JP2015515380A - 改良された外形の移動要素を備えたレーザノズル - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ切断用のノズルに関し、軸方向ハウジング（５）と該ノズル本体（１）の前面（１ａ）に位置される第１出口開口（11）とを有するノズル本体（１）と、前方スカート形状部分（２ａ）と第２出口開口（12）とを有し、ノズル本体（１）の軸方向ハウジング（５）に配置される移動要素（２）と、ここで前記移動要素（２）は、移動要素（２）に及ぼされるガス圧力の効果の下、移動要素（２）の前方スカート形状部分（２ａ）が第１出口開口（11）を通して軸方向ハウジング（５）の外に突き出るまで軸方向台座（５）の中を第１出口開口（11）に向かって並進移動可能であり、軸方向ハウジング（５）中でノズル本体（１）と移動要素（２）との間に配置され、移動要素（２）に弾性戻り力を及ぼす弾性部材（８）とを備える。本発明によれば、前方部分（２ａ）は、第２出口開口（12）の方向に漸次その外径が減少していく端部分（17）を有する。焦点合わせヘッドと関連するレーザ切断装置。本発明に係るノズル、本発明に係るレーザ焦点合わせヘッド、又は本発明に係る設備レーザを使用するレーザビーム切断方法。

Description

本発明は、切断溝に切断ガスを集中させるためのスカートを含む内部移動要素を備えた、レーザビーム切断に用いられ得るレーザノズルに関し、工業的により良く実装され得て、耐用年数が改良されたレーザノズルに関する。

レーザビーム切断には通常銅製のノズルの使用が必要であり、レーザビームが通過するのを可能にする間、ガスを導くのに用いられる。

ノズルの出口開口の直径は、典型的には0.5mmないし３mmであり、動作距離は0.6mmないし２mmである。

一般に数バールの高圧が、ガスが溝に入り溶融金属を除去することを可能にするために切断用焦点ヘッドにおいて必要とされる。

典型的には50％ないし90％のかなりの部分のガスが、切断溝の脇の上に流れるため、切断工程、すなわち、溶融金属の排除に効果を有しない。

このガスの損失は実際、バルブ開口領域と焦点スポットの大きさが大きく異なることによる。例として、1.5mmの直径を有する出口開口の領域は、このノズルを通過するレーザビームによって形成される焦点スポット領域の25倍である。

もし、不十分な比率のガスが用いられると、切断の欠点、特に付着されたバリ及び／又は酸化の痕跡が現れるかもしれない。

ノズルの内側にレーザビームが当たりダメージを与える危険があり、切断の質及び／又は性能レベルに不利にまた影響するであろうことから、ノズルの開口の直径を減少することによってこのことを解決しようとする試みは、理想的ではない。

溝にガスが入るのを補助する異なった解決策を提案する文献がいくつかあり、例えば、EP-A-1669159、 JP-A-62006790、 JP-A-61037393、 JP-A-63108992、 JP-A-63040695 及び US-A-4,031,351が挙げられる。

これら解決策のいずれも、実装するにはその構造が複雑であり、従来のノズルに比べて大きく、及び／又は、限られた効率性しか発揮しないので、理想的でない。

とりわけ、文献US-A-4,031,351は、移動要素を含むレーザ切断ノズルを開示しており、その先端は、切断ガスが溝に注入されるのを補助するため、切断されるべき部分の表面に対してバネにより押圧されている。この解決策の重要な欠点は、切断ガスの圧力と結合してシートの方向にバネによって生じる力が、移動要素が切断されるべきシートにかなりの力を引き起こすことである。このことは、前記シートが工業用切断機械のテーブル上に普通に置かれた際に、該シートが変形され、引っかかれ、引っ張られさえするリスクをもたらす。

このことを解消するため、2011年５月16日に出願された仏特許出願1154224は、レーザノズル本体の移動要素の配置を提案している。この移動要素は、ガス圧力の効果により切断されるべきシートの表面に向かって本体の中を軸方向に動き得る。このことにより、切断されるべきシートに接触する前にシートのおもて面に移動要素が近づくことになり、それによって、スカートの外形を、切断ガスが溝に導かれ集中され、溝の中にガスが入るようにし効率性を改善するとの理由で円筒状に形成する。

