JPH0584589A - レーザ加工装置の加工ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主アシストガスの流速やノズル位置を加工に
最適な位置に設置するとともに、加工部に大気を巻き込
まないようにシールドを完全にしたレーザ加工装置の加
工ヘッドを得ること。 【構成】 中心部にレーザビーム２４と主アシストガス
を噴射するための主アシストガス噴射口２３を設けると
ともに、また主アシストガス噴射口２３と同心的に主ア
シストガスとは別のアシストガス供給源２９から補助ア
シストガスを噴出する環状の補助アシストガス噴出口３
０を設け、さらに補助アシストガス噴出口３０の外壁を
主アシストガス噴射口２３よりも０．５mm〜５mm長く形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置の加工ヘ
ッドに係り、より詳しくは、被加工物の加工部にレーザ
ビームを照射して加工する際、その加工部にアシストガ
スを噴出させて加工を安定しておこなう加工ヘッドに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特公昭６１ー６０７５７号
公報に開示された従来のレーザ加工ヘッドの一例を示す
縦断面図である。図において、１はアシストガス供給
源、２は減圧弁である。７はレーザビーム６のノズル
で、３はノズル７の中心部に設けた主アシストガス噴出
口、４，５は主アシストガス噴出口３に平行してその外
周に設けられた第１，第２の補助アシストガス噴出口で
ある。これらの噴出口３，４，５はすべて減圧弁２を介
して同一のアシストガス供給源１に接続され、またその
噴出口３，４，５の出口位置は同一平面上に設けられて
いる。

【０００３】次に、上記のように構成した従来のレーザ
加工ヘッドの作用を説明する。レーザビーム６は、アシ
ストガス供給源１，減圧弁２を通ってノズル７内に供給
された主アシストガスとともに、主アシストガス噴出口
３から出射して被加工物方向に照射される。一方、アシ
ストガス供給源１からはさらに減圧弁２を介して第１，
第２の補助アシストガスがノズル７内に供給され、この
アシストガスは第１，第２の補助アシストガス噴出口
４，５から大気の巻き込みを防止しつつ被加工部方向に
噴出される。

【０００４】この際、それぞれのアシストガスの噴出圧
力は、主アシストガスの噴出圧力をＰ０ 、第１の補助
アシストガスの噴出圧力をＰ１ 、第２の補助アシスト
ガスの噴出圧力をＰ２ とすれば、次の関係になる。 Ｐ０ ＞Ｐ１ ＞Ｐ２ この関係式の範囲内において、噴出圧力Ｐ０ ，Ｐ１
，Ｐ２ を自由に調節できるようにしてある。その結
果、アシストガスの種類を変えることなく、主アシスト
ガスは主としてレーザビームによる加工を促進し、補助
アシストガスは切断面を冷却しかつ主アシストガスの防
護壁としての役割を果たす。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成した
従来のレーザ加工装置の加工ヘッドでは、主アシストガ
スを噴出するときに大気の巻込みを完全に遮断するのは
困難で、大気が主アシストガスに混入して加工不良を起
こすおそれがあった。また、主アシストガスに大気が混
入するを防止するためにノズルを被加工物に近づける
と、アシストガスの流速が大きくなりすぎて加工不良を
起すという問題があった。

【０００６】図８は上記の課題を解決するため、切断ノ
ズル８の噴出口よりも外周ノズル９の噴出口を長くした
レーザ加工ヘッドの一例を示す縦断面図（実開昭６２ー
８２１９３号公報）である。すなわち、レーザビーム１
０を通す切断ノズル８の外周に、酸素ガスまたは火炎を
流すリング状の外周ノズル９を設けたものである。

【０００７】また、図９はサブノズル１１を設けてアシ
ストガスを排出させるもので、可動ノズル１２を上下動
させてサブノズル１１の照射口１３との間隔を調整する
ようにしたレーザ加工ヘッドを示すものである（特開昭
６１−１６９１８６号公報）。

【０００８】さらに、図１０、図１１はアシストガス供
給路を複数個設けたレーザ加工ヘッドの一例を示す縦断
面図及びその平断面図である（特願平１ー１８１９９１
号公報）。このレーザ加工ヘッドは、被加工物を切断す
るためにノズル１４の主ノズル部１５の先端部を狭く
し、先端部には小径のノズル孔１６を設けると共に、こ
のノズル孔１６を中心として同心円上に可燃性のアシス
トガスが通るガス供給路１７を適時間隔でかつ等分に複
数個設け、その先端部にアシストガス噴出口１８を設け
たものである。そして各アシストス供給源は、ノズル１
本体の外側適所にそれぞれ設けられている。

