JPH07314169A

JPH07314169A - レーザ加工方法およびレーザ加工用ヘッド

Info

Publication number: JPH07314169A
Application number: JP6117218A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamada; 猛山田; Masayuki Inuzuka; 雅之犬塚; Hiroshi Hase; 浩志長谷; Mamoru Nishio; 護西尾; Yoshiaki Aoki; 禧明青木
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-05
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810625B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大きい板厚を有する金属材料から成る被加工
材を切断すること。【構成】レーザ光を導く光経路を形成するヘッド本体
には、その内部に設けられた集光レンズに向けて酸素ガ
スを供給し、ヘッド本体の下端に形成された第１ノズル
孔から軟鋼などの被加工材に噴射し、このヘッド本体に
交換などして調整可能に設けられているカバー部材によ
って第１ノズル孔を外囲する第２ノズル孔を形成し、こ
の第２ノズル孔から酸素を噴射し、第１および第２ノズ
ル孔の寸法および／または第１および第２ノズル間の距
離を選択ないし調整して第１ノズル孔からの酸素ガスの
純度およびモーメンタムを保持するとともに、ドロスを
溶融状態で吹き飛ばして除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて、
鉄、ステンレス鋼およびアルミニウムなどの被加工材を
たとえば切断などして加工するためのレーザ加工方法お
よびレーザ加工用ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な先行技術は、簡略化して図１１
に示され、その底面は簡略化して図１２に示されてい
る。ヘッド１内には、レーザ光２が集光レンズ３を経て
導かれ、ノズル４のノズル孔５を経て金属材料から成る
被加工材６に照射され、参照符７で示されるように溶融
切断される。このヘッド１には、接続口８からアシスト
ガスが供給され、ノズル孔５から被加工材６に向けて噴
射される。ノズル４の底面は図１２に示されるとおりで
あり、このノズル孔５から、集光されたレーザ光が上述
のように被加工材６に照射されるとともに、アシストガ
スが噴射される。

【０００３】ノズル孔５からのアシストガスは、被加工
材６のレーザ光によって溶融した金属を吹き飛ばし、ま
たこの切断時にレンズ３が汚損することを防いでそのレ
ンズ３を保護する働きをする。

【０００４】被加工材６が軟鋼などの鉄系材料である場
合には、アシストガスとして酸素を用い、これによって
鉄の酸化反応熱を利用して、レーザ光の出力を低減する
ことを可能にし、また同出力であっても、できるだけ厚
い被加工材を切断することができるようにしている。

【０００５】厚い被加工材６を切断するために、酸素の
流量を大きくすると、酸化反応が必要以上に促進され、
その被加工材６自体が過剰燃焼して、いわゆるセルフ・
バーニングと呼ばれる現象が生じ、これによって切断面
の精度が低下する。したがって、アシストガスとしての
酸素の流量を大きくするには限度がある。

【０００６】このような問題を解決して切断面の精度を
向上することができるようにした他の先行技術は、たと
えば特開昭５７ー１３０７９１に開示されている。この
先行技術では、レーザ光が通過するノズル孔と、そのノ
ズル孔を同心上に囲む複数の環状のノズル孔を形成して
多重リング構造とし、これらのノズル孔からアシストガ
スを噴射させて切断加工を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような先行技術で
は、ヘッドの軸線上の中央のノズルから噴射されるアシ
ストガスが、他の同心上のノズルから噴射されるアシス
トガスによって囲まれて保護され、中央のノズル孔から
のアシストガスの純度が維持され、加工点の断面形状が
有効に維持され、精密な加工が可能になるけれども、も
っと厚い被加工材を切断するための工夫がなされておら
ず、本件発明者の実験によれば、被加工材が軟鋼から成
る場合、切断可能板厚は、せいぜい２２〜２５ｍｍであ
る。

【０００８】本発明の目的は、被加工材の切断可能な板
厚をさらに大きくすることができるようにしたレーザ加
工方法およびレーザ加工用ヘッドを提供することであ
る。

【０００９】また先行技術では、金属材料から成る被加
工材の加工時に、アシストガスの噴射方向下流側で金属
酸化物であるドロスが付着したままとなって固着したま
まとなる。したがって切断などの加工後において、作業
者がグラインダなどの作業工具を用い、そのドロスを研
削して除去しなければならず、作業に手間がかかる。したがって本発明の他の目的は、切断などの加工作業を
容易にすることができるようにしたレーザ加工方法およ
びレーザ加工用ヘッドを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被加工材に向
けて、レーザ光の光経路を含んで導かれる第１のガスを
第１ノズルから噴射するともに、第１のガスを外囲する
第２のガスまたは火炎を、第１ノズル孔の半径方向外方
に設けられた第２ノズル孔から噴射し、第１ガスの被加
工物付近での純度およびモーメンタムを保持するととも
に、被加工材のガス噴射方向下流側におけるドロスの除
去を促進することを特徴とするレーザ加工方法である。

