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公開番号2025052864
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023161829
出願日2023-09-26
発明の名称レーザ加工用トーチ
出願人株式会社WEL-KEN
代理人個人
主分類B23K 26/14 20140101AFI20250331BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】レーザ加工用トーチに設けた保護プレートの損傷、変質のチャンスを減らすことができるレーザ加工用トーチを提供しようとする。
【解決手段】
従来のレーザ加工用トーチに換えて、トーチボデイとノズルと保護プレートと前記保護プレートを前記レーザ光学系と前記ノズルとに挟まれる様に前記トーチボデイに固定する保護プレート固定構造とシールドガス供給機器とを備え、前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの表面に対向する面である導入面を持ち、シールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの表面と前記導入面とで挟まれる空隙を断面としてもつ通路である導入通路を通過して噴出し前記保護プレートの表面に沿って流れる、ものとした。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
レーザで被加工物を加工するためのレーザ加工用トーチであって、
レーザ光学系を内蔵し当該レーザ光学系から出たレーザ光をレーザ中心軸に沿って案内するトーチボデイと、
前記トーチボデイに脱着可能に固定されレーザ光を射出する開口部をもつノズルと、
レーザ光を透過可能な材質ででき一対の表面と側面とで囲われる板状部材であって前記トーチボデイの内部に設置される保護プレートと、
前記トーチボデイの内部の前記保護プレートを境として前記レーザ光学系のある側にシールドガスを供給するシールドガス供給機器と、
前記保護プレートを当該保護プレートの表面に直交する仮想の軸である仮想軸をレーザ中心軸に沿わせて前記レーザ光学系と前記ノズルとに挟まれる位置で前記トーチボデイに固定する保護プレート固定構造と、
を備え、
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に向かい合う面である単数または複数の案内面を持ち、
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面と当該表面に向かい合う単数または複数の前記案内面とで挟まれる空隙を断面としてもつ通路である単数または複数の案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する、
ことを特徴とするレーザ加工用トーチ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に向かい合う面を底面としてもつ溝である複数の案内溝を持ち、
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面と当該表面に向かい合う面を底面としてもつ複数の前記案内溝とで囲われる空隙を断面としてもつ通路である複数の案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用トーチ。
【請求項３】
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの側面に向かい合う壁面である単数または複数の壁側案内面を持ち、
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの側面と当該側面に向かい合う単数または複数の前記壁側案内面とで挟まれる空隙を断面としてもつ通路である単数または複数の壁側案内通路に案内された後で、
単数または複数の前記壁側案内通路に連通する単数または複数の前記案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのどちらか一つの請求項に記載のレーザ加工用トーチ。
【請求項４】
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの側面に向かい合う壁面を底面としてもつ溝である複数の壁側案内溝を持ち、
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの側面と当該側面に向かい合う壁面を底面としてもつ複数の前記壁側案内溝とで囲われる空隙を断面としてもつ通路である複数の壁側案内通路に案内された後で、
複数の前記壁側案内通路に連通する単数または複数の前記案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのどちらか一つの請求項に記載のレーザ加工用トーチ。
【請求項５】
視線を前記ノズルの側から前記保護プレートの表面に向けて見たとき、複数の前記案内通路のシールドガスを流す向きの中心線である複数の流れ中心線が保護プレートの側面の側から延びレーザ中心軸に交差する、
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工用トーチ。
【請求項６】
視線をノズルの側から前記保護プレートの表面に向けて見たとき、複数の前記案内通路のシールドガスを流す向きの中心線である複数の流れ中心線が保護プレートの側面の側から延びレーザ中心軸から各々に同じ向きに偏心する、
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工用トーチ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工用トーチに係る。特に、レーザで被加工物を加工するためのレーザ加工用トーチに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザ加工ロボットが、被加工物をレーザ加工するための用られることがある。
例えば、レーザ加工ロボットが金属にレーザ光を照射して溶接するのに用いられる。
