JPH11267876A - レーザ加工用ノズル - Google Patents
レーザ加工用ノズルInfo
- Publication number
- JPH11267876A JPH11267876A JP10074434A JP7443498A JPH11267876A JP H11267876 A JPH11267876 A JP H11267876A JP 10074434 A JP10074434 A JP 10074434A JP 7443498 A JP7443498 A JP 7443498A JP H11267876 A JPH11267876 A JP H11267876A
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- JP
- Japan
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- optical system
- workpiece
- air knife
- nozzle
- laser processing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ加工用ノズルにおいて、溶融金属を十
分にシールドするとともにエアナイフの吹出量を上げて
保護ガラスの汚れを少なくする。 【解決手段】 レーザ加工用ノズルはレーザ光をレンズ
光学系１２で集光して被加工物１３に照射して被加工物
を溶接加工する。レンズ光学系の下側には保護ガラス１
５が配設されており、エアナイフノズル１７ａ〜１７ｃ
からはレンズ光学系と被加工物との間にレーザ光の光軸
を横切るようにエアナイフを吹き出す。一方、シールド
ガス噴出口１６から被加工物にシールドガスが吹き付け
られる。エアナイフは光学系側の圧力が高く被加工物側
の圧力が低くなるような圧力勾配を有している。
分にシールドするとともにエアナイフの吹出量を上げて
保護ガラスの汚れを少なくする。 【解決手段】 レーザ加工用ノズルはレーザ光をレンズ
光学系１２で集光して被加工物１３に照射して被加工物
を溶接加工する。レンズ光学系の下側には保護ガラス１
５が配設されており、エアナイフノズル１７ａ〜１７ｃ
からはレンズ光学系と被加工物との間にレーザ光の光軸
を横切るようにエアナイフを吹き出す。一方、シールド
ガス噴出口１６から被加工物にシールドガスが吹き付け
られる。エアナイフは光学系側の圧力が高く被加工物側
の圧力が低くなるような圧力勾配を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置、
特に、レーザ溶接装置に用いられるレーザ加工用ノズル
に関する。
特に、レーザ溶接装置に用いられるレーザ加工用ノズル
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、レーザ溶接装置では、被加工物
にレーザ光を照射して、溶接等を行っており、レーザ溶
接装置にはレーザ光を被加工物上に集光するためのレン
ズ（光学系）を有するノズルが備えられている。
にレーザ光を照射して、溶接等を行っており、レーザ溶
接装置にはレーザ光を被加工物上に集光するためのレン
ズ（光学系）を有するノズルが備えられている。
【０００３】レーザ溶接装置で被加工物を熱加工（溶
接）する際には、レーザ光によってプルーム（プラズマ
状のガス体）が発生するばかりでなく、ヒューム（蒸発
金属等の微粉末）及びスパッター（溶融金属が飛散した
もの）が発生する。従って、このようなプルーム、ヒュ
ーム、及びスパッター（以下スパッター等と総称する）
からレンズ光学系を保護する必要がある。さらに、プル
ームは、レーザ光の被加工物への到達を妨げるために、
積極的に除去する必要がある。
接）する際には、レーザ光によってプルーム（プラズマ
状のガス体）が発生するばかりでなく、ヒューム（蒸発
金属等の微粉末）及びスパッター（溶融金属が飛散した
もの）が発生する。従って、このようなプルーム、ヒュ
ーム、及びスパッター（以下スパッター等と総称する）
からレンズ光学系を保護する必要がある。さらに、プル
ームは、レーザ光の被加工物への到達を妨げるために、
積極的に除去する必要がある。
【０００４】ここで、図３を参照して、従来のレーザ加
工用ノズルについて概説する。
工用ノズルについて概説する。
【０００５】図示のノズルはノズル筐体１１を備えてお
り、このノズル筐体１１にはレンズ光学系１２が装着さ
れている。そして、レンズ光学系１２によってレーザ光
が集光されて、被加工物（金属被加工物）１３に照射さ
れ、例えば、溶接が行われる。
り、このノズル筐体１１にはレンズ光学系１２が装着さ
れている。そして、レンズ光学系１２によってレーザ光
が集光されて、被加工物（金属被加工物）１３に照射さ
れ、例えば、溶接が行われる。
【０００６】プルーム、ヒューム、及びスパッターから
レンズ光学系を保護するため、ノズル筐体１１にはエア
ナイフノズル１４ａが備えられている。エアナイフノズ
