JP6167055B2 - Laser nozzle, laser processing apparatus, and laser processing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザノズル、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser nozzle, a laser processing apparatus, and a laser processing method.
熱加工による部材の切断方法として、特許文献1に開示されているようなトーチ切断方法、及びレーザ切断方法などが知られている。レーザ切断方法は、部材にレーザ光を照射してその部材の一部を溶融させることによって部材を切断する方法である。 As a method for cutting a member by thermal processing, a torch cutting method and a laser cutting method disclosed in Patent Document 1 are known. The laser cutting method is a method of cutting a member by irradiating the member with laser light and melting a part of the member.
レーザ光の照射により発生した溶融物はドロスと呼ばれる。発生したドロスを放置しておくと、加工後の部材の品質が低下する可能性がある。例えば、ドロスにより部材に対するレーザ光の照射が妨げられ、部材が良好に加工されない可能性がある。また、ドロスの再凝固により部材の切断面の品質が低下する可能性がある。そのため、発生したドロスを効率良く除去する必要がある。 The melt generated by laser light irradiation is called dross. If the generated dross is left untreated, the quality of the processed member may be deteriorated. For example, the dross may prevent the member from being irradiated with laser light, and the member may not be processed satisfactorily. Moreover, the quality of the cut surface of a member may fall by resolidification of dross. Therefore, it is necessary to efficiently remove the generated dross.
本発明の態様は、ドロスを効率良く除去してレーザ加工された部材の品質の低下を抑制できるレーザノズル、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 An object of an aspect of the present invention is to provide a laser nozzle, a laser processing apparatus, and a laser processing method capable of efficiently removing dross and suppressing deterioration of the quality of a laser processed member.
本発明の第1の態様は、レーザ光及びアシストガスを供給する第1開口と、前記第1開口の周囲の少なくとも一部に配置された第2開口と、シールドガス供給源からのシールドガスが供給される喉部と、前記喉部と前記第2開口とを結び、前記第2開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有する内部流路と、一端部が前記喉部と接続され、他端部が外部空間と接続され、前記外部空間の流体を前記内部流路に導入する導入流路と、を備え、前記シールドガス供給源からのシールドガスと前記外部空間の流体との混合流体が前記第2開口から供給されるレーザノズルを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first opening for supplying a laser beam and an assist gas, a second opening disposed in at least a part of the periphery of the first opening, and a shield gas from a shield gas supply source. An internal flow path having a throat portion to be supplied, a diffusing portion that connects the throat portion and the second opening and increases in cross-sectional area toward the second opening, and one end portion connected to the throat portion The other end is connected to the external space, and an introduction flow path for introducing the fluid in the external space into the internal flow path, the shield gas from the shield gas supply source and the fluid in the external space A laser nozzle is provided in which a mixed fluid is supplied from the second opening.
本発明の第2の態様は、部材にレーザ光を照射して前記部材を加工するレーザ加工装置であって、第1の態様のレーザノズルと、前記部材を支持するテーブルと、を備え、前記レーザノズルの前記第1開口からの前記レーザ光及び前記アシストガスの供給と並行して、前記第2開口からの前記混合流体の供給を行うレーザ加工装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus for processing the member by irradiating the member with laser light, comprising the laser nozzle of the first aspect and a table for supporting the member, Provided is a laser processing apparatus for supplying the mixed fluid from the second opening in parallel with the supply of the laser light and the assist gas from the first opening of a laser nozzle.
