JPH115184A - 被覆鋼材のレーザ切断方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被覆鋼材の切断作業の切断時間を短縮する。 【解決手段】 ビーム状のレーザ入射光１をスポットサ
イズ変換手段６である複焦点集光レンズによって第１レ
ーザ照射光３と第２レーザ照射光４とに分光する。第１
レーザ照射光３の集光点は第２レーザ照射光４の被覆鋼
材２の上面における照射領域内に存在し、かつ第１およ
び第２レーザ照射光３，４は被覆鋼材２の上面に垂直な
一直線上に共通な光軸５を有する。このようにして、第
２レーザ照射光４によって被覆層２ｂを蒸散するととも
に、第１レーザ照射光３によって鋼材２ａを溶融切断す
ることができ、切断時間を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、被覆鋼材のレーザ
切断方法および装置に関し、さらに詳しくは、レーザ光
によって被覆鋼材の被覆層を蒸散するとともに、鋼材を
溶融切断する被覆鋼材のレーザ切断方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】被覆鋼材をレーザ切断するときには、被
覆層の厚みの変化によって切断結果が左右され、良好な
切断面が得られない場合が発生するので、良好な切断面
を得るためには、溶融切断工程前にグラインダ等の機械
的研磨手段によって被覆層を除去する必要がある。

【０００３】前記機械的研摩手段は、作業効率が悪いと
いう問題があった。この問題を解決するために、特開平
６−３０４７７３号公報に開示される先行技術では、レ
ーザ加工機のテーブル上に切断すべき被覆鋼材を配置
し、レーザ加工機の集光レンズおよび切断ノズルなどを
備えるレーザ加工ヘッドの被覆鋼材表面からの高さを調
整して、集光点を被覆鋼材から離間させた状態で被覆鋼
材表面にレーザ光をスポットビーム状に照射することに
よって被覆層のみを蒸散させて、被覆鋼材表面に切断加
工経路を形成する。その作業が終了した後、レーザ光の
集光点を被覆鋼材表面付近に調整して、前記切断加工経
路に沿って溶融切断加工を行う。したがって、被覆層の
除去作業工程と溶融切断加工工程とにレーザ光が用いら
れ、被覆層の除去作業速度が増大して、作業効率が良く
なり、これに伴い、切断作業全体の作業時間を短縮する
ことができ、良好な切断面が得られるという効果を奏し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光を被覆鋼材の表面またはその近傍に集光して被覆鋼材
を切断するにあたって、先行技術では、切断用レーザ光
の照射に先立って蒸散用レーザ光をスポットビーム状に
照射して被覆層を蒸散した後、次の工程で切断用レーザ
光によって被覆層が除去された領域の溶融切断が行われ
るので、被覆層の除去工程と切断加工工程との２工程を
個別に行って時間が長くなるという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、切断時間を短縮すること
ができる被覆鋼材のレーザ切断方法および装置を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、単一本のビーム状のレーザ入射光を、鋼材の表面に
その鋼材よりも融点の低い被覆材から成る被覆層が形成
される被覆鋼材の上面またはその近傍の一点に集光する
第１レーザ照射光と、前記被覆鋼材の上面またはその近
傍よりも離れた位置で集光する第２レーザ照射光とに分
光し、第１および第２レーザ照射光を、被覆鋼材の上面
に対して一定の間隔を保ち、かつ予め定める切断位置に
沿って相対的に移動させながら、被覆鋼材の被覆層を第
２レーザ照射光によって蒸散するとともに、鋼材を第１
レーザ照射光によって溶融切断することを特徴とする被
覆鋼材のレーザ切断方法である。

【０００７】本発明に従えば、単一本のビーム状のレー
ザ入射光を、第１レーザ照射光と第２レーザ照射光とに
分光し、第１および第２レーザ照射光を被覆鋼材に対し
て一定の間隔を保ち、かつ予め定める切断位置に沿って
相対的に移動させながら、被覆層を第２レーザ照射光に
よって蒸散するとともに、鋼材を第１レーザ照射光によ
って溶融切断するので、１つのレーザ入射光によって被
覆層の蒸散工程と鋼材の溶融切断工程との２つの工程を
同時に行うことができ、切断時間を短縮することができ
る。

【０００８】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
発明の構成において、第１レーザ照射光の集光点は、第
２レーザ照射光の被覆鋼材の上面における照射領域内に
存在することを特徴とする。

【０００９】本発明に従えば、第１レーザ照射光の集光
点は第２レーザ照射光の照射領域内に存在するので、切
断方向にかかわらず常に被覆層を蒸散するとともに、鋼
材を溶融切断することができる。

【００１０】請求項３記載の本発明は、請求項２記載の
発明の構成において、第１および第２レーザ照射光は、
被覆鋼材の上面に垂直な一直線上に共通な光軸を有する
ことを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、第１レーザ照射光の集光
点は、第２レーザ照射光の被覆鋼材の上面における照射
領域内のほぼ中央部に存在し、切断方向にかかわらず常
に被覆層を蒸散するとともに、鋼材を溶融切断すること
ができるので、第２レーザ照射光のスポット外縁から第
１レーザ照射光の集光点に至るまでの蒸散量をほぼ一定
することができる。

【００１２】請求項４記載の本発明は、請求項２記載の
発明の構成において、第１レーザ照射光は、その光軸が
被覆鋼材の上面に垂直となるように前記被覆鋼材の上面
に照射し、第２レーザ照射光は、その光軸が第１レーザ
照射光の光軸に対して被覆鋼材の上面またはその近傍で
交差するようにして、第１レーザ照射光から離れた位置
から前記被覆鋼材の上面に照射することを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、第１レーザ照射光はその
光軸が被覆鋼材の上面に垂直となるように前記被覆鋼材
の上面に照射し、第２レーザ照射光はその光軸が第１レ
ーザ照射光の光軸に対して被覆鋼材の上面またはその近
傍で交差するようにして第１レーザ照射光から離れた位
置から前記被覆鋼材の上面に照射する。第１および第２
レーザ照射光は異なる導光経路を通って照射されるの
で、エネルギ密度の大きいレーザ入射光がエネルギ密度
の小さい第１および第２レーザ照射光に分割されて、第
１および第２レーザ照射光を形成する集光レンズ、凹面
鏡などの光学系の発熱量を小さくすることができる。

【００１４】請求項５記載の本発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明の構成において、第２レーザ照射
光は、少なくとも前記レーザ入射光の第１および第２レ
ーザ照射光の分光点から集光点付近にわたってレーザヘ
ッドによって覆われていることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、第２レーザ照射光は少な
くとも前記レーザ入射光の第１および第２レーザ照射光
の分光点から集光点付近にわたってレーザヘッドによっ
て覆われているので、作業者の安全を確保することがで
きるとともに、蒸散によって発生したガスによる第２レ
ーザ照射光の減衰を防止することができる。

【００１６】請求項６記載の本発明は、単一本のビーム
状のレーザ入射光が導かれる中空のレーザヘッド内に、
前記レーザ入射光を偏向および集光して、鋼材の表面に
その鋼材よりも融点の低い被覆材から成る被覆層が形成
される被覆鋼材の上面またはその近傍の一点に集光する
第１レーザ照射光と、前記被覆鋼材の上面またはその近
傍よりも離れた位置で集光する第２レーザ照射光とを形
成するスポットサイズ変換手段が設けられることを特徴
とする被覆鋼材のレーザ切断装置である。

