JP2015167970A - レーザノズル、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドロスを効率良く除去してレーザ加工された部材の品質の低下を抑制できるレーザノズルを提供する。
【解決手段】レーザノズルは、レーザ光及びアシストガスを供給する第１開口と、第１開口の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口と、シールドガス供給源からのシールドガスが供給される喉部と、喉部と第２開口とを結び、第２開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有する内部流路と、一端部が喉部と接続され、他端部が外部空間と接続され、外部空間の流体を内部流路に導入する導入流路と、を備える。シールドガス供給源からのシールドガスと外部空間の流体との混合流体が第２開口から供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザノズル、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。

熱加工による部材の切断方法として、特許文献１に開示されているようなトーチ切断方法、及びレーザ切断方法などが知られている。レーザ切断方法は、部材にレーザ光を照射してその部材の一部を溶融させることによって部材を切断する方法である。

特許第４６２８３８２号公報

レーザ光の照射により発生した溶融物はドロスと呼ばれる。発生したドロスを放置しておくと、加工後の部材の品質が低下する可能性がある。例えば、ドロスにより部材に対するレーザ光の照射が妨げられ、部材が良好に加工されない可能性がある。また、ドロスの再凝固により部材の切断面の品質が低下する可能性がある。そのため、発生したドロスを効率良く除去する必要がある。

本発明の態様は、ドロスを効率良く除去してレーザ加工された部材の品質の低下を抑制できるレーザノズル、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、レーザ光及びアシストガスを供給する第１開口と、前記第１開口の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口と、シールドガス供給源からのシールドガスが供給される喉部と、前記喉部と前記第２開口とを結び、前記第２開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有する内部流路と、一端部が前記喉部と接続され、他端部が外部空間と接続され、前記外部空間の流体を前記内部流路に導入する導入流路と、を備え、前記シールドガス供給源からのシールドガスと前記外部空間の流体との混合流体が前記第２開口から供給されるレーザノズルを提供する。

本発明の第２の態様は、部材にレーザ光を照射して前記部材を加工するレーザ加工装置であって、第１の態様のレーザノズルと、前記部材を支持するテーブルと、を備え、前記レーザノズルの前記第１開口からの前記レーザ光及び前記アシストガスの供給と並行して、前記第２開口からの前記混合流体の供給を行うレーザ加工装置を提供する。

本発明の第３の態様は、レーザノズルの第１開口から射出されたレーザ光を部材に照射することと、前記レーザ光の射出と並行して前記第１開口からアシストガスを供給して、前記レーザ光の照射により発生した前記部材のドロスを除去することと、喉部と、前記喉部と前記第１開口の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口とを結び前記第２開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有し、前記レーザノズルの内部に形成された内部流路の前記喉部に、前記レーザ光の射出及び前記アシストガスの供給と並行して、シールドガス供給源からシールドガスを供給することと、前記喉部と前記レーザノズルの外部空間とを結ぶ導入流路を介して、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスが流れる前記喉部と前記外部空間との圧力差により前記外部空間の流体を前記内部流路に導入することと、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスと前記外部空間の流体との混合流体を前記第２開口から供給することと、を含むレーザ加工方法を提供する。

本発明の態様によれば、ドロスを効率良く除去してレーザ加工された部材の品質の低下を抑制できる。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。 図２は、本実施形態に係るレーザノズルの一例を示す側断面図である。 図３は、本実施形態に係るレーザノズルを下側から見た図である。 図４は、本実施形態に係る内部流路の一部を拡大した断面図である。 図５は、本実施形態に係るレーザ光とアシストガスと混合ガスとの関係を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内の一方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態において、所定面（ＸＹ平面）は、水平面である。なお、所定面は、水平面に対して傾斜した面でもよい。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の一例を示す模式図である。図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１１と、レーザ発振器１１に接続された光ファイバ１２と、光ファイバ１２の他端に接続されたレーザヘッド１３と、レーザヘッド１３に設けられたレーザノズル２０と、加工対象の部材（ワーク）Ｗを支持して移動可能なテーブル１８と、テーブル１８を移動可能な駆動装置１９と、レーザ加工装置１００を制御する制御装置１０と、を備えている。