【００１１】また本発明の第１および第２のガスは、酸
素であり、これによって被加工材の酸化反応熱を利用し
て加工を行うことを特徴とする。

【００１２】また本発明の第１および第２のガスは、不
活性ガスであり、これによって被加工材の酸化を防いで
加工することを特徴とする。

【００１３】また本発明の第２ガスは、酸素と可燃性ガ
スとの混合ガスであり、被加工材に火炎を噴射して、そ
の被加工材の表面を活性化することを特徴とする。

【００１４】また本発明は、レーザ光を導く光経路を有
し、第１ノズル孔からのレーザ光を被加工材に照射する
ヘッド本体と、ヘッド本体に設けられ、第１ノズル孔と
共通の軸線を有し、第１ノズル孔の外周に、その第１ノ
ズル孔を囲む第２ノズル孔を形成するカバー部材と、ヘ
ッド本体内の空間に第１のガスを供給する第１ガス供給
源と、ヘッド本体の外周面とカバー部材の内周面との間
の空間に第２のガスを供給する第２ガス供給源とを含
み、第１および第２ノズル孔の寸法および／またはこれ
らの第１および第２ノズル間の距離を調整可能とするこ
とを特徴とするレーザ加工用ヘッドである。

【００１５】また本発明の第１および第２ノズル孔は、
共通の軸線に平行に延びて形成されることを特徴とす
る。

【００１６】また本発明のヘッド本体には、レーザ光を
導く集光レンズが設けられ、第１ガス供給源からの第１
ガスは、このレンズに噴射されるように方向付けされて
ヘッド本体内の空間に供給されることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明に従えば、レーザ光の光経路を含んで導
かれる第１ガスを噴射するとともに、その第１ガスを外
囲して第２のガスまたは火炎を噴射し、この第１ガスの
被加工物付近での純度およびモーメンタムを保持するよ
うにし、第１ガスが空気を巻き込んでその純度が低減し
たり、またモーメンタムが減少したりすることを防ぎ、
これによって一層厚い被加工材の切断などの加工を可能
にし、また被加工材のガス噴射方向下流側におけるドロ
スの除去を促進して、加工後にグラインダなどを用いて
ドロスを除去する作業を省略することを可能とする。

【００１８】特に本発明では、第１および第２ノズル孔
の寸法および／またはこれらの第１および第２ノズル間
の距離を適切に選択し、または調整可能として、このよ
うな第１ガスの純度およびモーメンタムを保持するとと
もに、ドロスの除去を促進することができることが初め
て可能になった。

【００１９】本発明に従えば、第１および第２のガスを
酸素として、被加工材が軟鋼などの鉄系材料などである
とき、その酸化反応熱を利用して切断などの加工を行
い、一層厚い被加工材の切断などの加工を容易に行うこ
とができるようになる。

【００２０】さらに本発明に従えば、第１および第２の
ガスは不活性ガス、たとえば窒素、アルゴンまたは空気
などのガスであり、これによって被加工材の酸化を防い
で切断などの加工を行うことが容易に可能となる。

【００２１】もしも第１および第２のガスとして酸素を
用いる場合には、その被加工材がステンレス鋼であると
き、そのステンレス鋼の組成であるクロムが酸化して被
加工材表面に不働態膜が形成され、組成の鉄の酸化が妨
害される結果となり、また被加工材がアルミニウムであ
るときには、そのアルミニウムが酸化してＡｌ_２Ｏ₃が
形成され、そのＡｌ₂Ｏ₃の融点はアルミニウムよりも高
く、約２０００℃程度であり、これによってドロスが除
去しにくくなってしまう。この問題を解決するために、
第１および第２のガスとして、不活性ガスを用いる。も
しも仮に第１ガスとして不活性ガスを用い、第２のガス
を用いなければ、前述のように被加工材がステンレス鋼
およびアルミニウムなどであっても、その酸化を防い
で、切断などの加工を行うことができるけれども、ドロ
スが飛散せず、ドロスが付着したままになってしまい、
その不活性ガスの圧力を、たとえば１０ｋｇｆ／ｃｍ²
程度に高くして被加工材に噴射しても、板厚が６ｍｍ程
度以上になると、そのドロスを充分に飛散させること
は、本件発明者の実験によれば、不可能であった。

