JPH03155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ発振器から放射されるレーザ
光を集光レンズで集光し、ノズル先端から照射し
てワークを加工するレーザ加工機において、ノズ
ル先端とワーク間の距離を電磁的容量例えば渦電
流、磁気、静電容量等によつて検出するための電
極を備えたノズルに関するものである。

従来の技術 一般に、この種レーザ加工機においては、加工
精度を維持するために、ワークとレーザ光の焦点
位置を一定に保つことが、必要とされている。

このため、従来では、例えば特開昭57−44487
号公報のように、ノズル先端に取り付けたリング
状の電極による静電容量センサや、或いは特開昭
59−54487号公報のように、ノズル先端部に別体
の電極を埋込んだ静電容量センサにより、非接触
にワークＷ表面との間の静電容量を検出し、サー
ボ機構により、静電容量センサの出力が一定とな
るようノズル高さを制御することによりワークＷ
とノズル間の距離を一定に保つことが行われてき
た。そして、この方法によれば、ノズルとワーク
Ｗ間の距離を非接触で検出でき、平板状ワークの
加工には極めて有効な手段であつた。

しかしながら、ワークＷ表面が凹凸の複雑な立
体形状をなす場合、上記リング状のセンサを備え
たノズルでは、ワークＷの巾狭な谷間へ入ること
ができず、加工できない部分を生じるという欠点
があつた。

一方、ノズル先端部に別体のセンサーを備えた
ノズルの場合、第８図で示すように形状的にはワ
ークＷの谷間に入ることはできても、ノズルがワ
ークＷの壁に近づくと、ノズル側面部すなわち電
極Ａの側面とワークＷとの間の静電容量C_Xおよ
び上記電極Ａの導電線ａとワークＷとの間の静電
容量C_Yの静電容量変化量が、本来の電極Ａ端面
とワークＷ間の静電容量C_Lに加えられてしまう。
このため、本来の静電容量C_Lより大きな静電容
量を検出してしまい、結果的にノズル高さを設定
高さより偏つた位置にコントロールしてしまいレ
ーザ加工が出来ないか、あるいは加工品質がばら
つくという不具合が生じていた。

すなわち、ノズル側面部とワークＷ間の静電容
量C_X，C_Yは、ワークＷの立体形状により一定し
ないため、ノズルとワーク間の正しいギヤツプ量
が検出できず、したがつてワークＷに対するノズ
ル高さを一定に保持することができず、最適な加
工条件を維持することが困難であつた。

発明の目的およびその解決手段 ここに、本発明の目的はノズル側面部から検出
される電磁的容量を常に一定とし、表面が凹凸の
複雑な立体形状のワークを加工する場合にも、ノ
ズル先端面とワーク間の正確な電磁的容量変化が
検出でき、したがつてこの電磁的容量が常に一定
となるようにノズル高さを制御することにより、
レーザ光の焦点を常にワーク表面からの一定位置
に結ばせることができる点にある。

そこで、本発明はノズルの先端自体を第１電極
とし、ノズル先端部を除いた側面部を絶縁部を介
して第２電極で覆い、第１電極の側面部とワーク
との間を電磁的に遮閉させたものである。

発明の構成 以下、本発明の構成を第１図ないし第４図の具
体的実施例に基づいて説明する。

１は、レーザ加工機の図示しないヘツド本体に
対し、光軸方向に移動調整自在に取付けられたレ
ンズホルダーで、内部に集光レンズ２を保持して
いる。

３は、絶縁材料からなる中空円筒状のノズルホ
ルダーで、その上端フランジ部３ａでビス４によ
り上記レンズホルダー１に固着されている。ま
た、このノズルホルダー３の一側面にはコネクタ
取付孔５が形成され、後述する同軸ケーブル６用
のコネクタ７が取付けられている。

また、このノズルホルダー３の下部内周部には
その内径を小さくした突出小径部３ｂが突設さ
れ、この小径部３ｂの下方にノズル嵌合部３ｃが
形成されている。このノズル嵌合部３ｃには例え
ば銅よりなる金属カラー８が接着等により取付け
られている。そして、この金属カラー８にノズル
９の上端面を当接させ、さらに下方よりノズルナ
ツト１０を締付けることによりノズル９を上記ノ
ズルホルダー３に固定している。

このノズルナツト１０は、例えばアルミ等の導
電性材料にて形成され、上記ノズルホルダー３の
下部外周に形成されたねじ部３ｄに螺合してい
る。また、このノズルナツト１０の底部のノズル
挿通孔内周にはテーパ状のノズル保持面１０ａが
形成され、この保持面１０ａとノズル９の上端部
外周縁に形成されたテーパフランジ部９ａとのテ
ーパ係合によりノズル９をノズルホルダー３に強
固に締着固定している。

