JP3198095B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等の切断等を
行うレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ発振器から出力されるレーザビー
ムを集光し、細い孔を備えたノズルを通して鋼板等の加
工対象に照射して、加工対象を切断加工するレーザ加工
方法においては、加工開始時に孔あけ加工であるピアシ
ング加工を行わねばならない。このピアシング加工を行
う際、飛散溶融物の存在が大きな問題となつている。ノ
ズルからアシストガスを噴出しながら、レーザビームで
加工対象の鋼板等を溶融し、孔あけ加工を行うことか
ら、レーザビームによって溶融した加工対象は、ノズル
から噴出するアシストガスによって飛散することにな
る。この飛散する溶融物はノズルに付着しノズルを破損
させたり、作業者に付着しやけどを負わせる等の可能性
があり危険である。又、飛散溶融物が加工対象の表面に
付着すると、その後の加工対象に対する加工の障害とな
る。
【０００３】飛散溶融物によるノズルの破損を防止する
方法として、ノズルを高融点材料で構成する方法や、ピ
アシング加工時のみ加工対象からノズルを大きく離して
置く方法等が公知である（特開昭６３−５２７９２号公
報、特開平４−２００８９１号公報参照）。
【０００４】又作業者の安全を確保する方法としては、
ピアシング加工時に加工点をカバーし溶融物が飛散する
ことを防止する方法や、溶融物の飛散方向を制御する方
法等が公知である（特開平９−１３６１７７号公報、特
開平１０−１３７９７０号公報、特開平６−１４２９７
２号公報、特開平１０−２２５７８７号公報参照）。
【０００５】しかし、上述した従来の方法では、飛散溶
融物が加工対象の表面に付着し、その後の切断加工の障
害となる。そこで、この飛散溶融物が加工対象表面に付
着することを防止する方法として、加工点を遮蔽し溶融
物を回収する方法が特開昭９−２７１９８０号公報で公
知であるが、この方法は、予め飛散溶融物が吸引回収な
大きさと量になるように配慮したパルス出力によるピア
シング加工（特開平５−１８５２６１号公報参照）を併
用することが前提となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年、レーザ発振器の
大出力化が進んでおり、これに伴ない、加工対象の鋼板
の厚さもますます増大する傾向にある。このような板厚
の厚い鋼板を上述したパルス出力によるピアシング加工
を行うと、非常に時間がかかるという問題がある。反対
に、通常の切断加工と同様にレーザ出力を連続出力と
し、最高出力でピアシング加工を行えば素早くピアシン
グを完了することができる。しかし、この場合、多量の
溶融物が発生し大きな固まりとなって加工対象の表面に
付着するという欠点がある。又レーザ出力を低連続出力
としてピアシング加工を行った場合は、ピアシング加工
に時間を要すると共に、癒着が生じるという欠点があ
る。
【０００７】そこで、本発明の目的は、高速にピアシン
グ加工ができるレーザ加工装置を提供することにある。
さらには、溶融物の飛散を防止し、加工対象に溶融物が
付着しないレーザ加工装置を提供することを目的とする
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】切断加工用ノズルと、孔
径が集光したレーザビーム径よりも大きく、かつ前記切
断加工用ノズルの孔径より小さいピアシング加工用ノズ
ルと、ピアシング加工用として加工対象を覆う下敷きと
を備えると共に、ピアシング加工時に前記下敷きに設け
られた孔とピアシング加工用ノズルのノズル孔が重な
り、かつピアシング加工用ノズルと前記下敷きの間に間
隙が設けられているように組み合わされ、該ピアシング
加工用ノズル及び下敷きを前記切断加工用ノズルと自動
交換する手段と、さらに、前記間隙内で作動し、前記下
敷き上から飛散溶融物を排除する飛散溶融物排除手段と
