JP2002331377A - レーザピアシング方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、被切断材にピアシングを行う場合
に必要な時間を短縮することが出来、ピアシングの穴を
良好に形成することが出来るレーザピアシング方法を提
供することを可能にすることを目的としている。 【解決手段】 ピアシング実施時のノズル６の高さを切
断実施時のノズル６の高さよりも高い値に設定し、且つ
ピアシング実施時のアシストガスの圧力を切断実施時の
アシストガスの圧力よりも高い値に設定し、且つピアシ
ング実施時のレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置を切断実施
時のレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置よりも低い値に設定
した条件でピアシングを実施した後、ノズル６の高さ、
アシストガスの圧力及びレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置
を切断実施時の値に設定した条件で被切断材５を切断す
るように構成したことを特徴とする。
に必要な時間を短縮することが出来、ピアシングの穴を
良好に形成することが出来るレーザピアシング方法を提
供することを可能にすることを目的としている。 【解決手段】 ピアシング実施時のノズル６の高さを切
断実施時のノズル６の高さよりも高い値に設定し、且つ
ピアシング実施時のアシストガスの圧力を切断実施時の
アシストガスの圧力よりも高い値に設定し、且つピアシ
ング実施時のレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置を切断実施
時のレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置よりも低い値に設定
した条件でピアシングを実施した後、ノズル６の高さ、
アシストガスの圧力及びレーザ光１の焦点Ｏの高さ位置
を切断実施時の値に設定した条件で被切断材５を切断す
るように構成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被切断材を型切断
する際に切断の起点となる穴を良好に形成することが出
来るレーザピアシング方法に関するものである。
する際に切断の起点となる穴を良好に形成することが出
来るレーザピアシング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ切断は、高いエネルギー密度を持
ったレーザ光の焦点を被切断材の厚さ方向の所定位置に
設定して照射しつつ、該焦点の位置を目的の切断線に沿
って移動させることで、該焦点の位置及び近傍の母材を
瞬時に溶融させると共に蒸発させて排除するという物理
的な反応を継続させることによって被切断材を切断する
ものである。このため、被切断材の材質を限定すること
なく所望の切断を実施することが出来る。
ったレーザ光の焦点を被切断材の厚さ方向の所定位置に
設定して照射しつつ、該焦点の位置を目的の切断線に沿
って移動させることで、該焦点の位置及び近傍の母材を
瞬時に溶融させると共に蒸発させて排除するという物理
的な反応を継続させることによって被切断材を切断する
ものである。このため、被切断材の材質を限定すること
なく所望の切断を実施することが出来る。
【０００３】例えば、被切断材として鋼板を用いた場
合、レーザ光の焦点は鋼板の表面よりも板厚方向に僅か
に入った位置に設定されており、この状態でレーザ光を
照射すると、鋼板は焦点を起点として表面側、及び厚さ
方向の僅かな部分にある母材が瞬時に溶融し略同時に蒸
発する。
合、レーザ光の焦点は鋼板の表面よりも板厚方向に僅か
に入った位置に設定されており、この状態でレーザ光を
照射すると、鋼板は焦点を起点として表面側、及び厚さ
方向の僅かな部分にある母材が瞬時に溶融し略同時に蒸
発する。
【０００４】このため、鋼板には母材の蒸発による窪み
或いは溝が形成される。従って、レーザ光の照射に伴う
母材の蒸発を継続させるように焦点の位置を目的の切断
線に沿って移動させることで、被切断材を切断すること
が出来る。
或いは溝が形成される。従って、レーザ光の照射に伴う
母材の蒸発を継続させるように焦点の位置を目的の切断
線に沿って移動させることで、被切断材を切断すること
が出来る。
【０００５】しかし、レーザ光の照射部位には母材の蒸
気が充満してエネルギーを効率良く被切断材に付与し得
なくなることがある。このため、レーザ光に沿ってアシ
ストガスを噴射し、この噴射エネルギーによって母材の
蒸気を排除し得るようにしているのが一般的である。
気が充満してエネルギーを効率良く被切断材に付与し得
なくなることがある。このため、レーザ光に沿ってアシ
ストガスを噴射し、この噴射エネルギーによって母材の
蒸気を排除し得るようにしているのが一般的である。
【０００６】特に、被切断材が鉄系の金属であり、母材
の燃焼反応が見込まれる場合、レーザ光に沿って酸素ガ
スを噴射することで母材の一部を燃焼させると共に、酸
素ガスの噴射エネルギーによって燃焼生成物を排除する
ことで、被切断材におけるレーザ光の焦点を起点とした
広範囲の母材を排除して切断を実行することが出来る。
の燃焼反応が見込まれる場合、レーザ光に沿って酸素ガ
