JPS63238991A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

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） この発明はレーザ加工装置に係り、特にレーザビームを
用いてレーザ焼入れやレーザアロイングなどの表面処理
加工を行う場合に用いて好適なレーザ加工ヘッドを有す
るレーザ加工装置に関するものである。

（従来の技術） レーザビームを用いて焼入れやアロイングなどの表面処
理加工を行う場合、一般に第６図。

第７図に示したような加工ヘッドが用いられている。

図においてａは加工ヘッドで、ｂはレーザビーム、Ｃは
レンズ、ｄはノズル、Ｗはワークである。レーザ発振器
より取出し伝搬したレーザビームｂをＺｎ５ｅ、　Ｇｅ
などの材質の集光レンズにより集光し加工ヘッドａに設
けたノズルｄをとおし、適切なビームサイズ（エネルギ
密度）によりワークＷを加熱し、レーザ加工を行う。

この場合のノズルｄの役目としては、レーザ加工時に発
生するスパッタ、粉じん、すすなどがレンズに付着して
汚れたり、破損したりするのを防止する作用をする。

（発明が解決しようとする問題点） しかして現在一般に使用されているノズルは第６図、第
７Ｉ！ｌに示したような形状をしているが、これは主と
してレーザ切断用やレーザ溶接用に作られたもので、レ
ーザ焼入れやレーザアロイングやレーザクラツディング
（肉盛り）などの表面処理に使用すると次のような問題
が生じるものである。

すなわちレーザによる表面処理加工は使用するエネルギ
密度がレーザ切断やレーザ溶接とは異なり、第８図に示
すようにノズルとワークとの軌”７７５１が大きくなる
。

従って従来ノズルを用いると、レーザ加工部の酸化防止
のために第６図のノズル上部より供給したシールドガス
（Ａｒ＋　Ｎｇ＋　ｌｉｅなどの不活性ガス）が十分に
レーザ加熱部及びその付近に行き渡らず、シールド不足
となり酸化し、かかる欠陥発生のた。めに著しく品質低
下をもたらす。

またレーザによる表面処理加工では、上述のように使用
するエネルギ密度が低く、レーザ切断、レーザ溶接はど
レーザ加熱表面の温度が上らず、処理するワーク表面で
のレーザ光吸収率が低い、換言すればワーク表面でのレ
ーザ光反射率が高い、ワーク表面状態に対するレーザ光
吸収率の表を第９図に示した。このため従来ノズルを使
用すると、レーザ加工時にレーザ加熱部からのレーザ反
射光をノズルが受け、早期に損傷し、交換が必要となる
。またノズルが加熱され、この熱が集光レンズホルダ、
集光レンズ。

水冷用ホース、シールドガス用ホースなどに伝達し、早
期劣化して交換が必要となるというような不具合を有し
ている。

この発明は上記不具合を解消することをその目的とする
。

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は上
記の点に鑑みなされたものであヮて、レーザ加工ヘッド
に第１ノズルと第２ノズルを設け、第１ノズルはレーザ
加熱部に向う端部を鏡面仕上した球面とし、且つレーザ
光通過に支障のない小穴を有していて、該第１ノズルは
レーザ光集光部に配置されており、また第２ノズルは上
方にシールドガス供給口を有し。

且つ内面を鏡面仕上した円周からなる筒体をワ一り近傍
まで上記第１ノズル又は゛第１ノズルの筒体に取付て成
り、レーザビームのワークへの吸収率が大きくできるの
で、ノズル寿命やノズル周辺の部品の寿命が著しく向上
する。

また完全なシールド雰囲気が得られるので。

加工時のワークの酸化が発生し欠陥が生じるのを防止し
、レーザビームの有効利用がはかられる。

（実施例） 以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の要部を図解的に示したもので、１は
レーザヘッド、２はレーザビーム。

３は集光レンズ、４はシールドガス供給口で＾ｒ。

Ｎ、などの不活性ガスが供給される。５は第１ノズルで
Ｃｕや＾ｌなどで作られ、６も同様な材料の第２ノズル
、第１．第２ノズル５．６の表面及び内面はそれぞれ５
’、６’のように鏡面仕上された球面と円筒面になって
いる。

つまり従来の加工ヘッド（集光字素）に罰。

Ａ１．真ちゅうなどて製作された２つのノズル５゜６と
を配置して、上記従来技術の問題点を解消し、レーザ吸
収率を大幅に向上させるようにした点が重要である。

第１ノズル５はレーザ加熱時におけるレーザ加熱部から
のスパッタ、粉じん、すすなどのレンズへの飛散や損傷
を防止するため、レーザ光通過に支障のない最小の穴７
を設け、レーザ光とシールドガスを透過させるようにし
、この穴７はレーザ晃集光部（レンズ焦点）近傍に配置
している。

また第１ノズルの先端部は、鏡面仕上げした球面（半球
面）となっていて、レーザ加熱時ワークＷからのレーザ
反射光をレーザ加熱部に反射し、集光することができる
。

このようにしてレーザビーム２のワークＷへの吸収率を
大幅に向上することが可能となる。

こ汀”に伴ｉ１第１ノズＪＶ　５でのレーザ吸収が大幅
に低下するため、第１グ゛ズル５の寿命′やノズル周辺
の部品（レンズ、レンズホルダ、ホースなど）の部品の
寿命が向上する。

