JP2018079512A - Laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー加工装置に関し、特に、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided into a liquid column.
従来、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置としては、例えば特許文献１に記載のように、液柱の流れを整えるために液柱の周りに空気等のガスを供給するものがある。この特許文献１に記載のレーザー加工装置では、ノズルをハウジングに固定するために、ノズルをハウジング内面に当接した状態で、下方からノズル押さえを当て、このノズル押さえをハウジングに固定することにより、ノズルを所定位置に固定している。また、ノズル押さえの下方にはプロテクタキャップが設けられており、プロテクタキャップとノズル押さえとの間に形成された空間にガスを供給し、液柱の周りにガスを流すことによって液柱の流れを整えている。 Conventionally, as a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided into a liquid column, for example, as described in Patent Document 1, a gas such as air around the liquid column to adjust the flow of the liquid column There is something to supply. In the laser processing apparatus described in Patent Document 1, in order to fix the nozzle to the housing, with the nozzle in contact with the inner surface of the housing, a nozzle press is applied from below, and the nozzle press is fixed to the housing. The nozzle is fixed at a predetermined position. In addition, a protector cap is provided below the nozzle retainer. Gas is supplied to the space formed between the protector cap and the nozzle retainer, and the flow of the liquid column is caused by flowing the gas around the liquid column. It is in order.
しかしながら、上記のような構造のレーザー加工装置では、ノズル押さえ及びプロテクタキャップの間に空間を形成するために、ノズル押さえ及びプロテクタキャップの軸線方向の厚みを比較的小さく設計しなければならない。このため、ノズル押さえの剛性が小さく、ノズル押さえを取り付ける際に確実な固定又は嵌合が弱くなる傾向がある。その結果、ノズルの取付位置の傾きを生じ、この傾きが加工精度に影響を及ぼす。特に、５軸加工を行うレーザー加工装置の場合では、ノズルの軸の傾きが加工精度に及ぼす影響は非常に大きく、加工精度の悪化を招く場合がある。
一方、反対に、ノズル押さえの剛性を確保するためにノズル押さえの厚みを大きくすると、加工ヘッド全体が大きくなり、ノズルと被加工物との間の距離が大きくなる。この場合、液柱が被加工物に到達するまでに乱れやすくなり、やはり加工精度の悪化を招く場合がある。
However, in the laser processing apparatus having the above-described structure, in order to form a space between the nozzle presser and the protector cap, the thickness of the nozzle presser and the protector cap in the axial direction must be designed to be relatively small. For this reason, the rigidity of the nozzle presser is small, and there is a tendency that secure fixing or fitting is weakened when the nozzle presser is attached. As a result, an inclination of the nozzle mounting position occurs, and this inclination affects the machining accuracy. In particular, in the case of a laser processing apparatus that performs five-axis processing, the influence of the inclination of the nozzle axis on the processing accuracy is very large, and the processing accuracy may be deteriorated.
On the other hand, if the thickness of the nozzle presser is increased in order to ensure the rigidity of the nozzle presser, the entire processing head increases and the distance between the nozzle and the workpiece increases. In this case, the liquid column is likely to be disturbed by the time it reaches the workpiece, and the machining accuracy may be deteriorated.
本発明の目的は、ノズルの固定を確実にし、ノズルの軸の傾きを防止することができるレーザー加工装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of reliably fixing a nozzle and preventing the inclination of the nozzle shaft.
上記の目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、ハウジング内に収容され、液体を噴射して液柱を形成するノズルと、液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学装置と、ハウジングに設けられ、ノズルをハウジング内に固定する構造を有するノズル押さえと、ノズル押さえ内に設けられた整流手段と、を備え、整流手段は、逆円錐状の凹部を有し、液柱の周りに供給された流体によって液柱の流れを整えるガイド部と、液柱と垂直な平面上に互いに等角度の間隔で設けられ、ガイド部に流体を供給するための複数の流体供給通路と、ガイド部の外周に設けられ、流体供給通路に流体を分配する環状の分配通路と、凹部内の空間に連通する、円柱状又はディスク状の上部空間と、上部空間の外周側下方に設けられ、液体供給通路に連通する環状又は円筒形の下部空間と、を有し、流体供給通路から供給された流体の流れ方向をノズルの軸に沿った方向に変える流れ変更流路と、ガイド部の最下端に液柱と同軸に設けられ、ガイド部から流体を排出するための流体排出孔と、を含む、ことを特徴としている。
また、本発明のレーザー加工装置は、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、液体を噴射して液柱を形成するノズルと、液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学装置と、液柱の流れを整える整流手段と、を備え、整流手段は、液柱の周りに供給された流体によって液柱の流れを整えるガイド部と、ガイド部に流体を供給するための流体供給通路と、ガイド部から流体を排出するための流体排出通路と、を有し、ノズルは、ハウジング内に収容されるとともに、ノズル押さえによってハウジング内に固定され、ノズル押さえ内に、ガイド部、流体供給通路、及び流体排出通路が形成されている、ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided into a liquid column, and is accommodated in a housing and sprays liquid. A nozzle for forming a liquid column, a laser optical device for condensing a laser from a laser light source in the liquid column, a nozzle press provided in the housing and having a structure for fixing the nozzle in the housing, and provided in the nozzle press The flow straightening means, and the flow straightening means has an inverted conical recess, a guide part for adjusting the flow of the liquid column by the fluid supplied around the liquid column, and a plane perpendicular to the liquid column. A plurality of fluid supply passages that are provided at equiangular intervals to supply fluid to the guide portion, an annular distribution passage that is provided on the outer periphery of the guide portion and distributes fluid to the fluid supply passage, Sky A cylindrical or disk-shaped upper space that communicates with the upper space, and an annular or cylindrical lower space that is provided on the outer peripheral side of the upper space and communicates with the liquid supply passage, and is supplied from the fluid supply passage A flow changing flow path that changes the flow direction of the fluid in a direction along the axis of the nozzle, and a fluid discharge hole that is provided coaxially with the liquid column at the lowermost end of the guide portion and discharges the fluid from the guide portion. It is characterized by that.
The laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided into the liquid column, and includes a nozzle for injecting a liquid to form a liquid column, and a laser in the liquid column. A laser optical device for condensing the laser from the light source, and a rectifying means for adjusting the flow of the liquid column, and the rectifying means includes a guide unit for adjusting the flow of the liquid column by the fluid supplied around the liquid column; A fluid supply passage for supplying fluid to the guide portion and a fluid discharge passage for discharging fluid from the guide portion. The nozzle is housed in the housing and fixed in the housing by a nozzle presser. In the nozzle holder, a guide portion, a fluid supply passage, and a fluid discharge passage are formed.
このような構成の本発明では、ノズル押さえ内にガイド部、流体供給通路、及び流体排出通路が形成されているので、従来ノズル押さえとプロテクタキャップとの間に形成していた空間をノズル押さえ内に形成することが可能になる。したがって、ノズル押さえを従来よりも大きく且つ厚く形成することが可能になるから、ノズル押さえの剛性が高まり、液体の圧力によるノズル押さえの傾きが防止される。これにより、ノズル押さえによってノズルが所定位置に確実に固定され、ノズルの軸の傾きが防止される。 In the present invention having such a configuration, since the guide portion, the fluid supply passage, and the fluid discharge passage are formed in the nozzle retainer, the space that has been formed between the nozzle retainer and the protector cap in the past is not contained in the nozzle retainer. Can be formed. Therefore, since the nozzle presser can be formed larger and thicker than before, the rigidity of the nozzle presser is increased, and the inclination of the nozzle presser due to the pressure of the liquid is prevented. Thereby, the nozzle is securely fixed at a predetermined position by the nozzle presser, and the inclination of the nozzle shaft is prevented.
本発明において、好ましくは、流体供給通路は、分配通路と下部空間とを連通するように配設される。
また、本発明において、好ましくは、ガイド部は、ノズル押さえとは別体で形成されるとともに、ノズル押さえに形成された凹部内に収容される。
このような構成の本発明では、ガイド部がノズル押さえとは別体で形成されているので、ガイド部の製作が容易となり、また、ガイド部の形状に関する設計の自由度が高くなる。
In the present invention, the fluid supply passage is preferably disposed so as to communicate the distribution passage and the lower space.
In the present invention, preferably, the guide portion is formed separately from the nozzle pressing member and is accommodated in a recess formed in the nozzle pressing member.
In the present invention having such a configuration, since the guide portion is formed separately from the nozzle presser, the guide portion can be easily manufactured, and the degree of freedom in designing the shape of the guide portion is increased.
本発明において、好ましくは、ガイド部は、逆円錐状の凹部を有し、流体排出通路は、ガイド部の最下端に形成されている。
このような構成の本発明では、ガイド部が逆円錐状の凹部を有するので、ガイド部に供給された流体が、液柱の流れを阻害することなく液柱の流れを整える。また、液柱の液体がガイド部内に留まった場合であっても、ガイド部の逆円錐状の凹部によって液体が下方に移動し、ガイド部の最下端に形成された流体排出通路から排出される。したがって、ガイド部内に液体が溜まるのが防止される。
In the present invention, preferably, the guide portion has an inverted conical recess, and the fluid discharge passage is formed at the lowermost end of the guide portion.
In the present invention having such a configuration, since the guide portion has the inverted conical recess, the fluid supplied to the guide portion regulates the flow of the liquid column without hindering the flow of the liquid column. Even if the liquid in the liquid column stays in the guide portion, the liquid moves downward by the inverted conical concave portion of the guide portion and is discharged from the fluid discharge passage formed at the lowermost end of the guide portion. . Accordingly, the liquid is prevented from accumulating in the guide portion.
本発明において、好ましくは、ノズル及びノズル押さえは、ハウジングに形成された、互いに交わる少なくとも２つの面に対して固定される。
このような構成の本発明では、ノズル及びノズル押さえが、ハウジングに形成された、互いに交わる少なくとも２つの面に対して固定されることにより、ノズルの軸の傾きが防止され、ノズルのハウジングへの固定がより確実となる。
また、本発明において、好ましくは、ハウジングは、ノズルを収納するノズル用凹部を有し、ノズル押さえは、ノズルを収納する凹部を有し、ノズルは、ノズル用凹部に対して、互いに交わる少なくとも２つの面で当接して固定され、ノズル押さえは、ハウジングの下部に設けられた液柱と垂直な平面とノズルの外面とに当接することにより、互いに交わる少なくとも２つの面で固定されている。
In the present invention, preferably, the nozzle and the nozzle retainer are fixed to at least two surfaces formed in the housing and intersecting each other.
