特許 7565535 レーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/16 20060101AFI20241004BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B23K26/16

B23K26/142

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020185370

(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公開番号】P2022074931

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-08-09

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 渉

(72)【発明者】

【氏名】村山 直寛

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５２６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３０１９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００６／０３８６７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３２０１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１２２６８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの加工点にレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置であって、
エアを吸い込む吸込孔と、該吸込孔から吸い込んだエアを吹き出す吹出孔とを有し、前記レーザ加工ヘッドの出射端よりも下流側で、前記レーザ光の出射方向と交差する方向にエアを吹き出すブローノズルと、
前記吸込孔に対向して配置され、該吸込孔を覆うカバーとを備えた
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記ブローノズルから吹き出すエアの吹き出し角度を調整する調整機構を備え、
前記カバーは、前記調整機構の少なくとも一部を覆っている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記カバーは、
一対の側壁部と、
前記側壁部同士を開閉可能に支持するヒンジ部と、
前記側壁部同士を閉じた状態で固定する固定部とを有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記レーザ加工ヘッドの出射端から前記レーザ光の出射方向に延びる筒状の部材で形成され、該出射方向の下流側に開口する吹出口からエアを吹き出すセンタノズルと、
前記センタノズルに取り付けられ、前記ブローノズルを支持する支持部材とを備え、
前記カバーは、前記支持部材の少なくとも一部を覆っている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、溶接ワイヤ送給部からワイヤガイド部を経て送給される溶接ワイヤの先端部に熱加工用ビームを照射して、ワーク（被溶接材）の溶接を行う溶接装置が開示されている。また、特許文献１には、ワイヤノズルの先端に複数の気体噴出口を設けた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０２－１２７９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の発明では、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームがワイヤノズルの気体噴出口に付着して、気体噴出口が詰まってしまうおそれがある。

【0005】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ加工装置の構成部品にスパッタが付着することによる不具合を抑えることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、ワークの加工点にレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置であって、エアを吸い込む吸込孔と、該吸込孔から吸い込んだエアを吹き出す吹出孔とを有し、前記レーザ加工ヘッドの出射端よりも下流側で、前記レーザ光の出射方向と交差する方向にエアを吹き出すブローノズルと、前記吸込孔に対向して配置され、該吸込孔を覆うカバーとを備えたことを特徴とする。

【0007】

第１の発明では、ブローノズルは、吸込孔と吹出孔とを有する。ブローノズルは、レーザ加工ヘッドの出射端よりも下流側で、レーザ光の出射方向と交差する方向に、吸込孔から吸い込んだエアを吹出孔から吹き出す。カバーは、吸込孔に対向して配置され、吸込孔を覆っている。

【0008】

このように、ブローノズルの吸込孔をカバーで覆うことで、吸込孔にスパッタが付着するのを抑えることができる。吸込孔が詰まらないようにすることで、ブローノズルからエアを吹き出すことができなくなるという不具合を抑えることができる。

【0009】

第２の発明は、第１の発明において、前記ブローノズルから吹き出すエアの吹き出し角度を調整する調整機構を備え、前記カバーは、前記調整機構の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする。

【0010】

第２の発明では、調整機構の少なくとも一部をカバーで覆うことで、調整用のボルト等にスパッタが付着するのを抑えることができる。これにより、調整機構のボルトが回らなくなるという不具合を抑えることができる。

【0011】

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記カバーは、一対の側壁部と、前記側壁部同士を開閉可能に支持するヒンジ部と、前記側壁部同士を閉じた状態で固定する固定部とを有することを特徴とする。

【0012】

第３の発明では、ヒンジ部によって、カバーの側壁部同士が開閉可能に支持される。固定部によって、カバーの側壁部同士が閉じた状態で固定される。

【0013】

これにより、固定部を取り外し、カバーの側壁部を開くことで、レーザ加工装置から容易にカバーを取り外すことができる。

【0014】

第４の発明は、第１乃至３の発明のうち何れか１つにおいて、前記レーザ加工ヘッドの出射端から前記レーザ光の出射方向に延びる筒状の部材で形成され、該出射方向の下流側に開口する吹出口からエアを吹き出すセンタノズルと、前記センタノズルに取り付けられ、前記ブローノズルを支持する支持部材とを備え、前記カバーは、前記支持部材の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする。

