JPH07503904A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 レーザ加工装置 技術分野 この発明は、切断又は溶接等のためのワークピースレーザ加工装置に関する。

背景技術 切断、溶接等のある種のレーザ利用は、レーザビームに晒される加工領域のため のアシストガスを必要とする。

酸素は切断利用のための有効なアシストガスであり、溶接のためにはヘリウム、 アルゴン等のいくつかの不活性ガスのいずれか、又は乾いた窒素ガスも使用され る。

一般に利用されるレーザ装置においては、レーザビームと共に収束ノズルによっ て通常供給されるアシストガスは、前記加工賄域へ自由な状態で向けられる。し かしながら、この配置は、以下に詳細に説明するようないくつかの欠点を含んで いる。

例えば、金属板のレーザー切断は、通常、液化した材料を吹き飛ばす為に切断領 域に向けられるガスジェットの援助で行われる。使われるガスの種類は、ワーク の材ｆ４に依存するものであり、切断表面に影響する好ましいからぬ化学反応を 防ぐように選択されなければならない。

特に、切断面の金属学的な構造に影響し、後工程の機械加工を妨げるか、又は、 後加工が必要でないにしても、実際の利用を妨げる材料の固化・脆弱化に至る生 成物の形成を防ぐ事が重要である。

酸素は、高温度（７２０度以上）下で引き起こされる発熱反応のゆえに、鉄系材 、料（合金）の切断には好適である。もし適切に使用されれば、そこで生成され るエネルギーと流体熱力学効果により、所定のレーザー出力に対して切断速度が 増し、液化された材料の吹飛ばしが改良され、切断面の最終仕上げが向上する。

この加工過程で起こる一連の出来事を理解する為に、反応性ガスの流体熱力学と 、レーザービームと液化物質との両方による強烈な熱に前記ガスが晒され且つガ ス流の質量が液体の存在によって増加される時に起こる複雑な現象に関する知識 と、が必要である。前記により、ガス流は、圧縮性ガスと（非圧縮性）液体との 混合物となり、これが伴うあらゆる可能性を備える。例えば、液体は、大きな又 は小さな滴に分解されるか、又は原子状化さえもされる。

熱の量、特にレーザービームや、高温の固体又は液体表面からの放射による熱の 量、および、関わりあう熱的及び液体力学的効果に依存して、液滴や原子化され た液体粒子はガスとなる可能性がある。これは望ましくないことであるが避けら れないことである。更に、冷却質量（ワークピースの冷えた面）の大きさが小さ いため或いはそれが存在しないため、レーザビームの範囲内の液化粒子は蒸気に 変換される。この蒸気は、既存の蒸気と同（、ように、レーザービームにより活 性化又はイオン化され、切断過程で観測される幾つかの発光現象を引き起こす。

上記現象を取り扱う際に、ガスの反応性を考慮する必要がある。酸素の場合は、 液化された物の温度が一定のしきい値（７２０度）を越えると、強力な発熱反応 が始まる。これがさらに上記現象の強度と不安定さを加速させる。これが、流体 熱力学場の諸々の成分の、多かれ少なかれの周期的振動の原因なのである。

他の注意すべき重要なポイントは、レーザービームに晒された液化を目は、切断 面上に堆積されたおよび／または形成されたものと比較して、全く異なる振幅お よび周波数で振動するように誘導されると言うことである。ガスの流れの中にひ たされた液化を目は、切断開始時の束縛の無い流れおよび切断面の間の溝の中て の流れの両方の周波数と振幅を、限られた範囲で変化せしめる。種々の１１での 動的作用は、加工の最終結果に影響する程に、）目互作用する。その影響の態様 及び程度は、動作パラメータ及び用いる装置に依存して大きく変わる。

例えば、一般に使われるレーザー切断機の場合には、レーザービームは、酸素も 供給される円錐型ノズル内を、レーザービームと酸素とが分離されない形で、法 線方向に集光されて、切断面に束縛の無い状態で導がれる。更に、ワーク表面か ら所定距離だけ離れている円錐型ノズルを使うと、酸素ジェットは切断の回りで 、丸い衝撃スポットを形成する。そのスポットの直径は、出来るだけ狭くするよ うに企てられる切断幅の５から１０倍の大きさとなる。

上記の良く知られた方法は多くの欠点を掲示する。

先ず第一に、＋目当の割合が、切断を取り巻く周辺に、何の目的も無く導かれる ために、酸素の消費が多くなる。

例えば、衝撃スポットの直径が切断の幅の５倍から１０倍になる前記の例では、 消費量は実際に必要とされるガスの量の、それぞれ８倍から３０倍となる。

第二に、酸素は、レーザービームの大きな部分とかなりの長時間接触するために 、ワークに到達する時までに極端に高温に加熱される。

このような加熱の影響は数限りない。

第一に、屈折率が不規則に変化し、それによってレーザービームの集光性が悪化 する。この集光性は、酸素の加熱によって発生する対流運動によってさらに悪影 響を受ける。

前記ガスが、熱励起状懸になりそれから熱イオン化しきい値に達するまでに、十 分に長時間加熱されると、（たとえレーザー切断のバワーレベルでも）レーザー ビームのパワーを吸収する散逸現象が発生ずる。

レーザービームのパワーの減少と非集光性は、パワーの低下と集光点でのスポッ ト径の増加に結びイτｊく。これらはいずれも、出来るだけ狭い切断幅を得る目 的にとって望ましくない。さらに、ガスジェットが切断内部に侵入するために必 要とされる対流運動および流動現象に起因する不安定性により、非定常現象が起 こる。この非定常現象は、切断効率および切断面の品質（刻み目、裂は目、望ま しくない金属特性）に悪影響を及はす。

これらの欠点の殆どは、ガスジェットを切断溝に束縛無い状態で誘導するノスル を使う事に起因している。

ガスジェットの圧力を増加させる事により、流速を増加させ、液体の飛散を改善 する試みは的を得ていなく、一般に使われている円錐形ノズルの場合は逆効果で さえもある。事実、ガスジェットの圧力が増加して、臨界比を越えると、ガスジ ェットの方向と速度における不安定さく揺れとパルス運動）も生しる。この不安 定さは、内部的及び外部的な空気力学的な諸要素（境界層、大気中の空気との混 合及び抗力）による流れの変動へ悪影響を及はし、結果として実質的に制御不可 能な状態を生じる。

束縛無く導かれるガスジェットの不安定さは、ジェットか切断内に侵入し貫通す る事をより困難にし、亜音速及び超音速ジェットに特有な「窒息」現象を生しる 。窒息部分の下流の導管では、ガス流速は極端に減少する。

従って、従来の切断面は、窒息効果に起因する（ワークの上面と底面とに平行な ）長手方向の縞と、この縞の上流と下流での、流速の変化を示す一連の異なる傾 斜刻み目と、を有している。とくに、窒息線の下流で刻み目線の傾斜は大きく、 これは流れ速度の減少を表している。

ガス流の速度の極度の減少は又、液化された材料の液滴に伴う腐食のみならず、 刻み振動数の変動をもたらす。

これらの全ては、反応を開始させる等温線（約７２０度）がその表面を、より大 きく侵入することによって生成される制御不可能な発熱反応によって引き起こさ れる。

さて、溶接の場合においては、加工は、レーザービームに晒された領域の回りに 、例えばヘリウムとがアルゴンのような、不活性ガスの環境を必要とする。これ は、熱と大気ガスとの結合作用に起因する材料の化学反応を防止する為である。

前記大気ガスのうちで酸素が最も反応的である。

窒化によって材料が悪影響を受けない場合は、乾燥窒素もまた成功裡に使えるか もしれない。

ワークピースの上に前記ガスを注入する為の知られている装置では、レーザービ ームは、不活性遮蔽ガスのジェットと共に円錐形ノズルの中に導かれて集束され る。

ここに、通常はその二つの分離は無く、不活性ガスは同の束縛もなく作用領域へ 導かれる。

前記の型の装置は多くの欠点をもたらす。これらの一つは、一般に過剰と思える 程の長い時間に亘って、レーザービームのしばしば過剰の部分とガスが接触し続 けると言う事である。この点に関して、記憶すべき重要な事は、レーザービーム の波長において輻射を吸収する能力に比例し、かつ、そのような輻射に晒されて いる時間の長さに比例して、かつ、その熱容量に反比例して、混合ガスはレーザ ービームによって加熱されると言う事である。このような加熱の第一の好ましく ない影響は、ガスの屈折率の不規則の変化を結果的に生し、これによりレーザー ビームの集光を歪め悪化することである。、１ｆｉＩ記レーザビームの集光は、 加熱された混合ガス内での対流運動によっても悪影響を受ける。

ガスが熱励起状態に達しついて熱イオン化しきい値に達するに十分な長時間、前 記加熱が続けば、結果として高度の散逸現象が生ずる。この散逸現象は、前記レ ーザービームのエネルギーを吸収する。殆ど完全なあるいは顕著なイオン化とい う極端な例では、前記ビームのエネルギーは、はとんど完全にガスに吸収される かも知れない。これが「ブランケット効果」として知られている現象を引き起こ す。これにより、レーザービームがワークピースに到達する事が妨げられる。

したがって前記遮蔽ガスは、限定された数の特性を提供する必要がある、即ち １）レーザービーム波長における低い輻射吸収係数、２）高い熱容量、 ３）高い熱イオン化しきい値、又は高いイオン化ポテンシャル、 ４）最小相互作用又は通過時間（それがレーザービームに晒される時間の長さ） 、 ５）熱化学反応に対して遮蔽する為に、ガスはそのような反応に感じないもので なければならない。この為には、貴ガスが好ましく、特にヘリウム（Ｈｅ）が好 ましい。

ヘリウムのイオン化ボテンシャルと熱容量は貴ガスの中では最も高く、又、ヘリ ウムは、最も一般に使われている産業用のレーザービームに対して低い吸収係数 を提供する。

前記考察の観点から、最も論理的な選択はヘリウムである。但しそれが、特にヨ ーロッパで経済的に入手可能であることを前提となる。

他の可能性はアルゴンである。しかしながら、このガスは産業用に普通に使われ ているレーザービームの波長での輻射吸収係数がより高い事に加えて、このガス は又、ヘリウムと比べて、熱容量が低く、イオン化ポテンンヤルも低い。しかし ながら、これらの欠点は、相互作用時間をｔ１対的に減し、かつ、遮蔽ガスジェ ットを適切に流線型化することによって克服できるがししれない。

更に、イオン化が主に熱的であり、したがってサバの法則に従うため、レーザー ビームとの交差領域内でのガスジェットの、圧力を増加し、温度を減少せしめる 手段が取れるかも知れない。

したがって関与する主たる目的の一つは、一様なガスジェットを達成することで ある。一様なガスジェットの特性は、レーザービームの横断中に変化しない、す なわち、一様な屈折率と平行な運動、無対流運動、無励起、かつ、無イオン化で ある。更にジェットは、溶接される材料との、低い熱・光化学的反応を提供しな ければならない（したがって、水、酸素、炭水化物、酸、塩類、アルカリ等は、 前記ジェットとして使用することは出来ない）。

