JP2012091198A - レーザ加工装置およびその加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザ加工装置1は、レーザ光源2と、加工材料40のレーザ溶射部101にレーザ光20を照射する集光レンズ3と、レーザ溶射部101の斜め上方に設けられ、ノズル開口部50の形状は、鉛直方向の全長が、水平方向の全長よりも長い形状であって、レーザ照射部41に向けてシールドガス30を噴射するシールドガスノズル6と、シールドガス供給装置7と、シールドガスノズル6と反対側であって、レーザ溶射部101の斜め上方に設けられ、空気を吸引する吸引ノズル8と、吸引装置9とを備える。
【選択図】 図1
Description
以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について図1乃至図5を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置1は、レーザ光源2と、集光レンズ3と、ジェットガスノズル4と、ジェットガス供給装置5と、シールドガスノズル6と、シールドガス供給装置7と、吸引ノズル8と、吸引装置9とから構成される。
以下、本発明の実施形態の作用について説明する。レーザ加工装置1によるレーザ加工時においては、上述した構成のレーザ加工装置1は、加工材料40上において、集光レンズ3が最適なスポット径をもってレーザ照射部41にレーザ光20を照射できる距離を離間させて配置される。加工材料40は、スライドテーブルやターンテーブルによって加工方向44と逆方向に移動させられ、レーザ加工装置1は、加工材料40上のレーザ照射部41を加工方向44に移動させながらレーザ加工を行う。ここで、加工方向44は、吸引ノズル8からシールドガスノズル6へ向かう方向に定めるものとする。
本発明の実施形態によれば、鉛直方向に縦長な楕円形状のノズル開口部50が形成されたシールドガスノズル6によって、レーザ照射部41の鉛直上方にシールドガス30を噴射することによって、レーザ加工で発生するプルーム22を効果的にレーザ照射部101の上方から押し流すことができ、かつシールドガスノズル6のノズル開口部50の開口面積が大きいため、シールドガスノズル6に酸素が巻き込まれることを防ぎ、最適な加工雰囲気においてレーザ加工を行うことができる。
以下、本発明の実施形態の第1の変形例について説明する。図3は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置のシールドガスノズルのノズル開口部の変形例を示し、(a)は長円形状の例を示す縦断面図、(b)は長円形状の外枠内に円形状のノズルを縦に2つ設けた例を示す縦断面図、(c)は長円形状の外枠内に複数のスリットを縦方向に並べた例を示す縦断面図、(d)は長方形形状を示す縦断面図である。図2(a)、図2(d)に示すように、シールドガスノズル6のノズル開口部50は、レーザ照射部41から眺めたときに、ノズル開口部50の鉛直方向の全長が、水平方向の全長よりも長い形状であれば、楕円形状以外の形状でも、上述した実施形態と同様の作用を発揮する。
実施形態の第1の変形例によれば、シールドガスノズル6のノズル開口部50を、ノズル開口部50の鉛直方向の全長が、水平方向の全長よりも長い形状とすることによって、レーザ加工によって発生するプルーム22を効果的にレーザ照射部41の鉛直上方から押し流し、かつ最適な加工雰囲気においてレーザ加工を行うことができる。
以下、本発明の実施形態の第2の変形例について説明する。図4は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の上部カバーを設けた変形例を示す概略図である。なお、図4において図1と同一部分には同一符号を付し、その構成の説明は省略する。図4においては、図1に示したレーザ加工装置1に、さらに平板上の上部カバー70を加工材料40と平行に離間して設ける構成とする。上部カバー60には、レーザ光20が通過するためのレーザ孔71と、シールドガスノズル6のノズル開口部50および吸引ノズル8のノズル先端を上部カバー70より下の加工材料40側へ露出させるための貫通孔72が設けられる構成とする。
実施形態の第2の変形例によれば、シールドガスノズル6のシールドガス30の噴射による酸素32の巻き込みを低減し、さらに、シールドガス30およびプルーム22を上部カバー70の下側へ留めることによって、吸引ノズル8によって吸引されなかったプルーム22が加工材料40の上方へ対流することを防ぐことができる。
以下、本発明の実施形態の第3の変形例について説明する。図5は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置に酸素濃度測定器を設けた変形例を示す概略図である。なお、図5において図1と同一部分には同一符号を付し、その構成の説明は省略する。図5においては、図1に示したレーザ加工装置1に、さらにレーザ照射部41付近に酸素濃度を測定することができる酸素濃度測定器73を配置する構成とする。ここで、酸素濃度測定器73が設けられる位置におけるレーザ加工に最適な酸素濃度をあらかじめ求めておくものとする。
実施形態の第3の変形例によれば、酸素濃度測定器73によって、レーザ照射部41付近の酸素濃度を監視することによって、レーザ加工に最適な酸素濃度においてレーザ加工を行うことができる。
2・・・レーザ光源
3・・・ 集光レンズ
4・・・ジェットガスノズル
5・・・ジェットガス供給装置
6・・・シールドガスノズル
7・・・シールドガス供給装置
8・・・吸引ノズル
9・・・吸引装置
20・・・レーザ光
21・・・ジェットガス
22・・・プルーム
