JP6713313B2 - レーザ加工装置用加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工に用いられるレーザ加工装置用加工ヘッドに係る。特にレーザ加工の方法を改革、改善するレーザ加工装置用加工ヘッドに関する。

被加工物を加工するのにレーザ加工装置が用いられる場合がある。
例えば、被加工物を溶接加工するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を溶解するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を加熱するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を切断するのにレーザ加工装置が用いられる。
一般的なレーザ光加工では、レーザ光を集光レンズにより集光し、その焦点部近傍に部材を位置づけて加工される。従って、そのレーザ光による加工点のエネルギー密度は高く、極小点に限られる。このことは、熱影響が少ない微細、小域の加工例えば金属切断、深溶け込み溶接等に適している。

レーザ光を被加工物の被加工部に照射する際にシールドガスを被加工部に吹き付けて被加工部をシールドする。
この様にすると、被加工部の温度が上がって空気と反応することを防ぐことができる。
仮に、シールドガスが被加工部をシールドしないと、被加工部が酸化し、機械特性が劣化する。また黒ずみ見栄えが悪化する。
加工点を中心に周辺の温度が上昇するので、シールフォガスを加工点の他、加工点の周囲にも吹き付けて、温度が低下するまでの間十分に被加工部をシールドガスで覆うことが求められる。
板と板との付きあわせ部をレーザ光により溶接する場合、線状のつきあわせ部に沿って加工点を移動させつつ溶接するので、加工点の後方の箇所も温度が必要な温度まで低下するまでシールドガスで覆う必要がある。
従って、シールドガスが被加工物の加工点を中心として所定の領域を覆う。

一般的には、耐熱材料でできた筒状の部材であるシールドチップをトーチボデイに支持させ、シールドチップの先端部を被加工部に向けて近づけ、レーザ光をシールドチップの先端部から被加工物の加工点に照射する。シールドガスをシールドチップの先端部に形成された開口から雰囲気に噴射し、被加工物に吹き付けて、被加工部をシールドする。

上記のとおり、シールドチップの先端部に設けられた開口は所定の大きさを必要とする。シールドチップの先端部を被加工物に所定の距離まで近づけて作業する。
その結果、作業員は、視界にシールドチップの先端部が入るので、被加工部を見るのにに苦労する。
そこで、差業界から必要な被加工部の必要な領域を十分にシールドし、且つ被加工部を見るのが容易なレーザ加工装置用加工ヘッドを求められていた。
例えば、シールドチップに被加工部を見るための切欠きを設けている。

また、レーザ光特性を生かし且つ幅を持たせた加工領域が要求される加工には加工に対し、レーザ光び光軸を回転させ、加工点を螺旋状に移動させることを行う。
この様な加工をする場合、被加工部のシールドするのに必要な領域がさらに大きくなるのでえ、上記の要請がさらに増える。

本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができるレーザ加工装置用加工ヘッドを提供しようとする。

上記目的を達成するため、本発明に係るシールドガスを用いレーザ光を被加工物の被加工部に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドを、レーザ光を被加工部に照射する様に案内する光学系と、内部に前記光学系を収めるトーチボデイと、レーザ光を通過させるレーザ光通路を設けられレーザ光通路を通過するレーザ光の光軸であるレーザ光軸に沿った一方の端部であるチップ基端部を前記トーチボデイに支持されるシールドチップと、を備え、前記シールドチップが、前記レーザ光通路を形成し前記レーザ光軸に沿った一方の端部である内部基端部を前記トーチボデイに向け前記レーザ光軸に沿った他方の端部である内部先端部を被加工部に向けることをできる部材である内部シールドチップと、前記レーザ光軸に沿った一方の端部である外部基端部を前記トーチボデイに向け前記レーザ光軸に沿った他方の端部である外部先端部を前記内部先端部の位置より該外部基端部の側へ所定の距離だけずれた箇所に位置させ該外部先端部に前記内部シールドチップの外側壁を囲う様に該内部先端部の側から見て雰囲気に開かれた環状の開口である外部開口を形成する部材である外部シールドチップと、を有し、前記内部先端部を被加工部に向けてレーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスが前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする、ものとした。