【0015】

第４の発明では、センタノズルは、レーザ加工ヘッドの出射端からレーザ光の出射方向に延び、吹出口からエアを吹き出す。支持部材は、センタノズルに取り付けられ、ブローノズルを支持する。カバーは、支持部材の少なくとも一部を覆っている。

【0016】

このように、支持部材の少なくとも一部をカバーで覆うことで、調整用のボルト等にスパッタが付着するのを抑えることができる。これにより、支持部材のボルトが回らなくなるという不具合を抑えることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、レーザ加工装置の構成部品にスパッタが付着することによる不具合を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す側面図である。

【図2】カバーを取り付けた状態の第２吹出ノズルの構成を示す斜視図である。

【図3】カバーを取り外した状態の第２吹出ノズルの構成を示す斜視図である。

【図4】第２吹出ノズルの水平方向及び上下方向の位置を調整した状態を示す側面図である。

【図5】第２吹出ノズルの吹き出し角度を調整した状態を示す側面図である。

【図6】カバーを閉じた状態の構成を示す斜視図である。

【図7】カバーを開いた状態の構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0020】

図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ加工ヘッド１０と、ワイヤ送給ユニット２０と、エア供給部３０と、シールドガス供給部３５とを備える。

【0021】

レーザ加工ヘッド１０は、ワークＷの加工点Ｐにレーザ光Ｌを出射する。レーザ加工ヘッド１０は、コリメータレンズ１１と、フォーカスレンズ１２と、保護ガラス１３とを有する。

【0022】

コリメータレンズ１１は、図示しないファイバで伝送されたレーザ光Ｌを平行化する。フォーカスレンズ１２は、コリメータレンズ１１で平行化されたレーザ光Ｌを集光する。保護ガラス１３は、レーザ加工ヘッド１０内部に異物が侵入するのを抑える。

【0023】

ワイヤ送給ユニット２０は、一対の送給ローラ２２と、ワイヤ管２３とを有する。送給ローラ２２は、図示しない送給モータによって回転する。送給ローラ２２は、溶接用のワイヤ２１を加工点Ｐに向かって送給する。ワイヤ２１の先端部は、チップ２５に挿通される。チップ２５は、ワイヤ送給ユニット２０で送給されたワイヤ２１を加工点Ｐに案内する。

【0024】

シールドガスノズル３６には、シールドガス管３７が接続される。シールドガス管３７には、シールドガス供給部３５が接続される。シールドガスノズル３６は、シールドガス供給部３５から供給されたシールドガスを加工点Ｐに供給する。シールドガスにより、ワークＷの酸化を抑える。

【0025】

レーザ加工ヘッド１０には、第１吹出ノズル１５（センタノズル）が取り付けられる。第１吹出ノズル１５は、レーザ加工ヘッド１０の出射端からレーザ光Ｌの出射方向に延びる筒状の部材で形成される。第１吹出ノズル１５は、出射方向の下流側に吹出口１６が開口している。

【0026】

第１吹出ノズル１５は、筒状のキャップ部１７を有する。キャップ部１７は、第１吹出ノズル１５の吹出口１６に着脱可能に取り付けられる。これにより、キャップ部１７にスパッタやヒュームが付着して汚れたり、キャップ部１７が劣化した場合に、キャップ部１７のみを取り外して交換やクリーニングをすれば良いので、メンテナンス性が向上する。

【0027】

レーザ加工ヘッド１０の出射端の側面には、第１継手１４が接続される。第１継手１４には、第１エア供給管３１が接続される。第１エア供給管３１には、エア供給部３０が接続される。エア供給部３０から供給されたエアは、第１継手１４を介して、レーザ加工ヘッド１０の内部を通って第１吹出ノズル１５に供給される。第１吹出ノズル１５は、吹出口１６からワークＷの加工点Ｐに向かってエアを吹き出す。

【0028】

第１吹出ノズル１５からレーザ光Ｌの出射方向に吹き出されたエアは、第１吹出ノズル１５内に侵入しようとする、加工点Ｐで発生するスパッタやヒュームを、レーザ光Ｌの光軸上から吹き飛ばして除去する。これにより、スパッタやヒュームによるレーザ光Ｌの屈折又は焦点位置の変動を抑える。

