JPH10249572A

JPH10249572A - レーザ切断加工方法及び装置並びにレーザノズル

Info

Publication number: JPH10249572A
Application number: JP9109411A
Authority: JP
Inventors: Takeji Arai; 武二新井
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-09-22
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JP4049844B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より厚いワークのレーザ切断が可能なレーザ
切断加工方法及び装置並びにレーザノズルを提供するこ
と。【解決手段】レーザ発振器１から発振されたレーザビ
ームＬＢを小径のストレート部２５に導入し多重反射さ
せてレーザビームのビーム強度の均一化を図り、このビ
ーム強度を平均化したレーザビームの径を僅かに拡大し
てワークＷ表面に照射し、このレーザビームの照射面の
中心部に酸化促進ガスジュットの中心部の流速を音速程
度に保持して噴射し、ワークの酸化反応による熱によっ
てワークを溶融し、その溶融部分を前記ガスジェットに
より除去するレーザ切断加工方法及び装置である。レー
ザノズルは、テーパー状の開口部２３と、レーザビーム
ＬＢの多重反射を行う小径のストレート部２５と、上記
ストレート部２５の径よりはノズル照射口２７が大径に
なるようにノズル照射口側が次第に大径になる照射口側
テーパ部２９とを備えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ切断加工方
法及び装置並びに同加工方法に使用するレーザノズルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ切断加工方法として、レーザビー
ムを集光レンズによって集光してワークへ照射し、かつ
アシストガスとして酸素または空気を使用し、ワークと
酸素との酸化反応による熱を利用してワークを溶融し、
溶融した金属をアシストガスによって吹き飛ばすことに
よるレーザ切断が行われている。

【０００３】そして、従来は、ワークが薄板や厚板によ
って焦点距離の異なる集光レンズを使用し、また集光レ
ンズの焦点位置を、ワーク表面、ワーク表面の上方位置
およびワーク表面の下方位置等に位置調節してレーザ切
断を行っている。さらに、ビームモードとしてはシング
ルモードのレーザビームを推奨し、かつ加工条件によっ
てはパルスレーザ等が使用されている。

【０００４】ところで、シングルモードの場合にはレー
ザ発振器からの距離等に拘りなく常にシングルモードを
維持するので扱い易い反面、大出力になると、光軸付近
の強度が高くなり集光レンズや反射鏡に熱変形や損傷を
与えることがある。

【０００５】そこで、レーザビームのシングルモードや
マルチモードに拘りなく、レーザビームを小径の円筒状
の内面鏡内に導き多重反射させてレーザ切断加工等を行
う技術が開発されている。この技術に関する先行例とし
て、例えば特開平４−１３４９３号公報（先行例１）が
ある。また類似の先行例として特開平３−２３０８８６
号公報（先行例２）がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記先行例１の構成
は、レーザ発振器において発振された大径（１６ｍｍ）
のレーザビームを集光レンズによって集光し、例えば入
口直径が０．４ｍｍで長さが１５．０８ｍｍの円形の直
管又は適宜形状のテーパ状の内面鏡内に導入し、この内
面鏡内において多重反射させた後、ワークに直接照射し
てレーザ切断加工を行う構成である。

【０００７】上記構成においては、一般的なレーザ加工
機におけるノズル径（１．５φ〜３．０φ程度）に比較
して内面鏡の内径が小さくかつ長いので、内面鏡から高
圧のアシストガスを噴射しようとすると、集光レンズ等
を備えた加工ヘッド内の内圧が高くなり、場合によって
は保持部を含む集光レンズ等の光学要素に歪みを与え、
焦点位置がずれて内面鏡内へレーザビームを良好に導入
できなくなることがあり、より厚いワークのレーザ切断
を行う上において問題がある。

【０００８】また、先行例１においては、カライドスコ
ープを用いることによって、中心部にエネルギーが飛躍
的に集中するような形態（中心ピークが極めて細い形
態）のエネルギー分布を呈するレーザビームに変換する
ものである。したがって、レーザビームの軸心部のエネ
ルギー密度が極めて高くなるものの全体として中心ピー
クが極めて細い針状を呈することとなり、エネルギーボ
リュームは小さなものである。よって、小径の孔加工に
は有効であるものの、厚板の切断を能率良く行う上にお
いては問題がある。

