(57)【要約】      （修正有）【課題】内側ノズルと外側ノズルとの間の環状のアシストガス通路内におけるアシストガスの流れの均一化を図ると共に、内側ノズル内へのスパッタや戻り光の侵入を抑制することのできるレーザ加工ヘッド用ノズルを提供する。【解決手段】環状のアシストガス通路５７と前記内側ノズル２３の内側とを連通した複数の連通孔４１を前記内側ノズル２３に備えたレーザ加工ヘッド用ノズルであって、前記アシストガス通路５７の基部に、前記各連通孔４１から噴出されて前記外側ノズル２５の先端に備えたノズル口４９へ指向するアシストガスの環状のガス流における流れの均一化を図るための環状の圧力調整部５３を備え、前記各連通孔４１は前記圧力調整部５３を指向して備えられており、前記圧力調整部５３は、前記内側ノズル２３の外周面との間に絞り部５５を形成する環状の段差部４５を備え、前記各連通孔４１は前記段差部４５よりも上側に備えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側ノズルの外側に外側ノズルを備えると共に、前記内側ノズルと外側ノズルとの間に備えた環状のアシストガス通路と前記内側ノズルの内側とを連通した複数の連通孔を前記内側ノズルに備えたレーザ加工ヘッド用ノズルであって、前記アシストガス通路の基部に、前記各連通孔から噴出されて前記外側ノズルの先端に備えたノズル口へ指向するアシストガスの環状のガス流における流れの均一化を図るための環状の圧力調整部を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記各連通孔は前記圧力調整部を指向して備えられており、前記圧力調整部は、前記内側ノズルの外周面との間に絞り部を形成する環状の段差部を備え、前記各連通孔は前記段差部よりも上側に備えられていることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおける先端部の外径は、前記外側ノズルにおける前記ノズル口の径よりも大きいことを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載のレーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおける先端部は、前記圧力調整部と前記外側ノズルにおけるノズル口のほぼ中間高さ位置に位置してあることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおけるテーパ穴の先端側に、当該テーパ穴のテーパ角よりもテーパ角が大きなテーパ穴を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記外側ノズルは、環状の前記圧力調整部に連通したストレート穴を備え、このストレート穴の下側に、前記ノズル口に連通したテーパ穴を備え、前記内側ノズルの先端部は前記テーパ穴内に位置してあることを特徴とするレーザ加工ヘッド用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ヘッドに使用される二重構造のノズルに係り、さらに詳細には、レーザ加工位置からの戻り光の入射を抑制し、かつレーザ加工位置から集光レンズ側へ飛散するスパッタ等を抑制することができるレーザ加工ヘッド用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークのレーザ加工を行うとき、レーザ加工位置へアシストガスを噴射供給するために、二重構造のノズルが使用されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３４３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１には、内側ノズルの外側に外側ノズルを備えた二重構造のノズルが記載されている。そして、二重構造のノズルとしては、内側ノズル内と、内側ノズルと外側ノズルとの間に形成された環状のアシストガス通路とへ、それぞれ別個のアシストガス供給源からアシストガスを供給する構成がある。また、内側ノズルに、環状のアシストガス通路に連通した連通孔を備えた構成（特許文献１の図６参照）とがある。
【０００５】
特許文献１に記載された後者の構成は、図２に示すごとき構成である。すなわち、従来の二重構造のノズル１は、テーパ状の内側ノズル３の外側に外側ノズル５を備え、前記内側ノズル３の外周面と前記外側ノズル５の内周面との間に、テーパ状で環状のアシストガス通路７を備えている。そして、アシストガス供給源９から前記内側ノズル３内へ供給されたアシストガスは、内側ノズル３に備えた複数の連通孔１１から前記アシストガス通路７へ噴出される構成である。
