KR20150060922A - 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치 - Google Patents

레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치 Download PDF

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세이이치 하야시
고지 마사우지
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고마쓰 산기 가부시키가이샤
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Abstract

절단 비용을 낮추면서, 질소 리치 가스(nitrogen-rich gas)에 의한 드로스 프리(dross free) 절단이 가능한 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치를 제공한다. 레이저 가공기(10)의 어시스트 가스 공급부(27)는, 공기를 도입하여 소정압까지 압축하는 에어 컴프레서(25)와, 에어 컴프레서(25)에 의해 압축된 공기로부터 산소 가스를 분리하여 질소 리치 가스를 발생시키는 산소 분리막(92)을 갖는 산소 분리 장치(83)와, 산소 분리 장치(83)에 의해 발생된 질소 리치 가스를 압축하는 부스터(24)를 포함한다. 에어 컴프레서(25)와 산소 분리 장치(83) 사이에 또는 산소 분리 장치(83)와 부스터(24) 사이에 스로틀부(84)가 형성되어 있다.

Description

레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치{ASSIST GAS GENERATION DEVICE FOR LASER PROCESSING MACHINE}
본 발명은 어시스트 가스로서 질소 리치 가스(nitrogen-rich gas)를 이용할 수 있는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공기에 있어서는, 연강(軟鋼) 절단시에 어시스트 가스로서 산소 가스를 이용하고 있었다. 어시스트 가스로서 산소 가스를 사용하고 산화 반응열을 이용하여 레이저 절단하면, 절단면에 산화 피막이 부착되어, 후속 공정의 용접이나 도장에 문제가 발생하는 경우가 있었다. 그래서, 최근에 와서는, 절단면의 산화를 억제하는 방법으로서, 질소 가스가 이용되고 있다.
그러나, 어시스트 가스에 질소 가스를 사용하여 레이저 절단하면 산화 반응열을 이용할 수 없기 때문에 드로스(dross)가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 질소 가스를 이용하는 경우, 산소 가스를 이용하는 경우에 비해 높은 가스압이 필요하다. 가스압이 높다는 것은 질소 가스의 소비량이 많아지는 것을 의미하고 있어, 절단 비용이 증가되는 원인이 되고 있었다. 절단 비용을 저감시키는 방법으로서, 몇 가지 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 중공사막을 이용한 분리 장치를 이용하여, 공기로부터 질소 순도가 94%∼99.5%인 질소 리치 가스가 얻어지는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 흡착 방식을 이용한 질소 가스 발생 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제7-328787호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3640450호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 질소 순도가 안정되지 않아, 질소 리치 가스의 압력이 낮다고 하는 과제가 있었다. 질소 순도가 안정되지 않으면 워크피스에 드로스가 부착될 우려가 있다. 한편, 질소 리치 가스의 압력이 낮으면 드로스 프리(dross free) 절단이 가능한 판 두께가 매우 얇은 판재로 한정되어 버려, 원하는 판 두께의 레이저 가공을 행할 수 없을 우려가 있었다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 흡착 장치 자체가 고가이기 때문에, 절단 비용을 낮춘다는 점에서 과제가 있었다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 절단 비용을 낮추면서, 질소 리치 가스에 의한 안정된 드로스 프리 절단이 가능한 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 먼저 드로스 프리 절단에 필요한 질소 리치 가스의 농도에 대해 조사하였다.
어시스트 가스로서 질소 농도 100%, 99.5%, 99.0%의 3종류를 준비하고, 각각의 어시스트 가스를 이용하여 SUS304, SECC, 연강(SPCC)의 3종류의 판재에 대해 두께를 변경하면서 레이저 절단을 행하였다. 그리고, 드로스 프리 절단이 가능한 최대의 판 두께(이하, 드로스 프리 최대 절단 판 두께라고 지칭함)를 측정하였다.
