JP2005177786A - 高密度エネルギビーム加工方法及びその装置、孔付き管の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム照射部を横切るアシストガスの流れを形成してドロスやスパッタを切断部から吹き飛ばすようにしたものにおいて、アシストガスの流れ方向と高密度エネルギビームの切断加工進行方向との関係で切断部近くに簡易な除去手段による除去が困難な溶着物が付着しない高密度エネルギビームによる切断加工方法および装置を提供する。
【解決手段】長孔を形成する場合のビーム照射部の軌跡がａを始点として、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ａを順に経るようにする。これにより、ビーム照射部を横切るアシストガスＪ２が、高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方から流れることがなくなるので、簡易な除去が困難な溶着物の付着が効果的に防止される。
【選択図】図４

Description

本発明は被加工部材に高密度エネルギビームを照射して切断加工を行う高密度エネルギビーム加工方法及びその装置、管材の外面に高密度エネルギビームを照射して切断加工により孔を形成する孔付き管の製造方法及びその装置に係り、特に切断部分へのドロスの付着を極力防止するようにしたものに関する。

従来、被加工部材を切断加工して、被加工部材から不要部分を切り離したり、穴を明けたり、細い透溝（スリット）を形成したりする場合の加工方法として、高蜜度エネルギビームを被加工部材の切断すべき部分（以下、切断加工部）に照射し、その熱で切断加工部を溶融させて切断する方法がある。この切断の際には、通常、高蜜度エネルギビームの照射と同時に、加工ノズルから窒素や酸素などのアシストガスを噴射し、切断加工により生じたドロス（溶融物）やスパッタ（蒸気）を、そのアシストガスによって速やかに除去するようにして、それらが管材や加工ノズルの集光レンズに付着したりしないようにしている。

このように高蜜度エネルギビームの照射側からアシストガスを吹き付けながら被加工部材の切断加工を行うと、多くの場合、高蜜度エネルギビームの照射によって生じたドロスがアシストガスにより切断部の下方に流され、切断部の周辺部に付着したりする。
このドロスの付着を防止するための方法、装置として、特許文献１及び２に開示されたものがある。

これは、高密度エネルギビームの照射側と、その反対側とから供給されるアシストガスのうち、一方のアシストガスは、高密度エネルギビームの照射により被加工部材に開口形成された切断部を通じて反対側に流れ、他方のアシストガスは、少なくとも被加工部材の表面部分においてビーム照射部の内側および外側周辺のうちの一方側から他方側へと向く流れを有していることを特徴としている。

この構成によれば、一方のアシストガスが切断部を通じて反対側に流れる際、切断加工によって生じたドロスは、切断部を通じて被加工部材の反対側に押し流される。ドロスが押し流された反対側では、他方のアシストガスがビーム照射部の内側から外側へ、或いは外側から内側へと流れているので、反対側に押し流されたドロスはその他方のアシストガスによって吹き飛ばされる。このため、ドロスの付着を大幅に低減することができるものである。
特開２０００−２２５４８６号公報 特開２００２−３５９７３号公報

本発明者は、種々の試行を繰り返し、図２１（ａ）に示すように、例えば、高密度エネルギビームＢの照射側において被加工部材１のビーム照射部２を横切るアシストガスＡ１の流れを形成しておくことによってドロスの付着を一層確実に防止する着想を得た。
このようにビーム照射部２を横切るアシストガスＡ１の流れを形成しておくと、高密度エネルギビームにより被加工部材１に切断部３が開口形成されたとき、その切断部３を通じて吹き出すアシストガスＡ２によりドロスＤやスパッタが上方に吹き飛ばされ、更にその上方に吹き飛ばされたドロスＤやスパッタをアシストガスＡ１によって切断部２から横方向へ吹き飛ばす。

すると、ドロスＤやスパッタは切断部３から吹き飛ばされてゆく過程で冷えて微粒子状に固化するので、高密度エネルギビームの照射によって高温度にされた切断部３から横方向に吹き飛ばされることと相俟って、ドロスやスパッタが切断部２の周縁に付着することがなくなるというものである。
ところが、本発明者はこのビーム照射部２を横切るアシストガスＡ１の流れを形成した場合、高密度エネルギビームの切断加工進行方向とアシストガスＡ１の流れ方向によってはドロスの付着防止が確実でない場合の生ずることを見出した。例えば、図２１（ｂ）に示すように両側が半円弧状となっている長孔５を形成する場合、同図（ｃ）に示すように高密度エネルギビームは長孔５の周囲部を一周することによって当該周囲部に沿った切断部３を形成する。