を設けることによって前記課題を解決した。
【０００９】又は、ピアシング加工用ノズル及び下敷き
を切断加工用ノズルと自動交換する手段の代わりに、ピ
アシング加工用ノズル及び下敷きを切断加工用ノズルの
先端に装着する手段を設けるようにした。
【００１０】さらに、前記ピアシング加工用ノズルと前
記下敷きの間に設けられた間隙には、下敷きの表面から
飛散溶融物を排除するブレードや、間隙に気体又は液体
を噴出する手段等の飛散溶融物を排除する飛散溶融物排
除手段を設ける。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用するノズル
部に下敷きを有するレーザ加工装置の例におけるノズル
部の要部断面図である。図１において符号１は、通常の
加工対象物を切断する時に使用される切断加工用ノズル
である。符号２はピアシング加工時に追加されるピアシ
ング加工用ノズルである。又、符号３は下敷きであり、
該下敷き３にはピアシング加工用ノズル２を分離可能で
かつ回動可能に枢着する枢着部４が一端部に設けられて
いる。
【００１２】下敷き３とピアシング加工用ノズル２間に
はスペーサ２ｂが設けられ、下敷き３とピアシング加工
用ノズル２間には間隙５が形成されている。なお、この
実施の形態ではスペーサ２ｂはピアシング加工用ノズル
２の４角に設けられた脚部として形成されている。
【００１３】下敷き３はピアシング加工時に飛散溶融物
が加工対象６の表面に付着することを防止するために設
けられたもので、該下敷き３の中心部にはピアシング加
工用ノズル２の孔２ａの中心と一致するように孔３ａが
設けられている。
【００１４】ピアシング加工用ノズル２には切断加工用
ノズル１の先端が嵌合するテーパ嵌合穴２ｃが設けら
れ、このテーパ嵌合穴２ｃに切断加工用ノズル１の先端
が嵌合したとき、切断加工用ノズル１のノズル孔１ａと
ピアシング加工用孔２の中心が一致するように形成され
ている。その結果、切断加工用ノズル１のノズル孔１
ａ、ピアシング加工用ノズル２のノズル孔２ａ、下敷き
の孔３ａの中心は一致することになる。
【００１５】ピアシング加工時には、前記孔１ａ、２
ａ、３ａをレーザビーム１０が貫通して加工対象６にピ
アシング加工を行うものである。そのため、前記下敷き
３の大きさは、溶融物が飛散する範囲の大きさでよく、
この例では厚さ３ｍｍで６０ｍｍ四方の平板を用い、材
質はピアシング加工用ノズル２と同一の銅合金とした。
又、下敷き３に設けられる孔３ａの大きさは、この孔３
ａが大きすぎると、飛散溶融物がこの孔３ａの部分で加
工対象６の表面に付着するからできるだけ小さい方がよ
い。しかし、小さすぎるとピアシング加工時間が長くな
るという欠点がある。これは、アシストガス１１が加工
対象１１にあたる面積が小さくなることの影響と想定さ
れる。そのため、この下敷き３の孔３ａの大きさは、ピ
アシング加工用ノズル２の孔２ａよりも大きい適した大
きさを実験等で求める。この例ではこの下敷き３の孔３
ａの直径を５ｍｍ程度とした。又、下敷き３とピアシン
グ加工用ノズル２間の間隙はこの例では３ｍｍとしてい
る。
【００１６】ピアシング加工用ノズル２の大きさは、下
敷き３の大きさよりも小さくてもよいが、飛散する溶融
物を下敷き３上に捕獲しようとするものであるから、下
敷き３の大きさと同程度の大きさにしている。又、ピア
シング加工用ノズル２のノズル孔２ａは切断加工用のノ
ズル１のノズル孔１ａよりも、その径が小さく形成され
ている。アシストガス２０の供給圧力が同一の場合、ノ
ズル孔が大きいと、ノズル孔から噴出するアシストガス
２０が加工対象６にあたる面積はノズル孔が小さいとき
よりも大きくなる。又、流量は同一でも噴出速度は小さ
くなる。そのため、ピアシング加工時に溶融した加工対
象の溶融物を飛散させる力は弱くなり、遅れることとな
る。その結果、ピアシング加工の孔径は大きくなり飛散
溶融物も多くなることになる。一方、アシストガス２０
の供給圧力が同じでもノズル孔が小さいと、アシストガ
