レーザ加工機のノズル自動交換装置
【課題】ノズルを多数個保持可能で、ノズル交換が高速にでき、かつノズルの交換時でもワークの搬入搬出ができるレーザ加工機のノズル自動交換装置を提供することである。
【解決手段】レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズル31を着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカ27を設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイ143を設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置23を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【解決手段】レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズル31を着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカ27を設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイ143を設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置23を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工機のノズル自動交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機のレーザ加工ヘッドには、レーザ光を集光して被加工材へ照射する集光用光学系を備えると共に、集光されたレーザ光と共にアシストガスを同軸に噴射するためのノズルが前記レーザ加工ヘッドの先端部に装着してある。
【０００３】
上述のノズルは、被加工材の材質および板厚や加工方法などの違いにより、数十種類のノズルが用意されており、その中から加工に適したノズルを選択して使用している。
【０００４】
加工に適した最適なノズルを選択することによりレーザ加工機の性能を最大限に発揮させることができる。例えば、より早い切断速度での加工を可能とするとか、切断面の品質を向上させるなどである。また、レーザによる切断または溶接といった加工目的によっても、さらには、ピアッシングと通常切断といった用途別によってもノズルの種類は多岐にわたる。
【０００５】
一方、加工時における被加工材とノズルとの距離はわずか数ミリ程度であるため、ノズルは、切断（溶接）加工状態の不良時はもとより、良好な加工状態持続している場合においても、ノズル先端部には加工部から飛散する溶融金属（スパッタ）や粉塵が付着したり削られたりと損耗または消耗の激しい部品である。
【０００６】
このため、ノズルはかなり高い頻度での交換が必要であり、ノズルの交換を自動で行う自動交換装置を備えたレーザ加工機もある。
【０００７】
また、Ｘ軸方向にワークを移動位置決め自在なテーブルと、Ｙ軸方向に移動位置決め自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機においては、前記テーブルの一端部に、ねじ込み式のノズルを保持した複数のノズル保持部を回転自在に設けると共に、このノズル保持部を円形軌道上を公転自在に設けたノズル交換部を設け、このノズル交換部のノズル保持部に保持されたノズル上方位置へレーザ加工ヘッドを移動位置決めし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置決め機能を利用して、レーザ加工ヘッドに所望のノズルを着脱交換する技術がある（例えば、特許文献１）。
【０００８】
また、３軸光軸移動形レーザ加工装置においては、レーザ加工装置の６軸制御機能（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗ）を利用して、切断用ノズルチップと溶接用ノズルチップとを交換する技術がある（例えば、特許文献２）。
【０００９】
また、レーザ加工中のノズル先端とワークとの間の間隙を一定に制御する静電容量センサーを備えたレーザ加工機においては、静電容量センサーが温度や湿度により特性が変化して検出誤差が生ずるため、作業開始に先立ち、レーザ加工ヘッド先端に取り付けられたセンサー部を原点位置より離れて設けたキャリブレーション電極まで移動させてキャリブレーションを行っている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】特開平６−２３５８０号公報
【特許文献２】特開平１０−４３８７９号公報
【特許文献３】特許第２７７３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の特許文献１におけるノズルの着脱交換技術では、（１）ノズル交換装置に保持できるノズルの個数が少ない（実施例では３個）。（２）ノズル交換速度が質量の大きな移動速度の遅いレーザ加工機の位置決め機構に依存すると共にノズルの装着方法がねじ込み式であるため、ノズルの交換速度を早くすることができない。（３）ノズルの着脱にレーザ加工機の位置決め機構を動かして行うため、ノズルの着脱時においては作業者はワークテーブル上へのワークの搬入またはワークテーブル上からの搬出を安全に行うことができないなどの問題がある。
【００１１】
また、特許文献２におけるノズルの着脱交換技術においても、特許文献１と同様に（１）〜（３）の問題点を有しており、特に前記（１）におけるノズル交換装置に保持できるノズルの個数は切断用ノズルと溶接用ノズルの２個である。
【００１２】
また、特許文献３におけるレーザ加工機では、レーザ加工ヘッドをキャリブレーション電極まで移動させてキャリブレーションを行う必要がある。
【００１３】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、交換用ノズルを多数個保持可能であり、またノズルの交換を高速に行うことが可能であり、かつノズルの交換時でもワークの搬入搬出ができるレーザ加工機のノズル自動交換装置を提供すると共に、レーザ加工ヘッド先端のノズルに静電容量センサーを設けたレーザ加工機においては、静電容量センサーのキャリブレーションがレーザ加工ヘッドを移動させることなく実施できるノズル自動交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズルを着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカを設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイを設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを要旨とするものである。
【００１５】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルストッカは、回転位置決め自在に設けたタレットに複数個のノズルマガジンを円周方向にほぼ等間隔にかつ着脱可能に設けると共に、該ノズルマガジンにノズル軸心を水平方向にかつノズル先端を外周方向にした姿勢で上下方向に複数個を重ねて装填保持するノズル保持部と、該ノズル保持部の直下に前記ノズルを取出可能に保持するノズル取出部とを設け、ノズルマガジン最下段のノズルを取出し後、前記ノズル保持部から前記ノズル取出部へ一個ずつ自重により落下させるノズル落下手段を設けてなることを要旨とするものである。
【００１６】
請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル自動交換装置は、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸と前記タレットの回転中心とを含む平面内において、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルのノズル軸心と、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段を前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けてなることを要旨とするものである。
【００１７】
請求項４に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２または請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルマガジンは前記ノズルの底部に摺動自在に係合するノズル支持ベースを設け、該ノズル支持ベースの上部に複数のノズルを保持可能な前記ノズル保持部を設けると共に、該ノズル保持部にのみ前記ノズルの外周に形成した環状の第１の係合溝に上下方向に摺動自在に係合する爪部を備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕を設け、前記ノズル支持ベースの下部に前記ノズル保持部に連続する前記ノズル取出部を設け、該ノズル取出部の下部にノズル落下を阻止する係止部材を設けると共に、前記ノズルの底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝に係脱可能な一対のアームを備えたノズル挟持手段を設けてなることを要旨とするものである。
【００１８】
請求項５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル落下手段は前記ノズル保持部に装填された最下段のノズルの落下を阻止する位置へ常時付勢された下部係止爪と、前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合可能な上部係止爪とを備えたレバー部材を前記ノズル支持ベースに回動可能に軸支して設けると共に、該レバー部材の回動支点より上部を押圧自在の押圧手段を設け、前記レバー部材を押圧して前記下部係止爪と最下段のノズルとの当接を解除して該最下段のノズルを前記ノズル取出部へ自重により落下させると同時に、前記上部係止爪を前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合させて該ひとつ上に位置するノズルの落下を阻止するように設けてなることを要旨とするものである。
【００１９】
請求項６に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項１、２、３、４または５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、該ノズル自動交換装置が前記レーザ加工ヘッドに装着されたノズルに対して接近離反自在のノズルクリーナ装置とキャリブレーション電極とを設けてなることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸とタレットの回転中心とを含む平面内において、ノズルマガジンのノズル取出部に保持されたノズルのノズル軸心と、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段をレーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持されたノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けたものであるため、レーザ加工機の加工ヘッド位置決め機構を動かすことなくノズルの交換を行うことができるので、作業者はワークテーブル上へのワークの搬入またはワークテーブル上からの搬出を安全に行うことができる。