【０００９】前記先行例２の構成は、入口が大きく出口
の径を穿孔しようとする微細孔の孔径と略同径の小径に
形成したテーパ状の集光コーン内にレーザビームを導入
し、レーザビームを次第に集束し、出口からプリント基
板にレーザビームを照射して出口とほぼ同径の穿孔加工
を行おうとするものである。

【００１０】上記先行例２の構成においては、集光コー
ンの出口へレーザビームを単に集光しようとする構成で
あるから、充分な多重反射が行われ得ないものであり、
レーザ強度の平均化を図る上において問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述のごとき従
来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明
は、切断すべきワークの表面にレーザビームを小径のス
ポットとして照射して照射面を発火点温度に保持し、上
記スポットの径よりも小径に集束した態様のアシストガ
スを前記照射面の中央部に亜音速以上のガスジェットと
して噴射し、このガスジェット中の酸素と加熱されたワ
ークとの酸化反応熱によってワークを溶融し、この溶融
した部分を前記ガスジェットによって除去して切断溝を
形成するレーザ切断加工方法である。

【００１２】請求項２に係る発明は、レーザ発振器から
発振されたレーザビームを小径のストレート部に導入し
光軸の周囲部分を多重反射させてレーザビームの光軸の
周囲部分のビーム強度の均一化を図り、このビーム強度
を平均化したレーザビームの径を所望の径に僅かに拡大
しエネルギー分布が円柱形状を呈する態様のレーザビー
ムとしてワーク表面に照射し、このレーザビームの照射
面の中心部に酸化促進ガスジュットの流速を亜音速以上
に保持して噴射し、ワークの酸化反応による熱によって
ワークを溶融し、その溶融部分を前記ガスジェットによ
り除去するレーザ切断加工方法である。

【００１３】請求項３に係る発明は、レーザ発振器と、
レーザ発振器において発振されたレーザビームをノズル
に備えた小径のストレートの多重反射領域に導くビーム
ガイド部と、多重反射により光軸の周囲部分のビーム強
度を平均化しエネルギー分布が円柱形状を呈する態様の
レーザビームに変換して照射されたワークの照射面の中
心部にレーザビームと同軸方向から噴射される酸化促進
ガスジェットの供給部と、を備えてなるレーザ切断加工
装置である。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
発明において、ビームガイド部は、レーザ発振器から発
振された大径のレーザビームを多重反射領域に導くため
のテーパ形状に形成してあるレーザ切断加工装置であ
る。

【００１５】請求項５に係る発明は、請求項３に記載の
発明において、ビームガイドは、集光レンズまたは凹面
鏡よりなるレーザ切断加工装置である。

【００１６】請求項６に係る発明は、レーザ発振器と、
レーザ発振器において発振されたレーザビームの光軸の
周囲部分を多重反射するための小径のストレートの多重
反射孔を備えたノズルと、上記ノズルから噴射される酸
化促進用のガスジェットの供給部とを備えてなるレーザ
切断加工装置において、前記多重反射孔から噴射される
ガスジェットをほぼ平行状の噴流に保持し、かつ前記多
重反射孔を経たレーザビームの径を上記ガスジェットの
噴流の径よりも大径になるように拡大しかつエネルギー
分布が円柱形状を呈する態様のレーザビームに変換する
ために、ノズルの噴出口の内面をテーパ形状の反射面に
形成してなるレーザ切断加工装置である。

【００１７】請求項７に係る発明は、レーザビームの多
重反射を行う小径のストレート部と、上記ストレート部
の径よりはノズル照射口が大径になるようにノズル照射
口側が次第に大径になる照射口側テーパ部とを備えてな
るレーザノズルである。

【００１８】請求項８に係る発明は、請求項７に記載の
発明において、小径のストレート部のレーザ光の入口側
にテーパー状の開口部を形成してなるレーザノズルであ
る。

【００１９】請求項９に係る発明は、請求項７又は８に
記載の発明において、レーザノズルはラバルノズルであ
ることを特徴とするレーザノズルである。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１を参照するに、本例に係るレ
ーザ切断加工装置は、レーザビームＬＢを発振するレー
ザ発振器１と、上記レーザビームＬＢをレーザ加工ヘッ
ド３方向へ反射するベンドミラー５を備えている。

