JP3058845B2 - Exit nozzle of laser processing equipment - Google Patents

Exit nozzle of laser processing equipment

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JP3058845B2
JP3058845B2 JP9152629A JP15262997A JP3058845B2 JP 3058845 B2 JP3058845 B2 JP 3058845B2 JP 9152629 A JP9152629 A JP 9152629A JP 15262997 A JP15262997 A JP 15262997A JP 3058845 B2 JP3058845 B2 JP 3058845B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置の
出射端ノズルに関し、さらに詳しくは、板厚が4〜6m
m程度の鉄系および非鉄金属から成る被加工材の切断な
どに好適に実施することができるレーザ加工装置の出射
端ノズルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an emission end nozzle of a laser processing apparatus, and more particularly, to a plate thickness of 4 to 6 m.
The present invention relates to an emission end nozzle of a laser processing apparatus that can be suitably used for cutting a workpiece made of a ferrous or non-ferrous metal having a length of about m.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、典型的な従来の技術の出射端
ノズル1を簡略化して示す断面図である。出射端ノズル
1は、ノズル本体2とキャップ3とを含んで形成され
る。ノズル本体2の先端部にはガスを噴射する第1ノズ
ル孔4が形成され、ノズル本体2の内周面5は、内部空
間6に臨んで円錐台状に形成される。キャップ3は、ノ
ズル本体2に同軸に螺着される。キャップ3の内周面7
とノズル本体2の外周面8との間には、ガスが供給され
る環状空間9が形成されて前記ノズル孔4を外囲する第
2ノズル孔10が形成される。またキャップ3には、前
記環状空間9に連通し、半径方向外方に延びるガス供給
路11が形成される。
2. Description of the Related Art FIG. 12 is a simplified cross-sectional view showing a typical prior art emission end nozzle 1. As shown in FIG. The emission end nozzle 1 is formed including a nozzle body 2 and a cap 3. A first nozzle hole 4 for injecting gas is formed at the tip of the nozzle body 2, and an inner peripheral surface 5 of the nozzle body 2 is formed into a truncated cone facing an internal space 6. The cap 3 is screwed coaxially to the nozzle body 2. Inner peripheral surface 7 of cap 3
An annular space 9 to which gas is supplied is formed between the nozzle hole 4 and the outer peripheral surface 8 of the nozzle body 2, and a second nozzle hole 10 surrounding the nozzle hole 4 is formed. The cap 3 is provided with a gas supply passage 11 communicating with the annular space 9 and extending outward in the radial direction.

【0003】レーザ切断を行う場合、レーザ光と同軸に
前記内部空間6に導かれたガス12を高速で被加工材1
3の上面に噴射する。このとき、ガス供給路11から環
状空間9内にガス12と同質のガス、たとえばO2 ガス
14をガス12とは別経路から供給し、第2ノズル孔1
0からガス12の噴射方向とほぼ平行な方向に噴射して
ガス12の周囲にガス14の雰囲気を形成する。このよ
うにして、ガス12による空気の巻込みがなくなり、ガ
ス12のモーメンタムの低下を防ぐことができる。
When laser cutting is performed, the gas 12 guided to the internal space 6 coaxially with the laser beam is applied at high speed to the workpiece 1.
3 is sprayed on the upper surface. At this time, a gas having the same quality as the gas 12, for example, an O 2 gas 14 is supplied from the gas supply path 11 into the annular space 9 from a path different from the gas 12, and the second nozzle hole 1 is supplied.
The gas is injected in a direction substantially parallel to the injection direction of the gas 12 from 0 to form an atmosphere of the gas 14 around the gas 12. In this way, the entrainment of air by the gas 12 is eliminated, and a decrease in the momentum of the gas 12 can be prevented.

【0004】また他の従来の技術は、たとえば特開平6
−106376号公報に開示されている。この従来の技
術では、レーザ溶削後の被加工材の表面の平滑性を得る
ために、レーザ照射による被加工材の溶融によって発生
した溶融部分を、ノズルからのガスによって吹飛ばし、
複数パス照射時の溶削後の隣接する照射パスとの境界の
凹凸をなくすようにしている。
Another conventional technique is disclosed in, for example,
-106376. In this conventional technique, in order to obtain the smoothness of the surface of the workpiece after laser ablation, a molten portion generated by melting the workpiece by laser irradiation is blown off by a gas from a nozzle,
The unevenness at the boundary with the adjacent irradiation pass after the ablation during multiple pass irradiation is eliminated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図12
に示す先行技術では、板厚が4〜6mm程度の金属材料
から成る被加工材13を切断する場合において、ガス1
2,14のモーメンタムが不足して金属酸化物であるド
ロスの除去が完全に行われず、切断作業後に作業者がグ
ラインダなどの作業工具を用いそのドロスを研削して除
去しなければならず、作業に手間がかかるという不具合
を生じる。
However, FIG.
In the prior art shown in FIG. 1, when cutting a workpiece 13 made of a metal material having a thickness of about 4 to 6 mm, the gas 1
Since the momentum of 2, 14 is insufficient, dross, which is a metal oxide, is not completely removed, and after the cutting operation, an operator must grind and remove the dross using a working tool such as a grinder. Is troublesome.

【0006】またノズル本体2の内周面5は、内部空間
6に臨んで円錐台状に形成されるので、断面積の急激な
減少に伴ってガス12の流速が上昇し、ノズル本体2に
おける圧力損失が上昇してガスのモーメンタムを減少さ
せてドロスの除去が完全に行われなくなるという不具合
が生じる。
Further, since the inner peripheral surface 5 of the nozzle body 2 is formed in a truncated cone shape facing the internal space 6, the flow velocity of the gas 12 increases with a sudden decrease in the sectional area, and There is a problem that the pressure loss increases and the momentum of the gas decreases, and dross is not completely removed.

【0007】さらにガス12,14は前記内部空間6お
よび前記環状空間9にガス12,14の供給経路をノズ
ル本体2およびキャップ3に個別に設けなければなら
ず、構成が複雑になってしまうという問題が生じる。
Further, the supply paths of the gases 12, 14 in the internal space 6 and the annular space 9 must be provided separately to the nozzle body 2 and the cap 3, so that the structure becomes complicated. Problems arise.

【0008】他の従来の技術において、この従来の技術
を前述の従来の技術に応用しても、前述の従来の技術と
同様に、ガスのモーメンタムが不足してドロスの除去が
完全に行われないという問題がある。
In other conventional techniques, even if this conventional technique is applied to the above-described conventional technique, the dross is completely removed due to a shortage of gas momentum similarly to the above-described conventional technique. There is no problem.

【0009】本発明の目的は、ガスのモーメンタムの低
下の抑制および構成の簡略化を図り、板厚がたとえば4
〜6mm程度の鉄系および非鉄金属から成る被加工材の
切断などの作業を容易にすることができるレーザ加工装
置の出射端ノズルを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress a decrease in gas momentum and to simplify the structure.
An object of the present invention is to provide an emission end nozzle of a laser processing apparatus capable of facilitating operations such as cutting a workpiece made of a ferrous or non-ferrous metal having a size of about 6 mm.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、被加工材に向けて照射されるレーザ光を集光する集
光レンズが内蔵され、かつガスが供給されるレーザ加工
用ヘッドに同軸に装着され、前記集光レンズによって集
光するレーザ光が通過するとともに前記ガスを噴射する
第1ノズル孔が中心軸線上に形成される第1ノズル部材
と、第1ノズル部材に同軸に装着され、第1ノズル部材
の外周面との間にガスが供給される環状空間を形成して
前記第1ノズル部材の第1ノズル孔を外囲する第2ノズ
ル孔からガスを噴射する第2ノズル部材とを備えるレー
ザ加工装置の出射端ノズルにおいて、第1ノズル部材に
は、その中心軸線にほぼ平行でかつ第1ノズル部材の内
部空間と前記環状空間とを連通する複数の透孔が周方向
に間隔をあけて形成され、第2ノズル孔は、ガスの噴射
方向下流側になるにつれて第1ノズル部材の中心軸線に
近接し、かつ出射端ノズルの被加工材の上面に臨む下端
面が前記上面から所定の間隔を有するレーザ光照射位置
に配置された状態で、被加工材の上面よりも下方で前記
中心軸線に交差する方向に傾斜して形成されることを特
徴とするレーザ加工装置の出射端ノズルである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser processing head having a built-in condensing lens for converging a laser beam irradiated toward a workpiece and supplied with a gas. A first nozzle member formed coaxially with the first nozzle member and having a first nozzle hole formed on a central axis line through which laser light condensed by the condensing lens passes and which injects the gas. A second space, which is mounted and forms an annular space between the outer peripheral surface of the first nozzle member and the gas supply port, and injects gas from a second nozzle hole surrounding the first nozzle hole of the first nozzle member. In the emission end nozzle of the laser processing apparatus including the nozzle member, the first nozzle member has a plurality of through holes which are substantially parallel to the central axis thereof and communicate the internal space of the first nozzle member and the annular space. Formed at intervals in the direction The second nozzle hole is closer to the center axis of the first nozzle member as the gas injection direction becomes downstream, and the lower end face facing the upper surface of the workpiece of the emission end nozzle has a predetermined distance from the upper surface. An emission end nozzle of a laser processing apparatus, wherein the emission end nozzle is formed to be inclined below a top surface of a workpiece and in a direction intersecting the central axis while being disposed at a laser beam irradiation position.

