部材１５ａは、側断面視Ｕ字状の形状をなし、図６に示すように、内部に平面視略円形の環状部材１７ａを備えていたが、第２カートリッジ５２の第５環状部材６５ａは、側断面視略円形状をなす。
図２１において、第２カートリッジ５２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー５３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー５３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部５９のみ図示する）とから構成されている。
ホルダー５３の上面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー５３の上表面から長さｄ３突出した弾性体からなる第４環状部材６３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
なお、第４環状部材６３ｂおよび後述する第４環状部材６３ａがホルダー５３の上表面から突出する長さｄ３は、０．３～０．５ｍｍであることが好ましい。
また、ホルダー５３の下面にも、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー５３の下表面から長さｄ３突出した弾性体からなる第４環状部材６３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）と、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、第４環状部材６３ａよりもホルダー５３の下表面から長さ（ｄ３＋ｄ４）突出し、第４環状部材６３ａよりも摩擦係数の小さい、弾性体からなる第５環状部材６５ａとを備える。
なお、第５環状部材６５ａがホルダー５３の下表面から突出する長さ（ｄ３＋ｄ４）は、０．５～１．０ｍｍであることが好ましい。また、第５環状部材６５ａの摩擦係数は、第４環状部材６３ａよりも摩擦係数が小さく、０．1以下であることが好ましい。
また、図２１に示すように、第４環状部材６３ａのホルダー５３の下表面からの突出量と、第５環状部材６５ａのホルダー５３の下表面からの突出量との差は長さｄ４である。なお、第４環状部材６３ａのホルダー５３の下表面からの突出量と、第５環状部材６５ａのホルダー５３の下表面からの突出量との差は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂの材料としては、切替機構１２の付勢によって弾性変形するものであればよく、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
また、第５環状部材６５ａの材料としては、切替機構１２の付勢によって弾性変形し、かつ第４環状部材６３ａよりも摩擦係数の小さいものであればよく、例えば、テフロン（登録商標）、ポリアセタール等の弾性材料が使用可能である。
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー５３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第２カートリッジ５２と、レーザ光を通す空洞１０と、第２カートリッジ５２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第２カートリッジ５２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第２カートリッジ５２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第２カートリッジ５２のホルダー５３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー５３がハウジング４に対して付勢して、第２カートリッジ５２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第２カートリッジ５２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
一方、第２カートリッジ５２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー５３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー５３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー５３の表面から突出した第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して付勢して、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
さらに、第２カートリッジ５２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー５３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂよりもホルダー５３の表面から突出し、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂよりも摩擦係数の小さい第５環状部材６５ａを含むので、第２カートリッジ５２の着脱時には、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２をさらに容易に着脱することができる。
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第３カートリッジについて説明する。図２２は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第３カートリッジの右側断面図である。
なお、本実施形態の第３カートリッジ７２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
また、第３カートリッジ７２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
図２２において、第３カートリッジ７２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー７３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー７３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部７９のみ図示する）とから構成されている。
ホルダー７３の上面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー７３の上表面から長さｄ５突出した弾性体からなる第６環状部材８３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備え、ホルダー７３の下面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー７３の下表面から長さｄ５突出した弾性体からなる第６環状部材８３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
なお、第６環状部材８３ｂおよび第６環状部材８３ａがホルダー７３の上表面から突出する長さｄ５は、０．３～０．５ｍｍであることが好ましい。
なお、本実施形態では、第６環状部材８３ａのホルダー７３の下表面からの突出量と、第６環状部材８３ｂのホルダー７３の上表面からの突出量とを同じとしたが、異なるように設定しても良い。