도 7의 (a)는 출력 2 ㎾의 레이저 가공기에서의 드로스 프리 최대 절단 판 두께를 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 출력 1 ㎾의 레이저 가공기에서의 드로스 프리 최대 절단 판 두께를 나타낸 것이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)의 결과로부터, 어시스트 가스로서 질소 농도 99.0%의 질소 리치 가스를 사용한 경우, SUS304나 연강에서 질소 농도 100%의 질소 가스를 사용한 경우에 비해 드로스 프리 최대 절단 판 두께가 얇아지는 경우가 있었다. 한편, 질소 농도 99.5%의 질소 리치 가스를 사용한 경우, 질소 농도 100%의 질소 가스를 사용한 경우에 대해 동등 이상의 드로스 프리 최대 절단 판 두께가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
이들의 결과로부터, 본 발명자들은 드로스 프리 절단을 행하기 위해서는 질소 농도 99.5% 정도의 질소 리치 가스가 얻어지면 된다고 하는 지견을 얻고, 질소 가스 실린더나 고가의 흡착 방식을 이용한 질소 가스 발생 장치를 이용하지 않고, 막 방식의 질소 가스 발생 장치를 이용하여, 지금까지 막 방식의 질소 가스 발생 장치에서는 어려웠던, 고농도 및 고압의 질소 리치 가스의 생성을 실현한 것이다. 본 발명은 이하의 양태를 제공하는 것이다.
(1) 가공시에 노즐로부터 레이저광을 조사하고, 어시스트 가스를 분사하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치로서,
압축된 공기로부터 산소 가스를 분리하여 질소 리치 가스를 발생시키는 산소 분리막을 갖는 산소 분리 장치와,
상기 산소 분리 장치에 의해 발생된 질소 리치 가스를 압축하는 부스터를 포함하며,
스로틀부가 상기 산소 분리 장치와 상기 부스터 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
(2) 상기 산소 분리 장치에 의해 발생되는 상기 질소 리치 가스의 질소 농도는 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
(3) 상기 산소 분리 장치는 상기 산소 분리막을 각각 갖는 복수의 산소 분리부를 가지며, 상기 복수의 산소 분리부는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
(4) 상기 복수의 산소 분리부는 길이 방향이 수직 방향이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
상기 (1)에 기재된 양태에 의하면, 부스터에 의해 에어 컴프레서로 얻어지는 공기압보다 고압의 질소 리치 가스를 노즐에 공급할 수 있다. 또한, 부스터를 설치한 경우라도, 스로틀부에 의해 산소 분리 장치를 통해 유동하는 압축 공기의 유량이 안정되기 때문에, 압축 공기의 유량의 유량 변동에 의한 질소 리치 가스의 농도 변동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 절단 비용을 낮추면서, 질소 리치 가스에 의한 드로스 프리 절단이 가능해진다.
상기 (2)에 기재된 양태에 의하면, 바람직한 드로스 프리 절단이 가능해진다.
상기 (3) 및 (4)에 기재된 양태에 의하면, 어시스트 가스 발생 장치를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이저 가공기의 개략 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 레이저 가공기의 개략 측면도이다.
도 3은 가공 헤드 구동 기구의 사시도이다.
도 4는 가공 헤드의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시한 레이저 가공기의 배면도이다.
도 6은 어시스트 가스 공급부의 구성도이다.
도 7의 (a)는 출력 2 ㎾의 레이저 가공기에서의 드로스 프리 최대 절단 판 두께를 나타내는 그래프이고, 도 7의 (b)는 출력 1 ㎾의 레이저 가공기에서의 드로스 프리 최대 절단 판 두께를 나타내는 그래프이다.
도 8은 어시스트 가스 공급부의 다른 예의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 열절단기의 일례로서, 레이저 가공기의 일 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 가공기(10)는, 가공기 본체(20)와, 가공기 본체(20)에 내장되는 레이저 발진기(21) 및 제어 장치(22)와, 가공기 본체(20)에 연결되어 설치되는 팰릿 체인저(pallet changer; 23)와, 공기 중의 질소 가스를 분리하기 위해서 사용되는 부스터(24)나 에어 컴프레서(25), 또는 질소 가스 실린더(26a) 및 산소 가스 실린더(26b) 등을 포함하는 어시스트 가스 공급부(27)와, 레이저 발진기(21) 및 레이저 가공 헤드(40)(이하, 가공 헤드라고 지칭함)를 냉각시키는 냉각수를 공급하는 칠러 유닛(28), 및 가공시에 발생되는 먼지 등을 제거하는 집진기(29) 등을 주로 포함한다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 전방이란 가공기 본체(20)와 팰릿 체인저(23)의 배열 방향(도 1의 X방향)에 있어서 가공기 본체(20) 쪽의 방향을 나타내고, 후방이란 상기 배열 방향에 있어서 팰릿 체인저(23) 쪽의 방향을 나타낸다. 또한, 좌방 및 우방은 상기 배열 방향에 직교하는 방향(도 1의 Y방향)에 있어서 후방으로부터 전방을 보았을 때의 방향을 나타낸다.
