JPH0719673Y2

JPH0719673Y2 - レーザ加工用トーチ

Info

Publication number: JPH0719673Y2
Application number: JP1990069457U
Authority: JP
Inventors: 清武内; 茂樹藤長; 栄三津田; 雅史植野
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2005-05-10
Also published as: JPH0426687U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案はレーザビームを焦光して切断，溶接，表面改質
等のレーザ加工を行うためのレーザ加工用トーチに関す
る。

（従来の技術）集光用光学系として放物面鏡等の凹面鏡を使用した反射
形のレーザ加工用トーチがあり、ビーム導入口から導入
されたレーザビームを凹面鏡で反射させ、集光させなが
らノズル内を通過させてノズル先端口側より加工物に照
射し、加工処理を行う方式とされていた。

またレーザ加工用トーチとして加工品質の向上を図るた
め、アシストガス（切断時）やシールドガス（溶接時や
表面改質時）等の加工補助ガス（例えば,He,Ar,N₂，O₂
等）を加工処理部分に吹付ける方式のものがあり、例え
ば、特開昭50−45752号公報（第１従来例）や特開昭63
−93494号公報（第２従来例）に開示の如くである。

そして、第１従来例や第２従来例に開示のトーチによれ
ば、加工補助ガスがノズル内を通ってノズル先端口側か
ら噴出させる方式とされており、この補助ガスの噴出作
用によって、加工処理時に発生する金属蒸気，ヒュー
ム，スパッタ等（以下、金属蒸気等という）のノズル先
端口側からの侵入を防止できる利点があった。

また、レーザ加工時において、レーザビームは凹面鏡等
で反射されるが、わずかにこれら光学部品に吸収されて
光学部品が発熱し、光学部品表面等に熱歪みや損傷が発
生するおそれがある。特に、レーザビームが高出力（1K
w以上）の場合には顕著となる。そこで第１従来例に開
示のトーチにあっては、レーザビームが導入されるビー
ム導入口にトーチ内外を仕切る仕切窓が設けられた密閉
形構造とされ、トーチ内を補助ガスで充満させた状態で
ノズル先端口側から補助ガスを噴出させ、凹面鏡等の反
射鏡表面を補助ガスにさらすことによってこれら光学部
品表面の冷却を図っていた。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、上記第１従来例や第２従来例において、
凹面鏡や平面鏡等の光学部品表面にほこり等が付着した
場合、これらほこり等の付着物がレーザビームによって
光学部品表面で焼付けを起こし、光学部品の損傷を招く
おそれがあった。

そこで、本考案は上記問題点に鑑み、加工補助ガスを利
用して光学部品表面に対するほこり等の付着物の除去及
び付着防止を図ると共に光学部品表面の効率のよい冷却
効果が発揮できるレーザ加工用トーチを提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本考案の第１の技術的手段
は、ハウジングに備えられたビーム導入口に、ハウジン
グ内外を仕切るレーザビーム透過性の仕切窓が設けら
れ、ビーム導入口から導入されたレーザビームをハウジ
ング内に設けられた集光用凹面鏡で反射させ、集光され
ながらノズル内を通過させてノズル先端口側より照射さ
せると共に、ノズル先端口側より加工補助ガスを噴出さ
せるレーザ加工用トーチにおいて、前記加工補助ガスのガス供給吹出部が仕切窓と凹面鏡間
に位置されると共に、ノズルと反対側のハウジング内壁
部より仕切窓内面に指向して設けられ、ハウジング内空
間部とノズル内空間部により、ガス供給吹出部から吹出
された加工補助ガスをハウジング内からノズル内を通っ
てノズル先端口側に案内するガス案内流路が形成されて
なる点にある。

また、上記目的を達成するための本考案の第２の技術的
手段は、ハウジング内に備えられたビーム導入口に、ハ
ウジング内外を仕切るレーザビーム透過性の仕切窓が設
けられ、ビーム導入口から導入されたレーザビームをハ
ウジング内に設けられた集光用凹面鏡で反射させ、集光
させながらノズル内を通過させてノズル先端口側より照
射させると共に、ガス案内路を通ってガス供給吹出部よ
りハウジング内に吹出された加工補助ガスをノズル先端
口側より噴射させるレーザ加工用トーチにおいて、前記
ガス案内路が途中で分岐されることによって複数のガス
供給吹出部が仕切窓と凹面鏡間に位置されると共に、前
記ガス供給吹出部の一部がノズルと反対側のハウジング
内壁部より仕切窓内面に指向して設けられ、かつ前記ガ
ス供給吹出部の他の一部がノズルと反対側のハウジング
内壁部より凹面鏡反射面に指向して設けられ、ハウジン
グ内空間部とノズル内空間部により、ガス供給吹出部か
ら吹出された加工補助ガスをハウジング内からノズル内
を通ってノズル先端口側に案内するガス案内流路が形成
されてなる点にある。

