(57)【要約】【課題】ノズルユニットがワークに衝突した際にノズルユニットの揺動を可能にして、ノズルユニットの破損を未然に防止するレーザ加工機における加工ヘッドを提供する。【解決手段】集光レンズ２０を収容したレンズホルダＨの下端部にノズルユニット１７を揺動可能に装着する。取付部材１５の下端面と、ノズルユニット１７の連結部材２４の上面との間にコイルばね３０を介在して、ノズルユニット１７を常には正規位置に付勢保持する。前記ノズルユニット１７の内部空間３４にアシストガス発生装置３７から供給パイプ３８及びガス導入口３９を介してアシストガスを供給する。前記供給パイプ３８の途中に電磁開閉弁４１を設け、距離センサ４３によって前記ノズル２３がワークＷに異常に接近された場合に、前記電磁開閉弁４１をドレンポートに切り換え、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガスを排出しノズルユニット１７の揺動を許容する。【選択図】      図１
2006007280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のレンズホルダ内に集光レンズを収容し、前記レンズホルダの先端部にノズルユニットを揺動可能に装着し、前記レンズホルダと前記ノズルユニットの間に該ノズルユニットを正規位置に付勢保持する付勢部材を介装し、前記集光レンズで集光されたレーザ光線を、前記ノズルユニットからワークに向けて照射するとともに、集光レンズの下流側のノズルユニットの内部空間にアシストガス発生装置からアシストガスを供給するようにしたレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、
前記ノズルユニットの先端とワークとの距離を検出する距離検出手段と、前記アシストガスの供給経路内のアシストガスを外部に排出するアシストガス排出手段とを備え、前記距離検出手段によりノズルユニットの先端がワークに異常に接近されたことが検出された場合に、制御装置から前記アシストガス排出手段へ作動信号が出力されるように構成したことを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記アシストガス排出手段は、アシストガス発生装置から前記ノズルユニットの間のガスの供給パイプに配設された電磁開閉弁であることを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッド。  
【請求項３】
請求項１又は２において、前記距離検出手段はノズルユニットの先端部に装着されたノズルとワークとの間の静電容量値により距離を検出するように構成されていることを特徴とするレーザー加工機の加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１において、前記アシストガス排出手段が作動されたとき、前記制御装置からレーザ発生装置へ停止信号が出力されるように構成されていることを特徴とするレーザー加工機の加工ヘッド。  
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記レンズホルダの下端開口部にはテーパ状をなす受承面が設けられ、前記ノズルユニットの上端部には前記受承面に支持されるテーパ状をなす被受承面を有するリングが設けられ、前記ノズルユニットは、付勢部材としてのコイルばねによって、正規位置に付勢保持されていることを特徴とするレーザー加工機の加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワークに切断等の加工を施すためのレーザ加工機に係わり、特にその加工ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のレーザ加工機の加工ヘッドにおいては、レンズホルダ内の下部に集光レンズが収容されるとともに、レンズホルダの下端開口部にノズルユニットが装着されている。そして、集光レンズで集光されたレーザ光線がノズルユニットの先端からワークに向けて照射されるとともに、ノズルユニットからアシストガスが噴射されて、ワークに切断等の加工が施される。
【０００３】
レーザ加工機によるワークの加工中にノズルユニットの先端部がワークと衝突することがあり、この時に、高価なノズルユニットの損傷を防止するために、ノズルユニットの先端部がワークに衝突したことを検出して、レーザー発生装置を停止すると同時にノズルユニットの移動によるワークの加工を停止するようになっていた。
【０００４】