ル１４ａに対向してノズル筐体１１にはエアナイフ出口
１４ｂが形成されている。エアナイフノズル１４ａから
エア（エアナイフ）がレンズ光学系１２の下側に太線矢
印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｂから
排出される。そして、エアナイフによって、レンズ光学
系１２を保護している。
レンズ光学系を保護するため、ノズル筐体１１にはエア
ナイフノズル１４ａが備えられている。エアナイフノズ
ル１４ａに対向してノズル筐体１１にはエアナイフ出口
１４ｂが形成されている。エアナイフノズル１４ａから
エア（エアナイフ）がレンズ光学系１２の下側に太線矢
印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｂから
排出される。そして、エアナイフによって、レンズ光学
系１２を保護している。
【０００７】通常、エアナイフのみではレンズ光学系１
２の保護が十分でないため、レンズ光学系１２の下側に
レンズ光学系１２を保護するための保護ガラス１５が配
設される。
２の保護が十分でないため、レンズ光学系１２の下側に
レンズ光学系１２を保護するための保護ガラス１５が配
設される。
【０００８】ノズル筐体１１の先端には被加工物１３に
シールドガスを吹き付けるシールドガス噴出口１６が形
成されている。このシールドガスは被加工物１３がレー
ザ光に溶融された際、溶融金属の酸化を防止するための
ものであり、細線矢印で示すように、シールドガスはエ
アナイフとともにエアナイフ出口１４ｂから排出され
る。
シールドガスを吹き付けるシールドガス噴出口１６が形
成されている。このシールドガスは被加工物１３がレー
ザ光に溶融された際、溶融金属の酸化を防止するための
ものであり、細線矢印で示すように、シールドガスはエ
アナイフとともにエアナイフ出口１４ｂから排出され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エアナイフ
でスパッター等を完全に遮断することは難しく、このた
め、エアナイフで遮断できなかったスパッター等が保護
ガラス１５に付着することになる。そして、保護ガラス
１５への付着量が多くなると、被加工物１３へのレーザ
光の照射が妨げられることになってしまう。このため、
適宜保護ガラス１５を交換する必要がある。
でスパッター等を完全に遮断することは難しく、このた
め、エアナイフで遮断できなかったスパッター等が保護
ガラス１５に付着することになる。そして、保護ガラス
１５への付着量が多くなると、被加工物１３へのレーザ
光の照射が妨げられることになってしまう。このため、
適宜保護ガラス１５を交換する必要がある。
【００１０】このような保護ガラスの交換を行うと、必
然的に、レーザ加工等を中断しなければならず、作業効
率が低下してしまうという問題点がある。
然的に、レーザ加工等を中断しなければならず、作業効
率が低下してしまうという問題点がある。
【００１１】加えて、大出力のレーザにおいては、保護
ガラス１５がレーザ光を反射して、周辺に悪影響を与え
ることがある。このため、保護ガラスにレーザ光の波長
に合ったＡＲコート（対反射コート）を施す必要があ
る。このようなＡＲコートを施した保護ガラスは高価な
ものとなって、頻繁に交換することができなくなってし
まう。つまり、使い捨てとするには保護ガラスが高価と
なってしまう。
ガラス１５がレーザ光を反射して、周辺に悪影響を与え
ることがある。このため、保護ガラスにレーザ光の波長
に合ったＡＲコート（対反射コート）を施す必要があ
る。このようなＡＲコートを施した保護ガラスは高価な
ものとなって、頻繁に交換することができなくなってし
まう。つまり、使い捨てとするには保護ガラスが高価と
なってしまう。
【００１２】保護ガラスの使用時間を長くするために
は、エアナイフを強くする必要がある。このため、エア
ナイフ吹出口のガス圧力を上げてエアの流速を上げた場
合、前述のシールドガスがエアナイフに巻き込まれてし
まい、被加工物上の溶融金属のシールド不良が発生して
しまうという問題点がある。また、エアナイフはシール
ドに影響を与えてしまうため、被加工物から距離をとっ
て設置されている。このため、プルームの上方の一部が
除去されるだけで、レーザ光を溶融点（溶融池）に円滑
に投入することが難しい。
は、エアナイフを強くする必要がある。このため、エア
ナイフ吹出口のガス圧力を上げてエアの流速を上げた場
合、前述のシールドガスがエアナイフに巻き込まれてし
まい、被加工物上の溶融金属のシールド不良が発生して
しまうという問題点がある。また、エアナイフはシール
ドに影響を与えてしまうため、被加工物から距離をとっ
て設置されている。このため、プルームの上方の一部が
除去されるだけで、レーザ光を溶融点（溶融池）に円滑
に投入することが難しい。
【００１３】シールドガスの巻き込みを防止するため、
シールドガスの噴出圧力を上げると、今度は、シールド
ガス流に乱気流が発生して、シールドガス流が周辺の大
