JPH07100681A

JPH07100681A - アルミニウム等の金属材のレーザー切断方法及び同レーザー切断用ノズル

Info

Publication number: JPH07100681A
Application number: JP5244880A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakazawa; 靖中沢; Kiyotaka Taima; 清孝當間; Masatoshi Enomoto; 正敏榎本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Aluminum Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Altemira Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【構成】アルミニウム板ｗをタンデムタイプのレーザ
ー切断法にて切断するもので、先行レーザーノズル１
は、レーザービーム１ａをアルミニウム板ｗに対し垂直
に照射する態様に保持されており、その保持状態で、ア
シストガス１ｂはノズル１の進行方向に対して斜め後方
に吹出すものとなされている。【効果】先行ノズル１のレーザーにより発生した溶融
アルミニウムがアシストガス１ｂにて後方に大きく吹飛
ばされ、後行ノズル２からのレーザービーム２ａがスパ
ッターの付着のない有底溝３の底面に照射され、後行ノ
ズル２からのレーザービーム２ａによる切込み作用が効
率化される。従って、限界切断厚さを厚いものにできる
と共に、また、限界切断速度も高くしうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム等の金
属材のレーザー切断方法及び同レーザー切断用ノズルに
関する。なお、本明細書において、「アルミニウム」の
語は、その合金を含む意味において使用している。

【０００２】

【従来の技術】金属材、例えばアルミニウム板をレーザ
ー切断する方法として、図３に示されるように、アルミ
ニウム板（ｗ）の切断予定経路に沿って２つのレーザー
ノズル（51）（52）を配列し、これらのレーザーノズル
（51）（52）をこの切断予定経路に沿って同一方向に同
期的に移行せしめ、レーザービーム（51a ）（52a ）を
先後してこの切断予定経路に垂直に照射していくことに
よって切断を行う、いわゆるタンデムタイプと称される
レーザー切断法を用いることがある。

【０００３】このタンデムタイプでは、先行レーザーノ
ズル（51）からのレーザービーム（51a ）の照射によっ
てアルミニウム板（ｗ）に有底溝（53）が形成され、そ
して、この有底溝（53）の底面に後行レーザーノズル
（52）からのレーザービーム（52a ）が照射されること
によってアルミニウム板（ｗ）が板厚方向に貫通される
というようにして、レーザービーム（51a ）（52a ）の
先後２回の繰返し照射によって、アルミニウム板（ｗ）
が切断される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のタンデムタイプでは、各レーザーノズル
（51）（52）から噴出されるアシストガス（51b ）（52
b ）の作用にもかかわらず、有底溝（53）内の底面にお
いて、先行レーザービーム（51a ）の照射位置の直ぐ後
ろから、溶融アルミニウムの凝固したスパッター（54）
が付着していき、そのため、後行レーザービーム（52a
）がこのスパッター（54）に照射されることとなっ
て、後行レーザービーム（52a ）の照射による切込み深
さが予期に反して浅いものとなってしまう。その結果、
切断しうるアルミニウム板（ｗ）の限界板厚が薄いもの
になり、ひいてはまた、限界切断速度も低いものになっ
てしまうという問題があった。

【０００５】特に、アルミニウム板では、波長が短くピ
ーク出力の高いパルスのＮｄ−ＹＡＧレーザーによる切
断が比較的有利とされているが、この種のレーザーはＣ
Ｏ₂レーザーに比べ平均出力が小さく、そのため、５ｍ
ｍ以上の厚さのアルミニウム板では切断速度が非常に遅
くなり、また、８ｍｍ以上の厚さのアルミニウム板では
切断が困難となる事態を生じていた。

【０００６】この発明は、上記のような従来の問題点に
鑑み、先後複数回のレーザービームの照射によりアルミ
ニウム等の金属材の切断を行うレーザー切断方法におい
て、限界切断厚さを厚くすることができ、ひいてはま
た、限界切断速度を高くすることができる、アルミニウ
ム等の金属材のレーザー切断方法及びレーザーノズルを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的において、第１
発明は、アルミニウム等の金属材の切断予定経路に沿っ
て配列された複数個のレーザーノズルを該切断予定経路
に沿って同一方向に同期的に該金属材に対し相対移行さ
せ、各ノズルからのレーザービームを該金属材の同一切
断予定経路に先後して照射していくことによって、該金
属材を切断するレーザー切断方法であって、前記先行レ
ーザーノズルとして、レーザービームの照射方向と非平
行な方向にアシストガスを吹き出すレーザーノズルを用
い、このノズルからのレーザービームを金属材に垂直に
照射しながら、アシストガスを金属材の切断予定経路に
対し斜め後方に傾斜させて噴出せしめることを特徴とす
るアルミニウム等の金属材のレーザー切断方法を要旨と
する。