スを噴射することで母材の一部を燃焼させると共に、酸
素ガスの噴射エネルギーによって燃焼生成物を排除する
ことで、被切断材におけるレーザ光の焦点を起点とした
広範囲の母材を排除して切断を実行することが出来る。
【０００７】被切断材から様々な形状を持った図形を切
断する所謂、型切断を行う場合、被切断材における製品
以外の位置に厚さ方向に貫通した穴を形成（ピアシン
グ）し、この穴を起点として切断するのが一般的であ
る。
断する所謂、型切断を行う場合、被切断材における製品
以外の位置に厚さ方向に貫通した穴を形成（ピアシン
グ）し、この穴を起点として切断するのが一般的であ
る。
【０００８】この場合、レーザトーチを被切断材におけ
る穴の形成位置に対向して配置し、その位置からレーザ
光を照射して被切断材の母材の一部を溶融させ、アシス
トガスにより排除することで、被切断材の表面に形成さ
れた窪みを深さ方向に成長させて貫通した穴を形成して
いる。
る穴の形成位置に対向して配置し、その位置からレーザ
光を照射して被切断材の母材の一部を溶融させ、アシス
トガスにより排除することで、被切断材の表面に形成さ
れた窪みを深さ方向に成長させて貫通した穴を形成して
いる。
【０００９】被切断材に対してピアシングを実行するこ
とで厚さ方向に貫通した穴を形成する場合、穴が貫通す
るまでの間、溶融した母材は酸素ガスの噴射エネルギー
によって被切断材の表面から排除される。
とで厚さ方向に貫通した穴を形成する場合、穴が貫通す
るまでの間、溶融した母材は酸素ガスの噴射エネルギー
によって被切断材の表面から排除される。
【００１０】このとき、母材の溶融物が飛散してレーザ
トーチの先端に付着し、或いはレーザトーチの内部に入
り込んで該レーザトーチを損傷する虞がある。このた
め、レーザ光を集光するレンズの位置を変化させること
なく、レーザトーチを上昇させて溶融物の付着を防止し
得るように構成するのが一般的である。
トーチの先端に付着し、或いはレーザトーチの内部に入
り込んで該レーザトーチを損傷する虞がある。このた
め、レーザ光を集光するレンズの位置を変化させること
なく、レーザトーチを上昇させて溶融物の付着を防止し
得るように構成するのが一般的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例では、上記の如くしてピアシングを実施すること
によってレーザトーチに対する溶融物の付着を軽減する
ことが出来るものの、焦点の位置が固定されているた
め、被切断材に形成された窪みからの溶融物の排除を円
滑になし得ない。このため、ピアシングに要する時間が
長くなり、コストを押し上げる要因となっているという
問題がある。
従来例では、上記の如くしてピアシングを実施すること
によってレーザトーチに対する溶融物の付着を軽減する
ことが出来るものの、焦点の位置が固定されているた
め、被切断材に形成された窪みからの溶融物の排除を円
滑になし得ない。このため、ピアシングに要する時間が
長くなり、コストを押し上げる要因となっているという
問題がある。
【００１２】本発明は前記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、被切断材にピアシングを行う
場合に必要な時間を短縮することが出来、ピアシングの
穴を良好に形成することが出来るレーザピアシング方法
を提供せんとするものである。
その目的とするところは、被切断材にピアシングを行う
場合に必要な時間を短縮することが出来、ピアシングの
穴を良好に形成することが出来るレーザピアシング方法
を提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係るレーザピアシング方法は、被切断材に向
けてレーザ光を照射すると共にアシストガスを噴射して
該被切断材をピアシングする方法において、ピアシング
実施時のノズル高さを切断実施時のノズル高さよりも高
い値に設定し、且つピアシング実施時のアシストガスの
圧力を切断実施時のアシストガスの圧力よりも高い値に
設定した条件でピアシングを実施した後、前記ノズル高
さ及びアシストガスの圧力を切断実施時の値に設定した
条件で被切断材を切断することを特徴とする。
の本発明に係るレーザピアシング方法は、被切断材に向
けてレーザ光を照射すると共にアシストガスを噴射して
該被切断材をピアシングする方法において、ピアシング
実施時のノズル高さを切断実施時のノズル高さよりも高
い値に設定し、且つピアシング実施時のアシストガスの
圧力を切断実施時のアシストガスの圧力よりも高い値に
設定した条件でピアシングを実施した後、前記ノズル高
さ及びアシストガスの圧力を切断実施時の値に設定した
条件で被切断材を切断することを特徴とする。
【００１４】上記レーザピアシング方法によれば、ピア
シング実施時において、ノズル高さを高くしたことで、
アシストガスの圧力を大きくしてもスパッタ等の溶融物
の飛着を防止することが出来る。また、アシストガスの
圧力を高くしたことで、ノズル高さを高くしてもアシス
トガスの流量や流速、純度等の減衰を防止出来る。
シング実施時において、ノズル高さを高くしたことで、
アシストガスの圧力を大きくしてもスパッタ等の溶融物
の飛着を防止することが出来る。また、アシストガスの
圧力を高くしたことで、ノズル高さを高くしてもアシス
トガスの流量や流速、純度等の減衰を防止出来る。
