JP2000225487A - レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置 - Google Patents
レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置Info
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- JP2000225487A JP2000225487A JP11030259A JP3025999A JP2000225487A JP 2000225487 A JP2000225487 A JP 2000225487A JP 11030259 A JP11030259 A JP 11030259A JP 3025999 A JP3025999 A JP 3025999A JP 2000225487 A JP2000225487 A JP 2000225487A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不安定型共振器を用いたレーザ切断、特に高
出力レーザによるレーザ切断の際に酸素純度を保つため
シールドガスをノズル内部で整流化して、より効率の良
いガス流れを実現し高速、または厚板の切断を高品質に
行うこと。 【解決手段】 アシストガスを用いたレーザ切断に使用
するレーザ切断用ノズルにおいて、レーザ切断用のノズ
ル内に光軸を中心とし光軸よりも外側に配置した同心円
管状のアシストガスのガス溜まり１８を設け、そのガス
溜まりから出る複数のアシストガスの通路を光軸と通路
の間にある角度を設けて配置し、あるいはそのガス溜ま
りから出る複数のアシストガスの通路に光軸を中心とし
た螺旋状の渦を巻くように捻り角度を設けて配置し、ガ
スを再度合流させて１箇所のアシストガスの噴射口２６
から噴射する事でアシストガスの流れを整流化する。
出力レーザによるレーザ切断の際に酸素純度を保つため
シールドガスをノズル内部で整流化して、より効率の良
いガス流れを実現し高速、または厚板の切断を高品質に
行うこと。 【解決手段】 アシストガスを用いたレーザ切断に使用
するレーザ切断用ノズルにおいて、レーザ切断用のノズ
ル内に光軸を中心とし光軸よりも外側に配置した同心円
管状のアシストガスのガス溜まり１８を設け、そのガス
溜まりから出る複数のアシストガスの通路を光軸と通路
の間にある角度を設けて配置し、あるいはそのガス溜ま
りから出る複数のアシストガスの通路に光軸を中心とし
た螺旋状の渦を巻くように捻り角度を設けて配置し、ガ
スを再度合流させて１箇所のアシストガスの噴射口２６
から噴射する事でアシストガスの流れを整流化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームの照射
によって金属板等の被切断材を切断するレーザ切断用ノ
ズル及びこれを使用したレーザ切断装置に関する。
によって金属板等の被切断材を切断するレーザ切断用ノ
ズル及びこれを使用したレーザ切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属板をレーザビームによって切
断する場合、図８、９に示すような方法がとられる。す
なわち、レーザ切断ヘッドにおいてレーザ光源からレー
ザビーム２を出射し、レーザ切断ヘッドにレンズホルダ
を介して取り付けられた集光レンズ３（或いは集光ミラ
ー４）により主ノズルの先端で集光して被切断材８に照
射する事により、被切断材の切断すべき箇所を加熱溶融
する。また、このレーザビームの照射と同時に被切断材
の切断すべき箇所に、ノズルからアシストガスを供給し
て酸化発熱反応により溶融した箇所の深さを増大させ、
アシストガスの圧力により溶融した金属を吹き飛ばして
切断を進行する。その際、アシストガスを高圧で噴射す
るため、加工ヘッド内にガス溜まりの空間を確保する。
このとき圧力隔壁として透過素子である集光レンズ、あ
るいはウィンドウなどを使用し、密閉する。
断する場合、図８、９に示すような方法がとられる。す
なわち、レーザ切断ヘッドにおいてレーザ光源からレー
ザビーム２を出射し、レーザ切断ヘッドにレンズホルダ
を介して取り付けられた集光レンズ３（或いは集光ミラ
ー４）により主ノズルの先端で集光して被切断材８に照
射する事により、被切断材の切断すべき箇所を加熱溶融
する。また、このレーザビームの照射と同時に被切断材
の切断すべき箇所に、ノズルからアシストガスを供給し
