(57)【要約】【課題】集光レンズへのスパッタの付着を抑制可能とするレンズ保護機構を備えたレーザ加工装置の加工ヘッドの提供。【解決手段】集光レンズ２の下方に位置する加工ヘッド１の内壁面に凹処４を設け、レーザ加工時に発生するスパッタＳｐが浮遊上昇して前記集光レンズ２に付着するのを抑制するレンズ保護機構Ｋを備えて成ることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アシストガスを併用するレーザ加工装置の加工ヘッドであって、集光レンズの下方に位置する加工ヘッド内壁面に凹処を設け、レーザ加工時に発生するスパッタが浮遊上昇して前記集光レンズに付着するのを抑制するレンズ保護機構を備えて成ることを特徴とするレーザ加工装置の加工ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ加工装置の加工ヘッドにおいて、前記レンズ保護機構は、加工ヘッド内壁面にリング状の凹処を形成して成ることを特徴とするレーザ加工装置の加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
従来、一般的なレーザ加工装置の加工ヘッドは、図６（ａ）に示すように、集光レンズからノズルの先端までの加工ヘッド内壁面は殆ど凹凸の無い構造を呈しているのが通例である。
【０００２】
一般的な流体の性質としては、旋回流が発生すると、旋回の中心部に負圧ゾーンが生じ、上昇流が誘起され、浮遊物が上昇し易くなる。従って、前記上昇流を抑える為には、旋回流の発生を無くす必要がある。
【０００３】
尚、本発明は、改良した発明につき、先行技術文献情報はありません。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら上述の従来例の場合、アシストガスが定常状態で供給され流れている時は問題ないが、万一不安定な状況が発生した時には、非定常な流れとなり、加工ヘッド内部に負圧ゾーンが誘起され、偶々ワークの加工面で発生したスパッタ（被加工材の溶融物等）がノズル先端から逆流して加工ヘッド内部に侵入し、流れの負圧ゾーンに乗って上昇し、集光レンズに付着するという不都合な状況が発生する（図６（ｂ）参照）。
【０００５】
ノズル等の先端部で渦流が発生すると、壁面との間の僅かな隙間の負圧領域からスパッタ等の浮遊粒子が入り込み、負圧領域を伝って上昇すると考えられる。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みて成されたもので、流れの外側面に凹処などの不連続なゾーンが在ると、この凹処に接する側の流れが剥がれるようにして主流の方向とは逆向きの渦流が誘起されるという流体の性質を利用し、集光レンズからノズルの先端までの間に、加工ヘッド内壁面に侵入したスパッタ等の滞留場所となる凹処を設け、集光レンズへのスパッタの付着を抑制可能とするレンズ保護機構を備えたレーザ加工装置の加工ヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【０００８】
（１）アシストガスを併用するレーザ加工装置の加工ヘッドであって、集光レンズの下方に位置する加工ヘッド内壁面に凹処を設け、レーザ加工時に発生するスパッタが浮遊上昇して前記集光レンズに付着するのを抑制するレンズ保護機構を備えて成るレーザ加工装置の加工ヘッド。
【０００９】
（２）前項（１）記載のレーザ加工装置の加工ヘッドにおいて、前記レンズ保護機構は、加工ヘッド内壁面にリング状の凹処を形成して成るレーザ加工装置の加工ヘッド。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るレーザ加工装置の加工ヘッドの実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、実施例１における加工ヘッド内壁面にリング状の凹処を形成した場合の構成例を示す縦断側面図、図２は、実施例１における加工ヘッド内のアシストガスの流れ及びスパッタの挙動の例を示す説明図、図３は、実施例２における凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図、図４は、実施例３における凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図、図５（ａ）は、実施例４におけるエゼクタＥｊを応用した凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図、（ｂ）は、エゼクタの動作原理図、図６（ａ）は、一般的な加工ノズルの構成例を示す縦断側面図、（ｂ）は、集光レンズへのスパッタの付着状況を示す説明図である。
【００１２】
（実施例１）
以下、実施例１について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１において、１は、レーザ加工装置の加工ヘッドであり、集光レンズ２と、アシストガス取り入れ口３の下方に位置し、且つノズル先端１ａとの間の加工ヘッド内壁面に凹処４、例えば、リング状の凹処４となる負圧ゾーンを形成して成り、この凹処４はレーザ加工時に発生するスパッタＳｐの滞留場所となり、スパッタＳｐが浮遊上昇して前記集光レンズ２に付着するのを抑制するレンズ保護機構Ｋを備えた構成としてある。
【００１４】
Ｌｅは、レーザビーム、Ｗは、ワーク（被加工材）である。
【００１５】
図２は、アシストガスＧＡの流れと、加工時に発生するスパッタＳｐの加工ヘッド１内への侵入状況と、浮遊上昇したスパッタＳｐが集光レンズ２に付着する前にレンズ保護機構Ｋを構成する負圧ゾーンとなる凹処４に滞留する状況を示した説明図である。
【００１６】
各部要素の機能等の項目について、以下に説明する。
【００１７】
▲１▼　集光レンズ２は、レーザビームＬｅを集光してワーク（被加工材）Ｗに対し、切断または溶接加工を行う。この集光レンズ２は、加工ヘッド１に着脱可能な構成とする例が多い。
【００１８】
