KR20180075891A - 레이저 절단기의 더블 노즐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 1개홀로 어시스트 가스가 집중 분사되는 문제점을 헤결하여 어시스트 가스를 균일하게 분사시키는 이중(Double) 구조로 노즐을 구성함으로써 절단 품질 및 생산성이 우수한 레이저 절단기의 더블 노즐에 관한 것이다.
본 발명은 노즐바디(10) 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀(11)이 형성되고, 노블바디 (10)외측에는 노즐홀(11)을 둘러싸고 어시스트 가스를 주입, 분사하는 주입포트(21)가 형성된 노즐캡(20)이 결합된 레이저 절단기에 있어서, 상기 노즐바디(10)의 상부에 어시스트 가스를 공급하기 위한 복수의 주입포트(30,30')를 형성하고, 상기 노즐캡(20)에는 노즐홀(11)을 둘러싸고 어시스트 가스를 분사하는 분사홀(50,50')을 형성하여 레이저 절단기의 더블 노즐을 구성한 것에 요지가 있다.

Description

레이저 절단기의 더블 노즐{DOUBLE NOZZLE FOR LASER CUTTING APPARATUS}
본 발명은 레이저 절단기의 더블 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 1개홀로 어시스트 가스가 집중 분사되는 문제점을 헤결하여 어시스트 가스를 균일하게 분사시키는 이중(Double) 구조로 노즐을 구성함으로써 절단 품질 및 생산성이 우수한 레이저 절단기의 더블 노즐에 관한 것이다.
일반적으로 철판 등의 금속소재를 절단, 용접, 열처리 등의 가공에는 품질 및 경제적 측면에서 우수한 레이저 가공장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 철판, 강재 등의 피가공물을 절단하는 레이저 절단기는 레이저 발전기로부터 조사된 레이저빔이 집광렌즈에 의해 집중되어 절단부 표면을 가열시킴과 동시에 레이저빔 주위를 둘러싸도록 노즐로부터 어시스트 가스(Gas)를 분사시켜 분사된 가스로 절단부가 덮이면서 절단부에서 연소 반응이 일어나 절단하거나 레이저에 의해 용해한 금속 등의 피가공물에 대한 절단이 이루어진다.
이러한 레이저 절단과정에서는 레이저빔을 렌즈에 의해 에너지를 집중시켜 피가공물에 대해 절단작업을 수행하고 어시스트 가스는 가열부위를 연소시킴과 동시에 응용물을 모재로부터 배제하는 보조적인 역할을 수행한다.
상기한 종래 레이저 절단기의 절단용 노즐은 어시스트 가스(Gas)를 측면에서 호스를 이용하여 주입, 분사함으로써 분사가 균일하지 못하여 철판 등의 절단작업시에 절단 품질에 악영향을 미치는 등의 문제가 있었다.
이하에 이를 도 1 내지 도 3을 통해 구체적으로 살펴본다.
원통형 노즐바디(10)는 노즐홀(11)로부터 레이저빔 방사를 실행하고 이와 동시에 원통형 노즐바디(10) 외측에는 노즐홀(11)의 레이저빔 방사에 조력하는 노즐캡(20)이 결합되어 상기 노즐캡(20)으로부터 고압의 어시스트 가스를 분사함으로써 피절단재를 절단, 가공한다.
이러한 상기 노즐홀(11)을 둘러싸고 어시스트 가스를 주입하는 노즐캡(20)은 측면에 하나(Single Type)의 주입포트(21)가 형성되고 여기에 어시스트 가스를 공급하는 공급호스(22)가 결합된다.
이와 같이 측면에 형성된 주입포트(21)는 어시스트 가스를 측면에서 집중 분사시키므로 레이저빔 주위로 균일하게 분사되지 못하며, 철판 절단 작업이 불편하고 절단 품질에 악영향을 조래하여 15t이상 두께에서 제한적으로 사용되고 있다.
또, 피가공물 절단시에 잔재의 돌출 등으로부터 파손, 손상될 우려가 높아 이로부터 절단 품질에 하자 발생의 우려가 높으며, 절단 두께의 한계 및 절단 속도의 한계가 발생하여 생산성이 저하되는 등의 여러 문제가 있었다.
