JPH0839280A - レ−ザ加工ト−チ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工機のレーザ加工トーチ９の集光
レンズ６の焦点調整を容易とすること。 【構成】 レーザ発振器１から出力されたレーザ光２
を集光する集光レンズ６と、この集光レンズ６によって
集光されたレーザ光７を照射及びアシストガスを噴射す
る通過口を有した加工ノズル８を備えたレーザ加工トー
チ９において、集光レンズ６の焦点位置調整レンズホル
ダ１６Ａに第１のレンズホルダ３４及び第２のレンズホ
ルダ３５を装着した複数重ねの構造の焦点距離の偏差量
調整機構を設けたレーザ加工トーチ９。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集光レンズによって集
光されたレーザ光が加工ノズルを通過することを容易に
するためのレーザ加工機の加工トーチに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下、図１乃至図４を参照して従来のレ
ーザ加工機について説明する。 （図１の説明）図１は、レーザ加工機の構成図である。
同図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器か
ら出力されたレーザ光である。３は、レーザ光２を反射
させて後述する集光レンズ６にレーザ光２を入射させる
ベンドミラーである。４は、後述するレーザ光ガイド管
５及びレーザ加工トーチ９の中心軸である。５は、レー
ザ光２の光路を保護するためのレーザ光ガイド管であ
る。６は、レーザ光２を集光するための集光レンズであ
る。７は集光レンズ６によって集光されたレーザ光、８
は加工ノズルである。９は、上述した集光レンズ６と加
工ノズル８とを含んだレーザ加工トーチを示す。また、
被加工物２０は、加工テーブル２２に搭載されており、
ＮＣ（Numerical Control ）、ＰＬＣ（Programable Lo
gic Controller）等の制御装置２１によって制御されて
移動する。そして、前述の集光されたレーザ光７を被加
工物２０に照射することによってレーザ加工が行われ
る。

【０００４】（図２の説明）図２は、図１のレーザ加工
トーチ９の断面図である。同図において、ベンドミラー
３によって折り曲げられたレーザ光２は、レーザ光ガイ
ド管５に取り付けられたレーザ加工トーチ９に導かれ
る。レーザ加工トーチ９は、集光レンズ６を取り付けた
レンズホルダ１６、このレンズホルダ１６を支えるホル
ダマウント１７、ホルダマウント１７のホルダ１２、ノ
ズルホルダ１１、ノズルホルダ調整筒１１Ａ、加工ノズ
ル８等から構成されている。

【０００５】ホルダマウント１７はホルダ１２に取り付
けられた押しネジ１３及び１４で、中心軸４に対して直
角方向に動くように構成されている。押しネジ１３及び
１４は、図示していない紙面に対して直角方向にもそれ
ぞれ具備されており、通常４本で構成されている。

【０００６】又、４０は、図示していないガス供給源か
らアシストガスを供給する導入口を示す。アシストガス
（Assist gas）とは、レーザ切断において、レーザ光で
溶融又は昇華した材料を除去するために用いられるガス
のことである。（以下アシストガスと呼ぶ）

【０００７】（図３の説明）図３は、従来の加工ノズル
８の拡大断面図である。加工ノズル８には直径１ｍｍ乃
至２ｍｍの小穴のノズル穴１０があけられており、集光
されたレーザ光７はこの小穴を通過して被加工物２０に
照射される。レーザ切断では集光されたレーザ光７とア
シストガスとをこのノズル穴１０から吹き付ける。被加
工物２０は、レーザ光が照射されることによって高温と
なり溶融し、この溶融物がアシストガスによって吹き飛
ばされる。

【０００８】加工ノズル８は、中心軸４を中心としてノ
ズルホルダ１１に沿って動くように構成されている。セ
ットナット１５は、ノズルホルダ１１と加工ノズル８と
の位置を設定し、固定するためのものである。

【０００９】（図４の説明）図４は、従来の集光された
レーザ光７と加工ノズル８との関係図である。中心軸４
に沿って導入されたレーザ光２は、集光レンズ６で集光
されるが、集光レンズ６の焦点距離は機械加工によって
設定されるので、通常幾らか偏差（誤差）を有してい
る。したがって、加工ノズル８に対して適切な位置に集
光されたレーザ光の焦点位置３０がくるように調整する
必要がある。

【００１０】図４（ａ）は、集光されたレーザ光の焦点
位置３０が加工ノズル８の外側約１ｍｍのところに位置
する正常なセッテ_イング状態である（以下、加工適正状
態という）。この状態で、集光されたレーザ光７の焦点
位置が被加工物２０の表面に来るように、上下方向に調
整可能なレーザ加工トーチ９を動かして調整する。