【００２１】
また、本発明のノズル自動交換装置では、ノズルの受け渡し位置が一点で行われるので、レーザ加工機のタイプに拘ることなく、例えば光軸固定式のレーザ加工機におけるノズル自動交換にも対応することが可能である。
【００２２】
また、ノズルストッカにおけるタレットにノズルマガジンを着脱可能に設けたので、ノズルマガジンを取り外して手元で安全に、かつ視認しながら確実にノズルの装填ができて、ノズルの種類を間違えて装填する誤装填なども減少する。
【００２３】
また、ノズルマガジンに装填されたノズルをノズル自動交換装置へ受け渡す位置への移動に自重による落下を利用しているので、ノズルマガジンの機構が簡単となりコストを低減することができる。
【００２４】
さらに、ワーク表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に行うキャリブレーション時には、レーザ加工機の位置決め機構によるＸ、Ｙ軸を使用してレーザ加工ヘッドをキャリブレーション用の電極の所へ移動させる必要がないので、キャリブレーションを行うまでの時間を短縮でき、かつまた、キャリブレーション中にワークの搬入搬出を安全に行うことができる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００２６】
図１〜図３は本発明に係るレーザ加工機のノズル自動交換装置を備えたレーザ加工機の全体の概略説明図であり、ここにはレーザ加工機の一例として３軸光軸移動形のレーザ加工機が示してある。
【００２７】
図１は、３軸光軸移動形のレーザ加工機全体の斜視図であり、図２は図１におけるＡ矢視図、図３は図２における平面図である。なお、説明の都合上、図１において右方を前側とし左方を後側、左右方向は前記定義の前側から見た呼称とする。
【００２８】
図１〜図３を参照するに、総括的に示すレーザ加工機１の基台３の上部にはワークテーブル５が設けてある。また、基台３のＹ軸方向の両端部にはＸ軸方向に延伸する軌道７が設けてあり、この軌道７にガイドされるＸ軸移動体９が前記ワークテーブル５上方をＸ軸駆動手段（図示省略）により移動位置決め可能に設けてある。
【００２９】
図２に良く示されているように、Ｘ軸移動体９にはレーザ加工ヘッド１１を備えたＹ軸移動体１３がＹ軸駆動手段（図示省略）によりＹ軸方向（Ｘ軸に直交する方向）へ移動位置決め可能に設けてある。
【００３０】
前記レーザ加工ヘッド１１には、レーザ光ＬＢを前記ワークテーブル５上に載置したワーク（図示省略）に集光照射する、例えば、凸レンズの如き集光用光学系（図示省略）が設けてあり、レーザー発振器１５からのレーザ光ＬＢがこの集光用光学系までベンドミラーなどの複数の光学系（図示省略）を介して導かれている。
【００３１】
なお、前記レーザー発振器１５とＸ軸移動体９との間のＸ軸方向の光路には光路ダクトとしての伸縮可能な蛇腹１７が設けてある。また、この蛇腹１７はＸ軸移動体９がＸ軸方向に前進または後退しても、ガイドワイヤ（図示省略）の如き支持体により常にほぼ水平に保持されるようになっている。なお、Ｙ軸方向の光路にも光路ダクトとしての蛇腹が設けてあるが本発明の要旨には関係ないので図示省略してある。
【００３２】
図１〜図３は前記レーザ加工ヘッド１１がワークテーブル５上の加工領域から若干後方でＸ、Ｙ座標における原点（０，０）２１近傍の位置に戻った状態を示したものであり、図３に良く示されているように、ノズル自動交換装置２３が前記レーザ加工機１の基台３上に設けてある。
【００３３】
図４〜図８に示す如く、前記ノズル自動交換装置２３は、複数個のノズルを収納するノズルストッカ２７を備えている。ノズルストッカ２７は、複数個（実施例では３個）のノズル３１を装填したノズルマガジン３３を８個のステーションに着脱可能に装着した中空円筒状のタレット３５を有している。
【００３４】
中空円筒状のタレット３５は、タレット３５の中心に立設した回転軸３７の上端部に設けたタレット支持体３９に一体的に固定してある。また、回転軸３７とタレット支持体３９並びにタレット支持体３９とタレット３５とは共にボルトなどの締結部材（図示省略）により連結固定してある。なお、タレット支持体３９とタレット３５とは一体的に形成しても構わない。
【００３５】
上述の回転軸３７は、前記中空円筒状のタレット３５の中空部の上方まで延伸してあって、その上部はタレット支持台４１にボルトなどの複数の締結部材４２により固定した軸受けハウジング４３にベアリング４５を介して回転自在に軸支してある。
【００３６】
前記回転軸３７の下端部は、前記タレット支持台４１に設けたベアリング４７を介して回転自在に軸支してあり、前記タレット支持台４１の左右には、前記レーザ加工機１の基台３から立設した左右一対の脚部４９（Ｌ、Ｒ）が一体的に連結してある。
【００３７】
また、前記回転軸３７の下部には、ウォームホイール５１が設けてあり、このウォームホイール５１には、図示しないＮＣ装置により制御されるタレット回転駆動用のサーボモータ５３に駆動される駆動軸５５に設けたウォームギヤ５７に螺合してある。
【００３８】
上記構成において、タレット３５のサーボモータ５３を前記ＮＣ装置により適宜に制御すれば、所望のノズル３１を装填したノズルマガジン３３を前記ノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に回転割り出しすることができる。
【００３９】
また、前記ノズルマガジン３３には、最大３個のノズル３１をノズル軸心を水平方向に、かつ、このノズル先端をタレットの外周方向にした姿勢で上下方向に重ねて装填保持できるノズル保持部５９を備えると共に、このノズル保持部５９の直下には、前記ノズル３１の中から最下段のノズルを取出可能に保持するノズル取出部６１が設けてある。
【００４０】
また、前記ノズル保持部５９から最下段のノズル３１を一個だけ前記ノズル取出部６１へ送り出すため、後述するノズル落下手段が設けてある。
【００４１】
なお、前記ノズルマガジン３３には、ノズル保持部５９とノズル取出部６１の全てにノズル３１を装着すれば、最大４個の同一種類のノズルが装着することが可能であり、８個のノズルマガジン３３にそれぞれ種類が異なるノズル３１を装填すれば、ノズルストッカ２７には最大で８種類、全３２個のノズル３１を収容することができる。
【００４２】
以下、前記ノズルマガジン３３について図１６〜図１９、図２３、図２４を参照しながら説明する。
【００４３】
ノズルマガジン３３には、前記ノズル３１の底部に摺動自在に係合するノズル支持ベース６５備え、図１６に示す如く、このノズル支持ベース６５の左右には、ノズル３１の先端側の外周に形成した環状の第１の係合溝６７に摺動自在に係合する爪部６９ａを備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕６９が前記ノズル保持部５９にのみ設けてある。
【００４４】
なお、支持腕６９はノズル支持ベース６５にボルトなどの締結部材７１により取り付けてある。
【００４５】
上述のノズル保持部５９のほぼ中央に位置する前記ノズル支持ベース６５には、ノズル支持ベース６５の長手方向（図１６では上下方向）の中心を上下に延伸する長方形の切欠き穴７３が形成してあり、かつこの長方形の切欠き穴７３の長手方向のほぼ中心より若干上方の位置には、長方形の切欠き穴７３の横幅より大きい直径を有する円形の貫通穴７４が形成してある。
【００４６】
この切欠き穴７３には、ノズル落下手段として作動するレバー部材７５が前記ノズル支持ベース６５に設けた回動軸７７に回動可能に軸支してある。このレバー部材７５の下部には、前記ノズル保持部５９に装填された最下段のノズル３１の下側に当接可能な下部係止爪７５ｓが設けてあり、上部には前記最下段のノズル３１のひとつ上に位置するノズル３１の内径部に係合可能な上部係止爪７５ｕが設けてある。
【００４７】
また、切欠き穴７３の背後には（図１６では紙面の裏側、図１９においては左側）レバー支持体７９がノズル支持ベース６５にボルトの如き締結手段（図示省略）により取り付けてある。
【００４８】
上述のレバー支持体７９と前記下部係止爪７５ｓとの間には、下部係止爪７５ｓを前記回動軸７７を軸にして反時計回り方向（図１９において）へ常時押圧付勢する圧縮スプリング８１の如き付勢部材が弾装してあり、一方、前記上部係止爪７５ｕの背面には、前記レバー支持体７９の上部が当接して上部係止爪７５ｕが反時計回り方向へ回動するのを阻止している（初期状態とする）。
【００４９】
上述の初期状態において、下部係止爪７５ｓは最下段のノズル３１の下面に当接する位置にあり、上部係止爪７５ｕは、中段のノズル３１の内径部に非係合な位置に後退した位置に在るように設けてある。
【００５０】
再度、図４、図６を参照するに、前記中空円筒状のタレット３５内に延伸した軸受けハウジング４３には、空圧または油圧などの流体圧で作動する流体圧シリンダ８３がほぼ水平方向に設けてある。
【００５１】
この流体圧シリンダ８３は、この流体圧シリンダ８３を作動させたとき、ピストンロッド８５の先端が、ノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に回転割り出しされたノズルマガジン３３の前記レバー部材７５の押圧部８７を押圧自在な位置に在るように設けてある。
【００５２】
なお、押圧部８７は、前記回転軸７７より若干上方位置において前記レバー支持体７９を貫通する穴８８から後部外方へ突出する態様に設けてある。
【００５３】
図１６、図１９に示す如く、前記ズル保持部５９直下のノズル取出部６１には、ノズル３１の軸方向の底部に当接して、ノズル３１を保持する係止部材としてのストッパーピン８９が前記支持腕６９に水平に取り付けてある。
【００５４】
また、図１６、図１８及び図１９に示す如く、前記ノズル取出部６１には、ノズル３１の底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝９１に係脱可能な一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）が前記ノズル支持ベース６５にノズル挟持手段として設けてある。
【００５５】
より詳細には、前記一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）のそれぞれには、前記第２の係合溝９１に係合可能な係合凸部９４を備えており、この係合凸部９４が前記ノズル取出部６１に保持されるノズル３１（仮想線で示してある）の第２の係合溝９１に係合または離脱可能なように、前記ノズル支持ベース６５の左右両側から内側に向かって水平に切り込んだ切欠き溝９５に設けた軸９７に、矢印９９の方向に回動可能に設けてある。
【００５６】
図１８に明らかのように、上記一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）を軸支する軸９７の下方に延びるアーム９３（Ｌ、Ｒ）の端部間には、アーム９３（Ｌ、Ｒ）の先端部を互いに接近する方向に、すなわち閉まる方向に常時付勢するスプリング１０１が弾装してある。