【０００８】また、第２発明は、アルミニウム等の金属
材の切断予定経路に沿って配列された複数個のレーザー
ノズルを該切断予定経路に沿って同一方向に同期的に該
金属材に対し相対移行させ、各ノズルからのレーザービ
ームを該金属材の同一切断予定経路に先後して照射して
いくことによって該金属材を切断するレーザー切断方法
において用いられる先行レーザーノズルであって、アシ
ストガスがレーザービームの照射方向と非平行な方向に
吹き出すものに形成され、レーザービームを金属材に垂
直に照射することによって、アシストガスが金属材の切
断予定経路に対し斜め後方に傾斜して噴出されるものと
なされているアルミニウム等の金属材のレーザー切断用
ノズルを要旨とする。

【０００９】なお、上記各発明において、切断に使用す
るレーザーノズルの個数は、２個に限られるものではな
く、３個ないしはそれを越える個数であってもよい。ま
た、金属材としては、アルミニウム以外の各種の金属に
よるものであってよいし、また、その形状も、板材によ
るもののほか、中空材など、各種の形状であってよい。

【００１０】

【作用】上記各発明では、切断作動中、先行レーザーノ
ズルからのアシストガスは、金属材の切断予定経路に対
し、斜め後方に傾斜して噴出されることにより、該先行
ノズルからのレーザービームの照射により発生した溶融
金属が、凝固してしまう前に、このアシストガスの作用
を強く受けて大きく後方に吹き飛ばされる。そのため、
先行レーザービームの照射により形成された有底溝の底
面へのスパッターの付着予定位置が、該先行レーザービ
ームの照射位置に対し相対的に大きく後方に離間される
こととなる。従って、後行レーザービームはスパッター
の付着のない、ないしは、少ない有底溝底面に照射され
ることとなって、後行レーザービームの照射による切込
み性能が向上され、切込み深さが深いものになる。

【００１１】しかも、先行ノズルからのレーザービーム
を金属材に対して垂直に照射させた状態において、同ノ
ズルからのアシストガスは、金属材の切断予定経路に対
し斜め後方に傾斜して噴出されるものとなされているこ
とにより、先行レーザービームの照射により形成される
有底溝の深さも深いものになる。

【００１２】従って、これらが相俟って、限界切断板厚
が厚くされ、ひいてはまた、限界切断速度が高められ
る。

【００１３】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。

【００１４】図２において、（１）（２）は一対のレー
ザーノズル、（ｗ）は金属材としてのアルミニウム板で
ある。

【００１５】このアルミニウム板（ｗ）の切断は、これ
らのレーザーノズル（１）（２）を、アルミニウム板
（ｗ）の切断予定経路に沿って所定の間隔距離を保持し
て配列し、図２に白抜き矢印で示されるように、該切断
予定経路に沿って同一方向に同期的に移行させていきな
がら、各ノズル（１）（２）からレーザービーム（1a）
（2a）をアルミニウム板（ｗ）の切断予定経路に先後し
て照射していく、というようにして行う。これにより、
先行ノズル（１）からのレーザービーム（1a）の照射に
てアルミニウム板（ｗ）に有底溝（３）が形成されると
共に、後行ノズル（２）からのレーザービーム（2a）に
てこの有底溝（３）の底面が切込み貫通され、アルミニ
ウム板（ｗ）が切断される。

【００１６】上記一対のレーザーノズルのうち、先行し
て移行させていくノズル（１）は、図１に示されるよう
に、その軸芯部にレーザービーム通路孔（４）を有する
一方、このビーム通路孔（４）の周囲に、メインのアシ
ストガス通路孔（５）と、補助的役割を担う複数個のア
シストガス通路孔（７）…とが、該ビーム通路孔（４）
を囲む態様において、設けられたものとなされている。

【００１７】このメインのアシストガス通路孔（５）
は、ビーム通路孔（４）の軸線に対して所定の傾斜角度
θをなし、ノズル（１）の先端に向けてビーム通路孔
（４）に近づいていく態様において、真っ直ぐに延ばさ
れ、アシストガス（1b）がレーザービーム（1a）に対し
て上記傾斜角度θをなして噴出されるものとなされてい
る。そしてノズル（１）の下端のそのアシストガス吹出
し口（5a）は、図１（ロ）に示されるように、ビーム出
口（4a）の周囲に円弧状をなす態様において開口されて
いる。