이러한 종래 레이저 절단기 절단용 노즐에 대해 참고문헌들을 통해 좀더 살펴본다.
참고문헌1에; 레이저광이 통과하는 투과창, 상기 투과창을 투과한 레이저광을 통과시키는 개구부, 상기 기체를 도입하는 도입구멍 등으로 이루어진 가공헤드를 포함하는 레이저 가공장치가 개시되어 있으며,
참고문헌2에; 피가공물 가공부에 레이저광을 조사하고 레이저광과 동축으로 배치된 노즐에서 가공부를 향해 어시스트가스를 분사하여 어시스트가스에 의해 가공부를 덮고 피어싱공을 가공하는 가공 장치가 개시되어 있다.
참고문헌3에; 가공물로 조사되는 레이저빔이 통과하는 제1관통구멍, 가스분사장치 및 분사압력 조절장치와 연결되는 분사가스 유입구를 구비하는 하우징, 상기 제1관통구멍이 마련되는 부분을 감싸도록 상기 하우징에 결합되며 가공물로 조사되는 레이저빔이 통과하는 제2관통구멍 등으로 구성된 레이저 가공장치용 노즐장치가 개시되어 있으며,
참고문헌4에; 레이저 용접헤드로부터 발사되는 레이저빔이 관통되게 중공부가 형성되는 에어노즐 벽면 내부에 형성되는 에어분사부, 상기 에어 분사부는 상기 에어노즐을 통과하는 레이저빔과 수직 방향으로 에어를 분사하여 에어층을 형성하는 레이저장치용 에어노즐이 개시되어 있다.
참고문헌5에; 레이저빔의 초점을 모으는 초점렌즈가 내부에 설치된 몸체부, 상기 몸체부 선단에 장착되어 상기 초점렌즈에 의해 초점이 모아진 상기 레이저빔을 피절단재에 조사하는 노즐부 및 상기 노즐부의 노즐을 둘러싸도록 상기 노즐부 선단에 장착되되, 상기 피절단재를 절단하는 동안 상기 피절단재를 들뜨지 않도록 압박하는 압착부로 이루어진 레이저 절단헤드가 개시되어 있다.
참고문헌6에; 레이저 가공기의 가공헤드는 독립된 조립체인 고정부, 렌즈교환부 및 노즐조정부가 결합하여 이루어지고 렌즈 교체는 렌즈교환부만을 분리하여 교체함으로써 렌즈 교체를 간단하게 하는 레이저 가공기의 가공헤드가 개시되어 있으며,
참고문헌7에; 집광렌즈에서 노즐공까지의 노즐몸체 내주면을 집광렌즈에서 집광되는 레이저 빔의 렌즈촛점과 같은 형상의 안내사면으로 형성시킴으로써 보조가스 투입구를 통해 유입되는 보조가스의 와류현상을 감소시켜 보조가스의 분출을 보다 원활하게 한 레이저 분사 노즐이 개시되어 있다.
그 밖에 참고문헌8 내지 참고문헌 11에 레이저 가공장치의 다양한 노즐 구조에 대해 개시되어 있다.
(참고문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0040601호, 2008.05.08. (참고문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0016726호, 2008.02.21. (참고문헌3) 대한민국 등록특허공보 제10-06205050호, 2006.09.06. (참고문헌4) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0049980호, 2015.05.08. (참고문헌5) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0101470호, 2016.08.25. (참고문헌6) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0070247호, 2005.07.07. (참고문헌7) 대한민국 공개실용신안공보 제20-1999-024761호, 1999.07.05. (참고문헌8) 일본 공개특허공보 소62-214893, 1987.09.21. (참고문헌9) 일본 특개평 7-88671, 1998.09.22. (참고문헌10) 일본 공개특허공보 특개2005-118818, 2005.05.12. (참고문헌11) 일본 특허 제4820910호, 2011.11.24.
상기에서와 같이 종래 레이저 절단기의 노즐은 일측면으로 어시스트 가스를 주입하는 노즐이 측면에 하나(Single Type)의 주입포트로 구성되어 어시스트 가스의 집중 분사로 인해 절단 속도가 느리고 절판 품질(절단각도)이 저하되는 결점과 측면에서 주입포트에 연결된 공급호스의 파손우려와 함께 생산성이 떨어지는 등의 여러 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 상부 2개 주입포트를 통해 어시스트 가스를 주입하고 또 주입된 어시스트 가스는 다수개(8개)의 분사홀을 통해 분사시키는 이중(Double) 구조의 노즐을 구성하여 어시스트 가스의 분사가 균일하게 이루어지게 하여 절단 품질 및 생산성이 우수한 레이저 절단기의 더블 노즐을 제공하고자 한다.
