JPS5944154B2 - レ−ザ切断方法およびその装置 - Google Patents

レ−ザ切断方法およびその装置

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JPS5944154B2
JPS5944154B2 JP57040134A JP4013482A JPS5944154B2 JP S5944154 B2 JPS5944154 B2 JP S5944154B2 JP 57040134 A JP57040134 A JP 57040134A JP 4013482 A JP4013482 A JP 4013482A JP S5944154 B2 JPS5944154 B2 JP S5944154B2
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JP
Japan
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laser beam
cutting
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hole
cooling
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JP57040134A
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盛一郎 木村
芳生 門
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/147Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
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Description

【発明の詳細な説明】 溌明の技術分野〕 この発明は比較的厚い鋼板等の材料を適切に切断するレ
ーザ切断方法およびその装置に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕レーザ光による
鋼板等の厚物切断は一般の溶断加工と同様熱源が異なる
以外は大差ないものである。
すなわち、集束されたレーザー光を酸素ガスとともにノ
ズルより放出せしめて切断している。また、抜き板切断
加工や、スリット加工では加工開始部分に下穴をあける
工程が必要になるが、この下穴加工に対してはドリル加
工やもしくはレーザ光の照射にある加工が選ばれる。前
者の加工では工程や労力の増加のため、切断加工に供さ
れる後者の加工によつて行われることが多いが、酸素ガ
スの供給なしでは溶融物が下穴加工部分に付着すること
から切断時と同様に酸素ガスの供給の下に行なわれる。
しかしながら、このようにして下穴加工すると、穴の大
きさは切断される加工物の厚さに比例して大きくなる。
たとえば9−厚の場合では約10−径の穴になる。さら
に、切断中においてレーザ光とともに供給される酸素ガ
ス雰囲気の純度が空気の混入で低下すると、酸化反応に
支障をきたし、レーザー光の照射部分は十分に吹き飛ば
されずに未切断部を形成する。
この未切断部において、切除予定部分は溶融塊とし残り
温度上昇する。これが発火源となつて自己発火(−eル
フバーニング)現象を引き起すこととなり、切断加工を
停止せざるを得なくなる。C明の目的〕 この発明は、自已発火現象が起こることなく正常にレー
ザ切断できる方法および装置を提供するものである。
溌明の概要〕 加工開始における下穴の加工時には純酸素以外の空気等
の補助ガスのもとにレーザ加工し穴あけされた冷却した
後、切断中に用いる酸素ガスを高純度に保つてレーザ切
断するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の全体構成を示すもので、レーザ発振
器1と、この発振器1から放出されたレーザ光2を導入
する鏡筒3と、この鏡筒3を主体にして各種の補助ガス
を上記鏡筒3で形成された集束レーザ光とともに補助ガ
スを加工部に吹きつける照射部4と、レーザ光2を鏡筒
3へ導く第1の反射鏡5aと、鏡筒3内に設けられた第
1の反射鏡5aの反射光を受けて上記加工部へ偏向する
ための第2の反射鏡5bと、第1の反射鏡5aと鏡筒3
を矢印Aで示すX方向に同期的に走査させる第1の駆動
機構6と、鏡筒3のみを矢印Bで示すY方向に独立して
走査させる第2の駆動機構7と、レーザ発振器1と第1
の反射鏡5aとの間の光路2′に第3の反射鏡8を出入
自在にする第3の駆動機構9と、第3の反射鏡8による
反射光を導入する熱吸収体10、および上記第1乃至第
3の駆動機構6,r,9と上記照射部4における補助ガ
ス噴出用の後述する電磁開閉弁11a,11b,11c
,11dとを加工程に従つて駆動または作動制御する制
御装置12とから構成されている。
ここで上記照射部4の部分を第2図にて詳細に説明する
。すなわち、鏡筒3内にはレーザ光2透過させ加工物1
3に集束レーザ光21を照射するための集光レンズ14
が保持されている。集束レーザ光2″の出口側になる鏡
筒3の先端部には連結具15を介しノズル16が取り付
けられている。また鏡筒3には供給管17が集光レンズ
14とノズル16との間の鏡筒3内部に連通するように
接続されている。供給管17&$それぞれ電磁開閉弁1
1a,11bの設けられている加圧酸素供給管19およ
び加圧空気供給管20に分岐して接続されている。上記
ノズル16にはその中央部に集光レンズ14を透過した
集束レーザ光2Iを透過させる通過孔21とこの通過孔
21の周囲に複数個の補助用の通気孔22・・・とが穿
設され、それぞれ供給管17より送られてくるガスの噴
射口になつている。通気孔22・・・は例えば8個等角
度に環状を呈するように形成してもよいが、第3図aお
よびbに示すようにほぼ半円弧状の二つのスリツト23
a,23bを同心円的に形成したノズル15′あるいは
出口部のみ通気孔22に連通する環状スリツト24に形
成し5たノズル161′にしてもよい。なお、環状スリ
ツト24にした場合はこのスリツトとの境になる通気孔
22の端部は気体が拡散する形状にしておくことが望ま
しい。ところで、鏡筒3の外部には加工物13に向けて
冷却用ガスを送る冷却管25と、供給管17に接続し、
