WO2013005616A1 - レーザ切断方法及びレーザ切断装置 - Google Patents

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laser
oxygen
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隆道 吉井
工 大森
愛 小林
小池　哲夫
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小池酸素工業株式会社
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    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present invention relates to a laser cutting method and apparatus for irradiating a material to be cut with laser light, and cutting while irradiating the laser light and injecting oxygen gas at and near the cutting point.
  • Patent Document 1 a high oxygen concentration is secured in the vicinity of the cutting point, and the oxygen concentration on the rear side in the cutting progress direction is lowered from the cutting point, thereby adversely affecting the cut surface due to self-burning or the like due to excess oxygen. Techniques for preventing this have been proposed.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to prevent adverse effects on the cut surface due to self-burning or the like due to excess oxygen, reduce oxygen gas that does not contribute to cutting, and maintain processing accuracy. It is an object of the present invention to provide a laser cutting method and a laser cutting device that can be used.
  • the first configuration of the laser cutting method according to the present invention for achieving the above object is to irradiate a material to be cut with laser light and to inject oxygen gas at a cutting point where the laser light is irradiated and in the vicinity thereof.
  • a laser cutting method for cutting characterized in that the pressure of oxygen gas sprayed before and after the cutting progress direction from the cutting point is higher than the pressure of oxygen gas sprayed to parts other than before and after the cutting progress direction.
  • the second configuration of the laser cutting method according to the present invention is a laser cutting method in which a material to be cut is irradiated with laser light, and cutting is performed while injecting oxygen gas at a cutting point where the laser light is irradiated and in the vicinity thereof.
  • the oxygen gas is jetted only before and after the cutting point in the cutting progress direction.
  • a third configuration of the laser cutting method according to the present invention is characterized in that, in the second configuration, a gas to be injected to a portion other than before and after the cutting progress direction is cut off.
  • a fourth configuration of the laser cutting method according to the present invention is the same as that of the second configuration, except that a gas having a single composition other than oxygen or a mixture containing no oxygen is present in a portion other than before and after the cutting progress direction. It is characterized by injecting gas.
  • the first configuration of the laser cutting device is a laser cutting device that irradiates a material to be cut with laser light and cuts while irradiating the laser beam with oxygen gas at and near the cutting point where the laser light is irradiated. And determining a plurality of nozzle ports provided around a nozzle port for emitting laser light, and nozzle ports arranged before and after the cutting point in the cutting progress direction from the plurality of nozzle ports.
  • a high-pressure oxygen gas is supplied to the nozzle ports arranged before and after the cutting progress direction from the cutting point determined by the determining means and the nozzles arranged at sites other than before and after the cutting progress direction
  • gas supply means for supplying low-pressure oxygen gas to the mouth.
  • a second configuration of the laser cutting device is a laser cutting device that irradiates a material to be cut with laser light and cuts while cutting oxygen gas at a cutting point where the laser light is irradiated and in the vicinity thereof. And determining a plurality of nozzle ports provided around a nozzle port for emitting laser light, and nozzle ports arranged before and after the cutting point in the cutting progress direction from the plurality of nozzle ports. And gas supply means for supplying oxygen gas only to nozzle ports arranged before and after the cutting point determined by the determining means in the cutting progress direction.
  • the third configuration of the laser cutting device according to the present invention is characterized in that, in the second configuration, the gas supply means shuts off the gas injected to a portion other than before and after the cutting progress direction. .
  • the 4th structure of the laser cutting device which concerns on this invention is a gas which consists of single composition other than oxygen in the site
  • the pressure of the oxygen gas injected before and after the cutting progress direction from the cutting point is the pressure of the oxygen gas injected to a part other than the front and rear of the cutting progress direction.
  • It can suppress, generation
  • oxygen gas is injected only before and after the cutting progress direction from the cutting point, so that normal oxidation combustion is performed before and after the cutting progress direction from the cutting point. While suppressing dross remaining by the reaction, by not injecting oxygen gas to parts other than before and after the cutting progress direction, excessive oxidation combustion reaction of the cut surface on the left and right sides of the cutting progress direction is suppressed, and dross generation is suppressed. It is possible to suppress the taper formed on the cut surface on the back side in the plate thickness direction of the material to be cut, and a vertical and flat cut surface can be formed.
  • the gas injected to portions other than before and after the cutting progress direction is cut off, and according to the fourth configuration of the laser cutting method according to the present invention, the cutting progress is performed.
  • a gas having a single composition other than oxygen or a mixed gas that does not contain oxygen to parts other than the direction before and after the direction, the dross of the dross due to normal oxidative combustion reaction before and after the cutting progress direction from the cutting point.
  • Cutting is not performed by injecting any shielding gas to parts other than before and after the cutting progress direction while suppressing the remaining, or by injecting a gas composed of a single composition other than oxygen as a shielding gas, or a mixed gas not containing oxygen.
  • Suppresses excessive oxidation combustion reaction on the cut surface on the left and right sides in the traveling direction can suppress the generation of dross, and suppresses the occurrence of taper formed on the cut surface on the back side in the plate thickness direction of the workpiece.
  • the Can form a flat cut surface is straight. Further, as compared with a case where oxygen gas having the same pressure is injected in all directions in the vicinity of the cutting point, adverse effects on the cut surface due to self-burning or the like due to excess oxygen can be reduced on the left and right sides in the cutting progress direction.
