KR102060673B1

KR102060673B1 - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR102060673B1
Application number: KR1020130021510A
Authority: KR
Inventors: 마사시 츠네모토; 노부유키 데라; 아츠시 노구치
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2019-12-30
Also published as: TWI566871B; KR20130099888A; TW201400223A; SG193126A1; JP5877432B2; JP2013180308A

Abstract

본 발명은 액주가 양호한 정류 효과를 얻을 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다. 레이저 광을 발생하는 레이저 발진기(18)와, 피가공물(W)에 물을 분사하는 노즐(14)과, 이 노즐(14)에 물을 공급하는 액체 공급 수단(6)을 가지고, 노즐(14)로부터 분사된 분류 액주(F) 내에 안내된 레이저 광에 의하여 피가공물(W)를 가공하는 레이저 가공 장치(1)로서, 노즐(14)과 피가공물(W)의 사이에 배치되고, 노즐(14)을 보호하는 프로텍터 캡(32)과, 노즐(14)로 프로텍터 캡(32)과의 사이에 형성되는 공간(34)에 공기를 공급하는 공기 공급 수단(36)을 구비하며, 프로텍터 캡(32)은 분류 액주(F)가 통과 가능한 유통로(42)를 가지고, 프로텍터 캡(32)과 노즐(14) 사이의 공간(34)의 노즐(14)측의 면 및 프로텍터 캡(32)측의 면의 적어도 일부는 공간(34) 내측을 향하여 돌출하는 볼록 형상부(40, 46)로 경계가 이루어져 있다.

Description

레이저 가공 장치 {LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히 노즐로부터 분사된 분류 액주 내에 안내된 레이저 광에 의하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

노즐로부터 분사된 분류 액주 내에 안내된 레이저 광에 의하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치의 일례로서, 예를 들면 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재되어 있는 것이 알려져 있다.

특허 문헌 1에 기재되어 있는 레이저 가공 장치는 피가공물에 물을 분사하는 동시에, 물기둥에 안내된 레이저 광으로 피가공물을 가공하지만, 피가공물에 닿아서 튕겨나온 물이 노즐에 부착되어 물기둥의 흐름이 흐트러지는 것을 방지하기 위하여, 노즐과 피가공물의 사이에 노즐을 보호하는 프로텍터를 설치하였다. 이 프로텍터는 박판으로 구성되고, 가공을 개시할 때에 레이저 가공 장치에 설치한 후, 물기둥에 안내된 레이저 광으로 물기둥 및 레이저 광이 통과하는 구멍을 형성한다. 이와 같은 방법으로 구멍을 가공함으로써, 프로텍터를 물기둥 및 레이저 광의 통과 위치에 위치 맞춤할 필요 없이, 프로텍터의 설치 작업이 간단하게 된다.

또한, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 레이저 가공 장치에서는 액체실 하우징 하방에 공기 도입 하우징을 설치하고, 공기 유입구로부터 공기 도입 하우징 내에 공기를 도입한다. 공기 도입 하우징 내에 도입된 공기는 공기 도입 하우징에 형성된 파이프 내를 통과하여, 파이프 내를 지나는 액주를 둘러싸서 액주를 정류한다.

일본 공개 특허 공보 제2010-221265호 일본 공개 특허 공보 제2011-125870호

그러나, 전술한 특허 문헌 1의 레이저 가공 장치에서는 프로텍터에 최초로 구멍 가공을 할 때, 프로텍터에 구멍이 형성될 때까지의 사이에, 프로텍터와 노즐 사이의 공간에 물이 고여 버린다. 이 고인 물은 노즐로부터 분사되는 물기둥의 흐름이 흐트러질 가능성이 있다.

또한, 특허 문헌 2의 레이저 가공 장치에서는 피가공물에 닿은 액체나 가공시에 발생하는 드로스(dross) 등을 배출하기 위하여 공기 유량을 크게 하려고 하면, 큰 유량의 공기에 의하여 액주가 흐트러져서 가공 효율이 저하하는 경우가 있다.

이에, 본 발명의 목적은 액주의 양호한 정류 효과를 얻을 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기와, 피가공물에 분류 액체를 분사하는 노즐과, 이 노즐에 상기 분류 액체를 공급하는 액체 공급 수단을 가지고, 노즐로부터 분사된 분류 액주 내에 안내된 레이저 광에 의하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치로서, 노즐과 피가공물과의 사이에 배치되어 노즐을 보호하는 프로텍터 캡과, 노즐과 프로택트 캡과의 사이에 형성되는 공간에 공기를 공급하는 공기 공급 수단을 구비하고, 프로텍터 캡은 분류 액주가 통과 가능한 유통로를 가지며, 프로텍터 캡과 노즐 사이의 공간의 노즐측의 면 및 프로텍터 캡측의 면의 적어도 일부는 공간 내측을 향하여 돌출하는 볼록 형상부로 경계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 액체 공급 수단으로부터 공급된 액체가 노즐로부터 분사되어 분류 액주를 형성하고, 이 분류 액주 내에 안내된 레이저 광은 피가공물에 도달하여 피가공물을 가공한다. 공기 공급 수단에 의하여 공간에 공급된 공기는 공간 내 및 프로텍터 캡의 유통로를 통과하는 동안에 분류 액주의 주위를 둘러싸서 분류 액주를 정류한다.