30・・・シールドガス
31・・・吸引空気
32・・・酸素
40・・・加工材料
41・・・レーザ照射部
42・・・キーホール
43・・・高温部位
44・・・加工方向
50・・・ノズル開口部
51・・・外枠
52・・・円形ノズル
53・・・スリット
60・・・従来のレーザ溶接装置
61・・・従来のシールドガスノズル
62・・・従来のノズル開口部
70・・・上部カバー
71・・・レーザ孔
72・・・貫通孔
73、74・・・酸素濃度測定器
Claims (12)
- レーザ光を発生させるレーザ光源と、
前記レーザ光源から発生した前記レーザ光を集光し、加工材料のレーザ溶射部に前記レーザ光を照射する集光レンズと、
前記レーザ溶射部の斜め上方に設けられ、ノズル開口部の形状は、鉛直方向の全長が、水平方向の全長よりも長い形状であって、前記レーザ照射部に向けて前記シールドガスを噴射するシールドガスノズルと、
前記シールドガスノズルに前記シールドガスを供給するするシールドガス供給装置と、
前記レーザ溶射部を挟んで前記シールドガスノズルと反対側であって、前記レーザ溶射部の斜め上方に設けられる吸引ノズルと、
前記吸引ノズルに空気を吸引させる吸引装置とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記シールドガスノズルの前記ノズル開口部は、鉛直方向に縦長な楕円形状または長円形状であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 前記シールドガスノズルの前記ノズル開口部は、2つの円形ノズルを鉛直方向に並べた形状であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 2つの前記円形ノズルのうち、下方に設けられた前記円形ノズルの先端は、前記レーザ照射部へ向けられ、上方に設けられた前記円形ノズルの先端は、前記レーザ照射部の鉛直上方へ向けられることを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。
- 前記シールドガスノズルは、前記シールドガスの噴射方向に従って長手方向の断面積が大きくなる形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項記載のレーザ加工装置。
- 前記集光レンズから照射された前記レーザ光を横切って前記ジェットガスを噴射するジェットガスノズルと、
前記ジェットガスノズルに前記ジェットガスを供給するするジェットガス供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項記載のレーザ加工装置。 - 前記吸引ノズルのノズル先端は、前記シールドガスノズルのノズル開口部の中心よりも上方に取り付けられることを特徴とする請求項1または請求項1乃至請求項6に何れか一項記載のレーザ加工装置。
- 前記加工材料から平行に離間して設けられる平板であって、前記集光レンズから照射される前記レーザ光を通過させるレーザ孔および前記シールドガスノズルおよび前記吸引ノズルを前記平板より下側へ露出させることができる貫通孔を備える上部カバーをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ照射部周辺に設けられ、前記レーザ照射部周辺の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器をさらに備え、
この酸素濃度測定器によって所定の値を上回る酸素濃度が測定されたときに、前記シールドガスノズルによる前記シールドガスの噴射量を増やして、前記レーザ照射部周辺の酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項記載のレーザ加工装置。 - 前記シールドガスノズルの前記開口部近傍に設けられ、前記シールドガスノズルの前記開口部近傍の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器をさらに備え、
この酸素濃度測定器によって所定の値を上回る酸素濃度が測定されたときに、前記シールドガスノズルによる前記シールドガスの噴射量を減らして、前記シールドガスノズルの前記開口部近傍の酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項記載のレーザ加工装置。 - レーザ光源からレーザ光を発生させ、集光レンズによって、前記レーザ光源から発生したレーザ光を集光し、レーザ加工に最適なスポット径をもって加工材料のレーザ溶射部に向けて照射する工程と、
ノズル開口部が鉛直方向の全長が、水平方向の全長よりも長い形状であって、前記レーザ溶射部の斜め上方に設けられるシールドガスノズルによって、前記レーザ照射部に向けて前記シールドガスを噴射し、前記シールドガスによって前記レーザ照射部から鉛直上方向に立ち上るプルームを前記レーザ溶射部を挟んで前記シールドガスノズルと反対側へ押し流す工程と、
前記レーザ溶射部を挟んで前記シールドガスノズルと反対側に設けられた吸引ノズルによって、プルームを含有した空気を吸引する工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法。 - レーザ加工の加工方向を前記吸引ノズルから前記シールドガスノズルへ向かう方向とし、前記シールドガスノズルの鉛直方向をレーザ加工の加工方向に一致させ、前記加工方向に沿って縦長に形成される、レーザ加工により高温となる高温部位に前記シールドガスを噴射することを特徴とする請求項11に記載のレーザ加工方法。
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