(57)【要約】【課題】固体レーザ或いはファイバレーザを用いて鋼板を切断する切断方法と切断装置を提供する。【解決手段】切断方法は、固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器から出射されたレーザビームをリングビーム１に形成して被切断材４に照射すると共に軸５に沿って酸素ガス２を噴射する。切断装置は、レーザ発振器１１と、ノズル３を有するレーザトーチ１２と、レーザ発振器１１からノズル３の間に構成され少なくとも円錐プリズム１３と凸レンズ１４と光ファイバ１５を有する光学系と、レーザトーチ１２に接続された酸素ガス供給系１７とを有し、レーザ発振器から出射されたレーザビームを光学系を介してリングビーム１を形成してノズル３から被切断材４に向けて照射すると共に酸素ガス供給系１７から供給された酸素ガス２をノズル３から被切断材４に向けて噴射することで被切断材４を切断する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器から出射されたレーザビームをリング状のビームに形成して被切断材に照射すると共に該リング状のビームの軸に沿って酸素ガスを噴射することで、被切断材を切断することを特徴とするレーザ切断方法。
【請求項２】
固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器と、被切断材の表面と対向して配置されたノズルを有するレーザトーチと、前記レーザ発振器から前記レーザトーチのノズルの間に構成され少なくとも円錐プリズムと凸レンズと光ファイバを有する光学系と、前記レーザトーチに接続された酸素ガス供給系と、を有し、前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを前記光学系を介してリング状のビームを形成して前記レーザトーチのノズルから被切断材に向けて照射すると共に前記酸素ガス供給系から供給された酸素ガスを前記レーザトーチのノズルから被切断材に向けて噴射することで被切断材を切断するように構成したことを特徴とするレーザ切断装置。
【請求項３】
前記光学系には、レーザビームを拡大するために凹レンズと凸レンズとの組み合わせからなる系を含むことを特徴とする請求項２に記載したレーザ切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器から出射されたレーザビームをリング状に形成して被切断材に照射すると共にリング状のビームの軸に沿って酸素ガスを噴射して被切断材を切断する切断方法と、この切断方法を実施する切断装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被切断材に向けてレーザトーチからレーザ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ことが行われている。このレーザ切断では、レーザ発振器から出射されたレーザビームはレンズによって集光され、被切断材にエネルギ密度の高いレーザスポットを形成する。レーザスポットが形成された被切断材では母材が蒸発又は溶融し、噴射されたアシストガスによって母材から排除される。そして、レーザトーチを移動させることで被切断材に連続した溝を形成して切断する。
【０００３】
被切断材が軟鋼を含む鋼板である場合、波長が１０．６μｍの炭酸ガスレーザが一般的に用いられる。しかし、最近ではＹＡＧレーザを含む固体レーザやファイバレーザ等の炭酸ガスレーザの波長の約１／１０の波長を持つレーザも鋼材を切断するための手段として注目されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ＹＡＧレーザを採用して溶接或いは切断するレーザ加工装置及びレーザ加工ヘッドの発明が記載されている。この発明は、従来のレーザ光の周囲から切断ガスを供給することによる、切断ガスの圧力が集光レンズ系の耐圧強度に影響されて高くするのに限度がある、という点を解決すべき課題の一つとしている。
【０００５】