상기 과제해결을 위한 본 발명은;
[청구항1]에 기재된 발명에 따르면; 노즐바디 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀이 형성되고, 노블바디 외측에는 노즐홀을 둘러싸고 어시스트 가스를 주입, 분사하는 주입포트가 형성된 노즐캡이 결합된 레이저 절단기에 있어서, 상기 노즐바디 상부에 어시스트 가스를 공급하기 위한 복수의 주입포트를 형성하고, 상기 노즐캡에는 노즐홀을 둘러싸고 어시스트 가스를 분사하는 분사홀을 형성하여 구성한다.
[청구항2]에 기재된 발명에 따르면; 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀이 형성된 노즐바디; 상기 노즐바디 상부에 복수개로 형성되어 어시스트 가스를 공급하는 주입포트; 상기 노즐바디의 노즐홀 외측에 결합되는 노즐캡; 상기 노즐바디의 노즐홀 외측에 둘러싸게 형성되어 상기 노즐바디의 주입포트로부터 공급된 어시스트 가스를 노즐홀 외측에서 분사시키는 분사홀;로 구성한다.
[청구항3]에 기재된 발명에 따르면; 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분사홀은; 노즐바디의 주입포트와 연통되며, 중앙 노즐홀을 중심으로 방사상으로 배치하여 노즐홀을 둘러싸는 형태로 어시스트 가스를 분사시키도록 형성하여 구성한다.
본 발명은 측면에 하나의 어시스트 가스 주입포트로 구성된 종래 노즐의 결점과 문제점 [어시스트 가스의 집중 분사로 인해 절단 속도가 느리고 절판 품질(절단각도)이 저하되는 결점과 측면에서 주입포트에 연결된 공급호스의 파손우려와 함께 생산성이 떨어지는 등의 문제점]을 해결하여 사용성이 편리함은 물론 절단 품질이 뛰어나고 생산성이 우수한 제품을 제공한다.
또 본 발명은 대부분 수입에 의존하고 있는 레이저 절단기의 노즐을 개량하여 품질 개선은 물론 국산화 개발로 수입대체에 따른 경제적 이득과 제품 경쟁력 확보 등의 여러 이익을 기대할 수 있다.
도 1은 종래 레이저 가공기의 노즐 구조를 보인 사시도
도 2는 종래 레이저 가공기의 노즐 구조를 보인 단면도
도 3은 종래 레이저 가공기의 노즐의 절단 품질을 보인 설명도
도 4는 본 발명의 일실시예를 보인 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예를 보인 단면도
도 6은 본 발명의 절단 품질을 보인 설명도
본 발명은 복수의 주입포트를 통해 어시스트 가스를 주입하고 또 주입된 어시스트 가스는 다수개 분사홀을 통해 분사시키는 이중(Double) 구조의 노즐을 구성하여 균일한 어시스트 가스의 분사와 함께 절단 품질 및 생산성이 우수한 레이저 절단기의 더블 노즐을 구성한 것에 특징이 있다.
레이저 절단기의 노즐은, 노즐바디의 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀이 형성되고, 노블바디 외측에는 노즐캡이 결합되어 상기 노즐홀을 둘러쌈으로써 어시스트 가스를 주입하여 분사하는 주입포트가 형성된다.
본 발명은 상기 노즐바디 상에 양측으로 복수의 주입포트를 형성하고 상기 노즐바디에 결합되어 노즐홀을 둘러싸는 노즐캡 상에 다수개의 분사홀을 형성하여 상기 다수개의 분사홀을 통해서 어시스트 가스를 균일하게 안정적으로 분사시킬 수 있도록 노즐을 구성한다.
이하 본 발명의 구체적인 실시내용을 첨부도면과 함께 상세히 살펴본다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 설명되는 실시예를 통해 명확해질 것이지만 본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있다.
