(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルから自由噴出させたアシストガスにおける衝撃波の発生位置を予め把握し、
前記ノズルの先端と前記ワークの表面との距離であるギャップとして設定可能な全ギャップ範囲のうち、少なくとも前記衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲を設定し、
前記ギャップを、前記適切ギャップ範囲内の値にして前記ワークを切断する
レーザ加工方法。
【請求項２】
複数の前記ノズルそれぞれについて前記全ギャップ範囲における前記衝撃波の発生数を予め把握し、
前記発生数が最も少ないノズルを選択して使用する
請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
複数の前記ノズルのうち、前記発生数が複数かつ同じ値である複数のノズルがある場合、前記衝撃波の発生位置の間隔が最も広いノズルを選択して使用する請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記適切ギャップ範囲は、前記ギャップを設定可能な全ギャップ範囲から、前記衝撃波の発生位置を遠端側とする所定の範囲を除く範囲として設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから前記ガス圧で自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波発生位置との対応関係を把握し、
前記衝撃波発生位置に応じて、前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップの適切ギャップ範囲を設定し、
前記適切ギャップ範囲に応じて、前記ギャップの有効設定範囲を設定し、
複数の前記条件組と前記有効設定範囲とを対応付けたテーブルを作成し、
前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工におけるギャップを設定する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波の発生位置に応じて設定した有効設定範囲とを対応付けたテーブルを格納した記憶部と、
前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工における前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップを設定するギャップ設定部と、
を備えるレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アシストガスを使用してワークを切断するレーザ加工方法及びレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アシストガスを使用してワークをレーザによって切断するレーザ加工機が記載されている。特許文献１に記載されたレーザ加工機は、いわゆる倣い装置を備え、ワークとノズル先端との間の距離であるギャップを所定値に維持してワークを切断する。例えば、レーザ加工機が板厚１〜２ｍｍ程度のステンレスの板材を切断する場合、ギャップは、一般に０．３〜０．５ｍｍの範囲内で設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３１８９７号公報
【発明の概要】
【０００４】
ワークの切断加工の効率化の観点から、良好な切断面の製品をワークからできるだけ短時間で切り出せることが望まれている。一方、技術の発展に伴い、レーザ光の出力は常に増大傾向にある。レーザ光によるワークの切断加工は、レーザ光が大出力であるほど高速切断が可能になって加工時間をより短くできるため、大出力レーザ光による高速切断の検討が進められている。
【０００５】
