JP2595832B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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- JP2595832B2 JP2595832B2 JP3109188A JP10918891A JP2595832B2 JP 2595832 B2 JP2595832 B2 JP 2595832B2 JP 3109188 A JP3109188 A JP 3109188A JP 10918891 A JP10918891 A JP 10918891A JP 2595832 B2 JP2595832 B2 JP 2595832B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工時にアシ
ストガスを用いて金属および非金属の被加工物を加工す
る方法に関するものである。
ストガスを用いて金属および非金属の被加工物を加工す
る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工とは、周知のようにレーザ発
振器から出力されたレーザ光をレンズなどの光学部品に
よって被加工物の加工面に集束し、このときの高密度エ
ネルギーを利用して切断、溶接などを行う熱加工法であ
る。
振器から出力されたレーザ光をレンズなどの光学部品に
よって被加工物の加工面に集束し、このときの高密度エ
ネルギーを利用して切断、溶接などを行う熱加工法であ
る。
【０００３】この方法においては、上記エネルギーによ
って発生する被加工物の溶融を補助し、かつ溶融物を除
去するために、アシストガスが加工部分に噴射されてい
る。
って発生する被加工物の溶融を補助し、かつ溶融物を除
去するために、アシストガスが加工部分に噴射されてい
る。
【０００４】例えば、アルミニウム、ステンレス、軟鋼
材などの金属材料をレーザ切断する場合には、切断能力
（切断速度、材料の厚さ）の関係から、アシストガスと
して酸素もしくは酸素を含んだ活性のガスを用いる方法
が採用されている。この理由としては、レーザ光の照射
によって加熱された切断部分に活性ガスを吹き付けるこ
とにより、酸化反応が促進して切断能力が向上するから
である。
材などの金属材料をレーザ切断する場合には、切断能力
（切断速度、材料の厚さ）の関係から、アシストガスと
して酸素もしくは酸素を含んだ活性のガスを用いる方法
が採用されている。この理由としては、レーザ光の照射
によって加熱された切断部分に活性ガスを吹き付けるこ
とにより、酸化反応が促進して切断能力が向上するから
である。
【０００５】しかしながら、上述の活性ガスを用いた結
果、形状切断の終端部において酸化作用の過剰により大
きな欠けやキズが発生するなどの問題がある。図５は欠
けやキズが発生した状態を示す図であり、１はレーザ
光、２は加工終端部、５は加工開始点、６は酸素切断部
分である。図６は上記図５に示す方法によって実際に加
工した結果を示す図であり、加工面９に大きな欠け１０
が発生していることがわかる。上記欠けやキズの発生の
ために加工形状の寸法精度が悪化したり、加工ヘッド部
（図示せず）のノズルや倣い接触子が溶融するなどの不
具合がある。
果、形状切断の終端部において酸化作用の過剰により大
きな欠けやキズが発生するなどの問題がある。図５は欠
けやキズが発生した状態を示す図であり、１はレーザ
光、２は加工終端部、５は加工開始点、６は酸素切断部
分である。図６は上記図５に示す方法によって実際に加
工した結果を示す図であり、加工面９に大きな欠け１０
が発生していることがわかる。上記欠けやキズの発生の
ために加工形状の寸法精度が悪化したり、加工ヘッド部
（図示せず）のノズルや倣い接触子が溶融するなどの不
具合がある。
【０００６】そこでこれらの問題点を解決するために、
図７に示すように加工形状の加工終端部２にわずかな切
残し部（ミクロジョイント）を設けて防止策としてい
た。
図７に示すように加工形状の加工終端部２にわずかな切
残し部（ミクロジョイント）を設けて防止策としてい
た。
【０００７】以上のような加工終端部２で過剰酸化反応
による溶け落ちが発生する作用は、図９に示す切断中の
切断部温度勾配によって説明することができる。図９は
通常のレーザ切断に用いるガウス形分布熱源でのＸＺ平
面における温度分布を示す図で、横軸にＸ方向（水平方
向）の長さ、縦軸にＺ方向（板厚）の長さを示してい
る。熱伝導によりビーム中心部Ｘ＝０よりも前方（加工
するためビームが進む方向）にも高温度分布域が存在し
ている。
による溶け落ちが発生する作用は、図９に示す切断中の
切断部温度勾配によって説明することができる。図９は
通常のレーザ切断に用いるガウス形分布熱源でのＸＺ平
面における温度分布を示す図で、横軸にＸ方向（水平方
向）の長さ、縦軸にＺ方向（板厚）の長さを示してい
る。熱伝導によりビーム中心部Ｘ＝０よりも前方（加工
するためビームが進む方向）にも高温度分布域が存在し
ている。
【０００８】上記図５でレーザ光１が加工形状の加工終
端部２に近づくと加工終端部２の残容量が少ないことも
あり、加熱現象が加速され大きな欠けやキズが発生す
る。また、図７の加工終端部２の切残し部を付けて欠け
を防止する方法では、切断後にこの切残し部が不規則に
分離するため図８に示すような突起４が生じる。
端部２に近づくと加工終端部２の残容量が少ないことも