ところが、ノズルユニットの移動が実際に停止されるまでに、わずかな時間がかかり、衝突による衝撃によってノズルユニットが破損したり、ノズルユニットを装着しているレンズホルダが破損したりすることがある。
【０００５】
上記の問題を解消するため、加工ノズルに外力が作用した場合に、加工ノズルに設けられた脆弱部を破損させるようにしたものが提案されている。（特許文献１参照）又、レンズホルダに対し、ノズルユニットを揺動可能に装着し、弾性部材によって前記ノズルユニットを常には正規位置に付勢保持し、ノズルユニットに異常な外力が作用したときに、ノズルユニットが揺動して衝突による衝撃を緩和するようにしたものも提案されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開昭６３−５６３９０号公報
【特許文献２】特開平５−３３７６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に開示されたレーザー加工機の加工ヘッドは、加工ノズルが再利用できないので、その在庫を用意しなければならないという問題があった。
又、特許文献２に開示された加工ヘッドは、レーザ加工ヘッドがワークに衝突すると、レンズホルダを含めたレーザ加工ヘッド上部に設けられた連結管が傾くようになっているため、再利用は可能であるが、加工ヘッドが大型になるという問題があった。
【０００７】
一方、加工ヘッドを小型化するために次のような加工ヘッドが提案されている。集光レンズを保持する外側レンズホルダの下端開口部内周側に環状の受承面を設け、この受承面に対しノズルユニットの上端開口部外周側に設けた環状の被受承面を離間可能に支持させる。そして、外側レンズホルダとノズルユニットの間に付勢部材を設けて、ノズルユニットが外力を受けたとき、ノズルユニットが揺動するようになっている。
【０００８】
上記レーザ加工ヘッドでは、ノズルユニットの内部空間が例えばステンレス厚板の無酸化加工を行うレーザー加工作業の場合には、０．８ＭＰａあるいはもっと高圧の１．５ＭＰａ以上のアシストガス圧力となるので、次のような問題がった。すなわち、集光レンズ下流側のノズルユニットの内部空間に非常に高いアシストガスが供給されると、ノズルユニットを正規位置に保持しようとする方向への異常に高い圧力を与えることになり、外側レンズホルダの受承面にノズルユニットの被受承面が強圧される。従って、弾性部材の付勢力以外に、ノズルユニットを正規位置に保持しようとする過大な圧力が作用し、ノズルユニットが外力を受けたとき、その揺動が行われずノズルユニットやレンズホルダの損傷を防止することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ノズルユニットの内部空間に供給されるアシストガスの圧力が非常に高い場合においても、ノズルユニットがワークに衝突した際にノズルユニットの揺動を可能にして、ノズルユニットやレンズホルダの破損を未然に防止することができるレーザ加工機における加工ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状のレンズホルダ内に集光レンズを収容し、前記レンズホルダの先端部にノズルユニットを揺動可能に装着し、前記レンズホルダと前記ノズルユニットの間に該ノズルユニットを正規位置に付勢保持する付勢部材を介装し、前記集光レンズで集光されたレーザ光線を、前記ノズルユニットからワークに向けて照射するとともに、集光レンズの下流側のノズルユニットの内部空間にアシストガス発生装置からアシストガスを供給するようにしたレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、前記ノズルユニットの先端とワークとの距離を検出する距離検出手段と、前記アシストガスの供給経路内のアシストガスを外部に排出するアシストガス排出手段とを備え、前記距離検出手段によりノズルユニットの先端がワークに異常に接近されたことが検出された場合に、制御装置から前記アシストガス排出手段へ作動信号が出力されるように構成したことを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記アシストガス排出手段は、アシストガス発生装置から前記ノズルユニットの間のガスの供給パイプに配設された電磁開閉弁であることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記距離検出手段はノズルユニットの先端部に装着されたノズルとワークとの間の静電容量値により距離を検出するように構成されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記アシストガス排出手段が作動されたとき、前記制御装置からレーザ発生装置へ停止信号が出力されるように構成されていることを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記レンズホルダの下端開口部にはテーパ状をなす受承面が設けられ、前記ノズルユニットの上端部には前記受承面に支持されるテーパ状をなす被受承面を有するリングが設けられ、前記ノズルユニットは、付勢部材としてのコイルばねによって、正規位置に付勢保持されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノズルユニットの先端がワークに異常に接近して、距離検出手段により、その異常接近が検出されると、制御装置からの信号によりアシストガス排出手段が作動されて、ノズルユニットの内部空間のアシストガスが外部に排出される。このため、ノズルユニットの内部空間に供給されるアシストガスの圧力が例えばステンレス厚板の無酸化加工を行う場合のように非常に高い場合においても、前記内部空間の圧力が低下し、このアシストガス圧力によるノズルユニットの正規位置への押圧力が低減され、ノズルユニットは付勢部材としてのコイルばねによってのみ正規位置に付勢保持される。従って、ノズルユニットの先端がワークに衝突した際にノズルユニットが揺動して、衝突によるノズルユニット又はレンズホルダの損傷が回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化したレーザ加工機における加工ヘッドの一実施形態を図面に従って説明する。
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に数値制御移動される加工ヘッド本体１１の下端部には、円筒状をなす外側レンズホルダ１２が取り付けられ、この外側レンズホルダ１２の下端部には、リング状をなすスペーサ１３を介して、取付リング１４が図示しないボルトによって取り付けられている。この取付リング１４の下端内周面にはテーパ状をなす嵌入穴１４ａが形成され、この嵌入穴１４ａには、取付部材１５のテーパ状のボス部１５ａが嵌入されている。前記取付部材１５の外周面に形成された雄ねじ部１５ｂには締付リング１６の雌ねじ部１６ａが螺合され、この締付リング１６によって、取付リング１４に取付部材１５が締め付け固定されている。前記取付部材１５には後述するノズルユニット１７が揺動可能に装着されている。
【００１７】
前記加工ヘッド本体１１には前記外側レンズホルダ１２の内周面に接触するように、円筒状をなす取付筒体１８が装着され、この取付筒体１８の下端外周面には雌ねじ部１８ａが形成され、この雌ねじ部１８ａには、円筒状をなす内側レンズホルダ１９の外周面に形成された雄ねじ部１９ａが螺合されている。前記内側レンズホルダ１９の下端寄りの内周面には、集光レンズ２０が嵌入され、内側レンズホルダ１９の下端内周面に形成された雌ねじ部１９ｂには締付リング２１の外周面に形成された雄ねじ部２１ａが螺合され、前記集光レンズ２０を所定位置に締め付け固定するようになっている。
【００１８】
この実施形態では、前記外側レンズホルダ１２、スペーサ１３、取付リング１４、取付部材１５、締付リング１６、取付筒体１８及び内側レンズホルダ１９等によって、集光レンズ２０のレンズホルダＨが構成されている。
【００１９】
次に、前記ノズルユニット１７について説明すると、このノズルユニット１７を構成するノズルホルダ２２の先端部には、ノズル２３が取り付けられている。ノズルホルダ２２の上端面には、連結部材２４が接触され、連結部材２４の下側外周面に一体に形成されたフランジ部２４ａの下面には、押さえリング２５が複数のボルト２６によって取り付けられている。この押さえリング２５の下端内周面には、前記ノズルホルダ２２の上端外周面に一体形成されたフランジ部２２ａの下面を支持するフランジ部２５ａが一体に形成されている。前記押さえリング２５には、アジャストボルト２７が周方向に等ピッチで四箇所（図１に二箇所のみ図示）に螺合され、前記フランジ部２２ａの外周面に対する各アジャストボルト２７の先端面の押圧位置を調整することにより、ノズル２３先端の照射孔２３ａを光軸上に移動調整できるようになっている。
【００２０】
前記連結部材２４の上端外周面に一体に形成されたフランジ部２４ｂの上面には、被支持リング２８の下面が接合され、複数のボルト２９によってフランジ部２４ｂに締め付け固定されている。前記取付部材１５の下端寄り内周面には、下端程小径となるテーパ状の受承面１５ｃが形成されている。この受承面１５ｃには、前記被支持リング２８の外周面に形成された下端程小径となるテーパ状をなす被受承面２８ａが支持されている。
【００２１】
