(57)【要約】【課題】冷却流体を噴出可能でありながらレーザ加工における不具合が生じにくいレーザ加工用ノズルを提供する。【解決手段】レーザ加工用ノズル(7)は、フランジ部(7c)を有し環状に形成され、第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを連通する第１の連通孔(7e)と、フランジ部(7c)と第２の端部との間に設けられた周溝部(7g)と、フランジ部(7c)における第１の端部の側の面(7f)と周溝部(7g)の第１の端部の側の側面(7a2)との間を連通する複数の第２の連通孔(74)と、を備える。周溝部(7g)の第２の端部の側の側面(7b2)は、複数の第２の連通孔(74)を第２の端部の側から視認不能とするように延在している。【選択図】図５
2020131223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部を有し環状に形成され、
第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを連通する第１の連通孔と、
前記フランジ部と前記第２の端部との間に設けられた周溝部と、
前記フランジ部における前記第１の端部の側の面と前記周溝部の前記第１の端部の側の側面との間を連通する複数の第２の連通孔と、
を備え、
前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、前記複数の第２の連通孔を前記第２の端部の側から視認不能とするように延在しているレーザ加工用ノズル。
【請求項２】
前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、外方へ向かうに従って前記第２の端部の側へ向かう傾斜面を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項３】
前記傾斜面は、軸線を含む縦断面において前記軸線となす劣角に相当する角度が４５°を超え８２．５°未満の面として形成されていることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項４】
前記周溝部における前記第２の端部の側の側面の外径は、前記複数の第２の連通孔の外接円の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項５】
前記周溝部における、前記第１の端部の側の側面と前記第２の端部の側の側面との外縁部での軸方向距離は、前記第２の連通孔の内径の１倍を超え２倍未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項６】
レーザ発振器と、アシストガス供給装置と、冷却流体供給装置と、先端に請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するレーザ加工ヘッドとを備え、
前記第１の連通孔から、前記レーザ発振器から供給されたレーザ光及び前記アシストガス供給装置から供給されたアシストガスを射出し、
前記複数の第２の連通孔から、前記冷却流体供給装置から供給された冷却流体を噴出することを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工において、エアと冷却水とを混合した冷却流体を、ワークに対し霧状に噴出してワークを冷却しながらレーザ加工を行う技術が知られている。これにより、ワークの入熱過多に起因する加工不良が生じにくくなる。
特許文献１には、冷却流体をワークに向け噴出できるノズルが記載されている。このノズルは、３重のノズル構造を有し、ミドルノズルの先端に開口した中心孔、及びミドルノズルとアウタノズルとの間に中心孔を囲むリング状設けられた噴出孔を有する。中心孔からはレーザ光及びアシストガスが射出し、噴出孔からはエアと冷却水とを混合した冷却流体が噴出する。
【０００３】
特許文献１に記載されたノズルは、さらに、ミドルノズルの先端部が、先端に向かうに従って径方向に拡がるラッパ状に形成されており、冷却流体はミドルノズルの先端部の外形に沿って径方向外側へ拡がるように噴出する。そのため、ミドルノズルの先端面とワークとの間に冷却流体が回り込みにくく、静電容量に基づき制御される倣い動作に不具合が生じにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２８８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ発振器の大出力化に伴い、ワークの入熱過多を抑制するためにワークを冷却することがより重要になる一方、ファイバレーザの普及に伴いレーザ光の光束の小径化が可能となってアシストガスの噴出量も減少傾向にある。
