JP6035088B2 - Nozzle for laser processing head - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工ヘッドに使用される二重構造のノズルに係り、さらに詳細には、レーザ加工位置からの戻り光の入射を抑制し、かつレーザ加工位置から集光レンズ側へ飛散するスパッタ等を抑制することができるレーザ加工ヘッド用ノズルに関する。 The present invention relates to a double-structure nozzle used in a laser processing head, and more specifically, a sputter that suppresses the incidence of return light from the laser processing position and scatters from the laser processing position to the condenser lens side. It is related with the nozzle for laser processing heads which can suppress etc.
ワークのレーザ加工を行うとき、レーザ加工位置へアシストガスを噴射供給するために、二重構造のノズルが使用されている(例えば特許文献1参照)。 When performing laser processing of a workpiece, a double-structure nozzle is used to inject and supply assist gas to a laser processing position (see, for example, Patent Document 1).
前記特許文献1には、内側ノズルの外側に外側ノズルを備えた二重構造のノズルが記載されている。そして、二重構造のノズルとしては、内側ノズル内と、内側ノズルと外側ノズルとの間に形成された環状のアシストガス通路とへ、それぞれ別個のアシストガス供給源からアシストガスを供給する構成がある。また、内側ノズルに、環状のアシストガス通路に連通した連通孔を備えた構成(特許文献1の図6参照)とがある。 Patent Document 1 describes a double-structure nozzle having an outer nozzle outside the inner nozzle. The dual-structure nozzle has a configuration in which assist gas is supplied from separate assist gas supply sources into the inner nozzle and the annular assist gas passage formed between the inner nozzle and the outer nozzle. is there. Further, there is a configuration in which the inner nozzle is provided with a communication hole communicating with the annular assist gas passage (see FIG. 6 of Patent Document 1).
特許文献1に記載された後者の構成は、図2に示すごとき構成である。すなわち、従来の二重構造のノズル1は、テーパ状の内側ノズル3の外側に外側ノズル5を備え、前記内側ノズル3の外周面と前記外側ノズル5の内周面との間に、テーパ状で環状のアシストガス通路7を備えている。そして、アシストガス供給源9から前記内側ノズル3内へ供給されたアシストガスは、内側ノズル3に備えた複数の連通孔11から前記アシストガス通路7へ噴出される構成である。
The latter configuration described in Patent Document 1 is a configuration as shown in FIG. That is, the conventional double-structure nozzle 1 includes an
上記構成において、レーザ発振器13から発振されたレーザ光LBをワークWへ照射すると共に、アシストガス供給源9から内側ノズル3内へアシストガスを供給することにより、アシストガスの一部は内側ノズル3のノズル口15から噴出される。また、アシストガスの一部は連通孔11からアシストガス通路7へ噴出され、外側ノズル5のノズル口17からワークWのレーザ加工位置19へ噴出されることになる。
In the above-described configuration, the work W is irradiated with the laser beam LB oscillated from the
レーザ加工としてのピアス加工時には、レーザ加工位置19からの反射光の一部が戻り光として内側ノズル3のノズル口15から内部へ侵入すると、例えば光ファイバなどの光学系に損傷を与えることがある。したがって、前記ノズル口15からの戻り光の侵入を抑制することが望まれている。
At the time of piercing as laser processing, if a part of the reflected light from the
また、レーザ加工位置19から飛散するスパッタ等が前記ノズル口15から内部へ侵入すると、例えば集光レンズ等に付着して損傷することがある。また、レーザ加工位置19から飛散したスパッタ等が内側ノズル3の外周面及び連通孔11の部分に付着することがある。
Further, when spatter or the like scattered from the
ところで、前記連通孔11から前記アシストガス通路7内へアシストガスが噴出されているので、前記アシストガス通路7内にはノズル口17へ向かうアシストガスの流れが存在する。前記連通孔11の位置は前記アシストガス通路7の基端部分に設けられているので、連通孔11からアシストガス通路7内へ噴出されたアシストガスは、外側ノズル5の内周面に当接し、外側ノズル5の内周面に沿って前記ノズル口17方向へ流れるときに、流れが内周面に沿って次第に広がり、その後にノズル口17において集合する傾向にあるものである。