  • the determination unit determines the nozzle ports arranged before and after the cutting point in the cutting progress direction from the plurality of nozzle ports, and the gas supply unit A high-pressure oxygen gas is supplied to nozzle ports arranged before and after the cutting progress direction from the cutting point, and a low-pressure oxygen gas is supplied to nozzle ports arranged at positions other than before and after the cutting progress direction. I can do it.
  • the injection of high-pressure oxygen gas ensures a wide gas width in the cutting progress direction and suppresses dross remaining, while injecting to parts other than before and after the cutting progress direction.
  • the determination unit determines the nozzle ports arranged before and after the cutting progress direction from the cutting point among the plurality of nozzle ports, and the gas supply unit Oxygen gas can be supplied only to the nozzle ports arranged before and after the cutting point in the cutting progress direction.
  • the gas sprayed to parts other than the front and rear in the cutting progress direction is shut off, and according to the fourth configuration of the laser cutting device according to the present invention, the cutting progress
  • the cutting progress By injecting a gas having a single composition other than oxygen or a mixed gas that does not contain oxygen to parts other than the direction before and after the direction, the dross of the dross due to normal oxidative combustion reaction before and after the cutting progress direction from the cutting point.
  • Cutting is not performed by injecting any shielding gas to parts other than before and after the cutting progress direction while suppressing the remaining, or by injecting a gas composed of a single composition other than oxygen as a shielding gas, or a mixed gas not containing oxygen.
  • Suppresses excessive oxidation combustion reaction on the cut surface on the left and right sides in the traveling direction can suppress the generation of dross, and suppresses the occurrence of taper formed on the cut surface on the back side in the plate thickness direction of the workpiece.
  • the Can form a flat cut surface is straight. Further, as compared with a case where oxygen gas having the same pressure is injected in all directions in the vicinity of the cutting point, adverse effects on the cut surface due to self-burning or the like due to excess oxygen can be reduced on the left and right sides in the cutting progress direction.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the laser cutting device which concerns on this invention. It is a schematic explanatory view showing the configuration of gas supply means connected to a plurality of nozzle ports arranged at equal intervals around the nozzle port that emits laser light on the same circle centered on the nozzle port. It is a schematic explanatory drawing explaining a mode that the nozzle opening before and behind a cutting progress direction is selected rather than a cutting point corresponding to the change of a cutting progress direction. (A) is sectional explanatory drawing explaining the effect
  • FIG. 4D is a cross-sectional explanatory diagram for explaining a problem caused by the shield gas injected from the left and right nozzle ports in the cutting progress direction from the cutting point.
  • a laser cutting device 1 shown in FIG. 1 emits a laser beam 3a generated by a laser oscillator 3 from a nozzle port 4 of a laser cutting torch 16 to irradiate a material 2 to be cut such as a steel plate and the laser beam 3a. Cutting is performed while injecting oxygen gas to the irradiated cutting point 2a and its vicinity. Along with the laser beam 3a, around the central nozzle port 4 for emitting high-purity oxygen gas as an assist gas around the laser beam 3a, as shown in FIGS. Twelve (plural) nozzle ports 5a to 5l arranged at equal intervals on the same circle.
  • nitrogen gas, argon gas, helium gas among various gases having high purity oxygen gas or a single composition other than oxygen from the nozzle ports 5a to 5l selected as appropriate.
  • Inert gas such as is injected at a predetermined pressure, or shielding gas injection is blocked.
  • the control unit 6 serving as a determination means for determining the nozzle openings 5 arranged before and after the cutting point 2a in the direction of arrow a in FIG.
  • the control unit 6 acquires cutting progress direction information from the cutting direction information of the specific figure stored in the NC data storage unit 7 that stores NC (numerical control) data designed in advance, and the cutting is performed. From the advancing direction information, the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting advancing direction indicated by the arrow a direction or the arrow b direction in FIG.
  • the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting point 2a among the plurality of nozzle ports 5a to 5l are arranged at the front and rear of the cutting point 2a.
  • the nozzle ports 5a to 5c arranged in front of the cutting progress direction and the nozzle ports 5g to 5i arranged behind the cutting point 2a in the cutting progress direction are selected.
  • the nozzle port 5 disposed before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction is cut more than the cutting point 2a.
  • the nozzle ports 5d to 5f arranged in the front of the direction and the nozzle ports 5j to 5l arranged behind the cutting point 2a in the cutting progress direction are selected.
  • the gas supply unit 8 serving as a gas supply means supplies high-pressure oxygen gas to the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting point 2a determined by the control unit 6 in the cutting progress direction, and the cutting progress. Low-pressure oxygen gas is supplied to the nozzle ports 5 that are disposed at portions other than the front and rear directions.
  • the gas supply unit 8 includes an oxygen gas supply source 11, an inert gas supply source 12, a gas type switching device 10, a traveling direction pressure regulator 13 b provided in the pressure regulating unit 13, and a lateral pressure. It has a regulator 13c, a solenoid valve 14 and the like.
  • the gas pressure supplied to the nozzle ports 4, 5 a to 5 l by the gas supply unit 8 is set in advance according to the material and plate thickness of the material 2 to be cut. Stored in the unit 9. And the control part 6 is supplied to the nozzle port 5 arrange
  • the shield gas is selectively switched from the oxygen gas supply source 11 or the inert gas supply source 12 such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas.
  • the oxygen gas supply source 11 and the inert gas supply source 12 are configured by a gas cylinder (not shown), a factory gas pipe, or the like.
  • various gas supply sources having a single composition other than oxygen and various mixed gas supply sources not containing oxygen may be appropriately selected.
  • oxygen gas or nitrogen gas is injected as a shielding gas from the nozzle ports 5a to 5l selected as appropriate in accordance with the cutting progress direction.