ス２０の噴出流量は同一でも噴出速度がはやくなり、噴
出するアシストガス２０があたる加工対象の面積も小さ
くなる。その結果、溶融物を飛散させる力が増大し、照
射されたレーザビーム１０によって溶融した溶融物を素
早く飛散させることになるので、ピアシング加工の孔径
は小さなものとなり飛散溶融物の量も少なくなる。
【００１７】以上のことから、ピアシング加工用ノズル
２のノズル孔２ａは、集光したレーザビーム１０の径よ
りも大きく、切断加工用ノズルのノズル孔１ａより小さ
なものがよい。この例では、切断加工用ノズルのノズル
孔１ａの径が４ｍｍでレーザビーム１０の集光スポット
径が０．８ｍｍ程度であることから、ピアシング加工用
ノズル２のノズル孔２ａの径を１．５ｍｍとしている。
【００１８】なお、ピアシング用ノズルの孔径１．５ｍ
ｍ部分長さは、１０ｍｍとした。この方法によるピアシ
ングでは、ピアシング用ノズルの内壁にレーザビームが
反射しても、問題にならないことを確認している。
【００１９】そこで、この例によってピアシング加工を
行う場合には、切断加工用のノズル１をピアシング加工
を行う位置の上方位置に移動させ、該切断加工用ノズル
１の先端にピアシング加工用ノズル２をテーパ嵌合穴２
ｃを介して嵌合させて、切断加工用ノズル１、ピアシン
グ加工用ノズル２さらに下敷き３を下降させて、加工対
象６の表面に下敷き３が載置される状態にすることによ
って、ピアシング加工位置に切断加工用ノズル１、ピア
シング加工用ノズル２、下敷き３を位置決めする（図１
及び図２（ａ）参照）。
【００２０】次に、レーザ発振器を作動させて集光され
たレーザビーム１０を切断加工用ノズル１の孔１ａ、ピ
アシング加工用ノズル２の孔２ａ、下敷き３の穴３ａを
貫通させて加工対象６に照射すると共に、アシストガス
１１を前記孔１ａ、２ａ、３ａを介して加工対象６に噴
射する。前述したように、加工対象６のレーザビーム１
０が照射された部位は溶融するが、ピアシング加工用ノ
ズル２の小さな径のノズル孔２ａから噴射される高速高
圧のアシストガス１１によって、この溶融した溶融物は
加工対象６から除去される。加工対象６にあたったアシ
ストガス１１は反転し下敷き３の孔３ａから間隙５を通
り外部に放出されるが、アシストガス１１によって運ば
れた溶融物は間隙を通過する間に冷却され、下敷き３上
に落下付着する。
【００２１】上述したように、ピアシング加工用ノズル
２の小さなノズル孔２ａから、加工対象６に対して小さ
な範囲で高速高圧のアシストガス１１が噴射されるか
ら、加工対象６からの溶融物の除去が速くなり、その
分、レーザビーム１０は加工対象６のさらに奥を溶融す
ることになり、ピアシング加工速度は向上すると共に、
ピアシングの孔径も小さくなり、飛散溶融物の量も少な
くなる。
【００２２】こうしてピアシング加工が終了した後は、
ピアシング加工用ノズル２及び下敷き３を除去し、図２
（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態にして、切断加工用
ノズル１のみで、通常の切断加工を行う。
【００２３】又、取り除いたピアシング加工用ノズル２
と下敷き３は、枢着部４を中心に下敷き３からピアシン
グ加工用ノズル２を回動させて間隙５を開き、もしく
は、ピアシング加工用ノズル２と下敷き３を分離し、下
敷き３上に付着する溶融物を削り落とし、次のピアシン
グ加工に使用できるようにする。
【００２４】図３は本発明の第１の実施形態の要部説明
図である。この第１実施形態と上述した図１に示した例
との差異は、図１に示す例におけるスペーサ（脚部）２
ｂがスペーサ兼カバー２ｂ’（このスペーサ兼カバー２
ｂ’はピアシング加工用ノズル２側に設けられている）
として間隙５を囲いその一部に排出口２１を設けた点で
ある。又、枢着部４の構成は回動可能であるが、分離で
きない構成にしている点が図１に示す例とは異なる。な
お、図１に示す例と同一の部材は同一の符号を付してい
る。
