JP7146420B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus.

真空などの低圧雰囲気下でレーザ加工装置を用いて溶接を行う際に、レーザ照射時に発生する蒸発物質の透過窓(保護窓)への付着を防止する技術が知られている。 2. Description of the Related Art There is known a technique for preventing adhesion of vaporized substances generated during laser irradiation to a transmission window (protection window) when welding is performed using a laser processing apparatus in a low-pressure atmosphere such as a vacuum.

特許文献1は、透過窓と、被加工物との間に位置するビームガイドの内周面に凹凸が設けられているレーザ加工装置を開示している。 Patent Literature 1 discloses a laser processing apparatus in which unevenness is provided on the inner peripheral surface of a beam guide positioned between a transmission window and a workpiece.

特開昭62-107891号公報JP-A-62-107891

特許文献1に記載の技術は、ビームガイドの内周面に凹凸を設け、かつビームガイドの内部にシールドガスを噴射することで、ビームガイドの内部への蒸発物質の侵入を防止している。特許文献1に記載の技術は、大気圧から中真空程度までの真空度においては有効な技術である。しかしながら、蒸発物質の状態が分子流領域となる高真空(10-1Pa以下)においては、ビームガイドから侵入した蒸発物質は直線的に飛ぶため、ビームガイドの内部に設けた凹凸の効果が小さくなる。また、シールドガスを単に噴射しただけでは、分子流の蒸発物質に、シールドガスの分子が衝突しづらくなるので、シールドガスを噴射した効果も小さくなる恐れがある。そのため、特許文献1には、高真空で溶接する際には、保護窓に蒸発物質が付着することを防止できない可能性がある。 The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200000 prevents vaporized substances from entering the inside of the beam guide by forming unevenness on the inner peripheral surface of the beam guide and injecting a shield gas into the inside of the beam guide. The technique described in Patent Literature 1 is an effective technique at a degree of vacuum ranging from atmospheric pressure to a medium vacuum. However, in a high vacuum (10 -1 Pa or less) where the state of the evaporated substances is in the molecular flow region, the evaporated substances entering from the beam guide fly straight, so the effect of the unevenness provided inside the beam guide is small. Become. In addition, simply injecting the shield gas makes it difficult for the molecules of the shield gas to collide with the vaporized substances in the molecular flow, so the effect of injecting the shield gas may be reduced. Therefore, in Patent Document 1, there is a possibility that it is not possible to prevent evaporation substances from adhering to the protective window when performing welding in a high vacuum.

本発明は上述した課題を解決するものであり、高真空で溶接する際に、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着を抑制することのできるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a laser processing apparatus capable of suppressing adhesion of vaporized substances entering a laser irradiation nozzle to a protective window during welding in a high vacuum. and

本発明の第1の態様のレーザ加工装置は、チャンバと、前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、保護窓とを有するレーザヘッドと、前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられ、中央部に前記レーザ照射ノズルの内径に基づいて穴径が設計された穴部を有するコンダクタンス板と、前記チャンバの内部の圧力を制御する排気装置と、を備え、前記コンダクタンス板は、前記レーザ照射ノズルの内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に制御する。 A laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a chamber, a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light, a laser irradiation nozzle provided inside the chamber, and a condenser lens. a laser head having a protective window; a shield gas injection device for injecting shield gas into an internal space of the laser irradiation nozzle; a conductance plate having a hole in the center with a hole diameter designed based on the inner diameter of the laser irradiation nozzle; and an exhaust device for controlling the pressure inside the chamber, wherein the conductance plate The flow of vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle is controlled to be a medium flow or a viscous flow.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するとともに、レーザ照射ノズルの内部空間に設けられたコンダクタンス板を冷却することができる。したがって、高真空で溶接する際に、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着を抑制することができる。 With this structure, the shield gas can be injected into the internal space of the laser irradiation nozzle, and the conductance plate provided in the internal space of the laser irradiation nozzle can be cooled. Therefore, when welding in a high vacuum, it is possible to suppress adhesion of vaporized substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

また、前記コンダクタンス板は、中央部に穴部を有する円環状の形状を有しており、前記レーザ照射ノズルの内径がD(m)、前記コンダクタンス板のコンダクタンスがCである場合、D>3.3・R・T/√2・N・π・σ・{(Q/C)+P}を満たすことが好ましい。ここで、R:気体定数、T(K):絶対温度、N:アボガドロ定数、σ(m):シールドガスの分子の直径、Q(Pa・m/s):シールドガスの供給量、P(Pa):チャンバ内の圧力である。 Further, the conductance plate has an annular shape with a hole in the center. .3· R ·T/√2·NA·π·σ 2 ·{(Q g /C)+P 0 } is preferably satisfied. where, R : gas constant, T (K): absolute temperature, NA: Avogadro's constant, σ (m): molecular diameter of shielding gas, Q g (Pa·m 3 /s): supply rate of shielding gas , P 0 (Pa): the pressure in the chamber.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間における蒸発物質の流れが制御される。したがって、シールドガスの効果が向上するので、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 This structure controls the flow of vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle. Therefore, since the effect of the shield gas is improved, it is possible to further suppress adhesion of vaporized substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

また、前記レーザ照射ノズルの内径D(m)は、D>2.1・10-2/{(10/C)+100}を満たすことが好ましい。 Also, the inner diameter D (m) of the laser irradiation nozzle preferably satisfies D>2.1·10 −2 /{(10/C)+100}.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間における蒸発物質の流れを適切に制御することができる。したがって、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 With this structure, it is possible to appropriately control the flow of vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle. Therefore, it is possible to further suppress adhesion of evaporated substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

また、前記コンダクタンス板を複数備え、複数の前記コンダクタンス板の穴は、下流側に向けて徐々に小さくなることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a plurality of the conductance plates are provided, and the holes of the plurality of conductance plates gradually become smaller toward the downstream side.

この構造により、蒸発物質のレーザ照射ノズルへの侵入を物理的に抑制することができる。したがって、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 With this structure, it is possible to physically suppress the intrusion of vaporized substances into the laser irradiation nozzle. Therefore, it is possible to further suppress adhesion of evaporated substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

また、前記コンダクタンス板を冷却する冷却部を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a cooling part for cooling the conductance plate.