In the present invention having such a configuration, the nozzle and the nozzle retainer are fixed to at least two surfaces formed on the housing and intersecting each other, so that the inclination of the nozzle shaft is prevented, and the nozzle to the housing is prevented. Fixing is more reliable.
In the present invention, it is preferable that the housing has a nozzle recess for storing the nozzle, the nozzle retainer has a recess for storing the nozzle, and the nozzle intersects at least two of the nozzle recess. The nozzle presser is fixed on at least two surfaces that intersect each other by abutting against a plane perpendicular to the liquid column provided at the lower portion of the housing and the outer surface of the nozzle.
本発明において、好ましくは、ノズル押さえの先端には、ノズル側に凹んだ凹部が形成されている。
このような構成の本発明では、ノズル押さえの先端に凹部が形成されているので、例えば被加工物に当たってはね返った液体がノズル押さえの先端に付着した場合でも、付着した液体が凹部に沿って外側に移動して、凹部の外縁から下方に落ちる。したがってノズル押さえの先端に液体が付着して留まるのが防止され、付着した液体による液柱の乱れを防止することができる。
In this invention, Preferably, the recessed part dented in the nozzle side is formed in the front-end | tip of a nozzle holding | suppressing.
In the present invention having such a configuration, since the concave portion is formed at the tip of the nozzle presser, for example, even when the liquid that rebounds on the workpiece adheres to the tip of the nozzle presser, the attached liquid is outside along the concave portion. To fall downward from the outer edge of the recess. Therefore, it is possible to prevent the liquid from adhering to the tip of the nozzle presser and to prevent the liquid column from being disturbed by the adhering liquid.
本発明において、好ましくは、ガイド部とノズルとの間には空間が形成され、空間は、流体供給通路から供給された流体の流れ方向を、ノズルの軸に沿った方向に変える流れ変更流路を有する。
このような構成の本発明では、空間が流れ変更流路を有するので、流体供給通路からの流体が、流れ変更流路によってノズルの軸に沿った方向に変更され、空間からガイド部に供給される。流体供給通路からの流体が、ノズルの軸に沿った方向の流れに変更されるので、ノズルから噴射される液柱に流体が直接当たるのが防止される。したがって流体供給通路からの流体によって、液柱が乱されることなく整流される。
In the present invention, preferably, a space is formed between the guide portion and the nozzle, and the space changes the flow direction of the fluid supplied from the fluid supply passage into a direction along the axis of the nozzle. Have
In the present invention having such a configuration, since the space has the flow changing flow path, the fluid from the fluid supply passage is changed in the direction along the axis of the nozzle by the flow changing flow path and supplied from the space to the guide portion. The Since the fluid from the fluid supply passage is changed to flow in the direction along the axis of the nozzle, the fluid is prevented from directly hitting the liquid column ejected from the nozzle. Therefore, the liquid column is rectified by the fluid from the fluid supply passage without being disturbed.
本発明において、好ましくは、流体供給通路は、ガイド部の半径方向に対して角度を有してガイド部に開口している。
このような構成の本発明では、流体供給通路がガイド部の半径方向に対して角度を有してガイド部に開口しているので、ノズルから噴射される液柱に流体が直接当たるのが防止される。したがって流体供給通路からの流体によって、液柱が乱されることなく整流される。
In the present invention, preferably, the fluid supply passage opens at an angle with respect to the radial direction of the guide portion.
In the present invention having such a configuration, the fluid supply passage opens at the guide portion at an angle with respect to the radial direction of the guide portion, thereby preventing the fluid from directly hitting the liquid column ejected from the nozzle. Is done. Therefore, the liquid column is rectified by the fluid from the fluid supply passage without being disturbed.
本発明において、好ましくは、ノズル押さえには、縮径部が形成され、縮径部とハウジングとの間に形成される空間により、流体供給通路に流体を分配する分配通路が形成される。
このような構成の本発明では、ノズル押さえに形成された縮径部とハウジングとの間の空間によって分配通路が形成されるので、ノズル押さえに縮径部を形成し、ハウジングに取り付けることによって分配通路が形成される。したがってノズル押さえには縮径部を形成すればよいから、分配通路の形成が容易になる。
In the present invention, preferably, the nozzle retainer is formed with a reduced diameter portion, and a distribution passage for distributing fluid to the fluid supply passage is formed by a space formed between the reduced diameter portion and the housing.
In the present invention having such a configuration, the distribution passage is formed by the space between the reduced diameter portion formed in the nozzle retainer and the housing. Therefore, the reduced diameter portion is formed in the nozzle retainer and attached to the housing. A passage is formed. Accordingly, it is only necessary to form a reduced diameter portion in the nozzle presser, so that it is easy to form the distribution passage.
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置１の全体概略図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置１の一部拡大図である。なお、図１における上下方向を本実施形態におけるレーザー加工装置１の上下方向として説明する。
図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、レーザー加工ヘッド２と、このレーザー加工ヘッド２を通って被加工物Ｗにレーザーを照射する光学装置４と、被加工物Ｗに噴流液体である水を高圧で噴射するための液体噴射手段６と、噴射された液柱の流れを整流するための整流手段８と、を備えている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view of the laser processing apparatus 1 according to one embodiment of the present invention. In addition, the up-down direction in FIG. 1 is demonstrated as an up-down direction of the laser processing apparatus 1 in this embodiment.