そのため、特許文献１に記載されたような冷却流体を噴出可能なノズルも、中心孔を小径化して、いわゆる小径ノズルとすることが検討される。
【０００６】
しかしながら、中心孔を小径化すると、アシストガスを射出する中心孔の内壁と冷却流体の噴出孔の内壁との間の距離が大きくなる。また、中心孔から射出するアシストガスの噴出量が減少することで冷却流体の流れが抑制されにくくなり、噴出孔から噴出した冷却流体はノズルの先端面とワークとの間へ回り込み易くなる。冷却流体の回り込み易さは、アシストガスの噴出量及び圧力を減少すると、より顕著になる。
冷却流体がノズルの先端面とワークとの間に回り込むと、倣い動作が不安定になる、中心孔から射出するアシストガスに冷却流体が巻き込まれて加工精度が低下する、などのレーザ加工における不具合が生じる可能性が懸念される。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、冷却流体を噴出可能でありながらレーザ加工における不具合が生じにくいレーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
１）  フランジ部を有し環状に形成され、
第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを連通する第１の連通孔と、
前記フランジ部と前記第２の端部との間に設けられた周溝部と、
前記フランジ部における前記第１の端部の側の面と前記周溝部の前記第１の端部の側の側面との間を連通する複数の第２の連通孔と、
を備え、
前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、前記複数の第２の連通孔を前記第２の端部の側から視認不能とするように延在しているレーザ加工用ノズルである。
２）  前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、外方へ向かうに従って前記第２の端部の側へ向かう傾斜面を含むことを特徴とする１）に記載のレーザ加工用ノズルである。
３）  前記傾斜面は、軸線を含む縦断面において前記軸線となす劣角に相当する角度が４５°を超え８２．５°未満の面として形成されていることを特徴とする２）に記載のレーザ加工用ノズルである。
４）  前記周溝部における前記第２の端部の側の側面の外径は、前記複数の第２の連通孔の外接円の直径よりも大きいことを特徴とする１）〜３）のいずれか1つに記載のレーザ加工用ノズルである。
５）  前記周溝部における、前記第１の端部の側の側面と前記第２の端部の側の側面との外縁部での軸方向距離は、前記第２の連通孔の内径の１倍を超え２倍未満であることを特徴とする１）〜４）のいずれか1つに記載のレーザ加工用ノズルである。
６）  レーザ発振器と、アシストガス供給装置と、冷却流体供給装置と、先端に１）〜５）のいずれか1つに記載のレーザ加工用ノズルを有するレーザ加工ヘッドとを備え、
前記第１の連通孔から、前記レーザ発振器から供給されたレーザ光及び前記アシストガス供給装置から供給されたアシストガスを射出し、
前記複数の第２の連通孔から、前記冷却流体供給装置から供給された冷却流体を噴出することを特徴とするレーザ加工装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却流体を噴出可能でありながらレーザ加工における不具合が生じにくい、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の実施例であるレーザ加工装置９１の構成図である。
【図２】図２は、レーザ加工装置９１が備えるノズル７の下面図である。
【図３】図３は、ノズル７の側面図である。
【図４】図４は、ノズル７の上面図である。
【図５】図５は、図４におけるＳ４−Ｓ４位置での縦断面図である。
【図６】図６は、図４におけるＳ５−Ｓ５位置での縦断面図である。
【図７】図７は、ノズル７の要部を説明する図である。
