JPH0890262A - レーザ加熱による厚板切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的低出力な２ＫＷ級以下のレーザ発振器
を用いて例えば厚板２０ｍｍ以上のワークを効率よく切
断すると共に、厚板の切断加工において、直線と円弧を
組合せた輪郭形状の切断加工を実現し、しかも厚さ方向
の直角度を得るようにしたことにある。 【構成】 直交するＸ軸，Ｙ軸２軸の平面上を相対的に
移動制御されるワークＷ並びに加工ヘッド部３と、平面
に垂直に取り付けられた加工ヘッド部３をＺ軸方向へ駆
動制御するＺ軸５と、このＺ軸５を中心に加工ヘッド部
３をＣ軸方向へ回転制御せしめるＣ軸と、前記各軸を制
御せしめる制御装置１５と、を具備し、レーザ加工ヘッ
ド部３にＺ軸方向へ位置決めされた切断用ガスノズル１
７とレーザ照射ヘッド１９を設け、切断用ガスノズル１
７の噴射方向に対し斜めの任意の角度よりレーザ照射ヘ
ッド１９で集光したレーザビームＬＢを加工進行方向と
同一線上に出射する出射ノズル２７を設けてなることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、厚板のワークに穿孔
あるいは切断加工を行う際に、レーザビームをワークに
照射し加熱を与え、この加熱部分に可燃性ガスを与えて
穿孔あるいは切断加工を行うようにしたレーザ加熱によ
る厚板切断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚板のワークに切断加工を行う切
断手段としては、高出力レーザによる切断、ガス切断
（熔断）あるいはプラズマ切断が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の高出力レーザによる切断では５ＫＷ級以上のレーザ
発振器が必要で高コストがかかってしまうと共に効率よ
い切断が出来ない。また、従来のガス切断、プラズマ切
断では切断面の厚さ方向の直角度が得にくいという問題
がある。

【０００４】この発明の目的は、比較的低出力な２ＫＷ
級以下のレーザ発振器を用いて例えば厚板２０ｍｍ以上
のワークを効率よく切断すると共に、厚板の切断加工に
おいて、直線と円弧を組合せた輪郭形状の切断加工を実
現し、しかも厚さ方向の直角度を得るようにしたレーザ
加熱による厚板切断装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１による発明のレーザ加熱による厚板切断装置
は、直交するＸ軸，Ｙ軸２軸の平面上を相対的に移動制
御されるワーク並びに加工ヘッド部と、前記平面に垂直
に取り付けられた前記加工ヘッド部をＺ軸方向へ駆動制
御するＺ軸と、このＺ軸を中心に加工ヘッド部をＣ軸方
向へ回転制御せしめるＣ軸と、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸お
よびＣ軸を制御せしめる制御装置と、を具備し、前記加
工ヘッド部にＺ軸方向へ位置決めされた切断用ガスノズ
ルとレーザ照射ヘッドを設け、前記切断用ガスノズルの
噴射方向に対し斜めの任意の角度より前記レーザ照射ヘ
ッドで集光したレーザビームを加工進行方向と同一線上
に出射する出射ノズルを設けてなることを特徴とするも
のである。

【０００６】請求項２による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、前記請求項１のレーザ加熱による厚板切
断装置において、前記切断用ガスノズルがＺ軸より任意
の距離だけ隔ててＺ軸方向へ位置決めされていると共に
前記レーザ照射ヘッドがＺ軸と同軸に位置決めされてい
ることを特徴とするものである。

【０００７】請求項３による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項１のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記切断用ガスノズルがＺ軸と同軸に位置
決めされていると共に前記レーザ照射ヘッドがＺ軸より
任意の距離だけ隔ててＺ軸方向へ位置決めされているこ
とを特徴とするものである。

【０００８】請求項４による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項３のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レーザ
照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管にハ
ーフミラーと反射ミラーを備えると共に、前記レーザ照
射ヘッドに集光レンズと反射ミラーを備えてなることを
特徴とするものである。

【０００９】請求項５による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項３のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レーザ
照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に複
数の反射ミラーを備えると共に、前記レーザ照射ヘッド
に集光レンズと反射ミラーを備えてなることを特徴とす
るものである。

【００１０】請求項６による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項３のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レーザ
照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に複
数の反射ミラーを備えると共に、前記レーザ照射ヘッド
に集光レンズを備えてなることを特徴とするものであ
る。

【００１１】請求項７による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項３のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レーザ
照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に複
数の反射ミラーと集光ミラーとを備えてなることを特徴
とするものである。

【００１２】請求項８による発明のレーザ加熱による厚
板切断装置は、請求項３のレーザ加熱による厚板切断装
置において、前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レーザ
照射ヘッドとを連結した前記Ｃ軸の位置決め角度方向と
直角方向に回動するＡ軸と、このＡ軸を制御せしめる制
御装置とを具備してなることを特徴とするものである。