上記ノズル９は逆中空円錐状をなし、その先端
すなわち下端中央部にはレーザ光とアシストガス
等が通過する噴射孔９ｂが形成されている。

このノズル９は内側より、ワークＷとの間の電
磁的容量（ここでは静電容量）を検出するための
第１電極Ｄ、絶縁部Ｅ、上記第１電極Ｄの側面部
とワークＷ間を電磁的（ここでは静電的）に遮閉
するための第２電極Ｆの順に三層構造となつてい
る。

上記ノズル９は、例えばセラミツクにてなるノ
ズル基体１１に例えば銅或はニツケル等の金属被
膜１２，１３をコーテイングすることにより形成
されている。すなわち、上記ノズル基体１１その
ものが上記絶縁部Ｅであり、その内周側面（噴射
孔９ｂ内周も含む）より先端面に連続して上記金
属被膜でなる上記第１電極Ｄが設けられ、この第
１電極Ｄとは切り離してこの第１電極Ｄの側面部
外側を覆うように上記ノズル基体１１外周側面に
上記金属被膜１３でなる上記第２電極Ｆが設けら
れている。

この場合、上記第１電極Ｄと第２電極Ｆとを同
一材質の金属被膜で形成することにより、ノズル
基体１１にメツキ等によつて簡単に溶着させるこ
とができる。

つまり、ノズル基体１１の上端外周面部の一部
をマスキングして、ノズル基体１１全部をメツキ
槽でどぶづけする。そのとき、第２図のようにノ
ズル９先端部はメツキが連続しているため、第２
図二点鎖線のように外周角隅部を面取り加工する
ことにより、第３図のように先端面と外周側面と
のメツキが完全に切り離される。したがつて、第
１電極Ｄと第２電極Ｆとが絶縁部Ｅとしてのノズ
ル基体１１を介して電気的に絶縁される。

第１図において前記コネクタ７は、導電性材料
で形成され、この中央には同軸ケーブル６の芯線
となる第１電線６ａがビニール被覆した状態で挿
通され、その外面の第２電線６ｂがコネクタ７に
ハンダ付にて接続されている。上記第１電線６ａ
は、コネクタ７からノズルホルダー３内を通つ
て、上記ノズル９の第１電極Ｄと導通される上記
金属カラー８にハンダ付けにて接続されている。
そして、この電１電線６ａは同軸ケーブル６に沿
つて、外部に設けられた電磁的容量検出器として
の例えば静電容量検出器１４に導かれている。こ
の静電容量検出器１４は、C/V変換器やアンプ等
からなるモータ駆動制御装置１５に接続され、上
記第１電極Ｄより検出された静電容量値に基づい
てキヤツプコントロール用のサーボモータ１６を
駆動制御し、ノズル９を一体に保持した上記レン
ズホルダー１をヘツド本体に対し光軸方向に移動
調整するようになつている。

また、上記ノズルホルダー３の外周面部も、例
えば銅或はニツケル等の金属被膜１８がコーテイ
ングされており、コネクタ７に螺着された金属ナ
ツト１７と上記金属被膜１８部分を介して、コネ
クタ７は、上記ノズル９の第２電極Ｆと導通する
上記ノズルナツト１０に電気的に接続されてい
る。そして、このコネクタ７と導通した第２電線
６ｂは同軸ケーブル６に沿つて、例えばレーザ加
工機本体側のアース端子に接続され、第２電極Ｆ
をワークＷと同電位にしている。

また、１９はコネクタ７と同軸ケーブル６の結
合部分を保護する絶縁チユーブで、２０はコネク
タ７の端面を被覆するとともにノズルホルダー３
へのコネクタ取付け用の弾性キヤツプである。

発明の作用 まず、ノズルホルダー３へのノズル９の取付け
方法を説明すると、予めコネクタ７、金属ナツト
１７および金属カラー８を装着したノズルホルダ
ー３に、ノズル９上端部をノズル嵌合部３Ｃに嵌
め込み、さらにこのノズル９に挿通したノズルナ
ツト１０をノズルホルダー３のねじ部３ｄに螺着
させる。このままノズルナツト１０を締付けるこ
とにより、そのテーパ状の保持面１０ａとノズル
９のテーパフランジ部９ａとによるくさび作用の
もとに、ノズル９は芯出し補正されつつその上端
面が金属カラー８に圧接され、ノズルホルダー３
に締着固定される。

次に、加工時においてワークＷとノズル９先端
との距離を一定に保つ調整、いわゆるギヤツプコ
ントロールについて説明する。

第１図のように、ノズル９の第２電極Ｆはテー
パフランジ部９ａからノズルナツト１０、ノズル
ホルダー３の金属被膜１８、金属ナツト１７、コ
ネクタ７、第２電線６ｂを介してアースされワー
クＷと同電位となつている。一方、第１電線Ｄは
ノズル９上端面から金属カラー８、第１電線６ａ
を介して静電容量検出器１４に接続されている。