あり、加熱現象が加速され大きな欠けやキズが発生す
る。また、図７の加工終端部２の切残し部を付けて欠け
を防止する方法では、切断後にこの切残し部が不規則に
分離するため図８に示すような突起４が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レーザ加工方法では、アシストガスに酸素を用いて、全
加工部で酸素のみを使用しているため、加工形状の切断
終端部で過剰熱が発生し大きな欠けやキズの発生するな
どの問題点があった。また、図４は被加工物８の断面形
状を示す図で、ａはレーザ光１に垂直な面、ｂはレーザ
光１に対して斜めの面（θの角度）である。このような
加工形状の被加工物８を加工する場合において、アシス
トガスとしては酸素のみを使用し、レーザ光１に対して
斜めの面ｂを加工すると、レーザ光１の照射方向に対し
て被加工物８の加工面が垂直でないので、被加工物８に
どうしても均等に照射のエネルギーが加わらず、局部的
に入熱過多となって上記同様、欠けやキズが発生するな
どの問題点があった。
レーザ加工方法では、アシストガスに酸素を用いて、全
加工部で酸素のみを使用しているため、加工形状の切断
終端部で過剰熱が発生し大きな欠けやキズの発生するな
どの問題点があった。また、図４は被加工物８の断面形
状を示す図で、ａはレーザ光１に垂直な面、ｂはレーザ
光１に対して斜めの面（θの角度）である。このような
加工形状の被加工物８を加工する場合において、アシス
トガスとしては酸素のみを使用し、レーザ光１に対して
斜めの面ｂを加工すると、レーザ光１の照射方向に対し
て被加工物８の加工面が垂直でないので、被加工物８に
どうしても均等に照射のエネルギーが加わらず、局部的
に入熱過多となって上記同様、欠けやキズが発生するな
どの問題点があった。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、加工形状の加工終端部の欠けや
キズを、切残し部を設けることなく防止することがで
き、また、レーザ光に対して斜めの面の加工であっても
欠けやキズの発生を防止することができるレーザ加工方
法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、加工形状の加工終端部の欠けや
キズを、切残し部を設けることなく防止することがで
き、また、レーザ光に対して斜めの面の加工であっても
欠けやキズの発生を防止することができるレーザ加工方
法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工方法は、アシストガスを用いて被加工物をレーザ加工
する方法において、レーザ光を被加工物加工面に対して
垂直に照射して加工するときは酸素または酸素を含む酸
化性のガスを用い、上記レーザ光を被加工物の加工面に
対して垂直以外のある角度を有し照射して加工するとき
は酸化反応を抑制するガスを用いて加工を行うようにし
たものである。
工方法は、アシストガスを用いて被加工物をレーザ加工
する方法において、レーザ光を被加工物加工面に対して
垂直に照射して加工するときは酸素または酸素を含む酸
化性のガスを用い、上記レーザ光を被加工物の加工面に
対して垂直以外のある角度を有し照射して加工するとき
は酸化反応を抑制するガスを用いて加工を行うようにし
たものである。
【００１２】
【作用】この発明においては、レーザ光を被加工物の加
工面に対して垂直に照射して加工するときは、アシスト
ガスは酸素または酸素を含む酸化性のガスを用い、レー
ザ光を被加工物の加工面に対して垂直以外のある角度を
有し照射して加工するときは酸化反応を抑制するガスを
用いることにより酸化反応が抑制されて過剰熱となるこ
とが防止される。
工面に対して垂直に照射して加工するときは、アシスト
ガスは酸素または酸素を含む酸化性のガスを用い、レー
ザ光を被加工物の加工面に対して垂直以外のある角度を
有し照射して加工するときは酸化反応を抑制するガスを
用いることにより酸化反応が抑制されて過剰熱となるこ
とが防止される。
【００１３】
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例について説明する。上述した
ように、金属材料をレーザ光にて切断する際、切断効率
を高めるために切断部には活性のアシストガスが吹きつ
けられる。このアシストガスは、レーザ光を集光して加
工面に照射する加工ヘッドの先端に設けられたノズルか
ら噴射されるのが一般的である。
ように、金属材料をレーザ光にて切断する際、切断効率
を高めるために切断部には活性のアシストガスが吹きつ
けられる。このアシストガスは、レーザ光を集光して加
工面に照射する加工ヘッドの先端に設けられたノズルか
ら噴射されるのが一般的である。
【００１４】次に、上記のような構成における金属材料
の切断方法について図１、図２、図３により説明する。
先ず、加工面がノズルに対して垂直かどうかを判断し
（Ｓ１０１）、図４のａのように垂直面であれば、酸素
または酸素の割合が多い混合ガスなど、いわゆる活性ガ
スをアシストガスとして、材料の加工面にノズルから噴
射しつつ（Ｓ１０２）、レーザ光を照射して切断加工を
行う（Ｓ１０３）。
の切断方法について図１、図２、図３により説明する。
先ず、加工面がノズルに対して垂直かどうかを判断し
（Ｓ１０１）、図４のａのように垂直面であれば、酸素
または酸素の割合が多い混合ガスなど、いわゆる活性ガ
