JPH032392Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、レーザ発振器から放射されるレーザ
光を集光レンズで集光し、ノズル先端から照射し
てワークを加工するレーザ加工機において、ノズ
ル先端とワーク間の距離を電磁的容量例えば渦電
流、磁気、静電容量等によつて検出するための電
極を備えたノズル装置に関するものである。

従来の技術 一般に、この種レーザ加工機においては、加工
精度を維持するために、ワークとレーザ光の焦点
位置を一定に保つことが、必要とされている。

このため、従来では、例えば特開昭57−44487
号公報のように、ノズル先端に取り付けたリング
状の電極による静電容量センサや、或いは特開昭
59−54487号公報のように、ノズル先端部に別体
の電極を埋込んだ静電容量センサにより、非接触
にワークＷ表面との間の静電容量を検出し、サー
ボ機構により、静電容量センサの出力が一定とな
るようノズル高さを制御することによりワークＷ
とノズル間の距離を一定に保つことが行われてき
た。そして、この方法によれば、ノズルとワーク
Ｗ間の距離を非接触で検出でき、平板状ワークの
加工には極めて有効な手段であつた。

しかしながら、ワークＷ表面が凹凸の複雑な立
体形状をなす場合、上記リング状のセンサを備え
たノズルでは、ワークＷの巾狭な谷間へ入ること
ができず、加工できない部分を生じるという欠点
があつた。

一方、ノズル先端部に別体のセンターを備えた
ノズルの場合、第５図で示すように形状的にはワ
ークＷの谷間に入ることはできても、ノズルがワ
ークＷの壁に近づくと、ノズル側面部すなわち電
極Ａの側面とワークＷとの間の静電容量C_Xおよ
び上記電極Ａの導電線ａとワークＷとの間の静電
容量C_Yの静電容量変化量が、本来の電極Ａ端面
とワークＷ間の静電容量C_Lに加えられてしまう。
このため、本来の静電容量C_Lより大きな静電容
量を検出してしまい、結果的にノズル高さを設定
高さより偏つた位置にコントロールしてしまいレ
ーザ加工が出来ないか、あるいは加工品質がばら
つくという不具合が生じていた。

すなわち、ノズル側面部とワークＷ間の静電容
量C_X，C_Yは、ワークＷの立体形状により一定し
ないため、ノズルとワーク間の正しいギヤツプ量
が検出できず、したがつてワークＷに対するノズ
ル高さを一定に保持することができず、最適な加
工条件を維持することが困難であつた。

考案の目的およびその解決手段 ここに、本考案の目的はノズル側面部から検出
される電磁的容量を常に一定とし、表面が凹凸の
複雑な立体形状のワークを加工する場合にも、ノ
ズル先端面とワーク間の正確な電磁的容量変化が
検出でき、したがつてこの電磁的容量が常に一定
となるようにノズル高さを制御することにより、
レーザ光の焦点を常にワーク表面からの一定位置
に結ばせることができ、さらにノズルホルダーへ
のノズルの交換を容易にした点にある。

そこで、本考案はノズル先端とワークとの間の
電磁的容量を検出するための第１電極およびノズ
ル側面部とワークとの間を電磁的に遮閉するため
の第２電極を備えたノズルを、電磁的容量検出器
に接続された第１導電部材と例えばワークと電磁
的同電位に接続された第２導電部材とを備えたノ
ズルホルダーに、着脱自在に嵌め込むとともに上
記ノズルホルダーと螺合するノズルナツトで締め
上げるだけでノズルを簡単に装着できるようにし
たものである。

考案の構成 以下、本考案の構成を第１図ないし第４図の具
体的実施例に基づいて説明する。

１は、レーザ加工機の図示しないヘツド本体に
対し、光軸方向に移動調整自在に取付けられたレ
ンズホルダーで、内部に集光レンズ２を保持して
いる。

３は、絶縁材料からなる中空円筒状のノズルホ
ルダーで、その上端フランジ部３ａでビス４によ
り上記レンズホルダー１に固着されている。ま
た、このノズルホルダー３の一側面にはコネクタ
取付孔５が形成され、後述する同軸ケーブル６用
のコネタ７が取付けられている。

