(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルをノズル被連結部に連結するための連結機構であって、
円形の開口を備える円環状の弾性体と、ノズル被連結部に接続されると共に該弾性体を収容する弾性体収容具と、該弾性体収容具に係合して該弾性体収容具に収容された該弾性体を変形させる弾性体変形具と、を備え、
該弾性体収容具は、ボス部と、該ボス部を囲繞するように複数形成された係合部と、該ボス部の外側面と複数の該係合部の内側面とで形成され該弾性体の外周面の一部を露出させつつ収容する収容室と、を備え、
該弾性体変形具は、周方向に複数形成され該弾性体収容具の該係合部が係合する係合孔と、周方向において該係合孔に隣接するように形成され該弾性体の外周面に当接し該弾性体の一部を径方向内側に押圧する押圧部と、を備え、
該弾性体収容具の該収容室に収容された該弾性体の該開口に該ノズルの一端側を挿入した状態で、該弾性体変形具を該弾性体収容具に係合させて該押圧部を該弾性体の露出した外周面に当接させることで、該弾性体の一部が該押圧部により径方向内側に押されて出っ張り該ノズルの外側面に形成された窪みに入り込み該ノズルをチャッキングする連結機構。
【請求項２】
前記弾性体は、ガータースプリングである請求項１記載の連結機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等に配設されるノズルの着脱時に使用可能な連結機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザー加工機のレーザー加工ヘッドを構成するノズルを自動で交換できるようにしたノズルチェンジャーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなノズルチェンジャーに配設されノズルとノズルが連結されるノズル被連結部との連結を可能にする連結機構においては、主にボールロック機構が用いられている。しかし、ボールロック機構は、部品数が多く構造が複雑になり、また、連結作業時の工数が増えるという問題がある。
【０００５】
よって、レーザー加工機のノズルの着脱時等に機能する連結機構においては、部品数が多く構造が複雑とならないようにし、また、連結作業時の工数を少なくするという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は、ノズルをノズル被連結部に連結するための連結機構であって、円形の開口を備える円環状の弾性体と、ノズル被連結部に接続されると共に該弾性体を収容する弾性体収容具と、該弾性体収容具に係合して該弾性体収容具に収容された該弾性体を変形させる弾性体変形具と、を備え、該弾性体収容具は、ボス部と、該ボス部を囲繞するように複数形成された係合部と、該ボス部の外側面と複数の該係合部の内側面とで形成され該弾性体の外周面の一部を露出させつつ収容する収容室と、を備え、該弾性体変形具は、周方向に複数形成され該弾性体収容具の該係合部が係合する係合孔と、周方向において該係合孔に隣接するように形成され該弾性体の外周面に当接し該弾性体の一部を径方向内側に押圧する押圧部と、を備え、該弾性体収容具の該収容室に収容された該弾性体の該開口に該ノズルの一端側を挿入した状態で、該弾性体変形具を該弾性体収容具に係合させて該押圧部を該弾性体の露出した外周面に当接させることで、該弾性体の一部が該押圧部により径方向内側に押されて出っ張り該ノズルの外側面に形成された窪みに入り込み該ノズルをチャッキングする連結機構である。
【０００７】
前記弾性体は、ガータースプリングであると好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
