JP2001038481A - レーザー切断方法及びレーザー切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザー切断を実行するに際し、切断面の酸化
を可及的に軽減して変色や変質を可及的に防止し、品質
の向上をはかる。 【解決手段】トーチ１のノズル１ａから被切断材Ｃに向
けてレーザー光を出射すると共に、酸素ガス，空気，酸
素ガスと不活性ガスとの混合ガス，不活性ガスからなる
アシストガスを噴射する。アシストガスに沿わせて空
気，可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの中から選択さ
れた一のガス又は複数のガスの混合ガスを二次気流とし
て噴射する。可燃性ガスは切断部位の雰囲気を還元性と
して酸化を軽減する。不活性ガスは切断部位を大気から
遮蔽して酸化を軽減する。炭酸ガスは切断部位を局部的
に冷却して酸化を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切断面の品質を向
上させることが出来るレーザー切断方法と、この切断方
法を実施するレーザー切断装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板やステンレス鋼板等の被切断材に対
するレーザー切断は、レーザートーチから被切断材に向
けてレーザー光を照射して母材を溶融、蒸発させると同
時に、レーザートーチからアシストガスと呼ばれる酸素
ガスを噴射して母材を燃焼させると共に該酸素ガスの噴
射エネルギによって溶融物を母材から排除するというプ
ロセスを継続させつつレーザートーチを所望の方向に移
動させることで行っている。

【０００３】レーザー切断では、レーザートーチは被切
断材の表面から２mm〜３mmの高さに保持され、且つレー
ザー光の焦点を被切断材の表面よりも厚さ方向内部に位
置させるのが一般的であり、酸素ガスはレーザー光を通
過させるノズルと同一のノズルから噴射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レーザー切断した被切
断材では、切断部位が大気中に於ける高温下の反応を維
持することから、切断面が酸化して変色或いは変質して
品質が劣化するという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、レーザー切断による切断
面の劣化を可及的に軽減することが出来るレーザー切断
方法と、この方法を実施するレーザー切断装置とを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るレーザー切断方法は、被切断材に対しレ
ーザー光を照射すると共に酸素ガス，空気，酸素ガスと
不活性ガスとの混合ガス，不活性ガスの中から選択され
たガスを噴射するレーザー切断方法に於いて、前記選択
されたガスに沿って、空気，水素を含む可燃性ガス，不
活性ガス，炭酸ガスの中から選択された一又は複数のガ
スを二次気流として噴射することを特徴とするものであ
る。

【０００７】上記レーザー切断方法では、レーザー光に
沿って噴射される酸素ガス，空気，酸素ガスと不活性ガ
スとの混合ガス，不活性ガスの中から選択されたガスに
沿わせ、空気，水素を含む可燃性ガス，不活性ガス，炭
酸ガスの中から選択された一又は複数のガスを二次気流
して噴射することによって、切断面の酸化を可及的に軽
減して該切断面の変色や変質を軽減することが出来る。

【０００８】即ち、二次気流を水素を含む可燃性ガスと
した場合、該二次気流を構成する可燃性ガスが還元性を
有するため、ステンレス鋼板を切断したとき、切断面の
酸化を可及的に軽減することが出来る。

【０００９】また二次気流を不活性ガスとした場合、切
断面を不活性な二次気流によって大気から遮蔽すること
が出来るため、鋼板を切断したとき、切断面の酸化を可
及的に軽減することが出来る。特に、二次気流を炭酸ガ
ス或いは炭酸ガスと他のガスとの混合ガスとした場合、
該二次気流を構成する炭酸ガスが鋼板に対する冷却効果
を発揮することが出来る。このため、炭酸ガス或いは炭
酸ガスの混合ガスを用いて鋼板を切断したとき、該鋼板
を部分的に冷却して切断面の酸化を可及的に軽減するこ
とが出来る。

【００１０】また本発明に係るレーザー切断装置は、レ
ーザー光を通過させると共に該レーザー光に沿って酸素
ガス，空気，酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス，不活
性ガスの中から選択されたガスを通過させる第１の通路
と、前記第１の通路の沿って形成され二次気流を通過さ
せる第２の通路と、前記第２の通路に空気，水素を含む
可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの中から選択された
一又は複数のガスを供給する混合ガス供給装置とを有し
て構成されるものである。