【図８】図８は、比較例である比較ノズル７ｐの要部を説明する図である。
【図９】図９は、シミュレーションの前提条件を説明するモデル図である。
【図１０】図１０は、シミュレーションで得られた、ノズル７を用いた場合の流速分布図である。
【図１１】図１１は、シミュレーションで得られた、比較ノズル７ｐを用いた場合の流速分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るレーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置を、その実施例であるノズル７及びレーザ加工装置９１により説明する。
【００１２】
（実施例）
図１は、レーザ加工装置９１の構成図である。以下の説明における上下方向を、図１に示される矢印の方向で規定する。
レーザ加工装置９１は、レーザ発振器１，レーザ加工ヘッド２，アシストガス供給装置３，冷却流体供給装置４，ヘッド駆動装置５，ワークテーブル６，及び制御装置８を含んで構成されている。
【００１３】
レーザ加工ヘッド２は、本体部２１，ノズル７，及び倣いセンサ部２２を有する。
本体部２１は、筒状に形成され、先端にノズル７が着脱自在に装着される。
倣いセンサ部２２は、ノズル７とワークテーブル６に支持されたワークＷとの間の距離であるノズルギャップＧｐをノズル７とワークＷとの間の静電容量に基づき検出し、倣い情報Ｊ１として制御装置８に向け出力する。
【００１４】
レーザ発振器１は、例えばファイバレーザであって、レーザ光Ｌｓを生成しレーザ加工ヘッド２に供給する。
アシストガス供給装置３は、酸素或いは窒素などのアシストガスＡＧをレーザ加工ヘッド２に供給する。
冷却流体供給装置４は、例えば水などの冷却冷媒とエアなどの気体とを混合した冷却流体Ｆをレーザ加工ヘッド２に供給する。
ヘッド駆動装置５は、レーザ加工ヘッド２を、ワークテーブル６のワーク支持面６ａに対し、平行なＸ軸及びＹ軸の２軸方向と、垂直な上下方向であるＺ軸方向との合計３軸方向に移動させる。
【００１５】
制御装置８は、レーザ発振器１，アシストガス供給装置３，冷却流体供給装置４，及びヘッド駆動装置５の動作を制御する。
また、制御装置８は、倣いセンサ部２２からの倣い情報Ｊ１に基づいて、ノズルギャップＧｐを所定値で維持するようにヘッド駆動装置５を制御する。
【００１６】
次に、図２〜図６を参照してノズル７を説明する。
図２はノズル７の下面図であり、図３は、ノズル７の側面図であり、図４は、ノズル７の上面図である。また、図５及び図６は、それぞれ図４におけるＳ５−Ｓ５位置及びＳ６−Ｓ６位置での断面図である。
【００１７】
図５に示されるように、ノズル７は、ダブルノズルタイプであり、アウタノズル７１及びインナノズル７２を有する。図３〜図５では、ノズル７をレーザ加工ヘッド２の本体部２１に装着する場合に本体部２１との間に密着して介装させる環状のカラー７３も示されている。
アウタノズル７１は、本体部７ａ，連結部７ａｂ，先端部７ｂ，及び取り付け部７ｄを有する。
【００１８】
本体部７ａは、フランジ部７ｃ，本体傾斜部７ａ１，及び本体端面部７ａ２を有する。
フランジ部７ｃはアウタノズル７１における最大外径として形成され、装脱時の工具の挟み部分として平行な直線状にカットされた一対のカット部７ｃ１を有する。
本体傾斜部７ａ１は、フランジ部７ｃから先端側（下方側）に向かうに従って径が小さくなり内側に凹となる周面形状を呈する。
本体端面部７ａ２は、本体傾斜部７ａ１の先端側端部に接続し、ノズル７の軸線ＣＬ７に直交する環状の平坦面である。本体端面部７ａ２の小径側端部は、連結部７ａｂに接続している。
【００１９】
連結部７ａｂは、外径Ｄ７ａｂの周面を有して軸方向に長さＤｂで形成された筒状部分であり、本体部７ａと先端部７ｂとを軸線ＣＬ７方向（上下方向）に連結している。
先端部７ｂは、円筒状に形成され、上端部に、連結部７ａｂに接続し軸線ＣＬ７と直交する環状平面である対向面部７ｂ１と、対向面部７ｂ１の外周端から径方向外側に向かうに従って下方に傾斜する環状の傾斜面部７ｂ２とを有する。
先端部７ｂの下面である先端面部７ｂ３は、軸線ＣＬ７に直交する平坦な端面を有する。先端面部７ｂ３には、ノズルギャップＧｐを維持するために倣いセンサ部２２に電気的に接続されたセンサ（不図示）が設置されている。
ノズル７において、連結部７ａｂが形成されている部分は、外径が小さいことから本体部７ａと先端部７ｂとの間に形成された周溝部７ｇになる。
