(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光線を発振するレーザ発振器と、ノズルを取り付けて上記レーザ発振器から発振されたレーザ光線を被加工物に照射する加工ヘッドと、上記加工ヘッドを介して被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給する供給手段とを備え、
上記ノズルは、内方側に位置する内側ノズルと、この内側を囲繞する外側ノズルとからなり、上記内側ノズルの内部空間によってアシストガスの第１供給通路を構成し、上記内側ノズルと外側ノズルとの間の空間によってアシストガスの第２供給通路を構成したレーザ加工装置において、
上記被加工物に切断加工を施す際の切断線が直角以下の角度となるエッジ部分とその近傍若しくは小孔の穿孔箇所において、上記第１供給通路のみを介して被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給するように構成し、
上記被加工物に切断加工を施す際の切断線が上記エッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所以外の切断加工箇所において、上記第１供給通路から被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給すると同時に上記第２供給通路から上記切断加工箇所の周囲にシールドガスとしてのアシストガスを供給するようにした構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
上記エッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所を切断加工する際におけるノズルの下端から被加工物までの距離は、上記エッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所以外の切断加工箇所を切断加工する際におけるノズルの下端から被加工物までの距離よりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工装置に関し、より詳しくは、被加工物に切断加工をする際における切断線にエッジ部分等を有する場合に好適なレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光線を発振するレーザ発振器と、ノズルを取り付けて上記レーザ発振器から発振されたレーザ光線を被加工物に照射する加工ヘッドと、上記加工ヘッドを介して被加工物の切断加工箇所にアシストガス（酸素）を供給する供給手段とを備え、被加工物に切断加工を施すようにしたレーザ加工装置は知られている。
ところで、上述したレーザ加工装置によって被加工物を切断加工する際には、切断加工時の切断線が鋭角となるエッジ部分をそれ以外の直線状の部分と同じ加工条件（レーザ光線の出力および加工速度）で切断加工しようとすると、エッジ部分の周辺に過剰な酸素が供給されることにより、バーニング（溶融過多）が発生しやすいという欠点があった。そこで、従来では、上記エッジ部分を切断加工する時に、レーザ光線をＣＷ発振からパルス発振に切り換えるとともに切断速度を低下させたり、あるいはレーザ光線の出力とともに切断速度を低下させたりしたもの（特公平８−２９４２４号公報、特許掲載公報第２７４９８３２号）等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、いずれの場合もエッジ部分を切断加工する際に加工速度が遅くなってしまい、被加工物に対する切断加工時間が長くなるという欠点があった。
なお、加工ヘッドに取り付けるノズルを内側ノズルと外側ノズルとの二重構造として、内側ノズルから主アシストガスを被加工物の加工箇所に供給すると同時に、被加工物の加工箇所を囲繞してシールドガスを供給するものも知られている（例えば、実開昭６２−８２１９３号公報）。これは、外側ノズルからシールドガスによって切断箇所に空気が巻き込まれるのを防止するように構成したものである。