(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルの周囲に絶縁した状態で中心電極を配設し、該中心電極の周囲に絶縁した状態でガード電極を配設し、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーを設け、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズルの先端との距離を測定するようにしたことを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
【請求項２】
上記請求項１におけるノズルの静電容量検出方法において、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
【請求項３】
上記請求項１又は２におけるノズルの静電容量検出方法において、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
【請求項４】
上記請求項１、２又は３におけるノズルの静電容量検出方法において、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
【請求項５】
ノズル先端と被加工対象物との間隔を静電容量により測定するノズルの静電容量検出センサであって、ノズルの周囲に絶縁した状態で配設した中心電極と、該中心電極の周囲に絶縁した状態で配設したガード電極と、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーと、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズル先端との距離を測定する測定手段とからなるノズルの静電容量検出センサ。
【請求項６】
上記請求項５におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
【請求項７】
上記請求項５又は６におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
【請求項８】
上記請求項５、６又は７におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
【請求項９】
レーザー光線を被加工対象物方向に照射させるノズルと、該ノズルの周囲に絶縁した状態で配設した中心電極と、該中心電極の周囲に絶縁した状態で配設したガード電極と、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーと、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズルの先端との距離を測定する測定手段とからなるレーザ加工機のノズル。
【請求項１０】
上記請求項９におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするレーザー加工機のノズル。
【請求項１１】
上記請求項９又は１０におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするレーザー加工機のノズル。
【請求項１２】
上記請求項９、１０又は１１におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするレーザー加工機のノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザー加工機のノズルに関するものであり、詳しくはノズルに形成されている静電容量を検出する中心電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるノズルの静電容量検出センサは、図３に示すように、レーザ光線を照射させるノズル先端を中心電極にし、絶縁体を介してガード電極を備えた構成のものが周知であり、その構成は静電容量によるセンシングを行うノズル先端（中心電極）１０と、この中心電極１０のセンシングを補助するガード電極１１と、この２つの電極間を電気的に絶縁する第１の絶縁体１２と、ガード電極１１と取付部１３とを電気的に絶縁する第２の絶縁体１４とから構成されている。又、中心電極１０は同軸ケーブル１５の中心軸に接続し、ガード電極１１が同軸ケーブルの外被に接続して、図示しない信号処理制御部に取り込む構成となっている。
【０００３】
このような構成からなるノズルの静電容量検出センサにおいて、ガード電極１１が中心電極１０の電気力線の指向性を高め、被加工対象物（ワーク）１６間との静電容量の変化を中心電極１０の投影面積範囲でのみ捉える動作を補助しており、出力も非常に良い特性を示す等の特徴を持ち合わせている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明したノズルの静電容量検出センサにおいては、測定対象物（被加工対象物）がセンサーアンプのグランドと同位の導電体に限定されており、非導電体の測定は不可能であるという問題があった。このような被加工対象物が非導電体のものをセンシングするには静電容量方式とは別の、例えば、エアーギャップセンサ、差動トランス等を別に設置する必要があるという問題も存在している。
【０００５】
従って、ノズルの静電容量検出センサであっても、被加工対象物であるワークが非導電体でもノズル先端とワーク間の距離を検出することができるノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザー加工機のノズルに解決しなければならない課題を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザー加工機のノズルは、次に示すような構成にすることである。
【０００７】
