(57)【要約】【課題】ノズルを加工ヘッドに対して簡単且つ短時間に脱着することができるレーザ加工装置およびそのノズル脱着機構の提供する。【解決手段】本発明のノズル脱着機構は、加工ヘッド１１に形成され、ノズル２４の取付端部２４ｂが挿入されて嵌め込まれる取付孔３５と、加工ヘッド１１に設けられ、レーザ加工に必要な電気信号や流体の授受をノズル２４との間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタ３０，３４と、ノズル２４に設けられ、ヘッド側コネクタ３０，３４と着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタ３６，３９と、加工ヘッド１１の取付孔３５に対するノズル２４の挿入に伴って、ヘッド側コネクタ３０，３４とノズル側コネクタ３６，３９とを接続する接続ガイド手段３５ａ，３５ｂと、取付孔３５からのノズル２４の抜けを防止する抜け止め手段３２，３３とを具備している。【選択図】　　　図２
2004098093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームをワークへ照射するためのノズルを、レーザ加工装置の加工ヘッドに対して脱着するためのノズル脱着機構において、
前記加工ヘッドに形成され、前記ノズルの取付端部が挿入されて嵌め込まれる取付孔と、
前記加工ヘッドに設けられ、レーザ加工に必要な流体や電気信号の授受を前記ノズルとの間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタと、
前記ノズルに設けられ、前記ヘッド側コネクタと着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタと、
前記加工ヘッドの取付孔に対する前記ノズルの挿入に伴って、前記ヘッド側コネクタと前記ノズル側コネクタとを接続する接続ガイド手段と、
前記取付孔からの前記ノズルの抜けを防止する抜け止め手段と、
を具備することを特徴とするノズル脱着機構。
【請求項２】
レーザ発振装置を備えた装置本体と、前記装置本体に設けられ且つ前記レーザ発振装置からのレーザビームを受ける加工ヘッドと、前記加工ヘッドが受けたレーザビームをワークへ照射するためのノズルと、前記ノズルを前記加工ヘッドに対して脱着するためのノズル脱着機構とを備えたレーザ加工装置において、
前記ノズル脱着機構は、
前記加工ヘッドに形成され、前記ノズルの取付端部が挿入されて嵌め込まれる取付孔と、
前記加工ヘッドに設けられ、レーザ加工に必要な流体や電気信号の授受を前記ノズルとの間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタと、
前記ノズルに設けられ、前記ヘッド側コネクタと着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタと、
前記加工ヘッドの取付孔に対する前記ノズルの挿入に伴って、前記ヘッド側コネクタと前記ノズル側コネクタとを接続する接続ガイド手段と、
前記取付孔からの前記ノズルの抜けを防止する抜け止め手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に係り、特に、ノズルをレーザ加工ヘッドに対して着脱するためのノズル脱着機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光によって被加工材料としてのワークを加工（熱切断）するレーザ加工装置は、従来から様々な形態のものが知られている。例えば、設置型のレーザ加工機においては、その加工ヘッドの下部に、レーザビームをワークへ照射するノズルが設けられている。
【０００３】
このようなノズルは、加工点に近い部品であるため、レーザ切断した際に出るスパッタが付着したり、材料から戻ってくるレーザ光や材料溶融物によって溶けが発生する。また、切断する材料が異なれば、使用するノズルも異なる。そのため、レーザ加工装置においては、ノズルを交換することができるように、ノズルが加工ヘッドに対して着脱自在となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ノズルは、加工ヘッドに対してネジにより螺合されるのが一般的である。例えば、図５に示されるように、ノズル１００は、その接続部１００ａの外周面に形成された雄ネジ部１００ｂが加工ヘッド１０２の取付孔１０２ａの内周面に形成された雌ネジ部１０２ｂに螺合して嵌め付けられることにより、加工ヘッド１０２に対して着脱自在に取り付けられる（特許文献１参照）。
【０００５】
