KR20020010101A

KR20020010101A - 고밀도 에너지빔 가공 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020010101A
Application number: KR1020010045408A
Authority: KR
Inventors: 후카야데루카즈; 나카야마다카시; 이노마타스미토모; 가메야마미치오; 다치바나세이지
Original assignee: 오카메 히로무; 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2002-02-02
Also published as: EP1175953A3; EP1175953A2; KR100450081B1; JP4277429B2; DE60122634T8; US20020023905A1; DE60122634D1; EP1175953B8; EP1175953B1; JP2002035973A; US6495796B2; DE60122634T2

Abstract

금속 원통의 내부로부터 보조 가스를 공급하는 토출 노즐이 금속 원통의 내부 공간에 구비된다. 가스 토출 노즐은 구멍을 통해서 금속 원통의 내부 공간으로 침입하는 고밀도 에너지빔을 차단하여, 이 에너지빔이 금속 원통의 대향측 내면에 조사(照射)되는 것을 방지한다. 절단 가공 중에 형성된 드로스(dross)는 구멍을 통해서 금속 원통의 내부 공간으로부터 흘러 나온 보조 가스에 의해서 외부로 떨어져 제거되며, 구멍 주위의 금속 원통의 외면에서 흐르는 보조 가스에 의해서 불려 나감으로써, 드로스가 구멍의 주변 영역에 부착하는 것을 방지한다.

Description

고밀도 에너지빔 가공 방법 및 장치{HIGH DENSITY ENERGY BEAM MACHINING METHOD AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 고밀도 에너지빔을 조사하여 절단 가공을 실행하는 고밀도 에너지빔 가공 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

통상적으로 피가공 부재에서 불필요한 부분을 제거하기 위해 절단 가공하거나, 구멍을 형성하거나, 또는 얇은 홈을 형성할 때, 고밀도 에너지빔 가공 방법이 사용되었다. 이 방법에서, 고밀도 에너지빔은 절단 될 피가공 부재의 부분(절단 가공 부분)에 조사되고, 절단 가공 부분을 녹여서 절단한다. 일반적으로, 이 절단 가공이 실행되는 동안, 질소 및 산소와 같은 보조 가스가 고밀도 에너지빔의 조사와 동시에 주입되어, 절단 가공에 의해 발생된 드로스 및 증발 물질을 신속히 제거한다. 이러한 방법으로, 드로스 및 증발 물질이 피가공 부재나 가공 노즐의 집광 렌즈에 부착하는 것을 방지한다.

상기한 바와 같이, 피가공 부재가 고밀도 에너지빔의 조사측으로부터 보조 가스의 분출에 의해 절단 가공될 때, 드로스 D는 보조 가스로 인해 대부분 절단 가공 부분의 하부측으로 흘러, 절단 가공 부분의 주변 영역에 부착한다.

드로스의 부착을 방지하기 위해, 보조 가스를 고밀도 에너지빔의 조사측과 그것의 대향측 모두로부터 공급하는 것을 고려하게 된다. 여기서, 그것들 중 하나로부터 공급된 보조 가스는 고밀도 에너지빔의 조사에 의해 형성된 절단 부분을 통해서 대향측을 향해 흐르고, 그것들 중 나머지로부터 공급된 보조 가스는 피가공 부재의 내면 또는 외면을 따라 흐른다.

구조에 따라서, 보조 가스의 하나가 절단 부분을 통해서 대향측으로 흐를 때, 절단 가공 중에 발생된 드로스는 절단 부분을 통해서 피가공 부재의 대향측으로 떨어져 제거된다. 드로스가 떨어져 제거되는 대향측에서, 다른 보조 가스가 피가공 부재의 내면 또는 외면을 따라 흘러서, 대향측으로 떨어져 제거된 드로스는 다른 보조 가스에 의해 날려진다. 따라서, 드로스가 부착하는 것을 효과적으로 방지한다.