【００５７】
さらに、前記ノズルマガジン３３におけるノズル支持ベース６５の下部には、前記中空円筒状のタレット３５の外周下部に設けたノズルマガジン取付用の係合爪１０５に係合する凹部１０７が設けてあり、ノズル支持ベース６５の上部には、前記タレット３５の外周上部に上方に開口する切欠き部上面に設けた係合爪１０９に係合する係合爪１１１が昇降可能に設けてある。
【００５８】
なお、係合爪１１１は、ノズル支持ベース６５上部に設けたガイド穴１１３に上下方向に摺動可能に嵌合してあり、このガイド穴１１３と係合爪１１１との間には、係合爪１１１を上方に付勢するスプリング１１５が弾装してある。
【００５９】
上記構成において、作業者がノズルマガジン３３の凹部１０７をタレット３５の係合爪１０５に係合させると共に、ノズルマガジン３３の上部をタレット側に押圧することにより、係合爪１１１がスプリング１１５の付勢力に抗して押し下げられて、ノズルマガジン３３の係合爪１１１とタレット３５側の係合爪１０９とが係合し、ノズルマガジン３３をタレット３５に装着することができる。
【００６０】
なお、ノズルマガジン３３をタレット３５から外す場合には、ノズルマガジン３３側の係合爪１１１の上部１１１ａを押し下げて、ノズルマガジン３３の上部をタレットの外周方向へ倒すことにより容易に取り外すことができる。
【００６１】
上記構成において、前記ノズルストッカ２７から必要なノズル３１を取り出すには、始めに、図示しないＮＣ装置によりタレット回転駆動用のサーボモータ５３を駆動して、必要なノズル３１を装着したノズルマガジン３３をノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に割り出した後、前記流体圧シリンダ８３を作動させて、ピストンロッド８５の先端でレバー部材７５の押圧部８７を押圧する（図１９参照）。
【００６２】
レバー部材７５が押圧されると、レバー部材７５が時計回り方向に回動し、当初、中段のノズル３１の内径部と非係合な位置に在った上部係止爪７５ｕが中段のノズル３１の内径部に進入し、次いで、当初は最下段のノズル３１の下面に当接する位置に在った下部係止爪７５ｓが非係合な位置に移動するため、最下段のノズル３１が第１の係合溝６７に摺動自在に係合するノズルマガジン３３の爪部６９ａに案内されながら自重でノズル取出部６１に設けたストッパーピン８９に当接する位置まで落下すると共に、中段のノズル３１は上部係止爪７５ｕに係合する位置まで落下する（図２０、図２１参照）。
【００６３】
なお、上述のノズル取出部６１においては、ノズル３１の第１の係合溝６７とノズルマガジン３３の爪部６９との係合は非係合となるが、ノズル３１の第２の係合溝９１にノズルマガジン３３のアーム９３（Ｌ、Ｒ）が係合してノズル３１がノズルマガジン３３に保持される。
【００６４】
次いで、前記流体圧シリンダ８３を作動させて、ピストンロッド８５を後退させると、下部係止爪７５ｓが中段に在ったノズル３１の外周に係合する位置へ移動すると同時に、上部係止爪７５ｕが中段に在ったノズル３１の内径部に係合した位置から非係合位置へ後退するので、中段に在ったノズル３１が下部係止爪７５ｓに係合する位置まで落下すると同時に、最上段に在ったノズル３１が中段に在ったノズル３１の上部に当接する位置まで落下する（図２２参照）。
【００６５】
以下に前記ノズル自動交換装置２３について、図４〜図１０を参照しながら説明する。
【００６６】
前記タレット支持台４１の脚部４９（Ｌ、Ｒ）の上部には、Ｘ軸方向（図４〜図７において右方）へ延伸する一対の板状のブラケット１１７（ａ，ｂ）がＹ軸方向に一定の間隔を空けてボルト１１９により取り付けてある。
【００６７】
一方のブラケット１１７ａにおけるブラケット１１７ｂに対向する側には、回転体１２１ａがベアリング１２３を介して回転自在に設けてあり、もう一方のブラケット１１７ｂにおけるブラケット１１７ａに対向する側には、前記回転体１２１ａの回転中心１２２と同軸に回転する回転体１２１ｂがブラケット１１７ｂに一体的に固定したスペーサー１２０にベアリング１２５を介して回転自在に設けてある。
【００６８】
また、前記ブラケット１１７ａには、前記ＮＣ装置により制御されるサーボモータ１２４がモータブラケット１２６を介して取り付けてあり、このサーボモータ１２４の出力軸が前記回転体１２１ａに連結してある。
【００６９】
上述の回転体１２１ａと回転体１２１ｂには、前記回転中心１２２に直交する方向のガイドウェイを有する直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）がボルト等の固定部材により一体的に取り付けてある。前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）における前記ガイドウェイの構成は、実施の形態では、互いに対向した凹部１２８（ａ，ｂ）として構成してある。
【００７０】
前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）のガイドウェイには、このガイドウェイに摺動可能に係合して、直線的にガイドされる直線移動体１２９が設けてあり、この直線移動体１２９には、前記ノズル３１の先端部を把持自在のノズル把持手段１３１が設けてある。なお、実施の形態では、前記ノズル把持手段１３１として、空圧でチャックの開閉動作を行う公知の三つ爪チャックを使用しており、その詳細な構成の説明は省略するが、この三つ爪１３０の先端部には、前記ノズル３１の前部に設けた傘状の係合部１３２に嵌合する嵌合部１３４が設けてある。
【００７１】
前記直線移動体１２９には、この直線移動体１２９を前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）のガイドウェイに沿って移動させる駆動手段としての空圧シリンダ１３３が設けてある。
【００７２】
より詳細には、図４、図９に示す如く、前記直線移動体１２９の左右両側（図４では上下側、図９において左右側）に、２本の空圧シリンダ１３３を並列に設け、これらの空圧シリンダ１３３のピストンロッド１３５の先端を固定支持するピストンロッド支持部１３７（ａ，ｂ）が前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）の下端部（図９では下側）に設けてある。
【００７３】
図５、図６に示す如く、前記直線移動体１２９において、前記ノズル把持手段１３１を中心として、時計回り方向にθ１（９０度）の位置には、本願出願人が現在出願中の発明であるノズルクリーニング装置１３９が設けてある。このノズルクリーニング装置１３９は、上面に植毛された円盤状のブラシユニットを自転させる機構と、レーザ加工ヘッド１１に装着されたノズル３１の中心軸の回りを公転させる公転機構とを備えたことを特徴とするものである。
【００７４】
また、図６、図７に示す如くこのノズルクリーニング装置１３９には、前記レーザ加工ヘッド１１に装着されたノズル３１の先端と、ワーク（図示省略）表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に、レーザ加工に先立ち検出誤差のキャリブレーションを行うときに使用するキャリブレーション電極１４１が設けてある。
【００７５】
前記タレット支持台４１の下側には、使用済みノズルを収容するノズルトレイ１４３が設けてある。また、タレット支持台４１のノズル自動交換装置２３側には、ノズル自動交換装置２３の回転中心１２２に向かって開口し、ノズル自動交換装置２３側からノズルトレイ１４３側へ傾斜下降して、ノズルトレイ１４３内に連通するノズル排出口１４５が設けてある。
【００７６】
ノズルトレイ１４３の後方（図６において左側）には、ノズルトレイ１４３内のノズルを作業者が取り出すための取出口１４７が設けてある。
【００７７】
上記構成において、前記ＮＣ装置により制御されるサーボモータ１２４を適宜に回転駆動することにより、回転体１２１（ａ、ｂ）を介してノズル把持手段１３１を回転中心１２２を軸として所望する位置に回転位置決めすることができる。
【００７８】
例えば、ノズル把持手段１３１を図６に示す位置から、ノズル３１の受け渡し位置に割り出されたノズルマガジン３３のノズル取出部６１にあるノズル３１の前方へ回転（反時計回りにθ１度）したり、ノズル排出口１４５の前方へ回転（反時計回りに（θ１＋θ２）度）させることができる。
【００７９】
さらに、空圧シリンダ１３３を作動させることにより、ノズル把持手段１３１を図９の位置から、図１０の位置に上昇またはその逆に下降させることができる。
【００８０】
また、前記ＮＣ装置の制御の下に、前記空圧作動の三つ爪チャックの開閉動作を行わせることにより、前記ノズル把持手段１３１でノズル３１の把持または開放を自動で行うことができる。
【００８１】
上記構成のノズル自動交換装置２３のノズル交換動作について、図１１から図１５を参照しながら説明する。
【００８２】
（１）所望のノズル３１を装填したノズルマガジン３３をノズル自動交換装置２３に受け渡すために、タレット３５を回転させてそのノズルマガジン３３を受け渡し位置に回転割り出しする（図１１参照）。
【００８３】
（２）レーザ加工ヘッド１１に保持されているノズル３１の先端部をノズル把持手段１３１で把持すると共に、下方へ移動させてノズル３１をレーザ加工ヘッド１１から抜き取り、次いで、ノズル把持手段１３１を反時計回り方向へθ１＋θ２度回転し、ノズル把持手段１３１の先端をノズル排出口１４５側へ伸ばし、そのノズル把持を開放して、ノズル排出口１４５からノズルトレイ１４３に排出する（図１１参照）。
【００８４】
（３）ノズル把持手段１３１をノズル把持手段１３１の回転中心１２２側へ退縮させると同時に、時計回り方向へθ２度回転して、ノズル把持手段１３１を前記工程（１）で位置決めしたノズルマガジン３３のノズル取出部６１に在るノズルに対面する位置に移動させた後、ノズル把持手段１３１を前進させて、ノズルマガジン３３からノズル３１を把持して再び回転中心１２２側へ退縮することで、水平方向に抜き取る（図１２、図１３参照）。
【００８５】
（４）前記工程（３）の状態を維持したまま、ノズル把持手段１３１を時計回り方向へθ１（９０度）回転して、ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１の直下に位置決めする（図１４参照）。
【００８６】
（５）ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１に対して延ばし、所望のノズル３１をレーザ加工ヘッド１１に挿入して装着する（図１５参照）。装着後はノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１の直下に下降させた状態で次ぎの交換を待機する待機状態となる。ここで、θ１＝９０度が最も普遍的で機構的にも望ましい。θ２については、特に限定しないが、０＜θ２≦９０°である。
【００８７】
なお、レーザ加工ヘッド１１のノズル装着部にノズル３１を着脱する機構としては、概要を図２５に示す如き、本願出願人の出願中の発明に開示するようなノズル着脱機構２０１を用いる。以下にノズル着脱機構２０１の概要を説明する。
【００８８】
レーザ加工ヘッド１１の下端部の内部は漏斗状になっており、その下端部には、前記ノズル３１の内径部に摺動可能に嵌合する円筒状のノズル装着部２０３が形成してある。