なお、第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂの材料としては、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂと同様に、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー７３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第３カートリッジ７２と、レーザ光を通す空洞１０と、第３カートリッジ７２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第３カートリッジ７２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第３カートリッジ７２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第３カートリッジ７２のホルダー７３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー７３がハウジング４に対して付勢して、第３カートリッジ７２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第３カートリッジ７２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
一方、第３カートリッジ７２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー７３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第３カートリッジ７２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー７３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー７３の表面から突出した第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して付勢して、第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
さらに、第３カートリッジ７２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第３カートリッジ７２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第４カートリッジについて説明する。図２３は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第４カートリッジの右側断面図である。
なお、本実施形態の第４カートリッジ９２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
また、第４カートリッジ９２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
図２３において、第４カートリッジ９２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー９３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー９３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部９９のみ図示する）とから構成されている。
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー９３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第４カートリッジ９２と、レーザ光を通す空洞１０と、第４カートリッジ９２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第４カートリッジ９２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第４カートリッジ９２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第４カートリッジ９２のホルダー９３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー９３がハウジング４に対して付勢して、第４カートリッジ９２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第４カートリッジ９２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
一方、第４カートリッジ９２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー９３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー９３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第４カートリッジ９２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２４は、第２実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図であり、図２５は、第２実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付し説明を省略する。
また、第１実施形態と同様に、加工ヘッド５７のうち、レーザ光が照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
　なお、本実施形態の加工ヘッド５７は、第１実施形態の加工ヘッド３５と比較して、ピストンがカートリッジに対して付勢する方向が異なる。すなわち、第１実施形態の加工ヘッド３５のピストン８がカートリッジを基端側方向に付勢するのに対し、本実施形態の加工ヘッド５７のピストン３８はカートリッジを先端側方向に付勢する。
加工ヘッド５７は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構２２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。
切替機構２２は、ピストン３８と、バネ３７ａおよびバネ３７ｂと、エアコンプレッサ５１とから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。
ピストン３８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも基端側に配置されている。バネ３７ａおよびバネ３７ｂは、ピストン３８内に配置され、ピストン３８を常時先端側に付勢している。
エアコンプレッサ５１は、第３エア供給路５１ａによってハウジング４に連通している。第３エア供給路５１ａは、バネ３７ａおよびバネ３７ｂの付勢力に抗して、ピストン３８を基端側に移動させるためのものである。
なお、ピストン３８と、バネ３７ａおよびバネ３７ｂと、エアコンプレッサ５１とが本発明の「切替機構２２」として機能する。
また、第３エア供給路５１ａが「ＯＮ」するとは、第３エア供給路５１ａから空気が加工ヘッド５７内部に供給される状態を意味し、第３エア供給路５１ａが「ＯＦＦ」するとは、第３エア供給路５１ａから空気が加工ヘッド５７内部に供給されない状態を意味する。
