JP2019155447A - レーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置において、溶融部材の排出を円滑に行うことで被加工部材の安定した加工を可能とする。【解決手段】ノズル本体２０と、ノズル本体２０に軸方向に沿って設けられてレーザ光を通す第１ノズル２１と、第１ノズル２１からずれた位置に軸方向に沿って設けられると共にラバール形状をなしてアシストガスを噴出する第２ノズル２２とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、被切断部材に対してレーザを照射させるレーザ加工用ノズル、このレーザ加工用ノズルを備えて被切断部材を溶融させて切断するレーザ切断装置に関するものである。

被切断部材にレーザを照射させて切断する場合、レーザ照射によって溶融した部材が冷えて固まる前にアシストガスを噴射することで、溶融部材を吹飛ばす必要がある。従来のレーザ加工用ノズルは、ノズル本体の中心部にレーザを照射すると共にアシストガスを流通させる噴出通路が設けられて構成される。そのため、ノズル本体を移動させながら、噴出通路にレーザを照射すると共にアシストガスを流通させることで、被切断部材にレーザを照射させて溶融させ、溶融部にアシストガスを噴出して溶融部材を吹飛ばす。

このようなレーザ加工装置としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

特許第３５９５５１１号公報 特許第４０４９８４４号公報

ところで、被切断部材の厚さが十分に厚い場合、被切断部材にレーザを照射させて溶融させたとき、この溶融部にアシストガスを噴出しても、アシストガスの噴出力が不十分となってアシストガスが被切断部材の奥まで届かず、溶融部材の排出性が低下してしまう。すると、アシストガスによる溶融部材の排出が不安定となり、被切断部材の高速切断を実行することができないという課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、溶融部材の排出を円滑に行うことで被加工部材の安定した加工を可能とするレーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のレーザ加工用ノズルは、ノズル本体と、前記ノズル本体に軸方向に沿って設けられてレーザ光を通す第１ノズルと、前記第１ノズルからずれた位置に軸方向に沿って設けられると共にラバール形状をなしてアシストガスを噴出する第２ノズルと、を備えることを特徴とするものである。

従って、第１ノズルから被加工部材に向けてレーザ光が照射され、第２ノズルからレーザ光の照射位置の隣接位置にアシストガスが噴出される。アシストガスは、ラバール形状をなす第２ノズルから噴出されることで、超音速まで加速されて噴出されることなり、レーザ光により被加工部材が溶融した溶融部材を安定して的確に吹き飛ばして排出することができる。その結果、溶融部材の排出を円滑に行うことで被加工部材の安定した加工を行うことができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記ノズル本体は、円柱形状をなし、前記第１ノズルは、前記ノズル本体の中心位置に設けられ、前記第２ノズルは、前記ノズル本体の中心位置からずれた位置に設けられ、前記第１ノズルと前記第２ノズルが前記ノズル本体の径方向に沿って配置されることを特徴としている。

従って、レーザ光を通す第１ノズルをノズル本体の中心に設け、アシストガスを噴出する第２ノズルをノズル本体の中心位置からずれて設けることから、レーザ光による加工精度を向上することができると共に、アシストガスによる溶融部材の排出性を向上することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向に交差する方向の内径が軸方向において変動することを特徴としている。

従って、第２ノズルにおける第１ノズルと第２ノズルの配列方向に交差する方向の内径を軸方向において変動させることから、第１ノズルと第２ノズルの干渉をなくして第２ノズルを最適なラバール形状に設定することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向の内径が軸方向において変動することを特徴としている。

従って、第２ノズルにおける第１ノズルと第２ノズルの配列方向に内径を軸方向において変動させることから、ラバール形状をなす第２ノズルを容易に形成することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向に所定間隔で複数設けられることを特徴としている。

従って、第２ノズルを第１ノズルと第２ノズルの配列方向に所定間隔で複数設けることから、第２ノズルの形状を簡素化することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第２ノズルは、前記ノズル本体の周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴としている。

従って、第２ノズルをノズル本体の周方向に所定間隔で複数設けることから、第２ノズルの損傷時に別の第２ノズルを使用することができ、第２ノズルの使用年数を延長することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第１ノズルの先端面と前記第２ノズルの先端面が前記ノズル本体の軸方向における同位置に設けられることを特徴としている。

従って、第１ノズルの先端面と第２ノズルの先端面を同位置に設けることから、溶融部材を効率良く排出することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第１ノズルの先端部と前記第２ノズルの先端部との間に連通部が設けられることを特徴としている。