【０００６】
上記構成において、レーザ発振器１３から発振されたレーザ光ＬＢをワークＷへ照射すると共に、アシストガス供給源９から内側ノズル３内へアシストガスを供給することにより、アシストガスの一部は内側ノズル３のノズル口１５から噴出される。また、アシストガスの一部は連通孔１１からアシストガス通路７へ噴出され、外側ノズル５のノズル口１７からワークＷのレーザ加工位置１９へ噴出されることになる。
【０００７】
レーザ加工としてのピアス加工時には、レーザ加工位置１９からの反射光の一部が戻り光として内側ノズル３のノズル口１５から内部へ侵入すると、例えば光ファイバなどの光学系に損傷を与えることがある。したがって、前記ノズル口１５からの戻り光の侵入を抑制することが望まれている。
【０００８】
また、レーザ加工位置１９から飛散するスパッタ等が前記ノズル口１５から内部へ侵入すると、例えば集光レンズ等に付着して損傷することがある。また、レーザ加工位置１９から飛散したスパッタ等が内側ノズル３の外周面及び連通孔１１の部分に付着することがある。
【０００９】
ところで、前記連通孔１１から前記アシストガス通路７内へアシストガスが噴出されているので、前記アシストガス通路７内にはノズル口１７へ向かうアシストガスの流れが存在する。前記連通孔１１の位置は前記アシストガス通路７の基端部分に設けられているので、連通孔１１からアシストガス通路７内へ噴出されたアシストガスは、外側ノズル５の内周面に当接し、外側ノズル５の内周面に沿って前記ノズル口１７方向へ流れるときに、流れが内周面に沿って次第に広がり、その後にノズル口１７において集合する傾向にあるものである。
【００１０】
したがって、ノズル口１７におけるアシストガスの流れにむらを生じ易いものであり、ワークのレーザ切断加工進行方向によってはドロス等の吹き飛ばしの均一性に欠けることがある。しかも、前記連通孔１１からアシストガスが噴出することにより、前記内側ノズル３における連通孔１１付近の外周面にスパッタ等を巻き込み易く付着し易い傾向にある。
【００１１】
また、前記構成においては、外側ノズル５のノズル口１７に、内側ノズル３のノズル口１５が近接してあるので、レーザ加工位置１９から飛散するスパッタや戻り光が内側ノズル３内に入り易い、という問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、内側ノズルの外側に外側ノズルを備えると共に、前記内側ノズルと外側ノズルとの間に備えた環状のアシストガス通路と前記内側ノズルの内側とを連通した複数の連通孔を前記内側ノズルに備えたレーザ加工ヘッド用ノズルであって、前記アシストガス通路の基部に、前記各連通孔から噴出されて前記外側ノズルの先端に備えたノズル口へ指向するアシストガスの環状のガス流における流れの均一化を図るための環状の圧力調整部を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記各連通孔は前記圧力調整部を指向して備えられており、前記圧力調整部は、前記内側ノズルの外周面との間に絞り部を形成する環状の段差部を備え、前記各連通孔は前記段差部よりも上側に備えられていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおける先端部の外径は、前記外側ノズルにおける前記ノズル口の径よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおける先端部は、前記圧力調整部と前記外側ノズルにおけるノズル口のほぼ中間高さ位置に位置してあることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記内側ノズルにおけるテーパ穴の先端側に、当該テーパ穴のテーパ角よりもテーパ角が大きなテーパ穴を備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記レーザ加工ヘッド用ノズルにおいて、前記外側ノズルは、環状の前記圧力調整部に連通したストレート穴を備え、このストレート穴の下側に、前記ノズル口に連通したテーパ穴を備え、前記内側ノズルの先端部は前記テーパ穴内に位置してあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内側ノズルと外側ノズルとの間の環状のアシストガス通路内におけるアシストガスの流れの均一化を図ることができる。また、内側ノズル内へのスパッタや戻り光の侵入を抑制することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド用ノズルの構成を示す断面説明図である。
