KR101395651B1 - 레이저 절단 방법, 레이저 절단용 노즐 및 레이저 절단 장치 - Google Patents

레이저 절단 방법, 레이저 절단용 노즐 및 레이저 절단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 노즐 본체(11)에 형성된 노즐구멍(12)을 통해서, 상기 노즐구멍의 개구부로부터 레이저빔이 조사되는 것과 동시에 상기 레이저빔을 둘러싸는 어시스트 가스가 분출되도록 구성된 레이저 절단용 노즐(10)에 관한 것이다. 상기 노즐구멍에는, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C)가 상기 어시스트 가스의 유동 방향의 상류에서 하류를 향하고, 같은 축의 원통형상에 순서대로 형성된다. 또한, 제1의 제어 유로의 직경이 ΦA, 제2의 제어 유로의 직경이 ΦB, 제3의 제어 유로의 직경이 ΦC인 경우에, ΦA ＜ ΦC ＜ ΦB의 관계를 만족한다.

Description

레이저 절단 방법, 레이저 절단용 노즐 및 레이저 절단 장치{LASER CUTTING METHOD, LASER CUTTING NOZZLE, AND LASER CUTTING DEVICE}
본 발명은, 개구부로부터 레이저빔을 조사하여, 이 레이저빔의 주위에 어시스트 가스를 분사해 피가공물을 절단하는 레이저 절단 방법, 레이저 절단용 노즐 및 레이저 절단 장치에 관한 것이다. 본 출원은, 2010년 3월 29일에, 일본에 출원된 특허출원 제2010-075744호에 근거해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
잘 알려진 바와 같이, 강재 등의 피가공물을 레이저 절단하는 경우, 레이저 발진기로부터 조사된 레이저빔이 집광렌즈에 의해 집중되어, 절단부가 가열되는 것과 동시에, 이 레이저빔의 주위를 둘러싸도록 노즐로부터 어시스트 가스가 분사되어 절단부가 덮이면서, 절단부에서 연소 반응이 일어나 절단을 하거나 레이저에 의해 용해한 금속이 날려 버려져 절단을 한다.
상기의 레이저 절단 방법에서는, 가공 효율을 향상시키기 위해서 여러 가지의 레이저 절단용 노즐에 관한 기술이 개시되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.).
도 7은, 종래의 레이저 절단용 노즐(100)을 나타내는 종단면도이다. 레이저 절단용 노즐(100)은, 노즐 본체(101)의 축선(O)에 대칭되게 형성되어 노즐구멍(102)이 축선(O)과 같은 축에 형성되고 있다.
어시스트 가스의 유동 방향의 상류 측을 기단(base end) 측으로 하고, 하류 측을 전단 측으로 했을 경우에, 노즐구멍(102)은, 전단 측이 노즐 본체(101)의 기단 측으로부터 노즐구멍(102)의 전단의 개구부(102A)를 향해 점차 감소되는 테이퍼부(103)와, 테이퍼부(103)의 전단 측에 연결된 원통부(104)와, 원통부(104)의 전단 측에 연결되어 개구부(102A)를 향해 점차 확장되는 테이퍼부(105)를 가지고 있다.
또한, 노즐 본체(101)의 기단 측은 레이저 절단 장치에 장착하기 위한 나사가 형성된 원통부(108)로 구성되어 원통부(108)의 전단 측에 대경부(109, large-diameter portion)가 형성되어 대경부(109)의 전단 측에 개구부(102A)를 향해 점차 감소되는 테이퍼부(110)가 형성된다.
상기 구성에 의해, 레이저 절단용 노즐(100)은, 효율적인 레이저 절단을 실시할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본공개특허 제1995-214368호 공보
그렇지만, 종래의 노즐로 절단하는 경우, 절단면의 조도가 엉성하면 피가공물이 절단된 후에 표면조도를 작게 하기 때문에 가공이 필요한 경우가 있다. 그러므로, 절단면의 표면조도가 작아지는 레이저 절단 기술이 필요하게 된다.