（１）  ノズルの周囲に絶縁した状態で中心電極を配設し、該中心電極の周囲に絶縁した状態でガード電極を配設し、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーを設け、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズルの先端との距離を測定するようにしたことを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
（２）  上記（１）におけるノズルの静電容量検出方法において、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
（３）  上記（１）又は（２）におけるノズルの静電容量検出方法において、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
（４）上記（１）、（２）又は（３）におけるノズルの静電容量検出方法において、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするノズルの静電容量検出方法。
【０００８】
（５）  ノズル先端と被加工対象物との間隔を静電容量により測定するノズルの静電容量検出センサであって、ノズルの周囲に絶縁した状態で配設した中心電極と、該中心電極の周囲に絶縁した状態で配設したガード電極と、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーと、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズル先端との距離を測定する測定手段とからなるノズルの静電容量検出センサ。
（６）  上記（５）におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
（７）  上記（５）又は（６）におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
（８）上記（５）、（６）又は（７）におけるノズルの静電容量検出センサにおいて、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするノズルの静電容量検出センサ。
【０００９】
（９）  レーザー光線を被加工対象物方向に照射させるノズルと、該ノズルの周囲に絶縁した状態で配設した中心電極と、該中心電極の周囲に絶縁した状態で配設したガード電極と、一端面を前記中心電極に所定空間距離をもって対峙させると共に他端面を前記ノズル先端面一より延出して高くしたリードバーと、該リードバーの他端面が被加工対象物に接触した時に、前記リードバーの一端面と前記中心電極との空間距離の変化により発生する静電容量の変化に基づいて被加工対象物と前記ノズルの先端との距離を測定する測定手段とからなるレーザ加工機のノズル。
（１０）  上記（９）におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記被加工対象物は、非導電体の対象物を含むことを特徴とするレーザー加工機のノズル。
（１１）  上記（９）又は（１０）におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記リードバーは、前記ノズル先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることを特徴とするレーザー加工機のノズル。
（１２）  上記（９）、（１０）又は（１１）におけるレーザー加工機のノズルにおいて、前記リードバーの他端面が被加工対象物に接触して押された際に、前記リードバーの一端面が前記中心電極と接触した時に、前記ノズル先端の面が前記リードバーの他端面と面一の関係が維持されることを特徴とするレーザー加工機のノズル。
【００１０】
このように、静電容量検出センサの構成において、中心電極による静電容量の検出をノズル先端まで突出させたリードバーの動きに基づく静電容量の変化を検出して被加工対象物とノズル先端との距離を測定するようにしたことにより被加工対象物が導電性部材又は被導電性部材であっても静電容量によりノズル先端と被加工対象物との距離を測定することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザー加工機のノズルの実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工機は、図１に示すように、被加工対象物２０の上部に位置し且つレーザ光線２１を照射するノズル本体２２と、このノズル本体２２に備えた静電容量検出センサ２３と、該静電容量検出センサ２３からの信号に基づいてノズルチップ２４先端の位置及びレーザ光線２１を照射する位置を測定して設定するように駆動制御する駆動制御部２５とから大略構成されている。被加工対象物２０は、従来からの導電体に限らず非導電体の対象物でもよい。
【００１３】
静電容量検出センサ２３は、図１及び主として図２に示すように、ノズルチップ２４の先端と被加工対象物２０との間隔を静電容量により測定するものであり、ノズル本体２２の周囲に第１の絶縁体２６により絶縁した状態で配設した中心電極２７と、この中心電極２７の周囲に第２の絶縁体２８により絶縁した状態で配設したガード電極２９と、一端面３１ａを中心電極２７に所定空間距離Ｌ１をもって対峙させると共に他端面３１ｂをノズルチップ２４の先端面３２面一より延出して高くしたリードバー３０と、このリードバー３０の他端面３１ｂが被加工対象物２０に接触した時に、リードバー３０の一端面３１ａと中心電極２９との空間距離の変化（接近）により発生する静電気の変化に基づいて被加工対象物２０とノズルチップ２４の先端面３２と被加工対象物２０との距離を測定する測定手段とから構成されている。この測定手段は、駆動制御部２５内のセンサーアンプ等から構成されており、その詳細な回路等は省略する。尚、実施例において静電容量検出センサ２３は、ノズル本体２２に内蔵した構造となっているがこれに限定されることなく、着脱自在な構造でも良く、外付けのリング状の構造でもよいことは勿論のことである。
【００１４】