上記本発明の構成により、光学系が、レーザ光を被加工部に照射する様に案内する。トーチボデイが、内部に前記光学系を収める。シールドチップが、レーザ光を通過させるレーザ光通路を設けられ、レーザ光通路を通過するレーザ光の光軸であるレーザ光軸に沿った一方の端部であるチップ基端部を前記トーチボデイに支持される。前記シールドチップの前記内部シールドチップが、前記レーザ光通路を形成し前記レーザ光軸に沿った一方の端部である内部基端部を前記トーチボデイに向け前記レーザ光軸に沿った他方の端部である内部先端部を被加工部に向けることをできる部材である。前記シールドチップの外部シールドチップが、前記レーザ光軸に沿った一方の端部である外部基端部を前記トーチボデイに向け、前記レーザ光軸に沿った他方の端部である外部先端部を前記内部先端部の位置より該内部基端部の側へ所定の距離だけずれた箇所に位置させ、該外部先端部に前記内部シールドチップの外側壁を囲う様に該内部先端部の側から見て雰囲気に開かれた環状の開口である外部開口を形成する部材である。前記内部先端部を被加工部に向けてレーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスが前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする。
その結果、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。

以下に、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記シールドチップが前記外部シールドチップの内側壁と前記内部シールドチップの前記外側壁との間に前記外部開口に導通する空隙である外部空隙を形成され、前記内部先端部を被加工部に向けてレーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスが前記外部空隙に導入され前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする。
上記の実施形態の構成により、前記シールドチップが前記外部シールドチップの内側壁と前記内部シールドチップの前記外側壁との間に前記外部開口に導通する空隙である外部空隙を形成される。前記内部先端部を被加工部に向けてレーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスが前記外部空隙に導入され前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする。
その結果、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、シールドガスが安定して被加工部に吹き付けられて、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記内部シールドチップの外側壁の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する。
上記の実施形態の構成により、前記内部シールドチップの外側壁の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する。
その結果、外部開口から噴出したシールドガスが軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状の該側壁に案内されて安定して被加工部に吹き付けられる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記内部シールドチップの前記外側壁が前記外部空隙の一部と前記外部開口の一部を形成し、前記内部シールドチップの前記外側壁の前記外部空隙を形成する箇所と前記外側壁の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する。
上記の実施形態の構成により、前記内部シールドチップの前記外側壁が前記外部空隙の一部と前記外部開口の一部を形成する。前記内部シールドチップの前記外側壁の前記外部空隙を形成する箇所と前記外側壁の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する。
その結果、外部空隙に導入されたシールドガスが軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状の該側壁を形成する内部シールドチップの前記外側壁に案内されて安定して被加工部に吹き付けられる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記内部シールドチップが内部に位置する空隙である内部空隙と該内部空隙に導通し前記内部先端部に位置する開口である内部開口とを形成し、レーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、前記内部先端部が被加工部に対向し、シールドガスのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスが前記外部空隙に導入され前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ、シールドガスのうちの一部のシールドガスである内部シールドが前記内部空隙に導入され前記内部開口から雰囲気に噴出して被加工物に吹き付けられ、前記内部シールドガスと前記外部シールドガスとが一体となり被加工部をシールドする。
上記の実施形態の構成により、前記内部シールドチップが内部に位置する空隙である内部空隙と該内部空隙に導通し前記内部先端部に位置する開口である内部開口とを形成する。レーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、前記内部先端部が被加工部に対向し、シールドガスのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスが前記外部空隙に導入され前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ、シールドガスのうちの一部のシールドガスである内部シールドが前記内部空隙に導入され前記内部開口から雰囲気に噴出して被加工物に吹き付けられ、前記内部シールドガスと前記外部シールドガスとが一体となり被加工部をシールドする。
その結果、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記シールドチップまたは前記トーチボデイが空隙であるトーチボデイ空隙を形成され、前記シールドチップが前記トーチボデイ空隙と前記外部空隙とを導通する孔である外部導通孔を形成され、前記内部シールドチップが前記内部基端部に前記トーチボデイ空隙と前記内部空隙を導通する内部導通孔を形成され、シールドガスが前記トーチボデイ空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記外部シールドガスが前記外部導通孔を通過して前記外部空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記内部シールドガスが前記内部導通孔を通過して前記内部空隙に導入される。