（作用）本考案の第１のレーザ加工用トーチによれば、トーチは
所謂、密閉形構造とされており、ハウジング内壁部に設
けられたガス供給吹出部から吹出された加工補助ガス
は、仕切窓内面に吹付けられる。この吹付け作用によっ
て仕切窓内面に付着するほこり等の付着物は吹飛ばさ
れ、またその後の仕切窓内面に対するほこり等の付着も
防止される。さらにこの吹付け作用による加工補助ガス
の流れによって仕切窓内面が強制的に冷却され、効率よ
く冷却できる。

またガス供給吹出部はノズルと対向する反対側に位置し
て設けられているので、ガス供給吹出部から吹出された
加工補助ガスは仕切窓内面に吹付けられた後、反対側の
対向するノズル内に円滑に案内され、ここにガス案内流
路に沿って円滑に流れ、ノズル先端口側から噴出され
て、本来の加工補助ガスとしての機能を発揮する。そし
てこの噴出作用によって、加工処理時に発生する金属蒸
気等のノズル先端口側からの侵入が防止されると共に、
ノズル先端口側から金属蒸気等がなおかつ侵入した場合
であっても、加工補助ガスがハウジング内で吹出され、
ハウジング内からノズル内を通ってノズル先端口側に向
って案内される方式であるため、加工補助ガスの流れに
よって金属蒸気等のハウジング内側への侵入が防止され
る。

また第２のレーザ加工用トーチによれば、上記第１のレ
ーザ加工用トーチと同様の作用が得られると共に、ガス
案内路が途中で分岐されることによってガス供給吹出口
は凹面鏡反射面にも指向して設けられるので、加工補助
ガスはさらに凹面鏡反射面にも吹き付けられる。したが
って、凹面鏡反射面に対する付着物の除去および付着が
防止されると共に、凹面鏡反射面が効率よく冷却され
る。

（実施例）以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明すると、第
11図はレーザ溶接用ロボットRBの外観斜視図を示し、１
はベースであり、その上部には、中空の旋回柱２が上下
方向の軸心回りに旋回自在に支持されている。

旋回柱２には中空の昇降体３が支持されており、昇降体
３は旋回柱２の旋回軸心Ｚ上を上下動自在とされてい
る。

昇降体３には中空の水平腕４が支持されており、水平腕
４は旋回軸心Ｚと直交する水平軸心Ｙ上を位相自在とさ
れている。

水平腕４一端には水平軸心Ｙ回りに回動自在に、中空の
第１ハウジング５が支持され、この第１ハウジング５に
は水平軸心Ｙと直交する軸心Ｖ回りに回動自在に、中空
の第２ハウジング６が支持されている。また第２ハウジ
ング６には回動軸心Ｖと直交する軸心Ｗ方向のノズル７
が取付けられており、第２ハウジング６及びノズル７に
よってレーザ加工用トーチ８が構成されている。

９はCO₂レーザ発振装置であり、これより出力されたレ
ーザビームは屈折部10により下向きに反射され、その反
射光は旋回軸心Ｚに一致されている。

第12図はレーザ溶接用ロボットRBにおける光学系模式図
を示し、レーザ発振装置９から射出されたレーザビーム
LBは屈折部10内に設けられたミラー12で旋回軸心Ｚに沿
って反射され、その後、昇降体３内に設けられたミラー
13で水平軸心Ｙに沿って反射され、さらに第１ハウジン
グ５内に設けられたミラー14で軸心Ｖに沿って反射され
た後、第２ハウジング６内に設けられた集光用凹面鏡と
しての放物面鏡15によって集光されながら軸心Ｗに沿っ
て反射され、加工物に照射される。