【0011】本発明に従えば、第1ノズル部材にはその
中心軸線にほぼ平行でかつ第1ノズル部材の内部空間と
前記環状空間とを連通する複数の透孔が周方向に間隔を
あけて形成される。各透孔は第1ノズル部材の周方向に
間隔をあけて形成されるので、第1ノズル部材の強度を
低下させることなく、ガスを環状空間内に導いて、ガス
を第2ノズル孔から噴射することができる。また、各透
孔は、その中心軸線が第1ノズル部材の中心軸線にほぼ
平行に形成されるので、各透孔に臨むガスが各透孔を容
易に通過し、これによってガスが各透孔を通過するとき
のガスの流れの乱れが小さくなり、環状空間におけるガ
スのモーメンタムの低下をより少なくすることができ
る。さらに各透孔を介してガスを環状空間に導き、第1
および第2ノズル孔からガスを噴射するので、ガスの供
給経路を第1および第2ノズル部材に個別に供給すると
きに比べて構成を簡略化することができる。第2ノズル
孔から噴射されたガスは、被加工材の上面よりも下方で
前記中心軸線上で合流する。したがって厚みの大きな被
加工材であっても第2ノズル孔から噴射されたガスの交
差位置において、より高いモーメンタムのガスをドロス
に吹き付けて、その位置よりも下方のドロスを充分に除
去することができ、良好な切断面を得ることができる。
According to the present invention, the first nozzle member has a plurality of through-holes substantially parallel to the central axis thereof and communicating the internal space of the first nozzle member with the annular space at intervals in the circumferential direction. It is formed. Since the through holes are formed at intervals in the circumferential direction of the first nozzle member, the gas is guided into the annular space without lowering the strength of the first nozzle member, and the gas is injected from the second nozzle hole. can do. Further, since the central axis of each of the through holes is formed substantially parallel to the central axis of the first nozzle member, the gas facing each of the through holes easily passes through each of the through holes. The turbulence of the gas flow when passing through is reduced, and the decrease in the momentum of the gas in the annular space can be further reduced. Further, the gas is guided to the annular space through each through hole,
Since the gas is injected from the second nozzle hole, the configuration can be simplified as compared with a case where the gas supply path is individually supplied to the first and second nozzle members. The gas injected from the second nozzle hole joins on the central axis below the upper surface of the workpiece. Therefore, even at a crossing position of the gas injected from the second nozzle hole even in a workpiece having a large thickness, it is possible to blow a higher momentum gas to the dross and sufficiently remove the dross below the position. And a good cut surface can be obtained.

【0012】請求項2記載の本発明は、請求項1記載の
構成において、第1ノズル部材の内周面は、この第1ノ
ズル部材の内部空間内でガス流入側の開口端と第1ノズ
ル孔を臨むガス流出側の開口端とに連なる仮想円錐台面
よりも半径方向外方に凸に湾曲して形成されることを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the inner peripheral surface of the first nozzle member has an opening end on the gas inflow side in the internal space of the first nozzle member and the first nozzle. It is characterized in that it is formed so as to protrude outward in the radial direction more than a virtual frustoconical surface connected to the opening end on the gas outflow side facing the hole.

【0013】本発明に従えば、第1ノズル部材の内周面
は、この第1ノズル部材の内部空間内でガス流入側の開
口端と第1ノズル孔を臨むガス流出側の開口端とに連な
る仮想円錐台面よりも半径方向外方に凸に湾曲して形成
され、ガスの噴射方向に向かって第1ノズル部材の内部
空間における流路断面積の減少が緩慢であるので、流路
断面積の減少に伴う圧力損失を少なくすることができ、
大きな流量で第1および第2ノズル孔にガスを供給し、
第1および第2ノズル孔からガスを高速で噴射すること
ができる。このようにして被加工材の厚みが大きくて
も、被加工材の上面から下面にわたってより高いモーメ
ンタムのガスを吹き付けて、ドロスを除去することがで
きる。
According to the present invention, the inner peripheral surface of the first nozzle member has an open end on the gas inflow side and an open end on the gas outflow side facing the first nozzle hole in the internal space of the first nozzle member. The cross section of the flow path in the inner space of the first nozzle member is gradually reduced toward the gas injection direction because the flow path cross section is gradually reduced outward in the radial direction from the continuous virtual frusto-conical surface. Pressure loss due to the decrease in
Supplying gas to the first and second nozzle holes at a large flow rate;
Gas can be injected at high speed from the first and second nozzle holes. In this way, even if the thickness of the workpiece is large, dross can be removed by blowing a higher momentum gas from the upper surface to the lower surface of the workpiece.

【0014】請求項3記載の本発明は、請求項1または
2に記載の構成において、第2ノズル孔は、各透孔より
も半径方向内方に形成されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the second nozzle hole is formed radially inward of each through hole.

【0015】本発明に従えば、第2ノズル孔は、各透孔
よりも半径方向内方に形成される。各透孔から噴射され
たガスは、第1ノズル部材の外周面および第2ノズル部
材の内周面に案内され、第2ノズル孔に近接するにつれ
て流路断面積が小さくなるので、環状空間内で各透孔か
ら噴射されるガスのガス圧力を高くして、周方向に均一
に高いモーメンタムで第2ノズル孔からガスを噴射する
ことができる。
According to the present invention, the second nozzle hole is formed radially inward of each through hole. The gas injected from each through-hole is guided to the outer peripheral surface of the first nozzle member and the inner peripheral surface of the second nozzle member, and the flow path cross-sectional area becomes smaller as approaching the second nozzle hole. Thus, the gas pressure of the gas injected from each through-hole can be increased, and the gas can be injected from the second nozzle hole with a high momentum uniformly in the circumferential direction.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態で
あるレーザ加工装置の出射端ノズル20の構成を示す断
面図である。出射端ノズル20は、第1ノズル部材であ
るインナーノズル21とインナーノズル21にその中心
軸線22と同軸に装着される第2ノズル部材であるアウ
ターノズル23とによって構成される。インナーノズル
21は、おねじ24が中心軸線22方向にわたって刻設
される大径筒部25と、大径筒部25の下端部に連なっ
て半径方向外方に向かって延びて形成されるフランジ2
6と、フランジ26の下端部に連なり、前記大径筒部2
5よりも小径でかつその周壁におねじ27が刻設される
小径筒部28と、小径筒部28の下端部に連なり、前記
中心軸線22方向下方に延びる円錐台状かつ筒状に形成
される第1ノズル部29とを含んで形成される。またイ
ンナーノズル21の内周部には、中心軸線22に平行な
一直線22aと、ガス流入側の開口端33aを含みかつ
中心軸線22に垂直な一平面上で中心軸線22および前
記一直線22aに直交する水平線22bとの交点Pを中
心として、前記中心軸線22および前記一直線22aを
含む鉛直面上で半径Rを有する内周面30が形成され
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an emission end nozzle 20 of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The emission end nozzle 20 includes an inner nozzle 21 as a first nozzle member and an outer nozzle 23 as a second nozzle member mounted coaxially with the center axis 22 of the inner nozzle 21. The inner nozzle 21 includes a large-diameter cylindrical portion 25 in which a male screw 24 is engraved in the direction of the central axis 22, and a flange 2 formed to extend radially outwardly from the lower end of the large-diameter cylindrical portion 25.
6 and the large-diameter cylindrical portion 2
A small-diameter tube portion 28 having a diameter smaller than 5 and having a screw 27 engraved on the peripheral wall thereof, and a frustoconical and cylindrical shape connected to the lower end of the small-diameter tube portion 28 and extending downward in the direction of the central axis 22. And a first nozzle portion 29. The inner peripheral portion of the inner nozzle 21 has a straight line 22a parallel to the central axis 22 and an opening 33a on the gas inflow side and is orthogonal to the central axis 22 and the straight line 22a on a plane perpendicular to the central axis 22. An inner peripheral surface 30 having a radius R on a vertical plane including the central axis 22 and the straight line 22a is formed around an intersection P with the horizontal line 22b.

