JP5944963B2 - Laser processing head and laser processing machine - Google Patents

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Description

本発明は、ファイバレーザ発振器等のレーザ発振器から発振されたレーザ光を伝送するための伝送ファイバの出射端に接続されたレーザ加工ヘッド等に関する。   The present invention relates to a laser processing head or the like connected to an output end of a transmission fiber for transmitting laser light oscillated from a laser oscillator such as a fiber laser oscillator.

ファイバレーザ加工機等のレーザ加工機に用いられるレーザ加工ヘッドの構成等について簡単に説明すると、次のようになる。   The configuration of a laser processing head used in a laser processing machine such as a fiber laser processing machine will be briefly described as follows.

レーザ加工ヘッドは、筒状の加工ヘッド本体を具備しており、この加工ヘッド本体は、基端側に、伝送ファイバの出射端を保持するファイバ保持部（ファイバホルダ）を有している。また、加工ヘッド本体は、先端側に、レーザ光を照射可能かつアシストガスを噴射可能なノズルを有しており、加工ヘッド本体の内部は、アシストガスの供給源に接続可能になっている。そして、加工ヘッド本体内には、コリメートレンズが設けられており、このコリメートレンズは、伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光を平行光に変換するものである。更に、加工ヘッド本体内におけるコリメートレンズとノズルの間には、集光レンズが設けられており、この集光レンズは、平行光に変換されたレーザ光を集光するものである。   The laser processing head includes a cylindrical processing head main body, and the processing head main body has a fiber holding portion (fiber holder) that holds the output end of the transmission fiber on the base end side. Further, the processing head main body has a nozzle capable of irradiating a laser beam and injecting an assist gas on the tip side, and the inside of the processing head main body can be connected to an assist gas supply source. A collimating lens is provided in the processing head main body, and this collimating lens converts laser light emitted from the emission end of the transmission fiber into parallel light. Further, a condensing lens is provided between the collimating lens and the nozzle in the processing head main body, and this condensing lens condenses the laser light converted into parallel light.

従って、ファイバレーザ発振器を作動させて、伝送ファイバの出射端からレーザ光を出射することにより、そのレーザ光をコリメートレンズによって平行光に変換し、集光レンズによって集光してノズルからワークの被切断部に向かってレーザ光を照射する。また、レーザ光を照射すると同時に、アシストガス供給源から加工ヘッド本体の内部にアシストガスを供給することにより、ノズルからワークの被切断部に向かってアシストガスを噴射する。これにより、レーザ光のエネルギーを利用して、ワークの被切断部を溶融させかつその溶融物を除去しながら、ワークに対して切断加工を行うことができる。前述の動作を連続して繰り返すことにより、複数のワークに対して一連の切断加工を行うことができる。   Therefore, by operating the fiber laser oscillator and emitting laser light from the exit end of the transmission fiber, the laser light is converted into parallel light by the collimator lens, condensed by the condenser lens, and collected from the nozzle to the workpiece. Laser light is irradiated toward the cut portion. Further, simultaneously with the irradiation with the laser beam, the assist gas is supplied from the assist gas supply source to the inside of the processing head main body, whereby the assist gas is jetted from the nozzle toward the workpiece to be cut. Thereby, it is possible to cut the workpiece while melting the portion to be cut of the workpiece and removing the melt using the energy of the laser beam. A series of cutting processes can be performed on a plurality of workpieces by continuously repeating the above-described operation.

ここで、切断加工の加工形態は、アシストガスとして窒素等の不活性ガスを用いた無酸化加工（不活性ガス加工）と、アシストガスとして酸素を用いた酸素加工とに分けることができる。無酸化加工は、レーザ光のエネルギーのみによってワークを溶融させて、ワークの切断面の酸化を防止することができ、ステンレス、銅、アルミ、軟鋼等の厚さ例えば３ｍｍ以下の薄板からなるワークの高速切断に適している。酸素加工は、レーザ光のエネルギーの他に酸化反応熱によってワークを溶融させることができ、軟鋼の厚さ例えば６ｍｍ以上の厚板からなるワークの切断に適している。また、無酸化加工には、汎用の集光レンズが用いられるのに対して、酸素加工の場合は、バーニング（異常燃焼）を防止するために、リング状のレーザ光（リングビーム）を形成可能なアキシコンレンズを組込んだ特殊な集光レンズが用いられる（特許文献１及び特許文献２等参照）。   Here, the processing mode of the cutting process can be divided into a non-oxidizing process (inert gas process) using an inert gas such as nitrogen as an assist gas and an oxygen process using oxygen as an assist gas. Non-oxidation processing can melt the workpiece only by the energy of the laser beam and prevent the cut surface of the workpiece from being oxidized. The workpiece is made of a thin plate of stainless steel, copper, aluminum, mild steel or the like having a thickness of 3 mm or less. Suitable for high speed cutting. Oxygen processing can melt a workpiece by oxidation reaction heat in addition to laser beam energy, and is suitable for cutting a workpiece made of a thick plate of mild steel having a thickness of, for example, 6 mm or more. In addition, a general-purpose condenser lens is used for non-oxidation processing, whereas in the case of oxygen processing, a ring-shaped laser beam (ring beam) can be formed to prevent burning (abnormal combustion). A special condensing lens incorporating a special axicon lens is used (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２の他に、特許文献３に示すものがある。   In addition to Patent Literature 1 and Patent Literature 2, there are those shown in Patent Literature 3 as prior art related to the present invention.

特開２０１３−７５３３１号公報JP 2013-75331 A ＷＯ２０１０／０９５７４４ Ａ１WO2010 / 095744 A1 特開２０００−２２７５７６号公報JP 2000-227576 A

ところで、一連の切断加工の途中に、加工対象であるワークの変更等の理由により加工形態が無酸化加工から酸素加工に又は酸素加工から無酸化加工に変更することがある。このような場合には、切断加工を一旦中断して、汎用の集光レンズから特殊な集光レンズに変更する等、レーザ加工機の段取り替えが必要になる。そのため、一連の切断加工の作業が煩雑化して、作業能率が低下すると共に、切断加工の中断時間が長くなって、切断加工の生産性を十分に高めることができないという問題がある。   By the way, during a series of cutting processes, the processing form may be changed from non-oxidation processing to oxygen processing or from oxygen processing to non-oxidation processing for reasons such as changing the workpiece to be processed. In such a case, it is necessary to replace the laser processing machine, for example, by temporarily cutting the cutting process and changing from a general-purpose condenser lens to a special condenser lens. Therefore, a series of cutting processes are complicated, the work efficiency is lowered, and the interruption time of the cutting process becomes long, so that the productivity of the cutting process cannot be sufficiently increased.

