WO2023210715A1 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

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WO2023210715A1
WO2023210715A1 PCT/JP2023/016554 JP2023016554W WO2023210715A1 WO 2023210715 A1 WO2023210715 A1 WO 2023210715A1 JP 2023016554 W JP2023016554 W JP 2023016554W WO 2023210715 A1 WO2023210715 A1 WO 2023210715A1
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laser
laser processing
dust collection
section
gas
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PCT/JP2023/016554
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義博 山田
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日本製鉄株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/16Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing device and a laser processing method.
  • JP-A No. 2017-122264 and JP-A No. 2017-125250 a plurality of laser processing sections each having a laser light source section are arranged along the width direction of the steel sheet as a magnetic domain control treatment of a grain-oriented electrical steel sheet.
  • JP 2017-122264A and JP 2017-125250A processed grooves extending along the width direction of the steel plate are formed on the surface of the steel plate by laser light irradiation.
  • Dust called laser spatter is generated from the laser beam irradiation site (i.e., the irradiation position) on the surface of the steel plate. If the generated laser spatter adheres to the surface of the steel plate, it may adversely affect the performance of the steel plate. For this reason, techniques have been proposed for removing the generated laser spatter from around the steel plate.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-511629 describes a laser irradiation equipment for forming grooves on the surface of a steel plate, an air knife for injecting air into the laser beam irradiation area, and a device for sucking and removing fumes and molten iron.
  • a device comprising a dust collection hood is disclosed.
  • the air knife disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-511629 removes molten iron remaining inside a groove formed on the surface of a steel plate.
  • Korean Patent Publication No. 170011860 and Korean Patent Publication No. 001626601 disclose a laser processing device equipped with an air knife in which a discharge jet blows away molten material inside a groove that is a processed portion on the surface of a steel plate.
  • JP-A-58-187290, JP-A 2020-138226, JP-A 2020-138227, and China Utility Model Publication No. 202226886 disclose laser irradiation equipment and a dust collection mechanism that sucks laser spatter.
  • a laser processing apparatus is disclosed that includes: and an air nozzle that injects air toward a region irradiated with laser light.
  • the discharge jet of the air nozzle has a different axis from the optical axis of the laser beam, that is, the light It is sprayed in a direction that intersects the axis.
  • JP-A No. 58-187290, JP-A No. 2020-138226, JP-A No. 2020-138227, and China Utility Model Publication No. 202226886 the discharge jet of an air nozzle guides laser spatter to a dust collection mechanism, It is said that it is possible to prevent laser spatter from adhering to the laser light source.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2017-122264 Patent Document 2: Japanese Patent Publication No. 2017-125250 Patent Document 3: Japanese Patent Publication No. 2019-511629 Patent Document 4: Korean Patent Publication No. 170011860 Patent Document 5: Korean Patent Publication No. 001626601 Patent Document 6: JP-A-58-187290 Patent Document 7: JP-A-2020-138226 Patent Document 8: JP-A-2020-138227 Patent Document 9: Chinese Utility Model Publication No. 202226886
  • the present disclosers proposed an air nozzle such as those disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-187290, Japanese Patent Application Publication No. 2020-138226, Japanese Patent Application Publication No. 2020-138227, and Chinese Utility Model Publication No. 202226886.
  • the present disclosers also studied the placement position of the dust collection mechanism section that sucks the laser spatter.
  • laser spatter is sucked by two dust collection hoods arranged before and after a laser beam irradiation site. That is, the two dust collection hoods are arranged both on the upstream side and the downstream side across the laser light source section in the conveyance direction of the steel plate.
  • the present disclosers analyzed the air flow in the vicinity of the laser beam irradiation site by simulation when two dust collection hoods are used as the dust collection mechanism. As a result, it was found that due to the suction by the two dust collection hoods, a blank area of the air flow, that is, a stagnation area of the flow, was formed between the two dust collection hoods in the vicinity of the laser beam irradiation area. Ta. It has been found that when two dust collection hoods are used, the suction force of the dust collection mechanism becomes unstable due to the stagnation area, and thus the dust collection efficiency of laser sputtering decreases.
  • a method can be considered in which the dust collection mechanism is disposed only on one of the upstream side and the downstream side.
  • the dust collection mechanism is disposed only on one of the upstream side and the downstream side.
  • the dust collection mechanism it is necessary to increase the suction amount of the dust collection mechanism compared to the case where the dust collection mechanism is disposed on both the upstream and downstream sides.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and provides a laser processing device that can improve the dust collection efficiency of laser sputtering and prevent the attachment of laser sputtering in the width direction of the plate.
  • a laser processing apparatus includes a laser light source unit that irradiates a laser beam onto the surface of a steel plate that is conveyed in a preset conveyance direction, and an optical axis direction of the laser beam toward an irradiation area of the laser beam.
  • a gas injection part that injects a first gas in parallel, and a gas injection part that is provided only on either the upstream side or the downstream side of the irradiation area in the conveyance direction, collects laser spatter generated from the irradiation area through a dust collection port.
  • a gas supply section disposed on the opposite side of the dust collection mechanism section across the laser light source section in the conveyance direction, the gas supply section supplying a second gas between the gas supply section and the steel plate; It is equipped with a section and a section.
  • a laser processing method uses a laser light source unit to irradiate a surface of a steel plate conveyed in a preset conveyance direction with a laser beam, and uses a gas injection unit to irradiate a portion irradiated with the laser beam.
  • the laser spatter generated from the irradiation area is rolled up from the surface of the steel plate, and the laser spatter generated from the irradiation area is rolled up from the surface of the steel plate, and
  • the laser spatter is collected from the dust collection port of the dust collection mechanism section provided only on either side, and the gas supply section placed on the opposite side of the dust collection mechanism section across the laser light source section in the conveyance direction is used.
  • the gas supply section placed on the opposite side of the dust collection mechanism section across the laser light source section in the conveyance direction is used.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a sectional view taken along the line 1B-1B in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a sixth embodiment of the present disclosure. It is a sectional view explaining the laser processing device concerning a 6th embodiment of this indication.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a first comparative example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a laser processing apparatus according to a first comparative example.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a second comparative example.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a third comparative example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a laser processing apparatus according to a third comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a laser processing apparatus according to a third comparative example.
  • FIG. 7 is a side view schematically illustrating a portion of the movement of dry air and the movement of laser sputter of a laser processing apparatus according to a fourth comparative example;
  • FIG. 7 is a side view schematically illustrating a portion of the movement of dry air and the movement of laser sputter of the laser processing apparatus according to the fifth comparative example;
  • FIG. 12 is a side view schematically illustrating a portion of the movement of dry air and the movement of laser sputter of a laser processing apparatus according to a sixth comparative example;
  • FIG. 12 is a side view schematically illustrating a portion of the movement of dry air and the movement of laser sputter of the laser processing apparatus according to a seventh comparative example;
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a laser processing apparatus according to a modified example of the present disclosure.
  • the laser processing apparatus 1 includes a laser light source section 10, a gas injection section 20, a dust collection mechanism section 30, a gas supply section 80, and a ceiling plate 90. Equipped with The operating states of the laser light source section 10, the gas injection section 20, the dust collection mechanism section 30, and the gas supply section 80 are controlled by various computers (not shown), such as a process computer that centrally controls the steel plate manufacturing process. ing.
  • the object to be processed by the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment is a steel plate S.
  • the type of steel plate S is not particularly limited, and various known steel plates S such as a grain-oriented electromagnetic steel plate can be employed.
  • the type of processing using laser light is not limited either.
  • the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment is applicable to various known processes using laser light, which are performed at any timing in the manufacturing process for manufacturing various steel sheets S. .
  • the steel plate S is transported by transport rolls R provided at predetermined intervals along the transport direction C.
  • the conveyance direction C is set in advance.
  • the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment is installed between adjacent transport rolls R. Note that in the present disclosure, the installation position of the laser processing device is not limited to between adjacent conveyance rolls.
  • the laser processing device may be installed facing the roll surface of a steel plate support roll that changes the conveyance direction C of the steel plate S.
  • the steel plate support roll can change the pass line of the steel plate S being conveyed in the horizontal direction to an oblique direction.
  • the steel plate support roll can change the pass line of the steel plate S being conveyed diagonally upward to diagonally downward.
  • the laser processing device can be installed at any position on the conveyance line where the steel plate S is being conveyed.
  • a steel strip coil is used as the steel plate S in the first embodiment.
  • a steel plate is not limited to a steel strip coil,
  • the cut plate cut out beforehand from a steel strip coil etc. may be employ
  • a steel strip coil can be produced by winding a long steel strip having a certain width.
  • one end located at the center of the wound steel strip coil is rotatably supported at one end in the longitudinal direction of the processing equipment.
  • the other end of the steel strip coil located on the outside is connected to the other end in the direction.
  • the other end of the steel strip coil is wound up while being pulled out at a substantially constant speed toward the other end of the processing equipment.
  • the steel strip coil being wound passes through the laser processing device 1 installed in the processing equipment, so that the surface of the steel plate S of the steel strip coil is subjected to laser processing. Also called "board".
  • Continuous processing In the first embodiment, the laser processing performed during the threading of the steel sheet S of the steel strip coil is also referred to as “continuous processing.” On the other hand, performing laser processing on the surface of a cut plate without drawing out the steel strip coil is called “batch processing.” In batch processing laser processing, steel plates are cut into rectangular shapes, for example, fixed on a processing support stand or supported on a conveyor line, and each cut plate is processed individually. Laser processing is performed. In addition, for each cut plate, work is required to fix it to a support stand, and to put it into a conveyance line and collect it. For this reason, in batch processing, the cost of groove processing tends to increase, resulting in a relatively low productivity.
  • the continuous processing laser processing as in the first embodiment, processing in the sheet width direction, for example, by continuously repeating scanning of the laser beam LB, after winding the steel strip coil, Approximately uniform groove processing over almost the entire length can be performed in a relatively short time. Furthermore, there is no need to move the laser processing device 1 over the entire length of the steel strip coil, that is, to move it along the conveyance direction C. Therefore, in continuous processing, the cost of groove processing can be suppressed compared to batch processing, and as a result, productivity can be improved.
  • the laser light source unit 10 irradiates the surface of the steel plate S being conveyed with laser light LB having a predetermined wavelength.
  • the laser light source unit 10 includes a laser light source (not shown) for irradiating laser light LB having a wavelength and intensity necessary to realize the processing of interest, and a laser light LB irradiated from the laser light source on the surface of the steel plate S. and an optical system (not shown) for guiding light to.
  • the laser light source is not particularly limited, and various laser light sources such as various solid-state laser light sources, gas laser light sources, semiconductor laser light sources, etc. can be used.
  • the optical system is not particularly limited, and various optical systems for guiding the laser beam LB to the surface of the steel plate S can be used.
  • the installation position of the laser light source unit 10 as described above is not particularly limited, but for example, as schematically shown in FIG. 1B, the irradiation optical axis of the laser beam LB is placed above the steel plate S in the vertical direction It is preferable that it be provided substantially perpendicular to.
  • the gas injection section 20 is located at both an upstream position in the conveyance direction C and a downstream position in the conveyance direction C in the laser beam LB emission section 12 of the laser light source section 10. Placed.
  • the gas injection unit 20 is an air nozzle that injects the first gas 20A toward the irradiation site SA of the laser beam LB in parallel to the optical axis direction of the laser beam LB.
  • the gas injection unit 20 injects dry air supplied from an air supply pipe (not shown) as an example of the first gas 20A to the irradiation site SA of the laser beam LB on the surface of the steel plate S.
  • the gas injection unit 20 injects dry air, which is the first gas 20A, into the laser beam LB over the entire scanning width of the laser beam LB in the width direction of the steel sheet S (that is, the vertical direction in FIG. 1A). are arranged so that they overlap.
  • the discharge jet of the first gas 20A injected from the gas injection section 20 suppresses the laser sputter LS from adhering to the emission section 12.
  • the surface portion of the steel plate S is heated by the energy of the laser beam LB and expands in volume, thereby ejecting from the surface of the steel plate S as laser sputter LS.
  • the ejected laser sputter LS rides on the flow of the suction airflow DF by the dust collection mechanism section 30 and is collected by the dust collection mechanism section 30.
  • an air knife having a flow velocity that scrapes out the laser spatter LS from inside the groove on the surface of the steel plate S is not used, but dry air is injected at a flow velocity lower than that of the air knife.
  • a gas injection unit 20 is used.
  • the laser sputter LS can be rolled up from the surface of the steel plate S and superimposed on the air flow by the dust collection mechanism 30 without disturbing the air flow for dust collection like an air knife.
  • dry air is injected from the gas injection part 20 toward the irradiation site SA of the laser beam LB to the extent that the laser sputter LS can be rolled up from the surface of the steel plate S. be done. Therefore, in the present disclosure, all of the dry air does not need to reach the irradiation site SA. Alternatively, only a portion of the dry air may reach the irradiation site SA. As a result, it is possible to prevent the rolled-up laser sputter LS from adhering to the laser processing device, especially the emission section 12.
  • the dry air jetted by the air knife reaches the groove and blows off the spatter inside the groove. Therefore, the blown laser sputter LS adheres to the laser processing device including the emission section 12.
  • the installation position of the gas injection unit 20 is not particularly defined as long as it is a position where dry air can be injected onto the surface of the steel plate S.
  • the gas injection part 20 is provided directly above the steel plate S, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the gas injection unit 20 also directs the laser beam so that the nozzle main axis direction of the gas injection unit 20, in other words, the traveling direction of the injected dry air is approximately coaxial with the optical axis direction of the laser beam LB in the laser light source unit 10. More preferably, it is provided parallel to the optical axis direction of the LB.
  • the dry air illustrated in FIG. 1B is injected toward the surface of the steel plate S in parallel with the optical axis direction of the laser beam LB and substantially perpendicular to the surface of the steel plate S.
  • the amount of dry air injected from the gas injection section 20 is preferably set to be equal to or less than the suction amount of the dust collection mechanism section 30. Since the amount of dry air injected from the gas injection section 20 is less than the suction amount of the dust collection mechanism section 30, while the laser sputter LS is rolled up from the surface of the steel plate S, the dry air can prevent the air flow for suctioning the laser sputter LS. It becomes possible to suppress disturbance more reliably. For this reason, it becomes possible to improve the dust collection efficiency of laser sputtering LS more reliably. It is more preferable that the amount of dry air injected from the gas injection unit 20 is controlled more precisely. Note that in the present disclosure, the injection amount of dry air is not limited to the suction amount of the dust collection mechanism section 30 or less, and can be arbitrarily changed.
  • the discharge flow rate of the dry air injected from the gas injection unit 20 is preferably set to a value equal to or lower than the suction flow rate by the dust collection mechanism unit 30. Since the discharge flow rate of the dry air is lower than the suction flow rate by the dust collection mechanism section 30, it is possible to further improve the dust collection efficiency by the dust collection mechanism section 30. Note that in the present disclosure, the discharge flow rate of dry air is not limited to the suction flow rate of the dust collection mechanism section 30 or less, and can be changed arbitrarily.
  • gas injection unit 20 that realizes the injection of dry air is not particularly limited, and various known air injection nozzles can be used.
  • air injection nozzles include slit nozzles and the like.
  • the first gas 20A injected from the gas injection unit 20 is not limited to the dry air as described above, but may be nitrogen, argon, carbon dioxide, helium, or the like.
  • the gas injection section 20 is set so that the flow rate of the first gas 20A and the opening area of the gas injection section 20 satisfy the following relational expression 1.
  • K in Relational Expression 1 is a constant having a dimension of the reciprocal of velocity (s/m). The value of the constant K can be set, for example, within a range of 0.01 or more and 0.5 or less.
  • the upper limit value of the opening area of the gas injection section 20 can be set based on the product of the constant K and the flow rate of the first gas 20A.
  • the opening area of the gas injection section can be set arbitrarily.
  • the dust collection mechanism section 30 prevents the laser sputter LS from adhering to the emission section 12 by jetting dry air from the gas injection section 20, and removes the laser sputter LS floating near the irradiation site SA of the laser beam LB. This is a mechanism to collect dust.
  • the dust collection mechanism section 30 has an external appearance that includes, for example, a dust collection hood having a dust collection port 30A for collecting dust from the laser sputter LS.
  • the dust collection mechanism section 30 includes a dust collection channel (not shown) for suctioning the laser sputter LS, and a suction pump P provided on the dust collection channel.
  • the dust collection mechanism section 30 is configured to suck the atmosphere around the dust collection port 30A with a predetermined suction amount.
  • the dust collection mechanism section 30 uses a suction operation to collect laser spatter LS generated from the irradiation site SA of the laser beam LB from the dust collection port 30A.
  • the specific configuration of the dust collection mechanism section 30 is not particularly limited, and various known mechanisms can be used as appropriate.
