JPH05185266A - レーザ加工ヘッド - Google Patents
レーザ加工ヘッドInfo
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- JPH05185266A JPH05185266A JP4004558A JP455892A JPH05185266A JP H05185266 A JPH05185266 A JP H05185266A JP 4004558 A JP4004558 A JP 4004558A JP 455892 A JP455892 A JP 455892A JP H05185266 A JPH05185266 A JP H05185266A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ加工時に発生するスパッタ，ヒューム
等によるレーザ加工ヘッドの光学系の汚染を防止する。 【構成】 被加工物１４のレーザ加工点を覆設するシー
ルドボックス１５内に、レーザビーム光１２を集光レン
ズ１３で集光し、溶接、肉盛等の加工を行うレーザ加工
ヘッドであって、上記シールドボックス１５の直上にレ
ーザビーム光１２の光軸と直交又は略直交する方向にス
パッタ排除ガスのガス流Ｇを吹き出すガス吹出ノズル２
１を設けてなり、スパッタ１７等を排除して集光レンズ
１３への汚染を防止し、良好なレーザ加工を行なう。
等によるレーザ加工ヘッドの光学系の汚染を防止する。 【構成】 被加工物１４のレーザ加工点を覆設するシー
ルドボックス１５内に、レーザビーム光１２を集光レン
ズ１３で集光し、溶接、肉盛等の加工を行うレーザ加工
ヘッドであって、上記シールドボックス１５の直上にレ
ーザビーム光１２の光軸と直交又は略直交する方向にス
パッタ排除ガスのガス流Ｇを吹き出すガス吹出ノズル２
１を設けてなり、スパッタ１７等を排除して集光レンズ
１３への汚染を防止し、良好なレーザ加工を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工ヘッドに関
し、特にレーザ加工時に発生するスパッタ，ヒューム等
によるレーザ加工ヘッドの光学系の汚染を防止するよう
に工夫したものである。
し、特にレーザ加工時に発生するスパッタ，ヒューム等
によるレーザ加工ヘッドの光学系の汚染を防止するよう
に工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ加工の概略を図４を参照し
て説明する。同図に示すように、ノズル１１の内部には
レーザ光源からのレーザビーム光１２を集光する集光レ
ンズ１３が設けられており、該集光レンズ１３により被
加工物１４にレーザビーム光１２を集光し、そのとき得
られる高エネルギー密度の熱源により、溶融・切断等の
レーザ加工を行っている。
て説明する。同図に示すように、ノズル１１の内部には
レーザ光源からのレーザビーム光１２を集光する集光レ
ンズ１３が設けられており、該集光レンズ１３により被
加工物１４にレーザビーム光１２を集光し、そのとき得
られる高エネルギー密度の熱源により、溶融・切断等の
レーザ加工を行っている。
【０００３】このレーザ加工の際、加工部の酸化を防ぐ
為に、通常、被加工物１４の表面を覆設するシールドボ
ックス１５を設けて酸化しない雰囲気を形成し（例えば
不活性ガス等のシールドガス１５ａを当該シールドボッ
クス１５内に導入する等）、加工を行っている。
為に、通常、被加工物１４の表面を覆設するシールドボ
ックス１５を設けて酸化しない雰囲気を形成し（例えば
不活性ガス等のシールドガス１５ａを当該シールドボッ
クス１５内に導入する等）、加工を行っている。
【０００４】ところでレーザ加工時には、ヒューム，ス
パッタ等が発生し、集光レンズ１３等の光学系に付着し
て光学系を汚染することとなるため、従来においては、
ノズル１１内の集光レンズ１３近傍にガス導入口１６を
設けてガスを導入しレンズ等の保護を図っている。この
ガス導入口１６から導入されたガスの吹き出しはノズル
１１の先端より吹き出すようにしているので、レーザ加
工を正常に保つために、あまり量を多く流すことができ
ない。
パッタ等が発生し、集光レンズ１３等の光学系に付着し
て光学系を汚染することとなるため、従来においては、
ノズル１１内の集光レンズ１３近傍にガス導入口１６を
設けてガスを導入しレンズ等の保護を図っている。この
ガス導入口１６から導入されたガスの吹き出しはノズル
１１の先端より吹き出すようにしているので、レーザ加