As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus 1 according to this embodiment includes a
レーザー加工ヘッド２は、略円筒形状に形成されたハウジング１０を備え、ハウジング１０内の上方には光学装置４の一部が収容され、ハウジング１０内の下方には液体噴射手段６の一部が設けられている。ハウジング１０の内部下方には、噴流液柱Ｆを噴射するための、上下方向に貫通するノズル孔１２が形成されたノズル１４が設けられている。
The
ノズル１４は、図２にも示すように、ハウジング１０内部に形成された円柱状のノズル用凹部１６に収容されている。このノズル用凹部１６は、ハウジング１０の下方に向かって開口しており、開口した側とは反対側の底面１６Ａとその周囲の内周面１６Ｂとを有する。したがって、ノズル１４は、ノズルの上面１４Ｃとハウジング１０のノズル用凹部１６の底面１６Ａが当接するとともに、これに直交するノズルの外周面１４Ｂとノズル用凹部１６の内周面１６Ｂが当接することによって、嵌合されている。そのため、ノズル１４は、ハウジング１０に対して互いに直交する２つの面で当接及び固定されている。
As shown in FIG. 2, the
ノズル押さえ１８は、ハウジング１０のノズル用凹部１６の下方に、ノズル用凹部１６よりも大きな直径で形成された円柱状の凹部２０に収容されている。凹部２０は、ハウジング１０の下方に向かって開口しており、開口した側とは反対側の底面２０Ａと、その周囲の内周面２０Ｂとを有する。凹部２０の内周面２０Ｂの下端には雌ねじ２２が形成されており、この雌ねじ２２にノズル押さえ１８の外周面に形成された雄ねじ２４が螺合することにより、ノズル押さえ１８がハウジング１０に当接及び固定されている。
ノズル押さえ１８の上面には、凹部２６が形成されており、この凹部２６にノズル１４の下部が嵌合されている。凹部２６は、ノズル押さえ１８の上方に向かって開口しており、開口した側とは反対側の底面２６Ａと、その周囲の内周面２６Ｂとを有する。ノズル押さえ１８がハウジング１０の凹部２０に収納されてノズル１４を固定した状態では、ノズル押さえ１８の凹部２６の底面２６Ａにノズル１４の下面１４Ａが当接するとともに、ノズル押さえ１８の外周面である雄ねじ２４がハウジング１０の凹部２０において内周面２０Ｂの下端の雌ねじ２２に螺合する。ここで、ハウジング１０の凹部１６の底面１６Ａ及びハウジング１０の凹部２０の底面２０Ａと、凹部２０の内周面２０Ｂとは互いに直交しているので、ノズル押さえ１８は、ハウジング１０に対して互いに直交する２つの面で間接的に当接し、上向きの付勢力が与えられ、固定されている。また、このような固定構造により、ノズル１４の下面１４Ａとノズル押さえ１８の凹部２６の底面２６Ａが当接するとともに、これに直交するノズル押さえ１８の凹部２６の内周面２６Ｂとノズルの外周面１４Ｂが当接することによって、ノズル１４がノズル押さえ１８の凹部２６に嵌合されている。したがって、ノズル１４は、その下方をノズル押さえ１８に対して互いに直交する２つの面で間接的に当接及び固定されている。
The
A
光学装置４は、所定の位置にレーザーを集光させる図示しないレーザー光学系と、レーザー光学系にレーザーを入射させるレーザー発振器３０とを備える。
レーザー光学系は、レーザー発振器３０から出射されたレーザーを光ファイバ等でレーザー加工ヘッド２に導くと共に、このレーザーをレーザー加工ヘッド２内のノズル孔１２の上端の開口近傍の位置で集光させるように構成されている。なお、図１のレーザー加工ヘッド２内には、図示しない集光レンズによって集光されたレーザーの光路のみが示されている。
The optical device 4 includes a laser optical system (not shown) that focuses a laser beam at a predetermined position, and a
The laser optical system guides the laser emitted from the
レーザー発振器３０は、所定強度のレーザーを生成するように構成されている。本実施形態においては、レーザーとしてグリーンレーザーを使用しているが、水に吸収されにくい吸収率の低いレーザーであれば、その種類は任意に選択することができる。
グリーンレーザーは、２倍波(ＳＨＧ)ＹＡＧレーザーであり、波長が５３２ｎｍである。グリーンレーザーは、ＹＡＧレーザー(波長１０６４ｎｍ)やＣＯ2レーザー(波長１０．６μｍ)と異なり、水を通過しやすい特徴を有するため、噴流液体として安価で入手が容易な水を使用する場合には、レーザーの伝搬効率を向上させることができる。また、水に吸収され難いため、熱レンズの発生を抑制することで、レーザー加工ヘッド２内のノズル孔１２の開口近傍の位置に精度よくレーザーを導くことが容易となる。このため、ノズル１４の損傷を防止するとともに、安定した加工品質を確保することができる。
The
The green laser is a double wave (SHG) YAG laser and has a wavelength of 532 nm. Unlike the YAG laser (wavelength 1064 nm) and the CO 2 laser (wavelength 10.6 μm), the green laser has a characteristic that it easily passes through water. Therefore, when using water that is inexpensive and easily available as a jet liquid, The propagation efficiency of the laser can be improved. Further, since it is difficult to be absorbed by water, it is easy to accurately guide the laser to a position near the opening of the