しかしながら、高速切断のために加工ヘッドとワークとの相対速度を高速化すると、倣い装置によるギャップ維持制御が追従できなくなる不具合が発生することがある。
【０００６】
例えば、噴射されたアシストガスから受ける力でワークの表面が加工ヘッドに対し接近または離隔する方向に細かく振動し、ギャップの維持が困難になって加工ヘッドがワークに衝突する不具合が発生することがある。他の例として、ワークの表面に異物があると、異物を回避するための加工ヘッドの上昇が間に合わず、加工ヘッドが異物に衝突する不具合が発生することがある。
【０００７】
１またはそれ以上の実施形態が解決しようとする課題は、加工ヘッドを高速移動させても不具合を発生させにくく、ワークを切断加工することができるレーザ加工方法及びレーザ加工機を提供することにある。
【０００８】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルから自由噴出させたアシストガスにおける衝撃波の発生位置を予め把握し、前記ノズルの先端と前記ワークの表面との距離であるギャップとして設定可能な全ギャップ範囲のうち、少なくとも前記衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲を設定し、前記ギャップを、前記適切ギャップ範囲内の値にして前記ワークを切断するレーザ加工方法が提供される。
【０００９】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから前記ガス圧で自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波発生位置との対応関係を予め把握し、前記衝撃波発生位置に応じて、前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップの適切ギャップ範囲を設定し、前記適切ギャップ範囲に応じて、前記ギャップの有効設定範囲を設定し、複数の前記条件組と前記有効設定範囲とを対応付けたテーブルを作成し、前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工におけるギャップを設定するレーザ加工方法が提供される。
【００１０】
１またはそれ以上の実施形態の第３の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波の発生位置に応じて設定した有効設定範囲とを対応付けたテーブルを格納した記憶部と、前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工における前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップを設定するギャップ設定部とを備えるレーザ加工機が提供される。
【００１１】
１またはそれ以上の実施形態によれば、加工ヘッドを高速移動させても不具合を発生させにくく、ワークを切断加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機の概略全体構成を示す図である。
【図２】図２は、レーザ加工機５１に取り付けられたノズル２ｂの縦断面図である。
【図３】図３は、レーザ加工機５１による切断加工におけるギャップＧ及び加工速度Ｖと切断性との関係を示す表である。
【図４】図４は、ノズル２ｂからの自由噴流ＡＧａのシュリーレン法による観察結果の模式図である。
【図５】図５は、レーザ加工機５１による切断加工におけるアシストガスＡＧの衝撃波位置と不適切ギャップ範囲Ｇ２との関係例を示す表である。
【図６】図６は、アシストガスＡＧの衝撃波位置と不適切ギャップ範囲Ｇ２との関係を示す模式図である。
【図７】図７は、有効設定範囲Ｇｙの設定手順例を示すフロー図である。
【図８】図８は、有効設定範囲Ｇｙの設定に用いるギャップテーブルＴｇの一例を示す図である。
