JP2001212689A

JP2001212689A - レーザ加工機

Info

Publication number: JP2001212689A
Application number: JP2000024186A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Morita; 勇一森田; Yasunori Chabata; 泰範茶畑
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】窒素をアシストガスとして使用しても、当該
窒素の使用によるランニングコストや設備コストを低く
抑え、ひいては生産能力をも向上させることができるレ
ーザ加工機の提供。【解決手段】ノズル１から加工箇所へ窒素９をアシス
トガスとして吹き付けつつレーザビーム２の照射を以て
被切断材３を切断するレーザ加工機において、前記ノズ
ルから噴射した窒素を含むエア４を吸入するダクト５
と、当該ダクト５より吸入されたエア４から非気体成分
を除去する為のフィルタ６と、当該フィルタ６を経たエ
ア４から窒素９を分離する窒素分離装置８と、当該窒素
分離装置８によって得られた窒素９を加工箇所へ噴射す
るノズル１とで構成された窒素循環経路１０を具備する
レーザ加工機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルから加工箇
所へ窒素を吹き付けつつレーザビームの照射を以て被切
断材を切断するレーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームを用いた金属加工法は、切
断面の切れ味の良さと、切断形状の多様さによって様々
な分野において使用されているが、具体的には、被切断
材を溶融するレーザビームを照射し、同時に、酸素、窒
素或いはエアなどをアシストガスとして当該加工箇所に
噴射して切り屑に相当する溶融金属の残留を防止しつつ
切断作業を行うのが一般的である。殊に、窒素分離装置
（例えば、膜式分離装置）により規定の濃度に達した窒
素をアシストガスとして使用する無酸化切断作業は、切
断面に焼き付きが生じないことから仕上がりが良く、し
かも当該切断面の酸化も抑制されるので、例えば、切断
された金属板を次工程で溶接するといった場合において
も極めて良好な作業性と仕上がりを得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒素を
アシストガスとして使用するレーザ加工では大量の窒素
を消費するという問題があり、窒素分離装置を使用する
と大容量で高価格な装置となり、スペースの拡大ともな
る。また、窒素ボンベを使用すると、加工中のアシスト
ガス切れを防ぐ為に多数の窒素ボンベを予備に備蓄しな
ければならないという条件も課されることとなり、ボン
ベに蓄えられた窒素の大量消費は、窒素自体の費用に加
え、窒素ボンベの交換作業に当たる作業者の人件費もか
かり、当該作業のランニングコストを引き上げることと
なる他、機械の稼働率の低下をも招くこととなる。殊
に、液化窒素の使用にあっては、当該ランニングコスト
のみならず蒸発器の設備コストもが加わることとなっ
て、更に、それらの備蓄に要するスペースの拡大は、作
業現場の選択並びにレイアウトの決定、ひいては作業現
場単位面積あたりの生産能力向上の障害ともなり極めて
重要な問題ともなる。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みて成されたもの
であって、窒素をアシストガスとして使用しても、当該
窒素の使用によるランニングコストや設備コストを低く
抑え、ひいては生産能力をも向上させることができるレ
ーザ加工機の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明によるレーザ加工機は、ノズルから加
工箇所へ窒素をアシストガスとして吹き付けつつレーザ
ビームの照射を以て被切断材を切断するレーザ加工機に
おいて、前記ノズルから噴射した窒素を含むエアを吸入
するダクトと、当該ダクトより吸入されたエアから非気
体成分を除去する為のフィルタと、当該フィルタを経た
エアから窒素を分離する窒素分離装置と、当該窒素分離
装置によって得られた窒素を加工箇所へ噴射するノズル
とで構成された窒素循環経路を具備することを特徴とす
る。

【０００６】前記ダクトの態様は特に限定するものでは
無く、ノズルに対向して設定されることによってアシス
トガスとして噴射した窒素を直接受ける態様、ノズルの
周囲に例えば同心円状に設定され被切断材によって反射
された窒素を受けやすくした態様、被切断材の加工箇所
又は被切断材全体を囲った閉鎖空間を形成し、当該閉鎖
空間内の雰囲気もろともに吸入する態様、又はそれらを
適宜併用した態様のいずれでも良い。尚、非気体成分と
は、粉塵や、被切断材等の小片或いは水分や油分等のミ
ストを指す。