【００１１】上記レーザー切断装置では、被切断材の材
質（ステンレス鋼板或いは鋼板）に対応させて、レーザ
ー光に沿って噴射するガスの成分及び該ガスに沿って噴
射する二次気流の成分を選択して噴射することが出来
る。このため、被切断材の材質に関わらず、切断面の酸
化を可及的に軽減して品質の向上をはかることが出来
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、上記レーザー切断装置の好
ましい実施形態について図を用いて説明し、合わせてレ
ーザー切断方法について説明する。図１はレーザー切断
装置の構成を説明する図、図２はレーザー切断トーチの
構成を説明する模式図である。

【００１３】本発明のレーザー切断装置Ａは、例えば数
値制御（ＮＣ）切断機や図面を倣うトレーサーを有する
倣い切断機等の切断機Ｂに搭載され、該切断機Ｂによっ
て目的の切断線に沿って移動させられることで、ステン
レス鋼板や鋼板等の被切断材Ｃを移動軌跡に沿って切断
し得るように構成されている。

【００１４】そして、被切断材Ｃを切断する過程でアシ
ストガスを酸素ガス，空気，酸素ガスと不活性ガスとの
混合ガス，不活性ガスの中から選択されたガスによって
構成すると共に、このアシストガスに沿って空気，水素
を含む可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの中から選択
された一又は複数のガスからなる二次気流を噴射するこ
とで、切断部位の周囲を還元性雰囲気として切断面の酸
化を軽減させ、或いは切断部位を大気から遮蔽して切断
面の酸化を軽減させ、更には、切断部位の周囲を冷却す
ることで切断面の酸化を軽減させることを実現したもの
である。

【００１５】先ず、切断機Ｂの構成について簡単に説明
する。切断機Ｂは、前述したように、ＮＣ切断機やトレ
ーサーによる倣い切断機、或いは単に直線方向に走行す
る切断機等の切断機を選択的に用いることが可能であ
る。本実施例では、切断機Ｂとして前記切断機の中から
選択されたＮＣ切断機を用いている。

【００１６】ＮＣ切断機からなる切断機Ｂは、平行に敷
設された一対のレール上に載置されて走行し得るように
構成されている。また切断機Ｂは、２本のガーターをレ
ールに対して直交する方向に配置したフレームを有して
おり、このフレームのレールと対応する所定位置に駆動
モーターを取り付けると共に、上面にレーザー発振器２
を載置している。

【００１７】駆動モーターは切断機Ｂをレールに沿って
走行させるものであり、該駆動モーターの回転を制御す
ることで、切断機Ｂをレールに沿って所望の速度で所望
の方向に走行させることが可能である。

【００１８】レーザー切断装置Ａを構成するトーチ１
は、切断機Ｂのフレームに沿って横行可能に設けたキャ
リッジに搭載されており、該キャリッジに設けた横駆動
モーターの回転を制御することで、ガーターに沿ってレ
ールに対し直交する方向に所望の速度で所望の方向に横
行させることが可能である。

【００１９】トーチ１とレーザー発振器２とを結んでレ
ーザー光路３が構成されている。このレーザー光路３も
フレームのガーターを利用して形成される。即ち、レー
ザー光路３はレーザー発振器２の出射口からガーターに
沿って該レーザー発振器２の反対方向に戻り、反転ミラ
ーによって反転して再度ガーターに沿ってレーザー発振
器２の出射口の方向に方向変換してトーチ１に入射し得
るように形成されている。

【００２０】従って、駆動モーターを駆動してフレーム
をレールに沿って目的の形状を切断するのに必要な方向
と速度で走行させると同時に、横駆動モーターを駆動し
てキャリッジをフレームに沿って目的の形状を切断する
のに必要な方向と速度で横行させることで、トーチ１を
目的の形状に沿って移動させることが可能である。そし
て前記の如くしてトーチ１を移動させつつ、この移動過
程でトーチ１を駆動することで、被切断材Ｃを目的の形
状に切断することが可能である。

【００２１】次に、レーザー切断装置Ａの構成について
説明する。レーザー切断装置Ａは、レーザー発振器２と
接続され、被切断材Ｃに向けて中心に形成したノズル１
ａからレーザー光を照射すると共に酸素ガス，空気，酸
素ガスと不活性ガスとの混合ガス，不活性ガスの中から
選択されたガスからなるアシストガスを噴射するトーチ
１と、トーチ１にアシストガスを供給するアシストガス
供給装置４と、トーチ１に空気，水素を含む可燃性ガ
ス，不活性ガス，炭酸ガスの中から選択された一又は複
数のガスからなる二次気流を供給する二次気流供給装置
５とを有して構成されている。

