(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学素子と、該第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、
レーザ光を通す空洞と、前記カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、
前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、
前記カートリッジは、前記挿入位置で、前記空洞を仕切り、かつ前記第１の光学素子によって前記レーザ光を通し、
前記切替機構は、前記カートリッジの前記第１の筐体を、前記カートリッジ孔における前記空洞の断面に向かって付勢し、
前記第１の筐体は、前記第２の筐体または前記切替機構との対向領域の少なくとも一部に、前記空洞の断面周囲を覆い、前記第１の筐体の表面から突出した第１の弾性体と、前記第１の弾性体よりも前記第１の筐体の表面から突出し、前記第１の弾性体よりも摩擦係数の小さい第２の弾性体と、を含む、
前記レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第２の筐体は、前記空洞内で前記レーザ光を通すように配設された第２の光学素子を含む、
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第２の筐体は、前記レーザ光を対象物に対して照射する照射口を有し、
前記カートリッジ孔は、前記第２の光学素子と前記照射口との間の領域で開口する、
請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第２の筐体は、前記空洞を通って前記照射口へアシストガスを供給する供給路を有し、
該供給路は、前記カートリッジ孔と前記照射口との間の領域で、前記空洞と連通する、
請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記切替機構は、前記第１の筐体を、前記照射口から前記第２の光学素子へ向かう方向に付勢する、
請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第２の筐体は、前記空洞内に空気を供給する第２の供給路を有し、
該第２の供給路は、前記カートリッジ孔と前記第２の光学素子との間の領域で、前記空洞と連通する、
請求項２から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記カートリッジは、前記カートリッジ孔の長さよりも短いカートリッジ把持部を有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法であって、
前記レーザ加工装置は、
第１の光学素子と、該第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、
レーザ光を通す空洞と、前記カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、
前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、
前記カートリッジは、前記挿入位置で、前記空洞を仕切り、かつ前記第１の光学素子によって前記レーザ光を通し、
前記切替機構は、前記カートリッジの前記第１の筐体を、前記カートリッジ孔における前記空洞の断面に向かって付勢し、
前記第２の筐体は、前記空洞内で前記レーザ光を通すように配設された第２の光学素子と、前記空洞内に空気を供給する第２の供給路とを含み、
該第２の供給路は、前記カートリッジ孔と前記第２の光学素子との間の領域で、前記空洞と連通し、
前記カートリッジを着脱する方法は、
前記カートリッジを前記第２の筐体に対して付勢した状態で、前記第２の供給路に前記空気を供給するステップと、
前記空気を供給した状態で、前記カートリッジの前記第２の筐体に対する付勢を解放するステップと、
前記カートリッジの前記第２の筐体に対する付勢が解放された状態で、前記カートリッジを着脱するステップと、を含む、
レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法。
【請求項９】
前記カートリッジを着脱したのち、前記第２の供給路への前記空気の供給を停止するステップを、さらに含む、
請求項８に記載のレーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を照射して対象物を加工するレーザ加工装置においては、レーザ加工装置内への塵埃の侵入を防止するために種々の機構が開発されてきた。【０００３】
例えば、特許文献１には、集光レンズを保持するレンズホルダと、そのレンズホルダに対してレーザ光出射方向下流側に配置され、保護ガラスを保持する保護ガラスカートリッジと、レンズホルダおよび保護ガラスカートリッジを外部から遮断する開閉扉とから構成されたレーザ加工機用加工ヘッドが記載されている（図７等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８３５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に開示される技術の課題は、例えば、塵埃の侵入を効果的に防止するとともに、光学素子を容易に着脱可能な、レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によれば、レーザ加工装置は、レーザ光を照射して対象物を加工する装置であって、第１の光学素子と、第１の光学素子の周囲を覆う第１の筐体とを含むカートリッジと、レーザ光を通す空洞と、カートリッジを挿入位置に挿入するカートリッジ孔とを有する第２の筐体と、カートリッジを第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、カートリッジは、挿入位置で、空洞を仕切り、かつ第１の光学素子によってレーザ光を通し、切替機構は、カートリッジの第１の筐体を、カートリッジ孔における空洞の断面に向かって付勢する。【０００７】
また、本発明の第２の側面によれば、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法は、カートリッジと、第２の筐体と、カートリッジを第２の筐体に対して付勢および解放する切替機構と、を備え、第２の筐体が、空洞内でレーザ光を通すように配設された第２の光学素子と、空洞内に空気を供給する第２の供給路とを含む、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法である。レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法は、カートリッジを第２の筐体に対して付勢した状態で、第２の供給路に空気を供給する。空気を供給した状態で、カートリッジの第２の筐体に対する付勢を解放する。カートリッジの第２の筐体に対する付勢が解放された状態で、カートリッジを着脱する。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される技術によれば、例えば、塵埃の侵入を効果的に防止するとともに、光学素子を容易に着脱可能な、レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のカートリッジを着脱する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の全体概略図である。
【図２】第１実施形態の加工ヘッドの部分概略図である。
【図３】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの平面図である。
【図４】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの正面図である。
【図５】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの右側面図である。
【図６】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの右側断面図である。
【図７】第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第１段階説明図である。
【図８】第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第２段階説明図である。
【図９】第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の第３段階説明図である。
【図１０】第１実施形態の加工ヘッドに第１カートリッジを挿入位置に装着する際の最終段階説明図である。
【図１１】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第１段階説明図である。