【０００９】図８〜図１１で示した従来例のいずれによ
っても、加工に直接関与する主アシストガスの流速やノ
ズル位置を最適に設定することができず、加工部の裏面
に多量のドロスが付着してしまう。ドロス量が多いと、
切断中に被加工物への入熱量が増加し、加工不良を起す
おそれがある。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、加工に直接関与する主アシストガスの流速
やノズル位置を加工に最適な位置に設定するとともに、
加工部に大気を巻き込まないようにシールドを完全し、
さらに、加工部の裏面にドロスが付着せず、切断中の被
加工物への入熱量を増加させず、加工不良を起こすこと
のないレーザ加工装置の加工ヘッドを得ることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるレーザ加
工装置の加工ヘッドは、中心部にレーザビームと主アシ
ストガスを噴射するための主アシストガス噴射口を設け
るとともに、主アシストガス噴射口と同心的に主アシス
トガスとは別のアシストガス供給源から供給される補助
アシストガスを噴出する環状の補助アシストガス噴出口
を設け、補助アシストガス噴出口の外壁を主アシストガ
ス噴射口より０．５mm〜５mm長く形成したものである。

【００１２】また、本発明にかかるレーザ加工装置の加
工ヘッドは、中心部にレーザビームと主アシストガスを
噴射するための主アシストガス噴射口を設けるととも
に、主アシストガス噴射口と同心的に主アシストガスと
同一のアシストガス供給源から供給される補助アシスト
ガスを噴出する環状の補助アシストガス噴出口を設け、
補助アシストガス噴出口の外壁を主アシストガス噴射口
より０．５mm〜５mm長く形成したものである。

【００１３】さらに、本発明にかかるレーザ加工装置の
加工ヘッドは、中心部にレーザビームと主アシストガス
を噴射するための主アシストガス噴射口を設けるととも
に、主アシストガス噴射口と同心的に補助アシストガス
を噴出する補助アシストガス噴出口を設け、補助アシス
トガス噴出口を等間隔に配置した複数個の穴により構成
するとともに、補助アシストガス噴出口の外壁を主アシ
ストガス噴射口より０．５mm〜５mm長く形成したもので
ある。

【００１４】

【作用】レーザビームは主アシストガスとともに内側ノ
ズルの主アシストガス供給通路、噴射口から外側ノズル
の噴出口を通って被加工物に照射され、主アシストガス
による酸化発熱反応を加工に利用しながら被加工物の加
工をおこなう。一方、補助アシストガスは、補助アシス
トガス供給通路を通って外側ノズルの噴出口に達し、シ
ールドガスとなって供給される。

【００１５】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の第１の実施例を示す縦断面図
である。２１，２２はそれぞれ内側ノズル、外側ノズル
で、これらにより二重ノズル２０を構成している。２３
は内側ノズル２１の先端部に設けられた主アシストガス
噴射口で、レーザビーム２４と主アシストガスとを噴射
する。２５は外側ノズル２２の先端部に設けられた補助
アシストガス噴出口で、主アシストガス噴射口２３より
も下方向に設定されている。２６は内側ノズル２１の中
心部に設けられた主アシストガス供給通路、２７は内側
ノズル２１と外側ノズル２２の間に形成された環状の補
助アシストガス供給通路である。２８は主アシストガス
を内側ノズル２１の主アシストガス供給通路２６に供給
する主アシストガス供給源、２９は補助アシストガスを
補助アシストガス供給通路２７に供給する補助アシスト
ガス供給源で、それぞれのアシストガス供給源２８，２
９は別々に設けられている。なお、アシストガスは通常
酸素を用い、高純度であるほど厚板を高速度で加工す
る。

【００１６】上記のように構成した二重ノズル２０で
は、外側ノズル２２が被加工物３０に近づく程シールド
性が向上する。しかし、内側ノズル２１が被加工物３０
に近づくとガスの流速が増し、加工不良を招く。従っ
て、内側ノズル２１に設けられた主アシストガス噴射口
２３を被加工物３０から離し、外側ノズル２２の補助ア
シストガス噴出口２５を被加工物３０に近づけて内側ノ
ズル２１と外側ノズル２２の長さに差を持たせてある。
具体的には、外側ノズル２２の補助アシストガス噴出口
２５を内側ノズル２１の主アシストガス噴射口２３より
も０．１mmから１０mm、より好ましくは０．５mm〜５mm
長くする。このような外側ノズル２２と内側ノズル２１
の位置関係は、０．１mmから１０mm（より好ましくは
０．５mm〜５mm）の範囲内の最適値で固定した一体物に
してもよく、または０．１mmから１０mm（より好ましく
は０．５mm〜５mm）の範囲内で可変可能にしてもよい。

