JPH01127191A - レーザ加工機のフォーカスヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はレーザ加工機のフォーカスヘッドに関し、より
詳しくはレーザ加工中にアシストガスを被加工物に向け
て噴出させるノズルを備えたフォーカスヘッドに関する
。

「従来の技術」 従来、レーザ加工機として、ハウジングに被加工物に向
けて照射されるレーザ光線を集光する集光レンズと、上
記レーザ光線の通過を許容するとともにアシストガスを
被加工物に向けて噴出させるノズルとを設けたレーザ加
工機のフォーカスヘッドは周知である。

そして、従来、そのようなレーザ加工機を用いて例えば
被加工物の表面に所要幅の溝を形成する場合、フォーカ
スヘッド全体を昇降させて集光レンズと被加工物との距
離を調整し、必要な溝の幅寸法に応じてレーザ光線の被
加工物への照射位置における直径を調整していた。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、フォーカスヘッド全体を昇降させた場合
にはアシストガスを被加工物に向けて噴出させるノズル
も一体的に昇降するので、ノズルと被加工物との間隔が
変更されるようになり、その結果ノズルから被加工物へ
供給されるアシストガスの供給量や圧力等が変動してレ
ーザ加工が円滑に行なわれなくなることがあった。

「問題点を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、上述したレーザ加工機
のフォーカスヘッドにおいて、上記ノズルをレーザ光線
の光軸に沿って移動可能に設ける　′とともに、該ノズ
ルをハウジングから突出する方向に付勢し、かつ該ノズ
ルを上記ハウジングに固定するロック機構を設けたもの
である。

「作用」 上記構成において、上記ロック機構を解除し、かつノズ
ルを例えば被加工物に当接させた状態でハウジングおよ
び集光レンズを変位させれば、ハウジングに対するノズ
ルの位置を調整することができ、それによって集光レン
ズと被加工物との距離、およびノズルと被加工物との距
離がそれぞれ最適となるようなハウジングに対するノズ
ルの相対位置が得られたら、上記ロック機構によってノ
ズルをハウジングに固定すればよい。

したがって、レーザ光線の照射位置における直径を調整
してもノズルと被加工物との距離を最適な距離に維持す
ることが可能となり、しかもその調整作業を極めて容易
に行なうことができる。

「実施例」 以下、図示実施例について本発明を説明すると、第１図
はレーザ加工機のフォーカスヘッド１の下方部分を示し
たもので、そのハウジング２の所要位置にホルダ３を介
して集光レンズ４を取付けるとともに、この集光レンズ
４よりも下方位置にノズル５を設けている。そして上記
ハウジング２の軸部に鉛直下方に向けて導入したレーザ
光線りを上記集光レンズ４で集光し、上記ノズル５の軸
部を通過させて被加工物６に照射できるようにしている
。

またこの際、上記ハウジング２内にアシストガス供給通
路７を介してアシストガスを供給し、このアシストガス
を上記ノズル５の軸部を流通させてレーザ光線りの照射
位置に供給するようにしている。

上記フォーカスヘッド１は図示しない昇降機構によって
昇降できるようにしてあり、またこのフォーカスヘッド
１と上記被加工物６を載置した図示しない加工テーブル
とを適宜の駆動機構によって水平面内で相互に直交する
方向に相対移動させることにより、上記被加工物６に所
要のレーザ加工を施すことができるようにしている。

然して、上記ノズル５は、上端にフランジ部８ａを形成
した細長い円筒状のスリーブ８と、そのスリーブ８の下
端に袋ナツト９で一体に取付けた略筒状のノズルチップ
１０とから構成して娶り、このノズル５をハウジング２
に昇降自在に設けている。そして上記フランジ部８ａと
ハウジング２に設けたリテーナｌｌとの間にばね１２を
弾装し、このばね１２によってノズル５をハウジング２
から突出する下方に付勢し、自然状態では上記フランジ
部８ａをハウジンク２の隔壁部２ａに当接させて停止さ
せている。　　。

