JP2021065909A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ切断加工の後工程の処理を無くすか又は減らした上で、レーザ加工機の交換部品コストの低減を図りながら、レーザ加工機の生産性を高めること。【解決手段】レーザ加工ヘッド２６の側部に、レーザ加工ヘッド２６の内部にアシストガスを供給するためのガス供給口４４が形成され、レーザ加工ヘッド２６の側部に、供給されたアシストガスの一部をレーザ加工ヘッド２６の外側に排出するためのガス排出口５０が形成されている。ガス供給口４４からガス排出口５０に流れるアシストガスの流路がレーザビームのビーム軸ＢＡを横切るように、ガス供給口４４の出口開口部４４ａとガス排出口５０の入口開口部５０ａは、レーザビームのビーム軸ＢＡを挟んで対向配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、板状のワーク材（板金）に対してレーザ切断加工を行うレーザ加工機に関する。

レーザ加工機は、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザビーム（レーザ光）を照射するレーザ加工ヘッドを備えている。レーザ加工ヘッドは、レーザビームを出力するレーザ発振器に光学的に接続されている。また、レーザ加工ヘッドの内部には、ワーク材に向かってレーザビームを集束させる集束レンズが設けられている。レーザ加工ヘッドの内部における集束レンズのビーム射出側には、高価な集束レンズをスパッタ等から保護する保護ガラスが設けられている。更に、レーザ加工ヘッドの側部には、レーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給するためのガス供給口が設けられている。ガス供給口は、保護ガラスよりも低い高さ位置に位置しており、アシストガスを収容するガスボンベ等のアシストガス供給源に接続されている。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１に示すものがある。

特表２００１−５０９８８９号公報

ところで、レーザ切断加工中に、ノズルのノズル開口部（ノズル孔）周辺を除くレーザ加工ヘッドの内部においては、アシストガスの圧力が略一定であり、アシストガスの流速が低速又は略ゼロになっている（後述の実施例参照）。また、ピアシング中には、多量のスパッタがワーク材の加工点から上方向に向かって飛散する。その結果、ピアシング中に、スパッタがノズルのノズル開口部からレーザ加工ヘッドの内部に侵入すれば、保護ガラスに付着し易くなる。更に、スパッタの付着によって保護ガラスの汚れの度合いが大きくなると、加工不良が発生するため、保護ガラスの汚れの度合いを監視しながら、その監視結果に基づいて保護ガラスを交換する必要がある（特許文献１参照）。

しかしながら、保護ガラスが集束レンズよりも安価であるとはいえ、保護ガラスの交換頻度が増えると、レーザ加工機の交換部品コストが増大する。また、保護ガラスの交換を行うには、レーザ切断加工を一旦中断しなければならず、保護ガラスの交換頻度が増えると、レーザ切断加工の中断時間が長くなって、レーザ加工機の生産性が低下する。

一方、保護ガラスの交換頻度を減らすために、レーザ加工ヘッドの内部におけるアシストガスの圧力を高くして、スパッタのレーザ加工ヘッドの内部への侵入を抑えると、融解金属の冷却効果も増し、スパッタの水平方向の飛散距離も増して、ワーク材にピアス穴中心から放射線状に固着する。場合によっては、ワーク材における製品部分にもスパッタが固着して、製品不良を招く。

つまり、製品不良を減らした上で、レーザ加工機の交換部品コストの低減を図りながら、レーザ加工機の生産性を高めることが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決するために、保護ガラスへのスパッタ付着を低減できる、レーザ加工機を提供することを目的とする。

