JPH079184A - レーザー切断方法及びレーザー切断トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はレーザー切断トーチのノズルから噴
射されて切断面に対面するアシストガスの純度を向上さ
せることによって切断速度を向上させると共に切断面の
仕上がり品質を改善することを目的としている。 【構成】 被切断面に対してレーザービーム１を照射す
ると共に該レーザービーム１に沿ってインナーアシスト
ガスを噴射すると共に、該インナーアシストガスに沿っ
てアウターアシストガスを噴射させ、前記インナーアシ
ストガス及び又は前記アウターアシストガスを旋回させ
て噴射させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被切断材に対しレーザー
ビームを照射すると共にアシストガスを噴射して切断す
るレーザー切断方法及びレーザー切断トーチに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板やステンレス鋼板或いは合板やプラ
スチック板等の被切断材にレーザービームを照射すると
共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴射して
切断するレーザー切断が行われている。最近ではレーザ
ー発振器の出力が大きくなり、従来ガス切断やプラズマ
切断の領域とされていた厚板まで切断し得るようになっ
てきており切断速度も向上されつつある。

【０００３】レーザービームに沿って噴射されるアシス
トガスは、レーザービームの照射に伴って発生する溶融
母材の排除、及び蒸発した母材がレンズに付着すること
を防止する機能を有している。またアシストガスは、被
切断材の材質や切断目的に応じて酸素ガスや窒素ガス、
アルゴンガス等の不活性ガスの中から選択的に使用され
る。

【０００４】特に、鋼板やステンレス鋼板等の鉄系金
属、或いは真鍮等の非鉄金属等の金属を切断する場合、
アシストガスとして酸素ガスを用いることで、他のガス
を用いた場合と比較してより厚い板をより速い速度で切
断することが出来る。この場合、酸素ガスは金属の燃焼
反応を活性化し、前記酸素ガスの純度が高ければ高いほ
ど燃焼効率が高い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザー切断トーチの
ノズルから噴射された酸素ガスは大気中の空気を巻き込
んで純度が低下する。また、被切断材が燃焼した際に発
生する燃焼ガス及びスラッグと称される溶融物質等が混
入して純度が低下する。これ等による課題の原理を図４
を用いて説明すると、先ず、被切断材Ｗに対してレーザ
ービーム51を照射すると共に前記レーザービーム51に沿
ってアシストガスとして酸素ガス52を噴射するレーザー
切断トーチ53が矢印のａ方向に所定の速度で切断を行い
被切断材Ｗに切り口54を形成する。

【０００６】前記切り口54の切断進行方向側の先端部54
ａに対面する酸素ガス52の先行部52ａは実質上、切断に
使用されるため、切断の際に発生する燃焼ガス或いはス
ラッグが混入して酸素純度が低下する。一方、酸素ガス
52の後続部52ｂは実質上、切断に使用されることなく燃
焼反応の活性化には寄与しない。また、酸素ガス52は被
切断材Ｗの厚さ方向、即ちレーザー切断トーチ53に対し
て遠隔方向に行くに連れて大気中の空気の巻き込み及び
燃焼生成物の混入等によって純度は低下する。

【０００７】また、レーザービーム51は直進して被切断
材Ｗに照射されるため、切断に対しノズル53ａから噴射
された酸素ガス52にはレーザー切断トーチ53の移動速度
（被切断材Ｗに対する切断速度）に応じた遅れが生じ、
切り口先端部54ａの切断面下部に切断遅れによるドラグ
ラインが生じたり切断面に荒れが生じる。従って、酸素
ガス52が被切断材Ｗの燃焼を維持し得る純度を保持する
範囲とレーザービーム51が被切断材Ｗに照射される位置
関係によって切断速度の上限が設定される。

【０００８】即ち、切断速度を上昇させるのに伴って酸
素ガス52の遅れが増加し、燃焼部に対して純度の低い酸
素ガス52が供給されることとなる。切断速度がある速度
を越えると、レーザービーム51が照射されているにもか
かわらず燃焼部に供給された酸素ガスでは被切断材Ｗの
燃焼を維持し得なくなり切断が停止する。従って、被切
断材Ｗの燃焼を維持し得る限界速度が切断速度となる。

