(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを集光レンズによりワーク上に集光させてワークの加工を行うレーザー加工機において、
前記集光レンズを固定しているレンズマウントと、このレンズマウントが取り付けられているレンズホルダーと、このレンズホルダーの外側に配置されているレンズスライダーと、このレンズスライダーの外側を冷却する冷媒が流れる冷媒通路とを備え、
前記集光レンズを固定しているレンズマウントの表面に、メッキが施されており、
前記レンズホルダーと前記レンズスライダーとの間に、これらレンズホルダーおよびレンズスライダーよりも熱伝導性の高い材料からなる金属部材が、これらレンズホルダーおよびレンズスライダーに接触するように設けられており、
前記集光レンズの上側に設けられた筒状部材と、この筒状部材の上部開口の周辺部を覆う環状のアパーチャーと、前記筒状部材の上部の側方から前記筒状部材内に該筒状部材の内周面の周方向に気体を吹き出す吹出穴とを備え、前記吹出穴から前記筒状部材内に吹き出された気体が、前記筒状部材の内周面に沿って螺旋状に下降して行き、前記集光レンズに当り、その後前記筒状部材の中心部を上昇し、前記アパーチャーの開口部から前記筒状部材の外部に排出される前記集光レンズの冷却装置が設けられている、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー加工機に係り、特に、レーザービームの集光レンズの温度上昇を抑制するための構造を備えたレーザー加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー加工機においては、レーザービームの熱を吸収して集光レンズの温度が上昇し（これを熱レンズ効果と称する。）、これにより集光レンズの屈折率が変動して、焦点位置がずれ、加工不良を生じる場合や、さらには集光レンズが酷い熱レンズ効果を起こしてレンズ破損に至る場合がある。このレーザービームによる集光レンズの温度上昇には、集光レンズをレーザービームが透過するときの熱によるものと、レーザービームがワークその他から集光レンズに反射するときの熱によるものとがある。
【０００３】
通常、レーザー加工機の加工ヘッドは、集光レンズをレンズマウントに固定し、レンズマウントをレンズホルダーに取り付けている。このレンズホルダーをレンズスライダーの内側に、集光レンズの種類に合わせて高さ位置を変えて取り付けることにより、集光レンズの焦点を所定の位置に調節できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、集光レンズを固定するレンズマウントには、従来、アルミニウム合金が用いられており、表面に黒色アルマイト処理が施されている。
しかし、レンズマウントにこの黒色アルマイト処理がされていると、レンズマウントがレーザービームの反射光を吸収して加熱され、これにより集光レンズが許容限度以上に温度上昇してしまう場合がある。
【０００５】
また、通常、レンズスライダーの外周側には冷却水が流れる冷却水通路を配置して、集光レンズなどの熱をレンズマウント、レンズホルダーおよびレンズスライダーを介して放熱する水冷構造としている。
しかし、従来、レンズホルダーの外周面とレンズスライダーの内周面との間には、僅かな隙間ができているので、熱伝導が十分行われず、このため集光レンズの放熱が十分でなく、集光レンズが許容限度以上に温度上昇してしまう場合がある。
【０００６】
また、従来、集光レンズの下面側（ワーク側）はアシストガス等により冷却が行われている。
しかし、集光レンズの上面側を冷却せずに、下面側のみ冷却すると、上下面の間の温度差が生じて、集光レンズの屈折率が変動して、焦点位置がずれ、加工不良を生じる場合がある。
さらには、集光レンズにレーザービームを鉛直方向に透過させる場合には、上方からのゴミ等が集光レンズ上に落下して、レンズの焼損を引き起こす虞もある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、集光レンズの温度上昇を抑制することができるレーザー加工機を提供することを目的とする。
また、本発明は、集光レンズの温度上昇を抑制することができるとともに、集光レンズへのゴミの付着を防止することができるレーザー加工機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のレーザー加工機は、レーザービームを集光レンズによりワーク上に集光させてワークの加工を行うレーザー加工機において、
前記集光レンズを固定しているレンズマウントと、このレンズマウントが取り付けられているレンズホルダーと、このレンズホルダーの外側に配置されているレンズスライダーと、このレンズスライダーの外側を冷却する冷媒が流れる冷媒通路とを備え、
前記集光レンズを固定しているレンズマウントの表面に、メッキが施されており、
前記レンズホルダーと前記レンズスライダーとの間に、これらレンズホルダーおよびレンズスライダーよりも熱伝導性の高い材料からなる金属部材が、これらレンズホルダーおよびレンズスライダーに接触するように設けられており、