実施形態に係るレーザ加工機は、レーザ加工ヘッドの側部に設けられ、集束レンズを保護する保護ガラスとノズル開口部（ノズル孔）の間に位置し、前記レーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給するためのガス供給口と、前記レーザ加工ヘッドの側部に設けられ、前記保護ガラスと前記ノズル開口部の間に位置し、供給されたアシストガスの一部を前記レーザ加工ヘッドの外側に排出するためのガス排出口と、を備える。実施形態に係るレーザ加工機において、前記レーザ加工ヘッドは、前記ガス供給口から供給されたアシストガスが前記ノズル開口部及び前記ガス排出口から排出されるように構成され、前記ガス供給口から前記ガス排出口に流れるアシストガスの流路がレーザビーム（レーザ光）のビーム軸（光軸）を横切るように、前記ガス供給口と前記ガス排出口が対向配置され、前記レーザ加工ヘッド内部における、前記ノズル開口部近傍の流速が前記ガス排出口近傍の流速より速くなるように、前記ノズル開口部の開口面積及び前記ガス排出口の入口開口部の開口面積が設定されている。

実施形態に係るレーザ加工機においては、前記ガス排出口の前記入口開口部の開口面積が前記ガス供給口の出口開口部の開口面積より大きく設定されてもよい。前記ガス供給口の前記出口開口部及び前記ガス排出口の前記入口開口部がスリット状にそれぞれ形成されてもよい。また、実施態様に係るレーザ加工機は、開閉動作によって、前記ガス排出口を前記レーザ加工ヘッドの外側と連通する連通状態と、前記レーザ加工ヘッドの外側との連通を遮断する遮断状態とに切り替える電磁バルブを備えてもよい。この場合に、実施態様に係るレーザ加工機は、ピアシングの開始時又は開始直前に前記電磁バルブの開動作を実行しかつピアシングの終了後に前記電磁バルブの閉動作を実行する制御装置を備えてもよい。

実施態様に係るレーザ加工機の構成によると、ピアシングの開始時又は開始直前に、前記レーザ加工ヘッドの内部に供給されたアシストガスは、前記ノズルの前記ノズル開口部に向かって流れ、前記ノズルの前記ノズル開口部からワーク材に向かって噴射される。また、前記レーザ加工ヘッドの内部に供給されたアシストガスの一部は、前記ガス排出口に向かって流れ、前記レーザ加工ヘッドの外側に排出される。換言すれば、前記レーザ加工ヘッドの内部において、前記ノズルの前記ノズル開口部に向かうメインフローと、前記ガス排出口に向かうサイドフローを生成する。これにより、ピアシング中に、スパッタが前記ノズルの前記ノズル開口部から前記レーザ加工ヘッドの内部に侵入しても、サイドフローによってスパッタを前記ガス排出口から前記レーザ加工ヘッドの外側に排出することができる。つまり、前記レーザ加工ヘッドの内部におけるアシストガスの圧力を高めに設定してなくても、前記保護ガラスへのスパッタ付着を低減することができる。

本発明によれば、ワーク材へのスパッタ固着を抑えつつ、保護ガラスの交換頻度を減らすことができる。よって、製品不良を減らした上で、レーザ加工機の交換部品コストの低減を図りながら、レーザ加工機の生産性を高めることができる。

図１は、実施形態に係るレーザ加工機の模式的な斜視図である。 図２は、実施形態に係るレーザ加工機の主要部の模式的な断面図である。 図３は、図２におけるIII部の拡大図である。 図４は、図３におけるIV-IV線に沿った断面図である。 図５は、図３におけるV部の拡大図である。 図６（ａ）は、レーザ加工ヘッドの内部からガス供給口の出口開口部を見た図である。図６（ｂ）は、レーザ加工ヘッドの内部からガス排出口の入口開口部を見た図である。図６（ｃ）は、下方向からレーザ加工ヘッドのノズルを見た図である。 図７は、実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。 図８Ａは、ガス排出口を遮断状態に切り替えかつガス供給口からレーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給する場合における、レーザ加工ヘッドの内部及びその周辺の圧力分布についての流体解析結果を示す図である。 図８Ｂは、ガス排出口を遮断状態に切り替えかつガス供給口からレーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給する場合における、レーザ加工ヘッドの内部及びその周辺の流速分布についての流体解析結果を示す図である。 図９Ａは、ガス排出口を連通状態に切り替えかつガス供給口からレーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給する場合における、レーザ加工ヘッドの内部及びその周辺の圧力分布についての流体解析結果を示す図である。 図９Ｂは、ガス排出口を連通状態に切り替えかつガス供給口からレーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給する場合における、レーザ加工ヘッドの内部及びその周辺の流速分布についての流体解析結果を示す図である。

