(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔からレーザビームを照射するとともにアシストガスを噴射しながら被加工材を切断するためのレーザ加工用ノズルであって、
前記ノズル孔が形成されたノズル本体は、
先端側がノズル軸線に対して傾斜する傾斜開口部を有するとともに先端部分に垂直切断する際に前記被加工物と対向することで前記被加工材との間のキャパシタンスを安定して検出するための前記ノズル軸線と直交する平坦部が形成されていることを特徴とするレーザ加工用ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工用ノズルであって、
前記ノズル孔が前記ノズル軸線方向から見て円形に形成されている場合に、
前記平坦部は、
前記ノズル本体の先端側外周面から前記ノズル孔に至り、かつ前記傾斜開口部を構成する縁部の半分に至る範囲で形成されていることを特徴とするレーザ加工用ノズル。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ加工用ノズルであって、
前記平坦部は、
前記ノズル本体の先端部分外周に延在して形成されていることを特徴とするレーザ加工用ノズル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するトーチを保持し、
前記トーチを、前記被加工材の加工面に沿うＸＹ方向と、前記ＸＹ方向と直交し前記加工面に垂直なＺ方向に移動可能とされ、
かつ前記レーザ加工用ノズルを、前記Ｚ方向に形成されたＺ軸周りに回転させる第１回転機構と、前記Ｚ軸と直交する軸線周りに回転させる第２回転機構と、を備えたレーザ加工装置の制御方法であって、
開先切断する場合は、
前記第２回転機構により前記傾斜開口部を前記被加工材に向けて前記ノズル軸線を開先角度と対応する角度に傾斜させるとともに、前記第１回転機構により前記ノズル軸線を平面視切断方向と直交する方向に向け、
垂直切断する場合は、
前記第２回転機構により前記ノズル軸線を前記被加工材の加工面に垂直に向けるとともに、前記第１回転機構により前記傾斜開口部を切断方向に向けて、前記レーザ加工用ノズルと前記被加工材との間に形成されるキャパシタンスによって前記ノズルと前記被加工材との間隔を制御しつつＸＹ方向に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ加工装置の制御方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するトーチを保持し、
前記トーチを、前記被加工材の加工面に沿うＸＹ方向と、前記ＸＹ方向と直交し前記加工面に垂直なＺ方向に移動可能とされ、
かつ前記レーザ加工用ノズルを、前記Ｚ方向に形成されたＺ軸周りに回転させる第１回転機構と、前記Ｚ軸と直交する軸線周りに回転させる第２回転機構と、を備えたレーザ加工装置を制御するプログラムであって、
開先切断する場合は、
前記第２回転機構により前記傾斜開口部を前記被加工材に向けて前記ノズル軸線を開先角度と対応する角度に傾斜させるとともに、前記第１回転機構により前記ノズル軸線を平面視切断方向と直交する方向に向け、
垂直切断する場合は、
前記第２回転機構により前記ノズル軸線を前記被加工材の加工面に垂直に向けるとともに、前記第１回転機構により前記傾斜開口部を切断方向に向けて、前記レーザ加工用ノズルと前記被加工材との間に形成されるキャパシタンスによって前記ノズルと前記被加工材との間隔を制御しつつＸＹ方向に移動させながらレーザビームを照射するように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムが格納された制御手段を備え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、被加工材にレーザビームにより開先切断及び垂直切断をするためのレーザ加工用ノズル、レーザ加工装置の制御方法、プログラム、制御器及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レーザビームの照射により鋼鈑等の被加工材に開先形状部を形成する場合、被加工材に対してトーチを傾斜させ、このトーチのノズルから、アシストガスを供給しながらレーザビームを被加工材に照射することが一般的に行なわれている。
【０００３】
また、ノズル孔にノズル軸線に対して傾斜する傾斜開口部を形成して、このノズルを開先角度とほぼ一致するように傾けて、傾斜開口部の縁部と被加工材との隙間を小さくして開先切断する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に記載された傾斜開口部を有するノズルによって開先切断する場合、大きな開先角度を容易に形成することができ、また、傾斜開口部の縁部と被加工材との隙間を小さくなることで、アシストガスの削減や溶融した金属の容易な排出により、効率的に開先切断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−４２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ノズル軸線を被加工材に垂直に配置して行なう垂直切断では、傾斜開口部が形成されたノズル孔を、被加工材に対して適切な高さに制御することが困難であるうえ、傾斜開口部と切断方向の相対的向きにより切断性能や切断品質が影響されて、安定した切断を行なうことが困難だった。
