JP2000107879A - レーザ切断加工方法及び同方法に使用するレーザノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚板鋼板のレーザ切断が可能なレーザ切断加
工方法及び同方法に使用するレーザノズル。 【解決手段】 レーザ発振器１から発振されたレーザビ
ームＬＢを小径のストレート部２５に導入し多重反射さ
せてレーザビームのビーム強度の均一化を図り、このビ
ーム強度を平均化したレーザビームの径を僅かに拡大し
てワークＷ表面に照射し、このレーザビームの照射面の
中心部に酸化促進ガスジュットの中心部の流速を音速程
度に保持して噴射し、ワークの酸化反応による熱によっ
てワークを溶融し、その溶融部分を前記ガスジェットに
より除去するレーザ切断加工方法及び装置である。レー
ザノズルは、テーパー状の開口部２３と、レーザビーム
ＬＢの多重反射を行う小径のストレート部２５と、上記
ストレート部２５の径よりはノズル照射口２７が大径に
なるようにノズル照射口側が次第に大径になる照射口側
テーパ部２９とを備えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ切断加工方法
及び同方法に使用するレーザノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ切断加工方法として、レーザビー
ムを集光レンズによって集光してワークへ照射し、かつ
アシストガスとして酸素または空気を使用し、ワークと
酸素との酸化反応による熱を利用してワークを溶融し、
溶融した金属をアシストガスによって吹き飛ばすことに
よるレーザ切断が行われている。

【０００３】そして、従来は、ワークが薄板や厚板によ
って焦点距離の異なる集光レンズを使用し、また集光レ
ンズの焦点位置を、ワーク表面、ワーク表面の上方位置
およびワーク表面の下方位置等に位置調節してレーザ切
断を行っている。さらに、ビームモードとしてはシング
ルモードのレーザビームを推奨し、かつ加工条件によっ
てはパルスレーザ等が使用されている。

【０００４】ところで、シングルモードの場合にはレー
ザ発振器からの距離等に拘りなく常にシングルモードを
維持するので扱い易い反面、大出力になると、光軸付近
の強度が高くなり集光レンズや反射鏡に熱変形や損傷を
与えることがある。

【０００５】そこで、レーザビームのシングルモードや
マルチモードに拘りなく、レーザビームを小径の円筒状
の内面鏡内に導き多重反射させてレーザ切断加工等を行
う技術が開発されている。この技術に関する先行例とし
て、例えば特開平４−１３４９３号公報（先行例１）が
ある。また類似の先行例として特開平３−２３０８８６
号公報（先行例２）がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記先行例１の構成
は、レーザ発振器において発振された大径（１６ｍｍ：
ガウスビームのｅ^-2での理論径）のレーザビームを集光
レンズによって集光し、例えば入口直径が０．４ｍｍで
長さが１５．０８ｍｍの円形の直管又は適宜形状のテー
パ状の内面鏡内に導入し、この内面鏡内において多重反
射させた後、ワークに直接照射してレーザ切断加工を行
う構成である。

【０００７】上記構成においては、一般的なレーザ加工
機におけるノズル径（１．５φ〜３．０φ程度）に比較
して内面鏡の内径が小さくかつ長いので、内面鏡から高
圧のアシストガスを噴射しようとすると、集光レンズ等
を備えた加工ヘッド内の内圧が高くなり、場合によって
は保持部を含む集光レンズ等の光学要素に歪みを与え、
焦点位置がずれて内面鏡内へレーザビームを良好に導入
できなくなることがあり、より厚いワークのレーザ切断
を行う上において問題がある。

【０００８】また、先行例１においては、カライドスコ
ープを用いることによって、中心部にエネルギーが飛躍
的に集中するような形態（中心ピークが極めて細い形
態）のエネルギー分布を呈するレーザビームに変換する
ものである。したがって、レーザビームの軸心部のエネ
ルギー密度が極めて高くなるものの全体として中心ピー
クが極めて細い針状を呈することとなり、エネルギーボ
リュームは小さなものである。よって、小径の孔加工に
は有効であるものの、厚板の切断を能率良く行う上にお
いては問題がある。

【０００９】前記先行例２の構成は、入口が大きく出口
の径を穿孔しようとする微細孔の孔径と略同径の小径に
形成したテーパ状の集光コーン内にレーザビームを導入
し、レーザビームを次第に集束し、出口からプリント基
板にレーザビームを照射して出口とほぼ同径の穿孔加工
を行おうとするものである。

