JPH09136183A

JPH09136183A - レーザ加工装置及びその加工トーチ

Info

Publication number: JPH09136183A
Application number: JP7317443A
Authority: JP
Inventors: Takuma Kato; 琢磨加藤; Hidehiko Karasaki; 秀彦唐▲さき▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、レーザ加工において、異種材質，
異種板厚の材料、特に厚板材料に即時対応してレーザ光
の被加工物への集光状態やアシストガス種類，圧力等加
工条件を設定し、安定した高品質加工のできるレーザ加
工装置を提供することを課題とする。【解決手段】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチ２と、前記加工トーチ２に取
り付けられ、被加工物にアシストガスを噴出するノズル
３とを有し、前記ノズル３はレーザ光とアシストガスを
通す内側ノズル３ａと、これを包囲するように設けら
れ、アシストガスを通す外側ノズル３ｂとを備え、前記
ノズル３は前記加工トーチ２に対し、レーザ光軸に対し
て垂直方向に摺動自在にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置及び
その加工トーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工を支配する因子は数多く、レ
ーザ加工現象を全ての支配因子を含んだ形で一義的にモ
デル化して説明することは非常に困難である。しかし、
産業界の様々な分野でレーザ加工の安定性，加工裕度，
加工品質，加工速度等を向上させることが強く求められ
ており、そのための試みが種々なされている。アシスト
ガスの流し方では、例えば特開平６−１９０５８２号公
報に示されている。

【０００３】図１２のようなアシストガスノズルを備え
たレーザ加工装置の加工ヘッドがある。図１２におい
て、３０は加工トーチであり、３１は主アシストガスノ
ズル、３１ａはその噴出口、３２は補助アシストガスノ
ズル、３２ａはその噴出口、３２ｂは補助アシストガス
供給口である。

【０００４】次に、動作について説明する。従来のレー
ザ加工装置用加工トーチのアシストガスノズルは前述の
ような構成をもち、主アシストガスノズル３１のガス流
量（圧力）と補助アシストガスノズル３２のガス流量
（圧力）を制御することにより、加工物Ｍの板厚に応じ
て適正なアシストガス流量分布をもたせて加工できるよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザ切断品質が不安
定となる現象の１つに集光ビームの光軸とノズル中心が
相対的にずれることで切断の方向により切断品質が変化
する。これは、集光ビームの照射部前面の切断開始部か
ら後方にかけてのアシストガスの圧力分布が変化するこ
とによって切断溝内へのアシストガスの流入量が変化
し、酸化反応（鉄系金属）やドロスの吹き飛ばし効果が
変化するためであり、特に厚板切断の場合において著し
い。レーザ光の光軸がＺ軸に対してわずかでも傾斜して
いると、Ｚ座標の変化により集光ビームの光軸の位置が
ずれ、内径数ｍｍ程度のノズルに対する相対位置変化は
大きくなり、前述の現象が発生しやすい。従って、従来
のレーザ加工装置では加工板厚が厚いほどノズル中心と
集光ビームの光軸が合致しているかどうかの確認作業を
頻繁に行わなねばならないという問題点があった。

【０００６】また、板厚により加工に適したノズル径が
あるため、通常は厚板切断時と薄板切断時では異なるノ
ズルが使用される。従って、種々の板厚に応じてノズル
の交換が必要となる。さらに、薄板切断時には、集光ビ
ームの焦点位置を板の表面に合わせるのが切断品質上好
ましいが、厚板切断時には焦点位置を板の表面から数ｍ
ｍ上側にずらせなければ切断ができない。従って、従来
のレーザ加工装置では、加工板厚に応じて焦点位置の調
整作業を必要とするという問題点があった。

【０００７】また、レーザ切断時の材料の切り落とし寸
前では、板の端面を切断前面が通過して破られた時アシ
ストガスが前方に流出するため、端面下部へのアシスト
ガス供給量が不足して切れずに残ることがある。特に、
厚板切断ではこのような現象が起こりやすいという問題
点があった。

【０００８】また、レーザ加工中にバーニングが発生す
ると、溶融物や粉塵等が加工トーチ内の集光レンズに付
着し、付着物の熱によって集光レンズが損傷し、集光レ
ンズの寿命が短くなるという問題点があった。