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のレーザ加工ヘッド等を提供することを目的とする   Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing head or the like having a novel configuration that can solve the above-described problems.

本発明の発明者は、前述の課題を解決するために、試行錯誤を繰り返した結果、加工ヘッド本体内における伝送ファイバの出射端とコリメートレンズの間に設けられたアパーチャによって、レーザ光の外層部分を適正なカット率の下で遮断することにより、アキシコンレンズを組込んだ特殊な集光レンズを用いなくても、軟鋼の厚さ例えば６ｍｍ以上の厚板からなるワークに対してバーニングを防止しながら酸素加工による切断を行うと共に、ステンレス、銅、アルミ、軟鋼等の厚さ例えば３ｍｍ以下の薄板からなるワークに対して無酸化加工による高速切断を行うことができるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った。これは、加工点としてのワークの被切断部におけるレーザ光のパワー強度を十分に確保した上で、レーザ光の外層部分、換言すれば、レーザ光におけるワークの溶融（切断）に寄与しない低エネルギーの部分がワークの被切断部に照射されることを抑制したことによるものと考えられる。ここで、アパーチャによる適正なカット率とは、２〜１０％のことをいう。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventor of the present invention has repeated trial and error, and as a result, an outer layer portion of the laser beam is formed by an aperture provided between the output end of the transmission fiber and the collimating lens in the processing head body. By cutting off under a proper cutting rate, burning can be prevented for workpieces made of mild steel with a thickness of 6 mm or more without using a special condensing lens incorporating an axicon lens. In addition to cutting by oxygen processing, new knowledge is obtained that high-speed cutting by non-oxidation processing can be performed on workpieces made of thin plates of stainless steel, copper, aluminum, mild steel, etc., for example, a thickness of 3 mm or less The present invention has been completed. This is a low energy that does not contribute to melting (cutting) of the workpiece in the outer layer of the laser beam, in other words, the laser beam, after sufficiently securing the power intensity of the laser beam in the workpiece cut portion as a processing point. This is considered to be due to the fact that this part was suppressed from irradiating the cut part of the workpiece. Here, the appropriate cut rate by the aperture means 2 to 10%.

本発明の第１の特徴は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を伝送するための伝送ファイバの出射端に接続されたレーザ加工ヘッドにおいて、前記伝送ファイバの出射端を保持するファイバ保持部（ファイバホルダ）を有し、先端側にレーザ光を照射可能かつアシストガスを噴射可能なノズルを有し、内部がアシストガスの供給源に接続可能な筒状の加工ヘッド本体と、前記加工ヘッド本体内に設けられ、前記伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、前記加工ヘッド本体内における前記コリメートレンズと前記ノズルの間に設けられ、平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記加工ヘッド本体内における前記ファイバ保持部と前記コリメートレンズとの間に設けられ、レーザ光を透過させるための円形の開口部を有し、前記伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光の外層部分（外周側に位置する部分）を遮断（カット）するアパーチャと、を具備し、前記アパーチャの内周面は、前記アパーチャの内径がレーザ光の進行方向に向かって徐々に大きくなるテーパ形状を呈しており、前記アパーチャの内周面のテーパ角は、前記アパーチャの前記開口部を透過するレーザ光の広がり角よりも大きい角度に設定されていることを要旨とする。   According to a first aspect of the present invention, in a laser processing head connected to an output end of a transmission fiber for transmitting laser light oscillated from a laser oscillator, a fiber holding portion (fiber A cylindrical machining head main body having a holder), a nozzle capable of irradiating a laser beam on the tip side and capable of injecting an assist gas, and having an inside that can be connected to an assist gas supply source, and the inside of the machining head main body A collimating lens that converts laser light emitted from the exit end of the transmission fiber into parallel light, and is provided between the collimating lens and the nozzle in the processing head body, and is converted into parallel light. A condensing lens for condensing laser light, and provided between the fiber holder and the collimating lens in the processing head main body; An aperture that has a circular opening for transmitting light, and that blocks (cuts) an outer layer portion (portion located on the outer peripheral side) of the laser light emitted from the emission end of the transmission fiber; The inner peripheral surface of the aperture has a tapered shape in which the inner diameter of the aperture gradually increases toward the traveling direction of laser light, and the taper angle of the inner peripheral surface of the aperture is determined by the opening of the aperture. The gist is that the angle is set to be larger than the spread angle of the transmitted laser beam.

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「保持する」とは、直接的に保持することの他に、別部材を介して間接的に保持することを含む意であって、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「アパーチャの内径」とは、アパーチャの内径が光軸方向に沿って変化する場合には、最小内径のことをいう。更に、「アパーチャによるレーザ光のカット率」とは、伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光のパワー強度に対する、アパーチャによって遮断（カット）されたレーザ光のパワー強度の割合のことをいう。   Here, in the specification and claims of the present application, "holding" means not only holding directly but also holding indirectly through another member, The phrase “provided” means that it is indirectly provided through another member in addition to being directly provided. In addition, the “inner diameter of the aperture” means the minimum inner diameter when the inner diameter of the aperture changes along the optical axis direction. Furthermore, “the laser beam cut rate by the aperture” refers to the ratio of the power intensity of the laser light blocked (cut) by the aperture to the power intensity of the laser light emitted from the exit end of the transmission fiber.

本発明の第１の特徴によると、前記レーザ発振器を作動させて、前記伝送ファイバの出射端からレーザ光を出射することにより、そのレーザ光の外層部分を前記アパーチャによって遮断し、その後、そのレーザ光を前記コリメートレンズによって平行光に変換し、前記集光レンズによって集光して前記ノズルからワークの被切断部に向かってレーザ光を照射する。また、レーザ光を照射すると同時に、前記アシストガス供給源から前記加工ヘッド本体の内部にアシストガスを供給することにより、前記ノズルからワークの被切断部に向かってアシストガスを噴射する。これにより、レーザ光のエネルギーを利用して、ワークの被切断部を溶融させかつその溶融物を除去しながら、ワークに対して切断加工を行うことができる。前述の動作を連続して繰り返すことにより、複数のワークに対して一連の切断加工を行うことができる。   According to the first feature of the present invention, the laser oscillator is operated to emit laser light from the exit end of the transmission fiber, whereby the outer layer portion of the laser light is blocked by the aperture, and then the laser Light is converted into parallel light by the collimating lens, condensed by the condensing lens, and irradiated with laser light from the nozzle toward the cut portion of the workpiece. Simultaneously with the irradiation of the laser beam, the assist gas is supplied from the assist gas supply source to the inside of the processing head main body, whereby the assist gas is jetted from the nozzle toward the workpiece to be cut. Thereby, it is possible to cut the workpiece while melting the portion to be cut of the workpiece and removing the melt using the energy of the laser beam. A series of cutting processes can be performed on a plurality of workpieces by continuously repeating the above-described operation.