特許文献１の技術では、レーザ加工ヘッドが、レーザ光を複数の束に分割する光学系と、レーザ光を被加工部に集光する複数の集光光学系と、複数の集光光学系によって集光されるレーザ光の束の間に加工手段を交換自在に支持し加工手段の加工部位を被加工部に向けて配置する支持部を備えることによって、同一の被加工部に対して常に一致させてレーザ加工と他の加工を同時に行うことができる。この結果、被加工部に対してレーザビームと、他の加工の加工用動力とを同時にしかもレンズ系に影響与えることなく供給して良好な加工ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７５２１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炭酸ガスレーザを用いて鋼板を切断するレーザ切断方法、及び特許文献１に記載されたレーザ加工装置によって鋼板を切断する方法の何れもレーザビームの焦点を被加工材の略表面に位置させてレーザスポットを形成している。そして、レーザスポットに向けてアシストガス或いは切断ガスを噴射することで被切断材を切断している。即ち、前記各技術では、被切断材を切断する際にはレーザによって母材を蒸発、溶融させ、アシストガス或いは切断ガスによって母材から溶融物を排除している。
【０００８】
上記の如く、レーザ切断では、レーザビームをレンズによって集光してエネルギ密度の高いレーザスポットを形成することによって、エネルギを集中的に被切断材に付与することで、被切断材を切断している。即ち、被切断材に対する切断プロセスの主役はレーザビームが演じており、アシストガス、切断ガスは補助的な役割を演じるに過ぎない。
【０００９】
本発明の目的は、固体レーザ或いはファイバレーザを用いて軟鋼を含む鋼板を切断する際の新たな切断方法と、この切断方法を実現する新たな切断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係るレーザ切断方法は、固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器から出射されたレーザビームをリング状のビームに形成して被切断材に照射すると共に該リング状のビームの軸に沿って酸素ガスを噴射することで、被切断材を切断することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ切断装置は、固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器と、被切断材の表面と対向して配置されたノズルを有するレーザトーチと、前記レーザ発振器から前記レーザトーチのノズルの間に構成され少なくとも円錐プリズムと凸レンズと光ファイバを有する光学系と、前記レーザトーチに接続された酸素ガス供給系と、を有し、前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを前記光学系を介してリング状のビームを形成して前記レーザトーチのノズルから被切断材に向けて照射すると共に前記酸素ガス供給系から供給された酸素ガスを前記レーザトーチのノズルから被切断材に向けて噴射することで被切断材を切断するように構成したものである。
【００１２】
上記レーザ切断装置に於いて、光学系には、レーザビームを拡大するために凹レンズと凸レンズとの組み合わせからなる系を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るレーザ切断方法では、固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器（以下単に「レーザ発振器」という）から出射されたレーザビームをリング状のビームに形成して被切断材に照射することで、被切断材に於ける母材を加熱することができる。そして、リング状のビームの軸に沿って酸素ガスを噴射することで、被切断材に於ける加熱部位を燃焼させると共に溶融物を母材から排除して切断することができる。
【００１４】
リング状に形成されたビームは、被切断材の照射部位を蒸発或いは溶融させることはなく、照射部位の温度を上昇させるのみである。そして、リング状のビームの軸に沿って噴射された酸素ガスが被切断材の母材を燃焼させると共に溶融物を排除する。このような酸素ガスによる母材の燃焼、溶融物の排除、はガス切断法に於ける切断酸素の機能と同一である。
【００１５】