【００２５】図３（ａ）は、図１と同じように要部断面
図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）において、枢着部４
を中心に下敷き３を回動させて、この下敷き３があった
側からピアシング加工用ノズル２を見た図（図３（ａ）
において下側から見た図）である。図３（ｂ）からわか
るように、スペーサ兼カバー２ｂ’により間隙５が円柱
状に形成されている。そして、該スペーサ兼カバー２
ｂ’は一部削除されておりこの部位は間隙５内のアシス
トガス１１を外部へ排除する排出口２１を形成してい
る。さらにこの実施形態においては、前記排出口２１が
設けられた側に間隙５内に気体又は流体を流入さる流入
口２２が設けられている。この実施形態では圧縮空気を
前記流入口２２から噴出させるようにしている。さら
に、この流入口２２と並列に油や、石鹸水溶液又は界面
活性作用のある水溶液を噴射又は噴霧する噴射口２３が
設けられている。
【００２６】この第１の実施形態においては、図１の例
と同様にピアシング加工を行う際に、前記流入口２２よ
り圧縮空気（又は他の気体、流体）を導入することによ
り、この圧縮空気は円柱状の間隙５の周面に沿って流
れ、旋回流を形成し排出口２１から排出されるが、その
間、アシストガス１１によって飛散された溶融物をこの
圧縮空気で冷却してこの飛散溶融物を排出口２１より排
出することにより、下敷き３の表面に落下付着する溶融
物を少なくしている。
【００２７】さらには、噴射口２３より油、石鹸水溶液
又は界面活性作用のある水溶液を噴射することにより、
飛散溶融物を油や、石鹸水溶液又は界面活性作用のある
水溶液で覆い冷却させることになるので、下敷き３の表
面に落下する冷却された溶融物は下敷き３に付着しにく
くなり流入口２２より圧縮空気（又は他の気体、流体）
と共に排出口２１から排出される。その結果、このピア
シング加工用ノズル２と下敷き３からなるピアシング加
工用補書具を、長期間手入れをしなくても使用すること
ができる。又、下敷き３に付着していても、この付着溶
融物を除去する場合、油や、石鹸水溶液又は界面活性作
用のある水溶液で溶融物が包まれていたことから、下敷
き３からの除去作業は容易である。
【００２８】この実施形態の場合、飛散溶融物が冷却さ
れ自動的に下敷き３とピアシング加工用ノズル２間の間
隙５から除去されるから、ピアシング加工を連続的に実
行することができる。
【００２９】図４は、さらにこの溶融物の自動除去作業
をより完全にした第２の実施形態の要部説明図である。
この図４に示す第２の実施形態と図３に示す第１の実施
形態との差異は、円柱状の間隙５内を回転する複数のブ
レード２４を設けた点である。
【００３０】複数のブレード２４はボールベアリング２
５によってピアシング加工用ノズル２の中心（ノズル孔
２ａ中心）の周りに回転自在に取り付けられている。即
ち、ベールベアリングのアウターレースには複数のブレ
ード２４が固着され、ピアシング加工用ノズル２のノズ
ル孔２ａが設けられた部位、即ち、ノズル孔２ａを中心
に円柱状に他の部位より突出させ、この円筒状に突出し
た部分をベールベアリング２５のインナーレースに固着
もしくは着脱自在に固定する。
【００３１】この第２の実施形態によるピアシング加工
においては、ピアシング加工中流入口２２から流入され
る圧縮空気によって、ブレード２４は回転することにな
る。そのため、レーサビーム１０によって溶融されアシ
ストガス１１によって飛散した溶融物は間隙５内で冷却
され、下敷き３上に落下し付着しようとしてもブレード
２４によってはぎ取られかつ搬送され、さらには間隙５
内の圧縮空気及びアシストガス１１の旋回流によって搬
送されて排出口２１から取り出される。
【００３２】この第２の実施形態においては、溶融物が
ブレード２４によって強制的に排出されるから、間隙５
内に溶融物が蓄積することはなく、ピアシング加工を連
続的に実行することができる。又、溶融物が下敷き３に
