JPH07236988A

JPH07236988A - レーザ切断方法

Info

Publication number: JPH07236988A
Application number: JP6030705A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yuyama; 崇之湯山; Yoshimizu Takeno; 祥瑞竹野; Masaharu Moriyasu; 雅治森安; Masaru Kaneoka; 優金岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: JP3534807B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工物２にレーザビーム１を照射し該レー
ザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切断
方法において、コーナ部の溶損を防止し、加工時間を短
縮し、高品質の切断加工ができるようにする。【構成】切断加工中に前記レーザビーム１が予め指定
したビーム到達位置Ａに達したら該レーザビームをそれ
までの切断加工軌跡２ａに沿って予め設定した位置Ｂま
で後退させる第１の工程と、前記レーザビーム１を前記
後退位置Ｂから前記切断加工軌跡に沿って切断進行方向
を変更する位置Ｃまで前進させ該位置で切断進行方向を
変更する第２の工程とを、前記被加工物２と前記レーザ
ビーム１とを相対的に移動させて順次実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被加工物にレーザビ
ームを照射し該レーザビームのエネルギで該被加工物を
切断するレーザ切断方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のレーザ切断方法として
は、例えば、第１に特開平２−３０３６９５号公報に示
されるように、コーナ部のエッジ先端部で被加工物の温
度を下げるため、一旦レーザビームの照射を停止してガ
スや液体などにより冷却し、再度、同位置からレーザビ
ームを照射して加工を再開するもの、あるいは第２に特
開平４−２３７５８２号公報に示されるように、被加工
物の蓄熱の影響を避けて切断加工するため、コーナ近傍
で加工条件を変更するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ切断方法
は上記のように構成されているので、前記第１のレーザ
切断方法では若干溶損は抑制されるが、それは薄板（軟
綱、ＳＳ４００の場合なら約４．５ｍｍ以下）の場合で
あり、それよりも厚い板では殆ど効果がない。つまり、
冷却によりワーク温度を下げることはできても、コーナ
立ち上がり時には速度が０から立ち上がることになりレ
ーザビームの移動速度が非常に不安定になる。そのた
め、レーザビーム出力とレーザビーム移動速度の釣合い
がとりきれない範囲が存在し、その結果ワークに対して
過剰入熱、あるいは入熱不足を招く。そのため、切り出
し時に板下部において異常燃焼や、燃焼不足が起き、溶
損が生じるという問題点があった。

【０００４】図３１は前記第２のレーザ切断方法の説明
図であり、この図３１において、２は被加工物、２ａは
切断溝、矢印２１は切断進行方向、ＰＷは低周波パルス
による切断領域、ＣＷは連続波あるい高周波パルスによ
る切断領域である。このレーザ切断方法には、図３１
（ａ）に示すように、コーナ手前数ミリ手前で加工条件
を変更し、そのまま変更した加工条件でコーナ部を切断
し、コーナ部を数ミリ通過後、再び加工条件を変更しコ
ーナ部切断以前の加工条件に戻す方法と、図３１（ｂ）
に示すように、コーナ部のエッジ先端で加工条件を変更
し、そのまま変更した加工条件でコーナ部を切断し、コ
ーナ部を数ミリ通過後、再び加工条件を変更しコーナ部
切断以前の加工条件に戻す方法とがある。

【０００５】この二通りの方法での変更した加工条件と
は、例えば、コーナ近傍を切断する加工条件は低周波の
パルス条件である。そのため、コーナ部前後の高速の加
工条件（例えば、連続波出力、高周波パルス出力）によ
る切断面の状態と、低周波のパルス時の切断面の状態は
異なる。特に、低周波のパルスによって切断した面は表
面に赤錆が生じる。このような切断面の状態の変化によ
り、加工品質が若干低下する。また、加工条件を変更す
るときには切換地点の近傍で、傷、条痕の乱れ、溶け落
ちなどの不良が発生し易く、その回避が問題となる。ま
た、低周波パルス加工条件は非常に低速であるため、加
工時間が増すなどの問題点があった。

【０００６】請求項１の発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、コーナ部の溶損を防止
することを目的とする。

【０００７】請求項２の発明は、コーナ部を精度よく切
断加工することを目的とする。

【０００８】請求項３の発明は、板厚が厚くなってもコ
ーナ部の溶損を防止することを目的とする。

【０００９】請求項４の発明は、加工時間を短縮するこ
とを目的とする。

【００１０】請求項５、６の発明は厚板のコーナ部切断
を安定にすることを目的とする。

【００１１】請求項７の発明は、簡便に強制冷却を可能
とすることを目的とする。

【００１２】請求項８の発明は、冷却効果の効率を上げ
ることを目的とする。

【００１３】請求項９の発明は、板厚が厚くなった場合
でも、加工条件を短縮することを目的とする。

【００１４】請求項１０の発明は、加工時間を短縮する
ことを目的とする。

【００１５】請求項１１、１２の発明は、鋭角コーナ部
でも溶損が生じないようにすることを目的とする。

【００１６】請求項１３の発明は、被加工物の品種、板
厚に左右されることなく、切断精度よく、高品質の切断
加工ができるようにすることを目的とする。

【００１７】請求項１４の発明は、鋭角コーナ部でも溶
損が生じないようにすることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るレーザ切断方法は、コーナ切断時にコーナ部のプログ
ラム上で指定する位置まで到達したら、それまで切断を
行ったのと同経路を後退し、その経路上のプログラム上
で指定する位置まで達したら、再びその経路を前進し、
コーナ切断を行うものである。

【００１９】請求項２記載の発明に係るレーザ切断方法
は、最初にプログラムで指定する後退を開始する位置
を、切断速度の立ち下がりに要する距離分コーナより手
前に設定したものである。