【００８９】
このノズル装着部２０３の外周には、ノズル装着部２０３に装着された前記ノズル３１の第２の係合溝９１に係脱可能な複数の球体２０５を前記ノズル３１の軸心に直交する方向へ若干量移動可能に保持した内側シリンダ２０７を設け、この内側シリンダ２０７の外側に前記内側シリンダー２０７と同軸に外側シリンダ２０９を設け、この外側シリンダ２０９と前記の内側シリンダ２０７とで環状のシリンダ２１１を形成し、この環状のシリンダ２１１内を上下方向に移動可能な環状ピストン２１３を設け、この環状ピストン２１３に環状のシリンダ２１１から下方に突出した環状のピストンロッド２１５を設け、この環状のピストンロッド２１５の内径部が前記球体２０５の外側に係合押圧または非押圧となる係合部２１７を形成し、前記環状ピストン２１３を常時下方へ押圧付勢するスプリング２１９を設けると共に、前記環状ピストン２１３の下側の圧力室２２１に空圧を供給することにより、前記環状ピストン２１３を前記スプリング２１９の付勢力に抗して上昇可能に設けてなるものである。
【００９０】
上記構成において、前記ノズル３１をノズル装着部２０３に挿入すると、ノズル３１の第２の係合溝９１に複数の球体２０５が環状のピストンロッド２１５の内径部の係合部２１７により軸心方向へ押圧されて、球体２０５がノズル３１の第２の係合溝９１に係合して、ノズル３１がレーザ加工ヘッド１１に確実に保持される。
【００９１】
また、空圧を圧力室２２１に付与すれば、環状ピストン２１３が上昇して、球体２０５の外径方向の移動が可能になるため、ノズル３１の第２の係合溝９１と球体２０５との係合が解除され、ノズル３１をレーザ加工ヘッド１１から下方へ抜き取ることが可能となる。しかしながら、このノズル着脱機構２０１に限定されるものではない。
【００９２】
また、前記ノズルクリーニング装置１３９を使用する場合には、図１３に示すように、ノズルクリーニング装置１３９をレーザ加工ヘッド１１の直下に回転させ、レーザ加工ヘッド１１の方をノズルクリーニング装置１３９のブラシユニットに接触する位置まで下降させて実施する。
【００９３】
また、ワーク表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に行うキャリブレーション時には、図１２に示す如く、前記ノズル把持手段１３１を反時計回りにθ１（９０度）回転させると共に、ノズル把持手段１３１を左方向に前進させて電極１４１がレーザ加工ヘッド１１の直下に位置するようにして、レーザ加工ヘッド１１に設けた静電容量センサ（図示省略）を電極１４１に対するＺ軸方向の複数位置に位置決めして静電容量センサの特性を求めることにより、ギャップ検出誤差の補正を容易にかつ迅速に行うことができる。
【００９４】
このため、レーザ加工機の位置決め機構によるＸ、Ｙ軸を使用してレーザ加工ヘッドを電極１４１の所へ移動させる必要がないのでキャリブレーションを行うまでの時間を短縮でき、かつまた、キャリブレーション中にワークの搬入搬出を安全に行うことができる利点もある。
【００９５】
なお、本実施の形態でのノズル自動交換装置の例ではノズルストッカとして、円筒状のタレットを用いて説明したが、ノズルストッカが必ずしもタレットである必要はなく、装着個数は少なくなるがノズルマガジン単体でも構わない。
【００９６】
また、本実施の形態でのレーザ加工機は光軸移動形式の例で説明しているが、ノズルの受け渡し位置が一点で行われるので、光軸固定式のレーザ加工機にも対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るノズル自動交換装置を備えたレーザ加工機全体の概略説明図。
【図２】図１におけるＡ矢視図。
【図３】図２の平面図。
【図４】図３におけるノズル自動交換装置２３部分の拡大説明図。
【図５】図４におけるＢ矢視図。
【図６】図４におけるＣ−Ｃ断面図（一部破断）。
【図７】図６におけるＤ−Ｄ断面図（一部破断）。
【図８】図５におけるＥ−Ｅ断面図（一部破断）。
【図９】図７におけるＦ−Ｆ断面図（一部破断）で、ノズル把持手段１３１が下降した状態を示す図。
【図１０】図７におけるＦ−Ｆ断面図（一部破断）で、ノズル把持手段１３１が上昇した状態を示す図。
【図１１】ノズル自動交換装置２３のノズル交換動作の説明図で、ノズル把持手段１３１がレーザ加工ヘッド１１からノズル３１を受け取り、反時計回り方向へθ１＋θ２度回転して、ノズルをノズルトレイ１４３に排出した状態。
【図１２】ノズル把持手段１３１を退縮させて時計回り方向へθ２度回転させて、ノズル把持手段１３１を延ばしてノズルマガジン３３のノズルを把持した状態。
【図１３】ノズルマガジン３３からノズルを受け取って、ノズル把持手段１３１を退縮させた状態。
【図１４】ノズルを把持したノズル把持手段１３１を時計回り方向へθ１（９０度）回転して、レーザ加工ヘッド１１の直下に位置決めした状態。
【図１５】ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１に対して延ばし、ノズル３１をレーザ加工ヘッド１１に挿入装着した状態。
【図１６】ノズルマガジン３３の正面図。
【図１７】図１６の平面図（上面図）。
【図１８】図１６の下面図。
【図１９】ノズルマガジン３３にノズル３１を３個装着した図。
【図２０】ノズルストッカ２７に装着されたノズルマガジン３３のレバー部材７５の上部が流体圧シリンダ（図示省略）のピストンロッドにより押圧された状態。
【図２１】ノズルマガジン３３のノズル保持部５９に装填されていた最下段のノズルの３１ａが自重でノズル取出部６１へ落下した状態。
【図２２】ノズルマガジン３３のノズル保持部５９に装填されていた上方の２個のノズルがレバー部材７５の下部係止爪７５ｓに係合する位置まで落下した状態。
【図２３】図１９における平面図（上面図）。
【図２４】図１９における下面図。
【図２５】レーザ加工ヘッド１１のノズル装着部にノズル３１を着脱する機構の一例の説明図。
【符号の説明】
【００９８】
１ レーザ加工機
３ 基台
５ ワークテーブル
７ 軌道
９ Ｘ軸移動体
１１ レーザ加工ヘッド
１３ Ｙ軸移動体
１５ レーザー発振器
１７ 蛇腹
２１ 原点
２３ ノズル自動交換装置
２７ ノズルストッカ
３１ ノズル
３３ ノズルマガジン
３５ タレット
３７ 回転軸
３９ タレット支持体
４１ タレット支持台
４３ 軸受けハウジング
４５、４７ ベアリング
４９ 脚部
５１ ウォームホイール
５３ サーボモータ
５５ 駆動軸
５７ ウォームギヤ
５９ ノズル保持部
６１ ノズル取出部
６５ ノズル支持ベース
６７ 第１の係合溝
６９ 支持腕
７１ 締結部材
７３ 切欠き穴
７５ レバー部材
７５ｓ 下部係止爪
７５ｕ 上部係止爪
７７ 回動軸
７９ レバー支持体
８１ 圧縮スプリング
８３ 流体圧シリンダ
８５ ピストンロッド
８７ 押圧部
８８ 穴
８９ ストッパーピン
９１ 第２の係合溝
９３（Ｌ、Ｒ） アーム
９４ 係合凸部
９５ 切欠き溝
９７ 軸
９９ 矢印
１０１ スプリング
１０５、１０９、１１１ 係合爪
１０７ 凹部
１１３ ガイド穴
１１５ スプリング
１１７ ブラケット
１１９ ボルト
１２０ スペーサー
１２１（ａ、ｂ） 回転体
１２２ 回転中心
１２４ サーボモータ
１２６ モータブラケット
１２３、１２５ ベアリング
１２７（ａ，ｂ） 直線ガイド部材
１２９ 直線移動体
１３０ 三つ爪
１３１ ノズル把持手段
１３２ 係合部
１３３ 空圧シリンダ
１３４ 嵌合部
１３５ ピストンロッド
１３７（ａ，ｂ） ピストンロッド支持部
１３９ ノズルクリーニング装置
１４１ 電極
１４３ ノズルトレイ
１４５ ノズル排出口
１４７ 取出口
２０１ ノズル着脱機構
２０３ ノズル装着部
２０５ 球体
２０７ 内側シリンダ
２０９ 外側シリンダ
２１１ 環状のシリンダ
２１３ 環状ピストン
２１５ 環状のピストンロッド
２１７ 係合部
２１９ スプリング
２２１ 圧力室
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工機のノズル自動交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機のレーザ加工ヘッドには、レーザ光を集光して被加工材へ照射する集光用光学系を備えると共に、集光されたレーザ光と共にアシストガスを同軸に噴射するためのノズルが前記レーザ加工ヘッドの先端部に装着してある。
【０００３】
上述のノズルは、被加工材の材質および板厚や加工方法などの違いにより、数十種類のノズルが用意されており、その中から加工に適したノズルを選択して使用している。
【０００４】
加工に適した最適なノズルを選択することによりレーザ加工機の性能を最大限に発揮させることができる。例えば、より早い切断速度での加工を可能とするとか、切断面の品質を向上させるなどである。また、レーザによる切断または溶接といった加工目的によっても、さらには、ピアッシングと通常切断といった用途別によってもノズルの種類は多岐にわたる。
【０００５】
一方、加工時における被加工材とノズルとの距離はわずか数ミリ程度であるため、ノズルは、切断（溶接）加工状態の不良時はもとより、良好な加工状態持続している場合においても、ノズル先端部には加工部から飛散する溶融金属（スパッタ）や粉塵が付着したり削られたりと損耗または消耗の激しい部品である。
【０００６】
このため、ノズルはかなり高い頻度での交換が必要であり、ノズルの交換を自動で行う自動交換装置を備えたレーザ加工機もある。
【０００７】
また、Ｘ軸方向にワークを移動位置決め自在なテーブルと、Ｙ軸方向に移動位置決め自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機においては、前記テーブルの一端部に、ねじ込み式のノズルを保持した複数のノズル保持部を回転自在に設けると共に、このノズル保持部を円形軌道上を公転自在に設けたノズル交換部を設け、このノズル交換部のノズル保持部に保持されたノズル上方位置へレーザ加工ヘッドを移動位置決めし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置決め機能を利用して、レーザ加工ヘッドに所望のノズルを着脱交換する技術がある（例えば、特許文献１）。
【０００８】
また、３軸光軸移動形レーザ加工装置においては、レーザ加工装置の６軸制御機能（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗ）を利用して、切断用ノズルチップと溶接用ノズルチップとを交換する技術がある（例えば、特許文献２）。
【０００９】
また、レーザ加工中のノズル先端とワークとの間の間隙を一定に制御する静電容量センサーを備えたレーザ加工機においては、静電容量センサーが温度や湿度により特性が変化して検出誤差が生ずるため、作業開始に先立ち、レーザ加工ヘッド先端に取り付けられたセンサー部を原点位置より離れて設けたキャリブレーション電極まで移動させてキャリブレーションを行っている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】特開平６−２３５８０号公報
【特許文献２】特開平１０−４３８７９号公報