前述の新規な知見を適用すると、特殊な集光レンズを用いなくても、軟鋼の厚さ例えば６ｍｍ以上の厚板からなるワークに対してバーニングを防止しながら酸素加工による切断を行うと共に、ステンレス等の厚さ例えば３ｍｍ以下の薄板からなるワークに対して無酸化加工による高速切断を行うことができる。これにより、一連の切断加工の途中に、前記レーザ加工機の段取り替えを行うことなく、切断加工の加工形態を無酸化加工から酸素加工に又は酸素加工から無酸化加工に変更することができる。   Applying the above-mentioned new knowledge, without using a special condensing lens, the workpiece made of a thick steel plate with a thickness of, for example, 6 mm or more is cut by oxygen processing while preventing burning, and stainless steel High-speed cutting by non-oxidation processing can be performed on a workpiece made of a thin plate having a thickness of, for example, 3 mm or less. Thereby, it is possible to change the processing mode of the cutting process from the non-oxidation process to the oxygen process or from the oxygen process to the non-oxidation process without changing the setup of the laser processing machine during a series of cutting processes.

本発明の第２の特徴は、前記アパーチャによるレーザ光のカット率が２〜１０％になるように前記アパーチャの内径が設定されていることを特徴とする。   The second feature of the present invention is that the inner diameter of the aperture is set so that a cut rate of laser light by the aperture is 2 to 10%.

本発明の第２の特徴によると、本発明の第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。   According to the 2nd characteristic of this invention, there exists an effect | action similar to the effect | action by the 1st characteristic of this invention.

本発明によれば、一連の切断加工の途中に、前記レーザ加工機の段取り替えを行うことなく、切断加工の加工形態を無酸化加工から酸素加工に又は酸素加工から無酸化加工に変更することができるため、切断加工の作業の煩雑化を抑えて、作業能率の向上を図ると共に、切断加工の中断時間を極力無くして、切断加工の生産性を十分に高めることができる。   According to the present invention, the processing mode of the cutting process is changed from non-oxidation processing to oxygen processing or from oxygen processing to non-oxidation processing without performing setup change of the laser processing machine during a series of cutting processing. Therefore, the complexity of the cutting process can be suppressed, the work efficiency can be improved, the interruption time of the cutting process can be minimized, and the productivity of the cutting process can be sufficiently increased.

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの断面図であって、加工テーブルの一部も併せて図示してある。FIG. 1 is a sectional view of a laser processing head according to an embodiment of the present invention, and also shows a part of a processing table. 図２は、図１における矢視部IIの拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the arrow II in FIG. 図３は、本発明の実施形態に係るファイバレーザ加工機の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the fiber laser processing machine according to the embodiment of the present invention. 図４（ａ）（ｂ）は、アクリル板にレーザ光を照射することによって形成したバーンパターンを示す写真図であって、図４（ａ）は、レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着しない場合であって、図４（ｂ）は、レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着した場合である。4 (a) and 4 (b) are photographic views showing a burn pattern formed by irradiating an acrylic plate with laser light. FIG. 4 (a) shows a case where no aperture is attached to the laser processing head. FIG. 4B shows a case where an aperture is attached to the laser processing head. 図５（ａ）（ｂ）は、軟鋼の厚さ例えば６ｍｍ以上の厚板からなるワークの酸素加工による切断によって取り出した切断片を示す写真図であって、図５（ａ）は、レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着しない場合であって、図５（ｂ）は、レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着した場合である。FIGS. 5 (a) and 5 (b) are photographic views showing a cut piece taken out by cutting by oxygen processing of a workpiece made of a thick steel plate having a thickness of, for example, 6 mm or more, and FIG. 5 (a) is a laser processing. FIG. 5B shows the case where the aperture is not attached to the head, and FIG. 5B shows the case where the aperture is attached to the laser processing head. 図６は、アパーチャを装着した場合（発明例１、２）とアパーチャを装着しない場合（比較例１、２）について行ったレーザ光の反射試験の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of a laser beam reflection test performed when the aperture is mounted (Invention Examples 1 and 2) and when no aperture is mounted (Comparative Examples 1 and 2).

本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図３に示すように、本発明の実施形態に係るファイバレーザ加工機１は、ファイバレーザ発振器３から発振された１μｍ帯の波長のレーザ光ＬＢを利用して、ワークＷに対して切断加工を行う装置である。ここで、ファイバレーザ発振器３の構成は、例えば、特開２０１２−２４７７８号公報に示すように公知の構成からなるものである。   As shown in FIG. 3, the fiber laser processing machine 1 according to the embodiment of the present invention uses the laser light LB having a wavelength of 1 μm band oscillated from the fiber laser oscillator 3 to cut the workpiece W. It is a device to perform. Here, the configuration of the fiber laser oscillator 3 is, for example, a known configuration as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-24778.

ファイバレーザ加工機１は、ファイバレーザ発振器３を具備する他に、ワークＷを支持する加工テーブル（支持フレーム）５を具備しており、この加工テーブル５は、Ｘ軸方向（前後方向）へ延びており、ワークＷを点接触で支持する多数の支持部（図示省略）、及び多数の支持部に対してワークＷを固定するクランプ部材（図示省略）等を備えている。また、加工テーブル５には、門型のＸ軸可動フレーム７がＸ軸方向へ延びたＸ軸ガイドレール（図示省略）を介してＸ軸方向へ移動可能に設けられており、このＸ軸可動フレーム７は、Ｘ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＸ軸方向へ移動するようになっている。更に、Ｘ軸可動フレーム７の水平部７ａには、Ｙ軸キャリッジ９がＹ軸方向へ延びたＹ軸ガイドレール（図示省略）を介してＹ軸方向へ移動可能に設けられており、このＹ軸キャリッジ９は、Ｙ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＹ軸方向へ移動するようになっている。   The fiber laser processing machine 1 includes a processing table (support frame) 5 that supports the workpiece W in addition to the fiber laser oscillator 3, and the processing table 5 extends in the X-axis direction (front-rear direction). And a plurality of support portions (not shown) for supporting the workpiece W by point contact, and clamp members (not shown) for fixing the workpiece W to the multiple support portions. Further, a gate-shaped X-axis movable frame 7 is provided on the machining table 5 so as to be movable in the X-axis direction via an X-axis guide rail (not shown) extending in the X-axis direction. The frame 7 is moved in the X-axis direction by driving an X-axis servomotor (not shown). Further, a Y-axis carriage 9 is provided on the horizontal portion 7a of the X-axis movable frame 7 so as to be movable in the Y-axis direction via a Y-axis guide rail (not shown) extending in the Y-axis direction. The shaft carriage 9 is moved in the Y-axis direction by driving a Y-axis servo motor (not shown).