そのため、垂直切断をする際には、ノズル孔がノズル軸線に対して直交して開口する従来のトーチに交換する必要があり、トーチ交換が煩雑であるために、上記傾斜開口部を有するノズルを、レーザ加工装置に適用、実用化することが困難であった。
【０００７】
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、被加工材に対して、開先切断と垂直切断を効率的かつ安定して行うことができるレーザ加工用ノズル、レーザ加工装置の制御方法、プログラム、制御器及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、ノズル孔からレーザビームを照射するとともにアシストガスを噴射しながら被加工材を切断するためのレーザ加工用ノズルであって、前記ノズル孔が形成されたノズル本体は、先端側がノズル軸線に対して傾斜する傾斜開口部を有するとともに先端部分に垂直切断する際に前記被加工物と対向することで前記被加工材との間のキャパシタンスを安定して検出するための前記ノズル軸線と直交する平坦部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明にかかるレーザ加工用ノズルによれば、ノズル本体がノズル軸線に対して傾斜する傾斜開口部を有するとともに先端部分にノズル軸線と直交する平坦部が形成されているので、傾斜開口部を有していないノズルに比較して、開先角度を大きく形成することができ、傾斜開口部の先端側と基端側における被加工材との隙間の偏りを小さくすることで、効率的かつ安定した開先切断をすることができる。
また、ノズル軸線を被加工材に垂直に配置した場合に、平坦部と被加工材との間の静電容量に基づいてノズル孔と被加工材との間隔を制御することで効率的かつ安定した垂直切断をすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工用ノズルであって、前記ノズル孔が前記ノズル軸線方向から見て円形に形成されている場合に、前記平坦部は、前記ノズル本体の先端側外周面から前記ノズル孔に至り、かつ前記傾斜開口部を構成する縁部の半分に至る範囲で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明にかかるレーザ加工用ノズルによれば、平坦部が、ノズル本体の先端側外周面からノズル孔に至り、かつ傾斜開口部を構成する縁部の半分に至る範囲で形成されているので、開先切断時に、傾斜開口部の先端側と基端側における被加工材との隙間の偏りの発生を抑制して小さくするとともに、平坦部の面積を大きくして静電容量を大きくすることで、開先切断と垂直切断をともに効率的かつ安定して行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記平坦部は、前記ノズル本体の先端部分外周に延在して形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明にかかるレーザ加工用ノズルによれば、平坦部が、ノズル本体の先端部分外周に延在して形成されているので、平坦部を傾斜開口部への影響を抑制して大きくすることができ、高品質な開先切断及び垂直切断を効率的に安定して行なうことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するトーチを保持し、前記トーチを、前記被加工材の加工面に沿うＸＹ方向と、前記ＸＹ方向と直交し前記加工面に垂直なＺ方向に移動可能とされ、かつ前記レーザ加工用ノズルを、前記Ｚ方向に形成されたＺ軸周りに回転させる第１回転機構と、前記Ｚ軸と直交する軸線周りに回転させる第２回転機構とを備えたレーザ加工装置の制御方法であって、開先切断する場合は、前記第２回転機構により前記傾斜開口部を前記被加工材に向けて前記ノズル軸線を開先角度と対応する角度に傾斜させるとともに、前記第１回転機構により前記ノズル軸線を平面視切断方向と直交する方向に向け、垂直切断する場合は、前記第２回転機構により前記ノズル軸線を前記被加工材の加工面に垂直に向けるとともに、前記第１回転機構により前記傾斜開口部を切断方向に向けて、前記レーザ加工用ノズルと前記被加工材との間に形成されるキャパシタンスによって前記ノズルと前記被加工材との間隔を制御しつつＸＹ方向に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工用ノズルを有するトーチを保持し、前記トーチを、前記被加工材の加工面に沿うＸＹ方向と、前記ＸＹ方向と直交し前記加工面に垂直なＺ方向に移動可能とされ、かつ前記レーザ加工用ノズルを、前記Ｚ方向に形成されたＺ軸周りに回転させる第１回転機構と、前記Ｚ軸と直交する軸線周りに回転させる第２回転機構とを備えたレーザ加工装置を制御するプログラムであって、開先切断する場合は、前記第２回転機構により前記傾斜開口部を前記被加工材に向けて前記ノズル軸線を開先角度と対応する角度に傾斜させるとともに、前記第１回転機構により前記ノズル軸線を平面視切断方向と直交する方向に向け、垂直切断する場合は、前記第２回転機構により前記ノズル軸線を前記被加工材の加工面に垂直に向けるとともに、前記第１回転機構により前記傾斜開口部を切断方向に向けて