JPS62118995A

JPS62118995A - 高出力ビ−ム切断装置

Info

Publication number: JPS62118995A
Application number: JP61217353A
Authority: JP
Inventors: リュデイガー・ローテ; カール・テスケ; ゲルト・ゼポルト; ベルナー・ユプトナー
Original assignee: Bee Ii A S Horushiyunkusu & En; Bee Ii A S Horushiyunkusu & Entobitsukurunkusuraboa fur Angebante Shiyutoraarutehinitsuku GmbH
Current assignee: Bee Ii A S Horushiyunkusu & En; Bee Ii A S Horushiyunkusu & Entobitsukurunkusuraboa fur Angebante Shiyutoraarutehinitsuku GmbH
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1987-05-30
Also published as: US4780592A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ワークピース切断装置に関する。

（従来技術の問題点）焦点レーザ及び電子ビームは、金属材料の穴穿は及び切
断に高開度で使用される。切断幅は、通常１／１０ｍｍ
である。従って、そのような細い切り溝は、きれいな切
断面を得るためには、除去されるべき材料が完全に取除
かれなければならず、特に迅速にその材料をその細い切
り満内に凝縮することはできない。仕事速度及び切り溝
の深さに於いて、材料のレーザ加工の問題は、比例して
増加する。高速で供給される作動ガス又は切断ガスは、
材料を清浄するために使用される。

ドイツ国、実用新案Ｎ　Ｏ、８，３３７，３０５には、
作動ガスのジェットを発生する切断ヘッドと切断ノズル
が開示されている。各々の作動ガス用ガス噴出ノズルは
、切断ノズルに設けられている。同時に、作動ガスのジ
ェットは、互いに相対的に斜めにワークピースに向けて
対向し、従って、レーザビームと平行に流れる単一ガス
ジェットが発生する。しかしながら、この型のガス噴出
ノズルを製造することは難しい。更に、この挿の汚れた
ガス噴出ノズルは、清浄するのが極めて難しい。

同様に、ガス噴出ノズルは、米国特許Ｎｏ、３，７２５
、６３３及び３，７２５，６１１の明細丙に開示されて
いる。

そして、これらの例では、作動ガスのジェットに於ける
流速の増加は、常に出口ボア内で必要に応じてノズルが
更に開口することにより行なわれる。

これらの公知の装置は、また、清浄すること及び更に作
動ガスの相対的に良い消費を得ることは、比較的困難で
ある。上述の技術の状態から開始して、この発明の基礎
となる事実は、序文で記載した型の装置を開発すること
である。従って、作動ガスの消費は可及的に低減され、
汚れは容易に除去できる。

（問題点を解決するための手段）この目的は、特許請求の範囲第１項から第８項に記載さ
れた構成により達成される。

その理由は、ガス流出ノズルがキャップによって覆われ
た溝として、この発明によって設計され、高精度ノズル
がミルによる簡単な方法で製ｉできる。その精度の結果
として、高ジェット速度（マツハ２以上）が達成でき、
同時にガスの消費が低減される。ノズル・キャップを取
り除くという極めて簡単な方法で清浄が実施され、ガス
・ノズルは露呈される。

更に、序文で提案された目的を達成する方法は、独立し
て使用され、特許請求の範囲第８項に記載された一層チ
ャンバである。これは、汚れに対する一層の保護を保証
し、一体チャンバは、統合されたガスジェットを制御す
るための計砧を達成することができる。

意外なことに、単一のガス流出ノズルの使用は既に開示
され、従って、各々のガス流出ノズルの対称的な配置は
、重要ではない。この事実は先の問題を解決し、それら
の配置による効果によって、適当な領域が減じられるこ
となく、更にガスの消費を低減する。

以下図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

（実施例）レーザカッティング装置の基本的構成は、第１図を参照
して以下に説明されている。この装置には、テレスコー
プ１１が設けられたビーム出口に、エネルギ供給源とし
てＣＯ２レーザ１０が備えられている。テレスコープ１
１は、ＣＯ２レーザ１０から出されたビームが下方に偏
向されることにより、保護チューブ１２を介して偏向装
置１３に接続されている。偏向装置１３は、長さが可変
である保護チューブ１４を介してカッティングヘッド１
５に接続されている。カッティングヘッド１５では、レ
ーザビームが幾度も偏向され集中され、急速に集中され
たビームペンシル１６が水平に配置されたワークピース
１８に照射される。ビームが高いエネルギであり、ワー
クピース１８が初かされるとき、ワークピース１８の物
質が蒸発されることにより、カッティングギャップ７４
が得られる。