그러나, 상기 방법은 내부가 빈 공간을 가진 피가공 부재에 구멍을 형성할 때, 예를 들면, 원통형 피가공 부재의 원통형 측벽상에 관통공을 형성하기 위해 사용될 때, 도 9에 나타낸 바와 같이, 가스 토출 노즐(101)은 원통형 피가공 부재(102)의 한 끝에 배치되어 있다. 고밀도 에너지빔 HB는 피가공 부재(102)상에 구멍(104)을 형성하기 위해 가공 노즐(103)로부터 조사되고, 가스 토출 노즐(101)로부터 피가공 부재(102) 내로 공급된 보조 가스는 구멍(104)을 통해 외부로 흘러나간다. 이 경우에 다음과 같은 단점이 발생한다.

가스 토출 노즐(101)로부터 피가공 부재(102) 내로 공급된 보조 가스는 구멍(104)을 통해 외부로 흘러 나가기 때문에, 드로스는 피가공 부재의 내면에 부착하지 않는다. 그러나, 구멍(104)이 형성되었을 때, 고밀도 에너지빔 HB는 구멍(104)을 통해 통과해서 피가공 부재의 대향측 내면으로 조사되고, 피조사된 내면은 부분적으로 타서 용해될 수도 있다.

많은 수의 구멍이 형성될 때, 구멍(104)으로부터 흘러 나가는 보조 가스의 압력 및 양이 감소되어, 드로스를 떨어내 제거하는 압력이 감소된다. 결과적으로, 드로스는 나중에 형성되는 구멍 주위에 부착하는 경향이 있다.

본 발명의 제1목적은, 에너지빔에 의해 형성된 절단 부분을 통해 통과하는 고밀도 에너지빔이 피가공 부재의 대향측 내면에 조사되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 제2목적은, 절단 부분의 주변 영역에 드로스가 부착하는 것을 방지하는 것이다.

도 1은 가공 노즐, 금속 원통 및 보조 가스 토출 노즐을 나타내는 단면도.

도 2는 금속 원통 및 토출 노즐을 나타내는 단면도.

도 3A는 구멍 형성 전의 금속 원통의 개략도를 나타내는 사시도.

도 3B는 구멍 형성 후의 금속 원통을 나타내는 사시도.

도 4는 가공 노즐, 금속 원통 및 토출 노즐(변형)을 나타내는 단면도.

도 5는 가공 노즐, 금속 원통, 토출 노즐 및 차광판(변형)을 나타내는 단면도.

도 6A는 가공 노즐, 금속 원통 및 토출 노즐(변형)을 나타내는 단면도.

도 6B는 도 6A의 VIB-VIB선을 따른 단면도.

도 7은 가공 노즐, 금속 원통 및 토출 노즐(변형)을 나타내는 단면도.

도 8은 가공 노즐, 금속 원통 및 토출 노즐(변형)을 나타내는 단면도.

도 9는 레이저빔에 의해 구멍이 형성되었을 때의 단점을 설명하는 가공 노즐, 금속 원통 및 토출 노즐을 나타내는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 가공 노즐 2 : 전송관

3 : 보호 유리 4 : 집광 렌즈(condenser lens)

5, 22 : 로터리 헤드(rotary head) 6, 23 : 척(chuck)

7 : 금속 원통 8 : 구멍

9 : 보조 가스 도입관 10, 20 : 토출 노즐

10b : 토출구 21 : 차광판

24 : 유지 부재 25, 27, 30 : 토출 노즐

26 : O-링

본 발명에 따르면, 피가공 부재의 내부로부터 보조 가스를 공급하는 토출 노즐을 내부 공간에 구비한다. 가스 토출 노즐은 고밀도 에너지빔이 절단 부분을 통해서 피가공 부재의 내부 공간으로 침입하는 것을 차단하여, 에너지빔이 피가공 부재의 대향측 내면에 조사되는 것을 방지한다. 절단 가공 중에 형성된 드로스는 절단 부분을 통해서 피가공 부재의 내부 공간으로부터 흘러 나오는 보조 가스에 의해외부로 떨어져 제거되고, 절단 부분 주위의 피가공 부재의 외측면에 흐르는 보조 가스에 의해 날려짐으로써, 드로스가 절단 부분의 주변 영역에 부착되는 것을 방지하게 된다.