【0021】インナーノズル21には、後述のレーザ光
96が通過し、かつガスたとえば空気を噴射する中心軸
線22上に形成される第1ノズル孔31が形成される。
ここで前記内周面30は、このインナーノズル21の内
部空間32でガス流入側の開口端33aと第1ノズル孔
31に臨むガス流出側の開口端33bとに連なる仮想円
錐台面34よりも半径方向外方に凸に湾曲して形成され
る。前記フランジ26の外周部26aには、ローレット
加工が施される。
The inner nozzle 21 has a first nozzle hole 31 formed on the center axis 22 through which a laser beam 96 to be described later passes and which injects a gas such as air.
Here, the inner peripheral surface 30 has a radius larger than a virtual frusto-conical surface 34 which is continuous with the opening end 33a on the gas inflow side and the opening end 33b on the gas outflow side facing the first nozzle hole 31 in the inner space 32 of the inner nozzle 21. It is formed to be convexly outward in the direction. The outer peripheral portion 26a of the flange 26 is knurled.

【0022】アウターノズル23は、図3に示されるよ
うに前記フランジ26とほぼ等しい外径を有するフラン
ジ35が形成され、めねじが中心軸線22方向に刻設さ
れる筒部37と、筒部37の下端部に連なり、第1ノズ
ル部29を外囲する前記中心軸線22方向下方に延びる
円錐台状かつ筒状に形成される第2ノズル部38とを含
んで形成される。前記フランジ35の外周部35aに
は、ローレット加工が施される。インナーノズル21と
アウターノズル23とは、前記小径筒部28のおねじと
前記筒部37のめねじとによって螺着される。前記第1
ノズル部29の外周面39と前記第2ノズル部38の内
周面40との間には、ガスが供給される環状空間41が
形成され、前記第1ノズル孔31を外囲する第2ノズル
孔42が形成される。前記第1ノズル部29の周壁に
は、中心軸線22にほぼ平行でかつ前記内部空間32と
前記環状空間41とを連通する透孔43が周方向に間隔
をあけて複数形成される。ここでインナーノズル21の
中心軸線22方向一端面44とアウターノズル23の中
心軸線22方向一端面45とは、同一の仮想水平面に含
まれて形成される。第2ノズル孔42は、各透孔43よ
りも半径方向内方に形成される。前記環状空間41は、
ガス流入側が広く、ガス流出側が狭く形成され、第2ノ
ズル孔42に近接するにつれて流路断面積が小さくなる
ように形成される。また第2ノズル孔42は、ガスの噴
射方向の下流側になるにつれてインナーノズル21の中
心軸線22に近接し、かつ後述の被加工材46の上面4
7よりも下方で前記中心軸線22に交差する方向に傾斜
して形成される。
As shown in FIG. 3, the outer nozzle 23 is formed with a flange 35 having an outer diameter substantially equal to that of the flange 26, and a cylindrical portion 37 in which a female screw is engraved in the direction of the central axis 22, and a cylindrical portion. A second nozzle portion 38 formed in a truncated cone shape and extending in the direction of the central axis 22 surrounding the first nozzle portion 29 and connected to the lower end portion of the first nozzle portion 29 is formed. The outer peripheral portion 35a of the flange 35 is subjected to knurling. The inner nozzle 21 and the outer nozzle 23 are screwed together by a male screw of the small-diameter cylindrical portion 28 and a female screw of the cylindrical portion 37. The first
An annular space 41 to which gas is supplied is formed between an outer peripheral surface 39 of the nozzle portion 29 and an inner peripheral surface 40 of the second nozzle portion 38, and a second nozzle surrounding the first nozzle hole 31. A hole 42 is formed. A plurality of through holes 43 substantially parallel to the central axis 22 and communicating the internal space 32 and the annular space 41 are formed in the peripheral wall of the first nozzle portion 29 at intervals in the circumferential direction. Here, one end face 44 of the inner nozzle 21 in the direction of the central axis 22 and one end face 45 of the outer nozzle 23 in the direction of the central axis 22 are formed so as to be included in the same virtual horizontal plane. The second nozzle holes 42 are formed radially inward of the respective through holes 43. The annular space 41 includes:
The gas inflow side is formed to be wide and the gas outflow side is formed to be narrow, and the flow path cross-sectional area becomes smaller as approaching the second nozzle hole 42. The second nozzle hole 42 is closer to the central axis 22 of the inner nozzle 21 as it goes downstream in the gas injection direction, and the upper surface 4 of a workpiece 46 described later.
7 is formed to be inclined below the center axis 22 in a direction intersecting the central axis 22.

【0023】後述の図9に関連して説明するように、レ
ーザ光照射位置では、出射端ノズル20の下方には、切
断などの加工が行われる被加工材46がその上面47と
出射端ノズル20の前記上面47に臨む下端面である中
心軸線22方向の各一端面44,45との間に、たとえ
ば1〜2mm程度の所定の間隔dをあけて対向して配置
される。ここで被加工材46は、鉄系金属またはアルミ
ニウムなどの非鉄金属から成る。
As will be described with reference to FIG. 9 described later, at the laser beam irradiation position, a workpiece 46 to be processed such as cutting is provided with an upper surface 47 and an emission end nozzle below the emission end nozzle 20. 20 are arranged opposite to one end surfaces 44 and 45 in the direction of the central axis 22 which are lower end surfaces facing the upper surface 47 with a predetermined distance d of, for example, about 1 to 2 mm. The workpiece 46 is made of a ferrous metal or a non-ferrous metal such as aluminum.

【0024】第1ノズル孔31の中心軸線22方向長さ
L1は、たとえば2mm程度であり、前記大径筒部25
の中心軸線22方向長さL2は、たとえば10mm程度
であり、前記フランジ26の中心軸線22方向長さL3
は、たとえば2mm程度であり、前記小径筒部28の中
心軸線22方向長さL4は、たとえば5mm程度であ
り、前記第1ノズル部29の中心軸線22方向長さL5
は、たとえば10mm程度である。第1ノズル孔31の
直径D1は2mm程度であり、一直径線上にある各透孔
43の中心軸線を結ぶ距離D2は、たとえば10mm程
度であり、前記大径筒部25の外径D3は、たとえば1
7mm程度であり、インナーノズル21の内周面30の
半径Rは、たとえば50mm程度である。被加工材46
の厚さtは4〜6mm程度に選ばれる。
The length L1 of the first nozzle hole 31 in the direction of the central axis 22 is, for example, about 2 mm.
Is about 10 mm, for example, and the length L3 of the flange 26 in the direction of the central axis 22 is
Is, for example, about 2 mm, and the length L4 of the small-diameter cylindrical portion 28 in the direction of the central axis 22 is, for example, about 5 mm, and the length L5 of the first nozzle portion 29 in the direction of the central axis 22 is L5.
Is, for example, about 10 mm. The diameter D1 of the first nozzle hole 31 is about 2 mm, the distance D2 connecting the central axes of the through holes 43 on one diameter line is, for example, about 10 mm, and the outer diameter D3 of the large-diameter cylindrical portion 25 is For example, 1
The radius R of the inner peripheral surface 30 of the inner nozzle 21 is, for example, about 50 mm. Work material 46
Is selected to be about 4 to 6 mm.