この構造により、コンダクタンス板を冷却することができる。したがって、レーザ照射ノズルの内部に侵入した蒸発物質が冷却されることによって、固体化し、コンダクタンス板に付着するので、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 This structure allows the conductance plate to be cooled. Therefore, the vaporized material that has entered the inside of the laser irradiation nozzle is cooled, solidified, and adheres to the conductance plate, so that the vaporized material that has entered the laser irradiation nozzle can be further suppressed from adhering to the protective window. .

また、前記レーザ照射ノズルに設けられ、前記レーザ照射ノズルの内部空間に噴射された前記シールドガスを外部に排気するノズル排気装置を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a nozzle exhaust device provided in the laser irradiation nozzle for exhausting the shield gas injected into the internal space of the laser irradiation nozzle to the outside.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間に侵入したシールドガスを外部に排気することができる。したがって、シールドガスの供給量を上げることができるので、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 With this structure, the shielding gas that has entered the internal space of the laser irradiation nozzle can be exhausted to the outside. Therefore, since the supply amount of the shield gas can be increased, it is possible to further suppress adhesion of vaporized substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

本発明の第2の態様のレーザ加工装置は、チャンバと、前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、前記集光レンズを保護する保護窓とを有するレーザヘッドと、前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、前記レーザ照射ノズルに設けられ、前記レーザ照射ノズルの内部空間に噴射された前記シールドガスを外部に排気する排気装置を備える。 A laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a chamber, a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light, a laser irradiation nozzle provided inside the chamber, and a condenser lens. a laser head having a protective window for protecting the condenser lens; a shield gas injection device for injecting shield gas into an internal space of the laser irradiation nozzle; An exhaust device is provided for exhausting the shield gas injected into the space to the outside.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するとともに、レーザ照射ノズルの内部に噴射されたシールドガスをチャンバの外に排気することができる。したがって、高真空で溶接する際に、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着を抑制することができる。 With this structure, the shield gas can be injected into the internal space of the laser irradiation nozzle, and the shield gas injected into the inside of the laser irradiation nozzle can be exhausted to the outside of the chamber. Therefore, when welding in a high vacuum, it is possible to suppress adhesion of vaporized substances that have entered the laser irradiation nozzle to the protective window.

また、前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられたコンダクタンス板を備えることが好ましい。 Further, it is preferable that the internal space includes a conductance plate provided downstream of the protective window in the irradiation direction of the laser beam.

この構造により、レーザ照射ノズルの内部空間における蒸発物質の流れが制御される。これにより、シールドガスの効果が向上するので、レーザ照射ノズルへ侵入した蒸発物質の保護窓への付着をより抑制することができる。 This structure controls the flow of vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle. As a result, the effect of the shielding gas is improved, so that deposition of vaporized substances that have entered the laser irradiation nozzle onto the protective window can be further suppressed.

図1は、本発明の各実施形態が適用されるレーザ加工装置の概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a laser processing apparatus to which each embodiment of the present invention is applied. 図2は、本発明の各実施形態が適用されるレーザ加工装置におけるガスの流れを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining gas flow in a laser processing apparatus to which each embodiment of the present invention is applied. 図3は、本発明の第1実施形態に係るレーザヘッドの構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the laser head according to the first embodiment of the invention. 図4は、レーザ照射ノズル内部の蒸発物質の状態を説明するための表である。FIG. 4 is a table for explaining the state of vaporized substances inside the laser irradiation nozzle. 図5は、本発明の第1実施形態に係るレーザヘッドの冷却部の構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the cooling section of the laser head according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第1実施形態の変形例に係るレーザヘッドの構成の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a laser head according to a modification of the first embodiment of the invention. 図7は、本発明の第2実施形態に係るレーザヘッドの構成の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a laser head according to a second embodiment of the invention. 図8は、本発明の第3実施形態に係るレーザヘッドの構成の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a laser head according to the third embodiment of the invention.

以下に添付図面を参照して、本発明に係るレーザ加工装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含む。 A preferred embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment, and when there are a plurality of embodiments, a combination of each embodiment is also included.

図1を用いて、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略を示す模式図である。なお、本発明と直接的に関連のない構成要素については、詳細な説明および図示を省略している。 An outline of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Detailed descriptions and illustrations of components that are not directly related to the present invention are omitted.

図1に示すように、レーザ加工装置10は、チャンバ11と、レーザ発振器12と、シールドガス噴射装置13と、排気装置14と、移動機構15と、制御装置16と、光ファイバケーブル21と、レーザヘッド30と、コンダクタンス板40と、冷却部50とを備える。本実施形態において、レーザ加工装置10は、例えば、真空中において、加工対象物Tを溶接するための装置である。 As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 10 includes a chamber 11, a laser oscillator 12, a shield gas injection device 13, an exhaust device 14, a moving mechanism 15, a control device 16, an optical fiber cable 21, It includes a laser head 30 , a conductance plate 40 and a cooling section 50 . In this embodiment, the laser processing device 10 is, for example, a device for welding the workpiece T in a vacuum.

チャンバ11は、その内部空間において、真空を形成する容器である。本実施形態において、真空とは、例えば、10-1(Pa:パスカル)オーダー以下の高真空を想定している。 The chamber 11 is a container that creates a vacuum in its interior space. In this embodiment, the vacuum is assumed to be, for example, a high vacuum of the order of 10 −1 (Pa: Pascal) or less.

レーザ発振器12は、チャンバ11の外部に設けられ、加工対象物Tに対して照射するための、レーザを発振する。レーザ発振器12は、光ファイバケーブル21を介して、レーザヘッド30と接続されている。この場合、レーザ発振器12によって発振されたレーザは、光ファイバケーブル21を介してレーザヘッド30に伝搬された後、レーザ光Lとして加工対象物Tに照射される。 The laser oscillator 12 is provided outside the chamber 11 and oscillates a laser for irradiating the object T to be processed. A laser oscillator 12 is connected to a laser head 30 via an optical fiber cable 21 . In this case, the laser oscillated by the laser oscillator 12 is propagated to the laser head 30 via the optical fiber cable 21, and then irradiated to the workpiece T as the laser light L. As shown in FIG.