【００２２】そこで本発明では、第１ノズル孔を外囲す
る第２ノズル孔から、第２のガスとして不活性ガスを噴
射することによって、ドロスの除去を促進することがで
きることが確認された。

【００２３】本発明に従えば、被加工材が鉄系材料など
のように酸化反応熱を利用することができる金属材料で
あるとき、第２ノズルから、酸素とアセチレンガスなど
の可燃性ガスとの混合ガスを供給して第１ノズル孔から
被加工材に向けて火炎を噴射し、これによって被加工材
の表面を活性化し、清浄にし、レーザ光の吸収能を向上
することができ、また切断すべき個所を火炎で予熱して
酸化反応を生じやすくし、こうしてさらに一層厚い被加
工材の切断などの加工を容易に行うことができるように
なる。

【００２４】また本発明に従えば、第１および第２ノズ
ル孔は、それらに共通の軸線に平行に延びて形成され、
したがって第２ノズル孔からの第２ガスは、第１ノズル
孔からのガスを確実に囲んで、第１ガスが空気を巻き込
むことなく、被加工材に高い純度で噴射されることが可
能になり、またガス噴射方向下流側におけるドロスが被
加工材から吹き飛ばしてそのドロスが被加工材に付着し
たままになることを防いでドロスを除去することが可能
になり、したがってレーザ光による加工後に作業者がグ
ラインダなどを用いてドロスを研削除去するなどの後加
工が不必要になり、作業性が向上される。

【００２５】さらに本発明に従えば、第１ガスは、レー
ザ光を導く集光レンズに噴射されるように方向付けられ
て、ヘッド本体内の空間に供給され、これによって第１
ガスはレンズを冷却し、そのためレンズが高温度になる
ことが防がれ、レンズの屈折率などの物理定数が温度に
よって変化することが防がれる。したがって、レーザ光
による被加工材の切断などの加工を高精度で達成するこ
とが可能となる。

【００２６】

【実施例】図１はレーザ光を用いて金属材料から成る被
加工材を切断加工するためのレーザ加工用ヘッドの一部
を構成するノズルチップ１０の断面図であり、図２はそ
のノズルチップ１０の底面図である。このノズルチップ
１０は、図３に示されるレーザ加工用ヘッド１１の一部
を構成する。ノズルチップ１０は基本的には、ノズル部
材１２とそれを囲むカバー部材１３とから成る。ノズル
部材１２は、ヘッド本体１４の一部を構成する。ヘッド
本体１４は、ノズル部材１２が着脱可能に取付けられる
取付け筒体１５と、この取付け筒体１５に形成された外
向きフランジ１６に係止して調整筒体１７の外ねじに螺
合する袋ナット１８と、ロックナット１９，２０と、調
整筒体１７がボルト２１によって固定される保持筒体２
２を含み、さらにこの保持筒体２２は袋ナット２３によ
って基体２４に取付けられる構成となっている。この基
体２４のフランジは、ボルト２５によってＸ−Ｙテーブ
ルまたは産業用ロボットの手首などの取付け部材２６の
フランジ２７に着脱可能に取付けられる。

【００２７】図４は、図３におけるヘッド本体１４の取
付け筒体１５における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た水平
断面図である。取付け筒体１５の底２８には、内ねじ２
９が刻設され、ここにノズル部材１２の上端部に形成さ
れた外ねじ３０が着脱可能に螺着される。この底部２８
には、図４に示されるように冷却水通路３１が形成さ
れ、この接続口３２から供給される冷却水は、もう１つ
の接続口３３から排出され、底２８が冷却され、したが
ってノズル部材１２およびカバー部材１３から成るノズ
ルチップ１０が冷却されることになる。

【００２８】図５は、図３における保持筒体２２の切断
面線Ｖ−Ｖから見た水平断面図である。この保持筒体２
２にもまた冷却水通路３４が形成され、一方の接続口３
５からの冷却水は、冷却水通路３４を通って保持筒体２
２を冷却し、他方の接続口３６から排出される。