【００１５】また、本発明に係る他のレーザピアシング
方法は、被切断材に向けてレーザ光を照射すると共にア
シストガスを噴射して該被切断材をピアシングする方法
において、ピアシング実施時のレーザ光の焦点高さ位置
を切断実施時のレーザ光の焦点高さ位置よりも低い値に
設定した条件でピアシングを実施した後、前記レーザ光
の焦点高さ位置を切断実施時の値に設定した条件で被切
断材を切断することを特徴とする。
方法は、被切断材に向けてレーザ光を照射すると共にア
シストガスを噴射して該被切断材をピアシングする方法
において、ピアシング実施時のレーザ光の焦点高さ位置
を切断実施時のレーザ光の焦点高さ位置よりも低い値に
設定した条件でピアシングを実施した後、前記レーザ光
の焦点高さ位置を切断実施時の値に設定した条件で被切
断材を切断することを特徴とする。
【００１６】上記レーザピアシング方法によれば、ピア
シング実施時において、レーザ光の焦点高さ位置を低く
したことで、レーザエネルギーの集中部を被切断材の厚
さ方向深くまで作用させて被切断材の母材の一部を溶
融，蒸発させてアシストガスにより母材の溶融物及び蒸
発物を被切断材の表面から排除し、これにより、良好な
状態でピアシングを実施すると共にピアシングに要する
時間を短縮してコストを上昇させることがない。
シング実施時において、レーザ光の焦点高さ位置を低く
したことで、レーザエネルギーの集中部を被切断材の厚
さ方向深くまで作用させて被切断材の母材の一部を溶
融，蒸発させてアシストガスにより母材の溶融物及び蒸
発物を被切断材の表面から排除し、これにより、良好な
状態でピアシングを実施すると共にピアシングに要する
時間を短縮してコストを上昇させることがない。
【００１７】また、前記ピアシング実施時のレーザ光の
パルス状レーザ出力を、複数の均一な平均出力のパルス
を有するステップを複数段階で増加させた場合には、ピ
アシング開始時は均一で且つ小さなレーザ出力でピアシ
ングを実施し、穴が空くに従って均一で且つより大きな
レーザ出力へと段階的に増加させることで、従来のよう
にパルス状レーザ出力を連続的に増加させる場合と比較
して、良好な状態でピアシングを実施することが出来
る。
パルス状レーザ出力を、複数の均一な平均出力のパルス
を有するステップを複数段階で増加させた場合には、ピ
アシング開始時は均一で且つ小さなレーザ出力でピアシ
ングを実施し、穴が空くに従って均一で且つより大きな
レーザ出力へと段階的に増加させることで、従来のよう
にパルス状レーザ出力を連続的に増加させる場合と比較
して、良好な状態でピアシングを実施することが出来
る。
【００１８】また、前記ピアシング実施時のレーザ光の
パルス状レーザ出力の周波数を２０Ｈｚ以上、且つ２０
０Ｈｚ以下に設定した場合にはピアシングに要する時間
を短縮してコストを上昇させることがない。
パルス状レーザ出力の周波数を２０Ｈｚ以上、且つ２０
０Ｈｚ以下に設定した場合にはピアシングに要する時間
を短縮してコストを上昇させることがない。
【００１９】また、他のレーザピアシング方法として
は、被切断材に向けてレーザ光を照射すると共にアシス
トガスを噴射して該被切断材をピアシングする方法にお
いて、ピアシング実施時のアシストガスの圧力を切断実
施時のアシストガスの圧力よりも高い値に設定し、且つ
該アシストガスの圧力を経時的に増減させてピアシング
を実施した後、前記アシストガスの圧力を切断実施時の
値に設定した条件で被切断材を切断すれば好ましい。
は、被切断材に向けてレーザ光を照射すると共にアシス
トガスを噴射して該被切断材をピアシングする方法にお
いて、ピアシング実施時のアシストガスの圧力を切断実
施時のアシストガスの圧力よりも高い値に設定し、且つ
該アシストガスの圧力を経時的に増減させてピアシング
を実施した後、前記アシストガスの圧力を切断実施時の
値に設定した条件で被切断材を切断すれば好ましい。
【００２０】上記方法によれば、アシストガスの圧力を
経時的に増減させることで、レーザエネルギーにより被
切断材の母材の一部が溶融，蒸発した溶融物及び蒸発物
を経時的に増減するアシストガスにより母材の被切断材
の表面から効果的に排除することが出来る。これによ
り、良好な状態でピアシングを実施すると共にピアシン
グに要する時間を短縮してコストを上昇させることがな
い。
経時的に増減させることで、レーザエネルギーにより被
切断材の母材の一部が溶融，蒸発した溶融物及び蒸発物
を経時的に増減するアシストガスにより母材の被切断材
の表面から効果的に排除することが出来る。これによ
り、良好な状態でピアシングを実施すると共にピアシン
グに要する時間を短縮してコストを上昇させることがな
い。
【００２１】
【発明の実施の形態】図により本発明に係るレーザピア
シング方法の一実施形態を具体的に説明する。図１はレ
ーザトーチの構成を示す模式図、図２は本発明に係るレ
ーザピアシング方法を説明する図、図３は複数の均一な
平均出力のパルスを有するステップを複数段階で増加さ
せた様子を示すパルス状レーザ出力の一例を示す図、図
４はレーザ出力周波数とピアシング穴貫通時間との関係
を示す図である。
シング方法の一実施形態を具体的に説明する。図１はレ
ーザトーチの構成を示す模式図、図２は本発明に係るレ
ーザピアシング方法を説明する図、図３は複数の均一な
平均出力のパルスを有するステップを複数段階で増加さ