Ｙ軸キャリッジ９には、レーザ加工ヘッド１１がＺ軸方向（上下方向）へ延びたＺ軸ガイドレール（図示省略）を介してＺ軸方向へ移動可能に設けられている。また、レーザ加工ヘッド１１は、Ｚ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＺ軸方向へ移動すると共に、Ｘ軸サーボモータの駆動によりＸ軸可動フレーム７と一体的にＸ軸方向へ移動しかつＹ軸サーボモータの駆動によりＹ軸キャリッジ９と一体的にＹ軸方向へ移動するようになっている。更に、レーザ加工ヘッド１１には、ファイバレーザ発振器３から発振されたレーザ光ＬＢを伝送するための伝送ファイバ（プロセスファイバ）１３の出射端１３ｅが接続されている。そして、レーザ加工ヘッド１１の具体的な構成は、次のようになる。   A laser processing head 11 is provided on the Y-axis carriage 9 so as to be movable in the Z-axis direction via a Z-axis guide rail (not shown) extending in the Z-axis direction (vertical direction). The laser processing head 11 moves in the Z-axis direction by driving a Z-axis servo motor (not shown), and moves in the X-axis direction integrally with the X-axis movable frame 7 by driving the X-axis servo motor. The Y-axis servo motor is driven to move integrally with the Y-axis carriage 9 in the Y-axis direction. Furthermore, the laser processing head 11 is connected to an emission end 13e of a transmission fiber (process fiber) 13 for transmitting the laser beam LB oscillated from the fiber laser oscillator 3. The specific configuration of the laser processing head 11 is as follows.

図１及び図２に示すように、レーザ加工ヘッド１１は、筒状（中空状）の加工ヘッド本体１５を具備しており、この加工ヘッド本体１５は、筒状の上部加工ヘッド本体１７と、この上部加工ヘッド本体１７の下側に着脱可能に設けられた筒状の下部加工ヘッド本体１９と、この上部加工ヘッド本体１７の上側に着脱可能に設けられた環状のジャケット２１とを備えている。また、ジャケット２１の上側には、伝送ファイバ１３の出射端１３ｅをコネクタ２３を介して保持するファイバ保持部としてのファイバホルダ２５が着脱可能に設けられており、換言すれば、加工ヘッド本体１５は、基端側（上端側）に、ファイバホルダ２５を有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing head 11 includes a cylindrical (hollow) processing head main body 15, and the processing head main body 15 includes a cylindrical upper processing head main body 17, A cylindrical lower processing head main body 19 provided detachably on the lower side of the upper processing head main body 17 and an annular jacket 21 provided detachably on the upper side of the upper processing head main body 17 are provided. . Further, on the upper side of the jacket 21, a fiber holder 25 as a fiber holding portion for holding the emission end 13e of the transmission fiber 13 via the connector 23 is detachably provided. In other words, the processing head main body 15 is The fiber holder 25 is provided on the base end side (upper end side).

下部加工ヘッド本体１９の下端には、レーザ光ＬＢを照射可能かつアシストガスを噴射可能なノズル２７が設けられており、換言すれば、加工ヘッド本体１５は、先端側（下端側）に、ノズル２７を有している。また、下部加工ヘッド本体１９の内部は、ガス供給管２９等を介してアシストガス供給源としてのガスボンベ３１に接続されている。なお、ガスボンベ３１は、切断加工の加工形態に応じて適宜に交換可能になっている。   At the lower end of the lower processing head main body 19, there is provided a nozzle 27 capable of irradiating the laser beam LB and injecting an assist gas. In other words, the processing head main body 15 has a nozzle on the tip side (lower end side). 27. Further, the inside of the lower machining head main body 19 is connected to a gas cylinder 31 as an assist gas supply source via a gas supply pipe 29 and the like. Note that the gas cylinder 31 can be appropriately replaced according to the processing mode of the cutting process.

上部加工ヘッド本体１７内には、筒状の上部レンズホルダ３３が着脱可能に設けられている。また、上部レンズホルダ３３内には、コリメートレンズ３５が着脱可能に保持されており、換言すれば、加工ヘッド本体１５内には、コリメートレンズ３５が上部レンズホルダ３３を介して着脱可能に設けられており、コリメートレンズ３５は、伝送ファイバ１３の出射端１３ｅから出射されたレーザ光ＬＢを平行光に変換するものである。ここで、コリメートレンズ３５の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置は、コリメートレンズ３５の焦点位置が伝送ファイバ１３の出射端１３ｅの位置に一致するように設定されている。   A cylindrical upper lens holder 33 is detachably provided in the upper processing head main body 17. The collimating lens 35 is detachably held in the upper lens holder 33. In other words, the collimating lens 35 is detachably provided in the processing head main body 15 via the upper lens holder 33. The collimating lens 35 converts the laser light LB emitted from the emission end 13e of the transmission fiber 13 into parallel light. Here, the position of the collimating lens 35 in the optical axis direction (Z-axis direction) is set so that the focal position of the collimating lens 35 coincides with the position of the emission end 13 e of the transmission fiber 13.

下部加工ヘッド本体１９内には、筒状の下部レンズホルダ３７が着脱可能に設けられている。また、下部レンズホルダ３７内には、集光レンズ３９が着脱可能に保持されており、換言すれば、加工ヘッド本体１５内におけるコリメートレンズ３５とノズル２７との間には、集光レンズ３９が下部レンズホルダ３７を介して着脱可能に設けられており、集光レンズ３９は、平行光に変換されたレーザ光ＬＢを集光するものである。   A cylindrical lower lens holder 37 is detachably provided in the lower processing head main body 19. Further, a condensing lens 39 is detachably held in the lower lens holder 37. In other words, the condensing lens 39 is provided between the collimating lens 35 and the nozzle 27 in the processing head main body 15. A condensing lens 39 is provided so as to be detachable via the lower lens holder 37, and condenses the laser light LB converted into parallel light.

