JP2000084686A - レーザピアシング方法およびレーザ加工用ノズルおよびレーザ切断装置 - Google Patents
レーザピアシング方法およびレーザ加工用ノズルおよびレーザ切断装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 板厚の厚い被切断材であっても、目的形状の
ピアシング孔が短時間で得られる技術の開発が求められ
ていた。 【解決手段】 被切断材１２に向けて照射されるレーザ
ビーム１４と同軸の酸素ガス１５と、この酸素ガス１５
の気流の外側に環状に配置された外側ガス噴射口１８か
ら、窒素ガスまたは空気またはこれらの混合ガスを主成
分としてなる酸素濃度の低い低濃度ガス１７を前記被切
断材１２に向けて噴射、供給しつつ、レーザビーム１４
を被切断材１２に照射するレーザピアシング方法を提供
する。また、酸素ガス１５を噴射する内側ガス噴射口１
６と、低濃度ガス１７を噴射する外側ガス噴射口１８と
を備えるレーザ加工用ノズル１１、このノズル１１を備
えたレーザ切断装置を提供する。
ピアシング孔が短時間で得られる技術の開発が求められ
ていた。 【解決手段】 被切断材１２に向けて照射されるレーザ
ビーム１４と同軸の酸素ガス１５と、この酸素ガス１５
の気流の外側に環状に配置された外側ガス噴射口１８か
ら、窒素ガスまたは空気またはこれらの混合ガスを主成
分としてなる酸素濃度の低い低濃度ガス１７を前記被切
断材１２に向けて噴射、供給しつつ、レーザビーム１４
を被切断材１２に照射するレーザピアシング方法を提供
する。また、酸素ガス１５を噴射する内側ガス噴射口１
６と、低濃度ガス１７を噴射する外側ガス噴射口１８と
を備えるレーザ加工用ノズル１１、このノズル１１を備
えたレーザ切断装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等の被切断材
のレーザ切断に適用される、レーザピアシング方法およ
びレーザ加工用ノズルおよびレーザ切断装置に関するも
のである。
のレーザ切断に適用される、レーザピアシング方法およ
びレーザ加工用ノズルおよびレーザ切断装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、レーザによる厚板（板厚６ｍｍ
以上）の鋼板の切断では、ピアシング作業を実施してか
ら目的の切断作業を開始することが一般的である。一般
的にピアシング作業は、図１３に示すように、切断ノズ
ル１からレーザビーム２を鋼板等の被切断材３に照射
し、レーザビーム２と同軸にアシストガス４を供給して
被切断材３を加熱溶融し、レーザビーム２の照射によっ
て被切断材３に形成されるピアシング孔５から溶融金属
６をアシストガス４の運動エネルギにより排除すること
によりなされる。ピアシング作業を実施した場合、溶融
金属６の一部はピアシング孔５の周囲に堆積し、また一
部はピアシング孔５から離れた位置に飛散することにな
る。アシストガス４としては、通常、酸素が使用され
る。酸素ガスを使用してピアシング作業を実施した場
合、酸素ガスによる鋼板素材の酸化により高いエネルギ
が得られるので、ピアシング作業を効率良く行うことに
有効である。また、ピアシング時のレーザビーム２の照
射条件は、１００Ｈz以下のパルス発振が一般的である
が、連続発振状態にしてレーザビーム２の出力を上げる
ことで、目的のピアシング孔５を短時間で形成すること
ができ、ピアシング作業時間が短縮する。
以上）の鋼板の切断では、ピアシング作業を実施してか
ら目的の切断作業を開始することが一般的である。一般
的にピアシング作業は、図１３に示すように、切断ノズ
ル１からレーザビーム２を鋼板等の被切断材３に照射
し、レーザビーム２と同軸にアシストガス４を供給して
被切断材３を加熱溶融し、レーザビーム２の照射によっ
て被切断材３に形成されるピアシング孔５から溶融金属
６をアシストガス４の運動エネルギにより排除すること
によりなされる。ピアシング作業を実施した場合、溶融
金属６の一部はピアシング孔５の周囲に堆積し、また一
部はピアシング孔５から離れた位置に飛散することにな
る。アシストガス４としては、通常、酸素が使用され
る。酸素ガスを使用してピアシング作業を実施した場
合、酸素ガスによる鋼板素材の酸化により高いエネルギ
が得られるので、ピアシング作業を効率良く行うことに
有効である。また、ピアシング時のレーザビーム２の照
射条件は、１００Ｈz以下のパルス発振が一般的である
が、連続発振状態にしてレーザビーム２の出力を上げる
ことで、目的のピアシング孔５を短時間で形成すること
ができ、ピアシング作業時間が短縮する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザビー
ム２の出力を上げると、 ａ）ピアシング孔５径が増大する、 ｂ）溶融金属６の吹き上がりが過大になる、 ｃ）ｂ）により、切断ノズル１や集光レンズが損傷する
場合がある、 ｄ）被切断材３に付着するスパッタが増大する、 ｅ）ｄ）により目的の切断の開始時に切断不良が発生す
る といった問題点が発生する。また、前記問題に鑑みて近
年では、レーザビームのパルスのピーク出力を上げて高
速でピアシング作業を行うことも試みられているが、レ
ンズやノズルへのスパッタの付着等の問題が発生するた
め、問題の根本的な解決には至らなかった。さらに、ピ
アシング作業中にレーザビーム出力を制御することで、
溶融金属の吹き上がりやスパッタの付着を防止すること
も試みられているが、ピアシング速度が制御速度に従う
ことになり、速度の向上には限界がある。
ム２の出力を上げると、 ａ）ピアシング孔５径が増大する、 ｂ）溶融金属６の吹き上がりが過大になる、 ｃ）ｂ）により、切断ノズル１や集光レンズが損傷する
場合がある、 ｄ）被切断材３に付着するスパッタが増大する、 ｅ）ｄ）により目的の切断の開始時に切断不良が発生す
る といった問題点が発生する。また、前記問題に鑑みて近
年では、レーザビームのパルスのピーク出力を上げて高
速でピアシング作業を行うことも試みられているが、レ
ンズやノズルへのスパッタの付着等の問題が発生するた
め、問題の根本的な解決には至らなかった。さらに、ピ
アシング作業中にレーザビーム出力を制御することで、
溶融金属の吹き上がりやスパッタの付着を防止すること
も試みられているが、ピアシング速度が制御速度に従う
ことになり、速度の向上には限界がある。
【０００４】前述のような事情により、特に、厚板に対
するピアシング作業には長時間を要することが不可避で
あり、しかも、目的形状のピアシング孔を得ることが困
難であった。ピアシング孔は、ピアシングから切断へ移
行した時に、アシストガスの通過性や、溶融金属の排除
性を確保して、切断開始時の切り込みを安定にする目的
のために、レーザビーム外形と近い径の断面真円、か
つ、内面が滑らかに形成されていることが好ましい。し
かしながら、厚板に対するピアシング作業では、形成途
中のピアシング孔からの溶融金属の排除が一層困難にな
ることから、ピアシング孔の径が極端に径が大きくなっ
たり、断面形状が歪になったり、ドロスの付着等によっ
て内面の凹凸が著しくなるケースが多くなり、ピアシン
グから切断へ移行した時に、切断不良の発生確率が高ま
る。また、切断開始時のセルフバーニング（酸素等の局
所的な急激な燃焼）等の発生が増加して、切り込みが不
安定になる。一方、ピアシング時間が長いと、ピアシン
グ作業中に被切断材への入熱量が大きくなって、被切断
材が高温に加熱され、ピアシングから切断へ移行した時
に、溶け込みが過剰になって、切断不良の発生確率が高
くなる。このように、厚板に対するピアシング作業で
は、目的形状のピアシング孔を得にくいこと、ピアシン
グ時間が長くなって被切断材が高温に加熱され、切断時
に過剰な溶け込みを生じやすいことから、切断不良を生
じやすく、切断開始時の切り込みが不安定になったり、
高い切断品質を安定に得ることができないといった問題
があった。
するピアシング作業には長時間を要することが不可避で
あり、しかも、目的形状のピアシング孔を得ることが困
難であった。ピアシング孔は、ピアシングから切断へ移
行した時に、アシストガスの通過性や、溶融金属の排除
性を確保して、切断開始時の切り込みを安定にする目的
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つ、内面が滑らかに形成されていることが好ましい。し
かしながら、厚板に対するピアシング作業では、形成途
中のピアシング孔からの溶融金属の排除が一層困難にな
ることから、ピアシング孔の径が極端に径が大きくなっ
たり、断面形状が歪になったり、ドロスの付着等によっ
て内面の凹凸が著しくなるケースが多くなり、ピアシン
グから切断へ移行した時に、切断不良の発生確率が高ま
る。また、切断開始時のセルフバーニング（酸素等の局
所的な急激な燃焼）等の発生が増加して、切り込みが不
安定になる。一方、ピアシング時間が長いと、ピアシン
グ作業中に被切断材への入熱量が大きくなって、被切断
材が高温に加熱され、ピアシングから切断へ移行した時
に、溶け込みが過剰になって、切断不良の発生確率が高
くなる。このように、厚板に対するピアシング作業で
は、目的形状のピアシング孔を得にくいこと、ピアシン
グ時間が長くなって被切断材が高温に加熱され、切断時
に過剰な溶け込みを生じやすいことから、切断不良を生
じやすく、切断開始時の切り込みが不安定になったり、
高い切断品質を安定に得ることができないといった問題
があった。
【０００５】ピアシング作業を一定のパルス発振で行っ
た場合、図１４に示すように、ピアシング時間の経過、
すなわち、ピアシングの進行に伴って、ピアシング孔か
ら単位時間当たりに除去される溶融金属の量が次第に減
少することが判明した。これは、ピアシング作業の進行
に伴ってピアシング孔が次第に深くなるに従って、形成
途中のピアシング孔内の溶融金属が被切断材の外へ排除
されにくくなることが原因である。実際に、ピアシング
を途中で停止して、形成途中のピアシング孔の断面を観
察すると、一度溶けて再凝固した再凝固組織を、ピアシ
ング孔底部に見ることができる。このように、ピアシン
グ作業に伴って発生する溶融金属の排除が円滑になされ
ないと、ピアシング作業時間が延長することで一層の溶
け込みの増加を招いて、悪循環になるとともに、ピアシ
ング作業後の切断作業にも影響を与える。
た場合、図１４に示すように、ピアシング時間の経過、
すなわち、ピアシングの進行に伴って、ピアシング孔か
ら単位時間当たりに除去される溶融金属の量が次第に減
少することが判明した。これは、ピアシング作業の進行
に伴ってピアシング孔が次第に深くなるに従って、形成
途中のピアシング孔内の溶融金属が被切断材の外へ排除
されにくくなることが原因である。実際に、ピアシング
を途中で停止して、形成途中のピアシング孔の断面を観
察すると、一度溶けて再凝固した再凝固組織を、ピアシ
ング孔底部に見ることができる。このように、ピアシン
グ作業に伴って発生する溶融金属の排除が円滑になされ
ないと、ピアシング作業時間が延長することで一層の溶
け込みの増加を招いて、悪循環になるとともに、ピアシ