노즐과 피가공물과의 사이에 프로텍터 캡이 설치되어 있으므로, 피가공물에 닿은 액체가 튕겨나와 노즐에 부착하는 것이 방지된다. 이에 의하여, 노즐로부터 분사되는 분류 액주가 흐트러지는 것이 방지된다.

또한, 프로텍터 캡과 노즐 사이의 공간의 프로텍터 캡측 면의 적어도 일부가 공간 내측을 향하여 돌출하는 볼록 형상부에 의해 경계가 이루어질 수 있으므로, 분사 액주가 예컨대 가공 초기에 흐트러져서 분류 액체가 프로텍터 캡의 유통로를 통과하지 않고 공간 내에 남거나, 튕겨나온 액적이 유통로를 통하여 공간에 침입하더라도, 분류 액체가 프로텍터 캡측의 볼록 형상부를 따라서 공간 외측 (피가공물측)을 향하여 이동하므로, 액체가 유통로를 막는 것이 방지된다. 따라서, 공간 내에 들어간 액체에 의한 분류 액주의 흐트러짐이 방지된다.

또한, 공간의 프로텍터 캡측 면 및 노즐측의 면이 모두 공간 내측을 향하여 돌출하는 볼록 형상부에 의해 경계가 이루어질 수 있으므로, 공간 내에 들어간 공기가 양측의 볼록 형상부로 안내되어 흐르게 되므로, 노즐로부터 분사된 분류 액주에 직접 닿기 어려워진다. 따라서, 공기 유량을 증대시켜도 공기에 의한 분류 액주의 흐트러짐이 방지되어, 가공 효율이 저하하는 것이 억제된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공기 공급 수단은 노즐의 분사구의 주위에서 공간에 연통되어 공간 내에 공기를 공급하는 공기 공급구와, 유통로의 주위에서 공간에 연통되어 공간 내로부터 공기가 배출되는 공기 배출구가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 공기 공급 수단의 공기 공급구가 노즐의 분사구의 주위에서 공간에 연통하고, 공기 배출구가 유통로의 주위에서 공간에 연통하므로, 공기 공급구로부터 공간 내에 공급된 공기는 노즐측의 면의 볼록 형상부에 가이드되면서 프로텍터 캡측에 흐르고, 그 후 프로텍터 캡측 면의 볼록 형상부에 가이드되어, 공기 배출구로부터 배출된다. 공간 내에 공급된 공기가 노즐로부터 유통로를 통과하는 분류 액주에 직접 닿는 것을 억제할 수 있으므로, 분류 액주의 흐트러짐을 방지하면서 공기 유량을 증대시킬 수 있다. 공기 유량의 증대에 의하여, 공간 내로의 액적이나 드로스의 침입을 더 확실하게 방지하고, 피가공물 위의 액체나 드로스의 배제를 더 효율 좋게 실시할 수 있다.

또한, 공기 배출구가 설치되어 있기 때문에, 공간 내에 액체가 들어간 경우에도, 공기 배출구로부터 공기와 함께 액체를 배출할 수 있기 때문에, 공간 내에 액체가 모이는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공기 공급구는 노즐측의 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다 노즐측에 위치하고, 공기 배출구는 프로텍터 캡측의 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다 프로텍터 캡측에 위치한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는 공기 공급구가 노즐측의 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다 노즐측에 위치하고, 공기 배출구가 프로텍터 캡측의 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다 프로텍터 캡측에 위치하므로, 공기 공급구를 나온 공기 및 공기 배출구에 들어가기 전의 공기가 볼록 형상부를 따라서 이동하기 쉬워져, 공간 내의 공기의 이동을 효과적으로 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공간의 노즐측의 볼록 형상부는 노즐의 공간에 노출하는 면, 또는 노즐을 지지하는 노즐 홀드의 공간에 노출하는 면에 형성된다.

또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는 공간의 노즐측 및 프로텍터 캡측의 볼록 형상부는 원주형 또는 원추대형이다.

본 발명에 의한 레이저 가공 장치를 사용하면, 분류 액주를 흐트러뜨리지 않고 공간에 공급할 수 있는 공기의 최대 유량을 종래보다 더 크게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 전체 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 일부 확대도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태 이후에는 제1 실시 형태와 동일한 구성에는 도면에 제1 실시 형태와 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)의 전체 개략도이다. 또한, 도 1에 있어서의 상하 방향을 본 실시 형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)의 상하 방향으로 하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)는 레이저 가공 헤드(2)와, 이 레이저 가공 헤드(2)를 통하여 피가공물(W)에 레이저를 조사하는 광학 장치(4)와, 피가공물(W)에 분류 액체인 물을 고압으로 분사하기 위한 액체 분사 수단(6)과, 분사된 액주를 정류하기 위한 정류 수단(8)을 구비하고 있다.