【０００７】又、前記窒素循環経路の構成要素として列
挙したそれぞれは必要不可欠な要素を示したものであっ
て、前記本発明の目的に反しない限り、それ以外の要素
が介在することを何等妨げるものでは無く、例えば、前
記ノズルへ窒素ボンベを連結する窒素補給経路を具備す
る構成としても良い。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるレーザ加工機
の実施の形態を図面に基づき説明する。図１（イ）に示
す例は、被切断材３を固定する為の基盤となって一方向
へ水平に移動する加工テーブル１３と、前記被切断材３
を貫通し得る出力を持ったレーザビーム２を発生するレ
ーザビーム発生手段１４と、当該レーザビーム発生手段
１４が発したレーザビーム２を被切断材３の表面へ集光
し、且つ窒素をアシストガスとして適当な一定の指向性
を持って噴射せしめる為のノズル１と、当該ノズル１と
前記レーザビーム発生手段１４から成る切断用ヘッドを
前記加工テーブル１３の移動方向に対して直角な方向へ
水平に移動せしめるフレーム（図示省略）とで構成され
たものである。而して、前記切断用ヘッドは、前記加工
テーブル１３の載置面に対して平行に二次元的な軌跡を
描いて相対移動することとなり、前記加工テーブル１３
に固定された被切断材３を二次元的な輪郭を持って切断
することが可能となる。

【０００９】本発明によるレーザ加工機には、前記ノズ
ル１から噴射した窒素９を回収し再利用する為の窒素循
環経路１０が構築されている。当該例における窒素循環
経路１０は、レーザ加工の際にアシストガスとして用い
た窒素９を作業現場の雰囲気と共に吸入するダクト５
と、当該ダクト５の吸引力を発生させ、且つ吸入したエ
ア４ａに含まれる粉塵や水分等を除去する集塵フィルタ
６ａを具備した集塵装置１５と、粉塵や水分等が除去さ
れたエア４ｂを圧送するコンプレッサー１６と、圧送さ
れたエア４ｂから更に微小な粉塵或いは水分や油分等の
ミストを除去する微細フィルタ６ｂと、微細フィルタ６
ｂを通過し窒素を高濃度に含むエア４ｃから窒素９を分
離する窒素分離装置８と、分離された窒素９を当該レー
ザ加工機の加工条件に適した圧力に増幅して送り出すブ
ースター１７と、当該窒素９を加工箇所に目がけて噴射
する為のノズル１を具備して構成されたものである。

【００１０】図２に示す第１の実施態様例では、前記ノ
ズル１とダクト５ａが、一定の方向へ直線水平移動する
共通の固定フレーム（図示省略）に搭載されている。当
該固定フレーム上において前記ノズル１とダクト５ａと
が常に相対向して前記加工テーブル１３の移動方向に対
して直角方向へ水平移動させる為に、当該固定フレーム
には左右一組のドラム１８が軸支されている。当該ドラ
ム１８は、プーリーとワイヤドラムが一連一体化したも
のであり、対をなすプーリーには無端ベルト１９が掛け
られ、対をなすワイヤドラム間にはワイヤ２０が渡さ
れ、渡されたワイヤ２０を一対の従動プーリー２９，２
９でシフトさせることにより、無端ベルト１９とワイヤ
２０とが上下段違いに平行となる位置関係が保たれてい
る。

【００１１】そして、無端ベルト１９にはノズル１が、
ワイヤ２０にはダクト５ａが相互に対向して設定され、
且つ当該ダクト５ａが設定されているワイヤ２０の掛け
方として、前記無端ベルト１９の循環に伴い、一定のテ
ンションを保ちつつ各ワイヤドラムに対し前記無端ベル
ト１９と同方向への巻き取りと解放を繰り返す掛け方を
採用することによって、ノズル１とダクト５ａの各々が
繋がれた無端ベルト１９とワイヤ２０の送り量と送り方
向が等しく、且つそのタイミングが正確に同期する構造
（同期構造）が実現されている。当該実施態様例におい
て前記ノズル１及びダクト５ａを駆動する手法には既存
の駆動方法を適宜採用すれば良く、例えば、前記ドラム
１８を回転駆動させる方法を採用しても良いし、サーボ
モーターによって電気的に回転制御が成されたネジ棒を
ノズル１の移送軌道に沿って配設し、当該ネジ棒に嵌る
ナット材にノズル１を固定し、更に前記ネジ棒の回転に
追従してナット材及びそれに固定されたノズル１が回転
しない様に移送ガイド等の姿勢維持手段を付設する方法
を採用しても良い（図示省略）。

