WO2015114853A1 - レーザー加工機のシールドガス供給装置及びレーザー加工機 - Google Patents

レーザー加工機のシールドガス供給装置及びレーザー加工機 Download PDF

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laser
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康寛 岡本
岡田　晃
小野　昇造
雅之 赤瀬
陵介 木村
彦太郎 落合
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Okayama University NUC
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Okayama University NUC
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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a shield gas supply device for a laser processing machine and a laser processing machine.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose an apparatus capable of performing laser processing while supplying a shielding gas.
  • various materials have been used as work materials, and various methods have been used as laser processing methods.
  • titanium or a titanium alloy may be used as a workpiece. Since titanium and titanium alloys are extremely active at high temperatures, if oxygen or nitrogen is present at the processing temperature (welding temperature), they are easily absorbed as impurities. When oxygen or nitrogen is absorbed as an impurity in titanium or a titanium alloy, it may cause toughness reduction or blowhole generation.
  • a galvano scanner system that moves a laser irradiation position in a wide range at high speed by driving a laser reflecting mirror at high speed is used.
  • a high concentration of shielding gas must be filled around the processing portion over a wide range.
  • an object of the present invention is to efficiently eject a shielding gas to a workpiece when performing laser processing with a laser processing machine.
  • the shield gas supply device for a laser beam machine for solving the above-described problem includes a ring-shaped portion disposed at a position surrounding a laser irradiated to a workpiece from the laser beam machine, A supply pipe for supplying a shield gas to the ring-shaped part, and the ring-shaped part has a moving path of the shield gas supplied from the supply pipe in a circumferential direction of the ring-shaped part, The movement path is arranged in multiple stages with respect to the workpiece, and a hole is provided in the inner peripheral portion of the ring-shaped portion to inject the shield gas so as to form a swirling flow in the circumferential direction. It is characterized by being.
  • the “ring-shaped part” is not limited to a perfect circular ring-shaped member, and includes an elliptical shape or a polygonal shape.
  • the moving path is provided with a hole for ejecting the shield gas so as to form a swirling flow in the circumferential direction in the inner peripheral portion of the ring-shaped portion. For this reason, the swirling flow of the shield gas is generated in the processing portion surrounded by the ring-shaped portion irradiated with the laser, and the processing portion is easily filled with the high-concentration shielding gas.
  • route is arrange
  • the swirl flow of the shield gas can be generated in multiple stages by the moving paths arranged in multiple stages. For this reason, even if the swirl flow of the shield gas generated by the hole of the moving path disposed near the workpiece entrains surrounding gas, the shield gas is disposed far from the workpiece. A swirl flow of the shield gas generated by the hole portion of the movement path is involved. That is, since the shielding gas is involved rather than air, a decrease in the concentration of shielding gas around the processed portion can be suppressed. From these things, according to this aspect, when performing laser processing with a laser processing machine, a shielding gas can be efficiently ejected to a workpiece.
  • the shield gas supply apparatus for a laser beam machine according to a second aspect of the present invention is the laser gas machine according to the first aspect, wherein the hole moves along the movement path of the shield gas from a direction toward the center of the ring-shaped portion.
  • the shield gas is ejected in a direction inclined to the downstream side of the direction.
  • the hole ejects the shield gas in a direction inclined from the direction toward the center of the ring-shaped portion to the downstream side in the movement direction of the shield gas in the movement path. For this reason, since the shield gas can be ejected using the flow of the shield gas in the moving direction, the shield gas can be ejected vigorously. That is, the swirl flow of the shield gas can be efficiently generated, and the shield gas can be efficiently ejected onto the workpiece when performing laser processing with a laser processing machine.
  • the hole portion provided in each of the movement paths arranged in multiple stages is provided in the circumferential direction. It is provided in the same position.
  • the same position in the circumferential direction is meant to include not only the same position in the circumferential direction in a strict sense but also a position slightly shifted in the circumferential direction.
  • the hole provided in each of the movement paths arranged in multiple stages is provided at the same position in the circumferential direction. For this reason, even if the swirl flow of the shield gas generated by the hole portion of the moving path arranged near the workpiece entrains surrounding gas, entraining a gas having a high concentration of the shield gas; Become. That is, it is possible to more effectively suppress the decrease in the concentration of the shielding gas around the processed portion.
  • the shield gas supply device for a laser beam machine is characterized in that, in any one of the first to third aspects, a wall portion surrounding the ring-shaped portion in the circumferential direction is provided.
  • the wall portion surrounding the ring-shaped portion in the circumferential direction is provided. For this reason, it can suppress that the said shield gas escapes from the said process part periphery by the said wall part, and can suppress more effectively the density
  • the shield gas supply apparatus for a laser beam machine is the laser gas machine according to any one of the first to fourth aspects, in the vicinity of the workpiece in the movement path arranged in multiple stages.
  • the first ejection amount of the shield gas ejected from the hole provided in the first movement path disposed in the second is disposed far from the workpiece in the movement path disposed in multiple stages. It is characterized by being smaller than the second ejection amount of the shield gas ejected from the hole provided in the movement path.