【特許文献３】特許第２７７３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の特許文献１におけるノズルの着脱交換技術では、（１）ノズル交換装置に保持できるノズルの個数が少ない（実施例では３個）。（２）ノズル交換速度が質量の大きな移動速度の遅いレーザ加工機の位置決め機構に依存すると共にノズルの装着方法がねじ込み式であるため、ノズルの交換速度を早くすることができない。（３）ノズルの着脱にレーザ加工機の位置決め機構を動かして行うため、ノズルの着脱時においては作業者はワークテーブル上へのワークの搬入またはワークテーブル上からの搬出を安全に行うことができないなどの問題がある。
【００１１】
また、特許文献２におけるノズルの着脱交換技術においても、特許文献１と同様に（１）〜（３）の問題点を有しており、特に前記（１）におけるノズル交換装置に保持できるノズルの個数は切断用ノズルと溶接用ノズルの２個である。
【００１２】
また、特許文献３におけるレーザ加工機では、レーザ加工ヘッドをキャリブレーション電極まで移動させてキャリブレーションを行う必要がある。
【００１３】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、交換用ノズルを多数個保持可能であり、またノズルの交換を高速に行うことが可能であり、かつノズルの交換時でもワークの搬入搬出ができるレーザ加工機のノズル自動交換装置を提供すると共に、レーザ加工ヘッド先端のノズルに静電容量センサーを設けたレーザ加工機においては、静電容量センサーのキャリブレーションがレーザ加工ヘッドを移動させることなく実施できるノズル自動交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズルを着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカを設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイを設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを要旨とするものである。
【００１５】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルストッカは、回転位置決め自在に設けたタレットに複数個のノズルマガジンを円周方向にほぼ等間隔にかつ着脱可能に設けると共に、該ノズルマガジンにノズル軸心を水平方向にかつノズル先端を外周方向にした姿勢で上下方向に複数個を重ねて装填保持するノズル保持部と、該ノズル保持部の直下に前記ノズルを取出可能に保持するノズル取出部とを設け、ノズルマガジン最下段のノズルを取出し後、前記ノズル保持部から前記ノズル取出部へ一個ずつ自重により落下させるノズル落下手段を設けてなることを要旨とするものである。
【００１６】
請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル自動交換装置は、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸と前記タレットの回転中心とを含む平面内において、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルのノズル軸心と、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段を前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けてなることを要旨とするものである。
【００１７】
請求項４に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２または請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルマガジンは前記ノズルの底部に摺動自在に係合するノズル支持ベースを設け、該ノズル支持ベースの上部に複数のノズルを保持可能な前記ノズル保持部を設けると共に、該ノズル保持部にのみ前記ノズルの外周に形成した環状の第１の係合溝に上下方向に摺動自在に係合する爪部を備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕を設け、前記ノズル支持ベースの下部に前記ノズル保持部に連続する前記ノズル取出部を設け、該ノズル取出部の下部にノズル落下を阻止する係止部材を設けると共に、前記ノズルの底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝に係脱可能な一対のアームを備えたノズル挟持手段を設けてなることを要旨とするものである。
【００１８】
請求項５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル落下手段は前記ノズル保持部に装填された最下段のノズルの落下を阻止する位置へ常時付勢された下部係止爪と、前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合可能な上部係止爪とを備えたレバー部材を前記ノズル支持ベースに回動可能に軸支して設けると共に、該レバー部材の回動支点より上部を押圧自在の押圧手段を設け、前記レバー部材を押圧して前記下部係止爪と最下段のノズルとの当接を解除して該最下段のノズルを前記ノズル取出部へ自重により落下させると同時に、前記上部係止爪を前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合させて該ひとつ上に位置するノズルの落下を阻止するように設けてなることを要旨とするものである。
【００１９】
請求項６に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置は、請求項１、２、３、４または５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、該ノズル自動交換装置が前記レーザ加工ヘッドに装着されたノズルに対して接近離反自在のノズルクリーナ装置とキャリブレーション電極とを設けてなることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸とタレットの回転中心とを含む平面内において、ノズルマガジンのノズル取出部に保持されたノズルのノズル軸心と、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段をレーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持されたノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けたものであるため、レーザ加工機の加工ヘッド位置決め機構を動かすことなくノズルの交換を行うことができるので、作業者はワークテーブル上へのワークの搬入またはワークテーブル上からの搬出を安全に行うことができる。
【００２１】
また、本発明のノズル自動交換装置では、ノズルの受け渡し位置が一点で行われるので、レーザ加工機のタイプに拘ることなく、例えば光軸固定式のレーザ加工機におけるノズル自動交換にも対応することが可能である。
【００２２】
また、ノズルストッカにおけるタレットにノズルマガジンを着脱可能に設けたので、ノズルマガジンを取り外して手元で安全に、かつ視認しながら確実にノズルの装填ができて、ノズルの種類を間違えて装填する誤装填なども減少する。
【００２３】
また、ノズルマガジンに装填されたノズルをノズル自動交換装置へ受け渡す位置への移動に自重による落下を利用しているので、ノズルマガジンの機構が簡単となりコストを低減することができる。
【００２４】
さらに、ワーク表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に行うキャリブレーション時には、レーザ加工機の位置決め機構によるＸ、Ｙ軸を使用してレーザ加工ヘッドをキャリブレーション用の電極の所へ移動させる必要がないので、キャリブレーションを行うまでの時間を短縮でき、かつまた、キャリブレーション中にワークの搬入搬出を安全に行うことができる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００２６】
図１〜図３は本発明に係るレーザ加工機のノズル自動交換装置を備えたレーザ加工機の全体の概略説明図であり、ここにはレーザ加工機の一例として３軸光軸移動形のレーザ加工機が示してある。
【００２７】
図１は、３軸光軸移動形のレーザ加工機全体の斜視図であり、図２は図１におけるＡ矢視図、図３は図２における平面図である。なお、説明の都合上、図１において右方を前側とし左方を後側、左右方向は前記定義の前側から見た呼称とする。
【００２８】
図１〜図３を参照するに、総括的に示すレーザ加工機１の基台３の上部にはワークテーブル５が設けてある。また、基台３のＹ軸方向の両端部にはＸ軸方向に延伸する軌道７が設けてあり、この軌道７にガイドされるＸ軸移動体９が前記ワークテーブル５上方をＸ軸駆動手段（図示省略）により移動位置決め可能に設けてある。
【００２９】
図２に良く示されているように、Ｘ軸移動体９にはレーザ加工ヘッド１１を備えたＹ軸移動体１３がＹ軸駆動手段（図示省略）によりＹ軸方向（Ｘ軸に直交する方向）へ移動位置決め可能に設けてある。
【００３０】
前記レーザ加工ヘッド１１には、レーザ光ＬＢを前記ワークテーブル５上に載置したワーク（図示省略）に集光照射する、例えば、凸レンズの如き集光用光学系（図示省略）が設けてあり、レーザー発振器１５からのレーザ光ＬＢがこの集光用光学系までベンドミラーなどの複数の光学系（図示省略）を介して導かれている。
【００３１】
なお、前記レーザー発振器１５とＸ軸移動体９との間のＸ軸方向の光路には光路ダクトとしての伸縮可能な蛇腹１７が設けてある。また、この蛇腹１７はＸ軸移動体９がＸ軸方向に前進または後退しても、ガイドワイヤ（図示省略）の如き支持体により常にほぼ水平に保持されるようになっている。なお、Ｙ軸方向の光路にも光路ダクトとしての蛇腹が設けてあるが本発明の要旨には関係ないので図示省略してある。
【００３２】
図１〜図３は前記レーザ加工ヘッド１１がワークテーブル５上の加工領域から若干後方でＸ、Ｙ座標における原点（０，０）２１近傍の位置に戻った状態を示したものであり、図３に良く示されているように、ノズル自動交換装置２３が前記レーザ加工機１の基台３上に設けてある。
【００３３】
図４〜図８に示す如く、前記ノズル自動交換装置２３は、複数個のノズルを収納するノズルストッカ２７を備えている。ノズルストッカ２７は、複数個（実施例では３個）のノズル３１を装填したノズルマガジン３３を８個のステーションに着脱可能に装着した中空円筒状のタレット３５を有している。
【００３４】
中空円筒状のタレット３５は、タレット３５の中心に立設した回転軸３７の上端部に設けたタレット支持体３９に一体的に固定してある。また、回転軸３７とタレット支持体３９並びにタレット支持体３９とタレット３５とは共にボルトなどの締結部材（図示省略）により連結固定してある。なお、タレット支持体３９とタレット３５とは一体的に形成しても構わない。
【００３５】
上述の回転軸３７は、前記中空円筒状のタレット３５の中空部の上方まで延伸してあって、その上部はタレット支持台４１にボルトなどの複数の締結部材４２により固定した軸受けハウジング４３にベアリング４５を介して回転自在に軸支してある。
【００３６】