せた様子を示すパルス状レーザ出力の一例を示す図、図
４はレーザ出力周波数とピアシング穴貫通時間との関係
を示す図である。
【００２２】先ず、本発明に係るレーザピアシング方法
を実施するに当たって、ノズル高さ位置、レーザ光の焦
点位置を昇降させると共にアシストガスの圧力を調整、
或いは経時的に増減させ、レーザ光のパルス状レーザ出
力を制御する構成の一例について図１により説明する。
を実施するに当たって、ノズル高さ位置、レーザ光の焦
点位置を昇降させると共にアシストガスの圧力を調整、
或いは経時的に増減させ、レーザ光のパルス状レーザ出
力を制御する構成の一例について図１により説明する。
【００２３】図１において、レーザ発振器12から出射さ
れたレーザ光１は、予め設定されたレーザ光路（光軸）
２に沿って導かれてレーザトーチ３に到達し、該レーザ
トーチ３に設けたレンズ４によって焦点Ｏに集光され、
被切断材５に照射されて該被切断材５の母材の一部を溶
融，蒸発させる。
れたレーザ光１は、予め設定されたレーザ光路（光軸）
２に沿って導かれてレーザトーチ３に到達し、該レーザ
トーチ３に設けたレンズ４によって焦点Ｏに集光され、
被切断材５に照射されて該被切断材５の母材の一部を溶
融，蒸発させる。
【００２４】被切断材５の材質は特に限定するものでは
ない。しかし、本実施例では、被切断材５を鋼板とし、
レーザトーチ３の先端に取り付けたノズル６から所定の
圧力に調整したアシストガスとなる酸素ガスを噴射して
レーザ光１の照射によって溶融した母材を燃焼させると
共に酸素ガスの噴射エネルギーによって溶融した母材、
及び溶融した酸化物等を排除してガス切断のプロセスを
取り入れることで、良好な切断を継続し得るように構成
している。
ない。しかし、本実施例では、被切断材５を鋼板とし、
レーザトーチ３の先端に取り付けたノズル６から所定の
圧力に調整したアシストガスとなる酸素ガスを噴射して
レーザ光１の照射によって溶融した母材を燃焼させると
共に酸素ガスの噴射エネルギーによって溶融した母材、
及び溶融した酸化物等を排除してガス切断のプロセスを
取り入れることで、良好な切断を継続し得るように構成
している。
【００２５】このため、レーザトーチ３の先端に装着し
たノズル６に電磁弁13、圧力調整器14、酸素ガスボンベ
15等の酸素供給装置と接続されたホース７が着脱可能に
取り付けられており、該ホース７を介して予め設定され
た圧力に調整された酸素ガスが供給される。
たノズル６に電磁弁13、圧力調整器14、酸素ガスボンベ
15等の酸素供給装置と接続されたホース７が着脱可能に
取り付けられており、該ホース７を介して予め設定され
た圧力に調整された酸素ガスが供給される。
【００２６】レーザトーチ３を移動させる装置は特に限
定するものではない。即ち、通常のガス切断やプラズマ
切断に利用される切断装置であって、レーザ切断の速度
に追従し得るものであれば良い。
定するものではない。即ち、通常のガス切断やプラズマ
切断に利用される切断装置であって、レーザ切断の速度
に追従し得るものであれば良い。
【００２７】本実施例では、図示しないレールに載置さ
れた走行台車にレーザ発振器12を搭載し、且つレーザト
ーチ３をレールの敷設方向に対し直角方向に横行させる
横行キャリッジ８に昇降モータ９ａによって駆動されて
レーザトーチ３を昇降させるように構成されたトーチ昇
降装置９を介して搭載されている。
れた走行台車にレーザ発振器12を搭載し、且つレーザト
ーチ３をレールの敷設方向に対し直角方向に横行させる
横行キャリッジ８に昇降モータ９ａによって駆動されて
レーザトーチ３を昇降させるように構成されたトーチ昇
降装置９を介して搭載されている。
【００２８】レンズ４はレーザトーチ３の内部に設けた
昇降筒体10に取り付けられており、該昇降筒体10をレン
ズ昇降モータ11によって昇降することで、レンズ４を昇
降させるように構成している。
昇降筒体10に取り付けられており、該昇降筒体10をレン
ズ昇降モータ11によって昇降することで、レンズ４を昇
降させるように構成している。
【００２９】次に、図２〜図４により本発明に係るレー
ザピアシング方法について説明する。図２（ａ）はピア
シング実施時、図２（ｂ）は切断実施時の様子を示す模
式図である。
ザピアシング方法について説明する。図２（ａ）はピア
シング実施時、図２（ｂ）は切断実施時の様子を示す模
式図である。
【００３０】本発明に係るレーザピアシング方法は、先
ず、図２（ａ）に示すピアシング実施時のノズル６の被
切断材５表面からの高さｈpを図２（ｂ）に示す切断実
施時のノズル６の被切断材５表面からの高さｈcよりも
高い値に設定する。
ず、図２（ａ）に示すピアシング実施時のノズル６の被
切断材５表面からの高さｈpを図２（ｂ）に示す切断実
施時のノズル６の被切断材５表面からの高さｈcよりも
高い値に設定する。
【００３１】例えば、本実施形態では、ピアシング実施
時のノズル６の高さｈpを５mmとし、切断実施時のノズ
ル６の高さｈcを２．５mmとしている。尚、ピアシング
実施時のノズル６の高さの実用的な範囲は切断実施時の
ノズル６の高さｈcが２．５mmの時、ピアシング実施時
のノズル６の高さｈpを３mm以上、且つ８mm以下の範囲
とすれば好ましい。
時のノズル６の高さｈpを５mmとし、切断実施時のノズ
ル６の高さｈcを２．５mmとしている。尚、ピアシング
実施時のノズル６の高さの実用的な範囲は切断実施時の