ワークピースの表面への、プラズマ状態になったアシストガスの衝突は、溶接ビ ードの両側の材料層の蒸発を伴う、表面の相当の熱的な変化を引き起こすことが 認められている。特に、ガスジェットが、最初にレンズを冷やす為に使われ、次 にレーザービームと共にかつレーザービームの長さを貫通して、円錐形ノズル内 に導かれる場合は、流出するジｚ　’７トは相当にイオン化される。さらに、ワ ークピースの表面へ垂直に導かれるために、衝突に際して、ジェットが、衝突速 度０（零）に対応する高温、高圧に達するのみならず、これとの再結合によって イオン化エネルギーを回復するようにせしめられる。

前記の効果（高いＰ。と高いＴ。）とイオン化エネルギーの回復に対応するエン タルピー値との結合、即ちＰｏ＋Δｐ＞＞ｐｏとＴ０＋ΔＴ＞＞Ｔ。

により、ワークピースの材料が、レーザービームの下方では無く、プラズマジェ ットの衝突する端部て、蒸発する。

他の注目すべき点は、低温（実際的には赤くなる熱さになるまで）での金属表面 の高反射率は、衝突の際のレーザービームの強度をほぼ二倍にし、従って入射レ ーザービームが低出力でも、イオン化が発生するという事である。

これが更に、ガス、自由ラジカル、および吸収された他の化学的活性物質によっ て助長される。これらの諸物質は非熱イオンである自由電子を放出し、結果的に 、雪崩れ現象を引き起こし、かつ、重大な場合はブランケット状態、すなわち、 入射レーザーレベルでイオン化が予想不可能なまでに（破局的に）増加する状態 を引き起こす。前記状態は、レーザービームがワークピースに到達することを妨 げる。

イオン化は常に、ワークピースの表面によって、そして非常にしばしば事実それ ゆえに強調される。ワークピースの表面は、低温状態では不可動的に反射的であ り、したがって、レーザービームのエネルギーの一部を不活性ガス大気中に反射 し、ワークピースの表面に近い領域ての輻射エネルギー場の強度を概略二倍にす る。

一方、不活性ガスジェットがレーザービームと共にワーク表面に導かれる場合に は、当該不活性ガスジェットは、ワークピースとの衝突の際に、高い程度のイオ ン化を提供し、かつ、ワーク表面から跳ね返る際に、大気と混合し、これにより 、遮蔽効果を減じる。更に、イオン化エネルギがレーザービームがら運び去られ る。これは、与えられた焦点スポットの強度の低下をもたらす。さらに、前記形 成された混合物の変化しゃすい密度は、レーザービームの集光を損なう屈折、対 流現象を引き起こし、かくしてさらにその強度と効率を減じることになる。

既存の技術水準によれば、前記ジェットは、しばしば円錐形ノズルさえも用いて 、束縛なく供給される。結果として、供給圧力が増加して、臨海比値（円錐出口 の音速に相当し、空気、窒素、酸素、炭素、−酸化炭素等の二原子分子について は、（出口の圧力）／（窒息圧力）値＜０．５２８により特徴付けられる）を越 えると、ジェットは、安定運動法則の欠如により、方向（ぐらつき）と軸方向速 度（パルス化）が急激に振動する。これらの効果は、空気との混合・引き込みに より、あるいは、ノスルの内部に生成され、一様な流出流に悪影響を及ぼす層流 境界層又は乱流境界層により引き起こされる効果を増幅する。一般に使われてい るノズルのサイズ、およびノズルのワーク表面からの距離のために、関係する内 部的および外部的な空気力学要因（境界層、空気との混合・引き込み）による前 記流出流の複合的変化は、次の場合により重大となる。すなわち、供給圧力を増 すことにより流出速度を増加させようとする試みにより、振動（ぐらつき、パル ス化）が増幅される場合である。標準サイズの亜音速ノズルの場合は、前記臨界 圧力を越える事による不安定は、レーザービーム衝突領域が殆どカバーされない という激しい振動をしばしば生ずる。従って、前記ガスの遮蔽効果は悪化し、前 記ガスは、空気とガスとの変動混合ガスによって取って代わられる。これらはレ ーザービームの衝突点にわたって交互に起こる。従ってレーザビームは、パルス 化したジェットによって掃引され、このシェツトにおけるガスの成分の比率は、 このタイプの非定常現象に特徴的に、途方もなくかつランダムに変わり得る。

束縛なく導かれるジェットの信頼性ある制御は、超音速ノズルの使用を必要とす る。このノズルは、決められた形状と圧力比の下で（明らかに、決められたタイ プのガス又は混合ガスについて）−嘩なジェットを提供する。

しかしながら、圧力比が公称値でない場合、（所定の形状を有する）超音速ノス ルの場合には、ブランドルダイヤモンドとかマツハディスクとして知られている ものが、出口に形成される。前記にも関わらず、束縛のない状態で導かれる超音 速ジェットは場のパラメータ（速度、密度、圧力、温度）のより良い分布を提供 する。また前記内部的及び外部的な空気力学要因（境界層、空気の混合・引き込 み）の影響をうけるが、これらは目立たず、かつ、制御可能である。

この場合も又、レイノルド数、ブランドル数、ヌッセル数等で表される寸法効果 を考慮する必要がある。レーザー加工装置において使用されるものの熱容量・間 隔・寸法は、場の不規則性（外部の空気の取り込みを含んだパラメータによるジ ェットの特性）を生じ、この不規則性は、レーザービームとワークピースの表面 との衝突領域でのガスの遮蔽効率に悪影響を与える可能性がある。

それにも関わらず、超音速ノズルは、亜音速ノズルを用いた場合は得られないよ うな、速度と圧力を達成する。

後者は、非常にしばしば、設計が悪いのみでは無く、ともかく空気力学の基本法 則を無視して使われている。

遮蔽ガスの効率を改善する為に、渡り速度、大気引き込み率、および表面圧力の 増加させる目的で、束縛の無い状態で導かれるジェット、特に亜音速ジェットの 動圧が増加されるとき、しばしば制御不可能の状態が生ずる。

この結果は、期待する結果と全く反対のものである。最もよく発生するものには 、以下のものがある。すなわち「ネイルヘッド」　（不規則な溶接ビード）をも たらす制御不可能なイオン化がある。また表面材料の蒸発と昇華現象があり、こ れは、しばしば溶接ビードの両側に溝を提供する。さらに不規則金属構造がある 。これは、中心領域と、この中心領域の原因となるレーザービームの両側に位置 するプラズマジェットによる二つの周辺領域とをしばしば提供する。前者は、二 つ周辺領域と大いに異なるが、三つとも不規則である。構造と形状の不規則性は 明らかに、なかんづく次のことを示す。

ａ）好ましからざる、全く不規則な変形応力ｂ）重大な歪み、 Ｃ）劣悪な加工効率、 ｄ）劣悪な加工再現性、 ｅ）人手し得る見本との不満足な相関。

従って前記説明は、効率、品質及び再現性について加工を改善する為に、アシス トガスの正しい使い方がいかに重要かを示す。

又、正しい使い方は、関与するそデータのより良い相関を提供し、これにより、 現象およびその制御パラメータ、より直接的には、必要な結果を予想・達成・維 持する為の効果的モデルのより良い理解とを可能とする。

発明の摘要 本発明の目的は、既知の方法に典型的に付随する上記この発明の一般的特徴によ れば、少なくとも一つのワークピースの加工領域へレーザビームを集束するため の集束ヘッドと、少なくとも前記加工領域の近傍へアシストガスのジェットを導 く導管と、を含むレーザ加工装置が提供される。当該レーザ加工装置は、前記導 管が高速ジェットを生成するノズルを備え、かつ、前記アシストガスのジェット の向けられるワークピースの領域が、前記ノズルの下流側に位置する導管の壁に よって実質的に遮蔽されることにより特徴付けられる。

本発明の第１の特定の特徴によると、レーザー切断用のガスを供給する方法が提 供される。この方法によれば、レーザービームはワークピースの切断部に導かれ る。そして前記方法は、ガスジェットが、レーザービームおよびレーザービーム によって溶解された液化物質との相互作用によって引き起こされる流体熱力学効 果を制御し、かつ、切断内から液化された物質を定常的に制御された態様で吹き 払うような速度で、前記ワークの表面、少なくとも切断部の近くまで堅い壁によ って誘導される段階を含む。

本発明の第１の特定の特徴によれば、また、ワークの切断部分へレーザービーム を集光させる加工ヘッドと、少なくとも前記切断部分の近傍にガスジェットを供 給する手段を含むレーザー切断装置が提供される。前記装置は、以下の点により 特徴付けられる。すなわち、上記の供給手段はワークの表面に接触するまで伸び ている堅い壁の導管を含む。この導管は、ガスジェットを、レーザービームおよ びこれによる液化材料とのｔ１互作用により引き起こされる流体熱力学効果を制 御し、かつ、切断幅内から液化材料を安定的かつ制御された態様で吹き払う速度 で供給するように設計されている。

本発明の第２の特定の特徴によれば、レーザービームが実質的に垂直なワークピ ース表面の一部に向かって導かれ、アンストガスが前記のビームと交差するよう に、かつ堅い壁により定められた導管に沿って前記表面の一部に注入され、前記 アシストガスのジｘ　’ｙトは、存在する大気ガスを除去し、かつ、前記ガスに 対する前記レーザービームの物理的・動力学的・化学的影響を最小限に押さえる ような速度で供給され、前記ガスは、実質的に不活性ガスとして振る舞う方法が 提供される。

前記方法によるレーザ加工装置は、以下の装置に組み込まれる。この装置は、前 記表面部分に前記レーザービームを導く手段と、前記アシストガスを収容する手 段と、前記収容手段から前記ガスを供給する手段と、を備え、前記供給手段は、 堅い壁で定められかつ前記ガスジエ−）トを前記速度で供給するように設計され た少くとも一つの導管とを備え、前記導管は、レーザービームに対して交差する 関係で前記ジェットを前記表面上に導くように位置づけられ、前記導管は、前記 表面部分への前記レーザービームの通路としての横断的な穴を含む。

この発明の好ましい態様によれば、少なくとも１つのワークピースの加工領域へ 前記ビームを集束するための集束ヘッドと、前記加工領域の少なくとも近傍へ制 御された態様でアンストガスのジェットを導く一枚壁の導管と、前記集束ヘッド に対して所定の加工経路に沿って、前記少なくとも１つのワークピースの移動を 行う搬送手段と、を備えるワークピースレーザ加工装置が提供される。前記加工 装置は、任意の時刻おいて、かつ、少なくとも前記加工領域において、前記加工 経路に対する前記導管の所定の方向及び位置を維持するように、前記集束ヘッド に対する前記導管の制御された回転を制御実行するための手段を備えることによ り特徴づけられる。