【００２１】前記レーザ加工ヘッド３は、レーザビーム
ＬＢを囲繞した保護管７の先端部に適宜に接続してあ
る。このレーザ加工ヘッド３はヘッド本体９を備えてお
り、このヘッド本体９の上側に螺着したスリーブ１１に
前記保護管７の端部が適宜に係合してある。

【００２２】前記ヘッド本体９の下部にはノズルホルダ
１３が着脱可能に螺着してあり、このノズルホルダ１３
の下部にはレーザノズル１５が着脱可能に螺着固定して
ある。

【００２３】さらに、前記ノズル本体９には、例えば酸
素ガス或は空気等のアシストガス流入口１７が形成して
あり、このアシストガス流入口１７には、前記レーザノ
ズル１５からアシストガスをガスジェットとして噴射す
るためのガス供給部１９が接続してある。このガス供給
部１９は、例えば高圧タンク或はコンプレッサよりなる
ものである。

【００２４】上記ガス供給部１９から供給された高圧の
アシストガスが前記保護管７側へ流出するのを防止する
ために、レーザビームＬＢを透過自在のオプチカルフラ
ット２１がノズル本体９内に設けてある。

【００２５】前記レーザノズル１５は、レーザビームＬ
Ｂを集光する機能を有するテーパー状の開口部２３を備
えると共に、このテーパー状の部分に連続してレーザビ
ームＬＢの光軸の周囲部分の多重反射を行う多重反射孔
として小径のストレート部２５が適宜長さに亘って設け
てある。そして、このストレート部２５の下部には、ワ
ークＷへのレーザビームの照射径が多重反射孔の径より
大径の所望径になるように、下端部のノズル照射口２７
の径がストレート部２５の径より僅かに大径になるよう
に、下端部側が次第に大径になるテーパ形状の噴射口と
して照射口側テーパー部２９が形成してある。

【００２６】すなわちレーザノズル１５は、管の途中に
スロート（ストレート部２５）をもつ中細ノズルであ
り、ダイバージェット又は広い意味でのラバルノズルと
称されるものであって、アシストガスを亜音速から超音
速に加速する機能を有するノズルである。

【００２７】前記ノズルホルダ１３の内面は、レーザ発
振器１から発振され、ベンドミラー５によって屈曲され
た大径のレーザビームＬＢを前記ストレート部２５へ指
向集束せしめるようにテーパー状の反射面３１に形成し
てある。

【００２８】また、前記ノズルホルダ１３の反射面３１
およびレーザノズル１５におけるテーパー状の開口部２
３，ストレート部２５および照射口側テーパー部２９の
内面はそれぞれレーザビームＬＢを高反射するように仕
上面精度を上げるか、例えば金メッキなどのごとく高反
射材料のメッキを施すことが望ましい。

【００２９】ここで、前記照射口側テーパ部（噴射口）
２９は、前記ストレート部（多重反射孔）２５から噴射
されるガスジェットをほぼ平行状に集束した態様の噴流
に保持し、かつ前記ストレート部２５を経たレーザビー
ムの径を上記ガスジェットの噴流の有効径（溶融金属を
吹き飛すに充分な運動エネルギーを保有する流速の範
囲）よりも大径になるように拡大する機能を有するもの
であって、テーパ形状に形成してある。

【００３０】すなわち、ストレート部２５を経たレーザ
ビームは回折によって自然に広がる傾向にあるが、前記
噴射口２９は、回折により広がる場合よりもレーザビー
ムの径をより大きく拡大するために、この噴射口２９内
においてレーザビームが数回の反射を行う長さに設けて
あり、かつ広がり角は所望の角度に設けてある。

【００３１】以上のごとき構成において、レーザ発振器
１から発振されたレーザビームＬＢをベンドミラー５に
よってレーザ加工ヘッド３側へ反射すると、レーザビー
ムＬＢは保護管７内を通過すると共にオプチカルフラッ
ト２１を透過し、レーザ発振器１から発振されたままの
大径の状態でノズルホルダ１３におけるビームガイド部
としてのテーパー状の反射面３１に照射される。

【００３２】上記反射面３１に照射されたレーザビーム
ＬＢはレーザノズル１５におけるビームガイド部として
のテーパー状の開口部２３側へ反射され、この開口部２
３において適数回反射を繰り返して小径のストレート部
２５に導入される。小径のストレート部２５に導入され
たレーザビームＬＢは当該ストレート部２５において多
重反射され光軸の周囲部分のビーム強度が平均化（均一
化）される。