また、図６には、加工ヘッド１０２に対するノズル１００の他の脱着形態が示されている。この形態において、ノズル１００は、環状の取付部材１１０を介して、加工ヘッド１０２に取り付けられる。具体的には、ノズル１００は、その接続部１００ａが加工ヘッド１０２の取付孔１０２ａ内に嵌め込まれた後、ノズル１００のフランジ１００ｃと係合する取付部材１１０の内周面の雌ネジ部１１０ａを加工ヘッド１０２の先端外周面に形成された雄ネジ部１０２ｃに螺合することにより、加工ヘッド１０２に対して着脱自在に取り付けられる。また、この時、加工ヘッド１０２側のコネクタ１１２とノズル１００側のコネクタ１１４とが係合して、位置合わせが成される（特許文献２参照）。
【０００６】
また、一般に、ノズル１００には、被加工材料であるワークとのギャップを測定し或は一定に保つためのセンサが内蔵されている。また、ノズル１００には、ノズル１００を冷却するためのエアーやワークに噴射される水等をノズル１００に供給する配管が接続される。したがって、加工ヘッド１０２に対してノズル１００が脱着される前述した従来のレーザ加工装置においては、加工ヘッド１０２に対してノズル１００が取り付け固定された後、前記センサからの信号を送信する信号ケーブルや前記配管等がノズル１００に対して接続固定される。
【０００７】
しかしながら、ノズル１００を加工ヘッド１０２に取り付けた後に前記配管や前記信号ケーブル等を改めてノズル１００に接続する作業は非常に煩雑であり、結果的に、ノズル１００の装着時間が長くなる。また、これは、ノズル１００を交換するためにノズル１００を加工ヘッド１０２から取り外す場合も同様である。すなわち、前記配管や信号ケーブルをノズル１００から取り外さなければ、ノズル１００を加工ヘッド１０２から抜き取ることができず、ノズル１００の交換作業に多大な労力と時間をかけなければならない。
【０００８】
また、特に、図６に示されるような脱着形態においては、直視し難い部位すなわち取付部材１１０の内側部位にコネクタ１１２，１１４が設けられているため、ノズル１００を加工ヘッド１０２に嵌め込む際に、コネクタ１１２，１１４の位置合わせがしづらい。また、ノズル１００を加工ヘッド１０２に嵌め込んだ後にノズル１００と係合する取付部材１１０を加工ヘッド１０２に螺合するため、取付部材１１０の捩じ込み具合を把握しにくい。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ノズルを加工ヘッドに対して簡単且つ短時間に脱着することができるレーザ加工装置およびそのノズル脱着機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１２８５７１号公報
【特許文献２】
特開平３−８５８０号公報
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、レーザビームをワークへ照射するためのノズルを、レーザ加工装置の加工ヘッドに対して脱着するためのノズル脱着機構において、前記加工ヘッドに形成され、前記ノズルの取付端部が挿入されて嵌め込まれる取付孔と、前記加工ヘッドに設けられ、レーザ加工に必要な流体や電気信号の授受を前記ノズルとの間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタと、前記ノズルに設けられ、前記ヘッド側コネクタと着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタと、前記加工ヘッドの前記取付孔に対する前記ノズルの挿入に伴って、前記ヘッド側コネクタと前記ノズル側コネクタとを接続する接続ガイド手段と、前記取付孔からの前記ノズルの抜けを防止する抜け止め手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載された発明は、レーザ発振装置を備えた装置本体と、前記装置本体に設けられ且つ前記レーザ発振装置からのレーザビームを受ける加工ヘッドと、前記加工ヘッドが受けたレーザビームをワークへ照射するためのノズルと、前記ノズルを前記加工ヘッドに対して脱着するためのノズル脱着機構とを備えたレーザ加工装置において、前記ノズル脱着機構は、前記加工ヘッドに形成され、前記ノズルの取付端部が挿入されて嵌め込まれる取付孔と、前記加工ヘッドに設けられ、レーザ加工に必要な流体や電気信号の授受を前記ノズルとの間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタと、前記ノズルに設けられ、前記ヘッド側コネクタと着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタと、前記加工ヘッドの取付孔に対する前記ノズルの挿入に伴って、前記ヘッド側コネクタと前記