さらに、このノズルは、シートから離れる方向に動く傾向にある移動要素に対し弾性戻り力を引き起こす弾性要素を含んでいる。このように、ガスが遮断されると、移動要素はそこからアイドルポジションに戻ることができ、それゆえ、ノズル本体の中にスカートが戻る。

しかしながら、この解決策は、特に工業的適用の観点からみていくつかの欠点がある。

実際、種々の障害物を切断されるべきシートの表面に見いだすことができ、作動位置すなわちシートとの接触において、移動要素の動きが妨げられ得る。たとえば、これらは、穴あけや切断開始段階で起こる突起によって引き起こされる溶融金属の過剰な厚さであり、シートにくっついて、シート表面に関連した角度に位置して楔形に残る、すなわち、シートのおもて面のレベルの上に位置する部分を有する、既に切断された部分であるかもしれない。シートの端から始まる切断は、切断中に引き起こされるシートのある部分が低下することの理由で、段差又は高低差、すなわち、シートの異なる部分間の高低差を引き起こす。

もしスカートの周囲壁がシート上に存在するどんな障害物にもぶつかるのであれば、シートに面して位置づけられているスカートの先端において停止・起動し衝突するリスクがある。スカートの動きはスローになり、突然ブレーキがかかり又は停止することさえあり得る。

もし切断機で検知できたなら、スカートの先端の衝突は、機械の不時の緊急停止を引き起こす。このような衝突はスカートに損傷を与え、スカートの能力に影響を与え、完全にスカートに損傷を与え又は破壊さえする。ノズルの移動要素を交換する必要が生じ、生産コストを上げ、工業切断機としての生産性を下げる。

材料の節約を達成するために工業的に普通に行われており、単一のシートから切断された部分が互いに非常に近くに配置され、いくつかの部分は共通の端を有してさえいる「ネスティング」を切断に用いるとき、これらの問題は、さらに、意味をもってくる。

文献JP-A-7251287は、移動要素と、シートに対し該移動要素を押圧する力を引き起こすバネとを備えたレーザノズルを提案している。さらに、このノズルは、移動要素を切断すべきシートからわずかな距離にするために、該シートに面する前記移動要素の表面の下に切断ガスをリークさせることによって引き起こされる力を用いている。

しかしながら、所望の距離に調節し維持するために加える異なる力について正確な制御を必要とするので、この解決方法は実現するには難しい。さらに、この間隔はガスを溝に注入する効率性を低下させる。ノズルから切断ガスが供給されないとき、又はノズルに低圧力の切断ガスのみが供給されるとき、当該方法の各工程の間にさらなる問題を生ずる。

これは、特に、典型的に４バール未満の低いガス圧力下で行われるシートの穴あけの際のケースであり、又は特に単一シートからいくつかのネスティングされた部分が切断されるとき、典型的な間隔0.5mmから数mmへとノズルがシート上を、なんらの切断ガスやビームがなくて素早く動く際のケースである。生産性と速さを改善するために、ノズルを保持する装置を切断位置から持ち上げることなくこれらの動作は通常実行されている。

このような状況の下、文献JP-A-7251287で提供された解決策では、移動要素がシートから離れることはできず、ノズル本体の外に移動要素が永続的に突き出されており、前述の問題点が関連してくる。このことは、また、放出された溶融金属がかなりの量であることから、ノズルがシートに対しあまり近寄れないので、穴あけ段階に問題を引き起こす。

このように、解決すべき課題は、前述した問題点を少なくし、又はなくするレーザビーム切断ノズルを提案することであり、特に、シート表面上に見いだされる障害物によって切断シート上での動きがかなり妨害少なく、現在の解決策に関連して該障害物に当たることで生ずる衝撃がかなり減少するようなレーザノズルを提案することである。

さらに、本発明に係るレーザノズルを工業用に実装することが可能であり、それゆえ堅牢さと耐用年数は現在の解決策に比べ良く、該ノズルを搭載した切断装置の動作に影響を与えることがない。