【０００９】本発明の目的は、前述の従来の問題点に鑑
みレーザー切断トーチのノズルから噴射されて切断面に
対面するアシストガスの純度を向上させることによって
切断速度を向上させると共に、切断面の仕上がり品質を
改善したレーザー切断方法及びレーザー切断トーチを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザー切
断方法は、被切断材に対してレーザービームを照射する
と共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴射し
て被切断材を切断するレーザー切断方法に於いて、前記
アシストガスを旋回させて噴射させることを特徴とする
レーザー切断方法である。

【００１１】また、本発明に係るレーザー切断方法は、
被切断材に対してレーザービームを照射すると共に該レ
ーザービームに沿ってアシストガスを噴射して被切断材
を切断するレーザー切断方法に於いて、レーザービーム
に沿ってインナーアシストガスを噴射させると共に、該
インナーアシストガスに沿ってアウターアシストガスを
噴射させ、前記インナーアシストガス及び又は前記アウ
ターアシストガスを旋回させて噴射させることを特徴と
するレーザー切断方法である。

【００１２】また、本発明に係るレーザー切断トーチ
は、被切断材に対してレーザービームを照射すると共に
該レーザービームに沿ってアシストガスを噴射して被切
断材を切断するレーザー切断方法に於いて、前記アシス
トガスを流通させる通路と該通路に接続されると共に前
記レーザービームに沿って前記アシストガスを旋回させ
ながら噴射する整流部材を備えてなることを特徴とする
レーザー切断トーチである。

【００１３】また、本発明に係るレーザー切断トーチ
は、被切断材に対してレーザービームを照射すると共に
該レーザービームに沿ってアシストガスを噴射して被切
断材を切断するレーザー切断方法に於いて、インナーア
シストガスを流通させるインナーアシストガス通路とア
ウターアシストガスを流通させるアウターアシストガス
通路とを有し、前記インナーアシストガス及び又はアウ
ターアシストガスを旋回させながら噴射する整流部材を
備えてなることを特徴とするレーザー切断トーチであ
る。

【００１４】また、本発明に係るレーザー切断トーチは
前記レーザー切断トーチに於いて、インナーアシストガ
ス通路とアウターアシストガス通路とを互いに独立して
形成したことを特徴とするレーザー切断トーチである。

【００１５】

【作用】本発明に係るレーザー切断方法は、上述の如
く、レーザービームに沿ってアシストガスを旋回させて
噴射するので、被切断材の切断進行方向側の切り口先端
部に対面するアシストガスが常時、新しい純度の高いア
シストガスで形成することが出来ると共に、前記切り口
先端部に対面しない後続部のアシストガスを該切り口先
端部に旋回させることによって燃焼反応の活性化に寄与
していなかったアシストガスを燃焼反応の活性化に利用
することが出来る。

【００１６】また、レーザービームに沿って噴射させる
アシストガスを旋回させるので、旋回ガス流のモーメン
トにより燃焼ガス及びスラッグを切断面及びノズルから
遠ざけることが出来る。また、レーザービームに沿って
インナーアシストガスを噴射させると共に該インナーア
シストガスに沿ってアウターアシストガスを噴射させる
ので、インナーアシストガスの周囲にアウターアシスト
ガスのカーテンを形成して大気中の空気から遮蔽すると
共に切断の際に発生した燃焼ガス或いはスラッグの混入
を防いでインナーアシストガスの純度を高く維持するこ
とが出来る。また、アウターアシストガス流がインナー
アシストガス流を拘束して、指向性のよいガス流を形成
することが出来る。

【００１７】更に、前記のインナーアシストガスとアウ
ターアシストガスの一方、或いは両方を旋回させるので
前述の如く純度の高いアシストガスを常時、切り口先端
部に対面させることが出来ると共に後続部のアシストガ
スを有効に利用できる。

【００１８】また、本発明に係るレーザー切断トーチ
は、アシストガスの通路に接続して整流部材を設けたの
で所望の方向及び流速でアシストガスを旋回して噴出で
きる。また、レーザービームを通過させる通路の外周に
インナーアシストガスを流通させる通路と該通路の外周
にアウターアシストガスを流通させる通路とを設けたの
で、レーザービームに沿ってインナーアシストガスを噴
出させると共に該インナーアシストガスに沿ってアウタ
ーアシストガスを噴出できる。

