JPH09141482A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光出射トーチの出射光学部に対する
スパッタ付着をより確実に防止しレーザ加工装置の長期
間のメンテナンスフリーを実現する。 【解決手段】 レーザ光出射トーチ１の出射方向前方位
置に出射光軸と略直交するようにして配置されるととも
にその一端６ａが開放された流体通路６と、該流体通路
６の他端側に配置されて該流体通路６に第１の流体を供
給する第１流体供給手段とを備えるとともに、上記流体
通路６の通路壁の上記出射光軸に対応し且つ通路中心軸
を挟んで該出射光軸方向に対向する二位置にレーザ光束
の通過を許容する開口８，９をそれぞれ設け、該流体通
路６内を流れる流体の流体圧と、該流体の流通に伴って
上記開口８，９に作用する内側への吸引力とによって、
上記スパッタＳをその飛散途中において側方へ吹き飛ば
し、上記出射光学部１ａへのスパッタＳの付着を可及的
に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、レーザ光を照射
してワークに溶接等の熱加工を施すためのレーザ加工装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ加工装置の一つとし
て、レーザ光をワークに照射して溶接を行うレーザ溶接
装置が知られているが、かかるレーザ溶接装置において
は、溶接加工中にワークの溶融部位から高速度で周囲に
飛散するスパッタがレーザ光出射トーチの先端部に位置
する出射光学部に付着してこれを汚損しレーザ光の出射
特性を損ねるという問題があり、かかる問題を解決すべ
く種々の方法が提案されている。

【０００３】例えば、特開昭６１−２３８４８６号公報
には、出射光学部のレーザ光出射方向前方位置に直管状
の排気管を設け、該排気管の出射光軸に対応する部位に
レーザ光束の通過を許容する開口を形成し該開口を通し
てレーザ光をワークに照射するとともに、上記排気管内
の上記開口に対応する部位にノズルを配置し該ノズルか
らレーザ光束を斜め下方へ横切るように空気を噴出さ
せ、溶接部から飛散して上記開口をとおして上記出射光
学部側に向かうスパッタを横方向に吹き飛ばしてこれが
上記出射光学部に到達するのを阻止するようにしたもの
か提案されている

【０００４】。

【発明が解決しようとする課題】ところが、かかる従来
の対策では、出射光学部側に向けて飛散するスパッタを
その飛散方向に対して斜めから吹き付けられる空気噴流
の吹き飛ばし作用のみによってこれを吹き飛ばそうとす
るものであるため、該スパッタの排除効果が十分ではな
く、従って、出射光学部の付着スパッタの排除作業の間
隔は幾分延びるものの、依然として不満の残るものであ
った。

【０００５】そこで本願発明では、飛散するスパッタの
排除作用を高めることでレーザ光出射トーチの出射光学
部に対するスパッタ付着をより確実に防止しレーザ加工
装置の長期間のメンテナンスフリーを実現せんとしてな
されたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として次のような構成を採
用している。

【０００７】本願の第１の発明では、レーザ光照射用レ
ンズとその前面側に配置された保護ガラスとからなる出
射光学部を備えたレーザ光出射トーチからレーザ光をワ
ークに照射して所定の加工を行うようにしたレーザ加工
装置において、上記レーザ光出射トーチの出射方向前方
位置に出射光軸と略直交するようにして配置されるとと
もにその一端が開放された流体通路と、該流体通路の他
端側に配置されて該流体通路に第１の流体を供給する第
１流体供給手段とを備えるとともに、上記流体通路の通
路壁の上記出射光軸に対応し且つ通路中心軸を挟んで該
出射光軸方向に対向する二位置にレーザ光束の通過を許
容する開口をそれぞれ設けたことを特徴としている。

【０００８】本願の第２の発明では、上記第１の発明に
かかるレーザ加工装置において、上記流体通路がベンチ
ュリー部を備え、該ベンチュリー部に上記開口を設けた
ことを特徴としている。