본 발명은, 상기 사정을 고려한 것으로, 피가공재를 레이저 절단하는 경우에, 절단면에 큰 절단상처가 발생하는 것을 억제하고, 절단면의 표면조도가 작아지는 레이저 절단 방법, 레이저 절단용 노즐 및 레이저 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명은 이하의 구조를 제안한다.
본 발명과 관련되는 제1의 발명은, 노즐 본체에 형성된 노즐구멍을 통해서, 상기 노즐구멍의 개구부로부터 레이저빔이 조사되는 것과 동시에 상기 레이저빔이 통과하는 축선을 둘러싸는 어시스트 가스가 분출되도록 구성된 레이저 절단용 노즐이다. 그리고, 상기 노즐구멍은, 상기 어시스트 가스의 유동 방향의 상류에서 하류를 향해 순서대로 형성된 제1의 제어 유로, 제2의 제어 유로 및 제3의 제어 유로를 가진다. 그리고, 상기 제1의 제어 유로는, 상기 축선과 평행한 제1의 벽부에 의해 형성되는 것과 동시에, 상기 제2의 제어 유로와 외주 측에 확대된 제1의 단차를 개입시켜 접속되며, 상기 제2의 제어 유로는, 상기 축선과 평행한 제2의 벽부에 의해 형성되는 것과 동시에, 상기 제3의 제어 유로와 내주 측에 축소된 제2의 단차를 개입시켜 접속된다.
본 발명과 관련되는 제2의 발명은, 청구항 1에 기재된 레이저 절단용 노즐이며, 상기 제1의 제어 유로, 상기 제2의 제어 유로 및 상기 제3의 제어 유로는, 각각 원통 형상에 형성되는 것과 동시에 같은 축상에 배치되어 제1의 제어 유로의 직경이 ΦA, 제2의 제어 유로의 직경이 ΦB, 제3의 제어 유로의 직경이 ΦC인 경우에, ΦA ＜ ΦC ＜ ΦB의 관계를 만족한다.
상기 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐에 의하면, 간단한 구성에 의해 절단면의 표면조도가 작아진다.
본 발명과 관련되는 제3의 발명은, 본 발명과 관련되는 제2의 발명의 레이저 절단용 노즐이며,
ΦA ： ΦC = 1 ： 1.3 ~ 3.0
의 관계를 만족한다.
상기 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐에 의하면, 절단면의 표면조도가 효율적으로 작아진다.
본 발명과 관련되는 제4의 발명은, 본 발명과 관련되는 제3의 발명의 레이저 절단용 노즐이며,
ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0
의 관계를 만족한다.
상기 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐에 의하면, 절단면의 표면조도가 안정되어 작아진다. 즉, ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0의 경우, ΦB/C의 값이 1.1이상이면, 절단면의 표면조도가 안정되어 작아진다.
덧붙여 절단 실험의 결과, ΦB/C의 상한치는 특히 제한되지 않는다. 그렇지만, ΦB/C의 값이 3.0이하이면, 레이저 절단용 노즐의 외형이 과도하게 커지는 것이 억제되어 노즐 취급이 용이하다.
본 발명과 관련되는 제5의 발명은, 본 발명과 관련되는 제3 또는 제4의 발명의 레이저 절단용 노즐이며, 제2의 제어 유로의 제어 유로길이가 L2이고, 제3의 제어 유로의 제어 유로길이가 L3인 경우에,
L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA
의 관계를 만족한다.
상기 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐은, L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA의 관계를 만족한다. 그러므로, 절단면의 표면 조도이 효율적으로 작아진다.
본 발명과 관련되는 제6의 발명은, 본 발명과 관련되는 제1 내지 제4 중 어느 하나의 레이저 절단용 노즐을 포함한다.
본 발명과 관련되는 제7의 발명은, 본 발명과 관련되는 제5의 레이저 절단용 노즐을 포함한다.
