JPH11123578A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

レーザ加工ヘッド

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JPH11123578A
JPH11123578A JP9289957A JP28995797A JPH11123578A JP H11123578 A JPH11123578 A JP H11123578A JP 9289957 A JP9289957 A JP 9289957A JP 28995797 A JP28995797 A JP 28995797A JP H11123578 A JPH11123578 A JP H11123578A
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JP
Japan
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nozzle body
laser processing
assist gas
gas
outlet
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JP9289957A
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Susumu Uosato
進 魚里
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッド先端部を小さく形成しつつ、ヘッド内
部へのスパッタの飛散を防止する。 【解決手段】 二重管状に配設された内外のノズル体
5,6を備え、内側のノズル体5からはレーザビームL
とアシストガスGとを発射、噴出させ、外側のノズル体
6からはアシストガスGを噴出させるレーザ加工ヘッド
1において、外側のノズル体6の出口17aを、内側の
ノズル体5の出口19と交差する方向に指向させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接加工等のレー
ザ加工を行うレーザ加工装置の先端部分に形成されるレ
ーザ加工ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、レーザ加工は徐々に汎用的な技術
となって、溶接や切断の分野において従来の工法に取っ
て替わりつつある。
【0003】しかしながら、このレーザ加工には実用
上、解決すべき課題が残されている。
【0004】第一の課題は、レーザ加工特有の課題であ
って、レーザ加工時にビーム照射面上にプラズマプルー
ムが発生するが、このプラズマプルームによって後続の
レーザビームが阻害されてエネルギーロスが生じてしま
うという問題である。特に、CO2 レーザの場合には、
プラズマプルームによってレーザビームが屈折され加工
点で所定のエネルギー密度が得られず安定した加工がで
きない。
【0005】第二の課題は、従来工法での溶接切断加工
時においても見られるスパッタ飛散によるレンズ汚染の
問題である。レーザ加工の場合、集光レンズが高価なた
め、アシストガスを供給してスパッタの付着を防ぐよう
にしているが、現状では十分でなく保護ガラスを併用し
ている。しかし、この保護ガラスの交換頻度が多く、連
続加工の弊害となり、ランニングコストが上昇してしま
う。
【0006】これらの課題に対処するため、以下に示す
ようなレーザ加工装置が提案されている。
【0007】例えば、図4に示すようなレーザ加工ヘッ
ド51がある。このレーザ加工ヘッド51は、二重管状
に配設された内外のノズル体52,53を備えており、
内側のノズル体52からはレーザビームLとアシストガ
スG1とを発射、噴出させ、外側のノズル体53からは
アシストガスG2を噴出させるようになっている。な
お、図中、61は集光レンズ、62は保護ガラスを示
す。
【0008】内側のノズル体52から発射されたレーザ
ビームLはワーク54に照射され、このときプラズマプ
ルームが発生するが、内外のノズル体53,54から噴
出されたアシストガスG1,G2によってプラズマプル
ームが除去されるようになっている。
【0009】また、図5に示すようなレーザ加工ヘッド
55もある。このレーザ加工ヘッド55は、その先端部
にスパッタを遮蔽する遮蔽板56が設けられると共に、
ワーク54の照射面上にその側方からアシストガスGを
噴出させるガス噴出口57及び空気Aを側方から噴出さ
せる空気噴出口58が複数設けられている。なお、図
中、59は集光レンズを示す。
【0010】レーザビームLの照射により発生するスパ
ッタは、遮蔽板56によって遮蔽されると共にアシスト
ガスGによってその大部分が吹き飛ばされ、さらに遮蔽
板56を通過してその上部に飛散したスパッタは側方か
ら噴出する空気Aによって吹き飛ばされるようになって
いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図4に示すレーザ加工ヘッド51にあっては、内側のノ
ズル体52から噴出するアシストガスG1と、外側のノ
ズル体53から噴出するアシストガスG2とは共にノズ
ル体52,53の形状に沿って平行に、かつ下方に流さ
れるだけであったので、プラズマプルームの除去に対し
ては効果的であったが、スパッタの保護ガラスへの付着
防止に対してはあまり効果的ではなかった。すなわち、