例えば、多関節ロボットのエンドエフェクタにレーザ加工用トーチを固定し、予め教示された軌跡にしたがってレーザ光を照射する様にレーザ加工ロボットを用いる。
【０００３】
レーザ溶接では、レーザ加工用トーチとしてレーザ光を射出するトーチを用いる。
トーチは、トーチボデイとノズルとで構成される。
例えば、レーザ光学系は、コリメータレンズと集光レンズとで構成される。
例えば、レーザ光学系は、コリメータレンズと集光レンズと反射レンズとで構成される。
レーザ光が、レーザ発信器により発振され、光フアイバーでトーチに導光される。
操作員またはロボットは、集光レンズで集光されたレーザ光の焦点を被加工物の被加工部の近傍の適正位置に保ちながらレーザ加工作業をすすめる。
【０００４】
操作員またはロボットが、レーザ加工用トーチを操作して、レーザ光を被加工物に照射する。
被加工物の被加工部が軌跡に沿ってレーザ加工される。
【０００５】
レーザ溶接するとき、操作員またはロボットは、レーザ加工用トーチをノズルの先端の開口部を被加工物の被加工部に向ける様に保持し、シールドガスをノズルの先端から噴射しつつ、レーザ光をノズルの先端の開口部を通して被加工物に照射する。
レーザ光が被加工物の被加工部に照射されると、被加工部がレーザ光のエネルギーにより溶融したあと固化して、加工が終了する。
レーザ光が被加工物の被加工部に照射された際に、溶融した被加工部から溶融した被加工物の粒が飛ぶことがある。
溶融した被加工物の粒をスパッタと呼称する。
まれに、スパッタがノズルの先端の開口部からレーザ加工用トーチの内部に入ることがある。
スパッタがレーザ光学系を痛めないように、トーチボデイとノズルの接合部に保護プレートを設ける。
例えば、保護プレートは石英ガラスでできている。
【０００６】
スパッタが、ノズルの開口部からレーザ加工用トーチの内部に入り込み、保護プレートに付着すると、スパッタの熱で保護プレートが損傷したり変質して、レーザ光の透過率が低下する。
従来、この現象を防止するために、多くのアイデアが提案されている。
このアイデアを採用したレーザ加工用トーチを用いても、スパッタの飛び散る速度が大きいとき、保護プレートの損傷、変質を防げないことがある。
保護プレートが損傷、変質する毎に、保護プレートを交換するので、レーザ加工作業のスループットが低下する。
【０００７】
上述の様に、レーザ加工用トーチにもうけた保護プレートの損傷、変質のチャンスを減らしレーザ加工のスループットを向上するためのさらなるアイデアが望まれていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の要請に鑑み、レーザ加工用トーチに設けた保護プレートの損傷、変質のチャンスを減らすことができるレーザ加工用トーチを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザで被加工物を加工するためのレーザ加工用トーチであって、
レーザ光学系を内蔵し当該レーザ光学系から出たレーザ光をレーザ中心軸に沿って案内するトーチボデイと、
前記トーチボデイに脱着可能に固定されレーザ光を射出する開口部をもつノズルと、
レーザ光を透過可能な材質ででき一対の表面と側面とで囲われる板状部材であってトーチボデイの内部に設置される保護プレートと、
前記トーチボデイの内部の前記保護プレートを境として前記レーザ光学系のある側にシールドガスを供給するシールドガス供給機器と、
前記保護プレートを当該保護プレートの表面に直交する仮想の軸である仮想軸をレーザ中心軸に沿わせて前記レーザ光学系と前記ノズルとに挟まれる位置で前記トーチボデイに固定する保護プレート固定構造と、
を備え、
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に向かい合う面である単数または複数の案内面を持ち、
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面と当該表面に向かい合う単数または複数の前記案内面とで挟まれる空隙を断面としてもつ通路である単数または複数の案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する、ものとした。
【００１０】
上記本発明の構成では、トーチボデイは、レーザ光学系を内蔵し、当該レーザ光学系から出たレーザ光をレーザ中心軸に沿って案内する。
ノズルは、前記トーチボデイに脱着可能に固定されレーザ光を射出する開口部をもつ。
保護プレートは、レーザ光を透過可能な材質ででき一対の表面と側面とで囲われる板状部材であって、前記トーチボデイの内部に設置される。
シールドガス供給機器は、前記トーチボデイの内部の前記保護プレートを境として前記レーザ光学系のある側にシールドガスを供給する。
保護プレート固定構造は、前記保護プレートを表面に直交する仮想の軸である仮想軸をレーザ中心軸に沿わせて前記レーザ光学系と前記ノズルとに挟まれる位置で前記トーチボデイに固定する構造である。
前記保護プレート固定構造が前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に向かい合う面である単数または複数の案内面を持つ。
前記シールドガス供給機器により供給されたシールドガスは、前記トーチボデイの内部から前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面と当該表面に向かい合う単数または複数の前記案内面とで挟まれる空隙を断面としてもつ通路である単数または複数の案内通路に案内されて、前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れる様に前記ノズルの内部に噴出する。
その結果、レーザ加工中にスパッタが跳んだとき、スパッタが前記保護プレートの前記ノズルの側に向いた表面に沿ってレーザ中心軸の側に向かって流れるシールドガスに遮られるので、スパッタが保護プレートに付着するのを抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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