JP2017177155A

JP2017177155A - レーザ加工ヘッド

Info

Publication number: JP2017177155A
Application number: JP2016067201A
Authority: JP
Inventors: 真也堂本; Shinya Domoto; 森　正裕; Masahiro Mori; 正裕森; 林川　洋之; Hiroyuki Hayashikawa; 洋之林川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】従来のガスレーザ発振装置では、ターボブロアへ供給するグリースが抜けてしまい、必要なときに軸受けにグリースが供給できず、ターボブロアが破損する恐れがあった。本開示は、ターボブロアへのグリース供給を適切に制御することができるガスレーザ発振装置を提供する。【解決手段】本開示のガスレーザ発振装置は、軸受を有するターボブロアと、第１のタンクと、グリース供給管と、弁とを有する。第１のタンクは、軸受に供給するグリースを貯留する。グリース供給管は、第１のダンクと軸受とを接続し、グリースが通過する。弁は、グリース供給管の軸受側に設けられている。さらに、弁は、第１のタンク側に向かう方向に、弾性体によって球体をシールリングに押し付けるものである。【選択図】図３

Description

本開示は、レーザ加工ヘッドに関し、特に、アシストガスの噴出孔が多重に設けられたレーザ加工ヘッドに関する。

従来、レーザ加工ヘッドでは、ドロスを効率よく排出するために、レーザ光を加工物に照射するとともに、多重ノズルによって、アシストガスを加工物に吹き付けていた。

図４を用いて、従来のレーザ加工ヘッドについて説明する。図４は、従来のレーザ加工ヘッド９００の断面図である。

図４に示すように、従来のレーザ加工ヘッド９００は、ノズル９１０に導入されたアシストガス９２０が、中央のガス噴出孔９１１から加工物９３０に噴出されるとともに、ガス導入孔９１２を経由して隔壁９１３によって区切られた多重のガス噴出孔９１４からも加工物９３０に噴出される。

特に、３重目以上のガス噴出孔９１４から噴出されるアシストガスを、中心に向けて斜め方向に噴出させることで、アシストガスの流速と分布を適切なものとし、ドロスの付着防止の効果を発揮する。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１６−３０２６４号公報

しかし、従来のレーザ加工ヘッド９００では、レーザ加工の品質を維持するために、大量のアシストガスを消費するため、レーザ加工の生産性が低い。本開示は、レーザ加工の品質を低下させることなく、アシストガスの消費量も抑えたレーザ加工ヘッドを提供する。

上記課題を解決するために、本開示のレーザ加工ヘッドは、本体部と、本体部の先端に取り付けられ、レーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴出するノズルとを有する。ノズルは、中央に位置し、レーザ光を照射するとともにアシストガスを噴出する第１のガス噴出孔と、第１のガス噴出孔を囲むように設けられた第２のガス噴出孔とを有する。第２のガス噴出孔は、本体部と反対側である先端側では、先端側ほど開口断面が大きくなるテーパ形状である。

これにより、本開示のレーザ加工ヘッドは、レーザ加工の品質を低下させることなく、アシストガスの消費量を抑えることができる。

図１は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４を用いた板金切断レーザ加工機の構成を示す図である。図２は、実施の形態におけるレーザ加工ヘッド４の構造を示す図である。図３は、実施の形態のレーザ加工ヘッド４の先端に装着されるノズル８の断面図である。図４は、従来のレーザ加工ヘッド９００の断面図である。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４を用いた板金切断レーザ加工機の構成を示す図である。

図１に示すように、レーザ発振器１から出たレーザビーム２は反射鏡３により反射され、レーザ加工ヘッド４内へと導かれる。レーザビーム２はレーザ加工ヘッド４内に取り付けられた集光レンズ５により集光され、高密度のエネルギビームとしてワーク６に照射することでワーク６の切断加工が行われる。ワーク６はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する加工台７に固定されており、レーザ加工ヘッド４に対して相対的に移動することで、任意の形状の切断加工が行われる。

レーザ加工ヘッド４は、通過するレーザビームと同軸のノズル８を有しており、ノズル８を通してアシストガス９が噴出される。アシストガス９により高密度のエネルギビームにで溶融した金属を吹き飛ばすことで、ドロス付着のない良好な切断面を得ることができる。特に厚さが２０ｍｍ以上のステンレスを切断する際は高圧のアシストガス９を使用し、良好切断を実現する上でアシストガス流は重要となる。

効率的にドロスを排出するアシストガス流を実現するために、ノズル８としては、複数の噴出孔を持つ多重ノズルが用いられる。ここで多重ノズルの噴出孔を、内側から順に第１ノズル（第１のガス噴出孔）、第２ノズル（第２のガス噴出孔）、第３ノズル（第３のガス噴出孔）、・・・と呼ぶこととする。すなわち、第１ノズルがレーザビームの軸を含むように中心に位置し、第２ノズル、第３ノズルがこの順に第１ノズルを囲むように位置している。

第１ノズルから噴出されたガスは、ドロスを下方に排出する役割を担っている。２重目以上のノズルから噴出されたガスは、第１ノズルから噴出されたガスの拡散を抑制し、流速を落とさずに真下へ流れるガス流を実現する役割がある。

