(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工装置の加工ヘッドに設けられ、レーザビームをワークへ照射するノズルを、加工ヘッド本体に対して脱着するためのノズル脱着機構において、
前記加工ヘッド本体にレーザビームの光軸と同心に設けられ、内側に前記ノズルが同心に嵌合される筒部と、
前記筒部に設けられ、前記筒部の内側に嵌合された前記ノズルと係脱可能に係合して前記ノズルを前記筒部に対して保持する保持手段と、
前記筒部の外側に該筒部と同心に回転可能に嵌合され、かつ、それ自身回転することによって、前記保持手段を、前記ノズルと係合する係合位置と、前記ノズルとの係合状態を解除可能な係合解除位置とに位置させることができる回転筒と、
前記加工ヘッド本体に設けられ、直線的に進退する操作体と、
前記操作体の進退動作を前記回転筒の回転動作に変換する手段と、
を具備することを特徴とするノズル脱着機構。
【請求項２】
前記保持手段は、前記筒部の穴に該筒部の内側および外側に突没自在に保持され、前記ノズルの外周面に形成された凹溝に係脱可能に係合する球であり、
前記回転筒は、それ自身回転することによって、前記球を、その内周面により前記筒部の内側に突出させることにより前記ノズルの凹溝と係合する係合位置と、その内周面に形成された溝に落ち込ませて前記筒部の内側から退避させることにより前記ノズルの凹溝との係合状態を解除可能な係合解除位置とに位置させるものであることを特徴とする請求項１に記載のノズル脱着機構。
【請求項３】
前記保持手段と前記ノズルとの係合状態を保持する係合保持手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル脱着機構。
【請求項４】
前記係合保持手段は、前記操作体を付勢するバネおよび／または前記加工ヘッド本体からノズルへ供給されるアシストガスであることを特徴とする請求項３に記載のノズル脱着機構。
【請求項５】
前記操作体を自動的に進退させる制御手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のノズル脱着機構。
【請求項６】
前記操作体が流体圧によって進退するピストンであり、前記制御手段は、ピストンに対する流体の給排を制御することを特徴とする請求項５に記載のノズル脱着機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置の加工ヘッドに設けられ、ノズルを加工ヘッドに対して着脱するためのノズル脱着機構に関する。
【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。そのため、工具（治具）を必要とする場合もあり、ノズルの交換作業に時間がかかる。また、工具が必要な場合には、工具の管理も必要となる。
【０００５】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、工具を用いることなく、ノズルを加工ヘッド本体側に対して簡単に脱着することができるレーザ加工装置のノズル脱着機構を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、レーザ加工装置の加工ヘッドに設けられ、レーザビームをワークへ照射するノズルを、加工ヘッド本体に対して脱着するためのノズル脱着機構において、前記加工ヘッド本体にレーザビームの光軸と同心に設けられ、内側に前記ノズルが同心に嵌合される筒部と、前記筒部に設けられ、前記筒部の内側に嵌合された前記ノズルと係脱可能に係合して前記ノズルを前記筒部に対して保持する保持手段と、前記筒部の外側に該筒部と同心に回転可能に嵌合され、かつ、それ自身回転することによって、前記保持手段を、前記ノズルと係合する係合位置と、前記ノズルとの係合状態を解除可能な係合解除位置とに位置させることができる回転筒と、前記加工ヘッド本体に設けられ、直線的に進退する操作体と、前記操作体の進退動作を前記回転筒の回転動作に変換する手段とを具備することを特徴とする。
また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記保持手段は、前記筒部の穴に該筒部の内側および外側に突没自在に保持され、前記ノズルの外周面に形成された凹溝に係脱可能に係合する球であり、前記回転筒は、それ自身回転することによって、前記球を、その内周面により前記筒部の内側に突出させることにより前記ノズルの凹溝と係合する係合位置と、その内周面に形成された溝に落ち込ませて前記筒部の内側から退避させることにより前記ノズルの凹溝との係合状態を解除可能な係合解除位置とに位置させるものであることを特徴とする。