この場合、図２１（ｄ）及び（ｅ）に示すように、アシストガスＡ１が同図(ｄ)及び（ｅ）の下側から上側に向って流れていたとすると、同（ｄ）のように高密度エネルギビームの切断加工進行方向が反時計回り方向であった場合、Ｅで示す個所にドロスが堆積するようにして溶着する状態が発生し、同（ｅ）のように高密度エネルギビームの切断加工進行方向が時計回り方向であった場合、Ｆで示す個所に上記のような溶着物が付着する状態が発生した。

アシストガスＡ１及びＡ２を流しても、長孔５の開口縁にドロスがバリ状になって付着して残ることを完全に防止することは困難であるが、このような付着物は後加工として被加工部材１を酸洗浄したり、金属ブラシでのバリ取り作業を行ったりすると容易に除去できる。しかしながら、上記のＥやＦといった個所に付着した溶着物は酸洗浄やブラシ掛けなどでは除去できず、完全除去には研削加工或は切削加工しなければならない。従って、完全除去のための設備費や検査工数がかかり、製造コストが上昇するという問題を生ずる。

上述のようなビーム照射部２を横切るアシストガスＡ１の流れを形成しておくことは、ドロスの付着防止にとってより効果的ではある。しかしながら、アシストガＡ１の流れ方向と高密度エネルギビームの切断加工進行方向との関係で除去困難なドロスが多く付着する現象が生じ、これを解消しない限り、ビーム照射部２を横切るアシストガスＡ１の流れを形成してドロスの付着防止効果を高めることは困難である。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ビーム照射部を横切るアシストガスの流れを形成してドロスやスパッタを切断部から吹き飛ばすようにしたものにおいて、アシストガスの流れ方向と高密度エネルギビームの切断加工進行方向との関係で切断部近くにドロスが付着する減少を生じないようにすることができる高密度エネルギビーム加工方法及びその装置、孔付き管の製造方法及びその装置を提供することにある。

本発明者は、高密度エネルギビームにより被加工部材に切断部が開口形成されたとき、その切断部を通って流れ出るアシストガスの流れを形成すると共に、ビーム照射部を横切るアシストガスの流れを形成してドロスの付着を防止するようにしたものにおいて、ドロスが堆積状態に溶着する場合の環境を究明するための実験を多数実行した。
この実験の結果、本発明者は、ビーム照射部を横切るアシストガスが、高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方から流れてくるようになると、切断加工部分の風下側にドロスが堆積状態に溶着することを究明した。つまり、図２１（ｄ）及び（ｅ）のように、アシストガスが高密度エネルギビームの切断加工進行方向に対して斜め前方から流れる関係になるＥ位置及びＦ位置にドロスが溶着するのである。なお、この関係で図２１（ｄ）にＧで示す個所及び図２１(ｅ)にＨで示す位置にもドロスが溶着するが、これは切り落とされて孔となる部分であるから問題は生じない。

以上のことから、請求項１の発明では、被加工部材に高密度エネルギビームを照射して切断加工を行う高密度エネルギビーム加工方法において、
前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側の両側からアシストガスを供給し、
この被加工部材の両側から供給されるアシストガスのうち、一方側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの照射により前記被加工部材に開口形成された切断部を通じて反対側に流れ、他方側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにした。

また、請求項２の発明では、被加工部材に高密度エネルギビームを照射して切断加工を行う高密度エネルギビーム加工装置において、
前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側のうちの一方側からアシストガスを供給し、前記高密度エネルギビームの照射によって前記被加工部材に開口形成された切断部から他方側へ流す第１のガス供給手段と、
前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側のうちの他方側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにする第２のガス供給手段とを具備したものとした。

請求項３の発明では、管材にその外側から高密度エネルギビームを照射して切断加工することにより孔を形成する孔付き管の製造方法において、
前記管材のビーム照射部に対し、前記管材の内側と外側の両側からアシストガスを供給し、この両側から供給されるアシストガスのうち、前記管材の内側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの照射によって前記管材に形成された切断部から管材の外側へと流れ、
前記管材の外側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにした。

請求項４の発明では、管材にその外側から高密度エネルギビームを照射して切断加工することにより孔を形成する孔付き管の製造装置において、
前記管材のビーム照射部に対し、当該管材の内側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの照射によって前記管材に開口形成された切断部から管材の外側へと流す第１のガス供給手段と、
前記管材のビーム照射部に対し、当該管材の外側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流す第２のアシストガス供給手段とを具備したものとした。