【０００９】本発明は、前述のような従来の各種問題点
を解決し、加工材質や板厚によらず、安定して高品質加
工のできるレーザ加工装置及びその加工用トーチを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
め、本発明のうち第１の発明では、内側，外側のノズル
にそれぞれ駆動装置を設け、加工品質、特に厚板切断品
質を安定させるようにしたものである。

【００１１】また、本発明のうち第２の発明では、被加
工物の切断時に切断前面から後方にかけて、より広範囲
にわたってアシストガスの供給がなされるよう、制御装
置からの指令により外側ノズルを常に切断方向と逆方向
にずらせるようにしたものである。

【００１２】また、本発明のうち第３の発明では、集光
レンズ位置を微調整するために加工トーチに駆動装置を
設け、厚板，薄板を両方加工時でもノズルを動かさずに
焦点位置を変えられるようにしたものである。

【００１３】また、本発明のうち第４の発明では、板の
切り落とし寸前を感知するため、ノズル近傍またはノズ
ル端面にギャップセンサまたは近接センサを設け、制御
装置からの指令によりアシストガスの圧力を瞬時に高め
るようにしたものである。

【００１４】また、本発明のうち第５の発明では、レー
ザ加工装置の加工トーチを光軸方向に移動させる駆動装
置（Ｚ軸）と、加工トーチを光軸と垂直方向に移動させ
る駆動装置を設け、Ｚ座標の変化に伴う集光ビームとノ
ズル中心のずれ量を制御装置によりフィードバックさ
せ、集光ビームが常にノズル中心にあるようにしたもの
である。

【００１５】また、本発明のうち第６の発明では、ノズ
ル付近に光や温度を感知するセンサ及び外側ノズルの遮
蔽板を設けたものである。

【００１６】また、本発明のうち第７の発明では、アシ
ストガス配管を容易ならしめるため、外側ノズルの給気
口を周方向に摺動自在な構造としたものである。

【００１７】また、本発明のうち第８の発明では、例え
ば板厚２０ｍｍ以上の軟鋼板切断におけるアシストガス
流強化のための補助ノズルの水平面からの傾斜を６０度
以上としたものである。

【００１８】また、本発明のうち第９の発明では、前記
同様の厚板切断時のアシストガス流強化のため、複数に
重ねたノズルにおける外側ノズルの流路断面の水平面か
らの傾斜を６０度以上としたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は前記する課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明は、レーザ光を発するレ
ーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く光学系と、
前記光学系の先端に取り付けられた加工トーチと、前記
加工トーチに取り付けられ、被加工物にアシストガスを
噴出するノズルとを有し、前記ノズルはレーザ光とアシ
ストガスを通す内側ノズルと、これを包囲するように設
けられ、アシストガスを通す外側ノズルとを備え、前記
ノズルは前記加工トーチに対し、レーザ光軸に対して垂
直方向に摺動自在に設けたものであり、Ｚ軸のストロー
ク内のできるだけ離れた２点での集光ビーム光軸のＸ座
標及びＹ座標の差から、任意のＺ座標において、集光ビ
ーム光軸の位置を比例配分から求め、制御装置にフィー
ドバックし、アシストガスノズルの位置を駆動装置によ
り補正し、集光ビーム光軸とノズル中心を合致させるも
のである。集光ビーム光軸とノズル中心が常に合致して
いることにより、被加工物に集光ビームの照射された加
工開始部分から後方にかけてのアシストガスの圧力分布
が一定となり、切断溝へのアシストガスの供給状態が一
定となるので、加工品質が安定する。特に、厚板切断で
の効果が大きくなる。

【００２０】また、請求項２に記載の発明は、レーザ光
を発するレーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く
光学系と、前記光学系の先端に取り付けられた加工トー
チと、前記加工トーチに取り付けられ、被加工物にアシ
ストガスを噴出するノズルとを有し、前記ノズルはレー
ザ光とアシストガスを通す内側ノズルと、これを包囲す
るように設けられ、アシストガスを通す外側ノズルとを
備え、被加工物上のレーザ光の進行方向に対して後側の
前記外側ノズルのアシストガス噴出口を大きくする外側
ノズル駆動手段を設けたものであり、加工部後方でのア
シストガス噴出口を大きくすることより、特に厚板切断
において、集光ビームの照射された部分から後方にかけ
ての切断溝内へのアシストガスの供給量が増し、切断面
粗さが向上し、ドロスも付着しにくくなり高速切断が可
能となる。