シールドガス噴射装置13は、チャンバ11の外部に設けられ、シールドガス供給配管22を介して、レーザヘッド30が有するレーザ照射ノズル31の内部空間にシールドガスを供給する。シールドガス噴射装置13には、圧力調整器131と、流量調整器132とが接続されている。圧力調整器131は、シールドガス噴射装置13がレーザ照射ノズル31の内部に噴射するシールドガスの圧力を調整する。流量調整器132は、シールドガス噴射装置13がレーザ照射ノズル31の内部に噴射するシールドガスの流量を調整する。本実施形態において、シールドガスは、窒素、アルゴンなどである。 The shield gas injection device 13 is provided outside the chamber 11 and supplies shield gas to the internal space of the laser irradiation nozzle 31 of the laser head 30 through the shield gas supply pipe 22 . A pressure regulator 131 and a flow rate regulator 132 are connected to the shield gas injection device 13 . The pressure regulator 131 adjusts the pressure of the shield gas that the shield gas injection device 13 injects into the laser irradiation nozzle 31 . The flow rate adjuster 132 adjusts the flow rate of the shield gas that the shield gas injection device 13 injects into the laser irradiation nozzle 31 . In this embodiment, the shield gas is nitrogen, argon, or the like.

排気装置14は、チャンバ11の外部に設けられ、チャンバ11の内部の空気を排気することによって、チャンバ11の内部に真空を形成する。排気装置14は、例えば、真空ポンプで実現することができる。 The evacuation device 14 is provided outside the chamber 11 and forms a vacuum inside the chamber 11 by evacuating the air inside the chamber 11 . The evacuation device 14 can be realized, for example, by a vacuum pump.

移動機構15は、チャンバ11の内部に設けられ、チャンバ11の内部において、レーザヘッド30を移動させる。移動機構15に特に制限はないが、例えば、移動機構15は、レーザヘッド30を、3次元の方向に加え、光軸を中心とする角度方向に移動させる。なお、図1では、直交座標系を使用しており、x方向は左右方向、y方向は前後方向(奥行方向)、z方向は高さ方向である。 The moving mechanism 15 is provided inside the chamber 11 and moves the laser head 30 inside the chamber 11 . Although the movement mechanism 15 is not particularly limited, for example, the movement mechanism 15 moves the laser head 30 not only in three-dimensional directions but also in angular directions about the optical axis. In FIG. 1, an orthogonal coordinate system is used, in which the x direction is the left-right direction, the y direction is the front-rear direction (depth direction), and the z direction is the height direction.

制御装置16は、チャンバ11の外部に設けられ、レーザ発振器12と、シールドガス噴射装置13と、圧力調整器131と、流量調整器132と、排気装置14と、移動機構15とに接続されている。制御装置16は、各装置を制御することによって、レーザ加工装置10の動作を制御している。制御装置16は、例えば、レーザ発振器12を制御することで、レーザヘッド30から照射されるレーザ光Lの条件を調整する。制御装置16は、例えば、シールドガス噴射装置13と、圧力調整器131と、流量調整器132を制御することで、レーザ照射ノズル31の内部に噴射されるシールドガスの圧力と、流量とを調整する。制御装置16は、例えば、排気装置14を制御することで、チャンバ11内部の圧力を調整する。制御装置16は、例えば、移動機構15を制御することで、レーザヘッド30を移動させ、加工対象物Tに対するレーザ光Lの照射位置を調整する。このような制御装置16は、CPU(Central Processing Unit)を含む電子的な回路を備えた装置で実現することができる。 The control device 16 is provided outside the chamber 11 and connected to the laser oscillator 12, the shield gas injection device 13, the pressure regulator 131, the flow rate regulator 132, the exhaust device 14, and the movement mechanism 15. there is The control device 16 controls the operation of the laser processing device 10 by controlling each device. The control device 16 adjusts the conditions of the laser light L emitted from the laser head 30 by controlling the laser oscillator 12, for example. The control device 16 controls, for example, the shield gas injection device 13, the pressure regulator 131, and the flow rate regulator 132, thereby adjusting the pressure and flow rate of the shield gas injected into the laser irradiation nozzle 31. do. The control device 16 adjusts the pressure inside the chamber 11 by controlling the exhaust device 14, for example. The control device 16 moves the laser head 30 and adjusts the irradiation position of the laser beam L on the workpiece T by controlling the moving mechanism 15, for example. Such a control device 16 can be realized by a device having an electronic circuit including a CPU (Central Processing Unit).

光ファイバケーブル21は、チャンバ11の外部に設けられたレーザ発振器12と、チャンバ11の内部に設けられたレーザヘッド30とを接続している。光ファイバケーブル21は、レーザ発振器12で発振されたレーザ光をレーザヘッド30に伝搬する。 An optical fiber cable 21 connects a laser oscillator 12 provided outside the chamber 11 and a laser head 30 provided inside the chamber 11 . The optical fiber cable 21 propagates the laser light oscillated by the laser oscillator 12 to the laser head 30 .

レーザヘッド30は、チャンバ11の内部に設けられ、レーザ照射ノズル31と、集光レンズ32と、保護窓33とを有する。レーザ照射ノズル31は、例えば、円筒形状を有しており、内部において、レーザ発振器12から供給されたレーザ光を通過させるノズルである。集光レンズ32は、レーザ照射ノズル31の内部において、レーザ発振器12から供給されたレーザを集光する。保護窓33は、レーザ照射ノズル31の内部において、集光レンズ32よりもレーザ光Lの照射方向の下流側に設けられ、加工対象物Tにレーザ光Lが照射された際に発生するヒュームなどの蒸発物質から集光レンズ32を保護する。これにより、レーザ照射ノズル31の先端から保護窓33を介してレーザ光Lが照射される。 The laser head 30 is provided inside the chamber 11 and has a laser irradiation nozzle 31 , a condenser lens 32 and a protection window 33 . The laser irradiation nozzle 31 has, for example, a cylindrical shape, and is a nozzle through which the laser light supplied from the laser oscillator 12 is passed. The condenser lens 32 condenses the laser supplied from the laser oscillator 12 inside the laser irradiation nozzle 31 . The protective window 33 is provided inside the laser irradiation nozzle 31 downstream of the condenser lens 32 in the irradiation direction of the laser light L, and prevents fumes and the like generated when the object T to be processed is irradiated with the laser light L. protects the condenser lens 32 from the evaporated material. As a result, the laser beam L is irradiated from the tip of the laser irradiation nozzle 31 through the protective window 33 .

コンダクタンス板40は、具体的には後述するが、保護窓33よりもレーザ光Lの照射方向の下流側に設けられた少なくとも1つの円環状の板である。コンダクタンス板40は、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質の流れを、分子流から中間流または粘性流となるように制御する。 The conductance plate 40 is at least one annular plate provided on the downstream side of the protection window 33 in the irradiation direction of the laser light L, although the details will be described later. The conductance plate 40 controls the flow of vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 so that it changes from molecular flow to intermediate flow or viscous flow.