て酸化発熱反応により溶融した箇所の深さを増大させ、
アシストガスの圧力により溶融した金属を吹き飛ばして
切断を進行する。その際、アシストガスを高圧で噴射す
るため、加工ヘッド内にガス溜まりの空間を確保する。
このとき圧力隔壁として透過素子である集光レンズ、あ
るいはウィンドウなどを使用し、密閉する。
【０００３】レーザ発振器１が高出力になると、圧力隔
壁とウィンドウやレンズを兼ねて使用するＺｎＳｅなど
の透過素子では冷却が追いつかず、熱レンズ等の影響が
でて安定した切断が不可能となったり、レーザの熱エネ
ルギーに耐えられず割れてしまったりするなどの障害が
ある。
壁とウィンドウやレンズを兼ねて使用するＺｎＳｅなど
の透過素子では冷却が追いつかず、熱レンズ等の影響が
でて安定した切断が不可能となったり、レーザの熱エネ
ルギーに耐えられず割れてしまったりするなどの障害が
ある。
【０００４】この障害を回避するために、特開平７−８
０６７７号公報では、環状の管体である本体のワーク側
の面に無端環状のスリットが形成されており、そこから
アシストガスをレーザの照射方向へ噴射するノズルを使
用する。それにより、レーザ光路中に圧力隔壁として機
能する集光レンズや透過素子を設ける必要が無く、集光
手段として大きなパワーに耐えられる凹面鏡を使用する
ことができ、肉厚の厚いワークの切断が可能となる。ま
た、実開昭６１−１５８３８６号公報のように、外筒と
内筒からなる同軸の二重円錐管構造で厚板の高速、高精
度切断を実現する提案もなされている。
０６７７号公報では、環状の管体である本体のワーク側
の面に無端環状のスリットが形成されており、そこから
アシストガスをレーザの照射方向へ噴射するノズルを使
用する。それにより、レーザ光路中に圧力隔壁として機
能する集光レンズや透過素子を設ける必要が無く、集光
手段として大きなパワーに耐えられる凹面鏡を使用する
ことができ、肉厚の厚いワークの切断が可能となる。ま
た、実開昭６１−１５８３８６号公報のように、外筒と
内筒からなる同軸の二重円錐管構造で厚板の高速、高精
度切断を実現する提案もなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】レーザ切断では切断点
でのアシストガスの圧力値が高く、アシストガスの分布
が幅狭で、アシストガス以外の周囲のガスを巻き込まな
いことが、高速でかつ良好な切断品質を得る上で重要で
ある。また、アシストガスの噴射においては、噴射ガス
の直進性が厚板の切断には必要不可欠な条件である。
でのアシストガスの圧力値が高く、アシストガスの分布
が幅狭で、アシストガス以外の周囲のガスを巻き込まな
いことが、高速でかつ良好な切断品質を得る上で重要で
ある。また、アシストガスの噴射においては、噴射ガス
の直進性が厚板の切断には必要不可欠な条件である。
【０００６】従来技術では、いずれもレーザ出口を取り
巻くアシストガス出口が管状スリット、または等間隔で
配置された穴である。この方式ではガスの合流点が切断
用ノズルの外にあるため、通常レーザ切断で使用するノ
ズルとワーク間のギャップが１〜２mmの位置では、高ピ
ーク圧、幅狭な合成圧力分布が得られにくい。また、ア
シストガスが合流する際にも、アシストガス以外のガス
を巻き込んでしまいやすく、切断品質は悪くなる。ま
た、アシストガスが合成した後、直進性を持たせること
ができないため、厚板切断の際にノズルの先端からの距
離が離れた位置、例えば板厚分に相当する距離では合成
圧力分布のピーク圧が下がり、さらに分布の裾部が発散
してしまい、切断面の底部の面粗さが粗く切断品質が悪
くなる。
巻くアシストガス出口が管状スリット、または等間隔で
配置された穴である。この方式ではガスの合流点が切断
用ノズルの外にあるため、通常レーザ切断で使用するノ
ズルとワーク間のギャップが１〜２mmの位置では、高ピ
ーク圧、幅狭な合成圧力分布が得られにくい。また、ア
シストガスが合流する際にも、アシストガス以外のガス
を巻き込んでしまいやすく、切断品質は悪くなる。ま
た、アシストガスが合成した後、直進性を持たせること
ができないため、厚板切断の際にノズルの先端からの距
離が離れた位置、例えば板厚分に相当する距離では合成
圧力分布のピーク圧が下がり、さらに分布の裾部が発散
してしまい、切断面の底部の面粗さが粗く切断品質が悪
くなる。
【０００７】従って、本発明はノズル噴射後のアシスト
ガス圧力の幅広分布、距離に応じた急激なアシストガス
ピーク圧力値の低下、圧力分布の発散、周囲のガスの巻