ノズルをノズル被連結部に連結するための本発明に係る連結機構は、円形の開口を備える円環状の弾性体と、ノズル被連結部に接続されると共に弾性体を収容する弾性体収容具と、弾性体収容具に係合して弾性体収容具に収容された弾性体を変形させる弾性体変形具と、を備え、弾性体収容具は、ボス部と、ボス部を囲繞するように複数形成された係合部と、ボス部の外側面と複数の係合部の内側面とで形成され弾性体の外周面の一部を露出させつつ収容する収容室と、を備え、弾性体変形具は、周方向に複数形成され弾性体収容具の係合部が係合する係合孔と、周方向において係合孔に隣接するように形成され弾性体の外周面に当接し弾性体の一部を径方向内側に押圧する押圧部と、を備え、弾性体収容具の収容室に収容された弾性体の開口にノズルの一端側を挿入した状態で、弾性体変形具を弾性体収容具に係合させて押圧部を弾性体の露出した外周面に当接させることで、弾性体の一部が押圧部により径方向内側に押されて出っ張りノズルの外側面に形成された窪みに入り込みノズルをチャッキングすることができるため、部品数がボールロック機構に比べて少なくなり構造が複雑とならず、また、ボールロック機構に比べて連結作業時の工数を少なくすることができる。
【０００９】
また、環状の弾性体が、ガータースプリングであることで、複数回チャッキング作業を連結機構において行った場合の弾性体の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】連結機構を構成する円環状の弾性体、弾性体収容具、及び弾性体変形具の一例を示す斜視図である。
【図２】円環状の弾性体の斜視図である。
【図３】ノズルを構成するノズルプラグが連結機構でチャッキングされる状態を説明する斜視図である。
【図４】ノズルを構成するノズルプラグが連結機構によってチャッキングされた状態を示す斜視図である。
【図５】ノズルプラグをチャッキングしている状態の連結機構内における変形した弾性体を説明する下面図である。
【図６】ノズルが連結機構によってノズル被連結部に連結された状態の一例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す連結機構１は、図１、２に示す円形の開口２００を中央に備える円環状の弾性体２０と、弾性体２０を収容する弾性体収容具３と、弾性体収容具３に係合して弾性体収容具３に収容された弾性体２０を変形させる弾性体変形具４と、を備えている。
【００１２】
円環状の弾性体２０は、本実施形態においてはＳＵＳ等で形成される無端のガータースプリングであるが、これに限定されず、弾性を備え円環状に形成された合成ゴムであってもよい。
【００１３】
弾性体収容具３は、例えば、ＳＵＳ等の金属で形成されており、円形略板状の基部３０と、基部３０から基部３０の厚み方向（Ｚ軸方向）に突設するように一体的に形成されたボス部３１と、ボス部３１を囲繞するように複数形成された係合部３４ａ及び係合部３４ｂと、ボス部３１の外側面と複数の係合部３４ａ及び係合部３４ｂの内側面とで形成され弾性体２０の外周面の一部を露出させつつ収容する収容室３５と、を備えている。
【００１４】
図１において−Ｚ方向に向かって突設された円筒形状のボス部３１は、例えば、円形略板状の基部３０よりも小径となっている。ボス部３１はその直径が一段縮径されており、その下面は、段状の段差面となっている。即ち、一段下方に位置する第一面３１１と第一面３１１よりも径方向外側でかつ上方に位置する第二面３１２とからなる。
ボス部３１の周囲には、複数（図１においては６つ）の係合部３４ａ及び係合部３４ｂが−Ｚ方向に基部３０から突設している。
【００１５】
例えば、係合部３４ａ及び係合部３４ｂの内側面は側面視略半円状に切り欠かれていることで、環状の弾性体２０が遊嵌する円弧状の溝３４０がそれぞれ形成されている。そして、該溝３４０が形成された係合部３４ａの内側面及び係合部３４ｂの内側面と、ボス部３１の第二面３１２と、ボス部３１の外側面とで囲まれた収容室３５が形成される。