ノズル６の高さｈcが２．５mmの時、ピアシング実施時
のノズル６の高さｈpを３mm以上、且つ８mm以下の範囲
とすれば好ましい。
【００３２】また、ピアシング実施時のアシストガスと
なる酸素ガスの圧力を切断実施時の酸素ガスの圧力より
も高い値に設定している。酸素ガスボンベ15から供給さ
れる酸素ガスの圧力は圧力調整器14により調整される。
なる酸素ガスの圧力を切断実施時の酸素ガスの圧力より
も高い値に設定している。酸素ガスボンベ15から供給さ
れる酸素ガスの圧力は圧力調整器14により調整される。
【００３３】例えば、本実施形態では、ピアシング実施
時の酸素ガスの圧力を０．０３５ＭＰａ以上、且つ０．
０８ＭＰａ以下に設定し、切断実施時の酸素ガスの圧力
を０．０３ＭＰａ以上、且つ０．０３５ＭＰａ以下に設
定している。尚、ピアシング実施時のアシストガスの圧
力の実用的な範囲は０．０２ＭＰａ以上、且つ０．１Ｍ
Ｐａ以下の範囲とすれば好ましい。
時の酸素ガスの圧力を０．０３５ＭＰａ以上、且つ０．
０８ＭＰａ以下に設定し、切断実施時の酸素ガスの圧力
を０．０３ＭＰａ以上、且つ０．０３５ＭＰａ以下に設
定している。尚、ピアシング実施時のアシストガスの圧
力の実用的な範囲は０．０２ＭＰａ以上、且つ０．１Ｍ
Ｐａ以下の範囲とすれば好ましい。
【００３４】また、ピアシング実施時のレーザ光１の焦
点Ｏの高さ位置を切断実施時のレーザ光１の焦点Ｏの高
さ位置よりも低い値に設定している。即ち、ピアシング
実施時のレーザ光１の焦点Ｏの被切断材５表面からの深
さｄpを切断実施時のレーザ光１の焦点Ｏの被切断材５
表面からの深さｄcよりも深い位置に設定している。
点Ｏの高さ位置を切断実施時のレーザ光１の焦点Ｏの高
さ位置よりも低い値に設定している。即ち、ピアシング
実施時のレーザ光１の焦点Ｏの被切断材５表面からの深
さｄpを切断実施時のレーザ光１の焦点Ｏの被切断材５
表面からの深さｄcよりも深い位置に設定している。
【００３５】例えば、本実施形態では、ピアシング実施
時の深さｄpは切断実施時の深さｄcよりも３mm〜７mm程
度深い位置に設定している。尚、この値は被切断材５の
板厚によって適宜変更されるが、ピアシング実施時のレ
ーザ光１の焦点Ｏの被切断材５表面からの深さｄpの実
用的な範囲は１mm以上、且つ７mm以下の範囲とすれば好
ましい。
時の深さｄpは切断実施時の深さｄcよりも３mm〜７mm程
度深い位置に設定している。尚、この値は被切断材５の
板厚によって適宜変更されるが、ピアシング実施時のレ
ーザ光１の焦点Ｏの被切断材５表面からの深さｄpの実
用的な範囲は１mm以上、且つ７mm以下の範囲とすれば好
ましい。
【００３６】そして、上記条件で、図２（ａ）に示すよ
うにピアシングを実施した後、切断動作に移行する際に
ノズル６の高さ、アシストガスの圧力及びレーザ光１の
焦点Ｏの位置高さを図２（ｂ）に示す切断実施時の値に
設定した条件で被切断材５を切断する。
うにピアシングを実施した後、切断動作に移行する際に
ノズル６の高さ、アシストガスの圧力及びレーザ光１の
焦点Ｏの位置高さを図２（ｂ）に示す切断実施時の値に
設定した条件で被切断材５を切断する。
【００３７】更にピアシング実施時のレーザ光１のパル
ス状レーザ出力は、レーザ発振器12により制御されて、
図３に示すように、複数の均一な平均出力のパルスを有
するステップを複数段階で増加させる。図３の横軸は時
間、縦軸はレーザ出力を示し、第１ステップ、第２ステ
ップ、第３ステップの順に段階的にレーザ出力を増加さ
せている。
ス状レーザ出力は、レーザ発振器12により制御されて、
図３に示すように、複数の均一な平均出力のパルスを有
するステップを複数段階で増加させる。図３の横軸は時
間、縦軸はレーザ出力を示し、第１ステップ、第２ステ
ップ、第３ステップの順に段階的にレーザ出力を増加さ
せている。
【００３８】尚、図３では３段階のステップを例示した
が、これに限定されるものではなく、少なくとも２段階
のステップでレーザ出力を段階的に増加させる場合を含
み、更には他の複数の多数のステップによりレーザ出力
を多段階に増加させても良い。
が、これに限定されるものではなく、少なくとも２段階
のステップでレーザ出力を段階的に増加させる場合を含
み、更には他の複数の多数のステップによりレーザ出力
を多段階に増加させても良い。
【００３９】また、ピアシング実施時のレーザ光１のパ
ルス状レーザ出力の周波数は、レーザ発振器12により制
御されて２０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈｚ以下に設定され
る。
ルス状レーザ出力の周波数は、レーザ発振器12により制
御されて２０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈｚ以下に設定され
る。
【００４０】図４はレーザ出力周波数とピアシング穴貫
通時間との関係を示すグラフであり、横軸がレーザ出力
周波数［Ｈｚ］、縦軸がピアシング穴貫通時間［sec］
を示す。図４では、被切断材５である鋼板の板厚が１２
mm、レーザ出力が約７００Ｗ（ピーク出力４ｋＷ）、レ
ーザ光１の焦点Ｏの高さ位置が切断実施時よりも２mm下
降させた位置、ノズル６の高さが被切断材５の表面から
５mmの高さ、アシストガスである酸素ガスの圧力が０．
０７ＭＰａに設定された場合の一例である。