加工中生じる飛散物を集束レーザ光211の軸線に直交
する方向に吹き飛ばす除去用ノズル26とが鏡筒3を間
にし、支持部材27a.27bによつて鏡筒3と一体に
対向して取り付けられている。上記の冷却管25と除去
用ノズル26とには電磁開閉弁11c,11dがそれぞ
れ接続されている。また、冷却管25の他、上記加圧酸
素供給管19および加圧空気供給管20は鏡筒3の移動
に追従するようにそれぞれ耐圧ゴム管のような可撓管2
8に接続している。冷却管25の先端部はノズル16の
外側部に取り付けられている環状管29に接続されてい
る。この環状管29は加工物13gIAに向けて穿設さ
れた多数の噴出口29aを有した冷却用気体の出口部分
になつている。30は加工物13載置用のテーブルで鏡
筒3が上記したような移動をしない場合には、加工物1
3を任意の方向に移動もしくは走査する機構が付加され
る。
次に上記の構成によるレーザ切断について第1図乃至第
4図とに基づいて説明する。
先ずレーザ発振器1を作動し、第3の反射鏡8を光洛外
に出し、放出されていたレーザ光2を一時的に所定位置
に停止している鏡筒3内に導入するとともに、電磁開閉
弁11bおよび11dを開放し、ノズル16の通過孔2
1および通気孔22・・・より加圧空気を常時加工物1
3に向けて噴出させ、また、同時に除去用ノズル26よ
り集束レーザ光2Iの軸線に直交する方向に向けて噴出
させながら上記集束レーザ光21で加工物13に下穴を
開ける加工をする。
下穴の穿設後、電磁開閉弁11b.[1dを閉じ、冷却
管25に接続している環状管29より冷却用気体すなわ
ち、加圧空気を出し上記穿設された直後の下穴部分を好
ましくは常温程度にまで冷却する。この冷却においては
、第3の駆動機構9により第3の反射鏡8がレーザ光路
′2上に移動される。
第3の反射鏡8によつてレーザ光は熱吸収体10に導か
れ、レーザ照射は停止状態になる。そして冷却管25よ
りの加圧空気で下穴が十分冷却された後、再び第1の駆
動機構6で鏡筒3は下穴の加工位置に戻されるとともに
、電磁開閉弁11a,11bは切り換えられ、ノズル1
6より加圧酸素ガスが噴出される。次いで第3の反射鏡
8を光路外に移動し、切断加工図形に従つて第1・第2
の駆動機構21を制御しつつ第1の反射鏡5aと鏡筒3
とを移動させて切断加工を行う。この切断加工ではノズ
ル16において切断部分にレーザ照射部およびその周囲
を加圧酸素で吹きつけているので切断部分は高純度の酸
素雰囲気に保たれる。さらに切断中電磁開閉弁8cは開
放したままになつているので、冷却管15よりの加圧空
気で切断された部分は切断加工に追従しながら環状に冷
却されていく。切断終了後、次の加工物がある場合は、
上記の工程を繰り返し、ない場合はいうまでもなくレー
ザ発振器20その他の駆動や気体供給を停止し作業を終
了する。なお上記実施例で下穴加工に供するガスに酸素
ガス以外の気体として空気を用いたが、窒素ガスでも代
替できるが、加工時間は空気に比べて遅くなる。〔発明
の効果〕 下穴加工において空気の如き純酸素以外の気体を吹きつ
けて行つたので、たとえば板厚が9臨以上でも直径が1
?程度の微小な下穴が得られ幅の狭いスリツト加工等が
可能となり加工範囲を拡げることができた。
また、穿設された下穴を一度冷却してから切断するので
、切断加工の開始時点でも発生していた自已発火現象を
防止し、さらに切断加工中においても切断部分の酸素雰
囲気が高純度に保たれるので、切断部分に切り残しを生
じなくなり自已発火現象なく安定した切断が達成された
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す模式図、第2図は第
1図における照射部の詳細を示す断面図、第3図aおよ
びbはノズル構造の他の実施例を示す平面図、第4図は
上記第1図、第2図の構成による切断を説明するための
工程図である。 1・・・レーザ発振器、3・・・鏡筒、12・・・制御
装置、14・・・集光レンズ、16・・・ノズル、19
・・・加圧酸素供給管、20・・・加圧空気供給管、2
1―通過孔、22・・・通気孔、25・・・冷却管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 加工物の加工開始部およびその周囲に酸素ガス以外
    の補助ガスを吹きつけながら集束レーザ光を照射して下
    穴をあける工程と、上記集束レーザ光の照射を断ち上記
    下穴の部分を冷却する工程と、上記冷却された下穴より
    上記集束レーザ光照射を開始し照射部およびその周囲に
    純酸素ガスを吹き付けて切断する工程と、上記切断中に
    既切断部を冷却する工程とを備えることを特徴とするレ
    ーザ切断方法。 2 レーザ発振器と、鏡筒に保持され上記レーザ発振器
    より放出されたレーザ光を加工物に集光する光学系と、
    上記鏡筒に取り付けられ上記光学系を透過した集束レー
    ザ光の通過孔およびこの通過孔を包囲して穿設された通
    気孔とを有するノズルと、上記ノズルより加工工程にし
    たがつて酸素ガスとその他のガスの加圧気体を別々に噴
    出させる加熱気体供給装置と、上記鏡筒の外部に配設さ
    れ加工部分を空冷する冷却装置と、加工工程にしたがつ
    て上記加圧気体供給装置および冷却装置のそれぞれの作
    動操作に基づく上記レーザ光照射の操作とを制御する制
    御装置と、この制御装置の指令に基づいて上記冷却装置
    を含むレーザ光照射系と工作物とを相対的に移動する移
    動機構とを備えるレーザ切断装置。 3 冷却装置は円弧状噴出口もしくは多数の噴出孔をも
    つ環状管からなる噴出部分がノズルの外側部に設けられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のレ
    ーザ切断装置。
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JPS60200909A (ja) * 1984-03-26 1985-10-11 Toyota Auto Body Co Ltd レ−ザ加工による焼入れ方法およびその装置
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