、前記レーザ加工用ノズルと前記被加工材との間に形成されるキャパシタンスによって前記ノズルと前記被加工材との間隔を制御しつつＸＹ方向に移動させながらレーザビームを照射するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、レーザ加工装置であって、請求項５に記載のプログラムが格納された制御手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係るレーザ加工装置の制御方法、プログラム、レーザ加工装置によれば、傾斜開口部が形成されていることにより、傾斜開口部を有していないノズルと比較して開先角度を大きく形成することができ、傾斜開口部を被加工材に向けるとともにノズル軸線を開先角度と対応する角度に傾斜させて、傾斜開口部の先端側と基端側における被加工材との隙間の偏りを小さくすることで、効率的かつ安定した開先切断をすることができる。
また、レーザ加工用ノズルと被加工材との間に形成されるキャパシタンス（静電容量）によりノズルと被加工材との間隔を制御するので、高品質な垂直切断を効率的かつ安定して行なうことができる。
また、ノズル軸線を被加工材に垂直に配置して、傾斜開口部を切断方向に向けることにより、効率的かつ安定した垂直切断をすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るレーザ加工用ノズル、レーザ加工装置の制御方法、プログラム、制御器及びレーザ加工装置によれば、開先切断及び垂直切断を効率的かつ安定して行なうことができる。また、傾斜開口部を有していないノズルに比較して、開先角度を大きく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のIIの範囲内にある位置決め機構を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るレーザ加工用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４】第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズルによる開先切断を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズルによる垂直切断を示す図である。
【図６】厚さ６ｍｍのステンレスを開先切断した場合のレーザ加工用ノズルのノズルテーパー角度と開先角度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工用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８】本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工用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】本発明の第４の実施形態に係るレーザ加工用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１０】本発明の第５の実施形態に係るレーザ加工用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１１】本発明のレーザ加工用ノズルの先端ノズル構造による切断性能を説明する図である。
【図１２】本発明に係る開先切断及び垂直切断を行なうプログラムの一例を示すフロー図である。
【図１３】本発明に係るレーザ加工用ノズルが開先切断する際の姿勢を説明する図であり、（Ａ）は切断方向後方から見た図を、（Ｂ）は切断方向と直交する方向から見た図である。
【図１４】本発明に係るレーザ加工用ノズルが開先切断する際の傾斜開口部の向きを説明する図であり、（Ａ）は、Ｘ方向に開先切断した場合の平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｙ４５°の方向に開先切断した場合の平面図である。
【図１５】本発明に係るレーザ加工用ノズルが垂直切断する際の姿勢を説明する図であり、（Ａ）は切断方向後方から見た図を、（Ｂ）は切断方向と直交する方向から見た図である。
【図１６】本発明に係るレーザ加工用ノズルが垂直切断する際の姿勢を説明する図であり、（Ａ）は、Ｘ方向に垂直切断した場合の平面図、（Ｂ）は、Ｘ−Ｙ４５°の方向に垂直切断した場合の平面図である。
【図１７】本発明に係るレーザ加工用ノズルによる円弧状切断ラインの開先切断と直線状切断ラインの垂直切断を平面視した図である。
【図１８】図１７に示した開先切断及び垂直切断におけるレーザ加工用ノズルの姿勢を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面を、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面を、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す図であり、符号１００はレーザ加工装置を示している。
レーザ加工装置１００は、レールＬに沿って矢印Ｘ方向に走行自在とされた２台の走行台車１と、これら走行台車１間に配置された加工装置本体２とを備え、定盤上に載置された被加工材Ｗを切断（開先切断、垂直切断）するように構成されている。