リードバー３０は、内側に圧縮コイルバネ３３を備え、その外側にはキャップ３４によりノズル本体２２に取り付けられた構成となっている。このようにして取り付けられているリードバー３１は、圧縮コイルバネ３３により常時ノズルチップ２４先端が動く方向であって且つ離れる方向に付勢されて配置されていることになる。尚、リードバー３０を付勢するのは圧縮コイルバネ３３に限定されることなく、リードバー３０をノズルチップ２４が動く方向であって離れる方向に付勢できる構造であればよい。
【００１５】
又、このリードバー３０の一端面３１ａが中心電極２７の対向面に所定の空間距離、即ち、静電発生距離Ｌ１を維持して対峙した状態となっており、他端部の他端面３１ｂはノズルチップ２４の先端面３２よりも延出して高くしてあり、このノズル先端接触距離Ｌ２は、少なくとも静電発生距離Ｌ１との関係において、Ｌ１＝Ｌ２の関係にしても良く、又はＬ１＜Ｌ２の関係にしてもよい。
【００１６】
Ｌ１＝Ｌ２の関係の場合には、リードバー３０の他端面３１ｂが被加工対象物２０に接触して押された際に、リードバー３０の一端面３１ａが中心電極２７と接触した時に、ノズルチップ２４の先端面３２がリードバー３０の他端面３１ｂと面一の関係が維持されることになる。このようにするとノズルチップ２４の先端面３２と被加工対象物２０の面との距離を接触状態から離れ側までの距離を予め設定された値として捉えることができる。このことは従来から使用しているセンサーアンプ（駆動制御部２５）を使用している条件（ノズルチップ２４の先端面３２と被加工対象物２０の面とのギャップ）を変えることなく使用可能になる。
【００１７】
Ｌ１＜Ｌ２の関係の場合は、Ｌ１とＬ２は極めて近い値とすると、ノズルチップ２４の先端が被加工対象物２０方向に動き、リードバー３０が被加工対象物２０に先に接触して押された際に、中心電極２７とリードバー３０の一端面３１ａが接触してそれ以上のノズルチップ２４の先端が被加工対象物２０方向への動きを阻止できる。即ち、この状態の時には、ノズルチップ２４の先端は被加工対象物２０に接触することなく一定の間隔を維持できるのであり、不本意な接触による破損等を防止できる。
【００１８】
更に、このリードバー３１は、駆動制御部２５におけるセンサーアンプのグランドと同電位であるため、中心電極２７とリードバー３０の一端面３１ａとの接近、離れに応じて静電容量が変化するのであり、加えて被加工対象物（ワーク）２０とノズルチップ２４の先端との距離は、静電容量の変化に追従するものになるため、ワーク２０との距離を測定することができるのである。尚、図１に示すように、中心電極２７は同軸ケーブル３５の中心軸に接続し、ガード電極２９は外皮に接続して駆動制御部２５に静電容量の信号が送られる構成となっている。
【００１９】
又、被加工対象物２０方向にノズルチップ２４が動き、リードバー３０が被加工対象物２０に押されて中心電極２７と接触すると、その接触したことをセンサーアンプ（駆動制御部２５）側においては電気信号として捉えることができる。即ち、レーザー加工する前提としてノズルの位置合わせをする際の電気信号として利用することができるのである。これは、従来技術における構造のノズルにおいて行われた位置合わせをする際に、ノズル先端を被加工対象物に接触させる操作と同様のことを行うことができる。従って、従来からのノズル本体であっても本発明のノズル本体２２であっても、駆動制御部２５はそのまま使用することができるのである。これは、更に被加工対象物（ワーク）２０が非導電性部材又は導電性部材如何に関わらず同一のセンサーアンプを有する駆動制御部２５をそのまま使用して所望の目的を達成させることができることになる。
【００２０】
更に、ノズル本体２２を取り付けるための取付部１３（図１参照）は従来技術で説明した取付部１３（図３参照）と同一形状にすることにより、レーザー加工機側の変更をすることなく既存のものに取り付けることができる。又、図示しないが使用するコネクタ等も従来と同じ形状のものを使用することによってセンサーの変更が少なくて済むことになる。
【００２１】
また、従来の如くノズルチップを利用して静電容量を検出する構造と異なり、本願発明の構成は、ノズルチップ２４の周囲に静電容量検出センサ２３を備えた構造となっているため、ノズルチップ２４から被加工対象物２０にレーザー光線２１を照射した時に発生するプラズマの影響が受けにくくなる。このようなプラズマ等が受けにくい構造であると、例えば溶接においても正確な位置決めを行って溶接をし、溶接中においても正確な位置関係が維持できるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザー加工機のノズルは、ノズル先端とは別体にノズル先端方向に伸ばしたリードバーを設けたことにより、ノズルが被加工対象物方向に動いた時に先ずリードバーが被加工対象物に接触して動くことにより、中心電極との静電容量を変化させてノズルの動き及びその被加工対象物との距離を測定することができるようになり、被加工対象物が被導電性部材又は導電性部材であるに関わらず、ノズル先端と被加工対象物との距離を測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る静電容量センサを備えたノズル本体を備えたレーザー加工機を略示的に示した概念図である。
【図２】同静電容量センサの部分を拡大して示した要部拡大断面図である。
【図３】従来技術における静電容量センサを備えたノズル本体の略示的断面図である。
【符号の説明】
２０；被加工対象物、２１；レーザー光線、２２；ノズル本体、２３；静電容量検出センサ、２４；ノズルチップ、２５；駆動制御部、２６；第１の絶縁体、２７；中心電極、２８；第２の絶縁体、２９；ガード電極、３０；リードバー３１ａ；一端面、３１ｂ；他端面、３２；先端面、３３；圧縮コイルバネ、３４；キャップ、３５；同軸ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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