【００２２】アシストガス供給装置４は、被切断材Ｃの
材質に対応して酸素ガス，空気，酸素ガスと不活性ガス
との混合ガス，不活性ガスの中から予め選択されたガス
をトーチ１のノズル１ａに供給するものであり、酸素ガ
スの供給部，空気の供給部，不活性ガスの供給部を備え
ておき、これらの供給部を選択して対応するガスを供給
し得るように構成されている。

【００２３】二次気流供給装置５は、空気を供給する空
気供給部５ａと、水素を含む可燃性ガスを供給する可燃
性ガス供給部５ｂと、不活性ガスを供給する不活性ガス
供給部５ｃと、炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部５ｄ
のガス供給部を有し、且つ各ガス供給部５ａ〜５ｄの中
から１又は複数のガス供給部５ａ〜５ｄを選択する選択
部５ｅ、選択されたガスが複数である場合、これらのガ
スを混合させた二次気流を形成するガス混合部５ｆとを
有して構成されている。

【００２４】トーチ１は、図２に模式的に示すように、
中心にレーザー光路３が形成されており、該レーザー光
路３を横断してレンズ６が設けられている。このレンズ
６は入射したレーザー光を被切断材Ｃの厚さや材質に応
じて、該被切断材Ｃの厚さ方向の所望の位置に集光する
ためのものである。

【００２５】トーチ１の内部は空洞となっており、レン
ズ６からノズル１ａにかけて形成された室１ｂにアシス
トガス供給装置４の供給路４ａが接続されている。従っ
て、レーザー発振器２を作動させてノズル１ａから被切
断材Ｃに向けてレーザー光を照射しつつ、トーチ１にア
シストガス供給装置４からアシストガスを供給すると、
供給されたアシストガスはノズル１ｂからアシストガス
に沿って被切断材Ｃに向けて噴射される。

【００２６】トーチ１の先端部分には二次気流ノズル７
が取り付けられている。この二次気流ノズル７は、ノズ
ル１ａから噴射されるアシストガスに沿って二次気流を
噴射するものであり、ガス混合部５ｆと接続されてい
る。そして該ガス混合部５ｆから供給された空気，可燃
性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの何れか一或いは複数の
ガスからなる混合ガスが二次気流ノズル７に供給された
とき、この混合ガスをアシストガスに沿って噴射するこ
とが可能である。

【００２７】可燃性ガス供給部５ｂは、水素を含む可燃
性ガス、例えば水素ガス，メタンガス，プロパンガス等
の炭化水素ガス、を供給する機能を有するものであり、
可燃性ガスを収容したボンベと圧力調整器及び、又は流
量調整器等を有して構成されている。可燃性ガスとして
特に限定するものではなく、水素を含む可燃性を持った
ガスであれば利用することが可能である。

【００２８】不活性ガス供給部５ｃは、窒素ガスやアル
ゴンガスに代表される不活性ガスを供給する機能を有す
るものであり、不活性ガスを収容したボンベと圧力調整
器及び、又は流量調整器等を有して構成されている。

【００２９】炭酸ガス供給部５ｄは、炭酸ガスを供給す
る機能を有するものであり、炭酸ガスを収容したボンベ
と圧力調整器及び、又は流量調整器等を有して構成され
ている。

【００３０】選択部５ｅは、上記各ガス供給部５ａ〜５
ｄと接続され、被切断材Ｃの材質に対応させたガスを選
択して混合部５ｆに供給する機能を有するものであり、
例えば各ガス供給部５ａ〜５ｄ毎に設けた電磁弁やガス
混合弁等を有して構成されている。

【００３１】ガス混合部５ｆは、選択部５ｅに於いて各
ガス供給部５ａ〜５ｄの中から複数のガスが選択された
とき、供給された複数のガスを混合してトーチ１の二次
気流ノズル７に供給する機能を有するものであり、ガス
混合弁によって構成されている。

【００３２】二次気流ノズル７は、空気，可燃性ガス，
不活性ガス，炭酸ガスを単独で、或いは複数のガスを混
合させた混合ガスをアシストガスに沿わせて噴射するも
のであり、トーチ１のノズル１ａの周囲に噴射口７ａが
形成されている。この噴射口７ａは、ノズル１ａを中心
としたリング状に形成されたものであって良く、またノ
ズル１ａを中心とした円周上に複数の孔を形成したもの
であっても良い。更に、ノズル１ａの進行方向上流側或
いは下流側又は側面側に単一の孔を設けて噴射口７ａと
したものであっても良い。