【００１７】本発明に従えば、単一本のビーム状のレー
ザ入射光が導かれる中空のレーザヘッド内には、レーザ
入射光を偏向および集光して、第１レーザ照射光と第２
レーザ照射光とを形成するスポットサイズ変換手段が設
けられる。前記レーザ入射光をスポットサイズ変換手段
によって第１レーザ照射光と第２レーザ照射光とに分光
するので、１つのレーザ入射光によって第２レーザ照射
光による被覆層の蒸散工程と第１レーザ照射光による鋼
材の溶融切断工程との２つの工程を同時に行うことがで
き、切断時間を短縮することができる。

【００１８】請求項７記載の本発明は、請求項６記載の
発明の構成において、スポットサイズ変換手段は、レー
ザヘッド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けられ、レ
ーザ入射光を前記第１レーザ照射光と前記第２レーザ照
射光とに偏向および集光する複焦点集光レンズであるこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、スポットサイズ変換手段
はレーザヘッド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けら
れる複焦点集光レンズである。したがって１つのレーザ
入射光を１つの複焦点集光レンズによって第１および第
２レーザ照射光に分光することができ、これによってレ
ーザ入射光を偏向および集光するための部品点数が少な
くてすみ、レーザ切断装置の構成の簡略化を図ることが
できる。

【００２０】請求項８記載の本発明は、請求項６記載の
発明の構成において、スポットサイズ変換手段は、レー
ザヘッド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けられ、レ
ーザ入射光の一部を偏向して第１レーザ透過光と第２レ
ーザ透過光とに分割する偏向レンズと、レーザヘッド内
にレーザ入射光の光軸と同軸に設けられ、前記第１およ
び第２レーザ透過光をそれぞれ集光して、前記第１およ
び第２レーザ照射光を形成する集光レンズとを有するこ
とを特徴とする。

【００２１】本発明に従えば、スポットサイズ変換手段
はレーザヘッド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けら
れる偏向レンズと集光レンズとを有する。したがって偏
向レンズと集光レンズとの間隔を変化させること、ある
いは集光点位置の異なるレンズに変換することなどによ
って第１および第２レーザ照射光の集光点を個別に調整
することができる。

【００２２】請求項９記載の本発明は、請求項６記載の
発明の構成において、スポットサイズ変換手段は、レー
ザヘッド内にレーザ入射光の光軸に交差して設けられ、
レーザ入射光を平行光のままで全反射する第１全反射ミ
ラーと、レーザヘッド内に前記全反射ミラーによって全
反射された全反射光の光軸に交差して設けられ、この全
反射光を焦点距離の異なる２つの反射面によって全反射
して集光し、前記第１および第２レーザ照射光を形成す
る第２全反射ミラーとを有することを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、スポットサイズ変換手段
は、レーザヘッド内にレーザ入射光の光軸に交差して設
けられる第１全反射ミラーと、レーザヘッド内に前記全
反射ミラーによって全反射された全反射光の光軸に交差
して設けられ、全反射光を集光して第１および第２レー
ザ照射光を形成する第２全反射ミラーとを有する。第１
および第２全反射ミラーはレーザヘッド内をレンズのよ
うに仕切ることがないので、冷却用媒体を供給する通路
をも兼ねるレーザヘッド内を分断することなしに第１お
よび第２レーザ照射光を照射することができる。

【００２４】請求項１０記載の本発明は、請求項６記載
の発明の構成において、スポットサイズ変換手段は、レ
ーザヘッド内にレーザ入射光の光軸に交差して設けら
れ、レーザ入射光の一部を反射し、かつレーザ入射光の
残部を透過する部分透過ミラーを有し、部分透過ミラー
を透過した部分透過光を集光して第１レーザ照射光を形
成するとともに、この部分透過ミラーによって反射され
た部分反射光を、前記部分透過光の光軸に所定の角度を
成して近接する方向に全反射して集光し、第２レーザ照
射光を形成することを特徴とする。

【００２５】本発明に従えば、部分透過ミラーによって
前記レーザ入射光を部分透過光と部分反射光とに分光し
て、エネルギ密度が小さくなった部分透過光および部分
反射光を平行光のままでたとえば集光レンズまたは凹面
鏡で集光するようにしたので、前記部分透過光および部
分反射光による集光レンズなどの集光するための手段の
損傷を軽減することができるとともに、高エネルギのレ
ーザ光に耐久性を有する前記集光手段を用いる必要がな
いので、製造コストを低減することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある被覆鋼材２のレーザ切断方法を示す模式図である。
単一本のビーム状のレーザ入射光１を、鋼材２ａの表面
にその鋼材２ａよりも融点の低い被覆材、たとえば亜
鉛、樹脂、錫および錫鉛などのいずれかから成る被覆層
２ｂが形成される被覆鋼材２の上面またはその近傍の一
点に集光する第１レーザ照射光３と、前記被覆鋼材２の
上面またはその近傍よりも離れた位置で集光する第２レ
ーザ照射光４とに分光する。第１および第２レーザ照射
光３，４を被覆鋼材２に対して一定の間隔を保ち、かつ
予め定める切断位置に沿って相対的に移動させながら、
被覆鋼材２の被覆層２ｂを第２レーザ照射光４によって
蒸散するとともに、鋼材２ａを第１レーザ照射光３によ
って溶融切断する。また、第１レーザ照射光３の集光点
は、第２レーザ照射光４の被覆鋼材の上面における照射
領域内に存在する。さらに、第１および第２レーザ照射
光３，４は、被覆鋼材２の上面に垂直な一直線上に共通
な光軸５を有する。

【００２７】図２は、本発明の実施の一形態である被覆
鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド１０の構成を示
す断面図である。レーザヘッド１０は、ノズル１１とヘ
ッド本体１２とを含んで形成される。ヘッド本体１２
は、ノズル１１が着脱可能に取付けられる取付筒体１３
と、この取付筒体１３に形成された外向きフランジ１４
に係止して調整筒体１５の雄ねじに螺合する袋ナット１
６と、ロックナット１７，１８と、調整筒体１５がボル
ト１９によって固定される保持筒体２０とを含み、さら
にこの保持筒体２０は袋ナット２１によって基体２２に
取付けられる構成となっている。この基体２２のフラン
ジは、ボルト２３によってＸ−Ｙテーブルまたは産業用
ロボットの手首などの取付部材２４のフランジ２５に着
脱可能に取付けられる。

【００２８】保持筒体２０の収納孔２６内には、保持輪
２７が収納される。この保持輪２７は、保持筒体２０の
収納孔２６の内周面にぴったり嵌まり込む大径筒部２８
と、その内周面から半径方向内方に部屋２９を形成する
保持部３０と、その下方に形成される内向きフランジ状
の受部３１とを有する。受部３１には、噴射孔３２が形
成される。受部３１上には、レンズ押え環体３３が支持
され、その上にスポットサイズ変換手段６が置かれ、さ
らにスポットサイズ変換手段６の周縁部にはレンズ押え
環体３４が配置され、ばね３５を介して、ばね置き部材
３６が保持輪２７に螺合して図２の上下方向の位置を調
整可能に設けられる。２つのレンズ押え環体３３，３４
は、軟質合成樹脂、たとえばテフロン（商品名）などの
フッ素樹脂などから成る。