【００１０】上記先行例２の構成においては、集光コー
ンの出口へレーザビームを単に集光しようとする構成で
あるから、充分な多重反射が行われ得ないものであり、
レーザ強度の平均化を図る上において問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の如き従来
の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に関わる発明
は、切断すべきワークの表面にレーザビームを小径のス
ポットとして照射して照射面を発火点温度に保持し、上
記スポットの径よりも小径に集束した態様のアシストガ
スを前記照射面の中央部に亜音速以上のガスジェットと
して噴射し、このガスジェット中の酸素と加熱されたワ
ークとの酸化反応熱によってワークを溶融し、この溶融
した部分を前記ガスジェットによって除去して切断溝を
形成するレーザ切断加工方法において、前記ワークの板
厚（ｔ）に応じてレーザビームと同軸にアシストガスを
噴射するレーザノズルの照射口径（Ｙｏ）を一定の規則
の下に変化させることを要旨とするものである。

【００１２】請求項２に関わる発明は、請求項１に記載
の発明において、前記一定の規則がＹｏ＝（０．０４ｔ
＋０．８５）±０．１５の関係式で表されることを要旨
とするものである。ただし、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏは
レーザノズルの照射口径（ｍｍ）である。

【００１３】請求項３に関わる発明は、レーザ発振器か
ら発振されたレーザビームをレーザノズルの小径のスト
レート部に導入し光軸の周囲部分を多重反射させてレー
ザビームの光軸周囲部分のビーム強度の均一化を図り、
このビーム強度を平均化したレーザビームの径を所望の
径に僅かに拡大しエネルギー分布が円柱形状を呈する態
様のレーザビームとしてワーク表面に照射し、このレー
ザビームの照射面の中心部に酸化促進ガスジュットの流
速を亜音速以上に保持して噴射し、ワークの酸化反応に
よる熱によってワークを溶融し、その溶融部分を前記ガ
スジェットにより除去するレーザ切断加工方法におい
て、前記レーザノズルの照射口径（Ｙｏ）をワークの板
厚（ｔ）との関係式、Ｙｏ＝（０．０４ｔ＋０．８５）
±０．１５の下に変化させることを要旨とするものであ
る。ただし、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの
照射口径（ｍｍ）である。

【００１４】請求項４に関わる発明は、請求項１または
請求項３に記載の発明において、前記関係式が次式で表
されることを要旨とするものである。

【００１５】

【数２】Ｙｏ＝｛［ｔ］−｛４＋５（ｎ−１）｝｝／１
２．５＋０．２（ｎ−１） ただし、 ２０≦ｔ＜２５………ｎ＝１ ２５≦ｔ＜３０………ｎ＝２ ３０≦ｔ＜３５………ｎ＝３ ３５≦ｔ＜４０………ｎ＝４ ４０≦ｔ＜５０………ｎ＝５ なお、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射口
径（ｍｍ）、またｎは正の整数で範囲番号を示す数、
［ ］はガウスの記号である。

【００１６】請求項５に関わる発明は、レーザビームの
多重反射を行う小径のストレート部と、該ストレート部
の径よりはノズル照射口径が大径になるようにノズル照
射口側が次第に大径になる照射口側テーパ部と、前記小
径のストレート部のレーザ光の入口側にテーパー状の開
口部を備えてなるレーザノズルにおいて、前記照射口側
のテーパ部の開口角度を６±２度に設けたことを要旨と
するものである。

【００１７】請求項６に関わる発明は、請求項５に記載
の発明において、ノズルの照射口径（Ｙｏ）と小径のス
トレート部の内径（Ｙｉ）との関係がＹｉ＝｜Ｙｏ−
０．６｜およびＹｉ＝（０．０４ｔ＋０．２５）±０．
１５で表されることを要旨とするものである。なお、ｔ
は板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射口径（ｍ
ｍ）である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１を参照するに、本例に係るレ
ーザ切断加工装置は、レーザビームＬＢを発振するレー
ザ発振器１と、上記レーザビームＬＢをレーザ加工ヘッ
ド３方向へ反射するベンドミラー５を備えている。

【００１９】前記レーザ加工ヘッド３は、レーザビーム
ＬＢを囲繞した保護管７の先端部に適宜に接続してあ
る。このレーザ加工ヘッド３はヘッド本体９を備えてお
り、このヘッド本体９の上側に螺着したスリーブ１１に
前記保護管７の端部が適宜に係合してある。