冷却部50は、具体的には後述するが、レーザ照射ノズル31の外部において、少なくともコンダクタンス板40が設けられている領域に設けられている。冷却部50に特に制限はないが、例えば、内部に液体冷媒を供給することのできる冷却器である。 The cooling unit 50 is provided outside the laser irradiation nozzle 31 at least in a region where the conductance plate 40 is provided, although the details will be described later. Although the cooling unit 50 is not particularly limited, it is, for example, a cooler capable of supplying a liquid coolant to the inside.

ここで、図2を用いて、チャンバ11の内部の圧力について説明する。図2は、チャンバ11の内部空間におけるガスの流れを示す図である。 Here, the pressure inside the chamber 11 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing gas flow in the internal space of the chamber 11. As shown in FIG.

図2では、チャンバ11の内部の圧力がP(Pa)となった状態で加工することを考える。この時、排気装置14の排気速度をS(m/s)とすると、排気装置14の排気量は、PS(Pa・m/s)と表すことができる。また、チャンバ11の内壁からの脱ガス量をQ(Pa・m/s)、溶接時に加工対象物Tから発生するガス量をQ(Pa・m/s)、レーザ照射ノズル31に供給されたシールドガス量をQ(Pa・m/s)、排気装置14の到達圧力をP(Pa)とする。この場合、各パラメータは、以下の関係式を満たす。
=PS-(Q+Q+PS)・・・(1)
In FIG. 2, it is assumed that processing is performed while the pressure inside the chamber 11 is P (Pa). At this time, if the exhaust speed of the exhaust device 14 is S (m 3 /s), the exhaust amount of the exhaust device 14 can be expressed as PS (Pa·m 3 /s). Also, the amount of gas released from the inner wall of the chamber 11 is Q C (Pa·m 3 /s), the amount of gas generated from the workpiece T during welding is Q W (Pa·m 3 /s), and the laser irradiation nozzle 31 Let Q g (Pa·m 3 /s) be the amount of shielding gas supplied to , and P 0 (Pa) be the ultimate pressure of the exhaust device 14 . In this case, each parameter satisfies the following relational expression.
Qg=PS-( QC + QW + P0S ) ( 1 )

式(1)に示すように、チャンバ11の内部を所定の圧力P(Pa)の状態の保持するためには、シールドガスの供給量Q(Pa・m/s)が、以下の関係式を満たす必要がある。
≦PS-(Q+Q+PS)・・・(2)
As shown in formula (1), in order to maintain the state of the predetermined pressure P (Pa) inside the chamber 11, the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas must satisfy the following relationship: must satisfy the formula.
Qg≦PS-( QC + QW + P0S ) ( 2 )

具体的には、シールドガスの供給量Q(Pa・m/s)が多いほど、レーザ照射ノズル31に侵入した蒸発物質の流れを中間流または粘性流に近づけることができる。これにより、蒸発物質の保護窓33への付着を防止することができる。しかしながら、シールドガスの供給量Q(Pa・m/s)が多くなると、チャンバ11の内部の圧力が高くなってしまう。本実施形態では、制御装置16はシールドガスの供給量Q(Pa・m/s)を制御するために、図示しない圧力計などによってチャンバ11の内部の圧力を取得する。そして、制御装置16は、取得した圧力の値をフィードバックし、式(2)に従って、流量調整器132を制御することで、シールドガスの供給量Q(Pa・m/s)を制御する。すなわち、制御装置16は、チャンバ11の圧力を真空に保持したまま、シールドガスの供給量Q(Pa・m/s)を適切に調整することができる。 Specifically, the larger the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas, the closer the flow of the vaporized material entering the laser irradiation nozzle 31 can be to an intermediate flow or a viscous flow. As a result, adhesion of evaporated substances to the protective window 33 can be prevented. However, when the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas increases, the pressure inside the chamber 11 increases. In this embodiment, the control device 16 obtains the pressure inside the chamber 11 by means of a pressure gauge (not shown) or the like in order to control the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas. Then, the control device 16 feeds back the obtained pressure value and controls the flow rate regulator 132 according to the equation (2), thereby controlling the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas. . That is, the controller 16 can appropriately adjust the supply amount Q g (Pa·m 3 /s) of the shielding gas while maintaining the pressure of the chamber 11 at vacuum.

[第1実施形態]
図3を用いて、第1実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの構成について詳細に説明する。図3は、第1実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの断面の構成の一例を示す図である。
[First embodiment]
The configuration of the laser head of the laser processing apparatus according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of the cross-sectional configuration of the laser head of the laser processing apparatus according to the first embodiment.

図3に示すように、レーザ照射ノズル31の内部には、集光レンズ32と、集光レンズ32よりもレーザ光Lの照射方向の下流側に保護窓33とが設けられている。そして、保護窓33の近傍にシールドガス供給配管22が接続されており、シールドガスが供給される。なお、シールドガス供給配管22は、レーザ照射ノズル31の外形に沿って、複数設けられていてもよい。また、レーザ照射ノズル31の内部において、保護窓33よりもレーザ光Lの照射方向の下流側において、第1コンダクタンス板41と、第2コンダクタンス板42と、第3コンダクタンス板43と、第4コンダクタンス板44とを備える。また、レーザ照射ノズル31は、少なくとも第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44と、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44が設けられている領域においてレーザ照射ノズル31とを冷却するための冷却部50を備えている。 As shown in FIG. 3, inside the laser irradiation nozzle 31, a condenser lens 32 and a protection window 33 are provided downstream of the condenser lens 32 in the irradiation direction of the laser light L. As shown in FIG. A shield gas supply pipe 22 is connected in the vicinity of the protective window 33 to supply the shield gas. A plurality of shield gas supply pipes 22 may be provided along the contour of the laser irradiation nozzle 31 . Further, inside the laser irradiation nozzle 31, the first conductance plate 41, the second conductance plate 42, the third conductance plate 43, and the fourth conductance plate 41, the second conductance plate 42, the third conductance plate 43, and the fourth conductance plate are located downstream of the protection window 33 in the irradiation direction of the laser beam L. a plate 44; In addition, the laser irradiation nozzle 31 has at least the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44, and the laser irradiation nozzle 31 in the region where the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44 are provided. A cooling unit 50 is provided.