【００２９】前記スポットサイズ変換手段６は、レーザ
ヘッド１０内にレーザ入射光１の光軸５と同軸に設けら
れ、レーザ入射光１を前記第１レーザ照射光３と前記第
２レーザ照射光４とに偏向および集光する複焦点集光レ
ンズである。この複焦点集光レンズは、相互に異なる２
つの曲率半径ρ１，ρ２を有する集光部分６ａ，６ｂ
が、相互に同心に成るように一体成形されて構成されて
おり、大きい曲率半径ρ１の集光部分６ａの外周縁部に
小さい曲率半径ρ２の集光部分６ｂが配置される。した
がって、たとえば２０ｍｍのビーム径を有するレーザ入
射光１は、前記集光レンズによって、たとえば０．３〜
０．４ｍｍ程度のスポット径に絞り込まれ、その焦点距
離は、前記集光部分６ａで参照符ｆ１で示されるように
たとえば１９０．５ｍｍまたは２５４ｍｍであり、前記
集光部分６ｂで参照符ｆ２で示されるようにｆ１−５０
ｍｍ（ただしｆ１＝１９０．５ｍｍまたは２５４ｍｍ）
である。

【００３０】たとえば、炭酸ガスレーザ源からのレーザ
入射光１は、取付部材２４内を通り、前記集光レンズの
前記集光部分６ａを透過するレーザ入射光１による第１
レーザ照射光３と前記集光部分６ｂを透過するレーザ入
射光１による第２レーザ照射光４とに分光された後、集
光され、ノズル１１を通り被覆鋼材２に照射され、被覆
層２ｂの蒸散および鋼材２ａの溶融切断が行われる。

【００３１】前記集光部分６ａを透過した第１レーザ照
射光３は、距離ｆ１の位置に集光し、前記集光部分６ｂ
を透過した第２レーザ照射光４は、距離ｆ２の位置に集
光する。第２レーザ照射光４の集光点は、第１レーザ照
射光３の集光点よりもレーザ照射方向上流側に存在し、
これによって第２レーザ照射光４は、被覆鋼材２の上面
にスポット照射されることになり、第１レーザ照射光３
の集光点は第２レーザ照射光４の被覆鋼材２の上面にお
ける照射領域内に存在することになる。また第１および
第２レーザ照射光３，４は、被覆鋼材２の上面に垂直な
一直線上に共通な光軸５を有し、第１レーザ照射光３の
集光点は第２レーザ照射光４の前記照射領域内のほぼ中
央部に存在する。

【００３２】保持筒体２０の側部には接続口３７が形成
され、接続口３７にガス供給源３８から延びる管路３９
の接続端３９ａが接続され、ガス、たとえば酸素が供給
され、部屋２９を経て噴射孔３２から前記スポットサイ
ズ変換手段６の図２における下面に噴射され、これによ
って前記スポットサイズ変換手段６が冷却され、この噴
射されたガスは、ヘッド本体１２の前記スポットサイズ
変換手段６よりも下方の空間４０内に供給される。

【００３３】基体２２には、接続口４１から冷却用気
体、たとえば酸素が供給され、噴射孔４２から空間４３
に噴射されて、前記スポットサイズ変換手段６の上表面
に噴射されて前記スポットサイズ変換手段６が冷却され
る。

【００３４】取付筒体１３を袋ナット１６の調整によっ
て上下の位置を変位させ、これによってノズル１１とを
被覆鋼材２との距離を最適に設定し、被覆鋼材２に第１
レーザ照射光３の焦点が一致するように、あるいはまた
ガスの噴射領域が正確に設定されるように調整されるこ
とができる。またこの調整は距離センサなどを用いて自
動化してもよい。

【００３５】図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩか
ら見た水平断面図である。取付筒体１３の底４６には、
雌ねじ４７が刻設され、ここにノズル１１の上端部に刻
設された雄ねじ４８が着脱可能に螺着される。この底４
６には、冷却水通路４９が形成され、この接続口５０か
ら供給される冷却水は、もう１つの接続口５１から排出
され、底４６が冷却され、したがってノズル１１が冷却
されることになる。

【００３６】図４は、図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見
た水平断面図である。保持筒体２０にもまた冷却水通路
５６が形成され、一方の接続口５７からの冷却水は、冷
却水通路５６を通って保持筒体２０を冷却し、他方の接
続口５８から排出される。

【００３７】図５は、本発明の実施の一形態である被覆
鋼材２のレーザ切断装置に供給されるガスの供給経路を
示す系統図である。レーザヘッド１０内には、ガス供給
源３８から、管路３９に介在される開閉弁６１を開放し
て、管路３９の接続端３９ａを接続口３７に接続して、
ガスを供給することができる。

【００３８】単一本のビーム状のレーザ入射光１を第１
レーザ照射光３と第２レーザ照射光４とに分光し、第１
および第２レーザ照射光３，４を被覆鋼材２に対して一
定の間隔を保ち、かつ予め定める切断位置に沿って相対
的に移動させながら被覆層２ｂを第２レーザ照射光４に
よって蒸散するとともに、鋼材２ａを第１レーザ照射光
３によって溶融切断するので、１つのレーザ入射光１に
よって被覆層２ｂの蒸散工程と鋼材２ａの切断工程との
２つの工程を同時に行うことができ、切断時間を短縮す
ることができる。

【００３９】また、第１レーザ照射光３の集光点は第２
レーザ照射光４の照射領域内に存在するので、切断方向
にかかわらず、常に被覆層２ｂを蒸散するとともに、鋼
材２ａを溶融切断することができる。

【００４０】さらに、第２レーザ照射光４は、少なくと
も前記レーザ入射光１の第１および第２レーザ照射光
３，４の分光点から集光点付近にわたってレーザヘッド
１０によって覆われているので、作業者の安全を確保す
ることができるとともに、蒸散によって発生したガスに
よる第２レーザ照射光４の減衰を防止することができ
る。

【００４１】第１レーザ照射光３の集光点は第２レーザ
照射光４の被覆鋼材２の上面における照射領域内のほぼ
中央部に存在し、切断方向にかかわらず、常に被覆層２
ｂを蒸散するとともに、鋼材２ａを溶融切断することが
できるので、第２レーザ照射光４のスポット外縁から第
１レーザ照射光３の集光点に至るまでの蒸散量をほぼ一
定にすることができる。

【００４２】さらに、単一本のビーム状のレーザ入射光
１が導かれる中空のレーザヘッド１０内には、レーザ入
射光１を偏向および集光して、第１レーザ照射光３と第
２レーザ照射光４とを形成するスポットサイズ変換手段
６が設けられ、そのスポットサイズ変換手段６は、レー
ザヘッド１０内にレーザ入射光１の光軸５と同軸に設け
られる複焦点集光レンズであるので、１つのレーザ入射
光１を１つの複焦点集光レンズによって第１および第２
レーザ照射光３，４に分光することができ、これによっ
てレーザ入射光１を偏向および集光するための部品点数
が少なくてすみ、レーザヘッド１０の構成の簡略化を図
ることができる。

【００４３】図６は、本発明の実施の他の形態である被
覆鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド６５の構成を
示す断面図である。本実施形態において、前述の実施形
態の構成に対応する部分には同一の参照符を付し、説明
を省略する。保持筒体６６は、その下端部が前記取付筒
体１３に挿入された状態で取付けられる。保持輪６７
は、保持筒体６６の収納孔２６の内周面にぴったり嵌ま
り込む大径筒部６８と、その内周面から半径方向内方に
部屋６９を形成する保持部７０と、その下方に形成され
る下向きフランジ状の受部７１とを有する。受部７１に
は、噴射孔７２が形成される。保持輪６７内には、スポ
ットサイズ変換手段７３が設けられる。

【００４４】スポットサイズ変換手段７３は、レーザヘ
ッド６５内にレーザ入射光１の光軸５と同軸に設けら
れ、レーザ入射光１の一部を偏向して第１レーザ透過光
７４と第２レーザ透過光７５とに分割する偏向レンズで
ある部分的凸レンズ７６と、レーザヘッド６５内にレー
ザ入射光１の光軸５と同軸に設けられ、前記第１および
第２透過光７４，７５をそれぞれ集光して、第１および
第２レーザ照射光３，４を形成する集光レンズ７７とを
有する。

