JP2018533481A - レーザ加工ヘッド用の二重ノズル - Google Patents
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Abstract
本発明は、レーザ加工ヘッド用の二重ノズル(200)、及びワークピースを切断するための関連する方法を特徴とする。二重ノズル(200)は内側本体部(202)を含み、内側本体部(202)は第1の孔(205)を画定する内表面(203)と、内側本体部(202)の遠位端(209)側に配置された第1の外周面(223)と、内側本体部(202)の近位端(221)側に配置された第2の外周面(222)とを有する。第2の外周面(222)は、レーザ加工ヘッドと嵌合して位置合わせされるような形状である。二重ノズル(200)はまた、第2の孔(211)を画定する内表面(225)を有する外側本体部(204)を含む。外側本体部(204)は内側本体部(202)の第1の外周面(223)と嵌り合うように係合し、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されている。内側本体部(202)及び外側本体部(204)は、それらを貫通する同軸の流体流路を画定するように位置合わせされる。
Description
本発明は、概して、レーザ切断システム及び方法の分野に関する。より具体的には、本発明は、二重ノズル内のレーザビームの改善された位置合わせに関する。
レーザ切断機などの材料加工装置は、材料の切断、溶接、及び熱処理に広く使用されている。レーザ切断機は、一般に、高出力レーザ、ノズル、ガス流、光学系、及びコンピュータ数値制御(CNC)システムを含む。レーザビーム及びガス流は、ノズルのオリフィスを通過し、ワークピースに衝突する。レーザビームはワークピースを加熱し、これはガスとワークピース材料との間の化学反応と共に、ワークピースの選択された領域を変化(例えば、液化及び/又は蒸発)させ、操作者がワークピースを切断又は他の態様で改変することを可能にする。レーザ光学素子及びCNCは、切断作業中にレーザビームをワークピースに対して位置決めして方向付けるために使用される。レーザは小さなスポットサイズに絞り込むことができ、それによって、金属のような工業強度の材料を加工するのに望ましい強度及び出力密度を達成するため、材料加工用途においてレーザは頻繁に使用される。
従来のレーザ切断システムにおいて、システム構成部品(例えばノズル)の位置合わせは、システムの寿命及び性能にとって重要となる。例えば、ノズル孔及び/又はオリフィスをノズルホルダ及びレーザ切断ヘッド光学素子に位置合わせすることは、レーザ切断プロセスを適切に機能させるのに重要となる。さらに、レーザビームとガスジェットとの位置合わせは、ワークピースの全ての側面の周りで均一な切断品質を達成するために重要となる。位置合わせの問題が現れる1つの事例は、部品の交換及び取り付け中であり、この時、ビームの周りガス流が非対称になるのを避けるため、ノズル孔及び/又はオリフィスをレーザヘッドの長手方向軸、つまりはレーザビームと一直線に並べる必要がある。従来のノズルは頻繁に交換しなければならず、ノズル交換の度に、位置合わせされたことを証明するための手間のかかる取り付けと点検が必要となり得るため、この問題は複雑である。さらに、現場で部品を交換する必要もしばしばあるため、適切な取り付け及び位置合わせを確保するために、機械のかなりの停止時間及び技術者の専門知識が必要になる。また、現場での交換には、適切な部品の位置合わせを達成、点検、及び維持するための特別なツールが必要となり得る。
ノズルの一種である「二重ノズル」は、レーザ切断用途において特定の利点を有するが、構成部品の位置合わせに関係する特有の問題も生じさせる。構造的には、二重ノズルは典型的には互いに圧入又は螺合された2つの部分(内側及び外側ノズル部分)を有する。二重ノズルの主な機能は、内側及び外側ノズル部分内に2つの別々のガス流を生成することである。ガスの1つの流れが中央孔を通って供給され、レーザビーム自体の軸に沿って配置され、ガスの2つ目の流れは中央孔を囲む、より低圧のガスの同軸流を提供する。中央流は、切断プロセス中に、レーザビームが材料を加熱し、プロセスガスが材料を切り口から吹き飛ばす際に、材料を除去するのを助ける。一方、低圧同軸流は、中央流の周りの保護流を提供し、溶融した切れ目に空気が引き込まれるのを抑制し、加工している材料にとって適切なガス化学物質で切り口の周りを囲む。