【００１７】次に、上記のように構成した第１の実施例
の作用を説明する。まず、主アシストガスは主アシスト
ガス供給源２８から内側ノズル２１の主アシストガス供
給通路２６内に導かれ、一方、補助アシストガスは補助
アシストガス供給源２９から補助アシストガス供給通路
２７内に導かれる。このとき、レーザビーム２４は主ア
シストガスとともに内側ノズル２１の主アシストガス供
給通路２６、噴射口２３、補助アシストガス噴出口２５
を通って被加工物に照射される。一方、補助アシストガ
スは、補助アシストガス供給源２９から補助アシストガ
ス供給通路２７を通って補助アシストガス噴出口２５に
達し、シールドガスとなって供給される。このとき、内
側ノズル２１と外側ノズル２２の長さに差を持たせてあ
るので、内側ノズル２１による主アシストガスの流速は
弱まり、外側ノズル２２によるシールド性は向上する。

【００１８】その結果、レーザビーム２４は、通常酸素
よりなる主アシストガスによる酸化発熱反応を加工に利
用しながら被加工物３０の加工を促進し、主アシストガ
スの酸素の純度が高いほど、厚板を高速度で加工する。
一方、補助アシストガスは切断面を冷却し、主アシスト
ガスの防護壁としての役割をはたし、主アシストガスへ
の大気の巻込み、混入を阻止して純度の高いアシストガ
スで加工をおこなう。なお、それぞれのアシストガス供
給源２８，２９は別々に取付けられているので、目的に
応じてガスの種類を変えたりガス圧力を変化させること
ができ、被加工物３０の材質や板厚に応じて各アシスト
ガスの成分を最適に設定する。

【００１９】第１の実施例では、補助アシストガス噴出
口２５の位置を主アシストガス噴射口２３の位置よりも
０．１mmから１０mm、より好ましくは０．５mm〜５mmだ
け下方向にずらしているが、図２に示す線図は、このよ
うな内側ノズル２１の高さと外側ノズル２２の高さの差
ｈと、加工部裏面に付着するドロス高さＨとの関係を示
すものである。図に示すように、ｈ＝０mmのときＨ＝約
３mmのドロス高さが、ｈ＝２mmではＨ＝約０．５mmのド
ロス高さまで減少する。さらにｈを大きくするとドロス
量は増加し、ｈ＝６mmでＨ＝約２mmのドロス高さにな
る。ドロス量が多いと切断中の被加工物３０への入熱量
が増え、加工不良を起す可能性が高い。経験的にドロス
高さＨ＝１．５mm以下では加工不良発生の頻度が低下す
ることから、ドロス高さＨ＝１．５mm以下になるｈを決
定すると、ｈ＝０．５mm〜５mmとなる。

【００２０】実施例２．図３は本発明の第２の実施例を
示す縦断面図である。３１は主アシストガス供給通路２
６から分岐した環状の分岐アシストガス供給通路で、内
側ノズル２１と外側ノズル２２の間に形成されている。
３２は主アシストガス供給通路２６と分岐アシストガス
供給通路３１を結ぶ連通穴で、内側ノズル２１の側面に
設けられ、アシストガスの流量調整はこの連通穴３２の
穴径によって決められる。３３はアシストガスを、主ア
シストガス供給通路２６と分岐アシストガス供給通路３
１に供給するアシストガス供給源である。

【００２１】上記のように構成した第２の実施例の作用
を説明する。アシストガスは、単一のアシストガス供給
源３３から内側ノズル２１の主アシストガス供給通路２
６内に導かれて主アシストガスとなり、その一部は連通
穴３２から分岐アシストガス供給通路３１を通り、補助
アシストガスとなる。このとき、レーザビーム２４は主
アシストガスとともに内側ノズル２１の主アシストガス
供給通路２６、噴射口２３、外側ノズル２２の噴出口２
５を通って被加工物３０に照射される。一方、補助アシ
ストガスは、分岐アシストガス供給通路３１を通って外
側ノズル２２の噴出口２５に達し、シールドガスとなっ
て供給される。このとき、第１の実施例と同様に、内側
ノズル２１と外側ノズル２２の各噴射口２３，噴出口２
５の位置をずらせてあるので、内側ノズル２１による主
アシストガスの流速は弱まり、外側ノズル２２によるシ
ールド性は向上する。

【００２２】実施例３．図４は第１，第２の実施例に示
したレーザ加工ヘッドを水平方向に切断した平断面図
で、補助アシストガス供給通路２７（図１）または分岐
アシストガス供給通路３１（図３）の形状を複数穴とし
て、主アシストガス噴射口２３の周囲に同心的かつ等間
隔に均等に配置してある。