【００３３】そして、上記ストレート部２５において多
重反射して光軸の周囲部分のビーム強度が均一化された
レーザビームは照射孔側テーパ部２９においてさらに多
重反射を繰り返しつつ次第に大径になり、前記ストレー
ト部２５の径より大径の所望の径でもってワークＷの表
面に照射される。

【００３４】ところで、前記レーザ発振器１から発振さ
れたレーザビームＬＢは、図２に模式図のように示すよ
うに、テーパー状の開口部２３において複数回反射され
て集光しストレート部２５へ導入され、この小径のスト
レート部２５において多重反射される。そして、照射孔
側テーパ部２９において更に複数回反射され、ストレー
ト部２５の径よりも大径に拡大されたスポットＳＰとし
てワークＷの上面に照射される。

【００３５】この際、前記ストレート部２５の径に相当
する部分のレーザビームＬＢは多重反射されることなく
レーザノズル１５を通過してワークＷの上面に照射され
る。そして、前記開口部２３において反射された光軸の
周囲部分が小径のストレート部２５において多重反射さ
れビーム強度が平均化された後、照射側テーパ部２９に
よって小径のストレート部２５より僅かに大径のスポッ
トＳＰに拡大される。このスポットＳＰの部分のエネル
ギー分布は、前記照射側テーパ部２９の角度にもよる
が、ほぼ平均化された状態にあるので全体的にエネルギ
ー密度がほぼ等しい円柱形状Ｅ１を呈する。このエネル
ギー分布は、レーザビームをアクリルに照射したときの
バーンパターンによって観察すると、図２の模式図に示
すようにエネルギーボリュームの大きな円柱形状Ｅ１を
呈することにより確認できる。なお、多重反射されるこ
となくレーザノズル１５を通過した部分は、干渉を受け
ることによりエネルギー密度は、レーザ発振器１から発
振されたときの軸心部のエネルギー密度よりも大きくな
るが、エネルギーボリュームの小さな針状あるいはヒゲ
状Ｅ２を呈する。

【００３６】上述のごときエネルギー分布を呈する態様
に変換されたレーザビームをワークＷに照射すると、エ
ネルギー分布が円柱形状の部分Ｅ１はワークＷを溶融し
蒸発させる程度にはエネルギー密度が大きくないので、
ワークＷの照射面は溶融直前の発火点程度に加熱された
状態となる。なお、レーザビームにおけるエネルギー密
度がヒゲ状の部分Ｅ２はエネルギー密度は大きいものの
エネルギーボリュームが小さいので、このヒゲ状の部分
Ｅ２がワークＷに照射されても、切断に関与する全体の
エネルギー量が小さいので、ワークＷが直ちに溶融切断
可能になるものではない。

【００３７】上述のごとくエネルギー密度の分布が円柱
状を呈する態様に変換したレーザビームをワークＷの表
面に照射すると同時に、ガス供給部１９から高圧の酸素
ガスまたは空気のアシストガスを流入口１７からヘッド
本体９内に供給すると、アシストガスは室９Ｃ内におい
て高圧（５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ²）となり、レーザノズ
ル１５におけるストレート部２５において亜音速にな
り、ノズル照射口２５からは超音速（マッハ１以上）で
前記照射面の中央部に噴射される。

【００３８】上記ストレート部（多重反射孔）２５から
噴射されるアシストガスのガスジェットＧは前記多重反
射孔２５の径より僅かに大径になるものの、ほぼ平行状
に集束した態様でかつワークＷの表面へ照射されたレー
ザビームのスポット（照射面）ＳＰの径より小径の噴流
に保持されて、上記スポットＳＰの中央部に噴射され
る。なお、このガスジェットＧの広がり具合はシュリー
レン法と称する流れの可視化の方法などによって確認で
きる。

【００３９】ところで、前記照射孔側テーパ部２９が存
在せずにストレート部２５がレーザノズル１５から直接
開口された構成（前記先行例１のごとき構成）において
はレーザビームの広がりは回折による自然の広がりであ
ってより大径にすることができず、またガスジェットは
平行状に保持され難く大きく広がる傾向にあり、ワーク
表面でのレーザビームの照射面よりもガスジェット径の
方が大きくなるので、望ましいものではない。

