(57)【要約】【課題】アシストガスを使用したレーザ加工において、ドロスの高さに切断方向性が生じにくいレーザ加工ヘッドを提供する。【解決手段】レーザ加工ヘッド(1)は、筒状の本体部(1a)と、本体部(1a)に設けられ外部から供給されたアシストガス(AG)を本体部(1a)の内部空間(Vc)に流入させるガス供給部(GK)と、を備える。ガス供給部(GK)は、本体部(1a)の筒の軸線(CL1)に直交する平面上にある第１の軸線(C11)に沿って延び本体部(1a)の内周面(1a2)に開口する第１のガス供給孔(11)と、第１の軸線(C11)に対し軸線(CL1)まわりに所定の角度(θc)をなし軸線(CL1)に直交する平面上にある第２の軸線(C12)に沿って延び内周面(1a2)に開口する第２のガス供給孔(12)と、内周面(1a2)に所定間隔をもって対向し、内周面(1a2)との間に軸線(CL1)に沿って延びる円筒状の空間(Va)を形成する流路形成リング(1d)と、を含んでいる。【選択図】図４
2020182957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線に直交する平面上にある第１の軸線に沿って延び前記本体部の内周面に開口する第１のガス供給孔と、
前記第１の軸線に対し前記軸線まわりに所定の角度をなし前記軸線に直交する平面上にある第２の軸線に沿って延び前記内周面に開口する第２のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含むレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
前記所定の角度は１８０°以外の角度であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
前記ガス供給部は、
前記軸線まわりに互いにずれて前記軸線に直交する軸線に沿って延びると共に前記円筒状の空間に開口するｎ（ｎは３以上の整数）個のガス供給孔を有し、前記ｎ個のガス供給孔のうちの少なくとも一つは、前記軸線まわりで隣接する２つの前記ガス供給孔それぞれとなす角度ピッチが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドにレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
前記第１のガス供給孔及び前記第２のガス供給孔にアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
前記レーザ加工ヘッドをワークに対し相対的に移動させる移動装置と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１のガス供給孔及び前記第２のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給することを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、アシストガスを使用してレーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。
特許文献１に記載されたレーザ加工装置は、レーザ加工ヘッドの側面にアシストガスの供給孔を有し、外部のアシストガス供給手段から供給されたアシストガスを供給孔からレーザ加工ヘッド内に導入してノズル先端から噴出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１８７５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、レーザ加工ヘッドは筒状に形成され、アシストガスの供給孔はレーザ加工ヘッドの側面に１箇所設けられている。このレーザ加工ヘッドを、例えば、水平に直交するＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させて板材を切断すると、一方の軸方向の切断で生じるドロスの高さと、他方の軸方向の切断で生じるドロスの高さとが異なる場合がある。すなわち、レーザの切断加工で生じるドロスの高さに切断方向性が生じる場合があり、製品品質の更なる改善が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、アシストガスを使用したレーザ加工において、ドロスの高さに切断方向性が生じにくく製品品質が向上するレーザ加工ヘッド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】
【０００６】
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）  筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線に直交する平面上にある第１の軸線に沿って延び前記本体部の内周面に開口する第１のガス供給孔と、