ング作業後の切断作業にも影響を与える。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、目的形状のピアシング孔が短時間で確実に得ら
れ、ピアシング作業後に移行する切断の切断品質を向上
できるレーザピアシング方法およびレーザ加工用ノズル
およびレーザ切断装置を提供することを目的とするもの
である。
ので、目的形状のピアシング孔が短時間で確実に得ら
れ、ピアシング作業後に移行する切断の切断品質を向上
できるレーザピアシング方法およびレーザ加工用ノズル
およびレーザ切断装置を提供することを目的とするもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、被切断材に
向けて照射されるレーザビームと同軸に噴射される高純
度の酸素ガスと、この酸素ガスの気流の外側に環状に配
置された外側ガス噴射口から噴射される酸素濃度の低い
低濃度ガスとを、被切断材に向けて噴射、供給しつつ、
レーザビームを被切断材に照射してピアシング作業を行
うことで、被切断材の過剰な溶け込みの防止と溶融金属
の円滑な排除とを実現し、ピアシング能率を向上するこ
とで、ピアシング作業時間を短縮する。過剰な溶け込み
の防止は、低濃度ガスの供給によって、特に、ピアシン
グ孔内面近傍内の酸素濃度が低下する酸素濃度分布が形
成されることで実現される。ピアシング孔からの溶融金
属の排除は、酸素ガスおよび低濃度ガスの高速の気流に
なされる。過剰な溶け込みの防止や溶融金属の円滑な排
除は、連続発振の高出力のレーザビームの使用を可能と
するので、一層のピアシング時間の短縮が図られる。さ
らに、過剰な溶け込みの防止や溶融金属の円滑な排除に
よって、目的形状のピアシング孔が確実に得られる。こ
れにより、目的形状のピアシング孔を短時間で確実に得
ることができ、しかも、被切断材の入熱による加熱も大
幅に低減できるので、ピアシング後の切断作業での切断
開始の円滑化、切断品質の向上を実現できる。
向けて照射されるレーザビームと同軸に噴射される高純
度の酸素ガスと、この酸素ガスの気流の外側に環状に配
置された外側ガス噴射口から噴射される酸素濃度の低い
低濃度ガスとを、被切断材に向けて噴射、供給しつつ、
レーザビームを被切断材に照射してピアシング作業を行
うことで、被切断材の過剰な溶け込みの防止と溶融金属
の円滑な排除とを実現し、ピアシング能率を向上するこ
とで、ピアシング作業時間を短縮する。過剰な溶け込み
の防止は、低濃度ガスの供給によって、特に、ピアシン
グ孔内面近傍内の酸素濃度が低下する酸素濃度分布が形
成されることで実現される。ピアシング孔からの溶融金
属の排除は、酸素ガスおよび低濃度ガスの高速の気流に
なされる。過剰な溶け込みの防止や溶融金属の円滑な排
除は、連続発振の高出力のレーザビームの使用を可能と
するので、一層のピアシング時間の短縮が図られる。さ
らに、過剰な溶け込みの防止や溶融金属の円滑な排除に
よって、目的形状のピアシング孔が確実に得られる。こ
れにより、目的形状のピアシング孔を短時間で確実に得
ることができ、しかも、被切断材の入熱による加熱も大
幅に低減できるので、ピアシング後の切断作業での切断
開始の円滑化、切断品質の向上を実現できる。
【０００８】ところで、本出願人は、平成９年特許願第
２９３８０号、平成９年特許願第３１５５３９号を既に
出願している。これら出願には、切断ノズルから、レー
ザビームと同軸の酸素ガスを、被切断材のレーザビーム
照射位置に噴射供給し、前記切断ノズルの側部に近接配
置されるブローガスノズルから、例えば窒素ガスをブロ
ーガスとして、被切断材のレーザビーム照射位置に噴
射、供給しつつ、ピアシング孔を形成する技術を記載し
ている。この技術は、ピアシング作業中に生じる溶融金
属やスパッタ等を、前記ブローガスにより吹き飛ばしつ
つ、目的形状のピアシング孔を得るものである。また、
前記出願では、ブローガスが、形成途中のピアシング孔
に入り込んで、ピアシング孔内の酸素濃度を若干低下さ
せることにより、ドロスの付着や、被切断材の過剰な溶
け込みが抑えられ、目的形状のピアシング孔を確実に得
られることが突き止められている。
２９３８０号、平成９年特許願第３１５５３９号を既に
出願している。これら出願には、切断ノズルから、レー
ザビームと同軸の酸素ガスを、被切断材のレーザビーム
照射位置に噴射供給し、前記切断ノズルの側部に近接配
置されるブローガスノズルから、例えば窒素ガスをブロ
ーガスとして、被切断材のレーザビーム照射位置に噴
射、供給しつつ、ピアシング孔を形成する技術を記載し
ている。この技術は、ピアシング作業中に生じる溶融金
属やスパッタ等を、前記ブローガスにより吹き飛ばしつ
つ、目的形状のピアシング孔を得るものである。また、
前記出願では、ブローガスが、形成途中のピアシング孔
に入り込んで、ピアシング孔内の酸素濃度を若干低下さ
せることにより、ドロスの付着や、被切断材の過剰な溶
け込みが抑えられ、目的形状のピアシング孔を確実に得
られることが突き止められている。
【０００９】しかしながら、板厚１２ｍｍを超えるよう
な、厚板へのピアシング孔の形成では、ノズル側部のブ
ローノズルから噴射されるブローガスは、ピアシング孔
に入り難く、被切断材に形成途中のピアシング孔の奥に
までブローガスを到達させることは困難であり、ブロー
ガスによる酸素濃度低下で過剰な溶け込みを防止する効
果も十分に得られなくなる。しかも、切断ノズルの一側
部から噴射されるブローガスでは、ピアシング孔内の酸
素濃度を、均等に低下させることが困難であり、ピアシ
ング孔内で酸素濃度が偏在することが避けられず、酸素
濃度低下による効果が十分に得ることは困難である。先
の出願記載の技術では、厚さ数ｍｍ程度の薄板へのピア
シング作業であれば、ブローガスによる酸素濃度低下か
ら得られる効果が、問題無く得られるものの、厚さ１２
ｍｍを超えるような、厚板へのピアシング孔の形成で
は、酸素濃度低下による過剰な溶け込みの防止や、溶融
金属の排除等の効果が薄いといった不満があった。
な、厚板へのピアシング孔の形成では、ノズル側部のブ
ローノズルから噴射されるブローガスは、ピアシング孔
に入り難く、被切断材に形成途中のピアシング孔の奥に
までブローガスを到達させることは困難であり、ブロー
ガスによる酸素濃度低下で過剰な溶け込みを防止する効
果も十分に得られなくなる。しかも、切断ノズルの一側
部から噴射されるブローガスでは、ピアシング孔内の酸
素濃度を、均等に低下させることが困難であり、ピアシ
ング孔内で酸素濃度が偏在することが避けられず、酸素
濃度低下による効果が十分に得ることは困難である。先
の出願記載の技術では、厚さ数ｍｍ程度の薄板へのピア
シング作業であれば、ブローガスによる酸素濃度低下か
ら得られる効果が、問題無く得られるものの、厚さ１２
ｍｍを超えるような、厚板へのピアシング孔の形成で
は、酸素濃度低下による過剰な溶け込みの防止や、溶融
金属の排除等の効果が薄いといった不満があった。
【００１０】本発明のレーザピアシング方法は、被切断
材のレーザ切断前に行われるレーザピアシング方法であ
って、被切断材に向けて照射されるレーザビームと同軸
に、高純度の酸素ガスを前記被切断材に向けて噴射、供
給するとともに、前記酸素ガスの気流の外側に環状に配
置された外側ガス噴射口から、窒素ガスまたは空気また
はこれらの混合ガスを主成分としてなる酸素濃度の低い
低濃度ガスを前記被切断材に向けて噴射、供給しつつ、
レーザビームを被切断材に照射することを特徴とする。
この方法では、低濃度ガスが、被切断材へのレーザビー
ム照射位置近傍に集中的に作用するため、レーザビーム
照射位置近傍の溶融金属やスパッタ等を吹き飛ばすよう
にして効率良く排除することができる。しかも、この低
濃度ガスは、酸素ガスに沿って、レーザビーム照射位置
に供給されることから、レーザビームによって形成途中
のピアシング孔内にも入り込んで、ピアシング孔内の溶
融金属をピアシング孔から吹き飛ばすようにして排除で
きる。このため、ピアシング孔が深くても、ピアシング
孔内から溶融金属を効率良く排除しつつ、ピアシング孔
が形成されるので、例えば、板厚１２ｍｍを超えるよう
な厚板（鋼板）に形成するピアシング孔が深くなって
も、ドロス等の影響を受けること無く、目的形状のピア
シング孔を短時間で効率良く形成することができる。
材のレーザ切断前に行われるレーザピアシング方法であ
って、被切断材に向けて照射されるレーザビームと同軸
に、高純度の酸素ガスを前記被切断材に向けて噴射、供
給するとともに、前記酸素ガスの気流の外側に環状に配
置された外側ガス噴射口から、窒素ガスまたは空気また
はこれらの混合ガスを主成分としてなる酸素濃度の低い
低濃度ガスを前記被切断材に向けて噴射、供給しつつ、
レーザビームを被切断材に照射することを特徴とする。
この方法では、低濃度ガスが、被切断材へのレーザビー
ム照射位置近傍に集中的に作用するため、レーザビーム
照射位置近傍の溶融金属やスパッタ等を吹き飛ばすよう
にして効率良く排除することができる。しかも、この低
濃度ガスは、酸素ガスに沿って、レーザビーム照射位置
に供給されることから、レーザビームによって形成途中
のピアシング孔内にも入り込んで、ピアシング孔内の溶
融金属をピアシング孔から吹き飛ばすようにして排除で
きる。このため、ピアシング孔が深くても、ピアシング
孔内から溶融金属を効率良く排除しつつ、ピアシング孔
が形成されるので、例えば、板厚１２ｍｍを超えるよう
な厚板（鋼板）に形成するピアシング孔が深くなって
も、ドロス等の影響を受けること無く、目的形状のピア
シング孔を短時間で効率良く形成することができる。
【００１１】酸素ガスとしては、純度９９．５％以上の
高純度酸素を用いることが一般的である。また、この酸
素ガスとしては、必要に応じて、窒素ガス等を若干量混
合することも可能である。低濃度ガスとしては窒素、空
気、窒素と空気の混合ガス、窒素に空気以外のガス（酸
素や、不活性ガス等）を混合した混合ガス等が採用され
る。高純度酸素である酸素ガスは、ピアシング孔が形成
の進行に伴って深くなっても、ピアシング孔の奥部にま
で到達させることができ、ピアシング孔の形成を促進で
きる。一方、形成途中のピアシング孔の、特に内面近傍
では、低濃度ガスが入り込んで、酸素ガスと混合するこ
とで、酸素濃度が低下する傾向にある。これにより、被
切断材の過剰な溶融が防止され、結果として、ピアシン
グ孔には、滑らかな内面が得られる。低濃度ガスも、酸
素ガスに沿ってピアシング孔へ噴射、供給されるので、
ピアシング孔の奥にまで到達させることが容易であり、
ピアシング孔が深くても、ピアシング孔全体に亘って、
目的の酸素濃度分布を形成することが可能であり、被切
断材の過剰な溶融を防止する効果が確実に得られる。ま
た、低濃度ガスは、酸素ガスの周囲に環状配置された外
側ガス噴射口から噴射、供給されるので、ピアシング孔
に対して均等に作用し、ピアシング孔の内面近傍の酸素
濃度を均等に低下させることができる。このため、酸素
濃度低下による過剰な溶け込み防止等の効果が、ピアシ
ング孔内面に沿って均等に得られ、目的形状のピアシン
グ孔を確実に形成することができる。
高純度酸素を用いることが一般的である。また、この酸
素ガスとしては、必要に応じて、窒素ガス等を若干量混
合することも可能である。低濃度ガスとしては窒素、空
