JPH1110382A - レーザ切断方法およびレーザ切断装置 - Google Patents

レーザ切断方法およびレーザ切断装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に高速切断においてセルフバーニング等に
よる切断面への悪影響を防止できるレーザ切断方法およ
びレーザ切断装置の開発が求められていた。 【解決手段】 被切断材２５に切断用のレーザビーム２
２を照射した切断点２６およびその近傍に、環状配置あ
るいは列設した複数のノズル口３０、３１からガス２
３、２４を噴射しつつ行うレーザ切断方法において、前
記ノズル口３０、３１の少なくとも一つから噴射するガ
ス２３、２４の酸素濃度を変化させて前記切断点２６か
ら数ｍｍ程度の範囲の酸素濃度分布を調整することによ
り、切断品質を向上するレーザ切断方法およびレーザ切
断装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ切断方法お
よびレーザ切断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、レーザパワーに比べて比
較的板厚の厚い軟鋼材を切断する時には、レーザが照射
される鋼材表面近傍では十分な切断エネルギーが確保さ
れるものの、前記表面よりも板厚方向奥側ではレーザエ
ネルギーが不足するケースが多い。この問題に鑑みて、
近年では、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように環
状２重のノズル口１ａ、１ｂを有する環状ノズル１や環
状３重のノズル口を有する環状ノズル（図示せず）、あ
るいは図９に示すような付加ノズル３を採用し、切断点
近傍に高純度酸素（純度９９．５％以上）を補給して板
厚方向奥側の酸素濃度を維持し、鉄と酸素の燃焼反応熱
によりレーザエネルギー不足を補うことが一般的になっ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記環状ノ
ズル１や付加ノズル２を利用したレーザ切断方法では、
環状ノズル１や付加ノズル２から供給する酸素流量のみ
を調整し、供給するガスの酸素濃度は調整しないため、
板厚や材質の変化によって最適な切断品質を作り出すこ
とが困難であり、わずかな条件変化により酸素による過
剰な燃焼熱が影響して切断面の品質低下を起こしやすい
といった問題があった。すなわち、特に軟鋼鋼板の切断
では、切断速度が高速（１．５ｍ／ｍｉｎ以上）になる
にしたがって、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、熱
伝導度や熱拡散率との関係で切断前縁よりむしろ後方の
既切断面部近傍に酸素と鉄の燃焼に十分な高温温度分布
域３（図１０（ａ）、（ｂ）中２点鎖線）が存在するよ
うになり、過剰な燃焼エネルギーが切断面に影響を与え
て切断品質に悪影響を与える。この結果、例えば図１１
に示すように、鋼板表面４近傍では正常な切断品質が得
られても、前記表面４よりも板厚方向奥側の切断面４ａ
ではエグレが生じることが多くなっていた。加えて、セ
ルフバーニングやドロスの付着や切断ノッチも発生しや
すく、切断品質の向上には限界があった。前記セルフバ
ーニングは高速切断時にレーザビームが連続出力に近付
くと発生頻度が上昇するため、例えば、レーザビームの
パルスを切断する等の対策が一般的であるが、今度は切
断速度が低下してしまうといった問題がある。
【０００４】また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、レーザビーム５と切断ガス６、６（高純度酸素）と
を同一ノズルから出すレーザ切断では、レーザビーム５
径よりも切断ガス６、６気流半径の方が大きく、必然的
にレーザビーム５の切断進行方向後方にも切断ガス６気
流が存在するため、例えばノズル径をビーム径に極力近
づけるようにしても、レーザビーム５の後ろ側に形成さ
れる高温温度分布域３では酸素によって燃焼エネルギー