By the way, since the assist gas is ejected from the
したがって、ノズル口17におけるアシストガスの流れにむらを生じ易いものであり、ワークのレーザ切断加工進行方向によってはドロス等の吹き飛ばしの均一性に欠けることがある。しかも、前記連通孔11からアシストガスが噴出することにより、前記内側ノズル3における連通孔11付近の外周面にスパッタ等を巻き込み易く付着し易い傾向にある。
Therefore, the flow of the assist gas at the
また、前記構成においては、外側ノズル5のノズル口17に、内側ノズル3のノズル口15が近接してあるので、レーザ加工位置19から飛散するスパッタや戻り光が内側ノズル3内に入り易い、という問題がある。
Moreover, in the said structure, since the
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、内側ノズルの外側に外側ノズルを備えると共に、前記内側ノズルと外側ノズルとの間に備えた環状のアシストガス通路と前記内側ノズルの内側とを連通した複数の連通孔を前記内側ノズルに備えたレーザ加工ヘッド用ノズルであって、前記アシストガス通路の基部に、前記各連通孔から噴出されて前記外側ノズルの先端に備えたノズル口へ指向するアシストガスの環状のガス流における流れの均一化を図るための環状の圧力調整部を備えており、
前記外側ノズルは、前記圧力調整部の下側に、当該圧力調整部におけるストレート穴よりも小径のストレート穴を備え、この小径のストレート穴の下部に、前記外側ノズルの先端部に形成したノズル口に連接したテーパ穴を備え、
レーザ加工位置と前記内側ノズルにおけるノズル口の内周面とを結ぶことによって形成される円錐形のテーパ角をより小さくして、内側ノズル内へのスパッタ及び戻り光の侵入をより少なくするために、前記内側ノズルの先端部は前記外側ノズルの前記テーパ穴内であって、前記圧力調整部と前記ノズル口とのほぼ中間高さに位置し、
前記内側ノズルの先端部と前記ノズル口との間に、前記圧力調整部からの環状のアシストガスの流れと前記内側ノズルのノズル口から噴出されるアシストガスの流れとを合流する合流領域を備えている。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes an outer nozzle outside the inner nozzle, an annular assist gas passage provided between the inner nozzle and the outer nozzle, and an inner side of the inner nozzle. A nozzle for a laser processing head provided with a plurality of communication holes in the inner nozzle, the nozzle opening being ejected from each of the communication holes and provided at the tip of the outer nozzle at the base of the assist gas passage and a pressure adjusting portion of the annular to achieve uniform flow in the annular gas flow of the assist gas directed to,
The outer nozzle is provided with a straight hole having a diameter smaller than that of the straight hole in the pressure adjusting unit on the lower side of the pressure adjusting unit, and a nozzle port formed at a tip of the outer nozzle at a lower portion of the small diameter straight hole. With a tapered hole connected to
In order to reduce the taper angle of the conical shape formed by connecting the laser processing position and the inner peripheral surface of the nozzle opening of the inner nozzle, and to reduce spatter and return light intrusion into the inner nozzle. The tip of the inner nozzle is in the taper hole of the outer nozzle, and is located at a substantially intermediate height between the pressure adjusting portion and the nozzle opening,
A merging region is provided between the tip of the inner nozzle and the nozzle port to merge the flow of the annular assist gas from the pressure adjusting unit and the flow of the assist gas ejected from the nozzle port of the inner nozzle. ing.
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおける先端部の外径は、前記外側ノズルにおける前記ノズル口の径よりも大きいことを特徴とするものである。 In the laser processing head nozzle, the outer diameter of the tip portion of the inner nozzle is larger than the diameter of the nozzle port of the outer nozzle.