【図１２】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第２段階説明図である。
【図１３】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第３段階説明図である。
【図１４】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第４段階説明図である。
【図１５】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第５段階説明図である。
【図１６】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第６段階説明図である。
【図１７】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第７段階説明図である。
【図１８】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第８段階説明図である。
【図１９】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第９段階説明図である。
【図２０】第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の最終段階説明図である。
【図２１】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第２カートリッジの右側断面図である。
【図２２】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第３カートリッジの右側断面図である。
【図２３】第１実施形態の加工ヘッドに装着する第４カートリッジの右側断面図である。
【図２４】第２実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図である。
【図２５】第２実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
【図２６】第３実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図である。
【図２７】第３実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の全体概略図であり、図２は、第１実施形態の加工ヘッドの部分概略図である。
【００１３】
図１において、本実施形態のレーザ加工装置１は、ベース３１と、コラム３３と、加工ヘッド３５と、レーザ発振器３７と、伝送用ファイバーケーブル３９と、数値制御装置４１とから構成され、数値制御装置４１からの指令によって、コラム３３および加工ヘッド３５の位置、並びに加工ヘッド３５の下端から照射されるレーザ光を制御して、ベース３１に載置された加工材料Ｗを加工するものである。
【００１４】
ベース３１は、加工材料Ｗを載置するように構成し、コラム３３をX軸方向に移動する際の土台としての役割を果たす。
【００１５】
また、コラム３３は、Ｘ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によって、ベース３１上をX軸方向に移動するように構成され、加工ヘッド３５は、Ｙ軸サーボモータ（図示省略）およびＺ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によって、コラム３３の長手方向であるY軸方向と、X軸方向およびY軸方向に直交するZ軸方向とに移動するように構成されている。
【００１６】
また、加工ヘッド３５には、図２に示すように、ノズル２１の上部にカートリッジ２を挿入するための幅（長さ）X1のカートリッジ孔１１が形成されている。なお、加工ヘッド３５の詳細については後述する。
【００１７】
レーザ発振器３７は、伝送用ファイバーケーブル３９に接続し、伝送用ファイバーケーブル３９は加工ヘッド３５に接続する。レーザ発振器３７は、レーザ光を伝送用ファイバーケーブル３９に伝送し、伝送用ファイバーケーブル３９は、レーザ光を加工ヘッド３５の内部に伝送する。数値制御装置４１は、コラム３３の動作、加工ヘッド３５の動作、およびレーザ光の照射を制御する。
【００１８】
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着されるカートリッジについて説明する。なお、本実施形態におけるカートリッジを後述するカートリッジと区別するために「第１カートリッジ」と称して説明する。
【００１９】
図３は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第１カートリッジの平面図であり、図４は、第１カートリッジの正面図であり、図５は、第１カートリッジの右側面図であり、図６は、第１カートリッジの右側断面図である。
【００２０】
なお、本実施形態の第１カートリッジ２は、後述する集光レンズ６（図７等参照）を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
【００２１】
図３において、第１カートリッジ２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー３の縁部に設けられたガイド５とから構成されている。
【００２２】
また、第１カートリッジ２は、図４乃至図６に示すように、側面視扁平形状をなしており、加工ヘッド３５のカートリッジ孔１１に挿入し易い形態となっている。
【００２３】
保護ウィンドウ７は、透明なガラスで構成されており、図３乃至図６に示すように、平面視略円形かつ側面視略矩形の形状をなしている。本実施形態において、保護ウィンドウ７は、前述の通り、後述する集光レンズ６を保護するために使用されるものであり、レーザ発振器３７から出力されたレーザ光を通すように構成されている。
【００２４】
ホルダー３は、保護ウィンドウ７の周囲を覆い、保護ウィンドウ７と同様に平面視略円形かつ側面視略矩形の形状をなしている。
【００２５】
また、ホルダー３の上面には、後述する空洞１０（図７等参照）の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー３の上表面から長さｄ１突出した弾性体からなる平面視略円形の第１環状部材１３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
【００２６】
なお、第１環状部材１３ｂおよび後述する第１環状部材１３ａがホルダー３の上表面から突出する長さｄ１は、０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
また、ホルダー３の下面にも、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー３の下表面から長さｄ１突出した弾性体からなる平面視略円形の第１環状部材１３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）と、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、第１環状部材１３ａよりもホルダー３の下表面から長さ（ｄ１＋ｄ２）突出し、第１環状部材１３ａよりも摩擦係数の小さい、弾性体からなる平面視略円形の第２環状部材１５ａ（本発明の「第２の弾性体」に相当）とを備える。
【００２８】
なお、第２環状部材１５ａがホルダー３の下表面から突出する長さ（ｄ１＋ｄ２）は、０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。また、第２環状部材１５ａの摩擦係数は、第１環状部材１３ａの摩擦係数よりも小さく、０．1以下であることが好ましい。
【００２９】
また、図６に示すように、第１環状部材１３ａのホルダー３の下表面からの突出量と、第２環状部材１５ａのホルダー３の下表面からの突出量との差は長さｄ２である。なお、第１環状部材１３ａのホルダー３の下表面からの突出量と、第２環状部材１５ａのホルダー３の下表面からの突出量との差は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３０】
また、本実施形態の第２環状部材１５ａは、側断面視Ｕ字状の形状をなし、図６に示すように内部に平面視略円形の環状部材１７ａを備える。
【００３１】
なお、第１環状部材１３ａ、第１環状部材１３ｂおよび環状部材１７ａの材料としては、後述する切替機構１２の付勢によって弾性変形するものであればよく、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
【００３２】
また、第２環状部材１５ａの材料としては、後述する切替機構１２の付勢によって弾性変形し、かつ第１環状部材１３ａより摩擦係数が小さいものであればよく、例えば、テフロン（登録商標）、ポリアセタール等の弾性材料が使用可能である。
【００３３】
