(57)【要約】レーザ切断ヘッドは、レーザ光線のウエストを発生させるレンズ２２と、加圧されたガスの入口３２を有する内部室３０と、レーザ光線及び内部室と連通する加圧されたガスジェットの双方の出口ノズル１０と、レンズ２２を保持する内側中空のほぼ円筒形のレンズホルダ６とを有する。レンズホルダ６は、（ｉ）外側スリーブ８と摺動係合し、（ｉｉ）レンズ２２を保持し、（ｉｉｉ）使用中、ノズル１０から軸方向１０に変位可能である本体７を有する。複数の抗折ピン７０は、外側スリーブ８のスロット７２を貫通して伸びて、レンズホルダ６の本体と係合し、また、その軸方向位置を再現可能に設定することができ、また、スリーブと係合する最外側の可調節型の制限リングであって、レンズホルダの軸方向位置を画成する上記可調節型の制限リングを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ切断ヘッドにおいて、
レーザ光線のウエストを発生させるレンズと、
加圧されたガスの入口を有する内部室と、
レーザ光線及び内部室と連通する加圧されたガスジェットの双方の出口ノズルと、
レンズを保持する内側中空のほぼ円筒形のレンズホルダであって、（ｉ）外側スリーブと摺動係合し、（ｉｉ）レンズを保持し、（ｉｉｉ）使用中、ノズルから軸方向に変位可能である本体を有する、前記レンズホルダと、
外側スリーブのスロットを貫通して伸びて、レンズホルダの本体と係合する複数の抗折ピンと、
その軸方向位置を再現可能に設定することができ、また、スリーブと係合する最外側の可調節型の制限リングであって、レンズホルダの軸方向位置を画成する前記可調節型の制限リングとを備える、レーザ切断ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、可調節型制限リングは、目盛りを有する可視面を有する、レーザ切断ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、可調節型制限リングは、スリーブの外面と螺着係合する、レーザ切断ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、目盛りを標識に対して並置することにより制限リングの任意の軸方向位置を記録することを可能にする、相補的な標識がスリーブ上に存在する、レーザ切断ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１つの項に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、互いに均一に隔てられた、周方向に隔てた４つのピンがある、レーザ切断ヘッド。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１つの項に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、ピン頭部は、使用中、制限リングと当接する摺動リングと係合する、レーザ切断ヘッド。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１つの項に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、スリーブは、また、螺着係合状態にて固定リングを担持し、固定リングは、ノズルとピンとの中間に配置され、これにより、内部室内の圧力の弛緩が生じた場合、レンズホルダがノズルに向けて軸方向に変位するのを防止し得るよう選んだ位置に設定することができる、レーザ切断ヘッド。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１つの項に記載のレーザ切断ヘッドにおいて、ノズルは、スリーブの末端に固定されたノズルホルダに脱着可能に装着される、レーザ切断ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ切断ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断法は、周知の工業的過程である。多数の異なるレーザ切断過程がある。１つの型式の過程において、レーザ光線により発生された熱は、切断すべき加工物を溶融させ、これにより切断を実行する。切断過程からの残り屑は切断部内に蓄積する傾向となる。ガスジェットを採用して残り屑を切断箇所から吹き払う。かかるレーザ支援ガス切断過程の用途は限定されている。１つの代替的な型式の切断過程は、加工物が酸素と自動的に反応する温度まで加工物を予加熱し、また、切断の実行のため、酸素ジェットが加工物の予加熱した領域に向けられるように、レーザを採用するものである。