레이저 가공 헤드(2)는 대략 원통 형상으로 형성된 하우징(10)을 구비하고, 하우징(10) 내의 상방에는 광학 장치(4)의 일부가 수용되며, 하우징(10) 내의 하방에는 액체 분사 수단(6)의 일부가 설치되어 있다. 하우징(10)의 내부 하방에는 분류 액주(F)를 분사하기 위한 노즐 구멍(12)이 형성된 노즐(14)이 설치되어 있다. 노즐(14)은 그 하방을 노즐 홀드(15)에 의하여 지지를 받아 고정되어 있다. 노즐 구멍(12)은 노즐(14)의 중앙에 상하 방향으로 관통하고 있다. 노즐 구멍(12)은 상부가 원주형으로, 또한 하부가 하방을 향하여 끝이 넓어지게 되는 원추대형으로 형성되어 있다.

광학 장치(4)는 소정의 위치에 레이저를 집광시키는 레이저 광학계(16)와, 레이저 광학계(16)에 레이저를 입사시키는 레이저 발진기(18)를 구비한다.

레이저 광학계(16)는 레이저 발진기(18)로부터 출사된 레이저를 광화이버 등으로 레이저 가공 헤드(2)로 안내하는 동시에, 이 레이저를 레이저 가공 헤드(2) 내의 노즐(1) 구멍(2)의 상단의 개구 근방의 위치에서 집광시키도록 구성되어 있다. 또한, 도 1에 있어서는, 레이저 광학계(16)는 일부를 모식화하여 도시하고 있고, 레이저를 최종적으로 집광시키는 1매의 집광 렌즈(20)만 도시하고 있다.

레이저 발진기(18)는 소정 강도의 레이저를 생성하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는 레이저로서 녹색 레이저를 사용하고 있으나, 물에 흡수되기 어려운 흡수율이 낮은 레이저이면, 그 종류는 임의로 선택할 수 있다.

녹색 레이저는 2배파(SHG) YAG 레이저이고, 파장이 532 nm이다. 녹색 레이저는 YAG 레이저(파장1064 nm)나 CO₂ 레이저(파장 10.6 ㎛)와 달리, 물을 통과하기 쉬운 특징을 가지기 때문에, 분류 액체로서 염가이고 입수가 용이한 물을 사용하는 경우에는 레이저의 전반적인 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 물에 흡수되기 어렵기 때문에, 렌즈의 열발생을 억제함으로써, 레이저 가공 헤드(2) 내의 노즐 구멍(12)의 개구 근방의 위치에 양호한 정밀도로 레이저를 안내하는 것이 용이해진다. 이 때문에, 노즐(14)의 손상을 방지하는 동시에, 안정적인 가공 품질을 확보할 수 있다.

액체 분사 수단(6)은 액체 공급원(22)과 액체 공급원(22)으로부터 공급된 액체로부터 이온을 제거하는 등의 처리를 실시하는 액체 처리 장치(24)와, 액체 공급원(22)로부터 공급된 액체를 레이저 가공 헤드(2)로 압송하는 고압 펌프(26)와, 고압 펌프(26)와 레이저 가공 헤드(2)의 사이에 설치되고, 액체로부터 불순물 등을 제거하기 위한 고압 필터(28)와, 레이저 가공 헤드(2) 내에 형성되고, 고압 펌프(26)로부터 보내진 고압의 액체를 노즐(14)로 안내하는 액체 유로(30)를 구비한다. 본 실시 형태에서는 액체로서 물을 채용하고 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)의 일부 확대도이다. 이 도 2에 도시하는 바와 같이, 정류 수단(8)은 노즐(14)의 하방에서 하우징(10)에 고정되는 동시에, 피가공물(W)에 닿았다 튕겨나온 물이나 가공시에 발생하는 드로스로부터 노즐(14)을 보호하기 위한 프로텍터 캡(32)과, 노즐 홀드(15)와 프로텍터 캡(32)과의 사이에 형성된 공간(34) 내에 공기를 공급하는 공기 공급 수단(36)을 구비한다.

프로텍터 캡(32)은 거의 원주상으로 형성되고, 하우징(10)의 하부 개구에 삽입되어 유지되어 있다. 프로텍터 캡(32)의 상면(38)에는 상방으로 돌출하는 원주상의 볼록 형상부(40)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(40)의 직경은 프로텍터 캡(32)의 직경보다 작고, 따라서, 프로텍터 캡(32)의 상면(38)은 볼록 형상부(40)의 주위에, 볼록 형상부(40)보다 하방에 위치하는 환상의 평면이 형성된, 단차를 가진 형상으로 되어 있다. 프로텍터 캡(32)의 중앙에는 상하 방향 축선을 따라서 분류 액주(F) 및 레이저 광이 통과하는 유통로(42)가 형성되어 있다. 프로텍터 캡(32)의 하면은 하방으로 돌출하는 원추대형으로 형성되어 있다. 또한, 유통로(42)의 직경은 공기를 일정 유량 토출할 수 있고, 그것에 의하여 피가공물(W)로부터의 물이나 드로스가 튕겨나온 것이 공간(34) 내에 침입하는 것을 방지할 수 있도록, 0.3 내지 1 mm의 범위 내인 것이 바람직하다.