【００２０】請求項３記載の発明に係るレーザ切断方法
は、最初に切断するときのビーム到達位置で一時停止し
てビームを照射するものであり、請求項４記載の発明に
係るレーザ切断方法は、上記ビーム照射時間を規定した
ものである。

【００２１】請求項５記載の発明に係るレーザ切断方法
は、レーザ照射を停止した状態で、レーザ照射ノズルの
移動を停止し、冷却時間をとるものである

【００２２】請求項６記載の発明に係るレーザ切断方法
は、切断開始時から切断終了時に至る全工程の間にビー
ム照射を中断した状態で、レーザ照射ノズルと被加工物
の相対移動中、気体あるいは液体を吹き付けることによ
って、最初に切断した切断溝周辺を冷却するものであ
る。

【００２３】請求項７記載の発明に係るレーザ切断方法
は、冷却のための気体をレーザ加工に使われているアシ
ストガスを、レーザ照射を停止した状態で、レーザ照射
ノズルと被加工物の相対移動中、切断溝周辺に吹き付け
るものである。

【００２４】請求項８記載の発明に係るレーザ切断方法
は、レーザ照射ノズルの移動を停止し、アシストガスを
吹き付ける位置を請求項１の第１の工程での切断溝の先
端に規定したものであり、請求項９記載の発明に係るレ
ーザ切断方法は、上記吹き付け時間を規定したものであ
る。

【００２５】請求項１０記載の発明に係るレーザ切断方
法は、請求項１〜９記載の発明に基づく第１の工程にお
ける必要な後退距離の設定を被加工物の材質、板厚、及
び加工形状によって、任意に設定できるようにするもの
である。

【００２６】請求項１１記載の発明に係るレーザ切断方
法は、鈍角に切断進行方向を変更した後に直角に切断進
行方向を変更するか、直角に切断進行方向を変更した後
に鈍角に切断進行方向を変更して、鋭角のコーナ部を切
断加工するものである。

【００２７】請求項１２記載の発明に係るレーザ切断方
法は、ビーム軸がコーナ部に到達したら、それまでの切
断経路を後退し、再び上記切断経路に沿って上記コーナ
部に前進し、その鋭角なコーナ部を直角と鈍角に分けて
切断加工するものである。

【００２８】請求項１３記載の発明に係るレーザ切断方
法は、被加工物とレーザビームとの相対移動によるレー
ザビーム移動速度の立ち上がり及び立ち下がりに要する
時間を、前記被加工物の材質、板厚、コーナ角度によっ
て変更するものである。

【００２９】請求項１４記載の発明に係るレーザ切断方
法は、コーナ手前までの切断進行方向の延長上に切断溝
幅以上の広さを持つような空間、またはコーナ立ち上が
りの切断進行方向の逆方向の延長上に切断溝幅以上の広
さを持つような空間を設けたものである。

【００３０】

【作用】請求項１記載の発明におけるレーザ切断方法
は、一旦形成した切断溝に沿ってビームを後退、前進移
動させることにより、通常のコーナ手前を切断した後、
連続してコーナ立ち上がりを切断する場合と異なり、切
断前面の遅れによるコーナ部の溶損が発生しなくなる。
また、再度前進する際の距離を十分に取ることで、ビー
ム移動速度が設定値に達し、切り出し時に過剰入熱や入
熱不足になることがなくなる。

【００３１】請求項２記載の発明におけるレーザ切断方
法は、最初に後退を開始する位置を、切断速度の立ち下
がりに要する距離分コーナより手前に設定したことによ
り、コーナの外側部分も良好に精度よく切断加工するこ
とができる。

【００３２】請求項３記載の発明におけるレーザ切断方
法は、一時停止し、請求項４記載の発明では、この停止
時間を規定してビーム照射を続けることにより、被加工
物が厚くても良好な切断面が得られる。

【００３３】請求項５記載の発明におけるレーザ切断方
法は、レーザ照射を停止し、レーザ照射ノズルと被加工
物の相対速度を停止して冷却時間をとることにより、被
加工物が厚くてもコーナの溶損を防止できる。

【００３４】請求項６記載の発明におけるレーザ切断方
法は、後退しコーナを切断するまでの過程で、一時ビー
ム照射を中断して、ビーム移動軌跡上を気体あるいは液
体で冷却することにより、コーナの切断を安定にでき
る。

【００３５】請求項７記載の発明におけるレーザ切断方
法は、アシストガスを切断溝周辺に吹き付けることによ
り、簡便に強制冷却が可能である。

【００３６】請求項８記載の発明におけるレーザ切断方
法は、アシストガスを吹き付ける場所を指定したことに
より、冷却効果の効率が上がる。

【００３７】請求項９記載の発明におけるレーザ切断方
法は、アシストガスの吹き付け時間を規定したことによ
り、冷却時間を効率よく設定でき、加工時間を短縮でき
る。

【００３８】請求項１０記載の発明におけるレーザ切断
方法は、最低限必要な後退量を加工条件や被加工物形状
によって設定することにより、加工時間を短縮できる。

【００３９】請求項１１、１２記載の発明におけるレー
ザ切断方法は、鋭角を直角と鈍角に分けて切断加工する
ことにより、鋭角コーナを精度よく切断することができ
る。

【００４０】請求項１３記載の発明におけるレーザ切断
方法は、レーザビームと被加工物の相対移動速度の立ち
上がり、立ち下がりに要する時間を、加工条件によって
設定することにより、常に精度よく切断加工できる。

【００４１】請求項１４記載の発明におけるレーザ切断
方法は、切断進行方向の延長上に切断溝幅以上の空間を
設けたことにより、鋭角コーナでも溶損なく、精度よく
切断加工できる。