【００２４】
加工装置本体２は、レールＬと直交する矢印Ｙ方向にスライド自在に設けられたスライドユニット３と、スライドユニット３に設置されてトーチＴを保持及び位置合わせする位置決め機構４とを有しており、これら走行台車１、スライドユニット３及び位置決め機構４の動作は、制御装置Ｃからの信号により制御される。
また、前記トーチＴの先端には、後述するレーザ加工用ノズル１０が設置されている。
【００２５】
位置決め機構４は、レーザ加工用ノズル１０を矢印Ｚ方向に昇降させる昇降機構５と、レーザ加工用ノズル１０のノズル軸線Ｏ１の位置を制御する第１回転機構６と、レーザ加工用ノズル１０のノズル軸線Ｏ１の向きを制御する第２回転機構６とを備えている。
【００２６】
第１回転機構６は、レーザ加工用ノズル１０を、ＸＹ方向に形成されたＸＹ面（例えば、定盤の載置面）と直交しＺ方向に伸びるＺ軸と平行に形成された旋回軸Ｏ２周りに矢印Ａ‐Ｂ方向に回転するようになっている。
第１回転機構６が、レーザ加工用ノズル１０を旋回軸Ｏ２周りに回転させることにより、ＸＹ面上におけるノズル孔の位置、傾斜開口部１２の向き（開先切断時に被加工材Ｗ側に開口する向き、垂直切断時に切断方向に開口）を制御するように構成されている。なお、同一の切断ラインにおいて、開先切断と垂直切断する場合とでは、第１回転機構６は、レーザ加工用ノズル１０の傾斜開口部１２が、９０°向きを変えるように旋回軸Ｏ２周りに回動するとともに、ＸＹ方向の位置制御を行なって、ノズル孔を切断ラインに合わせるようになっている。
【００２７】
第２回転機構７は、レーザ加工用ノズル１０を、旋回軸Ｏ２と直交する傾斜回動軸線Ｏ３周りに矢印Ｃ−Ｄ方向に回動するようになっている。
第２回転機構７が、レーザ加工用ノズル１０を傾斜回動軸線Ｏ３周りに回動することにより、旋回軸Ｏ２に対するノズル軸線Ｏ１の傾斜を制御して、ノズル軸線Ｏ１が開先角度と対応する向きになるように構成されている。
【００２８】
そして、これら走行台車１によるＸ方向への位置調整、スライドユニット３によるＹ方向への位置調整、昇降機構５によるＺ方向への位置調整、回転機構６、７による矢印Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ方向への回転動作によって、レーザ加工用ノズル１０を様々な位置及び向きに位置決めするとともに、予め設定した（開先切断及び垂直切断に応じた）切断ライン（切断予定ライン）に合わせてレーザ加工用ノズル１０を移動するようになっている。
【００２９】
また、トーチＴは、図２に示すように位置決め機構４に接続されており、トーチＴの内部には、位置決め機構４の中空部８を介してレーザビームＢが入射されるとともにアシストガスが供給され、レーザビームＢ及びアシストガスは、トーチＴ先端に接続されたノズル１０を介してノズル孔から被加工材Ｗに向かって通過するようになっている。
レーザ加工用ノズル１０は、ノズル孔からアシストガスを噴射するとともにレーザビームＢを被加工材Ｗに照射して、被加工材Ｗを切断（開先切断、垂直切断）するようになっている。
なお、図２において、符号８Ａは集光ミラー、符号８Ｂは反射レンズであって、これら集光ミラー８Ａ及び反射レンズ８ＢによってレーザビームＢを、レーザ加工用ノズル１０のノズル孔に案内するようになっている。
【００３０】
以下、図３〜図６を参照して、第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０を説明する。レーザ加工用ノズル１０は、トーチＴの先端に設置される。
レーザ加工用ノズル１０は、図３（Ａ）の正断面、及び図３（Ｂ）の下面図に示されるように、ノズル本体１１の先端部分に、ノズル軸線Ｏ１に対して傾斜して開口する傾斜開口部１２が形成され、傾斜開口部１２の周縁部はノズル軸線O１方向の先端部分（被加工材に位置する側）に平坦部１３が形成されている。
なお、この平坦部１３はノズル軸線Ｏ１と直交する面により構成されている。
【００３１】
レーザ加工用ノズル１０は、図４に示すように、開先切断に際して、傾斜開口部１２を被加工材Ｗの加工面に向けるとともに、ノズル軸線O１を開先角度に対応する角度に傾斜させるようになっている。
この場合、ノズル孔の傾斜開口部１２のノズルテーパー角θ１が、被加工材Wにおける開先角度と一致し、または近似する角度に形成されていると、傾斜開口部１２と被加工材Wとがほぼ平行に対向して、傾斜開口部１２の先端側と基端側における被加工材Ｗとの隙間の偏りを小さくすることができる。
【００３２】
その結果、開先切断において、大きな開先角度を形成することができ、ノズル孔から噴出するアシストガスを削減できるので、効率的かつ安定した開先切断をすることができる。
また、垂直切断する場合は、図５に示すように、ノズル軸線O１を被加工材Wの加工面に垂直に向けるとともに、傾斜開口部１２を切断方向（垂直切断する際のノズル思考方向）に向けて、平坦部１３が被加工材Ｗの加工面と対向するように配置する。その結果、レーザ加工用ノズル１０と被加工材Ｗの加工面との間に形成されるキャパシタンスによりノズル本体１１と被加工材Ｗの間隔を検出して、静電容量に基づいて間隔を制御することにより、効率的かつ安定した垂直切断をすることができる。
【００３３】