き込みを防止し、高ピーク圧、幅狭分布、アシストガス
の純度保持、圧力分布の直進性の確保を実現するレーザ
切断用ノズルとそれを用いたレーザ切断装置を提供する
ことを課題とする。
ガス圧力の幅広分布、距離に応じた急激なアシストガス
ピーク圧力値の低下、圧力分布の発散、周囲のガスの巻
き込みを防止し、高ピーク圧、幅狭分布、アシストガス
の純度保持、圧力分布の直進性の確保を実現するレーザ
切断用ノズルとそれを用いたレーザ切断装置を提供する
ことを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題は （１）レーザ切断用のノズル内に光軸を中心としレーザ
光の光路の外側に配置した同心環状のアシストガスのガ
ス溜まりと、ノズル先端部にレーザ光の出射口とアシス
トガスの噴出口を兼ねる、円筒形状またはディフューザ
形状空間を設けるともに、前記ガス溜まりから出て前記
円筒形状またはディフューザ形状空間の上部に接続する
複数のアシストガスの通路を配置し、複数の通路を通っ
たガスをノズル内で合流させてアシストガスを噴射する
ことによりアシストガスの流れを整流化することを特徴
とするレーザ切断用ノズル。 （２）レーザ切断用のノズル内に光軸を中心としレーザ
光の光路の外側に配置した同心環状のアシストガスのガ
ス溜まりと、ノズル先端部にレーザ光の出射口とアシス
トガスの噴出口を兼ねる、円筒形状またはディフューザ
形状空間を設けるともに、前記円筒形状またはディフュ
ーザ形状空間の上部に接続する円錐状のスリットを配置
し、前記ガス溜まりから出て前記円錐状のスリット上部
に接続する複数のアシストガスの通路を設け、スリット
を通ったガスをノズル内で合流させてアシストガスを噴
射することによりアシストガスの流れを整流化すること
を特徴とするレーザ切断用ノズル。 （３）複数のアシストガスの通路がレーザ光の光軸を中
心とした捻り角度を設けて配置されていることを特徴と
する（１）または（２）記載のレーザ切断用ノズル。 （４）切断用レーザ切断装置のレーザ切断用ノズルに
（１）〜（３）のいずれか１項に記載のレーザ切断用ノ
ズルを使用したことを特徴とするレーザ切断装置。 （５）溝形形成用レーザを併用したことを特徴とする
（４）に記載のレーザ切断装置。により解決できる。
光の光路の外側に配置した同心環状のアシストガスのガ
ス溜まりと、ノズル先端部にレーザ光の出射口とアシス
トガスの噴出口を兼ねる、円筒形状またはディフューザ
形状空間を設けるともに、前記ガス溜まりから出て前記
円筒形状またはディフューザ形状空間の上部に接続する
複数のアシストガスの通路を配置し、複数の通路を通っ
たガスをノズル内で合流させてアシストガスを噴射する
ことによりアシストガスの流れを整流化することを特徴
とするレーザ切断用ノズル。 （２）レーザ切断用のノズル内に光軸を中心としレーザ
光の光路の外側に配置した同心環状のアシストガスのガ
ス溜まりと、ノズル先端部にレーザ光の出射口とアシス
トガスの噴出口を兼ねる、円筒形状またはディフューザ
形状空間を設けるともに、前記円筒形状またはディフュ
ーザ形状空間の上部に接続する円錐状のスリットを配置
し、前記ガス溜まりから出て前記円錐状のスリット上部
に接続する複数のアシストガスの通路を設け、スリット
を通ったガスをノズル内で合流させてアシストガスを噴
射することによりアシストガスの流れを整流化すること
を特徴とするレーザ切断用ノズル。 （３）複数のアシストガスの通路がレーザ光の光軸を中
心とした捻り角度を設けて配置されていることを特徴と
する（１）または（２）記載のレーザ切断用ノズル。 （４）切断用レーザ切断装置のレーザ切断用ノズルに
（１）〜（３）のいずれか１項に記載のレーザ切断用ノ
ズルを使用したことを特徴とするレーザ切断装置。 （５）溝形形成用レーザを併用したことを特徴とする
（４）に記載のレーザ切断装置。により解決できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記のようなレーザ切断用のノズ
ルは、アシストガスを噴射するための被切断材に対向す
る面のガス出口の形状が環状スリットでなく、既にノズ
ル内部でガスの合流が完了しており、直線部を通って一
つの噴出口から噴射するので、通常レーザ切断で使用す
るノズルとワーク間の距離が１〜２mmの位置でピーク圧
が高く、幅の狭いアシストガスの背圧分布が得られる。
ルは、アシストガスを噴射するための被切断材に対向す