【０００９】本願の第３の発明では、上記第２の発明に
かかるレーザ加工装置において、上記レーザ光出射トー
チと上記ベンチュリー部との間に第２流体を供給する第
２流体供給手段を設けるとともに、該第２流体供給手段
の流体供給方向を上記出射光軸に直交する方向よりも上
記ベンチュリー部寄りへ傾斜せしめたことを特徴として
いる。

【００１０】本願の第４の発明では、上記第３の発明に
かかるレーザ加工装置において、上記第１流体供給手段
及び第２流体供給手段によりそれぞれ供給される第１及
び第２流体を空気としたことを特徴としている。

【００１１】本願の第５の発明では、上記第４の発明に
かかるレーザ加工装置において、上記ベンチュリー部に
対して上記レーザ光出射トーチの反対側に位置する部位
に向けてシールドガスを供給するシールドガス供給手段
を備えたことを特徴としている。

【００１２】

【発明の効果】本願発明ではかかる構成とすることによ
り次のような効果が得られる。

【００１３】 本願の第１の発明にかかるレーザ加工
装置では、レーザ光出射トーチの出射光学部から出射さ
れるレーザ光は、上記流体通路の通路壁に設けた上記開
口を通ってワークに照射され該ワークに対して所要の加
工作業を行うが、その一方で、上記レーザ光の照射によ
り溶解したワークの加工部からスパッタが高速度で周囲
に飛散し、その一部は上記流体通路の開口を通って上記
出射光学部側に向けて飛散することがある。

【００１４】この場合、上記流体通路には第１流体供給
手段により第１の流体が供給されしかも該流体通路の下
流側に位置する一端が開放端とされているとともに、該
流体通路の通路壁の出射光軸方向に対向する二位置にそ
れぞれ上記開口が設けられていることから、該各開口部
分においては該各開口の内側を流れる第１の流体の流体
圧と該各開口の外側の空気圧との間に差圧が生じ該各開
口を通して外部の空気を流体通路内に吸引する吸引作用
が発生する。

【００１５】このため、上記流体通路の上記開口側に向
けてスパッタが飛散した場合、該スパッタは加工部寄り
に位置する開口部分においては積極的に流体通路内に吸
引されるとともに該流体通路内に吸引された後は該流体
通路内を流れる流体の流体圧により該流体通路の一端側
へ押し流される状態で排出される。また、かかる流体圧
による排出作用にも拘わらずこれに抗してスパッタがさ
らに上記レーザ光出射トーチ寄りの開口側へ飛散しよう
とした場合、このスパッタは該開口を通して外部から吸
引される空気流により押し戻し作用を受けることで該開
口から出射光学部側への飛び出しが可及的に抑制され、
上記流体通路内を第１の流体の流体圧によりその一端側
へ押し流されて排出されることになる。

【００１６】従って、この第１の発明にかかるレーザ加
工装置によれば、レーザ加工に伴ってワークの加工部か
ら飛散するスパッタがレーザ光出射トーチの出射光学部
側に到達してこれに付着するのが可及的に防止されるこ
とから、該出射光学部の適正なレーザ光出射特性が長期
に亙って維持され、該出射光学部の長期間のメンテナン
スフリーが実現され、延いてはレーザ加工装置の運転経
費の低減にも寄与し得るものである。

【００１７】 本願の第２の発明にかかるレーザ加工
装置によれば、上記第１の発明にかかるレーザ加工装置
における上記流体通路がベンチュリー部を備え、該ベン
チュリー部に上記開口を設けているので、該ベンチュリ
ー部においては上記第１の流体の絞り作用が得られる。
このため、例えば上記流体通路を直管状とし且つその管
壁に上記開口を設ける場合に比して、上記第１の流体の
上記ベンチュリー部における流速がより一層速くなり、
それだけ上記開口からベンチュリー部の内部に到達した
スパッタに対する該第１の流体による押し流し排出作用
が高められるとともに、ベンチュリー部内の流速の上昇
に伴って該ベンチュリー部に設けた上記開口を通しての
吸引作用もさらに高められ、これらの相乗効果として、
レーザ光出射トーチの出射光学部へのスパッタの付着防
止効果がさらに高められるものである。

