JP2024059267A - レーザ加工用ノズル、及びレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】アウターノズル開口部から噴出される第２アシストガスの流れが乱れることを抑制し、インナーノズルから噴出される第１アシストガスに対する整流作用を発揮する。【解決手段】インナーノズル先端部６ｂには、レーザビームを射出するとともに第１アシストガスを噴出するインナーノズル開口部６ｂ１が設けられている。アウターノズル５は、アウターノズル先端部５ｂに設けられ、アウターノズル先端部５ｂよりも内側に窪んだ段差部５３と、インナーノズル開口部６ｂ１と同心円となるように段差部５３に開口し、第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部５ｂ１と、を含む。段差部５３は、アウターノズル開口部５ｂ１の周縁部から、軸線Ａ１方向に対して直交する方向に延びる平面部５３ａを有し、インナーノズル先端部６ｂは、軸線Ａ１方向においてアウターノズル開口部５ｂ１とアウターノズル先端部５ｂとの間に位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工用ノズル、及びレーザ加工機に関する。

レーザビームを用いてワークの加工を行うレーザ加工機が知られている。ワークに対してレーザビームを照射する加工ヘッドの先端にはノズル（レーザ加工用ノズル）が設けられており、レーザビームは、ノズル先端部から射出される。また、レーザビームによって溶解した金属を切断溝（カーフ）から排出するために、アシストガスが、ノズル先端から噴出される。例えば特許文献１から４には、種々のレーザ加工用ノズルが開示されている。

また、インナーノズルと、インナーノズルを囲むように設けられたアウターノズルとからなる二重構造のノズルが知られている。インナーノズル先端の開口部から、レーザビームが射出されるとともに第１アシストガスが噴出される。また、アウターノズル先端の開口部から第２アシストガスが噴出される。アウターノズルから噴出される第２アシストガスは、インナーノズルから噴出される第１アシストガスを囲むように環状に噴出される。第２アシストガスによって整流されることにより、第１アシストガスは切断溝内へと効率的に導かれる。

特開平１１－３２０１７２号公報 特許第５０３９０５０号公報 特許第５５８８１８９号公報 特許第６６８５４７８号公報

例えばワークにピアスと呼ばれる穴を開ける場合、レーザビームによって溶融した金属がワークの上面側に噴出し、この金属が冷えて固まることで、ピアスの周囲に金属の塊が堆積することがある。加工ヘッドがピアスからアプローチへと移動する際、或いは、加工ヘッドがピアス近傍の切断経路に沿って移動する際に、インナーノズルによりも外側にあるアウターノズルの先端部が、堆積した金属の塊に接触してしまう。この接触によりアウターノズルの先端部に欠損が生じると、アウターノズルから噴出される第２アシストガスの流れが乱れる原因となる。

また、堆積した金属の塊をレーザビームが通過した場合には、金属の塊が再溶融し、スパッタとして飛散することがある。飛散したスパッタがインナーノズルとアウターノズルとの隙間に付着すると、アウターノズルから噴出される第２アシストガスの流れが乱れる原因となる。なお、スパッタの飛散は、金属表面に不純物が含まれる高炉材などの特定の材料を切断する際にも生じる課題である。

このように、二重構造のノズルでは、アウターノズルから噴出される第２アシストガスの流れが乱れることで、インナーノズルから噴出される第１アシストガスに対する整流作用が弱まってしまうという問題がある。

本発明の一態様のレーザ加工用ノズルは、軸線方向に延びる筒状のインナーノズルと、インナーノズルを囲むように設けられ、軸線方向に延びる筒状のアウターノズルと、を備え、インナーノズルは、軸線方向におけるインナーノズル先端部に設けられ、レーザビームを射出するとともに第１アシストガスを噴出するインナーノズル開口部を含み、アウターノズルは、インナーノズルとの間に第２アシストガスが流れる流路を形成するアウターノズル内周壁部と、軸線方向におけるアウターノズル先端部に設けられ、アウターノズル先端部よりも内側に窪んだ段差部と、インナーノズル開口部と同心円となるように段差部に開口し、流路を流れた第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部と、を含み、段差部は、アウターノズル開口部の周縁部から、軸線方向に対して直交する方向に延びる平面部を有し、インナーノズル先端部は、軸線方向においてアウターノズル開口部とアウターノズル先端部との間に位置する。