  • the first ejection amount is larger than the second ejection amount, entrainment of gas around the swirling flow of the shield gas generated by the hole portion of the first movement path. It has been found that the amount increases and the concentration of the shielding gas around the processed portion may be lowered. According to this aspect, the first ejection amount is smaller than the second ejection amount. For this reason, the density
  • the shield gas supply apparatus for a laser beam machine is the fifth aspect, wherein the second ejection amount relative to the sum of the first ejection amount and the second ejection amount is 0.55. It is characterized by being 0.65 or less.
  • the concentration reduction of the shielding gas can be more effectively suppressed.
  • the concentration of the shielding gas around the processing portion Reduction can be suppressed more effectively.
  • a shield gas supply device for a laser beam machine in any one of the first to sixth aspects, is near the workpiece in the movement path arranged in multiple stages.
  • the first inclination angle of the inclined direction with respect to the direction toward the center of the ring-shaped part of the shield gas ejected from the hole provided in the first movement path arranged in the first movement path is the movement path arranged in multiple stages.
  • the first tilt angle exceeds the second tilt angle, the generation of the swirling flow of the shield gas by the first movement path is promoted, but the swirling of the shield gas. It has been found that the amount of the shielding gas that reaches the center of the ring-shaped portion may be reduced due to a strong flow.
  • the first inclination angle is not more than the second inclination angle. For this reason, when the shield gas reaches the center of the ring-shaped portion and laser processing is performed by a laser processing machine, the shield gas can be efficiently ejected to the workpiece.
  • the shield gas supply apparatus for a laser beam machine is the seventh aspect, wherein the first inclination angle is 5.625 ° or more and 7.5 ° or less, and the second inclination angle. Is 7.5 ° or more and 15 ° or less.
  • the first tilt angle is 5.625 ° to 7.5 °
  • the second tilt angle is 7.5 ° to 15 °. It has been found that the shield gas concentration around the processed portion can be increased while the shield gas reaches the center of the ring-shaped portion.
  • the first inclination angle is 5.625 ° to 7.5 °
  • the second inclination angle is 7.5 ° to 15 °. For this reason, when performing laser processing with a laser processing machine, it is possible to inject the shielding gas efficiently to the workpiece.
  • a laser beam machine includes the shield gas supply device of the laser beam machine according to any one of the first to eighth aspects, and a laser irradiation unit that irradiates the laser. Characterized by
  • laser processing can be performed by efficiently ejecting the shielding gas to the workpiece.
  • FIG. 1 is a schematic view of a laser beam machine 1 according to this embodiment.
  • the laser processing machine 1 of this embodiment includes a laser irradiation unit 2 having a laser oscillator 4, a transmission fiber 5, and a galvano scanner head 6.
  • the laser irradiation unit 2 irradiates the workpiece M with the laser L from the galvano scanner head 6.
  • the laser processing machine 1 of the present embodiment includes a ring-shaped portion 8 disposed at a position surrounding the laser L irradiated to the workpiece M from the laser irradiation portion 2, and a ring by flowing a shield gas in the direction A.
  • a shield gas supply device 3 having a supply pipe 7 for supplying a shield gas to the shape portion 8 is provided. Detailed description of the shield gas supply device 3 will be described later.
  • argon (Ar) is used as the shielding gas, but the present invention is not limited to this.
  • the workpiece containing titanium is used as the workpiece M, it is not limited to this.
  • the laser processing machine 1 of the present embodiment includes an air discharge unit 10 that discharges air in the direction C by flowing air in the direction B through the supply pipe 9.
  • the air discharge part 10 serves as an air curtain, and when the workpiece M is processed (welded), the melted workpiece scattered from the processed portion (the laser irradiation portion of the workpiece M). M prevents the galvano scanner head 6 from getting dirty.
  • the laser beam machine 1 according to the present embodiment represents a state in which the workpiece surface is being machined on the workpiece M in the vertical direction, but the workpiece surface is inclined from the vertical direction. In this configuration, the workpiece M can be machined in the horizontal direction or the horizontal direction.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the ring-shaped part 8 which is a main part of the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIGS. 2 to 4 show the shield gas supply device 3 when processing is performed by irradiating a workpiece L having a horizontal processing surface with a laser L from a vertically upward direction.
  • the shield gas supply device 3 of the present embodiment is configured such that a member formed by bending a member on a tube with a sealed tip into a ring shape is against a workpiece.
  • a member formed by bending a member on a tube with a sealed tip into a ring shape is against a workpiece.
  • the galvano scanner head side is the ring-shaped portion 8a
  • the side in contact with the workpiece is the ring-shaped portion 8b.
  • the supply pipe 7a supplies the shield gas to the ring-shaped portion 8a
  • the supply pipe 7b supplies the shield gas to the ring-shaped portion 8a.
  • a plurality of holes 12 for injecting shield gas to the inner side 13 of the ring-shaped portion 8 are provided in the inner peripheral portion 11a of the ring-shaped portion 8a and the inner peripheral portion 11b of the ring-shaped portion 8b.