【００２０】
取り付け部７ｄは、フランジ部７ｃの上面から上方に突出する環状部位として形成されている。取り付け部７ｄの外周面は、雄ねじを有する雄ねじ部７ｄ１とされている。
一方、レーザ加工ヘッド２における本体部２１の下面部には、ノズル７を取り付けるための雌ねじ部（不図示）が形成されており、ノズル７は、その本体部２１に対して、雄ねじ部７ｄ１を雌ねじ部に螺着することで着脱自在に取り付けることができる。
取り付け部７ｄのフランジ部７ｃへ繋がる根元側には、下方に向かうに従って外径が大きくなる傾斜面７ｆが形成されている。すなわち、ノズル７は、フランジ部７ｃの上面の一部として傾斜面７ｆを有する。
【００２１】
アウタノズル７１は、第１の連通孔として、軸線ＣＬ７を中心として第１の端部である上端部と第２の端部である下端部とを貫く連通孔７ｅを有する。
連通孔７ｅの上部は直状の直孔部７ｅ１とされており、直孔部７ｅ１にはインナノズル７２が圧入などによって装着されている。
連通孔７ｅは、直孔部７ｅ１から下方へ向かうに従って階段状に径が小さくなり、さらに連続的に内径が小さくなる絞孔部７ｅ２を経て、最小内径のノズル径Ｎφの出口孔７ｅ３に至り先端面部７ｂ３に開口している。
図４に示されるように、インナノズル７２の外周面には、軸線ＣＬ７と平行な平面状のカット部７２ｂが複数形成されている。カット部７２ｂと直孔部７ｅ１とによって、図５に示されるような上下に連通する連通路となる空間Ｖｂが形成されている。
【００２２】
図５に示されるように、インナノズル７２は、軸線ＣＬ７を中心とする貫通孔７２ａを有する。貫通孔７２ａの下端は、アウタノズル７１の絞孔部７ｅ２内の空間Ｖｃに開口している。
ノズル７がレーザ加工ヘッド２の本体部２１に装着された状態で、軸線ＣＬ７はレーザ光Ｌｓの光軸ＣＬｓと一致する。
すなわち、本体部２１側からノズル７に入射したレーザ光Ｌｓは、貫通孔７２ａ内の空間Ｖａを通り、空間Ｖｃを経て出口孔７ｅ３から外部空間Ｖｇへ射出する。
【００２３】
アシストガス供給装置３からレーザ加工ヘッド２の本体部２１に供給されたアシストガスＡＧは、連通路としての空間Ｖｂを通り、空間Ｖｃを経て出口孔７ｅ３から外部空間Ｖｇへ射出する。
【００２４】
図４〜図６に示されるように、アウタノズル７１は、第２の連通孔として、冷却流体Ｆを噴出させる連通孔７４を複数有する。この例では、周方向に３０°の角度ピッチで１２個の連通孔７４が形成されている。
連通孔７４は、入口側となる入口開口部７４ａ，出口側となる出口開口部７４ｃと、入口開口部７４ａと出口開口部７４ｃとを繋ぐ直状の通路部７４ｂと、を有する。
複数の第２の連通孔それぞれの出口開口部７４ｃは、軸線ＣＬ７を中心とする所定径の円上に中心が位置する同形状の略楕円の孔として形成されている。
【００２５】
入口開口部７４ａは、アウタノズル７１の傾斜面７ｆに開口している。
通路部７４ｂは、図４に示されるように、上面視でノズル７の直径に対し距離Ｄａで隔てられた平行な軸線を有し、図６に示されるように、縦断面において、下方に向かうに従って角度θｂで軸線ＣＬ７に接近するように傾斜して延びている。
出口開口部７４ｃは、本体部７ａの本体端面部７ａ２に開口している。連通孔７４は、入口開口部７４ａからドリルで穿設される、図３及び図６には、ドリルの先端により連結部７ａｂの一部が入口開口部７４ａとして削られた状態が示されている。
【００２６】
図４に示されるように、入口開口部７４ａは、上面視で開口全体が視認される。
一方、図２に示されるように、出口開口部７４ｃは、下面視で先端部７ｂにより覆われて視認不能となっている。すなわち、図２及び図５に示されるように、先端部７ｂにおける傾斜面部７ｂ２は、その外径Ｄ７ｂが、図２に破線で示される出口開口部７４ｃの外接円の直径Ｄ７４ｃよりも大きく設定されて延在している。図２において直径Ｄ７４ｃは鎖線で示されている。
【００２７】
連通孔７４の入口開口部７４ａには、冷却流体供給装置４から供給された冷却流体Ｆが流入する。流入した冷却流体Ｆは、通路部７４ｂを通って出口開口部７４ｃから外部に噴出する。
ここで、通路部７４ｂは、図４に示されるように軸線ＣＬ７から距離Ｄａだけ偏った位置に直状に形成されている。そのため、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆは、図２に示されるように、下方から見た場合に軸線ＣＬ７を通る径方向ではなく軸線ＣＬ７まわりの一方向（右まわり方向）にずれて径方向外側に噴出する。