図1は、従来技術の二重ノズル構成を示す。この実施形態では、二重ノズル100は、境界面124で接合された内側本体部102(内側ノズル部分)と外側本体部104(外側ノズル部分)とを含む。内側本体部102は、レーザビームが二重ノズル100を通過するためのオリフィス112を有する。外側本体部104は、二重ノズル100とレーザ加工ヘッド(図示略)とを位置合わせするためのオリフィス114及び位置合わせ面122を有する。この構成では、2つの別個の表面境界が、レーザ加工ヘッドの長手方向軸107、つまりはレーザビーム自体に対する内側ノズルオリフィス112の位置合わせを決定する:(1)レーザ加工ヘッドとの位置合わせ面122、及び(2)内側本体部102と外側本体部104との間のノズル界面124。
図1において、内側本体部102の内側ノズルオリフィス112は外側ノズルオリフィス114よりも小さく、動作中に外側ノズルオリフィス114よりもレーザビームの近くに配置される。したがって、内側ノズルオリフィス112の位置合わせが二重ノズル100の性能及び寿命にとって特に重要となる。内側ノズルオリフィス112とレーザ加工ヘッドの長手方向軸107との位置合わせ、つまりは2つの別個の境界面を介したレーザビームとの位置合わせは、これら2つの面からなる境界のそれぞれを形成する4つの別個の表面の正確度及び精度に依存する。したがって、適切な寿命と性能を確保するためには、取り付けの正確さと点検の他に、これらの4つの面の高い製造精度も要求される。これらの部品のいずれかにおける誤った位置合わせは、レーザビームの長手方向軸線107に対する内側ノズルオリフィス112の位置合わせに劇的な影響を及ぼし得る。誤った位置合わせの機会の数を減らし、それによってレーザビームとノズル孔及び/又はオリフィスとの位置合わせを改善し、取り付け及び操作を単純化する二重ノズル構成が必要である。
本発明は、レーザ切断装置のノズル孔及び/又はオリフィス内にレーザビームを位置合わせするためのシステム及び方法に関する。特に、ノズルの構成部品間の特定の表面(例えば、二重ノズルの内側孔とレーザ加工ヘッドの長手方向軸との間の表面)が再設計されて、境界面の数(すなわち、誤った位置合わせの機会)が最小化される。本発明による新しい構成では、ビームとノズル孔との位置合わせ、ひいてはガスシュラウド及び位置合わせが改善される。さらに、ノズル境界面の製造公差が緩和され、システムの操作及び取り付けが単純化される。
一態様において、本発明は、レーザ加工ヘッド用の二重ノズルを対象とする。二重ノズルは、内側本体部であって、第1の孔を画定する内表面、内側本体部の遠位端側に配置された第1の外周面、及び内側本体部の近位端側に配置された第2の外周面を有する内側本体部を含む。第2の外周面は、レーザ加工ヘッドと嵌合して位置合わせされるような形状である。二重ノズルはまた、第2の孔を画定する内表面を有する外側本体部を含む。外側本体部は、内側本体部の第1の外周面と嵌り合うように係合し、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されている。内側本体部及び外側本体部は、それらを通る同軸の流体流路を画定するように位置合わせされている。
いくつかの実施形態では、第2の外周面は、二重ノズルの長手方向軸に対してテーパ状に形成されている。いくつかの実施形態では、テーパ面は、長手方向軸に対して約4.5度から約5.5度の角度にある。いくつかの実施形態では、二重ノズルは、内側本体部と外側本体部との間に形成された一組の流体流路をさらに含む。いくつかの実施形態では、一組の流体流路は、内側本体部の第1の外周面と外側本体部との間の境界面に形成される。いくつかの実施形態では、一組の流体流路は、6つの別個の流路を含む。いくつかの実施形態では、第2の外周面は、外側本体部の内表面との円錐状の干渉界面を含み、その円錐状の境界面は、面と面の間に約0.025〜0.076mm(約0.001〜0.003インチ)の間隔を含む。いくつかの実施形態では、内側本体部及び外側本体部は、約8900N(約2000lbF)の力を用いて圧着される。いくつかの実施形態では、外側本体部の第2の孔は、内側本体部に対して位置決めするための軸方向停止部を含む。いくつかの実施形態では、内側本体部は、外側本体部の第2の孔によって受け入れられる円錐形の基本形状を有する。いくつかの実施形態では、内側本体部及び外側本体部は、位置合わせにおいて少なくとも約25%の改善をもたらし得る。