JP2583343Y2 - Laser processing nozzle - Google Patents
Laser processing nozzleInfo
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- JP2583343Y2 JP2583343Y2 JP1993005830U JP583093U JP2583343Y2 JP 2583343 Y2 JP2583343 Y2 JP 2583343Y2 JP 1993005830 U JP1993005830 U JP 1993005830U JP 583093 U JP583093 U JP 583093U JP 2583343 Y2 JP2583343 Y2 JP 2583343Y2
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本考案はレーザビームを集光させ
て精密加工を行うレーザ加工ノズルに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing nozzle for performing a precision processing by condensing a laser beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術および考案が解決しようとする課題】一般
にレーザ加工を行う場合、加工効果を高めるためにアシ
ストガスが併用される。このアシストガスは加工の種類
に応じて用いられるものが異なる。例えば金属の切断の
場合には酸素が好ましく、酸化を嫌う材料、例えばステ
ンレス鋼、チタン等にはアルゴン等の不活性ガスが用い
られ、溶接・焼き入れ・溶射等の場合にはアルゴン又は
窒素等が用いられており、アシストガスを効果的に利用
せんとする従来のレーザ加工ノズルとしては、以下に記
載するものが知られている。2. Description of the Related Art Generally, when laser processing is performed, an assist gas is used together to enhance the processing effect. The assist gas used differs depending on the type of processing. For example, oxygen is preferable for cutting metal, and an inert gas such as argon is used for a material that does not like oxidation, such as stainless steel and titanium, and argon or nitrogen is used for welding, quenching, thermal spraying, and the like. The following are known as conventional laser processing nozzles that effectively use the assist gas.
【０００３】例えば、特開昭６１−３０２９６号公報に
は、図９に示すように、「レーザ加工ノズル４１の先端
に加熱手段４２を設けたもの」が記載されている（以下
「従来技術Ｉ」という）。この従来技術Ｉによれば、被
加工物４３から飛散した溶融物４４がノズル４１の吹き
出し口４５に付着しても、この吹き出し口４５が加熱さ
れているので、溶融物４４を吹き飛ばすためにアシスト
ガス４６の吐出圧を高めなくても溶融物４４はすぐに落
下し、ノズルの保守が容易であるという効果が期待でき
る。For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 61-30296 describes "a laser processing nozzle 41 provided with a heating means 42 at the tip thereof," as shown in FIG. "). According to this prior art I, even if the melt 44 scattered from the workpiece 43 adheres to the outlet 45 of the nozzle 41, since the outlet 45 is heated, an assist is required to blow the melt 44. Even if the discharge pressure of the gas 46 is not increased, the melt 44 falls immediately, and the effect that the maintenance of the nozzle is easy can be expected.
【０００４】また、特開昭５８−５７９１６号公報に
は、図１０に示すように、「アシストガス４７を加熱す
る手段４８を設けたもの」が記載されている（以下「従
来技術II」という）。この従来技術IIによれば、アシス
トガス４７が加熱されているので、被加工物４９の加工
がより容易になるという効果が期待できる。Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-57916 discloses "a device provided with a means 48 for heating the assist gas 47" as shown in FIG. 10 (hereinafter referred to as "prior art II"). ). According to the prior art II, since the assist gas 47 is heated, an effect that processing of the workpiece 49 becomes easier can be expected.
【０００５】さらに、特開昭６０−１５４８９４号公報
には、図１１に示すように、「加工ヘッドに電極５０を
設け、この電極に直流電源５１から電圧を印加すること
により放電を生じさせ、放電により加工ガス５２（アシ
ストガス）を高温のプラズマ状としたもの」が記載され
ている（以下「従来技術III 」という）。この従来技術
III によれば、レーザー光５３内に吹き込まれる加工ガ
ス５４（アシストガス）とは別のプラズマ状の加工ガス
５２（アシストガス）がレーザー光５３と同軸状で吹き
出されるから、切断能力を向上することが可能である。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-154894 discloses that, as shown in FIG. 11, an electrode 50 is provided on a machining head, and a discharge is generated by applying a voltage from a DC power supply 51 to this electrode. A process in which the processing gas 52 (assist gas) is made into a high-temperature plasma state by electric discharge ”(hereinafter referred to as“ prior art III ”). This prior art
According to III, the plasma processing gas 52 (assist gas), which is different from the processing gas 54 (assist gas) blown into the laser beam 53, is blown coaxially with the laser beam 53, so that the cutting ability is improved. It is possible to
【０００６】また、実開昭６２−３４９８７号公報に
は、図１２に示すように、「ノズル５５の周囲に予熱炎
出口５６を設けたもの」が記載されている（以下「従来
技術IV」という）。この従来技術IVによれば、入口５７
から吹き込まれてノズル５５から吹き出されるアシスト
ガスを予熱炎で覆いながら加工できるので、アシストガ
スが周囲の空気を巻込むことがなく、アシストガスの純
度低下を防止し、切断能力を向上することが可能であ
る。Japanese Unexamined Utility Model Publication No. Sho 62-34987 discloses "a structure in which a preheating flame outlet 56 is provided around a nozzle 55", as shown in FIG. ). According to this prior art IV, the entrance 57
Since the assist gas blown from the nozzle 55 and blown out from the nozzle 55 can be processed while covering it with the preheating flame, the assist gas does not entrain the surrounding air, preventing a decrease in the purity of the assist gas and improving the cutting ability. Is possible.