【００４２】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明に係るレーザ切断方法を実施する
装置の概要図を示すもので、図１において、１はレーザ
ビーム、２は被加工物、３はレーザビーム１を反射する
ミラー、４はレーザビーム１を集光する加工レンズ、５
は加工レンズ４を収納し先端部のノズル５ａから冷却媒
体としての気体または液体６を噴出する加工ヘッド、７
は被加工物２を載置し直交軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能
な加工テーブル、８は演算制御手段としてのＣＰＵ８ａ
を有するＮＣ装置、９はＮＣ装置８から指示信号を受け
て加工テーブル７を直交軸方向に駆動するサーボ制御回
路、１０はレーザビーム１を発生するレーザ発振器であ
る。

【００４３】そして、この発明におけるレーザ切断方法
を実施するため演算、制御は上記ＣＰＵ８ａによって行
うもので、その基本的な処理としては、図２（ａ）に示
すステップＳＴ２−１〜ＳＴ２−４のレーザビーム移動
開始時のプログラムＭＰ−１、図２（ｂ）に示すステッ
プＳＴ２−５〜ＳＴ２−８のレーザビーム移動停止時の
プログラムＭＰ−２、図２（ｃ）に示すステップＳＴ２
−９〜ＳＴ２−１４のコーナでの切断進行方向変更時の
プログラムＭＰ−３を行う。

【００４４】また、補助的な処理として、図３（ａ）に
示すステップＳＴ３−１〜ＳＴ３−４のレーザビームオ
フ時のプログラムＳＰ−１、図３（ｂ）に示すステップ
ＳＴ３−５〜ＳＴ３−８のレーザビームオン時のプログ
ラムＳＰ−２、図３（ｃ）に示すステップＳＴ３−９〜
ＳＴ３−１２のアシストガス圧変更時のプログラムＳＰ
−３、図３（ｄ）に示すステップＳＴ３−１３，１４の
任意の時間保持するプログラムＳＰ−４、図３（ｅ）に
示すステップＳＴ３−１５，１６のレーザビーム移動停
止時にインポジション状態とするプログラムＳＰ−５を
行う。

【００４５】その他、演算処理として、図４（ａ）に示
す時間ｔでの速度Ｆｓの立ち下がり時に進む距離を計算
する計算プログラムＣＰ−１、図４（ｂ）に示す前記Ｃ
Ｐ−１で求めた距離分、移動距離を短くする計算プログ
ラムＣＰ−２、図４（ｃ）に示すコーナでのレーザビー
ム移動距離Ｌの計算プログラムＣＰ−３を行う。

【００４６】そして、以上の基本的な処理ＭＰ−１〜Ｍ
Ｐ−３、補助的な処理ＳＰ−１〜ＳＰ−５、演算プログ
ラムＣＰ−１〜ＣＰ−３を組合わせて、この発明のレー
ザ切断方法を実行する。従って、各請求項に対応するフ
ローチャートに記載されたＭＰ−１，ＳＰ−１，ＣＰ−
１等は上記の各処理を示している。

【００４７】図５は請求項１記載の発明の一実施例によ
るレーザビーム切断方法を示す模式図であり、図５にお
いて、２ａは切断溝、Ａは予めプログラムで指定した切
断方向変更位置、Ｂは後退時、再前進を開始する位置、
Ｒは実際に切断方向の変更が開始される位置である。

【００４８】そして、図５（１）は切断中の状態を、図
５（２）はレーザビーム１が予めプログラムで指定した
位置Ａに達した状態を、図５（３）はレーザビーム１に
より形成された切断溝２ａ中を同一経路に沿ってレーザ
ビーム１が後退している状態を、図５（４）は予めプロ
グラム指定された位置Ａによって決まる位置Ｂまで後退
した状態を示す。この位置Ａから位置Ｂまでの後退は加
工速度でも早送り速度でもどちらの速度で後退してもか
まわない。以上（１）〜（４）までの加工状態が第１の
工程である。図５（５）は先程と同一経路を再度前進し
ている状態を、図５（６）は切断進行方向の変更が実際
に始まる位置Ｒにレーザビーム１が達した状態を、図５
（７）は切断進行方向の変更を終え、コーナ部分をレー
ザビーム１が立ち上がっている状態を示す。以上の
（５）〜（７）までの加工状態が第２の工程である。上
記の動作順序を示すフローチャートを図６に示す。

【００４９】本実施例１のレーザ切断方法により溶損を
抑制できる理由は、一つには、図５中の位置Ａにレーザ
ビーム１が達する時、ビーム移動速度は少し手前から減
速して停止するため、一時的に入熱が増し切断前面の遅
れが解消される。さらに、一旦後退し再び前進しビーム
移動速度が設定速度に達することでコーナでの経路が滑
らかになり、溶融物の流れが途切れなくなるためと、従
来例と違って速度が０にはならず、コーナ立ち上がり時
に過剰入熱にならないためである。実際にコーナ部分の
溶損量を測定には、実体顕微鏡を用いて、溶け落ち量が
１ｍｍまでを良好とした。

【００５０】上記実施例１のレーザ切断方法とコーナで
冷却する従来のレーザ切断方法により、それぞれサンプ
ルを５０個切断したとき、不良発生率は従来の方法では
４０％であったのに対し実施例１の方法では２％であ
り、不良発生率が大きく改善された。

【００５１】このとき、被加工物として軟鋼（ＳＳ４０
０）を用い、板厚は６ｍｍで、切断対象のコーナの角度
は９０度であった。また、ＣＯ₂レーザの出力は１．３
ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス
（ガス圧１．０ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度１．５
ｍｍ／ｍｉｎで加工を行った。また、この時図１におけ
る位置Ａ，Ｂ間の距離（後退距離）を１０ｍｍとし、数
値制御装置で位置Ａがエッジ部になるように設定したと
ころ、実際には位置Ａより５００μｍ手前から方向変化
した。