プルームと比較してスパッタは質量ないし運動量が大き
いため、上記アシストガスG1,G2によっては、スパ
ッタが内側のノズル体52の内部に飛散するのを防止す
ることができなかった。
【0012】また、図5に示すレーザ加工ヘッド55に
あっては、スパッタを遮蔽板56で遮蔽すると共に、ア
シストガスG及び空気Aで吹き飛ばし、また、レンズが
遠方に位置しているため、スパッタのレンズへの付着防
止に対しては効果的であるが、レーザ加工ヘッド55の
先端部に、遮蔽板56,ガス噴出口57及び空気噴出口
58等の種々の部品が設けられているため、ヘッド先端
部が大きくなってしまい、自動車の組立て等の複雑形状
の三次元溶接等においては、使用することが不可能であ
った。
【0013】そこで、本発明は、上記問題を解決すべく
案出されたものであり、その目的は、ヘッド先端部を小
さく形成しつつ、ヘッド内部へのスパッタの飛散を防止
できるレーザ加工ヘッドを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく、
本発明は、二重管状に配設された内外のノズル体を備
え、内側のノズル体からはレーザビームとアシストガス
とを発射、噴出させ、外側のノズル体からはアシストガ
スを噴出させるレーザ加工ヘッドにおいて、外側のノズ
ル体の出口を、内側のノズル体の出口と交差する方向に
指向させたものである。
【0015】上記構成によれば、図4の従来例の如く、
内外のノズル体によってヘッド先端部を小さく形成でき
る点は同じである。特に、上記構成では、外側のノズル
体から噴出するアシストガスが内側のノズル体から噴出
するアシストガスと交差する方向に吐出して、スパッタ
に対する遮蔽カーテンを形成する。これによって、スパ
ッタがヘッド内部に浸入、飛散するのを防止できる。
【0016】なお、外側のノズル体が、その出口部を径
方向内側に折曲して形成されているのが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
【0018】図1は本発明にかかるレーザ加工ヘッドの
実施の形態を示した断面図である。
【0019】図示する上記レーザ加工ヘッド1は、レー
ザビームLを発生させるレーザ発生源(図示せず)を備
えたレーザ加工装置の先端部に形成されるものである。
【0020】レーザ加工ヘッド1は、その胴部をなすノ
ズルホルダ4が形成されており、そのノズルホルダ4の
内側にはレーザビームLの流れの上流側で、レーザビー
ムLを屈折させワーク2に照射させる集光レンズ3がリ
ング状のレンズ固定部材7を介して取り付けられてい
る。さらに、この集光レンズ3の下流側には、集光レン
ズ3をスパッタ等から保護するための保護ガラス8がリ
ング状のガラス固定部材9を介して取り付けられてい
る。
【0021】ノズルホルダ4の先端部に、同心で二重管
状に配設された内外のノズル体5,6が嵌合され、その
内外を閉塞して設けられている。これらノズル体5,6
は先端が先細りに形成されている。
【0022】ノズルホルダ4の、内側ノズル体5の上流
側に位置する部分には、アルゴンやヘリウム等の不活性
ガスからなるアシストガスG1を内側ノズル体5の内部
に供給するための第一ガス供給口11が形成されてい
る。内側ノズル体5の上流端には鍔部12が形成され、
その上流側には、所定の間隔を隔ててリング部材13が
設けられ、その隙間が、第一ガス供給口11から供給さ
れたアシストガスG1を内側ノズル体5の内側まで送る
ガス流通路20となっている。内側ノズル体5内部の空
間が、アシストガスG1を先端の出口19に流すための
第一ガス供給路14となっている。内側ノズル体5の出
口19は、その軸方向に指向しており、アシストガスG
1は軸方向に沿って噴出されることとなる。
【0023】内側ノズル体5と外側ノズル体6とは所定
の間隔を隔てて固定されており、その隙間が、外側ノズ
ル体6の先端部に、アシストガスG1と同じくアルゴン
やヘリウム等の不活性ガスからなるアシストガスG2を
供給するための第二ガス供給路15となっている。ノズ
ルホルダ4の、第二ガス供給路15が位置する部分に
は、この第二ガス供給路15にアシストガスG2を供給
するための第二ガス供給口16が形成されている。内側
ノズル体5の先端と外側ノズル体6の先端に挟まれた部
分には、第二ガス供給路15の出口17aが形成されて
おり、これは内側ノズル体5先端部の周方向全域に亘っ
て形成されている。
【0024】外側ノズル体6は、その先端のアシストガ
スG2の出口17aを形成する出口部17bが、折曲部
18として内側ノズル体5の先端面を覆うように、かつ
径方向内側に折曲して形成されている。折曲部18の先
端面18bは、内側ノズル体5の内面の延長面上に一致
するように形成されており、アシストガスG1の流れを
阻害しないようになっている。また、折曲部18の基端
内周面は、断面円弧状に形成され、アシストガスG2の
流れをスムーズにするようになっている。
【0025】このように、折曲部18を形成したことに
よって、出口17aの向きが、径方向内側に指向し、内
側ノズル体5の出口19の向きに対して直角に交差す
る。これによって、内側ノズル体5の内側の第一ガス供
給路14から噴出されるアシストガスG1と、外側ノズ
ル体6の内側の第二ガス供給路15から噴出されるアシ
ストガスG2とが、出口17aに囲まれた部分である出
口下流部24において直角に交差ないし衝突することと