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおけるテーパ穴の先端側に、当該テーパ穴のテーパ角よりもテーパ角が大きなテーパ穴を備えていることを特徴とするものである。 In the laser processing head nozzle, a taper hole having a taper angle larger than a taper angle of the taper hole is provided on a tip end side of the taper hole in the inner nozzle.
本発明によれば、内側ノズルと外側ノズルとの間の環状のアシストガス通路内におけるアシストガスの流れの均一化を図ることができる。また、内側ノズル内へのスパッタや戻り光の侵入を抑制することができるものである。 According to the present invention, the flow of the assist gas can be made uniform in the annular assist gas passage between the inner nozzle and the outer nozzle. In addition, it is possible to suppress spatter and return light from entering the inner nozzle.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド用ノズル(以下、単にノズルと称す)21は、レーザ加工ヘッド23の先端部に着脱可能に装着してある。上記ノズル21は、従来のノズルと同様に、内側ノズル23の外側に外側ノズル25を備えた構成である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A laser processing head nozzle (hereinafter simply referred to as a nozzle) 21 according to an embodiment of the present invention is detachably attached to a tip portion of a
前記内側ノズル23は外側ノズル25における嵌合穴27に一体的に嵌合した、外周が円形状の嵌合部29を備えている。そして、上記嵌合部29の下部には先端側(下端側)が次第に小径になるテーパ状部31が一体に備えられており、このテーパ状部31の基端外周部と前記嵌合部29の外周面との間には環状の平面部33が形成してある。前記内側ノズル23内には、下端側が次第に小径になる第1テーパ穴35が形成してあり、この第1テーパ穴35の先端側には、内側ノズル23におけるノズル口37に連通した第2テーパ穴39が備えられている。
The
前記第2テーパ穴39は、前記第1テーパ穴35内を前記ノズル口37方向へ流れているアシストガスを一時的に絞る作用をなすものであって、この第2テーパ穴39のテーパ角は第1テーパ穴35のテーパ角よりも大きく形成してある。したがって、第1テーパ穴35内をノズル口37方向へ流れていたアシストガスは、第2テーパ穴39の位置において急激に絞られる態様となり、当該第2テーパ穴39の部分において圧力が上昇し、前記ノズル口37から噴出するアシストガスの流速を増すものである。よって、前記ノズル口37からスパッタ等が内側ノズル23内に侵入することをより効果的に抑制することができるものである。
The
前記内側ノズル23において、前記テーパ状部31の基端部に近接した位置には、径がほぼ等しい複数の連通孔41が周方向に等間隔に備えられている。
In the
前記外側ノズル25において、前記嵌合穴27の下部には、中径のストレート穴43が形成してあり、このストレート穴43の下部には、環状の段差部45を形成することによって小径のストレート穴47が形成してある。そして、上記ストレート穴47の下部には、外側ノズル25の先端部に形成したノズル口49に連接したテーパ穴51が形成してある。
In the
前記内側ノズル23の先端部は前記外側ノズル25における前記テーパ穴51内であって、前記段差部45と前記ノズル口49とのほぼ中間高さ位置に位置し、前記ノズル口49から大きく離隔してある。そして、前記内側ノズル23における先端面(先端部)23Fの外径は、前記ノズル口49の内径よりも大きく形成してある。
The tip of the
前記構成により、前記内側ノズル23における下部の平面部33の下側には、前記内側ノズル23における前記テーパ状部31の基端部側を囲繞した前記ストレート穴43の内周面との間に、環状の圧力調整部53を備えた構成となるものである。そして、前記テーパ状部31に形成した前記連通穴41は、前記段差部45方向を指向してある。
With the above-described configuration, the lower side of the lower
上記構成により、前記連通穴41から圧力調整部53内へ、図1に示す矢印Aのごとく噴出されたアシストガスは、前記段差部45の存在により、当該段差部45と前記テーパ状部31の外周面との間に形成された環状の絞り部55によって、前記テーパ状部31とストレート穴47の内周面との間の環状のアシストガス通路57内へ直ちに流入することが抑制される。したがって、前記連通穴41から噴出されたアシストガスは、前記圧力調整部53内において、矢印Bのごとく旋回する傾向にあり、前記テーパ状部31の外周面に沿って前記アシストガス通路57内へ流入する傾向にあるものである。