前記第１の軸線に対し前記軸線まわりに所定の角度をなし前記軸線に直交する平面上にある第２の軸線に沿って延び前記内周面に開口する第２のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含むレーザ加工ヘッドである。
２）  前記所定の角度は１８０°以外の角度であることを特徴とする１）に記載のレーザ加工ヘッドである。
３）  前記ガス供給部は、
前記軸線まわりに互いにずれて前記軸線に直交する軸線に沿って延びると共に前記円筒状の空間に開口するｎ（ｎは３以上の整数）個のガス供給孔を有し、前記ｎ個のガス供給孔のうちの少なくとも一つは、前記軸線まわりで隣接する２つの前記ガス供給孔それぞれとなす角度ピッチが異なることを特徴とする１）又は２）に記載のレーザ加工ヘッドである。
４）  １）〜３）のいずれか一つに記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドにレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
前記第１のガス供給孔及び前記第２のガス供給孔にアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
前記レーザ加工ヘッドをワークに対し相対的に移動させる移動装置と、
を備えたレーザ加工装置である。
５）  前記第１のガス供給孔及び前記第２のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給することを特徴とする４）に記載のレーザ加工装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アシストガスを使用したレーザ加工において、ドロスの高さに切断方向性が生じにくく、製品品質が向上する、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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６１を示す斜視図である。
【図２】図２は、レーザ加工装置６１が備えるレーザ加工ヘッド１の部分断面図である。
【図３】図３は、図２における部分拡大図である。
【図４】図４は、図２におけるＳ４−Ｓ４位置での断面図である。
【図５】図５は、レーザ加工ヘッド１に供給されたアシストガスＡＧの流れを示す模式図である。
【図６】図６は、レーザ加工ヘッド１の比較例であるレーザ加工ヘッド１Ａを示す図であり図４に対応する断面図である。
【図７】図７は、レーザ加工ヘッド１Ａに供給されたアシストガスＡＧの流れを示す模式図である。
【図８】図８（ａ）は、アシストガスＡＧの圧力分布測定におけるレーザ加工ヘッド１の移動方向を示す概略平面図であり、図８（ｂ）は、圧力分布測定方法を説明するための一部断面の側面図である。
【図９】図９は、ドロス高さの切断方向性を評価するための切断経路を示す概略平面図である。
【図１０】図１０は、レーザ加工ヘッド１におけるアシストガスＡＧの圧力分布測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、レーザ加工ヘッド１で切断加工をした際のドロス最高値Ｄｄを示す表である。
【図１２】図１２は、比較例のレーザ加工ヘッド１ＡにおけるアシストガスＡＧの圧力分布測定結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、レーザ加工ヘッド１Ａで切断加工をした際のドロス最高値Ｄｄを示す表である。
【図１４】図１４は、レーザ加工ヘッド１の変形例１におけるアシストガスＡＧの流れを示す模式図である。
【図１５】図１５は、レーザ加工ヘッド１の変形例２におけるアシストガスＡＧの流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係るレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置を、その実施例であるレーザ加工ヘッド１及びレーザ加工装置６１により説明する。
【００１０】
（実施例）
図１は、レーザ加工装置６１の全体構成を示す斜視図である。以下の説明における上下左右前後の各方向を、図１に示される矢印の方向で規定する。
【００１１】
レーザ加工装置６１は、被加工材であるワークＷにレーザ光Ｌｓを照射して、ワークＷに対し切断又は孔明け等の加工を施す。
レーザ加工装置６１は、レーザ発振装置６２，加工本体部６３，ＮＣ装置６４，及びアシストガス供給装置６５を有する。
【００１２】
レーザ発振装置６２は、例えばファイバレーザ発振装置であって、レーザ光Ｌｓを生成する。
加工本体部６３は、ワークＷを支持するテーブル６３ａと、テーブル６３ａに設けられ、Ｘ軸方向（左右方向）に移動するＸ軸キャリッジ６３ｂとを有する。
Ｘ軸キャリッジ６３ｂには、Ｘ軸と水平面上で直交するＹ軸方向（前後方向）に移動するＹ軸キャリッジ６３ｃが設けられている。
Ｙ軸キャリッジ６３ｃには、Ｚ軸ホルダ６３ｄが設けられている。Ｚ軸ホルダ６３ｄは、レーザ加工ヘッド１をＺ軸方向（上下方向）に移動可能に支持している。