가공기 본체(20)의 캐빈(30) 내에는, 팰릿(31)을 소정의 방향인 캐빈(30)의 길이 방향(X방향)으로 구동시키는 팰릿 구동 기구(32)와, 팰릿(31)에 탑재된 워크피스(W)를 열절단하기 위한 레이저광을 조사하는 가공 헤드(40)와, 가공 헤드(40)를 구동시키는 가공 헤드 구동 기구(49)와, 가공시에 절단된 절삭 부스러기 등을 회수하기 위한 회수 컨베이어(60)가 수용되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가공 헤드(40)는, 가공 헤드 구동 기구(49)에 의해, X방향, 캐빈(30)의 폭 방향(Y방향) 및 캐빈(30)의 상하 방향(Z방향)으로 이동 가능하다. 구체적으로, 빔(beam) 형상의 X방향 가동대(42)가 좌우에 설치된 한 쌍의 지지대(41)에 걸쳐 배치되고, 이 X방향 가동대(42)는 X축 모터(43)에 의해 X방향으로 구동된다. 또한, Y축 모터(44)에 의해 구동되어 Y방향으로 이동 가능한 Y방향 가동대(45)가 X방향 가동대(42)에 설치되어 있다. X방향 가동대(42) 내에 배치된 도시하지 않은 랙에 Y축 모터(44)의 회전축에 고정된 도시하지 않은 피니언이 맞물리는 랙 피니언 기구에 의해 Y방향 가동대(45)가 Y방향으로 구동된다. 또한, Z축 모터(46)에 의해 구동되는 랙 피니언 기구를 이용하여, 가공 헤드(40)가 Z방향으로 이동될 수 있도록 Y방향 가동대(45)에 설치되어 있다.
한편, 도 1의 실선 및 도 2의 점선으로 나타낸 가공 헤드(40)는 X방향에서 가장 전방에 위치된 상태를 나타내고, 도 1 및 도 2의 일점쇄선으로 나타낸 가공 헤드(40)는 X방향에서 가장 후방에 위치된 상태를 나타내고 있다.
레이저 발진기(21)로부터 연장되는 파이버 케이블(선단만 도시)(50)이 X방향용 케이블베어(등록 상표)(48x) 및 Y방향용 케이블베어(등록 상표)(48y)를 통해 배선되어 가공 헤드(40)에 연결되어 있다. 또한, 파이버 케이블(50)의 출사단으로부터 출사된 레이저광을 평행 광선화하기 위한 콜리메이터 렌즈(51)와, 평행 광선화된 레이저광을 집광하기 위한 집광 렌즈(52)가 가공 헤드(40) 내에 배치되어 있으며, 집광 렌즈(52)는 가공 헤드(40)에 대해 Z방향으로 위치 조정 가능하게 설치되어 있다. 한편, 레이저광을 생성하는 레이저 발진기(21)의 구성은 공지된 구성을 적용할 수 있기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 칠러 유닛(28)으로부터 공급되는 냉각관(56)이 가공 헤드(40)의 주위에 연결되어, 파이버 케이블(50)의 출사단과 집광 렌즈(52)의 주위를 냉각시킨다. 또한, 어시스트 가스 공급부(27)로부터 질소 가스 또는 산소 가스의 어시스트 가스를 가공 헤드(40) 내로 공급하는 가스 공급관(57), 및 가공 헤드(40)의 레이저 노즐(53) 근방을 향해 질소 가스 또는 산소 가스의 어시스트 가스를 분사하는 사이드 노즐(54)에 연결되는 다른 가스 공급관(58)이 가공 헤드(40)의 주위에 설치되어 있다.
이들 냉각관(56)과 가스 공급관(57, 58)은 Z방향용 케이블베어(등록 상표)(48z)를 통과한 후, 파이버 케이블(50)과 함께 X방향용 케이블베어(등록 상표)(48x) 및 Y방향용 케이블베어(등록 상표)(48y)에 배선되어, 칠러 유닛(28) 및 어시스트 가스 공급부(27)에 연결된다.
