JPH02200392A - レーザ加工用ノズルおよびレーザ加工方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、レーザ加工装置のレーザ加工用ノズルの改良
に関し、詳しくは剛性の低い被加工物の切断加工に好適
なレーザ加工用ノズルおよびレーザ加工方法に関する。

「従来の技術」 従来のレーザ加工用ノズルおよびレーザ加工方法につい
て図面を参照して説明する。

第６図に従来のレーザ加工用ノズルを使用したレーザ加
工装置の構成を示す。

このレーザ加工装置は、図示時のレーザ発振器により発
振されたレーザ光１が加工ヘッド６内に固定された集光
レンズ２により集光されて被加工物５の切断加工部５ａ
に照射されるとともに、アシストガス３が加工へラド６
の下端部に取付けられたレーザ加工用ノズル４から切断
加工部５ａに向けて噴射され、加工へラド６と被加工物
５とを相対的に移動させて被加工物を所望の形状に切断
加工するものである。

レーザ加工用ノズル４はその内部にレーザ光１およびア
シストガス３の通路が被加工物側に向かって細くテーバ
状に形成され、外周部も同じく被加工物側に向かって細
くなるようなテーパ状に形成され、被加工物面に対向す
る先端面４ａは平面状に形成され、その外径は比較的小
さく形成されている。

アシストガス３には窒素ガス等が使用され、被加工物５
の切断時に発生する溶融・蒸発状態の被加工物５ｂを吹
き飛ばして除去する鋤きをしている。レーザ光による切
断加工は除去加工であるから、加工速度を高速化するた
めには、アシストガスを高圧化して被加工物の除去能力
を高めることが効果的である。

「発明が解決しようとする課題」 レーザ加−１においては通常第７図に示すような、先端
が円錐状に形成された複数の棒状の支持台７ａ上に被加
工物５が載置される。ところが、被加工物５が剛性の低
い、樹脂材料や薄板状である場合には、アシストガス３
の噴射圧力および被加工物らの自重によって被加工物ら
が下方にたわみ、望ましくはレーザ光１の焦点位置１ａ
にあるべき切断加工部５ａが下方にずれるなめに、切断
加工部５ａにおけるレーザ光１のビームのスポット径が
大きくなり、切断特性が低下する。このような被加工物
５の変形による切断特性の低下を防ぐために、従来はア
シストガス３の噴射圧力Ｐ１を、ｌ　ｋｇ／ａｍ’以下
と低くせざるを得なかった。

また、第８図に示すような、アシストガス３の噴射圧力
に耐えうる充分な剛性をもつ板材を用いて被加工物５の
切断加工形状に合わせてその切断加工形状５ａの近傍の
みを逃がした支持体７を用意し、該支持体７−Ｅに被加
工物５を載置して切断加工を行う方法があったが、支持
体７は被加工物５の切断加工形状ごとに用意しなければ
ならず、また被加工物５の切断加工形状が変わる度に段
取替えを行わねばならないので、効率的でなかった。

そして、第６図に示すように、レーザ加工用ノズル４の
先端部４ａが平面状に形成されていたため、被加工物に
近接させて切断加工を行う場合、液加１！？１Ｎの歪み
によって、レーザ加工用ノズルと被加工物とが接触し、
不具合が発生ずるおそれがあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
その課題は、アシストガスを高圧化して切断加工速度を
高めるとともに、歪みを有する被加工物にその先端面が
接触しないようなレーザ加工用ノズル、およびレーザ加
工方法を提供することである。

［課題を解決するための手段および作用」上記課題を解
決するための本発明によるレーザ加工用ノズルは、被加
工物にレーザ光を照射しつつアシストガスを噴射して切
断加Ｉを行うレーザ加工装置のレーザ加工用ノズルにお
いて、前記被加工物に対向する先端面の面積を所定の寸
法に拡大させ、かつ前記先端面を中心が凸となるテーパ
状または凸曲面状に形成させたことを特徴とする。

