JP3418461B2 - レ−ザ加工ト−チ - Google Patents

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レーザ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１
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、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、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 Co
ntrol ）、ＰＬＣ（Programable Logic Controller）等
の制御装置２１によって制御されて移動し、レーザ加工
が行われる。

【０００３】レーザ光２は中心軸４に沿ってレーザ光ガ
イド管５の中心を通り、ベンドミラー３で反射して、レ
ーザ加工トーチ９の中心を通るように図示していないレ
ーザ発振器１に具備された調整ネジによって光軸が調整
される。レーザ光２は、集光レンズ６で集光されて加工
ノズル８のレーザ光自身で鑚孔した穴の中心を通り、被
加工物２０に照射される。

【０００４】（図２の説明）図２は、図１の従来のレー
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１２、加工ノズル８、加工ノズル８のセットネジ１
５、加工ノズル８の高さ調節スペーサ１７から構成され
ている。

【０００５】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。セットネジ１５は、ノズ
ルホルダ１１と加工ノズル８との位置を設定して固定す
る。また、高さ調節スペーサ１７は加工ノズル８の位置
を中心軸４に対して平行方向に一定量変えるための調整
治具である。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。

【０００６】（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。同図において加工ノズル８の底
辺厚２４の厚みは１ｍｍ以下であり、中心軸４に直交す
る平面状の底辺部１９を有している。底辺部１９には集
光されたレーザ光７が照射され、レーザ光の通過口とな
るノズル穴が開けられる。

【０００７】（図４の説明）図４は、集光されたレーザ
光７と加工ノズル８の底辺部１９に開けられたノズル穴
１０との関係図である。同図において集光されたレーザ
光７がノズル穴１０を通過する前のモード断面７Ａ及び
通過後のモード断面７Ｂを示す。

【０００８】ノズル穴１０を通過前のモード断面７Ａは
レーザ発振器から照射されたモード断面を維持した形状
であり、ノズル穴１０を通過後のモード断面７Ｂには集
光されたレーザ光７とノズル穴１０の縁とによって光の
干渉現象が現れる。光の干渉現象が生じる原因は、レー
ザ光のモード断面の裾野形状が機械的に鮮明な境界線で
はなく、なだらかで少しずつ拡がりを持つ漸近的な形状
であるために、集光されたレーザ光７で穴を開けた場
合、穴の大きさと穴を通過するレーザ光の径とがほぼ等
しく、レーザ光の端部が穴の端部で回折現象を起こすか
らである。そのために、光の干渉現象によって集光され
たレーザ光７の集光性が悪化し、焦点でのレーザ光のパ
ワー密度が低下して、加工に必要なパワー密度が得られ
ず、加工不良の原因となる。したがって、ノズル穴１０
の穴径はノズル穴１０を通過するレーザ光の径よりも大
きくする必要がある。

【０００９】（図５の説明）図５は、従来の加工ノズル
８のノズル穴開けを示す拡大断面図である。集光された
レーザ光７と加工ノズル８との高さの違いによって、加
工ノズル８の底辺部１９に開けられるノズル穴１０の径
の違いを示している。同図（ａ）は、加工を行うときに
被加工物２０とノズル底辺部１９との距離が最適である
加工高さ３０（以下、加工高さという）で開けられたノ
ズル穴径１０Ａを示し、同図（ｂ）は、加工高さ３０よ
りも３０Ａ（以下、ノズル穴調節距離という）だけ高い
位置で開けられたノズル穴径１０Ｂを示す。又ノズル穴
径１０Ａ及び１０Ｂのノズル穴の大きさは、集光された
レーザ光７の集光形状、例えば集光レンズ６の焦点距離
に対応したノズル穴調節距離３０Ａを鑚孔するために最
適な高さ調節スペーサ１７を選択して用いることで、大
きさの異なるノズル穴径１０Ａ及び１０Ｂを鑚孔する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】加工ノズルの底辺部
に、集光されたレーザ光７が加工ノズル底辺部１９を通
過するビーム径よりも大きなノズル穴１０にするために
は、加工ノズル８の位置を中心軸４に沿って移動する必
要がある。このために、従来技術においては、加工ノズ
ル８とノズルホルダ１１との間に前述した高さ調節スペ
ーサ１７を挿入するかしないかによって加工ノズル８の
位置を調整していた。しかしながら、この方法は時間を
要しまた作業が煩雑なるという問題がある。