本発明に係る解決策は、それゆえ、次を含むレーザノズルである。

軸方向台座と、該ノズル本体の前面に位置される第１出口開口とを有するノズル本体と、
前方スカート形状部分と第２出口開口とを有し、ノズル本体の軸方向台座に配置される移動要素と、ここで前記移動要素は、移動要素に及ぼされるガス圧力の効果の下、移動要素の前方スカート形状部分が第１出口開口を通して軸方向台座の外に突き出るまで軸方向台座の中を第１出口開口に向かって並進移動可能であり、
軸方向台座中でノズル本体と移動要素との間に配置され、移動要素に弾性戻り力を及ぼす弾性部材と、を備えたレーザノズルにおいて、
前記前方部分は、第２出口開口の方向に漸次その外径が減少していく端部分を有することを特徴とする。

必要に応じて、本発明に係るノズルは、次の技術的特徴の１つ以上を有してもよい。

前記前方部分は、さらに、実質的に一定の外径の円筒状部分を有する。

前記端部分は、ノズル本体の前面と角度を形成する少なくとも１つの傾斜を有する。

傾斜の角度は、0.1°ないし80°であり、好ましくは10°ないし45°である。

外形形状が円錐台形状である。

端部分の外形形状が少なくとも１つの曲り部分を有する。

端部分の外形形状が少なくとも１つの凸状部分を有する。

前記少なくとも１つの曲り部分は0.1mmないし２mmの曲率半径を有する。

円筒状部分（16）が３mmないし８mmの外径を有する。

端部分が第２出口開口で2.5mmないし７mmの外径を有する。

移動要素がノズル本体のおもて面に位置する第１出口開口に向かって軸方向台座に並進して動くとき、移動要素の前方スカート形状部分は、ノズル本体のおもて面の第１出口開口を通して軸方向台座の外側に突き出る。

ノズル本体の軸方向台座の底は肩を有し、移動要素の周囲壁は止めを有し、弾性要素が肩と止めの間に位置している。

少なくとも１つのシール要素、例えば１つ以上のＯリングがノズル本体と移動要素との間に置かれる。

前記少なくとも１つのシール要素は、移動要素の外部周囲壁に作られた周囲溝に置かれる。

移動要素は、前方部分のスカートが完全に又はほぼ完全にノズル本体の軸方向台座の中に引きこまれているアイドリング位置と、
前方部分のスカートが第１出口開口を通してノズル本体の軸方向台座の外に完全に又はほぼ完全に突き出ている作動位置と
を含む複数の異なる位置の間を動くことができる。

移動要素の軸方向通路は円錐、円錐台、又は集束／発散する形状を有する。

ノズル本体は、電気的導電材料、特に銅、真鍮又は類似のものから作られる。

移動要素は、その全体が又はその一部が電気絶縁材料で作られる。

代替として、移動要素は、耐温度／耐熱の電気的導電材料、特に銅、真鍮又は類似のもので作られ、該絶縁要素はノズルと移動挿入の壁との間に配置された少なくとも１つの絶縁境界面を有する。絶縁境界面は、ノズル本体に置かれたスリーブ又はノズル本体若しくは移動要素に付着された絶縁内張りである。

本発明は、さらに、本発明に係るレーザノズルを備えたことを特徴とする、例えば、１つ又はそれより多いレンズ又はミラー、特に、焦点レンズやコリメーションレンズのような少なくとも１つの焦点合わせオプティックスを有するレーザ焦点合わせヘッドにも関する。

本発明は、さらに、レーザ焦点合わせヘッドが本発明に係るものであることを特徴とする、レーザ発生器、該レーザ焦点合わせヘッド、及び該レーザ発生器と該レーザ焦点合わせヘッドに連結されたレーザビーム伝達装置を備えたレーザ設備にも関する。

好ましくは、前記レーザ源又は発生器がＣＯ２、ＹＡＧ、ファイバー又はディスク型の、好ましくは、ファイバー又はディスク、特に、イッテリビウムファイバーレーザ源である。