カッティングノズル１７の第１の好ましい実施例を第２
図を参照して説明する。カッティングノズル１７は、カ
ッティングヘッド１５に螺合されるハウジング１９を備
えている。カッティングヘッド１５に対向する端面に、
ハウジング１９は、延出部４６が螺合されるねじ孔を有
する。延出部４６及びハウジング１９は、レーザビーム
が通る同心孔２０を有する。さらに、延出部４６は、半
径方向外方に突出するフランジ５１を備えている。

同時に、フランジ５１は、ハウジング１９から環状の隙
間が形成される程度の間隔をおいて配置されている。こ
の環状の隙間には、ねじ部を有さずカラーが内方に突出
されたユニオンナット４５の端部が載置されている。ユ
ニオンナット４５の他、）ｉ、ｉ：には、内ねじが設（
プられている。

ノズルの挿入部４７が延出部４６の内孔と同一平面で延
出部４６に取付けられ、ユニオンナット４５により固定
されている。そのため、ノズルの挿入部４７は、延出部
４６によりハウジング１９又はカッティングヘッド１５
に堅固に連結されている。

ノズルの挿入部４７には、レーザビームのための導通孔
２０に接続している円錘状の孔が備えられている。ノズ
ルの挿入部４７には、その延出部から対向する端面に、
外ねじ５２が備えられている。さらに、延出部４６の反
対側であって、ノズルの挿入部４７の端部は、導通孔２
０に対して同軸に配置された円錘状の端面に形成されて
いる。

環状の溝６８が円錘状の端面４９に切り込まれている。

導通孔２０に対して垂直に延出している孔に、導通孔２
０と平行に延出する孔が環状の溝６８から延出され接続
されている。導通孔２０に対して垂直に延出している孔
は、その端部にねじ部を有し、導通孔２０と平行に延出
する孔とともに、作動ガスを供給するための導通孔６７
を形成している。

ノズルキャップ４８がノズルの挿入部４７のねじ部５２
に螺合されている。ノズルキレツブ４８の内周面は、円
錘状の端部４９の内周面に整合されている。ノズルキャ
ップ４８は、その端面がノズル挿入部４７と同一平面に
形成され、端部が開口されている。この開口端部は、ね
じ孔を介して導通孔２０に接続されている。

円錘状の端面に、ノズルキャップ４８の内面と同一平面
であり、ガス吐出ノズル６０を形成する溝が形成されて
いる。ガス吐出ノズル６０は、導通孔２０のマウスオリ
フィスに又はレーザ出口オリフィス５８で開口されてい
る。レーザ出口オリフィス５８は、円錘状の孔により形
成され、その角度は、ガス吐出ノズル６０の開口の面が
これの軸線に対して垂直に延出するように定められる。

作動中、レーザビームは導通孔２０を通され、焦点がカ
ッティングノズル１７の外側に位置するように集中され
る。作動ガス（例えば、酸素）は、導通孔６７を介して
高い圧力の下に供給される。

作動ガスが導通孔６７から環状の溝６８に通され、ここ
からガス吐出ノズル６０に導かれる。ガスは、ガス吐出
ノズル６０から噴出され、導通孔２０の軸線に沿って、
ジエン１〜流として高速で下方に流される。このように
して、作動ガスはカッティングギャップを空にするため
にカッティングギャップに正確に案内される。

この発明の第２の実施例を第３図を参照して以下に説明
する。

第２図で説明した部品は、この実施例においても同じ構
成であるため、ここでは、回連しない。

キャップ２４は、これに設けられたねじ部２３によりワ
ークピースに対向するノズルキャップ４８の端部に螺合
されている。キャップ２４のワークピースに対向する端
部には、出口孔としてシリンダ孔２９が備えられ、ノズ
ルキャップ４８に対向する端部には、円錘状の孔２７が
備えられている。