Ｘ軸キャリッジ６３ｂ及びＹ軸キャリッジ６３ｃは、ワークＷとレーザ加工ヘッド１とをそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動させる移動装置として機能する。
【００１３】
ファイバケーブル４は、レーザ発振装置６２とレーザ加工ヘッド１との間に接続されている。レーザ発振装置６２で生成されたレーザ光Ｌｓは、ファイバケーブル４を介してレーザ加工ヘッド１に供給される。
アシストガス供給装置６５は、例えば窒素などの高純度ガス又はリッチガスを、ホース８を介して出力する。ホース８は、分岐部９によって、第１ガス経路のホース８ａと第２ガス経路のホース８ｂとに分岐されている。ホース８ａはレーザ加工ヘッド１のガス供給口Ｐ１に接続され、ホース８ｂはレーザ加工ヘッド１のガス供給口Ｐ２に接続されている。すなわち、アシストガスＡＧは、レーザ加工ヘッド１に対しそれぞれ別のガス供給口Ｐ１とガス供給口Ｐ２とから供給される。
【００１４】
加工本体部６３は、ワークＷとレーザ加工ヘッド１とがＸ軸及びＹ軸方向において相対的に移動可能であれば、上記の構成に限定されない。例えば、Ｘ軸キャリッジ６３ｂを固定としてレーザ加工ヘッド１をＹ軸とＺ軸方向に移動可能とし、ワークＷを不図示のクランパによりＸ軸方向に移動させるものであってもよい。
【００１５】
次に、図１〜図４を参照して、レーザ加工ヘッド１について詳述する。
図２は、レーザ加工ヘッド１における下部の縦断面図であり、図３は図２の部分拡大図である。図４は、図２におけるＳ４−Ｓ４位置での断面図である。
【００１６】
レーザ加工ヘッド１は、軸線ＣＬ１に沿って延びる孔１ａ１を有する筒状の本体部１ａ及び本体部１ａの先端に着脱自在に取り付けられたノズル１ｂを有する。
本体部１ａの内部には、レーザ光Ｌｓの光軸となる本体部１ａの軸線ＣＬ１上に、ファイバケーブル４が接続される側から不図示のコリメーションレンズと図２に示される集束レンズ１ｅと保護ガラス１ｇとが配置されている。本体部１ａは、コリメーションレンズと集束レンズ１ｅとの間にミラーを設けて、レーザ光Ｌｓをミラーで９０°反射させる構成のＬ字状としてもよい。
【００１７】
レーザ発振装置６２から供給され、本体部１ａの内部の空間にファイバケーブル４の出口端面（不図示）から発散光として入射したレーザ光Ｌｓは、コリメーションレンズによって平行光とされる。平行光とされたレーザ光Ｌｓは、集束レンズ１ｅにより、例えばワークＷの加工部位を焦点とする収束光とされてノズル１ｂの先端の開口部１ｂ１から外部に射出する。
【００１８】
図２に示されるように、本体部１ａは、軸方向において集束レンズ１ｅとノズル１ｂとの間の部分に、外側に張り出したフランジ部１ｆを有する。
図４に示されるように、フランジ部１ｆは、横断面形状の外形が概ね矩形を呈し、４つの角部が円弧状とされ他の部分が直線状の縁部１ｆ３〜１ｆ６とされている。
対向する一対の角部１ｆ１，１ｆ２には、それぞれ孔１ａ１の内周面１ａ２に開口して孔１ａ１の内部空間Ｖｃと連通するガス供給孔１１，１２が形成されている。ガス供給孔１１，１２は、それぞれ第１のガス供給孔，第２のガス供給孔として、外部から供給されたアシストガスＡＧを本体部１ａの内部に導入する供給路として機能する。
【００１９】
図４に示されるように、ガス供給孔１１は、第１の軸線である軸線Ｃ１１が、軸線ＣＬ１と直角に交わる（直交する）と共に縁部１ｆ３，１ｆ５に直交する中心線Ｃ３に対して図４における反時計回り方向の鋭角として所定の角度θａをなし、所定の内径Ｄ１１を有する直状の円孔である。以下、特に注記がない限り、「直交する」は「直角に交わる」を意味するものとする。
ガス供給孔１２は、第２の軸線である軸線Ｃ１２が軸線ＣＬ１と直交すると共に中心線Ｃ３に対して図４における反時計回り方向の鋭角として所定の角度θｂをなし、所定の内径Ｄ１２を有する直状の円孔である。
角度θａと角度θｂとは、同じ角度であってもよいが異なる角度に設定されていると、よりよい。すなわち、図４に示されるように、軸線Ｃ１１と軸線Ｃ１２とがなす鈍角としての所定の角度を角度θｃとしたときに、角度θｃは１８０°以外の角度であるとよりよい。その場合の角度例は、角度θａが５０°、角度θｂが４３°である。
ガス供給孔１１及びガス供給孔１２は、軸線ＣＬ１の延びる軸方向において同じ位置に形成されている。すなわち、軸線Ｃ１１及び軸線Ｃ１２は、軸線ＣＬ１に直交する同一の平面上に含まれる。
【００２０】
レーザ加工ヘッド１における本体部１ａの下部には、軸線ＣＬ１を中心軸とする円環状の流路形成リング１ｄが取り付けられている。流路形成リング１ｄは周壁部１ｄ１を有する。周壁部１ｄ１は、下方を先端として円環状に延在し、孔１ａ１の内周面１ａ２に対し、径方向に図２及び図４に示される所定間隔である所定の距離ｄａの隙間をもって対向している。
距離ｄａは全周にわたり一定とされ、距離ｄａの隙間を確保することで内周面１ａ２と周壁部１ｄ１の外周面１ｄ１ａとの間に円筒状の空間Ｖａが形成されている。
【００２１】
本体部１ａの下部には、軸線ＣＬ１を中心軸とする円環状の流路アダプタ１ｃが取り付けられている。流路アダプタ１ｃの上部は、流路形成リング１ｄの内側に進入している。