静電容量検出器１４により、第１電極Ｄの先端
面および周側面部でワークＷおよび第２電極Ｆと
の間の静電容量C_L，C_Aが検出されると、それら
の和の静電容量C_L＋C_Aがノズル９の先端とワー
クＷとの距離すなわちギヤツプ量に対応した信号
としてモータ駆動制御装置１５に送られる。モー
タ駆動制御装置１５はノズル９先端とワークＷの
間のギヤツプ量を一定にするようにサーボモータ
１６を駆動制御し、ノズル９を一体に保持したレ
ンズホルダー１をヘツド本体に対し光軸方向に移
動調整する。

第４図で示すように、ワークＷ表面が立体形状
となつている場合、その壁にノズル９が接近して
も、第２電極ＦはワークＷと同電位となつて第１
電極Ｄの周側面部とワークＷとの間を静電的に完
全に遮閉しているため、ノズルの側面がワークＷ
の壁に近接したにも拘らず、第１電極Ｄの周側面
部による静電容量C_Aは、ノズル９に対し固定さ
れた第２電極Ｆとの間で検出され、したがつて常
に一定な検出値が得られるため本来検出すべき静
電容量C_Lの変化に影響を与えることがなく、静
電容量検出器１４はギヤツプ量に対応した正確な
検出値を得ることができる。

なお、第１電極Ｄは非常に薄膜状であるためノ
ズル９先端面での第１電極Ｄの厚み部分から側方
に対しては殆ど静電容量検出はなされず、ギヤツ
プ量には全く影響しない。

変形例 次に、第５図および第６図に基づいて本考案の
変形例について説明する。

なお、第１図と同一構成部分は同一符号を付し
てその説明を省略する。

このノズル９′は、第５図および第６図で示す
ように、ノズル基体１１′を例えば銅或はニツケ
ル等の導電材料にて上記第１電極Ｄとして形成
し、この第１電極Ｄの外周側面を例えばセラミツ
クを溶射してなる絶縁被膜２１でコーテイングす
ることにより上記絶縁部Ｅを形成するとともに、
さらにその外側面を、例えば銅或はニツケル等を
溶射してなる金属被膜２２でコーテイングするこ
とにより上記第２電極Ｆを形成したものである。
この場合、ノズル基体１１′の上端部外周および
下端面へのコーテイングは行わず、第６図で示す
ように第１電極Ｄと第２電極Ｆはその中間部の絶
縁部Ｅにより確実に電気的に絶縁されている。

そして、このノズル９′を前述と同様にノズル
ホルダー３に装着すると、第５図のように第１電
極Ｄはその上端面が金属カラー８に接し、第１電
線６ａを介して静電容量検出器１４に接続され、
第２電極Ｆはノズルナツト１０からノズルホルダ
ー３の金属被膜１８面、金属ナツト１７、コネク
タ７および第２電線６ｂを介してアースされる。

よつて加工時には、第１電極Ｄと第２電極Ｆと
の間の静電容量は前期実施例と同様に常に一定で
あるため、下端面すなわちノズル９′先端からワ
ークＷ間の静電容量変化のみをギヤツプ量変化と
して検出する。よつて、立体形状のワークＷに対
しても正確なギヤツプコントロールが行える。

なお、上記ノズル９′は、上述のように第２電
極Ｆを金属溶射による金属被膜２２で形成したも
のに限らず、第７図のように、第２電極Ｆのみを
予め上記金属被膜２２部分と同形状の金属キヤツ
プ２３に形成しておき、上記第１電極Ｄとしての
ノズル基体１１′に絶縁部Ｅとしての絶縁被膜２
１を溶射してなるものに、第２電極Ｆとしての上
記金属キヤツプ２３を嵌め合わせることによつて
形成することもできる。

この場合、絶縁部Ｅと第２電極Ｆとの接合部に
滑りが可能であるので、絶縁部Ｅ材としての例え
ばセラミツクと第２電極Ｆ材としての例えば銅と
が異なる熱膨脹率で変形しても、両者間に干渉作
用がなく、セラミツクの剥離や亀裂発生等が防止
できる。さらに、金属溶射で第２電極を形成する
よりも絶縁抵抗値が一定となり、品質が安定され
る。また、ノズル９′の外面部に傷等が発生して
も金属キヤツプ２３を取替えるだけでノズル９′
の補修が容易に行える。