【００４０】前記ワークＷのレーザ照射面（スポット）
は、レーザビームの照射によって全面的に溶融直前の発
火点温度に達しており、この中央部に酸素ガスまたは空
気のアシストガスがガスジェットとして噴射されるの
で、酸素によりワークＷの酸化反応が促進される。この
酸化反応熱によってワークＷが溶融し、この溶融した部
分がアシストガスのジェット流によって除去されて、ワ
ークＷのレーザ切断が行われることとなる。

【００４１】この際、発火点温度に達しているスポット
の中央部に上記スポットの径より小径のガスジェットを
噴射するものであるから、酸化反応を効果的に促進で
き、この酸化反応熱によってワークＷを溶融し超音速の
ガスジェット全体によって溶融金属を除去できる。した
がって、ガスジェット中の酸素との酸化反応熱によって
次々に溶融すると同時に溶融部分全体を次々に効果的に
飛散除去できるものであり、換言すれば、酸化反応熱の
伝播速度とガスジェットの速度とが均衡し、上記酸化反
応熱が周囲に大きく拡散する前に溶融金属を除去するこ
ととなり酸化反応熱による熱影響範囲を小さく抑制する
ことができる。

【００４２】また、ガスジェットはほぼ平行状に集束し
た態様に保持されるので、レーザノズル１５とワークＷ
との間隔を比較的大きくすることが可能であると共に、
ガスジェットの有効到達距離が長くなり、より厚いワー
クの切断を行うことができることになる。

【００４３】本例によれば、集光レンズを有しないので
従来に比較して構成が簡単になると共に、テーパー状の
ビームガイド部でもってレーザビームＬＢをストレート
部２５に導く構成であるから、室９Ｃを高圧にすること
によって、またオプチカルフラット２１が例えば熱変形
することによってオプチカルフラット２１に歪みが生じ
た場合であっても、ストレート部２５へレーザビームを
確実に導くことができる。

【００４４】また、前記構成により室９Ｃ内を高圧にす
ることができ、レーザノズル１５からアシストガスをマ
ッハ１以上の超音速で噴射することが可能となり、より
厚いワークの切断を行うことができる。

【００４５】ところで、本発明は、前記例に限るもので
はなく、適宜の変更を行うことによってはその他の態様
でも実施可能である。例えばベンドミラー５とオプチカ
ルフラット２１との間に焦点距離の長い集光レンズを配
置して、レーザビームＬＢをレーザノズル１５における
テーパー状の開口部２３へ照射するようにレーザビーム
ＬＢを僅かに集束する構成とすることも可能である。ま
た、ベンドミラー５を凹面鏡にして上述したようにレー
ザビームＬＢを集束してテーパー状の開口部２３へ照射
する構成とすることも可能である。

【００４６】さらに、オプチカルフラット２１に代えて
当該部分に適宜焦点距離の集光レンズを採用してテーパ
ー状の開口部２３へ照射することも可能である。

【００４７】上述の場合、テーパー状の開口部２３の適
宜位置に焦点が合う構成とすることができ、一旦集光さ
れて広がりかけたレーザビームを反射させながらストレ
ート部２５に導入することになり、開口部２３の径を前
記例示の場合よりも小径とすることが可能であり、レー
ザ加工ヘッドの全体的構成の小型化を図ることができ
る。

【００４８】要するに、集光レンズや凹面鏡を用いる場
合であっても、多重反射を行う小径のストレート部２５
へのレーザビームの導入はテーパー状の開口部２３によ
って行う構成とすることにより、例えば集光レンズやオ
プチカルフラット等に多少の歪みを生じても何等問題に
することなくストレート部２５へレーザビームＬＢを確
実に導入することができるものである。

【００４９】

【発明の効果】以上のごとき説明より理解されるよう
に、要するに請求項１に係る発明は、切断すべきワーク
の表面にレーザビームを小径のスポットとして照射して
照射面を発火点温度に保持し、上記スポットの径よりも
小径に集束した態様のアシストガスを前記照射面の中央
部に亜音速以上のガスジェットとして噴射し、このガス
ジェット中の酸素と加熱されたワークとの酸化反応熱に
よってワークを溶融し、この溶融した部分を前記ガスジ
ェットによって除去して切断溝を形成するレーザ切断加
工方法であるから、酸化反応を効果的に促進でき、酸化
反応熱によって溶融した部分の飛散除去にガスジェット
全体を有効に利用できる。