従って、第１ノズルの先端部と第２ノズルの先端部との間に連通部を設けることから、第１ノズルの先端面と第２ノズルの先端面への溶融部材の付着を抑制して溶融部材を効率良く排出することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第１ノズルは、ラバール形状をなしてアシストガスを噴出することを特徴としている。

従って、第１ノズルをラバール形状とすることから、第１ノズルからアシストガスを超音速で噴出することができ、溶融部材を効率良く排出することができる。

本発明のレーザ加工用ノズルでは、前記第２ノズルにおける先端部の通路面積は、前記第１ノズルにおける先端部の通路面積より小さい通路面積に設定されることを特徴としている。

従って、第２ノズルにおける先端部の通路面積を第１ノズルにおける先端部の通路面積より小さい通路面積に設定することから、第２ノズルから噴射されるアシストガスを容易に超音速で噴出することができる。

また、本発明のレーザ加工装置は、前記レーザ加工用ノズルと、前記第１ノズルにレーザ光を挿通させるレーザ光照射装置と、前記第２ノズルにアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、レーザ光照射装置により第１ノズルから被加工部材に向けてレーザ光を照射し、アシストガス供給装置により第２ノズルからレーザ光の照射位置の隣接位置にアシストガスを噴出する。アシストガスは、ラバール形状をなす第２ノズルから噴出されることで、超音速まで加速されて噴出されることから、レーザ光により被加工部材が溶融した溶融部材を安定して的確に吹き飛ばして排出することができる。その結果、溶融部材の排出を円滑に行うことで被加工部材の安定した加工を行うことができる。

本発明のレーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置によれば、溶融部材の排出を円滑に行うことで被加工部材の安定した加工を行うことができる。

図１は、第１実施形態のレーザ加工装置を表す概略構成図である。 図２は、第１実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図である。 図３は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のIII−III断面図である。 図４は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のIV−IV断面図である。 図５は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、第２実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図である。 図７は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のVII−VII断面図である。 図８は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のVIII−VIII断面図である。 図９は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のIX−IX断面図である。 図１０は、第３実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図である。 図１１は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXI−XI断面図である。 図１２は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXII−XII断面図である。 図１３は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXIII−XIII断面図である。 図１４−１は、第３実施形態の第１変形例のレーザ加工用ノズルを表す正面図である。 図１４−２は、第３実施形態の第２変形例のレーザ加工用ノズルを表す正面図である。 図１５は、第４実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図である。 図１６は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１５のXVI−XVI断面図である。 図１７は、第５実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図である。 図１８は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１７のXVIII−XVIII断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るレーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態のレーザ加工装置を表す概略構成図である。

第１実施形態において、図１に示すように、レーザ加工装置１０は、被切断部材（被加工部材）Ａを切断するものであって、レーザ加工用ノズル１１と、レーザ光照射装置１２と、アシストガス供給装置１３，１４とを備えている。

レーザ加工用ノズル１１は、レーザ加工ヘッド（図示略）に装着されるものであり、ノズル本体２０と、ノズル本体２０の中心位置にレーザ光ＬとアシストガスＧ１が通る第１ノズル２１と、ノズル本体２０の中心位置から径方向にずれた位置にアシストガスＧ２が通る第２ノズル２２が設けられている。

レーザ光照射装置１２は、レーザ加工用ノズル１１の第１ノズル２１にレーザ光（レーザビーム）Ｌを照射可能である。第１アシストガス供給装置１３は、レーザ加工用ノズル１１の第１ノズル２１にアシストガスＧ１を供給可能である。第２アシストガス供給装置１４は、レーザ加工用ノズル１１の第２ノズル２２にアシストガスＧ２を供給可能である。なお、第１アシストガス供給装置１３と第２アシストガス供給装置１４を一つのアシストガス供給装置とし、兼用してもよい。

そのため、図示しない移動装置によりレーザ加工用ノズル１１を矢印Ｔ方向に移動する。このとき、レーザ光照射装置１２は、レーザ加工用ノズル１１の第１ノズル２１を通して被切断部材Ａの表面Ａ１に向けてレーザ光Ｌを照射する。また、第１アシストガス供給装置１３は、レーザ加工用ノズル１１の第１ノズル２１を通して被切断部材Ａの表面Ａ１におけるレーザ光Ｌの照射位置の周囲にアシストガスＧ１を噴出する。また、第２アシストガス供給装置１４は、レーザ加工用ノズル１１の第２ノズル２２を通して被切断部材Ａの表面Ａ１におけるレーザ光Ｌの照射位置の隣接位置にアシストガスＧ２を噴出する。