노즐 홀드(15)의 하면(44)에는 하방으로 돌출하는 원주상의 볼록 형상부(46)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(46)의 직경은 노즐 홀드(15)의 직경보다 작고, 따라서, 노즐 홀드(15)의 하면(44)은 볼록 형상부(46)의 주위에, 볼록 형상부(46)보다 상방에 위치하는 환상의 평면이 형성된, 단차를 가진 형상으로 되어 있다. 노즐 홀드(15)의 중앙에는 상하 축선을 따라서 분류 액주(F) 및 레이저 광이 통과하기 위한 관통 공(48)이 형성되어 있다.

또한, 노즐 홀드(15)의 볼록 형상부(46)의 하면과 프로텍터 캡(32)의 볼록 형상부(40)의 상면과의 사이의 거리(L)는 1 내지 3 mm의 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 프로텍터 캡(32)의 상면(38)의 볼록 형상부(40)와, 노즐 홀드(15)의 하면(44)의 볼록 형상부(46)에 의하여, 프로텍터 캡(32)과 노즐 홀드(15)의 사이의 공간(34)은 상하 축선 방향으로 직교하는 방향 (도 1의 지면에 수직인 방향)에서 보았을 때, 단면이 거의 H자 형태로 형성되고, 그 상면, 즉, 노즐(14)측의 면 및 하면, 즉, 프로텍터 캡(32)측의 면이 각각 공간 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

공기 공급 수단(36)은 공기 공급원(50)과, 공기 공급원(50)으로부터 공급되는 압축 공기의 압력을 제어하는 공기 콘트롤러(52)와, 공기를 공간(34) 내에 공급하기 위한 공기 공급 통로(54)와, 공간(34) 내의 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출 통로(56)를 가진다.

공기 공급 통로(54)는 하우징 블록(10) 내에 형성된 주통로(58)와, 주통로(58)와 연통되고, 노즐(14)의 주위에 둘레 전체에 걸쳐서 환상으로 형성된 분배 통로(60)와, 분배 통로(60)에 등간격으로 복수 개 (본 실시 형태에서는 4개) 설치되고, 분배 통로(60)와 공간(34)을 연통하는 연통로(62)를 가진다. 연통로(62)는 노즐 가공 헤드(2)의 상하 방향 축선에 평행하게 연장되고, 노즐 홀드(15)의 하면(44)의, 볼록 형상부(46)보다 외측의 위치에 있어서 개구되는 공기 공급구(64)를 형성하고 있다. 따라서, 공기 공급구(64)는 노즐 홀드(15)의 관통공(48)의 외주측에서, 또한 관통공(48)의 하단, 즉, 볼록 형상부(46)의 하단보다 상방에 위치하고 있다.

공기 배출 통로(56)는 프로텍터 캡(32)의 외주에 상하 방향 축선에 평행한 방향으로 관통하는, 둘레 방향에 등간격으로 형성된 복수 (본 실시 형태에서는 4개)의 홈에 의하여 형성되어 있다. 따라서, 공기 배출 통로(56) 한쪽의 단부는 프로텍터 캡(32)의 상면(38)의 볼록 형상부(40)보다 외측의 위치에 있어서 개구하는 공기 배출구(66)를 형성하고 있다. 즉, 공기 배출구(66)는 프로텍터 캡(32)의 유통로(42)의 외주측에서, 또한 유통로(42)의 상단, 즉, 볼록 형상부(40)의 상단보다 하방에 위치하고 있다.

공기 배출 통로(56)의 다른 쪽 단부는 프로텍터 캡(32)의 하면에 개구하고, 이에 의하여 공기 배출 통로(56)는 공간(34)과 레이저 가공 헤드(2)의 외측을 연통하고 있다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태에 의한 레이저 가공 장치(1)는 다음과 같이 동작한다.

피가공물(W)을 레이저 가공하는 경우에는 피가공물(W)을 노즐(12) 하방의 장착대(T)에 장착한다. 다음으로, 레이저 발진기(18)로부터 레이저를 출사시키면, 레이저, 레이저 광학계(16)에 입사하고, 레이저 가공 헤드(2) 내에 안내된다. 레이저는 레이저 광학계(16)의 집광 렌즈(20) 등에 의하여, 노즐 구멍(12)의 상단 개구의 위치 근방에 집광된다.