本発明の一態様のレーザ加工用ノズルは、アウターノズル開口部のエッジの形状を維持することができる。これにより、アウターノズル開口部から噴出される第２アシストガスの流れが乱れることを抑制することができる。

本発明の一態様によれば、インナーノズルから噴出される第１アシストガスに対する整流作用を十分に発揮することができる。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工用ノズルの要部を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す図である。 図３は、本実施形態に係るレーザ加工用ノズルを示す断面図である。 図４は、比較例に係るノズルにおけるアシストガスの流れを示す説明図である。 図５は、本実施形態に係るノズルにおけるアシストガスの流れを示す説明図である。 図６は、段差部の深さと圧力差との関係を示す図である。 図７は、段差部の深さとアウターノズルの出口圧力と関係を示す図である。 図８は、段差部の構造を示す説明図である。

以下、図面を参照し、本実施形態に係るレーザ加工用ノズル、及びレーザ加工機ついて説明する。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工用ノズルの要部を示す断面図である。本実施形態に係るレーザ加工用ノズル（以下単に「ノズル」という）４は、軸線Ａ１方向に延びる筒状のインナーノズル６と、インナーノズル６を囲むように設けられ、軸線Ａ１方向に延びる筒状のアウターノズル５と、を備える。インナーノズル６は、軸線Ａ１方向におけるインナーノズル先端部６ｂに設けられ、レーザビームを射出するとともに第１アシストガスを噴出するインナーノズル開口部６ｂ１を含む。アウターノズル５は、インナーノズル６との間に第２アシストガスが流れる流路を形成するアウターノズル内周壁部５１と、軸線Ａ１方向におけるアウターノズル先端部５ｂに設けられ、アウターノズル先端部５ｂよりも内側に窪んだ段差部５３と、インナーノズル開口部６ｂ１と同心円となるように段差部５３に開口し、流路を流れた第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部５ｂ１と、を含む。段差部５３は、アウターノズル開口部５ｂ１の周縁部から、軸線Ａ１方向に対して直交する方向に延びる平面部５３ａを有し、インナーノズル先端部６ｂは、軸線Ａ１方向においてアウターノズル開口部５ｂ１とアウターノズル先端部５ｂとの間に位置する。

図２は、本実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す図である。以下、レーザ加工機１の詳細な構成を説明する。レーザ加工機１は、板金などのワークＷに対してレーザビームを照射することで、レーザ加工を行う加工機である。レーザ加工機１は、加工ヘッド２、レーザ発振器７、アシストガス供給装置８、ヘッド駆動装置９、及び制御装置１０を主体に構成されている。

加工ヘッド２は、ワークＷの上方からレーザビームを照射して、ワークＷに対してレーザ加工を行う。加工ヘッド２は、ヘッド本体３と、ノズル４とを備えている。ヘッド本体３には、プロセスファイバ１１を介してレーザ発振器７から射出されたレーザビームが供給されている。ヘッド本体３は、プロセスファイバ１１の端面から射出されたレーザビームを略平行なレーザビームに変換するコリメータレンズ（図示せず）、コリメータレンズから射出された略平行なレーザビームを集光する集光レンズ（図示せず）などを備えている。

ノズル４は、ヘッド本体３の先端に着脱自在に取り付けられている。ワークＷのレーザ加工時には、ノズル４の先端部から、レーザビームが射出されるとともにアシストガスが噴出される。

レーザ発振器７は、レーザビームを生成し、加工ヘッド２に対してレーザビームを供給する。

アシストガス供給装置８は、加工ヘッド２に対してアシストガスを供給する。アシストガス供給装置８は、第１アシストガス供給装置８ａと、第２アシストガス供給装置８ｂとを含む。