気、窒素と空気の混合ガス、窒素に空気以外のガス（酸
素や、不活性ガス等）を混合した混合ガス等が採用され
る。高純度酸素である酸素ガスは、ピアシング孔が形成
の進行に伴って深くなっても、ピアシング孔の奥部にま
で到達させることができ、ピアシング孔の形成を促進で
きる。一方、形成途中のピアシング孔の、特に内面近傍
では、低濃度ガスが入り込んで、酸素ガスと混合するこ
とで、酸素濃度が低下する傾向にある。これにより、被
切断材の過剰な溶融が防止され、結果として、ピアシン
グ孔には、滑らかな内面が得られる。低濃度ガスも、酸
素ガスに沿ってピアシング孔へ噴射、供給されるので、
ピアシング孔の奥にまで到達させることが容易であり、
ピアシング孔が深くても、ピアシング孔全体に亘って、
目的の酸素濃度分布を形成することが可能であり、被切
断材の過剰な溶融を防止する効果が確実に得られる。ま
た、低濃度ガスは、酸素ガスの周囲に環状配置された外
側ガス噴射口から噴射、供給されるので、ピアシング孔
に対して均等に作用し、ピアシング孔の内面近傍の酸素
濃度を均等に低下させることができる。このため、酸素
濃度低下による過剰な溶け込み防止等の効果が、ピアシ
ング孔内面に沿って均等に得られ、目的形状のピアシン
グ孔を確実に形成することができる。
【００１２】したがって、この方法では、レーザビーム
のパルスピーク時の出力を上げたり特別な出力制御等を
行わなくても、厚板に対するピアシング作業を、通常の
ピアシング作業と同様のレーザビームにより行うことが
できる。また、被切断材の溶け込み防止や、溶融金属の
排除が確実になされることから、連続発振の高出力のレ
ーザビームを使用することも可能になり、これにより、
ピアシング時間を一層短縮できる。ドロスの付着等の無
い、滑らかな内面を有するピアシング孔が得られると、
ピアシング孔の形成後に、円滑に切断作業を開始するこ
とができ、切断開始位置近傍においても滑らかな切断面
が得られ、優れた切断品質が得られる。しかも、ピアシ
ング時間が短いと、被切断材への入熱も減少し、切断開
始時の被切断材の過剰な溶融を抑えることができるの
で、このことからも、切断作業を円滑に開始することが
できる。
のパルスピーク時の出力を上げたり特別な出力制御等を
行わなくても、厚板に対するピアシング作業を、通常の
ピアシング作業と同様のレーザビームにより行うことが
できる。また、被切断材の溶け込み防止や、溶融金属の
排除が確実になされることから、連続発振の高出力のレ
ーザビームを使用することも可能になり、これにより、
ピアシング時間を一層短縮できる。ドロスの付着等の無
い、滑らかな内面を有するピアシング孔が得られると、
ピアシング孔の形成後に、円滑に切断作業を開始するこ
とができ、切断開始位置近傍においても滑らかな切断面
が得られ、優れた切断品質が得られる。しかも、ピアシ
ング時間が短いと、被切断材への入熱も減少し、切断開
始時の被切断材の過剰な溶融を抑えることができるの
で、このことからも、切断作業を円滑に開始することが
できる。
【００１３】本発明のレーザピアシング方法は、その効
果をより確実に得るために、以下の構成も採用可能であ
る。すなわち、請求項２記載の発明は、請求項１記載の
レーザピアシング方法において、前記低濃度ガスの噴射
方向が、前記被切断材に向けて噴射される前記酸素ガス
の中心に向けて傾斜されていることを特徴とする。請求
項３記載の発明は、請求項１または２記載のレーザピア
シング方法において、被切断材のピアシング予定位置の
周囲に、レーザビームの照射前に、予め、オイルを塗布
することを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項
１から３のいずれかに記載のレーザピアシング方法にお
いて、被切断材に照射されるレーザビームのピアシング
時の焦点位置が、後に行う切断時と異なることを特徴と
する。請求項５記載の発明は、請求項４記載のレーザピ
アシング方法において、レーザビームのピアシング時の
焦点位置を、切断時よりも、被切断材寄りに設定するこ
とを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１から
５のいずれかに記載のレーザピアシング方法において、
ピアシング作業時のレーザビーム焦点位置を、被切断材
の板厚毎に変更することを特徴とする。請求項７記載の
発明は、請求項１から６のいずれかに記載のレーザピア
シング方法において、前記酸素ガスを噴射する内側ガス
噴射口と、該内側ガス噴射口の外側に環状に設けられた
前記外側ガス噴射口とを備えてなるレーザ加工用ノズル
の被切断材に対する離間距離が、後に行う切断時と異な
ることを特徴とする。請求項８記載の発明は、請求項７
記載のレーザピアシング方法において、被切断材に対す
る前記レーザ加工用ノズルのピアシング作業時の離間距
離を、後に行う切断時よりも大きく設定することを特徴
とする。
果をより確実に得るために、以下の構成も採用可能であ
る。すなわち、請求項２記載の発明は、請求項１記載の
レーザピアシング方法において、前記低濃度ガスの噴射
方向が、前記被切断材に向けて噴射される前記酸素ガス
の中心に向けて傾斜されていることを特徴とする。請求
項３記載の発明は、請求項１または２記載のレーザピア
シング方法において、被切断材のピアシング予定位置の
周囲に、レーザビームの照射前に、予め、オイルを塗布
することを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項
１から３のいずれかに記載のレーザピアシング方法にお
いて、被切断材に照射されるレーザビームのピアシング
時の焦点位置が、後に行う切断時と異なることを特徴と
する。請求項５記載の発明は、請求項４記載のレーザピ
アシング方法において、レーザビームのピアシング時の
焦点位置を、切断時よりも、被切断材寄りに設定するこ
とを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１から
５のいずれかに記載のレーザピアシング方法において、
ピアシング作業時のレーザビーム焦点位置を、被切断材
の板厚毎に変更することを特徴とする。請求項７記載の
発明は、請求項１から６のいずれかに記載のレーザピア
シング方法において、前記酸素ガスを噴射する内側ガス
噴射口と、該内側ガス噴射口の外側に環状に設けられた
前記外側ガス噴射口とを備えてなるレーザ加工用ノズル
の被切断材に対する離間距離が、後に行う切断時と異な
ることを特徴とする。請求項８記載の発明は、請求項７
記載のレーザピアシング方法において、被切断材に対す
る前記レーザ加工用ノズルのピアシング作業時の離間距
離を、後に行う切断時よりも大きく設定することを特徴
とする。
【００１４】また、前記レーザピアシング方法を実現す
るために用いられるレーザ加工用ノズルとしては、請求
項９記載のように、被切断材のレーザ切断前に行われる
レーザピアシング作業に用いられるレーザ加工用ノズル
であって、被切断材に照射するレーザビームが貫通さ
れ、かつ、高純度の酸素ガスを前記レーザビームと同軸
に前記被切断材に向けて噴射する内側ガス噴射口と、該
内側ガス噴射口の外側に環状に設けられ、窒素ガスまた
は空気またはこれらの混合ガスを主成分としてなる酸素
濃度の低い低濃度ガスを前記被切断材に向けて噴射、供
給する外側ガス噴射口とを備えることを特徴とするもの
が採用される。このレーザ加工用ノズルは、レーザピア
シング作業のみならず、レーザ切断にも使用することが
一般的である。また、レーザピアシング作業からレーザ
切断作業に移行する時は、内外のガス噴射口から噴射す
るガスの種類を変更しても良い。レーザ切断時には、内
外両側のガス噴射口から、酸素を噴射することが一般的
である。また、内側ガス噴射口から高純度の酸素ガスを
噴射、供給し、外側ガス噴射口からは、窒素ガスや、二
酸化炭素ガス、不活性ガス等を酸素ガスに混合してなる
酸素濃度の低いガスを供給するようにしても良い。この
場合には、例えば、平成９年特許願第１６４７８１号記
載のように、切断品質を向上できる。
るために用いられるレーザ加工用ノズルとしては、請求
項９記載のように、被切断材のレーザ切断前に行われる
レーザピアシング作業に用いられるレーザ加工用ノズル
であって、被切断材に照射するレーザビームが貫通さ
れ、かつ、高純度の酸素ガスを前記レーザビームと同軸
に前記被切断材に向けて噴射する内側ガス噴射口と、該
内側ガス噴射口の外側に環状に設けられ、窒素ガスまた
は空気またはこれらの混合ガスを主成分としてなる酸素
濃度の低い低濃度ガスを前記被切断材に向けて噴射、供
給する外側ガス噴射口とを備えることを特徴とするもの
が採用される。このレーザ加工用ノズルは、レーザピア
シング作業のみならず、レーザ切断にも使用することが
一般的である。また、レーザピアシング作業からレーザ
切断作業に移行する時は、内外のガス噴射口から噴射す
るガスの種類を変更しても良い。レーザ切断時には、内
外両側のガス噴射口から、酸素を噴射することが一般的
である。また、内側ガス噴射口から高純度の酸素ガスを
噴射、供給し、外側ガス噴射口からは、窒素ガスや、二
酸化炭素ガス、不活性ガス等を酸素ガスに混合してなる
酸素濃度の低いガスを供給するようにしても良い。この
場合には、例えば、平成９年特許願第１６４７８１号記
載のように、切断品質を向上できる。
【００１５】なお、本発明の効果をより確実に得るため
には、以下の構成を採用することが、より好ましい。請
求項１０記載の発明では、請求項９記載のレーザ加工用
ノズルにおいて、前記低濃度ガスの噴射方向が、前記被
切断材に向けて噴射される前記酸素ガス気流の中心に向
けて傾斜されるように、前記外側ガス噴射口の開口部近
傍が傾斜されていることを特徴とする。
には、以下の構成を採用することが、より好ましい。請
求項１０記載の発明では、請求項９記載のレーザ加工用
ノズルにおいて、前記低濃度ガスの噴射方向が、前記被
切断材に向けて噴射される前記酸素ガス気流の中心に向
けて傾斜されるように、前記外側ガス噴射口の開口部近
傍が傾斜されていることを特徴とする。
【００１６】また、請求項１１記載のレーザ切断装置
は、請求項９または１０記載のレーザ加工用ノズルを具
備してなることを特徴とする。本発明では、以下の構成
のレーザ切断装置を採用することが、より好ましい。請
求項１２記載の発明は、請求項１１記載のレーザ切断装
置において、被切断材にオイルを塗布するオイル塗布機
構を備えることを特徴とする。請求項１３記載の発明
は、請求項１１または１２記載のレーザ切断装置におい
て、予め与えられたデータに基づいて、レンズを移動し
て、レーザビームの焦点位置を変更するレンズ駆動機構
を具備することを特徴とする。請求項１４記載の発明
は、請求項１１から１３のいずれかに記載のレーザ切断
装置において、予め与えられたデータに基づいて、被切
断材に対するレーザ加工用ノズルの離間距離を自動的に
制御する倣い機構を備えることを特徴とする。請求項１
５記載の発明は、請求項１１から１４のいずれかに記載
のレーザ切断装置において、外側ガス噴射口から噴出す
る低濃度ガスに酸素ガスを混入することで、該低濃度ガ
スの窒素濃度を制御する窒素濃度制御機構を備えること
を特徴とする。