また、本発明によるレーザ加工方法は前記レーザ加工用
ノズルにより、前記先端面と被加工物との間で負圧を生
ぜしめつつ切断加工を行うことを特徴とする。

本発明の上記構成によれば、レーザ加工用ノズルの先端
面と被加工物との距離が短い場合、アシストガスは被加
工物に向かって１１進する流れとは別に、前記先端面と
被加工物面との間隙をノズル穴から外周に向けて高速で
放射状に進行する流れが発生する。この流れは高速であ
るために、先端面と被加工物面との間にベルヌーイの定
理による圧力低下の現象が起こり、また前記先端面の面
積が拡大されているため、前記両面間の平均圧力は容易
に負圧すなわち大気圧以下となる。そして、前記先端面
のノズル穴付近の正圧と、前記両面間の負圧と、被加工
物の自重とがつり合うような東件を設定することによっ
て先端面と被加工物面との距離は切断加工部近傍に支持
体がなくてもほぼ一定に保つことができ、アシストガス
を高圧化しても切断特性は安定し、切断加工速度の高速
化が可能になる。

また、レーザ加工用ノズルの先端面の外周部における被
加工物面との距離が、前記先端面の中心部である切断加
工部における被加工物面との距離よりも大となり、被加
工物が歪みを有する場合に、レーザ加工用ノズルの先端
部と、被加工物とが接触することが防止される。

［実施例」 本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図に本発明のレーザ加工用ノズルを使用したレーザ
加工装置の構成を示す。

このレーザ加工装置は第６図に示した従来のレーザ加工
装置に対し、レーザ加工用ノズルのみを本発明のものに
交換した構成によってなり、図示時のレーザ発振器によ
り発振されたレーザ光１が加工ヘッド６内に固定された
集光レンズ２により集光されて被加工物５の切断加工部
５ａに照射されるとともに、アシストガス３が加工ヘッ
ド６の下端部に取付けられたレーザ加工用ノズル８から
切断加工部５ａに向けて照射され、加工ヘッド６と被加
工物５とを相対的に移動させて被加工物５を所望の形状
に切断加工するものである。

レーザ加工用ノズル８はその内部にレーザ光１およびア
シストガス３の通路が被加工物側に向かって細くなるよ
うなテーバ状に形成されているが、外周部はノズル先端
面８ａに到るまで直径寸法が一定に形成されて円柱状と
なっている。第２図に示ずように、ノズル８の先端面８
ａは、中心部に直径ｄのノズル穴８ｂが形成され、外径
は従来例に対し著しく拡大されて直径りに形成され、こ
れに伴い先端部８ａの面積も著しく拡大されている。

また先端部８ａはその中心部が凸となりθの角度によっ
てなるテーバ状に形成されている。

「作動」 上記構成の作動につき図面を参照して説明する。

第１図に示すレーザ加工装置によりレーザ加工を行う場
合、被加工物に向けて噴射されたアシストガス３は、そ
のまま直進して溶融層を除去する主流３ａと、先端部８
ａと被加工物５とにはさまれた空間を中心部から外周に
向けて放射状に流れる分流３ｂとに別れる。このとき、
第３図に示すように、ノズル穴８ｂ付近にはアシストガ
ス３の圧力Ｐ１にほぼ等しく、かつ大気圧Ｐ０より高い
正圧が発生する。また先端面８ａの中心部と被加工物５
との間隔りがごく短い場合に、分流３ｂの流速が高速と
なることにより、先端面８ａと被加工物５とにはさまれ
た空間には、ベルヌーイの定理による圧力低下の現象が
起こり、流速に対応した負圧が発生する。この負圧はノ
ズル穴８ｂを除いた先端面８ａに対して作用し、被加工
物５の先端面８ａに対向した部分における平均圧力Ｐは
大気圧Ｐ０よりも低くなる。このため、被加工物５の下
面に作用する大気圧により、被加工物５をＥ方に押し上
げようとする力Ｐ２が容易に発生する。従って、押し上
げる力Ｐ、と、被加工物の重量とがつり合うような条件
を設定することにより、先端部８ａと被加工物５との間
隔りを、切断加工部５ａの近傍に第８図に示すような支
持体７を使用することなく、はぼ一定に保つことができ
る。