【0025】図2は、インナーノズル21の下方から見
た外観を示す底面図である。前記フランジ26の外径D
4は、たとえば22mm程度であり、前記小径筒部28
の外径D5は、たとえば16mm程度であり、前記中心
軸線22方向一端面44の外径D6は、たとえば4mm
程度である。各透孔43の直径D7は、たとえば2mm
程度であり、インナーノズル21の中心軸線22を通
り、1つの透孔43の中心軸線を通る一半径線と、イン
ナーノズル21の中心軸線22を通り、この透孔43に
隣合う別の透孔43の中心軸線を通る一半径線との成す
角度θは、たとえば45°程度であり、透孔43の個数
に応じて角度θは適宜選ばれる。
FIG. 2 is a bottom view showing the appearance as viewed from below the inner nozzle 21. Outer diameter D of the flange 26
4 is, for example, about 22 mm,
Is about 16 mm, for example, and the outer diameter D6 of the one end face 44 in the direction of the central axis 22 is, for example, 4 mm.
It is about. The diameter D7 of each through hole 43 is, for example, 2 mm.
A radius line passing through the central axis 22 of the inner nozzle 21 and passing through the central axis of one through hole 43, and another through hole passing through the central axis 22 of the inner nozzle 21 and adjacent to the through hole 43. The angle θ formed by one radial line passing through the central axis of 43 is, for example, about 45 °, and the angle θ is appropriately selected according to the number of through holes 43.

【0026】図3は、アウターノズル23の構成を示す
断面図である。図1をも参照して、前記内周面40を臨
む円錐台状の内部空間48には、前記インナーノズル2
1の第1ノズル部29が挿入されて、前記環状空間41
が形成され、第2ノズル部38のガス流出側開口部49
には、前記第1ノズル孔31に外囲する前記第2ノズル
孔42が形成される。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the outer nozzle 23. Referring also to FIG. 1, the inner nozzle 2 is provided in a truncated conical internal space 48 facing the inner peripheral surface 40.
The first first nozzle portion 29 is inserted into the annular space 41.
Is formed, and the gas outlet side opening 49 of the second nozzle portion 38 is formed.
Is formed with the second nozzle hole 42 surrounding the first nozzle hole 31.

【0027】フランジ35の前記中心軸線22方向長さ
L6は、たとえば2mm程度であり、フランジ35を除
く筒部37の前記中心軸線22方向長さL7は、たとえ
ば3mm程度であり、第2ノズル部38の前記中心軸線
22方向長さL8は、たとえば10mm程度である。フ
ランジ35の外径D8は、たとえば22mm程度であ
り、前記フランジ35を除く筒部37の外径D9は、た
とえば21mm程度であり、前記開口部49の直径D1
0は、たとえば5mm程度であり、前記開口部49付近
の第2ノズル部38の外径D11は、たとえば7mm程
度である。また前記インナーノズル21および前記アウ
ターノズル23は、たとえば無酸素銅から成る。
The length L6 of the flange 35 in the direction of the central axis 22 is, for example, about 2 mm. The length L7 of the cylindrical portion 37 excluding the flange 35 in the direction of the central axis 22 is, for example, about 3 mm. The length L8 of the 38 in the direction of the central axis 22 is, for example, about 10 mm. The outer diameter D8 of the flange 35 is, for example, about 22 mm, the outer diameter D9 of the cylindrical portion 37 excluding the flange 35 is, for example, about 21 mm, and the diameter D1 of the opening 49 is
0 is, for example, about 5 mm, and the outer diameter D11 of the second nozzle portion 38 near the opening 49 is, for example, about 7 mm. The inner nozzle 21 and the outer nozzle 23 are made of, for example, oxygen-free copper.

【0028】図4は、前記出射端ノズル20を備えるレ
ーザ加工装置のレーザ加工用ヘッド60の構成を示す断
面図である。レーザ加工用ヘッド60は、前記出射端ノ
ズル20とヘッド本体61とを含んで形成される。ヘッ
ド本体61は、インナーノズル21が着脱可能に取付け
られる取付け筒体62と、この取付け筒体62に形成さ
れた外向きフランジ63に係止して調整筒体64のおね
じに螺合する袋ナット65と、ロックナット66,67
と、調整筒体64がボルト68によって固定される保持
筒体69を含み、さらにこの保持筒体69は袋ナット7
0によって基体71に取付けられる構成となっている。
この基体71のフランジは、ボルト72によってX−Y
テーブルまたは産業用ロボットの手首などの取付け部材
73のフランジ74に着脱可能に取付けられる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a laser processing head 60 of a laser processing apparatus provided with the emission end nozzle 20. The laser processing head 60 is formed including the emission end nozzle 20 and the head main body 61. The head main body 61 has a mounting cylinder 62 to which the inner nozzle 21 is detachably mounted, and a bag which is engaged with an outward flange 63 formed on the mounting cylinder 62 and is screwed to an external thread of the adjustment cylinder 64. Nut 65, lock nuts 66, 67
And a holding cylinder 69 to which the adjusting cylinder 64 is fixed by bolts 68.
0 is attached to the base 71.
The flange of the base 71 is fixed to the X-Y
It is detachably attached to a flange 74 of an attachment member 73 such as a table or a wrist of an industrial robot.

【0029】図5は、図4におけるヘッド本体61の取
付け筒体62における切断面線V−Vから見た水平断面
図である。取付け筒体62の底75には、めねじ76が
刻設され、ここにインナーノズル21の上端部に形成さ
れたおねじ24が着脱可能に螺着される。この底75に
は、図5に示されるように冷却水通路77が形成され、
この接続口78から供給される冷却水は、もう1つの接
続口79から排出され、底75が冷却され、したがって
インナーノズル21およびアウターノズル23から成る
出射端ノズル20が冷却されることになる。
FIG. 5 is a horizontal sectional view of the mounting cylinder 62 of the head main body 61 in FIG. A female screw 76 is engraved on the bottom 75 of the mounting cylinder 62, and the male screw 24 formed at the upper end of the inner nozzle 21 is detachably screwed thereto. A cooling water passage 77 is formed in the bottom 75 as shown in FIG.
The cooling water supplied from the connection port 78 is discharged from the other connection port 79, and the bottom 75 is cooled, so that the emission end nozzle 20 including the inner nozzle 21 and the outer nozzle 23 is cooled.

【0030】図6は、図4における保持筒体69の切断
面線VI−VIから見た水平断面図である。この保持筒
体69にもまた冷却水通路80が形成され、一方の接続
口81からの冷却水は、冷却水通路80を通って保持筒
体69を冷却し、他方の接続口82から排出される。
FIG. 6 is a horizontal sectional view of the holding cylinder 69 taken along the line VI-VI in FIG. A cooling water passage 80 is also formed in this holding cylinder 69, and cooling water from one connection port 81 cools the holding cylinder 69 through the cooling water passage 80 and is discharged from the other connection port 82. You.

【0031】保持筒体69の収納孔83内には、保持輪
84が収納される。図4を参照して、この保持輪84
は、保持筒体69の収納孔83の内周面にぴったり嵌ま
り込む台形筒部85と、その内周面から半径方向内方に
部屋86を形成する保持部87と、その下方に形成され
る内向きフランジ状の受け部88とを有する。受け部8
8には、噴射孔89が形成される。受け部88上には、
レンズ押え環体90が支持され、その上に集光レンズ9
1が置かれ、さらにその集光レンズ91の周縁部にはレ
ンズ押え環体92が配置され、ばね93を介して、ばね
置き部材94が保持輪84に螺合して図4の上下の位置
を調整可能に設けられる。2つのレンズ押え環体90,
92は、軟質合成樹脂、たとえばテフロン(商品名)な
どのフッ素樹脂などから成る。
A holding wheel 84 is housed in the holding hole 83 of the holding cylinder 69. With reference to FIG.
Are formed in a trapezoidal cylindrical portion 85 that fits tightly into the inner peripheral surface of the storage hole 83 of the retaining cylindrical body 69, a retaining portion 87 that forms a room 86 radially inward from the inner peripheral surface, and formed below the same. And a receiving portion 88 having an inward flange shape. Receiving part 8
8, an injection hole 89 is formed. On the receiving portion 88,
The lens holding ring 90 is supported, and the condenser lens 9 is placed thereon.
4 is disposed on the periphery of the condensing lens 91, and a spring holding member 94 is screwed into the holding ring 84 via a spring 93 to move the condensing lens 91 up and down in FIG. Is adjustable. Two lens holding rings 90,
Reference numeral 92 denotes a soft synthetic resin, for example, a fluororesin such as Teflon (trade name).