他の観点に関し、本発明は、また、本発明に係るノズル、本発明に係るレーザ焦点ヘッド、又は本発明に係る設備が使用されるレーザビーム切断方法に関する。

本発明は、添付された図面を参照して以下の記載からより良く理解されるであろう。

従来のレーザ切断装置の集束ヘッドの概略図。 レーザスポットの大きさとノズル開口の大きさの関係についての概略図。 本発明に係るノズル本体の概略断面図。 フランス特許出願１１５４２２４に係るノズルの概略断面図。 本発明の１実施例に係るノズルの概略断面図。 本発明の他の実施例に係るノズルの概略断面図。 可動要素を備えた本発明に係るノズルを示す。 図６Ａとは異なる位置の可動要素を備えた本発明に係るノズルを示す。 高低差にわたる本発明に係るノズルの可動要素の動きを示す。

図１Ａは、従来のレーザ切断装置の集束ヘッド20を示し、従来のレーザノズル21が取り付けられ、該ノズルを通して集束レーザ光とアシストガス（矢印２３）を通し、該アシストガスは、例えばスチール又はステンレスースチールシートのような切断すべき金属部分30に、ビーム22によって形成される切断溝31からビームによって溶解された金属を排出するのに使われる。

アシストガスは、酸素、空気、ＣＯ２若しくは水素のような活性ガス、又はアルゴン、窒素、若しくはヘリウムなどの不活性ガス、又はこれら活性ガス及び／又は不活性ガスのいくつかの混合であってよい。ガスの成分は、切断されるべき部分の性質を特に考慮して選択される。

当該部分に当たるビームは、金属を溶解し、その後、アシストガスの圧力により、当該部分の下に排出される。

図１Ｂは、ビーム22の焦点スポットの大きさS２に関連したノズル21の開口24の領域S1を明確に示す。示されるように、領域S1はビーム22の焦点スポットの大きさS2よりかなり大きく、このことは、従来のノズルの場合、アシストガスの高い消費を意味し、アシストガスの小さな割合のみが切断溝31から溶解された金属を排出するために使用されるに過ぎない。

ガスの消費と切断に必要な圧力を相当に低減するために、フランス特許出願1154224は、レーザ出力とビームの波長にもかかわらず、より大きな割合のガスを溝31に強いることを可能にし、溶解された金属をそこから効率的に排出することを可能にする特別のノズル構造のために、より小さなガス圧及び／又はガス流を使うレーザビームで切断することができ、切断できるようになっているレーザノズルを提案している。

文献FR1154224によれば、レーザノズルは２つの本質的な要素、すなわち、そのノズル本体１の中で動くようになっている可動要素２と協働するノズル本体１であり、その実施例は図２，３に示されている。

さらに詳細には、図２に示されるように、例えば銅や真鍮のような導電性材料で作られたノズル本体は、レーザ装置のレーザ集束ヘッド20に取り付けられるようになっている。

有利には、ノズル本体１は、ＡＡ軸に沿って軸線上の台座５によって端から端へ渡る軸対称な部分であり、ＡＡ軸は、前記本体１のうしろ面１ｂから前記本体１のおもて面１ａに延びる。

軸線上の台座５は、ノズル本体１のおもて面１ａとうしろ面１ｂで開放されている。それゆえ、うしろ面１ｂは、最初の入力開口１１´を有し、他方、おもて面１ａはノズル本体１からの最初の出口開口１１を有し、最初の入口及び出口開口はＡＡ軸に同軸となっている。

この軸線上の台座５は、実際に首部、例えば、台座５の中心に向かって放射状に突出する内肩部９を備えた円筒状の首部であり、前記内肩部９は、ノズル本体１のおもて面１ａに位置する軸線上の台座５の最初の出口開口１１の領域にある絞り１５によって形成される。

文献ＦＲ１１５４２２４のノズルは、図３に示すように、好ましくは本体１に同軸にノズル本体１の台座５中に挿入される移動要素２を含む。この移動要素２は、ノズル本体１の台座５の中でＡＡ軸に沿って並進運動をすることができるようになっている。

文献ＦＲ１１５４２２４によれば、この移動要素２は、前方部分２ａを含み、ノズル本体１の軸線上の台座５に配置される円筒状の（すなわち筒状の）スカート６を形成し、前記スカート６を形成する前方部分から広がる第２の出口開口１２を有する軸線上の通路４を含んでいる。