収容室３５は、弾性体２０が収容室３５内で少なくとも径方向における変形を許容する余裕のある大きさとなっている。
【００１６】
本実施形態において、係合部３４ａと係合部３４ｂとは、ボス部３１の周方向に略６０度の間隔を空けて交互に計３つずつ配設されている。例えば、係合部３４ａの横幅は係合部３４ｂの横幅よりも大きく設定されている。収容室３５に収容された弾性体２０は、係合部３４ａと係合部３４ｂとの間から外周面の一部が露出した状態になる。なお、係合部３４ａと係合部３４ｂの数は、本例に限定されるものではない。
【００１７】
弾性体収容具３の中央部分には、例えばレーザー光等が通過可能な貫通孔３６が厚み方向に向かって貫通形成されている。貫通孔３６は、図３に示すノズルプラグ５０のプラグ開口５０ａに連通する。
【００１８】
弾性体変形具４は、例えば、ＳＵＳ等の金属からなり平面視略円環状に形成されている。そして、弾性体変形具４は、周方向に等間隔を空けて例えば３つ形成され弾性体収容具３の係合部３４ａが係合する係合孔４０ａ、及び周方向に等間隔を空けて３つ形成され弾性体収容具３の係合部３４ｂが係合する係合孔４０ｂを備えている。また、弾性体変形具４の中央には、図３に示すノズル５を構成するノズルプラグ５０が通過可能な変形具開口４７が形成されている。
【００１９】
弾性体変形具４は、周方向において係合孔４０ａ及び係合孔４０ｂに隣接するように形成され収容室３５に収容された弾性体２０の露出する外周面に当接し弾性体２０の一部を径方向内側に押圧する押圧部４２を備えている。押圧部４２は、弾性体変形具４の内周面から径方向内側に例えば平面視略台形状に突設して形成されたものである。
【００２０】
例えば、弾性体変形具４の基部３０に当接する固定端面（図１における＋Ｚ方向側を向く上端面）に対して反対側の自由端面側（図１おける−Ｚ方向側を向く下端面側）には、チャッキングを行う弾性体２０が弾性体収容具３の厚み方向（図１におけるＺ軸方向）に変形してしまうことを規制する規制部４４が形成されている。規制部４４は、押圧部４２からさらに径方向内側向かって突き出るように形成されている。規制部４４によって、チャッキングを行う弾性体２０の変形を径方向に限定することができる。なお、弾性体変形具４は、規制部４４を備えていなくても良い。
【００２１】
図３に示す略円筒形状のノズルプラグ５０の外周面には、例えば、ノズルプラグ５０の長手方向（Ｚ軸方向）に所定間隔を空けて複数のＯリング収容溝５０２が形成されており、該Ｏリング収容溝５０２にゴム等からなるＯリングが取り付けられる。ノズルプラグ５０の外径は、例えば、約２０ｍｍである。
【００２２】
ノズルプラグ５０の外周面の上端側の領域には、変形した弾性体２０の出っ張りが入り込む窪み５０４が形成されている。本実施形態において、該窪み５０４は一条の円環状の溝となっているが、これに限定されず、ノズルプラグ５０の周方向に等間隔を開けて形成された弧状の穴であってもよい。
【００２３】
以下に、図３に示すノズル５を構成するノズルプラグ５０を、連結機構１を用いてチャッキングする場合について説明する。
図３に示すように、弾性体収容具３の収容室３５には弾性体２０が収容された状態になっており、弾性体２０は、その外周面の一部が収容室３５から露出している。
例えば、下方側（−Ｚ方向側）からノズルプラグ５０の一端側（上端側）が、弾性体２０の円形の開口２００（図２参照）とボス部３１の外側面との間に挿入される。その結果、弾性体２０は、係合部３４ａ及び係合部３４ｂの内側面に形成された溝３４０側に入り込むように移動し、また、弾性体２０の円形の開口２００（図２参照）の中心と、ボス部３１の中心と、ノズルプラグ５０の中心とは略合致した状態になる。
【００２４】