【0029】

第１吹出ノズル１５の上流端には、保護板１８が設けられる。保護板１８は、径方向に張り出す円盤状に形成される。保護板１８は、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームがレーザ加工ヘッド１０に付着するのを抑える。

【0030】

第１吹出ノズル１５には、支持部材４０が取り付けられる。支持部材４０は、加工点Ｐ側の、第１吹出ノズル１５の下部寄りの位置に配置される。支持部材４０は、取付部４１と、保持部４２とを有する。

【0031】

取付部４１は、第１吹出ノズル１５の外周面を把持する。取付部４１は、第１吹出ノズル１５に沿って移動させることで、ワークＷとの距離を変更可能となっている。取付部４１には、保持部４２が取り付けられる。

【0032】

保持部４２は、レーザ光Ｌの光路に向かって、光路に交差するようにエアを吹き出す第２吹出ノズル５０（ブローノズル）と、ワイヤ２１を加工点Ｐに案内するチップ２５と、シールドガスを加工点Ｐに供給するシールドガスノズル３６とを保持する。第２吹出ノズル５０は、第１吹出ノズル１５の吹出口１６よりも下流側に配置される。第２吹出ノズル５０は、レーザ光Ｌの出射方向と交差する方向にエアを吹き出す。

【0033】

第２吹出ノズル５０から吹き出したエアは、第１吹出ノズル１５から吹き出したエアに衝突し、第１吹出ノズル１５から吹き出したエアを加工点Ｐから偏心させる。これにより、加工点Ｐの溶融部に悪影響を及ぼすことなく、スパッタやヒュームを吹き飛ばすとともに、溶融部から吹き上がるプルームを除去することができる。

【0034】

言い換えると、溶融部から吹き上がるプルームが、第１吹出ノズル１５から加工点Ｐに向かうレーザ光Ｌの光路から除去され、この光路内でのレーザ光Ｌの屈折や乱反射を抑制できる。

【0035】

図２にも示すように、支持部材４０の保持部４２と、第２吹出ノズル５０の吸込孔５２と、調整機構４５とは、カバー６０で覆われる。なお、カバー６０の具体的な構成については後述する。

【0036】

図３に示すように、第２吹出ノズル５０は、複数の吹出孔５１と、複数の吸込孔５２とを有する。複数の吹出孔５１は、複数の第１吹出孔５１ａと、複数の第２吹出孔５１ｂとを有する。複数の第１吹出孔５１ａは、第２エア供給管３２を介してエア供給部３０に連通し、レーザ光Ｌの光路に向かって開口する。複数の第２吹出孔５１ｂは、レーザ光Ｌの光路に向かって開口する。

【0037】

ここで、レーザ光Ｌの光路とは、第１吹出ノズル１５を介してレーザ光Ｌの出射方向にレーザ光Ｌが出射され、第１吹出ノズル１５の吹出口１６と加工点Ｐとの間に形成される光路である。

【0038】

第１吹出孔５１ａは、第２吹出孔５１ｂよりもエアを吹き出す吹出口の径が小さく、複数の第２吹出孔５１ｂの近傍にそれぞれ配置される。複数の吸込孔５２は、第２吹出ノズル５０の側壁に開口するとともに、複数の第２吹出孔５１ｂにそれぞれ連通する。

【0039】

カバー６０の側壁部６１は、吸込孔５２に対向して配置される。第２吹出ノズル５０の吸込孔５２をカバー６０で覆うことで、吸込孔５２にスパッタが付着するのを抑えることができる。

【0040】

図１に示すように、第２吹出ノズル５０には、第２継手５３が接続される。第２継手５３には、第２エア供給管３２が接続される。第２エア供給管３２には、エア供給部３０が接続される。エア供給部３０から供給されたエアは、第２継手５３を介して、第２吹出ノズル５０の内部を通って複数の第１吹出孔５１ａから吹き出される。

【0041】

このとき、エア供給部３０から供給されるエアが第１吹出孔５１ａから吹き出されることにより、第１吹出孔５１ａからレーザ光Ｌの光路に向かって吹き出されるエアの流れによって、第２吹出孔５１ｂに連通する吸込孔５２に負圧が発生する。これにより、第２吹出ノズル５０の周辺のエアが吸込孔５２から吸い込まれ、第２吹出孔５１ｂから吹き出される。