従って、本発明に係るレーザ切断方法では、従来のレーザ切断法とは異なり、従来のガス切断法と類似することになる。このため、母材の燃焼発熱による被切断材の加熱を実現することが可能となり、同じ出力のレーザ発振器を用いた場合でも、より厚い被切断材を切断することができる。
【００１６】
また本発明に係るレーザ切断装置では、レーザ発振器からレーザトーチのノズルの間に円錐プリズムと凸レンズと光ファイバを有する光学系を設けたので、レーザ発振器から出射されたレーザビームを円錐プリズムによってリング状にし、凸レンズによってリング状のビームに形成してノズルから被切断材に向けて照射することができる。また酸素ガス供給系からレーザトーチに酸素ガスを供給することで、供給された酸素ガスをレーザトーチのノズルから噴射することができる。
【００１７】
従って、レーザトーチのノズルからリング状に形成されたビームを照射することができ、且つノズルからビームの軸に沿って酸素ガスを噴射することができる。このため、レーザトーチを被切断材の表面に対向させて配置し、レーザ発振器からレーザビームを出射すると共に酸素ガス供給系から酸素ガスを供給することで、リング状に形成されたビームによって被切断材を加熱し、且つ加熱部位を燃焼させると共に溶融物を排除して切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】レーザ切断方法を説明する図である。
【図２】レーザ切断装置の概略構成を説明する図である。
【図３】レーザトーチの構成を説明する図である。
【図４】円錐プリズムと凸レンズによってリング状のビームを形成する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザ切断方法、レーザ切断装置について説明する。本発明に係るレーザ切断方法は、リング状に形成したレーザビームによって被切断材を加熱し、この加熱部位に酸素ガスを噴射して母材を燃焼させると共に酸素ガスの持つ運動エネルギによって燃焼生成物、溶融物を母材から排除することで被切断材を切断するものである。即ち、本発明に係るレーザ切断方法は従来のガス切断法に近く、レーザビームのエネルギによって被切断材を蒸発或いは溶融させて切断する従来のレーザ切断方法とは異なる切断方法を実現したものである。
【００２０】
本発明に係るレーザ切断方法で切断する被切断材は、酸素ガスによって母材が燃焼し得る材質であることが必要である。即ち、被切断材としては、従来よりガス切断法によって良好な切断を実現し得る材質のもの全てを対象とすることが可能であり、好ましくは軟鋼、炭素鋼、合金鋼等の材質を含む鋼板である。
【００２１】
先ず、図１により本発明に係るレーザ切断方法を説明する。本発明では、Ｎｄ．ＹＡＧレーザ、ＤｌＳＣレーザ等の固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器等のレーザ発振器から出射されたレーザビームをリング状のビーム（以下「リングビーム」という）１に形成してレーザトーチのノズル３から被切断材４に照射している。
【００２２】
本発明に於いて、リングビーム１は、レーザビームがリング状に形成されていれば良く、如何なる手段でリング状に形成するかを限定するものではない。リングビーム１を形成する方法としては、後述するレーザ切断装置のように、円錐プリズム１３と凸レンズ１４を組み合わせて利用する方法や、短焦点レンズを利用する方法等の方法があり、これらを選択的に採用することが好ましい。
【００２３】
リングビーム１のエネルギ密度はレンズによって集光して形成されたレーザスポットのエネルギ密度と比較して低くなり、リングビーム１が照射された被切断材４の母材は温度が上昇するものの蒸発或いは溶融することはない。本発明に係るレーザ切断方法では、リングビーム１は、被切断材４に対する被照射部位が約９００℃〜約１０００℃程度まで上昇し得るエネルギ密度であることが好ましい。被切断材４に於けるリングビーム１による被照射部位が約９００℃〜約１０００℃まで上昇することで、リングビーム１の軸５に沿って酸素ガス２を噴射することで、母材を燃焼させることが可能である。
【００２４】
リングビーム１の軸５に沿って噴射される酸素ガス２としては、通常のガス切断に用いる酸素ガスと同じ純度のものを用いることが可能である。特に、酸素ガス２をリングビーム１の軸５に沿って噴射したとき、噴射された酸素ガス２はリングビーム１の内径１ａに沿うことが好ましい。