ガイド５は、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５のカートリッジ孔１１に挿入する際に、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５に位置決めするための部材であり、加工ヘッド３５のハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当、図７等参照）に当接して第１カートリッジ２を加工ヘッド３５内に位置決めする。
【００３４】
また、ガイド５は、カートリッジ孔１１の長さX1よりも短い長さX2の平面視および側面視T字状のカートリッジ把持部９を有し、使用者が第１カートリッジ２を着脱する際に、使用者が第１カートリッジ２を把持し易く、第１カートリッジ２を容易に着脱し易いようになっている。
【００３５】
なお、本実施形態では、ホルダー３の形状を平面視略円形かつ側面視略矩形としているが、その形状は加工ヘッドの形状によって適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。
【００３６】
また、本実施形態では、保護ウィンドウ７を透明なガラスで構成しているが、レーザ光を透過するものであれば異なる材質によって構成することが可能である。また、保護ウィンドウ７の形状を平面視略円形かつ側面視略矩形としているが、その形状も適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。
【００３７】
なお、本実施形態では、第１環状部材１３ａ、第１環状部材１３ｂの形状を平面視略円形の環状としているが、その形状は加工ヘッドの後述する空洞の断面形状によって適宜変形し得るものであり、特に限定されるものではない。しかしながら、周囲の塵埃が空洞内部へ侵入することを防止する点を考慮すれば、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂは、加工ヘッドの空洞の断面周囲を覆う必要があり、環状であることが必要である。
【００３８】
また、本実施形態では、第２環状部材１５ａおよび環状部材１７ａの形状を平面視略円形の環状としているが、その形状は適宜変更し得るものであり、限定されるものではない。特に、第２環状部材１５ａは、平面視略円形の環状に限定されず、例えば、平面視Ｕ字形等の形状で構成されていてもよい。さらに、第２環状部材１５ａのみで弾性変形し得るものであれば、環状部材１７ａはなくてもよい。
【００３９】
ここで、第１実施形態のレーザ加工装置において、加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を装着する方法について説明する。
【００４０】
図７は、第１実施形態の加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を挿入位置に装着する際の第１段階説明図であり、図８は、第２段階説明図であり、図９は、第３段階説明図であり、図１０は、最終段階説明図である。
【００４１】
本説明を開始する前に、先ず、前述した加工ヘッド３５の構造について説明する。なお、加工ヘッド３５のうち、レーザ光Lが照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
【００４２】
加工ヘッド３５は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構１２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。
【００４３】
ハウジング４は、ベース３１に載置された加工材料Ｗ（本発明の「対象物」に相当）に向かってレーザ光Lを照射するための加工ヘッド本体を構成し、先端にレーザ光Lを照射する照射口２３が形成されたノズル２１と、伝送用ファイバーケーブル３９から入射されたレーザ光Lを加工材料Wに向かって集光するために内部に形成された略円筒状の空洞１０と、側面に形成された第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するためのカートリッジ孔１１とを備える。図１０に示すように、挿入位置において、第１カートリッジ２は、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光Lを通すように配置される。ここで、任意付加的に、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口する。
【００４４】
また、ハウジング４には、カートリッジ孔１１を塞ぐための蓋部２５が備えられ、蓋部２５には、蓋部２５の表面から突出した弾性体からなる第３環状部材２５ａがカートリッジ孔１１の周囲を覆うように配置されている。
【００４５】
集光レンズ６は、伝送用ファイバーケーブル３９から入射されたレーザ光Lを集光するためのレンズであって、本実施形態においては、第１カートリッジ２の挿入位置よりも基端側の空洞１０内に空洞１０を仕切るように配置されている。
【００４６】
切替機構１２は、ピストン８と、バネ２７ａおよびバネ２７ｂと、第１エア供給路４３ａとから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。
【００４７】
ピストン８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも先端側に配置されている。バネ２７ａおよびバネ２７ｂは、ピストン８内に配置され、ピストン８を常時基端側に付勢している。ここで、ピストン８は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢する。なお、切替機構１２は、ピストン８が、ホルダー３を、照射口２３から集光レンズ６へ向かう方向に付勢するよう構成することが好ましい。
【００４８】
エアコンプレッサ４３は、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂの二つの経路によってハウジング４に連通している。第１エア供給路４３ａは、バネ２７ａおよびバネ２７ｂの付勢力に抗して、ピストン８を先端側に移動させるためのものであり、第２エア供給路４３ｂは、集光レンズ６と第１カートリッジ２の挿入位置との間の空洞１０内に空気を供給するものである。すなわち、第２エア供給路４３ｂは、カートリッジ孔１１と集光レンズ６との間の領域で、空洞１０と連通する。ここで、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂの二つの経路は、それぞれ別のエアコンプレッサによって空気を供給されてもよく、後述するアシストガス供給部４５によってガスを供給されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態のエアコンプレッサ４３は、ピストン８を先端側に押し下げるための第１エア供給路４３ａと、集光レンズ６と第１カートリッジ２の挿入位置との間に空気を供給する第２エア供給路４３ｂとによって、後述するクリーンエアパージを実行するものである。ここで、第２エア供給路４３ｂによって空洞１０内に供給する空気は清浄であることが好ましいことから、エアコンプレッサ４３のエア供給路中もしくは第２エア供給路４３ｂ中に空気中の異物を除去するフィルタ（図示省略）を配置してもよい。
【００５０】
アシストガス供給部４５は、アシストガス供給路４５ａを有し、酸素、窒素および空気等のアシストガスを、空洞１０を通って照射口２３へに供給する。ここで、アシストガス供給路４５ａの一部は、ハウジング４に形成され、空洞１０と連通する。また、任意付加的に、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通する。
【００５１】
本実施形態において、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａが「ＯＮ」するとは、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａから気体が加工ヘッド３５内部に供給される状態を意味し、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａが「ＯＦＦ」するとは、第１エア供給路４３ａ、第２エア供給路４３ｂまたはアシストガス供給路４５ａから気体が加工ヘッド３５内部に供給されない状態を意味する。
【００５２】
図７において、加工ヘッド３５に第１カートリッジ２を装着する際には、先ず、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、蓋２５を開き、第１カートリッジ２をカートリッジ孔１１に向かってＡ方向に挿入する。このとき、第１カートリッジ２には、第１環状部材１３ａよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａが形成されているので、第１環状部材１３ａがカートリッジ孔１１と接触することなく、第１カートリッジ２の挿入をスムーズに行うことができる。