が高まるため、問題を根本的に解決することは出来な
い。この場合、逆に、レーザビーム５の僅かな芯ずれ等
により切断品質が大きく左右されるためレーザビーム５
径にノズル径を対応させるためにノズルを頻繁に交換し
なければならないという不都合が生じてしまう。
【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、（ａ）複数のノズル口から噴射するガスの酸素濃
度をそれぞれ調整することにより、切断点から数ｍｍ程
度の範囲の酸素濃度分布を容易に調整することができ、
切断品質を向上することができる、（ｂ）切断点よりも
切断進行方向後ろ側の酸素濃度を低下させることによ
り、セルフバーニング等による切断面への悪影響を防ぐ
ことができ、高い切断品質が得られる、（ｃ）（ａ）、
（ｂ）により高速切断においても高い切断品質が安定に
得られるレーザ切断方法を提供することを目的とする。
また、（ｄ）酸素濃度調整機能を有するガス供給手段に
より該ガス供給手段別に酸素濃度を調整したガスをノズ
ル口から噴射するので、切断点から数ｍｍ程度の範囲の
酸素濃度分布を容易に調整することができ、これにより
高い切断品質が容易に得られる、（ｅ）質量流量制御装
置により、酸素濃度分布の調整が容易かつ正確になり、
切断品質を一層向上することができるレーザ切断装置を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、被切断材に切断用のレーザビームを照射した切断点
およびその近傍に、環状配置あるいは列設した複数のノ
ズル口からガスを噴射しつつ行うレーザ切断方法におい
て、前記ノズル口の少なくとも一つから噴射するガスの
酸素濃度を変化させて前記切断点から数ｍｍ程度の範囲
の酸素濃度分布を調整することを特徴とするレーザ切断
方法を前記課題の解決手段とした。前記複数のノズル口
とは、一つのノズルに複数形成したノズル口の他、複数
集合させた独立のノズル、複数の付加ノズルを具備した
ノズル、これらを複合した形態のノズルを含む。また、
各ノズル口はレーザビーム光軸に平行とは限らず、一部
のノズル口はレーザビームに対して傾斜した方向にガス
を噴射する構成とすることがより好ましく、これにより
効率良く目的の酸素濃度分布を形成することができる。
また、各ノズル口の傾斜は、一定では無く互いに異なる
ことがより好ましく、これにより、より効率良く目的の
酸素濃度分布を形成することができる。この切断方法に
より形成する酸素濃度分布は様々であり、切断条件に対
応して高い切断品質が得られる最適酸素濃度分布を形成
する。また、切断作業中に酸素濃度分布を調整すること
も含む。
【０００７】本切断方法により形成する酸素濃度分布
は、請求項２記載のように、少なくとも一つのノズル口
から酸素濃度の高い高濃度ガスを噴射し、別のノズル口
から前記高濃度ガスよりも酸素濃度の低い低濃度ガスを
噴射することにより前記切断点近傍に高い酸素濃度を確
保し、かつ前記切断点よりも切断進行方向後ろ側の酸素
濃度を低下させることがより好ましい。これにより、切
断点近傍ではレーザ切断に適した高い酸素濃度（９９．
５％以上）が確保され、切断点の後ろ側では酸素や鉄等
が燃焼しない程度の酸素濃度が与えられてセルフバーニ
ングやドロスの発生が防止される。また、切断点からガ
ス気流の下流側でも酸素濃度を低下させてセルフバーニ
ング等の不都合を防止することが好ましい。但し、この
場合では、切断性を確保できる程度の酸素濃度を維持す
ることがより好ましい。
【０００８】請求項３記載の発明では、環状配置あるい
は列設した複数のノズル口と、これらノズル口にガスを
供給しかつ該酸素濃度を調整する機能を有するガス供給
手段とを備え、各ノズル口から噴射するガスの酸素濃度
が前記ガス供給手段個別に調整可能になっていることを
特徴とするレーザ切断装置を前記課題の解決手段とし
た。本発明では、各ノズル口から供給するガスの酸素濃
度をガス供給手段個別に調整するため、請求項１、２記
載のレーザ切断方法での酸素濃度分布を容易に得ること
ができる。また、請求項４記載のように、前記ガス供給