본 발명의 추가 목적 및 장점은, 첨부 도면과 함께 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 명백해 질 것이다.

도 1은 본 실시예의 레이저빔 가공 장치를 나타낸다. 레이저빔 가공 장치에서, 가공 노즐(1)은 전송관(2)을 통해서 발진기(나타내지 않음)에 접속되고, 가공 노즐(1)은 출구(1a)를 형성한다. 보호 유리(3)가 출구(1a) 위에 구비되고, 집광 렌즈(4)가 보호 유리(3) 위에 구비된다. 발진기로부터 투사된 고밀도 에너지빔 HB는 전송관(2)내의 벤트 미러(vent mirror)(나타내지 않음)에서 방향이 변경되고, 집광 렌즈(4) 및 보호 유리(3)를 통과해서 가공될 피가공 부재를 향해 출구(1a)로부터 조사된다. 여기에서, 발진기는 레이저, 전자빔, 광빔등을 생성할 수 있다. 일반적으로, 레이저가 제일 적절하게 사용된다.

가공 테이블(나타내지 않음)이 가공 노즐(1) 밑에 구비되며, 속이 빈 로터리 헤드(5)가 가공 테이블 상에 구비된다. 로터리 헤드(5)는 척(6)을 포함하고, 척(6)이 피가공 부재를 붙들어 유지한다. 본 실시예에서, 피가공 부재는 도 3A에 나타낸 속이 빈 금속 원통(7)이며, 다수의 원형 구멍(8)이 도 3B에 나타낸 바와 같이 레이저빔 절단에 의해 형성되어 있다. 원형 구멍(8)은 금속 원통(7)의 내부 공간이 그것의 외부와 연통하는 것을 허용한다.

가공 노즐(1)은 수직으로 이동하도록, 즉, Z-축 방향으로 이동하도록 배치된다. 가공 테이블은 수평으로 이동하도록, 즉, X-Y 평면에서 이동하도록 배치된다. 발진기로부터 투사된 고밀도 에너지빔 HB는 집광 렌즈(4)를 통과하여, 금속 원통(7)의 레이저빔 절단 부분에 집속된다. 레이저빔 절단에 의해 구멍(8)이 형성될 때, 가공 노즐(1) 및 가공 테이블은 이동하고, 로터리 헤드(5)는 회전한다. 따라서, 가공 노즐(1)은 고밀도 에너지빔 HB가 절단될 선을 따라 조사되도록 금속 원통(7)에 대하여 이동한다.

한 구멍(8)의 형성이 완료되었을 때, 로터리 헤드(5)가 장착되어 있는 가공 테이블은 수평으로 이동하고, 또는 로터리 헤드(5)가 소정의 각도 만큼 척(6)을 회전시켜서, 다음 구멍(8)이 형성되는 부분(레이저빔 절단 부분)인 고밀도 에너지빔 HB의 조사 위치로 위치시킨다.

레이저빔 절단은, 질소 또는 산소와 같은 보조 가스를 공급하면서 실행된다. 보조 가스는 금속 원통(7)의 내부 및 외부 양쪽으로부터 빔의 피조사 부분에 공급된다. 가공 노즐(1)은 외부로부터의 보조 가스의 공급을 실행한다. 즉, 가공 노즐(1)은 본 발명에서 제1가스 공급 수단으로서 작용한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 가공 노즐(1)은 보조 가스 도입관(9)을 포함한다. 보조 가스 도입관(9)은 집광 렌즈(4)의 출구(1a) 측에 배치되어 있다. 보조 가스 도입관(9)은 가스 공급원(나타내지 않음)에 연결되어 있다.