本発明の第3の態様は、レーザノズルの第1開口から射出されたレーザ光を部材に照射することと、前記レーザ光の射出と並行して前記第1開口からアシストガスを供給して、前記レーザ光の照射により発生した前記部材のドロスを除去することと、喉部と、前記喉部と前記第1開口の周囲の少なくとも一部に配置された第2開口とを結び前記第2開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有し、前記レーザノズルの内部に形成された内部流路の前記喉部に、前記レーザ光の射出及び前記アシストガスの供給と並行して、シールドガス供給源からシールドガスを供給することと、前記喉部と前記レーザノズルの外部空間とを結ぶ導入流路を介して、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスが流れる前記喉部と前記外部空間との圧力差により前記外部空間の流体を前記内部流路に導入することと、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスと前記外部空間の流体との混合流体を前記第2開口から供給することと、を含むレーザ加工方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, the member is irradiated with the laser beam emitted from the first opening of the laser nozzle, and the assist gas is supplied from the first opening in parallel with the emission of the laser beam. Removing the dross of the member generated by the irradiation of the laser beam, and connecting the throat, the throat and the second opening disposed at least part of the periphery of the first opening, the second opening; A diffusion portion having a cross-sectional area that increases toward the throat, and in parallel with the emission of the laser light and the supply of the assist gas to the throat portion of the internal flow path formed inside the laser nozzle, Supplying the shield gas from a shield gas supply source, and the throat portion through which the shield gas from the shield gas supply source flows through an introduction flow path connecting the throat portion and the external space of the laser nozzle; With external space Introducing a fluid in the external space into the internal flow path by a force difference, and supplying a mixed fluid of the shield gas from the shield gas supply source and the fluid in the external space from the second opening; A laser processing method is provided.
本発明の態様によれば、ドロスを効率良く除去してレーザ加工された部材の品質の低下を抑制できる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the quality of the laser processed member by efficiently removing the dross.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of each embodiment described below can be combined as appropriate. Some components may not be used. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内の一方向をX軸方向、所定面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向をZ軸方向とする。本実施形態において、所定面(XY平面)は、水平面である。なお、所定面は、水平面に対して傾斜した面でもよい。 In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. One direction in the predetermined plane is defined as the X-axis direction, the direction orthogonal to the X-axis direction in the predetermined plane is defined as the Y-axis direction, and the direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction is defined as the Z-axis direction. In the present embodiment, the predetermined plane (XY plane) is a horizontal plane. The predetermined surface may be a surface inclined with respect to the horizontal plane.
図1は、本実施形態に係るレーザ加工装置100の一例を示す模式図である。図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザ発振器11と、レーザ発振器11に接続された光ファイバ12と、光ファイバ12の他端に接続されたレーザヘッド13と、レーザヘッド13に設けられたレーザノズル20と、加工対象の部材(ワーク)Wを支持して移動可能なテーブル18と、テーブル18を移動可能な駆動装置19と、レーザ加工装置100を制御する制御装置10と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a
また、レーザ加工装置100は、アシストガス配管15を介してレーザヘッド13と接続されたアシストガス供給源14と、シールドガス配管17を介してレーザヘッド13と接続されたシールドガス供給源16とを備えている。
Further, the
レーザ加工装置100は、テーブル18に支持された部材Wにレーザノズル20から射出されたレーザ光LBを照射して、その部材Wを加工する。本実施形態において、レーザ光LBによる部材Wの加工は、部材Wの切断加工、及び部材Wの穴あけ加工の少なくとも一方を含む。
The
本実施形態において、部材Wは、板状の部材である。なお、部材Wは、ブロック状の部材でもよいし、球状の部材でもよい。本実施形態においては、部材Wは、金属製である。なお、部材Wは、非金属製でもよい。部材Wは、鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ステンレス、チタン、タングステン、Ni基耐熱合金、セラミックス、シリコン、合成樹脂、及び繊維強化プラスチックの少なくとも一つでもよい。 In the present embodiment, the member W is a plate-like member. The member W may be a block-shaped member or a spherical member. In the present embodiment, the member W is made of metal. The member W may be made of a nonmetal. The member W may be at least one of steel, carbon steel, heat resistant steel, stainless steel, titanium, tungsten, Ni-based heat resistant alloy, ceramics, silicon, synthetic resin, and fiber reinforced plastic.