付着蓄積されないから、下敷き３をたびたび清掃する必
要がなく、この下敷き３とピアシング加工用ノズル２
は、止めねじ等で固定するものでもよい。
【００３３】なお、上記説明で、ブレード２４は流入口
２２から噴射される圧縮空気によって回転させられると
説明したが、必ずしも、圧縮空気を必要としない。この
場合は流入口２２も設ける必要もない。なぜならば、ピ
アシング加工部に高圧高速で噴射されたアシストガス１
１は反転し間隙５内に流入するが、間隙５には排出口２
２が１個所しか設けられてないから、間隙５内のアシス
トガス１１は旋回流となって排出口２１から排出される
ことになる。このアシストガス１１の旋回流によってブ
レードは回転させられることになるから、流入口からの
圧縮空気の噴射は必ずしも必要としない。
【００３４】上述した各実施形態においては、切断加工
用ノズル１の先端をピアシング加工用ノズル２に設けた
テーパ嵌合穴２ｃ嵌合するだけであったが、ピアシング
加工用ノズル２及び下敷き３を切断加工用ノズル１に着
脱自在に取り付けるようにすることができる。
【００３５】図５は、上述した各実施形態のピアシング
加工用ノズル２及び下敷き３を切断加工用ノズル１に着
脱自在に取り付ける取付構造を備えたピアシング加工用
ノズルの取付構造を示す図である。図５は切断加工用ノ
ズル１にピアシング加工用ノズル２及び下敷き３を取り
付けた状態を切断加工用ノズル１側から見た図（例え
ば、図１の例で上側から見た図）である。
【００３６】切断加工用ノズル１の外周部には、後述す
るクリップ３３が嵌合する溝が設けられている。又、ピ
アシング加工用ノズル２の上面（下敷き３が設けられた
面に対して反対側面）には軸３１，３１が植設され、該
軸３１，３１にクリップ３３，３３がそれぞれ回動自在
に枢着されている。又、２つのグリップ３３，３３間に
はバネ３２が架けられ、クリップは３３、３３は該バネ
３２によって軸３１，３１を中心に回転し互いに近接す
るように力を受けている。クリップ３３，３３の先端
は、テーパ状に形成され、このテーパ状に形成された部
位に取り外し用部材３４を押しあて押し込むことによっ
て、クリップ３３，３３をバネ３２の力に抗して図５で
破線で示すように開くことができる。
【００３７】取付構造のクリップ３３，３３を取り外し
用部材３４によって押し開いた状態にしてピアシング加
工用ノズル２のテーパ嵌合穴２ｃに切断加工用ノズル１
の先端を嵌合させ、次に取り外し用部材３４を取り除く
ことによって、クリップ３３，３３をバネ３２の力で閉
じさせ、クリップ３３、３３を切断加工用ノズル１に設
けられた溝に嵌合させる。これにより、切断加工用ノズ
ル１とピアシング加工用ノズル２及び下敷き３は一体化
するので、これら切断加工用ノズルノズル１をピアシン
グ加工位置に移動させれば、ピアシング加工用ノズル
２，下敷き３も共にピアシング加工位置に位置決めされ
ることになる。ピアシング加工のための各ノズル１，２
及び下敷き３の位置決めが非常に簡単となる。
【００３８】又、通常の切断加工を行う場合には、取り
外し用部材３４でクリップ３３，３３を図５で破線で示
すように開き、クリップ３３，３３を切断加工用ノズル
１に設けられた溝から離脱させ切断加工用ノズル１とピ
アシング加工用ノズル２の嵌合を解いてピアシング加工
用ノズル２と下敷き３を取り除けばよい。
【００３９】なお、図５で示した取付構造は、切断加工
用ノズル１にピアシング加工用ノズル２及び下敷き３を
着脱自在に取り付けるものであるが、切断加工用ノズル
１もしくは、この切断加工用ノズル１が取り付けられる
レーザ加工ヘッドに常時ピアシング加工用ノズル２及び
下敷き３取り付けておき、切断加工用ノズル１にピアシ
ング加工用ノズル２が嵌合する位置と該位置から待避し
て、通常の切断加工ができる待避位置を移動できるよう
にしてもよい。
【００４０】第１表は３ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を