【００１８】 本願の第３の発明にかかるレーザ加工
装置によれば、上記に記載の効果に加えて、次のよう
な特有の効果が奏せられるものである。即ち、この第３
の発明にかかるレーザ加工装置においては、上記レーザ
光出射トーチと上記ベンチュリー部との間に第２の流体
を供給する第２流体供給手段を設けるとともに、該第２
流体供給手段の流体供給方向を上記出射光軸に直交する
方向よりも上記ベンチュリー部寄りへ傾斜せしめている
ので、例えば上記ベンチュリー部に設けた各開口を通っ
てさらに上記出射光学部側に飛散しようとするスパッタ
がある場合、このスパッタは上記第２の流体により斜め
下方へ向けて吹き飛ばされ、該出射光学部側への飛散が
防止されることとなり、該出射光学部へのスパッタの付
着防止がさらに確実ならしめられるものである。

【００１９】 本願の第４の発明にかかるレーザ加工
装置によれば、上記に記載の効果が得られるのに加え
て、上記第１流体供給手段及び第２流体供給手段により
それぞれ供給される第１及び第２流体が空気とされてい
るので、該第１及び第２の流体の回収手段を設けること
なくこれらをそのまま大気に放出すればよく、それだけ
レーザ加工装置の構造の簡略化及び低コスト化が期待で
きるものである。

【００２０】 本願の第５の発明にかかるレーザ加工
装置によれば、上記に記載の効果に加えて次のような
特有の効果が奏せられるものである。即ち、上記ベンチ
ュリー部に対して上記レーザ光出射トーチの反対側に位
置する部位に向けてシールドガスを供給するシールドガ
ス供給手段を備え、該シールドガスによりワークの加工
部を被覆しシールドガス雰囲気中で加工を行うが、この
場合、スパッタ排除用の第１及び第２の流体のうち、第
１の流体はベンチュリー部を流通し、第２の流体は該ベ
ンチュリー部よりも上方位置を流通しているので、これ
ら第１及び第２の流体によって上記シールドガス雰囲気
が影響を受けるということがほとんどなく、シールドガ
スによる加工部の酸化抑制効果を十二分に発揮させるこ
とができ、より良質な加工が可能となるものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１には、本願発明にかかるレー
ザ加工装置Ｚの好適な実施形態を示している。このレー
ザ加工装置Ｚは、放出筒２の先端部に、レーザ光集光用
のレンズ３と保護ガラス４とを所定間隔をもって前後に
配置してなる出射光学部１ａを設けたレーザ光出射トー
チ１を備えてなる。

【００２２】さらに、このレーザ光出射トーチ１の先端
部には、上記出射光学部１ａの出射方向前方側部分を覆
うようにして筺体５が取り付けられるとともに、該筺体
５には次述する空気供給管６と空気供給管１１がそれぞ
れ取り付けられている。

【００２３】上記空気供給管６は、特許請求の範囲中の
「流体通路」に該当するものであって、その先端部分６
ａをベンチュリー部７とした管体で構成され、その上流
側には空気（特許請求の範囲中の「第１の流体」に該当
する）の供給源（図示は省略するが、特許請求の範囲中
の「第１流体供給手段」に該当する）が接続されてい
る。また、この空気供給管６の下流端６ｂ（即ち、ベン
チュリー部７の下流端７ａ）は上記レーザ光出射トーチ
１の出射光学部１ａからその前方へ向けて出射されるレ
ーザ光の出射光軸を直交方向に横切ってその前方側に開
口せしめられており、該ベンチュリー部７の最絞り部７
ｂに上記出射光軸が直交状態で交差している。そして、
この最絞り部７ｂの上記出射光軸方向において対向する
上下の通路壁には、図１及び図２に示すように、それぞ
れ該通路壁を貫通して開口８及び開口９が形成されてい
る。この各開口８，９は、それぞれ特許請求の範囲中の
「開口」に該当するものであって、上記レーザ光出射ト
ーチ１の出射光軸から出射されるレーザ光束Ｒの通過を
許容し得る大きさを有するが、該レーザ光束Ｒが収束光
であることから、レーザ光出射トーチ１寄りに位置する
開口８は、出射方向前方寄りに位置する上記開口９より
も開口面積が大きくなっている。