レーザ発振器11は、レーザ光LBを発生する。レーザ発振器11で発生したレーザ光LBは、光ファイバ12を介してレーザヘッド13に供給される。レーザヘッド13は、光学系を有する。本実施形態において、光学系の光軸AXは、Z軸と平行である。レーザヘッド13の光学系を通過したレーザ光LBは、レーザノズル20に供給される。
The
アシストガス供給源14は、アシストガスGaを供給する。本実施形態において、アシストガスGaは、不活性ガスである。不活性ガスは、窒素ガス及びアルゴンガスの少なくとも一方を含む。なお、アシストガスGaは、酸素ガスでもよいし、空気でもよい。アシストガスGaの種類に応じて、レーザ光LBによる加工速度を含む加工条件を調整することができる。アシストガス供給源14から送出されたアシストガスGaは、アシストガス配管15及びレーザヘッド13を介して、レーザノズル20に供給される。
The assist
シールドガス供給源16は、シールドガスGsを供給する。本実施形態において、シールドガスGsは、アシストガスGaと同じ種類のガスである。なお、シールドガスGsは、アシストガスGaと異なる種類のガスでもよい。シールドガスGsは、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、及び空気から選択されてもよい。シールドガス供給源16から送出されたシールドガスGsは、シールドガス配管17及びレーザヘッド13を介して、レーザノズル20に供給される。
The shield
テーブル18は、部材Wを支持した状態で、レーザノズル20から射出されるレーザ光LBの照射位置を含む所定面内(XY平面内)を移動可能である。テーブル18は、駆動装置19により、XY平面内において移動する。
The table 18 is movable in a predetermined plane (in the XY plane) including the irradiation position of the laser beam LB emitted from the
本実施形態において、レーザ加工装置100は、少なくともレーザノズル20を収容するチャンバ装置9を備えている。レーザノズル20は、チャンバ装置9の内部空間HCに配置される。チャンバ装置9は、空調ユニットを含み、レーザノズル20が配置されている内部空間HCを大気圧空間に調整する。チャンバ装置9の内部空間HCは、気体Ghで満たされる。本実施形態において、気体Ghは、空気である。なお、気体Ghは、窒素ガス又はアルゴンガスのような不活性ガスでもよいし、酸素ガスでもよい。
In the present embodiment, the
図2は、本実施形態に係るレーザノズル20の一例を示す側断面図である。図3は、本実施形態に係るレーザノズル20を下側(−Z側)から見た図である。図2及び図3に示すように、レーザノズル20は、レーザ光LB及びアシストガスGaを供給する第1開口21と、第1開口21の周囲の少なくとも一部に配置された第2開口22と、第1開口21と接続され、レーザ光LB及びアシストガスGaが通る内部通路30と、第2開口22と接続され、少なくとも一部においてシールドガスGsが通る内部流路40とを備えている。
FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the
本実施形態において、レーザノズル20は、実質的に筒状の部材である。レーザノズル20の中心軸は、光軸AX(Z軸)と平行である。本実施形態において、レーザノズル20の中心軸と光軸AXとは一致する。なお、光軸AXに対してレーザノズル20の中心軸がXY平面内においてシフトしてもよい。
In the present embodiment, the
レーザノズル20は、部材Wが対向可能な下面23と、下面23の周囲に配置された外周面24とを有する。下面23は、XY平面と平行である。外周面24は、光軸AXに対する放射方向に関して外側に向かって上方に傾斜する。
The
第1開口21は、レーザノズル20の下面23に配置される。第1開口21は、下面23の中央部に設けられる。光軸AXは、第1開口21を通る。
The
内部通路30は、レーザノズル20の内部に形成される。光軸AXは、内部通路30を通る。レーザ発振器11で発生し、レーザヘッド13の光学系を通過したレーザ光LBは、内部通路30を通る。内部通路30を通過したレーザ光LBは、第1開口21から射出される。第1開口21から射出されたレーザ光LBは、部材Wに供給される。第1開口21から射出されたレーザ光LBが部材Wに照射されることによって、その部材Wの一部が溶融する。部材Wの一部が溶融することにより、その部材Wがレーザ光LBで加工される。部材Wの一部が溶融することにより、部材Wが切断される。なお、部材Wの一部が溶融することにより、部材Wに孔があけられてもよい。
The
レーザ光LBの照射により、部材Wにドロスが発生する。ドロスは、レーザ光LBの照射により部材Wに発生した溶融物である。発生したドロスを放置しておくと、加工後の部材Wの品質が低下する可能性がある。例えば、ドロスにより部材Wに対するレーザ光LBの照射が妨げられ、部材Wが良好に加工されない可能性がある。また、ドロスの再凝固により部材Wの切断面の品質が低下する可能性がある。 Dross is generated in the member W by the irradiation with the laser beam LB. Dross is a melt generated in the member W by the irradiation of the laser beam LB. If the generated dross is left untreated, the quality of the processed member W may deteriorate. For example, the dross may prevent the member W from being irradiated with the laser beam LB, and the member W may not be processed satisfactorily. Moreover, the quality of the cut surface of the member W may fall by resolidification of dross.