ノズル側コネクタとを接続する接続ガイド手段と、前記取付孔からの前記ノズルの抜けを防止する抜け止め手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１および請求項２に記載された発明においては、ノズルと加工ヘッドとの接続およびコネクタ同士の接続を１アクションで同時に行なうことができるため、加工ヘッドに対するノズルの装着作業が非常に簡単となり、結果的に、ノズルの装着時間を従来よりも大幅に短縮される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るノズル脱着機構を備えたレーザ加工機（レーザ加工装置）１を示している。図示のように、レーザ加工機１は、水平に敷設された固定のＸＹテーブル３上に被加工材料としてのワークＷを案内し、このワークＷをレーザビームＬＢで熱切断するものである。
【００１５】
レーザビームＬＢは、レーザ加工装置１の装置本体に設けられたレーザ発振装置５で発振され、ビーム調整装置７および反射鏡９を介して加工ヘッド１１に案内される。加工ヘッド１１の内部には集光レンズ１３が設けられており、レーザビームＬＢは、この集光レンズ１３で集光されて、焦点位置でワークＷを熱切断する。
【００１６】
また、ワークＷは、クランプ１５で把持され、切断されるべき部位が加工ヘッド１１の直下に来るように、ＸＹテーブル３上で水平移動されるようになっている。この場合、クランプ１５は、ワークＷを把持した状態で、ＸＹ軸用サーボモータで平面Ｘ，Ｙ方向に駆動されるようになっている。また、加工ヘッド１１は、Ｚ軸用サーボモータで上下方向に駆動されるようになっている。
【００１７】
図２には、レーザ加工装置１の加工ヘッド１１と、この加工ヘッド１１に着脱自在に取り付けられるノズル２４とが分解状態で示されている。ここで、図２の（ａ）は、加工ヘッド１１およびノズル２４の正面図であり、図２の（ｂ）は加工ヘッド１１およびノズル２４の部分断面図（図２の（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）であり、図２の（ｃ）はノズル２４の平面図（図２の（ａ）のＡ方向矢視図）である。
【００１８】
図示のように、ノズル２４は、加工ヘッド１１からのレーザ光およびアシストガスが通る通路４２を形成する本体部２４ａと、加工ヘッド１１に着脱自在に取り付けられるフランジ状の取付端部２４ｂと、レーザ光およびアシストガスの出口となる開口４０が設けられた先端部２４ｃとを有している。
【００１９】
また、ノズル２４には、ワークＷとのギャップを測定し或は一定に保つための図示しないセンサが内蔵されている。そして、このセンサからの検知信号は、取付端部２４ｂに形成された孔３８内に突出する第１のセンサコネクタ（ノズル側コネクタ）３６から出力されるようになっている。なお、孔３８は、加工ヘッド１１の後述する取付孔３５内に挿入される取付端部２４ｂの挿入側端面４５で開口している。
【００２０】
また、ノズル２４は、ノズル２４を冷却するためのエアーやワークに噴射される水等を加工ヘッド１１側から受ける第１の配管コネクタ（ノズル側コネクタ）３９と、加工ヘッド１１側に設けられた後述する位置決め用のボールプランジャ３２と係合してノズル２４の芯出しを行なう（レーザビームＬＢの光軸Ｏ１とノズル２４の軸心Ｏ２とを位置合わせする）位置決め凹部３３とを有している。この場合、第１の配管コネクタ３９は、取付端部２４ｂの挿入側端面４５から突出されている。また、位置決め凹部３３は、挿入側端面４５と反対側の端面４７に近い取付端部２４ｂの上面に形成されている。
【００２１】
また、加工ヘッド１１には、ノズル２４が着脱自在に取り付けられる取付孔３５が形成されている。取付孔３５は、集光レンズ１３で集光されたレーザビームＬＢやアシストガスが導出される開口５２を有するとともに、ノズル２４の取付端部２４ｂが挿入されて嵌め込まれる第１の孔部３５ａと、第１の孔部３５ａから下方に向かって延び且つノズル２４の本体部２４ａを受ける第２の孔部３５ｂとから成る。この場合、第１の孔部３５ａは、ノズル２４の取付端部２４ｂの外形状に対応する内形状を有しており、また、第２の孔部３５ｂは、ノズル２４の本体部２４ａの外形状に対応する内形状を有しており、これにより、取付孔３５に対するノズル２４の挿入接続をガイドする接続ガイド手段を形成している。なお、第１の孔部３５ａは加工ヘッド１１の先端部の一側面１１ａで開口しており、第２の孔部３５ｂは、加工ヘッド１１の下面１１ｂで開口している。
【００２２】