【００１１】図４（ｂ）は集光されたレーザ光７の焦点
位置３０が加工ノズル８の内側に位置する状態である。
この場合、加工ノズル８を集光レンズ６に近ずけるよう
に中心軸４を中心にして、加工ノズル８をノズルホルダ
１１に沿ってＸ方向に動かし、焦点位置３０を加工適正
状態である加工ノズル８の外側約１ｍｍのところに位置
するように調整する。

【００１２】図４（ｃ）は集光されたレーザ光の焦点位
置３０が加工適正状態よりも加工ノズル８の外側に位置
する状態である。この場合、加工ノズル８を集光レンズ
６から遠ざけるように中心軸４を中心にして、加工ノズ
ル８をノズルホルダ１１に沿ってＹ方向に動かし、焦点
位置３０を加工適正状態である加工ノズル８の外側約１
ｍｍのところに位置するように調整する。

【００１３】加工適正状態は被加工物２０の材料、板厚
等の違いによって、加工ノズル８の外側約１ｍｍが０〜
５ｍｍの間の例えば０ｍｍ、０. ５ｍｍ、１ｍｍ、１.
５ｍｍ、２ｍｍ、２. ５ｍｍ、３ｍｍ、３. ５ｍｍ、４
ｍｍ、４. ５ｍｍ、５ｍｍとなることもあり、好ましく
は０〜２ｍｍの間の例えば１ｍｍ、１. ５ｍｍ、２ｍｍ
である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】レーザ加工は、レーザ
光２の持つ高エネルギ−を集光系の例えば集光レンズを
用いてさらに小さな面積に集め、瞬間的に被加工物２０
を蒸発、溶融等させる加工法である。したがって、いか
に被加工物２０に高いエネルギーを集中できるかが重要
である。このために、集光されたレーザ光７の焦点位置
３０が被加工物２０の表面となるように調整することが
必要である。

【００２１】一方、加工用に用いられる炭酸ガスレーザ
の場合、光の波長は赤外線の領域であり、不可視光であ
る。したがって、レーザ光２及び集光されたレーザ光７
をみることができない。このために、集光されたレーザ
光７の焦点位置３０を調整する方法として、例えば後述
する図５で示すような方法が取られている。

【００２２】図５は、従来の焦点位置の確認方法の状態
図である。同図において、ノズル８又はノズルホルダ１
１を外し、傾斜させたアクリル板３１ａを集光レンズ６
の下で、図のようにアクリル板の走行方向３３の方向に
移動させ、集光されたレーザ光７をアクリル板３１ａに
焼き付けて表面に跡形をとる方法である。焦点位置３０
は、アクリル板３１ｂに示すように、ほぼ集光されたレ
ーザ光７の跡形の最小幅である集光されたレーザ光７跡
での焦点位置３２で示される。この最小幅の位置を例え
ば定規で測定し、図４（ａ）で示した加工適正状態であ
る加工ノズル８の外側約１ｍｍのところに焦点位置３０
が位置するように、加工ノズル８の位置を調整し定め
る。しかしながら、この方法は、時間を要しまた経験に
頼るものであるから、素人には判りにくいという問題が
ある。

【００２３】そこで、本発明の目的は、レーザ加工機の
レーザ加工トーチ９において、集光レンズ６の焦点位置
３０の調整を容易にし、加工ノズル８が集光されたレー
ザ光７に対して加工適正状態となる正常な位置にセット
されるレーザ加工トーチ９の構造を提供することにあ
る。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工機
は、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２を集光す
る集光レンズ６を具備し、この集光レンズ６によって集
光されたレーザ光７を被加工物２０に照射するときに、
集光されたレーザ光７を照射及びアシストガスを噴射す
るレーザ加工機のレーザ加工トーチ９に適用される。

【００５１】請求項１に記載したレーザ加工トーチ９の
特徴は、図６及び図７の断面図に示すように、集光レン
ズ６に予め焦点距離を調整するための第１のレンズホル
ダ３４及び第２のレンズホルダ３５を装着して、この第
１のレンズホルダ３４及び第２のレンズホルダ３５によ
って、集光レンズ６をレンズホルダ１６の中心軸４に沿
って動かし、焦点位置を調整する構造としたレーザ加工
トーチ９である。

【００６０】

【実施例】図６及び図７は、それぞれ本発明の実施例を
示すレーザ加工トーチ９の断面図及び集光レンズ６の焦
点位置調整レンズホルダ１６Ａの拡大断面図である。

【００６２】図６は請求項１のレーザ加工トーチ９の断
面図を示す。同図は、図２の従来のレーザ加工トーチ９
の断面図に比べて、ノズルホルダ１１とホルダ１２との
接合部が簡単な構造であり、また加工ノズル８の調整作
用がなく単にネジ込む構造としたものである。