すると、被切断部材Ａは、レーザ光Ｌにより表面Ａ１から溶融され、第１ノズル２１から噴出されるアシストガスＧ１によりレーザ光Ｌの照射位置の周囲にある溶融部材が吹き飛ばされて排出されることで、第１ノズル２１の先端部の閉塞が防止される。また、被切断部材Ａは、第２ノズル２２から噴出されるアシストガスＧ２によりレーザ光Ｌの照射位置よりレーザ加工用ノズル１１の移動方向の下流側にある溶融部材が吹き飛ばされて排出される。

図２は、第１実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図、図３は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のIII−III断面図、図４は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のIV−IV断面図、図５は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図２のＶ−Ｖ断面図である。

図２から図５に示すように、レーザ加工用ノズル１１は、ノズル本体２０と、第１ノズル２１と、第２ノズル２２とを有している。ノズル本体２０は、円柱形状をなし、内部に軸方向Ｚに沿って第１ノズル２１と第２ノズル２２が設けられている。ノズル本体２０は、軸方向Ｚにおける前端部２０ａに第１ノズル２１と第２ノズル２２の先端部が開口し、軸方向Ｚなおける後端部２０ｂに第１ノズル２１と第２ノズル２２の後端部が開口し、レーザ加工ヘッド（図示略）に固定される。

第１ノズル２１と第２ノズル２２は、ノズル本体２０の軸方向Ｚに沿ってほぼ平行をなすように配置されている。そして、第１ノズル２１と第２ノズル２２は、ノズル本体２０の第１径方向Ｘに沿って配置される。このとき、第１ノズル２１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１に位置し、第２ノズル２２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２に位置する。なお、レーザ加工用ノズル１１は、レーザ加工ヘッド（図示略）に固定されたとき、第２ノズル２２が移動方向（切断方向）における下流側だけに位置するように配置されるものであり、その他の位置には配置されていない。

第１ノズル２１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１と同心状に軸方向Ｚに沿って形成され、真円形状をなしている。第１ノズル２１は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路３１と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第２通路３２とを有している。第１通路３１は、軸方向Ｚに沿って内径寸法が一定で同径である。第２通路３２は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて内径寸法が徐々に小径となる先細形状をなしている。第１ノズル２１は、第２通路３２から第１通路３１に向けてレーザ光が通過可能であると共に、アシストガスが通過して前端部２０ａから噴出可能である。

第２ノズル２２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２の位置に軸方向Ｚに沿って形成され、第１径方向Ｘに長い矩形形状をなしている。第２ノズル２２は、ラバール形状をなしている。この場合、第２ノズル２２は、第１ノズル２１と第２ノズル２２が配列する第１径方向Ｘに交差（直交）する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第２ノズル２２は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路３３と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路３４と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路３５とを有している。図３に示すように、第１通路３３と第２通路３４と第３通路３５は、第１ノズル２１と第２ノズル２２が配列する第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。なお、第２ノズル２２は、中心Ｏ２がノズル本体２０の後端部２０ｂに向けてノズル本体２０の外周側に傾斜しているが、第１ノズル２１の形状に応じて中心Ｏ２が中心Ｏ１に平行なすようにしてもよい。

一方、図５に示すように、第１通路３３は、第１ノズル２１と第２ノズル２２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路３４は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路３５は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第２ノズル２２は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第１ノズル２１と第２ノズル２２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙが、第３通路３５で先細形状であり、第２通路３４で絞り形状であり、第１通路３３で先太形状となっている。そして、第２ノズル２２は、アシストガスを噴出可能である。

なお、図３に示すように、第１ノズル２１の前端面２１ａと第２ノズル２２の前端面２２ａは、ノズル本体２０の軸方向Ｚにおける同位置に設けられている。そして、第２ノズル２２における先端部の通路面積は、第１ノズル２１における先端部の通路面積より小さい通路面積に設定されている。この場合、第２ノズル２２は、第１径方向Ｘの長さに対して第２径方向Ｙの長さを短く設定することが好ましいが、第１径方向Ｘの長さを非常に長く設定することで、第２ノズル２２における先端部の通路面積を、第１ノズル２１における先端部の通路面積より大きく設定してもよい。また、第２ノズル２２における第２径方向Ｙの長さは、レーザ光Ｌの外径とほぼ同径に設定することが好ましい。