気を巻き込んでしまい、シールド不良が発生してしま
う。つまり、溶接用のシールドガスは溶融金属を柔らか
く包み込むような状態で流す必要がある。
シールドガスの噴出圧力を上げると、今度は、シールド
ガス流に乱気流が発生して、シールドガス流が周辺の大
気を巻き込んでしまい、シールド不良が発生してしま
う。つまり、溶接用のシールドガスは溶融金属を柔らか
く包み込むような状態で流す必要がある。
【００１４】いずれにしても、従来のレーザ加工用ノズ
ルでは、エアナイフは、シールドガスに影響を与えない
程度の吹出量で噴出させる必要がある。
ルでは、エアナイフは、シールドガスに影響を与えない
程度の吹出量で噴出させる必要がある。
【００１５】本発明の目的は、プルームの除去と保護ガ
ラスの交換率の低いレーザ加工用ノズルを提供すること
にある。
ラスの交換率の低いレーザ加工用ノズルを提供すること
にある。
【００１６】本発明の他の目的は、溶融金属を十分にシ
ールドできて、プルームの積極的な除去を行いながらエ
アナイフの吹出量を上げることのできるレーザ加工用ノ
ズルを提供することにある。
ールドできて、プルームの積極的な除去を行いながらエ
アナイフの吹出量を上げることのできるレーザ加工用ノ
ズルを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ノズル
筐体と、該ノズル筐体に取り付けられた光学系とを有
し、レーザ光を前記光学系で集光して被加工物に照射し
て前記被加工物を溶接加工するためのレーザ加工用ノズ
ルであって、前記光学系と前記被加工物との間に前記レ
ーザ光の光軸を横切るようにエア流を生じさせるエア流
吹出ノズル部と、前記被加工物にシールドガスを吹き付
けるシールドガス供給部とを有し、前記エア流は前記光
学系側の圧力が高く前記被加工物側の圧力が低くなるよ
うな圧力勾配を有していることを特徴とするレーザ加工
用ノズルが得られる。
筐体と、該ノズル筐体に取り付けられた光学系とを有
し、レーザ光を前記光学系で集光して被加工物に照射し
て前記被加工物を溶接加工するためのレーザ加工用ノズ
ルであって、前記光学系と前記被加工物との間に前記レ
ーザ光の光軸を横切るようにエア流を生じさせるエア流
吹出ノズル部と、前記被加工物にシールドガスを吹き付
けるシールドガス供給部とを有し、前記エア流は前記光
学系側の圧力が高く前記被加工物側の圧力が低くなるよ
うな圧力勾配を有していることを特徴とするレーザ加工
用ノズルが得られる。
【００１８】例えば、前記エア流吹出ノズル部は複数の
ノズルを備えており、該複数のノズルは前記光学系から
前記被加工物方向に並列に配列されており、前記光学系
に最も近いノズルからのエア流の圧力を最も高し、前記
被加工物に最も近いノズルからのエア流の圧力を最も低
くする。このことにより、ヒューム、スパッタ、及びプ
ルームの除去が円滑に行える。
ノズルを備えており、該複数のノズルは前記光学系から
前記被加工物方向に並列に配列されており、前記光学系
に最も近いノズルからのエア流の圧力を最も高し、前記
被加工物に最も近いノズルからのエア流の圧力を最も低
くする。このことにより、ヒューム、スパッタ、及びプ
ルームの除去が円滑に行える。
【００１９】また、前記エア流と前記光学系との間には
前記光学系を保護するための保護ガラスを設けることが
望ましい。
前記光学系を保護するための保護ガラスを設けることが
望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２１】図１を参照して、図示のノズルはノズル筐
体１１を備えており、このノズル筐体１１にはレンズ光
学系１２が装着されている。そして、レンズ光学系１２
によってレーザ光が集光されて、被加工物（金属被加工
物）１３に照射され、例えば、溶接が行われる。
体１１を備えており、このノズル筐体１１にはレンズ光
学系１２が装着されている。そして、レンズ光学系１２
によってレーザ光が集光されて、被加工物（金属被加工
物）１３に照射され、例えば、溶接が行われる。
【００２２】プルーム、ヒューム、及びスパッターから
レンズ光学系１２の下側にレンズ光学系１２を保護する
ための保護ガラス１５が配設されている。また、ノズル
筐体１１の先端には被加工物１３にシールドガスを吹き
付けるシールドガス噴出口１６が形成されている。この
シールドガスは被加工物１３がレーザ光に溶融された
際、溶融金属の酸化を防止するためのものである。
レンズ光学系１２の下側にレンズ光学系１２を保護する
ための保護ガラス１５が配設されている。また、ノズル
筐体１１の先端には被加工物１３にシールドガスを吹き
付けるシールドガス噴出口１６が形成されている。この
シールドガスは被加工物１３がレーザ光に溶融された
際、溶融金属の酸化を防止するためのものである。
【００２３】プルーム、ヒューム、及びスパッターから
レンズ光学系１２を保護するため、ノズル筐体１１には
複数のエアナイフノズルが備えられている（図示の例で
