JPH106061A - 静電容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサーヘッド本体がコンパクトで狭い空間
でのレーザー加工が可能であり、かつ、センサーヘッド
本体に装着したノズルが簡単に緩まない静電容量センサ
ーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドの提供。 【解決手段】 集光用光学系を備えたレーザー加工ヘッ
ドにおいて、前記レーザー加工ヘッド１に、前記光学系
で集光されたレーザービームＬＢが通過可能な穴部を有
するセンサーヘッド本体３を着脱可能に設け、該センサ
ーヘッド本体の先端部に前記レーザービームが通過可能
なねじ穴５を備えたナット７をセラミックスを充填硬化
させた層１５’に埋設し、該ナットを前記センサーヘッ
ド本体に固定すると同時に電気的に絶縁して設け、前記
ナットに通電可能な信号線２１を設け、該ナットに電極
を兼ねたノズル２３を着脱可能に螺合してなることを特
徴とする静電容量センサーヘッドを備えたレーザー加工
ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量センサーヘ
ッドを備えたレーザー加工ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に示す如く、従来の静電容量センサ
ーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドにおいては、アシ
ストガス噴射ノズル１００が静電容量センサーの電極を
兼ねている場合が多く、この電極を兼ねたノズル１００
はレーザー加工ヘッド１０１の下方に取付けられたセン
サーヘッド１０２に設けたセラミックスなどの絶縁体１
０３に設けてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の静電
容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドにおい
ては、レーザー加工ヘッドの下方のセンサーヘッド本体
に設けた、セラミックスなどの絶縁体を介してにノズル
を装着するので、センサーヘッド本体部分が大きくな
り、狭い空間での３次元加工ができないという問題があ
る。また、ノズルの絶縁体への装着は、セラミックス絶
縁体に雌ねじ部を設け、この雌ねじ部に電極を兼ねたノ
ズルの雄ねじ部分を装着するようになっているので、あ
まり強いトルクで締付けるとセラミックス絶縁体が破損
する上、セラミックスねじは緩み易いという問題があ
る。さらに、セラミックス部品は高価でありコスト上の
問題もある。

【０００４】本発明は上述の如き問題を解決するために
成されたものであり、本発明の課題は、センサーヘッド
本体がコンパクトで狭い空間でのレーザー加工が可能で
あり、かつ、センサーヘッド本体に装着したノズルが簡
単に緩まない静電容量センサーヘッドを備えたレーザー
加工ヘッドを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、請求項１に記載の静電容量センサーヘッドを備
えたレーザー加工ヘッドは、集光用光学系を備えたレー
ザー加工ヘッドにおいて、前記レーザー加工ヘッドに、
前記光学系で集光されたレーザービームが通過可能な穴
部を有するセンサーヘッド本体を着脱可能に設け、該セ
ンサーヘッド本体の先端部に前記レーザービームが通過
可能なねじ穴を備えたナットをセラミックスを充填硬化
させた層に埋設し、該ナットを前記センサーヘッド本体
に固定すると同時に電気的に絶縁して設け、前記ナット
に通電可能な信号線を設け、該ナットに電極を兼ねたノ
ズルを着脱可能に螺合してなることを要旨とするもので
ある。

【０００６】請求項２に記載の静電容量センサーヘッド
を備えたレーザー加工ヘッドは、集光用光学系を備えた
レーザー加工ヘッドにおいて、レーザー加工ヘッドに、
前記光学系で集光されたレーザービームが通過可能な穴
部を有するセンサーヘッド本体を着脱可能に設け、該セ
ンサーヘッド本体の先端にナット埋設穴を設け、該ナッ
ト埋設穴に前記レーザービームが通過可能なねじ穴を備
えたナットの軸端を電気絶縁性の接着剤で固定して設
け、該ナットの外径部と前記ナット埋設穴との間の環状
の間隙にセラミックスを充填硬化させたセラミックス層
を設け、前記ナットを前記センサーヘッド本体に固定す
ると同時に電気的に絶縁して設け、前記ナットに通電可
能な信号線をセンサーヘッド本体に設け、該ナットに電
極を兼ねたノズルを着脱可能にに螺合してなることを要
旨とするものである。