【００２３】実施例４．図５は図４に示した補助アシス
トガス供給通路２７または分岐アシストガス供給通路３
１の形状をリング状とした場合の平断面図で、主アシス
トガス噴射口２３の周囲に同心的に配置してある。

【００２４】実施例５．図６は図５に示した外側ノズル
２２を二重構造とした場合の平断面図である。すなわ
ち、第４の実施例では内側ノズル２１に対して外側ノズ
ル２２を１個だけ設けたが、第５の実施例では外側ノズ
ル２２の外側にさらに第２の外側ノズル２２ａを設け、
二重構造としたものである。２７ａ（３１ａ）は補助ア
シストガス供給通路２７（分岐アシストガス供給通路３
１）の外側に同心的に設けられた第２の補助アシストガ
ス供給通路（第２の分岐アシストガス供給通路）で、各
通路はリング状となっていて、主アシストガス噴射口２
３の周囲に同心的に配置してある。

【００２５】実施例６．第５の実施例では外側ノズルを
二重構造とした場合について示したが、外側ノズルを三
重構造またはそれ以上の多重構造としてもよい。また、
各通路はリング状であっても複数穴であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、内側ノズルと外側のノズルの長さに差を持たせ、外
側ノズルの先端部に設けられた補助アシストガス噴出口
を主アシストガス噴射口よりも０．５mm〜５mmだけ下方
向に設定した。従って、加工部裏面にドロスが付着せ
ず、切断中の被加工物への入熱量が増えず、加工不良を
起すことがなく、このため被加工物の切断面粗さが大幅
に改善され、加工中の欠落も減少し、加工を安定してお
こなうことができる。また、加工不良数が減少するの
で、加工状態を常に監視する必要はなく、無人で加工で
きるようになった。さらに、加工条件裕度（従来、焦点
位置の設定裕度が１．５mm〜２．５mmの範囲であったの
が、本発明のノズルでは０mm〜３．０mmの範囲）が広い
ため、加工条件を捜しだす段取りに時間がかからず、加
工条件出しの時間短縮が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明のノズルの高さの差とドロスの高さとの
関係の一例を示す線図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す平断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す平断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示す平断面図である。

【図７】従来のレーザ加工ヘッドの一例を示す縦断面図
である。

【図８】従来のレーザ加工ヘッドの他の一例を示す縦断
面図である。

【図９】従来のレーザ加工ヘッドのさらに他の一例を示
す縦断面図である。

【図１０】従来のレーザ加工ヘッドの別の一例を示す縦
断面図である。

【図１１】図１０の平断面図である。

【符号の説明】

２０ 二重ノズル ２１ 内側ノズル ２２，２２ａ 外側ノズル ２３ 内側ノズル ２４ レーザビーム ２５ 補助アシストガス噴出口 ２６ 主アシストガス供給通路 ２７，２７ａ 補助アシストガス供給通路 ２８ 主アシストガス供給源 ２９ 補助アシストガス供給源 ３０ 被加工物 ３１，３１ａ 分岐アシストガス供給通路 ３２ 連通穴 ３３ アシストガス供給源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に設けられたレーザビームと主ア
   シストガスを噴射するための主アシストガス噴射口と、 前記主アシストガス噴射口と同心的に前記主アシストガ
   スとは別のアシストガス供給源から供給される補助アシ
   ストガスを噴出する環状の補助アシストガス噴出口とを
   備え、 該補助アシストガス噴出口の外壁を前記主アシストガス
   噴射口よりも０．５mm〜５mm長く形成したレーザ加工装
   置の加工ヘッド。
2. 【請求項２】 中心部に設けられたレーザビームと主ア
   シストガスを噴射するための主アシストガス噴射口と、 前記主アシストガス噴射口と同心的に前記主アシストガ
   スと同一のアシストガス供給源から供給される補助アシ
   ストガスを噴出する環状の補助アシストガス噴出口とを
   備え、 該補助アシストガス噴出口の外壁を前記主アシストガス
   噴射口よりも０．５mm〜５mm長く形成したレーザ加工装
   置の加工ヘッド。
3. 【請求項３】 中心部に設けられたレーザビームと主ア
   シストガスを噴射するための主アシストガス噴射口と、 前記主アシストガス噴射口と同心的に補助アシストガス
   を噴出する補助アシストガス噴出口とを備え、 該補助アシストガス噴出口を等間隔に配置した複数個の
   穴により構成するとともに、前記補助アシストガス噴出
   口の外壁を主アシストガス噴射口よりも０．５mm〜５mm
   長く形成したレーザ加工装置の加工ヘッド。