【００１３】請求項９によるレーザ加熱による厚板切断
装置は、請求項８のレーザ加熱による厚板切断装置にお
いて、前記Ａ軸に複数の反射ミラーを備えると共に前記
レーザ照射ヘッドに集光レンズと反射ミラーを備えてな
ることを特徴とするものである。

【００１４】請求項１０によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項８のレーザ加熱による厚板切断装置に
おいて、前記Ａ軸に反射ミラーと集光ミラーを備えてな
ることを特徴とするものである。

【００１５】請求項１１によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項８，９，１０のレーザ加熱による厚板
切断装置において、前記レーザ照射ヘッドは、前記加工
進行方向に対して直角な左右方向に、Ｚ軸に対して微小
角度±１５度の傾斜角以内で前記Ａ軸により回動し任意
の角度に設定制御されることを特徴とするものである。

【００１６】請求項１２によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項１〜１１のレーザ加熱による厚板切断
装置において、前記レーザ照射ヘッドは、集光ビームを
前記切断用ガスノズルより噴射されたガス流のノズル先
端より任意の高さで前記ＸＹ平面に対し１５〜７５度の
照射角度で交差させるべく制御されることを特徴とする
ものである。

【００１７】請求項１３によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項１〜１１のレーザ加熱による厚板切断
装置において、前記出射ノズル角度を任意に調整となら
しめ、出射ノズル角度に合わせて反射ミラーが出射ノズ
ルの中心に集光ビームを通過するように伝達機構を介し
て回動すべく制御されることを特徴とするものである。

【００１８】請求項１４によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項１〜１１のレーザ加熱による厚板切断
装置において、前記出射ノズルの出射口の近傍には、穿
孔・切断時に発生する溶融金属の付着、あるいは進入を
防ぐために圧縮ガスによるエアカーテンを形成するエア
カーテンノズルを設けてなることを特徴とするものであ
る。

【００１９】請求項１５によるレーザ加熱による厚板切
断装置は、請求項１〜１１のレーザ加熱による厚板切断
装置において、前記出射ノズルから照射されるレーザビ
ームは、ワークに対する前記切断用ガスノズルの直径の
投影箇所をレーザビームの照射基準位置として設定制御
されることを特徴とするものである。

【００２０】請求項１６による発明のレーザ加熱による
厚板切断装置は、請求項１〜１１のレーザ加熱による厚
板切断装置において、前記レーザ照射ヘッドの下部また
は下方あるいは近傍に冷却媒体噴射装置を備えてなるこ
とを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】以上のような請求項１のレーザ加熱による厚板
切断装置とすることにより、レーザビームがＺ軸内を通
って加工ヘッド部に備えられたレーザ照射ヘッド内の集
光レンズで集光されると共に反射ミラーを経てワークに
照射されて加熱される。このワークの加熱された部分に
加工ヘッドに備えられた切断用ノズルから燃焼ガスを噴
射せしめることによりワークに切断加工が行われる。

【００２２】請求項２ではＺ軸と同軸に位置決めされた
レーザ照射ヘッド内の集光レンズでレーザビームが集光
されると共に反射ミラーを経てワークにレーザビームが
照射されて加熱される。このワークの加熱された部分に
Ｚ軸より任意の距離だけ隔てられた切断用ガスノズルか
ら燃焼ガスが噴射されてワークに切断加工が行われる。

【００２３】請求項３ではＺ軸より任意の距離だけ隔て
られたレーザ照射ヘッドからレーザービームがワークへ
照射されて加熱される。このワークの加熱された加熱部
分にＺ軸と同軸に位置決めされた切断用ガスから燃焼ガ
スが噴射されてワークに切断加工が行われる。

【００２４】請求項４ではＺ軸内のレーザビームが連結
管に備えられたハーフミラーで反射され、さらに反射ミ
ラー、集光レンズを経て反射ミラーで反射されてレーザ
ビームがワークに照射されて加熱される。このワークの
加熱された部分にＺ軸内のレーザビームがハーフミラー
を透過してＺ軸と同軸に備えられた切断用ガスノズルか
らのアシストガスの噴射と共にワークに照射されてワー
クに切断加工が行われる。

【００２５】請求項５では、Ｚ軸内のレーザビームが連
結管に備えられた複数の反射ミラーを経て集光レンズで
集光され、さらに反射ミラーで反射されてワークにレー
ザビームが照射されて加熱される。このワークの加熱さ
れた部分にＺ軸と同軸に備えられた切断用ガスノズルか
ら燃焼ガスが噴射されてワークに切断加工が行われる。

【００２６】請求項６ではＺ軸内のレーザビームが連結
管内の複数の反射ミラーで反射されると共にレーザ照射
ヘッド内の集光レンズで集光されたレーザビームがワー
クに照射されて加熱される。このワークの加熱された部
分にＺ軸と同軸に備えられた切断用ガスノズルから燃焼
ガスが噴射されて切断加工が行われる。

【００２７】請求項７では、Ｚ軸内のレーザビームが連
結管内の反射ミラーで反射されると共に集光ミラーで集
光されてレーザ照射ヘッドからワークに照射されて加熱
される。このワークの加熱された部分にＺ軸とＺ軸に備
えられた切断用ガスノズルから燃焼ガスが噴射されてワ
ークに切断加工が行われる。