前記集光レンズの上側に設けられた筒状部材と、この筒状部材の上部開口の周辺部を覆う環状のアパーチャーと、前記筒状部材の上部の側方から前記筒状部材内に該筒状部材の内周面の周方向に気体を吹き出す吹出穴とを備え、前記吹出穴から前記筒状部材内に吹き出された気体が、前記筒状部材の内周面に沿って螺旋状に下降して行き、前記集光レンズに当り、その後前記筒状部材の中心部を上昇し、前記アパーチャーの開口部から前記筒状部材の外部に排出される前記集光レンズの冷却装置が設けられている、
ことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明においては、レンズマウントの表面にメッキが施されているので、レーザービームの反射光がレンズマウントに当っても、熱を吸収し難いため、レンズマウントの温度上昇が抑制される。このため、集光レンズの温度上昇が抑制されるので、集光レンズの屈折率が変動して、焦点位置がずれ、加工不良を生じるということが防止される。
【００１１】
また、集光レンズの熱と冷媒の熱との熱交換が、レンズマウント、レンズホルダー、レンズホルダーとレンズスライダーとの間の金属部材、およびレンズスライダーを通して行われる。ここで、レンズホルダーとレンズスライダーとの間に、熱伝導性の高い材料からなる金属部材が、レンズホルダーおよびレンズスライダーに接触するように介在されているので、レンズホルダーとレンズスライダーとの間において、この金属部材を通して熱交換が行われるため、冷媒による集光レンズの冷却効率が高くなる。このため、集光レンズの温度上昇を抑制することができる。
熱伝導性の高い材料からなる金属部材としては、例えば、アルミニウム合金等からなる部材が用いられる。
【００１３】
また、吹出穴から吹き出された気体が、筒状部材の上部開口の周辺部を覆うアパーチャーに上昇するのを阻止され、これにより筒状部材の内周面に沿って螺旋状に下方に流れる。その後、この気体は集光レンズの上面に当り、筒状部材の中心部を鉛直方向に上昇して、筒状部材の上部の開口から出て行く。
したがって、この発明においては、気体が集光レンズの上面に吹き付けられることにより、集光レンズが冷却される。さらに、通常、アシストガス等によって冷却されている集光レンズの下面との温度差も緩和される。
また、気体が集光レンズの上面から上昇し、筒状部材から出て行くので、集光レンズの上面にゴミが落下してくるのを防止することができる。
気体としては、たとえば清浄空気等が用いられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工機を示す図であって、図１は加工ヘッドの要部を示す断面図、図２はレーザー加工機の作動を説明するための図、図３はレンズマウントを示す断面図、図４はレンズホルダーおよびレンズスライダーの部分を示す断面図、図５は集光レンズの冷却装置を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、図６は冷却装置の作動状態を説明するための図である。
【００１５】
図１に示すように、レーザー加工機１は、レーザー発振器から送られてきたレーザービームを集光して、ワークの被加工部に照射させるレーザー加工ヘッド１０を備えている。レーザー加工ヘッド１０は、筒状の加工ヘッド本体１１と、この加工ヘッド本体１１の先端部に設けられたノズル１２とを備えている。
加工ヘッド本体１１の内周面には、円筒状のレンズスライダー３０がねじ込まれている。レンズスライダー３０の外周面には、環状の冷却水通路（冷媒通路）３１が配設されており、この冷却水通路３１に供給される冷却水によりレンズスライダー３０の外周面が冷却されている。
一方、レンズスライダー３０の内側には、円筒状のレンズホルダー４０がねじ込まれている。このレンズホルダー４０の下端部には、レンズマウント５０がねじ込まれており、このレンズマウント５０の下端部に、集光レンズ５１が固定されている。
また、加工ヘッド本体１１の上部には、集光レンズ５１の冷却装置６０が設けられている。
【００１６】
このレーザー加工機１においては、図２に示すように、レーザー発振器からのレーザービームＬＢが、ベンドミラーＭにより向きを変えられて加工ヘッド１０の上端開口から加工ヘッド本体１１内に入射され、さらに加工ヘッド本体１１の中心部を通って、集光レンズ５１に入射され、この集光レンズ５１で集光され、ノズル１２を通してワーク２の被加工部に照射される。
また、アシストガスＡＧが、加工ヘッド本体１１の内周面とレンズマウント５０の下部外周面との間から、加工ヘッド本体１１の下方に向かって送り込まれ、ノズル１２から排出される。このアシストガスＡＧにより、加工性能が向上するとともに、集光レンズ５１の下面の冷却および汚れ防止が図られている。
【００１７】