また、図６に示されるように、出口開口部７４ｃの直下には先端部７ｂの対向面部７ｂ１及び傾斜面部７ｂ２が存在している。これにより、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆは、そのまま直接、ワークＷに達するよう下向きに流れ続けることができず対向面部７ｂ１及び傾斜面部７ｂ２に当たる。その後、冷却流体Ｆは、径方向内側へは連結部７ａｂが存在することから向かうことができず径方向外側へ移動し、傾斜面部７ｂ２の傾斜に沿って斜め下方へ噴出する。
【００２８】
上述のように、ノズル７の出口開口部７４ｃは、下面視において先端部７ｂによって隠れ、見えないようになっている。そのため、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆは、噴出後、そのまま下降してワークＷに到達することはない。
これにより、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆがノズル７の先端面部７ｂ３側に回り込んで倣い動作が不安定になったり、加工精度が低下したりする、などのレーザ加工における不具合が生じにくい。
【００２９】
図５に示されるように、傾斜面部７ｂ２の傾斜角度θａは、６７．５°以上の大きい角度とし、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆを、直接ワークＷに達するような下向きには流さずに径方向外方に偏向させている。
これにより、出口開口部７４ｃから噴出した冷却流体Ｆは、ノズル７の先端面部７ｂ３側により回り込みにくくなっており、冷却流体Ｆが出口孔７ｅ３から噴出するアシストガスＡＧに混入して加工精度を低下させるなどの不具合発生の可能性がより低減する。
【００３０】
次に、上述のノズル７における、冷却流体Ｆの先端面部７ｂ３側への回り込みにくさを検証したシミュレーションの結果を説明する。まず、図７〜図９を参照してシミュレーションについて説明する。
図７及び図８は、シミュレーションに用いた実施例のノズル７及び比較例の比較ノズル７ｐの形状を説明するための図である。また、図９は、ノズル７及び比較ノズル７ｐで厚さｔの板材を切断している状態をシミュレーションするためのモデル図である。
このシミュレーションは、図９に示されるように、板材をノズル７及び比較ノズル７ｐでレーザ切断している途中のカッティングフロント９３を基本設定とし、カッティングフロント９３の近傍でのアシストガスＡＧ及び冷却流体Ｆの流速分布を計算で求めて表示させるものである。
【００３１】
図７は、実施例のノズル７の縦断面図と、要部Ａの詳細を示す部分断面図とを示している。図８は、比較ノズル７ｐの縦断面図と、要部Ａｐの詳細を示す部分断面図とを示している。
【００３２】
ノズル７において、先端部７ｂの最大外径を半径Ｒ１とし、半径Ｒ２を、冷却流体Ｆを噴出する出口開口部７４ｃの外接円の半径とする。
半径Ｒ１及び半径Ｒ２は、図２に示される直径Ｄ７ｂ及び直径Ｄ７４ｃの半径にそれぞれ対応する。
ノズル７における傾斜面部７ｂ２の軸線ＣＬ７に対する劣角に相当する角度を傾斜角度θａとし、出口開口部７４ｃが開口する本体端面部７ａ２及び傾斜面部７ｂ２のそれぞれの外縁部の上下方向距離を距離Ｄｃとする。
比較ノズル７ｐにおいても、ノズル７と同様に、先端部７ｂｐの最大外径を半径Ｒ１ｐとする。半径Ｒ２ｐを、冷却流体Ｆを噴出する出口開口部７４ｃの最大開口半径とする。
比較ノズル７ｐにおける傾斜面部７ｂ２ｐの軸線ＣＬ７ｐに対する劣角に相当する角度を傾斜角度θａｐとし、出口開口部７４ｃが開口する本体端面部７ａ２ｐ及び傾斜面部７ｂ２ｐのそれぞれの外縁部の上下方向距離を距離Ｄｃｐとする。
【００３３】
具体的には、次の値でシミュレーションを実行した。
ノズル７（比較ノズル７ｐ）
半径Ｒ１：５ｍｍ、（半径Ｒ１ｐ：３．７５ｍｍ）
半径Ｒ２：４．１ｍｍ、（半径Ｒ２ｐ：４．２ｍｍ）
傾斜角度θａ：６７．５°、（傾斜角度θａｐ：４５°）
距離Ｄｃ：１．２５ｍｍ、（距離Ｄｃｐ：１．７ｍｍ）
連通孔７４の通路部７４ｂの内径Ｄ７４ｂ：１．０ｍｍ
【００３４】
図９は、シミュレーションで用いた切断部のモデル図である。図９（ａ）はワークＷｓの切断途中の切断部分を上方から見た図である。