しかしながら、この公報に開示される装置であっても、エッジ部分をそれ以外の部分と同じ加工条件で切断加工を行うと、エッジ部分にバーニングが生じるという欠点が指摘されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した事情に鑑み、本発明は、レーザ光線を発振するレーザ発振器と、ノズルを取り付けて上記レーザ発振器から発振されたレーザ光線を被加工物に照射する加工ヘッドと、上記加工ヘッドを介して被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給する供給手段とを備え、上記ノズルは、内方側に位置する内側ノズルと、この内側を囲繞する外側ノズルとからなり、上記内側ノズルの内部空間によってアシストガスの第１供給通路を構成し、上記内側ノズルと外側ノズルとの間の空間によってアシストガスの第２供給通路を構成したレーザ加工装置において、上記被加工物に切断加工を施す際の切断線が直角以下の角度となるエッジ部分とその近傍若しくは小孔の穿孔箇所において、上記第１供給通路のみを介して被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給するように構成し、
上記被加工物に切断加工を施す際の切断線が上記エッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所以外の切断加工箇所において、上記第１供給通路から被加工物の切断加工箇所にアシストガスを供給すると同時に上記第２供給通路から上記切断加工箇所の周囲にシールドガスとしてのアシストガスを供給するようにした構成したものである。
【０００５】
【作用】
このような構成によれば、被加工物に切断加工を行う時に切断線のエッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所においては、それら以外の切断加工箇所を切断加工する場合のレーザ光線の出力や加工速度等の加工条件と同じであっても、過剰にアシストガスが供給されないので、過剰な酸化を抑制しバーニングが生じることを防止できる。また、加工速度を遅くする必要がなく切断加工に要する時間を短縮させることができる。
【０００６】
【実施例】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、レーザ加工装置の加工ヘッド１は図示しない可動フレームに取り付けられており、この加工ヘッド１の内部の上方側にレーザ光線を集光する集光レンズを内蔵している。加工ヘッド１は、鉛直下方に向けて支持されるとともに、この加工ヘッド１における下端部にノズル２を取り付けている。
上記加工ヘッド１の下方側に図示しない加工テーブルを設けてあり、この加工テーブル上に板状の被加工物３を水平に載置している。
レーザ加工装置は図示しないレーザ発振器を備えており、このレーザ発振器から発振されたレーザ光線は、図示しない複数の反射鏡によって加工ヘッド１に導かれた後、集光レンズによって集光されてからノズル２の下端開口を介して被加工物３に照射されるようになっている。
加工ヘッド１を取り付けた図示しない可動フレームは、図示しない昇降機構によって昇降可能となっており、また、この可動フレームと加工テーブルとは水平面において相対移動できるようになっている。
本実施例のノズル２は、内方側に位置する内側ノズル２Ａと、この内側ノズル２Ａを囲繞して設けた外側ノズル２Ｂとから構成している。
上記内側ノズル２Ａおよび外側ノズル２Ｂの下方部分は、下端側が縮径されたテーパ状に形成してあり、内側ノズル２Ａの下端開口と外側ノズル２Ｂの下端開口の高さは同じ高さとなるように設定している。また、外側ノズル２Ｂからのアシストガスは、内側ノズル２Ａから噴射される主アシストガスの流れを乱さないようにほぼ真下へ環状に噴射されるように構成されている。
本実施例では、内側ノズル２Ａの下端開口（孔）の内径は１−１．５ｍｍに設定してあり、他方、外側ノズル２Ｂの下端開口の内径は２．５−３ｍｍに設定している。
内側ノズル２Ａの内部空間を第１供給通路４としてあり、この内側ノズル２Ａと外側ノズル２Ｂとの間の環状の空間を第２供給通路５としている。
【０００７】
また、本実施例のレーザ加工装置は、アシストガス（酸素）の供給源６を備えており、この供給源６は第１導管７を介して上記加工ヘッド１の第１供給通路４に接続している。この第１導管７に第１開閉弁８を設けてあり、この第１開閉弁８の作動は図示しない制御装置によって制御される。
また、アシストガスの供給源６は、第２導管１１を介して上記第２供給通路５に接続している。第２導管１１に第２開閉弁１２を設けてあり、この第２開閉弁１２の作動は図示しない制御装置によって制御される。
加工ヘッド１から被加工物３にレーザ光線を照射して切断加工を行う時に、上記制御装置が第１開閉弁８を開放させると第１導管７および第１供給通路４を介して内側ノズル２の下端開口から被加工物３の加工箇所にアシストガスが吹き付けられて供給される。また、制御装置が第２開閉弁１２を開放させると、第２導管１１および第２供給通路５を介して、被加工物３における切断加工箇所の周囲にシールドガスとしてのアシストガスが供給されるようになっている。