【００５０】したがって、酸化反応熱の影響範囲を小さ
く抑制してのレーザ切断を行うこができると共に、より
厚いワークのレーザ切断を行うことができるものであ
る。

【００５１】請求項２に係る発明は、レーザ発振器から
発振されたレーザビームを小径のストレート部に導入し
光軸の周囲部分を多重反射させてレーザビームの光軸の
周囲部分のビーム強度の均一化を図り、このビーム強度
を平均化したレーザビームの径を所望の径に僅かに拡大
しエネルギー分布が円柱状を呈する態様のレーザビーム
としてワーク表面に照射し、このレーザビームの照射面
の中心部に酸化促進ガスジュットの中心部の流速を亜音
速以上に保持して噴射し、ワークの酸化反応による熱に
よってワークを溶融し、その溶融部分を前記ガスジェッ
トにより除去するレーザ切断加工方法であるから、請求
項１に係る発明と同様の効果を奏し得るものである。

【００５２】すなわち、レーザビームの光軸の周囲部分
のビーム強度を均一化しエネルギー分布を円柱状となし
てワークへ照射した部分の中心部へ亜音速以上のガスジ
ェットを噴射して酸化反応を促進し、かつマッハ１〜２
程度のジェットガスによって溶融金属が吹き飛ばされる
ので、効率のよいレーザ切断を行うことができ、より厚
い板の切断ができるものである。

【００５３】請求項３に係る発明は、レーザ発振器と、
レーザ発振器において発振されたレーザビームをノズル
に備えた小径のストレートの多重反射領域に導くビーム
ガイド部と、多重反射により光軸の周囲部分のビーム強
度を平均化しエネルギー分布が円柱状を呈する態様のレ
ーザビームに変換して照射したワークの照射面の中心部
にレーザビームと同軸方向から噴射される酸化促進ガス
ジェットの供給部と、を備えてなるものであるから、小
径のストレートの多重反射領域へのレーザビームの導入
が確実容易であると共に、ガス流を超音速にすることが
でき、より厚いワークの切断が可能である。

【００５４】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
発明において、ビームガイド部は、レーザ発振器から発
振された大径のレーザビームを多重反射領域に導くため
のテーパ形状に形成してあるから、仮にオプチカルフラ
ット等の光学要素に歪み等を生じた場合であっても、小
径のストレート部である多重反射領域へのレーザビーム
の導入を確実に行うことができるものである。

【００５５】請求項５に係る発明は、請求項３に記載の
発明において、ビームガイドは、集光レンズ又は凹面鏡
よりなるものであるから、小径のストレート部の前側に
形成するテーパー状の開口部をより小径にすることがで
き加工ヘッド全体としての小径化を図ることができる。

【００５６】請求項６に係る発明は、レーザ発振器と、
レーザ発振器において発振されたレーザビームの光軸の
周囲部分を多重反射するための小径のストレートの多重
反射孔を備えたノズルと、上記ノズルから噴射される酸
化促進用のガスジェットの供給部とを備えてなるレーザ
切断加工装置において、前記多重反射孔から噴射される
ガスジェットをほぼ平行状の噴流に保持し、かつ前記多
重反射孔を経たレーザビームの径を上記ガスジェットの
噴流の径よりも大径になるように拡大しかつエネルギー
分布が円柱形状を呈する態様のレーザビームに変換する
ために、ノズルの噴出口の内面をテーパ形状の反射面に
形成してなるものであるから、ガスジェットは、レーザ
ビームの照射によって発火点温度に達しているスポット
の中央部に当該スポット径より小径の噴流として噴射さ
れるものであり、ワークの酸化反応を効果的に促進する
ことができる。そして、酸化反応熱によって溶融した金
属の飛散除去にガスジェット全体が寄与することにな
り、溶融金属の除去を効果的に行うことができる。

【００５７】よって、酸化反応熱による熱影響部を小さ
く抑制してのレーザ切断加工が可能であると共に、より
厚いワークの切断を行うことができるものである。

【００５８】請求項７に係る発明は、レーザビームの多
重反射を行う小径のストレート部と、上記ストレート部
の径よりはノズル照射口が大径になるようにノズル照射
口側が次第に大径になる照射口側テーパ部とを備えてな
るレーザノズルであるから、多重反射したレーザビーム
を拡大し、エネルギー分布が円柱状を呈する態様のレー
ザビームに変換できると共にガスジェットの広がりを抑
制できるものである。