  • the hole 12 is positioned at every 22.5 ° as viewed from the center 14 of the ring-shaped portion 8 in each of the inner peripheral portion 11 a and the inner peripheral portion 11 b. Sixteen are provided at equal intervals.
  • the laser L emitted from the galvano scanner head 6 is emitted toward the inner side 13 of the ring-shaped portion 8. That is, the inner side 13 of the ring-shaped part 8 is a processed part.
  • the shield gas is ejected from each hole 12 in a direction D inclined from the direction toward the center 14 of the ring-shaped portion 8 to the downstream side of the moving direction A in the moving path of the shield gas.
  • the ring-shaped part 8 of the present embodiment is formed by bending a member on a pipe whose tip is sealed into a ring shape, the tubular part 15 serving as the shield gas moving path is bent. It was constructed at the same time. With this configuration, the shield gas supply device 3 can be easily manufactured.
  • the tubular portion 15 of the present embodiment configures the moving path of the shield gas supplied from the supply pipe 7 in the circumferential direction of the ring-shaped portion 8, and the workpiece M In contrast, it is arranged in multiple stages.
  • the inner circumferential portions 11 a and 11 b of the ring-shaped portion 8 are provided with holes 12 through which the shield gas is ejected in a direction D inclined from the direction toward the center 14 of the ring-shaped portion 8.
  • the tubular portion 15 has the hole portion 12 that ejects the shielding gas to the inner peripheral portions 11 a and 11 of the ring-shaped portion 8 in the direction D inclined from the direction toward the center 14 of the ring-shaped portion 8. Is provided.
  • the shield gas supply device 3 of the present embodiment is configured such that the shield gas can be efficiently ejected to the workpiece M when the laser processing machine 1 performs laser processing.
  • the hole 12 is inclined from the direction D toward the center 14 of the ring-shaped portion 8 to the downstream side in the moving direction A in the moving path of the shield gas.
  • the shield gas is ejected in the direction D.
  • the shield gas can be ejected vigorously. That is, the swirl flow of the shielding gas can be efficiently generated, and the shielding gas can be efficiently ejected onto the workpiece when the laser processing machine 1 performs laser processing.
  • the first inclination angle ⁇ b with respect to the direction toward the center 14 ejected from the hole 12 provided in the first tubular portion 15b is a hole provided in the second tubular portion 15a.
  • the first inclination angle ⁇ b is equal to or smaller than the second inclination angle ⁇ a. For this reason, the shield gas can reach the center 14, and the shield gas can be efficiently ejected to the workpiece M when the laser processing is performed by the laser processing machine 1.
  • the first inclination angle ⁇ b is 5.625 ° to 7.5 °
  • the second inclination angle ⁇ a is 7.5 ° to 15 °.
  • the first inclination angle ⁇ b is 5.625 ° or more and 7.5 ° or less
  • the second inclination angle ⁇ a is 7.5 ° or more and 15 ° or less. It has been found that the concentration of the shielding gas around the processed portion can be increased while the shielding gas reaches the center 14. For this reason, the shield gas supply device 3 of the present embodiment is configured so that the shield gas can be efficiently ejected onto the workpiece M, particularly when laser processing is performed by the laser processing machine 1.
  • the hole portions 12 provided in each of the tubular portions 15 arranged in multiple stages are arranged in the circumferential direction of the ring-shaped portion 8. It is provided at the same position.
  • the hole 12 provided in the first tubular portion 15b is provided directly below the hole 12 provided in the second tubular portion 15a. For this reason, even if the swirling flow of the shield gas generated by the hole 12 of the first tubular portion 15b entrains the surrounding gas, the gas having a high concentration of the shield gas is entrained. That is, the configuration is such that a decrease in the concentration of the shielding gas around the processed portion can be more effectively suppressed.
  • the shield gas supply device 3 of the present embodiment although it is the same position in the circumferential direction in a strict sense, it has the above effect even in a position slightly shifted in the circumferential direction. The position may be slightly shifted.
  • the first ejection amount of the shield gas ejected from the hole portion 12 provided in the first tubular portion 15b is ejected from the hole portion 12 provided in the second tubular portion 15a.
  • the shield gas is configured to be smaller than the second ejection amount of the shield gas.
  • the second ejection amount with respect to the sum of the first ejection amount and the second ejection amount is configured to be 0.55 or more and 0.65 or less.
  • total ejection amount is configured to be 0.55 or more and 0.65 or less.
  • the result of calculating the shield gas distribution inside the ring-shaped portion 8 by CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis is shown.
  • CFD Computer Fluid Dynamics
  • the ratio of the second ejection amount to the total ejection amount is 0.55 or more and 0.65 or less, it becomes 0.4 or more, which is a preferable mass distribution of the shielding gas (Ar). ing.
  • the shield gas supply apparatus 3 of a present Example has the structure which can suppress more effectively the fall of the density
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the ring-shaped portion 8 that is a main portion of the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIGS. 6 to 7 show the shield gas supply device 3 when processing is performed by irradiating a workpiece L having a horizontal processing surface with a laser L from a vertically upward direction.