流路アダプタ１ｃは周壁部１ｃ１を有する。周壁部１ｃ１は、上方を先端として円環状に延在し、流路形成リング１ｄの内周面１ｄ１ｂに対し、径方向に図２及び図４に示される所定の距離ｄｂの隙間をもって対向している。
距離ｄｂは全周にわたり一定とされ、距離ｄｂの隙間を形成することで流路形成リング１ｄの内周面１ｄ１ｂと周壁部１ｃ１の外周面１ｃ１ａとの間に円筒状の空間Ｖｂが形成されている。
【００２２】
図２に示されるように、レーザ加工ヘッド１は、外部から本体部１ａの内部空間ＶｃへアシストガスＡＧを供給するガス供給部ＧＫとして、ガス供給孔１１及びガス供給孔１２と、流路形成リング１ｄ及び流路アダプタ１ｃとを有する。
これにより、アシストガスＡＧは、図３に矢印ＤＲで示されるように、外部からガス供給孔１１及びガス供給孔１２を通して同じ圧力及び流量で供給されると共に、径方向の幅が距離ｄａなる空間Ｖａに矢印ＤＲａのように流入する。
空間Ｖａは、流路形成リング１ｄの周壁部１ｄ１の下端部側が空間Ｖｂに連通しており、空間Ｖａに流入したアシストガスＡＧは、周壁部１ｄ１の下端部を通り径方向の幅が距離ｄｂなる空間Ｖｂに矢印ＤＲｂのように流入する。
空間Ｖｂは、上端側が孔１ａ１内に開口しているので、空間Ｖｂにその下部側から流入したアシストガスＡＧは、矢印ＤＲｃのように上方へ流れて空間Ｖｂの上方端部から孔１ａ１の内部空間Ｖｃに矢印ＤＲｄのように流入する。
【００２３】
図５は、レーザ加工ヘッド１において、ガス供給孔１１，１２を介して空間Ｖａに供給されたアシストガスＡＧの流れを矢印で示し空間Ｖａを円で示した模式的平面図である。
【００２４】
図５に示されるように、ガス供給孔１１から供給されたアシストガスＡＧの流れは、空間Ｖａに流入すると時計回り方向の流れのガス流ＡＧ１１Ｒと反時計回り方向の流れのガス流ＡＧ１１Ｌとに分岐する。
一方、ガス供給孔１２から供給されたアシストガスＡＧの流れは、空間Ｖａに流入すると時計回り方向の流れのガス流ＡＧ１２Ｒと反時計回り方向の流れのガス流ＡＧ１２Ｌとに分岐する。
【００２５】
空間Ｖａは軸線ＣＬ１に直交する断面上で閉じた円形としてモデル化されるので、ガス流ＡＧ１１Ｒ，ＡＧ１２Ｌは、それぞれの空間Ｖａへの流入点１１ａ，１２ａから周方向のそれぞれの流れ距離が概ね同じとなる図５の上側の円弧上の中点である衝突点Ｐｔ１で衝突する。
一方、ガス流ＡＧ１１Ｌとガス流ＡＧ１２Ｒとは、流入点１１ａ，１２ａから周方向のそれぞれの流れ距離が概ね同じとなる図５の下側の円弧上の中点である衝突点Ｐｔ２で衝突する。
【００２６】
図６は、図４と対比するための図であり、レーザ加工ヘッド１に対する比較例としてのレーザ加工ヘッド１Ａのフランジ部１ｆＡにおける横断面形状を示した図である。
図６に示されるように、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａは、実施例のレーザ加工ヘッド１におけるガス供給孔１１に相当するガス供給孔１１Ａを有する一方、レーザ加工ヘッド１におけるガス供給孔１２に相当するガス供給孔を有していない。
すなわち、レーザ加工ヘッド１Ａは、外部から供給されたアシストガスＡＧが一つの供給経路であるガス供給孔１２Ａを通して内部に流入する。
【００２７】
図７は、図５と対比するための図であり、比較例のレーザ加工ヘッド１ＡにおけるアシストガスＡＧの流れを示す模式図である。
図７に示されるように、レーザ加工ヘッド１Ａでは、アシストガスＡＧは、一つのガス供給孔１１Ａを通り流入点１１ａＡから空間Ｖａに供給される。アシストガスＡＧは、空間Ｖａに流入すると時計回り方向の流れのガス流ＡＧＲと反時計回り方向の流れのガス流ＡＧＬとに分岐する。
【００２８】
ガス流ＡＧＲとガス流ＡＧＬとは、空間Ｖａにおいて流入点１１ａＡから流動距離が同じの反対側の点である衝突点ＰｔＡの１点のみで衝突する。
すなわち、アシストガスＡＧは、実施例のレーザ加工ヘッド１では空間Ｖａにおいて２箇所の衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２で衝突し、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａでは空間Ｖａにおいて１箇所の衝突点ＰｔＡで衝突する。
【００２９】
レーザ加工ヘッド１及びレーザ加工ヘッド１Ａの空間Ｖａ内のアシストガスＡＧの流れを比較すると、レーザ加工ヘッド１では２箇所の衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２が生じ、各衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２で圧力が上昇し流れが乱れる。しかしながら、この圧力上昇及び流れの乱れは、レーザ加工ヘッド１Ａのようにガス流が一つの衝突点ＰｔＡで衝突する場合よりも抑制される。
また、レーザ加工ヘッド１の空間Ｖａに生じた衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２におけるアシストガスＡＧの流れの乱れは、空間Ｖｂを経由して孔１ａ１内を流れるアシストガスＡＧの流れにも周方向の流れの乱れとして伝播する。しかしながら、この周方向の乱れは、レーザ加工ヘッド１Ａにおける孔１ａ１内のアシストガスＡＧの流れの周方向の乱れよりも小さく抑制される。