한편, 액체 분사 수단(6)은 액체 공급원(22)으로부터의 물을 고압 펌프(26)로 압송하고, 액체 유로(30)을 통하여 노즐(14)로부터 분류 액주(F)를 피가공물(W)을 향하여 분출한다. 또한, 이 때, 분출된 분류 액주(F)의 지름은 노즐 구멍(12)의 구멍 지름보다 조금 커진다. 분류 액주(F)는 노즐 홀드(15)의 관통 공(48) 및 프로텍터 캡(32)의 유통로(42)를 따라서 피가공물(W)에 도달한다. 레이저 광학계(16)에 의하여 노즐 구멍(12)의 상단 개구 근방에 집광된 레이저는 분류 액주(F) 내를 전반사하면서 분류 액주(F)로 안내되고, 피가공물(W)까지 도달하여 피가공물(W)을 레이저 가공한다.

정류 수단(8)은 공기 공급원(50)으로부터 공기를 공급하고, 이 공기는 공기 공급 통로(54)를 통하여 공기 공급구(64)로부터 공간(34)에 공급된다. 공간(34) 내에 들어간 공기는 노즐 홀드(15)의 하면(44)의 볼록 형상부(46)의 외면 및 프로텍터 캡(32)의 상면(38)의 볼록 형상부(40)의 외면에서 안내되면서 하방으로 흐르고, 노즐 홀드(15)의 관통공(48)을 나온 분류 액주(F)를 둘러싸고 분류 액주(F)의 흐름을 정류한다. 또한, 공간(34) 내의 공기는 프로텍터 캡(32)의 유통로(42) 내에도 들어가, 분류 액주(F)의 주위를 둘러싸고 그 흐름을 정류하는 동시에, 프로텍터 캡(32)으로부터 나온 후에는 피가공물(W)에 닿은 물이나 가공시에 발생한 드로스 등을 피가공물(W) 상으로부터 배제시킨다. 공간(34) 내의 공기 중에서, 유통로(42)를 통과하지 않는 공기는 공기 배출구(66)로부터 공기 배출 통로(56)를 통하여 외부로 배출된다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 우수한 효과를 얻을 수 있다.

노즐(14)의 하방에 프로텍터 캡(32)이 설치되어 있기 때문에, 분류 액주(F)가 피가공물(W)에 닿아서 튕겨나와도, 물방울이 노즐(14)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여, 노즐(14)로부터 분사되는 분류 액주(F)의 흐트러짐을 방지할 수 있다.

노즐(14)과 프로텍터 캡(32) 사이의 공간(34)에 공기 공급 수단(36)에 의하여 공기를 공급하므로, 노즐(14)로부터 분사된 분류 액주(F)가 공기에 의하여 정류되고, 더 안정적인 분류 액주(F)를 얻을 수 있다. 이에 의하여, 분류 액주(F)에 도광되는 레이저 광의 전반 효율이 향상되기 때문에, 레이저 가공 장치(1)의 가공 능력을 향상시킬 수 있다.

노즐(14)과 프로텍터 캡(32) 사이의 공간(34)이 노즐 홀드(15)의 하면(44)의 볼록 형상부(46)와 프로텍터 캡(32)의 상면(38)의 볼록 형상부(40)에 의하여 경계가 이루어질 수 있다. 따라서 공간(34)의 상하면이 내측으로 오목하게 들어간 형상이 되므로, 공기 공급구(64)로부터 공급된 공기가 볼록 형상부(46, 40)에 의하여 안내되면서 하방으로 흐르고, 분류 액주(F)에 직접 닿지 않는다.

또한, 볼록 형상부(46, 40)에 의하여, 공기가 분류 액주(F)에 직접 닿아 분류 액주(F)가 흐트러지는 것을 방지할 수 있기 때문에, 공간(34)에 공급하는 공기의 유량을 종래보다 늘릴 수 있다. 이에 의하여, 유통로(42)로부터 분류 액주(F)와 함께 분사된 공기가 피가공물(W) 상의 물이나 드로스를 더 효과적으로 배제시킬 수 있다.

또한, 프로텍터 캡(32)의 볼록 형상부(40)에 의하여, 만일 공간(34)에 물이 들어간 경우에도, 유통로(42)의 주위에 물이 고이기 어렵다.

공기 공급구(64)가 노즐 홀드(15)의 볼록 형상부(46)의 주위에 위치하고, 공기 배출구(66)가 프로텍터 캡(32)의 볼록 형상부(40)의 주위에 위치하므로, 공간(34) 내에서 분류 액주(F)의 주위에 상하 방향의 공기의 흐름이 생기기 쉽고, 분류 액주(F)를 흐트러뜨리지 않고 정류할 수 있다.

또한, 공기 배출구(66)이 프로텍터 캡(32)의 볼록 형상부(40)의 주위에 위치하므로, 만일 물이 공간(34) 내에 들어가도, 물을 공기 배출구(66)로부터 공기와 함께 배출할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(70)에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(70)는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는 공기 배출 통로의 구성이 다른 것 이외에는, 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구성이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(70)의 일부 확대도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(70)의 공기 배출 통로(72)는 공간(34)의 하단에 있어서, 하우징(10)에 복수 개 (본 실시 형태에서는 4개) 형성되어 있다. 따라서, 공기 배출구(74)는 하우징(10)의 내면에 개구되어 있다. 공기 배출 통로(72)는 노즐(14) 내의 중심 축선으로부터 방사상으로, 그리고 외측을 향하여 하방으로 경사져 있고, 하우징(10)의 외면에 개구되어 있다.