液体噴射手段６は、液体供給源３２と、液体供給源３２からの液体からイオンを除去する等の処理を行う液体処理装置３４と、液体供給源３２から供給された液体をレーザー加工ヘッド２に圧送する高圧ポンプ３６と、高圧ポンプ３６とレーザー加工ヘッド２の間に設けられ、液体から不純物等を除去するための高圧フィルタ３８と、レーザー加工ヘッド２内に形成され、高圧ポンプ３６から送られた高圧の液体をノズル１４に導く液体流路４０と、を備える。本実施形態では、液体として水を採用している。
The liquid ejecting means 6 includes a
図３は、図２のIII−III断面図である。この図３及び前述の図２に示すように、整流手段８は、液柱の周りに供給された流体によって液柱の流れを整えるためのガイド部材４２と、ガイド部材４２に流体を供給するための複数の流体供給通路４４と、複数の流体供給通路４４に流体を分配する分配通路４６と、分配通路４６に流体を供給する流体供給管４８と、流体供給管４８に流体を供給する流体供給手段５０と、ガイド部材４２から流体を排出するための流体排出通路５２と、を備える。本実施形態では流体として空気を採用している。
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. As shown in FIG. 3 and FIG. 2 described above, the rectifying means 8 is provided with a
ガイド部材４２は、ノズル押さえ１８とは別体に形成された円柱状部材であり、ノズル押さえ１８の凹部２６の底面２６Ａに形成された、凹部２６よりも直径の小さい円柱状の凹部５４内に収容されている。ガイド部材４２には、ノズル１４の軸線に沿って逆円錐状の凹部の形状のガイド部５６が形成されており、ガイド部５６の下端にはガイド部５６とガイド部材４２の下面とを連通する連通孔５８が形成されている。
ガイド部材４２の上面４２Ａとノズル１４の下面１４Ａとの間には隙間が形成されている。また、ガイド部材４２の外周面の上端には、ガイド部材４２の外周面の直径よりも小さい直径の円筒状の縮径部６０が形成され、縮径部６０とガイド部材４２の外周面との間に段差が形成されている。このような形状により、ガイド部材４２、ノズル１４、及びノズル押さえ１８の間には、空間６２が形成されている。空間６２は、ガイド部材４２の上面と、ノズル１４の下面１４Ａとの間に形成された円柱状あるいはディスク状の上部空間６２Ａと、上部空間６２Ａの下方に設けられ、ガイド部材４２の縮径部６０とノズル押さえ１８の凹部５４の内周面との間に形成された環状あるいは円筒形の下部空間６２Ｂとを有する。
The
A gap is formed between the
流体供給通路４４は、図３にも示すように、ノズル押さえ１８の外周面と凹部５４の内周面とを連通するように、ノズル押さえ１８の半径方向に沿って且つ水平方向に貫通して形成されている。本実施形態では、流体供給通路４４は、ノズル押さえ１８の周囲に互いに等角度の間隔を有して４本形成されている。これらの流体供給通路４４は、凹部５４の内周面において、ガイド部材４２の縮径部６０の外周面に対向するように、空間６２の下部空間６２Ｂに開口している。より詳細には、凹部５４へ開口する流体供給通路４４の下端部は、縮径部６０の下端よりも上方に位置し、且つ、凹部５４へ開口する流体供給通路４４の上端部は、縮径部６０の上端とほぼ同じか、上端よりも下方に位置している。
As shown in FIG. 3, the
分配通路４６は、ノズル押さえ１８の外周面上端に形成され、ノズル押さえ１８の直径よりも小さい直径で形成された円柱形の縮径部６４と、ノズル押さえ１８の外周面と縮径部６４との間に形成された段差による環状の平面６５と、ハウジング１０の凹部２０、具体的には凹部２０の底面２０Ａ及び内周面２０Ｂとの間に形成される空間によって形成された、環状の通路である。なお、前述の流体供給通路４４は、縮径部６４の外周面に開口している。
The
流体供給管４８は、分配通路４６の上面とハウジング１０の外周面とを連通する。
流体供給手段５０は、流体供給源６６と、流体供給源６６から供給される圧縮空気の圧力を制御する流体コントローラ６８と、を有する。流体コントローラ６８は、流体供給管４８に接続されている。
The
The fluid supply means 50 includes a fluid supply source 66 and a
流体排出通路５２は、ノズル１４の軸線に沿って上下方向に形成されており、ガイド部材４２に形成された連通孔５８に連続している。この流体排出通路５２は、流体を排出する通路であるとともに、ノズル１４から噴射された液柱が通過する孔でもある。
The
ノズル押さえ１８の下面には、ノズル１４側に凹んだ凹部７２が形成される。本実施形態では、凹部７２は、流体排出通路５２の周囲に形成される平坦部７２Ａと、平坦部７２Ａの外周側に形成される凸部７２Ｂとを有している。凸部７２Ｂは、図２に示すように、外周面がノズル押さえ１８の外周面と一致し、内周面が下方にいくにしたがって外側に傾斜する傾斜面となった、断面三角形状となっている。
A
このような構造の本実施形態に係るレーザー加工装置１では、次のように動作する。
被加工物Ｗをレーザー加工する場合には、被加工物Ｗをノズル１４の下方の載置台Ｔに載置する。次に、レーザー発振器３０からレーザーを出射させると、レーザーは、レーザー光学系２８に入射し、レーザー加工ヘッド２内に導かれる。レーザーは、レーザー光学系２８の集光レンズ等によって、ノズル孔１２の上端開口の位置近傍に集光される。
一方、液体噴射手段６は、液体供給源３２からの水を高圧ポンプ３６で圧送し、液体流路４０を通ってノズル１４から噴流液柱Ｆを被加工物Ｗに向かって噴出する。なお、このとき、噴出された噴流液柱Ｆの径は、ノズル孔１２の孔径よりもわずかに大きくなる。噴流液柱Ｆは、ガイド部材４２の連通孔５８とノズル押さえ１８の連通孔７０とによって構成された流体排出通路５２を通って被加工物Ｗに到達する。レーザー光学系２８によってノズル孔１２の上端開口近傍に集光されたレーザーは、噴流液柱Ｆ内を全反射しながら噴流液柱Ｆに導かれ、被加工物Ｗまで到達して被加工物Ｗをレーザー加工する。
The laser processing apparatus 1 according to this embodiment having such a structure operates as follows.