【００３０】
また、レーザ加工ヘッド１は、２つのガス供給孔１１及びガス供給孔１２のそれぞれの軸線Ｃ１１及び軸線Ｃ１２が、軸線ＣＬ１方向から見た上面視において一直線上になく、例えば角度θａが５０°角度θｂが４３°とされている。すなわち、ガス供給孔１１及びガス供給孔１２は、空間Ｖａを周方向に２等分する位置からずれて配置されている。
これにより、２つの衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２の周方向位置及びガス流の乱れ度合いは定常的ではなくなり、ガス流の乱れは、空間Ｖａから空間Ｖｂを経由して孔１ａ１内に進入する過程で、周方向位置がずれながら平均化してより抑制される。
【００３１】
すなわち、レーザ加工ヘッド１は、アシストガスＡＧのガス供給部ＧＫの一部として２つのガス供給孔１１，１２を有し、２つのガス供給孔１１，１２が横断面形状で周方向に等分割とならない位置に配置されている。
２つのガス供給孔１１，１２からエア溜まりとして機能する空間Ｖａに流入したアシストガスＡＧは、２つの衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２で衝突し流れの乱れが生じる。しかしながら、衝突点Ｐｔ１，Ｐｔ２が周方向に等分割とならない位置にあるため、アシストガスＡＧは、流れの乱れが定常化しない状態で空間Ｖｂへと流入する。そのため、アシストガスＡＧの流れの乱れは、空間Ｖａ及び空間Ｖｂを通過する過程で徐々に抑制され、アシストガスＡＧの流れは周方向で平均化した状態で孔１ａ１内に流入する。
【００３２】
上述のように、２つのガス供給孔１１，１２を有するレーザ加工ヘッド１から射出するアシストガスＡＧの周方向の流れの分布は、１つのガス供給孔１１Ａのみを有するレーザ加工ヘッド１Ａから射出するアシストガスＡＧの周方向の流れよりも乱れが少なくより均一化される。
【００３３】
実施例のレーザ加工ヘッド１から噴出したアシストガスＡＧの流れと、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａから噴出したアシストガスＡＧの流れとの違いを、次の実験Ａ及び実験Ｂによって確認したので次に説明する。
【００３４】
実験Ａとして、レーザ加工ヘッド１，１Ａそれぞれから噴出するアシストガスＡＧの圧力分布を、水平に直交する２軸方向で測定し、乱れの有無を調べ比較した。
実験Ｂとして、ワークＷを略矩形の切断経路Ｃｔで切断したときに各辺に生じるドロスの高さを測定し、最大値を比較した。以下、切断経路Ｃｔにおけるドロスの高さの最大値をドロス最高値Ｄｄとも称する。
【００３５】
（実験Ａの方法について）
図８（ａ），（ｂ）を参照して実験Ａの方法を説明する。
図８（ａ）は実験Ａで切断するワークＷの上面図であり、（ｂ）は実験Ａを実施中のワークＷ及びレーザ加工ヘッド１一部断面の側面図である。
【００３６】
板材のワークＷに予め貫通孔Ｗａを形成しておき、貫通孔Ｗａの直下に圧力計７１を配置しておく。
このワークＷに対し、レーザ加工ヘッド１，１Ａを、それぞれアシストガスＡＧを噴出させながら貫通孔Ｗａを通る水平直交２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って移動させ、貫通孔Ｗａを通過して下面側に噴出するアシストガスＡＧの圧力の時間変化を圧力計７１によって測定する。
これにより、レーザ加工ヘッド１，１Ａそれぞれについて、噴出するアシストガスＡＧのＸ軸及びＹ軸方向の圧力分布が独立して得られる。
貫通孔Ｗａの直径は１．０ｍｍとし、測定範囲は、レーザ加工ヘッド１，１Ａそれぞれのノズル１ｂ，１ｂＡの中心位置から移動方向の前後２．０ｍｍの合計４ｍｍの範囲とする。
【００３７】
（実験Ｂの方法について）
図９に示されるように、板材のワークＷに対し、角にＲ付けした概ね正方形の切断経路Ｃｔを設定する。切断経路Ｃｔは、図９の反時計回り方向に切断するものとし、直線部分となる４つの経路である第１経路Ｃｔ１，第２経路Ｃｔ２，第３経路Ｃｔ３，及び第４経路Ｃｔ４をこの順に切断し、それぞれに生じたドロスの高さの最大値であるドロス最高値Ｄｄを測定する。
Ｘ及びＹの切断方向の向きは、（＋）、（−）として図９に示されるように設定する。
すなわち、第１経路Ｃｔ１〜第４経路Ｃｔ４は、切断順に、第１経路Ｃｔ１：（Ｙ−）方向，第２経路Ｃｔ２：（Ｘ＋）方向，第３経路Ｃｔ３：（Ｙ＋）方向，及び第４経路Ｃｔ４：（Ｘ−）方向となる。
また、切断加工においてレーザ光Ｌｓの焦点位置は３段階に変え、移動速度は４段階に変え、それぞれについてドロス最高値Ｄｄを測定した。
【００３８】
（実施例のレーザ加工ヘッド１での結果）
（実験Ａ）
図１０は、実施例のレーザ加工ヘッド１での実験Ａの結果である。
図１０に示されるように、レーザ加工ヘッド１におけるアシストガスＡＧの噴出圧力分布は、圧力の変化度合いが滑らかであると共にＸ軸方向とＹ軸方向とでほぼ一致し、切断方向による実質的な差は認められない。