手段に酸素の質量流量を制御する質量流量制御装置を具
備した構成を採用すると、酸素濃度を質量流量を以て制
御するので、目的の酸素濃度分布を確実に得ることがで
き、切断品質を一層向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を、図１
から図７を参照して説明する。図１は本発明のレーザ切
断装置１０の１実施形態を示す。図１において、前記レ
ーザ切断装置１０は、レーザ発振器１０ａと、ノズル１
１と、該ノズル１１にガスを供給するガス供給手段１２
ａ，１２ｂ（ガス供給装置）とを備えている。ノズル１
１は複数のノズル口１１ａ、１１ｂを有し、各ノズル口
１１ａ、１１ｂからはいずれかの前記ガス供給手段１２
ａ，１２ｂ（ガス供給装置）から供給されたガスを噴射
するようになっている。すなわち、ノズル１１は、ガス
供給手段１２ａから供給されたガスを噴射するノズル口
１１ａと、別のガス供給手段１２ｂから供給されたガス
を噴射するノズル口１１ｂとを個別に備えている。
【００１０】ガス供給装置１２ａは、酸素供給源１３か
ら供給した純度９９．５％以上の高純度酸素と、ガス供
給源１４から供給した酸素以外のガスとを混合器１５に
て混合し、目的酸素濃度の混合ガスをノズル口１１ａに
供給するようになっている。酸素供給源１３から供給し
た酸素は純度計１６および質量流量制御装置１７（ＭＦ
Ｃ：マスフローコントローラ）を介して混合器１５に流
入する。前記純度計１６および質量流量制御装置１７の
計測信号は純度コントローラ１８に伝送され、該純度コ
ントローラ１８にて混合器１５に流入する酸素の質量流
量が正確に算出される。ここで、質量流量制御装置１７
は酸素の質量流量計として機能し、混合器１５への酸素
の質量流量を監視する。前記純度コントローラ１８は、
ガス供給源１４から混合器１５へのガス流路の途中に介
在された質量流量制御装置１９と接続され、該質量流量
制御装置１９（ＭＦＣ：マスフローコントローラ）に駆
動信号を出力することにより混合器１５へのガス流量を
調整する。なお、ガス供給源１４から供給するガスとし
ては様々であり、不燃性ガスとしては窒素、アルゴン、
二酸化炭素、可燃性ガスとして圧縮空気、水素、メタン
等が採用される。但し、圧縮空気はオイルミスト等の不
純物を除去したものを使用する。
【００１１】前記純度コントローラ１８には、入力手段
２０、データテーブル２１を接続している。入力手段２
０は、切断する被切断材の材質、板厚、切断速度等の加
工条件を純度コントローラ１８に入力する。データテー
ブル２１には被切断材の材質、板厚、切断速度等の加工
条件に対応する最適酸素濃度情報を記憶しており、前記
入力手段２０からの入力情報に対応して前記純度コント
ローラ１８がデータテーブル２１から最適酸素濃度情報
を選び出し、その情報に基づいて質量流量制御装置１９
を制御して混合器１５からノズル１１の目的のノズル口
１１ａに供給する酸素濃度および混合ガス流量を調整す
る。ノズル１１の別のノズル口１１ｂに接続したガス供
給手段１２ｂもガス供給手段１２ａと同様の構成であ
り、目的酸素濃度、流量の混合ガスを混合器１５から供
給する。両ガス供給手段１２ａ，１２ｂは同一の純度コ
ントローラ１８と接続し、純度コントローラ１８は両ガ
ス供給手段１２ａ，１２ｂの供給する混合ガスの酸素濃
度および流量を相対的に制御する。データテーブル２１
には、両ガス供給手段１２ａ，１２ｂの供給する混合ガ
スの酸素濃度および流量の相対的な制御情報も記憶して
いる。
【００１２】なお、このレーザ切断装置では、３以上の
ノズル穴を有するノズルを採用することや、３以上のガ
ス供給手段を具備することも可能である。また、酸素供
給源１３からは不純物を除去した目的純度の酸素が供給
されることが一般的であるため、純度計１６は省略する
ことが普通である。この場合、酸素純度の調整は、切断
結果に基づいて、酸素供給源１３から供給する酸素純度
を調整することでなされる。
【００１３】次に、本発明のレーザ切断方法の実施形態
を説明する。まず、レーザ切断方法の第１実施形態を説