る面のガス出口の形状が環状スリットでなく、既にノズ
ル内部でガスの合流が完了しており、直線部を通って一
つの噴出口から噴射するので、通常レーザ切断で使用す
るノズルとワーク間の距離が１〜２mmの位置でピーク圧
が高く、幅の狭いアシストガスの背圧分布が得られる。
【００１０】また、ノズルの内部では光軸を中心とした
円周上に等間隔に配置された複数のガスの通路が渦を巻
くように配置されているため、アシストガスの流れがノ
ズル内部で回転し、さらに直線部を通ることで整流の効
果が得られる。これによりノズルの先端から厚板の板厚
分の距離だけ離れた位置でも、ピーク圧が極度に低下す
ることなく圧力分布の裾部分が発散しない直進性の良い
アシストガス圧分布が得られるので、切断面の底部の面
粗さが少なくなり切断品質が改善される。
円周上に等間隔に配置された複数のガスの通路が渦を巻
くように配置されているため、アシストガスの流れがノ
ズル内部で回転し、さらに直線部を通ることで整流の効
果が得られる。これによりノズルの先端から厚板の板厚
分の距離だけ離れた位置でも、ピーク圧が極度に低下す
ることなく圧力分布の裾部分が発散しない直進性の良い
アシストガス圧分布が得られるので、切断面の底部の面
粗さが少なくなり切断品質が改善される。
【００１１】
【実施例】図１、図２、図３及び図４は、この発明のノ
ズルの実施例である。図１は本発明のレーザ切断ノズル
の断面と切断装置を示す図面である。レーザ発振器１か
ら出射したレーザ光２は、放物面集光ミラー４によって
集光されて被切断材８に照射される。
ズルの実施例である。図１は本発明のレーザ切断ノズル
の断面と切断装置を示す図面である。レーザ発振器１か
ら出射したレーザ光２は、放物面集光ミラー４によって
集光されて被切断材８に照射される。
【００１２】切断用アシストガスはアシストガス供給装
置５からノズル６の内部のアシストガス溜まり１８に一
旦溜められ、直径Ｗ（５mm）の複数の通路２５を通って
幅２mmの円錐形状スリット２８を通り、２mmの直線部Ｌ
を通ってレーザ出射口を兼ねた一つのアシストガス噴射
口２６から噴射される。このときノズルに供給したアシ
ストガスの出口は、ワークに対するノズル最下面の一カ
所であり、ノズル最終出口の径φd は１．７mmとした。
置５からノズル６の内部のアシストガス溜まり１８に一
旦溜められ、直径Ｗ（５mm）の複数の通路２５を通って
幅２mmの円錐形状スリット２８を通り、２mmの直線部Ｌ
を通ってレーザ出射口を兼ねた一つのアシストガス噴射
口２６から噴射される。このときノズルに供給したアシ
ストガスの出口は、ワークに対するノズル最下面の一カ
所であり、ノズル最終出口の径φd は１．７mmとした。
【００１３】図２では、ノズルに供給したアシストガス
の出口はワークに対するノズル最下面の一カ所である。
ノズル６の内部にガス溜まり１８を設け、ここから出る
直径Ｗ（３mm）の６本のガス通路２５をレーザ光軸の中
心に沿って放射状に配置する。アシストガスは合流角度
θ（９０゜）で合流し、２mmの直線部Ｌを通って一つの
出口２６から整流されて噴射する。ノズル最終出口の径
φd は１．７mmとした。アシストガスの合流角度θは６
０〜１２０゜が望ましい。
の出口はワークに対するノズル最下面の一カ所である。
ノズル６の内部にガス溜まり１８を設け、ここから出る
直径Ｗ（３mm）の６本のガス通路２５をレーザ光軸の中
心に沿って放射状に配置する。アシストガスは合流角度
θ（９０゜）で合流し、２mmの直線部Ｌを通って一つの
出口２６から整流されて噴射する。ノズル最終出口の径
φd は１．７mmとした。アシストガスの合流角度θは６
０〜１２０゜が望ましい。
【００１４】図３では、ノズルに供給したアシストガス
の出口はワークに対するノズル最下面の一カ所である。
これはアシストガスの通路２５が直接ノズル内の合流点
までガスを誘導する場合である。この方式はノズル６の
内部にガス溜まり１８を設け、ここから出る直径５mmの
６本のガス通路２５をレーザ光軸の中心に対してノズル
の内部で螺旋状に渦を巻くように配置する。ガスの合流
角度θは約１２０゜である。合流後ガスは渦を巻いて長
さ２mmの直線部分Ｌを通りノズル噴射口２６から噴射す
る。
の出口はワークに対するノズル最下面の一カ所である。
これはアシストガスの通路２５が直接ノズル内の合流点
までガスを誘導する場合である。この方式はノズル６の
内部にガス溜まり１８を設け、ここから出る直径５mmの
６本のガス通路２５をレーザ光軸の中心に対してノズル