【００２１】そこで、本発明の目的は、レーザ加工トー
チ９において、加工ノズル８の位置を高さ調節スペーサ
１７を挿入することなく、集光されたレーザ光７によっ
て加工ノズル８の底辺部１９に、加工ノズル底辺部１９
を通過する時の集光されたレーザ光７のビーム径よりも
大きなノズル穴１０にす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トー
チは、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、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−ザ光７自身によってレーザ光を照射及びア
シストガスを噴射する通過口を加工ノズル８に鑚孔して
レーザ加工を開始するレーザ加工トーチ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の断面図に示すように、加工ノズル１８を
保持するノズルホルダ１１Ａをレーザ加工トーチ９の中
心軸４に平行方向に移動し、加工ノズル１８の底辺部１
９の位置を中心軸４に平行方向に変化させる構造を有す
るレーザ加工トーチである。

【００５２】請求項２に記載したレーザ加工トーチ９の
特徴は、図６（ａ）及び（ｂ）の断面図に示すように、
レーザ加工トーチ９のホルダ１２Ａの外周に、中心軸４
と直角方向に複数のＯリング溝４１及び４２と、Ｏリン
グ４１Ａ及び４２Ａとが付設され、ノズルホルダ１１Ａ
の内周にもホルダ１２Ａの外周のＯリング溝４１又は４
２に対応したＯリング溝４３が加工された構造を持つレ
ーザ加工トーチである。

【００５３】請求項３に記載したレーザ加工トーチ９の
特徴は、図７（ａ）及び（ｂ）の断面図に示すように、
レーザ加工トーチ９のノズルホルダ１１Ｂの一部に、伸
縮性の蛇腹部分４５を持たせたレーザ加工トーチであ
る。

【００６０】

【実施例】図６（ａ）及び（ｂ）は、請求項２の実施例
を示すレーザ加工トーチ９Ａの拡大断面図である。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、
例えばホルダ１２Ａの外周に中心軸４と直角方向にＯリ
ング溝４１及び４２とＯリング４１Ａ及び４２Ａとが付
設されている。さらに、ノズルホルダ１１Ａの内周にも
Ｏリング溝４１又は４２に対応する同様のＯリング溝４
３が加工されている。

【００６１】実際に加工ノズル底辺部１９にレーザ光の
通過口を鑚孔する際には、図６（ａ）に示すように、ま
ず加工ノズル底辺部１９と被加工物２０との間隔を加工
ノズル底辺部１９におけるビーム径が加工高さ３０より
も大きな径となるノズル穴鑚孔高さ３１（以下、ノズル
穴鑚孔高さという）とする。 このとき、ノズルホルダ
１１Ａの内周に加工されたＯリング溝４３はホルダ１２
Ａの外周に加工されたＯリング溝４１と合致し、Ｏリン
グ４１Ａがノズルホルダ１１ＡのＯリング溝４３に入
る。一方、Ｏリング４２Ａは圧縮されてノズルホルダ１
１Ａを固定している。ホルダ１２Ａとノズルホルダ１１
Ａとの間隙はＯリング４１Ａ及び４２Ａの弾性変形量を
考慮した大きさに設計製作されており、外力を加えない
限り、Ｏリングが溝を乗り越えることはないので、ホル
ダ１２Ａとノズルホルダ１１Ａは互いに固定された状態
となっている。この状態にて集光されたレーザ光７を加
工ノズル１８に照射し、底辺部１９にノズル穴を鑚孔す
る。

【００６２】次に、図６（ｂ）に示すように、加工ノズ
ル１８と被加工物２０とが加工高さ３０となるように、
ノズルホルダ１１Ａを中心軸４に沿って移動させる。こ
のとき、ノズルホルダ１１Ａの加工された溝４３は、ホ
ルダ１２ＡのＯリング溝４２と合致しＯリング４２Ａが
ノズルホルダ１１Ａの加工された溝４３に入り固定され
る。一方、他方のＯリング４１Ａは圧縮されており、ノ
ズルホルダ１１Ａを固定している。この状態において、
集光されたレーザ光７が図６（ａ）のノズル穴鑚孔高さ
３１で鑚孔された加工ノズル１８のノズル穴を通り被加
工物２０に照射して、レーザ加工を行う。

【００６３】ノズルホルダ１１Ａは、以上のように、外
力を加えるとホルダ１２Ａに加工された複数のＯリング
溝のＯリングで固定され中心軸４に沿って平行方向に容
易に移動させることが可能である。また、移動を支えて
いるのはネジ溝ではなく複数のＯリングであるために、
ノズルホルダ１１Ａは中心軸４と合致させたまま移動す
ることが可能である。図６（ａ）及び（ｂ）の他の構成
部品は図２と同様であり、説明を省略する。