【００４５】部分的凸レンズ７６は、曲率半径ρ３を有
する集光部分７６ａと、平坦部分７６ｂとが相互に同心
となるように一体成形されて構成されており、集光部分
７６ａの外周縁部に平坦部７６ｂが配置される。集光レ
ンズ７７は、曲率半径ρ４を有する集光部分から成る。

【００４６】前記受部７１上には、ばね７８を介してレ
ンズ押え環体７９が支持され、その上に集光レンズ７７
が置かれる。さらに集光レンズ７７の周縁部には、レン
ズ押え筒体８０の下端面が支持される。レンズ押え筒体
８０の上端面には、部分的凸レンズ７６が支持される。
部分的凸レンズ７６の周縁部にはレンズ押え環体８１が
置かれ、ばね８２を介して、ばね置き部材８３が保持輪
６７に螺合して図６の上下の位置を調整可能に設けられ
る。

【００４７】単一本のビーム状のレーザ入射光１は、取
付部材２４内を通り、前記集光部分７６ａを透過するレ
ーザ入射光１は集光する方向に偏向され、第１レーザ透
過光７４を形成し、前記平坦部分７６ｂを透過するレー
ザ入射光１は偏向されることなく透過し、第２レーザ透
過光７５を形成する。第１レーザ透過光７４は、集光レ
ンズ７７によってさらに集光され、第１レーザ照射光３
を形成する。第２レーザ透過光７５は、集光レンズ７７
によって集光され、第２レーザ照射光４を形成する。第
１および第２レーザ照射光３，４はノズル１１を通り、
被覆鋼材２の上面またはその近傍に一点およびスポット
照射されて被覆層２ｂの蒸散および鋼材２ａの溶融切断
が行われる。

【００４８】部分的凸レンズ７６の集光部分７６ａおよ
び集光レンズ７７を透過して形成された第１レーザ照射
光３は、距離ｆ１の位置に集光し、部分的凸レンズ７６
の平坦部分７６ｂおよび集光レンズ７７を透過して形成
された第２レーザ照射光４は、距離ｆ３、たとえばｆ１
＋５０ｍｍ（ただしｆ１＝１９０．５ｍｍまたは２５４
ｍｍ）の位置に集光する。第２レーザ照射光４の集光点
は、第１レーザ照射光３の集光点よりもレーザ照射方向
下流側に存在し、これによって第２レーザ照射光４は被
覆鋼材２の上面にスポット照射されることになり、第１
レーザ照射光３の集光点は第２レーザ照射光４の被覆鋼
材２の上面における照射領域内に存在することになる。
また第１および第２レーザ照射光３，４は、被覆鋼材２
の上面に垂直な一直線上に共通な光軸５を有し、第１レ
ーザ照射光３の集光点は第２レーザ照射光４の前記照射
領域内のほぼ中央部に存在する。

【００４９】各接続口３７，４１からレーザヘッド６５
内に供給されるガスは、噴射孔７２，４２から集光レン
ズ７７の下面および部分的凸レンズ７６の上面に噴射さ
れて各レンズ７６，７７を冷却する。

【００５０】このように、スポットサイズ変換手段７３
はレーザヘッド６５内にレーザ入射光１の光軸５と同軸
に設けられる部分的凸レンズ７６と集光レンズ７７とを
有するので、部分的凸レンズ７６と集光レンズ７７との
間隔を変化させること、あるいは集光点位置の異なるレ
ンズに交換することなどによって第１および第２レーザ
照射光３，４の集光点を個別に調整することができる。

【００５１】図７は、本発明の実施のさらに他の形態で
ある被覆鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド９０の
構成を示す断面図である。本実施形態において、前述の
実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付
し、説明を省略する。スポットサイズ変換手段９１は、
レーザヘッド９０内にレーザ入射光１の光軸５と同軸に
設けられ、レーザ入射光１の一部を偏向して第１レーザ
透過光９２と第２レーザ透過光９３とに分割する偏向レ
ンズである部分的凹レンズ９４と、レーザヘッド９０内
にレーザ入射光１の光軸５と同軸に設けられ、前記第１
および第２レーザ透過光９２，９３をそれぞれ集光し
て、第１および第２レーザ照射光３，４を形成する集光
レンズ９５とを有する。

【００５２】部分的凹レンズ９４は、平坦部分９４ａと
曲率半径ρ５を有する偏向部分９４ｂとが相互に同心と
なるように一体成形されて構成されており、平坦部分９
４ａの外周縁部に偏向部分９４ｂが配置される。集光レ
ンズ９５は曲率半径ρ６を有する集光部分から成る。

【００５３】前記受部７１上には、ばね７８を介してレ
ンズ押え環体７９が支持され、その上に集光レンズ９５
が置かれる。さらに集光レンズ９５の周縁部には、レン
ズ押え筒体８０の下端面が支持される。レンズ押え筒体
８０の上端面には、部分的凹レンズ９４が支持される。
部分的凹レンズ９４の周縁部にはレンズ押え環体８１が
置かれ、ばね８２を介して、ばね置き部材８３が保持輪
６７に螺合して図７の上下の位置を調整可能に設けられ
る。

【００５４】単一本のビーム状のレーザ入射光１は、取
付部材２４内を通り、前記平坦部分９４ａを透過するレ
ーザ入射光１は偏向されることなく透過し、第１レーザ
透過光９２を形成する。前記偏向部分９４ｂを透過する
レーザ入射光１は、前記光軸５に平行な照射方向に向か
って拡開する方向に偏向されて、第２レーザ透過光９３
を形成する。第１および第２レーザ透過光９２，９３
は、前記集光レンズ９５によって集光されて第１および
第２レーザ照射光３，４を形成する。第１および第２レ
ーザ照射光３，４はノズル１１を通り、被覆鋼材２の上
面またはその近傍に１点およびスポット照射されて被覆
層２ｂの蒸散および鋼材２ａの溶融切断が行われる。

【００５５】部分的凹レンズ９４の平坦部分９４ａおよ
び集光レンズ９５を透過して形成された第１レーザ照射
光３は、距離ｆ１の位置に集光し、部分的凹レンズ９４
の偏向部分９４ｂおよび集光レンズ９５を透過して形成
された第２レーザ照射光４は、距離ｆ４、たとえばｆ１
＋５０ｍｍ（ただしｆ１＝１９０．５ｍｍまたは２５４
ｍｍ）の位置に集光する。第２レーザ照射光４の集光点
は、第１レーザ照射光３の集光点よりもレーザ照射方向
下流側に存在し、これによって第２レーザ照射光４は被
覆鋼材２の上面にスポット照射されることになり、第１
レーザ照射光３の集光点は第２レーザ照射光４の被覆鋼
材２の上面における照射領域内に存在することになる。
また第１および第２レーザ照射光３，４は、被覆鋼材２
の上面に垂直な一直線上に共通な光軸５を有し、第１レ
ーザ照射光３の集光点は第２レーザ照射光４の前記照射
領域内のほぼ中央部に存在する。

【００５６】各接続口３７，４１からレーザヘッド９０
内に供給されるガスは、噴射孔７２，４２から集光レン
ズ９５の下面および部分的凹レンズ９４の上面に噴射さ
れて各レンズ９４，９５を冷却する。

【００５７】スポットサイズ変換手段９１はレーザヘッ
ド９０内にレーザ入射光１の光軸５と同軸に設けられる
部分的凹レンズ９４と集光レンズ９５とを有する。この
ようにしても部分的凹レンズ９４と集光レンズ９５との
間隔を変化させること、あるいは集光点位置の異なるレ
ンズに交換することなどによって第１および第２レーザ
照射光３，４の集光点を個別に調整することができる。