そのため、図２から図５に示すように、レーザ加工用ノズル１１が矢印Ｔで表す移動方向に移動するとき、第１ノズル２１からレーザ光が照射されると共に、レーザ光の照射位置の周囲にアシストガスが噴出される。このアシストガスは、先細形状をなす第２通路３２で音速まで加速されて第１通路３１の先端部から噴出される。また、このとき、第２ノズル２２からレーザ光の照射位置よりレーザ加工用ノズル１１の移動方向Ｔの下流側にアシストガスが噴出される。このアシストガスは、先細形状をなす第３通路３５で加速されて第２通路３４で音速に至り、先太形状をなす第１通路３３で更に超音速まで加速されてこの第１通路３３の先端部から噴出される。

すると、図１に示すように、レーザ光Ｌにより被切断部材Ａが溶融され、第１ノズル２１から噴出されるアシストガスＧ１によりレーザ光の照射位置の周囲にある溶融部材が吹き飛ばされる。そして、第２ノズル２２から噴出されるアシストガスＧ２より高速のアシストガスによりレーザ光Ｌの照射位置よりレーザ加工用ノズル１１の移動方向Ｔの下流側にある溶融部材が吹き飛ばされて排出される。

このように第１実施形態のレーザ加工用ノズルにあっては、ノズル本体２０と、ノズル本体２０に軸方向に沿って設けられてレーザ光を通す第１ノズル２１と、第１ノズル２１からずれた位置に軸方向に沿って設けられると共にラバール形状をなしてアシストガスを噴出する第２ノズル２２とを設けている。

従って、第１ノズル２１から被切断部材Ａに向けてレーザ光が照射され、第２ノズル２２からレーザ光の照射位置の隣接位置にアシストガスが噴出される。アシストガスは、ラバール形状をなす第２ノズル２２から噴出されることで、超音速まで加速されて噴出されることとなり、レーザ光により被切断部材Ａが溶融した溶融部材を安定して適切に吹き飛ばして排出することができる。その結果、溶融部材の排出を円滑に行うことで被切断部材Ａの安定した加工を行うことができる。

第１実施形態のレーザ加工用ノズルでは、ノズル本体２０を円柱形状とし、第１ノズル２１をノズル本体２０の中心Ｏ１に設け、第２ノズル２２をノズル本体２０の中心Ｏ１からずれた中心Ｏ２に設け、第１ノズル２１と第２ノズル２２をノズル本体２０の第１径方向Ｘに沿って配置している。従って、レーザ光を通す第１ノズル２１をノズル本体２０の中心Ｏ１に設け、アシストガスを噴出する第２ノズル２２をノズル本体２０の中心Ｏ１からずれた中心Ｏ２に設けることから、レーザ光による加工精度を向上することができると共に、アシストガスによる溶融部材の排出性を向上することができる。

第１実施形態のレーザ加工用ノズルでは、第２ノズル２２は、第１ノズル２１と第２ノズル２２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動する。従って、第１ノズル２１に対して第２ノズル２２を干渉させることなく、ノズル本体２０内に第２ノズル２２を容易に形成することができると共に、最適なラバール形状に設定することができる。

第１実施形態のレーザ加工用ノズルでは、第１ノズル２１の先端面と第２ノズル２２の先端面をノズル本体２０の軸方向Ｚにおける同位置に設けている。従って、溶融部材を効率良く排出することができる。

第１実施形態のレーザ加工用ノズルでは、第２ノズル２２における先端部の通路面積を第１ノズル２１における先端部の通路面積より小さい通路面積に設定している。従って、第２ノズル２２から噴射されるアシストガスを容易に超音速で噴出することができる。

また、第１実施形態のレーザ加工装置にあっては、レーザ加工用ノズル１１と、第１ノズル２１にレーザ光を挿通させるレーザ光照射装置１２と、第１ノズル２１にアシストガスを供給するアシストガス供給装置１３と、第２ノズル２２にアシストガスを供給するアシストガス供給装置１４とを備えている。