第１アシストガス供給装置８ａは、ノズル４から噴出するための第１アシストガスを加工ヘッド２に供給する。第２アシストガス供給装置８ｂは、ノズル４から噴出するための第２アシストガスを加工ヘッド２に供給する。本実施形態では、第１アシストガスは、第２アシストガスとは異なる種類のガスである。具体的には、第１アシストガスは酸素、第２アシストガスとして空気（エア）である。なお、第１アシストガス及び第２アシストガスは、それぞれ異種のガスであることに限らず、同種のガスであってもよい。

ヘッド駆動装置９は、加工ヘッド２を、テーブル１２に支持されるワークＷと平行な左右方向及び前後方向（図２における紙面垂直方向）と、ワークＷに対して垂直方向である上下方向とを含む３軸方向に移動させる。ヘッド駆動装置９が駆動することで、加工ヘッド２は左右方向及び前後方向にそれぞれ移動する。これにより、ワークＷ上で加工ヘッド２を２次元的に移動させることができる。また、ヘッド駆動装置９が駆動することで、加工ヘッド２は上下方向に移動する。これにより、レーザ加工時、ノズル４の先端部とワークＷとの間の隙間Ｇｐを必要な高さに維持することができる。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサと、メモリと、各種のインターフェースとを有するコンピュータによって構成されている。メモリ、各種のインターフェースは、バスを介してハードウェアプロセッサに接続されている。ハードウェアプロセッサによってメモリに格納されたプログラムを実行させることにより、制御装置１０が備える種々の機能が実現される。

制御装置１０は、レーザ発振器７、アシストガス供給装置８、及びヘッド駆動装置９を制御し、ワークＷに対してレーザ加工を行う。例えば、制御装置１０は、ヘッド駆動装置９を制御して、ワークＷから所定形状の製品を切り出すように、加工ヘッド２を左右方向及び前後方向に移動させる。また、制御装置１０は、ワークＷのレーザ加工時に倣い動作を行う。倣い動作とは、ワークＷとノズル４の先端部との間の隙間Ｇｐが予め定められた倣い高さを保つように、加工ヘッド２を上下方向に移動させる動作をいう。

つぎに、図１及び図３を参照し、ノズル４を説明する。図３は、本実施形態に係るノズルの構造を示す断面図である。以下の説明では、レーザ加工時におけるノズル４の状態、すなわち、水平に載置されたワークＷに対してノズル４の先端部が対向する状態を前提に、ノズル４の構造を説明する。

図３に示すように、ノズル４は、アウターノズル５と、インナーノズル６とを含み、インナーノズル６の周囲がアウターノズル５によって囲まれた二重構造を有している。ノズル４は、環状のカラー３０を介してヘッド本体３（図３において記載を省略）に取り付けられている。

アウターノズル５は、筒状の部材であり、上下方向に対応する軸線Ａ１に沿って、アウターノズル基端部５ａからアウターノズル先端部５ｂまで延在している。

アウターノズル基端部５ａは、軸線Ａ１方向においてヘッド本体３側に位置する端面であり、上下方向で見たときの上端部に相当する。アウターノズル先端部５ｂは、軸線Ａ１方向においてワークＷ側に位置する端面であり、上下方向で見たときの下端部に相当する。アウターノズル先端部５ｂは、ワークＷに対して平行となるような平坦な形状を有している。

アウターノズル５は、アウターノズル外周壁部５０と、アウターノズル内周壁部５１と、複数の連通路５２と、段差部５３と、を備えている。

アウターノズル外周壁部５０は、アウターノズル５の外面を形成している。軸線Ａ１方向におけるアウターノズル外周壁部５０の中央部には、軸線Ａ１を中心とする径方向の外側へと張り出したフランジ部５０ａが設けられている。

フランジ部５０ａの上面には、上方向に向かうほど軸線Ａ１に近づくような傾斜面５０ｂが設けられている。傾斜面５０ｂは、軸線Ａ１を中心とする周方向に沿って環状に設けられている。

アウターノズル外周壁部５０におけるフランジ部５０ａよりも下側の部位は、下方向に向かうほど外径が小さくなるように形成されている。

アウターノズル内周壁部５１は、軸線Ａ１に沿ってアウターノズル５の内部を貫通する中空部を形成している。アウターノズル内周壁部５１は、インナーノズル６を収容する空間を形成するとともに、第２アシストガスが流れるための流路を形成する。