すなわち、本明細書に記載された新しい設計及び構成は、従来のシステムよりも良好な位置合わせを提供することができる。いくつかの実施形態では、二重ノズルは、いくつかの従来のシステムよりも良好な流れプロファイルを提供するように構成される。例えば、場合によっては、本明細書のシステム及び方法は、より均一な流れを生じさせ、いくつかの従来のシステムよりも広い範囲の流量調整を可能にする。例示的な比較のために、3スロットノズルは、6890Pa〜9170Pa(1psi〜1.33psi)の間で変動する圧力を生成する可能性があり、これは平均値に対して約28%のピーク−ピーク変動であり得る。一方、いくつかの例では、本明細書に記載された本発明のノズルは、10400Pa〜10800Pa(1.51psi〜1.57psi)の間で変動する圧力を生成することもでき、これは平均値に対して約4%のピーク−ピーク変動であり得る。言い換えれば、本明細書に記載された本発明の複数の流通溝付きノズルは、いくつかの従来の3スロットノズルと比較して、流れの不均一性が約7分の1に減少し得る。
別の態様において、本発明は、レーザ切断システムを使用してワークピースを切断する方法を特徴とする。この方法は、レーザ加工ヘッド及び二重ノズルを設けることを含む。二重ノズルは、内側本体部と、外側本体部と、軸方向孔とを有する。内側本体部は、レーザ加工ヘッドに成形された位置合わせ面を相補する形状の第1の外表面と、外側本体部の内周嵌合面を相補する形状の第2の外表面とを有する。外側本体部は、内周嵌合面に沿って内側本体部に固定され、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されている。この方法は、レーザ加工ヘッドの長手方向軸に整列するように、レーザ加工ヘッドに二重ノズルを取り付けることをさらに含む。この方法は、二重ノズル内に形成された主流路と少なくとも1つの副流路とに流体を流すことをさらに含む。この方法は、レーザ加工ヘッドの長手方向軸に沿ってレーザビームを生成することをさらに含む。この方法は、二重ノズルを出たレーザビームを用いてワークピースを切断することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、第2の外表面は、二重ノズルの長手方向軸に対してテーパ状に形成されている。いくつかの実施形態では、テーパは長手方向軸に対して約4.5度から約5.5度の角度にある。いくつかの実施形態では、二重ノズルは内側本体部と外側本体部との間に形成された一組の流体流路をさらに備える。いくつかの実施形態では、一組の流体流路は、内側本体部の第1の外表面と外側本体部との間の境界面に形成されている。いくつかの実施形態では、一組の流体流路は、6つの別個の流路を含む。いくつかの実施形態では、第2の外表面は、外側本体部の内表面との円錐状の干渉界面であり、その円錐状の境界面は、面と面の間に約0.025〜0.076mm(約0.001〜0.003インチ)の間隔を含む。いくつかの実施形態では、内側本体部及び外側本体部は、約8900N(約2000lbF)の力を用いて圧着される。いくつかの実施形態では、外側本体部の第2の孔は、内側本体部に対して位置決めするための軸方向停止部を含む。いくつかの実施形態では、内側本体部は、外側本体部の第2の孔によって受け入れられる円錐形の基本形状を有する。いくつかの実施形態では、内側本体部及び外側本体部は、位置合わせにおいて少なくとも約25%の改善をもたらし得る。すなわち、本明細書に記載された新しい設計及び構成は、従来のシステムよりも良好な位置合わせを提供することができる。いくつかの実施形態では、二重ノズルは、いくつかの従来のシステムよりも良好な流れプロファイルを提供するように構成される。例えば、場合によっては、本明細書のシステム及び方法は、より均一な流れを生じさせ、いくつかの従来のシステムよりも広い範囲の流量調整を可能にする。例示的な比較のために、3スロットノズルは、6890Pa〜9170Pa(1psi〜1.33psi)の間で変動する圧力を生成する可能性があり、これは平均値に対して約28%のピーク−ピーク変動であり得る。一方、いくつかの例では、本明細書に記載された本発明のノズルは、10400Pa〜10800Pa(1.51psi〜1.57psi)の間で変化する圧力を生成することもでき、これは平均値に対して約4%のピーク−ピーク変動であり得る。言い換えれば、本明細書に記載された本発明の複数の流通溝付きノズルは、いくつかの従来の3スロットノズルと比較して、流れの不均一性が約7分の1に減少し得る。