また、間隔りは、例えば０．３−一以ｆといったごく小
さい値であることが多いが、第２図、第４図に示すよう
に本実施例では先端面８ａが、中心部が凸となりθの角
度によってなる若干のテーバ状に形成されているため、
第４図において破線で示す、先端面がフラット形状であ
る場合のように歪みを有する被加工物５と接触すること
のないようになっている。

なお、実験によれば、第２図における先端部８ａの外径
りを１０〜２０ｍｍの範囲とし、アシストガスの圧力を
３〜４　ｋｇ／ａｍ”とした場合に有効な負圧が得られ
、特にＤ＝１６＋ｕｉ、ノズル穴８ｂの内径ｄ＝１．０
−−、θ＝１０°、アシストガスの圧力Ｐ　＋　＝　３
　、８　ｋｇ／ｃｍ”の条件下で、１加工ｅｌとして＆
厚１，０−のポリカーボネートを切断加工したところ、
間隔ｈ＝０．１〜０．２輪−となり、切断部全周に頁っ
て良好なレーザ切断が実現できた。

「他の実施例」 本発明は上記実施例の細部にまで限定されるものではな
く、例えば第５図に示すように、レーザ加工用ノズル８
の先端面８ａは中心が凸となる凸曲面状に形成されてい
るのであってもよい。

「発明の効果」 本発明は以上説明したように構成されているので、次の
ような効果を奏する。

本発明によるレーザ加工用ノズルは、その先端面の面積
を所定の寸法に拡大させたことにより、被加工物との間
でアシストガスの分流により容易に発生する負圧を有効
に作用させ、該負圧を利用して、被加工物が下方にずれ
ることを防止できる。

また、本発明によるレーザ加工用ノズルはその先端面の
中心が凸となるテーバ状または凸曲面状に形成されてい
るので、被加工物の歪みにより前記レーザ加工用ノズル
と被加工物とが接触するという不具合が避けられる。

また、本発明によるレーザ加工方法では、前記負圧によ
り、剛性の低い被加工物の下方へのずれを防止している
ので、従来必要とされた支持体が不要になる。

そして、本発明によるレーザ加工方法では、アシストガ
スが高圧化できるため、切断加工時に切断加工部におい
て発生する溶融・蒸発状態の被加工物に対する除去能力
が高められ、レーザ加工が高速化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるレーザ加工用ノズルを使
用したレーザ加工装置およびレーザ加工方法を示す断面
図、第２図は前記レーザ加工用ノズルを示す断面図、第
３図は前記レーザ加工用ノズルの先端部におけるアシス
トガスの圧力分布を示す説明図およびグラフ、第４図は
前記レーザ加工用ノズルと歪みを有する被加工物とを示
す断面図　第５ＵｇＩは本発明の他の実施例であるレー
ザ加工用ノズルを示す断面図、第６図は従来のレーザ加
工用ノズルを使用したレーザ加工装置およびレーザ加工
方法を示す断面図、第７図は従来のレーザ加１〕装置に
よる剛性の低い被加工物の加工について示す断面図、第
８図は従来のレーザ加工装置番ごおいて支持体を用いて
行う加工方法について示す断面図である。 ７２２．レーザ光、　　３１５．アシストガス、被加工
物、　８００．レーザ加工用ノズル。 先端部。 ５１．。 ８　ａ、。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物にレーザ光を照射しつつアシストガスを
   噴射して切断加工を行うレーザ加工装置のレーザ加工用
   ノズルにおいて、 前記被加工物に対向する先端面の面積を所定の寸法に拡
   大させ、かつ前記先端面を中心が凸となるテーパ状また
   は凸曲面状に形成させたことを特徴とするレーザ加工用
   ノズル。
2. （２）請求項（１）記載のレーザ加工用ノズルにより、
   前記先端面と被加工物との間で負圧を生ぜしめつつ切断
   加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。