그리고 "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간과 방향 등을 설명하는 용어는 도면에 도시되어 있는 방향이 기준이 되지만 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해될 수 있으며, 실시예를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 하며 구성요소 구조에 대한 설명에서 상대적 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우 첨부 도면을 참조하도록 한다.
또 본 발명에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 단수형은 특별히 제한하여 설명하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도면에서 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도, 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 하며 구조에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련도면을 참조한다.
도 4는 본 발명의 일실시예를 보인 사시도, 도 5는 본 발명의 일실시예를 보인 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 절단 품질의 설명도이다.
레이저 절단기의 노즐은, 노즐바디(10) 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀(11)을 형성하고 노즐바디(10) 상부 양측에는 어시스트 가스를 공급하기 위한 주입포트(30,30')를 형성한다.
그리고 상기 주입포트(30,30')에는 공급호스(40,40')를 연결한다.
또 상기 노즐바디(10)의 노즐홀(11) 외측에는 노즐홀(11)을 둘러싸는 노즐캡(20)을 결합하고, 노즐캡(20)에는 상기 노즐바디(10)의 주입포트(30,30')로부터 공급된 어시스트 가스를 노즐홀(11) 외측에서 균일하게 분사시키기 위한 분사홀(50,50')을 형성한다.
상기 노즐캡(20)에 형성되는 분사홀(50,50')은 노즐바디(10)의 주입포트(30,30')와 인접하게 그 하부에 중앙의 노즐홀(11)을 중심으로 방사상으로 배치되게 형성한다.
상기 분사홀(50,50')은 도시한 예와 같이 다수개(도시한 예는 8개를 실시한 예이다.)를 노즐홀(11)을 중심으로 방사상으로 배치하여 노즐홀(11)을 둘러싸는 형태로 어시스트 가스를 분사시키도록 형성한다.
따라서 상기 노블바디(10) 외측에서 노즐홀(11)을 둘러싸며 결합되는 노즐캡(20)의 분사홀(50,50')은 노즐홀(11) 주위로 방사상으로 배치되고 또 다수개로 형성되어 노즐홀(11) 주위에서 다수개의 분사홀(50,50')을 통해 균일하게 어시스트 가스를 분사시킴으로써 안정된 작업성으로 우수한 절단품질 등을 제공한다.
본 발명을 구체적으로 설명하기위해 첨부 도면에 사용한 부호에 대해 간략히 설명하면 하기와 같으며, 종래 기술[도 1 내지 도 3]과 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하였다.
10:노블바디 11:노즐홀
20:노즐캡 21:주입포트
22:공급호스 30,30': 주입포트
40,40': 공급호스 50,50':분사홀

Claims (3)

  1. 노즐바디(10) 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀(11)이 형성되고, 노블바디 (10)외측에는 노즐홀(11)을 둘러싸고 어시스트 가스를 주입, 분사하는 주입포트(21)가 형성된 노즐캡(20)이 결합된 레이저 절단기에 있어서,
    상기 노즐바디(10)의 상부에 어시스트 가스를 공급하기 위한 복수의 주입포트(30,30')를 형성하고,
    상기 노즐캡(20)에는 노즐홀(11)을 둘러싸고 어시스트 가스를 분사하는 분사홀(50,50')을 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 레이저 절단기의 더블 노즐.
  2. 중심에 레이저빔을 방사하는 노즐홀(11)이 형성된 노즐바디(10);
    상기 노즐바디(10) 상부에 복수개로 형성되어 어시스트 가스를 공급하는 주입포트(30,30');
    상기 노즐바디(10) 노즐홀(11) 외측에 결합되는 노즐캡(20);
    상기 노즐바디(10) 노즐홀(11) 외측에 둘러싸게 형성되어 상기 노즐바디(10)의 주입포트(30,30')로부터 공급된 어시스트 가스를 노즐홀(11) 외측에서 분사시키는 분사홀(50,50');로 구성한 것을 특징으로 하는 레이저 절단기의 더블 노즐.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분사홀(50,50')은; 노즐바디(10)의 주입포트(30,30')와 연통되며, 중앙 노즐홀(11)을 중심으로 방사상으로 배치하여 노즐홀(11)을 둘러싸는 형태로 어시스트 가스를 분사시키도록 형성한 것을 특징으로 하는 레이저 절단기의 더블 노즐.
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