いくつかの実施形態では、ノズルの成形面は円弧形状を有し、均等な着座を促進するように、分割されていてもよく又はテーパ状の位置合わせ面を有してもよい。いくつかの実施形態では、内側ノズルは、テーパ状座面よりも高い位置に配置されるその「流れ生成」機構の全て又は多くを有する。いくつかの実施形態では、外側ノズルは内側よりも高い位置に配置され、締め付けられることにより、位置合わせ、高圧での安全な動作、ガスシール、及び容量性回路の導電性を確保する。滑合、圧入、正反対形状の係合機構には固有のバラツキがあるため、一貫した性能を確保するために、この設計の二重ノズルでは厳しい公差(精度の高いCNC旋盤を用いても達成しにくい公差)が維持されなければならない。
いくつかの実施形態では、二重ノズル及びレーザ機械のヘッドとの間の境界面は、二重ノズルの内側本体部に直接形成される。いくつかの実施形態では、相補的に対向する表面が、加工ヘッド及び内側本体部に形成され、これらは孔をヘッドの長手方向軸の中心に位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、本発明は「ハイブリッド」設計においてこれらの改良の両方を特徴とする。そのような実施形態では、本発明は、内側ノズル部品上にテーパ状の座面を含むことで、主ガス流をレーザビーム及びヘッドと機能的に位置合わせすることができる。ノズル孔及び傾斜した機能的基本形状は、それらが高度に配置されかつ同軸となるように、同時に機械加工され得る。いくつかの実施形態では、内側ノズルと外側ノズルとの間にテーパ状の又は成形された境界面を備えることによって、二重ノズル設計がさらに改良される。これにより、テーパ状の又は成形された表面の堅固な接触を介して半径方向の配置誤差が最小限に抑えられる。このテーパ接触法は、機能的には影響が少ないか又はさほど致命的ではない軸方向の位置合わせを犠牲にして、同軸度を改善することができる。いくつかの実施形態では、内側ノズルのテーパ状座面及び内側ノズルと外側ノズルとの間の成形界面は、概念的に分離可能であり、本明細書に記載される結果及び利点を達成するために、一緒に又は別々に用いることができる。
前述の説明は、添付の図面と併せて本発明の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
図面の詳細な説明
図2は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ切断システムのための改良された二重ノズル200の断面図である。二重ノズル200は、内側ノズル孔205及び内側ノズルオリフィス212を画定する内表面203を有する内側本体部202を含む。内側本体部202は、内側本体部202の遠位端209側に配置された第1の外周面223を有する。内側本体部202は、内側本体部202の近位端221側に配置された第2の外周面222を有する。また、二重ノズル200は、外側ノズル孔211及び外側ノズルオリフィス214を画定する内表面225を有する外側本体部204を備える。第2の外周面222は、レーザ加工ヘッド(図示略)と(例えば、直接的に)嵌合して位置合わせされるような形状である。外側本体部204は、内側本体部202の第1の外周面223と嵌め合わされ、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは(例えば、実質的に)隔離される。内側本体部202及び外側本体部204は、それらを貫通する同軸の流体流路231を画定するように整列される。
図2は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ切断システムのための改良された二重ノズル200の断面図である。二重ノズル200は、内側ノズル孔205及び内側ノズルオリフィス212を画定する内表面203を有する内側本体部202を含む。内側本体部202は、内側本体部202の遠位端209側に配置された第1の外周面223を有する。内側本体部202は、内側本体部202の近位端221側に配置された第2の外周面222を有する。また、二重ノズル200は、外側ノズル孔211及び外側ノズルオリフィス214を画定する内表面225を有する外側本体部204を備える。第2の外周面222は、レーザ加工ヘッド(図示略)と(例えば、直接的に)嵌合して位置合わせされるような形状である。外側本体部204は、内側本体部202の第1の外周面223と嵌め合わされ、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは(例えば、実質的に)隔離される。内側本体部202及び外側本体部204は、それらを貫通する同軸の流体流路231を画定するように整列される。