は、請求項９または１０記載のレーザ加工用ノズルを具
備してなることを特徴とする。本発明では、以下の構成
のレーザ切断装置を採用することが、より好ましい。請
求項１２記載の発明は、請求項１１記載のレーザ切断装
置において、被切断材にオイルを塗布するオイル塗布機
構を備えることを特徴とする。請求項１３記載の発明
は、請求項１１または１２記載のレーザ切断装置におい
て、予め与えられたデータに基づいて、レンズを移動し
て、レーザビームの焦点位置を変更するレンズ駆動機構
を具備することを特徴とする。請求項１４記載の発明
は、請求項１１から１３のいずれかに記載のレーザ切断
装置において、予め与えられたデータに基づいて、被切
断材に対するレーザ加工用ノズルの離間距離を自動的に
制御する倣い機構を備えることを特徴とする。請求項１
５記載の発明は、請求項１１から１４のいずれかに記載
のレーザ切断装置において、外側ガス噴射口から噴出す
る低濃度ガスに酸素ガスを混入することで、該低濃度ガ
スの窒素濃度を制御する窒素濃度制御機構を備えること
を特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態を図を
参照して説明する。図１および図２はレーザ切断装置の
加工ヘッド１０近傍を示す正面図であり、図１はピアシ
ング作業時、図２はレーザ切断作業時を示す。図１にお
いて、このレーザ切断装置を用いたレーザピアシング作
業は、ノズル駆動機構Ｍ２を駆動してレーザ加工用ノズ
ル１１（以下、「ノズル」と略称する）を昇降させて、
下方にて水平配置される被切断材１２（鋼板）に近接す
る適切位置に配置するとともに、レンズ駆動機構Ｍ１を
駆動して、レンズ１３を昇降することで、前記被切断材
１２に照射されるレーザビーム１４が前記被切断材１２
内に焦点を結ぶように集光する位置に位置決め保持して
行われる。
参照して説明する。図１および図２はレーザ切断装置の
加工ヘッド１０近傍を示す正面図であり、図１はピアシ
ング作業時、図２はレーザ切断作業時を示す。図１にお
いて、このレーザ切断装置を用いたレーザピアシング作
業は、ノズル駆動機構Ｍ２を駆動してレーザ加工用ノズ
ル１１（以下、「ノズル」と略称する）を昇降させて、
下方にて水平配置される被切断材１２（鋼板）に近接す
る適切位置に配置するとともに、レンズ駆動機構Ｍ１を
駆動して、レンズ１３を昇降することで、前記被切断材
１２に照射されるレーザビーム１４が前記被切断材１２
内に焦点を結ぶように集光する位置に位置決め保持して
行われる。
【００１８】図３は、ノズル１１の一例であるノズル１
１ａを示す断面図である。図３において、ノズル１１ａ
は、レーザビーム１４（図３中図示せず）が貫通され、
かつ、高純度（９９．５％以上）の酸素ガス１５を前記
レーザビーム１４（図３中図示せず）と同軸に前記被切
断材１２に向けて噴射する内側ガス噴射口１６と、該内
側ガス噴射口１６の外側に環状に設けられ、窒素ガスま
たは空気またはこれらの混合ガスを主成分としてなる酸
素濃度の低い低濃度ガス１７を前記被切断材１２に向け
て噴射、供給する外側ガス噴射口１８とを備える。レー
ザビーム１４の光軸１４ｃは、内側ガス噴射口１６の中
心軸線と、ほぼ一致される。外側ガス噴射口１８は、内
側ガス噴射口１５と同心円状になっている。したがっ
て、このノズル１１ａでは、内外のガス噴射口１５，１
８から、酸素ガス１５，低濃度ガス１７が、互いに平行
に被切断材１２に向けて噴射、供給される。図３中、マ
スフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」）３１は、内側
ガス噴射口１６から噴射する酸素ガス１５の質量流量を
調整し、マスフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」）３
２は、外側ガス噴射口１８から噴射する低濃度ガス１７
の質量流量を調整する。
１ａを示す断面図である。図３において、ノズル１１ａ
は、レーザビーム１４（図３中図示せず）が貫通され、
かつ、高純度（９９．５％以上）の酸素ガス１５を前記
レーザビーム１４（図３中図示せず）と同軸に前記被切
断材１２に向けて噴射する内側ガス噴射口１６と、該内
側ガス噴射口１６の外側に環状に設けられ、窒素ガスま
たは空気またはこれらの混合ガスを主成分としてなる酸
素濃度の低い低濃度ガス１７を前記被切断材１２に向け
て噴射、供給する外側ガス噴射口１８とを備える。レー
ザビーム１４の光軸１４ｃは、内側ガス噴射口１６の中
心軸線と、ほぼ一致される。外側ガス噴射口１８は、内
側ガス噴射口１５と同心円状になっている。したがっ
て、このノズル１１ａでは、内外のガス噴射口１５，１
８から、酸素ガス１５，低濃度ガス１７が、互いに平行
に被切断材１２に向けて噴射、供給される。図３中、マ
スフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」）３１は、内側
ガス噴射口１６から噴射する酸素ガス１５の質量流量を
調整し、マスフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」）３
２は、外側ガス噴射口１８から噴射する低濃度ガス１７
の質量流量を調整する。
【００１９】図４は、ノズル１１の他の例であるノズル
１１ｂを示す断面図である。図４において、ノズル１１
ｂは、ノズル１１ａにおいて、前記外側ガス噴射口１８
の開口部１８ａ近傍を傾斜して、前記低濃度ガス１７の
噴射方向が、前記被切断材１２に向けて噴射される前記
酸素ガス１５気流の中心に向けて傾斜されるようにした
ものである。ノズル１１ｂの他の部分は、ノズル１１ａ
と同様の構成になっている。このノズル１１ｂによれ
ば、外側ガス噴射口１８から噴射された低濃度ガス１７
が、内側ガス噴射口１６から噴射された酸素ガス１５に
合流するようにして、被切断材１２に到達する。
１１ｂを示す断面図である。図４において、ノズル１１
ｂは、ノズル１１ａにおいて、前記外側ガス噴射口１８
の開口部１８ａ近傍を傾斜して、前記低濃度ガス１７の
噴射方向が、前記被切断材１２に向けて噴射される前記
酸素ガス１５気流の中心に向けて傾斜されるようにした
ものである。ノズル１１ｂの他の部分は、ノズル１１ａ
と同様の構成になっている。このノズル１１ｂによれ
ば、外側ガス噴射口１８から噴射された低濃度ガス１７
が、内側ガス噴射口１６から噴射された酸素ガス１５に
合流するようにして、被切断材１２に到達する。
【００２０】図５に示すように、ノズル１１の側部に
は、被切断材１２にオイル１９を塗布するオイル塗布機
構２０を備えている。図５において、オイル塗布機構２
０は、ノズル１１の側部に隣接配置されて、被切断材１
２上のピアシング予定位置２１に向けて、ブローガス２
２を噴射するブローノズル２３を備え、このブローノズ
ル２３にブローガス２２を供給するブローガス配管２４
の途中に設けられたオイル混入部２５にて、霧化された
オイル１９がブローガス２１に混入されるようになって
いる。そして、ピアシング予定位置２１に向けてブロー
ガス２２を噴射すると、ブローガス２２とともに、これ
に混入されたオイル１９が被切断材１２に吹き付け塗布
される。ブローガス２２は、ピアシング予定位置２１の
周囲の被切断材１２上およびノズル１１の下端部に接触
するので、この範囲に、ブローガス２２内のオイル１９
が塗布される。
は、被切断材１２にオイル１９を塗布するオイル塗布機
構２０を備えている。図５において、オイル塗布機構２
０は、ノズル１１の側部に隣接配置されて、被切断材１
２上のピアシング予定位置２１に向けて、ブローガス２
２を噴射するブローノズル２３を備え、このブローノズ
ル２３にブローガス２２を供給するブローガス配管２４
の途中に設けられたオイル混入部２５にて、霧化された
オイル１９がブローガス２１に混入されるようになって
いる。そして、ピアシング予定位置２１に向けてブロー
ガス２２を噴射すると、ブローガス２２とともに、これ
に混入されたオイル１９が被切断材１２に吹き付け塗布
される。ブローガス２２は、ピアシング予定位置２１の
周囲の被切断材１２上およびノズル１１の下端部に接触
するので、この範囲に、ブローガス２２内のオイル１９
が塗布される。
【００２１】オイル塗布機構２０は、ピアシング作業開
始前に作動して、ピアシング予定位置２１の周囲の被切
断材１２上およびノズル１１の下端部にオイル１９を塗
布するものであり、オイル１９の塗布完了後、図示しな
い移動機構によって、ノズル１１から離間した位置へ速
やかに待避させるようになっている。ピアシング作業前
に待避を行うことで、ピアシング作業によって生じるス
パッタや溶融金属がブローノズル２３に付着することを
防ぎ、ブローノズル２３の詰まり等を防止し、オイル塗
布機構２０のオイル塗布性能を維持する。ピアシングの
完了後、レーザ切断装置が次のピアシング動作に入った
ら、前記移動機構によって、オイル塗布機構２０を、ノ
ズル１１の側部のブロー位置へ再び配置する。なお、オ
イル混入部２５としては、例えば、特許願平成９年３１
５５３９号記載のオイル供給装置等と同様の構造のもの
が採用される。
始前に作動して、ピアシング予定位置２１の周囲の被切
断材１２上およびノズル１１の下端部にオイル１９を塗
布するものであり、オイル１９の塗布完了後、図示しな
い移動機構によって、ノズル１１から離間した位置へ速
やかに待避させるようになっている。ピアシング作業前
に待避を行うことで、ピアシング作業によって生じるス
パッタや溶融金属がブローノズル２３に付着することを
防ぎ、ブローノズル２３の詰まり等を防止し、オイル塗
布機構２０のオイル塗布性能を維持する。ピアシングの
完了後、レーザ切断装置が次のピアシング動作に入った
ら、前記移動機構によって、オイル塗布機構２０を、ノ
ズル１１の側部のブロー位置へ再び配置する。なお、オ
イル混入部２５としては、例えば、特許願平成９年３１
５５３９号記載のオイル供給装置等と同様の構造のもの
が採用される。
【００２２】図１に示すように、ピアシング作業では、
内側ガス噴射口１６から酸素ガス１５を被切断材１２に
向けて噴射、供給するとともに、前記酸素ガス１５の気
流の外側に環状に配置された外側ガス噴射口１８から、
酸素濃度の低い低濃度ガス１７を被切断材１２に向けて
噴射、供給しつつ、レーザビーム１４を被切断材１２に
照射する。図１において、レーザビーム１４のピアシン
グ焦点位置１４ａは、被切断材１２の厚さ方向中央部に
なっている。図６に示すように、ノズル１１の両ガス噴
射口１６，１８から噴射されたガス１５，１８は、ピア
シング予定位置２１に形成途中のピアシング孔２６近傍
に集中的に作用して、いずれもピアシング孔２６内に入
り込む。このため、ピアシング作業によって生じるスパ
ッタや溶融金属は、ガス１５，１８によって、ピアシン
グ孔２６から速やかに排除されるため、ピアシング孔２
６内にスパッタや溶融金属が付着することが防止され、
目的形状のピアシング孔２６が確実に得られる。また、
スパッタや溶融金属が、ノズル１１から加工ヘッド１０
内に入り込んでレンズ１３に付着することも防止でき
る。
内側ガス噴射口１６から酸素ガス１５を被切断材１２に
向けて噴射、供給するとともに、前記酸素ガス１５の気
流の外側に環状に配置された外側ガス噴射口１８から、