【０００７】そして、図１３に示すように、「補助ノズ
ル５８を主ノズル５９の切断進行方向（矢示Ａ）の後方
に位置させて切断部のアシストガス流速を増加させるも
の」が知られている（以下「従来技術Ｖ」という）。こ
の従来技術Ｖによれば、切断部のアシストガスの流速が
増加するので、切断性能を向上することができる。As shown in FIG. 13, it is known that the auxiliary nozzle 58 is positioned behind the main nozzle 59 in the cutting direction (arrow A) to increase the assist gas flow rate at the cutting portion. (Hereinafter referred to as “prior art V”). According to the related art V, the flow rate of the assist gas in the cutting section increases, so that the cutting performance can be improved.
【０００８】ところで、レーザによって鋼板等の切断を
行う場合、良好な切断面を得るためには、アシストガス
（酸素ガス）の純度やガス流れの均一性が重要な因子で
ある。しかし、切断面に吹きつけられる酸素ガス流の分
布を一様にするのは極めて難しく、切断面上の酸素ガス
の流れに多少の乱れが生じることは避けられない。例え
ば、切断面上の酸素ガス流が上方から見て右回りの旋回
流であるときは、被切断物の右側の切断面が良好にな
り、右側の溶融物が左側に押し出される結果、左側の切
断面はやや荒れることが多い。逆に、切断面上の酸素ガ
ス流が上方から見て左回りの旋回流であるときは、被切
断物の左側の切断面が良好になり、右側の切断面はやや
荒れることが多い。その上、切断面上の酸素ガス流の向
きは一定しておらず、ときには右回りの旋回流となり、
ときには左回りの旋回流となる。その結果、切断面全体
としてみれば、その右側又は左側で良好な面とやや不良
な面が混在するのが一般的である。When a steel sheet or the like is cut by a laser, the purity of the assist gas (oxygen gas) and the uniformity of the gas flow are important factors in obtaining a good cut surface. However, it is extremely difficult to make the distribution of the oxygen gas flow blown to the cut surface uniform, and it is inevitable that the oxygen gas flow on the cut surface will be slightly disturbed. For example, when the oxygen gas flow on the cut surface is a clockwise swirling flow viewed from above, the cut surface on the right side of the object to be cut becomes good, and the melt on the right side is pushed to the left, and as a result, the melt on the right side is pushed out on the left side. The cut surface is often slightly rough. Conversely, when the oxygen gas flow on the cut surface is a counterclockwise swirling flow as viewed from above, the cut surface on the left side of the object to be cut is often good, and the cut surface on the right side is often rough. In addition, the direction of the oxygen gas flow on the cut surface is not constant, sometimes a clockwise swirling flow,
Sometimes a counterclockwise swirling flow. As a result, when viewed as a whole cut surface, a good surface and a slightly poor surface are generally mixed on the right or left side thereof.
【０００９】また、レーザによる切断能力を向上させる
方法として、主ノズルの他に補助ノズルを設けたものが
知られているが、補助ノズルからのアシストガスの吹き
出し方向によっては、良好な切断面を得ることができな
い。というのは、上記したように、切断面上の酸素ガス
流は右回り又は左回りの旋回流であって、しかも流れの
方向が一定していないのであるが、右回り又は左回りの
いずれの旋回流であろうとも、レーザビームに近い方の
被切断物表層部の切断面は比較的良好であるが、反対側
の裏面部分の切断面はやや荒れることが多い。そこで、
主ノズル進行方向後方の補助ノズルから適正方向にアシ
ストガス（酸素ガス）を吹き出すようにすれば、被切断
物の切断面全体に亘る溶融物を効率的に吹き飛ばして左
右いずれの切断面でも平滑性を確保できる。しかし、補
助ノズルからの酸素ガス流の方向が適切でないと、単に
ガスの消費量のみが多くなって、良好な切断面を得るこ
とはできない。Further, as a method for improving the cutting ability by laser, a method in which an auxiliary nozzle is provided in addition to the main nozzle is known. However, depending on the blowing direction of the assist gas from the auxiliary nozzle, a good cut surface can be obtained. I can't get it. That is, as described above, the oxygen gas flow on the cut surface is a clockwise or counterclockwise swirling flow, and the direction of the flow is not constant. Regardless of the swirling flow, the cut surface of the surface layer of the object near the laser beam is relatively good, but the cut surface of the opposite back surface is often slightly rough. Therefore,
If the assist gas (oxygen gas) is blown out in the proper direction from the auxiliary nozzle in the rear direction of the main nozzle, the molten material over the entire cut surface of the object to be cut is efficiently blown off and the cut surface on either the left or right side is smooth. Can be secured. However, if the direction of the oxygen gas flow from the auxiliary nozzle is not appropriate, only the gas consumption increases, and a good cut surface cannot be obtained.
【００１０】このように、アシストガス（酸素ガス）の
流れの方向と吹き出し方向は切断面の平滑性と重要な関
係があり、この観点より従来技術Ｉ〜Ｖを検討すると、
次のような欠点がある。As described above, the flow direction and the blowing direction of the assist gas (oxygen gas) have an important relationship with the smoothness of the cut surface.