なお、レーザ加工用ノズル１０と被加工材Ｗとの間のキャパシタンスは、レーザ加工装置１００が備える位置検出機能に対応する大きさでよく、平坦部１３と被加工材Ｗとの間で対応するキャパシタンスが得られることが好適であるが、傾斜開口部１２や平坦部１３以外の部分を含めたキャパシタンスでよいことはいうまでもない。
【００３４】
図６は、レーザ加工用ノズル１０の傾斜開口部１２のノズルテーパー角度θ１と、ノズルテーパー角度θ１のレーザ加工用ノズル１０で開先切断した場合の開先切断角度θ２による開先切断面の品質の関係を示す図である。
なお、図６は、６ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ）を開先切断した場合の例を示している。
【００３５】
その結果、図６に示すように、ノズルの傾斜開口部が平坦な場合（θ１＝０°）には、開先角度２２．５°が上限であったが、ノズルテーパー角度を設けたレーザ加工用ノズル１０によると、ノズルテーパー角度（θ１）に応じて、開先角度２２．５°以上の開先切断をすることができた。なお、ノズルテーパ角度θ１＝４０〜６０°では、開先角度４５°でも開先切断を安定して行なうことができた。
【００３６】
次に、図７〜図１０を参照して、この発明の第２〜第５の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ａ〜１０Ｄについて説明する。
【００３７】
図７は、第２の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ａを示す図であり、（Ａ）は正断面図を、（Ｂ）は下面図（ノズル軸線方向先端側から見た図）である。
レーザ加工用ノズル１０Ａが第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０と異なるのは、レーザ加工用ノズル１０における平坦部１３がノズル本体１１の外周面からノズル本体１１の内周に至る範囲、すなわち周壁部の壁厚（＝ａ）と同一範囲に形成されていたのに対して、レーザ加工用ノズル１０Ａでは、平坦部１３Ａがノズル本体１１の周縁壁部の半分（円周の１／２）、すなわちノズル孔内径（＝ｄ）の１／２までの範囲に形成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
レーザ加工用ノズル１０Ａによれば、開先切断する際に影響をない範囲で平坦部１３Ａを大きくして静電容量を大きく確保することができるので、開先切断と垂直切断を効率的かつ安定して行うことができる。
【００３９】
図８は、第３の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ｂを示す図であり、（Ａ）は正断面図を、（Ｂ）は下面図（ノズル軸線方向先端側から見た図）である。
レーザ加工用ノズル１０Ｂが第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０と異なるのは、レーザ加工用ノズル１０Ｂでは、平坦部１３Ｂがノズル本体１１の周縁壁部の外周面からノズル孔に到るまでの範囲、すなわちノズル本体１１の壁厚（＝ａ）より小さい範囲（例えば、ノズル本体１１の壁厚（＝ａ）の１／２の範囲）に形成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
レーザ加工用ノズル１０Ｂによれば、制御に適した静電容量が確保可能な範囲で、開先切断が影響を受けないように平坦部１３Ｂを大きくするので、高品質な開先切断及び垂直切断を効率的かつ安定して行うことができる。
【００４１】
図９は、第４の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ｃを示す図であり、（Ａ）は正断面図を、（Ｂ）は下面図（ノズル軸線方向先端側から見た図）である。
レーザ加工用ノズル１０Ｃが第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０と異なるのは、レーザ加工用ノズル１０Ｃでは、平坦部１３Ｃがノズル本体１１Ｃの傾斜開口部１２Ｃの反対側の周縁壁部先端部分に、周縁壁部から離間するように外方にオフセットすることで略長円（の半分）状に形成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図１０は、第５の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ｄを示す図であり、（Ａ）は正断面図を、（Ｂ）は下面図（ノズル軸線方向先端側から見た図）である。
レーザ加工用ノズル１０Ｄが第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０と異なるのは、レーザ加工用ノズル１０Ｄでは、平坦部１３Ｄがノズル本体１１Ｄの傾斜開口部１２Ｄの反対側の周縁壁部先端部分に矩形状に形成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
レーザ加工用ノズル１０Ｃ、レーザ加工用ノズル１Ｄによれば、ノズル本体１１の壁厚を周方向に均一とせず、平坦部１３Ｃ、１３Ｄを構成する箇所の壁厚を肉厚に形成することで、開先切断する際に影響をない範囲で平坦部１３Ｃ、１３Ｄを大きくして、大きな静電容量を確保することで、開先切断と垂直切断を効率的かつ安定して行うことができる。
なお、平坦部１３Ｃ，１３Ｄと異なる形状、例えば、扇形等の平坦部としてもよいことはいうまでもない。また、平坦部の基端側に軸線Ｏ１と直交する面積が小さな箇所が形成されていてもよい。
