JP5063960B2 - レーザピアシング方法及び加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザ切断機による被加工材へのピアシング方法及び該ピアシング方法を用いた加工装置に関する。

従来、例えば鋼鈑等の被加工材をレーザ切断機で切断加工する場合、切断加工をするための起点となる位置にレーザピアシングによりφ数ミリの小さな貫通孔を設け、そこを起点として切断が行なわれる。
この貫通孔は、材料歩留を低下させずに、被加工材の仕上り精度を高くするうえで重要であり、後工程の切断加工に支障がない範囲で可能な限り小さく、かつ所望の寸法に形成されることが望ましい。

図１１に示すのは、レーザ切断機のレーザトーチ１００の概略構成を示したものであり、レーザトーチ１００は、ノズル１０２と、集光レンズ１０４とを備えており、ノズル１０２は筒状体に形成され、その基端部１０２ａから先端側の開口部１０２ｂに向けてレーザ光Ｌ２が通過可能とされ、基端部１０２ａ側には集光レンズ１０４が配置されている。
また、ノズル１０２の開口部１０２ｂは、集光レンズ１０４を通過したレーザ光Ｌ２と同軸とされている。
また、ノズル１０２には、照射したレーザ光Ｌ２により被加工材Ｗを溶融、蒸発させる際に、酸化反応により被加工材Ｗを燃焼させるためのアシストガスＧをノズル１０２に導入するための導入経路１０３が設けられている。

上記レーザトーチ１００を用いて、被加工材Ｗにピアシング孔Ｈ２を加工する場合、被加工材Ｗにノズル１０２の開口部を対向させ、導入経路１０３からはノズル１０２内部にアシストガスＧを導入し、導入されたアシストガスＧが、ノズル１０２の開口部１０２ｂから噴射され、被加工材Ｗの加工部を被覆するようになっている。
次いで、レーザトーチ１００からレーザ光Ｌ１が照射されると、集光レンズ１０４によって、被加工材Ｗの表面近傍に焦点をもつレーザ光Ｌ２に集光される。このようにして、被加工材Ｗの表面近傍の焦点に集光したレーザ光Ｌ２は被加工材Ｗを溶融、蒸発させて溶融池１０５を形成するとともに開口部１０２ｂから噴射されたアシストガスＧにより酸化、燃焼されることにより、アシストガスＧの噴流によって溶融物が除去される。このような、レーザ光によるピアシング孔Ｈ２の加工を行なう技術として、例えば、特許文献１に示すようなものが開示されている。

また、このようなピアシング孔Ｈ２の加工に際して、被加工材Ｗに形成される溶融池１０５内で発生する溶融金属に過剰な酸化、燃焼反応が起こるとピアシング孔Ｈ２の径が大きくなり、材料歩留が低下する。
一方、例えばレーザ光をパルスの形態で発振してピアシング孔加工をした場合、ピアシング孔径の精度は向上するものの加工効率が著しく低下する。
そこで、レーザ光によるピアシング孔加工を行なう場合に、ピアシング孔Ｈ２の切断精度を向上させる技術として、例えば、特許文献２に示すようなものが開示されている。
特開２００１−４７２６８号公報 特許第３２９２０２１号公報

しかしながら、上記方法によれば、溶融物を排出させる溝をあらかじめ設ける必要があり、排出溝の存在により、ピアシング孔も大きくなるという問題があった。
そのため、高い加工効率を維持しつつ、所望の寸法のピアシング孔を高精度に加工できるレーザピアシング方法及び加工装置が望まれていた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、鋼鈑等の金属製の被加工材にピアシング加工を行なう場合に、ピアシング孔径が大きくなるのを防止しつつ、高い加工効率で所望の径のピアシング孔を形成し、製造コストを削減することができるレーザピアシング方法及び加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、被加工物の加工部にレーザ光を照射しつつ、前記レーザ光と同軸に配置されたノズルから前記加工部に向けてアシストガスを噴射してアシストガスによって前記加工部を覆い、該加工部にピアシング孔を加工するレーザピアシング方法であって、前記レーザ光を照射開始後に、前記加工起点から５ｍｍの範囲内で前記ノズルを移動させて、前記溶融池の開口部におけるアシストガスの圧力分布を前記溶融池の開口部の中心に非対称として前記溶融池の開口部における圧力バランスを偏らせることで溶融物を排出させながらピアシング孔を加工することを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、被加工物の加工部にレーザ光を照射しつつ、前記レーザ光と同軸に配置されたノズルから前記加工部に向けてアシストガスを噴射してアシストガスによって前記加工部を覆い、該加工部にピアシング孔を加工する加工装置であって、前記レーザ光を照射開始後に、前記加工起点から５ｍｍの範囲内で前記ノズルを移動させて、前記溶融池の開口部におけるアシストガスの圧力分布を前記溶融池の開口部の中心に非対称として前記溶融池の開口部における圧力バランスを偏らせることで溶融物を排出させながらピアシング孔を加工する制御手段を備えることを特徴とする。

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、レーザ光を照射開始してピアシング孔を加工しはじめた後に、ノズルの中心を加工起点からオフセットさせて、加工起点から５ｍｍの範囲内で移動させるので、アシストガスの圧力分布の中心が溶融池の中心からオフセットされる。その結果、アシストガスの圧力分布が、溶融池の中心と同心でなくなり、溶融池の開口部におけるアシストガスの圧力分布が溶融池の中心に非対称になり、溶融池の開口部における圧力バランスが偏る。

アシストガスの圧力分布が溶融池の中心と同心であったときに、アシストガスが溶融池の蓋のように作用して、溶融物が溶融池内に安定して保持されていたのが、圧力バランスが偏って、溶融池の開口部に溶融物に加わる圧力が高い領域と低い領域が生じる。その結果、圧力が高い領域から低い領域へと溶融物が圧力差によって移動され溶融池外への排出が促進される。
その結果、溶融池内に貯留される溶融物が少なくなり、過剰な酸化反応や燃焼が抑制されることで、ピアシング孔径が小さくなる。

また、加工起点の近傍を加工起点から５ｍｍの範囲内でノズルが移動することで溶融池から排出された溶融物が溶融池の周囲に分散して排出されるので、排出物から放出される熱が一ヶ所に集中することがなく、ピアシング孔周囲の加工物が局部的な過熱、過剰な酸化反応が抑制されて、ピアシング孔の拡大が抑制される。
その結果、溶融したドロスが溶融池内に留まるのが抑制され、ピアシング孔の拡大が抑制される。
その結果、レーザ光を連続的に照射した場合においても、連続照射による高い生産性を確保しつつ、孔径精度が高いピアシング孔を容易かつ確実に形成することができる。
ここで、加工起点から５ｍｍの範囲内でノズルが移動することの意義は、加工起点から５ｍｍ以上離れると加工されるピアシング孔が大きくなり、ノズルを移動させない場合との差が見出せなくなるためである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のレーザピアシング方法であって、前記ノズルを加工起点の廻りに周回移動させることを特徴とする。

また、請求項８記載の発明は、請求項７に記載の加工装置であって、前記制御手段は、前記ノズルを、加工起点の廻りに周回移動させる周回制御手段を備えていることを特徴とする。

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、ピアシング孔を加工しはじめた後に、ノズルの中心を加工起点からオフセットさせて、加工起点の廻りに加工起点から５ｍｍの範囲内で、周回移動させるので、オフセットさせた後、ピアシングが孔の加工が終了するまでの間、ノズルは常にアシストガスの圧力分布の中心が溶融池の中心からオフセットされる。その結果、溶融池の開口部における圧力バランスが偏り、溶融物が溶融池外への排出が促進され、溶融池内に貯留される溶融物が少なくなり、過剰な酸化反応や燃焼が抑制されることで、ピアシング孔径が小さくなる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のレーザピアシング方法であって、前記ノズルを往復を含む軌跡で移動させることを特徴とする。