【００５８】図８は、本発明の実施のさらに他の形態で
ある被覆鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド１００
の構成を示す断面図である。本実施形態において、前述
の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付
し、説明を省略する。レーザヘッド１００は、ノズル１
１とヘッド本体１０１とを含んで構成される。ヘッド本
体１０１は、取付筒体１０２と保持筒体１０３と第１基
体１０４と第２基体１０５とを含んで形成される。ノズ
ル１１は取付筒体１０２の下端部に螺着され、取付筒体
１０２の上端部は保持筒体１０３の下端部に螺着され
る。

【００５９】第１基体１０４は、大略的に筒状に形成さ
れ、その軸線方向一端部に外向きフランジ１０６を有す
る。第１基体１０４の周壁には、貫通孔１０７が設けら
れ、この貫通孔１０７の中心軸線と同軸に前記保持筒体
１０３の上端部が第１基体１０４の周壁に取付けられ
る。また第１基体１０４の軸線方向一端部寄りには嵌合
凹所１０８が形成される。第２基体１０５は、大略的に
筒状に形成され、その中心軸線にたとえば４５°の角度
で交差する仮想平面によって切そがれて形成され、その
仮想平面の法線方向に平行な軸線を有する貫通孔１０９
が形成される。第２基体１０５の周壁には、貫通孔１１
０が設けられ、この貫通孔１１０の中心軸線と同軸に前
記第１基体１０４の外向きフランジ１０６が第２基体１
０５の周壁に取付けられる。第２基体１０５の軸線方向
一端部には取付部材２４が取付けられる。

【００６０】前記貫通孔１０９には、レーザ入射光１の
光軸５にたとえば４５°の角度で交差して設けられ、レ
ーザ入射光１を平行光のままで全反射する第１全反射ミ
ラー１１１を支持する第１全反射ミラー支持部材１１２
が装着される。前記嵌合凹所１０８には、レーザヘッド
１００内に前記全反射ミラー１１１によって全反射され
た全反射光１１３を全透過する全透過鏡１１４を保持す
る全透過鏡保持部材１１５が嵌め込まれる。前記第１基
体１０４の軸線方向他端部には、前記全反射光１１３の
光軸１１６にたとえば４５°の角度で交差して設けら
れ、この全反射光１１３を焦点距離の異なる２つの反射
面１１７ａ，１１７ｂによって全反射して集光し、前記
第１および第２レーザ照射光３，４を形成する第２全反
射ミラー１１８を第１基体１０４内に挿入された状態で
支持する第２全反射ミラー支持部材１１９が取付けられ
る。ここでスポットサイズ変換手段は、前記第１全反射
ミラー１１１と前記第２全反射ミラー１１８とを有す
る。また、反射面１１７ａ，１１７ｂは、それぞれ異な
る曲率半径ρ７，ρ８を有し、第２全反射ミラー１１８
は大きな曲率半径ρ７を有する反射面１１７ａと小さな
曲率半径ρ８を有する反射面１１７ｂとが相互に同心と
なるように一体成形されて構成されており、反射面１１
７ａの外周縁部に反射面１１７ｂが配置される。

【００６１】第１全反射ミラー１１１は、第１全反射ミ
ラー保持筒体１２１の内向きフランジ１２１ａに係止さ
れ、底板１２０によって保持される。第１全反射ミラー
保持筒体１２１は、支持筒体１２３に嵌まり込んで支持
される。支持筒体１２３の外向きフランジ１２２には、
外向きフランジ１２２の一直径線上に２つの透孔１２４
ａ，１２４ｂが形成され、一方の透孔１２４ａには、ば
ね１２６が嵌まり込む嵌合凹所１２５が形成されて、第
１全反射ミラー支持部材１１２が構成される。各透孔１
２４ａ，１２４ｂを臨む第２基体１０５には、それぞれ
ねじ孔１２７ａ，１２７ｂが形成される。ねじ１２８
は、ばね１２６を介して透孔１２４ａを挿通し、ねじ孔
１２７ａに挿入されて第２基体１０５に螺着される。ま
た、調整ねじ１２９は、透孔１２４ｂを挿通し、ねじ孔
１２７ｂに挿入されて第２基体１０５に螺着される。こ
のようにして第１全反射ミラー支持部材１１２が第２基
体１０５に取付けられる。

【００６２】全透過鏡１１４は、全透過鏡保持筒体１３
２の軸線方向一端部に形成される内向きフランジ１３１
に係止され、全透過鏡押え環体１３３によって保持され
る。全透過鏡保持筒体１３２は、前記嵌合凹所１０８に
嵌まり込み、全透過鏡保持筒体１３２の軸線方向他端部
に形成される嵌合凹所１３０には、小径筒体１３５が嵌
まり込み、小径筒体１３５の外向きフランジ１３４は全
透過鏡保持筒体１３２の軸線方向他端部に係止されて、
全透過鏡保持部材１１５が構成される。

【００６３】第２全反射ミラー１１８と第２全反射ミラ
ー支持部材１１９とは、ボルト１３６によって螺着され
る。

【００６４】単一本のビーム状のレーザ入射光１は、取
付部材２４内を通り、第１全反射ミラー１１１によって
平行光のままで全反射される。第１全反射ミラー１１１
によって全反射された全反射光１１３は、全透過鏡１１
４を透過した後、第２全反射ミラー１１８の焦点距離が
それぞれｆ１およびｆ２である２つの反射面１１７ａ，
１１７ｂによって全反射されて集光され、反射面１１７
ａによって第１レーザ照射光３が形成され、反射面１１
７ｂによって第２レーザ照射光４が形成される。

【００６５】したがって第２レーザ照射光３は被覆鋼材
２の上面またはその近傍に一点に集光されて照射され、
第２レーザ照射光４の集光点は第１レーザ照射光３の集
光点よりも照射方向上流側に存在し、これによって第２
レーザ照射光４は被覆鋼材２の上面にスポット照射され
ることになり、第１レーザ照射光３の集光点は第２レー
ザ照射光４の被覆鋼材２の上面における照射領域内に存
在することになる。また第１および第２レーザ照射光
３，４は、被覆鋼材２の上面に垂直な一直線上に共通な
光軸５を有し、第１レーザ照射光３の集光点は第２レー
ザ照射光４の前記照射領域内のほぼ中央部に存在する。

【００６６】第１全反射ミラー支持部材１１２の底板１
２０には、冷却水通路１３８とこの冷却水通路１３８に
連なる接続口１３９が形成される。第２全反射ミラー支
持部材１１９には、冷却水通路１４０とこの冷却水通路
１４０に連なる接続口１４１が形成される。各接続口１
３９，１４１には、管路１４４の接続端１４２，１４３
がそれぞれ接続される。この管路１４４に冷却水を注入
して各冷却水通路１３８，１４０に通して、第１および
第２全反射ミラー１１１，１１８を冷却する。

【００６７】ガス供給源３８から供給されるガスは管路
１３９を通って保持筒体１０３内に供給され、ノズル１
１を冷却して噴射される。

【００６８】スポットサイズ変換手段は、レーザヘッド
１００内にレーザ入射光１の光軸５に交差して設けら
れ、レーザ入射光１を平行光のままで全反射する第１全
反射ミラー１１１と、レーザヘッド１００内に前記全反
射ミラー１１１によって全反射された全反射光１１３の
光軸１１６に交差して設けられ、この全反射光１１３を
焦点距離の異なる２つの反射面１１７ａ，１１７ｂによ
って全反射して集光し、前記第１および第２レーザ照射
光３，４を形成する第２全反射ミラー１１８とを有す
る。第１および第２全反射ミラー１１１，１１８はレー
ザヘッド１００内をレンズのように仕切ることがないの
で、冷却用媒体であるガスを供給する通路をも兼ねるレ
ーザヘッド１００内を分断することなしに第１および第
２レーザ照射光３，４を照射することができる。