本実施形態の加工ヘッド５７では、先ず、図２４に示すように、第３エア供給路５１ａをＯＮにした状態で、ピストン３８を上昇させ、その後、蓋２５を開けて、第１カートリッジ２を挿入する。
そして、この状態から、第３エア供給路５１ａをＯＦＦにすると、第３エア供給路５１ａから空気が供給されないことにより、バネ３７ａおよびバネ３７ｂによる付勢力が大きくなり、図２５に示すように、ピストン３８は下降し、第１カ－トリッジ２を挿入位置に装着する。
本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第１カートリッジ２と、レーザ光を通す空洞１０と、第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン３８、バネ３７ａ、バネ３７ｂおよび第３エア供給路５１ａからなる切替機構２２と、を備え、第１カートリッジ２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構２２は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構２２によりホルダー３がハウジング４に対して付勢して、第１カートリッジ２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第１カートリッジ２によって空洞１０を仕切ることにより、塵埃の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
一方、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構２２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構２２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー３の表面から突出した第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを用いることで、加工時には、切替機構２２によりホルダー３をハウジング４に対して付勢して、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構２２との対向領域の少なくとも一部に、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａを含むので、第１カートリッジ２の着脱時には、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、空洞１０内でレーザ光を通すように配設された集光レンズ６を含むので、第１カートリッジ２によって着脱できるようにしたホルダー３を空洞１０内の汚染しやすい位置に配置しておくことで、比較的安価な保護ウィンドウ７を用いて、比較的高価な集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、レーザ光を対象物である加工材料Ｗに対して照射する照射口２３を有し、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口するので、レーザ加工時に照射口２３から空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃によって、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、空洞１０を通って照射口２３へアシストガスを供給するアシストガス供給路４５ａを有し、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通するので、アシストガスおよびその圧力によって空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃から、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図２６は、第３実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図であり、図２７は、第３実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
以下、本発明の第３実施形態を説明するが、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付し説明を省略する。また、第１実施形態と同様に、加工ヘッド６７のうち、レーザ光が照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
なお、本実施形態の加工ヘッドは、第１実施形態の加工ヘッド３５と比較して、ピストンを動作させる機構が異なる。すなわち、第１実施形態の加工ヘッド３５のピストン８および第２実施形態の加工ヘッド５７のピストン３８は、一方の動作のみをシリンダによって行い、他方の動作をバネの付勢力によって行ういわゆる単動シリンダ式であったが、本実施形態の加工ヘッド６７のピストン４８は双方の動作をシリンダによって行う、いわゆる複動シリンダ式である。
加工ヘッド６７は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構３２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。切替機構３２は、ピストン４８と、エアコンプレッサ６１とから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。ピストン４８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも先端側に配置されている。エアコンプレッサ６１は、ピストン４８を押し上げるための第４エア供給路６１ａと、ピストン４８を押し下げるための第５エア供給路６１ｂと、を備える。
さらに、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂが「ＯＮ」するとは、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂから空気が加工ヘッド６７内部に供給される状態を意味し、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂが「ＯＦＦ」するとは、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂから空気が加工ヘッド６７内部に供給されない状態を意味する。
本実施形態の加工ヘッド６７では、先ず、図２６に示すように、第５エア供給路６１ｂをＯＮにするとともに、第４エア供給路６１ａをＯＦＦにして、エアフローｆ５およびエアフローｆ６によって、ピストン４８を下降させ、その後、蓋２５を開けて、第１カートリッジ２を挿入する。
そして、この状態から、第５エア供給路６１ｂをＯＦＦにするとともに、第４エア供給路６１ａをＯＮにすると、図２７に示すように、エアフローｆ５およびエアフローｆ６によってピストン４８が上昇し、第１カ－トリッジ２を挿入位置に装着する。
本実施形態の加工ヘッド６７を備えたレーザ加工装置によれば、第１実施形態のレーザ加工装置１と同様の効果を得ることができる。
　なお、本実施形態においては、本発明の切替機構の他の例として、複動シリンダ式を説明したが、その他にも、例えば、ハウジングの一部に雌ネジを形成し、ピストンに雄ネジを形成することにより、雌ネジを形成したハウジングの一部もしくはピストンを回して、ハウジングに対してピストンを上下させる機構によっても切替機構を構成することができ、ハウジングとピストンとの隙間にくさびを着脱することによりピストンを上下させる機構によっても切替機構を構成することができる。