ノズルプラグ５０が上記のように弾性体２０の円形の開口２００内に挿入され、かつ、ノズルプラグ５０のプラグ開口５０ａ内にボス部３１が入り込んだ状態において、収容室３５内の弾性体２０は、収容室３５内において変形はしておらず径方向に移動可能となっている。また、弾性体２０の内周面とノズルプラグ５０の窪み５０４とは水平面内（Ｘ軸Ｙ軸平面内）で対向した状態になる。さらに、ノズルプラグ５０のプラグ開口５０ａは弾性体収容具３の貫通孔３６と連通する。
【００２５】
次に、弾性体変形具４が、規制部４４が下側に位置する状態で、弾性体収容具３の下方に位置づけられ、変形具開口４７の中心がノズルプラグ５０に合わせられると共に、係合部３４ａに対して係合孔４０ａが合わせられ、かつ係合部３４ｂに対して係合孔４０ｂが合わせられる。この状態で、弾性体変形具４が持ち上げられて、図４に示すように弾性体収容具３に係合する。
【００２６】
弾性体変形具４が弾性体収容具３に係合すると、ノズルプラグ５０が弾性体変形具４から下方に突出する。また、図３に示す押圧部４２が、収容室３５から露出した弾性体２０の外周面に当接すると共に、押圧部４２によって弾性体２０の一部が周方向に所定間隔を空けて径方向内側に向かって押されることで、図５に示す出っ張り２０４を形成する。本実施形態においては、出っ張り２０４は、押圧部４２の数と同数６つ形成される。また、弾性体２０に形成された出っ張り２０４と交互に、弾性体２０の一部が径方向外側に凹み、弾性体収容具３の係合部３４ａの溝３４０内の奥側に入り込み、弾性体２０の変形が許容される。
【００２７】
図５に示す弾性体２０に形成された各出っ張り２０４が、図３に示すノズルプラグ５０の窪み５０４に入り込み嵌合することで、連結機構１によってノズルプラグ５０がチャッキングされて、ノズルプラグ５０が落下しないようになる。
【００２８】
次に、連結機構１が、図６に示すレーザー加工手段８に配設される場合について説明する。
図６に示すようにノズルプラグ５０は、例えば、レーザー加工手段８に配設されるノズル５を構成する。レーザー加工手段８は、先に説明した連結機構１と、ノズル５と、ノズル５が連結機構１を介して連結されるノズル被連結部６と、連結機構１の弾性体変形具４を上下動させる変形具上下動機構７と、を少なくとも備えており、被加工物である金属板にレーザー光線の照射を行い、金属板を溶融しながら切断することができる。
【００２９】
図６に示すノズル５は、レーザー光線を照射可能で、かつ静電容量を計測可能なノズルチップ５１と、下端側にノズルチップ５１が接続されると共に上端側が連結機構１によって先に説明したようにチャッキングされたノズルプラグ５０とを備えている。
図３、６に示すように、ノズルプラグ５０の内周面には、ねじ溝５０１が切られており、ノズルチップ５１の外周面に形成されたねじ５１１をねじ溝５０１に螺合させることで、ノズルプラグ５０の下端側にノズルチップ５１を接続させることができる。ノズルチップ５１は、その先端側（下端側）が、例えば、縦断面が逆さ台形状に形成されている。
ノズルプラグ５０の外周面に形成されたＯリング収容溝５０２には、ゴム等からなるＯリング５０３が取り付けられた状態になっている。
【００３０】
ノズル被連結部６は、例えば、略円柱状のケーシングであり、その内部の上方側に図示しないビームスプリッターや集光レンズ等の光学系を備えており−Ｚ方向に向かってレーザー光線を照射して、ノズルチップ５１の下方の集光点にレーザー光線を集光できる。
例えば、ノズル被連結部６の側面には、ノズル被連結部６の内部にアシストガスを注入できるガス挿入管６０が連通している。
【００３１】
ノズル被連結部６の下面側に連結機構１の弾性体収容具３の基部３０が図示しない固定ボルト等によって固定されている。また、ノズル被連結部６の下面側には、連結機構１の弾性体変形具４を上下動させる変形具上下動機構７が取り付けられている。
変形具上下動機構７は、例えば、ノズル被連結部６の下面に接続され、かつ、連結機構１が内側に配設されたケーシング７３と、コンプレッサー等で構成されるエア供給源７０と、エア供給源７０に連通しエア供給源７０から供給された所定圧力のエア（例えば０．５ＭＰａ）をケーシング７３側へと送り込むエア供給管７１とを備えている。