【図９】図９は、有効設定範囲Ｇｙの選択手順例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機及びレーザ加工方法を、実施例のレーザ加工機５１及びそれを用いて行うレーザ加工方法により説明する。
【００１４】
図１は、レーザ加工機５１の概略全体構成を示す図である。レーザ加工機５１は、ワークテーブル１と、ワークテーブル１上に載置されたワークＷに対しレーザ光Ｌｓを照射する加工ヘッド２と、ワークテーブル１及び加工ヘッド２の少なくとも一方を移動させて両者の３次元的相対位置を変化させる駆動部３と、加工ヘッド２及び駆動部３の動作を制御する制御装置５とを備えている。
【００１５】
また、レーザ加工機５１は、加工ヘッド２にレーザ光Ｌｓを供給するレーザ発振器６と、加工ヘッド２に窒素などのアシストガスＡＧを供給するアシストガス源７とを備えている。
【００１６】
加工ヘッド２は、上下方向（鉛直方向）に延びる軸線ＣＬ２を軸とする筒状の本体部２ａと、本体部２ａの下端に着脱自在に取り付けられたノズル２ｂと、ノズル２ｂの先端部２ｂ１とワークテーブル１上に載置されたワークＷの表面Ｗａとの距離であるノズルギャップＧ（以下、単にギャップＧと称する）を測定するセンサ２ｃとを備えている。
【００１７】
図２は、ノズル２ｂの縦断面形状例を示している。ノズル２ｂは、いわゆるラバルノズルである。ラバルノズルは臨界ノズルとも称される。ノズル２ｂは、本体部２ａの下部に対し、ねじによって着脱自在に装着可能とされている。図２では、ノズル２ｂを螺着した状態の本体部２ａの外形を一点鎖線で示してある。
【００１８】
ノズル２ｂは、本体部２ａに装着された状態で、軸線ＣＬ２を中心として上下に延びるアシストガスＡＧの流路Ｒａを有する。ノズル２ｂは、流路Ｒａの一部として内径Ｄａの基管部２ｂ２を有する。基管部２ｂ２の下流側には、スロート部２ｂｔを有するノズル流路部２ｂ３が接続されている。
【００１９】
ノズル流路部２ｂ３は、基管部２ｂ２の内径Ｄａよりも小径に形成されている。また、ノズル流路部２ｂ３は、流路Ｒａの上下方向の中間位置にスロート部２ｂｔを有し、スロート部２ｂｔにおいて最小直径Ｄｂ、すなわち最小断面積とされている。ノズル流路部２ｂ３は、スロート部２ｂｔから上流側及び下流側の双方に、流路断面積が拡大する流路を有している。ノズル流路部２ｂ３の下端は、先端部２ｂ１において開口部２ｂ５として開口している。
【００２０】
図１に戻り、制御装置５は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１、記憶部１２、倣い管理部１３、及びギャップ設定部１４を含んで構成されている。
【００２１】
ワークＷを切断加工するための加工プログラムＰＧ及びギャップテーブルＴｇは、不図示の通信インターフェースなどを介して外部から供給され、記憶部１２に格納される。ギャップテーブルＴｇの詳細については後述する。
【００２２】
ＣＰＵ１１は、切断加工において、加工プログラムＰＧにより規定される切断経路に沿ってレーザ光ＬｓがワークＷに照射されるように、レーザ発振器６及び駆動部３の動作を制御する。レーザ光Ｌｓは、ノズル２ｂの開口部２ｂ５を通って軸線ＣＬ２上に下方へ射出される。
【００２３】
アシストガスＡＧを使用してワークＷを切断する場合、ＣＰＵ１１は、アシストガス源７によるアシストガスＡＧの供給動作も制御する。アシストガスＡＧは、軸線ＣＬ２を含む所定の横断面形状の流束（例えば断面円形の流束）として下方に噴射される。
【００２４】
レーザ加工機５１は、ギャップＧが１ｍｍ以上の広ギャップ領域でもレーザ切断加工を良好に行える。そのために、レーザ加工機５１では、予め取得した、広ギャップ領域において良好な切断が行える有効設定範囲Ｇｙに基づき、ギャップＧを設定するようになっている。
【００２５】
発明者による実験に基づく検討により、広ギャップ領域において、アシストガスＡＧの衝撃波の影響を受けて良好な切断ができないギャップ範囲が生じる場合があるという事実の存在が明らかになった。良好な切断が行えるギャップＧを設定する手順及びそれを実現する構成（詳細後述）は、この事実に基づいて得られる。