の内部で螺旋状に渦を巻くように配置する。ガスの合流
角度θは約１２０゜である。合流後ガスは渦を巻いて長
さ２mmの直線部分Ｌを通りノズル噴射口２６から噴射す
る。
【００１５】図４では、アシストガスのガス溜まり１８
から出たガスは、光軸に垂直な平面内にあり、渦巻き状
に配置されたガスの通路２５（径φD ）を通り、光軸を
中心に回転しながら合流する。そして、ガス流れは円錐
状のスリット内で予め渦巻き状の整流となり、スリット
幅Ｗ（３mm）の通路を介して一点に合流する。この時の
合流角度θは６０゜とし、２mmの直線部Ｌを通り、ノズ
ル最終出口の径φd １．７mmの噴出口２６から噴射す
る。
から出たガスは、光軸に垂直な平面内にあり、渦巻き状
に配置されたガスの通路２５（径φD ）を通り、光軸を
中心に回転しながら合流する。そして、ガス流れは円錐
状のスリット内で予め渦巻き状の整流となり、スリット
幅Ｗ（３mm）の通路を介して一点に合流する。この時の
合流角度θは６０゜とし、２mmの直線部Ｌを通り、ノズ
ル最終出口の径φd １．７mmの噴出口２６から噴射す
る。
【００１６】図５は図１、２、３、４のノズルに使用す
るアシストガスの合流点２４、直線部及び噴射口２６の
図である。（ａ）はガス合流点付近の径が大きく、出口
にいくほど径が小さくなる場合であり、ノズル直後で高
い噴射ガス圧が必要な場合に使用する。（ｂ）はガスの
合流後直線部を介して噴射する場合であり、ノズルから
噴射した切断用アシストガスのガス流がすぐに発散せ
ず、ある程度直進性を必要とするときに使用する。
（ｃ）は噴射口にスロート部を持つ場合であり、出口に
いくほど径が広くなっている。これはノズル直後の圧力
よりも、厚鋼板の切断のように直進性を必要とするとき
に使用する。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれもノズル
の内部でアシストガスが合流するようになっており、ノ
ズルからのガスの出口は一カ所である。
るアシストガスの合流点２４、直線部及び噴射口２６の
図である。（ａ）はガス合流点付近の径が大きく、出口
にいくほど径が小さくなる場合であり、ノズル直後で高
い噴射ガス圧が必要な場合に使用する。（ｂ）はガスの
合流後直線部を介して噴射する場合であり、ノズルから
噴射した切断用アシストガスのガス流がすぐに発散せ
ず、ある程度直進性を必要とするときに使用する。
（ｃ）は噴射口にスロート部を持つ場合であり、出口に
いくほど径が広くなっている。これはノズル直後の圧力
よりも、厚鋼板の切断のように直進性を必要とするとき
に使用する。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれもノズル
の内部でアシストガスが合流するようになっており、ノ
ズルからのガスの出口は一カ所である。
【００１７】図６は従来のノズルを使用したレーザ切断
用アシストガスの背圧分布である。直径０．５mmのピン
ホールを切断用ノズルの下方を光軸に直角方向に走査
し、ピンホールにかかるアシストガスの下方に押し込む
圧力を半導体歪みゲージ方式による圧力トランスデュー
サによって測定した。測定位置は実際にレーザ切断する
ときのノズル−ワーク間のギャップに合わせた。（ａ）
は圧力の測定位置がノズルの先端部からの距離Ｇｚが１
mmの地点の場合、（ｂ）はＧｚが３０mmの定点の場合で
ある。ノズルにかけたアシストガス供給圧力は５kgf/cm
2 とした。ノズル−ワーク間ギャップＧｚが１mmの位置
では、圧力分布のピーク値Ｐmax は約２kgf/cm2 、最大
圧力値の半分の圧力値となる半値幅Ｗｘは、４．５mmで
あった。ノズル−ワーク間ギャップＧｚが３０mmの位置
では、圧力分布のピーク値Ｐmax は約０．１kgf/cm2 、
最大圧力値の半分の圧力値となる半値幅Ｗｘは、４．５
mmであった。
用アシストガスの背圧分布である。直径０．５mmのピン
ホールを切断用ノズルの下方を光軸に直角方向に走査
し、ピンホールにかかるアシストガスの下方に押し込む
圧力を半導体歪みゲージ方式による圧力トランスデュー
サによって測定した。測定位置は実際にレーザ切断する
ときのノズル−ワーク間のギャップに合わせた。（ａ）
は圧力の測定位置がノズルの先端部からの距離Ｇｚが１
mmの地点の場合、（ｂ）はＧｚが３０mmの定点の場合で
ある。ノズルにかけたアシストガス供給圧力は５kgf/cm
2 とした。ノズル−ワーク間ギャップＧｚが１mmの位置
では、圧力分布のピーク値Ｐmax は約２kgf/cm2 、最大