【００５９】請求項８に係る発明は、請求項７に記載の
発明において、小径のストレート部のレーザ光の入口側
にテーパー状の開口部を形成してなるものであるから、
集光レンズがない場合であっても、レーザ発振器から発
振されたレーザビームを小径のストレート部に確実容易
に導くことができるものである。

【００６０】請求項９に係る発明は、請求項７又は８に
記載の発明において、レーザノズルはラバルノズルであ
るから、噴射するアシストガスの流速を超音速にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ切断加工装置の概念的な説
明図である。

【図２】レーザノズルにおけるレーザビームの反射およ
びエネルギー分布状態を模式図的に示した説明図であ
る。

【符号の説明】１レーザ発振器３レーザ加工ヘッド５ベンドミラー１３ノズルホルダ１５レーザノズル１９ガス供給部２１オプチカルフラット２３テーパ状の開口部２５小径のストレート部２７照射口２９照射口側テーパー部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切断すべきワークの表面にレーザビーム
を小径のスポットとして照射して照射面を発火点温度に
保持し、上記スポットの径よりも小径に集束した態様の
アシストガスを前記照射面の中央部に亜音速以上のガス
ジェットとして噴射し、このガスジェット中の酸素と加
熱されたワークとの酸化反応熱によってワークを溶融
し、この溶融した部分を前記ガスジェットによって除去
して切断溝を形成することを特徴とするレーザ切断加工
方法。
【請求項２】レーザ発振器から発振されたレーザビー
ムを小径のストレート部に導入し光軸の周囲部分を多重
反射させてレーザビームの光軸周囲部分のビーム強度の
均一化を図り、このビーム強度を平均化したレーザビー
ムの径を所望の径に僅かに拡大しエネルギー分布が円柱
形状を呈する態様のレーザビームとしてワーク表面に照
射し、このレーザビームの照射面の中心部に酸化促進ガ
スジュットの流速を亜音速以上に保持して噴射し、ワー
クの酸化反応による熱によってワークを溶融し、その溶
融部分を前記ガスジェットにより除去することを特徴と
するレーザ切断加工方法。
【請求項３】レーザ発振器と、レーザ発振器において
発振されたレーザビームをノズルに備えた小径のストレ
ートの多重反射領域に導くビームガイド部と、多重反射
により光軸の周囲部分のビーム強度を平均化しエネルギ
ー分布が円柱形状を呈する態様のレーザビームに変換し
て照射したワークの照射面の中心部にレーザビームと同
軸方向から噴射される酸化促進ガスジェットの供給部
と、を備えてなることを特徴とするレーザ切断加工装
置。
【請求項４】請求項３に記載の発明において、ビーム
ガイド部は、レーザ発振器から発振された大径のレーザ
ビームを多重反射領域に導くためのテーパ形状に形成し
てあることを特徴とするレーザ切断加工装置。
【請求項５】請求項３に記載の発明において、ビーム
ガイドは、集光レンズ又は凹面鏡よりなることを特徴と
するレーザ切断加工装置。
【請求項６】レーザ発振器と、レーザ発振器において
発振されたレーザビームの光軸の周囲部分を多重反射す
るための小径のストレートの多重反射孔を備えたノズル
と、上記ノズルから噴射される酸化促進用のガスジェッ
トの供給部とを備えてなるレーザ切断加工装置におい
て、前記多重反射孔から噴射されるガスジェットをほぼ
平行状の噴流に保持し、かつ前記多重反射孔を経たレー
ザビームの径を上記ガスジェットの噴流の径よりも大径
になるように拡大しかつエネルギー分布が円柱形状を呈
する態様のレーザビームに変換するために、ノズルの噴
出口の内面をテーパ形状の反射面に形成してなることを
特徴とするレーザ切断加工装置。
【請求項７】レーザビームの多重反射を行う小径のス
トレート部と、上記ストレート部の径よりはノズル照射
口が大径になるようにノズル照射口側が次第に大径にな
る照射口側テーパ部とを備えてなることを特徴とするレ
ーザノズル。
【請求項８】請求項７に記載の発明において、小径の
ストレート部のレーザ光の入口側にテーパー状の開口部
を形成してなることを特徴とするレーザノズル。
【請求項９】請求項７又は８に記載の発明において、
レーザノズルはラバルノズルであることを特徴とするレ
ーザノズル。