酸素濃度の低い低濃度ガス１７を被切断材１２に向けて
噴射、供給しつつ、レーザビーム１４を被切断材１２に
照射する。図１において、レーザビーム１４のピアシン
グ焦点位置１４ａは、被切断材１２の厚さ方向中央部に
なっている。図６に示すように、ノズル１１の両ガス噴
射口１６，１８から噴射されたガス１５，１８は、ピア
シング予定位置２１に形成途中のピアシング孔２６近傍
に集中的に作用して、いずれもピアシング孔２６内に入
り込む。このため、ピアシング作業によって生じるスパ
ッタや溶融金属は、ガス１５，１８によって、ピアシン
グ孔２６から速やかに排除されるため、ピアシング孔２
６内にスパッタや溶融金属が付着することが防止され、
目的形状のピアシング孔２６が確実に得られる。また、
スパッタや溶融金属が、ノズル１１から加工ヘッド１０
内に入り込んでレンズ１３に付着することも防止でき
る。
【００２３】形成途中のピアシング孔２６内部の中央部
は、内側ガス噴射口１６から噴射された酸素ガス１５に
よって、高い酸素濃度が得られて、ピアシング孔２６の
形成が促進される。一方、ピアシング孔２６内面近傍で
は、外側ガス噴射口１８から噴射された低濃度ガス１７
が酸素ガス１５に混合することで、酸素濃度が低下さ
れ、被切断材１２の過剰な溶け込みを防止でき、滑らか
な内面が得られる。低濃度ガス１７は、内側ガス噴射口
１６の外側周囲に環状配置された外側ガス噴射口１８か
ら均等に噴射供給されるから、ピアシング孔２６内の内
面に沿った領域の酸素濃度を均等に低下させる。このた
め、ピアシング孔２６には、滑らかな内面が均等に得ら
れ、レーザビーム１４外形に近い、ほぼ真円の小さな
（レーザビーム径に比べて必要以上に大きくない）ピア
シング孔２６が確実に得られる。
は、内側ガス噴射口１６から噴射された酸素ガス１５に
よって、高い酸素濃度が得られて、ピアシング孔２６の
形成が促進される。一方、ピアシング孔２６内面近傍で
は、外側ガス噴射口１８から噴射された低濃度ガス１７
が酸素ガス１５に混合することで、酸素濃度が低下さ
れ、被切断材１２の過剰な溶け込みを防止でき、滑らか
な内面が得られる。低濃度ガス１７は、内側ガス噴射口
１６の外側周囲に環状配置された外側ガス噴射口１８か
ら均等に噴射供給されるから、ピアシング孔２６内の内
面に沿った領域の酸素濃度を均等に低下させる。このた
め、ピアシング孔２６には、滑らかな内面が均等に得ら
れ、レーザビーム１４外形に近い、ほぼ真円の小さな
（レーザビーム径に比べて必要以上に大きくない）ピア
シング孔２６が確実に得られる。
【００２４】ピアシング孔２６内面近傍の被切断材１２
の過剰な溶け込みが防止されることは、ピアシング孔２
６から排除すべき溶融金属の量が少なくて済むので、こ
のこと自体も、ピアシング時間の短縮に寄与する。この
ように、ピアシング孔２６からのスパッタや溶融金属の
排除が効率良くなされ、しかも酸素濃度分布により、過
剰の溶け込みが防止されることから、連続発振の高出力
のレーザビーム１４を使用することも可能となり、この
レーザビーム１４によっても、目的形状のピアシング孔
２６を短時間で効率良く形成することができる。
の過剰な溶け込みが防止されることは、ピアシング孔２
６から排除すべき溶融金属の量が少なくて済むので、こ
のこと自体も、ピアシング時間の短縮に寄与する。この
ように、ピアシング孔２６からのスパッタや溶融金属の
排除が効率良くなされ、しかも酸素濃度分布により、過
剰の溶け込みが防止されることから、連続発振の高出力
のレーザビーム１４を使用することも可能となり、この
レーザビーム１４によっても、目的形状のピアシング孔
２６を短時間で効率良く形成することができる。
【００２５】小さいピアシング孔２６を短時間で形成す
ると、被切断材１２への入熱量を抑えることができる。
したがって、ピアシング作業の完了直後から連続して被
切断材１２のレーザ切断へ移行しても、ピアシング孔２
６近傍の被切断材１２の過剰な溶け込みを抑えることが
でき、切断開始位置近傍においても滑らかな切断面が得
られ、切断品質が向上する。しかも、前述のピアシング
作業によって、ピアシング孔２６には目的形状が確実に
得られているので、切断不良を防止でき、レーザ切断
を、常に円滑に開始できる。
ると、被切断材１２への入熱量を抑えることができる。
したがって、ピアシング作業の完了直後から連続して被
切断材１２のレーザ切断へ移行しても、ピアシング孔２
６近傍の被切断材１２の過剰な溶け込みを抑えることが
でき、切断開始位置近傍においても滑らかな切断面が得
られ、切断品質が向上する。しかも、前述のピアシング
作業によって、ピアシング孔２６には目的形状が確実に
得られているので、切断不良を防止でき、レーザ切断
を、常に円滑に開始できる。
【００２６】ピアシング予定位置２１の周囲の被切断材
１２上およびノズル１１の下端部には、オイル塗布機構
２０によって、ピアシング作業前に、予め、オイル１９
が塗布されるため、ピアシング作業によって生じたスパ
ッタや、飛散した溶融金属の付着を防止できる。スパッ
タや溶融金属が被切断材１２上に付着することを防止で
きれば、これらスパッタや溶融金属が、切断等の他の作
業の支障になることを防止できる。スパッタや溶融金属
がノズル１１に付着することを防止できれば、ガス噴射
口１６，１８の詰まり等を防止できる。なお、オイル塗
布機構としては、図７に示すように、外側ガス噴射口１
８へ低濃度ガス１７を供給するガス流路２７の途中に、
霧化したオイル１９を低濃度ガス１７に混入するオイル
混入部２８を設けてなる構成も採用可能である。このオ
イル塗布機構では、ノズル１１にオイル１９を塗布する
ことは出来ないが、ピアシング予定位置２１の周囲の被
切断材１２にオイル１９を塗布することができ、高い切
断品質を安定に得ることには、支障は殆ど無い。
１２上およびノズル１１の下端部には、オイル塗布機構
２０によって、ピアシング作業前に、予め、オイル１９
が塗布されるため、ピアシング作業によって生じたスパ
ッタや、飛散した溶融金属の付着を防止できる。スパッ
タや溶融金属が被切断材１２上に付着することを防止で
きれば、これらスパッタや溶融金属が、切断等の他の作
業の支障になることを防止できる。スパッタや溶融金属
がノズル１１に付着することを防止できれば、ガス噴射
口１６，１８の詰まり等を防止できる。なお、オイル塗
布機構としては、図７に示すように、外側ガス噴射口１
８へ低濃度ガス１７を供給するガス流路２７の途中に、
霧化したオイル１９を低濃度ガス１７に混入するオイル
混入部２８を設けてなる構成も採用可能である。このオ
イル塗布機構では、ノズル１１にオイル１９を塗布する
ことは出来ないが、ピアシング予定位置２１の周囲の被
切断材１２にオイル１９を塗布することができ、高い切
断品質を安定に得ることには、支障は殆ど無い。
【００２７】図２において、レーザ切断作業は、ノズル
駆動機構Ｍ２を駆動してノズル１１をピアシング作業時
の位置から距離ｓ（図１参照）だけ下降させるととも
に、レンズ駆動機構Ｍ１によってレンズ１３を距離ｄ
（図１参照）だけ上昇させて、レーザビーム１４の焦点
位置を、ピアシング焦点位置１４ａ（図１参照）よりも
高い、予め設定された切断焦点位置１４ｂに移動する
（上昇させる）。この切断焦点位置１４ｂは、被切断材
１２の板厚に関係無く常に一定であるが、厚さ数ｍｍの
薄板から厚さが最大２５ｍｍ程度の厚板を適用すること
を想定して、概ね、被切断材１２上面近傍となるように
設定される。そして、ノズル１１の内外両側のガス噴射
口１６，１８から酸素ガス２７，２８を噴射しつつ、レ
ーザビーム１４を被切断材１２に照射し、被切断材１２
に沿って加工ヘッド１０を水平移動することで、切断を
行う。ピアシング作業から切断作業への移行は、ノズル
１１およびレンズ１３の高さを変更するとともに、ノズ
ル１１の、特に、外側ガス噴射口１８から噴射するガス
を酸素ガスに変更すれば良く、ノズル１１を交換するこ
と無く、そのまま使用することができる。ピアシング作
業の完了後、加工ヘッド１０は、ノズル１１がピアシン
グ孔２６に対して位置決めされた状態から切断作業をス
タートすれば良い。
駆動機構Ｍ２を駆動してノズル１１をピアシング作業時
の位置から距離ｓ（図１参照）だけ下降させるととも
に、レンズ駆動機構Ｍ１によってレンズ１３を距離ｄ
（図１参照）だけ上昇させて、レーザビーム１４の焦点
位置を、ピアシング焦点位置１４ａ（図１参照）よりも
高い、予め設定された切断焦点位置１４ｂに移動する
（上昇させる）。この切断焦点位置１４ｂは、被切断材
１２の板厚に関係無く常に一定であるが、厚さ数ｍｍの
薄板から厚さが最大２５ｍｍ程度の厚板を適用すること
を想定して、概ね、被切断材１２上面近傍となるように
設定される。そして、ノズル１１の内外両側のガス噴射
口１６，１８から酸素ガス２７，２８を噴射しつつ、レ
ーザビーム１４を被切断材１２に照射し、被切断材１２
に沿って加工ヘッド１０を水平移動することで、切断を
行う。ピアシング作業から切断作業への移行は、ノズル
１１およびレンズ１３の高さを変更するとともに、ノズ
ル１１の、特に、外側ガス噴射口１８から噴射するガス
を酸素ガスに変更すれば良く、ノズル１１を交換するこ
と無く、そのまま使用することができる。ピアシング作
業の完了後、加工ヘッド１０は、ノズル１１がピアシン
グ孔２６に対して位置決めされた状態から切断作業をス
タートすれば良い。
【００２８】レンズ駆動機構Ｍ１、ノズル駆動機構Ｍ
２、加工ヘッド１０を移動する機構（図示せず）の駆動
は、駆動制御部２９によってＮ／Ｃ制御される。ノズル
１１やレンズ１３の高さ制御は、駆動制御部２９に予め
登録されているデータに基づき、自動的になされる。図
１および図２における駆動制御部２９は、ノズル１１
を、被切断材１２からの目的の高さに自動的に位置させ
る倣い機構を構成する。この倣い機構としては、例え
ば、ノズル１１と被切断材１２との間の静電容量を一定
に保持するように働く静電容量式、ノズル１１から被切
断材１２に吹き付けるガスによってノズル１１と被切断
材１２との間に形成されるガス圧を一定に保持するよう
に働く差圧式等が採用され、いずれの構成にしても、高
さ検出部３０にて検出した、被切断材１２からのノズル
１１高さの検出値が、駆動制御部２９に入力されること
で、ノズル１１を、予め設定された目的の高さに自動的
に制御する。例えば、ピアシング作業から切断作業への
移行では、高さ検出部３０からの検出値を参照しつつ、
駆動制御部２９からの指令に基づき、レンズ駆動機構Ｍ
１，ノズル駆動機構Ｍ２を駆動することで、レンズ１３
を上昇させ、ノズル１１を下降させて、それぞれ、予め
設定されている被切断材１２からの高さに自動的に配置
する。逆に、切断からピアシングへの移行では、レンズ
１３を下降させて、焦点位置を、一定の切断焦点位置１
４ｂに対して設定される距離ｄだけ下方のピアシング焦
点位置１４ａに移動するとともに、ノズル１１を上昇さ
せる。
２、加工ヘッド１０を移動する機構（図示せず）の駆動
は、駆動制御部２９によってＮ／Ｃ制御される。ノズル
１１やレンズ１３の高さ制御は、駆動制御部２９に予め
登録されているデータに基づき、自動的になされる。図
１および図２における駆動制御部２９は、ノズル１１