【０００３】
典型的に、レーザ切断装置は、ほぼコリメートされたレーザ光線を発生させる適当なレーザに装着することのできるヘッドを含む。レーザ光線のコリメーションは、レーザ切断装置内の光学的コリメータにより調節すべき特定の環境下にて行なうことができる。典型的に、コリメータは、レーザ光線のコリメーション特徴を変化させ得るよう分離程度を変更することのできる２つのレンズを備えている。これと代替的に、その他のコリメーション装置を使用してもよい。ヘッドは、選んだ位置にてレーザ光線ウエストを発生させるレンズを担持している。この位置は、切断すべき加工物の表面上にあるようにすることができる。しかし、レーザ酸素切断法において、レーザ光線ウエストは、加工物の十分な領域を予加熱することを可能にするよう、切断すべき加工物の表面から離れた距離に形成されるようにすることが好ましい。表面に対するレーザ光線ウエストの正確な位置は、ヘッドにより担持されるレンズの焦点長さ、レーザ光線のコリメーション特徴、及びかかる装置が装着される場合、コリメータの設定状態に依存する。典型的に、ヘッドは、その末端に、ガスジェットを発するノズルを有している。通常、レーザ光線はこのノズルも通る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのレンズを切断すべき加工物の性質に従って軸方向に再現可能に配置することができるレーザ切断ヘッドが必要とされている。この必要性を満たすレーザ切断ヘッドを提供することが本発明の１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従い、レーザ切断ヘッドであって、レーザ光線のウエストを発生させるレンズと、加圧されたガスの入口を有する内部室と、レーザ光線及び内部室と連通する加圧されたガスジェットの双方の出口ノズルと、レンズを保持する内側中空のほぼ円筒形のレンズホルダであって、（ｉ）外側スリーブと摺動係合し、（ｉｉ）レンズを保持し、（ｉｉｉ）使用中、ノズルから軸方向に変位可能である本体を有する上記レンズホルダと、外側スリーブのスロットを貫通して伸びて、レンズホルダの本体と係合する複数の抗折ピンと、その軸方向位置を再現可能に設定することができ、また、スリーブと係合する最外側の可調節型の制限リングであって、レンズホルダの軸方向位置を画成する上記可調節型の制限リングとを備える、レーザ切断ヘッドが提供される。
【０００６】
レーザ切断ヘッドは、レーザ切断装置と直ちに接続可能であることが好ましい。
【０００７】
可調節型制限リングは、目盛りを有する可視面を有することが好ましく、また、スリーブの外面と螺着係合することが好ましい。典型的に、目盛りを標識に対して並置することにより制限リングの任意の軸方向位置を記録することを可能にする、相補的な標識がスリーブ上に存在する。
【０００８】
ピン頭部は、使用中、制限リングと当接する摺動リングと係合することが好ましい。
【０００９】
スリーブは、また、螺着係合状態にて固定リングを担持することが好ましい。固定リングは、ノズルとピンとの中間に配置され、また、内部室内にて瞬間的な又はその他の圧力の弛緩が生じた場合、レンズホルダがノズルに向けて軸方向に変位するのを防止し得るよう選んだ位置に設定することができる。
【００１０】
互いに均一に隔てられた、周方向に隔てた３つのピンがあることが好ましい。
【００１１】
ガスは、酸素であることが好ましい。酸素は、典型的に１ＭＰａ（１０バール）から２ＭＰａ（２０バール）の範囲の圧力にて供給されるが、例えば、０．１ＭＰａ（１バール）のような低圧力を、特に穿孔のため、使用することができる。酸素が使用される場合、ヘッドの製造材料は、酸素と適合可能である必要がある。
【００１２】
ノズルは、スリーブの末端に固定されたノズルホルダに脱着可能に装着されることが好ましい。
【００１３】
内部室は、スリーブを貫通する入口を有することが好ましい。
【００１４】