【００５３】
この状態におけるピストン８は、バネ２７ａおよびバネ２７ｂによって付勢されている状態ではあるが、第１エア供給路４３ａから供給される空気による力がバネ２７ａおよびバネ２７ｂによる付勢力よりも大きく、ピストン８は下がった状態である。これによって、第１カートリッジ２を、カートリッジ孔１１を経てスムーズに挿入することができる。
【００５４】
次に、図８に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、第１カートリッジ２を挿入し、蓋２５を閉める。
【００５５】
そして、図９に示すように、第２エア供給路４３ｂをＯＮにした状態で、第１エア供給路４３ａをＯＦＦにすることによって、ピストン８を上昇させ、第１カ−トリッジ２を加工ヘッド３５に固定する。この状態におけるピストン８は、第１エア供給路４３ａから空気が供給されないことにより、バネ２７ａおよびバネ２７ｂによる付勢力が大きくなり、ピストン８は上昇する。これによって、第１カートリッジ２は挿入位置に装着されることとなる。
【００５６】
このとき、ホルダー３の表面から突出した弾性体からなる第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂが空洞１０の断面周囲を覆い、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することを効果的に防止することができる。
【００５７】
最後に、図１０に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂをＯＦＦにし、数値制御装置４１からの指令により、レーザ発振器３７が作動し、レーザ発振器３７から出力したレーザ光Ｌが、伝送用ファイバーケーブル３９を介して加工ヘッド３５内を通り、ノズル２１の照射口２３から加工材料Ｗに向かって照射される。
【００５８】
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第１カートリッジ２と、レーザ光Lを通す空洞１０と、第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第１カートリッジ２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光Lを通し、切替機構１２は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー３がハウジング４に対して付勢して、第１カートリッジ２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第１カートリッジ２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【００５９】
一方、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【００６０】
また、近年使用されているファイバーレーザ加工装置においては、従来の炭酸ガスレーザよりレーザ光の波長が短いことから、塵埃の影響を受けて光学素子が損傷を受けやすい。本実施形態のレーザ加工装置によれば、ファイバーレーザを用いたレーザ加工装置における塵埃の侵入を効果的に防止することができ、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【００６１】
さらに、レーザ光の出力を向上させることによって、レーザ加工装置１の空洞１０内部に侵入した塵埃によって生じる熱の影響が増大するような場合であっても、レーザ加工装置１における塵埃の侵入を効果的に防止して、塵埃による熱の影響を回避することができる。
【００６２】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー３の表面から突出した第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して付勢して、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
【００６３】
さらに、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【００６４】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａを含むので、第１カートリッジ２の着脱時には、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
【００６５】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０内でレーザ光を通すように配設された集光レンズ６を含むので、第１カートリッジ２によって着脱できるようにしたホルダー３を空洞１０内の汚染しやすい位置に配置しておくことで、比較的安価な保護ウィンドウ７を用いて、比較的高価な集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
【００６６】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、レーザ光Lを対象物である加工材料Ｗに対して照射する照射口２３を有し、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口するので、  レーザ加工時に照射口２３から空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃によって、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
【００６７】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０を通って照射口２３へアシストガスを供給するアシストガス供給路４５ａを有し、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通するので、アシストガスおよびその圧力によって空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃から、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
【００６８】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、切替機構１２は、ホルダー３を、照射口２３から集光レンズ６へ向かう方向に付勢するので、アシストガスによる圧力を、付勢する方向に作用させることができるため、加工時は、アシストガスの圧力によって、さらにホルダー３を集光レンズ６における空洞１０の周囲に対して密着させて、汚染を防止できる。
【００６９】
さらにアシストガスの圧力に対抗するだけの付勢力を有する機構を備える必要がないため、装置を小型化できる。
【００７０】
さらに、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、第１カートリッジ２は、カートリッジ孔１１の長さよりも短いカートリッジ把持部９を有するので、第１カートリッジ２の着脱時に、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
【００７１】
次に、本実施形態のレーザ加工装置１における第１カートリッジ２を着脱する方法、特に、その方法におけるクリーンエアパージ動作について説明する。クリーンエアパージ動作とは、加工ヘッド３５から第１カートリッジ２を着脱する際に、空洞１０内の汚染を防止するための動作である。
【００７２】
図１１は、第１実施形態の加工ヘッドから第１カートリッジを着脱する際の第１段階説明図であり、図１２は、第２段階説明図であり、図１３は、第３段階説明図であり、図１４は、第４段階説明図であり、図１５は、第５段階説明図であり、図１６は、第６段階説明図であり、図１７は、第７段階説明図であり、図１８は、第８段階説明図であり、図１９は、第９段階説明図であり、図２０は、最終段階説明図である。
【００７３】
レーザ加工装置１におけるクリーンエアパージ動作は、先ず、図１１に示すように、第１エア供給路４３ａおよび第２エア供給路４３ｂがＯＦＦに設定され、ピストン８が上昇した状態で第１カートリッジ２が加工ヘッド３５の挿入位置に装着され、蓋２５が閉じられている。また、この状態では、不必要な空気が流れないように構成されている。
【００７４】
この状態から、第２エア供給路４３ｂがＯＮに設定されると、図１２に示すように、第２エア供給路４３ｂから空気が供給され、集光レンズ６と保護ウィンドウ７との間で、エアフローｆ１が空洞１０内に発生し、集光レンズ６と保護ウィンドウ７との間における圧力が高められる。
【００７５】