また、上記ハウジング２の隔壁部２ａよりも下方位置に
、上記ノズル５をハウジンク２に固定するロック機構１
６を設けている。このロック機構１６は、ノズル５の外
周とハウジング２の内周との間にそれぞれ昇降自在に設
けた２つの小径ピストン１７と大径ピストン１８とを備
えており、両ピストン１７．１８の上下位置と中間位置
にそれぞれ圧力室１９．２０．２１を形成している。

上方の小径ピストン１７はハウジング２の隔壁部２ａと
その下方のストッパリング２２との間で昇降自在に設け
てあり、また、下方の大径ピストン１８はハウジング２
に形成した段部２ｂとハウジング２の下端部に螺着した
ナツト部材２３との間で昇降自在に設けている。

上記小径ピストン１７の下端面軸部に下方が拡径するテ
ーパ孔１７ａを形成するとともに、大径ピストン１８の
上端面軸部に上方が小径となる円錐状のテーバ状突起１
８ａを突設し、該テーパ状突起１８ａを上記小径ピスト
ン１７のテーパ孔１７ａ内に嵌合している。上記テーバ
状突起１８ａには軸方向に伸びるスリット＋８ｂを複数
形床してその内径が容易に縮少できるようにしてあり、
テーパ状突起＋８ａをテーバ孔り７ａ内に圧接させた際
に、そのテーバ状突起１８ａの内径を縮少させて上記ノ
ズル５をハウジング２に固定できるようにしている。

上方の圧力室１９と下方の圧力室２０とは共通のロック
通路２６および図示しない電磁弁を介して圧縮空気源に
連通させ、両圧力室１９．２０に同時に圧縮空気を導入
することによって両ピストン１７．１８を互いに近接す
る方向に、つまり上記テーバ状突起１８ａがテーパ孔１
７ａ内に圧入される方向に移動させることができるよう
にしている。

このとき、上記ロック通路２６と下方の圧力室２０との
間にオリフィス通路２７を設け、圧力室２０への圧縮空
気の供給を上方の圧力室１９への圧縮空気の供給よりも
所要時間だけ遅らせることにより、上方の小径ピストン
１７が上記ストッパリング２２に当接する下降端位置ま
で下降してから、下方の大径ピストン１８が上昇端位置
まで上昇するようにしている。

また、中間の圧力室２１はアンロック通路２８および図
示しない電磁弁を介して圧縮空気源に連通させ、圧力室
２１に圧縮空気を導入することによって両ピストン１７
．１８を互いに離隔する方向に、つまり上記テーパ状突
起１８ａとテーパ孔１７ａとの圧接が解除される方向に
移動させるようにしている。

以上の構成において、照射位置におけるレーザ光線りの
直径が所要の大きさとなるように調整する場合には、先
ずフォーカスヘッド１を所定の上昇位置に位置させた状
態でアンロック通路２８から中間の圧力室２１に圧縮空
気を導入する。すると、上下のピストン１７．１８が互
いに離隔されてテーパ状突起１８ａによるノズル５の把
持が解放されるので、ノズル５はばね１２によってその
フランジ部８ａがハウジング２の隔壁部２ａに当接する
下降端位置まで降下する。

次に、この状態のままレーザ光線りの照射位置における
直径、すなわち被加工物６上の直径が所要の大きさとな
る位置までハウジング２および集光レンズ４を降下させ
る。この際には、ハウジング２の降下によってノズル５
の下端が被加工物６に当接するので、さらにハウジング
２が降下するとノズル５はばね１２を圧縮させながら相
対的にハウジング２内に挿入されるようになる（第２ａ
図）。