  • the number of dust collection mechanisms 30 is not limited to one, but may be plural.
  • the dust collection mechanism section 30 is located upstream of the area SA irradiated with the laser beam LB or downstream of the area SA irradiated with the laser beam LB in the conveyance direction C of the steel plate S. Provided only on one side. That is, the dust collection mechanism section 30 is not provided on both the upstream and downstream sides of the laser beam LB irradiation site SA.
  • the dust collection mechanism section 30 By providing the dust collection mechanism section 30 only on the upstream side or only on the downstream side of the irradiation area SA of the laser beam LB, the air flow for suctioning the laser sputter LS is stagnated in the vicinity of the irradiation area SA of the laser beam LB. This makes it possible to reliably collect dust from the laser sputter LS.
  • the dust collection mechanism section 30 is disposed on one of the upstream side and the downstream side, the dust collection mechanism section 30 and the members of the laser processing device 1 will interfere with each other, and the dust collection mechanism section 30 will It may be difficult to secure placement space.
  • the dust collection mechanism section 30 can be arranged on either the upstream side or the downstream side, it is difficult to secure a space for arranging the dust collection mechanism section 30 on one side, for example. Even if it is difficult, you can set the placement space on the other side. That is, it is easy to flexibly change the arrangement position of the dust collection mechanism section 30.
  • the dust collection mechanism section 30 is provided only on the downstream side of the irradiation area SA of the laser beam LB.
  • an air flow that is, an accompanying flow
  • the dust collection mechanism section 30 is provided only on the downstream side of the irradiation area SA of the laser beam LB.
  • the amount of suction by the dust collection mechanism section 30 is preferably greater than the amount of dry air ejected from the gas injection section 20. Thereby, it is possible to more reliably prevent the flow of air around the irradiation site SA of the laser beam LB from being stagnated, and it is possible to more reliably collect the laser sputter LS. Note that in the present disclosure, the amount of suction by the dust collection mechanism section 30 is not limited to the amount of injection of the first gas 20A from the gas injection section 20, and can be changed arbitrarily.
  • the suction flow velocity by the dust collection mechanism section 30 is preferably, for example, 15 m/sec or more and 50 m/sec or less, and more preferably 20 m/sec or more and 30 m/sec or less.
  • the suction flow velocity is 15 m/sec or more and 50 m/sec or less, the air flow around the laser beam LB irradiation site SA is not disturbed. As a result, it becomes possible to more reliably collect the laser sputtered LS.
  • the suction flow velocity by the dust collection mechanism section 30 is not limited to 15 m/sec or more and 50 m/sec or less, and can be arbitrarily changed.
  • one “laser processing section” is composed of one laser light source section 10, one gas injection section 20, and one dust collection mechanism section 30 that correspond to each other. Furthermore, a plurality of laser processing units 70 arranged along the width direction of the steel plate S constitute one "laser processing set.” The number of laser processing sets 100 arranged along the width direction of the steel plate S is one.
  • the number of laser processing sections 70 constituting one laser processing set 100 may be one or more. Further, in the present disclosure, two or more laser processing sets 100 may be arranged in multiple stages along the conveyance direction C for one steel plate S.
  • the gas supply section 80 is arranged on the opposite side of the dust collection mechanism section 30 with the laser light source section 10 in the conveyance direction C interposed therebetween. That is, the gas supply section 80 is provided only on either the upstream side or the downstream side of the irradiation area SA in the transport direction C. As shown in FIG. 1B, the gas supply section 80 is located above the dust collection port 30A of the dust collection mechanism section 30. Note that the present disclosure does not exclude a configuration in which the gas supply section is located below the height of the dust collection port 30A of the dust collection mechanism section.
  • the gas supply section 80 supplies the second gas 80A between the gas supply section 80 and the steel plate S. By supplying the second gas 80A, formation of a suction flow of the laser sputter LS to the dust collecting mechanism section 30 is promoted.
  • a "laser processing section” may be configured by including a gas supply section in addition to the laser light source section, the gas injection section, and the dust collection mechanism section. That is, a “laser processing set” may be configured including the gas supply section.
  • the second gas 80A is, for example, dry air.
  • the second gas 80A is not limited to dry air, and may be nitrogen, argon, carbon dioxide, helium, or the like.
  • a specific example of the gas supply section 80 is not particularly limited, and various known air injection nozzles can be used. Examples of air injection nozzles include slit nozzles and the like.
  • the gas supply section 80 injects the second gas 80A.
  • the discharge flow rate of the second gas 80A is preferably 5 m/s or less from the viewpoint of improving dust collection efficiency. Note that the present disclosure does not exclude a configuration in which the discharge flow rate of the second gas 80A exceeds 5 m/s, and a method in which the second gas 80A is injected at a flow rate exceeding 5 m/s.
  • the gas supply section 80 is set such that the flow rate of the second gas 80A and the opening area of the gas supply section 80 satisfy the following relational expression 2.
  • M in Relational Expression 2 is a constant having a dimension of the reciprocal of velocity (s/m). The value of the constant M can be set within a range of, for example, 0.2 or more and 10 or less.
  • the lower limit of the opening area of the gas supply section 80 can be set based on the product of the constant M and the flow rate of the second gas 80A.
  • the opening area of the gas supply section can be set arbitrarily.
  • both the opening area of the gas injection section 20 satisfies the relational expression 1 and the opening area of the gas supply section 80 satisfies the relational expression 2.
  • the present disclosure is not limited thereto.
  • at least one of the opening area of the gas injection section 20 satisfying Relational Expression 1 and the opening area of the gas supplying section 80 satisfying Relational Expression 2 may be realized.
  • the dust collection efficiency of the laser sputtering LS is improved.
  • the effect and the effect of preventing the laser sputtered LS from adhering in the width direction of the plate can be further enhanced.
  • the "laser processing section” may include the ceiling plate. That is, a “laser processing set” may be configured including the gas supply section.
  • the ceiling plate 90 separates the space on the steel plate S side from the space on the opposite side of the steel plate S at a position at the height of the emission part 12 of the laser light source part 10. That is, the ceiling plate 90 functions as a partition wall that prevents the laser sputter LS from adhering above the emission section 12 of the laser light source section 10.
  • the laser processing section may be configured as one unit that can be handled independently from other members within the processing equipment. That is, for example, a laser processing section having one laser light source section, one gas injection section, and one dust collection mechanism section is integrally supported by a support member such as a frame (not shown), and is also supported by the support member. The laser processed portion may be removably attached to the ceiling plate 90.
  • the laser processing apparatus 1 makes it possible to more efficiently collect the laser spatter LS generated during irradiation with the laser beam LB, and more easily achieves a dust collection efficiency of, for example, 90% or more. becomes possible. Note that a specific definition of dust collection efficiency will be explained later in "Examples”.
  • the laser processing apparatus 1 when the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment is applied to, for example, magnetic domain control processing of a grain-oriented electrical steel sheet, it is necessary to further increase the irradiation power of the irradiated laser beam LB. Even if the laser spatter LS is generated, it is possible to more reliably collect the generated laser sputter LS.
  • the laser processing method according to the first embodiment is a method of collecting laser spatter LS generated from the irradiation site SA of the laser beam LB due to the laser beam LB irradiated onto the surface of the steel plate S.
  • a laser beam is applied from the laser light source unit 10 to the surface of a steel plate S being conveyed in a preset conveyance direction C (that is, a moving steel plate S). Irradiates light LB. Moreover, dry air is injected from the gas injection part 20 toward the irradiation site SA of the laser beam LB in parallel to the optical axis direction of the laser beam LB. By injecting dry air, laser spatter LS generated from the irradiation site SA is rolled up from the surface of the steel plate S.
  • the second gas 80A is supplied between the gas supply section 80 and the steel plate S by the gas supply section 80.
  • the suction flow of the laser sputter LS toward the dust collection port 30A of the dust collection mechanism section 30 is promoted.
  • the laser sputter LS is collected through the dust collection port 30A of the dust collection mechanism section 30 provided only on either the upstream side or the downstream side of the irradiation area SA of the laser beam LB. do.
  • the gas injection unit 20 injects the first gas 20A toward the irradiation site SA in parallel to the optical axis direction of the laser beam LB, the gas injection unit 20 is in a state that intersects with the optical axis direction. Compared to the case of injecting the first gas 20A, attachment of laser sputter LS to the laser light source section 10 can be reduced.
  • the gas supply section 80 supplies the second gas between the gas supply section 80 and the steel sheet S, the stagnation area of the suction flow along the sheet width direction is reduced. That is, the second gas suppresses the formation of blank portions in the gas flow. Therefore, the formation of a suction flow of the laser sputter LS toward the dust collection port 30A of the dust collection mechanism section 30 is promoted, and as a result, the suction force of the dust collection mechanism section 30 is stabilized over the board width direction, and the suction flow of the laser sputter LS is Dust collection efficiency increases. Therefore, adhesion of laser sputter LS to the laser light source section 10 can be reduced. As a result, the dust collection efficiency of the laser sputter LS can be increased, and the adhesion of the laser sputter LS to the laser light source section 10 can be prevented over the board width direction.
  • the gas supply section 80 is located above the dust collection port 30A.
  • the gas supply section 80 is separated from the space near the irradiation site SA. Therefore, in the space near the irradiation site SA, a wider region in which the gas containing the laser sputter LS can flow can be secured compared to the case where the gas supply section 80 is arranged in the space near the irradiation site SA. Therefore, stagnation of the suction flow in the space near the irradiation site SA can be prevented.
  • the ceiling plate 90 allows the laser light source section 10, the gas injection section 20, the rear part of the dust collector, and the gas supply section 80 to be moved integrally. Therefore, the moving operation becomes easier than when the laser light source section 10, the gas injection section 20, the rear part of the dust collector, and the gas supply section 80 are moved separately.
  • one laser processing set 100 is configured by one laser processing section 70, but in the present disclosure, a plurality of laser processing sections 70 arranged along the sheet width direction One laser processing set 100 may be configured.
  • one laser processing set 100 is configured by six laser processing sections 70 arranged along the sheet width direction. Different from the form.
  • the configurations that are different from the first embodiment will be mainly explained, and the same configurations as the first embodiment will not be repeatedly explained.
  • the parallel direction of the six laser processing parts 70 is parallel to the board width direction.
  • a plurality of gas supply sections 80 are provided corresponding to each of the plurality of laser processing sections 70.
  • a plurality of laser processing units 70 included in the laser processing set 100 are attached to a ceiling plate 90.
  • grooves G are illustrated inside the six laser light source units 10, each drawn with a broken line.
  • the second embodiment As in the first embodiment, it is possible to improve the dust collection efficiency of the laser sputter LS and prevent the laser sputter LS from adhering to the laser light source section 10 across the board width direction. Further, in the second embodiment, a laser processing set 100 in which a plurality of laser light source units 10 are arranged along the width direction of the plate is used.
  • a plurality of laser light source parts 10 may be used along the board width direction.
  • the required processing width can be obtained.
  • one relatively expensive and large-sized laser light source unit is not required in order to obtain a long processing width.
  • a gas supply section 80 is provided corresponding to each of the plurality of laser processing sections 70.
  • the arrangement positions of the plurality of laser light source sections 10 on the steel plate S are individually arranged according to the shape of the required processing groove.
  • the plurality of laser processing units 70 and the gas supply unit 80 can be moved integrally by the ceiling plate 90, so the plurality of laser processing sets 100 and the gas supply unit 80 can be easily moved. You can move to
  • the first laser processing set 100A and the second laser processing set 100B have a gap in the transport direction C.
  • the difference from the first embodiment and the second embodiment is that they are arranged in two stages with spaces 71 between them.
  • the configurations of the third embodiment that are different from the first and second embodiments will be mainly explained, and the same configurations as the first and second embodiments will not be repeatedly explained.
  • the first laser processing set 100A downstream in the transport direction C includes three laser processing units 70.
  • the dust collection mechanism section 30 of the first laser processing section 70 and the dust collection mechanism section 30 of the second laser processing section 70 that are adjacent to each other in the board width direction are separated by a gap 72. It will be established.
  • grooves G machined inside the three laser light source units 10 of the first laser processing set 100A by the laser beams LB from the respective corresponding laser light source units 10 are illustrated by broken lines. .
  • the dust collection mechanism section 30 of the laser processing section 70 located at the end in the sheet width direction is provided with a gap 72 from the end of the steel sheet S. Note that in the present disclosure, at least one of the gaps 72 between the dust collection mechanisms 30 and the gaps 72 between the dust collection mechanisms 30 and the end of the steel plate S is formed. That's fine.
  • the second laser processing set 100B located upstream in the transport direction C includes three laser processing units 70.
  • the third laser processing section 70 included in the second laser processing set 100B is the same as the dust collection mechanism section 30 of the first laser processing section 70 and the second laser processing section 70 in the first laser processing set 100A. It is arranged at a position overlapping the gap 72 between the dust collection mechanism section 30 and the dust collection mechanism section 30 .
  • grooves G drawn by broken lines are illustrated inside the three laser light source units 10 of the second laser processing set 100B.
  • the dust collection efficiency of the laser sputter LS is increased and the adhesion of the laser sputter LS to the laser light source section 10 is prevented over the board width direction.
  • a gap 72 is formed between adjacent dust collection mechanism sections 30 on the steel plate S.
  • a gap 72 is formed between the dust collection mechanism section 30 located at the end of the steel plate S in the width direction of the steel plate and the end of the steel plate S. That is, a gap 72 is formed on the side of the dust collection mechanism section 30.
  • the gap 72 formed serves as a path for suctionable gas.
  • the volume of gas that can be sucked by the dust collection mechanism parts 30 can be increased more than when the adjacent dust collection mechanism parts 30 are in contact with each other.
  • the volume of gas that can be sucked by the dust collection mechanism 30 can be increased more than when the dust collection mechanism 30 is present up to the end of the steel plate S. Since the gap 72 increases the supply of gas to the space near the irradiation site SA, it is possible to suppress the formation of a stagnation region.
  • the first laser processing set 100 and the second laser processing set 100 are arranged in two stages along the conveyance direction C.
  • the third laser processing section 70 of the second laser processing set 100 on the upstream side in the conveyance direction C is the same as the first laser processing section 70 and the second laser processing section 70 in the first laser processing set 100 on the downstream side. It is arranged at a position overlapping with the gap 72.
  • the second laser processing set 100 on the upstream side will overlap the gap 72.
  • Laser processing can be applied to the position. That is, the plurality of laser processing sections 70 of the laser processing set arranged in two stages along the transport direction C cause the laser processing section 70 to extend along the board width direction while being shifted along the transport direction C. It can be formed by
  • a case is illustrated in which a plurality of gas supply units 80 are provided corresponding to the plurality of laser processing units 70, but in the present disclosure, the gas supply units 80 are provided in all of the plurality of laser processing units 70. One may be provided depending on the situation.
  • one gas supply section 80 is provided for all three laser processing sections 70 in one laser processing set 100.
  • the configurations of other members in the fourth embodiment are the same as the members with the same names in the third embodiment, so repeated explanations will be omitted.
  • the dust collection efficiency of the laser sputter LS is increased and the adhesion of the laser sputter LS to the laser light source section 10 is prevented over the board width direction.
  • the gas supply section 80 corresponding to all of the plurality of laser processing sections 70 is integrated into one, so the number of members of the gas supply section 80 can be reduced. Furthermore, assembly and maintenance of the gas supply section 80 can be easily performed.
  • the parallel direction of the plurality of laser processing sections 70 is parallel to the sheet width direction was illustrated, but in the present disclosure, the plurality of laser processing sections 70 arranged along the sheet width direction are The parallel direction of the laser processing parts 70 may intersect with the board width direction. As shown in FIG. 5, in the laser processing apparatus 1D according to the fifth embodiment, the parallel direction of the three laser processing units 70 arranged along the board width direction intersects with the board width direction.
  • intersection angle ⁇ between the parallel direction of the three laser processing parts 70 and the sheet width direction is about 15 degrees, but in the present disclosure, the intersection angle ⁇ is set to about 15 degrees. Not limited. In the present disclosure, the intersection angle ⁇ between the parallel direction of the plurality of laser processing units 70 and the plate width direction can be arbitrarily set to, for example, less than 45 degrees.
  • the configurations of other members in the fifth embodiment are the same as the members with the same names in the fourth embodiment, so repeated explanations will be omitted.
  • the dust collection efficiency of the laser sputter LS is increased and the adhesion of the laser sputter LS to the laser light source section 10 is prevented over the board width direction. can.
  • the gas supply unit 80 of the laser processing apparatus 1E has a duct opening that is disposed opposite to the dust collection port 30A and discharges the second gas 80A.
  • a duct 82 is connected.