【００２９】保持筒体２２の収納孔３７内には、保持輪
３８が収納される。この保持輪３８は、保持筒体２２の
収納孔３７の内周面にぴったり嵌まり込む台形筒部３９
と、その内周面から半径方向内方に部屋４０を形成する
保持部４１と、その下方に形成される内向きフランジ状
の受け部４２とを有する。受け部４２には、噴射孔４３
が形成される。受け部４２上には、レンズ押え環体４４
が支持され、その上にレンズ４５が置かれ、さらにその
レンズ４５の周縁部にはレンズ押え環体４６が配置さ
れ、ばね４７を介して、ばね置き部材４８が保持輪３８
に螺合して図３の上下の位置を調整可能に設けられる。
２つのレンズ押え環体４４，４６は、軟質合成樹脂、た
とえばテフロンなどのフッ素樹脂などから成る。

【００３０】たとえば、炭酸ガスレーザ源からのレーザ
光５０は、取付け部材２６内を通り、レンズ４５によっ
て集光され、参照符５１で示されるような経路をたど
り、ノズルチップ１０を経て、被加工材７０に照射さ
れ、切断加工などが行われる。

【００３１】保持筒体２２の側部には接続口５３が形成
され、ここから第１のガスが供給され、部屋４０を経て
噴射孔４３からレンズ４５の図３における下面に噴射さ
れ、これによってレンズ４５が冷却され、この噴射され
た第１のガスは、ヘッド本体１４のレンズ４５よりも下
方の空間５４内に供給される。

【００３２】基体２４には、接続口８２から冷却用気
体、たとえば後述の第１および／または第２のガスと同
一種類のガスが供給されノズル８３から空間８４に噴射
されて、レンズ４５の上表面に噴射されてレンズ４５が
冷却される。

【００３３】取付け筒体１５を袋ナット１８の調整によ
って上下の位置を変位させ、これによってノズルチップ
１０における第１および第２ノズル５８，６６と被加工
材７０との距離を最適に設定し、被加工材７０にレーザ
光５０の焦点が一致するように、あるいはまた第１およ
び第２ガスの噴射領域が正確に設定されるように調整さ
れることができる。

【００３４】再び図１を参照して、ノズル部材１２は、
外周面にローレットが施された操作部５５を有し、その
下方にさらに外ねじ５６が形成され、中空逆円錐部５７
に連なり、この逆円錐部５７の下部は、外周面が直円柱
状の第１ノズル５８となっている。外ねじ３０，５６、
操作部５５、逆円錐部５７および第１ノズル５８は、共
通の軸線５９を有する。このノズル部材１２には、円錐
面６０，６１が形成され、さらに軸線５９に同軸であっ
て、その軸線５９に平行な内周面を有する直円筒状の第
１ノズル孔６２が形成される。第１ノズル孔６２の内径
Ｄ１は２ｍｍφであり、この第１ノズル５８の外径Ｄ２
は９ｍｍφである。逆円錐部５７の上端部の最大外径Ｄ
３は、３０ｍｍφである。第１ノズル孔６２の軸線５９
に平行な内周面を有する軸線方向の長さＬ１は、２ｍｍ
である。

【００３５】カバー部材１３は、ノズル部材１２の外ね
じ５６に螺合して軸線５９に沿って変位可能となる内ね
じ６３を有する直円筒部６４と、この直円筒部６４の下
端部に連なる中空逆円錐部６５と、この逆円錐部６５に
連なる第２ノズル６６とを有する。第２ノズル６６の内
周面６７は、軸線５９に沿って直円筒状に形成されてい
る。第２ノズル孔６７の内径Ｄ４は、１１ｍｍφであ
り、その外径Ｄ５は１６ｍｍφであり、直円筒部６４の
内径Ｄ６は４４ｍｍφである。さらにこの第１ノズル孔
６２の軸線５９に平行な内周面の軸線方向の長さＬ２
は、５ｍｍである。カバー部材１３の直円筒部６４に
は、周方向に等間隔（この実施例では９０度）をあけて
合計４個所に接続口６８ａが形成され、この接続口６８
ａから第２のガスが供給される。この第２のガスは、第
１ノズル５８の外周面と第２ノズル６６に形成された円
形の孔６７の内周面との間の環状のノズル孔６８を通っ
て被加工材７０に噴射される。