【００２６】
レーザ加工機５１は、衝撃波の影響を受けずに常に良好な切断ができるギャップ範囲を有効設定範囲Ｇｙとして予め求めておき、レーザ切断加工において、ギャップＧが原則その有効設定範囲Ｇｙ内に維持されるように構成されている。
【００２７】
次に、その有効設定範囲Ｇｙを求める方法を、有効設定範囲Ｇｙを求めるに至った考え方（経緯）も含めて説明する。
【００２８】
まず、鉄系材料のワークＷを、ギャップＧを１ｍｍ以上の広ギャップ領域に設定して切断した場合の切断性の知見を得るために、発明者は次に説明する切断実験を行った。具体的には、レーザ加工機においてギャップＧ以外を同一条件に設定し、ギャップＧを広ギャップ領域で段階的に変えて切断加工を行った。そして、ギャップＧ毎の切断性を評価した。
【００２９】
さらに詳しくは、ワークＷを厚さ１．０ｍｍのステンレス板材とし、窒素のアシストガスＡＧを、ノズル内圧Ｐｎを０．６ＭＰａとしてノズル２ｂから噴出させて、ワークＷを切断した。
【００３０】
レーザ発振器６として、ギャップＧが、広ギャップ領域の６．５ｍｍにおいても、厚さ１．０ｍｍのステンレス板材を十分切断可能な出力のレーザ光Ｌｓを供給可能なファイバーレーザを使用した。ただし、レーザ種類はファイバーレーザに限定されるものではなく、ダイレクトダイオードレーザやＣＯ２レーザでもよい。また、ギャップＧを、０．５〜６．５ｍｍの範囲において０．５ｍｍピッチで段階的に変え、それぞれのギャップにおいて、最低速Ｖａ〜最高速Ｖｈの間の異なる加工速度Ｖで切断加工を実行し、切断性を評価した。加工速度Ｖは、加工ヘッド２とワークＷとの相対速度である。
【００３１】
切断性を、ワークＷの切断部分において、加工ヘッド２とは反対側の面に生じるドロス高さ（面からのドロス突出高さ）で評価した。評価段階は、切断不能を含め、高さが低い方から次の４段階とした。
◎：ドロス高さ低  ：  極めて良好に切断可能
○：ドロス高さ中  ：  良好に切断可能
△：ドロス高さ高  ：  やや不良であるが切断可能
×：切断不能
図３は、この切断加工の、切断性評価結果を示した表であって、列（横）に加工速度Ｖを、行（縦）にギャップＧを展開したマトリックスである。
【００３２】
図３に示される結果から、加工速度Ｖによらず概ね良好な切断が行える適切ギャップ範囲Ｇ１と、加工速度Ｖによらず切断は概ね可能であるが、適切ギャップ範囲Ｇ１より切断性が劣る不適切ギャップ範囲Ｇ２とが存在することが明らかになった。
【００３３】
具体的には、広ギャップ領域であるギャップＧが１．０〜６．５ｍｍの範囲において、適切ギャップ範囲Ｇ１として、ギャップＧが１．０〜２．５ｍｍの範囲Ｇ１ａ、及び、４．０〜５．５ｍｍの範囲Ｇ１ｂの２つの範囲が存在する。また、不適切ギャップ範囲Ｇ２として、ギャップＧが３．０〜３．５ｍｍの範囲Ｇ２ａ、及び、６．０〜６．５ｍｍの範囲Ｇ２ｂの２つの範囲が存在する。
【００３４】
この結果において、２つの不適切ギャップ範囲Ｇ２が、概ね３．２５ｍｍのピッチで出現していることが把握される。このため、ノズル２ｂの先端部２ｂ１から噴出したアシストガスＡＧの高速噴流で生じる場合のあることが知られている衝撃波の存在が推察される。
【００３５】
そこで、ノズル２ｂを用い、アシストガスＡＧを、ノズル内圧Ｐｎを上記条件と同じ０．６Ｍｐａとして、ワークＷなしで自由噴出させた自由噴流ＡＧａを、シュリーレン法で観察し、衝撃波の発生有無を確認した。以下、この試験を衝撃波発生確認試験と称する。
【００３６】
図４は、この衝撃波発生確認試験の観察結果を示す模式図である。図４に示されるように、アシストガスＡＧの自由噴流ＡＧａにおいて、複数の衝撃波Ａｔが観測された。ノズル２ｂの先端部２ｂ１からの距離が１２ｍｍまでの範囲をみると、この例では３つの衝撃波Ａｔ１〜Ａｔ３が観測された。
【００３７】