また、請求項９記載の発明は、請求項７に記載の加工装置であって、前記制御手段は、前記ノズルを、往復移動を含む軌跡で移動させる往復制御手段を備えていることを特徴とする

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、ピアシング孔を加工しはじめた後に、ノズルは、加工起点から５ｍｍの範囲内で往復移動を含む軌跡で移動される。
ノズルが、軌跡が簡潔な往復移動をすることで、ノズルの移動が容易で高速移動が可能となり、溶融池内の溶融物に対して急激な圧力の偏りを与えて大きな圧力変動によって溶融池外への溶融物の排出が促進される。その結果、溶融池内の溶融物が少なくなり、酸化反応や燃焼が抑制されることで、ピアシング孔径が小さくなる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のレーザピアシング方法であって、前記移動は、前記ノズルをジグザクに移動させることを特徴とする。

また、請求項１０記載の発明は、請求項７に記載の加工装置であって、前記制御手段は、前記ノズルを、ジグザグに移動させるジグザグ制御手段を備えていることを特徴とする。

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、ピアシング孔を加工しはじめた後に、ノズルは、加工起点から５ｍｍの範囲内で、ジグザグに移動される。
ノズルが、軌跡が簡潔な往復移動と、この往復移動と直交する方向への移動をともなうジグザグ移動するので、ノズルの移動が容易で高速移動が可能となり、また、往復移動方向と直交する移動をすることにより、溶融池内の広範囲にわたって圧力の偏りを付与するので溶融池内の溶融物に対して急激な圧力の偏りを与えて溶融池外への溶融物の排出が促進される。その結果、溶融池内の溶融物が少なくなり、酸化反応や燃焼が抑制されることで、ピアシング孔径が小さくなる。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザピアシング方法であって、
前記ノズルから噴射されるアシストガスの酸素濃度Ｃは、前記ピアシング孔加工をする加工部の厚さｔに対応して決定され、
前記酸素濃度Ｃは、
０＜ｔ＜８ｍｍの範囲において、 ０＜Ｃ＜９９．９
８≦ｔ＜１３．５ｍｍの範囲において、 ０＜Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２
１３．５≦ｔ≦２６．３３ｍｍの範囲において、
５．２８ｔ−７１．２８≦Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２
Ｃ；酸素濃度（Ｖｏｌ％）、ｔ；加工部の厚さ（ｍｍ）
であることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の加工装置であって、前記制御手段は、前記ノズルから噴射されるアシストガスの酸素濃度Ｃを、前記ピアシング孔加工をする加工部の厚さｔに対応して決定する酸素濃度調整手段を備えていることを特徴とする。

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、ノズルから噴射されるアシストガスの酸素濃度Ｃを、金属製の被加工材のピアシング孔加工をする加工部の厚さｔ、例えば板厚ｔに応じて決定し、その酸素濃度Ｃにてピアシング孔加工を行なうので、被加工材の過剰な酸化、燃焼が抑制され、ノロの量が削減されるので、各被加工材の板厚ｔにおいて材料歩留や品質面でより小さな径のピアシング孔を容易かつ確実に形成することができる。
また、アシストガスの酸素濃度Ｃを調整することで、レーザ光を連続的に照射した場合であっても、過剰な酸化、燃焼が抑制され、連続照射による高い生産性を確保しつつ、孔径が小さいピアシング孔を容易かつ確実に形成することができる。
また、レーザ光を連続的に照射した場合においても、アシストガスの酸素濃度Ｃを調整することで過剰な酸化、燃焼が抑制され、連続照射による高い生産性を確保しつつ、孔径精度が高いピアシング孔を、熟練技術者に依存せずに容易かつ確実に行なうことができる。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のレーザピアシング方法であって、前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ノズルを前記ピアシング孔の周囲の被加工材表面の上方に移動させ、前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ノズルを前記ピアシング孔の周囲の被加工材表面の上方に移動させ、前記レーザ光を照射してドロスを再溶融するとともに前記ノズルからアシストガスを噴射しながら前記ピアシング孔の周囲を周回移動し、前記ピアシング孔の周囲に形成されたドロスを除去することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項７から請求項１１のいずれかに記載の加工装置であって、前記制御手段は、前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ノズルを前記ピアシング孔の周囲の被加工材表面の上方に移動させ、前記レーザ光を照射してドロスを再溶融するとともに前記ノズルからアシストガスを噴射しながら前記ピアシング孔の周囲を周回移動し、前記ピアシング孔の周囲に形成されたドロスを除去するドロス除去手段を備えていることを特徴とする。

この発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、ピアシング孔が貫通した後に、ノズルをピアシング孔の周囲の被加工材表面の上方に移動させ、レーザ光を照射してドロスを再溶融するとともにノズルからアシストガスを噴射しながらピアシング孔の周囲を周回移動するので、ピアシング孔の周囲の被加工材表面に形成されたドロスを除去し易く溶融し、かつアシストガスの噴射圧により除去するので、容易かつ効率的に除去することができ、その結果、ピアシング孔周囲の仕上げを容易かつ確実に行ない高い品質のピアシング孔を加工することができる。
また、ノズルを周回移動させて、前記レーザ光を照射してドロスを再溶融させながら近距離からアシストガスを噴射するので、小さな流量のアシストガスにて、確実にドロスの除去を行なうことができ、その結果、加工時間と加工コストを大幅に削減することができる。

本発明に係るレーザピアシング方法及び加工装置によれば、例えば鋼鈑等の被加工材にピアシング孔を加工する場合に、ピアシング孔加工中の溶融池の開口部に形成されるアシストガスの圧力分布に偏りを生じさせて、孔内で発生したドロスを孔の外部にスムースに排出させることによって、孔内での過剰な酸化反応を抑制し、高効率かつ高い精度で所望の孔径のピアシング孔を形成するとともに製造コストを削減することができる。

以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態について説明する。
図１は、この実施の形態に係るレーザトーチ２およびピアシング孔Ｈを加工する状態を示す図であり、レーザトーチ２は、ノズル３と、集光レンズ６とを備えており、ノズル３は筒状体に形成され、集光レンズ６を通過したレーザ光Ｌ１が集光されレーザ光Ｌ２として噴射口３ｂから照射されるようになっている。
また、レーザ光Ｌ２の光軸とノズル３は同軸に構成されて軸線Ｏ１を共有するとともに、軸線Ｏ１は、ノズル３から噴射されるアシストガスＧの圧力分布の中心軸ＯＧと同軸とされている。

ノズル３には、導入経路４からアシストガスが導入され、噴射口３ｂから噴射することで照射したレーザ光Ｌ２により溶融、蒸発した被加工材Ｗを、酸化反応により燃焼させるようになっている。
この実施の形態において、被加工材Ｗにピアシング孔加工するときの加工起点と、ピアシング孔Ｈの中心の位置は略一致しており、ピアシング孔Ｈの中心を通りピアシング孔Ｈが延在する方向に延びる軸線ＯＨは、加工起点を通過するため、被加工材Ｗの表面において加工起点が特定可能とされる。

また、図１は、ピアシング孔Ｈを加工し始めた直後のノズル３を示す図であり、ノズル３の噴射口３ｂを被加工材Ｗに対向させてアシストガスＧを噴射し、被加工材Ｗの加工部をアシストガスＧで被覆するとともに、レーザ光Ｌ２を照射して被加工材Ｗを溶融、蒸発させる。このとき、被加工材Ｗが溶融されることにより、溶融池６０が形成されアシストガスＧにより酸化、燃焼され、また、アシストガスＧの噴流によって溶融物が除去されるようになっている。また、被加工材Ｗが溶融、蒸発され、酸化、燃焼されたものはドロスとなり、溶融物として溶融池６０内部に貯留され、又はアシストガスＧの噴流によって被加工材Ｗのピアシング孔Ｈの周囲に付着される。