레이저 발진기(21)를 작동시키면, 레이저광이 파이버 케이블(50)을 통해 콜리메이터 렌즈(51)에 의해 평행 광선화되고, 평행 광선화된 레이저광이 집광 렌즈(52)에 입사되어 집광되며, 레이저 노즐(53)로부터 워크피스(W)의 가공부에 조사되어, 가공 헤드(40)가 워크피스(W)를 가공한다. 가공시에, 어시스트 가스 공급부(27)로부터 공급되는 어시스트 가스는 레이저 노즐(53)과 사이드 노즐(54)로부터 워크피스(W)의 가공부를 향해 분출되어, 가공시에 발생된 용융 금속을 불어 날려 버린다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 팰릿 구동 기구(32)는 X방향을 따라 팰릿(31)의 우측면과 대향하는 위치에 설치되며, 구동 모터(33)에 의해 회전 구동되는 무단 체인(34)과, 팰릿(31)의 하면측에 설치된 복수의 롤러(36)가 전동(轉動) 안내되고 팰릿(31)을 지지하는 레일(35)을 갖는다. 그리고, 무단 체인(34)이 구동 모터(33)에 의해 회전 구동되면, 무단 체인(34)에 설치된 핀(도시하지 않음)이 팰릿(31)의 결합부(도시하지 않음)에 결합되어 레일(35) 상의 팰릿(31)을 X방향으로 이동시킨다.
개폐 도어인 걸윙(gull wing; 38)이 캐빈(30)의 정면(30F)에 설치되고, 정면(30F)에 대해 반대측이 되는 배면(30R)에 가로로 긴 슬릿 형상으로 형성된 반입 반출구(37)가 팰릿 체인저(23)에 대응하여 형성되어 있다. 이에 의해, 대로트 제품의 가공시에는, 워크피스(W)를 배치시키는 팰릿(31)을 반입 반출구(37)를 통해 반입 및 반출하고, 소로트 제품의 가공시에는, 걸윙(38)으로부터 워크피스(W)를 반입 및 반출하여, 로트의 크기에 대응하는 반입 반출 작업을 행할 수 있다.
또한, 정면(30F)에는, 걸윙(38)의 측방에 제1 조작반(75)이 배치되고, 좌측면(30L)에는, 제2 조작반(70)이 배면(30R) 쪽에 배치되어 있다. 또한, 캐빈(30)의 정면(30F)에 그리고 걸윙(38)의 하방에는, 작업자가 발로 조작 가능한 풋 스위치(76)가 배치되어 있다.
도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 팰릿 체인저(23)는 반입 반출구(37)가 형성된 캐빈(30)의 배면(30R)에 대향하게 배치되어 있다. 팰릿 체인저(23)는 도 1에 도시한 구동 기구(61)에 의해 상하 구동되는 가동 프레임(62)을 가지며, 가동 프레임(62)의 좌우 측방에 설치된 네모진 대략 C자형의 레일(63) 상에 2대의 팰릿(31)을 상하로 2단 배치할 수 있다.
상측의 팰릿(31)은 네모진 대략 C자형의 레일(63)의 상측 레일면(63a) 상에 배치되며, 하측의 팰릿(31)은 네모진 대략 C자형의 레일(63)의 하측 레일면(63b) 상에 배치된다. 네모진 대략 C자형 레일(63) 상에 2단 배치된 팰릿(31)은, 구동 기구(61)를 이용하여 가동 프레임(62)을 상하로 구동시킴으로써, 네모진 대략 C자형의 레일(63) 상의 팰릿(31)을 상하로 이동시켜 캐빈(30) 내에 설치된 레일(35)과 동일한 높이가 되도록 높이 조절이 가능하며, 상기 레일(35)과 동일한 높이에 위치되는 팰릿(31)을 반입 반출구(37)를 통해 팰릿 체인저(23)와 캐빈(30)의 내부 사이에서 반입 및 반출할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 팰릿 체인저(23)를 둘러싸는 작업 영역(WA)의 각 모서리부에는, 투광기(71), 반사판(72) 및 수광기(73)로 이루어지는 센서가 배치되어 있으며, 투광기(71)로부터 조사된 광을 3개의 반사판(72)에서 반사시켜 수광기(73)로 수광함으로써, 작업 영역(WA) 내로의 작업자들의 출입을 감시한다. 또한, 영역 센서(74)가 캐빈(30)의 배면(30R)에 설치되어, 작업 영역(WA) 내의 작업자들의 유무를 검출한다. 투광기(71), 반사판(72) 및 수광기(73)로 이루어지는 센서, 또는 영역 센서(74)가 작동된 경우에는, 작업 영역(WA) 내에 작업자들이 있다고 판단하여 팰릿 체인저(23)의 반입 및 반출 작업을 금지시킴으로써, 작업자들의 안전이 확보된다.