【００１２】図３に示す第２の実施態様例も、第１の実
施態様例と同様にノズル１とダクト５ａが常に相対向し
て平行移動する同期構造を示したものであるが、ダクト
５ａの駆動手段として、サーボモーター２１によって電
気的に回転制御が成されたネジ棒２２をノズル１の移送
軌道に沿って配設し、当該ネジ棒２２に嵌るナット材
（図示省略）にダクト５ａを固定し、更に前記ネジ棒２
２の回転に追従してナット材及びそれに固定されたダク
ト５ａが回転しない様に移送ガイド等の姿勢維持手段
（図示省略）を付設したものであり、前記サーボモータ
ー２１の回転量及び回転方向を、ノズル１とダクト５ａ
の移動量及び移動方向が一致するように同期制御をする
ことによって前記第１の実施態様例と同じ目的を達成し
得る同期構造が実現することとなる。もちろん、この実
施態様例において当該構造をノズル１の移送手段として
用いても良いことは言うまでもなく、その他既存の移送
手段を、ノズル１及びダクト５ａそれぞれの移送手段と
して採用しても良い。

【００１３】これらの実施態様例に用いられるノズル１
としては、アシストガス通過室が設けられた窒素９の噴
出口をレーザビーム２の照射口として共用されているタ
イプのものが、アシストガスを加工箇所へ確実に且つ満
遍なく窒素を当てる点で望ましいが、当該レーザ加工装
置の用途や構造等に合わせて窒素９の噴出口とレーザビ
ーム２の照射口を個別に設置しても良い。また、ダクト
５ａとしては、例えば、図６の如く吸入口に網２３等を
張り、被切断材３の加工に際して落下する被切断材自体
或いは廃材等２４がダクト内に入らない様な構造とする
ことが望ましく、更に、当該網２３上に前記被切断材自
体或いは廃材等２４が残留してエア４ａの吸入を妨げな
いように、それらが滑落するに十分な傾斜を設けて置く
のも望ましい目詰まり防止手段の一つである。

【００１４】図４に示す第３の実施態様例は、ダクト５
ｂを前記第１並びに第２の実施態様例で示したノズル１
と一体化した構造を採用したものである。この例ではノ
ズル１の周囲に前記アシストガス通過室２５を中心とし
て同心円的に吸入室２６が設けられ、当該吸入室２６を
介してエア４を引き込む吸気路２７が設けられている。
そして、前記吸入室２６の周囲には更に別のアシストガ
ス通過室３０が同心円的に設けられている。この例は、
個別にダクト５の移送手段を設ける必要性が少なく、設
備コストを削減する上で望ましい構造であるが、必要に
応じて前記第１や第２の実施態様例の構造を併用しても
良い。

【００１５】図５に示す第４の実施態様例は、レーザ加
工装置の周囲を囲った閉鎖空間２８を形成し、当該閉鎖
空間２８内の雰囲気を作業現場内の雰囲気から独立させ
ることにより、ノズル１から噴出した窒素９の広域拡散
を防止して窒素回収の効率を高めようとするものであ
る。図ではレーザ加工装置の上位に、前記閉鎖空間２８
を封じた形でダクト５ｃが設置されているが、下位或い
は側方など、閉鎖空間２８を形成する壁面の一部に換え
て配置されていれば良い。この構造でも、個別にダクト
５の移送手段を設ける必要性は少なく、ダクト５の機能
を付加したノズル１を用いる必要性も少ないが、必要に
応じて前記第１乃至第３の実施態様例の構造を適宜併用
することを妨げるものではない。

【００１６】上記第１から第４の実施態様例の構造を採
用すれば、いずれもノズル１から加工箇所へ噴射した窒
素９を積極的に吸入する構造が採られているので、加工
箇所へ吹き付けた窒素９を比較的高い濃度で窒素循環経
路１０へ取り込むことができ、アシストガスとして噴射
した窒素９を窒素分離装置８で回収する際の効率が大き
く高められる。この様な吸入気内の窒素濃度の向上は、
結果として窒素分離装置８に求められる能力を補うこと
となり、例えば、小容量の低価格な装置を以て大量の窒
素を回収することが可能となる。また、同時にミストや
粉塵等を効率よく吸入する手助けともなる。