It has the following disadvantages.
【００１１】すなわち、従来技術Ｉの方法では、ノズル
への異物の付着は防止できても、良好な切断面を得るこ
とに対しては何らの効果も期待できない。That is, according to the method of the prior art I, even if the adhesion of foreign matter to the nozzle can be prevented, no effect can be expected for obtaining a good cut surface.
【００１２】また、従来技術IIの方法は、溶射・溶接等
には有効かもしれないが、切断性能の向上は期待できな
い。Although the method of the prior art II may be effective for thermal spraying, welding, etc., improvement in cutting performance cannot be expected.
【００１３】さらに、従来技術III の方法では、切断性
能を向上する効果は期待できるが、レーザー光５３とと
もに吹き出される加工ガス５４に対する加工ガス５２の
吹き出し位置が同心状であるため、加工ガス５４に対す
る上記した補助ノズル的な効果を加工ガス５２には期待
できないので、良好な切断面を得ることができない。Further, in the method of the prior art III, the effect of improving the cutting performance can be expected, but since the position of the processing gas 52 blown out with respect to the processing gas 54 blown together with the laser beam 53 is concentric, the processing gas 54 The above-described effect of the auxiliary nozzle cannot be expected from the processing gas 52, so that a good cut surface cannot be obtained.
【００１４】さらに、従来技術IVの方法も、従来技術II
I と同様に切断性能を向上することはできても、切断面
の平滑性向上を図ることはできない。Further, the method of the prior art IV is also the same as that of the prior art II.
Although the cutting performance can be improved similarly to I, the smoothness of the cut surface cannot be improved.
【００１５】また、従来技術Ｖの方法では、主ノズルの
動きに補助ノズルが追随しないため、曲線切断には利用
できない。In the method of the prior art V, since the auxiliary nozzle does not follow the movement of the main nozzle, it cannot be used for curve cutting.
【００１６】本考案は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、切断
方向が限定されずに被切断物の切断面全体に亘って良好
な切断面を得ることができるレーザ加工ノズルを提供す
ることにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object the object of the present invention is to perform a satisfactory cutting over the entire cut surface of an object without limiting the cutting direction. An object of the present invention is to provide a laser processing nozzle capable of obtaining a surface.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案の要旨は、集光レンズとアシストガス導入口を
有するレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出
されるアシストガスに旋回流を生じさせるために、上記
アシストガス導入口からノズル内に導入されるガスに右
回り又は左回りの流れを与える方向可変ガイド翼をノズ
ル内に設置したことを特徴とするレーザ加工ノズルを第
一の考案とし、集光レンズとアシストガス導入口を有す
るレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出され
るアシストガスに旋回流を生じさせるために、ノズル内
に導入されるガスに右回り又は左回りの流れを与えるよ
うにガス導入口の方向をノズル中心方向に対して斜め方
向に逸らした１個以上の右回り用のガス導入口と１個以
上の左回り用のガス導入口を有し、上記右回り用のガス
導入口へのガス流路と左回り用のガス導入口へのガス流
路を切換可能としたことを特徴とするレーザ加工ノズル
を第二の考案とし、集光レンズとアシストガス導入口を
有するレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出
されるアシストガスに旋回流を生じさせるために、ノズ
ルを回転可能とし、且つノズル内周面に突起を形成した
ことを特徴とするレーザ加工ノズルを第三の考案とし、
集光レンズとアシストガス導入口を有するレーザ加工ノ
ズルにおいて、主ノズルに対して加工進行方向の後方に
補助ノズルを設け、該補助ノズルの軸方向を主ノズルの
軸方向と同一とし、且つ補助ノズルを主ノズルを中心と
して回動可能とし、補助ノズルに旋回自在の車輪を付設
したことを特徴とするレーザ加工ノズルを第四の考案と
し、上記第四の考案において、主ノズルと補助ノズルと
の間隙調整手段を有することを特徴とするレーザ加工ノ
ズルを第五の考案とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to provide a laser processing nozzle having a condenser lens and an assist gas introduction port, in which a swirl flow is generated in the assist gas blown out from the nozzle. In order to make the gas introduced into the nozzle from the assist gas introduction port into the nozzle in order to make a clockwise or counterclockwise flow, a variable direction guide blade is installed in the nozzle, the first invention of a laser processing nozzle. In a laser processing nozzle having a condenser lens and an assist gas introduction port, in order to generate a swirl flow in the assist gas blown out from the nozzle, a clockwise or counterclockwise flow is applied to the gas introduced into the nozzle. One or more clockwise gas inlets and one or more counterclockwise gas inlets with the direction of the gas inlets deviated diagonally to the center of the nozzle to give Second invention of a laser processing nozzle having an introduction port, wherein a gas flow path to the clockwise gas introduction port and a gas flow path to the counterclockwise gas introduction port can be switched. In a laser processing nozzle having a condensing lens and an assist gas introduction port, the nozzle was made rotatable and a projection was formed on the inner peripheral surface of the nozzle in order to generate a swirl flow in the assist gas blown out from the nozzle. The third device is a laser processing nozzle characterized by that
In a laser processing nozzle having a condensing lens and an assist gas inlet, an auxiliary nozzle is provided behind the main nozzle in the processing direction, the axial direction of the auxiliary nozzle is the same as the axial direction of the main nozzle, and the auxiliary nozzle The laser processing nozzle is characterized in that it is rotatable around the main nozzle, and the auxiliary nozzle is provided with a swivelable wheel. A fifth aspect of the present invention is a laser processing nozzle having gap adjusting means.