  • the shape and dimensions of the supply duct 82 are set to such an extent that the suction flow in the space near the irradiation site SA is not obstructed.
  • the configurations of other members in the sixth embodiment are the same as the members with the same names in the first to fifth embodiments, so repeated explanations will be omitted.
  • the dust collection efficiency of the laser sputter LS is increased and the adhesion of the laser sputter LS to the laser light source section 10 is prevented over the board width direction.
  • a supply duct 82 is connected to the gas supply unit 80, and has a duct opening that is arranged opposite to the dust collection port 30A and discharges the second gas 80A. The supply duct 82 can further stabilize the suction force of the dust collection mechanism section 30.
  • the laser processing apparatus 1Z1 according to the first comparative example is not provided with the gas supply section 80, compared to the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the configuration of the laser processing apparatus 1Z1 according to the first comparative example except for the gas supply section 80 is the same as the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the second gas since the second gas is not supplied, a stagnation region A occurs where the fluid is insufficient, and as a result, uniform suction cannot be performed in the board width direction.
  • FIG. 7 illustrates a case where one stagnation area A is formed at the center in the board width direction
  • the number and occurrence position of the stagnation areas are not limited to this.
  • the number of stagnation areas may be plural.
  • the stagnation region may also be formed at the end portion in the board width direction.
  • the laser processing apparatus 1Z2 according to the second comparative example is not provided with the gas supply section 80, compared to the laser processing apparatus 1 according to the second embodiment.
  • the configuration of the laser processing apparatus 1Z2 according to the second comparative example except for the gas supply section 80 is the same as the laser processing apparatus 1 according to the second embodiment.
  • the second comparative example as in the first comparative example, since the second gas is not supplied, a stagnation area A where fluid is insufficient occurs, and as a result, uniform suction cannot be performed in the board width direction.
  • the laser processing apparatus 1Z3 according to the third comparative example is not provided with the gas supply section 80, compared to the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment.
  • the configuration of the laser processing apparatus 1Z3 according to the third comparative example except for the gas supply section 80 is the same as that of the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment.
  • the third comparative example as in the first comparative example, since the third gas is not supplied, a stagnation area A where fluid is insufficient occurs, and as a result, uniform suction cannot be performed in the board width direction.
  • the laser processing apparatus 1Z4 according to the fourth comparative example differs from the laser processing apparatus according to the first comparative example mainly in that a ceiling plate 90 is not provided.
  • the laser beam LB passes through the nozzle opening of the gas injection section 20 and is irradiated onto the steel plate S.
  • the gas injection section 20 is an air nozzle.
  • the discharge jet of the first gas 20A from the gas injection section 20 is directed from a position near the emission section 12 toward the irradiation site SA of the laser beam LB on the surface of the steel plate S, parallel to the optical axis of the laser beam LB. .
  • the ejected jet of the first gas 20A that does not reach the irradiation site SA is transmitted between the gas injection part 20 and the steel plate S along the surface of the steel plate S outside the optical axis, that is, in the direction of the nozzle main axis. diffuses outward.
  • the discharge jet of the first gas 20A from the gas injection section 20 is sufficiently guided to the suction airflow DF of the dust collection mechanism section 30.
  • the discharge jet of the first gas 20A injected from the gas injection section 20 in parallel to the optical axis direction is rectified by flowing along the flow of the suction airflow DF of the dust collection mechanism section 30. has been done. Therefore, a low-pressure portion that would guide the laser sputter LS to the gas injection section 20 is unlikely to occur.
  • the laser sputtering LS is caused by the flow of the ejected jet of the first gas 20A toward the irradiation site SA and the flow of the ejected jet of the first gas 20A toward the outside in the nozzle main axis direction. is prevented from adhering to the emission section 12. Further, since the jet of the first gas 20A is directed toward the outside of the optical axis, the laser sputter LS inside the groove of the irradiation area SA is unlikely to be scattered by the jet of the first gas 20A. Further, the discharge jet of the first gas 20A toward the outside of the optical axis guides the laser sputter LS generated at the irradiation area SA into the suction airflow DF.
  • the fourth comparative example can be applied without problems when the width of the steel plate is narrow.
  • the fourth comparative example does not have the gas supply section 80, so the second gas flows toward the irradiation area SA. Not supplied. Therefore, unlike the first to sixth embodiments, it is not possible to suppress the formation of blank portions in the gas flow by the second gas. As a result, it is difficult to stabilize the suction force of the dust collection mechanism section 30 across the board width direction.
  • the gas injection part 20 is not attached to the lower part of the laser light source part 10, and the gas injection part 20 is not attached to the lower part of the laser light source part 10, but the gas injection part 20 is It is provided on the left side of the optical axis at a position away from the emission section 12.
  • the gas injection section 20 is an air nozzle. Therefore, the discharge jet of the first gas 20A from the gas injection part 20 is not parallel to the optical axis of the laser beam LB, but intersects with the optical axis at the irradiation area of the laser beam LB on the surface of the steel plate S. Head to SA. Alternatively, a low pressure section is generated by the discharge jet of the first gas 20A from the gas injection section 20, and the laser sputter LS is guided to the gas injection section 20.
  • the discharge jet of the first gas 20A that does not reach the irradiation area SA is distributed between the gas injection part 20 and the steel plate S along the surface of the steel plate S. Diffuses outward in the direction of the nozzle main axis.
  • the discharge jet of the first gas 20A is not formed in the vicinity of the emission section 12 of the laser light source section 10, the effect of preventing the laser sputter LS from adhering to the emission section 12 is smaller than in the fourth comparative example.
  • the laser processing apparatus 1Z6 according to the sixth comparative example differs from the laser processing apparatus 1Z4 according to the fourth comparative example mainly in that an air knife 60 is used instead of an air nozzle as the gas injection section. .
  • the laser beam LB passes through the nozzle opening of the air knife 60 and is irradiated onto the steel plate S.
  • the discharge jet 60A from the air knife 60 heads from a position near the emission part 12 toward the irradiation site SA of the laser beam LB on the surface of the steel plate S, parallel to the optical axis of the laser beam LB.
  • the laser sputter LS generated at the irradiation site SA is vigorously scattered approximately radially from the irradiation site SA due to the discharge jet 60A that has reached the irradiation site SA.
  • the scattered laser sputter LS is not sufficiently guided to the suction airflow DF of the dust collection mechanism section 30.
  • the laser sputter LS easily adheres to the emission section 12 of the laser light source section 10.
  • a low pressure section is generated by the discharge jet 60A from the air knife 60, and the laser sputter LS is guided to the gas injection section 20.
  • the air knife 60 is not attached to the lower part of the laser light source section 10, but is attached to the optical axis of the laser beam LB. It is provided at a position away from the emission section 12 on the left side of the screen. Therefore, the discharge jet 60A from the air knife 60 is not parallel to the optical axis of the laser beam LB, but intersects with the optical axis, and heads toward the irradiation site SA of the laser beam LB on the surface of the steel plate S.
  • the laser sputter LS generated at the irradiation site SA is vigorously scattered approximately radially from the irradiation site SA.
  • the scattered laser sputter LS is not sufficiently guided to the suction airflow DF of the dust collecting mechanism section 30, as in the sixth comparative example.
  • a low pressure portion is created by the discharge jet 60A from the air knife 60, and as a result, the laser sputter LS tends to adhere to the emission part 12 of the laser light source part 10.
  • analytical models corresponding to the laser processing apparatuses 1A to 1E according to the first to sixth embodiments described above were set as first to sixth examples, respectively.
  • analytical models corresponding to the laser processing apparatuses 1Z1 to 1Z3 according to the first to third comparative examples described above were set, respectively.
  • the dust collection efficiency of the laser sputtering LS was analyzed when the second gas to suction flow rate ratio was changed.
  • the peripheral adhesion rate of laser sputtered LS was analyzed.
  • the dust collection efficiency of the laser sputter LS is calculated as (number of particles of the laser sputter LS that has reached the depths of the dust collection channel provided in the dust collection mechanism section 30)/(number of particles of the laser sputter LS that has been generated).
  • the laser sputter LS is set to be reflected by the wall surface of the dust collection mechanism section 30, and even if the particles reach and contact the wall surface, the laser sputter LS particles that have reached the deep part of the dust collection channel are counted as particles that contributed to dust collection efficiency.
  • the peripheral adhesion rate of the laser sputter LS is ⁇ (number of particles of the laser sputter LS in contact with the steel plate S)+(number of particles of the laser sputter LS in contact with the gas injection part 20) ⁇ /(number of particles of the laser sputter LS that has been generated) number of particles).
  • the dust collection efficiency of laser sputtering in Analysis Example 1 is shown in Table 1, and the peripheral adhesion rate of laser sputtering is shown in Table 2.
  • the second gas to suction flow rate ratio was less than 0.2 times, the peripheral adhesion rate of laser sputtering increased. Specifically, when the second gas to suction flow rate ratio is 0.1 times, the dust collection efficiency of laser sputtering is 90% in all of the first to sixth examples as shown in Table 1. As shown in Table 2, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 5%.
  • the dust collection efficiency of laser sputtering becomes 80% or less, and the peripheral adhesion rate of laser sputtering increases.
  • Table 1 when the second gas to suction flow rate ratio is 1.6 times, in the first to sixth examples, the dust collection efficiency of laser sputtering is As shown in Table 2, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 15%.
  • the dust collection efficiency of laser sputtering was 80% regardless of the second gas to suction flow rate ratio. remained. Furthermore, in the first to third comparative examples, as shown in Table 2, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 10% regardless of the ratio of the second gas to the suction flow rate.
  • the first gas to suction flow rate ratio is defined by "sum of first gas flow rates"/"sum of suction flow rates".
  • Table 3 shows the dust collection efficiency of laser sputtering in Analysis Example 2, and Table 4 shows the peripheral adhesion rate of laser sputtering.
  • the dust collection efficiency decreased. Specifically, when the first gas to suction flow rate ratio is 0.05 times, the dust collection efficiency of laser sputtering is 90% in all of the first to sixth examples as shown in Table 3. As shown in Table 4, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 5%.
  • the dust collection efficiency decreases. Specifically, as shown in Table 3, when the first gas to suction flow rate ratio is 0.25 times, in the first to sixth examples, the dust collection efficiency of laser sputtering is As shown in Table 4, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 5%.
  • the dust collection efficiency of laser sputtering was 80% regardless of the first gas to suction flow rate ratio. remained. Further, in the first to third comparative examples, as shown in Table 4, the peripheral adhesion rate of laser sputtering was 10% regardless of the ratio of the first gas to the suction flow rate.
  • Shape of dust collection mechanism For example, in the present disclosure, when the laser processing apparatus is viewed from the side where the thickness of the steel plate S can be read as shown in FIG. It is preferable that the distance between them becomes longer in the direction in which the laser sputter LS is sucked from the dust collection port 30A.
  • the height of the internal space of the dust collecting mechanism section 30 is continuous in the direction in which the laser sputter LS is sucked from the dust collecting port 30A.
  • it may have a tapered shape.
  • the internal space of the dust collecting mechanism section 30 has a staircase structure in which the height of the internal space of the dust collecting mechanism section 30 increases stepwise in the direction in which the laser sputter LS is sucked from the dust collecting port 30A. You may do so.
  • the outer shape of the dust collection mechanism section 30, more specifically, the outer shape of the dust collection hood, may have a substantially parallelogram shape.
  • the shape of the bottom surface of the dust collection mechanism section 30 is not particularly limited as long as it does not obstruct the flow of air.
  • the shape of the bottom surface of the dust collecting mechanism section 30 may be a horizontal surface, or may be a shape such that the distance from the surface of the steel plate S is long.
  • the distance between the top surface of the dust collection mechanism section 30 and the surface position of the steel plate S at the irradiation site SA of the laser beam LB increases as the distance increases in the direction in which the laser spatter LS is sucked from the dust collection port 30A.
  • the parabolic air flow is not obstructed. Therefore, the laser sputter LS is collected along with the parabolic air flow. As a result, it is possible to prevent the laser sputter LS from directly hitting the upper inner wall surface of the internal space, and it is possible to more reliably prevent the laser sputter LS from adhering.
  • a carbon plate may be disposed on the vertically upper part of the inner wall of the dust collection mechanism section 30.
  • the dust collection hood that constitutes the wall surface of the dust collection mechanism section 30 is generally made of various metals.
  • a carbon plate in the dust collection mechanism section 30, by arranging a carbon plate at a portion where the collected laser sputter LS can reach, a direct reaction between the laser sputter LS and the metal forming the wall surface is prevented. This makes it possible to prevent the laser sputter LS from adhering. As a result, it becomes possible to reduce the number of times the inner wall is cleaned to remove the attached laser sputter LS.
  • the carbon plate may be provided on the entire top surface of the dust collection mechanism section 30, or may be arranged on a part of the top surface of the dust collection mechanism section 30.
  • the carbon plate may be placed at least in a portion where the laser sputter LS can adhere.
  • the carbon plate can be installed not only on the top surface of the dust collection mechanism section 30 but also on the side surface of the dust collection mechanism section 30 and other locations where the laser sputter LS may adhere.
  • the wall surface of the dust collection mechanism section 30 itself may be configured with a carbon plate.
  • rectifying plate may be further provided in addition to the laser light source section 10, the gas injection section 20, and the dust collection mechanism section 30, a rectifying plate may be further provided.
  • the current plate can be provided at a position in the dust collection mechanism section 30 facing the dust collection port 30A of the laser sputter LS.
  • the rectifier plate is a member provided to more reliably prevent stagnation of the air flow near the irradiation position of the laser beam LB.
  • a rectifying plate By further providing a rectifying plate, it becomes possible to further stabilize the flow of air in the vicinity of the area SA irradiated with the laser beam LB.
  • the aperture ratio of the dust collection port 30A near the irradiation area SA of the laser beam LB is reduced, and as a result, it becomes possible to increase the flow velocity of the air flow, and the laser sputtering LS can be performed more reliably. It becomes possible to collect dust.
  • the direction in which the current plate is arranged is not particularly defined, and the long side of the current plate may be substantially parallel to the vertical direction, or the long side of the current plate may be substantially parallel to the horizontal direction. . Further, the current plate may be arranged diagonally with respect to the vertical direction or the horizontal direction. Further, the material and specific shape of the current plate are not particularly defined, and may be appropriately selected depending on the installation environment of the current plate.
  • the laser processing apparatus 1F according to the modification example performs a continuous process of forming grooves on the surface of the steel plate S using the laser beam LB, similar to the laser processing apparatus 1B according to the third embodiment shown in FIG. 3A. placed in a line.
  • one dust collection mechanism section 30 is arranged so that the opening surface of the dust collection port 30A is one stage.
  • the opening surface of the dust collection port 30A is multi-staged, that is, a plurality of dust collection mechanisms 30 are arranged, unlike the first embodiment. different.
  • the maximum groove width WA of the groove G formed by the laser light source section 10 of one laser processing section 70 is illustrated.
  • the maximum groove width WA is the maximum width of the groove G that can be processed by one scan of the laser beam LB from the laser light source section 10.
  • the laser light source section 10 is illustrated by a broken line, and illustrations of the gas injection section 20, the gas supply section 80, the ceiling plate 90, etc. are omitted.
  • the first laser processing set 100A and the second laser processing set 100B are arranged in two stages with a gap 71 in the conveyance direction C.
  • the third laser processing section 70 of the second laser processing set 100B on the upstream side in the conveyance direction C is connected to the first laser processing section 70 and the second laser processing section in the first laser processing set 100A on the downstream side. It is arranged at a position overlapping a gap 72 with the section 70.
  • interference between the dust collection mechanism parts can be suppressed by arranging the N dust collection mechanism parts with gaps in at least one of the board width direction and the conveyance direction.
  • the opening width WB of one dust collection port 30A is larger than the maximum groove width WA of one groove G to which the dust collection port 30A corresponds (that is, WA ⁇ WB). Further, the sum of the six opening widths WB is larger than the plate width WS (ie, WS ⁇ (6 ⁇ WB)). In other words, in the present disclosure, the sum of N opening widths WB is greater than the plate width WS. (i.e. WS ⁇ (N ⁇ WB)).
  • the configurations of other members in the modified example are the same as the members with the same names in the third embodiment, so repeated explanations will be omitted.
  • the dust collection mechanism section 30 is arranged so that the opening surface of the dust collection port 30A is parallel to the groove G processed by each laser processing section 70. Placed. Therefore, the laser spatter LS generated from the groove G can be efficiently collected.
  • the opening width WB of one dust collection port 30A is larger than the maximum groove width WA of one groove G to which the dust collection port 30A corresponds. Therefore, the opening width WB can improve the dust collection efficiency of the laser sputter LS generated from the groove G compared to the case where the dust collection port 30A is less than or equal to the maximum groove width WA of the groove G.