본 발명과 관련되는 제8의 발명은, 노즐 본체에 형성된 노즐구멍의 개구부로부터 레이저빔이 조사되는 것과 동시에, 상기 레이저빔이 통과하는 축선을 둘러싸는 어시스트 가스가 분출되어 피가공물이 절단되는 레이저 절단 방법이다. 그리고, 상기 노즐구멍을 통해서 상기 개구부로부터 어시스트 가스가 분사될 때에, 어시스트 가스는, 상기 노즐구멍에 상기 축선과 평행한 벽부에 의해 형성된 제1의 제어 유로, 상기 제1의 제어 유로와 외주 측에 확대된 제1의 단차를 개입시켜 접속되는 제2의 제어 유로, 및 상기 제2의 제어 유로와 내주 측에 축소된 제2의 단차를 개입시켜 접속되는 제3의 제어 유로를, 이 순서대로 통과한다.
상기 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐, 레이저 절단 장치, 레이저 절단 방법에 의하면, 절단면의 표면조도가 작아진다.
본 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐, 레이저 절단 장치, 레이저 절단 방법에 의하면, 절단면의 표면조도가 작아진다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 제1의 실시 형태와 관련되는 레이저 절단 장치를 나타내는 도면이다. 부호 1은 레이저 절단 장치를 나타내고, 부호 10은 레이저 절단용 노즐(이하, 단지 「노즐」이라고 약칭한다)을 나타낸다.
레이저 절단 장치(1)는, 노즐(10)과 레이저 발진기(2)와 어시스트 가스 공급 장치(3)를 포함한다. 그리고, 레이저 발진기(2)로부터 생성된 레이저광(F)은, 노즐(10)의 노즐구멍(12)으로부터 조사되는 것과 동시에, 어시스트 가스 공급 장치(3)로부터 공급되는 어시스트 가스(G)는, 레이저광(F)의 주위를 둘러싸도록 노즐구멍(12)으로부터 분출된다.
노즐구멍(12)으로부터 조사된 레이저광(F)은, 피가공물(5)의 절단부(6)에 집광된다. 그리고, 노즐구멍(12)으로부터 분사되는 어시스트 가스(G)가, 레이저광(F)의 주위를 둘러싸도록 흐르고, 절단부(6)의 주위가 어시스트 가스(G)의 분위기(7)에 의해 피복된다. 그리고, 레이저광(F)으로 가열된 절단부(6)로 어시스트 가스(G)에 의해 연소 반응이 일어나, 절단을 하거나 레이저에 의해 용해된 금속이 날려 버려져 절단을 한다.
어시스트 가스 공급 장치(3)는, 예를 들면, O2, N2, Ar, Air, He 등의 가스 또는, H2, He로부터 선택된 가스가 혼합되어 생성된 어시스트 가스(G)를, 0.01 ~ 3.0 MPa의 압력으로 노즐(10)에 공급한다.
도 2는, 노즐(10)의 개략을 나타내는 도면이다.
노즐 본체(11)의 기단 측은, 레이저 절단 장치에 장착하기 위한 나사가 형성된 원통부(21)로 구성되어 원통부(21)의 전단 측에는 대경부(22)가 형성되며, 대경부(22)의 전단 측에는, 개구부(13)를 향해 점차 감소되는 테이퍼부(23)가 형성된 외형을 가지는, 축선(O)과 같은 축의 노즐구멍(12)이 형성된다.
어시스트 가스의 유동 방향의 상류 측이 기단 측이고, 하류 측이 전단 측인 경우에, 노즐구멍(12)에는, 기단 측으로부터 순서대로, 어시스트 가스 도입부(12D), 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B), 제3의 제어 유로(12C)가 형성된다.
또한, 어시스트 가스 도입부(12D), 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B), 제3의 제어 유로(12C)는, 축선(O)과 같은 축에 형성된다.
어시스트 가스 도입부(12D)의 전단 측은, 제1의 제어 유로(12A)를 향해 점차 감소되는 테이퍼 상에 형성된 원추형상의 일부인 테이퍼벽부(15)에 의해 구성된다.