前記回転軸３７の下端部は、前記タレット支持台４１に設けたベアリング４７を介して回転自在に軸支してあり、前記タレット支持台４１の左右には、前記レーザ加工機１の基台３から立設した左右一対の脚部４９（Ｌ、Ｒ）が一体的に連結してある。
【００３７】
また、前記回転軸３７の下部には、ウォームホイール５１が設けてあり、このウォームホイール５１には、図示しないＮＣ装置により制御されるタレット回転駆動用のサーボモータ５３に駆動される駆動軸５５に設けたウォームギヤ５７に螺合してある。
【００３８】
上記構成において、タレット３５のサーボモータ５３を前記ＮＣ装置により適宜に制御すれば、所望のノズル３１を装填したノズルマガジン３３を前記ノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に回転割り出しすることができる。
【００３９】
また、前記ノズルマガジン３３には、最大３個のノズル３１をノズル軸心を水平方向に、かつ、このノズル先端をタレットの外周方向にした姿勢で上下方向に重ねて装填保持できるノズル保持部５９を備えると共に、このノズル保持部５９の直下には、前記ノズル３１の中から最下段のノズルを取出可能に保持するノズル取出部６１が設けてある。
【００４０】
また、前記ノズル保持部５９から最下段のノズル３１を一個だけ前記ノズル取出部６１へ送り出すため、後述するノズル落下手段が設けてある。
【００４１】
なお、前記ノズルマガジン３３には、ノズル保持部５９とノズル取出部６１の全てにノズル３１を装着すれば、最大４個の同一種類のノズルが装着することが可能であり、８個のノズルマガジン３３にそれぞれ種類が異なるノズル３１を装填すれば、ノズルストッカ２７には最大で８種類、全３２個のノズル３１を収容することができる。
【００４２】
以下、前記ノズルマガジン３３について図１６〜図１９、図２３、図２４を参照しながら説明する。
【００４３】
ノズルマガジン３３には、前記ノズル３１の底部に摺動自在に係合するノズル支持ベース６５備え、図１６に示す如く、このノズル支持ベース６５の左右には、ノズル３１の先端側の外周に形成した環状の第１の係合溝６７に摺動自在に係合する爪部６９ａを備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕６９が前記ノズル保持部５９にのみ設けてある。
【００４４】
なお、支持腕６９はノズル支持ベース６５にボルトなどの締結部材７１により取り付けてある。
【００４５】
上述のノズル保持部５９のほぼ中央に位置する前記ノズル支持ベース６５には、ノズル支持ベース６５の長手方向（図１６では上下方向）の中心を上下に延伸する長方形の切欠き穴７３が形成してあり、かつこの長方形の切欠き穴７３の長手方向のほぼ中心より若干上方の位置には、長方形の切欠き穴７３の横幅より大きい直径を有する円形の貫通穴７４が形成してある。
【００４６】
この切欠き穴７３には、ノズル落下手段として作動するレバー部材７５が前記ノズル支持ベース６５に設けた回動軸７７に回動可能に軸支してある。このレバー部材７５の下部には、前記ノズル保持部５９に装填された最下段のノズル３１の下側に当接可能な下部係止爪７５ｓが設けてあり、上部には前記最下段のノズル３１のひとつ上に位置するノズル３１の内径部に係合可能な上部係止爪７５ｕが設けてある。
【００４７】
また、切欠き穴７３の背後には（図１６では紙面の裏側、図１９においては左側）レバー支持体７９がノズル支持ベース６５にボルトの如き締結手段（図示省略）により取り付けてある。
【００４８】
上述のレバー支持体７９と前記下部係止爪７５ｓとの間には、下部係止爪７５ｓを前記回動軸７７を軸にして反時計回り方向（図１９において）へ常時押圧付勢する圧縮スプリング８１の如き付勢部材が弾装してあり、一方、前記上部係止爪７５ｕの背面には、前記レバー支持体７９の上部が当接して上部係止爪７５ｕが反時計回り方向へ回動するのを阻止している（初期状態とする）。
【００４９】
上述の初期状態において、下部係止爪７５ｓは最下段のノズル３１の下面に当接する位置にあり、上部係止爪７５ｕは、中段のノズル３１の内径部に非係合な位置に後退した位置に在るように設けてある。
【００５０】
再度、図４、図６を参照するに、前記中空円筒状のタレット３５内に延伸した軸受けハウジング４３には、空圧または油圧などの流体圧で作動する流体圧シリンダ８３がほぼ水平方向に設けてある。
【００５１】
この流体圧シリンダ８３は、この流体圧シリンダ８３を作動させたとき、ピストンロッド８５の先端が、ノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に回転割り出しされたノズルマガジン３３の前記レバー部材７５の押圧部８７を押圧自在な位置に在るように設けてある。
【００５２】
なお、押圧部８７は、前記回転軸７７より若干上方位置において前記レバー支持体７９を貫通する穴８８から後部外方へ突出する態様に設けてある。
【００５３】
図１６、図１９に示す如く、前記ズル保持部５９直下のノズル取出部６１には、ノズル３１の軸方向の底部に当接して、ノズル３１を保持する係止部材としてのストッパーピン８９が前記支持腕６９に水平に取り付けてある。
【００５４】
また、図１６、図１８及び図１９に示す如く、前記ノズル取出部６１には、ノズル３１の底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝９１に係脱可能な一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）が前記ノズル支持ベース６５にノズル挟持手段として設けてある。
【００５５】
より詳細には、前記一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）のそれぞれには、前記第２の係合溝９１に係合可能な係合凸部９４を備えており、この係合凸部９４が前記ノズル取出部６１に保持されるノズル３１（仮想線で示してある）の第２の係合溝９１に係合または離脱可能なように、前記ノズル支持ベース６５の左右両側から内側に向かって水平に切り込んだ切欠き溝９５に設けた軸９７に、矢印９９の方向に回動可能に設けてある。
【００５６】
図１８に明らかのように、上記一対のアーム９３（Ｌ、Ｒ）を軸支する軸９７の下方に延びるアーム９３（Ｌ、Ｒ）の端部間には、アーム９３（Ｌ、Ｒ）の先端部を互いに接近する方向に、すなわち閉まる方向に常時付勢するスプリング１０１が弾装してある。
【００５７】
さらに、前記ノズルマガジン３３におけるノズル支持ベース６５の下部には、前記中空円筒状のタレット３５の外周下部に設けたノズルマガジン取付用の係合爪１０５に係合する凹部１０７が設けてあり、ノズル支持ベース６５の上部には、前記タレット３５の外周上部に上方に開口する切欠き部上面に設けた係合爪１０９に係合する係合爪１１１が昇降可能に設けてある。
【００５８】
なお、係合爪１１１は、ノズル支持ベース６５上部に設けたガイド穴１１３に上下方向に摺動可能に嵌合してあり、このガイド穴１１３と係合爪１１１との間には、係合爪１１１を上方に付勢するスプリング１１５が弾装してある。
【００５９】
上記構成において、作業者がノズルマガジン３３の凹部１０７をタレット３５の係合爪１０５に係合させると共に、ノズルマガジン３３の上部をタレット側に押圧することにより、係合爪１１１がスプリング１１５の付勢力に抗して押し下げられて、ノズルマガジン３３の係合爪１１１とタレット３５側の係合爪１０９とが係合し、ノズルマガジン３３をタレット３５に装着することができる。
【００６０】
なお、ノズルマガジン３３をタレット３５から外す場合には、ノズルマガジン３３側の係合爪１１１の上部１１１ａを押し下げて、ノズルマガジン３３の上部をタレットの外周方向へ倒すことにより容易に取り外すことができる。
【００６１】
上記構成において、前記ノズルストッカ２７から必要なノズル３１を取り出すには、始めに、図示しないＮＣ装置によりタレット回転駆動用のサーボモータ５３を駆動して、必要なノズル３１を装着したノズルマガジン３３をノズル自動交換装置２３に対する受け渡し位置に割り出した後、前記流体圧シリンダ８３を作動させて、ピストンロッド８５の先端でレバー部材７５の押圧部８７を押圧する（図１９参照）。
【００６２】
レバー部材７５が押圧されると、レバー部材７５が時計回り方向に回動し、当初、中段のノズル３１の内径部と非係合な位置に在った上部係止爪７５ｕが中段のノズル３１の内径部に進入し、次いで、当初は最下段のノズル３１の下面に当接する位置に在った下部係止爪７５ｓが非係合な位置に移動するため、最下段のノズル３１が第１の係合溝６７に摺動自在に係合するノズルマガジン３３の爪部６９ａに案内されながら自重でノズル取出部６１に設けたストッパーピン８９に当接する位置まで落下すると共に、中段のノズル３１は上部係止爪７５ｕに係合する位置まで落下する（図２０、図２１参照）。
【００６３】
なお、上述のノズル取出部６１においては、ノズル３１の第１の係合溝６７とノズルマガジン３３の爪部６９との係合は非係合となるが、ノズル３１の第２の係合溝９１にノズルマガジン３３のアーム９３（Ｌ、Ｒ）が係合してノズル３１がノズルマガジン３３に保持される。
【００６４】
次いで、前記流体圧シリンダ８３を作動させて、ピストンロッド８５を後退させると、下部係止爪７５ｓが中段に在ったノズル３１の外周に係合する位置へ移動すると同時に、上部係止爪７５ｕが中段に在ったノズル３１の内径部に係合した位置から非係合位置へ後退するので、中段に在ったノズル３１が下部係止爪７５ｓに係合する位置まで落下すると同時に、最上段に在ったノズル３１が中段に在ったノズル３１の上部に当接する位置まで落下する（図２２参照）。
【００６５】
以下に前記ノズル自動交換装置２３について、図４〜図１０を参照しながら説明する。
【００６６】
前記タレット支持台４１の脚部４９（Ｌ、Ｒ）の上部には、Ｘ軸方向（図４〜図７において右方）へ延伸する一対の板状のブラケット１１７（ａ，ｂ）がＹ軸方向に一定の間隔を空けてボルト１１９により取り付けてある。
【００６７】
一方のブラケット１１７ａにおけるブラケット１１７ｂに対向する側には、回転体１２１ａがベアリング１２３を介して回転自在に設けてあり、もう一方のブラケット１１７ｂにおけるブラケット１１７ａに対向する側には、前記回転体１２１ａの回転中心１２２と同軸に回転する回転体１２１ｂがブラケット１１７ｂに一体的に固定したスペーサー１２０にベアリング１２５を介して回転自在に設けてある。
【００６８】
また、前記ブラケット１１７ａには、前記ＮＣ装置により制御されるサーボモータ１２４がモータブラケット１２６を介して取り付けてあり、このサーボモータ１２４の出力軸が前記回転体１２１ａに連結してある。
【００６９】
上述の回転体１２１ａと回転体１２１ｂには、前記回転中心１２２に直交する方向のガイドウェイを有する直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）がボルト等の固定部材により一体的に取り付けてある。前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）における前記ガイドウェイの構成は、実施の形態では、互いに対向した凹部１２８（ａ，ｂ）として構成してある。
【００７０】