本実施形態において、レーザ加工装置100は、部材WにアシストガスGaを供給して、部材Wに発生したドロスを除去する。アシストガスGaが供給されることにより、ドロスが部材Wから吹き飛ばされる。これにより、ドロスが部材Wから除去される。
In the present embodiment, the
アシストガス供給源14から送出され、アシストガス配管15を通過したアシストガスGaは、内部通路30を通る。内部通路30を通過したアシストガスGaは、第1開口21から噴射される。第1開口21から噴射されたアシストガスGaは、部材Wに供給される。第1開口21から噴射されたアシストガスGaが部材Wに吹き付けられることによって、部材Wのドロスが吹き飛ばされる。これにより、部材Wからドロスが除去される。
The assist gas Ga sent from the assist
本実施形態においては、第1開口21から部材Wに対してレーザ光LB及びアシストガスGaの両方が供給される。レーザ光LBとアシストガスGaとは同時に供給される。アシストガスGaは、レーザ光LBの光路を流れる。換言すれば、レーザ光LB及びアシストガスGaのそれぞれが、レーザノズル20の中心軸を通った後、部材Wに供給される。
In the present embodiment, both the laser beam LB and the assist gas Ga are supplied from the
第2開口22は、レーザノズル20の下面23に配置される。第2開口22は、第1開口21の周囲の少なくとも一部に配置される。図3に示すように、第2開口22は、XY平面内において環状である。第2開口22は、第1開口21の周囲に配置される。なお、第2開口22は、第1開口21の周囲の一部に配置されてもよい。第2開口22は、第1開口21の周囲において、間隔をあけて複数配置されてもよい。
The
内部流路40は、レーザノズル20の内部に形成される。内部流路40は、光軸AXに対して内部通路30の外側に配置される。内部流路40は、光軸AXに対する放射方向に関して外側に向かって上方に傾斜するように設けられる。シールドガス供給源16から送出され、シールドガス配管17を通過したシールドガスGsは、内部流路40を通る。
The
なお、本実施形態において、レーザノズル20は、内部通路30が設けられた筒状の第1部材201と、第1部材201の周囲に配置される筒状の第2部材202とを有する。すなわち、本実施形態において、レーザノズル20は、第1部材201と第2部材202とを組み合わせることによって製造される。内部流路40は、第1部材201の外周面と第2部材202の内周面との間に設けられる。なお、レーザノズル20は、単一部材で形成されてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態において、内部流路40は、光軸AXを囲むように環状に形成されている。換言すれば、光軸AX(レーザノズル20の中心軸)と平行な面内(XY平面内)において、内部流路40は、環状である。なお、第1部材201と第2部材202とを連結する連結部材(不図示)によって、第1部材201と第2部材202とが一体化されている。
In the present embodiment, the
次に、内部流路40について説明する。図4は、本実施形態に係る内部流路40の一部を拡大した断面図である。図2、図3、及び図4に示すように、レーザノズル20は、シールドガス供給源16からのシールドガスGsが供給され、第2開口22と結ばれる内部流路40を有する。また、レーザノズル20は、内部流路40の一部とレーザノズル20の外部空間とを結ぶ導入流路50を備えている。本実施形態において、レーザノズル20の外部空間は、チャンバ装置9の内部空間HCであり、大気圧空間である。以下の説明においては、チャンバ装置9の内部空間HCを適宜、レーザノズル20の外部空間HC、と称する。
Next, the
内部流路40は、シールドガス供給源16からのシールドガスGsが供給される喉部41と、喉部41と第2開口22とを結び、第2開口22に向かって断面積が大きくなる拡散部42とを有する。また、内部流路40は、喉部41に向かって断面積が小さくなる収束部43と、シールドガス供給源16と収束部43との間に配置されたバッファ空間45とを有する。
The
本実施形態において、内部流路40の断面積とは、光軸AX(レーザノズル20の中心軸)と平行な面内(XY平面内)における断面積をいう。図2及び図4においては、説明のため、XZ平面と平行な断面(側断面)における収束部43の形状が喉部41に向かって極端に窄まるように図示している。側断面における収束部43の幅は一定でもよい。収束部43は、光軸AXを囲むように環状に形成されている。収束部43は、光軸AXに対する放射方向に関して内側に向かって下方に傾斜している。そのため、側断面における収束部43の幅が一定でも、XY平面内における断面(平断面)の収束部43の面積(断面積)は、喉部41に向かって小さくなる。
In the present embodiment, the cross-sectional area of the