また、第１の孔部３５ａ内には、ノズル２４の第１のセンサコネクタ３６と接続可能な位置に、第２のセンサコネクタ（ヘッド側コネクタ）３０が突出して設けられている。この第２のセンサコネクタ３０は、ノズル２４の取付端部２４ｂが第１の孔部３５ａ内に完全に挿入された時に取付端部２４ｂの孔３８内で第１のセンサコネクタ３６と電気的に接続できる長さで突出しており、第１のセンサコネクタ３６からセンサ検知信号を受ける。また、第１の孔部３５ａ内には、ノズル２４の第１の配管コネクタ３９と接続可能な位置に、ノズル２４を冷却するためのエアーやワークに噴射される水等を供給する第２の配管コネクタ（ヘッド側コネクタ）３４が設けられている。更に、第１の孔部３５ａ内には、ノズル２４の位置決め凹部３３と係脱自在に係合するボールプランジャ３２が突出している。このボールプランジャ３２は、ノズル２４の取付端部２４ｂが第１の孔部３５ａ内に完全に挿入された時に、ノズル２４の位置決め凹部３３と係合して、ノズル２４の芯出しを行なう（レーザビームＬＢの光軸Ｏ１とノズル２４の軸心Ｏ２とを位置合わせする）とともに、位置決め凹部３３と協働して、取付孔３５からのノズル２４の抜けを防止する抜け止め手段を形成する。
【００２３】
次に、加工ヘッド１１に対するノズル２４の脱着方法について説明する。
ノズル２４を加工ヘッド１１に装着する場合には、まず、図２の（ｂ）に矢印で示されるように、ノズル２４の取付端部２４ｂを、その挿入側端面４５から、加工ヘッド１１の取付孔３５の第１の孔部３５ａ内に挿入していく。この時、ノズル２４は、その取付端部２４ｂが加工ヘッド１１の第１の孔部３５ａでガイドされ、また、その本体部２４ａも加工ヘッド１１の第２の孔部３５ｂでガイドされながら、取付孔３５内に挿入される。そして、このようなガイドにより、ノズル２４の取付端部２４ｂが第１の孔部３５ａ内に完全に挿入されると、第１のセンサコネクタ３６と第２のセンサコネクタ３０とがノズル２４の孔３８内で電気的に接続され、また、第１の配管コネクタ３９と第２の配管コネクタ３４とが接続されるとともに、ボールプランジャ３２と位置決め凹部３３とが係合して、ノズル２４の芯出しおよび加工ヘッド１１に対するノズル２４の抜け止めが成される。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態のレーザ加工機１のノズル脱着機構は、加工ヘッド１１に形成され且つノズル２４の取付端部２４ｂが挿入されて嵌め込まれる取付孔３５と、加工ヘッド１１に設けられ且つレーザ加工に必要な電気信号や流体の授受をノズル２４との間で行なう少なくとも１つのヘッド側コネクタ３０，３４と、ノズル２４に設けられ且つヘッド側コネクタ３０，３４と着脱自在に接続可能な少なくとも１つのノズル側コネクタ３６，３９と、加工ヘッド１１の取付孔３５に対するノズル２４の挿入に伴ってヘッド側コネクタ３０，３４とノズル側コネクタ３６，３９とを接続する接続ガイド手段３５ａ，３５ｂと、取付孔３５からのノズル２４の抜けを防止する抜け止め手段３２，３３とを備えている。
【００２５】
すなわち、本実施形態では、加工ヘッド１１に対するノズル２４の接続と、コネクタ３０，３６；３４，３９同士の接続を１アクションで同時に行なうことができるようになっている。したがって、加工ヘッド１１に対するノズル２４の装着作業を非常に簡単にすることができ（位置合わせやコネクタ同士の接続具合等を気にしないで済む）、結果的に、ノズル２４の装着時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【００２６】
図３には、前述した実施形態の第１の変形例が示されている。なお、図３において、前述した実施形態と共通する構成部分については、同一符号が付されている。
【００２７】
この変形例では、少なくとも１つ（図では、複数）の電気接点６０がノズル２４の取付端部２４ｂに設けられており、この電気接点６０を通じて様々な電気信号のやりとりを加工ヘッド１１側と行なうことができるようになっている（したがって、図示しないが、加工ヘッド側１１にも電気接点６０と電気的に接続する要素が設けられている。）。この場合、加工ヘッド１１に対するノズル２４の取付具合（挿入具合）を接点６０によって検出できるようになっていても良い。なお、その他の構成は、前述した実施形態と同一である。
【００２８】
図４には、前述した実施形態の第２の変形例が示されている。なお、図４において、前述した実施形態と共通する構成部分については、同一符号が付されている。
【００２９】
この変形例では、ボールプランジャ３２と位置決め凹部３３とから成る抜け止め手段に加え、第２の抜け止め手段が設けられている。具体的には、前記第２の抜け止め手段は、加工ヘッド１１に設けられた支持部材６２と、支持部材６２に対して回動可能に支持された固定レバー６４とを備えている。固定レバー６４は、加工ヘッド１１の取付孔３５の開口へと突出する固定位置（図４に示される位置）と、加工ヘッド１１の取付孔３５から退避して加工ヘッド１１の側面１１ａ内に位置する退避位置との間で回動することができるとともに、支持部材６２と固定レバー６４との間に介挿された皿バネ６６によって加工ヘッド１１側に付勢されている。なお、その他の構成は、前述した実施形態と同一である。