明する。図２は例えば図５に示したような環状２重のノ
ズル口を有するノズルを用いたレーザ切断を示す平面図
である。図２中符号２２はレーザビーム、２３は高純度
（純度９９．５％以上）、２４は混合ガス、２５は被切
断材（鋼板）を示す。本実施形態のレーザ切断方法で
は、径０．１〜０．５ｍｍのレーザビーム２２の周囲
に、径１．５ｍｍ程度の高純度酸素２３の気流を形成
し、さらに、該高純度酸素２３の外側に混合ガス２４の
気流を形成する。混合ガス２４は酸素に窒素等の別のガ
スを混合したガスであり、酸素濃度を高純度酸素２３よ
りも低くしている。なお、高純度酸素２３や混合ガス２
４は、例えば、図１に示すようなレーザ切断装置１０を
採用することにより容易に得られる。また、高純度酸素
２３は請求項２記載の高濃度ガス、混合ガス２４は低濃
度ガスに相当する。
【００１４】図３は被切断材２５表面のレーザビーム２
２が照射される切断点２６近傍の酸素濃度分布を示す正
断面図である。図３に示すように、レーザビーム２２は
水平配置した被切断材２５（鋼板）を垂直（上下）に貫
通し、高純度酸素２３は切断点２６までは所定の径を維
持し切断点２６より下方では切断により形成された切断
穴２７全体に拡がっている。混合ガス２８は、高純度酸
素２３と平行に噴射されて切断穴２７内に流入し、被切
断材２５表面より下方では拡散して高純度酸素２３の中
央部に到達している。切断穴２７下部では高純度酸素２
３と混合ガス２４とが混合して、両者の中間の酸素濃度
になっている中間酸素濃度領域２８が形成される。な
お、図３中符号２９はノズルであり、環状２重のノズル
口３０、３１を有する。高純度酸素２３は内側のノズル
口３０によって形成し、混合ガス２４は外側のノズル口
３１によって形成している。
【００１５】本実施形態のレーザ切断方法によれば、切
断点２６近傍では高純度酸素２３内にて所定の切断作業
がなされる。一方、図３中矢印のレーザビーム２２の移
動方向（切断進行方向）に対して後ろ側では、混合ガス
２４によって鉄や酸素の燃焼エネルギーが低下するた
め、セルフバーニングやドロスや切断ノッチの発生が抑
えられ、切断面（切断穴２７内面）に与える影響を防止
できる。すなわち、図２に示すように、高純度酸素２３
の切断進行方向後ろ側は酸素濃度が低い混合ガス２４に
覆われるため、切断面近傍での鉄や酸素の燃焼エネルギ
ーが大幅に低下し、過剰な燃焼エネルギーによる悪影響
から切断面を保護することができ、滑らかな切断面が得
られるのである。
【００１６】また、図３に示すように、切断穴２７下部
では、中間酸素濃度領域２８により切断に支障が無い程
度の酸素濃度が確保され、しかも、セルフバーニングや
ドロスや切断ノッチの発生を抑えることができるので、
これにより図１２に示すようにエグレ等の無い滑らかな
切断面が得られる。切断点２６の後方のセルフバーニン
グ等の不都合を解消すると、切断点２６に発生する溶融
物の排除性が向上し、切断点２６での切断品質そのもの
も向上する。また、連続パルスのレーザビーム２２を使
用して高速切断を行っても切断面に悪影響を与えないの
で、切断速度を向上することができ、しかも、この場合
においても高い切断品質が得られる。
【００１７】また、このレーザ切断方法では高純度酸素
２３や混合ガス２４の径を変更するだけでレーザビーム
２２径や被切断材２５の板厚等の切断条件に簡便に対応
でき、ノズルの交換によってレーザビーム径にノズル径
を対応させる必要が無くなるので、切断作業性が向上す
るといった効果も得られる。図１に示したようなレーザ
切断装置１０を採用すると、高純度酸素２３や混合ガス
２４の質量流量の調整によりこれらの気流径の変更が容
易になるため、切断作業性を容易に向上することができ
る。なお、このレーザ切断方法では、レーザ切断装置１
０以外、所定の酸素濃度に調製したガスを図３のノズル
２９の各ノズル口３０、３１に直接供給する構成のレー
ザ切断装置等も採用可能である。
【００１８】図４および図５は、前述の本実施形態のレ
ーザ切断方法と従来技術のレーザ切断方法とを同一切断