【００３６】図６は、本発明の前述の実施例の配管系統
図である。第１および第２ガスが同一種類のガスである
場合には、その共通のガス供給源７１から、開閉弁７２
を経て、管路７３から接続口５３に第１のガスを供給
し、また管路７４から合計４つの接続口６８ａに第２の
ガスとして供給する。管路７３，７４に個別的に減圧弁
を介在し、第１および第２のガスの供給圧力を相互に異
なるようにしてもよい。さらに、それらの第１および第
２のガスの種類を相互に異なるようにしてもよい。図７
を参照して、被加工材７０を切断加工するときの動作を
述べる。この図７では、構成が簡略化されて示されてい
る。レーザ５０は、集光レンズ４５によって集光され、
第１ノズル孔６２から被加工材７０上に照射される。第
１ノズル孔６２には、接続口５３からの第１のガスが、
レンズ４５に噴射された後に、供給され、被加工材７０
に噴射される。この被加工材７０が軟鋼などの鉄系材料
である場合には、第１のガスは酸素であり、たとえば
０．５ｋｇｆ／ｃｍ² で噴射される。この第１ガスが周
囲の空気を巻き込むことなく、被加工材７０付近でその
純度を保ち、またその第１ガスのモーメンタムを保持す
るために、接続口６８ａからは第２のガス、たとえば酸
素が供給され、第１および第２ノズル５８，６６によっ
て環状に形成された第２ノズル孔６８から噴射される。
こうして、被加工材７０の溶融金属であるドロス７５
が、その被加工材７０のヘッド１１とは反対側の面、す
なわち図７の下面に付着することなく、溶融したドロス
がガス噴射方向下流側（図７の下方）に吹き飛ばされて
ドロス７５が付着することが防がれてドロスの除去が促
進されることになる。

【００３７】第１ノズル孔６２およびノズル５８，６６
によって形成される環状の第２ノズル孔６８の幅方向の
中央位置との間の距離Ｌ４（図２参照）は、たとえば５
ｍｍに選ぶ。このような第１および第２ノズル孔６２，
６８の間の距離Ｌ４を、３ｍｍ未満に選ぶと、これらの
第１および第２ノズル孔６２，６８が接近しすぎ、これ
によって大きな流量が鉄系材料である被加工材７０に噴
射され、いわゆるセルフ・バーニングを生じて燃焼して
しまう。これとは逆に距離Ｌ４を７ｍｍ以上にすると、
それらの第１および第２ノズル孔６２，６８の距離が大
きすぎ、第１ノズル孔６２から噴射される第１ガスが空
気を巻き込む恐れが生じ、その純度が低下し、またモー
メンタムの保持が困難となる。したがって、第１および
第２ノズル孔６２，６８の距離Ｌ４は、３ｍｍ以上、７
ｍｍ未満の範囲に選ばれ、特に好ましくは５ｍｍに選ば
れる。図２における環状の第２ノズル孔６７の半径方向
の幅Ｗ１は、たとえば１ｍｍであってもよい。これによ
って、本件発明者の実験によれば、レーザ光５０の出力
を３ｋＷとしたとき、カバー部材１３が設けられていな
い前述の先行技術では、せいぜい被加工材７０の厚みは
せいぜい２２〜２５ｍｍ厚であったけれども、本発明の
上述の構成によれば、２８ｍｍ厚以上の切断加工が可能
となり、しかもドロスの除去が促進され、グラインダに
よるドロスの研削作業が不要になったことが確認され
た。

【００３８】被加工材７０がステンレス鋼およびアルミ
ニウムなどであるときには、第１および第２ガスは、前
述のように不活性ガスたとえば窒素、アルゴンおよび空
気などであってもよく、また第１および第２のガスの種
類が相互に異なっていてもよい。

【００３９】図８は本発明の他の実施例の底面図であ
り、この図面は前述の図２に対応する構成を示してい
る。注目すべきは、この実施例では、第２ノズル孔６８
ｂは、直円柱状に形成されており、周方向に等間隔に合
計８個形成される。第１ノズル孔６２の内径Ｄ１、第２
ノズル孔６８ｂの内径Ｄ７およびそれらのノズル孔６
２，６８ｂ間の距離Ｌ５は、第１ノズル孔６２からの第
１のガスの純度およびモーメンタムが保持され、しかも
ドロスの除去が促進される値に選択される。