このようにして集光レンズ４を最適な高さ位置に位置さ
せたら、ロック通路２６から上下の圧力室１９．２０内
に圧縮空気を供給する。このとき、圧縮空気は先ず流路
抵抗の小さい上方の圧力室１９内に導入されて小径ピス
トン１７をストッパリング２２に当接する位置まで降下
させるようになり（第２ｂ図）、これにひき続いてオリ
フィス通路２７を介して下方の圧力室２０内に圧縮空気
が導入されると、大径ピストン１８が上昇される。

大径ピストン１８が上昇されると、そのテーパ状突起１
８ａが小径ピストン１７のテーパ孔１７ａに圧入される
ので、テーパ状突起１８ａが縮径されてノズル５を把持
しく　％　２　ｃ図）、ノズル５、小径ピストン１７お
よび大径ピストン１８を相互に一体に連結する。

上記小径ピストン１７と大径ピストン１８とでは受圧面
積が大径ピストン１Ｂの方が大きいので、相互に一体に
連結されたノズル５、小径ピストン１７および大径ピス
トン１８はその状態のまま一体に上昇され、大径ピスト
ン１８が段部２ｂに当接するとその上昇が停止される（
第１図）。したがってこの作動により、被加工物６とノ
ズル５の下端との間に所要の間隙δが形成される。

上記間隙δは、集光レンズ４の高さ位置に拘らず、上述
した作動によって常に実質的に同一の大きさとなるので
、その間隙δをアシストガスの供給に好適な大きさに設
定しておけば、集光レンズ４を所定の高さ位置に位置さ
せて上述の作業を行なうだけで、アシストガスの供給に
好適な間隙δが自動的に得られるようになる。

次に、第３図は本発明の他の実施例を示したもので、本
実施例においては上記実施例における小径ピストン１７
を省略し、その小径ピストン１７に形成していたテーパ
孔１７ａに相当するテーパ孔２Ｃを、ハウジング２の隔
壁部２ａの下面軸部に形成している。他方、大径ピスト
ン１８に相当するピストン３２の上面には上記実施例と
同様に上方側が縮径するテーバ状突起３２ａを形成し、
そのテーパ状突起３２ａを上述したハウジング２のテー
パ孔２ｃ内に嵌合している。

このように、本実施例では１つのピストン３２を設けて
いるので、その上下に２つの圧力室３３．３４だけが形
成されるようになり、上方の圧力室３３にアンロツタ通
路３５を、下方の圧力室３４にロック通路３６をそれぞ
れ接続している。

上記ピストン３２は上記テーパ孔２ｃとそれよりも下方
のストッパ部２７ｄとの間で昇降できるようにしてあり
、かつピストン３２とハウジング２との間に弾装したば
ね３７によりノズル５をハウジング２から突出する下方
に付勢して、自然状態では下方のストッパ部２７ｄに当
接した下降端位置に保持している。

上記ピストン３２の内周面には環状溝３８を形成してあ
り、該環状溝３８の外周面中央部から上方にかけて、上
方側が縮径するテーパ面３８ａを形成している。そして
この環状溝３８内に適度な弾性を有するゴム等の合成樹
脂製のリング状把持部材３９を上下に変位可能に収納し
、この把持部材３９を上方に変位させた際には、上記テ
ーパ面３８ａによりその内径を縮径させてノズル５を把
持できるようにしている。　上記環状溝３８内は、把持
部材３９の上方空間をピストン３２に穿設した連通孔３
２ｂを介して上方の圧力室３３内に、また把持部材３９
の下方空間を連通孔３２ｃを介して下方の圧力室３４内
にそれぞれ連通させ、各連通孔３２ｂ　、３２ｃに交互
に圧力を導入することにより、把持部材３９を昇降させ
ることができるようにしている。

したがって本実施例において、アンロツタ通路３５を介
して上方の圧力室３３内に圧縮空気を供給した際には、
ピストン３２はその圧力によってストッパ部２７ｄに当
接する下降端位置まで移動され、また上記圧力室３３内
に導入された圧縮空気が上方の連通孔３２ｂを流通して
環状溝３８内に導入されるので、上記把持部材３９も下
降される。