【００２１】また、請求項３に記載の発明は、レーザ光
を発するレーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く
光学系と、前記光学系の先端に取り付けられた加工トー
チと、前記加工トーチの中に設けられ、前記前記レーザ
光の集光手段とを備え、レーザ光の光軸方向に前記集光
手段の焦点を移動させる移動手段を設けたものであり、
請求項４に記載の発明は、移動手段は、集光手段を移動
させ、請求項５に記載の発明は、移動手段は、加工トー
チを移動させるようにしたものであり、請求項６に記載
の発明は、被加工物を穿孔する時に、移動手段は被加工
物の加工の進行に応じて集光手段の焦点をレーザ光の加
工する方向に移動させたものである。

【００２２】従って、集光レンズやノズルを加工トーチ
の移動と独立して移動させることにより、ノズルと被加
工物の距離を変えずに焦点位置だけを変えることがで
き、異種材料加工がスムーズにできる。

【００２３】また、厚板のピアシングにおいては、焦点
位置だけ板厚方向に移動させることができるので、ピア
シング時間も短縮できる。

【００２４】また、請求項７に記載の発明は、レーザ光
を発するレーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く
光学系と、前記光学系の先端に取り付けられた加工トー
チと、前記加工トーチに取り付けられ、被加工物にアシ
ストガスを噴出するノズルと、前記ノズルと前記被加工
物を相対的に移動させる駆動手段とを有し、被加工物の
終端を検出する検出手段を設け、この検出手段が被加工
物の終端を検出した時に、前記アシストガス流量を増加
させるアシストガス流量制御手段を設けたものであり、
板の終端部での切り落としの際、端面の破れ部分からの
アシストガスの前方への流出による終端下部へのアシス
トガス供給量の減少を補うようにアシストガス圧力を増
すことにより、終端下部まで切断可能となり、板の切り
落としが楽になる。

【００２５】また、請求項８に記載の発明は、レーザ光
を発するレーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く
光学系と、前記光学系の先端に取り付けられた加工トー
チと、前記加工トーチをレーザ光の光軸方向に移動する
第１のトーチ移動手段とを有し、前記トーチ移動手段に
よる前記加工トーチの移動に応じて、前記加工トーチを
レーザ光の光軸に対して垂直方向に移動させ、レーザ光
の光軸のずれを補正する第２のトーチ移動手段またはノ
ズル移動手段を設けたものであり、レーザ光の光軸のず
れを容易に補正することができる。

【００２６】また、請求項９に記載の発明は、レーザ光
を発するレーザ発振器と、発振器からのレーザ光を導く
光学系と、前記光学系の先端に取り付けられた加工トー
チと、前記加工トーチに取り付けられ、被加工物にアシ
ストガスを噴出するノズルとを有し、被加工物の加工部
近傍の状態を検知する検知手段を設け、前記検知手段が
バーニングを検知した時に、前記レーザ光の発振を停止
するとともに、前記ノズルの開口部を遮蔽する遮蔽手段
を設けたものであり、特に厚板加工時に発生しやすいバ
ーニングにおいて、ノズル開口部を遮蔽することで、溶
融物の集光レンズへの付着が防止され、集光レンズの寿
命が長くなる。

【００２７】また、請求項１０に記載の発明は、加工ト
ーチの先端に複数に重ねて取り付けられていて、その外
側ノズルへのアシストガス供給口を３６０度摺動自在に
配設したノズルを備えたものであり、ノズルに対するア
シストガス配管を容易にしたものである。