보조 가스는, 가스 공급원으로부터 보조 가스 도입관(9)을 통해 가공 노즐(1) 내로 공급되며, 가공 노즐(1)의 출구(1a)로부터 금속 원통(7)의 표면을 향해 토출된다. 보조 가스는, 금속 원통(7)에 충돌하고, 금속 원통(7)의 표면을 따라흐른다. 여기에서, 가공 노즐이 테이퍼되도록 원추형으로 형성되어 있기 때문에, 금속 원통(7)의 표면에 충돌한 대부분의 보조 가스는 빔 피조사 부분의 외측으로부터 내측으로 흐른다.

한편, 가스 토출 노즐(10)은, 금속 원통(7)의 내부로부터의 보조 가스의 공급을 실행한다. 즉, 가스 토출 노즐(10)은 본 발명에서 제2가스 공급 수단으로서 작용한다. 가스 토출 노즐(10)은 원통형으로 형성되고, 그 내부에 가스 통로(10a)를 포함한다. 가스 토출 노즐(10)은 로터리 헤드(5)의 회전 중심과 동심으로 로터리 헤드(5)의 중공(中空)에 배치되며, 그것의 리딩 팁(leading tip)이 척(6)으로부터 돌출된다.

토출 노즐(10)은 그것의 리딩 상면(上面)에 토출구(10b)를 포함한다. 토출구(10b)는 수직 상향으로 개구된다. 토출구(10b)는 가공 노즐(1) 바로 아래에 위치하며, 그것의 축선은 가공 노즐(1)로부터 투사된 고밀도 에너지빔 HB의 광축에 상당한다. 금속 원통(7)이 가공될 때, 토출구(10b)는 그것의 리딩 헤드를 금속 원통(7)의 속이 빈 공간으로 삽입하면서 척(6)에 부착된다. 여기에서, 가스 토출 노즐(10)의 외경은 금속 원통(7)의 내경과 대략 동일하게 설계된다. 따라서, 가스 토출 노즐(10)은 금속 원통(7)의 내면에 밀봉되게 끼워져 접촉하게 된다.

드로스가 구멍(8)의 주변에 부착하는 것을 방지하기 위하여, 토출구(10b)의 직경은 구멍(8)의 직경보다 커야 된다. 그러나, 토출구(10b)의 직경이 너무 클 때, 토출구(10b)는, 바로 형성되고 있는 현재의 구멍(8)에 이웃한, 이미 형성된, 전번의 구멍(8)과 중첩한다. 이 경우에, 현재의 구멍(8)으로부터 흘러 나오는 보조 가스의 양 및 압력은 감소되고, 드로스를 떨어 뜨려 제거하는 효과를 감소시킨다. 본 실시예에서, 구멍(8)의 직경 및 각각의 인접 구멍(8) 간의 피치(pitch)를 고려하면, 구멍(8)의 직경은 0.3 mm로 설정되고, 토출구(10b)의 직경은 1.0 mm로 설정된다. 따라서, 보조 가스는 단지 현재의 구멍(8) 만에서 흐른다.

이러한 방법으로, 가스 토출 노즐(10)로부터 토출된 보조 가스는 단지 하나의 구멍(8)에서 흐른다. 여기에서, 가스 토출 노즐(10)로부터 공급되는 보조 가스의 압력은 0.7 MPa로 설정되고, 가공 노즐(1)로부터 공급되는 보조 가스는 0.4 MPa로 설정된다. 즉, 금속 원통(7)의 내부로부터 흘러 나오는 보조 가스는 레이저빔 절단 부분에서 더 높은 압력을 갖는다.

본 실시예의 동작을 설명한다.

금속 원통(7)상에 구멍(8)을 형성하기 위하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 척(6)은 금속 원통(7)을 고정 유지시킨다. 가공 노즐(1)은 금속 원통(7)에 고밀도 에너지빔 HB를 조사하고, 보조 가스 도입관(9)은 보조 가스를 가공 노즐(1) 내로 도입한다. 보조 가스는 가공 노즐(1)의 내부를 통해 출구(1a)로부터 빔 피조사 부분을 향해 토출된다. 이 때, 가스 토출 노즐(10)의 가스 통로(10a)내의 보조 가스는 적절하게 가압되어 있다.