【００２８】前記請求項１〜７によれば加工ヘッド部が
Ｚ軸を中心にＣ軸によりＣ軸方向へ回転されるから、ワ
ークの加工進行方向に沿ってレーザビームがワークに照
射されて加熱される。このワークの加熱された部分に切
断用ガスノズルから燃焼ガスが噴射されるように制御さ
れるから、比較的低出力な２ＫＷ級のレーザ発振器を用
いて厚板に効率よく切断加工される。しかも、Ｃ軸がＸ
Ｙ平面の現在位置を基準として、単位時間後の移動ベク
トル方向に位置決め制御して切断加工を行うことができ
る。加工経路上の交点では、次のベクトルの移動方向に
Ｃ軸を位置決め後、ＸＹ平面上の移動を開始するし、加
工経路上の円弧の始点ではベクトルの移動方向にＣ軸を
位置決めと同時に予め任意に設定した角度だけ振り、円
弧の終点では始点で振った角度をゼロに戻すことができ
るから、直線に円弧を組合わせた輪郭形状の切断加工を
行うことができる。

【００２９】請求項８では、加工ヘッド部にＺ軸とレー
ザ照射ヘッドとを連結したＡ軸を備えたからレーザ照射
ヘッドがＡ軸方向に回動される。

【００３０】請求項９ではＺ軸内のレーザビームがＡ軸
に備えらた複数の反射ミラーを経てレーザ照射ヘッド内
の集光レンズで集光されると共に反射ミラーで反射され
てワークに照射されて加熱される。このワークの加熱さ
れた部分にＺ軸と同軸に備えられた切断用ガスノズルか
ら燃焼ガスが噴射されて切断加工が行われる。

【００３１】請求項１０では、Ｚ軸内のレーザビームが
Ａ軸に備えられた反射ミラーで反射されると共に集光ミ
ラーで集光されてワークに照射されて加熱される。この
加熱された部分にＺ軸と同軸に備えられた切断用ガスノ
ズルから燃焼ガスが噴射されてワークに切断加工され
る。

【００３２】しかも、請求項１１では前記請求項８，
９，１０においてＡ軸の制御により、レーザ照射ヘッド
を加工進行方向に対して直角な左右方向に、Ｚ軸に対し
て微小角度±１５の傾斜角度以内で任意の角度に設定制
御できるので、厚さ方向の真直角を得る切断加工が行わ
れる。

【００３３】請求項１２では、レーザ照射ヘッドは集光
ビームを切断用ガスノズルより噴射されたガス流のノズ
ル先端より任意の高さでＸＹ平面に対して１５〜７５度
の照射角度で交差させるべく制御されるから、ワークの
厚さに対して広範囲な切断加工が行われる。

【００３４】請求項１３では、出射ノズル角度を任意に
調整ならしめ、出射角度に合わせて反射ミラーが出射ノ
ズルの中心に集光ビームを通過するように伝達機構を介
して回動すべく制御されるから、集光ビームの中心が常
に出射ノズルの中心に一致してレーザビームを出射ノズ
ルからワークへ向けて照射させることができる。

【００３５】請求項１４では、出射ノズルの出射口の近
傍に圧縮ガスによるエアカーテンノズルを設けたことに
より、エアカーテンノズルから圧縮ガスが噴射されるか
ら、圧縮ガスによりエアカーテンが形成されて、穿孔・
切断時に発生する溶融金属の付着あるいは進入が防止さ
れる。

【００３６】請求項１５では、出射ノズルから照射され
るレーザビームは、ワークに対する切断用ガスノズルの
直径の投影箇所をレーザビームの照射基準位置として設
定制御されるから、均一な切断が行われる。

【００３７】請求項１６では、レーザ照射ヘッドの下部
または下方あるいは近傍に冷却媒体噴射装置を備えたこ
とにより、切断後の余分な熱滞留部分を切断後直ちに冷
却させるから、他の部分への熱の伝導と滞留を最小限に
抑えることができ、さらに隣接する周辺部分の初期温度
一定温度以下に抑えることができるので、切断品質が安
定し、接近した箇所でも連続的な加工をすることができ
るようになる。

【００３８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。

【００３９】図１にはレーザ加熱による厚板切断装置の
第１実施例が示されている。図１においてレーザ加熱に
よる厚板切断装置１は、例えばＸ軸方向（図１において
左右方向）およびＹ軸方向（図１において紙面に対して
直交する方向）へ移動自在な図示省略のワークテーブル
上に載置されたワークＷとこのワークＷの上方に固定さ
れた加工ヘッド部３とを備えている。ワークＷと加工ヘ
ッド部３とは相対的に移動すればよいのでワークＷを固
定し、加工ヘッド部３をＸ軸，Ｙ軸方向へ移動せしめる
ようにしてもよいものである。