条件下にて実施した時の切断面粗さＲｚ（μｍ）を比較
する図である。図４の切断条件は、レーザ出力６ｋＷ、
連続パルス、被切断材（鋼板：軟鋼黒皮材）の板厚１２
ｍｍである。また、本実施形態に係るレーザ切断方法
（図３参照）では、内側ノズル口３０から純度９９．８
％の酸素を供給し、外側ノズル口３１から酸素濃度８
４．０％の混合ガスを供給している。従来技術に係るレ
ーザ切断方法では、内側、外側の両ノズル口から純度９
９．８％の酸素を供給している。図５の切断条件は、被
切断材（鋼板：軟鋼黒皮材）が板厚２２ｍｍである他
は、図４と同様である。図４および図５に示すように、
いずれの板厚においても、切断面粗さＲｚは、本実施形
態に係るレーザ切断方法が従来技術のレーザ切断方法よ
りも改善されていることが判る。図４に示すように、板
厚１２ｍｍの切断では、切断上面（被切断材表面）から
被切断材板厚方向３ｍｍ地点近傍の切断面粗さＲｚが特
に顕著に改善される。また、図５に示すように、板厚２
２ｍｍの切断では、切断面全体にわたって切断面粗さＲ
ｚの改善効果が一層顕著になる。
【００１９】したがって、このレーザ切断方法は切断穴
内に最適酸素濃度分布を形成することにより切断品質を
向上するものであり、単一酸素濃度のガスをノズルから
供給する従来技術では得られない優れた効果が得られ
る。また、高い切断品質を安定に得るためには、図２お
よび図３に示した高純度酸素２３や混合ガス２４を切断
条件に対応して適宜変更する必要がある。本出願人の検
証では、例えば軟鋼材の切断の場合、図３に示したノズ
ル２９の内側ノズル口３０から供給する高純度酸素２３
の酸素濃度は９９．５％以上が好ましいことが判明し
た。
【００２０】また、純度９９．５％以上の高純度酸素
と、酸素と窒素とを混合してなる混合ガスと、連続パル
ス、出力６ｋＷのレーザビームとを用いて板厚９ｍｍの
軟鋼材切断する時には、前記混合ガスの酸素濃度が７０
％以下であることが好ましい。この場合、例えば、混合
ガスの酸素濃度が０％であっても過剰な燃焼エネルギー
が切断面に与える影響を抑えることができ、従来技術の
レーザ切断方法に比べて高い切断品質が得られる。但
し、混合ガス２４の酸素濃度が低すぎるとドロスの付着
が増加するため、良好な切断品質を得るためには７０％
近傍の酸素濃度であることが好ましい。例えば、前記条
件下にて板厚１６〜２０ｍｍの軟鋼材を切断する時で
は、高純度酸素２３の酸素濃度（純度）は同じであって
も、実用的な混合ガスの酸素濃度は約５０％が下限とな
り、これより低い酸素濃度ではドロスの付着等が顕著に
なり、切断品質が低下して実用には適さない。なお、こ
の時、混合ガスの酸素濃度の上限は９０％程度であり、
これより濃度が高くなると効果が得られない。また、板
厚２５ｍｍの場合では、実用的な混合ガスの酸素濃度の
下限は９０％となる。
【００２１】本実施形態のレーザ切断方法では様々な構
成のノズルが採用可能である。図２および図３に示した
高純度酸素２３や混合ガス２４を得るためには、付加ノ
ズル等の採用も可能である。付加ノズルの場合、複数の
付加ノズルを使用することも可能である。
【００２２】図６はノズル形状の一例を示す下面図であ
る。図６に示したノズル３２では、中央ノズル口３３の
周囲に３つの外側ノズル口３４を環状配置している。中
央ノズル口３３からは高純度酸素を噴射し、各外側ノズ
ル口３４からは酸素濃度の低い混合ガスを噴射する。こ
のノズル３２では、例えば、一つの外側ノズル口３４を
切断進行方向前側に配置し、他の二つの外側ノズル口３
４、３４を後ろ側に配置することが好ましく、これによ
り、切断品質を効率良く向上することができる。すなわ
ち、図２および図３に示したように、本実施形態のレー
ザ切断方法では、切断点２６よりも切断進行方向側方か
ら後ろ側の酸素濃度を低下させることが特に重要であ
り、これら酸素濃度の低下を後ろ側に配置した二つの外
側ノズル口３４、３４から供給する混合ガスにより実現
できる。このノズル３２では切断点２６よりも切断進行
方向側方および後ろ側の酸素濃度を確実に低下させるこ
とができ、切断品質を確実に高めることができる。しか