【００５２】実施例２．図７は請求項２記載の発明の一
実施例によるレーザ切断方法を示す模式図であり、図８
は動作順序を示すフローチャートである。

【００５３】前記実施例１では、図５（７）に示すよう
に、最初に形成された切断溝先端の手前からコーナが形
成されるようになる。本実施例２はこのようなことを防
ぐために、図７に示すように予めレーザビーム移動速度
を立ち下がりに必要な距離ｌを求めておき、その距離ｌ
を希望するコーナ位置Ａより手前に設定する。なお、図
７において、１−１は実際に方向変更が開始される時の
レーザビーム位置、２−１は最初に形成した切断溝先端
を示す。

【００５４】具体的に例を挙げれば、実施例１で述べた
位置Ａから実際の方向変化開始地点までの距離ｌは、テ
ーブル速度の減速開始から立ち下がり完了までに要する
距離と一致するので、実施例１に基づいて、数値制御装
置で設定する位置Ａを実施例１の時よりも０．５ｍｍ
（５００μｍ）手前にした。このような操作によってコ
ーナの外側部分も良好な状態に切断加工することができ
た。

【００５５】なお、この操作をすることをオーバシュー
トさせるということとし、この操作する距離ｌをオーバ
シュート量ということとする。オーバシュート量は図７
に示すように、レーザビーム移動速度とレーザビーム移
動速度の減速開始から立ち下がり完了までに要する時間
によって決定される。

【００５６】実施例３．前記のようなレーザビーム移動
速度の立ち下がり時の一時的な入熱過多による効果で切
断前面の遅れ解消はある程度までの板厚まで達成され
る。しかし、厚板ではこの速度変化の時間だけでは切断
前面の遅れが解消しきれない（切断前面２−１の遅れは
板厚６ｍｍで約０．６ｍｍ、板厚９ｍｍで約０．９ｍ
ｍ、板厚１２ｍｍで約１．３ｍｍといった具合に板が厚
くなるほど大きくなる）。そのため、予め指定した位置
（図５で言えば位置Ａ）まで確実に移動し、レーザビー
ム照射によって遅れを解消しなければ、ビームが再び同
経路を移動してコーナを切断する際に、解消しきれない
遅れにより溶損が発生する。

【００５７】以上のようなことを解消するために、請求
項３記載の発明は、図９のフローチャートに示す動作順
序によりレーザビーム１が予め指定した位置に達した時
点で確実に減速停止し、レーザビームを照射後に次の移
動を行う工程を設けたのものである。図５中における予
め指定した位置Ａまで確実にビームが移動してから停止
し、レーザビーム照射後次の移動に移っている場合と、
減速停止をする指令がプログラム上で指定されていない
場合のコーナでの不良発生率を５０個のサンプルで比較
すると、本実施例３の方法の場合４％であるのに対し、
後者の方法では２８％であった。

【００５８】ただし、被加工物２として軟鋼（ＳＳ４０
０）を用い、板厚は９ｍｍで、切断対象のコーナの角度
は９０度であった。また、ＣＯ₂レーザの出力は１．２
ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス
（ガス圧１．０ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度１．０
ｍｍ／ｍｉｎで加工を行った。また、オーバシュート量
は３００μｍ、後退距離は１０ｍｍであった。

【００５９】実施例４．図１０は請求項４記載の発明の
一実施例によるレーザ切断方法の動作順序を示すフロー
チャート、図１１、１２は本実施例による切断特性図で
ある。前記のように、被加工物２の板厚が厚くなるほど
切断前面４ａの遅れを解消しにくく、溶損を抑制するの
が困難である。そのため、さらに積極的に切断前面の遅
れを解消するために、図５の位置Ａでレーザビーム１を
照射したままの状態で予め指定した時間停止する。図１
１は被加工物２として軟鋼（ＳＳ４００）の板厚１２ｍ
ｍ、１６ｍｍ、１９ｍｍ、２５ｍｍの場合の停止時間と
切断前面上部と下部の差（遅れ）について示したもので
ある。

【００６０】板厚１２ｍｍ（図１１中、丸印）ではＣＯ
₂レーザの出力に１．４ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシス
トガスとして酸素ガス（０．６ｋｇ／ｃｍ²）を用い、
加工速度０．８ｍ／ｍｉｎで加工を行った。板厚１６ｍ
ｍ（図１１中、四角印）ではＣＯ₂レーザの出力に２．
２ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス
（０．５ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度０．８ｍ／ｍ
ｉｎで加工を行った。板厚１９ｍｍ（図１１中、三角
印）ではＣＯ₂レーザの出力に２．５ｋＷの連続波（Ｃ
Ｗ）、アシストガスとして酸素ガス（０．４ｋｇ／ｃｍ
²）を用い、加工速度０．７ｍ／ｍｉｎで加工を行っ
た。板厚２５ｍｍ（図１１中、×印）ではＣＯ₂レーザ
の出力に３．０ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスと
して酸素ガス（０．７ｋｇ／ｃｍ²）を用い加工速度
０．６５ｍ／ｍｉｎで加工を行った。

【００６１】さらに、軟鋼（ＳＳ４００）の板厚１２ｍ
ｍについて、図１１中の各停止時間で、実際に上記加工
条件で、実施例１のレーザ切断方法に従って加工した場
合のコーナ部での溶損量の変化を図１２に示す。その結
果、長い時間レーザビーム１を照射し、切断前面２−１
の遅れを減らせば溶け落ち量が減少した。また、ある程
度の時間照射すると、遅れ量の減少は進まなくなった。
以上の結果、レーザビーム１の照射時間は１０秒以下で
十分である。この１２ｍｍでのオーバシュート量は２５
０μｍ、後退距離は１０ｍｍであった。

【００６２】実施例５．図１３は請求項５、６、７記載
の発明の一実施例によるレーザ切断方法の動作順序を示
すフローチャート、図１４、１５は本実施例５による切
断特性図である。前記のように、被加工物２の板厚が増
すほど切断前面２−１の遅れを解消するためにレーザビ
ーム１の照射状態で停止し続ける時間が長くなるわけで
あるが、停止時間が長いと、被加工物２が過剰に加熱さ
れ、溶損が抑制できなくなった。