【００４０】この加工ヘッド部３は図示省略のＺ軸駆動
モータによってＺ軸方向（図１において上下方向）へ移
動自在なＺ軸５の下部に設けられている。このＺ軸５に
はギヤ７が嵌合されており、このギヤ７には別のギヤ９
が噛合されている。このギヤ９はＣ軸駆動モータ１１の
出力軸１３に嵌着されている。

【００４１】上記構成により、Ｃ軸駆動モータ１１を駆
動せしめると、出力軸１３を介してギヤ９が回転され
る。このギヤ９の回転によりギヤ７を介してＺ軸５がＺ
軸５を中心にしてＣ軸方向（Ｚ軸５の中心廻り方向）へ
回転されることになる。

【００４２】前記Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸およびＣ軸を制御せ
しめる制御装置１５が設けられている。

【００４３】前記加工ヘッド部３には切断用ガスノズル
１７と、レーザ照射ヘッド１９とを備えている。本実施
例においては、切断用ガスノズル１７が前記Ｚ軸５にブ
ラケット２１を介してＺ軸５より任意の距離Ｌだけ隔て
てＺ軸方向へ位置決めされて設けられている。レーザ照
射ヘッド１９はＺ軸５と同軸すなわちＺ軸５の下部に一
体化されており、Ｚ軸５内には集光レンズ２３を備えて
いると共に、前記レーザ照射ヘッド１９内には反射ミラ
ー２５がＸＹ平面に対して照射角度θだけ傾いて備えら
れている。しかも、レーザ照射ヘッド１９の図１におい
て左側下部に出射ノズル２７が設けられている。この出
射ノズル２９のレーザ射出口２９は切断用ガスノズル１
７の噴射方向に対して斜めの任意の角度より、反射ミラ
ー２５で反射されたレーザビームＬＢを加工進行と同一
線上に出射するように設けられている。

【００４４】上記構成により、ワークＷに対してＺ軸を
図１において矢印で示したごとく加工進行方向へ移動せ
しめる。その際、図示省略のレーザ発振器より発振され
たレーザビームＬＢはＺ軸５内を通って集光レンズ２３
で集光される。集光レンズ２３で集光されたレーザビー
ムＬＢは反射ミラー２５で反射されて出射ノズル２７の
レーザ噴出口２９からワークＷへ照射されて加熱される
ことになる。

【００４５】ワークＷの加熱された加熱部分の温度はワ
ークＷの少なくとも燃焼温度であって融解温度まで達し
ないものである。このワークＷの加熱された加熱部分に
切断用ガスノズル１７から酸素などの可燃性ガスが噴射
されることによりワークＷに切断加工が行われることに
なる。

【００４６】図２には第２実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図２において図１における
部品と同じ部品には同一符号を符して説明する。すなわ
ち、図２において前記加工ヘッド部３には前記Ｚ軸５と
前記レーザ照射ヘッド１９とを連結した連結管３１が設
けられている。この連結管３１を介して前記Ｚ軸５と同
軸に前記切断用ガスノズル１７が設けられている。しか
も切断用ガスノズル１７内には集光レンズ３３が備えら
れている。

【００４７】前記連結管３１の図２において左側にはハ
ーフミラー３５が備えられていると共に右側には反射ミ
ラー３７が備えられている。それ以外の構成は図１にお
ける構成と同じであるから説明を省略する。

【００４８】上記構成により、ワークＷに対してＺ軸を
図２において矢印で示した如く加工進行方向へ移動せし
める。その際、図示省略のレーザ発振器より発振された
レーザビームＬＢの一部はＺ軸５内を通ってハーフミラ
ー３５で反射されると共に反射ミラー３７でも反射され
て集光レンズ２３で集光される。集光レンズ２３で集光
されたレーザビームＬＢは反射ミラー２５で反射されて
出射ノズル２７のレーザ噴出口２９からワークＷへ照射
されて上述と同様の加熱温度で加熱されることになる。

【００４９】ハーフミラー３５で透過されたレーザビー
ムＬＢが集光レンズ３３で集光される。集光されたレー
ザビームＬＢが切断用ガスノズル１７の一部に設けられ
たガス入口３９から供給されたアシストガスと共に、ワ
ークＷの加熱された加熱部分に照射されることによりワ
ークＷに切断加工が行われることになる。

【００５０】図３には第３実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図３において図２における
部品と同じ部品には同一分号を符して説明する。すなわ
ち、図３において、前記連結管３１の左側に図２におけ
るハーフミラー３５の代りに反射ミラー４１を設けると
共に連結管３１の左側下部にブラケット４３を介して切
断用ガスノズル１７を設けたものである。それ以外は図
２における構成と同じであるから説明を省略する。

【００５１】上記構成により、ワークＷに対してＺ軸を
図３において矢印で示した如く加工進行方向へ移動せし
める。その際、図示省略のレーザ発振器より発振された
レーザビームＬＢはＺ軸５内を通って反射ミラー４１で
反射されると共に、反射ミラー３７でも反射されて集光
レンズ２３で集光される。集光レンズ２３で集光された
レーザビームＬＢは反射ミラー２５で反射されて出射ノ
ズル２７のレーザ噴出口２９からワークＷへ照射されて
上述と同様の加熱温度で加熱されることになる。