以上の請求項１乃至４の発明によれば、ビーム照射部を横切って流れるアシストガスは、高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向からビーム照射部を横切るように流れるので、容易に除去できない溶着物の付着を効果的に防止しながら切断加工を行うことができる。
また、孔付き管の製造装置において、請求項５の発明では、前記第１のガス供給手段は、前記管材の内側に挿入されたガス吐出ノズルから構成した。請求項６の発明では、前記第２のガス供給手段は、前記管材に形成される孔の外側に配置された１個のガス供給ノズルから構成され、前記高密度エネルギビームによる前記孔の周囲の切断加工を、当該孔の周囲の一部の切断加工と残りの一部の切断加工とに分け、それぞれの切断加工の進行方向を互いに逆向きとすることにより、アシストガスが前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるように構成した。

請求項７の発明では、前記第２のガス供給手段は、前記管材に形成される孔を挟んでその両側に配置された２個のガス供給ノズルから構成され、その２個のガス供給ノズルは前記高密度エネルギビームの加工進行方向に応じてアシストガスを噴出することにより、当該アシストガスが前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向の斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるように構成した。

請求項８の発明では、前記第２のガス供給手段は、前記ビーム照射部の移動に追従する追従手段によって当該ビーム照射部の移動に追従して移動し、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に対して前記ビーム照射部の後側からアシストガスを供給するようにした。

以下、本発明を実施形態により具体的に説明する。
［第１の実施形態］
図１乃至図５は第１の実施形態を示す。この実施形態は、金属製の管材への孔明け加工を高密度エネルギビームによって実施する場合に適用したものである。図１は高密度エネルギビーム加工装置としてのレーザ加工装置を示すもので、同図において、加工ノズル１１は、伝送管１２を介して図示しない発振器に接続されており、その加工ノズル１１の先端出口１１ａの上方には保護ガラス１３、更にその上に集光レンズ１４が設けられている。そして、発振器から発射された高密度エネルギビームとしてのレーザビームＬＢは、伝送管１２中のベントミラー（図示せず）により方向を変えられ、集光レンズ１４および保護ガラス１３を通過して加工ノズル１１の出口１１ａから被加工部材としての管材１５に向けて照射される。なお、高密度エネルギビームは、レーザ、電子ビーム、光ビームなどが適用できるが、レーザが取扱いの面からすると好適である。

上記加工ノズル１１の下方には図示しない加工テーブルが設けられており、その加工テーブル上に中空の回転ヘッド１６が設けられている。そして、回転ヘッド１６にチャック１７が設けられており、このチャック１７に管材１５が取り付けられるようになっている。この実施例において、管材１５は図２に示すような内部に空間を有した金属円筒材であり、この管材１５の周壁には、図３に示すような平面形状の長孔１８、つまり両端部が半円状の長孔１８が管材１５の内部空間と外部とを連通させるようにして９０度の角度間隔を置いて４個切断加工される。

上記の加工ノズル１１はＺ軸方向（上下方向）に移動可能に構成され、加工テーブルはＸＹ軸方向（水平面内での縦横方向）に移動可能に構成されている。これらの加工ノズル１１及び加工テーブルの移動動作は、図示しない制御装置によって予め設定されたプログラムに基づいて自動制御される。そして、発振器から発射されたレーザビームＬＢは、上述のようにして集光レンズ１４を通過してチャック１７に取り付けられた管材１５の外周面に集束される。

長孔１８の切断加工時には、加工ノズル１１および加工テーブルが移動すると共に、回転ヘッド１６が回転し、これにより加工ノズル１１が管材１５に対し、切断すべき線に沿ってレーザビームＬＢを照射するように相対移動するようになっている。従って、これら加工ノズル１１、加工テーブル及び回転ヘッド１６は、レーザビームＬＢの照射部（ビーム照射部）を切断すべき線に沿って相対移動させる相対移動手段として機能する。

なお、相対移動手段としては、加工ノズル１１を移動させるロボットハンドから構成しても良い。
１つの長孔１８の加工を終了すると、次の長孔１８を切断加工するために、回転ヘッド１６を搭載した図示しない加工テーブルが横方向に移動し、或いは回転ヘッド１６がチャック１７を所定角度回転させて、次の長孔１８を明ける部分（切断加工部）をレーザビームＬＢの照射位置に移動させるようになっている。