  • present disclosure can be configured by partially combining the configurations illustrated in the multiple attached drawings.
  • present disclosure includes various embodiments not described above, and the technical scope of the present disclosure is determined only by the matters specifying the invention in the claims that are reasonable from the above explanation. be.
  • Aspect 1 is a laser light source unit that irradiates a laser beam onto the surface of a steel plate being conveyed in a preset conveyance direction; a gas injection unit that injects a first gas toward a site irradiated with the laser beam in parallel to the optical axis direction of the laser beam; a dust collection mechanism section that is provided only on either the upstream side or the downstream side of the irradiation site in the transport direction, and collects laser spatter generated from the irradiation site from a dust collection port; a gas supply section disposed on the opposite side of the dust collection mechanism section across the laser light source section in the conveyance direction, the gas supply section supplying a second gas between the gas supply section and the steel plate; and, A laser processing device equipped with.
  • Aspect 2 is The gas supply section is located above the dust collection port, A laser processing apparatus according to aspect 1.
  • Aspect 3 is A laser processing section including the laser light source section, the gas injection section, and the dust collection mechanism section, the laser processing section having a plurality of the laser processing sections arranged along the width direction of the steel plate as a laser processing set.
  • a laser processing apparatus according to aspect 1 or 2.
  • Aspect 4 is In the laser processing set, a plurality of the gas supply sections are provided according to each of the plurality of laser processing sections, The laser processing device according to aspect 3.
  • Aspect 5 is In the laser processing set, one gas supply section is provided for each of the plurality of laser processing sections, The laser processing device according to aspect 3.
  • Aspect 6 is In the laser processing set, the dust collection mechanism section of the first laser processing section and the dust collection mechanism section of the second laser processing section that are adjacent to each other in the board width direction are provided with a gap between them. Alternatively, the dust collection mechanism section of the laser processing section located at the end in the sheet width direction is provided with a gap from the end of the steel sheet.
  • the laser processing apparatus according to any one of aspects 3 to 5.
  • Aspect 7 is a third laser processing unit disposed at a position overlapping with the gap in at least one of the upstream and downstream sides of the laser processing set in the transport direction;
  • the laser processing device according to aspect 6.
  • Aspect 8 is comprising a ceiling plate to which a plurality of the laser processing units included in the laser processing set are attached;
  • the laser processing apparatus according to any one of aspects 3 to 7.
  • Aspect 9 is A supply duct having a duct opening disposed opposite to the dust collection port and discharging the second gas is connected to the gas supply unit.
  • the laser processing apparatus according to any one of aspects 1 to 8.
  • Aspect 10 is The gas supply unit supplies the second gas in a state where the total flow rate of the second gas is 0.2 times or more and 1.5 times or less the total suction flow rate of the dust collection mechanism unit.
  • a laser processing apparatus according to any one of aspects 1 to 9.
  • Aspect 11 is The gas injection unit injects the first gas in a state where the total flow rate of the first gas is 0.1 times or more and 0.2 times or less the total suction flow rate of the dust collection mechanism unit.
  • a laser processing apparatus according to any one of aspects 1 to 10.
  • Aspect 12 is Using a laser light source, a laser beam is irradiated onto the surface of the steel plate being transported in a preset transport direction, Laser spatter generated from the irradiation area is removed from the surface of the steel plate by injecting a first gas parallel to the optical axis direction of the laser beam toward the irradiation area of the laser beam using a gas injection unit.
  • a laser processing unit including the laser light source unit, the gas injection unit, and the dust collection mechanism unit, the laser processing unit including a plurality of laser processing units arranged along the width direction of the steel plate as a laser processing set. irradiating the surface of the steel plate with the laser beam using a device; The laser processing method according to aspect 12.
  • Aspect 14 is In the laser processing set, the dust collection mechanism section of the first laser processing section and the dust collection mechanism section of the second laser processing section that are adjacent to each other in the board width direction are provided with a gap between them.
  • the laser beam is applied to the surface of the steel plate in a state where the dust collection mechanism section of the laser processing unit located at the end in the width direction of the steel plate is provided with a gap from the end of the steel plate. irradiate, The laser processing method according to aspect 13.
  • Other aspect 1 is a laser light source unit that irradiates a laser beam onto the surface of a steel plate being conveyed in a preset conveyance direction; a gas injection unit that injects a first gas toward a site irradiated with the laser beam in parallel to the optical axis direction of the laser beam; a dust collection mechanism section that is provided only on either the upstream side or the downstream side of the irradiation site in the transport direction, and collects laser spatter generated from the irradiation site from a dust collection port; a gas supply section disposed on the opposite side of the dust collection mechanism section across the laser light source section in the conveyance direction, the gas supply section supplying a second gas between the gas supply section and the steel plate; and, A laser processing device equipped with.
  • a laser processing section including the laser light source section, the gas injection section, and the dust collection mechanism section, the laser processing section having a plurality of the laser processing sections arranged along the width direction of the steel plate as a laser processing set.
  • a laser processing device according to other aspect 1.
  • the dust collection mechanism section of the first laser processing section and the dust collection mechanism section of the second laser processing section that are adjacent to each other in the board width direction are provided with a gap between them.
  • the dust collection mechanism section of the laser processing section located at the end in the sheet width direction is provided with a gap from the end of the steel sheet.
  • Another aspect 7 is a third laser processing unit disposed at a position overlapping with the gap in at least one of the upstream and downstream sides of the laser processing set in the transport direction; A laser processing apparatus according to other aspect 6.
  • Other aspect 8 is comprising a ceiling plate to which a plurality of the laser processing units included in the laser processing set are attached;
  • a supply duct having a duct opening disposed opposite to the dust collection port and discharging the second gas is connected to the gas supply unit.
  • a laser processing device according to other aspect 1.
  • the gas supply unit supplies the second gas in a state where the total flow rate of the second gas is 0.2 times or more and 1.5 times or less the total suction flow rate of the dust collection mechanism unit.
  • a laser processing device according to other aspect 1.
  • the gas injection unit injects the first gas in a state where the total flow rate of the first gas is 0.1 times or more and 0.2 times or less the total suction flow rate of the dust collection mechanism unit.
  • a laser processing device according to other aspect 1.
  • Laser processing device 10 Laser light source section 12 Emission section 20 Gas injection section (air nozzle) 20A First gas 30 Dust collection mechanism section 30A Dust collection port 60 Air knife 60A Discharge jet 70 Laser processing section 71 Gap 72 Gap 80 Gas supply section 80A Second gas 82 Supply duct 90 Ceiling plate 100 Laser processing set 100A First laser Processing set 100B Second laser processing set A Stagnation area C Conveying direction DF Suction airflow G Groove LB Laser light LS Laser sputter P Suction pump R Conveying roll S Steel plate SA Irradiation area WA Maximum groove width WB Opening width of dust collection port WS Steel plate Plate width ⁇ Intersection angle

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Abstract

レーザ加工装置は、予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、レーザ光の照射部位向かってレーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射する気体噴射部と、搬送方向において、照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられ、照射部位から発生するレーザスパッタを集塵口より集塵する集塵機構部と、搬送方向におけるレーザ光源部を挟んで集塵機構部と反対側に配置された気体供給部であって、気体供給部と鋼板との間に第の気体を供給する気体供給部と、を備える。