【００２４】上記空気供給管１１は、その上流側に空気
源（図示しないが、特許請求の範囲中の「第２空気供給
手段」に該当する）が接続された管体で構成され、上記
ベンチュリー部７の最絞り部７ｂの近傍へ向けてその斜
め上方から空気（特許請求の範囲中の「第２の流体」に
該当する）を吹き付けることができるようにして上記筺
体５に取り付けられている。

【００２５】さらに、このレーザ加工装置Ｚには、上記
ベンチュリー部７の下方側で且つ上記レーザ光束Ｒの照
射位置に対応する部位にシールドガスを供給するための
ガス供給管１２を備えている。

【００２６】続いて、このレーザ加工装置Ｚを使用して
ワークＷに溶接加工を行う場合についてその作動等を説
明する。

【００２７】溶接加工に際しては、上記空気供給管６の
ベンチュリー部７に空気Ａ₁を供給しこれを該ベンチュ
リー部７を通してその開放した下流端７ａ側に吹き出さ
せる。また同時に、上記空気供給管１１から上記ベンチ
ュリー部７の上面側に設けた開口８側に向けて斜め上方
から空気Ａ₂を吹き出させる。また、上記ガス供給管１
２からワークＷの溶接部位に向けてシールドガスを供給
し該部位をシールドガス雰囲気により包み込んで溶接部
が空気と接触するのを遮断する。

【００２８】このようにした状態で、レーザ加工装置Ｚ
を作動させて上記レーザ光出射トーチ１の出射光学部１
ａからレーザ光を出射し、そのレーザ光束Ｒを上記ベン
チュリー部７に設けた開口８，９を通してワークＷの溶
接位置に照射すると、該溶接位置においては周囲がシー
ルドガスに包まれた状態下で該ワークＷが溶融し所定の
溶接加工が行われる。

【００２９】このようにして溶接が行われる場合、ワー
クＷの溶融に伴ってスパッタＳが高速度で周囲に飛散
し、その一部はその溶融部分の上方に位置する上記ベン
チュリー部７に設けた開口８，９を通って上記レーザ光
出射トーチ１の出射光学部１ａ側に向けて飛散し、場合
によってはこの飛散したスパッタＳが上記出射光学部１
ａに飛散到達し、その保護ガラス４に付着してレーザ光
の出射特性を阻害する等の不都合が発生することが懸念
されることは既述の通りである。

【００３０】ところが、この実施形態のものにおいて
は、上述のようにその下流端７ａが開放された上記ベン
チュリー部７内に空気Ａ₁が供給され、この空気が該ベ
ンチュリー部７内を絞られながら高速で流通しているこ
とから、該ベンチュリー部７の最絞り部７ｂに設けられ
た上記各開口８，９部分においては該各開口８，９の内
側を流れる高速空気流の空気圧と該各開口８，９の外側
の空気圧との間に大きな差圧が生じ、該各開口８，９を
通して外部の空気Ａ₃をベンチュリー部７内に吸引する
吸引作用が発生する。

【００３１】このため、上記ベンチュリー部７の上記開
口９側に向けてスパッタＳが飛散した場合、該スパッタ
Ｓは下側に位置する上記開口９部分においては該開口９
を通して積極的にベンチュリー部７内に吸引されるとと
もに、該ベンチュリー部７内に吸引された後は該ベンチ
ュリー部７内を高速で流れる空気流の空気圧によりその
下流端７ａ側へ押し流される状態で空気流Ａ₄とともに
該下流端７ａ側へ排出される。また、かかる空気圧によ
る排出作用にも拘わらずこれに抗してスパッタＳがさら
に上側に位置する上記開口８側へ飛散した場合、このス
パッタＳは該開口８を通して外部から吸引される空気流
Ａ₃により押し戻し作用を受けることで該開口８から上
記出射光学部１ａ側への飛び出しが可及的に抑制され、
上記ベンチュリー部７内を流れる空気流Ａ₃と共にその
下流端７ａ側から排出されることになる。