さて、切断加工は、管材１５のレーザビームＬＢの照射部（以下、単にビーム照射部という。）に対し、管材１５の内外両側から窒素や酸素などのアシストガスを供給しながら行われる。そのうち、管材１５の内側からのアシストガスの供給は、第１のガス供給手段としての第１のガス供給ノズル１９によって行われる。すなわち、この第１のガス供給ノズル１９は、内部にガス通路１９ａを有した円柱状に形成されており、図示しないガス供給源に接続されている。そして、この第１のガス供給ノズル１９は、回転ヘッド１６の中空内部に当該回転ヘッド１６の回転中心と同心となるように通されて、先端部分がチャック１７から突出している。なお、第１のガス供給ノズル１９は、加工テーブル側に固定されて回転不能になっている。

また、第１のガス供給ノズル１９の先端部上面には、吐出口１９ｂが垂直上向きとなるように形成されている。この吐出口１９ｂは管材１５に形成される長孔１８よりも一回り大きく形成されている。そして、管材１５の孔明け加工に際しては、管材１５の内部空間に第１のガス供給ノズル１９を挿入するようにして当該管材１５をチャック１７に取り付ける。この場合、第１のガス供給ノズル１９の先端部の外周面は、管材１５の内周面に密に嵌合接触して吐出口１９ｂの周縁部が管材１５の内周面によってシールされるようになっている。

一方、ビーム照射部に対する管材１５の外側からのアシストガスの供給は、加工ノズル１１から行われると共に、加工ノズル１１に固定して設けられた第２のガス供給手段としての第２のガス供給ノズル２０から行われるようになっている。すなわち、加工ノズル１１には、集光レンズ１４よりも出口１１ａ側に位置してアシストガス導入管２１が設けられており、この導入管２１は図示しないガス供給源に接続されている。

そして、ガス供給源からアシストガス導入管２１を介して加工ノズル１１内に供給されたアシストガスは、加工ノズル１１の出口１１ａから管材１５の表面に向けて吐出される。加工ノズル１１の出口１１ａから吐出されたアシストガスは管材１５に当たって当該管材１５の表面に沿って流れる。このとき、加工ノズル１１が先細の円錐状をなしていることにより、管材１５の表面に当たったアシストガスのうち、より多くの量のアシストガスがビーム照射部の外側から内側に向かって流れるようになる。なお、この加工ノズル１１からのガス流出は加工ノズル１１の保護ガラス１３や集光レンズ１４にレーザ加工により発生するドロスやスパッタが付着しないようにする機能も有する。

また、第２のガス供給ノズル２０は、図３に示すように、ガスの噴出方向がチャック１７に取り付けられた管材１５の中心線に対してほぼ直角となるように、且つ図２に示すように、噴出したアシストガスが長孔１８の形成部分（切断加工部）に斜め上方から吹き当たるように加工ノズル１１に固定されている。このように配設された第２のガス供給ノズル２０の吐出口２０ａから吐出されたガスは、管材１５の中心線に対して直交するようにしてビーム照射部に向って流れ、且つビーム照射部を横切って反対側へと流れ去る。

この場合、第１のガス供給ノズル１９、第２のガス供給ノズル２０から吐出されるアシストガスの圧力は、加工ノズル１１から吐出されるアシストガスの圧力よりも高圧に設定されていて、第１のガス供給ノズル１９、第２のガス供給ノズル２０から吐出されるアシストガスの流れが加工ノズル１１から吐出されるガスによって影響を受けないようにしている。なお、加工ノズル１１から吐出されるアシストガスは特に管材１５の切断加工部に当てる必要はない。

ここで、管材１５に長孔１８をレーザビームＬＢによって形成する場合、そのレーザビームＬＢは長孔１８の周辺を切断加工する。これにより、切断加工部によって囲まれた部分が切り落とされ、長孔１８が形成される。本実施例では、長孔１８の周辺をレーザビームＬＢによって切断加工する際、レーザビームＬＢの照射部(レーザ照射部)が、図４に示すように、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ａという軌跡を辿るように加工テーブル及び回転ヘッド１６の動作が制御される。

なお、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ａなる軌跡は、長孔１８として形成される部分の中央を始点ａとし、ここから長孔１８の周縁部上の点ｂまで斜めに進み、そして長孔１８の周縁部上を反時計回り方向に点ｃまで進み、点ｃから長孔１８となる部分を横切って既に切断加工されているｂ−ｃ間の一点ｄまで進み、この点ｄから長孔１８の周縁部上を時計回り方向に既に切断加工されているｂ−ｃ間の一点ｅまで進み、そして元の位置ａまで戻る、という軌跡である。