圧力値の半分の圧力値となる半値幅Ｗｘは、４．５mmで
あった。ノズル−ワーク間ギャップＧｚが３０mmの位置
では、圧力分布のピーク値Ｐmax は約０．１kgf/cm2 、
最大圧力値の半分の圧力値となる半値幅Ｗｘは、４．５
mmであった。
【００１８】図７は本発明でのレーザ切断用アシストガ
スの背圧分布である。図６と同様に（ａ）はノズルの先
端部からの距離Ｇｚが１mmの場合、（ｂ）はＧｚが３０
mmの場合である。本発明でのレーザ切断用アシストガス
の背圧分布では、ノズルへの供給圧力は５kgf/cmとした
時、ノズル間ギャップＧｚが１mmの位置での圧力分布の
ピーク値は３kgf/cm2 、圧力値がピーク値の半分になる
ときの幅は約２mmであった。ノズル間ギャップＧｚが３
０mmの位置では、圧力分布のピーク値は０．５kgf/c
m2 、圧力値がピーク値の半分になるときの幅は約３．
５mmであった。
スの背圧分布である。図６と同様に（ａ）はノズルの先
端部からの距離Ｇｚが１mmの場合、（ｂ）はＧｚが３０
mmの場合である。本発明でのレーザ切断用アシストガス
の背圧分布では、ノズルへの供給圧力は５kgf/cmとした
時、ノズル間ギャップＧｚが１mmの位置での圧力分布の
ピーク値は３kgf/cm2 、圧力値がピーク値の半分になる
ときの幅は約２mmであった。ノズル間ギャップＧｚが３
０mmの位置では、圧力分布のピーク値は０．５kgf/c
m2 、圧力値がピーク値の半分になるときの幅は約３．
５mmであった。
【００１９】つぎに、本発明のノズルを溝形成用レーザ
併用レーザ切断に適用した。図１０はこの時の鋼板にお
ける溝部１２へのレーザ照射図、図１１は溝形成レーザ
併用レーザ切断技術の概略斜視図、及び図１２は複合レ
ーザ切断装置の１実施例を示す図である。
併用レーザ切断に適用した。図１０はこの時の鋼板にお
ける溝部１２へのレーザ照射図、図１１は溝形成レーザ
併用レーザ切断技術の概略斜視図、及び図１２は複合レ
ーザ切断装置の１実施例を示す図である。
【００２０】溝形成用レーザ２２はパルスレーザを使用
し、平均パワー２５０W 、繰り返し周波数１０kHz 、集
光レンズに焦点距離ＦＬ＝７．５″のレンズを使用し
た。また、スパッタ除去ノズル１０からのスパッタ除去
用ガスは、窒素を１００L/min吹き付け除去した。切断
用レーザは出力１２kW、切断速度１．０m/min 、集光ミ
ラーは焦点距離ＦＬ＝２０″とした。アシストガスには
純度９９．９％の高純度酸素ガスを使用した。その結
果、厚さ１６mmのＳＳ４００鋼材をドロスフリー切断す
る事ができた。
し、平均パワー２５０W 、繰り返し周波数１０kHz 、集
光レンズに焦点距離ＦＬ＝７．５″のレンズを使用し
た。また、スパッタ除去ノズル１０からのスパッタ除去
用ガスは、窒素を１００L/min吹き付け除去した。切断
用レーザは出力１２kW、切断速度１．０m/min 、集光ミ
ラーは焦点距離ＦＬ＝２０″とした。アシストガスには
純度９９．９％の高純度酸素ガスを使用した。その結
果、厚さ１６mmのＳＳ４００鋼材をドロスフリー切断す
る事ができた。
【００２１】
【発明の効果】上記のように本発明による切断用ノズル
ではアシストガスを噴射するための被切断材に対向する
面のガス出口の形状が環状スリットで無く、既にノズル
内部でガスの合流が完了しており直線部を通りガスが一
つの噴出口から噴射する。このため、通常レーザ切断で
使用するノズルと被切断材間の距離が１mmの位置で、従
来の方法に比較して背圧のピーク圧が高く、圧力値がピ
ーク値の半分になる半値幅が狭い背圧分布が得られた。
ではアシストガスを噴射するための被切断材に対向する
面のガス出口の形状が環状スリットで無く、既にノズル
内部でガスの合流が完了しており直線部を通りガスが一
つの噴出口から噴射する。このため、通常レーザ切断で
使用するノズルと被切断材間の距離が１mmの位置で、従
来の方法に比較して背圧のピーク圧が高く、圧力値がピ
ーク値の半分になる半値幅が狭い背圧分布が得られた。
【００２２】また、円周上に等間隔に光軸中心に対して
渦を巻くように配置した複数のガスの通路を経由しノズ
ル内部で合流させ、最終的には出口で一つにまとめられ
て噴射することで、ガスの流れがノズルの内部で回転し
整流の効果が得られる。これによりノズルの先端から板
厚分（圧力分布の測定では３０mmとした）の距離離れた
位置でも圧力分布がほとんど発散せず、切断中にガスの
流れが乱れないため、切断面の底部の面粗さが少なく切