図２は、この発明の一実施の形態に係る加工装置の概略図であり、符号１は加工装置を、符号２はレーザトーチを、符号１０はピアシング制御部（制御手段）を示している。
加工装置１は、レーザトーチ２と、ピアシング制御部１０と、加工データ入力部３０と、酸素供給源４１と、窒素供給源４３と、レーザ発振器４５と、レーザトーチ２に設けられたノズル３の噴射口の位置を３次元空間のＸＹＺ座標方向（この実施形態においては、被加工材の表面を、ＸＹ座標方向、Ｚ座標は高さ方向としている）に移動させるＸＹＺテーブル等の駆動部材８０とを備えている。

ピアシング制御部１０は、処理部１２と、データテーブル１３と、ノズル移動制御部１１と、酸素濃度調整部（酸素濃度調整手段）２０と、ドロス除去制御部（ドロス除去手段）４０とを備えており、加工データ入力部３０から入力された入力データに基づいて、適切な加工条件を決定して駆動部材８０を駆動してレーザトーチ２を３次元空間のＸＹＺ方向に移動させてノズル３の噴射口３ｂの位置を移動させるとともに、アシストガスＧを導入経路４を介してノズル３に供給するようになっている。
また、加工データ入力部３０は、板厚入力部（厚さ入力部）３１ａと、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂと、ピアシング孔加工条件入力部３１ｃと、圧力モード入力部３１ｄと、ドロス除去モード入力部３１ｅとを備えている。

処理部１２、及びデータテーブル１３は、ノズル移動制御部１１、酸素濃度調整部２０、ドロス除去制御部４０を分担する処理部１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、データテーブル１３ａ、１３ｂ、１３ｃとを備えている。
また、この実施の形態においては、アシストガスＧは、酸素供給源４１及び窒素供給源４３から供給される酸素及び窒素の量を調整及び混合することで、所望のピアシング孔径のピアシング孔Ｈを加工するのに適した酸素濃度Ｃに生成されるようになっており、また、必要に応じて、ノズル３からピアシング孔Ｈの周囲の被加工材Ｗの表面に堆積したドロスを除去するためのアシストガスＧを噴射するようになっている。

ノズル移動制御部１１は、処理部１２ａと、データテーブル１３ａと、駆動部材８０を駆動してレーザトーチ２のＸ座標位置を制御するＸドライバ１６ａと、Ｙ座標位置を制御するＹドライバ１６ｂと、Ｚ座標位置を制御するＺドライバ１６ｃとを備えており、処理部１２ａは、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃに、ケーブル１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して指示信号を送信し、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃは、ケーブル１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して駆動部材８０に、Ｘ座標位置、Ｙ座標位置、Ｚ座標位置を移動するための電力を供給するようになっている。

処理部１２ａは、加工データ入力部３０で入力され送信された、板厚ｔに関するデータ、ピアシング孔径ｄ１に関するデータ等に基づいて、信号ケーブル１４を介してデータテーブル１３ａから、ピアシングする板厚ｔの鋼板Ｗにおいて所望のピアシング孔径を得るために適したデータ、例えば、レーザトーチ２（すなわちノズル３の軸線Ｏ１及びアシストガスＧの圧力分布の中心軸ＯＧ）の偏心量、ノズル３の速度、周回回数、周回移動速度等のデータを取得して、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃに指示するようになっている。
ここで、レーザトーチ２を移動することは、ノズル３の軸線Ｏ１およびアシストガスＧの中心軸ＯＧを移動することを意味している。

また、駆動部材８０は、レーザトーチ２と機械的に接続されており、駆動部材８０が駆動されることにより、レーザトーチ２及びノズル３を、ＸＹＺ座標方向に移動させることができるようになっている。
データテーブル１３ａには、この実施の形態においては、加工データ入力部３０のピアシング加工条件入力部３１ｃから入力された板厚ｔと、ピアシング孔径ｄ１に対応する、レーザトーチ２の移動軌跡の形式が格納されており、例えば、（１）周回制御手段を構成するデータである、周回移動軌跡（円形又は多角形等の移動する軌跡の形状と、その大きさ）と、トーチ速度、周回回数と、周回移動速度等、（２）往復制御手段を構成するデータである、往復移動を含む軌跡（往復のストローク等）と、トーチ速度、往復移動等の回数、（３）ジグザグ制御手段を構成するデータである、ジグザグ移動（（例えば、往復移動と、この往復移動に直交する方向の移動の組合せ）における往復のストローク、直交する方向の移動量等）と、トーチ速度、往復移動等の回数等のデータが格納されている。

ここで、（２）、（３）におけるレーザトーチ２の往復移動は、オフセットしたレーザトーチ２が往復ストロークを経由して加工起点に戻ったときを１回としているが、ピアシング孔加工におけるレーザトーチ２の移動に際しては、必ずしも加工起点に対応する位置に戻らなくてもよい。したがって、加工起点から往復ストロークのいずれかの端部への移動、いずれかの端部から加工起点に戻るときの往復回数は、それぞれ１／４回とされることになる。
また、データテーブル１３ａには、その他の移動軌跡を格納させておくことも可能であり、例えば、ジグザグ移動において、レーザトーチ２をＺ型に移動させるような場合が含まれる。

加工データ入力部３０の板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂから入力されたデータに基づいて、レーザトーチ２を３次元空間のＸ座標、Ｙ座標方向に移動させることにより、ノズル３の噴射口３ｂから噴射されるアシストガスＧの中心軸ＯＧを移動させて、溶融池６０の開口部６１に加わるアシストガスＧ圧力分布が加工起点からオフセットさせて、溶融池６０の開口部６１におけるアシストガスＧの圧力分布が溶融池６０の中心に非対称となり、溶融池６０の開口部における圧力バランスを偏らせるようになっている。

酸素濃度調整部（酸素濃度調整手段）２０は、処理部１２ｂと、データテーブル１３ｂと、酸素流量調整回路２１ａと、窒素流量調整回路２１ｂと、混合器２４と、圧力調整弁２５とを備えており、処理部１２ｂは、データテーブル１３ｂ、酸素流量調整回路２１ａ、窒素流量調整回路２１ｂ、圧力調整弁２５と、それぞれ信号ケーブル２６ａ、２６ｂ、２８を介して接続されている。
また、データテーブル１３ｂには、酸素流量調整回路２１ａ、窒素流量調整回路２１ｂ、及び圧力調整弁２５において所定の酸素濃度及び噴射圧のアシストガスＧを得るための制御データが格納されている。

また、酸素流量調整回路２１ａ及び窒素流量調整回路２１ｂは、それぞれ酸素供給源４１及び窒素供給源４３に接続され、酸素供給源４１及び窒素供給源４３は、それぞれ液化酸素及び液化窒素を貯留するとともに、これら液化酸素及び液化窒素を気化して酸素流量調整回路２１ａ及び窒素流量調整回路２１ｂに供給するようになっている。

酸素流量調整回路２１ａは、マスフローコントローラ２７ａと、配管とを備えるとともに、酸素供給源４１と混合器２４との間を接続し、酸素供給源４１から配管を通じて供給された酸素の流量をマスフローコントローラ２７ａで調整するようになっている。
窒素流量調整回路２１ｂは、マスフローコントローラ２７ｂと、配管とを備えるとともに、窒素供給源４３と混合器２４との間を接続し、窒素供給源４３から配管を通じて供給された窒素の流量をマスフローコントローラ２７ｂで調整するようになっている。

マスフローコントローラ２７ａ、２７ｂで流量調整された酸素及び窒素は、混合器２４に供給、混合され、所定の酸素濃度のアシストガスＧに生成され、導入経路４を介してノズル３に供給されるようになっている。
また、必要に応じて、例えば、ノズル３において所定の噴射圧ＰのアシストガスＧを得るために、処理部１２ａからの制御データによって圧力調整弁２５で噴射圧Ｐに対応した所定の圧力に調整されるようになっている。この実施の形態において、ノズル３は、噴射口に対して充分大きな容積のアシストガスＧの貯留部を備えており、噴射口におけるアシストガスＧの噴射圧Ｐは、圧力調整弁２５から供給されたアシストガスＧの圧力と略同等に保持されるようになっている。
この実施の形態において、酸素流量調整回路２１ａ及び窒素流量調整回路２１ｂを制御する制御データは、マスフローコントローラ２７ａ、２７ｂの開度データにより構成されている。