概して、二重ノズル200は、図1に示す上述した従来の二重ノズル100と同様の外側寸法及び内側寸法を有する。しかしながら、二重ノズル200が内側本体部202の内側ノズル孔212とレーザビームの長手方向軸207との間に有する境界面の数はより少ない。具体的には、二重ノズル200は、第2の外周面222(ノズル加工ヘッド境界面)を内側本体部202に直接形成する結果、1つの界面を有する。したがって、境界面の減少は、従来技術の界面124に対する内側及び外側本体部202、204間の界面224の移転の結果と言える。このような再構成は、長手方向軸207に対する内側ノズル孔212の位置合わせを制御する表面などの「直接的位置合わせ接触」表面の数を減少させる(たとえいくつかの構成では、表面間に幾らかの物理的接触が存在し得るとしても)。この場合では、直接的位置合わせ接触表面の数は、図1の従来技術の構成に示されている4つの面に対し2つ(すなわち、ノズル加工ヘッド境界面222及びそのレーザヘッドの相補面)である。したがって、二重ノズル200は、長手方向軸207と内側ノズル孔212との間のより直接的な接続を提供し、外側本体部204に対する製造要件を緩和し、取り付けの複雑さ及び点検手順を低減する。この構成では、レーザビーム及びガス流は、任意の組立誤差の直接的な影響から隔離され得る。
いくつかの実施形態では、内側及び外側本体部202、204は、摩擦圧接(friction welding)や圧入を含む様々な方法によって固定することができる。いくつかの実施形態では、二重ノズル200のノズル加工ヘッド境界面222は、レーザ加工ヘッドの成形された位置合わせ面を相補する形状の成形面を含むことができる。したがって、技術者がレーザ加工ヘッドに二重ノズル200を取り付けるとき、二重ノズル200の成形面は、レーザ加工ヘッドの成形された位置合わせ面と嵌合し、二重ノズル200と長手方向軸207との位置合わせを容易にする。この位置合わせは、二重ノズル200がレーザ加工ヘッドに取り付けられる時に生じ、成形された嵌合面が第1の成形位置合わせ面と接触し、二重ノズル200をセンタリングすることにより、二重ノズル200の長手方向軸207をトーチ軸に、つまりはレーザビームに整列させる。その結果、二重ノズル200はレーザビームの周囲にセンタリングされ、レーザビームの周りに同軸の均一な環状ガス流を提供してトーチ動作を容易にする。この半径方向にセンタリングされた二重ノズル200は、先行技術における現場での交換及び位置合わせの問題を回避し、かつ/又は多くの部品の高精度製造要件を減らすか、又は不要とする。
いくつかの実施形態において、成形面は、円弧状部分であるか、又は直線的なテーパ状であるか、又はこれらの両方である。このような円弧状部分は、一定の曲率半径又はいくつかの曲率半径を有することができる。成形された又はテーパ状の位置合わせ面は、均等な着座、及び、長手方向軸207に対する二重ノズル200及び内側ノズル孔212の位置合わせを促進することができる。テーパとレーザビームの軸との間に形成される角度は、90度未満、好ましくは約45度未満、より好ましくは約20度未満の任意の値とすることができる。このような構成は、二重ノズル200を長手方向軸207に沿って中央に配置するために、成形された嵌合面と成形された位置合わせ面とを組み合わせるのを助けることができる。
図3は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ切断システムのための改良された二重ノズル300の三次元半断面図である。二重ノズル300は、内側ノズル孔312を有する内側本体部302と、外側ノズル孔314を有する外側本体部304とを含み、これらの両方は、レーザビームの長手方向軸線307に沿って配向される。二重ノズル300は、図2に示して説明した二重ノズル200と同様の構成を有するが、いくつかの顕著な相違点がある。例えば、この構成では、内側本体部302と外側本体部304との間の界面324は、長手方向軸307に対して「円錐状着座」構成となるようにテーパ状になっている。図示のように、この「円錐状干渉」界面324は、約0.025〜0.076mm(約0.001〜0.003インチ)の線形寸法を有することができる「円錐状干渉界面」である。いくつかの実施形態では、円錐状干渉界面324は、例えば約8900N(約2000lbF)まで加圧され、圧着されることができる。内側本体部302はまた、外表面322を含む。外表面322は、貫通孔に整列した円錐形の基本形状を含み得る。外側本体部304は、「軸方向停止部」306を有することができる。円錐状干渉界面324及び/又は軸方向停止部306は、内側本体部302を外側本体部304及び長手方向軸307に整列させるのを助けることができる。