用い、板厚２５ｍｍの軟鋼鋼板のピアシング加工を酸素
アシストガスで行った実験結果を示す表である。
【００４１】従来のパルス出力によるピアシング加工に
ついては、ノズル径の異なる（ａ）（ｂ）の２種類の実
験を行った。
【００４２】パルス出力によるピアシング加工（ａ）で
は、通常の切断加工用ノズルを用いそのノズル孔径が
３．０ｍｍで、アシストガスの圧力を０．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ2とした。レーザ発振器の出力を最高の３ｋＷとし、
発振器出力周波数は１０Ｈｚ、デューティー比を３０％
としてピアシング加工を行った結果、３０秒の加工時間
で径が１．５ｍｍの加工孔を加工した。
【００４３】パルス出力によるピアシング加工（ｂ）で
は、ノズル孔径が１．５ｍｍ（本発明のピアシング加工
用ノズルとして用いるノズル孔径と同一）を用い、アシ
ストガスの圧力を１．０ｋｇｆ／ｃｍ2とし、他はパル
ス出力によるピアシング加工（ａ）と同一条件でピアシ
ング加工を行った。その結果、径が１．ｍｍのピアシン
グ孔を２５秒で加工することができた。
【００４４】又、切断加工用ノズル（ノズル孔径が３．
０ｍｍ）を用い、アシストガスの圧力を０．３ｋｇｆ／
ｃｍ2とし、レーザ発振器出力は最高の３ｋＷ連続出力
として、ピアシング加工を行った結果、３秒でピアシン
グ加工を終了したが加工孔径は２０ｍｍ〜３０ｍｍで大
きな孔しか加工できなかった。
【００４５】本発明によるピアシング加工として、ノズ
ル孔径が１．５ｍｍのノズルを用い、アシストガスの圧
力を１．０ｋｇｆ／ｃｍ2とし、レーザ発振器出力を最
高の３ｋＷ連続出力としてピアシング加工を行った結
果、０．８秒で、径が６ｍｍの加工孔のピアシング加工
ができた。 第１表 パルス出力によ 切断用ノズルに 本発明による るピアシング よるピアシング ピアシング （ａ） （ｂ） ノズル孔径 3.0mm 1.5mm 3.0mm 1.5mm アシストガス圧力 0.3kgf/cm2 1.0kgf/cm2 0.3kgf/cm2 1.0kgf/cm2 発振器出力 3kW 3kW 3kW 3kW 発振器出力周波数 10Hz 10Hz − − デューティー比 30% 30% 100% 100% 加工孔径 1.5mm 1.5mm 20〜30mm 6mm 加工時間 30sec 25sec 3sec 0.8sec 第２表（出力３ｋＷ、ＳＳ４００材、板厚１９ｍｍ） ノズル径(mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 切断 不可 不可 不可 不良 不良 良好 良好 不可 ドロス 切断面 付着 不良 ピアシングsec ６ ３ １以下 １以下 １以下 １以下 １以下 １以下 孔径(mm) ３ ４ ６ ８ １０ 不良 不良 不良 第３表（出力６ｋＷ、ＳＳ４００材、板厚２５ｍｍ） ノズル径(mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 切断 ビーム 不可 不可 不可 不良 不良 良好 良好 径が大 ドロス 切断面 きすぎ 付着 不良 ピアシングsec ３ １以下 １以下 １以下 １以下 １以下 １以下 孔径(mm) ４ ６ ８ １０ 不良 不良 不良 切断加工用ノズルを用いてピアシング加工を行ったとき
と、本発明によるピアシング加工を比較すると、本発明
の方が加工時間が短くかつ加工孔径も小さいものが得ら
れた。又、本発明のピアシング加工と従来のパルス出力
によるピアシング加工を比較すると、加工孔径はパルス
出力によるピアシング加工の方が小さいものが得られる
が、加工時間は本発明の方が格段に短くなっている。特
に、ピアシングの加工時間が０．８秒と非常に短いこと
から、レーザビーム１０によってピアシング位置の加工
対象が溶融しこの溶融熱が他の部分に伝導する時間が非
常に短いことから、小さな径のピアシング孔が得られる
ものと予想される。
【００４６】又、第２表、第３表は、ノズルの孔径を変