제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B), 제3의 제어 유로(12C)는, 각각 축선(O)에 평행한 원통 벽부(16)(제1의 벽부), 원통 벽부(17)(제2의 벽부), 원통 벽부(18)(제3의 벽부)에 의해 구성된다. 그리고, 각각의 제어 유로는, 도 3에 나타나듯이, 축선(O)과 직교하는 단차(제1의 단차 및 제2의 단차)를 개입시켜 접속된다.
또한, 도 3에 나타나듯이, 제1의 제어 유로(12A)의 제어 유로길이가 L1이고, 제1의 제어 유로(12A)의 직경이 ΦA이고, 제2의 제어 유로(12B)의 제어 유로길이가 L2이고, 제2의 제어 유로(12B)의 직경이 ΦB이고, 제3의 제어 유로(12C)의 제어 유로길이가 L3이고, 제3의 제어 유로(12C)의 직경이 ΦC인 경우,
ΦA ＜ ΦC ＜ ΦB　의 관계를 만족한다.
또한,
ΦA ： ΦC = 1 ： 1.3 ~ 3.0
또한,
ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0
또한,
L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA
의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
덧붙여 레이저빔이 노즐 내벽부에 간섭하여 절단 효율이 저하하는 현상을 방지하기 위해,
5.0 ≥ (L2 ＋ L3)/ ΦA의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 노즐(10)의 작용에 대해 설명한다.
도 4는, 노즐(10)을 이용하고, 판두께 16mm의 스텐레스강철(피가공재)을 절단했을 경우의 제1의 제어 유로(12A)의 직경 ΦA, 제2의 제어 유로(12B)의 직경 ΦB, 제3의 제어 유로(12C)의 직경 ΦC와 절단면의 표면조도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4의 그래프에서, 가로축은 ΦC/A를, 세로축은 ΦB/A를 나타낸다. 그리고, 어시스트 가스(G)의 압력이 0.5MPa ~ 3.0Pa의 범위에서 피가공재가 절단 되었을 경우에, △는 표면조도 Rz(JISB06011994)가 50㎛이상이 되는 경우가 있어, 종래와 동등 레벨인 부분을 나타내고, ○은 표면조도 Rz가 30㎛이상 50㎛미만이 되어, 종래보다 개선된 부분을 나타내고, ◎는 표면 조도 Rz가 30㎛미만이 되어, 종래보다 큰폭으로 개선된 부분을 나타낸다.
도 4로부터, 이하의 내용을 확인할 수 있다.
(1) ΦC/A=1.0, ΦB/A=1.0인 경우는, ΦA와 ΦB와 ΦC가 같은 직경의 종래 노즐을 나타낸다. 그리고, 절단면의 표면조도는 당연히 종래 레벨(△)이다.
(2) ΦB ＞ ΦC(=(ΦB/ΦC ＞ 1.0)), 즉 ΦB/A가 직선 S1보다 위쪽에 있어,ΦC/A＞1.0인 경우에는, 절단면의 표면조도는 종래 노즐의 경우보다 작아진다.
덧붙여 도 4에 있어서, ΦC/A=1.0 ~ 1.1의 사이에는, 품질 레벨이 나타나지 않았다. 그렇지만, ΦC/A＞1.0의 경우는, ΦC/A가 증가하는 것에 따라 절단면의 표면조도가 향상한다. 구체적으로는, ΦC/A=1.0 ~ 1.1의 범위에서, 절단면의 표면조도는, Rz가 50㎛이상인 종래 품질(△) 상태로부터, Rz가 50 ~ 30㎛인 절단면의 표면조도가 개선된 상태(○)까지 점차 작아진다.
또한, ΦC/A가 1.1 ~ 1.3의 경우, 절단면의 표면조도는, Rz가 50㎛ ~ 30㎛인 절단면의 표면조도가 개선된 상태(○)로부터, Rz가 30㎛이하인 절단면의 표면조도가 큰폭으로 개선된 상태(◎)까지 점차 작아진다.