アウターノズル内周壁部５１は、上部領域５１ａと、中部領域５１ｂと、下部領域５１ｃとで構成されている。

上部領域５１ａは、アウターノズル内周壁部５１の上側に位置している。上部領域５１ａは、アウターノズル内周壁部５１において最も大きな内径に有し、同一の内径のまま軸線Ａ１に沿って延在している。中部領域５１ｂは、アウターノズル内周壁部５１の中央に位置している。中部領域５１ｂは、上部領域５１ａよりも小さな内径を有し、同一の内径のまま軸線Ａ１に沿って延在している。上部領域５１ａと中部領域５１ｂとの境界には、内径の違いを補うための段差が設けられている。

下部領域５１ｃは、アウターノズル内周壁部５１の下側に位置している。下部領域５１ｃは、下方向に向かうほど内径が小さくなるように形成されている。下部領域５１ｃの上端は、中部領域５１ｂの下端に接続している。

複数の連通路５２は、第２アシストガス供給装置８ｂから供給された第２アシストガスを導くための通路である。複数の連通路５２は、軸線Ａ１を中心とする周方向に沿って等ピッチ（等角度）で設けられている。個々の連通路５２は、アウターノズル外周壁部５０の傾斜面５０ｂと、アウターノズル内周壁部５１との間を直線状に連通している。

段差部５３は、アウターノズル先端部５ｂに設けられている。段差部５３は、アウターノズル先端部５ｂよりも内側に向かって、すなわちアウターノズル基端部５ａ側に向かって窪んでいる。

図１に示すように、段差部５３は、平面部５３ａと、縦壁部５３ｂとで構成されている。平面部５３ａは、後述するアウターノズル開口部５ｂ１から、軸線Ａ１を中心とする径方向の外側に向かって延在している。平面部５３ａは、ワークＷと平行、すなわち、軸線Ａ１に対して直交する方向に延在している。もっとも、平面部５３ａは、ワークＷに対して厳密に平行である必要は無く、製造上の誤差といったように許容できる範囲で傾斜していてもよい。

縦壁部５３ｂは、アウターノズル先端部５ｂに近づくように、平面部５３ａの外周縁部から立ち上がり、アウターノズル先端部５ｂに接続している。図１に示す例では、縦壁部５３ｂは、平面部５３ａの外周縁部から軸線Ａ１と平行に立ち上がり、アウターノズル先端部５ｂまで直線状に延在している。

このような段差部５３により、アウターノズル先端部５ｂには、アウターノズル基端部５ａ側に向かって窪んだ凹部が一定の深さで形成される。

図３に示すように、インナーノズル６は、アウターノズル内周壁部５１によって形成される中空部に、アウターノズル５と同軸に配置されている。インナーノズル６は、筒状の部材であり、軸線Ａ１に沿って、インナーノズル基端部６ａからインナーノズル先端部６ｂまで延在している。

インナーノズル基端部６ａは、軸線Ａ１方向において加工ヘッド２側に位置する端面であり、上下方向でみたときの上端部に相当する。インナーノズル先端部６ｂは、軸線Ａ１方向においてワークＷ側に位置する端面であり、上下方向でみたときの下端部に相当する。

本実施形態において、インナーノズル先端部６ｂは、アウターノズル先端部５ｂと面一となるように設定されている。すなわち、ワークＷからインナーノズル先端部６ｂまでの高さは、ワークＷからアウターノズル先端部５ｂまでの高さと一致する。

インナーノズル６は、インナーノズル外周壁部６０と、インナーノズル内周壁部６１と、を備えている。

インナーノズル外周壁部６０は、インナーノズル６の外面を形成している。インナーノズル外周壁部６０は、アウターノズル内周壁部５１の形状と概ね対応しており、上部領域６０ａと、中部領域６０ｂと、下部領域６０ｃとで構成されている。

上部領域６０ａ及び中部領域６０ｂの外径は、インナーノズル６がアウターノズル内周壁部５１に対して嵌合するように、アウターノズル内周壁部５１の上部領域５１ａ及び中部領域５１ｂの内径と対応している。インナーノズル外周壁部６０の上部領域６０ａ及び中部領域６０ｂは、アウターノズル内周壁部５１の上部領域５１ａ及び中部領域５１ｂに対して密着する。