図３に示すように、レンズマウント５０は、円筒状のレンズマウントケース５２と円環板状のレンズマウント蓋５３とを備えている。集光レンズ５１は、レンズマウントケース５２の下部内側に嵌め込まれた後、下端部外周部を、レンズマウントケース５２の下端面に取り付けられたレンズマウント蓋５３で押え付けられることにより、レンズマウント５０に固定されている。レンズマウントケース５２およびレンズマウント蓋５３はアルミニウム合金からなり、それらの表面にはメッキが施されている。また、レンズホルダー４０の下端面と、このレンズホルダー４０の下端部の内側にねじ込まれたレンズマウントケース５２の段部とのとの間には、熱伝導性の高いシート５４が介在されており、これにより集光レンズ５１の放熱性が高められている。また、レンズマウントケース５２には、集光レンズ５１の上面周辺部に当接する当接部５５が、レーザービームＬＢを遮蔽するアパーチャーを兼用している。
【００１８】
このように、レンズマウント５０を構成するレンズマウントケース５０およびレンズマウント蓋５３の表面にメッキが施されていると、レーザービームの反射光がレンズマウントケース５０およびレンズマウント蓋５３に当っても、熱を吸収し難いため、これらの温度上昇を抑制することができる。その結果、集光レンズ５１の温度上昇を抑制することができるので、集光レンズ５１の屈折率の変動すなわち焦点位置のずれを抑制でき、加工不良を防止することができる。
【００１９】
また、図４に示すように、レンズホルダー４０とレンズスライダー３０との間の隙間には、熱伝導性の高い材料としてのアルミニウム合金からなるインナーカラー（金属部材）４１、インナーカラー４２、アウターカラー（金属部材）４３およびアウターカラー４４が介在されている。インナーカラー４１の外周面（レンズスライダー３０側の面）は、下端部に向かうに連れて漸次レンズスライダー３０に接近するようなテーパ面に形成されており、一方、このインナーカラー４１の外側に配置される位置するアウターカラー４３の下部側の内周面（レンズホルダー４０側の面）は、下端部に向かうに連れて漸次レンズホルダー４０に接近するようなテーパ面に形成されている。このアウターカラー４３の下端部には、その軸線方向にすり割が形成されている。インナーカラー４２およびアウターカラー４４は円筒状に形成されている。
【００２０】
これらの各カラーは、次のようにして設けられている。すなわち、Ｏリング４５がレンズホルダー４０の下端部に形成された鍔部４０Ａに突き当てられて、レンズホルダー４０の外側に挿入され、このＯリング４５に下端部外周が斜めにカットされたインナーカラー４１が突き当てられて、レンズホルダー４０の外側に上方から挿入されている。アウターカラー４３は、インナーカラー４１の外側にすり割を開きつつ挿入されており、これによりインナーカラー４１の外周面とアウターカラー４３の内周面が密着するとともに、インナーカラー４１の内周面とレンズホルダー４０の外周面、およびアウターカラー４３の外周面とレンズスライダー３０の内周面とが密着する。さらに、インナーカラー４２がインナーカラー４１の上端に突き当てられ、かつアウターカラー４３の上端部内周の嵌合部に嵌合されて、レンズホルダー４０の外側に挿入されている。また、アウターカラー４４がアウターカラー４３の上端に突き当てられて、インナーカラー４２の外側に挿入されている。また、インナーカラー４２の上端部、アウターカラー４４の上端部およびレンズホルダー４０の上端部を貫通するピン４６が設けられており、これにより各カラー４１、４２、４３および４４が軸線方向の移動を阻止されている。
【００２１】
このように、レンズホルダー４０とレンズスライダー３０との間に、熱伝導性の高い材料からなるインナーカラー４１およびアウターカラー４３が密着して接触するように介在されているので、これらのインナーカラー４１およびアウターカラー４３を通して、集光レンズ５１の熱と冷却水の熱との熱交換が行われるため、冷却水による集光レンズ５１の冷却効率が高くなる。このため、集光レンズ５１の温度上昇を抑制することができる。
具体的には、従来のように、レンズホルダー４０とレンズスライダー３０との間に僅かな隙間があった場合には、４５〜５５℃程度まで上昇していた集光レンズ５１の温度が、本実施の形態のように、レンズホルダー４０とレンズスライダー３０との間にアルミニウム合金からなる上記カラーを密着させて介在させた場合には、２５℃程度まで低下して安定するようになった。
【００２２】
また、図５に示すように、集光レンズ５１の上方に設けられた冷却装置６０は、円筒状の筒状部材６１と、その上端部に形成されたフランジ部６２と、このフランジ部６２の上面に設けられて、筒状部材６１の上部開口の周辺部を覆う円環状のアパーチャー６３とを備えている。また、フランジ部６２には、清浄空気（気体）を筒状部材６１内に筒状部材６１の内周面の周方向に吹き出すような吹出穴６４が形成されている。より具体的には、吹出穴６４は、筒状部材６１の内周面近傍に開口している。この吹出穴６４は、図示しない清浄空気供給手段に接続されている。尚、清浄空気は、アシストガスを転用しても良く、アシストガスに空気を用いない場合、それに代わる気体であれば、之の是非は問わない。
【００２３】