【００６３】図１４は被加工物２として軟鋼（ＳＳ４０
０）の板厚１６ｍｍ、ＣＯ₂レーザの出力に２．２ｋＷ
の連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス（ガス
圧０．５ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度０．８ｍ／ｍ
ｉｎで、オーバシュート量を２５０μｍ、後退距離を１
０ｍｍで加工を行った場合を例とり、停止時間と溶損量
について示したものである。

【００６４】そこで、停止してレーザビームをある時間
照射した後、レーザビーム照射加工ヘッド５の移動中に
図１６に示すような噴出装置１１でＡｒガスなどを吹き
付けて被加工物２を冷却した。これにより、板厚の厚い
被加工物２でも溶損を抑制できた。

【００６５】被加工物２として軟鋼（ＳＳ４００）の板
厚１６ｍｍ、１９ｍｍについて、冷却した場合のコーナ
の不良発生率は１６ｍｍで２％、１９ｍｍで４％であ
り、冷却しないで同じ時間レーザビームを照射した場合
は１６ｍｍで４２％、１９ｍｍで５６％であった。

【００６６】ただし、サンプル数は５０個で、板厚１６
ｍｍではＣＯ₂レーザの出力に２．２ｋＷの連続波（Ｃ
Ｗ）、アシストガスとして酸素ガス（ガス圧０．５ｋｇ
／ｃｍ²）を用い、加工速度０．８ｍ／ｍｉｎで、オー
バシュート量は２５０μｍ、後退距離は１０ｍｍで加工
を行った。板厚１９ｍｍではＣＯ₂レーザの出力に２．
５ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス
（ガス圧０．４ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度０．７
ｍ／ｍｉｎで、オーバシュート量は２２０μｍ、後退距
離は１０ｍｍで加工を行った。

【００６７】レーザビームを照射して停止する時間は１
６ｍｍで４秒、１９ｍｍで５秒であった。また、全く停
止しない場合の不良発生率は９４％であった。この場
合、ガスではなく、水などの液体を利用して冷却した場
合でも同様な効果が得られた。ただし、液体の場合、冷
却後乾燥させるといった二次作業が必要である。

【００６８】前記のような冷却方法としてレーザビーム
を止めた後、Ｎ₂やＯ₂などのアシストガスを加工ヘッ
ド５の先端ノズル５ａから噴出しながら該レーザビーム
照射加工ヘッド５を移動した場合にも十分な冷却効果が
得られた。また、アシストガス圧を加工時より大きくす
るとさらに冷却作用が増した。

【００６９】図１５は板厚１６ｍｍで冷却時のアシスト
ガス圧を変化させた（丸印は１ｋｇ／ｃｍ²、四角印は
ｋｇ／ｃｍ²、三角印は３ｋｇ／ｃｍ²）場合のコーナ
部分の溶損量の変化について示したもので、アシストガ
スとしてよく用いられるＮ₂やＯ₂などならば、Ａｒに
比べて安価であり、液体と違って冷却後乾燥させるよう
な二次作業も必要でなく、さらに切断時と同システムで
噴出可能であるため簡便である。

【００７０】実施例６．図１７は請求項８、９記載の発
明の一実施例によるレーザ切断方法の動作順序を示すフ
ローチャート、図１８、１９は本実施例６による切断特
性図である。前記はレーザビーム照射加工ヘッド５の移
動中に冷却する方法であったが、レーザビーム照射加工
ヘッド５の移動停止状態でアシストガスをある時間噴出
しても冷却効果はある。図１８では停止位置と溶損量の
変化を示したもので、被加工物として軟鋼（ＳＳ４０
０）の板厚１９ｍｍについて、ＣＯ₂レーザの出力に
２．５ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素
ガス（ガス圧０．４ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度
０．７ｍ／ｍｉｎで、オーバシュート量は２２０μｍ、
後退距離は１０ｍｍで加工を行った。なお、停止時のガ
ス圧は１．０ｋｇ／ｃｍ²）で停止時間は３秒である。

【００７１】図１８中でＡ、Ｂは図５中での位置Ａ、Ｂ
に対応しており、またＨとは図５での位置Ａ、Ｂの中間
である。このように、停止して冷却しても、移動しなが
ら冷却する場合と同様に冷却効果が得られるが、特に位
置Ａで冷却すると冷却効果が高いことが分かった（ビー
ム照射時間は５秒）。

【００７２】また、図１９に被加工物として軟鋼（ＳＳ
４００）、板厚１９ｍｍ、２５ｍｍを用いて、図５中の
位置Ａでの冷却時間と溶損発生率についてアシストガス
圧を変化させて（丸印は１ｋｇ／ｃｍ²、四角印は２ｋ
ｇ／ｃｍ²、三角印は３ｋｇ／ｃｍ²）調べた（ビーム
照射時間は５秒）。これからアシストガス圧を高くすれ
ば、不良率は短時間で低減するが、ある程度時間をかけ
れば、それほど高圧にしなくても不良率は改善されるこ
とが分かった。ガスの消費量を減らすためにも低圧で少
し長めに冷却時間をとった方がよいといえる。この結果
から、アシストガス圧が加工条件として設定しているよ
うな低圧であっても、冷却時間は１０秒以内でよいこと
が分かった。

【００７３】なお、このときの加工条件はＣＯ₂レーザ
の出力に２．５ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスと
して酸素ガス（ガス圧０．４ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加
工速度０．７ｍ／ｍｉｎで、オーバシュート量は２２０
μｍ、後退距離は１０ｍｍで加工を行った。板厚２５ｍ
ｍではＣＯ₂レーザの出力に３．０ｋＷの連続波（Ｃ
Ｗ）、アシストガスとして酸素ガス（０．７ｋｇ／ｃｍ
²）を用い、加工速度０．６５ｍ／ｍｉｎで、オーバシ
ュート量は２１０μｍ、後退距離は１０ｍｍで加工を行
った。