スをアシストガスとして、材料の加工面にノズルから噴
射しつつ（Ｓ１０２）、レーザ光を照射して切断加工を
行う（Ｓ１０３）。
【００１５】この切断においては、金属と活性ガスとが
激しく化学反応して切断部付近は発熱し、この酸化反応
熱とレーザ光によって切断部が溶融する。そして、この
溶融物をアシストガスで吹きとばすことにより切断が行
われるのである。以上のように所定形状の切断を行い加
工形状の加工終端部付近まで加工を続ける。
激しく化学反応して切断部付近は発熱し、この酸化反応
熱とレーザ光によって切断部が溶融する。そして、この
溶融物をアシストガスで吹きとばすことにより切断が行
われるのである。以上のように所定形状の切断を行い加
工形状の加工終端部付近まで加工を続ける。
【００１６】次に、上記形状切断で加工が加工形状の終
端部に近ずいた所で（Ｓ１０４）、上記アシストガス
を、例えば、空気か窒素または酸素と窒素の混合ガス等
の酸化反応を抑制するガスに切り換える（Ｓ１０７）。
そして、第１段階の加工に続けて上記の空気、窒素、酸
素と窒素の混合ガスといった酸化反応の発生を抑制する
ガスを用い、切断条件の出力や加工速度もアシストガス
の変換に応じて適正値に変更して切断を行う。一般には
上記第１段階の酸素または酸素の割合が多い混合ガスを
用いた切断時の出力は小さく、速度は遅いため、加工形
状の終端部では出力を増加し、速度は低速にし加工を行
うことになる（Ｓ１０８）。
端部に近ずいた所で（Ｓ１０４）、上記アシストガス
を、例えば、空気か窒素または酸素と窒素の混合ガス等
の酸化反応を抑制するガスに切り換える（Ｓ１０７）。
そして、第１段階の加工に続けて上記の空気、窒素、酸
素と窒素の混合ガスといった酸化反応の発生を抑制する
ガスを用い、切断条件の出力や加工速度もアシストガス
の変換に応じて適正値に変更して切断を行う。一般には
上記第１段階の酸素または酸素の割合が多い混合ガスを
用いた切断時の出力は小さく、速度は遅いため、加工形
状の終端部では出力を増加し、速度は低速にし加工を行
うことになる（Ｓ１０８）。
【００１７】このような方法によって切断された金属材
料は、その加工形状の終端部での過大な酸化発熱反応が
抑えられるため欠けやキズが発生することはない。
料は、その加工形状の終端部での過大な酸化発熱反応が
抑えられるため欠けやキズが発生することはない。
【００１８】ここで、図２に示すような加工形状を切断
する場合で、切断加工のアシストガスを酸素から空気に
かえて切断する場合について説明する。まず第１段階と
して、加工開始点５より酸素をアシストガスとして用い
て切断を行う。６は酸素による切断部である。第２段階
として、加工形状の加工終端部２の５ｍｍ程手前より、
アシストガスを酸素より空気に変えて加工する。７はア
シストガスを変更して加工した部分である。
する場合で、切断加工のアシストガスを酸素から空気に
かえて切断する場合について説明する。まず第１段階と
して、加工開始点５より酸素をアシストガスとして用い
て切断を行う。６は酸素による切断部である。第２段階
として、加工形状の加工終端部２の５ｍｍ程手前より、
アシストガスを酸素より空気に変えて加工する。７はア
シストガスを変更して加工した部分である。
【００１９】図３は上述の第１段階でアシストガスを酸
素で、第２段階の加工終端部２でアシストガスを空気に
切り換えて切断を行い、この切断によって得られた加工
終端部の状態を示す図である。
素で、第２段階の加工終端部２でアシストガスを空気に
切り換えて切断を行い、この切断によって得られた加工
終端部の状態を示す図である。
【００２０】なお、アシストガスの切換は、レーザ加工
機にガスの取り込み口を複数設け加工ヘッドまで導かれ
る様配管されている。また、この配管途中には電磁弁が
設けられており、加工を行うための加工プログラム中の
所定の指令コードによって上記電磁弁の開閉が制御され
る。
機にガスの取り込み口を複数設け加工ヘッドまで導かれ
る様配管されている。また、この配管途中には電磁弁が
設けられており、加工を行うための加工プログラム中の
所定の指令コードによって上記電磁弁の開閉が制御され
る。
【００２１】次に、加工が図４のａに示す領域の加工を
終了し（Ｓ１０５）、ｂに示す領域へと移ると、図１の
Ｓ１０１へと戻った後、Ｓ１０７へと進む。 ここで、図
４において、８は被加工物で、ａはレーザ光１に垂直な
面、ｂはレーザ光１に対して斜めの面（θの角度）であ
る。 そして、Ｓ１０７でアシストガスは空気か窒素、ま
たは酸素と窒素との混合ガスなどの酸化反応を抑制する
ガスに切りかえられ加工をする（Ｓ１０８）。こうする
ことによって、局部的な入熱過多が防止される。
終了し（Ｓ１０５）、ｂに示す領域へと移ると、図１の
Ｓ１０１へと戻った後、Ｓ１０７へと進む。 ここで、図
４において、８は被加工物で、ａはレーザ光１に垂直な
面、ｂはレーザ光１に対して斜めの面（θの角度）であ
る。 そして、Ｓ１０７でアシストガスは空気か窒素、ま
たは酸素と窒素との混合ガスなどの酸化反応を抑制する
ガスに切りかえられ加工をする（Ｓ１０８）。こうする
ことによって、局部的な入熱過多が防止される。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、この発明によればレーザ
光が被加工物の加工面に対して垂直に照射して加工する
ときは、アシストガスは酸素または酸素を含む酸化性の