이와 같은 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(70)의 구조에 의하면, 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 공기 배출 통로(72)가 하우징(10)에 형성되고, 하우징(10)의 외측의 측면에 개구되어 있으므로, 공기 배출 통로(72)로부터 배출된 공기가 피가공물(W)에 닿지 않는다. 따라서, 공간(34) 내에 침입한 물 등이 공기와 함께 공기 배출 통로(72)로부터 배출되었을 경우에도, 배출물이 피가공물(W)의 가공에 미치는 영향이 저감될 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(80)에 대하여 설명한다. 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(80)는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는 볼록 형상부의 형상이 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구조이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(80)의 일부 확대도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(80)의 노즐 홀드(82)의 하면(84)의 중앙에는 하방으로 돌출하는 원추대형의 볼록 형상부(86)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(86)의 주위에는 볼록 형상부(86)보다 상방에 위치하는 환상의 평면부가 형성되어 있다. 이 때, 볼록 형상부(86)의 원추대형을 중심 축선을 따라서 자른 경우의 단면 이등변 삼각형의 각도 α는 본 실시 형태에서는 120˚이다. 또한, 이 각도 α는 바람직하게는 0˚ (즉, 원주형) 내지 150˚, 더 바람직하게는 90˚ 내지 150˚의 범위 내에 설정된다.

또한, 프로텍터 캡(88)의 상면(90)의 중앙에는 상방으로 돌출하는 원추대형의 볼록 형상부(92)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(92)는 프로텍터 캡(88)의 외주 부근까지 형성되어 있고, 그 외주는 공기 배출구(66)의 외연까지 연장되어 있다. 따라서, 볼록 형상부(92)의 주위에는 공기 배출구(66)의 직경과 거의 동일한 폭의 환상의 평면이 형성되어 있다. 이 때, 볼록 형상부(92)의 원추대형을 중심 축선을 따라서 자른 경우의 단면 이등변 삼각형의 각도 β는 본 실시 형태에서는 120˚이다. 또한, 이 각도 β는 바람직하게는 0˚ (즉, 원주형) 내지 150˚, 더 바람직하게는 90˚ 내지 150˚의 범위 내에 설정된다.

노즐 홀드(82)의 하면(84) 및 프로텍터 캡(88)의 상면(90)의 형상으로 경계가 이루어짐으로써, 공간(94)은 상하면이 볼록 형상부(86, 92)에 의하여 공간 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같은 구조의 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(80)는 공기 공급구(64)를 나온 공기가, 노즐 홀드(82)의 볼록 형상부(86)를 따라서 이동하기 때문에, 관통공(48)으로부터 나온 분류 액주(F)에 공기 공급구(64)로부터 나온 공기를 직접 접촉시키지 않고, 분류 액주(F)를 정류시킬 수 있다.

[제4 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(100)에 대하여 설명한다. 제4 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(100)는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는 볼록 형상부의 형상이 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구조이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(100)의 일부 확대도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)의 노즐 홀드(102)의 하면(104)의 중앙에는 하방으로 돌출하는 원추대형의 볼록 형상부(106)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(106)의 주위에는 볼록 형상부(106)보다 상방에 위치하는 환상의 평면부가 형성되어 있다. 이 때, 볼록 형상부(106)의 원추대형을 중심 축선을 따라서 자른 경우의 단면 이등변 삼각형의 각도 α는 본 실시 형태에서는 40˚이다.

또한, 프로택터 캡(108)의 상면(110)의 중앙에는 상방으로 돌출하는 원주형의 볼록 형상부(112)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(112)의 직경은 유통로(42)의 직경의 2배 정도이며, 이 볼록 형상부(112)의 주위에는 볼록 형상부(112)보다 하방에 위치하는 환상의 평면이 형성되어 있다.

노즐 홀드(102)의 하면(104) 및 프로텍터 캡(108)의 상면(110)의 형상으로 경계가 이루어짐으로써, 공간(114)의 상하면은 볼록 형상부(106, 112)에 의하여 공간 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같은 구조의 제4 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(100)에서는 상기와 같은 공간(114)의 형상에 의하여, 전술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

[제5 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(120)에 대하여 설명한다. 제5 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(120)는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는 볼록 형상부의 형상이 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구조이다.

도 6은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(120)의 일부 확대도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(120)의 노즐 홀드(122)은 제3 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(80)의 노즐 홀드(82)와 마찬가지로 원추대형의 볼록 형상부(124)를 가진다.

또한, 프로텍터 캡(126)의 상면(128)의 중앙에는 상방으로 돌출하는 원추대형의 볼록 형상부(130)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(130)의 주위에는 볼록 형상부(130)보다 하방에 위치하는 환상의 평면이 형성되어 있다. 이 때, 볼록 형상부(130)의 원추대형을 중심 축선을 따라서 자른 경우의 단면 이등변 삼각형의 각도 β는 본 실시 형태에서는 90˚이다.