また、このノズルホルダー３の下部内周部には
その内径を小さくした突出小径部３ｂが突設さ
れ、この小径部３ｂの下方にノズル嵌合部３ｃが
形成されている。このノズル嵌合部３ｃには第１
導通部材としての例えば銅よりなる金属カラー８
が接着等により取付けられている。そして、この
金属カラー８にノズル９の上端面を当接させ、さ
らに下方よりノズルナツト１０を締め上げること
によりノズル９を上記ノズルホルダー３に固定し
ている。

このノズルナツト１０は、例えばアルミ等の導
電性材料にて形成され、上記ノズルホルダー３の
下部外周面に形成されたねじ部３ｄに螺合してい
る。また、このノズルナツト１０の底部のノズル
挿通孔内周にはテーパ状のノズル保持面１０ａが
形成され、この保持面１０ａとノズル９の上端部
外周縁に形成されたテーパ状のフランジ部９ａと
のテーパ係合によりノズル９をノズルホルダー３
に強固に締着固定している。

上記ノズル９は逆中空円錐状をなし、その先端
すなわち下端中央部にはレーザ光とアシストガス
等が通過する噴射孔９ｂが形成されている。

このノズル９は内側より、ワークＷとの間の電
磁的容量（ここでは静電容量）を検出するための
第１電極Ｄ、絶縁部Ｅ、上記第１電極Ｄの側面部
とワークＷ間を電磁的（ここでは静電的）に遮閉
するための第２電極Ｆの順に三層構造となつてい
る。

上記ノズル９は、例えばセラミツクにてなるノ
ズル基体１１に例えば銅或はニツケル等の金属被
膜１２，１３をコーテイングすることにより形成
されている。すなわち、上記ノズル基体１１その
ものが上記絶縁部Ｅであり、その内周側面（噴射
孔９ｂ内周も含む）より先端面に連続して上記金
属被膜でなる上記第１電極Ｄが設けられ、この第
１電極Ｄとは切り離してこの第１電極Ｄの側面部
外側を覆うように上記ノズル基体１１外周側面に
上記金属被膜１３である上記第２電極Ｆが設けら
れている。

この場合、上記第１電極Ｄと第２電極Ｆとを同
一材質の金属被膜で形成することにより、ノズル
基体１１にメツキ等によつて簡単に溶着させるこ
とができる。

つまり、ノズル基体１１の上端外周面部の一部
をマスキングして、ノズル基体１１全部をメツキ
槽でどぶづけする。そのとき、第２図のようにノ
ズル９先端部はメツキが連続しているため、第２
図二点鎖線のように外周角隅部を面取り加工する
ことにより、第３図のように先端面と外周側面と
のメツキが完全に切り離される。したがつて、第
１電極Ｄと第２電極Ｆとが絶縁部Ｅとしてのノズ
ル基体１１を介して電気的に絶縁される。

第１図において前記コネクタ７は、導電性材料
で形成され、この中央には前記同軸ケーブル６の
芯線となる第１電線６ａがビニール被覆した状態
で挿通され、その外側の第２電線６ｂがコネクタ
７にハンダ付にて接続されている。上記第１電線
６ａは、コネクタ７からノズルホルダー３内を通
つて、上記ノズル９の第１電極Ｄと導通される上
記金属カラー８にハンダ付けにて接続されてい
る。そして、この第１電線６ａは同軸ケーブル６
に沿つて、外部に設けられた電磁的容量検出器と
しての例えば静電容量検出器１４に導かれてい
る。この静電容量検出器１４は、Ｃ／Ｖ変換器や
アンプ等からなるモータ駆動制御装置１５に接続
され、上記第１電極Ｄより検出された静電容量値
に基づいてキヤツプコントロール用のサーボモー
タ１６を駆動制御し、ノズル９を一体に保持した
上記レンズホルダー１をヘツド本体に対し光軸方
向に移動調整するようになつている。