上記の実施形態の構成により、前記シールドチップが空隙であるトーチボデイ空隙を形成される。前記シールドチップが前記トーチボデイ空隙と前記外部空隙とを導通する孔である外部導通孔を形成され、前記内部シールドチップが前記内部基端部に前記トーチボデイ空隙と前記内部空隙を導通する内部導通孔を形成される。シールドガスが前記トーチボデイ空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記外部シールドガスが前記外部導通孔を通過して前記外部空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記内部シールドガスが前記内部導通孔を通過して前記内部空隙に導入される。
その結果、外部導通孔と内部導通孔との孔面積を調整して内部シールドガスと外部シールドガスの比を最適にすることができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記レーザ光通路が内部空隙に含まれ、レーザ光が光学系に案内されて前記レーザ光通路を通過して前記内部開口から雰囲気に射出されて被加工部に照射される。
上記の実施形態の構成により、前記レーザ光通路が内部空隙に含まれる。レーザ光が光学系に案内されて前記レーザ光通路を通過して前記内部開口から雰囲気に射出されて被加工部に照射される、
その結果、シールドチップから噴出シールドガスが、被加工部のレーザ光を照射させた箇所を回りを良好にシールドできる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、その構成により、以下の効果を有する。
シールドチップがレーザ光をレーザ光通路を通過させて被加工部に照射する様に光学系を内部に収めるトーチボデイに支持され、内部シールドチップが内部基端部をトーチボデイに向け内部先端部を被加工部に向け、外部シールドチップが外部基端部を前記トーチボデイに向け外部先端部を内部先端部の位置より該内部基端部の側へ所定の距離だけずれた箇所に位置させて、該外部先端部に前記内部シールドチップの外側壁を囲う様に環状の開口である外部開口を形成し、加工時にシールドガスが前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする様にしたので、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、外部シールドチップの内側壁と前記内部シールドチップの前記外側壁との間に外部空隙を形成し、加工時に前記外部空隙に導入されたシールドガスが前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ被加工部をシールドする様にしたので、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、シールドガスが安定して被加工部に吹き付けられて、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、前記内部シールドチップの外側壁の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する様にしたので、外部開口から噴出したシールドガスが軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状の該側壁に案内されて安定して被加工部に吹き付けられる。
また、前記内部シールドチップの前記外側壁の前記外部空隙を形成する箇所と前記外側壁の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する様にしたので、外部空隙に導入されたシールドガスが軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状の該側壁を形成する内部シールドチップの前記外側壁に案内されて安定して被加工部に吹き付けられる。
また、加工時に外部空隙に導入された外部シールドガスが前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられ、内部空隙に導入された内部シールドガスが内部開口を通過して雰囲気に噴出し、両方が一体となり被加工部をシールドする様にしたので、シールドガスが被加工部をシールドする広さにくらべ内部先端部を小さくすることで被加工部を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、シールドガスが前記トーチボデイ空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記外部シールドガスが前記外部導通孔を通過して前記外部空隙に導入され、シールドガスから分かれた前記内部シールドガスが前記内部導通孔を通過して前記内部空隙に導入される様にしたので、外部導通孔と内部導通孔との孔面積を調整して内部シールドガスと外部シールドガスの比を最適にすることができる。
また、レーザ光が光学系に案内されて前記内部空隙に一致する前記レーザ光通路を通過して前記内部開口から雰囲気に射出されて被加工部に照射される様にしたので、シールドチップから噴出シールドガスが、被加工部のレーザ光を照射させた箇所を回りを良好にシールドできる。
従って、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができるレーザ加工装置用加工ヘッドを提供できる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの全体断面図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの部分断面図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドのＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドのＢ−Ｂ矢視図である。 レーザ加工装置の加工点の軌跡を示す。 レーザ加工装置に加工される被加工部の断面を示す。 レーザ加工装置の概念図である。

以下、本発明を実施するための形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、図面を参照して、説明する。
図７は、レーザ加工装置の一例を示す。
レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１とレーザ導光ケーブル１２と加工ヘッド１３とで構成される。
レーザ発振器１１は、レーザ光を発振する機器である。
レーザ発振器１１は、ファイバレーザ発振器であってもよい。
レーザ発振器１１は、炭酸ガスレーザ発振器であってもよい。
レーザ導光ケーブル１２は、レーザ発振器の発振したレーザ光をトーチに導く機器である。
レーザ導光ケーブル１２は、伝送用ファイバ１１０とその他とで構成されてもよい。
伝送用ファイバ１１０は、レーザ光を導く光ファイバである。
加工ヘッド１３は、レーザ導光ケーブルの導いたレーザ光を被加工物に照射する器具である。
レーザ加工は、溶接、加熱、溶融、切断、等の加工である。