Description

レーザ加工装置及びレーザ加工方法
 本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
 従来、鉄鋼業において、予め設定された方向に搬送されている鋼板の表面にレーザ光を照射することによって、鋼板の表面に溝等の加工を施す処理が知られている。例えば特開2017-122264号公報及び特開2017-125250号公報では、方向性電磁鋼板の磁区制御処理として、レーザ光源部を有する複数のレーザ加工部が鋼板の板幅方向に沿って配置される技術が開示されている。特開2017-122264号公報及び特開2017-125250号公報では、レーザ光の照射によって、鋼板の表面に板幅方向に沿って延びる加工溝が形成される。
 鋼板の表面上におけるレーザ光の照射部位(すなわち、照射位置)からは、レーザスパッタと呼ばれる粉塵が発生する。発生したレーザスパッタが鋼板の表面に付着すると、鋼板の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、発生したレーザスパッタを鋼板の周囲から除去するための技術が提案されている。
 例えば特開2019-511629号公報には、鋼板の表面に溝を形成するためのレーザ照射設備と、レーザ光の照射部位にエアを噴射するエアナイフと、ヒューム及び溶融鉄を吸引して除去するための集塵フードとを備えた装置が開示されている。特開2019-511629号公報のエアナイフは、鋼板の表面に形成された溝の内側に残存する溶融鉄を除去する。
 また、韓国特許公開公報170011860号及び韓国特許公報001626601号には、吐出噴流が鋼板の表面の加工部である溝の内側の溶融物を吹き飛ばすエアナイフを備えるレーザ加工装置が開示されている。特開2019-511629号公報、韓国特許公開公報170011860号及び韓国特許公報001626601号のエアナイフの吐出噴流、すなわち噴射されたエアの流れは、鋼板の表面上におけるレーザ光の照射部位の溝に到達する。
 また、特開昭58-187290号公報、特開2020-138226号公報、特開2020-138227号公報及び中国実用新案公開公報202226886号には、レーザ照射設備と、レーザスパッタを吸引する集塵機構部と、レーザ光の照射部位に向かってエアを噴射するエアノズルとを備えるレーザ加工装置が開示されている。特開昭58-187290号公報、特開2020-138226号公報、特開2020-138227号公報及び中国実用新案公開公報202226886号のエアノズルの吐出噴流は、レーザ光の光軸と異軸、すなわち光軸と交差する方向に噴射される。
 特開昭58-187290号公報、特開2020-138226号公報、特開2020-138227号公報及び中国実用新案公開公報202226886号では、エアノズルの吐出噴流がレーザスパッタを集塵機構部に誘導することによって、レーザ光源部にレーザスパッタが付着することが防止できるとされている。
  特許文献1:特開2017-122264号公報
  特許文献2:特開2017-125250号公報
  特許文献3:特開2019-511629号公報
  特許文献4:韓国特許公開公報170011860号
  特許文献5:韓国特許公報001626601号
  特許文献6:特開昭58-187290号公報
  特許文献7:特開2020-138226号公報
  特許文献8:特開2020-138227号公報
  特許文献9:中国実用新案公開公報202226886号
 ここで、産業機械等に対する次期のトップランナー規制を考慮した場合、特開2017-122264号公報及び特開2017-125250号公報のような方向性電磁鋼板の磁区制御処理においては、鉄損を更に小さくする必要がある。このため、照射されるレーザ光のレーザパワーをより大きくすること、例えば、1~3kw程度まで大きくすることが求められている。この要求に伴い、発生するレーザスパッタの量も増加することが推定される。レーザスパッタの増加に対応するために、更なる集塵効率の向上が求められている。
 しかし、本件開示者らが、特開2019-511629号公報に開示されているような集塵装置について検証した結果、レーザスパッタの集塵効率が十分ではないことが分かった。また、鋼板の周囲の空間内で除去されなかったレーザスパッタがレーザ照射設備に付着することによって、レーザ照射設備のメンテナンスに手間がかかることが明らかとなった。
 また、特開2019-511629号公報、韓国特許公開公報170011860号及び韓国特許公報001626601号のようなエアナイフから噴射されたエアによってレーザスパッタが照射部位から吹き飛ばされる場合、集塵のための空気の流れがかき乱され、結果、吹き飛ばされたレーザスパッタがレーザ加工装置に付着する。本件開示者らが鋭意検討を行った結果、エアナイフのように、鋼板の表面に形成された溝の内側に残存したレーザスパッタを掻き出すことが可能な程度の強い空気の流れを作り出すことが、逆にレーザスパッタの集塵効率を低下させる要因の一つであることという知見が得られた。
 また、本件開示者らは、エアナイフの代わりに、特開昭58-187290号公報、特開2020-138226号公報、特開2020-138227号公報及び中国実用新案公開公報202226886号のような、エアノズルから噴射されたエアによってレーザスパッタが集塵機構部に誘導される場合についても検討を行った。結果、噴射されたエアの流れがレーザ光の光軸と異軸であるとレーザスパッタがレーザ加工装置に付着し易いという知見が得られた。
 更に、本件開示者らは、レーザスパッタを吸引する集塵機構部の配置位置についても検討を行った。特開2019-511629号公報では、レーザスパッタは、レーザ光の照射部位の前後に配置された2つの集塵フードによって吸引される。すなわち、2つの集塵フードは、鋼板の搬送方向においてレーザ光源部を挟んだ上流側と下流測との両方に配置される。
 本件開示者らは、集塵機構部として2つの集塵フードが用いられる場合のレーザ光の照射部位近傍における空気の流れをシミュレーションによって解析した。結果、2つの集塵フードによる吸引によって、逆に、2つの集塵フードの間でレーザ光の照射部位の近傍に、空気の流れの空白部分、すなわち流れの淀み領域が形成されることが分かった。2つの集塵フードが用いられる場合、淀み領域によって集塵機構部の吸引力が不安定となるため、レーザスパッタの集塵効率が低下することが分かった。
 レーザ光の照射部位の近傍における淀み領域の形成を抑制するため、集塵機構部を上流側及び下流測のうち一方のみに配置する方法が考えられる。しかし、特開2017-122264号公報及び特開2017-125250号公報のように板幅方向に沿って複数のレーザ光源部が配置される場合、上流側及び下流測のうち一方のみに配置された集塵機構部によってレーザスパッタを確実に集塵するためには、集塵機構部の吸引量を、集塵機構部が上流側と下流測との両方に配置される場合と比べ、大きくする必要が生じる。
 しかし、板幅方向に沿って複数のレーザ光源部が配置される場合、集塵機構部の吸引量を大きくすると、板幅方向に沿って淀み領域が発生し易くなり、結果、吸引力がより不安定となることが分かった。換言すると、板幅方向に沿って吸引力が偏り易くなることに起因して、レーザスパッタの集塵に対する影響が大きくなることが分かった。
 本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、レーザスパッタの集塵効率を高め、かつ、レーザスパッタの付着を板幅方向に亘って防止できるレーザ加工装置を提供する。
 本開示に係るレーザ加工装置は、予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、レーザ光の照射部位に向かってレーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射する気体噴射部と、搬送方向において、照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられ、照射部位から発生するレーザスパッタを集塵口より集塵する集塵機構部と、搬送方向におけるレーザ光源部を挟んで集塵機構部と反対側に配置された気体供給部であって、気体供給部と鋼板との間に第2の気体を供給する気体供給部と、を備える。
 本開示に係るレーザ加工方法は、レーザ光源部を用いて、予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射し、気体噴射部を用いて、レーザ光の照射部位に向かってレーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射することによって、前記照射部位から発生するレーザスパッタを前記鋼板の表面から巻き上げ、搬送方向において、照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられた集塵機構部の集塵口より、レーザスパッタを集塵し、搬送方向におけるレーザ光源部を挟んで集塵機構部と反対側に配置された気体供給部を用いて、気体供給部と鋼板との間に第2の気体を供給することによって、前記集塵口へ向かう前記レーザスパッタの吸引流れを促進する。
 本開示によれば、レーザスパッタの集塵効率を高め、かつ、レーザスパッタの付着を板幅方向に亘って防止できる。
本開示の第1実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 図1A中の1B-1B線断面図である。 本開示の第2実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 本開示の第3実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 本開示の第3実施形態に係るレーザ加工装置を説明する断面図である。 本開示の第4実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 本開示の第5実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 本開示の第6実施形態に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 本開示の第6実施形態に係るレーザ加工装置を説明する断面図である。 第1比較例に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 第1比較例に係るレーザ加工装置を説明する断面図である。 第2比較例に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 第3比較例に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。 第3比較例に係るレーザ加工装置を説明する断面図である。 第4比較例に係るレーザ加工装置のドライエアの動きとレーザスパッタの動きとを一部を抽出して模式的に説明する側面図である。 第5比較例に係るレーザ加工装置のドライエアの動きとレーザスパッタの動きとを一部を抽出して模式的に説明する側面図である。 第6比較例に係るレーザ加工装置のドライエアの動きとレーザスパッタの動きとを一部を抽出して模式的に説明する側面図である。 第7比較例に係るレーザ加工装置のドライエアの動きとレーザスパッタの動きとを一部を抽出して模式的に説明する側面図である。 本開示の変形例に係るレーザ加工装置を説明する平面図である。
 以下に本開示の実施の形態を、第1実施形態~第6実施形態を用いて説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、明細書中に特段の断りが無い限り、本開示の各構成要素の個数は、1つに限定されず、複数存在してもよい。
-第1実施形態-
<レーザ加工装置>
 図1A及び図1Bに示すように、第1実施形態に係るレーザ加工装置1は、レーザ光源部10と、気体噴射部20と、集塵機構部30と、気体供給部80と、天井板90とを備える。レーザ光源部10、気体噴射部20、集塵機構部30及び気体供給部80は、例えば、鋼板の製造工程を統括的に制御するプロセスコンピュータ等の各種の不図示のコンピュータにより、稼働状態が制御されている。
(鋼板)
 第1実施形態に係るレーザ加工装置1の処理対象は、鋼板Sである。鋼板Sの種類としては、特に限定されず、方向性電磁鋼板等、公知の各種の鋼板Sを採用できる。また、レーザ光を用いた処理の種類についても限定されない。第1実施形態に係るレーザ加工装置1は、各種の鋼板Sを製造するための製造工程において、任意のタイミングで実施される、レーザ光を用いた公知の各種の処理に対して適用可能である。
 鋼板Sは、搬送方向Cに沿って所定の間隔で設けられた搬送ロールRによって搬送される。搬送方向Cは、予め設定される。第1実施形態に係るレーザ加工装置1は、隣り合う搬送ロールR間に設置される。なお、本開示では、レーザ加工装置の設置位置は、隣り合う搬送ロール間に限定されない。
 また、図示を省略するが、本開示では、レーザ加工装置は、鋼板Sの搬送方向Cを変更する鋼板支持ロールのロール面に対向して設置されてもよい。例えば、鋼板支持ロールは、水平方向に搬送されている鋼板Sのパスラインを、斜め方向に変化させ得る。また、鋼板支持ロールは、斜め上方に向かって搬送されている鋼板Sのパスラインを、斜め下方に変化させ得る。本開示では、レーザ加工装置は、鋼板Sが搬送されている搬送ラインの任意の位置に設置することが可能である。
(鋼帯コイル)
 第1実施形態の鋼板Sとしては、鋼帯コイルが用いられる。なお、本開示では、鋼板は、鋼帯コイルに限定されず、例えば鋼帯コイル等から予め切り出された切り板が、鋼板として採用されてもよい。鋼帯コイルは、一定の幅を有する長尺の鋼帯が巻き取られることによって生産できる。
 鋼板Sの表面にレーザ加工が施される際、加工設備の長手方向の一端側において、巻き取られた鋼帯コイルの中心側に位置する一端が回転可能に支持されると共に、加工設備の長手方向の他端側に、鋼帯コイルにおける外側に位置する他端が連結される。そして、鋼帯コイルの他端が加工設備の他端側に向かって、ほぼ一定の速度で引き出されつつ巻き取られる。第1実施形態では、巻き取り中の鋼帯コイルが加工設備内に設置されたレーザ加工装置1を通過することによって、鋼帯コイルの鋼板Sの表面にレーザ加工が施されることを「通板」とも称する。
(連続処理)
 第1実施形態では、鋼帯コイルの鋼板Sの通板中に行われるレーザ加工を「連続処理」とも称する。一方、鋼帯コイルを引き出すことなく、切り板の表面にレーザ加工を施すことを「バッチ処理」と称する。バッチ処理のレーザ加工では、鋼板は、例えば長方形状の切り板が加工用の支持台の上に固定された状態で、或いは、搬送ライン上に支持された状態で、1つ1つの切り板に対するレーザ加工が施される。また、切り板のそれぞれにおいて、支持台への固定作業や、搬送ラインへ投入したり回収したりする作業も生じる。このため、バッチ処理では、溝加工処理のコストが嵩み易く、結果、生産性が比較的低下する。
 一方、第1実施形態のような連続処理のレーザ加工では、板幅方向の処理、例えばレーザ光LBのスキャン走査を連続的に繰り返し行うだけで、鋼帯コイルの巻き取り後、鋼帯コイルのほぼ全長に亘るほぼ均一な溝加工を比較的短時間で施すことができる。また、レーザ加工装置1を鋼帯コイル全長に亘って動かす作業、すなわち、搬送方向Cに沿って移動させる作業も不要である。このため、連続処理では、バッチ処理と比較して、溝加工処理のコストを抑制でき、結果、生産性を向上できる。
(レーザ光源部)
 レーザ光源部10は、搬送される鋼板Sの表面に対して、所定波長のレーザ光LBを照射する。レーザ光源部10は、着目する処理を実現するために必要な波長及び強度を有するレーザ光LBを照射するための不図示のレーザ光源と、レーザ光源より照射されたレーザ光LBを鋼板Sの表面に導光するための不図示の光学系と、を有している。
 レーザ光源については、特に限定されるものではなく、各種の固体レーザ光源、ガスレーザ光源、半導体レーザ光源等のような様々なレーザ光源を用いることが可能である。また、光学系についても、特に限定されるものではなく、レーザ光LBを鋼板Sの表面に導光するための各種の光学系を用いることが可能である。
 上記のようなレーザ光源部10の設置位置は、特に限定されないが、例えば図1Bに模式的に示したように、鋼板Sの鉛直方向上方に、レーザ光LBの照射光軸が鋼板Sの表面に対して略垂直となるように設けられることが好ましい。
(気体噴射部)
 気体噴射部20は、図1A及び図1Bに示すように、レーザ光源部10のレーザ光LBの出射部12における搬送方向Cの上流側の位置と搬送方向Cの下流側の位置との両方に配置される。第1実施形態では、気体噴射部20は、レーザ光LBの照射部位SAに向かってレーザ光LBの光軸方向と平行に第1の気体20Aを噴射するエアノズルである。気体噴射部20は、鋼板Sの表面におけるレーザ光LBの照射部位SAに対して、第1の気体20Aの一例として、不図示の空気供給配管から供給されるドライエアを噴射する。
 気体噴射部20は、鋼板Sの板幅方向(すなわち、図1A中の上下方向)におけるレーザ光LBの走査幅全体に亘って、噴射される第1の気体20Aであるドライエアがレーザ光LBに重なるように、配置される。気体噴射部20から噴射される第1の気体20Aの吐出噴流により、レーザスパッタLSが出射部12に付着することが抑制される。鋼板Sの表面の部分は、レーザ光LBのエネルギーにより昇温すると共に体積膨張することによって、鋼板Sの表面からレーザスパッタLSとして飛び出す。飛び出したレーザスパッタLSは、集塵機構部30による吸引気流DFの流れに乗って、集塵機構部30に集塵される。
 第1実施形態に係るレーザ加工装置1では、鋼板Sの表面の溝の内側からレーザスパッタLSを掻き出すような流速を有したエアナイフが使用されるのではなく、エアナイフよりも小さな流速のドライエアを噴射する気体噴射部20が使用される。これにより、エアナイフのように集塵のための空気の流れをかき乱すことなく、鋼板Sの表面からレーザスパッタLSを巻き上げて、集塵機構部30による空気の流れに重畳させることができる。
 換言すると、第1実施形態に係るレーザ加工装置1では、レーザスパッタLSを鋼板S表面から巻き上げることが可能な程度に、ドライエアは、気体噴射部20からレーザ光LBの照射部位SAに向かって噴射される。このため、本開示では、ドライエアのすべてが、照射部位SAに到達しなくてもよい。或いは、ドライエアの一部のみが照射部位SAに到達してもよい。結果、巻き上げられたレーザスパッタLSが、レーザ加工装置、特に出射部12に付着することを防止できる。
 一方、エアナイフが噴射するドライエアは、溝に到達し、かつ、溝の内側のスパッタを吹き飛ばす。このため、吹き飛ばされたレーザスパッタLSは、出射部12を含むレーザ加工装置に付着する。
 気体噴射部20の設置位置は、鋼板Sの表面にドライエアを噴射可能な位置であれば、特に規定されない。ただし、気体噴射部20は、図1A及び図1Bに示したように、鋼板Sの直上に設けられることが好ましい。また、気体噴射部20は、気体噴射部20のノズル主軸方向、換言すれば噴射されるドライエアの進行方向がレーザ光源部10におけるレーザ光LBの光軸方向と略同軸となるように、レーザ光LBの光軸方向と平行に設けられることがより好ましい。図1B中に例示されたドライエアは、レーザ光LBの光軸方向と平行に、鋼板Sの表面に対して略直交するように、鋼板Sの表面に向かって噴射される。
 ここで、第1実施形態において、気体噴射部20から噴射されるドライエアの噴射量は、集塵機構部30の吸引量以下に設定されることが好ましい。気体噴射部20からのドライエアの噴射量が集塵機構部30の吸引量以下であることで、鋼板Sの表面からレーザスパッタLSを巻き上げつつも、ドライエアがレーザスパッタLS吸引のための空気の流れをかき乱すことをより確実に抑制することが可能となる。このため、レーザスパッタLSの集塵効率をより確実に向上させることが可能となる。気体噴射部20から噴射されるドライエアの噴射量は、より細かに制御されることが、より好ましい。なお、本開示では、ドライエアの噴射量は、集塵機構部30の吸引量以下に限定されず、任意に変更できる。
 また、気体噴射部20から噴射されるドライエアの吐出流速は、集塵機構部30による吸引流速以下の値に設定されることが好ましい。ドライエアの吐出流速が集塵機構部30による吸引流速以下の吐出流速であることで、集塵機構部30による集塵効率をより向上させることが可能となる。なお、本開示では、ドライエアの吐出流速は、集塵機構部30の吸引流速以下に限定されず、任意に変更できる。