  • the mixed gas that does not include oxygen ejected from the nozzle port 5 disposed on the left and right sides of the cutting progress direction, which is a part other than the front and rear of the cutting progress direction from the cutting point 2a, include flammability such as methane gas and propane gas.
  • a gas or a gas obtained by mixing an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas for controlling reactivity with these combustible gases can also be used.
  • nitrogen gas As a specific example of a gas having a single composition other than oxygen injected from the nozzle port 5 disposed on the left and right sides in the cutting progress direction, which is a portion other than before and after the cutting progress direction from the cutting point 2a, nitrogen gas, An inert gas such as argon gas or helium gas can be used.
  • the pressure of the oxygen gas supplied to the central nozzle port 4 is set to 0.02 MPa to 0.2 MPa.
  • a traveling direction pressure regulator 13b for regulating the pressure of oxygen gas having a purity of at least% is provided.
  • the pressure of the oxygen gas supplied to the nozzle port 5 disposed before and after the cutting progress direction from the cutting point 2a is set to 0.02 MPa to 0.2 MPa.
  • the pressure adjusting unit 13 has an oxygen gas supply source 11 switched by the gas type switching device 10 or an inert gas supply source 12 from the cutting point 2a determined by the control unit 6 in the cutting progress direction.
  • an oxygen gas supply source 11 switched by the gas type switching device 10 or an inert gas supply source 12 from the cutting point 2a determined by the control unit 6 in the cutting progress direction.
  • a pressure regulator 13c is provided for lateral adjustment of the pressure of high-purity oxygen gas of 99.5 mol% or higher or inert gas of high purity of 99.5 mol% or higher supplied to the nozzle port 5 disposed at a position other than the front and rear.
  • a pressure regulator 13c is provided.
  • the pressure of the oxygen gas supplied to the nozzle port 5 disposed at a position other than the front and rear in the cutting progress direction from the cutting point 2a is set to 0.0 MPa to 0.1 MPa, and the front and rear in the cutting progress direction from the cutting point 2a.
  • the pressure adjustment unit 13 gasses an electric signal based on a control signal from the control unit 6 corresponding to each of the assist gas pressure regulator 13a, the traveling direction pressure regulator 13b, and the side pressure regulator 13c.
  • An electro-pneumatic regulator electro-pneumatic transformer
  • the electropneumatic regulator controls the gas pressure continuously.
  • the pressure adjustment unit 13 uses a manual pressure regulator instead of the electropneumatic regulator, and constitutes at least one of a pressure regulator for assist gas 13a, a pressure regulator for traveling direction 13b, and a side pressure regulator 13c. May be.
  • the pressure of the oxygen gas supplied to the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting direction 2 is set to be more lateral than the cutting point 2a set by the traveling direction pressure regulator 13b. Is set so as to be higher than the pressure of the oxygen gas supplied to the nozzle port 5 disposed at a portion other than the front and rear in the cutting progress direction than the cutting point 2a set by the above.
  • the material to be cut 2 is an SS400 steel plate with a plate thickness of 16 mm and a laser output of 6 kW.
  • Oxygen gas with a pressure of 0.03 MPa is jetted from the nozzle port 5 arranged before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction.
  • FIG. 4C shows a result of laser cutting by injecting oxygen gas having a pressure of 0.01 MPa from the nozzle port 5 arranged on the left and right sides of the cutting progress direction, which is a part other than the front and rear of the cutting progress direction from the point 2a. A good cut surface having no taper 2c was obtained.
  • an oxygen gas having a pressure of 0.025 MPa was injected from the nozzle port 5 arranged before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction.
  • Laser at a pressure of 0.0 MPa that is, the shield gas on the left and right sides in the cutting progress direction is cut off
  • the nozzle ports 5 arranged on the left and right sides in the cutting progress direction which are portions other than the front and rear sides of the cutting progress direction than 2a.
  • an SS400 steel plate as the material to be cut 2 is 28 mm thick, the laser output is 4 kW, oxygen gas having a pressure of 0.05 MPa is jetted from the nozzle port 5 arranged in front of and behind the cutting point 2a, and the cutting point 2a.
  • oxygen gas having a pressure of 0.05 MPa is jetted from the nozzle port 5 arranged in front of and behind the cutting point 2a, and the cutting point 2a.
  • an electromagnetic valve 14 for circulating / blocking the shield gas supplied to the nozzle ports 5a to 5l.
  • the nozzle ports 5a and 5g provided at positions shifted from each other by 180 degrees around the central nozzle port 4 are opened and closed by the electromagnetic valve 14c, and similarly, the nozzle ports 5b and 5h. Is opened and closed by the electromagnetic valve 14d, the nozzle ports 5c and 5i are opened and closed by the electromagnetic valve 14e, the nozzle ports 5d and 5j are opened and closed by the electromagnetic valve 14f, and the nozzle ports 5e and 5k are similarly opened and closed by the electromagnetic valve 14a. Similarly, the nozzle ports 5f and 5l are opened and closed by the electromagnetic valve 14b.
  • a pair of nozzle ports 5 arranged before and after the cutting progress direction from the cutting point 2a, or cutting progress from the cutting point 2a can be opened and closed at a time, and the number of electromagnetic valves 14 can be reduced.
  • FIG. 4 (a) shows a state in which no dross 15 remains at the bottom of the cutting groove 2b of the workpiece 2 due to the action of the shield gas sprayed from the nozzle ports 5 before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction.