【００６４】図７（ａ）及び（ｂ）は、請求項３の実施
例を示すレーザ加工トーチ９Ｂの拡大断面図である。同
図は、ノズルホルダ１１Ｂの一部に伸縮性の蛇腹部分４
５を持たせたものである。図７（ａ）は図６（ａ）と同
様に、ノズル穴鑚孔高さ３１の位置になるようにノズル
ホルダ１１Ｂの蛇腹部分４５を縮めた状態である。この
状態で集光されたレーザ光７を加工ノズル１８に照射
し、底辺部１９にノズル穴を鑚孔する。

【００６５】次に、図７（ｂ）に示すように、加工ノズ
ル１８の底辺部１９と被加工物２０との距離が加工高さ
３０となるようにノズルホルダ１１Ｂを中心軸４に沿っ
て移動させる。このとき、ノズルホルダ１１Ｂの伸縮性
の蛇腹部分４５は伸びた位置で固定される。この状態で
集光されたレーザ光７が図７（ａ）で鑚孔された加工ノ
ズル１８のノズル穴を通り被加工物２０に照射して、レ
ーザ加工を行う。図７の他の構成部品は図２と同様であ
り、説明を省略する。

【０１００】

【発明の効果】本発明のレーザ加工トーチにおいて、加
工ノズル１８に、集光されたレーザ光７の底辺部１９で
の径よりも大きなノズル穴１０を開けるために、加工ノ
ズル１８を保持するノズルホルダ１１部分がレーザ加工
トーチ９の中心軸４に平行方向に移動し、加工ノズル１
８の底辺部１９の位置を中心軸４に平行方向に変化させ
る構造とすることによって高さ調節スペーサ１７を挿入
して、加工ノズルの位置を中心軸４に沿って移動する必
要がなく、作業が簡単になり、作業時間が短縮される。
また、レーザ加工トーチの加工ノズル１８部分の構造も
高さ調節スペーサ１７が不要となり、簡単な構造とな
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】集光されたレーザ光のノズル穴通過の関係図で
ある。

【図５】従来の加工ノズルのノズル穴開けを示す拡大断
面図である。

【図６】本発明の第１の実施例を示すレーザ加工トーチ
の拡大断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例を示すレーザ加工トーチ
の拡大断面図である。

【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 ７Ａ ノズル穴通過前のモード断面 ７Ｂ ノズル穴通過後のモード断面 ８ （従来の）加工ノズル ９ （従来の）レーザ加工トーチ ９Ａ （本発明の）レーザ加工トーチ ９Ｂ （本発明の）レーザ加工トーチ １０ ノズル穴 １０Ａ 加工高さで開けられたノズル穴 １０Ｂ 加工高さよりもノズル穴調節距離だけ高い位置
で開けられたノズル穴 １１ （従来の）ノズルホルダ １１Ａ （本発明の）ノズルホルダ １１Ｂ （本発明の）ノズルホルダ １２ （従来の）ホルダ １２Ａ （本発明の）ホルダ １５ セットネジ １６ レンズホルダ １７ 高さ調節スペーサ １８ （本発明の）加工ノズル １９ 加工ノズル底辺部 ２０ 被加工物 ２１ 制御装置 ２２ 加工テーブル ２４ 加工ノズル底辺厚 ３０ 加工高さ ３０Ａ ノズル穴調節距離 ３１ ノズル穴鑚孔高さ ４０ アシストガス導入口 ４１ Ｏリング溝 ４１Ａ Ｏリング ４２ Ｏリング溝 ４２Ａ Ｏリング ４３ Ｏリング溝 ４５ 蛇腹部分

Claims (3)

(57)【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、加工ノズル
   に、前記集光されたレ−ザ光自身によってレーザ光を照
   射及びアシストガスを噴射する通過口を鑚孔した後に、
   レーザ加工を開始するレーザ加工トーチにおいて、前記
   加工ノズルを保持するノズルホルダ部分が前記レーザ加
   工トーチの中心軸に平行方向に移動し、加工ノズルの底
   辺部の位置を中心軸に平行方向に変化させる構造を有す
   るレーザ加工トーチ。
2. 【請求項２】 レーザ加工トーチのホルダの外周に、中
   心軸と直角方向に複数のＯリング溝とＯリングとが付設
   され、ノズルホルダの内周にもホルダの外周のＯリング
   溝に対応するＯリング溝が加工された請求項１に記載の
   レーザ加工トーチ。
3. 【請求項３】 レーザ加工トーチのノズルホルダの一部
   に伸縮性を持つ蛇腹部分を持たせた請求項１に記載のレ
   ーザ加工トーチ。