以下、実施形態について図１から図７を参照して説明する。

なお、本願の明細書又は特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つである左右方向のことをいい、「Ｙ軸方向」とは、Ｘ軸方向に直交する水平方向の１つである前後方向のことをいう。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。

図１に示すように、実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク材（板金）Ｗに対してレーザ切断加工を行う。レーザ切断加工には、ピアシングとアプローチ加工と製品加工が含まれる。ピアシングとは、ワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍの輪郭の近傍にピアス穴Ｗｈを形成するための加工のことである。アプローチ加工とは、ピアス穴Ｗｈからワーク材Ｗの製品部分Ｗｍの輪郭まで連絡するスリットＷｓを形成するための加工のことをいう。製品加工とは、ワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍの輪郭に沿って切断する加工のことをいう。そして、実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成は、以下の通りである。

レーザ加工機１０は、Ｘ軸方向に延びたベッド１２を備えている。ベッド１２には、ワーク材Ｗを支持するＸ軸方向に延びた加工テーブル１４が設けられている。加工テーブル１４は、Ｘ軸方向に間隔を置いて配置された複数の支持板（スキッド板）１６を有している。各支持板１６は、Ｙ軸方向に延びており、各支持板１６の上部には、ワーク材Ｗを点接触で支持するための複数の山型の突起１６ａがＹ軸方向に間隔を置いて形成されている。加工テーブル１４には、ワーク材Ｗの端部をクランプする複数のクランパ（図示省略）が設けられている。

ベッド１２には、加工テーブル１４を跨ぐようにＹ軸方向に延びた門型の可動フレーム１８がＸ軸方向へ移動可能に設けられている。可動フレーム１８は、ベッド１２の適宜位置に設けられたＸ軸移動アクチュエータとしてのＸ軸モータ２０の駆動によりＸ軸方向へ移動する。また、可動フレーム１８の水平部１８ａには、キャリッジ２２がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。キャリッジ２２は、可動フレーム１８の適宜位置に設けられたＹ軸移動アクチュエータとしてのＹ軸モータ２４の駆動によりＹ軸方向へ移動する。

キャリッジ２２には、ワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザビーム（レーザ光）を照射する筒状のレーザ加工ヘッド２６が設けられている。レーザ加工ヘッド２６の軸心は、レーザビームのビーム軸（光軸）ＢＡと一致している。レーザ加工ヘッド２６は、その先端側（下端側）に、アシストガスを噴射しながらレーザビームを照射するためのノズル２８を有しており、ノズル２８は、鉛直下方を向いている。レーザ加工ヘッド２６は、Ｘ軸モータ２０の駆動により可動フレーム１８と一体的にＸ軸方向へ移動し、更にＹ軸モータ２４の駆動によりキャリッジ２２と一体的にＹ軸方向へ移動する。また、レーザ加工ヘッド２６は、レーザビームを出力（発振）するレーザ発振器の一例としてのファイバレーザ発振器３０にプロセスファイバ３２を介して光学的に接続されている。

なお、レーザ発振器として、プロセスファイバ３２を通じてレーザビームをレーザ加工ヘッド２６へ伝送できればよく、ファイバレーザ発振器３０の代わりに、ＹＡＧレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等を用いてもよい。又は、図示はしないが、レーザビームをレーザ加工ヘッド２６へ空間伝送する炭酸ガスレーザ発振器を用いてもよい。

