JP2000218386A - レーザ加工装置におけるレーザ出射装置 - Google Patents
レーザ加工装置におけるレーザ出射装置Info
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- JP2000218386A JP2000218386A JP11018714A JP1871499A JP2000218386A JP 2000218386 A JP2000218386 A JP 2000218386A JP 11018714 A JP11018714 A JP 11018714A JP 1871499 A JP1871499 A JP 1871499A JP 2000218386 A JP2000218386 A JP 2000218386A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ノズルの先端及び加工点でのアシストガス圧
力分布の改善を図り、加工品質の向上、特にレーザが照
射された被加工部裏面のドロス付着の低減を実現するこ
とのできるレーザ出射装置を提供すること。 【解決手段】 外ノズル17内に、この外ノズルと同心
状になるように内ノズル18を設け、外ノズルと、内ノ
ズルを通してワークの被加工部にアシストガスを供給す
るようにした。
力分布の改善を図り、加工品質の向上、特にレーザが照
射された被加工部裏面のドロス付着の低減を実現するこ
とのできるレーザ出射装置を提供すること。 【解決手段】 外ノズル17内に、この外ノズルと同心
状になるように内ノズル18を設け、外ノズルと、内ノ
ズルを通してワークの被加工部にアシストガスを供給す
るようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置に関
し、特にレーザ発振器からのレーザビームを出射光学系
を通してワークに照射するレーザ出射装置の改良に関す
る。
し、特にレーザ発振器からのレーザビームを出射光学系
を通してワークに照射するレーザ出射装置の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工装置は、切断、溶接、穴あけ
加工等に使用されている。この中で特に切断用のレーザ
加工装置におけるレーザ出射装置は、先端にノズルを持
つ筒状のケーシング内に加工レンズを含む出射光学系を
収容し、レーザ発振器からのレーザビームを出射光学系
を通してワークに照射するように構成されている。ノズ
ルは同軸ノズルが一般的であり、通常、この同軸ノズル
を通して被加工部にはアシストガスが供給される。
加工等に使用されている。この中で特に切断用のレーザ
加工装置におけるレーザ出射装置は、先端にノズルを持
つ筒状のケーシング内に加工レンズを含む出射光学系を
収容し、レーザ発振器からのレーザビームを出射光学系
を通してワークに照射するように構成されている。ノズ
ルは同軸ノズルが一般的であり、通常、この同軸ノズル
を通して被加工部にはアシストガスが供給される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のレ
ーザ加工装置による切断加工では、レーザビームが照射
された被加工部の裏面にドロスが付着するという問題点
がある。このようなドロスを、加工点近傍のアシストガ
ス圧力の分布を均一にすることで低減することが図られ
ている。しかし、実際にはテーパを持つノズル形状によ
りアシストガスは拡散しやすいので、加工点近傍のアシ
ストガス圧力の分布を均一にすることが難しい。
ーザ加工装置による切断加工では、レーザビームが照射
された被加工部の裏面にドロスが付着するという問題点
がある。このようなドロスを、加工点近傍のアシストガ
ス圧力の分布を均一にすることで低減することが図られ
ている。しかし、実際にはテーパを持つノズル形状によ
りアシストガスは拡散しやすいので、加工点近傍のアシ
ストガス圧力の分布を均一にすることが難しい。
【0004】そこで、本発明の課題は、ノズルの先端及
び加工点でのアシストガス圧力分布の改善を図り、加工
品質の向上、特にレーザが照射された被加工部裏面のド
ロス付着の低減を実現することのできるレーザ出射装置
を提供することにある。
び加工点でのアシストガス圧力分布の改善を図り、加工
品質の向上、特にレーザが照射された被加工部裏面のド
ロス付着の低減を実現することのできるレーザ出射装置
を提供することにある。
【0005】本発明はまた、ノズルの高さ方向の加工裕
度の向上を図ることのできるレーザ出射装置を提供しよ
うとするものである。
度の向上を図ることのできるレーザ出射装置を提供しよ
うとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、先端に第1の
ノズルを持つ筒状のケーシング内に加工レンズを含む出
射光学系を収容し、レーザ発振器からのレーザビームを
前記出射光学系を通してワークに照射するレーザ出射装
置において、前記第1のノズル内に、該第1のノズルと
同心状になるように第2のノズルを設け、前記第1のノ