図4は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ切断システムのための別の改良された二重ノズル400の断面図である。二重ノズル400は、内側ノズル孔412を有する内側本体部402と、外側ノズル孔414を有する外側本体部404とを含み、これらはレーザビームの長手方向軸線407に沿って配向されている。二重ノズル400は、「円錐状着座」構成に関して図3に示し説明した二重ノズル300と同様の構成を有するが、図4の構成は図2に示す減少した数の境界面を採用していない。図4の構成では、内側本体部402は、外側本体部404内に円錐状に着座している。円錐状着座はそれ自体で、図2に示す再設計の利点とは独立に、長手方向軸407(つまりはレーザビーム)に対する内側ノズル孔412及び外側ノズル孔414の位置合わせを改善する。
概して、内側本体部及び外側本体部の同軸度は、内側及び外側本体部が精密工具を介して同軸位置に調整され、その後互いに(例えば、ねじ、タブ、溶接、接着剤結合、はんだ接合又は2つの部分が高度に位置決めされた同軸配置で固定される別の方法によって)取り付けられる隙間嵌めに有利な滑合及び圧入を回避することによって、さらに向上し得る。いくつかの実施形態では、内側及び外側本体部は、(例えば、高周波AC容量高検知信号が内側本体部と外側本体部との間を通過できるようにする)低インピーダンスかつ高導電性の結合を有するように製造することができる。このような構成は、締結具の直接的な接触、エクスポクスミックス(expox mix)中の導電性要素、軟ろう、銀ろう、又は溶接(例えば、レーザ溶接、摩擦圧接、又は電子ビーム溶接)によって達成することができる。本明細書で説明する位置合わせのためのねじ式及び/又はテーパ状の表面に代えて、又はそれと併せて、ノズルは、事前に位置合わせして固定され、かつ/又は接着されるか、あるいは溶接、結合、締結され、工業用切断用途及び解決のために接合される。
いくつかの実施形態では、二重ノズル流の均一性は、切断プロセスの一貫性に重要である。現在、ほとんどの二重ノズルは、三葉形状と、中央プロセスガス孔の周りの流れを計量し分配する3つの溝とを有する内側ノズルを特徴とする。しかしながら、これらの3つの溝は、二重ノズル内で不均一な流れを生成する可能性がある。対照的に、いくつかの実施形態では、本発明は4つ以上の溝を使用する。例えば、図4Aは、12個の溝455A〜Lを有する二重ノズル450を示し、図4Bは、6個の溝465A〜465Fを有する二重ノズル460を示す。ノズル450、460の構成は、従来の3溝構成又は3孔構成に比べてプロセスの一貫性及び切断品質を向上させることができる。
図5は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ切断システムを使用してワークピースを切断する方法のフロー図500である。方法500は、レーザ加工ヘッド及び二重ノズルを提供するステップ510を含む。二重ノズルは、内側本体部と、外側本体部と、軸方向孔とを有する。内側本体部は、レーザ加工ヘッドに成形された位置合わせ面を相補する形状の第1の外表面と、外側本体部の内周嵌合面を相補する形状の第2の外表面とを有する。外側本体部は、内周嵌合面に沿って内側本体部に固定され、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されている。方法500は、レーザ加工ヘッドの長手方向軸に整列するようにレーザ加工ヘッドに二重ノズルを取り付けるステップ520を含む。方法500は、二重ノズル内に形成された主流路と少なくとも1つの副流路とに流体を流すステップ530を含む。方法500は、レーザ加工ヘッドの長手方向軸に沿ってレーザビームを生成するステップ540を含む。方法500は、二重ノズルから出るレーザビームを用いてワークピースを切断するステップ550を含む。