図９（ａ）において、カーフＫｆの幅を幅Ｄｆとし、カッティングフロント９３を半径Ｒｓ１の円弧状とした。
図９（ｂ）は、カーフの幅方向中央位置で切断した断面図である。
図９（ｂ）に示されるように、ワークＷｓの板厚ｔに対し、カッティングフロント９３を上下方向に設定し、ワークＷｓの下面から距離ｔ１の位置から下側を、遅れ部９３ａとして半径Ｒｓ２の円弧状に定義した。カーフＫｆの側壁はカーフ側壁９２とした。
【００３５】
シミュレーションでは、この切断部のモデルに対し、各値を次のように設定して計算を行った。
板厚ｔ：２５ｍｍ
距離ｔ１：１０ｍｍ
幅Ｄｆ：１．０ｍｍ
半径Ｒｓ１：０．５ｍｍ
半径Ｒｓ２：１０ｍｍ
ノズルギャップＧｐ：０．７ｍｍ
アシストガス圧：０．１２ＭＰａ
冷却流体圧：０．３ＭＰａ
ノズル径Ｎφ：１．４ｍｍ
【００３６】
シミュレーションの結果、ノズル７については図１０の結果を得た。また、比較例の比較ノズル７ｐについては図１１の結果を得た。
いずれにおいても、流速を高速領域、中速領域、低速領域の３段階に分けて評価し、図１０及び図１１についてもその分類に基づきハッチングを付して模式的に記載してある。
各領域は、
高速領域Ｆａ（ハッチング密）：１４０〜２０９ｍ／ｓ
中速領域Ｆｂ（ハッチング粗）：７０〜１４０ｍ／ｓ
低速領域Ｆｃ（無地）：＜７０ｍ／ｓ
である。
【００３７】
図１０に示されるように、実施例のノズル７の場合、ノズル７の中心から射出するアシストガスＡＧの流れは、ほぼ高速領域Ｆａのまま遅れ部９３ａを含むカッティングフロント９３に沿って流れていくことがわかる。
一方、径方向外方に噴出する冷却流体Ｆの流れは、噴出直後が高速領域Ｆａで示されその後、中速領域Ｆｂとなり、概ねノズル７の先端部７ｂよりも外側の領域でワークＷｓの上面に達する流れとなっている。そのため、ノズル７とワークＷｓとの間は低速領域Ｆｃとなり、冷却流体Ｆの回り込みがほとんどないことが確認される。
【００３８】
これにより、ノズル７によれば、冷却流体Ｆがノズル７とワークＷｓとの間に回り込むことなく確実にワークＷｓに到達する。そのため、ワークＷｓは冷却流体Ｆによって冷却される一方、倣い動作が不安定になることはなく、アシストガスＡＧの流れに影響を与えないのでレーザ加工に不具合が生じないことがわかる。
【００３９】
一方、図１１に示されるように、比較例の比較ノズル７ｐの場合、比較ノズル７ｐの中心から射出するアシストガスＡＧの流れは、高速領域Ｆａであるものの、流れの方向はカッティングフロント９３には沿わず、カーフＫｆ内を加工方向とは反対側（図１１の右側）にずれて流れることが確認される。
また、径方向外方に噴出する冷却流体Ｆの流れは、噴出直後から高速領域Ｆａを維持したままワークＷｓに到達し、到達位置は比較ノズル７ｐの中心に近く、さらに高速領域Ｆａが比較ノズル７ｐとワークＷｓとの間に回り込んで進入することが確認される。
すなわち、比較ノズル７ｐでは、アシストガスＡＧが、カッティングフロント９３における溶融に有効に作用せずレーザ加工に不具合が生じ、倣い動作も不安定になる可能性が高いことがわかる。
【００４０】
シミュレーションにおいて、ノズル７における傾斜面部７ｂ２の傾斜角度θａは６７．５°であり、比較ノズル７ｐの傾斜面部７ｂ２ｐの傾斜角度θａｐが４５°であることを考慮すると、傾斜角度θａは少なくとも６７．５°以上であるとよい。
【００４１】
以上のシミュレーション結果から、実施例のノズル７は、冷却流体Ｆを噴出可能でありながら、レーザ加工における不具合が生じにくいことが確認された。
【００４２】
さらに、ノズル７の半径Ｒ１、傾斜角度θａ、距離Ｄｃの３つの項目を既述のようにそれぞれ５ｍｍ、６７．５°、１．２５ｍｍとし、この３つの項目のうちの２つを固定し１つを変えて冷却流体Ｆの流速をシミュレーションにより検討した。
【００４３】
その結果、半径Ｒ１のみを変化させた場合、半径Ｒ１が半径Ｒ２と合致する４．１ｍｍ以下では、ノズル先端とワークとの間への巻き込みが顕著となるため半径Ｒ１は半径Ｒ２を超える値であると巻き込みが充分に少なく良好であることが確認された。
また、半径Ｒ１がある程度大きくなると、径方向の外方へ向かう流れが弱くなるため半径Ｒ１は半径Ｒ２に対し１を超え１．３倍以下であると良好であることが確認された。
【００４４】
距離Ｄｃのみを変化させた場合、通路部７４ｂの内径Ｄ７４ｂと同じ１．００ｍｍ以下では、冷却流体Ｆの出口の隙間が小さく、冷却流体Ｆが径方向外方へ流れにくいことが確認された。