【0032】たとえば、炭酸ガスレーザ源からのレーザ
光95は、取付け部材73内を通り、集光レンズ91に
よって集光され、参照符96で示されるような経路をた
どり、出射端ノズル20を経て、被加工材46に照射さ
れ、切断加工などが行われる。ここで、集光されたレー
ザ光96の集光点51は、図1を参照して、被加工材4
6の上面47と板厚方向の中央を通る水平面との中間に
存在する。図4を参照して保持筒体69の側部には接続
口97が形成され、ここからガスが供給され、部屋86
を経て噴射孔89から集光レンズ91の図4における下
面に噴射され、これによって集光レンズ91が冷却さ
れ、この噴射されたガスは、ヘッド本体61の集光レン
ズ91よりも下方の空間98内に供給される。
For example, a laser beam 95 from a carbon dioxide laser source passes through the inside of the mounting member 73, is condensed by the condenser lens 91, follows a path indicated by reference numeral 96, passes through the exit end nozzle 20, Irradiation is performed on the workpiece 46 to perform a cutting process or the like. Here, the converging point 51 of the condensed laser beam 96 is, as shown in FIG.
6 is present between the upper surface 47 and a horizontal plane passing through the center in the plate thickness direction. Referring to FIG. 4, a connection port 97 is formed on the side of holding cylinder 69, from which gas is supplied.
Through the injection hole 89 to the lower surface of the condenser lens 91 in FIG. 4, thereby cooling the condenser lens 91, and the injected gas is supplied to the space 98 below the condenser lens 91 of the head main body 61. Supplied within.

【0033】基体71には、接続口99から冷却用気
体、たとえば前記ガスと同一種類のガスが供給されノズ
ル100から空間101に噴射されて、集光レンズ91
の上表面に噴射されて集光レンズ91が冷却される。
A cooling gas, for example, a gas of the same type as the above-mentioned gas is supplied to the base 71 from the connection port 99 and is injected from the nozzle 100 into the space 101 to form the condenser lens 91.
The condenser lens 91 is cooled by being sprayed onto the upper surface of the lens.

【0034】取付け筒体62を袋ナット65の調整によ
って上下の位置を変位させ、これによって出射端ノズル
20における第1および第2ノズル孔31,42と被加
工材46との距離を最適に設定し、被加工材46にレー
ザ光95の焦点が一致するように、あるいはまたガスの
噴射領域が正確に設定されるように調整されることがで
きる。またこの調整は距離センサなどを用いて自動化し
てもよい。
The mounting cylinder 62 is vertically displaced by adjusting the cap nut 65, whereby the distance between the first and second nozzle holes 31, 42 in the emission end nozzle 20 and the workpiece 46 is optimally set. The laser beam 95 can be adjusted so that the focal point of the laser beam 95 coincides with the workpiece 46 or the gas injection region is set accurately. This adjustment may be automated using a distance sensor or the like.

【0035】図7は、レーザ加工装置の出射端ノズル2
0に供給されるガスの供給経路を示す系統図である。レ
ーザ加工用ヘッド60内には、ガス供給源105から、
管路107に介在される開閉弁106を開放して、管路
107の接続端107aを接続口97に接続して、ガス
を供給することができる。
FIG. 7 shows the exit end nozzle 2 of the laser processing apparatus.
FIG. 2 is a system diagram illustrating a supply path of a gas supplied to a zero. In the laser processing head 60, a gas supply source 105
The gas can be supplied by opening the on-off valve 106 interposed in the pipe 107 and connecting the connection end 107a of the pipe 107 to the connection port 97.

【0036】図8は、レーザ加工装置110の概略的構
成を示す系統図である。レーザ加工装置110は、レー
ザ光発生手段111と導光手段112とレーザ加工用ヘ
ッド60とを含む。レーザ光発生手段111には、たと
えば出力2.5kW、波長10.6μmのレーザ光95
を連続照射することができる炭酸ガスレーザ発振器11
3を含んで構成される。導光手段112はレーザ光発生
手段111とレーザ加工用ヘッド60との間に設けら
れ、導光手段112には、複数の高反射ミラー114が
設けられる。レーザ光発生手段111で発生したレーザ
光95は、導光手段112に設けられる複数の高反射ミ
ラー114によって全反射されて、レーザ加工用ヘッド
60まで導かれる。レーザ加工用ヘッド60まで導かれ
たレーザ光95は、レーザ加工用ヘッド60内で集光さ
れ、前記出射端ノズル20からガスが噴射されるととも
に照射される。これによって被加工材46の上面47の
レーザ光照射部分を溶融するとともに、ガスによってド
ロスを除去して切断面46aを形成しながらレーザ光9
6を切断加工方向A1に移動させる。
FIG. 8 is a system diagram showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 110. The laser processing device 110 includes a laser light generating unit 111, a light guiding unit 112, and a laser processing head 60. The laser light generating means 111 has a laser light 95 having an output of 2.5 kW and a wavelength of 10.6 μm, for example.
Gas laser oscillator 11 capable of continuously irradiating
3 is included. The light guide 112 is provided between the laser beam generator 111 and the laser processing head 60, and the light guide 112 is provided with a plurality of high reflection mirrors 114. The laser beam 95 generated by the laser beam generator 111 is totally reflected by a plurality of high reflection mirrors 114 provided in the light guide 112 and guided to the laser processing head 60. The laser beam 95 guided to the laser processing head 60 is condensed in the laser processing head 60, and is emitted while the gas is ejected from the emission end nozzle 20. As a result, the laser beam irradiated portion of the upper surface 47 of the workpiece 46 is melted, and the laser beam 9 is removed while forming the cut surface 46a by removing dross by gas.
6 is moved in the cutting direction A1.

【0037】図9は、レーザ加工装置の出射端ノズル2
0を用いて被加工材46を切断加工するときの動作を説
明するための簡略化した断面図である。図1〜図8をも
参照して、レーザ光95は、集光レンズ91によって集
光され、集光されたレーザ光96は第1ノズル孔31か
ら被加工材46上に照射される。接続口97から供給さ
れるガスは、集光レンズ91に噴射され、集光レンズ9
1が冷却された後に前記内部空間32に供給される。前
記内部空間32に供給されたガスは、ガス流入側の開口
端33aからガス流出側の開口端33bに向かって流れ
る。このガスは、その一部が各透孔43を通過して前記
環状空間41内に噴射され、残余のガスは第1ノズル孔
31から第1ガス118として被加工材46に、たとえ
ば3〜5kg/cm2で噴射される。それとともに、前
記環状空間41に噴射されたガスは、第1ノズル部29
の外周面39および第2ノズル部38の内周面40に案
内され、第2ノズル孔42から第2ガス119として噴
射される。
FIG. 9 shows an emission end nozzle 2 of the laser processing apparatus.
FIG. 9 is a simplified cross-sectional view for describing an operation when cutting a workpiece 46 using 0. Referring to FIGS. 1 to 8 as well, laser light 95 is condensed by condensing lens 91, and condensed laser light 96 is irradiated onto workpiece 46 from first nozzle hole 31. The gas supplied from the connection port 97 is jetted to the condenser lens 91 and the condenser lens 9
1 is supplied to the internal space 32 after being cooled. The gas supplied to the internal space 32 flows from the opening end 33a on the gas inflow side toward the opening end 33b on the gas outflow side. A part of this gas passes through each through hole 43 and is injected into the annular space 41, and the remaining gas flows from the first nozzle hole 31 to the workpiece 46 as the first gas 118, for example, 3 to 5 kg. / Cm 2 . At the same time, the gas injected into the annular space 41 is supplied to the first nozzle 29
Is guided by the outer peripheral surface 39 and the inner peripheral surface 40 of the second nozzle portion 38, and is injected from the second nozzle hole 42 as the second gas 119.

【0038】被加工材46の上面47の集光されたレー
ザ光96の照射部分は溶融し、前記照射部分の溶融金属
であるドロスは第1ガス118によって除去されて、非
溶融の切断面を露出させる。第1ガス118は、第2ガ
ス119によって外囲され、第2ガス119は被加工材
46の上面47から厚み方向にt1、たとえば4mm程
度の位置で合流し、この位置t1で第2ガス119のモ
ーメンタムが最も高くなる。被加工材46の切断加工を
行うとき、前述のt1の位置でのドロスの除去は、切断
加工方向A1とは反対側の第2ガス119によって行わ
れる。このようにして、切断加工は、第1ノズル孔31
から集光されたレーザ光96を照射して、被加工材46
の前記照射領域を溶融するとともに、第1および第2ガ
ス118,119によってドロスを矢符A2方向に吹き
飛ばして除去することによって実施される。
The irradiated portion of the upper surface 47 of the workpiece 46 irradiated with the condensed laser beam 96 is melted, and the dross, which is the molten metal in the irradiated portion, is removed by the first gas 118 to remove the unmelted cut surface. Expose. The first gas 118 is surrounded by the second gas 119, and the second gas 119 joins from the upper surface 47 of the workpiece 46 at a position of t1, for example, about 4 mm in the thickness direction, and the second gas 119 at this position t1. Has the highest momentum. When cutting the workpiece 46, the dross is removed at the position of t1 by the second gas 119 opposite to the cutting direction A1. In this manner, the cutting process is performed on the first nozzle hole 31.
The workpiece 46 is irradiated with the laser beam 96 collected from the
Is melted and the dross is blown off and removed by the first and second gases 118 and 119 in the direction of arrow A2.