各衝撃波Ａｔ１〜Ａｔ３は、先端部２ｂ１から下方にそれぞれ距離Ｌｔ１、距離Ｌｔ２、及び距離Ｌｔ３の位置に生じている。また、この例では、各衝撃波Ａｔ１〜Ａｔ３の軸線ＣＬ２方向のピッチＰｔは、ほぼ一定の４ｍｍである。すなわち、衝撃波Ａｔ１〜Ａｔ３は、先端部２ｂ１から、下方に、概ね、４ｍｍ、８ｍｍ、及び１２ｍｍの位置に出現する。
【００３８】
図３の結果と図４の結果との照合により、ノズル２ｂの先端部２ｂ１の上下方向位置を基準０（ゼロ）として、切断可能ではあるが切断性が劣る不適切ギャップ範囲Ｇ２のノズル２ｂの下方位置と、自由噴流ＡＧａにおける衝撃波Ａｔ１の発生位置とが、概ね対応していることが確認される。より詳しくは、衝撃波Ａｔの発生位置からノズル２ｂ側に数ｍｍ（１〜２ｍｍ）までの範囲が、不適切ギャップ範囲Ｇ２に対応することが把握される。
【００３９】
すなわち、ワークＷの切断加工におけるアシストガスＡＧの衝撃波の発生有無及び発生態様は、ワークＷをなしとしたアシストガスＡＧの自由噴流ＡＧａでの衝撃波の発生有無及び発生態様によって推定することができることが明らかになった。
【００４０】
この結果に基づけば、レーザ光Ｌｓの出力が、切断加工が可能なギャップＧの最大値Ｇｍを１ｍｍを超える広ギャップ領域に設定可能なほどに大きい場合、実際の加工で規定すべきギャップＧの有効設定範囲Ｇｙを次のように設定するとよいことが導かれる。基準０〜最大値Ｇｍの範囲を全ギャップ範囲Ｇａとする。有効設定範囲Ｇｙを、全ギャップ範囲Ｇａから不適切ギャップ範囲Ｇ２を除いた範囲、すなわち適切ギャップ範囲Ｇ１に基づいて設定するとよい。
【００４１】
具体的には、有効設定範囲Ｇｙを、適切ギャップ範囲Ｇ１と同じ、または適切ギャップ範囲Ｇ１に含まれるように設定する。換言すれば、有効設定範囲Ｇｙは、高速加工においても良好な切断性が得られるために設定すべきギャップＧの範囲である。
【００４２】
すなわち、実際の切断加工に供するノズル２ｂ及びノズル内圧Ｐｎで、アシストガスＡＧを自由噴出させたときの衝撃波Ａｔの発生位置を予め把握し、有効設定範囲Ｇｙを、その衝撃波Ａｔの発生位置に基づいて設定することで、広ギャップ領域においても良好な切断加工を行うことができる。
【００４３】
この場合、ギャップＧは１ｍｍ以上の広いギャップに設定されるので、加工ヘッド２とワークＷの相対移動速度を高速にしても、加工ヘッド２が、上下に細かく振動するワークＷ、または、ワークＷの表面Ｗａに付着した異物に衝突する虞はほとんどない。従って、加工ヘッド２を高速移動させることによる不具合がほとんど発生せず、ワークＷを切断性が良好で高速に切断することができる。
【００４４】
上述のように、不適切ギャップ範囲Ｇ２の上下方向位置及び範囲と、衝撃波の発生上下方向位置とに関連があることから、予め自由噴流ＡＧａにおける衝撃波の発生態様のみを観測して把握し、把握した衝撃波の発生位置から直接に有効設定範囲Ｇｙを設定してもよい。
【００４５】
例えば、有効設定範囲Ｇｙを、全ギャップ範囲Ｇａから衝撃波の発生する位置を含む所定の上下幅の範囲を除いた範囲に設定することができる。他の例として、有効設定範囲Ｇｙを、衝撃波の発生する位置を遠端側とする所定の上下範囲を除いた範囲に設定するとよい。ここで、衝撃波の発生する位置そのものを遠端としてもよいし、衝撃波の発生する位置に近い位置を遠端としてもよい。
【００４６】
上記の他の例において、衝撃波発生位置を遠端とする場合を具体的に説明する。図５及び図６に示されるように、例えば不適切ギャップ範囲Ｇ２の上下方向の幅を他の実験結果からα（ｍｍ）と推定しておく。そして、ノズル２ｂの先端部２ｂ１からｋ（ｋは１以上の整数）番目の衝撃波の位置までの距離をＬｔｋとして、不適切ギャップ範囲Ｇ２とする範囲を、ノズル２ｂの先端部２ｂ１を基準に、Ｌｔｋ（ｍｍ）の位置を遠端とする（Ｌｔｋ−α）ｍｍの位置〜Ｌｔｋ（ｍｍ）の範囲とする。
【００４７】
この手順を、２以上のｋについても実行して図５に示す不適切ギャップ範囲Ｇ２を推定し、ｋが２以上となる衝撃波発生位置を考慮した有効設定範囲Ｇｙを設定する。