  • the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the shield gas supply device 3 of the present embodiment is not configured by bending a member on a pipe whose tip is sealed into a ring shape, but is provided with a tubular portion 15 on a member configured in a ring shape. It is configured by performing processing separately. However, the position of the hole 12, the jet direction of the shield gas, and the jet amount are the same as those of the shield gas supply device 3 of the first embodiment.
  • the shield gas supply device 3 of the present embodiment has the same characteristics as the shield gas supply device 3 of the first embodiment, although there are the above-described structural differences from the shield gas supply device 3 of the first embodiment. is doing. For this reason, when performing laser processing with the laser processing machine 1, the shield gas can be efficiently ejected to the workpiece M.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view showing the shield gas supply device 3 of the laser beam machine 1 of the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the shield gas supply device 3 when processing is performed by irradiating the workpiece M having a horizontal processing surface with a laser L from the vertical direction.
  • the shield gas supply device 3 according to the present embodiment has the same configuration as that of the recording device 1 according to the first embodiment except that the wall portion 16 surrounding the ring-shaped portion 8 in the circumferential direction is provided.
  • the shield gas supply device 3 of this embodiment includes the wall portion 16 that surrounds the ring-shaped portion 8 in the circumferential direction of the ring-shaped portion 8. For this reason, it can suppress that the said shielding gas escapes from the said process part periphery by the wall part 16, and it has the structure which can suppress the density
  • the height of the wall portion 16 is preferably as high as possible as long as it does not hinder laser processing. This is because the shield gas can be effectively prevented from escaping.
  • the tubular portion 15 has a two-stage configuration, but may have a three-stage or more configuration.
  • the ring-shaped portion 8 has a true circular configuration, but may have an elliptical or polygonal configuration.

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Abstract

レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することを課題とし、その解決手段として、レーザー加工機１から被加工材Ｍに照射されるレーザーＬを囲む位置に配置されるリング状部８と、リング状部８にシールドガスを供給する供給管７と、を備え、リング状部８は、該リング状部８の周方向に、供給管７から供給される前記シールドガスの移動経路１５を有し、移動経路１５は、被加工材Ｍに対して多段に配置され、リング状部８の内周部分１１に、前記周方向に旋回流を形成するように前記シールドガスを噴出する、孔部１２が設けられている。

Description

レーザー加工機のシールドガス供給装置及びレーザー加工機
　本発明は、レーザー加工機のシールドガス供給装置及びレーザー加工機に関する。
　従来からレーザー加工機のシールドガス供給装置が使用されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、シールドガスを供給しつつレーザー加工することが可能な装置が開示されている。　
　また、近年、被加工材として様々なものが使用されているとともに、レーザー加工方法として様々な方法が使用されている。
特開２０１２－５５８９８号公報 特開２００１－１５０１７７号公報
　上記のように、近年、被加工材として様々なものが使用されている。例えば、被加工材としてチタンやチタン合金等が使用される場合がある。チタンやチタン合金は高温で極めて活性であるため、加工温度（溶接温度）において酸素や窒素が存在すると、不純物としてこれらを吸収しやすい。チタンやチタン合金において酸素や窒素を不純物として吸収すると、靱性低下やブローホールの発生などを引き起こす場合がある。
　また、上記のように、近年、レーザー加工方法として様々な方法が使用されている。例えば、レーザー反射ミラーを高速に駆動することにより、高速かつ広範囲にレーザー照射位置を移動するガルバノスキャナシステムなどが使用されている。　
　例えば、ガルバノスキャナシステムを使用してチタンやチタン合金を溶接する場合、広範囲にわたり高濃度のシールドガスを加工部分周辺に満たしておかなければならない。
　しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されるような、従来のレーザー加工機のシールドガス供給装置においては、近年の被加工材として様々なものが使用されていること及びレーザー加工方法として様々な方法が使用されていることに対応しきれていない場合があった。　