▲２▼　加工ヘッド（ノズル部）１は、集光レンズ２により集光されたレーザビームＬｅと、アシストガス取り入れ口３から供給されたアシストガスＧＡを加工対象となるワーク（被加工材）Ｗに導く。加工操作において、加工ヘッド１がワーク（被加工材）Ｗ上を移動する場合と、加工ヘッド１は固定し、ワーク（被加工材）Ｗが移動する場合とがある。
【００１９】
▲３▼　アシストガス取り入れ口３は、加工ヘッド１の集光レンズ２の下方に設けられ、レーザ加工時の補助として、ワークＷの材質及び加工条件に応じて、アシストガスＧＡを、酸素、窒素、または空気等の何れかを選択して供給する取り入れ口であり、ここから供給されたアシストガスＧＡはレーザビームＬｅと共に、加工ヘッド１のノズル先端部１ａから噴出される。
【００２０】
▲４▼　レンズ保護機構Ｋを構成する凹処４はノズル先端部１ａから逆流したスパッタＳｐの溜り場（滞留場所）となる（図２参照）。
【００２１】
▲５▼　アシストガスＧＡは、集光レンズ２の下方からワークＷの加工点へと流れると、加工ヘッド１の内壁に設けられた凹処４は負圧ゾーンとなり、スパッタＳｐの溜り場（滞留場所）となる（図２参照）。
【００２２】
▲６▼　スパッタＳｐは、ワークＷの加工時に発生し、ワークＷの近傍では勢いが強く、そのためノズル先端部１ａから逆流して加工ヘッド１の内部に侵入してしまう。然し、負圧傾向にある凹処４のスパッタＳｐの溜り場（滞留場所）では、スパッタＳｐ自体がアシストガスＧＡの流れに逆らって進もうとしているため、勢いが弱まり凹処４のスパッタＳｐの溜り場（滞留場所）に入り込むことになる。一旦凹処４の溜り場（滞留場所）に入り込んだスパッタＳｐは、集光レンズ２の方向には上昇することができないため、集光レンズ２へスパッタが付着する虞は少なくなる。
【００２３】
（実施例２）
図３は、実施例２における凹処の形状例であって、図３に示すように、レンズ保護機構Ｋを構成する凹処４′はアシストガス取り入れ口３の下部所定位置から下方に向かって加工ヘッド１の内壁をノズル先端部１ａに達するまで滑らかな凹処を形成するように構成したものであり、アシストガス取り入れ口３の下部の段付き凹処４′の領域でアシストガスＧＡは加工ヘッド１の内壁側に沿って流れるガス流の最外側の境界流が図示するように剥がれるように渦流を生じ、言わば停滞流となり、下方から上昇してきたスパッタ等が引き込まれ、または下方に押し戻されてこの凹処４から上方へは移動出来ず、集光レンズ２にスパッタＳｐが付着するのを抑えることが出来る。
【００２４】
（実施例３）
図４は、実施例３における凹処の形状例であって、図４に示すように、レンズ保護機構Ｋを構成する凹処４″はアシストガス取り入れ口３の下部所定位置に、加工ヘッド１の内壁側に沿って流れるガス流の最外側の境界流が図示するように上下に循環するように流路を形成する凹処４″と成し、流れは凹処４″形状の流路に沿って旋回する渦流となって停滞し、この渦流に巻き込まれたスパッタＳｐはこれ以上、上昇することなく、集光レンズ２にスパッタＳｐが付着するのを抑えることが出来る。
【００２５】
（実施例４）
図５（ａ）は、実施例４における凹処の形状例であって、図５（ａ）に示すように、レンズ保護機構Ｋを構成する凹処４ａはアシストガス取り入れ口３の下部所定位置に、加工ヘッド１の内壁側に沿って流れるガス流の最外側の境界流を強制的に矢印５の方向に引き込むようにエゼクタＥｊを図示するように設け、アシストガスＧＡはアシストガス取り入れ口３及び３ａより取り入れることによって、上記の流れを実現させ凹処４ａに下方から上昇しようとするスパッタＳｐを引き込み滞留させ、集光レンズ２にスパッタＳｐが付着するのを抑えることが出来る。
【００２６】
尚、図５（ｂ）は、エゼクタＥｊの動作原理を示したもので、図中、駆動流がアシストガスＧＡであり、２次流が図５（ａ）の符号５の流れに相当する。
【００２７】
また、このエゼクタＥｊを利用した場合、負圧ゾーンの負圧の程度は、駆動流の速度（アシストガス取り入れ口３ａのガス供給速度）を加減して調節することが出来る。
【００２８】
更に付け加えるとすれば、加工ヘッド内でアシストガスが旋回流を生じないようにし、中心部に負圧ゾーンを発生させず、中心部からスパッタが上昇するのを抑えることが前提条件であることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、加工ヘッド内に凹処等を設け、負圧ゾーンとなる該凹処にスパッタを引き込むようにすることで、集光レンズへのスパッタの付着を抑制可能とするレンズ保護機構を備えたレーザ加工装置の加工ヘッドを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における加工ヘッド内壁面にリング状の凹処を形成した場合の構成例を示す縦断側面図
【図２】実施例１における加工ヘッド内のアシストガスの流れ及びスパッタの挙動の例を示す説明図
【図３】実施例２における凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図
【図４】実施例３における凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図
【図５】（ａ）実施例４におけるエゼクタＥｊを応用した凹処の形状例及びアシストガスの流れの状況を示す縦断側面図、（ｂ）エゼクタの動作原理図
【図６】（ａ）一般的な加工ノズルの構成例を示す縦断側面図、（ｂ）集光レンズへのスパッタの付着状況を示す説明図
【符号の説明】
１　加工ヘッド
１ａ　ノズル先端部
２　集光レンズ
３、３ａ　アシストガス取り入れ口
４、４′、４″、４ａ　凹処（負圧ゾーン、滞留場所）
ＧＡ　アシストガス
Ｋ　レンズ保護機構
Ｓｐ　スパッタ
Ｌｅ　レーザビーム
Ｗ　ワーク（被加工材）
【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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