When laser processing the workpiece W, the workpiece W is placed on a mounting table T below the
On the other hand, the liquid ejecting means 6 pumps water from the
整流手段８では、流体供給源６６から流体を供給すると、流体は、流体供給管４８及び分配通路４６を通って複数の流体供給通路４４に供給される。流体供給通路４４を通る流体は、水平方向外側から半径方向内側に向かって流れ、下部空間６２Ｂに入り、ガイド部材４２の縮径部６０の外周面に当たって、その流れの方向を９０度変えて上方に向かう。したがって、下部空間６２Ｂは、流体の流れを半径方向内方からノズルの軸に沿った方向に変える流れ変更流路として機能する。
流体はその後、上部空間６２Ａに外周下方から流れ込み、ノズル１４の下面１４Ａに当たって再び半径方向内方に向かい、ガイド部材４２のガイド部５６に入る。逆円錐状のガイド部５６内で流体は徐々に絞られながら噴流液柱Ｆの周りに供給され、噴流液柱Ｆの流れを整える。流体は、噴流液柱Ｆとともに連通孔５８及び液体排出通路５２を通って被加工物Ｗ側に排出される。流体は、液体排出通路５２から出た後は、被加工物Ｗに当たった水や加工時に発生したドロス等を被加工物Ｗ上から排除する。
In the rectifying means 8, when a fluid is supplied from the fluid supply source 66, the fluid is supplied to the plurality of
Thereafter, the fluid flows into the
被加工物Ｗに噴流液柱Ｆが当たってはね返り、ノズル押さえ１８の下面に水滴が付着した場合、水滴はノズル押さえ１８下面の凹部７２に沿って外側に移動し、凸部７２Ｂの先端から落下してノズル押さえ１８から除去される。
When the jet liquid column F hits the workpiece W and rebounds and water droplets adhere to the lower surface of the
このように構成された本実施形態によれば、次の優れた効果を得ることができる。
ノズル押さえ１８内にガイド部材４２、流体供給通路４４、及び流体排出通路５２が形成されているので、従来のようにノズル押さえとプロテクタキャップとを別体で設ける必要がなく、ノズル押さえ１８の厚み等の寸法を従来の構造より大きく設定することができ、ノズル押さえ１８の剛性を向上させることができる。これにより、ノズル押さえ１８によってノズル１４をより確実に固定することができ、ノズル１４の軸が傾くのを防止することができる。また、ノズル押さえ１８内に整流手段８の一部を形成することができるので、ノズル１４の確実な固定を実現しながら、レーザー加工ヘッド２の大型化を回避することができる。以上のような構造により、本実施形態のレーザー加工装置では、例えば５軸加工を行う場合であっても精度の高い加工を行うことができる。
According to the present embodiment configured as described above, the following excellent effects can be obtained.