また、レーザ加工装置１００は、アシストガス配管１５を介してレーザヘッド１３と接続されたアシストガス供給源１４と、シールドガス配管１７を介してレーザヘッド１３と接続されたシールドガス供給源１６とを備えている。

レーザ加工装置１００は、テーブル１８に支持された部材Ｗにレーザノズル２０から射出されたレーザ光ＬＢを照射して、その部材Ｗを加工する。本実施形態において、レーザ光ＬＢによる部材Ｗの加工は、部材Ｗの切断加工、及び部材Ｗの穴あけ加工の少なくとも一方を含む。

本実施形態において、部材Ｗは、板状の部材である。なお、部材Ｗは、ブロック状の部材でもよいし、球状の部材でもよい。本実施形態においては、部材Ｗは、金属製である。なお、部材Ｗは、非金属製でもよい。部材Ｗは、鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ステンレス、チタン、タングステン、Ｎｉ基耐熱合金、セラミックス、シリコン、合成樹脂、及び繊維強化プラスチックの少なくとも一つでもよい。

レーザ発振器１１は、レーザ光ＬＢを発生する。レーザ発振器１１で発生したレーザ光ＬＢは、光ファイバ１２を介してレーザヘッド１３に供給される。レーザヘッド１３は、光学系を有する。本実施形態において、光学系の光軸ＡＸは、Ｚ軸と平行である。レーザヘッド１３の光学系を通過したレーザ光ＬＢは、レーザノズル２０に供給される。

アシストガス供給源１４は、アシストガスＧａを供給する。本実施形態において、アシストガスＧａは、不活性ガスである。不活性ガスは、窒素ガス及びアルゴンガスの少なくとも一方を含む。なお、アシストガスＧａは、酸素ガスでもよいし、空気でもよい。アシストガスＧａの種類に応じて、レーザ光ＬＢによる加工速度を含む加工条件を調整することができる。アシストガス供給源１４から送出されたアシストガスＧａは、アシストガス配管１５及びレーザヘッド１３を介して、レーザノズル２０に供給される。

シールドガス供給源１６は、シールドガスＧｓを供給する。本実施形態において、シールドガスＧｓは、アシストガスＧａと同じ種類のガスである。なお、シールドガスＧｓは、アシストガスＧａと異なる種類のガスでもよい。シールドガスＧｓは、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、及び空気から選択されてもよい。シールドガス供給源１６から送出されたシールドガスＧｓは、シールドガス配管１７及びレーザヘッド１３を介して、レーザノズル２０に供給される。

テーブル１８は、部材Ｗを支持した状態で、レーザノズル２０から射出されるレーザ光ＬＢの照射位置を含む所定面内（ＸＹ平面内）を移動可能である。テーブル１８は、駆動装置１９により、ＸＹ平面内において移動する。

本実施形態において、レーザ加工装置１００は、少なくともレーザノズル２０を収容するチャンバ装置９を備えている。レーザノズル２０は、チャンバ装置９の内部空間ＨＣに配置される。チャンバ装置９は、空調ユニットを含み、レーザノズル２０が配置されている内部空間ＨＣを大気圧空間に調整する。チャンバ装置９の内部空間ＨＣは、気体Ｇｈで満たされる。本実施形態において、気体Ｇｈは、空気である。なお、気体Ｇｈは、窒素ガス又はアルゴンガスのような不活性ガスでもよいし、酸素ガスでもよい。

図２は、本実施形態に係るレーザノズル２０の一例を示す側断面図である。図３は、本実施形態に係るレーザノズル２０を下側（−Ｚ側）から見た図である。図２及び図３に示すように、レーザノズル２０は、レーザ光ＬＢ及びアシストガスＧａを供給する第１開口２１と、第１開口２１の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口２２と、第１開口２１と接続され、レーザ光ＬＢ及びアシストガスＧａが通る内部通路３０と、第２開口２２と接続され、少なくとも一部においてシールドガスＧｓが通る内部流路４０とを備えている。