本実施形態では、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44は、レーザ照射ノズル31の内面に沿って設けられ、穴径d(m)を有する円環状の部品である。また、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44は、同一の形状を有している。第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44を内部に設けることによって、レーザ照射ノズル31の内部空間を流れる蒸発物質の状態を分子流から中間流または粘性流に調整することができる。なお、本実施形態では、4枚のコンダクタンス板を備えているが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。 In this embodiment, the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44 are annular parts provided along the inner surface of the laser irradiation nozzle 31 and having a hole diameter d (m). Also, the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44 have the same shape. By providing the first to fourth conductance plates 41 to 44 inside, the state of the vaporized substance flowing in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be adjusted from molecular flow to intermediate flow or viscous flow. In addition, in this embodiment, four conductance plates are provided, but this is an example and does not limit the present invention.

ここで、レーザ照射ノズル31の内径D(m)と、各コンダクタンス板の穴径との関係について説明する。レーザ照射ノズル31の内部にN(Nは1以上の整数)枚のコンダクタンス板が設けられ、第Nコンダクタンス板の穴径がd(m)である場合、そのコンダクタンス板のコンダクタンスC(m/s)は、以下の関係式を満たす。
=116・(π・(d/2))/[1-{(π・(d/2))/(π・(D/2))}] ・・・(3)
Here, the relationship between the inner diameter D (m) of the laser irradiation nozzle 31 and the hole diameter of each conductance plate will be described. N (N is an integer equal to or greater than 1) conductance plates are provided inside the laser irradiation nozzle 31, and when the hole diameter of the N -th conductance plate is dN (m), the conductance of the conductance plate CN (m 3 /s) satisfies the following relational expression.
C N =116·(π·(d N /2) 2 )/[1−{(π·(d N /2) 2 )/(π·(D/2) 2 )}] (3 )

N枚のコンダクタンス板の総コンダクタンスC(m/s)は以下の関係式で算出することができる。
C=1/{(1/C)+(1/C)+・・・+(1/C)}・・・(4)
The total conductance C (m 3 /s) of N conductance plates can be calculated by the following relational expression.
C=1/{(1/C 1 )+(1/C 2 )+...+(1/C N )}...(4)

この場合、レーザ照射ノズル31の内径D(m)は以下の関係式を満たす。
D>2.1・10-2/{(10/C)+100}・・・(5)
In this case, the inner diameter D(m) of the laser irradiation nozzle 31 satisfies the following relational expression.
D>2.1·10 −2 /{(10/C)+100} (5)

図4に示すように、レーザ照射ノズル31の内部空間における分子の状態はクヌーセン数Kによって求めることができる。クヌーセン数Kは、分子の平均自由工程をλ(m)、レーザ照射ノズル31の管径をD(m)とした場合に、λ/Dで定義される値である。クヌーセン数が、K<0.01の場合、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質は粘性流となる。クヌーセン数が、0.01<K<0.3の場合、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質は中間流となる。クヌーセン数が、K>0.3の場合、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質は分子流となる。すなわち、レーザ照射ノズル31の外形に基づいて、クヌーセン数がK<0.3となるように第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44の穴径を設計することによって、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質の状態を分子流から中間流または粘性流に制御することができる。 As shown in FIG. 4, the state of molecules in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be determined by the Knudsen number K. As shown in FIG. The Knudsen number K is a value defined by λ/D, where λ (m) is the mean free path of a molecule and D (m) is the tube diameter of the laser irradiation nozzle 31 . When the Knudsen number is K<0.01, the evaporated substance in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 becomes a viscous flow. When the Knudsen number is 0.01<K<0.3, the vaporized material in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 becomes an intermediate flow. When the Knudsen number is K>0.3, the evaporated substance in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 becomes a molecular flow. That is, based on the outer shape of the laser irradiation nozzle 31, by designing the hole diameters of the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44 so that the Knudsen number becomes K<0.3, the inside of the laser irradiation nozzle 31 The state of evaporative substances in space can be controlled from molecular flow to intermediate flow or viscous flow.

具体的には、下記の式(6)の関係を満たす時に、蒸発物質の状態は中間流または粘性流となる。
D=λ/K>λ/0.3(≒3.3λ)・・・(6)
レーザ照射ノズル31における平均自由工程λ(m)は、気体定数をR、絶対温度をT(K)、アボガドロ定数をN、シールドガスの分子の直径をσ(m)、レーザ照射ノズル31の内部空間の圧力をP(Pa)とした場合、以下の関係式を満たす。
λ=R・T/√2・N・π・σ・P・・・(7)
Specifically, when the relationship of the following formula (6) is satisfied, the state of the vaporized substance becomes intermediate flow or viscous flow.
D=λ/K>λ/0.3 (≈3.3λ) (6)
The mean free path λ (m) in the laser irradiation nozzle 31 is defined by R as the gas constant, T (K) as the absolute temperature, NA as the Avogadro constant, σ (m) as the molecular diameter of the shielding gas, and σ (m) as the diameter of the shield gas molecule. When the pressure in the internal space is P g (Pa), the following relational expression is satisfied.
λ=R・T/√2・N A・π・σ 2・P g (7)

ここで、シールドガスの供給量をQ(Pa・m/s)、レーザ照射ノズル31の内部空間のコンダクタンスをC(m/s)、チャンバ内の圧力をP(Pa)とした場合、レーザ照射ノズル31の内部空間の圧力P(Pa)は、以下の関係式を満たす。
=(Q/C)+P・・・(8)
Here, the shielding gas supply amount is Q g (Pa·m 3 /s), the conductance of the internal space of the laser irradiation nozzle 31 is C (m 3 /s), and the pressure inside the chamber is P 0 (Pa). In this case, the pressure P g (Pa) in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 satisfies the following relational expression.
Pg = ( Qg /C)+P0 (8)

そして、R≒8.31(JK-1mol-1)、T=298(K)、N≒6.02・1023(mol-1)、σ≒3.8・10-10(m)(シールドガスが窒素の場合)、Q=10(m/s)、P=100(Pa)を式(6)と、式(7)と、式(8)とに代入することによって、式(5)を算出することができる。 Then, R≈8.31 (JK −1 mol −1 ), T=298 (K), N A ≈6.02·10 23 (mol −1 ), σ≈3.8·10 −10 (m) (When the shielding gas is nitrogen), by substituting Q g =10 (m 3 /s) and P 0 =100 (Pa) into equations (6), (7), and (8), , equation (5) can be calculated.