を、被切断材１２からの目的の高さに自動的に位置させ
る倣い機構を構成する。この倣い機構としては、例え
ば、ノズル１１と被切断材１２との間の静電容量を一定
に保持するように働く静電容量式、ノズル１１から被切
断材１２に吹き付けるガスによってノズル１１と被切断
材１２との間に形成されるガス圧を一定に保持するよう
に働く差圧式等が採用され、いずれの構成にしても、高
さ検出部３０にて検出した、被切断材１２からのノズル
１１高さの検出値が、駆動制御部２９に入力されること
で、ノズル１１を、予め設定された目的の高さに自動的
に制御する。例えば、ピアシング作業から切断作業への
移行では、高さ検出部３０からの検出値を参照しつつ、
駆動制御部２９からの指令に基づき、レンズ駆動機構Ｍ
１，ノズル駆動機構Ｍ２を駆動することで、レンズ１３
を上昇させ、ノズル１１を下降させて、それぞれ、予め
設定されている被切断材１２からの高さに自動的に配置
する。逆に、切断からピアシングへの移行では、レンズ
１３を下降させて、焦点位置を、一定の切断焦点位置１
４ｂに対して設定される距離ｄだけ下方のピアシング焦
点位置１４ａに移動するとともに、ノズル１１を上昇さ
せる。
【００２９】焦点位置１４ａ，１４ｂ間の移動距離ｄ
は、 ｄ（ｍｍ）＝０．８×被切断材板厚（ｍｍ） の計算式にて設定される。したがって、被切断材１２の
板厚によって、距離ｄが変更されるから、被切断材１２
の板厚が変わっても一定である切断焦点位置１４ｂに対
して、ピアシング焦点位置１４ａは、被切断材１２の板
厚毎に自動的に変更される。このように、ピアシング焦
点位置１４ａは、ピアシング作業の都度、被切断材１２
上面を基準位置として設定されるのでは無く、被切断材
１２上面を基準位置として先行して設定された切断焦点
位置１４ｂを基準として前記計算式により設定されるの
であり、駆動制御部２９へは、予め設定された切断焦点
位置１４ｂに加えて、被切断材１２の板厚のデータが入
力されれば、前記計算式により算出される距離ｄの値に
基づいて、ピアシング焦点位置１４ａが自動的に設定さ
れる。ピアシング予定位置２１に比べて被切断材１２上
に長く延在する切断予定位置（図示せず）の任意の地点
を基準として、切断焦点位置１４ｂを設定しさえすれ
ば、ピアシング予定位置２１（図５参照）が、被切断材
１２の端部や角部等に位置していたとしても、目的のピ
アシング焦点位置１４ａを容易に設定することができ
る。
は、 ｄ（ｍｍ）＝０．８×被切断材板厚（ｍｍ） の計算式にて設定される。したがって、被切断材１２の
板厚によって、距離ｄが変更されるから、被切断材１２
の板厚が変わっても一定である切断焦点位置１４ｂに対
して、ピアシング焦点位置１４ａは、被切断材１２の板
厚毎に自動的に変更される。このように、ピアシング焦
点位置１４ａは、ピアシング作業の都度、被切断材１２
上面を基準位置として設定されるのでは無く、被切断材
１２上面を基準位置として先行して設定された切断焦点
位置１４ｂを基準として前記計算式により設定されるの
であり、駆動制御部２９へは、予め設定された切断焦点
位置１４ｂに加えて、被切断材１２の板厚のデータが入
力されれば、前記計算式により算出される距離ｄの値に
基づいて、ピアシング焦点位置１４ａが自動的に設定さ
れる。ピアシング予定位置２１に比べて被切断材１２上
に長く延在する切断予定位置（図示せず）の任意の地点
を基準として、切断焦点位置１４ｂを設定しさえすれ
ば、ピアシング予定位置２１（図５参照）が、被切断材
１２の端部や角部等に位置していたとしても、目的のピ
アシング焦点位置１４ａを容易に設定することができ
る。
【００３０】ところで、図８および図９に示すように、
被切断材１２表面（上面）からピアシング焦点位置１４
ａまでの距離Ｌは、大きすぎても、小さすぎても、ピア
シング時間の短縮や、形成されたピアシング孔２６径の
小型化の効果を十分に得ることができないため、本発明
者は、最適の距離Ｌの範囲を追求した。例えば、図８に
示すように、板厚１２ｍｍの被切断材１２について、ピ
アシング時間の短縮のためには、距離Ｌが６〜１２ｍｍ
の範囲が適切であり、図９に示すように、板厚１６ｍｍ
の被切断材１２について、ピアシング孔２６径の小型化
のためには、距離Ｌが８〜１６ｍｍの範囲であることが
適切である。そして、本発明者は、これら条件の追求の
結果、ピアシング時間の短縮およびピアシング孔２６径
の小型化の双方について同様に効果が得られる距離Ｌ
は、被切断材１２の板厚ｔを基準として１／２ｔ〜１ｔ
（板厚の半分から板厚と同じ）の範囲が最適であること
を突き止めた。
被切断材１２表面（上面）からピアシング焦点位置１４
ａまでの距離Ｌは、大きすぎても、小さすぎても、ピア
シング時間の短縮や、形成されたピアシング孔２６径の
小型化の効果を十分に得ることができないため、本発明
者は、最適の距離Ｌの範囲を追求した。例えば、図８に
示すように、板厚１２ｍｍの被切断材１２について、ピ
アシング時間の短縮のためには、距離Ｌが６〜１２ｍｍ
の範囲が適切であり、図９に示すように、板厚１６ｍｍ
の被切断材１２について、ピアシング孔２６径の小型化
のためには、距離Ｌが８〜１６ｍｍの範囲であることが
適切である。そして、本発明者は、これら条件の追求の
結果、ピアシング時間の短縮およびピアシング孔２６径
の小型化の双方について同様に効果が得られる距離Ｌ
は、被切断材１２の板厚ｔを基準として１／２ｔ〜１ｔ
（板厚の半分から板厚と同じ）の範囲が最適であること
を突き止めた。
【００３１】図４に示したノズル１１ｂは、傾斜された
外側ガス噴射口１８から低濃度ガス１７を噴射すること
により、低濃度ガス１７を、形成途中のピアシング孔２
６へ効率良く集中せしめる点で優れている。このノズル
１１ｂの径方向両側に対向する外側ガス噴射口１８間の
傾斜角度θは、図１０に示すように、１５０゜あるいは
それよりも若干小さい角度が最適である。この角度θで
あれば、形成途中のピアシング孔２６内からスパッタや
溶融金属を効率良く排除すること、並びに、ピアシング
孔２６内に目的の酸素濃度部分を得ることの、２点を確
実に実現することができる。なお、図１０において、角
度θが大きい程、形成されるピアシング孔２６径を小さ
くすることが可能である。しかしながら、角度θが１５
０゜を超える（被切断材１２表面に対する傾斜角度が３
０゜未満）と、ピアシングが不可能になり、角度θは１
５０゜が上限であることが判明した。なお、ピアシング
孔２６が特に深い場合は、角度θを小さくして、ピアシ
ング孔２６の奥に低濃度ガス１７を到達させるようにす
る。例えば、ノズル１１ｂとは別体のブローノズルを使
用する場合では、被切断材１２上面に対する傾斜角度を
小さくすることは容易であるが、ノズル１１ｂとの干渉
等に鑑みて、被切断材１２上面に対する傾斜角度を大き
くすることには限界があるため、この点で、本実施の形
態が優れている。
外側ガス噴射口１８から低濃度ガス１７を噴射すること
により、低濃度ガス１７を、形成途中のピアシング孔２
６へ効率良く集中せしめる点で優れている。このノズル
１１ｂの径方向両側に対向する外側ガス噴射口１８間の
傾斜角度θは、図１０に示すように、１５０゜あるいは
それよりも若干小さい角度が最適である。この角度θで
あれば、形成途中のピアシング孔２６内からスパッタや
溶融金属を効率良く排除すること、並びに、ピアシング
孔２６内に目的の酸素濃度部分を得ることの、２点を確
実に実現することができる。なお、図１０において、角
度θが大きい程、形成されるピアシング孔２６径を小さ
くすることが可能である。しかしながら、角度θが１５
０゜を超える（被切断材１２表面に対する傾斜角度が３
０゜未満）と、ピアシングが不可能になり、角度θは１
５０゜が上限であることが判明した。なお、ピアシング
孔２６が特に深い場合は、角度θを小さくして、ピアシ
ング孔２６の奥に低濃度ガス１７を到達させるようにす
る。例えば、ノズル１１ｂとは別体のブローノズルを使
用する場合では、被切断材１２上面に対する傾斜角度を
小さくすることは容易であるが、ノズル１１ｂとの干渉
等に鑑みて、被切断材１２上面に対する傾斜角度を大き
くすることには限界があるため、この点で、本実施の形
態が優れている。
【００３２】図１１では、実施例として、前記距離Ｌや
傾斜角度θの条件にて、ピアシング時のノズル１１の高
さを、切断時のノズル１１の高さよりもｓ＝３ｍｍ高く
設定して、連続発振で出力された出力６ｋＷのレーザビ
ーム１４を用いて、軟鋼材からなる鋼板に対してピアシ
ング作業を行った。また、比較例１として、同様の距離
Ｌの条件にて、パルス発振で出力４．５ｋＷ、デューテ
ィ比２０％で出力されたレーザビームによるピアシング
作業を行った。両者を比較すると、板厚６〜２５ｍｍの
範囲では、実施例１が、比較例に比べて、ピアシング時
間を大幅に短縮できることが明らかとなった。
傾斜角度θの条件にて、ピアシング時のノズル１１の高
さを、切断時のノズル１１の高さよりもｓ＝３ｍｍ高く
設定して、連続発振で出力された出力６ｋＷのレーザビ
ーム１４を用いて、軟鋼材からなる鋼板に対してピアシ
ング作業を行った。また、比較例１として、同様の距離
Ｌの条件にて、パルス発振で出力４．５ｋＷ、デューテ
ィ比２０％で出力されたレーザビームによるピアシング
作業を行った。両者を比較すると、板厚６〜２５ｍｍの
範囲では、実施例１が、比較例に比べて、ピアシング時
間を大幅に短縮できることが明らかとなった。
【００３３】例えば、本発明者の実験では、前記実施例
のレーザビーム１４を用いて板厚１２ｍｍの被切断材１
１にピアシングを行った所、０．２５秒でピアシング孔
２６の形成を完了した。この時、被切断材１２に照射さ
れるエネルギーは、６０００×０．２５＝１５００Ｊで
ある。一方、パルス発振で出力４５００Ｗ、デューティ
比２０％で出力されたレーザビームを用いて、同様に、
板厚１２ｍｍの被切断材１２にピアシングを行うと、約
８秒でピアシング孔の形成を完了した（比較例２）。こ
の時、被切断材１２に照射されるエネルギーは、４５０
０×０．２×８＝７２００Ｊである。実施例と比較例２
とでは、形成されたピアシング孔の大きさ（金属排出
量）は、殆ど同じであったにも関わらず、被切断材１２
への入熱量には、数倍の開きが出ることが判明し、実施
例でのピアシングでは、被切断材１２への入熱が比較例
２の４分の１以下であった。また、実施例にて形成した
ピアシング孔２６から、連続して切断作業を開始した
所、セルフバーニング等の発生の無い、安定した切り込
みを確実に行うことができた。
のレーザビーム１４を用いて板厚１２ｍｍの被切断材１
１にピアシングを行った所、０．２５秒でピアシング孔
２６の形成を完了した。この時、被切断材１２に照射さ
れるエネルギーは、６０００×０．２５＝１５００Ｊで
ある。一方、パルス発振で出力４５００Ｗ、デューティ
比２０％で出力されたレーザビームを用いて、同様に、
板厚１２ｍｍの被切断材１２にピアシングを行うと、約
８秒でピアシング孔の形成を完了した（比較例２）。こ
の時、被切断材１２に照射されるエネルギーは、４５０
０×０．２×８＝７２００Ｊである。実施例と比較例２
とでは、形成されたピアシング孔の大きさ（金属排出
量）は、殆ど同じであったにも関わらず、被切断材１２