【００４８】
このように、切断加工におけるギャップＧの設定範囲として望ましい有効設定範囲Ｇｙは、次のように設定するとよい。有効設定範囲Ｇｙは、全ギャップ範囲Ｇａから、不適切ギャップ範囲Ｇ２である、ノズル２ｂの先端部２ｂ１を基準に下方にＬｔｋ（ｍｍ）の位置から（Ｌｔｋ−α）ｍｍの位置までの範囲を除いた、適切ギャップ範囲Ｇ１に対応する範囲または適切ギャップ範囲Ｇ１に含まれた範囲とするのがよい。
【００４９】
上述の有効設定範囲Ｇｙを得る具体的手順例を、図７に示されるフロー図を参照して説明する。まず、切断加工に供するノズル２ｂを用い、ワークＷがない状態で、かつワークＷの切断加工と条件を同一にして、アシストガスＡＧを自由噴出させる。この条件の同一とは、アシストガスＡＧの成分及びノズル内圧Ｐｎを一致させることである。そして、自由噴流ＡＧａをシュリーレン法で観察する（Ｓｔｅｐ１）。
【００５０】
観察において衝撃波の発生有無を判定し（Ｓｔｅｐ２）、衝撃波の発生がない（ＮＯ）と判定した場合、全ギャップ範囲Ｇａを有効設定範囲Ｇｙに設定する（Ｓｔｅｐ３）。これは、自由噴流ＡＧａにおいて衝撃波が発生していないことから、全ギャップ範囲Ｇａが適切ギャップ範囲Ｇ１に該当すると推定され、全ギャップ範囲Ｇａ内のいずれのギャップにおいても良好な切断が可能になると判断されることによる。
【００５１】
（Ｓｔｅｐ２）で衝撃波の発生がある（ＹＥＳ）と判定された場合、全ギャップ範囲Ｇａ内に衝撃波が発生したか否かを判定する（Ｓｔｅｐ４）。（Ｓｔｅｐ４）で否（ＮＯ）と判定した場合、（Ｓｔｅｐ３）へ移行する。これは、ギャップＧとして設定可能な全ギャップ範囲Ｇａには衝撃波が発生しないことから、（Ｓｔｅｐ３）と同じ設定が可能になると判断されることによる。
【００５２】
（Ｓｔｅｐ４）で衝撃波の発生がある（ＹＥＳ）と判定された場合、全ギャップ範囲Ｇａ内の衝撃波について、ノズル２ｂの先端部２ｂ１から発生位置までの距離Ｌｔを測定する（Ｓｔｅｐ５）。衝撃波が複数存在する場合は、それぞれの距離Ｌｔを測定する。
【００５３】
測定した距離Ｌｔに基づいて、不適切ギャップ範囲Ｇ２を推測して設定する（Ｓｔｅｐ６）。距離Ｌｔを含む上下範囲、または、予め設定しておいた既述の幅の値αを用いて距離Ｌｔを遠端とする距離（Ｌｔ−α）から距離Ｌｔまでの範囲が、不適切ギャップ範囲Ｇ２と設定される。不適切ギャップ範囲Ｇ２を、より高精度に設定するために、推測ではなく、図３を参照して説明した切断性評価の実績を得て、その実績と距離Ｌｔとを比較して設定することが望ましい。
【００５４】
次に、全ギャップ範囲Ｇａから、（Ｓｔｅｐ６）で設定した不適切ギャップ範囲Ｇ２を除いた範囲を、適切ギャップ範囲Ｇ１とする。そして、適切ギャップ範囲Ｇ１に応じて、適切ギャップ範囲Ｇ１内で有効設定範囲Ｇｙを設定する（ｓｔｅｐ７）。具体的には、有効設定範囲Ｇｙを、適切ギャップ範囲Ｇ１と同じに設定するか、または、適切ギャップ範囲Ｇ１に含まれるように設定する。換言すれば、有効設定範囲Ｇｙを、適切ギャップ範囲Ｇ１を超えないように設定する。
【００５５】
これにより、実際の切断加工において設定する有効設定範囲Ｇｙ内のギャップＧは、必ず適切ギャップ範囲Ｇ１に含まれるので、良好な切断性が得られる。
【００５６】
さらに、発明者により、上述の衝撃波発生確認試験を、異なる流路形状のノズル２ｂ及びノズル内圧Ｐｎで行った結果、衝撃波の発生位置及び複数発生時の発生間隔は、同一のノズル内圧Ｐｎであっても流路形状が異なると違った態様になることが確認された。ここで、流路形状が異なるとは、少なくとも、流路断面積、流路横断面形状、流路縦断面形状、及び流路長のうちの１つが異なることを意味する。
【００５７】
また、同一流路形状のノズル２ｂであっても、ノズル内圧Ｐｎが異なると、概ね違った態様になることが確認された。
【００５８】
すなわち、衝撃波の発生有無及び発生態様は、少なくともノズル２ｂの流路形状とアシストガスＡＧのノズル内圧Ｐｎとに対し、それぞれ独立に依存することが判明した。