断品質が改善される。
渦を巻くように配置した複数のガスの通路を経由しノズ
ル内部で合流させ、最終的には出口で一つにまとめられ
て噴射することで、ガスの流れがノズルの内部で回転し
整流の効果が得られる。これによりノズルの先端から板
厚分（圧力分布の測定では３０mmとした）の距離離れた
位置でも圧力分布がほとんど発散せず、切断中にガスの
流れが乱れないため、切断面の底部の面粗さが少なく切
断品質が改善される。
【図１】本発明のレーザ切断ノズルの断面と切断装置を
示す図面。
示す図面。
【図２】レーザ切断装置のノズル断面図。
【図３】レーザ切断装置のノズル断面図。
【図４】レーザ切断装置のノズル断面図。
【図５】ノズル出口形状。
【図６】典型的な従来技術のレーザ切断装置でのアシス
トガスの背圧分布。
トガスの背圧分布。
【図７】本発明でのレーザ切断装置でのアシストガスの
背圧分布。
背圧分布。
【図８】典型的な従来技術のレーザ切断装置の断面図。
【図９】典型的な従来技術のレーザ切断装置の断面図。
【図１０】鋼板における溝部へのレーザ照射。
【図１１】溝形成レーザ併用レーザ切断技術の概略斜視
図。
図。
【図１２】複合レーザ切断装置の１実施例を示す図面。
１ レーザ発振器 ２ レーザ光 ３ 集光レンズ ４ 集光ミラー ５ アシストガス供給装置 ６ 切断用ノズル ８ 被切断材 ９ 溝付与レーザ １０ スパッタ除去ノズル １１ スケール １２ 溝 １３ 切断用アシ
ストガス １５ レーザ出射口 １８ アシストガ
ス溜まり ２０ 反射ミラー ２１ 切断部 ２２ 溝形成レーザ光 ２３ スケール除
去部 ２４ ガス合流点 ２５ 切断用アシ
ストガス通路 ２６ 切断用アシストガス噴射口 ２７ ウィンドウ ２８ スリット ２９ 溝形成用レ
ーザ発振器 ３０，３１，３２，３３，３４ 反射ミラー
ストガス １５ レーザ出射口 １８ アシストガ
ス溜まり ２０ 反射ミラー ２１ 切断部 ２２ 溝形成レーザ光 ２３ スケール除
去部 ２４ ガス合流点 ２５ 切断用アシ
ストガス通路 ２６ 切断用アシストガス噴射口 ２７ ウィンドウ ２８ スリット ２９ 溝形成用レ
ーザ発振器 ３０，３１，３２，３３，３４ 反射ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南田 勝宏 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E068 AA05 AD00 AE00 CD02 CH02 CH08 CJ01
Claims (5)
- 【請求項１】 アシストガスを用いたレーザ切断に使用
するレーザ切断用ノズルにおいて、レーザ切断用のノズ
ル内に光軸を中心としレーザ光の光路の外側に配置した
同心環状のアシストガスのガス溜まりと、ノズル先端部
にレーザ光の出射口とアシストガスの噴出口を兼ねる、
円筒形状またはディフューザ形状空間を設けるともに、
前記ガス溜まりから出て前記円筒形状またはディフュー
ザ形状空間の上部に接続する複数のアシストガスの通路
を配置し、複数の通路を通ったガスをノズル内で合流さ
せてアシストガスを噴射することによりアシストガスの
流れを整流化することを特徴とするレーザ切断用ノズ
ル。 - 【請求項２】 アシストガスを用いたレーザ切断に使用
するレーザ切断用ノズルにおいて、レーザ切断用のノズ
ル内に光軸を中心としレーザ光の光路の外側に配置した
同心環状のアシストガスのガス溜まりと、ノズル先端部
にレーザ光の出射口とアシストガスの噴出口を兼ねる、
円筒形状またはディフューザ形状空間を設けるともに、
前記円筒形状またはディフューザ形状空間の上部に接続
する円錐状のスリットを配置し、前記ガス溜まりから出
て前記円錐状のスリット上部に接続する複数のアシスト
ガスの通路を設け、スリットを通ったガスをノズル内で
合流させてアシストガスを噴射することによりアシスト
ガスの流れを整流化することを特徴とするレーザ切断用
ノズル。 - 【請求項３】 複数のアシストガスの通路がレーザ光の
光軸を中心とした捻り角度を設けて配置されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ切断
用ノズル。 - 【請求項４】 切断用レーザ切断装置のレーザ切断用ノ
ズルに請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ切断
用ノズルを使用したことを特徴とするレーザ切断装置。 - 【請求項５】 溝形形成用レーザを併用したことを特徴