すなわち、レーザ加工ヘッド１から噴出するアシストガスＡＧの圧力分布は、周方向に均一になっていることがわかる。
【００３９】
(実験Ｂ)
図１１は、実施例のレーザ加工ヘッド１における実験Ｂの結果を示す表である。
この表では、ドロス最高値Ｄｄを大きさに応じて４段階に分け、表中のセルをハッチングなどによって分類してある。
図１１に示されるように、レーザ加工ヘッド１では、焦点位置が−２．０ｍｍ，−３．０ｍｍにおいて、移動速度によらずドロス最高値Ｄｄは、３０μｍ以下の４段階中の最小段階に抑制されている。また、焦点位置が−０．５ｍｍにおいても、ドロス最高値Ｄｄは、５０μｍ以下に抑制されている。
いずれの焦点位置においても、第１経路Ｃｔ１〜第４経路Ｃｔ４の違いによる顕著な傾向や差は認められない。すなわち、ドロス最高値Ｄｄに切断方向性は認められない。
【００４０】
（比較例：レーザ加工ヘッド１Ａの結果）
（実験Ａ）
図１２は、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａにおける実験Ａの結果である。
図１２に示されるように、レーザ加工ヘッド１ＡにおけるアシストガスＡＧの噴出圧力分布は、実線で示されるＸ方向の移動における−２ｍｍ〜−１ｍｍの測定範囲Ｍ１において、Ｓ字状にうねり乱れが生じていることがわかる。
また、測定位置が（＋０．５）〜（＋１．６）の範囲において、Ｘ方向とＹ方向とで圧力差が顕著に生じていることがわかる。
これらにより、レーザ加工ヘッド１Ａから噴出するアシストガスＡＧの圧力分布は、周方向に均一ではないことがわかる。
【００４１】
（実験Ｂ）
図１３は、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａにおける実験Ｂの結果を示す表であり、図１１と対比可能である。
図１３に示されるように、レーザ加工ヘッド１Ａでは、焦点位置及び移動速度によらずドロス最高値Ｄｄが３０μｍを超える場合が多く、５０μｍを超える場合もあり、実施例のレーザ加工ヘッド１を用いたときよりも生じるドロスの最高値が高い傾向が認められる。
また、Ｘ軸方向の加工である第２経路Ｃｔ２（Ｘ＋）及び第４経路Ｃｔ４（Ｘ−）方向の切断加工は、焦点位置及び移動速度によらず、Ｙ軸方向の加工である第１経路Ｃｔ１（Ｙ−）及び第３経路Ｃｔ３（Ｙ＋）方向の切断加工よりもドロス最高値Ｄｄが高くなる傾向が認められる。
このように、比較例のレーザ加工ヘッド１Ａを用いた切断加工は、ドロス最高値Ｄｄが大きく、かつ切断方向性を有する。この結果は、実験Ａで明らかになったアシストガスＡＧの圧力分布が周方向に均一になっていないことが要因にあることが推察される。
【００４２】
以上の結果から、レーザ加工ヘッド１及びそれを備えたレーザ加工装置６１によれば、レーザ加工ヘッド１から噴出するアシストガスＡＧの圧力分布が周方向に均一となり、ドロス高さに切断方向性を生じにくいことがわかる。
【００４３】
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。
【００４４】
図１４に示されるように、レーザ加工ヘッド１は、２つのガス供給孔１１，１２を直線上に形成して変形例１としてもよい。この場合、衝突点Ｐｔ３，Ｐｔ４において生じるアシストガスＡＧの流れの乱れは比較的安定して空間Ｖｂに伝搬するものの、レーザ加工ヘッド１Ａよりも乱れた部分における圧力値の増分は抑制されて小さくなる。
【００４５】
図１５に示されるように、レーザ加工ヘッド１は、２つのガス供給孔１１，１２を有するものに限定されない。例えば、軸線ＣＬ１まわりに互いにずれて軸線ＣＬ１に直交する軸線に沿って形成された、ｎ（３以上の整数）個のガス供給孔を有する変形例２としてもよい。図１５は、４つのガス供給孔１１〜１４を有してアシストガスＡＧの流れに４つの衝突点Ｐｔ５〜Ｐｔ８が生じる変形例２が示されている。
衝突点が多いほど、その衝突点における圧力値の増分がより抑制されて低下するので好ましい。
また、この場合、ｎ個のガス供給孔のうちの少なくとも一つを、軸線ＣＬ１まわりで隣接する２つのガス供給孔それぞれとなす角度ピッチが異なるように形成すると、内部空間Ｖｃを流れるガス流の周方向の乱れがより抑制されるので好ましい。
【００４６】
ガス供給孔１１，１２が孔１ａ１の内周面１ａ２に開口する部分の縁部に、孔明け加工でのばりなどが生じると、アシストガスＡＧの流れに乱れが生じる場合がある。そのため、生じたばりを除去すべく、いわゆる糸面取りを施すか、図３に示されるように、面取り又は座ぐりなどを施した開口処理部１１ｃ，１２ｃを形成するとよい。
特に、開口処理部１１ｃ，１２ｃを形成することで、ガス供給孔１１，１２におけるアシストガスＡＧの圧力損失及び流れの乱れを抑制できる。これは、開口処理部１１ｃ，１２ｃを形成することは、実質的にガス供給孔１１，１２の内径を大きくすることに相当し、２つの供給経路での圧力損失のばらつき及び流れの乱れを抑制できるので、レーザ加工ヘッド１から噴出するアシストガスＡＧの周方向の圧力分布の均一化を促進できる。
【００４７】
実施例において、ガス供給孔１１及びガス供給孔１２は、それぞれの軸線Ｃ１１及び軸線Ｃ１２が共に本体部１ａの軸線ＣＬ１と直交する平面上で空間的にも直角に交わるものとして説明した。