【００２５】
即ち、ノズル３から噴射された酸素ガス２は、外径がリングビーム１の内径１ａと一致するか、或いは僅かに小さいことが好ましい。しかし、酸素ガス２はノズル３に対し大気圧よりも高い圧力を持って供給されるため、ノズル３から噴射されたと同時に膨張し、リングビーム１の内径１ａに沿って噴射することを保証し得ない。
【００２６】
このため、レーザトーチに於けるリングビーム１の出射孔であり且つ酸素ガス２の噴射孔であるノズル３の孔３ａをリングビーム１の内径１ａと略等しいか或いは僅かに小さい値で形成することによって、ノズル３から噴射された酸素ガス２をリングビーム１の内径１ａに略沿わせることが可能となる。ノズル３の孔３ａの形状は、ノズル３に供給される酸素ガスの圧力との関係で、ストレート状、末広がり状等に適宜設定することが好ましい。
【００２７】
また、ノズル３の孔３ａから噴射された酸素ガス２が正確にリングビーム１の内径１ａに沿う必要はなく、例えば、酸素ガス２がリングビーム１の内径１ａよりも大きく、一部がリングビーム１に重複していても問題はない。また酸素ガス２がリングビーム１の内径１ａよりも小さく、両者の間に隙間が形成されているような場合、被切断材４に対する切断を開始する際に多少時間が余計にかかることもあるが、一度切断が開始された後は大きな問題が生じることはない。しかし、酸素ガス２がリングビーム１と全く重なるか、外径１ｂよりも大きくなった場合、バーニングが生じる虞がある。
【００２８】
リングビーム１の内径１ａの寸法は特に限定するものではない。このリングビーム１の内径１ａは被切断材４に対する加熱範囲を規定するものであり、酸素ガス２を噴射したときに燃焼する母材の範囲を規定し、被切断材４に形成される切幅の値を規定することとなる。従って、リングビーム１の内径１ａの寸法は被切断材４の厚さに応じて変化するものの、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２９】
また、リングビーム１の外径１ｂの寸法も限定するものではない。特に、リングビーム１の外径１ｂと内径１ａの差の１／２（ビーム幅）が被切断材４に対する加熱機能を有する部位（加熱部）となる。この加熱部の寸法は、被切断材４の厚さに応じて変化するものの、約０．５ｍｍ程度あれば充分である。従って、リングビーム１の外径１ｂの寸法は約１．５ｍｍ〜約３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３０】
しかし、リングビーム１の内径１ａ、外径１ｂの寸法は前述の寸法に限定するものではなく、被切断材４の表面を短時間で約９００℃〜１０００℃まで上昇させるのに必要なエネルギ密度を有する寸法に設定することが可能な寸法であることは当然である。
【００３１】
またノズル３の被切断材４の表面からの距離（ノズル３の高さ）は限定するものではないが、該ノズル３から噴射された酸素ガス２の膨張や空気による純度の低下、を考慮すると可及的に接近していることが好ましい。しかし、ノズル３の高さを低くすると、被切断材４に歪みが生じたときに接触したり、切断部位から生じるスパッタが付着し或いは孔３ａの内部に入り込むことがある。このため、ノズル３の高さを約３ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３２】
特に、リングビーム１が平行光線によって形成されている場合には、ノズル３の高さが如何なる値であっても変化することはないが、凸レンズを利用して集光しているような場合、凸レンズの焦点距離との関係も考慮する必要がある。
【００３３】
本発明に係るレーザ切断方法によって被切断材４に対してピアシング、及びピアシング点を起点として切断する手順について説明する。先ず、ノズル３の高さを設定すると共に被切断材４に予め設定されている切断の開始点（ピアシング点）まで移動させて停止させる。
【００３４】
所定の停止位置で、ノズル３から被切断材４に向けてリングビーム１を照射すると、リングビーム１に照射された部位の母材温度が上昇する。そして、被切断材４に於けるリングビーム１による照射部位の温度が約９００℃〜約１０００℃の範囲にまで上昇したとき、リングビーム１の軸５に沿ってノズル３の孔３ａから酸素ガス２を噴射すると、温度上昇した部位の母材が燃焼し、溶融物が生じる。