本実施形態において、側断面における内部流路40の形状は任意である。内部流路40は光軸AXを囲む環状の流路であるため、収束部43は、平断面における断面積が喉部41に向かって小さくなるように形成されていればよい。同様に、拡散部42は、平断面における断面積が第2開口22に向かって大きくなるように形成されていればよい。
In the present embodiment, the shape of the
喉部41は、内部流路40において断面積が最も小さい部分である。シールドガス供給源16から内部流路40に流入したシールドガスGsは、喉部41を流れる。内部流路40を流れるシールドガスGsの圧力は喉部41において最も低くなる。喉部41は、シールドガスGsの圧力を低減する減圧部として機能する。
The
拡散部42は、喉部41と第2開口22とを結ぶように形成される。拡散部42の上端と喉部41とが結ばれる。拡散部42の下端と第2開口22とが結ばれる。拡散部42は、喉部41から第2開口22に向かって断面積が徐々に大きくなるように形成される。
The
収束部43は、バッファ空間45と喉部41とを結ぶように形成される。収束部43の上端とバッファ空間45とが結ばれる。収束部43の下端と喉部41とが結ばれる。収束部43は、流入口から喉部41に向かって断面積が徐々に小さくなるように形成される。
The converging
バッファ空間45は、内部流路40において断面積が最も大きい部分である。シールドガス供給源16から内部流路40に流入したシールドガスGsは、バッファ空間45及び収束部43において整流される。バッファ空間45及び収束部43は、内部流路40の周方向に関して、シールドガスGsの圧量及び流量が均一化されるように、シールドガス供給源16からのシールドガスGsを整流する。バッファ空間45及び収束部43により、光軸AXの周方向に関して、喉部41に供給されるシールドガスGsの圧力及び流量が均一化される。
The
導入流路50は、内部流路40の喉部41とレーザノズル20の外部空間HCとを結ぶ。上述のように、レーザノズル20の外部空間HCは、チャンバ装置9の内部空間であり、大気圧空間である。内部流路40は、導入流路50を介して大気開放されている。導入流路50の一端部51は、喉部41と接続される。導入流路50の他端部52は、レーザノズル20の外周面24に設けられた開口と接続される。導入流路50の他端部52は、外周面24の開口を介して、外部空間HCと接続される。導入流路50は、外部空間HCの気体Ghを内部流路40(喉部41)に導入可能である。外部空間HCの気体Ghは、導入流路50を介して、内部流路40(喉部41)に流入する。
The
内部流路40を流れるシールドガスGsの圧力は、喉部41において低下する。喉部41におけるシールドガスGsの圧力は、大気圧よりも低い。導入流路50の一端部51の圧力は、喉部41の圧力と等価である。導入流路50の他端部52の圧力は、外部空間HCの圧力(大気圧)と等価である。すなわち、導入流路50の一端部51の圧力は、他端部52の圧力よりも低い。一端部51と他端部52との圧力差(圧力勾配)により、外部空間HCの気体Ghは、導入流路50を介して喉部41に流入する。
The pressure of the shield gas Gs flowing through the
収束部43を介してシールドガス供給源16から喉部41に供給されたシールドガスGsと、導入流路50を介して外部空間HCから喉部41に供給された気体Ghとは、喉部41において混合する。すなわち、喉部41において、シールドガス供給源16からのシールドガスGsと外部空間HCからの気体Ghとの混合ガスGmが生成される。喉部41において生成された混合ガスGmは、拡散部42を流れた後、第2開口22から噴射される。第2開口22は、混合ガスGmを、第1開口21から噴射されたアシストガスGaの周囲の空間に供給する。第2開口22から噴射された混合ガスGmは、第1開口21から噴射されたアシストガスGaの周囲の空間を流れた後、部材Wに供給される。
The shield gas Gs supplied from the shield
次に、本実施形態に係るレーザ加工方法の一例について説明する。部材Wがテーブル18に支持された状態で、レーザ発振器11からレーザ光LBが射出され、アシストガス供給源14からアシストガスGaが送出される。また、シールドガス供給源16からシールドガスGsが供給される。アシストガス供給源14は、圧縮されたアシストガスGaを供給する。シールドガス供給源16は、圧縮されたシールドガスGsを供給する。
Next, an example of the laser processing method according to this embodiment will be described. In a state where the member W is supported by the table 18, the laser light LB is emitted from the
レーザ発振器11から射出されたレーザ光LBは、レーザノズル20の第1開口21から射出される。第1開口21から射出されたレーザ光LBは、部材Wに照射される。これにより、部材Wがレーザ光LBで加工される。