【００４４】
次に、図１１を参照して、本発明に係るレーザ加工用ノズルの先端構造による開先切断における切断性能を説明する。
図１１は、平坦部１３の範囲を変化させて、６ｍｍ厚、１２ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ）を３０°又は４５°で開先切断した結果を示しており、図１１に示した◎は所望の開先角度を良好な切断面で開先切断できることを、○は所望の開先角度を通常レベルの切断面で開先切断できることを示している。
【００４５】
図１１に示した（ア）〜（オ）に係るレーザ加工用ノズルは、（ア）は、従来のレーザ加工用ノズルであり、（イ）は平坦部１３Ｂがノズル孔に至っていない第３の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ｂに、（ウ）は平坦部１３がノズル孔まで形成された第１の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０に、（オ）は平坦部１３Ａがノズル孔を構成するノズル本体１１週壁部の半分に至る部分が平坦部１３Ａとされた第２の実施形態に係るレーザ加工用ノズル１０Ａに対応している。なお、図示しないが平坦部１３を（３／４）ｄにしたレーザ加工用ノズル１０（以下、（カ）という）についても実施した。
【００４６】
その結果、（ア）〜（エ）は、いずれも、開先角度３０°、４５°の双方において良好な切断面で開先切断ができた。
また、平坦部１３Ａをノズル本体１１のノズル内径（＝ｄ）の１／２に形成した（オ）については、６ｍｍ厚、１２ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ）の双方において、開先角度３０°では良好な切断面で開先切断できたが、開先角度４５°では、切断面が通常品質レベルとなることが確認された。
【００４７】
一方、平坦部１３が形成されていない（ア）の場合には、６ｍｍ、１２ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ）に対する開先角度３０°、４５°のいずれにおいても良好な品質の開先切断が可能だったが、図５で示した垂直切断において良好な品質の確保が困難だった。
【００４８】
また、（カ）については、６ｍｍ厚、１２ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ）の双方において、所望の開先角度で通常レベルの切断面での開先切断は困難と判断した。これは、傾斜開口部１２の先端側の隙間が大きくなり、切断面以外に流出するアシストガスが増加したからであると推測される。
【００４９】
次に、図１２〜図１８を参照して、レーザ加工装置１００の制御装置を制御するプログラムについて説明する。なお、プログラムは、制御装置Ｃに設けられた記憶媒体（例えば、ＲＯＭ）に格納されていて、レーザ加工装置１００を運転する際に、演算部（不図示）が読み込んで実行することによりレーザ加工用ノズル１０を制御するようになっている。図１２は、プログラムの動作を示すフロー図であり、図示しない操作盤からの指示に基づき、レーザ加工装置１００に対して、開先切断、垂直切断に対応する処理を実行するようになっている。
【００５０】
以下、図１２を参照して、プログラムのフローを説明する。なお、図１２において、ＳＰは、フローにおけるステップを示している。
（ステップ１、２）
まず、「被加工材Ｗの板厚、開先角度（θ２）、切断ライン軌跡」等の作業内容を入力、設定する（ＳＰ１）。
次に、切断指令があった場合に、開先切断であるか、垂直切断であるかを判定する（ＳＰ２）。開先切断の場合はＳＰ３に進み、垂直切断の場合はＳＰ１０に進む。
【００５１】
［開先切断（ステップ３〜７）］
（ステップ３）
第１回転機構６により、レーザ加工用ノズル１０を旋回軸Ｏ２周りに回動して基準位置にする（ＳＰ３）。
ＳＰ３を実行したら、ＳＰ４に進む。
基準位置は、ノズルカット面が切断方向に対して直交する位置であり、旋回軸Ｏ２を移動する際には、ノズル軸Ｏ１の中心と被加工材ＷがずれないようにX軸、Y軸を制御する。
このとき、レーザ加工用ノズル１０の傾斜開口部１２のノズルテーパー角度θ１が、開先角度θ２と近い角度に形成されている場合、傾斜開口部１２の周壁部は、被加工材Ｗとほぼ一定の間隔をあけて平行に対向して、傾斜開口部１２の先端側と基端側における被加工材Ｗとの隙間の偏りを小さくすることができる。
【００５２】
（ステップ４）
次に、切断指示された開先角度（＝θ２）に基づき、図１３（Ａ）に示すような切断方向と直交する方向のオフセット量、図１３（Ｂ）に示すような切断方向のオフセット量を設定する（ＳＰ４）。ＳＰ４を実行したら、ＳＰ５に進む。
【００５３】
（ステップ５）
開先切断の条件（開先角度、切断ライン等）を取り込んで、位置決め機構４、第２回転機構７により、レーザ加工用ノズル１０の傾斜、傾斜開口部１２の向きを設定する（ＳＰ５）。ＳＰ５を実行したら、ＳＰ６に進む。
【００５４】
（ステップ６）〜（ステップ７）
レーザ加工用ノズル１０からレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して加工を開始する（ＳＰ６）ＳＰ６を実行し、加工が終了（ＳＰ７）したら、ＳＰ８に進む。