一方、距離Ｄｃが２．００ｍｍ以上では、径方向外方以外にノズルとワークとの間に巻き込むような流れも生じることが確認された。
すなわち、距離Ｄｃは、通路部７４ｂの内径Ｄ７４ｂの１倍である１．００ｍｍを超え、内径Ｄ７４ｂの２倍の２．００ｍｍ未満であると良好であることが確認された。また、距離Ｄｃは、内径Ｄ７４ｂの１．１５倍の１．１５ｍｍ以上、内径Ｄ７４ｂの１．７５倍の１．７５ｍｍ以下の範囲にあると、径方向外方への流れが充分得られ、かつノズルとワークとの間への巻き込みもない、特に良好な流れが得られることが確認された。
【００４５】
傾斜角度θａのみを変化させた場合、傾斜角度θａが４５°以下では、下向きの流れが生じ径方向外方への流れが生じにくくなっていることが確認された。
一方、傾斜角度θａが８２．５°以上では、ノズルの先端に巻き込む流れが主となり、径方向外方への流れが生じなくなることが確認された。
すなわち、傾斜角度θａは、４５°を超え８２．５°未満であると良好であることが確認された。また、傾斜角度θａは、特に、５２．５°以上、７５°未満の範囲にあると、径方向外方への流れが充分に得られ、かつノズルとワークとの間への巻き込みもない、特に良好な流れが得られることが確認された。
【００４６】
本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。
【００４７】
複数の出口開口部７４ｃは、開口形状及び内径（長径）がすべて同一であることに限定されず、開口形状及び内径（長径）の少なくとも一方が異なるものを含んでいてもよい。
この場合、外接円として説明した直径Ｄ７４ｃは、径方向の開口位置が最も大きい出口開口部７４ｃの外接円の直径とする。
冷却流体は、気体と液体とを混合させた混合体であれば、エアと水との混合体に限定されない。レーザ発振器１はファイバレーザに限定されず、他の方式のレーザであってもよい。
ノズル７をアウタノズル７１とインナノズル７２とを有するダブルノズルタイプとして説明したが、ダブルノズルに限定されるものではなく、シングルノズルタイプ或いはトリプルノズルタイプであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  レーザ発振器
２  レーザ加工ヘッド
２１  本体部
２２  倣いセンサ部
３  アシストガス供給装置
４  冷却流体供給装置
５  ヘッド駆動装置
６  ワークテーブル
６ａ  ワーク支持面
７  ノズル
７ａ  本体部
７ａ１  本体傾斜部
７ａ２  本体端面部
７ａｂ  連結部
７ｂ，７ｂｐ  先端部
７ｂ１  対向面部
７ｂ２，７ｂ２ｐ  傾斜面部
７ｂ３  先端面部
７ｃ  フランジ部
７ｃ１  カット部
７ｄ  取り付け部
７ｄ１  雄ねじ部
７ｅ  連通孔
７ｅ１  直孔部
７ｅ２  絞孔部
７ｅ３  出口孔
７ｆ  傾斜面
７ｇ  周溝部
７ｐ  比較ノズル
７１  アウタノズル
７２  インナノズル
７２ａ  貫通孔
７２ｂ  カット部
７３  カラー
７４  連通孔
７４ａ  入口開口部
７４ｂ  通路部
７４ｃ  出口開口部
８  制御装置
９１  レーザ加工装置
９２  カーフ側壁
９３  カッティングフロント
９３ａ  遅れ部
ＡＧ  アシストガス
Ａ，Ａｐ  要部
ＣＬ７，ＣＬ７ｐ  軸線
ＣＬｓ  光軸
Ｄａ，Ｄｃ，Ｄｃｐ  距離
Ｄｂ  長さ
Ｄｆ  幅
Ｄ７ａｂ，Ｄ７ｂ  外径
Ｄ７４ｂ  内径
Ｄ７４ｃ  直径
Ｆ  冷却流体
Ｆａ  高速領域
Ｆｂ  中速領域
Ｆｃ  低速領域
Ｇｐ  ノズルギャップ
Ｊ１  倣い情報
Ｋｆ  カーフ
Ｌｓ  レーザ光
Ｎφ  ノズル径
Ｒ１，Ｒ１ｐ，Ｒ２，Ｒ２ｐ，Ｒｓ１，Ｒｓ２  半径
ｔ  板厚
ｔ１  距離
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ  空間
Ｖｇ  外部空間
Ｗ，Ｗｓ  ワーク
θａ，θａｐ  傾斜角度
θｂ  角度
【図１】
2020131223.tif 000003
【図２】
2020131223.tif 000004
【図３】
2020131223.tif 000005
【図４】
2020131223.tif 000006
【図５】
2020131223.tif 000007
【図６】
2020131223.tif 000008
【図７】
2020131223.tif 000009
【図８】