【０００７】したがって、請求項１または請求項２の発
明によれば、絶縁体をセンサーヘッド本体内部に設けた
ので、センサーヘッド本体が小さくコンパクトとなり従
来より狭い空間でのレーザー加工が可能となる。また、
セラミックス製のナットを使用しないので、ノズルを強
いトルクでナットに締付けることが可能となりノズルが
緩むようなことがない。

【０００８】請求項３に記載の静電容量センサーヘッド
を備えたレーザー加工ヘッドは、請求項２に記載の静電
容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドにおい
て、前記ナットの外径部に環状の溝部を設けると共に、
前記センサーヘッド本体のナット埋設穴の内径部に環状
の溝部を設け、前記ナットの外径部と前記ナット埋設穴
との間の環状の間隙にセラミックスを充填硬化させたセ
ラミックス層を設けてなることを要旨とするものであ
る。

【０００９】したがって、ナット外径部の環状の溝部と
センサーヘッド本体の環状の溝部にセラミックスが係合
した状態で硬化しているので、ナットがセンサーヘッド
本体から剥離して落下することを防止することができ
る。また、セラミックスは耐熱衝撃性に優れているの
で、ノズルが常温から急激に高温となるような過酷な使
用にも問題がない。

【００１０】請求項４に記載の静電容量センサーヘッド
を備えたレーザー加工ヘッドは、請求項３に記載の静電
容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドにおい
て、前記セラミックス層内に突出した回り止め部材を前
記ナットの外径部に設けたことを要旨とするものであ
る。

【００１１】したがって、センサーヘッド本体のナット
にノズルを取付ける場合にナットが共回りすることを防
止することができる。

【００１２】請求項５に記載の静電容量センサーヘッド
を備えたレーザー加工ヘッドは、集光用光学系を備えた
レーザー加工ヘッドにおいて、前記レーザー加工ヘッド
に、前記光学系で集光されたレーザービームが通過可能
な穴部を有するセンサーヘッド本体を着脱可能に設け、
該センサーヘッド本体の先端部に鍔付きナットの装着穴
を設け、該装着穴に前記レーザービームが通過可能なね
じ穴を備えると共に、ナットの表面に電気絶縁被膜を施
した鍔付きナットを着脱可能に装着し、該鍔付きナット
の顎部を押圧固定する押さえナットを前記センサーヘッ
ド本体に設け、該鍔付きナットをセンサーヘッド本体に
固定すると同時に電気的に絶縁して設け、該鍔付きナッ
トに通電可能な信号線をセンサーヘッド本体に設け、該
鍔付きナットにノズルを着脱可能に螺合してなることを
要旨とするものである。

【００１３】したがって、センサーヘッド本体が小さく
コンパクトとなり従来より狭い空間でのレーザー加工が
可能となる。また、センサーヘッド本体に設けたナット
を交換可能に設けたので、例えば、凸レンズを使用した
集光用光学系において、焦点距離の異なるレンズを使用
した場合、そのレンズに最適なノズルとナットに交換す
ることも可能となる。

【００１４】請求項６に記載の静電容量センサーヘッド
を備えたレーザー加工ヘッドは、請求項５に記載の静電
容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドにおい
て、前記電気絶縁被膜がポリイミド樹脂からなることを
要旨とするものである。

【００１５】したがって、ポリイミド樹脂は耐熱性、耐
熱変形性、および電気絶縁性が非常に優れているので、
ノズルが高温にさらされる状況での使用においても電気
絶縁性が変化しない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
によって説明する。図１は本発明に係わる静電容量セン
サーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドの第１の実施の
形態を示したものである。図１を参照するに、レーザー
加工ヘッド１はレーザービームを集光する凸レンズの如
き集光用光学系（図示省略）を備えており、このレーザ
ー加工ヘッド１の前記集光用光学系（図示省略）の下方
（被加工材Ｗ側）には、センサーヘッド本体３がレーザ
ー加工ヘッド１にボルト等による締結手段により着脱可
能に取付けてある。