【００７４】実施例７．図２０は請求項１０記載の発明
の一実施例によるレーザ切断方法を示す切断特性図であ
る。加工時間を短縮するためには、今まで述べてきたデ
ータを基に、後退距離を適正値にする必要がある。この
距離を決定する要因は、レーザビームがエッジ部に到達
するときにレーザビーム移動速度が定常状態に達してい
ることである。そのため、レーザビーム移動速度の立ち
上がりに要する距離を予め考慮して後退距離を設定する
必要がある。この距離は、定常状態のレーザビーム移動
速度と速度０から立ち上がり完了までにかかる時間によ
って決定され、この場合は以下のような式をもとに決ま
る。Ｆａ＝Ｆ｛１−ＥＸＰ（−ｔ／λ）｝Ｆａ：時間ｔでの速度Ｆ：数値制御で設定したビーム移動速度ｔ：立ち上がり開始からの時間 λ：速度の時定数上式を積分する。すなわち、図２０中の斜線部の面積を
求めることで立ち上がりに要する距離が求められる。厚
板では今まで述べてきたように低速で加工しているが、
薄板では高速で加工する。

【００７５】実際に軟鋼ＳＰＣＣの１．０ｍｍと、ＳＳ
４００の２５ｍｍと、アルミニウムの１．０ｍｍについ
てそれぞれの実用されている最高速を例にとり、上式か
ら立ち上がりに要する距離を求めると、ＳＰＣＣの１．
０ｍｍで約１．７ｍｍ、ＳＳ４００の２５ｍｍで約０．
２ｍｍ、アルミニウムの１．０ｍｍで約０．７ｍｍであ
った。これらの値から後退距離を設定することで、それ
ぞれの被加工物がコーナの溶け落ちもなく、精度よく、
高速で切断加工できた。このことから後退距離は被加工
物の材質、板厚、及び加工形状によって決まる。ただ
し、ＳＰＣＣの１．０ｍｍのときの加工速度は５．０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、ＳＳ４００の２５ｍｍのときの加工速度は
０．６５ｍ／ｍｉｎ、アルミニウムの１．０ｍｍのとき
の加工速度は２．０ｍｍ／ｍｉｎであった。

【００７６】実施例８．鋭角切断における溶損発生原因
の一つにコーナ部分立ち上がり時に新たに切り出すとき
に、熱源は図２１に矢印Ｇで示すように鋭角側に進行す
るような挙動を示す。このために切り出し時の溶湯は鋭
角のエッジ部に向かって流れる。これによりエッジ部分
で溶け落ちが発生する。請求項１１ではこの点に着目
し、鋭角を直角と鈍角の集合体として捉えることで、熱
源の挙動に伴う溶湯の流れの方向を制御する。

【００７７】図２２は請求項１１記載の発明の一実施例
によるレーザ切断方法の動作順序を示すフローチャート
図、図２３はそのレーザ切断方法を示す模式図である。
鈍角から鋭角（または鋭角から鈍角）に移行する際にレ
ーザビームが移動する距離は長すぎるとエッジがなくな
り、短すぎると従来のレーザ切断方法による鋭角コーナ
切断と同様になり、溶損が発生する。そのため、適正な
長さを切断溝幅と角度から計算する必要があった。

【００７８】この直角から鈍角（または鈍角から直角）
に移行する際に、直角部分の切断には前記実施例１，２
に説明した請求項１，２記載の発明のレーザビーム切断
方法に従って切断を行った。この実施例によるレーザ切
断方法の動作順序を示すフローチャートを図２４に、レ
ーザ切断方法の模式図を図２５にそれぞれ示す。このレ
ーザ切断方法とコーナを冷却する従来のレーザ切断方法
での不良発生率をサンプル数５０個で比較すると、本実
施例の方法では６％であるのに対し、従来の方法では７
０％であった。

【００７９】ただし、被加工物２として軟鋼（ＳＳ４０
０）を用い、板厚は９ｍｍで、切断対象のコーナの角度
は６０度であった。また、ＣＯ₂レーザの出力は１．２
ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス
（ガス圧１．０ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度１．０
ｍｍ／ｍｉｎで加工を行い、また、オーバシュート量は
３００μｍ、後退距離は１０ｍｍであった。

【００８０】また、上記図２５に基づいて、６０度の場
合の直角から鋭角（または鈍角から直角）に移行する際
に、レーザビームが移動する距離Ｌを計算すると、切断
溝幅は０．５６ｍｍであったので、図中のｒ＝０．２８
ｍｍとなり、レーザビームが移動する距離Ｌは０．３５
ｍｍであった。

【００８１】実施例９．図２６は請求項１３記載の発明
の一実施例によるレーザ切断方法の動作順序を示すフロ
ーチャート、図２７は本実施例９による特性図である。
レーザビーム移動速度の立ち上がり、立ち下がりに要す
る時間を変更することで、図２６に示すようにコーナ切
断時の加工経路が滑らかになり、溶損が発生しなくなっ
た。コーナ部分は直角ではなくなるが、実用上、厚板で
はそれほどの精度が必要とされないので十分である。

【００８２】しかし、この変更したレーザビーム移動速
度の立ち上がり、立ち下がりで実際に同一テーブルに厚
板と薄板を載せ、両方の板を続けて加工したところ、薄
板の径の小さい穴を加工すると非常にいびつになり、真
円度が著しく低下した。このようなことを防ぐために厚
板と薄板でのレーザビーム移動速度の立ち上がり、立ち
下がり時間を別々に設定可能にしたところ、厚板のコー
ナ部の溶損もなくなり、また薄板の小穴加工も十分な精
度が得られた。