本実施形態において、レーザノズル２０は、実質的に筒状の部材である。レーザノズル２０の中心軸は、光軸ＡＸ（Ｚ軸）と平行である。本実施形態において、レーザノズル２０の中心軸と光軸ＡＸとは一致する。なお、光軸ＡＸに対してレーザノズル２０の中心軸がＸＹ平面内においてシフトしてもよい。

レーザノズル２０は、部材Ｗが対向可能な下面２３と、下面２３の周囲に配置された外周面２４とを有する。下面２３は、ＸＹ平面と平行である。外周面２４は、光軸ＡＸに対する放射方向に関して外側に向かって上方に傾斜する。

第１開口２１は、レーザノズル２０の下面２３に配置される。第１開口２１は、下面２３の中央部に設けられる。光軸ＡＸは、第１開口２１を通る。

内部通路３０は、レーザノズル２０の内部に形成される。光軸ＡＸは、内部通路３０を通る。レーザ発振器１１で発生し、レーザヘッド１３の光学系を通過したレーザ光ＬＢは、内部通路３０を通る。内部通路３０を通過したレーザ光ＬＢは、第１開口２１から射出される。第１開口２１から射出されたレーザ光ＬＢは、部材Ｗに供給される。第１開口２１から射出されたレーザ光ＬＢが部材Ｗに照射されることによって、その部材Ｗの一部が溶融する。部材Ｗの一部が溶融することにより、その部材Ｗがレーザ光ＬＢで加工される。部材Ｗの一部が溶融することにより、部材Ｗが切断される。なお、部材Ｗの一部が溶融することにより、部材Ｗに孔があけられてもよい。

レーザ光ＬＢの照射により、部材Ｗにドロスが発生する。ドロスは、レーザ光ＬＢの照射により部材Ｗに発生した溶融物である。発生したドロスを放置しておくと、加工後の部材Ｗの品質が低下する可能性がある。例えば、ドロスにより部材Ｗに対するレーザ光ＬＢの照射が妨げられ、部材Ｗが良好に加工されない可能性がある。また、ドロスの再凝固により部材Ｗの切断面の品質が低下する可能性がある。

本実施形態において、レーザ加工装置１００は、部材ＷにアシストガスＧａを供給して、部材Ｗに発生したドロスを除去する。アシストガスＧａが供給されることにより、ドロスが部材Ｗから吹き飛ばされる。これにより、ドロスが部材Ｗから除去される。

アシストガス供給源１４から送出され、アシストガス配管１５を通過したアシストガスＧａは、内部通路３０を通る。内部通路３０を通過したアシストガスＧａは、第１開口２１から噴射される。第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａは、部材Ｗに供給される。第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａが部材Ｗに吹き付けられることによって、部材Ｗのドロスが吹き飛ばされる。これにより、部材Ｗからドロスが除去される。

本実施形態においては、第１開口２１から部材Ｗに対してレーザ光ＬＢ及びアシストガスＧａの両方が供給される。レーザ光ＬＢとアシストガスＧａとは同時に供給される。アシストガスＧａは、レーザ光ＬＢの光路を流れる。換言すれば、レーザ光ＬＢ及びアシストガスＧａのそれぞれが、レーザノズル２０の中心軸を通った後、部材Ｗに供給される。

第２開口２２は、レーザノズル２０の下面２３に配置される。第２開口２２は、第１開口２１の周囲の少なくとも一部に配置される。図３に示すように、第２開口２２は、ＸＹ平面内において環状である。第２開口２２は、第１開口２１の周囲に配置される。なお、第２開口２２は、第１開口２１の周囲の一部に配置されてもよい。第２開口２２は、第１開口２１の周囲において、間隔をあけて複数配置されてもよい。

内部流路４０は、レーザノズル２０の内部に形成される。内部流路４０は、光軸ＡＸに対して内部通路３０の外側に配置される。内部流路４０は、光軸ＡＸに対する放射方向に関して外側に向かって上方に傾斜するように設けられる。シールドガス供給源１６から送出され、シールドガス配管１７を通過したシールドガスＧｓは、内部流路４０を通る。