ここで、第１エア供給路４３ａがＯＮに設定されると、図１３に示すように、第１エア供給路４３ａから空気が供給され、ピストン８が下降して、第１カートリッジ２が加工ヘッド３５から着脱可能な状態になるとともに、第１カートリッジ２と加工ヘッド３５との隙間からエアフローｆ１によるエアがノズル２１の照射口２３からエアフローｆ２となって噴射される。
【００７６】
この状態で、図１４に示すように、蓋２５を開け、第１カートリッジ２をＢ方向に取り出すと、エアフローｆ１による空気がノズル２１の照射口２３からエアフローｆ２となって噴射されるとともに、カートリッジ孔１１からエアフローｆ３となって噴射され、空洞１０内の汚染が防止される。
【００７７】
ここで、図１５に示すように、第１カートリッジ２が加工ヘッド３５内に無い状態で、一旦、蓋２５を閉め、空洞１０内に残留している塵等をエアフローｆ２として外部へ排出する。
【００７８】
そして、図１６に示すように、エアフローｆ１、ｆ２およびｆ３が作動している状態で、再度、蓋２５を開け、第１カートリッジ２をカートリッジ孔１１から挿入することで、第１カートリッジ２を挿入した際に空洞１０内に侵入した塵埃を、エアフローｆ１、ｆ２およびｆ３によって外部に排出する。その後、図１７に示すように、蓋２５を閉める。
【００７９】
そして、図１８に示すように、第１エア供給路４３ａがＯＦＦに設定され、第１エア供給路４３ａから空気の供給を停止し、ピストン８を上昇させ、第１カートリッジ２を加工ヘッド３５の挿入位置に装着させる。
【００８０】
その後、図１９に示すように、第１カートリッジ２を装着したのち、第２エア供給路４３ｂがＯＦＦに設定され、第２エア供給路４３ｂから空気の供給が停止してクリーンエアパージ動作を完了し、レーザ加工装置１における第１カートリッジ２の着脱が完了となる。以上説明したように、このクリーンエアパージ動作により、ハウジング４内は清浄な状態に保持される。
【００８１】
そして、クリーンエアパージ動作の後、図２０に示すように、数値制御装置４１からの指令により、レーザ発振器３７が作動し、レーザ発振器３７から発生したレーザ光が、伝送用ファイバーケーブル３９を介して加工ヘッド３５内を通り、ノズル２１の照射口２３から加工材料Ｗに向かって照射される。
【００８２】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ハウジング４は、空洞１０内に空気を供給する第２エア供給路４３ｂを有し、第２エア供給路４３ｂは、カートリッジ孔１１と集光レンズ６との間の領域で、空洞１０と連通しており、空洞１０内のカートリッジ孔１１と集光レンズ６との間に空気が供給されて内圧を高めるため、この領域内への塵埃の侵入が防止され、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
【００８３】
さらに、空洞１０内のカートリッジ孔１１と集光レンズ６との間に空気が供給されるため、第１カートリッジ２の着脱時に、空洞１０内から集光レンズ６の外に向かう空気の流れが生じて、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６が汚染されることを防止することができる。
【００８４】
また、本実施形態のレーザ加工装置１の第１カートリッジ２を着脱する方法によれば、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢した状態で、第２エア供給路４３ｂから空気を供給するステップと、空気を供給した状態で、第１カートリッジ２のハウジング４に対する付勢を解放するステップと、第１カートリッジ２のハウジング４に対する付勢が解放された状態で、第１カートリッジ２を着脱するステップと、を含むので、第１カートリッジ２の付勢を解放する前に空気を供給するとともに、第１カートリッジ２を着脱している間は空気が供給されて空洞１０内部を清浄な状態に保つため、第１カートリッジ２の着脱中の空洞１０内部への塵埃の侵入が防止され、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。さらに、第１カートリッジ２の着脱中においても、空洞１０内部を清浄な状態に保つことができる。
【００８５】
なお、本実施形態のレーザ加工装置１の第１カートリッジ２を着脱する方法によれば、第１カートリッジ２を着脱したのち、第２エア供給路４３ｂへの空気の供給を停止するステップをさらに含むので、必要なときのみ第２エア供給路４３ｂへの空気の供給を行うことで、レーザ加工装置１における塵埃の侵入を効果的に防止することができる。また、空気を常に供給する必要がなくなるため、常に供給される空気の流れによって、レーザ光を通す空洞１０内部や集光レンズ６が汚染されることを防ぐことができる。
【００８６】
また、これにより、塵埃の侵入を防ぐための複雑な対策を講じる必要がなくなり、第１カートリッジ２を容易に着脱することができる。
【００８７】
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第２カートリッジについて説明する。図２１は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第２カートリッジの右側断面図である。
【００８８】
なお、本実施形態の第２カートリッジ５２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
【００８９】
また、第２カートリッジ５２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
【００９０】
第１カートリッジ２の第２環状部材１５ａは、側断面視Ｕ字状の形状をなし、図６に示すように、内部に平面視略円形の環状部材１７ａを備えていたが、第２カートリッジ５２の第５環状部材６５ａは、側断面視略円形状をなす。
【００９１】
図２１において、第２カートリッジ５２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー５３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー５３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部５９のみ図示する）とから構成されている。
【００９２】
ホルダー５３の上面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー５３の上表面から長さｄ３突出した弾性体からなる第４環状部材６３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
【００９３】
なお、第４環状部材６３ｂおよび後述する第４環状部材６３ａがホルダー５３の上表面から突出する長さｄ３は、０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００９４】
また、ホルダー５３の下面にも、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー５３の下表面から長さｄ３突出した弾性体からなる第４環状部材６３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）と、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、第４環状部材６３ａよりもホルダー５３の下表面から長さ（ｄ３＋ｄ４）突出し、第４環状部材６３ａよりも摩擦係数の小さい、弾性体からなる第５環状部材６５ａとを備える。
【００９５】
なお、第５環状部材６５ａがホルダー５３の下表面から突出する長さ（ｄ３＋ｄ４）は、０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。また、第５環状部材６５ａの摩擦係数は、第４環状部材６３ａよりも摩擦係数が小さく、０．1以下であることが好ましい。
【００９６】
また、図２１に示すように、第４環状部材６３ａのホルダー５３の下表面からの突出量と、第５環状部材６５ａのホルダー５３の下表面からの突出量との差は長さｄ４である。なお、第４環状部材６３ａのホルダー５３の下表面からの突出量と、第５環状部材６５ａのホルダー５３の下表面からの突出量との差は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９７】
なお、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂの材料としては、切替機構１２の付勢によって弾性変形するものであればよく、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
【００９８】
また、第５環状部材６５ａの材料としては、切替機構１２の付勢によって弾性変形し、かつ第４環状部材６３ａよりも摩擦係数の小さいものであればよく、例えば、テフロン（登録商標）、ポリアセタール等の弾性材料が使用可能である。
【００９９】