【００２８】また、請求項１１に記載の発明は、アシス
トガスノズルの補助ノズルの軸心が水平面から６０度以
上の傾斜角をもち、主アシストガスノズル軸心との交点
が主アシストガスノズル先端から１０〜１５ｍｍの深さ
となるようにしたものであり、また、請求項１２に記載
の発明は、加工トーチの先端に複数に重ねて取り付けら
れているアシストガスノズルにおいて、最も内側を除く
少なくとも１つのアシストガス流路の水平面からの傾斜
角が６０度以上であり、流路中心線とノズル軸心との交
点がノズル先端１０〜１５ｍｍとしたものであり、ま
た、請求項１３に記載の発明は、補助ノズルの噴出口内
径を１．３〜２ｍｍとした請求項１１記載の加工トーチ
としたものであり、また、請求項１４に記載の発明は、
加工トーチの先端に複数に重ねて取り付けられているア
シストガスノズルにおいて、最も内側を除く少なくとも
１つのアシストガス流路の噴出口における垂直幅を１．
３〜２ｍｍとしたものである。

【００２９】厚板切断時の切断溝下部でのアシストガス
圧力は、例えば板厚２５ｍｍの場合、図９及び図１０に
示すように、補助ノズルの角度及び補助ノズル軸心と主
アシストガスノズル軸心との交点（ねらい位置）の深さ
によって大きく変化する。

【００３０】また、上記ガス圧力は補助ノズルの噴出口
内径により図１１のように変化する。特に、厚い板厚の
切断時にはドロスが切断溝を通って流れ落ちる際の流路
抵抗が大きいため、ドロスは切断溝下部に滞留しやすく
なり、バーニングが発生したり、切断溝下部に多量のド
ロスが付着して良好切断が非常に困難となる。切断溝下
部でのドロスの流出を促進して厚板を良好切断する上
で、上記ガス圧力は大きい方が望ましく、６０度以上の
角度と深さ１０〜１５ｍｍをねらい位置とすることによ
り、アシストガスの切断溝下部での圧力が高まり、切断
時のドロスの抜けが良くなる。

【００３１】また、それに伴って切断速度も増加する。
切断溝下部での圧力と最大切断速度との関係は、例えば
板厚１２ｍｍの場合、図１２のようになる。

【００３２】（実施例１）以下に本発明の実施例１につ
いて図１を参照しながら説明する。図１は本発明の請求
項１，２及び８記載に係るレーザ加工装置の一例を示
す。レーザ発振器１で発振したレーザ光は反射鏡や集光
レンズ等の光学系により加工トーチ２を経てノズル３に
導かれ、被加工物表面に照射される。この時、アシスト
ガスはボンベ等のアシストガス源４ａ，４ｂから配管を
通って内側ノズル３ａの中及び外側ノズル３ｂの中に導
かれる。異種板厚材料の加工時は、内側ノズル３ａ及び
外側ノズル３ｂでのそれぞれのアシストガス圧力を制御
装置５からの指令で圧力制御弁６ａ及び６ｂにより制御
し、その板厚に適したノズル先端でのガス圧力分布を出
現させる。例えば板厚十数ｍｍの軟鋼板切断では外側ノ
ズル３ｂにも酸素を供給するが、板厚２〜３ｍｍ以下の
軟鋼板切断では内側ノズル３ａにだけ酸素を供給し、外
側ノズル３ｂへの供給を停止する。

【００３３】また、異種材料の加工時は、制御装置５か
らの指令によりアシストガス源４ａ，４ｂの切換弁７
ａ，７ｂの切り換えを行い、その材質に適した種類のア
シストガスを流す。被加工物は加工テーブル８に固定さ
れ、制御装置５とサーボモータ等の駆動装置により駆動
される。加工に先立ち、以下の作業を行う。

【００３４】まず、Ｚ軸のみを移動させ、Ｚ軸ストロー
ク内の極力離れた２点において低出力のレーザ光を一瞬
照射させ、アクリル樹脂板や感熱紙を加工トーチ２の直
下に設置し、集光ビームの照射点（小孔または黒く焼け
た小点）を作る。この時、レーザ光の光軸が少しでも傾
斜していると、前記２点の照射位置がずれる。

【００３５】次に、前記２点のＺ座標とこの時のずれ量
を制御装置に入力し、ずれ量のＸ及びＹ成分から、加工
エリア内の任意のＺ位置において比例配分計算により光
軸ずれ量が求まり、制御装置５により補正量のＸ及びＹ
成分を指令しながら駆動装置としてのピエゾ素子等の変
位素子によりノズル位置を補正する。ピエゾ素子は内側
ノズル３ａ及び外側ノズル３ｂにそれぞれ２個ずつ設け
られており、２個のピエゾ素子９ａ，９ｃはそれぞれ内
側ノズル位置のＸ成分及びＹ成分を補正する。