【００１８】[0018]
【作用】本考案に係るレーザ加工ノズルによれば、ノズ
ルから吹き出されるアシストガスに積極的に旋回流が形
成されるため、進行方向の左右での被加工物の表面に対
する効果が異なる。例えば、アシストガスに上方から見
て右回りの旋回流を生じさせて被加工物の切断を続けれ
ば、切断進行方向に対する右側の切断面は高エネルギー
密度のレーザビームにより、極めて良好な平滑面に切断
される。According to the laser processing nozzle of the present invention, since the swirling flow is positively formed in the assist gas blown out from the nozzle, the effect on the surface of the workpiece on the left and right in the traveling direction is different. For example, if cutting of the workpiece is continued by generating a clockwise swirling flow in the assist gas from above, the cut surface on the right side in the cutting progress direction becomes a very good smooth surface by the laser beam of high energy density. Be cut off.
【００１９】また、主ノズルに対して加工進行方向の後
方には、主ノズルに追随して移動する同軸の補助ノズル
が設けられているので、切断方向が限定されず、しかも
良好な切断面を得ることができる。Further, a coaxial auxiliary nozzle which moves following the main nozzle is provided behind the main nozzle in the processing direction, so that the cutting direction is not limited and a good cut surface can be formed. Obtainable.
【００２０】さらに、吸収率のよい直線偏光の方向が加
工方向に対して平行になるように、集光レンズ直上に設
けた円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板の回転を
適切に行えば、切断面を良好に維持しつつ、レーザビー
ムのエネルギーを最大限有効に利用して最高の切断能力
を確保することができる。Further, the rotation of the quarter-wave plate for converting circularly polarized light provided immediately above the condenser lens into linearly polarized light is appropriately adjusted so that the direction of linearly polarized light having a good absorptance is parallel to the processing direction. If it is performed, it is possible to ensure the best cutting performance by maximally and effectively using the energy of the laser beam while maintaining a good cut surface.
【００２１】[0021]
【実施例】以下に本考案の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１(a)(b)は、ノズル内面に螺旋状の突起を
形成した場合を示し、図１(a) は図１(b) のＩ−Ｉ断面
図、図１(b) はレーザ加工ノズルの側断面図である。図
において、１はレーザビーム、２は集光レンズ、３はレ
ンズ押さえ、４は枠体、５はレーザビームで切断される
被加工物たる厚鋼板である。６は溶融物を除去し、切断
効果を高めるためのアシストガス（酸素ガス）で、ガス
導入パイプ７を通してノズル８内に導入され、ノズル内
面に形成された螺旋状の突起９に沿ってガイドされなが
ら、右旋回流又は左旋回流となって、吹き出し口１０か
ら厚鋼板５に吹きつけられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B show a case where a spiral projection is formed on the inner surface of the nozzle. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1B, and FIG. It is a sectional side view of a nozzle. In the figure, 1 is a laser beam, 2 is a condenser lens, 3 is a lens holder, 4 is a frame, and 5 is a thick steel plate as a workpiece cut by the laser beam. Reference numeral 6 denotes an assist gas (oxygen gas) for removing the melt and enhancing the cutting effect, which is introduced into the nozzle 8 through a gas introduction pipe 7 and guided along a spiral projection 9 formed on the inner surface of the nozzle. In the meanwhile, it becomes a right swirling flow or a left swirling flow, and is blown from the outlet 10 to the thick steel plate 5.
【００２２】図２は同じく酸素ガスに旋回流を得るため
の別の実施例であって、この場合は、酸素ガス導入パイ
プ７ａの方向をノズル中心１１に対して斜め方向に逸ら
してあって、ガス導入パイプ７ａよりノズル８内に導入
された酸素ガスは、ノズル８内で左回りのガス流れとな
るので、吹き出し口１０より左回りの旋回流となって出
て行く。FIG. 2 shows another embodiment for obtaining a swirling flow in the oxygen gas. In this case, the direction of the oxygen gas introduction pipe 7a is deviated obliquely with respect to the center 11 of the nozzle. Since the oxygen gas introduced into the nozzle 8 from the gas introduction pipe 7a forms a counterclockwise gas flow in the nozzle 8, the oxygen gas flows out of the outlet 10 as a counterclockwise swirling flow.