は、３つのエアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃが備えら
れている）。エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃに対向
して、ノズル筐体１１にはエアナイフ出口１７ｄが形成
されている。
レンズ光学系１２を保護するため、ノズル筐体１１には
複数のエアナイフノズルが備えられている（図示の例で
は、３つのエアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃが備えら
れている）。エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃに対向
して、ノズル筐体１１にはエアナイフ出口１７ｄが形成
されている。
【００２４】図示のように、エアナイフノズル１７ａ乃
至１７ｃは並列的に（多段に）配置されており、図中上
側からエアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃの順に位置付
けられている。エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃから
エア（エアナイフ）を送出する際には、エアナイフノズ
ル１７ｃ乃至１７ａの順にエアナイフの流速を上げる。
つまり、エアナイフノズル１７ａの吐出圧を最も高く設
定し、エアナイフノズル１７ｃの吐出圧を最も低く設定
する。この結果、エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃか
らはそれぞれエアナイフがレンズ光学系１２の下側に太
線矢印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｄ
から排出される。
至１７ｃは並列的に（多段に）配置されており、図中上
側からエアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃの順に位置付
けられている。エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃから
エア（エアナイフ）を送出する際には、エアナイフノズ
ル１７ｃ乃至１７ａの順にエアナイフの流速を上げる。
つまり、エアナイフノズル１７ａの吐出圧を最も高く設
定し、エアナイフノズル１７ｃの吐出圧を最も低く設定
する。この結果、エアナイフノズル１７ａ乃至１７ｃか
らはそれぞれエアナイフがレンズ光学系１２の下側に太
線矢印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｄ
から排出される。
【００２５】上述のように、複数のエアナイフノズルを
並列的に配設し、一番下側のエアナイフの流速を遅く
し、一番上側のエアナイフの流速を速くすることによっ
て、つまり、一番上側のエアナイフの圧力が最も高くな
るような圧力勾配とすると（即ち、エアナイフの幅を厚
くして、レンズ光学系側の圧力が高く被加工物側の圧力
が低くなるようにエアナイフに圧力勾配を設けると）、
シールドガスが吸引されることなく、しかも保護ガラス
にスパッター等が付着するを確実に防止でき、プルーム
の除去が行える。言い換えると、一番上側のエアナイフ
の流速を速くして、これによって、保護ガラスへのスパ
ッター等の付着を防止し、一番下側のエアナイフの流速
を遅くして、シールドガスの巻き込みを防止するように
している。
並列的に配設し、一番下側のエアナイフの流速を遅く
し、一番上側のエアナイフの流速を速くすることによっ
て、つまり、一番上側のエアナイフの圧力が最も高くな
るような圧力勾配とすると（即ち、エアナイフの幅を厚
くして、レンズ光学系側の圧力が高く被加工物側の圧力
が低くなるようにエアナイフに圧力勾配を設けると）、
シールドガスが吸引されることなく、しかも保護ガラス
にスパッター等が付着するを確実に防止でき、プルーム
の除去が行える。言い換えると、一番上側のエアナイフ
の流速を速くして、これによって、保護ガラスへのスパ
ッター等の付着を防止し、一番下側のエアナイフの流速
を遅くして、シールドガスの巻き込みを防止するように
している。
【００２６】なお、図示の例では、３段にエアナイフノ
ズルを設けた例について説明したが、２段にエアナイフ
ノズルを設けて、上段のエアナイフ流速を速くして、下
段のエアナイフの流速を遅くするようにすれば、同様の
効果が得られる。
ズルを設けた例について説明したが、２段にエアナイフ
ノズルを設けて、上段のエアナイフ流速を速くして、下
段のエアナイフの流速を遅くするようにすれば、同様の
効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エア
ナイフの幅を厚くして、レンズ光学系側の圧力が高く被
加工物側の圧力が低くなるようにエアナイフに圧力勾配
を設けたから、保護ガラスへのスパッター等の付着を確
実に防止でき、プルームの除去も行えるばかりでなく、