【００５９】
そこで、上述の手順で求めたギャップＧの有効設定範囲Ｇｙを、レーザ切断加工におけるノズル２ｂの流路形状及びアシストガスＡＧの条件毎に予め求めて対応付けたギャップテーブルＴｇが作成される。レーザ加工機５１の記憶部１２は、ギャップテーブルＴｇを記憶する。レーザ加工機５１は、レーザ切断加工の条件に応じた有効設定範囲Ｇｙを、ギャップテーブルＴｇから読み出し、読み出した有効設定範囲Ｇｙに基づいて切断加工時のギャップＧを制御する。
【００６０】
図８は、ギャップテーブルＴｇの構成例を示している。ギャップテーブルＴｇは、ノズル２ｂの種類とノズル内圧Ｐｎとの組み合わせに応じて、１つの有効設定範囲Ｇｙが対応付けられており、有効設定範囲Ｇｙを決めることができるテーブルである。具体的には、レーザ切断加工に用いるノズル２ｂの流路形状違いの３種（Ｎ１〜Ｎ３）とノズル内圧Ｐｎ１〜Ｐｎ９との９種の組み合わせが、それぞれ有効設定範囲Ｇｙ１〜Ｇｙ９と対応付けられている。
【００６１】
勿論、ノズル２ｂの種類及びノズル内圧Ｐｎ以外のパラメータ（ワーク材質、ワーク厚さなど）とも組み合わせてテーブル化してもよい。また、図８に示されるギャップテーブルＴｇにおいて、ノズルＮ１〜Ｎ３は互いに種類（流路形状等）が異なり、同一のノズル２ｂに適用される複数のノズル内圧Ｐｎは互いに異なる値である。
【００６２】
一方、異なるノズルＮ１〜Ｎ３間でのノズル内圧Ｐｎに関しては、同じ値が存在していてもよい。例えば、ノズル内圧Ｐｎ５とノズル内圧Ｐｎ８とが等しくてもよい。また、有効設定範囲Ｇｙ１〜Ｇｙ９には、同じ範囲が存在していてもよい。
【００６３】
図８に示されたギャップテーブルＴｇに基づいて、実際の切断加工でレーザ加工機５１が行う有効設定範囲Ｇｙの選択手順について、図１及び図９に示されるフロー図を参照して説明する。
【００６４】
制御装置５のギャップ設定部１４は、記憶部１２に記憶された加工プログラムＰＧにより指定された切断加工の各条件の中から、ギャップテーブルＴｇに規定されるパラメータ組を把握する（Ｓｔｅｐ１１）。図８に示す例において、パラメータ組は、ノズル２ｂの流路形状とノズル内圧Ｐｎとの組み合わせからなる条件組である。
【００６５】
ギャップ設定部１４は、記憶部１２に記憶されたギャップテーブルＴｇを参照し、把握したパラメータ組に対応付けられた有効設定範囲Ｇｙを読み込む（Ｓｔｅｐ１２）。読み込んだ有効設定範囲Ｇｙを、実行しようとする切断加工においてギャップＧが取り得る範囲として設定する（Ｓｔｅｐ１３）。
【００６６】
切断加工の実行中、倣い管理部１３は、ギャップＧが、設定された有効設定範囲Ｇｙ内で維持されるように駆動部３による上下駆動の制御を管理する。
【００６７】
ＣＰＵ１１は、上記一連の動作を制御する。また、倣い管理部１３を備えていない場合、または倣い動作をオフとしている場合は、使用者の入力、または外部からの通信による指示により、ギャップＧが有効設定範囲Ｇｙ内の任意の数値に設定され、ＣＰＵ１１は、その値を維持するよう動作を制御する。
【００６８】
以上詳述したレーザ加工機５１を用いたレーザ加工方法によれば、ギャップＧを広く設定しても、アシストガスＡＧに生じる衝撃波の影響を回避して良好な切断性が得られる範囲内に、ギャップＧが設定される。これにより、加工ヘッド２を高速移動させても、加工ヘッド２とワークＷまたは異物との衝突が回避され、切断性が良好な切断加工を不具合がほとんどなく実行できる。
【００６９】
本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態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種々変形可能である。
【００７０】
上述のように、切断加工は、倣い制御を伴う加工に限定されない。倣い制御をオフにして行う切断加工であってもよい。レーザ加工機５１は、倣い制御のオン・オフによらず、ギャップＧを、従来よりも大きい例えば１ｍｍ以上に設定して切断加工可能であるから、加工ヘッド２とワークＷまたは異物との衝突が回避され、高速かつ高品位な切断加工を実行できる。
