JP2005296967A

JP2005296967A - レーザ加工ヘッド

Info

Publication number: JP2005296967A
Application number: JP2004112938A
Authority: JP
Inventors: Komei Shioji; 功明塩地
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP4656855B2

Abstract

【課題】ピアシング加工時に、特に厚板金属のピアシング加工時に被加工材表面上に飛散する溶融金属がピアス穴の周囲に付着するのを防止すると共に、ノズル口やサイドブロー噴出口への付着を防止したレーザ加工ヘッドの提供。
【解決手段】レーザ集光用光学系と該レーザ集光用光学系の光軸Ｏと同軸にアシストガスを噴射するノズル3とを備えたレーザ加工ヘッド1において、該レーザ加工ヘッドにほぼ前記光軸と平行に、かつ被加工材Wの表面方向へサイドブローガスSGを噴出させるサイドブローガス噴出口11を設けると共に、該サイドブローガス噴出口から噴出したサイドブローガス流の方向を変更させる角度可変のサイドブローガス衝突板7を設け、前記サイドブローガス流の流線FLと前記光軸Ｏとの交差位置Pが前記被加工材表面から-10mm〜20mmの高さの範囲になるよう調整可能に設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ加工ヘッドに関する。

レーザ光による金属板などの切断加工においては、板金材等の被加工材の切断開始点にレーザ光が通過可能な下穴を設けてそこから切断を開始するか、または、被加工材の端面から切断を開始する。

切断開始点に下穴をあける方法として、高出力のレーザ光をレーザ加工ヘッドに内蔵した集光レンズにより切断開始点の微小な面積に集光照射すると同時に、レーザ光と同軸のアシストガスノズルからアシストガス（酸素ガス）を噴射させて瞬時に下穴をあける、いわゆるピアシング加工が行われている（例えば、特許文献１に記載の従来技術「図１４」参照）。

上述のピアシング加工によるピアス穴は、一般的にほかの方法によるピアス穴より穴径が大きくなると共に、特に厚板金属加工では、貫通穴の体積分に相当する多量の溶融金属が短時間にワークの表面に噴出し、この溶融金属がピアス穴表面の周囲に付着する。そのため、切断工程に移行した際に、ノズル先端と凝固した溶融金属とが干渉してノズルを損傷したり、バーニングなどの不良切断が発生しやすくなる傾向がある。

これらの問題を解消するために、上述の如き厚板のピアシング加工を行うときには、ピアス穴の周囲から溶融金属を水平方向に吹き飛ばすための空気を用いたサイドブローを行う例もある（例えば、特許文献１の図５参照）。
特開平９−２０６９７５号公報

しかし、上述の如くピアス穴の手前の切断方向側から被加工材の表面に沿ってピアス穴上を通過するように噴射して溶融金属を飛散させるようにした場合には、溶融金属が急速に冷却されて、被加工材の表面への付着を促進してしまうことがあった。

上述の水平方向へのサイドブローを行うためには、ノズルと被加工材との間の距離を一定に保持できる加工ヘッドにサイドブロー用の噴出口を設けることが望ましいが、そうすると噴出口が加工点に近くなり、サイドブローを使用しない切断加工を行う場合には、溶融金属粒が噴出口に付着したり噴出口内に侵入するなどの問題がある。

なお、サイドブローをピアス穴の中心に向けて行うと、アシストガス（酸素ガス）の濃度を低下させてピアシング加工ができなくなったり、溶融金属がより強く吹き上がり、ノズルに溶着したりノズルを損傷したりする原因となる。

本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、ピアシング加工時に、特に厚板金属加工時に被加工材表面上に飛散する溶融金属がピアス穴の周囲に付着するのを防止すると共に、ノズル口やサイドブロー噴出口への付着を防止したレーザ加工ヘッドを提供することである。

上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のレーザ加工ヘッドは、レーザ集光用光学系と該レーザ集光用光学系の光軸と同軸にアシストガスを噴射するノズルとを備えたレーザ加工ヘッドにおいて、該レーザ加工ヘッドにほぼ前記光軸と平行に、かつ被加工材の表面方向へサイドブローガスを噴出させるサイドブローガス噴出口を設けると共に、該サイドブローガス噴出口から噴出したサイドブローガス流の方向を変更させる角度可変のサイドブローガス衝突板を設け、前記サイドブローガス流の流線（ＦＬ）と前記光軸との交差位置（Ｐ）が前記被加工材表面から−１０mm〜２０mmの高さの範囲になるよう調整可能に設けたことを要旨とするものである。