　以上、本発明のレーザ加工装置について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することが可能である。
　例えば、上述した実施形態におけるレーザ加工装置は、ファイバーレーザ加工装置として説明してきたが、その他の半導体レーザ加工装置や、ガスレーザ加工装置であってもよい。
また、上述した実施形態におけるレーザ加工装置のカートリッジは、光学素子としての保護ウィンドウと、その保護ウィンドウの周囲を覆うホルダーとから構成されているものとして説明してきたが、本発明に適用可能なカートリッジは、保護ウィンドウのみならず、光学素子として前述の集光レンズと、その集光レンズの周囲を覆うホルダーから構成されているものであっても良く、保護ウィンドウと集光レンズとをセットにし、光学素子としての保護ウィンドウおよび集光レンズと、保護ウィンドウおよび集光レンズとの周囲を覆うホルダーとから構成されているものであっても良く、また、加工ヘッド等で使用される、拡散するレーザ光を平行光に補正する光学素子としてのコリメートレンズと、そのコリメートレンズの周囲を覆うホルダーとから構成されているものであっても良い。
また、上述の実施形態では、カートリッジは、集光レンズの先端側に配置するものとして説明してきたが、カートリッジを構成する光学素子の種類によって、その配置場所は適宜変更されるべきであり、レーザ光の光路途中であれば何処に配置されていても良い。
１　レーザ加工装置
２，５２，７２，９２　カートリッジ
３，５３，７３，９３　　ホルダー
４　ハウジング
５　ガイド
６　集光レンズ
７　保護ウィンドウ
８，３８，４８　ピストン
９，５９，７９，９９　　カートリッジ把持部
１０　空洞
１１　カートリッジ孔
１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１７ａ，６３ａ，６３ｂ、６５ａ，８３ａ，８３ｂ　環状部材
２１　ノズル
２５ａ　第３環状部材
２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ　バネ
３１　ベース
３３　コラム
３５，５７，６７　加工ヘッド
３７　レーザ発振器
３９　伝送用ファイバーケーブル
４１　数値制御装置
４３，５１，６１　エアコンプレッサ
４３ａ，４３ｂ，５１ａ，６１ａ，６１ｂ　エア供給路
４５　アシストガス供給部
４５ａ　アシストガス供給路
６３ａ，６３ｂ　第４環状部材
６５ａ　第５環状部材
８３ａ，８３ｂ　第６環状部材
Ｗ　加工材料

Claims (11)

  1. 第１の光学素子と、該第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、
    レーザ光を通す空洞と、前記カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、
    前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、
    前記カートリッジは、前記挿入位置で、前記空洞を仕切り、かつ前記第１の光学素子によって前記レーザ光を通し、
    前記切替機構は、前記カートリッジの前記第１の筐体を、前記カートリッジ孔における前記空洞の断面に向かって付勢する、
    前記レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置。
  2. 前記第１の筐体は、前記第２の筐体または前記切替機構との対向領域の少なくとも一部に、前記空洞の断面周囲を覆い、前記第１の筐体の表面から突出した第１の弾性体を備える、
    請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 前記第１の筐体は、前記第２の筐体または前記切替機構との対向領域の少なくとも一部に、前記第１の弾性体よりも前記第１の筐体の表面から突出し、前記第１の弾性体よりも摩擦係数の小さい第２の弾性体を含む、
    請求項２に記載のレーザ加工装置。
  4. 前記第２の筐体は、前記空洞内で前記レーザ光を通すように配設された第２の光学素子を含む、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
  5. 前記第２の筐体は、前記レーザ光を対象物に対して照射する照射口を有し、
    前記カートリッジ孔は、前記第２の光学素子と前記照射口との間の領域で開口する、
    請求項４に記載のレーザ加工装置。
  6. 前記第２の筐体は、前記空洞を通って前記照射口へアシストガスを供給する供給路を有し、
    該供給路は、前記カートリッジ孔と前記照射口との間の領域で、前記空洞と連通する、
    請求項５に記載のレーザ加工装置。
  7. 前記切替機構は、前記第１の筐体を、前記照射口から前記第２の光学素子へ向かう方向に付勢する、
    請求項６に記載のレーザ加工装置。
  8. 前記カートリッジは、前記カートリッジ孔の長さよりも短いカートリッジ把持部を有する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
  9. 前記第２の筐体は、前記空洞内に空気を供給する第２の供給路を有し、
    該第２の供給路は、前記カートリッジ孔と前記第２の光学素子との間の領域で、前記空洞と連通する、
    請求項４から８のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
  10. レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法であって、
    前記レーザ加工装置は、
    第１の光学素子と、該第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、
    レーザ光を通す空洞と、前記カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、
    前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、
    前記カートリッジは、前記挿入位置で、前記空洞を仕切り、かつ前記第１の光学素子によって前記レーザ光を通し、
    前記切替機構は、前記カートリッジの前記第１の筐体を、前記カートリッジ孔における前記空洞の断面に向かって付勢し、
    前記第２の筐体は、前記空洞内で前記レーザ光を通すように配設された第２の光学素子と、前記空洞内に空気を供給する第２の供給路とを含み、
    該第２の供給路は、前記カートリッジ孔と前記第２の光学素子との間の領域で、前記空洞と連通し、
    前記カートリッジを着脱する方法は、
    前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢した状態で、前記第２の供給路に前記空気を供給するステップと、
    前記空気を供給した状態で、前記カートリッジの前記第２の筐体に対する付勢を解放するステップと、
    前記カートリッジの前記第２の筐体に対する付勢が解放された状態で、前記カートリッジを着脱するステップと、を含む、
    レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法。
  11. 　前記カートリッジを着脱したのち、前記第２の供給路への前記空気の供給を停止するステップを、さらに含む、
    請求項１０に記載のレーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法。
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