【００１７】前記センサーヘッド本体３は、下方に収斂
する裁頭円錐形をしており、内部には前記集光用光学系
により集光されたレーザービームＬＢが通過可能な下方
に収斂する円錐形の穴が設けてある。このセンサーヘッ
ド本体３の下端部には、前記レーザービームＬＢが通過
可能なねじ穴５を備えた真鍮のナット７を埋設するナッ
ト埋設穴９が設けてある。なお、このナット埋設穴９は
前記ナット７の外径より若干大きく設けてある。このナ
ット７は、前記ナット埋設穴９に液状のセラミックスを
充填後に硬化処理して固定してある。なお、ナット７は
真鍮に代えて、銅またはその他の導電性の金属を使用し
ても構わない。

【００１８】後述するセラミックスの硬化層１５’の中
へナット７を埋設固定するには、例えば次のようにして
行うことができる。

【００１９】まず、前記ナット埋設穴９の底部に電気絶
縁性を有する接着剤１１を塗布し、この接着剤１１の上
に前記ナット７を前記レーザービームＬＢの光軸に合わ
せて仮止めする。なお、ナット７の外径部には複数の小
ねじが回り止め部材１３として適当なピッチを空けて取
付けてある。次に、ナット７と埋設穴９との間の環状の
間隙１５に、シリカ系の液状のセラミックスを流し込
み、常温乾燥した後に、約１５０度程度の温度で焼成処
理してセラミックスを硬化させる。なお、シリカ系の液
状のセラミックスとして、市販品のセラコート２２（商
品名）などを利用することができる。

【００２０】上述の如き焼成処理により、前記環状の間
隙１５の液状セラミックスは、完全に硬化してセラミッ
クスの硬化層１５’が形成されることになる。その結
果、前記ナット７は、セラミックスの硬化層１５’を介
してセンサーヘッド本体３に埋設固定されることにな
る。なお、前記接着剤１１は焼成処理により燃焼して消
失する。

【００２１】さて、前記センサーヘッド本体３に設けた
端子盤１７の端子には、図示省略の静電容量センサーの
制御装置からの信号線２１が配線してあり、この端子盤
１７と前記ナット７との間には、前記ナット埋設穴９の
底部に連通する配線穴１９を介して前記信号線２１が配
線接続してある。そして、ナット７には、ノズル２３が
螺着してある。

【００２２】上記構成により、ナット７とセンサーヘッ
ド本体３との間は、前記セラミックスの硬化層１５’で
完全に電気的に絶縁され、ナット７に印加された電圧は
ノズル２３に印加されることになる。すなわち、ノズル
２３はアシストガス噴射ノズルであると共に、静電容量
センサーの電極の機能を有することになる。

【００２３】また、絶縁体をセンサーヘッド本体内部に
設けたので、センサーヘッド本体が小さくコンパクトと
なり従来より狭い空間でのレーザー加工が可能となる。
また、セラミックス製のナットを使用しないので、ノズ
ルを強いトルクでナットに締付けることが可能となりノ
ズルが緩むようなことがない。

【００２４】さらに、前記ナット７の外径部には、複数
の小ねじが回り止め部材１３として、適当なピッチを空
けて取付けてあり、この小ねじ１３も前記セラミックス
の硬化層１５’に埋設されているので、ナット７にノズ
ル２３を取付けるときにナット７が共回りすることを防
止できる。

【００２５】また、前記ナット埋設穴９の内径部とナッ
ト７の外径部とに環状溝２５Ａ，２５Ｂを設け、このナ
ット７と埋設穴９との間の環状の間隙１５にセラミック
スの硬化層１５’を形成させたので、両方の環状の溝部
にセラミックスが係合した状態となり、ナットがセンサ
ーヘッド本体から剥離して落下することを防止すること
ができる。さらにシリカ系セラミックスは耐熱衝撃性に
優れているので、ノズルが常温から急激に高温となるよ
うな過酷な使用にも問題がない。