再び図3を参照する。冷却部50は、例えば、少なくとも第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44を含む領域でレーザ照射ノズル31を冷却する。 Refer to FIG. 3 again. The cooling unit 50 cools the laser irradiation nozzle 31 in a region including at least the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44, for example.

図5を用いて、冷却部50について説明する。図5は、冷却部50の構成の一例を示す模式図である。図5に示すように、冷却部50は、例えば、レーザ照射ノズル31の外周に巻き付けられ、液体冷媒が供給される液体流路である。蒸発物質は気体なので、レーザ照射ノズル31の内面や、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44に衝突すると冷却され、固体化する。このため、蒸発物質は、レーザ照射ノズル31の内面や、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44に付着しやすくなる。これにより、蒸発物質の、レーザ照射ノズル31の上流領域への侵入が防止されるので、蒸発物質の保護窓への付着が防止される。なお、冷却部50は、レーザ照射ノズル31の全体にわたって設けられており、レーザ照射ノズル31の全体を冷却してもよい。 The cooling unit 50 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the cooling unit 50. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the cooling part 50 is, for example, a liquid flow path wound around the outer periphery of the laser irradiation nozzle 31 and supplied with liquid coolant. Since the vaporized material is a gas, when it collides with the inner surface of the laser irradiation nozzle 31 and the first to fourth conductance plates 41 to 44, it is cooled and solidified. Therefore, the vaporized material is likely to adhere to the inner surface of the laser irradiation nozzle 31 and the first to fourth conductance plates 41 to 44 . As a result, the vaporized material is prevented from entering the upstream region of the laser irradiation nozzle 31, thereby preventing the vaporized material from adhering to the protective window. Note that the cooling unit 50 is provided over the entire laser irradiation nozzle 31 and may cool the entire laser irradiation nozzle 31 .

次に、図6を用いて、コンダクタンス板の変形例について説明する。図6は、コンダクタンス板の変形例を示す模式図である。 Next, a modified example of the conductance plate will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the conductance plate.

図3に図示した、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44は、それぞれ、同一の形状を有している。ここで、レーザ光Lは、集光レンズ32によって加工対象物Tの位置に焦点を持つように集光されるので、レーザ照射ノズル31の先端に行くに従って径が細くなる。したがって、レーザ光Lの径の大きさに従って、第1コンダクタンス板41~第4コンダクタンス板44のそれぞれの穴径を小さく形成することができる。 The first to fourth conductance plates 41 to 44 shown in FIG. 3 have the same shape. Here, since the laser light L is condensed by the condensing lens 32 so as to have a focal point at the position of the workpiece T, the diameter of the laser light L becomes narrower toward the tip of the laser irradiation nozzle 31 . Therefore, according to the size of the diameter of the laser beam L, the hole diameter of each of the first conductance plate 41 to the fourth conductance plate 44 can be made small.

図6に示すように、第1コンダクタンス板41Aの穴径はd(m)である。第2コンダクタンス板42Aの穴径はd(m)である。第3コンダクタンス板43Aの穴径はd(m)である。第4コンダクタンス板44Aの穴径はd(m)である。この場合、d<d<d<dとなるように形成されている。これにより、蒸発物質のレーザ照射ノズル31への侵入が物理的に抑制されるので、レーザ照射ノズル31の内部に侵入する蒸発物質の量が少なくなり、保護窓への蒸発物質の付着がより抑制される。なお、本実施形態では、各コンダクタンス板が円環状の板であるものとして説明したが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。各コンダクタンス板は、例えば、断面がT字形状の板であってもよい。 As shown in FIG. 6, the hole diameter of the first conductance plate 41A is d 1 (m). The hole diameter of the second conductance plate 42A is d 2 (m). The hole diameter of the third conductance plate 43A is d 3 (m). The hole diameter of the fourth conductance plate 44A is d 4 (m). In this case, it is formed so that d 4 <d 3 <d 2 <d 1 . As a result, the vaporized material is physically suppressed from entering the laser irradiation nozzle 31, so that the amount of the vaporized material entering the inside of the laser irradiation nozzle 31 is reduced, and adhesion of the evaporated material to the protective window is further suppressed. be done. In this embodiment, each conductance plate has been described as an annular plate, but this is an example and does not limit the present invention. Each conductance plate may be, for example, a T-shaped plate in cross section.

上述のとおり、本実施形態では、レーザ照射ノズル31の内部空間にコンダクタンス板を設けることによって、レーザ照射ノズル31の内部空間の圧力を高めることができる。これにより、本実施形態は、保護窓33への蒸発物質の付着を抑制することができる。 As described above, in this embodiment, the pressure in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be increased by providing the conductance plate in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 . Thereby, this embodiment can suppress adhesion of evaporated substances to the protective window 33 .

また、本実施形態では、レーザ照射ノズル31の内部空間に設けられたコンダクタンス板を冷却することによって、コンダクタンス板に蒸発物質を付着させることができる。これにより、本実施形態は、保護窓33への蒸発物質の付着をより抑制することができる。 In addition, in this embodiment, by cooling the conductance plate provided in the internal space of the laser irradiation nozzle 31, the vaporized material can adhere to the conductance plate. As a result, this embodiment can further suppress deposition of vaporized substances on the protection window 33 .

また、本実施形態では、レーザ照射ノズル31の先端に向かうに従って、コンダクタンス板の穴径を小さくすることによって、蒸発物質のレーザ照射ノズル31への侵入を物理的に抑制することができる。これにより、本実施形態は、保護窓33への蒸発物質の付着をより抑制することができる。 In addition, in this embodiment, by decreasing the hole diameter of the conductance plate toward the tip of the laser irradiation nozzle 31 , it is possible to physically suppress the intrusion of the vaporized material into the laser irradiation nozzle 31 . As a result, this embodiment can further suppress deposition of vaporized substances on the protection window 33 .

[第2実施形態]
図7を用いて、第2実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの構成について詳細に説明する。図7は、第2実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの断面の構成の一例を示す図である。第2実施形態に係るレーザヘッド30Aには、レーザ照射ノズル31の内部空間の圧力を排気するノズル排気装置60が設けられている点で第1実施形態と異なっている。
[Second embodiment]
The configuration of the laser head of the laser processing apparatus according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a laser head of a laser processing apparatus according to the second embodiment. A laser head 30A according to the second embodiment differs from the first embodiment in that a nozzle exhaust device 60 for exhausting the pressure in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 is provided.