も、中央ノズル口３３から噴射した高純度高純度酸素の
外側全周を混合ガスにより覆う訳ではないので、混合ガ
スを節約することができ、レーザ切断作業の低コスト化
が可能になる。
【００２３】なお、形成する外側ノズル口３４の数は３
以外であっても良く、また、形状の異なる外側ノズル口
を中央ノズル口３３の周囲に配置しても良い。また、複
数配置した外側ノズルから互いに酸素濃度の異なるガス
を噴射することも可能であり、これにより切断点周囲の
酸素濃度分布を効率良く調整することができ、高い切断
品質が効率良く得られる。
【００２４】次に、本発明のレーザ切断方法の第２実施
形態を図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図７
（ａ）に示すように、本実施形態のレーザ切断方法で
は、純度９９．５％以上の二つの高純度酸素３５、３６
の気流と、酸素に窒素等の別のガスを混合した混合ガス
３７の気流とを、被切断材３８（鋼板）のレーザビーム
３９を照射した切断点３９ａ近傍にノズル４０から供給
しつつ切断を行う。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、
ノズル４０は、直列に配列した３つのノズル口４１、４
２、４３を有し、切断進行方向最前部と最後部のノズル
口４１、４３から高純度酸素３５、３６を噴射し、中央
のノズル口４２から混合ガス３７を噴射する。なお、高
純度酸素３５、３６は請求項２記載の高濃度ガス、混合
ガス３７は低濃度ガスに相当する。
【００２５】ノズル４０から噴射された高純度酸素３
５、３６および混合ガス３７はいずれも径１．５ｍｍ程
度の気流を形成している。切断進行方向前側の高純度酸
素３５の気流はレーザビーム３９の周囲を取り囲み、被
切断材３８板厚方向に切断穴４４を貫通する。混合ガス
３７は前記高純度酸素３５の後ろ側から斜めに傾斜して
被切断材３８板厚方向中央部あるいは下部（図７（ａ）
中下側）の切断穴４４内にて高純度酸素３５の気流に到
達する気流を形成する。後ろ側の高純度酸素３６の気流
は、混合ガス３７の後ろ側から斜めに傾斜して前記混合
ガス３７よりも下方にて前記高純度酸素３５の気流に到
達する気流を形成する。
【００２６】切断穴４４上部（切断点３９ａ近傍）では
高純度酸素３５内にて目的のレーザ切断が効率良くなさ
れ、切断点３９ａの後ろ側では混合ガス３７により鉄や
酸素の燃焼エネルギーが低下してセルフバーニングやド
ロスや切断ノッチの発生が防止される。切断点３９ａの
下側では高純度酸素３５と混合ガス３７とが混合して両
者の中間的な酸素濃度の中間酸素濃度領域４５が形成さ
れ、切断性を維持しつつセルフバーニング等の不都合の
発生が防止される。中間酸素濃度領域４５の下側では、
該中間酸素濃度領域４５の雰囲気にさらに高純度酸素３
６を混合した濃度安定領域４６が形成される。濃度安定
領域４６では、高純度酸素３５、３６および混合ガス３
７の拡散により周囲の空気が混合して中間酸素濃度領域
４５とほぼ同等の酸素濃度になっている。中間酸素濃度
領域４５の後ろ側では、高純度酸素３６により酸素濃度
が高まっているが、切断点３９ａから離間しているため
に低温であり鉄や酸素の燃焼エネルギーが低く、セルフ
バーニング等の不都合は発生しない。
【００２７】したがって、このレーザ切断方法によれ
ば、切断点３９ａ近傍に形成した酸素濃度分布により、
切断点３９ａでの切断性を維持しつつ、切断点３９ａの
周囲でのセルフバーニング等の不都合を防止するので、
切断品質を向上することができる。されに、高純度酸素
３７によって中間酸素濃度領域４５の下側に形成した濃
度安定領域４６によって、板厚が大きい場合であっても
被切断材３８の板厚全体に鉄や酸素の燃焼エネルギーを
確保できるので効率良く切断することができ、しかも、
高い切断品質が得られる。また、このレーザ切断方法で
は、高純度酸素３７の流量を調整すると、板厚方向での
燃焼エネルギー分布や濃度安定領域４６の範囲を簡便に
調整できる。したがって、例えば、レーザビームエネル