工を正常に保つために、あまり量を多く流すことができ
ない。
【０００５】このため、このガス流は金属酸化物等の微
細粒であるヒュームの侵入をほぼ防ぐことは可能である
が、微細溶融金属で且つ上方へ向っての大きな運動量を
有するスパッタ１７については、防御作用を果さず、汚
染にまかせている状態となっている。
細粒であるヒュームの侵入をほぼ防ぐことは可能である
が、微細溶融金属で且つ上方へ向っての大きな運動量を
有するスパッタ１７については、防御作用を果さず、汚
染にまかせている状態となっている。
【０００６】このスパッタ１７はレーザ加工条件の最適
化を図る等の施工面の改善によりその発生を少なくする
ことは可能なものの、皆無にすることは不可能である。
化を図る等の施工面の改善によりその発生を少なくする
ことは可能なものの、皆無にすることは不可能である。
【０００７】このスパッタ１７により汚染された集光レ
ンズ１３等の集光光学系は、レーザビーム光１２の透過
率が低下し（レンズの代りにミラーの場合では反射率が
低下する）、レーザビーム光１２により加熱され、この
ため生ずる熱変形により集光性能等の光学特性が劣化
し、その結果、正常な加工ができなくなる。よって、汚
染された光学系は定期的に交換の必要があったが、加工
に悪影響を及ぼす汚染のしきい値が明確でないため、レ
ーザ加工の信頼性を保つことが困難である場合が多かっ
た。また、レーザ用光学系は高価であるため、光学系の
定期的な交換はレーザ加工に占める多大なコストの上昇
をもたらしている。
ンズ１３等の集光光学系は、レーザビーム光１２の透過
率が低下し（レンズの代りにミラーの場合では反射率が
低下する）、レーザビーム光１２により加熱され、この
ため生ずる熱変形により集光性能等の光学特性が劣化
し、その結果、正常な加工ができなくなる。よって、汚
染された光学系は定期的に交換の必要があったが、加工
に悪影響を及ぼす汚染のしきい値が明確でないため、レ
ーザ加工の信頼性を保つことが困難である場合が多かっ
た。また、レーザ用光学系は高価であるため、光学系の
定期的な交換はレーザ加工に占める多大なコストの上昇
をもたらしている。
【０００８】そこで、従来では以下，のようにして
スパッタの汚染を防いでいた。 発生したスパッタに運動量を与え光学系の範囲外へ
その進行方向を変化させる方法。 具体的には図５に示すように、ノズル１１の先端近
傍にガス吹出ノズル１８を設け、被加工物１４の加工部
の真上で気体を噴出させる方法。
スパッタの汚染を防いでいた。 発生したスパッタに運動量を与え光学系の範囲外へ
その進行方向を変化させる方法。 具体的には図５に示すように、ノズル１１の先端近
傍にガス吹出ノズル１８を設け、被加工物１４の加工部
の真上で気体を噴出させる方法。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スパッタ汚染防止方法は以下のような問題がある。
スパッタ汚染防止方法は以下のような問題がある。
【００１０】 スパッタに運動力を与えてその進行方
向を光学系の範囲外へ変化させる方法では、当該スパッ
タの進入路にはレーザ光が通っているので、このスパッ
タに運動力を与える手段は、レーザ光路をしゃ断するも
のであってはならない。
向を光学系の範囲外へ変化させる方法では、当該スパッ
タの進入路にはレーザ光が通っているので、このスパッ
タに運動力を与える手段は、レーザ光路をしゃ断するも
のであってはならない。
【００１１】 例えば図５に示すような加工部直上で
の気体吹付法では、シールドボックス１５内に配設され
るガス吹出ノズル１８から噴出されるガスはシールドボ
ックス１５内の気流を乱し、大気の巻込み等による溶接
部１９の加工時における酸化が生じ易い。
の気体吹付法では、シールドボックス１５内に配設され
るガス吹出ノズル１８から噴出されるガスはシールドボ
ックス１５内の気流を乱し、大気の巻込み等による溶接
部１９の加工時における酸化が生じ易い。
【００１２】 また、加工ヘッド先端から吹出される
ガスは光学系保護以外に、加工部に発生した金属蒸気な
どを光路内から排出し、加工を安定化させる役目も担っ
ている場合（例えば、溶接部１９における溶け込み深さ
の維持など）があるが、上述したようにガス流によるス
パッタ排除機能を考える場合、発生する金属蒸気等の排
除が十分でなくなり、溶接における溶け込み深さの低下
等が生ずる。
ガスは光学系保護以外に、加工部に発生した金属蒸気な