  • FIG. 4 (b) shows that dross 15 remains at the bottom of the cutting groove 2b of the material 2 to be cut when the shield gas injected from the nozzle ports 5 before and after the cutting direction 2a is cut off from the cutting point 2a.
  • FIG. 4C shows a state in which the cut surface of the cutting groove 2b is formed to be vertical and flat when the shield gas sprayed from the nozzle ports 5 on the left and right sides in the cutting progress direction from the cutting point 2a is cut off.
  • FIG. 4D shows a state in which the taper 2c is generated at the lower part of the cutting groove 2b by the shield gas injected from the nozzle ports 5 on the left and right sides in the cutting progress direction from the cutting point 2a.
  • the control unit 6 serving as a determination unit determines the nozzle ports 5 disposed before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction from the plurality of nozzle ports 5 that inject the shield gas, and gas
  • the supply unit 8 supplies high-pressure oxygen gas to the nozzle ports 5 disposed before and after the cutting progress direction with respect to the cutting point 2a, and the low-pressure oxygen gas is supplied to the nozzle ports 5 disposed at positions other than before and after the cutting progress direction. Oxygen gas can be supplied.
  • a wide gas width is secured in the cutting progress direction by jetting high-pressure oxygen gas to suppress the remaining of the dross 15.
  • the pressure of the oxygen gas injected to the part other than before and after the cutting progress direction is lowered, and as shown in FIG.
  • the excessive oxidation combustion reaction of the cut surface on the side can be suppressed, the deformation of the cutting groove 2b can be suppressed, the generation of dross 15 can be suppressed, and it is formed on the cut surface on the far side in the plate thickness direction of the material 2 to be cut. It is possible to form a vertical and flat cut surface by suppressing the generation of the taper 2c.
  • the cutting progresses more than the cutting point 2a.
  • the pressure of the oxygen gas injected before and after the direction is higher than the pressure of the oxygen gas injected to portions other than before and after the cutting progress direction.
  • the pressure of the oxygen gas sprayed before and after the cutting progress direction from the cutting point 2a is higher than the pressure of the oxygen gas sprayed to a part other than the front and back of the cutting progress direction, so that the cutting progress direction is higher than the cutting point 2a.
  • the injection of high pressure oxygen gas ensures a wide gas width in the cutting progress direction and suppresses the remaining of the dross 15, while injecting it to parts other than the front and rear in the cutting progress direction.
  • the gas width on the left and right sides in the cutting progress direction is narrowed to suppress excessive oxidation combustion reaction on the cut surfaces on the left and right sides in the cutting progress direction.
  • the deformation of the cutting groove 2b can be suppressed, the generation of the dross 15 can be suppressed, and the generation of the taper 2c formed on the cut surface on the back side in the plate thickness direction of the material to be cut can be suppressed to be vertical and flat.
  • a cut surface can be formed.
  • the gas supply unit 8 may supply oxygen gas only to the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting point 2a determined by the control unit 6 in the cutting progress direction. At that time, it is possible to shut off the gas injected to the part other than before and after the cutting progress direction by the electromagnetic valve 14, or a gas having a single composition other than oxygen, or oxygen at a part other than before and after the cutting progress direction. It is also possible to inject a mixed gas that does not contain.
  • control unit 6 serving as the determination unit determines the nozzle ports 5 arranged before and after the cutting point 2a in the cutting progress direction from the plurality of nozzle ports 5, and the gas supply unit 8 performs the cutting.
  • Oxygen gas can be supplied only to the nozzle ports 5 arranged before and after the point 2a in the cutting progress direction.
  • the gas to be injected to the parts other than before and after the cutting progress direction is shut off, or the gas having a single composition other than oxygen or the mixed gas not containing oxygen is injected to the parts other than before and after the cutting progress direction.
  • the remaining of the dross 15 is suppressed by a normal oxidative combustion reaction, and no shield gas is injected to any part other than before and after the cutting progress direction.
  • gas consumption can be reduced by injecting only the gas necessary for laser cutting. Moreover, since the gas distribution optimum for laser cutting can be formed, the processing quality can be improved. Further, with respect to the oxygen concentration in the vicinity of the cutting point 2a, it is necessary to turn the laser cutting torch 16 or rotate the workpiece 2 in order to maintain a substantially constant fingering property in the cutting progress direction. There is no effect on machining accuracy.
  • the present invention can be applied to a laser cutting method and apparatus for irradiating a material to be cut with laser light and cutting while irradiating the laser light with oxygen gas at and near the cutting point.