또한, ΦC/A＞1.3일 때, 절단면의 표면조도는, Rz가 30㎛이하인 절단면의 표면조도가 큰폭으로 개선된 상태(◎)가 된다.
덧붙여 절단 실험에서는, ΦC/A=1.0 ~ 3.0의 범위를 대상으로 해 절단면의 표면조도가 향상하는 것이 확인되었다.
(3) ΦB ＞ ΦC(=(ΦB/ΦC ＞ 1.3)), 즉 ΦB/A가 직선 S2보다 위쪽에 있어,ΦC/A＞1.3인 경우에는, 절단면의 표면조도는, Rz가 30㎛이하인 절단면의 표면조도가 큰폭으로 개선된 상태(◎)가 된다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 노즐(10)의 작용, 효과에 대해 설명한다.
도 5는, 노즐(10)을 이용하고, 판두께 16mm의 스텐레스강철(피가공재)을 절단했을 경우의, 제1의 제어 유로(12A)의 직경 ΦA, 제2의 제어 유로길이 L2, 제3의 제어 유로길이 L3와 절단면(절단 하부)의 표면조도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5에 있어서, 가로축은(L2＋L3)/A를 나타내고, 세로축은 절단면의 표면조도 Rz(㎛)를 나타낸다. 그리고, □는 어시스트 가스(G)의 압력이 0.5MPa ~ 3.0MPa 상태로 절단된 절단면의 표면조도 중 최대치를 나타낸다.
이 실험에서는, 제1의 제어 유로(12A)의 직경 ΦA가 4mm, 제2의 제어 유로(12B)의 직경 ΦB가 10mm, 제3의 제어 유로(12C)의 직경 ΦC가 7mm인 노즐이 이용되었다.
덧붙여 절단면의 표면조도는, 레이저빔이 노즐 내벽부에 대한 간섭을 일으키지 않는 5.0 ≥ (L2＋L3)/A의 범위에서 평가되었다.
도 5로부터, 이하를 확인할 수 있다.
(1) 절단면의 표면조도는, (L2＋L3)/A에 관계없이, 종래보다 양호한 것을 나타낸다. 그리고, (L2＋L3)/A가 증가함에 따라, 절단면의 표면조도는 작아져 품질이 향상한다.
(2) (L2＋L3)/A ≥ 2.0인 경우에는, 매우 안정된 절단면을 얻을 수 있다.
이상과 같이, (L2＋L3)/A ≥ 2.0의 관계를 만족함으로써, Rz가 30㎛이하인 표면조도가 안정되게 확보된다.
이상과 같이, 노즐(10), 레이저 절단 장치(1)에 의하면, 레이저 절단에 있어서의 절단면의 표면조도가 작아진다.
그 결과, 레이저 절단 후에, 한층 더 절단면의 표면결점을 줄이기 위한 가공을 할 필요가 없다. 그러므로, 레이저 절단할 때의 공정수가 감소되어 비용이 절감된다.
또한, 노즐(10)에 의하면, 어시스트 가스(G)의 소비량은 종래의 노즐의 소비량과 같고, 표면조도가 작아진다.
또한, 5.0 ≥ (L2＋L3)/A의 관계를 만족함으로써, 조사된 레이저광(F)과 노즐구멍(12)의 원통벽부(16,17,18)와의 간섭이 억제된다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 이 발명의 제2의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 6은, 제2의 실시 형태와 관련되는 노즐(40)을 나타내는 도면이다. 노즐(40)은, 노즐 본체(11)와 같은 형상의 외형을 가진다. 그리고, 노즐 본체(41)에는, 축선(O)과 같은 축에 형성된 노즐구멍(42)이 형성된다.