빔 HB가 금속 원통(7)에 조사될 때, 빔 피조사 부분은 가열되어 용해된다. 이 용해(절단)에 의하여, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속 원통(7)의 측벽을 통해 관통하는 절단 부분 A는, 금속 원통(7)의 절단 가공 부분의 일부에 형성된다. 절단 가공 부분을 따라 빔 피조사 부분을 상대적으로 이동시키기 위해, 가공 테이블을이동하고 로터리 헤드(5)가 회전한다. 이것으로써, 절단 부분 A는 완전히 구멍(8)을 형성하기 위해 구멍(8)의 주변을 따라 계속해서 원형으로 이동한다.

절단 부분 A가 금속 원통(7)상에 형성될 때, 도 2에서 화살표에 의해 나타낸 바와 같이, 보조 가스는 가스 토출 노즐(10)의 토출구(10b)로부터 절단 부분 A를 통해 금속 원통(7)의 외부로 흐른다. 보조 가스는, 절단 부분 A를 형성함으로써 발생된 드로스 D를 금속 원통(7)의 외부로 떨어뜨려 제거한다. 이러한 방법으로, 드로스 D는, 금속 원통(7)의 내면에서 절단 부분 A의 주변 영역 및 절단 부분 A의 내면에 부착하는 것이 방지된다.

금속 원통(7)의 외부를 향해 떨어져 제거되는 드로스 D는, 가공 노즐(1)로부터 토출된 보조 가스에 의해서 주변 영역으로부터 절단 부분 A의 내부로 떨어져 나간다. 가공 노즐(1)로부터 토출된 보조 가스는 금속 원통(7)의 표면상에서 빔 피조사 부분의 외부로부터 내부로 흐른다. 드로스 D는, 도 2에서 화살표 C로 표시한 바와 같이, 가스 토출 노즐(10)로부터 절단 부분 A를 통해 외부로 흘러 나온 보조 가스에 의해 상향으로 불려진다. 결과적으로, 드로스 D는 금속 원통(7)의 외면에 부착되는 것이 방지된다.

절단 부분 A가 금속 원통(7)상에 형성될 때, 가공 노즐(1)로부터 조사된 빔 HB는 절단 부분 A를 통해 금속 원통(7)의 내부로 도입된다. 그러나, 본 실시예에서는, 가스 토출 노즐(10)이 금속 원통(7)내로 삽입되어, 빔 HB의 광축 상에 위치하고 있기 때문에, 절단 부분 A를 관통한 빔 HB는 가스 토출 노즐(10)에 의해 차단된다. 따라서, 빔 HB는 금속 원통(7)의 내면에 조사되지 않는다. 여기에서, 가스 토출 노즐(10)은 빔 HB에 의해 영향을 거의 받지 않는 재료로서 제조된다. 예를 들면, 본 실시예에서는, 가스 토출 노즐(10)은, 파장이 1.064㎛인 야그(YAG) 레이저를 빔 HB로서 사용할 때, 동(銅) 또는 황동으로 제조된다.

이러한 방법으로 하나의 구멍(8)이 형성된 후, 다음 구멍(8)을 형성하기 위하여, 가공 노즐(1) 및 가스 토출 노즐(10)을 이동시키지 않고, 즉, 빔 HB를 이동시키지 않고, 가공 테이블이 수평으로 이동하고, 로터리 헤드(5)는 회전한다. 이것으로써, 다음 구멍(8)이 형성될 부분이, 가공 노즐(1) 및 가스 토출 노즐(10)의 토출구(10b)를 관통하는 선상에 위치된다. 또한 다음 구멍(8)이 형성되는 동안에, 상기한 바와 같이 드로스가 금속 원통(7)에 부착하는 것이 방지되며, 빔 HB가, 절단 부분 A에 대향하는, 금속 원통(7)의 내면에 조사되는 것이 방지된다. 여기에서, 구멍(8)의 수가 증가할지라도, 가스 토출 노즐(10)로부터 토출되는 보조 가스는, 단지 절단 가공 공정하에 있는 현재의 구멍(8)에만 공급된다. 더욱이, 토출구(10b)의 주변 영역이 금속 원통(7)의 내면과 접촉하고, 보조 가스가 금속 원통(7)의 내부로 누설되지 않기 때문에, 가스 토출 노즐(10)로부터 토출되는 전체의 보조 가스는 현재의 구멍(8)을 통해 외부로 흘러 나간다. 따라서, 드로스를 떨어내 제거하기 위해 드로스 상에 작용하는 압력이 증가함으로써, 드로스가 부착하는 것을 확실하게 방지한다.

