JPS63108982A - レ−ザ加工機のノズル - 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、静電容量等によっ
て検出するための電極を備えたノズルに関するものであ
る。

従来の技術　　　　　　　　　　　Ｖ・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￥１？３５９−５
４４８７　月公報のように、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ｗｒＷ１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った。

しかしながら、ワークＷ表面が、凹凸の複雑な立採形状
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った。

一方、ノズル先端部に別体のセンサーを備えたノズルの
場合、第８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；および上記電極Ａの導′？！を綿ａとワ
ークＷとの間の静電容量Ｃｙ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ＣＬに加えられて
しまう。

このため、本来の静電容量ＣＬ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っ
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ｆ；ｋｃ
ｘ　、ＣＹ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ャップ量が検出できず
、したがってワーク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
難であった。

発明の目的およびその解決手段 ここに、本発明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、したがってこの電
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る点にある。

そこで、本発明はノズルの先端自体を第１電極とし、ノ
ズル先端部を除いた側面部を絶縁部を介して第２電極で
覆い、第１１６極の側面部とワークとの間を電磁的に遅
閉させたものである。

発明の構成 以下、本発明の構成を第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ッド本体に対し、光
軸方向に移動調整自在に泡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ε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ク取１・１孔５が形成され、後述
する同軸ケーブル６用のコネクタ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３
ｂ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を締付け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ζ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ｆ
ｆ１（ここでは静電容量）を検出するための第１電極Ｄ
、絶縁部Ｅ１上記第１電極りの側面部とワークＷ間を電
磁的（ここでは静電的）に遅閉するための第２電極Ｆの
順に三層構造となっている。

上記ノズル９は、例えばセラミックにてなるノズル基体
１′１に例えば銅或はニッケル等の金属被１１Ｑ１２＋
１３ｔ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１Ｔｉ極りが設
けられ、この第１′ｒｒＬ極りとは切り離してこの第１
電極り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でなる上記第２電極Ｆが設け
られている。

この場合、上記第１電極りと第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にメッ
キ等によっ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全部をメッキ槽でどぶづけす
る。そのとき、第２図のようにノズル９先端部はメッキ
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
と外周側面とのメッキが完全に切り離される。したがっ
て、第１電極りと第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内を通って、上記ノズル９の第１電極りと導通される
」二記金属カラー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に沿って、
外部に設けられた電磁的容′Ｉｉ検出器としての例えば
静電容ｆｆｉ検出器１４に導かれている。この静電容量
検出器１４は、Ｃ／■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電極りより検出
された静電容量値に基づいてキャッ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をヘッド本体に対し光軸方向
に移動調整するようになっている。

また、上記ノズルホルダー３の外周面部も、例えば銅或
はニッケル等の金属被膜１８がコーティングされており
、コネクタ７に螺着された金属ナツト］７と上記金属被
膜１８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」二記ノズルナツト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に沿って、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ｔｊ　Ｆをワーク〜■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
保護する絶縁チューブで、２０はコネクタ７の端面な被
覆するとともにノズルホルダー３へのコネクタ取付は用
の弾性キャップである。

発明の作用 まず、ノズルホルダー３へのノズル９の取付は方法を説
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８ｔ！：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
ねじ部３ｄに螺着させる。このままノズルナツト１０を
締付けることにより、そのテーバ状の保持面１０ａとノ
ズル９のテーバフランジ部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、いわゆるギャッ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はテーパフラン
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１゛７、コネクタ７、第２電線
６ｂを介してアースされワークＷと同電位となっている
。一方、第１電線りはノズル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電極りの先端面および
周側面部でワークＷおよび第２電極Ｆとの間の静電８量
ＣＬ　Ｎ　ＣＡが検出されると、それらの和の静電容Ｑ
　ＣＬ　十ＣＡがノズル９の先端とワーク〜■との距離
すなわちギャップ量に対応した１３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
のギャッ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
をヘッ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って
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と同電位となって第１電極りの周側面部とワ
ークＷとの間を静電的に完全に遅閉しているため、ノズ
ルの側面がワークＷの壁に近接したにも拘らず、第１電
極りの周側面部による静電容量ＣＡ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、したがって常
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
ＣＬの変化に影響を与えることがなく、静電容量検出器
１４はギャッ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電極りは非常に薄膜状であるためノズル９先
端面での第１電極りの厚み部分から側力に対しては殆ど
静電容量検出はなされず、ギャッ。