The laser beam LB emitted from the
アシストガス供給源14から送出されたアシストガスGaは、レーザノズル20の第1開口21から噴射される。第1開口21からのレーザ光LBの射出と並行して、第1開口21からのアシストガスGaの供給が行われる。部材Wに対するアシストガスGaの供給によって、レーザ光LBの照射により発生した部材Wのドロスが部材Wから除去される。
The assist gas Ga delivered from the assist
シールドガス供給源16から送出されたシールドガスGsは、内部流路40に流入する。レーザ光LBの射出及びアシストガスGaの供給と並行して、シールドガス供給源16からシールドガスGsが供給される。
The shield gas Gs sent from the shield
シールドガスGsは、内部流路40のバッファ空間45及び収束部43を流れた後、喉部41に供給される。エジェクタ効果により喉部41の圧力が低下する。喉部41の圧力は、外部空間HCの圧力よりも低い。喉部41と外部空間HCとの圧力差により、外部空間HCの気体Ghが導入流路50を介して内部流路40の喉部41に導入される。
The shield gas Gs is supplied to the
喉部41において、シールドガス供給源16からのシールドガスGsと外部空間HCの気体Ghとの混合ガスGmが生成される。混合ガスGmは第2開口22から供給される。
In the
図5は、第1開口21から供給されるレーザ光LB及びアシストガスGaと、第2開口22から供給される混合ガスGmとの関係を模式的に示す図である。レーザ光LBの照射により、部材Wに切断溝(カーフ)が形成される。ドロスの少なくとも一部は、切断溝の内側に発生する。アシストガスGaは、部材Wからドロスを除去するために供給される。ドロスを効率良く除去するために、アシストガスGaは切断溝に供給されることが望ましい。上述のように、本実施形態において、アシストガスGaは、レーザ光LBの光路を流れる。したがって、アシストガスGaは、レーザ光LBの照射により形成された切断溝に円滑に供給される。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the laser beam LB and the assist gas Ga supplied from the
第1開口21からのレーザ光LBの供給(射出)及び第1開口21からのアシストガスGaの供給と並行して、第2開口22からの混合ガスGmの供給が行われる。混合ガスGmは、第1開口21から供給されたアシストガスGaが下面23と部材Wの表面との間の空間の外側に流出(漏出)することを抑制する。すなわち、混合ガスGmは、アシストガスGaの漏出を抑制するシール部として機能する。混合ガスGmのシール効果により、アシストガスGaは、下面23と部材Wの表面との間の空間の外側に漏出することなく、切断溝に効率良く供給される。
In parallel with the supply (injection) of the laser beam LB from the
第2開口22から噴射される気体の流量(単位時間当たりの流量)が多い方が、高いシール効果を得ることができる。高いシール効果を得ることによって、第1開口21から噴射されたアシストガスGaは、切断溝に効率良く供給される。
The higher the gas flow rate (flow rate per unit time) injected from the
本実施形態においては、内部流路40に喉部41が設けられ、その喉部41にシールドガスGsが流れることによって発生するエジェクタ効果によって、外部空間HCの気体Ghが内部流路40に導入(吸引)される。これにより、第2開口22から噴射される気体(混合ガスGm)の流量を多くすることができる。第2開口22から噴射される混合ガスGmの流量は、シールドガス供給源16から送出されたシールドガスGsの流量と、外部空間HCから内部流路40に導入された気体Ghの流量との和に相当する。
In the present embodiment, a
以上説明したように、本実施形態においては、内部流路40に喉部41が設けられ、その喉部41に接続された導入流路50を介して外部空間HCの気体Ghが導入されるため、第2開口22から供給される混合ガスGmの流量を多くすることができる。本実施形態においては、例えば、シールドガス供給源16の出力を増大させたり、大掛かりな設備を導入したりすることなく、喉部41にシールドガスGsを流すことによって、第2開口22から供給される混合ガスGmの流量を多くすることができる。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、混合ガスGmによる高いシール効果を得ることができる。これにより、第1開口21から噴射されたアシストガスGaは、切断溝に効率良く供給される。アシストガスGaが切断溝に効率良く供給されることにより、部材Wのドロスを効率良く除去することができる。そのため、レーザ加工された部材Wの品質の低下が抑制される。