図１及び図２に示すように、レーザ加工ヘッド２６の内部には、プロセスファイバ３２の射出端から出射されレーザビームをコリメートするコリメートレンズ３４が設けられている。レーザ加工ヘッド２６の内部におけるコリメートレンズ３４のビーム射出側（下側）には、レーザビームをワーク材Ｗに向かって集束させる集束レンズ３６がレンズホルダ３８を介して設けられている。また、レーザ加工ヘッド２６内部の集束レンズ３６のビーム射出側には、集束レンズ３６をスパッタやヒュームから保護する保護ガラス４０が保護ガラスホルダ４２を介して設けられている。つまり、保護ガラス４０は、保護ガラスホルダ４２を介してレーザ加工ヘッド２６に着脱可能（引き出し可能）に設けられている。

図２から図６に示すように、レーザ加工ヘッド２６の側部には、レーザ加工ヘッド２６の内部に酸素、窒素等のアシストガスを供給するためのガス供給口４４が形成されている。ガス供給口４４は、保護ガラス４０よりも低い高さ位置（ノズル２８側）に位置している。換言すれば、ガス供給口４４は、保護ガラス４０とノズル２８のノズル開口部（ノズル孔）２８ｈの間に位置している。ガス供給口４４の出口開口部４４ａは、レーザビームのビーム軸ＢＡに対して直交する方向に延びるスリット状に形成されている（図６（ａ）参照）。ガス供給口４４は、アシストガスを収容するガスボンベ等のアシストガス源４６にガス配管４８を介して接続されている。なお、図示は省略するが、ガス配管４８の途中には、ガス配管４８の流路を開閉する切替バルブが配設されている。

レーザ加工ヘッド２６の側部におけるガス供給口４４の反対側には、レーザ加工ヘッド２６の内部に供給されたアシストガスの一部をレーザ加工ヘッド２６の外側に排出するためのガス排出口５０が形成されている。ガス排出口５０は、保護ガラス４０よりも低い高さ位置に位置している。換言すれば、ガス排出口５０は、保護ガラス４０とノズル２８のノズル開口部２８ｈの間に位置している。ガス排出口５０の入口開口部５０ａは、レーザビームのビーム軸ＢＡに対して直交する方向に延びるスリット状に形成されている（図６（ｂ）参照）。ガス排出口５０の出口側は、大気開放されている。レーザ加工ヘッド２６は、ガス供給口４４から供給されたアシストガスがノズル２８のノズル開口部２８ｈ及びガス排出口５０から排出されるように構成されている。

ガス供給口４４からガス排出口５０に流れるアシストガスの流路がレーザビームのビーム軸ＢＡを横切るように、ガス供給口４４の出口開口部４４ａとガス排出口５０の入口開口部５０ａは、レーザビームのビーム軸ＢＡを挟んで対向配置されている。換言すれば、ガス排出口５０の入口開口部５０ａは、レーザビームのビーム軸ＢＡに対して直交する方向から見てガス供給口４４の出口開口部４４ａに重なっている。ガス排出口５０の入口開口部５０ａの中心位置５０ａｃは、ガス供給口４４の出口開口部４４ａの中心位置４４ａｃと同じ高さ位置に位置している（図５参照）。ガス排出口５０の入口開口部５０ａの開口面積は、ノズル２８のノズル開口部２８ｈの開口面積よりも小さく設定されている（図６（ｂ）（ｃ）参照）。ガス排出口５０の入口開口部５０ａの開口面積は、ガス供給口４４の出口開口部４４ａの開口面積より大きく設定されている（図６（ａ）（ｂ）参照）。換言すれば、レーザ加工ヘッド２６内部における、ノズル２８のノズル開口部２８ｈ近傍の流速がガス排出口５０近傍の流速より速くなるように、ノズル２８のノズル開口部２８ｈの開口面積、ガス供給口４４の出口開口部４４ａの開口面積、及びガス排出口５０の入口開口部５０ａの開口面積が設定されている。

なお、ガス排出口５０の入口開口部５０ａとガス供給口４４の出口開口部４４ａの対向配置は、レーザビームのビーム軸ＢＡに対して直交する方向から見て完全に重なっている場合に限定されるものではなく、少なくともガス排出口５０の入口開口部５０ａとガス供給口４４の出口開口部４４ａとの間をアシストガスが直線的に流れる程度であればよい。ガス排出口５０の入口開口部５０ａの中心位置５０ａｃがガス供給口４４の出口開口部４４ａの中心位置４４ａｃよりも低い位置でもよい。