 また、ドライエアの噴射を実現する気体噴射部20の具体例については、特に限定されるものではなく、公知の各種の空気噴射用のノズルを使用可能である。空気噴射用のノズルとして例えば、スリットノズル等が挙げられる。
 また、気体噴射部20から噴射される第1の気体20Aは、上記のようなドライエアに限定されるものではなく、窒素、アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム等としてもよい。
 第1実施形態では、気体噴射部20は、第1の気体20Aの流量と気体噴射部20の開口面積とが以下の関係式1を満たすように設定される。
(関係式1)
 気体噴射部20の開口面積の単位を平方メートル(m)、第1の気体20Aの流量の単位を立方メートル毎秒(m/s)としたとき、
 
 (気体噴射部20の開口面積)=K・(第1の気体20Aの流量)
 
 ただし、関係式1中のKは、速度の逆数の次元(s/m)を有する定数である。定数Kの値は、例えば0.01以上0.5以下の範囲内で設定できる。
 すなわち、気体噴射部20の開口面積の上限値は、定数Kと、第1の気体20Aの流量との積に基づいて設定できる。気体噴射部20が関係式1を満たすように設定されることによって、レーザスパッタLSの集塵効率をより高め、かつ、レーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って一層防止できる。
 定数Kが0.01未満である場合、気体噴射部20からの第1の気体20Aの吐出流速がエアナイフのように大きくなり過ぎ、結果、集塵のための空気の流れが、かき乱され易い。また、定数Kが0.5を超える場合、気体噴射部20の設置スペースが大きくなり過ぎ、結果、気体噴射部20が他の設備と干渉する懸念が生じる。なお、本開示では、気体噴射部の開口面積が関係式1を満たすことは、必須ではない。本開示では、気体噴射部の開口面積は、任意に設定できる。
(集塵機構部)
 集塵機構部30は、気体噴射部20からのドライエアの噴射によって、出射部12にレーザスパッタLSが付着するのを抑制しつつ、レーザ光LBの照射部位SAの近傍を浮遊しているレーザスパッタLSを集塵する機構である。集塵機構部30は、例えば、レーザスパッタLSを集塵するための集塵口30Aを有する集塵フード等で構成される外観を有する。集塵機構部30は、レーザスパッタLSを吸引するための不図示の集塵流路と、集塵流路上に設けられた吸引ポンプPと、を有する。
 集塵機構部30は、所定の吸引量で集塵口30A周辺の雰囲気を吸引するように構成されている。集塵機構部30は、吸引動作によって、レーザ光LBの照射部位SAから発生するレーザスパッタLSを集塵口30Aから集塵する。集塵機構部30の具体的な構成については、特に限定されるものではなく、公知の各種の機構を適宜利用することが可能である。また、集塵機構部30の個数については、1つに限定されず、複数であってよい。
 集塵機構部30は、図1A及び図1Bに模式的に示したように、鋼板Sの搬送方向Cにおいて、レーザ光LBの照射部位SAの上流側、又は、レーザ光LBの照射部位SAの下流側の何れか一方にのみ設けられる。すなわち、集塵機構部30は、レーザ光LBの照射部位SAの上流側及び下流側の両方には設けられない。集塵機構部30をレーザ光LBの照射部位SAの上流側のみ、又は、下流側のみに設けることで、レーザ光LBの照射部位SAの近傍において、レーザスパッタLS吸引のための空気の流れを停滞させることを防止でき、レーザスパッタLSを確実に集塵することが可能となる。
 また、仮に集塵機構部30が上流側と下流側とのうちの一方側に配置されると、集塵機構部30とレーザ加工装置1が備える部材とが互いに干渉することによって、集塵機構部30の配置スペースの確保が難しい場合がある。ここで、第1実施形態では、集塵機構部30は、上流側と下流側とのうちの何れか一方側に配置可能であるため、例えば一方側で集塵機構部30を配置するスペースの確保が難しくても、他方側で配置スペースを設定できる。すなわち、集塵機構部30の配置位置を柔軟に変更し易い。
 また、集塵機構部30は、図1Bに模式的に示したように、レーザ光LBの照射部位SAの下流側のみに設けられることが、より好ましい。処理対象である鋼板Sが搬送方向Cに沿って搬送されることで、搬送方向Cの上流側から下流側に向かう空気の流れ(すなわち、随伴流)が発生する。そのため、集塵機構部30をレーザ光LBの照射部位SAの下流側にのみ設けることで、随伴流を活用することが可能となり、結果、より確実にレーザスパッタLSを集塵することが可能となる。
 集塵機構部30による吸引量は、気体噴射部20からのドライエアの噴射量以上であることが好ましい。これにより、レーザ光LBの照射部位SAの周囲における空気の流れを停滞させることを、より確実に防止でき、レーザスパッタLSをより確実に集塵することが可能となる。なお、本開示では、集塵機構部30による吸引量は、気体噴射部20からの第1の気体20Aの噴射量以上に限定されず、任意に変更できる。
 また、集塵機構部30による吸引流速は、例えば、15m/秒以上、50m/秒以下であることが好ましく、20m/秒以上30m/秒以下であることが、より好ましい。吸引流速が15m/秒以上、50m/秒以下であることで、レーザ光LBの照射部位SAの周囲における空気の流れが乱されない。結果、レーザスパッタLSをより確実に集塵することが可能となる。
 吸引流速が15m/秒未満の場合、スパッタ吸引率が低下する。また、吸引流速が50m/秒を超える場合、電力消費が大きくなる。また、吸引流速が50m/秒を超える場合、吸引により負圧が大きくなるため、気圧振動が発生し、通板の安定性及びレーザ機器の安定性に問題が生じる懸念がある。なお、本開示では、集塵機構部30による吸引流速は、15m/秒以上、50m/秒以下に限定されず、任意に変更できる。
(レーザ加工部及びレーザ加工セット)
 第1実施形態では、互いに対応する1つのレーザ光源部10と1つの気体噴射部20と1つの集塵機構部30とによって、1つの「レーザ加工部」が構成される。また、鋼板Sの板幅方向に沿って並べられた複数のレーザ加工部70によって、1つの「レーザ加工セット」が構成される。鋼板Sの板幅方向に沿って配置されるレーザ加工セット100の個数は、1つである。
 本開示では、1つのレーザ加工セット100を構成するレーザ加工部70の個数は、1つであっても複数であってもよい。また、本開示では、1つの鋼板Sに対し、2つ以上のレーザ加工セット100が、搬送方向Cに沿って複数段配置されてもよい。
(気体供給部)
 気体供給部80は、搬送方向Cにおけるレーザ光源部10を挟んで集塵機構部30と反対側に配置される。すなわち、気体供給部80は、搬送方向Cにおいて照射部位SAよりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられる。図1Bに示すように、気体供給部80は、集塵機構部30の集塵口30Aよりも上側に位置する。なお、本開示では、気体供給部が集塵機構部の集塵口30Aの高さ以下に位置する構成は、排除されない。
 気体供給部80は、気体供給部80と鋼板Sとの間に第2の気体80Aを供給する。第2の気体80Aが供給されることによって、集塵機構部30へのレーザスパッタLSの吸引流れの形成が促進される。本開示では、レーザ光源部と気体噴射部と集塵機構部とに、更に気体供給部を含めて「レーザ加工部」が構成されてよい。すなわち、気体供給部を含めて「レーザ加工セット」が構成されてよい。
 第2の気体80Aは、例えばドライエアである。なお、本開示では、第2の気体80Aは、ドライエアに限定されず、窒素、アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム等であってもよい。また、気体供給部80の具体例としては、特に限定されず、公知の各種の空気噴射用のノズルを使用可能である。空気噴射用のノズルとして例えば、スリットノズル等を挙げることができる。
 第1実施形態では、気体供給部80は、第2の気体80Aを噴射する。第1実施形態では、第2の気体80Aの吐出流速は、集塵効率向上の観点から5m/s以下であることが好ましい。なお、本開示では、第2の気体80Aの吐出流速が5m/sを超える構成、及び第2の気体80Aを5m/sを超える流速で噴射する方法は、排除されない。
 第1実施形態では、気体供給部80は、第2の気体80Aの流量と気体供給部80の開口面積とが以下の関係式2を満たすように設定される。
(関係式2)
 気体供給部80の開口面積の単位を平方メートル(m)、第2の気体80Aの流量の単位を立方メートル毎秒(m/s)としたとき、
 
 (気体供給部80の開口面積)=M・(第2の気体80Aの流量)
 
 ただし、関係式2中のMは、速度の逆数の次元(s/m)を有する定数である。定数Mの値は、例えば0.2以上10以下の範囲内で設定できる。
 すなわち、気体供給部80の開口面積の下限値は、定数Mと、第2の気体80Aの流量との積に基づいて設定できる。気体供給部80が関係式2を満たすように設定されることによって、レーザスパッタLSの集塵効率をより高め、かつ、レーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って一層防止できる。
 定数Mが0.2未満である場合、気体供給部80からの第2の気体80Aの吐出流速が大きくなり過ぎ、結果、集塵のための空気の流れが、かき乱され易い。また、定数Mが10を超える場合、気体供給部80の設置スペースが大きくなり過ぎ、結果、気体供給部80が他の設備と干渉する領域が増加する懸念が生じる。なお、本開示では、気体供給部の開口面積が関係式2を満たすことは、必須ではない。本開示では、気体供給部の開口面積は、任意に設定できる。
 また、第1実施形態では、気体噴射部20の開口面積が関係式1を満たすことと、気体供給部80の開口面積が関係式2を満たすこととの両方が実現された場合が例示されたが、本開示ではこれに限定されない。本開示では、気体噴射部20の開口面積が関係式1を満たすことと、気体供給部80の開口面積が関係式2を満たすこととのうち、少なくとも一方が実現されてよい。ただし、気体噴射部20の開口面積が関係式1を満たすことと気体供給部80の開口面積が関係式2を満たすこととの両方が実現されることによって、レーザスパッタLSの集塵効率の向上効果とレーザスパッタLSの板幅方向に亘る付着の防止効果とを、より高めることができる。
(天井板)
 天井板90には、レーザ加工セット100と気体供給部80とが取り付けられる。なお、本開示では、天井板を含めて「レーザ加工部」が構成されてよい。すなわち、気体供給部を含めて「レーザ加工セット」が構成されてよい。図1Bに示すように、天井板90は、レーザ光源部10の出射部12の高さの位置で、鋼板S側の空間と鋼板Sの反対側の空間とを隔てる。すなわち天井板90は、レーザスパッタLSがレーザ光源部10の出射部12より上側に付着することを防止する隔壁として働く。
 なお、本開示では、レーザ加工部は、加工設備内で、他の部材と独立して取り扱い可能な1つのユニットとして構成されてもよい。すなわち、例えば、1つのレーザ光源部と1つの気体噴射部と1つの集塵機構部とを有するレーザ加工部が、不図示のフレーム等の支持部材に一体的に支持されると共に、支持部材に支持されたレーザ加工部が天井板90に対し着脱可能に設けられ得る。
 第1実施形態に係るレーザ加工装置1によって、レーザ光LBの照射に伴い発生するレーザスパッタLSをより効率よく集塵することが可能となり、例えば90%以上の集塵効率をより容易に実現することが可能となる。なお、集塵効率の具体的定義は、後で「実施例」の中で説明する。
 また、レーザスパッタLSの集塵効率がより向上する結果、レーザ光源部10の壁面まで到達するレーザスパッタLSも減少させることが可能となり、レーザ光源部10の清浄性やメンテナンスの利便性をより向上させることができる。そのため、第1実施形態に係るレーザ加工装置1を、例えば方向性電磁鋼板の磁区制御処理に適用した場合には、照射されるレーザ光LBの照射パワーの更なる増加を求められた場合であっても、発生するレーザスパッタLSをより確実に集塵することが可能となる。
(レーザ加工方法)
 第1実施形態に係るレーザ加工装置1を用いることで、第1実施形態に係るレーザ加工方法を実現することができる。第1実施形態に係るレーザ加工方法は、鋼板Sの表面に対して照射されるレーザ光LBに起因してレーザ光LBの照射部位SAから発生するレーザスパッタLSを集塵する方法である。
 第1実施形態に係るレーザ加工方法では、連続処理として、予め設定された搬送方向Cに搬送されている鋼板S(すなわち、移動中の鋼板S)の表面に対して、レーザ光源部10よりレーザ光LBを照射する。また、レーザ光LBの照射部位SAに向かって、レーザ光LBの光軸方向と平行に、気体噴射部20からドライエアを噴射する。ドライエアを噴射することによって、照射部位SAから発生するレーザスパッタLSを鋼板Sの表面から巻き上げる。
 また、気体供給部80によって、気体供給部80と鋼板Sとの間に第2の気体80Aを供給する。第2の気体80Aを供給することによって、集塵機構部30の集塵口30Aへ向かうレーザスパッタLSの吸引流れを促進する。そして、鋼板Sの搬送方向Cにおいて、レーザ光LBの照射部位SAよりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられた集塵機構部30の集塵口30Aより、レーザスパッタLSを集塵する。
(第1実施形態の作用効果)
 第1実施形態では、気体噴射部20が照射部位SAに向かって第1の気体20Aをレーザ光LBの光軸方向と平行に噴射するため、気体噴射部20が光軸方向と交差した状態で第1の気体20Aを噴射する場合と比べ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を低減できる。
 また、第1実施形態では、気体供給部80が気体供給部80と鋼板Sとの間に第2の気体を供給するため、板幅方向に沿った吸引流れの淀み領域が低減する。すなわち、第2の気体によって気体の流れの空白部分の形成が抑制される。このため、集塵機構部30の集塵口30Aへ向かうレーザスパッタLSの吸引流れの形成が促進され、結果、板幅方向に亘って集塵機構部30の吸引力が安定すると共に、レーザスパッタLSの集塵効率が高まる。よって、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を低減できる。結果、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。
 また、第1実施形態では、気体供給部80は、集塵口30Aよりも上側に位置する。換言すると、気体供給部80が照射部位SAの近傍の空間から離れている。よって、照射部位SAの近傍の空間において、レーザスパッタLSを含む気体が流動可能な領域を、気体供給部80が照射部位SAの近傍の空間に配置される場合と比べて広く確保できる。このため、照射部位SAの近傍の空間における吸引流れが淀むことを防止できる。
 また、第1実施形態では、組立及びメンテナンスの際に、天井板90によって、レーザ光源部10、気体噴射部20、集塵機後部及び気体供給部80を一体的に移動させることが可能になる。このため、レーザ光源部10、気体噴射部20、集塵機後部及び気体供給部80を別々に移動させる場合と比べ、移動作業が容易になる。
-第2実施形態-
 第1実施形態では、1つのレーザ加工部70によって1つのレーザ加工セット100が構成された場合が例示されたが、本開示では、板幅方向に沿って並べられた複数のレーザ加工部70によって1つのレーザ加工セット100が構成されてよい。
 図2に示すように、第2実施形態に係るレーザ加工装置1Aでは、板幅方向に沿って並べられた6つのレーザ加工部70によって1つのレーザ加工セット100が構成される点が第1実施形態と異なる。なお、以下、第2実施形態において第1実施形態と異なる構成について主に説明すると共に、第1実施形態と同様の構成については重複説明を省略する。
 第2実施形態では、6つのレーザ加工部70の並列方向は、板幅方向に平行である。レーザ加工セット100の中で、気体供給部80は、複数のレーザ加工部70のそれぞれに応じて複数設けられる。レーザ加工セット100に含まれる複数のレーザ加工部70は、天井板90に取り付けられる。図2中には、6個のレーザ光源部10の内側に、破線で描かれたそれぞれの溝Gが例示されている。
(第2実施形態の作用効果)
 第2実施形態においても第1実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。また、第2実施形態では、複数のレーザ光源部10が板幅方向に沿って並べられたレーザ加工セット100が用いられる。
 ここで、板幅全体に亘る幅の溝加工が必要である場合、1台あたりの加工幅が板幅より短いレーザ光源部10であっても、複数のレーザ光源部10が板幅方向に沿って並べられたレーザ加工セット100を用いることによって、必要な加工幅を得ることができる。第2実施形態によれば、長い加工幅を得るために比較的高価かつ寸法の大きな1台のレーザ光源部を必要としない。
 また、第2実施形態では、複数のレーザ加工部70のそれぞれに応じて気体供給部80が設けられる。ここで、1つの気体供給部80が複数のレーザ加工部70のすべてに応じて設けられる場合、必要な加工溝の形状に応じて鋼板Sの上で複数のレーザ光源部10の配置位置を個別に変更する際、1つの気体供給部80の形状を変更する必要が生じる。このため、第2実施形態では、レーザ光源部10の配置位置を個別に変更する際、変更されるレーザ光源部10に対応する気体供給部80を併せて移動すれば、レーザ加工装置の構成を容易に変更できる。
 また、第2実施形態では、天井板90によって、複数のレーザ加工部70及び気体供給部80を一体的に移動させることが可能になるので、複数のレーザ加工セット100及び気体供給部80を容易に移動できる。
-第3実施形態-
 第1実施形態及び第2実施形態では、搬送方向Cに沿って1つのレーザ加工セット100が配置された場合が例示されたが、本開示では、搬送方向Cに沿って複数のレーザ加工セットが配置されてよい。
 図3A及び図3Bに示すように、第3実施形態に係るレーザ加工装置1Bでは、搬送方向Cに沿って第1のレーザ加工セット100Aと第2のレーザ加工セット100Bとが搬送方向Cに隙間71を空けて2段に配置される点が、第1実施形態及び第2実施形態と異なる。なお、以下、第3実施形態において第1実施形態及び第2実施形態と異なる構成について主に説明すると共に、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成については重複説明を省略する。
 第3実施形態では、搬送方向Cの下流測(すなわち、図3A中の左側)の第1のレーザ加工セット100Aは、3つのレーザ加工部70を含む。第1のレーザ加工セット100Aの中では、板幅方向において互いに隣り合う第1のレーザ加工部70の集塵機構部30と第2のレーザ加工部70の集塵機構部30とが、隙間72を空けて設けられる。図3A中には、第1のレーザ加工セット100Aの3個のレーザ光源部10の内側に、それぞれ対応するレーザ光源部10からのレーザ光LBによって加工された溝Gが破線で例示されている。
 また、第1のレーザ加工セット100Aの中では、板幅方向の端部に位置するレーザ加工部70の集塵機構部30が、鋼板Sの端部と隙間72を空けて設けられる。なお、本開示では、集塵機構部30同士の間の隙間72、及び、集塵機構部30と鋼板Sの端部との間の隙間72のうち、少なくとも一方の隙間72が、1つ以上形成されればよい。
 また、搬送方向Cの上流測(すなわち、図3A中の右側)の第2のレーザ加工セット100Bは、3つのレーザ加工部70を含む。第2のレーザ加工セット100Bに含まれる第3のレーザ加工部70は、第1のレーザ加工セット100Aの中で第1のレーザ加工部70の集塵機構部30と第2のレーザ加工部70の集塵機構部30との間の隙間72と重なる位置に配置される。図3A中には、第2のレーザ加工セット100Bの3個のレーザ光源部10の内側に、破線で描かれたそれぞれの溝Gが例示されている。なお、本開示では、搬送方向Cにおけるレーザ加工セット100の上流側及び下流測のうち少なくとも一方で搬送方向Cにおいて隙間72と重なる位置に配置された第3のレーザ加工部70が備えられればよい。
(第3実施形態の作用効果)
 第3実施形態においても第1及び第2実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。また、第3実施形態では、鋼板Sの上で隣接する集塵機構部30同士の間に隙間72が形成される。また、鋼板Sの上で板幅方向の端部に位置する集塵機構部30と鋼板Sの端部との間に隙間72が形成される。すなわち、集塵機構部30の側方に隙間72が形成される。形成された隙間72は、吸引可能な気体の経路として働く。