この冷却装置６０においては、図６に示すように、清浄空気供給手段から吹出穴６４を通して筒状部材６１内に送り込まれた清浄空気は、筒状部材６１の内周面の周方向に吹き出される。筒状部材６１は、アパーチャー６３によって上部開口の周辺部を遮蔽されているので、筒状部材６１内に吹き出された清浄空気は、筒状部材６１の内周面に沿って螺旋状に下降して行き、集光レンズ５１に当り、その後、筒状部材６１の中心部を上昇し、アパーチャー６３の開口部から筒状部材６１の外部に排出される。
【００２４】
したがって、この冷却装置６０を用いると、清浄空気が集光レンズ５１の上面に吹き付けられることにより、集光レンズ５１が冷却されるので、集光レンズ５１の温度上昇を抑制することができる。また、アシストガスによって冷却されている集光レンズ５１の下面と、上面との温度差も緩和される。これらにより、集光レンズ５１の屈折率の変動による焦点位置のずれを抑制できて、加工不良を防止することができる。
さらに、清浄空気が集光レンズ５１の上面から上昇し、筒状部材６１から出て行くので、集光レンズ５１の上面にゴミが落下してくるのを防止することができるため、集光レンズ５１の焼損等を防止することができる。
【００２５】
具体的には、例えば、筒状部材６１の内径を８０ｍｍ、吹出穴の穴径を５ｍｍとし、清浄空気を圧力が０．２ＭＰａで、流量が１００Ｌ／ｍｉｎ程度で筒状部材６１内に供給すると、吹き出された清浄空気が、筒状部材６１の内周面に沿って螺旋状に下降して行き、集光レンズ５１に当り、その後、筒状部材６１の中心部を上昇し、アパーチャー６３の開口部から筒状部材６１の外部に排出されるようになる。その結果、集光レンズ５１を冷却することができるとともに、筒状部材６１内へのゴミの進入を防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のレーザー加工機によれば、集光レンズを固定しているレンズマウントの表面にメッキを施したので、レーザービームの反射光がレンズマウントに当っても、熱を吸収し難いため、これらの温度上昇を抑制することができる。その結果、集光レンズの温度上昇を抑制することができるので、集光レンズの屈折率の変動による焦点位置のずれを抑制できて、加工不良を防止することができる。
【００２７】
また、レンズホルダーとレンズスライダーとの間に、熱伝導性の高い材料からなる金属部材を、レンズホルダーおよびレンズスライダーに接触するように設けたので、この金属部材を通して集光レンズの熱と冷媒の熱との熱交換が行われるため、冷媒による集光レンズの冷却効率を高めることができる。そのため、集光レンズの温度上昇を抑制することができるので、集光レンズの屈折率の変動による焦点位置のずれを抑制できて、加工不良を防止することができる。
【００２８】
また、集光レンズの上側に設けられた筒状部材と、この筒状部材の上部開口の周辺部を覆うアパーチャーと、筒状部材の上部の側方から筒状部材内に該筒状部材の内周面の周方向に気体を吹き出す吹出穴とを備えた集光レンズの冷却装置を設けたので、気体が集光レンズの上面に吹き付けられるため、集光レンズを冷却することができる。また、通常、アシストガス等によって冷却されている集光レンズの下面との温度差も緩和することができる。したがって、これらにより、集光レンズの屈折率の変動による焦点位置のずれを抑制できて、加工不良を防止することができる。
さらに、気体が集光レンズの上面から上昇し、筒状部材から出て行くので、集光レンズの上面にゴミが落下してくるのを防止することができるため、集光レンズの焼損等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザー加工機を示すであって、加工ヘッドの要部を示す断面図である。
【図２】同、レーザー加工機の作動を説明するための図である。
【図３】同、レンズマウントを示す断面図である。
【図４】同、レンズホルダーおよびレンズスライダーの部分を示す断面図である。
【図５】同、集光レンズの冷却装置を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】同、冷却装置の作動状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１      レーザー加工機
２      ワーク
１０    加工ヘッド
３０    レンズスライダー
３１    冷却水通路（冷媒通路）
４０    レンズホルダー
４１    インナーカラー（金属部材）
４２    アウターカラー（金属部材）
５０    レンズマウント
５１    集光レンズ
６０    冷却装置
６１    筒状部材
６３    アパーチャー
６４    吹出穴
【図１】
0004678811.tif 000002
【図２】
0004678811.tif 000003
【図３】
0004678811.tif 000004
【図４】
0004678811.tif 000005
【図５】
0004678811.tif 000006
【図６】
0004678811.tif 000007