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー５３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第２カートリッジ５２と、レーザ光を通す空洞１０と、第２カートリッジ５２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第２カートリッジ５２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第２カートリッジ５２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第２カートリッジ５２のホルダー５３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー５３がハウジング４に対して付勢して、第２カートリッジ５２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第２カートリッジ５２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【０１００】
一方、第２カートリッジ５２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー５３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１０１】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー５３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー５３の表面から突出した第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して付勢して、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
【０１０２】
さらに、第２カートリッジ５２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー５３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１０３】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー５３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂよりもホルダー５３の表面から突出し、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂよりも摩擦係数の小さい第５環状部材６５ａを含むので、第２カートリッジ５２の着脱時には、第４環状部材６３ａおよび第４環状部材６３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第２カートリッジ５２をさらに容易に着脱することができる。
【０１０４】
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第３カートリッジについて説明する。図２２は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第３カートリッジの右側断面図である。
【０１０５】
なお、本実施形態の第３カートリッジ７２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
【０１０６】
また、第３カートリッジ７２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
【０１０７】
図２２において、第３カートリッジ７２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー７３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー７３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部７９のみ図示する）とから構成されている。
【０１０８】
ホルダー７３の上面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー７３の上表面から長さｄ５突出した弾性体からなる第６環状部材８３ｂ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備え、ホルダー７３の下面には、空洞１０の断面周囲を覆うように構成された、ホルダー７３の下表面から長さｄ５突出した弾性体からなる第６環状部材８３ａ（本発明の「第１の弾性体」に相当）を備える。
【０１０９】
なお、第６環状部材８３ｂおよび第６環状部材８３ａがホルダー７３の上表面から突出する長さｄ５は、０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【０１１０】
なお、本実施形態では、第６環状部材８３ａのホルダー７３の下表面からの突出量と、第６環状部材８３ｂのホルダー７３の上表面からの突出量とを同じとしたが、異なるように設定しても良い。
【０１１１】
なお、第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂの材料としては、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂと同様に、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム等の弾性材料が使用可能である。
【０１１２】
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー７３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第３カートリッジ７２と、レーザ光を通す空洞１０と、第３カートリッジ７２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第３カートリッジ７２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第３カートリッジ７２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第３カートリッジ７２のホルダー７３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー７３がハウジング４に対して付勢して、第３カートリッジ７２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第３カートリッジ７２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【０１１３】
一方、第３カートリッジ７２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー７３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第３カートリッジ７２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１１４】
また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ホルダー７３は、ハウジング４または切替機構１２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー７３の表面から突出した第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを用いることで、加工時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して付勢して、第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
【０１１５】
さらに、第３カートリッジ７２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー７３をハウジング４に対して解放することでハウジング４と第６環状部材８３ａおよび第６環状部材８３ｂとの間に隙間を生じさせ、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第３カートリッジ７２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１１６】
次に、第１実施形態の加工ヘッドに装着可能な第４カートリッジについて説明する。図２３は、第１実施形態の加工ヘッドに装着する第４カートリッジの右側断面図である。
【０１１７】
なお、本実施形態の第４カートリッジ９２は、第１カートリッジ２と同様に、集光レンズ６を保護するための保護ウィンドウを備えたカートリッジとして説明する。
【０１１８】