ジャケット２１の内側、換言すれば、加工ヘッド本体１５内におけるファイバホルダ２５とコリメートレンズ３５の間には、アパーチャ４１が着脱可能に設けられており、アパーチャ４１は、伝送ファイバ１３の出射端１３ｅから出射されたレーザ光ＬＢの外層部分（外周側に位置する部分）ＬＢｏを遮断（カット）するものである。また、アパーチャ４１は、熱伝導性の高い材料からなり、レーザ光ＬＢを透過させるための円形の開口部４１ａを有している。なお、熱伝導性の高い材料とは、例えば、アルミ、アルミ合金、銅、又は銅合金等のことをいう。   An aperture 41 is detachably provided on the inner side of the jacket 21, in other words, between the fiber holder 25 and the collimating lens 35 in the processing head body 15, and the aperture 41 extends from the output end 13 e of the transmission fiber 13. The outer layer portion (portion located on the outer peripheral side) LBo of the emitted laser beam LB is blocked (cut). The aperture 41 is made of a material having high thermal conductivity and has a circular opening 41a for transmitting the laser beam LB. The material having high thermal conductivity refers to, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, or copper alloy.

アパーチャ４１の内周面４１ｉは、アパーチャ４１の内径がレーザ光ＬＢの進行方向（コリメートレンズ３５側）に向かって徐々に大きくなるテーパ形状を呈している。また、アパーチャ４１の内周面４１ｉのテーパ角θ１は、アパーチャ４１の開口部４１ａを透過するレーザ光（アパーチャ４１から出射されるレーザ光）ＬＢの広がり角θ２よりも大きい角度に設定されている。そして、アパーチャ４１の内周面４１ｉの最小内径Ｄは、アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率（遮断率）が２〜１０％、好ましくは、３〜８％になるように設定されている。アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率が２％以上になるようにしたのは、２％未満であると、レーザ光ＬＢの外層部分ＬＢｏ、換言すれば、レーザ光ＬＢにおける溶融（切断）に寄与しない低エネルギーの部分がワークＷの被切断部Ｗａに照射されることを十分に抑制することが困難になり、例えば軟鋼厚板の酸素加工の際にバーニングなどが発生するからである。一方、アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率が１０％以下になるようにしたのは、１０％を超えると、加工点としてのワークＷの被切断部Ｗａにおけるレーザ光ＬＢのパワー強度が低下して、例えばステンレス薄板の無酸化加工中の切断速度を高速に維持できず、切断速度をかなり低速にする必要があり生産性が低下するからであり、軟鋼厚板の酸素加工とステンレス薄板の無酸化加工を両立させるカット率（２〜１０％）が必要となる。なお、アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率が好ましくは３％以上で８％以下になるようにしたのは、無酸化加工でも特に銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、又は鏡面仕上げしたステンレス等の高反射材の薄板からなるワークＷに対して切断加工を行う場合に、レーザ加工ヘッド１１側への反射光ＬＢ’を十分に低減し、なお且つ切断速度を低減を抑え生産性を維持するためである。   The inner peripheral surface 41i of the aperture 41 has a tapered shape in which the inner diameter of the aperture 41 gradually increases toward the traveling direction of the laser beam LB (collimating lens 35 side). Further, the taper angle θ1 of the inner peripheral surface 41i of the aperture 41 is set to an angle larger than the spread angle θ2 of the laser beam (laser beam emitted from the aperture 41) LB that passes through the opening 41a of the aperture 41. . The minimum inner diameter D of the inner peripheral surface 41i of the aperture 41 is set so that the cut rate (cutoff rate) of the laser beam LB by the aperture 41 is 2 to 10%, preferably 3 to 8%. The reason why the cut rate of the laser beam LB by the aperture 41 is 2% or more is that if it is less than 2%, it contributes to the outer layer portion LBo of the laser beam LB, in other words, melting (cutting) in the laser beam LB. This is because it becomes difficult to sufficiently suppress the low-energy portion that is not irradiated to the cut portion Wa of the workpiece W, and for example, burning or the like occurs during oxygen processing of a mild steel thick plate. On the other hand, the cut rate of the laser beam LB by the aperture 41 is set to 10% or less. If the cut rate exceeds 10%, the power intensity of the laser beam LB at the cut portion Wa of the workpiece W as a processing point decreases. This is because, for example, the cutting speed during the non-oxidation processing of a stainless steel sheet cannot be maintained at a high speed, and the cutting speed needs to be considerably reduced, which decreases productivity. A cut rate (2 to 10%) is required to achieve both oxidation processes. Note that the cut rate of the laser beam LB by the aperture 41 is preferably 3% or more and 8% or less, particularly in the case of non-oxidation processing, such as copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or mirror-finished stainless steel. When cutting a workpiece W made of a thin plate of a highly reflective material, the reflected light LB ′ toward the laser processing head 11 is sufficiently reduced, and the cutting speed is reduced to maintain productivity. Because.

アパーチャ４１におけるファイバホルダ２５側の面には、断面略Ｖ字状の環状の反射溝４１ｓが形成されており、換言すれば、アパーチャ４１における開口部４１ａのファイバホルダ２５側の周縁部分４１ｍの断面は、鋭角形状を呈している。また、アパーチャ４１の反射溝４１ｓの内側反射面４１ｓｉのテーパ角θ３は、外側反射面４１ｓｏのテーパ角θ４よりも大きい角度に設定されている。なお、ジャケット２１の内周面におけるファイバホルダ２５側の部位２１ｉは、ジャケット２１の内径が伝送ファイバ１３の出射端１３ｅ側に向かって徐々に小さくなるテーパ形状を呈している。   An annular reflection groove 41s having a substantially V-shaped cross section is formed on the surface of the aperture 41 on the fiber holder 25 side. In other words, the cross section of the peripheral portion 41m of the opening 41a of the aperture 41 on the fiber holder 25 side. Has an acute angle shape. Further, the taper angle θ3 of the inner reflection surface 41si of the reflection groove 41s of the aperture 41 is set to be larger than the taper angle θ4 of the outer reflection surface 41so. The portion 21 i on the fiber holder 25 side on the inner peripheral surface of the jacket 21 has a tapered shape in which the inner diameter of the jacket 21 gradually decreases toward the emission end 13 e side of the transmission fiber 13.