また、必要に応じて、圧力モード入力部３１ｄにアシストガスの圧力調整に関する指示が入力された場合、処理部１２ａは、圧力モード入力部３１ｄからの信号によって、板厚入力部３１ａから入力された被加工材Ｗの加工部の厚さｔに対応した噴射圧ＰのアシストガスＧをノズル３から噴射させるために、該噴射圧Ｐに対応した圧力のアシストガスＧを圧力調整弁２５経由でノズル３に供給するための制御データをデータテーブル１３から取得するとともに、信号ケーブル２８を介して圧力調整弁２５に指示するようになっている。

ドロス除去制御部（ドロス除去手段）４０は、処理部１２ｃと、データテーブル１３ｃと、Ｘドライバ１６ａと、Ｙドライバ１６ｂと、Ｚドライバ１６ｃとを備えており、処理部１２ａは、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃに信号を送信するとともに、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃは、駆動部材８０に電力を供給するようになっている。
また、データテーブル１３ｃには、ピアシング孔Ｈの軸線ＯＨからオフセットする距離（この実施の形態においては、（円軌跡の直径ｄ２）／２）、被加工材Ｗの表面からの高さ、ノズルの周回移動速度、周回回数、及び周回移動軌跡等の制御データが格納されている。

加工データ入力部３０は、板厚入力部３１ａと、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂと、ピアシング孔加工条件入力部３１ｃと、圧力モード入力部３１ｄと、ドロス除去モード入力部３１ｅとを備えており、これらはそれぞれデータケーブル３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅを介して処理部１２に接続されている。

板厚入力部３１ａは、被加工材Ｗである、例えば鋼板（金属製の被加工材）Ｗの板厚（加工部の厚さ）ｔに関するデータを入力するようになっている。
ピアシング孔サイズ入力部３１ｂは、ピアシング加工するための加工データのうち、鋼板Ｗの板厚ｔに対するピアシング孔径ｄ１のデータが入力されるようになっている。

ピアシング孔加工条件入力部３１ｃは、ピアシング孔加工に際して、レーザトーチ２を移動させるための、例えば、（１）周回制御手段を構成するデータである、周回移動軌跡（円形又は多角形と、その大きさ）と、トーチ速度、周回回数と、周回移動速度等、（２）往復制御手段を構成するデータである、往復移動を含む軌跡（往復のストローク等）と、トーチ速度、往復移動等の回数、（３）ジグザグ制御手段を構成するデータである、ジグザグ移動（（例えば、往復移動と、この往復移動に直交する方向の移動の組合せ）における往復のストローク、直交する方向の移動量等）と、トーチ速度、往復移動等の回数等のデータを入力することができるようになっている。

圧力モード入力部３１ｄは、ピアシング加工に際して、加工中のピアシング孔内の溶融物をピアシング孔の外部に排出させて溶融物が残らないようにするために、ノズル３に供給するアシストガスＧの供給圧力を高く（低く）して、ノズル３からアシストガスＧを高い（低い）噴射圧Ｐで噴射させる場合に、指示を入力し、処理部１２に対して指示データを送信するようになっている。
ドロス除去モード入力部３１ｅは、ピアシング孔加工後にドロス除去制御部を動作させるか要否かについての指示を入力するようになっている。

次に、この実施の形態の加工装置１の作用について説明する。ここでは、図５Ａに示す円を含む周回移動軌跡７１の場合を例に説明する。
〔ノズル移動制御部〕
まず、図示しない操作部により、レーザトーチ２を鋼板Ｗに沿った面の直交する２方向により定義されるＸ座標、Ｙ座標方向に移動させて、ピアシング孔Ｈの加工予定位置（加工起点に相当）にあわせて停止させる。
次に、ピアシング孔加工条件を設定し、加工データ入力部３０の板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂに板厚ｔ、ピアシング孔径ｄ１のデータを入力する。（図３ステップ Ｓ１）
この場合、ピアシング孔加工条件入力部３１ｃに、周回移動、往復を含む移動、ジグザグ移動等に関するデータを人が直接入力して、手動制御させることも可能である。

板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂに入力された板厚ｔ、ピアシング孔径ｄ１に関するデータは、それぞれデータケーブル３３ａ、３３ｂを介して処理部１２に送信される。
処理部１２ａは、板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂから送信された、鋼板Ｗの板厚ｔ及びピアシング孔径ｄ１に関するデータをデータテーブル１３ａに送信して、その板厚ｔ及びピアシング孔径ｄ１に対応するノズル位置制御に関するデータをデータテーブル１３ａから取得する。（図３ステップ Ｓ２）

処理部１２ａは、データテーブル１３ａから受け取るデータとしては、例えば、レーザトーチ２が周回移動する場合においては、レーザトーチ２の軸線Ｏ１の周回移動軌跡（例えば、図５Ａ参照）、オフセットの量、周回移動速度、周回回数等が該当する。
処理部１２は、データテーブル１３から受け取るこれらのデータに基づいて、駆動部材８０を移動させるための時間・位置情報を演算し、起動スイッチ（図示せず）がＯＮにされてピアシング孔加工が開始されたら、その演算結果を、信号ケーブル１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介してＸドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃに送信し、各ドライバを駆動する。
この実施の形態の説明においては、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂが、駆動部材８０をＸ座標方向、Ｙ座標方向に移動してレーザトーチ２の軸線Ｏ１を加工起点廻りに周回移動させている。

起動スイッチをＯＮにすると、レーザ発振器４５が起動して、レーザ光Ｌ１を照射し、照射されたレーザ光Ｌ１は、図示しない光路を経由して集光レンズ６に導かれ、集光レンズ６を通過してＬ２に集光されて、鋼板Ｗに照射される。
このとき、アシストガスＧは、レーザ光Ｌ１の照射に先立って、レーザトーチ２のノズル３内に導入され、ノズル３の先端の噴射口３ｂから、鋼板Ｗの加工部に向けてアシストガスＧが噴射され、ノズル３と鋼板Ｗの間にアシストガスＧの被覆が形成される。
レーザトーチ２からのレーザ光Ｌ２の照射は、ノズル３からのアシストガスＧの噴射が開始され、ピアシング孔加工が始まると同時に、レーザトーチ２の周回制御（周回制御手段）が起動される。（図３ステップ Ｓ３）

レーザ光Ｌ２は、アシストガスＧの被覆に覆われた鋼板Ｗに照射され、鋼板Ｗを加熱、溶解する。鋼板Ｗが、溶解されることにより、加工起点には溶融池６０が形成され、溶解された溶融物６４は溶融池６０内に貯留される。
このとき、溶融物６４は、アシストガスＧおよびのアシストガスＧの被覆により、酸化、燃焼される。

この溶融、酸化反応は、その後、ピアシング孔Ｈが貫通されるまでの間、継続される。
ノズル周回制御が開始されると、レーザトーチ２は、処理部１２ｂからの指示によって、レーザトーチ２は、移動を開始する。（図３ステップ Ｓ４）
この周回移動軌跡７１を移動する場合においては、加工起点廻りに周回移動する円の半径に相当する距離だけ、加工起点からオフセットされ、図４に示すように、レーザトーチの軸線Ｏ１が、加工起点から偏心してピアシング孔加工が行なわれる。（図３ステップ Ｓ５ １））
引き続いて加工起点廻りに所定の周回回数Ｎの円運動を行う。（図３ステップ Ｓ５ ２）、３））
再び加工起点に戻ってくる。（図３ステップ Ｓ５ ４））