【０００７】
この請求項１および請求項２に記載された発明においては、単に操作体を進退させるだけのワンウェイ操作で、加工ヘッド本体に対してノズルを脱着することができる。そのため、脱着作業が極めて簡単であり、従来のように工具を使用したネジ回し操作によってノズルを外すという煩雑な作業を行なわずに済む。
【０００８】
また、請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記保持手段と前記ノズルとの係合状態を保持する係合保持手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この請求項３に記載された発明においては、ノズルを加工ヘッド本体に対して確実に固定することができる。なお、請求項４に記載の発明のように、前記係合保持手段としては、前記操作体を付勢するバネや、前記加工ヘッド本体からノズルへ供給されるアシストガスを利用することができる。特に、バネとアシストガスとを併用すれば、ノズルの保持力を飛躍的に高めることができる。
【００１０】
また、請求項５に記載された発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載された発明において、前記操作体を自動的に進退させる制御手段を備えていることを特徴とする
また、請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記操作体が流体圧によって進退するピストンであり、前記制御手段は、ピストンに対する流体の給排を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項５および請求項６に記載された発明においては、操作体を自動で進退させることができるため、ノズルを自動で脱着させることが可能になる。したがって、ノズル交換を更に簡単に行なうことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の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。
【００１３】
レーザビームＬＢは、レーザ加工機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、強度調整装置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。
【００１４】
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。
【００１５】
図２には、レーザ加工機１の加工ヘッド１１の詳細な構成が示されている。ここで、図２の（ａ）は、加工ヘッド１１の縦断面図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図２の（ｃ）は図２の（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図２の（ｄ）は図２の（ｃ）のＤ部の拡大断面図である。
【００１６】
図示のように、加工ヘッド１１は、加工ヘッド本体２０の下部のハウジング２１に、後述するノズル脱着機構を介して、ノズル２５がハウジング２１に対し着脱自在に取り付けられて成るものである。ノズル２４は、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２４ａと、ハウジング２１に取り付けられる取付端部２４ｂとを有している。また、ハウジング２１には、ノズル２４の取付端部２４ｂに形成された位置決め凹部４２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）凸状の内筒部２１ａが下方に突出して設けられている。なお、内筒部２１ａの外周には、ノズル２４が内筒部２１ａと係合した際にノズル２４とハウジング２１との間で圧縮されるバネ３１が巻装されている。この場合、バネ３１は、ハウジング２１に固定されたバネ抑え部材３２によって保持されており、これにより、内筒部２１ａからの脱落が防止されている。
【００１７】