Since the
ガイド部材４２が、ノズル押さえ１８とは別体で形成され、ノズル押さえ１８の凹部５４に収容される構造となっているので、ガイド部材４２の製作を容易に行うことができる。したがってガイド部５６の形状の設計自由度を高くすることができ、ガイド部５６の形状を、精度よく、液柱の整流に適したものとすることができる。
Since the
ガイド部５６が逆円錐状の凹部となっており、その最下端に連通孔５８が形成され、この連通孔５８が流体排出通路５２に連通しているので、ガイド部５６の内面に付着した液滴がガイド部５６内に溜まるのを防止して、流体排出通路５２から排出することができる。これにより、ガイド部５６内の液体によって液柱が乱されることがなく、乱れのない液柱を形成することができる。
The
ノズル１４は、ノズル１４の上面１４Ｃがハウジング１０のノズル用凹部１６の底面１６Ａと当接し、ノズル１４の外周面１４Ｂが、ハウジング１０のノズル用凹部１６の底面１６Ａと直交する、ノズル用凹部１６の内周面１６Ｂと当接しており、ノズル押さえ１８によって下方から固定されている。したがって、ノズル１４の上下方向及び水平方向（左右方向）の位置ずれ及び傾きを防止することができ、ノズル１４の軸の傾きを防止することができる。
In the
ノズル１４の下面１４Ａがノズル押さえ１８の凹部２６の底面２６Ａと当接し、ノズル１４の外周面１４Ｂが、ノズル押さえ１８の凹部２６の底面２６Ａと直交する、ノズル押さえ１８の凹部２６の内周面２６Ｂと当接しており、ノズル押さえ１８の外周面の雄ねじ２４がハウジング１０の凹部２０の内周面２０Ｂの雌ねじ２２と螺合することにより、ノズル１４がノズル押さえ１８で固定されている。したがって、ノズル１４の上下方向及び水平方向（左右方向）の位置ずれ及び傾きを防止することができ、ノズル１４の軸の傾きを防止することができる。
さらに、ノズル押さえ１８の外周面の雄ねじ２４がハウジング１０の凹部２０の内周面２０Ｂの雌ねじ２２と螺合することによって、ノズル押さえ１８及びノズル１４がハウジング１０に締め込まれる。その結果、上方向への付勢力によって、ハウジング１０、ノズル１４、及びノズル押さえ１８の各面を歪みのない適切な位置で当接、固定及び嵌合することができ、ノズル１４の軸の傾きを防止することができる。
The inner peripheral surface of the
Further, the
ノズル押さえ１８の下端に凹部７２が形成されているので、噴流液柱Ｆが被加工物に当たって液体がはね返る等によりノズル押さえ１８の下端に液体が付着した場合でも、液体が外周側の凸部７２Ｂへ移動してノズル押さえ１８から落下する。したがってノズル押さえ１８の下端に液体が付着したままとなるのを防止することができ、付着した液体によって噴流液柱Ｆが乱れるのを防止することができる。
Since the
ガイド部材４２の縮径部６０とノズル押さえ１８との間に形成された下部空間６２Ｂが、流体供給通路４４からの流体の流れを、半径方向内方からノズル１４の軸に沿った上方に変更する、流れ変更流路として機能する。したがって、流体供給通路４４からの流体が直接液柱Ｆに衝突するのを防止することができ、よって流体による液柱Ｆの乱れを防止することができる。
A
分配流路４６が、ノズル押さえ１８の縮径部６４とハウジング１０の凹部２０の内面との間に形成されているので、分配流路４６を容易に形成することができる。つまり、ノズル押さえ１８に縮径部６４を形成し、ノズル押さえ１８をハウジング１０に取り付けることによって分配流路４６が形成されるので、例えばノズル押さえ１８に流体を分配するための貫通孔を形成する場合に比べて、分配流路の形成が容易となる。また、分配流路４６が設けられているので、流体供給源６６から供給される流体を分配流路４６内で一時的に滞留させ、流体供給通路４４へ安定した量の流体を均等に供給することができる。
Since the
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、例えば、以下のような態様であってもよい。
流体供給通路は、前述の実施形態のようにガイド部の水平方向に沿って半径方向内側に向かって形成されているものに限らず、例えばガイド部の半径方向に対して角度を有して形成されていてもよい。図４は、本発明に係るレーザー加工装置の整流手段の変形例を示す図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。これらの図４及び図５に示すように、ノズル押さえ８０に形成された複数の流体供給通路８２は、ガイド部材８４の半径方向に対して角度を有して配置されている。具体的には、流体供給通路８２は、それぞれ、ガイド部材８４の上部に形成された円柱状の空間８６の接線方向に開口している。このような構造の流体供給通路８２では、流体供給通路８２から供給される流体が直接液柱に当たらないので、噴流液柱を乱すのを防止することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and may be, for example, as follows.
The fluid supply passage is not limited to being formed radially inward along the horizontal direction of the guide portion as in the above-described embodiment, and for example, formed with an angle with respect to the radial direction of the guide portion. May be. 4 is a view showing a modification of the rectifying means of the laser processing apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the plurality of
また、この場合には、流体供給通路８２から供給される流体が直接液柱に当たらないので、前述の実施形態で設けた下部空間６２Ｂによる流れ変更流路が不要である。したがって、図４に示すように、ガイド部材８４の上部には縮径部が設けられておらず、その上部の空間８６は、円柱状となっていてもよく、流体供給通路８２は、ガイド部材８４の上部において空間８６に開口していてもよい。
Further, in this case, since the fluid supplied from the
流体供給通路は、前述の実施形態では、ガイド部材の縮径部の外周面に対向するように開口していたが、これに限らず、流体供給通路の開口部の少なくとも一部がガイド部の縮径部の外周面に対向していてもよい。 In the above-described embodiment, the fluid supply passage is open so as to face the outer peripheral surface of the reduced diameter portion of the guide member. However, the fluid supply passage is not limited to this, and at least a part of the opening of the fluid supply passage is the guide portion. You may face the outer peripheral surface of a reduced diameter part.