下部領域６０ｃは、下方向に向かうほど外径が小さくなるように形成されている。インナーノズル外周壁部６０における中部領域６０ｂと下部領域６０ｃとの境界は、アウターノズル内周壁部５１における中部領域５１ｂと下部領域５１ｃとの境界よりも上方にオフセットしている。具体的には、インナーノズル外周壁部６０の中部領域６０ｂと下部領域６０ｃの境界は、アウターノズル内周壁部５１の中部領域５１ｂに露出する連通路５２の開口部よりも上方に位置している。

インナーノズル外周壁部６０の下部領域６０ｃと、アウターノズル内周壁部５１との間には隙間が形成されている。この隙間により、インナーノズル外周壁部６０とアウターノズル内周壁部５１との間に、第２アシストガスが流れるための流路が形成される。

インナーノズル内周壁部６１は、軸線Ａ１に沿ってインナーノズル６を貫通する中空部を形成している。インナーノズル内周壁部６１は、レーザビーム、及び第１アシストガス供給装置８ａから供給された第１アシストガスが通過する通路として機能する。

インナーノズル内周壁部６１は、上部領域６１ａと、下部領域６１ｂとで構成されている。

上部領域６１ａは、インナーノズル内周壁部６１のほぼ全域を構成している。上部領域６１ａは、下方向に向かうほど内径が小さくなるように形成されている。

下部領域６１ｂは、インナーノズル内周壁部６１の下側に位置している。下部領域６１ｂは、上部領域６１ａの下端に接続され、同一の内径のまま軸線Ａ１に沿って延在している。

図１に示すように、インナーノズル先端部６ｂには、インナーノズル内周壁部６１の先端部がインナーノズル開口部６ｂ１として開口する。また、アウターノズル先端部５ｂには段差部５３が設けられ、この段差部５３には、アウターノズル内周壁部５１の先端部がアウターノズル開口部５ｂ１として開口する。アウターノズル開口部５ｂ１は、インナーノズル開口部６ｂ１と同心円となるように開口しており、インナーノズル６の周囲に環状の噴出口を形成する。

このような構造のノズル４において、第１アシストガス供給装置８ａから供給される第１アシストガスは、インナーノズル内周壁部６１によって形成される空間部へ供給される。この空間部を流れた第１アシストガスは、インナーノズル開口部６ｂ１からワークＷに向けて噴出される。

また、第２アシストガス供給装置８ｂから供給される第２アシストガスは、連通路５２を経て、アウターノズル内周壁部５１とインナーノズル外周壁部６０との隙間へと供給される。この隙間を流れた第２アシストガスは、アウターノズル開口部５ｂ１から、第１アシストガスの周囲を囲むように噴出される。このとき、第１アシストガスは、その周囲を流れる第２アシストガスによって整流され、ワークＷの切断溝へと適切に導かれる。

また、インナーノズル先端部６ｂは、アウターノズル先端部５ｂと面一となる位置まで延出している。つまり、第１アシストガスを噴出するインナーノズル開口部６ｂ１とワークＷとの距離がアウターノズル先端部５ｂとワークＷとの距離と同程度に接近する。これにより、インナーノズル開口部６ｂ１から噴出される第１アシストガスは、周囲を流れる第２アシストガスとの混合の程度が少ない状態、すなわち高い濃度の状態でワークＷの切断溝へと到達することができる。

図４は、比較例に係るノズルに関するアシストガスの流れを示す説明図である。図５は、本実施形態に係るノズルに関するアシストガスの流れを示す説明図である。図４に示すノズル４Ａは、段差部５３が設けられていない点を除き、図５に示すノズル４の構造と同じである。

図４に示すノズル４Ａでは、アウターノズル先端部５ｂに、アウターノズル開口部５ｂ２が開口している。ピアスの周囲に金属の塊が堆積している場合、加工ヘッド２がピアスからアプローチへと移動する際、或いは、加工ヘッド２がピアス近傍の切断経路に沿って移動する際に、金属の塊との接触によってアウターノズル開口部５ｂ２が損傷してしまうことがある。図４に示すように、アウターノズル開口部５ｂ２のエッジが損傷すると、第２アシストガスの一部が損傷部に沿うように流れ、第２アシストガスの流れが本来流れるべき方向、すなわちインナーノズル外周壁部６０の傾斜に沿う方向からずれてしまう。これより、第１アシストガスの整流作用が損なわれてしまう。