노즐 홀드(122)의 하면(123) 및 프로텍터 캡(126)의 상면(128)의 형상으로 경계가 이루어짐으로써, 공간(132)의 상하면은 볼록 형상부(124, 130)에 의하여 공간 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같은 구조의 제5 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(120)에서는 상기와 같은 공간(132)의 형상에 의하여, 전술과 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

[제6 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(140)에 대하여 설명한다. 제6 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(140)은 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는 프로텍터 캡의 볼록 형상부의 형상이 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구조이다.

도 7은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(140)의 일부 확대도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(140)의 프로텍터 캡(142)의 상면(144)의 중앙에는 제3 실시 형태의 프로텍터 캡(88)과 동일한 상방으로 돌출하는 원추대형의 볼록 형상부(146)가 형성되어 있다.

따라서, 노즐 홀드(15)의 하면(44) 및 프로텍터 캡(142)의 상면(144)의 형상으로 경계가 이루어짐으로써, 공간(148)의 상하면은 볼록 형상부(46),(146)에 의하여 공간 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같은 구조의 제6 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(140)에서는 상기와 같은 공간(148)의 형상에 의하여, 전술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

[제7 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(150)에 대하여 설명한다. 제7 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(150)는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와는, 노즐 및 노즐 홀드의 형상이 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(1)와 동일한 구조이다.

도 8은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(150)의 일부 확대도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(150)의 노즐(152)의 하면의 중앙에는 하방으로 돌출하는 원주상의 볼록 형상부(156)가 형성되어 있다. 이 볼록 형상부(156)는 노즐 홀드(158)에 형성된 설치 구멍(160) 내에 삽입되어, 노즐 홀드(158)의 하면으로부터 돌출되어 있다. 따라서, 공간(162)의 상면은 노즐 홀드(158)의 하면(164)과 노즐(152)의 볼록 형상부(156)에 의하여 경계가 이루어져 있고, 공간(162)의 상하면은 볼록 형상부(156, 40)에 의하여 내측으로 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

이와 같은 구조의 제7 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(150)에서는 상기와 같은 공간(162)의 형상에 의하여, 전술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 이상의 실시의 형태에 한정되지 않고, 예를 들면, 전술한 각 실시 형태에서 공간 상방 (노즐측)의 볼록 형상부 및 프로텍터 캡측의 볼록 형상부로서 여러 가지를 들고 있지만, 이들 형상의 조합은 임의로 설정할 수 있다. 또한, 볼록 형상부는 원주형, 원추대형에 한정하지 않고, 공간 내에 돌출하는 형상이면 되며, 예를 들면 반구상이어도 된다.

볼록 형상부는 전술한 실시 형태에서는 노즐 또는 노즐 홀드의 하면 및 프로텍터 캡의 상면의 일부에서 공간 내부에 돌출하도록 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 노즐 또는 노즐 홀드의 하면 및 프로텍터 캡의 상면의 전부가 공간 내측을 향하여 돌출하도록 형성되어 있어도 된다. 요컨데, 볼록 형상부는 공간의 상하면의 적어도 일부에 형성되어 있으면 된다.

공기 공급구는 전술한 실시 형태에서는 노즐 홀드의 하면에 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 분류 액주가 공간 내에 분사되는 위치 또는 볼록 형상부의 가장 공간측에 돌출된 위치, 즉, 전술한 실시 형태에서는 노즐 홀드의 관통 공 또는 노즐의 하면보다 상방의 위치이면, 예를 들면 하우징의 공간에 노출되는 내면 등, 임의의 부분에 형성할 수 있다. 또한, 공기 공급구는 공간에 공급되는 공기가 분사된 분류 액주에 직접 닿지 않는 위치이면, 반드시 분류 액주가 공간 내에 분사되는 위치 또는 볼록 형상부의 가장 공간 측에 돌출된 위치보다 상방의 위치가 아니어도 된다.

또한, 마찬가지로 공기 배출구는 제1 실시 형태 등에서는 프로텍터 캡의 상면에 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 프로텍터 캡의 유통로의 공간으로의 개구 위치 또는 볼록 형상부의 가장 공간 측에 돌출된 위치보다 하방의 위치에 있으면, 예를 들면 제2 실시 형태의 프로텍터 캡과 같이, 하우징의 내면에 형성하여도 된다. 또한, 공기 배출구는 공기 공급구로부터 공급된 공기가 분류 액주에 직접 닿지 않고 공기 배출구까지 안내되는 위치이면, 반드시 유통로의 공간으로의 개구 위치 또는 볼록 형상부의 가장 공간 측에 돌출된 위치보다 하방의 위치가 아니어도 된다.