ブ量には全く影響しない。

変形例 次に、第５図および第６図に基づいて本考案の変形例に
ついて説明する。

なお、第１図と同一構成部分は同一符合を付してその説
明を省略する。

このノズル９′は、第５図および第６図で示すように、
ノズル基体１１′を例えば銅或はニッケル等の導電材料
にて上記第１電極りとして形成し、この第１電極りの外
周側面を例えばセラミックな溶射してなる絶縁被膜２１
でコーティングすることにより上記絶縁部Ｅを形成する
とともに、さらにその外側面を、例えば銅或はニッケル
等を溶射してなる金属被［２２でコーティングすること
により上記第２電極Ｆを形成したものである。この場合
、ノズル基体１１″の上端部外周および下端面へのコー
ティングは行わず、第６図で示すように第１電棒りと第
２電極Ｆはその中間部の絶縁部Ｅにより確実に電気的に
絶縁されている。

そして、このノズル９′を前述と同様にノズルホルダー
３に装着すると、第５図のように第１電極Ｉ）はその上
端面が金属カラー８に接し、第１電綿６ａを介して静電
容量検出器】４に接続され、第２電４１　Ｆはノズルナ
ツト１０からノズルホルダー３の金属被膜１８面、金属
ナツト１７、コネクタ７および第２電線６ｂを介してア
ースされる。

よって加工時には、第１　′ＦＬ！＋＜　Ｄと第２電（
にｌ？との間の静電容量は前期実施例と同様に常に一定
であるため、下端面すなわちノズル９′先端からワーク
Ｗ間の静電容量変化のみをギャップ量変化として検出す
る。よって、立体形状のワークＷに対しても正確なギャ
ップコントロールが行える。

なお、上記ノズル９′は、上述のように第２ｉ′を極Ｆ
を金属溶射による金属被膜２２で形成したものに限らず
、第７図のように、第２電極Ｆのみを予め上記金属被膜
２２部分と同形状の金属キャップ２３に形成しておき、
上記第１電極りとしてのノズル基体１１′に絶縁部Ｅと
しての絶縁被膜２１を溶射してなるものに、第２電極Ｆ
としての上記金属キャップ２３を嵌め合わせることによ
って形成することもできる。

この場合、絶縁部Ｅと第２電極Ｆとの接合部に滑りが可
能であるので、絶縁部Ｅ材としての例えばセラミックと
第２電極Ｆ材としての例えば銅とが異なる熱膨張率で変
形しても、両者間に干渉作用がなく、セラミックの剥離
や亀裂発生等が防止できる。さらに、金属溶射て第２電
極を形成するよりも絶縁抵抗値が一定となり、品質が安
定される。また、ノズル９′の外面部に傷等が発生して
も金属キャップ２３ｔ！：取替えるだけでノズル９′の
補修が容易に行える。

発明の詳細 な説明したように、ノズルを内面より、電磁的容量検出
用の第１電極、絶縁部、第２電極の順で三層にて形成し
、上記第１電極に対し、ノズル先端面部を除いた周側面
を上記第２電極によりワークに対し電磁的に遅閉したの
で、第１電極の側面部で検出される電磁的容量が常に一
定となるため、表面が複雑な立体形試のワークを加工す
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、したがっ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、レーザー
光の焦点を常にワーク表面に結ばせることができ、よっ
て常に最適な加工条件を維持することができ、加工精度
が向上される。