이하, 본 발명의 특징인 어시스트 가스 공급부(27)에 대해 도 6을 참조하면서 상세히 설명한다.
어시스트 가스 공급부(27)는 에어 컴프레서(25)와, 에어 드라이어(82)와, 산소 분리 장치(83)와, 스로틀부(84)와, 부스터(24)를 주로 포함한다. 한편, 본 실시형태의 어시스트 가스 공급부(27)는 질소 가스 실린더(26a) 및 산소 가스 실린더(26b)를 포함하고, 이들 실린더로부터의 어시스트 가스가 수동식 3방향 밸브(86) 또는 전자 밸브(87)에 의해 선택적으로 사용가능하게 되어 있으나, 이들이 반드시 필요한 것은 아니며 생략해도 좋다. 특히, 드로스 프리 절단에 필요한 질소 순도가 99.5% 정도인 질소 리치 가스가 어시스트 가스 공급부(27)로부터 공급될 수 있기 때문에, 특별히 필요한 경우, 예컨대 5 ㎜ 이상의 판 두께의 워크피스를 레이저 가공하는 경우 등을 제외하곤 질소 가스 실린더(26a)를 설치할 필요는 없다.
이 어시스트 가스 공급부(27)에서는, 에어 컴프레서(25)에 의해 압축된 공기가 먼지 및 오일 미스트를 제거하기 위한 필터군(88)을 통과하여 에어 드라이어(82)에 공급된다. 에어 드라이어(82)에서는, 압축 공기에 포함된 수증기가 제거되어 건조된 압축 공기가 하류측으로 공급된다. 병렬인 복수의(본 실시형태에서는 3개의) 산소 분리관(90)을 갖는 산소 분리 장치(83)가 에어 드라이어(82)의 하류에 설치되며, 산소 분리 장치(83)로부터 배출된 질소 리치 가스의 압력을 상승시키는 부스터(24)가 산소 분리 장치(83)의 하류에 설치된다.
산소 분리 장치(83)를 구성하는 산소 분리관(90) 각각은 케이스(91)에 내장되어 있는 산소 분리막(92)을 가지며, 길이 방향이 수직 방향이 되도록 배치되어 있다. 한편, 산소 분리관(90)의 개수는 산소 분리막(92)의 유량에 따라 적절하게 변경될 수 있으며, 적어도 1개의 산소 분리관(90)이 설치되어 있으면 된다. 산소 분리막(92)은 공기 중의 질소보다 산소를 투과시키기 쉬운 성질을 갖는 폴리이미드제 중공사로 구성되며, 압축 공기가 산소 분리막(92)의 내측을 통해 유동하는 동안에 산소가 선택적으로 산소 분리막(92)을 투과함으로써, 질소 리치 가스가 산소 분리막(92)의 출구에서 얻어진다. 산소 분리 장치(83)에 의해 발생된 질소 리치 가스의 잔류 산소 농도는 0.5% 정도가 바람직하다.
부스터(24)는 소정압을 유지하기 위해 온-오프 운전 제어되도록 구성된다. 따라서, 부스터(24)의 작동 상태(온 상태)와 비작동 상태(오프 상태)에서는 부스터(24)를 통해 유동하는 질소 리치 가스의 유량이 변화된다. 부스터(24)를 통해 유동하는 질소 리치 가스의 유량이 변화되면, 부스터(24)의 상류에 위치된 산소 분리 장치(83)의 산소 분리막(92)을 통과하는 압축 공기의 유량도 변화된다. 산소 분리 장치(83)의 산소 분리막(92)의 성질로 인해, 유동하는 압축 공기의 유량이 변화되면, 얻어지는 질소 리치 가스의 농도가 변화된다.
그래서, 최대 유량을 제한하기 위한 스로틀부(84)가 산소 분리 장치(83)와 부스터(24) 사이에 형성됨으로써, 산소 분리 장치(83)의 산소 분리막(92)을 통과하는 압축 공기의 유량이 일정하게 되도록 제어된다. 이 스로틀부(84)는 산소 분리 장치(83)의 상류에 형성될 수도 있다. 스로틀부(84)의 직경은 레이저 노즐(53)의 노즐 직경에 대응하여 결정되며, 상이한 직경의 레이저 노즐(53)을 사용할 수 있는 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같이 스로틀 밸브와 같은 스로틀부(84)의 직경 치수가 적절하게 조정될 수 있는 가변 스로틀이 사용될 수도 있다. 도면부호 93은 부스터(24)측으로부터 산소 분리 장치(83)측으로의 질소 리치 가스의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브를 나타내고, 도면부호 95는 산소 분리 장치(83)로의 압축 공기의 입구에 설치된 전자 밸브를 나타내며, 이 전자 밸브는 압축 공기의 압력이 소정압에 도달하면 개방된다.