　すなわち、従来のレーザー加工機のシールドガス供給装置においては、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することが、十分にできていない場合があった。
　そこで、本発明の目的は、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することである。
　上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、レーザー加工機から被加工材に照射されるレーザーを囲む位置に配置されるリング状部と、前記リング状部にシールドガスを供給する供給管と、を備え、前記リング状部は、該リング状部の周方向に、前記供給管から供給される前記シールドガスの移動経路を有し、前記移動経路は、前記被加工材に対して多段に配置され、前記リング状部の内周部分に、前記周方向に旋回流を形成するように前記シールドガスを噴出する、孔部が設けられていることを特徴とする。
　ここで、「リング状部」とは、真円形のリング状の部材に限定されず、楕円形や多角形のものも含む意味である。　
　本態様によれば、前記移動経路は、前記リング状部の内周部分に、前記周方向に旋回流を形成するように前記シールドガスを噴出する、孔部が設けられている。このため、前記レーザーが照射される前記リング状部で囲われた加工部分に、前記シールドガスの旋回流を発生させ、該加工部分を高濃度のシールドガスで満たしやすくなる。　
　また、本態様によれば、前記移動経路は、前記被加工材に対して多段に配置される。したがって、多段に配置される前記移動経路により前記シールドガスの旋回流を多段に発生させることができる。このため、前記被加工材の近くに配置される前記移動経路の前記孔部により発生した前記シールドガスの旋回流が周囲の気体を巻き込んだとしても、前記被加工材から遠くに配置される前記移動経路の前記孔部により発生した前記シールドガスの旋回流を巻き込むこととなる。すなわち、空気ではなく前記シールドガスを巻き込むこととなるため、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下を抑制できる。　
　これらのことから、本態様によれば、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することができる。
　本発明の第２の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第１の態様において、前記孔部は、前記リング状部の中心に向かう方向から前記シールドガスの前記移動経路における移動方向の下流側に傾斜した方向に該シールドガスを噴出することを特徴とする。
　本態様によれば、前記孔部は、前記リング状部の中心に向かう方向から前記シールドガスの前記移動経路における移動方向の下流側に傾斜した方向に該シールドガスを噴出する。このため、前記移動方向の前記シールドガスの流れを利用して該シールドガスを噴出することができるため、勢いよく該シールドガスを噴出することができる。すなわち、前記シールドガスの旋回流を効率よく発生させることができ、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することができる。
　本発明の第３の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第１又は第２の態様において、多段に配置される前記移動経路各々に設けられる前記孔部は、前記周方向において同じ位置に設けられていることを特徴とする。
　ここで、「前記周方向において同じ位置」とは、厳密な意味での前記周方向において同じ位置のほか、前記周方向において多少ずれた位置も含む意味である。　
　本態様によれば、多段に配置される前記移動経路各々に設けられる前記孔部は、前記周方向において同じ位置に設けられている。このため、前記被加工材の近くに配置される移動経路の前記孔部により発生した前記シールドガスの旋回流が周囲の気体を巻き込んだとしても、前記シールドガスの濃度が高い気体を巻き込むこととなる。すなわち、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる。
　本発明の第４の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記リング状部を前記周方向において囲む壁部を備えることを特徴とする。
　本態様によれば、前記リング状部を前記周方向において囲む壁部を備える。このため、前記壁部により前記加工部分周辺から前記シールドガスが逃げることを抑制でき、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる。
　本発明の第５の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第１噴出量は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第２噴出量よりも少ないことを特徴とする。
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１噴出量が前記第２噴出量よりも多くなると、前記第１移動経路の前記孔部により発生する前記シールドガスの旋回流の周囲の気体の巻き込み量が多くなり、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下を招く虞があることを見出した。　
　本態様によれば、前記第１噴出量は、前記第２噴出量よりも少ない。このため、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる。
　本発明の第６の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第５の態様において、前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量は、０．５５以上０．６５以下であることを特徴とする。
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量が０．５５以上０．６５以下である場合に、特に、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できることを見出した。　
　本態様によれば、前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量は、０．５５以上０．６５以下であるので、特に、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる。
　本発明の第７の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第１傾斜角は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第２傾斜角以下であることを特徴とする。
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１傾斜角が前記第２傾斜角を超えると、前記第１移動経路による前記シールドガスの旋回流の発生は促進されるものの、前記シールドガスの旋回流が強すぎて前記リング状部の中心に到達する前記シールドガスの量が減少する虞があることを見出した。　
　本態様によれば、前記第１傾斜角は前記第２傾斜角以下である。このため、前記リング状部の中心まで前記シールドガスを到達させ、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することができる。
　本発明の第８の態様に係るレーザー加工機のシールドガス供給装置は、前記第７の態様において、前記第１傾斜角は５．６２５°以上７．５°以下であり、前記第２傾斜角は７．５°以上１５°以下であることを特徴とする。