【００２３】図３も同じく酸素ガスに旋回流を得るため
の別の実施例であって、この場合は、ノズル８内のガス
導入口１２の直近に水平方向に対して回転自在の方向可
変ガイド翼１３が設置してあり、この方向可変ガイド翼
１３は外部より操作可能であって、図に示す位置に方向
可変ガイド翼１３が存在する場合は、ガス導入パイプ７
よりノズル８内に導入された酸素ガスは、ノズル８内で
左回りのガス流れとなるので、吹き出し口１０より左回
りの旋回流となって出て行く。FIG. 3 shows another embodiment for obtaining a swirling flow in the oxygen gas. In this case, a direction-variable guide rotatable in the horizontal direction is provided immediately near the gas inlet 12 in the nozzle 8. A wing 13 is installed, and the direction-variable guide blade 13 is operable from the outside. If the direction-variable guide blade 13 exists at the position shown in the drawing, the gas introduction pipe 7
Since the oxygen gas introduced into the nozzle 8 becomes a counterclockwise gas flow in the nozzle 8, the oxygen gas flows out from the outlet 10 as a counterclockwise swirling flow.
【００２４】図４も同じく酸素ガスに旋回流を得るため
の別の実施例であって、この場合は、図２に示した左回
りのガス流れを与えるガス導入パイプ７ａの他に、右回
りのガス流れを与えるガス導入パイプ７ｂを有する場合
を示す。そして、ガス流路Ｒからガス導入パイプ７ａ又
は７ｂに至る流路Ｒ1 、Ｒ2 が切換弁１３により切換可
能である。従って、切換弁１３により流路Ｒ1 を選択す
れば、ノズル内のガスには左回りの流れが与えられ、流
路Ｒ2 を選択すれば、ノズル内のガスには右回りの流れ
が与えられる。FIG. 4 also shows another embodiment for obtaining a swirling flow in the oxygen gas. In this case, in addition to the gas introduction pipe 7a for providing the counterclockwise gas flow shown in FIG. A case is shown in which a gas introduction pipe 7b for providing a gas flow is provided. The flow paths R 1 and R 2 from the gas flow path R to the gas introduction pipe 7 a or 7 b can be switched by the switching valve 13. Therefore, if the flow path R 1 is selected by the switching valve 13, a counterclockwise flow is given to the gas in the nozzle, and if the flow path R 2 is selected, a clockwise flow is given to the gas in the nozzle. Can be
【００２５】図５も同じく酸素ガスに旋回流を得るため
の別の実施例であって、この場合は、減速機付モータ１
４によりギヤ１５が回転し、このギヤ１５とノズル８外
面に突設したギヤ１６が係合することにより、ノズル８
が回転することができる。従って、ガス導入パイプ７よ
りノズル８内に導入されたガスには、回転力が付与され
つつ、内周面に設けた突起９ａにガイドされ、右旋回流
又は左旋回流となって、吹き出し口１０から厚鋼板に吹
きつけられる。FIG. 5 also shows another embodiment for obtaining a swirling flow in the oxygen gas. In this case, the motor 1
4, the gear 15 is rotated, and the gear 15 and the gear 16 projecting from the outer surface of the nozzle 8 are engaged with each other.
Can rotate. Accordingly, the gas introduced into the nozzle 8 from the gas introduction pipe 7 is guided by the projection 9a provided on the inner peripheral surface while being given a rotational force, and becomes a right-handed swirling flow or a left-handed swirling flow. Is sprayed onto steel plates.
【００２６】以上、図１〜図５に示した実施例はアシス
トガスに旋回流を与える場合であるが、次に説明する実
施例は主ノズルの他に補助ノズルを有する場合であっ
て、順次説明する。図６(a) において、ノズルビームを
照射する主ノズルたるノズル８に対して切断進行方向後
方には主ノズルと同軸の補助ノズル１７が設けられてい
る。そして、図６(b) に示すように、ノズル８はボール
ベアリング１８の内輪１９に固定され、外輪２０には開
口部を有する固定部材２１が装着され、この固定部材２
１の開口内に摺動部材２２の先細部２２ａが装入され、
さらに摺動部材２２に補助ノズル１７が固定されてい
る。従って、先細部２２ａを固定部材２１内へ適宜装入
し、係止部材２３で係止すれば、主ノズル８と補助ノズ
ル１７との間隙を微調整することができる。また、図６
(a) に示すように、補助ノズル１７には旋回自在のトレ
ース用車輪２４が付設されており、さらに、補助ノズル
１７へ導入される酸素ガスの導入パイプ２５にはヒータ
２６が介装されている。かくして、主ノズル８の移動に
伴ってトレース用車輪２４が被切断物５の表面を確実に
とらえつつ、補助ノズル１７は主ノズル８の動きに追随
して常に主ノズル８の切断進行方向後方に位置すること
になる。また、補助ノズル１７へ導入する酸素ガスはヒ
ータ２６で適当な温度（例えば、２００〜３００℃）に
加熱することができるので、切断能力を向上することが
可能である。その上、被切断物の板厚に合わせて補助ノ
ズル１７と主ノズル８との間隙を適切に調整することが
できるので、補助ノズル１７から吹き出される酸素ガス
が主ノズル８から吹き出される酸素ガスをアシストし
て、切断板厚に関係なく常に良好な切断面を得ることが
できる。As described above, the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 is a case where a swirling flow is given to the assist gas, but the embodiment described next is a case where an auxiliary nozzle is provided in addition to the main nozzle. explain. In FIG. 6A, an auxiliary nozzle 17 coaxial with the main nozzle is provided behind the nozzle 8 as the main nozzle for irradiating the nozzle beam in the cutting direction. Then, as shown in FIG. 6B, the nozzle 8 is fixed to the inner ring 19 of the ball bearing 18, and the outer ring 20 is provided with a fixing member 21 having an opening.