【００２６】さて、図２を参照するに、本発明に係わる
静電容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッドの
第２の実施の形態を示してある。なお、図２において前
記図１と同一の部品には同一の符号を付しその説明を省
略する。

【００２７】レーザー加工ヘッド１はレーザービームを
集光する凸レンズの如き集光用光学系（図示省略）を備
えており、このレーザー加工ヘッド１の前記集光用光学
系の下方（被加工材Ｗ側）には、センサーヘッド本体３
がレーザー加工ヘッド１にボルト等による締結手段によ
り着脱可能に取付けてある。このセンサーヘッド本体３
の下端部には、真鍮の鍔付きナット２７を装着するナッ
ト装着穴２９を設けてある。 前記ナット装着穴２９に
は、前記レーザービームＬＢが通過可能なねじ穴５を備
えた前記鍔付きナット２７が着脱可能に装着してある。
また、この鍔付きナット２７の外周には、電気絶縁性と
耐摩耗性に優れたポリイミド樹脂と４弗化エチレン樹脂
を主要成分とする合成樹脂被膜をコーティングしてあ
る。この鍔付きナット２７の顎部には、ナット２７の回
り止めとして、セラミックスのピン３１をセンサーヘッ
ド本体３に対して打ち込んである。なお、前記合成樹脂
被膜のコーティングには、市販品のフロンメタルＳ（商
品名）などを利用することができる。

【００２８】また、前記鍔付きナット２７の上部には、
鍔付きナット２７を固定するための押さえナット３３が
センサーヘッド本体３に設けた雌ねじに着脱可能に螺合
してある。さらに、前記センサーヘッド本体３に設けた
端子盤１７の端子には、図示省略の静電容量センサーの
制御装置からの信号線２１が配線してあり、この端子盤
１７と前記ナット２７との間には、ナット装着穴２９に
連通する配線穴１９を介して前記信号線２１が配線接続
してある。そして、ナット２７には、ノズル２３が螺着
してある。

【００２９】上記構成により、ナット２７とセンサーヘ
ッド本体３との間はナット２７の表面にコーティングし
た合成樹脂被膜により電気的に絶縁され、ナット２７に
印加された電圧はノズル２３に印加されることになる。
すなわち、ノズル２３はアシストガス噴射ノズルである
と共に、静電容量センサーの電極の機能を有することに
なる。また、ナット２７は、ピン３１により回り止めさ
れると共に、押さえナット３３によってナット装着穴２
９に固定することができる。なお、ナット２７は前記押
さえナット３３を取外せば容易に交換することが可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明によれ
ば、センサーヘッド本体が小さくコンパクトとなり従来
より狭い空間でのレーザー加工が可能となり、レーザー
加工が可能な製品範囲が広くなる。

【００３１】請求項３の発明によれば、センサーヘッド
本体からナットが剥離して落下することを防止すること
ができる。また、ノズルが常温から急激に高温となるよ
うな過酷な使用にも問題がない。

【００３２】請求項４の発明によれば、センサーヘッド
本体のナットにノズルを取付ける場合にナットが共回り
することを防止することができる。

【００３３】請求項５の発明によれば、センサーヘッド
本体が小さくコンパクトとなり従来より狭い空間でのレ
ーザー加工が可能となり、レーザー加工が可能な製品範
囲が広くなる。また、センサーヘッド本体に設けたナッ
トを交換可能に設けたので、焦点距離の異なるレンズを
使用するときは、そのレンズに最適なノズルとナットに
交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる静電容量センサーヘッドを備え
たレーザー加工ヘッドの第１の実施の形態を示した図。

