JPH01249289A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野〉 この発明は、レーザ加工装置に係り、特にレーザ光を集
光する集光レンズを保持し、ノズル口を有する集光レン
ズホルダ部を改良したレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザ加工装置は、レーザ発振器から放出され
たレーザ光を集光レンズホルダ部に保持された集光レン
ズに導き、この集光レンズにより集光して被加工物に照
射するとともに、集光レンズホルダ部のノズル口を介し
て上記被加工物のレーザ光照射部に補助ガスを供給する
構造に構成されている。

第３図はその一般的な集光レンズホルダ部である。この
集光レンズホルダ部は、内側に集光レンズ（１）を保持
する筒状体からなり、その集光レンズ（１）により集光
されたレーザ光（Ｌ）を先端部に形成されたノズル口（
２）から射出するとともに、集光レンズ（１）とノズル
（３）との間の側壁の設けられたパイプ（４）を介して
集光レンズホルダ部内に補助ガスを導き、この集光レン
ズホルダ部内に導入された補助ガスを上記ノズル口（２
）から被加工物のレーザ光照射部に供給するようになら
でいる。

しかし、このような集光レンズホルダ部では、レーザ光
（［）は、集光レンズ（１）通過後、被加工物に達する
まで補助ガス中を通ることになる。そのため、たとえば
安価なＣＯ２ガスをシールドガスとして使用し、ＣＯ２
レーザにょるレーザ溶接をおこなうと、Ｃ０２ガスに対
してＣ０２レーザ光の吸収が大きく、被加工物の溶込み
がＨｅやＡｒなどを使用した場合より劣る。また、この
集光レンズホルダ部を用い、０２をアシストガスとして
鋼板などのレーザ切断をおこなっても、切断部へのＯ濃
度が集中ぜず、切断可能な板厚に限界があり、薄い板し
か切断できない。また、切断部から発生する熱による歪
みの問題もある。

そのため、切断用の集光レンズホルダ部として、各種集
光レンズホルダ部が考案されてでる。第４図に示す集光
レンズホルダ部は、「プレス技術」、第２３巻、第６号
に開示されたその一例であり、特にこの集光レンズホル
ダ部は、被加工物（Ｗ）に照射するレーザ光（［）およ
びアシストガス（５）が通過する先端部のノズル口（２
）の外周に被加工物（旧のレーザ光照射部に冷却水（６
）を供給する供給孔（７）が設けられ、この供給孔（７
）から供給される冷却水（６）によってレーザ光照射部
の発熱を抑制する構造となっている。

第５図（八）図は、この集光レンズホルダ部を使用して
切断した場合の熱の拡散範囲を等温曲線（８）で示した
ものであり、（Ｂ）図に示した冷却水を供給しない場合
と比較して熱の拡散範囲が狭く、被加工物（旧への熱の
影響を抑制できることが示されている。なＪ５、（９）
はレーザ光による切断幅である。しかし、この集光レン
ズホルダ部は、冷却水の供給孔（７）がレーザ光（［）
およびアシストガスを供給するノズル口（２）の外周に
平行に形成されているため、上記供給孔（７）からの冷
却水（６）は、レーザ光照射部のまわりに供給され、直
接レーザ光照射部に供給される川が少ないため、十分な
冷却効果を発揮しない。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように、従来の一般的な集光レン父ホルダ部では
、レーザ光がその内側に保持された集光レンズ通過復波
加工物に達するまで補助ガス中を通るため、レーザ光の
吸収が大きく、ＣＯレーザを用いたレーザ溶接の場合、
安価なＣＯガスをシ−ルドガスとして使用することがで
きず、またレーザ切断に使用しても、切断可能な板厚に
限界がめり、かつ切断部の発熱による歪みの問題がおる
。

また、切断用集光レンズホルダ部として、レーザ光およ
びアシストガスとともに、冷却水を供給するようにした
集光レンズホルダ部があるが、この集光レンズホルダ部
は、冷却水の供給孔がレーザ光やアシストガスが通るノ
ズル口の外周に平行に形成されているため、レーザ光照
射部のまわりに供給され、直接レーザ光照射部に供給さ
れる量が少なく、十分な冷却効果が得られないという問
題がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
でおり、集光レンズホルダ部を改良して、切断、溶接な
どのレーザ加工をイｊ効かつ容易におこなうことができ
るレーザ加工装置を構成することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段〉 レーザ加工装置において、レーザ発娠器から放出された
レーザ光を集光する集光レンズを保持する集光レンズホ
ルダ部のノズル口の内側近傍に、このノズル口から集光
レンズにより集光されたレーザ光と同軸的に被加工物の
レーザ光照射部にガス、熱風ガス、液体またはガス混合
液体を供給する供給孔を設（プた。

（作　用） 上記のように集光されたレーザ光が通過サ−る集光レン
ズホルダ部のノズル口の内側近傍に、レーザ光と同軸的
にガス、液体またはガス混合液体を供給する供給孔を設
けると、レーザ加工に必要なガス、熱風ガス、液体など
によるレーザ光の吸収を少なくすることができ、しかも
、レーザ光照射部に直接レーザ加工に必要なガス、液体
などを供給することができ、所要のレーザ加工を有効か
つ容易におこなうことができる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説明
する。