ノズルが使用される際、レーザビーム２２とアシストガス２３は、移動要素２の軸線上の通路４を通り、前記スカート６を形成する前方部分２ａから第２の出口開口１２を通って外に出る。

移動要素２は、ＡＡ軸に沿ってノズルの本体１に関連して軸方向に動くことができる。実際、移動要素２は、前記移動要素２に働くアシストガス２３の圧力の影響に従って動き、この圧力は、移動要素２を切断されるべき部分３０に向かって押しだすことに寄与する。

ＡＡ軸に沿った移動要素２の並進運動により、図６Ａに示されるように、それらが互いに当接する前に、切断されるべきシートの上部表面３０に向かってスカート６が動く。

このように、ガスはスカート６によって運ばれ、レーザスポット上に、それゆえ、溝上に集中され、このことが効率を著しく改善し、金属がより効果的に排出される。

切断されるべき部分から移動要素２が離れようとする方向に移動要素２に弾性的戻り力を働かせるように、バネのような弾性要素８が、ノズル本体１と移動要素２との間に、軸線上の台座５に設けられる。このように、切断が完了すると、ガスが遮断され、ガス圧はもはや移動要素２に働かなくなり、移動要素２はそこでアイドル位置に戻ることができ、それゆえスカート６は台座５中に戻ることができる。

それゆえ、弾性要素８は、通常、切断段階が進行するシートの穴あけ段階の間、スカート６に摩耗が引き起こされるのを制限することができる。実際、穴あけは低ガス圧、典型的には４バール以下で最も普通に着手される。弾性要素は、それから、スカート６を完全に又はほとんど完全に台座５中に戻すための十分な戻り力を発揮し、穴あけによって生起される溶融金属の放射からそれが保護される。

さらに、ガスがその後、移動要素へ圧力を働かせるのを止め、台座５の中にスカート６が戻るので、切断ガス又はビームなしで、弾性要素８はシート上で短い距離で切断ヘッドのすみやかな動きを容易にする。スカート６のみが上に戻り、ノズルを保持する集束ヘッドを持ち上げる必要はない。

文献ＦＲ１１５４２２４によれば、移動要素２は、円筒状のスカート６の前方部分、すなわち、ＡＡ軸に沿った一定の外径を備えたものを有する。

上記で説明されたように、例えば、シートの骨格に固着して残る溶融金属又は切断部分の放射によって引き起こされる、何らかの障害物、不規則性、過剰厚さ又は切断されるべきシートの上表面のレベル上の高低差がもし切断されるべきシートの表面にあると、この円筒形状だと問題を引き起こす。

実際、この装置において、前方部分２ａの外周面の壁は、切断されるべきシートの表面に直角な壁、すなわち、垂直を形成しており、切断されるべきシートの厚さに依存する、特に、典型的に0.1から50ｍ／minのレーザ切断で見いだされる高切断スピードにおいて、障害物に対するかなりの抵抗となる。この結果、スカート６による衝突の吸収が不十分となり、容易に妨げられ、減速され、突然ブレーキをかけられ、止められさえする前記スカートの動きとなる。言い換えれば、スカートの外形円筒形状は、前記スカートの外表面とシート上の任意の障害物との間の正面衝突を助長する。

さらに、図３に示されるように、前方部分２ａの先端が鋭角であると、衝突のときに、スカート６の破壊又は破断を起こしがちであり、移動要素２をより壊れやすいものとしがちである。

このことを克服するために、本発明は、改良された移動要素を備えたレーザノズルを提案するものであり、改良された移動要素は、それが動作位置に、すなわち、切断されるべきシートの上表面と接触するとき、障害物、不規則性又は高低差を超えて動くことができ、かつ、動くように設計されているスカート形状部分２ａを有する。

より詳細には、前記移動要素の前方部分２ａは、スカート６へかなり低減した衝突で、又はそのような衝突なしで、そして、ノズルの動きスピードの減少がないか、あっても大変少なく、高低差又は障害物を飛び越えていくようになっている端部分を含む。

本発明によれば、前方部分２ａは、第２出口開口１２の方向に漸次減少する外形となっている端部分１７を有する。その結果、前方部分２ａは、それが高低差又はシートの表面上の障害物を飛び越えるのを補助するようになっている。スカート６が高低差又は単発の障害物に遭遇したとき、端部分１７の外径が漸次減少していることが、スカート６を台座５に向かって上に後退するのを助けるから、衝突はよりよく吸収される。