前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）のガイドウェイには、このガイドウェイに摺動可能に係合して、直線的にガイドされる直線移動体１２９が設けてあり、この直線移動体１２９には、前記ノズル３１の先端部を把持自在のノズル把持手段１３１が設けてある。なお、実施の形態では、前記ノズル把持手段１３１として、空圧でチャックの開閉動作を行う公知の三つ爪チャックを使用しており、その詳細な構成の説明は省略するが、この三つ爪１３０の先端部には、前記ノズル３１の前部に設けた傘状の係合部１３２に嵌合する嵌合部１３４が設けてある。
【００７１】
前記直線移動体１２９には、この直線移動体１２９を前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）のガイドウェイに沿って移動させる駆動手段としての空圧シリンダ１３３が設けてある。
【００７２】
より詳細には、図４、図９に示す如く、前記直線移動体１２９の左右両側（図４では上下側、図９において左右側）に、２本の空圧シリンダ１３３を並列に設け、これらの空圧シリンダ１３３のピストンロッド１３５の先端を固定支持するピストンロッド支持部１３７（ａ，ｂ）が前記直線ガイド部材１２７（ａ，ｂ）の下端部（図９では下側）に設けてある。
【００７３】
図５、図６に示す如く、前記直線移動体１２９において、前記ノズル把持手段１３１を中心として、時計回り方向にθ１（９０度）の位置には、本願出願人が現在出願中の発明であるノズルクリーニング装置１３９が設けてある。このノズルクリーニング装置１３９は、上面に植毛された円盤状のブラシユニットを自転させる機構と、レーザ加工ヘッド１１に装着されたノズル３１の中心軸の回りを公転させる公転機構とを備えたことを特徴とするものである。
【００７４】
また、図６、図７に示す如くこのノズルクリーニング装置１３９には、前記レーザ加工ヘッド１１に装着されたノズル３１の先端と、ワーク（図示省略）表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に、レーザ加工に先立ち検出誤差のキャリブレーションを行うときに使用するキャリブレーション電極１４１が設けてある。
【００７５】
前記タレット支持台４１の下側には、使用済みノズルを収容するノズルトレイ１４３が設けてある。また、タレット支持台４１のノズル自動交換装置２３側には、ノズル自動交換装置２３の回転中心１２２に向かって開口し、ノズル自動交換装置２３側からノズルトレイ１４３側へ傾斜下降して、ノズルトレイ１４３内に連通するノズル排出口１４５が設けてある。
【００７６】
ノズルトレイ１４３の後方（図６において左側）には、ノズルトレイ１４３内のノズルを作業者が取り出すための取出口１４７が設けてある。
【００７７】
上記構成において、前記ＮＣ装置により制御されるサーボモータ１２４を適宜に回転駆動することにより、回転体１２１（ａ、ｂ）を介してノズル把持手段１３１を回転中心１２２を軸として所望する位置に回転位置決めすることができる。
【００７８】
例えば、ノズル把持手段１３１を図６に示す位置から、ノズル３１の受け渡し位置に割り出されたノズルマガジン３３のノズル取出部６１にあるノズル３１の前方へ回転（反時計回りにθ１度）したり、ノズル排出口１４５の前方へ回転（反時計回りに（θ１＋θ２）度）させることができる。
【００７９】
さらに、空圧シリンダ１３３を作動させることにより、ノズル把持手段１３１を図９の位置から、図１０の位置に上昇またはその逆に下降させることができる。
【００８０】
また、前記ＮＣ装置の制御の下に、前記空圧作動の三つ爪チャックの開閉動作を行わせることにより、前記ノズル把持手段１３１でノズル３１の把持または開放を自動で行うことができる。
【００８１】
上記構成のノズル自動交換装置２３のノズル交換動作について、図１１から図１５を参照しながら説明する。
【００８２】
（１）所望のノズル３１を装填したノズルマガジン３３をノズル自動交換装置２３に受け渡すために、タレット３５を回転させてそのノズルマガジン３３を受け渡し位置に回転割り出しする（図１１参照）。
【００８３】
（２）レーザ加工ヘッド１１に保持されているノズル３１の先端部をノズル把持手段１３１で把持すると共に、下方へ移動させてノズル３１をレーザ加工ヘッド１１から抜き取り、次いで、ノズル把持手段１３１を反時計回り方向へθ１＋θ２度回転し、ノズル把持手段１３１の先端をノズル排出口１４５側へ伸ばし、そのノズル把持を開放して、ノズル排出口１４５からノズルトレイ１４３に排出する（図１１参照）。
【００８４】
（３）ノズル把持手段１３１をノズル把持手段１３１の回転中心１２２側へ退縮させると同時に、時計回り方向へθ２度回転して、ノズル把持手段１３１を前記工程（１）で位置決めしたノズルマガジン３３のノズル取出部６１に在るノズルに対面する位置に移動させた後、ノズル把持手段１３１を前進させて、ノズルマガジン３３からノズル３１を把持して再び回転中心１２２側へ退縮することで、水平方向に抜き取る（図１２、図１３参照）。
【００８５】
（４）前記工程（３）の状態を維持したまま、ノズル把持手段１３１を時計回り方向へθ１（９０度）回転して、ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１の直下に位置決めする（図１４参照）。
【００８６】
（５）ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１に対して延ばし、所望のノズル３１をレーザ加工ヘッド１１に挿入して装着する（図１５参照）。装着後はノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１の直下に下降させた状態で次ぎの交換を待機する待機状態となる。ここで、θ１＝９０度が最も普遍的で機構的にも望ましい。θ２については、特に限定しないが、０＜θ２≦９０°である。
【００８７】
なお、レーザ加工ヘッド１１のノズル装着部にノズル３１を着脱する機構としては、概要を図２５に示す如き、本願出願人の出願中の発明に開示するようなノズル着脱機構２０１を用いる。以下にノズル着脱機構２０１の概要を説明する。
【００８８】
レーザ加工ヘッド１１の下端部の内部は漏斗状になっており、その下端部には、前記ノズル３１の内径部に摺動可能に嵌合する円筒状のノズル装着部２０３が形成してある。
【００８９】
このノズル装着部２０３の外周には、ノズル装着部２０３に装着された前記ノズル３１の第２の係合溝９１に係脱可能な複数の球体２０５を前記ノズル３１の軸心に直交する方向へ若干量移動可能に保持した内側シリンダ２０７を設け、この内側シリンダ２０７の外側に前記内側シリンダー２０７と同軸に外側シリンダ２０９を設け、この外側シリンダ２０９と前記の内側シリンダ２０７とで環状のシリンダ２１１を形成し、この環状のシリンダ２１１内を上下方向に移動可能な環状ピストン２１３を設け、この環状ピストン２１３に環状のシリンダ２１１から下方に突出した環状のピストンロッド２１５を設け、この環状のピストンロッド２１５の内径部が前記球体２０５の外側に係合押圧または非押圧となる係合部２１７を形成し、前記環状ピストン２１３を常時下方へ押圧付勢するスプリング２１９を設けると共に、前記環状ピストン２１３の下側の圧力室２２１に空圧を供給することにより、前記環状ピストン２１３を前記スプリング２１９の付勢力に抗して上昇可能に設けてなるものである。
【００９０】
上記構成において、前記ノズル３１をノズル装着部２０３に挿入すると、ノズル３１の第２の係合溝９１に複数の球体２０５が環状のピストンロッド２１５の内径部の係合部２１７により軸心方向へ押圧されて、球体２０５がノズル３１の第２の係合溝９１に係合して、ノズル３１がレーザ加工ヘッド１１に確実に保持される。
【００９１】
また、空圧を圧力室２２１に付与すれば、環状ピストン２１３が上昇して、球体２０５の外径方向の移動が可能になるため、ノズル３１の第２の係合溝９１と球体２０５との係合が解除され、ノズル３１をレーザ加工ヘッド１１から下方へ抜き取ることが可能となる。しかしながら、このノズル着脱機構２０１に限定されるものではない。
【００９２】
また、前記ノズルクリーニング装置１３９を使用する場合には、図１３に示すように、ノズルクリーニング装置１３９をレーザ加工ヘッド１１の直下に回転させ、レーザ加工ヘッド１１の方をノズルクリーニング装置１３９のブラシユニットに接触する位置まで下降させて実施する。
【００９３】
また、ワーク表面との間の距離を静電容量式センサーで制御する場合に行うキャリブレーション時には、図１２に示す如く、前記ノズル把持手段１３１を反時計回りにθ１（９０度）回転させると共に、ノズル把持手段１３１を左方向に前進させて電極１４１がレーザ加工ヘッド１１の直下に位置するようにして、レーザ加工ヘッド１１に設けた静電容量センサ（図示省略）を電極１４１に対するＺ軸方向の複数位置に位置決めして静電容量センサの特性を求めることにより、ギャップ検出誤差の補正を容易にかつ迅速に行うことができる。
【００９４】
このため、レーザ加工機の位置決め機構によるＸ、Ｙ軸を使用してレーザ加工ヘッドを電極１４１の所へ移動させる必要がないのでキャリブレーションを行うまでの時間を短縮でき、かつまた、キャリブレーション中にワークの搬入搬出を安全に行うことができる利点もある。
【００９５】
なお、本実施の形態でのノズル自動交換装置の例ではノズルストッカとして、円筒状のタレットを用いて説明したが、ノズルストッカが必ずしもタレットである必要はなく、装着個数は少なくなるがノズルマガジン単体でも構わない。
【００９６】
また、本実施の形態でのレーザ加工機は光軸移動形式の例で説明しているが、ノズルの受け渡し位置が一点で行われるので、光軸固定式のレーザ加工機にも対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るノズル自動交換装置を備えたレーザ加工機全体の概略説明図。
【図２】図１におけるＡ矢視図。
【図３】図２の平面図。
【図４】図３におけるノズル自動交換装置２３部分の拡大説明図。
【図５】図４におけるＢ矢視図。
【図６】図４におけるＣ−Ｃ断面図（一部破断）。
【図７】図６におけるＤ−Ｄ断面図（一部破断）。
【図８】図５におけるＥ−Ｅ断面図（一部破断）。
【図９】図７におけるＦ−Ｆ断面図（一部破断）で、ノズル把持手段１３１が下降した状態を示す図。
【図１０】図７におけるＦ−Ｆ断面図（一部破断）で、ノズル把持手段１３１が上昇した状態を示す図。
【図１１】ノズル自動交換装置２３のノズル交換動作の説明図で、ノズル把持手段１３１がレーザ加工ヘッド１１からノズル３１を受け取り、反時計回り方向へθ１＋θ２度回転して、ノズルをノズルトレイ１４３に排出した状態。
【図１２】ノズル把持手段１３１を退縮させて時計回り方向へθ２度回転させて、ノズル把持手段１３１を延ばしてノズルマガジン３３のノズルを把持した状態。
【図１３】ノズルマガジン３３からノズルを受け取って、ノズル把持手段１３１を退縮させた状態。
【図１４】ノズルを把持したノズル把持手段１３１を時計回り方向へθ１（９０度）回転して、レーザ加工ヘッド１１の直下に位置決めした状態。
【図１５】ノズル把持手段１３１をレーザ加工ヘッド１１に対して延ばし、ノズル３１をレーザ加工ヘッド１１に挿入装着した状態。
【図１６】ノズルマガジン３３の正面図。
【図１７】図１６の平面図（上面図）。
【図１８】図１６の下面図。
【図１９】ノズルマガジン３３にノズル３１を３個装着した図。