ジャケット２１の内周面とアパーチャ４１の外周面との間には、冷却水を循環させるための環状の冷却水通路４３が形成されている。また、冷却水通路４３は、冷却水供給管４５及び冷却水排出管４７等を介して冷却水を循環させるチラー（冷却水循環装置）４９に接続されている。なお、ジャケット２１の内周面とアパーチャ４１の外周面との間の適宜位置には、冷却水通路４３からの水漏れを防止するための複数のＯリング５１が設けられている。   An annular cooling water passage 43 for circulating cooling water is formed between the inner peripheral surface of the jacket 21 and the outer peripheral surface of the aperture 41. The cooling water passage 43 is connected to a chiller (cooling water circulation device) 49 that circulates the cooling water through a cooling water supply pipe 45 and a cooling water discharge pipe 47. A plurality of O-rings 51 for preventing water leakage from the cooling water passage 43 are provided at appropriate positions between the inner peripheral surface of the jacket 21 and the outer peripheral surface of the aperture 41.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

Ｚ軸サーボモータの駆動によりレーザ加工ヘッド１１をＺ軸方向へ移動させて、レーザ光ＬＢの焦点位置を調節する。そして、ファイバレーザ発振器３を作動させて、伝送ファイバ１３の出射端１３ｅからレーザ光ＬＢを出射することにより、そのレーザ光ＬＢの外層部分ＬＢｏをアパーチャ４１によって遮断し、その後、そのレーザ光ＬＢをコリメートレンズ３５によって平行光に変換し、集光レンズ３９によって集光してノズル２７からワークＷの被切断部Ｗａに向かってレーザ光ＬＢを照射する。また、ガスボンベ３１から下部加工ヘッド本体１９の内部にアシストガスを供給することにより、ノズル２７からワークＷの被切断部Ｗａに向かってアシストガスを噴射する。更に、ノズル２７からレーザ光ＬＢを照射しかつアシストガスを噴射した状態で、Ｘ軸サーボモータ及びＹ軸サーボモータのうち少なくともいずれかのサーボモータの駆動によりレーザ加工ヘッド１１をワークＷの被切断部Ｗａに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向のうちの少なくともいずれかの方向へ移動させる。これにより、高密度に集光したレーザ光ＬＢのエネルギーを利用して、ワークＷの被切断部Ｗａを溶融させかつその溶融物を除去しながら、ワークＷに対して切断加工を行うことができる。前述の動作を連続して繰り返すことにより、複数のワークＷに対して一連の切断加工を行うことができる。   The laser processing head 11 is moved in the Z-axis direction by driving the Z-axis servo motor to adjust the focal position of the laser beam LB. Then, by operating the fiber laser oscillator 3 and emitting the laser beam LB from the emission end 13e of the transmission fiber 13, the outer layer portion LBo of the laser beam LB is blocked by the aperture 41, and then the laser beam LB is emitted. The light is converted into parallel light by the collimating lens 35, condensed by the condensing lens 39, and irradiated with the laser light LB from the nozzle 27 toward the cut portion Wa of the work W. Further, the assist gas is injected from the nozzle 27 toward the cut portion Wa of the workpiece W by supplying the assist gas from the gas cylinder 31 to the inside of the lower machining head main body 19. Further, in a state where the laser beam LB is emitted from the nozzle 27 and the assist gas is jetted, the laser processing head 11 is cut into the workpiece W by driving at least one of the X-axis servo motor and the Y-axis servo motor. It is moved along at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction along the portion Wa. Accordingly, the workpiece W can be cut while melting the portion to be cut Wa of the workpiece W and removing the melt using the energy of the laser beam LB condensed at high density. . A series of cutting processes can be performed on a plurality of workpieces W by repeating the above-described operation continuously.

アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率が２〜１０％になるようにアパーチャ４１の最小内径Ｄが設定されているため、前述の新規な知見を適用すると、特殊な集光レンズを用いなくても、軟鋼の厚さ例えば６ｍｍ以上の厚板からなるワークＷに対してバーニングを防止しながら酸素加工による切断を行うと共に、ステンレス等の厚さ例えば３ｍｍ以下の薄板からなるワークＷに対して無酸化加工（窒素加工）による生産性を維持しつつ高速の切断を行うことができる。これにより、一連の切断加工の途中に、ファイバレーザ加工機１の段取り替えを行うことなく、切断加工の加工形態を無酸化加工から酸素加工に又は酸素加工から無酸化加工に変更することができる。   Since the minimum inner diameter D of the aperture 41 is set so that the cut rate of the laser beam LB by the aperture 41 is 2 to 10%, the above-described new knowledge can be applied without using a special condensing lens. The workpiece W made of a thick steel plate having a thickness of, for example, 6 mm or more is cut by oxygen processing while preventing burning, and the workpiece W made of a thin plate having a thickness of, for example, 3 mm or less such as stainless steel is not oxidized. High-speed cutting can be performed while maintaining productivity by processing (nitrogen processing). Thereby, it is possible to change the processing mode of the cutting process from the non-oxidizing process to the oxygen process or from the oxygen process to the non-oxidizing process without performing the setup change of the fiber laser processing machine 1 in the middle of the series of cutting processes. .

アパーチャ４１によるレーザ光ＬＢのカット率が好ましく３％以上になるようにアパーチャ４１の最小内径Ｄが設定されているため、特にワークＷが高反射材の薄板からなりかつ切断加工の加工形態が無酸化加工である場合においても、レーザ光ＬＢにおける前記低エネルギーの部分がワークＷの被切断部Ｗａに照射されることを抑制して、レーザ加工ヘッド１１側への反射光ＬＢ’を十分に低減することができる。   Since the minimum inner diameter D of the aperture 41 is set so that the cut rate of the laser beam LB by the aperture 41 is preferably 3% or more, the workpiece W is made of a thin plate made of a highly reflective material, and there is no cutting form. Even in the case of oxidation processing, the low-energy portion of the laser beam LB is suppressed from being irradiated to the cut portion Wa of the workpiece W, and the reflected light LB ′ toward the laser processing head 11 is sufficiently reduced. can do.

アパーチャ４１の内周面４１ｉのテーパ角θ１がアパーチャ４１の開口部４１ａを透過するレーザ光ＬＢの広がり角θ２よりも大きい角度に設定されているため、レーザ光ＬＢがアパーチャ４１の開口部４１ａを透過する際に、アパーチャ４１の内周面４１ｉと干渉することを回避することができる。   Since the taper angle θ1 of the inner peripheral surface 41i of the aperture 41 is set to be larger than the spread angle θ2 of the laser beam LB that passes through the opening 41a of the aperture 41, the laser beam LB passes through the opening 41a of the aperture 41. It is possible to avoid interference with the inner peripheral surface 41 i of the aperture 41 during transmission.