このような軌跡を辿る切断加工を実行すると、反時計回りの軌跡ｂ−ｃ線が先に切断加工されている軌跡ａ−ｂ線と交差する際、軌跡ａ−ｂ−ｃ−ｄ線に囲まれた右側部分が切り落とされ、そして、時計回りの軌跡ｄ−ｅ線が先に切断加工されている反時計回りの軌跡ｂ−ｃ線と一致するｃ点に達すると、左側部分が切り落とされて長孔１８として形成される。

なお、ｃ点からｄ点への軌跡は第２のガス供給ノズル２０から噴出されるアシストガスの流れが、切断加工進行方向に向って斜め前方からの流れとなるので、レーザ加工装置のシャッタ（図示せず）を閉じてレーザビームＬＢが加工ノズル１１から出射されないようにすることが好ましい。但し、長孔１８の周縁からｃ−ｄ線への移動は曲線ではなく、鋭角状に素早く行われ、しかもｃ−ｄ線は切除される部分を通るのであるから、最終的にｃ点の風下側に付着して残る溶着物はほとんどなく、仮にあってもバリ状で容易に除去できるので、特にレーザビームＬＢの出射をとめなくとも良い。

次に上記構成の作用を説明する。
管材１５に孔明け加工を行うには、管材１５を図１に示すようにチャック１７に取り付ける。そして、加工ノズル１１からレーザビームＬＢを管材１５に照射しながら、アシストガス導入管２１から加工ノズル１１内にアシストガスを導入し、その加工ノズル１１の内部を通して出口１１ａからアシストガスをビーム照射部に向けて噴出させる。また、第１のガス供給ノズル１９のガス通路１９ａ内のアシストガスにガス圧を加えておく。更に、第２のガス供給ノズル２０から管材１５に向けてガスを噴出させておく。

孔明け加工は、まず、図４にａで示す位置にレーザビームＬＢを照射して当該部分に小孔２２を形成し、次いでレーザビームＬＢの照射部がａ点から長孔１８の周縁上の一点ｂを経て当該周縁上をｃ点に向って移動してゆく。
レーザビームＬＢが管材１５に照射されると、ビーム照射部が加熱されて溶融する。この溶融（切断）により、図２に示すように、管材１５の切断加工部の一部に内外に開通する切断部Ｃが明けられる。なお、レーザビームＬＢはパルス状に出射される。このため、管材１５には、図５に示すように、レーザビームＬＢが照射される毎に円形孔が明けられ、これが連続することによって線状の切断部Ａとして形成される。

さて、管材１５に切断部Ｃ(最初の１個の円形孔を含む。)が明けられると、図２に矢印Ｊ１で示すように、第１のガス供給ノズル１９の吐出口１９ｂから噴出されるアシストガスが切断部Ｃを通して管材１５の外側へと流れ出し、このアシストガスＪ１は、切断部Ｃの切断加工によって生じたドロスＤやスパッタを管材１５の外側へと押し流す。これにより、ドロスＤが切断部Ｃの内面および管材１５の内周面における切断部Ｃの開口周縁部分に付着して残ることが防止される。

管材１５の外側に押し流されたドロスＤやスパッタは、第１のガス供給ノズル１９から切断部Ｃを通って外部に流れ出るアシストガスＪ１によって上方へと吹き飛ばされる。更に、第２のガス供給ノズル２０から噴出されたアシストガスが矢印Ｊ２で示すように切断部Ｃの一方側から当該切断部Ｃを横切って他方側へと流れるため、管材１５の内側から切断部Ｃを通って吹き出るアシストガスＪ１によって上方へと吹き飛ばされたドロスＤやスパッタは第２のガス供給ノズル２０から噴射されたアシストガスＪ２により切断部Ｃの横方向外側へと吹き飛ばされる。

なお、吹き飛ばされたスパッタはアシストガスに晒されて冷やされ、粒子状の固形物となる。また、加工ノズル１１から吹き出されたアシストガスは、第２のガス供給ノズル２０から吐出されるアシストガスによって横方向に流される。
このように、切断部Ｃから吹き出るアシストガスＪ１によって上方へと吹き飛ばされたドロスＤやスパッタは、第２のガス供給ノズル２０から噴射されるアシストガスＪ２によって切断部Ｃから横方向に吹き飛ばされる。このため、ドロスＤやスパッタがレーザビームＬＢを照射されて高温度となっている切断部Ｃの周縁に触れて塊状の溶着物となって付着することが効果的に防止される。