【００３０】
したがって、このような構成では、ノズル２４を加工ヘッド１１の取付孔３５に完全に挿入した後（ボールプランジャ３２と位置決め凹部３３とが係合した後）、固定レバー６４を図４に示される固定位置へと回動させれば、皿バネ６５の付勢力でノズル２４の取付端部２４ｂに対して押圧される固定レバー６４により、取付孔３５からのノズル２４の抜けが防止される。すなわち、この変形例では、ボールプランジャ３２と位置決め凹部３３とから成る抜け止め手段に加え、更に、固定レバー６４を備えた第２の抜け止め手段が設けられているため、ノズル２４の抜けを確実に防止することができる。また、固定レバー６４を皿バネ６６で押圧しているため、加工のばらつきによる段差も許容できる。
【００３１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、ノズル２４が加工ヘッド１１に対して側方から挿入されている（すなわち、取付孔３５が加工ヘッド１１の側方で開口している）が、ノズル２４を加工ヘッド１１に対して下方もしくはそれ以外の方向から挿入して（すなわち、取付孔３５が加工ヘッド１１の下方もしくはそれ以外の方向で開口していて）も良い。
【００３２】
また、前述した実施形態では、ヘッド側コネクタとノズル側コネクタとが取付孔３５内で接続されているが、これらのコネクタ同士が取付孔３５の外側もしくはそれ以外の部位で接続されるようになっていても良い。要は、加工ヘッド１１に対するノズル２４の挿入に伴ってコネクタ同士が接続されるような形態、すなわち、加工ヘッド１１に対するノズル２４の装着とコネクタ同士の接続とが１アクションで同時に行なうことができるような形態であれば、コネクタの位置や接続位置、加工ヘッド１１に対するノズル２４の挿入方向等は、どのような形態であっても良い。
【００３３】
また、コネクタの種類も前述した実施形態の種類に限定されない。また、加工ヘッド１１の取付孔３５に対するノズル２４の挿入に伴ってヘッド側コネクタとノズル側コネクタとを接続する接続ガイド手段は、前述した実施形態では、取付孔３５自体であったが、取付孔３５以外の他の要素によって形成されていても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ノズルと加工ヘッドとの接続およびコネクタ同士の接続を１アクションで同時に行うことができるため、加工ヘッドに対するノズルの装着作業を非常に簡単にすることができ、結果的に、ノズルの装着時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るノズル脱着機構を備えたレーザ加工機の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、加工ヘッドおよびノズルの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ方向矢視図である。
【図３】第１の変形例に係るノズル脱着機構の斜視図である。
【図４】（ａ）は第２の変形例に係るノズル脱着機構の断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル脱着機構の正面図である。
【図５】従来のノズル脱着機構の一例を示す断面図である。
【図６】従来のノズル脱着機構の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　レーザ加工装置
１１　　加工ヘッド
２４　　ノズル
２４ｂ　　取付端部
３０　　第２のセンサコネクタ（ヘッド側コネクタ）
３２　　ボールプランジャ（抜け止め手段）
３３　　位置決め凹部（抜け止め手段）
３４　　第２の配管コネクタ（ヘッド側コネクタ）
３５　　取付孔
３５ａ　　第１の孔部（接続ガイド手段）
３５ｂ　　第２の孔部（接続ガイド手段）
３６　　第１のセンサコネクタ（ノズル側コネクタ）
３９　　第１の配管コネクタ（ノズル側コネクタ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004098093.tif 000006
【図５】
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【図６】
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