【図２】従来のレーザ加工ヘッド用ノズルの構成を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド用ノズル（以下、単にノズルと称す）２１は、レーザ加工ヘッド２３の先端部に着脱可能に装着してある。上記ノズル２１は、従来のノズルと同様に、内側ノズル２３の外側に外側ノズル２５を備えた構成である。
【００２１】
前記内側ノズル２３は外側ノズル２５における嵌合穴２７に一体的に嵌合した、外周が円形状の嵌合部２９を備えている。そして、上記嵌合部２９の下部には先端側（下端側）が次第に小径になるテーパ状部３１が一体に備えられており、このテーパ状部３１の基端外周部と前記嵌合部２９の外周面との間には環状の平面部３３が形成してある。前記内側ノズル２３内には、下端側が次第に小径になる第１テーパ穴３５が形成してあり、この第１テーパ穴３５の先端側には、内側ノズル２３におけるノズル口３７に連通した第２テーパ穴３９が備えられている。
【００２２】
前記第２テーパ穴３９は、前記第１テーパ穴３５内を前記ノズル口３７方向へ流れているアシストガスを一時的に絞る作用をなすものであって、この第２テーパ穴３９のテーパ角は第１テーパ穴３５のテーパ角よりも大きく形成してある。したがって、第１テーパ穴３５内をノズル口３７方向へ流れていたアシストガスは、第２テーパ穴３９の位置において急激に絞られる態様となり、当該第２テーパ穴３９の部分において圧力が上昇し、前記ノズル口３７から噴出するアシストガスの流速を増すものである。よって、前記ノズル口３７からスパッタ等が内側ノズル２３内に侵入することをより効果的に抑制することができるものである。
【００２３】
前記内側ノズル２３において、前記テーパ状部３１の基端部に近接した位置には、径がほぼ等しい複数の連通孔４１が周方向に等間隔に備えられている。
【００２４】
前記外側ノズル２５において、前記嵌合穴２７の下部には、中径のストレート穴４３が形成してあり、このストレート穴４３の下部には、環状の段差部４５を形成することによって小径のストレート穴４７が形成してある。そして、上記ストレート穴４７の下部には、外側ノズル２５の先端部に形成したノズル口４９に連接したテーパ穴５１が形成してある。
【００２５】
前記内側ノズル２３の先端部は前記外側ノズル２５における前記テーパ穴５１内であって、前記段差部４５と前記ノズル口４９とのほぼ中間高さ位置に位置し、前記ノズル口４９から大きく離隔してある。そして、前記内側ノズル２３における先端面（先端部）２３Ｆの外径は、前記ノズル口４９の内径よりも大きく形成してある。
【００２６】
前記構成により、前記内側ノズル２３における下部の平面部３３の下側には、前記内側ノズル２３における前記テーパ状部３１の基端部側を囲繞した前記ストレート穴４３の内周面との間に、環状の圧力調整部５３を備えた構成となるものである。そして、前記テーパ状部３１に形成した前記連通穴４１は、前記段差部４５方向を指向してある。
【００２７】
上記構成により、前記連通穴４１から圧力調整部５３内へ、図１に示す矢印Ａのごとく噴出されたアシストガスは、前記段差部４５の存在により、当該段差部４５と前記テーパ状部３１の外周面との間に形成された環状の絞り部５５によって、前記テーパ状部３１とストレート穴４７の内周面との間の環状のアシストガス通路５７内へ直ちに流入することが抑制される。したがって、前記連通穴４１から噴出されたアシストガスは、前記圧力調整部５３内において、矢印Ｂのごとく旋回する傾向にあり、前記テーパ状部３１の外周面に沿って前記アシストガス通路５７内へ流入する傾向にあるものである。
【００２８】
上記説明より理解されるように、前記連通穴４１から圧力調整部５３内へ噴出されたアシストガスは、絞り部５５の作用によって絞られるので、前記圧力調整部５３内において圧力の均一化が図られることになるものである。したがって、前記絞り部５５から前記アシストガス通路５７内へ流れる環状のアシストガスの流れはむらのないほぼ均一な流れとなるものである。
【００２９】
既に理解されるように、内側ノズル２３の前記連通孔４１は、前記絞り部５５よりも上側に位置して備えられている。したがって、レーザ加工位置から飛散して前記連通孔４１付近に付着する傾向にあるスパッタ等は、前記絞り部５５において流速が増速されたアシストガスによって上昇がより効果的に抑制されると共に、前記圧力調整部５３内における旋回流（矢印Ｂの流れ）によって上昇が抑制される。よって、前記連通孔４１付近及び内側ノズル２３の外周面へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