また、堆積した金属の塊がレーザビームによって照射された場合には、金属の塊が再溶融してスパッタとして飛散することがある。図４に示すノズル４Ａの場合、インナーノズル先端部６ｂが、アウターノズル先端部５ｂと面一となる位置まで到達している。このため、ノズル４の先端側におけるインナーノズル６Ａとアウターノズル５Ａとの間の隙間が小さく、飛散したスパッタが隙間に付着することで、アウターノズル５Ａから噴出される第２アシストガスの流れを乱す原因となる。

一方、図５に示すように、本実施形態に係るノズル４によれば、アウターノズル先端部５ｂに段差部５３が設けられている。第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部５ｂ１は、ワークＷからみてアウターノズル先端部５ｂより遠い位置に存在する。ピアスの周囲に堆積する金属の塊がアウターノズル開口部５ｂ１に対して接触することを避けることができる。これにより、アウターノズル開口部５ｂ２のエッジの形状（アウターノズル内周壁部５１から平面部５３ａと向かう角の形状）を保持することができる。したがって、第２アシストガスの流れがアウターノズル内周壁部５１に沿うように維持されるので、インナーノズル６から噴出される第１アシストガスに対する整流作用を十分に発揮することができる。

また、図５に示すノズル４は、アウターノズル先端部５ｂには段差部５３が設けられているため、アウターノズル開口部５ｂ１の周囲に大きな空間部が存在する。加工に伴って生じたスパッタは、段差部５３による大きな空間部へと飛散する。これにより、アウターノズル開口部５ｂ１を塞ぐように付着するスパッタを抑制することができるので、第２アシストガスの流れに与える影響を最小限に留めることができる。

もっとも、ピアスの周囲に金属の塊が堆積している場合には、この金属の塊が段差部５３の縦壁部５３ｂと衝突し、縦壁部５３ｂを損傷させる可能性がある。しかしながら、縦壁部５３ｂは、平面部５３ａを介してアウターノズル開口部５ｂ１から離隔されている。そのため、縦壁部５３ｂの損傷による、アウターノズル開口部５ｂ１から噴出される第２アシストガスへの影響を抑制することができる。

以下、段差部５３による第２アシストガスへの影響を考察する。図６は、段差部の深さと圧力差との関係を示す図である。図７は、段差部の深さとアウターノズルの出口圧力と関係を示す図である。図８は、段差部の構造を示す説明図である。

図８に示すように、アウターノズル先端部５ｂの一部に欠損領域Ｒ１を設け、第２アシストガスのガス圧を評価した。欠損領域Ｒ１は、紙面垂直方向に２ｍｍの幅、上下方向に０．５ｍｍの深さとなる溝である。段差部５３の深さＤ１を変えながら、欠損領域Ｒ１の近傍におけるＡ点と、軸線Ａ１を隔てて対向するＢ点とにおける第２アシストガスの圧力差（Ｂ－Ａ）を測定した。なお、ワークＷ（図８では記載を省略）とアウターノズル先端部５ｂとの隙間Ｇｐは０．３ｍｍ、第２アシストガスの指令値（元圧）は６０ｋＰａである。

図６に示すように、段差部５３の深さＤ１が増加すると、Ａ点とＢ点との圧力差は小さなくなる。段差部５３に十分な深さＤ１を設定することで、アウターノズル先端部５ｂに欠損が発生したとしても圧力差の発生を抑制することができる。これにより、第２アシストガスの流れが適切に維持されるので、インナーノズル６から噴出される第１アシストガスに対する整流作用を発揮することができる。なお、図６には参考のため、欠損領域Ｒ１がない場合での、圧力差の関係が示されている。

図７に示すように、深さＤ１が１ｍｍを超えると、アウターノズル５の出口圧力が低下する。しかしながら、アウターノズル５の出口圧力は、段差部５３の深さＤ１に係わらず、概ね必要な出口圧力を得ることができる。