【００３２】
ケーシング７３内部には、弾性体変形具４の上下動を許容する大きさの可動空間７３３が形成されており、弾性体変形具４は、可動空間７３３を構成するケーシング７３の内側壁に外側面が摺動するように上下動可能となっている。図６に示す例においては、例えば、弾性体変形具４の外周面には、Ｏリング収容溝が形成されており、該Ｏリング収容溝に密閉性を向上させるＯリング７３７が入れ込まれている。また、図６に示す例において、例えば、弾性体変形具４の上端面には、バネ収容孔４６が周方向に均等間隔を空けて複数形成されており、各バネ収容孔４６にＺ軸方向に伸縮する圧縮コイルバネ４８が入れ込まれている。そして、レーザー加工手段８が加工を行っていない状態では、可動空間７３３内において、圧縮コイルバネ４８が弾性体変形具４を下方（−Ｚ方向）に付勢して、ノズル５のノズルプラグ５０が連結機構１でチャッキングされた状態を維持している。なお、バネ収容孔４６は、円環状の溝であってもよく、該溝に弾性体収容具３の外側面をバネ内側面で囲繞するように一本の圧縮コイルバネ４８が収容されていてもよい。
【００３３】
図６においては、連結機構１によってノズル５のノズルプラグ５０がチャッキングされている状態になっている。即ち、弾性体収容具３の収容室３５（図６には不図示）に収容された弾性体２０の円形の開口２００にノズル５の一端側（上端側）となるノズルプラグ５０を挿入した状態で、圧縮コイルバネ４８の付勢力で−Ｚ方向に押される弾性体変形具４を弾性体収容具３に係合させて押圧部４２を弾性体２０の露出した外周面に当接させることで、弾性体２０の一部が押圧部４２により径方向内側に押されて出っ張り２０４（図５参照）を形成し、出っ張り２０４がノズルプラグ５０の外側面に形成された窪み５０４に入り込み、ノズル５をチャッキングしている。これによって、ノズル５とノズル被連結部６とが連結機構１を介して連結された状態になっている。
【００３４】
例えば、図６に示す例においては、弾性体収容具３の基部３０から径方向外側に延出されたフランジ部３０１に貫通孔３０２が周方向に等間隔を開けて複数形成されている。そして、レーザー加工手段８が被加工物を加工する際において、ノズル被連結部６の内部に注入されたアシストガスの一部が、貫通孔３０２を通り可動空間７３３内に流れていき、該アシストガスの圧力によって、圧縮コイルバネ４８で下方に付勢されている弾性体変形具４がさらに下方に付勢されるため、連結機構１によるノズル５のチャッキング保持力が向上する。
【００３５】
図６に示すレーザー加工手段８における通常状態、即ち、連結機構１によってノズル５がチャッキングされている状態から、ノズル５が取り外される場合について説明する。
例えば、図６に示すエア供給源７０が、所定圧力のエア（例えば、０．５ＭＰａ）を送出して、該エアがエア供給管７１からケーシング７３内に送り込まれる。該エアは、ケーシング７３内のエア流路７３５を通り、弾性体変形具４よりも下方側の空間に封入される。そして、該エアの圧力によって弾性体変形具４が可動空間７３３内を圧縮コイルバネ４８の付勢力に抗して上方に押し上げられる。これによって、押圧部４２による弾性体２０の押圧が解除されて、弾性体２０が環状に戻され、出っ張り２０４が解消されることで、弾性体２０がノズルプラグ５０の窪み５０４から外れる。即ち、ノズル５の連結機構１によるチャッキングが解除される。
【００３６】