また、上記ノズルホルダー３の外周面部も、例
えば銅或はニツケル等の第２導電部材としての金
属被膜１８がコーテイングされており、コネクタ
７に螺着された金属ナツト１７と上記金属被膜１
８部分を介して、コネクタ７は、上記ノズル９の
第２電極Ｆと導通する上記ノズルナツト１０に電
気的に接続されている。そして、このコネクタ７
と導通した第２電線６ｂは同軸ケーブル６に沿つ
て、例えばレーザ加工機本体側のアース端子に接
続され、第２電極ＦをワークＷと同電位にしてい
る。

また、１９はコネクタ７と同軸ケーブル６の結
合部分を保護する絶縁チユーブで、２０はコネク
タ７の端面を被覆するとともにノズルホルダー３
へのコネクタ取付け用の弾性キヤツプである。

考案の作用 まず、ノズルホルダー３へのノズル９の取付け
方法を説明すると、予めコネクタ７、金属ナツト
１７および金属カラー８を装着したノズルホルダ
ー３に、ノズル９上端部をノズル嵌合部３ｃに嵌
め込み、さらにこのノズル９に挿通したノズルナ
ツト１０をノズルホルダー３のねじ３ｄに螺着さ
せる。このままノズルナツト１０を締め上げるこ
とにより、そのテーパ状の保持面１０ａとノズル
９のテーパ状のフランジ部９ａとによるくさび作
用のもとに、ノズル９は芯出し補正されつつその
上端面が金属カラー８に圧接され、ノズルホルダ
ー３に締着固定される。

次に、加工時においてワークＷとノズル９先端
との距離を一定に保つ調整、いわゆるギヤツプコ
ントロールについて説明する。

第１図のように、ノズル９の第２電極Ｆはフラ
ンジ部９ａからノズルナツト１０、ノズルホルダ
ー３の金属被膜１８、金属ナツト１７、コネクタ
７、第２電線６ｂを介してアースされワークＷと
同電位となつている。一方、第１電線Ｄはノズル
９上端面から金属カラー８、第１電線６ａを介し
て静電容量検出器１４に接続されている。

静電容量検出器１４により、第１電極Ｄの先端
面および周側面部でワークＷおよび第２電極Ｆと
の間の静電容量C_L，C_Aが検出されると、それら
の和の静電容量C_L＋C_Aがノズル９の先端とワー
クＷとの距離すなわちギヤツプ量に対応した信号
としてモータ駆動制御装置１５に送られる。モー
タ駆動制御装置１５はノズル９先端とワークＷの
間のギヤツプ量を一定にするようにサーボモータ
１６を駆動制御し、ノズル９を一体に保持したレ
ンズホルダー１をヘツド本体に対し光軸方向に移
動調整する。

第４図で示すように、ワークＷ表面が立体形状
となつている場合、その壁にノズル９が接近して
も、第２電極ＦはワークＷと同電位となつて第１
電極Ｄの周側面部とワークＷとの間を静電的に完
全に遮閉しているため、ノズル９の側面がワーク
Ｗの壁に近接したにも拘らず、第１電極Ｄの周側
面部による静電容量C_Aは、ノズル９に対し固定
された第２電極Ｆとの間で検出され、したがつて
常に一定な検出値が得られるため本来検出すべき
静電容量C_Lの変化に影響を与えることがなく、
静電容量検出器１４はギヤツプ量に対応した正確
な検出値を得ることができる。