最初に、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの全体断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの部分断面図である。図３は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドのＡ−Ａ断面図である。図４は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドのＢ−Ｂ矢視図である。
以下では、説明の便宜上、レーザ加工装置はファーバレーザ加工装置であるとして、説明する。

レーザ加工装置用加工ヘッドは、光学系１００とトーチボデイ２００とシールドチップ異３００とシールドガス導入機器４００とで構成される。

光学系１００は、レーザ光Ｌを被加工部５５に照射する様に案内するものである。
光学系１００は、伝送用ファイバ１１０とコリメーションレンズ１２０と加工レンズ１３０とで構成される。
伝送用ファイバ１１０は、レーザ発振器１１で発振したレーザ光Ｌを導くファイバである。
コリメーションレンズ１２０は、伝送用ファイバ１１０より射出されたレーザ光の拡がり角度を調整するレンズである。
加工レンズ１３０は、コリメーションレンズ１２０から射出したレーザ光を加工に必要なエネルギー密度に集光するレンズである。

コリメーションレンズ１２０は、レーザ光Ｌを入射して平行光線を出射する。
例えば、コリメーションレンズ１２０は、伝送用ファイバ１１０により導かれるレーザ光を入射して平行光線を出射する光学凸レンズである。
例えば、加工レンズ１３０は、平行光線を焦点に集光する光学凸レンズである。
コリメーションレンズ１２０の主軸とレーザ光の光軸とが一直線上にならんでもよい。
コリメーションレンズ１２０が出射した平行光線は、他の光学機器を介さずに直接に加工レンズ１３０に入射してもよい。
図１は、コリメーションレンズ１２０が出射した平行光線は、他の光学機器を介さずに直接に、加工レンズ１３０に入射する構造を示す。
コリメーションレンズが出射した平行光線は、光学要素により向きを変えた後で、加工レンズ１３０に入射してもよい。
例えば、コリメーションレンズが出射した平行光線は、光学ミラーにより向きを変えた後で、加工レンズ１３０に入射する。
図５の（Ａ）は、加工点Ｘが直線状に移動する様子を示す。
図６の（Ａ）は、被加工部の溶融部分を斜線で示す。

加工レンズ１３０の主軸が光軸からずれて、加工レンズ１３０が光軸を中心として回転してもよい。
この様にすると、被加工物の被加工部に集光する位置が所定の回転半径で回転する。
加工ヘッド１３を被加工物５０に対して相対移動させると、被加工物の被加工部に集光する位置である加工点Ｘが螺旋状に移動する。
図５の（Ｂ）は、加工点Ｘが螺旋状に移動する様子を示す。
図６の（Ｂ）は、被加工部の溶融部分を斜線で示す。

トーチボデイ２００は、内部に光学系１００を収める構造体である。
トーチボデイ２００が、空隙であるトーチボデイ空隙Ｖ０を形成されてもよい。
トーチボデイ２００は、レーザ加工装置用加工ヘッドの骨格を形成する主要構造体である。
トーチボデイ２００は、トーチボデイ外筒２１０とシールドガス導入部２２０とで構成されてもよい。
トーチボデイ外筒２１０は、トーチボデイ２００を形成する部材である。
例えば、トーチボデイ外筒２１０は、略筒状の外形を持つ部材である。
例えば、トーチボデイ外筒２１０は、略円筒状の外形を持つ部材である。
シールドガス導入部２２０は、トーチボデイ空隙Ｖ０にシールドガスＦを導入する部分である。
伝送用ファイバ１１０の端部が、トーチボデイ外筒２１０に固定されてもよい。
例えば、伝送用ファイバ１１０の端部が、筒状の外形をもつトーチボデイ外筒２１０の一方の端部に固定される。
コリメーションレンズ１２０と加工レンズ１３０とが、トーチボデイ外筒２１０に支持される。
図１、図２は、コリメーションレンズ１２０と加工レンズ１３０を支持する支持構造を省略している。