【００２０】前記ヘッド本体９の下部にはノズルホルダ
１３が着脱可能に螺着してあり、このノズルホルダ１３
の下部にはレーザノズル１５が着脱可能に螺着固定して
ある。

【００２１】さらに、前記ノズル本体９には、例えば酸
素ガス或は空気等のアシストガスの流入口１７が形成し
てあり、このアシストガスの流入口１７には、前記レー
ザノズル１５からアシストガスをガスジェットとして噴
射するためのガス供給部１９が接続してある。このガス
供給部１９は、例えば高圧タンク或はコンプレッサより
なるものである。

【００２２】上記ガス供給部１９から供給された高圧の
アシストガスが前記保護管７側へ流出するのを防止する
ために、レーザビームＬＢを透過自在のオプチカルフラ
ット２１がノズル本体９内に設けてある。

【００２３】前記レーザノズル１５は、レーザビームＬ
Ｂを集光する機能を有するテーパー状の開口部２３を備
えると共に、このテーパー状の部分に連続してレーザビ
ームＬＢの光軸の周囲部分の多重反射を行う多重反射孔
として小径のストレート部２５が適宜長さに亘って設け
てある。そして、このストレート部２５の下部には、ワ
ークＷへのレーザビームの照射径が多重反射孔の径より
大径の所望径になるように、下端部のノズル照射口２７
の径がストレート部２５の径より僅かに大径になるよう
に、下端部側が次第に大径になるテーパ形状の噴射口と
して照射口側テーパー部２９が形成してある。

【００２４】すなわちレーザノズル１５は、管の途中に
スロート（ストレート部２５）をもつ中細ノズルであ
り、ダイバージェット又は広い意味でのラバルノズルと
称されるものであって、アシストガスを亜音速から超音
速に加速する機能を有するノズルである。

【００２５】前記ノズルホルダ１３の内面は、レーザ発
振器１から発振され、ベンドミラー５によって屈曲され
た大径のレーザビームＬＢを前記ストレート部２５へ指
向集束せしめるようにテーパー状の反射面３１に形成し
てある。

【００２６】また、前記ノズルホルダ１３の反射面３１
およびレーザノズル１５におけるテーパー状の開口部２
３，ストレート部２５および照射口側テーパー部２９の
内面はそれぞれレーザビームＬＢを高反射するように仕
上面精度を上げるか、例えば金メッキなどのごとく高反
射材料のメッキを施すことが望ましい。

【００２７】ここで、前記照射口側テーパ部（噴射口）
２９は、前記ストレート部（多重反射孔）２５から噴射
されるガスジェットをほぼ平行状に集束した態様の噴流
に保持し、かつ前記ストレート部２５を経たレーザビー
ムの径を上記ガスジェットの噴流の有効径（溶融金属を
吹き飛すに充分な運動エネルギーを保有する流速の範
囲）よりも大径になるように拡大する機能を有するもの
であって、テーパ形状に形成してある。

【００２８】すなわち、ストレート部２５を経たレーザ
ビームは回折によって自然に広がる傾向にあるが、前記
噴射口２９は、回折により広がる場合よりもレーザビー
ムの径をより大きく拡大するために、この噴射口２９内
においてレーザビームが数回の反射を行う長さに設けて
あり、かつ広がり角度（開口角度）を６±２度に設けて
ある。

【００２９】実験の結果、良好な切断品質が得られるノ
ズルの形状を求めることができた。すなわち、前述のレ
ーザノズルの照射口２７の径、すなわち照射口径（Ｙ
ｏ）と板厚（ｔ）との間、並びにレーザノズルのストレ
ート部２５の内径（Ｙｉ）と板厚（ｔ）との間には次の
様な相関関係がある。

【００３０】図３、図４に示す如く、良好な切断品質が
得られる照射口径（Ｙｏ）と板厚（ｔ）、及び前記レー
ザノズル１５のストレート部２５の内径（Ｙｉ）と板厚
（ｔ）との間には相関関係があり、その関係には或る程
度の幅があり、その中心を直線で補間すると次式で表す
ことができる。