【００１８】ビーム通路孔（４）に対するメインのアシ
ストガス通路孔（５）の傾斜角度θ、即ち、レーザービ
ーム（1a）の進路方向とアシストガス（1b）の吹出し方
向とのなす角度θは、このアシストガス（1b）にて溶融
アルミニウムを可及的に大きく後方に吹き飛ばしうるよ
うな角度に設定される。具体的には、例えば５〜２０°
の範囲の傾斜角度に設定される。

【００１９】補助のアシストガス通路孔（７）…は、ビ
ーム通路孔（４）の軸線と平行に延ばされ、アシストガ
ス（1b）がレーザービーム（1a）と平行な方向を向いて
下端吹出口（7a）…から真っ直ぐ下方に向けて噴出され
るものとなされている。即ち、これらの補助のアシスト
ガス通路孔（７）…は、メインのアシストガス通路孔
（５）からのアシストガスが上記のように傾斜して噴出
されることから、それのみではレーザービームの照射領
域の雰囲気確保が不十分となり易く、これを補うのに寄
与する。従って、該補助のアシストガス通路孔（７）…
を通じて噴出されるアシストガスの圧力は、メインのア
シストガス通路孔（５）からのアシストガスの傾斜吹出
しを確保しつつ、レーザービームの照射領域の雰囲気も
確保しうるように、メインのアシストガス通路孔（５）
からのアシストガスの圧力よりも小さく設定されるのが
一般的である。

【００２０】先行ノズル（１）に対する後行ノズル
（２）の相対位置関係は、上記先行ノズル（１）からの
アシストガス（1b）の噴出角度θとの兼ね合いで、有底
溝（３）の底面への先行レーザービーム（1a）によるス
パッターの付着予定位置を考慮し、後行レーザービーム
（2a）の照射位置がこのスパッターの付着のない、ない
しは、少ない位置となるようなものに決められる。先行
・後行ノズル（１）（２）間の距離Ｌの具体例を挙示す
れば、例えば、５０ｍｍ以内である。

【００２１】なお、後行ノズル（２）は、レーザービー
ム（2a）とアシストガス（2b）とが同心状に放たれる通
常のレーザーノズルによるものとなされている。

【００２２】なお、（６）はガードで、先行ノズル
（１）からのレーザーによって生じた溶融アルミニウム
が後行ノズル（２）に付着してしまうのを防止するもの
である。

【００２３】上記先行・後行ノズル（１）（２）は、ア
ルミニウム板（ｗ）の切断作動中、レーザービーム（1
a）（2a）がアルミニウム板（Ｗ）に対して垂直に照射
されるように保持され、かつ、先行ノズル（１）につい
ては、そのアシストガス（1b）がノズル進行方向に対し
て斜め後方に噴出されるような周方向の向きに保持され
る。

【００２４】切断作動中、先行ノズル（１）からのアシ
ストガス（1b）は上記のように斜め後方に吹き出すもの
となされていることにより、先行ノズル（１）からのレ
ーザービーム（1a）の照射によって生じた溶融アルミニ
ウムは、該アシストガス（1b）の吹飛ばし作用を強く受
けて、有底溝（３）内で大きく後方ないし外方に吹き飛
ばされる。従って、後行ノズル（２）からのレーザービ
ーム（2a）は、図２に示されるように、スパッターの付
着のない、ないしは、少ない有底溝（３）の底面に照射
されることとなって、該有底溝（３）の底面を効率良く
切込み貫通していき、アルミニウム板（ｗ）を切断して
いく。

【００２５】しかも、先行ノズル（１）は、レーザービ
ーム（1a）をアルミニウム板（１）に垂直に照射させた
状態においてアシストガス（1b）を斜め後方に噴出する
構成となされているから、該レーザービーム（1a）の照
射による切込み性能も高くなり、有底溝（３）の深さも
深いものになる。

【００２６】従って、このように、先行ノズル（１）か
らのアシストガス（1b）による溶融アルミニウムの強い
吹飛ばし作用により達成される後行レーザービーム（2
a）の切込み性能の向上と、先行レーザービーム（1a）
の垂直照射による有底溝（３）の深さ増大作用とが相俟
って、より厚肉のアルミニウム板の切断も可能となり、
ひいてはまた、限界切断速度も高くすることができる。