【００４０】図９は、本発明の他の実施例の簡略化した
構成を示す断面図である。この実施例は前述の実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目す
べきはこの実施例では、接続口６８ａからは、酸素と可
燃性ガスであるたとえばアセチレンガスの混合ガスが供
給され、環状の第２ノズル孔６８からは、火炎７６が被
加工材７０に向けて噴射される。この火炎７６によっ
て、第１ガスの純度およびモーメンタムの保持力がさら
に強化され、また被加工材７０が軟鋼などの鉄系材料で
ある場合、酸素ガス切断における表面活性化などの効果
も現れ、また被加工材７０が、切断方向にヘッド１１と
相対的に移動するとき、予熱されることになり、したが
って本件発明者の実験によれば、５０ｍｍ厚以上の被加
工材を切断加工することができた。

【００４１】図１０は、本発明のさらに他の実施例の一
部の簡略化した断面図である。この実施例は前述の実施
例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。ノ
ズル５８に第１ノズル孔６２が形成され、またカバー部
材６５によって環状の第２ノズル孔６７が形成されるこ
とは前述の実施例と同様であるけれども、さらに注目す
べきはこの実施例ではもう１つのカバー部材７７が設け
られ、接続口７８から第３のガスが供給され、第３ノズ
ル７９の内周面と第２ノズル６６の外周面との間の環状
の第３ノズル孔８０から第３のガスまたは火炎が噴射さ
れる。その他の構成は、前述の実施例と同様である。第
３のガスは、第１および第２のガスと同一種類であって
もよく、あるいはまた相互に異なる種類のガスであって
もよい。本発明の考え方によれば、さらに複数の環状の
ノズル孔が同軸に形成されてもよい。

【００４２】第１ガスおよび第２ガスは、同一種類のガ
スであってもよいけれども、相互に異なる種類のガスで
あってもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１ノズ
ル孔から第１のガスを被加工材に向けて噴射するととも
に、その第１ノズル孔を囲むようにして半径方向外方に
設けられた第２ノズル孔から第２のガスまたは火炎を噴
射し、第１のガスの被加工物付近での純度を保持するだ
けでなく、特に本発明ではその第１のガスのモーメンタ
ムを保持するようにし、しかも被加工材のガス噴射方向
下流側におけるドロスを溶融状態で吹き飛ばしてそのド
ロスの除去を促進するようにしたので、一層厚い金属材
料などから成る被加工材を、切断などの加工することが
容易に可能になり、その切断の精度を向上することがで
き、さらにドロスの除去が上述のように促進されるよう
にしたので、被加工材に付着して固化したドロスを、グ
ラインダを用いて研削して除去するなどの作業が不必要
になり、後加工が不必要となり、作業性が良好となる。

【００４４】また本発明によれば、被加工材が鉄系材料
などであるときには、第１および第２ガスを酸素とし、
被加工材の酸化反応熱を利用することによって、さらに
一層厚い被加工材の切断などの加工を行うことができる
ようになる。

【００４５】また本発明によれば、第２のガスとして、
酸素と可燃性ガスとの混合ガスを用い、第２ノズル孔か
ら火炎を噴射してその火炎を被加工材にあてることによ
って、金属材料である被加工材の表面を活性化し、清浄
にしてレーザの吸収能を向上して効率よく加工を行うこ
とができ、また被加工材が前述のように鉄系材料である
ときにはその火炎で予熱を行って酸化反応を生じやすく
して、第１ガスとして酸素を用いたときにおける酸化反
応熱を利用して、板厚がさらに一層大きな被加工材の切
断などの加工を容易に行うことができるようになる。

【００４６】また本発明によれば、被加工材がステンレ
ス鋼およびアルミニウムなどのように酸化反応熱を利用
することができないときには、第１および第２のガスは
不活性ガスとし、そのような被加工材を酸化させること
なく、効率よく加工することが可能となる。第１および
第２ノズル孔の軸直角断面は、円形であってもよいけれ
ども、矩形またはその他の形状であっもよい。

【００４７】本発明によれば、第１および第２ノズル孔
は、共通の軸線に平行に延びて形成され、したがってそ
れらのノズル孔から噴射されるガスの乱れが防がれ、し
たがって第１ガスの被加工物付近での純度が保持される
のは勿論、さらにその第１ガスのモーメンタムが保持さ
れ、ドロスを飛散させてドロスの除去を促進することが
一層確実に達成される。

【００４８】特に本発明によれば、第１および第２ノズ
ル孔の寸法および／またはこれらの第１および第２ノズ
ル間の距離を適切に調整することによって、前述のよう
に第１ガスの純度およびモーメンタムの保持、ならびに
ドロスの除去の促進が初めて可能になる。