なお、本実施形態において、レーザノズル２０は、内部通路３０が設けられた筒状の第１部材２０１と、第１部材２０１の周囲に配置される筒状の第２部材２０２とを有する。すなわち、本実施形態において、レーザノズル２０は、第１部材２０１と第２部材２０２とを組み合わせることによって製造される。内部流路４０は、第１部材２０１の外周面と第２部材２０２の内周面との間に設けられる。なお、レーザノズル２０は、単一部材で形成されてもよい。

本実施形態において、内部流路４０は、光軸ＡＸを囲むように環状に形成されている。換言すれば、光軸ＡＸ（レーザノズル２０の中心軸）と平行な面内（ＸＹ平面内）において、内部流路４０は、環状である。なお、第１部材２０１と第２部材２０２とを連結する連結部材（不図示）によって、第１部材２０１と第２部材２０２とが一体化されている。

次に、内部流路４０について説明する。図４は、本実施形態に係る内部流路４０の一部を拡大した断面図である。図２、図３、及び図４に示すように、レーザノズル２０は、シールドガス供給源１６からのシールドガスＧｓが供給され、第２開口２２と結ばれる内部流路４０を有する。また、レーザノズル２０は、内部流路４０の一部とレーザノズル２０の外部空間とを結ぶ導入流路５０を備えている。本実施形態において、レーザノズル２０の外部空間は、チャンバ装置９の内部空間ＨＣであり、大気圧空間である。以下の説明においては、チャンバ装置９の内部空間ＨＣを適宜、レーザノズル２０の外部空間ＨＣ、と称する。

内部流路４０は、シールドガス供給源１６からのシールドガスＧｓが供給される喉部４１と、喉部４１と第２開口２２とを結び、第２開口２２に向かって断面積が大きくなる拡散部４２とを有する。また、内部流路４０は、喉部４１に向かって断面積が小さくなる収束部４３と、シールドガス供給源１６と収束部４３との間に配置されたバッファ空間４５とを有する。

本実施形態において、内部流路４０の断面積とは、光軸ＡＸ（レーザノズル２０の中心軸）と平行な面内（ＸＹ平面内）における断面積をいう。図２及び図４においては、説明のため、ＸＺ平面と平行な断面（側断面）における収束部４３の形状が喉部４１に向かって極端に窄まるように図示している。側断面における収束部４３の幅は一定でもよい。収束部４３は、光軸ＡＸを囲むように環状に形成されている。収束部４３は、光軸ＡＸに対する放射方向に関して内側に向かって下方に傾斜している。そのため、側断面における収束部４３の幅が一定でも、ＸＹ平面内における断面（平断面）の収束部４３の面積（断面積）は、喉部４１に向かって小さくなる。

本実施形態において、側断面における内部流路４０の形状は任意である。内部流路４０は光軸ＡＸを囲む環状の流路であるため、収束部４３は、平断面における断面積が喉部４１に向かって小さくなるように形成されていればよい。同様に、拡散部４２は、平断面における断面積が第２開口２２に向かって大きくなるように形成されていればよい。

喉部４１は、内部流路４０において断面積が最も小さい部分である。シールドガス供給源１６から内部流路４０に流入したシールドガスＧｓは、喉部４１を流れる。内部流路４０を流れるシールドガスＧｓの圧力は喉部４１において最も低くなる。喉部４１は、シールドガスＧｓの圧力を低減する減圧部として機能する。

拡散部４２は、喉部４１と第２開口２２とを結ぶように形成される。拡散部４２の上端と喉部４１とが結ばれる。拡散部４２の下端と第２開口２２とが結ばれる。拡散部４２は、喉部４１から第２開口２２に向かって断面積が徐々に大きくなるように形成される。

収束部４３は、バッファ空間４５と喉部４１とを結ぶように形成される。収束部４３の上端とバッファ空間４５とが結ばれる。収束部４３の下端と喉部４１とが結ばれる。収束部４３は、流入口から喉部４１に向かって断面積が徐々に小さくなるように形成される。