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Abstract

　過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を防止し、切断に寄与しない酸素ガスを低減し、加工精度を維持すべく、被切断材（２）にレーザ光（３ａ）を照射すると共に、該レーザ光（３ａ）を照射した切断点（２ａ）及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断装置（１）であって、レーザ光（３ａ）を出射するノズル口（４）の周囲に設けた複数のノズル口（５）と、該複数のノズル口（５）のうちで切断点（２ａ）よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口（５）を判断する制御部と、該制御部（６）により判断された切断点（２ａ）よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口（５）に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口（５）に低圧の酸素ガスを供給するガス供給部（８）を有することを特徴とする。

Description

レーザ切断方法及びレーザ切断装置
　本発明は、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法及び装置に関するものである。
　従来、比較的板厚の厚い鋼板をレーザ切断する場合、鋼板表面よりも板厚方向奥側ではレーザエネルギーが不足する場合があり、これを補うために切断点近傍に高純度の酸素ガスをアシストガスやシールドガスとして補給して板厚方向奥側の酸素濃度を維持し、鉄と酸素の燃焼反応熱により切断することが行われている。
　例えば、特許文献１には、切断点近傍に高い酸素濃度を確保し、該切断点よりも切断進行方向後ろ側の酸素濃度を低下させることで、過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を防止する技術が提案されている。
特許第４１８３７７９号公報
　しかしながら、前述の特許文献１の技術では、切断進行方向左右側の酸素濃度が高いため過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響が発生する場合があり、切断溝に入らず、切断に寄与しない酸素ガスが常に存在するため無駄である。
　また、切断進行方向の後方に酸素を噴射するノズルを追加することは従来から行われているが、切断点近傍での酸素濃度について、切断進行方向に対して略一定の指行性を維持させる上で、切断進行方向を変更する場合には、旋回装置等によりノズルを切断進行方向に旋回させるか、ノズルの方向性に対応して被切断材を回転させる必要があり、装置が複雑で、加工精度を維持するのも困難になるという問題があった。
　本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を防止し、切断に寄与しない酸素ガスを低減し、加工精度を維持することができるレーザ切断方法及びレーザ切断装置を提供せんとするものである。
　前記目的を達成するための本発明に係るレーザ切断方法の第１の構成は、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法であって、前記切断点よりも切断進行方向の前後に噴射する酸素ガスの圧力が、該切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力よりも高いことを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断方法の第２の構成は、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法であって、前記切断点よりも切断進行方向の前後にのみ酸素ガスを噴射することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断方法の第３の構成は、前記第２の構成において、前記切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断方法の第４の構成は、前記第２の構成において、前記切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断装置の第１の構成は、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断装置であって、レーザ光を出射するノズル口の周囲に設けた複数のノズル口と、前記複数のノズル口のうちで前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断する判断手段と、前記判断手段により判断された前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口に低圧の酸素ガスを供給するガス供給手段とを有することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断装置の第２の構成は、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断装置であって、レーザ光を出射するノズル口の周囲に設けた複数のノズル口と、前記複数のノズル口のうちで前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断する判断手段と、前記判断手段により判断された前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口にのみ酸素ガスを供給するガス供給手段とを有することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記ガス供給手段は、前記切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ切断装置の第４の構成は、前記第２の構成において、前記ガス供給手段は、前記切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ切断方法の第１の構成によれば、切断点よりも切断進行方向の前後に噴射する酸素ガスの圧力が、該切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力よりも高いことで、切断点よりも切断進行方向の前後では、高圧の酸素ガスの噴射により切断進行方向に広いガス幅を確保してドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力を低くして、切断進行方向の左右側におけるガス幅を狭くして切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制して切断溝の変形を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本発明に係るレーザ切断方法の第２の構成によれば、切断点よりも切断進行方向の前後にのみ酸素ガスを噴射することで、切断点よりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に酸素ガスを噴射しないことで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本発明に係るレーザ切断方法の第３の構成によれば、切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断し、本発明に係るレーザ切断方法の第４の構成によれば、切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断点よりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に何らシールドガスを噴射しないか、シールドガスとして酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本発明に係るレーザ切断装置の第１の構成によれば、判断手段により、複数のノズル口のうちで切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断し、ガス供給手段により切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口に低圧の酸素ガスを供給することが出来る。これにより、切断点よりも切断進行方向の前後では、高圧の酸素ガスの噴射により切断進行方向に広いガス幅を確保してドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力を低くして、切断進行方向の左右側におけるガス幅を狭くして切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制して切断溝の変形を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本発明に係るレーザ切断装置の第２の構成によれば、判断手段により、複数のノズル口のうちで切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断し、ガス供給手段により切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口にのみ酸素ガスを供給することが出来る。これにより、切断点よりも切断進行方向の前後にのみ酸素ガスを噴射することで、切断点よりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に酸素ガスを噴射しないことで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本発明に係るレーザ切断装置の第３の構成によれば、切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断し、本発明に係るレーザ切断装置の第４の構成によれば、切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断点よりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロスの残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に何らシールドガスを噴射しないか、シールドガスとして酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロスの発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