ズルと、前記第2のノズルを通して前記ワークの被加工
部にアシストガスを供給するようにしたことを特徴とす
る。
ノズルを持つ筒状のケーシング内に加工レンズを含む出
射光学系を収容し、レーザ発振器からのレーザビームを
前記出射光学系を通してワークに照射するレーザ出射装
置において、前記第1のノズル内に、該第1のノズルと
同心状になるように第2のノズルを設け、前記第1のノ
ズルと、前記第2のノズルを通して前記ワークの被加工
部にアシストガスを供給するようにしたことを特徴とす
る。
【0007】なお、前記レーザビームを前記第1のノズ
ルの内側と前記第2のノズルの外側との間を通過させる
ために、前記レーザビームをリング状に整形する整形光
学手段が備えられる。
ルの内側と前記第2のノズルの外側との間を通過させる
ために、前記レーザビームをリング状に整形する整形光
学手段が備えられる。
【0008】また、前記加工レンズは、前記リング状の
レーザビームを前記ワークの加工点に集光させるもので
あって前記整形光学手段の下流側に配置されており、し
かもその中央部に前記リング状のレーザビームの内径よ
りも小さな穴が設けられている。
レーザビームを前記ワークの加工点に集光させるもので
あって前記整形光学手段の下流側に配置されており、し
かもその中央部に前記リング状のレーザビームの内径よ
りも小さな穴が設けられている。
【0009】前記第2のノズルは、前記加工レンズに前
記穴を利用して保持される。
記穴を利用して保持される。
【0010】前記第1のノズルを通して供給する前記ア
シストガスの圧力を1とした場合、前記第2のノズルを
通して供給する前記アシストガスの圧力は1以上とされ
るのが好ましい。
シストガスの圧力を1とした場合、前記第2のノズルを
通して供給する前記アシストガスの圧力は1以上とされ
るのが好ましい。
【0011】
【作用】本発明は、レーザ加工において従来のノズル、
すなわち第1のノズルの中心部に新たに極細の第2のノ
ズルを設けた二重ノズルを用いることにより、ノズルの
先端及び加工点でのアシストガス圧力分布の改善を図
り、加工品質の向上、特にレーザが照射された被加工部
裏面のドロス付着の低減を図るものである。
すなわち第1のノズルの中心部に新たに極細の第2のノ
ズルを設けた二重ノズルを用いることにより、ノズルの
先端及び加工点でのアシストガス圧力分布の改善を図
り、加工品質の向上、特にレーザが照射された被加工部
裏面のドロス付着の低減を図るものである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1を参照して、本発明によるレ
ーザ出射装置の構成について説明する。本レーザ出射装
置は、レーザ加工装置の中でも特に、レーザ切断装置に
使用される。本レーザ出射装置は、図示しないレーザ発
振器から光ファイバを通して導かれたレーザビームを出
射するファイバ出射端11、出射されたレーザビームを
平行光にするコリメートレンズ12、レーザビームをリ
ング状に整形するための一対の円錐プリズム13A、1
3B、ガラス板14、中央部に穴を持つ2枚の穴あき加
工レンズ15A、15Bを出射光学系として備えてい
る。これらは、筒状のケーシング10に収容されてい
る。ケーシング10には、一対の円錐プリズム13A、
13B間の距離を調整して、リング状のレーザビームの
内径及び外径を調整するためのプリズム間距離調整機構
16が設けられている。
ーザ出射装置の構成について説明する。本レーザ出射装
置は、レーザ加工装置の中でも特に、レーザ切断装置に
使用される。本レーザ出射装置は、図示しないレーザ発
振器から光ファイバを通して導かれたレーザビームを出
射するファイバ出射端11、出射されたレーザビームを
平行光にするコリメートレンズ12、レーザビームをリ
ング状に整形するための一対の円錐プリズム13A、1
3B、ガラス板14、中央部に穴を持つ2枚の穴あき加
工レンズ15A、15Bを出射光学系として備えてい
る。これらは、筒状のケーシング10に収容されてい
る。ケーシング10には、一対の円錐プリズム13A、
13B間の距離を調整して、リング状のレーザビームの
内径及び外径を調整するためのプリズム間距離調整機構
16が設けられている。
【0013】ケーシング10の先端には、外ノズル(第
1のノズル)17が設けられ、この外ノズル17内に
は、同心状に内ノズル(第2のノズル)18が設けられ
ている。この内ノズル18は、極細のストレート形状に
されている。ケーシング10には更に、このケーシング
10の空間を通して外ノズル17にアシストガスを導入
するための第1のアシストガス導入口19と、内ノズル
18にアシストガスを導入するための第2のアシストガ
ス導入口20が設けられている。
1のノズル)17が設けられ、この外ノズル17内に
は、同心状に内ノズル(第2のノズル)18が設けられ
ている。この内ノズル18は、極細のストレート形状に
されている。ケーシング10には更に、このケーシング
10の空間を通して外ノズル17にアシストガスを導入
するための第1のアシストガス導入口19と、内ノズル
18にアシストガスを導入するための第2のアシストガ