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１傾斜角は５．６２５°以上７．５°以下であり、前記第２傾斜角は７．５°以上１５°以下である場合に、特に、前記リング状部の中心まで前記シールドガスを到達させつつ前記加工部分周辺のシールドガスの濃度を高くすることができることを見出した。　
　本態様によれば、前記第１傾斜角は５．６２５°以上７．５°以下であり、前記第２傾斜角は７．５°以上１５°以下である。このため、レーザー加工機でレーザー加工を行う際に、特に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することができる。
　本発明の第９の態様に係るレーザー加工機は、前記第１から第８のいずれか１つの態様のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、前記レーザーを照射するレーザー照射部と、を備えることを特徴とする
　本態様によれば、被加工材に効率よくシールドガスを噴出してレーザー加工を行うことができる。
本発明の実施例１にかかるレーザー加工機を表す概略図である。 本発明の実施例１にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置を表す概略斜視図である。 本発明の実施例１にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置を表す概略平面図である。 本発明の実施例１にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置の要部の概略断面図である。 本発明の実施例１にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置における好ましいシールドガスの噴出量の比率を表すグラフである。 本発明の実施例２にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置を表す概略斜視図である。 本発明の実施例２にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置の要部の概略断面図である。 本発明の実施例３にかかるレーザー加工機のシールドガス供給装置を表す概略斜視図である。
　以下に、本発明の一実施例に係る記録装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。　
　［実施例１］（図１～図５）　
　最初に、本発明の実施例１に係るレーザー加工機について説明する。　
　図１は本実施例のレーザー加工機１の概略図を表している。
　本実施例のレーザー加工機１は、レーザー発振器４、伝送ファイバー５及びガルバノスキャナーヘッド６を有するレーザー照射部２を備えている。レーザー照射部２は、ガルバノスキャナーヘッド６からレーザーＬを被加工材Ｍに向けて照射する。
　また、本実施例のレーザー加工機１は、レーザー照射部２から被加工材Ｍに照射されるレーザーＬを囲む位置に配置されるリング状部８と、方向Ａにシールドガスを流すことによりリング状部８にシールドガスを供給する供給管７と、を有するシールドガス供給装置３を備えている。シールドガス供給装置３の詳細な説明は後述する。　
　なお、本実施例においてはシールドガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いているが、これに限定されない。また、被加工材Ｍとしてチタンを含有する被加工材を用いているが、これに限定されない。
　また、本実施例のレーザー加工機１は、供給管９を介して方向Ｂに空気を流すことによって、方向Ｃに空気を放出する空気放出部１０を備えている。空気放出部１０はエアカーテンとしての役割をしており、被加工材Ｍの加工（溶接）をする際に、加工部分（被加工材Ｍにおけるレーザーの照射部分）から飛び散った溶解した被加工材Ｍによって、ガルバノスキャナーヘッド６が汚れないようにしている。　
　なお、本実施例のレーザー加工機１は、図１では、被加工面が鉛直方向の被加工材Ｍに対して加工を行なっている状態を表しているが、被加工面が鉛直方向から傾いた方向や水平方向の被加工材Ｍに対しても加工を行うことができる構成になっている。
　次に、本実施例のシールドガス供給装置３について詳細に説明する。　
　図２は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３を表す概略斜視図である。また、図３は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３を表す概略平面図である。また、図４は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３の要部であるリング状部８の概略断面図である。なお、図２から図４は、被加工面が水平方向の被加工材Ｍに対して鉛直上方向からレーザーＬを照射して加工を行う際におけるシールドガス供給装置３を表している。
　図２及び図３で表されるように、本実施例のシールドガス供給装置３は、先端を封止した管上の部材をリング状に曲げ加工して構成された部材が被加工材に対して２段構成になるように配置されて構成されている。　
　なお、リング状部８のうち、ガルバノスキャナーヘッド側がリング状部８ａであり、被加工材に対して接する側がリング状部８ｂである。そして、供給管７のうち、リング状部８ａにシールドガスを供給するのが供給管７ａであり、リング状部８ａにシールドガスを供給するのが供給管７ｂである。
　リング状部８ａの内周部分１１ａ及びリング状部８ｂの内周部分１１ｂには、シールドガスをリング状部８の内側１３に噴出する孔部１２が複数設けられている。なお、孔部１２は、内周部分１１ａ及び内周部分１１ｂの夫々に、図３で表されるように、リング状部８の中心１４から見て２２．５°毎に位置するように、等間隔に１６個ずつ設けられている。　
　なお、ガルバノスキャナーヘッド６から照射されるレーザーＬは、リング状部８の内側１３に向けて照射される。すなわち、リング状部８の内側１３が加工部分となる。
　そして、各々の孔部１２から、リング状部８の中心１４に向かう方向からシールドガスの移動経路における移動方向Ａの下流側に傾斜した方向Ｄに該シールドガスを噴出する。なお、本実施例のリング状部８は、先端を封止した管上の部材をリング状に曲げ加工して構成されているので、該シールドガスの移動経路としての管状部１５は該曲げ加工の際に同時に構成されたものである。このように構成することで、簡単にシールドガス供給装置３を作製することができる。
　すなわち、上記を別の表現をすると、本実施例の管状部１５は、供給管７から供給されるシールドガスの移動経路をリング状部８の周方向に構成しており、被加工材Ｍに対して多段に配置されている。そして、リング状部８の内周部分１１ａ及び１１ｂに、該リング状部８の中心１４に向かう方向から傾斜した方向Ｄにシールドガスを噴出する孔部１２が設けられている。　
　このように、管状部１５は、リング状部８の内周部分１１ａ及び１１に、該リング状部８の中心１４に向かう方向から傾斜した方向Ｄに前記シールドガスを噴出する、孔部１２が設けられている。このため、ガルバノスキャナーヘッド６からレーザーＬが照射されるリング状部８で囲われた加工部分に、リング状部８の周方向にシールドガスの旋回流を発生させ、該加工部分を高濃度のシールドガスで満たしやすくしている。　
　また、管状部１５は、被加工材Ｍに対して多段に配置されているため、シールドガスの旋回流を多段に発生させることができる構成になっている。このため、被加工材Ｍの近くに配置される第１移動経路としての第１管状部１５ｂの孔部１２により発生したシールドガスの旋回流が周囲の気体を巻き込んだとしても、被加工材Ｍから遠くに配置される第２移動経路としての第２管状部１５ａの孔部１２により発生したシールドガスの旋回流を巻き込むこととなる。すなわち、空気ではなくシールドガスを巻き込むこととなるため、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下を抑制している。　