端部分は、前記前方部分２ａ、すなわち、切断されるべきシートの上表面に面している部分の先端に位置する前方部分２ａの部分を意味する。

本発明の１実施例において、端部分１７は、ノズル本体１のおもて面１ａとの角度（α）を形成する少なくとも１つの傾斜１８を有する。少なくとも１つの傾斜１８の角度αは、0.1°から80°の間であり、好ましくは、10°から45°の間である。

図４に示された実施例において、端部分１７は、１つの傾斜１８を含む。好ましくは、端部分１７の外形形状は、円錐台形状である。

有利には、前方部分２ａは、実質的に一定の外径の円筒部分１６を含み、好ましくは端部分１７の上流に配置され、すなわち、第２の出口開口１２から端部分１７以上に離れて配置される。

図５に示された他の実施例において、端部分１７の外形形状は、少なくとも１つの湾曲した部分を有する。好ましくは、端部分１７の外形形状は、少なくとも１つの凸状部分を有する。少なくとも１つの凸状部分の曲率半径は、典型的には、0.1mmから２mmの間である。

本発明は、それゆえ、前方部分２ａの端における鋭角の存在を取り除き、又はかなり制限することを可能にする。

円筒部分１６は、好ましくは、３mmから８mmの外径を有し、好ましくは略６mmである。

第２の出口開口１２において、すなわち、切断されるべきシートに面する前方部分２ａの端面において、端部分１７は、2.5mmから７mm、好ましくは略４mmの外径を有する。

移動要素２の外周面の壁は、止め１０、好ましくは、前記移動要素２の周囲の全部又は部分の周りを延びる環状の止めを有し、弾性要素８が肩９と止め１０の間に位置されている。

選択的に、少なくとも１つのシール要素７、特に、１つ又はそれ以上のＯリング７が、ノズル本体１と移動要素２の間に配置され、ノズル本体１と移動挿入体２との間のシールを提供することを可能にする。好ましくは、前記少なくとも１つのシール要素７は、移動要素２の外周面の壁に作られた周囲溝１４内に置かれる。

図４，５に示されるように、本発明に係るノズルは標準サイズであり、すなわち、従来の切断ノズルよりも大きくなく、異なるパーツ間の非常に限定されたギャップで単一シートからパーツが塞がるネスティング切断に比べて、有利であり、ネスティング切断と両立し得る。

さらに、本発明に従ったノズルは、容量性センサシステムと両立し得るという他の有利な点を有する。実際、銅又はその他の導電性材料が、標準的ノズルとして、容量性センサによって特定される頂部に適用される。ガスの加圧下において、切断されるべきシート30に触れ合うのは、移動挿入体２であり、それゆえ、ガスの漏れを制限することができる。

移動要素２は、好ましくは、電気的絶縁、複合物、工業用セラミック、例えば、ポリエーテル エーテル ケトン（polyether ether ketone）（ＰＥＥＫ）のようなポリマー材料、Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）、セラミック又はＰｙｒｅｘ（登録商標）から作られ、レーザ切断ノズルと同じ内部幾何形状を有し、すなわち、移動要素は、円筒状の出口通路を有する又は有しないにかかわらず、円錐であり、円錐台であり、集束し／発散する（すなわち、ｄｅ Ｌａｖａｌ ノズル）又は他の任意の適した幾何形状を有する内部輪郭を備えてよい。

電気絶縁材料は電気を通さない材料、すなわち、２つの導電性要素の間に電流が流れるのを防ぐ材料を意味することに留意すべきである。

好ましくは、移動要素２は、材料の単一の塊から形成される軸対称のパーツである。

もし、移動要素２が電気絶縁材料で作られていなかったら、移動要素の外表面の少なくとも一部分は電気絶縁材料層で覆われ、この層は移動要素２と堅く接合されてもよいし、されなくてもよい。この絶縁材料層は、移送要素２とノズル本体１との間の電気絶縁境界面として使用されることになる。