図7に示すように、レーザ照射ノズル31には、ノズル排気配管61を介して、ノズル排気装置60が接続されている。ノズル排気装置60は、ノズル排気配管61を介さずに、レーザ照射ノズル31に直接取り付けられていてもよい。ノズル排気装置60は、レーザ照射ノズル31の内部空間の噴射されたシールドガスをチャンバ11の外部に排気する。ここで、ノズル排気装置60の排気量を、Q(Pa・m/S)であるとする。この場合、チャンバ11の内部を所定の圧力Pの状態の保持するために必要であった、シールドガスの供給量Q(Pa・m/S)の関係式は以下のように変更される。
≦(PS+Q)-(Q+Q+PS)・・・(9)
As shown in FIG. 7 , a nozzle exhaust device 60 is connected to the laser irradiation nozzle 31 via a nozzle exhaust pipe 61 . The nozzle exhaust device 60 may be directly attached to the laser irradiation nozzle 31 without the nozzle exhaust pipe 61 . The nozzle exhaust device 60 exhausts the injected shielding gas in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 to the outside of the chamber 11 . Here, suppose that the exhaust amount of the nozzle exhaust device 60 is Q n (Pa·m 3 /S). In this case, the relational expression of the supply amount Q g (Pa·m 3 /S) of the shielding gas required to maintain the state of the predetermined pressure P inside the chamber 11 is changed as follows. .
Qg≦(PS+ Qn )−( QC + QW + P0S ) (9)

上述の式(9)に示されるように、第2実施形態では、ノズル排気装置60の排気量だけ、シールドガスの供給量を増加させることができる。 As shown in the above equation (9), in the second embodiment, the supply amount of the shield gas can be increased by the exhaust amount of the nozzle exhaust device 60 .

上述のとおり、本実施形態では、レーザ照射ノズル31にノズル排気装置60を設けたことによって、レーザ照射ノズル31の内部空間に噴射するシールドガスの供給量を増加させることができる。これにより、本実施形態は、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に近づけることができるので、保護窓33への蒸発物質の付着をより防止することができる。 As described above, in the present embodiment, by providing the nozzle exhaust device 60 in the laser irradiation nozzle 31, the supply amount of the shielding gas injected into the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be increased. As a result, in this embodiment, the flow of evaporative substances in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be brought close to an intermediate flow or a viscous flow, so adhesion of the evaporative substances to the protective window 33 can be further prevented.

[第3実施形態]
図8を用いて、第3実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの構成について詳細に説明する。図8は、第3実施形態に係るレーザ加工装置のレーザヘッドの断面の構成の一例を示す図である。第3実施形態に係るレーザヘッド30Bには、冷却部50が設けられていない点と、コンダクタンス板で圧力を制御しない点とで第2実施形態と異なっている。
[Third embodiment]
The configuration of the laser head of the laser processing apparatus according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a laser head of a laser processing apparatus according to a third embodiment. The laser head 30B according to the third embodiment differs from the second embodiment in that the cooling section 50 is not provided and the pressure is not controlled by a conductance plate.

図8に示すように、レーザ照射ノズル31には、ノズル排気配管61を介して、ノズル排気装置60が接続されている。レーザ照射ノズル31の内部空間には、第1コンダクタンス板41と、第2コンダクタンス板42とが設けられている。 As shown in FIG. 8 , a nozzle exhaust device 60 is connected to the laser irradiation nozzle 31 via a nozzle exhaust pipe 61 . A first conductance plate 41 and a second conductance plate 42 are provided in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 .

第1コンダクタンス板41と、第2コンダクタンス板42とは、レーザ照射ノズル31において、ノズル排気装置60がガスを排気するための空間を区画している。この場合、ノズル排気装置60は、第1コンダクタンス板41と、第2コンダクタンス板42とによって区画された空間におけるシールドガスを外部に排出する。すなわち、ノズル排気装置60の排気量だけ、シールドガスの供給量を増加させることができる。なお、レーザ照射ノズル31の内部空間において、保護窓33よりもレーザ光Lの照射方向の下流側に複数のコンダクタンス板が設けられていてもよい。 The first conductance plate 41 and the second conductance plate 42 define a space for the nozzle exhaust device 60 to exhaust gas in the laser irradiation nozzle 31 . In this case, the nozzle exhaust device 60 exhausts the shield gas in the space defined by the first conductance plate 41 and the second conductance plate 42 to the outside. That is, the supply amount of the shield gas can be increased by the exhaust amount of the nozzle exhaust device 60 . In addition, in the internal space of the laser irradiation nozzle 31, a plurality of conductance plates may be provided downstream of the protection window 33 in the irradiation direction of the laser light L.

上述のとおり、本実施形態では、レーザ照射ノズル31にノズル排気装置60を設けたことによって、レーザ照射ノズル31の内部空間に噴射するシールドガスの供給量を増加させることができる。これにより、本実施形態は、レーザ照射ノズル31の内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に近づけることができるので、保護窓33への蒸発物質の付着をより防止することができる。 As described above, in the present embodiment, by providing the nozzle exhaust device 60 in the laser irradiation nozzle 31, the supply amount of the shielding gas injected into the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be increased. As a result, in this embodiment, the flow of evaporative substances in the internal space of the laser irradiation nozzle 31 can be brought close to an intermediate flow or a viscous flow, so adhesion of the evaporative substances to the protective window 33 can be further prevented.

