(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドと被加工物との間の静電容量を検出する検出電極と、この検出電極を囲むガード電極とを備えたレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、
上記加工ヘッドのノズル本体の下面に第１絶縁部材を介して配置され、レーザ光を照射するインナーノズルと、このインナーノズルを囲繞し、該インナーノズルの外周面に形成された段部の下面に重合されるとともに、該インナーノズルとの間に加工ガスを流通させるガス通路を形成したアウターノズルと、このアウターノズルを囲繞して上記ノズル本体に連結され、かつ第２絶縁部材を介して上記アウターノズルを下方から支持する支持部材とを備え、
上記支持部材をノズル本体に連結することにより、上記第２絶縁部材、アウターノズル、インナーノズルおよび第１絶縁部材を該支持部材により下方から支持してノズル本体に一体的に連結し、
上記アウターノズルを検出電極とするとともに、上記支持部材をガード電極としたことを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッド。
【請求項２】
上記インナーノズルの外周面及びアウターノズルの内周面はそれぞれ先端側が窄まったテーパ形状を有し、上記ガス通路は加工ガスをレーザ光による加工部位に向けて噴出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
【請求項３】
上記インナーノズルの外周面に形成された上記段部の先端側が小径となるように形成され、上記アウターノズルの内周面に形成された段部が上記インナーノズルの段部の下面に重合されて両者は電気的に接続され、かつ少なくともいずれか一方の段部に形成された切欠き部が上記ガス通路の一部を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
【請求項４】
上記アウターノズルは先端側とは反対側の端部に外側に伸びるフランジ部を備えており、また上記支持部材は先端側に内側に伸びる折曲部を有し、この折曲部により上記第２絶縁部材を介してアウターノズルのフランジ部を下方から支持していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
【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機の加工ヘッドに関し、より詳しくは、加工ヘッドと被加工物との間の静電容量を検出する検出電極を備えたレーザ加工機の加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加工ヘッドと被加工物との間の静電容量を検出する検出電極を備えたレーザ加工機の加工ヘッドとして、例えば実公平６−４６６３６号公報に示されるような加工ヘッドが知られている。
上記公報の加工ヘッドにおいては、検出電極としてはレーザ光を照射するインナーノズルが用いられており、このインナーノズルと被加工物との間の静電容量を測定しながらこの静電容量を一定に保つように加工ヘッドを上下に移動させることで、加工ヘッドと被加工物との距離が一定に保たれるようになっている。
そして加工ヘッドには上記インナーノズルを囲繞するガード電極が設けられ、このガード電極は検出電極を囲繞して検出電極を外部から電磁的に遮蔽するとともに、インナーノズルとガード電極との間にガス通路を形成している。そして上記ガス通路の噴出口より被加工物に向けて加工ガスを噴出させることによりレーザ加工時に発生するスパッタを吹き飛ばし、インナーノズルにスパッタが付着して静電容量の測定が不安定とならない様にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報における加工ヘッドにおいては、インナーノズルの先端部の面積、すなわち被加工物と向き合う表面の面積を大きく形成し、それによって被加工物と加工ヘッドとの距離を測定するのに必要な静電容量を得るようにしている。このため、レーザ光の照射位置に接近した位置に上記ガス通路の噴出口を設けることが構造上不可能となっている。
その結果、上記ガス通路よりレーザ光の光軸に向けて加工ガスを吹き付けて、レーザ加工によって生じたスパッタを吹き飛ばしたとしても、吹き飛ばされたスパッタがインナーノズルの先端部の大きな表面に付着する危険性が高くなり、この状態となると、検出電極と被加工物との間の静電容量が正確に測定されずに、加工ヘッドと被加工物との距離を一定に保つことができなくなる虞がある。
以上のような問題に鑑み、本発明はスパッタが検出電極に付着するのを良好に防止するができるようにして、安定して加工ヘッドと被加工物との距離を測定することが可能な加工ヘッドを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、加工ヘッドと被加工物との間の静電容量を検出する検出電極と、この検出電極を囲むガード電極とを備えたレーザ加工機の加工ヘッドにおいて、
上記加工ヘッドのノズル本体の下面に第１絶縁部材を介して配置され、レーザ光を照射するインナーノズルと、このインナーノズルを囲繞し、該インナーノズルの外周面に形成された段部の下面に重合されるとともに、該インナーノズルとの間に加工ガスを流通させるガス通路を形成したアウターノズルと、このアウターノズルを囲繞して上記ノズル本体に連結され、かつ第２絶縁部材を介して上記アウターノズルを下方から支持する支持部材とを備え、