【００３５】
母材の燃焼に伴って発生する流動性を持った燃焼生成物、及び溶融物は、噴射された酸素ガスの運動エネルギによって母材から排除され、新たな母材が露出する。また、母材の燃焼に伴う燃焼熱によって母材は厚さ方向に加熱される。即ち、被切断材４は表面側がリングビーム１によって加熱され、厚さ方向が燃焼熱によって加熱される。このため、引き続く酸素ガス２の噴射により、母材の燃焼が継続し、被切断材４には厚さ方向に貫通した孔が形成（ピアシング）される。
【００３６】
被切断材４に貫通孔を形成した後、リングビーム１の照射、酸素ガス２の噴射を継続させた状態でノズル３を予め設定された方向に移動させると、ノズル３の移動に伴って、リングビーム１は連続して被切断材４の表面に対する加熱を行い、同時に酸素ガス２は被切断材４に対し母材の燃焼、燃焼生成物及び溶融物の母材からの排除を継続する。前記の如くして被切断材４に連続した溝を形成することで、被切断材４を切断することが可能である。
【００３７】
次に、図２〜図５によりレーザ切断装置について説明する。先ず、図２によりレーザ切断装置の概略構成について説明する。
【００３８】
レーザ切断装置は、レーザ発振器１１と、ノズル３を有するレーザトーチ１２と、レーザ発振器１１とノズル３との間に構成され少なくとも円錐プリズム１３と凸レンズ１４と光ファイバ１５とを有する光学系１６と、ホース１７ａを介してレーザトーチ１２に接続された酸素ガス供給系１７と、を有して構成されている。
【００３９】
レーザ発振器１１は、Ｎｄ．ＹＡＧレーザ、ＤｌＳＣレーザ等の固体レーザ発振器又はファイバレーザ発振器等の中から選択されたレーザ発振器によって構成されている。これらのレーザ発振器から出射されるレーザビームは波長が約１μｍであり、炭酸ガスレーザ発振器から出射されたレーザビームの波長の約１／１０である。
【００４０】
レーザ発振器１１が固体レーザ発振器である場合、レーザビームの開口数（ＮＡ）は０．２であり、約３２度と大きく、レーザ発振器１１とレーザトーチ１２は光ファイバ１５を介して直接接続される。光ファイバ１５のコア径は特に限定するものではないが、開口数を０．２又はそれ以上とし、コア径が０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの光ファイバを用いている。
【００４１】
しかし、レーザ発振器１１がファイバレーザ発振器である場合、レーザビームの開口数は０．１であり、広がり角が個体レーザ発振器から出射されたレーザビームの広がり角の１／２である。このため、レーザ発振器１１に凸レンズ１８ａ、１８ｂを設けたカップリング１８を配置し、このカップリング１８内でレーザビームの開口数を０．１から０．２に変換した後、光ファイバ１５に入射し得るように構成している。
【００４２】
図３に示すように、レーザトーチ１２の内部には、レーザビームを通過させることが可能で、且つ円錐プリズム１３、凸レンズ１４を設置することが可能な室１２ａが形成されている。また、レーザトーチ１２は、本体部１２ｂと、本体部１２ｂに対し着脱可能に構成されたレンズユニット部１２ｃと、レンズユニット部１２ｃに対し着脱可能に構成されたノズルユニット部１２ｄと、を有して構成されている。そして、本体部１２ｂに対し、レンズユニット部１２ｃ、ノズルユニット部１２ｄを取り付けることで、内部に室１２ａを有するレーザトーチ１２が構成される。
【００４３】
レーザトーチ１２の本体部１２ｂの上端側に、保護チューブ１５ａによって保護された光ファイバ１５が接続され、この光ファイバ１５が室１２ａに開口してレーザビームを出射し得るように構成されている。
【００４４】
レーザトーチ１２の室１２ａの上流側に対応する本体部１２ｂに、レーザビームを拡大するための凹レンズ１９ａと凸レンズ１９ｂとの組み合わせによって構成された光学系１９が設けられており、この光学系１９の下流側にダイクロイックミラー２０が設けられている。そして、ダイクロイックミラー２０によって、該ダイクロイックミラーに入射したレーザビームの大部分が円錐プリズム１３、凸レンズ１４を経てレーザトーチ１２の下端に設けたノズル３方向に分光され、一部分が監視系２１に分光される。
【００４５】