【図２０】ノズルストッカ２７に装着されたノズルマガジン３３のレバー部材７５の上部が流体圧シリンダ（図示省略）のピストンロッドにより押圧された状態。
【図２１】ノズルマガジン３３のノズル保持部５９に装填されていた最下段のノズルの３１ａが自重でノズル取出部６１へ落下した状態。
【図２２】ノズルマガジン３３のノズル保持部５９に装填されていた上方の２個のノズルがレバー部材７５の下部係止爪７５ｓに係合する位置まで落下した状態。
【図２３】図１９における平面図（上面図）。
【図２４】図１９における下面図。
【図２５】レーザ加工ヘッド１１のノズル装着部にノズル３１を着脱する機構の一例の説明図。
【符号の説明】
【００９８】
１ レーザ加工機
３ 基台
５ ワークテーブル
７ 軌道
９ Ｘ軸移動体
１１ レーザ加工ヘッド
１３ Ｙ軸移動体
１５ レーザー発振器
１７ 蛇腹
２１ 原点
２３ ノズル自動交換装置
２７ ノズルストッカ
３１ ノズル
３３ ノズルマガジン
３５ タレット
３７ 回転軸
３９ タレット支持体
４１ タレット支持台
４３ 軸受けハウジング
４５、４７ ベアリング
４９ 脚部
５１ ウォームホイール
５３ サーボモータ
５５ 駆動軸
５７ ウォームギヤ
５９ ノズル保持部
６１ ノズル取出部
６５ ノズル支持ベース
６７ 第１の係合溝
６９ 支持腕
７１ 締結部材
７３ 切欠き穴
７５ レバー部材
７５ｓ 下部係止爪
７５ｕ 上部係止爪
７７ 回動軸
７９ レバー支持体
８１ 圧縮スプリング
８３ 流体圧シリンダ
８５ ピストンロッド
８７ 押圧部
８８ 穴
８９ ストッパーピン
９１ 第２の係合溝
９３（Ｌ、Ｒ） アーム
９４ 係合凸部
９５ 切欠き溝
９７ 軸
９９ 矢印
１０１ スプリング
１０５、１０９、１１１ 係合爪
１０７ 凹部
１１３ ガイド穴
１１５ スプリング
１１７ ブラケット
１１９ ボルト
１２０ スペーサー
１２１（ａ、ｂ） 回転体
１２２ 回転中心
１２４ サーボモータ
１２６ モータブラケット
１２３、１２５ ベアリング
１２７（ａ，ｂ） 直線ガイド部材
１２９ 直線移動体
１３０ 三つ爪
１３１ ノズル把持手段
１３２ 係合部
１３３ 空圧シリンダ
１３４ 嵌合部
１３５ ピストンロッド
１３７（ａ，ｂ） ピストンロッド支持部
１３９ ノズルクリーニング装置
１４１ 電極
１４３ ノズルトレイ
１４５ ノズル排出口
１４７ 取出口
２０１ ノズル着脱機構
２０３ ノズル装着部
２０５ 球体
２０７ 内側シリンダ
２０９ 外側シリンダ
２１１ 環状のシリンダ
２１３ 環状ピストン
２１５ 環状のピストンロッド
２１７ 係合部
２１９ スプリング
２２１ 圧力室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズルを着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカを設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイを設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルストッカは、回転位置決め自在に設けたタレットに複数個のノズルマガジンを円周方向にほぼ等間隔にかつ着脱可能に設けると共に、該ノズルマガジンにノズル軸心を水平方向にかつノズル先端を外周方向にした姿勢で上下方向に複数個を重ねて装填保持するノズル保持部と、該ノズル保持部の直下に前記ノズルを取出可能に保持するノズル取出部とを設け、ノズルマガジン最下段のノズルを取出し後、前記ノズル保持部から前記ノズル取出部へ一個ずつ自重により落下させるノズル落下手段を設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸と前記タレットの回転中心とを含む平面内において、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルのノズル軸心と、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段を前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルマガジンは前記ノズルの底部に摺動自在に係合するノズル支持ベースを設け、該ノズル支持ベースの上部に複数のノズルを保持可能な前記ノズル保持部を設けると共に、該ノズル保持部にのみ前記ノズルの外周に形成した環状の第１の係合溝に上下方向に摺動自在に係合する爪部を備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕を設け、前記ノズル支持ベースの下部に前記ノズル保持部に連続する前記ノズル取出部を設け、該ノズル取出部の下部にノズル落下を阻止する係止部材を設けると共に、前記ノズルの底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝に係脱可能な一対のアームを備えたノズル挟持手段を設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項５】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル落下手段は前記ノズル保持部に装填された最下段のノズルの落下を阻止する位置へ常時付勢された下部係止爪と、前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合可能な上部係止爪とを備えたレバー部材を前記ノズル支持ベースに回動可能に軸支して設けると共に、該レバー部材の回動支点より上部を押圧自在の押圧手段を設け、前記レバー部材を押圧して前記下部係止爪と最下段のノズルとの当接を解除して該最下段のノズルを前記ノズル取出部へ自重により落下させると同時に、前記上部係止爪を前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合させて該ひとつ上に位置するノズルの落下を阻止するように設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、該ノズル自動交換装置が前記レーザ加工ヘッドに装着されたノズルに対して接近離反自在のノズルクリーナ装置とキャリブレーション電極とを設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項１】
レーザ加工ヘッドのノズル装着部にノズルを着脱交換可能に設けたレーザ加工機において、複数個のノズルを収納したノズルストッカを設けると共に、該ノズルストッカの下方に使用済みノズルを収容するノズルトレイを設け、前記ノズルストッカからノズルを取出して前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に装着し、または前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部から使用済みノズルを受取って前記ノズルトレイへ排出するノズル自動交換装置を前記ノズルストッカに隣接する位置に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルストッカは、回転位置決め自在に設けたタレットに複数個のノズルマガジンを円周方向にほぼ等間隔にかつ着脱可能に設けると共に、該ノズルマガジンにノズル軸心を水平方向にかつノズル先端を外周方向にした姿勢で上下方向に複数個を重ねて装填保持するノズル保持部と、該ノズル保持部の直下に前記ノズルを取出可能に保持するノズル取出部とを設け、ノズルマガジン最下段のノズルを取出し後、前記ノズル保持部から前記ノズル取出部へ一個ずつ自重により落下させるノズル落下手段を設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル自動交換装置は、レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸と前記タレットの回転中心とを含む平面内において、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルのノズル軸心と、前記レーザ加工ヘッドのＺ軸方向の光軸との交点を回転中心として回動位置決め可能なノズル把持手段を備え、該ノズル把持手段を前記レーザ加工ヘッドのノズル装着部に対して接近離反可能に設けると共に、前記ノズル取出部に保持された前記ノズルおよび前記ノズルトレイに対して接近離反可能に設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズルマガジンは前記ノズルの底部に摺動自在に係合するノズル支持ベースを設け、該ノズル支持ベースの上部に複数のノズルを保持可能な前記ノズル保持部を設けると共に、該ノズル保持部にのみ前記ノズルの外周に形成した環状の第１の係合溝に上下方向に摺動自在に係合する爪部を備えた一対のノズル保持兼案内用の支持腕を設け、前記ノズル支持ベースの下部に前記ノズル保持部に連続する前記ノズル取出部を設け、該ノズル取出部の下部にノズル落下を阻止する係止部材を設けると共に、前記ノズルの底部近傍の外周に設けた環状の第２の係合溝に係脱可能な一対のアームを備えたノズル挟持手段を設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項５】
請求項２に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、前記ノズル落下手段は前記ノズル保持部に装填された最下段のノズルの落下を阻止する位置へ常時付勢された下部係止爪と、前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合可能な上部係止爪とを備えたレバー部材を前記ノズル支持ベースに回動可能に軸支して設けると共に、該レバー部材の回動支点より上部を押圧自在の押圧手段を設け、前記レバー部材を押圧して前記下部係止爪と最下段のノズルとの当接を解除して該最下段のノズルを前記ノズル取出部へ自重により落下させると同時に、前記上部係止爪を前記最下段のノズルのひとつ上に位置するノズルの内径部に係合させて該ひとつ上に位置するノズルの落下を阻止するように設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５に記載のレーザ加工機のノズル自動交換装置において、該ノズル自動交換装置が前記レーザ加工ヘッドに装着されたノズルに対して接近離反自在のノズルクリーナ装置とキャリブレーション電極とを設けてなることを特徴とするレーザ加工機のノズル自動交換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００６−２６３７６５（Ｐ２００６−２６３７６５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８４２０２（Ｐ２００５−８４２０２）
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（３９００１４６７２）株式会社アマダ (548)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（３９００１４６７２）株式会社アマダ (548)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]