JPH0523882A - レーザ加工ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集光光学部品に放物面鏡を用いたレーザ加工
ヘッドを用いたレーザ加工機において、良好な切断加工
品質を得ることができるレーザ加工ヘッドを提供する。 【構成】 放物面鏡によって集光されたレーザ光５の光
軸上に、レーザ光透過窓２７を設けることにより、加工
ノズル１３内がほぼ密閉される構成となっている。これ
により、加工ガスを切断加工に必要な流速で、レーザ光
５と同軸に射出孔１６より噴出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工機のレーザ加
工ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光を被加工物の表面に集光
照射して、被加工物の熱加工を行なうレーザ加工機は、
一般に以下のように構成されている。

【０００３】即ち、図４に示すようにレーザ発振器１、
反射鏡２、レーザ加工ヘッド３、加工テーブル４から構
成される。レーザ発振器１は、例えば炭酸ガスレーザ発
振器であり、ここから出力されるレーザ光５の波長は１
０．６μｍ（マイクロ・メートル）である。

【０００４】レーザ加工ヘッド３は、ヘッド本体３ａ
と、その内部にそれぞれ設けられた平面反射鏡６、放物
面鏡７と、ヘッド本体３ａと一体的に形成された加工ノ
ズル１３とから構成される。

【０００５】平面反射鏡６及び焦点距離Ｆの放物面鏡７
は互いに対向し、レーザ加工ヘッド３の内部に配置され
ている。そして平面反射鏡６及び放物面鏡７は、それぞ
れ角度調整機構９を介してレーザ加工ヘッド３に固定さ
れる構造となっている。角度調整機構９は圧縮コイルば
ね１０及びねじ機構１１から構成されており、ねじ機構
１１を回転することによって、平面反射鏡６または放物
面鏡７の角度を調整することができる。

【０００６】平面反射鏡６及び放物面鏡７の材質として
は一般に銅が用いられ、反射面には金コートが施してあ
る。

【０００７】加工ノズル１３には加工ガス１４の供給口
１５及び射出孔１６が設けられている。この射出孔１６
は、レーザ光５の光軸が通過するように配置されてい
る。

【０００８】加工ノズル１３の下方には移動可能な加工
テーブル４が設けられ、その上に被加工物１７が配置さ
れている。

【０００９】以上のように構成されたレーザ加工機の作
用を説明する。

【００１０】レーザ発振器１から出力されたレーザ光５
は、反射鏡２によって方向転換され、レーザ加工ヘッド
３に到達する。レーザ光５は、レーザ加工ヘッド３内に
配置された平面反射鏡６によって反射され、放物面鏡７
に入射する。さらにレーザ光５は、放物面鏡７によって
反射し、方向転換されると同時に集光される。

【００１１】集光されたレーザ光５は、加工ノズル１３
の射出孔１６より射出され、放物面鏡７から距離Ｆの位
置に焦点１８を形成する。そして供給口１５からは加工
ガス１４が供給され、この加工ガス１４は、加工ノズル
１３の射出孔１６よりレーザ光５と同軸に噴出される。

【００１２】射出孔１６から射出されたレーザ光５は、
被加工物１７に照射され、これと同時に加工テーブル４
を移動させることにより、被加工物１７上に形成された
レーザ光５のスポットが相対移動して、所定の熱加工が
行なわれる。

【００１３】熱加工の一例としてレーザ切断加工の概略
を図５を参照して説明すると、レーザ切断加工において
はレーザ光５によって溶融した被加工物１７の溶融金属
１９を、主として酸素ガスなどの活性ガスからなる加工
ガス２０の強力なガス流によって吹き飛ばすことによ
り、切断溝２１を形成して加工を行なう。

【００１４】またレーザ溶接加工の概略を図６を参照し
て説明すると、レーザ溶接加工においてはレーザ光５に
よって溶融した被加工物１７を、主としてアルゴンなど
の不活性ガスからなる弱いガス流の加工ガス２２によっ
て覆い、酸化を防止しつつ再凝固させることで溶接部２
３を形成して加工を行なう。

【００１５】放物面鏡を用いたレーザ加工ヘッドにおい
ては、従来溶接加工が多用されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような放物面鏡を用いたレーザ加工ヘッドにおいては、
下記の理由により、切断加工が困難であった。