前記取付部材１５の下面と連結部材２４のフランジ部２４ａの上面との間には、付勢部材としてのコイルばね３０が、複数箇所（例えば４箇所、図１に一箇所のみ図示）に介在され、前記ノズルユニット１７を常には下方へ付勢するようになっている。そして、この付勢力によって、前記被支持リング２８の被受承面２８ａを前記取付部材１５の受承面１５ｃに押圧することにより、前記ノズルユニット１７を正規位置に付勢保持するようになっている。このノズルユニット１７の正規位置とは、取付部材１５の受承面１５ｃに対して被支持リング２８の被受承面２８ａ全体が接触した状態を指すものとする。
【００２２】
前記取付部材１５には雌ねじ部１５ｄが複数箇所（例えば４箇所、図１に一箇所のみ図示）形成され、これらの雌ねじ部１５ｄにボール３１ａを有するボールプランジャー３１が螺合されている。これらのボールプランジャー３１によって、正規位置にあるノズルユニット１７の前記連結部材２４のフランジ部２４ｂの外周面を位置規制するとともに、ノズルユニット１７が揺動できるようになっている。なお、前記ボールプランジャー３１はナット３２によって所定位置に固定されている。
【００２３】
前記内側レンズホルダ１９内には、レーザ光線が通過する空間３３が形成され、レーザ発生装置３５から、レーザ光線を案内する案内経路３６を通してレーザ光線が加工ヘッド本体１１内に導かれ、内側レンズホルダ１９内の空間３３を通って集光レンズ２０に照射されるようになっている。前記集光レンズ２０によって集光されたレーザ光線は、前記ノズルユニット１７の内部空間３４に導かれ、ノズル２３の照射孔２３ａからレーザ光線がワークＷに照射され、ワークの加工が行われるようになっている。
【００２４】
前記ノズルユニット１７の内部空間３４には、アシストガス発生装置３７からアシストガスが供給パイプ３８を介して前記連結部材２４の薄肉円筒部２４ｃに設けたガス導入口３９から供給されるようになっている。前記内部空間３４は、前記集光レンズ２０によって前記空間３３と区画され、照射孔２３ａを除いて密閉状態に保持されている。アシストガスは前記照射孔２３ａからレーザ光線とともにワークＷに照射される。前記供給パイプ３８の途中には分岐通路３８ａが接続され、この分岐通路３８ａにはアシストガス排出手段としての電磁開閉弁４１が設けられている。この電磁開閉弁４１は閉ポート４１ａと、ドレンポート４１ｂを備え、電磁ソレノイド４２が作動されると、閉ポート４１ａからドレンポート４１ｂに切り換えられ、ノズルユニット１７の前記内部空間３４内のアシストガスを外部に速やかに排出して減圧するようにしている。
【００２５】
前記ノズル２３はワークＷとの間の距離の検出素子としての機能を備えており、前記ノズルホルダ２２に対し絶縁部材２２ｂを介して取り付けられている。このノズル２３には距離検出手段としての距離センサ４３がリード線４４によって接続されている。この距離センサ４３は、前記レンズホルダＨの外周面に取り付けられているが、図１では分離して図示されている。前記距離センサ４３からの信号は制御装置４５に送られるようになっている。この制御装置４５から前記電磁ソレノイド４２に動作信号が出力されるようにしている。
【００２６】
従って、ワークＷの加工作業中にノズル２３の先端部がワークＷに異常に接近した場合に、前記距離センサ４３からの検出信号に基づいて、制御装置４５から電磁ソレノイド４２に切り換え動作信号が出力されて、閉ポート４１ａからドレンポート４１ｂに切り換えられる。
【００２７】
前記制御装置４５は、前記リード線４６によって前記レーザ発生装置３５に接続され、ノズル２３の先端部がワークＷに異常に接近した場合に、停止信号が出力されるようになっている。
【００２８】
次に、前記のように構成されたレーザ加工機の加工ヘッドについて、動作を説明する。
さて、このレーザ加工機の加工ヘッドにおいては、前記レーザ発生装置３５から案内経路３６を通して、集光レンズ２０によって集光されたレーザ光線がノズルユニット１７のノズル２３からワークＷに向けて照射され、そのワークに切断等の加工が施される。このとき、アシストガス発生装置３７から供給パイプ３８を介して、ガス導入口３９からノズルユニット１７の内部空間３４にアシストガスが圧入され、このアシストガスはノズル２３の照射孔２３ａからワークＷに向けて噴射される。
【００２９】
例えば、ステンレス厚板の無酸化加工を行うレーザー加工作業の場合には、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガス圧力が０．８ＭＰａあるいはもっと高圧の１．５ＭＰａ以上となるので、取付部材１５の受承面１５ｃに対する被支持リング２８の被受承面２８ａの押圧力は、ガス圧力が例えば１．５ＭＰａ、前記被支持リング２８の直径が８０ｍｍとすると、π×４０２×１．５≒７５３６Ｎ／ｍｍ２の力が加わり、ワークＷとノズル２３が衝突すると、ノズルユニット１７は揺動せずにレンズホルダＨが破損してしまうことになる。