さらに、本発明に係るノズルは、その直径が0.5ないし５mmである出口開口12を有する移動要素２を備える。

実際、本発明に係るノズルの移動要素２は、それゆえ、少なくとも次に示す位置を含むいくつかの位置の間を動くことができる。

− 図６Ｂに示されるように、前方部分２ａのスカート６が、ノズル本体１の軸状の台座５の中に完全に又はほとんど完全に引き込まれているアイドリング位置。

− 図６Ａに示されるように、前方部分２ａのスカート６が、第１出口開口11を通してノズル本体１の軸状の台座５から完全に又はほとんど完全に突き出され、切断されるべき部分と触れ合う作動位置。

もちろん、移動要素２は、そのスカート６がノズル本体１の軸状の台座５から部分的に突き出るような中間位置を占めることもできる。このような中間位置は、移動要素２にガスによって加えられる圧力に明白に依存する。

実際、前方部分２ａの先端の具体的な外形状と弾性要素８の配置の組み合わせは、本発明に係るノズルの動作に対するさらなる改良を提供する。

第一に、端部分の形状は、スカート６を台座５の中に戻すことを可能にすることによって、したがって、シート上の障害物との正面衝突を避けることによって、高低差や単発の障害物を飛び越えることを可能にする。

このことは図７に示され、ここでは、切断されるべきシート30の上を切断方向32に動くスカート６を備えた移動要素２が模式的に示されている（簡単のために本体１は省略されている）。障害物がないとき、スカート６は、切断ガスによって加わる移動要素２上の圧力によって、シートに接するように動き、このことは実線矢印で表されている。示されるように、障害物や高低差に遭遇すると、この場合、シート30上に置かれた部分33によってシミュレートされた高低差や段差は、破線矢印で示されるようにスカート６が上げられ、端部分17に形成された傾斜によって容易にされる。一旦障害物33上に来ると、スカート６は、障害物33の表面に近づき切断ガスを溝中に流し続ける。

さらに、弾性部材８は、切断ガスの効果の下、切断されるべき部分に向かって動くときに、その部分に移動要素２によって引き起こされる圧力を制限することを可能にする。さらに具体的には、弾性部材８の戻り力は、シートに移動要素２が引き起こす圧力を制限する間、切断されるべき部分に移動要素２が触れ合い続けるように、変形されて切断されたり、シートの表面がひっかかれたり、シートが引きずられたりするシートのどんなリスクをも実質的に最小化し又は除去するように、有利に設計される。

このように、本発明は、スカート６のより柔軟な動きをもたらし、切断されるべきシートの表面に起こるであろうレベル変動に追従することを可能にし、このことには工業的利用を容易にする。

このことは、ヘッドの動きを妨害し、スカートと障害物との間の突然の衝突の結果として機械が止まることのリスクを制限する。

本発明によって提供される解決により、それゆえ、堅牢さ、耐用年数及び実装が文献ＦＲ１１５４２２４に係るノズルに関連して、改善された移動要素を備えたノズルとなる。

標準ノズル、すなわち、移動要素を備えていない従来ノズルに関連して本発明に係るノズルの能率を実証するために、それゆえ、移動要素に搭載されるスカートを実装することにより切断溝にガスをぶつけて、焦点合わせオプティックス、具体的にはレンズを含むレーザ焦点合わせヘッドに導かれるレーザビームを発生するＣＯ２レーザ発生器を備えた切断設備を使用することにより、比較試験を遂行することができる。

場合に応じて、レーザ焦点合わせヘッドが、直径1.8mmの出口開口を有する標準ノズルに取り付けられ、又は、円筒状の移動スカートと直径1.8mmの円筒状出口チャネルを有する円錐の軸方向通路とを備えた図３に係るノズルに取り付けられる。さらに、移動スカートの外形形状は、水平から、すなわち、ノズル本体の前面から略３０°の角度αを有する傾斜を備える。

使用される補助ガスは窒素である。

切断されるべきシートは、３０４Lグレードのステンレススチールであり厚さは５mmである。

さらに、図７に模式的に示されるように、0.8mmの高低差が切断されべきシートの範囲に模擬され、切断されるべきシートの一部分に0.8mm厚さのシートのもう一つの片で覆っている。