10 レーザ加工装置
11 チャンバ
12 レーザ発振器
13 シールドガス噴射装置
14 排気装置
15 移動機構
16 制御装置
21 光ファイバケーブル
22 シールドガス供給配管
30 レーザヘッド
31 レーザ照射ノズル
32 集光レンズ
33 保護窓
40 コンダクタンス板
41,41A 第1コンダクタンス板
42,42A 第2コンダクタンス板
43,43A 第3コンダクタンス板
44,44A 第4コンダクタンス板
50 冷却部
60 ノズル排気装置
61 ノズル排気配管
L レーザ光
T 加工対象物
REFERENCE SIGNS LIST 10 laser processing device 11 chamber 12 laser oscillator 13 shield gas injection device 14 exhaust device 15 moving mechanism 16 control device 21 optical fiber cable 22 shield gas supply pipe 30 laser head 31 laser irradiation nozzle 32 condenser lens 33 protection window 40 conductance plate 41 , 41A first conductance plate 42, 42A second conductance plate 43, 43A third conductance plate 44, 44A fourth conductance plate 50 cooling unit 60 nozzle exhaust device 61 nozzle exhaust pipe L laser beam T workpiece

Claims (10)

チャンバと、
前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、保護窓とを有するレーザヘッドと、
前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、
前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられ、中央部に前記レーザ照射ノズルの内径に基づいて穴径が設計された穴部を有するコンダクタンス板と、
前記チャンバの内部の圧力を制御する排気装置と、を備え、
前記コンダクタンス板は、前記レーザ照射ノズルの前記内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に制御する、レーザ加工装置。
a chamber;
a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light;
a laser head provided inside the chamber and having a laser irradiation nozzle, a condenser lens, and a protective window;
a shield gas injection device for injecting a shield gas into the internal space of the laser irradiation nozzle;
a conductance plate provided in the internal space downstream of the protective window in the irradiation direction of the laser beam , and having a hole in the center portion with a hole diameter designed based on the inner diameter of the laser irradiation nozzle ;
an exhaust device that controls the pressure inside the chamber,
The laser processing apparatus, wherein the conductance plate controls the flow of the vaporized substance in the internal space of the laser irradiation nozzle to a medium flow or a viscous flow.
前記コンダクタンス板を冷却する冷却部を備える、請求項1に記載のレーザ加工装置。 2. The laser processing apparatus according to claim 1 , further comprising a cooling part for cooling said conductance plate. チャンバと、
前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、保護窓とを有するレーザヘッドと、
前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、
前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられたコンダクタンス板と、
前記チャンバの内部の圧力を制御する排気装置と、
前記コンダクタンス板を冷却する冷却部と、
を備え、
前記コンダクタンス板は、前記レーザ照射ノズルの前記内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に制御する、レーザ加工装置。
a chamber;
a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light;
a laser head provided inside the chamber and having a laser irradiation nozzle, a condenser lens, and a protective window;
a shield gas injection device for injecting a shield gas into the internal space of the laser irradiation nozzle;
a conductance plate provided in the internal space downstream of the protection window in the irradiation direction of the laser light;
an exhaust device for controlling the pressure inside the chamber;
a cooling unit that cools the conductance plate;
with
The laser processing apparatus, wherein the conductance plate controls the flow of the vaporized substance in the internal space of the laser irradiation nozzle to a medium flow or a viscous flow.
前記レーザ照射ノズルに設けられ、前記レーザ照射ノズルの前記内部空間に噴射された前記シールドガスを外部に排気するノズル排気装置を備える、請求項1からのいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 4. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a nozzle exhaust device provided in said laser irradiation nozzle for exhausting said shielding gas injected into said internal space of said laser irradiation nozzle to the outside. . チャンバと、
前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、保護窓とを有するレーザヘッドと、
前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、
前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられたコンダクタンス板と、
前記チャンバの内部の圧力を制御する排気装置と、
前記レーザ照射ノズルに設けられ、前記レーザ照射ノズルの前記内部空間に噴射された前記シールドガスを外部に排気するノズル排気装置と、
を備え、
前記コンダクタンス板は、前記レーザ照射ノズルの前記内部空間における蒸発物質の流れを中間流または粘性流に制御する、レーザ加工装置。
a chamber;
a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light;
a laser head provided inside the chamber and having a laser irradiation nozzle, a condenser lens, and a protective window;
a shield gas injection device for injecting a shield gas into the internal space of the laser irradiation nozzle;
a conductance plate provided in the internal space downstream of the protection window in the irradiation direction of the laser light;
an exhaust device for controlling the pressure inside the chamber;
a nozzle exhaust device provided in the laser irradiation nozzle for exhausting the shielding gas injected into the internal space of the laser irradiation nozzle to the outside;
with
The laser processing apparatus, wherein the conductance plate controls the flow of the vaporized substance in the internal space of the laser irradiation nozzle to a medium flow or a viscous flow.
前記コンダクタンス板は、中央部に穴部を有する円環状の形状を有しており、
前記レーザ照射ノズルの内径がD(m)、前記コンダクタンス板のコンダクタンスがCである場合、D>3.3・R・T/√2・N・π・σ・{(Q/C)+P}を満たす、請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The conductance plate has an annular shape with a hole in the center,
When the inner diameter of the laser irradiation nozzle is D (m) and the conductance of the conductance plate is C, D>3.3 R T/√2 N A π σ 2 {(Q g /C )+P 0 }, the laser processing apparatus according to claim 1 .
前記レーザ照射ノズルの前記内径D(m)は、D>2.1・10-2/{(10/C)+100}を満たす、請求項に記載のレーザ加工装置。 7. The laser processing apparatus according to claim 6 , wherein said inner diameter D (m) of said laser irradiation nozzle satisfies D>2.1·10 −2 /{(10/C)+100}. 前記コンダクタンス板を複数備え、
複数の前記コンダクタンス板の穴は、下流側に向けて徐々に小さくなる、請求項1からのいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
A plurality of the conductance plates,
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the holes of the plurality of conductance plates gradually become smaller toward the downstream side.
チャンバと、
前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記チャンバの内部に設けられ、レーザ照射ノズルと、集光レンズと、前記集光レンズを保護する保護窓とを有するレーザヘッドと、
前記レーザ照射ノズルの内部空間にシールドガスを噴射するシールドガス噴射装置と、
前記レーザ照射ノズルに設けられ、前記レーザ照射ノズルの内部空間に噴射された前記シールドガスを外部に排気する排気装置を備える、レーザ加工装置。
a chamber;
a laser oscillator provided outside the chamber for oscillating laser light;
a laser head provided inside the chamber and having a laser irradiation nozzle, a condenser lens, and a protection window for protecting the condenser lens;
a shield gas injection device for injecting a shield gas into the internal space of the laser irradiation nozzle;
A laser processing apparatus comprising an exhaust device provided in the laser irradiation nozzle for exhausting the shield gas injected into an internal space of the laser irradiation nozzle to the outside.
前記内部空間において、前記保護窓よりも前記レーザ光の照射方向の下流側に設けられたコンダクタンス板を備える、請求項に記載のレーザ加工装置。 10. The laser processing apparatus according to claim 9 , further comprising a conductance plate provided in said internal space downstream of said protective window in the irradiation direction of said laser beam.
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