従って、レーザ光照射装置１２により第１ノズル２１から被切断部材Ａに向けてレーザ光を照射し、アシストガス供給装置１３により第１ノズル２１からレーザ光の照射位置の周囲にアシストガスを噴出し、アシストガス供給装置１４により第２ノズル２２からレーザ光の照射位置の隣接位置にアシストガスを噴出する。レーザ光の照射位置に隣接した位置に噴出されたアシストガスは、ラバール形状をなす第２ノズル２２から噴出されることで、超音速まで加速されて噴出されることから、レーザ光により被切断部材Ａが溶融した溶融部材を安定して的確に吹き飛ばして排出することができる。その結果、溶融部材の排出を円滑に行うことで被切断部材の安定した加工を行うことができる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図、図７は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のVII−VII断面図、図８は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のVIII−VIII断面図、図９は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図６のIX−IX断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図６から図９に示すように、レーザ加工用ノズル１１Ａは、ノズル本体２０と、第１ノズル４１と、第２ノズル４２とを有している。ノズル本体２０は、円柱形状をなし、内部に軸方向Ｚに沿って第１ノズル４１と第２ノズル４２が設けられている。第１ノズル４１と第２ノズル４２は、ノズル本体２０の軸方向Ｚに沿ってほぼ平行をなすように配置されている。そして、第１ノズル４１と第２ノズル４２は、ノズル本体２０の第１径方向Ｘに沿って配置される。このとき、第１ノズル４１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１に位置し、第２ノズル４２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２に位置する。

第１ノズル４１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１と同心状に軸方向Ｚに沿って形成され、真円形状をなしている。第１ノズル４１は、第１通路５１を有し、第１通路５１は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて内径寸法が徐々に小径となる先細形状をなしている。第１ノズル４１は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けてレーザ光が通過可能であると共に、アシストガスが通過して前端部２０ａから噴出可能である。

第２ノズル４２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から径方向の一方側にずれた中心Ｏ２の位置に軸方向Ｚに沿って形成され、第１径方向Ｘに長い円形状をなしている。なお、第２ノズル４２は、長円形状や楕円形状、または、矩形の角部を湾曲させた形状であってもよい。第２ノズル４２は、ラバール形状をなしている。この場合、第２ノズル４２は、第１ノズル４１と第２ノズル４２が配列する第１径方向Ｘと、第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第２ノズル４２は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路５２と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路５３と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路５４とを有している。図７に示すように、第１通路５２は、第１ノズル４１と第２ノズル４２が配列する第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路５３は、第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路５４は、第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。

一方、図９に示すように、第１通路５２は、第１ノズル４１と第２ノズル４２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第２通路５３は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路５４は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第２ノズル４２は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第１ノズル４１と第２ノズル４２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙが第３通路５４で先細形状であり、第１径方向Ｘ及び第２径方向Ｙが第２通路５３で絞り形状であり、第１径方向Ｘが第１通路５２で先太形状となっている。そして、第２ノズル４２は、アシストガスを噴出可能である。

そのため、図６から図９に示すように、第２ノズル４２からレーザ光の照射位置よりレーザ加工用ノズル１１Ａの移動方向Ｔの下流側にアシストガスが噴出される。このアシストガスは、先細形状をなす第３通路５４で加速されて第２通路５３で音速に至り、先太形状をなす第１通路５２で更に超音速まで加速されてこの第１通路５２の先端部から噴出される。すると、第２ノズル４２から噴出されるアシストガスによりレーザ光の照射位置よりレーザ加工用ノズル１１Ａの移動方向Ｔの下流側にある溶融部材が吹き飛ばされて排出される。

このように第２実施形態のレーザ加工用ノズルにあっては、第２ノズル４２は、第１ノズル４１と第２ノズル４２が配列する第１径方向Ｘの内径が軸方向Ｚにおいて変動する。この場合、第２ノズル４２は、第１通路５２の内径が第１径方向Ｘに変動し、第３通路５４の内径が第２径方向Ｙに変動している。

従って、ラバール形状をなす第２ノズル４２を容易に形成することができる。

［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図、図１１は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXI−XI断面図、図１２は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXII−XII断面図、図１３は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１０のXIII−XIII断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図１０から図１３に示すように、レーザ加工用ノズル１１Ｂは、ノズル本体２０と、第１ノズル６１と、複数の第２ノズル６２，６３とを有している。ノズル本体２０は、円柱形状をなし、内部に軸方向Ｚに沿って第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が設けられている。第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の軸方向Ｚに沿ってほぼ平行をなすように配置されている。そして、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の第１径方向Ｘに沿って配置される。このとき、第１ノズル６１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１に位置し、第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２，Ｏ３に位置する。この複数の第２ノズル６２，６３は、同形状をなし、第１径方向Ｘに所定間隔で空けて設けられている。

第１ノズル６１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１と同心状に軸方向Ｚに沿って形成され、真円形状をなしている。第１ノズル６１は、ラバール形状をなしている。この場合、第１ノズル６１は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘと、第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第１ノズル６１は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路７１と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路７２と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路７３とを有している。図１１に示すように、第１通路７１は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路７２は、第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路７３は、第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。