どを光路内から排出し、加工を安定化させる役目も担っ
ている場合（例えば、溶接部１９における溶け込み深さ
の維持など）があるが、上述したようにガス流によるス
パッタ排除機能を考える場合、発生する金属蒸気等の排
除が十分でなくなり、溶接における溶け込み深さの低下
等が生ずる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明に係るレーザ加工ヘッドの構成は、被加工物のレーザ
加工点を覆設するシールドボックス内に、レーザビーム
光を集光光学系で集光し、溶接、肉盛等の加工を行うレ
ーザ加工ヘッドであって、上記シールドボックスの直上
にレーザビーム光の光軸と直交又は略直交する方向にガ
スを吹き出すガス流吹付手段を設けたことを特徴とす
る。
明に係るレーザ加工ヘッドの構成は、被加工物のレーザ
加工点を覆設するシールドボックス内に、レーザビーム
光を集光光学系で集光し、溶接、肉盛等の加工を行うレ
ーザ加工ヘッドであって、上記シールドボックスの直上
にレーザビーム光の光軸と直交又は略直交する方向にガ
スを吹き出すガス流吹付手段を設けたことを特徴とす
る。
【００１４】
【作用】前記構成において、レーザ加工時に加工点から
上方に飛び出してきたスパッタはガス流吹付手段により
ガス流方向に進行方向を変えられるため、集光光学系に
は到達せず、安定してレーザ加工を行うことができる。
上方に飛び出してきたスパッタはガス流吹付手段により
ガス流方向に進行方向を変えられるため、集光光学系に
は到達せず、安定してレーザ加工を行うことができる。
【００１５】
【実施例】以下本発明の好適な一実施例を図面を参照し
て説明する。図１は本実施例に係るレーザ加工ヘッドの
概略図である。同図に示すように、ノズル１１の内部に
はレーザビーム光１２を集光する集光光学系としての集
光レンズ１３が配設されており、該集光レンズ１３によ
り被加工物１４にレーザビーム光１２を集光し、例えば
溶接，肉盛等のレーザ加工を行っている。また、レーザ
加工の際、加工部の酸化防止の為に、レーザ加工部の近
傍をシールドガス１５ａを導入するシールドボックス１
５を用いて覆っている。よってノズル１１の先端は該シ
ールドボックス１５と接続されており、密閉性を保って
いる。
て説明する。図１は本実施例に係るレーザ加工ヘッドの
概略図である。同図に示すように、ノズル１１の内部に
はレーザビーム光１２を集光する集光光学系としての集
光レンズ１３が配設されており、該集光レンズ１３によ
り被加工物１４にレーザビーム光１２を集光し、例えば
溶接，肉盛等のレーザ加工を行っている。また、レーザ
加工の際、加工部の酸化防止の為に、レーザ加工部の近
傍をシールドガス１５ａを導入するシールドボックス１
５を用いて覆っている。よってノズル１１の先端は該シ
ールドボックス１５と接続されており、密閉性を保って
いる。
【００１６】このシールドボックス１５の直上で上記ノ
ズル１１内には、ガス流吹付手段としての、レーザビー
ム光１２の光軸と直交又は略直交する方向にスパッタ排
出ガスを吹き出すガス吹出ノズル２１を設け、ガス流Ｇ
を形成している。そして、加工点から上方に飛び出して
きたスパッタ１７の進行方向をガス流Ｇによって変化さ
せ、ノズル１１外へ排出口２２を通して排出し、光学系
への飛散を防止している。
ズル１１内には、ガス流吹付手段としての、レーザビー
ム光１２の光軸と直交又は略直交する方向にスパッタ排
出ガスを吹き出すガス吹出ノズル２１を設け、ガス流Ｇ
を形成している。そして、加工点から上方に飛び出して
きたスパッタ１７の進行方向をガス流Ｇによって変化さ
せ、ノズル１１外へ排出口２２を通して排出し、光学系
への飛散を防止している。
【００１７】上述した構成において、集光されたレーザ
ビーム光１２はノズル１１内を通過し、被加工物１４に
照射され、同時に所定速度で加工ヘッド全体を被加工物
１４に対して図中Ｒ方向へ移動させることにより、溶接
部１９を形成する。
ビーム光１２はノズル１１内を通過し、被加工物１４に
照射され、同時に所定速度で加工ヘッド全体を被加工物
１４に対して図中Ｒ方向へ移動させることにより、溶接
部１９を形成する。
【００１８】この際、溶接部１９からはスパッタ１７が
ノズル１１内を上方に向って飛散するが、この内、先端
部のレーザビーム光１２の透過穴２３を通過して上方へ
侵入したものはシールドボックス１５の直上に設けられ
たガス吹出ノズル２１からのスパッタ排出ガスのガス流
Ｇにより、その方向をガス流Ｇ方向に変化させられるこ