ギーが弱いときには、高純度酸素３７の質量流量を増大
することで濃度安定領域４６の燃焼エネルギーを増大す
ることで切断性を維持することができる。この時、切断
点３９ａや中間酸素濃度領域４５の酸素濃度に高純度酸
素３７が影響を与えないため、これら切断点３９ａや中
間酸素濃度領域４５での切断性はそのまま維持される。
これにより、燃焼エネルギー分布を容易に調整すること
ができ、切断品質を高めることができる。同様に、高純
度酸素３７の質量流量の増大により濃度安定領域４６を
拡げると、板厚の大きい被切断材３８を効率良く切断す
ることができる。
【００２８】なお、本発明は、前述の実施形態に限定さ
れず、例えばノズルの構成等は適宜変更可能であること
は言うまでも無い。また、本発明のレーザ切断方法で
は、環状２重ノズルを使用した時には、場合によって
は、内側のノズル口から低濃度ガスを噴射し、外側の高
濃度ガスを噴射することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ切
断方法によれば、複数のノズル口の少なくとも一つから
噴射するガスの酸素濃度を変化させて切断点から数ｍｍ
程度の範囲の酸素濃度分布を調整するので、切断点では
レーザ切断に適した酸素濃度、切断点の周囲ではセルフ
バーニング等の不都合を抑える酸素濃度を得ることによ
り、高い切断品質が得られるといった優れた効果を奏す
る。
【００３０】請求項２記載のレーザ切断方法によれば、
少なくとも一つのノズル口から酸素濃度の高い高濃度ガ
スを噴射し、別のノズル口から前記高濃度ガスよりも酸
素濃度の低い低濃度ガスを噴射することにより前記切断
点近傍に高い酸素濃度を確保し、かつ前記切断点よりも
切断進行方向後ろ側の酸素濃度を低下させるため、
（イ）切断点近傍では良好な切断条件の酸素濃度が確保
され、切断点からやや離間した周囲では酸素や鉄等が燃
焼しない程度の酸素濃度が与えられてセルフバーニング
やドロスの発生等の不都合が防止されるので高い切断品
質が得られる、（ロ）連続パルスのレーザビームにより
切断を行っても高い切断品質が得られ、しかも、切断速
度を向上できる、（ハ）高濃度ガスおよび低濃度ガスの
酸素純度や流量等を調整することにより、被切断材の板
厚等の各種切断条件に幅広く対応することができ、ノズ
ルの交換が不要になるので、切断作業性が向上する、
（ニ）（イ）により、切断点にて発生する溶融物の排除
性等が向上するので、切断点での切断品質そのものも向
上することができるといった優れた効果を奏する。
【００３１】請求項３記載のレーザ切断装置によれば、
環状配置あるいは列設した複数のノズル口と、これらノ
ズル口にガスを供給しかつ該酸素濃度を調整する機能を
有するガス供給手段とを備え、各ノズル口から噴射する
ガスの酸素濃度が前記ガス供給手段個別に調整可能にな
っているので、請求項１、２記載のレーザ切断方法での
酸素濃度分布が容易に得られ、高い切断品質が容易に得
られるとともに、各ガス供給手段によってガス流量を調
整することにより被切断材の板厚等の切断条件に対応し
て目的の酸素濃度分布を容易に形成することができ、切
断品質の向上が容易になるといった優れた効果を奏す
る。
【００３２】請求項４記載のように、前記ガス供給手段
に酸素の質量流量を制御する質量流量制御装置を具備し
た構成を採用すると、酸素濃度を質量流量を以て制御す
るので、目的の酸素濃度分布を確実に得ることができ、
切断品質を向上することができるといった優れた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザ切断装置の実施の形態を示す
全体図である。
【図２】 本発明のレーザ切断方法の第１実施形態を示
す図であって、環状２重ノズルを使用して形成したレー
ザ切断における切断点近傍を示す平面図である。
【図３】 図２の正断面図であり、環状２重ノズルから
噴射した高濃度ガスと低濃度ガスとによって形成した酸
素濃度分布を示す。
【図４】 第１実施形態のレーザ切断方法の効果を示す
図であって、板厚１２ｍｍの軟鋼板を切断により得られ