【００３６】また、図示しない他の２個のピエゾ素子は
それぞれ外側ノズル位置のＸ成分及びＹ成分を補正す
る。従って、任意のＺ位置において内側ノズル中心及び
外側ノズル中心と集光ビーム光軸との一致状態が常に保
たれる。

【００３７】以上の作業を経てレーザ加工に移れば、薄
板のみならず厚板においても加工が安定する。なお、前
記照射点は焦電素子や温度センサ等のセンサを用いて記
録し、２点間での照射位置ずれ量を求めても良い。

【００３８】また、本実施例ではノズルの位置制御によ
り集光ビーム光軸とノズル中心を一致させたが、加工ト
ーチ２の外側に駆動装置を設けて加工トーチ全体を集光
ビーム光軸と垂直方向に動くようにしても良い。

【００３９】また、板厚の非常に厚い場合、レーザ切断
中の切断前面から後方にかけてアシストガスの届く範囲
が広くなければならない。その時、制御装置５からの指
令で外側ノズル３ｂのみ常に加工の進行と逆向きに変位
させ、より後方までアシストガスを供給して安定した切
断を行い、切断品質を確保する。

【００４０】（実施例２）次に、実施例２におけるレー
ザ加工装置の一部を図２に示す。図２は、本発明の請求
項３，４及び６記載に係るレーザ加工装置の一例の加工
トーチ，集光レンズ，ノズルの部分である。集光レンズ
を保持する中空軸１０はサーボモータ１１のロータと一
体化されており、軸先端外周部には雄ねじが切られてい
る。加工トーチ２の内周上部には雌ねじが切られ、前記
雄ねじと噛み合うようになっている。制御装置の指令に
より中空軸１０が回転するとともに、光学系としての集
光レンズ１２は光軸方向に必要量移動される。それによ
り、ノズルと被加工物間の距離を変えず被加工物に対す
る焦点位置を変化させることができる。

【００４１】また、内側ノズル３ａは制御装置の指令で
加工トーチ２の内周部に固定された変位素子１３により
光軸方向に移動する。例えば板厚１ｍｍ程度の鉄板の切
断では、焦点位置が板の表面に来るよう集光レンズ１２
を移動させ、内側ノズル３ａの先端が外側ノズル３ｂの
先端と同位置または少し出っ張るよう内側ノズル３ａを
下側に移動する。外側ノズル３ｂ内でのアシストガス圧
力は０にする。

【００４２】また、板厚１６ｍｍ程度の鉄板の切断で
は、前述と同じ手段により、集光レンズ１２を上側に移
動し、焦点位置を板の表面より数ｍｍ上側に設定する。

【００４３】また、内側ノズル３ａも数ｍｍ上側に移動
する。外側ノズル３ｂには若干のアシストガスを流す。

【００４４】また、板厚２０ｍｍ程度の鉄板のピアシン
グにおいて、孔の進行速度に合わせて集光レンズ１２を
サーボモータ１１により移動させる。それにより、常に
穿孔部に焦点位置を合わせることができ、ピアシング時
間が短縮できる。

【００４５】また、ノズルと被加工物間の距離が不変の
ため、ピアシングの進行に伴って加工トーチ２自身を下
げる場合に比べ、ノズル３と被加工物の間に穿孔によっ
て除去された鉄粉が詰まりにくくなり、バーニングも起
こりにくくなる。なお、集光手段は集光レンズ１２の代
わりに放物面鏡等の集光鏡であっても良い。

【００４６】また、集光レンズ１２の駆動源はサーボモ
ータ１１の代わりに変位素子を用い、中空軸１０と加工
トーチ２の間の摺動部をねじの噛み合わせの代わりにス
トレートの摺動面としても良い。

【００４７】また、本実施例は、集光レンズ１２が光軸
方向に動くようになっているが、前記サーボモータ１１
側を固定し、集光レンズ１２と一体構造となっている中
空軸１０の回転により、加工トーチ２側が光軸方向に動
く構造としても良い。