【００６９】図９は、本発明の実施の他の形態である被
覆鋼材２のレーザ切断方法を示す模式図である。本実施
の形態において、前述の実施形態の構成に対応する部分
には同一の参照符を付し、説明を省略する。レーザ入射
光１をスポットサイズ変換手段１５０によって第１レー
ザ照射光３と第２レーザ照射光４とに分光する。第１レ
ーザ照射光３は、その光軸１５１が被覆鋼材２の上面に
垂直となるように前記被覆鋼材２の上面に照射し、第２
レーザ照射光４は、その光軸１５２が第１レーザ照射光
３の光軸１５１に対して被覆鋼材２の上面またはその近
傍で交差するようにして第１レーザ照射光３から離れた
位置から前記被覆鋼材２の上面に照射する。

【００７０】図１０は、本発明の実施のさらに他の形態
である被覆鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド１５
５の構成を示す断面図である。本実施形態において、前
述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を
付し、説明を省略する。レーザヘッド１５５は、ノズル
１１とヘッド本体１５６とを含んで形成される。ヘッド
本体１５６は、ノズル１１が着脱可能に保持されるノズ
ル保持筒体１５７と、このノズル保持筒体１５７が着脱
可能に取付けられる取付筒体１５８と、その取付筒体１
５８に形成された外向きフランジ１５９に係止して調整
筒体１６０に刻設される雄ねじに螺合する袋ナット１６
１と、ロックナット１６２と、調整筒体１６３に形成さ
れた外向きフランジ１６３に係止して、外向きフランジ
１６３および保持筒体１６４に刻設される雄ねじに螺合
する袋ナット１６５とを含み、さらにこの保持筒体１６
４は第１基体１６６に、取付けられる構成となってい
る。

【００７１】第１基体１６６には、第２基体１６７がボ
ルト１６８，１６９によって固定され、第２基体１６７
の側面には、第３基体１７０が固定され、第３基体１７
０の側面には、レンズ支持筒体１７１がその中心軸線が
ノズル１１の中心軸線に交差する方向にたとえば３０°
の角度で傾斜して固定される。第１〜第３基体１６６，
１６７，１７０はそれぞれ筒状に形成され、その内部空
間によって導光路が形成される。

【００７２】取付筒体１５８には、ガス供給源１７２に
接続される管路１７３が接続口１７４に接続される。第
２基体１６７には、取付部材２４が取付けられる。スポ
ットサイズ変換手段１５０は、レーザヘッド１５５内に
レーザ入射光１の光軸５に、たとえば４５°の角度で交
差して設けられ、レーザ入射光１の一部を反射し、かつ
レーザ入射光１の残部を透過する部分透過ミラー１８０
と、この部分透過ミラー１８０を透過した部分透過光１
８１の光軸２０８と同軸に設けられ、部分透過光１８１
を集光して第１レーザ照射光３を形成する曲率半径ρ９
を有する第１集光レンズ１８２と、部分透過ミラー１８
０によって反射された部分反射光１８３の光軸１８４
に、たとえば６０°の角度で交差し、部分反射光１８３
を平行光のままで前記部分透過光１８１の光軸２０８に
所定の角度、たとえば３０°を成して近接する方向に全
反射させる全反射ミラー１８５と、全反射された部分反
射光１８３ａの光軸１８４ａと同軸に設けられ、全反射
された部分反射光１８３ａを集光して、第２レーザ照射
光４を形成する曲率半径ρ１０を有する第２集光レンズ
１８６とを有する。ここで部分透過光１８１の光軸２０
８と第１レーザ照射光３の光軸１５１とは、被覆鋼材２
の上面に垂直な一直線上に存在する。

【００７３】部分透過ミラー１８０は、部分透過ミラー
保持筒体１８７の内向きフランジ１８８に係止され、部
分透過ミラー押え環体１８９によって保持される。部分
透過ミラー保持筒体１８７は、支持筒体１９０に嵌まり
込んで支持され、第２基体１６７にボルト１９１，１９
２によって固定される。

【００７４】第１集光レンズ１８２は、第１集光レンズ
保持筒体１９３の内向きフランジ１９４に係止され、レ
ンズ押え環体１９５によって保持される。第１集光レン
ズ保持筒体１９３は、その外周部に刻設される雄ねじと
調整筒体１６０の内周部に刻設される雌ねじとが螺合
し、かつレンズ保持筒体１９３の外向きフランジ１９６
が調整筒体１６０の受け面１６０ａに係止されて調整筒
体１６０に固定される。

【００７５】全反射ミラー１８５は、全反射ミラー保持
筒体１９７の内向きフランジ１９８に係止され、底板１
９９を介して底板押え環体２００によって保持される。
全反射ミラー保持筒体１９７は、第３基体１７０との間
にカラー２０１，２０２を介在させてボルト２０３，２
０４によって第３基体１７０に固定される。

【００７６】第２集光レンズ１８６は、第２集光レンズ
保持筒体２０５の内向きフランジ２０６に係止され、レ
ンズ押え環体２０７によって保持される。第２集光レン
ズ保持筒体２０５は、その外周部に刻設される雄ねじ
と、レンズ支持筒体１７１の内周部に刻設される雌ねじ
とが螺合し、第２集光レンズ１８６の集光点位置を調整
可能に支持される。

【００７７】単一本のビーム状のレーザ入射光１は、取
付部材２４内を通り、部分透過ミラー１８０に入射して
平行光のままで部分透過光１８１と部分反射光１８３と
に分光される。部分透過光１８１は第１集光レンズ１８
２によって距離ｆ５、たとえば１９０．５ｍｍまたは２
５４ｍｍの位置に集光され、第１レーザ照射光３が形成
される。部分反射光１８３は、全反射ミラー１８５に入
射して平行光のままで全反射する。全反射された部分反
射光１８３ａは、第２集光レンズ１８６によって焦点距
離ｆ６、たとえばｆ５＝１９０．５ｍｍのとき、２２５
ｍｍまたはｆ５＝２５４ｍｍのとき、３００ｍｍの位置
に集光され、第２レーザ照射光４が形成される。第２レ
ーザ照射光４は、被覆鋼材２の上面にスポット照射さ
れ、第１レーザ光３の集光点は、第２レーザ照射光４の
被覆鋼材２の上面における照射領域内に存在する。

【００７８】このように、第１レーザ照射光３はその光
軸１５１が被覆鋼材２の上面に垂直となるように被覆鋼
材２の上面に照射し、第２レーザ照射光４はその光軸１
５２が第１レーザ照射光３の光軸１５１に対して、被覆
鋼材２の上面またはその近傍で交差するようにして第１
レーザ照射光３から離れた位置から前記被覆鋼材２の上
面に照射する。第１および第２レーザ照射光３，４は異
なる導光経路を通って照射されるので、エネルギ密度の
大きいレーザ入射光１がエネルギ密度の小さい第１およ
び第２レーザ照射光３，４に分割されて、第１および第
２レーザ照射光３，４を形成する第１および第２集光レ
ンズ１８２，１８６の発熱量を小さくすることができ
る。