Therefore, a high sealing effect by the mixed gas Gm can be obtained. Thereby, the assist gas Ga injected from the
また、本実施形態において、外部空間HCは大気圧空間であり、内部流路40は導入流路50を介して大気開放される。そのため、大掛かりな設備を使って外部空間HCの環境を調整しなくても、外部空間HCの気体Ghを内部流路40に導入することができる。
In the present embodiment, the external space HC is an atmospheric pressure space, and the
また、本実施形態において、内部流路40は、バッファ空間45及び収束部43を有する。これにより、光軸AXの周方向に関して、喉部41に供給されるシールドガスGsの圧力及び流量を均一化することができる。そのため、光軸AXの周方向に関して、第2開口22から噴射される混合ガスGmの流量の不均一化が抑制される。したがって、第1開口21から噴射されたアシストガスGaの周囲において、均一なシール効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
なお、外部空間HCが液体空間でもよい。例えば、部材W及びレーザノズル20が水中に配置された状態で、レーザ光LBを用いる部材Wの加工が行われてもよい。シールドガス供給源16から内部流路40にシールドガスGsが供給される。喉部41には、外部空間HCの液体が導入流路50を介して喉部41に導入される。喉部41において、シールドガスGsと液体との混合流体が生成される。部材Wに対するレーザ光LBの照射及び部材Wに対するアシストガスGaの供給と並行して、シールドガスGsと液体との混合流体が第2開口22から供給されることによって、レーザ加工された部材Wの品質の低下が抑制される。
The external space HC may be a liquid space. For example, the processing of the member W using the laser beam LB may be performed in a state where the member W and the
9 チャンバ装置
10 制御装置
11 レーザ発振器
12 光ファイバ
13 レーザヘッド
14 アシストガス供給源
15 アシストガス配管
16 シールドガス供給源
17 シールドガス配管
18 テーブル
19 駆動装置
20 レーザノズル
21 第1開口
22 第2開口
23 下面
24 外周面
30 内部通路
40 内部流路
41 喉部
42 拡散部
43 収束部
45 バッファ空間
50 導入流路
51 一端部
52 他端部
100 レーザ加工装置
201 第1部材
202 第2部材
AX 光軸
Ga アシストガス
Gs シールドガス
HC 外部空間
LB レーザ光
W 部材(ワーク)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1開口の周囲の少なくとも一部に配置された第2開口と、
シールドガス供給源からのシールドガスが供給される喉部と、前記喉部と前記第2開口とを結び、前記第2開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有する内部流路と、
一端部が前記喉部と接続され、他端部が外部空間と接続され、前記外部空間の流体を前記内部流路に導入する導入流路と、を備え、
前記シールドガス供給源からのシールドガスと前記外部空間の流体との混合流体が前記第2開口から供給されるレーザノズル。 A first opening for supplying laser light and assist gas;
A second opening disposed at least partially around the first opening;
An internal flow path having a throat portion to which a shield gas from a shield gas supply source is supplied, and a diffusion portion that connects the throat portion and the second opening and increases in cross-sectional area toward the second opening; ,
One end portion is connected to the throat portion, the other end portion is connected to the external space, and an introduction flow path for introducing the fluid in the external space into the internal flow path,