以上の構成は従来公知の加工ヘッドのものと変わるところはない。
【０００８】
しかして、本実施例は、被加工物３に切断加工を施す際の切断線が鋭角または直角となるエッジ部分とその近傍となる箇所において、被加工物３に対するアシストガスの供給量を減少させることにより、エッジ部分とその近傍等を切断加工する際にバーニングが発生することを防止したものである。
より詳細には、図３に示すように、板状の被加工物３にピアッシング位置Ｐにおいてピアッシング加工を行ってから複数のエッジ部分Ｅ１−Ｅ１０を有する製品の形状に切断加工する場合について説明する。
この場合、切断加工開始前に、この被加工物３を図３に示す形状に切断加工するためおよびピアッシング加工を施すために必要なレーザ光線の出力や被加工物３の材質、板厚等を元に加工プログラムを作成して制御装置に記憶させておく。
また、それと同時に、被加工物３に切断加工を施す際の製品の輪郭（切断線）のうち、鋭角および直角になるエッジ部分Ｅ１−Ｅ１０およびその近傍となる前後の箇所（斜線で図示した箇所）では、第２開閉弁１２を閉鎖させるとともに第１開閉弁８を開放させることを制御装置に記憶させておく。また、それと同時にエッジ部分Ｅ１−Ｅ１０およびその近傍となる前後の箇所においては、ノズル２の下端部と被加工物３とが隔てた距離Ｌを、エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０とその近傍を除いた他の加工箇所を加工する場合よりも小さくなるように、制御装置によって加工ヘッド１の高さを調整するようにしている。これは、ノズル２を被加工物３に近づけることによって、アシストガスの強く吹き付けられる領域が拡大するのを防ぎ、過剰な酸化を抑制するものである。そして、空気の巻き込み防止を考慮して、被加工物の板厚に応じて距離Ｌは決定される。また、ピアッシング位置Ｐにおいても、第２開閉弁１２を閉鎖させるとともに第１開閉弁８を開放させることを制御装置に記憶させておく。
他方、エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０とその近傍、およびピアッシング位置Ｐを除いた切断線が直線となる箇所等は、第１開閉弁８および第２開閉弁１２の両方を開放させるものとして、制御装置に記憶させておく。
なお、エッジ部分の近傍となる位置は、切断線のプログラムから演算で求める様にしても良いし、予めプログラム入力時に設定しておくようにしても良い。
【０００９】
そして、加工ヘッド１を被加工物３におけるピアッシング加工を施す位置Ｐの上方に位置させて、制御装置は第１開閉弁８を開放させる一方、第２開閉弁１２を閉鎖させる。これにより、内側ノズル２Ａ内の第１供給通路４のみを介して位置Ｐにアシストガスが吹き付けられる。つまり、この時には、第２供給通路５を介して被加工物３の位置Ｐの周囲にシールドガスとしてのアシストガスが供給されることはない。これにより、ピアッシング位置Ｐにアシストガスが過剰に供給されることが防止されるので、このピアッシング位置Ｐでの溶融物は少量となり、周囲への溶融物の飛散および付着は少なくなる。
この後、レーザ光線の照射および加工ヘッド１へのアシストガスの供給が連続的に行われた状態において、制御装置は第２開閉弁１２を開放させると、直ちに加工ヘッド１は位置Ｐから製品の輪郭と接続するエッジ部分Ｅ１に向けて連続的に移動させて切断加工を開始する。これにより、第１供給通路４を介して被加工物３の切断加工箇所にアシストガスが供給されると同時に、第２供給通路５を介して切断加工箇所を囲繞する箇所にシールドガスとしてのアシストガスが供給される。この状態において、第２供給通路５からのアシストガスにより切断加工箇所に空気が巻き込まれるのを防止し、切断不良を起こすことなく切断加工が進行する。
そして、加工ヘッド１が最初のエッジ部分Ｅ１の近傍となる斜線で表示した位置まで移動すると、制御装置は、加工ヘッド１を所定量だけ下降させてノズル２の下端部と被加工物３とが隔てた距離Ｌを小さくするとともに、第２開閉弁１２を閉鎖させる。なお、レーザ光線の出力や加工速度等の加工条件は変更しない。その状態がエッジ部分Ｅ１およびその隣接の斜線で表示した箇所を過ぎるまで維持される。これにより、エッジ部分Ｅ１およびその近傍では、それらの箇所に第１供給通路４を介してのみアシストガスが供給されつつ切断加工が行われる。これにより、エッジ部分Ｅ１およびその近傍に対してアシストガスが過剰に供給されないので、それらの箇所にバーニングが生じない。