しかも、レーザビームＬＢによる切断加工の進行方向を、長孔１８の周縁に沿ったビーム照射部の右側ほぼ半分は、第２のガス供給ノズル２０からのアシストガスの噴出方向から見て反時計回り方向に定め、残りの左側ほぼ半分は時計回り方向に定めたので、第２のガス供給ノズル２０から噴出するアシストガスは、レーザビームＬＢの切断加工進行方向の斜め前方から切断部Ｃを横切るように流れる状態になることがない。

このため、アシストガスがレーザビームＬＢの切断加工進行方向の斜め前方から切断加工部Ａを横切るように流れることにより、溶着物が切断部Ｃ近くの風下側に付着するといったことを効果的に防止できる。勿論、切断部Ｃやその近傍にドロスが付着することを完全には防止できないが、仮に付着しても、それらは酸洗浄やブラシ掛けなどによって容易に除去できるもので、研削や切削による除去を必要とするようなものではない。

このようにして１個の長孔１８を加工した後、別の長孔１８を加工するには、加工テーブルを横方向に移動させたり、回転ヘッド１６を回転させたりすることによって別の長孔１８を形成する部位を加工ノズル１１の下に次の長孔加工部位を位置させる。この長孔加工時においても上記と同様にして管材１５の内外両周面における長孔１８の周縁部にドロスＤがバリ状に付着したり、長孔１８の周縁部近くに溶着物が付着したりすることを効果的に防止することができる。

［第２の実施形態］
図６及び図７は本発明の第２の実施形態を示すもので、上述の第１の実施形態との相違は、加工ノズル１１に、第２のガス供給ノズル２０と同様のガス供給ノズル(第２のガス供給手段)２３を、加工ノズル１１を中間に挟んで対称となる位置に設けたところにある。そして、両第２のガス供給ノズル２０，２３からはレーザビームＬＢの切断加工の進行方向に応じて選択的にアシストガスを噴出すようにする。

即ち、ビーム照射部は、図７に示すように、Ｌから長孔１８の周縁上の点Ｍ、そこから例えば反時計回り方向にＮを経てＯまで至り、ＯからＬに戻るという軌跡を辿って長孔１８を形成する。このとき、ＬからＭを経てＮまでのほぼ半周分は一方の第２のガス供給ノズル２０からアシストガスを供給し、ＮからＯまでのほぼ半周は他方のガス供給ノズル２３からアシストガスを供給する。

このように、両第２のガス供給ノズル２０，２３のうちから、レーザビームＬＢの切断加工進行方向に応じてアシストガスを噴出すガス供給ノズルを選択することにより、ビーム照射部に、レーザビームＬＢの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向からアシストガスを吹き当てることができる。このため、長孔１８の周縁部に溶着物が付着することを効果的に防止することができる。

［第３の実施形態］
図８及び図９は本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態では、上述の第２の実施形態と同様に第２のガス供給手段を２個の第２のガス供給ノズル２０，２３から構成している。第２の実施形態との相違は、両第２のガス供給ノズル２０，２３を追従手段としてのロボットアーム２４，２５にそれぞれ取り付け、そして、２台のロボットアーム２４，２５によって第２のガス供給ノズル２０，２３を常にレーザビームＬＢの切断加工進行方向に向ってビーム照射部の後側となる位置に移動させ、当該ビーム照射部に切断加工進行方向後側からアシストガスを噴出させるようにしたことにある。

このように、アシストガスが常に切断加工の進行方向の後側からビーム照射部に噴き当てられるようにすることによって一層確実に溶着物がビーム照射部の近くに付着することを防止できる。
［第４の実施形態］
図１０は本発明の第４の実施形態を示すもので、この実施例が前述の第１に実施形態と異なるところは、第２のガス供給ノズル２０を、加工ノズル１１に当該加工ノズル１１を中心に回転可能に設けた追従手段としての回転ヘッド２６に取り付けたところにある。回転ヘッド２６はＮＣ制御によって回転動作し、これによって第２のガス供給ノズル２０を常にレーザビームＬＢの切断加工進行方向に対してビーム照射部の後側からアシストガスを噴出するようにしている。

［第５の実施形態］
図１１は本発明の第５の実施形態を示す。この実施形態は、被加工部材を管材ではなく、平板状の金属製部材としたところにある。平板状の被加工部材２７の場合には、これをチャンバ２８を有した取付治具２９にセットする。チャンバ２８はガス導入管３０を介してガス供給源に接続されており、レーザビームＬＢの照射により切断部Ａが開口形成されると、この切断部Ａを通じてチャンバ２８内のアシストガスが噴出する。