への入熱量には、数倍の開きが出ることが判明し、実施
例でのピアシングでは、被切断材１２への入熱が比較例
２の４分の１以下であった。また、実施例にて形成した
ピアシング孔２６から、連続して切断作業を開始した
所、セルフバーニング等の発生の無い、安定した切り込
みを確実に行うことができた。
【００３４】このように、本実施の形態によれば、内
側、外側のガス噴射口１６，１８が同心状の二重に形成
されてなるノズル１１を使用して、レーザビーム１４と
同軸の酸素ガス１５と、その周囲を取り囲むような低濃
度ガス１７とを、被切断材１２に向けて噴射供給するこ
とで、簡単に、ピアシング時間を短縮でき、しかも、滑
らかな内面を有する目的形状のピアシング孔２６が確実
に得られる。酸素ガス１５は、その外側が低濃度ガス１
７によって取り囲まれることから、途中で外気等を殆ど
巻き込むことなく、高い酸素純度を維持したまま、形成
途中のピアシング孔２６の中央部や最深部に到達して、
酸素純度の高い領域を形成するため、この領域でのピア
シング孔２６の形成が促進され、これによっても、ピア
シング時間が短縮される。連続発振で高出力のレーザビ
ーム１４の使用も可能であり、一層のピアシング時間の
短縮を図れる。ピアシング時間の短縮により、ピアシン
グ作業中の、被切断材１２への入熱を抑えることができ
る。その結果、ピアシングから切断に移行した時の、切
断不良となる要因が解消されるため、切断開始時の切り
込みを安定させることができ、切断品質を向上できる。
側、外側のガス噴射口１６，１８が同心状の二重に形成
されてなるノズル１１を使用して、レーザビーム１４と
同軸の酸素ガス１５と、その周囲を取り囲むような低濃
度ガス１７とを、被切断材１２に向けて噴射供給するこ
とで、簡単に、ピアシング時間を短縮でき、しかも、滑
らかな内面を有する目的形状のピアシング孔２６が確実
に得られる。酸素ガス１５は、その外側が低濃度ガス１
７によって取り囲まれることから、途中で外気等を殆ど
巻き込むことなく、高い酸素純度を維持したまま、形成
途中のピアシング孔２６の中央部や最深部に到達して、
酸素純度の高い領域を形成するため、この領域でのピア
シング孔２６の形成が促進され、これによっても、ピア
シング時間が短縮される。連続発振で高出力のレーザビ
ーム１４の使用も可能であり、一層のピアシング時間の
短縮を図れる。ピアシング時間の短縮により、ピアシン
グ作業中の、被切断材１２への入熱を抑えることができ
る。その結果、ピアシングから切断に移行した時の、切
断不良となる要因が解消されるため、切断開始時の切り
込みを安定させることができ、切断品質を向上できる。
【００３５】また、内側、外側のガス噴射口１６，１８
が同心状に形成されてなるノズル１１では、切断時に外
側ガス噴射口１８からガスを噴射することで、内外両側
のガス噴射口１６，１８へのスパッタや溶融金属の付着
を防止できる。ノズル１１とは別体に、ピアシング時に
ブローガスを噴射するのみにブローノズルを設けた場合
は、切断作業時のスパッタや溶融金属の付着を避けるた
めに、このブローノズルを切断ノズルから待避させるた
めの移動機構を必要とするが、本実施の形態に係るノズ
ル１１やレーザ切断装置では、そのような機構は不要で
あり、低コスト化できる。しかも、待避を必要とするブ
ローノズルでは、ピアシング作業の完了後に待避のため
の時間が必要であるが、本実施の形態に係るノズル１１
やレーザ切断装置では、待避時間が不要であり、ピアシ
ング作業の完了後に連続的に切断作業に移行することが
でき、ピアシングから切断完了までの所要時間を短縮で
きる利点もある。
が同心状に形成されてなるノズル１１では、切断時に外
側ガス噴射口１８からガスを噴射することで、内外両側
のガス噴射口１６，１８へのスパッタや溶融金属の付着
を防止できる。ノズル１１とは別体に、ピアシング時に
ブローガスを噴射するのみにブローノズルを設けた場合
は、切断作業時のスパッタや溶融金属の付着を避けるた
めに、このブローノズルを切断ノズルから待避させるた
めの移動機構を必要とするが、本実施の形態に係るノズ
ル１１やレーザ切断装置では、そのような機構は不要で
あり、低コスト化できる。しかも、待避を必要とするブ
ローノズルでは、ピアシング作業の完了後に待避のため
の時間が必要であるが、本実施の形態に係るノズル１１
やレーザ切断装置では、待避時間が不要であり、ピアシ
ング作業の完了後に連続的に切断作業に移行することが
でき、ピアシングから切断完了までの所要時間を短縮で
きる利点もある。
【００３６】なお、本発明は、前記実施の形態に限定さ
れず、適宜変更が可能であることは言うまでもない。例
えば、内側ガス噴射口から噴射する酸素ガスの流量制御
と、外側ガス噴射口から噴射する低濃度ガスの流量制御
とを、連動させること等、ピアシング位置に向けて噴
射、供給されるガスの流量や、濃度等の制御についても
各種構成が採用可能である。図１２に示すように、外側
ガス噴射口１８へ目的構成の低濃度ガス１７を供給する
ＭＦＣ３２に酸素供給部３３を接続し、この酸素供給部
３３から酸素ガスを送り込んで、低濃度ガス１７中の窒
素ガス純度を制御する構成も採用可能である。但し、窒
素濃度は５０％を下限とし、それ以上の濃度を維持す
る。この時、低濃度ガス１７内の酸素濃度も調整される
こととなり、結局、形成途中のピアシング孔２６内にお
ける酸素濃度分布をより微妙に制御することが可能とな
る。また、レーザ加工用ノズルとしては、内側、外側の
ガス噴射口１６，１８が同一のノズル１１に形成されて
いる構成に限定されず、例えば、外側ガス噴射口に相当
するノズル穴が形成されたユニットを、内側ガス噴射口
に相当するノズル穴が形成された切断ノズルの外側に後
付けして組み立てる構成等も採用可能である。この場合
は、本発明に係るレーザ加工用ノズルやレーザ切断装置
を、既存のノズルやレーザ切断装置にも簡単かつ低コス
トで適用することができる。
れず、適宜変更が可能であることは言うまでもない。例
えば、内側ガス噴射口から噴射する酸素ガスの流量制御
と、外側ガス噴射口から噴射する低濃度ガスの流量制御
とを、連動させること等、ピアシング位置に向けて噴
射、供給されるガスの流量や、濃度等の制御についても
各種構成が採用可能である。図１２に示すように、外側
ガス噴射口１８へ目的構成の低濃度ガス１７を供給する
ＭＦＣ３２に酸素供給部３３を接続し、この酸素供給部
３３から酸素ガスを送り込んで、低濃度ガス１７中の窒
素ガス純度を制御する構成も採用可能である。但し、窒
素濃度は５０％を下限とし、それ以上の濃度を維持す
る。この時、低濃度ガス１７内の酸素濃度も調整される
こととなり、結局、形成途中のピアシング孔２６内にお
ける酸素濃度分布をより微妙に制御することが可能とな
る。また、レーザ加工用ノズルとしては、内側、外側の
ガス噴射口１６，１８が同一のノズル１１に形成されて
いる構成に限定されず、例えば、外側ガス噴射口に相当
するノズル穴が形成されたユニットを、内側ガス噴射口
に相当するノズル穴が形成された切断ノズルの外側に後
付けして組み立てる構成等も採用可能である。この場合
は、本発明に係るレーザ加工用ノズルやレーザ切断装置
を、既存のノズルやレーザ切断装置にも簡単かつ低コス
トで適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、レーザビームと同軸の
酸素ガスと、その周囲を取り囲むような低濃度ガスと
を、被切断材に向けて噴射供給することで、簡単に、ピ
アシング時間を短縮でき、しかも、滑らかな内面を有す
る目的形状のピアシング孔が確実に得られる。さらに、
連続発振で高出力のレーザビームの使用も可能となるた
め、一層のピアシング時間の短縮を図れる。ピアシング
時間の短縮により、ピアシング作業中の、被切断材への
入熱を抑えることができる。その結果、ピアシングから
切断に移行した時の、切断不良となる要因が解消される
ため、切断開始時の切り込みを安定させることができ、
切断品質を向上できるといった優れた効果を奏する。前
記低濃度ガスの噴射方向が、前記被切断材に向けて噴射
される前記酸素ガスの中心に向けて傾斜されていると、
形成途中のピアシング孔へ向けて、低濃度ガスを集中的
に作用させることができ、ピアシング孔内の酸素濃度分
布の形成や、溶融金属の排除等を一層効率良く行うこと
ができるといった優れた効果を奏する。被切断材のピア
シング予定位置の周囲に、レーザビームの照射前に、予
め、オイルを塗布すると、ピアシング作業にて飛散した
スパッタや溶融金属が被切断材に付着することを防止で
き、ピアシング作業から切断作業へ移行した時に、これ
らスパッタや溶融金属が切断の障害となることを回避で
き、これにより、優れた切断品質が安定に得られる。ま
た、この発明では、被切断材に照射されるレーザビーム
のピアシング時の焦点位置が、後に行う切断時と異なる
ようにしたり、レーザ加工用ノズルの被切断材に対する
離間距離が、後に行う切断時と異なるようにすることも
可能であり、これにより、ピアシング時並びに切断時の
いずれについても、最適のレーザビーム焦点位置やノズ
ル位置が得られる。
酸素ガスと、その周囲を取り囲むような低濃度ガスと
を、被切断材に向けて噴射供給することで、簡単に、ピ
アシング時間を短縮でき、しかも、滑らかな内面を有す
る目的形状のピアシング孔が確実に得られる。さらに、
連続発振で高出力のレーザビームの使用も可能となるた
め、一層のピアシング時間の短縮を図れる。ピアシング
時間の短縮により、ピアシング作業中の、被切断材への
入熱を抑えることができる。その結果、ピアシングから
切断に移行した時の、切断不良となる要因が解消される
ため、切断開始時の切り込みを安定させることができ、
切断品質を向上できるといった優れた効果を奏する。前
記低濃度ガスの噴射方向が、前記被切断材に向けて噴射
される前記酸素ガスの中心に向けて傾斜されていると、
形成途中のピアシング孔へ向けて、低濃度ガスを集中的
に作用させることができ、ピアシング孔内の酸素濃度分
布の形成や、溶融金属の排除等を一層効率良く行うこと
ができるといった優れた効果を奏する。被切断材のピア
シング予定位置の周囲に、レーザビームの照射前に、予
め、オイルを塗布すると、ピアシング作業にて飛散した
スパッタや溶融金属が被切断材に付着することを防止で
き、ピアシング作業から切断作業へ移行した時に、これ
らスパッタや溶融金属が切断の障害となることを回避で
き、これにより、優れた切断品質が安定に得られる。ま
た、この発明では、被切断材に照射されるレーザビーム
のピアシング時の焦点位置が、後に行う切断時と異なる
ようにしたり、レーザ加工用ノズルの被切断材に対する
離間距離が、後に行う切断時と異なるようにすることも
可能であり、これにより、ピアシング時並びに切断時の
いずれについても、最適のレーザビーム焦点位置やノズ
ル位置が得られる。
【図１】 本発明の１実施の形態のレーザ切断装置の加
工ヘッド近傍を模式的に示す正面図であって、ピアシン
グ作業時を示す。
工ヘッド近傍を模式的に示す正面図であって、ピアシン
グ作業時を示す。
【図２】 本発明の１実施の形態のレーザ切断装置の加
工ヘッド近傍を模式的に示す正面図であって、切断作業
時を示す。
工ヘッド近傍を模式的に示す正面図であって、切断作業
時を示す。