　これらのことから、本実施例のシールドガス供給装置３は、レーザー加工機１でレーザー加工を行う際に、被加工材Ｍに効率よくシールドガスを噴出することができる構成になっている。
　また、上記のように、本実施例のシールドガス供給装置３において、孔部１２は、リング状部８の中心１４に向かう方向Ｄからシールドガスの移動経路における移動方向Ａの下流側に傾斜した方向Ｄに該シールドガスを噴出する。このため、移動方向Ａのシールドガスの流れを利用して該シールドガスを噴出することができるため、勢いよく該シールドガスを噴出することができる。すなわち、前記シールドガスの旋回流を効率よく発生させることができ、レーザー加工機１でレーザー加工を行う際に、被加工材に効率よくシールドガスを噴出することができる構成になっている。
　ここで、本実施例のシールドガス供給装置３は、第１管状部１５ｂに設けられる孔部１２から噴出する中心１４に向かう方向に対する第１傾斜角Θｂは、第２管状部１５ａに設けられる孔部１２から噴出する中心１４に向かう方向に対する第２傾斜角Θａ以下である。　
　本発明者らが鋭意検討した結果、第１傾斜角Θｂが第２傾斜角Θａを超えると、第１管状部１５ｂによる前記シールドガスの旋回流の発生は促進されるものの、前記シールドガスの旋回流が強すぎて中心１４に到達するシールドガスの量が減少する虞があることを見出した。　
　本実施例のシールドガス供給装置３は、第１傾斜角Θｂは第２傾斜角Θａ以下である。このため、中心１４までシールドガスを到達させることができ、レーザー加工機１でレーザー加工を行う際に、被加工材Ｍに効率よくシールドガスを噴出することができる構成になっている。
　詳細には、第１傾斜角Θｂは５．６２５°以上７．５°以下であり、第２傾斜角Θａは７．５°以上１５°以下である。　
　本発明者らが鋭意検討した結果、第１傾斜角Θｂは５．６２５°以上７．５°以下であり、第２傾斜角Θａは７．５°以上１５°以下である場合に、特に、中心１４までシールドガスを到達させつつ前記加工部分周辺のシールドガスの濃度を高くすることができることを見出した。　
　このため、本実施例のシールドガス供給装置３は、レーザー加工機１でレーザー加工を行う際に、特に、被加工材Ｍに効率よくシールドガスを噴出することができる構成になっている。
　また、図２及び図４で表されるように、本実施例のシールドガス供給装置３において、多段に配置される管状部１５各々に設けられる孔部１２は、リング状部８の周方向において同じ位置に設けられている。補足すると、図２及び図４において、第１管状部１５ｂに設けられる孔部１２は、第２管状部１５ａに設けられる孔部１２の真下に設けられている。このため、第１管状部１５ｂの孔部１２により発生した前記シールドガスの旋回流が周囲の気体を巻き込んだとしても、前記シールドガスの濃度が高い気体を巻き込むこととなる。すなわち、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる構成になっている。　
　なお、本実施例のシールドガス供給装置３では、厳密な意味での前記周方向において同じ位置であるが、前記周方向において多少ずれた位置であっても上記効果を有するため、前記周方向において多少ずれた位置であってもよい。
　また、本実施例のシールドガス供給装置３は、第１管状部１５ｂに設けられる孔部１２から噴出する前記シールドガスの第１噴出量は、第２管状部１５ａに設けられる孔部１２から噴出する前記シールドガスの第２噴出量よりも少なくなるように構成されている。　
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１噴出量が前記第２噴出量よりも多くなると、第１管状部１５ｂにより発生する前記シールドガスの旋回流の周囲の気体の巻き込み量が多くなり、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下を招く虞があることを見出した。　
　このため、本実施例のシールドガス供給装置３は、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる構成になっている。
　詳細には、前記第１噴出量と前記第２噴出量の和（全噴出量）に対する前記第２噴出量は、０．５５以上０．６５以下となるように構成されている。　
　本発明者らが鋭意検討した結果、前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量が０．５５以上０．６５以下である場合に、特に、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できることを見出した。図５は、このことを示すグラフであり、本実施例のシールドガス供給装置３における好ましいシールドガスの噴出量の比率を表すグラフである。詳細には、リング状部８の内側１３のシールドガス分布をＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析により計算した結果を表している。図５で表されるように、全噴出量に対する第２噴出量の比率が０．５５以上０．６５以下である場合に、好ましいシールドガス（Ａｒ）の質量分布である０．４以上になっている。　
　このため、本実施例のシールドガス供給装置３は、特に、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる構成になっている。
　［実施例２］（図６～図７）　
　次に、実施例２の記録装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。　
　図６は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３を表す概略斜視図である。また、図７は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３の要部であるリング状部８の概略断面図である。なお、図６から図７は、被加工面が水平方向の被加工材Ｍに対して鉛直上方向からレーザーＬを照射して加工を行う際におけるシールドガス供給装置３を表している。ここで、上記実施例と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。　
　なお、本実施例のシールドガス供給装置３は、先端を封止した管上の部材をリング状に曲げ加工して構成されたものではなく、リング状に構成された部材に管状部１５を設ける加工を別途行うことによって構成されたものである。しかしながら、穴部１２の位置やシールドガスの噴出方向や噴出量は、実施例１のシールドガス供給装置３と同様である。
　本実施例のシールドガス供給装置３は、実施例１のシールドガス供給装置３に対して上記のような構成上の違いはあるものの、実施例１のシールドガス供給装置３と同様の特徴を有している。このため、レーザー加工機１でレーザー加工を行う際に、被加工材Ｍに効率よくシールドガスを噴出することができる構成になっている。
　［実施例３］（図８）
　次に、実施例２の記録装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。　
　図８は、本実施例のレーザー加工機１のシールドガス供給装置３を表す概略斜視図である。なお、図８は、被加工面が水平方向の被加工材Ｍに対して鉛直上方向からレーザーＬを照射して加工を行う際におけるシールドガス供給装置３を表している。ここで、上記実施例と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。　
　なお、本実施例のシールドガス供給装置３は、リング状部８をその周方向において囲む壁部１６を備えること以外は実施例１の記録装置１と同様の構成である。
　上記のように、本実施例のシールドガス供給装置３は、リング状部８をリング状部８の周方向において囲む壁部１６を備えている。このため、壁部１６により前記加工部分周辺から前記シールドガスが逃げることを抑制でき、前記加工部分周辺のシールドガスの濃度低下をより効果的に抑制できる構成になっている。　