本発明に係るレーザ切断装置の構成を示すブロック図である。 レーザ光を出射するノズル口の周囲に該ノズル口を中心とした同一円上に等間隔で配置された複数のノズル口に接続されたガス供給手段の構成を示す模式説明図である。 切断進行方向の変化に対応して切断点よりも切断進行方向の前後のノズル口が選択される様子を説明する模式説明図である。 （ａ）は切断点よりも切断進行方向の前後のノズル口から噴射されるシールドガスの作用を説明する断面説明図、（ｂ）は切断点よりも切断進行方向の前後のノズル口から噴射されるシールドガスを遮断した場合の課題を説明する断面説明図、（ｃ）は切断点よりも切断進行方向の左右側のノズル口から噴射されるシールドガスを遮断した場合の作用を説明する断面説明図、（ｄ）は切断点よりも切断進行方向の左右側のノズル口から噴射されるシールドガスによる課題を説明する断面説明図である。
　図により本発明に係るレーザ切断方法及びレーザ切断装置の一実施形態を具体的に説明する。
　図１に示すレーザ切断装置１は、レーザ発振器３により生成されたレーザ光３ａをレーザ切断トーチ16のノズル口４から出射して鋼板等の被切断材２に照射すると共に、該レーザ光３ａを照射した切断点２ａ及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断する。レーザ光３ａと共に、該レーザ光３ａの周囲にアシストガスとして高純度の酸素ガスを出射する中央のノズル口４の周囲には、図２及び図３に示すように、中央のノズル口４を中心とする同一円上に等間隔に配置された１２個（複数）のノズル口５ａ～５ｌが設けられている。切断進行方向に対応して、適宜、選択されたノズル口５ａ～５ｌからシールドガスとして高純度の酸素ガス、或いは酸素以外の単一組成からなる種々のガスのうち窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが所定の圧力で噴射されるか、或いはシールドガスの噴射が遮断される。
　複数のノズル口５ａ～５ｌのうちで切断点２ａよりも図３の矢印ａ方向、或いは矢印ｂ方向で示す切断進行方向の前後に配置されるノズル口５を判断する判断手段となる制御部６が設けられており、制御部６は予め設計されたＮＣ（数値制御）データを記憶するＮＣデータ記憶部７に記憶された特定の図形の切断方向情報から切断進行方向情報を取得し、その切断進行方向情報から切断点２ａよりも図３の矢印ａ方向、或いは矢印ｂ方向で示す切断進行方向の前後に配置されるノズル口５を判断する。
　例えば、図３の矢印ａ方向に切断しているときは、複数のノズル口５ａ～５ｌのうちで切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５として、切断点２ａよりも切断進行方向の前方に配置されるノズル口５ａ～５ｃと、切断点２ａよりも切断進行方向の後方に配置されるノズル口５ｇ～５ｉとが選択される。図３の矢印ｂ方向に切断しているときは、複数のノズル口５ａ～５ｌのうちで切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５として、切断点２ａよりも切断進行方向の前方に配置されるノズル口５ｄ～５ｆと、切断点２ａよりも切断進行方向の後方に配置されるノズル口５ｊ～５ｌとが選択される。
　そして、ガス供給手段となるガス供給部８により、制御部６により判断された切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に低圧の酸素ガスを供給する。本実施形態では、ガス供給部８は、酸素ガス供給源11、不活性ガス供給源12、ガス種類切り替え装置10、圧力調整部13内に設けられる進行方向用圧力調整器13ｂ、側方用圧力調整器13ｃ、電磁弁14等を有して構成される。
　ガス供給部８により各ノズル口４，５ａ～５ｌに供給されるガスの圧力は、被切断材２の材質や板厚に対応して各種ガスの圧力が予め設定されており、ガス圧力データ記憶部９に記憶されている。そして、制御部６は、ガス圧力データ記憶部９に記憶された各種ガスの圧力情報に基づいて、ガス種類切り替え装置10により切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に供給されるシールドガスを酸素ガス供給源11、或いは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス供給源12から選択的に切り替える。尚、酸素ガス供給源11及び不活性ガス供給源12は図示しないガスボンベや工場のガス配管等で構成される。
　尚、不活性ガス供給源12の代わりに、酸素以外の単一組成からなる種々のガス供給源や、酸素を含まない種々の混合ガス供給源が適宜選択される構成としても良い。例えば、鋼板等の鋼材をレーザ切断する場合には、切断進行方向に対応して、適宜、選択されたノズル口５ａ～５ｌからシールドガスとして、酸素ガス、或いは窒素ガスを噴射する。
　切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位となる切断進行方向左右側に配置されるノズル口５から噴射する酸素を含まない混合ガスの具体例としては、メタンガス、プロパンガス等の可燃性ガスや、これらの可燃性ガスに反応性を制御するための窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを混合したガスも適用出来る。
　また、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位となる切断進行方向左右側に配置されるノズル口５から噴射する酸素以外の単一組成からなるガスの具体例としては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが適用出来る。
　13は制御部６からの制御信号に基づいて電気信号をガス圧力信号に変換する圧力調整部である。圧力調整部13の内部には、酸素ガス供給源11からレーザ光３ａの周囲にアシストガスとして中央のノズル口４に供給される９９．５モル％以上の高純度の酸素ガスの圧力を調整するアシストガス用圧力調整器13ａが設けられている。中央のノズル口４に供給される酸素ガスの圧力は０．０２ＭＰａ～０．２ＭＰａに設定されている。
　更に、圧力調整部13の内部には、酸素ガス供給源11から、制御部６により判断された切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５に供給される９９．５モル％以上の高純度の酸素ガスの圧力を調整する進行方向用圧力調整器13ｂが設けられている。切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５に供給される酸素ガスの圧力は０．０２ＭＰａ～０．２ＭＰａに設定されている。
　更に、圧力調整部13の内部には、ガス種類切り替え装置10により切り替えられる酸素ガス供給源11、或いは不活性ガス供給源12から、制御部６により判断された切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に供給される９９．５モル％以上の高純度の酸素ガス、或いは９９．５モル％以上の高純度の不活性ガスの圧力を調整する側方用圧力調整器13ｃが設けられている。切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に供給される酸素ガスの圧力は０．０ＭＰａ～０．１ＭＰａに設定され、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に供給される不活性ガスの圧力は０．０ＭＰａ～０．５ＭＰａに設定されている。
　圧力調整部13は、アシストガス用圧力調整器13ａ、進行方向用圧力調整器13ｂ、側方用圧力調整器13ｃのそれぞれに対応して、制御部６からの制御信号に基づいて電気信号をガス圧力信号に変換する電空レギュレータ（電空変圧器）を使用することが出来る。電空レギュレータはガス圧力を連続的にコントロールするものである。圧力調整部13は、電空レギュレータの代わりに手動圧力調整器を用いて、アシストガス用圧力調整器13ａ、進行方向用圧力調整器13ｂ及び側方用圧力調整器13ｃの少なくとも１つを構成しても良い。