この溝底によれば、前記アシストガスは、前記レーザヘッド又はレーザビーム焦 点位置において、前記切断又は溶接経路に対して所定の方向及び向き（ｓｅｎｓ ｅ）で供給される。従ってレーザ装置の最適の作用が保証される。これは、曲が った或いは折れ曲った形状の切断または溶接経路を含む場合の大半の場合に特に そうである。

添付の図面を参照して、例として、いくつかの本発明の好ましい非限定的実施態 様が以下に説明される。ここに、 図面の簡単な説明 図１は、本発明の第１の特殊な特徴に基づくレーザー切断装置の第１実施例の、 簡単の為に一部を取り除いた、透視的な概要図である。

図２は、図１の装置のＩＩ−ＩＩの線に沿っての部分的縦断面を示す。

図３は、前記切断装置の第２実施例の、概略的一部縦断面図を示す。

図４は、本発明の第２の特徴によるレーザ溶接装置の第１実施例の、一部破断、 概略斜視図を示す。

図５は、前記レーザ溶接装置の第１実施例の概略断面図を示す。

図６は、図５の装置の変形態様の概略断面を示す。

図７は、前記溶接装置の第２実施例の概略断面を示す。

図８は、図７に於けるＶｌ　ｌ　Ｉ−ＶＩ　Ｉ　Ｉ線に沿っての断面を示す。

図９は、図８に於けるＩＸ−ＩＩ線に沿って断面を示す。

図］０は、前記溶接装置の第３実施例の概略断面を示す。

図１１は、図１０に於けるＸＩ−ＩＩ線に沿っての断面を示す。

図１２は、図５に示された装置のさらなる変形態様の概略断面を示す。

図１３は、前記レーザ切断装置の第３実施態様の透視における概要図を示す。

図１４は、図１３に図示されたレーザ切断装置の第３実施態様の縦断面を示す。

図１５は、前記溶接装置の第４実施態様の縦断面を示す。

図１６は、前記切断装置の第３実施態様の一部縦断面かつ一部側面図を示す。

図１７は、図１６の装置の底平面図を示す。

図１８は、前記切断装置の第４実施態様の、図１６におけるような縦断面を示す 。

図１９は、前記切断装置の第５実施！！様の縦断面を示す。

図２０は、前記切断装置の第６実施態様の縦断面を示す。

図２１は、前記切断装置の第７実施態様の縦断面を示す。

図２２は、図２１の装置の一部切欠底平面図を示す。

図２３は、前記切断装置の第８実施態様の縦断面を示す。

好適な実施態様の詳細な説明 図１の番号１０はレーザービーム１１を特徴として備えるレーザー装置を示す。

装置１０は、レーザービーム源（図示せず）と、鉄材の金属板の如きワークピー ス１５の表面１４の切断部１３ヘレーザービームを集光させる為の集光ヘッド１ ２と、を実質的に備えている。装置１０は、ワークピース１５の二つの半分の上 の二つの対向面を有する、非常に狭くて直線的な切断１６を形成する。

本発明によると、酸素の如きガスのジェット１８は、レーザビーム１１が照射さ れるワークピース１５の部分へ、当該部分１３に到達する前に大気ガスと相互作 用しないような態様で導かれる。図２に示すように、ジェット１８はレーザービ ーム１１に対して傾斜した方向から部分１３に供給される。特に、ジェット１８ は、以下の態様で、高速、好ましくは超音速で供給される。すなわち前記Ｉ！！ Ｈは、ガスジェットおよびジェットの流体熱力学反応を制御し、これにより、ジ ェットと鉄系材料との発熱反応を介して、レーザービームによる材料の改良され た溶解、および、液化材料の迅速・安定・一様な飛散を可能とする。

切断装置１０は、図２に於いて１９て概略的に示され、かつ、ヘッド１２に対し てワークピース１５を、切［ｒｌに沿って矢印Ｆの方向へ移動する搬送手段を含 む。

切断装置１０は、また、供給装置２０と接続された酸素供給回路（図示せず）を 含む。供給装置２０は、以下の態様で湾曲する一枚壁の内部導管２１を提供する 。すなわち前記態様は、ジェット１８を、レーザビーム１１の軸りと実質的に平 行なＡ方向から、Ａ方向および軸りによって定義される面上にあり且つＬ軸に対 しては角度αたけ傾斜したＢ方向へ導く。角度αは、ジェット１８が、ワークピ ース１５の移動方向Ｆの、前記り軸に対する反対側に構成分を有するようなもの である。したがって、ジェット１８はワークピース１５の厚さ全体を通じて、切 断１６の表面１７の上を流れる。

飛散は、ジェット１８の前記角度によって手助けされる。前記角度は、衝撃圧力 、従って侵入度および液化層の除去効果を増大せしめる。

前記供給装置２０は、大体は靴のような形をしており、導管２１の入り口２３が 形成された主基台２２と、装置２０の先細前端部２５の近傍に導管２１の出口２ ６が形成された底基台２４と、を提供する。

前記供給装置２０は、二つの近接してぴったり合わされた平坦な平行壁２７（図 １にはその一つのみが示されている）によって側面から限定されている。前記平 行壁の内側表面が、導管２１を側面から限定している。前記導管は、従って狭く 実質的に切断１６の幅と等しい。出口２６の長さは、大体上記の幅の３倍から６ 倍である。

前記装置２０は、前面に於いて第１造型壁２９によって限定され、底部と後面に 於いて第２造型壁３０によって限定されている。壁３０は、側面壁２７と共に底 基台２４を限定する。この底基台は平坦であり、大気中の気体が切断ガスと混合 することを防止する機械的又は流体力学的手段を介して、気密態様でワークピー ス１５の表面１４上を滑る。この気密状態は、例えばラビリンスンールを用いて 、又は、単刀直入かつ正確な機械的な滑動の場合には、大気圧よりも高い切断ガ ス圧力により達成される。

導管２１は、側面の壁２７に加えて、壁２つと３０の夫々の内表面３４と３５に よって限定されている。後て述べるように、表面３４と３５は湾曲され、導管２ １の空気力学的特性を決めるように形成されている。特に、表面３４と３５の生 成線は側面２７に対して、垂直である。従って導管２１は、幅が一定で面積が変 化する長方形の断面を提供する。

導管２１は、ジェット１８を、入り口での入方向から出口でのＢ方向へ導くよう に湾曲されている。

導管２１は、ジェット１８の速度が超音速になるように、収束−拡張ノズルを構 成する。導管は、入り口２３と収縮部分（喉）３３ｂとの間の収束部分３３ａと 、喉３３ｂと出口２６との間の拡張部分３３ｃと、で構成される。収縮部分（喉 ）３３ｂは、上部曲面３４の造型部３６によって限定される。

供給装置ｆ２０の前面壁２９は、先細り部分２５の先端で、出口２６に垂直でレ ーザービーム１１と同軸の開口３７を提供する。従ってレーザビームは、導管２ １の終端部でジェット１８を通過することが可能となる。ビーム１１は、衝突表 面１３においてワークピース１５に侵入する。そしてビームは、切断が開始され 拡張する表面１３ａ（図２）へ徐々に掘り下げていく。

ワークピースが切断されるに際し、ジェット１８は、実質的に切断幅と等しい当 初表面１４の極めて細い寄主を流れるのみてあり、ワークピース１５の全ての厚 さに渡る表面１７の間に侵入する。閉鎖導管２１は、ジェット１８を、表面１３ と１３８まで制御された方法で導き、これにより、それが空気と混合することが 防止される。

ジェット１８は、ビーム１１が表面１３．１３ａと相互作用する点を通る。した がって、材料の液化を改善する為にジェットの発熱反応作用が利用され、かつ、 切断１６から液化材料を飛散する為にジェットの流体力学作用が利用される。

図３は、本発明の第２実施例による切断装置４０を示す。以下の説明は、図１、 図２における装置１０と比べて異なる部分のみに限定される。装置１０のそれら と同様の部分は、同し番号を用いて示されている。

装置４０は、集光ヘッド１２に隣接し且つ導管２１を有するよりコンパクトな供 給素子２０を提供する。この場合、レーザビーム１１は、導管２１の完全に外側 に位置する。

導管２１は、実際の切断が開始される表面１３ａに隣接する切断部１６に、ビー ム１１と実質的に平行に、ジェット１８を導く。この場合にも導管２１は、超音 速のジェット１８を得るための収束−拡張タイプてあり、かつ、ジエ’７ト１８ の幅を実質的に切断１６の幅に制限するためのぴったり取り付けられた平行側面 壁２７により限定されている。

装置４０は、装置１０と同様の態様で動作する。従ってこれ以上の説明は不要で ある。

前記実施例の切断装置の利点は前述の記載から明らかであろう。第一に、前記導 管２１の設計は、切断加工に厳密に必要な酸素の量のみを供給することにより、 顕著な節約を提供する。第二に、ジェット１８の高速度は、液化材料の高速飛散 を提供する。また前記高速度は、切断面の変動、特に公知の方法に典型的に付随 する長手方向の窒息線、およびその上流・下流に発生する刻み目線を実質的に除 去するように、液化材料の流体力学を制御する。

第三に、導管２１の一枚壁は、ガスが大気との混合すること、および、これに伴 うあらゆる欠点を防止する。

最後に、ジェットの流体熱力学特性の制御は、材料の厚さ全体に亘っての酸素の 安定かつ制御された掃引を保証し、これにより、加工に関わる諸々の現象の安定 的な制御、および切断面の実質的に完全な仕上げを可能にする。

本発明の範囲から逸脱すること無く、ここに記載され図示された実施例に対１７ て変更を加える事が出来ることは、当業者には明らかであろう。例えば、供給袋 ｆｉｌ（２０がワークピース１５の表面１４に接触・滑動する箇所で大気がガス と混合するのを防止する導管２１の部分または設計あるいは態様について変更を 加えることができるであろう。

さて、図４を参照するに、番号１１０は、本発明の第２の特徴によるレーザ溶接 装置の第１実施例を示す。このレーザ溶接装置は、レーザーへラド１１２から射 出されワーク表面１１４の部分１１３に照準されるレーザービームを放出する源 を含む。特に、装置１１０は二枚の金属ワークピース１１８の二つの向い合う表 面１１７の間の溶接１１６を行い、表面１１４上に溶接ビード１１９を生成する 。

前記装置１１１０は、レーザービーム１１１に晒される表面１１４の部分１１３ 上へ、一枚壁により定められた導管を介して不活性ガス又は他の適切な遮蔽ガス （アシストガス）を供給する。これにより、溶接中に大気中の空気が部分１１３ に接触することが防止される。前記ガスジェット１２１は、レーザービーム１１ １の方向にたいして交差するように表面１１４の部分１】３へ供給される。そし て前記ガスは、シールドガスがレーザービーム１１１に影響を実質的に受けるの を防止するための高速、出来得れば超音速で供給される。