この状態では、把持部材３９によるノズル５の把持、お
よびピストン３２のテーパ状突起３２ａによるノズル５
の把持が共に解除されるので、ノズル５はばね１２に付
勢されてフランジ部８ａが隔壁部２ａに当接する下方端
位置に位置される。

この状態でハウジング２および集光レンズを降下させて
所要の高さ位置に位置させたら（第４ａ図）、ロック通
路３Ｂから下方の圧力室３４内に圧縮空気を導入する。

すると、圧縮空気は先ず環状溝３８内において把持部材
３９を上昇させ、この把持部材３９を環状溝３８のテー
パ面３８ａとノズル５の外周との間に圧入させる。その
結果、把持部材３９の内周部によってノズル５が把持さ
れるので、ノズル５はその把持部材３９を介してピスト
ン３２に一体に連結されるようになり、しかもその部分
が完全にシールされる（第４ｂ図）。

次に、上記圧力室３４内の圧力が上昇すると、ピストン
３２がばね３７に抗して上昇されるようになるので、ピ
ストン３２のテーパ状突、［３２ａがハウジング２側の
テーパ孔２ｃ内に圧入嵌着されるようになり、したがっ
てノズル５はそのテーパ状突起３２ａによって確実に固
定され、かつノズル５と被加工物６との間に所要の間隙
δが形成される（第３図）。

なお、上記実施例のロック機構Ｉ６は、レーザ光線りの
照射位置における直径が所定の大きさに一致する位置ま
でハウジング２および集光レンズ４を降下させても、自
動的にノズル５と被加工物６との間に所要の間隙δを形
成することかできるが、これに限定されるものではなく
、そのような間隙δを形成することができない単純なロ
ック機構を用いても良いことは勿論である。

その場合は、上記集光レンズ４を本来の所定高さ位置か
ら上記間隙δ分だけさらに降下させ、その状態でロック
させればよく、或いは被加工物６上に上記間隙δ分だけ
の厚さを有する板材を載置し、その板材にノズル５の下
端を当接させた状態で集光レンズ４を本来の所定高さ位
置に位置させてロックさせればよい。

また、上記ノズル５をハウジング２から突出させるのに
ノズル５の自重を利用してもよいことは勿論である。

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、レーザ光線の照射位置
における直径を調整してもノズルと被加工物との距離を
常に最適な距離に維持することができ、しかもその調整
作業を極めて容易に行なうことができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２ａ図ない
し第２Ｃ図はそ、れぞれ第１図と異なる作動状態を示す
部分断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す断面図
、第４ａ図、第４ｂ図はそれぞれ第３図と異なる作動状
態を示す部分断面図である。 １・・・フォーカスヘッド　　　２・・・ハウジング２
ｃ、１７ａ・・・テーパ孔　　　　　４・・・集光レン
ズ５・・・ノズル　　　　　　　　６・・・被加工物７
・・・アシストガス供給通路　１２−・ばね１９〜２１
，３３．３４・・・圧力室　　１７．１８．３２・・・
ピストン１８ａ、３２ａ　・−・テーパ状突起　２６．
３６−・・ロック通路２８．３５・・・アンロック通路
　３９・・・把持部材Ｌ・・・レーザ光線 ：り１図 第　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ハウジングに設けられ、被加工物に向けて照射されるレ
   ーザ光線を集光する集光レンズと、上記ハウジングに設
   けられ、上記レーザ光線の通過を許容するとともにアシ
   ストガスを被加工物に向けて噴出させるノズルとを備え
   たレーザ加工機のフォーカスヘッドにおいて、 上記ノズルをレーザ光線の光軸に沿って移動可能に設け
   るとともに、該ノズルをハウジングから突出する方向に
   付勢し、かつ該ノズルを上記ハウジングに固定するロッ
   ク機構を設けたことを特徴とするレーザ加工機のフォー
   カスヘッド。