第１図は前記トーチ８の拡大断面図を示し、第２ハウジ
ング６は、軸心Ｖ方向一側にビーム導入口17を有し、他
側にミラー装着口18を有したハウジング本体19と、ミラ
ー装着口18を閉塞状としてハウジング本体19に装着され
るミラーホルダー20とを備えてなる。21はＯリングであ
る。また、ミラーホルダー20の内面側には放物面鏡15が
位置決めピン22で位置決めされた状態でボルト23締結さ
れており、ミラーホルダー20は第６図及び第９図に示さ
れる如く、３個所で調整機構24によりハウジング本体19
側に調整可能に固定されている。各調整機構24はミラー
ホルダー20に螺挿された押しボルト25と、該押しボルト
25内を挿通状としてハウジング本体19に螺合された締結
ボルト26と、ロックナット27とからなり、ロックナット
27を暖め、押しボルト25及び締結ボルト26を進退調整し
て放物面鏡15の軸合せを行った後、ロックナット27及び
締結ボルト26を締結すればよい。

また、ハウジング本体19のビーム導入口17側には第１図
に示される如く、第２ハウジング６内外を気体的に仕切
る光学部品としての仕切窓29が設けられており、該仕切
窓29は使用レーザビームに対して透過率の高い材質、例
えばZnSeやKCl等より形成されている。そして仕切窓29
は第２図にも示される如く、円筒状窓ホルダー30と、窓
ホルダー30の内周雌ネジ部30aに螺合される雄ネジ部31a
を有する円筒状窓ホルダー押え31とによって両凹部30b,
31b内に挟持状に収納保持され、この保持状態で窓ホル
ダー30の外周雄ネジ部30cをビーム導入口17の雌ネジ部1
7aに螺合させることによって着脱自在に装着されてい
る。

放物面鏡15の反射側に対応するハウジング本体19の軸心
Ｗ方向一側にはノズル装着口33が設けられており、該ノ
ズル装着口33を閉塞状としてノズル７がボルト等により
着脱自在に装着されている。

ノズル７は軸心Ｗ方向に略同径の円筒ノズル部34と、円
筒ノズル部34先端側に螺合装着された軸心Ｗ方向に対し
て漸次径小となる円錐ノズル部35とを備えてなる。また
円錐ノズル部35のノズル先端口36の口径を絞るべく、円
錐ノズル部35先端部にはチップ37が螺合装着されてい
る。そして、ここにトーチ８はノズル先端口36側のみを
開口する所謂、密閉形構造として構成されている。

ハウジング本体19のノズル装着口33と対向する側には、
ガス案内路39が形成されており、ガス案内部39は途中で
窓側案内路39aとミラー側案内部39bとに分岐され、窓側
案内路39aは仕切窓29内面に指向して開口され、窓側ガ
ス供給吹出部40を構成している。またミラー側案内路39
bは放物面鏡15の反射面に指向して開口され、ミラー側
ガス供給吹出部41を構成している。そして、両ガス供給
吹出部40,41は仕切窓29と放物面鏡15に位置されると共
に、ノズル７と反射側のハウジング本体19内壁部に位置
され、また両ガス供給吹出部40,41は仕切窓29及び放物
面鏡15のノズル７と反対側半部側に指向されている。

なお、窓側案内路39aは第３図及び第４図に示される如
く、放射状に３通路形成されている。またミラー側案内
路39bの開口端側は第１図及び第３図に示される如く、
放物面鏡15と略対応する円弧状の溝部39cが形成され、
該溝部39cの開口側を閉塞状に円弧状の蓋体42がボルト
締結等により装着されており、蓋体42には多数のガス吹
出孔43が形成されている。

44はシールドガスやアシストガス等の加工補助ガスを供
給するガス供給管で、ガス案内路39の接続部に接続され
ている。

また第３図〜第５図に示される如く、ハウジング本体19
のガス案内路39両側方には、冷媒供給路45,冷媒案内路4
6が夫々形成されており、冷媒供給路45及び冷媒案内路4
6の各一端は第１図，第４図及び第５図に示される如
く、仕切窓29外周側を囲繞する円弧状に形成された窓側
冷却路47に夫々連通されている。前記ミラーホルダー20
にも第１図及び第６図に示される如く、円弧状のミラー
側冷却路48が形成され、円筒ノズル部34にも第１図，第
７図及び第８図に示される如く、ノズル側冷却路49が形
成されている。ノズル側冷却路49は第７図に示される如
く、基部側に形成された半円弧状の１対の供給側案内路
49a及び戻り側案内路49bと、先端側に形成された周方向
環状の合流案内路49cと、供給側案内路49a及び戻り側案
内路49bと合流案内路49cとを互いに連通させる軸心Ｗ方
向に形成された周方向複数の連通路49d,49eとから構成
されている。