レーザビームは４ｋＶの電力を有し、切断スピードは2.6ｍ／分である。

得られた結果は、以下のとおり。

− 標準ノズルでは、14バールのガス圧力は、きれいに切断するには十分でない。実際、14バールでは、切り口には、多数の付着したバリがある。このことは、排出されるべき溶融金属上にガスの働きが不十分である理由で、溶融金属の排出が不完全であることを実証している。これらバリを除去するために、16バールの圧力が必要であった。

− 本発明に係るノズルでは、圧力が１バールから５バールの範囲でテストが実施され、質の良い切断、すなわち切り口にバリがない切断が得られた。ノズルのスカートは、ガスを溝に導入するのを可能にし、溶融金属を効果的に排出するのを可能にする。さらに、ノズルは、シート上の模擬された0.8mmの高低差を一旦停止することなく、又は該高低差を通過する際に過度の切断スピードの低下なく、通過する。0.8mmは、レーザビームを使用するシート切断に遭遇する高低差や障害物の典型的な最大高さであることに留意すべきである。

これら試験は、本発明に係るノズルの効率性を明確に示し、このことは、同じ条件下で標準ノズルと比較して、必要とされるガス圧力をかなり低減すること、それゆえ、ガスの消費を低減することに役立つ。

Claims (14)

1. 軸方向台座（５）と、該ノズル本体（１）の前面（１ａ）に位置される第１出口開口（11）とを有するノズル本体（１）と、
   前方スカート形状部分（２ａ）と第２出口開口（12）とを有し、ノズル本体（１）の軸方向台座（５）に配置される移動要素（２）と、ここで前記移動要素（２）は、移動要素（２）に及ぼされるガス圧力の効果の下、移動要素（２）の前方スカート形状部分（２ａ）が第１出口開口（11）を通して軸方向台座（５）の外に突き出るまで軸方向台座（５）の中を第１出口開口（11）に向かって並進移動可能であり、
   軸方向台座（５）中でノズル本体（１）と移動要素（２）との間に配置され、移動要素（２）に弾性戻り力を及ぼす弾性部材（８）と、
   を備えたレーザノズル（１，２）において、
   前記前方部分（２ａ）は、第２出口開口（12）の方向に漸次その外径が減少していく端部分（17）を有することを特徴とする、レーザノズル（１，２）。
2. 前記前方部分（２ａ）は、さらに、実質的に一定の外径の円筒状部分（16）を有することを特徴とする請求項１に記載のノズル。
3. 前記端部分（17）は、ノズル本体（１）の前面（１ａ）と角度（α）を形成する少なくとも１つの傾斜（18）を有する請求項１又は２に記載のノズル。
4. 傾斜（18）の角度（α）は、0.1°ないし80°であり、好ましくは10°ないし45°であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のノズル。
5. 端部分（17）の外形形状が円錐台形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のノズル。
6. 端部分（17）の外形形状が少なくとも１つの曲り部分を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のノズル。
7. 端部分（17）の外形形状が少なくとも１つの凸状部分を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のノズル。
8. 前記少なくとも１つの曲り部分は0.1mmないし２mmの曲率半径を有することを特徴とする請求項７に記載のノズル。
9. 円筒状部分（16）が３mmないし８mmの外径を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のノズル。
10. 端部分（17）が第２出口開口（12）で2.5mmないし７mmの外径を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のノズル。
11. 請求項１ないし１０に記載のレーザノズルを備えたことを特徴とする少なくとも１つの焦点合わせオプティックスを有するレーザ焦点合わせヘッド。
12. レーザ焦点合わせヘッドが請求項１１に記載のものであることを特徴とする、レーザ発生器、該レーザ焦点合わせヘッド、及び該レーザ発生器と該レーザ焦点合わせヘッドに連結されたレーザビーム伝達装置を備えたレーザ設備。
13. 前記レーザ発生器がＣＯ２、ＹＡＧ、ファイバー又はディスクレーザ発生器であることを特徴とする請求項１２に記載の設備。
14. 請求項１ないし１０に記載のノズル、請求項１１に記載のレーザ焦点合わせヘッド、又は請求項１２又は１３に記載の設備を実装するレーザビームの切断方法。