【0039】図10は、レーザ加工装置の出射端ノズル
20から噴射される第1および第2ガス118,119
の圧力分布を示す図である。図10(1)は出射端ノズ
ル20の先端からガス噴射方向下流側2mm程度の位置
における出射端ノズル20の一直径線方向の圧力分布図
であり、図10(2)は出射端ノズル20の先端からガ
ス噴射方向下流側6mm程度の位置における出射端ノズ
ル20の一直径線方向の圧力分布図である。図中の鉛直
線120はノズルの中心を示す。図10(1)において
は、第1ガス118が第2ガス119によって外囲さ
れ、第1ガス118の圧力が保持され、第1ガス118
による空気の巻き込みが防止されていることが判る。図
10(2)においては、第1ガス118および第2ガス
119は合流し、かつ幅のある領域で第1および第2ガ
ス118,119の圧力がほぼ一定になっていることが
判る。したがって図9をも参照すると、被加工材46の
上面47付近では、第2ガス119が第1ガス118の
モーメンタムに影響を与えることなく前記上面47付近
のドロスを除去することができ、前記位置t1付近で
は、第1ガス118および第2ガス119が合流し、高
いモーメンタムのガスをドロスに吹き付けて、その位置
よりも下方のドロスを充分に除去することができ、厚み
の大きな被加工材46であっても、良好な切断面を得る
ことができ、切断加工を容易に行うことができる。
FIG. 10 shows the first and second gases 118 and 119 injected from the emission end nozzle 20 of the laser processing apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing a pressure distribution of FIG. FIG. 10A is a pressure distribution diagram in the diameter direction of the emission end nozzle 20 at a position about 2 mm downstream from the tip of the emission end nozzle 20 in the gas injection direction, and FIG. FIG. 7 is a pressure distribution diagram in the diameter direction of the emission end nozzle 20 at a position about 6 mm downstream from the tip in the gas injection direction. The vertical line 120 in the figure indicates the center of the nozzle. In FIG. 10A, the first gas 118 is surrounded by the second gas 119, the pressure of the first gas 118 is maintained, and the first gas 118
It can be seen that the entrainment of air by the air is prevented. In FIG. 10B, it can be seen that the first gas 118 and the second gas 119 are merged, and that the pressures of the first and second gases 118 and 119 are substantially constant in a wide area. Therefore, referring also to FIG. 9, near the upper surface 47 of the workpiece 46, the dross near the upper surface 47 can be removed without the second gas 119 affecting the momentum of the first gas 118. In the vicinity of t1, the first gas 118 and the second gas 119 merge, and a high momentum gas is blown to the dross, so that the dross below the position can be sufficiently removed. Even in this case, a good cut surface can be obtained, and cutting can be easily performed.

【0040】図11は、第1ガス118と第2ガス11
9との流量相対比を示す図である。図中の直線Bは第1
ガス118の流量相対比を示し、直線Cは第2ガス11
9の流量相対比を示す。被加工材46を良好に切断する
ためには、第1ガス118の流量相対比では20〜60
%程度であり、第2ガス119の流量相対比では40〜
80%程度に選ばれる。第1ガス118の流量相対比が
20%未満に選ばれると、被加工材46の上面47付近
のドロスを除去するために必要なモーメンタムが得られ
なくなり、充分にドロスを除去することができず、切断
加工が困難になる。また第1ガス118の流量相対比が
60%を超えると、第2ガス119の流量相対比は40
%未満となり、前記位置t1における第2ガス119の
モーメンタムが不足してドロスが完全に除去できず、切
断作業後にグラインダによるドロスの研削作業を行わな
ければならないという問題が生じる。したがって第1お
よび第2ガス118,119の流量相対比は20〜60
%程度および40〜80%程度にそれぞれ選ばれ、特に
好ましくはそれぞれ50%に選ばれる。被加工材46の
厚みが大きくなるときには、第2ガス119の流量を前
述の範囲内で増加させることによって切断加工を行うこ
とができる。
FIG. 11 shows the first gas 118 and the second gas 11.
9 is a diagram showing a flow rate relative ratio to the flow rate of the flow rate of the flow rate to the flow rate of the flow rate 9; FIG. The straight line B in FIG.
The flow rate relative ratio of the gas 118 is shown, and the straight line C is the second gas 11.
9 shows a relative flow rate of 9; In order to cut the workpiece 46 satisfactorily, the relative flow rate of the first gas 118 is 20 to 60.
%, And the relative flow rate of the second gas 119 is 40 to 40%.
It is chosen to be about 80%. If the relative flow rate of the first gas 118 is selected to be less than 20%, the momentum required for removing dross near the upper surface 47 of the workpiece 46 cannot be obtained, and the dross cannot be sufficiently removed. , Cutting becomes difficult. When the relative flow rate of the first gas 118 exceeds 60%, the relative flow rate of the second gas 119 becomes 40%.
%, The momentum of the second gas 119 at the position t1 is insufficient, so that dross cannot be completely removed, and a problem arises in that the dross must be ground by a grinder after the cutting operation. Therefore, the relative flow rates of the first and second gases 118 and 119 are 20 to 60.
% And about 40 to 80%, and particularly preferably 50%. When the thickness of the workpiece 46 increases, the cutting process can be performed by increasing the flow rate of the second gas 119 within the above-described range.

【0041】第1および第2ガス118,119の流速
および流量は、第1および第2ノズル孔31,42の開
口量に応じて調整することができる。その調整は、図3
を参照して、アウターノズル23のガス噴射方向下流側
開口部49の大きさを変えることによって出射端ノズル
20の第2ノズル孔42の開口量を変えることができる
ので、前記開口部49の大きさが異なる複数のアウター
ノズル23を用いることによって流速および流量の調整
を容易に行うことができ、利便性がある。
The flow rates and flow rates of the first and second gases 118, 119 can be adjusted according to the opening amounts of the first and second nozzle holes 31, 42. The adjustment is shown in FIG.
With reference to, the opening amount of the second nozzle hole 42 of the emission end nozzle 20 can be changed by changing the size of the opening 49 on the downstream side in the gas injection direction of the outer nozzle 23. By using a plurality of outer nozzles 23 having different sizes, the flow velocity and the flow rate can be easily adjusted, which is convenient.

【0042】以上のように、各透孔43は、インナーノ
ズル21の周方向に間隔をあけて形成されるので、イン
ナーノズル21の強度を低下させることなく、ガスを環
状空間41内に導いて、第2ガス119を第2ノズル孔
42から噴射することができる。また各透孔43は、そ
の中心軸線がインナーノズル21の中心軸線22にほぼ
平行に形成されるので、各透孔43に臨むガスが各透孔
43が容易に通過し、これによって、ガスが各透孔43
を通過するときのガスの流れの乱れが小さくなり、環状
空間41におけるガスのモーメンタムの低下をより少な
くすることができる。さらに各透孔43を介してガスを
環状空間41に導き、第1および第2ノズル孔31,4
2から第1および第2ガス118,119を噴射するの
で、ガスの供給経路をインナーノズル21およびアウタ
ーノズル23に個別に供給するときに比べて構成を簡略
化することができる。
As described above, since the through holes 43 are formed at intervals in the circumferential direction of the inner nozzle 21, the gas is introduced into the annular space 41 without reducing the strength of the inner nozzle 21. , The second gas 119 can be injected from the second nozzle hole 42. Further, since the central axis of each of the through holes 43 is formed substantially parallel to the central axis 22 of the inner nozzle 21, the gas facing each of the through holes 43 easily passes through each of the through holes 43. Each through hole 43
The turbulence of the gas flow when passing through is reduced, and the decrease in the momentum of the gas in the annular space 41 can be further reduced. Further, the gas is guided to the annular space 41 through each through hole 43, and the first and second nozzle holes 31, 4 are provided.
Since the first and second gases 118 and 119 are injected from the second nozzle, the configuration can be simplified as compared with the case where the gas supply path is individually supplied to the inner nozzle 21 and the outer nozzle 23.