また、ハウジング２１には、内筒部２１ａの外側にこれと略同心的に位置する凸状の外筒部２１ｂが下方に突出して設けられている。この外筒部２１ｂは、内筒部２１ａと係合するノズル２４の取付端部２４ｂの周囲を外側から覆うように延びており、ノズル２４を保持する保持手段としての複数の球２５を有している。この場合、球２５は、図２の（ｃ）に示されるように、ハウジング２１の径方向に貫通して形成され且つハウジング２１の周方向に互いに所定の間隔で離間して位置された複数の穴４４内に嵌め込み保持されており、後述する回転筒２３の作用により穴４４から外筒部２１ｂの内側空間内に対して突没自在となっている。そして、球２５は、ノズル２４の外周面に形成された対応する凹溝２４ｃと係合することにより、ノズル２４を軸方向に位置決めして保持する。なお、外筒部２１ｂの内側空間内への球２５の突出量を規制するために、外筒部２１ｂの内面には、図２の（ｄ）に示されるように、穴４４を部分的に閉塞する抜け止め部４５が設けられている。
【００１８】
ハウジング２１の外筒部２１ｂの外周には、外筒部２１ｂに保持された球２５を径方向外側から抑え且つ球２５を外筒部２１ｂの内側空間内に対して突没させる回転可能な回転筒（回転体）２３が嵌合されている。図３に明確に示されるように、回転筒２３は、ハウジング２１の外筒部２１ｂの外周面と接するその内周面に、外筒部２１ｂの各穴４４に対応して形成された複数の溝４６を有している。これらの溝４６は、穴４４と同じピッチで、回転筒２３の周方向に互いに離間して設けられている。このような構成では、回転筒２３の溝４６を除く内周面部位４７が、外筒部２１ｂの穴４４と対向してこれを外側から塞ぐように位置されると（図２の（ｄ）の状態）、穴４４内に保持された球２５は、回転筒２３の内周面部位４７によって径方向外側から径方向内側へと押し出されて、外筒部２１ｂの内側空間内に所定量突出する（無論、この場合、球２５の突出量は抜け止め部４５によって規制される）。一方、その状態から回転筒２３を回転させて溝４６を穴４４と対向するように位置させると、球２５を溝４６に落ち込ませて外筒部２１ｂの内側空間内から退避させることができる。
【００１９】
なお、回転筒２３は、ハウジング２１に固定された保持体２２によって回転可能に保持されている。すなわち、回転筒２３は、ハウジング２１と保持体２２との間で挟持されつつ、これらの部材２１，２２によって案内されながら回転方向に摺動できる。
【００２０】
図２の（ａ）および図２の（ｂ）に明確に示されるように、ハウジング２１内には、操作体としてのピストン２７が進退自在に配設されている。この場合、ピストン２７は、ハウジング２１に形成された空間Ｓ内に摺動可能に収容されており、ハウジング２１にガイドされながら直線的に進退できる。また、ピストン２７の一端にある操作端部２７ａは、ハウジング２１の外部に突出しており、ハウジング２１の外部からピストン２７を進退操作できるようになっている。
【００２１】
ピストン収容空間Ｓ内には、ピストン２７とハウジング２１との間に位置して、ピスト２７を空間Ｓ内から外部に突出させる方向（図中Ｃ方向）に付勢するバネ（係合保持手段）２８が配設されている。また、バネ２８の付勢力によってピストン２７が空間Ｓから抜け出さないように、ハウジング２１には、空間Ｓ内からのピストン２７の抜けを防止する抜け止め部材２９が固定されている。この場合、ピストン２７の操作端部２７ａは、抜け止め部材２９を通じて外部に突出しており、この抜け止め部材２９によってハウジング２１からの突出量が規制されている。
【００２２】
また、回転筒２３にはピン２６が固定されている。このピン２６は、ハウジング２１のピストン収容空間Ｓ内に突出するとともに、ピストン２１に形成された長穴５０と係合している。この長穴５０は回転筒２３の径方向に延びており、ピン２６はこの長穴５０内で回転筒２３の径方向に移動することができる。
【００２３】
次に、ハウジング２１に対するノズル２４の脱着方法について説明する。
まず、ピストン２７がバネ２８の付勢力によって抜け止め部材２９に当てられた図２の（ｂ）に示される状態では、回転筒２３の溝４６を除く内周面部位４７が、外筒部２１ｂの穴４４と対向してこれを外側から塞ぐように位置されるようになっている（図２の（ｄ）の状態）。したがって、穴４４内に保持された球２５は、回転筒２３の内周面部位４７によって径方向外側から径方向内側へと押し出され、外筒部２１ｂの内側空間内に所定量突出している。この時、ノズル２４の位置決め凹部４２とハウジング２１の内筒部２１ａとが係合していれば、球２５とノズル２４の凹溝２４ｃとが係合して、ノズル２４がハウジング２１に対して固定的に取り付けられた状態となる。その状態が図２の（ａ）に示されている。