また、第４カートリッジ９２の平面図、正面図および右側面図は、第１カートリッジ２とほぼ同様であるため、図面を省略する。
【０１１９】
図２３において、第４カートリッジ９２は、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、その保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー９３（本発明の「第１の筐体」に相当）と、ホルダー９３の縁部に設けられた、ガイド５と同一形態のガイド（カートリッジ把持部９９のみ図示する）とから構成されている。
【０１２０】
本実施形態のレーザ加工装置１によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー９３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第４カートリッジ９２と、レーザ光を通す空洞１０と、第４カートリッジ９２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第４カートリッジ９２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン８、バネ２７ａ、バネ２７ｂおよび第１エア供給路４３ａからなる切替機構１２と、を備え、第４カートリッジ９２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構１２は、第４カートリッジ９２のホルダー９３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構１２によりホルダー９３がハウジング４に対して付勢して、第４カートリッジ９２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第４カートリッジ９２によって空洞１０を仕切ることにより、粉塵の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【０１２１】
一方、第４カートリッジ９２の着脱時には、切替機構１２によりホルダー９３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー９３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第４カートリッジ９２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１２２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２４は、第２実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図であり、図２５は、第２実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
【０１２３】
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付し説明を省略する。
【０１２４】
また、第１実施形態と同様に、加工ヘッド５７のうち、レーザ光が照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
【０１２５】
なお、本実施形態の加工ヘッド５７は、第１実施形態の加工ヘッド３５と比較して、ピストンがカートリッジに対して付勢する方向が異なる。すなわち、第１実施形態の加工ヘッド３５のピストン８がカートリッジを基端側方向に付勢するのに対し、本実施形態の加工ヘッド５７のピストン３８はカートリッジを先端側方向に付勢する。
【０１２６】
加工ヘッド５７は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構２２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。
【０１２７】
切替機構２２は、ピストン３８と、バネ３７ａおよびバネ３７ｂと、エアコンプレッサ５１とから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。
【０１２８】
ピストン３８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも基端側に配置されている。バネ３７ａおよびバネ３７ｂは、ピストン３８内に配置され、ピストン３８を常時先端側に付勢している。
【０１２９】
エアコンプレッサ５１は、第３エア供給路５１ａによってハウジング４に連通している。第３エア供給路５１ａは、バネ３７ａおよびバネ３７ｂの付勢力に抗して、ピストン３８を基端側に移動させるためのものである。
【０１３０】
なお、ピストン３８と、バネ３７ａおよびバネ３７ｂと、エアコンプレッサ５１とが本発明の「切替機構２２」として機能する。
【０１３１】
また、第３エア供給路５１ａが「ＯＮ」するとは、第３エア供給路５１ａから空気が加工ヘッド５７内部に供給される状態を意味し、第３エア供給路５１ａが「ＯＦＦ」するとは、第３エア供給路５１ａから空気が加工ヘッド５７内部に供給されない状態を意味する。
【０１３２】
本実施形態の加工ヘッド５７では、先ず、図２４に示すように、第３エア供給路５１ａをＯＮにした状態で、ピストン３８を上昇させ、その後、蓋２５を開けて、第１カートリッジ２を挿入する。
【０１３３】
そして、この状態から、第３エア供給路５１ａをＯＦＦにすると、第３エア供給路５１ａから空気が供給されないことにより、バネ３７ａおよびバネ３７ｂによる付勢力が大きくなり、図２５に示すように、ピストン３８は下降し、第１カ−トリッジ２を挿入位置に装着する。
【０１３４】
本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、保護ウィンドウ７（本発明の「第１の光学素子」に相当）と、保護ウィンドウ７の周囲を覆うホルダー３（本発明の「第１の筐体」に相当）とを含む第１カートリッジ２と、レーザ光を通す空洞１０と、第１カートリッジ２を挿入位置に挿入するカートリッジ孔１１とを有するハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、第１カートリッジ２をハウジング４に対して付勢および解放するピストン３８、バネ３７ａ、バネ３７ｂおよび第３エア供給路５１ａからなる切替機構２２と、を備え、第１カートリッジ２は、挿入位置で、空洞１０を仕切り、かつ保護ウィンドウ７によってレーザ光を通し、切替機構２２は、第１カートリッジ２のホルダー３を、カートリッジ孔１１における空洞１０の断面に向かって付勢するので、レーザ加工装置１の使用時には、切替機構２２によりホルダー３がハウジング４に対して付勢して、第１カートリッジ２をハウジング４における空洞１０の周囲に密着させるとともに、第１カートリッジ２によって空洞１０を仕切ることにより、塵埃の侵入を効果的に防止する。これにより、周囲の塵埃がカートリッジ孔１１から空洞１０内部へ侵入し、レーザ光を通す空洞１０内部や保護ウィンドウ７が汚染されることを防止することができる。
【０１３５】
一方、第１カートリッジ２の着脱時には、切替機構２２によりホルダー３をハウジング４に対して解放することでハウジング４とホルダー３の間に隙間が生じるため、光学素子である保護ウィンドウ７を含む第１カートリッジ２を容易に着脱するとともに、保護ウィンドウ７を、容易かつ効果的に保守、清掃、交換することを可能にする。
【０１３６】
本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構２２との対向領域の少なくとも一部に、空洞１０の断面周囲を覆い、ホルダー３の表面から突出した第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを備えるので、弾性力が低く摩擦力の高い第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを用いることで、加工時には、切替機構２２によりホルダー３をハウジング４に対して付勢して、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂを十分つぶして密着性を増すため、周囲の塵埃が空洞１０内部へ侵入することをさらに防止することができる。
【０１３７】
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ホルダー３は、ハウジング４または切替機構２２との対向領域の少なくとも一部に、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりもホルダー３の表面から突出し、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂよりも摩擦係数の小さい第２環状部材１５ａを含むので、第１カートリッジ２の着脱時には、第１環状部材１３ａおよび第１環状部材１３ｂがカートリッジ孔１１と接触することなく、第１カートリッジ２をさらに容易に着脱することができる。