ス導入口20が設けられている。
【0014】ファイバ出射端11からのレーザビーム
は、コリメートレンズ12によりコリメートされ、更に
一対の円錐プリズム13A、13Bによりリング形状に
される。円錐プリズム13A、13Bは、それらの頂角
が互いに反対向きでレーザビームの中心にくるように、
かつ2枚が互いに平行に配置されている。レーザビーム
のビーム径(外径)及びリング径(内径)はそれぞれ、
プリズム間距離調整機構16を上下に移動させることに
よって調整される。
は、コリメートレンズ12によりコリメートされ、更に
一対の円錐プリズム13A、13Bによりリング形状に
される。円錐プリズム13A、13Bは、それらの頂角
が互いに反対向きでレーザビームの中心にくるように、
かつ2枚が互いに平行に配置されている。レーザビーム
のビーム径(外径)及びリング径(内径)はそれぞれ、
プリズム間距離調整機構16を上下に移動させることに
よって調整される。
【0015】アシストガスは、第1のアシストガス導入
口19と第2のアシストガス導入口20によりそれぞ
れ、外ノズル17と内ノズル18に流される。ガラス板
14は、第2のアシストガス導入口20からのアシスト
ガスが円錐プリズム13Bの方に流入しないようにする
ためのものである。内ノズル18は、2枚の穴あき加工
レンズ15A、15Bに、それらの穴を利用してアシス
トガスが漏れないようにテフロン等でシールされて取り
付けられている。内ノズル18は、その中心がレーザビ
ームの軸の中心と一致するように取り付けられている。
外ノズル17は高さ調整が可能な構造となっている。
口19と第2のアシストガス導入口20によりそれぞ
れ、外ノズル17と内ノズル18に流される。ガラス板
14は、第2のアシストガス導入口20からのアシスト
ガスが円錐プリズム13Bの方に流入しないようにする
ためのものである。内ノズル18は、2枚の穴あき加工
レンズ15A、15Bに、それらの穴を利用してアシス
トガスが漏れないようにテフロン等でシールされて取り
付けられている。内ノズル18は、その中心がレーザビ
ームの軸の中心と一致するように取り付けられている。
外ノズル17は高さ調整が可能な構造となっている。
【0016】以上のような構成により、外ノズル17の
直下に配置されたワークに対して加工レンズ15A、1
5Bにより一点に集光されたレーザビームが照射されて
ワークの切断加工が行われる。
直下に配置されたワークに対して加工レンズ15A、1
5Bにより一点に集光されたレーザビームが照射されて
ワークの切断加工が行われる。
【0017】次に、軟鋼(板厚2.3mm)の切断にお
いて、従来のレーザ出射装置と本発明によるレーザ出射
装置の比較テストを実施し、本レーザ出射装置の効果を
実証した。本比較テストは、図1のレーザ出射装置を使
用し、レーザビームはリング形状である。
いて、従来のレーザ出射装置と本発明によるレーザ出射
装置の比較テストを実施し、本レーザ出射装置の効果を
実証した。本比較テストは、図1のレーザ出射装置を使
用し、レーザビームはリング形状である。
【0018】ノズル高さを変えた時の切断幅及び切断部
裏面に付着したドロスの高さを測定したデータを図2〜
図5に示す。ここでは、スタンドオフ(外ノズル17の
先端から加工点位置までの距離)を2.5(mm)とし
た時のデフォーカスΔdを±0(mm)とし、この状態
からノズル高さを例えば3.5(mm)(この場合、デ
フォーカスΔdは+1mm)、1.5(mm)(この場
合、デフォーカスΔdは−1mm)というように調整し
ている。図2は従来のノズル、図3〜図5は本発明によ
る二重ノズルの結果である。図3〜図5は外ノズル17
と内ノズル18のガス圧力の組合わせが異なるものであ
る。
裏面に付着したドロスの高さを測定したデータを図2〜
図5に示す。ここでは、スタンドオフ(外ノズル17の
先端から加工点位置までの距離)を2.5(mm)とし
た時のデフォーカスΔdを±0(mm)とし、この状態
からノズル高さを例えば3.5(mm)(この場合、デ
フォーカスΔdは+1mm)、1.5(mm)(この場
合、デフォーカスΔdは−1mm)というように調整し
ている。図2は従来のノズル、図3〜図5は本発明によ
る二重ノズルの結果である。図3〜図5は外ノズル17
と内ノズル18のガス圧力の組合わせが異なるものであ
る。
【0019】図2〜図5より、明らかに本発明による二
重ノズルの方が、全体的に照射部の裏面に付着したドロ
ス高さが低減していることが分かる。またドロス付着を
少なく切断できるデフォーカス領域(ノズル高さ方向の
加工裕度)が広くなっていることが分かる。比較テスト
は、レーザ発振器の設定出力、焦点位置を同じとしてい
るためレーザビームのモードが同じであり、また同一光
学系を使用しているためレーザビームの焦点深度がすべ
て同じである。このことから、明らかに二重ノズルの効
果により、付着したドロスの高さが低減し、加工品質が
向上したものである。また、デフォーカス位置でのドロ
スの高さも二重ノズルにより低減しており、ノズル高さ
方向の加工裕度も広くなっている。なお、ノズル高さ方