通時間との関係を示すグラフであり、横軸がレーザ出力
周波数［Ｈｚ］、縦軸がピアシング穴貫通時間［sec］
を示す。図４では、被切断材５である鋼板の板厚が１２
mm、レーザ出力が約７００Ｗ（ピーク出力４ｋＷ）、レ
ーザ光１の焦点Ｏの高さ位置が切断実施時よりも２mm下
降させた位置、ノズル６の高さが被切断材５の表面から
５mmの高さ、アシストガスである酸素ガスの圧力が０．
０７ＭＰａに設定された場合の一例である。
【００４１】図４に示すように、レーザ出力周波数が２
０Ｈｚから２００Ｈｚの範囲では、ピアシング穴の貫通
を４秒から６秒程度の範囲で実施することが出来た。レ
ーザ出力周波数が２０Ｈｚよりも小さい範囲や２００Ｈ
ｚよりも大きい範囲ではピアシング貫通時間が極端に長
くなる。従って、好ましいレーザ出力周波数の範囲は２
０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈｚ以下である。
０Ｈｚから２００Ｈｚの範囲では、ピアシング穴の貫通
を４秒から６秒程度の範囲で実施することが出来た。レ
ーザ出力周波数が２０Ｈｚよりも小さい範囲や２００Ｈ
ｚよりも大きい範囲ではピアシング貫通時間が極端に長
くなる。従って、好ましいレーザ出力周波数の範囲は２
０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈｚ以下である。
【００４２】また、図４において、レーザ出力周波数を
１５０Ｈｚにした時、最短時間でピアシング穴が貫通し
た。従って、より好ましいレーザ出力周波数は１５０Ｈ
ｚ前後である。
１５０Ｈｚにした時、最短時間でピアシング穴が貫通し
た。従って、より好ましいレーザ出力周波数は１５０Ｈ
ｚ前後である。
【００４３】また、他のピアシング方法として、前述し
たと同様に、ピアシング実施時のアシストガスである酸
素ガスの圧力を圧力調整器14により切断実施時の酸素ガ
スの圧力よりも高い値に設定し、且つ該酸素ガスの圧力
を経時的に増減させてピアシングを実施した後、該酸素
ガスの圧力を切断実施時の値に設定した条件で被切断材
を切断することでも良い。
たと同様に、ピアシング実施時のアシストガスである酸
素ガスの圧力を圧力調整器14により切断実施時の酸素ガ
スの圧力よりも高い値に設定し、且つ該酸素ガスの圧力
を経時的に増減させてピアシングを実施した後、該酸素
ガスの圧力を切断実施時の値に設定した条件で被切断材
を切断することでも良い。
【００４４】ピアシング実施時の酸素ガスの圧力を経時
的に増減させることで、酸素ガスの気流の強さの変化を
生成することが出来、これによりピアシングされる窪み
の内部に溜まった溶融物を効果的に排除することが出来
る。
的に増減させることで、酸素ガスの気流の強さの変化を
生成することが出来、これによりピアシングされる窪み
の内部に溜まった溶融物を効果的に排除することが出来
る。
【００４５】アシストガスである酸素ガスの圧力を経時
的に増減させる手段としては、図１に示す電磁弁13を所
定の周期でＯＮ／ＯＦＦさせることでも良いし、圧力調
整器14の内部に予め圧力の異なる複数のポートを設けて
おき、所定の周期で各ポートを切り換えることでアシス
トガスである酸素ガスの圧力を経時的に増減させること
でも良い。
的に増減させる手段としては、図１に示す電磁弁13を所
定の周期でＯＮ／ＯＦＦさせることでも良いし、圧力調
整器14の内部に予め圧力の異なる複数のポートを設けて
おき、所定の周期で各ポートを切り換えることでアシス
トガスである酸素ガスの圧力を経時的に増減させること
でも良い。
【００４６】尚、アシストガスである酸素ガスの圧力を
経時的に増減させる周期は、例えば、周波数で０．２Ｈ
ｚ〜１Ｈｚが好ましい。また、アシストガスである酸素
ガスの圧力を経時的に増減させる形態はＯＮ／ＯＦＦ等
のパルス状であっても良いし、圧力の異なる段階的な増
減であっても良い。
経時的に増減させる周期は、例えば、周波数で０．２Ｈ
ｚ〜１Ｈｚが好ましい。また、アシストガスである酸素
ガスの圧力を経時的に増減させる形態はＯＮ／ＯＦＦ等
のパルス状であっても良いし、圧力の異なる段階的な増
減であっても良い。
【００４７】上記構成において、ピアシングを実施する
初期の段階では、レーザ光１の焦点Ｏを被切断材５に照
射して該照射部位の母材を溶融，蒸発させると共に酸素
ガスを噴射して溶融した母材を燃焼させ、発生した溶融
物を酸素ガスの噴射エネルギーによって該窪みから排出
させることで、良好な状態でピアシングを実施すること
が可能である。
初期の段階では、レーザ光１の焦点Ｏを被切断材５に照
射して該照射部位の母材を溶融，蒸発させると共に酸素
ガスを噴射して溶融した母材を燃焼させ、発生した溶融
物を酸素ガスの噴射エネルギーによって該窪みから排出
させることで、良好な状態でピアシングを実施すること
が可能である。
【００４８】ピアシング実施時には、レーザ光１のエネ
ルギーは被切断材５における焦点Ｏの形成位置及びその
近傍に付与され、母材が溶融すると共に蒸発する。特
に、レーザ光１に沿って酸素ガスが照射されるため、被
切断材５の母材が燃焼し、溶融した母材及び溶融した酸
化物が生成され、窪みが形成される。
ルギーは被切断材５における焦点Ｏの形成位置及びその
近傍に付与され、母材が溶融すると共に蒸発する。特
に、レーザ光１に沿って酸素ガスが照射されるため、被
切断材５の母材が燃焼し、溶融した母材及び溶融した酸