発明の効果 以上説明したように、ノズルを内面より、電磁
的容量検出用の第１電極、絶縁部、第２電極の順
で三層にて形成し、上記第１電極に対し、ノズル
先端面部を除いた周側面を上記第２電極によりワ
ークに対し電磁的に遮閉したので、第１電極の側
面部で検出される電磁的容量が常に一定となるた
め、表面が複雑な立体形状のワークを加工する場
合にもノズル先端とワーク間の正確な電磁的容量
変化が検出でき、したがつてこの電磁的容量が常
に一定となるようにノズル高さを制御することに
より、レーザー光の焦点を常にワーク表面に結ば
せることができ、よつて常に最適な加工条件を維
持することができ、加工精度が向上される。

また、例えばセラミツクで形成してノズル本体
を上記絶縁部とし、このノズル本体の内周側面お
よび先端面に金属被膜で上記第１電極を形成する
とともに、このノズル本体の外周側面に第２金属
被膜で上記第２電極を形成すれば、セラミツクの
性質上ノズルが非常に軽量化し、しかも上記各電
極をそれぞれ埋込まないでメツキ処理により簡単
にコーテイングでき、生産性が非常に向上され
る。

また、ノズル先端面の第１電極は非常に薄膜で
あるため厚み部分からの電磁的容量検出は殆どな
く、常にワークとの間のギヤツプ量を正確に検知
できる。また、ノズル内面を金属被膜で覆つてい
るので、光反射性や熱伝導性が非常によくレーザ
光からノズルを完全に保護することができる。

また、ノズル本体を上記第１電極として形成
し、このノズル本体の外周側面に例えばセラミツ
クでなる絶縁被膜で上記絶縁部を形成するととも
に、さらにその外側面に金属被膜で上記第２電極
を形成すれば、ノズル内面が例えば銅材等の金属
性であるので光の反射率が高く、また熱伝導性が
良いので熱が１部分にこもりにくくレーザ光によ
るノズルの熱変形も少ない。さらに、例えばノズ
ル基体を銅材等にて製作し、それに上記絶縁被膜
および金属被膜を重ねて溶射するのみでノズル側
面での電磁的遮蔽壁が簡単に形成でき非常に生産
性の高いものとなる。

さらに、上記第２電極を金属キヤツプとし、上
記第１電極に絶縁被膜を溶射したものに上記金属
キヤツプを嵌め合わせて、上記三層構造のノズル
を形成することにより、例え絶縁被膜と金属キヤ
ツプとが異なる熱膨脹率で変形しても、両者間の
接合部に滑りが可能であるので、両者間に干渉作
用がなく、絶縁被膜の剥離や亀裂発生等が防止で
きる。また、金属溶射で第２電極を形成するより
も絶縁抵抗値が一定となり、品質が安定される。
さらに、ノズル外面部に傷等が発生しても金属キ
ヤツプを取替えるだけで、ノズルの補修が非常に
容易に行える。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のノズルをノズルホルダーに
装着した状態を示す断面図、第２図は同上金属メ
ツキしたときのノズル先端部を示す拡大断面図、
第３図は第２図の状態から面取りした後のノズル
先端部を示す拡大断面図、第４図は同上加工時に
おけるワークとノズル間の静電容量を説明するた
めの図、第５図は、本発明のノズルの変形例を示
す断面図、第６図は同上ノズル先端部分の拡大断
面図、第７図は他の変形例を示すノズルの分解断
面図、第８図は従来のノズルを示す断面図。 ９，９′…ノズル、１２…金属被膜、１３…金
属被膜、１４…電磁的容量検出器としての静電容
量検出器、２１…絶縁被膜、２２…金属被膜、２
３…金属キヤツプ、Ｄ…第１電極、Ｅ…絶縁部、
Ｆ…第２電極、Ｗ…ワーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズル先端とワークとの間の電磁的容量を検
   出することによつて、両者間の距離を常に一定に
   保つようにノズルを移動調整するようにしたレー
   ザ加工機において、電磁的容量検出器に接続され
   てノズル内周側面よりノズル先端面に連続して設
   けられワークとの間の電磁的容量を検出するため
   の第１電極と、この第１電極の側面部外側を覆う
   ように設けられこの第１電極の側面部とワーク間
   を電磁的に遮閉するための第２電極と、上記第１
   電極と第２電極との間に介在され両電極間を電磁
   的に絶縁するための絶縁部とで、三層に形成され
   ていることを特徴とするレーザ加工機のノズル。 ２ 上記第１電極および第２電極はそれぞれ金属
   被膜でなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のレーザ加工機のノズル。 ３ 上記絶縁部は絶縁被膜でなり、上記第２電極
   は金属被膜でなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のレーザ加工機のノズル。 ４ 上記絶縁部は絶縁被膜でなり、上記第２電極
   は金属キヤツプでなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレーザ加工機のノズル。 ５ 上記絶縁部をセラミツクにて形成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項記
   載のレーザ加工機のノズル。