向の加工裕度というのは、図6に示すように、一定以下
のドロス高さが得られる高さ方向の許容数値であり、図
中のZbである。
重ノズルの方が、全体的に照射部の裏面に付着したドロ
ス高さが低減していることが分かる。またドロス付着を
少なく切断できるデフォーカス領域(ノズル高さ方向の
加工裕度)が広くなっていることが分かる。比較テスト
は、レーザ発振器の設定出力、焦点位置を同じとしてい
るためレーザビームのモードが同じであり、また同一光
学系を使用しているためレーザビームの焦点深度がすべ
て同じである。このことから、明らかに二重ノズルの効
果により、付着したドロスの高さが低減し、加工品質が
向上したものである。また、デフォーカス位置でのドロ
スの高さも二重ノズルにより低減しており、ノズル高さ
方向の加工裕度も広くなっている。なお、ノズル高さ方
向の加工裕度というのは、図6に示すように、一定以下
のドロス高さが得られる高さ方向の許容数値であり、図
中のZbである。
【0020】また、外ノズル17と内ノズル18のガス
圧の組合せは、内ノズル18の方が外ノズル17よりも
ガス圧が高い方が、より二重ノズルの効果が大きくなる
結果が得られている。しかし、同等であっても内ノズル
18のアシストガスが無い状況(図2)よりは改善され
ている。
圧の組合せは、内ノズル18の方が外ノズル17よりも
ガス圧が高い方が、より二重ノズルの効果が大きくなる
結果が得られている。しかし、同等であっても内ノズル
18のアシストガスが無い状況(図2)よりは改善され
ている。
【0021】なお、上記の形態では、切断加工用のレー
ザ出射装置としての効果を確認したが、溶接用のレーザ
出射装置としても本発明は適用可能である。但し、内ノ
ズルと外ノズルのガス圧力及びそれぞれのノズル径の最
適化は必要である。また、本発明は、穴あけ加工用に用
いることもできる。この場合にも、内ノズルと外ノズル
の圧力の最適化は必要である。
ザ出射装置としての効果を確認したが、溶接用のレーザ
出射装置としても本発明は適用可能である。但し、内ノ
ズルと外ノズルのガス圧力及びそれぞれのノズル径の最
適化は必要である。また、本発明は、穴あけ加工用に用
いることもできる。この場合にも、内ノズルと外ノズル
の圧力の最適化は必要である。
【0022】
【発明の効果】二重ノズルを使用した本発明によるレー
ザ出射装置では、内ノズルの効果により、ノズル先端の
アシストガスの圧力分布の改善が図られ、加工品質の向
上、つまりドロス付着の低減を図ることができる。ま
た、ノズル高さ方向の加工裕度も広くすることができ
る。
ザ出射装置では、内ノズルの効果により、ノズル先端の
アシストガスの圧力分布の改善が図られ、加工品質の向
上、つまりドロス付着の低減を図ることができる。ま
た、ノズル高さ方向の加工裕度も広くすることができ
る。
【図1】本発明によるレーザ出射装置の構成を示した断
面図である。
面図である。
【図2】従来のレーザ出射装置により切断加工を行った
時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高さを測
定した結果を示した図である。
時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高さを測
定した結果を示した図である。
【図3】本発明によるレーザ出射装置により切断加工を
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第1の結果を示した図である。
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第1の結果を示した図である。
【図4】本発明によるレーザ出射装置により切断加工を
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第2の結果を示した図である。
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第2の結果を示した図である。
【図5】本発明によるレーザ出射装置により切断加工を
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第3の結果を示した図である。
行った時の切断幅及び切断部裏面に付着したドロスの高
さを測定した第3の結果を示した図である。
【図6】レーザ出射装置におけるノズル高さ方向の加工
裕度を説明するための図である。
裕度を説明するための図である。
11 ファイバ出射端 12 コリメートレンズ 13A、13B 円錐プリズム、 14 ガラス板 15A、15B 穴あき加工レンズ 16 プリズム間距離調整機構 17 外ノズル 18 内ノズル 19 第1のアシストガス導入口 20 第2のアシストガス導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 定彦 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Fターム(参考) 4E068 CD05 CD08 CD14 CD15 CG01 CH02 CH05