このように、段差部５３の深さＤ１が増加すると、段差部５３による空間部の容積が増え、ガス圧を安定させる効果が得られる。また、段差部５３の平面部５３ａは、ワークＷに対して平行に延在している。このため、平面部５３ａは、軸線Ａ１を中心とする径方向でみたときに、ワークＷとの距離が一定に維持される。これにより、段差部５３とワークＷとの間におけるガス圧を安定させることができる。

図８に示すように、アウターノズル先端部５ｂとアウターノズル外周壁部５０とが接続するコーナ部には、曲面状に面取りされた面取り部５５が設けられている。そして、段差部５３の縦壁部５３ｂは、アウターノズル先端部５ｂと面取り部５５との境界部Ｐｅよりも内側の平坦な領域、すなわちアウターノズル先端部５ｂの平坦部に対して接続している。軸線Ａ１を中心とする径方向における段差部５３の幅（内径）Ｄ２が大きいほど、段差部５３による空間部の容積が増えるため、ガス圧を安定させる効果も大きくなる。段差部５３の幅Ｄ２は、アウターノズル先端部５ｂと面取り部５５との境界部Ｐｅにおいて最大Ｄ２maxとなり、段差部５３による空間部の容積も最大となる。したがって、段差部５３の縦壁部５３ｂは、アウターノズル先端部５ｂと面取り部５５との境界部Ｐｅに対して接続してもよい。このように、縦壁部５３ｂの位置は、境界部Ｐｅを上限として、ガス圧を安定させる効果を奏する範囲において任意に設定することができる。

このように本実施形態によれば、アウターノズル開口部５ｂ２のエッジの形状を維持することができるので、第２アシストガスの流れを適切に維持することができる。これにより、インナーノズル６から噴出される第１アシストガスに対する整流作用を発揮することができる。

また、本実施形態において、段差部５３は、アウターノズル先端部５ｂに近づくように平面部５３ａの外周縁部から立ち上がり、アウターノズル先端部５ｂに接続する縦壁部５３ｂをさらに含んでいる。

この構成によれば、段差部５３による空間部の周囲が、縦壁部５３ｂによって囲まれるので、第２アシストガスが径方向の外側に向かって逃げてしまうことを防止することができる。これにより、段差部５３とワークＷとの間におけるガス圧を安定させることができる。また、縦壁部５３ｂが存在することで、インナーノズル先端部６ｂがアウターノズル先端部５ｂによって囲まれるので、インナーノズル先端部６ｂを保護することができる。

また、本実施形態に係るレーザ加工機１は、上述のノズル４が装着された加工ヘッド２と、加工ヘッド２にレーザビームを供給するレーザ発振器７と、加工ヘッド２に第１アシストガス及び第２アシストガスを供給するアシストガス供給装置８と、を備えている。

この構成によれば、インナーノズル６から噴出される第２アシストガスを切断溝内へと適切に導くことができる。これにより、レーザ加工品質の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、インナーノズル先端部６ｂが、アウターノズル先端部５ｂと面一となる位置まで到達している。しかしながら、インナーノズル先端部６ｂは、軸線Ａ１方向においてアウターノズル開口部５ｂ１とアウターノズル先端部５ｂとの間に位置していればよい。これにより、インナーノズル開口部６ｂ１を、第２アシストガスが噴出されるアウターノズル開口部５ｂ１よりもワークＷに対して近い位置に設定することができる。これにより、必要な濃度の第１アシストガスをワークＷの切断溝へと導くことができる。また、より好ましくは、インナーノズル先端部６ｂは、第１アシストガスの中心（軸線Ａ１）において第２アシストガスが混合されることがないような位置に設定されることが好ましい。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