【００５２】このワークＷの加熱された加熱部分に、切
断用ガスノズル１７から可燃性ガスが噴射されることに
よりワークＷに切断加工が行われることになる。

【００５３】図４には第４実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図４において図３における
部品と同じ部品には同一符号を符して説明する。すなわ
ち、図４において連結管３１が図３に示したごとく水平
でなく、右斜め上りに傾斜されていて、この連結管３１
の左側下部に反射ミラー４１を、連結管３１の右側上部
に反射ミラー３７を備えたものである。また、レーザ照
射ヘッド１９内に反射ミラー２７をなくすと共にレーザ
照射ヘッド１９の先端にレーザ噴出口２９を備えるよう
にした。それ以外の構成は図３と同じであるので、説明
を省略する。

【００５４】上記構成により、ワークＷに対してＺ軸を
図４において矢印で示した如く加工進行方向へ移動せし
める。その際、図示省略のレーザ発振器より発振された
レーザビームＬＢはＺ軸５内を通って反射ミラー４１で
反射されると共に反射ミラー３７でも反射されて集光レ
ンズ２３で集光される。集光レンズ２３て集光されたレ
ーザビームＬＢはレーザ噴出口２９からワークＷへ照射
されて上述と同様の加熱温度で加熱されることになる。

【００５５】このワークＷの加熱された加熱部分に、切
断用ガスノズル１７から可燃性ガスが噴射されることに
よりワークＷに切断加工が行われることになる。

【００５６】図５には第５実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図５において図４における
部品と同じ部品には同一の符号を符して説明する。すな
わち、図５において、連結管３１を右斜め上りとせずに
水平に設け、この連結管３１の左側に反射ミラー４１を
備えると共に連結管３１の右側には集光ミラー４５を備
えたものである。そして、レーザ照射ヘッド１９内には
集光レンズ、反射ミラーを設けずにレーザ照射ヘッド１
９の先端にレーザ噴出口２９を備えたものである。それ
以外の構成は図４における構成と同じであるから、説明
を省略する。

【００５７】上記構成により、ワークＷを図５において
矢印で示した如く加工進行方向へ移動せしめる。その
際、図示省略のレーザ発振器より発振されたレーザビー
ムＬＢはＺ軸５内を通って反射ミラー４１で反射される
と共に集光ミラー４５で集光される。集光ミラー４５で
集光されたレーザビームＬＢはレーザ噴出口２９からワ
ークＷへ照射されて上述と同様の加熱温度で加熱される
ことになる。

【００５８】このワークＷの加熱された加熱部分に、切
断用ガスノズル１７から可燃性ガスが噴射されることに
よりワークＷに切断加工が行われることになる。

【００５９】図１〜図５に示した第１実施例から第５実
施例までの実施例においては、比較的低出力な、２ＫＷ
級以下のレーザ発振器を用いて例えば板厚２０ｍｍ以上
の極厚板を効率よく切断することができる。しかも、図
６に示されているように、出射ノズル２７から照射され
るレーザビームＬＢは、ワークＷに対する前記切断用ガ
スノズル１７の直径の投影箇所をレーザビームＬＢの照
射基準位置として設定するこにより、良好な切断加工を
行うことができる。

【００６０】また、上記各実施例においては、Ｚ軸５を
制御装置１５によりＣ軸方向に回転制御することができ
るから、直線と円弧を組み合せた輪郭形状の切断加工を
実現させることができる。例えば図７（Ａ）に示されて
いるように、Ｃ軸はＸＹ平面の現在位置を基準として、
単位時間後の移動ベクトル方向に位置決め制御を行うこ
とができる。また、図７（Ｂ）に示されているように、
加工経路上の交点では、次のベクトルの移動方向に前記
Ｃ軸を位置決め後、ＸＹ平面上の移動を開始することが
できる。さらに、図７（Ｃ）に示されているように、加
工経路上の円弧の始点では、前記ベクルの移動方向に前
記Ｃ軸を位置決めと同時に、予め任意に設定した角度
θ′だけ振ることもできる。また、前記円弧の終点では
始点で振った角度θ′をゼロに戻すこともできる。しか
も角度θ′は加工進行方向に対して±２０度以内が望ま
しいものである。したがって、直線と円弧を組み合せた
輪郭形状の切断加工を行うことができる。

【００６１】前記図４における第４実施例においては、
光学系とワークＷとの間の距離を比較的長くとれるた
め、スパッタ等の付着に対して防止効果を高めることが
できる。また、図５における第５実施例においては、光
学系の使用枚数を削減することができる。

【００６２】図８には第６実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図８において図３における
部品と同じ部品には同一の符号を符して説明する。図８
において図３における連結管３１の代りに、Ｚ軸５とレ
ーザ照射ヘッド１９との間に回動自在なＡ軸４７を連結
したものである。このＡ軸４７はＡ軸駆動モータ４９で
Ａ軸方向へ回動されるものである。前記Ａ軸４７内の左
側には反射ミラー５１が備えられていると共に右側には
反射ミラー５３が備えられている。それ以外の構成は図
３における構成と同じであるから説明を省略する。