また、例えばセラミックで形成してノズル本体を」二記
絶縁部とし、このノズル本体の内周側面および先端面に
金属被膜で上記第１電極を形成するとともに、このノズ
ル本体の外周側面に第２金属被膜で上記第２電極を形成
すれば、セラミックの性質上ノズルが非常に軽量化し、
しかも上記各電極をそれぞれ埋込まないでメッキ処理に
より簡単にコーティングでき、生産性が非常に向上され
る。

また、ノズル先端面の第１電極は非常に薄膜であるため
厚み部分からの電磁的容量検出は殆どなく、常にワーク
との間のギャップ量を正確に検知できる。また、ノズル
内面を金属被膜で覆っているので、光反射性や熱伝導性
が非常によくレーザ光からノズルを完全に保護すること
ができる。

また、ノズル本体を上記第１電極として形成し、このノ
ズル本体の外周側面に例えばセラミックでなる絶縁被膜
で上記絶縁部を形成するとともに、さらにその外側面に
金属被膜で上記第２電極を形成すれば、ノズル内面が例
えば銅材等の金属性であるので光の反射率が高く、また
熱伝導性が良いので熱が１部分にこもりにくくレーザ光
によるノズルの熱変形も少ない。さらに、例えばノズル
基体を鋼材等にて製作し、それに上記絶縁被膜および金
属被膜を重ねて溶射するのみでノズル側面での電磁的遮
蔽壁が簡単に形成でき非常に生産性の高いものとなる。

さらに、上記第２電極を金属キャップとし、上記第１電
極に絶縁被膜を溶射したものに上記金属キャップを嵌め
合わせて、上記三層構造のノズルを形成することにより
、例え絶縁被膜と金属キャップとが異なる熱膨服率で変
形しても、両者間の接合部に滑りが可能であるので、両
者間に干渉作用がなく、絶縁被膜の剥離や亀裂発生等が
防止できる。また、金属溶射で第２電極を形成するより
も絶縁抵抗値が一定となり、品質が安定される。さらに
、ノズル外面部に傷等が発生しても金属キャップを取替
えるだけで、ノズルの補修が非常に容易に行える。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のノズルをノズルホルダーに装着した
状態を示す断面図、第２図は同」二金属メッキしたとき
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潰す拡大断面図、
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、本発明のノズルの変
形例を示す断面図、第６図は同上ノズル先端部分の拡大
断面図、第７図は他の変形例を示すノズルの分解断面図
、第８図は従来のノズルを示す断面図。 ９．９′・・・ノズル、１２・・・金属被膜、１３・・
・金ｈＴ＆被膜、１４・・・電磁的容量検出器としての
静電容量検出器、２１・・・絶縁被膜、２２・・・金属
被膜、２３・・・金属キャップ、Ｄ・・・第１ＴＬ極、
Ｅ・・・絶縁部、Ｆ・・・第２電極、Ｗ・・・ワーク。 特許出願人　　　株式会社　口乎トヤマ第１図 躬８図 第５図　　　　　第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル先端とワークとの間の電磁的容量を検出す
   ることによって、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
   、電磁的容量検出器に接続されてノズル内周側面よりノ
   ズル先端面に連続して設けられワークとの間の電磁的容
   量を検出するための第１電極と、この第１電極の側面部
   外側を覆うように設けられこの第１電極の側面部とワー
   ク間を電磁的に遮閉するための第２電極と、上記第１電
   極と第２電極との間に介在され両電極間を電磁的に絶縁
   するための絶縁部とで、三層に形成されていることを特
   徴とするレーザ加工機のノズル。
2. （２）上記第１電極および第２電極はそれぞれ金属被膜
   でなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザ加工機のノズル。
3. （３）上記絶縁部は絶縁被膜でなり、上記第２電極は金
   属被膜でなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のレーザ加工機のノズル。
4. （４）上記絶縁部は絶縁被膜でなり、上記第２電極は金
   属キャップでなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のレーザ加工機のノズル。
5. （５）上記絶縁部をセラミックにて形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第４項記載のレーザ
   加工機のノズル。