レーザ加工装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器
から放出されるレーザ光を導く反射鏡や導光管などの伝
送光学系と、この伝送光学系を介して導かれたレーザ光
を集光して被加工物に照射する集光レンズホルダ部とを
備える。

第１図にその集光レンズホルダ部の一例を、また第２図
にその一部を拡大しで示す。この集光レンズホルダ部は
、内側に集光レンズ（１）を保持する筒状のレンズホル
ダ部（１０）と、このレンズホルダ部（１０）の先端に
同軸に螺合する截頭円錐状のノズル部（１１）とから構
成されている。

そして、そのレンズホルダ部（１０）の集光レンズを保
持する保持部（１２）とノズル部（１１）が螺合する先
端部との間の側壁には、レンズホルダ部（１０）内に補
助ガスを導入するパイプ（４）が設けられている。この
パイプ（４）は、図示しないガス供給源に接続されてい
る。また、ノズル部（１１）には、その中央部に先端面
の小径の開口をノズル口（１３）とする空孔（１４）が
設【ブられ、この空孔（１４）を介してその先端のノズ
ル口（１３）から、上記集光レンズ（１）により集光さ
れたレーザ光（［）を被加工物（臀）に照射するととも
に、上記レンズホルダ部（１０）内に導入された補助ガ
スや熱風ガスを被加工物（−）に供給するようになって
いる。また、上記空孔（１４）のまわりには、この空孔
（１４）を取囲むように同軸的に段付き環状の空隙部（
１５）が設けられ、この空隙部（１５）のレンズホルダ
部（１０）側は、パイプ（１６）を介してガス、熱風ガ
ス、液体などの加工補助剤を貯蔵するタンク（１７）に
接続され、反対側（先端部側）は、上記ノズル口（１３
）内側近傍に開口して、ガス、液体などの加工補助剤を
供給する微細な多数の供給孔（１８）に接続されている
。

なお、第１図において、（１９）は、タンク（１７）内
の液体（２０）を加圧する加圧装置の圧力調節弁、もし
くはタンク（１７）内の気体圧力を調節する圧力調節弁
、（２１）はタンク（１７）から空隙部（１５）への加
工補助剤の圧送調節弁である。

つぎに、上記集光レンズホルダ部を使用した加工例につ
いて述べる。

ｈロエ例１：　板厚３．２ｍｍの５ＫＤ−１１に対して
、集光レンズホルダ部のノズル口（１３）から平均出力
３００ＷのＣＯレーザ光をパルス照射するとともに、ア
シストガスとしてＣＯガスを圧力２　Ｋ’Ｊ　／に１１
　ｓ流ｆｉ４０．ｌ１／ｍｉｎで供給し、さらにタンク
（１７）を０．５ＫＯ／ＣＩ／１で加圧して供給孔（１
８）から水を１５ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給しながら、
切断速度１ｏｃ　ｍ／ｍ　ｉ　ｎで切断加工をおこなっ
た。

その結果、第３図に示した水供給をおこなわない従来の
集光レンズホルダ部の場合の切断面の粗ざが約１２μｍ
であるのに対し、約３．５μｍときわめで良好な切断面
が（ｑられた。

加工例２：　板厚５１１１ｍのＳｉ３Ｎ４セラミックに
対しで、加工例１と同様に集光レンズホルダ部のノズル
口（１３）から平均出力３００ＷのＣ０２レーザ光をパ
ルス照射するとともに、アシストガスとして０２ガスを
圧力２にｇ／ｃＩｉ、流１４０Ｊｌ　／ｍｉｎで供給し
、ざらにタンク（１７）を０．５ＫＯ／ｃｉで加圧して
供給孔（１８）から水を１５ＣＣ／ｍｉｎの流量で供給
しながら、切断速度５ｃｍ／ｍｉｎで切断加工をおこな
った。

その結果、従来の集光レンズホルダの場合は、熱歪みに
より割れが発生したが、この例の集光レンズホルダでは
、割れの発生がなく、かつ切断面の粗さを約１０μｍと
良好な切断が得られた。

加工例３：　板厚１．０ｍｍの５ＵＳ３０４に対して、
集光レンズホルダ部のノズル口（１３）から平均出力５
０ＷのＣＯレーザ光をパルス照射するとともに、アシス
トガスとして０ガスを圧力２にＣＪ／ｃｒｉ、流量４０
ｆＪ／ｍｉｎで供給し、ざらにタンク（１７）を０．５
に０／ｃｒＡで加圧して供給孔（１８）からＨＮ　Ｏ３
水溶液を１５ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給しながら、切断
速度５Ｃｍ／ｎ＋ｉｎで切断加工をおこなった。