図２及び図３に示すように、レーザ加工ヘッド２６の側部におけるガス排出口５０側には、ガス排出口５０の流路を開閉する電磁バルブ５２が設けられている。電磁バルブ５２は、その開閉動作によって、ガス排出口５０をレーザ加工ヘッド２６の外側（大気）と連通する連通状態と、レーザ加工ヘッド２６の外側との連通を遮断する遮断状態とに切り替える。

なお、電磁バルブ５２がガス排出口５０を前記連通状態と前記遮断状態とに切り替えることができれば、電磁バルブ５２をガス排出口５０側から離隔した位置に設けてもよい。この場合には、電磁バルブ５２は、ガス排出口５０の出口側に接続したガス配管（図示省略）の流路を開閉する。また、ガス排出口５０の出口側に、スパッタを捕獲するフィルタ（図示省略）を設けてもよい。ガス排出口５０の出口側に、アシストガスを回収してアシストガス源４６に戻すための回収配管（図示省略）を接続してもよい。

図７に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸モータ２０、Ｙ軸モータ２４、ファイバレーザ発振器３０、及び電磁バルブ５２等を制御する制御装置５４を備えている。ＮＣ装置５４は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラム等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有している。制御装置５４は、ピアシングの開始時又は開始直前に電磁バルブ５２の開動作を実行する。制御装置５４は、電磁バルブ５２の開動作を実行した直後に、ファイバレーザ発振器３０のレーザビームの出力動作を実行する。制御装置５４は、ピアシングの終了直後に電磁バルブ５２の閉動作を実行する。制御装置５４は、レーザビームの反射光の光量が所定の光量以下になったことに基づいて、ピアシングの終了を認識する。

続いて、実施形態の作用効果について説明する。

（レーザ切断加工に関する作用）
ワーク材Ｗを加工テーブル１４に支持させた状態で、制御装置５４は、Ｘ軸モータ２０及び／又はＹ軸モータ２４を制御してレーザ加工ヘッド２６をワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍの輪郭の近傍の上方位置に位置決めする。次に、制御装置５４は、電磁バルブ５２の開動作を実行してガス排出口５０を前記連通状態に切り替える。そして、制御装置５４は、ファイバレーザ発振器３０のレーザビームの出力動作を実行する。すると、レーザ加工ヘッド２６からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する。これにより、ワーク材Ｗに対してピアシングを行って、ワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍ（図１参照）の輪郭の近傍にピアス穴Ｗｈ（図１参照）を形成することができる。また、ピアシング中にレーザ加工ヘッド２６内に侵入したスパッタは、ガス排出口５０に押し流される。

ピアシングの終了直後に、制御装置５４は、電磁バルブ５２の開動作を実行してガス排出口５０を前記遮断状態に切り替える。そして、レーザ加工ヘッド２６からアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射した状態で、制御装置５４は、Ｘ軸モータ２０及び／又はＹ軸モータ２４を制御してレーザ加工ヘッド２６をワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍの輪郭の一部の上方位置まで移動させる。これにより、ワーク材Ｗに対してアプローチ加工を行って、ワーク材ＷにスリットＷｓ（図１参照）を形成することができる。

アプローチ加工に続けて、レーザ加工ヘッド２６からアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射した状態で、制御装置５４は、Ｘ軸モータ２０及び／又はＹ軸モータ２４を制御してレーザ加工ヘッド２６をワーク材Ｗにおける製品部分Ｗｍの輪郭に沿って移動させる。これにより、ワーク材Ｗに対して製品加工を行って、ワーク材Ｗから製品を取出すことができる。