上記支持部材をノズル本体に連結することにより、上記第２絶縁部材、アウターノズル、インナーノズルおよび第１絶縁部材を該支持部材により下方から支持してノズル本体に一体的に連結し、
上記アウターノズルを検出電極とするとともに、上記支持部材をガード電極としたことを特徴とするものである。
【０００５】
上記構成によれば、インナーノズルの外周に設けたアウターノズルを検出電極として用いているので、該アウターノズルにおける被加工物と向き合う表面の面積はインナーノズルに比べて必然的に大きくなり、したがって容易に充分な静電容量を得ることができる面積を確保することができる。
他方、インナーノズルには大きな面積は必要とされないので、インナーノズルとアウターノズルとの隙間すなわちガス通路の開口をレーザ光の照射口の近傍に設けることができるようになり、従来の加工ヘッドに比べてレーザ加工時に生じるスパッタが検出電極に付着する虞を減少させることができ、それにより安定した加工ヘッドと被加工物との距離を測定することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について説明すると、図１はレーザ加工機の加工ヘッド１の断面図を示しており、この加工ヘッド１は従来公知のレーザ加工機が備えるレーザ光を照射する照射部２に設けられている。照射部２はこの加工ヘッド１を前後左右及び上下方向に移動させて、加工ヘッド１の下方に設置された被加工物３にレーザ光を照射して被加工物３を加工するようになっている。
上記加工ヘッド１は、照射部２に設けられたノズル本体４と、加工ヘッド１と被加工物３との間の静電容量を検出するための検出電極５と、検出電極５の周囲を囲繞して該検出電極５を外部から電磁的に遮蔽し、検出電極５と被加工物３との間の静電容量に外乱が及ばないようにするガード電極６を備えている。上記検出電極５はノズル本体４との間に設けられたセラミック製の第１絶縁部材７と、ガード電極６との間に設けられた絶縁性の樹脂からなるリング状の第２絶縁部材８によって、ノズル本体４とガード電極６から電気的に絶縁されている。
また、上記検出電極５によって得られる静電容量は図示しない静電容量測定装置へ入力され、この静電容量測定装置は上記静電容量から検出電極５と被加工物３との間の距離を測定し、静電容量が常に一定に保たれるように加工ヘッド１の上下位置を制御して、検出電極５と被加工物３との間の距離を一定に保つようになっている。
【０００７】
本実施例においては、上記検出電極５は、レーザ光をその先端より照射するインナーノズル１１と、インナーノズル１１を囲繞するアウターノズル１２とから構成されており、またガード電極６はそれらインナーノズル１１とアウターノズル１２とをノズル本体４に固定する支持部材６から構成されている。
上記ノズル本体４の下面には円筒状の凹部４ａが形成されており、当該凹部４ａ内に円筒状に形成された上記第１絶縁部材７が嵌合されて位置決めされている。またインナーノズル１１の上面にも円筒状の凹部１１ａが形成されており、当該凹部１１ａ内に上記第１絶縁部材７の円筒状の下端部が嵌合されて位置決めされている。
そして上記インナーノズル１１の外周面におけるその上下方向の中間高さ位置には、下方の先端側を小径とする段部１１ｂが形成されるとともに、上記アウターノズル１２の内周面にも段部１２ａが形成され、インナーノズル１１の段部１１ｂの外周面と下面とがアウターノズル１２の段部１２ａの内周面と上面とにそれぞれ重合されて両者が位置決めされ、かつその部分でインナーノズル１１とアウターノズル１２とが電気的に接続されている。
【０００８】
さらに、上記アウターノズル１２の外周上端部に、すなわち下方の先端側とは反対側の端部に外側に伸びるフランジ部１２ｂが形成してあり、他方、上記ガード電極を構成する支持部材６は円筒状に形成され、その内周面と上記アウターノズル１２のフランジ部１２ｂとの間には所定の隙間が設けられている。
さらに支持部材６の下方先端部には内側に伸びる折曲部６ａが形成されており、この折曲部６ａの上面に設けられた上記リング状の第２絶縁部材８を介してアウターノズル１２のフランジ部１２ｂを支持させた状態で、支持部材６の上端内周面をノズル本体４の下端部に螺着するようになっている。またこのとき、上記第２絶縁部材８は支持部材６とアウターノズル１２とをシールするようになっている。
このように、上記支持部材６は折曲部６ａによって上記フランジ部１２ｂを下方から支持するので、第２絶縁部材８、アウターノズル１２、インナーノズル１１および第１絶縁部材７はノズル本体４に一体的に連結されるようになっている。
さらに、上記フランジ部１２ｂの下面と折曲部６ａの上面との間に第２絶縁部材８を設けると共に、上記フランジ部１２ｂの外周面と支持部材６の内周面との間に隙間を設けることで、アウターノズル１２と支持部材６とは互いに電気的に絶縁状態とすることができる。
以上のことから、ガード電極としての支持部材６はノズル本体４と電気的に接続され、また相互に電気的に接続されているインナーノズル１１とアウターノズル１２からなる検出電極５は、上記第１絶縁部材７と第２絶縁部材８とによって上記ノズル本体４および支持部材６とから電気的に絶縁されている。
【０００９】
そして、上記検出電極５と図示しない静電容量測定装置とは以下のようにして接続されている。
すなわち、ノズル本体４の側面には静電容量測定装置からの図示しない配線を接続するための接続端子１３が設けられ、この接続端子１３はノズル本体４の側面に開口されたケーブル通路４ｂ内に挿入されている。