【００１９】また、前記のインナーアシストガス通路と
アウターアシストガス通路の一方、或いは両方に接続し
て整流部材を設けたので、インナーアシストガスとアウ
ターアシストガスを選択的に或いは両方を夫々所望の方
向及び流速で旋回させながら噴出できる。

【００２０】また、前記インナーアシストガス通路と前
記アウターアシストガス通路とを互いに独立して形成し
たので夫々のガス流の種類及び流量を個々に設定でき
る。

【００２１】

【実施例】図により本発明に係るレーザー切断方法及び
レーザー切断トーチの一実施例を具体的に説明すると、
図１は本発明の原理を説明する概念図、図２は本発明の
第１実施例の断面説明図、図３は本発明の第２実施例の
断面説明図である。

【００２２】図１を用いてアシストガスを旋回して噴出
した場合の作用と効果の原理説明をすると、先ず、被切
断材Ｗに対してレーザービーム１を照射すると共に前記
レーザービーム１に沿ってアシストガスとして酸素ガス
２を所定の方向と流量で旋回させながら噴射するレーザ
ー切断トーチ３が矢印のａ方向に所定の速度で切断を行
い被切断材Ｗに切り口４を形成する。

【００２３】前記切り口４の切断進行方向側の先端部４
ａに対面する酸素ガス２の先行部２ａが、ある瞬間に切
断に使用されて、切断の際に発生する燃焼ガス或いはス
ラッグが混入して酸素純度が低下しても、次の瞬間には
旋回ガス流２ｃによって酸素ガス２の先行部２ａは後続
側に移動し、後続部２ｂは先行側に夫々連続的に移動す
るので、前記切り口４の先端部４ａに対面する酸素ガス
は常に新しい高純度の酸素ガスで形成できる。

【００２４】従って、純度の高い酸素ガスが燃焼反応を
活性化することによって切断速度を向上することが出来
ると共に、前記切り口先端部４ａの切断面下部に切断遅
れによって形成されるドラグラインが改善され、切断面
の仕上がりも改善される。また、ノズル３ａから噴出す
る酸素ガス２の全体が燃焼反応の活性化に寄与すること
が出来るので、効率よく酸素ガス２を使用することが出
来る。

【００２５】図２に於いて、トーチ本体10の外周には該
本体10の外周壁10ａと所定の間隙を持ってノズル部材11
が装着されていて、本体10の外周壁10ａとノズル部材11
の内周壁11ａとの間にアシストガスを流通させる通路12
が形成されている。更に、前記通路12に接続されて前記
アシストガスを旋回させながら噴射させる整流部材13が
取り付けられている。従って、通路12から供給されたア
シストガスは整流部材13を通って旋回ガス流ｆを形成
し、ノズル部材11の孔11ｂから旋回しながら噴出する。

【００２６】また、本体10の内部には所定の位置にレー
ザービーム１を集光するレンズ14が配置されていて、図
示しないレーザー発振器から出射されたレーザービーム
がレンズ14を介して本体10の中心軸に沿って図示しない
被切断材に対して像を結ぶよう配置されている。

【００２７】上記のように構成されたトーチＡで、所定
のレーザーエネルギーを有して出射されたレーザービー
ム１を図示しない被切断材に照射すると共に、通路12に
対して図示しないアシストガス供給装置からアシストガ
スとして酸素ガスを供給すると、前記酸素ガスは通路12
を通って整流部材13によって旋回ガス流ｆが形成され
る。

【００２８】前記旋回ガス流ｆは、前記レーザービーム
１に沿って旋回し、ノズル孔11ｂから噴出して図示しな
い被切断材に噴射する。噴射された前記旋回ガス流ｆ
は、図１で説明した如く、被切断材Ｗの切り口４の先端
部４ａに対して常に新しい高純度の酸素ガスを供給する
ことを可能とし、酸素ガスの全体を燃焼反応の活性化に
寄与させることによって効率よく酸素ガスを使用でき
る。また、燃焼によって発生した燃焼ガス及びスラッグ
を自らの旋回流により切断面及びノズルから遠ざけて切
断表面の仕上がり品質を向上さると共にレンズ及びトー
チの保全を維持できる。