(변형예)

다수의 구멍이 상이한 직경을 가질 때, 가스 토출 노즐(10)의 토출구(10b)의 직경은 최대 직경을 갖는 구멍에 대해 설정되며, 보조 가스의 양 및 압력은 형성되고 있는 구멍의 직경에 따라 조절될 수도 있다.

센서는 절단 부분 A를 통해서 금속 원통(7)의 외부로 흘러 나가는 보조 가스의 압력 또는 양을 검출하고, 조절 밸브(조절 수단)는 검출 결과에 근거하여 가스 토출 노즐(10)로부터의 보조 가스의 압력 및 토출량을 조절한다.

많은 수의 구멍(8)이 금속 원통(7) 상에 형성될 때, 구멍(8)이 형성되는 위치를 변경하기 위하여, 가공 노즐(1)과 가스 토출 노즐(10)이 수평으로 이동할 수도 있으며, 금속 원통(7)의 중심 축선은, 금속 원통(7)을 수평으로 이동시키지 않고, 회전할 수도 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 금속 원통(7) 상에 구멍(8)이 형성되는 위치를 변경하기 위하여 가공 노즐(1)이 단지 수평으로만 이동할 때, 위치가 금속 원통(7)의 상부 절반 부분에 위치해 있는 한, 어떠한 위치에서도 형성될 수 있다. 여기에서, 가스 토출 노즐(11)은, 보조 가스가 조사의 중심 P를 관통하는 중심선 E에 대해 180도의 범위내에서 공급되도록, 반원으로 형성되어 금속 원통(7) 내부의 하부 절반 부분에 배치되어 있다. 따라서, 절단 가공이 금속 원통(7)의 상부 절반 부분에서 실행되는 한, 보조 가스는, 절단 가공이 실행되는 위치에 관계 없이, 절단 가공된 위치를 통해서 외부로 나가 제거될 수 있다. 결과적으로, 가스 토출 노즐(11)을 회전시킴으로써 토출구(11a)를 절단 가공된 위치에 맞출 필요성이 없다.

본 발명은, 원통형 재료에 대한 사용으로 제한되는 것은 아니며, 재료가 속이 비어 있는 한, 직사각형, 타원형 등으로 형성된 재료에 대하여 사용할 수도 있다.

상기의 실시예에서, 가스 토출 노즐(11)은 드로스가 부착되는 것을 방지하며, 고밀도 에너지빔 HB를 차단한다. 대안적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 차광판(21)이 가스 토출 노즐(20)에 추가적으로 구비될 수도 있다. 이 경우에, 절단 가공이 반복적으로 실행되어 차광판(21)이 손상될 때, 전체의 고밀도 에너지빔 가공 장치를 유지하기 위해, 단지 차광판(21)만이 새로운 것으로 교체되면 된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 보조 가스를 공급하는 관통구가 없는 유지 부재(24), 로터리 헤드(22), 및 척(23)은, 금속 원통(7)의 한쪽 끝을 붙잡아 유지하는 데 사용된다. 가스 토출 노즐(25)은 다른 쪽 끝으로부터 금속 원통(7) 내로 삽입되어 있다. 이 변형예에서, 로터리 헤드(22) 및 척(23)내에 관통구를 형성할 필요성이 없어서, 일반 형태의 로터리 헤드 및 척이 사용될 수 있다.