2020131223.tif 000010
【図９】
2020131223.tif 000011
【図１０】
2020131223.tif 000012
【図１１】
2020131223.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月15日(2020.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
１）  フランジ部を有し環状に形成され、
第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを連通する第１の連通孔と、
前記フランジ部と前記第２の端部との間に設けられた周溝部と、
前記フランジ部における前記第１の端部の側の面と前記周溝部の前記第１の端部の側の側面との間を連通する複数の第２の連通孔と、
を備え、
前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、外方へ向かうに従って前記第２の端部の側へ向かう傾斜面を含み、前記複数の第２の連通孔を前記第２の端部の側から視認不能とするように延在しているレーザ加工用ノズルである。
２）  前記傾斜面は、軸線を含む縦断面において前記軸線となす劣角に相当する角度が４５°を超え８２．５°未満の面として形成されていることを特徴とする１）に記載のレーザ加工用ノズルである。
３）  前記周溝部における前記第２の端部の側の側面の外径は、前記複数の第２の連通孔の外接円の直径よりも大きいことを特徴とする１）又は２）に記載のレーザ加工用ノズルである。
４）  前記周溝部における、前記第１の端部の側の側面と前記第２の端部の側の側面との外縁部での軸方向距離は、前記第２の連通孔の内径の１倍を超え２倍未満であることを特徴とする１）〜３）のいずれか１つに記載のレーザ加工用ノズル。
５）  レーザ発振器と、アシストガス供給装置と、冷却流体供給装置と、先端に１）〜４）のいずれか１つに記載のレーザ加工用ノズルを有するレーザ加工ヘッドとを備え、
前記第１の連通孔から、前記レーザ発振器から供給されたレーザ光及び前記アシストガス供給装置から供給されたアシストガスを射出し、
前記複数の第２の連通孔から、前記冷却流体供給装置から供給された冷却流体を噴出することを特徴とするレーザ加工装置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部を有し環状に形成され、
第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを連通する第１の連通孔と、
前記フランジ部と前記第２の端部との間に設けられた周溝部と、
前記フランジ部における前記第１の端部の側の面と前記周溝部の前記第１の端部の側の側面との間を連通する複数の第２の連通孔と、
を備え、
前記周溝部の前記第２の端部の側の側面は、外方へ向かうに従って前記第２の端部の側へ向かう傾斜面を含み、前記複数の第２の連通孔を前記第２の端部の側から視認不能とするように延在しているレーザ加工用ノズル。
【請求項２】
前記傾斜面は、軸線を含む縦断面において前記軸線となす劣角に相当する角度が４５°を超え８２．５°未満の面として形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項３】
前記周溝部における前記第２の端部の側の側面の外径は、前記複数の第２の連通孔の外接円の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項４】
前記周溝部における、前記第１の端部の側の側面と前記第２の端部の側の側面との外縁部での軸方向距離は、前記第２の連通孔の内径の１倍を超え２倍未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズル。
【請求項５】
レーザ発振器と、アシストガス供給装置と、冷却流体供給装置と、先端に請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するレーザ加工ヘッドとを備え、
前記第１の連通孔から、前記レーザ発振器から供給されたレーザ光及び前記アシストガス供給装置から供給されたアシストガスを射出し、
前記複数の第２の連通孔から、前記冷却流体供給装置から供給された冷却流体を噴出することを特徴とするレーザ加工装置。