【００７９】また、部分透過ミラー１８０によって前記
レーザ入射光１を部分透過光１８１と部分反射光１８３
とに分光して、エネルギ密度の小さくなった部分透過光
１８１および部分反射光１８３を平行光のままで、第１
集光レンズ１８２、全反射ミラー１８５および第２集光
レンズ１８６で集光するようにしたので、前記部分透過
光１８１および部分反射光１８３による第１および第２
集光レンズ１８２，１８６などの集光するための手段の
損傷を軽減することができるとともに、高エネルギのレ
ーザ光に耐久性を有する前記集光手段を用いる必要がな
いので、製造コストを低減することができる。

【００８０】図１１は、本発明の実施のさらに他の形態
である被覆鋼材２のレーザ切断装置のレーザヘッド２１
０の構成を示す断面図である。本実施形態において、前
述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を
付し、説明を省略する。スポットサイズ変換手段は、前
記部分透過ミラー１８０と、前記第１集光レンズ１８２
と、前記部分反射光１８３の光軸１８４にたとえば６０
°の角度で交差し、前記部分反射光１８３を前記部分透
過光１８１の光軸２０８に所定の角度、たとえば３０°
を成して近接する方向に全反射させ、かつ集光して第２
レーザ照射光４を形成する曲率半径ρ１１を有する凹面
鏡２１１とを有する。

【００８１】凹面鏡２１１は、凹面鏡保持筒体２１２の
内向きフランジ２１３に係止され、底板２１４を介して
底板押え環体２１５によって保持される。凹面鏡保持筒
体２１２は、第３基体１７０との間にカラー２０１，２
０２を介在させてボルト２０３，２０４によって第３基
体１７０に固定される。ここで凹面鏡２１１の焦点距離
ｆ７は、たとえばｆ５＝１９０．５ｍｍのとき、３７０
ｍｍまたはｆ５＝２５４ｍｍのとき４９５ｍｍである。

【００８２】このように構成しても、部分透過ミラー１
８０によって前記レーザ入射光１を部分透過光１８１と
部分反射光１８３とに分光して、エネルギ密度の小さく
なった部分透過光１８１および部分反射光１８３を平行
光のままで、第１集光レンズ１８２および凹面鏡２１１
で集光するようにしたので、前記部分透過光１８１およ
び部分反射光１８３による第１集光レンズ１８２および
凹面鏡２１１などの集光するための手段の損傷を軽減す
ることができるとともに、高エネルギのレーザ光に耐久
性を有する前記集光手段を用いる必要がないので、製造
コストを低減することができる。

【００８３】図１２は、本発明の実施のさらに他の形態
である被覆鋼材２のレーザ切断方法を示す模式図であ
る。本実施形態において、前述の実施形態の構成に対応
する部分には同一の参照符を付し、説明を省略する。レ
ーザ入射光１をスポットサイズ変換手段２２０によって
第１レーザ照射光３と第２レーザ照射光４とに分光す
る。第１レーザ照射光３はその光軸２２１が被覆鋼材２
の上面に垂直となるように前記被覆鋼材２の上面に照射
する。第２レーザ照射光４はその光軸２２２が前記光軸
２２１に対して切断方向Ａ１下流側に間隔をあけて平行
となるように被覆鋼材２の上面に照射する。ここで、ス
ポットサイズ変換手段２２０はたとえば部分透過ミラー
１８０と、第１集光レンズ１８２と、部分反射光１８３
の光軸１８４にたとえば４５°の角度で交差して設けら
れ、部分反射光１８３を平行光のままで全反射させる全
反射ミラー２２３と、全反射ミラー２２３によって全反
射された全反射光２２４の光軸２５に同軸に設けられる
第２集光レンズ２２６とを有して形成される。

【００８４】このように構成しても、１つのレーザ入射
光１によって被覆層２ｂの蒸散工程と鋼材２ａの切断工
程との２つの工程を同時に行うことができ、切断時間を
短縮することができる。

【００８５】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、単一本
のビーム状のレーザ入射光を、第１レーザ照射光と第２
レーザ照射光とに分光し、第１および第２レーザ照射光
を被覆鋼材に対して一定の間隔を保ち、かつ予め定める
切断位置に沿って相対的に移動させながら、被覆層を第
２レーザ照射光によって蒸散するとともに、鋼材を第１
レーザ照射光によって溶融切断するので、１つのレーザ
入射光によって被覆層の蒸散工程と鋼材の溶融切断工程
との２つの工程を同時に行うことができ、切断時間を短
縮することができる。

【００８６】請求項２記載の本発明によれば、第１レー
ザ照射光の集光点は第２レーザ照射光の被覆鋼材の上面
における照射領域内に存在するので、切断方向にかかわ
らず常に被覆層を蒸散するとともに、鋼材を溶融切断す
ることができる。

【００８７】請求項３記載の本発明によれば、第１レー
ザ照射光の集光点は、第２レーザ照射光の被覆鋼材の上
面における照射領域内のほぼ中央部に存在し、切断方向
にかかわらず常に被覆層を蒸散するとともに、鋼材を溶
融切断することができるので、第２レーザ照射光のスポ
ット外縁から第１レーザ照射光の集光点に至るまでの蒸
散量をほぼ一定することができる。

【００８８】請求項４記載によれば、第１および第２レ
ーザ照射光は異なる導光経路を通って照射されるので、
エネルギ密度の大きいレーザ入射光がエネルギ密度の小
さい第１および第２レーザ照射光に分割されて、第１お
よび第２レーザ照射光を形成する集光レンズ、凹面鏡な
どの光学系の発熱量を小さくすることができる。

【００８９】請求項５記載の本発明によれば、第２レー
ザ照射光は少なくとも前記レーザ入射光の第１および第
２レーザ照射光の分光点から集光点付近にわたってレー
ザヘッドによって覆われているので、作業者の安全を確
保することができるとともに、蒸散によって発生したガ
スによる第２レーザ照射光の減衰を防止することができ
る。

【００９０】請求項６記載の本発明によれば、単一本の
ビーム状のレーザ入射光が導かれる中空のレーザヘッド
内には、レーザ入射光を偏向および集光して、第１レー
ザ照射光と第２レーザ照射光とを形成するスポットサイ
ズ変換手段が設けられる。前記レーザ入射光をスポット
サイズ変換手段によって第１レーザ照射光と第２レーザ
照射光とに分光するので、１つのレーザ入射光によって
第２レーザ照射光による被覆層の蒸散工程と第１レーザ
照射光による鋼材の溶融切断工程との２つの工程を同時
に行うことができ、切断時間を短縮することができる。

【００９１】請求項７記載の本発明によれば、スポット
サイズ変換手段はレーザヘッド内にレーザ入射光の光軸
と同軸に設けられる複焦点集光レンズである。したがっ
て１つのレーザ入射光を１つの複焦点集光レンズによっ
て第１および第２レーザ照射光に分光することができ、
これによってレーザ入射光を偏向および集光するための
部品点数が少なくてすみ、レーザ切断装置の構成の簡略
化を図ることができる。

【００９２】請求項８記載の本発明によれば、スポット
サイズ変換手段はレーザヘッド内にレーザ入射光の光軸
と同軸に設けられる偏向レンズと集光レンズとを有す
る。したがって偏向レンズと集光レンズとの間隔を変化
させること、あるいは集光点位置の異なるレンズに変換
することなどによって第１および第２レーザ照射光の集
光点を個別に調整することができる。

【００９３】請求項９記載の本発明によれば、第１およ
び第２全反射ミラーはレーザヘッド内をレンズのように
仕切ることがないので、冷却用媒体を供給する通路をも
兼ねるレーザヘッド内を分断することなしに第１および
第２レーザ照射光を照射することができる。