とで、集光レンズ１３等の集光光学系へのスパッタ１７
の付着を防ぐことができる。
ノズル１１内を上方に向って飛散するが、この内、先端
部のレーザビーム光１２の透過穴２３を通過して上方へ
侵入したものはシールドボックス１５の直上に設けられ
たガス吹出ノズル２１からのスパッタ排出ガスのガス流
Ｇにより、その方向をガス流Ｇ方向に変化させられるこ
とで、集光レンズ１３等の集光光学系へのスパッタ１７
の付着を防ぐことができる。
【００１９】このとき通常効果的なスパッタ除去を行う
ためには、ガス流Ｇは音速レベルの流速が得られるよう
なガスノズルを使用するのが好ましい。
ためには、ガス流Ｇは音速レベルの流速が得られるよう
なガスノズルを使用するのが好ましい。
【００２０】ところで、図１に示すようにシールドボッ
クス１５の上部にガス吹出ノズル２１を設ける構造で
は、当該シールドボックス１５内は負圧になるため、レ
ーザビーム光１２の透過穴２３からのシールドボックス
２１内へのスパッタ排出ガスのガス流入はなく、ガス流
Ｇを形成するガスに安価な乾燥空気等を使用し、当該シ
ールドボックス２１内だけのシールドガスとして非酸化
性ガス（例えば不活性ガス，窒素，炭酸ガス等）を別系
統で導入すれば、溶接部１９を酸化させずに加工を行う
ことができる。
クス１５の上部にガス吹出ノズル２１を設ける構造で
は、当該シールドボックス１５内は負圧になるため、レ
ーザビーム光１２の透過穴２３からのシールドボックス
２１内へのスパッタ排出ガスのガス流入はなく、ガス流
Ｇを形成するガスに安価な乾燥空気等を使用し、当該シ
ールドボックス２１内だけのシールドガスとして非酸化
性ガス（例えば不活性ガス，窒素，炭酸ガス等）を別系
統で導入すれば、溶接部１９を酸化させずに加工を行う
ことができる。
【００２１】しかしながら図２に示すように、レーザ加
工部に生ずる金属蒸気，レーザブルーム等を光路に引き
入れる結果となるため、これら金属蒸気２４等がレーザ
ビーム光１２の一部を吸収し、溶接能力が低下してしま
うという場合がある。
工部に生ずる金属蒸気，レーザブルーム等を光路に引き
入れる結果となるため、これら金属蒸気２４等がレーザ
ビーム光１２の一部を吸収し、溶接能力が低下してしま
うという場合がある。
【００２２】このような場合には、本発明の他の一実施
例である図３に示すレーザ加工ヘッドを用いることによ
り、上記問題が解消される。すなわち、図３に示すよう
に、シールドボックス１５内には、排除ガス吹出手段と
して、ノズル１１の先端部に斜め下向きに金属蒸気排除
ガス２５ａを噴射するノズル孔２５を有するガス吹出ノ
ズル２６を設け、発生する金属蒸気２４等をレーザビー
ム光１２の光路の範囲外へ排除するようにし、レーザ加
工を更に安定して行うようにしている。
例である図３に示すレーザ加工ヘッドを用いることによ
り、上記問題が解消される。すなわち、図３に示すよう
に、シールドボックス１５内には、排除ガス吹出手段と
して、ノズル１１の先端部に斜め下向きに金属蒸気排除
ガス２５ａを噴射するノズル孔２５を有するガス吹出ノ
ズル２６を設け、発生する金属蒸気２４等をレーザビー
ム光１２の光路の範囲外へ排除するようにし、レーザ加
工を更に安定して行うようにしている。
【００２３】一例として図３に示すレーザ加工ヘッドを
用い、下記条件にて貫通溶接したところ、酸化のない良
好な裏波溶接を行うことができた。加工条件 レーザ光 ： ＣＯ2 レーザ 出力 ： ６．８ｋｗ 速度 ： ０．５ｍ／ｍｉｎ 被加工物 ： ＳＵＳ３０４材（板厚 ９mm） スパッタ排除ガス： 大気 シールドガス ： 窒素 金属蒸気排除ガス： 窒素
用い、下記条件にて貫通溶接したところ、酸化のない良
好な裏波溶接を行うことができた。加工条件 レーザ光 ： ＣＯ2 レーザ 出力 ： ６．８ｋｗ 速度 ： ０．５ｍ／ｍｉｎ 被加工物 ： ＳＵＳ３０４材（板厚 ９mm） スパッタ排除ガス： 大気 シールドガス ： 窒素 金属蒸気排除ガス： 窒素
【００２４】
【発明の効果】以上実施例と共に説明したように、本発
明に係るレーザ加工ヘッドはガス流吹付手段を設けて発
生するスパッタ等を除去することで、当該スパッタ等の
集光光学系への付着を防止することができる。また、レ
ーザ加工ヘッドのシールドボックス内で金属蒸気等を排
除する排除用ガス吹出手段を設けることで、尚一層安定
したレーザ加工を行うことができる。
明に係るレーザ加工ヘッドはガス流吹付手段を設けて発
生するスパッタ等を除去することで、当該スパッタ等の