[실시예 1]

제3 실시 형태의 구조의 레이저 가공 장치(80)로, 레이저 가공 헤드(2)의 하방에 유리판을 배치하여 분류 액주(F)를 분사하고, 레이저 가공 헤드(2)의 가장 하방의 위치, 즉 프로텍터 캡(88)의 하면과 유리판과의 사이의 거리를 분류 액주(F)가 흩어지지 않는 거리인 25 mm로 설정하였다. 또한, 노즐 구멍(12)의 직경을 60㎛, 분류 액체의 분사 압력을 25 MPa로 하였다.

상기 조건 하에서 정류 수단(8)을 작동시켜, 분류 액주(F)를 흐트러뜨리지 않고 공기의 유량을 어느 정도까지 올릴 수 있는 지를 확인하였다.

[실시예 2]

실시예 1의 레이저 가공 장치에 있어서, 프로텍터 캡(88)측의 볼록 형상부(92)의 각도 β를 90˚로 한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

[실시예 3]

실시예 1의 레이저 가공 장치에 있어서, 프로텍터 캡(88)측의 볼록 형상부(92)의 형상을 원주상으로 한 구조의 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

[실시예 4]

제6 실시 형태의 구조의 레이저 가공 장치(140)를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

[실시예 5]

실시예 4의 레이저 가공 장치(140)에 있어서, 프로텍터 캡(142)의 볼록 형상부(146)의 각도 β를 90˚으로 한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

[실시예 6]

실시예 4의 레이저 가공 장치(140)에 있어서, 프로텍터 캡(142)의 볼록 형상부(146)를 원주상으로 한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

〔비교예 1〕

제3 실시 형태의 레이저 가공 장치(80)에 있어서, 노즐 홀드(82)의 볼록 형상부(86)를 삭제하여 평탄한 하면(84)으로 한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

〔비교예 2〕

비교예 1의 레이저 가공 장치에 있어서, 프로텍터 캡(88)측의 볼록 형상부(92)의 각도 β를 90˚으로 한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

〔비교예 3〕

비교예 1의 레이저 가공 장치에 있어서, 프로텍터 캡(88)측의 볼록 형상부(92)를 원주상으로 한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 실시하였다.

〔실시예와 비교예의 결과〕

실시예 1 내지 6에 있어서는 분류 액주(F)를 흐트러뜨리지 않고 공간에 공급할 수 있는 공기의 최대 유량은 5 L/min이었다.

한편, 비교예 1 내지 3에 있어서는 분류 액주(F)를 흐트러뜨리지 않고 공간에 공급할 수 있는 공기의 최대 유량은 각각 1.5 L/min, 2.3 L/min 및 2.2 L/min이었다.

이상과 같이, 본 발명의 구조의 레이저 가공 장치를 사용하면, 분류 액주를 흐트러뜨리지 않고 공간에 공급할 수 있는 공기의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

1, 70, 80, 100, 120, 140, 150 레이저 가공 장치
2 레이저 가공 헤드
4 광학 장치
6 액체 분사 수단
8 정류 수단
10 하우징
12 노즐 구멍
14,152 노즐
15, 82, 102, 122 노즐 홀드
32, 88, 108, 126, 142 프로텍터 캡
34, 94, 114, 132, 148, 162 공간
40, 92, 112, 130, 146 볼록 형상부
42 유통로
46, 86, 106, 124, 156 볼록 형상부
64 공기 공급구
66, 74 공기 배출구

Claims

레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기와, 피가공물에 분류 액체를 분사하는 노즐과, 이 노즐에 상기 분류 액체를 공급하는 액체 공급 수단을 가지고, 상기 노즐로부터 분사된 분류 액주 내에 안내된 레이저 광에 의하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치로서,
상기 노즐과 상기 피가공물과의 사이에 배치되어 상기 노즐을 보호하는 프로텍터 캡과,
상기 노즐과 상기 프로텍터 캡과의 사이에 형성되는 공간에 공기를 공급하는 공기 공급 수단을 구비하고,
상기 프로텍터 캡은 상기 분류 액주가 통과 가능한 유통로를 가지며,
상기 프로텍터 캡과 상기 노즐과의 사이의 상기 공간의 상기 노즐측의 면 및 상기 프로텍터 캡측의 면의 적어도 일부는 상기 공간 내측을 향하여 돌출하는 볼록 형상부로 경계가 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 공기 공급 수단은 상기 노즐의 분사구의 주위에서 상기 공간에 연통하여 상기 공간 내에 공기를 공급하는 공기 공급구와, 상기 유통로의 주위에서 상기 공간에 연통하여 상기 공간 내로부터 공기를 배출하는 공기 배출구를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 공기 공급구는 상기 노즐측의 상기 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다도 상기 노즐 측에 위치하고,
상기 공기 배출구는 상기 프로텍터 캡측의 상기 볼록 형상부의 가장 돌출된 위치보다 상기 프로텍터 캡측에 위치한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공간의 상기 노즐측의 상기 볼록 형상부는 상기 노즐의 상기 공간에 노출되는 면, 또는 상기 노즐을 지지하는 노즐 홀드의 상기 공간에 노출하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공간의 상기 노즐측 및 상기 프로텍터 캡측의 상기 볼록 형상부는 원주형 또는 원추대형인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.