【0042】

言い換えると、エア供給部３０から複数の第１吹出孔５１ａに供給されるエアの流量に、複数の吸込孔５２の周辺から吸い込まれて複数の第２吹出孔５１ｂからそれぞれ吹き出されるエアの流量がそれぞれ加算されるように、エアがレーザ光Ｌの光路側に向かって、光路に交差するように吹き出される。

【0043】

図４に示すように、支持部材４０は、調整機構４５を有する。支持部材４０は、調整機構４５を介して第２吹出ノズル５０を支持する。調整機構４５は、水平位置調整部４６と、上下位置調整部４７と、角度調整部５５とを有する。

【0044】

水平位置調整部４６は、支持部材４０の保持部４２に対して水平方向に移動可能に取り付けられる。水平位置調整部４６は、締結ボルト５９によって、保持部４２に固定される。

【0045】

上下位置調整部４７は、保持部４２に対して上下方向に移動可能に取り付けられる。上下位置調整部４７は、締結ボルト５９によって、保持部４２に固定される。

【0046】

水平位置調整部４６及び上下位置調整部４７の位置を調整することで、第２吹出ノズル５０から吹き出されるエアの吹き出し位置を変更することができる。

【0047】

図５に示すように、角度調整部５５は、保持部４２に取り付けられた基台部５６と、基台部５６に対して第２吹出ノズル５０を締結する締結ボルト５７とを有する。第２吹出ノズル５０は、締結ボルト５７を緩めた状態で、締結ボルト５７を中心に上下方向又は左右方向に回動させることで、エアの吹き出し角度を調整可能となっている。

【0048】

第２吹出ノズル５０には、ストッパボルト５８が設けられる。ストッパボルト５８は、上下方向に間隔をあけて配置される。ストッパボルト５８の先端部は、上下位置調整部４７のストッパ面４８に当接する。ストッパボルト５８の突出量を調整し、ストッパボルト５８をストッパ面４８に当接させることで、第２吹出ノズル５０の姿勢（エアの吹き出し角度）を位置決めすることができる。第２吹出ノズル５０は、締結ボルト５７を締め付けることで、所定の姿勢で保持される。

【0049】

これにより、レーザ加工ヘッド１０の姿勢に応じて第２吹出ノズル５０の姿勢（エアの吹き出し角度）を調整することで、第２吹出ノズル５０からワークＷ側に向かうエアの流れを抑制し、ワークＷの溶融部を避ける方向（ワークＷの溶融部と平行な方向）にエアを吹き出すことができる。

【0050】

図２及び図３に示すように、第２吹出ノズル５０と、調整機構４５とは、カバー６０で覆われる。具体的に、第２吹出ノズル５０のストッパボルト５８がカバー６０で覆われる。これにより、ストッパボルト５８に溶融したスパッタが付着して回らなくなるという不具合を抑えることができる。

【0051】

調整機構４５は、水平位置調整部４６、上下位置調整部４７、及び角度調整部５５を有する。水平位置調整部４６、上下位置調整部４７、及び角度調整部５５は、カバー６０で覆われる。

【0052】

水平位置調整部４６は、水平位置が調整された後で締結ボルト５９により固定される。上下位置調整部４７は、上下位置が調整された後で締結ボルト５９により固定される。水平位置調整部４６及び上下位置調整部４７の締結ボルト５９がカバー６０で覆われる。これにより、水平位置及び上下位置調整用の締結ボルト５９にスパッタが付着して回らなくなるという不具合を抑えることができる。

【0053】

角度調整部５５は、第２吹出ノズル５０を所定の姿勢で保持する締結ボルト５７を有する。角度調整部５５の締結ボルト５７がカバー６０で覆われる。これにより、角度調整用の締結ボルト５７にスパッタが付着して回らなくなるという不具合を抑えることができる。

【0054】

〈カバーの構成〉
図６及び図７に示すように、カバー６０は、一対の側壁部６１と、ヒンジ部６５と、固定部７０とを有する。

【0055】

一対の側壁部６１は、第２吹出ノズル５０を挟んで対向して配置される。側壁部６１は、支持部材４０の保持部４２と、第２吹出ノズル５０の側壁に配置される吸込孔５２と、調整機構４５とを覆っている（図２及び図３参照）。