【００２７】因みに、板厚８ｍｍのＡ６０６１合金製の
アルミニウム板（Ｗ）を用い、レンズの焦点距離が３０
０ｍｍ、アシストガスをＯ₂とし、そのメインのアシス
トガスの圧力を７Ｋｇｆ／ｃｍ²、補助のアシストガス
の圧力を２Ｋｇｆ／ｃｍ²としたＮｄ−ＹＡＧレーザー
にてレーザー切断を行ったところ、表１のような結果が
得られた。なお、先行ノズル（１）からのアシストガス
（1b）の吹出し傾斜角度θは１５°、ノズル（１）
（２）間の間隔距離Ｌは４５ｍｍとした。表中、Ｅはパ
ルスエネルギー、τはパルス幅、ｆは繰返し数である。

【００２８】

【表１】また、比較例として、レーザービームとアシストガスと
が同心状をなして放たれるタイプの従来のノズルを先行
ノズル（１）とし、このノズル（１）からレーザービー
ムをアルミニウム板（ｗ）に垂直に照射しつつ、同じよ
うにレーザー切断を行ったところ、表２に示されるよう
な結果が得られた。

【００２９】

【表２】以上の試験結果より、本発明によれば限界切断速度を向
上しうることを確認し得た。

【００３０】

【発明の効果】上述の次第で、この発明のレーザー切断
方法及びレーザー切断用ノズルは、上記のような構成を
有するものであるから、切断作動中、先行ノズルからの
アシストガスが、金属材の切断予定経路に対し、斜め後
方に傾斜して噴出され、そのため、先行レーザービーム
の照射により形成された有底溝の底面へのスパッターの
付着予定位置が、このアシストガスの作用を強く受け
て、該先行レーザービームの照射位置に対して相対的に
大きく後方に離間することとなり、その結果、後行レー
ザービームがスパッターの付着のない、ないしは、少な
い有底溝底面に照射されることとなって、後行レーザー
ビームの照射による金属材の切込み深さを深くすること
ができる。

【００３１】しかも、先行ノズルからのレーザービーム
を金属材に対して垂直に照射させた状態で、同ノズルか
らのアシストガスは金属材の切断予定経路に対し斜め後
方に傾斜して噴出されるものとなされているから、先行
レーザービームの照射によって形成される有底溝の深さ
も深いものにすることができる。

【００３２】従って、これら各レーザービームによる切
込み性能の向上によって、限界切断板厚を厚くすること
ができ、ひいてはまた、限界切断速度を高くすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例にかかる先行レーザーノズルを示すも
ので、図（イ）は縦断面図、図（ロ）はノズルの先端面
図である。

【図２】一実施例方法を示すもので、レーザー切断途上
の状態を示す断面側面図である。

【図３】従来法によるレーザー切断途上の状態を示す断
面側面図である。

【符号の説明】

１…先行レーザーノズル１ａ…レーザービーム１ｂ…アシストガス２…後行レーザーノズル３…有底溝４…レーザービーム通路孔５…アシストガス通路孔ｗ…アルミニウム板（金属材）

フロントページの続き (72)発明者榎本正敏堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム等の金属材の切断予定経路
に沿って配列された複数個のレーザーノズルを該切断予
定経路に沿って同一方向に同期的に該金属材に対し相対
移行させ、各ノズルからのレーザービームを該金属材の
同一切断予定経路に先後して照射していくことによっ
て、該金属材を切断するレーザー切断方法であって、前記先行レーザーノズルとして、レーザービームの照射
方向と非平行な方向にアシストガスを吹き出すレーザー
ノズルを用い、このノズルからのレーザービームを金属
材に垂直に照射しながら、アシストガスを金属材の切断
予定経路に対し斜め後方に傾斜させて噴出せしめること
を特徴とするアルミニウム等の金属材のレーザー切断方
法。
【請求項２】アルミニウム等の金属材の切断予定経路
に沿って配列された複数個のレーザーノズルを該切断予
定経路に沿って同一方向に同期的に該金属材に対し相対
移行させ、各ノズルからのレーザービームを該金属材の
同一切断予定経路に先後して照射していくことによって
該金属材を切断するレーザー切断方法において用いられ
る先行レーザーノズルであって、アシストガスがレーザービームの照射方向と非平行な方
向に吹き出すものに形成され、レーザービームを金属材
に垂直に照射することによって、アシストガスが金属材
の切断予定経路に対し斜め後方に傾斜して噴出されるも
のとなされているアルミニウム等の金属材のレーザー切
断用ノズル。