The tapered portion 22a of the sliding member 22 is inserted into the opening 1
Further, the auxiliary nozzle 17 is fixed to the sliding member 22. Therefore, the gap between the main nozzle 8 and the auxiliary nozzle 17 can be finely adjusted by appropriately inserting the tapered portion 22a into the fixing member 21 and locking by the locking member 23. FIG.
As shown in (a), the auxiliary nozzle 17 is provided with a turnable tracing wheel 24, and a heater 26 is interposed in an oxygen gas introduction pipe 25 to be introduced into the auxiliary nozzle 17. I have. Thus, the auxiliary nozzle 17 follows the movement of the main nozzle 8 and always moves rearward in the cutting direction of the main nozzle 8 while the tracing wheel 24 reliably captures the surface of the workpiece 5 with the movement of the main nozzle 8. Will be located. Further, since the oxygen gas introduced into the auxiliary nozzle 17 can be heated to an appropriate temperature (for example, 200 to 300 ° C.) by the heater 26, the cutting ability can be improved. In addition, the gap between the auxiliary nozzle 17 and the main nozzle 8 can be appropriately adjusted according to the thickness of the workpiece, so that the oxygen gas blown from the auxiliary nozzle 17 By assisting the gas, a good cut surface can always be obtained regardless of the cut plate thickness.
【００２７】図７(a) において、主ノズル８の周囲には
複数個の補助ノズル１７が同軸状に配設され、図７(b)
に示すように、複数個の各補助ノズル１７とガス分配切
換弁２７が連結され、ガス分配切換弁２７は位置センサ
２８からの情報に基づいてガス導入パイプ２９から送給
されてきた酸素ガスを切断進行方向に合わせて適切な位
置にある補助ノズルに分配する。例えば、主ノズル８の
切断進行方向が左方である場合、右側の補助ノズルに酸
素ガスが分配される。すなわち、常に主ノズル８の切断
進行方向の後方の補助ノズルに酸素ガスが送られる。In FIG. 7 (a), a plurality of auxiliary nozzles 17 are coaxially arranged around the main nozzle 8, and FIG.
As shown in the figure, a plurality of auxiliary nozzles 17 and a gas distribution switching valve 27 are connected, and the gas distribution switching valve 27 supplies oxygen gas supplied from a gas introduction pipe 29 based on information from a position sensor 28. Distribute to auxiliary nozzles at appropriate positions according to the cutting direction. For example, if the cutting direction of the main nozzle 8 is left, oxygen gas is distributed to the right auxiliary nozzle. That is, the oxygen gas is always sent to the auxiliary nozzle behind the main nozzle 8 in the cutting direction.
【００２８】図８において、レーザ発振器３０から発振
されたレーザ光をデポーラライザ３１で反射することに
より円偏光に変換し、さらにこの円偏光を反射ミラー３
２、３３で反射し、集光レンズ２の直上にある回転可能
な１／４波長波３４を通過させることにより直線偏光に
変換する。このとき、１／４波長波３４の回転角度を調
整することにより、切断進行方向に対する直線偏光の方
向を切断方向に平行に保持することが可能で、直線切断
であろうと曲線切断であろうと、最高の切断能力を確保
することができる。即ち、試料面に入射する任意の直線
偏光は９０°位相の異なるＳ偏光成分とＰ偏光成分に分
けることができ、通常反射率はＳ成分、吸収率はＰ成分
の方が大きいので、Ｓ偏光成分の方向を被切断物たる厚
鋼板５に垂直となるように１／４波長波３４の回転を制
御すれば、吸収率のよいＰ偏光成分の方向を切断方向に
平行にすることが可能で、レーザビームのエネルギーを
効果的に切断に利用することができる。In FIG. 8, a laser beam oscillated from a laser oscillator 30 is reflected by a depolarizer 31 to be converted into circularly polarized light.
The light is reflected at 2, 33 and is converted into linearly polarized light by passing through a rotatable quarter-wave wave 34 just above the condenser lens 2. At this time, by adjusting the rotation angle of the 1/4 wavelength wave 34, the direction of linearly polarized light with respect to the cutting progress direction can be held parallel to the cutting direction. The highest cutting ability can be secured. That is, any linearly polarized light incident on the sample surface can be divided into an S-polarized component and a P-polarized component having phases different from each other by 90 °. If the rotation of the quarter-wavelength wave 34 is controlled so that the direction of the component is perpendicular to the thick steel plate 5 as an object to be cut, it is possible to make the direction of the P-polarized component having good absorptance parallel to the cutting direction. In addition, the energy of the laser beam can be effectively used for cutting.