円錐形ボア２７は、ガス流出オリフィス６６用の流出面
を形成している円錐形ボア２５と共にチェンバ２６を形
成しており、オリフィス６６から流出した作動ガスの噴
出流はこのチェンバ２６内で合流する。そのため、単一
の作動ガス噴出流が流出孔２９を介してチェンバ２６か
ら加工物に向って流出する。上記装置によれば、流出孔
２９およびガス流出ノズル６０の寸法を適当に設定する
ことにより（作動ガスの圧力を計算することにより）、
合流チェンバ２６に関連して、以下に述べる特別の作用
効果を達成することができる。つまり、ガス噴出流は流
出孔２９から超音速で流出するとともに、このガス噴出
流よりも実質的に低い速度で流れる外皮（作動ガスから
成る外皮）によって包囲される。この″外皮′″はガス
が周囲の大気から引張られるのを防止する保護体として
作用し、そのため、このようなガスは切断ギャップに侵
入しない。更に、キャップ２４は外部からの汚れ（この
汚れは作動中に必然的に生じる）に対する保護体として
作用するとともに、装置を停止することなく洗浄あるい
は交換することができる。

合流チェンバ２６内に所定の値よりも僅かに高い圧力が
発生ずるように、作動ガスの噴出流は合流チェンバ２６
内で障害なく合流されることが重要となる。

合流チェンバを有するこの種のキ１７ツブ２４は、円錘
面に形成された溝ではなく分離した複数の孔によって形
成されている複数の作動ガス流出ノズル６ｏを備えたノ
ズル装置にも使用することができる。

第４図は第３図に従う装置を一層詳細に示しており、こ
の図においてキャップ２４．４８は示されていない。第
５図に示すように、実質的に通路孔２０の位置で終結す
る３つの溝５０が円錐端面４９に形成されている。これ
らの満５０は第６図および第７図により詳細に示されて
おり、以下これらの溝について説明する。

円錐端面４９は通路孔２０（第６図）の長手軸に対して
略３０°の角度αを成している。端部領域、つまり、通
路孔２ｏに隣接した領域において、溝５０はその底が角
度βだけ下降するように領域６５に形成されている。そ
れにより、’ｉｔ４５０は通路孔２０に向って連続的に
深くなっている。角度βは略３°ないし４°で、３．５
゛が望ましい。

また、第７図に示すように、Ｆ１５０の底は半円形に形
成されている。幅の広い領域６５に続く平坦領域６４を
有する満５０の形状により、ラベルノズルが形成され（
キャップ４８が装着された後）ガス噴出流の速度を長音
速まで上げるように作用する。従来のように穴によりこ
の種のノズルを形成した場合、細いことから加工が難し
くかつコストも高くなる。本願の場合、ノズルは２Ｒ５
０で形成されているため、高い結反で、かつ容易に形成
することができる。

次に、この発明の他の好ましい実施例について第８図を
参照して説明する。この実施例によれば、単一の流出ノ
ズル６０のみが設けられており、ノズルのガス流出オリ
フィス６６は流出孔２９に向けられているとともに合流
チェンバ２６内に開口している。この合流チェンバ２６
は円形の盲孔で形成されており、そのため、非常に容易
に加工することができる。上述したように、ガス流出オ
リフィス６６からの噴出流は、渦を巻くことなく、つま
り、実質的に損失することなく、流出孔２９から高速で
流出し、切断ギャップを空にする。したがって、ガスの
消耗が実質的に減少され、製造が容易になる（単一の溝
のみが要求される）。

第９図は一層単純化された実施例を示している。

この実施例においても、甲−のガス流出ノズル、つまり
、ノズルインサート４７内の対応する溝が設けられてい
る。しかしながら、この実施例において、合流チェンバ
２６はノズルギャップ４８の円錐（内）端面の連続体と
して形成されている。

それにより、流出孔２９に続く流入オリフィス２７は円
錐端面の残りの部分と同一の傾斜角を有している。この
実施例は特に簡単であり、ねじ込みキャップ２４は省略
されている。