【００４８】（実施例３）実施例３におけるレーザ加工
装置の一部を図３に示す。図３は、本発明の請求項７記
載に係るレーザ加工装置の一例の加工トーチの先端部分
を示す。外側ノズル３ｂの先端には近接センサや距離セ
ンサ等のセンサ１４が埋設されており、レーザ切断が板
の終端にさしかかった時、前記センサ１４がこれを感知
して制御装置に信号を送る。この信号を受信した制御装
置は内側ノズル３ａ内に供給されるアシストガスの圧力
制御弁に指令を送り、内側ノズル３ａからはやや高めの
圧力のアシストガスが板の終端の底部の切れ残り部分１
５に噴出される。それにより、板の終端の底部まで切断
され、スムーズに切り落としができる。

【００４９】（実施例４）実施例４におけるレーザ加工
装置の一部を図４に示す。図４は、本発明の請求項９記
載に係るレーザ加工装置の一例の加工トーチの先端部分
を示し、軟鋼厚板切断における板の切り落とし寸前の状
態を示す。外側ノズル３ｂ付近には遮蔽板１６及び光や
温度等を感知するセンサ１７が設置されている。本実施
例では、センサ１７と遮蔽板１６が一体となっており、
加工中はセンサ１７が加工部の方向を向くようになって
いる。特に、厚板切断時に何らかの外乱でバーニングが
発生しやすいが、バーニングの発生時に溶融物が吹き上
げられると、センサ１７がこれを感知して制御装置に信
号を送る。これを受信した制御装置の指令によりレーザ
の発振が停止されると同時に遮蔽板１６が回転して外側
ノズル３ｂの開口部を遮蔽し、溶融物等が飛散して集光
レンズに付着することによる集光レンズの損傷を防ぐ。
この結果、集光レンズの寿命が延びる。なお、遮蔽板１
６とセンサ１７は必ずしも一体構造でなくて良い。

【００５０】また、遮蔽板１６にギャップセンサ等を設
け、加工中にならいとして用いても良いし、板の終端部
の検知に用いても良い。

【００５１】（実施例５）実施例５におけるレーザ加工
装置の一部を図５に示す。図５は、本発明の請求項１１
記載に係るレーザ加工装置の一例の加工トーチの先端部
分を示す。アシストガスの供給口１８は周方向に摺動可
能で、供給口１８を通ったアシストガスは、溝１９を経
て外側ノズル３ｂ内部へと導かれる。これにより、外側
ノズル３ｂへのアシストガス配管の向きを加工物や加工
トーチ周囲の部品との干渉を避けて自由に変えることが
できる。

【００５２】（実施例６）実施例６におけるレーザ加工
装置のアシストガスノズルの補助ノズルを図６に示す。
図６は、本発明の請求項１１及び１３記載に係るレーザ
加工装置の一例の加工トーチ先端のノズル断面を示す。
主ノズル２０からはレーザ光が出射され、同時にアシス
トガスが噴出される。厚い板厚の軟鋼板切断時に補助ノ
ズル２１からもアシストガスのみが噴出される。薄い板
厚の軟鋼板切断では主ノズル２０からのアシストガスだ
けで十分であり、補助ノズル２１からはアシストガスは
噴出されない。補助ノズル２１の軸心の水平面とのなす
角は７０度、噴出口内径は１．４ｍｍである。

【００５３】また、補助ノズル２１の軸心と主ノズル２
０の軸心との交点は、主ノズル２０先端より１３ｍｍで
ある。特に、板厚２０ｍｍ以上の軟鋼板切断時には、主
ノズル２０だけでは切断溝下部からドロスが抜けにく
く、ドロスの滞留によってバーニングしたり、切断溝下
部にドロスが多量に付着して切断面品質が著しく損なわ
れる。この構成によれば、補助ノズル２１が切断溝下部
からのドロス排出を促し、ドロスは切断溝下部へ付着し
にくくなって良好な切断ができる。

【００５４】（実施例７）実施例７におけるレーザ加工
装置のアシストガスノズルを図７に示す。図７は、本発
明の請求項１２及び１４記載に係るレーザ加工装置の一
例の加工トーチ先端のノズル断面を示す。最内側ノズル
３ｃからはレーザ光が出射されると同時にアシストガス
が噴出される。第２周目ノズル３ｄ及び第３周目ノズル
３ｅからはアシストガスのみが必要に応じて噴出され
る。例えば板厚２〜３ｍｍ以下の軟鋼板切断時におい
て、アシストガスは最内側ノズル３ｃだけから噴出され
る。板厚十数ｍｍの軟鋼板切断では、最内側ノズル３ｃ
と第２周目ノズル３ｄからアシストガスが噴出され、第
３周目ノズル３ｅからはアシストガスは噴出されない。