 このため、隣接する集塵機構部30同士が接触する場合と比べ、集塵機構部30が吸引可能な気体の体積をより増やすことができる。又は、集塵機構部30が鋼板Sの端部の位置まで存在する場合と比べ、集塵機構部30が吸引可能な気体の体積をより増やすことができる。隙間72によって照射部位SAの近傍の空間への気体の供給が増加するので、淀み領域の形成を抑制できる。
 また、第3実施形態では、第1レーザ加工セット100と第2レーザ加工セット100とが、搬送方向Cに沿って2段に配置される。搬送方向Cにおける上流側の第2レーザ加工セット100の第3のレーザ加工部70は、下流測の第1レーザ加工セット100における第1のレーザ加工部70と第2のレーザ加工部70との隙間72と重なる位置に配置される。
 このため、鋼板Sの表面上で隙間72に対応する位置に第1レーザ加工セット100によってレーザ加工が施されない部分が形成されても、上流側の第2レーザ加工セット100によって、隙間72と重なる位置にレーザ加工を施すことができる。すなわち、搬送方向Cに沿って2段に配置されたレーザ加工セットのそれぞれの複数のレーザ加工部70によって、レーザ加工部70を、搬送方向Cに沿ってずれつつ板幅方向に沿って延びる状態で形成できる。
-第4実施形態-
 第3実施形態では、気体供給部80が複数のレーザ加工部70に応じて複数設けられた場合が例示されたが、本開示では、気体供給部80は、複数のレーザ加工部70のすべてに応じて1つ設けられてよい。
 図4に示すように、第4実施形態に係るレーザ加工装置1Cでは、1つのレーザ加工セット100の中で、気体供給部80は、3つのレーザ加工部70のすべてに応じて1つ設けられる。第4実施形態における他の部材の構成については第3実施形態における同名の部材と同様であるため重複説明を省略する。
(第4実施形態の作用効果)
 第4実施形態においても第1~第3実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。また、第4実施形態では、複数のレーザ加工部70のすべてに対応する気体供給部80が1つに統合されるため、気体供給部80の部材数を低減できる。また、気体供給部80の組み立て及びメンテナンスを容易に行うことができる。
-第5実施形態-
 第2実施形態~第4実施形態では、複数のレーザ加工部70の並列方向が板幅方向に平行である場合が例示されたが、本開示では、板幅方向に沿って並べられた複数のレーザ加工部70の並列方向は、板幅方向と交差してもよい。図5に示すように、第5実施形態に係るレーザ加工装置1Dでは、板幅方向に沿って並べられた3つのレーザ加工部70の並列方向と板幅方向とが交差する。
 なお、図5中では、3つのレーザ加工部70の並列方向と板幅方向との交差角度θが15度程度である場合が例示されているが、本開示では、交差角度θは、これに限定されない。本開示では、複数のレーザ加工部70の並列方向と板幅方向との交差角度θは、例えば45度未満で任意に設定できる。
 第5実施形態における他の部材の構成については第4実施形態における同名の部材と同様であるため重複説明を省略する。第5実施形態においても第1~第4実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。
-第6実施形態-
 図6A及び図6Bに示すように、第6実施形態に係るレーザ加工装置1Eの気体供給部80には、集塵口30Aに対向配置され第2の気体80Aを放出するダクト開口部を有する供給ダクト82が連結される。供給ダクト82の形状及び寸法は、照射部位SAの近傍の空間内の吸引流れを阻害しない程度に設定される。第6実施形態における他の部材の構成については第1実施形態~第5実施形態における同名の部材と同様であるため重複説明を省略する。
(第6実施形態の作用効果)
 第6実施形態においても第1~第5実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。また、第6実施形態では、気体供給部80に、集塵口30Aに対向配置され第2の気体80Aを放出するダクト開口部を有する供給ダクト82が連結される。供給ダクト82によって集塵機構部30の吸引力をより安定させることができる。
(第1比較例)
 一方、図7に示すように、第1比較例に係るレーザ加工装置1Z1には、第1実施形態に係るレーザ加工装置1と比べ、気体供給部80が設けられていない。気体供給部80を除く第1比較例に係るレーザ加工装置1Z1の構成については、第1実施形態に係るレーザ加工装置1と同様である。第1比較例では、第2の気体が供給されないため、流体が不足する淀み領域Aが生じ、結果、板幅方向において均一な吸引を実行することができない。
 なお、図7中では、1つの淀み領域Aが板幅方向の中央に形成された場合が例示されているが、本開示では、淀み領域の個数及び発生位置はこれに限定されない。淀み領域の個数は、複数であり得る。また、淀み領域は、板幅方向における端部にも形成され得る。
(第2比較例)
 図8に示すように、第2比較例に係るレーザ加工装置1Z2には、第2実施形態に係るレーザ加工装置1と比べ、気体供給部80が設けられていない。気体供給部80を除く第2比較例に係るレーザ加工装置1Z2の構成については、第2実施形態に係るレーザ加工装置1と同様である。第2比較例においても第1比較例と同様、第2の気体が供給されないため、流体が不足する淀み領域Aが生じ、結果、板幅方向において均一な吸引を実行することができない。
(第3比較例)
 図9に示すように、第3比較例に係るレーザ加工装置1Z3には、第3実施形態に係るレーザ加工装置1と比べ、気体供給部80が設けられていない。気体供給部80を除く第3比較例に係るレーザ加工装置1Z3の構成については、第3実施形態に係るレーザ加工装置1と同様である。第3比較例においても第1比較例と同様、第3の気体が供給されないため、流体が不足する淀み領域Aが生じ、結果、板幅方向において均一な吸引を実行することができない。
 次に、図10~図13を参照しながら、第1実施形態~第6実施形態のような気体供給部80がいずれも設けられていない、第4比較例~第7比較例に係るレーザ加工装置1Z4~1Z7における集塵動作について説明する。
(第4比較例)
 図10に示すように、第4比較例に係るレーザ加工装置1Z4は、主に、天井板90が設けられない点で第1比較例に係るレーザ加工装置と異なる。第4比較例では、レーザ光LBは、気体噴射部20のノズル口を通って鋼板Sに照射される。気体噴射部20はエアノズルである。気体噴射部20からの第1の気体20Aの吐出噴流は、出射部12の近傍の位置から、レーザ光LBの光軸と平行に、鋼板Sの表面上のレーザ光LBの照射部位SAに向かう。
 第4比較例では、照射部位SAに到達しない第1の気体20Aの吐出噴流は、気体噴射部20と鋼板Sとの間で、鋼板Sの表面に沿って光軸の外側、すなわちノズル主軸方向の外側に向かって拡散する。気体噴射部20からの第1の気体20Aの吐出噴流は、集塵機構部30の吸引気流DFへ十分に誘導される。また、第4比較例では、気体噴射部20から光軸方向と平行に噴射された第1の気体20Aの吐出噴流が、集塵機構部30の吸引気流DFの流れに沿って流れることによって整流化されている。このため、レーザスパッタLSを気体噴射部20に誘導するような低圧部は発生し難い。
 第4比較例では、照射部位SAに向かう第1の気体20Aの吐出噴流の流れとノズル主軸方向の外側に向かう第1の気体20Aの吐出噴流の流れとによって、レーザスパッタLSがレーザ光源部10の出射部12に付着することが防止される。また、第1の気体20Aの吐出噴流が光軸の外側に向かうため、第1の気体20Aの吐出噴流によって照射部位SAの溝の内側のレーザスパッタLSが飛散することが生じ難い。また、光軸の外側に向かう第1の気体20Aの吐出噴流は、照射部位SAで生じたレーザスパッタLSを吸引気流DFへと誘導する。
 第4比較例は鋼板の板幅が狭い場合には問題なく適用できる。しかし、鋼板の板幅が広い場合、第1実施形態~第6実施形態と比べ、第4比較例では、気体供給部80が設けられていないため、照射部位SAに向かって第2の気体が供給されない。このため、第1実施形態~第6実施形態と異なり、第2の気体によって気体の流れの空白部分の形成の抑制を図ることができない。結果、板幅方向に亘って集塵機構部30の吸引力の安定化を図ることが難しい。
(第5比較例)
 また、図11に示すように、第5比較例に係るレーザ加工装置1Z5では、第4比較例と異なり、気体噴射部20は、レーザ光源部10の下部に取り付けられることなく、レーザ光LBの光軸の左側で、出射部12と離れた位置に設けられる。気体噴射部20はエアノズルである。このため、気体噴射部20からの第1の気体20Aの吐出噴流は、レーザ光LBの光軸と平行ではなく、光軸と交差した状態で、鋼板Sの表面上のレーザ光LBの照射部位SAに向かう。あるいは、気体噴射部20からの第1の気体20Aの吐出噴流によって低圧部が生じて、レーザスパッタLSを気体噴射部20に誘導する。
 第5比較例においても第4比較例の場合と同様、照射部位SAに到達しない第1の気体20Aの吐出噴流は、気体噴射部20と鋼板Sとの間で、鋼板Sの表面に沿ってノズル主軸方向の外側に向かって拡散する。しかし、第1の気体20Aの吐出噴流がレーザ光源部10の出射部12の近傍に形成されないため、レーザスパッタLSの出射部12への付着防止効果が、第4比較例と比べ小さい。また、第1実施形態~第6実施形態と比べ、板幅方向に亘って集塵機構部30の吸引力の安定化を図ることが難しい。
(第6比較例)
 図12に示すように、第6比較例に係るレーザ加工装置1Z6は、主に、気体噴射部として、エアノズルではなくエアナイフ60が用いられる点で、第4比較例に係るレーザ加工装置1Z4と異なる。第6比較例では、レーザ光LBは、エアナイフ60のノズル口を通って鋼板Sに照射される。エアナイフ60からの吐出噴流60Aは、出射部12の近傍の位置から、レーザ光LBの光軸と平行に、鋼板Sの表面上のレーザ光LBの照射部位SAに向かう。
 第6比較例では、照射部位SAに到達した吐出噴流60Aに起因して、照射部位SAで生じたレーザスパッタLSは、照射部位SAから略放射状に勢いよく飛散する。飛散したレーザスパッタLSは、集塵機構部30の吸引気流DFへ十分に誘導されない。また、レーザスパッタLSは、レーザ光源部10の出射部12に付着し易い。あるいは、エアナイフ60からの吐出噴流60Aによって低圧部が生じて、レーザスパッタLSを気体噴射部20に誘導する。また、第1実施形態~第6実施形態と比べ、板幅方向に亘って集塵機構部30の吸引力の安定化を図ることが難しい。
(第7比較例)
 また、図13に示すように、第7比較例に係るレーザ加工装置1Z7では、第6比較例と異なり、エアナイフ60は、レーザ光源部10の下部に取り付けられることなく、レーザ光LBの光軸の左側で、出射部12と離れた位置に設けられる。このため、エアナイフ60からの吐出噴流60Aは、レーザ光LBの光軸と平行ではなく、光軸と交差した状態で、鋼板Sの表面上のレーザ光LBの照射部位SAに向かう。
 第7比較例においても第6比較例と同様、照射部位SAに到達した吐出噴流60Aに起因して、照射部位SAで生じたレーザスパッタLSは、照射部位SAから略放射状に勢いよく飛散する。飛散したレーザスパッタLSは、第6比較例と同様、集塵機構部30の吸引気流DFへ十分に誘導されない。また、エアナイフ60からの吐出噴流60Aによって低圧部が生じ、結果、レーザスパッタLSは、レーザ光源部10の出射部12に付着し易い。また、第1実施形態~第6実施形態と比べ、板幅方向に亘って集塵機構部30の吸引力の安定化を図ることが難しい。
[解析例1]
 次に、本開示に係るレーザ加工装置において、第2の気体の対吸引流量比を変化させた場合におけるレーザスパッタLSの集塵効率に関する解析例1を説明する。第2の気体の対吸引流量比は、「第2の気体の流量の合計」/「吸引流量の合計」によって定義される。
 具体的には、市販の数値演算ソフトウェアであるFluentを用いて、コンピュータシミュレーションによる解析を行った。まず、上記の第1実施形態~第6実施形態に係るレーザ加工装置1A~1Eに対応する解析モデルを第1実施例~第6実施例としてそれぞれ設定した。また、上記の第1比較例~第3比較例に係るレーザ加工装置1Z1~1Z3に対応する解析モデルをそれぞれ設定した。
 そして、設定された解析モデルを用いて第2の気体の対吸引流量比を変化させた場合におけるレーザスパッタLSの集塵効率について解析を行った。また、同様に、レーザスパッタLSの周辺付着率について解析を行った。
 レーザスパッタLSの集塵効率は、(集塵機構部30に設けられた集塵流路の奥まで到達したレーザスパッタLSの粒子数)/(発生したレーザスパッタLSの粒子数)として算出される。また、コンピュータシミュレーションでは、レーザスパッタLSは、集塵機構部30の壁面で反射すると設定されると共に、壁面に到達及び接触した粒子であっても集塵流路の奥まで到達したレーザスパッタLSの粒子は、集塵効率に寄与した粒子としてカウントされる。
 また、レーザスパッタLSの周辺付着率は、{(鋼板Sに接触したレーザスパッタLSの粒子数)+(気体噴射部20に接触したレーザスパッタLSの粒子数)}/(発生したレーザスパッタLSの粒子数)として算出される。
(解析例1の解析条件)
 解析例1では、第1実施例~第6実施例について、第2の気体の対吸引流量比を、0.1、0.2、1.0、1.5、1.6のそれぞれに変化させた場合における、レーザスパッタの集塵効率とレーザスパッタの周辺付着率とを算出した。また、第1実施例~第6実施例、及び、第1比較例~第3比較例において、第1の気体の対吸引流量比を0.15%に設定した。
 解析例1におけるレーザスパッタの集塵効率を表1に、レーザスパッタの周辺付着率を表2にそれぞれ示す。
 表1に示すように、第1実施例~第6実施例では、第2の気体の対吸引流量比が0.2倍以上、1.5倍以下の場合、99%の高いレーザスパッタの集塵効率が得られることが分かった。また、表2に示すように、第1実施例~第6実施例では、第2の気体の対吸引流量比が0.2倍以上、1.5倍以下の場合、レーザスパッタの周辺付着率は、0%であった。
 また、第2の気体の対吸引流量比が0.2倍未満の場合、レーザスパッタの周辺付着率が増加することが分かった。具体的には、第2の気体の対吸引流量比が0.1倍の場合、第1実施例~第6実施例では表1に示すように、レーザスパッタの集塵効率がいずれも90%に低下すると共に、表2に示すようにレーザスパッタの周辺付着率が、5%であった。
 また、第2の気体の対吸引流量比が1.5倍を超える場合、レーザスパッタの集塵効率は80%以下となり、レーザスパッタの周辺付着率が増加することが分かった。具体的には、表1に示すように、第2の気体の対吸引流量比が1.6倍の場合、第1実施例~第6実施例では、レーザスパッタの集塵効率は、いずれも80%に低下すると共に、表2に示すようにレーザスパッタの周辺付着率が、15%であった。
 一方、第2の気体が噴射されない第1比較例~第3比較例では、表1に示すように、第2の気体の対吸引流量比に関わらず、レーザスパッタの集塵効率は、80%に留まった。また、第1比較例~第3比較例では、表2に示すように、第2の気体の対吸引流量比に関わらず、レーザスパッタの周辺付着率は、10%であった。
 解析例1より、気体供給部が、第2の気体の流量の合計が集塵機構部の吸引流量の合計の0.2倍以上、1.5倍以下の状態で第2の気体を供給する場合、集塵効率の向上とレーザスパッタの周辺付着率の抑制とを両立できることが分かった。
[解析例2]
 次に、本開示に係るレーザ加工装置において、第1の気体の対吸引流量比を変化させた場合におけるレーザスパッタの集塵効率に関する解析例2を説明する。第1の気体の対吸引流量比は、「第1の気体の流量の合計」/「吸引流量の合計」によって定義される。
(解析例2の解析条件)
 解析例2では第1実施例~第6実施例、及び、第1比較例~第3比較例について、第1の気体の対吸引流量比を、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25のそれぞれに変化させた場合における、レーザスパッタの集塵効率とレーザスパッタの周辺付着率とを算出した。また、第1実施例~第6実施例において、第2の気体の対吸引流量比を0.6%に設定した。解析例2における他の解析条件は、解析例1と同様である。
 解析例2におけるレーザスパッタの集塵効率を表3に、レーザスパッタの周辺付着率を表4にそれぞれ示す。
 表3に示すように、第1実施例~第6実施例では、第1の気体の対吸引流量比が0.1倍以上、0.2倍以下の場合、99%の高いレーザスパッタの集塵効率が得られることが分かった。また、表4に示すように、第1実施例~第6実施例では、第1の気体の対吸引流量比が0.1倍以上、0.2倍以下の場合、レーザスパッタの周辺付着率は、0%であった。
 また、第1の気体の対吸引流量比が0.1倍未満の場合、集塵効率が低下することが分かった。具体的には、第1の気体の対吸引流量比が0.05倍の場合、第1実施例~第6実施例では表3に示すように、レーザスパッタの集塵効率がいずれも90%に低下すると共に、表4に示すようにレーザスパッタの周辺付着率が、5%であった。
 また、第1の気体の対吸引流量比が0.2倍を超える場合、集塵効率が低下することが分かった。具体的には、表3に示すように、第1の気体の対吸引流量比が0.25倍の場合、第1実施例~第6実施例では、レーザスパッタの集塵効率は、いずれも90%に低下すると共に、表4に示すようにレーザスパッタの周辺付着率が、5%であった。
 一方、第2の気体が噴射されない第1比較例~第3比較例では、表3に示すように、第1の気体の対吸引流量比に関わらず、レーザスパッタの集塵効率は、80%に留まった。また、第1比較例~第3比較例では、表4に示すように、レーザスパッタの周辺付着率は、第1の気体の対吸引流量比に関わらず、10%であった。
 解析例2より、気体噴射部が、第1の気体の流量の合計が集塵機構部の吸引流量の合計の0.1倍以上、0.2倍以下の状態で第1の気体を噴射する場合、集塵効率の向上とレーザスパッタの周辺付着率の抑制とを両立できることが分かった。
<その他の実施形態>
 本開示は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
(集塵機構部の形状)
 例えば、本開示では、レーザ加工装置を図1Bのように鋼板Sの厚みが読める側面から見たとき、集塵機構部30の上面とレーザ光LBの照射部位SAにおける鋼板Sの表面の位置との間の距離が、集塵口30AからレーザスパッタLSが吸引される方向に向かうに従って、長くなることが好ましい。
 より詳細には、図示を省略するが、集塵機構部30の内部空間は、集塵口30AからレーザスパッタLSが吸引される方向に向かって、集塵機構部30の内部空間の高さが連続的に高くなるような構造、例えば、テーパ形状を有していてもよい。また、集塵機構部30の内部空間は、集塵口30AからレーザスパッタLSが吸引される方向に向かって、集塵機構部30の内部空間の高さが段階的に高くなるような階段構造を有していてもよい。
 また、集塵機構部30の外形、より詳細には、集塵フードの外形が略平行四辺形となるような形状を有していてもよい。集塵機構部30の底面の形状は、空気の流れを阻害しないような形状であれば特に限定されない。集塵機構部30の底面の形状は、水平面となっていてもよいし、鋼板Sの表面からの距離が長くなるような形状であってもよい。
 集塵機構部30の上面とレーザ光LBの照射部位SAにおける鋼板Sの表面の位置との間の距離が、集塵口30AからレーザスパッタLSが吸引される方向に向かうに従って長くなることによって、集塵機構部30の内部空間において、放物線状の空気の流れが阻害されない。このため、レーザスパッタLSは、放物線状の空気の流れに乗って集塵される。結果、内部空間における上方の内壁面にレーザスパッタLSが直撃することを防止でき、レーザスパッタLSの付着を、より確実に防止することが可能となる。
(集塵機構部へのカーボン製のプレートの利用)
 また、図示を省略するが、集塵機構部30の内壁の鉛直方向上部に対し、カーボン製のプレートを配置してもよい。集塵機構部30の壁面を構成する集塵フードは、各種の金属で形成されることが一般的である。集塵機構部30において、集塵されたレーザスパッタLSが到達しうる部位に対し、カーボン製のプレートを配置することで、レーザスパッタLSと、壁面を構成する金属との直接的な反応を防止して、レーザスパッタLSの付着を防止することが可能となる。その結果、付着したレーザスパッタLSを除去するための内壁の手入れの回数を削減することが、可能となる。
 なお、カーボン製のプレートは、集塵機構部30の上面全体に設けられてもよいし、或いは、集塵機構部30の上面の一部に配置されてもよい。カーボン製のプレートは、レーザスパッタLSが付着しうる部位に少なくとも配置されればよい。また、カーボン製のプレートは、集塵機構部30の上面以外にも、集塵機構部30の側面等、レーザスパッタLSが付着しうる部位に設置することが可能である。また、集塵機構部30の内壁にカーボン製のプレートを設置するのではなく、集塵機構部30の壁面そのものを、カーボン製のプレートで構成してもよい。