なる。
【0026】次に、上記構成によるレーザ加工ヘッド1
の作用について説明する。
【0027】溶接等のレーザ加工を行うには、レーザ発
生源でレーザビームLを発生させ、その発生したレーザ
ビームLを集光レンズ3によってワーク2に照射させる
と共に、アシストガスG1,G2を第一ガス供給口11
及び第二ガス供給口16からそれぞれ供給する。
【0028】第一ガス供給口11から供給されたアシス
トガスG1は、ガス流通路20,第一ガス供給路14を
通過して、その後、先端の出口19からワーク2に向か
って噴出する。主に、この内側ノズル体5からのアシス
トガスG1の噴出によって、レーザビームLの照射によ
って発生するプラズマプルームを吹き飛ばし除去するこ
とができる。これによって、レーザビームLのエネルギ
ーロスを防止できる。
【0029】他方、第二ガス供給口16から供給された
アシストガスG2は、第二ガス供給路15を通過して、
先端の出口17aから径方向内側に向かって噴出する。
主に、この第二ガス供給路15から噴出するアシストガ
スG2によって、出口下流部24でガスによる遮蔽カー
テンが形成される。この遮蔽カーテンによって、レーザ
ビームLの照射によって発生したスパッタのうち、内側
ノズル体5内部に向かって飛散するスパッタを遮蔽する
ことができ、スパッタの飛散による保護ガラス8の汚染
を防止することができる。これによって、保護ガラス8
の交換頻度を少なくでき、連続加工が可能となり、ラン
ニングコストの低減を達成できる。なお、前記、遮蔽カ
ーテンは、アシストガスG1の流れによって、多少下流
側に膨出した形状で形成されることになる。
【0030】図3は本発明にかかるレーザ加工ヘッドを
適用したレーザ加工の一例を示した概略図であり、例え
ば車のストラクチャ(ピラー)の代表的な断面を示した
ものである。
【0031】図示するように、上記レーザ加工ヘッド1
は先端が、先細りのノズル状に形成されているので、イ
ンナーパネル21とアウターパネル22とを溶接接合す
る場合のような複雑な三次元形状で、かつ狭隘な部位で
あっても、レーザ加工を行うことができる。
【0032】図2は本発明にかかるレーザ加工ヘッドの
他の実施の形態を示した要部拡大断面図である。
【0033】図1のレーザ加工ヘッド1においては、第
二ガス供給路15から噴出するアシストガスG2の方向
を、内外のノズル体5,6の軸方向に対して直角方向に
なるようにしたが、図2の他の実施の形態のレーザ加工
ヘッド23は、外側ノズル体6の折曲部18の折曲げ角
度を緩くすると共に、その厚さを、端部に向かうにつれ
て徐々に薄くし、第二ガス供給路15の出口17aの向
きを、内外のノズル体5,6の軸方向に対して直角とせ
ず、若干斜めに指向させ、アシストガスG2の噴出方向
を若干下流側(ワーク2側)に指向させたことに特徴を
有する。
【0034】アシストガスG2の噴出方向を若干下流側
に指向させても、その径方向内側に向かう成分が強いた
め、出口下流部24でガスによる遮蔽カーテンを上記レ
ーザ加工ヘッド1と同様に形成でき、内側ノズル体5内
部に向かって飛散するスパッタを遮蔽できる。その上、
上記構成によれば、第二ガス供給路15から噴出するア
シストガスG2の流れがさらにスムーズになる。
【0035】なお、上記実施の形態のレーザ加工ヘッド
1,23においては、第二ガス供給路15のアシストガ
スG2の出口17aを、周方向全域に形成したが、出口
を閉塞して、そこに、複数のガス噴出穴を形成するよう
にしてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ヘッド先
端部を小さく形成しつつ、ヘッド内部へのスパッタの飛
散を防止することができるという優れた効果を発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるレーザ加工ヘッドの実施の形態
を示した断面図である。
【図2】本発明にかかるレーザ加工ヘッドの他の実施の
形態を示した要部拡大断面図である。
【図3】本発明にかかるレーザ加工ヘッドを適用したレ
ーザ加工の一例を示した概略図である。
【図4】従来のレーザ加工ヘッドを示した断面図であ
る。
【図5】従来の他のレーザ加工ヘッドを示した断面図で
ある。
【符号の説明】
1 レーザ加工ヘッド 5 内側ノズル体 6 外側ノズル体 17a 出口 17b 出口部 18 折曲部 19 出口 G1,G2 アシストガス L レーザビーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二重管状に配設された内外のノズル体を
    備え、内側のノズル体からはレーザビームとアシストガ
    スとを発射、噴出させ、外側のノズル体からはアシスト
    ガスを噴出させるレーザ加工ヘッドにおいて、外側のノ
    ズル体の出口を、内側のノズル体の出口と交差する方向
    に指向させたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 【請求項2】 上記外側のノズル体が、その出口部を径
    方向内側に折曲してなる請求項1記載のレーザ加工ヘッ
    ド。
JP9289957A 1997-10-22 1997-10-22 レーザ加工ヘッド Pending JPH11123578A (ja)

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