前記ガスは、大気中の空気を除去するためにワークピースと同じ方向に進むとと もに供給される。そして前記ガスは、ビーム１１１の下をそれが移動するにつれ て新鮮な遮蔽ガスを供給し、かつ、溶接後即ち溶接部とワークピースが冷却され た後、ある時間、前記ガス遮蔽を維持する。

図５に示されるように、ジェット１２１の全ての厚さにわたって一定の効率を維 持する為に、これは、ワーク表面に近接する導管表面にたいする流れ１２２の高 さに応じて流れの速度が変わる幾つかの要素的流れを含むことが出来る。レーザ ービームに晒された表面部分上のガスの速度は、前記ビームの強さに正比例して ・いなければならない。前記ビームは、集光化によって、部分１１３に近付くに つれて増加する。したがって、流れ１２２の速度は上部では減少するのが好まし い。

図５において、溶接装置１１０は、レーザービームヘッド１１２に対してワーク ピース１１８を移動させる為の、概略的に１２３で示されているワークピースの 操作手段を含む。前記ガス供給装置は、ガスタンク１２４と、表面部分１１３の 上部に位置する実質的に角型断面部１２６を有する閉鎖された一枚壁導管】２５ と、を備えてなる。前記要素的ガス流］２２のエンタルピーを変えるために、タ ンク１２４とガス流１２２ととの両方カーガスの全行路に沿って一枚壁て分離さ れても良い。これにより幾つかの平行ガス回路が作られる。この平行ガス回路の 中では、澱みパラメータ（圧力と温度）とガス自身の特性（分子量、比熱比、等 ）は、必要に応して決定され、回路ごとに異なっていてもよい。

この場合に、部分１２６は、平坦なワーク表面１１４に隣接する第１の壁１２７ と壁１２７の反対側の壁１２８とからなる。ワーク操作手段１２３によってワー クピースが移動するに連れて部分１２６はワークピース１１８の表面上を滑る。

部分１２６は、又、表面部分１１３へレーザービームを通す為に、壁１２７と１ ２８のそれぞれに、二つの穴１２９と１３１とからなる開口を提供する。穴１３ １の面積（又は、円形ビームの場合は、最小直径）は、ビーム１１１の通過を可 能とする最小のものである。部分１１３に照準する為にビーム１１１が、円錐形 であるため、穴１２９の直径は穴１３１の直径より小さい。しかし、穴１２９は 、ビーム１１１によって液化され溶接ビード１］９を形成するワークピース１１ ８の材料部分を収容するために、レーザービームの衝突部分よりも大きくなって いるのが都合よい。同し事が他のビーム、例えば長方形とか四角形の形状のビー ムに対しても適用される。

図４．５に於いて、部分１２６は長方形の断面を提供する。前記断面の幅および 高さは、それぞれ、前記穴１２９の直径の４倍から１０倍までおよび３倍から６ 倍の範囲に亘る。

穴１２つと１３１の上流において、部分１２６は、ジェット１２１を超音速にす る為のガス加速手段、例えばノスル手段１３２を提供する。レーザービームによ り加熱されたガスを、部分１１３の下流で膨張せしめみ為に、穴１３１は壁１２ ８の傾斜部分１３３に位置している。

従って、部分１２６は、穴１２９．１３１の下流でより大きい断面を提供する。

前記断面は、導管内の任意の空気力学体のみならず、穴１２９の下流の溶接ビー ド断面を収容するためにさらに増大しなければならない。

第１の変形態様によると、前記ノズル手段１３２は、部分１１３について異なる 高さで各要素ガス流１２２を生成し、かつ、流れ１２２の高さに応じて、上方へ いくに従って減少する流れ１２２の速度を生成するためのいくつかの要素ノズル １３４を備えている。各々の流れ１２２のガスのエンタルピーおよび性質は、相 互に異なる。

従って、溶接工程の最中、強度の変化するレーザービームにより、化学的、物理 的にまったく影響を受けず、かつ、光学的に一様な性質を有するガスをもたらす ように、密度、比熱、吸収・イオン化ポテンシャルのような他のパラメータを選 択することが可能となる。言い換えると、実際の加工過程では何の役割もしない 遮蔽ガスは、レーザービームに対して完全に透明でありかつ溶接工捏に対して不 活性である空気力学窓として作用する。溶接の間、ジエ’ｙト１２１は、ワーク の表面１１４の部分１１３の上を、レーザービーム１１１に直交して、流れ、部 分１１３の効果的かつ一様な遮蔽をもたらす。一方、ビーム１１１は、穴１３１ 、ジェット１２１及び穴１２９を介して、ワークピース１１８の表面１１７の溶 接のために部分１１３に導かれる。ジェット１２１の超音速は、遮蔽ガスとビー ム１１１との間の最小接触を提供し、したがって、例えば密度、屈折率、速度の ようなガスの物理的及び化学的な変化を実質的に防止し、さらに、ガスの対流運 動、励起又はイオン化を除去する。

図６に図示される変形態様では、ノズル手段１３２は、良く知られている！！！ 様で、可変速度ジェット１２１（マルチマツハノズル）を生成するように、部分 １２６の壁１２８を形成することにより形作られている。特に、壁】２８は、レ ーザービームとの交差点て、流れ１２２と壁１２７の間の距離との関係、すなわ ち、表面部１１３との関係で、上方にいくにしたがって速度が減少するいくつか の要素ガス流を生成するように形成されていてもよい。より単純化された解決法 では、ノズルは、一種類の超音速を提供しても良い。ただし、これが前記の目的 を達成するために十分であること、即ち、低いパワー領域において問題を引き起 こすことなく、ジェットがビーム最大パワーに耐え得ることを前提とする。その ような問題は、ビームの低パワー領域で必要な速度と比べてより早い速度でガス を供給する事によるガスの浪費のような、純粋に経済的なものでありうる。しか し、これがもたらす、設計の単純さと広範囲の安全性が、経費の増加を補償する 可能性がある。

図７．８．９の実施例では、壁１２７は、部分１１３で始まる溶接ビードの形成 を保護する為に、ガスの流れ方向と整列された長手軸を有する適宜に流線型化さ れた物体１３５を、穴１２９の上流に規定する。溶接ビードが形成される溶融金 属の形成は熱流体力学的脈動を伴うため、前記物体１３５は以下を提供する。即 ち、ａ）溶融金属をガスジェットによる衝撃、および結果としての排除、腐食か ら守ること ｂ）溶融金属の熱力学的なパルス化が、前記物体の断面よりも大きなジェット部 分を巻き込むことを防止し、これにより空気動力学的な遮蔽を提供すること前記 物体〕３５は、半円錐体１３５ａを含む。この最大端断面は、同し断面の半円筒 体へと続く。前記断面は溶接ビード１１９のそれよりもやや大きい。半円筒体１ ３５ｂおよび半円錐体１３５ａの長さは、穴１２９の直径の、それぞれ３−４倍 および６−７倍である。

前記ビードを、溶接の最中及びそれが硬化するまで、ガスによる腐食から保護す る為に、前記半円筒体１３５ｂと同じ直径の内空の半円筒体１３６が、穴１２９ の下流に物体１３５と同軸に配置される。

わずかではあるが、十分な量の遮蔽ガスの流れか、硬化するビートの継続的遮蔽 の為に半円錐体１３６に浸透する。

図１０および１１に図示される実施例に於いて、溶接ビートの形成は、ビートの 高さに匹敵する壁１２７の厚さにより保護される。壁１２７は、穴１２９の下流 に始まり、壁１２７の全域に亘って伸びる／＃１１３７を提供する。

構造的及び機械的な性能よりも外観が重要な場合は、平坦で滑らかな溶接か好ま れる。これらのいずれの特性も、穴１２９の上流及び下流において、導管１２０ の部分１２６を適切に流線型化し、かつ、ガスジェットのパラメータ変えること によって達成される。

図１２に於いては、例えば、ビード１１９の除去は、穴１２９の上流て壁１２７ を適切に流線型化する事によって達成される。この場合に、壁１２７は、ガスの 流れ方向に主軸を有する細長い溝４０を提供し、超音速ジェット１２１の一部が 、穴１２９の直ぐ上流のワークピース上を接線方向に流れるように設計されてい る。前記穴１２９の下流では、溝１４０は、細長いくぼみ１３７の形状で壁１２ ７の端部まて続く。

従って前記溝１４０は、ジェットが、穴１２９の上流から始まりその下流へ続く ワーク表面上を流れるようにする。超音速ジェットの熱−流体−動力学的な特性 は、液化およびこれに続く硬化段階の間中、溶融材料にたいするガスの作用を分 散せしめるために、穴１２９の上流及び下流の両方で利用される。

前記実施例の溶接装置の利点は、前記の記述から明らかであろう。特に、レーザ ービーム１１１に晒される表面部分１１３へ遮蔽ガスジェット１２１を導く導管 の一枚壁は、ガスが大気中の空気と混合する事を防ぐ。又、ジエ’ｙト１２１の 方向と高速度は、密度および温度の変動等の化学的および物理的変化を防止する ことにより、不活性ガスへのレーザービームの影響を最小化する。前記化学的お よび物理的変化は、ガスの屈折率に悪影響を及ぼし、結果的に、レーザビームの 集光化、パワー、効率を著しく損なう対流運動を引き起こす。

同様に、本発明の装置は、レーザービームのパワーを吸収しこれを著しく損なう 、励起及びイオン化現象を完全に除去する。後者の効果は、前記した非集光化と 相俟って、極端な場合は、ブランケット効果を引き起こすほど、レーザービーム のパワーと効率を悪化せしめる。これにより、ビームのエネルギーの殆どは、ワ ークピースに到達するのが妨げられ、ワーク表面に隣接するガス内部で散逸する 。

この装置は、又、大量の劣化したエネルギーがワーク表面に到達することにより 現在引き起こされている欠点を克服する。前記の現象により結果として、不規則 な溶接ビード、および不規則な金属構造を伴う好ましくない多重歪み状態１、大 きなエネルギーを必要とする低品質の溶接、出力の減少、およびより大きな投資 と経費が発生する。

上記切断装置及び溶接装置において最適の効率を保証するには、前記アシストガ スは、前記レーザヘッド又はレーザビーム焦点位置において、切断又は溶接経路 に対して所定の方向及び向き（ｓ　ｅ　ｎ　ｓ　ｅ）で供給されねば特表千７− ５０３９０４　（１５） ならない。そこで以下に、前記加工経路に対して所定の方向及び向き（ｓ　ｅ　 ｎ　ｓ　ｅ）で前記アシストガスを供給するように構成されたレーザ加工装置が 詳細に説明される。

図１３において番号２０１は、レーザビーム源（図示せず）と、前記ワークピー ス２０９の表面２０８の加工領域２０７へ、レーザビーム２０５（図１４〜２５ ）を集束し、かつ、任意の加工経路に沿って極めて狭くかつ一定の断面の切断２ １０を行うレンズ（図示せず）を収容するヘッド２０６と、を実質的に備えたレ ーザ切断装置を示す。