集光光学系への付着を防止することができる。また、レ
ーザ加工ヘッドのシールドボックス内で金属蒸気等を排
除する排除用ガス吹出手段を設けることで、尚一層安定
したレーザ加工を行うことができる。
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ加工ヘッドの概
略図である。
略図である。
【図２】本発明の一実施例に係るレーザ加工ヘッドの概
略図である。
略図である。
【図３】本発明の他の一実施例に係るレーザ加工ヘッド
の概略図である。
の概略図である。
【図４】従来技術の一例に係るレーザ加工ヘッドの概略
図である。
図である。
【図５】従来技術の他の一例に係るレーザ加工ヘッドの
概略図である。
概略図である。
１１ ノズル １２ レーザビーム光 １３ 集光レンズ １４ 被加工物 １５ シールドボックス １７ スパッタ １９ 溶接部 ２１ ガス吹出ノズル ２２ 排出口 ２３ 透過穴 ２４ 金属蒸気 ２５ ノズル孔 ２６ ガス吹出ノズル Ｇ ガス流
フロントページの続き (72)発明者 妻鹿 雅彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 池田 孝夫 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 下楠 善昭 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (2)
- 【請求項１】 被加工物のレーザ加工点を覆設するシー
ルドボックス内に、レーザビーム光を集光光学系で集光
し、溶接、肉盛等の加工を行うレーザ加工ヘッドであっ
て、上記シールドボックスの直上にレーザビーム光の光
軸と直交又は略直交する方向にガスを吹き出すガス流吹
付手段を設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザ加工ヘッドにおい
て、シールドボックス内でレーザ加工時に発生する金属
蒸気等をレーザ光路の範囲外へ排除する排除用ガス吹出
手段を設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4004558A JPH05185266A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | レーザ加工ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4004558A JPH05185266A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | レーザ加工ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05185266A true JPH05185266A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11587379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4004558A Withdrawn JPH05185266A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | レーザ加工ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05185266A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6204475B1 (en) | 1999-01-04 | 2001-03-20 | Fanuc Limited | Laser machining apparatus with transverse gas flow |
| JP2002372597A (ja) * | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Toshiba Corp | 中性子吸収材の製造方法およびこの方法により製造される中性子吸収材 |
| JP2004001043A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Hitachi Zosen Corp | レーザ加工時のヒューム除去方法及び装置 |
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