シールドチップ３００は、レーザ光Ｌを通過させるレーザ光通路を設けられ、レーザ光通路を通過するレーザ光の光軸であるレーザ光軸Ｌ０に沿った一方の端部であるチップ基端部３０１をトーチボデイ２００に支持される。
シールドチップ３００は、内部シールドチップ３１０と外部シールドチップ３２０とで構成される。
シールドチップ３００は、シールドガスを被加工物５０のレーザ光が当たる箇所に案内する。
シールドチップ３００は、シールドガスを被加工物のレーザ光が当たる箇所を覆うようにに案内する。
シールドチップ３００は、トーチボデイ外筒２１０に固定される。
例えば、シールドチップ３００は、円筒状の外形をもつトーチボデイ外筒２１０の他方の端部に固定される。
例えば、シールドチップ３００は、円筒状の外形をもつトーチボデイ外筒２１０の他方の端部にねじ固定される。
図２は、後述する外部シールドチップ３２０の外部基端部３２２が、円筒状の外形をもつトーチボデイ外筒２１０の他方の端部にねじ固定される様子を示す。

内部シールドチップ３１０は、レーザ光通路を形成し、レーザ光軸Ｌ０に沿った一方の端部である内部基端部３１２をトーチボデイ２００に向け、レーザ光軸Ｌ０に沿った他方の端部である内部先端部３１１を被加工部５５に向けることをできる部材である。

外部シールドチップ３２０は、レーザ光軸Ｌ０に沿った一方の端部である外部基端部３２２をトーチボデイ２００に向け、レーザ光軸Ｌ０に沿った他方の端部である外部先端部３２１を内部先端部３１１の位置より内部基端部３１２の側へ所定の距離Ｄだけずれた箇所に位置させ、外部先端部に内部シールドチップ３１０の外側壁３１４を囲う様に内部先端部３１２の側から見て雰囲気に開かれた環状の開口である外部開口Ｗ２を形成する部材である。
外部シールドチップ３２０は、内部シールドチップ３１０を囲う様に設けられ、レーザ光軸Ｌ０に沿った一方の端部である外部基端部３２２をトーチボデイ２００に向け、レーザ光軸Ｌ０に沿った他方の端部である外部先端部３２１を内部先端部３１１の位置より内部基端部３１２の側へ所定の距離Ｄだけずれた箇所に位置させ、外部先端部に内部シールドチップ３１０の外側壁３１４を囲う様に内部先端部３１２の側から見て雰囲気に開かれた環状の開口である外部開口Ｗ２を形成する部材である。
図４は、外部先端部に内部シールドチップ３１０の外側壁３１４を囲う様に雰囲気に開かれた内部先端部３１２の側から見て環状の開口である外部開口Ｗ２を形成する様子を示す。

内部先端部３１１を被加工部５５に向けてレーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスＦが外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドする。
内部先端部３１１を被加工部５５に向けてレーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスＦが外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って内部先端部３１１の側に向かって移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドする。
内部先端部３１１を被加工部５５に向けてレーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスＦが外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドする様に、外部開口Ｗ２の面積やシールドガスＦの導入量が調整される。

シールドチップ３００が外部シールドチップ３２０の内側壁３２３と内部シールドチップ３１０の外側壁３１４との間に外部開口Ｗ２に導通する空隙である外部空隙Ｖ２を形成されてもよい。
シールドチップ３００が外部シールドチップ３２０の外部先端部３２１の側の内側壁３２３と内部シールドチップ３１０の外側壁３１４との間に外部開口Ｗ２に導通する空隙である外部空隙Ｖ２を形成されてもよい。
内部先端部３１１を被加工部５５に向けてレーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスＦが外部空隙Ｖ２に導入され外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドしてもよい。
内部先端部３１１を被加工部５５に向けてレーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスＦが外部空隙Ｖ２に導入され外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って内部先端部３１１の側に向かって移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドしてもよい。

内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有してもよい。
例えば、内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の形状を有する。

内部シールドチップ３１０の外側壁３１４が外部空隙Ｖ２の一部と外部開口Ｗ２の一部を形成してもよい。
内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の外部空隙Ｖ２を形成する箇所と外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状を有する、
例えば、内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の外部空隙Ｖ２を形成する箇所と外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の形状を有する。