【００２４】
続いて、この取り付け状態でハウジング２１からノズル２４を取り外す場合には、バネ２８の付勢力に抗してピストン２７の操作端部２７ａを指で空間Ｓ内に（Ｃ方向と逆方向に）押し込む。このピストン２７の直線的な移動により、ピストン２７の長穴５０に係合するピン２６もピストン２７とともに直線的に移動し、これにより、ピン２６に固定された回転筒２３が回転する。また、この時、ピン２６は、回転筒２３の回転に伴って、長穴５０内で回転筒２３の径方向に移動する。すなわち、ピン２６は、長穴５０と協働して、ピストン２７の直線的な動きを回転筒２３に伝達して、回転筒２３を回転させる（ピストン２７の直線運動を回転筒２３の回転運動に変換する）。
【００２５】
このようにして回転筒２３が回転されると、例えばピストン２７がその所定のストロークの終端に達した時点で、回転筒２３の各溝４６がハウジング２１の外筒部２１ｂの各穴４４と対向する。これにより、ノズル２４を介して常時バネ３１から付勢力を受けている穴４４内の球２５は、回転筒２３の内周面部位４７からの拘束力を失ったことにより、溝４６に落ち込んで係合し、外筒部２１ｂの内側空間内から退避するようになる。したがって、球２５とノズル２４の凹溝２４ｃとの係合が解除され、球２５によってノズル２４を保持する力がなくなる。そして、保持力を失ったノズル２４は、バネ３１の付勢力によって外筒部２１ｂの内側空間から押し出され、ノズル２４の位置決め凹部４２とハウジング２１の内筒部２１ａとの係合が解除される。すなわち、ハウジング２１からノズル２４が取り外される。
【００２６】
一方、ノズル２４をハウジング２１に取り付ける場合には、バネ２８の付勢力に抗してピストン２７の操作端部２７ａを指で空間Ｓ内に（Ｃ方向と逆方向に）押し込んで、回転筒２３の各溝４６をハウジング２１の外筒部２１ｂの各穴４４に対向させ、球２５を外筒部２１ｂの内側空間内から退避させられるようにしておく。そして、その状態を保持したまま、すなわち、ピストン２７を指で押したまま、ノズル２４の取付端部２４ｂを下方から外筒部２１ｂの内側空間内に押し込み、ノズル２４の位置決め凹部４２とハウジング２１の内筒部２１ａとを係合させる。この時、球２５は、ノズル２４によって外筒部２１ｂの内側空間から退避されるように押し出されて、回転筒２３の溝４６内に落ち込むようになる。そして、その状態で、ピストン２７の操作端部２７ａから指を離すと、ピストン２７は、バネ２８の付勢力によって元の突出位置に戻り、これにより、ピン２６を介して回転筒２３が回転し、回転筒２３の溝４６を除く内周面部位４７が、外筒部２１ｂの穴４４と対向してこれを外側から塞ぐように位置される（図２の（ｄ）の状態）。そのため、球２５は、回転筒２３の内周面部位４７によって径方向外側から径方向内側へと押し出され、穴４４と対向して位置するノズル２４の凹溝２４ｃと係合する。これにより、ノズル２４がハウジング２１に対して固定的に取り付けられる（図２の（ａ）の状態）。
【００２７】
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、加工ヘッド本体２０のハウジング２１に設けられ且つノズル２４と係脱可能に係合してノズル２４を加工ヘッド本体２０のハウジング２１に対して保持する保持手段としての球２５と、それ自身回転することによって、球２５を、ノズル２４と係合する係合位置と、ノズル２４との係合状態を解除可能な係合解除位置とに位置させることができる回転体としての回転筒２３と、加工ヘッド本体２０のハウジング２１に設けられ且つ直線的に進退する操作体としてのピストン２７と、ピストン２７の進退動作を回転筒２３の回転動作に変換するピン２６および長穴５０とを具備している。
【００２８】
したがって、単にピストン２７を押し込むだけのワンプッシュ操作で、加工ヘッド本体２０のハウジング２１に対してノズル２４を脱着することができる。そのため、脱着作業が極めて簡単であり、従来のように工具を使用したネジ回し操作によってノズルを外すという煩雑な作業を行なわずに済む。
【００２９】
また、本実施形態では、バネ２８によって球２５とノズル２４との係合状態が保持されるようになっている。したがって、ノズル２７をハウジング２１に対して確実に固定することができる。
【００３０】
図４には、前述した実施形態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。