【００６３】上記構成により、ワークＷを図８において
矢印で示した如く加工進行方向へ移動せしめる。その際
に、図示省略のレーザ発振器より発振されたレーザービ
ームＬＢはＺ軸５内を通って反射ミラー５１で反射され
ると共に反射ミラー５３でも反射されて集光レンズ２３
で集光される。集光レンズ２３で集光されたレーザビー
ムＬＢは反射ミラー２５で反射されて出射ノズル２７の
レーザ出射口２９からワークＷへ照射されて上述と同様
の加熱温度で加熱されることになる。

【００６４】このワークＷの加熱された加熱部分に、切
断用ガスノズル１７から可燃性ガスが噴射されることに
よりワークＷに切断加工が行われることになる。

【００６５】図９には第７実施例のレーザ加熱による厚
板切断装置が示されている。図９において図８における
部品と同じ部品には同一の符号を符して説明する。すな
わち、図９において、前記Ａ軸４７内の左側に反射ミラ
ー５１を備えると共に右側に集光ミラー５５を備えてた
ものである。また、レーザ照射ヘッド１９内から集光レ
ンズ、反射ミラーを取り除いた。それ以外の構成は図８
における構成と同じであるから説明を省略する。

【００６６】上記構成により、ワークＷを図９において
矢印で示したごとく加工進行方向へ移動せしめる。その
際、図示省略のレーザ発振器より発振されたレーザビー
ムＬＢはＺ軸５内を通って反射ミラー５１で反射される
と共に集光ミラー５５で集光される。集光ミラー５５で
集光されたレーザビームＬＢはレーザ照射ヘッド１９の
先端に備えられたレーザ射出口２９からワークＷへ照射
されて上述と同様の加熱温度で加熱されることになる。

【００６７】このワークＷの加熱された加熱部分に、切
断用ガスノズル１７から可燃性ガスが噴射されることに
よりワークＷに切断加工が行われることになる。

【００６８】上記図８，図９における第６，第７実施例
においては、制御装置１５によりＡ軸４７が制御される
から、加工進行方向に対して直角な左右方向に、Ｚ軸５
に対し微小角度±１５の傾斜角以内でＡ軸４７の回動に
よりレーザ照射ヘッド１９が回動して任意の角度に設定
され、ワークＷの厚さ方向の直角度を得るべく垂直切断
を行うことができる。この実施例においてもＺ軸５がＣ
軸方向へ回転制御されるから、上述した実施例における
効果を兼ね備えていることは言うまでもない。前記Ａ軸
４７の回動による傾斜角は±５度の調整範囲で行われる
のが望ましいものである。

【００６９】図１，図２，図３および図８におけるレー
ザ照射ヘッド１９は、レーザビームＬＢを切断用ガスノ
ズル１７より噴射されたガス流のノズル先端より任意の
高さで、ＸＹ平面に対し１５〜７５度望ましくは３０〜
６０度の角度で交差させるように制御されるものであ
る。その結果、効率よく切断加工を行うこができる。

【００７０】図１０に示されているように、レーザ照射
ヘッド１９の軸心部にはノズル駆動歯車Ｚ１が回転自在
に設けられ、このノズル駆動歯車Ｚ１にはノズル伝達歯
車Ｚ４が噛合されている。このノズル伝達歯車Ｚ４の軸
にはミラー伝達歯車Ｚ３が設けられ、このミラー伝達歯
車Ｚ３にはミラー駆動歯車Ｚ２が噛合されている。

【００７１】上記構成により、例えば、歯車比Ｚ１：Ｚ
４＝１：１，歯車比Ｚ２：Ｚ３＝２：１および歯車比Ｚ
１：Ｚ２＝１：２などとすることにより、出射ノズル２
７の角度を任意に調整可能とならしめ、出射ノズル２７
の角度に合わせて反射ミラー２５が出射ノズル２７の中
心にレーザビームＬＢを通過させるように回動させるこ
とができる。したがって、常にレーザビームＬＢの中心
を出射ノズル２７の中心に一致させて出射ノズル２７の
回動に連動して反射ミラー２５を回動させることができ
る。

【００７２】図１１に示されているように、出射ノズル
２７のレーザ噴出口２９の近傍にはエアカーテンノズル
５７が設けられている。このエアカーテンノズル５７よ
り圧縮ガスを噴射せしめると、この圧縮ガスによエアカ
ーテンが形成される。このエアカーテンの形成により、
穿孔・切断時に発生する溶融金属の付着あるいは進入を
防止することができる。

【００７３】図１２および図１３に示されているよう
に、レーザ照射ヘッド１９の下部には冷却媒体噴射装置
５９を設けられている。この冷却媒体噴射装置５９内に
は水などの冷却媒体を通過せしめる通路６１が形成され
ていると共に、冷却媒体噴射装置５９の下面には複数の
噴射口６３が設けられている。