노즐(40)이, 노즐(10)과 다른 것은, 노즐(40)에는, 노즐(10)에 대해 테이퍼상에 형성된 어시스트 가스 도입부(12D) 대신에, 예를 들면, 축선(O)에 직교하는 면으로부터 형성되는 단차를 통해 제1의 제어 유로(12A)에 연결되는 어시스트 가스 도입부(42A)가 설치되는 점이다. 그 외에는, 제1의 실시 형태와 같으므로, 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 덧붙여 어시스트 가스 도입부(42A)는, 축선(O)과 평행한 원통벽부(45)에 의해 구성된다.
또한, 노즐(10)과 같이, 제1의 제어 유로(12A)의 제어 유로길이가 L1이고, 제1의 제어 유로(12A)의 직경이 ΦA이고, 제2의 제어 유로(12B)의 제어 유로길이가 L2이고, 제2의 제어 유로(12B)의 직경이 ΦB이고, 제3의 제어 유로(12C)의 제어 유로길이가 L3 및 제3의 제어 유로(12C)의 직경이 ΦC인 경우, ΦA ＜ ΦC ＜ ΦB의 관계를 만족한다.
더욱이, ΦA ： ΦC = 1 ： 1.3 ~ 3.0, ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0, L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
덧붙여 레이저빔이 노즐 내벽부에 간섭하여 절단 효율이 저하하는 현상을 방지하기 위해서, 제1의 실시 형태와 같이, 5.0 ≥ (L2＋L3)/A의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
노즐(40)이 사용되는 경우도, 노즐(10)과 같은 작용, 효과를 얻을 수 있다.
또한, 노즐(40)의 구성이 간단하므로, 노즐(40)을 용이하게 제조할 수 있다. 그러므로, 제조 비용이 절감된다.
덧붙여 본 발명은, 상기 실시의 형태로 한정되지 않고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 대하여, 여러 가지의 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시의 형태에 대해서는, 어시스트 가스 도입부(12D)가 원추형상의 일부에 의해 구성되어 어시스트 가스 도입부(42A)가 원통 형상에 구성되는 경우에 대해 설명하였다. 그렇지만, 어시스트 가스 도입부(12D,42A)는, 원추형상, 원통형상 이외의 형상일 수도 있다. 예를 들면, 어시스트 가스 도입부(12D)나, 어시스트 가스 도입부(42A) 대신에, 노즐 본체(11,41)의 축선과 일치하는 대칭축 주위에 형성되는 반구면이나 포물선면 등의 곡면이, 어시스트 가스 도입부의 내벽면에서 만날 수도 있다.
또한, 레이저 절단 장치의 노즐 부착부에 어시스트 가스 도입부가 형성되어 노즐(10)에는 어시스트 가스 도입부가 형성되지 않는 구성일 수도 있다.
또한, 상기 실시의 형태에 대해서는, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C)가, 각각 축선(O)과 직교하는 단차를 통해 연결되는 경우에 대해 설명하였다. 그렇지만, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C)가, 예를 들면, 허용 가능한 범위에서, 축선(O)과 직교하는 면에 대해서 경사진 면을 통해 연결될 수도 있다.
또한, 상기 실시의 형태에 대해서는, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C)가, 축선(O)과 같은 축의 원통벽부(16,17,18)에 의해 구성되는 경우에 대해 설명하였다. 그렇지만, 이들 원통벽부(16,17,18) 대신에, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C) 중 어느 하나 또는 모두가, 테이퍼 형상의 벽부, 통 형상의 벽부, 드럼 형상의 벽부 등, 또는 다른 형상에 형성될 수도 있다.
또한, 원통벽부(16,17,18)는, 다각형, 타원 등의 다른 형상, 또는 그들을 포함한 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C) 중 어느 하나 또는 모두가, 축선(O)과 같은 축이 아닌 위치에 배치되어도, 예를 들면, 축선(O)에 대해서 편심하여 배치될 수도 있다.