そして、冷媒供給路45の他端接続部に水や油等の液体や
ガス等の気体よりなる冷媒を供給する冷媒供給管50が接
続され、冷媒案内路46の他端接続部とミラー側冷却路48
一端接続部とが第１連結管51で接続され、ミラー側冷却
路48他端接続部とノズル側冷却路49一端接続部とが第２
連結管52で接続され、ノズル側冷却路49他端接続部に排
出管53が接続されている。なお、各連結管51,52等はリ
ジッド管やフレキシブル管等で構成すればよい。

54はトーチ８が接続されるビームガイドである。

本考案の実施例は以上のように構成されており、レーザ
発振装置９から射出されたレーザビームLBは各ミラー1
2,13,14で反射された後、トーチ８のビーム導入口17か
ら仕切窓29を透過してハウジング本体19内に導入され、
放物面鏡15で反射され、放物面鏡15の集光作用によって
集光されながらノズル７内を通過し、ノズル先端口36,
チップ37内を経て加工物に照射され、所定の加工処理が
施される。

一方、ガス供給管44側から供給された加工補助ガスは、
ガス案内路39内を通って窓側案内路39a及びミラー側案
内路38bの各ガス供給吹出部40,41から仕切窓39内面及び
放物面鏡15反射面に向けて吹出され、その後、ノズル装
着口33側からノズル７内に流入し、ノズル７内を通過し
てノズル先端口36及びチップ37内を経て加工処理部分に
噴出される。ここに、ハウジング６内空間部からノズル
７内空間をとおってノズル先端口36側に至るガス案内流
路55が形成される。

そして、仕切窓29内面及び放物面鏡15反射面に対して吹
付けられる加工補助ガスの吹付け作用によって、仕切窓
29内面及び放物面鏡15反射面に付着するほこり等の付着
物を吹飛ばし除去でき、またその後の仕切窓29内面及び
放物面鏡15反射面に対するほこり等の付着も有効に防止
できる。さらにこの吹付け作用による加工補助ガスの流
れによってレーザビームLBの吸収により発熱した仕切窓
29内面及び放物面鏡15反射面が強制的に冷却でき、第１
従来例の如く、単に加工補助ガスにさらすだけでなく、
効率のよい冷却機能が発揮できる。従って、仕切窓29や
放物面鏡15の損傷が防止でき、耐久性が向上できる。

また、ガス案内流路55に沿って加工補助ガスが案内され
る際、各ガス供給吸出部40,41がノズル７と対向する反
対側に位置したハウジング本体19内壁部に設けられてい
るため、各ガス供給吹出部40,41から吹出された加工補
助ガスは仕切窓29内面及び放物面鏡15反射面に吹付けら
れた後、反対側の対向するノズル７側に案内される方式
であり、加工補助ガスの流れをあまり乱すことなく、ノ
ズル７内に円滑に案内され、ここにガス案内流路に沿っ
て円滑な加工補助ガスの流れが得られる。そして、チッ
プ37側からの加工補助ガスの噴出作用によって、加工処
理時に発生する金属蒸気等の侵入が防止できると共に、
なおかつチップ37開口から金属蒸気等が侵入した場合で
あっても、ハウジング６内で吹出された加工補助ガスが
ハウジング６内からノズル７内を通ってノズル先端口36
側に向って案内される方式であり、侵入した金属蒸気等
は加工補助ガスの円滑な流れに巻込まれてノズル先端口
36側に吐出され、ここに金属蒸気等のハウジング６内側
への侵入が防止できる。

さらに冷媒供給管50側から供給された冷媒は第10図にも
示される如く、冷媒供給路45を通って窓側冷却路47に案
内され、その後冷媒案内路46及び第１連結管51を通って
ミラー側冷却路48に案内され、次に第２連結管52を通っ
てノズル側冷却路49に案内され、ノズル側冷却路49の供
給側案内路49a,供給側連通路49d,合流案内路49c,戻り側
連通路49e,戻り側案内路49bを順次経て排出管53から排
出される。この冷媒の移動によって仕切窓29,放物面鏡1
5及びノズル７が冷却される。この際、冷媒は比較的低
温の仕切窓29側のハウジング本体19側から順次高温とな
るミラーホルダー20,ノズル７側へと順次案内されて冷
却する方式であり、効率のよい冷却作用が発揮できる。

なお、第１図仮想線で示される如く、ミラー側案内路39
bの溝部39cをより大きくしてガスだまり部39dを構成し
てもよい。このガスだまり部39dによって各ガス吹出孔4
3からの加工補助ガスの吹出しの均等化が図れる。また
蓋体42の各ガス吹出孔43形成に際し、ミラー側案内路39
bに近づく程孔径を小さく形成したり、遠ざかる程孔ピ
ッチを細かくしたりすることによって加工補助ガスの吹
出しむらを防止してもよい。