【００６３】図７は、請求項１の集光レンズ６の焦点位
置調整レンズホルダ１６Ａの拡大断面図を示す。この焦
点位置調整レンズホルダ１６Ａは、例えば同じ中心軸を
有する第１のレンズホルダ３４と第２のレンズホルダ３
５との二重の構造で、焦点距離の偏差量を調整するた
め、集光レンズ６が固定されている第１のレンズホルダ
３４が第２のレンズホルダ３５に対して中心軸４に沿っ
て移動し、集光レンズ６の焦点距離の偏差量を微調節し
て固定することで、焦点位置を調整できる構造となって
いる。ここで３６は位置を調整した第１のレンズホルダ
３４と第２のレンズホルダ３５とを固定するセットネジ
である。焦点位置調整レンズホルダ１６Ａはさらに調整
を容易にかつ微調節にするため二重以上の構造の例えば
三重構造、四重構造であってもよい。

【００６４】集光レンズ６の焦点位置３０の調整は、例
えば可視光のヘリウムネオンレーザ（ＨｅＮｅレーザ）
を使って調整する。炭酸ガスレーザの波長（１０. ６μ
ｍ）はヘリウムネオンレーザの波長（０. ６３μｍ）と
は異なるため、集光レンズ６での屈折率も異なり、集光
される焦点位置は異なる。しかし、図８に示す通り炭酸
ガスレーザの波長（１０. ６μｍ）における集光された
炭酸ガスレーザ光５０の集光位置とヘリウムネオンレー
ザの波長（０. ６３μｍ）における集光されたヘリウム
ネオンレーザ光５１の集光位置との違いから生じる集光
位置の偏差量５２は一定であるため、この偏差量を用い
てヘリウムネオンレーザから炭酸ガスレーザの焦点位置
３０を割り出すことが可能である。

【０１００】

【発明の効果】本発明のレーザ加工機において、レーザ
発振器１から出力されたレーザ光２を集光する集光レン
ズ６を通過した後のレーザ光の焦点位置３０を可視光の
ヘリウムネオンレーザを用いて予め定めるため、加工適
正状態である加工ノズル８の例えば外側約１ｍｍの位置
に調製し定める作業が容易になる。そのため、繰り返し
調整する必要がなくなり、作業時間が短縮され、作業ミ
スも低減される。また、ヘリウムネオンレーザを用いて
調整するため、高出力の炭酸ガスレーザを使った焦点位
置の測定をする必要がなく安全である。さらに、ノズル
ホルダ１１、ホルダ１２、加工ノズル８等のレーザ加工
トーチ９自身の構造も簡単になるため、コストも安くな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工機の構成図である。

【図２】従来のレーザ加工トーチの断面図である。

【図３】従来の加工ノズルの拡大断面図である。

【図４】従来の集光されたレーザ光と加工ノズルの関係
図である。

【図５】従来の焦点位置の確認方法の状態図である。

【図６】本発明の実施例のレーザ加工トーチを示す断面
図である。

【図７】本発明の実施例の集光レンズの焦点位置調整レ
ンズホルダを示す拡大断面図である。

【図８】炭酸ガスレーザの波長（１０. ６μｍ）とヘリ
ウムネオンレーザの波長（０.６３μｍ）の違いから生
じる集光位置の偏差量を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ レーザ光 ３ ベンドミラー ４ 中心軸 ５ レーザ光ガイド管 ６ 集光レンズ ７ 集光されたレーザ光 ８ 加工ノズル ９ レーザ加工トーチ １０ ノズル穴 １１ ノズルホルダ １１Ａ ノズルホルダ調整筒 １２ ホルダ １３ 押しネジ １４ 押しネジ １５ セットナット １６ レンズホルダ １６Ａ 焦点位置調整レンズホルダ １７ ホルダマウント ２０ 被加工物 ２１ 制御装置 ２２ 加工テーブル ３０ 焦点位置 ３１ａ アクリル板 ３１ｂ アクリル板 ３２ 集光されたレーザ光跡での焦点位置 ３３ アクリル板の走査方向 ３４ 本発明の第１のレンズホルダ ３５ 本発明の第２のレンズホルダ ３６ セットネジ ４０ アシストガス導入口 ５０ 集光された炭酸ガスレーザ光 ５１ 集光されたヘリウムネオンレーザ光 ５２ 炭酸ガスレーザとヘリウムネオンレーザの集光
位置の偏差量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から出力されたレーザ光を
   集光する集光レンズと、前記集光レンズによって集光さ
   れたレーザ光を被加工物に照射するときに、前記集光さ
   れたレーザ光を照射及びアシストガスを噴射する通過口
   を有するノズルを備えたレーザ加工トーチにおいて、前
   記集光レンズのレンズホルダが焦点距離の偏差量を調整
   する二重構造の偏差量調整機構を持ち、前記集光レンズ
   を前記レンズホルダの中心軸に沿って前記偏差量を微調
   節して固定する焦点位置調整レンズホルダを装着したレ
   ーザ加工トーチ。