一方、図１２に示すように、第１通路７１は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路７２は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路７３は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第１ノズル６１は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙが第３通路７３で先細形状であり、第１径方向Ｘ及び第２径方向Ｙが第２通路７２で絞り形状であり、第１径方向Ｘ及び第２径方向Ｙが第１通路７１で先太形状となっている。第１ノズル６１は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けてレーザ光が通過可能であると共に、アシストガスが通過して前端部から噴出可能である。

第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から径方向の一方側にずれた中心Ｏ２，Ｏ３の位置に軸方向Ｚに沿って形成され、四角形状をなしている。なお、第２ノズル６２，６３は、正方形や長方形の多角形状、または、円形状であってもよい。第２ノズル６２，６３は、ラバール形状をなしている。この場合、第２ノズル６２，６３は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路７４，７７と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路７５，７８と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路７６，７９とを有している。図１１に示すように、第１通路７４，７７と第２通路７５，７８と第３通路７６，７９は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。

一方、図１３に示すように、第１通路７４，７７は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路７５，７８は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路７６，７９は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第２ノズル６２，６３は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６３が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙが第３通路７６，７９で先細形状であり、第２径方向Ｙが第２通路７５，７８で絞り形状であり、第２径方向Ｙが第１通路７４，７７で先太形状となっている。そして、第２ノズル６２，６３は、アシストガスを噴出可能である。

そのため、図１０から図１３に示すように、第１ノズル６１からレーザ光が照射されると共に、レーザ光の照射位置の周囲にアシストガスが噴出される。このアシストガスは、先細形状をなす第３通路７３で加速されて第２通路７２で音速に至り、先太形状をなす第１通路７１で更に超音速まで加速されてこの第１通路７１の先端部から噴出される。すると、第１ノズル６１から噴出されるアシストガスによりレーザ光の照射位置の周囲にある溶融部材が吹き飛ばされて排出される。また、第２ノズル６２，６３からレーザ光の照射位置よりレーザ加工用ノズル１１Ｂの移動方向Ｔの下流側にアシストガスが噴出される。このアシストガスは、先細形状をなす第３通路７６，７９で加速されて第２通路７５，７８で音速に至り、先太形状をなす第１通路７４，７７で更に超音速まで加速されてこの第１通路７４，７７の先端部から噴出される。すると、第２ノズル６２，６３から噴出されるアシストガスによりレーザ光の照射位置よりレーザ加工用ノズル１１Ｂの移動方向Ｔの下流側にある溶融部材が吹き飛ばされて排出される。

なお、第２ノズル６２，６３の形状は、上述した形状に限定されるものではない。図１４−１は、第３実施形態の第１変形例のレーザ加工用ノズルを表す正面図、図１４−２は、第３実施形態の第２変形例のレーザ加工用ノズルを表す正面図である。

第３実施形態の第１変形例において、図１４−１に示すように、第２ノズル６４，６５は、第１ノズル６１の第１径方向Ｘ側にずれて設けられている。第２ノズル６４は、正方形状をなし、第２ノズル６５は、長方形状をなし、第２ノズル６５の通路面積が第２ノズル６４の通路面積より大きく設定されている。また、第３実施形態の第２変形例において、図１４−２に示すように、第２ノズル６６，６７は、第１ノズル６１の第１径方向Ｘ側にずれて設けられている。第２ノズル６６は、円形状をなし、第２ノズル６７は、長円（楕円）形状をなし、第２ノズル６６の通路面積が第２ノズル６７の通路面積より大きく設定されている。なお、第２ノズルの数は、３個以上であってもよく、第２ノズルの周方向に複数個並べてもよい。

このように第３実施形態のレーザ加工用ノズルにあっては、第２ノズル６２，６３は、第１ノズル６１と第２ノズル６２，６２が配列する第１径方向Ｘに所定間隔で複数設けられている。

従って、第２ノズル６２，６３の形状を簡素化することができる。

第３実施形態のレーザ加工用ノズルでは、第１ノズル６１をラバール形状としてアシストガスを噴出可能としている。従って、第１ノズル６１からアシストガスを超音速で噴出することができ、溶融部材を効率良く排出することができる。