内部シールドチップが内部に位置する空隙である内部空隙と内部空隙に導通し内部先端部に位置する開口である内部開口とを形成してもよい。
レーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、内部先端部３１１が被加工部５５に対向し、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスＦ２が外部空隙Ｖ２に導入され外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである内部シールドガスＦ１が内部空隙Ｖ１に導入され内部開口ｗ１から雰囲気に噴出して被加工物５０に吹き付けられ、内部シールドガスＦ１と外部シールドガスＦ２とが一体となり被加工部５５をシールドしてもよい。
レーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、内部先端部３１１が被加工部５５に対向し、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスＦ２がトーチボデイ２００から外部空隙Ｖ２に導入され外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って内部先端部３１１の側に向かって移動して被加工物５０に吹き付けられ、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである内部シールドガスＦ１が内部空隙Ｖ１に導入され内部開口ｗ１から雰囲気に噴出して被加工物５０に吹き付けられ、内部シールドガスＦ１と外部シールドガスＦ１とが一体となり被加工部５５をシールドしてもよい。
レーザ光Ｌを被加工部５５に照射するための姿勢にあるとき、内部先端部３１１が被加工部５５に対向し、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスＦ２がトーチボデイ２００から外部空隙Ｖ２に導入され外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って内部先端部３１１の側に向かって移動して被加工物５０に吹き付けられ、シールドガスＦのうちの一部のシールドガスである内部シールドガスＦ１が内部空隙Ｖ１に導入され内部開口ｗ１から雰囲気に噴出して被加工物５０に吹き付けられ、内部シールドガスＦ１と外部シールドガスＦ２とが一体となり被加工部５５をシールドする様に、内部開口Ｗ１、外部開口Ｗ２、シールドガスＦの導入量が調整される。

トーチボデイ２００が空隙であるトーチボデイ空隙Ｖ０を形成されてもよい。
シールドチップ３００がトーチボデイ空隙Ｖ０と外部空隙Ｖ２とを導通する孔である外部導通孔Ｈ２を形成されてもよい。
内部シールドチップ３１０が内部基端部３１２にトーチボデイ空隙Ｖ０と内部空隙Ｖ１を導通する内部導通孔Ｈ１を形成されてもよい。
シールドガスＦがトーチボデイ空隙Ｖ０に導入された後で、シールドガスＦから分かれた外部シールドガスＦ２が外部導通孔Ｈ２を通過して外部空隙Ｖ２に導入され、シールドガスＦから分かれた内部シールドガスＦ１が内部導通孔Ｈ１を通過して内部空隙Ｖ１に導入されてもよい。
シールドガスＦがトーチボデイ空隙Ｖ０に導入された後で、シールドガスＦから分かれた外部シールドガスＦ２が外部導通孔Ｈ２を通過して外部空隙Ｖ２に導入され、シールドガスＦから分かれた内部シールドガスＦ１が内部導通孔Ｈ１を通過して内部空隙Ｖ１に導入されて、内部シールドガスＦ１と外部シールドガスＦ２とが一体となって被加工部５５をシールドする様に、内部開口Ｗ１、外部開口Ｗ２、内部導通孔Ｈ１、外部導通孔Ｈ２、シールドガスの導入量が調整される。