【００２９】次に、図１に示す本考案のレーザ加工ノズ
ルと図９に示す従来のレーザ加工ノズルとを用いて板厚
２０mmの厚鋼板を切断した場合の表面粗さの測定結果に
ついて説明すると、本考案のレーザ加工ノズルの場合
は、ノズル８からの酸素ガス流を右旋回させたので、切
断された厚鋼板の右側の面の表面粗さ（Ｒmax ) は１０
〜３０μｍと極めて平滑であった。なお、左側の面の表
面粗さ（Ｒmax ）は１００〜２００μｍであった。一
方、従来のレーザ加工ノズルを用いて切断した厚鋼板の
切断面は、左右いずれの側も、レーザビームに近い側の
表層部の切断面粗さ（Ｒmax ) は３０〜５０μｍであっ
が、反対側の裏面部分の切断面粗さ（Ｒmax) は５０〜
１００μｍとやや粗かった。Next, the measurement results of the surface roughness when a steel plate having a thickness of 20 mm is cut using the laser processing nozzle of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional laser processing nozzle shown in FIG. 9 will be described. In the case of the laser processing nozzle of the present invention, since the oxygen gas flow from the nozzle 8 was turned clockwise, the surface roughness (R max ) of the right side of the cut steel plate was 10 %.
It was extremely smooth, 〜30 μm. The left side had a surface roughness (R max ) of 100 to 200 μm. On the other hand, the cut surface of a steel plate cut using a conventional laser processing nozzle has a cut surface roughness (R max ) of 30 to 50 μm on the surface layer on the side close to the laser beam on either side. The cut surface roughness (R max ) of the back surface on the opposite side is 50 to
It was slightly coarse, 100 μm.
【００３０】また、図６に示す本考案のレーザ加工ノズ
ルを用いて同じく板厚２０mmの厚鋼板を切断した場合の
表面粗さ（Ｒmax ) は、切断面の左右いずれの側も３０
〜５０μｍとほぼ満足すべき平滑性を得ることができ
た。なお、この場合ヒータ２６により補助ノズル１７へ
供給する酸素ガスは約２５０℃に予熱した。The surface roughness (R max ) obtained when a steel plate having the same thickness of 20 mm is cut using the laser processing nozzle of the present invention shown in FIG.
Almost satisfactory smoothness of about 50 μm was obtained. In this case, the oxygen gas supplied to the auxiliary nozzle 17 by the heater 26 was preheated to about 250 ° C.
【００３１】[0031]
【考案の効果】本考案に係るレーザ加工ノズルは上記の
とおり構成されているので、以下の効果を奏する。[Effects of the Invention] The laser processing nozzle according to the present invention has the following effects because it is configured as described above.
【００３２】 アシストガスに特定方向の旋回流を生
じさせることにより、切断面の片側に極めて良好な平滑
性を付与することができる。By generating a swirling flow in a specific direction in the assist gas, it is possible to impart extremely good smoothness to one side of the cut surface.
【００３３】 主ノズルに追随して移動する同軸の補
助ノズルを設けることで、切断方向が限定されずに、し
かも良好な切断面を得ることができる。By providing the coaxial auxiliary nozzle that moves following the main nozzle, the cutting direction is not limited, and a good cut surface can be obtained.
【００３４】 主ノズルと補助ノズルとの間隙を調整
する手段を設け、その間隙を適宜調整することにより、
任意の板厚の材料をスムーズに切断することができる。By providing a means for adjusting the gap between the main nozzle and the auxiliary nozzle, and by appropriately adjusting the gap,
Materials of any thickness can be cut smoothly.
【００３５】[0035]
【００３６】[0036]
【００３７】[0037]
【図１】図１(a) は図１(b) のＩ−Ｉ線断面図、図１
(b) は螺旋状の突起を有する本考案に係るレーザ加工ノ
ズルの側断面図である。FIG. 1 (a) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1 (b).
(b) is a side sectional view of the laser processing nozzle according to the present invention having a spiral projection.
【図２】ガス導入口の方向をノズル中心に対して斜めに
逸らせた本考案に係るレーザ加工ノズルの平面図であ
る。FIG. 2 is a plan view of the laser processing nozzle according to the present invention in which the direction of the gas inlet is obliquely deviated from the center of the nozzle.
【図３】方向可変ガイド翼を有する本考案に係るレーザ
加工ノズルの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the laser processing nozzle according to the present invention having a variable direction guide blade.
【図４】右回り用のガス導入口と左回り用のガス導入口
を有する本考案に係るレーザ加工ノズルの平面図であ
る。FIG. 4 is a plan view of the laser processing nozzle according to the present invention having a clockwise gas inlet and a counterclockwise gas inlet;
【図５】ノズルが回転する場合を示す本考案に係るレー
ザ加工ノズルの側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of the laser processing nozzle according to the present invention, showing a case where the nozzle rotates.
【図６】図６(a) は主ノズルの進行方向後方に補助ノズ
ルを有する場合を示す本考案のレーザ加工ノズルの側断
面図、図６(b) は図６(a) のVI−VI線断面図である。6 (a) is a side sectional view of the laser processing nozzle of the present invention showing the case where an auxiliary nozzle is provided behind the main nozzle in the traveling direction, and FIG. 6 (b) is VI-VI of FIG. 6 (a). It is a line sectional view.
【図７】図７(a) は主ノズルの周囲に同軸の複数の補助
ノズルを有する場合を示す本考案のレーザ加工ノズルの
側断面図、図７(b) は図７(a) のVII −VII 線断面図で
ある。7 (a) is a side sectional view of the laser processing nozzle of the present invention showing a case where a plurality of coaxial auxiliary nozzles are provided around a main nozzle, and FIG. 7 (b) is a VII of FIG. 7 (a). FIG. 7 is a sectional view taken along line VII.