【００８３】実施例１０．図２８は請求項１４記載の発
明の一実施例によるレーザ切断方法の動作順序を示すフ
ローチャート、図２９は本実施例１０のレーザ切断方法
を示す模式図であり、図示のような２パターンの加工経
路で加工した。この場合の不良発生率は図２８（ａ）で
６％、図２８（ｂ）で６％であった。これに対し、従来
の場合のエッジを冷却する方法では、不良発生率は７４
％であった。

【００８４】ただし、サンプル数は５０個で被加工物と
して軟鋼（ＳＳ４００）の板厚１２ｍｍを使い、コーナ
角度４５度とし、ＣＯ₂レーザの出力に１．４ｋＷの連
続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素ガス（０．６ｋ
ｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度０．８ｍ／ｍｉｎで加工
を行った。また、図２９（ａ），（ｂ）での延長した切
断溝２ａの長さは５ｍｍである。

【００８５】実施例１１．図３０は請求項１４記載の発
明の他の実施例によるレーザ切断方法を示す模式図であ
り、図示のような加工経路で加工する。これは前記実施
例１０の２つの溶湯の逃げ道を複合しており、符号１２
で示す部分が切り落とされる。これで、被加工物として
軟鋼（ＳＳ４００）の板厚１６ｍｍのコーナ角度４５度
の切断を行い、サンプル数は５０個で不良発生率を調べ
たところ６％であった。かなり厚い被加工物に対しても
効果があった。

【００８６】ただし、加工条件はＣＯ₂レーザの出力に
２．２ｋＷの連続波（ＣＷ）、アシストガスとして酸素
ガス（ガス圧０．５ｋｇ／ｃｍ²）を用い、加工速度
０．８ｍ／ｍｉｎで加工を行った。

【００８７】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、一旦形成した切断溝に沿ってレーザビームを後
退、前進移動させるように構成したので、通常のコーナ
手前を切断した後、連続してコーナ立ち上がりを切断す
る場合と異なり、切断前面の遅れによるコーナ部の溶損
が発生しなくなる。また再度前進する際の距離を十分と
ることで、ビーム移動速度が設定値に達し、切り出し時
に過剰入熱や入熱不足になることがなくなる。

【００８８】請求項２記載の発明によれば、最初に後退
を開始する位置を、切断速度の立ち下がりに要する距離
分コーナより手前に設定するように構成したので、コー
ナの外側部分も良好に精度よく切断加工することができ
る。

【００８９】請求項３記載の発明によれば、一時停止し
てレーザビーム照射を続け、請求項４記載の発明によれ
ば、この停止時間を規定するように構成したので、被加
工物が厚くても良好な切断面が得られる。

【００９０】請求項５記載の発明によれば、レーザ照射
を停止し、レーザ照射ノズルと被加工物の相対移動を停
止して冷却時間をとることにより、被加工物が厚くても
コーナの溶損を防止できる。

【００９１】請求項６記載の発明によれば、後退しコー
ナを切断するまでの過程で、一時レーザビーム照射を中
断して、レーザビーム移動軌跡上を気体あるいは液体で
冷却するように構成したので、コーナの切断を安定に行
うことができる。

【００９２】請求項７記載の発明によれば、アシストガ
スを切断溝周辺に吹き付けるように構成したので、簡便
に強制冷却が可能である。

【００９３】請求項８記載の発明によれば、アシストガ
スを吹き付ける場所を指定するように構成したので、冷
却効果の効率が上がる。

【００９４】請求項９記載の発明によれば、アシストガ
スの吹き付け時間を規定するように構成したので、冷却
時間を効率よく設定でき、加工時間を短縮できる。

【００９５】請求項１０記載の発明によれば、最低必要
な後退量を加工条件や被加工物形状によって設定するよ
うに構成したので、加工時間を短縮できる。

【００９６】請求項１１、１２記載の発明によれば、鋭
角を直角と鈍角に分けて切断加工するように構成したの
で、鋭角コーナを精度よく切断することができる。

【００９７】請求項１３記載の発明によれば、レーザビ
ームと被加工物の相対移動速度の立ち上がり、立ち下が
りに要する時間を、加工条件によって設定するように構
成したので、常に精度よく切断加工できる。

【００９８】請求項１４記載の発明によれば、切断進行
方向の延長上に切断溝幅以上の空間を設けたことによ
り、鋭角コーナでも溶損なく、精度よく切断加工でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ切断方法を実施する装置の概要図であ
る。