アシストガス、例えば酸素、のジェット２１３（図１４及び図１６〜２５）は、 加工領域２０７へ到達する以前に大気と相互作用するのを防止するために、前記 レーザビーム２０５に晒されるワークピース２０９の加工領域２０７へ制御され た態様で導かれる。前記ジェット２１３は、前記レーザビーム２０５に対して、 傾斜した方向から前記加工領域２０７へ供給される。前記ジェット２１３は、又 、当該ジェット及びその流体熱力学的作用を制御し、したがって、前記レーザビ ームによる材料の改良された溶融および液化材料の急速かつ一様かつ安定した吹 き飛ばしを、当該ジエ’ｙトと鉄性材料との発熱反応により１是供するために、 高速、好ましくは超音速て加工領域２０７へ供給される。これは、前記したよう な、ジェットが切断溝を通って流れる際の、振動又は渦運動に帰着する窒息現象 のみならず、前記切断溝へ侵入するジェットの脈動又は振動を除去する。

前記切断装置２０１は、ヘッド２０６に対して加工経路Ｔ（図１３）に沿って、 ワークピース２０９を移動するための手段（図１４及び図１６〜２３において２ １５により概略的に示される）を備えている。従って、図示される装置２０１は 、矢印Ｓによって示される瞬間的移動方向に配置されている。

前記切断装置２０１は又、前記ヘッド２０６の円錐部（先端）２０６ａから横方 向へ延伸しかつ前記ヘッド２０６の軸Ａを中心として回転するように設計された 酸素ノズル２１７を備えている。前記ノズル２１７の回転は、図１３に示される 瞬間的移動方向Ｓにある前記ヘッド２０６に対して前記ノズルを整列、維持する 手段により制御される。図１３は、ワークピース２０９に対する装置２０１の２ つの異なる位置を示す。

図１４に示されるように、前記ノズル２１７は、前記先端２０６ａと実質的に平 行に延伸する澱み室２１９を内部に規定する。前記室は、供給回路（図示せず） に接続された孔２２２を介して、その上端部において前記アンストガスを供給さ れる。前記室２１９は、その底部において、前記ワークピース２０９上へジェッ ト２１３を導くための一枚壁の導管２２０で終了する。より詳細には、ジェット ２１３は、前記ヘッド２０６の軸Ａおよび前記ワークピ・−ス２０９の瞬間的移 動方向Ｓにより規定される平面内の方向Ｂにおいて実質的に常に供給される。

方向Ｂは、前記軸Ａに対しても傾斜している。従って前記ジェット２１３は前記 軸Ａに対して直交する成分を有する。前記成分の向き（瞬間移動方向Ｓと反対で あるか又は同じであるか）は、その用途による。図示された例では、前記軸Ａに 直交する成分の向きは、ワークピース２０９の瞬間移動方向Ｓのそれとは反対で ある。

室２１９及び導管２２０は、前記ワークピース２０９の表面２０８と接触しかつ その上を滑るように設計された平らな基部２２４を、底部において規定する壁２ ２３により規定される。前把手らな基部２２４の内部に、前記導管２２０の出口 ２２５が規定されている。前記出口２２５は、適宜に狭く前記切断部２１０の幅 の０．５〜２倍の幅にわたり、かつ、その幅のおよそ３〜６倍の長さを示す。従 ってジェットが導かれるワークピース２０９の領域は、図１〜３に図示される場 合のように、導管２２０の壁により実質的に覆われる。

前記導管２２０は、超音速ジェット２１３を生成するだめの収束−拡散ノズルを 構成し、前記室２１９と収縮部（喉部）２２０ｂとの間の収束部２２０ａと、前 記喉部２２０ｂの下流の拡散部２２０Ｃと、前記拡散部２２０ｃと出口２２５と の間の実質的に一定断面の加工部分２２０ｄと、からなる。

前記ノズル２１７は、図１４において概略的に示され、図１６〜２３において種 々の詳細な態様として示される支持手段２２６により前記ヘッド２０６に支持さ れている。前記支持手段は、図１４には示されていないが以下に詳細に説明され る制御手段により、前記ノズル２１７が前記ヘッド２０６の軸Ａを中心として回 転されることを可能とする。

図１５における溶接装置２９０は、対向する各表面を有する２つのワークピース ２９１及び２９２を曲がった経路に沿っての溶接することを提供する。前記表面 のうちの１つ２９３のみが溶接部２９４と共に図示されている。

導管２２０を別として、装置２９０の全体としての設計は、前記切断装置２０１ のそれと同様である。従って両方の装置に共通の部分は同し参照番号を用いて示 される。溶接装置２９０は、一枚壁２２０に沿って遮蔽ガスを供給し、もって大 気が溶接領域２０７に接触するのを防止するノズル２１７を含む。溶接への応用 に対しては、前記遮蔽ガスは、レーザビーム２０５に対して垂直に、かつ高速、 好ましくは超音速で表面２０８の加工領域２０７の上を流れるように供給されな ければならない。

図１５に示されるように、前記ガスジェット２９５は、手段２１５によるワーク ピース２９１．２９２の瞬間的移動Ｓと同じ方向および向き（ｓｅｎｓｅ）に供 給されるのが好ましい。この目的のために、収束−拡張ノズルの形状の導管２２ ０は、ワークピース２９１及び２９２の表面２０８と平行に、かつ、それに接触 するように延伸する。前記導管２２０は、澱み室２１９から収束部分２２０ａ、 喉部２２０ｂ、拡張部２２０Ｃ１及び終端部２２０ｄを提供する。前記終端部２ ２０ｄは、加工領域２０７へのレーザビーム２０５の通過を可能とするために、 導管２２０の対向する壁に、整列された二つの穴２９６を提供する。

この場合においてもまた、前記室２１９には、供給回路（図示せず）に接続され た穴２２２を通してアンストガスが供給される。前記装置２９０には、（Ｒ略的 に示される）支持手段２２６によりヘッド２０６に支持される。前記支持装置は 、前記装置２０１についてと同様に、前記ノズル２１７がヘッド２０６の軸Ａを 中心として制御手段により回転されるのを可能とする。

前記回転制御手段の第１実施懸様が図１６及び１７を参照して説明される。図１ ６．１７において、全体として２２８て示される前記制御手段は、空気圧推進力 を利用する。より詳細には、前記制御手段２２８は、前記澱み室２１９の上部に 隣接し、前記室２１９から分割壁２３０により分離され、前記ノズル２１７の内 部に形成された空気圧室２２９（図１４及び１５）を備えてなる。

前記空気圧室２２９は、前記室２１９に比較して軸Ａから半径方向に、より離間 した位置にある。前記空気室２２９は、前記ノズル２１７の横方向の壁から延伸 し、かつ、前記ノズル２１７が回転するときそれが伸長することができるように する螺旋部を有する管２３１に沿って下線ガスが供給される。収束レンズ（図示 せず）を冷却するためにヘッド２０６で使用される窒素ガスが前記圧縮ガスとし て差し支えなく使用される。このために、前記管２３１は、前記支持手段２２６ の上方のヘッド２０６において終端する。あるいは、圧縮空気の如き他の圧縮ガ スが、独自の源から別個の回路を介して供給される。

前記空気圧室２２９は、前記ノズル２１７の画側に存在し、かつ、軸Ａに直交し て整列された２つの横方向開口部２３２（図１４及び１５）を提供する。各開口 部２３２は、前記空気圧室２２９から、整列されかつ反対方向を向いた二つのノ ズル２３４の一つへ、選択的に圧縮ガスが通過するのを可能とするソレノイドバ ルブ２３３（図１７）を提供する。前記ソレノイドバルブ２３３は、バルブの開 放及び閉鎖部を制御するために、電気導電体２３５により電気装置（図示せず） に接続されている。

前記ノズル２１７の回転を可能とするために、前記支持手段２２６は、前記ノズ ル２１７に一体的に接続され且つ前記ヘッド２０６の一部を取り囲むブンユ２３ ７を備える。前記ブシュ２３７とヘッド２０６との間には、２つのボールベアリ ング２３８が設けられている。２つのボールベアリング２３８は、一対のスペー サ２３つにより分離され、かつ、前記ヘッド２０６上の谷溝およびブンユ２３７ の内部に収容された２対の保持リング２４０により軸方向に固定されている。ブ シュ２３７に備えたリング２４１は、前記ベアリング２３８の上方の領域を保護 する。前記ヘアリング２３８の下方には、前記ヘッド２０６に対する前記ノズル ２１７の角度位置を検出するためのエンコーダ２４２が設けられている。前記エ ンコーダ２４２は、前記ブシュ２３７の内部の壁に設けられ且つ前記ヘッド２０ ６の方向へ突出するリング２４３と、センサ２４４とを備えている。センサ２４ ４は、前記ヘッド２０６と一体的で、かつ、前記ソレノイドノくルブ２３３の開 放及び閉鎖を制御する電気装置（図示せず）に導電体２４５により接続されてい る。

図１６は又、ノズル１７への供給のための回路２１６を示す。前記回路は、前記 ノズル２１７を酸素タンク（図示せず）に接続するための２本の管２１８を備え る。

前記管２１８は、好ましくは前記ヘッド２０６の廻りに巻回されており、かつ、 管２３１のようなそれぞれの螺］８は、前記ヘッド２０６の軸Ａに実質的に直交 して、穴２２２（図１４及び１５）においてノズル２１７の両側で終端する。従 って両者は相殺し合い、前記澱み室２１９の内部での渦の形成が防止される。

切断作用の最中、ワークピース２０９の瞬間移動方向Ｓに応して、１つの方向の ノズル２３４から圧縮ガスを供給し、これにより前記ノズル２１７を反対方向へ 回転せしめるために前記ソレノイドバルブ２３３の１つが開放される。前記ノズ ル２１７の実際の回転は前記エンコーダ２４２により検出される。前記エンコー ダ２４２は、前記ソレノイドバルブ２３３を正確に所望の程度だけ開放閉鎖する ことを可能とする対応電気信号を前記電気制御装置へ供給する。従って任意の時 刻において、酸素ガス２１３の供給方向Ｂは、ワークピース２０９及び切断部２ １０の両者の瞬間的方向に平行な方向を向き、前記軸Ａに対して直交する成分を 提供する。従ってジェット２１３は、ワークピース２０９の全ての厚さに亘る、 切断部２１０の２つの表面の間を貫通し且つ流れる。従つて、図１から３を参照 して説明した制御されたジェットによりもたらされる有益な点は、曲がった切断 経路の場合にも、完全に利用される。

図１８から２０に示される実施例において、装置２０１は、前記ヘッド２０６に 対するノズル２１７の高さを変更するための手段２４８を提供する。前記装置２ ０１は、その他の点においては図１４．１６及び１７のそれと同一であり、従っ て可能な限り同一の参照番号を用いて記述される。事実、切断が適切に行われる ためには、前記レーザビーム２０５は、ワークピース２０９の内部に入り込まね ばならず、焦点Ｆ（図１８）と表面２０８との距離は、ワークピース２０９の厚 さＳの所定の割合に等しくなければならない。前記装置２０１は、この目的のた めに、前記ヘッド２０６の高さを調整するための手段１示せず）を提供する。し かしながら、前記ノズル２１７の適切な作用は、それがワークピース２０９の表 面２０８に接触し続けることに依存する。したがって、前記調整はまた、前記ノ ズル２１７の高さが、レーザビーム２０５の焦点Ｆとの関係で、すなわち図示さ れた実施例においては前記ヘッド２０６との関係で調整されることを要求する。