또한, 상기 실시의 형태에 대해 나타난, 제1의 제어 유로(12A), 제2의 제어 유로(12B) 및 제3의 제어 유로(12C)의 직경, 길이에 관한 치수 관계는, 상기 관계식을 만족하지 않아도 된다. 예를 들면, ΦA ： ΦC = 1 ： 1.3 ~ 3.0, 및 ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0, L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA로 한정되지 않는다. 즉, 상기의 수식의 일부 또는 전부를 만족하지 않을 수도 있다.
또한, 노즐(10,40)의 외형은, 임의의 형상일 수도 있다.
또한, 상기 실시의 형태에 대해서는, 어시스트 가스(G)를 노즐구멍(12,42)에 도입하는 어시스트 가스 도입부(12D,42A)가, 노즐 본체(11,41)의 기단 측에 개구되는 경우에 대해 설명하였다. 그렇지만, 예를 들면, 어시스트 가스 도입부(12D,42A)의 어시스트 가스(G)의 유입구가 노즐 본체(11,41)의 측부에 형성될 수도 있다.
본 발명과 관련되는 레이저 절단용 노즐, 레이저 절단 장치, 레이저 절단 방법에 의하면, 표면조도가 작은 절단면을 얻을 수 있다.
F : 레이저빔 G : 어시스트 가스
O : 축선 1 : 레이저 절단 장치
5 : 피가공물 10,40 : 노즐(레이저 절단용 노즐)
11,41 : 노즐 본체 12,42 : 노즐구멍
12A : 제1의 제어 유로 12B : 제2의 제어 유로
12C : 제3의 제어 유로 13 : 개구부

Claims (8)

  1. 노즐 본체에 형성된 노즐구멍을 통해서, 상기 노즐구멍의 개구부로부터 레이저빔이 조사되는 것과 동시에 상기 레이저빔이 통과하는 축선을 둘러싸는 어시스트 가스가 분출되도록 구성된 레이저 절단용 노즐이며,
    상기 노즐구멍은,
    상기 어시스트 가스의 유동 방향의 상류에서 하류를 향해 순서대로 형성된 제1의 제어 유로, 제2의 제어 유로 및 제3의 제어 유로를 가지고,
    상기 제1의 제어 유로는, 상기 축선과 평행한 제1의 벽부에 의해 형성되는 것과 동시에, 상기 제2의 제어 유로와 외주 측에 확대된 제1의 단차를 개입시켜 접속되며,
    상기 제2의 제어 유로는, 상기 축선과 평행한 제2의 벽부에 의해 형성되는 것과 동시에, 상기 제3의 제어 유로와 내주 측에 축소된 제2의 단차를 개입시켜 접속되는 레이저 절단용 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1의 제어 유로, 상기 제2의 제어 유로 및 상기 제3의 제어 유로는, 각각 원통 형상으로 형성되는 것과 동시에 같은 축상에 배치되어 제1의 제어 유로의 직경이 ΦA이고, 제2의 제어 유로의 직경이 ΦB이고, 제3의 제어 유로의 직경이 ΦC인 경우에,
    ΦA ＜ ΦC ＜ ΦB
    의 관계를 만족하는 레이저 절단용 노즐.
  3. 제 2 항에 있어서,
    ΦA ： ΦC = 1 ： 1.3 ~ 3.0
    의 관계를 만족하는 레이저 절단용 노즐.
  4. 제 3 항에 있어서,
    ΦC ： ΦB = 1 ： 1.1 ~ 3.0
    의 관계를 만족하는 레이저 절단용 노즐.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    제2의 제어 유로의 제어 유로길이가 L2이고, 제3의 제어 유로의 제어 유로길이가 L3인 경우에,
    L2 ＋ L3 ≥ 2.0×ΦA
    의 관계를 만족하는 레이저 절단용 노즐.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 레이저 절단용 노즐을 포함하는 레이저 절단 장치.
  7. 제 5 항에 따른 레이저 절단용 노즐을 포함하는 레이저 절단 장치.