【0043】また、第2ノズル孔42はガスの噴射方向
下流側になるにつれてインナーノズル21の中心軸線2
2に近接する方向に傾斜して形成されるので、第2ガス
119は、中心軸線22に近接するにつれてモーメンタ
ムをより高くすることができ、第1および第2ガス11
8,119によってドロスを効率よく除去して非溶融の
切断面を露出させ、効率よく被加工材46を切断するこ
とができる。また第2ガス119は、被加工材46の上
面47よりも下方で前記中心軸線22上で合流するの
で、厚みの大きな被加工材46であっても、第2ガス1
19の交差位置t1において、より高いモーメンタムの
ガスをドロスに吹き付けてその位置t1よりも下方のド
ロスを充分に除去することができ、良好な切断面46a
を得ることができる。
Further, as the second nozzle hole 42 is located on the downstream side in the gas injection direction, the center axis 2 of the inner nozzle 21
2, the second gas 119 can have a higher momentum as it approaches the central axis 22, and the first and second gases 11.
8, 119, the dross can be efficiently removed, the unmelted cut surface is exposed, and the workpiece 46 can be cut efficiently. Further, since the second gas 119 joins on the central axis 22 below the upper surface 47 of the workpiece 46, even if the workpiece 46 has a large thickness, the second gas 1
At the crossing position t1 of 19, a higher momentum gas is blown to the dross to sufficiently remove the dross below the position t1, and a good cut surface 46a
Can be obtained.

【0044】さらに、インナーノズル21の内周面30
は、このインナーノズル21の内部空間32内でガス流
入側の開口端33aと第1ノズル孔31に臨むガス流出
側の開口端33bとに連なる仮想円錐台面34よりも半
径方向外方に凸に湾曲して形成され、ガスの噴射方向に
向かってインナーノズル21の内部空間32における流
路断面積の減少が緩慢であるので、流路断面積の減少に
伴う圧力損失を少なくすることができ、大きな流量で第
1および第2ノズル孔31,42にガスを供給し、第1
および第2ノズル孔42から第1および第2ガス11
8,119を高速で噴射することができる。このように
して被加工材46の厚みが大きくても、被加工材46の
上面47から下面50にわたってより高いモーメンタム
の第1および第2ガス118,119を吹き付けてドロ
スを除去することができる。
Further, the inner peripheral surface 30 of the inner nozzle 21
Is formed in the inner space 32 of the inner nozzle 21 so as to project radially outward from a virtual frustoconical surface 34 which is continuous with an opening end 33a on the gas inflow side and an opening end 33b on the gas outflow side facing the first nozzle hole 31. Since it is formed to be curved and the cross-sectional area of the flow passage in the inner space 32 of the inner nozzle 21 gradually decreases in the gas injection direction, the pressure loss due to the decrease in the cross-sectional area of the flow passage can be reduced. The gas is supplied to the first and second nozzle holes 31 and 42 at a large flow rate,
And the first and second gases 11 from the second nozzle hole 42.
8,119 can be injected at high speed. In this way, even if the thickness of the workpiece 46 is large, dross can be removed by blowing the higher momentum first and second gases 118 and 119 from the upper surface 47 to the lower surface 50 of the workpiece 46.

【0045】さらに、第2ノズル孔42は、各透孔43
よりも半径方向内方に形成されるので、各透孔43から
噴射されたガスは、第1ノズル部29の外周面39およ
び第2ノズル部38の内周面40に案内され、第2ノズ
ル孔42に近接するにつれて流路断面積が小さくなるの
で、環状空間41内で各透孔43から噴射されるガスの
ガス圧力を高くして、周方向に均一に高いモーメンタム
で第2ノズル孔42から第2ガス119を噴射すること
ができる。
Further, the second nozzle holes 42 are provided with the respective through holes 43.
The gas injected from each through-hole 43 is guided to the outer peripheral surface 39 of the first nozzle portion 29 and the inner peripheral surface 40 of the second nozzle portion 38, and the second nozzle Since the cross-sectional area of the flow passage becomes smaller as approaching the hole 42, the gas pressure of the gas injected from each through-hole 43 in the annular space 41 is increased, and the second nozzle hole 42 is formed with a high momentum in the circumferential direction. , The second gas 119 can be injected.

【0046】図1〜図11に示される本発明の実施の形
態において、出射端ノズル20から噴射されるガスは空
気であったが、被加工材46が鉄系金属であるときに
は、ガスは酸素であり、ステンレス鋼またはアルミニウ
ムなどの非鉄金属であるときには、ガスは窒素およびア
ルゴンなどの不活性ガスであってもよい。
In the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 11, the gas injected from the emission end nozzle 20 is air, but when the workpiece 46 is a ferrous metal, the gas is oxygen. And when it is a non-ferrous metal such as stainless steel or aluminum, the gas may be an inert gas such as nitrogen and argon.

【0047】[0047]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、第1ノ
ズル部材にはその中心軸線にほぼ平行でかつ第1ノズル
部材の内部空間と前記環状空間とを連通する複数の透孔
が周方向に間隔をあけて形成される。各透孔は第1ノズ
ル部材の周方向に間隔をあけて形成されるので、第1ノ
ズル部材の強度を低下させることなく、ガスを環状空間
内に導いて、ガスを第2ノズル孔から噴射することがで
きる。また、各透孔は、その中心軸線が第1ノズル部材
の中心軸線にほぼ平行に形成されるので、各透孔に臨む
ガスが各透孔を容易に通過し、これによってガスが各透
孔を通過するときのガスの流れの乱れが小さくなり、環
状空間におけるガスのモーメンタムの低下をより少なく
することができる。さらに各透孔を介してガスを環状空
間に導き、第1および第2ノズル孔からガスを噴射する
ので、ガスの供給経路を第1および第2ノズル部材に個
別に供給するときに比べて構成を簡略化することができ
る。第2ノズル孔から噴射されたガスは、被加工材の上
面よりも下方で前記中心軸線上で合流する。したがって
厚みの大きな被加工材であっても第2ノズル孔から噴射
されたガスの交差位置において、より高いモーメンタム
のガスをドロスに吹き付けて、その位置よりも下方のド
ロスを充分に除去することができ、良好な切断面を得る
ことができる。
According to the first aspect of the present invention, the first nozzle member has a plurality of through-holes substantially parallel to the central axis thereof and communicating the internal space of the first nozzle member with the annular space. It is formed at intervals in the circumferential direction. Since the through holes are formed at intervals in the circumferential direction of the first nozzle member, the gas is guided into the annular space without lowering the strength of the first nozzle member, and the gas is injected from the second nozzle hole. can do. Further, since the central axis of each of the through holes is formed substantially parallel to the central axis of the first nozzle member, the gas facing each of the through holes easily passes through each of the through holes. The turbulence of the gas flow when passing through is reduced, and the decrease in the momentum of the gas in the annular space can be further reduced. Further, since the gas is introduced into the annular space through each through hole and the gas is injected from the first and second nozzle holes, the gas supply path is configured as compared with the case where the gas supply path is individually supplied to the first and second nozzle members. Can be simplified. The gas injected from the second nozzle hole joins on the central axis below the upper surface of the workpiece. Therefore, even at a crossing position of the gas injected from the second nozzle hole even in a workpiece having a large thickness, it is possible to blow a higher momentum gas to the dross and sufficiently remove the dross below the position. And a good cut surface can be obtained.

【0048】請求項2記載の本発明によれば、第1ノズ
ル部材の内周面は、この第1ノズル部材の内部空間内で
ガス流入側の開口端と第1ノズル孔を臨むガス流出側の
開口端とに連なる仮想円錐台面よりも半径方向外方に凸
に湾曲して形成され、ガスの噴射方向に向かって第1ノ
ズル部材の内部空間における流路断面積の減少が緩慢で
あるので、流路断面積の減少に伴う圧力損失を少なくす
ることができ、大きな流量で第1および第2ノズル孔に
ガスを供給し、第1および第2ノズル孔からガスを高速
で噴射することができる。このようにして被加工材の厚
みが大きくても、被加工材の上面から下面にわたってよ
り高いモーメンタムのガスを吹き付けて、ドロスを除去
することができる。
According to the second aspect of the present invention, the inner peripheral surface of the first nozzle member is formed on the gas outlet side facing the opening end on the gas inflow side and the first nozzle hole in the internal space of the first nozzle member. Is formed so as to protrude radially outward from the virtual frusto-conical surface that is continuous with the opening end of the first nozzle member, and the decrease in the cross-sectional area of the flow path in the internal space of the first nozzle member in the gas injection direction is slow. It is possible to reduce the pressure loss due to the decrease in the flow path cross-sectional area, supply the gas to the first and second nozzle holes at a large flow rate, and inject the gas at a high speed from the first and second nozzle holes. it can. In this way, even if the thickness of the workpiece is large, dross can be removed by blowing a higher momentum gas from the upper surface to the lower surface of the workpiece.