アパーチャ４１における開口部４１ａのファイバホルダ２５側の周縁部分４１ｍの断面が鋭角形状を呈し、アパーチャ４１の反射溝４１ｓの内側反射面４１ｓｉのテーパ角θ３が外側反射面４１ｓｏのテーパ角θ４よりも大きい角度に設定され、ジャケット２１の内周面におけるファイバホルダ２５側の部位２１ｉが前述のようにテーパ形状を呈しているため、アパーチャ４１によって遮断したレーザ光ＬＢの外層部分ＬＢｏが伝送ファイバ１３の出射端１３ｅ側へ反射することを回避することができる。   In the aperture 41, the cross section of the peripheral portion 41m of the opening 41a on the fiber holder 25 side has an acute shape, and the taper angle θ3 of the inner reflection surface 41si of the reflection groove 41s of the aperture 41 is larger than the taper angle θ4 of the outer reflection surface 41so. Since the region 21 i on the fiber holder 25 side on the inner peripheral surface of the jacket 21 has a tapered shape as described above, the outer layer portion LBo of the laser light LB blocked by the aperture 41 is emitted from the transmission fiber 13. Reflection to the end 13e side can be avoided.

ワークＷの切断加工中に、チラー４９を作動させて、冷却水通路４３に冷却水を循環させることにより、アパーチャ４１を水冷して、アパーチャ４１の温度上昇を抑えることができる。   During cutting of the workpiece W, the chiller 49 is operated to circulate the cooling water in the cooling water passage 43, so that the aperture 41 can be cooled with water, and the temperature rise of the aperture 41 can be suppressed.

従って、本発明の実施形態によれば、一連の切断加工の途中に、ファイバレーザ加工機１の段取り替えを行うことなく、切断加工の加工形態を無酸化加工から酸素加工に又は酸素加工から無酸化加工に変更することができるため、切断加工の作業の煩雑化を抑えて、作業能率の向上を図ると共に、切断加工の中断時間を極力無くして、切断加工の生産性を十分に高めることができる。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, the processing mode of the cutting process is changed from non-oxidation processing to oxygen processing or from oxygen processing without changing the setup of the fiber laser processing machine 1 during a series of cutting processing. Since it can be changed to oxidation processing, it is possible to improve the work efficiency by reducing the complexity of the work of the cutting process, and to improve the productivity of the cutting process by eliminating the interruption time of the cutting process as much as possible. it can.

また、レーザ光ＬＢがアパーチャ４１の開口部４１ａを透過する際に、アパーチャ４１の内周面４１ｉと干渉することを回避できるため、レーザ光ＬＢのビーム品質を安定させて、切断加工の精度の向上を図ることができる。   In addition, since the laser beam LB can be prevented from interfering with the inner peripheral surface 41i of the aperture 41 when passing through the opening 41a of the aperture 41, the beam quality of the laser beam LB is stabilized and the accuracy of the cutting process is improved. Improvements can be made.

更に、ワークＷが高反射材の薄板からなりかつ切断加工の加工形態が無酸化加工である場合においても、レーザ加工ヘッド１１側への反射光ＬＢ’を十分に低減できるため、集光レンズ３９、コリメートレンズ３５、及び伝送ファイバ１３の出射端１３ｅ等の焼損を十分に防止することができる。特に、アパーチャ４１が反射光ＬＢ’を遮断すると共に、アパーチャ４１によって遮断したレーザ光ＬＢの外層部分ＬＢｏが伝送ファイバ１３の出射端１３ｅ側へ反射することを回避できるため、伝送ファイバ１３の出射端１３ｅの焼損をより十分に防止することができる。   Further, even when the workpiece W is made of a thin plate made of a highly reflective material and the processing mode of the cutting process is non-oxidizing, the reflected light LB ′ toward the laser processing head 11 can be sufficiently reduced. Further, it is possible to sufficiently prevent the collimating lens 35 and the emitting end 13e of the transmission fiber 13 from being burned out. In particular, the aperture 41 blocks the reflected light LB ′, and the outer layer portion LBo of the laser light LB blocked by the aperture 41 can be prevented from being reflected toward the output end 13e of the transmission fiber 13, so that the output end of the transmission fiber 13 can be avoided. 13e can be prevented more sufficiently.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、ファイバレーザ加工機１に適用した技術的思想を、レーザ光を伝送ファイバで伝送する形式のＹＡＧレーザ加工機、固体レーザ加工機、及び炭酸レーザ加工機等に適用する等、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ないものである。   The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment. For example, a technical idea applied to the fiber laser processing machine 1 is a YAG laser processing machine that transmits laser light through a transmission fiber, a solid state The present invention can be implemented in various other modes such as application to a laser beam machine, a carbonic acid laser beam machine, and the like. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to the above-described embodiment.

本発明の実施例について図４（ａ）（ｂ）から図６を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b) to FIG.

レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着しない状態で、レーザ加工ヘッドのノズルからアクリル板にレーザ光を照射して、アクリル板にバーンパターンを形成すると、図４（ａ）に示すように、バーンパターンに霧状のレーザ光の外層部分を含まれていることが確認できた。これに対して、レーザ加工ヘッドにアパーチャ（レーザ光のカット率７％）を装着した状態で、レーザ加工ヘッドのノズルからアクリル板にレーザ光を照射して、アクリル板にバーンパターンを形成すると、図４（ｂ）に示すように、バーンパターンから霧状のレーザ光の外層部分がカットされたことが確認できた。   When the laser processing head is irradiated with laser light from the nozzle of the laser processing head without forming an aperture on the laser processing head to form a burn pattern on the acrylic plate, as shown in FIG. It was confirmed that the outer layer portion of the laser beam was included. On the other hand, when a laser beam is irradiated to the acrylic plate from the nozzle of the laser processing head with an aperture (laser light cut rate 7%) attached to the laser processing head, and a burn pattern is formed on the acrylic plate, As shown in FIG. 4B, it was confirmed that the outer layer portion of the mist-like laser beam was cut from the burn pattern.

レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着しない状態で、軟鋼の厚さ１０ｍｍの厚板からなるワークに対して酸素加工による切断を行い、そのワークから切断片を取り出すと、図５（ａ）に示すように、バーニングが発生することが確認できた。これに対して、レーザ加工ヘッドにアパーチャ（レーザ光のカット率７％）を装着した状態で、軟鋼の厚さ１０ｍｍの厚板からなるワークに対して酸素加工による切断を行い、そのワークから切断片を取り出すと、図５（ｂ）に示すように、バーニングを防止できたことが確認できた。   When a workpiece made of a thick steel plate having a thickness of 10 mm is cut by oxygen processing without attaching an aperture to the laser processing head, and a cut piece is taken out from the workpiece, as shown in FIG. It was confirmed that burning occurred. In contrast, with a laser processing head fitted with an aperture (laser beam cut rate of 7%), a workpiece made of a 10 mm thick steel plate is cut by oxygen processing and cut from the workpiece. When the piece was taken out, it was confirmed that burning could be prevented as shown in FIG.