なお、第１電極Ｄは非常に薄膜状であるためノ
ズル９先端面での第１電極Ｄの厚み部分から側方
に対しては殆ど静電容量検出はなされず、ギヤツ
プ量には全く影響しない。

考案の効果 以上説明したように、電磁的容量検出器と接続
された第１導電部材および第２導電部材を取り付
けたノズルホルダーに、上記第１導電部材と導通
されてノズル先端とワークとの間の電磁的容量を
検出する第１電極および上記第２導電部材と導通
され上記第１電極側面部とワークとの間を電磁的
に遮閉する第２電極を備えたノズルを、着脱自在
に装着して電磁的容量検出によるギヤツプコント
ロールを行うようにしたので、上記第１電極の側
面部とワークとの間が上記第２電極によつて静電
的に遮閉されるため、表面が複雑な立体形状のワ
ークを加工する場合にもノズル先端とワーク間の
正確な電磁的容量変化が検出でき、したがつてこ
の電磁的容量が常に一定となるようにノズルホル
ダーを移動制御することにより、常に最適な加工
条件を維持することができ、例えばレーザ光の焦
点を常にワーク表面に結ばせることができ、よつ
て加工精度が向上される。

さらに、ノズル交換時には、上記ノズルホルダ
ーに対しノズルをその上端部を嵌め込むととも
に、このノズルのフランジ部に係合したノズルナ
ツトをノズルホルダーのねじ部に螺合させ締めつ
けるだけで、ノズルの第１電極は上記第１導電部
材と、ノズルの第２電極は上記第２導電部材と確
実に導通され、ノズルは上記ノズルホルダーのノ
ズル嵌合部に正しい状態でかつ強固に固定できる
ため、ノズル取換えごとの配線作業を必要とせず
ノズルの取り付け取外しが非常に簡単に行え、ノ
ズルの交換が速やかに非常に容易に行える。

また、ノズル自体にねじ部を形成する必要がな
くノズル加工が簡単で、破損等により消耗しやす
いノズルを非常に安価に提供することができる。
特にノズル自体を軽量化する意味でセラミツクに
て成形したものでは困難とされているねじ切りを
必要としないため製作上非常に効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案のノズル装置の一実施例を示
す断面図、第２図は同上金属メツキしたときのノ
ズル先端部を示す拡大断面図、第３図は第２図の
状態から面取りした後のノズル先端部を示す拡大
断面図、第４図は同上加工時におけるワークとノ
ズル間の静電容量を説明するための図、第５図は
従来のノズルを示す断面図。 ３……ノズルホルダー、３ｃ……ノズル嵌合
部、３ｄ……ねじ部、８……第１導電部材として
の金属カラー、９……ノズル、９ａ……フランジ
部、１０……ノズルナツト、１４……電磁的容量
検出部としての静電容量検出器、１８……第２導
電部材としての金属被膜、Ｄ……第１電極、Ｅ…
…絶縁部、Ｆ……第２電極、Ｗ……ワーク。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ノズル先端とワークとの間の電磁的容量を検出
   することによつて両者間の距離を常に一定に保つ
   ようにノズルを移動調整するようにしたレーザ加
   工機において、ヘツド本体に対し光軸方向に移動
   調整可能に設けられ下部外周にノズル嵌合部を有
   するとともに下部外周面にねじ部を有するノズル
   ホルダーと、このノズルホルダーの上記ノズル嵌
   合部に取付けられ外部の電磁的容量検出部に接続
   された第１導電部材と、上記ノズルホルダーの外
   周面部に設けられた第２導電部材と、上端部が上
   記ノズルホルダーのノズル嵌合部に着脱自在に嵌
   合されかつ上記第１導電部材と導通してノズル先
   端とワークとの間の電磁的容量を検出するための
   第１電極およびこの第１電極と電気的に絶縁され
   上記第２導電部材と導通することで第１電極の側
   面部とワークとの間を電磁的に遮閉するための第
   ２電極を備えかつ外部外周にフランジ部を有する
   ノズルと、このノズル上部の上記フランジ部に係
   合しかつ上記ノズルホルダーのねじ部と螺合して
   ノズルを上記ノズル嵌合部に締着固定するととも
   に上記第２導電部材と上記第２電極とを導通させ
   るノズルナツトとを具備したことを特徴とするレ
   ーザ加工機のノズル装置。