【００５５】また、板厚２０ｍｍを越える軟鋼板切断に
おいて、アシストガスは全てのノズルから噴出される。
最外周のアシストガス流路断面と水平面とのなす角は７
０度であり、噴出口における流路の垂直方向の幅は１．
４ｍｍである。

【００５６】また、噴出口付近での最外周流路中心線と
ノズル軸心との交点はノズル先端より１０ｍｍである。
この例でも前実施例６と同様に、厚板切断において良好
な切断面品質が得られる。

【００５７】また、図形切断時には、前実施例６では切
断方向の変化に伴って補助ノズルの向きを常に切断の進
行方向と逆側にもっていかなけらばならず、複雑な形状
が切断しにくくなるが、本実施例ではそのような必要は
なく、自由な形状を良好切断できる。

【００５８】

【発明の効果】前記したように本発明は、集光ビーム光
軸とノズル中心が常に合致した状態を保つことができ、
レーザ加工の方向によらず、安定した加工が実現でき
る。特に、厚板切断に対してこの効果は大きい。

【００５９】また、異種板厚のレーザ加工時、被加工物
に対するアシストガス流の状態を変えずに材料表面に対
する集光ビームの焦点位置だけを即時変化させることが
でき、異種板厚材料を即時加工できる。

【００６０】また、厚板をピアシングした後、即時切断
加工に移ることができる。また、厚板切断時に切断前面
から後方に積極的にアシストガスを供給することで、厚
板の切断面粗さが向上する。その場合、外側ノズルの内
径を大きくする手段よりもアシストガス消費量が少なく
て済む。

【００６１】また、被加工物の切り落としが確実にでき
る。特に、厚板切断の場合にこの効果は大きくなる。

【００６２】また、外側ノズルへの供給口を周方向に摺
動自在とすることで供給口の位置を自由に変えることが
できるため、ノズル周囲の部品や加工物との干渉を避け
やすくなり、ガス配管が容易となる。

【００６３】また、補助ノズルの向きや噴出口内径を前
記寸法とすることにより、特に厚い板厚の良好な切断が
可能となる。さらに、二重またはそれ以上の構造のノズ
ル、すなわち複数にノズルを重ね合わせた構造におい
て、第２周目以降の少なくとも１つのアシストガス流路
の向きや幅を前記寸法とすることによって、特に厚い板
厚の良好な切断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるレーザ加工装置の要
部説明図

【図２】本発明の実施例２におけるレーザ加工装置の要
部断面図

【図３】（ａ）は本発明の実施例３におけるレーザ加工
装置の要部断面図（ｂ）は同上面図

【図４】（ａ）は本発明の実施例４におけるレーザ加工
装置の要部断面図（ｂ）は同上面図

【図５】本発明の実施例５におけるレーザ加工装置の要
部断面図

【図６】本発明の実施例６におけるレーザ加工装置の要
部説明図

【図７】本発明の実施例７におけるレーザ加工装置の要
部説明図

【図８】補助ノズルの角度と切断溝下部でのアシストガ
ス圧力との関係を示す図

【図９】補助ノズル軸心と主ノズル軸心の交点のノズル
先端からの距離と切断溝下部でのアシストガス圧力の関
係を示す図

【図１０】補助ノズル噴出口内径と切断溝下部でのアシ
ストガス圧力の関係を示す図

【図１１】切断溝下部でのアシストガス圧力と最大切断
速度の関係（板厚１２ｍｍの場合）を示す図

【図１２】（ａ）は従来のレーザ加工装置の要部説明図（ｂ）は同要部拡大側断面図

【符号の説明】

１レーザ発振器２加工トーチ３ノズル３ａ内側ノズル３ｂ外側ノズル３ｃ最内側ノズル３ｄ第２周目ノズル３ｅ第３周目ノズル５制御装置６ａ，６ｂ圧力制御弁９ａ，９ｃピエゾ素子（駆動装置）１０中空軸１１サーボモータ１２集光レンズ１３変位素子１４，１７センサ１５切れ残り部分１６遮蔽板１８供給口１９溝２０主ノズル２１補助ノズル