【００３０】
加工ヘッドによるワークの加工動作中に、図１に二点鎖線で示すようにワークＷの切断部の片側が上方に変位されて、ノズル２３がワークＷに異常に接近した場合には、ワークＷとノズル２３の間の静電容量値が増大する方向に変化するので、距離センサ４３がそれを検出する。このため、制御装置４５から電磁ソレノイド４２に切り換え動作信号が出力され、電磁開閉弁４１が閉ポート４１ａからドレンポート４１ｂに切り換えられる。従って、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガスがガス導入口３９から供給パイプ３８の一部及び分岐通路３８ａを介して外部に排出され、内部空間３４の圧力がほぼ大気圧まで低下する。この結果、取付部材１５の受承面１５ｃに対する前記被支持リング２８の被受承面２８ａの押圧力はコイルばね３０のみに低減され、ノズルユニット１７がコイルばね３０の付勢力に抗して揺動可能な状態になる。ノズル２３がワークＷに接触した場合にノズルユニット１７が図２に示すようにコイルばね３０を圧縮して上方に浮き上がり、衝突によるノズルユニット１７の損傷が未然に防止される。
【００３１】
上記実施形態のレーザ加工機の加工ヘッドによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記供給パイプ３８に電磁開閉弁４１を設け、距離センサ４３によってノズル２３がワークに異常に接近されたことが検出された場合に、前記電磁開閉弁４１をドレンポート４１ｂに切り換えるようにした。このため、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガスによる高い圧力はほぼ大気圧まで低下して、取付部材１５の受承面１５ｃに対する被支持リング２８の被受承面２８ａの押圧力はコイルばね３０のみとなり、ノズルユニット１７がワークＷに衝突したときに揺動が許容されるようになる。従って、ノズルユニット１７あるいはレンズホルダＨ等の部品の損傷を防止することができる。
【００３２】
（２）上記実施形態では、ノズル２３の先端面とワークＷとの間の静電容量値を距離センサ４３により検出することにより、両者の距離を検出するようにしたので、アシストガス排出専用のセンサを別途設ける必要がなく、部品点数を低減して、製造を容易に行いコストを低減することができる。
【００３３】
（３）上記実施形態では、アシストガス排出手段を電磁開閉弁４１により構成したので、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガスを速やかに排出することができる。
（４）上記実施形態では、電磁開閉弁４１が作動されたとき、制御装置４５からレーザ発生装置３５へ停止信号が出力されるようにしたので、ワークの加工を適時に停止することができる。  
【００３４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ノズルユニット１７のノズル２３の先端面とワークＷとの距離を測定する距離検出手段として、他の近接センサあるいはタッチセンサを用いてもよい。
【００３５】
○アシストガス排出手段として、電磁開閉弁４１に代えて、例えば供給パイプ３８をガス導入口３９から電磁ソレノイドにより離隔する構成あるいはその他の構成にしてもよい。
【００３６】
○前記ノズルホルダ２２にガス抜き孔を形成し、この孔に電磁開閉弁を介して、ノズルユニット１７の内部空間３４のアシストガスを排出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明のレーザ加工機の加工ヘッドの一実施形態を示す中央部縦断面図。
【図２】加工ヘッドのノズルユニットが揺動した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
Ｈ…レンズホルダ、Ｗ…ワーク、１５ｃ…受承面、１７…ノズルユニット、２０…集光レンズ、２３…ノズル、２５…リング、２８ａ…被受承面、３０…付勢部材としてのコイルばね、３４…内部空間、３５…レーザ発生装置、３７…アシストガス発生装置、３８…供給パイプ、４１…アシストガス排出手段としての電磁開閉弁、４３…距離検出手段としての距離センサ、４５…制御装置。
【図１】
2006007280.tif 000003
【図２】
2006007280.tif 000004