バッファ空間４５は、内部流路４０において断面積が最も大きい部分である。シールドガス供給源１６から内部流路４０に流入したシールドガスＧｓは、バッファ空間４５及び収束部４３において整流される。バッファ空間４５及び収束部４３は、内部流路４０の周方向に関して、シールドガスＧｓの圧量及び流量が均一化されるように、シールドガス供給源１６からのシールドガスＧｓを整流する。バッファ空間４５及び収束部４３により、光軸ＡＸの周方向に関して、喉部４１に供給されるシールドガスＧｓの圧力及び流量が均一化される。

導入流路５０は、内部流路４０の喉部４１とレーザノズル２０の外部空間ＨＣとを結ぶ。上述のように、レーザノズル２０の外部空間ＨＣは、チャンバ装置９の内部空間であり、大気圧空間である。内部流路４０は、導入流路５０を介して大気開放されている。導入流路５０の一端部５１は、喉部４１と接続される。導入流路５０の他端部５２は、レーザノズル２０の外周面２４に設けられた開口と接続される。導入流路５０の他端部５２は、外周面２４の開口を介して、外部空間ＨＣと接続される。導入流路５０は、外部空間ＨＣの気体Ｇｈを内部流路４０（喉部４１）に導入可能である。外部空間ＨＣの気体Ｇｈは、導入流路５０を介して、内部流路４０（喉部４１）に流入する。

内部流路４０を流れるシールドガスＧｓの圧力は、喉部４１において低下する。喉部４１におけるシールドガスＧｓの圧力は、大気圧よりも低い。導入流路５０の一端部５１の圧力は、喉部４１の圧力と等価である。導入流路５０の他端部５２の圧力は、外部空間ＨＣの圧力（大気圧）と等価である。すなわち、導入流路５０の一端部５１の圧力は、他端部５２の圧力よりも低い。一端部５１と他端部５２との圧力差（圧力勾配）により、外部空間ＨＣの気体Ｇｈは、導入流路５０を介して喉部４１に流入する。

収束部４３を介してシールドガス供給源１６から喉部４１に供給されたシールドガスＧｓと、導入流路５０を介して外部空間ＨＣから喉部４１に供給された気体Ｇｈとは、喉部４１において混合する。すなわち、喉部４１において、シールドガス供給源１６からのシールドガスＧｓと外部空間ＨＣからの気体Ｇｈとの混合ガスＧｍが生成される。喉部４１において生成された混合ガスＧｍは、拡散部４２を流れた後、第２開口２２から噴射される。第２開口２２は、混合ガスＧｍを、第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａの周囲の空間に供給する。第２開口２２から噴射された混合ガスＧｍは、第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａの周囲の空間を流れた後、部材Ｗに供給される。

次に、本実施形態に係るレーザ加工方法の一例について説明する。部材Ｗがテーブル１８に支持された状態で、レーザ発振器１１からレーザ光ＬＢが射出され、アシストガス供給源１４からアシストガスＧａが送出される。また、シールドガス供給源１６からシールドガスＧｓが供給される。アシストガス供給源１４は、圧縮されたアシストガスＧａを供給する。シールドガス供給源１６は、圧縮されたシールドガスＧｓを供給する。

レーザ発振器１１から射出されたレーザ光ＬＢは、レーザノズル２０の第１開口２１から射出される。第１開口２１から射出されたレーザ光ＬＢは、部材Ｗに照射される。これにより、部材Ｗがレーザ光ＬＢで加工される。

アシストガス供給源１４から送出されたアシストガスＧａは、レーザノズル２０の第１開口２１から噴射される。第１開口２１からのレーザ光ＬＢの射出と並行して、第１開口２１からのアシストガスＧａの供給が行われる。部材Ｗに対するアシストガスＧａの供給によって、レーザ光ＬＢの照射により発生した部材Ｗのドロスが部材Ｗから除去される。

シールドガス供給源１６から送出されたシールドガスＧｓは、内部流路４０に流入する。レーザ光ＬＢの射出及びアシストガスＧａの供給と並行して、シールドガス供給源１６からシールドガスＧｓが供給される。