（アシストガスの流れに関する作用）
前述のように、ガス供給口４４の出口開口部４４ａ及びガス排出口５０の入口開口部５０ａがそれぞれスリット状に形成されている。ガス供給口４４の出口開口部４４ａとガス排出口５０の入口開口部５０ａがレーザビームのビーム軸ＢＡを挟んで対向配置されている。ガス排出口５０の入口開口部５０ａの開口面積がガス供給口４４の出口開口部４４ａの開口面積より大きく設定されている。そのため、ピアシングの開始時又は開始直前に、電磁バルブ５２の開動作を実行してガス排出口５０を前記連通状態に切り替えると、アシストガスは次のように流動する。

ガス供給口４４からレーザ加工ヘッド２６の内部に供給されたアシストガスは、ノズル２８のノズル開口部２８ｈに向かって流れ、ノズル２８のノズル開口部２８ｈからワーク材Ｗに向かって噴射される。また、レーザ加工ヘッド２６の内部に供給されたアシストガスの一部は、ガス排出口５０に向かって流れ、レーザ加工ヘッド２６の外側に排出される。換言すれば、レーザ加工ヘッド２６の内部において、ノズル２８のノズル開口部２８ｈに向かうメインフロー（本流）と、ガス排出口５０に向かうサイドフローを生成する（後述の実施例参照）。これにより、ピアシング中に、スパッタがノズル２８のノズル開口部２８ｈからレーザ加工ヘッド２６の内部に侵入しても、サイドフローによってスパッタをガス排出口５０からレーザ加工ヘッド２６の外側に排出することができる。つまり、レーザ加工ヘッド２６の内部におけるアシストガスの圧力を高めに設定してなくても、保護ガラス４０へのスパッタ付着を低減することができる。

ピアシングの終了直後に、電磁バルブ５２の開動作を実行してガス排出口５０を前記遮断状態に切り替えるため、スパッタのレーザ加工ヘッド２６の内部への侵入を防止しつつ、アシストガスの消費量を最小限に抑えることができる。

（実施形態の効果）
従って、実施形態によれば、レーザ加工ヘッド２６の内部におけるアシストガスの圧力を高めに設定してなくても、保護ガラス４０へのスパッタ付着を低減できるため、ワーク材Ｗへのスパッタ固着を抑えつつ、保護ガラス４０の交換頻度を減らすことができる。よって、製品不良を減らした上で、レーザ加工機１０の交換部品コストの低減を図りながら、レーザ加工機１０の生産性を高めることができる。

また、実施形態によれば、ピアシング中にスパッタのレーザ加工ヘッド２６の内部への侵入を防止しつつ、ピアシング後においてはアシストガスがノズル２８のノズル開口部２８ｈのみからしか噴出されないので、アシストガスの必要以上の消費を抑えることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、適宜の変更を行うことにより、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されるものでない。

実施例について、図３、図８Ａから図９Ｂについて説明する。

図３に示すガス排出口５０を前記遮断状態に切り替えかつガス供給口４４からレーザ加工ヘッド２６の内部にアシストガスを供給する場合における、レーザ加工ヘッド２６の内部及びその周辺の圧力分布及び流速分布についての流体解析を行った。その結果をまとめると、図８Ａ及び図８Ｂに示すようになる。なお、レーザ加工ヘッド２６の内部及びその周辺の圧力分布及び流速分布について複数種のハッチングによって区分けし、ガス供給口４４の内部の圧力分布及び流速分布は解析対象から除外した。

即ち、図８Ａに示すように、ノズル２８のノズル開口部２８ｈ周辺を除くレーザ加工ヘッド２６の内部及びガス排出口５０の内部においては、圧力が低速又は略一定であることが確認された。また、図８Ｂに示すように、ノズル２８のノズル開口部２８ｈ周辺を除くレーザ加工ヘッド２６の内部においては、流速が低速又は略ゼロであることが確認された。

更に、レーザ加工ヘッド２６の内部及びその周辺の圧力分布及び流速分布についての流体解析を行った。その結果をまとめると、図９Ａ及び図９Ｂに示すようになる。なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいても、レーザ加工ヘッド２６の内部及びその周辺の圧力分布及び流速分布について複数種のハッチングによって区分けし、ガス供給口４４の内部の圧力分布及び流速分布は解析対象から除外した。