【００１０】
この後、加工ヘッド１がエッジ部分Ｅ１とその近傍となる斜線で表示した位置を通過して、直線部分に移動すると、制御装置は、図２に示すように、加工ヘッド１を元の高さ位置に戻すとともに、第２開閉弁１２を開放させる。これにより、第１供給通路４を介して被加工物３の切断加工箇所にアシストガスが供給されると同時に、第２供給通路５を介して切断加工箇所を囲繞する箇所にシールドガスとしてのアシストガスが供給される。この状態において、切断加工が進行する。
以下、各エッジ部分Ｅ２−Ｅ１０とその近傍となる箇所（斜線で示す箇所）を切断する際には、加工ヘッド１と被加工物３との距離を小さくすると同時に、第１供給通路４のみを介して被加工物３の加工箇所にアシストガスを供給して、切断加工を行う。また、各エッジ部分Ｅ２−Ｅ１０とその近傍を除いた直線部分では、両供給通路４，５からアシストガスを被加工物３に供給して切断加工を行う。これによって、被加工物３を上記所定の形状の製品に切断する。
【００１１】
以上の様に、本実施例では、ピアッシング位置Ｐおよび各エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０とその近傍となる箇所において上述したように切断加工を行っているので、それらの切断加工箇所にアシストガスが過剰に供給されることがなく、したがって、それらの切断加工箇所にバーニングが発生することを防止することができる。
また、本実施例では、上記エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０において、レーザ光線を被加工物にＣＷ発振して照射し、加工ヘッド１と被加工物３の相対移動速度（加工速度）を遅くしていないので、従来に比較して切断加工に要する時間を短縮することができる。
また、エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０では、外側ノズル２Ｂからアシストガスの噴射を停止するので、アシストガスの消費量を節約し、かつ溶融物の量を低減することができる。
なお、上記実施例においては、各エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０とその近傍となる箇所を切断加工する際には、加工ヘッド１と被加工物３との距離を小さくすると同時に第１供給通路４のみを介して被加工物３の加工箇所にアシストガスを供給しているが、加工ヘッド１と被加工物３との距離Ｌは切断線が直線となる箇所と同じ距離Ｌとしたままで、第１供給通路４のみを介して被加工物３の加工箇所にアシストガスを供給するようにしても良い。
さらに、上記実施例では、各エッジ部分Ｅ１−Ｅ１０とその近傍において被加工物３に対するアシストガスの供給量を減少させるようにしているが、被加工物３にその板厚よりも小径となる小孔を穿孔する場合においても、アシストガスの供給量を減少させるようにしても良い。例えば図３に示すように被加工物３に小孔ｈ１、ｈ２を穿孔する場合、先ずその中心点付近にピアッシングを行ってから切断加工を開始し、そのあと外方に向けて切断加工を継続してから小孔ｈ１（ｈ２）の円周に沿って切断加工を行う。その際に、アシストガスの供給量を減少させるようにすれば良い。これにより、小孔ｈ１（ｈ２）の穿孔箇所においてもバーニングの発生を防止することができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被加工物に切断加工を施す際の切断線のエッジ部分とその近傍および小孔の穿孔箇所にバーニングが生じることを良好に防止することができるという効果が得られる。また、切断加工に要する時間を短縮させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図
【図２】図１と異なる状態を示す加工ヘッドの正面図。
【図３】被加工物に切断加工を施す際の切断線を示す平面図
【符号の説明】
１  加工ヘッド                            ２  ノズル
２Ａ  内側ノズル                          ２Ｂ  外側ノズル
３  被加工物                              ６  供給源
Ｅ１−Ｅ１０  エッジ部分                  Ｐ  ピアッシング位置
【図１】
0004075224.tif 000002
【図２】
0004075224.tif 000003
【図３】
0004075224.tif 000004