請求項２に記載のレーザ加工ヘッドは、請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記サイドブローガス衝突板の表面と前記被加工材の表面とがなす角度（θ）を０度以上４５度以下の範囲に調整可能に設けたことを要旨とするものである。

請求項３に記載のレーザ加工ヘッドは、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記サイドブローガス流のオンオフのタイミングを数値制御装置により自動制御すると共に、前記サイドブローガス流の圧力を手動または数値制御装置により自動制御することを要旨とするものである。

本発明によれば、ピアシング加工時に、特に厚板金属のピアシング加工時に被加工材表面上に飛散する多量の溶融金属がピアス穴の周囲に付着するのを防止することができる。

これにより、ピアシング加工から切断工程に移行した際に、ノズル先端と凝固した溶融金属とが干渉してノズルを損傷したり、バーニングなどの不良切断を生じることが防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。

図１は本発明に係るレーザ加工ヘッドの説明図である。図１において、レーザ加工ヘッド１の内部には、図示省略のレーザ光集光用の光学系として、例えば、集光レンズまたは凹面鏡などが設けてあり、炭酸ガスレーザなどのレーザ光源（図示省略）からのレーザ光を被加工材Ｗの表面へ集光することができるようになっている。

また、前記レーザー加工ヘッド１の下端部には、酸素ガスなどのアシストガスをレーザ加工部へ噴射するため噴射口を備えたアシストガス噴射ノズル３が設けてある。このアシストガス噴射ノズル３の噴射口は前記レーザ光集光用の光学系の光軸Ｏと同軸に設けてあり、アシストガスと共に集光されたレーザ光ＬＢが通過可能に設けてある。

前記レーザー加工ヘッド１の側部には、被加工材Ｗの方向へ垂下したサイドブローガス衝突板支持体５が設けてあり、このサイドブローガス衝突板支持体５にサイドブローガス衝突板７が被加工材Ｗの表面に対して、前記サイドブローガス衝突板支持体５に軸支された枢軸９を軸として回動調節可能に設けてある。

前記サイドブローガス衝突板７の角度調整範囲は、サイドブローガス衝突板７の表面と前記被加工材Ｗの表面とがなす角度θを、０度以上４５度以下の範囲において回動調節可能に設けてある。

また、前記サイドブローガス衝突板７の上方のレーザー加工ヘッド１には、サイドブローガスＳＧの噴出口１１が設けてあり、この噴出口１１は管路１３を介して図示しないサイドブローガスＳＧの供給源に接続してある。なお、サイドブローガスＳＧには圧力0.1〜0.5ＭＰaの空気またはアシストガス等を使用する。

上述の図１の説明図は、被加工材Ｗにピアシング加工を行っている図を示したものであり、噴出口１１から噴出したサイドブローガスＳＧが傾斜角度θを０度以上４５度未満の範囲に調節したサイドブローガス衝突板７に衝突して、図１におては右方斜め下方に流れて行くようになり、このときのサイドブローガスＳＧの流線ＦＬと集光レンズの光軸Ｏとの交差位置Ｐが被加工材Ｗの表面の上方Ｈで交差するように調節してある。なお、前記交差位置Ｐは、前記被加工材表面から−１０mm〜２０mmの高さ（Ｈ）の範囲で適宜な値に調節する。また、高さは被加工材Ｗの表面を基準とし、表面の上方を「＋」下面方向を「−」とする。

上述の交差位置Ｐを−１０mm〜２０mmの範囲のなかで、適宜な値（図１ではＨ＞０）に調節した場合、被加工材Ｗから上方に飛散した溶融金属粒子１５は、サイドブローガスＳＧの流れにより、被加工材Ｗの上方において、サイドブローガスＳＧの流れＦＬに沿って流されると同時に冷却され、凝固した金属粒子として被加工材Ｗの表面に落下するので被加工材Ｗにはほとんど付着することがない。