レーザ加工ヘッドにアパーチャを装着しない場合（比較例１、２の場合）、及びレーザ加工ヘッドにアパーチャ（レーザ光のカット率７％）を装着した場合（発明例１、２の場合）において、銅合金からなるワークに対してレーザ光の反射試験を行うと、図６に示すような結果を得ることができた。つまり、発明例１、２の場合の方が比較例１、２の場合に比べて反射光レベルを大幅に低減できることが確認できた。なお、比較例１及び発明例１においては、レーザ光の焦点位置がワークの上面よりも０．５ｍｍだけ高い位置になるように設定し、比較例２及び発明例２においては、レーザ光の焦点位置がワークの上面よりも０．５ｍｍだけ深い位置になるように設定した。
When the aperture is not attached to the laser processing head (in the case of Comparative Examples 1 and 2), and when the aperture (the laser light cut rate is 7%) is attached to the laser processing head (in the case of Invention Examples 1 and 2), copper When a laser beam reflection test was performed on a workpiece made of an alloy, results as shown in FIG. 6 could be obtained. That is, it was confirmed that the reflected light level can be significantly reduced in the case of Invention Examples 1 and 2 as compared with the case of Comparative Examples 1 and 2. In Comparative Example 1 and Inventive Example 1, the focal position of the laser beam is set to be higher by 0.5 mm than the upper surface of the workpiece. In Comparative Example 2 and Inventive Example 2, the focal point of the laser beam is set. The position was set to be 0.5 mm deeper than the upper surface of the workpiece.

ＬＢ レーザ光
ＬＢｏ 外層部分
ＬＢ’ 反射光
Ｗ ワーク
Ｗａ 被切断部
１ ファイバレーザ加工機
３ ファイバレーザ発振器
５ 加工テーブル
１１ レーザ加工ヘッド
１３ 伝送ファイバ
１３ｅ 出射端
１５ 加工ヘッド本体
１７ 上部加工ヘッド本体
１９ 下部加工ヘッド本体
２１ ジャケット
２３ コネクタ
２５ ファイバホルダ
２７ ノズル
２９ ガス供給管
３１ ガスボンベ
３３ 上部レンズホルダ
３５ コリメートレンズ
３７ 下部レンズホルダ
３９ 集光レンズ
４１ アパーチャ
４１ａ 開口部
４１ｉ 内周面
４１ｍ 縁部
４３ 冷却水通路 LB Laser light LBo Outer layer portion LB ′ Reflected light W Work Wa Cut part 1 Fiber laser processing machine 3 Fiber laser oscillator 5 Processing table 11 Laser processing head 13 Transmission fiber 13e Output end 15 Processing head main body 17 Upper processing head main body 19 Lower processing Head body 21 Jacket 23 Connector 25 Fiber holder 27 Nozzle 29 Gas supply pipe 31 Gas cylinder 33 Upper lens holder 35 Collimating lens 37 Lower lens holder 39 Condensing lens 41 Aperture 41a Opening 41i Inner peripheral surface 41m Edge 43 Cooling water passage

Claims (4)

レーザ発振器から発振されたレーザ光を伝送するための伝送ファイバの出射端に接続されたレーザ加工ヘッドにおいて、
前記伝送ファイバの出射端を保持するファイバ保持部を有し、先端側にレーザ光を照射可能かつアシストガスを噴射可能なノズルを有し、内部がアシストガスの供給源に接続可能な筒状の加工ヘッド本体と、
前記加工ヘッド本体内に設けられ、前記伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、
前記加工ヘッド本体内における前記コリメートレンズと前記ノズルの間に設けられ、平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、
前記加工ヘッド本体内における前記ファイバ保持部と前記コリメートレンズとの間に設けられ、レーザ光を透過させるための円形の開口部を有し、前記伝送ファイバの出射端から出射されたレーザ光の外層部分を遮断するアパーチャと、を具備し、
前記アパーチャの内周面は、前記アパーチャの内径がレーザ光の進行方向に向かって徐々に大きくなるテーパ形状を呈しており、前記アパーチャの内周面のテーパ角は、前記アパーチャの前記開口部を透過するレーザ光の広がり角よりも大きい角度に設定され、前記アパーチャにおける前記開口部の前記ファイバ保持部側の周縁部分の断面が鋭角形状を呈するように、前記アパーチャにおける前記ファイバ保持部側の面に断面Ｖ字状の環状の反射溝が形成されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。 In the laser processing head connected to the output end of the transmission fiber for transmitting the laser light oscillated from the laser oscillator,
It has a fiber holding portion that holds the emission end of the transmission fiber, a nozzle that can irradiate laser light and inject assist gas on the tip side, and has a cylindrical shape that can be connected to an assist gas supply source. A processing head body;
A collimating lens that is provided in the processing head body and converts the laser light emitted from the exit end of the transmission fiber into parallel light;
A condensing lens that is provided between the collimating lens and the nozzle in the processing head main body and condenses the laser light converted into parallel light;
An outer layer of laser light emitted from the exit end of the transmission fiber, which is provided between the fiber holding part and the collimating lens in the processing head main body, has a circular opening for transmitting laser light. An aperture for blocking the portion,
The inner peripheral surface of the aperture has a tapered shape in which the inner diameter of the aperture gradually increases toward the traveling direction of laser light, and the taper angle of the inner peripheral surface of the aperture is determined by the opening of the aperture. The surface on the side of the fiber holding part in the aperture is set to an angle larger than the spread angle of the laser beam to be transmitted, and the cross section of the peripheral part on the side of the fiber holding part of the opening in the aperture has an acute shape. A laser processing head characterized in that an annular reflection groove having a V-shaped cross section is formed in the laser processing head. 前記加工ヘッド本体の内周面と前記アパーチャの外周面との間に冷却水を循環させるための冷却水通路が形成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ヘッド。 The laser processing head according to claim 1 , wherein a cooling water passage for circulating cooling water is formed between an inner peripheral surface of the processing head main body and an outer peripheral surface of the aperture. 前記レーザ発振器は、１μｍ帯の波長のレーザ光を発振するファイバレーザ発振器であ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ヘッド。 The laser oscillator, the laser processing head according to claim 1 or claim 2, characterized in that a fiber laser oscillator that oscillates laser light having a wavelength of 1μm band. レーザ発振器から発振されたレーザ光のエネルギーを利用して、ワークに対して切断加工を行うレーザ加工機において、
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ヘッドを具備したことを特徴とするレーザ加工機。
In a laser processing machine that uses the energy of laser light oscillated from a laser oscillator to cut a workpiece,
A laser processing machine comprising the laser processing head according to any one of claims 1 to 3 .
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