［第４実施形態］
図１５は、第４実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図、図１６は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１５のXVI−XVI断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図１５及び図１６に示すように、レーザ加工用ノズル１１Ｃは、ノズル本体２０と、第１ノズル８１と、第２ノズル８２，８３，８４，８５とを有している。ノズル本体２０は、円柱形状をなし、内部に軸方向Ｚに沿って第１ノズル８１と第２ノズル８２，８３，８４，８５が設けられている。第１ノズル８１と第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の軸方向Ｚに沿ってほぼ平行をなすように配置されている。そして、第１ノズル８１と第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の第１径方向Ｘ及び第２径方向Ｙに沿って配置される。このとき、第１ノズル８１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１に位置し、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２にそれぞれ位置する。即ち、複数の第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の周方向に所定間隔（好ましくは、均等間隔）で設けられている。

第１ノズル８１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１と同心状に軸方向Ｚに沿って形成され、真円形状をなしている。第１ノズル８１は、第１通路９１を有し、第１通路９１は、軸方向Ｚに沿って内径寸法が一定で同径である。第１ノズル８１は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けてレーザ光が通過可能であると共に、アシストガスが通過して前端部から噴出可能である。

第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から径方向の一方側にずれた中心Ｏ２の位置に軸方向Ｚに沿ってそれぞれ形成され、径方向Ｘ，Ｙに長い矩形状をなしている。なお、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、この形状に限定されるものではなく、上述した各実施形態の形状としてもよい。また、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、それぞれが同形状であっても、異形状であってもよい。第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ラバール形状をなしている。この場合、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、第１ノズル８１と第２ノズル８２，８３，８４，８５が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路９２と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路９３と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路９４とを有している。第１通路９２は、図示しないが、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路９３は、内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路９４は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第３通路９４で先細形状であり、第２通路９３で絞り形状であり、第１通路９２で先太形状となっている。そして、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、アシストガスを噴出可能である。

本実施形態では、第１ノズル８１に対して周囲に４個の第２ノズル８２，８３，８４，８５が設けられており、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、独立してアシストガスを噴出することができる。即ち、レーザ加工用ノズル１１Ｃの移動方向Ｔに対して下流側となる第２ノズルを複数の第２ノズル８２，８３，８４，８５の中から１個選択して使用することができる。また、第２ノズル８２，８３，８４，８５のいずれかが損傷した場合、別の第２ノズルを１個選択して使用することができる。

このように第４実施形態のレーザ加工用ノズルにあっては、第２ノズル８２，８３，８４，８５は、ノズル本体２０の周方向に所定間隔で複数設けられている。

従って、第２ノズル８２，８３，８４，８５をノズル本体２０の周方向に所定間隔で複数設けることから、第２ノズル８２，８３，８４，８５の損傷時に別の第２ノズル８２，８３，８４，８５を使用することができ、第２ノズル８２，８３，８４，８５の使用年数を延長することができる。

［第５実施形態］
図１７は、第５実施形態のレーザ加工用ノズルを表す斜視図、図１８は、レーザ加工用ノズルの断面を表す図１７のXVIII−XVIII断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第５実施形態において、図１７及び図１８に示すように、レーザ加工用ノズル１１Ｄは、ノズル本体２０と、第１ノズル１０１と、第２ノズル１０２とを有している。ノズル本体２０は、円柱形状をなし、内部に軸方向Ｚに沿って第１ノズル１０１と第２ノズル１０２が設けられている。第１ノズル１０１と第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の軸方向Ｚに沿ってほぼ平行をなすように配置されている。そして、第１ノズル１０１と第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の第１径方向Ｘに沿って配置される。このとき、第１ノズル１０１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１に位置し、第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から第１径方向Ｘの一方側にずれた中心Ｏ２に位置する。

第１ノズル１０１は、ノズル本体２０の中心Ｏ１と同心状に軸方向Ｚに沿って形成され、真円形状をなしている。第１ノズル１０１は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路１１１と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第２通路１１２とを有している。第１通路１１１は、軸方向Ｚに沿って内径寸法が一定で同径である。第２通路１１２は、軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて内径寸法が徐々に小径となる先細形状をなしている。第１ノズル１０１は、第２通路１１２から第１通路１１１に向けてレーザ光が通過可能であると共に、アシストガスが通過して前端部から噴出可能である。

第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の中心Ｏ１から径方向の一方側にずれた中心Ｏ２の位置に軸方向Ｚに沿ってそれぞれ形成され、第１径方向Ｘに長い形状をなしている。第２ノズル１０２は、ラバール形状をなしている。この場合、第２ノズル１０２は、第１ノズル１０１と第２ノズル１０２が配列する第１径方向Ｘに交差する第２径方向Ｙの内径が軸方向Ｚにおいて変動することで、ラバール形状をなしている。