即ち、図９Ａに示すように、入口開口部５０ａ周辺を除くガス排出口５０の内部においては、圧力が大気圧程度に下がることが確認された。また、図９Ｂに示すように、レーザ加工ヘッド２６の内部において、ノズル２８のノズル開口部２８ｈに向かうメインフローの他に、ガス排出口５０に向かうサイドフローを生成することが確認された。ノズル２８のノズル開口部２８ｈとワーク材Ｗとの間の流速が５００ｍ／ｓｅｃ程度であるのに対して、サイドフローの流速が３００ｍ／ｓｅｃ程度であることが確認された。これにより、ピアシング中に、スパッタがノズル２８のノズル開口部２８ｈからレーザ加工ヘッド２６の内部に侵入しても、サイドフローによってスパッタをガス排出口５０からレーザ加工ヘッド２６の外側に排出できる。

また、図９Ｂに示すように、ガス排出口５０の内部における入口開口部５０ａの直下流側に上向きの流れを生成することが確認された。これは、図９Ａに示すように、レーザ加工ヘッド２６の内部におけるガス排出口５０の入口開口部５０ａの下側に圧力の高い箇所が生成されていることによるものと考えられる。

１０ レーザ加工機
１２ ベッド
１４ 加工テーブル
１６ 支持板
１６ａ 突起
１８ 可動フレーム
１８ａ 水平部
２０ Ｘ軸モータ
２２ キャリッジ
２４ Ｙ軸モータ
２６ レーザ加工ヘッド
２８ ノズル
２８ｈ ノズル開口部
３０ ファイバレーザ発振器
３２ プロセスファイバ
３４ コリメートレンズ
３６ 集束レンズ
３８ レンズホルダ
４０ 保護ガラス
４２ 保護ガラスホルダ
４４ ガス供給口
４４ａ 出口開口部
４４ａｃ 中心位置
４６ アシストガス源
４８ ガス配管
５０ ガス排出口
５０ａ 入口開口部
５０ａｃ 中心位置
５２ 電磁バルブ
５４ 制御装置
ＢＡ レーザビームのビーム軸
Ｗ 板状のワーク材（板金）
Ｗｈ ピアス穴
Ｗｓ スリット
Ｗｍ 製品部分

Claims (5)

1. レーザ加工ヘッドの側部に設けられ、集束レンズを保護する保護ガラスとノズル開口部の間に位置し、前記レーザ加工ヘッドの内部にアシストガスを供給するためのガス供給口と、
   前記レーザ加工ヘッドの側部に設けられ、前記保護ガラスと前記ノズル開口部の間に位置し、供給されたアシストガスの一部を前記レーザ加工ヘッドの外側に排出するためのガス排出口と、を備え、
   前記レーザ加工ヘッドは、前記ガス供給口から供給されたアシストガスが前記ノズル開口部及び前記ガス排出口から排出されるように構成され、
   前記ガス供給口から前記ガス排出口に流れるアシストガスの流路がレーザビームのビーム軸を横切るように、前記ガス供給口と前記ガス排出口が対向配置され、
   前記レーザ加工ヘッド内部における、前記ノズル開口部近傍の流速が前記ガス排出口近傍の流速より速くなるように、前記ノズル開口部の開口面積及び前記ガス排出口の入口開口部の開口面積が設定されていることを特徴とするレーザ加工機。
2. 前記ガス排出口の前記入口開口部の開口面積が前記ガス供給口の出口開口部の開口面積より大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記ガス供給口の出口開口部及び前記ガス排出口の前記入口開口部がスリット状にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 開閉動作によって、前記ガス排出口を前記レーザ加工ヘッドの外側と連通する連通状態と、前記レーザ加工ヘッドの外側との連通を遮断する遮断状態とに切り替える電磁バルブを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
5. ピアシングの開始時又は開始直前に前記電磁バルブの開動作を実行しかつピアシングの終了後に前記電磁バルブの閉動作を実行する制御装置を備えたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。

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