［その他の実施形態］
図１２は本発明の第６の実施形態を示す。これは被加工部材に形成する孔を円形孔３１としたもので、この円形孔３１に第１の実施形態と同様に加工ノズル１１に取り付けた第２のガス供給ノズル２０からのアシストガスを吹き当てる場合のビーム照射部の軌跡を示したものである。

即ち、Ｑから円形孔３１の周縁上の点Ｒに至り、このＲ点から例えば反時計回り方向にほぼ半周分移動した点Ｓ、ＳからＴ、Ｔから時計回り方向にＵまで移動し、そしてＱに戻るという軌跡を辿って切断加工を行う。これにより、第２のガス供給ノズル２０から噴出されるアシストガスＪ２はレーザビームＬＢの切断加工進行方向の斜め前方以外の部分からビーム照射部に吹き当てられるようになる。

図１３乃至図１９は本発明の第７乃至第１３の各実施形態を示すもので、これらは孔ではなく、細幅のスリットをレーザビームＬＢによって開口形成したものである。これらの図１３乃至図１９において、矢印３２乃至３８はレーザビームＬＢによる切断加工の進行方向を示し、矢印３９乃至４５は１個の第２のガス供給手段としてのガス供給ノズルからのアシストガスの流れ方向を示す。

即ち、図１３乃至図１５の第７乃至第９の実施形態は、直線のスリット４６を形成するものであり、図１３の第７の実施形態は、レーザビームＬＢによる切断加工進行方向に対してレーザビームＬＢの照射部の後方からアシストガスが流れるようにしたもの、図１４及び図１５の第８及び第９の各実施形態は、レーザビームＬＢによる切断加工進行方向に対してレーザビームＬＢの照射部の斜め後方からアシストガスが流れるようにしたものである。

また、図１６及び図１７の第１０及び第１１の各実施形態は、ほぼＬ字型或は逆Ｌ字型のスリット４７を形成するもの、図１８及び図１９の第１２及び第１３の実施形態は、ほぼコ字型及び逆コ字型のスリット４８を形成するもので、これら各実施形態はレーザビームＬＢによる切断加工進行方向に対してビーム照射部の後方及びほぼ直交する方向からアシストガスを流すようにしたものである。

上記の実施例に代えて、或は上記の実施例と組み合わせて図２０に示す手法を採用することができる。本手法によっても溶着物（ドロス）の付着を低減でき、溶着物の量をブラシで除去できる量に制御することができる。本手法では、切断線上でのレーザビームＬＢの照射開始位置を、アシストガスＪ２の流れ方向、レーザビームＬＢの照射軌跡の形状（孔１８の形状）およびレーザビームＬＢの照射部(ビーム照射部)の移動方向の相互関係から決定する。

本手法では、切断線上におけるレーザビームＬＢの照射開始位置を、ドロスの溜まり易い位置(図２１でＥ，Ｆ)に設定する。具体的には、ビーム照射部の移動軌跡上のビーム照射部の移動方向が、アシストガスＪ２の流れ方向と直角の方向から、アシストガスＪ２の風下より風上へと向う方向へと変化する位置に、レーザビームＬＢの照射開始位置を定める。

つまり、長孔１８を形成する場合、図２０（ａ）に示すように、ビーム照射部の移動方向が反時計回り方向である場合には、アシストガスＪ２の流れ方向との関係で、Ｅ´の位置にドロスが溜まり易いため、レーザビームＬＢの照射開始位置を、アシストガスＪ２の流れ方向と直角の方向から、アシストガスＪ２の風下より風上へと向う方向へと変化する位置である（イ）点に設定する。また、図２０（ｂ）に示すように、ビーム照射部の移動方向が時計回り方向である場合には、アシストガスＪ２の流れ方向との関係で、Ｆ´の位置にドロスが溜まり易いため、レーザビームＬＢの照射開始位置を、アシストガスＪ２の流れ方向と直角の方向から、アシストガスＪ２の風下より風上へと向う方向へと変化する位置である（ロ）点に設定する。本手法は、それ単独で、或は叙述した実施例と組み合わせて用いることができる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、例えば、図１１の平板状の被加工部材に対しては、メーンアシストガスをレーザビームＬＢの照射側(上側)から反対側（下側）へ流し、サイドガスをレーザビームＬＢの照射側とは反対側においてビーム照射部を横切るように流すようにしても良い等、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施形態を示す要部の縦断側面図 同縦断正面図 加工ノズルを除去した同平面図 長孔の加工のためのビーム照射部の軌跡を示す平面図 レーザビームＬＢによる切断加工の詳細図 本発明の第２の実施形態を示す図３相当図 図５相当図 本発明の第３の実施形態を示す概略図 切断加工の進行方向とアシストガスの流れとの関係を示す図 本発明の第４の実施形態を示す概略図 本発明の第５の実施形態を示す図１相当図 本発明の第６の実施形態を示す図４相当図 本発明の第７の実施形態を示す図４相当図 本発明の第８の実施形態を示す図４相当図 本発明の第９の実施形態を示す図４相当図 本発明の第１０の実施形態を示す図４相当図 本発明の第１１の実施形態を示す図４相当図 本発明の第１２の実施形態を示す図４相当図 本発明の第１３の実施形態を示す図４相当図 付着ドロス低減のための他の手法を示す図４相当図 従来例を示す図