シールドガスの巻き込みをなくして溶融金属を良好にシ
ールドできるという効果がある。加えてシールドガスの
巻き込みを考慮することなく、エアナイフの圧力を設定
することができることになり、エアナイフの吹出圧力を
あげても、つまり、エアナイフの流速を上げても、シー
ルドガスの巻き込みがなくなり、しかも、エアナイフに
よって保護ガスへスパッター等が付着することが少なく
なって、保護ガラスの交換率を減らすことができるとい
う効果がある。
ナイフの幅を厚くして、レンズ光学系側の圧力が高く被
加工物側の圧力が低くなるようにエアナイフに圧力勾配
を設けたから、保護ガラスへのスパッター等の付着を確
実に防止でき、プルームの除去も行えるばかりでなく、
シールドガスの巻き込みをなくして溶融金属を良好にシ
ールドできるという効果がある。加えてシールドガスの
巻き込みを考慮することなく、エアナイフの圧力を設定
することができることになり、エアナイフの吹出圧力を
あげても、つまり、エアナイフの流速を上げても、シー
ルドガスの巻き込みがなくなり、しかも、エアナイフに
よって保護ガスへスパッター等が付着することが少なく
なって、保護ガラスの交換率を減らすことができるとい
う効果がある。
【００２８】また、同時にプルームが除去されることに
よって、レーザ光が被加工物に円滑に到達させられると
いう効果がある。
よって、レーザ光が被加工物に円滑に到達させられると
いう効果がある。
【図１】本発明によるレーザ加工用ノズルの一例を示す
側方からみた断面図である。
側方からみた断面図である。
【図２】従来のレーザ加工用ノズルを示す図であり、
（ａ）は側方からみた断面図、（ｂ）は上方からみた図
である。
（ａ）は側方からみた断面図、（ｂ）は上方からみた図
である。
１１ ノズル筐体 １２ レンズ光学系 １３ 被加工物（金属被加工物） １４ａ エアナイフノズル １５ 保護ガラス １６ シールドガス噴出口 １７ａ〜１７ｃ エアナイフノズル
Claims (3)
- 【請求項１】 ノズル筐体と、該ノズル筐体に取り付け
られた光学系とを有し、レーザ光を前記光学系で集光し
て被加工物に照射して前記被加工物を溶接加工するため
のレーザ加工用ノズルであって、前記光学系と前記被加
工物との間に前記レーザ光の光軸を横切るようにエア流
を生じさせるエア流吹出ノズル部と、前記被加工物にシ
ールドガスを吹き付けるシールドガス供給部とを有し、
前記エア流は前記光学系側の圧力が高く前記被加工物側
の圧力が低くなるような圧力勾配を有していることを特
徴とするレーザ加工用ノズル。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたレーザ加工用ノズ
ルにおいて、前記エア流吹出ノズル部は複数のノズルを
備えており、該複数のノズルは前記光学系から前記被加
工物方向に並列に配列されており、前記光学系に最も近
いノズルからのエア流の圧力が最も高く、前記被加工物
に最も近いノズルからのエア流の圧力が最も低いことを
特徴とするレーザ加工用ノズル。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載されたレーザ加工
用ノズルにおいて、前記エア流と前記光学系との間には
前記光学系を保護するための保護ガラスが設けられてい
ることを特徴とするレーザ加工用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074434A JPH11267876A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | レーザ加工用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074434A JPH11267876A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | レーザ加工用ノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11267876A true JPH11267876A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=13547121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10074434A Withdrawn JPH11267876A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | レーザ加工用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11267876A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1998
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