【００１７】これは、図７に示すように従来のレーザ加
工ヘッド３においては、加工ノズル１３の気密が保たれ
ず、供給口１５から供給された加工ガス１４は、加工ノ
ズル１３内において圧力が高くならず、射出孔１６から
噴出されるガス流を切断加工に必要な流速にすることが
できないためである。

【００１８】これに対し、図７に示すように加工ノズル
１３の外部に加工ガス用ノズル２４を設け、ここから加
工ガス１４を被加工物１７に向けて噴射する方法があ
り、加工ガス１４のガス流を切断加工に必要な流速にす
ることができる。しかしながら、加工ガス１４をレーザ
光５と同軸に噴射することができないため、加工点２５
に対して適正な位置に加工ガス１４を噴射するのが困難
で、良好な加工品質を得ることができない場合があっ
た。また、加工ガス１４の噴射位置の調節作業も煩雑で
あった。

【００１９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、集光光学部品に放物面鏡を用い
たレーザ加工ヘッドを用いたレーザ加工機において、良
好な切断加工品質を得ることができるレーザ加工ヘッド
を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ発振器からのレ
ーザ光を被加工物の表面に集光照射する放物面鏡と、加
工ガスを供給する供給口を備え、前記レーザ光と前記加
工ガスとが噴射されるノズルとを備え、前記レーザ光の
光軸上であって、前記ノズル部の気密を保つような位置
に、前記レーザ光を透過し且つ前記加工ガスを遮蔽する
ような材質で形成されたレーザ光透過壁を設けた。

【００２１】

【作用】上記の構成を有する本発明のレーザ加工ヘッド
によれば、レーザ発振器からのレーザ光が放物面鏡によ
り集光され、このレーザ光が、供給口から供給された加
工ガスとともにノズルから噴射され、被加工物の表面に
集光照射されて加工が行われる。ノズル部の気密は、加
工ガスを遮蔽するような材質で形成されたレーザ光透過
壁により保たれる為、加工ガスを切断加工に必要な流速
で、レーザ光と同軸にノズルから噴出することができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。尚、従来例と同一の部分には同一の
符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００２３】最初に図１を参照して、本実施例のレーザ
加工ヘッドについて説明する。

【００２４】本実施例のレーザ加工ヘッド２６は、ヘッ
ド本体２６ａと、その内部にそれぞれ設けられた平面反
射鏡６、放物面鏡７と、ヘッド本体２６ａと一体的に形
成された加工ノズル１３と、ヘッド本体２６ａと加工ノ
ズル１３との結合部に設けられたレーザ光透過窓２７と
から構成される。

【００２５】レーザ光透過窓２７はレーザ光５の光軸上
に配置されており、ホルダ２８を介してヘッド本体２６
ａに着脱可能にされている。このレーザ光透過窓２７の
材質はＺｎＳｅであり、１０．６μｍの波長に対して９
９％以上の透過率を有するものである。

【００２６】次に上記のように構成されたレーザ加工ヘ
ッド２６を用いたレーザ加工機の作用を説明する。

【００２７】レーザ発振器１から出力されたレーザ光５
は、反射鏡２によって方向転換され、レーザ加工ヘッド
２６に到達する。レーザ光５は、レーザ加工ヘッド２６
内に配置された平面反射鏡６によって反射され、放物面
鏡７に入射する。さらにレーザ光５は、放物面鏡７によ
って反射し、方向転換されると同時に集光される。

【００２８】集光されたレーザ光５は、レーザ光透過窓
２７を透過した後、加工ノズル１３の射出孔１６より射
出され、放物面鏡から距離Ｆの位置に焦点１８を形成す
る。そして供給口１５からは加工ガス１４が供給され、
この加工ガス１４は加工ノズル１３の射出孔１６よりレ
ーザ光５と同軸に噴出される。

【００２９】射出孔１６から射出されたレーザ光５は、
被加工物１７に照射され、これと同時に加工テーブル４
を移動させることにより、被加工物１７上に形成された
レーザ光５のスポットが相対移動して、所定の熱加工が
行なわれる。

【００３０】次にレーザ加工ヘッド２６による切断加工
の一例を図２を参照して説明する。

【００３１】レーザ切断加工においては、加工ガス１４
には酸素ガスを使用する。上述のように、加工ガス１４
は供給口１５から供給されて加工ノズル１３内で高い圧
力となり、射出孔１６から強力なガス流となってレーザ
光５と同軸に噴出される。