（ＮＣ装置で常に切断方向に対し、図-1の姿勢になるように旋回軸とＸ軸およびＹ軸の同期制御を行いノズル中心の軌跡が切断ラインと合うように制御する。）
（ＮＣ装置で常に切断方向に対し、図-1の姿勢になるように旋回軸とＸ軸およびＹ軸の同期制御を行いノズル中心の軌跡が切断ラインと合うように制御する。）
（ステップ８）
第１回転機構６により、レーザ加工用ノズル１０を旋回軸Ｏ２周りに回動して基準位置に戻す（ＳＰ８）。
【００５５】
ステップ６、ステップ７を実行することにより、被加工材Ｗの加工面へのアシストガスの供給及びレーザビームＢの照射を行ない切断ラインに従った開先切断を行う。
例えば、図１４（Ａ）では旋回軸Ｏ２を基準位置となる０°に設定して、直線状の開先切断を行った場合の例、図１４（Ｂ）では旋回軸Ｏ２を基準位置（＝０°）に対して４５°に設定して直線状の開先切断を行った場合の例を示している。
【００５６】
なお、このような開先切断に際しては、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、旋回軸Ｏ２が被加工材Ｗの加工面に対して直交する位置関係となり、かつ該レーザ加工用ノズル１０の傾斜開口部１２が、被加工材Ｗの加工面に対して平行な位置関係となるように姿勢制御する。
【００５７】
［垂直切断（ステップ１０〜１４）］
（ステップ１０）
旋回軸Ｏ２を構成する第１回転機構６をオフセットする（ＳＰ１０）。ＳＰ１０を実行したら、ＳＰ１１に進む。
第１回転機構６をオフセットするために移動する際には、ノズルカット面が切断方向に対して直交する位置であり、旋回軸Ｏ２を移動する際には、ノズル軸Ｏ１の中心と被加工材ＷがずれないようにX軸、Y軸を制御する。
【００５８】
図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、旋回軸Ｏ２が被加工材Ｗの加工面に対して直交する位置関係となるように配置するとともに、該レーザ加工用ノズル１０の平坦面１３が、被加工材Ｗの加工面に対して平行となる位置関係に設定する。
【００５９】
なお、この垂直切断時のレーザ加工用ノズル１０を含むトーチＴの位置決めは、旋回軸Ｏ２を中心として回転させる第１回転機構６と、該旋回軸Ｏ２に対して角度変更する第２回転機構７とを有する位置決め機構４の動作とともに、走行台車１によるＸ方向への位置調整、スライドユニット３によるＹ方向への位置調整、昇降機構５によるＺ方向への位置調整により実行する。
【００６０】
（ステップ１１）
図１５（Ａ）に示すように切断方向と直交する方向のオフセット量を設定する（ＳＰ１１）。
【００６１】
（ステップ１２）
ステップ１で設定された垂直切断の切断ライン軌跡等の条件を取り込み、位置決め機構４に対して設定する（ＳＰ１２）。
【００６２】
（ステップ１３）〜（ステップ１４）
被加工材Ｗの加工面へのアシストガスの供給及びレーザビームＢの照射を行ない、かつステップ１２で設定した切断ライン軌跡に従った、該被加工材Ｗの垂直切断を行う（ＳＰ１３）。例えば、図１６（Ａ）では旋回軸Ｏ２を基準位置（＝０°）に対して９０°で直線状の垂直切断を行った場合の例、図１６（Ｂ）では旋回軸Ｏ２を基準位置（＝０°）に対して４５°で直線状の垂直切断を行った場合の例を示している。
なお、このような垂直切断に際しては、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２回転機構７により、ノズル軸線Ｏ１が被加工材Ｗの加工面に対して垂直となるように傾斜させて、レーザ加工用ノズル１０の平坦面１３が、被加工材Ｗの加工面に対して平行となるように姿勢制御する。
そして、以上のようなステップ１０〜１４を経ることで、ノズル本体１１のレーザ加工用ノズル１０と被加工材Ｗの間に形成されるキャパシタンスに基づき、レーザ加工用ノズル１０の平坦部１３と被加工材Ｗの加工面との間隔を所定値に制御することができる。また、垂直切断加工が終了（ＳＰ１４）したらステップ８に進み、旋回軸Ｏ２が基準位置（＝０°）に戻して本フローを終了する。
【００６３】
図１２に記載のフローを実行して、開先切断（図１３、図１４参照）と、垂直切断（図１５、図１６参照）を行なう場合の一例について説明する。
図１７は、レーザ加工用ノズルによる円弧状切断ラインの開先切断と直線状切断ラインの垂直切断を平面視した図であり、図１８は、図１７に示した開先切断及び垂直切断におけるレーザ加工用ノズルの姿勢を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面を、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面を、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面を示している。
【００６４】
レーザ加工用ノズル１０、レーザ加工装置１００の制御装置を制御するプログラムによれば、ノズル軸線Ｏ１を開先角度に対応して傾斜させて、切断ライン５０に従ってトーチを移動させて開先切断を行い、その後、ノズル軸線Ｏ１を被加工材Ｗの加工面に対して垂直にし、傾斜開口部１２を切断方向前方に向けて切断ライン５１に従って移動させて垂直切断することができる。
【００６５】
その結果、開先切断と垂直切断を、レーザ加工用ノズルを交換することなく連続的に行なうことができる。