さらに、仕切窓29の内面側にのみ指向する窓側案内路39
aを設けたものを開示しているが、仕切窓29の内外両面
に夫々指向する窓側案内路39aを設ける構成としてもよ
い。この際、仕切窓29は内外両面から冷却され、仕切窓
29の冷却効果が向上する。

（考案の効果）以上のように、本考案の第１もしくは第２のレーザ加工
用トーチによれば、加工補助ガスのガス供給吹出部が、
仕切窓内面もしくは凹面鏡反射面に指向して設けられて
いるため、仕切窓内面もしくは凹面鏡反射面に対して吹
付けられる加工補助ガスの吹付け作用によって、各表面
に付着するほこり等の付着物を吹飛ばし除去できると共
に、ほこり等の付着も防止できる。またこの吹付け作用
によって各表面から強制的に冷却でき、効率のよい冷却
機能が発揮できる。さらにガス供給吹出部が仕切窓と凹
面鏡間に位置されると共に、ノズルと反対側のハウジン
グ内壁部に位置して設けられているため、ハウジング内
空間部からノズル内空間部へとガス案内流路に沿って加
工補助ガスが円滑に流れ、金属蒸気等の侵入も有効に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示し、第１図は断面側面図、第
２図は仕切窓取付部の分解図、第３図はハウジング本体
の第１図III−III線断面矢視図、第４図はハウジング本
体の第１図IV−IV線断面矢視図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ
線断面矢視図、第６図は第１図VI−VI線断面矢視図、第
７図は第１図VII−VII線断面矢視図、第８図は第１図VI
II−VIII線断面矢視図、第９図は第６図IX−IX線断面拡
大矢視図、第10図は冷媒の流れを示す説明斜視図、第11
図はレーザ加工用ロボットの全体外観図、第12図はレー
ザ加工用ロボットの光学系説明図である。６…第２ハウジング、７…ノズル、８…トーチ、15…放
物面鏡、17…ビーム導入口、19…ハウジング本体、29…
仕切窓、36…ノズル先端口、40…窓側ガス供給吹出部、
41…ミラー側ガス供給吹出部、55…ガス案内流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者植野雅史兵庫県宝塚市新明和町１番１号新明和工業株式会社産業機械事業部内 (56)参考文献実開平２−48292（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに備えられたビーム導入口に、
ハウジング内外を仕切るレーザビーム透過性の仕切窓が
設けられ、ビーム導入口から導入されたレーザビームを
ハウジング内に設けられた集光用凹面鏡で反射させ、集
光させながらノズル内を通過させてノズル先端口側より
照射させると共に、ノズル先端口側より加工補助ガスを
噴出させるレーザ加工用トーチにおいて、前記加工補助ガスのガス供給吹出部が仕切窓と凹面鏡間
に位置されると共に、ノズルと反対側のハウジング内壁
部より仕切窓内面に指向して設けられ、ハウジング内空
間部とノズル内空間部により、ガス供給吹出部から吹出
された加工補助ガスをハウジング内からノズル内を通っ
てノズル先端口側に案内するガス案内流路が形成されて
なることを特徴とするレーザ加工用トーチ。
【請求項２】ハウジングに備えられたビーム導入口に、
ハウジング内外を仕切るレーザビーム透過性の仕切窓が
設けられ、ビーム導入口から導入されたレーザビームを
ハウジング内に設けられた集光用凹面鏡で反射させ、集
光させながらノズル内を通過させてノズル先端口側より
照射させると共に、ガス案内路を通ってガス供給吹出部
よりハウジング内に吹出された加工補助ガスをノズル先
端口側より噴出させるレーザ加工用トーチにおいて、前記ガス案内路が途中で分岐されることによって複数の
ガス供給吹出部が仕切窓と凹面鏡間に位置されると共
に、前記ガス供給吹出部の一部がノズルと反対側のハウ
ジング内壁部より仕切窓内面に指向して設けられ、かつ
前記ガス供給吹出部の他の一部がノズルと反対側のハウ
ジング内壁部より凹面鏡反射面に指向して設けられ、ハ
ウジング内空間部とノズル内空間部により、ガス供給吹
出部から吹出された加工補助ガスをハウジング内からノ
ズル内を通ってノズル先端口側に案内するガス案内流路
が形成されてなることを特徴とするレーザ加工用トー
チ。