上記ケーブル通路４ｂはノズル本体４の内部で直角に折り曲げられて下面側にも開口しており、第１絶縁部材７に穿設されたケーブル通路７ａと連通するようになっている。そしてこのケーブル通路７ａとケーブル通路４ｂの下方側には端子１４が挿入され、この端子１４は上記接続端子１３とケーブル１５によって導通されている。
上記端子１４の先端は上記インナーノズル１１の上面に接触するようになっており、したがって検出電極５と静電容量測定装置とはこれらの端子１３、１４とケーブル１５を介して電気的に接続されるようになる。
上記静電容量測定装置は上記検出電極５に電圧を印加し、検出電極５としてのインナーノズル１１およびアウターノズル１２と被加工物３との間における静電容量を測定する。このとき、ガード電極（支持部材）６は検出電極５を囲繞して、検出電極５と被加工物３との間の静電容量に外乱が及ばないようにしている。
【００１０】
次に、上記加工ヘッド１には照射部２より照射されるレーザ光と加工ガスとが流通されるガス通路１６が設けられており、このガス通路１６はノズル本体４、第１絶縁部材７およびインナーノズル１１の内周面に加工されると共に、レーザ光の光軸を中心としてインナーノズル１１の下端部に向けて径が小さくなるようなテーパ状に加工されている。
また、このガス通路１６の外周側には同じく加工ガスの流通するガス通路１７が設けられており、このガス通路１７はノズル本体４の内部に穿設されてその側面と下面とを連通させるガス通路４ｃと、上記第１絶縁部材７の外周に上記ガス通路４ｃと連通するように設けられた切欠き部７ｂとを有し、このガス通路４ｃ及び切欠き部７ｂは上記支持部材６の内周側に設けた環状の空間に連通している。
上記ガス通路１７は、さらにアウターノズル１２の上記段部１２ａに設けられた切欠き部１２ｃを介して、インナーノズル１１とアウターノズル１２との間に形成された空間に連通され、当該切欠き部１２ｃは図示するほか、インナーノズル１１を囲繞して等間隔に設けられていて、加工ガスはインナノズル１１を取り巻いて噴出されるようになっている。なお、インナーノズル１１の段部１１ｂ側にガス通路１７の一部を構成する切欠き部を形成してもよいことは勿論である。
したがって、図示しない加工ガス供給装置によって供給された加工ガスは、上記ノズル本体４の側部から上記ガス通路１７を介してインナーノズル１１とアウターノズル１２の先端部の隙間より被加工物３に噴出されるようになる。
このとき、上記インナーノズル１１の先端部１１ｃの外周面は下端部が窄まった円錐状のテーパ形状に形成されており、またアウターノズル１２の先端部１２ｄの内周面と外周面も円錐状のテーパ形状に形成されているので、ガス通路１６の噴出口とガス通路１７の噴出口とは互いに接近した位置に配置することができると共に、このガス通路１７より噴出される加工ガスの向きを、被加工物のレーザ光による加工部位の近傍に向けることができるようになっている。
また、支持部材６とノズル本体４との間にはガス通路１７が外部に連通するのを防止するシール部材１８が設けられている。
【００１１】
以上の構成から理解されるように、検出電極５をインナーノズル１１とアウターノズル１２とで構成しているので、インナーノズル１１のみならずアウターノズル１２によっても静電容量を測定することができ、したがって被加工物３との間の距離を測定するのに必要な静電容量を十分に得ることが可能となる。
このとき、必要に応じて、アウターノズル１２のみによって検出電極５を構成したとしても、アウターノズル１２はインナーノズル１１の外側に配置されているので、インナーノズル１１のみから検出電極５を構成する場合に比較して被加工物３と向き合う表面の面積を大きくすることができ、したがって大きな静電容量を容易に確保することができる。
そして、上記インナーノズル１１とアウターノズル１２の間にガス通路１７を設けてあり、かつガス通路１４の噴出口とガス通路１７の噴出口とを接近した位置に設けることができるとともに、このガス通路１７より噴出される加工ガスの向きを、被加工物のレーザ光による加工部位に向けることができるので、レーザ加工時に発生するスパッタがノズルに付着するのを効果的に防止することができる。
また、アウターノズル１２のフランジ部１２ｂとガード電極６の折曲部６ａとの間に第２絶縁部材８を設けるような構成としたことで、ガード電極６の内周にガス通路１７として十分な容量を有する環状の空間を形成すると同時に、ガード電極６の外形の寸法を抑えることができるので、加工ヘッド自体の大きさをコンパクトにすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来の加工ヘッドに比べてレーザ加工時に生じるスパッタが検出電極に付着する虞を減少させることができ、しかも検出電極における被加工物と向き合う表面の面積を大きく確保することができるので、加工ヘッドと被加工物との距離を安定して測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例における加工ヘッドの断面図。
【符号の説明】
１  加工ヘッド              ３  被加工物
４  ノズル本体              ５  検出電極
６  支持部材（ガード電極）  ７  第１絶縁部材
８  第２絶縁部材            １１  インナーノズル
１２  アウターノズル        １６，１７  ガス通路
【図１】
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