【００３１】 Ｙｏ＝（０．０４ｔ＋０．８５）±０．１５…（１） Ｙｉ＝（０．０４ｔ＋０．２５）±０．１５…（２） ただし、板厚ｔ、Ｙｏ及びＹｉの単位は（ｍｍ）であ
る。

【００３２】また、良好な切断品質が得られる照射口径
（Ｙｏ）と板厚（ｔ）との関係は、前述の様に、ある程
度の幅があるのでこの領域内にあればよく、その関係は
次式で表すことができる。

【００３３】

【数３】 Ｙｏ＝｛［ｔ］−｛４＋５（ｎ−１）｝｝／１２．５＋０．２（ｎ−１）…(３) ただし、 ２０≦ｔ＜２５………ｎ＝１ ２５≦ｔ＜３０………ｎ＝２ ３０≦ｔ＜３５………ｎ＝３ ３５≦ｔ＜４０………ｎ＝４ ４０≦ｔ＜５０………ｎ＝５ なお、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射口
径（ｍｍ）、またｎは正の整数で範囲番号を示す数、
［ ］はガウスの記号である。

【００３４】上述の如く、良好な切断を行うための一つ
の条件として、板厚（ｔ）の変化に対応して、照射口径
（Ｙｏ）を一定の規則、すなわち、前記関係式（１）ま
たは（３）の下に変化させることが必要である。

【００３５】なお、前記レーザノズル１５において、Ｙ
ｉとＹｏとの間には次の関係がある。

【００３６】Ｙｉ＝｜Ｙｏ−０．６｜…（４） 以上の如き構成において、レーザ発振器１から発振され
たレーザビームＬＢをベンドミラー５によってレーザ加
工ヘッド３側へ反射すると、レーザビームＬＢは保護管
７内を通過すると共にオプチカルフラット２１を透過
し、レーザ発振器１から発振されたままの大径の状態で
ノズルホルダ１３におけるビームガイド部としてのテー
パー状の反射面３１に照射される。

【００３７】上記反射面３１に照射されたレーザビーム
ＬＢはレーザノズル１５におけるビームガイド部として
のテーパー状の開口部２３側へ反射され、この開口部２
３において適数回反射を繰り返して小径のストレート部
２５に導入される。小径のストレート部２５に導入され
たレーザビームＬＢは当該ストレート部２５において多
重反射され光軸の周囲部分のビーム強度が平均化（均一
化）される。

【００３８】そして、上記ストレート部２５において多
重反射して光軸の周囲部分のビーム強度が均一化された
レーザビームは照射孔側テーパ部２９においてさらに多
重反射を繰り返しつつ次第に大径になり、前記ストレー
ト部２５の径（Ｙｉ）より大径の所望の径でもってワー
クＷの表面に照射される。

【００３９】ところで、前記レーザ発振器１から発振さ
れたレーザビームＬＢは、図２に模式図のように示すよ
うに、テーパー状の開口部２３において複数回反射され
て集光しストレート部２５へ導入され、この小径のスト
レート部２５において多重反射される。そして、照射孔
側テーパ部２９において更に複数回反射され、ストレー
ト部２５の径よりも大径に拡大されたスポットＳＰとし
てワークＷの上面に照射される。

【００４０】この際、前記ストレート部２５の径（Ｙ
ｉ）に相当する部分のレーザビームＬＢは多重反射され
ることなくレーザノズル１５を通過してワークＷの上面
に照射される。そして、前記開口部２３において反射さ
れた光軸の周囲部分が小径のストレート部２５において
多重反射されビーム強度が平均化された後、照射側テー
パ部２９によって小径のストレート部２５より僅かに大
径のスポットＳＰに拡大される。

【００４１】このスポットＳＰの部分のエネルギー分布
は、前記照射側テーパ部２９の角度αにもよるが、ほぼ
平均化された状態にあるので全体的にエネルギー密度が
ほぼ等しい円柱形状Ｅ１を呈する。このエネルギー分布
は、レーザビームをアクリルに照射したときのバーンパ
ターンによって観察すると、図２の模式図に示すように
エネルギーボリュームの大きな円柱形状Ｅ１を呈するこ
とにより確認できる。なお、多重反射されることなくレ
ーザノズル１５を通過した部分は、干渉を受けることに
よりエネルギー密度は、レーザ発振器１から発振された
ときの軸心部のエネルギー密度よりも大きくなるが、エ
ネルギーボリュームの小さな針状あるいはヒゲ状Ｅ２を
呈する。