なお、第９図に示されｊ、：構成は、上述した他の実施
例、つまり、多数のガス流出ノズル６０に適用すること
ができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ切断装置の外観を示す斜視図：第２図
は、この発明の第１実施例に於ける切断ノズルの縦断面
図：第３図は、この発明の第２実施例に於けるり所ノズル端
部の縦断面図：第４図は、第３図に於ける切断ノズルの内部の縦断面図
：第５図は、第４図の底面図；第６図は、第４図のＶｌの円で示した領域の拡大図：第７図は、第６図のｖｎｆｖｎ線に沿った断面図：第８
図及び第９図は、この発明の第３及び第４の実施例を示
す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ビームを照射する切断ノズルを有する切断ヘッド
と、前記切断ノズル内の作動ガスに適用される少なくと
も一つのガス噴出ノズルとを備え、電子ビーム、レーザ
ビーム等の高出力ビームによつてワークピースを切断す
る装置に於いて、前記ガス噴出ノズルは、内部に、ビー
ムの導通孔を有するノズル挿入部を備え、このノズル挿
入部の円錘面には一以上の溝が設けられ、また外部に、
前記ノズル挿入部上に付着され、円錘面に適合して前記
各溝を覆うノズルキャップが設けられている高出力ビー
ム切断装置。
（２）前記各溝の前記導通孔に対する先端部は、前記円
錘面の環状溝内に開口し、ノズル挿入部の供給孔も前記
環状溝内に開口し、作動ガスを供給する特許請求の範囲
第１項記載の高出力ビーム切断装置。
（３）前記各溝は、少なくともその一部が前記円錘面に
於いて、前記導通孔の方向に深さが増加するように設け
られ、各ガス噴出ノズルは、作動ガスの流速を増すため
のノズルとして、特にラベルノズルとして設計されてい
る特許請求の範囲第１項記載の高出力ビーム切断装置。
（４）前記各溝が設けられ、前記ガス噴出ノズルのガス
噴出オリフィスが前記円錘面上の導通孔の周囲に一体に
設けられている特許請求の範囲第１項記載の高出力ビー
ム切断装置。
（５）前記ガス噴出ノズルは、それらの縦軸がビームの
縦軸上に配置された交差点の共有点上で交わるように配
置されている特許請求の範囲第４項記載の高出力ビーム
切断装置。
（６）前記円錘面は、前記導通孔の中心軸に対して３０
度から４５度の角度で形成され、好ましくは、３０度の
角度で形成されている特許請求の範囲第４項記載の高出
力ビーム切断装置。
（７）前記ビーム用の導通孔は、各ガス噴出ノズルの開
口領域内に円錘状に広がって形成され、ガス噴出ノズル
の各ガス噴出オリフィスは、各ガス噴出ノズルの縦軸に
対して実出的に垂直に延在する噴出面内に配置されてい
る特許請求の範囲第１項記載の高出力ビーム切断装置。
（８）ビームを照射する切断ノズルを有する切断ヘッド
と、前記切断ノズル内の作動ガスに適用される少なくと
も一つのガス噴出ノズルとを備え、電子ビーム、レーザ
ビーム等の高出力ビームによってワークピースを切断す
る装置に於いて、前記各ガス噴出ノズルのガス噴出オリ
フィスは、前記ビーム用の導通孔が開口する共通の一体
チエンバ内に開口し、この一体チエンバは、前記導通孔
に対向する、前記ビーム及び前記作動ガス用の流出孔を
備えている高出力ビーム切断装置。
（９）前記一体チエンバは、前記切断ノズルに着脱可能
に取付けられたキャップ内に形成されている特許請求の
範囲第８項記載の高出力ビーム切断装置。
（１０）前記一体チエンバが、前記流出孔と対向する、
作動ガスのジェット用の流入オリフィスを有する特許請
求の範囲第８項記載の高出力ビーム切断装置。
（１１）前記流入オリフィスが、前記流出孔（シリンダ
孔）の円錘状部として形成されている特許請求の範囲第
１０項記載の高出力ビーム切断装置。
（１２）前記流出孔が、作動ガスの流出ジェットの外径
より好ましくは僅かに大きい外径を有している特許請求
の範囲第８項記載の高出力ビーム切断装置。
（１３）単一ガス流出ノズルが設けられている特許請求
の範囲第１項又は第８項のいずれかに記載の高出力ビー
ム切断装置。
（１４）前記ガス噴出ノズルは、内部に、ビームの導通
孔を有するノズル挿入部を備え、このノズル挿入部の円
錘面には一以上の溝が設けられ、また外部に、前記ノズ
ル挿入部上に付着され、円錘面に適合して前記各溝を覆
うノズルキャップが設けられている特許請求の範囲第８
項記載の高出力ビーム切断装置。
（１５）前記各溝が実質的に半円形状の断面を有してい
る特許請求の範囲第１項又は第１４項のいずれかに記載
の高出力ビーム切断装置。