これに限らず、ガス供給孔１１及びガス供給孔１２は、それぞれの軸線Ｃ１１及び軸線Ｃ１２のいずれか一方又は両方が、軸線ＣＬ１に直交する平面上において軸線ＣＬ１と交わらないように水平方向にずれて形成されていてもよい。
この場合、ガス供給孔の軸線としてずれが許容される範囲は、例えば、ずれる軸線が軸線ＣＬ１１の場合、図４に示される軸線Ｃ１１に対し±３０°で傾いた半径線が内周面１ａ２と交わる位置の間の範囲となる。
ガス供給孔は、軸線がこの範囲にあるように開口していれば、複数のガス供給孔の開口部間に実施例と同様の衝突点が生じ、圧力上昇及び流れの乱れが抑制されて実施例と同様の効果が得られる。
【００４８】
レーザ加工ヘッド１における２つのガス供給孔１１及びガス供給孔１２のそれぞれの軸線Ｃ１１及び軸線Ｃ１２は、軸線ＣＬ１の延びる軸方向において同じ位置になくてもよく、ずれた位置に形成されていてもよい。例えば、変形例２において、３つ以上のガス供給孔のうちの少なくとも一つが、他のガス供給孔に対し異なる軸方向位置に軸線を有するように形成されていてもよい。
この場合、ガス供給路は、軸線ＣＬ１の延びる軸方向の位置において、本体部１ａの内周面１ａ２と流路形成リング１ｄの外周面１ｄ１ａとの間の円筒状の空間Ｖａに開口するように形成されていればよい。
これにより、アシストガスＡＧが空間Ｖａから空間Ｖｂを流れる過程で、流れの乱れる点がより定常化しにくくなり、レーザ加工ヘッド１から噴出するアシストガスＡＧの周方向の圧力分布がより均一化される。
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザ加工ヘッド
１ａ  本体部
１ａ１  孔
１ａ２  内周面
１ｂ  ノズル
１ｂ１  開口部
１ｃ  流路アダプタ
１ｃ１  周壁部
１ｃ１ａ  外周面
１ｄ  流路形成リング
１ｄ１  周壁部
１ｄ１ａ  外周面
１ｄ１ｂ  内周面
１ｅ  集束レンズ
１ｆ  フランジ部
１ｆ１，１ｆ２  角部
１ｆ３〜１ｆ６  縁部
１ｇ  保護ガラス
１１  ガス供給孔
１１ａ  流入点
１１ｃ  開口処理部
１２  ガス供給孔
１２ａ  流入点
１２ｃ  開口処理部
４  ファイバケーブル
７１  圧力計
８，８ａ，８ｂ  ホース
９  分岐部
６１  レーザ加工装置
６２  レーザ発振装置
６３  加工本体部
６３ａ  テーブル
６３ｂ  Ｘ軸キャリッジ
６３ｃ  Ｙ軸キャリッジ
６３ｄ  Ｚ軸ホルダ
６４  ＮＣ装置
６５  アシストガス供給装置
ＡＧ  アシストガス
ＡＧ１１Ｌ，ＡＧ１１Ｒ，ＡＧ１２Ｌ，ＡＧ１２Ｒ  ガス流
ＣＬ１  軸線
Ｃｔ  切断経路
Ｃｔ１  第１経路
Ｃｔ２  第２経路
Ｃｔ３  第３経路
Ｃｔ４  第４経路
Ｃ１１，Ｃ１２  軸線
Ｃ３  中心線
ｄａ，ｄｂ  距離
Ｄｄ  ドロス最高値
Ｄ１１，Ｄ１２  内径
ＧＫ  ガス供給部
Ｐｔ１〜Ｐｔ８  衝突点
Ｐ１，Ｐ２  ガス供給口
Ｌｓ  レーザ光
Ｖａ，Ｖｂ  空間
Ｖｃ  内部空間
Ｗ  ワーク
Ｗａ  貫通孔
θａ，θｂ  角度
【図１】
2020182957.tif 000003
【図２】
2020182957.tif 000004
【図３】
2020182957.tif 000005
【図４】
2020182957.tif 000006
【図５】
2020182957.tif 000007
【図６】
2020182957.tif 000008
【図７】
2020182957.tif 000009
【図８】
2020182957.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020182957.tif 000012
【図１１】
2020182957.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020182957.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月24日(2020.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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）  筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線である本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線に直角に交わる第１の軸線に沿って延び前記本体部の内周面に開口する第１のガス供給孔と、
前記第１の軸線に対し前記本体軸線まわりに所定の角度をなし前記本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線に直角に交わる第２の軸線に沿って延び前記内周面に開口する第２のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記本体軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含むレーザ加工ヘッドである。