さらに、ピアシング加工が進行した状態を図２に示してある。図２に示すように、ピアシング加工の進行途中では被加工材Ｗの上方に飛散した溶融金属粒子１５は、サイドブローガスＳＧの流れＦＬに沿って流されると同時に冷却され、凝固した金属粒子として被加工材Ｗの表面に落下するが、えぐられたピアシング穴１７の周囲には、サイドブローガスＳＧにより冷却されずに残った流動性を保持した溶融金属１５’が環状に盛り上がるようにして成長する。

さらにピアシング加工が進行してピアス穴１７が貫通した状態を図３に示してある。図３に示すように、ピアス穴１７が貫通すると、ピアス穴１７を通過するアシストガスに引かれて前記溶融金属１５’はピアス穴１７内に引き込まれて下方に落下していき、図４に示すようにピアシング加工が完了した状態では、被加工材Ｗの表面には箔状に付着した箔状付着物１５”としてしか残らない。

なお、前記サイドブローガス衝突板７は、サイドブローを使用しないピアス加工や通常の切断加工時においてサイドブローを止めていても、加工時に発生する溶融金属粒（スパッター）が噴出口１１に侵入を阻止する保護機能も果たしている。

さらに、噴出口１１から噴出したサイドブローガスＳＧが傾斜角度θを０度以上４５度未満の範囲に調節したサイドブローガス衝突板７に衝突して、図１におては右方斜め下方に流れて行くときには、サイドブローガス衝突板７の背後（図１において左側）から空気１９を巻き込んで流出するので、サイドブローの流量を増加させて溶融金属の吹き飛ばし効果を高めている。

また、サイドブローガス衝突板７の背後（図１において左側）が開放されているので、サイドブローガス衝突板７と噴出口１１との間隙に溶融金属粒（スパッター）が侵入したとしても、そのまま背後に通過し、噴出口１１に付着堆積することがないメリットもある。

なお、上述のサイドブローガスＳＧの圧力（または流量）を周知の数値制御装置または手動で制御調節できるように設けてあると共に、サイドブローガスＳＧのオンオフのタイミングも同様に数値制御装置で制御できるようになっている。

その結果、加工状態を監視しながらサイドブローガスＳＧの噴出効果を高めることができる。加えて、サイドブローガスＳＧのオンオフのタイミングを数値制御装置で制御することで、例えば、ピアス加工開始時はアシストガスをピアス加工点に集中させるため、サイドブローガスＳＧの供給を遅延させることが可能である。

本発明に係るレーザ加工ヘッドの説明図。図１の状態からピアシング加工が進行した状態の説明図。図２の状態からピアシング加工が進行してピアス穴が貫通した状態の説明図。ピアシング加工が完了した状態の説明図。

符号の説明

１レーザ加工ヘッド
３アシストガス噴射ノズル
５サイドブローガス衝突板支持体
７サイドブローガス衝突板
９枢軸
１１サイドブローガスＳＧの噴出口
１３管路
１５溶融金属粒子
１５’ 流動性を保持した溶融金属
１５” 箔状付着物
１７ピアス穴
１９空気
ＦＬサイドブローガスＳＧの流線
Ｏ光軸
Ｐ流線ＦＬと集光レンズの光軸Ｏとの交差位置
ＳＧサイドブローガス
Ｗ被加工材

Claims

レーザ集光用光学系と該レーザ集光用光学系の光軸と同軸にアシストガスを噴射するノズルとを備えたレーザ加工ヘッドにおいて、該レーザ加工ヘッドにほぼ前記光軸と平行に、かつ被加工材の表面方向へサイドブローガスを噴出させるサイドブローガス噴出口を設けると共に、該サイドブローガス噴出口から噴出したサイドブローガス流の方向を変更させる角度可変のサイドブローガス衝突板を設け、前記サイドブローガス流の流線（ＦＬ）と前記光軸との交差位置（Ｐ）が前記被加工材表面から−１０mm〜２０mmの高さの範囲になるよう調整可能に設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記サイドブローガス衝突板の表面と前記被加工材の表面とがなす角度（θ）を０度以上４５度以下の範囲に調整可能に設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
請求項１または請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記サイドブローガス流のオンオフのタイミングを数値制御装置により自動制御すると共に、前記サイドブローガス流の圧力を手動または数値制御装置により自動制御することを特徴とするレーザ加工ヘッド。