シールドガスＧｓは、内部流路４０のバッファ空間４５及び収束部４３を流れた後、喉部４１に供給される。エジェクタ効果により喉部４１の圧力が低下する。喉部４１の圧力は、外部空間ＨＣの圧力よりも低い。喉部４１と外部空間ＨＣとの圧力差により、外部空間ＨＣの気体Ｇｈが導入流路５０を介して内部流路４０の喉部４１に導入される。

喉部４１において、シールドガス供給源１６からのシールドガスＧｓと外部空間ＨＣの気体Ｇｈとの混合ガスＧｍが生成される。混合ガスＧｍは第２開口２２から供給される。

図５は、第１開口２１から供給されるレーザ光ＬＢ及びアシストガスＧａと、第２開口２２から供給される混合ガスＧｍとの関係を模式的に示す図である。レーザ光ＬＢの照射により、部材Ｗに切断溝（カーフ）が形成される。ドロスの少なくとも一部は、切断溝の内側に発生する。アシストガスＧａは、部材Ｗからドロスを除去するために供給される。ドロスを効率良く除去するために、アシストガスＧａは切断溝に供給されることが望ましい。上述のように、本実施形態において、アシストガスＧａは、レーザ光ＬＢの光路を流れる。したがって、アシストガスＧａは、レーザ光ＬＢの照射により形成された切断溝に円滑に供給される。

第１開口２１からのレーザ光ＬＢの供給（射出）及び第１開口２１からのアシストガスＧａの供給と並行して、第２開口２２からの混合ガスＧｍの供給が行われる。混合ガスＧｍは、第１開口２１から供給されたアシストガスＧａが下面２３と部材Ｗの表面との間の空間の外側に流出（漏出）することを抑制する。すなわち、混合ガスＧｍは、アシストガスＧａの漏出を抑制するシール部として機能する。混合ガスＧｍのシール効果により、アシストガスＧａは、下面２３と部材Ｗの表面との間の空間の外側に漏出することなく、切断溝に効率良く供給される。

第２開口２２から噴射される気体の流量（単位時間当たりの流量）が多い方が、高いシール効果を得ることができる。高いシール効果を得ることによって、第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａは、切断溝に効率良く供給される。

本実施形態においては、内部流路４０に喉部４１が設けられ、その喉部４１にシールドガスＧｓが流れることによって発生するエジェクタ効果によって、外部空間ＨＣの気体Ｇｈが内部流路４０に導入（吸引）される。これにより、第２開口２２から噴射される気体（混合ガスＧｍ）の流量を多くすることができる。第２開口２２から噴射される混合ガスＧｍの流量は、シールドガス供給源１６から送出されたシールドガスＧｓの流量と、外部空間ＨＣから内部流路４０に導入された気体Ｇｈの流量との和に相当する。

以上説明したように、本実施形態においては、内部流路４０に喉部４１が設けられ、その喉部４１に接続された導入流路５０を介して外部空間ＨＣの気体Ｇｈが導入されるため、第２開口２２から供給される混合ガスＧｍの流量を多くすることができる。本実施形態においては、例えば、シールドガス供給源１６の出力を増大させたり、大掛かりな設備を導入したりすることなく、喉部４１にシールドガスＧｓを流すことによって、第２開口２２から供給される混合ガスＧｍの流量を多くすることができる。

したがって、混合ガスＧｍによる高いシール効果を得ることができる。これにより、第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａは、切断溝に効率良く供給される。アシストガスＧａが切断溝に効率良く供給されることにより、部材Ｗのドロスを効率良く除去することができる。そのため、レーザ加工された部材Ｗの品質の低下が抑制される。

また、本実施形態において、外部空間ＨＣは大気圧空間であり、内部流路４０は導入流路５０を介して大気開放される。そのため、大掛かりな設備を使って外部空間ＨＣの環境を調整しなくても、外部空間ＨＣの気体Ｇｈを内部流路４０に導入することができる。