なお、上述した開先切断及び垂直切断は、図１４及び図１６の例に限定されず、操作盤からの指示に基づき、その順番、切断長さ、切断幅、角度（開先切断）等が種々設定可能である。
【００６６】
レーザ加工用ノズル１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄによれば、傾斜開口部１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄを有するとともに平坦部１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄが形成されているので、開先角度を大きく形成することができ、効率的かつ安定した開先切断をすることができる。
また、ノズル軸線Ｏ１を被加工材Ｗに垂直に配置した場合に、平坦部１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄと被加工材Ｗとの間の静電容量に基づいてノズル孔と被加工材Ｗとの間隔を制御することで効率的かつ安定した垂直切断をすることができる。
【００６７】
また、レーザ加工用ノズル１０Ａによれば、平坦部１３Ａが、ノズル本体１１の先端側外周面からノズル孔に至り、かつ傾斜開口部１２を構成する週壁部の半分に至るまで形成されているので、開先切断時に、傾斜開口部の先端側と基端側における被加工材との隙間の偏りの発生を抑制して小さくするとともに、開先切断と垂直切断をともに効率的かつ安定して行うことができる。
【００６８】
また、レーザ加工用ノズル１０Ｃ，１０Ｄによれば、平坦部13Ｃ、１３Ｄが、ノズル本体１１の先端部分外周に延在して形成されているので、傾斜開口部への影響を抑制して、高品質な開先切断及び垂直切断を効率的に安定して行なうことができる。
【００６９】
また、レーザ加工装置１００を制御するプログラム、制御方法、及びレーザ加工装置１００によれば、傾斜開口部１２〜１２Ｄが形成されたレーザ加工用ノズル１０〜１０Ｄを用いることで、開先角度を大きく形成することができ、傾斜開口部１２〜１２Ｄの先端側と基端側における被加工材Ｗとの隙間の偏りを小さくすることで、効率的かつ安定した開先切断をすることができる。また、ノズル軸線Ｏ１を被加工材Ｗに垂直に配置して、傾斜開口部１２〜１２Ｄを切断方向に向けることにより、効率的かつ安定した垂直切断をすることができる。
【００７０】
なお、上述したレーザ加工用ノズル１０を特定の位置及び角度に位置決めするための機構は、旋回軸Ｏ２を中心として回転させる第１回転機構６と、旋回軸Ｏ２に対して角度変更する第２回転機構７とを有する位置決め機構４の動作とともに、走行台車１によるＸ方向への位置調整、スライドユニット３によるＹ方向への位置調整、昇降機構５によるＺ方向への位置調整により実行するようにしたが、レーザ加工用ノズル１０〜１０Ｄを適用する機構に、上記実施形態に限定されないことはいうまでもないし、ノズル軸線Ｏ１を中心としてを回転させることによる傾斜開口部１２の向きの制御等、各種機構による付加又は改良を行ってもよい。
【００７１】
また、レーザ加工用ノズル１０の平坦部は、平坦部１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄに限定されず、開先切断の角度、垂直切断の使用頻度等を考慮して適宜、範囲を設定しても良い。
【００７２】
以上、本発明の第１〜第５の実施形態について説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係るレーザ加工用ノズル、レーザ加工装置の制御方法、プログラム、制御器及びレーザ加工装置によれば、被加工材に対する開先切断と垂直切断を、効率的かつ安定して行うことができるので産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
４  位置決め機構
６  第１回転機構
７  第２回転機構
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄ  レーザ加工用ノズル
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ  ノズル本体
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄ  傾斜開口部
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄ  平坦部
１００  レーザ加工装置
Ｏ１  ノズル軸線
Ｏ２  旋回軸  
Ｂ  レーザビーム
Ｃ  制御器
Ｔ  トーチ
Ｗ  被加工材
θ１  ノズルテーパー角度
θ２  開先角度
【図１】
0005802411.tif 000002
【図２】
0005802411.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005802411.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005802411.tif 000016
【図１６】
0005802411.tif 000017
【図１７】
0005802411.tif 000018
【図１８】
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