本明細書にて使用した「切断」という語は、加工物の切断、穿孔、削り取り、及び任意のその他の機械加工を包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、ヘッドの側面断面図である添付図を参照して、単に一例として、本発明に従ったレーザ切断ヘッドについて説明する。
【００１６】
図面は、正確な縮尺通りではない。
【００１７】
図面を参照すると、レーザ切断ヘッドは、基端２と、末端４とを有している。レーザ切断ヘッドは、スリーブ８内にて摺動係合する細長い本体７を有する内側中空の全体として筒形のレンズホルダ６を備えている。ヘッドは、その末端に、ノズルホルダ１２内に保持されたノズル１０を有している。ノズルホルダ１２は、スリーブ８の末端に固定される。スリーブ８の基端は、所与の切断を行なうのに十分なパワーの所定の市販のレーザ切断装置と接続することを可能にする構成とされたアダプタ１４と係合する。レーザは、例えば、二酸化炭素レーザとすることができるが、それに代えて、その他の型式のレーザ（例えば、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）を採用してもよい。図１に示したように、アダプタ１４は、内側部材１６と、外側部材１８とをそれぞれ備えているが、このアダプタ１４の構成及び構造は、レーザ切断装置の選択に依存することが理解されよう。
【００１８】
レンズホルダ６及びスリーブ８は、ノズル１０と同軸状に配置されている。レンズホルダ６は、その末端に拡張した内側断面の断面部分２０を有している。レンズ２２が保持されるのは、この断面部分２０においてである。レンズは、断面部分２０と係合するリング２４により保持される。密封座金２６がレンズホルダ６の末端部分２０とリング２４との間に保持されている。また、レンズ密封リング２８がレンズ２２の基端側に設けられている。座金２６及び密封リング２８の目的は、ガスが内部室３０からレンズホルダ６の中空の内部への漏洩を防止し又は最小にすると共に、ヘッドが加圧されたとき、レンズ２２が何ら顕著に変位しないことを保証することである。例えば、ガスシリンダのような、圧力を受けたガス源は、スリーブ８の末端部分のオリフィス３２を通して室２０と連通するように配置することができる。室３０は、スリーブ８の末端とノズルホルダ１２の基端との間に画成された全体として環状の空間３４を含み、該空間３４は、ガスの周方向への均一な分配を保証する。ノズルホルダ１２の基端は平坦面３６を有している。
【００１９】
ノズルホルダ１２は、３つの主要な中空の開放端部分、すなわち基端部分３８と、中間部分４０と、末端部分４２とを備えている。基端部分３８は、一体形のフランジ４４を有している。ノズルホルダ１２の中間部分４０は、基端部分３８に隣接し且つ、調節リング５０により基端部分と密封係合状態に保持され、該調節リング５０は、ねじ又はボルト４６により基端部分３８のフランジ４４にボルト止めされ又は別言すれば、固定されている。等間隔とされた複数の周方向ねじ又はボルト４６（その１つのみが図面に図示）があり、これらの周方向ねじ又はボルト４６は、フランジ４４を貫通して伸び且つ、ノズルホルダ１２の基端部分３８をスリーブ８の末端に対して保持する。例えば、かかるねじ４６を１０個設けることができる。ノズルホルダ１２の中間部分４０は、末端部分４２を担持している。部分３８、４０、４２の各々は、截頭円錐形のガス通路を画成する。調節リング５０は、截頭円錐形のガス通路の部分４０、４２が調節リング５０に設けられた直径方向に対向した２対の止めねじ９３により軸方向に正確に配置することを可能にし、該調節ねじ９３の１つのみが図面に示されている。ノズルホルダ１２のそれぞれの部分とスリーブ８の末端との間のガスの漏洩を防止し又は最小にするため、従来の密封リング５８が設けられる。ノズル１０は、円錐形の非拡散の高速度ガスジェットを発生させ得るように正確に湾曲した形状を有することが好ましい。
【００２０】