With the above-described configuration, the assist gas ejected from the communication hole 41 into the
上記説明より理解されるように、前記連通穴41から圧力調整部53内へ噴出されたアシストガスは、絞り部55の作用によって絞られるので、前記圧力調整部53内において圧力の均一化が図られることになるものである。したがって、前記絞り部55から前記アシストガス通路57内へ流れる環状のアシストガスの流れはむらのないほぼ均一な流れとなるものである。
As understood from the above description, since the assist gas ejected from the communication hole 41 into the
既に理解されるように、内側ノズル23の前記連通孔41は、前記絞り部55よりも上側に位置して備えられている。したがって、レーザ加工位置から飛散して前記連通孔41付近に付着する傾向にあるスパッタ等は、前記絞り部55において流速が増速されたアシストガスによって上昇がより効果的に抑制されると共に、前記圧力調整部53内における旋回流(矢印Bの流れ)によって上昇が抑制される。よって、前記連通孔41付近及び内側ノズル23の外周面へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
As already understood, the communication hole 41 of the
前記絞り部55を通過したアシストガスの環状の流れは、前記内側ノズル23における先端面23Fと前記外側ノズル25におけるノズル口49との間の合流領域59において合流される。この合流領域59は、前記内側ノズル23の先端面23Fが前記圧力調整部53と前記外側ノズル25のノズル口49との間のほぼ中間高さに位置することにより、比較的大きな空間領域に形成してある。したがって、上記合流領域59において周囲から合流したアシストガス及び内側ノズル23のノズル口37から噴出されたアシストガス流の均一化が図られることになる。
The annular flow of the assist gas that has passed through the
したがって、外側ノズル25のノズル口49から噴出されるアシストガスは、むらのない均一な流れとなるものである。よって、レーザ切断加工の進行方向が変化した場合であっても、ドロス等の吹き飛ばしを良好に行うことができるものである。
Therefore, the assist gas ejected from the
既に理解されるように、内側ノズル23と外側ノズル25との間に形成された環状のアシストガス通路57の基部には、内側ノズル23の連通孔41から噴出されたアシストガスの流れの均一化を図るための環状の圧力調整部53を備えている。
As already understood, at the base of the annular
したがって、前記アシストガス通路57内におけるアシストガス流の均一化を図ることができ、内側ノズル23におけるテーパ状部31の周面及び前記連通孔41付近へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
Accordingly, the assist gas flow in the assist
また、前記圧力調整部53と環状のアシストガス通路57との間には絞り部55が備えられており、内側ノズル23において前記圧力調整部53方向を指向して設けた連通孔41は、前記絞り部55よりも上側に備えられている。したがって、前記圧力調整部53内に旋回流を生じて、内側ノズル23におけるテーパ状部31の外周面に沿ってのガス流を生じる傾向にある。よって、前記テーパ状部31の外周面及び前記連通孔41付近へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
In addition, a
また、内側ノズル23における先端面23Fの径は外側ノズル25におけるノズル口49の径より大きく形成してある。したがって、レーザ加工位置から環状のアシストガス通路57方向へ飛散する傾向にあるスパッタ等の減少化を図ることができるものである。
Further, the diameter of the
さらに、前記内側ノズル23における先端部の高さ位置は、圧力調整部53と外側ノズル25におけるノズル口49との間のほぼ中間高さ位置に位置してある。したがって、前記ノズル口49から前記内側ノズル23の先端部までの離隔距離は大きくなるものである。よって、レーザ加工位置と前記ノズル口37の内周面とを結ぶことによって形成される仮想の円錐形におけるテーパ角をより小さくすることができ、内側ノズル23内へのスパッタ等の侵入及び戻り光の侵入をより少なくすることができるものである。
Further, the height position of the tip portion of the
また、前記構成においては、内側ノズル23における第1テーパ穴35の先端側に、当該第1テーパ穴35のテーパ角よりもテーパ角が大きな第2テーパ穴39を備えた構成である。したがって、第1テーパ穴35内を流れてノズル口37から噴出されるアシストガスは、第2テーパ穴39の部分において一時的に圧力が上昇される。よって、前記ノズル口37から噴出されるアシストガスの流速はより大きくなるものであり、ノズル口37内へ飛散侵入する傾向にあるスパッタ等の侵入をより効果的に抑制することができるものである。