【図２】本発明に係わる静電容量センサーヘッドを備え
たレーザー加工ヘッドの第２の実施の形態を示した図。

【図３】従来の静電容量センサーヘッドを備えたレーザ
ー加工ヘッドを示した図。

【符号の説明】

１ レーザー加工ヘッド ３ センサーヘッド本体 ５ ねじ穴 ７ ナット ９ ナット埋設穴 １１ 接着剤 １３ 回り止め部材 １５ 環状の間隙 １５’ セラミックスの硬化層 １７ 端子盤 １９ 配線穴 ２１ 信号線 ２３ ノズル ２５ （Ａ，Ｂ）環状溝 ２７ 鍔付きナット ２９ ナット装着穴 ３１ ピン ３３ 押さえナット ＬＢ レーザービームＬＢ Ｗ 被加工材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光用光学系を備えたレーザー加工ヘッ
   ドにおいて、前記レーザー加工ヘッドに、前記光学系で
   集光されたレーザービームが通過可能な穴部を有するセ
   ンサーヘッド本体を着脱可能に設け、該センサーヘッド
   本体の先端部に前記レーザービームが通過可能なねじ穴
   を備えたナットをセラミックスを充填硬化させた層に埋
   設し、該ナットを前記センサーヘッド本体に固定すると
   同時に電気的に絶縁して設け、前記ナットに通電可能な
   信号線を設け、該ナットに電極を兼ねたノズルを着脱可
   能に螺合してなることを特徴とする静電容量センサーヘ
   ッドを備えたレーザー加工ヘッド。
2. 【請求項２】 集光用光学系を備えたレーザー加工ヘッ
   ドにおいて、レーザー加工ヘッドに、前記光学系で集光
   されたレーザービームが通過可能な穴部を有するセンサ
   ーヘッド本体を着脱可能に設け、該センサーヘッド本体
   の先端にナット埋設穴を設け、該ナット埋設穴に前記レ
   ーザービームが通過可能なねじ穴を備えたナットの軸端
   を電気絶縁性の接着剤で固定して設け、該ナットの外径
   部と前記ナット埋設穴との間の環状の間隙にセラミック
   スを充填硬化させたセラミックス層を設け、前記ナット
   を前記センサーヘッド本体に固定すると同時に電気的に
   絶縁して設け、前記ナットに通電可能な信号線をセンサ
   ーヘッド本体に設け、該ナットに電極を兼ねたノズルを
   着脱可能にに螺合してなることを特徴とする静電容量セ
   ンサーヘッドを備えたレーザー加工ヘッド。
3. 【請求項３】 前記ナットの外径部に環状の溝部を設け
   ると共に、前記センサーヘッド本体のナット埋設穴の内
   径部に環状の溝部を設け、前記ナットの外径部と前記ナ
   ット埋設穴との間の環状の間隙にセラミックスを充填硬
   化させたセラミックス層を設けてなることを特徴とする
   請求項２に記載の静電容量センサーヘッドを備えたレー
   ザー加工ヘッド。
4. 【請求項４】 前記セラミックス層内に突出した回り止
   め部材を前記ナットの外径部に設けたことを特徴とする
   請求項３に記載の静電容量センサーヘッドを備えたレー
   ザー加工ヘッド。
5. 【請求項５】 集光用光学系を備えたレーザー加工ヘッ
   ドにおいて、前記レーザー加工ヘッドに、前記光学系で
   集光されたレーザービームが通過可能な穴部を有するセ
   ンサーヘッド本体を着脱可能に設け、該センサーヘッド
   本体の先端部に鍔付きナットの装着穴を設け、該装着穴
   に前記レーザービームが通過可能なねじ穴を備えると共
   に、ナットの表面に電気絶縁被膜を施した鍔付きナット
   を着脱可能に装着し、該鍔付きナットの顎部を押圧固定
   する押さえナットを前記センサーヘッド本体に設け、該
   鍔付きナットをセンサーヘッド本体に固定すると同時に
   電気的に絶縁して設け、該鍔付きナットに通電可能な信
   号線をセンサーヘッド本体に設け、該鍔付きナットに電
   極を兼ねたノズルを着脱可能に螺合してなることを特徴
   とする静電容量センサーヘッドを備えたレーザー加工ヘ
   ッド。
6. 【請求項６】 前記電気絶縁被膜がポリイミド樹脂から
   なることを特徴とする請求項５に記載の静電容量センサ
   ーヘッドを備えたレーザー加工ヘッド。