【００７４】上記構成により、通路６１に冷却媒体を供
給せしめると、複数の噴射口６３からワークＷへ向けて
冷却媒体が噴射されることになる。したがって、加熱さ
れた加熱部分の通過経路および切断を行っている場所、
すなわち、カッティングフロント（切断前線）を除き、
切断後の余分な熱滞留部分を切断直後に直ちに冷却する
ことができる。而して、他の部分への熱の滞留を最小限
に抑えることができ、さらに隣接する周辺部分の初期温
度を一定温度以下で抑えることができるので、切断品質
が安定し、接近した箇所でも連続的な加工を行うことが
できる。冷却媒体噴射装置５９はＺ軸５又はそれらに付
帯して取付けてもよいものである。

【００７５】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。

【００７６】

【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、請求項１〜７による発明によれば、比較的低
出力な２ＫＷ級以下のレーザ発振器を用いて例えば板厚
２０ｍｍ以上の厚板を効率よく切断することができる。
しかもＺ軸をＣ軸方向へ回転制御することができるか
ら、直線と円弧を組み合わせた輪郭形状の切断加工を行
うことができる。

【００７７】請求項６による発明によれば、さらに光学
系とワークとの間の距離を比較的長くとれるためスパッ
タ等の付着に対して防止効果を高めることができる。

【００７８】請求項７による発明によれば、さらに光学
系の使用枚数を削減することができる。

【００７９】請求項８〜１１による発明によれば、前記
請求項１〜７による発明の効果に加えて、制御装置によ
りＡ軸が制御されるから、加工進行方向に対しても直角
な左右方向にＺ軸に対して微小角度±１５の傾斜角以内
でＡ軸の回動によりレーザ照射ヘッドが回動して任意の
角度に設定され、ワークの厚さ方向の直角度を得るべく
垂直切断を行うことができる。

【００８０】請求項１２の発明によれば、レーザ照射ヘ
ッドは集光ビームを切断用ガスノズルより噴射されたガ
ス流のノズル先端より任意の高さでＸＹ平面に対して１
５〜７５度の照射角度で交差させるべく制御されるか
ら、ワークの厚さに対して広範囲な切断加工を行うこと
ができる。

【００８１】請求項１３の発明によれば、出射ノズル角
度を任意に調整ならしめ、出射角度に合わせて反射ミラ
ーが出射ノズルの中心に集光ビームを通過するように伝
達機構を介して回動すべく制御されるから、集光ビーム
の中心が常に出射ノズルの中心に一致してレーザビーム
を出射ノズルからワークへ向けて照射させることができ
る。

【００８２】請求項機１４による発明によれば、出射ノ
ズルの出射口の近傍に圧縮ガスによるエアカーテンノズ
ルを設けたことにより、エアカーテンノズルから圧縮ガ
スが噴射されるから、圧縮ガスによりエアカーテンが形
成されて、穿孔・切断時に発生する溶融金属の付着ある
いは進入を防止することができる。

【００８３】請求項１５による発明によれば、出射ノズ
ルから照射されるレーザビームは、ワークに対する切断
用ガスノズルの直径の投影箇所をレーザビームの照射基
準位置として設定制御されるから、均一な切断を行うこ
とができる。

【００８４】請求項１６の発明によれば、レーザ照射ヘ
ッドの下部または下方あるいは近傍に冷却媒体噴射装置
を備えたことにより、切断後の余分な熱滞留部分を切断
後直ちに冷却されるから、他の部分への熱の伝導と滞留
を最小限に抑えることができ、さらに隣接する周辺部分
の初期温度を一定温度以下に抑えることができるので、
切断品質が安定し、接近した箇所でも連続的な加工をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する第１実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図２】この発明を実施する第２実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図３】この発明を実施する第３実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図４】この発明を実施する第４実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図５】この発明を実施する第５実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図６】切断用ガスノズルから噴射されるガス流とレー
ザビームとの関係を説明する説明図である。

【図７】本実施例でワークに切断加工を行う際の直線と
円弧との組み合せで輪郭部形状に切断する説明図であ
る。

【図８】この発明を実施する第６実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図９】この発明を実施する第７実施例のレーザ加熱に
よる厚板切断装置の説明図である。