A laser nozzle to which a mixed fluid of a shielding gas from the shielding gas supply source and a fluid in the external space is supplied from the second opening.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザノズルと、
前記部材を支持するテーブルと、
を備え、
前記レーザノズルの前記第1開口からの前記レーザ光及び前記アシストガスの供給と並行して、前記第2開口からの前記混合流体の供給を行うレーザ加工装置。 A laser processing apparatus for processing a member by irradiating the member with laser light,
The laser nozzle according to any one of claims 1 to 3,
A table for supporting the member;
With
A laser processing apparatus that supplies the mixed fluid from the second opening in parallel with the supply of the laser light and the assist gas from the first opening of the laser nozzle.
前記レーザ光の射出と並行して前記第1開口からアシストガスを供給して、前記レーザ光の照射により発生した前記部材のドロスを除去することと、
喉部と、前記喉部と前記第1開口の周囲の少なくとも一部に配置された第2開口とを結び前記第2開口に向かって断面積が大きくなる拡散部と、を有し、前記レーザノズルの内部に形成された内部流路の前記喉部に、前記レーザ光の射出及び前記アシストガスの供給と並行して、シールドガス供給源からシールドガスを供給することと、
前記喉部と前記レーザノズルの外部空間とを結ぶ導入流路を介して、前記シールドガス供給源からの前記シールドガスが流れる前記喉部と前記外部空間との圧力差により前記外部空間の流体を前記内部流路に導入することと、
前記シールドガス供給源からの前記シールドガスと前記外部空間の流体との混合流体を前記第2開口から供給することと、
を含むレーザ加工方法。 Irradiating the member with laser light emitted from the first opening of the laser nozzle;
Supplying assist gas from the first opening in parallel with the emission of the laser beam, and removing dross of the member generated by the irradiation of the laser beam;
And a diffusing portion that connects the throat portion and the second opening disposed at least at a part of the periphery of the first opening, and has a cross-sectional area that increases toward the second opening. Supplying shield gas from a shield gas supply source to the throat portion of the internal flow path formed inside the nozzle in parallel with the emission of the laser light and the supply of the assist gas;
The fluid in the external space is caused by the pressure difference between the throat and the external space through which the shield gas flows from the shield gas supply source via an introduction flow path connecting the throat and the external space of the laser nozzle. Introducing into the internal flow path;
Supplying a fluid mixture of the shield gas from the shield gas supply source and the fluid in the external space from the second opening;
A laser processing method including:
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