【００２９】次に、図３を用いてトーチＢの説明をする
と、トーチ本体20の内部には該本体20の内周壁20ａと所
定の間隔を持って第１の内筒21が配置され、前記内周壁
20ａと前記内筒21の外周壁21ａとで形成する間隙によっ
てアウターアシストガス通路22が形成されている。前記
内筒21の内部には該内筒21の内周壁21ｂと所定の間隔を
持って第２の内筒23が配置され前記内筒23の外周壁23ａ
と第１の内筒21の内周壁21ｂとで形成する間隙によって
インナーアシストガス通路24が形成されている。

【００３０】また、第１の内筒21の先端にインナーノズ
ル部材25が装着されていて、これを介して整流部材26が
インナーアシストガス通路24に接続されて配置されてい
る。トーチ本体20の先端にはアウターノズル部材27が装
着されていて、これを介して整流部材28がアウターアシ
ストガス通路22に接続されて配置されると共に前記アウ
ターノズル部材27の内周面27ａと前記インナーノズル部
材25の外周面25ａとで形成する間隙によって通路29を形
成している。

【００３１】また、第２の内筒23の内部には所定の位置
にレーザービーム１を集光するレンズ14が配置されてい
て、図示しないレーザー発振器から出射されたレーザー
ビームがレンズ14を介して前記内筒23の中心軸に沿って
図示しない被切断材に対して像を結ぶように配置されて
いる。

【００３２】上記のように構成されたトーチＢで、所定
のレーザーエネルギーを有して出射されたレーザービー
ム１を図示しない被切断材に照射すると共に、インナー
アシストガス通路24に対して図示しないアシストガス供
給装置からアシストガスとして酸素ガスを供給すると、
前記酸素ガスはインナーアシストガス通路24を通って整
流部材26によって旋回ガス流ｆ１が形成される。

【００３３】前記旋回ガス流ｆ１は、前記レーザービー
ム１に沿って旋回し、インナーノズル孔25ｂを経てアウ
ターノズル孔27ｂから噴出して図示しない被切断材に噴
射する。前記旋回ガス流ｆ１は前述のトーチＡで説明し
た旋回ガス流ｆと同様の作用と効果を有するのでここで
の説明は省略する。

【００３４】また、同様にアウターアシストガス通路22
に対して図示しないアシストガス供給装置からアシスト
ガスとして酸素ガスを供給すると、前記酸素ガスはアウ
ターアシストガス通路22を通って整流部材28によって旋
回ガス流ｆ２が形成される。該旋回ガス流ｆ２は、通路
29を通ってアウターノズル孔27ｂから噴出すると共に前
記旋回ガス流ｆ１の外周に沿って旋回し、該ガス流ｆ１
に対して大気中の空気から遮蔽するカーテンを形成する
と共に、図示しない被切断材に対して噴射する。

【００３５】従って、前記旋回ガス流ｆ１が大気中の空
気を巻き込んで酸素の純度が下がることを防止すること
が出来ると共に、被切断材が燃焼した際に発生する燃焼
ガス及びスラッグが前記旋回ガス流ｆ１に混入して酸素
純度が下がることを防止することが出来る。また、旋回
ガス流ｆ１の指向方向に対して、旋回ガス流ｆ２が周囲
を保護することによって、外部からの気流によって妨害
を受けることなく旋回ガス流ｆ１の指向性を向上させる
ことが出来る。

【００３６】前記実施例に於いてアウターアシストガス
通路22及びインナーアシストガス通路24を互いに独立し
て形成すると共に夫々のアシストガス通路に所望の種類
及び所望の流量のガスを供給することによって種々の効
果を有するレーザー切断を可能にする。