図１８に示される実施例には、従って、ブシュ２３７の内部ねじ２５０に係合さ れる、外部ねし形成スリーブ２４９を備える手動高さ調整手段２４８が設けられ ている。この場合には、スリーブ２４９がヘッド２０６に対して回転できるよう に、スリーブ２４９とヘッド２０６との間には、ボールベアリング２３８が設け られている。

ブンユ２３７は、当該ブンユ２３７のねじ２５０上に螺合されているねし付きリ ングナツト２５１により前記スリーブ２４９に対して、従ってヘッド２０６に対 して軸方向に固定されている。

図６の装置においては、ワークピース２０９の表面２０８に対してヘッド２０６ の高さを調節し且つリングナツト２５１を緩めた後、前記ノズル２１７の基部２ ２４が再び表面２０８に接触するまで、ブンユ２３７を回転することによりノズ ル２１７の高さが調節される。しかる後、スリーブ２４９に対してブシュ２３７ を軸方向に固定し且つ一体的とするためにリングナツト２５１が締付られる。従 って、切断作用の最中、スリーブ２４９は、切断経路Ｔに追従するために、ヘッ ド２０６に対して、ノズル２１７及びブシュ２３７と共に回転する。

図１９に示される実施例においては、高さ調整手段２４８は、空気により力を与 えられるスプリングの形態を取る。より詳細には、ブシュ２３７は、軸方向にす べる態様でスリーブ２５３を取り囲む。前記スリーブ２５３は、ヘット２０６に 対して、ブシュ２３７と実質的に一体的に回転するように、ベアリング２３８と いう介在物を介してヘッド２０６を取り囲む。前記ヘッド２０６には、ブンユ２ ３７の上方に、円環状要素２５５及び２５６により上部及び下部において気密態 、様に閉鎖された鞘状カバー２５４を取り付けている。前記円環状要素２５５． ２５６は、前記鞘状カバー２５４とヘッド２０６との間に挿入され、０リングの 形態を有する各密封部材２５７を備えている。前記鞘状カバー２５４の上端部及 び円環状要素２５５をヘッド２０６に固定するために、前記鞘状カバー２５４の 上端部の周囲にサークリップ（Ｃｉ　ｒｃ　１１ｐ）２５８が取り付けである。

前記円環状要素２５５の一部とヘッド２０６との間には、へ・ラド２０６の上の 保持リング２６０により軸方向に固定されたボールベアリング２５９が適切に挿 入されている。更に鞘状カバー２５４の下端部の周囲に、これを前記ブシュ２３ ７の上端部に固定するために、他のサークリップ２６１が取り付けられている。

前記鞘状カバー２５４とへ・ラド２０６との間に定められる室１６２は、圧縮ガ スにより満たされている。従って、前記ノズル２１７の基部２２４をワークピー ス２０９の表面２０８に接触するように維持するために、前記表面２０８に対す るへ・ラド２０６の位置に関係なく、前記圧縮ガスは、前記円環状要素２５６を 介してブンユ２３７に対して一定の下方向の圧力を及はす。上記空気カスプリン グ実施例の利点は、前記室２６２と連通ずる可変圧縮ガス源を提供することによ り、スプリング２４８により表面２０８へ及はされる接触圧力を所望により適合 させることができることである。

図２０に示される実施例において、高さ調整手段２４８は、先端部２０６ａと共 にノズル２１７の高さを調整する。この場合において、前記先端部２０６ａは、 ヘッド２０６の他の部分と一体ではなく、軸Ａに沿って垂直方向に移動自在であ る。図２０は、支持部材３０１（概略的に示されている）によりヘッド２０６に 取り付けられている収束レンズ３００を（１！Ｅ略的に）示す。図２０の例にお いて、前記手段２４８は、ヘッド２０６に対して一体的な固定止め具３０４と、 先端部２０６ａに対して軸方向に固定され且つ回転可能の円環状突出部３０５と 、の間に挿入された螺旋スプリング３０３からなっている。前記円環状突出部３ ０５は、前記先端部２０６ａと一体的な肩部３０７と当該円環状突出部３０５と の間の軸方向ベアリング３０６により回転可能である。従って先端部２０６ａは 、ヘッド２０６に対して、ノズル２１７と共に回転する。そして、前記先端部２ ０６ａ−ノズル２１７組み立て体は、表面２０８に対するレンズ３００の位置に 無関係に、スプリング３０３によりワークピース２０９に接触維持される。保持 リング３２０は、前記先端部２０６ａの上端部の円環状突出部３２３に対する下 端止め具を与え、前記先端部２０６ａ及びノズル２１７がヘッド２０６から脱落 するのを防止する。

図２１及び２２に示す実施例において、ノズル２１７を制御する手段２６４は電 気的なものである。より詳細には、ノズル２１７と一体のブシュ２３７の上端部 は、電気的ステップモータ２６７の出力軸２７３上のウオームねじ２６６と噛合 する螺旋状の歯２６５を提供する。

前記ウオーム２６６の自由端部２６８は、ケース２７０に取り付けられたベアリ ング２６９に支持される。前記ケース２７０は、ねじを形成されたビン２７１に より、ヘッド２０６に対して一体的に取り付けられており、前記ブンユ２３７の 上端部及びモータ２６７を取り囲む。

前記モータ２６７は、導電体２７２を介して制御装置（図示せず）により供給制 御され、前記ウオーム２６６及び、歯２６５を介してブシュ２３７を回転する。

従って、ノズル２１７は、ヘッド２０６に対して所望の角度位置に位置決めされ る。この場合にも又、前記ノズル２１７の角度位置を検出し、これによりモータ ２６７を制御するためのエンコーダ２４２が設けられる。図２１及び２２の実施 例においては、前記分割壁２３０及び空気室２２９は明らかに省略され、前記澱 み室２１９は、図１４及び１５において点線で示される室２２９により占められ ていた箇所にまで上方に延伸される。

図２１及び２２の実施例も、例えば図１８に示されるごとき、ヘッド２０６に対 してノズル２１７の高さを調節する手段が備えである。この場合において、前記 螺旋状の歯２６５は、スリーブ２４９の上に設けられる。

図２３に示す実施例において、ノズル２１７の回転を制御する手段２７４は再び 電気的なものである。前記手段２７４は、ノズル２１７に固定的に接続されたス リーブ２３７と一体的に回転する円筒状要素２７６と、前記ヘッド２０６との間 に共軸的に設けられた電気モータ２７５を備える。より詳細には、前記円筒状要 素２７６の上端部がモータ２７５の回転子２７７を支持し、モータの固定子２７ ８は前記ヘッド２０６に一体的に支持される。前記固定子２７８は導電体２７９ に接続され、前記回転子２７７は導電体２８０及びブラン２８１及び集電装置２ ８２に接続される。従って前記円筒状要素２７６は回転され、ノズル２１７は、 常に前記切断経路Ｔへの接線状管を維持するように前記ヘッド２０６に対して所 定の角度位置に位置決めされる。前記円筒状要素２７６とヘッド２０６との間に はヘアリング２８３が挿入され、前記ノズル２１７の実際の角度位置を検出する ために、エンコーダ２４２が再び設けられる。

図２３の実施例において、ヘッド２０６に対するノズル２１７の高さは、前記円 筒状要素２７６に対してブシュ２３７を軸方向に摺動せしめかつ一対のリングナ ンド２８５によりブシュ２３７を固定することにより調整される。より詳細には 、前記円筒状要素２７６の下端部は、ブシュ２３７の上部及び下部それぞれにお いてリングナツト２８５が係合する外側ねし部２８６を提供する。この場合に、 前記ブシュ２３７の内側壁は、ねし切りされる代りに、前記円筒状要素２７６の ねし部２８６と一体のキー２８８により係合される軸方向／ｉｖ！２８７を提供 する。前記リングナツト２８５を緩めることにより、前記キー２８８により軸方 向に案内されるブシュ２３７は、軸方向に調整されリングナツト２８５により所 定位置に固定される。

ここに示されたねし装置の代りに図２３の高さ調整は、もちろん図１８〜２０に 示される態様でも行われる。

当該技術に熟練した者にとっては、本発明の範囲から逸脱することなく、ここに 記載され図示された装置に対して変更を加えることができることが明らかであろ う。

特に、前記へノド２０６に対してノズル２１７を回転させるための手段は、上記 されたちの以外の空気圧的、流体圧的、あるいは電気的解決法に特徴を有してい てもよい。同様に前記ノズル２１７の高さを調節する手段は以下の多数の解決法 を特徴としていてもよい。当該解決法は、前記レーザヘッドの焦点の調整に先立 つあるいはそれと同時の手動の調節を含む。当該解決法は又、前記加工の始めか ら終わりに至るまで、前記ノズル２１７の基部を、前記材料表面に接触維持する ための弾性要素を含む。前記解決法は又、前記ノズル２１７の位置及び前記材料 表面に及ぼされる押圧力を制御し適合せしめるための空気圧及び電気的解決法を 含む。操作開始前の調整あるいは弾性高さ調整手段は、溶接への応用あるいは導 入端部を有する材料を切断する際には好適である。すなわち材料の端部から切断 を開始するとき、あるいは他の技術を用いて予め形成された貫通溝から、端部か ら内部へ向けて切断を開始する際である。いずれの場合にも、溶融した物質が、 レーザヘッドに対して材料の反対側でアシストガスにより吹き飛ばされる。反対 に、最初に貫通溝を設けることなく材料の内側への切断を開始する際には、材料 を貫通する通路が形成され、反対側への吹き飛ばしが可能となるまで、前記溶融 物質は、レーザヘッドの側において吹き飛ばされる。従って、切断を開始する際 には、前記ジェットは、前記ビームの衝突点における材料表面に導かれねばなら ず、通常の運転状態においては、ジェットは材料のさらに内部まで貫通しなけれ ばならない。従って材料の表面に対するノズルの高さは、関係する切断段階に応 じて自動的に調節可能でなければならない。