とする請求項４記載のレーザ切断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11030259A JP2000225487A (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11030259A JP2000225487A (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000225487A true JP2000225487A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=12298719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11030259A Withdrawn JP2000225487A (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000225487A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007007724A (ja) * | 2005-06-02 | 2007-01-18 | Sony Corp | レーザ加工装置とその加工方法及びデブリ回収機構とその回収方法 |
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| RU2459690C1 (ru) * | 2011-01-17 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ лазерного раскроя металлического листового материала |
| JP2013173176A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工装置 |
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| CN110039175A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-23 | 武汉奥森迪科智能科技股份有限公司 | 一种激光切割头喷嘴导气装置 |
| JP2022514438A (ja) * | 2019-02-13 | 2022-02-10 | バイストロニック レーザー アクチェンゲゼルシャフト | ガスガイド、レーザ切断ヘッド及びレーザ切断機 |
| US11465237B2 (en) | 2018-02-02 | 2022-10-11 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Gas supply device and laser processing head comprising same |
| CN116810171A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-29 | 金恒山电气无锡有限公司 | 钣金激光切割工艺的热变形抑制系统与工艺 |
-
1999
- 1999-02-08 JP JP11030259A patent/JP2000225487A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN110039175A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-23 | 武汉奥森迪科智能科技股份有限公司 | 一种激光切割头喷嘴导气装置 |
| CN110039175B (zh) * | 2019-05-29 | 2024-05-17 | 武汉奥森迪科智能科技股份有限公司 | 一种激光切割头喷嘴导气装置 |
| CN116810171A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-29 | 金恒山电气无锡有限公司 | 钣金激光切割工艺的热变形抑制系统与工艺 |
| CN116810171B (zh) * | 2023-05-31 | 2024-02-13 | 金恒山电气无锡有限公司 | 钣金激光切割工艺的热变形抑制系统与工艺 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060509 |