監視系２１は、ＣＣＤカメラ２２と、ミラー２３と、レンズユニット２４と、を有して構成されており、各構成部材２２〜２４はダイクロイックミラー２０に対し４５度の光軸２１ａに沿って配置されている。このように構成された監視系２１では、ダイクロイック２０から分光したレーザビームは光軸２１ａに沿って進行し、レンズユニット２４によって集光されつつミラー２３によって経路が変化してＣＣＤカメラ２２に入射する。
【００４６】
従って、ＣＣＤカメラ２２はダイクロイックミラー２０に於けるレーザビームを撮影することとなり、該ＣＣＤカメラ２２によって撮影されたレーザビームは、図示しないディスプレイに表示され、レーザビームの稼動状況がオペレーターによって監視される。
【００４７】
円錐プリズム１３及び凸レンズ１４は、レーザトーチ１２の本体部１２ｂに着脱可能に設けたレンズユニット部１２ｃに設けられており、夫々の光軸が同一の軸５に一致して配置されている。このため、ダイクロイックミラー２０を通過して円錐プリズム１３に入射したレーザビームを軸５を有するリングビーム１に形成することが可能である。
【００４８】
レンズユニット部１２ｃは、二重の円筒によって構成されており、内周面に円錐プリズム１３と凸レンズ１４が取り付けられている。また、二重の円筒の内部には冷却水通路２８が構成されている。そして、レンズユニット部１２ｃの外周面には冷却水通路２８に冷却水を供給し、或いは排水する給排水口２９が設けられている。従って、一方の給排水口２９から冷却水通路２８に冷却水を供給することで、レンズユニット部１２ｃを構成する円筒部材を介して円錐プリズム１３、凸レンズ１４を冷却することが可能である。
【００４９】
円錐プリズム１３及び凸レンズ１４は、調整リング２５を介してレンズユニット部１２ｃに取り付けられることで、両者の間隔が一定に保持されている。また、円錐プリズム１３及び凸レンズ１４の外周面がレンズユニット部１２ｃの内周面に対し接触し得るように配置されることで、良好な冷却を実現し得るように構成されている。特に、レーザトーチ１２の室１２ａには、圧力を持った酸素ガスが供給されるため、円錐プリズム１３、凸レンズ１４を前記の如く構成しておくことで、互いの間隔が変化することがなく、安定したレーザビームの屈折と集光を実現することが可能となる。
【００５０】
円錐プリズム１３及び凸レンズ１４の仕様は、円錐プリズム１３に入射するレーザビームの直径や、形成すべきリングビーム１の寸法に対応して適宜設定される。本実施例に於いて、円錐プリズム１３に於ける底面と法線とのなす角度を１度に設定し、凸レンズ１４は焦点距離が３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍのものを選択的に用いて円錐プリズム１３と組み合わせている。
【００５１】
上記の如く組み合わせた円錐プリズム１３と凸レンズ１４では、図４に示すように、円錐プリズム１３に入射したレーザビームは円錐面の傾きに対応して屈折することでリングビームが形成される。そして、円錐プリズム１３から出射されたリングビーム１は凸レンズ１４に入射して集光され、焦点を通過した後拡大して被切断材４にリングビーム１を形成する。
【００５２】
ノズルユニット部１２ｄは、レーザトーチ１２の本体部１２ｂに取り付けたレンズユニット部１２ｃの下端部に対し着脱可能に構成され、先端にリングビーム１を出射し且つ酸素ガス２を噴射する孔３ａが形成されている。前記孔３ａの中心軸は円錐プリズム１３、凸レンズ１４の光軸５、即ち、リングビーム１の軸５と一致しており、被切断材４に対し孔３ａからリングビーム１を照射すると共に酸素ガス２を噴射することで、リングビーム１の軸５に沿って酸素ガスを噴射することが可能である。
【００５３】
ノズルユニット部１２ｄの所定位置にはニップル１７ｂが取り付けられており、該ニップル１７ｂ、ホース１７ａを介して酸素ガス供給系１７と接続されている。酸素ガス供給系１７の構造は特に限定するものではなく、酸素ボンベ、工場配管を含む酸素ガス供給系を採用することが可能である。
【００５４】
また、酸素ガス供給系１７からノズルユニット部１２ｄに供給する供給圧は、ノズル３に形成された孔３ａの断面形状に応じて設定される。即ち、前記供給圧は、孔３ａから噴射した酸素ガス噴流が可及的に直線性を保持し、且つ効率良く圧力エネルギを速度エネルギに変換し得るような圧力に設定されることが好ましい。