【図８】偏光機構を有する場合を示す本考案のレーザ加
工ノズルの側面図である。FIG. 8 is a side view of the laser processing nozzle of the present invention showing a case having a polarization mechanism.
【図９】従来のレーザ加工ノズルの断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a conventional laser processing nozzle.
【図１０】従来の別のレーザ加工ノズルの断面図であ
る。FIG. 10 is a cross-sectional view of another conventional laser processing nozzle.
【図１１】従来のさらに別のレーザ加工ノズルの断面図
である。FIG. 11 is a sectional view of still another conventional laser processing nozzle.
【図１２】従来のレーザ加工ヘッドの断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a conventional laser processing head.
【図１３】従来の補助ノズルを有するレーザ加工ノズル
の側断面図である。FIG. 13 is a side sectional view of a laser processing nozzle having a conventional auxiliary nozzle.
１…レーザビーム ２…集光レンズ ５…厚鋼板 ６…酸素ガス（アシストガス） ７、７ａ、７ｂ、２５、２９…ガス導入パイプ ８…ノズル ９、９ａ…突起 １０…吹き出し口 １１…中心 １２…ガス導入口 １３…方向変換ガイド翼 １７…補助ノズル ２４…トレース用車輪 ２６…ヒータ ３４…１／４波長板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser beam 2 ... Condensing lens 5 ... Thick steel plate 6 ... Oxygen gas (assist gas) 7, 7a, 7b, 25, 29 ... Gas introduction pipe 8 ... Nozzle 9, 9a ... Protrusion 10 ... Outlet 11 ... Center 12 ... gas inlet 13 ... direction changing guide blade 17 ... auxiliary nozzle 24 ... tracing wheel 26 ... heater 34 ... 1/4 wavelength plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−163093（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224886（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−136497（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−129485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−57916（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-163093 (JP, A) JP-A-2-224886 (JP, A) JP-A-4-200888 (JP, A) JP-A 52-1988 136497 (JP, A) JP-A-59-129485 (JP, A) JP-A-58-57916 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B23K 26/00-26 /14
Claims (5)
るレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出され
るアシストガスに旋回流を生じさせるために、上記アシ
ストガス導入口からノズル内に導入されるガスに右回り
又は左回りの流れを与える方向可変ガイド翼をノズル内
に設置したことを特徴とするレーザ加工ノズル。In a laser processing nozzle having a condenser lens and an assist gas inlet, a gas introduced from the assist gas inlet into the nozzle to generate a swirl flow in the assist gas blown from the nozzle. A laser processing nozzle characterized in that a variable direction guide blade for giving a clockwise or counterclockwise flow to the nozzle is provided in the nozzle.
るレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出され
るアシストガスに旋回流を生じさせるために、ノズル内
に導入されるガスに右回り又は左回りの流れを与えるよ
うにガス導入口の方向をノズル中心方向に対して斜め方
向に逸らした１個以上の右回り用のガス導入口と１個以
上の左回り用のガス導入口を有し、上記右回り用のガス
導入口へのガス流路と左回り用のガス導入口へのガス流
路を切換可能としたことを特徴とするレーザ加工ノズ
ル。2. In a laser processing nozzle having a condensing lens and an assist gas inlet, the gas introduced into the nozzle is turned clockwise or counterclockwise in order to generate a swirl flow in the assist gas blown from the nozzle. Having one or more clockwise gas inlets and one or more counterclockwise gas inlets that deflect the direction of the gas inlet obliquely with respect to the nozzle center direction to give a flow of A laser processing nozzle wherein the gas flow path to the clockwise gas inlet and the gas flow path to the counterclockwise gas inlet can be switched.
るレーザ加工ノズルにおいて、該ノズルから吹き出され
るアシストガスに旋回流を生じさせるために、ノズルを
回転可能とし、且つノズル内周面に突起を形成したこと
を特徴とするレーザ加工ノズル。3. A laser processing nozzle having a condensing lens and an assist gas inlet, in order to generate a swirling flow in the assist gas blown out from the nozzle, the nozzle is made rotatable and a projection is formed on the inner peripheral surface of the nozzle. A laser processing nozzle characterized by forming a.
るレーザ加工ノズルにおいて、主ノズルに対して加工進
行方向の後方に補助ノズルを設け、該補助ノズルの軸方
向を主ノズルの軸方向と同一とし、且つ補助ノズルを主
ノズルを中心として回動可能とし、補助ノズルに旋回自
在の車輪を付設したことを特徴とするレーザ加工ノズ
ル。4. In a laser processing nozzle having a condenser lens and an assist gas inlet, an auxiliary nozzle is provided behind the main nozzle in the processing direction, and the axial direction of the auxiliary nozzle is the same as the axial direction of the main nozzle. A laser processing nozzle, wherein the auxiliary nozzle is rotatable about a main nozzle, and the auxiliary nozzle is provided with a rotatable wheel.
を有することを特徴とする請求項４記載のレーザ加工ノ
ズル。5. The laser processing nozzle according to claim 4, further comprising a gap adjusting means between the main nozzle and the auxiliary nozzle.
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