In the configuration described above, the second
さらに、前記外側ノズル25は、環状の圧力調整部53の下側にストレート穴47を備え、このストレート穴47の下側に備えたテーパ穴51内に、内側ノズル23におけるテーパ状部31の先端側が位置してある。したがって、前記テーパ穴51の内周面と前記テーパ状部31の外周面との間にテーパ状のアシストガス通路が形成される。よって、外側ノズル25のノズル口49方向へ流れるアシストガスの層流化を図ることができるものである。
Further, the
21 レザー加工ヘッド用ノズル
23 内側ノズル
25 外側ノズル
31 テーパ状部
35 第1テーパ穴
37 ノズル口
39 第2テーパ穴
41 連通孔
45 段差部
49 ノズル口
53 圧力調整部
55 絞り部
57 アシストガス通路
21 Nozzle for
Claims (3)
前記外側ノズルは、前記圧力調整部の下側に、当該圧力調整部におけるストレート穴よりも小径のストレート穴を備え、この小径のストレート穴の下部に、前記外側ノズルの先端部に形成したノズル口に連接したテーパ穴を備え、
レーザ加工位置と前記内側ノズルにおけるノズル口の内周面とを結ぶことによって形成される円錐形のテーパ角をより小さくして、内側ノズル内へのスパッタ及び戻り光の侵入をより少なくするために、前記内側ノズルの先端部は前記外側ノズルの前記テーパ穴内であって、前記圧力調整部と前記ノズル口とのほぼ中間高さに位置し、
前記内側ノズルの先端部と前記ノズル口との間に、前記圧力調整部からの環状のアシストガスの流れと前記内側ノズルのノズル口から噴出されるアシストガスの流れとを合流する合流領域を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。 A laser having an outer nozzle outside the inner nozzle, and a plurality of communication holes that communicate the annular assist gas passage provided between the inner nozzle and the outer nozzle with the inner side of the inner nozzle. A nozzle for a machining head, wherein the flow of an assist gas in an annular gas flow directed to a nozzle port provided at a tip of the outer nozzle is ejected from each communication hole at a base portion of the assist gas passage. It has an annular pressure adjustment part for planning ,
The outer nozzle is provided with a straight hole having a diameter smaller than that of the straight hole in the pressure adjusting unit on the lower side of the pressure adjusting unit, and a nozzle port formed at a tip of the outer nozzle at a lower portion of the small diameter straight hole. With a tapered hole connected to
In order to reduce the taper angle of the conical shape formed by connecting the laser processing position and the inner peripheral surface of the nozzle opening of the inner nozzle, and to reduce spatter and return light intrusion into the inner nozzle. The tip of the inner nozzle is in the taper hole of the outer nozzle, and is located at a substantially intermediate height between the pressure adjusting portion and the nozzle opening,
A merging region is provided between the tip of the inner nozzle and the nozzle port to merge the flow of the annular assist gas from the pressure adjusting unit and the flow of the assist gas ejected from the nozzle port of the inner nozzle. A nozzle for a laser processing head characterized by comprising:
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