　尚、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５と、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５の両方に酸素ガスを供給する場合には、進行方向用圧力調整器13ｂにより設定される切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５に供給される酸素ガスの圧力の方が、側方用圧力調整器13ｃにより設定される切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に供給される酸素ガスの圧力よりも高くなるように設定される。
　実際に、被切断材２としてSS400鋼板で板厚１６mm、レーザ出力６ｋＷで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５から圧力０．０３ＭＰａの酸素ガスを噴射し、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位となる切断進行方向左右側に配置されるノズル口５から圧力０．０１ＭＰａの酸素ガスを噴射してレーザ切断した結果、図４（ｃ）に示すようなテーパ２ｃのない良好な切断面を得た。
　また、被切断材２としてSS400鋼板で板厚２５mm、レーザ出力６ｋＷで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５から圧力０．０２５ＭＰａの酸素ガスを噴射し、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位となる切断進行方向左右側に配置されるノズル口５から圧力０．０ＭＰａ（即ち、切断進行方向左右側のシールドガスを遮断した状態）にて、レーザ切断した結果、図４（ｃ）に示すようなテーパ２ｃのない良好な垂直切断面、３０度開先切断面を得た。
　また、被切断材２としてSS400鋼板で板厚２８mm、レーザ出力４ｋＷ、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５から圧力０．０５ＭＰａの酸素ガスを噴射し、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位となる切断進行方向左右側に配置されるノズル口５から圧力０．０１５ＭＰａの酸素ガスを噴射してレーザ切断した結果、図４（ｃ）に示すようなテーパ２ｃのない良好な切断面を得た。
　進行方向用圧力調整器13ｂ及び側方用圧力調整器13ｃの下流側には、各ノズル口５ａ～５ｌへ供給されるシールドガスを流通／遮断する電磁弁14が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、中央のノズル口４を中心に互いに１８０度ずれた位置に設けられたノズル口５ａ，５ｇが電磁弁14ｃにより開閉され、同じく、ノズル口５ｂ，５ｈが電磁弁14ｄにより開閉され、同じく、ノズル口５ｃ，５ｉが電磁弁14ｅにより開閉され、同じく、ノズル口５ｄ，５ｊが電磁弁14ｆにより開閉され、同じく、ノズル口５ｅ，５ｋが電磁弁14ａにより開閉され、同じく、ノズル口５ｆ，５ｌが電磁弁14ｂにより開閉される。
　これにより、制御部６の制御信号により１つの電磁弁14を動作させることで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置される一対のノズル口５、或いは、切断点２ａよりも切断進行方向の前後以外の部位に配置される左右一対のノズル口５を一度に開閉することが出来、電磁弁14の数を低減することが出来る。
　図４（ａ）は切断点２ａよりも切断進行方向の前後のノズル口５から噴射されるシールドガスの作用により被切断材２の切断溝２ｂの底部にドロス15が残留していない様子を示す。図４（ｂ）は切断点２ａよりも切断進行方向の前後のノズル口５から噴射されるシールドガスを遮断した場合に被切断材２の切断溝２ｂの底部にドロス15が残留している様子を示す。図４（ｃ）は切断点２ａよりも切断進行方向の左右側のノズル口５から噴射されるシールドガスを遮断した場合に切断溝２ｂの切断面が垂直で平坦に形成された様子を示す。図４（ｄ）は切断点２ａよりも切断進行方向の左右側のノズル口５から噴射されるシールドガスにより切断溝２ｂの下部でテーパ２ｃが発生した様子を示す。
　上記構成によれば、判断手段となる制御部６により、シールドガスを噴射する複数のノズル口５のうちで切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５を判断し、ガス供給部８により切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口５に低圧の酸素ガスを供給することが出来る。これにより、切断点２ａよりも切断進行方向の前後では、図４（ａ）に示すように、高圧の酸素ガスの噴射により切断進行方向に広いガス幅を確保してドロス15の残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力を低くして、図４（ｃ）に示すように、切断進行方向の左右側におけるガス幅を狭くして切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制して切断溝２ｂの変形を抑制し、ドロス15の発生を抑制することが出来、被切断材２の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパ２ｃの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点２ａ近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本実施形態では、被切断材２にレーザ光３ａを照射すると共に、該レーザ光３ａを照射した切断点２ａ及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断する際に、切断点２ａよりも切断進行方向の前後に噴射する酸素ガスの圧力が、該切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力よりも高い。切断点２ａよりも切断進行方向の前後に噴射する酸素ガスの圧力が、該切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力よりも高いことで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後では、図４（ａ）に示すように、高圧の酸素ガスの噴射により切断進行方向に広いガス幅を確保してドロス15の残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力を低くして、図４（ｃ）に示すように、切断進行方向の左右側におけるガス幅を狭くして切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制して切断溝２ｂの変形を抑制し、ドロス15の発生を抑制することが出来、被切断材の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパ２ｃの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。
　また、他の構成として、ガス供給部８は、制御部６により判断された切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５にのみ酸素ガスを供給する構成としても良い。その際に、電磁弁14により切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断することでも良いし、切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することでも良い。
　上記構成によれば、判断手段となる制御部６により、複数のノズル口５のうちで切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５を判断し、ガス供給部８により切断点２ａよりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口５にのみ酸素ガスを供給することが出来る。これにより、切断点２ａよりも切断進行方向の前後にのみ酸素ガスを噴射することで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロス15の残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に酸素ガスを噴射しないことで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロス15の発生を抑制することが出来、被切断材２の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパ２ｃの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点２ａ近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　また、切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断するか、或いは、切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断点２ａよりも切断進行方向の前後では、正常な酸化燃焼反応によりドロス15の残存を抑制しつつ、切断進行方向の前後以外の部位に何らシールドガスを噴射しないか、シールドガスとして酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することで、切断進行方向の左右側における切断面の過剰の酸化燃焼反応を抑制し、ドロス15の発生を抑制することが出来、被切断材２の板厚方向奥側の切断面に形成されるテーパ２ｃの発生を抑制して垂直で平坦な切断面を形成することが出来る。また、切断点２ａ近傍での全方向に同じ圧力の酸素ガスを噴射した場合と比較して切断進行方向の左右側で過剰酸素によるセルフバーニング等による切断面への悪影響を低減できる。