２）  前記所定の角度は１８０°以外の角度であることを特徴とする１）に記載のレーザ加工ヘッドである。
３）  筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線である本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線まわりに互いにずれて前記本体軸線に直角に交わる軸線に沿って延びると共に前記本体部の内周面に開口するｎ（ｎは３以上の整数）個のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記本体軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含み、
前記ｎ個のガス供給孔のうちの少なくとも一つは、前記本体軸線まわりで隣接する２つの前記ガス供給孔それぞれとなす角度ピッチが異なることを特徴とするレーザ加工ヘッドである。
４）  １）〜３）のいずれか一つに記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドにレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
前記ガス供給部にアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
前記レーザ加工ヘッドをワークに対し相対的に移動させる移動装置と、
を備えたレーザ加工装置である。
５）  前記レーザ加工ヘッドが１）又は２）に記載のレーザ加工ヘッドである場合に、前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給し、前記レーザ加工ヘッドが３）に記載のレーザ加工ヘッドである場合に、前記ｎ個のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給することを特徴とする４）に記載の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】
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線である本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線に直角に交わる第１の軸線に沿って延び前記本体部の内周面に開口する第１のガス供給孔と、
前記第１の軸線に対し前記本体軸線まわりに所定の角度をなし前記本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線に直角に交わる第２の軸線に沿って延び前記内周面に開口する第２のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記本体軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含むレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
前記所定の角度は１８０°以外の角度であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられ外部から供給されたアシストガスを前記本体部の内部空間に流入させるガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
前記本体部の筒の軸線である本体軸線に直交する平面上にあって前記本体軸線まわりに互いにずれて前記本体軸線に直角に交わる軸線に沿って延びると共に前記本体部の内周面に開口するｎ（ｎは３以上の整数）個のガス供給孔と、
前記内周面に所定間隔をもって対向し、前記内周面との間に前記本体軸線に沿って延びる円筒状の空間を形成する流路形成リングと、
を含み、
前記ｎ個のガス供給孔のうちの少なくとも一つは、前記本体軸線まわりで隣接する２つの前記ガス供給孔それぞれとなす角度ピッチが異なることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドにレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
前記ガス供給部にアシストガスを供給するアシストガス供給装置と、
前記レーザ加工ヘッドをワークに対し相対的に移動させる移動装置と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ加工ヘッドが請求項１又は請求項２記載のレーザ加工ヘッドである場合に、前記第１のガス供給孔と前記第２のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給し、前記レーザ加工ヘッドが請求項３記載のレーザ加工ヘッドである場合に、前記ｎ個のガス供給孔に同じ圧力のアシストガスを供給することを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。