レーザ光通路が内部空隙Ｖ１に含まれ、
レーザ光Ｌが光学系１００に案内されてレーザ光通路を通過して内部開口Ｗ１から雰囲気に射出されて被加工部５５に照射されてもよい。
図２は、レーザ光Ｌが光学系１００に案内されてレーザ光通路を通過して内部開口Ｗ１から雰囲気に射出されて被加工部５５に照射される様子を示す。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、その構成により、以下の効果を有する。
シールドチップ３００がレーザ光Ｌをレーザ光通路を通過させて被加工部５５に照射する様に光学系１００を内部に収めるトーチボデイ２００に支持され、内部シールドチップ３１０が内部基端部３１２をトーチボデイ２００に向け内部先端部３１１を被加工部５５に向け、外部シールドチップ３２０が外部基端部３２１をトーチボデイ２００に向け外部先端部３２１を内部先端部３１１の位置より内部基端部３１２の側へ所定の距離Ｄだけずれた箇所に位置させて、外部先端部３２１に内部シールドチップ３１０の外側壁３１４を囲う様に環状の開口である外部開口Ｗ２を形成し、加工時にシールドガスＦが外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドする様にしたので、シールドガスＦが被加工部５５をシールドする広さにくらべ内部先端部３１１を小さくすることで被加工部を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、外部シールドチップ３２０の内側壁３２３と内部シールドチップ３１０の外側壁３１４との間に外部空隙Ｖ２を形成し、加工時に外部空隙Ｖ２に導入されたシールドガスＦが外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ被加工部５５をシールドする様にしたので、シールドガスＦが被加工部５５をシールドする広さにくらべ内部先端部３１１を小さくすることで被加工部５５を見やすくなり、シールドガスが安定して被加工部に吹き付けられて、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所が軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の形状を有する様にしたので、外部開口Ｗ２から噴出したシールドガスが軸方向に一定の輪郭をもつ柱状の形状の側壁に案内されて安定して被加工部５５に吹き付けられる。
また、内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の外部空隙Ｖ２を形成する箇所と外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所とが段差無く繋がる軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の形状を有する様にしたので、外部空隙Ｖ２に導入されたシールドガスＦが軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の形状の側壁を形成する内部シールドチップ３１０の外側壁３１４に案内されて安定して被加工部５５に吹き付けられる。
また、加工時に外部空隙Ｖ２に導入された外部シールドガスＦ２が外部開口Ｗ２を通過して雰囲気に噴出し内部シールドチップ３１０の外側壁３１４の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物５０に吹き付けられ、内部空隙Ｖ１に導入された内部シールドガスＦ１が内部開口Ｗ１を通過して雰囲気に噴出し、両方が一体となり被加工部５５をシールドする様にしたので、シールドガスＦが被加工部５５をシールドする広さにくらべ内部先端部３１１を小さくすることで被加工部５５を見やすくなり、簡単な構造により高い作業性で良好な加工をすることができる。
また、シールドガスＦがトーチボデイ空隙Ｖ０に導入された後で、シールドガスＦから分かれた外部シールドガスＦ２が外部導通孔Ｈ２を通過して外部空隙Ｖ２に導入され、シールドガスＦから分かれた内部シールドガスＦ１が内部導通孔Ｈ１を通過して内部空隙Ｖ１に導入される様にしたので、外部導通孔Ｈ２と内部導通孔Ｈ１との孔面積を調整して内部シールドガスＦ１と外部シールドガスＦ２の比を最適に調整することができる。
また、レーザ光Ｌが光学系１００に案内されて内部空隙に一致するレーザ光通路を通過して内部開口から雰囲気に射出されて被加工部に照射される様にしたので、シールドチップから噴出シールドガスが、被加工部のレーザ光を照射させた箇所を回りを良好にシールドできる。
従来の内部シールドチップのみによる構造では、熱加工部より発生するトーチ側反射熱がトーチ内部シールドチップ３１０に加わり、トーチ自体（ボデイ）の過熱現象をもたらす。
本願発明の構造では、外部シールドチップ３２０から流出し、内部シールドチップ３１０の外周を流れるシールドガスＦ２は、内部シールドチップ３１０の外周を冷却する作用をもたらす。その結果、内部シールドチップ３１０の外周を流れるガスＦ２は上記効果によりトーチの加熱の防止又は低減するのに効果的である。

本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
加工が溶接である場合を例にとって説明したがこれに限定されない。加工が切断、加熱、等であってもよい。
レーザ加工装置はファイバレーザ加工装置であるとして説明したが、これに限定ざれない。例えば、レーザ加工装置は炭酸ガスレーザ加工装置であってもよい。

Ｄ 所定の距離
Ｆ シールドガス
Ｆ１ 内部シールドガス
Ｆ２ 外部シールドガス
Ｌ レーザ光
Ｌ０ レーザ光軸
Ｈ１ 内部導通孔
Ｈ２ 外部導通孔
Ｖ０ トーチボデイ空隙
Ｖ１ 内部空隙
Ｖ２ 外部空隙
Ｗ１ 内部開口
Ｗ２ 外部開口
Ｘ 加工点
１０ レーザ加工機
１１ レーザ発振器
１２ レーザ導光ケーブル
１３ 加工ヘッド
５０ 被加工物
５５ 被加工部
１００ 光学系
１１０ 伝送用ファイバ
１２０ コリメーションレンズ
１３０ 加工レンズ
２００ トーチボデイ
２１０ トーチボデイ外筒
２２０ シールドガス導入部
３００ シールドチップ
３０１ チップ基端部
３１０ 内部シールドチップ
３１１ 内部先端部
３１２ 内部基端部
３１３ 内側壁
３１４ 外側壁
３２０ 外部シールドチップ
３２１ 外部先端部
３２２ 外部基端部
３２３ 内側壁
４００ シールドガス導入機器