次に第２ノズル６はレーザ加工部及びその近傍をシール
ドガスにより十分にシールドできるように、ワークＷ近
くまで伸ばしたものである。

第３図［ａｌに示すように、第２ノズル６とワークＷと
の距離１１は小さい程シール性がよいが。

ワークとの干渉やノズルの劣化などを考慮して１１−２
〜１５ｎが実用的な範囲である。

またもっとシール性を得たいときには、第３図（ｂｌに
示すように耐熱性、耐摩耗性の高いウレタンゴムなどの
材質のスカート８を第２ノズル６に取付はワークＷに接
触させると有効である。

また第２ノズル６の上方にはシールドガスを供給する供
給口４．を有しており、これをレンズホルダに設けたシ
ールドガス供給口４からのシールドガスと併用すると、
完全なシールド雰囲気が得られる。

このシールドガスは第１ノズル５のレーザ光反射球面部
５′に向って吹きつけるとこの球面部（鏡面）のゴミ、
スバフタなどの飛散からのダメージ防止効果と冷却効果
があり、ノズルの寿命向上に寄与できる。

またこの第２ノズル６の円筒内面は６′のように鏡面仕
上げされており、レーザ照射時にワークＷより反射され
たビームはこの鏡面部にて多重反射され、ワーク表面に
第４図に示したようなビームが成形できる。

なおここで第２ノズル６により成形されたビームはノズ
ル円筒内面が鏡面仕上されたために利用できるものであ
り、従来法ではロスとなっていたレーザビームである。

そして第４図のようなビームに成形したことにより、（
１）レーザ表面処理する材料のクリーニングができ、水
分やゴミ等の汚れ除去により欠陥発生を防止できると共
に、（ｉｉ）予熱と後熱とが同時にできるため、予熱で
はレーザ焼入れの場合は硬化深さの向上がはかれ、また
レーザクラツディングの場合は肉盛効率が向上す各。

＊　ｔ、＝　後熱では、レーザ処理部の割れなどの欠陥
が防止できる（第５図参照）。

（発明の効果） この発明は以上詳述したようにして成るので。

つまり加工ヘッドに２つのノズルを配置し、第１のノズ
ルはレーザ集光点近傍に設置すると共に、レーザ加工時
にレーザ加熱部（ワーク表面）からのレーザ反射光をレ
ーザ加熱部に反射するための球面を有しているので、レ
ーザビームのワークへの吸収率を大幅に向上でき、従っ
てノズルでのレーザ吸収が大幅に低下することによって
ノズルの寿命やノズル周辺の部品の寿命が著しく向上す
る。また第１ノズルにはレーザ光通過に支障のない最小
の穴としているので、レーザ加熱時におけるレーザ加熱
部からのスパ７り、粉塵じん、すすなどがレンズに飛散
しダメージを与えたりすることを防止できるので、従　
４来のように早期損傷や交換の必要がな（なる。

さらに第２のノズルは第１のノズルを取付た筒体もしく
は第１のノズルよりワーク近傍にまで伸びた筒状をして
おり、上方からシールドガスを供給できる構造としたこ
とで完全なシールド雰囲気が得られ、加工時のワーク酸
化、欠陥発生を防止できる。そして第２ノズルの内面を
鏡面としたので、この鏡面部で多重反射し、ワーク表面
にビームを成形し、レーザビームの有効利用がはかれる
。

従ってレーザ表面処理をする材料のクリーニングができ
、水分やゴミ等の汚れが除去されて上述のように欠陥の
発生を防止できる。

また予熱後熱が利用できることにより特にレーザ焼入れ
やレーザクラフディング、レーザアロイング等に用いて
適切である。

このようにこの発明は従来のノズルの欠点を全（解消し
、レーザ吸収率を大幅に向上することが可能なレーザ加
工装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の要部を図解的に示したもの、第２図
は第１図のノズル部を拡大して示す。 第３図（ａ）、（ｂ）は第２ノズル（ノズル６）につい
ての図解的な説明図で２つの例を示す、第４図はレーザ
ビームの成形についての説明図、第５図も第４図と同様
な説明図で、ビームのエネルギ分布を示す、第６図は従
来の加工ヘッド、第７図は第６図のもののノズル、第８
図は従来の処理加工におけるノズルとワークとの関係を
示す図、第９図はワーク表面に対するレーザ吸収率の図
表である。 １・・・レーザヘッド。 ４．４′・・・シールドガス供給口。 ５・・・第ルンズ、　　５′・・・球面。 ６・・・第２レンズ　　６　’　＋＋・円筒状内面。 ７・・・小穴。 特許出願人　株式会社小秘製作所 代理人　（弁理士）松　澤　　統 第２図 第　３　図（ａ）　　　　　　　　　　第　３　図（ｂ
）第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ加熱部に向う端部を鏡面仕上した球面とし、且つ
   レーザ光通過に支障のない小穴を設けた第１ノズルをレ
   ーザ光集光部に設けると共に、上方にシールドガス供給
   口を有し、且つ内面を鏡面仕上した円筒からなる筒体を
   ワーク近傍まで伸びるように上記第１ノズルに取付けて
   第２ノズルを形成し、これら第１ノズルと第２ノズルと
   をレーザ加工ヘッドに設けたことを特徴とする、レーザ
   加工装置。