【０１３８】
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、空洞１０内でレーザ光を通すように配設された集光レンズ６を含むので、第１カートリッジ２によって着脱できるようにしたホルダー３を空洞１０内の汚染しやすい位置に配置しておくことで、比較的安価な保護ウィンドウ７を用いて、比較的高価な集光レンズ６の汚染を防ぐことができる。
【０１３９】
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、レーザ光を対象物である加工材料Ｗに対して照射する照射口２３を有し、カートリッジ孔１１は、集光レンズ６と照射口２３との間の領域で開口するので、レーザ加工時に照射口２３から空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃によって、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
【０１４０】
また、本実施形態の加工ヘッド５７を備えたレーザ加工装置によれば、ハウジング４は、空洞１０を通って照射口２３へアシストガスを供給するアシストガス供給路４５ａを有し、アシストガス供給路４５ａは、カートリッジ孔１１と照射口２３との間の領域で、空洞１０と連通するので、アシストガスおよびその圧力によって空洞１０内部に入ってくるスパッタおよび塵埃から、集光レンズ６が汚染されるのを防止することができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図２６は、第３実施形態の加工ヘッドの解放状態を示す断面図であり、図２７は、第３実施形態の加工ヘッドの付勢状態を示す断面図である。
【０１４２】
以下、本発明の第３実施形態を説明するが、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付し説明を省略する。また、第１実施形態と同様に、加工ヘッド６７のうち、レーザ光が照射されるノズル２１側を先端側とし、伝送用ファイバーケーブル３９が接続される側を基端側として説明する。
【０１４３】
なお、本実施形態の加工ヘッドは、第１実施形態の加工ヘッド３５と比較して、ピストンを動作させる機構が異なる。すなわち、第１実施形態の加工ヘッド３５のピストン８および第２実施形態の加工ヘッド５７のピストン３８は、一方の動作のみをシリンダによって行い、他方の動作をバネの付勢力によって行ういわゆる単動シリンダ式であったが、本実施形態の加工ヘッド６７のピストン４８は双方の動作をシリンダによって行う、いわゆる複動シリンダ式である。
【０１４４】
加工ヘッド６７は、ハウジング４（本発明の「第２の筐体」に相当）と、集光レンズ６（本発明の「第２の光学素子」に相当）と、切替機構３２と、アシストガス供給部４５とから構成されている。切替機構３２は、ピストン４８と、エアコンプレッサ６１とから構成され、ハウジング４内部に挿入された第１カートリッジ２を付勢または解放するものである。ピストン４８は、剛体で構成され、ハウジング４の内部で、先端側および基端側に移動可能のように構成されており、本実施形態では、第１カートリッジ２の挿入位置よりも先端側に配置されている。エアコンプレッサ６１は、ピストン４８を押し上げるための第４エア供給路６１ａと、ピストン４８を押し下げるための第５エア供給路６１ｂと、を備える。
【０１４５】
さらに、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂが「ＯＮ」するとは、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂから空気が加工ヘッド６７内部に供給される状態を意味し、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂが「ＯＦＦ」するとは、第４エア供給路６１ａまたは第５エア供給路６１ｂから空気が加工ヘッド６７内部に供給されない状態を意味する。
【０１４６】
本実施形態の加工ヘッド６７では、先ず、図２６に示すように、第５エア供給路６１ｂをＯＮにするとともに、第４エア供給路６１ａをＯＦＦにして、エアフローｆ５およびエアフローｆ６によって、ピストン４８を下降させ、その後、蓋２５を開けて、第１カートリッジ２を挿入する。
【０１４７】
そして、この状態から、第５エア供給路６１ｂをＯＦＦにするとともに、第４エア供給路６１ａをＯＮにすると、図２７に示すように、エアフローｆ５およびエアフローｆ６によってピストン４８が上昇し、第１カ−トリッジ２を挿入位置に装着する。
【０１４８】
本実施形態の加工ヘッド６７を備えたレーザ加工装置によれば、第１実施形態のレーザ加工装置１と同様の効果を得ることができる。
【０１４９】
なお、本実施形態においては、本発明の切替機構の他の例として、複動シリンダ式を説明したが、その他にも、例えば、ハウジングの一部に雌ネジを形成し、ピストンに雄ネジを形成することにより、雌ネジを形成したハウジングの一部もしくはピストンを回して、ハウジングに対してピストンを上下させる機構によっても切替機構を構成することができ、ハウジングとピストンとの隙間にくさびを着脱することによりピストンを上下させる機構によっても切替機構を構成することができる。
【０１５０】
以上、本発明のレーザ加工装置について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することが可能である。
【０１５１】
例えば、上述した実施形態におけるレーザ加工装置は、ファイバーレーザ加工装置として説明してきたが、その他の半導体レーザ加工装置や、ガスレーザ加工装置であってもよい。
【０１５２】
また、上述した実施形態におけるレーザ加工装置のカートリッジは、光学素子としての保護ウィンドウと、その保護ウィンドウの周囲を覆うホルダーとから構成されているものとして説明してきたが、本発明に適用可能なカートリッジは、保護ウィンドウのみならず、光学素子として前述の集光レンズと、その集光レンズの周囲を覆うホルダーから構成されているものであっても良く、保護ウィンドウと集光レンズとをセットにし、光学素子としての保護ウィンドウおよび集光レンズと、保護ウィンドウおよび集光レンズとの周囲を覆うホルダーとから構成されているものであっても良く、また、加工ヘッド等で使用される、拡散するレーザ光を平行光に補正する光学素子としてのコリメートレンズと、そのコリメートレンズの周囲を覆うホルダーとから構成されているものであっても良い。
【０１５３】
また、上述の実施形態では、カートリッジは、集光レンズの先端側に配置するものとして説明してきたが、カートリッジを構成する光学素子の種類によって、その配置場所は適宜変更されるべきであり、レーザ光の光路途中であれば何処に配置されていても良い。
【符号の説明】
【０１５４】
１  レーザ加工装置
２，５２，７２，９２  カートリッジ
３，５３，７３，９３    ホルダー
４  ハウジング
５  ガイド
６  集光レンズ
７  保護ウィンドウ
８，３８，４８  ピストン
９，５９，７９，９９    カートリッジ把持部
１０  空洞
１１  カートリッジ孔
１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１７ａ，６３ａ，６３ｂ、６５ａ，８３ａ，８３ｂ  環状部材
２１  ノズル
２５ａ  第３環状部材
２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ  バネ
３１  ベース
３３  コラム
３５，５７，６７  加工ヘッド
３７  レーザ発振器
３９  伝送用ファイバーケーブル
４１  数値制御装置
４３，５１，６１  エアコンプレッサ
４３ａ，４３ｂ，５１ａ，６１ａ，６１ｂ  エア供給路
４５  アシストガス供給部
４５ａ  アシストガス供給路
６３ａ，６３ｂ  第４環状部材
６５ａ  第５環状部材
８３ａ，８３ｂ  第６環状部材
Ｗ  加工材料
【要約】
レーザ加工装置（１）は、レーザ光を照射して対象物を加工する装置であって、第１の光学素子（７）と、第１の光学素子（７）の周囲を覆う第１の筐体（３）とを含むカートリッジ（２）と、レーザ光を通す空洞（１０）と、カートリッジ（２）を挿入位置に挿入するカートリッジ孔（１１）とを有する第２の筐体（４）と、カートリッジ（２）を第２の筐体（４）に対して付勢および解放する切替機構（１２）と、を備える。カートリッジ（２）は、挿入位置で、空洞（１０）を仕切り、かつ第１の光学素子（７）によってレーザ光を通す。切替機構（１２）は、カートリッジ（２）の第１の筐体（３）を、カートリッジ孔（１１）における空洞（１０）の断面に向かって付勢する。
【選択図】  図１０【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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