上記のように、ノズル５をノズル被連結部６に連結するための本発明に係る連結機構１は、円形の開口２００を備える円環状の弾性体２０と、ノズル被連結部６に接続されると共に弾性体２０を収容する弾性体収容具３と、弾性体収容具３に係合して弾性体収容具３に収容された弾性体２０を変形させる弾性体変形具４と、を備え、弾性体収容具３は、ボス部３１と、ボス部３１を囲繞するように複数形成された係合部３４ａ、３４ｂと、ボス部３１の外側面と複数の係合部３４ａ、３４ｂの内側面とで形成され弾性体２０の外周面の一部を露出させつつ収容する収容室３５と、を備え、弾性体変形具４は、周方向に複数形成され弾性体収容具３の係合部３４ａ、３４ｂが係合する係合孔４０ａ、４０ｂと、周方向において係合孔４０ａ、４０ｂに隣接するように形成され弾性体２０の外周面に当接し弾性体２０の一部を径方向内側に押圧する押圧部４２と、を備え、弾性体収容具３の収容室３５に収容された弾性体２０の開口２００にノズル５の一端側となるノズルプラグ５０を挿入した状態で、弾性体変形具４を弾性体収容具３に係合させて押圧部４２を弾性体２０の露出した外周面に当接させることで、弾性体２０の一部が押圧部４２により径方向内側に押されて出っ張り２０４が形成されて、出っ張り２０４がノズルプラグ５０の外側面に形成された窪み５０４に入り込みノズル５をチャッキングすることができるため、部品数がボールロック機構に比べて少なくなり構造が複雑とならず、また、ボールロック機構に比べて連結作業時の工数を少なくすることができる。また、ボールロック機構のノズルプラグ５０に接触するボールに比べて、連結機構１の環状の弾性体２０の方がノズルプラグ５０との接点が多くなるため、より確実にノズル５をチャッキング可能となる。
なお、ノズル５のノズルプラグ５０の形状が本実施形態のように円筒状となっていなくても、環状の弾性体２０はノズルプラグの例えば角筒状の形態に合わせて変形させることが可能であるため、ボールロック機構ではチャッキングできない角筒状のノズルプラグ等も連結機構１はチャッキング可能である。
【００３７】
また、環状の弾性体２０が、ガータースプリングであることで、複数回チャッキング作業を連結機構１において行った場合の、弾性体２０の劣化を抑えることができる。
【００３８】
なお、本発明に係る連結機構１は上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている連結機構１によって連結されるノズル５及びノズル被連結部６の構成も、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
【００３９】
例えば、連結機構１は、エンドミルやドリル等の切削工具を切削工具被連結部に連結する場合に用いられてもよい。また、連結機構１は、金属配管又はダクトホース等の工業用配管又は家庭用配管を配管被連結部に連結する場合に用いられてもよい。上記のいずれの場合においても、例えば、作業者の手作業によって弾性体変形具４を弾性体収容具３に係合させてチャッキングが行われる。
【符号の説明】
【００４０】
１：連結機構
２０：円環状の弾性体（ガータースプリング）  ２００：円形の開口  ２０４：出っ張り
３：弾性体収容具  ３０：基部  ３０１：フランジ部  ３０２：貫通孔  ３１：ボス部  ３１１：第一面  ３１２：第二面  ３４ａ、３４ｂ：係合部  ３４０：溝  ３５：収容室  ３６：貫通孔
４：弾性体変形具  ４０ａ、４０ｂ：係合孔  ４２：押圧部  ４４：規制部  ４７：変形具開口  ４６：バネ収容孔  ４８：圧縮コイルバネ
５：ノズル  ５０：ノズルプラグ  ５０１：ねじ溝  ５０２：Ｏリング収容溝  ５０４：窪み  ５１：ノズルチップ  ５１１：ねじ
８：レーザー加工手段
６：ノズル被連結部  ６０：ガス挿入管
７：変形具上下動機構  ７３：ケーシング  ７３７：Ｏリング  ７３３：可動空間  ７３５：エア流路  ７１：エア供給管  ７０：エア供給源
【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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