【００９４】請求項１０記載の本発明によれば、部分透
過ミラーによって前記レーザ入射光を部分透過光と部分
反射光とに分光して、エネルギ密度が小さくなった部分
透過光および部分反射光を平行光のままでたとえば集光
レンズまたは凹面鏡で集光するようにしたので、前記部
分透過光および部分反射光による集光レンズなどの集光
するための手段の損傷を軽減することができるととも
に、高エネルギのレーザ光に耐久性を有する前記集光手
段を用いる必要がないので、製造コストを低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である被覆鋼材２のレー
ザ切断方法を示す模式図である。

【図２】本発明の実施の一形態である被覆鋼材２のレー
ザ切断装置のレーザヘッド１０の構成を示す断面図であ
る。

【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た水平断
面図である。

【図４】図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た水平断面図
である。

【図５】本発明の実施の一形態である被覆鋼材２のレー
ザ切断装置に供給されるガスの供給経路を示す系統図で
ある。

【図６】本発明の実施の他の形態である被覆鋼材２のレ
ーザ切断装置のレーザヘッド６５の構成を示す断面図で
ある。

【図７】本発明の実施のさらに他の形態である被覆鋼材
２のレーザ切断装置のレーザヘッド９０の構成を示す断
面図である。

【図８】本発明の実施のさらに他の形態である被覆鋼材
２のレーザ切断装置のレーザヘッド１００の構成を示す
断面図である。

【図９】本発明の実施の他の形態である被覆鋼材２のレ
ーザ切断方法を示す模式図である。

【図１０】本発明の実施のさらに他の形態である被覆鋼
材２のレーザ切断装置のレーザヘッド１５５の構成を示
す断面図である。

【図１１】本発明の実施のさらに他の形態である被覆鋼
材２のレーザ切断装置のレーザヘッド２１０の構成を示
す断面図である。

【図１２】本発明の実施のさらに他の形態である被覆鋼
材２のレーザ切断方法を示す模式図である。

【符号の説明】

１ レーザ入射光 ２ 被覆鋼材 ２ａ 鋼材 ２ｂ 被覆層 ３ 第１レーザ照射光 ４ 第２レーザ照射光 ５ レーザ入射光の光軸 ６，７３，９１，１５０，２２０ スポットサイズ変換
手段 １０，６５，９０，１００，１５５，２１０ レーザヘ
ッド ７４，９２ 第１レーザ透過光 ７５，９３ 第２レーザ透過光 ７６ 部分的凸レンズ ７７，９５ 集光レンズ ９４ 部分的凹レンズ １１１ 第１全反射ミラー １１３ 全反射光 １１６ 全反射光の光軸 １１７ａ，１１７ｂ 反射面 １１８ 第２全反射ミラー １５１，２２１ 第１レーザ照射光の光軸 １５２，２２２ 第２レーザ照射光の光軸 １８０ 部分透過ミラー １８１ 部分透過光 １８３ 部分反射光 ２０８ 部分透過光の光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷 浩志 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 西尾 護 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一本のビーム状のレーザ入射光を、鋼
   材の表面にその鋼材よりも融点の低い被覆材から成る被
   覆層が形成される被覆鋼材の上面またはその近傍の一点
   に集光する第１レーザ照射光と、前記被覆鋼材の上面ま
   たはその近傍よりも離れた位置で集光する第２レーザ照
   射光とに分光し、 第１および第２レーザ照射光を、被覆鋼材の上面に対し
   て一定の間隔を保ち、かつ予め定める切断位置に沿って
   相対的に移動させながら、被覆鋼材の被覆層を第２レー
   ザ照射光によって蒸散するとともに、鋼材を第１レーザ
   照射光によって溶融切断することを特徴とする被覆鋼材
   のレーザ切断方法。
2. 【請求項２】 第１レーザ照射光の集光点は、第２レー
   ザ照射光の被覆鋼材の上面における照射領域内に存在す
   ることを特徴とする請求項１記載の被覆鋼材のレーザ切
   断方法。
3. 【請求項３】 第１および第２レーザ照射光は、被覆鋼
   材の上面に垂直な一直線上に共通な光軸を有することを
   特徴とする請求項２記載の被覆鋼材のレーザ切断方法。
4. 【請求項４】 第１レーザ照射光は、その光軸が被覆鋼
   材の上面に垂直となるように前記被覆鋼材の上面に照射
   し、第２レーザ照射光は、その光軸が第１レーザ照射光
   の光軸に対して被覆鋼材の上面またはその近傍で交差す
   るようにして、第１レーザ照射光から離れた位置から前
   記被覆鋼材の上面に照射することを特徴とする請求項２
   記載の被覆鋼材のレーザ切断方法。
5. 【請求項５】 第２レーザ照射光は、少なくとも前記レ
   ーザ入射光の第１および第２レーザ照射光の分光点から
   集光点付近にわたってレーザヘッドによって覆われてい
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被
   覆鋼材のレーザ切断方法。
6. 【請求項６】 単一本のビーム状のレーザ入射光が導か
   れる中空のレーザヘッド内に、前記レーザ入射光を偏向
   および集光して、鋼材の表面にその鋼材よりも融点の低
   い被覆材から成る被覆層が形成される被覆鋼材の上面ま
   たはその近傍の一点に集光する第１レーザ照射光と、前
   記被覆鋼材の上面またはその近傍よりも離れた位置で集
   光する第２レーザ照射光とを形成するスポットサイズ変
   換手段が設けられることを特徴とする被覆鋼材のレーザ
   切断装置。
7. 【請求項７】 スポットサイズ変換手段は、レーザヘッ
   ド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けられ、レーザ入
   射光を前記第１レーザ照射光と前記第２レーザ照射光と
   に偏向および集光する複焦点集光レンズであることを特
   徴とする請求項６記載の被覆鋼材のレーザ切断装置。
8. 【請求項８】 スポットサイズ変換手段は、レーザヘッ
   ド内にレーザ入射光の光軸と同軸に設けられ、レーザ入
   射光の一部を偏向して第１レーザ透過光と第２レーザ透
   過光とに分割する偏向レンズと、レーザヘッド内にレー
   ザ入射光の光軸と同軸に設けられ、前記第１および第２
   レーザ透過光をそれぞれ集光して、前記第１および第２
   レーザ照射光を形成する集光レンズとを有することを特
   徴とする請求項６記載の被覆鋼材のレーザ切断装置。
9. 【請求項９】 スポットサイズ変換手段は、レーザヘッ
   ド内にレーザ入射光の光軸に交差して設けられ、レーザ
   入射光を平行光のままで全反射する第１全反射ミラー
   と、レーザヘッド内に前記全反射ミラーによって全反射
   された全反射光の光軸に交差して設けられ、この全反射
   光を焦点距離の異なる２つの反射面によって全反射して
   集光し、前記第１および第２レーザ照射光を形成する第
   ２全反射ミラーとを有することを特徴とする請求項６記
   載の被覆鋼材のレーザ切断装置。
10. 【請求項１０】 スポットサイズ変換手段は、レーザヘ
    ッド内にレーザ入射光の光軸に交差して設けられ、レー
    ザ入射光の一部を反射し、かつレーザ入射光の残部を透
    過する部分透過ミラーを有し、部分透過ミラーを透過し
    た部分透過光を集光して第１レーザ照射光を形成すると
    ともに、この部分透過ミラーによって反射された部分反
    射光を、前記部分透過光の光軸に所定の角度を成して近
    接する方向に全反射して集光し、第２レーザ照射光を形
    成することを特徴とする請求項６記載の被覆鋼材のレー
    ザ切断装置。