【００４２】上述のごときエネルギー分布を呈する態様
に変換されたレーザビームをワークＷに照射すると、エ
ネルギー分布が円柱形状の部分Ｅ１はワークＷを溶融し
蒸発させる程度にはエネルギー密度が大きくないので、
ワークＷの照射面は溶融直前の発火点程度に加熱された
状態となる。なお、レーザビームにおけるエネルギー密
度がヒゲ状の部分Ｅ２はエネルギー密度は大きいものの
エネルギーボリュームが小さいので、このヒゲ状の部分
Ｅ２がワークＷに照射されても、切断に関与する全体の
エネルギー量が小さいので、ワークＷが直ちに溶融切断
可能になるものではない。

【００４３】上述のごとくエネルギー密度の分布が円柱
状を呈する態様に変換したレーザビームをワークＷの表
面に照射すると同時に、ガス供給部１９から高圧の酸素
ガスまたは空気のアシストガスを流入口１７からヘッド
本体９内に供給すると、アシストガスは室９Ｃ内におい
て高圧（５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）となり、レーザノズ
ル１５におけるストレート部２５において亜音速にな
り、ノズル照射口２５からは超音速（マッハ１以上）で
前記照射面の中央部に噴射される。

【００４４】上記ストレート部（多重反射孔）２５から
噴射されるアシストガスのガスジェットＧは前記多重反
射孔２５の径より僅かに大径になるものの、ほぼ平行状
に集束した態様でかつワークＷの表面へ照射されたレー
ザビームのスポット（照射面）ＳＰの径より小径の噴流
に保持されて、上記スポットＳＰの中央部に噴射され
る。なお、このガスジェットＧの広がり具合はシュリー
レン法と称する流れの可視化の方法などによって確認で
きる。

【００４５】ところで、前記照射孔側テーパ部２９が存
在せずにストレート部２５がレーザノズル１５から直接
開口された構成（前記先行例１のごとき構成）において
はレーザビームの広がりは回折による自然の広がりであ
ってより大径にすることができず、またガスジェットは
平行状に保持され難く大きく広がる傾向にあり、ワーク
表面でのレーザビームの照射面よりもガスジェット径の
方が大きくなるので、望ましいものではない。

【００４６】前記ワークＷのレーザ照射面（スポット）
は、レーザビームの照射によって全面的に溶融直前の発
火点温度に達しており、この中央部に酸素ガスまたは空
気のアシストガスがガスジェットとして噴射されるの
で、酸素によりワークＷの酸化反応が促進される。この
酸化反応熱によってワークＷが溶融し、この溶融した部
分がアシストガスのジェット流によって除去されて、ワ
ークＷのレーザ切断が行われることとなる。

【００４７】この際、発火点温度に達しているスポット
の中央部に上記スポットの径より小径のガスジェットを
噴射するものであるから、酸化反応を効果的に促進で
き、この酸化反応熱によってワークＷを溶融し超音速の
ガスジェット全体によって溶融金属を除去できる。した
がって、ガスジェット中の酸素との酸化反応熱によって
次々に溶融すると同時に溶融部分全体を次々に効果的に
飛散除去できるものであり、換言すれば、酸化反応熱の
伝播速度とガスジェットの速度とが均衡し、上記酸化反
応熱が周囲に大きく拡散する前に溶融金属を除去するこ
ととなり酸化反応熱による熱影響範囲を小さく抑制する
ことができる。

【００４８】また、ガスジェットはほぼ平行状に集束し
た態様に保持されるので、レーザノズル１５とワークＷ
との間隔を比較的大きくすることが可能であると共に、
ガスジェットの有効到達距離が長くなり、より厚いワー
クの切断を行うことができることになる。

【００４９】本例によれば、集光レンズを有しないので
従来に比較して構成が簡単になると共に、テーパー状の
ビームガイド部でもってレーザビームＬＢをストレート
部２５に導く構成であるから、室９Ｃを高圧にすること
によって、またオプチカルフラット２１が例えば熱変形
することによってオプチカルフラット２１に歪みが生じ
た場合であっても、ストレート部２５へレーザビームを
確実に導くことができる。

【００５０】また、前記構成により室９Ｃ内を高圧にす
ることができ、レーザノズル１５からアシストガスをマ
ッハ１以上の超音速で噴射することが可能となり、より
厚いワークの切断を行うことができる。