その結果、ｌｌＮＯ３水溶液の供給をおこなわない従来
の集光レンズホルダでは、酸化のために切断面が黒化し
たが、この例の集光レンズホルダでは、黒化は少なく金
属光沢をもった切断面が得られた。

加工例４：　板厚３．０ｍｍの３１３３０４に対して、
集光レンズホルダ部のノズル口（１３）から平均出方１
にＷのＣＯ２レーザ光を照射するとともに、ノズル口（
１３）からのガス供給を中止してタンク（１７）から順
次空隙部（１５）、供給孔（１８）を介して、シールド
ガスとしｒ　ｃｏガスを圧力ＩＫｇ／Ｃｌ１ｔ、流量１
ｉ０ｆＪ　／ｍｉｎ供給しながら、溶接速度１ｍ１ｍ１
ｎで突合わせ溶接をおこなった。

その結果、ＣＯレーザ光を吸収するＣ０２ガスを用いて
も、所要の溶接を容易におこなうことができ、しかも、
発生蒸気による集光レンズ（１）の損傷、汚れも防止す
ることができた。

加工例５：　板厚５．０ｍｍの５１３Ｎ４セラミツクに
対して、集光レンズホルダ部のノズル口（１３）から平
均３００Ｗのパルスレーザ光を照射するとともに、アシ
ストガスとして熱風供給器を介して４００°ＣのＮ２ガ
スを圧力２Ｋｇ／　ｃｔｉｓ流ＭＪ４０１　／ｍｉｎで
供給しながら、切断速度２Ｃｍ／ｌ１ｌｉｎで切断加工
をおこなった。

その結果、クラックの、ない切断面が１ｑられた。

以上の加工例で実証されたように、集光レンズホルダ部
先端部のノズル口（１３）内側近傍に、ガス、液体など
の加工補助剤を供給する供給孔（１８）を設け、ノズル
口（１３）を通って被加工物四）に照射する集光された
レーザ光（Ｌ）と同軸的に、ノズル口（１３）からガス
、液体などの加工補助剤をレーザ光照射部に供給するよ
うに構成すると、冷却用液体や酸化防止用液体、あるい
はシールドガスやアシストガスなと所要の液体やガスを
直接レーザ光照射部に供給することができ、所定の加工
を有効かつ容易におこなうことができる。また、レーザ
光の吸収が大ぎいｌこめに、従来ＣＯ２レーザによる溶
接で使用困難であった安価なＣ０２ガスを使用すること
ができる。

なお、上記加工例では、供給孔からガスまたは液体を供
給する場合について）ホべたが、この供給孔からガス混
合液体など形態の異なる他の加工補助剤を供給すること
も可能である。

なお、ＨＮＯ水溶液を使用する場合は、ノズルをインジ
ウム、白金、モリブデン、タングステンなどの材料で作
る必要がおる。

なおまた、このレーザ加工装置は、切断、溶接以外のレ
ーザ加工にも使用可能である。

［発明の効果］ 集光レンズホルダ部先端部のノズル口の内側近傍に、ガ
ス、液体またはガス混合液体などの加工補助剤を供給す
る供給孔を設け、ノズル口を通って被加工物に照射する
集光されたレーザ光と同軸的に、そのノズル口から液体
、熱風ガス、気体またはガス混合液体などの加工補助剤
をレーザ光照射部に供給するように構成したので、直接
レーザ加工に必要な加工補助剤をレーザ光照射部に供給
することができ、かつ加工補助剤によるレーザ光の吸収
も少なくすることができ、所要のレーザ加工を有効かつ
容易におこなうことができる。また、熱風ガスを使用す
ることにより、クラックの発生しやすいセラミックを有
効に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）図はそれぞれこの発明の一実
施例であるレーザ加工装置の集光レンズホルダ部の構成
を一部断面で示す正面図および先端部側からみた平面図
、第２図はその要部を拡大して示す断面図、第３図は従
来の一般的な集光レンズホルダ部の構成を示す正面図、
第４図はレーザ光照射部に冷却水を供給するように構成
された従来の集光レンズホルダ部の図、第５図（Ａ）　
ｉＪ３よび（Ｂ）図はそれぞれ冷却水を供給しながら切
断をａ″３こなった場合および冷却水を供給しないで切
断をおこなった場合の熱の拡散範囲を示す図である。 １・・・集光レンズ １３・・・ノズル口 １７・・・タンク １８・・・供給孔 Ｌ・・・レーザ光 Ｗ・・・被加工物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ発振器から放出されたレーザ光を集光レンズホル
   ダ部に保持された集光レンズにより集光して上記集光レ
   ンズホルダ部のノズル口から被加工物に照射するととも
   に、上記集光レンズホルダ部のノズル口と集光レンズと
   の間に導入されたガスを上記被加工物のレーザ光照射部
   に上記ノズル口から供給するように構成されたレーザ加
   工装置において、 上記ノズル口の周囲に上記集光レンズにより集光された
   レーザ光と同軸的に上記レーザ光照射部にガス、熱風ガ
   ス、液体またはガス混合液体を供給する供給孔を設けた
   ことを特徴とするレーザ加工装置。