えて切断加工、ピアシング加工を行った実験結果であ
る。第２表は３ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を用い、板
厚１９ｍｍの軟鋼鋼板（ＳＳ４００材）に適用したも
の、又、第３表は６ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を用
い、板厚２５ｍｍの軟鋼鋼板（ＳＳ４００材）に適用し
たものである。なお、ピアシング加工時のアシストガス
圧力は１．０ｋｇｆ／ｃｍ2としてレーザ発振器の連続
出力で加工を行ったものである。なお、ピアシング加工
時間及び孔径はバラツキがあり、上記第２，３表は平均
値示している。
【００４７】この第２，３表から明らかのように、ノズ
ル孔径が３．０ｍｍ以上になると、ピアシング加工は不
良となっている。これは、加工孔径が大きくなりすぎ、
多量の溶融物が飛散し、加工対象に付着して次の切断加
工の妨げとなるような場合や、加工点周辺が非常に高温
になり、その後の切断加工の際に加工対象が過熱状態と
なり、異常燃焼する「セルフバーニング」を起こす等の
問題が生じた場合を示している。
【００４８】このことから、ピアシング加工を行うには
ノズル孔径は集光したレーザビーム径よりも大きく２．
５ｍｍ以下程度がよい。又、ピアシング時間を優先する
か、ピアシング加工孔径の大きさを優先するかによって
異なるが、第２，３表から明らかのように、ノズル径が
１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍでは、ピアシング
加工時間は１秒以下であり、その変化量は小さいがピア
シング加工孔径６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、と２ｍｍの
幅で変化している。一方、ノズル孔径が１．０ｍｍで
は、ピアシング加工時間が３秒で、ピアシング加工孔径
は４ｍｍとなっている。即ち、ノズル孔径が１．０ｍｍ
から１．５ｍｍに変化したときピアシング加工時間は３
秒から１秒以下と大きく変化し、ピアシング加工孔径は
２ｍｍ幅で変化している。このことから、ピアシング加
工時のノズル孔径は１．５ｍｍ前後が適している。
【００４９】なお、上述した各実施形態では、ピアシン
グ加工用ノズル２と下敷き３をペアで使用する例を説明
したが、下敷きを用いずピアシング加工用ノズルのみを
用いてピアシング加工を行ってもよい。この場合、溶融
物が加工対象の表面に付着素という欠点は避けられない
が、ピアシング加工が短期間でできるという効果があ
る。又、ピアシングの加工孔の径が小さいことから、溶
融物の量が少なく加工対象に付着する量も少なくて済む
という効果はある。
【００５０】逆に、ピアシング加工用ノズル２を用いず
に、下敷き３のみ用いてもよい。この場合には、従来の
ピアシング加工に適用し加工対象の表面に溶融物が付着
することを防止できるという効果がある。
【００５１】さらに、上述した各実施形態では、切断加
工用ノズル１にピアシング加工用ノズル２を付加する例
を述べたが、レーザ加工ヘッドに取り付けるノズルを自
動的に交換できるノズル自動交換装置を備えたレーザ加
工装置を用い、切断加工用ノズルとピアシング加工用ノ
ズルをこのノズル自動交換装置に配置しておき、ピアシ
ング加工時には、ＮＣプログラムを読み込んで動作する
数値制御装置等の制御装置からの指令でレーザ加工ヘッ
ドに自動的にピアシング加工用ノズルを装着しね、ピア
シング加工を行い、この加工終了後、切断加工用ノズル
を自動的にレーザ加工ヘッドに取付るようにすればよ
い。
【００５２】
【発明の効果】本発明は、孔径の小さなピアシング加工
を短時間に行うことができ、飛散溶融物の量も少なくす
る。飛散溶融物を下敷きで捕獲し、加工対象の表面に付
着しないように防御することができる。さらには、下敷
き上に落下した飛散溶融物を強制的に除去し連続ピアシ