【００４９】さらに本発明によれば、第１ガスは、レー
ザ光の集光レンズに噴射した後、第１ノズル孔から被加
工材に噴射するようにして冷却し、したがってレンズが
レーザ光によって高温度になることがなく、そのため熱
による屈折率などの変化が防がれ、集光されたレーザ光
を被加工材に常に正確に照射することが可能になる。

【００５０】また本発明によれば、レーザ加工用ヘッド
をＸ−Ｙテーブルまたはロボットの作業端などに取付
け、希望する方向に移動する場合であっても、あるいは
またレーザ加工用ヘッドを固定して被加工材を希望する
方向に移動する場合であっても、第１ノズル孔は、その
全周を第２ノズル孔で囲むようにして構成することによ
って、前述のように第１ガスの純度とモーメンタムが保
持され、ドロスの除去を促進することが、常に可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のノズル部材１２とカバー部
材１３とから成るノズルチップ１０を示す断面図であ
る。

【図２】そのノズルチップ１０の底面図である。

【図３】ノズルチップ１０を備えるレーザ加工ヘッド１
１の全体の構成を示す断面図である。

【図４】図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図であ
る。

【図５】図３の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。

【図６】図１〜図５に示される実施例の配管系統図であ
る。

【図７】図１〜図６に示される実施例の被加工材７０を
切断加工するときの状態を示す簡略化した断面図であ
る。

【図８】本発明の他の実施例のノズルチップの底面図で
あり、図２に対応する構成を示す。

【図９】本発明の他の実施例の構成とその動作を簡略化
して示す断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例の一部の断面図で
ある。

【図１１】先行技術の構成を簡略化して示す断面図であ
る。

【図１２】図１１に示される先行技術のノズル４を示す
底面図である。

【符号の説明】

１０ノズルチップ１１レーザ加工ヘッド１２ノズル部材１３カバー部材１４ヘッド本体１５取付け筒体１７調整筒体２２保持筒体２４基体２６取付け部材３８保持輪４０部屋４３ノズル４５レンズ５３，６８ａ接続口５４空間５８第１ノズル６２第１ノズル孔６６第２ノズル６８第２ノズル孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷浩志兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者西尾護兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者青木禧明兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工材に向けて、レーザ光の光経路を
含んで導かれる第１のガスを第１ノズルから噴射すると
もに、第１のガスを外囲する第２のガスまたは火炎を、
第１ノズル孔の半径方向外方に設けられた第２ノズル孔
から噴射し、第１ガスの被加工物付近での純度およびモーメンタムを
保持するとともに、被加工材のガス噴射方向下流側にお
けるドロスの除去を促進することを特徴とするレーザ加
工方法。
【請求項２】第１および第２のガスは、酸素であり、
これによって被加工材の酸化反応熱を利用して加工を行
うことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】第１および第２のガスは、不活性ガスで
あり、これによって被加工材の酸化を防いで加工するこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項４】第２ガスは、酸素と可燃性ガスとの混合
ガスであり、被加工材に火炎を噴射して、その被加工材の表面を活性
化することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方
法。
【請求項５】レーザ光を導く光経路を有し、第１ノズ
ル孔からのレーザ光を被加工材に照射するヘッド本体
と、ヘッド本体に設けられ、第１ノズル孔と共通の軸線を有
し、第１ノズル孔の外周に、その第１ノズル孔を囲む第
２ノズル孔を形成するカバー部材と、ヘッド本体内の空間に第１のガスを供給する第１ガス供
給源と、ヘッド本体の外周面とカバー部材の内周面との間の空間
に第２のガスを供給する第２ガス供給源とを含み、第１および第２ノズル孔の寸法および／またはこれらの
第１および第２ノズル間の距離を調整可能とすることを
特徴とするレーザ加工用ヘッド。
【請求項６】第１および第２ノズル孔は、共通の軸線
に平行に延びて形成されることを特徴とする請求項５記
載のレーザ加工用ヘッド。
【請求項７】ヘッド本体には、レーザ光を導く集光レ
ンズが設けられ、第１ガス供給源からの第１ガスは、このレンズに噴射さ
れるように方向付けされてヘッド本体内の空間に供給さ
れることを特徴とする請求項５記載のレーザ加工用ヘッ
ド。