【００３０】
前記絞り部５５を通過したアシストガスの環状の流れは、前記内側ノズル２３における先端面２３Ｆと前記外側ノズル２５におけるノズル口４９との間の合流領域５９において合流される。この合流領域５９は、前記内側ノズル２３の先端面２３Ｆが前記圧力調整部５３と前記外側ノズル２５のノズル口４９との間のほぼ中間高さに位置することにより、比較的大きな空間領域に形成してある。したがって、上記合流領域５９において周囲から合流したアシストガス及び内側ノズル２３のノズル口３７から噴出されたアシストガス流の均一化が図られることになる。
【００３１】
したがって、外側ノズル２５のノズル口４９から噴出されるアシストガスは、むらのない均一な流れとなるものである。よって、レーザ切断加工の進行方向が変化した場合であっても、ドロス等の吹き飛ばしを良好に行うことができるものである。
【００３２】
既に理解されるように、内側ノズル２３と外側ノズル２５との間に形成された環状のアシストガス通路５７の基部には、内側ノズル２３の連通孔４１から噴出されたアシストガスの流れの均一化を図るための環状の圧力調整部５３を備えている。
【００３３】
したがって、前記アシストガス通路５７内におけるアシストガス流の均一化を図ることができ、内側ノズル２３におけるテーパ状部３１の周面及び前記連通孔４１付近へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
【００３４】
また、前記圧力調整部５３と環状のアシストガス通路５７との間には絞り部５５が備えられており、内側ノズル２３において前記圧力調整部５３方向を指向して設けた連通孔４１は、前記絞り部５５よりも上側に備えられている。したがって、前記圧力調整部５３内に旋回流を生じて、内側ノズル２３におけるテーパ状部３１の外周面に沿ってのガス流を生じる傾向にある。よって、前記テーパ状部３１の外周面及び前記連通孔４１付近へのスパッタ等の付着を効果的に防止することができるものである。
【００３５】
また、内側ノズル２３における先端面２３Ｆの径は外側ノズル２５におけるノズル口４９の径より大きく形成してある。したがって、レーザ加工位置から環状のアシストガス通路５７方向へ飛散する傾向にあるスパッタ等の減少化を図ることができるものである。
【００３６】
さらに、前記内側ノズル２３における先端部の高さ位置は、圧力調整部５３と外側ノズル２５におけるノズル口４９との間のほぼ中間高さ位置に位置してある。したがって、前記ノズル口４９から前記内側ノズル２３の先端部までの離隔距離は大きくなるものである。よって、レーザ加工位置と前記ノズル口３７の内周面とを結ぶことによって形成される仮想の円錐形におけるテーパ角をより小さくすることができ、内側ノズル２３内へのスパッタ等の侵入及び戻り光の侵入をより少なくすることができるものである。
【００３７】
また、前記構成においては、内側ノズル２３における第１テーパ穴３５の先端側に、当該第１テーパ穴３５のテーパ角よりもテーパ角が大きな第２テーパ穴３９を備えた構成である。したがって、第１テーパ穴３５内を流れてノズル口３７から噴出されるアシストガスは、第２テーパ穴３９の部分において一時的に圧力が上昇される。よって、前記ノズル口３７から噴出されるアシストガスの流速はより大きくなるものであり、ノズル口３７内へ飛散侵入する傾向にあるスパッタ等の侵入をより効果的に抑制することができるものである。
【００３８】
さらに、前記外側ノズル２５は、環状の圧力調整部５３の下側にストレート穴４７を備え、このストレート穴４７の下側に備えたテーパ穴５１内に、内側ノズル２３におけるテーパ状部３１の先端側が位置してある。したがって、前記テーパ穴５１の内周面と前記テーパ状部３１の外周面との間にテーパ状のアシストガス通路が形成される。よって、外側ノズル２５のノズル口４９方向へ流れるアシストガスの層流化を図ることができるものである。
【符号の説明】
【００３９】
２１  レザー加工ヘッド用ノズル
２３  内側ノズル
２５  外側ノズル
３１  テーパ状部
３５  第１テーパ穴
３７  ノズル口
３９  第２テーパ穴
４１  連通孔
４５  段差部
４９  ノズル口
５３  圧力調整部
５５  絞り部
５７  アシストガス通路
【図１】
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【図２】
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