この周回移動軌跡７１を移動する場合において、レーザトーチ２の軸線Ｏ１は、溶融池６０の範囲内において、まず、加工起点から直線７１ａに沿って移動してオフセットし、円軌跡７１ｂに沿って加工起点の廻りを周回移動する。
周回移動は、処理部１２ｂの指示に従い複数回行なう場合もあり、周回移動が終了すると、直線７１ｃに沿って、加工起点に戻る。
円軌跡の場合であれば、その直径ｄ２は、例えば、直径約０．１ｍｍから１０ｍｍが好適である。

この間、レーザトーチ２は、ノズル３からアシストガスＧを噴射するとともにレーザ光Ｌ２を照射し続け、ピアシング孔Ｈの貫通は、レーザトーチ２が加工起点に戻る以前に完了するようになっている。
レーザトーチ２の、周回移動に要する時間Ｔ（ＳＥＣ）、周回回数Ｎ（回）、周回移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）、描く円軌跡の直径ｄ２（ｍｍ）の関係は、
Ｔ（ｓｅｃ）＝（（ｄ２）＋πＮ（ｄ２））／（Ｖ／６０）
で表され、Ｔ（ｓｅｃ）が、そのレーザトーチ２によって板厚ｔ（ｍｍ）の鋼板Ｗのピアシング孔Ｈを貫通するのに要する時間以上であればよい。
この実施の形態では、オフセット量は、円軌跡の半径（ｄ２）／２である。

レーザトーチ２のノズル３の中心軸線Ｏ１、すなわちアシストガスＧの圧力分布の中心軸ＯＧを、加工起点からオフセットして、加工起点廻りに周回移動することで、図６Ａ、図６Ｂに示すように、アシストガスＧの圧力分布の中心軸ＯＧが溶融池６０の開口部６１における中心である加工起点からオフセットされ、その結果、アシストガスＧの圧力分布が溶融池６０の中心である加工起点と同心でなくなり、加工起点に非対称となって偏るため、溶融池６０の開口部６１におけるアシストガスＧの圧力バランスが偏って、圧力が高い部分６１ｓと圧力が低い部分６１ｗを発生させる。
図７は、圧力分布の中心での圧力が、約０．０２５５（ＭＰａ）のアシストガスＧの圧力分布の例を示したものであるが、この圧力分布においても、レーザトーチ２の軸線Ｏ１と、加工起点とが、例えば、０．２５ｍｍオフセットすると、０．００１５ＭＰａの圧力差が発生することになる。

アシストガスＧの圧力分布が、溶融池６０の中心である加工起点と同心であったときには、アシストガスＧの圧力が溶融池６０の蓋のように作用して、溶融物６４が溶融池６０内に安定して保持されていたのが、アシストガスＧの圧力分布のバランスが偏って圧力が高い部分６１ｓと圧力が引き部分６１ｗが発生することで、溶融池６０の開口部６１の位置によって溶融物６４に加わる圧力に大きな差が生じ、溶融物６４が６１ｓ側から６１ｗ側に移動させられ溶融池６０外への排出が促進されると考えられる。排出された溶融物６４は、鋼板Ｗの表面にドロス等の堆積物６５として付着する。

その結果、アシストガスＧが、溶融池６０の中心である加工起点からオフセット（周回移動中のオフセットも含む）している間、溶融池６０内への溶融物６４の貯留が抑制され、過剰な酸化反応や燃焼が抑制されることで、ピアシング孔Ｈの拡径が抑制されて小径のピアシング孔Ｈを形成できるものと推定される。

また、加工起点の廻りをレーザトーチ２が周回移動するので、溶融池６０から排出された溶融物６４が溶融池６０の周囲に分散して排出されるので、排出された溶融物６４から放出される熱が一ヶ所に集中することがなく、ピアシング孔Ｈの周囲の鋼板Ｗへの局部的な過熱、過剰な酸化反応が抑制されて、ピアシング孔径ｄ１の拡大が抑制される。
その結果、レーザ光を連続的に照射した場合においても、連続照射による高い生産性を確保しつつ、孔径精度が高いピアシング孔を容易かつ確実に形成することができる。

上記実施の形態においては、レーザトーチ２が加工起点廻りに描く周回移動の軌跡が、円を含む周回移動軌跡７１の場合について説明したが、レーザトーチ２が描く軌跡は、図５Ｂに示すように、直線７２ａに沿って加工起点からオフセットされ、その後、直線７２ｂ、７２ｃ、７２ｄに沿って三角形を描きながら移動し、周回移動（複数回の場合もある）が完了した後に、直線７２ｅに沿って、加工起点に戻る三角形を含む周回移動軌跡７２であってもよい。
また、図５Ｃに示すように、レーザトーチ２が直線７３ａに沿って加工起点からオフセットされ、その後、直線７３ｂ、７３ｃ、・・・、に沿って、辺がｎの多角形を描きながら移動し、周回移動（複数回の場合もある）が完了した後に、直線７３ｎ＋２に沿って、加工起点に戻る多角形を含む周回移動軌跡７３を適用することも可能である。

さらに、レーザトーチ２が描く軌跡を、図８に示すように、直線７５ａに沿って加工起点からオフセットし、その後、直線７５ｂ、７５ｃ、７５ｄのようにｓｔ１のストロークで往復移動し、又は、かかる往復移動を含んだ軌跡を描きながら移動する、往復移動含む移動軌跡７５とすることも可能である。

また、レーザトーチ２が描く軌跡を、図９に示すように、直線７６ａに沿って加工起点からオフセットし、その後、直線７６ｂ、７６ｃ、・・・７６ｎに沿って、ｓｔ２のストロークで往復移動するとともに、往復移動する方向に直交する方向に１往復あたりの移動量Ｍで移動するジグザグに移動する移動軌跡７６を適用することも可能である。
ジグザグ移動においては、例えば、１往復あたりの移動が往復移動する方向に９０°以外の所定の角度である場合やＺ型に移動させることも可能である。
上記のように、レーザトーチ２を往復移動含む移動軌跡７５やジグザグに移動する移動軌跡７６で移動させる場合、レーザトーチ２は、必ずしも加工起点に対応する位置に戻ることは要件とされない。

上記実施のの形態に係るレーザピアシング方法及び加工装置１によれば、レーザトーチ２が、加工起点からオフセットして、例えば円軌跡を描きながら周回移動することで、溶融池６０の開口部６１にアシストガスＧの圧力が高い部分６１ｓからアシストガスＧの勢いが低い部分６１ｗに溶融池６０内の溶融物６４が移動させられ、その結果、溶融池６０の溶融物６４が溶融池６０の周方向に分散して排出され、溶融池６０内の溶融物６４が短時間にて排出され、その結果、溶融物６４の酸化を抑制してピアシング孔径ｄ１を小さくすることができる。

〔酸素濃度制御部〕
まず、処理部１２ｂは、板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂから鋼板Ｗのピアシング孔加工をする板厚ｔ（加工部の厚さｔ）及びピアシング孔径ｄ１に関するデータを受け取る。
入力された鋼板Ｗの板厚ｔ及びピアシング孔径ｄ１から、ノズル３から噴射されるアシストガスＧの酸素濃度Ｃの調整の要否を判定し、酸素濃度Ｃの調整が必要な場合は、鋼板Ｗの板厚さｔに対応してアシストガスＧの酸素濃度Ｃが下記（１）から（３）の数式によって決定される。
前記酸素濃度Ｃは、
０＜ｔ＜８ｍｍの範囲において、
０＜Ｃ＜９９．９ ・・・（１）
８≦ｔ＜１３．５ｍｍの範囲において、
０＜Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２ ・・・（２）
１３．５≦ｔ≦２６．３３ｍｍの範囲において、
５．２８ｔ−７１．２８≦Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２ ・・・（３）
Ｃ；酸素濃度（Ｖｏｌ％）、ｔ；鋼板Ｗの板厚（ｍｍ）