特開２０１２−６６２９０号 特開平１０−１８０４７９号 特開２００５−２０５４１５号 特開２００４−７４２３１号

Claims (4)

1. シールドガスを用いレーザ光を被加工物の被加工部に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドであって、
   レーザ光を被加工部に照射する様に案内する光学系と
   内部に前記光学系を収めるトーチボデイと、
   レーザ光を通過させるレーザ光通路を設けられレーザ光通路を通過するレーザ光の光軸であるレーザ光軸に沿った一方の端部であるチップ基端部を前記トーチボデイに支持されるシールドチップと、
   を備え、
   前記トーチボデイが空隙であるトーチボデイ空隙を形成され、
   前記シールドチップが、
   前記レーザ光通路を形成し前記レーザ光軸に沿った一方の端部である内部基端部を前記トーチボデイに向け前記レーザ光軸に沿った他方の端部である内部先端部を被加工部に向けることをできる部材である内部シールドチップと、
   前記レーザ光軸に沿った一方の端部である外部基端部を前記トーチボデイに向け前記レーザ光軸に沿った他方の端部である外部先端部を前記内部先端部の位置より該内部基端部の側へ所定の距離だけずれた箇所に位置させ該外部先端部に前記内部シールドチップの外側壁を囲う様に該内部先端部の側から見て雰囲気に開かれた環状の開口である外部開口を形成する部材である外部シールドチップと、
   を有し、
   前記外部シールドチップの内側壁と前記内部シールドチップの前記外側壁との間に前記外部開口に導通する空隙である外部空隙を形成され、
   前記内部シールドチップの内部に位置する空隙である内部空隙と該内部空隙に導通し前記内部先端部に位置する開口である内部開口とを形成され、
   前記シールドチップが前記トーチボデイ空隙と前記外部空隙とを導通する孔である外部導通孔を形成され、
   前記内部シールドチップが前記内部基端部に前記トーチボデイ空隙と前記内部空隙を導通する内部導通孔を形成され、
   前記内部シールドチップの外側壁が前記外部導通孔を通過してガスを導入される箇所から前記内部先端部まで軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の輪郭をもち、該円柱状の輪郭が前記外部空隙の前記外部導通孔を通過してガスを導入される箇所から前記外部開口までの内周を形成し、
   前記外部シールドチップの内側壁が前記外部空隙の前記外部導通孔を通過してガスを導入される箇所から前記外部開口までの外周を形成し、
   前記内部先端部を被加工部に向けてレーザ光を被加工部に照射するための姿勢にあるとき、シールドガスのうちの一部のシールドガスである外部シールドガスが前記外部導通孔を通過して前記外部空隙に導入され前記外部開口を通過して雰囲気に噴出し前記内部シールドチップの前記外側壁の雰囲気に露出した箇所に沿って移動して被加工物に吹き付けられシールドガスのうちの一部のシールドガスである内部シールドガスが前記内部空隙に導入され前記内部開口から雰囲気に噴出して被加工物に吹き付けられ、前記内部シールドガスと前記外部シールドガスとが一体となり被加工部をシールドする、
   ことを特徴とするレーザ加工装置用加工ヘッド。
2. 前記外部シールドチップの内側壁が前記外部導通孔を通過してガスを導入される箇所から前記外部開口まで軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の輪郭をもち、該円柱状の輪郭が前記外部空隙の前記外部導通孔を通過してガスを導入される箇所から前記外部開口までの外周を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置用ヘッド。
3. 前記内部シールドチップの内側壁が軸方向に一定の輪郭をもつ円柱状の輪郭をもち、該円柱状の輪郭が前記内部空隙の内部連通孔のある箇所から前記内部開口までの外周を形成する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのひとつに記載のレーザ加工装置用ヘッド。
4. シールドガスが前記トーチボデイ空隙に導入された後で、シールドガスから分かれた外部シールドガスが前記外部導通孔を通過して前記外部空隙に導入され、シールドガスから分かれた内部シールドガスが前記内部導通孔を通過して前記内部空隙に導入されて、内部シールドガスと外部シールドガスとが一体となって被加工部をシールドする様に、前記内部開口、前記外部開口、前記内部導通孔、前記外部導通孔、シールドガスの導入量が調整される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちのひとつに記載のレーザ加工装置用ヘッド。

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