　本実施形態では、レーザ切断に必要なガスのみ噴射することで、ガス消費量を低減できる。また、レーザ切断に最適なガス分布を形成できるため加工品質を向上できる。また、切断点２ａ近傍での酸素濃度について、切断進行方向に対して略一定の指行性を維持させる上で、レーザ切断トーチ16を旋回させたり、被切断材２を回転させたりする必要が無いので加工精度に影響が無い。
　本発明の活用例として、被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法及び装置に適用出来る。
１    …レーザ切断装置
２    …被切断材
２ａ  …切断点
２ｂ  …切断溝
２ｃ  …テーパ
３    …レーザ発振器
３ａ  …レーザ光
４    …ノズル口
５，５ａ～５ｌ …ノズル口
６    …制御部(判断手段)
７    …ＮＣデータ記憶部
８    …ガス供給部（ガス供給手段）
９    …ガス圧力データ記憶部
10    …ガス種類切り替え装置
11    …酸素ガス供給源
12    …不活性ガス供給源
13    …圧力調整部
13ａ  …アシストガス用圧力調整器
13ｂ  …進行方向用圧力調整器
13ｃ  …側方用圧力調整器
14，14ａ～14ｆ  …電磁弁
15    …ドロス
16    …レーザ切断トーチ

Claims (8)

  1. 被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法であって、
    　前記切断点よりも切断進行方向の前後に噴射する酸素ガスの圧力が、該切断進行方向の前後以外の部位に噴射する酸素ガスの圧力よりも高いことを特徴とするレーザ切断方法。
  2. 被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断方法であって、
    　前記切断点よりも切断進行方向の前後にのみ酸素ガスを噴射することを特徴とするレーザ切断方法。
  3. 前記切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断することを特徴とする請求項２に記載のレーザ切断方法。
  4. 前記切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ切断方法。
  5. 被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断装置であって、
    　レーザ光を出射するノズル口の周囲に設けた複数のノズル口と、
    　前記複数のノズル口のうちで前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断する判断手段と、
    　前記判断手段により判断された前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口に高圧の酸素ガスを供給すると共に、該切断進行方向の前後以外の部位に配置されるノズル口に低圧の酸素ガスを供給するガス供給手段と、
    を有することを特徴とするレーザ切断装置。
  6. 被切断材にレーザ光を照射すると共に、該レーザ光を照射した切断点及びその近傍に酸素ガスを噴射しつつ切断するレーザ切断装置であって、
    　レーザ光を出射するノズル口の周囲に設けた複数のノズル口と、
    　前記複数のノズル口のうちで前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口を判断する判断手段と、
    　前記判断手段により判断された前記切断点よりも切断進行方向の前後に配置されるノズル口にのみ酸素ガスを供給するガス供給手段と、
    を有することを特徴とするレーザ切断装置。
  7. 前記ガス供給手段は、前記切断進行方向の前後以外の部位に噴射するガスを遮断することを特徴とする請求項６に記載のレーザ切断装置。
  8. 前記ガス供給手段は、前記切断進行方向の前後以外の部位に、酸素以外の単一組成からなるガス、或いは酸素を含まない混合ガスを噴射することを特徴とする請求項６に記載のレーザ切断装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3071426A1 (fr) * 2017-09-22 2019-03-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Appareil de decoupe laser et procede de decoupe laser
EP3785841A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser processing device
WO2024046813A1 (de) * 2022-08-31 2024-03-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bearbeitungskopf und verfahren zum laserstrahlschneiden von bauteilen

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014237141A (ja) * 2013-06-06 2014-12-18 日新製鋼株式会社 Ｚｎ系めっき鋼板のレーザー切断方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01181991A (ja) * 1988-01-18 1989-07-19 Komatsu Ltd レーザ切断における切断用ノズルの構造とその切断方法
JPH0780677A (ja) * 1993-09-10 1995-03-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ切断方法および装置
JP2002001570A (ja) * 2000-06-27 2002-01-08 Shibuya Kogyo Co Ltd レーザ加工方法およびその装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001321975A (ja) * 2000-05-11 2001-11-20 Koike Sanso Kogyo Co Ltd レーザ切断方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01181991A (ja) * 1988-01-18 1989-07-19 Komatsu Ltd レーザ切断における切断用ノズルの構造とその切断方法
JPH0780677A (ja) * 1993-09-10 1995-03-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ切断方法および装置
JP2002001570A (ja) * 2000-06-27 2002-01-08 Shibuya Kogyo Co Ltd レーザ加工方法およびその装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3071426A1 (fr) * 2017-09-22 2019-03-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Appareil de decoupe laser et procede de decoupe laser
US10882138B2 (en) 2017-09-22 2021-01-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser cutting apparatus and laser cutting method
EP3785841A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser processing device
WO2024046813A1 (de) * 2022-08-31 2024-03-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bearbeitungskopf und verfahren zum laserstrahlschneiden von bauteilen

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