また、外側のノズルから噴出されるガスは、内側のガス流を外部の大気からシールドする役割があり、安定したガス流を実現する。

６ｋＷクラスのＣＯ_２レーザ発振器でステンレスの厚板（例えば厚さが２０ｍｍ）を切断する際は、アシストガスの流速分布が重要となる。板厚が厚くなるほどドロスを排出するために切断幅を広くする必要がある。切断幅をカバーしつつ十分な流速を得るにはノズルの構造が重要となる。２重ノズルでは切断幅を十分にカバーできない場合は、ノズルを３重、４重と増やすことで理想的なガス流を形成する。ただし、ノズルを多重化することでアシストガスを多量に消費するため、生産性は落ちる。

図２は、本実施の形態におけるレーザ加工ヘッド４の構造を示す図である。レーザ加工ヘッド４は、内部に集光レンズ５と側部にアシストガスを供給するガス導入孔１０を有する本体部１１と、先端に装着されたノズル８から構成される。ノズル８は、大きく第１ノズルと第２ノズルを含む内側ノズル１３と、３重目以上の外側ノズル１４に分けられる。本体部１１のガス導入孔１０から供給されたガス流は、本体部１１の内部を通って第１ノズルおよび第２ノズル（内側ノズル１３）から噴出される。ノズル８もガス導入孔１５を有し、ガス導入孔１５は、外側ノズル１４へと通じている。図３は本実施の形態のレーザ加工ヘッド４の先端に装着されるノズル８の断面図である。ノズル８は中心に位置する内側ノズル１３と、内側ノズル１３を囲むように設けられた外側ノズル１４を持つ。内側ノズル１３は、従来の二重ノズルに相当し、内側ノズル１３から噴出したガスは、切断幅からドロスを排出する役割がある。

外側ノズル１４は３重目以上のノズルに相当し、内側ノズル１３から噴出されたガスと相乗し最適なガス流分布を形成する役割を持つ。また、内側ノズル１３からのガス流を外部の大気から遮断し、内側ノズル１３からのガス流を安定化させるシールドとしての役割も担っている。

本開示のポイントは、外側ノズル１４から噴出するアシストガスを、十分な流速と領域を確保しつつ消費量を抑制することである。

外側ノズル１４の噴出孔２１は多重スリット構造になっており、図３は３重スリットの場合を示している。スリット形状にすることでガス経路の断面積が絞られるため、ガス流量抑制と流速向上の効果が得られる。しかし、スリット形状のまま噴出するとガス流の効果範囲が限定され、内側ノズル１３からのガス流との相乗効果を得難くなる。

そこで、スリット部の出口をテーパ形状にすることで、アシストガスの効果範囲を広げている。外側ノズル１４から噴出されるガス流は、テーパ部分で多少減速されるものの、通常、レーザ切断時のノズル先端とワーク間の距離は１ｍｍ未満であるため、十分な流速を保つことができる。

本実施の形態で紹介したレーザ加工ヘッド４は、外側ノズル１４のスリット本数やスリット幅、テーパの角度や深さを最適化することで効果的なガス流を得ることができる。

以上に述べたように、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４によれば、外側ノズル１４を多重スリット形状としワーク６の対抗面にてテーパ形状とすることで、レーザ加工の品質を低下させることなく、ステンレスなどの厚板切断時のアシストガス消費量を抑制し、生産性を向上できる。

本開示のレーザ加工ヘッドは、レーザ加工の品質を低下させることなく、アシストガスの消費量を抑えることができ、産業上有用である。

１レーザ発振器
２レーザビーム
３反射鏡
４レーザ加工ヘッド
５集光レンズ
６ワーク
７加工台
８ノズル
９アシストガス
１０、１５ガス導入孔
１１本体部
１３内側ノズル
１４外側ノズル
９００レーザ加工ヘッド
９１０ノズル
９１１、９１４ガス噴出孔
９１２ガス導入孔
９１３隔壁
９２０アシストガス

Claims

本体部と、
前記本体部の先端に取り付けられ、レーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴出するノズルとを備え、
前記ノズルは、中央に位置し、レーザ光を照射するとともに前記アシストガスを噴出する第１のガス噴出孔と、前記第１のガス噴出孔を囲むように設けられた第２のガス噴出孔とを有しており、
前記第２のガス噴出孔は、前記本体部と反対側である先端側では、先端側ほど開口断面が大きくなるテーパ形状であるレーザ加工ヘッド。
前記本体部に設けられ、前記ノズルが取り付けられる先端側にアシストガスが導入されるアシストガス空間と、
前記ノズルに設けられ、前記第１のガス噴出孔とつながった第１のガス導入孔と、
前記ノズルに設けられ、前記第２のガス噴出孔とつながった第２のガス導入孔と、をさらに備え、
前記第１のガス導入孔と前記第２のガス導入孔とは、前記アシストガス空間に接続される請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
前記ノズルに設けられ、前記第２のガス噴出孔を囲む第３のガス噴出孔と、
前記ノズルに設けられ、前記第３のガス噴出孔とつながった第３のガス導入孔と、をさらに備え、
前記第３のガス噴出孔は、前記本体部と反対側である先端側では、先端側ほど開口断面が大きくなるテーパ形状であり、
前記第３のガス導入孔は、前記アシストガス空間に接続される請求項２に記載のレーザ加工ヘッド。