【００３２】さらに、上記レーザ光出射トーチ１と上記
ベンチュリー部７との間には空気供給管１１から斜め下
方へ向けて空気Ａ₂が吹き出されているので、例えば上
記ベンチュリー部７の最絞り部７ｂの上側位置に設けた
開口８を通ってさらに上記出射光学部１ａ側に飛散しよ
うとするスパッタＳがある場合、このスパッタＳは上記
空気流Ａ₂により斜め下方へ向けて吹き飛ばされ、該出
射光学部１ａ側への飛散が防止されることになる。

【００３３】このように、この実施形態のレーザ加工装
置Ｚにおいては、ワークＷへの溶接加工に伴い該ワーク
Ｗ側から上記レーザ光出射トーチ１の出射光学部１ａ側
に向けて飛散するスパッタＳを、上記空気供給管６のベ
ンチュリー部７内を流れる空気流Ａ₄と該ベンチュリー
部７の上側部分を斜め下方へ向けて流れる空気流Ａ₂と
によって効果的に側方へ吹き飛ばして排除するようにし
ているので、該スパッタＳが上記出射光学部１ａの保護
ガラス４に到達してここに付着することが可及的に防止
され、該出射光学部１ａの適正なレーザ光出射特性が長
期に亙って維持され良好な溶接加工が担保されるととも
に、該出射光学部１ａの長期間のメンテナンスフリーの
実現によりレーザ加工装置Ｚの運転経費の低減も期待で
きるものである。

【００３４】尚、この実施形態のものにおいては、図２
に示すように、上記ベンチュリー部７を円形断面状に形
成しているが、該ベンチュリー部７の断面形状はその内
部を流通する空気流に対して所定の絞り作用を付与し得
る構造であれば良く、例えば図３に示すように楕円状の
断面形状を有する如く形成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明にかかるレーザ加工装置の好適な実施
形態を示す断面図である。

【図２】図１のII-II拡大断面図である。

【図３】他の実施形態におけるベンチュリー部の断面図
である。

【符号の説明】

１はレーザ光出射トーチ、１ａは出射光学部、２は放出
筒、３はレンズ、４は保護ガラス、５は筺体、６は空気
供給管、７はベンチュリー部、７ｂは最絞り部、８及び
９は開口、１１は空気供給管、１２はガス供給管、Ｒは
レーザ光、Ｓはスパッタ、Ｗはワークである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光照射用レンズとその前面側に配
   置された保護ガラスとからなる出射光学部を備えたレー
   ザ光出射トーチからレーザ光をワークに照射して所定の
   加工を行うようにしたレーザ加工装置であって、 上記レーザ光出射トーチの出射方向前方位置に出射光軸
   と略直交するようにして配置されるとともにその一端が
   開放された流体通路と、 該流体通路の他端側に配置されて該流体通路に第１の流
   体を供給する第１流体供給手段とを備えるとともに、 上記流体通路の通路壁の上記出射光軸に対応し且つ通路
   中心軸を挟んで該出射光軸方向に対向する二位置にレー
   ザ光束の通過を許容する開口がそれぞれ設けられている
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記流体通路がベンチュリー部を備え、該ベンチュリー
   部に上記開口が設けられていることを特徴とするレーザ
   加工装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 上記レーザ光出射トーチと上記ベンチュリー部との間に
   第２の流体を供給する第２流体供給手段が設けられると
   ともに、 該第２流体供給手段の流体供給方向が上記出射光軸に直
   交する方向よりも上記ベンチュリー部寄りへ傾斜せしめ
   られていることを特徴とするレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 上記第１流体供給手段及び第２流体供給手段によりそれ
   ぞれ供給される上記第１の流体及び第２の流体が空気で
   あることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 上記ベンチュリー部に対して上記レーザ光出射トーチの
   反対側に位置する部位に向けてシールドガスを供給する
   シールドガス供給手段が備えられていることを特徴とす
   るレーザ加工装置。