最後に前記制御及び高さ調節手段は、切断及び溶接の応用に対して任意の態様で 組み合わせられる。

ＦＩＧ、２０ ぐ ＦＩＧ。２３ 国際調査報告 フロントページの続き （３１）優先権主張番号　ＴＯ９２ＡＯＯＯ１５５（３２）優先臼　１９９２年 ２月２５日（３３）優先権主張国　イタリア（ＩＴ）（８１）指定国　ＥＰ（Ａ Ｔ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、ＪＰ、ＫＲ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの材料（１５，１１８，２０９，２９１，２９２）の加工領 域（１３，１３Ａ，１１３，２０７）の上へレーザビーム（１１，１１１，２０ ５）を集束するための集束ヘッド（１２，１１２，２０６）と、前記加工領域（ １３，１３Ａ，１１３，２０７）の少なくとも近傍へ制御された態様でアシスト ガスのジェット（１８，１２２，２１３，２９５）を導くための導管（２１，１ ２０，２２０）と、を備えるレーザ加工装置（１０，１１０，２０１，２９０） にして、前記導管（２１，１２０，２２０）は、高速度ジェットを生成するため のノズル（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，１３２，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ） を備え、前記アシストガスのジェット（１８，１２２，２１３，２８５）が導か れる材料の領域は、前記ノズル（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，１３２）から下流に 位置する導管（２１，１２０）の壁により実質的に覆われていることを特徴とす るレーザ加工装置。 ２．レーザビーム（１１）により切断されるワークピースに対してレーザー切断 ガスを供給する方法において、レーザービーム（１１）はワークピース（１５） の切断部分（１３，１３ａ）へ導かれるものにして、ガスのジェット（１８）が 、レーザービーム及びこれににより液化された材料との相互作用に起因する流体 熱力学効果を前記切断ガス（１８）によって制御し且つ前記液化された材料を切 断（１６）から安定かつ制御された態様で吹き飛ばすような速度で、少なくとも 上記の部分（１３，１３ａ）の近くの上記ワークピース（１５）の表面へ、一枚 壁によって導かれる段階を含むことを特徴とする方法。 ３．上記のジェット（１８）の速度は超音速であることを特徴とする請求項２に 請求された方法。 ４．上記のガスは酸素であることを特徴とする鉄系材料を切る請求項２又は３に 請求された方法。 ５．上記レーザービーム（１１）は集光ヘッド（１２）によって上記ワークピー ス（１５）へ集光されるものにおいて、上記ガスジェット（１８）は、上記レー ザービーム（１１）に対してワークピース（１５）の移動方向と反対方向に向く 横成分を与えるように、上記レーザービーム（１１）に対して斜めの方向におい て上記切断部分（１３，１３ａ）へ導かれることを特徴とする請求項２、３、又 は４に請求された方法。 ６．上記ジェット（１８）は、上記切断部分（１３，１３ａ）に隣接する前記切 断（１６）の一部に、上記レーザービーム（１１）と実質的に平行に導かれるこ とを特徴とする請求項２、３、または４に請求されている方法。 ７．ワークピース（１５）の切断部分（１３，１３ａ）ヘレーザービーム（１１ ）を集光させるヘッド（１２）と、上記切断部分（１３）の少くとも近くまでガ スジェット（１８）を供給する手段（２０）と、を備えたレーザ切断装置にして 、上記供給手段（２０）は上記ワークピース（１５）の表面（１４）に接触する まで延びている一枚壁で出来た導管（２１）を含み、上記導管（２１）は、上記 レーザービーム（１１）および当該レーザービームによって液化された材料との 相互作用に起因する流体熱力学的な効果を制御し、且つ、安定的かつ制御された 方法で液化された物質を上記切断（１６）から飛散させるような速度で上記ジェ ット（１８）を供給することを特徴とする装置。 ８．上記導管（２１）と上記ワークピース（１５）の表面（１４）との間に、大 気ガスが入り込む事を防止する密封手段を含むことを特徴とする請求項７に請求 された装置。 ９．上記導管（２１）は、上記ジェット（１８）の超音速を達成するための収束 −拡張ノズル（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を規定することを特徴とする請求項７ 又は８に請求された装置で。 １０．上記の導管（２１）は、上記ジェット（１８）の幅を上記切断（１６）と 実質的に同じ幅になるように限定するように、二つの近接して取り付けられた平 行壁（２７）によって横方向に規定されていることを特徴とする請求項７から９ 迄の一つに請求された装置。 １１．上記の導管（２１）の出口の長さは、その幅の３倍から６倍であることを 特徴とする請求項１０に請求された装置。 １２．上記の導管（２１）は、上記側壁（２７）に対して垂直の生成線を有する 各湾曲内表面（３４，３５）を持った二つ造型対向壁（２９，３０）によって限 定され、上記導管（２１）は、幅が一定で、面積が変化する長方形内部断面を有 することを特徴とする請求項１０又は１１にて請求された装置。 １３．集光ヘッド（１２）に対して、与えられた方向（Ｆ）に上記ワークピース （１５）を移動する搬送手段を含み、上記ジェット（１８）は、上記ビーム（１ １）に対して斜めの方向（Ｂ）において上記切断部分（１３，１３ａ）に導かれ 、上記ビーム（１１）に対して上記ワーク（１５）の移動方向（Ｆ）と反対方向 に向く横成分を提供することを特徴とする請求項７から１２の一つに請求された 装置。 １４．上記の導管（２１）は上記のジェット（１８）を、上記のビーム（１１） と実質的に平行な方向（Ａ）から、上記傾斜した方向（Ｂ）まで導くように湾曲 されていることを特徴とする請求項１３に請求された装置。 １５．上記造型壁の一つ（３０）は、上記横方向壁（２７）と共に、上記供給手 段（２０）の下底（２４）を規定し；上記下底（２４）は、上記ワークピース（ １５）の表面上を滑り、かつ、上記切断部分（１３，１３ａ）に対向して位置決 めされた上記導管（２１）の出口（２６）を提供することを特徴とする請求項１ ２から１４の一つに請求された装置。 １６．上記造型壁の他方（２９）は、上記切断部分（１３，１３ａ）への上記ビ ーム（１１）の通過を可能とするために上記導管（２１）の端部と連通し且つ上 記の切断部分（１３，１３ａ）と対向する開口（３７）を提供することを特徴と する請求項１５で請求された装置。 １７．上記のジェット（１８）は、切断箇所に隣接する切断一部に、上記レーザ ービーム（１１）に対して実質的に平行に導かれることを特徴とする請求項７か ら１１のいずれかの一つに請求された装置。 １８．前記ガスは酸素であることを特徴とする請求項７から１７のいずれかの一 つに請求された装置。 １９．レーザー加工されるワークピース（１１８）をガス遮蔽する方法にして、 レーザービーム（１１１）は実質的に垂直なワーク表面（１１４）の部分（１１ ３）に導かれ；前記遮蔽ガスのジェット（１２１）は、前記ビーム（１１１）に 関して交差する前記表面（１１４）の上を流れるように、一枚壁によって限定さ れている導管に沿って注ぎ込まれ、前記遮蔽ガスのジェット（１２１）は、存在 する環境ガスを除去し、かつ、前記ガスに対する前記レーザービーム（１１１） の物理的、動力学及び化学的影響を最小限にし、結果的にガスが実質的に不活性 ガスとして振る舞うような速度で供給されるという事実により特徴づけられる方 法。 ２０．請求項１９で請求された方法にして、ジェット（１２１）は超音速で供給 されるという事実により特徴づけられる方法。 ２１．請求項２０で請求された方法にして、前記ジェット（１２１）は、幾つか の平行な要素的流れ（１２２）の形で供給され、その速度は前記表面（１１４） に関して前記流れ（１２２）の高さの増加に沿って減少すると言う事実により特 徴づけられる方法。 ２２．請求項３で請求された方法にして、前記要素的流れは、完全に独立平行回 路で供給され、各々の回路はそれぞれのタンクを持ち、分子量・分子構造、比熱 比のような異なる特性を有し、かつ、全温度と圧力のような、異なるエンタルピ ー的および澱み条件を持つガス又は混合ガスを供給するように設計されていると 言う事実によって特徴付けられる方法。 ２３．前記１９から２２のいづれかに請求された方法にして、前記加工は、二枚 の金属ワークピース（１１８）の溶接であり、前記遮蔽ガスのジェット（１２１ ）は、前記ワークピース（１１８）が前記レーザービーム（１１１）に関して移 動するのと同じ方向に供給されると言う事実によって特徴付けられる方法。 ２４．前記請求項１９で請求された方法に従い、かつ、前記表面部分（１１３） にレーザービームを導く為の手段（１１２）を含む装置に組み込まれる、レーザ ー加工されるワークピースをガス遮蔽する装置にして、前記遮蔽ガスを貯蔵する 手段（１２４）と、前記貯蔵手段（１２４）から前記ガスを供給する為の手段（ １２５）とを含み、前記供給手段（１２５）は、一枚壁により定められかつ前記 速度で前記ガスのジェット（１２１）を供給するように設計されている少なくと も一つの導管を含み、前記導管（１２６）は、前記レーザービーム（１１１）に 関して交差する態様で前記ジェット（１２１）を前記表面（１１４）に導くよう に配置され、前記導管（１２６）は、前記表面部分（１１３）への前記レーザー ビーム（１１１）の通過の為の横方同穴（１２６，１３１）を含むという事実に より特徴づけられる装置。 ２５．請求項２４で請求された装置にして、前記導管（１２６）は、前記ワーク ピース（１１８）の前記表面（１１４）上に置かれる表面を有する下壁（１２７ ）を提供し、かつ、前記下壁（１２７）の反対側に上壁（１２８）を提供し、前 記導管（１２６）内の横方向穴は、前記下壁（１２７）に形成された第一の穴（ １２９）と、前記上壁（１１８）に形成されかつ前記第一の穴（１２９）と同軸 の第二の穴（１３１）によって限定されるという事実により特徴付けられる装置 。 ２６．請求項２５に請求された装置にして、前記第二の穴（１３１）は、前記レ ーザービーム（１１１）が通過を可能とする最小の断面を提供し、かつ、前記の 第一の穴（１２９）の断面は、前記レーザービーム（１１１）に晒される前記ワ ークピース（１１８）の液化された材料を収容するという事実により特徴付けら れる装置。 ２７．請求項２５又は２６にて請求された装置にして、前記ワーク表面（１１４ ）は実質的に平坦で有り、前記導管（１２６）は、実質的に長方形断面を提供す るという事実により特徴付けられる装置。 ２８．請求項２７にて請求された装置にして、前記長方形断面の幅は、前記第一 の穴（１２９）の直径の４倍から１０倍の範囲に有り、前記直方形断面の高さは 、前記第一の穴（１２９）の直径の３倍から６倍の範囲にあるという事実により 特徴付けられる装置。 ２９．