【0056】

側壁部６１は、吸込孔５２との間に隙間を存して配置される。第２吹出ノズル５０の周辺のエアは、カバー６０との隙間を通って吸込孔５２から吸い込まれる。

【0057】

側壁部６１の第２吹出ノズル５０側の端縁部には、第１屈曲部６１ａが設けられる。第１屈曲部６１ａは、第２吹出ノズル５０の吹出孔５１側に向かって側壁部６１を折り曲げることで形成される。第１屈曲部６１ａは、第２吹出ノズル５０の吹出孔５１の手前側の位置まで延びる。これにより、第２吹出ノズル５０から吹き出されたエアが、カバー６０における、一対の側壁部６１の第１屈曲部６１ａ同士の隙間を通って、レーザ光Ｌの光路に向かって交差するように吹き出される。

【0058】

側壁部６１の上縁部には、第２屈曲部６１ｂが設けられる。第２屈曲部６１ｂは、水平位置調整部４６に向かって側壁部６１を折り曲げることで形成される。第２屈曲部６１ｂは、上方から見て水平位置調整部４６に重なり合う位置まで延びる。これにより、水平位置調整部４６の上部に第２屈曲部６１ｂを引っ掛けてカバー６０を支持することができる（図２参照）。

【0059】

側壁部６１における第１屈曲部６１ａとは反対側の端縁部には、第３屈曲部６１ｃが設けられる。第３屈曲部６１ｃは、一対の側壁部６１のうち一方に設けられる。第３屈曲部６１ｃには、ヒンジ部６５が取り付けられる。

【0060】

ヒンジ部６５は、一対の羽根部６６と、ヒンジ軸６７と、取付ネジ６８とを有する。一対の羽根部６６は、取付ネジ６８によって、一対の側壁部６１にそれぞれ取り付けられる。このとき、一対の羽根部６６のうち一方は、側壁部６１の第３屈曲部６１ｃに取り付けられる。一対の側壁部６１は、ヒンジ部６５のヒンジ軸６７を中心に開閉可能に支持される。

【0061】

固定部７０は、支柱７１と、固定ネジ７２とを有する。支柱７１は、一対の側壁部６１の間に配置される。支柱７１の両端部は、一対の側壁部６１の内壁面に当接される。支柱７１の両端部には、雌ネジ部が形成される。一対の側壁部６１における支柱７１が当接する位置には、挿通孔６２が形成される。固定ネジ７２は、側壁部６１の挿通孔６２を挿通して支柱７１の雌ネジ部に締結される。これにより、側壁部６１同士を閉じた状態でカバー６０が固定される（図６参照）。

【0062】

一方、固定ネジ７２を取り外すことで、カバー６０の側壁部６１を開いた状態とすることができる（図７参照）。これにより、レーザ加工装置１から容易にカバー６０を一体的に取り外すことができる。

【0063】

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

【0064】

本実施形態では、支持部材４０の調整機構４５をカバー６０で覆うようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、支持部材４０の取付部４１と保持部４２との間に設けられた複数のネジについても、同様にカバー６０で覆うようにすればよい。

【0065】

本実施形態では、第２吹出ノズル５０、チップ２５、シールドガスノズル３６を、支持部材４０を介して第１吹出ノズル１５に支持する構成について説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、第２吹出ノズル５０を、第１吹出ノズル１５とは別の部材に支持するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0066】

以上説明したように、本発明は、レーザ加工装置の構成部品にスパッタが付着することによる不具合を抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0067】

１ レーザ加工装置
１０ レーザ加工ヘッド
１５ 第１吹出ノズル（センタノズル）
１６ 吹出口
４０ 支持部材
５０ 第２吹出ノズル（ブローノズル）
５１ 吹出孔
５１ａ 第１吹出孔
５１ｂ 第２吹出孔
５２ 吸込孔
５５ 角度調整部（調整機構）
６０ カバー
６１ 側壁部
６５ ヒンジ部
７０ 固定部
Ｌ レーザ光
Ｐ 加工点
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】