【００７１】
制御装置５は、レーザ加工機５１に備えられていなくてもよい。例えば、制御装置５をレーザ加工機５１とは別体としてレーザ加工機５１の近傍または遠隔位置に配置し、レーザ加工機５１に対し、無線または有線で通信可能なものとしてもよい。アシストガスＡＧの圧力としてノズル内圧Ｐｎを説明しているが、アシストガスＡＧの圧力とはノズル２ｂ内の圧力に限定されない。例えば、アシストガスＡＧの圧力を本体部２ａの内部圧力で管理しても勿論よい。
【００７２】
ノズル２ｂのタイプ（流路形状の種類）は、ラバルノズルに限定されない。流路下流側の径がテーパ状に縮小するいわゆる先細りノズルであってもよい。また、いずれのタイプであっても、流路に沿って同じ形状で流路断面積が一定になる部分を有していてもよい。
【００７３】
発明者が行った、ノズル２ｂから自由噴出させたアシストガスＡＧのシュリーレン法による観察及び検討により、さらに次のことが明らかになった。ノズル２ｂがラバルノズルの場合、先細りノズルの場合と比較して、内圧Ｐｎを高くするか、またはノズル流路部２ｂ３を長くすることで、ノズル２ｂの先端部２ｂ１から最初の衝撃波の発生位置までの距離Ｌｔ１及び衝撃波が複数発生した場合の２つ目以降の間隔Ｐｔ１が長くなる傾向がある。
【００７４】
距離Ｌｔ１が長くなると、全ギャップ範囲Ｇａにおいて適切ギャップ範囲Ｇ１の占める割合が大きくなりギャップＧの設定自由度が増すので好ましい。また、距離Ｌｔ１が長くなると、１つの適切ギャップ範囲Ｇ１の上下幅が大きくなるので、ギャップＧの設定及び制御が容易になるので好ましい。
【００７５】
そこで、ノズル２ｂがラバルノズルであるか先細りノズルであるかなどのタイプ違いによらず、流路形状の異なる複数のノズル２ｂそれぞれの自由噴流ＡＧａから衝撃波発生位置を把握する際に、全ギャップ範囲Ｇａに発生した衝撃波の発生数Ｎｓを確認し、発生数Ｎｓが複数の場合に、間隔Ｐｔ（既述のピッチＰｔ１に相当）を高精度に測定しておくとよい。そして、ある板厚を有するワークＷを良好に切断可能な複数種のノズル２ｂがある場合に、発生数Ｎｓが少ないノズルを選択する。複数種のノズル２ｂの中に、発生数Ｎｓが同じとなるノズル２ｂが複数ある場合は、間隔Ｐｔが最も長いノズル２ｂを選択するとよい。
【００７６】
これにより、所望の条件下で良好に切断を実行可能なノズル２ｂの中から、最も適切ギャップ範囲Ｇ１の占有割合が大きく、上下幅が広い最適なノズル２ｂを選択して使用できる。
【００７７】
本願の開示は、２０１７年１０月１９日に出願された特願２０１７−２０２４０５号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。
既に述べられたもの以外に、本発明の新規かつ有利な特徴から外れることなく、上記の実施形態に様々な修正や変更を加えてもよいことに注意すべきである。従って、そのような全ての修正や変更は、添付の請求の範囲に含まれることが意図されている。
【要約】
レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズル（２ｂ）から自由噴出させたアシストガス（ＡＧ）における衝撃波の発生位置が把握される。ノズル（２ｂ）の先端とワーク（Ｗ）の表面との距離であるギャップ（Ｇ）として設定可能な全ギャップ範囲（Ｇａ）のうち、少なくとも衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲（Ｇ１）が設定される。ワーク（Ｗ）は、ギャップ（Ｇ）を適切ギャップ範囲（Ｇ１）内の値にして切断される。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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