【図３】 図１のレーザ切断装置に適用されるレーザ加
工ノズルの一例を示す正断面図である。
工ノズルの一例を示す正断面図である。
【図４】 図１のレーザ切断装置に適用されるレーザ加
工ノズルの他の例を示す正断面図である。
工ノズルの他の例を示す正断面図である。
【図５】 図１のレーザ切断装置に適用されるレーザ加
工ノズル、並びに、オイル塗布機構の一例を示す正面図
である。
工ノズル、並びに、オイル塗布機構の一例を示す正面図
である。
【図６】 図１のレーザ切断装置における、形成途中の
ピアシング孔近傍を示す斜視図である。
ピアシング孔近傍を示す斜視図である。
【図７】 外側ガス噴射口から噴射される低濃度ガスに
オイルを混入するオイル塗布機構が設けられてなるレー
ザ加工用ノズルを示す正面図である。
オイルを混入するオイル塗布機構が設けられてなるレー
ザ加工用ノズルを示す正面図である。
【図８】 被切断材表面からピアシング焦点位置までの
距離Ｌに対するピアシング時間の関係を示すグラフであ
る。
距離Ｌに対するピアシング時間の関係を示すグラフであ
る。
【図９】 被切断材表面からピアシング焦点位置までの
距離Ｌに対するピアシング孔径の関係を示すグラフであ
る。
距離Ｌに対するピアシング孔径の関係を示すグラフであ
る。
【図１０】 外側ガス噴射口の開口部近傍の傾斜角度θ
に対するピアシング孔径の関係を示すグラフである。
に対するピアシング孔径の関係を示すグラフである。
【図１１】 連続発振のレーザビームとパルス発振のレ
ーザビームとで、ピアシング時間を比較したグラフであ
る。
ーザビームとで、ピアシング時間を比較したグラフであ
る。
【図１２】 外側ガス噴射口から噴射される低濃度ガス
に酸素を混入する酸素供給部が設けられてなるレーザ加
工用ノズルを示す正断面図である。
に酸素を混入する酸素供給部が設けられてなるレーザ加
工用ノズルを示す正断面図である。
【図１３】 従来例の切断ノズルを示す正面図である。
【図１４】 パルス発振のレーザビームを用いたピアシ
ングの進行に伴う、溶融金属の除去量の増加を示すグラ
フである。
ングの進行に伴う、溶融金属の除去量の増加を示すグラ
フである。
１０…加工ヘッド、１１，１１ａ，１１ｂ…レーザ加工
用ノズル、１２…被切断材（鋼板）、１３…レンズ、１
４…レーザビーム、１４ａ…レーザビーム照射位置（ピ
アシング焦点位置）、１４ｂ…レーザビーム照射位置
（切断焦点位置）、１４ｃ…レーザビーム光軸、１５…
酸素ガス、１６…内側ガス噴射口、１７…低濃度ガス、
１８…外側ガス噴射口、１８ａ…開口部、１９…オイ
ル、２０…オイル塗布機構、２１…レーザビーム照射位
置（ピアシング予定位置）、２６…ピアシング孔、２８
…オイル混入部（オイル塗布機構）、２９…倣い機構
（駆動制御部）。
用ノズル、１２…被切断材（鋼板）、１３…レンズ、１
４…レーザビーム、１４ａ…レーザビーム照射位置（ピ
アシング焦点位置）、１４ｂ…レーザビーム照射位置
（切断焦点位置）、１４ｃ…レーザビーム光軸、１５…
酸素ガス、１６…内側ガス噴射口、１７…低濃度ガス、
１８…外側ガス噴射口、１８ａ…開口部、１９…オイ
ル、２０…オイル塗布機構、２１…レーザビーム照射位
置（ピアシング予定位置）、２６…ピアシング孔、２８
…オイル混入部（オイル塗布機構）、２９…倣い機構
（駆動制御部）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 26/16 Ｂ２３Ｋ 26/16 (72)発明者 川北 雅人 埼玉県入間郡三芳町大字竹間沢11番地 株 式会社田中製作所内 Ｆターム(参考） 4E068 AE00 AF01 CA11 CA12 CB04 CH03 CH04 CH07 CH08 CJ01 CJ04 CJ05 DA14
Claims (15)
- 【請求項１】 被切断材のレーザ切断前に行われるレー
ザピアシング方法であって、 被切断材に向けて照射されるレーザビームと同軸に、高
純度の酸素ガスを前記被切断材に向けて噴射、供給する
とともに、前記酸素ガスの気流の外側に環状に配置され
た外側ガス噴射口から、窒素ガスまたは空気またはこれ
らの混合ガスを主成分としてなる酸素濃度の低い低濃度
ガスを前記被切断材に向けて噴射、供給しつつ、レーザ
ビームを被切断材に照射することを特徴とするレーザピ
アシング方法。 - 【請求項２】 前記低濃度ガスの噴射方向が、前記被切
断材に向けて噴射される前記酸素ガスの中心に向けて傾
斜されていることを特徴とする請求項１記載のレーザピ
アシング方法。 - 【請求項３】 被切断材のピアシング予定位置の周囲
に、レーザビームの照射前に、予め、オイルを塗布する
ことを特徴とする請求項１または２記載のレーザピアシ
ング方法。 - 【請求項４】 被切断材に照射されるレーザビームのピ
アシング時の焦点位置が、後に行う切断時と異なること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ
ピアシング方法。 - 【請求項５】 レーザビームのピアシング時の焦点位置
を、切断時よりも、被切断材寄りに設定することを特徴
とする請求項４記載のレーザピアシング方法。 - 【請求項６】 ピアシング作業時のレーザビーム焦点位
置を、被切断材の板厚毎に変更することを特徴とする請
求項１から５のいずれかに記載のレーザピアシング方
法。 - 【請求項７】 前記酸素ガスを噴射する内側ガス噴射口
と、該内側ガス噴射口の外側に環状に設けられた前記外
側ガス噴射口とを備えてなるレーザ加工用ノズルの被切
断材に対する離間距離が、後に行う切断時と異なること
を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ
ピアシング方法。 - 【請求項８】 被切断材に対する前記レーザ加工用ノズ
ルのピアシング作業時の離間距離を、後に行う切断時よ
りも大きく設定することを特徴とする請求項７記載のレ
ーザピアシング方法。 - 【請求項９】 被切断材のレーザ切断前に行われるレー
ザピアシング作業に用いられるレーザ加工用ノズルであ
って、 被切断材に照射するレーザビームが貫通され、かつ、高
純度の酸素ガスを前記レーザビームと同軸に前記被切断
材に向けて噴射する内側ガス噴射口と、該内側ガス噴射
口の外側に環状に設けられ、窒素ガスまたは空気または
これらの混合ガスを主成分としてなる酸素濃度の低い低
濃度ガスを前記被切断材に向けて噴射、供給する外側ガ
ス噴射口とを備えることを特徴とするレーザ加工用ノズ
ル。 - 【請求項１０】 前記低濃度ガスの噴射方向が、前記被
切断材に向けて噴射される前記酸素ガス気流の中心に向
けて傾斜されるように、前記外側ガス噴射口の開口部近
傍が傾斜されていることを特徴とする請求項９記載のレ
ーザ加工用ノズル。 - 【請求項１１】 請求項９または１０記載のレーザ加工
用ノズルを具備してなることを特徴とするレーザ切断装
置。 - 【請求項１２】 被切断材にオイルを塗布するオイル塗
布機構を備えることを特徴とする請求項１１記載のレー
ザ切断装置。 - 【請求項１３】 予め与えられたデータに基づいて、レ
ンズを移動して、レーザビームの焦点位置を変更するレ
ンズ駆動機構を具備することを特徴とする請求項１１ま
たは１２記載のレーザ切断装置。 - 【請求項１４】 予め与えられたデータに基づいて、被
切断材に対するレーザ加工用ノズルの離間距離を自動的
に制御する倣い機構を備えることを特徴とする請求項１
１から１３のいずれかに記載のレーザ切断装置。 - 【請求項１５】 外側ガス噴射口から噴出する低濃度ガ
スに酸素ガスを混入することで、該低濃度ガスの窒素濃
度を制御する窒素濃度制御機構を備えることを特徴とす
る請求項１１から１４のいずれかに記載のレーザ切断装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25577998A JP4162772B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | レーザピアシング方法およびレーザ切断装置 |
| US09/247,620 US6316743B1 (en) | 1998-09-09 | 1999-02-10 | Laser piercing method, laser processing nozzle, and laser cutting apparatus |
| EP99420035A EP0985484A3 (en) | 1998-09-09 | 1999-02-12 | Laser piercing method, laser processing nozzle, and laser cutting apparatus |
| KR1019990006535A KR100321962B1 (ko) | 1998-09-09 | 1999-02-26 | 레이저 천공법, 레이저 가공용 노즐 및 레이저 절단 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25577998A JP4162772B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | レーザピアシング方法およびレーザ切断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000084686A true JP2000084686A (ja) | 2000-03-28 |
| JP4162772B2 JP4162772B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=17283521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25577998A Expired - Fee Related JP4162772B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | レーザピアシング方法およびレーザ切断装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6316743B1 (ja) |
| EP (1) | EP0985484A3 (ja) |
| JP (1) | JP4162772B2 (ja) |
| KR (1) | KR100321962B1 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005296967A (ja) * | 2004-04-07 | 2005-10-27 | Amada Co Ltd | レーザ加工ヘッド |
| JP2007075878A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工方法 |
| JP2007283344A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Mitsubishi Electric Corp | 塗布装置、レーザ加工装置および塗布制御装置 |
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