(整流板)
 図示を省略するが、レーザ光源部10、気体噴射部20及び集塵機構部30に加えて、更に、整流板が設けられてもよい。整流板は、集塵機構部30におけるレーザスパッタLSの集塵口30Aと対向する位置に設けられることができる。
 整流板は、レーザ光LBの照射位置近傍における空気の流れの淀みをより確実に防止するために設けられる部材である。整流板が更に設けられることで、レーザ光LBの照射部位SA近傍における空気の流れをより安定化させることが可能となる。更に、整流板が設けられることで、レーザ光LBの照射部位SA近傍の集塵口30Aの開口率が低下する結果、空気の流れの流速を増加させることが可能となり、レーザスパッタLSをより確実に集塵することが可能となる。
 整流板の配置方向は、特に規定されるものではなく、整流板の長辺が鉛直方向と略平行となる向きでもよいし、整流板の長辺が水平方向と略平行となる向きにでもよい。また、整流板は、鉛直方向又は水平方向に対して斜めに配置されていてもよい。また、整流板の材質や具体的な形状については、特に規定されるものではなく、整流板の設置環境等に応じて適宜選択すればよい。
(変形例)
 図14に示すように、変形例に係るレーザ加工装置1Fは、図3A中の第3実施形態に係るレーザ加工装置1Bと同様に、レーザ光LBによって鋼板Sの表面に溝加工を施す連続処理ラインに配置される。
 第1実施形態では、集塵口30Aの開口面が1段であるように1つの集塵機構部30が配置された。しかし、変形例では、第3実施形態の場合と同様に、集塵口30Aの開口面が多段となっている点、すなわち複数の集塵機構部30が配置される点が、第1実施形態と異なる。
 図14に示すように、鋼板Sの板幅WSは、鋼板Sの板幅方向(すなわち、鋼板Sの搬送方向Cと垂直であって、かつ、鋼板Sの板幅WSと平行な板幅方向)に沿って、6個に等分割される。また、等分割された領域の1つ1つにレーザ加工部70が割り当てられる。なお、変形例では、板幅WSが6等分である場合(すなわち、N=6の場合)が例示されたが、本開示では、Nは任意の自然数である。
 また、図14中には、1台のレーザ加工部70のレーザ光源部10によって形成された溝Gの最大溝幅WAが例示されている。最大溝幅WAは、レーザ光源部10からのレーザ光LBの1回のスキャンによって加工可能な溝Gの最大幅である。なお、図14中では、見易さのため、レーザ光源部10は、破線で例示されていると共に、気体噴射部20、気体供給部80及び天井板90等の図示は、省略されている。
 変形例においても、第3実施形態の場合と同様に、板幅方向において隣接する3つの集塵機構部30は、互いに干渉しないように隙間72を空けて配置される。また、第1のレーザ加工セット100Aと第2のレーザ加工セット100Bとが、搬送方向Cに隙間71を空けて2段に配置される。
 また、搬送方向Cにおける上流側の第2のレーザ加工セット100Bの第3のレーザ加工部70は、下流測の第1のレーザ加工セット100Aにおける第1のレーザ加工部70と第2のレーザ加工部70との隙間72と重なる位置に配置される。本開示では、N個の集塵機構部が板幅方向と搬送方向との少なくとも一方において隙間を空けて配置されることによって、集塵機構部同士の干渉を抑制できる。
 なお、本開示では、複数の集塵機構部を隙間を空けて配置することは必須ではなく、図2中の第2実施形態における6つの集塵機構部30の場合と同様、N個の集塵機構部30が板幅方向において隙間なく隣接配置されてよい。
 また、変形例では、1つの溝Gの最大溝幅WAと板幅WSに対して、WS<(N×WA))となるように自然数Nを選ぶことができる。本変形例では、N=6である。
 また、変形例では、1つの集塵口30Aの開口幅WBは、集塵口30Aが対応する1つの溝Gの最大溝幅WAよりも大きい(すなわち、WA<WB)。また、6つの開口幅WBの和は、板幅WSより大きい(すなわち、WS<(6×WB))。換言すると、本開示では、N個の開口幅WBの和は、板幅WSより大きい。(すなわち、WS<(N×WB))。変形例における他の部材の構成については第3実施形態における同名の部材と同様であるため重複説明を省略する。
(変形例の作用効果)
 変形例においても第3実施形態の場合と同様に、レーザスパッタLSの集塵効率を高め、かつ、レーザ光源部10へのレーザスパッタLSの付着を板幅方向に亘って防止できる。また、変形例においても、第3実施形態の場合と同様に、集塵口30Aの開口面が、それぞれのレーザ加工部70で加工する溝Gに対して平行であるように集塵機構部30が配置される。このため、溝Gから発生するレーザスパッタLSを効率よく集塵できる。
 また、変形例では、1つの集塵口30Aの開口幅WBは、集塵口30Aが対応する1つの溝Gの最大溝幅WAよりも大きい。このため、開口幅WBは、集塵口30Aが溝Gの最大溝幅WA以下である場合と比べ、溝Gから発生するレーザスパッタLSの集塵効率を向上できる。
 また、添付された複数の図面中に例示した構成を部分的に組み合わせて、本開示を構成することもできる。以上のとおり本開示は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本開示の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。
≪付記≫
 本明細書からは、以下の態様が概念化される。
 態様1は、
 予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、
 前記レーザ光の照射部位に向かって前記レーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射する気体噴射部と、
 前記搬送方向において、前記照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられ、前記照射部位から発生するレーザスパッタを集塵口より集塵する集塵機構部と、
 前記搬送方向における前記レーザ光源部を挟んで前記集塵機構部と反対側に配置された気体供給部であって、前記気体供給部と前記鋼板との間に第2の気体を供給する気体供給部と、
 を備えるレーザ加工装置。
 態様2は、
 前記気体供給部は、前記集塵口よりも上側に位置する、
 態様1に記載のレーザ加工装置。
 態様3は、
 前記レーザ光源部と前記気体噴射部と前記集塵機構部とを含むレーザ加工部であって、前記鋼板の板幅方向に沿って並べられた複数の前記レーザ加工部をレーザ加工セットとして有する、
 態様1又は2に記載のレーザ加工装置。
 態様4は、
 前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のそれぞれに応じて複数設けられる、
 態様3に記載のレーザ加工装置。
 態様5は、
 前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のすべてに応じて1つ設けられる、
 態様3に記載のレーザ加工装置。
 態様6は、
 前記レーザ加工セットの中で、前記板幅方向において互いに隣り合う第1の前記レーザ加工部の前記集塵機構部と第2の前記レーザ加工部の前記集塵機構部とが隙間を空けて設けられる、又は、前記板幅方向の端部に位置する前記レーザ加工部の前記集塵機構部が前記鋼板の端部と隙間を空けて設けられる、
 態様3~5のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
 態様7は、
 前記搬送方向における前記レーザ加工セットの上流側及び下流測のうち少なくとも一方で前記搬送方向において前記隙間と重なる位置に配置された第3の前記レーザ加工部を備える、
 態様6に記載のレーザ加工装置。
 態様8は、
 前記レーザ加工セットに含まれる複数の前記レーザ加工部が取り付けられる天井板を備える、
 態様3~7のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
 態様9は、
 前記気体供給部には、前記集塵口に対向配置され前記第2の気体を放出するダクト開口部を有する供給ダクトが連結される、
 態様1~8のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
 態様10は、
 前記気体供給部は、前記第2の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.2倍以上、1.5倍以下の状態で前記第2の気体を供給する、
 態様1~9のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
 態様11は、
 前記気体噴射部は、前記第1の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.1倍以上、0.2倍以下の状態で前記第1の気体を噴射する、
 態様1~10のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
 態様12は、
 レーザ光源部を用いて、予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射し、
 気体噴射部を用いて、前記レーザ光の照射部位に向かって前記レーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射することによって、前記照射部位から発生するレーザスパッタを前記鋼板の表面から巻き上げ、
 前記搬送方向において、前記照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられた集塵機構部の集塵口より、前記レーザスパッタを集塵し、
 前記搬送方向における前記レーザ光源部を挟んで前記集塵機構部と反対側に配置された気体供給部を用いて、前記気体供給部と前記鋼板との間に第2の気体を供給することによって、前記集塵口へ向かう前記レーザスパッタの吸引流れを促進する、
 レーザ加工方法。
 態様13は、
 前記レーザ光源部と前記気体噴射部と前記集塵機構部とを含むレーザ加工部であって、前記鋼板の板幅方向に沿って並べられた複数の前記レーザ加工部をレーザ加工セットとして有するレーザ加工装置を用いて、前記鋼板の前記表面に対して前記レーザ光を照射する、
 態様12に記載のレーザ加工方法。
 態様14は、
 前記レーザ加工セットの中で、前記板幅方向において互いに隣り合う第1の前記レーザ加工部の前記集塵機構部と第2の前記レーザ加工部の前記集塵機構部とが隙間を空けて設けられる、又は、前記板幅方向の端部に位置する前記レーザ加工部の前記集塵機構部が前記鋼板の端部と隙間を空けて設けられた状態で、前記鋼板の前記表面に対して前記レーザ光を照射する、
 態様13に記載のレーザ加工方法。
≪他の態様≫
 また、本明細書からは、以下の他の態様が概念化される。
 他の態様1は、
 予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、
 前記レーザ光の照射部位に向かって前記レーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射する気体噴射部と、
 前記搬送方向において、前記照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられ、前記照射部位から発生するレーザスパッタを集塵口より集塵する集塵機構部と、
 前記搬送方向における前記レーザ光源部を挟んで前記集塵機構部と反対側に配置された気体供給部であって、前記気体供給部と前記鋼板との間に第2の気体を供給する気体供給部と、
 を備えるレーザ加工装置。
 他の態様2は、
 前記気体供給部は、前記集塵口よりも上側に位置する、
 他の態様1に記載のレーザ加工装置。
 他の態様3は、
 前記レーザ光源部と前記気体噴射部と前記集塵機構部とを含むレーザ加工部であって、前記鋼板の板幅方向に沿って並べられた複数の前記レーザ加工部をレーザ加工セットとして有する、
 他の態様1に記載のレーザ加工装置。
 他の態様4は、
 前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のそれぞれに応じて複数設けられる、
 他の態様3に記載のレーザ加工装置。
 他の態様5は、
 前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のすべてに応じて1つ設けられる、
 他の態様3に記載のレーザ加工装置。
 他の態様6は、
 前記レーザ加工セットの中で、前記板幅方向において互いに隣り合う第1の前記レーザ加工部の前記集塵機構部と第2の前記レーザ加工部の前記集塵機構部とが隙間を空けて設けられる、又は、前記板幅方向の端部に位置する前記レーザ加工部の前記集塵機構部が前記鋼板の端部と隙間を空けて設けられる、
 他の態様3に記載のレーザ加工装置。
 他の態様7は、
 前記搬送方向における前記レーザ加工セットの上流側及び下流測のうち少なくとも一方で前記搬送方向において前記隙間と重なる位置に配置された第3の前記レーザ加工部を備える、
 他の態様6に記載のレーザ加工装置。
 他の態様8は、
 前記レーザ加工セットに含まれる複数の前記レーザ加工部が取り付けられる天井板を備える、
 他の態様3に記載のレーザ加工装置。
 他の態様9は、
 前記気体供給部には、前記集塵口に対向配置され前記第2の気体を放出するダクト開口部を有する供給ダクトが連結される、
 他の態様1に記載のレーザ加工装置。
 他の態様10は、
 前記気体供給部は、前記第2の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.2倍以上、1.5倍以下の状態で前記第2の気体を供給する、
 他の態様1に記載のレーザ加工装置。
 他の態様11は、
 前記気体噴射部は、前記第1の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.1倍以上、0.2倍以下の状態で前記第1の気体を噴射する、
 他の態様1に記載のレーザ加工装置。
 他の態様によれば、レーザスパッタの集塵効率を高め、かつ、レーザスパッタの付着を板幅方向に亘って防止できる。
 2022年4月26日に出願した日本国特許出願2022-072687号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 また、本明細書に記載されたすべての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
  1,1A~1F,1Z1~1Z7 レーザ加工装置
  10   レーザ光源部
  12   出射部
  20   気体噴射部(エアノズル)
  20A  第1の気体
  30   集塵機構部
  30A  集塵口
  60   エアナイフ
  60A  吐出噴流
  70   レーザ加工部
  71   隙間
  72   隙間
  80   気体供給部
  80A  第2の気体
  82   供給ダクト
  90   天井板
  100  レーザ加工セット
  100A 第1のレーザ加工セット
  100B 第2のレーザ加工セット
  A    淀み領域
  C    搬送方向
  DF   吸引気流
  G    溝
  LB   レーザ光
  LS   レーザスパッタ
  P    吸引ポンプ
  R    搬送ロール
  S    鋼板
  SA   照射部位
  WA   最大溝幅
  WB   集塵口の開口幅
  WS   鋼板の板幅
  θ    交差角度

Claims (14)

  1.  予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、
     前記レーザ光の照射部位に向かって前記レーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射する気体噴射部と、
     前記搬送方向において、前記照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられ、前記照射部位から発生するレーザスパッタを集塵口より集塵する集塵機構部と、
     前記搬送方向における前記レーザ光源部を挟んで前記集塵機構部と反対側に配置された気体供給部であって、前記気体供給部と前記鋼板との間に第2の気体を供給する気体供給部と、
     を備えるレーザ加工装置。
  2.  前記気体供給部は、前記集塵口よりも上側に位置する、
     請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3.  前記レーザ光源部と前記気体噴射部と前記集塵機構部とを含むレーザ加工部であって、前記鋼板の板幅方向に沿って並べられた複数の前記レーザ加工部をレーザ加工セットとして有する、
     請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
  4.  前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のそれぞれに応じて複数設けられる、
     請求項3に記載のレーザ加工装置。
  5.  前記レーザ加工セットの中で前記気体供給部は複数の前記レーザ加工部のすべてに応じて1つ設けられる、
     請求項3に記載のレーザ加工装置。
  6.  前記レーザ加工セットの中で、前記板幅方向において互いに隣り合う第1の前記レーザ加工部の前記集塵機構部と第2の前記レーザ加工部の前記集塵機構部とが隙間を空けて設けられる、又は、前記板幅方向の端部に位置する前記レーザ加工部の前記集塵機構部が前記鋼板の端部と隙間を空けて設けられる、
     請求項3~5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
  7.  前記搬送方向における前記レーザ加工セットの上流側及び下流測のうち少なくとも一方で前記搬送方向において前記隙間と重なる位置に配置された第3の前記レーザ加工部を備える、
     請求項6に記載のレーザ加工装置。
  8.  前記レーザ加工セットに含まれる複数の前記レーザ加工部が取り付けられる天井板を備える、
     請求項3~7のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
  9.  前記気体供給部には、前記集塵口に対向配置され前記第2の気体を放出するダクト開口部を有する供給ダクトが連結される、
     請求項1~8のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
  10.  前記気体供給部は、前記第2の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.2倍以上、1.5倍以下の状態で前記第2の気体を供給する、
     請求項1~9のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
  11.  前記気体噴射部は、前記第1の気体の流量の合計が前記集塵機構部の吸引流量の合計の0.1倍以上、0.2倍以下の状態で前記第1の気体を噴射する、
     請求項1~10のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
  12.  レーザ光源部を用いて、予め設定された搬送方向に搬送される鋼板の表面に対してレーザ光を照射し、
     気体噴射部を用いて、前記レーザ光の照射部位に向かって前記レーザ光の光軸方向と平行に第1の気体を噴射することによって、前記照射部位から発生するレーザスパッタを前記鋼板の表面から巻き上げ、
     前記搬送方向において、前記照射部位よりも上流側又は下流側の何れか一方にのみ設けられた集塵機構部の集塵口より、前記レーザスパッタを集塵し、
     前記搬送方向における前記レーザ光源部を挟んで前記集塵機構部と反対側に配置された気体供給部を用いて、前記気体供給部と前記鋼板との間に第2の気体を供給することによって、前記集塵口へ向かう前記レーザスパッタの吸引流れを促進する、
     レーザ加工方法。
  13.  前記レーザ光源部と前記気体噴射部と前記集塵機構部とを含むレーザ加工部であって、前記鋼板の板幅方向に沿って並べられた複数の前記レーザ加工部をレーザ加工セットとして有するレーザ加工装置を用いて、前記鋼板の前記表面に対して前記レーザ光を照射する、
     請求項12に記載のレーザ加工方法。
  14.  前記レーザ加工セットの中で、前記板幅方向において互いに隣り合う第1の前記レーザ加工部の前記集塵機構部と第2の前記レーザ加工部の前記集塵機構部とが隙間を空けて設けられる、又は、前記板幅方向の端部に位置する前記レーザ加工部の前記集塵機構部が前記鋼板の端部と隙間を空けて設けられた状態で、前記鋼板の前記表面に対して前記レーザ光を照射する、
     請求項13に記載のレーザ加工方法。
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