【００１７】しかも、前記窒素循環経路１０内では、ダ
クト５ａの吸入口に付設された網２３で大きな異物が取
り除かれ、更に集塵装置１５の集塵フィルタ６ａで、ミ
ストや粉塵等が取り除かれたエア４ｂが、前記コンプレ
ッサー１６により圧縮されて微細フィルタ６ｂへ送ら
れ、前記集塵フィルタ６ａで送られたエア４ｂから更に
微小な粉塵或いは水分や油分等のミストを除去するの
で、窒素分離装置８で回収される窒素はもとより、窒素
分離後の残気についても大幅な清浄化がなされ、当該残
気を作業現場へ排出することによって作業現場内の雰囲
気をも清浄化することとなる。

【００１８】上記窒素循環経路は、基本的な構造を示し
たものであり、必要に応じて図１（ロ）に示す様に窒素
分離装置８からノズル１にかけての経路に窒素ボンベ１
１を連結する窒素補給経路１２を設けることによって、
メンテナンスや故障等による窒素９の回収量不足或いは
加工条件の変化等による噴射量の割り増しなど被切断材
の切断仕様等によって変化する作業状況に対応したアシ
ストガスたる窒素９の噴射が可能となる。又、更に第３
の実施態様例及び第４の実施態様例にあっては三次元加
工（立体形状ワーク）用のレーザー加工機に対しても採
用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上の如く本発明によるレーザ加工機を
使用すれば、たとえ大量の窒素を使用したとしても、窒
素分離装置は小容量、低価格、省スペースの装置とな
る。また、窒素が作業現場に充満することがなく、雰囲
気中から煙や粉塵或いは水分や油分等のミストを効率よ
く除去するという副作用によって作業環境を向上させる
ことができる。また、加工中のアシストガス切れを防ぐ
為に多数の窒素ボンベを予め備蓄する必要もなく、窒素
自体の費用に加え、窒素ボンベの交換作業に当たる作業
者の人件費も削減され、当該作業のランニングコストを
引き下げることができる。加えて、それらの備蓄に要す
るスペースも縮小でき、更には、機械の稼働率も向上す
ることによって、作業現場単位面積あたりの生産能力も
向上させることができる。更にまた、ノズルとダクトを
常に対向して移動させれば、ダクトからエアを効率よく
吸入することができるので、固定のダクトより小さいダ
クトを採用することが可能となり、更に設備コストを削
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）（ロ）本発明によるレーザ加工機の窒素循環経路の一例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明によるレーザ加工機のノズルとダクトの
配設状態を示す概略正面図である。

【図３】本発明によるレーザ加工機のダクトの配設状態
を示す概略正面図である。

【図４】本発明によるレーザ加工機のノズルとダクトの
配設状態を示す概略断面図である。

【図５】本発明によるレーザ加工機のノズルとダクトの
配設状態を示す概略正面図である。

【図６】図２乃至図３の概略右側面図である。

【符号の説明】

１ノズル２レーザビーム３被切断材４エア５，５ａダクト６フィルタ８窒素分離装置９窒素１０窒素循環経路１１窒素ボンベ１２窒素補給経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA41 JA70A MB04 PB17 PB63 PC80 4E001 AA01 BB12 DD01 NA00 4E068 AE00 CG02 CJ01 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル（１）から加工箇所へ窒素（９）
をアシストガスとして吹き付けつつレーザビーム（２）
の照射を以て被切断材（３）を切断するレーザ加工機に
おいて、前記ノズルから噴射した窒素を含むエア（４）を吸入す
るダクト（５）と、当該ダクト（５）より吸入されたエ
ア（４）から非気体成分を除去する為のフィルタ（６）
と、当該フィルタ（６）を経たエア（４）から窒素
（９）を分離する窒素分離装置（８）と、当該窒素分離
装置（８）によって得られた窒素（９）を加工箇所へ噴
射するノズル（１）とで構成された窒素循環経路（１
０）を具備するレーザ加工機。
【請求項２】前記ノズル（１）へ窒素ボンベ（１１）
を連結する窒素補給経路（１２）を具備する請求項１に
記載のレーザ加工機。
【請求項３】前記ノズル（１）と常に対向して移動す
るダクト（５ａ）を具備する前記請求項１又は請求項２
のいずれかに記載のレーザ加工機。