前述の請求項２４から２８の一つで請求された装置にして、前記導管（１ ２６）は、超音速ガスジェットを発生するノズル手段（１３２）を含むと言う事 実に特徴付けられる装置。 ３０．請求項２９にて請求された装置にして、前記のノズル手段（１３２）は、 前記表面部分（１１３）にたいして高さの増加に連れて速度が減少する幾つかの 要素的ガス流からなるガスジェット（１２１）を発生させると言う事実によって 特徴付けられる装置。 ３１．請求項３０にて請求された装置にして、前記ノズル手段（１３２）によっ て生成された前記流れ（１２２）は、物理的に分かれていない（マルチーマッハ ノズル）と言う事実に特徴付けられる装置。 ３２．請求項３１にて請求項された装置にして、前記のノズル手段（１３２）は 、前記要素的流れ（１２２）を発生させる為の幾つかの要素的ノズル（１３４） を含むという事実に特徴付けられる装置。 ３３．請求項１４にて請求された装置にして、各要素的ノズル（１３４）は、そ れぞれの貯蔵タンク（１２４）に連結するそれぞれの完全な回路により供給され ると言う事実によって特徴付けられる装置。 ３４．前述の請求項２５から３３の一つにて請求された装置にして、前記の導管 （１２６）は、前記の穴（１２９，１３１）の直ぐ上流の断面と比べてより大き な断面の下流を提供すると言う事実により特徴付けられる装置。 ３５．前述の請求項２５から３４の一つに請求された装置にして、前記下壁（１ ２７）は、前記第一の穴（１２９）から上流において、前記表面部分（１１３） に向けて前記の遮蔽ガスを導く為の内側細溝（４０）を提供し、当該細溝（１４ ０）は、前記第一の穴（１２９）から下流で、前記の下垂（１２７）の全体の長 さに亘って伸びているという事実により特徴づけらる装置。 ３６．前述の請求項２７から３５の一つに請求された装置にして、前記装置（１ １０）は、それぞれ隣接する平坦な表面（１１７）に沿って、二枚の金属ワーク ピース（１１８）を溶接するものであり、当該装置に対して前記ワークピース（ １１８）を移動させる手段（１２３）を含み、前記導管（１２６）は、前記ワー クピース（１１８）を支持する前記手段（１２３）と同じ方向において、前記表 面部分（１１３）へ前記ガスジェット（１２１）を供給するよう配置されている という事実によって特徴付けられている装置。 ３７．請求項３６で請求された装置にして、前記導管（１２６）は、前記溶接（ １１６）の前記ビード（１１９）に沿って、前記ジェット（１２１）の少なくと も一部を前記表面部分（１１３）から導く手段（１３７）を提供するという事実 により特徴付けられる装置。 ３８．請求項３７で請求された装置にして、前記導き手段は、前記導管（１２６ ）の軸に平行な溝（１３７）を含み、前記溝（１３７）は、前記下壁（１２７） 内に、当該下壁（１２７）の全体長さに亘って前記の第一の穴（１２９）から伸 びるように形成されているという事実により特徴づけられる装置。 ３９．請求項３６に請求されてた装置にして、前記壁（１２７）は、前記第一の 穴（１２９）から上流において、前記ガスジェット（１２１）の方向に長い軸を 有し、かつ、半円筒部分（１３５ｂ）へ続いている半円錐部分（１３５ａ）を有 する流線型化物体（１３５）を提供するという事実によって特徴付けられている 装置。 ４０．請求項３９に請求された装置にして、前記ガスの流れ方向に長い軸を有す る中空の半円筒（１３６）を含み、前記半円筒（１３６）は、前記下壁（１２７ ）部分を形成しかつ前記第一の穴（１２９）から下流に伸びているという事実に よって特徴付けられる装置。 ４１．少なくとも１つの材料（２０９，２９１，２９２）の加工領域（２０７） 上へビーム（２０５）を集束するための集束ヘッド（２０６）と、前記加工領域 （２０７）の少なくとも近傍へ制御された態様でアシストガスのジェット（２１ ３，２９５）を導くための一枚壁の導管（２２０）と、前記集束ヘッド（２０６ ）に対して所定の加工経路（Ｔ）に沿って前記少なくとも１つの材料（２０９， ２９１，２９２）の移動（Ｓ）を行うための搬送手段（２１５）とを備えるレー ザ加工装置（２０１，２９０）にして、任意の時刻において且つ少なくとも前記 加工領域（２０７）において、前記加工経路（Ｔ）に対する前記導管（２２０） の所定方向位置を維持するために、前記集束ヘッド（２０６）に対する前記導管 （２２０）の制御された回転を制御しかつ可能とするための手段（２２８，２６ ４，２７４）を備え、かつ、前記導管（２２０）は、高速ジェットを生成するた めのノズル（２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ）を有し、かつ、前記アシストガス のジェット（１８，１２２，２１３，２９５）が導かれる材料の領域は、前記ノ ズル（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，１３２）の下流に位置する導管（２１，１２０ ）の壁により実質的に覆われていることを特徴とするレーザ加工装置。 ４２．前記加工領域（２０７）における前記少なくとも１つの材料（２０９，２ ９１，２９２）の表面（２０８）と直交し且つ前記集束ヘッド（２０６）を通る 軸（Ａ）を中心とし、前記導管（２２０）と一体的に回転する支持要素（２２６ ）を備えることを特徴とする請求項４１で請求された装置。 ４３．前記制御手段は、空気推進手段（２２８）を備えてなることを特徴とする 請求項４２で請求された装置。 ４４．前記空気推進手段（２２８）は、前記導管（２２０）の両側に、前記軸（ Ａ）に直交して存在する２つのノズル（２３４）を備え、前記ノズル（２３４） は、前記ノズル（２３４）の１つから前記気体が流出されるところの方向とは反 対側の方向及び向きに推進力を生成するために圧縮ガスを選択的に供給されるこ とを特徴とする請求項４３で請求された装置。 ４５．前記空気推進手段（２２８）は、前記導管（２２０）に近接し、且つ、ガ ス供給回路（２３１）及び制御されたソレノイドバルブ（２３３）を介して前記 ノズル（２３４）に接続された空気室（２２９）を備えてなることを特徴とする 請求項４４で請求された装置。 ４６．前記導管（２２０）を内部的に規定し、且つ、前記導管（２２０）に接続 される澱み室（２１９）を有する遮蔽ガスノズル（２１７）と、前記空気室（２ ２９）と、を備え、前記空気室（２２９）は、前記軸（Ａ）に対して前記澱み室 （２１９）の半径方向の外側に存在することを特徴とする請求項４５で請求され た装置。 ４７．前記制御手段（２６４，２７４）は、電気モータ（２６７，２７５）を備 えることを特徴とする請求項４２で請求された装置。 ４８．前記支持装置（２２６）は、前記導管（２２０）と一体的に回転しかつギ ヤ（２６５，２６６）を介して前記電気モータ（２６７）と接続されるブシュ要 素（２３７）を備えることを特徴とする請求項４７で請求ざれた装置。 ４９．前記ギヤ（２６５，２６６）は、前記ブシュ要素（２３７）上の外側に形 成された螺旋状の歯（２６５）と、前記電気モータ（２６７）の出力軸（２７３ ）と一体的かつ前記螺旋状の歯（２６５）と噛合するウォームねじ（２６６）と 、を備えてなることを特徴とする請求項４８で請求された装置。 ５０．前記電気モータ（２７５）は、前記集束ヘッド（２０６）と、前記導管（ ２２０）と一体的に回転する円筒状要素（２７６）との間に位置していることを 特徴とする請求項４７で請求された装置。 ５１．前記集束ヘッド（２０６）に対する前記導管（２２０）の角度位置を検出 するための手段（２４２）を備えてなることを特徴とする請求項４２〜５０のい ずれかで請求された装置。 ５２．前記検出手段は、前記集束ヘッド（２０６）と、前記集束ヘッド（２０６ ）を取り囲み且つ前記支持手段（２２６）を規定するブシュ要素（２３７）との 間のエンコーダ（２４２）からなることを特徴とする請求項５１で請求された装 置。 ５３．前記集束ヘッド（２０６）に対して、前記軸（Ａ）と平行に、前記導管（ ２２０）の高さを調整するための手段（２４８）を備えてなることを特徴とする 請求項４２〜５２のいずれかで請求された装置。 ５４．前記高さ調整手段（２４８）は手動調整手段からなることを特徴とする請 求項５３で請求された装置。 ５５．前記手動調整手段は、外側にねじ切りされ且つ前記集束ヘッド（２０６） に対して回転するスリーブ（２４９）と、前記導管（２２０）と一体的で且つね じ結合（２５０）により前記スリーブ（２４９）と係合するブシュ要素（２３７ ）と、からなり、更に、前記ブシュ要素（２３７）を軸方向に固定するために前 記スリーブ（２４９）に螺合され、且つ、前記材料（２０９）に対して前記ブシ ュ要素（２３７）の上方に位置する内側ねじ形成リングナット（２５１）を備え てなることを特徴とする請求項５４で請求された装置。 ５６．前記手動調整装置は、外側ねじ（２８６）を備えかつ前記集束ヘッド（２ ０６）に対して回転する円筒状要素（２７６）と、前記導管（２２０）と一体的 なブシュ要素（２３７）と、前記円筒状要素（２７６）に対して前記ブシュ要素 （２３７）を軸方向に案内する手段（２８７，２８８）と、前記ブシュ要素（２ ３７）を上方で軸方向に固定するために、前記円筒状要素（２７６）の上に螺合 された少なくとも１つの内部ねじ形成リングナット（２８５）と、を備えてなる ことを特徴とする請求項５４で請求された装置。 ５７．前記高さ調整手段（２４８）は、前記導管（２２０）に対して、材料（２ ０９）方向への圧力を及ぼすための弾性手段（２５４，３０３）からなることを 特徴とする請求項５３で請求された装置。 ５８．前記弾性手段は、前記集束ヘッド（２０６）を取り囲み、かつ、一端にお いて前記集束ヘッド（２０６）と一体的で、他端において前記支持要素（２２６ ）と一体的な空気により動力を与えられるスプリング（２５４）を備えてなるこ とを特徴とする請求項５７で請求された装置。 ５９．前記弾性手段は、前記集束ヘッド（２０６）を取り囲みかつ、前記集束ヘ ッド（６）と前記導管（２２０）との間で作用する螺旋状スプリング（３０３） を備えてなることを特徴とする請求項５７で請求された装置。 ６０．前記集束ヘッド（２０６）は、前記集束ヘッド（２０６）に対して移動、 回転し、かつ前記導管（２２０）と一体的な実質的に円錐状端部部分（２０６ａ ）を提供することを特徴とする請求項５３〜５９のいずれか１つで請求された装 置。 ６１．材料（２０９）を切断するための装置（２０１）であることを特徴とする 請求項４１〜６０のいずれかで請求された装置。 ６２．２つの材料（２９１，２９２）を溶接するための装置（２９０）であるこ とを特徴とする請求項４１〜６０のいずれかで請求された装置。 ６３．前記圧縮ガスのためのノズル（２１７）を備え、前記ノズル（２１７）は 、前記集束ヘッド（２０６）に隣接して延伸し且つ内部的に前記導管（２２０） を規定し、前記導管（２２０）は、空気回路（２１６）により供給される澱み室 （２１９）に接続され、かつ、前記澱み室（２１９）の対向する側面で収束し且 つ前記軸（Ａ）に直交して整列された２つの管（２１８）を備えてなることを特 徴とする請求項４１〜６０のいずれかで請求された装置。 ６４．貼付の図面を参照してここに実費的に記述され図示されるレーザ加工装置 。