레귤레이터 밸브(94a)가 부스터(24)의 하류측에 설치되어, 레이저 노즐(53)측의 압력이 소정압보다 높아지지 않도록 제어한다. 도면부호 94b 및 94c도 질소 가스 실린더(26a)와 산소 가스 실린더(26b)의 하류측에 배치된 레귤레이터 밸브를 나타내는 것이다. 레귤레이터 밸브(94a)는 예컨대, 1.5 ㎫ 내지 2.5 ㎫, 바람직하게는 1.6 ㎫ 내지 2.1 ㎫로 설정되며, 이 압력은 에어 컴프레서(25)에 의해 얻어지는 압축 공기의 압력보다 높다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 가공기(10)의 어시스트 가스 공급부(27)에서는, 부스터(24)에 의해 에어 컴프레서(25)로 얻어지는 공기압보다 고압의 질소 리치 가스를 레이저 노즐(53)에 공급할 수 있다. 또한, 부스터(24)를 설치한 경우라도, 에어 컴프레서(25)와 산소 분리 장치(83) 사이에 또는 산소 분리 장치(83)와 부스터(24) 사이에 스로틀부(84)가 형성되어 있기 때문에, 산소 분리 장치(83)를 통해 유동하는 압축 공기의 유량이 안정되어, 압축 공기의 유량의 유량 변동에 의한 질소 리치 가스의 농도 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 절단 비용을 낮추면서, 고압이며 고농도의 질소 리치 가스를 안정적으로 공급할 수 있어 드로스 프리 절단이 가능해진다.
또한, 산소 분리 장치(83)에 의해 발생되는 질소 리치 가스의 잔류 산소 농도가 0.5% 정도이기 때문에, 바람직한 드로스 프리 절단이 가능해진다.
또한, 복수의 산소 분리관(90)은 병렬로 연결되기 때문에, 길이 방향 길이가 길어지는 것이 억제되어, 어시스트 가스 공급부(27)를 소형화할 수 있다. 또한, 산소 분리관(90)은 길이 방향이 수직 방향이 되도록 배치됨으로써, 어시스트 가스 공급부(27)를 더욱 소형화할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 적절하게 변형, 개량 등이 가능하다.
본 발명은 본 실시형태의 레이저 가공기(10)는 파이버 레이저 가공기와 같은 임의의 레이저 가공기에 적용 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 복수의 산소 분리관(90)을 병렬로 배열하여 산소 분리 장치(83)를 구성하였으나, 복수의 산소 분리관(90)을 이용하는 경우, 이들을 직렬로 배열하여 산소 분리 장치(83)를 구성해도 좋다.
10: 레이저 가공기 24: 부스터
25: 에어 컴프레서
27: 어시스트 가스 공급부(어시스트 가스 발생 장치)
53: 레이저 노즐(노즐) 83: 산소 분리 장치
84: 스로틀부 90: 산소 분리관(산소 분리부)
92: 산소 분리막

Claims (6)

  1. 가공시에 노즐로부터 레이저광을 조사하고, 어시스트 가스를 분사하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치로서,
    압축된 공기로부터 산소 가스를 분리하여 질소 리치 가스(nitrogen-rich gas)를 발생시키는 산소 분리막을 갖는 산소 분리 장치와,
    상기 산소 분리 장치에 의해 발생된 질소 리치 가스를 압축하는 부스터를 포함하며,
    스로틀부가 상기 산소 분리 장치와 상기 부스터 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산소 분리 장치에 의해 발생되는 상기 질소 리치 가스의 질소 농도는 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어시스트 가스는 상기 노즐로부터 분사되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐의 측방에 설치되고, 어시스트 가스를 분사하는 사이드 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 분리 장치는 상기 산소 분리막을 각각 갖는 복수의 산소 분리부를 가지며,
    상기 복수의 산소 분리부는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 산소 분리부는 길이 방향이 수직 방향이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 어시스트 가스 발생 장치.
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