【００５１】ところで、本発明は、前記例に限るもので
はなく、適宜の変更を行うことによってはその他の態様
でも実施可能である。例えばベンドミラー５とオプチカ
ルフラット２１との間に焦点距離の長い集光レンズを配
置して、レーザビームＬＢをレーザノズル１５における
テーパー状の開口部２３へ照射するようにレーザビーム
ＬＢを僅かに集束する構成とすることも可能である。ま
た、ベンドミラー５を凹面鏡にして上述したようにレー
ザビームＬＢを集束してテーパー状の開口部２３へ照射
する構成とすることも可能である。

【００５２】さらに、オプチカルフラット２１に代えて
当該部分に適宜焦点距離の集光レンズを採用してテーパ
ー状の開口部２３へ照射することも可能である。

【００５３】上述の場合、テーパー状の開口部２３の適
宜位置に焦点が合う構成とすることができ、一旦集光さ
れて広がりかけたレーザビームを反射させながらストレ
ート部２５に導入することになり、開口部２３の径を前
記例示の場合よりも小径とすることが可能であり、レー
ザ加工ヘッドの全体的構成の小型化を図ることができ
る。

【００５４】要するに、集光レンズや凹面鏡を用いる場
合であっても、多重反射を行う小径のストレート部２５
へのレーザビームの導入はテーパー状の開口部２３によ
って行う構成とすることにより、例えば集光レンズやオ
プチカルフラット等に多少の歪みを生じても何等問題に
することなくストレート部２５へレーザビームＬＢを確
実に導入することができるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明より理解される様に、請求項
１〜請求項４に係わる発明は、切断すべきワークの表面
にレーザビームを小径のスポットとして照射して照射面
を発火点温度に保持し、上記スポットの径よりも小径に
集束した態様のアシストガスを前記照射面の中央部に亜
音速以上のガスジェットとして噴射し、このガスジェッ
ト中の酸素と加熱されたワークとの酸化反応熱によって
ワークを溶融し、この溶融した部分を前記ガスジェット
によって除去して切断溝を形成するレーザ切断加工方法
であるから、酸化反応を効果的に促進でき、酸化反応熱
によって溶融した部分の飛散除去にガスジェット全体を
有効に利用できる。

【００５６】したがって、酸化反応熱の影響範囲を小さ
く抑制してのレーザ切断を行うこができると共に、より
厚いワークのレーザ切断を行うことができるものであ
る。

【００５７】また、板厚（ｔ）に応じてレーザノズルの
照射口径Ｙｏを一定の規則の下に変化させ、すなわち、
照射口径Ｙｏが板厚に比例して拡大したノズルを使用す
るこよにより、ガスジェットの広がりを押さえ、かつ最
適な流量と流速での切断ができるので、板厚に応じた適
切な切断幅を形成することができる。

【００５８】請求項５または請求項６に係わる発明は、
レーザビームの多重反射を行う小径のストレート部と、
該ストレート部の径よりはノズル照射口径が大径になる
ようにノズル照射口側が次第に大径になる照射口側テー
パ部と、前記小径のストレート部のレーザ光の入口側に
テーパー状の開口部を備えてなるレーザノズルにおい
て、前記照射口側のテーパ部を設けたレーザノズルであ
るから、多重反射したレーザビームを拡大し、エネルギ
ー分布が円柱状を呈する態様のレーザビームに変換でき
ると共にガスジェットの広がりを抑制できるものであ
る。

【００５９】また、小径のストレート部のレーザ光の入
口側にテーパー状の開口部を形成してなるものであるか
ら、集光レンズがない場合であっても、レーザ発振器か
ら発振されたレーザビームを小径のストレート部に確実
容易に導くことができるものである。

【００６０】さらに、小径のストレート部のレーザ光の
入口側にテーパー状の開口部を形成してなるものである
から、集光レンズがない場合であっても、レーザ発振器
から発振されたレーザビームを小径のストレート部に確
実容易に導くことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザ切断加工装置の概念的な
説明図である。

【図２】レーザノズルにおけるレーザビームの反射およ
びエネルギー分布状態を模式図的に示した説明図であ
る。

【図３】レーザノズル照射口径Ｙｏ（ｍｍ）とワーク板
厚ｔ（ｍｍ）、並びにレーザノズルのストレート部の内
径Ｙｉ（ｍｍ）とワーク板厚ｔ（ｍｍ）との関係を示し
たグラフ。