【００３２】加工テーブル４上に配置された被加工物１
７は、レーザ光５の高いパワー密度によって溶融し、溶
融金属１９を生成する。溶融金属１９は加工ガス１４の
強力なガス流によって吹き飛ばされ、切断溝２１が形成
される。被加工物１７は、切断溝２１の形成と共に加工
テーブル４によって移動され、所定の切断加工を終了す
る。

【００３３】また図３を参照してレーザ加工ヘッド２６
による溶接加工の一例を示す。

【００３４】レーザ溶接加工においては、加工ガス１４
にはアルゴンガスを使用する。レーザ溶接加工において
は、切断加工ほど加工ガス１４のガス流を強くする必要
がない。そこで、レーザ光透過窓２７はホルダー２８と
共に予めレーザ光５の光軸上から撤去しておく。これ
は、不必要な光学部品をレーザ光の光軸上に配置するこ
とで、出力の減衰や集光特性の悪化が懸念されるためで
ある。

【００３５】加工ガス１４は加工ノズル１３の供給口１
５から供給され、その一部が加工ノズル１３の射出孔１
６から弱いガス流となってレーザ光５と同軸に噴射され
る。

【００３６】加工テーブル４上に配置された被加工物１
７は、レーザ光５の高いパワー密度によって溶融し、溶
接部２３を形成する。射出孔１６から噴出した弱いガス
流の加工ガス１４は、溶接部２３の酸化を抑制するシー
ルド作用として働く。被加工物１７は、溶接部２３の形
成と共に加工テーブル４によって移動され、所定の溶接
加工を終了する。

【００３７】以上、詳述したことから明らかなように、
本実施例のレーザ加工ヘッド２６によれば、加工ガス１
４を切断加工に必要な流速で、レーザ光５と同軸にノズ
ル１３の射出孔１６より噴出することができる。これに
より、放物面鏡を用いたレーザ加工ヘッドでは切断加工
が困難であるという問題点が解決され、容易に、また安
定した切断加工を行なうことができる。

【００３８】また、溶接加工等、特に加工ガスの流速を
速くする必要がない場合は、レーザ光透過窓２７をレー
ザ光５の光軸上から取り外すことが可能である。

【００３９】尚、本発明は、以上詳述した実施例に限定
されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種
々の変更を加えることができる。

【００４０】例えば、レーザ光透過窓の材質としては、
本実施例のＺｎＳｅの他、ＧａＡｓやＫＣｌなども用い
ることができる。また、その配置位置も、本実施例のよ
うに放物面鏡と加工ノズルの間とは限定されず、例えば
平面反射鏡と放物面鏡との間に配置することも可能であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳述したことから明らかなよう
に、本発明のレーザ加工ヘッドによれば、加工ガスを切
断加工に必要な流速で、レーザ光と同軸にノズルより噴
出することができる。これにより、放物面鏡を用いたレ
ーザ加工ヘッドでは切断加工が困難であるという問題点
が解決され、容易に、また安定した切断加工を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のレーザ加工ヘッドを用いたレーザ加
工機の概略構成図である。

【図２】本実施例のレーザ加工ヘッドによる切断加工時
の説明図である。

【図３】本実施例のレーザ加工ヘッドによる溶接加工時
の説明図である。

【図４】従来のレーザ加工ヘッドを用いたレーザ加工機
の概略構成図である。

【図５】レーザ切断加工の説明図である。

【図６】レーザ溶接加工の説明図である。

【図７】加工ガス用ノズルを設けた従来のレーザ加工ヘ
ッドの概略構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ５ レーザ光 ７ 放物面鏡 １３ 加工ノズル １４ 加工ガス １５ 供給口 １７ 被加工物 ２６ レーザ加工ヘッド ２７ レーザ光透過窓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザ発振器からのレーザ光を被加工物
   の表面に集光照射する放物面鏡と、加工ガスを供給する
   供給口を備え、前記レーザ光と前記加工ガスとが噴射さ
   れるノズルとを備えたレーザ加工ヘッドにおいて、 前記レーザ光の光軸上であって、前記ノズル部の気密を
   保つような位置に、前記レーザ光を透過し且つ前記加工
   ガスを遮蔽するような材質で形成されたレーザ光透過壁
   を設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。