ング加工を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノズル部に下敷きを有するレーザ加工装置の例
におけるノズル部の要部断面図である。
【図２】同例においてピアシング加工から通常の切断加
工に移行する説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるピアシング加
工用ノズル２及び下敷き３を切断加工用ノズル１に着脱
自在に取り付ける取付構造の説明図である。
【符号の説明】
１ 切断加工用ノズル １ａ ノズル孔 ２ ピアシング加工用ノズル ２ａ ノズル孔 ２ｂ スペーサ ２ｂ’ スペーサ兼カバー ２ｃ テーパ嵌合穴 ３ 下敷き ３ａ 孔 ４ 枢着部 ５ 間隙 ６ 加工対象 １０ レーザビーム １１ アシストガス ２１ 排出口 ２２ 流入口 ２３ 噴射口 ２４ ブレード ２５ ボールベアリング ３１ 軸 ３２ バネ ３３ クリップ ３４ 取り外し部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−113784（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−314189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−169186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/38

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器から出力されたレーザビー
    ムを集光し、ノズル孔を通して加工対象に照射し、同時
    に前記ノズル孔からアシストガスを噴出させ、加工対象
    を加工するレーザ加工装置において、 切断加工用ノズルと、孔径が集光したレーザビーム径よ
    りも大きく、かつ前記切断加工用ノズルの孔径より小さ
    いピアシング加工用ノズルと、ピアシング加工用として
    加工対象を覆う下敷きとを備え、 ピアシング加工時には前記下敷きに設けられた孔とピア
    シング加工用ノズルのノズル孔が重なり、かつピアシン
    グ加工用ノズルと前記下敷きの間に間隙が設けられてい
    るように組み合わされ、該ピアシング加工用ノズル及び
    下敷きを前記切断加工用ノズルと自動交換する手段と、 前記間隙内で作動し、前記下敷き上から飛散溶融物を排
    除する飛散溶融物排除手段が設けられているレーザ加工
    装置。
  2. 【請求項２】 レーザ発振器から出力されたレーザビー
    ムを集光し、ノズル孔を通して加工対象に照射し、同時
    に前記ノズル孔からアシストガスを噴出させ、加工対象
    を加工するレーザ加工装置において、 切断加工用ノズルと、孔径が集光したレーザビーム径よ
    りも大きく、かつ前記切断加工用ノズルの孔径より小さ
    いピアシング加工用ノズルと、ピアシング加工用として
    加工対象を覆う下敷きとを備え、 ピアシング加工時には前記下敷きに設けられた孔とピア
    シング加工用ノズルのノズル孔が重なり、かつピアシン
    グ加工用ノズルと前記下敷きの間に間隙が設けられてい
    るように組み合わされ、該ピアシング加工用ノズル及び
    下敷きを前記切断加工用ノズルに装着する手段と、 前記間隙内で作動し、前記下敷き上から飛散溶融物を排
    除する飛散溶融物排除手段が設けられているレーザ加工
    装置。
  3. 【請求項３】 前記飛散溶融物排除手段は前記間隙に気
    体又は液体を噴出する手段である請求項１又は請求項２
    記載のレーザ加工装置。
  4. 【請求項４】 前記飛散溶融物排除手段は前記間隙内を
    回転するブレードである請求項１又は請求項２記載のレ
    ーザ加工装置。
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