使用時、室３０内のガス圧力は、レンズホルダ６をノズル１０から離れるように押す。レンズホルダ６の本体７は、４つの抗折ピン７０（その１つのみを図面に図示）を担持している。ピン７０は、スリーブ８の相補的なスロット７２を貫通して伸びている。ピン７０の各々は、スリーブ８の外側にて終わる頭部７４を有している。ピン７０の頭部の７４の各々は、摺動配置リング７６と係合する。摺動配置リング７６の基端側には、可調節型制限リング７８が配置されている。制限リング７８は、スリーブ８の外面における相補的なねじ部と係合する内ねじを有している。これにより、制限リング７８の位置を正確に設定することができる。所望であれば、制限リング７８の面８０は、スリーブ８の標識（図示せず）に対するその位置を観察することのできる周縁目盛り（図示せず）を有することができる。従って、制限リング７８の位置は、再現可能に設定することができる。この位置がレーザ切断ヘッドの使用時、レンズホルダ６、従って、レンズ２２の位置を決定する。このことは、一方、切断すべき加工物（図示せず）に対するレンズ２２の焦点の軸方向位置を決定する。１つの典型例において、室３０に供給されたガスは、商業的に純粋な酸素である。この場合、レーザ光線ウエストが加工物の上方に配置され、非収束の拡散光線が加工物に入射するようにすることが典型的に望ましい。従って、レーザ光線の所定のコリメーション特徴及び任意のコリメータ（図示せず）の所定の設定状態に対し、加工物に対するレンズ２２の軸方向位置がレーザ光線が入射する加工物の領域を決定する。このように、レーザ光線により予加熱すべき領域の正確な寸法を制御することができる。
【００２１】
レンズホルダはピン７０によって担持された摺動配置リング７６に対する停止部として機能するから、調節リング７８の位置は、レンズホルダ６、従ってレンズ２２の軸方向位置を決定する。このように、室３０内の酸素又はその他のガスの圧力は、レンズホルダ６を配置リング７６が制限リング７８と当接する正確な位置に付勢する。
【００２２】
通常、切断のためレーザヘッドを使用するとき、室３０内の圧力は一定である。しかし、例えば、穿刺工程の間、この圧力が多少でも弛緩する場合、ピン７０の末端側部における更なるねじ付きリング９０と、摺動配置リング７６とを提供することが望ましい。リング９０はその内面にねじ部（図示せず）を有し、該ねじ部はスリーブ８の外面における相補的なねじ部と係合する。リング９０はそのねじ部にて回転し、配置リング７６が制限リング７８と当接する迄、該配置リングを上方に押す。この位置において、リング９０は、レンズホルダ６が室３０内の圧力が変化した場合、位置を変えないことを保証する。
【００２３】
レンズホルダ６の本体７とスリーブ８の内面との間にて室３０からのガスの漏洩を防止するため、ばね荷重式の１対のＰＴＦＥ密封リング９２がその両者の間にて係合する。密封リング９２により提供された摩擦抵抗は、リング９０をそのねじにて回すこと以外、レンズホルダ６の軸方向位置を手操作にて調節することを防止する。
【００２４】
典型的に、レンズホルダ６、スリーブ８、ノズルホルダ１２、及び摺動配置リング７６は、全てステンレススチールにて出来ている。リング７８、９０は、銅又は黄銅にて出来たものとしてもよい。ノズル１０は、銅にて出来ていることが好ましい。ノズル１０は、相対的に短い作動寿命を有するであろう。このため、ノズルは、同一のノズルにて容易に置換し得るようノズルホルダ１２内に脱着可能に配置することができる。
【００２５】
図面に図示しないレーザヘッドの通常の使用時、レーザヘッド、従って、ノズルの軸線が垂直となるように、レーザヘッドは、レーザ切断装置（図示せず）に連結される。従って、このとき、ピンは、水平位置にある。作動時、レーザ光線は、レンズホルダ６の中空の内部を通して伝送され且つ、レンズ２２により収束され、実質的に全ての光線がノズル１０を通るようにする。酸素が室３０に供給され、酸素のジェットは、レーザ光線と共に、ノズル１０を通って発する。上述したように、レーザ光線は、切断すべき加工物の選んだ表面積を予加熱する。予加熱は、酸素と自発的に反応する温度まで表面温度を上昇させるのに効果的である。この反応により切断が為される。典型的に要求されるように、切断が細長である場合、レーザヘッドを加工物に対して動かし、又はその逆に、加工物をレーザヘッドに対して動かす。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】レーザ切断ヘッドの側面断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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