【００３７】本実施例ではアウターノズル孔27ｂをイン
ナーノズル孔25ｂの被切断材板厚方向側に形成したが、
これ等は同位面上で構成しても良く、本実施例に限定す
るものではない。更に、アシストガスとして酸素ガスを
採用したが、用途によってアシストガスの種類を選択的
に使用することが望ましい。また、アシストガスを旋回
させる方法は種々の方法が考えられるので本実施例に限
定する必要はない。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係るレーザー切断方法及びレー
ザー切断トーチは、上述の如き構成と作用とを有するの
で、切断面に対して常に新しい純度の高いアシストガス
で形成できると共に、アシストガスの全体を燃焼反応の
活性化に寄与させることが出来るので切断速度を向上さ
せると共に、切断遅れによるドラグラインを改善し、切
断面の仕上がり品質を改善することが出来る。

【００３９】また、旋回ガス流のモーメントにより燃焼
ガス及びスラッグを切断面及びノズルから遠ざけて切断
面の仕上がり品質を向上させると共にレンズ及びトーチ
の保全を維持することが出来る。また、アウターアシス
トガスがインナーアシストガスの外周を遮蔽してインナ
ーアシストガス中に大気中の空気や燃焼の際に発生する
燃焼ガス及びスラッグ等が混入することがないので、前
記インナーアシストガスの純度及び指向性を維持する。
従って、切断速度を向上させることを可能にし、切断面
の仕上がり品質を改善することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する概念図である。

【図２】本発明の第１実施例の断面説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の断面説明図である。

【図４】課題を説明する概念図である。

【符号の説明】

１…レーザービーム ２…酸素ガス ２ａ…先行部 ２ｂ…後続部 ２ｃ…旋回ガス流 ３…レーザー
切断トーチ ３ａ…ノズル ４…切り口 ４ａ…先端部 10…トーチ本体 10ａ…外周壁 11…ノズル部材 11ａ…内周壁 11ｂ…ノズル孔 12…通路 13…整流部材 14…レンズ 20…トーチ本体 20ａ…内周壁 21…内筒 21ａ…外周壁 21ｂ…内周壁 22…アウター
アシストガス通路 23…内筒 23ａ…外周壁 24…インナーアシストガス通路 25…インナー
ノズル部材 25ａ…外周面 25ｂ…インナ
ーノズル孔 26…整流部材 27…アウター
ノズル部材 27ａ…内周面 27ｂ…アウタ
ーノズル孔 28…整流部材 29…通路 Ｗ…被切断材 Ａ、Ｂ…トー
チ ｆ、ｆ１、ｆ２…旋回ガス流

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被切断材に対してレーザービームを照射
   すると共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴
   射して被切断材を切断するレーザー切断方法に於いて、
   前記アシストガスを旋回させて噴射させることを特徴と
   するレーザー切断方法。
2. 【請求項２】 被切断材に対してレーザービームを照射
   すると共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴
   射して被切断材を切断するレーザー切断方法に於いて、
   レーザービームに沿ってインナーアシストガスを噴射さ
   せると共に、該インナーアシストガスに沿ってアウター
   アシストガスを噴射させ、前記インナーアシストガス及
   び又は前記アウターアシストガスを旋回させて噴射させ
   ることを特徴とするレーザー切断方法。
3. 【請求項３】 被切断材に対してレーザービームを照射
   すると共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴
   射して被切断材を切断するレーザー切断トーチに於い
   て、前記アシストガスを流通させる通路と該通路に接続
   されると共に前記レーザービームに沿って前記アシスト
   ガスを旋回させながら噴射する整流部材を備えてなるこ
   とを特徴とするレーザー切断トーチ。
4. 【請求項４】 被切断材に対してレーザービームを照射
   すると共に該レーザービームに沿ってアシストガスを噴
   射して被切断材を切断するレーザー切断トーチに於い
   て、インナーアシストガスを流通させるインナーアシス
   トガス通路とアウターアシストガスを流通させるアウタ
   ーアシストガス通路とを有し、前記インナーアシストガ
   ス及び又はアウターアシストガスを旋回させながら噴射
   する整流部材を備えてなることを特徴とするレーザー切
   断トーチ。
5. 【請求項５】 インナーアシストガス通路とアウターア
   シストガス通路とを互いに独立して形成したことを特徴
   とする請求項４記載のレーザー切断トーチ。