１ レーザ加工機
２ 加工ヘッド
３ ヘッド本体
４ ノズル
５ アウターノズル
５ａ アウターノズル基端部
５ｂ アウターノズル先端部
５ｂ１ アウターノズル開口部
５０ アウターノズル外周壁部
５１ アウターノズル内周壁部
５２ 連通路
５３ 段差部
５３ａ 平面部
５３ｂ 縦壁部
５５ 面取り部
６ インナーノズル
６ａ インナーノズル基端部
６ｂ インナーノズル先端部
６ｂ１ インナーノズル開口部
６０ インナーノズル外周壁部
６１ インナーノズル内周壁部
７ レーザ発振器
８ アシストガス供給装置
９ ヘッド駆動装置
１０ 制御装置
Ａ１ 軸線

また、堆積した金属の塊がレーザビームによって照射された場合には、金属の塊が再溶融してスパッタとして飛散することがある。図４に示すノズル４Ａの場合、アウターノズル開口部５ｂ２が、アウターノズル先端部５ｂと面一となる位置まで到達している。このため、ノズル４の先端側におけるインナーノズル６Ａとアウターノズル５Ａとの間の隙間が小さく、飛散したスパッタが隙間に付着することで、アウターノズル５Ａから噴出される第２アシストガスの流れを乱す原因となる。

一方、図５に示すように、本実施形態に係るノズル４によれば、アウターノズル先端部５ｂに段差部５３が設けられている。第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部５ｂ１は、ワークＷからみてアウターノズル先端部５ｂより遠い位置に存在する。ピアスの周囲に堆積する金属の塊がアウターノズル開口部５ｂ１に対して接触することを避けることができる。これにより、アウターノズル開口部５ｂ１のエッジの形状（アウターノズル内周壁部５１から平面部５３ａと向かう角の形状）を保持することができる。したがって、第２アシストガスの流れがアウターノズル内周壁部５１に沿うように維持されるので、インナーノズル６から噴出される第１アシストガスに対する整流作用を十分に発揮することができる。

このように、段差部５３の深さＤ１が増加すると、段差部５３による空間部の容積が増え、ガス圧を安定させる効果が得られる。また、段差部５３の平面部５３ａは、ワークＷに対して平行に延在している。このため、軸線Ａ１を中心とする径方向でみたときに、平面部５３ａとワークＷとの距離が一定に維持される。これにより、段差部５３とワークＷとの間におけるガス圧を安定させることができる。

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる筒状のインナーノズルと、
   前記インナーノズルを囲むように設けられ、前記軸線方向に延びる筒状のアウターノズルと、を備え、
   前記インナーノズルは、
   前記軸線方向におけるインナーノズル先端部に設けられ、レーザビームを射出するとともに第１アシストガスを噴出するインナーノズル開口部を含み、
   前記アウターノズルは、
   前記インナーノズルとの間に第２アシストガスが流れる流路を形成するアウターノズル内周壁部と、
   前記軸線方向におけるアウターノズル先端部に設けられ、前記アウターノズル先端部よりも内側に窪んだ段差部と、
   前記インナーノズル開口部と同心円となるように前記段差部に開口し、前記流路を流れた前記第２アシストガスが噴出するアウターノズル開口部と、を含み、
   前記段差部は、
   前記アウターノズル開口部の周縁部から、前記軸線方向に対して直交する方向に延びる平面部を有し、
   前記インナーノズル先端部は、
   前記軸線方向において前記アウターノズル開口部と前記アウターノズル先端部との間に位置する
   レーザ加工用ノズル。
2. 前記段差部は、
   前記アウターノズル先端部に近づくように前記平面部の外周縁部から立ち上がり、前記アウターノズル先端部に接続する縦壁部をさらに有する
   請求項１記載のレーザ加工用ノズル。
3. 前記アウターノズル先端部とアウターノズル外周壁部とが接続するコーナ部には、曲面状に面取りされた面取り部が設けられており、
   前記縦壁部は、
   前記アウターノズル先端部と前記面取り部との境界部に対して接続するか、もしくは前記アウターノズル先端部の平坦部に対して接続する
   請求項２記載のレーザ加工用ノズル。
4. 前記第１アシストガスは、前記第２アシストガスとは異なる種類のガスである
   請求項１記載のレーザ加工用ノズル。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルが装着された加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドに前記レーザビームを供給するレーザ発振器と、
   前記加工ヘッドに、前記第１アシストガス及び前記第２アシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
   を備えるレーザ加工機。

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