【００５５】
上記の如く構成されたレーザ切断装置では、レーザ発振器１１から出射されたレーザビームは該レーザ発振器１１の構造に応じて、直接光ファイバ１５によって、或いはカップリング１８を経た後光ファイバ１５によってレーザトーチ１２の室１２ａに至る。次いで、室１２ａで光ファイバ１５から出射し、光学系１９を構成する凹レンズ１９ａ、凸レンズ１９ｂを経て略平行なビームとなりダイクロイックミラー２０に入射する。
【００５６】
ダイクロイックミラー２０では、入射したレーザビームの一部分が光軸２１ａに沿って監視系２１に導かれ、大部分が軸５に沿って円錐プリズム１３、凸レンズ１４に導かれる。監視系２１では、ＣＣＤカメラ２２によって撮影された画像が図示しないディスプレイに表示され、レーザビームの稼動状況がオペレータによって監視される。
【００５７】
円錐プリズム１３に入射したレーザビームは軸５に向けて屈折し、凸レンズ１４に入射して集光され、リングビーム１が形成される。形成されたリングビーム１はノズル３の孔３ａを通過し、図１に示すように、被切断材４に照射されて該被切断材４を加熱する。
【００５８】
リングビーム１による被切断材４の加熱と同時に、或いは所定時間経過した後、酸素ガス供給系１７からノズルユニット部１２ｄに酸素ガスを供給する。ノズルユニット部１２ｄに供給された酸素ガスは、ノズル３の孔３ａから被切断材４の加熱部位に向けて噴射し、予め加熱されていた母材を燃焼させると共に、燃焼熱によって母材を加熱し、且つ燃焼生成物を排除する。
【００５９】
上記の如くして母材の燃焼、燃焼生成物の排除を行いつつ、レーザトーチ１２を予め設定された切断方向に移動させることで、被切断材を切断することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るレーザ切断方法及びレーザ切断装置は、従来ガス切断法によって切断されていた鋼板の切断に利用して有利である。
【符号の説明】
【００６１】
１                    リングビーム
１ａ                  内径
１ｂ                  外径
２                    酸素ガス
３                    ノズル
３ａ                  孔
４                    被切断材
５                    軸
１１                  レーザ発振器
１２                  レーザトーチ
１２ａ                室
１２ｂ                本体部
１２ｃ                レンズユニット部
１２ｄ                ノズルユニット部
１３                  円錐プリズム
１４                  凸レンズ
１５                  光ファイバ
１５ａ                保護チューブ
１６                  光学系
１７                  酸素ガス供給系
１７ａ                ホース
１７ｂ                ニップル
１８                  カップリング
１８ａ、１８ｂ        凸レンズ
１９                  光学系
１９ａ                凹レンズ
１９ｂ                凸レンズ
２０                  ダイクロイックミラー
２１                  監視系
２１ａ                光軸
２２                  ＣＣＤカメラ
２３                  ミラー
２４                  レンズユニット
２５                  調整リング
２８                  冷却水通路
２９                  給排水口
【図１】
2010194558.tif 000003
【図２】
2010194558.tif 000004
【図３】
2010194558.tif 000005
【図４】
2010194558.tif 000006