  8. 노즐 본체에 형성된 노즐구멍의 개구부로부터 레이저빔이 조사되는 것과 동시에, 상기 레이저빔이 통과하는 축선을 둘러싸는 어시스트 가스가 분출되어 피가공물이 절단되는 레이저 절단 방법이며,
    상기 노즐구멍을 통해서 상기 개구부로부터 어시스트 가스가 분사될 때에,
    상기 어시스트 가스는, 상기 노즐구멍에 상기 축선과 평행한 벽부에 의해 형성된 제1의 제어 유로, 상기 제1의 제어 유로와 외주 측에 확대된 제1의 단차를 개입시켜 접속되는 제2의 제어 유로 및 상기 제2의 제어 유로와 내주 측에 축소된 제2의 단차를 개입시켜 접속되는 제3의 제어 유로를, 이 순서대로 통과하는 레이저 절단 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012217082B4 (de) * 2012-09-21 2016-06-16 Trumpf Laser Gmbh Laserbearbeitungskopf mit einer Ringdüse
JP5895949B2 (ja) * 2014-01-14 2016-03-30 トヨタ自動車株式会社 紛体肉盛ノズル
CN103934582B (zh) * 2014-04-21 2017-02-15 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 激光‑火焰复合切割方法
FR3020774B1 (fr) * 2014-05-06 2016-05-13 Air Liquide Buse laser avec element mobile interne et corps deformable
EP3295230B1 (en) 2015-05-11 2022-07-06 Westinghouse Electric Company Llc Delivery device usable in laser peening operation, and associated method
JP6025917B1 (ja) * 2015-06-10 2016-11-16 株式会社アマダホールディングス レーザ切断方法
WO2018135082A1 (ja) * 2017-01-23 2018-07-26 株式会社Ｓｕｂａｒｕ レーザピーニング加工装置及びレーザピーニング加工方法
JP6791918B2 (ja) * 2018-08-24 2020-11-25 ファナック株式会社 レーザ加工システム、噴流観測装置、レーザ加工方法、及び噴流観測方法
JP2021058909A (ja) * 2019-10-07 2021-04-15 古河機械金属株式会社 レーザー加工ヘッド及びレーザー加工装置
CN111230291A (zh) * 2020-02-29 2020-06-05 济南天辰机器集团有限公司 一种降低激光切割压降的气路装置
KR102300306B1 (ko) * 2020-11-26 2021-09-10 주식회사 이온메디칼 스펙트럼 방사선 발생 및 이송장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06190582A (ja) * 1992-10-23 1994-07-12 Mitsubishi Electric Corp 加工ヘッド及びレーザ加工装置
JPH07214368A (ja) * 1994-02-01 1995-08-15 Tanaka Seisakusho Kk レーザ切断方法およびレーザ切断ノズル
JP2003164984A (ja) 2001-11-29 2003-06-10 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2626511B1 (fr) * 1988-02-03 1990-05-18 Air Liquide Buse de decoupe laser, tete de decoupe comportant une telle buse et procede de decoupe les mettant en oeuvre
US5609781A (en) * 1992-10-23 1997-03-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Machining head and laser machining apparatus
CN1040514C (zh) * 1993-10-21 1998-11-04 三菱电机株式会社 加工头及激光加工装置
JPH08118063A (ja) * 1994-10-25 1996-05-14 Fanuc Ltd レーザ加工装置
US7259353B2 (en) * 2004-09-30 2007-08-21 Honeywell International, Inc. Compact coaxial nozzle for laser cladding
CN201198075Y (zh) * 2008-05-28 2009-02-25 江苏金方圆数控机床有限公司 数控激光切割机的复合喷嘴

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06190582A (ja) * 1992-10-23 1994-07-12 Mitsubishi Electric Corp 加工ヘッド及びレーザ加工装置
JPH07214368A (ja) * 1994-02-01 1995-08-15 Tanaka Seisakusho Kk レーザ切断方法およびレーザ切断ノズル
JP2003164984A (ja) 2001-11-29 2003-06-10 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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