Claims (5)
- 【請求項1】 先端に第1のノズルを持つ筒状のケーシ
ング内に加工レンズを含む出射光学系を収容し、レーザ
発振器からのレーザビームを前記出射光学系を通してワ
ークに照射するレーザ出射装置において、 前記第1のノズル内に、該第1のノズルと同心状になる
ように第2のノズルを設け、前記第1のノズルと、前記
第2のノズルを通して前記ワークの被加工部にアシスト
ガスを供給するようにしたことを特徴とするレーザ加工
装置におけるレーザ出射装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーザ出射装置におい
て、前記レーザビームを前記第1のノズルの内側と前記
第2のノズルの外側との間を通過させるために、前記レ
ーザビームをリング状に整形する整形光学手段を備えて
いることを特徴とするレーザ加工装置におけるレーザ出
射装置。 - 【請求項3】 請求項2記載のレーザ出射装置におい
て、前記加工レンズは、前記リング状のレーザビームを
前記ワークの加工点に集光させるものであって前記整形
光学手段の下流側に配置されており、しかもその中央部
に前記リング状のレーザビームの内径よりも小さな穴が
設けられていることを特徴とするレーザ加工装置におけ
るレーザ出射装置。 - 【請求項4】 請求項3記載のレーザ出射装置におい
て、前記第2のノズルは、前記加工レンズに前記穴を利
用して保持されていることを特徴とするレーザ加工装置
におけるレーザ出射装置。 - 【請求項5】 請求項1記載のレーザ出射装置におい
て、前記第1のノズルを通して供給する前記アシストガ
スの圧力よりも、前記第2のノズルを通して供給する前
記アシストガスの圧力の方が高いことを特徴とするレー
ザ加工装置におけるレーザ出射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11018714A JP2000218386A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | レーザ加工装置におけるレーザ出射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11018714A JP2000218386A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | レーザ加工装置におけるレーザ出射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000218386A true JP2000218386A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=11979338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11018714A Pending JP2000218386A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | レーザ加工装置におけるレーザ出射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000218386A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2002248592A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-09-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置 |
JP2007167936A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Miyachi Technos Corp | 金メッキ剥離方法及び金メッキ剥離装置 |
JP2014091133A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ溶断装置および加工方法 |
CN108213700A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-29 | 宁波方太厨具有限公司 | 用于激光焊接的同轴气体保护装置 |
CN108406111A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-08-17 | 北京工业大学 | 一种光纤激光双层同轴保护焊接喷嘴 |
WO2022068101A1 (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-07 | 岗春激光科技(江苏)有限公司 | 激光加工头及激光加工设备 |
-
1999
- 1999-01-27 JP JP11018714A patent/JP2000218386A/ja active Pending
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