即ち、第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の前端部２０ａ側に位置する第１通路１１３と、ノズル本体２０の前端部２０ａと後端部２０ｂの間に位置する第２通路１１４と、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側に位置する第３通路１１５とを有している。第１通路１１３は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて大径となる先太形状をなしている。第２通路１１４は、内径寸法が軸方向Ｚにおいて一定で同径である。第３通路１１５は、第２径方向Ｙの内径寸法が軸方向Ｚの前端部２０ａ側に向けて小径となる先細形状をなしている。即ち、第２ノズル１０２は、ノズル本体２０の後端部２０ｂ側から前端部２０ａ側に向けて、第３通路１１５で先細形状であり、第２通路１１４で絞り形状であり、第１通路１１３で先太形状となっている。そして、第２ノズル１０２は、アシストガスを噴出可能である。

また、レーザ加工用ノズル１１Ｄは、ノズル本体２０にて、第１ノズル１０１の先端部と第２ノズル１０２の先端部との間に連通部１２１が設けられている。連通部１２１は、第１ノズル１０１の第１通路１１１の先端部と、第２ノズル１０２の第１通路１１３の先端部との隔壁を軸方向Ｚに所定長さだけ切り欠いて形成されている。この連通部１２１は、軸方向Ｚの長さが第２通路１１４に到達しない長さであることが好ましい。

このように第５実施形態のレーザ加工用ノズルにあっては、第１ノズル１０１の先端部と第２ノズル１０２の先端部との間に連通部１２１を設けている。

従って、第１ノズル１０１の先端面と第２ノズル１０２の先端面への溶融部材の付着を抑制して溶融部材を効率良く排出することができる。

なお、上述した実施形態では、ノズル本体を円柱形状とし、第１ノズルをノズル本体の中心Ｏ１に設け、第２ノズルをノズル本体の中心Ｏ１からずれた中心Ｏ２に設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ノズル本体を楕円または長円形状としたり、角柱形状としたりしてもよい。また、第１ノズルをノズル本体の中心Ｏ１からずれて設けてもよい。

１０ レーザ加工装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ レーザ加工用ノズル
１２ レーザ光照射装置
１３ 第１アシストガス供給装置
１４ 第２アシストガス供給装置
２０ ノズル本体
２１，４１，６１，８１，１０１ 第１ノズル
２２，４２，６２，６３，６４，６５，６６，６７，８２，８３，８４，８５，１０２ 第２ノズル
３１，５１，７１，９１，１１１ 第１通路
３２，７２，１１２ 第２通路
３３，５２，７４，７７，９２，１１３ 第１通路
３４，５３，７５，７８，９３，１１４ 第２通路
３５，５４，７６，７９，９４，１１５ 第３通路
７３ 第３通路
１２１ 連通部
Ｌ レーザ光
Ｇ１，Ｇ２ アシストガス
Ａ 被切断部材
Ａ１ 表面
Ｔ 移動方向
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３ 中心
Ｘ 第１径方向
Ｙ 第２径方向
Ｚ 軸方向

Claims (11)

1. ノズル本体と、
   前記ノズル本体に軸方向に沿って設けられてレーザ光を通す第１ノズルと、
   前記第１ノズルからずれた位置に軸方向に沿って設けられると共にラバール形状をなしてアシストガスを噴出する第２ノズルと、
   を備えることを特徴とするレーザ加工用ノズル。
2. 前記ノズル本体は、円柱形状をなし、前記第１ノズルは、前記ノズル本体の中心位置に設けられ、前記第２ノズルは、前記ノズル本体の中心位置からずれた位置に設けられ、前記第１ノズルと前記第２ノズルが前記ノズル本体の径方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用ノズル。
3. 前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向に交差する方向の内径が軸方向において変動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工用ノズル。
4. 前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向の内径が軸方向において変動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
5. 前記第２ノズルは、前記第１ノズルと前記第２ノズルの配列方向に所定間隔で複数設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
6. 前記第２ノズルは、前記ノズル本体の周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
7. 前記第１ノズルの先端面と前記第２ノズルの先端面が前記ノズル本体の軸方向における同位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
8. 前記第１ノズルの先端部と前記第２ノズルの先端部との間に連通部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
9. 前記第１ノズルは、ラバール形状をなしてアシストガスを噴出することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
10. 前記第２ノズルにおける先端部の通路面積は、前記第１ノズルにおける先端部の通路面積より小さい通路面積に設定されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズル。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザ加工用ノズルと、
    前記第１ノズルにレーザ光を挿通させるレーザ光照射装置と、
    前記第２ノズルにアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
    を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

Images