た切断面の面粗さの被切断材板厚方向の分布を示す。
【図５】 第１実施形態のレーザ切断方法の効果を示す
図であって、板厚２２ｍｍの軟鋼板を切断により得られ
た切断面の面粗さの被切断材板厚方向の分布を示す。
【図６】 第１実施形態のレーザ切断方法に適用するノ
ズルの例を示す図であって、中央ノズル口の周囲に複数
の外側ノズル口を環状配置したノズルを示す下面図であ
る。
【図７】 本発明のレーザ切断方法の第２実施形態を示
す図であって、（ａ）は切断点近傍に形成した酸素濃度
分布を示す正断面図、（ｂ）は直列に配列した３つのノ
ズル口を有するノズルを示す下面図である。
【図８】 環状２重のノズル口を有するノズルを示す図
であって、（ａ）は正断面図、（ｂ）は下面図である。
【図９】 付加ノズルを示す正面図である。
【図１０】 本発明が解決しようとする課題を示す図で
あって、（ａ）は環状２重ノズルを使用したレーザ切断
を示す平面図、（ｂ）は正断面図である。
【図１１】 本発明が解決しようとする課題を示す図で
あって、従来技術のレーザ切断方法により形成した切断
面を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の効果を示す図であって、本発明の
レーザ切断方法により得られた切断面を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
１０…レーザ切断装置、１１ａ…ノズル口、１１ｂ…ノ
ズル口、１２ａ…ガス供給手段、１２ｂ…ガス供給手
段、１８…酸素濃度を調整する機能（純度コントロー
ラ）、１９…質量流量制御装置（マスフローコントロー
ラ）、２２…レーザビーム、２３…高濃度ガス（高純度
酸素）、２４…低濃度ガス（混合ガス）、２５…被切断
材（鋼板）、２６…切断点、３０…ノズル口、３１…ノ
ズル口、３３…ノズル口（中央ノズル口）、３４…ノズ
ル口（外側ノズル口）、３５…高濃度ガス（高純度酸
素）、３６…高濃度ガス（高純度酸素）、３７…低濃度
ガス（混合ガス）、３８…被切断材（鋼板）、３９…レ
ーザビーム、３９ａ…切断点、４１…ノズル口、４２…
ノズル口、４３…ノズル口。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被切断材（２５、３８）に切断用のレー
    ザビーム（２２、３９）を照射した切断点（２６、３９
    ａ）およびその近傍に、環状配置あるいは列設した複数
    のノズル口（３０、３１、３３、３４、４１、４２、４
    ３）からガスを噴射しつつ行うレーザ切断方法におい
    て、前記ノズル口の少なくとも一つから噴射するガスの
    酸素濃度を変化させて前記切断点から数ｍｍ程度の範囲
    の酸素濃度分布を調整することを特徴とするレーザ切断
    方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも一つのノズル口から酸素濃度
    の高い高濃度ガス（２３、３５、３６）を噴射し、別の
    ノズル口から前記高濃度ガスよりも酸素濃度の低い低濃
    度ガス（２４、３７）を噴射することにより前記切断点
    近傍に高い酸素濃度を確保し、かつ前記切断点よりも切
    断進行方向後ろ側の酸素濃度を低下させることを特徴と
    する請求項１記載のレーザ切断方法。
  3. 【請求項３】 環状配置あるいは列設した複数のノズル
    口（１１ａ、１１ｂ）と、これらノズル口にガスを供給
    しかつ該酸素濃度を調整する機能（１８）を有するガス
    供給手段（１２ａ、１２ｂ）とを備え、各ノズル口から
    噴射するガスの酸素濃度が前記ガス供給手段個別に調整
    可能になっていることを特徴とするレーザ切断装置（１
    ０）。
  4. 【請求項４】 前記ガス供給手段に酸素の質量流量を制
    御する質量流量制御装置（１９）を具備したことを特徴
    とする請求項３のレーザ切断装置。
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