【図１０】レーザ照射ヘッドにおける出射ノズルと反射
ミラーとの関係を説明する説明図である。

【図１１】レーザ出射ノズルの近傍にエアカーテンノズ
ルを設けた説明図である。

【図１２】レーザ出射ヘッドの下部に冷却媒体噴射装置
を設けた説明図である。

【図１３】図１２における底面図である。

【符号の説明】

１ レーザ加熱による厚板切断装置 ３ 加工ヘッド部 ５ Ｚ軸 １５ 制御装置 １７ 切断用ガスノズル １９ レーザ照射ヘッド ２３ 集光レンズ ２５ 反射ミラー ２７ 出射ノズル ２９ レーザ噴出口 ４７ Ａ軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/04 Ｃ 26/08 Ｆ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交するＸ軸，Ｙ軸２軸の平面上を相対
   的に移動制御されるワーク並びに加工ヘッド部と、前記
   平面に垂直に取り付けられた前記加工ヘッド部をＺ軸方
   向へ駆動制御するＺ軸と、このＺ軸を中心に加工ヘッド
   部をＣ軸方向へ回転制御せしめるＣ軸と、前記Ｘ軸、Ｙ
   軸、Ｚ軸およびＣ軸を制御せしめる制御装置と、を具備
   し、前記加工ヘッド部にＺ軸方向へ位置決めされた切断
   用ガスノズルとレーザ照射ヘッドを設け、前記切断用ガ
   スノズルの噴射方向に対し斜めの任意の角度より前記レ
   ーザ照射ヘッドで集光したレーザビームを加工進行方向
   と同一線上に出射する出射ノズルを設けてなることを特
   徴とするレーザ加熱による厚板切断装置。
2. 【請求項２】 前記切断用ガスノズルがＺ軸より任意の
   距離だけ隔ててＺ軸方向へ位置決めされていると共に前
   記レーザ照射ヘッドがＺ軸と同軸に位置決めされている
   ことを特徴する請求項１記載のレーザ加熱による厚板切
   断装置。
3. 【請求項３】 前記切断用ガスノズルがＺ軸と同軸に位
   置決めされていると共に前記レーザ照射ヘッドがＺ軸よ
   り任意の距離だけ隔ててＺ軸方向へ位置決めされている
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加熱による厚板
   切断装置。
4. 【請求項４】 前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レー
   ザ照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に
   ハーフミラーと反射ミラーを備えると共に、前記レーザ
   照射ヘッドに集光レンズと反射ミラーを備えてなること
   を特徴とする請求項３記載のレーザ加熱による厚板切断
   装置。
5. 【請求項５】 前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レー
   ザ照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に
   複数の反射ミラーを備えると共に、前記レーザ照射ヘッ
   ドに集光レンズと反射ミラーを備えてなることを特徴と
   する請求項３記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
6. 【請求項６】 前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レー
   ザ照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に
   複数の反射ミラーを備えると共に、前記レーザ照射ヘッ
   ドに集光レンズを備えてなることを特徴とする請求項３
   記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
7. 【請求項７】 前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レー
   ザ照射ヘッドとを連結した連結管を設け、この連結管に
   反射ミラーと集光ミラーとを備えてなることを特徴とす
   る請求項３記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
8. 【請求項８】 前記加工ヘッド部に前記Ｚ軸と前記レー
   ザ照射ヘッドとを連結した前記Ｃ軸の位置め角度方向と
   直角方向に回動するＡ軸と、このＡ軸を制御せしめる制
   御装置とを具備してなることを特徴とする請求項３記載
   のレーザ加熱による厚板切断装置。
9. 【請求項９】 前記Ａ軸に複数の反射ミラーを備えると
   共に前記レーザ照射ヘッドに集光レンズと反射ミラーを
   備えてなることを特徴とする請求項８記載のレーザ加熱
   による厚板切断装置。
10. 【請求項１０】 前記Ａ軸に反射ミラーと集光ミラーを
    備えてなることを特徴とする請求項８記載のレーザ加熱
    による厚板切断装置。
11. 【請求項１１】 前記レーザ照射ヘッドは、前記加工進
    行方向に対して直角な左右方向に、Ｚ軸に対して微小角
    度±１５度の傾斜角以内で前記Ａ軸により回動し任意の
    角度に設定制御されることを特徴とする請求項８，９，
    １０記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
12. 【請求項１２】 前記レーザ照射ヘッドは、集光ビーム
    を前記切断ガスノズより噴射されたガス流のノズ先端よ
    り任意の高さで前記ＸＹ平面に対し１５〜７５度の照射
    角度で交差させるべく制御されことを特徴とする請求項
    ４〜１１記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
13. 【請求項１３】 前記出射ノズル角度を任意に調整なら
    しめ、出射ノズル角度に合わせて反射ミラーが出射ノズ
    ルの中心に集光ビームを通過するように伝達機構を介し
    て回動すべく制御されることを特徴とする請求項１〜１
    １記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
14. 【請求項１４】 前記出射ノズルの出射口の近傍には、
    穿孔・切断時に発生する溶融金属の付着、あるいは進入
    を防ぐために圧縮ガスによるエアカーテンを形成するエ
    アカーテンノズルを設けてなることを特徴とする請求項
    １〜１１記載のレーザ加熱による厚板切断装置。
15. 【請求項１５】 前記出射ノズルから照射されるレーザ
    ビームは、ワークに対する切断用ガスノズルの直径の投
    影箇所をレーザビームの照射基準位置として設定制御さ
    れることを特徴とする請求項１〜１１記載のレーザ加熱
    による厚板切断装置。
16. 【請求項１６】 前記レーザ照射ヘッドの下部または下
    方あるいは近傍に冷却媒体噴射装置を備えてなることを
    特徴とする請求項１〜１１記載のレーザ加熱による厚板
    切断装置。