【0049】請求項3記載の本発明によれば、第2ノズ
ル孔は、各透孔よりも半径方向内方に形成される。各透
孔から噴射されたガスは、第1ノズル部材の外周面およ
び第2ノズル部材の内周面に案内され、第2ノズル孔に
近接するにつれて流路断面積が小さくなるので、環状空
間内で各透孔から噴射されるガスのガス圧力を高くし
て、周方向に均一に高いモーメンタムで第2ノズル孔か
らガスを噴射することができる。
According to the third aspect of the present invention, the second nozzle hole is formed radially inward of each through hole. The gas injected from each through-hole is guided to the outer peripheral surface of the first nozzle member and the inner peripheral surface of the second nozzle member, and the flow path cross-sectional area becomes smaller as approaching the second nozzle hole. Thus, the gas pressure of the gas injected from each through-hole can be increased, and the gas can be injected from the second nozzle hole with a high momentum uniformly in the circumferential direction.

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態であるレーザ加工装置の
出射端ノズル20の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an emission end nozzle 20 of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】インナーノズル21の下方から見た外観を示す
底面図である。
FIG. 2 is a bottom view showing the appearance of the inner nozzle 21 as viewed from below.

【図3】アウターノズル23の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of an outer nozzle 23.

【図4】前記出射端ノズル20を備えるレーザ加工装置
のレーザ加工用ヘッド60の構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a laser processing head 60 of a laser processing apparatus including the emission end nozzle 20.

【図5】図4におけるヘッド本体61の取付け筒体62
における切断面線V−Vから見た水平断面図である。
5 is a mounting cylinder 62 of the head main body 61 in FIG.
5 is a horizontal cross-sectional view as viewed from a section line VV in FIG.

【図6】図4における保持筒体69の切断面線VI−V
Iから見た水平断面図である。
FIG. 6 is a section line VI-V of the holding cylinder 69 in FIG. 4;
It is the horizontal sectional view seen from I.

【図7】レーザ加工装置の出射端ノズル20に供給され
るガスの供給経路を示す系統図である。
FIG. 7 is a system diagram showing a supply path of a gas supplied to an emission end nozzle 20 of the laser processing apparatus.

【図8】レーザ加工装置110の概略的構成を示す系統
図である。
FIG. 8 is a system diagram showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 110.

【図9】レーザ加工装置の出射端ノズル20を用いて被
加工材46を切断加工するときの動作を説明するための
簡略化した断面図である。
FIG. 9 is a simplified cross-sectional view for explaining an operation when cutting the workpiece 46 using the emission end nozzle 20 of the laser processing apparatus.

【図10】レーザ加工装置の出射端ノズル20から噴射
される第1および第2ガス118,119の圧力分布を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a pressure distribution of first and second gases 118 and 119 injected from an emission end nozzle 20 of the laser processing apparatus.

【図11】第1ガス118と第2ガス119との流量相
対比を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a flow rate relative ratio between a first gas 118 and a second gas 119.

【図12】典型的な従来の技術の出射端ノズル1を簡略
化して示す断面図である。
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view showing a typical exit end nozzle 1 of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 出射端ノズル 21 インナーノズル 23 アウターノズル 30 内周面 31 第1ノズル孔 32 内部空間 33a ガス流入側の開口端 33b ガス流出側の開口端 34 仮想円錐台面 41 環状空間 42 第2ノズル孔 43 透孔 Reference Signs List 20 Outgoing end nozzle 21 Inner nozzle 23 Outer nozzle 30 Inner peripheral surface 31 First nozzle hole 32 Internal space 33a Open end on gas inflow side 33b Open end on gas outflow side 34 Virtual frustoconical surface 41 Annular space 42 Second nozzle hole 43 Transparent Hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川渕 悟 兵庫県神戸市兵庫区和田山通2丁目1番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (56)参考文献 特開 昭63−171290(JP,A) 特開 平1−228694(JP,A) 特開 昭54−131543(JP,A) 実開 昭61−22280(JP,U) 実開 昭58−185383(JP,U) 実開 昭60−131289(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Satoru Kawabuchi 2-1-1-18 Wadayama-dori, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Hyogo Plant (56) References JP-A-63-171290 (JP A) JP-A-1-228694 (JP, A) JP-A-54-131543 (JP, A) JP-A-61-22280 (JP, U) JP-A-58-185383 (JP, U) JP-A-60 -131289 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被加工材に向けて照射されるレーザ光を
集光する集光レンズが内蔵され、かつガスが供給される
レーザ加工用ヘッドに同軸に装着され、前記集光レンズ
によって集光するレーザ光が通過するとともに前記ガス
を噴射する第1ノズル孔が中心軸線上に形成される第1
ノズル部材と、第1ノズル部材に同軸に装着され、第1
ノズル部材の外周面との間にガスが供給される環状空間
を形成して前記第1ノズル部材の第1ノズル孔を外囲す
る第2ノズル孔からガスを噴射する第2ノズル部材とを
備えるレーザ加工装置の出射端ノズルにおいて、 第1ノズル部材には、その中心軸線にほぼ平行でかつ第
1ノズル部材の内部空間と前記環状空間とを連通する複
数の透孔が周方向に間隔をあけて形成され、 第2ノズル孔は、ガスの噴射方向下流側になるにつれて
第1ノズル部材の中心軸線に近接し、かつ出射端ノズル
の被加工材の上面に臨む下端面が前記上面から所定の間
隔を有するレーザ光照射位置に配置された状態で、被加
工材の上面よりも下方で前記中心軸線に交差する方向に
傾斜して形成されることを特徴とするレーザ加工装置の
出射端ノズル。
1. A condensing lens for condensing a laser beam emitted toward a workpiece is built in, coaxially mounted on a laser processing head to which gas is supplied, and condensed by the condensing lens. The first nozzle hole through which the laser beam passes and the gas is injected is formed on the center axis.
The nozzle member and the first nozzle member are coaxially mounted on the first nozzle member.
A second nozzle member that forms an annular space between the outer peripheral surface of the nozzle member and the gas supply hole and that injects gas from a second nozzle hole surrounding the first nozzle hole of the first nozzle member. In the emission end nozzle of the laser processing apparatus, the first nozzle member is provided with a plurality of through-holes substantially parallel to the central axis thereof and communicating the internal space of the first nozzle member and the annular space at circumferential intervals. The second nozzle hole is closer to the central axis of the first nozzle member as the downstream side in the gas injection direction, and the lower end face facing the upper surface of the workpiece of the emission end nozzle is a predetermined distance from the upper surface. An emission end nozzle of a laser processing apparatus, wherein the emission end nozzle is formed below a top surface of a workpiece and inclined in a direction intersecting with the central axis while being arranged at a laser beam irradiation position having an interval.
【請求項2】 第1ノズル部材の内周面は、この第1ノ
ズル部材の内部空間内でガス流入側の開口端と第1ノズ
ル孔を臨むガス流出側の開口端とに連なる仮想円錐台面
よりも半径方向外方に凸に湾曲して形成されることを特
徴とする請求項1記載のレーザ加工装置の出射端ノズ
ル。
2. An inner peripheral surface of the first nozzle member is a virtual frustoconical surface connected to an opening end on the gas inflow side and an opening end on the gas outflow side facing the first nozzle hole in the internal space of the first nozzle member. The emission end nozzle of the laser processing apparatus according to claim 1, wherein the emission end nozzle is formed so as to be more convexly curved radially outward.
【請求項3】 第2ノズル孔は、各透孔よりも半径方向
内方に形成されることを特徴とする請求項1または2記
載のレーザ加工装置の出射端ノズル。
3. The emission end nozzle of a laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second nozzle hole is formed radially inward of each through hole.
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