また、必要に応じて、圧力モード入力部３１ｄから、ノズル３から噴射するアシストガスＧの噴射圧Ｐに関する指示を入力してもよく、上記（１）から（３）の数式に基づいてピアシング孔加工を行うにあたって、ピアシング孔を加工するためのアシストガスの噴射圧Ｐを、
０＜ｔ＜１３ｍｍの範囲において、 ０．０１５≦Ｐ≦０．０５・・・（４）
１３≦ｔ≦２６．３３ｍｍの範囲において、
０．００２ｔ−０．０１１≦Ｐ≦０．００２ｔ＋０．０２４・・・（５）
と、することが、好適であり、
また、アシストガスの噴射圧Ｐを、
０＜ｔ＜１３ｍｍの範囲において、 Ｐ＝０．０３ ・・・（６）
１３≦ｔ≦２６．３３ｍｍの範囲において、
Ｐ＝０．００２ｔ＋０．００４・・・（７）
Ｐ；アシストガスＧの噴射圧（ＭＰａ）、ｔ；鋼板Ｗの板厚（ｍｍ）
とすると、溶融池６０内の溶融物６４が略完全に排出されて、ピアシング孔径ｄ１を小さくするうえで最適である。

次いで、処理部１２ｂは、上記数式により算出（演算）したアシストガスＧの酸素濃度に対応したマスフローコントローラ２７ａ、２７ｂの開度データ、及び算出したアシストガスＧの噴射圧Ｐを得るための該圧力調整弁２５の制御データを、信号ケーブル１４を介してデータテーブル１３からそれぞれ取得して、信号ケーブル２６ａ、２６ｂ、２８を介してマスフローコントローラ２７ａ、２７ｂ、及び圧力調整弁２５に送信する。

マスフローコントローラ２７ａ、２７ｂは、処理部１２ｂから送信された開度データにより流路の開度が開閉制御され、所望の酸素濃度のアシストガスＧを生成するのに必要な量の酸素及び窒素を、酸素供給源４１及び窒素供給源４３から混合器２４に供給する。
混合器２４に供給された所定量の酸素及び窒素は、混合器２４で混合され、所定の酸素濃度のアシストガスＧとされてノズル３に供給され、ノズル３の噴射口３ｂから鋼板Ｗに噴射されるとともに、レーザ光Ｌ２が鋼板Ｗに照射されてピアシングが行なわれる。
この場合、レーザ光Ｌ２をパルス照射ではなく、連続照射においても過剰な酸化、燃焼が生じないようにアシストガスＧの酸素濃度を調整することで、高効率にピアシング孔Ｈを形成することができる。
この場合、圧力調整弁２５は、処理部１２ｂから送信された制御データにより制御され、ノズル３に供給されるアシストガスＧが所望の噴射圧Ｐとされる。

上記実施の形態に係るレーザピアシング方法及び加工装置１によれば、ノズル３から噴射されるアシストガスＧの酸素濃度Ｃを、鋼板Ｗである鋼板Ｗの板厚ｔに応じて決定し、その酸素濃度Ｃにてピアシング孔加工を行なうので、鋼板Ｗの過剰な酸化、燃焼が抑制され、ドロスの量が削減されるので、各鋼板Ｗの板厚において材料歩留や品質面でより小さな径のピアシング孔Ｈを容易かつ確実に形成することができる。
また、アシストガスＧの酸素濃度を調整することで、レーザ光を連続的に照射した場合であっても、過剰な酸化、燃焼が抑制され、連続照射による高い生産性を確保しつつ、孔径が小さいピアシング孔を容易かつ確実に形成することができる。

〔ドロス除去制御部〕
まず、ピアシング孔加工後にドロス除去動作を行なうかどうかを決定して、必要であれば、ピアシング孔加工後にドロス除去動作を選択して、ドロス除去モード入力部３１ｅに指示を入力する。
ドロス除去モード入力部３１ｅから入力された信号は、データケーブル３３ｅを介して処理部１２ｃに送信される。
処理部１２ｃは、板厚入力部３１ａ、ピアシング孔サイズ入力部３１ｂから送信された、鋼板Ｗの板厚ｔ及びピアシング孔径ｄ１に関するデータをデータテーブル１３ｃに送信して、加工するピアシング孔Ｈの孔径及びそのピアシング孔Ｈのドロス除去に適したノズル３の位置及び動作に関するデータをデータテーブル１３ｃから受け取る。

処理部１２ｃが、データテーブル１３ｃから受け取る位置及び動作に関するデータとしては、例えば、ピアシング孔Ｈの軸線ＯＨから距離及び鋼板Ｗの表面からの高さ、ノズルの周回移動速度、周回回数、周回移動軌跡（軸縁ＯＨ又はピアシング孔Ｈの周縁からの距離に関する情報等を含む）等が該当する。
処理部１２ｃは、データテーブル１３ｃから受け取るこれらのデータに基づいて、駆動部材８０を移動させるための、時間・位置情報を演算するとともに、その演算結果を、信号ケーブル１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介してＸドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃに送信し、各ドライバを駆動する。
Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂ、Ｚドライバ１６ｃは、駆動部材８０を駆動してレーザトーチ２を移動する。

動作順序は、以下のとおりである。
レーザトーチ２が所定の位置、例えば、加工起点に配置する。
ドロス除去制御は、自動運転においては、ピアシング孔加工に引き続いて自動起動される。また、ドロス除去制御は、起動スイッチをＯＮすることにより手動操作で行なってもよい。
レーザトーチ２が、Ｚドライバ１６ｃにより、所定の高さまで上昇される。
次に、レーザトーチ２からレーザ光Ｌ２が照射されるとともに、ノズル３からアシストガスＧが噴射される。
ここで、レーザトーチ２の上昇と、レーザ光Ｌ２の照射及びアシストガスＧの噴射を同時に行なうようにしてもよい。

次に、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂにより、駆動部材８０を駆動してレーザトーチ２を、その軸線Ｏ１がピアシング孔Ｈの周縁から所定の距離の位置まで移動させる。
次いで、Ｘドライバ１６ａ、Ｙドライバ１６ｂにより、駆動部材８０を駆動してレーザトーチ２をピアシング孔Ｈの周囲の鋼板Ｗの表面の上方にて周回移動させながら、レーザ光Ｌ２により堆積したドロスを加熱するとともに溶融するとともにアシストガスＧにより酸化、燃焼させ、溶融、酸化されたドロスをアシストガスＧにより除去する。
所定の周回回数の間、加工起点の周囲を周回移動したら、レーザ光Ｌ２の照射とアシストガスＧの噴射を終了し、加工起点に戻りドロス除去制御を完了する。

上記実施形態においては、アシストガスＧの流量、圧力に関するデータは、データテーブル１３ｃに格納したものを使用しているが、処理部１２ｃにおいて演算させてもよい。
また、ピアシング孔Ｈに対するレーザトーチ２の軸線Ｏ１は、通常はピアシング孔Ｈの周縁から、例えば、径方向外方に０（ピアシング孔Ｈの周縁に相当）以上３．０ｍｍ以下の位置の鋼板Ｗ表面の上方が好適である。
連続照射のレーザ出力６ｋＷ、鋼板Ｗの板厚ｔ２２ｍｍの場合において、
鋼板Ｗの表面からのノズル３の高さ：５０ｍｍ、アシストガス圧力：０．１ＭＰａ、レーザトーチ２の軸線Ｏ１が描く円軌跡の位置：ピアシング孔径ｄ１＝４．５ｍｍのピアシング孔に対して、ピアシング孔の軸線ＯＨから半径４．２５ｍｍの位置、すなわち、ピアシング孔径の径方向外方２ｍｍに軸線Ｏ１を移動させて、周回移動したところ、良好な結果が得られた。

上記実施の形態に係るレーザピアシング方法及び加工装置１によれば、ピアシング孔Ｈが貫通した後に、ノズル３をピアシング孔Ｈの周囲の被加工材表面の上方に移動させ、レーザ光を照射して堆積したドロスを再溶融して、被加工材Ｗの表面から剥離し易くし、また、ドロスが燃焼し易くなった状態にてノズル３からアシストガスＧを噴射しながらピアシング孔Ｈを周回移動するので、ピアシング孔Ｈの周囲のピアシング孔Ｈの開口部近傍の被加工材表面に形成されたドロスを容易かつ効率的に除去することができ、その結果、高い品質のピアシング孔Ｈを加工することができる。
また、ピアシング孔Ｈの周囲にノズル３を周回移動させて、ドロスに対して近距離からアシストガスＧを噴射するので、小さな流量にて、確実にドロスの除去を行なうことができ、その結果、加工時間と加工コストを大幅に削減することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
上記実施の形態においては、鋼板Ｗにレーザ光Ｌを連続的に照射する連続照射の場合について説明したが、照射するレーザ光Ｌは、パルス照射でもよく、特に、９０％以上のデューティのパルス照射においては連続照射の場合と略同等の効果が得られる。

また、上記実施の形態においては、レーザトーチ２の周回制御のみで対応できない場合に、アシストガスＧの酸素濃度調整と組合せた場合について説明したが、レーザトーチ２の移動制御とアシストガスＧの酸素濃度調整との組合せ条件は自在に設定可能である。

また、上記実施の形態においては、レーザトーチ２がピアシング孔の中心の廻りに円状に周回移動する場合について説明したが、レーザトーチ２の先端が描く形状は、円に限定されることなく、三角形、四角形等の多角形とすることも可能である。

上記実施の形態においては、被加工材Ｗが鋼板の場合について説明したが、本発明に係る方法及び加工装置１に適用する被加工材Ｗは、厚さｔが一様の板材に限られることなく加工部の厚さｔがその周囲と異なる形状のものでもよいし、また、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン等の、他の金属又はそれらの合金から構成されたものであってよい。
また、アシストガスＧを構成する気体の一部として、不活性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等を使用することも可能である。

また、アシストガスＧの酸素濃度Ｃを特定する数式として、（１）から（３）を示したが、加工装置１が、この数式以外の数式に基づく制御パターンを備えてピアシング孔加工に適用してもよい。また、制御部を備えない加工装置に適用して、マスフローコントローラ２７ａ、２７ｂ等に設けられた目盛や、歯車、リンク機構等を用いた開度調整装置により、酸素濃度、噴射圧Ｐを制御してもよい。

また、上記実施の形態においては、加工データ入力部３０に入力された板厚ｔ等のデータに基づいて、被加工材Ｗの板厚ｔに対応して、レーザトーチ２が描く軌跡や、周回回数を処理部１２で演算してデータテーブル１３から制御データを取得して、レーザトーチ２を移動させる場合について説明したが、入力された板厚ｔ等の情報に基づいて、処理部１２ａが制御データを直接に算出してその結果に応じてレーザトーチ２を移動させることも可能である。

アシストガスＧの酸素濃度を処理部１２ｂで演算してデータテーブル１３ｂから制御データを取得して、マスフローコントローラ２７ａ、２７ｂを制御する場合について説明したが、入力された板厚ｔ等の情報に基づいて、制御データを直接に算出して酸素濃度Ｃ、噴射圧Ｐを調整してもよい。

ここで、本発明の一実施の形態に係るピアシング孔加工の効果についての検証試験を実施した。
図１０において示したのは、レーザトーチ２が加工起点廻りに描く周回移動の軌跡が、円を含む周回移動軌跡７１の場合の検証結果であり、Ｆ、Ｊ、Ｋは、それぞれ、比較例１、実施例１、実施例２を表しており、それぞれ、板厚が６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、１９ｍｍの鋼板にレーザ加工機によりレーザ光を照射するとともに、ノズルからアシストガスを噴射してピアシング孔を加工したときの、鋼板Ｗの板厚ｔ（ｍｍ）とピアシング孔径ｄ１（ｍｍ）の関係を示している。
レーザ加工機の加工条件は、以下のとおりである。
（１）レーザ加工機の照射形態、出力 ；連続照射、２．５ｋｗ
（２）鋼板Ｗからのノズル開口部までの距離；６ｍｍ
は、実施例１、実施例２、比較例１に共通している。
実施例１は、鋼板へのピアシング孔加工を開始後、レーザトーチ２の軸線Ｏ１を、加工起点からオフセットさせ、その後、加工起点廻りに円軌跡を描きながら所定の周回回数Ｎ（回）ほど周回移動させ、再び加工起点に戻して、ピアシング孔を加工した。
実施例２は、実施例１の加工条件に加えて、アシストガスＧの酸素濃度Ｃを、５２．６（ｖｏｌ％）に調整してピアシング孔を加工した。
比較例は、ピアシング孔Ｈの加工を開始した後もノズル３の軸線Ｏ１を加工起点と一致させたまま、ピアシング孔を加工した。
また、鋼板の板厚ｔによって変化をもたせた加工条件は、以下のとおりであり、ここで、トーチの速度、周回回数、円軌跡の直径ｄ２は、実施例１、実施例２に関わる条件である。
〔加工条件〕
鋼板の板厚ｔ トーチの速度 周回回数 円軌跡の直径 アシストガス圧力
６ｍｍ １５００ｍｍ／ｍｉｎ １回 ０．５ｍｍ ０．０４ＭＰａ
９ｍｍ ５００ｍｍ／ｍｉｎ ２回 ２．０ｍｍ ０．０４ＭＰａ
１２ｍｍ ５００ｍｍ／ｍｉｎ ５回 ４．０ｍｍ ０．０４ＭＰａ
１６ｍｍ １５００ｍｍ／ｍｉｎ ５回 ４．０ｍｍ ０．２３ＭＰａ
１９ｍｍ １５００ｍｍ／ｍｉｎ ５回 ４．０ｍｍ ０．２３ＭＰａ

〔検証結果〕
上記加工条件において加工したピアシング孔径ｄ１は以下のとおりである。
鋼板の板厚ｔ 実施例１ 実施例２ 比較例１
６ｍｍ ２．２ｍｍ ２．２ｍｍ ４．１ｍｍ
９ｍｍ ３．３ｍｍ ３．２ｍｍ ４．４ｍｍ
１２ｍｍ ３．４ｍｍ ３．３ｍｍ ４．８ｍｍ
１６ｍｍ ７．１ｍｍ ４．５ｍｍ ８．７ｍｍ
１９ｍｍ ６．５ｍｍ ５．２ｍｍ ９．７ｍｍ

以上のように、実施例１、実施例２ともに、鋼板の板厚６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、１９ｍｍのいずれにおいても、比較例１に対して効果が確認された。
また、実施例２と実施例１とを比較した場合、実施例２は、板厚ｔが、６ｍｍから１２ｍｍまでの範囲については、変化が小さかったが、板厚ｔが、１６ｍｍ、１９ｍｍにおいては大きな変化（縮小率 最大で約３７％）があり、アシストガスの酸素濃度を調整することによりさらなる効果があることが確認できた。

また、同様に、板厚２２ｍｍの鋼板についての検証結果を、以下に示す。
レーザ加工機の加工条件は、以下のとおりである。
（１）レーザ加工機の照射形態、出力 ；連続照射、６．０ｋｗ
（２）鋼板Ｗからのノズル開口部までの距離；４ｍｍ
は、実施例３、実施例４、比較例２に共通しており、加工条件は、実施例１、実施例２、比較例１と同様であり、トーチの速度；１５０ｍｍ／ｍｉｎ、周回回数；２回、円軌跡の直径ｄ２；０．５ｍｍ、アシストガス圧力；０．０４ＭＰａとした。

〔検証結果〕
上記加工条件において加工したピアシング孔径ｄ１は以下のとおりである。
鋼板の板厚ｔ 実施例３ 実施例４ 比較例２
２２ｍｍ ６．２ｍｍ ４．５ｍｍ ７．６ｍｍ