化物が生成され、窪みが形成される。
【００４９】上記の如く、被切断材５に窪みを形成し、
或いは成長させている時、発生した母材の溶融物は、窪
みの深さが浅い間では比較的表面に沿って平面的に飛散
するが、窪みが深くなると窪みの内壁に沿って急角度で
上方に飛散する。
或いは成長させている時、発生した母材の溶融物は、窪
みの深さが浅い間では比較的表面に沿って平面的に飛散
するが、窪みが深くなると窪みの内壁に沿って急角度で
上方に飛散する。
【００５０】レーザ光１により付与されたエネルギーに
よって母材は盛んに溶融し、溶融物の一部が窪みから外
部に飛散する。しかし、発生した母材の溶融物及び溶融
酸化物は全てが瞬時に窪みから排出されるものではな
く、大部分の溶融物は窪み内に止まる。
よって母材は盛んに溶融し、溶融物の一部が窪みから外
部に飛散する。しかし、発生した母材の溶融物及び溶融
酸化物は全てが瞬時に窪みから排出されるものではな
く、大部分の溶融物は窪み内に止まる。
【００５１】このため、アシストガスである酸素ガスの
圧力を経時的に増減させることで、窪みに止まっている
溶融物に対して気流の強さの変化を作用させて窪み内に
ある溶融物を効果的に排除する。
圧力を経時的に増減させることで、窪みに止まっている
溶融物に対して気流の強さの変化を作用させて窪み内に
ある溶融物を効果的に排除する。
【００５２】引き続き、トーチ昇降モータ９ａを駆動し
てレーザトーチ３を下降させると共にアシストガスであ
る酸素ガスを経時的に増減させることで窪みを成長させ
る。そして窪みが被切断材５の深さ方向に成長した結
果、該被切断材５には厚さ方向に貫通した穴が形成され
る。このように、被切断材５の厚さ方向に貫通した穴が
形成されることによって、母材の溶融物及び酸化溶融物
は穴から下方に排出され、上方に飛散することがない。
てレーザトーチ３を下降させると共にアシストガスであ
る酸素ガスを経時的に増減させることで窪みを成長させ
る。そして窪みが被切断材５の深さ方向に成長した結
果、該被切断材５には厚さ方向に貫通した穴が形成され
る。このように、被切断材５の厚さ方向に貫通した穴が
形成されることによって、母材の溶融物及び酸化溶融物
は穴から下方に排出され、上方に飛散することがない。
【００５３】
【発明の効果】本発明は、上述の如き構成と作用とを有
するので、被切断材にピアシングを行う場合に必要な時
間を短縮することが出来、ピアシングの穴を良好に形成
することが出来るレーザピアシング方法を提供すること
が出来る。
するので、被切断材にピアシングを行う場合に必要な時
間を短縮することが出来、ピアシングの穴を良好に形成
することが出来るレーザピアシング方法を提供すること
が出来る。
【００５４】即ち、請求項１に記載のレーザピアシング
方法によれば、ピアシング実施時において、ノズル高さ
を高くしたことで、アシストガスの圧力を大きくしても
スパッタ等の溶融物の飛着を防止することが出来る。ま
た、アシストガスの圧力を高くしたことで、ノズル高さ
を高くしてもアシストガスの流量や流速、純度等の減衰
を防止出来る。
方法によれば、ピアシング実施時において、ノズル高さ
を高くしたことで、アシストガスの圧力を大きくしても
スパッタ等の溶融物の飛着を防止することが出来る。ま
た、アシストガスの圧力を高くしたことで、ノズル高さ
を高くしてもアシストガスの流量や流速、純度等の減衰
を防止出来る。
【００５５】また、請求項２に記載のレーザピアシング
方法によれば、ピアシング実施時において、レーザ光の
焦点高さ位置を低くしたことで、レーザエネルギーの集
中部を被切断材の厚さ方向深くまで作用させて被切断材
の母材の一部を溶融，蒸発させてアシストガスにより母
材の溶融物及び蒸発物を被切断材の表面から排除し、こ
れにより、良好な状態でピアシングを実施すると共にピ
アシングに要する時間を短縮してコストを上昇させるこ
とがない。
方法によれば、ピアシング実施時において、レーザ光の
焦点高さ位置を低くしたことで、レーザエネルギーの集
中部を被切断材の厚さ方向深くまで作用させて被切断材
の母材の一部を溶融，蒸発させてアシストガスにより母
材の溶融物及び蒸発物を被切断材の表面から排除し、こ
れにより、良好な状態でピアシングを実施すると共にピ
アシングに要する時間を短縮してコストを上昇させるこ
とがない。
【００５６】また、ピアシング実施時のレーザ光のパル
ス状レーザ出力を、複数の均一な平均出力のパルスを有
するステップを複数段階で増加させた場合には、ピアシ
ング開始時は均一で且つ小さなレーザ出力でピアシング
を実施し、穴が空くに従って均一で且つより大きなレー
ザ出力へと段階的に増加させることで、従来のようにパ
ルス状レーザ出力を連続的に増加させる場合と比較し
て、良好な状態でピアシングを実施することが出来る。
ス状レーザ出力を、複数の均一な平均出力のパルスを有
するステップを複数段階で増加させた場合には、ピアシ
ング開始時は均一で且つ小さなレーザ出力でピアシング
を実施し、穴が空くに従って均一で且つより大きなレー
ザ出力へと段階的に増加させることで、従来のようにパ
ルス状レーザ出力を連続的に増加させる場合と比較し
て、良好な状態でピアシングを実施することが出来る。
【００５７】また、ピアシング実施時のレーザ光のパル
ス状レーザ出力の周波数を２０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈ
ｚ以下に設定した場合にはピアシングに要する時間を短
縮してコストを上昇させることがない。
ス状レーザ出力の周波数を２０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈ
ｚ以下に設定した場合にはピアシングに要する時間を短
縮してコストを上昇させることがない。
【図１】レーザトーチの構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係るレーザピアシング方法を説明する
図である。
図である。
【図３】複数の均一な平均出力のパルスを有するステッ
プを複数段階で増加させた様子を示すパルス状レーザ出
力の一例を示す図である。
プを複数段階で増加させた様子を示すパルス状レーザ出
力の一例を示す図である。
【図４】レーザ出力周波数とピアシング穴貫通時間との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
１…レーザ光 ２…レーザ光路（光軸） ３…レーザトーチ ４…レンズ ５…被切断材 ６…ノズル ７…ホース ８…横行キャリッジ ９…トーチ昇降装置 ９ａ…トーチ昇降モータ 10…昇降筒体 11…レンズ昇降モータ 12…レーザ発振器 13…電磁弁 14…圧力調整器 15…酸素ガスボンベ Ｏ…焦点
───────────────────────────────────────────────────── 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 103:02 Ｂ２３Ｋ 103:02
Claims (4)
- 【請求項１】 被切断材に向けてレーザ光を照射すると
共にアシストガスを噴射して該被切断材をピアシングす
る方法において、 ピアシング実施時のノズル高さを切断実施時のノズル高
さよりも高い値に設定し、且つピアシング実施時のアシ
ストガスの圧力を切断実施時のアシストガスの圧力より
も高い値に設定した条件でピアシングを実施した後、前
記ノズル高さ及びアシストガスの圧力を切断実施時の値
に設定した条件で被切断材を切断することを特徴とする
レーザピアシング方法。 - 【請求項２】 被切断材に向けてレーザ光を照射すると
共にアシストガスを噴射して該被切断材をピアシングす
る方法において、 ピアシング実施時のレーザ光の焦点高さ位置を切断実施
時のレーザ光の焦点高さ位置よりも低い値に設定した条
件でピアシングを実施した後、前記レーザ光の焦点高さ
位置を切断実施時の値に設定した条件で被切断材を切断
することを特徴とするレーザピアシング方法。 - 【請求項３】 前記ピアシング実施時のレーザ光のパル
ス状レーザ出力は、複数の均一な平均出力のパルスを有
するステップを複数段階で増加させることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のレーザピアシング方
法。 - 【請求項４】 前記ピアシング実施時のレーザ光のパル
ス状レーザ出力の周波数を２０Ｈｚ以上、且つ２００Ｈ
ｚ以下に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載のレーザピアシング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137144A JP2002331377A (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | レーザピアシング方法 |
| DE10218469A DE10218469A1 (de) | 2001-05-08 | 2002-04-25 | Laser-Durchbohrungsverfahren |
| US10/132,144 US6693256B2 (en) | 2001-05-08 | 2002-04-26 | Laser piercing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137144A JP2002331377A (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | レーザピアシング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002331377A true JP2002331377A (ja) | 2002-11-19 |
Family
ID=18984294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001137144A Pending JP2002331377A (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | レーザピアシング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6693256B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002331377A (ja) |
| DE (1) | DE10218469A1 (ja) |
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