また、本実施形態において、内部流路４０は、バッファ空間４５及び収束部４３を有する。これにより、光軸ＡＸの周方向に関して、喉部４１に供給されるシールドガスＧｓの圧力及び流量を均一化することができる。そのため、光軸ＡＸの周方向に関して、第２開口２２から噴射される混合ガスＧｍの流量の不均一化が抑制される。したがって、第１開口２１から噴射されたアシストガスＧａの周囲において、均一なシール効果を得ることができる。

なお、外部空間ＨＣが液体空間でもよい。例えば、部材Ｗ及びレーザノズル２０が水中に配置された状態で、レーザ光ＬＢを用いる部材Ｗの加工が行われてもよい。シールドガス供給源１６から内部流路４０にシールドガスＧｓが供給される。喉部４１には、外部空間ＨＣの液体が導入流路５０を介して喉部４１に導入される。喉部４１において、シールドガスＧｓと液体との混合流体が生成される。部材Ｗに対するレーザ光ＬＢの照射及び部材Ｗに対するアシストガスＧａの供給と並行して、シールドガスＧｓと液体との混合流体が第２開口２２から供給されることによって、レーザ加工された部材Ｗの品質の低下が抑制される。

９ チャンバ装置
１０ 制御装置
１１ レーザ発振器
１２ 光ファイバ
１３ レーザヘッド
１４ アシストガス供給源
１５ アシストガス配管
１６ シールドガス供給源
１７ シールドガス配管
１８ テーブル
１９ 駆動装置
２０ レーザノズル
２１ 第１開口
２２ 第２開口
２３ 下面
２４ 外周面
３０ 内部通路
４０ 内部流路
４１ 喉部
４２ 拡散部
４３ 収束部
４５ バッファ空間
５０ 導入流路
５１ 一端部
５２ 他端部
１００ レーザ加工装置
２０１ 第１部材
２０２ 第２部材
ＡＸ 光軸
Ｇａ アシストガス
Ｇｓ シールドガス
ＨＣ 外部空間
ＬＢ レーザ光
Ｗ 部材（ワーク）

Claims (5)

1. レーザ光及びアシストガスを供給する第１開口と、
   前記第１開口の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口と、
   シールドガス供給源からのシールドガスが供給される喉部と、前記喉部と前記第２開口とを結び、前記第２開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有する内部流路と、
   一端部が前記喉部と接続され、他端部が外部空間と接続され、前記外部空間の流体を前記内部流路に導入する導入流路と、を備え、
   前記シールドガス供給源からのシールドガスと前記外部空間の流体との混合流体が前記第２開口から供給されるレーザノズル。
2. 前記外部空間は大気圧空間であり、前記内部流路は前記導入流路を介して大気開放される請求項１に記載のレーザノズル。
3. 前記内部流路は、前記喉部に向かって断面積が小さくなる収束部と、前記シールドガス供給源と前記収束部との間に配置されたバッファ空間と、を有する請求項１又は請求項２に記載のレーザノズル。
4. 部材にレーザ光を照射して前記部材を加工するレーザ加工装置であって、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザノズルと、
   前記部材を支持するテーブルと、
   を備え、
   前記レーザノズルの前記第１開口からの前記レーザ光及び前記アシストガスの供給と並行して、前記第２開口からの前記混合流体の供給を行うレーザ加工装置。
5. レーザノズルの第１開口から射出されたレーザ光を部材に照射することと、
   前記レーザ光の射出と並行して前記第１開口からアシストガスを供給して、前記レーザ光の照射により発生した前記部材のドロスを除去することと、
   喉部と、前記喉部と前記第１開口の周囲の少なくとも一部に配置された第２開口とを結び前記第２開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有し、前記レーザノズルの内部に形成された内部流路の前記喉部に、前記レーザ光の射出及び前記アシストガスの供給と並行して、シールドガス供給源からシールドガスを供給することと、
   前記喉部と前記レーザノズルの外部空間とを結ぶ導入流路を介して、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスが流れる前記喉部と前記外部空間との圧力差により前記外部空間の流体を前記内部流路に導入することと、
   前記シールドガス供給源からの前記シールドガスと前記外部空間の流体との混合流体を前記第２開口から供給することと、
   を含むレーザ加工方法。

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