以上のように、実施例３、実施例４ともに、比較例２に対して効果が確認された。
また、実施例４と実施例３との比較においても大きな変化（縮小率 約２８％）があり、アシストガスの酸素濃度を調整することによりさらなる効果があることが確認できた。

つぎに、この実施の形態において、レーザトーチ２が、板厚２２ｍｍの鋼板に対して往復移動を含む移動軌跡７５及びジグザグ移動軌跡を移動しながらピアシング孔を加工した場合の検証結果を示す。レーザトーチ２を移動軌跡７５のように移動させた場合を実施例５、レーザトーチ２を移動軌跡７６のように移動させた場合を実施例６としている。
実施例５、実施例６におけるレーザ加工機の加工条件は、以下のとおりである。
（１）レーザ加工機の照射形態、出力 ；連続照射、６．０ｋｗ
（２）鋼板Ｗからのノズル開口部までの距離；６ｍｍ
（３）トーチの速度；６００ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガス圧力；０．３５ＭＰａ
（３）実施例５におけるレーザトーチ２の往復移動を含む軌跡は、往復移動のストロークｓｔ１；０．５ｍｍ、往復回数；５回
（４）実施例６におけるレーザトーチ２のジグザグ移動軌跡は、往復移動方向のストロークｓｔ２；０．５ｍｍ、往復回数；５回、往復移動方向と直交する方向成分の１往復移動あたりの移動量Ｍ；０．２ｍｍ
なお、比較例２は、前述の実施例３、実施例４に係るものを採用した。

〔検証結果〕
上記加工条件における実施例５のピアシング孔径ｄ１は、
鋼板の板厚ｔ 実施例５ 比較例２
２２ｍｍ ３．５ｍｍ ７．６ｍｍ
であり、また、
上記加工条件における実施例６のピアシング孔径ｄ１は、
鋼板の板厚ｔ 実施例６ 比較例２
２２ｍｍ ３．５ｍｍ ７．６ｍｍ
である。
以上のように、実施例５、実施例６は、比較例２に対して大きな効果が得られることが確認された。

本発明の一実施の形態に係るアシング孔加工を示す図であり、ノズルが加工起点にある場合を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る加工装置の構成の概略を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るピアシング孔加工のフローを示す図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザピアシング加工においてノズルがオフセットした場合を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザトーチの軌跡を示す図であり、図５Ａは、円を含む移動軌道の場合を、図５Ｂは、三角形を含む移動軌道の場合を、図５Ｃは、多角形を含む移動軌道の場合を示している。 本発明の一実施の形態に係るノズルが溶融池の中心からオフセットした場合のアシストガスの圧力分布を示す図であり、図６Ａは平面図、図６Ｂは側面図である。 本発明に係るアシストガスの圧力分布を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザトーチの移動軌跡を示す図であり、ノズルが往復移動を含む軌跡を移動する場合の例である。 本発明の一実施の形態に係るレーザトーチの移動軌跡を示す図であり、ノズルがジグザグ移動する場合の例である。 本発明の一実施の形態に係るピアシング孔加工の効果を示す図である。 従来のレーザ切断機のノズル部の概略を示す図である。

符号の説明

Ｈ ピアシング孔
Ｌ1、Ｌ２ レーザ光
ｔ 板厚（加工部の厚さ）
ＯＨ ピアシング孔の軸線
Ｇ アシストガス
Ｗ 鋼板（金属製の被加工材）
Ｃ 酸素濃度
１ 加工装置
２ レーザトーチ
３ ノズル
１０ ピアシング制御部（制御手段）
１１ ノズル移動制御部
２０ 酸素濃度調整部（酸素濃度調整手段）
４０ ドロス除去制御部（ドロス除去手段）
６０ 溶融池
６４ 溶融物

Claims (12)

1. 被加工物の加工部にレーザ光を照射しつつ、前記レーザ光と同軸に配置されたノズルから前記加工部に向けてアシストガスを噴射してアシストガスによって前記加工部を覆い、該加工部にピアシング孔を加工するレーザピアシング方法であって、
   前記レーザ光を照射開始後に、前記加工起点から５ｍｍの範囲内で前記ノズルを移動させて、前記溶融池の開口部におけるアシストガスの圧力分布を前記溶融池の開口部の中心に非対称として前記溶融池の開口部における圧力バランスを偏らせることで溶融物を排出させながらピアシング孔を加工することを特徴とするレーザピアシング方法。
2. 請求項１記載のレーザピアシング方法であって、
   前記ノズルを、
   加工起点の廻りに周回移動させることを特徴とするレーザピアシング方法。
3. 請求項１記載のレーザピアシング方法であって、
   前記ノズルを、
   往復移動を含む軌跡で移動させることを特徴とするレーザピアシング方法。
4. 請求項１記載のレーザピアシング方法であって、
   前記ノズルを、
   ジグザクに移動させることを特徴とするレーザピアシング方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザピアシング方法であって、
   前記ノズルから噴射されるアシストガスの酸素濃度Ｃは、前記ピアシング孔加工をする加工部の厚さｔに対応して決定され、
   前記酸素濃度Ｃは、
   ０＜ｔ＜８ｍｍの範囲において、 ０＜Ｃ＜９９．９
   ８≦ｔ＜１３．５ｍｍの範囲において、 ０＜Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２
   １３．５≦ｔ≦２６．３３ｍｍの範囲において、
   ５．２８ｔ−７１．２８≦Ｃ≦−１．６５ｔ＋１１１．２
   Ｃ；酸素濃度（Ｖｏｌ％）、ｔ；加工部の厚さ（ｍｍ）
   であることを特徴とするレーザピアシング方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のレーザピアシング方法であって、
   前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ノズルを前記ピアシング孔の周囲の被加工材の表面の上方に移動させ、前記レーザ光を照射してドロスを再溶融するとともに前記ノズルからアシストガスを噴射しながら前記ピアシング孔の周囲を周回移動し、前記ピアシング孔の周囲に形成されたドロスを除去することを特徴とするレーザピアシング方法。
7. 被加工物の加工部にレーザ光を照射しつつ、前記レーザ光と同軸に配置されたノズルから前記加工部に向けてアシストガスを噴射してアシストガスによって前記加工部を覆い、該加工部にピアシング孔を加工する加工装置であって、
   前記レーザ光を照射開始後に、前記加工起点から５ｍｍの範囲内で前記ノズルを移動させて、前記溶融池の開口部におけるアシストガスの圧力分布を前記溶融池の開口部の中心に非対称として前記溶融池の開口部における圧力バランスを偏らせることで溶融物を排出させながらピアシング孔を加工する制御手段を備えることを特徴とする加工装置。
8. 請求項７に記載の加工装置であって、
   前記制御手段は、
   前記ノズルを、加工起点の廻りに周回移動させる周回制御手段を備えていることを特徴とする加工装置。
9. 請求項７に記載の加工装置であって、
   前記制御手段は、
   前記ノズルを、往復移動を含む軌跡で移動させる往復制御手段を備えていることを特徴とする加工装置。
10. 請求項７に記載の加工装置であって、
    前記制御手段は、
    前記ノズルを、ジグザグに移動させるジグザク制御手段を備えていることを特徴とする加工装置。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の加工装置であって、
    前記制御手段は、
    前記ノズルから噴射されるアシストガスの酸素濃度Ｃを、前記ピアシング孔加工をする加工部の厚さｔに対応して決定する酸素濃度調整手段を備えていることを特徴とする加工装置。
12. 請求項７から請求項１１のいずれかに記載の加工装置であって、
    前記制御手段は、
    前記ピアシング孔を貫通した後に、前記ノズルを前記ピアシング孔の周囲の被加工材の表面の上方に移動させ、前記レーザ光を照射してドロスを再溶融するとともに前記ノズルからアシストガスを噴射しながら前記ピアシング孔の周囲を周回移動し、前記ピアシング孔の周囲に形成されたドロスを除去するドロス除去手段を備えていることを特徴とする加工装置。

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