【００３３】上記の如く構成されたレーザー切断装置Ａ
により被切断材Ｃを切断する際の手順について説明す
る。

【００３４】先ず、切断機Ｂの制御部に目的の図形の情
報を記憶させてトーチ１の移動経路を設定する。次い
で、被切断材Ｃの材質に応じて選択部５ｅを作動させる
ことで、ガス供給部５ａ〜５ｄの中から空気，可燃性ガ
ス，不活性ガス，炭酸ガスの何れかのガス或いは複数の
ガスを選択してガス混合部５ｆに供給する。ガス混合部
５ｆでは、選択されたガスが一種である場合はそのまま
の状態で選択されたガスを二次気流ノズル７に供給し、
また複数種である場合は互いに混合させて二次気流ノズ
ル７に供給する。

【００３５】またレーザー発振器２を作動させてレーザ
ー光を出射し、トーチ１に設けたレンズ６によって被切
断材Ｃの厚さ方向の所定深さに集光する。同時にアシス
トガス供給装置４から所定流量のアシストガスをトーチ
１に供給し、ノズル１ａからレーザーに沿って噴射す
る。

【００３６】上記の如くしてトーチ１のノズル１ａから
レーザー光とアシストガスを被切断材Ｃに向けて照射
し、同時に二次気流ノズル７から二次気流となるガスを
単独で或いは混合ガスの状態でアシストガスに沿わせて
噴射する。これにより、被切断材Ｃに対する切断が開始
される。そして前記の如き、レーザー光の出射と、アシ
ストガス及び二次気流を噴射しつつ、切断機Ｂを駆動し
てトーチ１を目的の図形情報に従って移動させること
で、被切断材に対する切断が実施される。

【００３７】上記切断の過程で、二次気流として噴射さ
れたガスは、該ガスを構成する成分の性質に従って、切
断部位の雰囲気を弱酸化性雰囲気とし、或いは切断部位
の雰囲気を還元性雰囲気とし、又は切断部位を大気から
遮断し、更には切断部位を局部的に冷却して切断面の酸
化を可及的に軽減させることが可能であり、この結果、
酸化に起因する切断面の変色や変質を可及的に軽減する
ことが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
レーザー切断方法では、レーザー光に沿って噴射される
アシストガスに沿わせて、空気，可燃性ガス，不活性ガ
ス，炭酸ガスの中から選択された一又は複数のガスとの
混合ガスを二次気流として噴射することで、切断面の酸
化を可及的に軽減することが出来る。このため、酸化に
起因する切断面の変色や変質を軽減することが出来、切
断面の品質の向上をはかることが出来る。

【００３９】また本発明に係るレーザー切断装置では、
第１の通路からレーザー光と該レーザー光に沿ってアシ
ストガスを噴射し、第２の通路からアシストガスに沿っ
て空気，可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの中から選
択された一又は複数のガスとの混合ガスからなる二次気
流を噴射することが出来る。このため、被切断材の材質
に対応させて混合ガスの成分を選択することで、切断面
の酸化を可及的に軽減して品質の向上をはかることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザー切断装置の構成を説明する図である。

【図２】レーザー切断トーチの構成を説明する模式図で
ある。

【符号の説明】

Ａ レーザー切断装置 Ｂ 切断機 Ｃ 被切断材 １ トーチ １ａ ノズル ２ レーザー発振器 ３ レーザー光路 ４ アシストガス供給装置 ５ 二次気流供給装置 ５ａ 空気供給部 ５ｂ 可燃性ガス供給部 ５ｃ 不活性ガス供給部 ５ｄ 炭酸ガス供給部 ５ｅ 選択部 ５ｆ ガス混合部 ６ レンズ ７ 二次気流ノズル ７ａ 噴射口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被切断材に対しレーザー光を照射すると
   共に酸素ガス，空気，酸素ガスと不活性ガスとの混合ガ
   ス，不活性ガスの中から選択されたガスを噴射するレー
   ザー切断方法に於いて、前記選択されたガスに沿って、
   空気，水素を含む可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの
   中から選択された一又は複数のガスを二次気流として噴
   射することを特徴とするレーザー切断方法。
2. 【請求項２】 レーザー光を通過させると共に該レーザ
   ー光に沿って酸素ガス，空気，酸素ガスと不活性ガスと
   の混合ガス，不活性ガスの中から選択されたガスを通過
   させる第１の通路と、前記第１の通路の沿って形成され
   二次気流を通過させる第２の通路と、前記第２の通路に
   空気，水素を含む可燃性ガス，不活性ガス，炭酸ガスの
   中から選択された一又は複数のガスを供給する混合ガス
   供給装置と、を有することを特徴とするレーザー切断装
   置。