ガイド部は逆円錐状でなくてもよく、紡錘状、円弧状等、任意の流線形状等を採用することができる。また、ガイド部は、ノズル押さえと一体に形成されていてもよい。
ノズル押さえの先端の凹部は、ノズル１４側に凹んだ形状となっていればよく、例えば円錐状でも、半球状でも任意の形状を採用することができる。また、この凹部は、必ずしも設けられていなくてもよい。
The guide portion does not have to be an inverted conical shape, and an arbitrary streamline shape such as a spindle shape or an arc shape can be adopted. Moreover, the guide part may be formed integrally with the nozzle presser.
The concave portion at the tip of the nozzle presser only needs to have a shape recessed toward the
ノズル及びノズル押さえは、ハウジングの互いに直交した２つの面に対して固定されていたが、これに限らず、ハウジングの、互いに交わる少なくとも２つの面に対して固定されていればよい。また、ノズル及びノズル押さえは、必ずしも互いに交わる少なくとも２つの面に対して固定されていなくてもよい。
分配流路は、ノズル押さえに形成された縮径部とハウジングとの間に形成された空間によって構成されているものに限らず、ノズル押さえあるいはハウジングに環状の孔を形成してもよい。
Although the nozzle and the nozzle pressing member are fixed to two mutually orthogonal surfaces of the housing, the present invention is not limited to this, and it is only necessary to be fixed to at least two surfaces of the housing that intersect each other. Further, the nozzle and the nozzle presser do not necessarily have to be fixed to at least two surfaces that intersect each other.
The distribution flow path is not limited to the one formed by the space formed between the reduced diameter portion formed in the nozzle holder and the housing, and an annular hole may be formed in the nozzle holder or the housing.
１ レーザー加工装置
２ レーザー加工ヘッド
４ 光学装置
６ 液体噴射手段
８ 整流手段
１０ ハウジング
１４ ノズル
１８，８０ ノズル押さえ
４２，８４ ガイド部材
４４，８２ 流体供給通路
４６ 分配流路
５２ 流体排出通路
５６ ガイド部
６２，８６ 空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
ハウジング内に収容され、液体を噴射して前記液柱を形成するノズルと、
前記液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学装置と、
前記ハウジングに設けられ、前記ノズルをハウジング内に固定する構造を有するノズル押さえと、
前記ノズル押さえ内に設けられた整流手段と、を備え、
前記整流手段は、
逆円錐状の凹部を有し、前記液柱の周りに供給された流体によって前記液柱の流れを整えるガイド部と、
前記液柱と垂直な平面上に互いに等角度の間隔で設けられ、前記ガイド部に流体を供給するための複数の流体供給通路と、
前記ガイド部の外周に設けられ、前記流体供給通路に流体を分配する環状の分配通路と、
前記凹部内の空間に連通する、円柱状又はディスク状の上部空間と、前記上部空間の外周側下方に設けられ、前記液体供給通路に連通する環状又は円筒形の下部空間と、を有し、前記流体供給通路から供給された流体の流れ方向を前記ノズルの軸に沿った方向に変える流れ変更流路と、
前記ガイド部の最下端に前記液柱と同軸に設けられ、前記ガイド部から前記流体を排出するための流体排出孔と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 A laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided into a liquid column,
A nozzle housed in a housing and ejecting liquid to form the liquid column;
A laser optical device for condensing a laser from a laser light source in the liquid column;
A nozzle presser provided in the housing and having a structure for fixing the nozzle in the housing;
Rectifying means provided in the nozzle holder,
The rectifying means includes
A guide portion having an inverted conical recess, which regulates the flow of the liquid column by the fluid supplied around the liquid column;
A plurality of fluid supply passages provided at equiangular intervals on a plane perpendicular to the liquid column, for supplying fluid to the guide portion;
An annular distribution passage that is provided on the outer periphery of the guide portion and distributes the fluid to the fluid supply passage;
A columnar or disk-shaped upper space that communicates with the space in the recess, and an annular or cylindrical lower space that is provided below the outer circumferential side of the upper space and communicates with the liquid supply passage; A flow changing flow path for changing a flow direction of the fluid supplied from the fluid supply passage to a direction along the axis of the nozzle;
Including a fluid discharge hole provided coaxially with the liquid column at the lowermost end of the guide portion and for discharging the fluid from the guide portion;
Laser processing equipment characterized by that.
請求項１に記載のレーザー加工装置。 The fluid supply passage is disposed to communicate the distribution passage and the lower space.
The laser processing apparatus according to claim 1.
前記ノズル押さえは、前記ノズルを収納する凹部を有し、
前記ノズルは、前記ノズル用凹部に対して、互いに交わる少なくとも２つの面で当接して固定され、
前記ノズル押さえは、前記ハウジングの下部に設けられた前記液柱と垂直な平面と前記ノズルの外面とに当接することにより、互いに交わる少なくとも２つの面で固定されている、
請求項１または請求項２に記載のレーザー加工装置。 The housing has a nozzle recess for storing the nozzle,
The nozzle retainer has a recess for housing the nozzle,
The nozzle is fixed in contact with at least two surfaces intersecting each other with respect to the nozzle recess,
The nozzle retainer is fixed on at least two surfaces that intersect each other by abutting against a plane perpendicular to the liquid column provided at a lower portion of the housing and an outer surface of the nozzle.
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2.
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。 The fluid supply passage has an angle with respect to the radial direction of the guide portion and opens in the guide portion.
The laser processing apparatus of any one of Claims 1-3.
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