この変形例では、ハウジング２１に形成されたガス穴６３（図２の（ｂ）にも図示されている）を通じてピストン２７に流体圧を作用させることにより、ピストン２７をバネ２８の付勢力に抗する方向（Ｃ方向と逆方向）に移動させるようになっている。具体的には、方向切換弁およびガス供給源（いずれも図示せず）を含む公知のガス給排回路をガス穴６３に接続するとともに、前記方向切換弁の切換えを図示しない制御装置で制御することにより、ピストン２７に対するガスの給排を制御して、ピストン２７を自動的に進退させるようにする。なお、その他の構成は前述した実施形態と同一である。
【００３１】
このような構成では、ピストン２７を指で操作することなく自動で進退させることができるため、ノズル２４を自動で脱着させることが可能になる。したがって、ノズル交換を更に簡単に行なうことができる。なお、本変形例の場合には、ガス穴６３を通じて流れるガスが外部に漏れないように、ハウジング２１とピストン２７および抜け止め部材２９との間にＯリング等のシール部材７５，７６，７７を介挿することが望ましい。
【００３２】
また、前述した実施形態では、図２の（ｂ）に示されるように、レーザビームＬＢおよびこれを補助するアシストガスが流れるハウジング２１の通路６０を接続通路６２を介してピストン収容空間Ｓに連通させ、空間Ｓ内に流入するアシストガスをバネ２８の付勢方向と同じ方向でピストン２７に作用させるようにしても良い。このようにすれば、ノズル２８の保持力を更に強くすることができ、レーザ加工中におけるノズル２４の不意な落下を防止することができる。この構成は、特に前述したノズル自動脱着の変形例に適用すると、バネ２８だけに頼らないで済むため、有益である。なお、この構成においては、アシストガスをシールするためにハウジング２１とピストン２７との間にＯリング等のシール部材６５を介挿することが望ましい。
【００３３】
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、球２５によってノズル２４が保持されているが、球に限らず、ノズル２４と係脱可能に係合してノズルを保持できれば、どのようなものであっても良い。また、前述した実施形態では、ピストン２７の進退動作がピン２６を介して回転筒２３の回転動作に変換されているが、進退動作を回転動作に変換できれば、公知のどのような機構を採用しても構わない。また、前述した実施形態では、ノズル２４と球２５との係合状態がバネ２８によって保持されているが、係合状態の保持は、バネに限らず、公知の様々な手段によって実現できることは言うまでもない。また、ピストン２７を自動的に進退させる手段は、ガスに限らず、公知のどのような手段を用いても構わない。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に記載された発明によれば、単に操作体を進退させるだけのワンウェイ操作で、加工ヘッド本体に対してノズルを脱着することができる。そのため、脱着作業が極めて簡単であり、従来のように工具を使用したネジ回し操作によってノズルを外すという煩雑な作業を行なわずに済む。
請求項３および請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、ノズルを加工ヘッド本体に対して確実に固定することができる。
請求項５および請求項６に記載された発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、操作体を自動で進退させることができるため、ノズルを自動で脱着させることが可能になる。したがって、ノズル交換を更に簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、加工ヘッドの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ部の拡大断面図である。
【図３】回転筒の部分斜視図である。
【図４】ピストン周辺の変形例に係る構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１    レーザ加工機（レーザ加工装置）
２０    加工ヘッド本体
２４    ノズル
２３    回転筒（回転体）
２５    球（保持手段）
２６    ピン
２７    ピストン（操作体）
５０    長穴
【図１】
0004198922.tif 000002
【図２】
0004198922.tif 000003
【図３】
0004198922.tif 000004
【図４】
0004198922.tif 000005