本発明は、特定の好ましい実施形態を参照して具体的に示され、記載されたが、特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることが当業者に理解されるべきである。
Claims (20)
- レーザ加工ヘッド用の二重ノズルであって、前記二重ノズルは、
内側本体部であって、第1の孔を画定する内表面、内側本体部の遠位端側に配置された第1の外周面、及び内側本体部の近位端側に配置された、レーザ加工ヘッドと嵌合して位置合わせされるような形状の第2の外周面を有する内側本体部と、
第2の孔を画定する内表面を有する外側本体部であって、外側本体部は、内側本体部の第1の外周面と嵌り合うように係合し、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されている、外側本体部と
を備え、
内側本体部及び外側本体部は、それらを通る同軸の流体流路を画定するように位置合わせされている、二重ノズル。 - 第2の外周面は、二重ノズルの長手方向軸に対してテーパ状に形成されている、請求項1に記載の二重ノズル。
- テーパ面は、長手方向軸に対して約4.5度から約5.5度の角度にある、請求項2に記載の二重ノズル。
- 内側本体部と外側本体部との間に形成された一組の流体流路をさらに含む、請求項1に記載の二重ノズル。
- 前記一組の流体流路は、内側本体部の第1の外周面と外側本体部との間の境界面に形成されている、請求項4に記載の二重ノズル。
- 前記一組の流体流路は6つの別個の流路を含む、請求項4に記載の二重ノズル。
- 第2の外周面は、外側本体部の内表面との円錐状の干渉界面を含み、その円錐状の境界面は、面と面の間に約0.025〜0.076mm(約0.001〜0.003インチ)の間隔を含む、請求項1に記載の二重ノズル。
- 内側本体部及び外側本体部は、約8900N(約2000lbF)の力を用いて圧着される、請求項1に記載の二重ノズル。
- 外側本体部の第2の孔は、内側本体部に対して位置決めするための軸方向停止部を含む、請求項1に記載の二重ノズル。
- 内側本体部は、外側本体部の第2の孔によって受け入れられる円錐形の基本形状を有する、請求項1に記載の二重ノズル。
- レーザ切断システムを使用してワークピースを切断する方法であって、
レーザ加工ヘッド及び二重ノズルを設けるステップであって、二重ノズルは、内側本体部と、外側本体部と、軸方向孔とを有し、内側本体部は、レーザ加工ヘッドに成形された位置合わせ面を相補する形状の第1の外表面と、外側本体部の内周嵌合面を相補する形状の第2の外表面とを有し、外側本体部は、内周嵌合面に沿って内側本体部に固定され、レーザ加工ヘッドとの直接的な位置合わせ接触からは隔離されているステップと、
レーザ加工ヘッドの長手方向軸に整列するように、レーザ加工ヘッドに二重ノズルを取り付けるステップと、
二重ノズル内に形成された主流路と少なくとも1つの副流路とに流体を流すステップと、
レーザ加工ヘッドの長手方向軸に沿ってレーザビームを生成するステップと、
二重ノズルを出たレーザビームを用いてワークピースを切断するステップと
を含む方法。 - 第2の外表面は、二重ノズルの長手方向軸に対してテーパ状に形成されている、請求項11に記載の方法。
- テーパは前記長手方向軸に対して約4〜約5.5度の角度にある、請求項12に記載の方法。
- 二重ノズルは内側本体部と外側本体部との間に形成された一組の流体流路をさらに備える、請求項11に記載の方法。
- 前記一組の流体流路は、内側本体部の第1の外表面と外側本体部との間の境界面に形成されている、請求項14に記載の方法。
- 前記一組の流体流路は6つの別個の流路を含む、請求項14に記載の方法。
- 第2の外表面は、外側本体部の内表面との円錐状の干渉界面であり、その円錐状の境界面は、面と面の間に約0.025〜0.076mm(約0.001〜0.003インチ)の間隔を含む、請求項11に記載の方法。
- 内側本体部及び外側本体部は、約8900N(約2000lbF)の力を用いて圧着される、請求項11に記載の方法。
- 外側本体部の第2の孔は、内側本体部に対して位置決めするための軸方向停止部を含む、請求項11に記載の方法。
- 内側本体部は、外側本体部の第2の孔によって受け入れられる円錐形の基本形状を有する、請求項11に記載の方法。
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