　なお、壁部１６の高さは、レーザー加工の障害にならない高さであれば、なるべく高い方がよい。シールドガスが逃げることを効果的に抑制できるためである。
　［その他の実施例］
　なお、上記実施例は、いずれも、管状部１５が２段の構成であったが、３段以上の構成としてもよい。　
　また、上記実施例は、いずれも、リング状部８が真円形の構成であったが、楕円形や多角形の構成としてもよい。

Claims (19)

  1. 　レーザー加工機から被加工材に照射されるレーザーを囲む位置に配置されるリング状部と、
    　前記リング状部にシールドガスを供給する供給管と、を備え、
    　前記リング状部は、該リング状部の周方向に、前記供給管から供給される前記シールドガスの移動経路を有し、
    　前記移動経路は、
    　　前記被加工材に対して多段に配置され、
    　　前記リング状部の内周部分に、前記周方向に旋回流を形成するように前記シールドガスを噴出する、孔部が設けられている
    ことを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  2. 　請求項１に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記孔部は、前記リング状部の中心に向かう方向から前記シールドガスの前記移動経路における移動方向の下流側に傾斜した方向に該シールドガスを噴出することを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  3. 　請求項１に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路各々に設けられる前記孔部は、前記周方向において同じ位置に設けられていることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  4. 　請求項２に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路各々に設けられる前記孔部は、前記周方向において同じ位置に設けられていることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  5. 　請求項１に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記リング状部を前記周方向において囲む壁部を備えることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  6. 　請求項２に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記リング状部を前記周方向において囲む壁部を備えることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  7. 　請求項１に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第１噴出量は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第２噴出量よりも少ないことを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  8. 　請求項２に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第１噴出量は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの第２噴出量よりも少ないことを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  9. 　請求項７に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量は、０．５５以上０．６５以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  10. 　請求項８に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記第１噴出量と前記第２噴出量の和に対する前記第２噴出量は、０．５５以上０．６５以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  11. 　請求項１に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第１傾斜角は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第２傾斜角以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  12. 　請求項２に記載のシールドガス供給装置において、
    　多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材の近くに配置される第１移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第１傾斜角は、多段に配置される前記移動経路のうちの前記被加工材から遠くに配置される第２移動経路に設けられる前記孔部から噴出する前記シールドガスの前記リング状部の中心に向かう方向に対する前記傾斜した方向の第２傾斜角以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  13. 　請求項１１に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記第１傾斜角は５．６２５°以上７．５°以下であり、前記第２傾斜角は７．５°以上１５°以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  14. 　請求項１２に記載のシールドガス供給装置において、
    　前記第１傾斜角は５．６２５°以上７．５°以下であり、前記第２傾斜角は７．５°以上１５°以下であることを特徴とするレーザー加工機のシールドガス供給装置。
  15. 　請求項１に記載のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、
    　前記レーザーを照射するレーザー照射部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工機。
  16. 　請求項２に記載のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、
    　前記レーザーを照射するレーザー照射部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工機。
  17. 　請求項３に記載のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、
    　前記レーザーを照射するレーザー照射部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工機。
  18. 　請求項５に記載のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、
    　前記レーザーを照射するレーザー照射部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工機。
  19. 　請求項７に記載のレーザー加工機のシールドガス供給装置と、
    　前記レーザーを照射するレーザー照射部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工機。
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