더욱이, 도 6에 나타낸 바와 같이, 보조 가스의 압력 강하를 방지하기 위하여, O-링(26)을 유지 부재(24)와 금속 원통(7) 사이, 및 가스 토출 노즐(25)과 금속 원통(7) 사이에 구비할 수도 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 토출 노즐(27)의 토출구(27a)는, 가스 토출 노즐(27)은 이동시키지 않고 가공 노즐(28)을 이동시킴으로써, 동시에 다수의 구멍을 형성하기 위하여, 큰 폭을 구비할 수도 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 가스 토출 노즐(30)은, 보조 가스를 로터리 헤드의 회전 방향에서 공급하기 위하여, 가공 노즐(1)에서 분리하여 구비할 수도 있다. 이 변형에서, 보조 가스가 회전 방향에서 강하게 공급됨으로써, 드로스가 금속 원통(7)의 외면에 부착하는 것을 효과적으로 방지한다.

본 발명은, 에너지빔에 의해 형성된 절단 부분을 통해 통과하는 고밀도 에너지빔이 피가공 부재의 대향측 내면에 조사되는 것을 방지하며, 절단 부분의 주변 영역에 드로스가 부착하는 것을 방지하게 된다.

Claims

내부 공간을 갖는 피가공 부재에 고밀도 에너지빔을 조사하여, 상기 피가공 부재의 내부 공간을 그것의 외부와 연통시키는 절단 가공을 실행하는 고밀도 에너지빔 가공 방법에 있어서,

상기 피가공 부재의 외부에 위치하는, 상기 피가공 부재의 피조사 부분에 고밀도 에너지빔을 조사하는 단계와;

상기 피가공 부재의 외부로부터 상기 피조사 부분에 제1보조 가스를 공급하는 단계와;

상기 피가공 부재의 내부로부터 상기 피조사 부분에 제2보조 가스를 공급하는 단계; 및

상기 피가공 부재의 내부 공간에 상기 피가공 부재의 내부로부터 제2보조 가스를 공급하는 가스 토출 노즐을 구비하는 단계를 포함하며, 또한,

제1보조 가스는 상기 피조사 부분 주위에서 상기 피가공 부재의 외면 위로 흐르고,

적어도 제2보조 가스의 일부는, 고밀도 에너지빔의 조사에 의해 상기 피가공 부재에 형성된 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 외부로 흐르며,

상기 가스 토출 노즐은, 고밀도 에너지빔이 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 내부로 침입하는 것을 차단하여, 고밀도 에너지빔이 상기 절단 부분에 대향한 상기 피가공 부재의 내면에 조사되지 않는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 피가공 부재는 원통형으로 형성되고,

상기 가스 토출 노즐은, 조사의 중심 및 상기 피가공 부재의 중심을 관통하는 중심선에 대하여 상기 피가공 부재의 원주 방향에서 180도 범위내에서 제2보조 가스를 공급하는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 제2보조 가스를 단지 상기 절단 부분에만 공급하는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 토출구를 포함하고,

상기 토출구는 상기 피가공 부재의 내면을 접촉하는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 고밀도 에너지빔을 이동시키지 않고 상기 피가공 부재를 이동시킴으로써, 고밀도 에너지빔이 요망되는 절단될 부분에 조사되는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 피가공 부재를 이동시키지 않고 고밀도 에너지빔을 이동시킴으로써, 고밀도 에너지빔이 요망되는 절단될 부분에 조사되는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 제2보조 가스의 양 또는 압력이 검출되고,

제2보조 가스의 양 또는 압력을 일정한 양 또는 일정한 압력이 되도록 조절하는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 피가공 부재는 원통형으로 형성되고,

상기 가스 토출 노즐은, 조사의 중심 및 상기 피가공 부재의 중심을 관통하는 중심선에 대하여 상기 피가공 부재의 원주 방향에서 180도 범위내에서 제2보조 가스를 공급하기 위해 반원으로 형성되는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 고밀도 에너지빔에 의해 영향을 거의 받지 않는 금속으로 제조되는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 동 또는 황동으로 제조되고,

고밀도 에너지빔으로서 파장이 1.064㎛인, 야그(YAG) 레이저를 사용하는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.
피가공 부재에 고밀도 에너지빔을 조사하여 절단 가공을 실행하는 고밀도 에너지빔 가공 장치에 있어서,