【図４】図３と同様のグラフにおいて、板厚ｔ（ｍｍ）
を範囲で区切った時のノズルの照射口径（Ｙｏ）または
ノズルの内径（Ｙｉ）を求めるグラフ。

【符号の説明】 １ レーザ発振器 ３ レーザ加工ヘッド ５ ベンドミラー １３ ノズルホルダ １５ レーザノズル １９ ガス供給部 ２１ オプチカルフラット ２３ テーパ状の開口部 ２５ 小径のストレート部 ２７ 照射口 ２９ 照射口側テーパー部 ｔ 板厚 Ｙｏ 照射口径 Ｙｉ ストレート部の内径

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切断すべきワークの表面にレーザビーム
   を小径のスポットとして照射して照射面を発火点温度に
   保持し、上記スポットの径よりも小径に集束した態様の
   アシストガスを前記照射面の中央部に亜音速以上のガス
   ジェットとして噴射し、このガスジェット中の酸素と加
   熱されたワークとの酸化反応熱によってワークを溶融
   し、この溶融した部分を前記ガスジェットによって除去
   して切断溝を形成するレーザ切断加工方法において、前
   記ワークの板厚（ｔ）に応じてレーザビームと同軸にア
   シストガスを噴射するレーザノズルの照射口径（Ｙｏ）
   を一定の規則の下に変化させることを特徴とするレーザ
   切断加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明において、前記一
   定の規則が次の関係式で表されることを特徴とするレー
   ザ切断加工方法。 Ｙｏ＝（０．０４ｔ＋０．８５）±０．１５ ただし、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射
   口径（ｍｍ）である。
3. 【請求項３】 レーザ発振器から発振されたレーザビー
   ムをレーザノズルの小径のストレート部に導入し光軸の
   周囲部分を多重反射させてレーザビームの光軸周囲部分
   のビーム強度の均一化を図り、このビーム強度を平均化
   したレーザビームの径を所望の径に僅かに拡大しエネル
   ギー分布が円柱形状を呈する態様のレーザビームとして
   ワーク表面に照射し、このレーザビームの照射面の中心
   部に酸化促進ガスジュットの流速を亜音速以上に保持し
   て噴射し、ワークの酸化反応による熱によってワークを
   溶融し、その溶融部分を前記ガスジェットにより除去す
   るレーザ切断加工方法において、レーザノズルの照射口
   径（Ｙｏ）をワークの板厚（ｔ）の関数である次の関係
   式の下に変化させることを特徴とするレーザ切断加工方
   法。 Ｙｏ＝（０．０４ｔ＋０．８５）±０．１５ ただし、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射
   口径（ｍｍ）である。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項３に記載の発明に
   おいて、前記関係式が次式で表されることを特徴とする
   レーザ切断加工方法。 【数１】Ｙｏ＝｛［ｔ］−｛４＋５（ｎ−１）｝｝／１
   ２．５＋０．２（ｎ−１） ただし、 ２０≦ｔ＜２５………ｎ＝１ ２５≦ｔ＜３０………ｎ＝２ ３０≦ｔ＜３５………ｎ＝３ ３５≦ｔ＜４０………ｎ＝４ ４０≦ｔ＜５０………ｎ＝５ なお、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射口
   径（ｍｍ）、またｎは正の整数で範囲番号を示す数、
   ［ ］はガウスの記号である。
5. 【請求項５】 レーザビームの多重反射を行う小径のス
   トレート部と、該ストレート部の径よりはノズル照射口
   径が大径になるようにノズル照射口側が次第に大径にな
   る照射口側テーパ部と、前記小径のストレート部のレー
   ザ光の入口側にテーパー状の開口部を備えてなるレーザ
   ノズルにおいて、前記照射口側のテーパ部の開口角度を
   ６±２度に設けたことを特徴とするレーザノズル。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の発明において、ノズル
   の照射口径（Ｙｏ）と小径のストレート部の内径（Ｙ
   ｉ）との関係が以下の関係式で表されることを特徴とす
   るレーザノズル。 Ｙｉ＝｜Ｙｏ−０．６｜ Ｙｉ＝（０．０４ｔ＋０．２５）±０．１５ なお、ｔは板厚（ｍｍ）、Ｙｏはレーザノズルの照射口
   径（ｍｍ）である。