【図２】この発明におけるレーザ切断方法を実施するた
めＣＰＵによって行う基本的な処理を示すフローチャー
トである。

【図３】この発明におけるレーザ切断方法を実施するた
めＣＰＵによって行う補助的な処理を示すフローチャー
トである。

【図４】この発明におけるレーザ切断方法を実施するた
めＣＰＵによって行う演算処理を示すフローチャートで
ある。

【図５】請求項１記載の発明の一実施例によるレーザ切
断方法を示す模式図である。

【図６】請求項１記載の発明の一実施例の動作順序を示
すフローチャートである。

【図７】請求項２記載の発明の一実施例によるレーザ切
断方法を示す模式図である。

【図８】請求項２記載の発明の一実施例の動作順序を示
すフローチャートである。

【図９】請求項３記載の発明の一実施例の動作順序を示
すフローチャートである。

【図１０】請求項４記載の発明の一実施例の動作順序を
示すフローチャートである。

【図１１】請求項４記載の発明の一実施例による切断特
性図である。

【図１２】請求項４記載の発明の一実施例による他の切
断特性図である。

【図１３】請求項５、６、７記載の発明の一実施例の動
作順序を示すフローチャートである。

【図１４】請求項５、６、７記載の発明の一実施例によ
る切断特性図である。

【図１５】請求項５、６、７記載の発明の一実施例によ
る他の切断特性図である。る。

【図１６】請求項５、６、７記載の発明の一実施例にお
ける冷却ガス噴出装置を示す斜視図である。

【図１７】請求項８、９記載の発明の一実施例の動作順
序を示すフローチャートである。

【図１８】請求項８、９記載の発明の一実施例による切
断特性図である。

【図１９】請求項８、９記載の発明の一実施例による他
の切断特性図である。

【図２０】請求項１０記載の発明の一実施例による切断
特性図である。

【図２１】鋭角切断における溶損発生原因の説明図であ
る。

【図２２】請求項１１記載の発明の一実施例の動作順序
を示すフローチャートである。

【図２３】請求項１１記載の発明の一実施によるレーザ
切断方法を示す模式図である。

【図２４】請求項１２記載の発明の一実施例の動作順序
を示すフローチャートである。

【図２５】請求項１２記載の発明の一実施によるレーザ
切断方法を示す模式図である。

【図２６】請求項１３記載の発明の一実施例の動作順序
を示すフローチャートである。

【図２７】請求項１３記載の発明の一実施例による特性
図である。

【図２８】請求項１４記載の発明の一実施例の動作順序
を示すフローチャートである。

【図２９】請求項１４記載の発明の一実施によるレーザ
切断方法を示す模式図である。

【図３０】請求項１４記載の発明の一実施によるレーザ
切断方法を示す他の模式図である。

【図３１】従来のレーザ切断方法を示す他の模式図であ
る。

【符号の説明】

１レーザビーム２被加工物２ａ切断溝（切断加工軌跡）６気体または液体（冷却媒体）Ａビーム到達位置Ｂ予め設定した位置Ｃ変更する位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金岡優名古屋市東区矢田南五丁目１番14号三菱電機株式会社名古屋製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物にレーザビームを照射し該レー
ザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切断
方法において、切断加工中に前記レーザビームが予め指
定したビーム到達位置に達したら該レーザビームをそれ
までの切断加工軌跡に沿って予め設定した位置まで後退
させる第１の工程と、前記レーザビームを前記後退位置
から前記切断加工軌跡に沿って切断進行方向を変更する
位置まで前進させ該位置で切断進行方向を変更する第２
の工程とを、前記被加工物と前記レーザビームを相対的
に移動させて順次実行することを特徴とするレーザ切断
方法。
【請求項２】前記ビーム到達位置を所定距離だけ、切
断条件によって所望のコーナ位置より手前に設定したこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ切断方法。
【請求項３】前記レーザビームが前記ビーム到達位置
に達した時点で該レーザビームの移動を停止しビーム照
射する第３の工程を実行することを特徴とする請求項１
記載のレーザ切断方法。
【請求項４】前記第３の工程を１０秒以下に設定した
ことを特徴とする請求項３記載のレーザ切断方法。
【請求項５】前記第１の工程の開始時から切断進行方
向の変更終了時に至る間の時点において、予め設定した
時間、前記レーザビームの移動と照射を中断した後、再
び前記レーザビームの移動と照射とを再開することを特
徴とする請求項１記載のレーザ切断方法。
【請求項６】前記第１の工程の開始時から切断進行方
向の変更終了時に至る間、あるいはその一部の期間、前
記レーザビームの照射を中断し該中断期間に移動する該
レーザビームに沿う前記切断加工軌跡上に冷却媒体を吹
き付けることを特徴とする請求項１記載のレーザ切断方
法。
【請求項７】前記冷却媒体がアシストガスであること
を特徴とする請求項６記載のレーザ切断方法。
【請求項８】前記レーザビームの移動と照射を中断す
る位置を前記ビーム到達位置に設定したことを特徴とす
る請求項６記載のレーザ切断方法。
【請求項９】前記レーザビームの移動と照射を中断す
る時間を、前記被加工物の材質、板厚、切断形状によっ
て１０秒以下に設定したことを特徴とする請求項６記載
のレーザ切断方法。
【請求項１０】前記ビーム到達位置からの後退距離
を、前記被工物の材質、板厚、切断形状によって設定す
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ切断方法。
【請求項１１】被加工物にレーザビームを照射し該レ
ーザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切
断方法において、鈍角に切断進行方向を変更した後に直
角に切断進行方向を変更するか、直角に切断進行方向を
変更した後に鈍角に切断進行方向を変更して、鋭角のコ
ーナ部を切断加工することを特徴とするレーザ切断方
法。
【請求項１２】被加工物にレーザビームを照射し該レ
ーザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切
断方法において、切断加工中に前記レーザビームが予め
指定したビーム到達位置に達したら該レーザビームをそ
れまでの切断加工軌跡に沿って予め設定した位置まで後
退させる第１の工程と、前記レーザビームを前記後退位
置から前記切断加工軌跡に沿って切断進行方向を変更す
る位置まで前進させ該位置で切断進行方向を変更する第
２の工程とを、前記被加工物と前記レーザビームを相対
的に移動させて順次実行し、前記切断進行方向の変更位
置では、鈍角に切断進行方向を変更した後に直角に切断
進行方向を変更するか、直角に切断進行方向を変更した
後に鈍角に切断進行方向を変更して、鋭角のコーナ部を
切断加工することを特徴とするレーザ切断方法。
【請求項１３】被加工物にレーザビームを照射し該レ
ーザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切
断方法において、前記被加工物と前記レーザビームとの
相対移動によるレーザビーム移動速度の立ち上がり及び
立ち下がりに要する時間を、前記被加工物の材質、板
厚、コーナ角度によって変更することを特徴とするレー
ザ切断方法。
【請求項１４】被加工物にレーザビームを照射し該レ
ーザビームのエネルギで該被加工物を切断するレーザ切
断方法において、コーナ手前までの切断溝の進行方向延
長線上に切断溝幅以上の広さの空間を設けるか、または
コーナ立ち上がりの切断溝の進行方向の逆方向の延長線
上に切断溝幅以上の広さの空間を設け、コーナ部を切断
加工することを特徴とするレーザ切断方法。