상기 피가공 부재의 외부에 위치하는, 상기 피가공 부재의 피조사 부분에 고밀도 에너지빔을 조사하는 빔 조사 수단과;

상기 피가공 부재의 외부로부터 상기 피조사 부분에 제1보조 가스를 공급하는 제1가스 공급 수단; 및

상기 피가공 부재의 내부로부터 상기 피조사 부분에 제2보조 가스를 공급하는 제2가스 공급 수단을 포함하며, 또한,

제1보조 가스는 상기 피조사 부분 주위에서 상기 피가공 부재의 외면 위로 흐르고,

적어도 제2보조 가스의 일부는, 고밀도 에너지빔의 조사에 의해 상기 피가공 부재에 형성된 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 외부로 흐르며,

상기 제2가스 공급 수단은, 상기 피가공 부재의 내부로부터 제2보조 가스를 공급하는, 상기 피가공 부재 내부에 구비된 가스 토출 노즐을 포함하고,

상기 가스 토출 노즐은, 고밀도 에너지빔이 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 내부로 침입하는 것을 차단하여, 고밀도 에너지빔이 상기 절단 부분에 대향한 상기 피가공 부재의 내면에 조사되지 않는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 제2보조 가스를 단지 상기 절단 부분에만 공급하는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은 토출구를 포함하고,

상기 토출구는 상기 피가공 부재의 내면을 접촉하는, 고밀도 에너지빔 가공장치.
제11항에 있어서, 고밀도 에너지빔을 이동시키지 않고 상기 피가공 부재를 이동시킴으로써, 고밀도 에너지빔이 요망되는 절단될 부분에 조사되는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 상기 피가공 부재를 이동시키지 않고 고밀도 에너지빔을 이동시킴으로써, 고밀도 에너지빔이 요망되는 절단될 부분에 조사되는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 제2보조 가스의 양 또는 압력이 검출되고,

제2보조 가스의 양 또는 압력을 일정한 양 또는 일정한 압력이 되도록 조절하는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 고밀도 에너지빔에 의해 영향을 거의 받지 않는 금속으로 제조되는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
제11항에 있어서, 상기 가스 토출 노즐은, 동 또는 황동으로 제조되고,

고밀도 에너지빔으로서 파장이 1.064㎛인, 야그(YAG) 레이저를 사용하는, 고밀도 에너지빔 가공 장치.
내부 공간을 갖는 피가공 부재에 고밀도 에너지빔을 조사하여, 상기 피가공 부재의 내부 공간을 그것의 외부와 연통시키는 절단 가공을 실행하는 고밀도 에너지빔 가공 방법에 있어서,

상기 피가공 부재의 외부에 위치하는, 상기 피가공 부재의 피조사 부분에 고밀도 에너지빔을 조사하는 단계와;

상기 피가공 부재의 외부로부터 상기 피조사 부분에 제1보조 가스를 공급하는 단계와;

상기 피가공 부재의 내부로부터 상기 피조사 부분에 제2보조 가스를 공급하는 단계와;

상기 피가공 부재의 내부 공간에 상기 피가공 부재의 내부로부터 제2보조 가스를 공급하는 가스 토출 노즐을 구비하는 단계; 및

상기 피가공 부재의 내부 공간에 차광 부재를 구비하는 단계를 포함하며, 또한,

제1보조 가스는 상기 피조사 부분 주위에서 상기 피가공 부재의 외면 위로 흐르고,

적어도 제2보조 가스의 일부는, 고밀도 에너지빔의 조사에 의해 상기 피가공 부재에 형성된 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 외부로 흐르며,

상기 차광 부재는, 고밀도 에너지빔이 절단 부분을 통해 상기 피가공 부재의 내부로 침입하는 것을 차단하여, 고밀도 에너지빔이 상기 절단 부분에 대향한 상기피가공 부재의 내면에 조사되지 않는, 고밀도 에너지빔 가공 방법.