───────────────────────────────────────────────────── 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 26/06 Ｂ２３Ｋ 26/06 Ａ 26/08 26/08 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチに取り付
けられ、被加工物にアシストガスを噴出するノズルとを
有し、前記ノズルはレーザ光とアシストガスを通す内側
ノズルと、これを包囲するように設けられ、アシストガ
スを通す外側ノズルとを備え、前記ノズルは前記加工ト
ーチに対し、レーザ光軸に対して垂直方向に摺動自在に
設けたレーザ加工装置。
【請求項２】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチに取り付
けられ、被加工物にアシストガスを噴出するノズルとを
有し、前記ノズルはレーザ光とアシストガスを通す内側
ノズルと、これを包囲するように設けられ、アシストガ
スを通す外側ノズルとを備え、被加工物上のレーザ光の
進行方向に対して後側の前記外側ノズルのアシストガス
噴出口を大きくする外側ノズル駆動手段を設けたレーザ
加工装置。
【請求項３】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチの中に設
けられ、前記レーザ光の集光手段とを備え、レーザ光の
光軸方向に前記集光手段の焦点を移動させる移動手段を
設けたレーザ加工装置。
【請求項４】移動手段は、集光手段を移動させる請求
項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】移動手段は、加工トーチを移動させる請
求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項６】被加工物を穿孔する時に、移動手段は被
加工物の加工の進行に応じて集光手段の焦点をレーザ光
の加工する方向に移動させる請求項３記載のレーザ加工
装置。
【請求項７】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチに取り付
けられ、被加工物にアシストガスを噴出するノズルと、
前記ノズルと前記被加工物を相対的に移動させる駆動手
段とを有し、被加工物の終端を検出する検出手段を設
け、この検出手段が被加工物の終端を検出した時に、前
記アシストガス流量を増加させるアシストガス流量制御
手段を設けたレーザ加工装置。
【請求項８】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチをレーザ
光の光軸方向に移動する第１のトーチ移動手段とを有
し、前記トーチ移動手段による前記加工トーチの移動に
応じて、前記加工トーチをレーザ光の光軸に対して垂直
方向に移動させ、レーザ光の光軸のずれを補正する第２
のトーチ移動手段またはノズル移動手段を設けたレーザ
加工装置。
【請求項９】レーザ光を発するレーザ発振器と、発振
器からのレーザ光を導く光学系と、前記光学系の先端に
取り付けられた加工トーチと、前記加工トーチに取り付
けられ、被加工物にアシストガスを噴出するノズルとを
有し、被加工物の加工部近傍の状態を検知する検知手段
を設け、前記検知手段がバーニングを検知した時に、前
記レーザ光の発振を停止するとともに、前記ノズルの開
口部を遮蔽する遮蔽手段を設けたレーザ加工装置。
【請求項１０】加工トーチの先端に複数に重ねて取り
付けられていて、その外側ノズルへのアシストガス供給
口を３６０度摺動自在に配設したノズルを備えた加工ト
ーチ。
【請求項１１】アシストガスノズルの補助ノズルの軸
心が水平面から６０度以上の傾斜角をもち、主アシスト
ガスノズル軸心との交点が主アシストガスノズル先端か
ら１０〜１５ｍｍの深さとなるようにした補助ノズルを
備えた加工トーチ。
【請求項１２】加工トーチの先端に複数に重ねて取り
付けられているアシストガスノズルにおいて、最も内側
を除く少なくとも１つのアシストガス流路の水平面から
の傾斜角が６０度以上であり、流路中心線とノズル軸心
との交点がノズル先端から１０〜１５ｍｍとしたノズル
を備えた加工トーチ。
【請求項１３】補助ノズルの噴出口内径を１．３〜２
ｍｍとした請求項１１記載の加工トーチ。
【請求項１４】加工トーチの先端に複数に重ねて取り
付けられているアシストガスノズルにおいて、最も内側
を除く少なくとも１つのアシストガス流路の噴出口にお
ける垂直幅を１．３〜２ｍｍとした請求項１２記載の加
工トーチ。