符号の説明

図面中、１１は加工ノズル、１５は管材(被加工部材)、１８は長孔、１９はガス吐出ノズル(第１のガス供給手段)、２０はガス供給ノズル(第２のガス供給手段)、２３はガス供給ノズル(第２のガス供給手段)、２４，２５はロボットアーム、２６は回転ヘッド、２７は被加工部材、２９は取付治具、Ａは切断部である。

Claims (8)

1. 被加工部材に高密度エネルギビームを照射して切断加工を行う高密度エネルギビーム加工方法において、
   前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側の両側からアシストガスを供給し、
   この被加工部材の両側から供給されるアシストガスのうち、一方側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの照射により前記被加工部材に開口形成された切断部を通じて反対側に流れ、他方側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにしたことを特徴とする高密度エネルギビーム加工方法。
2. 被加工部材に高密度エネルギビームを照射して切断加工を行う高密度エネルギビーム加工装置において、
   前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側のうちの一方側からアシストガスを供給し、前記高密度エネルギビームの照射によって前記被加工部材に開口形成された切断部から他方側へ流す第１のガス供給手段と、
   前記被加工部材のビーム照射部に対し、前記高密度エネルギビームの照射側とその反対側のうちの他方側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにする第２のガス供給手段とを具備してなる高密度エネルギビーム加工装置。
3. 管材にその外側から高密度エネルギビームを照射して切断加工することにより孔を形成する孔付き管の製造方法において、
   前記管材のビーム照射部に対し、前記管材の内側と外側の両側からアシストガスを供給し、この両側から供給されるアシストガスのうち、前記管材の内側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの照射によって前記管材に形成された切断部から管材の外側へと流れ、
   前記管材の外側から供給されるアシストガスは、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるようにしたことを特徴とする孔付き管の製造方法。
4. 管材にその外側から高密度エネルギビームを照射して切断加工することにより孔を形成する孔付き管の製造装置において、
   前記管材のビーム照射部に対し、当該管材の内側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの照射によって前記管材に開口形成された切断部から管材の外側へと流す第１のガス供給手段と、
   前記管材のビーム照射部に対し、当該管材の外側からアシストガスを供給し、そのアシストガスを前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流す第２のアシストガス供給手段とを具備してなる孔付き管の製造装置。
5. 前記第１のガス供給手段は、前記管材の内側に挿入されたガス吐出ノズルから構成されていることを特徴とする請求項４記載の孔付き管の製造装置。
6. 前記第２のガス供給手段は、前記管材に形成される孔の外側に配置された１個のガス供給ノズルから構成され、前記高密度エネルギビームによる前記孔の周囲の切断加工を、当該孔の周囲の一部の切断加工と残りの一部の切断加工とに分け、それぞれの切断加工の進行方向を互いに逆向きとすることにより、アシストガスが前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に向って斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるように構成したことを特徴とする請求項４または５記載の孔付き管の製造装置。
7. 前記第２のガス供給手段は、前記管材に形成される孔を挟んでその両側に配置された２個のガス供給ノズルから構成され、その２個のガス供給ノズルは前記高密度エネルギビームの加工進行方向に応じてアシストガスを噴出することにより、当該アシストガスが前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向の斜め前方以外の方向から前記ビーム照射部を横切って流れるように構成したことを特徴とする請求項４または５記載の孔付き管の製造装置。
8. 前記第２のガス供給手段は、前記ビーム照射部の移動に追従する追従手段によって当該ビーム照射部の移動に追従して移動し、前記高密度エネルギビームの切断加工進行方向に対して前記ビーム照射部の後側からアシストガスを供給することを特徴とする請求項４または５記載の孔付き管の製造装置。
   
   

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