ガスを用い、レーザ光が被加工物の加工面に対して垂直
以外のある角度を有し照射して加工するときは酸化反応
を抑制するガスを用いることにより酸化反応が抑制され
て過剰熱となることが防止され、欠けやキズの発生が防
止でき高品質の加工形状が得られるレーザ加工方法が提
供できる。
光が被加工物の加工面に対して垂直に照射して加工する
ときは、アシストガスは酸素または酸素を含む酸化性の
ガスを用い、レーザ光が被加工物の加工面に対して垂直
以外のある角度を有し照射して加工するときは酸化反応
を抑制するガスを用いることにより酸化反応が抑制され
て過剰熱となることが防止され、欠けやキズの発生が防
止でき高品質の加工形状が得られるレーザ加工方法が提
供できる。
【図１】この発明の一実施例による加工手順を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図２】この発明の一実施例を説明するための加工形状
の参考例を示す図である。
の参考例を示す図である。
【図３】第２図に示す加工形状の加工終端部断面拡大模
式図である。
式図である。
【図４】この発明の一実施例による斜め切断加工の場合
の説明図である。
の説明図である。
【図５】従来の方法により終端部すべてをアシストガス
に酸素を用いて加工した場合の欠けの発生を示した図で
ある。
に酸素を用いて加工した場合の欠けの発生を示した図で
ある。
【図６】従来の方法による切断加工結果を示す図であ
る。
る。
【図７】欠けやキズを防ぐための従来の方法の一例であ
るミクロジョイント法を説明するための図である。
るミクロジョイント法を説明するための図である。
【図８】図７に示すミクロジョイント法により加工し、
突起発生の状態を示す図である。
突起発生の状態を示す図である。
【図９】一般的な切断中の被加工物内の温度勾配を示す
図である。
図である。
１ レーザ光 ２ 加工終端部 ５ 加工開始部 ６ 酸素切断部分 ７ アシストガスの変更部分 ８ 被加工物
Claims (1)
- 【請求項１】 アシストガスを用いて被加工物をレーザ
加工する方法において、レーザ光を被加工物の加工面に
対して垂直に照射して加工するときは酸素または酸素を
含む酸化性のガスを用い、上記レーザ光を被加工物の加
工面に対して垂直以外のある角度を有し照射して加工す
るときは酸化反応を抑制するガスを用いて加工を行うこ
とを特徴とするレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109188A JP2595832B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | レーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109188A JP2595832B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | レーザ加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04339588A JPH04339588A (ja) | 1992-11-26 |
| JP2595832B2 true JP2595832B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=14503871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3109188A Expired - Fee Related JP2595832B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2595832B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3162255B2 (ja) * | 1994-02-24 | 2001-04-25 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工方法及びその装置 |
| JP4925616B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2012-05-09 | 株式会社アマダ | ピアス加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP2012115899A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-06-21 | Amada Co Ltd | レーザ切断加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP6018744B2 (ja) * | 2011-11-02 | 2016-11-02 | 日酸Ｔａｎａｋａ株式会社 | レーザ切断方法及びレーザ切断装置 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3109188A patent/JP2595832B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04339588A (ja) | 1992-11-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |